JP5567997B2 - 音響信号比較装置およびそのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、異なる音響システムの音響信号を再生することなく客観的に比較する音響信号比較装置およびそのプログラムに関する。

従来、スピーカ数（チャンネル数）やスピーカ位置の異なる音響システム間で再生された音の違いを評価するためには、音響信号を実際に再生して評価を行っていた。具体的には、各音響システムにおける適切な受音点（受音位置）にダミーヘッドなどの収音装置を配置し、その収音装置で得られた信号から、両耳間相関関数（ＩＡＣＣ：InterAural Cross Correlation）、両耳間時間差（ＩＴＤ：Interaural Time Difference）、両耳間レベル差（ＩＬＤ：interaural level difference）などの音の空間的性質を表すパラメータを求め、それぞれのパラメータを比較する方法が一般的であった（例えば、特許文献１参照）。

また一方で、受音点に入射する音の方向性を表現する方法として、アンビソニックス（Ambisonics）が知られている。このアンビソニックスは、音の方向性を利用した音響信号の符号化／復号方式を定めたもので、高次のアンビソニックス（ＨＯＡ：Higher-Order Ambisonics）は、音の方向性を、球面調和関数展開して表現している（例えば、非特許文献１，２参照）。

特開２００４−２９４４４４号公報

M. A. Gerzon, "Periphony: With-Height Sound Reproduction." Journal of the Audio Engineering Society, vol.21, no.1, pp.2-10, 1973. R. Nicol and M. Emerit, "3D-sound reproduction over an extensive listening area: a hybrid method derived from holophony and ambisonic", Proc. AES 16th International Conference on Spatial Sound Reproduction, 1999.

前記した両耳間相関関数などによって実際に音響信号を再生して比較する方法は、収音系を通して得られる結果を判定することになる。この場合、ダミーヘッドの設置位置、設置方向、あるいは、収音に用いるマイクロホンの特性など、収音系によって結果が異なってしまう。また、従来の手法は、音響信号を再生する再生システムにおけるスピーカなどのデバイス特性によっても、結果が異なってしまう。そのため、従来の手法では、音響信号の比較を正確に行うことができないという問題がある。

また、アンビソニックスのような音の方向性を表現することが可能な符号化／復号方式で音響信号を表現する場合、チャンネル数やスピーカ位置の異なる音響システム間で、音の方向性を一致させることは可能である。しかし、アンビソニックスは、音の方向性を均等に表現する枠組みを提供するだけであって、スピーカが均等に配置された状況でしか音響信号を符号化／復号することができない。すなわち、例えば、５．１チャンネルサラウンドシステム、２２．２マルチチャンネル音響システムなどのように、前方に多くのスピーカを集中して配置するような音響システムにおいては、少ないパラメータ数で音の方向性を表現することができない。そのため、５．１ｃｈサラウンド、２２．２マルチチャンネル音響などの音響システムでは、現実的には実際の再生音で音響信号を比較することしかできず、前記したような問題が存在していた。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、スピーカが均等に配置されていない音響システムであっても、音響信号を再生することなく客観的に音響信号を比較することが可能な音響信号比較装置およびそのプログラムを提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するために創案されたものである。まず、請求項１に記載の音響信号比較装置は、第１音響システムの音響信号を、チャンネル数が異なる第２音響システムの音響信号に変換して音響信号の比較を行う音響信号比較装置であって、スピーカ配置情報記憶手段と、音響信号変換手段と、指向性関数生成手段と、第１方向別音響成分計算手段と、第２方向別音響成分計算手段と、音響成分差分計算手段と、を備える構成とした。

かかる構成において、音響信号比較装置は、スピーカ配置情報記憶手段に第１音響システムおよび第２音響システムのそれぞれのチャンネル数に対応したスピーカ配置情報を予め記憶しておく。このスピーカ配置情報は、各音響システムの仮想の受音点（仮想受音点）を基準としたスピーカの位置を特定するための情報である。

そして、音響信号比較装置は、音響信号変換手段によって、第１音響システムの音響信号である第１音響信号を、予め定めた変換行列により、第２音響システムの音響信号である第２音響信号に変換する。これによって、第２音響信号は、第１音響信号と同一の音源から生成したスピーカ配置のみが異なる信号として生成されることになる。
なお、この変換行列は、例えば、２２チャンネルの音響信号を８チャンネルの音響信号に変換するようなチャンネル数を減少させるダウンミックスの変換行列であってもよいし、その逆のチャンネル数を増加させるアップミックスの変換行列であってもよい。すなわち、この変換行列には、比較を行いたい音響システムのチャンネル数に応じた行列を用いればよい。

そして、音響信号比較装置は、指向性関数生成手段によって、仮想受音点からの比較を行いたい音の指向の主方向を基準方向として入力し、当該基準方向を主軸とした指向性関数を生成する。この基準方向は、仮想受音点からの音の指向を予め定めた方向で比較するための基準となる方向であって、比較を行いたい方向として外部から入力するものである。また、この基準方向を主軸とする指向性関数を生成することで、音響信号を数値化して比較することが可能になる。

そして、音響信号比較装置は、第１方向別音響成分計算手段によって、第１音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、第１音響信号の音響成分を指向性関数により計算し、基準方向に投影することで、第１音響信号の基準方向の成分を計算する。これによって、第１音響システムの複数のスピーカ方向からの音響成分が、基準方向である指向性関数の主軸方向に一元化されることになる。

また、音響信号比較装置は、第２方向別音響成分計算手段によって、第２音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、第２音響信号の音響成分を指向性関数により計算し、基準方向に投影することで、第２音響信号の基準方向の成分を計算する。これによって、第２音響システムの複数のスピーカ方向からの音響成分が、基準方向である指向性関数の主軸方向に一元化されることになる。
そして、音響信号比較装置は、音響成分差分計算手段によって、第１音響信号の基準方向の成分と、第２音響信号の基準方向の成分との差分を比較結果として計算する。

また、請求項２に記載の音響信号比較装置は、同一の音源から生成した、チャンネル数の異なる第１音響システムと第２音響システムの音響信号を比較する音響信号比較装置であって、スピーカ配置情報記憶手段と、指向性関数生成手段と、第１方向別音響成分計算手段と、第２方向別音響成分計算手段と、音響成分差分計算手段と、を備える構成とした。

かかる構成において、音響信号比較装置は、スピーカ配置情報記憶手段に第１音響システムおよび第２音響システムのそれぞれのチャンネル数に対応したスピーカ配置情報を予め記憶しておく。
そして、音響信号比較装置は、指向性関数生成手段によって、仮想受音点からの比較を行いたい音の指向の主方向を基準方向として入力し、当該基準方向を主軸とした指向性関数を生成する。

そして、音響信号比較装置は、第１方向別音響成分計算手段によって、第１音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、第１音響システムの音響信号である第１音響信号の音響成分を指向性関数により計算し、基準方向に投影することで、第１音響信号の基準方向の成分を計算する。

また、音響信号比較装置は、第２方向別音響成分計算手段によって、第２音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、第２音響システムの音響信号である第２音響信号の音響成分を指向性関数により計算し、基準方向に投影することで、第２音響信号の基準方向の成分を計算する。
そして、音響信号比較装置は、音響成分差分計算手段によって、第１音響信号の基準方向の成分と、第２音響信号の基準方向の成分との差分を比較結果として計算する。

さらに、請求項３に記載の音響信号比較装置は、請求項１または請求項２に記載の音響信号比較装置において、第１方向別音響成分計算手段および第２方向別音響成分計算手段が、指向性関数により計算したスピーカの方向ごとの関数値からなる方向性ベクトルと、チャンネルごとの音響信号からなる信号ベクトルとの内積により、基準方向の成分を計算する構成とした。

かかる構成において、音響信号比較装置は、第１方向別音響成分計算手段および第２方向別音響成分計算手段において、方向性ベクトルと信号ベクトルとの内積により、信号ベクとの各成分であるチャンネルごとの音響信号が基準方向に投影されることになる。

また、請求項４に記載の音響信号比較プログラムは、第１音響システムの音響信号を、チャンネル数が異なる第２音響システムの音響信号に変換して音響信号の比較を行うために、コンピュータを、音響信号変換手段、指向性関数生成手段、第１方向別音響成分計算手段、第２方向別音響成分計算手段、音響成分差分計算手段、として機能させる構成とした。

かかる構成において、音響信号比較プログラムは、音響信号変換手段によって、第１音響システムの音響信号である第１音響信号を、予め定めた変換行列により、第２音響システムの音響信号である第２音響信号に変換する。
そして、音響信号比較プログラムは、指向性関数生成手段によって、仮想受音点からの比較を行いたい音の指向の主方向を基準方向として入力し、当該基準方向を主軸とした指向性関数を生成する。

そして、音響信号比較プログラムは、第１方向別音響成分計算手段によって、スピーカ配置情報記憶手段に予め記憶されている第１音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、第１音響信号の音響成分を指向性関数により計算し、基準方向に投影することで、第１音響信号の基準方向の成分を計算する。

また、音響信号比較プログラムは、第２方向別音響成分計算手段によって、スピーカ配置情報記憶手段に予め記憶されている第２音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、第２音響信号の音響成分を指向性関数により計算し、基準方向に投影することで、第２音響信号の基準方向の成分を計算する。
そして、音響信号比較プログラムは、音響成分差分計算手段によって、第１音響信号の基準方向の成分と、第２音響信号の基準方向の成分との差分を比較結果として計算する。

また、請求項５に記載の音響信号比較プログラムは、同一の音源から生成した、チャンネル数の異なる第１音響システムと第２音響システムの音響信号を比較するために、コンピュータを、指向性関数生成手段、第１方向別音響成分計算手段、第２方向別音響成分計算手段、音響成分差分計算手段、として機能させる構成とした。
かかる構成において、音響信号比較プログラムは、指向性関数生成手段によって、仮想受音点からの比較を行いたい音の指向の主方向を基準方向として入力し、当該基準方向を主軸とした指向性関数を生成する。

そして、音響信号比較プログラムは、第１方向別音響成分計算手段によって、スピーカ配置情報記憶手段に予め記憶されている第１音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、第１音響システムの音響信号である第１音響信号の音響成分を指向性関数により計算し、基準方向に投影することで、第１音響信号の基準方向の成分を計算する。

また、音響信号比較プログラムは、第２方向別音響成分計算手段によって、スピーカ配置情報記憶手段に予め記憶されている第２音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、第２音響システムの音響信号である第２音響信号の音響成分を指向性関数により計算し、基準方向に投影することで、第２音響信号の基準方向の成分を計算する。
そして、音響信号比較プログラムは、音響成分差分計算手段によって、第１音響信号の基準方向の成分と、第２音響信号の基準方向の成分との差分を比較結果として計算する。

本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
請求項１，２，４，５に記載の発明によれば、異なるチャンネル数の音響システムについて、音響信号を再生することなく、数値として客観的に比較することができる。また、請求項１，２，４，５に記載の発明によれば、ある方向を基準として音響信号を比較するため、スピーカが均等に配置されていない音響システムであっても同一の基準で音響信号を比較することができる。

さらに、請求項１，４に記載の発明によれば、第２音響システムのスピーカ配置を特定すれば、第２音響システムの音響信号が存在していなくても、第１音響システムの音響信号から第２音響システムの音響信号を生成して比較することができるため、本発明は、第２音響システムのスピーカ配置を設計する際に利用することができる。
また、請求項２，５に記載の発明によれば、同一の音源から生成した既存の音響信号を、再生することなく、客観的に比較することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、内積演算により、基準方向に投影した同一基準の成分によって、異なるチャンネル数の音響システムの音響信号を比較することができ、音響信号を、再生することなく客観的に比較することができる。

本発明の実施形態に係る音響信号比較装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る音響信号比較装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る音響信号比較装置の指向性関数生成手段が生成する指向性関数の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る音響信号比較装置の指向性関数生成手段が生成する指向性関数の他の例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る音響信号比較装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［音響信号比較装置の構成］
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る音響信号比較装置１の構成について説明する。音響信号比較装置１は、ある音響システム（第１音響システム）の音響信号（第１音響信号）を、チャンネル数やスピーカ位置が異なる音響システム（第２音響システム）の音響信号（第２音響信号）に変換した際の変換前と変換後の音響成分の差を求めることで、各音響システムの音の空間的な比較を行うものである。

なお、この実施形態においては、音響信号比較装置１は、２２．２マルチチャンネル音響システム（第１音響システム）における超低音域専用のチャネル（ＬＦＥ：Low Frequency Effect）を除いた２２チャンネルの音響信号（第１音響信号）を、あるスピーカ配置を有する８チャンネル音響システム（第２音響システム）の音響信号（第２音響信号）に変換する場合を例に説明する。

ここでは、音響信号比較装置１は、スピーカ配置情報記憶手段１０（１０_１，１０_２）と、基準方向入力手段２０と、音響信号入力手段３０と、音響信号変換手段４０と、指向性関数生成手段５０と、方向別音響成分計算手段６０（６０_１，６０_２）と、音響成分差分計算手段７０と、比較結果出力手段８０と、を備えている。

スピーカ配置情報記憶手段１０（１０_１，１０_２）は、音響システムのスピーカ配置情報を予め記憶するものである。このスピーカ配置情報記憶手段１０は、半導体メモリ等の一般的な記憶媒体である。なお、スピーカ配置情報は、音響システムのスピーカ配置を特定する情報であって、具体的には、チャンネル数、スピーカ位置である。このスピーカ位置は、ある仮想の受音点（仮想受音点；音響信号の比較を行う基準位置）を基準としたスピーカの位置であって、ここでは、仮想受音点（以下、単に受音点という）からのスピーカの方向（方位角、仰角）とする。

ここでは、スピーカ配置情報記憶手段１０_１には、第１音響システムのチャンネル数に対応したスピーカ配置情報を記憶しておくこととする。すなわち、スピーカ配置情報記憶手段１０_１には、チャンネル数として“２２”、そのチャンネル数に応じたスピーカの方向として方位角θ_ｉ（ｉ＝１，…，２２）、仰角φ_ｉ（ｉ＝１，…，２２）を予め記憶しておく。

また、スピーカ配置情報記憶手段１０_２には、第２音響システムのチャンネル数に対応したスピーカ配置情報を記憶しておくこととする。すなわち、スピーカ配置情報記憶手段１０_２には、チャンネル数として“８”、そのチャンネル数に応じたスピーカの方向として方位角θ_ｉ（ｉ＝１，…，８）、仰角φ_ｉ（ｉ＝１，…，８）を予め記憶しておく。

なお、ここでは、スピーカ配置情報記憶手段１０を、第１音響システム用のスピーカ配置情報記憶手段１０_１と、第２音響システム用のスピーカ配置情報記憶手段１０_２とで個別に設けたが、１つの記憶手段に領域を区分して記憶することとしてもよい。

基準方向入力手段２０は、受音点において比較を行いたい音の指向の主方向（基準方向）を外部から入力するものである。この基準方向は、後記する指向性関数生成手段５０において生成される指向性関数の主軸の方向（主軸方向）を示すものであって、方位角θ_０と、仰角φ_０として入力されるものとする。

この入力された基準方向は、指向性関数生成手段５０に出力され、受音点から指定された方向において、音響信号間で音響成分の差が生ずるか否かを比較するための基準の方向として使用される。例えば、受音点から正面方向に対する音響信号の成分の比較を行いたい場合、基準方向として、方位角“０°”と、仰角“０°”を入力すればよい。なお、複数の方向において、比較を行いたい場合、基準方向を複数入力することとする。

音響信号入力手段３０は、第１音響システム用の音響信号ｓ（ｔ）を外部から入力するものである。この音響信号入力手段３０に入力される音響信号ｓ（ｔ）は、ｓ_１（ｔ），ｓ_２（ｔ），…，ｓ_２２（ｔ）といったチャンネルごとの音響信号である。この入力された音響信号ｓ（ｔ）は、音響信号変換手段４０と、方向別音響成分計算手段６０_１とに出力される。なお、音響信号入力手段３０は、図示を省略した記憶手段に音響信号ｓ（ｔ）を逐次蓄積し、後記する音響信号変換手段４０において生成される第２音響信号ｑ（ｔ）の時刻ｔに同期して、音響信号ｓ（ｔ）を音響信号変換手段４０に出力することとする。

音響信号変換手段４０は、第１音響信号を第２音響信号に変換するものである。すなわち、音響信号変換手段４０は、音響信号入力手段３０で入力された第１音響信号ｓ（ｔ）を、チャンネル数の異なる第２音響システムの音響信号である第２音響信号ｑ（ｔ）に変換するものである。この変換された第２音響信号ｑ（ｔ）は、方向別音響成分計算手段６０_２に出力される。

ここでは、音響信号変換手段４０は、第１音響信号である２２チャンネルの音響信号ｓ（ｔ）（ｓ_１（ｔ），ｓ_２（ｔ），…，ｓ_２２（ｔ））を、第２音響信号として８チャンネルの音響信号ｑ（ｔ）（ｑ_１（ｔ），ｑ_２（ｔ），…，ｑ_８（ｔ））に変換（ダウンミックス）する。

なお、この音響信号の変換は、従来の一般的な手法を用いればよい。例えば、特開２００９−２１８６５５号公報に記載されているように、第１音響信号の物理量を成分とする音場ベクトルと、第２音響信号の物理量を成分とする音場ベクトルとの二乗誤差が最小となる変換行列Ｗ（（１）式）を求め、（２）式の行列演算を行うことで、音響信号ｓ_１（ｔ），ｓ_２（ｔ），…，ｓ_２２（ｔ）を、音響信号ｑ_１（ｔ），ｑ_２（ｔ），…，ｑ_８（ｔ）に変換する。

なお、ここでは、ｍ＝８、ｎ＝２２である。この変換行列Ｗは、事前に求めておき、記憶手段（例えば、スピーカ配置情報記憶手段１０_２）に記憶しておく。

指向性関数生成手段５０は、基準方向入力手段２０で入力された基準方向（方位角θ_０、仰角φ_０）を主軸とする指向性関数Ψ（θ，φ）を生成するものである。
この指向性関数生成手段５０は、基準方向として指定された主軸方向（方位角θ_０、仰角φ_０）を定数、スピーカ方向（方位角θ、仰角φ）を変数とした指向性関数を生成する。この生成された指向性関数は、方向別音響成分計算手段６０（６０_１，６０_２）に出力される。

例えば、指向性関数生成手段５０は、図３に示すような指向性関数を生成する。なお、図３（ａ）は、３次元空間の指向性関数をｘｙ平面で表したものであり、図３（ｂ）は、その指向性関数をｘｚ平面で表したものである。この図３に示した指向性関数は、１次球面調和関数を３次元方向に拡張したもので、方位角θ_０、仰角φ_０の方向に主軸を持つ以下の（３）式で表される関数である。

方向別音響成分計算手段６０（６０_１，６０_２）は、スピーカ配置情報記憶手段１０に記憶されているスピーカ配置情報に基づいて、受音点からのスピーカの方向ごとに、音響信号の音響成分を指向性関数により計算し、基準方向（指向性関数の主軸方向〔方位角θ_０、仰角φ_０〕）に投影することで、音響信号の基準方向の成分を計算するものである。ここでは、方向別音響成分計算手段６０は、対象とする音響信号（第１音響信号、第２音響信号）ごとに個別に成分を計算する方向別音響成分計算手段６０_１と、方向別音響成分計算手段６０_２とで構成している。

方向別音響成分計算手段（第１方向別音響成分計算手段）６０_１は、音響信号入力手段３０を介して入力される第１音響信号に対して、指向性関数生成手段５０で生成された指向性関数の主軸方向の成分を計算するものである。

ここで、スピーカ配置情報記憶手段１０_１に記憶されているスピーカ方向（θ_ｉ，φ_ｉ），（ｉ＝１，…，２２）について、ベクトル（方向性ベクトル）δ（θ_０，φ_０）を、指向性関数生成手段５０で生成された指向性関数により以下の（４）式で表す。

すると、主軸方向（方位角θ_０、仰角φ_０）の音響信号の成分ｙ_ｓ（ｔ）は、以下の（５）式に示すように、方向性ベクトルδ（θ_０，φ_０）と、２２チャンネルの音響信号の信号ベクトルｓ（ｔ）との内積で表すことができる。なお、Ｔは転置を示す。

すなわち、方向別音響成分計算手段６０_１は、以下の（６）式により、指定された方位角θ_０、仰角φ_０の音響信号の成分ｙ_ｓ（ｔ）を計算する。

このように、方向別音響成分計算手段６０_１は、指向性関数の主軸方向である方位角θ_０、仰角φ_０に対する音響信号の成分ｙ_ｓ（ｔ）を計算する。この方向別音響成分計算手段６０_１で計算された音響信号の成分ｙ_ｓ（ｔ）は、音響成分差分計算手段７０に出力される。

方向別音響成分計算手段（第２方向別音響成分計算手段）６０_２は、音響信号変換手段４０で変換された第２音響信号に対して、指向性関数生成手段５０で生成された指向性関数の主軸方向の成分を計算するものである。

ここで、スピーカ配置情報記憶手段１０_２に記憶されているスピーカ方向（θ_ｉ，φ_ｉ），（ｉ＝１，…，８）について、ベクトル（方向性ベクトル）δ′（θ_０′，φ_０′）を、指向性関数生成手段５０で生成された指向性関数により以下の（７）式で表す。

すると、主軸方向（方位角θ_０、仰角φ_０）の音響信号の成分ｙ_ｑ（ｔ）は、以下の（８）式に示すように、方向性ベクトルδ′（θ_０′，φ_０′）と、８チャンネルの音響信号の信号ベクトルｑ（ｔ）との内積で表すことができる。

すなわち、方向別音響成分計算手段６０_２は、以下の（９）式により、指定された方位角θ_０、仰角φ_０の音響信号の成分ｙ_ｑ（ｔ）を計算する。

このように、方向別音響成分計算手段６０_２は、指向性関数の主軸方向である方位角θ_０、仰角φ_０に対する音響信号の成分ｙ_ｑ（ｔ）を計算する。この方向別音響成分計算手段６０_２で計算された音響信号の成分ｙ_ｑ（ｔ）は、音響成分差分計算手段７０に出力される。

音響成分差分計算手段７０は、方向別音響成分計算手段６０（６０_１，６０_２）で計算された第１音響信号における指向性関数の主軸方向の成分ｙ_ｓ（ｔ）と、第２音響信号における指向性関数の主軸方向の成分ｙ_ｑ（ｔ）との差分を比較結果として計算するものである。
この音響成分差分計算手段７０における各成分の差は、一般的な差分演算により求めることができる。例えば、音響成分差分計算手段７０は、以下の（１０）式に示すように、予め定めた比較時間である長さＴの時間区間において平均（ここでは、平均二乗誤差）ｅ（Ｔ）を計算する。

これによって、音響成分差分計算手段７０は、第１音響信号ｓ（ｔ）と第２音響信号ｑ（ｔ）の方向（θ_０，φ_０）に対する音響成分の差を求めることができる。
なお、この（１０）式は、以下の（１１）式で表すことができ、音響信号比較装置１は、全体として（１１）式の演算により２つの音響信号の成分差を求めていることになる。

この音響成分差分計算手段７０によって計算された音響成分の差ｅ（Ｔ）は、比較結果出力手段８０に出力される。

比較結果出力手段８０は、音響成分差分計算手段７０で計算された比較結果（音響成分の差ｅ（Ｔ））を、外部に出力するものである。
この比較結果出力手段８０は、例えば、ある測定時間Ｔにおける比較結果を数値データとして出力する。あるいは、比較結果出力手段８０は、ある測定時間を予め定めた時間窓で区切って、その時間窓ごとの比較結果をグラフ化して出力することとしてもよい。
また、比較結果出力手段８０は、比較結果を後で解析できるように、図示を省略した記憶手段に書き込み蓄積することとしてもよい。

以上説明したように音響信号比較装置１を構成することで、音響信号比較装置１は、受音点における指定された基準方向（指向性関数の主軸方向）の音響信号の成分を基準として、２つの音響信号を比較することができる。これによって、音響信号比較装置１は、スピーカが均等に配置されていない音響システムであっても、音響信号を再生することなく客観的に音響信号を比較することができる。

［音響信号比較装置の動作］
次に、図２を参照（構成については適宜図１参照）して、本発明の実施形態に係る音響信号比較装置１の動作について説明する。
なお、スピーカ配置情報記憶手段１０（１０_１，１０_２）には、第１音響システムのチャンネル数に対応したスピーカ位置（方向）、第２音響システムのチャンネル数に対応したスピーカ位置（方向）が予め記憶されているものとする。

まず、音響信号比較装置１は、基準方向入力手段２０によって、受音点において比較を行いたい音の指向の主方向（基準方向：方位角θ_０、仰角φ_０）を入力する（ステップＳ１）。

そして、音響信号比較装置１は、指向性関数生成手段５０によって、ステップＳ１で入力された基準方向（方位角θ_０、仰角φ_０）を主軸の方向とする指向性関数を生成する（ステップＳ２）。例えば、指向性関数生成手段５０は、図３に示す指向性関数Ψ（θ，φ）（前記（３）式参照）を生成する。
その後、音響信号比較装置１は、音響信号入力手段３０によって、第１音響システム用の音響信号である第１音響信号ｓ（ｔ）を入力する（ステップＳ３）。

そして、音響信号比較装置１は、音響信号変換手段４０によって、ステップＳ３で入力された第１音響信号ｓ（ｔ）を、予め定めた変換行列Ｗにより、チャンネル数の異なる第２音響システム用の音響信号である第２音響信号に変換する（ステップＳ４）。すなわち、音響信号変換手段４０は、前記（２）式により、第１音響信号である２２チャンネルの音響信号ｓ_１（ｔ），ｓ_２（ｔ），…，ｓ_２２（ｔ）を、第２音響信号である８チャンネルの音響信号ｑ_１（ｔ），ｑ_２（ｔ），…，ｑ_８（ｔ）に変換する。

そして、音響信号比較装置１は、方向別音響成分計算手段６０（６０_１，６０_２）によって、第１音響信号と第２音響信号について、それぞれ、ステップＳ２で生成された指向性関数により、指向性関数の主軸方向（方位角θ_０、仰角φ_０）に対する音響信号の成分を計算する（ステップＳ５）。

すなわち、音響信号比較装置１は、方向別音響成分計算手段６０_１によって、スピーカ配置情報記憶手段１０_１に記憶されているスピーカ方向（θ_ｉ，φ_ｉ），（ｉ＝１，…，２２）と、ステップＳ２で生成された指向性関数Ψ（θ，φ）とに基づいて、前記（６）式により、ステップＳ３で入力された第１音響信号ｓ（ｔ）（ｓ_１（ｔ），ｓ_２（ｔ），…，ｓ_２２（ｔ））における指向性関数の主軸方向の成分ｙ_ｓ（ｔ）を計算する。

また、音響信号比較装置１は、方向別音響成分計算手段６０_２によって、スピーカ配置情報記憶手段１０_２に記憶されているスピーカ方向（θ_ｉ，φ_ｉ），（ｉ＝１，…，８）と、ステップＳ２で生成された指向性関数Ψ（θ，φ）とに基づいて、前記（９）式により、ステップＳ４で変換された第２音響信号ｑ（ｔ）（ｑ_１（ｔ），ｑ_２（ｔ），…，ｑ_８（ｔ））における指向性関数の主軸方向の成分ｙ_ｑ（ｔ）を計算する。

その後、音響信号比較装置１は、音響成分差分計算手段７０によって、ステップＳ５で計算された第１音響信号における主軸方向の成分ｙ_ｓ（ｔ）と、第２音響信号における指向性関数の主軸方向の成分ｙ_ｑ（ｔ）との差分を計算する（ステップＳ６）。

そして、音響信号比較装置１は、比較結果出力手段８０によって、ステップＳ６で計算された各信号における主軸方向の成分の差分を第１音響信号と第２音響信号との比較結果として外部に出力する（ステップＳ７）。
これによって、音響信号比較装置１は、異なるチャンネル数の音響システム間で、音響信号を再生することなく、指向性の主方向である主軸を基準として、客観的に音響信号を比較することができる。

以上、本発明の実施形態に係る音響信号比較装置１について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
ここでは、指向性関数生成手段５０は、図３に示した指向性関数を生成することとしたが、球面調和関数そのものではない図４のような指向性関数を生成することとしてもよい。図４（ａ）は、３次元空間の指向性関数をｘｙ平面で表したものであり、図４（ｂ）は、その指向性関数をｘｚ平面で表したものである。
この場合、指向性関数生成手段５０は、方位角θ_０、仰角φ_０の方向に主軸を持つ指向性関数として、以下の（１２）式で表される関数を生成する。

これによって、ある受音点から一方向のみ（例えば、前方方向のみ）について、音響信号の比較を行うことができる。

また、ここでは、基準方向入力手段２０で、１つの方向のみを入力することとしたが、複数の基準方向をベクトルとして入力することとしてもよい。
この場合、指向性関数生成手段５０は、基準方向の数に応じて複数の指向性関数を生成する。また、方向別音響成分計算手段６０は、それぞれ複数の指向性関数を用いて、複数の主軸方向の音響成分を計算する。そして、音響成分差分計算手段７０は、複数の主軸方向に対して、それぞれ差分を計算する。

このように、複数の基準方向（主軸方向）によって差分を計算することで、それぞれの方向が、予め３次元空間での音の到来方向を代表する方向として既知であれば、音響信号比較装置１は、当該３次元空間における第１音響システムの音響信号と、第２音響システムの音響信号との再生音の方向性の誤差を求めることができる。

また、ここでは、音響信号変換手段４０が、ダウンミックスによって、チャンネル数の少ない音響システムに変換する例を示したが、その逆に、アップミックスを行い、チャンネル数の多い音響システムに変換することで、異なる音響システムの音響信号を比較することとしてもよい。

また、ここでは、音響信号変換手段４０が、第１音響信号から変換行列Ｗを用いて第２音響信号を生成することとしたが、同じ音源から生成したチャンネル数の異なる音響信号が存在する場合、必ずしも音響信号変換手段４０を備える必要はない。
この場合、音響信号比較装置１の他の構成として、図５に示すような音響信号比較装置１Ｂとして構成してもよい。

図５に示した音響信号比較装置１Ｂは、図１に示した音響信号比較装置１から、音響信号変換手段４０を構成から省き、第２音響システムの音響信号である第２音響信号ｑ（ｔ）を入力する音響信号入力手段３０_２を備える構成としている。この音響信号入力手段３０_２は、入力した第２音響信号ｑ（ｔ）を方向別音響成分計算手段６０_２に出力する。

なお、音響信号変換手段４０を構成から省いたことに伴い、第１音響信号ｓ（ｔ）を入力する音響信号入力手段３０_１（３０）は、入力した第１音響信号ｓ（ｔ）を方向別音響成分計算手段６０_１のみに出力する。
これ以外の構成は、図１で示した音響信号比較装置１の構成と同一であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
もちろん、音響信号変換手段４０と音響信号入力手段３０_２とを両方備え、用途に応じて適宜切り換えて動作させる構成としてもよい。

また、音響信号比較装置１Ｂの動作は、図２で説明した音響信号比較装置１の動作に比べ、ステップＳ４において、音響信号入力手段３０_２によって、第２音響信号を入力する点が主に異なるだけであるため、図示による説明を省略する。
このように、音響信号比較装置１Ｂは、チャンネル数の異なる音響システム用の既存の音響信号を、再生することなく客観的に比較することができる。

以上、本発明の実施形態に係る音響信号比較装置１（図１），１Ｂ（図５）について説明したが、これらは、一般的なＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどで構成することができ、コンピュータを、前記した各手段として機能させるプログラム（音響信号比較プログラム）で動作させることができる。

１、１Ｂ 音響信号比較装置
１０（１０_１） スピーカ配置情報記憶手段
１０（１０_２） スピーカ配置情報記憶手段
２０ 基準方向入力手段
３０（３０_１） 音響信号入力手段
３０（３０_２） 音響信号入力手段
４０ 音響信号変換手段
５０ 指向性関数生成手段
６０（６０_１） 方向別音響成分計算手段（第１方向別音響成分計算手段）
６０（６０_２） 方向別音響成分計算手段（第２方向別音響成分計算手段）
７０ 音響成分差分計算手段
８０ 比較結果出力手段

Claims (5)

1. 第１音響システムの音響信号を、チャンネル数が異なる第２音響システムの音響信号に変換して音響信号の比較を行う音響信号比較装置であって、
   前記第１音響システムおよび前記第２音響システムのそれぞれのチャンネル数に対応したスピーカ配置情報を予め記憶するスピーカ配置情報記憶手段と、
   前記第１音響システムの音響信号である第１音響信号を、予め定めた変換行列により、前記第２音響システムの音響信号である第２音響信号に変換する音響信号変換手段と、
   仮想受音点からの比較を行いたい音の指向の主方向を基準方向として入力し、当該基準方向を主軸とした指向性関数を生成する指向性関数生成手段と、
   前記第１音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、前記仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、前記第１音響信号の音響成分を前記指向性関数により計算し、前記基準方向に投影することで、前記第１音響信号の前記基準方向の成分を計算する第１方向別音響成分計算手段と、
   前記第２音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、前記仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、前記第２音響信号の音響成分を前記指向性関数により計算し、前記基準方向に投影することで、前記第２音響信号の前記基準方向の成分を計算する第２方向別音響成分計算手段と、
   前記第１音響信号の前記基準方向の成分と、前記第２音響信号の前記基準方向の成分との差分を比較結果として計算する音響成分差分計算手段と、
   を備えることを特徴とする音響信号比較装置。
2. 同一の音源から生成した、チャンネル数の異なる第１音響システムと第２音響システムの音響信号を比較する音響信号比較装置であって、
   前記第１音響システムおよび前記第２音響システムのそれぞれのチャンネル数に対応したスピーカ配置情報を予め記憶するスピーカ配置情報記憶手段と、
   仮想受音点からの比較を行いたい音の指向の主方向を基準方向として入力し、当該基準方向を主軸とした指向性関数を生成する指向性関数生成手段と、
   前記第１音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、前記仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、前記第１音響システムの音響信号である第１音響信号の音響成分を前記指向性関数により計算し、前記基準方向に投影することで、前記第１音響信号の前記基準方向の成分を計算する第１方向別音響成分計算手段と、
   前記第２音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、前記仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、前記第２音響システムの音響信号である第２音響信号の音響成分を前記指向性関数により計算し、前記基準方向に投影することで、前記第２音響信号の前記基準方向の成分を計算する第２方向別音響成分計算手段と、
   前記第１音響信号の前記基準方向の成分と、前記第２音響信号の前記基準方向の成分との差分を比較結果として計算する音響成分差分計算手段と、
   を備えることを特徴とする音響信号比較装置。
3. 前記第１方向別音響成分計算手段および前記第２方向別音響成分計算手段は、前記指向性関数により計算したスピーカの方向ごとの関数値からなる方向性ベクトルと、チャンネルごとの音響信号からなる信号ベクトルとの内積により、前記基準方向の成分を計算することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響信号比較装置。
4. 第１音響システムの音響信号を、チャンネル数が異なる第２音響システムの音響信号に変換して音響信号の比較を行うために、コンピュータを、
   前記第１音響システムの音響信号である第１音響信号を、予め定めた変換行列により、前記第２音響システムの音響信号である第２音響信号に変換する音響信号変換手段、
   仮想受音点からの比較を行いたい音の指向の主方向を基準方向として入力し、当該基準方向を主軸とした指向性関数を生成する指向性関数生成手段、
   スピーカ配置情報記憶手段に予め記憶されている前記第１音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、前記仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、前記第１音響信号の音響成分を前記指向性関数により計算し、前記基準方向に投影することで、前記第１音響信号の前記基準方向の成分を計算する第１方向別音響成分計算手段、
   前記スピーカ配置情報記憶手段に予め記憶されている前記第２音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、前記仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、前記第２音響信号の音響成分を前記指向性関数により計算し、前記基準方向に投影することで、前記第２音響信号の前記基準方向の成分を計算する第２方向別音響成分計算手段、
   前記第１音響信号の前記基準方向の成分と、前記第２音響信号の前記基準方向の成分との差分を比較結果として計算する音響成分差分計算手段、
   として機能させることを特徴とする音響信号比較プログラム。
5. 同一の音源から生成した、チャンネル数の異なる第１音響システムと第２音響システムの音響信号を比較するために、コンピュータを、
   仮想受音点からの比較を行いたい音の指向の主方向を基準方向として入力し、当該基準方向を主軸とした指向性関数を生成する指向性関数生成手段、
   スピーカ配置情報記憶手段に予め記憶されている前記第１音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、前記仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、前記第１音響システムの音響信号である第１音響信号の音響成分を前記指向性関数により計算し、前記基準方向に投影することで、前記第１音響信号の前記基準方向の成分を計算する第１方向別音響成分計算手段、
   前記スピーカ配置情報記憶手段に予め記憶されている前記第２音響システムのスピーカ配置情報に基づいて、前記仮想受音点からのスピーカの方向ごとに、前記第２音響システムの音響信号である第２音響信号の音響成分を前記指向性関数により計算し、前記基準方向に投影することで、前記第２音響信号の前記基準方向の成分を計算する第２方向別音響成分計算手段、
   前記第１音響信号の前記基準方向の成分と、前記第２音響信号の前記基準方向の成分との差分を比較結果として計算する音響成分差分計算手段、
   として機能させることを特徴とする音響信号比較プログラム。

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