WO2021149453A1 - 音響システム - Google Patents

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WO2021149453A1
WO2021149453A1 PCT/JP2020/048540 JP2020048540W WO2021149453A1 WO 2021149453 A1 WO2021149453 A1 WO 2021149453A1 JP 2020048540 W JP2020048540 W JP 2020048540W WO 2021149453 A1 WO2021149453 A1 WO 2021149453A1
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listener
super
sound
electrodynamic
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Inventor
雅人 中山
琢真 江川
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学校法人大阪産業大学
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    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/12—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for distributing signals to two or more loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S1/00—Two-channel systems

Definitions

  • the present invention relates to an acoustic system that uses an electrodynamic speaker and a super-directional speaker to control the position of a virtual sound source from a listener.
  • Non-Patent Document 1 In the object-based method in a multi-channel stereophonic system, in order to construct a virtual sound source between speakers, it is controlled by sound pressure based on vector synthesis (Non-Patent Document 1), but the virtual sound source is controlled between the speaker and the listener. It was extremely difficult to build. However, in order to realize the virtual reality of the sound, not only the direction of arrival of the sound to the listener but also the control of the distance from the listener to the virtual sound source is a very important factor.
  • the binaural method (Non-Patent Document 2), which provides a virtual sound source using a head-related transfer function, is useful for sound source localization near the head, but it is difficult to construct a virtual sound source in the distance.
  • Non-Patent Document 3 A method of constructing a virtual sound source at an arbitrary position using an extremely large number of speakers, such as ultra-high presence communication technology (Non-Patent Document 3), is also being studied, but it is a large-scale facility such as a concert hall. Needs.
  • the present invention provides a Parametric-Array Loudspeaker (PAL), which is a super-directional speaker using ultrasonic waves, in order to control both the orientation and the distance between the listener and the virtual sound source in a small-scale acoustic system. Pay attention to it.
  • Figures 12 (a) and 12 (b) show the indoor impulse response of the electro-dynamic loudspeaker (EDL) and the super-directional speaker under the condition that the distance between the speaker and the sound receiving point is 2 m, respectively.
  • EDL electro-dynamic loudspeaker
  • the indoor impulse response of the parametric speaker is shown. As shown in FIG. 12, it can be seen that the subsequent reverberation of the indoor impulse response under the same conditions is significantly different between the conventional electrokinetic speaker (EDL) and the parametric speaker (PAL). This is because the super-directional speaker demodulates the audible sound as a secondary wave in the air by utilizing the non-linearity of air.
  • the Direct-to-Reverberant Ratio (DRR) which is the ratio of the reverberation to the direct wave of the indoor impulse response, is a clue to the sense of distance of the sound image perceived by humans. The sound image is easily localized in the vicinity.
  • FIG. 13 is a configuration diagram of an acoustic system disclosed in Patent Document 1.
  • the acoustic system shown in FIG. 13 includes one parametric speaker 10, four electrokinetic speakers 20, and a control unit 30.
  • the parametric speaker 10 is arranged in front of the listener O.
  • the four electrodynamic speakers 20 are arranged on the front left side, the front right side, the rear left side, and the rear right side with respect to the listener O, respectively.
  • the control unit 30 controls the parametric speaker 10 and the four electrokinetic speakers 20 so as to output the sound corresponding to the input signal S based on the input signal S which is an audio signal.
  • the speaker sound field of audible sound formed by the electrokinetic speaker and the super directional speaker sound field of audible sound formed by the super directional speaker overlap at the position of the listener.
  • a sound reproduction device in which an electrodynamic speaker and a super-directional speaker are arranged is disclosed.
  • the audible sound radiated from the electrokinetic speaker and the super-directional speaker is heard loudest when the listener is located at a predetermined distance dk in the sound axis direction from the position where each speaker is installed.
  • Patent Document 2 receives only one electrodynamic speaker and a super-directional speaker installed in the same direction with respect to the listener without arranging many electrodynamic speakers around the listener. The maximum sound pressure of audible sound is created in the vicinity of the listener, and a three-dimensional sound field that makes the listener feel surrounded by sound is realized.
  • Patent Document 1 controls the distance of a virtual sound source by installing a super-directional speaker in front in addition to the surround-arranged electrodynamic speaker.
  • the super-directional speaker is placed in front, the level difference between both ears (ILD) deteriorates, and the orientation presentation performance tends to deteriorate.
  • Patent Document 2 realizes a three-dimensional sound field that makes it feel as if the electrodynamic speaker and the super-directional speaker are juxtaposed, but is surrounded by sound, from the listener to the virtual sound source. It does not change the distance.
  • the present invention provides an acoustic system capable of giving a remote presence to the listener, and in particular, an acoustic system capable of controlling the binaural level difference and the direct ratio of the listener. With the goal.
  • the acoustic system of the present invention is an acoustic system in which a control unit controls the position of a virtual sound source from a listener by using an electrodynamic speaker and a super-directional speaker, and the electrodynamic speaker.
  • the first superdirectional speaker has at least a first electrodynamic speaker and a second electrodynamic speaker
  • the superdirectional speaker has at least a first superdirectional speaker and a second superdirectional speaker.
  • the first electrokinetic speaker and the first superdirectional speaker are arranged so that the sound output direction from the electrokinetic speaker and the sound output direction from the first superdirectional speaker coincide with each other.
  • the second electromotive speaker and the second superdirectional speaker so that the output direction of the sound from the second electromotive speaker and the output direction of the sound from the second superdirectional speaker coincide with each other.
  • a sex speaker is arranged, and the first output direction of the sound from the first electrokinetic speaker and the first superdirectional speaker, and the second electrokinetic speaker and the second superdirectional speaker.
  • the second output direction of the sound is crossed at the position of the listener, and the control unit receives an impulse response from the first electrokinetic speaker to the listener and the first super-directional speaker to the listener.
  • the first direct ratio is controlled by changing the energy ratio with the impulse response to the listener, and the impulse response from the second electrokinetic speaker to the listener and the second superdirectional speaker to the listener
  • the first output sound set by the first direct ratio and the second output sound set by the second direct ratio are controlled by changing the energy ratio with the impulse response up to.
  • the orientation and distance of the virtual sound source from the listener can be changed.
  • the first electrodynamic speaker and the first superdirectional speaker are arranged in a first housing, and the second electrodynamic speaker is arranged.
  • the speaker and the second super-directional speaker are arranged in the second housing.
  • the acoustic system of the present invention uses an electrodynamic speaker and a super-directional speaker.
  • An acoustic system in which the position of a virtual sound source from a listener is controlled by a control unit so that the sound output direction from the electrodynamic speaker and the sound output direction from the super-directional speaker coincide with each other.
  • the electrodynamic speaker and the super-directional speaker are arranged, and the control unit receives an impulse response from the electrodynamic speaker to the listener and an impulse response from the super-directional speaker to the listener.
  • the present invention according to claim 4 is characterized in that, in the acoustic system according to claim 3, the electrodynamic speaker and the super-directional speaker are arranged in one housing.
  • the present invention according to claim 5 is characterized in that a parametric speaker is used as the super-directional speaker in the acoustic system according to any one of claims 1 to 4.
  • the present invention by changing the distance between the listener and the virtual sound source, it is possible to give the listener a sense of remote presence.
  • the sound system according to the first embodiment of the present invention has at least a first electrodynamic speaker and a second electrodynamic speaker as electrodynamic speakers, and at least the first superdirectional speaker as superdirectional speakers. It has a sex speaker and a second super-directional speaker, and the first motion is such that the sound output direction from the first electrokinetic speaker and the sound output direction from the first super-directional speaker match.
  • the electric speaker and the first super directional speaker are arranged, and the second is such that the sound output direction from the second electrodynamic speaker and the sound output direction from the second super directional speaker coincide with each other.
  • An electrodynamic speaker and a second super-directional speaker are arranged, and the first output direction of the sound from the first electro-electric speaker and the first super-directional speaker, and the second electro-electric speaker and the second super-directional speaker are arranged.
  • the second output direction of the sound from the sex speaker is crossed at the position of the listener, and the control unit receives the impulse response from the first electrodynamic speaker to the listener and from the first super-directional speaker to the listener.
  • the ratio to control the second direct ratio By changing the ratio to control the second direct ratio, and controlling the first output sound set by the first direct ratio and the second output sound set by the second direct ratio by amplitude panning. , The direction and distance of the virtual sound source from the listener are changed.
  • the sense of distance to the virtual sound source can be so-called zoomed in and out, and can be controlled by amplitude panning, so that the listener can be given a sense of remote presence.
  • the amplitude panning is to change the sound image localization by giving an amplitude difference to the sound output from the speaker.
  • the first electrodynamic speaker and the first super-directional speaker are arranged in the first housing, and the second electrodynamic speaker is arranged.
  • the speaker and the second super-directional speaker are arranged in the second housing.
  • the acoustic system according to the third embodiment of the present invention has the electrodynamic speaker and the super-directional so that the output direction of the sound from the electrodynamic speaker and the output direction of the sound from the super-directional speaker coincide with each other.
  • the control unit controls the direct ratio by changing the energy ratio between the impulse response from the electrokinetic speaker to the listener and the impulse response from the super-directional speaker to the listener.
  • the position of the virtual sound source is moved closer to or farther from the listener.
  • the sense of distance to the virtual sound source can be so-called zoomed in or out, and the listener can be given a remote sense of presence. ..
  • the fourth embodiment of the present invention is to arrange the electrodynamic speaker and the super-directional speaker in one housing in the acoustic system according to the third embodiment. According to the present embodiment, by integrating the electrodynamic speaker and the super-directional speaker into an integrated speaker, the sound output direction from the electrodynamic speaker and the sound output direction from the super-directional speaker can be determined. Is easy to match.
  • the fifth embodiment of the present invention uses a parametric speaker as a super-directional speaker in the acoustic system according to any one of the first to fourth embodiments.
  • the amplitude panning can be performed by combining the electrokinetic speaker having a low impulse response direct ratio and the parametric speaker having a higher impulse response direct ratio, so that the distance of the virtual sound source can be obtained.
  • the direct ratio of the impulse response at the position of the listener which is a clue to the feeling, can be controlled more accurately.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an acoustic system according to a first embodiment of the present invention.
  • the electrodynamic speaker 20 and the super-directional speaker 10 are used, and the position of the virtual sound source P from the listener O is controlled by the control unit 30.
  • the super directional speaker 10 is, for example, a parametric speaker that uses ultrasonic waves as carrier waves.
  • the electrodynamic speaker 20 is generally used as an audio device, and is a dynamic drive type speaker using a permanent magnet and a movable coil, and generally has a low direct-to-direct ratio (small direct sound).
  • the electrodynamic speaker 20 and the super-directional speaker 10 are arranged so that the sound output direction from the electrodynamic speaker 20 and the sound output direction from the super-directional speaker 10 coincide with each other.
  • the direct ratio of the impulse response is a clue (index) of the sense of distance of the virtual sound source.
  • the listener O recognizes that the virtual sound source P is in a distant position, and in the super directional speaker 10 having a large direct ratio, the listener O has the virtual sound source P close to it. I feel there is.
  • the control unit 30 controls the super-directional speaker 10 and the electrokinetic speaker 20 so as to output a sound corresponding to the input signal based on the input signal.
  • the control unit 30 controls the direct ratio by changing the energy ratio between the impulse response from the electrokinetic speaker 20 to the listener O and the impulse response from the superdirectional speaker 10 to the listener O. By doing so, the control unit 30 brings the position of the virtual sound source P closer to or further away from the listener O. By changing the distance r between the listener O and the virtual sound source P in this way, the sense of distance to the virtual sound source P can be so-called zoomed in and out, and the listener O can be given a remote sense of presence. can.
  • the electrodynamic speaker The output signal x (t) from 20 is given by Eq. (1)
  • the output signal y (t) from the super-directional speaker 10 is given by Eq. (2).
  • t is the time
  • si (t) is the i-th normalized material sound (object) signal (I is the number of objects)
  • c (t) is the carrier wave (ultrasonic) signal
  • ⁇ ⁇
  • the weighting coefficients ⁇ and ⁇ can be calculated by the following equations, respectively.
  • the gain is calibrated so that the sound pressure level of the electrokinetic speaker 20 in the vicinity of the listener O and the sound pressure level of the super-directional speaker 10 in the vicinity of the listener O match.
  • the indoor impulse response from the super-directional speaker 10 to the listener O and the indoor impulse response from the electrokinetic speaker 20 to the listener O can be obtained.
  • a virtual sound source P can be constructed at the position of the distance r by synthesizing the direct-directivity ratio by changing the energy ratio so as to match the condition that the real sound source is installed at the position of the distance r.
  • FIG. 2 is a diagram showing an integrated speaker suitable for the acoustic system according to the first embodiment of the present invention.
  • the electrodynamic speaker 20 and the super-directional speaker 10 are arranged in one housing 40.
  • the sound output direction from the electrodynamic speaker 20 and the sound output direction from the super-directional speaker 10 can be determined. Is easy to match.
  • FIG. 2 shows a configuration in which the super-directional speaker 10 and the electrokinetic speaker 20 are arranged in the vertical direction, they may be arranged in the horizontal direction.
  • a plurality of ultrasonic wave generating elements are arranged in an array in the vertical direction and the horizontal direction.
  • the audible region can be set by arranging a plurality of ultrasonic wave generating elements in an array.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing an acoustic system according to a second embodiment of the present invention.
  • the same functional elements as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the acoustic system according to the present embodiment has at least a first electrodynamic speaker 20R and a second electrodynamic speaker 20L as the electrodynamic speaker 20, and at least the first superdirectional speaker as the superdirectional speaker 10. It has a 10R and a second super directional speaker 10L.
  • the sound output direction from the first electrodynamic speaker 20R and the sound output direction from the first superdirectional speaker 10R coincide with each other. Arrange as follows.
  • the sound output direction from the second electrodynamic speaker 20L and the sound output direction from the second superdirectional speaker 10L coincide with each other. Arrange as follows. Further, the first output direction of the sound from the first electrodynamic speaker 20R and the first superdirectional speaker 10R, and the second output direction of the sound from the second electrodynamic speaker 20L and the second superdirectional speaker 10L. Are crossed at the position of the listener O.
  • the first electrodynamic speaker 20R and the first super-directional speaker 10R are arranged in one housing 40 (first housing) to form an integrated speaker, and the second electrodynamic speaker 20L and the second super-directional speaker 20L and the second super-directional speaker are used.
  • the sex speaker 10L is preferably arranged in one housing (second housing) to form an integrated speaker.
  • the output direction of the sound from the first electrodynamic speaker 20R and the first super-directional speaker It is easy to match the output direction of the sound from the 10R
  • the second electromotive speaker 20L and the second super-directional speaker 10L into an integrated speaker
  • the sound output from the second electrodynamic speaker 20L It is easy to match the direction with the output direction of the sound from the second super directional speaker 10L.
  • the control unit 30 changes the energy ratio between the impulse response from the first electrodynamic speaker 20R to the listener O and the impulse response from the first superdirectional speaker 10R to the listener O to obtain the first direct ratio.
  • Control and control the second direct ratio by changing the energy ratio between the impulse response from the second electrodynamic speaker 20L to the listener O and the impulse response from the second superdirectional speaker 10L to the listener O.
  • the first output sound set by the first direct ratio and the second output sound set by the second direct ratio are controlled by impulse panning. Therefore, the direction and distance of the virtual sound source P from the listener O can be changed.
  • the level difference between the binaural ears and the direct-to-ear ratio of the listener O can be controlled, it is possible to particularly improve the presentation performance of the orientation of the virtual sound source P.
  • a parametric speaker as the super-directional speaker 10
  • amplitude panning is performed by combining the electrokinetic speaker 20 having a low direct ratio of impulse response and the parametric speaker having a higher direct ratio of impulse response. be able to. Therefore, the direct ratio of the impulse response at the position of the listener O, which is a clue to the sense of distance of the virtual sound source P, can be controlled more accurately.
  • the distance from the listener O to the first super directional speaker 10R, the second super directional speaker 10L, the first electrodynamic speaker 20R, and the second electrodynamic speaker 20L is d, the first super directional speaker 10R and The angle of the first electrodynamic speaker 20R is ⁇ s (0 ° ⁇ ⁇ s ⁇ 90 °), the angle of the second super-directional speaker 10L and the second electrodynamic speaker 20L is - ⁇ s, from the listener O to the virtual sound source P.
  • the signal xb (t) is the output signal from the electrokinetic speaker 20 in b-ch
  • yb (t) is the output signal from the super-directional speaker 10 in b-ch
  • si (t) is the i-th normalization.
  • signal has been material sound (object) (I is the number of objects)
  • the signal c (t) is the carrier wave (ultrasound)
  • the weighting coefficients ⁇ L r, ⁇ , ⁇ R r, ⁇ , ⁇ L r, ⁇ , ⁇ R r, and ⁇ can be calculated by the following equations, respectively.
  • the gain is calibrated so that the sound pressure level of the electrokinetic speaker 20 in the vicinity of the listener O and the sound pressure level of the super directional speaker 10 in the vicinity of the listener O match.
  • the indoor impulse response from the super-directional speaker 10 to the listener O and the indoor impulse response from the electrokinetic speaker 20 to the listener O are positioned.
  • the virtual sound source P can be constructed at the position of the distance r.
  • EDL Electro-Dynamic Loudspeaker
  • PAL Array Loudspeaker
  • PDL Electro-Dynamic integarated Loudspeaker
  • FIG. 4 is a layout diagram showing the setting conditions of the acoustic system according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a layout diagram showing the setting conditions of the acoustic system according to the comparative example
  • FIG. 6 shows the setting conditions of the acoustic system using the actual sound source. It is a layout drawing.
  • the virtual sound source and the real sound source are located at the same position, a dummy head (Neumann KU-100) is installed at the position of the listener O under each condition, and the indoor impulse response is performed by the TSP method [Berkhout et al., JASA, 68 (1). ), 179-183, 1980.].
  • DRR [Lu et al., IEEE ASLP, 18 (7), 1793-1805, 2010.] can be calculated by the following equation.
  • pe (n) is the measured indoor impulse response
  • T' is the signal length of the indoor impulse response.
  • the DRR error which is the average of the DRR errors between the real sound source and the virtual sound source at the measurement points, can be calculated by the following formula.
  • DRR Rm and DRR Vm are the DRRs of the real sound source and the virtual sound source at the m-th position, respectively.
  • the ILD [Watanabe et al., JASA, 122 (5), 2832-2841, 2007.] can be calculated by the following equation.
  • t is the time
  • p L (t) and p R (t) are the impulse responses measured by the left and right ears, respectively
  • T is the reverberation time.
  • the ILD error obtained by averaging the ILD errors of the real sound source and the virtual sound source at the measurement points can be calculated by the following formula.
  • ILD Rm and ILD Vm are the ILDs of the real sound source and the virtual sound source at the m-th position, respectively.
  • FIG. 7 is a graph showing the experimental result of the distance presentation performance (DRR), and FIG. 8 is a graph showing the experimental result of the directional presentation performance (ILD).
  • DRR distance presentation performance
  • ILD directional presentation performance
  • an array speaker or a curved reflector type speaker can also be used.
  • a pair of left and right speakers are arranged in front of the listener, but by further arranging a pair of left and right speakers behind the listener, the virtual sound source P can be generated by the listener. It can be moved away from the back of the O or closer to the back of the listener O.
  • the virtual sound source P can be moved from the front to the rear of the listener O, and further.
  • the virtual sound source P can be moved around the entire circumference of the listener O.
  • FIG. 9 is a diagram showing the setting conditions and the impulse response result in the acoustic system using the actual sound source
  • FIG. 10 is a diagram and the diagram showing the setting conditions and the impulse response result in the acoustic system using the comparative example (EDL: 2, PAL: 1).
  • 11 is a diagram showing the setting conditions and the impulse response result in the acoustic system according to the second embodiment (PDL: 2).
  • the actual sound source is arranged at a position 45 degrees to the left and 0.3 m from the position of the listener O as shown in FIG. 9A, and a comparative example shown in FIG.
  • the sound system according to the second embodiment shown in EDL: 2, PAL: 1) and FIG. 11, the left from the position of the listener O as shown in FIGS. 10 (a) and 11 (a).
  • the position of 45 degrees and 0.3 m is set as the virtual sound source position.
  • the microphone for the left ear and the microphone for the right ear were installed at the position of the listener O to perform the measurement.
  • the amplitude of the impulse response of Lch is large as shown in FIG. 9B, and the amplitude of the impulse response of Rch is small as shown in FIG. 9C.
  • EDL 2
  • PAL 1
  • the amplitude of the impulse response of Lch is large as shown in FIG. 10 (b)
  • the amplitude of Rch is large as shown in FIG. 10 (c).
  • the amplitude of the impulse response of is also large.
  • the amplitude of the left and right impulse responses becomes almost the same, especially in the vicinity of the listener O, because the sound source is reproduced by the parametric speaker (PAL) installed in front of the listener O. Because it is doing.
  • the amplitude of the impulse response of Lch is large as shown in FIG. 11 (b), but the amplitude of the impulse response of Rch is large as shown in FIG. 11 (c). Is small, and an impulse response close to that of the actual sound source shown in FIGS. 9 (b) and 9 (c) can be realized.
  • the energy ratio between the impulse response from the first electrodynamic speaker 20R to the listener O and the impulse response from the first superdirectional speaker 10R to the listener O is changed.
  • the first direct ratio is controlled, and the energy ratio between the impulse response from the second electrodynamic speaker 20L to the listener O and the impulse response from the second superdirectional speaker 10L to the listener O is changed to change the second direct.
  • the interval ratio is controlled, and the first output sound set by the first direct ratio and the second output sound set by the second direct ratio are controlled by impulse panning.

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Abstract

第１動電型スピーカ及び第１超指向性スピーカからの音の第１出力方向と、第２動電型スピーカ及び第２超指向性スピーカからの音の第２出力方向とを、受聴者の位置で交差させ、制御部は、第１動電型スピーカから受聴者までのインパルス応答と、第１超指向性スピーカから受聴者までのインパルス応答とのエネルギー比を変えて第１直間比を制御し、第２動電型スピーカから受聴者までのインパルス応答と、第２超指向性スピーカから受聴者までのインパルス応答とのエネルギー比を変えて第２直間比を制御し、第１直間比によって設定される第１出力音と、第２直間比によって設定される第２出力音とを振幅パンニングにより制御することで、受聴者からの仮想音源の方位と距離とを変更することで、受聴者Ｏに対して遠隔臨場感を与えることができる音響システムを提供すること、特に受聴者の両耳間レベル差と直間比を制御することができる音響システムを提供する。

Description

音響システム
　本発明は、動電型スピーカと超指向性スピーカとを用い、受聴者からの仮想音源の位置を制御する音響システムに関する。
　マルチチャネル立体音響システムにおけるオブジェクトベース方式では、スピーカ間に仮想音源を構築するために、ベクトル合成（非特許文献１）に基づく音圧により制御しているが、スピーカ・受聴者間に仮想音源を構築することは極めて困難であった。しかしながら、音のバーチャルリアリティを実現するためには、受聴者への音の到来方位だけではなく、受聴者から仮想音源までの距離の制御が非常に重要な要素となる。頭部伝達関数を用いて仮想音源を提供するバイノーラル方式（非特許文献２）は頭部近傍の音源定位には有用であるが、仮想音源を遠方に構築することが難しい。超高臨場感通信技術（非特許文献３）のように非常に多数のスピーカを用いて、仮想音源を任意の位置に構築する手法も検討されているが、コンサート会場のような大規模な設備を必要とする。
　本発明は、小規模な音響システムで受聴者と仮想音源間の方位と距離の両方を制御するために、超音波を利用した超指向性スピーカであるパラメトリックスピーカ（Parametric-Array Loudspeaker: PAL）に着目する。
　図１２(a)、図１２(b)に、それぞれスピーカ・受音点間距離2mの条件における、動電型スピーカ（Electro-Dynamic Loudspeaker: EDL）の室内インパルス応答と、超指向性スピーカであるパラメトリックスピーカの室内インパルス応答とを示す。
　図１２に示すように、従来の動電型スピーカ(EDL)とパラメトリックスピーカ(PAL)とでは、同条件における室内インパルス応答の後続残響が大きく異なることがわかる。これは、超指向性スピーカが空気の非線形性を利用して空中で２次波として可聴音を復調させることに起因する。室内インパルス応答の直接波に対する残響の比率である直間比（Direct-to-Reverberant Ratio: DRR)は、人が知覚する音像距離感の手がかりであり、高DRRとなる超指向性スピーカは頭部近傍に音像が定位しやすい。
　これまでに、本発明者は、超指向性スピーカと動電型スピーカの出力レベルを制御することで、仮想音源を任意の位置に制御する方法を提案している（特許文献１）。
　図１３は、特許文献１で開示する音響システムの構成図である。
　図１３に示す音響システムは、１つのパラメトリックスピーカ１０と、４つの動電型スピーカ２０と、制御部３０とを備える。
　パラメトリックスピーカ１０は、受聴者Ｏに対して正面に配置する。４つの動電型スピーカ２０は、それぞれ、受聴者Ｏに対して、前方左側、前方右側、後方左側、および、後方右側に配置する。
　制御部３０は、音声信号である入力信号Ｓに基づいて、入力信号Ｓに対応する音を出力するように、パラメトリックスピーカ１０および４つの動電型スピーカ２０を制御する。
　特許文献２には、動電型スピーカにより形成される可聴音のスピーカ音場と、超指向性スピーカにより形成される可聴音の超指向性スピーカ音場とが受聴者の位置で重なるように、動電型スピーカと超指向性スピーカとを配置した音響再生装置が開示されている。
　特許文献２では、動電型スピーカと超指向性スピーカとから放射された可聴音が、それぞれのスピーカが設置された位置から音軸方向の所定の距離ｄｋに受聴者が位置した時に最も大きく聴こえ、受聴者が所定の距離ｄｋから外れると小さくなる。従って、特許文献２は、受聴者の周りに多くの動電型スピーカを配置することなく、受聴者に対して一つの同じ方向に設置された動電型スピーカと超指向性スピーカのみで、受聴者の近傍に可聴音の最大音圧を作り、受聴者に対して、音で囲まれていると感じさせる立体的な音場を実現する。
特願２０１８－１３４０７７号 特開２０１３－１２３２６６号公報
Lopez et al., ISCCSP 2014, 165-168, 2014. Zhou et al., APSIPA ASC 2014, 1-4, 2014. 堤ら，NTT 技術ジャーナル，29(10), 24-28, 2017.
　特許文献１は、サラウンド配置した動電型スピーカに加えて、超指向性スピーカを正面に設置することで、仮想音源の距離を制御している。しかし、超指向性スピーカを正面に配置した場合、両耳間レベル差（Interaural Level Difference: ILD）が劣化することで、方位の提示性能が低下する傾向がある。
　特許文献２は、動電型スピーカと超指向性スピーカとを並置しているが、音で囲まれていると感じさせる立体的な音場を実現するものであり、受聴者から仮想音源までの距離を変更するものではない。
　そこで本発明は、受聴者に対して遠隔臨場感を与えることができる音響システムを提供すること、特に受聴者の両耳間レベル差と直間比を制御することができる音響システムを提供することを目的とする。
　請求項１記載の本発明の音響システムは、動電型スピーカと超指向性スピーカとを用い、受聴者からの仮想音源の位置を制御部で制御する音響システムであって、前記動電型スピーカとして、少なくとも第１動電型スピーカと第２動電型スピーカとを有し、前記超指向性スピーカとして、少なくとも第１超指向性スピーカと第２超指向性スピーカとを有し、前記第１動電型スピーカからの音の出力方向と、前記第１超指向性スピーカからの音の出力方向とが一致するように、前記第１動電型スピーカと前記第１超指向性スピーカとを配置し、前記第２動電型スピーカからの音の出力方向と、前記第２超指向性スピーカからの音の出力方向とが一致するように、前記第２動電型スピーカと前記第２超指向性スピーカとを配置し、前記第１動電型スピーカ及び前記第１超指向性スピーカからの前記音の第１出力方向と、前記第２動電型スピーカ及び前記第２超指向性スピーカからの前記音の第２出力方向とを、前記受聴者の位置で交差させ、前記制御部は、前記第１動電型スピーカから前記受聴者までのインパルス応答と、前記第１超指向性スピーカから前記受聴者までのインパルス応答とのエネルギー比を変えて第１直間比を制御し、前記第２動電型スピーカから前記受聴者までのインパルス応答と、前記第２超指向性スピーカから前記受聴者までのインパルス応答とのエネルギー比を変えて第２直間比を制御し、前記第１直間比によって設定される第１出力音と、前記第２直間比によって設定される第２出力音とを振幅パンニングにより制御することで、前記受聴者からの前記仮想音源の方位と距離とを変更することを特徴とする。
　請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の音響システムにおいて、前記第１動電型スピーカと前記第１超指向性スピーカとを第１筐体に配置し、前記第２動電型スピーカと前記第２超指向性スピーカとを第２筐体に配置することを特徴とする。
　請求項３記載の本発明の音響システムは、動電型スピーカと超指向性スピーカとを用い、
受聴者からの仮想音源の位置を制御部で制御する音響システムであって、前記動電型スピーカからの音の出力方向と、前記超指向性スピーカからの音の出力方向とが一致するように、前記動電型スピーカと前記超指向性スピーカとを配置し、前記制御部は、前記動電型スピーカから前記受聴者までのインパルス応答と、前記超指向性スピーカから前記受聴者までのインパルス応答とのエネルギー比を変えて直間比を制御することで、前記仮想音源の前記位置を前記受聴者に近づけ又は遠ざけることを特徴とする。
　請求項４記載の本発明は、請求項３に記載の音響システムにおいて、前記動電型スピーカと前記超指向性スピーカとを一つの筐体に配置することを特徴とする。
　請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の音響システムにおいて、前記超指向性スピーカとして、パラメトリックスピーカを用いることを特徴とする。
　本発明によれば、受聴者と仮想音源との距離を変化させることで、受聴者に対して遠隔臨場感を与えることができる。
本発明の第１実施例による音響システムを示す概念図 本発明の第１実施例による音響システムに適した一体型スピーカを示す図 本発明の第２実施例による音響システムを示す概念図 本発明の第２実施例による音響システムの設定条件を示す配置図 比較例による音響システムの設定条件を示す配置図 実音源による音響システムの設定条件を示す配置図 距離の提示性能（DRR）の実験結果を示すグラフ 方位の提示性能（ILD）の実験結果を示すグラフ 実音源による音響システムでの設定条件とインパルス応答結果を示す図 比較例（EDL:2、PAL:1）による音響システムでの設定条件とインパルス応答結果を示す図 第２実施例（PDL:2）による音響システムでの設定条件とインパルス応答結果を示す図 スピーカ・受音点間距離2mの条件における、動電型スピーカの室内インパルス応答と、超指向性スピーカであるパラメトリックスピーカの室内インパルス応答とを示すグラフ 特許文献１で開示する音響システムの構成図
　本発明の第１の実施の形態による音響システムは、動電型スピーカとして、少なくとも第１動電型スピーカと第２動電型スピーカとを有し、超指向性スピーカとして、少なくとも第１超指向性スピーカと第２超指向性スピーカとを有し、第１動電型スピーカからの音の出力方向と、第１超指向性スピーカからの音の出力方向とが一致するように、第１動電型スピーカと第１超指向性スピーカとを配置し、第２動電型スピーカからの音の出力方向と、第２超指向性スピーカからの音の出力方向とが一致するように、第２動電型スピーカと第２超指向性スピーカとを配置し、第１動電型スピーカ及び第１超指向性スピーカからの音の第１出力方向と、第２動電型スピーカ及び第２超指向性スピーカからの音の第２出力方向とを、受聴者の位置で交差させ、制御部は、第１動電型スピーカから受聴者までのインパルス応答と、第１超指向性スピーカから受聴者までのインパルス応答とのエネルギー比を変えて第１直間比を制御し、第２動電型スピーカから受聴者までのインパルス応答と、第２超指向性スピーカから受聴者までのインパルス応答とのエネルギー比を変えて第２直間比を制御し、第１直間比によって設定される第１出力音と、第２直間比によって設定される第２出力音とを振幅パンニングにより制御することで、受聴者からの仮想音源の方位と距離とを変更するものである。本実施の形態によれば、仮想音源までの距離感を、いわゆるズームインやズームアウトできるとともに振幅パンニングによる制御ができ、受聴者に対して遠隔臨場感を与えることができる。ここで、振幅パンニングとは、スピーカから出力される音に振幅差をつけることにより、音像定位を変化させることである。受聴者に対して、直間比だけでなく両耳間レベル差を制御することで、仮想音源の方位の提示性能を実音源を配置した場合と同レベルに高めることができる。
　本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による音響システムにおいて、第１動電型スピーカと第１超指向性スピーカとを第１筐体に配置し、第２動電型スピーカと第２超指向性スピーカとを第２筐体に配置するものである。本実施の形態によれば、動電型スピーカと超指向性スピーカとを一体型スピーカとすることで、動電型スピーカからの音の出力方向と、超指向性スピーカからの音の出力方向とを一致させやすい。
　本発明の第３の実施の形態による音響システムは、動電型スピーカからの音の出力方向と、超指向性スピーカからの音の出力方向とが一致するように、動電型スピーカと超指向性スピーカとを配置し、制御部は、動電型スピーカから受聴者までのインパルス応答と、超指向性スピーカから受聴者までのインパルス応答とのエネルギー比を変えて直間比を制御することで、仮想音源の位置を受聴者に近づけ又は遠ざけるものである。本実施の形態によれば、受聴者と仮想音源との距離を変化させることで、仮想音源までの距離感を、いわゆるズームインやズームアウトでき、受聴者に対して遠隔臨場感を与えることができる。
　本発明の第４の実施の形態は、第３の実施の形態による音響システムにおいて、動電型スピーカと超指向性スピーカとを一つの筐体に配置するものである。本実施の形態によれば、動電型スピーカと超指向性スピーカとを一体型スピーカとすることで、動電型スピーカからの音の出力方向と、超指向性スピーカからの音の出力方向とを一致させやすい。
　本発明の第５の実施の形態は、第１から第４のいずれかの実施の形態による音響システムにおいて、超指向性スピーカとして、パラメトリックスピーカを用いるものである。本実施の形態によれば、インパルス応答の直間比が低い動電型スピーカと、インパルス応答の直間比がより高いパラメトリックスピーカとを組み合わせて振幅パンニングを行うことができるので、仮想音源の距離感の手がかりとなる受聴者の位置におけるインパルス応答の直間比をより精度良く制御できる。
　図１は、本発明の第１実施例による音響システムを示す概念図である。
　本実施例による音響システムは、動電型スピーカ２０と超指向性スピーカ１０とを用い、受聴者Ｏからの仮想音源Ｐの位置を制御部３０で制御する。
　超指向性スピーカ１０は、例えば超音波をキャリア波として利用したパラメトリックスピーカである。動電型スピーカ２０は、一般にオーディオ機器として使用され、永久磁石及び可動コイルを利用したダイナミック駆動方式のスピーカであり、一般に直間比が低い（直接音が小さい）。
　動電型スピーカ２０と超指向性スピーカ１０とは、動電型スピーカ２０からの音の出力方向と、超指向性スピーカ１０からの音の出力方向とが一致するように配置する。
　仮想音源の距離感の手がかり（指標）となるものにインパルス応答の直間比がある。直間比が低い動電型スピーカ２０では、受聴者Ｏは仮想音源Ｐが遠い位置にあると認識し、直間比が大きい超指向性スピーカ１０では、受聴者Ｏは仮想音源Ｐが近くにあると感じる。
　制御部３０は、入力信号に基づいて、入力信号に対応する音を出力するように、超指向性スピーカ１０と動電型スピーカ２０を制御する。
　制御部３０は、動電型スピーカ２０から受聴者Ｏまでのインパルス応答と、超指向性スピーカ１０から受聴者Ｏまでのインパルス応答とのエネルギー比を変えて直間比を制御する。そうすることで、制御部３０は、仮想音源Ｐの位置を受聴者Ｏに近づけ又は遠ざける。
　このように、受聴者Ｏと仮想音源Ｐとの距離ｒを変化させることで、仮想音源Ｐまでの距離感を、いわゆるズームインやズームアウトでき、受聴者Ｏに対して遠隔臨場感を与えることができる。
　受聴者Ｏから超指向性スピーカ１０及び動電型スピーカ２０までの距離がｄ、受聴者Ｏから仮想音源Ｐまでの距離がｒであり、すべて既知（設定値）とするとき、動電型スピーカ２０からの出力信号ｘ(t) は式(1)、超指向性スピーカ１０からの出力信号y(t)は式(2)となる。
　なお、ｔは時間、si(t)はi個目の正規化された素材音（オブジェクト）の信号（Iはオブジェクト数）、c(t)はキャリア波（超音波）の信号、α、βはそれぞれ仮想音源Ｐの位置を距離ｒに設定した際の動電型スピーカ２０の重み係数、超指向性スピーカ１０の重み係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　重み係数α、βはそれぞれ次式で算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　また、距離減衰を考慮するため、受聴者Ｏ近傍における動電型スピーカ２０の音圧レベルと、受聴者Ｏ近傍における超指向性スピーカ１０の音圧レベルとが一致するようにゲインを校正する。式(1)、式(2)の重みづけされた音源によって、超指向性スピーカ１０から受聴者Ｏまでの室内インパルス応答と、動電型スピーカ２０から受聴者Ｏまでの室内インパルス応答とが、距離ｒの位置に実音源を設置した条件と一致するようにエネルギー比を変えて直間比を合成することで、その距離ｒの位置に仮想音源Ｐを構築できる。
　図２は、本発明の第１実施例による音響システムに適した一体型スピーカを示す図である。
　本実施例による音響システムには、動電型スピーカ２０と超指向性スピーカ１０とを一つの筐体４０に配置する。
　このように、動電型スピーカ２０と超指向性スピーカ１０とを一体型スピーカとすることで、動電型スピーカ２０からの音の出力方向と、超指向性スピーカ１０からの音の出力方向とを一致させやすい。なお、図２では、超指向性スピーカ１０と動電型スピーカ２０とは上下方向に配置した構成を示しているが、左右方向に配置してもよい。超指向性スピーカ１０として、パラメトリックスピーカを用いる場合には、複数の超音波発生素子を上下方向及び左右方向にアレイ状に配列する。複数の超音波発生素子をアレイ状に配列することで、可聴領域を設定することができる。
　図３は、本発明の第２実施例による音響システムを示す概念図である。なお、第１実施例と同一機能要素については同一符号を付して説明を省略する。
　本実施例による音響システムは、動電型スピーカ２０として、少なくとも第１動電型スピーカ２０Ｒと第２動電型スピーカ２０Ｌとを有し、超指向性スピーカ１０として、少なくとも第１超指向性スピーカ１０Ｒと第２超指向性スピーカ１０Ｌとを有している。
　第１動電型スピーカ２０Ｒと第１超指向性スピーカ１０Ｒとは、第１動電型スピーカ２０Ｒからの音の出力方向と、第１超指向性スピーカ１０Ｒからの音の出力方向とが一致するように配置する。
　第２動電型スピーカ２０Ｌと第２超指向性スピーカ１０Ｌとは、第２動電型スピーカ２０Ｌからの音の出力方向と、第２超指向性スピーカ１０Ｌからの音の出力方向とが一致するように配置する。
　また第１動電型スピーカ２０Ｒ及び第１超指向性スピーカ１０Ｒからの音の第１出力方向と、第２動電型スピーカ２０Ｌ及び第２超指向性スピーカ１０Ｌからの音の第２出力方向とを、受聴者Ｏの位置で交差させる。
　第１動電型スピーカ２０Ｒと第１超指向性スピーカ１０Ｒとは、一つの筐体４０（第１筐体）に配置して一体型スピーカとし、第２動電型スピーカ２０Ｌと第２超指向性スピーカ１０Ｌとは、一つの筐体（第２筐体）に配置して一体型スピーカとすることが好ましい。
　このように、第１動電型スピーカ２０Ｒと第１超指向性スピーカ１０Ｒとを一体型スピーカとすることで、第１動電型スピーカ２０Ｒからの音の出力方向と、第１超指向性スピーカ１０Ｒからの音の出力方向とを一致させやすく、第２動電型スピーカ２０Ｌと第２超指向性スピーカ１０Ｌとを一体型スピーカとすることで、第２動電型スピーカ２０Ｌからの音の出力方向と、第２超指向性スピーカ１０Ｌからの音の出力方向とを一致させやすい。
　制御部３０は、第１動電型スピーカ２０Ｒから受聴者Ｏまでのインパルス応答と、第１超指向性スピーカ１０Ｒから受聴者Ｏまでのインパルス応答とのエネルギー比を変えて第１直間比を制御し、第２動電型スピーカ２０Ｌから受聴者Ｏまでのインパルス応答と、第２超指向性スピーカ１０Ｌから受聴者Ｏまでのインパルス応答とのエネルギー比を変えて第２直間比を制御し、第１直間比によって設定される第１出力音と、第２直間比によって設定される第２出力音とを、振幅パンニングにより制御する。従って、受聴者Ｏからの仮想音源Ｐの方位と距離とを変更することができる。このように、受聴者Ｏの両耳間レベル差と直間比を制御できるため、特に仮想音源Ｐの方位の提示性能を高めることができる。
　なお、超指向性スピーカ１０として、パラメトリックスピーカを用いることで、インパルス応答の直間比が低い動電型スピーカ２０と、インパルス応答の直間比がより高いパラメトリックスピーカとを組み合わせて振幅パンニングを行うことができる。従って、仮想音源Ｐの距離感の手がかりとなる受聴者Ｏの位置におけるインパルス応答の直間比をより精度良く制御できる。
　受聴者Ｏから第１超指向性スピーカ１０Ｒ、第２超指向性スピーカ１０Ｌ、第１動電型スピーカ２０Ｒ、及び第２動電型スピーカ２０Ｌまでの距離がｄ、第１超指向性スピーカ１０Ｒ及び第１動電型スピーカ２０Ｒの角度がθs(0°≦θs ≦90°)、第２超指向性スピーカ１０Ｌ及び第２動電型スピーカ２０Ｌの角度が－θs、受聴者Ｏから仮想音源Ｐまでの距離ｒが(0≦ｒ≦d cosθs/cosθ) 、受聴者Ｏから仮想音源Ｐの角度がθ(－θs ≦ θ ≦θs)であり、すべて既知（設定値）とするとき、第１動電型スピーカ２０Ｒ及び第２動電型スピーカ２０Ｌからの出力信号ｘb(t) は式(5)、超指向性スピーカ１０からの出力信号yb(t)は式(6)となる。
　なお、ｔは時間、b(b ∈ R , L)はR（R-ch）又はL（L-ch）の信号であることを表し、R（R-ch）又はL（L-ch）の信号xb(t)はb-chにおける動電型スピーカ２０からの出力信号、yb(t)はb-chにおける超指向性スピーカ１０からの出力信号、ｓｉ(t)はi個目の正規化された素材音（オブジェクト）の信号（Iはオブジェクト数）、c(t)はキャリア波（超音波）の信号、αbr,θ、βbr,θはそれぞれ仮想音源Ｐを位置（ｒ、θ）に設定した際の動電型スピーカ２０の重み係数、超指向性スピーカ１０の重み係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　重み係数αLr,θ、αRr,θ、βLr,θ、βRr,θはそれぞれ次式で算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　また、距離減衰を考慮するため、受聴者Ｏ近傍における動電型スピーカ２０の音圧レベルと受聴者Ｏ近傍における超指向性スピーカ１０の音圧レベルとが一致するようにゲインを校正する。式(5),(6)の重みづけされた音源によって、超指向性スピーカ１０から受聴者Ｏまでの室内インパルス応答と、動電型スピーカ２０から受聴者Ｏまでの室内インパルス応答とが、位置(r, θ)に実音源を設置した条件と一致するようにエネルギー比を変えて直間比を合成することで、その距離ｒの位置に仮想音源Ｐを構築できる。
　（評価実験）
　本発明の有効性を確認するため、実音源、比較例（EDL:2、PAL:1）、第２実施例（PDL:2）の室内インパルス応答を計測し、その直間比（DRR）と両耳間レベル差（ILD）を算出した。DRRは距離の提示性能、ILDは方位の提示性能の評価指標とした。ここで、EDL（Electro-Dynamic Loudspeaker）は動電型スピーカ、PAL（Parametric=Array Loudspeaker）はパラメトリックスピーカ、PDL（Parametric=Array/ Electro-Dynamic integarated Loudspeaker）は動電型スピーカ及びパラメトリックスピーカを示す。
　図４は本発明の第２実施例による音響システムの設定条件を示す配置図、図５は比較例による音響システムの設定条件を示す配置図、図６は実音源による音響システムの設定条件を示す配置図である。
　仮想音源と実音源はそれぞれ同一位置とし、それぞれの条件で受聴者Ｏの位置にダミーヘッド（Neumann KU-100）を設置し、室内インパルス応答をTSP法[Berkhout et al., JASA, 68(1), 179-183, 1980.]で計測した。DRR[Lu et al., IEEE ASLP, 18(7), 1793-1805, 2010.]は次式で算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　ここで、pe(n)は計測した室内インパルス応答であり、TD(= 7 ms)は直接波の信号長であり、T′は室内インパルス応答の信号長である。高DRRであるほど受聴者近傍に音像が知覚される。実音源と仮想音源のDRR誤差を計測点で平均したDRRerrorは次式で算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　ここで、M(= 9)は計測点数、DRRRm、DRRVmはそれぞれm番目の位置における実音源と仮想音源のDRRである。ILD[Watanabe et al., JASA, 122(5), 2832-2841, 2007.]は次式で算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　ここで、tは時間、pL(t)とpR(t)はそれぞれ左右の耳で計測されたインパルス応答であり、Tは残響時間である。実音源と仮想音源のILD誤差を計測点で平均したILDerrorは次式で算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　ここで、ILDRm、ILDVmはそれぞれm番目の位置における実音源と仮想音源のILDである。
　図７は距離の提示性能（DRR）の実験結果を示すグラフ、図８は方位の提示性能（ILD）の実験結果を示すグラフである。
　図７に示すように、比較例と比べて本実施例のDRRerrorは十分に小さいことから、DRR（仮想音源の距離）をよく模擬できることがわかる。
　また図８に示すように、比較例に対して本実施例のILDerrorが減少していることから、方位の提示性能を改善できることがわかる。
　これらの実験結果により、本実施例の有効性を確認した。
　なお、超指向性スピーカ１０として、アレイスピーカや曲面反射板型スピーカを用いることもできる。
　第２実施例における音響システムでは、受聴者の前方に、左右一対のスピーカを配置したが、更に受聴者の後方に、同様に左右一対のスピーカを配置することで、仮想音源Ｐを、受聴者Ｏの後方に遠ざけ、又は受聴者Ｏの後方から近づけることができる。このように、動電型スピーカ２０と超指向性スピーカ１０とを配置した一体型スピーカを、後方にも追加することで、受聴者Ｏの前方から後方にかけて仮想音源Ｐを移動させ、更には、受聴者Ｏの全周囲にわたって仮想音源Ｐを移動させることができる。
　本発明の有効性を示す他の評価実験の結果を図９から図１１を用いて説明する。
　図９は実音源による音響システムでの設定条件とインパルス応答結果を示す図、図１０は比較例（EDL:2、PAL:1）による音響システムでの設定条件とインパルス応答結果を示す図、図１１は第２実施例（PDL:2）による音響システムでの設定条件とインパルス応答結果を示す図である。
　図９に示す実音源による音響システムでは、図９（ａ）に示すように受聴者Ｏの位置から、左４５度、０．３ｍの位置に実音源を配置し、図１０に示す比較例（EDL:2、PAL:1）及び図１１に示す第２実施例（PDL:2）による音響システムでは、図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示すように受聴者Ｏの位置から、左４５度、０．３ｍの位置を仮想音源位置としている。また、いずれの場合にも受聴者Ｏの位置に、左耳用マイクロフォンと右耳用マイクロフォンを設置して計測を行った。
　実音源では、図９（ｂ）に示すようにＬｃｈのインパルス応答の振幅は大となり、図９（ｃ）に示すようにＲｃｈのインパルス応答の振幅は小となる。
　実音源に対して、比較例（EDL:2、PAL:1）では、図１０（ｂ）に示すようにＬｃｈのインパルス応答の振幅は大となるが、図１０（ｃ）に示すようにＲｃｈのインパルス応答の振幅も大となる。このように、比較例では、特に受聴者Ｏの近傍で左右のインパルス応答の振幅がほぼ同じ大きさになってしまうのは、受聴者Ｏの正面に設置したパラメトリックスピーカ（PAL）で音源を再生しているためである。
　一方で、第２実施例（PDL:2）では、図１１（ｂ）に示すようにＬｃｈのインパルス応答の振幅は大となるが、図１１（ｃ）に示すようにＲｃｈのインパルス応答の振幅は小となり、図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示す実音源に近いインパルス応答を実現できる。
　このように、第２実施例では、第１動電型スピーカ２０Ｒから受聴者Ｏまでのインパルス応答と、第１超指向性スピーカ１０Ｒから受聴者Ｏまでのインパルス応答とのエネルギー比を変えて第１直間比を制御し、第２動電型スピーカ２０Ｌから受聴者Ｏまでのインパルス応答と、第２超指向性スピーカ１０Ｌから受聴者Ｏまでのインパルス応答とのエネルギー比を変えて第２直間比を制御し、第１直間比によって設定される第１出力音と、第２直間比によって設定される第２出力音とを、振幅パンニングにより制御する。そうすることで、実音源に近いインパルス応答を実現することができる。
　VR（Virtual Reality／仮想現実）、AR（Augmented Reality／拡張現実）、又はMR（Mixed Reality／複合現実）における素材画像に対応する素材音を仮想音源として、素材画像とともに素材音を移動させることで、遠隔臨場感のリアリティを高めることができる。
　１０　　超指向性スピーカ
　１０Ｒ　第１超指向性スピーカ
　１０Ｌ　第２超指向性スピーカ
　２０　　動電型スピーカ
　２０Ｒ　第１動電型スピーカ
　２０Ｌ　第２動電型スピーカ
　３０　　制御部
　４０　　筐体
　　ｄ　　受聴者から超指向性スピーカ及び動電型スピーカまでの距離
　　Ｏ　　受聴者
　　Ｐ　　仮想音源
　　ｒ　　受聴者から仮想音源までの距離

Claims (5)

  1. 　動電型スピーカと超指向性スピーカとを用い、
    受聴者からの仮想音源の位置を制御部で制御する音響システムであって、
    前記動電型スピーカとして、
    少なくとも第１動電型スピーカと第２動電型スピーカとを有し、
    前記超指向性スピーカとして、
    少なくとも第１超指向性スピーカと第２超指向性スピーカとを有し、
    前記第１動電型スピーカからの音の出力方向と、前記第１超指向性スピーカからの音の出力方向とが一致するように、前記第１動電型スピーカと前記第１超指向性スピーカとを配置し、
    前記第２動電型スピーカからの音の出力方向と、前記第２超指向性スピーカからの音の出力方向とが一致するように、前記第２動電型スピーカと前記第２超指向性スピーカとを配置し、
    前記第１動電型スピーカ及び前記第１超指向性スピーカからの前記音の第１出力方向と、前記第２動電型スピーカ及び前記第２超指向性スピーカからの前記音の第２出力方向とを、前記受聴者の位置で交差させ、
    前記制御部は、
    前記第１動電型スピーカから前記受聴者までのインパルス応答と、前記第１超指向性スピーカから前記受聴者までのインパルス応答とのエネルギー比を変えて第１直間比を制御し、
    前記第２動電型スピーカから前記受聴者までのインパルス応答と、前記第２超指向性スピーカから前記受聴者までのインパルス応答とのエネルギー比を変えて第２直間比を制御し、
    前記第１直間比によって設定される第１出力音と、前記第２直間比によって設定される第２出力音とを振幅パンニングにより制御することで、前記受聴者からの前記仮想音源の方位と距離とを変更する
    ことを特徴とする音響システム。
  2. 　前記第１動電型スピーカと前記第１超指向性スピーカとを第１筐体に配置し、
    前記第２動電型スピーカと前記第２超指向性スピーカとを第２筐体に配置する
    ことを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
  3. 　動電型スピーカと超指向性スピーカとを用い、
    受聴者からの仮想音源の位置を制御部で制御する音響システムであって、
    前記動電型スピーカからの音の出力方向と、前記超指向性スピーカからの音の出力方向とが一致するように、前記動電型スピーカと前記超指向性スピーカとを配置し、
    前記制御部は、前記動電型スピーカから前記受聴者までのインパルス応答と、前記超指向性スピーカから前記受聴者までのインパルス応答とのエネルギー比を変えて直間比を制御することで、前記仮想音源の前記位置を前記受聴者に近づけ又は遠ざける
    ことを特徴とする音響システム。
  4. 　前記動電型スピーカと前記超指向性スピーカとを一つの筐体に配置する
    ことを特徴とする請求項３に記載の音響システム。
  5. 　前記超指向性スピーカとして、パラメトリックスピーカを用いる
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の音響システム。
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WO2022181678A1 (ja) * 2021-02-25 2022-09-01 学校法人大阪産業大学 音響システム

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004527968A (ja) * 2001-05-07 2004-09-09 アメリカン・テクノロジー・コーポレーション パラメトリックバーチャルスピーカー及びサラウンド音響システム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004527968A (ja) * 2001-05-07 2004-09-09 アメリカン・テクノロジー・コーポレーション パラメトリックバーチャルスピーカー及びサラウンド音響システム

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IKEFUJI DAISUKE, KURIMOTO SOTA, NAKAYAMA MASATO, NISHIURA TAKANOBU: "Auditory Distance Perception with Combination of Parametric and Dynamic Loudspeakers", PROCEEDINGS OF NCSP, vol. 13, 2013, pages 532 - 535, XP055843732 *
KURIMOTO, S. ET AL.: "Examination of distance control parameters of sound images by using parametric and nonparametric speaker together", LECTURE PROCEEDINGS OF 2012 SPRING RESEARCH CONFERENCE OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF JAPAN CD-ROM [ CD-ROM, 6 March 2012 (2012-03-06), pages 787 - 788 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022181678A1 (ja) * 2021-02-25 2022-09-01 学校法人大阪産業大学 音響システム

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