JP2006086921A - オーディオ信号の再生方法およびその再生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 スピーカSP1〜SPmによりスピーカアレイを構成する。スピーカアレイSP1〜SPmから出力される音波が波面合成されて仮想音源を形成するようにスピーカアレイSP1〜SPmに供給されるオーディオ信号を処理する処理回路WF1〜WFmを設ける。仮想音源の位置を設定する設定回路22と、この設定回路22による仮想音源の位置を、その近傍で変化させるようにオーディオ信号の処理を制御する制御回路24とを設ける。
【選択図】 図8
Description
スピーカアレイに所定のオーディオ信号を供給して上記スピーカアレイから出力される音波の波面合成を行い、
この波面合成により仮想音源を形成するとともに、
上記オーディオ信号を制御して上記仮想音源の位置を、その近傍で変化させる
ようにしたオーディオ信号の再生方法
とするものである。
今、図1に示すように、任意の形状の空間を包み込んだ閉曲面Sを想定するとともに、この閉曲面Sの内部には音源が含まれていないものとする。そして、この閉曲面Sの内部空間および外部空間について、
p(ri) :内部空間における任意の点riの音圧
p(rj) :閉曲面S上における任意の点rjの音圧
ds :点rjを含む微小面積
n :点rjにおける微小面積dsに対する法線
un(rj):点rjにおける法線n方向の粒子速度
ω :オーディオ信号の角周波数
ρ :空気の密度
c :音速(=340m/s)
k :ω/c
とすると、キルヒホッフの積分公式は図2における(1)式で示される。
制御点CP1〜CPxにおける音圧および粒子速度を制御するには、図4にも示すように、
(A) 平面SSRの音源側に、複数m個のスピーカSP1〜SPmを、平面SSRと例えば平行に配置する。なお、このスピーカSP1〜SPmはスピーカアレイを構成するものである。
(B) スピーカSP1〜SPmに供給されるオーディオ信号を制御して制御点CP1〜CPxにおける音圧および粒子速度を制御する。
とすればよい。
図5は、波面合成の様子の一例をシミュレーションにより示すものである。スピーカSP1〜SPmに供給されるオーディオ信号の処理内容・処理方法については後述するが、この例においては、各値を以下のように設定した場合である。
スピーカの数m:16個
スピーカの間隔:10cm
スピーカの口径:8cmφ
制御点の位置 :スピーカからリスナ側に10cmの位置
制御点の数 :1.3cm間隔で1列に116点
仮想音源の位置:受聴領域の前方1m(図5Aの場合)
受聴領域の前方3m(図5Bの場合)
受聴領域の広さ:2.9m(前後方向)×4m(左右方向)
なお、
w :スピーカの間隔〔m〕
c :音速(=340m/s)
fhi:再生上限周波数〔Hz〕
とすれば、
fhi=c/(2w)
となる。したがって、スピーカSP1〜SPm(m=16)の間隔wは狭くすることが好ましく、そのためにはスピーカSP1〜SPmの口径を小さくする必要がある。
波面合成面SSRにおける波面合成は、例えば図4において、仮想音源VSSの位置の音源SSによって制御点CP1〜CPxに生じる信号と、スピーカSP1〜SPmによって制御点CP1〜CPxに生じる信号との差が最小となるように、スピーカSP1〜SPmから出力される信号を制御すればよい。
u(ω):仮想音源VSSの出力信号、つまり、原オーディオ信号
A(ω):仮想音源VSSから制御点CP1〜CPxまでの伝達関数
d(ω):制御点CP1〜CPxに得られるべき信号(希望信号)
とすると、原オーディオ信号u(ω)に伝達関数A(ω)を畳み込んだ信号が、希望信号d(ω)であるから、
d(ω)=A(ω)・u(ω)
となる。この場合、仮想音源VSSから制御点CP1〜CPxまでの伝達特性を求めておくことにより、伝達関数A(ω)を規定できる。
H(ω):適切な波面合成を実現するために信号u(ω)に畳み込む伝達関数
C(ω):スピーカSP1〜SPmから制御点CP1〜CPmまでの伝達関数
q(ω):波面合成により実際に制御点CP1〜CPxに再現される信号
とすると、同様に、
q(ω)=C(ω)・H(ω)・u(ω)
となる。この場合、スピーカSP1〜SPmから制御点CP1〜CPxまでの伝達特性を求めておくことにより、伝達関数C(ω)を規定できる。
e(ω)=d(ω)−q(ω)
で示されるエラー信号e(ω)を求め、値e(ω)T・e(ω)が最小となるように伝達関数H(ω)を制御することになる。なお、最小二乗解は、
H(ω)=C(ω)T・A(ω)/(C(ω)T・C(ω))
となる。
Q(ω)=e(−jωx/c)/x
x:距離
c:音速
で示される伝達関数Q(ω)を、伝達関数A(ω)およびC(ω)に代入して伝達関数H(ω)を求めればよい。
上記の〔4〕にしたがって原オーディオ信号u(ω)から再現オーディオ信号q(ω)を生成する場合、その生成回路は例えば図7に示すように構成することができる。なお、この生成回路は、スピーカSP1〜SPmのそれぞれごとに設けられるもので、これを生成回路WF1〜WFmとする。
図8は、上述の〔1〕〜〔5〕にしたがって仮想音源VSSの位置に揺らぎを与える、あるいは仮想音源VSSの位置を移動させるようにした再生装置の一例を示す。すなわち、CDプレーヤ、DVDプレーヤ、デジタル放送チューナなどの信号源SCからデジタルオーディオ信号u(ω)が取り出され、この信u(ω)が生成回路WF1〜WFmに供給されて再現信号q(ω)に対応する再現信号q1(ω)〜qm(ω)が生成される。そして、これら信号q1(ω)〜qm(ω)がD/Aコンバータ回路DA1〜DAmに供給されてアナログのオーディオ信号にD/A変換され、これら信号がパワーアンプPA1〜PAmを通じてスピーカSP1〜SPmに供給される。
上述においては、複数m個のスピーカSP1〜SPmを1列に水平に配置してスピーカアレイを構成した場合であるが、垂直面内に複数行×複数列にわたってマトリックス状に配置してスピーカアレイを構成することもできる。また、上述においては、スピーカSP1〜SPmと、平面SSRとは平行であるとしたが、平行である必要はなく、さらに、スピーカSP1〜SPmは直線状あるいは平面状に配置しなくてもよい。
AV :Audio and Visual
CD :Compact Disc
D/A:Digital to Analog
SF :Science Fiction
Claims (8)
- スピーカアレイに所定のオーディオ信号を供給して波面合成を行い、
この波面合成により仮想音源を形成するとともに、
上記オーディオ信号を制御して上記仮想音源の位置を、その近傍で変化させる
ようにしたオーディオ信号の再生方法。 - 請求項1に記載のオーディオ信号の再生方法において、
上記仮想音源の位置の変化が所定の揺らぎである
ようにしたオーディオ信号の再生方法。 - 請求項2に記載のオーディオ信号の再生方法において、
上記揺らぎのパラメータあるいはパターンをユーザが設定できる
ようにしたオーディオ信号の再生方法。 - 請求項1に記載のオーディオ信号の再生方法において、
上記仮想音源を複数の位置に形成するとともに、その位置を変化させる
ようにしたオーディオ信号の再生方法。 - スピーカアレイから出力される音波が波面合成されて仮想音源を形成するように上記スピーカアレイに供給されるオーディオ信号を処理する処理回路と、
上記仮想音源の位置を設定する設定回路と、
この設定回路による上記仮想音源の位置を、その近傍で変化させるように上記オーディオ信号の処理を制御する制御回路と
を有するオーディオ信号の再生装置。 - 請求項5に記載のオーディオ信号の再生装置において、
上記仮想音源の位置の変化が所定の揺らぎである
ようにしたオーディオ信号の再生装置。 - 請求項5に記載のオーディオ信号の再生装置において、
上記処理回路は、上記仮想音源を複数の位置に形成する
ようにしたオーディオ信号の再生装置。 - 請求項6に記載のオーディオ信号の再生装置において、
上記揺らぎの種類、大きさ、周波数をユーザが選択する操作手段を有する
ようにしたオーディオ信号の再生装置。
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