JP2007208318A - 立体音響再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部屋の形状や家具などの配置によらず、サラウンドサウンドの各音像を聴取者の周囲に理想的に定位させる立体音響再生装置を提供する。
【解決手段】立体音響再生装置１は、聴取者Ｕの前方にスピーカアレイ２を設置し、スピーカアレイ２の各スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰｎに対して分配する４チャンネルサラウンドサウンドの各チャンネルのオーディオ信号について、遅延時間やゲインを調整して、各オーディオ信号を再生する２つの仮想音源４，５を聴取者Ｕの左右前方に定位させる。また、立体音響再生装置１は、リアチャンネルのオーディオ信号に対して、上記処理と、聴取者Ｕの左右後方から聞こえる音声の周波数特性の付与処理と、２つの仮想音源４，５の位置から聞こえる音声の周波数特性をキャンセルする処理とクロストークキャンセル処理とを行い、リアチャンネルのオーディオ信号を再生する２つの仮想音源６，７を聴取者Ｕの左右後方に定位させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、スピーカアレイを用いて聴取者の周囲に複数の音像を定位させる立体音響再生装置に関する。

近時、聴取者の周囲に複数のスピーカを配置して、サラウンドサウンドを再生するサラウンドシステムが普及しつつある。しかし、このサラウンドシステムを設置する際には、複数のスピーカを聴取位置の周囲に設ける必要があり、設置作業や各スピーカのバランス調整が繁雑であるという問題があった。

そこで、受聴者の前方に配置される一対の実在するスピーカへ、ステレオ信号と仮想のスピーカから出力されるべき他の音響信号とを供給して、立体音響を再生する音響信号処理装置が開示されている（特許文献１参照。）。

また、複数のスピーカをライン状に並べたスピーカアレイを聴取者の前方に設置し、このスピーカアレイから放音させた音声を部屋の壁や天井に反射させて、仮想音源またはファントムを聴取位置の周囲に形成するオーディオ再生装置、ラインアレイスピーカユニット及びオーディオ再生方法に関する発明が開示されている（特許文献２参照。）。
特開平０６−１８９３９９号公報 特開２００５−６４７４６号公報

特許文献１に記載の音響信号処理装置では、一対の実在するスピーカとして、あるサイズの振動板を備えた一般的なスピーカを使用しており、これらのスピーカは点音源とは言えない。しかしながら、この装置では、点音源から受聴者の各耳までの頭部伝達関数を用いて音像を定位させる。そのため、この装置では、計算上の音像の定位位置と、実際の音像の定位位置とにずれが生じるので、サラウンドサウンドの各チャンネルの音像を受聴者の周囲に理想的には定位できず、立体音響効果を最適化できないという問題があった。

また、特許文献２に記載の発明では、上記のようにスピーカアレイから放音させる音声を部屋の壁や天井に反射させるので、スピーカユニットの設置位置やその部屋の形状や家具などの配置によっては、サラウンドサウンドの各チャンネルの音声を聴取位置へ反射させることができない場合があった。

そこで、本発明は、部屋の形状や家具などの配置によらず、サラウンドサウンドの各音像を聴取者の周囲に理想的に定位させることができる立体音響再生装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。

（１）複数のスピーカユニットを配列して成るスピーカアレイと、
前記スピーカアレイから出力された音声信号が聴取者の前方に設定された仮想点音源から出力された音声と同様の波面を形成するよう、各スピーカユニットに分配する音声信号の出力タイミング及びゲインを制御するフロント処理部と、
前記仮想点音源から出力された音声信号が聴感上聴取者の後方に定位するような周波数特性を、音声信号に付与した後に、この音声信号を前記フロント処理部に入力するリア処理部と、
を備え、入力された音声信号のうちフロントチャンネルの信号を前記フロント処理部に入力し、リアチャンネルの音声信号を前記リア処理部に入力することを特徴とする。

この構成においては、立体音響再生装置は、聴取者の前方に設定された仮想点音源から出力されたリアチャンネルの音声信号が、聴感上聴取者の後方に定位するような周波数特性を、リアチャンネルの音声信号に付与した後に、このリアチャンネルの音声信号と、フロントチャンネルの音声信号と、を前記フロント処理部に入力し、スピーカアレイから出力された音声信号が聴取者の前方に設定された仮想スピーカ位置から出力された音声と同様の波面を形成するよう、各スピーカユニットに分配する音声信号の出力タイミング及びゲインを制御する。したがって、フロントチャンネルの仮想点音源を聴取者の前方に、リアチャンネルの仮想音源を聴取者の後方に、それぞれ定位させることができる。また、立体音響再生装置は、スピーカアレイから出力させる音声を部屋の壁面や天井面に反射させることなく、サラウンドサウンドの各チャンネルの音像を受聴者の周囲に理想的に定位させて、その設置場所にかかわらず立体音響効果を最適化できる。

（２）前記リア処理部は、前記リアチャンネルのオーディオ信号に対して、聴取位置の後方に設定された後方仮想音源から聴取者の耳に伝搬する音声の周波数特性を頭部伝達関数に基づいて付与する後方定位付与処理を行う後方定位付与部と、
前記後方定位付与処理がなされたリアチャンネルのオーディオ信号に対して、前記２つの仮想点音源の一方から放音させるリアチャンネルのオーディオ信号が前記聴取者の一方の耳のみに聞こえ、前記２つの仮想点音源の他方から放音させるリアチャンネルのオーディオ信号が前記聴取者の他方の耳のみに聞こえるように、反対側の耳に聞こえるオーディオ信号を打ち消すオーディオ信号を生成して、前記フロント処理部へ出力するクロストークキャンセル処理を行うクロストークキャンセル補正部と、を備え、
前記フロント処理部は、マルチチャンネルサラウンドサウンドの各チャンネルのオーディオ信号を前記スピーカアレイの全部または一部のスピーカユニットに対して分配し、各チャンネルの音声の出力タイミング及びゲインをスピーカユニット毎に制御して、前記スピーカアレイから放音された音声により、前記聴取位置の前方に設定された２つの仮想点音源から放音された波面を形成するよう、各スピーカユニットに分配する音声信号の出力タイミング及びゲインを制御する点音源定位処理を行うことを特徴とする。

この構成においては、立体音響再生装置は、スピーカアレイの各スピーカユニットから音声を放音させるタイミングを調整することで、マルチチャンネルサラウンドサウンドのフロントチャンネル及びリアチャンネルのオーディオ信号を放音する２つの仮想音源として、点音源を聴取位置の前方に定位させることができる。また、本発明の立体音響再生装置は、これら２つの仮想点音源からリアチャンネルのオーディオ信号を放音させる際に、聴取位置の後方に音像を定位させる処理として、２つの仮想点音源の一方から放音させるリアチャンネルのオーディオ信号が聴取者の一方の耳のみに聞こえ、２つの仮想点音源の他方から放音させるリアチャンネルのオーディオ信号が聴取者の他方の耳のみに聞こえるように、反対側の耳に聞こえるオーディオ信号を打ち消すオーディオ信号を生成する処理を行うことで、フロントチャンネルのオーディオ信号を放音する２つの仮想点音源を聴取者の前方に定位させるとともに、リアチャンネルのオーディオ信号を放音する仮想音源（後方仮想音源）を聴取位置の後方に定位させることができる。したがって、立体音響再生装置は、リアチャンネルのオーディオ信号を点音源から放音させるので、点音源から聴取者の耳までの頭部伝達関数を用いて音像を定位させる位置と、スピーカアレイから実際に放音させて形成する音像の位置と、が等しくなり、理想的な効果を得ることができる。また、この構成では、スピーカアレイを使用しているので、仮想点音源を遠くに配置しても、スピーカ自体を視聴者の近距離に配置することができるため、空間伝播の距離を短くすることができ、理想値とのずれを小さくすることができる。そのため、クロストークのキャンセル量を大きくすることができるので、２つの仮想点音源から放音される音声の周波数特性をキャンセルする処理を行う必要がなく、この処理を行う補正部を省略できる。

（３）前記仮想点音源または前記後方仮想音源の少なくとも一方の定位位置を設定する操作部と、
前記操作部により設定された定位位置の情報に基づいて、前記フロント処理部が前記点音源定位処理を行うのに必要なパラメータ、前記後方定位付与部が後方定位付与処理を行うのに必要なパラメータ、及び前記クロストークキャンセル補正部が前記クロストークキャンセル処理を行うのに必要なパラメータの少なくともいずれかを算出して、これら各部へ出力するパラメータ算出部と、
を備えたことを特徴とする。

この構成においては、立体音響再生装置は、操作部で仮想点音源または前記後方仮想音源の少なくとも一方の定位位置が設定されると、パラメータ算出部がその定位位置の情報に基づいて、点音源定位処理を行うのに必要なパラメータ、後方定位付与処理を行うのに必要なパラメータ、またはクロストークキャンセル処理を行うのに必要なパラメータの少なくともいずれかを算出して、フロント処理部、後方定位付与部、またはクロストークキャンセル補正部の少なくともいずれかへパラメータを出力する。したがって、操作部で仮想音源の定位位置の情報が設定されると、直ちに仮想音源の定位位置を設定・変更することができる。

本発明の立体音響再生装置は、スピーカアレイの各スピーカユニットから音声を放音させるタイミングを調整することで、サラウンドサウンドのフロントチャンネル及びリアチャンネルのオーディオ信号を放音する２つの仮想音源（Ｌチャンネル及びＲチャンネルの音源）として、点音源を聴取位置の前方に定位させることができる。また、本発明の立体音響再生装置は、これら２つの仮想点音源からリアチャンネルのオーディオ信号（ＳＬチャンネル及びＳＲチャンネルのオーディオ信号）を放音させる際に、聴取位置の後方に音像を定位させる処理や、クロストークキャンセル処理を行い、リアチャンネルのオーディオ信号を放音する仮想音源を聴取位置の後方に定位させることができる。

このように、リアチャンネルのオーディオ信号を点音源から放音させることができるので、点音源から聴取者の耳までの頭部伝達関数を用いて音像を定位させる位置と、スピーカアレイから実際に放音させて形成する音像の位置と、が等しくなるので、理想的な効果を得ることができる。

また、聴取者の前方にスピーカアレイを配置して、音声を部屋の壁面や天井面に反射させることなく、フロントチャンネルの音像を聴取位置の前方に定位させるとともに、リアチャンネルの音像を聴取位置の後方に定位させるので、本発明の立体音響再生装置により設置場所にかかわらず、マルチチャンネルサラウンドサウンドの各チャンネルの音像を受聴者の周囲に理想的に定位させるので、立体音響効果を最適化することができる。

以下の説明では、４チャンネルのサラウンドサウンドを再生する構成の立体音響再生装置を例に挙げて説明する。ここで、４チャンネルのサラウンドサウンドの各チャンネルについて、フロントチャンネルの左側をＬ（Left）ｃｈ、フロントチャンネルの右側をＲ（Right ）ｃｈ、リアチャンネルの左側をＳＬ（Surround Left ）ｃｈ、及びリアチャンネルの右側をＳＲ（Surround Right）ｃｈと称する。

本発明の立体音響再生装置は、聴取者の前方にスピーカアレイを設置し、このスピーカアレイを構成する複数のスピーカユニットの各々に対して分配する４チャンネルサラウンドサウンドの各チャンネルのオーディオ信号について、遅延時間やゲインを調整して、各オーディオ信号を再生する２つの仮想音源を、聴取者の左右前方に点音源として定位させる。また、立体音響再生装置は、リアチャンネルのオーディオ信号に対して、上記の処理と、聴取者の左右後方から聞こえる音声の周波数特性の付与処理と、２つの仮想音源の位置から聞こえる音声の周波数特性をキャンセルする処理と、クロストークキャンセル処理と、を行って、リアチャンネルのオーディオ信号を再生する２つの仮想音源を聴取者の左右後方に定位させる。

まず、立体音響再生装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る立体音響再生装置の構成を示すブロック図である。

立体音響再生装置１は、オーディオ信号入力端子１０Ｌ，１０Ｒ，１０ＳＬ，１０ＳＲ、受信部１１、操作部１２、表示部１３、頭部伝達関数係数テーブル１４、パラメータ算出部１５、バーチャルサラウンド信号処理部１６、加算器１７、遅延信号処理部１８、Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）１９−１〜１９ｎ、及びアンプ（ＡＭＰ）２０−１〜２０−ｎを備えている。また、立体音響再生装置１は、ｎ個のスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰｎが配列されたスピーカアレイ２が外部に接続され、聴取者Ｕによるリモートコントローラ（以下、リモコンと称する。）３の操作を受け付ける。

オーディオ信号入力端子１０Ｌ，１０Ｒ，１０ＳＬ，１０ＳＲは、マルチチャンネルサラウンドサウンドを再生するＤＶＤプレーヤやチューナなどのオーディオ信号出力端子とオーディオケーブルで接続され、４チャンネルサラウンドサウンドの各チャンネルのオーディオ信号が入力される。

リモコン３は、聴取者Ｕによる仮想音源の定位位置の設定などの操作を受け付けて、その操作に応じた信号を出力する。

受信部１１は、リモコン３が出力した信号を受信し、その受信した信号に応じた信号をパラメータ算出部１５へ出力する。

操作部１２は、聴取者Ｕによる仮想音源の定位位置の設定などの操作を受け付けて、その操作に応じた信号をパラメータ算出部１５へ出力する。

表示部１３は、聴取者Ｕへ伝達する事項などを表示する。また、聴取者Ｕが仮想音源の定位位置を変更する場合に、仮想音源の定位位置などの情報を表示する。

頭部伝達関数係数テーブル１４は、聴取者Ｕの聴取位置の周囲の複数の点から聴取者Ｕの左耳ＥＬ及び右耳ＥＲまでの頭部伝達関数の係数を記憶している。

パラメータ算出部１５は、受信部１１または操作部１２からフロントチャンネルの仮想音源の定位位置の情報（座標情報）が送られてくると、この定位位置の情報に基づいて、仮想音源からスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰｎまでの音声の伝達遅延時間ｔ１〜ｔｎと、仮想音源から放音された音声がスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰｎに到達するまでに減衰する音圧のゲイン（音圧減衰ゲイン）Ｇ１〜Ｇｎと、の２種類のパラメータを算出する（詳細は後述する。）。そして、パラメータ算出部１５は、２種類のパラメータを遅延信号処理部１８へ出力する。また、パラメータ算出部１５は、フロントチャンネルの仮想音源の定位位置の情報が出力されると、この定位位置の情報に応じた頭部伝達関数の係数を頭部伝達関数係数テーブル１４から読み出す。そして、パラメータ算出部１５は、これらの係数に基づいてパラメータを算出し、バーチャルサラウンド信号処理部１６へこのパラメータを出力する。

また、パラメータ算出部１５は、受信部１１または操作部１２から、リアチャンネルの仮想音源の定位位置の情報が出力されると、この定位位置の情報に応じた頭部伝達関数の係数を頭部伝達関数係数テーブル１４から読み出す。そして、パラメータ算出部１５は、これらの係数に基づいてパラメータを算出し、バーチャルサラウンド信号処理部１６へこのパラメータを出力する。

バーチャルサラウンド信号処理部１６は、リアチャンネルのオーディオ信号に対して、聴取者Ｕの左右後方から聞こえる音声の周波数特性の付与処理と、クロストークキャンセル処理と、を行う。

加算器１７は、オーディオ信号入力端子１０Ｌ，１０Ｒから入力されたフロントチャンネルのオーディオ信号と、バーチャルサラウンド信号処理部１６で処理されたリアチャンネルのオーディオ信号と、を加算して、遅延信号処理部１８へ出力する。

遅延信号処理部１８は、聴取者Ｕの前方に設置したスピーカアレイ２の各スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰｎに対して分配するフロントチャンネル及びリアチャンネルのオーディオ信号の遅延時間やゲインを調整する。また、後述するように、遅延信号処理部１８は、ＳＬｃｈの仮想音源を定位させる遅延信号処理部１８Ｌと、ＳＲｃｈの仮想音源を定位させる遅延信号処理部１８Ｒからなる。

Ｄ／Ａコンバータ１９−１〜１９ｎは、遅延信号処理部１８から出力されたディジタルオーディオ信号をアナログオーディオ信号に変換して出力する。

アンプ２０−１〜２０−ｎは、Ｄ／Ａコンバータ１９−１〜１９−ｎから出力されたアナログオーディオ信号を増幅して、スピーカアレイ２の各スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰｎへ出力する。

制御部２１は、立体音響再生装置１の各部の動作を制御する。

スピーカアレイ２は、複数のスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰｎを備えており、アンプ２０−１〜２０−ｎで増幅されたアナログオーディオ信号に応じた音声を放音する。

次に、立体音響再生装置１の動作について説明する。図２は、スピーカアレイ２を用いて１つの仮想音源の音波面を合成する様子を示す図である。図２には、遅延信号処理部１８Ｒの詳細な構成を示している。また、図２には、説明の容易のために、スピーカアレイ２のスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８により仮想音源４を定位させる構成とし、図１に示したＤ／Ａコンバータ１９−１〜１９−８、及びアンプ２０−１〜２０−８の表記を省略している。

図２に示すように、遅延信号処理部１８Ｒは、ディジタルフィルタ２１Ｒ−１〜２１Ｒ−８と、ゲイン調整回路２２Ｒ−１〜２２Ｒ−８を備えている。

パラメータ算出部１５は、リモコン３または操作部１２（不図示）の操作により設定・変更された仮想音源４の定位位置から、スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８までのそれぞれの距離Ｌ１〜Ｌ８を求める。また、パラメータ算出部１５は、仮想音源４からスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８までの音の伝達遅延時間ｔ１〜ｔ８を、下記の式１を用いて算出する。

ｔｎ＝Ｌｎ／Ｃ （Ｃ：音速）‥‥‥（式１）
そして、パラメータ算出部１５は、式１を用いて算出した伝達遅延時間ｔ１〜ｔ８に応じたパラメータを遅延信号処理部１８Ｒに出力し、遅延信号処理部１８Ｒは、これらのパラメータをディジタルフィルタ２１Ｒ−１〜２１Ｒ−８に設定する。

また、パラメータ算出部１５は、仮想音源４から放音された音声がスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８に到達するまでに減衰する音圧のゲイン（音圧減衰ゲイン）Ｇ１〜Ｇ８を、下記の式２を用いて算出する。

Ｇｎ＝ＧＭ／Ｌｎ （ＧＭ：単位長当たりの減衰ゲイン定数）‥‥‥（式２）
そして、パラメータ算出部１５は、式２を用いて算出した音圧減衰ゲインＧ１〜Ｇ８に応じたパラメータを遅延信号処理部１８Ｒに出力し、遅延信号処理部１８Ｒは、これらのパラメータをゲイン調整回路２２Ｒ−１〜２２Ｒ−８に設定する。

遅延信号処理部１８Ｒは、オーディオ信号入力端子１０Ｒから入力されたＲチャンネルのオーディオ信号を８つに分配し、ディジタルフィルタ２１Ｒ−１〜２１Ｒ−８によって各オーディオ信号を遅延させ（遅延処理）、さらにゲイン調整回路２２Ｒ−１〜２２Ｒ−８によって音圧減衰ゲインをそれぞれ乗算して（音圧減衰処理）、各スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８へ出力する。このように、立体音響再生装置１は、仮想音源４の定位位置からスピーカアレイ２のスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８に到達する音声をシミュレートするので、聴取者Ｕの右前方であってスピーカアレイ２の右後方に、仮想音源４が定位しているように定位感を与えることができる。また、複数のスピーカユニットを用いることで、図２に示したように点音源から発せられた音波面を合成することができるので、仮想音源４を点音源とすることができる。

遅延信号処理部１８Ｒは、上記の処理に加えて、音声が伝搬する際の周波数特性の変化をシミュレートする処理を行うことも可能である。すなわち、仮想音源４から聴取者Ｕの耳までの頭部伝達関数に基づいた係数を頭部伝達関数係数テーブル１４から読み出して、これらの係数に応じたパラメータを算出し、このパラメータをディジタルフィルタ２１Ｒ−１〜２１Ｒ−８に設定する。これにより、仮想音源４の位置から聴取者Ｕの耳に伝搬する音声の周波数特性をＲｃｈのオーディオ信号に付与することができるので、仮想音源４の定位感をさらに高めることができる。

また、各スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰｎを平面上（例えば、マトリックス状）に配置したスピーカアレイ２を立体音響再生装置１に接続することで、仮想音源４を３次元的に定位させることが可能になる。

次に、スピーカアレイ２を用いて２チャンネルステレオ音声を再生する方法を説明する。図３は、スピーカアレイ２を用いて２つの異なる仮想音源の音波面を合成する様子を示す図である。ここで、図３には、説明の容易のために、図２と同様にスピーカアレイ２のスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８により仮想音源４，５を定位させる構成とし、図１に示したＤ／Ａコンバータ１９−１〜１９−８、及びアンプ２０−１〜２０−８の表記を省略している。

図３に示すように、立体音響再生装置１は、Ｒチャンネルのオーディオ信号を放音する仮想音源４を聴取者Ｕの右前方に定位させる処理を行う遅延信号処理部１８Ｒと、Ｌチャンネルのオーディオ信号を放音する仮想音源５を聴取者Ｕの左前方に定位させる処理を行う遅延信号処理部１８Ｌと、を備えている。また、遅延信号処理部１８Ｒは、図２に示した構成と同様である。さらに、遅延信号処理部１８Ｌは、ディジタルフィルタ２１Ｌ−１〜２１Ｌ−８と、ゲイン調整回路２２Ｌ−１〜２２Ｌ−８を備えている。

遅延信号処理部１８Ｒは、図２に基づいて説明した遅延信号処理部１８Ｒと同様に、オーディオ信号入力端子１０Ｒから入力されたＲチャンネルのオーディオ信号を８つに分配し、ディジタルフィルタ２１Ｒ−１〜２１Ｒ−８によって各オーディオ信号を遅延させ（遅延処理）、さらにゲイン調整回路２２Ｒ−１〜２２Ｒ−８によって音圧減衰ゲインをそれぞれ乗算して（音圧減衰処理）、各スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８へ出力する。

遅延信号処理部１８Ｌは、オーディオ信号入力端子１０Ｌから入力されたＬチャンネルのオーディオ信号を８つに分配し、ディジタルフィルタ２１Ｌ−１〜２１Ｌ−８によって各オーディオ信号を遅延させ（遅延処理）、さらにゲイン調整回路２２Ｌ−１〜２２Ｌ−８によって音圧減衰ゲインをそれぞれ乗算して（音圧減衰処理）、各スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８へ出力する。

図３に示すように、立体音響再生装置１では、オーディオ信号入力端子１０Ｒから入力されたＲチャンネルのオーディオ信号に対して、遅延信号処理部１８Ｒで前記の遅延処理及び音圧減衰処理を行い、仮想音源４の定位位置からスピーカアレイ２のスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８に到達する音声をシミュレートする。また、立体音響再生装置１では、オーディオ信号入力端子１０Ｌから入力されたＬチャンネルのオーディオ信号に対して、遅延信号処理部１８Ｌで遅延処理及び音圧減衰処理を行い、仮想音源５の定位位置からスピーカアレイ２のスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８に到達する音声をシミュレートする。遅延信号処理部１８Ｒと遅延信号処理部１８Ｌの信号処理結果は、スピーカアレイ２の各スピーカユニット毎に加算器２３−１〜２３−８により足し合わされて、各スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８へ供給され、スピーカアレイ２の各スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８から音声を放音させる。これにより、立体音響再生装置１は、聴取者Ｕの右前方であってスピーカアレイ２の右後方に仮想音源４を、また聴取者Ｕの左前方であってスピーカアレイ２の左後方に仮想音源５を、それぞれ定位させることができる。また、複数のスピーカユニットを使用しているので、前記のように点音源から発せられた音波面を合成することができるので、仮想音源４，５を点音源とすることができる。

次に、スピーカアレイ２を用いて４チャンネルサラウンドサウンドを再生する方法を説明する。図４は、スピーカアレイ２を用いて４つの異なる仮想音源を聴取者の周囲に定位させる様子を示す図である。図５は、バーチャルサラウンド信号処理部の詳細な構成を示すブロック図である。ここで、図４には、説明の容易のために、図３と同様にスピーカアレイ２のスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８により仮想音源４〜７を定位させる構成とし、図１に示したＤ／Ａコンバータ１９−１〜１９−８、及びアンプ２０−１〜２０−８の表記を省略している。

図４に示すように、立体音響再生装置１は、オーディオ信号入力端子１０ＳＲから入力されたＳＲｃｈのオーディオ信号、及びオーディオ信号入力端子１０ＳＬから入力されたＳＬｃｈのオーディオ信号に対して、バーチャルサラウンド信号処理部１６でそれぞれ聴取者Ｕの左右後方の定位を付与するとともに、クロストークキャンセル処理を行う。

図５に示すように、バーチャルサラウンド信号処理部１６は、フィルタ３１Ｒ，３１Ｌを備えたＳＲｃｈ定位付加部３１と、フィルタ３２Ｒ，３２Ｌを備えたＳＬｃｈ定位付加部３２と、加算器３４，３５、Ｒｃｈクロス補正部３７、Ｌｃｈクロス補正部３８、及び加算器４０，４１を備えたクロストークキャンセル補正部３３と、からなる。

バーチャルサラウンド信号処理部１６は、聴取者ＵにはＳＲｃｈのオーディオ信号を放音する仮想音源６が聴取者Ｕの右後方に定位して聞こえるように、また、聴取者ＵにはＳＬｃｈのオーディオ信号を放音する仮想音源７が聴取者Ｕの左後方に定位して聞こえるように、信号処理を行う。

ここで、クロストークキャンセル処理において２つのスピーカを使用した場合、視聴者の耳とスピーカ音源との距離が離れているため、空間伝播での周波数特性や位相変化がシミュレーション通りに起きないことによる理想値とのずれが生じる。そのため、クロストークのキャンセル量が減少するので、２つのスピーカから放音される音声の周波数特性をキャンセルする処理を行うために補正部を設けていた。

これに対し、本発明のようにアレイスピーカを使用した場合には、仮想点音源を遠くに配置しても、スピーカ自体を視聴者の近距離に配置することができるため、空間伝播の距離を短くすることができ、理想値とのずれを小さくすることができる。そのため、クロストークのキャンセル量を大きくすることができるので、２つの仮想点音源から放音される音声の周波数特性をキャンセルする処理を行う必要がなく、この処理を行う補正部を省略できる。

バーチャルサラウンド信号処理部１６の各部は、具体的には以下のような動作を行う。ＳＲｃｈ定位付加部３１は、前記のように、フィルタ３１Ｒ及びフィルタ３１Ｌを備えている。フィルタ３１Ｒには聴取者Ｕの右後方に定位する音像から聴取者Ｕの右耳ＥＲまでの頭部伝達関数に基づいたフィルタ係数及び遅延時間が設定され、フィルタ３１Ｌには聴取者Ｕの右後方に定位する音像から聴取者Ｕの左耳ＥＬまでの頭部伝達関数に基づいたフィルタ係数及び遅延時間が設定される。ＳＲｃｈ定位付加部３１は、聴取位置の聴取者Ｕには聴取者Ｕの右後方にＳＲｃｈの仮想音源６が定位しているように右耳ＥＲと左耳ＥＬにそれぞれ聞こえる周波数特性をＳＲｃｈのオーディオ信号に付与する。

また、ＳＬｃｈ定位付加部３２は、前記のように、フィルタ３２Ｒ及びフィルタ３２Ｌを備えている。フィルタ３２Ｒには聴取者Ｕの左後方に定位する音像から聴取者Ｕの右耳ＥＲまでの頭部伝達関数に基づいたフィルタ係数が及び遅延時間が設定され、フィルタ３２Ｌには聴取者Ｕの左後方に定位する音像から聴取者Ｕの左耳ＥＬまでの頭部伝達関数に基づいたフィルタ係数及び遅延時間が設定される。ＳＬｃｈ定位付加部３２は、聴取位置の聴取者Ｕには聴取者Ｕの左後方にＳＬｃｈの仮想音源７が定位しているように右耳ＥＲと左耳ＥＬにそれぞれ聞こえる周波数特性をＳＬｃｈのオーディオ信号に付与する。

フィルタ３１Ｒ，３２Ｒから出力されたオーディオ信号は、加算器３４で加算されて、クロストークキャンセル補正部３３のＲｃｈクロス補正部３７及び加算器４０へ出力される。また、フィルタ３１Ｌ，３２Ｌから出力されたオーディオ信号は、加算器３５で加算されて、クロストークキャンセル補正部３３のＬｃｈクロス補正部３８及び加算器４１へ出力される。

ここで、聴取者Ｕに対して、例えば仮想音源４からフラットな周波数特性の音を放音すると、聴取者Ｕの右耳ＥＲに届く音は各周波数成分が減衰して独特の周波数特性となる。また、仮想音源４から聴取者Ｕの左耳ＥＬに届く音は、各周波数成分が減衰して独特の周波数特性となる。そのため、聴取者Ｕは、このような周波数特性の音が聴取者Ｕの耳ＥＬ，ＥＲにある時間差で届くので、仮想音源４から放音されたと無意識に判断することができる。

一方、ＳＲｃｈのオーディオ信号に対して、聴取者Ｕの右後方に定位する音源から放音されて聴取者Ｕの耳に到達する音声の周波数特性と、仮想音源４から放音されて聴取者Ｕの右耳ＥＲに到達する音声の周波数特性をキャンセルする周波数特性を、頭部伝達関数に基づいて付与して、仮想音源４から放音させると、聴取者Ｕは右後方からその音声が聞こえるように感じる。また、このとき、仮想音源４から放音された音声が聴取者Ｕの右耳のみに聞こえるように、仮想音源４から放音されて聴取者Ｕの左耳に伝搬する音声を打ち消す音声を生成して仮想音源５から放音させると、聴取者Ｕは、ＳＲｃｈの音声が仮想音源４から放音されたことを知覚しなくなる。

そこで、クロストークキャンセル補正部３３では、仮想音源４から放音される音声が聴取者Ｕの右耳ＥＲのみに聞こえるように、仮想音源５から放音される音声が聴取者Ｕの左耳ＥＬのみに聞こえるように、反対側の耳に聞こえる音声を打ち消す音声を生成するクロストークキャンセル処理を行う。

Ｒｃｈクロス補正部３７には、仮想音源４から聴取者Ｕの左耳ＥＬまでの頭部伝達関数の逆関数に対応するフィルタ係数が設定される。Ｒｃｈクロス補正部３７は、加算器３４から出力されたリアチャンネルのオーディオ信号に対して、仮想音源４から左耳ＥＬに伝搬する特性を打ち消す処理と、を行う。

また、Ｒｃｈクロス補正部３７は、加算器３４から出力されたリアチャンネルのオーディオ信号について、上記処理を行って図外のバッファで位相を反転し、加算器４１で加算して、仮想音源５から放音後にリアチャンネルのオーディオ信号が聴取者Ｕの左耳ＥＬに伝搬するタイミングと、仮想音源４から放音後にリアチャンネルのオーディオ信号が聴取者Ｕの左耳ＥＬに伝搬するタイミングと、が同じになるように、リアチャンネルのオーディオ信号の出力タイミングを調整する。したがって、立体音響再生装置１は、仮想音源４から放音されて聴取者Ｕの左耳ＥＬに回り込む音声を打ち消す音声を仮想音源５から放音させるので、仮想音源４から放音されて聴取者Ｕの左耳ＥＬに回り込む音声が聴取者Ｕには聞こえないようにすることができる。

また、Ｌｃｈクロス補正部３８は、Ｒｃｈクロス補正部３７と同様に、加算器３５から出力されたリアチャンネルのオーディオ信号に対して信号処理を行う。すなわち、Ｌｃｈクロス補正部３８には、仮想音源５から聴取者Ｕの右耳ＥＲまでの頭部伝達関数の逆関数に対応するフィルタ係数が設定される。Ｌｃｈクロス補正部３８は、加算器３５から出力されたリアチャンネルのオーディオ信号に対して、仮想音源５から右耳ＥＲに伝搬する特性を打ち消す処理を行う。

また、Ｌｃｈクロス補正部３８は、加算器３５から出力されたリアチャンネルのオーディオ信号について、上記処理を行って図外のバッファで位相を反転し、加算器４０で加算して、仮想音源４から放音後にリアチャンネルのオーディオ信号が聴取者Ｕの右耳ＥＲに伝搬するタイミングと、仮想音源５から放音後にリアチャンネルのオーディオ信号が聴取者Ｕの右耳ＥＲに伝搬するタイミングと、が同じになるように、リアチャンネルのオーディオ信号の出力タイミングを調整する。したがって、立体音響再生装置１は、仮想音源５から放音されて聴取者Ｕの右耳ＥＲに回り込む音声を打ち消す音声を仮想音源４から放音させるので、仮想音源５から放音されて聴取者Ｕの右耳ＥＲに回り込む音声が聴取者Ｕには聞こえないようにすることができる。

加算器４０は、加算器３４から出力されたオーディオ信号と、Ｌｃｈクロス補正部３８から出力されて図外のバッファで反転された（−１倍された）オーディオ信号と、を加算して加算器１７Ｒへ出力する。

加算器４１は、加算器３５から出力されたオーディオ信号と、Ｒｃｈクロス補正部３７から出力されて図外のバッファで反転された（−１倍された）オーディオ信号と、を加算して加算器１７Ｌへ出力する。

このように、仮想音源４から放音されたリアチャンネルのオーディオサウンドは聴取者Ｕの右耳ＥＲのみに聞こえ、仮想音源５から放音されたリアチャンネルのオーディオサウンドは聴取者Ｕの左耳ＥＬのみに聞こえるようになる。また、リアチャンネルのオーディオ信号には、前記のようにＳＲｃｈ定位付加部３１及びＳＬｃｈ定位付加部３２により、聴取者Ｕの周囲に音像が仮想的に定位するように、独特の周波数特性が付与されている。したがって、立体音響再生装置１は、リアチャンネルのオーディオサウンドが、聴取者Ｕの左右後方の所定位置に定位する仮想音源から放音されているような定位感を与えることができる。

立体音響再生装置１は、バーチャルサラウンド信号処理部１６から出力されたたＳＲｃｈのオーディオ信号とＲチャンネルのオーディオ信号を加算器１７Ｒで加算し、遅延信号処理部１８Ｒで遅延処理及び音圧減衰処理を行う。また、立体音響再生装置１は、バーチャルサラウンド信号処理部１６から出力されたＳＬｃｈのオーディオ信号とＬｃｈのオーディオ信号を加算器１７Ｌで加算し、両オーディオ信号に対して遅延信号処理部１８Ｌで遅延処理及び音圧減衰処理を行う。遅延信号処理部１８Ｒと遅延信号処理部１８Ｌの信号処理結果は、スピーカアレイ２の各スピーカユニット毎に加算器２３−１〜２３−８により足し合わされて、各スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８へ供給される。そして、スピーカアレイ２は、各スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８から供給されたオーディオ信号に応じた音声を放音させる。

立体音響再生装置１は、以上のような処理を行って、スピーカアレイ２の各スピーカユニットから各チャンネルのオーディオ信号を放音させることで、聴取者Ｕの右前方に定位させた仮想音源４からＲチャンネルのオーディオ信号、ＳＲｃｈのオーディオ信号、及びＳＬｃｈのオーディオ信号を放音させた音波面を合成させる。また、聴取者Ｕの左前方に定位させた仮想音源５から、Ｌｃｈのオーディオ信号、ＳＲｃｈのオーディオ信号、及びＳＬｃｈのオーディオ信号を放音させた音波面を合成させる。また、ＳＬｃｈのオーディオ信号及びＳＲｃｈのオーディオ信号に対しては、前記のように、定位付与処理及びクロストークキャンセル処理を行っているので、聴取者Ｕの左右前方であってスピーカアレイ２の左右後方に定位させた仮想音源４，５からオーディオ信号を放音させた音波面を合成させているのにもかかわらず、聴取者Ｕにその左右後方から両オーディオ信号が放音されているような定位感を与えることができる。

したがって、立体音響再生装置１は、４チャンネルのサラウンドサウンドの各オーディオ信号に対して所定の処理を行った後に、スピーカアレイ２の各スピーカユニットから各オーディオ信号に応じた音声を放音させることで、Ｒチャンネルのオーディオ信号を放音する仮想音源４が聴取者Ｕの右前方に定位し、Ｌｃｈのオーディオ信号を放音する仮想音源５が聴取者Ｕの左前方に定位し、ＳＲチャンネルのオーディオ信号を放音する仮想音源６が聴取者Ｕの右後方に定位し、ＳＬｃｈのオーディオ信号を放音する仮想音源７が聴取者Ｕの左後方に定位しているような定位感を聴取者Ｕに与えることができる。

次に、立体音響再生装置１において、各仮想音源の定位位置を移動させる処理について説明する。立体音響再生装置１では、前記のように、マルチチャンネルサラウンドサウンドの各チャンネルのオーディオ信号を放音する仮想音源を、それぞれ聴取者Ｕの周囲に定位させるだけでなく、リモコン３や操作部１２の操作に応じて、各仮想音源が定位する位置を変更することができる。この場合、立体音響再生装置１では、パラメータ算出部１５が、リモコン３や操作部１２の操作によって設定された各チャンネルのオーディオ信号を放音する仮想音源の定位位置の位置情報に応じたパラメータを算出して、バーチャルサラウンド信号処理部１６や遅延信号処理部１８にそれらのパラメータを設定させる。具体的な動作は、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図６は、立体音響再生装置１が、各仮想音源の定位位置を移動させる処理を説明するためのフローチャートである。

立体音響再生装置１では、聴取者Ｕがリモコン３や操作部１２により、仮想音源の座標を変更する操作が行われた場合（ｓ１）、その操作が、フロントチャンネルのオーディオ信号を放音する仮想音源４または５の座標変更であると（ｓ２）、パラメータ算出部１５は、仮想音源４または５の座標からスピーカアレイ２の各スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰｎへの距離Ｌ１〜Ｌｎを算出する（ｓ３）。そして、パラメータ算出部１５は、算出した距離Ｌ１〜Ｌｎを用いて、仮想音源４または５からスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰｎまでの音の伝達遅延時間ｔ１〜ｔｎ、仮想音源から放音された音声がスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰｎに到達するまでに減衰する音圧のゲイン（音圧減衰ゲイン）Ｇ１〜Ｇｎを算出し、遅延信号処理部１８へこのパラメータを出力する（ｓ４）。

遅延信号処理部１８は、パラメータ算出部１５から出力されたパラメータを、ディジタルフィルタ２１Ｒ−１〜２１Ｒ−ｎ，ゲイン調整回路２２Ｒ−１〜２２Ｒ−ｎ、またはディジタルフィルタ２１Ｌ−１〜２１Ｌ−ｎ，ゲイン調整回路２２Ｌ−１〜２２Ｌ−ｎに設定する（ｓ５）。そして、ステップｓ１に戻って、再度仮想音源の座標が変更されるまで待機する。

立体音響再生装置１では、このように変更された座標に応じた新しいパラメータが遅延信号処理部１８に設定されるので、Ｒｃｈのオーディオ信号を放音する仮想音源４、またはＬｃｈのオーディオ信号を放音する仮想音源５の定位位置が、直ちに変更される。

また、ステップｓ２において、その操作が、リアチャンネルのオーディオ信号を放音する仮想音源６または７の座標変更であると（ｓ２）、パラメータ算出部１５は、仮想音源６または７の変更された座標に最も近い位置から聴取者Ｕの右耳ＥＲ及び左耳ＥＬまでの頭部伝達関数の係数を頭部伝達関数係数テーブル１４から読み出す（ｓ６）。そして、パラメータ算出部１５は、頭部伝達関数係数テーブル１４から読み出した頭部伝達関数の係数に基づいて、ＳＲｃｈ定位付加部３１のフィルタ３１Ｒ，３１Ｌ、またはＳＬｃｈ定位付加部３２のフィルタ３２Ｒ，３２Ｌへ設定するパラメータを算出し、バーチャルサラウンド信号処理部１６へこのパラメータを出力する（ｓ７）。

バーチャルサラウンド信号処理部１６は、パラメータ算出部１５から出力されたパラメータを、ＳＲｃｈ定位付加部３１のフィルタ３１Ｒ，３１Ｌ、またはＳＬｃｈ定位付加部３２のフィルタ３２Ｒ，３２Ｌへ設定する（ｓ８）。そして、ステップｓ１に戻って、再度仮想音源の座標が変更されるまで待機する。

立体音響再生装置１では、このように変更された座標に応じた新しいパラメータがバーチャルサラウンド信号処理部１６に設定されるので、ＳＲｃｈのオーディオ信号を放音する仮想音源６、またはＳＬｃｈのオーディオ信号を放音する仮想音源７の定位位置が、直ちに変更される。

以上のように、本発明の立体音響再生装置は、スピーカアレイの各スピーカユニットから音声を放音させるタイミングを調整することで、マルチチャンネルサラウンドサウンドのフロントチャンネル及びリアチャンネルのオーディオ信号を放音する２つの仮想音源（Ｌチャンネル及びＲチャンネルの音源）として、点音源を聴取位置の前方に定位させることができる。また、本発明の立体音響再生装置は、これら２つの仮想点音源からリアチャンネルのオーディオ信号（ＳＬチャンネル及びＳＲチャンネルのオーディオ信号）を放音させる際に、聴取位置の後方に音像を定位させる処理や、２つの仮想点音源から放音される音声の周波数特性をキャンセルする処理や、クロストークキャンセル処理を行い、リアチャンネルのオーディオ信号を放音する仮想音源を聴取位置の後方に定位させることができる。

また、仮想音源４〜７の各定位位置をリモコン３や操作部１２の操作により、任意の位置に変更することができる。

なお、以上の説明では、４チャンネルのサラウンドサウンドを再生する構成の立体音響再生装置１について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、さらに複数のチャンネルのサラウンドサウンドを再生する構成とすることが可能である。

本発明の実施形態に係る立体音響再生装置の構成を示すブロック図である。 スピーカアレイ２を用いて１つの仮想音源の音波面を合成する様子を示す図である。 スピーカアレイ２を用いて２つの異なる仮想音源の音波面を合成する様子を示す図である。 スピーカアレイ２を用いて４つの異なる仮想音源を聴取者の周囲に定位させる様子を示す図である。 バーチャルサラウンド信号処理部の詳細な構成を示すブロック図である。 立体音響再生装置１が、各仮想音源の定位位置を移動させる処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１−立体音響再生装置 ２−スピーカアレイ ３−リモコン ４，５−仮想音源 ６，７−仮想音源 １０Ｌ，１０Ｒ，１０ＳＬ，１０ＳＲ−オーディオ信号入力端子 １１−受信部 １２−操作部 １３−表示部 １４−頭部伝達関数係数テーブル １５−パラメータ算出部 １６−バーチャルサラウンド信号処理部 １７，１７Ｒ，１７Ｌ−加算器 １８，１８Ｒ，１８Ｌ−遅延信号処理部 １９−Ｄ／Ａコンバータ ２０−アンプ ２１Ｒ，２１Ｌ−ディジタルフィルタ ２２Ｒ，２２Ｌ−ゲイン調整回路 ２３−加算器 ３１−ＳＲｃｈ定位付加部 ３１Ｒ，３１Ｌ−フィルタ ３２−ＳＬｃｈ定位付加部 ３２Ｒ，３２Ｌ−フィルタ ３３−クロストークキャンセル補正部 ３４，３５−加算器 ３７−Ｒｃｈクロス補正部 ３８−Ｌｃｈクロス補正部 ４０，４１−加算器 ＥＬ−左耳 ＥＲ−右耳 Ｇ１−音圧減衰ゲイン ＳＰ１〜ＳＰｎ−各スピーカユニット ｔ１−伝達遅延時間 Ｕ−聴取者

Claims (3)

1. 複数のスピーカユニットを配列して成るスピーカアレイと、
   前記スピーカアレイから出力された音声信号が聴取者の前方に設定された仮想点音源から出力された音声と同様の波面を形成するよう、各スピーカユニットに分配する音声信号の出力タイミング及びゲインを制御するフロント処理部と、
   前記仮想点音源から出力された音声信号が聴感上聴取者の後方に定位するような周波数特性を、音声信号に付与した後に、この音声信号を前記フロント処理部に入力するリア処理部と、
   を備え、入力された音声信号のうちフロントチャンネルの信号を前記フロント処理部に入力し、リアチャンネルの音声信号を前記リア処理部に入力する立体音響再生装置。
2. 前記リア処理部は、前記リアチャンネルのオーディオ信号に対して、聴取位置の後方に設定された後方仮想音源から聴取者の耳に伝搬する音声の周波数特性を頭部伝達関数に基づいて付与する後方定位付与処理を行う後方定位付与部と、
   前記後方定位付与処理がなされたリアチャンネルのオーディオ信号に対して、前記２つの仮想点音源の一方から放音させるリアチャンネルのオーディオ信号が前記聴取者の一方の耳のみに聞こえ、前記２つの仮想点音源の他方から放音させるリアチャンネルのオーディオ信号が前記聴取者の他方の耳のみに聞こえるように、反対側の耳に聞こえるオーディオ信号を打ち消すオーディオ信号を生成して、前記フロント処理部へ出力するクロストークキャンセル処理を行うクロストークキャンセル補正部と、を備え、
   前記フロント処理部は、マルチチャンネルサラウンドサウンドの各チャンネルのオーディオ信号を前記スピーカアレイの全部または一部のスピーカユニットに対して分配し、各チャンネルの音声の出力タイミング及びゲインをスピーカユニット毎に制御して、前記スピーカアレイから放音された音声により、前記聴取位置の前方に設定された２つの仮想点音源から放音された波面を形成するよう、各スピーカユニットに分配する音声信号の出力タイミング及びゲインを制御する点音源定位処理を行う請求項１に記載の立体音響再生装置。
3. 前記仮想点音源または前記後方仮想音源の少なくとも一方の定位位置を設定する操作部と、
   前記操作部により設定された定位位置の情報に基づいて、前記フロント処理部が前記点音源定位処理を行うのに必要なパラメータ、前記後方定位付与部が後方定位付与処理を行うのに必要なパラメータ、及び前記クロストークキャンセル補正部が前記クロストークキャンセル処理を行うのに必要なパラメータの少なくともいずれかを算出して、これら各部へ出力するパラメータ算出部と、
   を備えた請求項２に記載の立体音響再生装置。

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