特許 6348769 音場制御装置、音場制御システム及び音場制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6348769

(24)【登録日】2018年6月8日

(45)【発行日】2018年6月27日

(54)【発明の名称】音場制御装置、音場制御システム及び音場制御方法

(51)【国際特許分類】

   H04S 7/00 20060101AFI20180618BHJP

   H04R 3/00 20060101ALI20180618BHJP

   B60R 11/02 20060101ALI20180618BHJP

【ＦＩ】

   H04S7/00 320

   H04S7/00 330

   H04S7/00

   H04R3/00 310

   B60R11/02 S

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-95359(P2014-95359)

(22)【出願日】2014年5月2日

(65)【公開番号】特開2015-213249(P2015-213249A)

(43)【公開日】2015年11月26日

【審査請求日】2017年5月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】599011687

【氏名又は名称】学校法人 中央大学

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100097238

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 治

(74)【代理人】

【識別番号】100169823

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 雄郎

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(72)【発明者】

【氏名】戸井 武司

(72)【発明者】

【氏名】有光 哲彦

(72)【発明者】

【氏名】大野 瑠衣

【審査官】 渡邊 正宏

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００７／００４４３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１３５８１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０６−２２５３９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｒ １１／０２

Ｈ０４Ｒ ３／００− ３／１４

Ｈ０４Ｓ １／００− ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のスピーカを有する閉空間において、入力される複数の音情報による該閉空間における音場を制御する音場制御装置であって、
前記複数の音情報の各々に対し、該各音情報の伝達対象の領域に応じたフィルタ係数を有するフィルタを通して複数の音響信号を生成する音響信号生成部と、
前記複数の音響信号を加算する信号加算部と、
加算された前記音響信号を前記複数のスピーカに供給する音響出力部とを備え、
前記フィルタ係数は、前記複数のスピーカから前記閉空間内の複数の領域への伝達行列と、前記複数の領域における目標音場に基づいて、前記伝達行列と前記目標音場に関する最適化問題の解として算出され、
前記最適化問題の解は正則化係数βを含み、前記フィルタ係数は、該正則化係数βに応じて異なる値となり、
前記最適化問題の解は下記の式（１）で与えられ、

【数1】

ただし、式（１）において、Ａ_Fは最適化問題の解を示し、Ｇは伝達行列を示し、βは正則化係数を示し、Ｉは単位行列を示し、Ｈ_targetは目標音場を示し、
前記正則化係数βは下記の式（２）で与えられることを特徴とする音場制御装置。

【数2】

ただし、式（２）において、ｆは周波数を示し、α及びｂは、α＞０、ｂ＞０となる数を示す。

【請求項2】

請求項１に記載の音場制御装置において、ｂ＝１／２であることを特徴とする音場制御装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の音場制御装置において、前記正則化係数βを設定する設定部をさらに備える音場制御装置。

【請求項4】

請求項３に記載の音場制御装置において、前記設定部は、複数の前記領域において前記複数の音情報の音量をそれぞれ設定することを特徴とする音場制御装置。

【請求項5】

請求項３に記載の音場制御装置において、前記設定部は、複数の前記領域において音像位置をそれぞれ設定することを特徴とする音場制御装置。

【請求項6】

閉空間において、入力される複数の音情報による該閉空間における音場を制御する音場制御装置と、複数のスピーカとを備える音場制御システムであって、
前記音場制御装置は、
前記複数の音情報の各々に対し、該各音情報の伝達対象の領域に応じたフィルタ係数を有するフィルタを通して複数の音響信号を生成する音響信号生成部と、
前記複数の音響信号を加算する信号加算部と、
加算された前記音響信号を前記複数のスピーカに供給する音響出力部とを備え、
前記フィルタ係数は、前記複数のスピーカから前記閉空間内の複数の領域への伝達行列と、前記複数の領域における目標音場に基づいて算出されており、
前記複数のスピーカは、スピーカ配置選択装置によって選択されたスピーカであり、
前記スピーカ配置選択装置は、
前記複数のスピーカの数より多い初期配置数のスピーカが設置された状態において、該初期配置数のスピーカから前記閉空間内の複数の領域への伝達行列に対して特異値分解を行い、
前記特異値分解によって得られた直交行列から前記初期配置数のＥｆＩ（Effective Independence）値を算出し、
前記初期配置数のＥｆＩ値から、ＥｆＩ値が上位のスピーカを所望の個数選択することにより前記複数のスピーカを選択することを特徴とする音場制御システム。

【請求項7】

複数のスピーカを有する閉空間において、入力される複数の音情報による該閉空間における音場を制御する音場制御方法であって、
前記複数の音情報の各々に対し、該各音情報の伝達対象の領域に応じたフィルタ係数を有するフィルタを通して複数の音響信号を生成するステップと、
前記複数の音響信号を加算するステップと、
加算された前記音響信号を前記複数のスピーカに供給するステップとを含み、
前記フィルタ係数は、前記複数のスピーカから前記閉空間内の複数の領域への伝達行列と、前記複数の領域における目標音場に基づいて、前記伝達行列と前記目標音場に関する最適化問題の解として算出され、
前記最適化問題の解は正則化係数βを含み、前記フィルタ係数は、該正則化係数βに応じて異なる値となり、
前記最適化問題の解は下記の式（１）で与えられ、

【数3】

ただし、式（１）において、Ａ_Fは最適化問題の解を示し、Ｇは伝達行列を示し、βは正則化係数を示し、Ｉは単位行列を示し、Ｈ_targetは目標音場を示し、
前記正則化係数βは下記の式（２）で与えられることを特徴とする音場制御方法。

【数4】

ただし、式（２）において、ｆは周波数を示し、α及びｂは、α＞０、ｂ＞０となる数を示す。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車の車室内のような閉空間において音場を制御する音場制御装置、音場制御システム及び音場制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

複数の音情報が混在している場合にどの音情報が重要であるかは、活動目的などによって異なる。

【0003】

例えば自動車の車室内において、オーディオ機器による音楽とカーナビゲーションによる音声ガイダンスとが共存している場合、運転席においてはカーナビゲーションによる音声ガイダンスが優先的に聞こえる方が好ましい。

【0004】

複数の音情報が混在している環境において最も重要度の高い音情報を聞き取りやすくするため、例えば音声ガイダンスと音楽が混在している場合に、音声ガイダンスを音楽よりも優先して聞き取ることができるように音場特性や出力音量を調整する発明が提案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−１６７９７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

自動車の車室内においては領域によって優先的に聞き取りたい音情報が異なる。例えば、上記の通り運転席においてはカーナビゲーションによる音声ガイダンスを優先的に聞き取れることが好ましく、後部座席においては音楽を優先的に聴けることが好ましい。

【0007】

特許文献１で提案されている発明は、運転席においてカーナビゲーションによる音声ガイダンスを優先的に聞き取れるようにすることはできる。しかしながら、自動車の車室内全体に対して音場特性や出力音声を調整するため、運転席においてカーナビゲーションによる音声ガイダンスを優先的に聞き取れるようにすると、後部座席においてもカーナビゲーションによる音声ガイダンスが優先的に聞こえるようになってしまっていた。

【0008】

かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、閉空間において、領域ごとに独立して重要な音情報を聞き取ることができるように音場を制御することができる音場制御装置、音場制御システム及び音場制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明に係る音場制御装置は、複数のスピーカを有する閉空間において、入力される複数の音情報による該閉空間における音場を制御する音場制御装置であって、前記複数の音情報の各々に対し、該各音情報の伝達対象の領域に応じたフィルタ係数を有するフィルタを通して複数の音響信号を生成する音響信号生成部と、前記複数の音響信号を加算する信号加算部と、加算された前記音響信号を前記複数のスピーカに供給する音響出力部とを備え、前記フィルタ係数は、前記複数のスピーカから前記閉空間内の複数の領域への伝達行列と、前記複数の領域における目標音場に基づいて算出されることを特徴とするものである。

【0010】

また、本発明に係る音場制御装置において、前記フィルタ係数は、前記伝達行列と前記目標音場に関する最適化問題の解として算出されることが好ましい。

【0011】

また、本発明に係る音場制御装置において、前記最適化問題の解は正則化係数βを含み、前記フィルタ係数は、該正則化係数βに応じて異なる値となることが好ましい。

【0012】

また、本発明に係る音場制御装置において、前記最適化問題の解は下記の式（１）で与えられることが好ましい。

【数1】

ただし、式（１）において、Ａ_Fは最適化問題の解を示し、Ｇは伝達行列を示し、βは正則化係数を示し、Ｉは単位行列を示し、Ｈ_targetは目標音場を示す。

【0013】

また、本発明に係る音場制御装置において前記正則化係数βは下記の式（２）で与えられることが好ましい。

【数2】

ただし、式（２）において、ｆは周波数を示し、α及びｂは、α＞０、ｂ＞０となる数を示す。

【0014】

また、本発明に係る音場制御装置において、ｂ＝１／２であることが好ましい。

【0015】

また、本発明に係る音場制御装置において、前記正則化係数βを設定する設定部をさらに備えることが好ましい。

【0016】

また、本発明に係る音場制御装置において、前記設定部は、複数の前記領域において前記複数の音情報の音量をそれぞれ設定することが好ましい。

【0017】

また、本発明に係る音場制御装置において、前記設定部は、複数の前記領域において音像位置をそれぞれ設定することが好ましい。

【0018】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る音場制御システムは、閉空間において、入力される複数の音情報による該閉空間における音場を制御する音場制御装置と、複数のスピーカとを備える音場制御システムであって、前記音場制御装置は、前記複数の音情報の各々に対し、該各音情報の伝達対象の領域に応じたフィルタ係数を有するフィルタを通して複数の音響信号を生成する音響信号生成部と、前記複数の音響信号を加算する信号加算部と、加算された前記音響信号を前記複数のスピーカに供給する音響出力部とを備え、前記フィルタ係数は、前記複数のスピーカから前記閉空間内の複数の領域への伝達行列と、前記複数の領域における目標音場に基づいて算出されていることを特徴とするものである。

【0019】

また、本発明に係る音場制御システムにおいて、前記複数のスピーカは、スピーカ配置選択装置によって選択されたスピーカであり、前記スピーカ配置選択装置は、前記複数のスピーカの数より多い初期配置数のスピーカが設置された状態において、該初期配置数のスピーカから前記閉空間内の複数の領域への伝達行列に対して特異値分解を行い、前記特異値分解によって得られた直交行列から前記初期配置数のＥｆＩ（Effective Independence）値を算出し、前記初期配置数のＥｆＩ値から、ＥｆＩ値が上位のスピーカを所望の個数選択することにより前記複数のスピーカを選択することが好ましい。

【0020】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る音場制御方法は、複数のスピーカを有する閉空間において、入力される複数の音情報による該閉空間における音場を制御する音場制御方法であって、前記複数の音情報の各々に対し、該各音情報の伝達対象の領域に応じたフィルタ係数を有するフィルタを通して複数の音響信号を生成するステップと、前記複数の音響信号を加算するステップと、加算された前記音響信号を前記複数のスピーカに供給するステップとを含み、前記フィルタ係数は、前記複数のスピーカから前記閉空間内の複数の領域への伝達行列と、前記複数の領域における目標音場に基づいて算出されることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、閉空間において、領域ごとに独立して重要な音情報を聞き取ることができるように音場を制御することができる音場制御装置、音場制御システム及び音場制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施形態に係る音場制御システムの概略構成を示す図である。

【図2】自動車の車室内における音源位置及び測定位置の配置の一例を示す図である。

【図3】領域Ａに集中させた音場と領域Ｂに集中させた音場を合成させる様子を示す概念図である。

【図4】β＝１／ｆとした場合における音場分離の様子を示す図である。

【図5】β＝４０／√ｆとした場合における音場分離の様子を示す図である。

【図6】音圧レベルの差のβ依存（α依存）の一例を示す図である。

【図7】条件数のβ依存の一例を示す図である。

【図8】音量操作インタフェースの一例を示す図である。

【図9】音像操作インタフェースの一例を示す図である。

【図10】本発明の一実施形態に係るスピーカ配置選択装置の概略構成を示す図である。

【図11】自動車の車室内に６４個のスピーカを配置した一例を示す図である。

【図12】６４個のスピーカから線形独立性の高い２４個のスピーカを選択する様子の一例を示す図である。

【図13】線形独立性の高いスピーカを選択することにより条件数が低下する様子の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。

【0024】

図１は、本発明の一実施形態に係る音場制御システム１０の概略構成を示す図である。音場制御システム１０は、例えば自動車の車室内のような閉空間において、多領域で独立した音情報を伝達するシステムである。ここで、「多領域」とは、運転席や後部座席のような複数の領域を意味する。また、「音情報」は、例えば、音楽やカーナビゲーションの音声ガイダンスなどである。音場制御システム１０は、例えば、運転席では音声ガイダンスが聞き取りやすく、後部座席では音楽が聴き取りやすくなるように、領域ごとに音場を独立して制御する。

【0025】

音場制御システム１０は、音場を制御する音場制御装置１００と、各種の音情報を出力する信号再生装置２００と、複数のスピーカ３００とを備える。

【0026】

音場制御装置１００は、信号再生装置２００から入力される複数の音情報について、領域ごとに音場を独立制御して、複数のスピーカ３００から音情報を再生させる。音場制御装置１００の詳細については後述する。

【0027】

信号再生装置２００は、例えば、ＣＤやＨＤＤなどに記録された音楽、カーナビゲーションの音声ガイダンス、電話音声、ラジオ放送、インターネット上にあるサーバから配信された音情報などを音場制御装置１００に各種フォーマットで出力する。図１では、信号再生装置２００が１台の構成を示しているが、信号再生装置２００は、複数の装置であってもよい。

【0028】

スピーカ３００は、閉空間に複数個設置されている。例えば、図２に示す例においては、自動車の車室内において２４箇所に設置されている。図２においては、スピーカ３００の位置は「音源位置」として白丸で示されている。

【0029】

音場制御装置１００は、信号分離部１０１と、環境音信号調整部１０２と、音響信号生成部１０３と、信号加算部１０４と、複数の音響出力部１０５と、記憶部１０６と、設定部１０７とを備える。

【0030】

信号分離部１０１は、信号再生装置２００から入力された音情報を分離して、音情報に応じて、環境音信号調整部１０２又は音響信号生成部１０３に出力する。

【0031】

信号分離部１０１は、独立して音場を制御する必要がなく各領域で共通して聴取する音情報は環境音信号調整部１０２に出力する。また、信号分離部１０１は、独立して音場を制御する必要がある音情報は音響信号生成部１０３に出力する。

【0032】

また、信号分離部１０１は、例えば音情報が５．１ｃｈフォーマットの場合、センタースピーカに配分されている音声情報を分離することもできる。

【0033】

環境音信号調整部１０２は、信号分離部１０１から入力された音情報を信号加算部１０４に出力する。

【0034】

音響信号生成部１０３は、入力された複数の音情報の各々に対し、各音情報の伝達対象の領域に応じたフィルタ係数を有するフィルタを通して複数の音響信号を生成する。音響信号生成部１０３は、例えば、カーナビゲーションによる音声ガイダンスの伝達対象の領域が運転席（領域Ａ）であり、音声ガイダンスを、領域Ａで聞き取りやすく、後部座席左側（領域Ｂ）ではほとんど聞こえないようにする場合、音声ガイダンスの音情報は、領域Ａ用のフィルタ係数を有するフィルタ（領域Ａ用のフィルタ）に通して音響信号を生成して信号加算部１０４に出力する。ここで、領域Ａ用のフィルタとは、領域Ａの音場を中心に制御するフィルタであり、例えば、領域Ａでは聞き取りやすく、領域Ｂではほとんど聞こえなくなるように音場を制御するフィルタである。

【0035】

音響信号生成部１０３は、設定部１０７による設定に応じてフィルタ特性を変更することができる。音響信号生成部１０３は、設定部１０７による設定に応じて、フィルタ特性を変更するために必要なフィルタ係数を記憶部１０６から読み出す。

【0036】

信号加算部１０４は、環境音信号調整部１０２及び音響信号生成部１０３から入力された複数の音響信号を加算し、複数の音響出力部１０５に出力する。

【0037】

音響出力部１０５は、信号加算部１０４で加算された音響信号をスピーカ３００に供給する。音響出力部１０５の数はスピーカ３００の個数に対応している。

【0038】

記憶部１０６は、音響信号生成部１０３が用いるフィルタのフィルタ係数を記憶している。記憶部１０６は、各領域用のフィルタ係数を記憶している。また、記憶部１０６は、各領域について設定の異なる複数のフィルタ係数を記憶している。

【0039】

設定部１０７は、ユーザから各種設定を受け付け、受け付けた設定を音響信号生成部１０３に出力する。設定部１０７が設定する内容の詳細については後述する。

【0040】

ここで、図２及び図３を参照して、記憶部１０６が記憶しているフィルタ係数について説明する。フィルタ係数は、予め記憶部１０６に記憶されているが、以下に示すような方法により、算出されている。

【0041】

図２は、自動車の車室内に設置されたスピーカ３００の位置（音源位置）と、マイクロホンの位置（測定位置）を示す図である。図２に示す例においては、スピーカは２４箇所に設置されている。また、図２に示す例においては、領域Ａ（運転席）及び領域Ｂ（後部座席左側）にマイクロホンが設置されている。マイクロホンの位置は黒丸で示されている。

【0042】

実際に各スピーカ３００から音を出力し、各マイクロホンで音を測定することにより、各スピーカ３００と各マイクロホンとの組み合わせについて伝達関数を測定することができる。図２に示す例においては、スピーカとマイクロホンはそれぞれ複数あり、音源と音場との関係は、伝達行列Ｇとして定義することができる。

【0043】

複数の音源（スピーカ）で構成された音源アレーによる音圧応答Ｈは、下記の式（３）によって求められる。

【数3】

【0044】

ここで、Ａ_Fは、各音源間の相対的な音源強度や位相の差を表現するベクトルである。目標音場がＨ_targetで与えられれば、必要な音源条件は下記の式（４）によって求められる。

【数4】

【0045】

ここで、（Ｇ）⁺は、Ｇの疑似逆行列である。

【0046】

音源に入力される入力パワーを最適化するため、下記の式（５）のような最適化問題において、目標音場Ｈ_targetと実音場（音圧応答）Ｈ（＝ＧＡ_F）との誤差Jを最小化する解Ａ_Fを求める。

【数5】

【0047】

ここで、右上のＨは、転置行列であることを意味する。式（５）を、Ｊ＝０としてＡ_Fについて解くと、下記の式（６）のように変形することができる。

【数6】

【0048】

ここで、正則化係数βは対角成分の加重値であり、Ｉは単位行列である。記憶部１０６は、このようにして求めたＡ_Fに対応するフィルタ係数を記憶している。

【0049】

また、式（５）は、連立方程式の条件数を下げて雑音の影響を低減するティホノフ（Ｔｉｋｈｏｎｏｖ）正則化と同じ形であり、行列の対角成分に加重値をかけることによって、条件数を低くする方法である。

【0050】

ここで、「条件数」とは、誤差に対するシステムの敏感度を評価する指標である。条件数が小さくなるようにシステムを構成することにより、システムのロバスト性を高めることができる。自動車の車室内のような体積の小さい閉空間では伝達関数に誤差が生じやすいため、条件数を小さくしてロバスト性を高めることが有効である。

【0051】

図３に、多領域音場制御によって各制御領域に対して求められた音圧集中の解を、重畳の原理に基づき合成する様子の概念図を示す。音圧集中問題は逆問題法以外でも様々な方法が提案されているが、狭い内部空間の特性を反映するため逆問題法を適用する。まず、一つの領域Ａに音を伝達させ、他の領域Ｂに音を伝達させないフィルタを導く。次に、領域Ａと領域Ｂを入れ替えて領域Ｂに音を伝達させ、他の領域Ａに音を伝達させないフィルタを導く。これらの二つのフィルタを重ねて用いることで各領域の音場を独立して制御することができる。領域Ａ及び領域Ｂにおける目標音場を、それぞれ、Ｈ_target,A及びＨ_target,Bとすると、目標音場は、それぞれ、下記の式（７）及び（８）によって表現することができる。

【数7】

【数8】

【0052】

ここで、Ａ_Tは作りたい仮想の音場を構成する音源の音源強度であり、Ｗは自由音場の伝達行列である。

【0053】

以後、実際に音場が分離される様子を示す。

【0054】

式（５）及び（６）における正則化係数βは一意に決まるものではなく、種々の形式を取り得る。例えば、正則化係数βは下記の式（９）に示すような形式とすることができる。

【数9】

【0055】

ここでｆは周波数である。また、α及びｂは、α＞０、ｂ＞０となる数である。

【0056】

一例として、正則化係数βを下記の式（１０）としてフィルタ係数を計算した場合の領域Ａ及び領域Ｂにおける平均音圧レベルを比較した結果を図４に示す。ここで、平均音圧レベルとは、領域に設置した複数のマイクロホンが測定した音圧レベルの平均値である。

【数10】

【0057】

図４の横軸は周波数であり、縦軸は平均化した音圧レベルである。図４（ａ）は領域Ａ用のフィルタを通した信号の音圧レベルを示し、図４（ｂ）は領域Ｂ用のフィルタを通した信号の音圧レベルを示す。図４（ａ）においては、２００Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数帯域の全体にわたって領域Ａで測定した音圧レベルが領域Ｂで測定した音圧レベルより大きく、音場を効果的に分離できている。しかしながら、図４（ｂ）においては、領域Ａで測定した音圧レベルが領域Ｂで測定した音圧レベルより大きくなっている周波数があるなど、音場を効果的に分離できていない。

【0058】

次に、図５に、正則化係数βを下記の式（１１）とした場合の結果を示す。

【数11】

【0059】

図５は、正則化係数βがβ＝４０／√ｆである場合の、領域Ａ及び領域Ｂにおける平均音圧レベルを比較した結果を示す図である。図５（ａ）は領域Ａ用のフィルタを通した信号の音圧レベルを示し、図５（ｂ）は領域Ｂ用のフィルタを通した信号の音圧レベルを示す。図５（ａ）においては、２００Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数帯域の全体にわたって領域Ａで測定した音圧レベルが領域Ｂで測定した音圧レベルより１０ｄＢ以上大きく、音場を効果的に分離できている。また、図５（ｂ）においても、２００Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数帯域の全体にわたって領域Ｂで測定した音圧レベルが領域Ａで測定した音圧レベルより１０ｄＢ以上大きく、音場を効果的に分離できている。

【0060】

図６は、正則化係数βをβ＝α／√ｆの形式とし、αの値をふった場合の各領域における音圧レベルの差を示す図である。領域Ａではαが小さい程音圧レベルの差が大きく、領域Ｂではαが大きいほど音圧レベルの差が大きい。

【0061】

このように、αの値によって音圧レベルの差が異なる値となるため、設定部１０７で設定して、例えばαの値を可変にして正則化係数βの値を変えることにより、音圧レベルの差を制御することができる。本実施形態においては、ユーザが設定部１０７でαを設定し、音響信号生成部１０３が、設定されたαに応じたフィルタで信号を処理することにより、音圧レベルの差を制御することができる。これにより、例えば領域Ａにおいて、２つの音情報のうちの片方だけを聞き取りやすくするように制御することもできるし、２つの音情報が同等程度に聞こえるようにすることもできる。

【0062】

図７は、正則化係数βが、β＝１／ｆの場合と、β＝４０／√ｆとで、条件数を比較したものである。β＝４０／√ｆとした場合の方が、β＝１／ｆとした場合よりも条件数が小さく、条件数が小さいほど音場分離効果が大きいことが想定される。

【0063】

［音量操作］
設定部１０７は、ユーザから各音情報についての音量設定を受け付けることができる。設定部１０７は、受け付けた音量設定を音響信号生成部１０３に出力し、音響信号生成部１０３は、音量設定に応じて音量を調整する。これにより、各領域において二つの音情報の混合比率を変えることができる。また、周波数ごとに音情報の混合比率を調整したい場合は、入力情報にイコライザを用いることにより、周波数ごとに混合比率を調整することもできる。

【0064】

図８に、多領域において音量を操作するための操作インタフェースの一例を示す。例えば、操作インタフェースがタッチスクリーンである場合、ピンチインやピンチアウトなどの操作を行うことにより、各音情報に対してそれぞれ独立した音量を操作することができる。なお、図８に示す例は、あくまで一例であって、操作インタフェースは、異なる方法によるものであってもよい。

【0065】

［音像操作］
式（７）及び式（８）においては、二つの領域Ａ及びＢにおいて、目標音場Ｈ_taget,A及びＨ_target,Bを自由に表現することができる。例えば、領域Ａにおいて音像が無い状態にする場合は、領域Ａの全てのマイクロホンにおいて１となるような目標音場とする。また、領域Ａにおいて音像を付けた状態にする場合は、例えば横壁面よりの音像にしたい場合には横壁面の反対側のマイクロホンを１未満にするなどとする。このように、それぞれの目標音場に対してマイクロホンへの入力バランスを考慮することにより、音像の位置を制御することができる。

【0066】

設定部１０７は、ユーザから音像設定を受け付けることができる。設定部１０７は、受け付けた音像設定を音響信号生成部１０３に出力し、音響信号生成部１０３は、音像設定に応じたフィルタ係数を記憶部１０６から読み込み音像を調整する。図９に、音像を操作するための操作インタフェースの一例を示す。図９（ａ）は、領域ごとに音像位置を指定するための操作インタフェースの一例である。図９（ａ）に示す例においては、例えば、領域Ａにおいては音像位置が右前に設定されており、領域Ｂにおいては音像位置が左前に設定されている。また、図９（ｂ）は、信号ごとに音像位置を指定するための操作インタフェースの一例である。図９（ｂ）に示す例においては、例えば、信号Ａの音像位置は右前に設定されており、信号Ｂの音像位置が左前に設定されている。

【0067】

［音源（スピーカ）選択］
これまで、音源（スピーカ）の設置位置は予め与えられたものとして説明してきたが、制御領域に対して影響を与えやすい音源の位置を適切に選択することにより、余剰を排除し音源配置を効率化することができる。以下、音源位置を適切に選択する方法について説明する。

【0068】

図１０は、本発明の一実施形態に係るスピーカ配置選択装置４００の概略構成を示す図である。スピーカ配置選択装置４００は、音響信号送信部４０１と、音響信号受信部４０２と、音響伝達関数算出部４０３と、ＥｆＩ値算出部４０４と、スピーカ数設定部４０５とスピーカ配置選択部４０６とを備える。

【0069】

音響信号送信部４０１は、所定の初期信号によりスピーカから音を出力させる。図１１に、自動車の車室内に初期配置数として６４個のスピーカが設置されている例を示す。

【0070】

音響信号受信部４０２は、例えば領域Ａ及び領域Ｂ周辺に設置されたマイクロホンが受信した音響信号をマイクロホンから受信する。

【0071】

音響伝達関数算出部４０３は、音響信号送信部４０１から入力された信号と、音響信号受信部４０２から入力された信号とに基づいて伝達行列Ｇを算出し、ＥｆＩ値算出部４０４に出力する。

【0072】

ＥｆＩ値算出部４０４は、音響伝達関数算出部４０３から入力された伝達行列Ｇと、スピーカ数設定部４０５から取得したスピーカ数とに基づいてＥｆＩ（Effective Independence）値を算出する。ＥｆＩ値の算出方法の詳細については後述する。

【0073】

スピーカ数設定部４０５は、ユーザから設置したいスピーカの個数の入力を受け付け、ＥｆＩ値算出部４０４及びスピーカ配置選択部４０６に出力する。

【0074】

スピーカ配置選択部４０６は、ＥｆＩ値算出部４０４から取得した各スピーカのＥｆＩ値に基づいて、スピーカを選択する。スピーカ配置選択部４０６が選択するスピーカの個数は、スピーカ数設定部４０５から取得した個数であり、スピーカ配置選択部４０６は、ＥｆＩ値が上位のスピーカを、スピーカ数設定部４０５において設定された数の分だけ選択する。

【0075】

以下、ＥｆＩ値算出部４０４における処理について説明する。

【0076】

ＥｆＩ値算出部４０４は、ＥｆＩ法（Effective Independence Method）により、ＥｆＩ値を算出する。ＥｆＩ法は、行列を構成する行や列の線形独立性を評価し、その成分の重複度を評価する方法である。線形独立性が高い要素は必要性が高い成分であることを意味し、線形独立性が低い要素は必要性が低い余剰な成分であることを意味する。線形独立性が高い成分を選択して余剰な成分を排除することにより条件数を低くすることができる。

【0077】

ＥｆＩ値算出部４０４は、音響伝達関数算出部４０３から伝達行列Ｇを取得し、下記の式（１２）のように特異値分解を行う。

【数12】

【0078】

ここで、マイクロホンの個数をｍ個、スピーカの個数をｎ個とすると、伝達行列Ｇはｍ×ｎの行列である。また、Ｕはｍ×ｍの直交行列、Λはｍ×ｎの対角行列、Ｗはｎ×ｎの直交行列である。Ｗの右上のＨは、転置行列であることを意味する。

【0079】

続いて、ＥｆＩ値算出部４０４は、スピーカ数設定部４０５から取得したスピーカ数を用いて行列Ｗａを生成する。Ｗａは、ｎ×ａの行列であり、ここで「ａ」は、スピーカ数設定部４０５から取得したスピーカ数である。ＥｆＩ値算出部４０４は、行列Ｗの１番目からａ番目までの列ベクトルを選択することにより行列Ｗａを生成する。例えば、６４個のスピーカから２４個のスピーカを選択する場合、ｎ＝６４、ａ＝２４である。

【0080】

続いて、ＥｆＩ値算出部４０４は、下記の式（１３）のようにしてＥｆＩ値のベクトルＥ_Wを算出する。

【数13】

【0081】

ここで、関数ｄｉａｇは、対角成分を取り出して列ベクトルを生成する操作をする関数である。

【0082】

ベクトルＥ_Wの成分は、各スピーカのＥｆＩ値に対応し、０〜１の間の数値を有する。ＥｆＩ値は、高い数値であるほど線形独立性が高いことを意味する。ＥｆＩ値の高いスピーカを選択することにより条件数を下げることができ、効率的に音場を制御することができる。

【0083】

図１２に、６４個のスピーカからＥｆＩ値が高い２４個のスピーカ（すなわち線形独立性が高い２４個のスピーカ）を選択する様子の一例を示す。

【0084】

図１３は、６４個のスピーカと、選択した２４個のスピーカとで条件数を比較した様子を示す図である。図１３に示すように、６４個のスピーカから線形独立性の高い２４個のスピーカを選択することにより条件数が下がる。したがって、音場に対して適切にスピーカが配置されていることがわかる。

【0085】

本手法によれば、ガラス面などの反射の多い空間においても適切な音源配置を選択することができ、特に制限を受けることなく、様々な空間において本手法を適用することができる。

【0086】

このように、本実施形態によれば、複数の音情報の各々に対し、該各音情報の伝達対象の領域に応じたフィルタ係数を有するフィルタを通して複数の音響信号を生成することにより、閉空間において、領域ごとに独立して重要な音情報を聞き取ることができるように音場を制御することができる。

【0087】

また、フィルタ係数を伝達行列と目標音場に関する最適化問題の解として算出し、最適化問題の解に含まれる正則化係数βを設定部１０７で設定することにより、多領域の音場を分離させる程度を制御することができる。

【0088】

また、設定部１０７で、複数の領域において複数の音情報の音量をそれぞれ設定することにより、多領域の音量の比率を制御することができる。

【0089】

また、設定部１０７で、複数の領域において音像位置をそれぞれ設定することにより、多領域の音像位置を制御することができる。

【0090】

また、スピーカ配置選択装置４００によって、ＥｆＩ値が高いスピーカ３００を選択して配置することにより、選択されたスピーカ３００の線形独立性を高めることができ、効率的にスピーカ３００を配置することができる。

【0091】

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、本発明について装置を中心に説明してきたが、本発明は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

【符号の説明】

【0092】

１０ 音場制御システム
１００ 音場制御装置
１０１ 信号分離部
１０２ 環境音信号調整部
１０３ 音響信号生成部
１０４ 信号加算部
１０５ 音響出力部
１０６ 記憶部
１０７ 設定部
２００ 信号再生装置
３００ スピーカ
４００ スピーカ配置選択装置
４０１ 音響信号送信部
４０２ 音響信号受信部
４０３ 音響伝達関数算出部
４０４ ＥｆＩ値算出部
４０５ スピーカ数設定部
４０６ スピーカ配置選択部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】