JP2017028365A - 音場再生装置、音場再生方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】モノラル入力の場合でも適切に伝達特性を測定することができる音場再生装置、音場再生方法、及びプログラムを提供する。
【解決手段】本実施の形態にかかる音場再生装置は、スピーカ５Ｌ、５Ｒと、左右のマイク２Ｌ、２Ｒを備え、スピーカ５Ｌ、５Ｒで再生された音を収音するマイクユニット２と、マイクユニット２で収音された収音信号が入力されるモノラル入力端子８と、左のマイク２Ｌのみから収音された第１の収音信号、右のマイク２Ｒのみから収音された第２の収音信号、及び左右のマイク２Ｌ、２Ｒから収音された第３の収音信号がそれぞれモノラル入力端子８に入力されるよう、マイクユニット２の出力を切替える切替器７と、第１〜第３の収音信号に基づいて、スピーカ５Ｌ、５Ｒから左右のマイク２Ｌ、２Ｒまでの伝達特性をそれぞれ算出する処理装置６と、伝達特性をステレオ信号に畳み込む畳み込み処理部と、を備えたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、音場再生装置、音場再生方法、及びプログラムに関する。

頭外定位技術では、ヘッドホンから耳までの特性をキャンセルし、ステレオスピーカから耳までの４本の特性を与えることにより、音像を頭外に定位させている。特許文献１には、頭外に音像を定位させる方法として、受聴者の頭部伝達関数ＨＲＴＦ（Head Related Transfer Function）を用いる方法が開示されている。また、ＨＲＴＦは個人差が大きく、特に耳介形状の違いによるＨＲＴＦの変化が著しいことが知られている。

特許文献２には、音像を定位するために、受聴者の左右の耳にマイクを装着して、音源から再生音を収録する方法が開示されている。特許文献２には、音源の方向感、及び距離感の要素は、左右両耳のオーディオ信号の時間差及び音量差であると記載されている。そのため、特許文献２に記載の方法では、左右の両耳に音源からの音が入る時の時間差、及び音量差を制御することで、畳み込み処理を行わずに、音像を定位させている。また、特許文献２の段落０００８には、実音源の音をモノラルマイクで収録してもよいと記載されている。

特開２００２−２０９３００号公報 特開２０００−５０４００号公報

ところで、昨今のメモリ容量の増大や演算速度の高速化に伴い、スマートホンやタブレット等の携帯端末を用いて、音像定位などのオーディオ信号処理を行うことが可能となった。そのため、携帯端末に付属するマイク端子を用いて、空間音響伝達特性の測定演算を行うことが可能となった。

携帯端末の多くでは、マイク入力端子がステレオ入力ではなくモノラル入力となっている。さらに、パソコンなどでもマイク入力端子がモノラル入力となっていることがある。スピーカから左右の耳までの空間音響伝達特性を携帯端末等で測定する際に、スピーカから左右の耳までの距離が異なる場合、音響信号がスピーカから左右の耳へ到達するまでに必要な時間には差（時間差）が生じる。この場合、モノラルのマイク入力端子では左右の耳に設置したマイクで同時に録音することができないため、時間差を取得することはできない。したがって、モノラルのマイク入力端子では、左右の耳への到達時間の時間差を反映させた空間音響伝達特性を求めることが困難であった。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、モノラルのマイク入力の場合でも適切に伝達特性を測定することができる音場再生装置、音場再生方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる音場再生装置は、スピーカと、左右のマイクを備え、前記スピーカで再生された音を収音するマイクユニットと、前記マイクユニットで収音された収音信号が入力されるモノラル入力端子と、左の前記マイクのみから収音された第１の収音信号、右の前記マイクのみから収音された第２の収音信号、及び左右の前記マイクから収音された第３の収音信号がそれぞれ前記モノラル入力端子に入力されるよう、前記マイクユニットの出力を切替える切替器と、前記第１〜第３の収音信号に基づいて、前記スピーカから左右の前記マイクまでの伝達特性をそれぞれ算出する処理部と、前記伝達特性を再生信号に畳み込む畳み込み処理部と、を備えたものである。

本発明の一態様にかかる音場再生方法は、スピーカと、左右のマイクを備え、前記スピーカで再生された音を収音するマイクユニットと、前記マイクユニットで収音された収音信号が入力されるモノラル入力端子と、を用いて測定した伝達特性を用いて音場を再生する音場再生方法であって、前記マイクユニットからの出力を切替えることで、左の前記マイクのみから収音された第１の収音信号と、右の前記マイクのみから収音された第２の収音信号と、左右の前記マイクから収音された第３の収音信号と、をそれぞれ測定するステップと、前記第１〜第３の収音信号に基づいて、前記スピーカから左右の前記マイクまでの伝達特性をそれぞれ算出するステップと、前記伝達特性を再生信号に畳み込むステップと、を備えたものである。

本発明の一態様にかかるプログラムは、スピーカと、左右のマイクを備え、前記スピーカで再生された音を収音するマイクユニットと、前記マイクユニットで収音された収音信号が入力されるモノラル入力端子と、を用いて測定した伝達特性を用いて音場を再生する音場再生方法をコンピュータに対して実行させるプログラムであって、前記音場再生方法が、前記マイクユニットからの出力を切替えることで、左の前記マイクのみから収音された第１の収音信号と、右の前記マイクのみから収音された第２の収音信号と、左右の前記マイクから収音された第３の収音信号と、をそれぞれ測定するステップと、前記第１〜第３の収音信号に基づいて、前記スピーカから左右の前記マイクまでの伝達特性をそれぞれ算出するステップと、前記伝達特性を再生信号に畳み込むステップと、を備えたものである。

本発明によれば、モノラルのマイク入力の場合でも適切に伝達特性を測定することができる音場再生装置、音場再生方法、及びプログラムを提供できる。

本実施の形態に係る頭外定位処理装置を示すブロック図である。 空間音響伝達特性を測定するための構成を示す図である。 本実施の形態に係る頭外定位処理方法を示すフローチャートである。 頭外定位処理方法における時間算出処理を示すフローチャートである。 時間差算出処理を説明するための波形図である。 時間差算出処理を説明するための波形図である。

本実施の形態にかかる音場再生装置の一例である頭外定位処理の概要について説明する。
本実施形態にかかる頭外定位処理は、個人の空間音響伝達特性（空間音響伝達関数ともいう）あるいは外耳道伝達特性（外耳道伝達関数ともいう）を用いて頭外定位処理を行うものである。本実施形態では、スピーカから聴取者の耳までの空間音響伝達特性、及びヘッドホンを装着した状態での外耳道伝達特性を用いて頭外定位処理を実現している。

本実施の形態では、ヘッドホン装着状態でのヘッドホンスピーカユニットから外耳道入口までの特性である外耳道伝達特性が利用されている。そして、外耳道伝達特性の逆特性（外耳道補正関数ともいう）を示す逆フィルタを用いてフィルタ処理を行うことで、外耳道伝達特性を補正している。これにより、外耳道伝達特性をキャンセルすることができる。

本実施の形態にかかる頭外定位処理装置は、パーソナルコンピュータ、スマートホン、タブレットＰＣなどの情報処理装置であり、プロセッサ等の処理手段、メモリやハードディスクなどの記憶手段、液晶モニタ等の表示手段、タッチパネル、ボタン、キーボード、マウスなどの入力手段、ヘッドホン又はイヤホンを有する出力手段を備えている。頭外定位処理装置としては、モノラル入力端子を有する汎用の処理装置を用いることができる。

本実施の形態にかかる音場再生装置の一例である頭外定位処理装置１００を図１に示す。図１は、頭外定位処理装置のブロック図である。頭外定位処理装置１００は、ＬｃｈとＲｃｈのステレオ入力信号ＸＬ、ＸＲに対して、音像を制御するためのオーディオ信号処理を行い、処理後の信号ＹＬ、ＹＲを、ヘッドホン４３を装着するユーザＵに対して出力する。そのため、頭外定位処理装置１００は、ＬｃｈとＲｃｈのステレオ入力信号ＸＬ、ＸＲについて、音像定位処理を行う。ＬｃｈとＲｃｈのステレオ入力信号ＸＬ、ＸＲは、ＣＤ（Compact Disc）プレーヤなどから再生される音楽再生信号である。なお、頭外定位処理装置１００は、物理的に単一な装置に限られるものではなく、一部の処理が異なる装置で行われてもよい。例えば、一部の処理がパソコンなどにより行われ、残りの処理がヘッドホン４３に内蔵されたＤＳＰ(Digital Signal Processor)などにより行われてもよい。

頭外定位処理装置１００は、頭外定位処理部１０と、フィルタ部４１、フィルタ部４２、及びヘッドホン４３を備えている。

頭外定位処理部１０は、畳み込み演算部１１、１２、２１、２２、及び加算器２４、２５を備えている。畳み込み演算部１１、１２、２１、２２は、空間音響伝達特性を用いた畳み込み処理を行う。頭外定位処理部１０には、ＣＤプレーヤなどからのステレオ入力信号ＸＬ、ＸＲが入力される。頭外定位処理部１０には、空間音響伝達特性が設定されている。頭外定位処理部１０は、各チャンネル（以下ｃｈと記載）のステレオ入力信号ＸＬ、ＸＲに対し、空間音響伝達特性を畳み込む。空間音響伝達特性は頭部伝達関数ＨＲＴＦであってもよい。

空間音響伝達特性は、４つの伝達特性Ｌｓ、Ｌｏ、Ｒｏ、Ｒｓを有している。４つの伝達特性は、図２に記載の後述する測定装置を用いて求めることができる。Ｌｓはスピーカ５Ｌからマイク２Ｌまでの伝達特性である。Ｌｏはスピーカ５Ｌからマイク２Ｒまでの伝達特性である。Ｒｏはスピーカ５Ｒからマイク２Ｌまでの伝達特性である。Ｒｓはスピーカ５Ｒからマイク２Ｒまでの伝達特性である。

そして、畳み込み演算部１１は、Ｌｃｈのステレオ入力信号ＸＬに対して伝達特性Ｌｓを畳み込む。畳み込み演算部１１は、畳み込み演算データを加算器２４に出力する。畳み込み演算部２１は、Ｒｃｈのステレオ入力信号ＸＲに対して伝達特性Ｒｏを畳み込む。畳み込み演算部２１は、畳み込み演算データを加算器２４に出力する。加算器２４は２つの畳み込み演算データを加算して、フィルタ部４１に出力する。

畳み込み演算部１２は、Ｌｃｈのステレオ入力信号ＸＬに対して伝達特性Ｌｏを畳み込む。畳み込み演算部１２は、畳み込み演算データを、加算器２５に出力する。畳み込み演算部２２は、Ｒｃｈのステレオ入力信号ＸＲに対して伝達特性Ｒｓを畳み込む。畳み込み演算部２２は、畳み込み演算データを、加算器２５に出力する。加算器２５は２つの畳み込み演算データを加算して、フィルタ部４２に出力する。

フィルタ部４１、４２には外耳道伝達特性に応じた逆フィルタが設定されている。そして、頭外定位処理部１０での処理が施された再生信号に逆フィルタを畳み込む。フィルタ部４１で加算器２４からのＬｃｈ信号に対して、逆フィルタを畳み込む。同様に、フィルタ部４２は加算器２５からのＲｃｈ信号に対して逆フィルタを畳み込む。逆フィルタは、ヘッドホン４３を装着した場合に、ユーザ各人の外耳道入口とヘッドホンスピーカユニット間の伝達特性をキャンセルする。このようにすることで、ヘッドホン４３の特性が補正される。なお、ダミーヘッドを用いる場合は鼓膜位置にマイクを設置できるため、この場合の逆フィルタは、鼓膜とヘッドホンスピーカユニット間の伝達特性をキャンセルすることになる。

フィルタ部４１は、補正されたＬｃｈ信号ＹＬをヘッドホン４３の左ユニット４３Ｌに出力する。フィルタ部４２は、補正されたＲｃｈ信号ＹＲをヘッドホン４３の右ユニット４３Ｒに出力する。ユーザＵは、ヘッドホン４３を装着している。ヘッドホン４３は、Ｌｃｈ信号ＹＬとＲｃｈ信号ＹＲをユーザＵに向けて出力する。これにより、ユーザＵは、ユーザＵ自身の頭外に定位された音像を知覚することができる。

図２を用いて、空間音響伝達特性を測定する測定装置について説明する。測定装置２００は、マイクユニット２、ステレオスピーカ５、処理装置６、及び切替器７を備えている。処理装置６は、モノラル入力端子８と、ステレオ出力端子９と、を備えている。切替器７は、スイッチ７ａ、及び加算器７ｂを有している。

処理装置６は、パーソナルコンピュータ、スマートホン、タブレットＰＣ等の情報処理装置である。処理装置６は、メモリ６１等に格納されたプログラムを実行することにより、測定を実施する。具体的には、処理装置６がアプリケーションプログラム（アプリ）を実行すると、インパルス信号を生成し、伝達特性の測定を開始する。なお、処理装置６は、図１に示した頭外定位処理装置１００と同一の装置であってよいし、別の装置であってもよい。処理装置６と頭外定位処理装置１００とが同一の装置である場合、処理装置６が、測定された伝達特性をメモリ６１等に記憶する。処理装置６と頭外定位処理装置１００とが別の装置である場合、処理装置６は頭外定位処理装置１００へ、有線通信又は無線通信によって、伝達特性（伝達関数）を送信する。なお、測定用の信号はインパルス信号に限らず、ＴＳＰ（タイムストレッチドパルス）信号やＭ系列信号等の他の信号を用いてもよい。

図２では、受聴者１の前方に左スピーカ５Ｌと右スピーカ５Ｒが設置されている。左スピーカ５Ｌと右スピーカ５Ｒを備えているステレオスピーカ５は、ステレオ出力端子９を介して、処理装置６と接続されている。処理装置６は、左スピーカ５Ｌと右スピーカ５Ｒのそれぞれから出力されるインパルス信号を生成する。すなわち、測定装置２００は、左スピーカ５Ｌから左のマイク２Ｌまでの伝達特性Ｌｓの測定と、右スピーカ５Ｒから右のマイク２Ｒまでの伝達特性Ｌｏの測定とをそれぞれ行う。なお、図２では、受聴者１の前方左側に左スピーカ５Ｌを、前方右側に右スピーカ５Ｒをそれぞれ配置したが、スピーカの配置は任意の位置でよく、この配置に限らない。また、配置するスピーカの数は、１でも、２より多くてもよい。

また、受聴者１の左耳３Ｌの外耳道入口、又は鼓膜位置に収音用のマイク２Ｌが設置される。受聴者１の右耳３Ｒの外耳道入口、又は鼓膜位置に収音用のマイク２Ｒが設置される。なお、受聴者１は、人でもよく、ダミーヘッドでもよい。したがって、本実施形態において、受聴者１は人だけでなく、ダミーヘッドを含む概念である。左のマイク２Ｌ、及び右のマイク２Ｒを有するマイクユニット２は、切替器７と接続されている。なお、切替器７は、マイクユニット２に内蔵されていてもよい。

切替器７は、処理装置６に設けられたモノラル入力端子８にケーブルを介して接続されている。したがって、左のマイク２Ｌ、及び右のマイク２Ｒは、切替器７を介して、モノラル入力端子８に接続されている。さらに、マイクユニット２は、モノラル入力端子８を介して、処理装置６に接続されている。よって、マイクユニット２で収音された収音信号は、切替器７、及びモノラル入力端子８を介して、処理装置６に入力される。処理装置６は、収音信号を記憶するメモリ６１、受聴者１の操作を受け付ける操作部６２、モノラル入力端子８からの入力信号を適切なレベルに増幅する信号増幅部６３等を有している。なお、信号増幅部６３に代えて、図示しない増幅器によって信号を増幅してからモノラル入力端子８へ入力してもよい。

切替器７は、左右のマイク２Ｌ、２Ｒの一方又は両方で収音された収音信号がモノラル入力端子８に入力されるよう、マイクユニット２の出力を切替える。加算器７ｂは、左のマイク２Ｌからの信号と右のマイク２Ｒからの信号とを加算する。スイッチ７ａは、左のマイク２Ｌのみの出力、右のマイク２Ｒのみの出力、及び加算器７ｂからの出力を選択的に切り替える。

処理装置６がスイッチ７ａを制御することで、接続状態が切替えられる。スイッチ７ａが左のマイク２Ｌに接続した状態を第１の接続状態とする。スイッチ７ａが右のマイク２Ｒに接続した状態を第２の接続状態とする。スイッチ７ａが加算器７ｂに接続した状態を第３の接続状態とする。第１〜第３の接続状態で、マイクユニット２がスピーカユニット５で発生した音をそれぞれ収音する。ここで、第１の接続状態で収音した信号を第１の収音信号ｓＬとする。第２の接続状態で収音した信号を第２の収音信号ｓＲとする。第３の接続状態で収音した信号を第３の収音信号ｓＣとする。

左のマイク２Ｌのみから収音される信号が第１の収音信号ｓＬとなる。右のマイク２Ｒのみから収音される信号が第２の収音信号ｓＲとなる。左右のマイク２Ｌ、２Ｒから収音される信号が第３の収音信号ｓＣとなる。第３の収音信号ｓＣは、第１の収音信号ｓＬと第２の収音信号ｓＲが重ね合わされた信号となる。

そして、第１〜第３の接続状態において、左スピーカ５Ｌはインパルス信号を再生し、処理装置６は伝達特性を測定する。すなわち、切替器７がマイクユニット２の出力を切替えて、左スピーカ５Ｌからのインパルス信号による伝達特性の測定を３回実施する。これにより、左スピーカ５Ｌからのインパルス信号に対して、処理装置６が第１〜第３の収音信号をそれぞれ収録する。処理装置６は、第１〜第３の収音信号に基づいて、伝達特性Ｌｓ、Ｌｏを求める。

右スピーカ５Ｒについても同様の測定を行うことで、処理装置６が右スピーカ５Ｒに対する第１〜第３の収音信号をそれぞれ収録する。処理装置６は、右スピーカ５Ｒに対する第１〜第３の収音信号に基づいて、伝達特性Ｒｏ、Ｒｓを求める。

さらに、処理装置６は、左右の耳へ音が到達する時間の時間差ｄを求めている。具体的には、左のスピーカ５Ｌから左のマイク２Ｌにインパルス信号が到達するまでの時間をｔＬ、右のスピーカ５Ｒから右のマイク２Ｒにインパルス信号が到達するまでの時間をｔＲとすると、時間差ｄはｔＬとｔＲの差分（ｔＬ−ｔＲ）により求められる。ところが、第１の収音信号ｓＬと第２の収音信号ｓＲの収音は別々に行われているため、第１の収音信号ｓＬと第２の収音信号ｓＲのみからでは、時間差ｄを正確に求めることが困難になる。そこで、本実施の形態に係る処理方法では、第１の収音信号ｓＬ、第２の収音信号ｓＲ、及び第３の収音信号ｓＣを用いて、時間差ｄを求める。

この処理方法について、図３を用いて説明する。図３は、伝達特性を求めるための処理方法を示すフローチャートである。左スピーカ５Ｌと右スピーカ５Ｒのそれぞれについて同様の処理が施されるが、ここでは代表して、左スピーカ５Ｌの処理について説明する。

まず、受聴者が操作部６２を操作して測定を開始すると、マイク２Ｌに入力されるＬｃｈ信号の測定を行う（Ｓ１１）。具体的には、切替器７を切替えて第１の接続状態として、処理装置６が、左スピーカ５Ｌからインパルス信号を出力させる。これにより、第１の収音信号ｓＬが測定される。処理装置６は、第１の収音信号ｓＬのデータをメモリ６１等に記憶する。

次に、マイク２Ｒに入力されるＲｃｈ信号の測定を行う（Ｓ１２）。具体的には、切替器７を切替えて第２の接続状態として、処理装置６が、左スピーカ５Ｌからインパルス信号を出力させる。これにより、第２の収音信号ｓＲが測定される。処理装置６は、第２の収音信号ｓＲのデータをメモリ６１等に記憶する。

さらに、マイク２Ｌに入力されるＬｃｈの信号とマイク２Ｒに入力されるＲｃｈの信号とが加算された信号の測定を行う（Ｓ１３）。具体的には、切替器７を切替えて第３の接続状態として、処理装置６が、左スピーカ５Ｌからインパルス信号を出力させる。これにより、第３の収音信号ｓＣ（＝ｓＬ＋ｓＲ）が測定される。処理装置６は、第３の収音信号ｓＣのデータをメモリ６１等に記憶する。なお、第１〜第３の収音信号の測定順序は特に限られるものではない。

そして、処理装置６は、第１〜第３の収音信号に基づいて、左スピーカ５Ｌから左右のマイク２Ｌ、２Ｒに音が到達するまでの時間差を算出する（Ｓ１４）。時間差の算出方法について、図４〜図６を用いて説明する。図４は、時間差の算出方法を示すフローチャートである。図５、図６は時間差算出処理を説明するための波形図であり、第１の収音信号ｓＬ、第２の収音信号ｓＲ、加算信号ｙ、及び第３の収音信号ｓＣがそれぞれ示されている。

まず、処理装置６は、遅延時間ｔ＝０とし、第２の収音信号ｓＲの遅延時間を初期化する（Ｓ２１）。図５では、遅延時間ｔ＝０の時の波形を示している。遅延時間ｔ＝０の時、第１の収音信号ｓＬと第２の収音信号ｓＲの出現タイミングは一致している。そして、処理装置６は、第１の収音信号ｓＬ［０］と、遅延が与えられた第２の収音信号ｓＲ［ｔ］とを加算した加算信号ｙを算出する（Ｓ２２）。ここでは、第２の収音信号ｓＲに遅延時間ｔ＝０が与えられている。

処理装置６は、加算信号ｙが第３の収音信号ｓＣと一致するか否かを判定する（Ｓ２３）。処理装置６は、加算信号ｙと第３の収音信号ｓＣとの差分信号を生成し、差分信号の振幅値の代表値を所定の閾値ｔｈと比較する。差分信号の振幅値の代表値が所定の閾値ｔｈよりも大きい場合、処理装置６は、加算信号ｙが第３の収音信号ｓＣと一致しないと判定する（Ｓ２３のＮＯ）。ここで、差分信号の振幅値の代表値は、振幅値の和、平均値、中央値、又は最大値等、差分信号の特徴を示す値であればよい。また代表値と比較する所定の閾値ｔｈは、所定の定数でもよいし、第１、第２又は第３の収音信号の振幅値に基づいて随時算出する値でもよい。処理装置６は、加算信号ｙが第３の収音信号ｓＣと一致しないと判定すると、遅延時間ｔに所定値ｎを加算する（Ｓ２４）。所定値ｎは、正の値でも負の値でもよい。

次に、処理装置６は、第１の収音信号ｓＬ［０］と、遅延時間ｔが与えられた第２の収音信号ｓＲ［ｔ］とを加算した加算信号ｙを算出する（Ｓ２２）。ここでは、第２の収音信号ｓＲに初期化された遅延時間ｔ＝０に所定値ｎが加算された遅延時間ｔ＝ｎが与えられている。そして、処理装置６は、加算信号ｙが第３の収音信号ｓＣと一致するか否かを再び判定する（Ｓ２３）。処理装置６は、加算信号ｙと第３の収音信号ｓＣとの差分信号を生成し、差分信号の振幅値の代表値と所定の閾値ｔｈとを比較する。差分信号の振幅値の代表値が所定の閾値ｔｈよりも小さい場合、処理装置６は、加算信号ｙが第３の収音信号ｓＣと一致すると判定する（Ｓ２３のＹＥＳ）。図６では、加算信号ｙと第３の収音信号ｓＣが一致する遅延時間ｔ＝ｔ’が与えられた時の波形を示している。そして、処理装置６は、加算信号ｙが第３の収音信号ｓＣと一致した時の遅延時間ｔを時間差ｄとする（Ｓ２５）。このようにすることで、左右の耳への音の到達時間の時間差ｄが求められる。

上記のように、処理装置６は、加算信号ｙと第３の収音信号ｓＣとを比較する。処理装置６は、その比較結果に基づいて、左右の耳への音の到達時間の時間差ｄを求める。具体的には、加算信号ｙが第３の収音信号ｓＣと一致するまで、処理装置６は、ステップＳ２２〜Ｓ２４の処理を繰り返し実行する。すなわち、処理装置６は、加算信号ｙが第３の収音信号ｓＣと一致するまで遅延時間ｔに所定値ｎを加算し、徐々に遅延時間ｔを増加させていく。そして、処理装置６は、加算信号ｙが第３の収音信号ｓＣと一致した時に与えた遅延時間ｔから左右の耳への音の到達時間の時間差ｄを算出する。すなわち、左スピーカ５Ｌから左のマイク２Ｌまでの音の到達時間と、左スピーカ５Ｌから右のマイク２Ｒまでの音の到達時間の時間差が求められる。

そして、処理装置６は、到達時間の時間差を反映した伝達特性Ｌｓ、Ｌｏを求める。同様の測定処理を行うことで、処理装置６は、到達時間の時間差を反映した伝達特性Ｒｏ、Ｒｓを求める。頭外定位処理装置１００においては、時間差が反映された伝達特性Ｌｓ、Ｌｏ、Ｒｏ、Ｒｓを用いて、畳み込み処理が行われる。このようにすることで、頭外定位処理装置１００は、適切な頭外定位処理を行うことができる

スピーカの配置によっては、スピーカとマイク２Ｌ及びマイク２Ｒとの距離が一見等しい場合もある。しかし、実際には、頭部や耳介形状の差によって微小な距離の差が生じ、その結果、時間差が発生する。この場合、どちらの信号が遅延するか明らかではないため、第１の収音信号ｓＬに遅延を与えた場合と第２の収音信号ｓＲに遅延を与えた場合との双方において加算信号ｙを算出する。そして、加算信号ｙと第３の収音信号ｓＣとが一致するか否か判定する。その結果、第３の収音信号ｓＣと加算信号ｙとが一致したときの遅延時間ｔが時間差ｄとなる。

処理装置６は、所定の範囲の遅延を与えて生成した複数の加算信号ｙと、第３の収音信号ｓＣとをそれぞれ比較し、加算信号ｙと第３の収音信号ｓＣとが最も一致する場合の時間差ｄを採用してもよい。

本実施の形態では、切替器７が切替を行っているため、モノラル入力端子８しか持たない場合でも、到達時間の時間差を反映した伝達特性を取得することができる。したがって、測定装置２００は、モノラル入力端子のまま、音像定位に重要な両耳に到達するまでの左右の時間差を反映した伝達特性を取得することができる。両耳に到達するまでの時間差は、頭部や耳介の形状から個人差があるため、測定装置２００が測定を行うことで個人毎に特有の時間差を取得することができる。よって、測定装置２００は、ステレオ入力端子と同等の測定をモノラル入力端子で行うことができる。

測定装置２００が、時間差を反映した伝達特性を求めることによって、頭外定位処理装置１００は、適切な位置に音像を定位させることができる。また、スマートホンやタブレットＰＣ等の汎用携帯端末を用いて、伝達特性を測定することが可能になる。さらに、測定装置２００は、汎用の処理装置を用いることができるため、実際の受聴者、及びその受聴環境に応じた空間音響伝達特性を測定することができる。よって、頭外定位処理装置１００は、適切な頭外定位処理を行うことができる。

このように、ステレオ入力端子を持たない処理装置６を用いた場合でも、スピーカから外耳道入口または鼓膜位置（マイク）までの空間音響伝達特性を測定することができる。よって、汎用の処理装置６を用いた測定が可能になり、汎用性を向上させることができる。本実施の形態に係る音場再生処理は、特に、ステレオ入力端子を持たないスマートホン、タブレットＰＣ等の携帯端末に好適である。さらに、処理装置６は、実際の測定された収音信号のみに基づいて時間差を求めている。処理装置６の負荷状況に応じて、インパルス信号の発生タイミングが変わるような場合でも、正確に測定することが可能になる。

処理装置６は、第３の収音信号ｓＣと加算信号ｙとが一致しているかの比較判定において、測定で取得した第３の収音信号ｓＣと遅延を与えて算出した加算信号ｙとの相互相関値を求め、所定の閾値との比較により、第３の収音信号ｓＣと加算信号ｙとが一致するか否か判定してもよい。

処理装置６は、所定の範囲の遅延を与えて生成した複数の加算信号ｙと、第３の収音信号ｓＣとの相互相関値をそれぞれ算出し、相関値が最も大きくなる場合の時間差を採用してもよい。

なお、上記の説明では、切替器７が接続を切替えるスイッチ７ａを備えていたが、切替器７の構成はこれに限られるものではない。切替器７は、左右の出力バランスを調整するものであってもよい。例えば、バランス調整手段が、左のマイク２Ｌの出力を１００％、右のマイク２Ｒの出力を０％とした状態を第１の状態とする。バランス調整手段が、左のマイク２Ｌの出力を０％、右のマイク２Ｒの出力を１００％とした状態を第２の状態とする。バランス調整手段が、左のマイク２Ｌの出力を５０％、右のマイク２Ｒの出力を５０％とした状態を第３の状態とする。

また、上記の説明ではステレオスピーカ５を用いて、空間音響伝達特性の測定を行ったが、一つのスピーカのみで空間音響伝達特性の測定を行ってもよい。この場合、スピーカの位置を変えて、測定を行う。すなわち、スピーカを左スピーカ５Ｌに対応する位置で、第１〜第３の収音信号を検出した後、スピーカを右スピーカ５Ｒに対応する位置に移動させる。そして、スピーカを右スピーカの位置に移動後、同様に第１〜第３の収音信号を収音する。このようにすることで、単一のスピーカでの測定が可能である。なお、スマートホンやタブレットＰＣ等の携帯端末の内蔵スピーカを用いる場合、携帯端末を移動させて測定を行う。このようにすることで、簡便な構成で４つの伝達特性を測定することができる。

本実施の形態ではステレオ音源を用いているが、モノラル音源や３以上のマルチチャンネルの音源を用いてもよい。この場合、音源数だけスピーカ位置を定め、各スピーカ位置について、スピーカから左右の耳への音の到達時間の時間差を反映した伝達特性を求めればよい。

また、上記の説明では、本実施の形態に係る音場再生装置として、ヘッドホン４３を用いた頭外定位処理装置１００を例示したが、音場再生装置は、これに限定されるものではない。伝達特性を畳み込みことで音場を再生する音場再生装置であれば、本実施形態にかかる処理方法を適用することができる。例えば、ステレオスピーカを用いて音像定位を行う音場再生装置や、イヤホンを用いた頭外定位処理装置であってもよい。すなわち、スピーカから左右のマイクまでの空間音響伝達特性を用いて畳み込み処理を行う音場再生装置であれば、上記の測定処理を用いることができる。

上記信号処理のうちの一部又は全部は、コンピュータプログラムによって実行されてもよい。上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ)、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１ 受聴者
２ マイクユニット
２Ｌ 左マイク
２Ｒ 右マイク
３Ｌ 左耳
３Ｒ 右耳
５ ステレオスピーカ
５Ｌ 左スピーカ
５Ｒ 右スピーカ
６ 処理装置
７ 切替器
７ａ スイッチ
７ｂ 加算器
８ モノラル入力端子
９ ステレオ出力端子
１０ 頭外定位処理部
１１ 畳み込み演算部
１２ 畳み込み演算部
２１ 畳み込み演算部
２２ 畳み込み演算部
２４ 加算器
２５ 加算器
４１ フィルタ部
４２ フィルタ部
４３ ヘッドホン
４３Ｌ ヘッドホンの左ユニット
４３Ｒ ヘッドホンの右ユニット
６１ メモリ
６２ 操作部
６３ 信号増幅部
１００ 頭外定位処理装置
２００ 測定装置

Claims (5)

1. スピーカと、
   左右のマイクを備え、前記スピーカで再生された音を収音するマイクユニットと、
   前記マイクユニットで収音された収音信号が入力されるモノラル入力端子と、
   左の前記マイクのみから収音された第１の収音信号、右の前記マイクのみから収音された第２の収音信号、及び左右の前記マイクから収音された第３の収音信号がそれぞれ前記モノラル入力端子に入力されるよう、前記マイクユニットの出力を切替える切替器と、
   前記第１〜第３の収音信号に基づいて、前記スピーカから左右の前記マイクまでの伝達特性をそれぞれ算出する処理部と、
   前記伝達特性を再生信号に畳み込む畳み込み処理部と、を備えた音場再生装置。
2. 前記処理部は、前記第１〜第３の収音信号に基づいて、前記スピーカから左右の前記マイクへの音の到達時間の時間差を算出し、前記第１及び第２の収音信号に基づいて前記時間差を反映した前記伝達特性を算出する請求項１に記載の音場再生装置。
3. 前記処理部は、
   前記第１の収音信号又は前記第２の収音信号のいずれか一方の信号を遅延させて他方の信号と加算する加算信号を生成し、前記加算信号と前記第３の収音信号とが一致するか否か判定し、一致する場合の遅延に基づいて前記時間差を算出する請求項２に記載の音場再生装置。
4. スピーカと、
   左右のマイクを備え、前記スピーカで再生された音を収音するマイクユニットと、
   前記マイクユニットで収音された収音信号が入力されるモノラル入力端子と、を用いて測定した伝達特性を用いて音場を再生する音場再生方法であって、
   前記マイクユニットからの出力を切替えることで、左の前記マイクのみから収音された第１の収音信号と、右の前記マイクのみから収音された第２の収音信号と、左右の前記マイクから収音された第３の収音信号と、をそれぞれ測定するステップと、
   前記第１〜第３の収音信号に基づいて、前記スピーカから左右の前記マイクまでの伝達特性をそれぞれ算出するステップと、
   前記伝達特性を再生信号に畳み込むステップと、を備えた音場再生方法。
5. スピーカと、
   左右のマイクを備え、前記スピーカで再生された音を収音するマイクユニットと、
   前記マイクユニットで収音された収音信号が入力されるモノラル入力端子と、を用いて測定した伝達特性を用いて音場を再生する音場再生方法をコンピュータに対して実行させるプログラムであって、
   前記音場再生方法が、
   前記マイクユニットからの出力を切替えることで、左の前記マイクのみから収音された第１の収音信号と、右の前記マイクのみから収音された第２の収音信号と、左右の前記マイクから収音された第３の収音信号と、をそれぞれ測定するステップと、
   前記第１〜第３の収音信号に基づいて、前記スピーカから左右の前記マイクまでの伝達特性をそれぞれ算出するステップと、
   前記伝達特性を再生信号に畳み込むステップと、を備えたプログラム。

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