JP2011015118A - 音像定位処理装置、音像定位処理方法およびフィルタ係数設定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】頭部伝達関数を用いて生成したフィルタ係数により、前方配置のＬ、Ｒスピーカを用いて、仮想位置に音像定位させる音像定位処理において、ダイナミックレンジを圧縮し、音質を改善するために周波数特性を補正しようとすると定位効果が損なわれるという問題があった。
【解決手段】音像定位フィルタ特性生成部９で頭部伝達関数を用いて生成した音像定位フィルタ特性に対してフィルタ係数設定部１０で帯域分割を行い、定位効果や音質、品質を考慮して帯域毎に最大補正量を変化させた補正テーブルを参照して補正し、合成した特性を持つフィルタ係数を、フィルタ２，３に設定する事で必要以上に周波数特性を補正しないため、定位効果を大きく損なう事なく周波数特性のダイナミックレンジ幅を大幅に圧縮することができ、音質、品質を改善する事が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、頭部伝達関数を用いた音像定位処理技術に関し、特にフロントスピーカのみで後方の仮想音像定位を実現する機能を有する音像定位処理技術に関する。

仮想音像定位技術において、頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を用いて後方の仮想音像定位を実現する手法がある。具体的には、仮想音像を生成するために仮想音像を定位させたい位置にスピーカを設置し、スピーカから受聴者の外耳道入り口までの頭部伝達関数（これを目標特性とする）を測定し、同様に仮想音像定位を実現するための再生スピーカから受聴位置までの頭部伝達関数（これを再生特性とする）を測定し、前記目標特性と前記再生特性を用いて仮想音像定位のためのフィルタの伝達関数（これをフィルタ特性とする）を算出する。このフィルタ特性を再生音源に畳み込んで再生スピーカから再生する事により、音自体は再生スピーカから出力されているが、あたかも前記目標特性を測定した際に設置したスピーカ位置から音が出力されているような仮想音像を実現する事が可能となる（特許文献１参照）。

上記仮想音像定位技術の具体例を図１１に示す。

図１１において、１０１はサラウンドＬ、Ｒチャンネルの入力信号ｘ、ｙの和信号を作る加算器、１０２は入力信号ｘ、ｙの差信号を作る減算器、１０３はフィルタ特性Ｐを有するフィルタ、１０４はフィルタ特性Ｎを有するフィルタ、１０５はフィルタ１０３，１０４の出力信号の差信号を作る減算器、１０６はフィルタ１０３，１０４の出力信号の和信号を作る加算器、１０７はＬチャンネルのスピーカ、１０８はＲチャンネルのスピーカ、１０９はサラウンドＬチャンネルの定位位置Ｘに配置した仮想スピーカ、１１０はサラウンドＲチャンネルの定位位置Ｙに配置した仮想スピーカ、１１１は視聴者である。

スピーカ１０７から視聴者の左耳までの頭部伝達関数およびスピーカ１０８から視聴者の右耳までの頭部伝達関数をＳとし、スピーカ１０７から視聴者の右耳までの頭部伝達関数およびスピーカ１０８から視聴者の左耳までの頭部伝達関数をＡとし、仮想スピーカ１０９から視聴者の左耳までの頭部伝達関数および仮想スピーカ１１０から視聴者の右耳までの頭部伝達関数をＦとし、仮想スピーカ１０９から視聴者の右耳までの頭部伝達関数および仮想スピーカ１１０から視聴者の左耳までの頭部伝達関数をＫとすると、フィルタ特性Ｐ、Ｎは、
Ｐ＝（Ｆ＋Ｋ）／（Ｓ＋Ａ）
Ｎ＝（Ｆ−Ｋ）／（Ｓ−Ａ）
で与えられる。

しかし、このようにして得られたフィルタ特性は、定位効果は良好であるがピーク、ディップが非常に多く、周波数特性上のレンジ幅は５０ｄＢ程度にもなり、そのままでは音質が非常に悪く、またピークとなる帯域では音声のクリップが発生しやすいという品質上の問題がある。

そこで、これを改善する他の従来技術として、フィルタ特性の平均ゲインを用いてフィルタ特性をスケーリングする事により音質を改善する方法が挙げられる（特許文献２参照）。

特開平１１−１１３０９８号公報 特開平８−３３６１９８号公報

しかしながら、仮想音像定位の実現については、両耳間の時間差、強度差、及び両耳における周波数特性が重要であり、従来技術を用いてフィルタ特性をスケーリングして音質を改善した場合、特に周波数特性が変化する事で定位感が大幅に損なわれている可能性がある。

そこで、本発明では定位効果を大きく損なう事なくフィルタ特性の周波数特性上のレンジ幅を圧縮し、音質、品質を改善する事を目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の音像定位処理装置は、入力信号を処理してＬチャンネルスピーカおよびＲチャンネルスピーカに供給するためのフィルタと、前記フィルタにフィルタ係数を設定するためのフィルタ係数設定部とを備え、前記フィルタ係数設定部は、前記入力信号を前記Ｌチャンネルスピーカおよび前記Ｒチャンネルスピーカを用いてサラウンドチャンネルの仮想スピーカ位置に定位させるための、頭部伝達関数を用いて生成された音像定位フィルタ特性を、複数の周波数帯域に分割するための分割周波数を決定する分割周波数決定手段と前記音像定位フィルタ特性を前記分割周波数で複数の周波数帯域に分割した分割音像定位フィルタ特性を生成する帯域分割手段と、各周波数帯域における前記分割音像定位フィルタ特性の平均ゲインが揃う方向に、各周波数帯域における前記分割音像定位フィルタ特性のゲインを補正する補正手段と、前記補正手段で補正した各周波数帯域の前記分割音像定位フィルタ特性を合成した合成音像定位フィルタ特性を生成する合成手段と、前記フィルタの特性が前記合成音像定位フィルタ特性となるようなフィルタ係数を生成するフィルタ係数生成手段とを有することを特徴とするものである。

また、前記分割周波数決定手段は、前記音像定位フィルタ特性の周波数特性が、前記分割周波数の前後では急峻に変化し、前記分割周波数の間では滑らかに変化するように、前記分割周波数を決定することを特徴とするものである。

また、前記分割周波数決定手段は、前記音像定位フィルタ特性をｎ個（ｎは正の整数）の単位周波数Δｆ区間に区切り、ｋ番目（ｋは１≦ｋ≦ｎの整数）のΔｆ区間の平均ゲインＭ（ｋ）とｋ＋１番目のΔｆ区間の平均ゲインＭ（ｋ＋１）との差を変化量Ｓ（ｋ）として算出し、算出したｎ−１個の変化量Ｓ（ｋ）のうち上位ｍ個（ｍは１≦ｍ≦３の整数）のｋの値ｋ（ｉ）（ｉは１≦ｉ≦ｍの整数）を選択し、選択したｍ個のｋ（ｉ）を用いた周波数Δｆ×ｋ（ｉ）を分割周波数として決定することにより、前記音像定位フィルタ特性の周波数特性が、前記分割周波数の前後では急峻に変化し、前記分割周波数の間では滑らかに変化するように、前記分割周波数を決定することを特徴とするものである。

また、前記補正手段は、各周波数帯域における補正量を、周波数帯域毎に予め決められた最大補正量以内に制限することを特徴とするものである。

また、本発明の音像定位処理方法は、入力信号をＬチャンネルスピーカおよびＲチャンネルスピーカを用いてサラウンドチャンネルの仮想スピーカ位置に定位させるための、頭部伝達関数を用いて生成された音像定位フィルタ特性を、複数の周波数帯域に分割するための分割周波数を決定する分割周波数決定ステップと、前記分割周波数決定ステップで決定した周波数で前記音像定位フィルタ特性を分割する帯域分割ステップと、前記帯域分割ステップで分割した各周波数帯域の音像定位フィルタ特性の平均ゲインが揃う方向に、前記各周波数帯域の音像定位フィルタ特性のゲインを、所定の上限値以内の補正量で補正する補正ステップと、前記補正ステップで補正した各周波数帯域の特性を合成する合成ステップと、前記合成ステップで合成した特性を有するフィルタで前記入力信号を処理してＬチャンネルスピーカとＲチャンネルスピーカとに供給する信号処理ステップとを有するものである。

また、本発明の音像定位処理プログラムは、前記帯域分割ステップと、前記補正ステップと、前記合成ステップとを計算機に実行させるものである。

また、本発明の音像定位処理装置は、入力信号を処理してＬチャンネルスピーカおよびＲチャンネルスピーカに供給するためのフィルタと、前記フィルタにフィルタ係数を設定するためのフィルタ係数設定部とを備え、前記フィルタ係数設定部は、前記入力信号を前記Ｌチャンネルスピーカおよび前記Ｒチャンネルスピーカを用いてサラウンドチャンネルの仮想スピーカ位置に定位させるための、頭部伝達関数を用いて生成した音像定位フィルタ特性が、複数の周波数帯域に分割され、分割された各周波数帯域の音像定位フィルタ特性の平均ゲインが揃う方向に、前記各周波数帯域の音像定位フィルタ特性のゲインを、所定の上限値以内の補正量で補正され、前記補正された各周波数帯域の特性が合成された特性に前記フィルタの特性となるようなフィルタ係数を前記フィルタに設定することを特徴とするものである。

また、本発明のフィルタ係数設定装置は、入力信号を処理してＬチャンネルスピーカおよびＲチャンネルスピーカに供給するためのフィルタにフィルタ係数を設定するためのフィルタ係数設定装置であって、前記Ｌチャンネルスピーカ、前記Ｒチャンネルスピーカおよびサラウンドチャンネルの仮想スピーカから受聴位置までの各頭部伝達関数を測定する頭部伝達関数測定手段と、前記頭部伝達関数測定手段で測定した各頭部伝達関数を用いて前記入力信号の音像を前記仮想スピーカ位置に定位させるための音像定位フィルタ特性を生成する音像定位フィルタ特性生成手段と、前記音像定位フィルタ特性生成手段で生成した前記音像定位フィルタ特性を複数の周波数帯域に分割する帯域分割手段と、前記帯域分割手段で分割した各周波数帯域の音像定位フィルタ特性の平均ゲインが揃う方向に、前記各周波数帯域の音像定位フィルタ特性のゲインを、所定の上限値以内の補正量で補正する補正手段と、前記補正手段で補正した各周波数帯域の特性を合成する合成手段と、前記フィルタの特性が前記合成手段で合成した特性となるようなフィルタ係数を生成するフィルタ係数生成手段とを備えたものである。

また、前記仮想スピーカ位置から受聴位置の左耳までの頭部伝達関数をＸ_Ｌとし、前記仮想スピーカ位置から受聴位置の右耳までの頭部伝達関数をＸ_Ｒとし、前記Ｌチャンネルスピーカから受聴位置の左耳までの頭部伝達関数をＨ_ＬＬとし、前記Ｌチャンネルスピーカから受聴位置の右耳までの頭部伝達関数をＨ_ＬＲとし、前記Ｒチャンネルスピーカから受聴位置の左耳までの頭部伝達関数をＨ_ＲＬとし、前記Ｒチャンネルスピーカから受聴位置の右耳までの頭部伝達関数をＨ_ＲＲとした場合、前記補正手段は、前記入力信号を処理して前記Ｌチャンネルスピーカに供給するための音像定位フィルタ特性Ｇ_Ｌおよび、前記入力信号を処理して前記Ｒチャンネルスピーカに供給するための音像定位フィルタ特性Ｇ_Ｒを、連立方程式
Ｘ_Ｌ＝Ｇ_Ｌ・Ｈ_ＬＬ＋Ｇ_Ｒ・Ｈ_ＲＬ
Ｘ_Ｒ＝Ｇ_Ｌ・Ｈ_ＬＲ＋Ｇ_Ｒ・Ｈ_ＲＲ
の解として生成することを特徴とするものである。

本発明の音像定位処理装置によれば、頭部伝達関数を用いて生成した仮想音像生成のための音像定位フィルタ特性に対し、周波数領域上で帯域分割し、分割した帯域毎に周波数特性を補正し、分割した各周波数帯域を合成することにより、定位効果を大きく損なう事なく音質を改善する事が可能となる。

また、音像定位フィルタ特性に対し、Δｆ毎に隣り合う平均音圧Ｍ（ｋ）とＭ（ｋ＋１）の差Ｓ（ｋ）の上位ｍ個（ｍ≦３）を選択して分割周波数を決定することにより、適切な分割周波数を決定する事が可能となる。

また、補正手段において、各周波数帯域における補正量を、周波数帯域毎に予め決められた最大補正量以内に制限することにより、必要以上に周波数特性を補正しないために定位効果を大きく損なう事なく音質を改善する事が可能となる。

本発明の実施の形態１における音像定位処理装置のブロック図 音像定位フィルタ特性の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるフィルタ係数設定部のブロック図 本発明の実施の形態１における分割周波数決定手段の動作フローを示す図 本発明の実施の形態１における分割周波数決定手段により分割周波数を決定する様子を示す図 本発明の実施の形態１における補正手段の動作フローを示す図 本発明の実施の形態１における補正前の各周波数帯域の分割特性を示す図 本発明の実施の形態１における補正後の各周波数帯域の分割特性を示す図 本発明の実施の形態１における合成手段により補正後の各周波数帯域の分割特性を合成した合成後の特性を示す図 本発明の実施の形態１における補正手段が有する帯域別最大補正量のテーブルの一例を示す図 従来の仮想音像定位技術を示すブロック図

（実施の形態１）
以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。

図１は本発明の実施の形態１において、サラウンドＬチャンネル信号（ＳＬ信号）をＬチャンネルスピーカ（Ｌスピーカ）とＲチャンネルスピーカ（Ｒスピーカ）の２個のスピーカを用いて、サラウンドＬチャンネルスピーカ（ＳＬスピーカ）の位置に定位させる音像定位処理を説明するためのブロック図である。

図１において、１はＳＬ信号を入力する入力端子、２はＳＬ信号を処理してＬスピーカ４に出力するためのフィルタ、３はＳＬ信号を処理してＲスピーカ５に出力するためのフィルタ、６はＳＬスピーカの位置に仮想的に配置した仮想ＳＬスピーカ、７は受聴者、８は、受聴者７の位置に設置したダミーヘッドマイクを使用して、Ｌスピーカ４、Ｒスピーカ５および仮想ＳＬスピーカ６から受聴者７までの夫々の頭部伝達関数を測定する伝達関数測定部、９は伝達関数測定部８で測定した頭部伝達関数を基にＳＬ信号の音像を仮想ＳＬスピーカの位置に定位させるための音像定位フィルタ特性を算出する音像定位フィルタ特性生成部、１０は音像定位フィルタ特性生成部９で算出した音像定位フィルタ特性を補正し、その補正した特性をフィルタ２，３に持たせるためのフィルタ係数をフィルタ２，３に設定するフィルタ係数設定部である。

まず、図１に示す音像定位フィルタ特性生成部９について説明する。伝達関数測定部８で測定した、Ｌスピーカ４から受聴者７の左耳までの頭部伝達関数をＨ_ＬＬ、右耳までの頭部伝達関数をＨ_ＬＲ、Ｒスピーカ５から受聴者７の左耳までの頭部伝達関数をＨ_ＲＬ、右耳までの頭部伝達関数をＨ_ＲＲ、仮想ＳＬスピーカ６から受聴者７の左耳までの頭部伝達関数をＸ_Ｌ、右耳までの頭部伝達関数をＸ_Ｒとすると、音像定位フィルタ特性生成部９では、ＳＬ信号を仮想ＳＬスピーカ６の位置に定位させるためにＳＬ信号を処理してＬスピーカ４に供給するための音像定位フィルタ特性Ｇ_Ｌ、および、ＳＬ信号を仮想ＳＬスピーカ６の位置に定位させるためにＳＬ信号を処理してＲスピーカ５に供給するための音像定位フィルタ特性Ｇ_Ｒを、次の連立方程式の解として生成する。

Ｘ_Ｌ＝Ｇ_Ｌ・Ｈ_ＬＬ＋Ｇ_Ｒ・Ｈ_ＲＬ
Ｘ_Ｒ＝Ｇ_Ｌ・Ｈ_ＬＲ＋Ｇ_Ｒ・Ｈ_ＲＲ
ここで、両耳の対称性を考慮すると、Ｈ_ＬＬとＨ_ＲＲはほぼ同じ伝達関数とみなせるため、これらを代表してＨ_ＬＬとし、同様にＨ_ＬＲとＨ_ＲＬもほぼ同じ伝達関数とみなせるため、これらを代表してＨ_ＬＲとすると、上記連立方程式は次のようになる。

Ｘ_Ｌ＝Ｇ_Ｌ・Ｈ_ＬＬ＋Ｇ_Ｒ・Ｈ_ＬＲ
Ｘ_Ｒ＝Ｇ_Ｌ・Ｈ_ＬＲ＋Ｇ_Ｒ・Ｈ_ＬＬ
これから音像定位フィルタ特性Ｇ_ＬおよびＧ_Ｒを求めると、次のようになる。

Ｇ_Ｌ＝（Ｘ_Ｌ・Ｈ_ＬＬ−Ｘ_Ｒ・Ｈ_ＬＲ）／（Ｈ_ＬＬ ^２−Ｈ_ＬＲ ^２）
Ｇ_Ｒ＝（Ｘ_Ｒ・Ｈ_ＬＬ−Ｘ_Ｌ・Ｈ_ＬＲ）／（Ｈ_ＬＬ ^２−Ｈ_ＬＲ ^２）
また、別の方法として例えばＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘＬＭＳ法と呼ばれる適応処理手法を用いてＧ_Ｌ、Ｇ_Ｒを求めても良い。

このようにして求めた音像定位フィルタ特性の一例を図２に示す。しかし、この音像定位フィルタ特性をそのままフィルタ２，３に持たせると、図２から判るとおり、元のＳＬ信号と比べて音質が大きく変化する。また、ゲインがピークとなる周波数の信号が入力された場合は、クリップが発生しやすくなる。

このような、音質変化を少なくするためには、上記音像定位フィルタ特性をフラットに近づけるように補正すればよいが、補正によって音像定位感が損なわれないようにする必要がある。また、クリップの発生を抑制するためには、周波数特性のピークのゲインが０ｄＢ以下となるように補正すればよい。ここで、０ｄＢは、ＳＬ信号としてフル振幅のホワイトノイズを入力端子１に入力したとき、フィルタ２，３を通過したフィルタ出力信号がクリップし始めるゲインとする。

そこで、音像定位感をある程度確保しながら音質変化やクリップの発生を抑制するためには、音像定位への影響が大きい中域の特性に対しては上記補正量の上限を厳しく設定し、音像定位への影響が小さい低域および高域の特性に対しては上記補正量の上限を緩く設定すればよい。以上のように周波数帯域毎に補正量の上限（最大補正量）を規定した具体例を図１０に示す。図１０では、音像定位フィルタ特性の複数の周波数帯域について、補正量の最大値を規定している。すなわち、音像定位への影響が大きい中域（１ｋＨｚ〜８ｋＨｚ）では補正量の最大値を２〜３ｄＢと厳しく制限し、音像定位への影響が比較的小さい低域（２０Ｈｚ〜１００Ｈｚ）や高域（１２ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）では補正量の最大値を１０ｄＢと緩く制限している。

本実施の形態では、フィルタ係数設定部１０において、音像定位フィルタ特性生成部９で生成した音像定位フィルタ特性に対して、図１０に示す最大補正量の範囲内で、フラットな周波数特性に近づくように補正し、その補正後の特性をフィルタ２，３が持つようなフィルタ係数を生成して、フィルタ２，３に設定する。

フィルタ係数設定部１０における音像定位フィルタ特性の補正の仕方は、まず、音像定位フィルタ特性を、隣接する周波数帯域間ではゲイン差が大きいが、各周波数帯域内では比較的フラットとなるような複数の周波数帯域に分割する。次に、分割された各周波数帯域における音像定位フィルタ特性の平均ゲインと、全周波数帯域における音像定位フィルタ特性の平均ゲインとを求め、前記分割された各周波数帯域における音像定位フィルタ特性の平均ゲインが、前記全周波数帯域における音像定位フィルタ特性の平均ゲインに近づくように、各周波数帯域毎にゲインを増加または減少させて補正を行う。その増加量および減少量は、図１０に示す最大補正量以内に制限する。

このように、複数に分割した周波数帯域毎にゲインを補正することにより、各周波数帯域内では、周波数特性が変わらないため、音像定位感はあまり損なわれない。

また、上記音像定位フィルタ特性を複数の周波数帯域に分割するための分割周波数は、その周波数の前後でゲインが比較的大きく変化するような周波数に決定する。このようにすることにより、各周波数帯域内では比較的フラットとなるように分割することができる。

図３は本実施の形態におけるフィルタ係数設定部１０の詳細ブロック図である。図３において、１１は頭部伝達関数を用いて生成された音像定位フィルタ特性を周波数領域上で帯域分割するための分割周波数を決定する分割周波数決定手段であり、１２は分割周波数決定手段１１で決定された分割周波数を用いて、前記音像定位フィルタ特性に対して帯域分割を行う帯域分割手段であり、１３は帯域分割手段１２により帯域分割された音像定位フィルタ特性に対して補正処理を行う補正手段であり、１４は補正手段１３により補正処理がなされて出力された帯域毎に分割された特性を合成する合成手段であり、１５は合成手段１４で合成された特性をフィルタ２，３に持たせるためのフィルタ係数を生成するフィルタ係数生成手段である。

以上のように構成されたフィルタ係数設定部１０の動作について、以下説明する。

まず始めに分割周波数決定手段１１の動作について説明する。図４は分割周波数決定手段１１の内部での動作フローを示す図である。図４において、１１１は入力された前記音像定位フィルタ特性に対して、単位周波数Δｆ毎にｎ個（ｎは正の整数）の周波数区間に区切るステップであり、１１２は各周波数区間の平均ゲインＭ（１），Ｍ（２）・・・Ｍ（ｋ）・・・Ｍ（ｎ）を算出（ｋは１≦ｋ≦ｎの整数）するステップであり、１１３は、算出された平均ゲインについて、隣り合う平均ゲインＭ（ｋ）とＭ（ｋ＋１）とを比較し、両者の差を変化量Ｓ（ｋ）として算出するステップであり、１１４は算出された変化量Ｓ（ｋ）の中から変化量の大きい上位ｍ個（ｍは１≦ｍ≦ｎの整数）を選択し、選択したＳ（ｋ）を算出した２つの周波数区間の境界の周波数を分割周波数と決定するステップである。

具体的な動作について、図５に示す音像定位フィルタ特性を参照しながら以下説明する。図５において、横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸はゲイン（ｄＢ）である。まず、音像定位フィルタ特性をΔｆ毎にｎ個の周波数区間に区切り（ステップ１１１）、各周波数区間の平均ゲインＭ（ｋ）を算出する（ステップ１１２）。ここで、ｎ番目の周波数区間の周波数は、通常、サンプリング周波数の１／２以下に設定される。次に、ｋ番目の隣り合う平均ゲインの差の絶対値、すなわち、変化量Ｓ（ｋ）＝｜Ｍ（ｋ＋１）−Ｍ（ｋ）｜をｋ＝１からｋ＝ｎ−１の各ｋについて算出する。次に、前記変化量が大きい上位ｍ個を選択し、その変化量を算出した際の２つの周波数区分の中心周波数を分割周波数ｆｃ（１），ｆｃ（２），・・・ｆｃ（ｍ）とする。この場合、分割周波数ｆｃはｍ個選択される事になる。例えばサンプリング周波数Ｆｓ＝４８０００Ｈｚ、Δｆ＝１００Ｈｚとして、変化量が大きい上位ｍ個の一つにＳ（８）が選択されている場合の分割周波数は、Ｓ（８）＝｜Ｍ（９）−Ｍ（８）｜であるので、対象となる周波数帯域はそれぞれ、７００〜８００Ｈｚ、８００〜９００Ｈｚとなりその中心である８００Ｈｚが分割周波数となる。

次に、帯域分割手段１２について説明する。帯域分割手段１２は、分割周波数決定手段１１で決定されたｍ個の分割周波数ｆｃに基づき、前記音像定位フィルタ特性を適切な帯域分割フィルタを用いて分割する。すなわち、ｍ個の分割周波数ｆｃで分割された場合は（ｍ＋１）個の帯域分割された音像定位フィルタ特性（これを分割特性とする）が生成される。

続いて、補正手段１３について以下説明する。図６は周波数特性補正手段の内部の動作フローを示す図である。図６において、１３１は各周波数帯域において分割特性の平均ゲイン（これを分割平均ゲインとする）を算出するステップ、１３２は全周波数帯域における前記音像定位フィルタ特性の平均ゲイン（これを全帯域平均ゲインとする）と各周波数帯域における分割平均ゲインとの差（これを補正量とする）を算出するステップ、１３３は各周波数帯域において補正量を帯域別最大補正量以内に制限する（この制限された補正量を制限補正量とする）ステップ、１３４は各周波数帯域において前記分割特性のゲインを前記制限補正量で補正するステップである。

具体的な動作について、図７、図８を用いて説明する。まず、音像定位フィルタ特性の全帯域平均ゲインを算出し、音像定位フィルタ特性を３つの分割周波数ｆｃ（１）、ｆｃ（２）、ｆｃ（３）で４つの周波数帯域（１）〜（４）に帯域分割する。つぎに、各周波数帯域の分割平均ゲイン（１）〜（４）を算出し、各周波数帯域における全帯域平均ゲインと分割平均ゲインとの差を補正量として算出する。そして、この補正量だけ各周波数帯域の分割特性のゲインを補正する。このとき、上記補正量が、図１０に示す帯域別最大補正量を超える場合は、これを超えない範囲に制限する。したがって、帯域別最大補正量が大きい低域や高域では、各周波数帯域の分割特性のゲインは全帯域平均ゲインと等しい値、もしくはより近い値に補正されやすいが、帯域別最大補正量が小さい中域では全帯域平均ゲインまで補正されにくく、それより補正量が小さい制限補正量でゲインが補正されている。この結果、音像定位に影響を与えやすい中域を少ない補正量で補正する事ができ、音像定位に影響を与えにくい低域、高域を大きい補正量で補正する事ができるため、音質向上に寄与する事ができる。この様子を図８に示す。図８は、補正手段１３で補正された補正後の各周波数帯域の分割特性である。

補正手段１３で補正された各周波数帯域の分割特性は、合成手段１４で合成される。この際、クリップによる品質上の問題を解決するために各周波数帯域の平均分割ゲインのうち０ｄＢを超える帯域が一つでもあった場合は、全帯域のゲインを一律で下げ、全帯域で０ｄＢに収まるようにする。図８に示す補正後の各周波数帯域の分割特性を合成した合成後の特性（これを合成特性とする）を図９に示す。

ところで、図１０に示す帯域別最大補正量テーブルの各周波数帯域は、分割周波数決定手段１１で決定する周波数とは無関係に予め設定されているが、例えば最も低い分割周波数ｆｃ（１）が１ｋＨｚよりも低い場合には、上記帯域別最大補正量テーブルの１ｋＨｚよりも低い周波数帯域における最大補正量８ｄＢまたは１０ｄＢをさらに大きくしてもよく、また、最も高い分割周波数ｆｃ（ｍ）が１２ｋＨｚよりも高い場合には、上記帯域別最大補正量テーブルの１２ｋＨｚよりも高い周波数帯域における最大補正量１０ｄＢをさらに大きくしてもよい。

以上のようにして合成手段１４で合成された合成特性は、フィルタ係数生成手段１５に供給され、そこで、図１に示すフィルタ２，３が、この合成特性を持つようなフィルタ係数を生成する。

フィルタ係数設定部１０は、このフィルタ係数をフィルタ２，３に設定することにより、音質劣化を少なくして、ＳＬ信号の音像を、仮想ＳＬスピーカ６の位置に定位させることができる。

なお、フィルタ２，３には、ＧＥＱやＰＥＱ等、一般的な周波数特性の補正方法を使用する。

本実施の形態におけるフィルタ係数設定部１０では、帯域ごとの最大補正量を超える補正はしないことにより、定位に重要な帯域では周波数特性の概形を大きく崩す事がないため、定位効果を大きく損なう事なく周波数特性を補正し、ダイナミックレンジを大幅に圧縮したフィルタ係数を出力する。

なお、本実施の形態で説明した音像定位処理装置では、伝達関数測定部８、音像定位フィルタ特性生成部９、フィルタ係数設定部１０、フィルタ２，３、Ｌスピーカ４およびＲスピーカ５で構成されているが、音像定位処理装置としては、上記のうち、フィルタ２，３、Ｌスピーカ４およびＲスピーカ５で構成され、上記説明の方法で求めたフィルタ係数を、製造段階でフィルタ２，３に設定するようにしてもよい。

また、音像定位処理装置としては、上記のうち、フィルタ係数設定部１０、フィルタ２，３、Ｌスピーカ４およびＲスピーカ５で構成され、音像定位フィルタ特性を、製造段階でフィルタ係数設定部１０に入力するようにしてもよい。

また、スピーカ配置や視聴位置等の条件の異なる複数種類の音像定位フィルタ特性を製造段階でフィルタ係数設定部１０に入力するようにし、それらの音像定位フィルタ特性を音像定位処理装置で選択できるようにしてもよい。

また、音像定位処理装置としては、上記のうち、音像定位フィルタ特性生成部９、フィルタ係数設定部１０、フィルタ２，３、Ｌスピーカ４およびＲスピーカ５で構成され、伝達関数測定部８は、別の測定装置としてもよい。

また、上記音像定位処理装置の構成のうち、音像定位フィルタ特性生成部９は上記測定装置側に含めるようにしてもよいし、さらにフィルタ係数設定部１０も上記測定装置側に含めるようにしてもよい。

本発明は、音楽信号が再生可能で２つ以上のスピーカを備えた機器、例えばフロントサラウンドシステム、ＴＶ、ＡＶアンプ、コンポ、携帯電話、ポータブルオーディオ機器に有用である。

１ 入力端子
２，３ フィルタ
４ Ｌスピーカ
５ Ｒスピーカ
６ 仮想ＳＬスピーカ
７ 受聴者
８ 伝達関数測定部
９ 音像定位フィルタ特性生成部
１０ フィルタ係数設定部
１１ 分割周波数決定手段
１２ 帯域分割手段
１３ 補正手段
１４ 合成手段
１５ フィルタ係数生成手段

Claims (9)

1. 入力信号を処理してＬチャンネルスピーカおよびＲチャンネルスピーカに供給するためのフィルタと、
   前記フィルタにフィルタ係数を設定するためのフィルタ係数設定部とを備え、
   前記フィルタ係数設定部は、
   前記入力信号を前記Ｌチャンネルスピーカおよび前記Ｒチャンネルスピーカを用いてサラウンドチャンネルの仮想スピーカ位置に定位させるための、頭部伝達関数を用いて生成された音像定位フィルタ特性を、複数の周波数帯域に分割するための分割周波数を決定する分割周波数決定手段と
   前記音像定位フィルタ特性を前記分割周波数で複数の周波数帯域に分割した分割音像定位フィルタ特性を生成する帯域分割手段と、
   各周波数帯域における前記分割音像定位フィルタ特性の平均ゲインが揃う方向に、各周波数帯域における前記分割音像定位フィルタ特性のゲインを補正する補正手段と、
   前記補正手段で補正した各周波数帯域の前記分割音像定位フィルタ特性を合成した合成音像定位フィルタ特性を生成する合成手段と、
   前記フィルタの特性が前記合成音像定位フィルタ特性となるようなフィルタ係数を生成するフィルタ係数生成手段とを有することを特徴とする音像定位処理装置。
2. 前記分割周波数決定手段は、前記音像定位フィルタ特性の周波数特性が、前記分割周波数の前後では急峻に変化し、前記分割周波数の間では滑らかに変化するように、前記分割周波数を決定することを特徴とする請求項１記載の音像定位処理装置。
3. 前記分割周波数決定手段は、前記音像定位フィルタ特性をｎ個（ｎは正の整数）の単位周波数Δｆ区間に区切り、ｋ番目（ｋは１≦ｋ≦ｎの整数）のΔｆ区間の平均ゲインＭ（ｋ）とｋ＋１番目のΔｆ区間の平均ゲインＭ（ｋ＋１）との差を変化量Ｓ（ｋ）として算出し、算出したｎ−１個の変化量Ｓ（ｋ）のうち上位ｍ個（ｍは１≦ｍ≦３の整数）のｋの値ｋ（ｉ）（ｉは１≦ｉ≦ｍの整数）を選択し、選択したｍ個のｋ（ｉ）を用いた周波数Δｆ×ｋ（ｉ）を分割周波数として決定することにより、前記音像定位フィルタ特性の周波数特性が、前記分割周波数の前後では急峻に変化し、前記分割周波数の間では滑らかに変化するように、前記分割周波数を決定することを特徴とする請求項２記載の音像定位処理装置。
4. 前記補正手段は、各周波数帯域における補正量を、周波数帯域毎に予め決められた最大補正量以内に制限することを特徴とする請求項１記載の音像定位処理装置。
5. 入力信号をＬチャンネルスピーカおよびＲチャンネルスピーカを用いてサラウンドチャンネルの仮想スピーカ位置に定位させるための、頭部伝達関数を用いて生成された音像定位フィルタ特性を、複数の周波数帯域に分割するための分割周波数を決定する分割周波数決定ステップと、
   前記分割周波数決定ステップで決定した周波数で前記音像定位フィルタ特性を分割する帯域分割ステップと、
   前記帯域分割ステップで分割した各周波数帯域の音像定位フィルタ特性の平均ゲインが揃う方向に、前記各周波数帯域の音像定位フィルタ特性のゲインを、所定の上限値以内の補正量で補正する補正ステップと、
   前記補正ステップで補正した各周波数帯域の特性を合成する合成ステップと、
   前記合成ステップで合成した特性を有するフィルタで前記入力信号を処理してＬチャンネルスピーカとＲチャンネルスピーカとに供給する信号処理ステップと
   を有する音像定位処理方法。
6. 請求項５に記載の前記帯域分割ステップと、前記補正ステップと、前記合成ステップとを計算機に実行させるプログラム。
7. 入力信号を処理してＬチャンネルスピーカおよびＲチャンネルスピーカに供給するためのフィルタと、
   前記フィルタにフィルタ係数を設定するためのフィルタ係数設定部とを備え、
   前記フィルタ係数設定部は、
   前記入力信号を前記Ｌチャンネルスピーカおよび前記Ｒチャンネルスピーカを用いてサラウンドチャンネルの仮想スピーカ位置に定位させるための、頭部伝達関数を用いて生成した音像定位フィルタ特性が、複数の周波数帯域に分割され、分割された各周波数帯域の音像定位フィルタ特性の平均ゲインが揃う方向に、前記各周波数帯域の音像定位フィルタ特性のゲインを、所定の上限値以内の補正量で補正され、前記補正された各周波数帯域の特性が合成された特性に前記フィルタの特性となるようなフィルタ係数を前記フィルタに設定することを特徴とする音像定位処理装置。
8. 入力信号を処理してＬチャンネルスピーカおよびＲチャンネルスピーカに供給するためのフィルタにフィルタ係数を設定するためのフィルタ係数設定装置であって、
   前記Ｌチャンネルスピーカ、前記Ｒチャンネルスピーカおよびサラウンドチャンネルの仮想スピーカから受聴位置までの各頭部伝達関数を測定する頭部伝達関数測定手段と、
   前記頭部伝達関数測定手段で測定した各頭部伝達関数を用いて前記入力信号の音像を前記仮想スピーカ位置に定位させるための音像定位フィルタ特性を生成する音像定位フィルタ特性生成手段と、
   前記音像定位フィルタ特性生成手段で生成した前記音像定位フィルタ特性を複数の周波数帯域に分割する帯域分割手段と、
   前記帯域分割手段で分割した各周波数帯域の音像定位フィルタ特性の平均ゲインが揃う方向に、前記各周波数帯域の音像定位フィルタ特性のゲインを、所定の上限値以内の補正量で補正する補正手段と、
   前記補正手段で補正した各周波数帯域の特性を合成する合成手段と、
   前記フィルタの特性が前記合成手段で合成した特性となるようなフィルタ係数を生成するフィルタ係数生成手段とを備えたフィルタ係数設定装置。
9. 前記仮想スピーカ位置から受聴位置の左耳までの頭部伝達関数をＸ_Ｌとし、
   前記仮想スピーカ位置から受聴位置の右耳までの頭部伝達関数をＸ_Ｒとし、
   前記Ｌチャンネルスピーカから受聴位置の左耳までの頭部伝達関数をＨ_ＬＬとし、
   前記Ｌチャンネルスピーカから受聴位置の右耳までの頭部伝達関数をＨ_ＬＲとし、
   前記Ｒチャンネルスピーカから受聴位置の左耳までの頭部伝達関数をＨ_ＲＬとし、
   前記Ｒチャンネルスピーカから受聴位置の右耳までの頭部伝達関数をＨ_ＲＲとした場合、
   前記補正手段は、前記入力信号を処理して前記Ｌチャンネルスピーカに供給するための音像定位フィルタ特性Ｇ_Ｌおよび、前記入力信号を処理して前記Ｒチャンネルスピーカに供給するための音像定位フィルタ特性Ｇ_Ｒを、連立方程式
   Ｘ_Ｌ＝Ｇ_Ｌ・Ｈ_ＬＬ＋Ｇ_Ｒ・Ｈ_ＲＬ
   Ｘ_Ｒ＝Ｇ_Ｌ・Ｈ_ＬＲ＋Ｇ_Ｒ・Ｈ_ＲＲ
   の解として生成することを特徴とする請求項８記載のフィルタ係数設定装置。

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