JP2985919B2 - 音像定位制御装置 - Google Patents

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装置に係り、
特に、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などに
使用して好適な、聴取者の移動にも対応するようにした
音像定位制御装置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）によって特定位置（特定方向）に音
源を感じさせる音像定位方法がある。この音像定位方法
を、デジタル回路により実現したものとして、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の方法
は、音源からの信号をＦＦＴ（FastFourier Transfor
m）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。この装
置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（心理的なデータ）として収集されたものである。

【０００３】さらに、本出願人は、上記音像定位方法に
代わるものとして、新たな音像定位方法を発明し、「音
像定位制御の方法」（出願日：平成４年１１月３０日）
「音像定位制御装置」（出願日：平成４年１２月１８
日）などを出願している。この音像定位方法は、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すると共に、音像定位用の伝達
特性（コンボルバの係数）を最終的に時間軸上のＩＲ
（インパルス応答）のデータとしたものである。この音
像定位方法を図３に示す原理図及び図６に示す説明図を
参照して説明すると以下の通りである。

【０００４】図３中、ｓｐ１，ｓｐ２は聴取者の前方左
右に配置される一対のスピーカであり、ｓｐ１から聴取
者左耳までの頭部伝達特性（インパルス応答）をｈ１
Ｌ、右耳までの頭部伝達特性をｈ１Ｒ、ｓｐ２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
の聴取者左右耳までの頭部伝達特性をｐＬｘ，ｐＲｘと
する。ここで各伝達特性は、実際に測定し適切な波形処
理を施したものである。そして、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、処理された信号を、そ
れぞれスピーカｓｐ１，ｓｐ２で再生する。このとき、 ｃｆＬｘ＝（ｈ２Ｒ・ｐＬｘ−ｈ２Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ ｃｆＲｘ＝（−ｈ１Ｒ・ｐＬｘ＋ｈ１Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ ただし、 Ｈ＝ｈ１Ｌ・ｈ２Ｒ−ｈ２Ｌ・ｈ１Ｒ 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
い信号を処理する。すると、目的の位置ｘに音像を定位
して聴取者に聞かれる。

【０００５】そして、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、
聴取者Ｍを基準として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度の頭部
伝達特性を用いる。頭部伝達特性ｈ２Ｒ，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度の頭部伝達特性を用いる（すなわ
ち、実際の音像再生時のシステムに近いものを選ぶ）。
さらに、頭部伝達特性ｐＬｘ、ｐＲｘとしては、目的と
する音源定位位置の頭部伝達特性を代入する（図６で
は、２４０度の位置を例としている）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の音像定位方法（音像定位装置）おいては、聴取
者Ｍが中央の固定位置（定位置）にいることを前提とし
て、音像定位処理をしており、聴取位置がきわめて限定
されている。このため、聴取者Ｍが移動すると、意図し
た定位位置から音像が聞こえないことがあり、バーチャ
ルリアリティ（仮想現実感）を実現する装置として使用
するには、改善すべき点が残っていた。

【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，ｓｐ２）か
ら、同一の音源（Ｘ）が供給された一対のコンボルバ
１，２によって処理した信号を再生して、聴取者（Ｍ）
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
制御装置であって、同一の音源（Ｘ）からの信号を、設
定された係数に応じて畳み込み演算処理する一対のコン
ボルバ１，２と、予め設定した複数の音像定位位置にお
いて測定された頭部伝達関数をもとにして、聴取者の位
置する可能性のある複数の領域（ＭＣ，ＭＲ，ＭＬ）に
応じて算出された各音像定位位置毎のキャンセルフィル
タ用係数群を保持する記憶手段（係数ＲＯＭ）３Ｃ，３
Ｒ，３Ｌと、聴取者の位置に応じた領域を検出する領域
検出手段１１と、前記検出された領域に対応した係数群
を、前記記憶手段から選択する係数選択手段１２と、前
記係数選択手段１２で選択した領域の各係数群を前記一
対のコンボルバ１，２に供給する係数供給手段（制御手
段）４とからなることを特徴とする音像定位制御装置を
提供するものである。また、離間して配設された一対の
トランスジューサｓｐ１，ｓｐ２から、同一の音源
（Ｘ）が供給された一対のコンボルバ１，２によって処
理した信号を再生して、聴取者（Ｍ）に前記一対のトラ
ンスジューサｓｐ１，ｓｐ２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
制御装置であって、同一の音源（Ｘ）からの信号を、設
定された係数に応じて畳み込み演算処理する一対のコン
ボルバ１，２と、予め設定した複数の音像定位位置にお
いて測定された頭部伝達関数をもとにして、聴取者の位
置する可能性のある複数の領域（ＭＣ，ＭＲ，ＭＬ）に
応じて算出された各音像定位位置毎のキャンセルフィル
タ用係数群を保持する記憶手段（係数ＲＯＭ）３Ｃ，３
Ｒ，３Ｌと、聴取者の位置に応じた領域を検出する領域
検出手段１１と、前記検出された領域に対応した係数群
を、前記記憶手段３Ｃ，３Ｒ，３Ｌから選択する係数選
択手段１１と、前記係数選択手段１１で選択した領域の
各係数群を前記一対のコンボルバ１，２に供給する係数
供給手段１２と、前記検出された領域に応じて、前記一
対のトランスジューサｓｐ１．ｓｐ２で再生される信号
の時間関係を調整する手段１４．１５とからなることを
特徴とする音像定位制御装置。

【０００８】

【作用】上記のような音像定位制御装置によれば、実際
の聴取者（Ｍ）の位置が検出されて、聴取者（Ｍ）の位
置と一対のトランスジューサ（スピーカｓｐ１，ｓｐ
２）との位置に対応した係数群が選択される。そして、
この選択された係数群の中から、指定された音像定位位
置（ｘ）に対応した係数が選ばれて、一対のコンボルバ
１ｂ，２ｂに供給設定される。音源（Ｘ）からの信号
は、一対のコンボルバ１，２により、設定された係数に
応じて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ｓｐ
１，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装置の一実施例に
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は聴取者の前方左右に配置されるスピーカであ
り、スピーカｓｐ１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、スピーカｓｐ２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聴取者左右耳まで
の頭部伝達特性をｐＬｘ，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、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、それぞれスピーカ
ｓｐ１，ｓｐ２で再生することを考える。このとき聴取
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 (〃 ) 一方、音源Ｘを目的の定位位置から再生したときに聴取
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 (〃 )

【００１２】ここで、スピーカｓｐ１，ｓｐ２の再生に
より聴取者左右耳に得られる信号が、目的位置から音源
を再生したときの信号に一致すれば、聴取者はあたかも
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・ｃｆＬｘ＋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)

【００１３】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（Finite Impulse Response
）型デジタルフィルタ（コンボルバ）として、ＤＳＰ
（Digital Signal Processor）を用いて実現すれば良
い。なお、ＦＩＲ型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。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Ｆ
ＩＲフィルタ処理により実現するための係数として、ｃ
ｆＬｘ，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
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。

【００１４】以上のような原理に基づく音像定位制御装
置おける伝達特性（係数ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ）の算出
（ステップ〜）について、図２〜図６を参照して詳
述する。 頭部伝達関数（Head Related Transfer Fu
nction；以下、ＨＲＴＦと称する）の測定 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。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。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。

【００１５】ＨＲＴＦのインパルス応答（Impulse Re
sponse；以下、ＩＲと称する）の算出 前記した測定で、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。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。

【００１６】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）として、前記
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
波数として計算してから、（式６）により、ＨＲＴＦの
周波数応答ＩＲ（Ｓ）を、周知の計算方法で求める。こ
の場合、ＩＲ（Ｓ）の精度をあげる（ＳＮ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。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。

【００１７】ＩＲ（インパルス応答）の整形処理 ここで、前記で求めたＩＲを整形する。まず例えばＦ
ＦＴ変換により、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。そし
て、帯域制限されたＩＲ（Ｓ）を逆ＦＦＴ変換して、Ｉ
Ｒ（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。

【００１８】各音像定位位置におけるキャンセルフィ
ルタｃｆＬｘ，ｃｆＲｘの算出 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。

【００１９】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、前記〜
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。このとき、
図２に示すように、聴取者の位置と前記一対のトランス
ジューサとの位置に対応した係数群として、３つの聴取
者ゾーン（図１に示す中央ゾーンＣ，右ゾーンＲ，左ゾ
ーンＬ）に対応した３組の係数群を算出する。つまり、
聴取者の位置として、中央ＭＣ，右側ＭＲ，左側ＭＬの
３箇所の基準を設定して、その位置に最適な係数群（ゾ
ーンＣ用の係数、ゾーンＲ用の係数、ゾーンＬ用の係
数）を算出する。これは、聴取者の位置が、中央ＭＣ
（これは、基本的な位置である），右側ＭＲ，左側ＭＬ
と異なると、見掛上のスピーカｓｐ１，ｓｐ２の位置も
大幅に異ることになるので、聴取者の位置と一対のスピ
ーカｓｐ１，ｓｐ２との位置に対応した係数群を算出す
る必要があるからである。

【００２０】中央ＭＣ用の係数においては（ゾーンＣ用
の係数）、図２の実線で示す参照円ように、頭部伝達特
性ｈ１Ｌ，ｈ１Ｒは、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）に設置されるとして、θ＝３３０度のＩＲを用い
る。頭部伝達特性ｈ２Ｒ，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＝３
０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１に示す）に近いものを選ぶ）。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、それに対応したゾーンＣ用の全空間のｃｆＬｘ，ｃ
ｆＲｘ、すなわち３０度ごとに１２個のキャンセルフィ
ルタｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ群が求められる（図２では、２
４０度の位置を例としている）。キャンセルフィルタｃ
ｆＬｘ，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。

【００２１】同様にして、右側ＭＲ用（ゾーンＲ用の係
数）の係数を求める。右側ＭＲ用の係数においては、図
２の一点鎖線で示す参照円ように、聴取者の位置と一対
のスピーカｓｐ１，ｓｐ２との位置が、前記した中央Ｍ
Ｒの場合とは異なる。すなわち、頭部伝達特性ｈ１Ｌ，
ｈ１Ｒは、Ｌチャンネルスピーカの位置に対応するもの
として、正面から左に約６０度（θ＝３００度）に設置
された状態となるので、θ＝３００度のＩＲを用いる。
頭部伝達特性ｈ２Ｒ，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、ほぼ正面に（θ＝０
度）に設置された状態となるので、θ＝０度のＩＲを用
いる。そして、頭部伝達特性ｐＬｘ、ｐＲｘとして、３
０度ごとのＩＲを代入して、ゾーンＲ用の全空間のｃｆ
Ｌｘ，ｃｆＲｘ、すなわち３０度ごとに１２個のキャン
セルフィルタｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ群が求められる。

【００２２】さらに、同様にして、左側ＭＬ用（ゾーン
Ｌ用の係数）の係数を求める。左側ＭＬ用の係数におい
ては、図２中の二点鎖線で示す参照円ように、聴取者の
位置と一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２との位置が、中央
ＭＲ，右側ＭＬとは異なる。頭部伝達特性ｈ１Ｌ，ｈ１
Ｒは、Ｌチャンネルスピーカの位置に対応するものとし
て、ほぼ正面に（θ＝０度）に設置された状態となるの
で、θ＝０度のＩＲを用いる。頭部伝達特性ｈ２Ｒ，ｈ
２Ｌ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、正面から右に約６０度（θ＝３００度）に設置
された状態となるので、θ＝６０度のＩＲを用いる。そ
して、頭部伝達特性ｐＬｘ、ｐＲｘとして、３０度ごと
のＩＲを代入して、ゾーンＬ用の全空間のｃｆＬｘ，ｃ
ｆＲｘ、すなわち３０度ごとに１２個のキャンセルフィ
ルタｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ群が求められる。

【００２３】このようにして、聴取者の位置と一対のト
ランスジューサとの位置に対応した係数群として、３つ
の聴取者ゾーンＣ，Ｒ，Ｌに対応した３組の係数群（ゾ
ーンＣ用の係数、ゾーンＲ用の係数、ゾーンＬ用の係
数）が算出される。

【００２４】キャンセルフィルタのスケーリング 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る。いずれに
しても音源は単一音とは異なるために、畳み込み演算処
理（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。

【００２５】さらに、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係数群ｃｆＬｘ，ｃ
ｆＲｘが求まる（この例では、３０度ごとに音像定位が
可能な１２個のコンボルバの係数群が、それぞれ３つの
聴取者ゾーンＣ，Ｒ，Ｌに対応するように３組からな
る）。

【００２６】次に、本発明の要部である音像定位制御装
置の構成及びこれを利用したシステム構成について、図
１及び図２を参照して詳述する。この音像定位制御装置
は、前記〜により算出された係数ｃｆＬｘ，ｃｆＲ
ｘで、音源からの信号を畳み込み演算して再生するもの
であり、聴取者（操作者）の移動にも対応するようにし
た装置である。

【００２７】図１は、この音像定位制御装置の基本的な
構成を示すものである。音像定位制御装置は、音源から
の信号を時間軸上で畳み込み演算処理する一対のコンボ
ルバ（畳み込み演算処理回路）１，２と、前記した〜
により算出された３０度ごとの１２個のコンボルバの
係数群ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘが、ゾーンＣ用の係数，ゾー
ンＲ用の係数，ゾーンＬ用の係数としてそれぞれ記憶さ
れた係数ＲＯＭ３Ｃ，３Ｒ，３Ｌと、音像定位命令にも
とづいて係数ＲＯＭ３Ｃ，３Ｒ，３Ｌから所望の定位位
置の係数を前記一対のコンボルバ１，２に転送する制御
手段（ＣＰＵからなる係数供給手段）４とから構成され
ている。

【００２８】また、１１は聴取者の位置を検出する位置
検出手段で、例えば、聴取者（操作者）が保持している
操作パドルやリモコンからの赤外線，電波，超音波など
を利用した周知の方法で、聴取者の位置（聴取者がＣ，
Ｒ，Ｌのどのゾーンにいるか）を検出するものである。
位置検出手段１１で検出された聴取者の位置（以下、ゾ
ーンと称する）は、係数選択手段１２に供給される。係
数選択手段１２は、検出された聴取者の位置と一対のト
ランスジューサとの位置（ゾーン）に対応した係数群
を、前記記憶手段係数ＲＯＭ３Ｃ，３Ｒ，３Ｌから選択
する。

【００２９】１４，１５は後述する一対のスピーカｓｐ
１，ｓｐ２から再生される再生音の時間調整をするため
に挿入された一対の遅延手段である。前記係数選択手段
１２は、聴取者がＲ，Ｌのゾーンにいるときでは、一対
のスピーカｓｐ１，ｓｐ２と、聴取者との距離差を補正
するように、距離が短い方のスピーカへの信号を遅延さ
せて、一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２からの再生音に時
間差が生じないように構成されている。

【００３０】そして、この音像定位制御装置は、同一
（共通）な音源からの信号を一対のコンボルバ１，２で
畳み込み演算処理し、聴取者Ｍを中心として所定の開き
角で離間して配設された一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２
から再生するように、システム構成されている。スピー
カｓｐ１，ｓｐ２の開き角は、コンボルバの係数算出時
に基準とした開き角であり、本実施例では、左右に３０
度づづ、６０度の開き角を有する（前記した図１及び図
２参照のこと。これは、聴取者の位置として基本的な位
置であるＭＣに対応したシステム構成である）。

【００３１】また、音源（例えば、ゲーム用シンセサイ
ザＸ）からのデジタル信号はセレクタ（音源選択手段）
５を介して前記コンボルバ１，２に入力され、アナログ
信号の場合にはＡ／Ｄ変換器６でデジタル変換されて入
力されるように構成されている。コンボルバ１，２で畳
み込み演算処理された信号は、Ｄ／Ａ変換器７，８でア
ナログ信号にされ、さらに、前記遅延手段１４，１５で
時間調整された後、アンプ９，１０で増幅されて前記一
対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２から再生される。

【００３２】このように構成された音像定位制御システ
ムでは、ゲーム機などのメインＣＰＵからの音像定位命
令（例えば、飛行音を左後方１２０度（θ＝２４０度）
から出せという、音源の選択と音像の定位位置の命令）
が、前記制御手段４に入力されて、音像処理がなされ
る。

【００３３】このとき、位置検出手段１１で検出された
聴取者の位置（聴取者がＣ，Ｒ，Ｌのどのゾーンにいる
か）が、係数選択手段１２に供給される。係数選択手段
１２は、検出された聴取者の位置（ゾーン）に対応した
係数群を、前記記憶手段係数ＲＯＭ３Ｃ，３Ｒ，３Ｌか
ら選択する。さらに、係数選択手段１２は、Ｒ，Ｌのゾ
ーンにいるときでは、一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２
と、聴取者との距離差を補正するように、距離が短い方
のスピーカへの信号を遅延させる。例えば、ゾーンＲ用
ＲＯＭ３Ｒを選択したときでは、スピーカｓｐ１・聴取
者ＭＲ間の距離と、スピーカｓｐ２・聴取者ＭＲ間の距
離との差分に応じた時間（再生音の伝ぱん時間）だけ、
距離が短い方のスピーカｓｐ２への信号を遅延させるよ
うに、遅延手段１４の遅延量を大きくする。

【００３４】そして、制御手段４は、メインＣＰＵから
の音像定位命令に応じて、音源Ｘからの信号をセレクタ
（音源選択手段）５で選択し、さらに音像定位位置に対
応した係数ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ（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）を、選択されたゾーンＲ用ＲＯＭ３から読み
出して、コンボルバ１，２に供給設定する。

【００３５】コンボルバ１，２は、同一音源Ｘからの信
号（飛行音）を、設定された係数（θ＝２４０度の係
数）に応じて時間軸上で畳み込み演算処理する。畳み込
み演算処理された信号は、離間して配設された一対のス
ピーカｓｐ１，ｓｐ２から再生される。一対のスピーカ
ｓｐ１，ｓｐ２から再生され音は、両耳へのクロストー
クがキャンセルされて、所望の位置（左後方１２０度）
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、極めて現実感に満ちた音とし
て再生される。また、コンボルバ１，２の係数は、ゲー
ム装置の場合では、操作者Ｍの操作に応じた飛行機の動
きに対応するように、メインＣＰＵからの音像定位命令
よって、随時切換えられる。また、飛行音からミサイル
音に変更される時は、音源からのソース音が、セレクタ
５で飛行音からミサイル音に変更される。

【００３６】このようにして、本音像定位制御装置によ
れば、所望の種類の音像を所望の任意の位置に定位させ
ることができるので、正面に映像再生装置（例えば、４
台のディスプレイを扇状に並べた映像再生装置ＤＬ）な
どを設置してゲーム画面と共に音響再生すれば、操作者
Ｍの操作に応じて画面と音像が変化して、極めて臨場感
が高いアミューズメントゲーム機を構成できる。このと
き、聴取者（例えば、ゲーム操作者）Ｍの位置（ゾー
ン）に応じて、最適な係数群が選択され、指定された音
像定位位置に対応した係数が、前記選択された係数群か
ら一対のコンボルバに供給されて、音像処理されるの
で、聴取者Ｍが移動しても、意図した定位位置から音像
が聞こえる。したがって、聴取位置がが固定されず、バ
ーチャルリアリティ（仮想現実感）を実現する装置とし
て使用することが可能となる。

【００３７】さらに、一対の遅延手段１４，１５によ
り、一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２と、聴取者との距離
差を補正するように、距離が短い方のスピーカへの信号
を遅延させて、一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２からの再
生音に時間差が生じないように構成したので、再生音の
時間差により、音像定位感がくずれることもない。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明になる音像
定位制御装置によれば、聴取者の位置に応じて最適な係
数群が選択され、指定された音像定位位置に対応した係
数が、選択された係数群から一対のコンボルバに供給さ
れて、音像処理されるので、聴取者が移動しても、意図
した定位位置から音像が聞こえる。したがって、聴取位
置がが固定されず、バーチャルリアリティ（仮想現実
感）を実現する装置として使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる音像定位制御装置の一実施例を示
す構成図である。

【図２】聴取者の位置と一対のトランスジューサとの位
置関係を説明する図である。

【図３】音像定位制御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。

【符号の説明】

１，２ 一対のコンボルバ ３Ｃ ゾーンＣ用の係数ＲＯＭ ３Ｒ ゾーンＲ用の係数ＲＯＭ ３Ｌ ゾーンＬ用の係数ＲＯＭ ４ 制御手段（係数供給手段、ＣＰＵ） １１ 位置検出手段 １２ 係数選択手段 １３ 操作パドル（リモコン） １４，１５ 遅延手段 ｓｐ１，ｓｐ２ 一対のトランスジューサ（スピーカ） ｈ１Ｌ，ｈ１Ｒ スピーカｓｐ１から聴取者左右耳まで
の頭部伝達特性 ｈ２Ｌ，ｈ２Ｒ スピーカｓｐ２から聴取者左右耳まで
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聴取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、聴取者） Ｃ，Ｒ，Ｌ ３つの聴取者ゾーン ＭＣ，ＭＲ，ＭＬ ３つの聴取者位置（中央，右側，左
側） 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 (56)参考文献 特開 平１−276900（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−280198（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−276599（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−110100（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04S 1/00 - 7/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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によ
   って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装置であって、 同一の音源からの信号を、設定された係数に応じて畳み
   込み演算処理する一対のコンボルバと、予め設定した複数の 音像定位位置において測定された頭
   部伝達関数をもとにして、聴取者の位置する可能性のあ
   る複数の領域に応じて算出された各音像定位位置毎のキ
   ャンセルフィルタ用係数群を保持する記憶手段と、 聴取者の位置に応じた領域を検出する領域検出手段と、 前記検出された領域に対応した係数群を、前記記憶手段
   から選択する係数選択手段と、前記係数選択手段で選択した領域の各係数群 を前記一対
   のコンボルバに供給する係数供給手段とからなることを
   特徴とする音像定位制御装置。
2. 【請求項２】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によ
   って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装置であって、 同一の音源からの信号を、設定された係数に応じて畳み
   込み演算処理する一対のコンボルバと、予め設定した複数の 音像定位位置において測定された頭
   部伝達関数をもとにして、聴取者の位置する可能性のあ
   る複数の領域に応じて算出された各音像定位位置毎のキ
   ャンセルフィルタ用係数群を保持する記憶手段と、 聴取者の位置に応じた領域を検出する領域検出手段と、 前記検出された領域に対応した係数群を、前記記憶手段
   から選択する係数選択手段と、前記係数選択手段で選択した領域の各係数群 を前記一対
   のコンボルバに供給する係数供給手段と、 前記検出された領域に応じて、前記一対のトランスジュ
   ーサで再生される信号の時間関係を調整する手段とから
   なることを特徴とする音像定位制御装置。