JP2870562B2

JP2870562B2 - 音像定位制御の方法

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Publication number: JP2870562B2
Application number: JP4343459A
Authority: JP
Inventors: 美昭田中; 徳彦渕上; 雅博中山; 琢磨鈴木; 光雄松本
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1999-03-17
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: JPH06178397A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、実際のトランスジュー
サ（スピーカ）とは異なる所望の任意の位置に音像が定
位しているように感じさせる音像定位制御の方法に係
り、特に、アミューズメントゲーム機やコンピュータ端
末機などにも搭載可能な、音像定位感に優れ、かつ、回
路規模を小さくできる音像定位制御の方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、両耳における信号のレベル差
と位相差（時間差）によって特定な位置（方向）に音源
を感じさせる、バイノーラル技術を利用した音像定位方
法がある。アナログ回路を用いた音像定位方法として
は、例えば本出願人に係る特開昭53-140001 号（特公昭
58-3638号）公報記載の音像定位方式などがある。これ
は、アナログフィルタにより特定の周波数帯域のレベル
を強調・減衰させて（振幅制御して）音源の前後感を出
し、アナログディレイにより左右の音に時間差を生じさ
せて（位相制御して）音源の左右感を出すようにしたも
のであった。しかし、このようにアナログ回路を用いた
音像定位方法では、各音像定位におけるＨＲＴＦ（頭部
伝達関数）を、周波数毎の位相及び振幅について正確に
実現することは技術的・コスト的に容易ではなく、一般
的に１８０度の範囲を越える広範囲な空間の、任意の位
置に音源を定位させることは困難であった。

【０００３】さらに、最近のデジタル処理技術の進展に
伴って、デジタル回路により実現した音像定位方法があ
り、例えば、特開平2-298200号公報記載の「音像形成方
法及びその装置」がある。このデジタル回路を用いた音
像定位方法は、音源からの信号をＦＦＴ（Fast Fourier
Transform）変換して、周波数軸上で処理し、左右の両
チャンネル信号に周波数に依存したレベル差と位相差と
を与えて音像の定位をデジタル的に制御するものであ
る。この方法の各音像定位位置における、周波数に依存
したレベル差と位相差とは、実際の聴取者を利用した実
験的なデータとして収集されたものである。しかし、こ
のようにデジタル回路を用いた音像定位方法では、正確
・精密に音像を定位させようとすると、回路規模が極め
て大きくなるという難点があり、特殊な業務用のレコー
ディングシステムとして利用されるにすぎなかった。レ
コーディングの段階で音像定位の処理（例えば飛行音の
移動）をして、その処理した結果の音（音楽）信号をレ
コード化していた。処理された信号は、通常のステレオ
再生装置で再生することにより、音像の移動効果が生じ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近では、
バーチャルリアリティ（仮想現実感）を利用したアミュ
ーズメントゲーム機やコンピュータ端末機が出現してい
る。これらゲーム機や端末機においても、画面に応じた
現実感のある音像定位が要求され始めている。例えばゲ
ーム機において、画面上の飛行機の動きにマッチした飛
行音の動きが必要とされ始めている。この場合、飛行機
の飛ぶコースが決っていれば、予めその動きに合わせて
音像の移動処理をした音（音楽）を入れておき、ゲーム
機側ではその音（音楽）を単純に再生すれば、足りる。

【０００５】しかし、ゲーム機（や端末機）において
は、操作者の操作に応じて、飛行機の飛ぶコース（位
置）が異なることになり、操作に応じてリアルタイムで
操作者の操作に合わせて音像の移動処理をして、それを
再生する必要が生じる。この点が、前述したレコード用
の音像定位処理と大幅に異なる。このため、個々のゲー
ム機に音像定位処理装置が必要となるが、上述した従来
の方法では、音源からの信号をＦＦＴ変換して、周波数
軸上で処理して再び逆ＦＦＴ変換して再生する必要があ
るので、回路規模が非常に大きくなり、現実的な解決策
となり得なかった。また、上述した従来の方法では、周
波数軸上のデータ（周波数に依存したレベル差と位相差
のデータ）にもとずく音像定位であったので、回路規模
を小さくするために近似処理しようとすると、ＨＲＴＦ
の近似が正確に実施し得ず、その結果 180度の範囲を越
える広範囲な空間に定位させることが難しいこともあっ
た。

【０００６】そこで、本発明はかかる従来の上記問題点
に鑑みてなされたもので、回路規模が小さくコスト的に
優れるとともに、 180度の範囲を越える広範囲な空間に
定位させることが可能な音像定位制御の方法を提供する
ものである。その特徴は、第１に、一対のコンボルバに
より音源からの信号を時間軸上で処理して音像を定位さ
せる点にあり、これにより、回路規模が非常に小さくな
り民生用あるいは業務用のゲーム機などに搭載すること
が可能である。さらに、第２に、前記コンボルバの音像
定位処理のデータを、最終的に時間軸上のＩＲ（インパ
ルス応答）のデータとして供給する点にあり、これによ
り、音像定位感を損なうことなくＨＲＴＦを正確に近似
処理して、回路規模（コンボルバの係数の数）を一層小
さくすることができる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、図１及び図２に示すように、離間して配設
された一対のトランスジューサ（スピーカｓｐ１，ｓｐ
２）から、同一の音源（Ｘ）が供給された一対のコンボ
ルバ（係数がｃｆＬｘ，ｃｆＲｘであるキャンセルフィ
ルタからなる畳み込み演算処理回路）で処理した信号を
再生して、聴取者に前記一対のトランスジューサとは異
なる任意の位置（ｘ）に音像が定位しているように感じ
させる音像定位制御の方法であって、各音像定位位置に
おけるＨＲＴＦ（頭部伝達関数）を測定するステップ
（１０１）と、前記ＨＲＴＦに対応する一対のＩＲ（イ
ンパルス応答）を求めるステップ（１０２）と、前記Ｉ
Ｒから一対のキャンセルフィルタの係数を求めるステッ
プ（１０４）と、前記一対のキャンセルフィルタの全係
数に対し同一の比率の減衰を与えるスケーリング処理の
ステップ（１０５）と、前記スケーリング処理で得られ
た係数（ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ）を一対のコンボルバに設
定すると共に、前記一対のコンボルバに同一の音源
（Ｘ）を供給して前記一対のコンボルバの出力を前記一
対のトランスジューサから再生するステップ（１０６）
とからなることを特徴とする音像定位制御の方法を提供
するものである。

【０００８】

【作用】上記のような音像定位制御の方法によれば、各
音像定位位置におけるＨＲＴＦ（頭部伝達関数）は、正
確な近似処理が行われてＩＲ（インパルス応答）として
求められて、一対のコンボルバの係数データ（ｃｆＬ
ｘ，ｃｆＲｘ）となる。さらに、一対のコンボルバによ
り、音源（Ｘ）からの信号は時間軸上で畳み込み演算処
理がなされて、離間して配設された一対のトランスジュ
ーサ（スピーカｓｐ１，ｓｐ２）から再生される。一対
のトランスジューサから再生された音は、両耳へのクロ
ストークがキャンセルされて、所望の任意の位置（ｘ）
に音源があるように音像定位して、聴取者（例えば、ゲ
ーム操作者）Ｍに、聞かれる。

【０００９】

【実施例】本発明になる音像定位制御の方法の一実施例
について、以下図面と共に説明する。最初に、音像定位
制御の方法の基本原理について説明する。これは、離間
して配設された一対のトランスジューサ（以下、スピー
カを例として説明する）を使用し、空間の任意の位置に
音像を定位させる技術である。

【００１０】図３は音像定位の原理図である。ｓｐ１，
ｓｐ２は受聴者（実施例の中では、聴取者と称すること
もある）の前方左右に配置されるスピーカであり、ｓｐ
１から聴取者左耳までの頭部伝達特性（インパルス応
答）をｈ１Ｌ、右耳までの頭部伝達特性をｈ１Ｒ、ｓｐ
２から左右耳までの頭部伝達特性をｈ２Ｌ，ｈ２Ｒとす
る。また、目的とする定位位置ｘに実際のスピーカを配
置したときの受聴者左右耳までの頭部伝達特性をｐＬ
ｘ，ｐＲｘとする。ここで各伝達特性は音響空間にスピ
ーカと、ダミーヘッド（または人頭）の両耳位置にマイ
クを配置して実際に測定したものに、適切な波形処理な
どを施したものである。

【００１１】次に、定位させたい音源ソースＸを信号変
換装置ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ（コンボルバなどによる伝達
特性）に通して得られる信号を、それぞれｓｐ１，ｓｐ
２で再生することを考える。このとき受聴者左右耳に得
られる信号をｅＬ，ｅＲとすると、ｅＬ＝ｈ１Ｌ・ｃｆＬｘ・Ｘ＋ｈ２Ｌ・ｃｆＲｘ・Ｘ (式1) ｅＲ＝ｈ１Ｒ・ｃｆＬｘ・Ｘ＋ｈ２Ｒ・ｃｆＲｘ・Ｘ (〃 )

【００１２】一方、ソースＸを目的の定位位置から再生
したときに受聴者左右耳に得られる信号をｄＬ，ｄＲと
すると、ｄＬ＝ｐＬｘ・Ｘ (式2) ｄＲ＝ｐＲｘ・Ｘ (〃 )

【００１３】ここで、ｓｐ１，ｓｐ２の再生により受聴
者左右耳に得られる信号が、目的位置からソースを再生
したときの信号に一致すれば、受聴者はあたかも目的位
置にスピーカが存在するように音像を認識することとな
る。この条件ｅＬ＝ｄＬ，ｅＲ＝ｄＲと（式１），（式
２）より、Ｘを消去してｈ１Ｌ・ｃｆＬｘ＋ｈ２Ｌ・ｃｆＲｘ＝ｐＬｘ (式3) ｈ１Ｒ・ｃｆＲｘ＋ｈ２Ｒ・ｃｆＲｘ＝ｐＲｘ (〃 ) （式３）からｃｆＬｘ，ｃｆＲｘを求めるとｃｆＬｘ＝（ｈ２Ｒ・ｐＬｘ−ｈ２Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ (式4a) ｃｆＲｘ＝（−ｈ１Ｒ・ｐＬｘ＋ｈ１Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ (〃 ) ただし、Ｈ＝ｈ１Ｌ・ｈ２Ｒ−ｈ２Ｌ・ｈ１Ｒ (式4b)

【００１４】したがって、（式４ａ），（式４ｂ）によ
り算出した伝達特性ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘを用いてコンボ
ルバ（畳み込み演算処理回路）等により定位させたい信
号を処理すれば、目的の位置ｘに音像を定位させること
ができる。具体的な信号変換装置の実現方法は様々考え
られるが、非対称なＦＩＲデジタルフィルタ（コンボル
バ）を用いて実現すれば良い。なお、ＦＩＲデジタルフ
ィルタで用いる場合の最終の伝達特性は、時間応答関数
である。

【００１５】つまり、必要な定位位置ｘにおける伝達特
性ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘとして、（式４ａ），（式４ｂ）
で求めたものを、１回のＦＩＲフィルタ処理により実現
するための係数として、ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘの係数をあ
らかじめ作成し、ＲＯＭのデータとして準備しておく。
ＲＯＭから必要な音像定位置の係数をＦＩＲデジタルフ
ィルタに転送し、音源からの信号を畳み込み演算処理し
て一対のスピーカから再生すれば、所望の任意の位置に
音像が定位されることになる。

【００１６】以上のような原理に基づく本音像定位制御
の方法について図１を参照して詳述する。図１は音像定
位制御の方法のステップを示すものである。頭部伝達関数（Head Related Transfer Function；以
下、ＨＲＴＦと称する）の測定（ステップ１０１）

【００１７】これを図４及び図５をもって説明する。図
４は、ＨＲＴＦの測定システムを示すものである。ダミ
ーヘッド（または人頭）ＤＭの両耳に一対マイクロホン
ＭＬ，ＭＲを設置し、スピーカＳＰからの測定音を受
け、録音器ＤＡＴにソース音（リファレンスデータ）ｒ
ｅｆＬ，ｒｅｆＲと被測定音（測定データ）Ｌ，Ｒを同
期して記録する。

【００１８】ソース音ＸＨとしては、インパルス音，ホ
ワイトノイズ，その他のノイズ等を用いることができ
る。特に、統計処理の観点からは、ホワイトノイズは、
連続音でかつオーディオ帯域にわたってエネルギー分布
が一定なので、ホワイトノイズを用いることによりＳＮ
比が向上する。上記スピーカＳＰの位置を、正面を０度
（°）として取決めた空間内の複数の角度θ（例えば、
図５に示すように、３０度ごとに１２ポイント）に設置
し、それぞれ所定の時間だけ、連続的に記録する。

【００１９】ＨＲＴＦのインパルス応答（Impulse Re
sponse；以下、ＩＲと称する）の算出（ステップ１０
２）ステップ１０１で、同期して記録されたソース音（リフ
ァレンスデータ）ｒｅｆＬ，ｒｅｆＲと被測定音（測定
データ）Ｌ，Ｒとを、ワークステーション（図示せず）
上で処理する。

【００２０】ソース音（リファレンスデータ）の周波数
応答をＸ（Ｓ）、被測定音（測定データ）の周波数応答
をＹ（Ｓ）、測定位置におけるＨＲＴＦの周波数応答を
ＩＲ（Ｓ）とすると、（式５）に示す、入出力の関係が
ある。Ｙ（Ｓ）＝ＩＲ（Ｓ）・Ｘ（Ｓ） (式5) したがって、ＨＲＴＦの周波数応答をＩＲ（Ｓ）は、ＩＲ（Ｓ）＝Ｙ（Ｓ）／Ｘ（Ｓ） (式6) である。よって、リファレンスの周波数応答Ｘ（Ｓ）、
測定データの周波数応答Ｙ（Ｓ）は、前記ステップ１０
１で求めたデータを時間同期した窓で切り出し、それぞ
れＦＦＴ変換により有限のフーリエ級数展開して離散周
波数として計算し、（式６）より、ＨＲＴＦの周波数応
答ＩＲ（Ｓ）が、周知の計算方法で求められる。

【００２１】この場合、ＩＲ（Ｓ）の精度をあげる（Ｓ
Ｎ比の向上）ために時間的に異なる数百個の窓に対して
それぞれＩＲ（Ｓ）を計算し、それらを平均化すると良
い。そして、計算したＨＲＴＦの周波数応答ＩＲ（Ｓ）
を逆ＦＦＴ変換して、ＨＲＴＦの時間軸応答（インパル
ス応答）ＩＲ（第１のＩＲ）とする。

【００２２】ＩＲ（インパルス応答）の整形処理（ス
テップ１０３）ここで、ステップ１０２で求めたＩＲを整形する。まず
例えばＦＦＴ変換により、ステップ１０２で求めた第１
のＩＲをオーディオスペクトラムにわたる離散周波数で
展開し、不要な帯域（高域には大きなディップが生じる
が、これは音像定位にあまり影響しない不要なものであ
る）を、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）で除去する。こ
のように帯域制限すると、周波数軸上での不要なピーク
やディップが除去されて、キャンセルフィルタに不要な
係数が生じなくなるので、収束性がよくなり、係数を短
くすることができる。

【００２３】そして、帯域制限されたＩＲ（Ｓ）を逆Ｆ
ＦＴ変換して、ＩＲ（インパルス応答）を時間軸上で切
り出し窓（例えば、コサイン関数の窓）を掛けて、ウィ
ンド処理する（第２のＩＲとなる）。ウィンド処理する
ことにより、ＩＲの有効長が長くなくなり、キャンセル
フィルタの収束性が向上して、音質の劣化が生じないよ
うになる。図７にＨＲＴＦのＩＲ（インパルス応答）の
具体的な例を示す。横軸は時間（サンプルクロックが 4
8kHzであるクロック単位の時間）、縦軸は振幅のレベル
である。２点鎖線はウィンド窓を示す。

【００２４】キャンセルフィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘ
の算出（ステップ１０４）コンボルバ（たたみ込み積分回路）であるキャンセルフ
ィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘは、前述した（式４ａ）及び
（式４ｂ）に示したように、ｃｆＬｘ＝（ｈ２Ｒ・ｐＬｘ−ｈ２Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ (式4a) ｃｆＲｘ＝（−ｈ１Ｒ・ｐＬｘ＋ｈ１Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ (〃 ) ただし、Ｈ＝ｈ１Ｌ・ｈ２Ｒ−ｈ２Ｌ・ｈ１Ｒ (式4b) である。

【００２５】ここで、配置されるスピーカｓｐ１，ｓｐ
２による頭部伝達特性ｈ１Ｌ，ｈ１Ｒ，ｈ２Ｌ，ｈ２Ｒ
及び、目的とする定位位置ｘに実際のスピーカを配置し
たときの頭部伝達特性ｐＬｘ，ｐＲｘとして、上記ステ
ップ１０１〜１０３によって求められた、各角度θごと
の整形処理された第２のＩＲ（インパルス応答）を代入
する。

【００２６】頭部伝達特性ｈ１Ｌ，ｈ１Ｒは、図６のＬ
チャンネルスピーカの位置に対応するもので、正面から
左に例えば３０度（θ＝３３０度）に設置されるとすれ
ば、θ＝３３０度のＩＲを用いる。頭部伝達特性ｈ２
Ｒ，ｈ２Ｌは、同図のＲチャンネルスピーカの位置に対
応するもので、正面から右に例えば３０度（θ＝３０
度）に設置されるとすれば、θ＝３０度のＩＲを用いる
（すなわち、実際の音像再生時のシステム（例えば図２
に示す）に近いものを選ぶ）。

【００２７】そして、頭部伝達特性ｐＬｘ、ｐＲｘとし
ては、目的とする音源定位位置である正面から左右９０
度の１８０度の範囲はもちろんのこと、それを越える広
範囲な空間（全空間）における、３０度ごとのＩＲを代
入することにより、それに対応した全空間のｃｆＬｘ、
ｃｆＲｘ、すなわち３０度ごとに１２組のキャンセルフ
ィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘ群が求められる（図６では、
２４０度の位置を例としている）。キャンセルフィルタ
ｃｆＬｘ、ｃｆＲｘ群は、最終的には、時間軸上の応答
であるＩＲ（インパルス応答）として求められる。な
お、（式４ａ）によるキャンセルフィルタｃｆＬｘ、ｃ
ｆＲｘの計算は、次のようである。まず（式４ｂ）のＨ
に対する一種の逆フィルタであるＨ^-1を最小２乗法によ
り求め、これを逆ＦＦＴ変換して時間関数ｈ(t) とす
る。また（式４ａ）の各項ｈ１Ｌ，ｈ１Ｒ，ｈ２Ｌ，ｐ
Ｒｘ，ｐＬｘ，ｈ２Ｒをそれぞれ時間関数で表すことに
より、次式が成り立つ。ｃｆＬｘ(t) ＝（ｈ２Ｒ・ｐＬｘ−ｈ２Ｌ・ｐＲｘ）・ｈ(t) (式7) ｃｆＲｘ(t) ＝（−ｈ１Ｒ・ｐＬｘ＋ｈ１Ｌ・ｐＲｘ）・ｈ(t) (〃 ) したがって、これらの（式７）からキャンセルフィルタ
ｃｆＬｘ、ｃｆＲｘの係数が求められることになる。
（式７）から明らかなように、キャンセルフィルタｃｆ
Ｌｘ、ｃｆＲｘの係数を短くするには、各頭部伝達特性
ｈ１Ｌ，ｈ１Ｒ，ｈ２Ｌ，ｐＲｘ，ｐＬｘ，ｈ２Ｒをそ
れぞれ短くすることが極めて大切である。このため、前
述したように、ステップ１０１〜１０３でウィンド処
理，整形処理などの各種の処理をして、各頭部伝達特性
ｈ１Ｌ，ｈ１Ｒ，ｈ２Ｌ，ｐＲｘ，ｐＬｘ，ｈ２Ｒを短
くしている。

【００２８】図８にキャンセルフィルタの係数ｃｆＬ
ｘ、ｃｆＲｘの具体的な係数列を示す。横軸は時間（サ
ンプルクロックが 48kHzであるクロック単位の時間）、
縦軸は振幅のレベルである。２点鎖線はウィンド窓を示
す。なお、キャンセルフィルタの係数ｃｆＬｘ、ｃｆＲ
ｘをＦＦＴ変換して周波数応答を求めこれを一定の幅で
移動平均化し、それを逆ＦＦＴ変換して最終的なキャン
セルフィルタの時間応答を得てもよい。このように移動
平均化することにより、不必要なピークやディップを取
り除くことができ、実現すべき時間応答の収束を早め
て、キャンセルフィルタの規模を小さくできる。

【００２９】各定位ポイントｘのキャンセルフィルタ
のスケーリング（ステップ１０５）また、実際にコンボルバ（キャンセルフィルタ）で音像
処理される音源（ソース音）のスペクトラム分布は、統
計的にみるとピンクノイズのように分布するもの、ある
いは高域でなだらかに下がるものなどがあり、いずれに
しても音源は単一音とは異なるために、畳み込み演算
（積分）を行ったときオーバーフローして、歪が発生す
る危険がある。そこで、オーバーフローを防止するた
め、キャンセルフィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘの係数の中
で最大のゲイン（例えば、キャンセルフィルタｃｆＬ
ｘ、ｃｆＲｘの各サンプル値の２乗和）のものを見つ
け、その係数と０ｄｂのホワイトノイズを畳込んだとき
に、オーバーフローが生じないように、全係数をスケー
リングする。実際的には、絶対値の最大値が、許容レベ
ル（振幅）１に対して０．１〜０．４位（例えば０．
２）となるように減衰させると良い。

【００３０】そして、図８に示したウィンド窓（コサイ
ン窓）により、実際のコンボルバの係数の数にあわせ
て、両端が０となるように、ウィンド処理し、係数の有
効長を短くする。このようにしてスケーリング処理され
て、最終的にコンボルバに係数として供給されるデータ
群（この例では、３０度ごとに音像定位が可能な１２組
のコンボルバの係数群）ｃｆＬｘ、ｃｆＲｘが求まる。

【００３１】音源からの信号を畳み込み演算して再生
（ステップ１０６）例えば、ゲーム機の音響再生装置として、図２に示すよ
うに、ゲーム操作者（聴取者）Ｍを中心として左右３０
度づづ離間して一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２を配設
し、これら一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２には、一対の
コンボルバ（畳み込み演算処理回路）で処理された音響
信号が再生されるように構成する。一対のコンボルバに
は、同一の音源Ｘ（例えば、ゲーム用シンセサイザから
の飛行音など）からの信号が供給されると共に、前記ス
テップ１０５で作成されたＩＲの係数ｃｆＬｘ、ｃｆＲ
ｘ（例えば、飛行音を左後方１２０度（θ＝２４０度）
の位置に音像定位させたい時は、θ＝２４０度の係数）
が、選択されてコンボルバに設定される。例えば、ゲー
ム機などのメインＣＰＵ（中央演算装置）からの音像定
位命令にもとづいてコントロール用サブＣＰＵが係数Ｒ
ＯＭから、所望の定位位置の係数を一対のコンボルバに
転送する。

【００３２】このようにして、一対のコンボルバにより
音源Ｘからの信号は時間軸上で畳み込み演算処理がなさ
れて、離間して配設された一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ
２から再生される。一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２から
再生された音は、両耳へのクロストークがキャンセルさ
れて、所望の位置に音源があるように音像定位して、ゲ
ーム操作者（聴取者）Ｍに聞かれ、極めて現実感に満ち
た音として再生される。コンボルバの係数は、操作者
の操作に応じた飛行機の動きの推移と共に、最適な音像
位置が順次選択され、切換えられる。また、飛行音か
ら、例えばミサイル音に変更する時は、音源Ｘからのソ
ース音が飛行音からミサイル音に変更される。このよう
にして、任意の位置を音像を自由に定位させることがで
きる。

【００３３】なお、再生のためのトランスジューサとし
てはー対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２のかわりにヘッドホ
ーンを用いることもできる。この場合は、ＨＲＴＦの測
定条件が異なるので、係数を別に準備して再生状況に応
じて切換えると良い。

【００３４】また、ステップ１０３に示したＩＲ（イン
パルス応答）の整形処理は必ずしも必要ではなく、省略
しても音像定位の制御は可能である。

【００３５】また、本音像定位制御の方法における、離
間して配設された一対のトランスジューサから同一の音
源が供給された一対のコンボルバで処理した信号を再生
する構成は、本願の効果を得るための最小限の構成を示
すものである。よって、必要に応じては、一対、すなわ
ち、２つ以上のトランスジューサ及びコンボルバで追加
構成しても良いことはもちろんであり、さらに、コンボ
ルバの係数が長い場合には、係数を分割して複数個のコ
ンボルバで構成しても良い。

【００３６】さらに、上記コンボルバの係数は、スピー
カの開き角（すなわち、図２で角度ｓｐ１−Ｍ−ｓｐ
２）により異なるので、スピーカの開き角毎に求めてお
き、実際の再生システムに応じて選択的に使用できるよ
うにしてもよい。すなわち、上記実施例では、ゲーム操
作者（聴取者）を中心として左右３０度づづ離間して開
き角を６０度として一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２を配
設される場合のコンボルバの係数を求めたが、ステップ
１０４におけるキャンセルフィルタの算出時に、スピー
カｓｐ１，ｓｐ２による頭部伝達特性ｈ１Ｌ，ｈ１Ｒ，
ｈ２Ｌ，ｈ２Ｒとして、他の開き角、例えば４５度，３
０度に対応したものを代入して求めておけば良い。ま
た、コンボルバの係数は、ＨＲＴＦの測定条件により異
なるので、この点について配慮しても良い。すなわち、
人頭の大きさには個人差があるので、ステップ１０１の
ＨＲＴＦ測定時に、ダミーヘッド（または人頭）の大き
さを変えて、数種類求めておき、視聴者に応じて（例え
ば、頭の大きい大人用と、頭の小さい子供用とを）選択
的に使用できるようにしても良い。

【００３７】さらに、実測していない位置、例えばθ＝
１５度ごとに、より緻密に音像定位をさせたい場合に
は、実測した係数ｃｆＬｘ、ｃｆＲｘをもとにして、ス
テップ１０４または１０５で、中間値を計算で求めても
良い。この時、２つの実測値（例えばθ＝１５度におけ
る中間値を求めるには、θ＝０度とθ＝３０度の測定
値）を単純に算術平均するのではなく、実測にもとずく
コンボルバの係数ｃｆＬｘ、ｃｆＲｘをＦＦＴ変換して
周波数応答を求めてから、周波数−振幅特性を参照伝達
特性の振幅特性の相乗平均として求め、周波数−位相特
性は参照伝達特性の周波数複素ベクトルのベクトル平均
の位相成分として求めると良い。このようにして中間値
を求めると、実測値に良く近似した中間伝達特性が得ら
れ、定位感や音質の劣化がほとんどない。

【００３８】また、ステップ１０１におけるＨＲＴＦの
測定に際して、θ＝０度〜１８０度までの半円部のみを
実測し、残りの半円部については、係数の対称性を利用
して、実測値を流用しても良い。このようにすると、測
定が容易になると共に、ＩＲの算出，係数の算出の計算
が不必要に細かくならず、音像定位感に優れた係数が得
られる場合がある。

【００３９】以上詳述したように、本発明になる音像定
位制御の方法によれば、一対のコンボルバにより音源か
らの信号を時間軸上で処理して音像を定位させるように
したので、実際に音像処理をする回路としては、上述し
たステップ１０６に示すように時間軸上での畳み込み演
算処理回路（コンボルバ）が一組必要となるだけであ
り、回路規模が非常に小さく安価なものとなる。つま
り、前述した従来の方法のように、音源からの信号をＦ
ＦＴ変換して、周波数軸上で処理して再び逆ＦＦＴ変換
して再生する複雑な回路を用いる必要がない。

【００４０】また、前記コンボルバの音像定位処理の係
数データを、最終的には時間軸上のＩＲ（インパルス応
答）のデータとして供給するようにしたので、より回路
規模を小さくするためには、コンボルバの係数の数を少
なくすれば良いこととなる。その結果、従来の方法のよ
うに、周波数軸上のレベル差と位相差としてのデータと
して近似する場合と比較して、上述したステップ１０１
〜１０５における各処理により、ＨＲＴＦを正確にかつ
効果的に近似処理することができ、この点からも音像定
位感を損なうことなく回路規模を小さくすることができ
る。

【００４１】さらに、コンボルバにＩＲ（インパルス応
答）のデータを係数として供給して処理するようにした
ので、ＩＲとしての係数を時間領域での最適解を簡単に
しかも適応的でなく一義的に求めることができ、さらに
時間軸応答波形の遅延時間を明確に規定できるので複数
点の応答波形の相互の時間関係を正確に制御できる。ま
た、コンボルバの係数を実測に基づいて周波数毎の位相
及び振幅について正確に実施でき、１８０度の範囲を越
える広範囲な空間に音像を定位させることが可能となっ
た。

【００４２】また、ステップ１０３によるＩＲの整形処
理、すなわち、測定したＨＲＴＦに対応する第１のＩＲ
を求め、第１のＩＲからオーディオスペクトラムにわた
る離散周波数帯域にて所定の処理（帯域制限）を行っ
て、再び時間軸上で切り出し窓（例えば、コサイン関数
の窓）を掛けてウィンド処理し、長さを所定の値に収束
させた第２のＩＲを求め、この第２のＩＲから一対のキ
ャンセルフィルタの係数を求めるようにすれば、前述し
たように、キャンセルフィルタの算出処理における演算
の精度が向上する。

【００４３】また、ステップ１０１において、ホワイト
ノイズを用いて各音像定位におけるＨＲＴＦを測定する
ようにすれば、ホワイトノイズを用いることによりＳＮ
比が向上し、精度良くＨＲＴＦ（それにもとづくＩＲ，
係数）を求めることができる。

【００４４】また、ステップ１０１において、各ＨＲＴ
Ｆに対応して求めた複数のＩＲを平均化して、すなわ
ち、前述したように、時間的に異なる数百個の窓に対し
てそれぞれＩＲ（Ｓ）を計算しそれらを平均化すれば、
ＳＮ比が向上して精度が向上する。

【００４５】また、ステップ１０５により、係数の大き
さの最大値を最大レベルの 0.1〜0.4であるようにスケ
ーリング処理して減衰させれば、オーバーフローして、
再生音に歪が発生することもない。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明になる音像
定位制御の方法によれば、一対のコンボルバにより音源
からの信号を時間軸上で処理して音像を定位させるよう
にしたので、実際に音像処理をする回路としては、時間
軸上での畳み込み演算処理回路が必要となるだけであ
り、回路規模が非常に小さく安価なものとなる。さら
に、前記コンボルバの音像定位処理の係数データを、最
終的には時間軸上のＩＲ（インパルス応答）のデータと
して供給するようにしたので、より回路規模を小さくす
るためには、コンボルバの係数の数を少なくすれば良い
こととなる。その結果、従来の周波数軸上のデータの近
似と比較してＨＲＴＦを正確にかつ効果的に近似処理す
ることができ、この点からも音像定位感を損なうことな
く回路規模を小さくすることができる。したがって、民
生用のゲーム機，コンピュータ端末機などにも容易に搭
載して、音像定位制御をすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる音像定位制御の方法のステップを
示すチャートである。

【図２】音像定位制御の方法にもとづく音像定位装置の
構成図である。

【図３】音像定位制御の方法の基本原理を示す構成図で
ある。

【図４】ＨＲＴＦ（頭部伝達関数）の測定システムを示
す構成図である。

【図５】ＨＲＴＦ測定のポイントを説明する図である。

【図６】キャンセルフィルタの算出例を説明する図であ
る。

【図７】ＨＲＴＦのＩＲ（インパルス応答）の具体的な
例を示す図である。

【図８】キャンセルフィルタの係数の具体的な例を示す
図である。

【符号の説明】

１０１頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を測定するステップ１０２ＨＲＴＦのインパルス応答を算出するステップ１０３ＩＲ（インパルス応答）を整形処理するステッ
プ１０４キャンセルフィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘを算出
するステップ１０５キャンセルフィルタのスケーリングをするステ
ップ１０６音源からの信号を畳み込み演算して再生するス
テップｓｐ１，ｓｐ２スピーカｈ１Ｌ，ｈ１Ｒスピーカｓｐ１から受聴者左右耳まで
の頭部伝達特性ｈ２Ｌ，ｈ２Ｒスピーカｓｐ２から受聴者左右耳まで
の頭部伝達特性ｐＬｘ，ｐＲｘ目的とする定位位置ｘに実際のスピー
カを配置したときの受聴者左右耳までの頭部伝達特性ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘキャンセルフィルタ（コンボル
バ）及びその係数ＤＭダミーヘッド（または人頭）Ｍ聴取者（ゲーム操作者、受聴者）Ｘ音源ｘ目的とする音像定位位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松本光雄神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12 番地日本ビクター株式会社内審査官菅澤洋二 (56)参考文献特開平２−237400（ＪＰ，Ａ) 特開平４−169974（ＪＰ，Ａ) 特開平２−193500（ＪＰ，Ａ) 特開平２−298200（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04S 1/00 - 7/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】離間して配設された一対のトランスジュー
サから、同一の音源が供給された一対のコンボルバ（畳
み込み演算処理回路）で処理した信号を再生して、聴取
者に前記一対のトランスジューサとは異なる任意の位置
に音像が定位しているように感じさせる音像定位制御の
方法であって、各音像定位位置におけるＨＲＴＦ（頭部伝達関数）を測
定するステップと、前記ＨＲＴＦに対応する一対のＩＲ
（インパルス応答）を求めるステップと、前記ＩＲから
一対のキャンセルフィルタの係数を求めるステップと、
前記一対のキャンセルフィルタの全係数に対し同一の比
率の減衰を与えるスケーリング処理のステップと、前記
スケーリング処理で得られた係数を前記一対のコンボル
バに設定すると共に、前記一対のコンボルバに同一の音
源を供給して前記一対のコンボルバの出力を前記一対の
トランスジューサから再生するステップとからなること
を特徴とする音像定位制御の方法。
【請求項２】測定したＨＲＴＦに対応する第一のＩＲを
求め、この第一のＩＲから離散周波数帯域で帯域制限を
行うと共にウィンド処理を行って、長さを所定の値に収
束させた第二のＩＲを求め、この第二のＩＲから一対の
キャンセルフィルタの係数を求めるようにしたことを特
徴とする請求項１記載の音像定位制御の方法。
【請求項３】ホワイトノイズを用いて、各音像定位位置
におけるＨＲＴＦを測定するようにしたことを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の音像定位制御の方法。
【請求項４】各ＨＲＴＦに対応して求めた複数のＩＲを
平均して、ＨＲＴＦに対応する一対のＩＲを求めるよう
にしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の
音像定位制御の方法。
【請求項５】スケーリング処理における減衰は、コンボ
ルバに供給される音源のスペクトラム分布の統計的レベ
ルに基づく最適な値であって、係数の大きさの最大値を
許容レベルの 0.1〜 0.4としたことを特徴とする請求項
１または請求項２記載の音像定位制御の方法。
【請求項６】トランスジューサはスピーカであることを
特徴とする請求項１または請求項２記載の音像定位制御
の方法。