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公開番号2025039295
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-21
出願番号2023146285
出願日2023-09-08
発明の名称音場再現装置及びプログラム
出願人日本放送協会
代理人個人
主分類H04S 7/00 20060101AFI20250313BHJP(電気通信技術)
要約【課題】所望の音場を再現する際に、スピーカの設置性を向上させると共に、音波の到来方向の制約を緩和する。
【解決手段】音場再現装置1は、1つまたは複数の円筒アレイスピーカ101及び1つまたは複数の球面アレイスピーカ102を用いて、所望音場を再現するための駆動信号を生成する。駆動信号算出部10は、予め設定された伝達マトリクスT(ω)の擬似逆行列T^†に所望音場の円筒調和スペクトルを乗算することで、駆動信号の円筒調和スペクトル及び駆動信号の球面調和スペクトルを求める。この伝達マトリクスT(ω)は、球面アレイスピーカ102に対応する球音源の音場が表された球面調和スペクトルが円筒調和スペクトルに変換されることで、円筒音源及び球音源による総和の音場が円筒調和スペクトルで表されるとして、導出された行列である。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
円筒上の長手方向に平行に分散配置された１つまたは複数の円筒アレイスピーカ、及び分散配置された１つまたは複数の球面アレイスピーカを用いて、所望音源により形成される音場を再現するための駆動信号を生成する音場再現装置において、
所望音場の円筒調和スペクトルを入力し、所定の演算式により、前記円筒アレイスピーカの駆動信号の円筒調和スペクトル及び前記球面アレイスピーカの駆動信号の球面調和スペクトルを算出する駆動信号算出部と、
前記駆動信号算出部により算出された前記円筒アレイスピーカの駆動信号の円筒調和スペクトルに対し、円筒調和逆展開を行うことで、前記円筒アレイスピーカの時間周波数領域の駆動信号を求める円筒調和逆展開部と、
前記駆動信号算出部により算出された前記球面アレイスピーカの駆動信号の球面調和スペクトルに対し、球面調和逆展開を行うことで、前記球面アレイスピーカの時間周波数領域の駆動信号を求める球面調和逆展開部と、
前記円筒調和逆展開部により求めた前記円筒アレイスピーカの時間周波数領域の駆動信号及び前記球面調和逆展開部により求めた前記球面アレイスピーカの時間周波数領域の駆動信号に対し、周波数方向に離散逆フーリエ変換を行い、前記円筒アレイスピーカの時間領域の駆動信号及び前記球面アレイスピーカの時間領域の駆動信号を求める時間周波数領域逆フーリエ変換部と、を備え、
前記駆動信号算出部は、
前記円筒アレイスピーカに対応する円筒音源による放射音場が円筒調和スペクトルで表され、前記球面アレイスピーカに対応する球音源による放射音場が表された球面調和スペクトルが円筒調和スペクトルに変換されることで、前記円筒音源及び前記球音源による総和の音場が円筒調和スペクトルで表されるとして、
前記総和の音場と前記所望音場との間の差を最小化するように導出された前記所定の演算式：Ｄ＝Ｔ
†
Ｐ（Ｄは、前記円筒アレイスピーカの駆動信号の円筒調和スペクトル及び前記球面アレイスピーカの駆動信号の球面調和スペクトル、Ｔ
†
は、伝達マトリクスの擬似逆行列、Ｐは、前記所望音場の円筒調和スペクトルとする。）を用いて、前記円筒アレイスピーカの駆動信号の円筒調和スペクトル及び前記球面アレイスピーカの駆動信号の球面調和スペクトルを算出する、ことを特徴とする音場再現装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
請求項１に記載の音場再現装置において、
前記駆動信号算出部は、
空間内のグローバル円筒座標系を（Ｘ，Φ，Ｒ）（Ｘは円筒軸方向の距離、Φは円筒の径方向の角度、Ｒは円筒軸からの動径距離）とし、その点（０，φ
l1
，Ｒ
l1
）を通過しＸ軸に平行に半径ａ
l1
の前記円筒音源が配置されており、前記点（０，φ
l1
，Ｒ
l1
）を原点としたローカル円筒座標系を（ｘ
l1
，φ
l1
，ｒ
l1
）とした場合に、
l1を前記円筒音源の番号、ｉを虚数単位、ρを空気の密度、ｋを波数、ｋ
x
をｘ軸方向の波数、ωを角周波数、
TIFF
2025039295000092.tif
17
170
を前記円筒音源の放射音場の円筒調和スペクトル、ｍを次数、Ｈ
m
(2)
をｍ次第２種ハンケル関数、Ｈ
m
(2)
’をｍ次第２種ハンケル関数の導関数、Ｊ
m
をｍ次ベッセル関数、
TIFF
2025039295000093.tif
14
170
を前記円筒音源の振動速度の円筒調和スペクトルとし、
空間内のグローバル球座標系を（Θ，Φ，Ｒ）（Θは仰角、Φは方位角、Ｒは原点から動径距離）とし、その点Ｒ
l2
SP
＝（Θ
l2
，Φ
l2
，Ｒ
l2
）に半径ａ
l2
の前記球音源が配置されており、前記点Ｒ
l2
SP
を原点としたローカル球座標系を（θ
l2
，φ
l2
，ｒ
l2
）とした場合に、
l2を前記球音源の番号、
TIFF
2025039295000094.tif
15
170
を前記球音源の放射音場の球面調和スペクトル、ｎを次数、ｍを位数、ｈ
n
(2)
’をｎ次第２種球ハンケル関数の導関数、
TIFF
2025039295000095.tif
14
170
を前記球音源の振動速度の球面調和スペクトル、ｈ
q
(2)
をｑ次第２種球ハンケル関数、ｊ
q
(2)
をｑ次球ベッセル関数、Ｙ
nm
をｎ次ｍ位の球面調和関数とし、
TIFF
2025039295000096.tif
18
170
を前記球面調和関数の複素共役、
TIFF
2025039295000097.tif
14
170
をゴーント係数、さらに、波数ｋ
x
∈［－ｋ，ｋ］をＱ分割したときのｑ番目の要素をｋ
x
q
とし、
TIFF
2025039295000098.tif
16
170
を前記円筒アレイスピーカの駆動信号の波数ｋ
x
q
（ｑ∈［１，Ｑ］）のときの円筒調和スペクトル、
TIFF
2025039295000099.tif
13
170
を前記球面アレイスピーカの駆動信号の球面調和スペクトル、前記所望音場を所定の円筒境界を境に内部音場及び外部音場に分けたときの内部音場の円筒調和スペクトルを
【請求項３】
コンピュータを、請求項１に記載の音場再現装置として機能させるためのプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒アレイスピーカ及び球面アレイスピーカを用いた音場再現装置及びプログラムに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、多数のスピーカを用いて、ある空間に任意の音場を形成する音場再現技術に関する研究が進められている。音場再現の主要な技術としては、波面合成法（ＷＦＳ：Wave Field Synthesis）、境界音場制御（ＢｏＳＣ：Boundary Surface Control）、高次アンビソニックス（ＨＯＡ：Higher Order Ambisonics）、スペクトル除算法（ＳＤＭ：Spectral Division Method）等が知られている。
【０００３】
図９は、波面合成法（ＷＦＳ）におけるスピーカアレイの配置例を示す図である。ＷＦＳは、レイリー積分に基づいた手法であり、直線状または平面状に配置されたスピーカアレイ１００－１を用いて、所望音場の境界平面上の音圧または音圧勾配を再現することで、境界外部から到来する音源による波面を形成するものである。
【０００４】
図１０は、境界音場制御（ＢｏＳＣ）におけるスピーカアレイの配置例を示す図である。ＢｏＳＣは、キルヒホッフ・ヘルムホルツ積分方程式に基づいた手法である。ＢｏＳＣは、音場を再現したい領域の外部に、領域内部に向けて聴取者を囲むようにスピーカアレイ１００－２を配置し、逆システムを用いてその領域の境界面上の音圧及び音圧勾配を制御することで、領域内部に所望音場を再現するものである。
【０００５】
図１１は、高次アンビソニックス（ＨＯＡ）におけるスピーカアレイの配置例を示す図である。ＨＯＡは、球面調和関数を用いて所望音場を表現し、球面内部に向けて聴取者を囲むように配置した球面のスピーカアレイ１００－３を用いて、再現音場の球面調和係数を所望音場の球面調和係数とマッチングさせることで、音場を再現する手法である。ＨＯＡの詳細については、例えば非特許文献１を参照されたい
【０００６】
図１２は、スペクトル除算法（ＳＤＭ）におけるスピーカアレイの配置例を示す図である。ＳＤＭは、角度スペクトルを用いて所望音場を表現し、直線状または平面状に配置されたスピーカアレイ１００－４を用いて、再現音場の角度スペクトルを所望音場の角度スペクトルとマッチングさせることで、音場を再現する手法である。ＳＤＭの詳細については、例えば非特許文献２を参照されたい。
【０００７】
〔ＳＤＭにおける駆動信号の算出方法〕
以下、一般的なＳＤＭを用いた音場再現法について説明する。図１３は、ＳＤＭにおけるスピーカアレイの配置と再現音場を示す図である。
【０００８】
ｘｙｚ空間上のｚ＝０平面上の直線ｙ＝ｙ
0
上にスピーカを密に配置し（以下、「ラインアレイスピーカ」という。）、座標ｒ
0
＝（ｘ
0
，ｙ
0
，０）に配置されている音源の角周波数ωの駆動信号をＤ（ｒ
0
，ω）とする。この場合の座標ｒ＝（ｘ，ｙ
ref
，０）の点における音圧Ｐ（ｒ，ω）は、以下の式にて表される。
TIFF
2025039295000002.tif
16
170
【０００９】
ここで、Ｇ（ｒ－ｒ
0
，ω）は、ベクトルｒ－ｒ
0
で表現される方向及び距離の伝達関数である。再現音場として自由音場を想定し、個々のスピーカが点音源と見なせる場合、Ｇ（ｒ－ｒ
0
，ω）は３次元の自由音場グリーン関数で表現され、以下の式にて表される。
TIFF
2025039295000003.tif
16
170
ｋは波数である。
【００１０】
音圧Ｐ（ｒ，ω）は、点ｒ
0
に配置された駆動信号Ｄ（ｒ
0
，ω）及び伝達関数Ｇ（ｒ－ｒ
0
，ω）をｒ
0
に沿って空間上で畳み込みしたものと解釈でき、ｙ＝ｙ
ref
においてｘ軸方向に沿ってフーリエ変換することにより、以下の角度スペクトル表現Ｐ^（ｋ
x
，ｙ
ref
，ω）が得られる。以下の説明において、全てが同一平面（ｚ＝０平面）上であるとし、ｚ座標の表記は省くものとする。
TIFF
2025039295000004.tif
17
170
（【００１１】以降は省略されています）

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