音響システム及びその仮想音源の設定方法
【課題】部屋の壁面等の反射面と被聴者との間の空間に仮想音源を設定し、より正確な音像定位を可能にする音響システムを提供する。
【解決手段】本発明の音響システム１０は、可聴帯域の信号波を生成する信号源２１と、超音波帯域の搬送波を生成するとともに、この搬送波を前記信号波によって変調した変調波を放射する複数の超音波スピーカＳＰと、超音波スピーカＳＰから放射された前記変調波を反射する反射面と被聴者との間の空間における前記変調波の伝達経路中の所定位置に前記信号波の仮想音源ＳＳを設定するべく、当該所定位置における音圧を制御する制御部（フィルタ処理部）２２と、を備える。
【解決手段】本発明の音響システム１０は、可聴帯域の信号波を生成する信号源２１と、超音波帯域の搬送波を生成するとともに、この搬送波を前記信号波によって変調した変調波を放射する複数の超音波スピーカＳＰと、超音波スピーカＳＰから放射された前記変調波を反射する反射面と被聴者との間の空間における前記変調波の伝達経路中の所定位置に前記信号波の仮想音源ＳＳを設定するべく、当該所定位置における音圧を制御する制御部（フィルタ処理部）２２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として複合現実感システムに好適に利用することができる音響システム及びその仮想音源の設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラによって撮影された現実環境（現実空間）の画像にＣＧ（コンピュータグラフィックス）画像や文字等の仮想情報を重畳表示することによって、現実環境の情報を増幅・拡張する複合現実感（ＭＲ：Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）技術に関する研究、開発が盛んに行われている。
【０００３】
また、このような視覚的な複合現実感技術に対して聴覚的な要素を組合せ、現実環境に重畳表示された仮想情報から音が発生しているように、当該音の発生源の方向や距離を定位（音像定位）させることによって、より高い現実感を得ようとする試みもなされている。例えば、特許文献１には、被聴者が装着するヘッドホンの内部に複数の音発生源を設け、音を発生している音発生源の位置により被聴者に音像を定位させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３３６５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、被聴者によるヘッドホンの装着が前提条件とされているので、そのヘッドホンを装着した単独人しか仮想環境を体感することができず、また、頭部伝達関数の個人差によって音像定位精度が低下するという問題もある。さらに、被聴者がヘッドホンを装着する煩わしさも伴う。
【０００６】
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、部屋の壁面等の反射面と被聴者との間の空間に仮想音源を設定し、ヘッドホンを装着することなく正確な音像定位を可能にする音響システム及びその構築方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の音響システムは、可聴帯域の信号波を生成する信号源と、超音波帯域の搬送波を生成するとともに、この搬送波を前記信号波によって変調した変調波を放射する複数の超音波スピーカと、前記超音波スピーカから放射された前記変調波を反射する反射面と被聴者との間の空中における前記変調波の伝達経路の所定位置に前記信号波の仮想音源を設定するべく、当該所定位置における音圧を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の音響システムにおける仮想音源の設定方法は、超音波帯域の搬送波を可聴帯域の信号波により変調した変調波を超音波スピーカにより放射し、放射された前記変調波を反射面で反射させ、この反射面と被聴者との間の空中における前記変調波の伝達経路に制御点を設定し、この制御点における音圧を制御することによって前記信号波の仮想音源を設定することを特徴とする。
【０００９】
本発明の音響システム及びその仮想音源の設定方法では、超音波帯域の搬送波を信号波により変調して変調波を生成するとともに放射し、この変調波を反射面に反射させ、変調波から生じる可聴音（信号波）を被聴者に伝達する。また、反射面と被聴者との間に可聴音の仮想音源を設定する。このため、実際の音源の位置とは異なる空中の位置及び方向から音が発生しているような感覚を被聴者に与えることができ、ヘッドホン等を装着しなくても正確な音像定位を行うことが可能となる。
【００１０】
また、上記音響システムにおいて、前記制御部は、前記伝達経路中に設定した複数の制御点のいずれかを仮想音源に設定するために、当該複数の制御点における音圧の相対関係を所定に設定するフィルタを備えていることが好ましい。
【００１１】
また、上記の仮想音源の設定方法は、前記伝達経路中に複数の制御点を設定し、この複数の制御点における音圧の相対関係を設定することによって、いずれかの制御点を仮想音源に設定することが好ましい。
【００１２】
このように変調波の伝達経路中に複数の制御点を設定し、これら制御点における音圧の相対関係を所定に設定することにより、仮想音源を適切に設定することができる。例えば、一の制御点における音圧を他の制御点における音圧よりも高く設定すれば、被聴者は、当該一の制御点から音が発生しているような感覚を得ることができ、当該一の制御点を仮想音源として認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る音響システムの使用形態を示す概略図である。
【図２】音響システムのブロック図である。
【図３】フィルタの特性を設定するための音響伝達系モデルを示す説明図である。
【図４】音響伝達系の基本モデルを示す説明図である。
【図５】入出力と伝達関数及びフィルタとの関係を示す図である。
【図６】フィルタを使用しない場合の出力結果を示す音圧レベル−周波数特性のグラフである。
【図７】条件１によりフィルタを設定した場合の出力結果を示す音圧レベル−周波数特性のグラフである。
【図８】条件２によりフィルタを設定した場合の出力結果を示す音圧レベル−周波数特性のグラフである。
【図９】条件３によりフィルタを設定した場合の出力結果を示す音圧レベル−周波数特性のグラフである。
【図１０】音響システムに入力する原信号の音圧レベル−周波数特性のグラフである。
【図１１】（ａ）は、被聴者による主観的な仮想音源の音像定位の評価結果を示すグラフ、（ｂ）は同評価結果を示す表である。
【図１２】（ａ）は、他の実施形態に係る反射面（反射部材）を部屋の壁面に設けた場合の音響システムの使用形態を示す概略平面図、（ｂ）は、反射部材の斜視図である。
【図１３】更に他の実施形態に係る反射面（反射部材）を部屋の壁面に設けた場合の音響システムの使用形態を示す概略平面図である。
【図１４】他の実施形態に係る超音波スピーカを示す斜視図である。
【図１５】図１４に示される超音波スピーカの使用形態を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
《音響システムの構成》
図１は、本発明の実施形態に係る音響システムの使用形態を示す概略図である。
本実施形態の音響システム１０は、部屋Ｒの特定の場所にいる被聴者Ｈに対して、部屋の内部にあるスピーカＳＰから放射した音を伝達し、その音源が、実際のスピーカＳＰの位置ではなく室内空間に設定された仮想音源ＳＳから発せられているように音像を定位させるものである。したがって、この音響システム１０は、現実空間に仮想空間を重畳表示する複合現実感（ＭＲ）技術と組み合わせて使用することで、例えばスピーカＳＰから放射された音があたかも空中に重畳表示された仮想画像から生じているかのような感覚を被聴者Ｈに与えることが可能となっている。
【００１５】
本実施形態では、スピーカＳＰとして超音波スピーカが使用されている。超音波スピーカは、２０ｋＨｚ以上の高い周波数で人間が音として知覚できない超音波を搬送波とし、音声等の可聴帯域の信号波で拡幅変調された変調波を、非線形性が生じる大きな振幅で空気中に放射するものである。変調波は、空気中を伝播する過程で空気の非線形性により歪を生じるため、この歪によって可聴音である信号波が自己復調し、指向性の高い音場が形成されるようになっている。
また、本実施形態では、部屋Ｒの壁面（反射面）Ｗによって反射された変調波の伝達経路中に仮想音源ＳＳが設定されている。
【００１６】
図２は、音響システムのブロック図である。
本実施形態の音響システム１０は、信号源２１、フィルタ処理部２２、搬送波生成部２３、変調部２４、増幅部２５、及び発振器２６を備えている。このうち、搬送波生成部２３，変調部２４，増幅部２５、及び発振器２６が本実施形態の超音波スピーカ（超音波スピーカシステム）ＳＰの構成要素となる。
信号源２１は、音声信号やオーディオ信号等の可聴帯域の信号波を生成し、フィルタ処理部２２に出力する。フィルタ処理部２２は、室内の空間中に仮想音源ＳＳを設定するためのフィルタを備え、このフィルタによって信号波に所定の特性を付与したうえで当該信号波を変調部２４に出力する。したがって、本実施形態では、フィルタ処理部２２が本発明の制御部を構成することになる。
【００１７】
搬送波生成部２３は、所定の周波数の超音波から成る搬送波を生成し、変調部２４に出力する。
変調部２４は、フィルタ処理部２２から入力された信号波によって、搬送波生成部２３から入力された搬送波を拡幅変調し、変調波を生成する。そして、この変調波は、増幅部２５によって増幅された状態で、発振器２６から放射される。
【００１８】
本実施形態の信号源２１、フィルタ処理部２２、搬送波生成部２３、及び変調部２４は、ＣＰＵ等の演算部やメモリ、ＨＤＤ等の記憶部、その他、入出力インターフェース等を備えたパーソナルコンピュータから構成されている。そして、このパーソナルコンピュータにインストールされたソフトウエアを実行することにより、パーソナルコンピュータが信号源２１、フィルタ処理部２２、搬送波生成部２３、及び変調部２４として機能する。
【００１９】
《フィルタの設定方法》
次に、フィルタ処理部２２に備えられたフィルタの設定方法について説明するが、それ先だって、音響伝達系の基本的なモデルを例に音源と受音点との間の音の伝わり方について説明する。
（音響伝達系の基本モデル）
図４は、音響伝達系の基本モデルを示す説明図である。この基本モデルでは、部屋Ｒの内部に一つの音源（スピーカ）ＳＰと一つの受音点（マイクロフォン）ＭＩＣとが設置されている。スピーカＳＰには信号ｘ（ｔ）が入力され、マイクロフォンＭＩＣはスピーカＳＰから放射された信号を収音して信号ｙ（ｔ）を出力する。
【００２０】
図４において、Ｇ（ｚ）は、スピーカＳＰとマイクロフォンＭＩＣとの間の音の伝わり方を表す伝達関数である。この伝達関数Ｇ（ｚ）は、マイクロフォンＭＩＣで観測されるインパルス応答を標本化して得られる離散数列ｇ（０），ｇ（１），ｇ（２），・・・をｚ変換したものである。そして、信号ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）をそれぞれｚ変換したものを、それぞれＸ（ｚ）、Ｙ（ｚ）とすると、これらの間には、式（１）に示す関係がある。
【００２１】
【数１】
【００２２】
一方、このような音響伝達系に対してＸ（ｚ）＝１の入力を与えると、次式（２）を得ることができる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
したがって、入力Ｘ（ｚ）＝１によって取得される出力Ｙ（ｚ）を求めることで、伝達関数Ｇ（ｚ）を取得することが可能となる。そして、本実施形態では、以下に説明するように、入出力Ｘ（ｚ），Ｙ（ｚ）、伝達関数Ｇ（ｚ）の関係を利用してフィルタの特性を設定する。
【００２５】
（実施形態の音響伝達系モデル）
図３は、フィルタの特性を設定するための音響伝達系モデルの説明図である。超音波スピーカＳＰから放射され、反射面Ｗで反射した変調波の伝達経路上に仮想音源ＳＳを設定するには、当該伝達経路上に複数の制御点を設定し、この制御点の音圧をフィルタにより制御する。本実施形態では、変調波の伝達経路上に３個の制御点を設定し、各制御点にマイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３を設けている。
【００２６】
Ｎ個の制御点の音圧は、（Ｎ＋１）個以上のスピーカを使用することによって制御可能であることが、「ＭＩＮＴ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｔｈｅｏｒｅｍ）理論」によって確立されている。したがって、本実施形態においてもこの「ＭＩＮＴ理論」に基づき、３個の制御点ＭＩＣ１〜ＭＩＣ３に対して、４個の超音波スピーカＳＰ１〜ＳＰ４を使用する。
【００２７】
そして、４個の超音波スピーカＳＰ１〜ＳＰ４に原信号Ｘ（ｚ）を入力し、この超音波スピーカＳＰ１〜ＳＰ４から放射された変調波を反射面Ｗで反射させ、この変調波の自己復調音（可聴音）を制御点（受音点）に配置された複数のマイクロフォンＭＩＣ１，ＭＩＣ２，ＭＩＣ３によって収音する。このマイクロフォンＭＩＣ１，ＭＩＣ２，ＭＩＣ３の出力をそれぞれＹ１（ｚ），Ｙ２（ｚ），Ｙ３（ｚ）とする。そして、各制御点ＭＩＣ１〜ＭＩＣ３において所望の出力Ｙ１（ｚ）〜Ｙ３（ｚ）を取得することができるように、入力Ｘ（ｚ）がフィルタＨ１（ｚ），Ｈ２（ｚ），Ｈ３（ｚ），Ｈ４（ｚ）によって所定の特性に処理される。
【００２８】
図５は、入出力信号と伝達関数及びフィルタとの関係を示す図である。
入力Ｘ（ｚ）が４つのフィルタＨ１（ｚ）〜Ｈ４（ｚ）により処理されたあとに超音波スピーカＳＰ１〜ＳＰ４から放射され、１つのマイクロフォンＭＩＣ１により収音される場合、超音波スピーカＳＰ１〜ＳＰ４とマイクロフォンＭＩＣ１との間の音の伝わり方を表す伝達関数は、Ｇ１，１（ｚ），Ｇ１，２（ｚ），Ｇ１，３（ｚ），Ｇ１，４（ｚ）で表すことができる。この伝達関数Ｇ１，１（ｚ）〜Ｇ１，４（ｚ）は、基本モデル（図４）を参照して求めた上述の手法と同様の手法により求めることができる。そして、マイクロフォンＭＩＣ１の出力Ｙ１（ｚ）は、この伝達関数Ｇ１，１（ｚ）〜Ｇ１，４（ｚ）を用いて、式（３）に示すように表すことができる。
また、出力Ｙ２（ｚ）、出力Ｙ３（ｚ）についても同様に、伝達関数Ｇ２，１〜Ｇ２，４，Ｇ３，１〜Ｇ３，４を用いて式（４）、式（５）に示すように表すことができる。
【００２９】
【数３】
【００３０】
ここで、出力Ｙ（ｚ）、伝達関数Ｇ（ｚ）、フィルタＨ（ｚ）をそれぞれ式（６）〜（８）のように行列として表すと、上記の式（３）〜（５）は、式（９）のように表現することができる。
【００３１】
【数４】
【００３２】
【数５】
【００３３】
【数６】
【００３４】
【数７】
【００３５】
そして、フィルタを設計する際は、入力Ｘ（ｚ）＝１を入力し、式（１０）を得る。そして、伝達関数Ｇ（ｚ）の逆行列Ｇ−１（ｚ）を用いることで、式（１１）のように、フィルタＨ（ｚ）を求めることが可能となる。
【００３６】
【数８】
【００３７】
式（１１）を用いてフィルタを設計するに当たり、マイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の出力Ｙ１（ｚ）〜Ｙ３（ｚ）の値及びこれらの相対的な関係を設定する必要がある。ここで、被聴者Ｈに最も遠い位置にあるマイクロフォンＭＩＣ１の位置を仮想音源ＳＳに設定しようとする場合（条件１）には、このマイクロフォンＭＩＣ１において、原音である信号波が再生されるようにＹ１（ｚ）の値を決定する。そして、各マイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の音圧の相対的な関係を次の式（１２）に示すように設定する。
【００３８】
（条件１） Ｙ１（ｚ）＞Ｙ２（ｚ）＞Ｙ３（ｚ） …… （１２）
【００３９】
すなわち、被聴者Ｈから最も遠いマイクロフォンＭＩＣ１の位置における音圧が最も大きくなるように設定し、次いで、マイクロフォンＭＩＣ２，マイクロフォンＭＩＣ３の順で音圧が小さくなるように設定する。このように各出力Ｙ１（ｚ）〜Ｙ３（ｚ）の関係を設定することで、被聴者Ｈは、マイクロフォンＭＩＣ１の位置で生じる可聴音を最も大きく感じ取ることができ、この位置から可聴音が発生しているように音像を定位することが可能となる。
【００４０】
マイクロフォンＭＩＣ２の位置を仮想音源ＳＳに設定する場合（条件２）には、このマイクロフォンＭＩＣ２において、原音である信号波が再生されるように出力Ｙ２（ｚ）の値を決定する。そして、出力Ｙ２（ｚ）と、他の出力Ｙ１（ｚ），Ｙ３（ｚ）との関係を式（１３）に示すように設定する。
（条件２） Ｙ１（ｚ）＝Ｙ２（ｚ）＞Ｙ３（ｚ） …… （１３）
【００４１】
ここで、Ｙ１（ｚ）＝Ｙ２（ｚ）としたのは、マイクロフォンＭＩＣ１の位置における出力Ｙ１（ｚ）が、マイクロフォンＭＩＣ２の位置における出力Ｙ２（ｚ）と同じであったとしても、マイクロフォンＭＩＣ１は被聴者Ｈから離れているために、当該位置における可聴音は被聴者Ｈに伝わるまでに減衰し、音圧が低下するからである。したがって、上記のようにマイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の各出力Ｙ１（ｚ）〜Ｙ３（ｚ）を設定することで、被聴者Ｈは、マイクロフォンＭＩＣ２の位置で生じる可聴音を最も大きく感じ取ることができ、この位置から可聴音が発生しているように音像を定位することができる。
【００４２】
同様に、マイクロフォンＭＩＣ３の位置を仮想音源ＳＳに設定する場合（条件３）には、このマイクロフォンＭＩＣ３において、原音である信号波が再生されるように出力Ｙ３（ｚ）の値を決定するとともに、この出力Ｙ３（ｚ）と他の出力Ｙ１（ｚ）、Ｙ２（ｚ）との関係を式（１４）に示すように設定する。
（条件３） Ｙ１（ｚ）＝Ｙ２（ｚ）＝Ｙ３（ｚ） …… （１４）
【００４３】
この場合も、上記と同様に、マイクロフォンＭＩＣ１，ＭＩＣ２における出力Ｙ１（ｚ），Ｙ２（ｚ）が、マイクロフォンＭＩＣ３における出力Ｙ３（ｚ）と同じであっても、マイクロフォンＭＩＣ１，ＭＩＣ２は被聴者Ｈから離れているために、当該位置における可聴音は被聴者Ｈに伝わるまでに減衰し、音圧が低下する。そのため、上記のようにマイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の各出力Ｙ１（ｚ）〜Ｙ３（ｚ）を設定することで、被聴者Ｈは、マイクロフォンＭＩＣ３の位置で生じる可聴音を最も大きく感じ取ることができ、この位置から可聴音が発生しているように音像を定位することができる。
【００４４】
（出力の測定結果）
以上のような手法でフィルタを設定することによって取得されたマイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の出力結果を図７〜図９に示す。
図７〜図９は、フィルタを使用した場合の出力を示す音圧レベル−周波数特性のグラフである。また、図６は比較例であり、フィルタを使用しない場合の出力を示す音圧レベル−周波数特性のグラフである。入力は、図１０に示す音圧レベル−周波数特性を有するホワイトノイズとした。
【００４５】
図７は、上述の（条件１）によりフィルタを設定した場合の出力結果である。この場合、ＭＩＣ１の位置が仮想音源ＳＳとされる。この場合、ＭＩＣ１の出力が高く、ＭＩＣ２の出力はＭＩＣ１に比べて平均して１．８ｄＢ程度抑圧され、ＭＩＣ３の出力は平均して４．６ｄＢ程度抑圧されている。
【００４６】
図８は、上述の（条件２）によりフィルタを設定した場合の出力結果である。この場合、ＭＩＣ２の位置が仮想音源ＳＳとされる。この場合、ＭＩＣ１，ＭＩＣ２の出力が高く、ＭＩＣ３の出力は、ＭＩＣ１，ＭＩＣ２に比べて平均して４．０ｄＢ程度抑圧されている。
【００４７】
図９は、上述の（条件３）によりフィルタを設定した場合の出力結果である。この場合、ＭＩＣ３の位置が仮想音源ＳＳとされる。この場合、ＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の音圧レベルの差がほとんど無いことが分かる。
【００４８】
したがって、フィルタＨ１（ｚ）〜Ｈ４（ｚ）を使用することによって各マイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の位置における音圧を適切に制御可能であることが分かる。
【００４９】
（音像定位結果）
図１１（ａ）は、被聴者による主観的な仮想音源の音像定位の評価結果を示すグラフ、（ｂ）は同評価結果を示す表である。この評価は、以上のように設定したフィルタＨ１（ｚ）〜Ｈ４（ｚ）を使用して、図３に示すように、室内の空間に仮想音源ＳＳを設定し、数人の被聴者がその仮想音源ＳＳを正確に定位できるか否かを評価したものである。仮想音源ＳＳは、壁面Ｗから距離（提示距離）Ｌ１〜Ｌ３だけ離れた位置に設定し、被聴者は、壁面Ｗから距離Ｌ４だけ離れた位置で評価を行った。仮想音源ＳＳの位置は、壁面Ｗから６０ｃｍ（＝Ｌ１）、１００ｃｍ（＝Ｌ２）、１４０ｃｍ（＝Ｌ３）とし、被聴者Ｈの位置は、壁面Ｗから１５０ｃｍ（＝Ｌ４）とした。そして、各被聴者Ｈが定位した仮想音源ＳＳの位置から壁面Ｗまでの距離を計測し、その平均回答距離を得た。
【００５０】
図１１に示す結果から、フィルタを使用して設定された仮想音源ＳＳの位置と、被聴者Ｈが定位した仮想音源の位置とは厳密には一致はしないものの、壁面Ｗから仮想音源ＳＳまでの距離が長くなるに従って、被聴者が定位した壁面Ｗから仮想音源までの距離も長くなっている。したがって、フィルタを使用することによって、壁面Ｗからの距離の長短を区別できる程度に仮想音源ＳＳを設定できることが確認することができた。また、フィルタを使用しない場合は、最も壁面Ｗに近い位置に仮想音源ＳＳがあるものと定位されることが分かった。
【００５１】
《反射面の他の実施形態》
図１２（ａ）は、他の実施形態に係る反射面（反射部材）を部屋の壁面に設けた状態を示す概略平面図、図１２（ｂ）は、反射部材の斜視図である。上述した音響システム１０では、室内の壁面Ｗを反射面にして変調波を反射させる例を示したが、図１２（ｂ）に示すように、複数の反射面を備えた反射部材３１を部屋Ｒの壁面に対して設けてもよい。この反射部材３１は、正方形の底面と正三角形の側面とを有する正四角錐に形成されたものである。そして、このような反射部材３１を使用することにより、変調波の反射方向を所望に設定することが可能となる。例えば、図１２（ａ）に示すように、異なる方向に指向する複数の超音波スピーカＳＰを１箇所に纏めて設置し、各スピーカＳＰから放射された自己復調波（信号波）を被聴者Ｈに対して集中して伝達することができる。
【００５２】
図１３は、更に他の実施形態に係る反射面（反射部材）を部屋の壁面に設けた場合の音響システムの使用形態を示す概略平面図である。この反射部材３１は、半球形状に形成されている。このような反射部材３１を用いることにより、反射後の変調波をある程度拡散させる（指向範囲を拡げる）ことが可能となる。そのため、自己復調波の可聴領域を拡げ、被聴者Ｈの移動にも対応することが可能となる。
【００５３】
《超音波スピーカの他の実施形態》
図１４は、他の実施形態に係る超音波スピーカを示す斜視図である。この超音波スピーカＳＰは、多面体からなる筐体４１に複数の発振器２６を備えたものである。図示例では、正２０面体に含まれる複数の面に対して発振器２６が設けられている。各発振器２６は、変調波の放射方向を調整することができるように角度調整自在に筐体４１に取り付けられている。
【００５４】
このような超音波スピーカＳＰを用いることによって、部屋Ｒの中の一箇所からあらゆる方向に変調波を放射することができ、部屋Ｒ中のあらゆる箇所に仮想音源を設定することが可能となる。
また、図１５に示すように、この超音波スピーカＳＰと反射部材３１とを組み合わせて使用することによって部屋Ｒの特定箇所に集中して変調波を伝達することが可能となっている。また、図３に示す音響システム１０において、複数の超音波スピーカＳＰ１〜ＳＰ４を、図１４に示す超音波スピーカＳＰによって構成することも可能である。
【００５５】
なお、超音波スピーカＳＰを構成する筐体４１は、正二十面体に限らず、これとは異なる多面体であってもよく、また、発振器２６は、筐体４１の各面ではなく、各頂点に設けられていてもよい。
【００５６】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において適宜変更可能である。
例えば、本発明の音響システムは、複合現実感システムと共に使用するに限定されず、展示場やコンサートホール等に設置される音響システムとしても使用することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 音響システム
２１ 信号源
２２ フィルタ処理部
Ｈ 被聴者
ＭＩＣ１〜ＭＩＣ３ マイクロフォン（制御点）
ＳＰ１〜ＳＰ４ 超音波スピーカ
ＳＳ 仮想音源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として複合現実感システムに好適に利用することができる音響システム及びその仮想音源の設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラによって撮影された現実環境（現実空間）の画像にＣＧ（コンピュータグラフィックス）画像や文字等の仮想情報を重畳表示することによって、現実環境の情報を増幅・拡張する複合現実感（ＭＲ：Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）技術に関する研究、開発が盛んに行われている。
【０００３】
また、このような視覚的な複合現実感技術に対して聴覚的な要素を組合せ、現実環境に重畳表示された仮想情報から音が発生しているように、当該音の発生源の方向や距離を定位（音像定位）させることによって、より高い現実感を得ようとする試みもなされている。例えば、特許文献１には、被聴者が装着するヘッドホンの内部に複数の音発生源を設け、音を発生している音発生源の位置により被聴者に音像を定位させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３３６５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、被聴者によるヘッドホンの装着が前提条件とされているので、そのヘッドホンを装着した単独人しか仮想環境を体感することができず、また、頭部伝達関数の個人差によって音像定位精度が低下するという問題もある。さらに、被聴者がヘッドホンを装着する煩わしさも伴う。
【０００６】
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、部屋の壁面等の反射面と被聴者との間の空間に仮想音源を設定し、ヘッドホンを装着することなく正確な音像定位を可能にする音響システム及びその構築方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の音響システムは、可聴帯域の信号波を生成する信号源と、超音波帯域の搬送波を生成するとともに、この搬送波を前記信号波によって変調した変調波を放射する複数の超音波スピーカと、前記超音波スピーカから放射された前記変調波を反射する反射面と被聴者との間の空中における前記変調波の伝達経路の所定位置に前記信号波の仮想音源を設定するべく、当該所定位置における音圧を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の音響システムにおける仮想音源の設定方法は、超音波帯域の搬送波を可聴帯域の信号波により変調した変調波を超音波スピーカにより放射し、放射された前記変調波を反射面で反射させ、この反射面と被聴者との間の空中における前記変調波の伝達経路に制御点を設定し、この制御点における音圧を制御することによって前記信号波の仮想音源を設定することを特徴とする。
【０００９】
本発明の音響システム及びその仮想音源の設定方法では、超音波帯域の搬送波を信号波により変調して変調波を生成するとともに放射し、この変調波を反射面に反射させ、変調波から生じる可聴音（信号波）を被聴者に伝達する。また、反射面と被聴者との間に可聴音の仮想音源を設定する。このため、実際の音源の位置とは異なる空中の位置及び方向から音が発生しているような感覚を被聴者に与えることができ、ヘッドホン等を装着しなくても正確な音像定位を行うことが可能となる。
【００１０】
また、上記音響システムにおいて、前記制御部は、前記伝達経路中に設定した複数の制御点のいずれかを仮想音源に設定するために、当該複数の制御点における音圧の相対関係を所定に設定するフィルタを備えていることが好ましい。
【００１１】
また、上記の仮想音源の設定方法は、前記伝達経路中に複数の制御点を設定し、この複数の制御点における音圧の相対関係を設定することによって、いずれかの制御点を仮想音源に設定することが好ましい。
【００１２】
このように変調波の伝達経路中に複数の制御点を設定し、これら制御点における音圧の相対関係を所定に設定することにより、仮想音源を適切に設定することができる。例えば、一の制御点における音圧を他の制御点における音圧よりも高く設定すれば、被聴者は、当該一の制御点から音が発生しているような感覚を得ることができ、当該一の制御点を仮想音源として認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る音響システムの使用形態を示す概略図である。
【図２】音響システムのブロック図である。
【図３】フィルタの特性を設定するための音響伝達系モデルを示す説明図である。
【図４】音響伝達系の基本モデルを示す説明図である。
【図５】入出力と伝達関数及びフィルタとの関係を示す図である。
【図６】フィルタを使用しない場合の出力結果を示す音圧レベル−周波数特性のグラフである。
【図７】条件１によりフィルタを設定した場合の出力結果を示す音圧レベル−周波数特性のグラフである。
【図８】条件２によりフィルタを設定した場合の出力結果を示す音圧レベル−周波数特性のグラフである。
【図９】条件３によりフィルタを設定した場合の出力結果を示す音圧レベル−周波数特性のグラフである。
【図１０】音響システムに入力する原信号の音圧レベル−周波数特性のグラフである。
【図１１】（ａ）は、被聴者による主観的な仮想音源の音像定位の評価結果を示すグラフ、（ｂ）は同評価結果を示す表である。
【図１２】（ａ）は、他の実施形態に係る反射面（反射部材）を部屋の壁面に設けた場合の音響システムの使用形態を示す概略平面図、（ｂ）は、反射部材の斜視図である。
【図１３】更に他の実施形態に係る反射面（反射部材）を部屋の壁面に設けた場合の音響システムの使用形態を示す概略平面図である。
【図１４】他の実施形態に係る超音波スピーカを示す斜視図である。
【図１５】図１４に示される超音波スピーカの使用形態を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
《音響システムの構成》
図１は、本発明の実施形態に係る音響システムの使用形態を示す概略図である。
本実施形態の音響システム１０は、部屋Ｒの特定の場所にいる被聴者Ｈに対して、部屋の内部にあるスピーカＳＰから放射した音を伝達し、その音源が、実際のスピーカＳＰの位置ではなく室内空間に設定された仮想音源ＳＳから発せられているように音像を定位させるものである。したがって、この音響システム１０は、現実空間に仮想空間を重畳表示する複合現実感（ＭＲ）技術と組み合わせて使用することで、例えばスピーカＳＰから放射された音があたかも空中に重畳表示された仮想画像から生じているかのような感覚を被聴者Ｈに与えることが可能となっている。
【００１５】
本実施形態では、スピーカＳＰとして超音波スピーカが使用されている。超音波スピーカは、２０ｋＨｚ以上の高い周波数で人間が音として知覚できない超音波を搬送波とし、音声等の可聴帯域の信号波で拡幅変調された変調波を、非線形性が生じる大きな振幅で空気中に放射するものである。変調波は、空気中を伝播する過程で空気の非線形性により歪を生じるため、この歪によって可聴音である信号波が自己復調し、指向性の高い音場が形成されるようになっている。
また、本実施形態では、部屋Ｒの壁面（反射面）Ｗによって反射された変調波の伝達経路中に仮想音源ＳＳが設定されている。
【００１６】
図２は、音響システムのブロック図である。
本実施形態の音響システム１０は、信号源２１、フィルタ処理部２２、搬送波生成部２３、変調部２４、増幅部２５、及び発振器２６を備えている。このうち、搬送波生成部２３，変調部２４，増幅部２５、及び発振器２６が本実施形態の超音波スピーカ（超音波スピーカシステム）ＳＰの構成要素となる。
信号源２１は、音声信号やオーディオ信号等の可聴帯域の信号波を生成し、フィルタ処理部２２に出力する。フィルタ処理部２２は、室内の空間中に仮想音源ＳＳを設定するためのフィルタを備え、このフィルタによって信号波に所定の特性を付与したうえで当該信号波を変調部２４に出力する。したがって、本実施形態では、フィルタ処理部２２が本発明の制御部を構成することになる。
【００１７】
搬送波生成部２３は、所定の周波数の超音波から成る搬送波を生成し、変調部２４に出力する。
変調部２４は、フィルタ処理部２２から入力された信号波によって、搬送波生成部２３から入力された搬送波を拡幅変調し、変調波を生成する。そして、この変調波は、増幅部２５によって増幅された状態で、発振器２６から放射される。
【００１８】
本実施形態の信号源２１、フィルタ処理部２２、搬送波生成部２３、及び変調部２４は、ＣＰＵ等の演算部やメモリ、ＨＤＤ等の記憶部、その他、入出力インターフェース等を備えたパーソナルコンピュータから構成されている。そして、このパーソナルコンピュータにインストールされたソフトウエアを実行することにより、パーソナルコンピュータが信号源２１、フィルタ処理部２２、搬送波生成部２３、及び変調部２４として機能する。
【００１９】
《フィルタの設定方法》
次に、フィルタ処理部２２に備えられたフィルタの設定方法について説明するが、それ先だって、音響伝達系の基本的なモデルを例に音源と受音点との間の音の伝わり方について説明する。
（音響伝達系の基本モデル）
図４は、音響伝達系の基本モデルを示す説明図である。この基本モデルでは、部屋Ｒの内部に一つの音源（スピーカ）ＳＰと一つの受音点（マイクロフォン）ＭＩＣとが設置されている。スピーカＳＰには信号ｘ（ｔ）が入力され、マイクロフォンＭＩＣはスピーカＳＰから放射された信号を収音して信号ｙ（ｔ）を出力する。
【００２０】
図４において、Ｇ（ｚ）は、スピーカＳＰとマイクロフォンＭＩＣとの間の音の伝わり方を表す伝達関数である。この伝達関数Ｇ（ｚ）は、マイクロフォンＭＩＣで観測されるインパルス応答を標本化して得られる離散数列ｇ（０），ｇ（１），ｇ（２），・・・をｚ変換したものである。そして、信号ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）をそれぞれｚ変換したものを、それぞれＸ（ｚ）、Ｙ（ｚ）とすると、これらの間には、式（１）に示す関係がある。
【００２１】
【数１】
【００２２】
一方、このような音響伝達系に対してＸ（ｚ）＝１の入力を与えると、次式（２）を得ることができる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
したがって、入力Ｘ（ｚ）＝１によって取得される出力Ｙ（ｚ）を求めることで、伝達関数Ｇ（ｚ）を取得することが可能となる。そして、本実施形態では、以下に説明するように、入出力Ｘ（ｚ），Ｙ（ｚ）、伝達関数Ｇ（ｚ）の関係を利用してフィルタの特性を設定する。
【００２５】
（実施形態の音響伝達系モデル）
図３は、フィルタの特性を設定するための音響伝達系モデルの説明図である。超音波スピーカＳＰから放射され、反射面Ｗで反射した変調波の伝達経路上に仮想音源ＳＳを設定するには、当該伝達経路上に複数の制御点を設定し、この制御点の音圧をフィルタにより制御する。本実施形態では、変調波の伝達経路上に３個の制御点を設定し、各制御点にマイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３を設けている。
【００２６】
Ｎ個の制御点の音圧は、（Ｎ＋１）個以上のスピーカを使用することによって制御可能であることが、「ＭＩＮＴ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｔｈｅｏｒｅｍ）理論」によって確立されている。したがって、本実施形態においてもこの「ＭＩＮＴ理論」に基づき、３個の制御点ＭＩＣ１〜ＭＩＣ３に対して、４個の超音波スピーカＳＰ１〜ＳＰ４を使用する。
【００２７】
そして、４個の超音波スピーカＳＰ１〜ＳＰ４に原信号Ｘ（ｚ）を入力し、この超音波スピーカＳＰ１〜ＳＰ４から放射された変調波を反射面Ｗで反射させ、この変調波の自己復調音（可聴音）を制御点（受音点）に配置された複数のマイクロフォンＭＩＣ１，ＭＩＣ２，ＭＩＣ３によって収音する。このマイクロフォンＭＩＣ１，ＭＩＣ２，ＭＩＣ３の出力をそれぞれＹ１（ｚ），Ｙ２（ｚ），Ｙ３（ｚ）とする。そして、各制御点ＭＩＣ１〜ＭＩＣ３において所望の出力Ｙ１（ｚ）〜Ｙ３（ｚ）を取得することができるように、入力Ｘ（ｚ）がフィルタＨ１（ｚ），Ｈ２（ｚ），Ｈ３（ｚ），Ｈ４（ｚ）によって所定の特性に処理される。
【００２８】
図５は、入出力信号と伝達関数及びフィルタとの関係を示す図である。
入力Ｘ（ｚ）が４つのフィルタＨ１（ｚ）〜Ｈ４（ｚ）により処理されたあとに超音波スピーカＳＰ１〜ＳＰ４から放射され、１つのマイクロフォンＭＩＣ１により収音される場合、超音波スピーカＳＰ１〜ＳＰ４とマイクロフォンＭＩＣ１との間の音の伝わり方を表す伝達関数は、Ｇ１，１（ｚ），Ｇ１，２（ｚ），Ｇ１，３（ｚ），Ｇ１，４（ｚ）で表すことができる。この伝達関数Ｇ１，１（ｚ）〜Ｇ１，４（ｚ）は、基本モデル（図４）を参照して求めた上述の手法と同様の手法により求めることができる。そして、マイクロフォンＭＩＣ１の出力Ｙ１（ｚ）は、この伝達関数Ｇ１，１（ｚ）〜Ｇ１，４（ｚ）を用いて、式（３）に示すように表すことができる。
また、出力Ｙ２（ｚ）、出力Ｙ３（ｚ）についても同様に、伝達関数Ｇ２，１〜Ｇ２，４，Ｇ３，１〜Ｇ３，４を用いて式（４）、式（５）に示すように表すことができる。
【００２９】
【数３】
【００３０】
ここで、出力Ｙ（ｚ）、伝達関数Ｇ（ｚ）、フィルタＨ（ｚ）をそれぞれ式（６）〜（８）のように行列として表すと、上記の式（３）〜（５）は、式（９）のように表現することができる。
【００３１】
【数４】
【００３２】
【数５】
【００３３】
【数６】
【００３４】
【数７】
【００３５】
そして、フィルタを設計する際は、入力Ｘ（ｚ）＝１を入力し、式（１０）を得る。そして、伝達関数Ｇ（ｚ）の逆行列Ｇ−１（ｚ）を用いることで、式（１１）のように、フィルタＨ（ｚ）を求めることが可能となる。
【００３６】
【数８】
【００３７】
式（１１）を用いてフィルタを設計するに当たり、マイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の出力Ｙ１（ｚ）〜Ｙ３（ｚ）の値及びこれらの相対的な関係を設定する必要がある。ここで、被聴者Ｈに最も遠い位置にあるマイクロフォンＭＩＣ１の位置を仮想音源ＳＳに設定しようとする場合（条件１）には、このマイクロフォンＭＩＣ１において、原音である信号波が再生されるようにＹ１（ｚ）の値を決定する。そして、各マイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の音圧の相対的な関係を次の式（１２）に示すように設定する。
【００３８】
（条件１） Ｙ１（ｚ）＞Ｙ２（ｚ）＞Ｙ３（ｚ） …… （１２）
【００３９】
すなわち、被聴者Ｈから最も遠いマイクロフォンＭＩＣ１の位置における音圧が最も大きくなるように設定し、次いで、マイクロフォンＭＩＣ２，マイクロフォンＭＩＣ３の順で音圧が小さくなるように設定する。このように各出力Ｙ１（ｚ）〜Ｙ３（ｚ）の関係を設定することで、被聴者Ｈは、マイクロフォンＭＩＣ１の位置で生じる可聴音を最も大きく感じ取ることができ、この位置から可聴音が発生しているように音像を定位することが可能となる。
【００４０】
マイクロフォンＭＩＣ２の位置を仮想音源ＳＳに設定する場合（条件２）には、このマイクロフォンＭＩＣ２において、原音である信号波が再生されるように出力Ｙ２（ｚ）の値を決定する。そして、出力Ｙ２（ｚ）と、他の出力Ｙ１（ｚ），Ｙ３（ｚ）との関係を式（１３）に示すように設定する。
（条件２） Ｙ１（ｚ）＝Ｙ２（ｚ）＞Ｙ３（ｚ） …… （１３）
【００４１】
ここで、Ｙ１（ｚ）＝Ｙ２（ｚ）としたのは、マイクロフォンＭＩＣ１の位置における出力Ｙ１（ｚ）が、マイクロフォンＭＩＣ２の位置における出力Ｙ２（ｚ）と同じであったとしても、マイクロフォンＭＩＣ１は被聴者Ｈから離れているために、当該位置における可聴音は被聴者Ｈに伝わるまでに減衰し、音圧が低下するからである。したがって、上記のようにマイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の各出力Ｙ１（ｚ）〜Ｙ３（ｚ）を設定することで、被聴者Ｈは、マイクロフォンＭＩＣ２の位置で生じる可聴音を最も大きく感じ取ることができ、この位置から可聴音が発生しているように音像を定位することができる。
【００４２】
同様に、マイクロフォンＭＩＣ３の位置を仮想音源ＳＳに設定する場合（条件３）には、このマイクロフォンＭＩＣ３において、原音である信号波が再生されるように出力Ｙ３（ｚ）の値を決定するとともに、この出力Ｙ３（ｚ）と他の出力Ｙ１（ｚ）、Ｙ２（ｚ）との関係を式（１４）に示すように設定する。
（条件３） Ｙ１（ｚ）＝Ｙ２（ｚ）＝Ｙ３（ｚ） …… （１４）
【００４３】
この場合も、上記と同様に、マイクロフォンＭＩＣ１，ＭＩＣ２における出力Ｙ１（ｚ），Ｙ２（ｚ）が、マイクロフォンＭＩＣ３における出力Ｙ３（ｚ）と同じであっても、マイクロフォンＭＩＣ１，ＭＩＣ２は被聴者Ｈから離れているために、当該位置における可聴音は被聴者Ｈに伝わるまでに減衰し、音圧が低下する。そのため、上記のようにマイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の各出力Ｙ１（ｚ）〜Ｙ３（ｚ）を設定することで、被聴者Ｈは、マイクロフォンＭＩＣ３の位置で生じる可聴音を最も大きく感じ取ることができ、この位置から可聴音が発生しているように音像を定位することができる。
【００４４】
（出力の測定結果）
以上のような手法でフィルタを設定することによって取得されたマイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の出力結果を図７〜図９に示す。
図７〜図９は、フィルタを使用した場合の出力を示す音圧レベル−周波数特性のグラフである。また、図６は比較例であり、フィルタを使用しない場合の出力を示す音圧レベル−周波数特性のグラフである。入力は、図１０に示す音圧レベル−周波数特性を有するホワイトノイズとした。
【００４５】
図７は、上述の（条件１）によりフィルタを設定した場合の出力結果である。この場合、ＭＩＣ１の位置が仮想音源ＳＳとされる。この場合、ＭＩＣ１の出力が高く、ＭＩＣ２の出力はＭＩＣ１に比べて平均して１．８ｄＢ程度抑圧され、ＭＩＣ３の出力は平均して４．６ｄＢ程度抑圧されている。
【００４６】
図８は、上述の（条件２）によりフィルタを設定した場合の出力結果である。この場合、ＭＩＣ２の位置が仮想音源ＳＳとされる。この場合、ＭＩＣ１，ＭＩＣ２の出力が高く、ＭＩＣ３の出力は、ＭＩＣ１，ＭＩＣ２に比べて平均して４．０ｄＢ程度抑圧されている。
【００４７】
図９は、上述の（条件３）によりフィルタを設定した場合の出力結果である。この場合、ＭＩＣ３の位置が仮想音源ＳＳとされる。この場合、ＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の音圧レベルの差がほとんど無いことが分かる。
【００４８】
したがって、フィルタＨ１（ｚ）〜Ｈ４（ｚ）を使用することによって各マイクロフォンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の位置における音圧を適切に制御可能であることが分かる。
【００４９】
（音像定位結果）
図１１（ａ）は、被聴者による主観的な仮想音源の音像定位の評価結果を示すグラフ、（ｂ）は同評価結果を示す表である。この評価は、以上のように設定したフィルタＨ１（ｚ）〜Ｈ４（ｚ）を使用して、図３に示すように、室内の空間に仮想音源ＳＳを設定し、数人の被聴者がその仮想音源ＳＳを正確に定位できるか否かを評価したものである。仮想音源ＳＳは、壁面Ｗから距離（提示距離）Ｌ１〜Ｌ３だけ離れた位置に設定し、被聴者は、壁面Ｗから距離Ｌ４だけ離れた位置で評価を行った。仮想音源ＳＳの位置は、壁面Ｗから６０ｃｍ（＝Ｌ１）、１００ｃｍ（＝Ｌ２）、１４０ｃｍ（＝Ｌ３）とし、被聴者Ｈの位置は、壁面Ｗから１５０ｃｍ（＝Ｌ４）とした。そして、各被聴者Ｈが定位した仮想音源ＳＳの位置から壁面Ｗまでの距離を計測し、その平均回答距離を得た。
【００５０】
図１１に示す結果から、フィルタを使用して設定された仮想音源ＳＳの位置と、被聴者Ｈが定位した仮想音源の位置とは厳密には一致はしないものの、壁面Ｗから仮想音源ＳＳまでの距離が長くなるに従って、被聴者が定位した壁面Ｗから仮想音源までの距離も長くなっている。したがって、フィルタを使用することによって、壁面Ｗからの距離の長短を区別できる程度に仮想音源ＳＳを設定できることが確認することができた。また、フィルタを使用しない場合は、最も壁面Ｗに近い位置に仮想音源ＳＳがあるものと定位されることが分かった。
【００５１】
《反射面の他の実施形態》
図１２（ａ）は、他の実施形態に係る反射面（反射部材）を部屋の壁面に設けた状態を示す概略平面図、図１２（ｂ）は、反射部材の斜視図である。上述した音響システム１０では、室内の壁面Ｗを反射面にして変調波を反射させる例を示したが、図１２（ｂ）に示すように、複数の反射面を備えた反射部材３１を部屋Ｒの壁面に対して設けてもよい。この反射部材３１は、正方形の底面と正三角形の側面とを有する正四角錐に形成されたものである。そして、このような反射部材３１を使用することにより、変調波の反射方向を所望に設定することが可能となる。例えば、図１２（ａ）に示すように、異なる方向に指向する複数の超音波スピーカＳＰを１箇所に纏めて設置し、各スピーカＳＰから放射された自己復調波（信号波）を被聴者Ｈに対して集中して伝達することができる。
【００５２】
図１３は、更に他の実施形態に係る反射面（反射部材）を部屋の壁面に設けた場合の音響システムの使用形態を示す概略平面図である。この反射部材３１は、半球形状に形成されている。このような反射部材３１を用いることにより、反射後の変調波をある程度拡散させる（指向範囲を拡げる）ことが可能となる。そのため、自己復調波の可聴領域を拡げ、被聴者Ｈの移動にも対応することが可能となる。
【００５３】
《超音波スピーカの他の実施形態》
図１４は、他の実施形態に係る超音波スピーカを示す斜視図である。この超音波スピーカＳＰは、多面体からなる筐体４１に複数の発振器２６を備えたものである。図示例では、正２０面体に含まれる複数の面に対して発振器２６が設けられている。各発振器２６は、変調波の放射方向を調整することができるように角度調整自在に筐体４１に取り付けられている。
【００５４】
このような超音波スピーカＳＰを用いることによって、部屋Ｒの中の一箇所からあらゆる方向に変調波を放射することができ、部屋Ｒ中のあらゆる箇所に仮想音源を設定することが可能となる。
また、図１５に示すように、この超音波スピーカＳＰと反射部材３１とを組み合わせて使用することによって部屋Ｒの特定箇所に集中して変調波を伝達することが可能となっている。また、図３に示す音響システム１０において、複数の超音波スピーカＳＰ１〜ＳＰ４を、図１４に示す超音波スピーカＳＰによって構成することも可能である。
【００５５】
なお、超音波スピーカＳＰを構成する筐体４１は、正二十面体に限らず、これとは異なる多面体であってもよく、また、発振器２６は、筐体４１の各面ではなく、各頂点に設けられていてもよい。
【００５６】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において適宜変更可能である。
例えば、本発明の音響システムは、複合現実感システムと共に使用するに限定されず、展示場やコンサートホール等に設置される音響システムとしても使用することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 音響システム
２１ 信号源
２２ フィルタ処理部
Ｈ 被聴者
ＭＩＣ１〜ＭＩＣ３ マイクロフォン（制御点）
ＳＰ１〜ＳＰ４ 超音波スピーカ
ＳＳ 仮想音源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可聴帯域の信号波を生成する信号源と、
超音波帯域の搬送波を生成するとともに、この搬送波を前記信号波によって変調した変調波を放射する複数の超音波スピーカと、
前記超音波スピーカから放射された前記変調波を反射する反射面と被聴者との間の空中における前記変調波の伝達経路の所定位置に前記信号波の仮想音源を設定するべく、当該所定位置における音圧を制御する制御部と、
を備えている音響システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記伝達経路中に設定した複数の制御点のいずれかを仮想音源に設定するために、当該複数の制御点における音圧の相対関係を所定に設定するフィルタを備えている請求項１に記載の音響システム。
【請求項３】
超音波帯域の搬送波を可聴帯域の信号波により変調した変調波を超音波スピーカにより放射し、放射された前記変調波を反射面で反射させ、この反射面と被聴者との間の空中における前記変調波の伝達経路中に制御点を設定し、この制御点における音圧を制御することによって前記信号波の仮想音源を設定することを特徴とする音響システムにおける仮想音源の設定方法。
【請求項４】
前記伝達経路中に複数の制御点を設定し、この複数の制御点における音圧の相対関係を設定することによって、いずれかの制御点を仮想音源に設定する請求項３に記載の音響システムにおける仮想音源の設定方法。
【請求項１】
可聴帯域の信号波を生成する信号源と、
超音波帯域の搬送波を生成するとともに、この搬送波を前記信号波によって変調した変調波を放射する複数の超音波スピーカと、
前記超音波スピーカから放射された前記変調波を反射する反射面と被聴者との間の空中における前記変調波の伝達経路の所定位置に前記信号波の仮想音源を設定するべく、当該所定位置における音圧を制御する制御部と、
を備えている音響システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記伝達経路中に設定した複数の制御点のいずれかを仮想音源に設定するために、当該複数の制御点における音圧の相対関係を所定に設定するフィルタを備えている請求項１に記載の音響システム。
【請求項３】
超音波帯域の搬送波を可聴帯域の信号波により変調した変調波を超音波スピーカにより放射し、放射された前記変調波を反射面で反射させ、この反射面と被聴者との間の空中における前記変調波の伝達経路中に制御点を設定し、この制御点における音圧を制御することによって前記信号波の仮想音源を設定することを特徴とする音響システムにおける仮想音源の設定方法。
【請求項４】
前記伝達経路中に複数の制御点を設定し、この複数の制御点における音圧の相対関係を設定することによって、いずれかの制御点を仮想音源に設定する請求項３に記載の音響システムにおける仮想音源の設定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２１１３９６（Ｐ２０１１−２１１３９６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７５７８８（Ｐ２０１０−７５７８８）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【Ｆターム（参考）】
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