WO2018211984A1 - スピーカアレイ、および信号処理装置 - Google Patents

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speakers
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    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field

Definitions

  • the present technology relates to a speaker array and a signal processing device, and more particularly to a speaker array and a signal processing device that can obtain sufficient reproducibility at low cost.
  • HOA Higher Order Ambisonics
  • more speakers are required to reproduce the sound field in a wider area. This is because it is necessary to control up to higher order components of the signal in the spherical harmonic region and the circular harmonic region of the HOA.
  • a method using a speaker array called a higher-order speaker is also known.
  • the higher-order speaker is also called HOL (Higher Order Loudspeaker) and is a speaker that can reproduce multiple directivities such as monopoles and dipoles.
  • HOL Higher Order Loudspeaker
  • annular speaker array or a spherical speaker array obtained by attaching a large number of speaker units in an annular or spherical shape is used as a high-order speaker.
  • Non-Patent Document 1 a technique for reproducing a sound field inside and outside a speaker array using a speaker array obtained by arranging a large number of higher-order speakers has been proposed (for example, Non-Patent Document 1). reference).
  • the sound field can be reproduced over a wide area, but the high-order speakers are less expensive than ordinary speakers that can reproduce only one directivity. It is expensive and it is not practical to use many high-order speakers.
  • the present technology has been made in view of such a situation, and is capable of obtaining sufficient reproducibility at low cost.
  • the speaker array according to the first aspect of the present technology includes a plurality of high-order speakers and a plurality of normal speakers, and the wavefronts in the second region outside the first region that can be controlled by the normal speakers.
  • the type, number, or arrangement position of the higher-order speakers is determined according to reproducibility.
  • the speaker array includes a plurality of high-order speakers and a plurality of normal speakers, and a wavefront in a second region outside the first region that can be controlled by the normal speakers.
  • the type, number, or arrangement position of the higher-order speakers is determined according to the reproducibility.
  • the signal processing device includes a plurality of high-order speakers and a plurality of normal speakers, and a wavefront in a second region outside the first region that can be controlled by the normal speakers.
  • the signal processing device includes a plurality of higher-order speakers and a plurality of normal speakers, and a second region outside the first region that can be controlled by the normal speakers.
  • a speaker array is provided in which the type, number, or arrangement position of the higher-order speakers is determined according to the reproducibility of the wavefront at, and a drive signal for the speaker array is generated based on the sound source signal.
  • a high-order speaker is a speaker that can reproduce multiple directivities.
  • the high-order speaker is, for example, an annular speaker array or a spherical speaker array obtained by arranging a plurality of speaker units in an annular or spherical shape.
  • higher-order speakers are composed of a plurality of speaker units.
  • a plurality of speaker units constituting a higher-order speaker are arranged so as to be directed in different directions, sound emission directions (output directions) from the plurality of speaker units are different from each other.
  • speaker drive signals supplied to each of a plurality of speaker units constituting the high-order speaker may be the same as each other or may be different from each other.
  • a normal speaker is a speaker that can reproduce only a single directivity, and generally a normal speaker consists of one speaker unit. Specifically, for example, the normal speaker is a loudspeaker or the like.
  • “highly reproducible sound field” means that there is little error between the ideal sound field to be reproduced and the actually formed sound field.
  • a desired sound can be generated in an inner region or an outer region of the speaker array.
  • the field can now be reproduced efficiently at low cost.
  • a speaker array to which the present technology is applied that is, a speaker array including higher-order speakers and normal speakers is also referred to as a global array.
  • the global array is a spherical speaker array in which a plurality of high-order speakers and normal speakers are arranged in a spherical shape, or an annular speaker array in which a plurality of high-order speakers and normal speakers are arranged in a ring.
  • FIG. 1 the simulation result of the sound field reproduction by the global array to which this technology is applied is shown in FIG. 1
  • the vertical direction and the horizontal direction indicate positions in space, and the shading at each position indicates the sound pressure of the sound.
  • the sound field indicated by the arrow A11 is an ideal sound field (hereinafter also referred to as an ideal sound field)
  • the ideal sound field is reproduced by a speaker array. That is, the portion indicated by the arrow A11 shows the state of the sound wave front when the ideal sound field is formed.
  • the sound field indicated by the arrow A12 is actually formed.
  • the speaker array AR11 includes five high-order speakers HSP11-1 to HSP11-5 arranged in a ring shape.
  • the reproducibility of the sound field (wavefront) is low. That is, the sound field formed by the speaker array AR11 has a large error from the ideal sound field indicated by the arrow A11.
  • the global array AR12 includes an annular speaker array including five high-order speakers HSP12-1 to high-order speakers HSP12-5 and ten normal speakers LSP12-1 to normal speakers LSP12-10. Has been.
  • the high-order speaker HSP12-1 to the high-order speaker HSP12-5 are also simply referred to as a high-order speaker HSP12 unless it is necessary to distinguish them.
  • the normal speakers LSP12-1 to LSP12-10 are also simply referred to as normal speakers LSP12 when it is not necessary to distinguish them.
  • the high-order speakers HSP12 and the normal speakers LSP12 are arranged in a ring so that one high-order speaker HSP12 and two normal speakers LSP12 are alternately arranged.
  • the sound field formed by the global array AR12 has a smaller error from the ideal sound field than the sound field formed by the speaker array AR11, and sufficient in each area inside and outside the global array AR12. Sound field reproducibility is obtained.
  • the global array AR12 is composed of a total of 15 speakers, that is, five high-order speakers HSP12 and ten normal speakers LSP12.
  • the number of high-order speakers HSP12 having a high cost is the same as in the speaker array AR11, and is only 5. is there.
  • the cost of the global array AR12 that is, the installation cost of the global array AR12 is substantially the same as the cost of the speaker array AR11.
  • the global array AR12 when comparing the global array AR12 and the speaker array AR11, the global array AR12 can realize higher sound field reproducibility than when the speaker array AR11 is used. From this, it can be seen that according to the global array AR12 to which the present technology is applied, sufficient sound field reproducibility can be obtained at low cost.
  • the contribution rate of the normal speaker LSP12 is high for reproducing the sound field inside the global array AR12, that is, in the region surrounded by the global array AR12.
  • the normal speaker LSP12 can be regarded as a monopole sound source, and the directivity of the normal speaker LSP12 corresponds to the low-order (0th-order) directivity.
  • a high-order speaker HSP12 is required for sound field reproduction outside the global array AR12, that is, outside the area surrounded by the global array AR12.
  • the region that can be controlled by the normal speaker LSP12 that is, the region in which the normal speaker LSP12 can contribute to the formation of the sound field (wavefront) is referred to as a zero-order control region.
  • the high-order speaker HSP12 can also control the zero-order control area.
  • an area outside the 0th-order control area that can be controlled by the higher-order speaker HSP12 that is, an area outside the 0th-order control area, where the higher-order speaker HSP12 can contribute to the formation of a sound field (wavefront). Is referred to as a high-order control region. Note that the normal speaker LSP12 cannot control the higher-order control region.
  • the area composed of the 0th-order control area and the higher-order control area becomes the sound field formation target by the global array AR12, that is, the control area to be controlled.
  • a region composed of the 0th-order control region and the higher-order control region is a control region in which sound field reproduction is performed by the global array AR12.
  • both the zero-order control region and the high-order control region may be regions inside the global array AR12.
  • the sound field is formed by the global array AR12, for example, according to the reproducibility of the sound field (wavefront) in the high-order control region, the number of high-order speakers HSP12 constituting the global array AR12 and the arrangement positions of the high-order speakers HSP12. If the type of the high-order speaker HSP12 is determined, the sound field can be formed with sufficient reproducibility in the high-order control region.
  • the zero-order control region is sufficient Sound field can be formed with excellent reproducibility.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an embodiment of a sound field forming device to which the present technology is applied.
  • the 2 includes a drive signal generation unit 21, a time-frequency synthesis unit 22, and a global array 23.
  • the driving signal generator 21 is supplied with a sound source signal that is a time domain acoustic signal (time signal) for reproducing the sound of the content.
  • the drive signal generation unit 21 generates a time frequency spectrum of a speaker drive signal for reproducing sound based on the sound source signal at a desired wavefront based on the supplied sound source signal and supplies the time frequency spectrum to the time frequency synthesis unit 22.
  • the time-frequency synthesis unit 22 performs time-frequency synthesis using IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform) (Inverse Discrete Fourier Transform) on the time-frequency spectrum supplied from the drive signal generation unit 21 to drive a speaker that is a time signal. A signal is calculated and supplied to the global array 23.
  • IDFT Inverse Discrete Fourier Transform
  • IFT Inverse Discrete Fourier Transform
  • the global array 23 forms a desired sound field (wavefront) by outputting sound based on the speaker drive signal supplied from the time-frequency synthesis unit 22.
  • the global array 23 corresponds to the global array AR12 shown in FIG. 1, and includes normal speakers 31-1 to 31-8 and high-order speakers 32-1 to 32-4.
  • the normal speakers 31-1 to 31-8 are also simply referred to as normal speakers 31 when it is not necessary to distinguish them.
  • the high-order speakers 32-1 to 32-4 are also simply referred to as the high-order speakers 32 when it is not necessary to distinguish them.
  • the normal speaker 31 corresponds to the normal speaker LSP12 shown in FIG. 1
  • the high-order speaker 32 corresponds to the high-order speaker HSP12 shown in FIG.
  • the global array 23 is, for example, a spherical speaker array or an annular speaker array obtained by arranging normal speakers 31 and higher-order speakers 32 in a spherical or annular shape.
  • the global array 23 is not limited to the spherical speaker array or the annular speaker array, and may be any other speaker array.
  • the number and arrangement positions of the normal speakers 31 and the high-order speakers 32 constituting the global array 23 and the types of the high-order speakers are determined according to the reproducibility of the wavefront in the zero-order control region and the high-order control region. .
  • the drive signal generation unit 21 generates a time-frequency spectrum of the speaker drive signal supplied to each speaker unit constituting the higher-order speaker 32 or the normal speaker 31 based on the supplied sound source signal.
  • the position of a point PO11 on a three-dimensional orthogonal coordinate system with a predetermined origin O as a reference and the x axis, the y axis, and the z axis as respective axes is expressed in polar coordinates (spherical coordinates). Think about it.
  • the position of the predetermined point PO11 is expressed as polar coordinates (r, ⁇ , ⁇ ) with the origin O as a reference.
  • r indicates the distance from the origin O to the point PO11
  • ⁇ is the elevation angle indicating the position of the point PO11 viewed from the origin O
  • ⁇ indicates the position of the point PO11 viewed from the origin O.
  • a straight line connecting the origin O and the point PO11 is a straight line LN
  • the length of the straight line LN is a distance r from the origin O to the point PO11.
  • a straight line obtained by projecting the straight line LN from the z-axis direction onto the xy plane is a straight line LN ′
  • an angle formed by the x-axis and the straight line LN ′ is an orientation indicating the position of the point PO11 viewed from the origin O
  • the angle is ⁇ .
  • an angle formed by the z axis and the straight line LN is an elevation angle ⁇ indicating the position of the point PO11 viewed from the origin O.
  • the predetermined position is described as (r, ⁇ , ⁇ ) using polar coordinates.
  • Equation (1) n and m represent orders, and N represents the maximum order. Further, ⁇ represents an angular frequency, and k represents a wave number.
  • a global array obtained by arranging high-order speakers in a spherical shape is considered.
  • the synthesized sound field P syn (X) by the global array at a predetermined position X viewed from the origin can be expressed by the following expression (3) using expression (2).
  • l indicates a speaker index for identifying a speaker unit constituting the global array
  • l 1, 2,.
  • L indicates the total number of speaker units constituting the global array. Note that the speaker unit indicated by the speaker index l is a speaker unit constituting a high-order speaker of the global array.
  • d 1 indicates the speaker drive signal of the speaker unit of the speaker index l, more specifically the time frequency spectrum of the speaker drive signal, and ⁇ (l) n′m ′ indicates the speaker index l.
  • the coefficient showing the directivity of the speaker unit is shown.
  • h n ′ (kr (l) ) and Y n′m ′ ( ⁇ (l) , ⁇ (l) ) are the positions of the speaker unit of the speaker index l as the reference (origin).
  • the Hankel function and spherical harmonics expressed in polar coordinates are shown.
  • the Hankel function h n ′ (kr (l) ) and the spherical harmonic function Y n′m ′ ( ⁇ (l) , ⁇ (l) ) are expressed in a polar coordinate system with the position of the speaker unit of the speaker index l as the origin.
  • Hankel function and spherical harmonic function for the position X (r (l) , ⁇ (l) , ⁇ (l) ).
  • n ′ and m ′ indicate the orders when the position of the speaker unit of the speaker index 1 is the origin.
  • the coefficient ⁇ (l) n′m ′ is also a coefficient in the polar coordinate system with the position of the speaker unit of the speaker index l as the origin.
  • the coefficient ⁇ (l) n'm ' is set to the coefficient ⁇ (O) nm, l with the center position of the global array as the origin of the polar coordinate system. Need to convert.
  • Such conversion from the coefficient ⁇ (l) n′m ′ to the coefficient ⁇ (O) nm, l can be realized by using the Hankel function addition theorem. That is, by calculating the following equation (4), the coefficient ⁇ (l) n′m ′ can be converted into the coefficient ⁇ (O) nm, l .
  • i represents an imaginary number
  • h l (kr l ) represents a Hankel function for the speaker unit of the speaker index l
  • Y * q (m ⁇ m ′) ( ⁇ l , ⁇ l ) represents the complex conjugate of the spherical harmonic function Y q (m ⁇ m ′) ( ⁇ l , ⁇ l ).
  • W 1 in the equation (5) is a matrix represented by the following equation (6)
  • W 2 is a matrix represented by the following equation (7).
  • Equation (4) can also be applied to the conversion from the transfer function coefficient with the center position of each speaker as the origin to the transfer function coefficient with the center position of the global array as the origin.
  • the transfer function g l (X) of the speaker unit of the speaker index 1 at a predetermined position X with reference to the global array is based on the above-described equations (1) and (4), and the coefficient ⁇ (O) It is expressed by the following equation (8) using nm, l , Bessel function j n (kr), and spherical harmonic function Y nm ( ⁇ , ⁇ ).
  • a spherical speaker array obtained by arranging high-order speakers in a spherical shape has been described as an example of a global array composed of L speaker units.
  • the global array composed of L speaker units may be a spherical speaker array obtained by arranging high-order speakers and normal speakers in a spherical shape. That is, the speaker unit of the speaker index 1 may be one speaker unit constituting a higher-order speaker, or may be a normal speaker itself.
  • the coefficient ⁇ (l) n'm ' is a parameter that determines the directivity of the speaker unit.
  • the coefficient ⁇ (l) n'm' has a value only for the 0th-order component.
  • the global array including L speaker units is a spherical speaker array including high-order speakers and normal speakers.
  • the sound field ⁇ (X) at a predetermined position X with reference to the global array has a coefficient a (O) nm , a Bessel function j n (kr), and spherical harmonics. It can be expressed by the following equation (9) using the function Y nm ( ⁇ , ⁇ ).
  • the coefficient a (O) nm in equation (9) can be obtained by calculation of the following equation (10) with the polar coordinates of the sound source position as (r s , ⁇ s , ⁇ s ) using an analytical solution of spherical waves. it can.
  • i represents an imaginary number
  • k represents a wave number
  • h (2) n (kr s ) represents a second-type ball Hankel function.
  • Y * nm ( ⁇ s , ⁇ s ) indicates the complex conjugate of the spherical harmonic function Y nm ( ⁇ s , ⁇ s ).
  • g (X) represents a matrix (row vector) composed of the transfer functions g l (X) of the speaker units of L speaker indexes l.
  • (psi) in Formula (12) and Formula (13) is a matrix (row vector) represented by the following formula
  • C H represents a Hermitian transposed matrix of a matrix C having a coefficient ⁇ (O) nm, l , represented by the following Expression (15).
  • a H represents a Hermitian transposed matrix of a matrix (row vector) a composed of a coefficient a (O) nm , represented by the following Expression (16).
  • the matrix D in the equation (17) is a matrix composed of the time frequency spectrum d l of the speaker drive signal of the speaker unit of each speaker index l as shown in the following equation (18).
  • Equation (19) W is a matrix shown in the following Equation (20), and w nm that is an element of the matrix W is shown by the following Equation (21).
  • ⁇ nm represents the Kronecker delta
  • W shown in equation (20) is a diagonal matrix
  • the drive signal generation unit 21 calculates the equation (19) using the coefficient a (O) nm represented by the above-described equation (11), which is obtained based on the supplied sound source signal S, so that the global array 23 Is obtained and supplied to the time-frequency synthesis unit 22.
  • the speaker unit of the speaker index l corresponds to the speaker unit that constitutes the global speaker 23 and that constitutes the normal speaker 31 itself and the higher-order speaker 32.
  • the time-frequency synthesis unit 22 performs a time-frequency synthesis by IDFT for the time frequency spectrum d l of the speaker drive signal supplied from the drive signal generation unit 21, a speaker driving of the speaker unit of the speaker index l, which is a time signal Find the signal.
  • the time frequency index is n tf
  • the time frequency spectrum d l of the speaker unit of the speaker index l is described as the time frequency spectrum D (l, n tf ).
  • the time-frequency synthesizer 22 calculates the following equation (22) to obtain the speaker drive signal d (l, nt ) of the speaker unit with the speaker index l.
  • n t represents a time index
  • M dt represents the number of IDFT samples
  • i represents an imaginary number
  • the time-frequency synthesis unit 22 the thus obtained speaker drive signal d (l, n t), supplied to the speaker units constituting the global array 23 to output the sound.
  • step S ⁇ b> 11 the drive signal generation unit 21 generates a time frequency spectrum of the speaker drive signal of each speaker unit constituting the global array 23 based on the supplied sound source signal and supplies the time frequency spectrum to the time frequency synthesis unit 22.
  • the drive signal generation unit 21 calculates the equation (19) using the coefficient a (O) nm obtained by the equation (11) based on the sound source signal, so that each speaker unit constituting the global array 23 is calculated. Generate a time-frequency spectrum.
  • step S ⁇ b> 12 the time-frequency synthesis unit 22 performs time-frequency synthesis on the time-frequency spectrum of the speaker drive signal supplied from the drive signal generation unit 21, and the speaker drive signal of each speaker unit constituting the global array 23. Is generated.
  • the time-frequency synthesis unit 22 generates a speaker drive signal for each speaker unit by calculating Expression (22), and supplies it to the global array 23.
  • step S13 the global array 23 outputs a sound based on the speaker drive signal supplied from the time frequency synthesis unit 22. Thereby, a desired sound field, that is, a desired wavefront is formed, and a sound based on the sound source signal is reproduced.
  • the sound field forming device 11 generates the speaker drive signal based on the sound source signal, and reproduces the sound based on the sound source signal by the global array 23.
  • the global array 23 a sufficient sound field reproducibility can be obtained even at a low cost by using the normal speaker 31 and the higher order speaker 32 in combination.
  • a method of generating a speaker drive signal directly by calculation based on a supplied sound source signal, like the sound field forming device 11, is particularly useful when a sound source signal is predetermined.
  • the sound source signal is determined in advance, if the speaker driving signal is generated in advance, the sound of the content or the like can be reproduced immediately when necessary.
  • a filter coefficient for forming a desired wavefront may be generated in advance, and the speaker drive signal may be generated by convolution processing of the filter coefficient and the sound source signal.
  • the sound field forming device is configured, for example, as shown in FIG.
  • parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • the sound field forming device 71 shown in FIG. 1 has a filter coefficient recording unit 81, a filter coefficient superimposing unit 82, and a global array 23.
  • the filter coefficient recording unit 81 records a filter coefficient for reproducing (forming) a predetermined wavefront generated in advance, and supplies the recorded filter coefficient to the filter coefficient superimposing unit 82.
  • the filter coefficient superimposing unit 82 convolves the supplied sound source signal with the filter coefficient supplied from the filter coefficient recording unit 81 to generate a speaker drive signal for each speaker unit constituting the global array 23, and 23.
  • the speaker drive signal of each speaker unit is generated by the filter processing based on the filter coefficient and the sound source signal.
  • the sound field forming device 71 can quickly obtain a speaker drive signal by filtering, the sound field forming device 71 is particularly useful when the sound source signal changes frequently.
  • the filter coefficient recording unit 81 records a filter coefficient of an audio filter for reproducing a predetermined wavefront by combining a plurality of normal speakers 31 and higher-order speakers 32, that is, for forming a desired sound field.
  • the filter coefficient of the time index n t for the speaker unit of the speaker index l is denoted as h (l, n t ).
  • the speaker drive signal d (l, nt ) obtained by calculating Expression (19) and Expression (22) using the coefficient a (O) nm shown in Expression (10) is the filter coefficient h. Used as (l, n t ).
  • Filter coefficient recording unit 81 previously generated filter coefficients h (l, n t) are recorded, and supplies the filter coefficients h (l, n t) to the filter coefficient superposed section 82.
  • the filter coefficient superimposing unit 82 convolves the filter coefficient h (l, n t ) supplied from the filter coefficient recording unit 81 with the supplied sound source signal, and the speaker drive signal d (l, n t ) of each speaker unit. )
  • the filter coefficient superimposing unit 82 supplies the obtained speaker drive signal to each speaker unit constituting the global array 23 and outputs sound.
  • the filter coefficient superimposing unit 82 calculates the following equation (23) to obtain the filter coefficient h (l, n t ), the sound source signal x (n t ), and And the speaker drive signal d (l, nt ) is calculated.
  • N indicates the filter length of the audio filter composed of the filter coefficient h (l, nt ).
  • step S ⁇ b > 51 the filter coefficient superimposing unit 82 reads out the filter coefficient h (l, nt ) from the filter coefficient recording unit 81.
  • step S52 the filter coefficient superposed section 82, the filter coefficients h (l, n t) read out in the processing of step S51 and, speaker drive signal d (l, based on the supplied source signal x (n t), n t ) is generated and supplied to the global array 23.
  • step S52 the calculation of the above-described equation (23) is performed, and the speaker drive signal d (l, nt ) of each speaker unit constituting the global array 23 is generated.
  • step S ⁇ b> 53 the global array 23 outputs sound based on the speaker drive signal d (l, nt ) supplied from the filter coefficient superimposing unit 82. Thereby, a desired sound field, that is, a desired wavefront is formed, and a sound based on the sound source signal is reproduced.
  • the sound field forming device 71 generates the speaker drive signal based on the sound source signal, and reproduces the sound based on the sound source signal by the global array 23.
  • the sound field forming device 71 as in the case of the sound field forming device 11, by using the normal speaker 31 and the higher order speaker 32 in combination, sufficient sound field reproducibility can be obtained even at a low cost.
  • the arrangement of normal speakers and higher-order speakers may be a three-dimensional arrangement such as a spherical arrangement or a two-dimensional arrangement such as an annular arrangement.
  • Ordinary speakers and higher-order speakers may be arranged at equal density (equal intervals), or may be arranged at unequal densities (unequal intervals).
  • the global array 111 to which the present technology is applied includes normal speakers 121-1 to 121-6 and higher-order speakers 122-1 to 122-3.
  • This global array 111 corresponds to the global array 23 of FIG.
  • normal speakers 121-1 to 121-6 when it is not necessary to particularly distinguish the normal speakers 121-1 to 121-6, they are also simply referred to as normal speakers 121, and it is necessary to particularly distinguish the high-order speakers 122-1 to 122-3. If not, it is also simply referred to as a higher order speaker 122.
  • six normal speakers 121 and three higher-order speakers 122 are annularly arranged at unequal density to form a global array 111.
  • more normal speakers 121 and higher-order speakers 122 are arranged in the right part of the diagram in the global array 111, compared to the left part in the diagram of the global array 111.
  • the density is high.
  • all the high-order speakers 122 are arranged in the right portion of the global array 111 in the drawing.
  • the reproducibility of the wavefront propagating from the direction of high speaker density toward the center position of the global array 111 is enhanced.
  • the reproducibility of the wavefront propagating from the direction of low speaker density toward the center position of the global array 111 is low.
  • the speaker density is high on the right side of the global array 111.
  • the wavefront propagating from the right side to the center position of the global array 111 in the diagram of the global array 111 can be reproduced with higher accuracy.
  • the sound source AS ⁇ b> 11 is located on the side where the number of normal speakers 121 and higher-order speakers 122 is large in the region outside the global array 111, that is, on the upper right side in the diagram of the global array 111. Then, the wavefront of the sound emitted from the sound source AS11 propagates from the sound source AS11 toward the center of the global array 111.
  • the wavefront of the sound from the sound source AS11 can be reproduced with high accuracy in the region inside the global array 111.
  • the wavefront propagating from the lower right to the center position of the global array 111 in the diagram of the global array 111 can be reproduced with high accuracy, for example, as indicated by an arrow Q11.
  • the arrival direction of the wavefront of the sound is limited depending on the content to be played back, for example, if the speaker arrangement of the global array 111 is determined so as to increase the speaker density on the direction in which the wavefront arrives Good. In this way, not only can the wavefront of the content sound be formed with high reproducibility, but also the number of speakers in the global array 111 can be reduced.
  • the arrangement of normal speakers and higher-order speakers constituting the global array is determined according to the shape of the control area, which is the area where the sound field (wavefront) is to be reproduced by the global array, it is efficient at low cost. It is possible to form a sound field.
  • FIG. 8 When the direction (region) in which the sound field outside the global array is desired to be reproduced is limited, for example, a speaker arrangement as shown in FIG. 8, portions corresponding to those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • a region R21 including the outside and inside of the global array 111 is a control region (hereinafter also referred to as a control region R21) in which the global array 111 is desired to reproduce a sound field.
  • the left region in the diagram of the global array 111 is not the control region R21, so the high-order speaker 122 is arranged on the left side in the diagram of the global array 111.
  • the speaker density is low.
  • the region on the right side in the diagram of the global array 111 is included in the control region R21.
  • Many 122 are arrange
  • the high-order speakers 122 are arranged at a high density in the vicinity of the region where the sound field is desired to be reproduced, and the sound field need not be reproduced. In the vicinity of such a region, the speaker density may be lowered.
  • the sound field (wavefront) can be reproduced efficiently and sufficiently accurately with a small number of speakers inside and outside the global array 111.
  • control area is an area inside the global array.
  • the global array 151 includes normal speakers 161-1 to 161-4 and high-order speakers 162-1 to 162-4. This global array 151 corresponds to the global array 23 of FIG.
  • normal speaker 161 when it is not necessary to distinguish between the normal speakers 161-1 to 161-4, it is also simply referred to as a normal speaker 161 and it is necessary to particularly distinguish the higher-order speakers 162-1 to 162-4. If not, it is also simply referred to as a higher order speaker 162.
  • four normal speakers 161 and four higher-order speakers 162 are annularly arranged with equal density (equal spacing).
  • a circular region inside the global array 151 is a control region. That is, the sound field (wavefront) cannot be formed with sufficient reproducibility in the region outside the global array 151.
  • a control region of the global array 151 is a region composed of a circular region R41 including the center position of the global array 151 and an annular (ring-shaped) region R42 surrounding the region R41.
  • the region R41 is a zero-order control region in which a sound field is mainly formed by the normal speaker 161
  • the region R42 is a high-order control region in which a sound field is mainly formed by the high-order speaker 162.
  • ⁇ Application example 2 of this technology> ⁇ Combination of high-order speakers> Further, in the above description, an example in which the same type of high-order speakers constituting the global array is used has been described. However, a global array may be configured by combining a plurality of different types of high-order speakers. .
  • the types of higher-order speakers are different, for example, the number and size of speaker units constituting the higher-order speakers, the shape of the speaker array as a higher-order speaker such as an annular shape or a spherical shape, and the orientation that can be reproduced by the higher-order speakers. This means that the number of sexes (orders) is different.
  • a global array to which the present technology is applied is configured as shown in FIG.
  • the global array 191 shown in FIG. 10 includes normal speakers 201-1 through 201-8, higher-order speakers 202-1 through 202-3, and higher-order speakers 203-1 through 203-5. It consists of. This global array 191 corresponds to the global array 23 of FIG.
  • the normal speakers 201-1 to 201-8 are also simply referred to as the normal speakers 201, and it is necessary to particularly distinguish the high-order speakers 202-1 to 202-3. If not, it is also simply referred to as a higher order speaker 202.
  • the high-order speaker 203-1 to the high-order speaker 203-5 are also simply referred to as a high-order speaker 203 when it is not necessary to distinguish them.
  • eight normal speakers 201, three high-order speakers 202, and five high-order speakers 203 are annularly arranged at unequal density (equal intervals).
  • the high-order speaker 202 and the high-order speaker 203 are different types of high-order speakers. That is, for example, the high-order speaker 202 is composed of a larger number of speaker units than the high-order speaker 203 and is a high-order speaker that can reproduce even higher directivity than the high-order speaker 203. is there.
  • the arrangement position of the normal speakers 201, the high-order speakers 202, and the high-order speakers 203, the number of loudspeakers, the type of high-order speakers, etc. are appropriately determined according to the control area of the global array 191, low cost and sufficient efficiency Sound field can be formed with excellent reproducibility.
  • the arrangement of the normal speaker 201, the high-order speaker 202, and the high-order speaker 203 according to the reproducibility of the sound field (wavefront) required in the zero-order control region that can be controlled by the normal speaker 201 in the control region. If the position and the number of arrangements are determined, a sound field can be formed efficiently and with sufficiently high reproducibility in the zero-order control region.
  • the arrangement position, the number of arrangements, and the types of the higher-order speakers 202 and 203 are determined. For example, a sound field can be efficiently and sufficiently reproducibly formed in a high-order control region.
  • the above-described series of processing can be executed by hardware or can be executed by software.
  • a program constituting the software is installed in the computer.
  • the computer includes, for example, a general-purpose computer capable of executing various functions by installing a computer incorporated in dedicated hardware and various programs.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of a computer that executes the above-described series of processing by a program.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • An input / output interface 505 is further connected to the bus 504.
  • An input unit 506, an output unit 507, a recording unit 508, a communication unit 509, and a drive 510 are connected to the input / output interface 505.
  • the input unit 506 includes a keyboard, a mouse, a microphone array, an image sensor, and the like.
  • the output unit 507 includes a display, a speaker array, and the like.
  • the recording unit 508 includes a hard disk, a nonvolatile memory, and the like.
  • the communication unit 509 includes a network interface or the like.
  • the drive 510 drives a removable recording medium 511 such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory.
  • the CPU 501 loads the program recorded in the recording unit 508 to the RAM 503 via the input / output interface 505 and the bus 504 and executes the program, for example. Is performed.
  • the program executed by the computer (CPU 501) can be provided by being recorded in a removable recording medium 511 as a package medium or the like, for example.
  • the program can be provided via a wired or wireless transmission medium such as a local area network, the Internet, or digital satellite broadcasting.
  • the program can be installed in the recording unit 508 via the input / output interface 505 by attaching the removable recording medium 511 to the drive 510. Further, the program can be received by the communication unit 509 via a wired or wireless transmission medium and installed in the recording unit 508. In addition, the program can be installed in advance in the ROM 502 or the recording unit 508.
  • the program executed by the computer may be a program that is processed in time series in the order described in this specification, or in parallel or at a necessary timing such as when a call is made. It may be a program for processing.
  • the present technology can take a cloud computing configuration in which one function is shared by a plurality of devices via a network and is jointly processed.
  • each step described in the above flowchart can be executed by one device or can be shared by a plurality of devices.
  • the plurality of processes included in the one step can be executed by being shared by a plurality of apparatuses in addition to being executed by one apparatus.
  • the present technology can be configured as follows.
  • Consists of a plurality of higher-order speakers and a plurality of normal speakers A speaker array in which the type, number, or arrangement position of the higher-order speakers is determined according to the reproducibility of the wavefront in a second region outside the first region that can be controlled by the normal speaker.
  • the speaker array according to (1) wherein the number or arrangement position of the high-order speakers and the normal speakers is determined according to the reproducibility of the wavefront in the first region.
  • the speaker array according to (1) or (2), wherein the plurality of higher-order speakers and the plurality of normal speakers are arranged at unequal density.
  • the signal processing device according to any one of (8) to (10), wherein the plurality of higher-order speakers include different types of higher-order speakers. (12) The signal processing apparatus according to (11), wherein the different types of higher-order speakers are the higher-order speakers having different reproducible directivities. (13) The signal processing device according to any one of (8) to (12), wherein the high-order speaker is a speaker capable of reproducing a plurality of directivities. (14) The signal processing apparatus according to any one of (8) to (13), wherein the normal speaker is a speaker that can reproduce only a single directivity.
  • 11 sound field forming device 21 drive signal generator, 22 time frequency synthesizer, 23 global array, 31-1 to 31-8, 31 normal speaker, 32-1 to 32-4, 32 higher order speaker, 81 filter coefficient Recording part, 82 Filter coefficient superposition part

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Abstract

本技術は、低コストで十分な再現性を得ることができるようにするスピーカアレイ、および信号処理装置に関する。 スピーカアレイは、複数の高次スピーカと、複数の通常スピーカとから構成され、通常スピーカにより制御可能な第１の領域の外側にある第２の領域における波面の再現性に応じて高次スピーカの種類、数、または配置位置が定められている。本技術はスピーカアレイおよび音場形成装置に適用することができる。

Description

スピーカアレイ、および信号処理装置
　本技術は、スピーカアレイ、および信号処理装置に関し、特に、低コストで十分な再現性を得ることができるようにしたスピーカアレイ、および信号処理装置に関する。
　例えばHOA（Higher Order Ambisonics）による音場再現では、より広い領域で音場を再現しようとすると、より多くのスピーカが必要となる。これはHOAの球面調和領域や環状調和領域の信号のより高次の成分まで制御を行う必要があるためである。
　また、高次の成分を制御する他の方法として、高次スピーカと呼ばれるスピーカアレイを用いる方法も知られている。
　高次スピーカは、HOL（Higher Order Loudspeaker）とも呼ばれており、モノポールやダイポールなどの複数の指向性を再現できるスピーカである。実際には、スピーカユニットを環状や球状に多数取り付けて得られた環状スピーカアレイや球状スピーカアレイが高次スピーカとして用いられる。
　このような高次スピーカを環状や球状に多数配置することで、より広い領域で音場を再現すること、すなわち音の波面を再現することが可能となる。
　具体的には、例えば高次スピーカを多数配置して得られたスピーカアレイを利用して、そのスピーカアレイの内側と外側で音場再現を行う技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
Samarasinghe, Prasanga N., et al. "3D soundfield reproduction using higher order loudspeakers." 2013 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing. IEEE, 2013.
　しかしながら、上述した技術では、低コストで十分な再現性を得ることは困難であった。
　例えば高次スピーカを多数配置して得られたスピーカアレイを用いれば、広い領域で音場を再現することができるが、高次スピーカは１つの指向性しか再現できない通常スピーカと比較してコストが高く、高次スピーカを多数用いることは実用的とはいえない。
　また、高次スピーカを複数配置して得られるスピーカアレイを用いて音場再現を行う場合に、スピーカアレイを構成する高次スピーカの数を減らすと音場の再現性、すなわち波面の再現性が低下してしまう。
　本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、低コストで十分な再現性を得ることができるようにするものである。
　本技術の第１の側面のスピーカアレイは、複数の高次スピーカと、複数の通常スピーカとから構成され、前記通常スピーカにより制御可能な第１の領域の外側にある第２の領域における波面の再現性に応じて前記高次スピーカの種類、数、または配置位置が定められている。
　本技術の第１の側面においては、スピーカアレイが複数の高次スピーカと、複数の通常スピーカとから構成され、前記通常スピーカにより制御可能な第１の領域の外側にある第２の領域における波面の再現性に応じて前記高次スピーカの種類、数、または配置位置が定められる。
　本技術の第２の側面の信号処理装置は、複数の高次スピーカと、複数の通常スピーカとから構成され、前記通常スピーカにより制御可能な第１の領域の外側にある第２の領域における波面の再現性に応じて前記高次スピーカの種類、数、または配置位置が定められたスピーカアレイと、音源信号に基づいて、前記スピーカアレイの駆動信号を生成する駆動信号生成部とを備える。
　本技術の第２の側面においては、信号処理装置に、複数の高次スピーカと、複数の通常スピーカとから構成され、前記通常スピーカにより制御可能な第１の領域の外側にある第２の領域における波面の再現性に応じて前記高次スピーカの種類、数、または配置位置が定められたスピーカアレイが設けられ、音源信号に基づいて、前記スピーカアレイの駆動信号が生成される。
　本技術の第１の側面および第２の側面によれば、低コストで十分な再現性を得ることができる。
　なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載された何れかの効果であってもよい。
本技術について説明する図である。 音場形成装置の構成例を示す図である。 座標系について説明する図である。 音場形成処理を説明するフローチャートである。 音場形成装置の構成例を示す図である。 音場形成処理を説明するフローチャートである。 スピーカの不当密度配置について説明する図である。 制御領域に応じたスピーカ配置について説明する図である。 制御領域について説明する図である。 複数種類の高次スピーカの組み合わせについて説明する図である。 コンピュータの構成例を示す図である。
　以下、図面を参照して、本技術を適用した実施の形態について説明する。
〈第１の実施の形態〉
〈本技術について〉
　本技術は、高次スピーカと通常スピーカとを組み合わせてスピーカアレイを構成することで、低コストでも十分な音場再現性を得ることができるようにするものである。
　なお、高次スピーカとは複数の指向性を再現可能なスピーカである。具体的には高次スピーカは、例えば複数のスピーカユニットを環状や球状に並べて得られた環状スピーカアレイや球状スピーカアレイなどである。
　一般的に高次スピーカは複数のスピーカユニットからなる。例えば高次スピーカを構成する複数のスピーカユニットは、互いに異なる方向に向けられて配置されているため、それらの複数のスピーカユニットからの音の放射方向（出力方向）は互いに異なっている。
　また、高次スピーカにより任意の指向性が再現される場合、高次スピーカを構成する複数の各スピーカユニットに供給されるスピーカ駆動信号のなかには、互いに同じものもあれば、互いに異なるものもある。
　これに対して、通常スピーカとは単一の指向性のみ再現可能なスピーカであり、一般的に通常スピーカは１つのスピーカユニットからなる。具体的には、例えば通常スピーカはラウドスピーカなどである。
　さらに、以下において音場の再現性が高いとは、再現しようとする理想的な音場と、実際に形成された音場との誤差が少ないことをいう。
　本技術では、１または複数の高次スピーカと、１または複数の通常スピーカとを並べて配置することで得られるスピーカアレイを用いることで、そのスピーカアレイの内側の領域や外側の領域において所望の音場を低コストで効率よく再現できるようにした。
　なお、以下では、本技術を適用したスピーカアレイ、すなわち高次スピーカと通常スピーカとからなるスピーカアレイをグローバルアレイとも称することとする。例えばグローバルアレイは、複数の高次スピーカと通常スピーカを球状に並べて配置した球状スピーカアレイや、複数の高次スピーカと通常スピーカを環状に並べて配置した環状スピーカアレイなどとされる。
　ここで、本技術を適用したグローバルアレイによる音場再現のシミュレーション結果を図１に示す。なお、図１において縦方向および横方向は空間上の位置を示しており、各位置における濃淡は音の音圧を表している。
　例えば矢印Ａ１１に示す音場を理想的な音場（以下、理想音場とも称する）として、スピーカアレイにより理想音場を再現することとする。すなわち、矢印Ａ１１に示す部分には、理想音場を形成したときの音の波面の様子が示されている。
　この場合、例えば高次スピーカのみからなるスピーカアレイＡＲ１１を用いて理想音場を再現すると、実際には矢印Ａ１２に示す音場が形成される。
　矢印Ａ１２に示す例では、スピーカアレイＡＲ１１は環状に配置された５個の高次スピーカHSP11-1乃至高次スピーカHSP11-5から構成されている。
　この例では、スピーカアレイＡＲ１１を構成するスピーカの数が十分ではないため、音場（波面）の再現性が低くなっている。すなわち、スピーカアレイＡＲ１１により形成された音場は、矢印Ａ１１に示した理想音場との誤差が大きいものとなっている。
　これに対して、例えば本技術を適用したスピーカアレイであるグローバルアレイＡＲ１２を用いて理想音場を再現すると、実際には矢印Ａ１３に示す音場が形成される。
　矢印Ａ１３に示す例では、グローバルアレイＡＲ１２は５個の高次スピーカHSP12-1乃至高次スピーカHSP12-5および１０個の通常スピーカLSP12-1乃至通常スピーカLSP12-10から構成される環状スピーカアレイとされている。
　なお、以下、高次スピーカHSP12-1乃至高次スピーカHSP12-5を特に区別する必要のない場合、単に高次スピーカHSP12とも称することとする。また、以下、通常スピーカLSP12-1乃至通常スピーカLSP12-10を特に区別する必要のない場合、単に通常スピーカLSP12とも称することとする。
　グローバルアレイＡＲ１２では、１つの高次スピーカHSP12と２つの通常スピーカLSP12とが交互に並ぶように、各高次スピーカHSP12および通常スピーカLSP12が環状に並べられている。
　グローバルアレイＡＲ１２により形成された音場は、スピーカアレイＡＲ１１により形成された音場と比較すると、理想音場との誤差が少なくなっており、グローバルアレイＡＲ１２の内側および外側の各領域において、十分な音場再現性が得られている。
　上述したように、グローバルアレイＡＲ１２は５個の高次スピーカHSP12と１０個の通常スピーカLSP12の合計１５個のスピーカから構成されている。
　このようにグローバルアレイＡＲ１２では合計１５個のスピーカが用いられているが、これらの１５個のスピーカのうち、コストが高い高次スピーカHSP12の数はスピーカアレイＡＲ１１における場合と同じで５個のみである。
　また、グローバルアレイＡＲ１２を構成する残りの通常スピーカLSP12はコストが低いため、グローバルアレイＡＲ１２のコスト、つまりグローバルアレイＡＲ１２の設置費用はスピーカアレイＡＲ１１のコストと略同じであるということができる。
　しかし、グローバルアレイＡＲ１２とスピーカアレイＡＲ１１とを比較すると、グローバルアレイＡＲ１２によれば、スピーカアレイＡＲ１１を用いた場合よりも、より高い音場再現性を実現することができる。このことから、本技術を適用したグローバルアレイＡＲ１２によれば、低コストで十分な音場再現性を得ることができることが分かる。
　特に、グローバルアレイＡＲ１２を用いた場合、グローバルアレイＡＲ１２の内側、つまりグローバルアレイＡＲ１２により囲まれる領域での音場再現には通常スピーカLSP12の寄与率が高い。通常スピーカLSP12はモノポール音源と捉えることができ、この通常スピーカLSP12の指向性は低次（０次）の指向性にあたる。
　これに対してグローバルアレイＡＲ１２の外側、つまりグローバルアレイＡＲ１２により囲まれる領域の外側にある領域での音場再現には高次スピーカHSP12が必要である。
　グローバルアレイＡＲ１２では、高次スピーカHSP12と通常スピーカLSP12を組み合わせて用いることで、グローバルアレイＡＲ１２の内側の領域や外側の領域において、十分な音場再現性を実現することができる。
　なお、高次スピーカHSP12と通常スピーカLSP12の配置位置や、スピーカの種類、スピーカ数については、各領域における音場（波面）の再現性に応じて（関連して）決定すればよい。例えばスピーカの種類とは、いくつの指向性を再現可能な高次スピーカであるかなどである。
　通常スピーカLSP12により制御可能な領域、つまり通常スピーカLSP12が音場（波面）の形成に寄与することのできる領域を０次制御領域と称することとする。なお、高次スピーカHSP12でも０次制御領域の制御が可能である。
　また、０次制御領域の外側にある、高次スピーカHSP12により制御可能な領域、つまり０次制御領域の外側にある、高次スピーカHSP12が音場（波面）の形成に寄与することのできる領域を高次制御領域と称することとする。なお、通常スピーカLSP12は高次制御領域の制御を行うことはできない。
　この場合、０次制御領域と高次制御領域とからなる領域が、グローバルアレイＡＲ１２によって音場形成の対象、つまり制御対象とされる制御領域となる。換言すれば、０次制御領域と高次制御領域とからなる領域が、グローバルアレイＡＲ１２により音場再現が行われる制御領域となる。
　なお、ここではグローバルアレイＡＲ１２の内側の領域が０次制御領域となり、グローバルアレイＡＲ１２の外側の領域が高次制御領域となる例について説明する。しかし、グローバルアレイＡＲ１２の半径や高次スピーカHSP12の数等によっては、０次制御領域も高次制御領域もグローバルアレイＡＲ１２の内側の領域となることもある。
　グローバルアレイＡＲ１２により音場形成を行う場合、例えば高次制御領域における音場（波面）の再現性に応じて、グローバルアレイＡＲ１２を構成する高次スピーカHSP12の数や、高次スピーカHSP12の配置位置、高次スピーカHSP12の種類などを決定すれば、高次制御領域において十分な再現性で音場を形成することができる。
　同様に０次制御領域における音場（波面）の再現性に応じて、グローバルアレイＡＲ１２を構成する高次スピーカHSP12および通常スピーカLSP12の数や配置位置などを決定すれば、０次制御領域において十分な再現性で音場を形成することができる。
〈音場形成装置の構成例〉
　それでは、以下、本技術を適用したより具体的な実施の形態について説明する。
　図２は、本技術を適用した音場形成装置の一実施の形態の構成例を示す図である。
　図２に示す音場形成装置１１は、駆動信号生成部２１、時間周波数合成部２２、およびグローバルアレイ２３を有している。
　駆動信号生成部２１には、コンテンツの音を再生するための時間領域の音響信号（時間信号）である音源信号が供給される。駆動信号生成部２１は、供給された音源信号に基づいて、所望の波面で音源信号に基づく音を再生するためのスピーカ駆動信号の時間周波数スペクトルを生成し、時間周波数合成部２２に供給する。
　時間周波数合成部２２は、駆動信号生成部２１から供給された時間周波数スペクトルに対してIDFT（Inverse Discrete Fourier Transform）（逆離散フーリエ変換）を用いた時間周波数合成を行い、時間信号であるスピーカ駆動信号を算出し、グローバルアレイ２３に供給する。
　グローバルアレイ２３は、時間周波数合成部２２から供給されたスピーカ駆動信号に基づいて音を出力することで所望の音場（波面）を形成する。
　例えばグローバルアレイ２３は、図１に示したグローバルアレイＡＲ１２に対応し、通常スピーカ３１－１乃至通常スピーカ３１－８と、高次スピーカ３２－１乃至高次スピーカ３２－４とから構成される。
　なお、以下、通常スピーカ３１－１乃至通常スピーカ３１－８を特に区別する必要のない場合、単に通常スピーカ３１とも称する。また、以下、高次スピーカ３２－１乃至高次スピーカ３２－４を特に区別する必要のない場合、単に高次スピーカ３２とも称する。
　通常スピーカ３１は、図１に示した通常スピーカLSP12に対応し、高次スピーカ３２は図１に示した高次スピーカHSP12に対応する。
　グローバルアレイ２３は、例えば通常スピーカ３１および高次スピーカ３２が球状や環状に並べられて得られた球状スピーカアレイや環状スピーカアレイなどとされる。なお、グローバルアレイ２３は球状スピーカアレイや環状スピーカアレイに限らず、他のどのようなスピーカアレイであってもよい。
　また、グローバルアレイ２３を構成する通常スピーカ３１および高次スピーカ３２の数や配置位置、高次スピーカの種類は、０次制御領域と高次制御領域における波面の再現性に応じて定められている。
（駆動信号生成部）
　続いて、音場形成装置１１を構成する各部についてより詳細に説明する。
　駆動信号生成部２１は、供給された音源信号に基づいて、高次スピーカ３２を構成する各スピーカユニットや通常スピーカ３１に供給されるスピーカ駆動信号の時間周波数スペクトルを生成する。
　以下、時間周波数スペクトルの具体的な生成例について説明する。
　例えば図３に示すように所定の原点Ｏを基準とし、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を各軸とする３次元の直交座標系上の点ＰＯ１１の位置を極座標（球座標）で表記することを考える。
　すなわち、原点Ｏを基準として所定の点ＰＯ１１の位置を極座標で（r,θ,φ）と表記するとする。ここで、ｒは原点Ｏから見た点ＰＯ１１までの距離を示しており、θは原点Ｏから見た点ＰＯ１１の位置を示す仰角であり、φは原点Ｏから見た点ＰＯ１１の位置を示す方位角である。
　この場合、原点Ｏと点ＰＯ１１を結ぶ直線を直線ＬＮとすると、この直線ＬＮの長さが原点Ｏから見た点ＰＯ１１までの距離ｒとなる。
　また、直線ＬＮをｚ軸方向からｘｙ平面に投影して得られる直線を直線ＬＮ’とすると、例えばｘ軸と直線ＬＮ’とのなす角度が、原点Ｏから見た点ＰＯ１１の位置を示す方位角φとされる。さらに、ｚ軸と直線ＬＮとのなす角度が、原点Ｏから見た点ＰＯ１１の位置を示す仰角θとされる。
　以下では、所定の位置を、極座標を用いて（r,θ,φ）のように記すこととする。
　ところで、複数の通常スピーカからなるスピーカアレイに囲まれた領域の中心位置を原点としてスピーカアレイ内部、つまりスピーカアレイに囲まれた領域内の所定の位置ＸをＸ＝（r,θ,φ）と表すとする。このとき、位置Ｘ＝（r,θ,φ）における音場Pi(X,ω)は、球面調和関数Ynm(θ,φ)、ベッセル関数jn(kr)、および係数Anm(ω)を用いて以下の式（１）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、式（１）においてｎおよびｍは次数を示しており、Ｎは最大次数を示している。また、ωは角周波数を示しており、ｋは波数を示している。
　同様に、スピーカアレイの外部の位置Ｘ＝（r,θ,φ）における音場Pe(X,ω)は、球面調和関数Ynm(θ,φ)、ハンケル関数hn(kr)、および係数Bnm(ω)を用いて以下の式（２）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　なお、以下の説明において標記を分かり易くするため、角周波数ωの標記を省略することとする。
　ここで、高次スピーカを球状に配置して得られるグローバルアレイを考える。グローバルアレイの中心位置を原点として、その原点から見た所定の位置Ｘにおけるグローバルアレイによる合成音場Psyn(X)は、式（２）を用いて次式（３）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（３）において、ｌはグローバルアレイを構成するスピーカユニットを識別するスピーカインデクスを示しており、ｌ＝１，２，…，Ｌである。また、Ｌはグローバルアレイを構成するスピーカユニットの総数を示している。なお、スピーカインデクスｌにより示されるスピーカユニットは、グローバルアレイの高次スピーカを構成するスピーカユニットである。
　また、式（３）において、ｄｌはスピーカインデクスｌのスピーカユニットのスピーカ駆動信号、より詳細にはスピーカ駆動信号の時間周波数スペクトルを示しており、β(l) n’m’はスピーカインデクスｌのスピーカユニットの指向特性を表す係数を示している。
　さらに、式（３）において、hn’(kr(l))およびYn’m’(θ(l),φ(l))は、スピーカインデクスｌのスピーカユニットの位置を基準（原点）とした極座標で表記されたハンケル関数および球面調和関数を示している。
　すなわち、ハンケル関数hn’(kr(l))および球面調和関数Yn’m’(θ(l),φ(l))は、スピーカインデクスｌのスピーカユニットの位置を原点とした極座標系における位置Ｘ＝（r(l),θ(l),φ(l)）についてのハンケル関数および球面調和関数である。また、n’およびm’は、スピーカインデクスｌのスピーカユニットの位置を原点としたときの次数を示している。
　なお、係数β(l) n’m’もスピーカインデクスｌのスピーカユニットの位置を原点とした極座標系における係数となっている。
　したがって、例えばグローバルアレイに囲まれる領域の音場を制御するためには、係数β(l) n’m’をグローバルアレイの中心位置を極座標系の原点とした係数β(O) nm,lに変換する必要がある。
　このような係数β(l) n’m’から係数β(O) nm,lへの変換は、ハンケル関数の加法定理を用いることにより実現することができる。すなわち、以下の式（４）を計算することで、係数β(l) n’m’を係数β(O) nm,lへと変換することができる。
　なお、ハンケル関数の加法定理については、例えば「P.A. Martin, “Multiple scattering: interaction of time-harmonic waves with N obstacles,” Cambridge Univ Pr, 2006.」などに詳細に記載されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　式（４）において、Ｘｌはグローバルアレイの中心位置を原点としたときの、その原点から見たスピーカインデクスｌのスピーカユニットの位置を示しており、位置Ｘｌ＝（rl,θl,φl）である。
　また、式（４）におけるSm’m n’n(Xl)は、次式（５）により示すものとされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　なお、式（５）においてｉは虚数を示しており、hl(krl)はスピーカインデクスｌのスピーカユニットについてのハンケル関数を示しており、Y* q(m-m’)(θl,φl)は球面調和関数Yq(m-m’)(θl,φl)の複素共役を示している。
　さらに式（５）におけるＷ１は以下の式（６）により表される行列であり、Ｗ２は以下の式（７）により表される行列である。これらの行列Ｗ１およびＷ２は、Wigner 3-j symbolsと呼ばれている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　式（４）を用いれば、各スピーカユニットを基準とした係数β(l) n’m’を、グローバルアレイを基準とした係数β(O) nm,lへと変換することができる。
　ここで、各スピーカユニットの伝達関数を考える。式（４）は各スピーカの中心位置を原点とした伝達関数の係数からグローバルアレイの中心位置を原点とした伝達関数の係数への変換にも適用することができる。
　すなわち、グローバルアレイを基準とした所定の位置Ｘについてのスピーカインデクスｌのスピーカユニットの伝達関数gl(X)は、上述した式（１）および式（４）に基づいて、係数β(O) nm,l、ベッセル関数jn(kr)、および球面調和関数Ynm(θ,φ)を用いて次式（８）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　なお、ここまで、Ｌ個のスピーカユニットからなるグローバルアレイとして、高次スピーカを球状に配置して得られる球状スピーカアレイを例として説明してきた。
　しかし、Ｌ個のスピーカユニットからなるグローバルアレイは、高次スピーカと通常スピーカを球状に配置して得られる球状スピーカアレイであってもよい。すなわち、スピーカインデクスｌのスピーカユニットは、高次スピーカを構成する１つのスピーカユニットであってもよいし、通常スピーカそのものであってもよい。
　例えば係数β(l) n’m’は、スピーカユニットの指向特性を定めるパラメータであるが、スピーカユニットが通常スピーカである場合、係数β(l) n’m’は０次成分のみに値をもつ。すなわち、スピーカインデクスｌのスピーカユニットとしての通常スピーカの係数β(l) n’m’については、０次成分である係数β(l) 00以外の係数β(l) n’m’の値は０となる。
　以下では、Ｌ個のスピーカユニットからなるグローバルアレイは、高次スピーカと通常スピーカとからなる球状スピーカアレイであるものとして説明を続ける。
　また、伝達関数gl(X)と同様に、グローバルアレイを基準とした所定の位置Ｘにおける音場α(X)は、係数a(O) nm、ベッセル関数jn(kr)、および球面調和関数Ynm(θ,φ)を用いて次式（９）により表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　例えば式（９）における係数a(O) nmは、球面波の解析解を用いれば、音源位置の極座標を（rs,θs,φs）として次式（１０）の計算により得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　なお、式（１０）においてｉは虚数を示しており、ｋは波数を示しており、h(2) n(krs)は第二種球ハンケル関数を示している。また、Y* nm(θs,φs)は球面調和関数Y nm(θs,φs)の複素共役を示している。
　特に、グローバルアレイにより再生しようとする音の音源信号が与えられている場合には、係数a(O) nmは、音源信号Ｓを用いて次式（１１）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　ここで、式（８）に示した伝達関数gl(X)、および式（９）に示した音場α(X)を行列で表現すると、以下の式（１２）および式（１３）に示すようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　なお、式（１２）において、g(X)はＬ個の各スピーカインデクスｌのスピーカユニットの伝達関数gl(X)からなる行列（行ベクトル）を示している。
　また、式（１２）および式（１３）におけるψは、以下の式（１４）により表される行列（行ベクトル）である。式（１２）においてCHは以下の式（１５）により示される、係数β(O) nm,lからなる行列Ｃのエルミート転置行列を示している。
　さらに、式（１３）においてaHは、以下の式（１６）により示される、係数a(O) nmからなる行列（行ベクトル）ａのエルミート転置行列を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　ここで、音場（波面）を再現しようとする領域を制御領域Ｖとすると、次式（１７）に示す式の最小化問題の解を求めることで、グローバルアレイを構成する各スピーカユニットの駆動信号の時間周波数スペクトルからなる行列Ｄを得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　なお、式（１７）における行列Ｄは、次式（１８）に示すように各スピーカインデクスｌのスピーカユニットのスピーカ駆動信号の時間周波数スペクトルｄｌからなる行列である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　また、制御領域Ｖの半径をＲOとすると、式（１２）および式（１３）を用いて式（１７）を展開することで、時間周波数スペクトルｄｌからなる行列Ｄは、最終的に以下の式（１９）により求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　なお、式（１９）においてＷは次式（２０）に示す行列であり、行列Ｗの要素であるwnmは以下の式（２１）により示されるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
　式（２１）においてδnmはクロネッカーのデルタを示しており、式（２０）に示す行列Ｗは対角行列となる。
　駆動信号生成部２１は、供給された音源信号Ｓに基づいて得られる、上述した式（１１）により示される係数a(O) nmを用いて式（１９）を計算することで、グローバルアレイ２３を構成する各スピーカユニットの時間周波数スペクトルｄｌを求め、時間周波数合成部２２に供給する。ここで、スピーカインデクスｌのスピーカユニットは、グローバルアレイ２３を構成する、通常スピーカ３１そのものや高次スピーカ３２を構成するスピーカユニットに対応する。
　なお、式（１７）を展開して時間周波数スペクトルｄｌを求める方法については、例えば「植野他，”受聴エリア事前情報を用いた音場再現―直線状アレイによる検証―，” 日本音響学会秋季研究発表会講演論文集, 2016, pp. 415-418.」などに詳細に記載されている。
（時間周波数合成部）
　時間周波数合成部２２は、駆動信号生成部２１から供給されたスピーカ駆動信号の時間周波数スペクトルｄｌに対してIDFTにより時間周波数合成を行い、時間信号である各スピーカインデクスｌのスピーカユニットのスピーカ駆動信号を求める。
　例えば、時間周波数インデクスをntfとして、スピーカインデクスｌのスピーカユニットの時間周波数スペクトルｄｌを時間周波数スペクトルD(l,ntf)と記すこととする。
　この場合、時間周波数合成部２２は、次式（２２）を計算することで、スピーカインデクスｌのスピーカユニットのスピーカ駆動信号d(l,nt)を求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　なお、式（２２）においてntは時間インデクスを示しており、MdtはIDFTのサンプル数を示しており、ｉは虚数を示している。
　時間周波数合成部２２は、このようにして得られたスピーカ駆動信号d(l,nt)を、グローバルアレイ２３を構成する各スピーカユニットに供給し、音を出力させる。
〈音場形成処理の説明〉
　続いて、音場形成装置１１の動作について説明する。すなわち、以下、図４のフローチャートを参照して、音場形成装置１１により行われる音場形成処理について説明する。
　ステップＳ１１において、駆動信号生成部２１は、供給された音源信号に基づいて、グローバルアレイ２３を構成する各スピーカユニットのスピーカ駆動信号の時間周波数スペクトルを生成し、時間周波数合成部２２に供給する。
　例えば駆動信号生成部２１は、音源信号に基づいて、式（１１）により得られる係数a(O) nmを用いて式（１９）を計算することで、グローバルアレイ２３を構成する各スピーカユニットの時間周波数スペクトルを生成する。
　ステップＳ１２において、時間周波数合成部２２は、駆動信号生成部２１から供給されたスピーカ駆動信号の時間周波数スペクトルに対して時間周波数合成を行って、グローバルアレイ２３を構成する各スピーカユニットのスピーカ駆動信号を生成する。
　例えば時間周波数合成部２２は、式（２２）を計算することで各スピーカユニットのスピーカ駆動信号を生成し、グローバルアレイ２３に供給する。
　ステップＳ１３において、グローバルアレイ２３は、時間周波数合成部２２から供給されたスピーカ駆動信号に基づいて音を出力する。これにより所望の音場、すなわち所望の波面が形成され、音源信号に基づく音が再生される。
　このようにして音場が形成されると音場形成処理は終了する。
　以上のようにして音場形成装置１１は、音源信号に基づいてスピーカ駆動信号を生成し、グローバルアレイ２３により音源信号に基づく音を再生する。特にグローバルアレイ２３では、通常スピーカ３１と高次スピーカ３２とを組み合わせて用いることにより、低コストでも十分な音場再現性を得ることができる。
　音場形成装置１１のように、供給された音源信号に基づいて演算により直接、スピーカ駆動信号を生成する方法は、音源信号が予め定められているときなどに特に有用である。音源信号が予め定められている場合、スピーカ駆動信号を予め生成しておけば、必要となったときに直ちにコンテンツ等の音の再生を行うことができる。
〈第２の実施の形態〉
〈音場形成装置の構成例〉
　なお、スピーカ駆動信号を生成する場合に、予め所望の波面を形成するためのフィルタ係数を生成しておき、フィルタ係数と音源信号との畳み込み処理によりスピーカ駆動信号を生成するようにしてもよい。
　そのような場合、音場形成装置は、例えば図５に示すように構成される。なお、図５において図１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
　図５に示す音場形成装置７１は、フィルタ係数記録部８１、フィルタ係数重畳部８２、およびグローバルアレイ２３を有している。
　フィルタ係数記録部８１は、予め生成された所定の波面を再現（形成）するためのフィルタ係数を記録しており、記録しているフィルタ係数をフィルタ係数重畳部８２に供給する。
　フィルタ係数重畳部８２は、供給された音源信号と、フィルタ係数記録部８１から供給されたフィルタ係数とを畳み込むことで、グローバルアレイ２３を構成する各スピーカユニットのスピーカ駆動信号を生成し、グローバルアレイ２３に供給する。換言すれば、フィルタ係数と音源信号とに基づくフィルタ処理により各スピーカユニットのスピーカ駆動信号が生成される。
　音場形成装置７１では、フィルタ処理により迅速にスピーカ駆動信号を得ることができるため、音場形成装置７１は音源信号が頻繁に変化する場合に特に有用である。
（フィルタ係数記録部）
　ここで、音場形成装置７１の各部についてさらに詳細に説明する。
　フィルタ係数記録部８１には、通常スピーカ３１と高次スピーカ３２を複数組み合わせて所定の波面を再現するための、つまり所望の音場を形成するためのオーディオフィルタのフィルタ係数が記録されている。
　例えばスピーカインデクスｌのスピーカユニットについての時間インデクスntのフィルタ係数をh(l,nt)と記すこととする。この場合、式（１０）に示した係数a(O) nmを用いて式（１９）および式（２２）を計算することで得られたスピーカ駆動信号d(l,nt)がフィルタ係数h(l,nt)として用いられる。
　フィルタ係数記録部８１は、予め生成されたフィルタ係数h(l,nt)を記録しており、フィルタ係数重畳部８２にフィルタ係数h(l,nt)を供給する。
（フィルタ係数重畳部）
　フィルタ係数重畳部８２は、フィルタ係数記録部８１から供給されたフィルタ係数h(l,nt)と、供給された音源信号とを畳み込んで各スピーカユニットのスピーカ駆動信号d(l,nt)を求める。フィルタ係数重畳部８２は、得られたスピーカ駆動信号をグローバルアレイ２３を構成する各スピーカユニットに供給し、音を出力させる。
　例えば時間信号である音源信号をx(nt)とすると、フィルタ係数重畳部８２は次式（２３）を計算することでフィルタ係数h(l,nt)と音源信号x(nt)との畳み込みを行い、スピーカ駆動信号d(l,nt)を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　なお、式（２３）において、Ｎはフィルタ係数h(l,nt)からなるオーディオフィルタのフィルタ長を示している。
〈音場形成処理の説明〉
　続いて、音場形成装置７１の動作について説明する。すなわち、以下、図６のフローチャートを参照して、音場形成装置７１により行われる音場形成処理について説明する。
　ステップＳ５１において、フィルタ係数重畳部８２はフィルタ係数記録部８１からフィルタ係数h(l,nt)を読み出す。
　ステップＳ５２において、フィルタ係数重畳部８２は、ステップＳ５１の処理において読み出したフィルタ係数h(l,nt)と、供給された音源信号x(nt)とに基づいてスピーカ駆動信号d(l,nt)を生成し、グローバルアレイ２３に供給する。
　例えばステップＳ５２では、上述した式（２３）の計算が行われてグローバルアレイ２３を構成する各スピーカユニットのスピーカ駆動信号d(l,nt)が生成される。
　ステップＳ５３において、グローバルアレイ２３は、フィルタ係数重畳部８２から供給されたスピーカ駆動信号d(l,nt)に基づいて音を出力する。これにより、所望の音場、すなわち所望の波面が形成され、音源信号に基づく音が再生される。
　このようにして音場が形成されると音場形成処理は終了する。
　以上のようにして音場形成装置７１は、音源信号に基づいてスピーカ駆動信号を生成し、グローバルアレイ２３により音源信号に基づく音を再生する。音場形成装置７１においても音場形成装置１１における場合と同様に、通常スピーカ３１と高次スピーカ３２とを組み合わせて用いることで、低コストでも十分な音場再現性を得ることができる。
〈本技術の適用例１〉
〈スピーカの不等密度配置について〉
　ところで、本技術を適用したグローバルアレイでは、通常スピーカや高次スピーカの配置を球状配置などの３次元的な配置としてもよいし、環状配置などの２次元的な配置としてもよい。
　また、通常スピーカや高次スピーカを等密度（等間隔）に配置してもよいし、不等密度（不等間隔）に配置してもよい。
　例えばグローバルアレイを構成する通常スピーカや高次スピーカを不等密度配置する場合、図７に示す配置とすることができる。
　図７に示す例では、本技術を適用したグローバルアレイ１１１は、通常スピーカ１２１－１乃至通常スピーカ１２１－６と、高次スピーカ１２２－１乃至高次スピーカ１２２－３とから構成される。このグローバルアレイ１１１は、図２のグローバルアレイ２３に対応する。
　なお、以下、通常スピーカ１２１－１乃至通常スピーカ１２１－６を特に区別する必要のない場合、単に通常スピーカ１２１とも称し、高次スピーカ１２２－１乃至高次スピーカ１２２－３を特に区別する必要のない場合、単に高次スピーカ１２２とも称する。
　ここでは、６個の通常スピーカ１２１と、３個の高次スピーカ１２２とが不等密度で環状に配置されてグローバルアレイ１１１とされている。
　すなわち、グローバルアレイ１１１における図中、右側の部分には、グローバルアレイ１１１における図中、左側の部分と比べて、より多くの通常スピーカ１２１および高次スピーカ１２２が配置されており、この部分のスピーカ密度が高くなっている。特に、全ての高次スピーカ１２２がグローバルアレイ１１１における図中、右側の部分に配置されている。
　ここで、グローバルアレイ１１１の内側の領域における波面再現性を考える。
　通常スピーカ１２１や高次スピーカ１２２を不等密度で配置したときには、一般的にはスピーカ密度の高い方向から、グローバルアレイ１１１の中心位置へと向かって伝搬する波面の再現性は高くなる。これに対して、スピーカ密度の低い方向から、グローバルアレイ１１１の中心位置へと向かって伝搬する波面の再現性は低くなる。
　図７に示す例では、グローバルアレイ１１１の図中、右側において、スピーカ密度が高くなっている。
　そのため、グローバルアレイ１１１の図中、右側からグローバルアレイ１１１の中心位置へと伝搬してくる波面をより高精度に再現することができる。
　例えば図７に示す例では、グローバルアレイ１１１の外側の領域における、通常スピーカ１２１や高次スピーカ１２２の数が多い側、つまりグローバルアレイ１１１の図中、右上側に音源AS11が位置している。そして、その音源AS11から発せられた音の波面は、音源AS11からグローバルアレイ１１１の中心方向へと伝搬する。
　したがって、グローバルアレイ１１１を用いれば、グローバルアレイ１１１の内側の領域において音源AS11からの音の波面を高精度に再現することができる。
　同様にグローバルアレイ１１１を用いれば、例えば矢印Ｑ１１に示すようにグローバルアレイ１１１の図中、右下からグローバルアレイ１１１の中心位置へと向かって伝搬する波面も高精度に再現することができる。
　以上のことから、例えば再生するコンテンツによって、音の波面の到来方向が限定的である場合には、波面が到来する方向側におけるスピーカ密度が高くなるようにグローバルアレイ１１１のスピーカ配置を定めればよい。このようにすることで、コンテンツの音の波面を高い再現性で形成することができるだけでなく、グローバルアレイ１１１のスピーカ数も削減することができる。
　また、グローバルアレイにより音場（波面）を再現しようとする領域である制御領域の形状等に応じて、グローバルアレイを構成する通常スピーカおよび高次スピーカの配置を定めれば、低コストで効率的に音場形成を行うことができる。
　グローバルアレイ外側における音場を再現したい方向（領域）が限定的である場合には、例えば図８に示すようなスピーカ配置とすればよい。なお、図８において図７における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
　図８に示す例では、グローバルアレイ１１１の外側と内側を含む領域Ｒ２１が、グローバルアレイ１１１により音場を再現したい制御領域（以下、制御領域Ｒ２１とも称する）となっている。
　グローバルアレイ１１１の外側の領域に音場を形成しようとする場合、十分高い精度で音場を再現するためには、その領域近傍に高次スピーカ１２２を配置する必要がある。
　ここでは、グローバルアレイ１１１の外側の領域のうち、グローバルアレイ１１１の図中、左側の領域は制御領域Ｒ２１とはなっていないので、グローバルアレイ１１１の図中、左側には高次スピーカ１２２が配置されておらず、スピーカ密度も低くなっている。
　これに対して、グローバルアレイ１１１の外側の領域のうち、グローバルアレイ１１１の図中、右側の領域は制御領域Ｒ２１内に含まれているので、グローバルアレイ１１１の図中、右側には高次スピーカ１２２が数多く配置され、スピーカ密度も高くなっている。
　このようにグローバルアレイ１１１の外側において、音場を再現したい領域が限定的である場合には、その音場を再現したい領域近傍に高次スピーカ１２２を高い密度で配置し、音場再現が不要な領域近傍ではスピーカ密度を低くすればよい。
　これにより、グローバルアレイ１１１の内側および外側において、少ないスピーカ数でも効率的に十分な精度で音場（波面）を再現することができる。
　但し、グローバルアレイの外側で音場を再現するのに十分な数のスピーカがない場合には、例えば図９に示すように制御領域はグローバルアレイの内側の領域となる。
　図９に示す例では、グローバルアレイ１５１は、通常スピーカ１６１－１乃至通常スピーカ１６１－４と、高次スピーカ１６２－１乃至高次スピーカ１６２－４とから構成されている。このグローバルアレイ１５１は、図２のグローバルアレイ２３に対応する。
　なお、以下、通常スピーカ１６１－１乃至通常スピーカ１６１－４を特に区別する必要のない場合、単に通常スピーカ１６１とも称し、高次スピーカ１６２－１乃至高次スピーカ１６２－４を特に区別する必要のない場合、単に高次スピーカ１６２とも称する。
　ここでは、４個の通常スピーカ１６１と、４個の高次スピーカ１６２が等密度（等間隔）で環状に配置されている。
　しかし、この例ではグローバルアレイ１５１の半径に対して、十分な数の通常スピーカ１６１および高次スピーカ１６２がないため、グローバルアレイ１５１の内側にある円形状の領域が制御領域となっている。すなわち、グローバルアレイ１５１の外側の領域では、十分な再現性で音場（波面）を形成することができない。
　ここでは、グローバルアレイ１５１の中心位置を含む円形状の領域Ｒ４１と、その領域Ｒ４１を囲む円環状（リング状）の領域Ｒ４２とからなる領域がグローバルアレイ１５１の制御領域となっている。
　領域Ｒ４１は、主に通常スピーカ１６１により音場が形成される０次制御領域であり、領域Ｒ４２は、主に高次スピーカ１６２により音場が形成される高次制御領域である。
〈本技術の適用例２〉
〈高次スピーカの組み合わせについて〉
　さらに、以上においては、グローバルアレイを構成する高次スピーカは全て同じ種類のものが用いられる例について説明したが、互いに異なる複数種類の高次スピーカを組み合わせてグローバルアレイを構成するようにしてもよい。
　ここでは、高次スピーカの種類が異なるとは、例えば高次スピーカを構成するスピーカユニットの数や大きさ、環状や球状など高次スピーカとしてのスピーカアレイの形状、高次スピーカにより再現可能な指向性の数（次数）等が異なることをいう。
　異なる種類の高次スピーカを組み合わせてグローバルアレイを構成する場合、例えば本技術を適用したグローバルアレイは図１０に示すように構成される。
　図１０に示すグローバルアレイ１９１は、通常スピーカ２０１－１乃至通常スピーカ２０１－８と、高次スピーカ２０２－１乃至高次スピーカ２０２－３と、高次スピーカ２０３－１乃至高次スピーカ２０３－５とから構成される。このグローバルアレイ１９１は、図２のグローバルアレイ２３に対応する。
　なお、以下、通常スピーカ２０１－１乃至通常スピーカ２０１－８を特に区別する必要のない場合、単に通常スピーカ２０１とも称し、高次スピーカ２０２－１乃至高次スピーカ２０２－３を特に区別する必要のない場合、単に高次スピーカ２０２とも称する。また、以下、高次スピーカ２０３－１乃至高次スピーカ２０３－５を特に区別する必要のない場合、単に高次スピーカ２０３とも称する。
　ここでは、８個の通常スピーカ２０１、３個の高次スピーカ２０２、および５個の高次スピーカ２０３が不等密度（等間隔）で環状に配置されている。
　また、高次スピーカ２０２と高次スピーカ２０３とは互いに異なる種類の高次スピーカとなっている。すなわち、例えば高次スピーカ２０２は、高次スピーカ２０３と比較してより多くのスピーカユニットから構成されており、高次スピーカ２０３と比較してより高い次数の指向性まで再現可能な高次スピーカである。
　グローバルアレイ１９１の制御領域に応じて、通常スピーカ２０１、高次スピーカ２０２、および高次スピーカ２０３の配置位置やスピーカ数、高次スピーカの種類等を適切に決定すれば、低コストで効率よく十分な再現性で音場を形成することができる。
　特に、制御領域のうちの通常スピーカ２０１が制御できる０次制御領域で必要とされる音場（波面）の再現性に応じて、通常スピーカ２０１や、高次スピーカ２０２、高次スピーカ２０３の配置位置と配置数などを決定すれば、０次制御領域において効率よく十分に高い再現性で音場を形成することができる。
　同様に、制御領域のうちの高次制御領域で必要とされる音場（波面）の再現性に応じて、高次スピーカ２０２や高次スピーカ２０３の配置位置、配置数、種類などを決定すれば、高次制御領域において効率よく十分に高い再現性で音場を形成することができる。
〈コンピュータの構成例〉
　ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のコンピュータなどが含まれる。
　図１１は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。
　コンピュータにおいて、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１，ＲＯＭ（Read Only Memory）５０２，ＲＡＭ（Random Access Memory）５０３は、バス５０４により相互に接続されている。
　バス５０４には、さらに、入出力インターフェース５０５が接続されている。入出力インターフェース５０５には、入力部５０６、出力部５０７、記録部５０８、通信部５０９、及びドライブ５１０が接続されている。
　入力部５０６は、キーボード、マウス、マイクアレイ、撮像素子などよりなる。出力部５０７は、ディスプレイ、スピーカアレイなどよりなる。記録部５０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部５０９は、ネットワークインターフェースなどよりなる。ドライブ５１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体５１１を駆動する。
　以上のように構成されるコンピュータでは、ＣＰＵ５０１が、例えば、記録部５０８に記録されているプログラムを、入出力インターフェース５０５及びバス５０４を介して、ＲＡＭ５０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
　コンピュータ（ＣＰＵ５０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブル記録媒体５１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
　コンピュータでは、プログラムは、リムーバブル記録媒体５１１をドライブ５１０に装着することにより、入出力インターフェース５０５を介して、記録部５０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部５０９で受信し、記録部５０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ＲＯＭ５０２や記録部５０８に、あらかじめインストールしておくことができる。
　なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
　また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　例えば、本技術は、１つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。
　また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
　さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
　また、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
　さらに、本技術は、以下の構成とすることも可能である。
（１）
　複数の高次スピーカと、複数の通常スピーカとから構成され、
　前記通常スピーカにより制御可能な第１の領域の外側にある第２の領域における波面の再現性に応じて前記高次スピーカの種類、数、または配置位置が定められた
　スピーカアレイ。
（２）
　前記第１の領域における波面の再現性に応じて、前記高次スピーカおよび前記通常スピーカの数または配置位置が定められている
　（１）に記載のスピーカアレイ。
（３）
　前記複数の前記高次スピーカおよび前記複数の前記通常スピーカが不等密度で配置されている
　（１）または（２）に記載のスピーカアレイ。
（４）
　前記複数の前記高次スピーカのなかには、互いに異なる種類の前記高次スピーカが含まれている
　（１）乃至（３）の何れか一項に記載のスピーカアレイ。
（５）
　互いに異なる種類の前記高次スピーカは、再現可能な指向性が異なる前記高次スピーカである
　（４）に記載のスピーカアレイ。
（６）
　前記高次スピーカは、複数の指向性を再現可能なスピーカである
　（１）乃至（５）の何れか一項に記載のスピーカアレイ。
（７）
　前記通常スピーカは、単一の指向性のみ再現可能なスピーカである
　（１）乃至（６）の何れか一項に記載のスピーカアレイ。
（８）
　複数の高次スピーカと、複数の通常スピーカとから構成され、前記通常スピーカにより制御可能な第１の領域の外側にある第２の領域における波面の再現性に応じて前記高次スピーカの種類、数、または配置位置が定められたスピーカアレイと、
　音源信号に基づいて、前記スピーカアレイの駆動信号を生成する駆動信号生成部と
　を備える信号処理装置。
（９）
　前記第１の領域における波面の再現性に応じて、前記高次スピーカおよび前記通常スピーカの数または配置位置が定められている
　（８）に記載の信号処理装置。
（１０）
　前記複数の前記高次スピーカおよび前記複数の前記通常スピーカが不等密度で配置されている
　（８）または（９）に記載の信号処理装置。
（１１）
　前記複数の前記高次スピーカのなかには、互いに異なる種類の前記高次スピーカが含まれている
　（８）乃至（１０）の何れか一項に記載の信号処理装置。
（１２）
　互いに異なる種類の前記高次スピーカは、再現可能な指向性が異なる前記高次スピーカである
　（１１）に記載の信号処理装置。
（１３）
　前記高次スピーカは、複数の指向性を再現可能なスピーカである
　（８）乃至（１２）の何れか一項に記載の信号処理装置。
（１４）
　前記通常スピーカは、単一の指向性のみ再現可能なスピーカである
　（８）乃至（１３）の何れか一項に記載の信号処理装置。
　１１　音場形成装置，　２１　駆動信号生成部，　２２　時間周波数合成部，　２３　グローバルアレイ，　３１－１乃至３１－８，３１　通常スピーカ，　３２－１乃至３２－４，３２　高次スピーカ，　８１　フィルタ係数記録部，　８２　フィルタ係数重畳部

Claims (14)

  1. 　複数の高次スピーカと、複数の通常スピーカとから構成され、
    　前記通常スピーカにより制御可能な第１の領域の外側にある第２の領域における波面の再現性に応じて前記高次スピーカの種類、数、または配置位置が定められた
    　スピーカアレイ。
  2. 　前記第１の領域における波面の再現性に応じて、前記高次スピーカおよび前記通常スピーカの数または配置位置が定められている
    　請求項１に記載のスピーカアレイ。
  3. 　前記複数の前記高次スピーカおよび前記複数の前記通常スピーカが不等密度で配置されている
    　請求項１に記載のスピーカアレイ。
  4. 　前記複数の前記高次スピーカのなかには、互いに異なる種類の前記高次スピーカが含まれている
    　請求項１に記載のスピーカアレイ。
  5. 　互いに異なる種類の前記高次スピーカは、再現可能な指向性が異なる前記高次スピーカである
    　請求項４に記載のスピーカアレイ。
  6. 　前記高次スピーカは、複数の指向性を再現可能なスピーカである
    　請求項１に記載のスピーカアレイ。
  7. 　前記通常スピーカは、単一の指向性のみ再現可能なスピーカである
    　請求項１に記載のスピーカアレイ。
  8. 　複数の高次スピーカと、複数の通常スピーカとから構成され、前記通常スピーカにより制御可能な第１の領域の外側にある第２の領域における波面の再現性に応じて前記高次スピーカの種類、数、または配置位置が定められたスピーカアレイと、
    　音源信号に基づいて、前記スピーカアレイの駆動信号を生成する駆動信号生成部と
    　を備える信号処理装置。
  9. 　前記第１の領域における波面の再現性に応じて、前記高次スピーカおよび前記通常スピーカの数または配置位置が定められている
    　請求項８に記載の信号処理装置。
  10. 　前記複数の前記高次スピーカおよび前記複数の前記通常スピーカが不等密度で配置されている
    　請求項８に記載の信号処理装置。
  11. 　前記複数の前記高次スピーカのなかには、互いに異なる種類の前記高次スピーカが含まれている
    　請求項８に記載の信号処理装置。
  12. 　互いに異なる種類の前記高次スピーカは、再現可能な指向性が異なる前記高次スピーカである
    　請求項１１に記載の信号処理装置。
  13. 　前記高次スピーカは、複数の指向性を再現可能なスピーカである
    　請求項８に記載の信号処理装置。
  14. 　前記通常スピーカは、単一の指向性のみ再現可能なスピーカである
    　請求項８に記載の信号処理装置。
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