特許 7583638 オブジェクトベース音響レンダリング装置及びプログラム

(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】

(24)【登録日】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】オブジェクトベース音響レンダリング装置及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04S 3/00 20060101AFI20241107BHJP

【ＦＩ】

H04S3/00 200

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021023419

(22)【出願日】2021-02-17

(65)【公開番号】P2022125686

(43)【公開日】2022-08-29

【審査請求日】2024-01-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000004352

【氏名又は名称】日本放送協会

(74)【代理人】

【識別番号】100121119

【弁理士】

【氏名又は名称】花村 泰伸

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 陽

(72)【発明者】

【氏名】杉本 岳大

(72)【発明者】

【氏名】西口 敏行

(72)【発明者】

【氏名】久保 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】小倉 知美

(72)【発明者】

【氏名】大久保 洋幸

【審査官】冨澤 直樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２２０６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０９０５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１６８７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｓ １／００－７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

音響メタデータに記述された位置に配置された音源オブジェクトに対しレンダリングを行うことで、試聴環境に配置された複数のスピーカのそれぞれに対する駆動信号を生成するオブジェクトベース音響レンダリング装置において、
前記複数のスピーカの個数をＬ、前記スピーカの番号をｌ（＝１，・・・，Ｌ）、第ｌ番目の前記スピーカを第ｌ番目スピーカ、音源信号が出力される仮想音源の座標を仮想音源座標ｒ_S、前記第ｌ番目スピーカの座標をスピーカ座標ｒ_l、前記第ｌ番目スピーカの位置での境界面内向き法線ベクトルをｎ（ｒ_l）、前記第ｌ番目スピーカの位置を中心とする面積要素をΔＳ_l、前記第ｌ番目スピーカに対する前記駆動信号をｄ（ｒ_l）として、
前記複数のスピーカのそれぞれについて、前記仮想音源座標ｒ_Sの位置から前記第ｌ番目スピーカの前記スピーカ座標ｒ_lの位置までのベクトルと前記第ｌ番目スピーカの前記境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）との成す角θ_lを算出する角度算出部、並びに、
前記複数のスピーカのそれぞれに対応する信号増幅部、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）、減衰付加部、面積要素付加部及び第１角度重み付加部を備え、
前記信号増幅部は、
前記音源信号を定数にて増幅し、
前記ＨＰＦは、
前記仮想音源座標ｒ_S及び前記第ｌ番目スピーカの前記スピーカ座標ｒ_lに基づいて、ＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）を設定し、前記信号増幅部により増幅された信号に対し、前記ＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）を用いてフィルタ処理を施し、
前記減衰付加部は、
前記仮想音源座標ｒ_Sの位置から前記第ｌ番目スピーカの前記スピーカ座標ｒ_lの位置までのベクトルの絶対値を求め、前記絶対値を２乗した結果の逆数を減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²として設定し、前記フィルタ処理が施された信号に対し前記減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²を乗算し、
前記面積要素付加部は、
前記減衰付加部により乗算された信号に対し前記面積要素ΔＳ_lを乗算し、
前記第１角度重み付加部は、
前記角度算出部により算出された前記第ｌ番目スピーカの前記成す角θ_lに基づき、０から１までの範囲において、前記成す角θ_lの絶対値が０°に近いほど１に近い値をとり、前記成す角θ_lの絶対値が９０°に近いほど０に近い値をとり、前記成す角θ_lの絶対値が０°以下または９０°以上のときに０の値をとる角度重みｗ_C（θ_l）を設定し、前記面積要素付加部により乗算された信号に対し前記角度重みｗ_C（θ_l）を乗算することで、前記第ｌ番目スピーカに対する前記駆動信号ｄ（ｒ_l）を生成する、ことを特徴とするオブジェクトベース音響レンダリング装置。

【請求項2】

請求項１に記載のオブジェクトベース音響レンダリング装置において、
さらに、前記仮想音源座標ｒ_Sへの仮想音源方向の単位ベクトル及び全てのスピーカにおける前記スピーカ座標ｒ_lへのスピーカ方向の単位ベクトルに基づいて、前記仮想音源を内部に含む３つのスピーカをＶＢＡＰ（Vector Based Amplitude Panning）対象の３つのスピーカとして特定し、前記ＶＢＡＰ対象の３つのスピーカの単位ベクトルｒ_n1，ｒ_n2，ｒ_n3を取得し、前記仮想音源座標ｒ_Sへの仮想音源方向の単位ベクトル及び前記ＶＢＡＰ対象の３つのスピーカの単位ベクトルｒ_n1，ｒ_n2，ｒ_n3に基づいて、前記ＶＢＡＰ対象の３つのスピーカに対応する係数ｇ_l＝ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3を求め、前記全てのスピーカのうち、前記ＶＢＡＰ対象の３つのスピーカ以外のスピーカに対応する係数ｇ_l＝０を設定し、前記係数ｇ_lを出力するＶＢＡＰ係数算出部、並びに、
前記複数のスピーカのそれぞれに対応するＶＢＡＰ係数乗算部、第２角度重み付加部及び加算部を備え、
前記ＶＢＡＰ係数乗算部は、
前記面積要素付加部により乗算された信号に対し、前記ＶＢＡＰ係数算出部により出力された前記係数ｇ_lを乗算し、
前記第２角度重み付加部は、
前記角度算出部により算出された前記第ｌ番目スピーカの前記成す角θ_lに基づき、０から１までの範囲において、前記成す角θ_lの絶対値が０°に近いほど０に近い値をとり、前記成す角θ_lの絶対値が９０°に近いほど１に近い値をとり、前記成す角θ_lの絶対値が０°以下または９０°以上のときに０の値をとる角度重みｗ_S（θ_l）を設定し、前記ＶＢＡＰ係数乗算部により乗算された信号に対し前記角度重みｗ_S（θ_l）を乗算することで、第２駆動信号を生成し、
前記第１角度重み付加部は、
前記角度重みｗ_C（θ_l）を設定し、前記面積要素付加部により乗算された信号に対し前記角度重みｗ_C（θ_l）を乗算することで、第１駆動信号を生成し、前記加算部が、前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号を加算することで、前記第ｌ番目スピーカに対する前記駆動信号ｄ（ｒ_l）を生成する、ことを特徴とするオブジェクトベース音響レンダリング装置。

【請求項3】

請求項２に記載のオブジェクトベース音響レンダリング装置において、
前記ＶＢＡＰ係数乗算部は、
前記面積要素付加部により乗算された信号の代わりに、前記音源信号を入力し、前記音源信号に対し前記係数ｇ_lを乗算する、ことを特徴とするオブジェクトベース音響レンダリング装置。

【請求項4】

請求項１から３までのいずれか一項に記載のオブジェクトベース音響レンダリング装置において、
前記ＨＰＦは、
予め設定されたパラメータをα、予め設定されたフィルタ次数をＮ、及びｎ＝０，１，・・・，Ｎとして、以下の式：

にて、ＨＰＦ係数ｈ_n（ｒ_l，ｒ_S）を設定し、
ｘ［ｔ］及びｙ［ｔ］を時刻ｔにおける当該ＨＰＦの入力及び出力として、入出力特性が以下の式：

となるように、前記信号増幅部により増幅された信号に対し、前記ＨＰＦ係数ｈ_n（ｒ_l，ｒ_S）を用いてフィルタ処理を施す、ことを特徴とするオブジェクトベース音響レンダリング装置。

【請求項5】

請求項１から４までのいずれか一項に記載のオブジェクトベース音響レンダリング装置において、
前記減衰付加部は、
予め設定されたパラメータをβ₁，β₂として、以下の式：

にて減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）を求め、前記フィルタ処理が施された信号に対し前記減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）を乗算する、ことを特徴とするオブジェクトベース音響レンダリング装置。

【請求項6】

コンピュータを、請求項１から５までのいずれか一項に記載のオブジェクトベース音響レンダリング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、オブジェクトベース音響の再生装置に関し、特に、ＷＦＳ（Wave Field Synthesis：波面合成方式）の考え方に基づいてスピーカの駆動信号を算出するオブジェクトベース音響レンダリング装置及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、映画音響を中心にオブジェクトベース音響技術が脚光を浴びつつある。従来は、複数の音声素材を規定のチャンネルフォーマットへミックスダウンして記録するチャンネルベース音響が主流であった。

【0003】

オブジェクトベース音響では、個々の音声素材を音響オブジェクトとして別々に記録しておき、音響オブジェクトのレベル及び座標等が記述された音響メタデータに基づいてレンダリングを行う。

【0004】

以下、このようなオブジェクトベース音響方式の再生装置をオブジェクトベース音響レンダリング装置という。オブジェクトベース音響レンダリング装置は、音響オブジェクトに対し、音響メタデータと配置された複数のスピーカ位置に基づいて音響オブジェクトのレンダリングを行い、それぞれのスピーカの位置に応じた駆動信号を生成することで、試聴環境に応じた音響再生を行う。したがって、コンテンツの制作時とは異なるスピーカ配置で再生する場合であっても、それに適応した再生が可能となる。

【0005】

〔ＶＢＡＰ〕
従来、オブジェクトベース音響のレンダリングには、ＶＢＡＰ（Vector Based Amplitude Panning）と呼ばれるアルゴリズムが多く利用される（例えば、非特許文献１を参照）。

【0006】

ＶＢＡＰでは、再生空間を３個のスピーカからなる三角形領域で分割し、音源座標を含む三角形の各頂点に位置するスピーカに対して重みを算出する。そして、音源信号を前記算出した重みで分配することにより、振幅パンニングを行う。

【0007】

しかしながら、ＶＢＡＰでは、スピーカがある特定の半径の球面状に配置され、音源がその球面上に配置されているものとして処理が行われる。そのため、音源の距離による遠近の表現をすることができない。

【0008】

ＶＢＡＰを用いて遠近も含めた音場の表現を行う際には、距離減衰及び残響等を付加して表現することがあるが（例えば、非特許文献２を参照）、それらは心理音響に基づく手法であり、音場を物理的に再現することを目的とした方法ではない。

【0009】

また、ＶＢＡＰの重み算出アルゴリズムによれば、スイートスポットで聴取することを想定して重みが算出されるため、そこから離れた位置で試聴する場合において、再生品質は保証されるものではない。

【0010】

〔ＷＦＳ〕
一方、波動音響に基づく音場の表現方法として、ＷＦＳと呼ばれる手法が知られている。ＷＦＳは、以下の式にて表されるキルヒホッフ－ヘルムホルツ積分方程式によって波動音響的に裏付けられた音場再現手法である（例えば、非特許文献３を参照）。

【数1】

【0011】

ここで、ｐ（ｒ）は、境界∂Ｖで閉じられたある領域Ｖ内の任意の点ｒでの音圧を示し、Ｇ（ｒ｜ｒ_o）は、境界∂Ｖ上の点ｒ_oから境界∂Ｖ内の任意の点ｒまでのグリーン関数を示す。ｎ（ｒ_o）は、点ｒ_oにおける境界∂Ｖの法線方向内向きの単位ベクトルを示す。ｐ（ｒ_o）は、境界∂Ｖ上の点ｒ_oにおける音圧を示し、∂ｐ（ｒ_o）／∂ｎは、境界∂Ｖ上の点ｒ_oにおける単位ベクトルｎ（ｒ_o）方向の音圧勾配ベクトルを示す。dＳ_Oは、境界∂Ｖ上の微小面積である。

【0012】

またここで、境界が任意の形状をしている場合に、境界∂Ｖにおける境界条件として、∂Ｇ（ｒ｜ｒ_o）／∂ｎ＝０なるノイマン条件を想定したグリーン関数を設定する。そして、点ｒ_oにおける平均音響インテンシティＩ（ｒ_o）及び単位ベクトルｎ（ｒ_o）によって決定される以下の窓関数ａ（ｒ_o）を導入する。

【数2】

【0013】

これにより、以下の等式が成り立つ。

【数3】

【0014】

Ｇ_o（ｒ｜ｒ_o）は、点ｒ_oから点ｒまでの自由音場グリーン関数を示す。キルヒホッフ－ヘルムホルツ積分方程式は、ある領域の外部に音源が存在する場合、その領域内部の音場は、境界面の境界法線方向の音圧勾配分布によって決定されるという事実を示している。

【0015】

ＷＦＳでは、音場を再現したい領域の境界面上に密にスピーカを配置し、音源（点音源を想定）の座標を与えることで、キルヒホッフ－ヘルムホルツ積分方程式に基づいて、スピーカの駆動信号を決定する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0016】

【文献】VlLLE PULKKI,“Virtual Sound Source Positioning Using Vector Base Amplitude Panning”,J. Audio Eng. Soc., Vol. 45, No.6, 1997 June

【文献】勧告ITU-R. BS.2127-0

【文献】Ahrens Jens, Rabenstein Rudolph, Spors Sascha,“The Theory of wave field synthesis revisited”, in 124th Conv. Audio Eng. Soc., 2008

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

このように、ＷＦＳを用いることにより、再生領域の内側で波面を再合成することができるため、ＶＢＡＰとは異なり、スイートスポットから離れた点において再生品質が低下するという問題点は生じない。

【0018】

しかしながら、ＷＦＳを用いて厳密に波面を合成するためには、境界面に密にスピーカを配置する必要があり、また、所定の周波数特性を持つフィルタ及び遅延等の要素を加える必要がある。このため、ＷＦＳを用いた場合には、ＶＢＡＰに比べてシステムの規模が大きくなるという課題があった。

【0019】

そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、システムの規模を拡大することなく、ＷＦＳに基づき音源の距離の遠近を表現する駆動信号を生成可能なオブジェクトベース音響レンダリング装置及びプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0020】

前記課題を解決するために、請求項１のオブジェクトベース音響レンダリング装置は、 音響メタデータに記述された位置に配置された音源オブジェクトに対しレンダリングを行うことで、試聴環境に配置された複数のスピーカのそれぞれに対する駆動信号を生成するオブジェクトベース音響レンダリング装置において、前記複数のスピーカの個数をＬ、前記スピーカの番号をｌ（＝１，・・・，Ｌ）、第ｌ番目の前記スピーカを第ｌ番目スピーカ、音源信号が出力される仮想音源の座標を仮想音源座標ｒ_S、前記第ｌ番目スピーカの座標をスピーカ座標ｒ_l、前記第ｌ番目スピーカの位置での境界面内向き法線ベクトルをｎ（ｒ_l）、前記第ｌ番目スピーカの位置を中心とする面積要素をΔＳ_l、前記第ｌ番目スピーカに対する前記駆動信号をｄ（ｒ_l）として、前記複数のスピーカのそれぞれについて、前記仮想音源座標ｒ_Sの位置から前記第ｌ番目スピーカの前記スピーカ座標ｒ_lの位置までのベクトルと前記第ｌ番目スピーカの前記境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）との成す角θ_lを算出する角度算出部、並びに、前記複数のスピーカのそれぞれに対応する信号増幅部、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）、減衰付加部、面積要素付加部及び第１角度重み付加部を備え、前記信号増幅部が、前記音源信号を定数にて増幅し、前記ＨＰＦが、前記仮想音源座標ｒ_S及び前記第ｌ番目スピーカの前記スピーカ座標ｒ_lに基づいて、ＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）を設定し、前記信号増幅部により増幅された信号に対し、前記ＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）を用いてフィルタ処理を施し、前記減衰付加部が、前記仮想音源座標ｒ_Sの位置から前記第ｌ番目スピーカの前記スピーカ座標ｒ_lの位置までのベクトルの絶対値を求め、前記絶対値を２乗した結果の逆数を減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²として設定し、前記フィルタ処理が施された信号に対し前記減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²を乗算し、前記面積要素付加部が、前記減衰付加部により乗算された信号に対し前記面積要素ΔＳ_lを乗算し、前記第１角度重み付加部が、前記角度算出部により算出された前記第ｌ番目スピーカの前記成す角θ_lに基づき、０から１までの範囲において、前記成す角θ_lの絶対値が０°に近いほど１に近い値をとり、前記成す角θ_lの絶対値が９０°に近いほど０に近い値をとり、前記成す角θ_lの絶対値が０°以下または９０°以上のときに０の値をとる角度重みｗ_C（θ_l）を設定し、前記面積要素付加部により乗算された信号に対し前記角度重みｗ_C（θ_l）を乗算することで、前記第ｌ番目スピーカに対する前記駆動信号ｄ（ｒ_l）を生成する、ことを特徴とする。

【0021】

また、請求項２のオブジェクトベース音響レンダリング装置は、請求項１に記載のオブジェクトベース音響レンダリング装置において、さらに、前記仮想音源座標ｒ_Sへの仮想音源方向の単位ベクトル及び全てのスピーカにおける前記スピーカ座標ｒ_lへのスピーカ方向の単位ベクトルに基づいて、前記仮想音源を内部に含む３つのスピーカをＶＢＡＰ（Vector Based Amplitude Panning）対象の３つのスピーカとして特定し、前記ＶＢＡＰ対象の３つのスピーカの単位ベクトルｒ_n1，ｒ_n2，ｒ_n3を取得し、前記仮想音源座標ｒ_Sへの仮想音源方向の単位ベクトル及び前記ＶＢＡＰ対象の３つのスピーカの単位ベクトルｒ_n1，ｒ_n2，ｒ_n3に基づいて、前記ＶＢＡＰ対象の３つのスピーカに対応する係数ｇ_l＝ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3を求め、前記全てのスピーカのうち、前記ＶＢＡＰ対象の３つのスピーカ以外のスピーカに対応する係数ｇ_l＝０を設定し、前記係数ｇ_lを出力するＶＢＡＰ係数算出部、並びに、前記複数のスピーカのそれぞれに対応するＶＢＡＰ係数乗算部、第２角度重み付加部及び加算部を備え、前記ＶＢＡＰ係数乗算部が、前記面積要素付加部により乗算された信号に対し、前記ＶＢＡＰ係数算出部により出力された前記係数ｇ_lを乗算し、前記第２角度重み付加部が、前記角度算出部により算出された前記第ｌ番目スピーカの前記成す角θ_lに基づき、０から１までの範囲において、前記成す角θ_lの絶対値が０°に近いほど０に近い値をとり、前記成す角θ_lの絶対値が９０°に近いほど１に近い値をとり、前記成す角θ_lの絶対値が０°以下または９０°以上のときに０の値をとる角度重みｗ_S（θ_l）を設定し、前記ＶＢＡＰ係数乗算部により乗算された信号に対し前記角度重みｗ_S（θ_l）を乗算することで、第２駆動信号を生成し、前記第１角度重み付加部が、前記角度重みｗ_C（θ_l）を設定し、前記面積要素付加部により乗算された信号に対し前記角度重みｗ_C（θ_l）を乗算することで、第１駆動信号を生成し、前記加算部が、前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号を加算することで、前記第ｌ番目スピーカに対する前記駆動信号ｄ（ｒ_l）を生成する、ことを特徴とする。

【0022】

また、請求項３のオブジェクトベース音響レンダリング装置は、請求項２に記載のオブジェクトベース音響レンダリング装置において、前記ＶＢＡＰ係数乗算部が、前記面積要素付加部により乗算された信号の代わりに、前記音源信号を入力し、前記音源信号に対し前記係数ｇ_lを乗算する、ことを特徴とする。

【0023】

また、請求項４のオブジェクトベース音響レンダリング装置は、請求項１から３までのいずれか一項に記載のオブジェクトベース音響レンダリング装置において、前記ＨＰＦが、予め設定されたパラメータをα、予め設定されたフィルタ次数をＮ、及びｎ＝０，１，・・・，Ｎとして、以下の式：

にて、ＨＰＦ係数ｈ_n（ｒ_l，ｒ_S）を設定し、
ｘ［ｔ］及びｙ［ｔ］を時刻ｔにおける当該ＨＰＦの入力及び出力として、入出力特性が以下の式：

となるように、前記信号増幅部により増幅された信号に対し、前記ＨＰＦ係数ｈ_n（ｒ_l，ｒ_S）を用いてフィルタ処理を施す、ことを特徴とする。

【0024】

また、請求項５のオブジェクトベース音響レンダリング装置は、請求項１から４までのいずれか一項に記載のオブジェクトベース音響レンダリング装置において、前記減衰付加部が、予め設定されたパラメータをβ₁，β₂として、以下の式：

にて減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）を求め、前記フィルタ処理が施された信号に対し前記減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）を乗算する、ことを特徴とする。

【0025】

さらに、請求項６のプログラムは、コンピュータを、請求項１から５までのいずれか一項に記載のオブジェクトベース音響レンダリング装置として機能させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0026】

以上のように、本発明によれば、システムの規模を拡大することなく、ＷＦＳに基づき音源の距離の遠近を表現する駆動信号を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】実施例１のオブジェクトベース音響レンダリング装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】実施例１のオブジェクトベース音響レンダリング装置の処理例を示す疑似コードである。

【図3】角度算出部の構成例を示すブロック図である。

【図4】スピーカが疎に配置されている場合を説明する図である。

【図5】実施例２のオブジェクトベース音響レンダリング装置の構成例を示すブロック図である。

【図6】実施例２のオブジェクトベース音響レンダリング装置の処理例を示す疑似コードである。

【図7】ＶＢＡＰ係数算出部の構成例を示すブロック図である。

【図8】実施例３のオブジェクトベース音響レンダリング装置の構成例を示すブロック図である。

【図9】実施例３のオブジェクトベース音響レンダリング装置の処理例を示す疑似コードである。

【図10】ＶＢＡＰを説明するための概念図である。

【図11】ＷＦＳを説明するための概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明の実施例１のオブジェクトベース音響レンダリング装置は、ＷＦＳの構成を近似により単純化することで、システムの規模を拡大することなく、ＷＦＳに基づき音源の距離の遠近を表現する駆動信号を生成する。また、実施例２，３のオブジェクトベース音響レンダリング装置は、実施例１の構成に対してＶＢＡＰの構成を組み込むことで、スピーカが疎に配置された場合に駆動信号が小さくなる問題を解決する。

【0029】

本発明の実施例１，２，３のオブジェクトベース音響レンダリング装置について説明する前に、ＶＢＡＰ及びＷＦＳによる音場再現手法の概要について説明する。

【0030】

〔ＶＢＡＰの概要〕
まず、ＶＢＡＰの概要について説明する。前述のとおり、ＶＢＡＰは、再生空間を３個のスピーカからなる三角形領域で分割し、音源座標を含む三角形の各頂点に位置するスピーカに対して重みを算出し、音源信号を分配することにより、振幅パンニングを行う振幅パンニング手法である。

【0031】

図１０は、ＶＢＡＰを説明するための概念図である。ｘｙｚ空間において、受音点１００を原点とし、仮想音源１０１方向の単位ベクトルをｒ_nS＝（ｘ_nS，ｙ_nS，ｚ_nS）^Tとする。また、分割された三角形領域のうち、仮想音源１０１を内部に含む３つのスピーカ１０２－１，１０２－２，１０２－３方向の単位ベクトルをそれぞれ、ｒ_n1＝（ｘ_n1，ｙ_n1，ｚ_n1）^T，ｒ_n2＝（ｘ_n2，ｙ_n2，ｚ_n2）^T，ｒ_n3＝（ｘ_n3，ｙ_n3，ｚ_n3）^Tとする。

【0032】

このとき、仮想音源１０１方向の単位ベクトルｒ_nSは、スピーカ１０２－１，１０２－２，１０２－３方向の単位ベクトルｒ_n1，ｒ_n2，ｒ_n3及び係数ベクトルｇ＝（ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3）^Tを用いて以下のように表される。

【数4】

ここで、Ｒ＝[ｒ_n1 ｒ_n2 ｒ_n3]^Tとする。

【0033】

係数ベクトルｇは、以下の式にて算出することができる。

【数5】

Ｒ^-1はＲの逆行列である。

【0034】

前記式（５）にて算出された係数ベクトルｇ＝（ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3）^Tを用いて重み付けが行われる。そして、重み付けが行われた信号を３つのスピーカ１０２－１，１０２－２，１０２－３から再生することにより、聴取者は、単位ベクトルｒ_nSの方向に音像を定位することができる。尚、仮想音源１０１を内部に含まない三角形を成すスピーカの重みは全て０とする。

【0035】

〔ＷＦＳの概要〕
次に、ＷＦＳの概要について説明する。前述のとおり、ＷＦＳは、音場を再現したい領域の境界面上に密にスピーカを配置し、前記式（１）のキルヒホッフ－ヘルムホルツ積分方程式に基づいて、スピーカ位置において、再現したい音場である原音場での境界面の法線方向音圧勾配を再現することで、境界面内部の音場を再現する音場再現手法である。

【0036】

図１１は、ＷＦＳを説明するための概念図であり、（１）は原音場を示し、（２）は再現音場を示す。

【0037】

（１）の原音場は、ｘｙｚ空間において、領域Ｃ１の外側の座標ｒ_S＝（ｘ_S，ｙ_S，ｚ_S）^Tの点に配置されている音源１０３から放射される音波によって形成される。このときの領域Ｃ１の境界面上の座標ｒ_l＝（ｘ_l，ｙ_l，ｚ_l）^Tにおける音圧ｐは、以下の式にて表される。ｌ（エル）は、座標ｒ_lの点の番号を示し、後述するスピーカ１０６－ｌの番号（系統の番号）に相当する。

【数6】

ここで、ｋは波数である。尚、図１１の座標ｒ₁は、ｌ＝１の場合を示している。

【0038】

さらに、領域Ｃ１の境界面上の座標ｒ_l＝（ｘ_l，ｙ_l，ｚ_l）^Tの点における境界法線方向内向きの単位ベクトル（境界面内向き法線ベクトル）をｎ（ｒ_l）とする。また、座標ｒ_Sの点から座標ｒ_lの点までを結んだベクトル（ｒ_l－ｒ_S）と境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）との成す角をθ_lとする。座標ｒ_lの点における法線方向の音圧勾配ベクトルは、以下の式で表される。

【数7】

【0039】

したがって、キルヒホッフ－ヘルムホルツ積分方程式によれば、（２）の再現音場において離散的に配置されたスピーカアレイ１０５を、各スピーカ要素の座標ｒ_lに応じて以下の式の駆動信号ｄ（ｒ_l）にて駆動させることにより、座標ｒ_Sの点に仮想音源１０４の点音源が配置された音場を、領域Ｃ２内部に再現することができる。

【数8】

【0040】

ここで、ΔＳ_lは、領域Ｃ２の境界面を、スピーカ位置を中心とする面積要素に分割したときのｌ番目の要素の面積（面積要素）であり、スピーカ要素が密に配置されているほど小さい値をとり、疎に配置されているほど大きい値をとる。

【0041】

尚、ｘｙｚ空間において、ｒ_Sは、仮想音源１０４の座標（仮想音源座標）であり、ｒ_lは、スピーカアレイ１０５を構成する第ｌ番目のスピーカ要素の座標（スピーカ座標）である。

【0042】

また、ｗ_C（θ_l）は、以下の式にて定義される関数である。

【数9】

【0043】

〔オブジェクトベース音響レンダリング装置〕
次に、実施例１，２，３のオブジェクトベース音響レンダリング装置について説明する。

【0044】

実施例１では、ＷＦＳの音場再現手法により決定されるスピーカの駆動信号ｄ（ｒ_l）を示す前記式（８）において、仮想音源座標ｒ_Sの位置に配置された仮想音源１０４とスピーカ座標ｒ_lの位置に配置されたスピーカとの間の距離による時間遅延を表しているｅ^-jk||rl-rs||の項を無視することで、厳密な波面の再現と引き換えにはなるが、システムを簡略化する。

【0045】

また、実施例１では、前記式（８）のｊｋ||ｒ_l－ｒ_S||＋１の項は、仮想音源１０４とスピーカとの間の距離により変化するハイパス特性を持ち、この特性を、当該距離に依存する低次のハイパスフィルタｈ（ｒ_l，ｒ_S）（ＨＰＦ）にて近似する。

【0046】

これにより、実施例１では、ＷＦＳの構成を近似により単純化することで、システムの規模を拡大することなく、ＷＦＳに基づき音源の距離の遠近を表現する駆動信号を生成することができる。

【0047】

また、実施例２，３では、実施例１の構成に対してＶＢＡＰの構成を組み込むことで、実施例１の効果に加え、スピーカが疎に配置された場合に駆動信号が小さくなる問題を解決する。

【0048】

〔実施例１〕
まず、実施例１のオブジェクトベース音響レンダリング装置について説明する。前述のとおり、実施例１は、スピーカの駆動信号ｄ（ｒ_l）を生成する前記式（８）において、時間遅延を表すｅ^-jk||rl-rs||の項を無視し、ｊｋ||ｒ_l－ｒ_S||＋１の項をＨＰＦとして扱い、仮想音源１０４とスピーカとの間の距離により変化するハイパス特性を、当該距離に依存する低次のハイパスフィルタｈ（ｒ_l，ｒ_S）（ＨＰＦ）にて近似する。

【0049】

図１は、実施例１のオブジェクトベース音響レンダリング装置の構成例を示すブロック図であり、図２は、実施例１のオブジェクトベース音響レンダリング装置の処理例を示す疑似コードである。

【0050】

このオブジェクトベース音響レンダリング装置１は、信号増幅部９－１～９－Ｌ、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１０－１～１０－Ｌ、減衰付加部１１－１～１１－Ｌ、面積要素付加部１２－１～１２－Ｌ、角度重み付加部１３－１～１３－Ｌ及び角度算出部２０を備えている。Ｌはスピーカ１０６－１～１０６－Ｌの個数であり、系統の数でもある。

【0051】

以下、オブジェクトベース音響レンダリング装置１において、第ｌ（エル）番目のスピーカ１０６－ｌ（ｌ番目の系統）に対応する構成部を、それぞれ信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ及び角度重み付加部１３－ｌとする。つまり、オブジェクトベース音響レンダリング装置１は、Ｌ系統の信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ及び角度重み付加部１３－ｌを備え、さらに角度算出部２０を備えている。ｌ＝１，・・・，Ｌである。

【0052】

図２を参照してオブジェクトベース音響レンダリング装置１の全体処理について説明する。オブジェクトベース音響レンダリング装置１は、音源信号Ｓを入力すると共に、仮想音源座標ｒ_Sを入力する（ステップＳ２０１）。

【0053】

オブジェクトベース音響レンダリング装置１は、スピーカ１０６－１～１０６－Ｌのそれぞれについて（スピーカ１０６－ｌの系統について）、スピーカ１０６－ｌのスピーカ座標ｒ_l、スピーカ１０６－ｌの面積要素ΔＳ_l、及びスピーカ１０６－ｌの位置での境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）を入力する（ステップＳ２０２）。

【0054】

ここで、スピーカ座標ｒ_l、面積要素ΔＳ_l及び境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）における下付けの“ｌ”（エル）は、スピーカ１０６－１～１０６－Ｌの番号（系統の番号）である。

【0055】

また、音源信号Ｓは、例えば放送局から放送される信号であり、仮想音源座標ｒ_Sは、例えば放送局から放送される音響メタデータに含まれるデータである。スピーカ座標ｒ_l、面積要素ΔＳ_l及び境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）は、例えば当該オブジェクトベース音響レンダリング装置１を操作するユーザにより予め設定されるスピーカレイアウト情報に含まれるデータである。

【0056】

この場合、オブジェクトベース音響レンダリング装置１は、放送局から送信された音源信号Ｓ及び仮想音源座標ｒ_Sを受信し、ユーザにより予め設定されたスピーカ座標ｒ_l、面積要素ΔＳ_l及び境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）を入力する。

【0057】

オブジェクトベース音響レンダリング装置１は、スピーカ１０６－ｌについて、ステップＳ２０１にて入力した仮想音源座標ｒ_S、及びステップＳ２０２にて入力したスピーカ座標ｒ_lに基づき、所定の次数の係数を有するＨＰＦ１０－ｌのＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）を設定する（ステップＳ２０３）。

【0058】

オブジェクトベース音響レンダリング装置１は、スピーカ１０６－ｌについて、ステップＳ２０１にて入力した仮想音源座標ｒ_S、及びステップＳ２０２にて入力したスピーカ座標ｒ_lに基づき、仮想音源１０４とスピーカ１０６－ｌとの間の距離に応じた減衰付加部１１－ｌの減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²を設定する（ステップＳ２０４）。

【0059】

つまり、オブジェクトベース音響レンダリング装置１は、仮想音源１０４位置からスピーカ１０６－ｌ位置までのベクトルの絶対値||ｒ_l－ｒ_S||を求め、当該絶対値を２乗した結果||ｒ_l－ｒ_S||²の逆数を減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²として設定する。

【0060】

オブジェクトベース音響レンダリング装置１は、スピーカ１０６－ｌについて、ステップＳ２０１にて入力した仮想音源座標ｒ_S、並びにステップＳ２０２にて入力したスピーカ座標ｒ_l及び境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）に基づき、仮想音源１０４位置からスピーカ１０６－ｌ位置を結んだベクトル（ｒ_l－ｒ_S）とスピーカ１０６－ｌ位置での境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）との成す角θ_lを算出する（ステップＳ２０５）。この成す角θ_lは、角度算出部２０により算出される。

【0061】

オブジェクトベース音響レンダリング装置１は、スピーカ１０６－ｌについて、ステップＳ２０５にて算出した成す角θ_lの絶対値｜θ_l｜が０°よりも大きく、かつ９０°よりも小さいか否かを判定し、前記式（９）にて角度重みｗ_C（θ_l）を設定する（ステップＳ２０６）。

【0062】

具体的には、オブジェクトベース音響レンダリング装置１は、成す角｜θ_l｜が０°よりも大きく、かつ９０°よりも小さいと判定した場合（前記式（９）ではｃｏｓθ_l＞０の場合）、角度重みｗ_C（θ_l）＝ｃｏｓθ_lを設定する。一方、オブジェクトベース音響レンダリング装置１は、成す角｜θ_l｜が０°以下であるか、または９０°以上であると判定した場合（前記式（９）ではｃｏｓθ_l＞０以外の場合）、角度重みｗ_C（θ_l）＝０を設定する。この角度重みｗ_C（θ_l）は、角度重み付加部１３－ｌにて用いられる。

【0063】

角度重みｗ_C（θ_l）は、０から１までの範囲の値をとり、成す角｜θ_l｜が０°＜｜θ_l｜＜９０°の範囲において、成す角｜θ_l｜が０°に近いほど１に近い値をとり、９０°に近いほど０に近い値をとり、成す角｜θ_l｜が｜θ_l｜≦０°または９０°≦｜θ_l｜の範囲において、０の値をとる。

【0064】

オブジェクトベース音響レンダリング装置１は、スピーカ１０６－ｌについて、定数ｕ（例えばｕ＝１／２π、系統毎に異なる値となる場合もあり得る）、ステップＳ２０１にて入力した音源信号Ｓ及び仮想音源座標ｒ_S、ステップＳ２０２にて入力したスピーカ座標ｒ_l及び面積要素ΔＳ_l、ステップＳ２０３にて設定したＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）、ステップＳ２０４にて設定した減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²及びステップＳ２０６にて設定した角度重みｗ_C（θ_l）を用いて、以下の式にて駆動信号ｄ（ｒ_l）を算出し出力する（ステップＳ２０７）。

【数10】

＊は畳み込みを表す。この駆動信号ｄ（ｒ_l）は、信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ及び角度重み付加部１３－ｌにより算出される。

【0065】

次に、図１を参照してオブジェクトベース音響レンダリング装置１の構成部の処理について説明する。信号増幅部９－ｌ（９－１～９－Ｌ）は、音源信号Ｓを入力し、音源信号Ｓに対し定数ｕ（例えば１／２π）を乗算することで音源信号Ｓを増幅し、増幅した信号をＨＰＦ１０－ｌに出力する。

【0066】

ＨＰＦ１０－ｌ（１０－１～１０－Ｌ）は、仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ座標ｒ_lを入力する。そして、ＨＰＦ１０－ｌは、仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ座標ｒ_lに基づいて、ステップＳ２０３のとおり、所定の次数の係数を有するＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）を設定する。そして、ＨＰＦ１０－ｌは、信号増幅部９－ｌから増幅された信号を入力し、当該信号に対し、ＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）を用いてフィルタ処理を施し、フィルタ処理を施した信号を減衰付加部１１－ｌに出力する。

【0067】

減衰付加部１１－ｌ（１１－１～１１－Ｌ）は、仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ座標ｒ_lを入力し、仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ座標ｒ_lに基づいて、ステップＳ２０４のとおり、減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²を設定する。そして、減衰付加部１１－ｌは、ＨＰＦ１０－ｌからフィルタ処理が施された信号を入力し、当該信号に対し減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²を乗算することで、仮想音源１０４とスピーカ１０６－ｌとの間の距離に応じて信号を減衰させる。減衰付加部１１－ｌは、減衰させた信号（減衰を付加した信号）を面積要素付加部１２－ｌに出力する。

【0068】

面積要素付加部１２－ｌ（１２－１～１２－Ｌ）は、面積要素ΔＳ_lを入力する。面積要素ΔＳ_lは、スピーカ１０６－ｌが密に配置されている場合、小さい値となり、スピーカ１０６－ｌが疎に配置されている場合、大きい値となる。

【0069】

そして、面積要素付加部１２－ｌは、減衰付加部１１－ｌから減衰が付加された信号を入力し、当該信号に対し面積要素ΔＳ_lを乗算することで、スピーカ１０６－ｌの離散度合いに応じて面積要素を付加した信号を生成する。面積要素付加部１２－ｌは、面積要素を付加した信号を角度重み付加部１３－ｌに出力する。

【0070】

角度算出部２０は、仮想音源座標ｒ_S、スピーカ座標ｒ₁～ｒ_L及び境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ₁）～ｎ（ｒ_L）を入力する。そして、角度算出部２０は、ステップＳ２０５のとおり、スピーカ１０６－１～１０６－Ｌのそれぞれ（スピーカ１０６－ｌ）について、仮想音源１０４位置からスピーカ１０６－ｌ位置を結んだベクトル（ｒ_l－ｒ_S）を求め、当該ベクトル（ｒ_l－ｒ_S）とスピーカ１０６－ｌ位置での境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）との成す角θ_lを算出する。角度算出部２０は、成す角θ_l（θ₁～θ_L）を、対応する角度重み付加部１３－ｌ（１３－１～１３－Ｌ）に出力する。

【0071】

図３は、角度算出部２０の構成例を示すブロック図である。この角度算出部２０は、算出部３０－１～３０－Ｌを備えている。算出部３０－１は、スピーカ１０６－１についての成す角θ₁を算出する構成部であり、仮想音源座標ｒ_S、並びに第ｌ＝１番目のスピーカ座標ｒ₁及び境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ₁）を入力する。そして、算出部３０－１は、仮想音源１０４位置からスピーカ１０６－ｌ位置を結んだベクトル（ｒ₁－ｒ_S）を求め、当該ベクトル（ｒ₁－ｒ_S）とスピーカ１０６－１位置での境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ₁）との成す角θ₁を算出する。算出部３０－１は、成す角θ₁を角度重み付加部１３－１に出力する。

【0072】

同様に、算出部３０－Ｌは、スピーカ１０６－Ｌについての成す角θ_Lを算出する構成部であり、仮想音源座標ｒ_S、並びに第ｌ＝Ｌ番目のスピーカ座標ｒ_L及び境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_L）を入力する。そして、算出部３０－Ｌは、仮想音源１０４位置からスピーカ１０６－ｌ位置を結んだベクトル（ｒ_L－ｒ_S）を求め、当該ベクトル（ｒ_L－ｒ_S）とスピーカ１０６－Ｌ位置での境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_L）との成す角θ_Lを算出する。算出部３０－Ｌは、成す角θ_Lを角度重み付加部１３－Ｌに出力する。

【0073】

算出部３０－２～３０－（Ｌ－１）についても、同様の処理が行われ、仮想音源１０４位置からスピーカ１０６－２～１０６－（Ｌ－１）位置を結んだベクトル（ｒ₂～ｒ_L-1－ｒ_S）とスピーカ１０６－２～１０６－（Ｌ－１）位置での境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ₂）～ｎ（ｒ_L-1）との成す角θ₂～θ_L-1がそれぞれ算出される。

【0074】

図１に戻って、角度重み付加部１３－ｌ（１３－１～１３－Ｌ）は、角度算出部２０から成す角θ_l（θ₁～θ_L）を入力し、成す角θ_lに基づいて、ステップＳ２０６のとおり、前記式（９）にて角度重みｗ_C（θ_l）を設定する。そして、角度重み付加部１３－ｌは、面積要素付加部１２－ｌから面積要素が付加された信号を入力し、当該信号に対し角度重みｗ_C（θ_l）を乗算することで、成す角θ_lを反映した信号を生成する。

【0075】

成す角θ_lを反映した信号は、成す角θ_lが０°に近いほど、面積要素が付加された信号に近くなる。一方、成す角θ_lを反映した信号は、成す角θ_lが９０°に近いほど、０の信号に近くなる。

【0076】

角度重み付加部１３－ｌは、成す角θ_lを反映した信号を駆動信号ｄ（ｒ_l）としてスピーカ１０６－ｌへ出力する。

【0077】

尚、図１及び図２では、１つの音響オブジェクトの音源信号Ｓに対するオブジェクトベース音響のレンダリングの構成及び処理を示しているが、実際は、複数の音響オブジェクトの音源信号Ｓに対して処理が行われる。この場合、音響オブジェクト毎に生成された駆動信号ｄ（ｒ_l）がスピーカ１０６－ｌ毎に加算され、加算結果の駆動信号がスピーカ１０６－ｌへ出力される。後述する図５，６（実施例２）及び図８，９（実施例３）についても同様である。

【0078】

以上のように、実施例１のオブジェクトベース音響レンダリング装置１によれば、スピーカ１０６－ｌの駆動信号ｄ（ｒ_l）を生成する前記式（８）において、時間遅延を表すｅ^-jk||rl-rs||の項を無視し、ｊｋ||ｒ_l－ｒ_S||＋１の項を、仮想音源１０４とスピーカ１０６－ｌとの間の距離に依存する低次のハイパスフィルタｈ（ｒ_l，ｒ_S）（ＨＰＦ）として近似するようにした。

【0079】

具体的には、信号増幅部９－ｌは、音源信号Ｓに対し定数ｕ（系統毎に異なる値となる場合もあり得る）を乗算することで、音源信号Ｓを増幅する。ＨＰＦ１０－ｌは、仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ座標ｒ_lに基づいて、所定の次数の係数を有するＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）を設定する。そして、ＨＰＦ１０－ｌは、信号増幅部９－ｌにより増幅された信号に対し、ＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）を用いてフィルタ処理を施す。

【0080】

減衰付加部１１－ｌは、仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ座標ｒ_lに基づいて減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²を設定する。そして、減衰付加部１１－ｌは、フィルタ処理が施された信号に対し減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²を乗算することで、仮想音源１０４とスピーカ１０６－ｌとの間の距離に応じて減衰した信号を生成する。

【0081】

面積要素付加部１２－ｌは、減衰した信号に対しスピーカ１０６－ｌの面積要素ΔＳ_lを乗算することで、面積要素を付加した信号を生成する。

【0082】

角度算出部２０は、仮想音源１０４位置からスピーカ１０６－ｌ位置を結んだベクトル（ｒ_l－ｒ_S）とスピーカ１０６－ｌ位置での境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）との成す角θ_lを算出する。

【0083】

角度重み付加部１３－ｌは、成す角θ_lに基づいて、前記式（９）にて角度重みｗ_C（θ_l）を設定する。そして、角度重み付加部１３－ｌは、面積要素が付加された信号に対し角度重みｗ_C（θ_l）を乗算することで、成す角θ_lを反映した信号を駆動信号ｄ（ｒ_l）としてスピーカ１０６－ｌへ出力する。

【0084】

これにより、前記式（８）における時間遅延を表すｅ^-jk||rl-rs||の項を無視するようにしたから、システムを簡略化することができる。また、ｊｋ||ｒ_l－ｒ_S||＋１の項を近似したＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）のＨＰＦ１０－ｌを用いることで、システムを簡略化することができる。

【0085】

したがって、ＷＦＳの構成を近似により単純化することで、システムの規模を拡大することなく、ＷＦＳに基づき仮想音源１０４の距離の遠近を表現する駆動信号ｄ（ｒ_l）を生成することができる。

【0086】

（ＨＰＦ１０－ｌの他の例）
尚、図１に示したオブジェクトベース音響レンダリング装置１のＨＰＦ１０－ｌ（１０－１～１０－Ｌ）は、前記式（８）においてｊｋ||ｒ_l－ｒ_S||＋１の項を近似したＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）を用いて、信号増幅部９－ｌ（９－１～９－Ｌ）により増幅された信号に対してフィルタ処理を施すようにした。

【0087】

例えば、前記式（８）においてｊｋ||ｒ_l－ｒ_S||＋１の項は、以下の式で表すハイパスフィルタに置き換えて使用する。

【数11】

【0088】

ｘ［ｔ］及びｙ［ｔ］は、時刻ｔにおける当該ＨＰＦ１０－ｌの入力と出力である。ＨＰＦ係数ｈ_n（ｒ_l，ｒ_S）は、以下の式で表されるものとする。ｎ＝０，１，・・・，Ｎである。

【数12】

αは、フィルタの特性を決定するためのパラメータであり、正の実数である。Ｎはフィルタ次数である。これらのパラメータα及びフィルタ次数Ｎの値は、ユーザが任意に決定するものとする。

【0089】

つまり、ＨＰＦ１０－ｌは、仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ座標ｒ_lを入力すると共に、ユーザにより予め設定されたパラメータα及びフィルタ次数Ｎを入力する。そして、ＨＰＦ１０－ｌは、仮想音源座標ｒ_S、スピーカ座標ｒ_l、パラメータα及びフィルタ次数Ｎに基づいて、前記式（１２）を係数として有するＨＰＦ係数を設定する。

【0090】

そして、ＨＰＦ１０－ｌは、信号増幅部９－ｌ（９－１～９－Ｌ）により増幅された信号を入力し、当該信号に対し、前記式（１２）のＨＰＦ係数ｈ_n（ｒ_l，ｒ_S）を用いて、当該ＨＰＦ１０－ｌの入出力特性が前記式（１１）となるようにフィルタ処理を施す。つまり、ＨＰＦ１０－ｌは、前記式（１１）の入出力特性となるようなＨＰＦにより構成される。

【0091】

これにより、オブジェクトベース音響レンダリング装置１全体として、システムの規模が拡大することなく、簡略化することができる。

【0092】

（減衰付加部１１－ｌの他の例）
また、図１に示したオブジェクトベース音響レンダリング装置１の減衰付加部１１－ｌ（１１－１～１１－Ｌ）は、仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ座標ｒ_lに基づいて、減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²を設定し、フィルタ処理が施された信号に対して減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²を乗算することで、仮想音源１０４とスピーカ１０６－ｌとの間の距離に応じて減衰した信号を生成するようにした。

【0093】

しかしながら、減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²は、仮想音源座標ｒ_Sとスピーカ座標ｒ_lとが一致する場合、無限大に発散してしまい、結果として信号を再生することができなくなってしまう。そこで、減衰付加部１１－ｌは、減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²を近似した以下の式で表す減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）を用いる。

【数13】

【0094】

β₁は、信号振幅を調整するための正の実数であり、β₂は、減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）の発散を抑えるための正の実数である。これらのパラメータβ₁，β₂の値は、ユーザが任意に決定するものとする。特に、パラメータβ₂の値は、減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）の発散を抑えるように、微小な値がユーザにより設定される。

【0095】

つまり、減衰付加部１１－ｌは、仮想音源１０４位置からスピーカ１０６－ｌ位置までのベクトルの絶対値||ｒ_l－ｒ_S||を求め、当該絶対値を２乗した結果にパラメータβ₂を加算して加算結果（||ｒ_l－ｒ_S||²＋β₂）を求め、パラメータβ₁を加算結果（||ｒ_l－ｒ_S||²＋β₂）で除算することで、減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）を求める。

【0096】

そして、減衰付加部１１－ｌは、フィルタ処理が施された信号に対してｇ（ｒ_l，ｒ_S）を乗算することで、仮想音源１０４とスピーカ１０６－ｌとの間の距離に応じて減衰した信号を生成する。

【0097】

パラメータβ₂の値が小さいほど、減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）の振る舞いは減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²に近づく。一方で、仮想音源座標ｒ_Sがスピーカ座標ｒ_lに近づくほど、信号振幅が極端に増大する。

【0098】

これにより、信号の発散を抑制することができ、ユーザは、自らが設定するパラメータβ₁，β₂の値に応じて、音響オブジェクトの位置が変化するときの信号振幅の変動を調整することができる。

【0099】

また、ユーザがパラメータβ₁，β₂の値をβ₁＝β₂に設定した場合、仮想音源座標ｒ_Sとスピーカ座標ｒ_lとが一致するときに（ｒ_S＝ｒ_l）、減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）＝１となる。

【0100】

このため、ユーザは、信号を不要に増大または減衰させることのないように、これらのパラメータβ₁，β₂の値を調整の目安とすることができる。

【0101】

また、ユーザがパラメータβ₁，β₂の値をβ₁＝β₂／ΔＳ_lに設定した場合、仮想音源座標ｒ_Sとスピーカ座標ｒ_lとが一致するときに（ｒ_S＝ｒ_l）、減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）ΔＳ_l＝１、さらにはｈ（ｒ_l，ｒ_S）ｇ（ｒ_l，ｒ_S）ΔＳ_lｗ_C（θ_l）＝１となる。ｈ（ｒ_l，ｒ_S）＝１及びｗ_C（θ_l）＝１だからである。

【0102】

このため、仮想音源座標ｒ_Sとスピーカ座標ｒ_lとが一致するときには、角度重み付加部１３－ｌからスピーカ１０６－ｌへ出力される駆動信号ｄ（ｒ_l）は、信号増幅部９－ｌにより増幅された信号と同じになる。つまり、スピーカ座標ｒ_lに位置するスピーカ１０６－ｌから、当該オブジェクトベース音響レンダリング装置１が入力した音源信号Ｓに対して増幅された信号が再生されることとなる。

【0103】

このように、減衰付加部１１－ｌが前記式（１３）で表される減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）を用いることで、仮想音源座標ｒ_Sとスピーカ座標ｒ_lとが一致した場合であっても、信号が無限大に発散することがない。このため、信号を再生できなくなるという不具合を解消することができる。

【0104】

〔実施例２〕
次に、実施例２のオブジェクトベース音響レンダリング装置について説明する。前述のとおり、実施例２は、実施例１の構成に対してＶＢＡＰの構成を組み込むことで、実施例１の効果に加え、スピーカ１０６－ｌが疎に配置された場合に駆動信号ｄ（ｒ_l）が小さくなる問題を解決する。より詳細には、実施例２は、実施例１に示した単純化したＷＦＳの一部の構成とＶＢＡＰの構成とを、角度重みに応じてシームレスに切り替えることで、駆動信号ｄ（ｒ_l）を生成する。

【0105】

一般に、ＷＦＳの音場再現手法を用いる場合、多数のスピーカ１０６－ｌを密に配置することを想定する。しかし、家庭用のオーディオにおいては、多くのスピーカ１０６－ｌを密に配置することは困難であり、スピーカ１０６－ｌを疎に配置するのが通常である。

【0106】

図４は、スピーカ１０６－ｌが疎に配置されている場合を説明する図である。図４に示すように、再現音場において、スピーカ１０６－ｌが疎に配置されており、仮想音源１０４の位置（仮想音源座標ｒ_S）が音場を再現したい領域の境界面に近接した場合を想定する。

【0107】

この場合、全てのスピーカ１０６－ｌ（１０６－１～１０６－Ｌ）において、仮想音源１０４位置からスピーカ１０６－ｌ位置を結んだベクトル（ｒ_l－ｒ_S）とスピーカ１０６－l位置での境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）との成す角θ_lは、９０°に近い値または９０°を超える値となってしまう。

【0108】

このため、角度重み付加部１３－ｌにて用いる角度重みｗ_C（θ_l）は、前記式（９）から０に近い値または０となる。そして、全てのスピーカ１０６－ｌに対する駆動信号ｄ（ｒ_l）の値が小さい値または０になってしまい、仮想音源１０４が境界面に近接しているにも関わらず、再生信号が小さくなるという問題が生じる。

【0109】

この問題を解決するため、実施例２では、図１に示した実施例１のオブジェクトベース音響レンダリング装置１において、ＷＦＳの信号分配則に対し、成す角θ_lに応じて連続的にＶＢＡＰの信号分配則にシームレスに切り替わるように、ＶＢＡＰの構成を追加する。

【0110】

ここで、図１に示した単純化したＷＦＳである実施例１のオブジェクトベース音響レンダリング装置１において、ＨＰＦ１０－ｌのＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）は、周波数の補正に関する項である。また、減衰付加部１１－ｌの減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²を、仮想音源１０４の位置による距離減衰に関する項、面積要素付加部１２－ｌの面積要素ΔＳ_lを、スピーカ１０６－ｌを離散化することによる補正に関する項であると解釈する。さらに、角度重み付加部１３－ｌの角度重みｗ_C（θ_l）を、各スピーカ１０６－ｌに対する信号の分配側に関する項であると解釈する。

【0111】

実施例２では、ＷＦＳにおける角度重み付加部１３－ｌの角度重みｗ_C（θ_l）による各スピーカ１０６－ｌに対する信号の分配則に関する項に、ＶＢＡＰにより決定される各スピーカ１０６－ｌに対する信号の分配則に関する項を並列に接続する。

【0112】

図５は、実施例２のオブジェクトベース音響レンダリング装置の構成例を示すブロック図であり、図６は、実施例２のオブジェクトベース音響レンダリング装置の処理例を示す疑似コードである。

【0113】

このオブジェクトベース音響レンダリング装置２は、信号増幅部９－１～９－Ｌ、ＨＰＦ１０－１～１０－Ｌ、減衰付加部１１－１～１１－Ｌ、面積要素付加部１２－１～１２－Ｌ、角度重み付加部１３－１～１３－Ｌ、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－１～１４－Ｌ、角度重み付加部１５－１～１５－Ｌ、加算部１６－１～１６－Ｌ、角度算出部２０及びＶＢＡＰ係数算出部２１を備えている。

【0114】

以下、オブジェクトベース音響レンダリング装置２において、第ｌ（エル）番目のスピーカ１０６－ｌ（ｌ番目の系統）に対応する構成部を、信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ、角度重み付加部１３－ｌ、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌ、角度重み付加部１５－ｌ及び加算部１６－ｌとする。つまり、オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、Ｌ系統分の信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ、角度重み付加部１３－ｌ、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌ、角度重み付加部１５－ｌ及び加算部１６－ｌを備え、さらに、角度算出部２０及びＶＢＡＰ係数算出部２１を備えている。

【0115】

信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ及び角度重み付加部１３－ｌは、ＷＦＳの構成部である。ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌ及び角度重み付加部１５－ｌは、ＶＢＡＰの構成部であり、ＷＦＳの角度重み付加部１３－ｌに並列に接続されている。

【0116】

図１に示した実施例１のオブジェクトベース音響レンダリング装置１とこの実施例２のオブジェクトベース音響レンダリング装置２とを比較すると、両オブジェクトベース音響レンダリング装置１，２は、信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ、角度重み付加部１３－ｌ及び角度算出部２０を備えている点で共通する。

【0117】

一方、オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌ、角度重み付加部１５－ｌ及び加算部１６－ｌ、並びにＶＢＡＰ係数算出部２１を備えている点で、これらの構成部を備えていないオブジェクトベース音響レンダリング装置１と相違する。

【0118】

図６を参照してオブジェクトベース音響レンダリング装置２の全体処理について説明する。オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、図２のステップＳ２０１と同様に、音源信号Ｓを入力すると共に、仮想音源１０４の仮想音源座標ｒ_Sを入力する（ステップＳ６０１）。

【0119】

オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、図２のステップＳ２０２と同様に、スピーカ１０６－ｌについて、スピーカ座標ｒ_l、面積要素ΔＳ_l及び境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）を入力する（ステップＳ６０２）。

【0120】

オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、図２のステップＳ２０３と同様に、スピーカ１０６－ｌについて、仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ座標ｒ_lに基づき、ＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）を設定する（ステップＳ６０３）。

【0121】

オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、図２のステップＳ２０４と同様に、スピーカ１０６－ｌについて、仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ座標ｒ_lに基づき、減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²を設定する（ステップＳ６０４）。

【0122】

オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、図２のステップＳ２０５と同様に、スピーカ１０６－ｌについて、仮想音源座標ｒ_S、スピーカ座標ｒ_l及び境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）に基づき、成す角θ_lを算出する（ステップＳ６０５）。

【0123】

オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、スピーカ１０６－ｌについて、成す角θ_lの絶対値｜θ_l｜が０°よりも大きく、かつ９０°よりも小さいか否かを判定し、前記式（９）にてＷＦＳの角度重みｗ_C（θ_l）、及び以下に示す式（１４）にてＶＢＡＰの角度重みｗ_S（θ_l）を設定する（ステップＳ６０６）。

【数14】

【0124】

具体的には、オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、成す角｜θ_l｜が０°よりも大きく、かつ９０°よりも小さいと判定した場合（前記式（９）（１４）ではｃｏｓθ_l＞０の場合）、角度重みｗ_C（θ_l）＝ｃｏｓθ_l及び角度重みｗ_S（θ_l）＝｜１－ｃｏｓθ_l｜を設定する。一方、オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、成す角｜θ_l｜が０°以下であるか、または９０°以上であると判定した場合（前記式（９）（１４）ではｃｏｓθ_l＞０以外の場合）、角度重みｗ_C（θ_l）＝０及び角度重みｗ_S（θ_l）＝０を設定する。この角度重みｗ_C（θ_l）は角度重み付加部１３－ｌにより用いられ、角度重みｗ_S（θ_l）は、角度重み付加部１５－ｌにて用いられる。

【0125】

角度重みｗ_C（θ_l）は、０から１までの範囲の値をとり、成す角｜θ_l｜が０°＜｜θ_l｜＜９０°の範囲において、成す角｜θ_l｜が０°に近いほど１（ｃｏｓθ_l）に近い値をとり、９０°に近いほど０に近い値をとり、成す角｜θ_l｜が｜θ_l｜≦０°または９０°≦｜θ_l｜の範囲において、０の値をとる。

【0126】

角度重みｗ_S（θ_l）は、成す角｜θ_l｜が０°＜｜θ_l｜＜９０°の範囲において、成す角｜θ_l｜が０°に近いほど０に近い値をとり、９０°に近いほど１（｜１－ｃｏｓθ_l｜）に近い値をとり、成す角｜θ_l｜が｜θ_l｜≦０°または９０°≦｜θ_l｜の範囲において、０の値をとる。

【0127】

オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、所定の受音点（聴取者の位置）から仮想音源座標ｒ_Sへの仮想音源方向の単位ベクトル及び全てのスピーカ１０６－ｌにおける所定の受音点からスピーカ座標ｒ_lへのスピーカ方向の単位ベクトルに基づいて、仮想音源１０４を内部に含む３つのスピーカをＶＢＡＰ対象の３つのスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３として特定する。

【0128】

そして、オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、ＶＢＡＰ対象の３つのスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３におけるスピーカ方向の単位ベクトルｒ_n1，ｒ_n2，ｒ_n3を取得する（ステップＳ６０７）。単位ベクトルｒ_n1，ｒ_n2，ｒ_n3は、所定の受音点及びスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３の座標（スピーカ座標）に基づいて、それぞれ取得することができる。ｎ１，ｎ２，ｎ３は、ＶＢＡＰ対象の３つのスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３のインデックスである。

【0129】

オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、仮想音源座標ｒ_Sへの仮想音源方向の単位ベクトル及びスピーカ方向の単位ベクトルｒ_n1，ｒ_n2，ｒ_n3に基づいて、以下の式にてスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３に対応する係数ｇ_l＝ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3を算出する（ステップＳ６０８）。

【数15】

前記式（１５）のｒ_nSは、仮想音源座標ｒ_Sへの仮想音源方向の単位ベクトルである。

【0130】

また、オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、スピーカ１０６－１～１０６－Ｌのうちスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３以外のスピーカ１０６－ｌの係数ｇ_l＝０を設定する。これらの係数ｇ_l＝ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3，０は、ＶＢＡＰ係数算出部２１により算出及び設定される。

【0131】

オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、インデックスがｌ＝ｎ１，ｎ２，ｎ３のスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３について、定数ｕ（例えばｕ＝１／２π）、ステップＳ６０１にて入力した音源信号Ｓ及び仮想音源座標ｒ_S、ステップＳ６０２にて入力したスピーカ座標ｒ_l及び面積要素ΔＳ_l、ステップＳ６０３にて設定したＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）、ステップＳ６０４にて設定した減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²及びステップＳ６０６にて設定した角度重みｗ_C（θ_l）及び角度重みｗ_S（θ_l）に基づき、以下の式にて駆動信号ｄ（ｒ_l）を算出し出力する（ステップＳ６０９）。

【数16】

【0132】

この式において、係数ｇ_l＝ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3である。また、＊は畳み込みを表す。駆動信号ｄ（ｒ_l）は、信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ、角度重み付加部１３－ｌ、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌ、角度重み付加部１５－ｌ及び加算部１６－ｌにより算出される。

【0133】

一方、オブジェクトベース音響レンダリング装置２は、インデックスがｌ＝ｎ１，ｎ２，ｎ３以外について、すなわちスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３以外のスピーカ１０６－ｌについて、定数ｕ、音源信号Ｓ、仮想音源座標ｒ_S、スピーカ座標ｒ_l及び面積要素ΔＳ_l、ＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）、減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²及び角度重みｗ_C（θ_l）に基づき、以下の式にて駆動信号ｄ（ｒ_l）を算出し出力する（ステップＳ６１０）。

【数17】

この式（１７）は、前記式（１０）と同じである。

【0134】

この駆動信号ｄ（ｒ_l）は、信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ及び角度重み付加部１３－ｌにより算出される。

【0135】

次に、図５を参照してオブジェクトベース音響レンダリング装置２の構成部の処理について説明する。信号増幅部９－ｌ（９－１～９－Ｌ）、ＨＰＦ１０－ｌ（１０－１～１０－Ｌ）、減衰付加部１１－ｌ（１１－１～１１－Ｌ）、面積要素付加部１２－ｌ（１２－１～１２－Ｌ）、角度重み付加部１３－ｌ（１３－１～１３－Ｌ）及び角度算出部２０は、図１に示した構成部と同じであるため、説明を省略する。

【0136】

ここで、角度重み付加部１３－ｌは、成す角θ_lを反映したＷＦＳの駆動信号を第１駆動信号として、対応する加算部１６－ｌに出力する。角度算出部２０は、成す角θ_lを、対応する角度重み付加部１３－ｌ及び角度重み付加部１５－ｌに出力する。

【0137】

ＶＢＡＰ係数算出部２１は、仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ座標ｒ₁～ｒ_Lを入力する。そして、ＶＢＡＰ係数算出部２１は、ステップＳ６０７，Ｓ６０８のとおり、所定の受音点から仮想音源座標ｒ_Sへの仮想音源方向の単位ベクトル及び全てのスピーカ１０６－１～１０６－Ｌにおける所定の受音点からスピーカ座標ｒ₁～ｒ_Lへのスピーカ方向の単位ベクトルに基づいて、仮想音源１０４を内部に含むＶＢＡＰ対象の３つのスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３に対応する係数ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3を算出する。

【0138】

ＶＢＡＰ係数算出部２１は、係数ｇ_l＝ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3を、スピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３に対応するＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｎ１，１４－ｎ２，１４－ｎ３にそれぞれ出力する。また、ＶＢＡＰ係数算出部２１は、係数ｇ_l＝０を、スピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３以外のスピーカ１０６－ｌに対応するＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌにそれぞれ出力する。

【0139】

図７は、ＶＢＡＰ係数算出部２１の構成例を示すブロック図である。このＶＢＡＰ係数算出部２１は、スピーカ決定部３１及び算出部３２を備えている。スピーカ決定部３１は、仮想音源座標ｒ_S及び全てのスピーカ１０６－１～１０６－Ｌのスピーカ座標ｒ₁～ｒ_Lを入力する。そして、スピーカ決定部３１は、仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ座標ｒ₁～ｒ_Lに基づいて、仮想音源１０４を内部に含むＶＢＡＰ対象の３つのスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３を特定する。

【0140】

スピーカ決定部３１は、ＶＢＡＰ対象の３つのスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３におけるスピーカ方向の単位ベクトルｒ_n1，ｒ_n2，ｒ_n3を取得し、仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ方向の単位ベクトルｒ_n1，ｒ_n2，ｒ_n3を算出部３２に出力する。

【0141】

算出部３２は、スピーカ決定部３１から仮想音源座標ｒ_S及びスピーカ方向の単位ベクトルｒ_n1，ｒ_n2，ｒ_n3を入力する。そして、算出部３２は、仮想音源座標ｒ_Sへの仮想音源方向の単位ベクトル及びスピーカ方向の単位ベクトルｒ_n1，ｒ_n2，ｒ_n3に基づいて、前記式（１５）にてスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３に対応する係数ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3を算出する。そして、算出部３２は、係数ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3を、対応するＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｎ１，１４－ｎ２，１４－ｎ３に出力する。

【0142】

また、算出部３２は、スピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３以外のスピーカ１０６－ｌに対応する係数ｇ_l＝０を設定し、対応するＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌに出力する。

【0143】

図５に戻って、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌ（１４－１～１４－Ｌ）は、ＶＢＡＰ係数算出部２１から係数ｇ_l（ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3，０のうちのいずれかの値）を入力する。そして、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌは、面積要素付加部１２－ｌから面積要素が付加された信号を入力し、当該信号に対し係数ｇ_lを乗算することで、係数ｇ_lを反映した信号を生成する。

【0144】

ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌは、係数ｇ_lを反映した信号を角度重み付加部１５－ｌに出力する。

【0145】

角度重み付加部１５－ｌ（１５－１～１５－Ｌ）は、角度算出部２０から成す角θ_l（θ₁～θ_L）を入力し、成す角θ_lに基づいて、ステップＳ６０６のとおり、前記式（１４）にて角度重みｗ_S（θ_l）を設定する。そして、角度重み付加部１５－ｌは、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌから係数ｇ_lを反映した信号を入力し、当該信号に対し角度重みｗ_S（θ_l）を乗算することで、成す角θ_lを反映した信号を生成する。

【0146】

仮想音源１０４を内部に含む３つスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３に対応する角度重み付加部１５－ｎ１，１５－ｎ２，１５－ｎ３において、成す角θ_lを反映した信号は、成す角θ_lが９０°に近いほど、係数ｇ_lを反映した信号に近くなる。一方、成す角θ_lを反映した音源信号Ｓは、成す角θ_lが０°に近いほど、０に近い信号となる。また、仮想音源１０４を内部に含む３つスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３以外のスピーカ１０６－ｌに対応する角度重み付加部１５－ｌにおいて、成す角θ_lを反映した信号は０である。

【0147】

角度重み付加部１５－ｌは、成す角θ_lを反映した信号を第２駆動信号として加算部１６－ｌに出力する。

【0148】

加算部１６－ｌ（１６－１～１６－Ｌ）は、角度重み付加部１３－ｌから成す角θ_lを反映した第１駆動信号を入力すると共に、角度重み付加部１５－ｌから成す角θ_lを反映した第２駆動信号を入力する。そして、加算部１６－ｌは、成す角θ_lを反映した第１駆動信号及び成す角θ_lを反映した第２駆動信号を加算し、加算結果を駆動信号ｄ（ｒ_l）としてスピーカ１０６－ｌへ出力する。

【0149】

以上のように、実施例２のオブジェクトベース音響レンダリング装置２によれば、実施例１のＷＦＳの構成に対してＶＢＡＰの構成を組み込み、ＷＦＳの一部の構成とＶＢＡＰの構成とを、角度重みに応じてシームレスに切り替えることで、駆動信号ｄ（ｒ_l）を生成するようにした。

【0150】

具体的には、ＶＢＡＰ係数算出部２１は、所定の受音点から仮想音源座標ｒ_Sへの仮想音源方向の単位ベクトル及びスピーカ座標ｒ₁～ｒ_Lへのスピーカ方向の単位ベクトルに基づいて、仮想音源１０４を内部に含む３つのスピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３に対応する係数ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3を算出する。

【0151】

ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌは、ＶＢＡＰ係数算出部２１から係数ｇ_l（ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3，０のうちのいずれかの値）を入力する。そして、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌは、信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ及び面積要素付加部１２－ｌにより得られた信号に係数ｇ_lを乗算することで、係数ｇ_lを反映した信号を生成する。

【0152】

角度重み付加部１５－ｌは、成す角θ_lに基づいて、前記式（１４）にて角度重みｗ_S（θ_l）を設定する。そして、角度重み付加部１５－ｌは、係数ｇ_lを反映した信号に角度重みｗ_S（θ_l）を乗算することで、成す角θ_lを反映した第２駆動信号を生成する。

【0153】

加算部１６－ｌは、信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ及び角度重み付加部１３－ｌからなるＷＦＳの処理により得られた、成す角θ_lを反映した第１駆動信号、及び、成す角θ_lを反映した第２駆動信号を加算し、加算結果を駆動信号ｄ（ｒ_l）としてスピーカ１０６－ｌへ出力する。

【0154】

このように、角度重みｗ_S（θ_l）を用いる角度重み付加部１５－ｌは、係数ｇ_lを用いるＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌに対して直列に接続され、ＶＢＡＰのＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌ及び角度重み付加部１５－ｌは、ＷＦＳの角度重み付加部１３－ｌに並列に接続される。そして、角度重み付加部１３－ｌに用いる角度重みｗ_C（θ_l）と角度重み付加部１５－ｌに用いる角度重みｗ_S（θ_l）とは、０～１の範囲においてトレードオフの関係にある。

【0155】

このため、仮想音源１０４の位置（仮想音源座標ｒ_S）がスピーカ１０６－ｌの境界面から離れており、成す角θ_lが０°に近づいている場合には、角度重みｗ_C（θ_l）は１に近い大きい値となるが、角度重みｗ_S（θ_l）は０に近い小さい値となる。この場合、駆動信号ｄ（ｒ_l）は、ＷＦＳによる分配側が支配的となる。

【0156】

一方、仮想音源１０４の位置（仮想音源座標ｒ_S）がスピーカ１０６－ｌの境界面に近接し、成す角θ_lが９０°に近づいている場合には、角度重みｗ_C（θ_l）は０に近い小さい値となるが、角度重みｗ_S（θ_l）は１に近い大きい値となる。この場合、駆動信号ｄ（ｒ_l）は、ＶＢＡＰによる分配側が支配的となる。

【0157】

つまり、スピーカ１０６－ｌに対する仮想音源１０４の位置に応じて、ＷＦＳによる分配側とＶＢＡＰによる分配側とが、連続的にシームレスに切り替わるようになる。

【0158】

したがって、実施例２のオブジェクトベース音響レンダリング装置２では、実施例１と同様の効果を奏することができる。また、スピーカ１０６－ｌが疎に配列された環境において、仮想音源１０４の位置（仮想音源座標ｒ_S）がスピーカ１０６－ｌの境界面に近接し、成す角θ_l が大きくなるにつれてＷＦＳの角度重みは小さく、ＶＢＡＰの角度重みが大きくなり、連続的にレンダリング則が切り替わる。このため、ＷＦＳの角度重みが小さくなることに起因し、再生信号が小さくなる場合でもＶＢＡＰの角度重みでそれを補填することで、再生信号が極端に小さくなるという問題を解決することができる。

【0159】

尚、実施例２のオブジェクトベース音響レンダリング装置２のＨＰＦ１０－ｌ（１０－１～１０－Ｌ）は、図１に示した実施例１と同様に、ｊｋ||ｒ_l－ｒ_S||＋１を、前記式（１２）のＨＰＦ係数ｈ_n（ｒ_l，ｒ_S）を用いた前記式（１１）のハイパスフィルタに置き換えて使用するようにしてもよい。

【0160】

また、実施例２のオブジェクトベース音響レンダリング装置２の減衰付加部１１－ｌ（１１－１～１１－Ｌ）は、図１に示した実施例１と同様に、減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²の代わりに、前記式（１３）の減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）を用いるようにしてもよい。つまり、減衰付加部１１－ｌは、減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）を用いて、仮想音源１０４とスピーカ１０６－ｌとの間の距離に応じて減衰した信号を生成する。

【0161】

〔実施例３〕
次に、実施例３について説明する。前述のとおり、実施例３は、実施例２と同様に、実施例１の構成に対してＶＢＡＰの構成を組み込むことで、実施例１の効果に加え、スピーカ１０６－ｌが疎に配置された場合に駆動信号ｄ（ｒ_l）が小さくなる問題を解決する。より詳細には、実施例３は、実施例１に示した単純化したＷＦＳの全体の構成とＶＢＡＰの構成とを、角度重みに応じてシームレスに切り替えることで、駆動信号ｄ（ｒ_l）を生成する。

【0162】

図８は、実施例３のオブジェクトベース音響レンダリング装置の構成例を示すブロック図であり、図９は、実施例３のオブジェクトベース音響レンダリング装置の処理例を示す疑似コードである。

【0163】

このオブジェクトベース音響レンダリング装置３は、信号増幅部９－１～９－Ｌ、ＨＰＦ１０－１～１０－Ｌ、減衰付加部１１－１～１１－Ｌ、面積要素付加部１２－１～１２－Ｌ、角度重み付加部１３－１～１３－Ｌ、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－１～１４－Ｌ、角度重み付加部１５－１～１５－Ｌ、加算部１６－１～１６－Ｌ、角度算出部２０及びＶＢＡＰ係数算出部２１を備えている。

【0164】

信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ及び角度重み付加部１３－ｌは、ＷＦＳの構成部であり、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌ及び角度重み付加部１５－ｌは、ＶＢＡＰの構成部である。ＷＦＳの構成部とＶＢＡＰの構成部とは、当該オブジェクトベース音響レンダリング装置３全体として、並列に接続されている。

【0165】

図２に示した実施例２のオブジェクトベース音響レンダリング装置２とこの実施例３のオブジェクトベース音響レンダリング装置３とを比較すると、両オブジェクトベース音響レンダリング装置２，３は、同一の構成部を備えている点で共通する。

【0166】

一方、オブジェクトベース音響レンダリング装置３は、ＶＢＡＰの構成部であるＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌ及び角度重み付加部１５－ｌが、ＷＦＳの全体の構成部と並列に接続されている点で、ＷＦＳの一部の角度重み付加部１３－ｌのみと並列に接続されているオブジェクトベース音響レンダリング装置２と相違する。

【0167】

図９を参照してオブジェクトベース音響レンダリング装置３の全体処理について説明する。図９に示すステップＳ９０１～Ｓ９０８の処理は、図６に示した実施例２のオブジェクトベース音響レンダリング装置２によるステップＳ６０１～Ｓ６０８の処理と同じであるため、ここでは説明を省略する。

【0168】

オブジェクトベース音響レンダリング装置３は、ステップＳ９０７にて取得したスピーカ座標ｒ_lのインデックスがｌ＝ｎ１，ｎ２，ｎ３の場合、スピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３について、定数ｕ（例えばｕ＝１／２π）、ステップＳ９０１にて入力した音源信号Ｓ及び仮想音源座標ｒ_S、ステップＳ９０２にて入力したスピーカ座標ｒ_l及び面積要素ΔＳ_l、ステップＳ９０３にて設定したＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）、ステップＳ９０４にて設定した減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²及びステップＳ９０６にて設定した角度重みｗ_C（θ_l）及び角度重みｗ_S（θ_l）に基づき、以下の式にて駆動信号ｄ（ｒ_l）を算出し出力する（ステップＳ９０９）。

【数18】

【0169】

この式において、係数ｇ_l＝ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3である。また、＊は畳み込みを表す。駆動信号ｄ（ｒ_l）は、信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ、角度重み付加部１３－ｌ、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌ、角度重み付加部１５－ｌ及び加算部１６－ｌにより算出される。

【0170】

一方、オブジェクトベース音響レンダリング装置３は、インデックスがｌ＝ｎ１，ｎ２，ｎ３以外の場合、スピーカ１０６－ｎ１，１０６－ｎ２，１０６－ｎ３以外のスピーカ１０６－ｌについて、定数ｕ、音源信号Ｓ、仮想音源座標ｒ_S、スピーカ座標ｒ_l及び面積要素ΔＳ_l、ＨＰＦｈ（ｒ_l，ｒ_S）、減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²及び角度重みｗ_C（θ_l）に基づき、以下の式にて駆動信号ｄ（ｒ_l）を算出し出力する（ステップＳ９１０）。

【数19】

この式（１９）は、前記式（１０）及び前記式（１７）と同じである。

【0171】

この駆動信号ｄ（ｒ_l）は、信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ及び角度重み付加部１３－ｌにより算出される。

【0172】

尚、前記式（１８）の演算において、右辺の第１項であるＷＦＳの構成による演算結果と、第２項であるＶＢＡＰの構成による演算結果とは、フィルタリングにより遅延が生じる。このため、角度重み付加部１３－ｌ，１５－ｌにおいて、ＶＢＡＰ側にも位相を調整するための遅延を加える必要があるが、ここではその表記は省略する。

【0173】

また、前記式（１８）及び前記式（１９）において、畳み込み＊は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）を利用し、周波数領域での積を逆変換して求めるようにしてもよい。前記式（１６）及び前記式（１７）についても同様である。

【0174】

図８を参照して、オブジェクトベース音響レンダリング装置３に備えたそれぞれの構成部の処理は、図５に示した実施例２のオブジェクトベース音響レンダリング装置２に備えたそれぞれの構成部の処理と同じであるため、構成部の処理の説明については省略する。

【0175】

ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌ（１４－１～１４－Ｌ）の入力データは、オブジェクトベース音響レンダリング装置２，３間において異なる。図５に示したオブジェクトベース音響レンダリング装置２のＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌは、面積要素付加部１２－ｌから面積要素が付加された信号を入力する。これに対し、図８に示すオブジェクトベース音響レンダリング装置３のＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌは、音源信号Ｓを入力する。

【0176】

具体的には、図８に示すオブジェクトベース音響レンダリング装置３のＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌは、ＶＢＡＰ係数算出部２１から係数ｇ_l（ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3，０のうちのいずれかの値）を入力する。そして、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌは、音源信号Ｓを入力し、当該音源信号Ｓに係数ｇ_lを乗算することで、係数ｇ_lを反映した信号を生成する。

【0177】

以上のように、実施例３のオブジェクトベース音響レンダリング装置３によれば、実施例１のＷＦＳの構成に対してＶＢＡＰの構成を組み込み、ＷＦＳの全体の構成とＶＢＡＰの構成とを、角度重みに応じてシームレスに切り替えることで、駆動信号ｄ（ｒ_l）を生成する。

【0178】

具体的には、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌは、ＶＢＡＰ係数算出部２１から係数ｇ_l（ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3，０のうちのいずれかの値）を入力する。そして、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌは、音源信号Ｓに係数ｇ_lを乗算することで、係数ｇ_lを反映した信号を生成する。

【0179】

角度重み付加部１５－ｌは、成す角θ_lに基づいて、前記式（１４）にて角度重みｗ_S（θ_l）を設定する。そして、角度重み付加部１５－ｌは、係数ｇ_lを反映した信号に角度重みｗ_S（θ_l）を乗算することで、成す角θ_lを反映した第２駆動信号を生成する。

【0180】

加算部１６－ｌは、信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ及び角度重み付加部１３－ｌからなるＷＦＳの処理により得られた、成す角θ_lを反映した第１駆動信号、及び、成す角θ_lを反映した第２駆動信号を加算し、加算結果を駆動信号ｄ（ｒ_l）としてスピーカ１０６－ｌへ出力する。

【0181】

このように、角度重みｗ_S（θ_l）を用いる角度重み付加部１５－ｌは、係数ｇ_lを用いるＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌに対して直列に接続される。また、ＶＢＡＰのＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌ及び角度重み付加部１５－ｌは、ＷＦＳの信号増幅部９－ｌ、ＨＰＦ１０－ｌ、減衰付加部１１－ｌ、面積要素付加部１２－ｌ及び角度重み付加部１３－ｌに並列に接続される。そして、角度重み付加部１３－ｌに用いる角度重みｗ_C（θ_l）と角度重み付加部１５－ｌに用いる角度重みｗ_S（θ_l）とは、０～１の範囲においてトレードオフの関係にある。

【0182】

このため、実施例２と同様に、θ_lが０°に近づいたときには、駆動信号ｄ（ｒ_l）は、ＷＦＳによる分配側が支配的となり、θ_lが９０°に近づいたときには、駆動信号ｄ（ｒ_l）は、ＶＢＡＰによる分配側が支配的となる。

【0183】

つまり、スピーカ１０６－ｌに対する仮想音源１０４の位置に応じて、連続的にＷＦＳとＶＢＡＰとの分配側が、シームレスに切り替わるようになる。

【0184】

したがって、実施例３のオブジェクトベース音響レンダリング装置３では、実施例１と同様の効果を奏することができる。また、実施例２と同様に、スピーカ１０６－ｌが疎に配列された環境において、ＷＦＳによるレンダリングを行っている際に、仮想音源１０４が境界面に近接して配置されると、ＶＢＡＰによるレンダリングに連続的にシームレスに切り替わる。このため、再生信号が小さくなるという問題を解決することができる。

【0185】

尚、実施例３のオブジェクトベース音響レンダリング装置３のＨＰＦ１０－ｌ（１０－１～１０－Ｌ）は、図１に示した実施例１及び図５に示した実施例２と同様に、ｊｋ||ｒ_l－ｒ_S||＋１を、前記式（１２）のＨＰＦ係数ｈ_n（ｒ_l，ｒ_S）を用いた前記式（１１）のハイパスフィルタに置き換えて使用するようにしてもよい。

【0186】

また、実施例３のオブジェクトベース音響レンダリング装置３の減衰付加部１１－ｌ（１１－１～１１－Ｌ）は、図１に示した実施例１及び図５に示した実施例２と同様に、減衰係数１／||ｒ_l－ｒ_S||²の代わりに、前記式（１３）の減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）を用いるようにしてもよい。つまり、減衰付加部１１－ｌは、減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）を用いて、仮想音源１０４とスピーカ１０６－ｌとの間の距離に応じて減衰した信号を生成する。

【0187】

ただし、仮想音源１０４がスピーカ１０６－ｌに近接して配置された場合、単純化したＷＦＳの構成（ＨＰＦ１０－ｌ～角度重み付加部１３－ｌ）と、ＶＢＡＰの構成（ＶＢＡＰ係数乗算部１４－ｌ及び角度重み付加部１５－ｌ）とでは、信号振幅が大きく異なる場合がある。このため、信号振幅が極端に異ならないように、前記式（１３）の減衰係数ｇ（ｒ_l，ｒ_S）を算出するために用いるパラメータβ1，β2は、適切に調整される必要がある。

【0188】

以上、実施例１，２，３を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施例１，２，３に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

【0189】

尚、本発明の実施例１，２，３によるオブジェクトベース音響レンダリング装置１，２，３のハードウェア構成としては、通常のコンピュータを使用することができる。オブジェクトベース音響レンダリング装置１，２，３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の揮発性の記憶媒体、ＲＯＭ等の不揮発性の記憶媒体、及びインターフェース等を備えたコンピュータによって構成される。

【0190】

オブジェクトベース音響レンダリング装置１に備えたＨＰＦ１０－１～１０－Ｌ、減衰付加部１１－１～１１－Ｌ、面積要素付加部１２－１～１２－Ｌ、角度重み付加部１３－１～１３－Ｌ及び角度算出部２０の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。

【0191】

また、オブジェクトベース音響レンダリング装置２，３に備えたＨＰＦ１０－１～１０－Ｌ、減衰付加部１１－１～１１－Ｌ、面積要素付加部１２－１～１２－Ｌ、角度重み付加部１３－１～１３－Ｌ、ＶＢＡＰ係数乗算部１４－１～１４－Ｌ、角度重み付加部１５－１～１５－Ｌ、加算部１６－１～１６－Ｌ、角度算出部２０及びＶＢＡＰ係数算出部２１の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。

【0192】

これらのプログラムは、前記記憶媒体に格納されており、ＣＰＵに読み出されて実行される。また、これらのプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもでき、ネットワークを介して送受信することもできる。

【符号の説明】

【0193】

１，２，３ オブジェクトベース音響レンダリング装置
９ 信号増幅部
１０ ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）
１１ 減衰付加部
１２ 面積要素付加部
１３，１５ 角度重み付加部
１４ ＶＢＡＰ係数乗算部
１６ 加算部
２０ 角度算出部
２１ ＶＢＡＰ係数算出部
３０，３２ 算出部
３１ スピーカ決定部
１００ 受音点
１０１，１０４ 仮想音源
１０２，１０６ スピーカ
１０３ 音源
１０５ スピーカアレイ
ｒ_nS 仮想音源方向の単位ベクトル
ｒ_n1，ｒ_n2，ｒ_n3 スピーカ方向の単位ベクトル
ｇ_l，ｇ_n1，ｇ_n2，ｇ_n3 係数
ｒ_S 仮想音源座標
ｒ_l スピーカ座標
Ｃ１，Ｃ２ 領域
Ｓ 音源信号
Ｌ スピーカの個数
ｌ スピーカの番号（系統の番号）
ΔＳ_l スピーカの面積要素
ｎ（ｒ_l） スピーカの境界面内向き法線ベクトル
ｋ 波数
θ_l 成す角（仮想音源１０４位置からスピーカ１０６－ｌ位置を結んだベクトル（ｒ_l－ｒ_S）と境界面内向き法線ベクトルｎ（ｒ_l）との成す角）
ｈ（ｒ_l，ｒ_S） ＨＰＦ
ｗ_C（θ_l），ｗ_S（θ_l） 角度重み
１／||ｒ_l－ｒ_S||²，ｇ（ｒ_l，ｒ_S） 減衰係数
ｄ（ｒ_l） 駆動信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】