JP3059882B2 - 音の遠近感制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、仮想的に形成される聴
取者に対する音源の位置に基づいて２チャンネルスピー
カーから発せられる音を制御する音の遠近感制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は、仮想的に形成される聴取者に対
する音源の位置に基づいて２チャンネルスピーカーから
発せられる音を制御することにより、その位置に音源が
あるように聞こえる、即ち、そのように音像（頭の中で
作られる音源位置）が形成されるようにしたものはな
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このため、ステレオ配
置の２チャンネルスピーカーを用いたとしても単一の音
源については両スピーカーからは同じ音が発せられるの
で、聴取者は音源との相対的位置関係に基づく遠近感
（立体感）を得ることができず、例えば、３次元映像を
用いるシミュレーション装置、ゲーム機、或いはホーム
シアター等において聴取者に臨場感を十分に与えること
はできなかった。

【０００４】本発明は、仮想的に形成される聴取者に対
する音源の位置に基づいて２チャンネルスピーカーから
発せられる音を制御して音像を遠近制御する音の遠近感
制御装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の構成
は、聴取者と音源との仮想的な距離を示す距離情報を供
給する距離情報供給手段と、入力信号となる音源信号か
らのその反射音を生成する反射音生成手段と、上記反射
音に距離情報に基づく係数を乗算して得た間接音と音源
信号である直接音とを加算する加算信号生成手段と、該
加算信号生成手段で生成した音信号を、上記距離情報供
給手段の距離情報に基づいて振幅調整し、上記距離情報
供給手段の距離情報に基づいて変化するカットオフ周波
数で低域成分のみを通過させる手段と、該手段を通過し
た信号を聴取者の位置に対する音源位置の情報に基づい
て設定される位相反転係数を乗算する位相反転係数乗算
手段とを備え、上記振幅を調整し低域成分を通過させる
手段を通過した音信号を２チャンネルステレオの一方の
チャンネル出力信号とし、また上記位相反転係数乗算手
段からの音信号を２チャンネルステレオの他方のチャン
ネル出力信号とすることを特徴とする。

【０００６】本発明の第２の構成は、聴取者と音源との
仮想的な位置関係を聴取者の前方位置と前後近辺と後方
位置の3つに分類した位置情報を供給する位置情報供給
手段と、音源位置が前後方向位置にある場合に適する遠
近感制御手段と、音源位置が前後近辺にある場合に適す
る遠近感制御手段と、上記位置情報供給手段から供給さ
れた位置情報に基づいて上記前後方向位置にある場合に
適する遠近感制御手段と上記前後近辺にある場合に適す
る遠近感制御手段とを切り換える切換手段とを備え、上
記前後方向位置にある場合に適する遠近感制御手段は、
聴取者と音源との仮想的な距離を示す距離情報を供給す
る距離情報供給手段と、音源信号からのその反射音を生
成する反射音生成手段と、上記反射音に距離情報に基づ
く係数を乗算して得た間接音と音源信号である直接音と
を加算する加算信号生成手段と、該加算信号生成手段で
生成した音信号を、上記距離情報供給手段の距離情報に
基づいて振幅調整し、上記距離情報供給手段の距離情報
に基づいて変化するカットオフ周波数で低域成分のみを
通過させる手段と、該手段を通過した信号を聴取者の位
置に対する音源位置の情報に基づいて設定される位相反
転係数を乗算する位相反転係数乗算手段とを有し、上記
振幅を調整し低域成分を通過させる手段を通過した音信
号を２チャンネルステレオの一方のチャンネル出力信号
とし、また上記位相反転係数乗算手段からの音信号を２
チャンネルステレオの他方のチャンネル出力信号とし、
また、上記前後近辺にある場合に適する遠近感制御手段
は、聴取者と音源との仮想的な距離を示す距離情報を供
給する距離情報供給手段と、音源信号を２系統に分けて
一方の信号を２チャンネルステレオの一方のチャンネル
出力信号として出力する手段と、距離情報に基づいて上
記一方の信号に対して他方の信号の位相差を連続的に変
化させて２チャンネルステレオの他方のチャンネル出力
信号として出力する手段とを有することを特徴とする。

【０００７】本発明の第３の構成は、前述の第１及び第
２の構成において、音源信号から動きのない音の信号と
動きのある音の信号に分離し、上記入力信号として上記
動きのある音の信号を入力する手段と、上記チャンネル
出力信号に上記動きのない音の信号を加算する手段とを
備えることを特徴とする。

【０００８】

【０００９】

【作用】上記第１の構成によれば、音源信号からその反
射音を生成し、これを聴取者と音源との距離に応じて直
接音との比率を異ならせて間接音とし、この間接音と直
接音とを加算した信号の振幅を同じく距離に応じて変化
させ、更に、同じく距離に応じて音信号の高域成分のカ
ット周波数を異ならせ、上記処理された音信号を２チャ
ンネルステレオの一方のチャンネル出力信号として出力
する一方、上記処理された音信号に所定の位相反転係数
を乗算した信号を２チャンネルステレオの他方のチャン
ネル出力信号として出力するので、単一音源について前
方位置及び後方位置について音の遠近感を作りだすこと
ができる。即ち、仮想的に形成される聴取者に対する音
源の位置が前方位置にあれば音像は前方に形成され、方
向位置にあれば音像は後方に形成されることになる。

【００１０】

【００１１】上記第２の構成によれば、位置情報に基づ
いて駆動されるべき遠近感制御手段が選択されるので、
仮想的に形成される聴取者に対する音源の位置が前方位
置、前後近辺、後方位置のいずれの位置にあるときで
も、適切な遠近感制御を行ってその位置に音像を形成さ
せることができる。

【００１２】上記第３の構成によれば、音源を動きのあ
る音の信号と動きのない音の信号に分離し、動きのある
音の信号を前述した構成でチャンネル出力信号を形成
し、この信号と動きのない音の信号とを加算するので、
２チャンネルで動きのある立体的な音を出力することが
できる。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明をその実施例を示す図に基づ
いて説明する。

【００１４】図１は、仮想的に形成される聴取者と音源
との位置が聴取者の前方位置又は後方位置にある場合に
適する音の遠近感制御装置を示したブロック図である。
また、図２には、聴取者と音像の前後方向距離（位置）
を聴取者の前方位置と前後近辺と後方位置の３つに分類
して示している。

【００１５】反射音生成手段１は、単一音源からの音源
信号を入力してその反射音を生成するものである。具体
的には、遅延時間が互いに異なる遅延回路群と、各遅延
回路を経た信号の振幅を調整する手段とを備えて構成さ
れ、図３に示すように、現在時刻ｔから一定時間前（ｎ
_m ）の所定振幅（ａ_m ）の信号群を出力する構成となっ
ている。図４には、現在時刻ｔから逆上るサンプリング
間隔ｎ（ｍｓ）及び振幅ａの一例を示している。

【００１６】間接音生成手段２は、前記の反射音生成手
段１にて生成された反射音に距離情報に基づく係数を乗
算して間接音を生成するものである。距離情報とは、仮
想的に形成される聴取者と音源との前後方向の距離を示
すものであり、図示しない距離情報供給手段から供給さ
れるが、例えば、３次元映像を用いるゲーム機であれ
ば、３次元座標上のオブジェクトのＺ軸座標値から音源
の距離情報を生成できる。

【００１７】また、上記の乗算係数は、間接音と直接音
（音源信号）との比率を調整するためのものでり、係数
が“１”であれば、反射音をそのまま間接音とすること
を意味し、係数が“０．５”であれば、反射音のレベル
を１／２に下げたものを間接音とすることを意味する。
なお、音源位置が遠ければ係数は大きくなり、間接音の
直接音に対する比率が増大するようにしている。

【００１８】加算器３は、音源信号である直接音と、前
記反射音に距離情報に基づく係数を乗算して得た間接音
とを加算するものである。

【００１９】振幅調整手段４は、加算器３にて生成され
た加算信号の振幅を距離情報に基づいて調整するように
なっている。この振幅の調整は、音源が聴取者から遠い
ほど振幅が小さくなるように行う。

【００２０】ローパスフィルタ５はカットオフ周波数特
性が可変となるように例えばＦＩＲフィルタにて構成さ
れるとともに、上記カットオフ周波数特性が距離情報に
基づいて選択されるようになっている。カットオフ周波
数は音源が聴取者から遠いほど低く設定される。そし
て、この選択されたカットオフ周波数特性にて前記の振
幅調整された信号の低域成分を通過させるようになって
いる。

【００２１】図５は、距離情報（遠い←→近い）に基づ
く、カットオフ周波数の変化、間接音と直接音の比率の
変化、及び全体振幅の変化の一例を示している。なお、
これらの値は、ダミーヘッドを用いた実験結果から導き
出すことができる。

【００２２】そして、前記のローパスフィルタ５を通過
した音信号が２チャンネルステレオのＬチャンネル出力
信号として出力されるようになっている。一方、ローパ
スフィルタ５を通過し、位相反転係数乗算器６にて所定
の位相反転係数が乗算された音信号が２チャンネルステ
レオのＲチャンネル出力信号として出力される。

【００２３】前記の位相反転係数としては、図６に示す
ように、“１”と“−１”とが設定されており、位置情
報によっていずれかが選択されるようになっている。位
置情報は、前述の図２に示したように、聴取者の前方位
置、前後近辺、及び後方位置の３つからなる。位相反転
係数は、位置情報が前方位置であるときには、“１”と
なり、後方位置であるときには“−１”となる。

【００２４】上記の構成によれば、音源信号からその反
射音を生成し、これを聴取者と音源との距離に応じて直
接音との比率を異ならせて間接音とし、この間接音と直
接音とを加算した信号の振幅を同じく距離に応じて変化
させ、更に、同じく距離に応じて音信号の高域成分のカ
ットオフ周波数を異ならせてＬチャンネル出力とし、更
に、位相反転係数を前方位置においては１とし、後方位
置においては−１としてＲチャンネル出力とするので、
単一音源について前方位置及び後方位置について音の遠
近感を作りだすことができる。即ち、仮想的に形成され
る聴取者に対する音源の位置が前方位置にあれば音像は
前方に形成され、後方位置にあれば音像は後方に形成さ
れることになる。

【００２５】なお、本実施例では、振幅調整手段４にて
全体振幅を調整した後にローパスフィルタ５を通過させ
たがその順序を逆にしてもよいものである。

【００２６】（実施例２）以下、本発明の他の実施例を
図７乃至図１１に基づいて説明する。

【００２７】本実施例では、仮想的に形成される聴取者
と音源との位置が聴取者の前後近辺（図２参照）にある
場合に適する音の遠近感制御装置を示す。図７は、本実
施例の音の遠近感制御装置のブロック図であり、図８は
図７の位相差可変器７の具体的構成例を示したものであ
る。

【００２８】位相差可変器７は、音源信号を入力し位相
が相互に９０度異なる二つの信号を生成するものであ
る。この位相差可変器７は、例えば、図８に示している
ように、位相差０度の応答特性を有する第１のＦＩＲフ
ィルタ７ａと位相差９０度の応答特性を有する第２のＦ
ＩＲフィルタ７ａとから構成される。図９は第１のＦＩ
Ｒフィルタ７ａのインパルス応答を示すグラフであり、
図１０は第２のＦＩＲフィルタ７ｂのインパルス応答を
示すグラフである。

【００２９】第１の乗算器８は、第１のＦＩＲフィルタ
７ａを経た音信号に距離情報に応じた係数を乗算する。
また、第２の乗算器９は、第２のＦＩＲフィルタ７ｂを
経た音信号に距離情報に応じた係数を乗算する。係数は
図示しないＲＯＭに格納されている。図１１は、第１の
乗算器８及び第２の乗算器９における距離に応じた係数
の値を示した図である。

【００３０】前記の第１のＦＩＲフィルタ７ａを経た音
信号が２チャンネルステレオのＬチャンネル出力信号と
して出力されるようになっている。一方、前記第１の乗
算器８及び第２の乗算器９を経た音信号を加算器１０に
て加算した音信号が２チャンネルステレオのＲチャンネ
ル出力信号として出力される。

【００３１】Ｒチャンネル出力信号は、図１１で示した
係数を変化させることにより、Ｌチャンネル出力信号に
対して位相差が０〜１８０度まで連続的に変化したもの
となる。図１１において、ｄ１＝１．０でｄ２＝０．０
であれば、両信号の位相差は０度であり、ｄ１＝０．０
でｄ２＝１．０であれば、両信号の位相差は９０度であ
り、ｄ１＝−０．９８０８でｄ２＝０．１９５１であれ
ば、両信号の位相差は略１８０度、ｄ１＝−１．０でｄ
２＝０．０であれば１８０度となる。両信号の位相差が
０度のときには、音像の位置はスピーカーまでの距離と
ほぼ等しいものとなり、位相差が９０度のときには、音
像の位置はスピーカー間の空間で広がったものとなり、
位相差が１８０度のときには、音像の位置は聴取者の後
頭部付近となる。

【００３２】上記の構成によれば、音源信号から位相が
互いに９０度異なる２系統の音信号を生成し、位相差０
度の信号をＬチャンネル出力信号とする一方、Ｒチャン
ネル出力信号をＬチャンネル出力信号に対して位相差が
０〜１８０度まで連続的に変化させるので、単一音源信
号から前後近辺についての音の遠近感を作りだすことが
できる。即ち、仮想的に形成される聴取者に対する音源
の位置が頭の前後近辺にあれば音像を頭の前後近辺に形
成させることができる。

【００３３】（実施例３）以下、本発明の他の実施例を
図１２に基づいて説明する。

【００３４】本実施例の音の遠近感制御装置は、実施例
１の遠近感制御装置と実施例２の遠近感制御装置とを備
え、位置情報（前方位置、前後近辺、後方位置）に基づ
いていずれかの遠近感制御装置を駆動するように構成し
たものである。即ち、図１２に示すように、音信号の入
力側には位置情報によって作動する切換スイッチ１１を
設けている。音源信号は、この切換スイッチ１１によっ
て実施例１の遠近感制御装置における反射音生成部１
か、或いは実施例２の遠近感制御装置の位相差可変器７
に入力される。そして、両遠近感制御装置の音信号の出
力側にも上記の切換スイッチ１１に連動する出力切換ス
イッチ１２が設けられており、いずれかの遠近感制御装
置の音出力が採用される。

【００３５】上記の構成によれば、位置情報に基づいて
駆動されるべき遠近感制御装置が選択されるので、仮想
的に形成される聴取者に対する音源の位置が前方位置、
前後近辺、後方位置のいずれの位置にあるときでも、適
切な遠近感制御を行ってその位置に音源があるように音
像を形成させることができる。

【００３６】（実施例４）以下、本発明の他の実施例を
図１３に基づいて説明する。

【００３７】本実施例の音の遠近感制御装置は、例え
ば、シアターにおける音声処理回路として用いられる。

【００３８】音源分離回路２１は、音源信号を動きのな
い信号（例えば、環境音）と動きのある信号（移動して
いる音源からの音信号）に分離するものである。本実施
例では、Ｌチャンネル音源信号とＲチャンネル音源信号
とを入力し、動きのある信号としてセンター信号Ｃおよ
びサラウンド信号Ｓを分離する。

【００３９】前後位置検出器２５は、センター信号Ｃと
サラウンド信号Ｓとから聴取者に対する音源の位置（前
後関係及び距離）を検出してその情報を出力する。前後
関係及び距離は、例えば、ある短い時間間隔内でセンタ
ー信号Ｃとサラウンド信号Ｓのそれぞれの音圧の２乗平
均を算出し、どちらが大きいか及びその割合によって求
めることができる。

【００４０】加算器２２は、センター信号Ｃとサラウン
ド信号Ｓとを加算して単一音源信号を作りだし、これを
実施例３の構成の遠近感制御装置２０に供給する。

【００４１】遠近感制御装置２０は、位置情報及び距離
情報として前記の前後位置検出器２５からの信号を入力
して音の遠近感制御を行う。

【００４２】加算器２３は、音源分離回路２１からのＬ
チャンネル音源信号に遠近感制御装置２０にて生成され
たＬチャンネル音信号を加算する。また、加算器２４は
音源分離回路２１からのＲチャンネル音源信号に遠近感
制御装置２０にて生成されたＲチャンネル音信号を加算
する。

【００４３】上記の構成によれば、動きのある音の信号
から２チャンネル音信号を生成し、この２チャンネル音
信号を動きのない２チャンネル音源信号にそれぞれ加算
するので、２チャンネルで動きのある立体的な音を出力
することができる。

【００４４】なお、ゲーム機などでは、画面上に表され
る物体或いは表されないが存在している（例えば、視点
位置の後方に存在）物体の位置、その物体の移動方向、
その物体が音源となるか否か等はコンピューター自身が
把握しているので、音源信号から動きのある信号の分離
や位置情報及び距離情報の生成は容易に行うことができ
る。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、単一音
源信号を制御してステレオ配置の２チャンネルスピーカ
ーに出力し遠近感のある音像を聴取者に与えることがで
きる。また、動きのある音の信号から２チャンネル音信
号を生成し、この２チャンネル音信号を動きのない２チ
ャンネル音源信号にそれぞれ加算する構成によれば、２
チャンネルで動きのある立体的な音を出力することがで
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音の遠近感制御装置（前方位置，後方
位置用）を示すブロック図である。

【図２】仮想的に形成される聴取者と音源との位置を、
聴取者の前方位置と前後近辺と後方位置の３つに分類し
て示す説明図である。

【図３】反射音の生成方法を示す概念図である。

【図４】図３におけるサンプリング間隔及び振幅の具体
的数値を示す図である。

【図５】距離情報（遠い←→近い）に基づく、カットオ
フ周波数の変化、間接音と直接音の比率の変化、及び全
体振幅の変化を示す図である。

【図６】位置情報に基づいて選択される位相反転係数を
示す図である。

【図７】本発明の音の遠近感制御装置（前後近辺）を示
すブロック図である。

【図８】図７の位相差可変器の具体的内容を示した音の
遠近感制御装置のブロック図である。

【図９】図８の第１のＦＩＲフィルタのインパルス応答
を示すグラフである。

【図１０】図８の第２のＦＩＲフィルタのインパルス応
答を示すグラフである。

【図１１】図８の第１の乗算器及び第２の乗算器におけ
る距離に応じた係数の値を示した図である。

【図１２】本発明の音の遠近感制御装置（前方位置，前
後近辺，後方位置用）を示すブロック図である。

【図１３】本発明の音源分離回路を備えた音の遠近感制
御装置（前方位置，前後近辺，後方位置用）を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 反射音生成手段 ２ 間接音生成手段 ３ 加算信号生成手段 ４ 振幅調整手段 ５ ローパスフィルタ ６ 位相反転係数乗算器 ７ 位相差可変器 ７ａ 第１のＦＩＲフィルタ ７ｂ 第２のＦＩＲフィルタ ８ 第１の乗算器 ９ 第２の乗算器 １０ 加算器 １１ 切換スイッチ １２ 出力切換スイッチ ２１ 音源分離回路

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−7400（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−67300（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−170700（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−114000（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−79060（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−129300（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04S 1/00 H04S 5/00 H04S 7/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 聴取者と音源との仮想的な距離を示す距
   離情報を供給する距離情報供給手段と、入力信号となる
   音源信号からのその反射音を生成する反射音生成手段
   と、上記反射音に距離情報に基づく係数を乗算して得た
   間接音と音源信号である直接音とを加算する加算信号生
   成手段と、該加算信号生成手段で生成した音信号を、上
   記距離情報供給手段の距離情報に基づいて振幅調整し、
   上記距離情報供給手段の距離情報に基づいて変化するカ
   ットオフ周波数で低域成分のみを通過させる手段と、該
   手段を通過した信号を聴取者の位置に対する音源位置の
   情報に基づいて設定される位相反転係数を乗算する位相
   反転係数乗算手段とを備え、上記振幅を調整し低域成分
   を通過させる手段を通過した音信号を２チャンネルステ
   レオの一方のチャンネル出力信号とし、また上記位相反
   転係数乗算手段からの音信号を２チャンネルステレオの
   他方のチャンネル出力信号とすることを特徴とする音の
   遠近感制御装置。
2. 【請求項２】 聴取者と音源との仮想的な位置関係を聴
   取者の前方位置と前後近辺と後方位置の3つに分類した
   位置情報を供給する位置情報供給手段と、音源位置が前
   後方向位置にある場合に適する遠近感制御手段と、音源
   位置が前後近辺にある場合に適する遠近感制御手段と、
   上記位置情報供給手段から供給された位置情報に基づい
   て上記前後方向位置にある場合に適する遠近感制御手段
   と上記前後近辺にある場合に適する遠近感制御手段とを
   切り換える切換手段とを備え、 上記前後方向位置にある
   場合に適する遠近感制御手段は、聴取者と音源との仮想
   的な距離を示す距離情報を供給する距離情報供給手段
   と、音源信号からのその反射音を生成する反射音生成手
   段と、上記反射音に距離情報に基づく係数を乗算して得
   た間接音と音源信号である直接音とを加算する加算信号
   生成手段と、該加算信号生成手段で生成した音信号を、
   上記距離情報供給手段の距離情報に基づいて振幅調整
   し、上記距離情報供給手段の距離情報に基づいて変化す
   るカットオフ周波数で低域成分のみを通過させる手段
   と、該手段を通過した信号を聴取者の位置に対する音源
   位置の情報に基づいて設定される位相反転係数を乗算す
   る位相反転係数乗算手段とを有し、上記振幅を調整し低
   域成分を通過させる手段を通過した音信号を２チャンネ
   ルステレオの一方のチャンネル出力信号とし、また上記
   位 相反転係数乗算手段からの音信号を２チャンネルステ
   レオの他方のチャンネル出力信号とし、 また、上記前後近辺にある場合に適する遠近感制御手段
   は、聴取者と音源との仮想的な距離を示す距離情報を供
   給する距離情報供給手段と、音源信号を２系統に分けて
   一方の信号を２チャンネルステレオの一方のチャンネル
   出力信号として出力する手段と、距離情報に基づいて上
   記一方の信号に対して他方の信号の位相差を連続的に変
   化させて２チャンネルステレオの他方のチャンネル出力
   信号として出力する手段とを有する ことを特徴とする音
   の遠近感制御装置。
3. 【請求項３】 音源信号から動きのない音の信号と動き
   のある音の信号に分離し、上記入力信号として上記動き
   のある音の信号を入力する手段と、上記チャンネル出力
   信号に上記動きのない音の信号を加算する手段とを備え
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１
   つに記載の音の遠近感制御装置。