JP2000295698A - バーチャルサラウンド装置 - Google Patents

バーチャルサラウンド装置

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JP2000295698A
JP2000295698A JP11100819A JP10081999A JP2000295698A JP 2000295698 A JP2000295698 A JP 2000295698A JP 11100819 A JP11100819 A JP 11100819A JP 10081999 A JP10081999 A JP 10081999A JP 2000295698 A JP2000295698 A JP 2000295698A
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speaker
sound
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JP11100819A
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English (en)
Inventor
Shinji Tokunaga
真志 徳永
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 聴取者の位置に係わらず、バーチャルサラウ
ンド効果を得られるようにする。 【解決手段】 音像制御部101はマルチチャンネルの
オーディオ信号L,C,R,SL,SRを入力する。そ
して、聴取者104の前方スピーカに対する位置をX−
Y座標で表し、夫々の位置に対応したバーチャルサラウ
ンド処理を行う。聴取者位置検出部107が聴取者10
4の位置を検出すると、その位置情報をHRTF係数デ
ータベース108に与える。HRTF係数データベース
108は入力された位置情報に対応したHRTF係数を
検索し、音像制御部101に与える。こうして前方右ス
ピーカ102, 前方左スピーカ103のみを用いて、後
方のサラウンド音を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】3チャンネル以上のオーディ
オ信号を再生する装置に係わり、聴取者の後方スピーカ
より再生されるべき音声を信号処理した後、前方2つの
スピーカより再生するに際し、特に聴取者と前方2つの
スピーカとの距離が変化する場合にもサラウンド効果を
与えることが可能なバーチャルサラウンド装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】近年、再生音のマルチチャンネル化が進
み、家庭においても映画館と同等のサラウンド音場を提
供する装置が供給されている。例えば、DVD(ディジ
タル・バーサタイル・ディスク)では、映画で広く用い
られているDolby Digital(AC-3) によってオーディオ信
号が記録されている。この方式は、再生時に前方3チャ
ンネル(L,C,R)、後方2チャンネル(SL,S
R)、スーパーウーファ(SW)という6つのスピーカ
を用いてオーディオを出力することにより、迫力のある
サラウンド効果を得るものである。しかし、家庭でこの
ような多数のスピーカを設置するには、一般的にはスペ
ースとコストに問題がある。
【0003】このため、前方2つのスピーカのみでサラ
ウンド効果を得るバーチャルサラウンド方式が考案され
ている。特に最近は頭部伝達関数(HRTF係数)によ
って、本来後方スピーカから再生される音声を、前方2
つのスピーカのみで再生する方式が考案され、高い効果
を得ている。このような技術の参考文献として、「音像
制御における回路削減の一検討」(熊本;日本音響学会
講演論文集 平成9年)がある。
【0004】以下、図2、図3、図4を用いて、HRT
Fを用いたバーチャルサラウンドの一例を説明する。図
2、図3において、聴取者の居る空間に前方左スピーカ
102と前方右スピーカ103とが設けられている。音
像制御部101は、後方の左スピーカ105から出力さ
れるべきオーディオ信号UL (=SL)と、後方の右ス
ピーカ106から出力されるべきオーディオ信号Ur
(=SR)とを入力し、頭部伝達関数(HRTF係数)
を用いて信号処理を行い、前方2チャンネル分のオーデ
ィオ信号YL 、Yr を生成するものである。
【0005】聴取者104の頭部を104aとすると
き、頭部104aは左右スピーカの中央に位置するもの
とする。図2において前方左スピーカ102から聴取者
104の左耳までの伝達関数をHm とすると、図3に示
すように前方右スピーカ103から聴取者104の右耳
までの伝達関数もHm となる。また図2において前方右
スピーカ103から聴取者104の左耳までの伝達関数
をHc とすると、図3に示すように前方左スピーカ10
2から聴取者104の右耳までの伝達関数もHcとな
る。更に後方左スピーカ105から聴取者104の左耳
までの伝達関数をTm とすると、後方右スピーカ106
から聴取者104の右耳までの伝達関数はTm となる。
また後方右スピーカ106から聴取者104の左耳まで
の伝達関数をTc とすると、後方左ピーカ105から聴
取者104の右耳までの伝達関数はTc となる。
【0006】図2において聴取者104の左耳に後方か
ら達する音(オーディオ)は、後方左スピーカ105か
ら再生されるオーディオ信号UL に伝達関数Tm を畳み
込み演算したものと、後方右スピーカ106から再生さ
れるオーディオ信号Ur に伝達関数Tc を畳み込み演算
したものの和になる。
【0007】後方スピーカから聴取者104の左耳に達
する音の代わりに、等価な音を前方スピーカから出力す
るには、前方左スピーカ102から再生されるオーディ
オ信号YL に伝達関数Hm を畳み込み演算したものと、
前方右スピーカ103から再生されるオーディオ信号Y
r に伝達関数Hc を畳み込み演算したものの和が、後方
からの音声に等しくなるように伝達関数YL 、Yr を生
成すれば良い。このため次の(1)式が成立する。以降
の式において、*は畳み込み演算を表す記号とする。 Hm *YL +Hc *Yr =Tm *UL +Tc *Ur ・・・(1)
【0008】また、聴取者104の右耳に後方から達す
る音の代わりに等価な音を前方スピーカから出力するに
は、図3から次の(2)式を満足する伝達関数YL 、Y
r を生成すれば良い。 Hc *YL +Hm *Yr =Tc *UL +Tm *Ur ・・・(2)
【0009】(1),(2)式を変形すると、次の
(3)式、(4)式が得られる。 YL =Fm *UL +Fc *Ur +Fx *Yr ・・・(3) Yr =Fc *UL +Fm *Ur +Fx *YL ・・・(4) ただし、Fm 、Fc 、Fx は次のような伝達関数の比で
定義される。 Fm =Tm /Hm 、Fc =Tc /Hm 、Fx =−Hc /
Hm
【0010】(3)式及び(4)式を満足する等価回路
を作ると、図4のようなブロック図になる。このような
回路を図2及び図3の音像制御部101に組み込むと、
後方スピーカを用いず、前方スピーカを用いてあたかも
後方スピーカの音を出力したような効果が得られる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来技術では、頭部伝達関数(HRTF)を、空間上の1
点、即ち基準位置でのみ求めて、それを基に前方スピー
カから再生する音を生成するようにしている。このよう
な方法では、聴取者104の位置が基準位置と異なる場
合に、サラウンド効果が減少するという問題点がある。
【0012】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、聴取者が基準位置と異なる場
所に位置していても、音場再生効果のあるバーチャルサ
ラウンド装置を提供するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明
は、聴取者の前方音及び後方音を再生するための3チャ
ンネル以上のオーディオ信号を入力し、頭部伝達関数
(HRTF係数)を用いて後方2チャンネルのオーディ
オ信号を畳み込み処理し、後方等価前方オーディオ信号
を生成する音像制御部と、前記音像制御部から出力され
た後方等価前方オーディオ信号と前方オーディオ信号を
音に変換する前方左スピーカ及び前方右スピーカと、前
記前方左スピーカ及び前方右スピーカに対する前記聴取
者の受聴位置を検出し、位置情報を出力する聴取者位置
検出部と、前記聴取者のn個の異なる受聴位置に対応し
てn組の前記HRTF係数を保持し、前記聴取者位置検
出部の出力する位置情報Pi(i=1〜n)に基づい
て、第i組のHRTF係数を検索して前記音像制御部に
与えるHRTF係数データベースと、を具備することを
特徴とするものである。
【0014】本願の請求項2の発明は、聴取者の前方音
及び後方音を再生するための3チャンネル以上の信号を
入力し、頭部伝達関数(HRTF係数)を用いて後方2
チャンネルのオーディオ信号を畳み込み処理し、後方等
価前方オーディオ信号を生成する音像制御部と、前記音
像制御部から出力された後方等価前方オーディオ信号と
前方オーディオ信号を音に変換する前方左スピーカ及び
前方右スピーカと、前記前方左スピーカ及び前方右スピ
ーカに対するn個の受聴位置のうち、前記聴取者の受聴
位置を識別し、位置情報Pi(i=1〜nのいずれか)
を出力する聴取者位置検出部と、前記聴取者位置検出部
の出力する位置情報Piに基づいて、第i組のHRTF
係数を演算して前記音像制御部に与えるHRTF係数演
算部と、を具備することを特徴とするものである。
【0015】本願の請求項3の発明は、請求項1のバー
チャルサラウンド装置において、前記聴取者位置検出部
は、前記3チャンネル以上のオーディオ信号のうち、同
相で出力すべきオーディオ信号を位置検出用オーディオ
信号として前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに与
える位置検出信号発生部と、前記聴取者の受聴位置に設
けられ、前記受聴位置から見て異なる方向の音を夫々収
音する複数個の指向性マイクロホンを有し、前記各指向
性マイクロホンで得られた位置検出用オーディオ信号の
収音時刻又は収音時刻差を時刻情報として送信する送受
信機と、前記送受信機から送信された前記時刻情報を受
信し、前記聴取者の位置情報に変換して前記HRTF係
数データベースに与える受信部と、を具備することを特
徴とするものである。
【0016】本願の請求項4の発明は、請求項1のバー
チャルサラウンド装置において、前記聴取者位置検出部
は、前記3チャンネル以上のオーディオ信号のうち、同
相で出力すべきオーディオ信号を位置検出用オーディオ
信号として前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに与
える位置検出信号発生部と、前記聴取者の受聴位置に設
けられ、前記受聴位置から見て異なる方向の音を夫々収
音する複数個の指向性マイクロホンを有し、前記各指向
性マイクロホンで得られた位置検出用オーディオ信号を
受信波形情報として送信する送受信機と、前記送受信機
から送信された前記受信波形情報を受信し、前記聴取者
の位置情報に変換して前記HRTF係数データベースに
与える受信部と、を具備することを特徴とするものであ
る。
【0017】本願の請求項5の発明は、請求項2のバー
チャルサラウンド装置において、前記聴取者位置検出部
は、前記3チャンネル以上のオーディオ信号のうち、同
相で出力すべきオーディオ信号を位置検出用オーディオ
信号として前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに与
える位置検出信号発生部と、前記聴取者の受聴位置に設
けられ、前記受聴位置から見て異なる方向の音を夫々収
音する複数個の指向性マイクロホンを有し、前記各指向
性マイクロホンで得られた位置検出用オーディオ信号の
収音時刻又は収音時刻差を時刻情報として送信する送受
信機と、前記送受信機から送信された前記時刻情報を受
信し、前記聴取者の位置情報に変換して前記HRTF係
数演算部に与える受信部と、を具備することを特徴とす
るものである。
【0018】本願の請求項6の発明は、請求項2のバー
チャルサラウンド装置において、前記聴取者位置検出部
は、前記3チャンネル以上のオーディオ信号のうち、同
相で出力すべきオーディオ信号を位置検出用オーディオ
信号として前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに与
える位置検出信号発生部と、前記聴取者の受聴位置に設
けられ、前記受聴位置から見て異なる方向の音を夫々収
音する複数個の指向性マイクロホンを有し、前記各指向
性マイクロホンで得られた位置検出用オーディオ信号を
受信波形情報として送信する送受信機と、前記送受信機
から送信された前記受信波形情報を受信し、前記聴取者
の位置情報に変換して前記HRTF係数演算部に与える
受信部と、を具備することを特徴とするものである。
【0019】本願の請求項7の発明は、請求項1のバー
チャルサラウンド装置において、前記聴取者位置検出部
は、前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに近接して
設けられ、強度変調した光信号を発生する光信号発生部
と、前記聴取者の受聴位置に設けられ、前記受聴位置か
ら見て異なる方向から到来する光信号を夫々受光する複
数個の狭指向性の光センサを有し、前記各光センサで得
られた光信号の受光強度と前記光センサの番号とを受光
情報として送信する送受信機と、前記送受信機から送信
された前記受光情報を受信し、前記聴取者の位置情報に
変換して前記HRTF係数データベースに与える受信部
と、を具備することを特徴とするものである。
【0020】本願の請求項8の発明は、請求項2のバー
チャルサラウンド装置において、前記聴取者位置検出部
は、前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに近接して
設けられ、強度変調した光信号を発生する光信号発生部
と、前記聴取者の受聴位置に設けられ、前記受聴位置か
ら見て異なる方向から到来する光信号を夫々受光する複
数個の狭指向性の光センサを有し、前記各光センサで得
られた光信号の受光強度と前記光センサの番号とを受光
情報として送信する送受信機と、前記送受信機から送信
された前記受光情報を受信し、前記聴取者の位置情報に
変換して前記HRTF係数演算部に与える受信部と、を
具備することを特徴とするものである。
【0021】
【発明の実施の形態】(実施の形態1)本発明の実施の
形態1におけるバーチャルサラウンド装置について、図
面を参照しながら説明する。図1は本実施の形態におけ
るバーチャルサラウンド装置の構成を示すブロック図で
ある。このバーチャルサラウンド装置は、音像制御部1
01、前方左スピーカ102、前方右スピーカ103、
聴取者位置検出部107、HRTF係数データベース1
08を含んで構成される。
【0022】音像制御部101はオーディオ信号(L,
C,R,SL,SR)を入力として、HRTF係数によ
るバーチャルサラウンド処理を施した後、変換されたオ
ーディオ信号を前方左スピーカ102、前方右スピーカ
103に与えるものである。音像制御部101は、従来
技術の項で説明した頭部伝達関数(HRTF係数)を用
いて後方2チャンネルのオーディオ信号を畳み込み処理
し、後方等価前方オーディオ信号として出力する。な
お、通常の前方オーディオ信号(L,R)は、音像制御
部101では畳み込み処理されずに素通りする。
【0023】聴取者位置検出部107は聴取者104の
受聴位置を検出し、HRTF係数データベース108に
位置情報を出力するものである。ここではn個の異なる
受聴位置があると想定し、聴取者位置検出部107は夫
々の位置情報Pi(i=1〜n)のいずれであるかを識
別する。HRTF係数データベース108は、聴取者の
n個の異なる受聴位置に対応してn組のHRTF係数を
保持し、聴取者位置検出部107の出力する位置情報P
i(i=1〜n)に基づいて、第i組のHRTF係数を
検索して音像制御部に与える。ここでいう第i組のHR
TF係数とは、受聴位置をiとすると、この位置iにお
ける左右両耳の伝達関数Hmi,Hci,Tmi,Ticを組に
したものを意味する。また次式で定義される伝達関数の
比の値Fm ,Fc ,Fx の組を、位置iにおけるHRT
F係数としてもよい。この場合は、伝達関数Hmi,Hc
i,Tmi,Ticを用いた除算は予めなされているものと
する。 Fm =Tm /Hm 、Fc =Tc /Hm 、Fx =−Hc /
Hm
【0024】以上のように構成されたバーチャルサラウ
ンド装置について、図1及び表1を用いてその動作を説
明する。図1において、聴取者位置検出部107は聴取
者の位置を検出し、位置情報をHRTF係数データベー
ス108に出力する。
【0025】HRTF係数データベース108に登録さ
れている聴取者のXY座標位置と、HRTF係数との対
応関係を表1に示す。
【表1】 ここではX方向が5つ、Y方向が5つ、n=25の座標
位置に対するHRTF係数Fijが以下のよう設定されて
いる。
【数1】 HRTF係数データベース108は入力された聴取者位
置でのHRTF係数を選択して、音像制御部101に出
力する。音像制御部101はHRTF係数データベース
108から入力されたHRTF係数を用いてバーチャル
サラウンド処理を行う。つまり、音像制御部101に入
力されるオーディオ信号(L,C,R,SL,SR)の
うち、本来の後方左スピーカ105及び後方右スピーカ
106から出力されるべきオーディオ信号SL及びSR
を、聴取者の前方左スピーカ102及び前方右スピーカ
103から出力しても、後方左スピーカ105及び後方
右スピーカ106から出力されたと同じ聞こえ方をする
ように、HRTF係数を用いて入力オーディオ信号を畳
み込み処理する。
【0026】このようにして処理されたオーディオ信号
が聴取者104の前方スピーカ102及び103から音
として出力されるため、聴取者104は後方左スピーカ
105、後方右スピーカ106がなくても、また聴取者
104の位置に依存することなく、サラウンド効果を得
ることができる。
【0027】なお、上記のHRTF係数データベース1
08は、聴取者のサラウンド感応可能範囲をはずれる毎
にHRTF係数を新たに登録するようにすれば、必要十
分なHRTF係数を保持するように構成できる。また、
HRTF係数を登録する聴取者104の位置を、前方2
つのスピーカの中心線から左右対称に設定し、片側のH
RTF係数のみを登録し、反対側は片側のHRTF係数
の左右耳用を反対にして用いるようにすれば、さらに記
憶すべきHRTF係数の個数を減らすことができる。
【0028】以上のように本実施の形態によれば、聴取
者位置検出部107と、検出位置でのHRTF係数を検
索するHRTF係数データベース108とを設けて、H
RTF係数を用いて音像制御することによって、聴取者
104の位置に依存することなく、バーチャルサラウン
ド効果が得ることができる。
【0029】(実施の形態2)次に本発明の実施の形態
2におけるバーチャルサラウンド装置について、図面を
参照しながら説明する。図5は本実施の形態におけるバ
ーチャルサラウンド装置の構成を示すブロック図であ
り、実施の形態1と同一部分は同一の符号を付けて詳細
な説明を省略する。このバーチャルサラウンド装置は、
音像制御部101、前方左スピーカ102、前方右スピ
ーカ103、聴取者位置検出部107、HRTF係数演
算部501を含んで構成される。
【0030】本実施の形態のバーチャルサラウンド装置
は、図1のHRTF係数データベース108をHRTF
係数演算部501に置き換えたものである。HRTF係
数演算部501は、聴取者位置検出部107から入力さ
れた位置情報による検出位置と、基準位置でのHRTF
係数から、検出位置でのHRTF係数を演算によって求
めるものである。例えば、聴取者104の基準位置が前
方左スピーカ102、前方右スピーカ103から等距離
の見開き角60度の地点とすると、そこからの前後左右
位置の聴取者104の左右の耳部に生じる音圧の振幅と
位相項の変化は良く知られている。このような内容は、
参考文献「新版 聴覚と音声」三浦種敏監 電子情報通
信学会(コロナ社)1980年、又は「聴覚と音響心
理」境久雄編著/ 中山剛共著、コロナ社、1978年に
記載されている。このような方法を用いて、基準位置以
外のHRTF係数を、基準位置でのHRTF係数と基準
位置からのずれ分の振幅と位相項のインパルス応答の畳
み込み演算で求める。そして音像制御部101でバーチ
ャルサラウンド処理すれば、実施の形態1と同様に、聴
取者104は受聴位置によらずバーチャルサラウンド効
果を得ることができる。
【0031】以上のように本実施の形態によれば、聴取
者位置検出部107と、検出位置でのHRTF係数を演
算によって求めるHRTF係数演算部501を設けて、
得られたHRTF係数を用いて音像制御することによっ
て、聴取者104は受聴位置によらずバーチャルサラウ
ンド効果を得ることができる。
【0032】(実施の形態3)次に本発明の実施の形態
3におけるバーチャルサラウンド装置について、図面を
参照しながら説明する。図6は本実施の形態におけるバ
ーチャルサラウンド装置の構成を示すブロック図であ
り、実施の形態1と同一部分は同一の符号を付けて詳細
な説明を省略する。このバーチャルサラウンド装置は、
音像制御部101、前方左スピーカ102、前方右スピ
ーカ103、複数のマイクロホンが取り付けられた送受
信機600、受信部605、位置検出信号発生部60
6、HRTF係数データベース108を含んで構成され
る。
【0033】位置検出信号発生部606は音像制御部1
01のオーディオ信号L,R,SWを入力として、前方
左スピーカ102, 前方右スピーカ103に位置検出用
のオーディオ信号を出力するものである。送受信機60
0は等間隔に角度分割された位置にマイクロホン60
1, 602, 603, 604が半径方向に向けて取り付
けられたもので、収音した信号を処理して受信部605
に送信する。受信部605は送受信機600からの送信
信号を受信し、HRTF係数データベース108に送受
信機600の位置情報を出力するものである。
【0034】以上のように構成されたバーチャルサラウ
ンド装置のうち、本実施の形態の特徴である聴取者10
4の位置検出方法について、図6及び図7を用いて説明
する。位置検出信号発生部606では、入力された多チ
ャンネルのオーディオ信号から、左右スピーカから同相
で出力可能な信号を前方左スピーカ102、前方右スピ
ーカ103より出力する。例えば、Dolby Digital (AC-
3)信号の場合は、低音用のオーディオ信号SW(スーパ
ーウーファ用のオーディオ信号)を入力し、位置検出信
号発生部606で前方左チャンネルのオーディオ信号L
と前方右チャンネルのオーディオ信号Rと合成し、合成
音を前方左スピーカ102、前方右スピーカ103より
出力する。
【0035】前方左スピーカ102、前方右スピーカ1
03より出力された音は、送受信機600に内蔵されて
いる複数個のマイクロホン601〜604のいずれかに
入力される。これらのマイクロホンを夫々単一指向性に
しておけば、図6の場合、前方右スピーカ103からの
オーディオはマイクロホン601のみから検出され、前
方左スピーカ102からのオーディオはマイクロホン6
02のみから検出される。
【0036】次にマイクロホンの出力を低域通過フィル
タを通すことにより、合成音から低音用のSWチャンネ
ルのオーディオ信号を抽出することができる。図7は2
つのマイクロホンから抽出された出力波形の一例であ
る。図7のように2つの波形に△tの時間差がある場
合、2つの前方左スピーカ102及び前方右スピーカ1
03から送受信機600までの距離の差は次の(5)式
で求められる。 Ll −Lr =△t×(音速) ・・・(5) 送受信機600は、収音時刻差Δt又は収音時刻tを時
刻情報として受信部605に送信し、それによって受信
部605は受信した時刻情報から位置情報を生成し、H
RTF係数データベースを検索する。送受信機600を
聴取者104の近くに置いておけば、受信部605が受
け取った時刻情報から聴取者104の受聴位置を割り出
し、それに合ったHRTF係数を用いて音像制御部10
1でのバーチャルサラウンド処理を行うことができる。
【0037】送受信機600を聴取者104の近くに置
くには、送受信機600を小型にし、例えばブローチの
ように聴取者104の衣服にクリップで留めたりする方
法がある。またスピーカ音量などの機器動作をコントロ
ールするリモコンに内蔵する方法がある。こうすると、
聴取者104が手元に置くのに負担のない形態にするこ
とができる。
【0038】なお、送受信機600では(5)式の計算
は行わず、送受信機600から受信部605に対して図
7に示すようなマイクロホンの出力波形を受信波形情報
としてそのまま送信し、以降の処理、即ち位置情報を生
成する処理を受信部605で行っても良い。
【0039】なお、上記の送受信機600で、位置検出
ボタンを押したときに受信と位置検出と送信とを行うよ
うにすれば、常時送受信を行うよりも消費電力を低減で
きる。
【0040】なお、上記の送受信機600に、ジャイロ
などの動き検出部を設け、聴取者104が移動したこと
を検出したときに、受信と位置検出と送信とを行うよう
にすれば、聴取者104が移動した際にも聴取者104
に手間をかけずにバーチャルサラウンド効果を持続させ
ることができる。
【0041】以上のように、前方2つのスピーカから同
相の音声信号を出力し、聴取者104の近くに置かれた
送受信機600の内蔵マイクロホンの出力信号から送受
信機の位置を検出し、それによってHRTF係数データ
ベースを検索すれば、聴取者位置に合ったHRTF係数
を用いて音像制御部101でのバーチャルサラウンド処
理を行うことができる。これによって聴取者104の位
置に依存することなく、バーチャルサラウンド効果を得
ることができる。
【0042】なお、本実施の形態では受信部605の出
力によって、HRTF係数データベース108を検索す
るものとしたが、実施の形態2のようにHRTF係数デ
ータベース108の代わりに、HRTF係数演算部50
1を設けてHRTF係数データを演算するようにしても
よい。
【0043】(実施の形態4)次に本発明の実施の形態
4におけるバーチャルサラウンド装置について、図面を
参照しながら説明する。図8は本実施の形態におけるバ
ーチャルサラウンド装置の構成を示すブロック図であ
り、実施の形態1〜3と同一部分は同一の符号を付けて
詳細な説明を省略する。このバーチャルサラウンド装置
は、音像制御部101、前方左スピーカ102、前方右
スピーカ103、複数の光センサ801〜806が取り
付けられた送受信機800、受信部809、光信号発生
部807、808、HRTF係数データベース108を
含んで構成される。
【0044】光信号発生部807は前方左スピーカ10
2の近くに設置され、強度変調された光信号を発生する
ものである。光信号発生部808は前方右スピーカ10
3の近くに設置され、強度変調された光信号を発生する
ものである。送受信機800は、等間隔に角度分割され
た位置に光センサ801, 802, 803, 804,8
05, 806が半径方向に向けて取り付けられ、光セン
サの出力信号を受光情報として検出部809に送信する
ものである。個々の光センサはレンズによって指向性を
狭め、センサの中心方向から光がずれるに従って検出感
度が低くなるように設定されている。検出部809は送
受信機800の受光情報と光信号発生部807, 808
からの光信号を入力し、聴取者の位置情報を生成し、H
RTF係数データベース108に出力するものである。
【0045】以上のように構成されたバーチャルサラウ
ンド装置の聴取者位置検出部の動作について、図8及び
図9を用いて説明する。光信号発生部807, 808は
強度変調した光信号を異なるタイミングで出力する。光
信号発生部807および808より出力された光信号
を、送受信機800に内蔵された光センサ801〜90
6のいずれかで受信し、受信された光の強度と光センサ
の番号を受光情報として検出部809に送信する。
【0046】図8のように光センサ801〜806が配
置された場合、各光センサの出力強度分布は図9のよう
になる。図9(a)は右側の光信号発生部808が光ビ
ームを放射した場合、光センサ801〜806の受信光
強度を示している。図9(b)は左側の光信号発生部8
07が光ビームを放射した場合、光センサ801〜80
6の受信光強度を示している。検出部809では、各光
信号発生部807、808が信号を発生したタイミング
で、各光センサ801〜806の強度分布を読み取る。
そして各光センサの取り付け位置及び指向特性に基づい
て分析することによって、光信号の到来方向、即ち聴取
者104から見た前方左右スピーカの方向を求めること
ができる。また、予め2つの光信号発生器807、80
8の間隔、即ち前方スピーカの間隔を検出部809に入
力しておけば、3角測量法を用いて前方スピーカと送受
信機800の距離を求めることができる。
【0047】検出部809は、このようにして求めた位
置情報によってHRTF係数データベース108を検索
する。送受信機800を聴取者104の近くに置いてお
けば、検出部809が生成した位置情報を聴取者104
の位置として、それに合ったHRTF係数を用いて音像
制御部101でのバーチャルサラウンド処理を行うこと
ができる。送受信機800を聴取者104の近くに置く
には、送受信機800を小型にし、例えばブローチのよ
うに聴取者104の衣服にクリップで留めたりする方法
がある。またスピーカ音量などの機器動作をコントロー
ルするリモコンに内蔵することにより、聴取者104が
手元に置く方法がある。いずれの場合も受聴者104に
対して負担のない形態にすることができる。
【0048】なお、上記の送受信機800は、位置検出
ボタンを押したときに受信と位置検出と送信とを行うよ
うにすれば、常時送受信を行うよりも消費電力を低減で
きる。なお、上記の送受信機800に、ジャイロなどの
動き検出部を設け、聴取者104が移動したことを検出
したときに、受信と位置検出と送信とを行うようにすれ
ば、聴取者104が移動した際にも、聴取者104に手
間をかけずにバーチャルサラウンド効果を持続させるこ
とができる。
【0049】以上のように、前方2つのスピーカの近く
に置いた光信号発生部から光信号を出力し、聴取者の近
くに置かれた送受信機に内蔵の光センサを用いて送受信
機の位置を検出し、それによってHRTF係数データベ
ースを検索すれば、聴取者位置に合ったHRTF係数を
用いて音像制御部でのバーチャルサラウンド処理を行う
ことができる。これによって聴取者は位置によらずバー
チャルサラウンドの効果を得ることができる。
【0050】なお、本実施の形態では検出部809の出
力によって、HRTF係数データベース108のHRT
F係数を検索するものとしたが、実施の形態2のよう
に、HRTF係数データベース108の代わりにHRT
F係数演算部を設けてもよい。
【0051】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、本来は聴
取者の前後スピーカから再生される3チャンネル以上の
音声信号を入力し、頭部伝達関数(HRTF係数)を用
いた信号処理によって後方等価前方オーディオ信号を生
成する。このオーディオ信号を前方左スピーカ及び前方
右スピーカに与えることにより、前方スピーカのみを用
いて聴取者の受聴位置に係わらずにバーチャルサラウン
ド効果を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1におけるバーチャルサラ
ウンド装置の構成図である。
【図2】バーチャルサラウンド装置の動作原理を示す説
明図(その1)である。
【図3】バーチャルサラウンド装置の動作原理を示す説
明図(その2)である。
【図4】バーチャルサラウンド装置に用いられる音像制
御部の機能ブロック図である。
【図5】本発明の実施の形態2におけるバーチャルサラ
ウンド装置の構成図である。
【図6】本発明の実施の形態3におけるバーチャルサラ
ウンド装置の構成図である。
【図7】実施の形態3における聴取者位置検出部の動作
原理を示す波形図である。
【図8】本発明の実施の形態4におけるバーチャルサラ
ウンド装置の構成図である。
【図9】実施の形態4における聴取者位置検出部の動作
原理を示す説明図である。
【符号の説明】
101 音像制御部 102 前方左スピーカ 103 前方右スピーカ 104 聴取者 105 仮想後方左スピーカ 106 仮想後方右スピーカ 107 聴取者位置検出部 108 HRTF係数データベース 501 HRTF係数演算部 600,800 送受信機 601〜604 マイクロホン 605 受信部 606 位置検出信号発生部 801〜806 光センサ 807,808 光信号発生部 809 検出部

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 聴取者の前方音及び後方音を再生するた
    めの3チャンネル以上のオーディオ信号を入力し、頭部
    伝達関数(HRTF係数)を用いて後方2チャンネルの
    オーディオ信号を畳み込み処理し、後方等価前方オーデ
    ィオ信号を生成する音像制御部と、 前記音像制御部から出力された後方等価前方オーディオ
    信号と前方オーディオ信号を音に変換する前方左スピー
    カ及び前方右スピーカと、 前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに対する前記聴
    取者の受聴位置を検出し、位置情報を出力する聴取者位
    置検出部と、 前記聴取者のn個の異なる受聴位置に対応してn組の前
    記HRTF係数を保持し、前記聴取者位置検出部の出力
    する位置情報Pi(i=1〜n)に基づいて、第i組の
    HRTF係数を検索して前記音像制御部に与えるHRT
    F係数データベースと、を具備することを特徴とするバ
    ーチャルサラウンド装置。
  2. 【請求項2】 聴取者の前方音及び後方音を再生するた
    めの3チャンネル以上の信号を入力し、頭部伝達関数
    (HRTF係数)を用いて後方2チャンネルのオーディ
    オ信号を畳み込み処理し、後方等価前方オーディオ信号
    を生成する音像制御部と、 前記音像制御部から出力された後方等価前方オーディオ
    信号と前方オーディオ信号を音に変換する前方左スピー
    カ及び前方右スピーカと、 前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに対するn個の
    受聴位置のうち、前記聴取者の受聴位置を識別し、位置
    情報Pi(i=1〜nのいずれか)を出力する聴取者位
    置検出部と、 前記聴取者位置検出部の出力する位置情報Piに基づい
    て、第i組のHRTF係数を演算して前記音像制御部に
    与えるHRTF係数演算部と、を具備することを特徴と
    するバーチャルサラウンド装置。
  3. 【請求項3】 前記聴取者位置検出部は、 前記3チャンネル以上のオーディオ信号のうち、同相で
    出力すべきオーディオ信号を位置検出用オーディオ信号
    として前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに与える
    位置検出信号発生部と、 前記聴取者の受聴位置に設けられ、前記受聴位置から見
    て異なる方向の音を夫々収音する複数個の指向性マイク
    ロホンを有し、前記各指向性マイクロホンで得られた位
    置検出用オーディオ信号の収音時刻又は収音時刻差を時
    刻情報として送信する送受信機と、 前記送受信機から送信された前記時刻情報を受信し、前
    記聴取者の位置情報に変換して前記HRTF係数データ
    ベースに与える受信部と、を具備するものであることを
    特徴とする請求項1記載のバーチャルサラウンド装置。
  4. 【請求項4】 前記聴取者位置検出部は、 前記3チャンネル以上のオーディオ信号のうち、同相で
    出力すべきオーディオ信号を位置検出用オーディオ信号
    として前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに与える
    位置検出信号発生部と、 前記聴取者の受聴位置に設けられ、前記受聴位置から見
    て異なる方向の音を夫々収音する複数個の指向性マイク
    ロホンを有し、前記各指向性マイクロホンで得られた位
    置検出用オーディオ信号を受信波形情報として送信する
    送受信機と、 前記送受信機から送信された前記受信波形情報を受信
    し、前記聴取者の位置情報に変換して前記HRTF係数
    データベースに与える受信部と、を具備するものである
    ことを特徴とする請求項1記載のバーチャルサラウンド
    装置。
  5. 【請求項5】 前記聴取者位置検出部は、 前記3チャンネル以上のオーディオ信号のうち、同相で
    出力すべきオーディオ信号を位置検出用オーディオ信号
    として前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに与える
    位置検出信号発生部と、 前記聴取者の受聴位置に設けられ、前記受聴位置から見
    て異なる方向の音を夫々収音する複数個の指向性マイク
    ロホンを有し、前記各指向性マイクロホンで得られた位
    置検出用オーディオ信号の収音時刻又は収音時刻差を時
    刻情報として送信する送受信機と、 前記送受信機から送信された前記時刻情報を受信し、前
    記聴取者の位置情報に変換して前記HRTF係数演算部
    に与える受信部と、を具備するものであることを特徴と
    する請求項2記載のバーチャルサラウンド装置。
  6. 【請求項6】 前記聴取者位置検出部は、 前記3チャンネル以上のオーディオ信号のうち、同相で
    出力すべきオーディオ信号を位置検出用オーディオ信号
    として前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに与える
    位置検出信号発生部と、 前記聴取者の受聴位置に設けられ、前記受聴位置から見
    て異なる方向の音を夫々収音する複数個の指向性マイク
    ロホンを有し、前記各指向性マイクロホンで得られた位
    置検出用オーディオ信号を受信波形情報として送信する
    送受信機と、 前記送受信機から送信された前記受信波形情報を受信
    し、前記聴取者の位置情報に変換して前記HRTF係数
    演算部に与える受信部と、を具備するものであることを
    特徴とする請求項2記載のバーチャルサラウンド装置。
  7. 【請求項7】 前記聴取者位置検出部は、 前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに近接して設け
    られ、強度変調した光信号を発生する光信号発生部と、 前記聴取者の受聴位置に設けられ、前記受聴位置から見
    て異なる方向から到来する光信号を夫々受光する複数個
    の狭指向性の光センサを有し、前記各光センサで得られ
    た光信号の受光強度と前記光センサの番号とを受光情報
    として送信する送受信機と、 前記送受信機から送信された前記受光情報を受信し、前
    記聴取者の位置情報に変換して前記HRTF係数データ
    ベースに与える受信部と、を具備するものであることを
    特徴とする請求項1記載のバーチャルサラウンド装置。
  8. 【請求項8】 前記聴取者位置検出部は、 前記前方左スピーカ及び前方右スピーカに近接して設け
    られ、強度変調した光信号を発生する光信号発生部と、 前記聴取者の受聴位置に設けられ、前記受聴位置から見
    て異なる方向から到来する光信号を夫々受光する複数個
    の狭指向性の光センサを有し、前記各光センサで得られ
    た光信号の受光強度と前記光センサの番号とを受光情報
    として送信する送受信機と、 前記送受信機から送信された前記受光情報を受信し、前
    記聴取者の位置情報に変換して前記HRTF係数演算部
    に与える受信部と、を具備するものであることを特徴と
    する請求項2記載のバーチャルサラウンド装置。
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