JP3409364B2 - 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、音像の移動に伴うドッ
プラー効果を表現することが可能な音像定位制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、左右２チャネルの信号系の楽音信
号にそれぞれ時間遅延および振幅調整を施すことにより
各信号系間に時間差および振幅差を発生させて、聴感
上、楽音に方向感および距離感を与え、音像の定位感を
明瞭にするようにした音像定位制御装置がある。

【０００３】図６は、この音像定位制御装置の一例の概
略構成を示すブロック図である。

【０００４】同図において、音源１０１から発生された
楽音信号は左右２チャネルの信号系に分離され、左チャ
ネルの楽音信号は、音源から左耳までの距離に応じた時
間遅延が設定された遅延器１０２により遅延され、前記
距離に応じて減衰する振幅の減衰量が設定された乗算器
１０３により振幅調整される。同様にして、右チャネル
の楽音信号も、遅延器１０５により遅延され、乗算器１
０６により振幅調整される。このようにして、音像定位
制御装置は、音源の設定位置により空間に生ずる現象を
シミュレートし、その結果に応じて信号処理を行って音
像の定位感の明瞭化を図っている。

【０００５】なお、厳密には、聴取者の耳に届いた楽音
が音源の楽音に対して変化する要素は時間遅延および振
幅の減衰量のみでなく、例えば、楽音が空気中を伝播す
るときに生ずる周波数特性の変化や、聴取者の耳介や肩
等の影響による伝達特性の変化等の要素も考慮する必要
がある。しかしながら、後者の周波数特性変化および伝
達特性の変化は、前者の時間遅延および振幅の減衰量に
比べて、楽音変化に対する影響が小さいので、時間遅延
および振幅の減衰量による楽音の近似がよく用いられて
いる。

【０００６】ところで、音源が設定される空間が広い場
合、例えば、数１００メートル以上の空間を移動する音
源の音像定位を表現する場合には、楽音が音源から発生
されてから聴取者に聴取されるまでの時間が大きくなり
（数秒）、この時間差を前記音像定位制御装置によって
発生させるためには、遅延器１０２，１０４の構成を大
規模化させる必要がある。また、特に、設定される空間
が大きく、且つ楽音ととともに音像が同時に視聴される
もの、例えば、ビデオゲーム等の聴覚用バーチャルリア
リティシステムに、この音像定位制御装置を適用する場
合には、前記時間差により楽音と映像とが同時に発生し
ないため、視聴者は不自然さを感じてしまうという事実
がある。この事実は、映画の楽音編集の際に、特殊な科
学的なシーンを除いて、映像と楽音とは同時に発生する
ようにしていることからも裏付けられる。

【０００７】さらに、この音像定位制御装置を電子楽器
用の音像定位システムとして用いる場合には、鍵盤を押
してから発音されるまでの応答時間が長くなることに加
え、実際に音がスピーカから発せられて聴取者の耳に届
くまでの時間を考慮する必要があるので、やはり、音の
遅延に違和感を生ずることになる。

【０００８】したがって、実際の音像定位制御装置は、
上述した絶対的な物理空間をそのまま表現するのではな
く、左右の耳に生ずる相対的な楽音信号をシミュレート
して生成している。即ち、前記遅延器１０２，１０４で
は、その入力された左右２チャネルの信号系の楽音信号
の内、遅延時間が短い方の信号系の遅延器の遅延時間が
“０”に設定され、他方の信号系の遅延器の遅延時間に
は２信号系の時間差が設定されるように構成され、同様
にして、前記乗算器１０３，１０５には、２信号系の振
幅差が設定されるように構成されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の音像定位制御装置、特に、左右の耳に生ずる相対的
な楽音信号をシミュレートして生成する音像定位制御装
置において、音源と聴取者とが相対的に移動していると
きに生じるドップラー効果を表現することはできない。
即ち、前述した絶対的な物理空間をそのまま表現する音
像定位制御装置では、音像の位置を時間的に移動するの
に合わせて遅延時間を変更していくことにより、その音
像定位制御装置の中で自然にドップラー効果が生ずる
が、相対的な楽音信号を生成する音像定位制御装置で
は、時間遅延および振幅の差分のみにより聴取者の左右
の耳に生ずる相対的な信号処理を施しているためにドッ
プラー効果が殆ど生ぜず、音像移動のリアル感に乏しい
という問題があった。

【００１０】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、音像移動のリアル感を豊かにすることができる音像
定位制御装置を提供することを目的とする。

【００１１】なお、本発明において、音像定位のための
信号処理の具体的手法や回路装置等は、本願出願人が既
に出願した特願平４−２１９７５２、特願平４−２７６
３５および特願平４−３１７５２４に開示された内容を
含むものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、音信号を発生する複数の音源と、音像の定位
位置の移動状態を指示する移動状態指示手段と、前記複
数の音源からの音信号を、前記移動状態指示手段により
指示された移動状態に応じて遅延させることにより、該
複数の音信号の相対時間差を設定する遅延手段と、前記
移動状態指示手段により指示された移動状態に応じて、
前記複数の音源から出力される音信号各々に対して周波
数変更を行う周波数変更手段とを有し、また、音信号を
発生する音源と、音像の定位位置の移動状態を指示する
移動状態指示手段と、複数チャネルの信号系に分離され
た前記音源からの音信号を、前記移動状態指示手段によ
り指示された移動状態に応じて遅延させることにより、
該複数系列の信号の相対時間差を設定する遅延手段と、
前記移動状態指示手段により指示された移動状態に応じ
て、前記音源から出力される複数系列の音信号各々に対
して周波数変更を行う周波数変更手段とを有することを
特徴とする。

【００１３】なお、実際に生ずるドップラー効果をさら
に詳細に表現し、音像移動のリアル感をさらに豊かにす
るために、複数の前記周波数可変音源を複数チャネルの
信号系毎に設け、前記移動状態指示手段により指示され
た移動状態に応じて前記各周波数可変音源から出力され
るべき音信号の周波数を前記周波数変更手段により個別
に変更し、また、複数の前記周波数変更手段を複数チャ
ネルの信号系毎に設け、前記移動状態指示手段により指
示された移動状態に応じて前記音源から出力された音信
号の周波数を前記周波数変更手段により個別に変更する
ようにしてもよい。

【００１４】

【作用】請求項１記載の発明の構成に依れば、周波数可
変音源自体の音信号の周波数は、移動状態指示手段によ
り指示された音像定位位置の移動状態に応じて、周波数
変更手段により変更され、遅延手段により複数チャネル
の信号系の相対時間差が設定される。

【００１５】請求項２記載の発明の構成に依れば、音源
から出力された音信号の周波数は、移動状態指示手段に
より指示された音像定位位置の移動状態に応じて、周波
数変更手段により変更され、遅延手段により複数チャネ
ルの信号系の相対時間差が設定される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。

【００１７】図１は、本発明に係る音像定位制御装置の
第１実施例の概略構成を示すブロック図である。

【００１８】同図において、音源であるトーンジェネレ
ータ（以下、「Ｔ．Ｇ．」という）１から出力された楽
音信号は左右２チャネルの信号系に分離され、左チャネ
ルの楽音信号は、遅延器２を介してＦＩＲフィルタ３に
供給される。遅延器２は、左チャネルの楽音信号の遅延
時間が右チャネル楽音信号の遅延時間より長いときに、
両遅延時間の差分に設定され、左チャネルの楽音信号の
遅延時間が右チャネルの楽音信号の遅延時間より短いと
きに、“０”が設定される。遅延器４の遅延時間は、こ
れと逆に設定される。ＦＩＲフィルタ３は、ダミーヘッ
ドを用いて測定されたインパルス応答から初期遅延を除
いた部分に対応する伝達関数の係数が設定されたフィル
タである。一方、右チャネル楽音信号は、遅延器４を介
してＦＩＲフィルタ３と同様に設けられたＦＩＲフィル
タ５に供給され、左チャネル楽音信号と同様の処理が施
される。ここで、遅延器２，４は遅延部６を、ＦＩＲフ
ィルタ３，５は方向付器７を構成する。なお、遅延部６
および方向付器７の詳細は、本願出願人による特願平４
−３１７５２４に開示されている。

【００１９】遅延部６には、左右２チャネルの信号系の
相対遅延時間を求め、その結果に応じて遅延器２，４の
遅延時間を制御する相対遅延制御部８の出力が供給さ
れ、方向付器７には、ＦＩＲフィルタ３，５の係数を制
御して伝達関数を制御する伝達関数制御部９の出力が供
給される。相対遅延制御部８および伝達関数制御部９に
は、時々刻々変化する音像の位置を指定するための時変
動位置指定部１０の出力側が接続され、さらに、時変動
位置指定部１０の出力側は、聴取者方向の音源の速度ベ
クトル値を算出するための方向微分回路１１の入力側に
も接続されている。時変動位置指定部１０では、例え
ば、ゲームプログラム等により音像の位置が指定され、
その結果が相対遅延制御部８、伝達関数制御部９および
方向微分回路１１に出力される。しかし、時変動位置指
定部１０は、これに限るものではなく、トラックボール
やジョイスティック等の操作子（図示せず）を設け、聴
取者が音像の位置を指定することができるように構成し
てもよい。

【００２０】方向微分回路１１の速度ベクトル値出力
は、該出力に応じて前記Ｔ．Ｇ．１のピッチを変更する
ためのピッチシフトデータを生成する速度・ピッチ変換
回路１２に供給され、速度・ピッチ変換回路１２の出力
はＴ．Ｇ．１に供給される。

【００２１】Ｔ．Ｇ．１は、図示しない楽音制御情報発
生回路から発生される音高情報、音色情報等に基づき楽
音信号を生成するものであるが、この音高情報を速度・
ピッチ変換回路１２の出力に応じて修正することによ
り、生成される楽音信号のピッチが変更される。

【００２２】前記遅延部６および方向付器７を介して信
号処理された左右２チャネルの信号系は、クロストーク
キャンセラ１３によりクロストーク特性の逆特性が付与
された後、図示しないＤ／Ａコンバータ、アンプ、スピ
ーカによりそれぞれアナログ変換され、増幅され、楽音
に変換される。ここで、クロストークキャンセラ１３
は、スピーカと聴取者の位置関係により、予め想定され
る左右信号間のクロストークを打消し合うように逆クロ
ストークを付加する回路で、スピーカから発生する音に
よってもヘッドホンで聴取する場合と同様に、スピーカ
間のみならず全周にわたる定位を得られるようにするも
のである。尚、クロストークキャンセラ１３はヘッドホ
ンのみで聴取する場合は省略できる。

【００２３】以上のようにして、Ｔ．Ｇ．１から出力さ
れるべき楽音信号は、音源の移動により生ずるドップラ
ー効果に応じて、方向微分回路１１および速度・ピッチ
変換回路１２によりピッチが変更され、即ち楽音信号周
波数が変更されるので、遅延部６および方向付器７によ
り楽音に方向感および距離感が与えられ、スピーカから
音像移動のリアル感の豊かな楽音が出力される。

【００２４】図２は、本発明に係る音像定位制御装置の
第２実施例の概略構成を示すブロック図である。

【００２５】前記第１実施例は、速度・ピッチ変換回路
１２の出力に応じて、直接、Ｔ．Ｇ．１自体の有する楽
音信号のピッチを変更するように構成しているのに対し
て、本実施例は、Ｔ．Ｇ．１から出力された楽音信号の
ピッチ（周波数）をピッチシフタ２１を用いて変更する
ように構成している点のみが異なっている。したがっ
て、図２中、図１と対応する要素には同一符号を付し、
その説明を省略する。

【００２６】図２において、Ｔ．Ｇ．１の出力側にピッ
チシフタ２１が接続され、ピッチシフタ２１には、前記
速度・ピッチ変換回路１２のピッチシフトデータが供給
される。しかして、このピッチシフトデータに応じて、
第１実施例と同様にして、Ｔ．Ｇ．１から出力された楽
音信号は、そのピッチが変更され、音源の移動に応じた
ドップラー効果が付与されて、後段の遅延部６に出力さ
れる。

【００２７】上述した第１および第２実施例では、図１
および図２に示されるように、ドップラー効果によるピ
ッチ変更を、左右２チャネルの信号系列に分離される前
の楽音信号に施している。実際には、音源の移動により
生ずるドップラー効果は、聴取者の左右の耳間で異なっ
ているが、その効果の差が大きくないために、その差を
無視している。図３（ａ）は、周波数ｆ₀の音を発生し
ている音源が聴取者の右チャネル方向から左チャネル方
向に等速度で移動している状態（矢印方向）を示し、図
３（ｂ）は、その音源の移動によって生ずるドップラー
効果により聴取者の左右の耳に生じる周波数変化特性を
示している。ここで、図３（ｂ）中、縦軸は周波数ｆを
示し、横軸は時間ｔを示す。即ち、図３（ａ）に示すよ
うに音源が移動すると、図３（ｂ）に示すように、聴取
者により聴取される音源の周波数は、まず右耳から低域
にシフトし始め、次に、若干の遅れを生じた後に、左耳
の周波数が低域にシフトし始める。

【００２８】このように左右双方の耳に生ずるドップラ
ー効果の違いを表現し、音源の移動により生じるリアル
感をさらに高めた実施例を以下に説明する。

【００２９】図４は、本発明に係る音像定位制御装置の
第３実施例の概略構成を示すブロック図である。

【００３０】本実施例は、前記第１実施例に対して、
Ｔ．Ｇ．を左右２チャネルの信号系列のそれぞれに設け
た点のみが異なるため、図４中、図１と対応する要素に
は同一符号を付し、その構成の説明は省略する。

【００３１】図４において、左右２チャネルの信号系列
のそれぞれに、Ｔ．Ｇ．３１，３２が配設され、Ｔ．
Ｇ．３１，３２には、その出力楽音信号のピッチを独立
に変更できるように、速度・ピッチ変換回路１２から、
それぞれ左右チャネルピッチシフトデータが供給され
る。このため、方向微分回路１１は、時変動位置指定部
１０から供給される音源の移動データに基づいて、左右
双方の耳に対する音源の速度ベクトル値をそれぞれ求め
て、速度・ピッチ変換回路１２に出力し、この左右の速
度ベクトル値に応じて、速度・ピッチ変換回路１２は、
左右チャネルピッチシフトデータをそれぞれ生成する。

【００３２】しかして、図３（ａ）に示すように音源が
移動すれば、Ｔ．Ｇ．３１，３２から出力される楽音信
号は、時間の経過とともに、それぞれ、図３（ｂ）に示
す周波数変化を付与され、後段の遅延部６に出力され
る。

【００３３】図５は、本発明に係る音像定位制御装置の
第４実施例の概略構成を示すブロック図である。

【００３４】本実施例は、１個のＴ．Ｇ．１を用いて第
３実施例と同様の信号処理を行うように構成したもので
あり、第２実施例のピッチシフタを左右２チャネルの信
号系それぞれに配設したものである。したがって、図５
中、図２または図４と対応する要素には同一符号を付
し、その構成の説明は省略する。

【００３５】図５において、Ｔ．Ｇ．１から出力され、
左右２チャネルの信号系に分離された楽音信号は、それ
ぞれピッチシフタ４１，４２に供給され、ピッチシフタ
４１，４２には、速度・ピッチ変換回路１２から、それ
ぞれ左右チャネルピッチシフトデータが供給される。

【００３６】しかして、Ｔ．Ｇ．１から出力された楽音
信号は、左右２チャネルの信号系に分離された後、例え
ば、図３（ｂ）に示す周波数変化を付与され、後段の遅
延部６に出力される。

【００３７】以上説明したように、第３および第４実施
例の構成に依る音像定位制御装置によれば、聴取者の左
右それぞれの耳に生ずる異なったドップラー効果を表現
することができ、音源の移動により生じるリアル感をさ
らに高めることが可能となる。

【００３８】なお、第２および第４実施例において、ピ
ッチシフタ２１，４１，４２は、音源１と遅延部６との
間に配設したが、方向付器７の後段に配設してもよい。

【００３９】また、遅延回路により左右２チャネルの信
号系の相対時間を変化させる処理、即ち、本実施例の遅
延部６での処理においても、若干のドップラー効果が生
ずるので、この分のドップラー効果を差し引いて、Ｔ．
Ｇ．１，３１，３２やピッチシフタ２１，４１，４２に
ピッチシフトデータを与えるように構成することが望ま
しい。しかし、実際には、相対時間を変化させる処理に
おいて生ずるドップラー効果は、前記速度ベクトル値に
基づいて生成されるドップラー効果に比較して非常に小
さいため、無視して設定しても余り問題はない。

【００４０】第１実施例〜第４実施例において、各楽音
信号処理を行う要素をハードウェア的なブロック図によ
り示したが、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）に
マイクロプログラムを与えて、各要素を構成するように
してもよい。

【００４１】さらに、ＦＩＲフィルタ３，５は、その全
係数を時間的に変化させるように構成したが、固定係数
のＦＩＲフィルタを用いて、そのフィルタへの信号分配
量を制御するように構成してもよい。

【００４２】また、上下の定位感をノッチフィルタによ
り制御できることが知られており、このノッチフィルタ
をＴ．Ｇ．１，３１，３２の直後に配設して音像定位を
３次元に拡大してもよい。

【００４３】さらに、第１実施例〜第４実施例におい
て、楽音信号を生成する装置としてトーンジェネレータ
を用いるようにしたが、これに限らず、例えばＣＤプレ
イヤやテープレコーダ等のオーディオ機器を用いるよう
にしてもよい。この場合には、オーディオ機器から発生
される楽音信号のピッチを公知の手法を用いて変更する
ようにすればよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
音信号を発生する複数の音源と、音像の定位位置の移動
状態を指示する移動状態指示手段と、前記複数の音源か
らの音信号を、前記移動状態指示手段により指示された
移動状態に応じて遅延させることにより、該複数系列の
音信号の相対時間差を設定する遅延手段と、前記移動状
態指示手段により指示された移動状態に応じて、前記複
数の音源から出力される音信号各々に対して周波数変更
を行う周波数変更手段とを有し、また、音信号を発生す
る音源と、音像の定位位置の移動状態を指示する移動状
態指示手段と、複数チャネルの信号系に分離された前記
音源からの音信号を、前記移動状態指示手段により指示
された移動状態に応じて遅延させることにより、該複数
系列の信号の相対時間差を設定する遅延手段と、前記移
動状態指示手段により指示された移動状態に応じて、前
記音源から出力される複数系列の音信号各々に対して周
波数変更を行う周波数変更手段とを有することを特徴と
するので、聴取者の左右それぞれの耳に生ずる異なった
ドップラー効果を表現することができ、音源の移動によ
り生じるリアル感をさらに高めることが可能となる効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る音像定位制御装置の第１実施例の
概略構成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係る音像定位制御装置の第２実施例の
概略構成を示すブロック図である。

【図３】聴取者の左右双方の耳に生ずるドップラー効果
を説明するための図である。

【図４】本発明に係る音像定位制御装置の第３実施例の
概略構成を示すブロック図である。

【図５】本発明に係る音像定位制御装置の第４実施例の
概略構成を示すブロック図である。

【図６】従来の音像定位装置の一例の概略構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１，３１，３２ Ｔ．Ｇ．（周波数可変音源、音源） １０ 時変動位置指定部（移動状態指示手段） ６ 遅延部（遅延手段） １２ 速度・ピッチ変換回路（周波数変更手段） ２１，４１，４２ ピッチシフタ（周波数変更手段） １１ 方向微分回路（周波数変更手段）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音信号を発生する複数の音源と、音 像の定位位置の移動状態を指示する移動状態指示手段
   と、前 記複数の音源からの音信号を、前記移動状態指示手段
   により指示された移動状態に応じて遅延させることによ
   り、該複数の音信号の相対時間差を設定する遅延手段
   と、 前記移動状態指示手段により指示された移動状態に応じ
   て、前記複数の音源から出力される音信号各々に対して
   周波数変更を行う周波数変更手段と を有することを特徴とする音像定位制御装置。
2. 【請求項２】 音信号を発生する音源と、音 像の定位位置の移動状態を指示する移動状態指示手段
   と、 複数チャネルの信号系に分離された前記音源からの音信
   号を、前記移動状態指示手段により指示された移動状態
   に応じて遅延させることにより、該複数系列の信号の相
   対時間差を設定する遅延手段と、 前記移動状態指示手段により指示された移動状態に応じ
   て、前記音源から出力される複数系列の音信号各々に対
   して周波数変更を行う周波数変更手段と を有することを特徴とする音像定位制御装置。