JP2006114945A - 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〜SP12から出力される音波が波面合成されて左チャンネルの仮想音源を形成するようにスピーカSP1〜SP12に供給される左チャンネルのオーディオ信号を処理する処理回路WF1〜WF12を設ける。スピーカSP13〜SP24から出力される音波が波面合成されて右チャンネルの仮想音源を形成するようにスピーカSP13〜SP24に供給される右チャンネルのオーディオ信号を処理する処理回路WF13〜WF24を設ける。左および右チャンネルの仮想音源の位置を無限遠方に設定する設定回路21を設ける。左および右チャンネルの仮想音源により得られる左および右チャンネルの音波の進行方向を設定する設定回路21を設ける。左および右チャンネルの音波の進行方向を交差させる。
【選択図】 図9
Description
第1のスピーカアレイに第1チャンネル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無限遠方に第1チャンネルの仮想音源を形成し、
第2のスピーカアレイに第2チャンネル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無限遠方に第2チャンネルの仮想音源を形成するとともに、
上記第1および第2のチャンネルの仮想音源により得られる第1および第2の音波の進行方向が交差する
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) :内部空間の任意の点riにおける音圧
p(rj) :閉曲面S上の任意の点rjにおける音圧
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
v :音速(=340m/s)
k :ω/v
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コンピュータ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〕
v :音速(=340m/s)
fhi:再生上限周波数〔Hz〕
とすれば、
fhi=v/(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。
図6Aに示すように、スピーカSP1〜SPmの出力を波面合成して仮想音源VSSを形成する。そして、このとき、仮想音源VSSを、スピーカSP1〜SPm(波面合成面SSR)から無限遠の位置に形成するとともに、スピーカSP1〜SPmの中心の音軸上に位置させる。すると、〔3〕からも明らかなように、波面合成された音波(波紋)SWの曲率も無限大となり、音波SWは平行平面波となるとともに、その進行方向はスピーカSP1〜SPmの音軸の方向となる。
図7に示すように、
u(ω):仮想音源VSSの出力信号、つまり、原オーディオ信号
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、原オーディオ信号u(ω)に、伝達関数C(ω)、H(ω)を畳み込んだ信号が、再現オーディオ信号q(ω)であるから、
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。
上記の〔5〕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8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9は、この発明による再生装置の一例を示す。この再生装置は、上述の〔1〕〜〔6〕にしたがって仮想音源VSSを形成するとともに、その仮想音源VSSの位置を波面合成面SSRから無限遠に設定するものである。なお、この例においては、スピーカSP1〜SPmの数mが24個(m=24)の場合である。また、スピーカSP1〜SP24は、例えば図4により説明したように、リスナの前方に水平に配置され、スピーカアレイが構成される。
図11は、この発明による再生装置の他の例を示す。この例においては、図12にも示すように、仮想音源VSSから出力される音波SWL、SWRが平行平面波となる幅を、〔7〕の場合よりも広くした場合である。
S1=q1(ω)+q48(ω)
S2=q2(ω)+q47(ω)
・・・・
S24=q24(ω)+q25(ω)
が取り出される。
図13は、平行平面波によるステレオ再生を、左右チャンネルに加えて中央チャンネルを有する3チャンネルステレオに適用した場合の一例を示す。このような3チャンネルステレオは、5チャンネルステレオの左右側方(あるいは左右後方)のチャンネルを、左右前方のチャンネルに混合して実現できる。
図14は、スピーカから出力される平行平面波を壁面で反射させてリスナに届ける場合である。すなわち、スピーカSP1〜SP24のうち、左側のスピーカSP1〜SP12に右チャンネルの再現オーディオ信号q13(ω)〜q24(ω)のアナログ信号が供給されて右チャンネルの音波SWRが平行平面波の状態で出力され、この音波SWRが右側の壁面WRで反射される。
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、波面合成面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
DSP:Digital Signal Processor
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無限遠方に仮想音源を形成する
ようにしたオーディオ信号の再生方法。 - 第1のスピーカアレイに第1チャンネル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無限遠方に第1チャンネルの仮想音源を形成し、
第2のスピーカアレイに第2チャンネル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無限遠方に第2チャンネルの仮想音源を形成するとともに、
上記第1および第2のチャンネルの仮想音源により得られる第1および第2の音波の進行方向が交差する
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、
上記第1および第2のスピーカアレイを構成するスピーカの一部あるいは全部に対して、上記第1チャンネルのオーディオ信号と、上記第2チャンネルのオーディオ信号とを共通に供給する
ようにしたオーディオ信号の再生方法。 - 請求項2あるいは請求項3に記載のオーディオ信号の再生方法において、
上記音波の進行方向の交差する角度を可変とする
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
を有し、
上記設定回路により上記仮想音源の位置を無限遠方に設定して上記スピーカアレイから平行平面波を出力する
ようにしたオーディオ信号の再生装置。 - 第1のスピーカアレイから出力される音波が波面合成されて第1チャンネルの仮想音源を形成するように上記第1のスピーカアレイに供給される第1チャンネルのオーディオ信号を処理する第1の処理回路と、
上記第1チャンネルの仮想音源の位置を無限遠方に設定する第1の設定回路と、
第2のスピーカアレイから出力される音波が波面合成されて第2チャンネルの仮想音源を形成するように上記第2のスピーカアレイに供給される第2チャンネルのオーディオ信号を処理する第2の処理回路と、
上記第2チャンネルの仮想音源の位置を無限遠方に設定する第2の設定回路と、
上記第1および第2のチャンネルの仮想音源により得られる第1および第2の音波の進行方向を設定する第3の設定回路と
を有し、
上記第1および第2のチャンネルの仮想音源により得られる第1および第2の音波の進行方向が交差する
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、
上記第1および第2のスピーカアレイを構成するスピーカの一部あるいは全部に対して、上記第1チャンネルのオーディオ信号と、上記第2チャンネルのオーディオ信号とを共通に供給する
ようにしたオーディオ信号の再生装置。 - 請求項6あるいは請求項7に記載のオーディオ信号の再生装置において、
上記音波の進行方向の交差する角度を変更する手段を
有するオーディオ信号の再生装置。
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