JP6970366B2 - 音像再現装置、音像再現方法及び音像再現プログラム - Google Patents

Description

本発明は、空間中に仮想的な音源を作り出す音像再現技術に関する。

パブリックビューイングやコンサートでは、上映会場に設置した複数のスピーカから音声や音楽等を再生する。近年、仮想的な音源（仮想音源）を上映空間内に作り出すことにより、これまで以上に臨場感のある音響再生を実現する取り組みが行われている。特に直線状に複数のスピーカを並べたスピーカアレイを用いて、スピーカよりも前面に位置する客席近くにまで飛び出る仮想音源を生成することにより、高い臨場感の音響コンテンツを実現することが行なわれている。

また、一般に楽器や人間の声は方向によって放射されるパワーが異なるため、上映空間内に仮想音源を生成する際に、方向による音響信号のパワーの違い（指向性）を再現することにより、より高い臨場感の音響コンテンツを実現することが期待されている。

上映空間内に仮想音源を作り出す音像再現技術に関し、波面合成と呼ばれる方法がある（特許文献１）。特許文献１の方法は、音響信号を収録する地点の音響信号を複数地点に設置したマイクロフォンで収音した上で、上下左右方向の音響信号の到来方向を分析し、上映空間内に設置した複数のスピーカを用いて収録会場の音響信号を物理的に再現する。

また、想定する仮想音場に吸込み型音源（acoustic sink）を仮定し、第１種レイリー積分から導出される駆動関数に基づく駆動信号をスピーカアレイに与えることにより、スピーカよりも前面に仮想音源を作り出す技術がある（非特許文献１）。

また、音源の指向性をモデル化する方法として、円調和展開の手法を用いる技術が知られている（非特許文献２）。円調和展開は、音源を中心とする円状に並べたマイクロフォンアレイで観測される音響信号を円調和級数に展開することにより、音の指向性を表現する手法である。一方、再生側では、円状に並べたスピーカアレイから収録側で求めた円調和級数から求まる駆動関数の駆動信号を用いることで、収音側でモデル化した指向特性を持つ音源を再現することができる。

特開２０１１−２４４３０６号公報

Sascha Spors、外３名、"Physical and Perceptual Properties of Focused Sources in Wave Field Synthesis"、127th Audio Engineering Society Convention paper 7914、2009年10月 Koya Sato、外１名、"Filter design of a circular loudspeaker array considering the three dimensional directivity patterns reproduced by circular harmonic modes"、142nd Audio Engineering Society Convention paper 9765、2017年5月

特許文献１に開示される技術は、収録地点の音響信号を忠実に再現するため仮想音源の再現において高い再現性をもつものの、スピーカアレイだけでなくマイクアレイも必要になりシステム全体の規模が増大する。また、収録した音を忠実に再生する発明であるため、例えば映画に代表されるように日常存在しないような効果音を特殊効果として加えるといったコンテンツの編集が困難である。更に、複数の音源が発した音響信号が同時にマイクロフォンに混入するため、個々の音源を取り出して位置や音質を調整するといった編集が極めて困難である。

非特許文献１に開示される技術は、仮想音源の生成にマイクアレイを必要とせず、通常のマイクロフォンから収録されたモノラルの音源から複数のスピーカに対応するチャネル分の音響信号を生成して、仮想音源を作り出すことができる。モノラル音源を用いるため、システム全体の規模を小さくでき、コンテンツ編集を簡便に行うことができる。しかし、仮想音源の放射特性として無指向性を仮定しているため、仮想音源を用いて指向性のある音源を生成することはできない。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、モノラル音源にも対応可能であり、空間内の仮想音源に指向性を持たせることが可能な音像再現装置、音像再現方法及び音像再現プログラムを提供することを目的とする。

以上の課題を解決するため、請求項１に係る音像再現装置は、直線状に並べられた複数のスピーカを用いて仮想音源を空間内に生成する音像再現装置において、複数の仮想音源を円状に生成するための各仮想音源の位置を決定する焦点位置決定部と、前記各仮想音源の位置に仮想音源を生成するために用いるスピーカ駆動用の駆動関数に、前記各仮想音源のうち一部に他と異なる重みを付与したスピーカ毎の駆動関数を、逆フーリエ変換することにより、スピーカ毎のインパルス応答ベクトルを算出するフィルタ係数決定部と、入力された１つの音響信号に対して前記スピーカ毎のインパルス応答ベクトルをそれぞれ畳み込み、それぞれの音響信号を前記複数のスピーカへそれぞれ出力する畳み込み演算部と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る音像再現装置は、直線状に並べられた複数のスピーカを用いて仮想音源を空間内に生成する音像再現装置において、複数の仮想音源を円状に生成するための各仮想音源の位置を決定する焦点位置決定部と、前記各仮想音源の位置に仮想音源を生成するために用いるスピーカ駆動用の駆動関数に、前記各仮想音源のうち一部に他と異なる重みを付与したスピーカ毎の駆動関数を、逆フーリエ変換することにより、予め算出されたスピーカ毎のインパルス応答ベクトルを、入力された１つの音響信号に対してそれぞれ畳み込み、重み付き音響信号を出力するフィルタ演算部と、スピーカ毎に、前記スピーカと前記複数の仮想音源との間のそれぞれの距離を音速で進むのに必要な時間だけ前記重み付き音響信号の出力時間を遅延させ、前記複数の仮想音源のそれぞれについて、遅延音響信号を出力する遅延調整部と、スピーカ毎に、前記スピーカと前記複数の仮想音源との間のそれぞれの距離から定まるゲインを、前記複数の仮想音源のそれぞれの前記遅延音響信号に乗じて出力するゲイン乗算部と、を備えることを特徴とする。

請求項３に係る音像再現装置は、請求項１又は２に記載の音像再現装置において、前記スピーカ毎の駆動関数は、前記複数の仮想音源に対して予め仮想音源の指向特性を円調和展開して得られたｎ次の円調和級数を、仮想音源に対して円調和展開された２次元グリーン関数で次数毎に除し、除した値を総和して各仮想音源の重み係数を求め、前記各仮想音源の重み係数と前記スピーカ駆動用の駆動関数とを加重平均した関数であることを特徴とする。

請求項４に係る音像再現方法は、直線状に並べられた複数のスピーカを用いて仮想音源を空間内に生成する音像再現方法において、音像再現装置が、複数の仮想音源を円状に生成するための各仮想音源の位置を決定するステップと、前記各仮想音源の位置に仮想音源を生成するために用いるスピーカ駆動用の駆動関数に、前記各仮想音源のうち一部に他と異なる重みを付与したスピーカ毎の駆動関数を、逆フーリエ変換することにより、スピーカ毎のインパルス応答ベクトルを算出するステップと、入力された１つの音響信号に対して前記スピーカ毎のインパルス応答ベクトルをそれぞれ畳み込み、それぞれの音響信号を前記複数のスピーカへそれぞれ出力するステップと、を行うことを特徴とする。

請求項５に係る音像再現方法は、直線状に並べられた複数のスピーカを用いて仮想音源を空間内に生成する音像再現方法において、音像再現装置が、複数の仮想音源を円状に生成するための各仮想音源の位置を決定するステップと、前記各仮想音源の位置に仮想音源を生成するために用いるスピーカ駆動用の駆動関数に、前記各仮想音源のうち一部に他と異なる重みを付与したスピーカ毎の駆動関数を、逆フーリエ変換することにより、予め算出されたスピーカ毎のインパルス応答ベクトルを、入力された１つの音響信号に対してそれぞれ畳み込み、重み付き音響信号を出力するステップと、スピーカ毎に、前記スピーカと前記複数の仮想音源との間のそれぞれの距離を音速で進むのに必要な時間だけ前記重み付き音響信号の出力時間を遅延させ、前記複数の仮想音源のそれぞれについて、遅延音響信号を出力するステップと、スピーカ毎に、前記スピーカと前記複数の仮想音源との間のそれぞれの距離から定まるゲインを、前記複数の仮想音源のそれぞれの前記遅延音響信号に乗じて出力するステップと、を行うことを特徴とする。

請求項６に係る音像再現プログラムは、請求項１乃至３のいずれかに記載の音像再現装置としてコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明によれば、モノラル音源にも対応可能であり、空間内の仮想音源に指向性を持たせることが可能な音像再現装置、音像再現方法及び音像再現プログラムを提供できる。

第１の実施形態に係る音響信号処理装置の機能ブロック構成を示す図である。 第１の実施形態に係る焦点位置決定処理フローを示す図である。 第１の実施形態に係る絶対座標系及び相対座標系での焦点音源の座標位置の例を示す図である。 第１の実施形態に係るフィルタ係数決定処理フローを示す図である。 第１の実施形態に係る畳み込み演算処理フローを示す図である。 第２の実施形態に係る音響信号処理装置の機能ブロック構成を示す図である。 第２の実施形態に係るフィルタ演算処理フローを示す図である。 第２の実施形態に係る遅延調整及びゲイン乗算処理フローを示す図である。

本発明は、入力した音響信号を用いて直線状スピーカアレイにより空間内に円状に仮想音源を生成するとともに、音響信号を円調和級数に展開する円調和展開の手法を用いて円状の仮想音源に指向性を持たせることを特徴とする。

つまり、本発明は、非特許文献１の技術を用いて、直線状スピーカアレイの前面に複数の仮想音源を円状に生成することにより仮想音源の円状アレイを形成するとともに、非特許文献２の技術を用いて、円状アレイの各仮想音源に異なる重みを与えることにより指向性を有する仮想音源を実現する。

以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る音響信号処理装置１の機能ブロック構成を示す図である。音響信号処理装置（音像再現装置）１は、処理装置（図示せず）、メモリ１０などを備える一般的なコンピュータである。一般的なコンピュータが、音響信号処理プログラム（音像再現プログラム）を実行することにより、図１に示す機能を実現する。

音響信号処理装置１は、モノラル音源からの入力音響信号Ｉを入力し、複数のスピーカを直線状に並べた直線状スピーカアレイを用いて、スピーカよりも前面に飛び出し、かつ、指向性を有する仮想音源を実現する。音響信号処理装置１は、このような仮想音源を実現するために、モノラル音源からの入力音響信号Ｉを、直線状スピーカアレイの各スピーカへの出力音響信号Ｏに変換する。

音響信号処理装置１は、図１に示すように、メモリ１０と、焦点位置決定部１２と、フィルタ係数決定部１３と、畳み込み演算部１４と、入出力インタフェース（図示せず）等を備えて構成される。

入出力インタフェースは、モノラル音源からの入力音響信号Ｉを音響信号処理装置１に入力し、各スピーカへの出力音響信号Ｏを出力するためのインタフェースである。入出力インタフェースは、音響信号処理装置１が実現する仮想音源の座標及び指向性の方向の各情報を、音響信号処理装置１に入力する。

メモリ１０は、焦点座標データ１１を記憶する。焦点座標データ１１は、空間内に仮想音源（以降、焦点音源ともいう）を実現するための座標情報を含む。焦点座標データ１１は、直線状スピーカの列をＸ軸とし、直線状スピーカの前方向をＹ軸とした絶対座標系の座標を含む。焦点座標データ１１は、絶対座標系に円状に生成する複数の焦点音源の中心を原点Ｏ’とし、原点Ｏ’を通り絶対座標系のＸ軸，Ｙ軸にそれぞれ平行な各軸をＸ’軸，Ｙ’軸とした相対座標系の座標を含む。

焦点位置決定部１２は、仮想音源の座標、指向性の方向、対象周波数の各情報を受け取り、予め定めた必要な数の焦点に関する座標を出力する。焦点位置決定部１２は、複数の焦点音源を円状に生成するための各焦点音源の座標位置を決定する。焦点位置決定部１２は、絶対座標系の空間内に円状に生成する複数の焦点音源の各座標位置を取得し、メモリ１０に記憶された焦点座標データ１１を用いて、相対座標系での極座標をそれぞれ決定する。

例えば、焦点位置決定部１２は、絶対座標系の空間内に円状に生成するｓ番目の焦点音源の座標Ｘ_ｓを（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）とした場合、相対座標系の原点Ｏ’から座標Ｘ_ｓまでの距離をｒ_ｓ、相対座標系のＸ’軸から反時計周りの角度をφ_ｓとして、絶対座標系での座標Ｘ_ｓ＝（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）に対応する相対座標系での極座標Ｘ_ｓ＝（ｒ_ｓ，φ_ｓ）を決定する。

次に、焦点位置決定部１２による焦点位置決定処理を説明する。図２は、焦点位置決定処理フローを示す図である。図３は、絶対座標系及び相対座標系での焦点音源の座標位置の例を示す図である。

まず、ステップＳ１１において、焦点位置決定部１２は、絶対座標系の空間内に円状に生成する仮想音源の座標と指向性の方向の各情報を取得し、ステップＳ１２において、メモリ１０から焦点座標データ１１を読み出す。

次に、ステップＳ１３において、焦点位置決定部１２は、絶対座標系の空間内に円状に生成する１番目の焦点音源の座標Ｘ_１＝（ｘ_１，ｙ_１）について、焦点座標データ１１を用いて、絶対座標系での座標Ｘ_１＝（ｘ_１，ｙ_１）に対応する相対座標系での極座標Ｘ_１＝（ｒ_１，φ_１）を決定する。

その後、焦点位置決定部１２は、複数の焦点音源についてステップＳ１３をそれぞれ行い、予め定めた数の焦点音源についてステップＳ１３が行われた後、処理を終了する。

焦点位置決定部１２によって、絶対座標系の空間内に円状に生成する複数の焦点音源の相対座標系での各極座標がそれぞれ算出されると、フィルタ係数決定部１３により、処理される。

フィルタ係数決定部１３は、焦点位置決定部１２から出力された全ての焦点音源の極座標を受け取り、全ての焦点音源の絶対座標系での座標も併せて受け取って、スピーカ毎に周波数領域でフィルタを設計した後、逆フーリエ変換することで各スピーカに与えるインパルス応答ベクトルを出力する。フィルタ係数決定部１３は、各焦点音源の位置に焦点音源を生成するために用いるスピーカ駆動用の駆動関数に、各焦点音源のうち一部に他と異なる重みを付与したスピーカ毎の駆動関数を、逆フーリエ変換することにより、スピーカ毎のインパルス応答ベクトルを算出する。フィルタ係数決定部１３は、直線状スピーカアレイの各スピーカについて、焦点位置決定部１２により決定された焦点座標のそれぞれから、入力音響信号Ｉに畳み込むインパルス応答ベクトルを算出する。

例えば、フィルタ係数決定部１３は、外部入力等により対象周波数を算出し、この対象周波数に対して、式（１）に式（２）を応用した式（３）及び式（４）によりスピーカに与える駆動関数を算出する。

スピーカに与えるスピーカ駆動用の駆動信号は、絶対座標系でのｓ番目の焦点音源の位置Ｘ_ｓ＝（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）と、対象となるｉ番目のスピーカの位置Ｘ_ｉ＝（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）とから、式（１）に従い周波数領域で設計できる。

Ｘ_ｉ＝（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）は、絶対座標系でのｉ番目のスピーカの座標位置である。Ｘ_ｓ＝（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）は、絶対座標系でのｓ番目の焦点音源の座標位置である。ｋ＝ω／ｃは、波数である。ωは、角周波数（２πｆ）である。ｆは、周波数である。ｃは、音速である。ｊは、√（−１）である。Ｈ_１ ^（１）は、１次の第１種ハンケル係数である。ｇ０は、√（２π｜ｙ_ｓ−ｙ_ｉ｜）であり、｜ｙ_ｓ−ｙ_ｉ｜は、焦点音源からスピーカアレイまでの距離である。

また、円調和級数から式（２）に従い求まる駆動信号を用いることで、指向特性を持つ音源を再現することができる。

Ｗ（ｒ_ｆ，φ_ｆ）は、位置（ｒ_ｆ，φ_ｆ）の焦点音源に与える重みである。Ｓ^（２）（ｎ，ω）は、ｎ次の円調和級数である。Ｊ_ｎ（ｋｒ_ｆ）は、ｎ次のベッセル関数である。

そこで、フィルタ係数決定部１３は、式（１）と式（２）より、式（３）の駆動関数を算出して用いる。

Ｘ_ｉ＝（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）は、絶対座標系でのｉ番目のスピーカの座標位置である。Ｘ_ｓ＝（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）は、絶対座標系でのｓ番目の焦点音源の座標位置（但し、Σ_ＸｓＷ（Ｘ_ｓ）のＸ_ｓは除く）である。Ｗ（Ｘ_ｓ）は、位置Ｘ_ｓの焦点音源に与える重みである。Ｗ（Ｘ_ｓ）のＸ_ｓは、相対座標系でのｓ番目の焦点音源の極座標位置である。重みＷ（Ｘ_ｓ）は、式（４）で与えられる。

Ｘ_ｓ＝（ｒ_ｓ，φ_ｓ）は、相対座標系でのｓ番目の焦点音源の極座標位置である。Ｓ^（２）（ｎ，ω）は、ｎ次の円調和級数である。Ｊ_ｎ（ｋｒ’_ｆ）は、ｎ次のベッセル関数である。式（４）の重み計算で用いるＸ_ｓは、円状アレイの中心に対する各焦点の相対座標（ｒ_ｓ，φ_ｓ）である。

つまり、フィルタ係数決定部１３は、複数の焦点音源に対して、予め焦点音源の指向特性を円調和展開して得られたｎ次の円調和級数を、仮想音源に対して円調和展開された２次元グリーン関数で次数毎に除することにより、次数毎のモードストレングスを算出し、次数毎のモードストレングスの総和により、各焦点音源の重み係数を求め、各焦点音源の重み係数とスピーカ駆動用の駆動関数との加重平均を算出することにより、式（３）及び式（４）から成る駆動関数を導出する。上記２次元グリーン関数は公知であり一意に定義できる。

式（３）を、事前に決めた周波数範囲（例えば、１００Ｈｚ≦ｆ＜２０００Ｈｚ）について計算することで、フィルタ係数決定部１３は、直線状スピーカアレイの各スピーカのうち、ｉ番目のスピーカに与える駆動信号を求めることができる。また、式（４）により、外部入力された指向性の方向の情報に基づき、複数の焦点音源に異なる重みをそれぞれ与えることにより、指向性を有する仮想音源を実現できる。フィルタ係数決定部１３は、これを直線状スピーカアレイの各スピーカに対して計算することにより、各スピーカに対して与える指向性付き駆動信号が求まる。

フィルタ係数決定部１３は、式（３）及び式（４）から成る駆動関数を逆フーリエ変換することで、各スピーカに与えるインパルス応答ベクトルを得る。

次に、フィルタ係数決定部１３によるフィルタ係数決定処理を説明する。図４は、フィルタ係数決定処理フローを示す図である。

まず、ステップＳ２１において、フィルタ係数決定部１３は、焦点位置決定処理で決定された各焦点座標を取得する。

フィルタ係数決定部１３は、ステップＳ２２乃至ステップＳ２６の処理を繰り返して、各スピーカについて、インパルス応答ベクトルを算出する処理を行う。ステップＳ２２において、フィルタ係数決定部１３は、処理対象の対象スピーカのインパルス応答ベクトルをゼロで初期化する。

フィルタ係数決定部１３は、ステップＳ２２においてインパルス応答ベクトルを初期化した後、各焦点について、ステップＳ２３乃至ステップＳ２５の処理を繰り返す。ステップＳ２３において、フィルタ係数決定部１３は、処理対象の対象焦点座標を用いて、所望の全ての対象周波数に対して、式（３）及び式（４）から成る駆動関数を計算する。ステップＳ２４において、フィルタ係数決定部１３は、ステップＳ２３で計算された駆動関数を逆フーリエ変換して、時間領域の駆動関数を取得する。ステップＳ２５において、フィルタ係数決定部１３は、ステップＳ２４で取得した時間領域の駆動関数をインパルス応答ベクトルに加算する。

各焦点についてステップＳ２３乃至ステップＳ２５の処理が終了すると、ステップＳ２６において、フィルタ係数決定部１３は、この時点のインパルス応答ベクトルを、対象スピーカに与えるインパルス応答ベクトルに決定する。

各スピーカについてステップＳ２３ないしステップＳ２６の処理が終了すると、フィルタ係数決定部１３は、処理を終了する。

なお、ステップＳ２２乃至ステップＳ２６の処理は、各スピーカに対して行われればよく、どのような順序で行われてもよい。同様に、ステップＳ２３乃至ステップＳ２５の処理は、各焦点に対して行われればよく、どのような順序で行われてもよい。

フィルタ係数決定部１３により、直線状スピーカアレイの各スピーカに対するインパルス応答ベクトルが算出されると、畳み込み演算部１４が、入力音響信号Ｉに、インパルス応答ベクトルを畳み込むことにより、各スピーカに与える出力音響信号Ｏを算出する。

畳み込み演算部１４は、直線状スピーカアレイの各スピーカについて、入力された１つの入力音響信号Ｉに対して、スピーカに対応するインパルス応答ベクトルをそれぞれ畳み込み、スピーカへの重み付き出力音響信号Ｏをそれぞれ出力する。畳み込み演算部１４は、所定のスピーカについて、このスピーカに対応するインパルス応答ベクトルを、入力音響信号Ｉに畳み込むことにより、このスピーカに対する重み付き出力音響信号Ｏを得る。畳み込み演算部１４は、各スピーカについて同様の処理を繰り返し、各スピーカに対する重み付き出力音響信号Ｏを得る。

次に、畳み込み演算部１４による畳み込み演算処理を説明する。図５は、畳み込み演算処理フローを示す図である。

畳み込み演算部１４は、ステップＳ３１及びステップＳ３２の処理を、直線状スピーカアレイの各スピーカに対して繰り返す。ステップＳ３１において、畳み込み演算部１４は、フィルタ係数決定部１３から、処理対象の対象スピーカのインパルス応答ベクトルを取得する。ステップＳ３２において、畳み込み演算部１４は、入力音響信号Ｉに、ステップＳ３１で取得したインパルス応答ベクトルを畳み込み、出力音響信号Ｏを取得する。

各スピーカについてステップＳ３１乃至ステップＳ３２の処理が終了すると、畳み込み演算部１４は、処理を終了する。なお、ステップＳ３１乃至ステップＳ３２の処理は、各スピーカに対して行われればよく、どのような順序で行われてもよい。

以上より、第１の実施形態によれば、音響信号処理装置（音像再現装置）１が、複数の仮想音源を円状に生成するために用いる駆動関数であって、各仮想音源のうち一部に他と異なる重みを付与した駆動関数を用いるので、空間内の仮想音源に指向性を持たせることが可能な音像再現装置、音像再現方法及び音像再現プログラムを提供できる。

また、第１の実施形態によれば、音響信号処理装置１が、入力された１つの音響信号に対してスピーカ毎のインパルス応答ベクトルをそれぞれ畳み込むので、モノラル音源にも対応できる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、時間領域での波面合成を用いて、低演算量で仮想音源を多重極音源にする方法について説明する。

図６は、第２の実施形態に係る音響信号処理装置１の機能ブロック構成を示す図である。音響信号処理装置（音像再現装置）１は、図１に示した畳み込み演算部１４の代わりに、フィルタ演算部１５、遅延調整部１６、ゲイン乗算部１７を用いることにより、大幅な演算量の削減を実現する。

音響信号処理装置１は、メモリ１０と、焦点位置決定部１２と、フィルタ演算部１５と、遅延調整部１６と、ゲイン乗算部１７と、を備えて構成される。メモリ１０及び焦点位置決定部１２は、第１の実施形態と同様である。

フィルタ演算部１５は、第１の実施形態と同様の方法で、式（３）及び式（４）を用いて予め算出したインパルス応答ベクトルを、入力された１つの入力音響信号Ｉに対してそれぞれ畳み込み、重み付き音響信号を出力する。フィルタ演算部１５は、第１の実施形態と同様に、図４に示したフィルタ係数決定方法により、式（３）及び式（４）を用いてインパルス応答ベクトルを事前に算出しておく。

次に、フィルタ演算部１５によるフィルタ演算処理を説明する。図７は、フィルタ演算処理フローを示す図である。

ステップＳ４１において、フィルタ演算部１５は、式（３）及び式（４）を用いて予め算出したインパルス応答ベクトルを入力音響信号Ｉに畳み込み、重み付き音響信号を出力する。

遅延調整部１６は、直線状スピーカアレイのスピーカ毎に、スピーカと複数の焦点音源との間のそれぞれの距離を音速で進むのに必要な時間だけ重み付き音響信号の出力時間を遅延させ、複数の焦点音源のそれぞれについて、遅延音響信号を出力する。遅延調整部１６は、焦点位置決定部１２が出力した全ての焦点について、式（５）により遅延音響信号を算出する。ｎは時間である。

ゲイン乗算部１７は、直線状スピーカアレイのスピーカ毎に、スピーカと複数の焦点音源との間のそれぞれの距離から定まるゲインを、複数の焦点音源のそれぞれの遅延音響信号に乗じ、スピーカへの出力音響信号Ｏを出力する。

ゲイン乗算部１７は、所定のスピーカについて、焦点座標とスピーカアレイとの間の距離を、焦点音源とスピーカ位置との距離の３／２乗で割ることで得られるゲインを、遅延調整部１６によって得られた遅延音響信号に乗ずることによって、出力音響信号Ｏを算出する。「焦点座標とスピーカアレイとの間の距離」とは、スピーカアレイがＸ軸上に配列されている場合の、スピーカアレイのＹ軸上の値と、焦点座標のＹ軸の値の差分である。所定のスピーカに対する出力音響信号Ｏは、式（６）によって得られる。ゲイン乗算部１７は、各スピーカについて、式（６）により出力音響信号Ｏを算出する。

遅延調整部１６及びゲイン乗算部１７は、直線状スピーカアレイの所定のスピーカについて、スピーカの位置に対応する遅延とゲインを設定した遅延調整部１６とゲイン乗算部１７の処理を行って出力音響信号を生成する。これを着目するスピーカを次々に変化させて同様の処理を行うことにより、遅延調整部１６及びゲイン乗算部１７は、直線状スピーカアレイの各スピーカに対する出力音響信号Ｏを得る。

次に、遅延調整部１６及びゲイン乗算部１７による遅延調整及びゲイン乗算処理を説明する。図８は、遅延調整及びゲイン乗算処理フローを示す図である。

まず、音響信号処理装置１は、直線状スピーカアレイの各スピーカについて、ステップＳ５１及びステップＳ５２の処理を行う。

遅延調整部１６は、各焦点について、ステップＳ５１の処理を行う。ステップＳ５１において、遅延調整部１６は、対象スピーカと対象焦点との間を、音速で進む時間だけ遅延させた遅延音響信号を出力する。各焦点について遅延音響信号が出力されると、ステップＳ５２において、ゲイン乗算部１７は、ステップＳ５１で算出された各焦点に対する遅延音響信号に、対象スピーカのゲインを乗じて、対象スピーカに対する出力音響信号Ｏを出力する。

各スピーカについて、ステップＳ５１及びステップＳ５２の処理が終了すると、音響信号処理装置１は、処理を終了する。

なお、ステップＳ５１の処理は、各焦点に対して行われればよく、どのような順序で行われてもよい。同様に、ステップＳ５２の処理は、各スピーカに対して行われればよく、どのような順序で行われてもよい。また、処理環境等に応じて、所定の処理が並列に行われてもよい。

以上より、第２の実施形態によれば、予めインパルス応答ベクトルを算出しておき、かつ、スピーカ毎にパワー乗算（ゲイン）とディレイ（遅延）を加えるだけで済むため、演算量を劇的に削減できる。

また、第２の実施形態の場合であっても、音響信号処理装置（音像再現装置）１が、複数の仮想音源を円状に生成するために用いる駆動関数であって、各仮想音源のうち一部に他と異なる重みを付与した駆動関数を用いるので、空間内の仮想音源に指向性を持たせることが可能な音像再現装置、音像再現方法及び音像再現プログラムを提供できる。

また、第２の実施形態の場合であっても、音響信号処理装置１が、入力された１つの音響信号に対してスピーカ毎のインパルス応答ベクトルをそれぞれ畳み込むので、モノラル音源にも対応できる。

＜その他の実施の形態＞
上記のように、本発明の第１及び第２の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。

本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…音響信号処理装置（音像再現装置）
１０…メモリ
１１…焦点座標データ
１２…焦点位置決定部
１３…フィルタ係数決定部
１４…畳み込み演算部
１５…フィルタ演算部
１６…遅延調整部
１７…ゲイン乗算部

Claims (6)

1. 直線状に並べられた複数のスピーカを用いて仮想音源を空間内に生成する音像再現装置において、
   複数の仮想音源を円状に生成するための各仮想音源の位置を決定する焦点位置決定部と、
   前記各仮想音源の位置に仮想音源を生成するために用いるスピーカ駆動用の駆動関数に、前記各仮想音源のうち一部に他と異なる重みを付与したスピーカ毎の駆動関数を、逆フーリエ変換することにより、スピーカ毎のインパルス応答ベクトルを算出するフィルタ係数決定部と、
   入力された１つの音響信号に対して前記スピーカ毎のインパルス応答ベクトルをそれぞれ畳み込み、それぞれの音響信号を前記複数のスピーカへそれぞれ出力する畳み込み演算部と、
   を備えることを特徴とする音像再現装置。
2. 直線状に並べられた複数のスピーカを用いて仮想音源を空間内に生成する音像再現装置において、
   複数の仮想音源を円状に生成するための各仮想音源の位置を決定する焦点位置決定部と、
   前記各仮想音源の位置に仮想音源を生成するために用いるスピーカ駆動用の駆動関数に、前記各仮想音源のうち一部に他と異なる重みを付与したスピーカ毎の駆動関数を、逆フーリエ変換することにより、予め算出されたスピーカ毎のインパルス応答ベクトルを、入力された１つの音響信号に対してそれぞれ畳み込み、重み付き音響信号を出力するフィルタ演算部と、
   スピーカ毎に、前記スピーカと前記複数の仮想音源との間のそれぞれの距離を音速で進むのに必要な時間だけ前記重み付き音響信号の出力時間を遅延させ、前記複数の仮想音源のそれぞれについて、遅延音響信号を出力する遅延調整部と、
   スピーカ毎に、前記スピーカと前記複数の仮想音源との間のそれぞれの距離から定まるゲインを、前記複数の仮想音源のそれぞれの前記遅延音響信号に乗じて出力するゲイン乗算部と、
   を備えることを特徴とする音像再現装置。
3. 前記スピーカ毎の駆動関数は、
   前記複数の仮想音源に対して予め仮想音源の指向特性を円調和展開して得られたｎ次の円調和級数を、仮想音源に対して円調和展開された２次元グリーン関数で次数毎に除し、除した値を総和して各仮想音源の重み係数を求め、前記各仮想音源の重み係数と前記スピーカ駆動用の駆動関数とを加重平均した関数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の音像再現装置。
4. 直線状に並べられた複数のスピーカを用いて仮想音源を空間内に生成する音像再現方法において、
   音像再現装置が、
   複数の仮想音源を円状に生成するための各仮想音源の位置を決定するステップと、
   前記各仮想音源の位置に仮想音源を生成するために用いるスピーカ駆動用の駆動関数に、前記各仮想音源のうち一部に他と異なる重みを付与したスピーカ毎の駆動関数を、逆フーリエ変換することにより、スピーカ毎のインパルス応答ベクトルを算出するステップと、
   入力された１つの音響信号に対して前記スピーカ毎のインパルス応答ベクトルをそれぞれ畳み込み、それぞれの音響信号を前記複数のスピーカへそれぞれ出力するステップと、
   を行うことを特徴とする音像再現方法。
5. 直線状に並べられた複数のスピーカを用いて仮想音源を空間内に生成する音像再現方法において、
   音像再現装置が、
   複数の仮想音源を円状に生成するための各仮想音源の位置を決定するステップと、
   前記各仮想音源の位置に仮想音源を生成するために用いるスピーカ駆動用の駆動関数に、前記各仮想音源のうち一部に他と異なる重みを付与したスピーカ毎の駆動関数を、逆フーリエ変換することにより、予め算出されたスピーカ毎のインパルス応答ベクトルを、入力された１つの音響信号に対してそれぞれ畳み込み、重み付き音響信号を出力するステップと、
   スピーカ毎に、前記スピーカと前記複数の仮想音源との間のそれぞれの距離を音速で進むのに必要な時間だけ前記重み付き音響信号の出力時間を遅延させ、前記複数の仮想音源のそれぞれについて、遅延音響信号を出力するステップと、
   スピーカ毎に、前記スピーカと前記複数の仮想音源との間のそれぞれの距離から定まるゲインを、前記複数の仮想音源のそれぞれの前記遅延音響信号に乗じて出力するステップと、
   を行うことを特徴とする音像再現方法。
6. 請求項１乃至３のいずれかに記載の音像再現装置としてコンピュータを機能させることを特徴とする音像再現プログラム。

Images