JP3260360B2 - 音像定位制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、車載用音響再生システム等における音像定
位制御装置に関する。

［発明の概要］ 本発明は、音響源から出力される左、右信号を遅延さ
せる遅延部と、遅延された左、右信号を再生するスピー
カとからなる音響再生システムにおいて、聴取者の近傍
の左、右側にそれぞれマイクロホンを配置し、遅延され
た左、右信号と左、右マイクロホンからの信号に基づい
て、第１、第２の相互相関関数を算出し、これらの相互
相関関数がそれぞれ最大となる最大値時間を求め、さら
にこれら最大値時間の差を計算し、遅延部の遅延時間を
制御することにより、左、右のスピーカから聴取者へ同
時刻に音が到達するようになる。

［従来の技術］ 第２図は、車載用音響再生システムを搭載した自動車
におけるスピーカ配置の位置と聴取位置の例を示すもの
で、自動車内のフロントの左および右側ドアにそれぞれ
ドアスピーカ１および２を配置し、車内のリア側の左お
よび右側にそれぞれリアスピーカ３および４を配置して
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 一般的に、自動車室内のスピーカ配置は聴取者５から
みて左右非対称になっている。

左右非対称な位置（距離）に取り付けられたスピーカ
１〜４から再生された音は時間差をもって聴取者に到達
する。到達時間差があるとハース効果により音像は先に
到達する音源の方に定位してしまう。

そこで、遅延回路を使って先に到達する信号を遅延さ
せ、左、右チャンネルの信号を同時に到達させる方法が
ある。しかし、この方法のみでは、座席の位置や背もた
れを移動させ、頭（耳）の位置が変化した場合、左右の
スピーカからの到達時間が変化してしまい定位が移動し
てしまう。

［課題を解決するための手段］ 上記の問題点を解決するため、本発明の音像定位制御
装置は、音源から出力される左信号および右信号をそれ
ぞれ遅延制御信号に対応した遅延時間で遅延させる遅延
手段と、前記遅延手段により遅延された前記左信号およ
び右信号をそれぞれ再生する複数のスピーカと、聴取位
置近傍に配置され、前記スピーカからの出力信号を集音
するマイクロホンと、前記左信号と前記マイクロホンか
らの信号に基づき第１の相関関数を算出すると共に、前
記右信号と前記マイクロホンからの信号に基づき第２の
相関関数を算出する演算部と、前記第１の相関関数に基
づき、スピーカとマイクロホンとの間の伝播時間に関わ
る第１の時間を求める手段と、前記第２の相関関数に基
づき、スピーカとマイクロホンとの間の伝播時間に関わ
る第２の時間を求める手段と、前記第１の時間および第
２の時間の比較に基づき前記遅延制御信号を出力する制
御手段と、を備えたことを要旨とする。

［作用］ 本発明では、聴取者の近傍の左、右側にそれぞれマイ
クロホンを設け、これらの出力と音源からの左、右信号
との第1,第２の相関関数をとり、これら相関関数のそれ
ぞれに基づいてスピーカとマイクロホン間の伝播時間に
関わる第1,第２の時間を求め、それらの比較結果で、音
響源からの左、右信号を遅延しているので、左、右スピ
ーカから聴取者へ同時刻に音が到達するようにできる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。

第１図は本発明による音像定位制御装置の一実施例の
構成を示すもので、６はCDプレーヤ等の再生装置、７は
遅延回路、８はスイッチ回路、9L、9Rは増幅器、10L、1
0Rは聴取者の近傍、例えば、運転席の背もたれの左、右
に設置されたマイクロホン、11はマイクロコンピュー
タ、12はハイパスフィルタ、13は計算部を示す。

また、遅延回路７において、21L、21RはA/D変換器、2
2L、22Rは左、右チャンネル遅延部、23L、23RはD/A変換
器を示す。また、計算部13において、24L、24R、25L、2
5RはA/D変換器、26L、26Rは相互相関関数計算部、27L、
27Rは最大値検出部、28は左、右時間差計算部を示す。

第３図および第４図は第１図のマイクロコンピュータ
11での処理の例を示すフローチャートである。

第１図において、CDプレーヤ等の音響再生装置６から
出力される左、右チャンネル信号を遅延回路７に加え、
A/D変換器21L、21Rでディジタル信号に変換し、遅延部2
2L、22Rで遅延した後、D/A変換部23L、23Rで再びアナロ
グ信号に変換する。

遅延回路７の出力を２つに分岐し、一方（信号Ａ）を
ハイパスフィルタ12を経て、計算部13に入力し、他方
（信号Ｂ）を、スイッチ回路８、増幅器9L、9Rを介し
て、自動車内のフロントスピーカ１、２およびリアスピ
ーカ（図示省略）から再生出力する。また、マイクロコ
ンピュータ11を遅延回路７、スイッチ回路８、計算部13
と接続している。

以下、本発明の動作を、マイクロコンピュータ11での
処理を中心に第３図および第４図を参照して説明する。

スイッチ回路８の一方のチャンネル、例えば左チャン
ネルのみをオンにし（ステップ31）、スピーカからは、
片チャンネル（左チャンネル）のみを出力させる。

聴取席のヘッドレストから聴取者の左右の耳の位置付
近にセットされた２つのマイクロホン10L、10Rのうち、
出力スピーカに近い方、例えば、左側のマイクロホン10
Lで信号を収音する。この信号Ｂを、ハイパスフィルタ1
2を経て、計算部13に入力する。

計算部13において、A/D変換部25L、25Rで信号Ｂをデ
ィジタル信号に変換し、相互相関関数計算部26L、26Rに
入力する。一方、遅延回路７の出力信号Ａをハイパスフ
ィルタ12に通し、A/D変換部24L、24Rでディジタル信号
に変換し、相互相関関数計算部26L、26Rに入力する。

計算部26L、26Rでは、左および右チャンネル毎に、信
号Ａに対する信号Ｂの相互相関を求める（ステップ3
2）。

相互相関関数とは、２つの信号の類似度を、片方の信
号の遅れ時間を変えながら調べることで、遅れ時間の関
数として表わしたものである。すなわち、相互相関関数
が１番高い値の時間が２つの信号の時間差である。本シ
ステムに当て嵌めると、２つの信号とは信号Ａと信号Ｂ
の片チャンネル分となる。相互相関関数から求める２つ
の信号の時間差の信頼度を上げるため、多数回の平均を
とる（ステップ33）。実験から、約30回ほどの平均をと
ると高い信頼が得られることが解っている。

なお、離散データに変換された信号で相互相関を表わ
すと、 r xy（ｍ）：相互相関関数 x_n ：入力信号 y_n+m ：入力信号（ｎからサンプルｍ個分ずらし
た値） となる。

このように、相互相関関数の平均を求め、その結果
を、最大値検出部27L、27Rに入力し、この平均値が最大
となる時間を求める（ステップ34）。

逆のチャンネル、例えば右チャンネルのスピーカから
信号を再生し、そのスピーカの出力に近い方、例えば、
右側のマイクロホンで収音し、同様に処理して、相互相
関関数が最大となる時間を求める（ステップ（35〜3
8））。

最大値検出部27L、27Rで求めた時間出力を左、右時間
差計算部28に入力し、それらの時間差を求める（ステッ
プ39）。

第５図は、この時間差の算出法の例を説明するための
図で、（ａ）は左チャンネルの相互相関関数を、（ｂ）
は右チャンネルの相互相関関数を示す。図から解るよう
に、第５図（ａ）および（ｂ）の相互相関関数が最大値
となる時間T₁およびT₂の差に相当する時間差T₁−T₂を求
め、その時間差Ｔに相当する信号をマイクロコンピュー
タ11に出力する。

マイクロコンピュータ11では、計算結果の符号に応じ
て（ステップ40）、遅延回路７の遅延時間を遅延制御信
号により制御する。

結果が正（プラス）ならば、右チャンネルの信号を、
負（マイナス）なら左チャンネルの信号を時間Ｔだけ遅
延させる（ステップ41,42）。

このシステムにより、右側のマイクロホンには、右チ
ャンネルスピーカの出力が、左側のマイクロホンには、
左チャンネルスピーカの出力が同時に到達し、ハース効
果の影響を受けることがなくなる。座席の位置や背もた
れの角度を動かして聴取者の耳の位置と２つのスピーカ
の位置関係が変化しても、このシステムを作動させるこ
とですばやく到達時間の補正を行なうことができる。

なお、２つのマイクロホンは、例えば座席のヘッドレ
ストからアームで聴取者の左右の耳付近にセットされて
いる。このマイクロホンは、測定時にのみ使用され、遅
延時間設定後は、ヘッドレストに収納可能、または取り
はずしできるようになっている。

また、ハイパスフィルタ12では、エンジンノイズなど
の影響を小さくするために、低音域をカットできるよう
になっており、理想的には、騒音のない場所でフィルタ
をかけずに測定するのが良い。また、フィルタのカット
オフ周波数はなるべく低い方が高い相互相関が得られ
る。最高でも1k Hz以下に設定する。第６図は自動車の
エンジンノイズの周波数特性の例を示す。

マイクロコンピュータ11からの遅延制御信号により遅
延回路７の遅延時間を制御した後、スイッチ回路８の
左、右チャンネルをオン状態にして通常の再生を行なう
（ステップ44）。

上述した実施例によれば、次のような特徴がある。

（１）聴取者が座席の位置や背もたれの角度を変化させ
ることで頭（耳）の位置を移動しても、その位置で最適
になるよう遅延回路の遅延時間を正確に補正できる。

（２）信号収音用に左耳用、右耳用と２つのマイクロホ
ンを座席のヘッドレストにに装着している。

（３）左チャンネルスピーカ出力を左のマイクロホン
で、右チャンネルスピーカ出力を右のマイクロホンでそ
れぞれ収音し、その信号と左、右それぞれの原信号との
相互相関関数から遅延回路の遅延時間を算出する。

（４）測定時に外部のノイズ（エンジンノイズ等）の影
響をなくすためハイパスフィルタを備えている。

（５）測定用信号に通常の音楽ソースを使うため、車室
内の聴取者に大きな負担がかからない。

なお、上述した実施例では車載用の例について説明し
たが、それに限らず、ホーム用にも利用できる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、聴取車が座席の
位置や背もたれの角度を変化させることで頭（耳）の位
置が移動しても、その位置で最適となるように遅延回路
の遅延時間を素早く補正できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による音像定位制御装置の一実施例の構
成図、第２図は一般的なスピーカ配置と聴取位置を示す
図、第３図および第４図は第１図のマイクロコンピュー
タでの処理の例を示すフローチャート、第５図は遅延時
間算出例を示す図、第６図は自動車のエンジンノイズの
周波数特性の例を示す図である。 １〜４……スピーカ、７……遅延回路、８……スイッチ
回路、11……マイクロコンピュータ、12……ハイパスフ
ィルタ、13……計算部、25……相互相関関数計算部、26
……最大値検出部、27……左、右時間差計算部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】音源から出力される左信号および右信号を
   それぞれ遅延制御信号に対応した遅延時間で遅延させる
   遅延手段と、 前記遅延手段により遅延された前記左信号および右信号
   をそれぞれ再生する複数のスピーカと、 聴取位置近傍に配置され、前記スピーカからの出力信号
   を集音するマイクロホンと、 前記左信号と前記マイクロホンからの信号に基づき第１
   の相関関数を算出すると共に、前記右信号と前記マイク
   ロホンからの信号に基づき第２の相関関数を算出する演
   算部と、 前記第１の相関関数に基づき、スピーカとマイクロホン
   との間の伝播時間に関わる第１の時間を求める手段と、 前記第２の相関関数に基づき、スピーカとマイクロホン
   との間の伝播時間に関わる第２の時間を求める手段と、 前記第１の時間および第２の時間の比較に基づき前記遅
   延制御信号を出力する制御手段と、 を備えたことを特徴とする音像定位制御装置。