JP3573797B2

JP3573797B2 - ステレオ音声再生装置

Info

Publication number: JP3573797B2
Application number: JP15788294A
Authority: JP
Inventors: 正明平; 祐三阿部
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: JPH089498A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ヘッドホンやイアホン等の２チャンネルステレオ方式の放音ユニットに対して、左チャンネル信号及び右チャンネル信号を供給するためのステレオ音声再生装置に関し、特に、放音ユニットを装着した聴取者の移動や頭部の回転に伴って音像を制御するステレオ音声再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ゲーム機や、教育・訓練用のシミュレーション、医療機器等を対象として、バーチャル・リアリティを実現するための映像機器や音響機器の研究開発が進められており、特に音響機器においては、ヘッドホンを用いて立体的な音場を実現することが検討されている。
ところで、ヘッドホンを装着した聴取者が移動して、頭部の向きが変化したとしても、ヘッドホンもこれに伴って回転するから、聴取者の感じる音像の位置や向きは変化しない。
【０００３】
そこで、例えばヘッドホン自体にジャイロコンパス等の方向検出装置を取り付けた構成や、ヘッドホンには超音波センサー等の信号検出器を取り付けて、該信号検出器に対して超音波等の回転角度検出用の信号を送信する構成によって、ヘッドホンを装着した聴取者の頭部の回転角度を検出し、該検出に基づいて音像を制御する方式が提案されている（特開平３−２１４８９９号参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方式では、聴取者の頭部の回転のみを検出して音像を制御していたから、音像を常に一定の方位に向けることは可能であっても、聴取者が音像から離れたり、音像へ接近した場合、その距離感の変化を与えることは出来ない。然も、聴取者が静止した状態では、音像も停止し、音像を任意に移動させることは出来ない。従って、従来の方式では、バーチャル・リアリティの実現は困難であった。
【０００５】
本発明は、バーチャル・リアリティの実現を目ざして、聴取者の頭部に装着された２チャンネルステレオ方式の放音ユニットへ左チャンネル信号及び右チャンネル信号を供給するためのステレオ音声再生装置において、音源に対する聴取者の相対的な位置に応じて音像を制御せんとするものである。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係るステレオ音声再生装置は、１或いは複数個の音源の位置に対する聴取者の相対的な位置を検知して、該相対位置を表わす距離情報及び方向情報を作成する相対位置検出手段と、前記距離情報及び方向情報に基づいて、各音源の音響信号に対して距離情報に応じた距離感を与えると共に、方向情報に応じた方向感を与える音像制御手段とを具えている。
各音源の音響信号は左右２チャンネルのステレオ信号であって、前記音像制御手段は、前記２チャンネルのステレオ信号から左、中央及び右の３チャンネルのステレオ信号を作成する第１演算処理手段と、作成された３チャンネルのステレオ信号の夫々に対して、距離情報及び方向情報に応じた位置に音像を形成するための処理を施す音像補正手段と、該音像補正手段から得られる３チャンネルの出力信号から左右２チャンネル信号を作成する第２演算処理手段とから構成され、該第２演算処理手段から得られる左チャンネル信号及び右チャンネル信号が放音ユニットへ供給される。
【０００７】
具体的構成において、前記音像制御手段の音像補正手段は、遠近感制御手段と水平面内音像制御手段を直列に接続して構成され、遠近感制御手段は、音響信号からその反射音を生成する反射音生成手段と、生成された反射音信号に対して距離情報に応じた係数を乗算して間接音信号を得る間接音生成手段と、生成された間接音信号を音響信号に加算して出力する加算手段とを具えている。
【０００８】
又、具体的構成において、前記音像制御手段の音像補正手段は、遠近感制御手段と水平面内音像制御手段を直列に接続して構成され、水平面内音像制御手段は、聴取者を中心とした水平面内の複数の方向に音像を形成するべく、前記複数の方向の夫々に応じて異なる特性に設定される複数のフィルター手段と、該フィルター手段の出力信号に基づいて、方向情報に応じた特定の方向に音像を形成すべき左右一対の信号を作成する演算処理手段とを具えている。
【００１０】
他の具体的構成において、前記相対位置検出手段は、１或いは複数個の音源の位置を供給する音源位置供給手段と、聴取者の位置を検出するセンサ手段と、音源位置供給手段及びセンサ手段の出力信号に基づいて、各音源に対する聴取者の相対的な位置を表わす距離情報及び方向情報を算出する相対位置算出手段とを具えている。
【００１１】
【作用】
上記ステレオ音声再生装置においては、音源の位置を変化させた場合や、聴取者が移動した場合、これに伴って、音源に対する聴取者の相対的な位置が検出され、該相対位置を表わす距離情報及び方向情報が音像制御手段へ供給される。
これに応じて音像制御手段は、各音源の音響信号に対し、距離情報に応じた距離感を与えるための信号処理を施すと共に、方向情報に応じた方向感を与えるための信号処理を施して、一対となる左チャンネル信号と右チャンネル信号を作成し、放音ユニットへ供給する。
【００１２】
上記音像制御手段を構成する遠近感制御手段の具体的構成においては、設定すべき音源位置が聴取者の位置から離れるにつれて、反射音信号に対する乗算係数が大きく設定され、加算手段に入力される間接音信号の振幅が、直接音信号である音響信号の振幅に対して相対的に増大する。これによって、音響信号には、音源位置までの距離に応じた反射音効果が生じる。
この結果、聴取者が感じる音源位置について、遠近感が与えられる。
【００１３】
上記音像制御手段を構成する水平面内音像制御手段の具体的構成においては、複数のフィルター手段の伝達特性が、聴取者を中心とした水平面内の複数の方向に音像を形成するための特性（フィルター係数）に予め設定される。そして、音源位置が聴取者を中心として任意方向に変化したとき、複数のフィルター手段の出力信号から、方向情報に応じた特定の方向に音像を形成すべき左右一対の信号が作成される。
そして、前記一対の信号が放音ユニットへ供給されることによって、聴取者が感じる音源位置について、方向感が与えられるのである。
【００１４】
音響信号として左右２チャンネルのステレオ信号が入力される音像制御手段の具体的構成においては、例えば左右２チャンネルのステレオ信号を加算することによって中央チャンネルの信号が作成され、これによって得られた３チャンネルのステレオ信号の夫々に対して、距離情報及び方向情報に応じた位置に音像を形成するための音像補正処理が施される。ここで、３チャンネルの信号を対象とする音像制御を採用することによって、２チャンネルを対象とする場合に比べて精度の高い制御が可能となる。
音像補正処理を受けた３チャンネルの信号は、例えば中央チャンネルの信号を左右チャンネルに加算することによって、左右２チャンネルの信号に変換された後、放音ユニットへ供給される。
【００１５】
相対位置検出手段の具体的構成において、音源位置供給手段は、静止する音源の位置や移動する音源の移動経路をデータとして予め保有しており、或いは、他の聴取者に実際に取り付けた位置センサー等による実測に基づいて音源位置をリアルタイムに生成するものである。又、聴取者の位置を検出するセンサ手段は、例えば周知の圧電ジャイロや速度センサーから構成され、移動する聴取者の実際の位置を検知する。そして、音源位置供給手段及びセンサ手段の出力信号に基づいて、各音源に対する聴取者の相対的な位置を表わす距離情報及び方向情報が算出される。
【００１６】
【発明の効果】
本発明に係るステレオ音声再生装置によれば、音源に対する聴取者の相対的な位置（距離及び方向）に応じて音像を制御し、該音像を形成すべき左チャンネル信号と右チャンネル信号が放音ユニットへ供給されるから、聴取者自身が移動し、或いは音像を移動させる場合にも、聴取者は、その遠近感と方向感の変化を感じることが出来る。
【００１７】
【実施例】
以下、図面に沿って、本発明を具体的に説明する。
図１に示すステレオ音声再生装置は、複数（ｎ個）の音源を対象として、各音源の音響信号の入力端子を具えると共に、ヘッドホン（図示省略）へ供給すべき左チャンネル信号Ｌｏｕｔと右チャンネル信号Ｒｏｕｔの出力端子を具えている。
【００１８】
又、ｎ個の音源について、夫々の音源位置を供給する音源位置供給手段（１）〜（１ｎ）と、聴取者の基準位置を供給する基準位置供給手段（２）と、ヘッドホンに取り付けられた位置センサ（３）とを具えている。
ここで、音源位置供給手段（１）〜（１ｎ）は、各音源が所定位置にて静止している場合にはその位置データを、各音源が移動する場合には、その移動経路を表わす経路データを格納したメモリ及びメモリ制御回路等から構成される。
位置センサ（３）は圧電ジャイロや速度センサー等から構成され、聴取者の頭部の回転角度及び移動速度を検知するものである。
【００１９】
音源位置供給手段（１）〜（１ｎ）の出力端には夫々、各音源に対する聴取者の相対位置を算出する相対位置算出回路（４）〜（４ｎ）が接続され、各回路に対して、各音源の位置が供給されると共に、聴取者の基準位置とセンサ出力が供給される。
これに応じて、各相対位置算出回路（４）〜（４ｎ）は、基準位置に対する聴取者の現在位置を算出し、更に該算出結果に基づいて、音源位置に対する聴取者の相対位置を算出する。該相対位置には、聴取者から音源位置までの距離を表わす距離情報と、音源位置の方向を表わす方向情報が含まれる。
【００２０】
各相対位置算出回路（４）〜（４ｎ）の出力端には夫々、各音源からの音響信号（音源信号）に対する音像制御回路（５）〜（５ｎ）が接続され、各音像制御回路に対して、各音源の音響信号が供給されると共に、各音源についての距離情報と方向情報が供給される。
これに応じて、各音像制御回路（５）〜（５ｎ）は、音源の音響信号に対して、距離情報に応じた距離感と方向情報に応じた方向感を与えるべく、後述の信号処理を施して、ヘッドホンへ向けて送出すべき左右一対の信号を作成する。
【００２１】
各音像制御回路（５）〜（５ｎ）からのｎ個の音源についてのＬ出力は、左チャンネル用加算器（６）へ夫々供給されて互いに加算され、該加算結果が左チャンネル信号Ｌｏｕｔとして出力される。又、各音像制御回路（５）〜（５ｎ）からのｎ個の音源についてのＲ出力は、右チャンネル用加算器（６１）へ夫々供給されて互いに加算され、該加算結果が右チャンネル信号Ｒｏｕｔとして出力される。
上記左チャンネル信号Ｌｏｕｔ及び右チャンネル信号Ｒｏｕｔは、聴取者の装着しているヘッドホンへ夫々供給されて放音される。
【００２２】
音像制御回路（５）〜（５ｎ）は夫々、図２に示す様に遠近感制御部（８）と水平面内音像制御部（９）を直列に接続して構成され、遠近感制御部（８）には距離情報が与えられ、水平面内音像制御部（９）には方向情報が与えられる。
【００２３】
図３及び図４は夫々、遠近感制御部（８）及び水平面内音像制御部（９）の具体的構成を示している。
図３の如く遠近感制御部（８）は反射音生成回路（８１）を具え、音響信号は反射音生成回路（８１）へ入力されて、音響信号の反射音が生成される。反射音生成回路（８１）からの反射音信号は第１乗算器（８２）へ入力され、距離情報に応じた係数ａが乗算される。ここで、係数ａは、距離が長くなるにつれて大きく設定される。これによって、距離に応じた反射音効果を有する間接音信号が作成される。
間接音信号は加算器（８３）へ送られて、直接音信号である音響信号と加算され、合成信号が作成される。
【００２４】
加算器（８３）からの合成信号は第２乗算器（８４）へ入力され、距離情報に応じた係数ｂが乗算される。ここで、係数ｂは、距離が長くなるにつれて小さく設定される。これによって、直接音と間接音の合成信号は、距離に応じた振幅に調整される。
【００２５】
第２乗算器（８４）にて振幅調整の施された合成信号は、更にローパスフィルター（８５）を経て、距離情報に応じた遮断特性のフィルタ処理を受けた後、後段回路へ出力される。ここで、ローパスフィルター（８５）のカットオフ周波数は、距離が長くにつれて低く設定される。
この結果、遠近感制御部（８）からは、設定せんとする音源までの距離に応じた遠近感のＬ信号及びＲ信号が得られ、これらの信号は、図４の水平面内音像制御部（９）へ供給される。
【００２６】
水平面内音像制御部（９）は、Ｌ信号の入力端に左用第１ＦＩＲフィルター（９１）と左用第２ＦＩＲフィルター（９２）を並列に接続すると共に、Ｒ信号の入力端に右用第１ＦＩＲフィルター（９３）及び右用第２ＦＩＲフィルター（９４）を並列に接続している。
これらのＦＩＲフィルター（９１）（９２）（９３）（９４）には夫々方向情報が供給されており、これに応じたフィルター係数が可変設定される構成となっている。
【００２７】
例えば、聴取者を中心に水平面内を８つのゾーンに等分割する８つの基準方向を設定した場合、方向情報によって１つのゾーンに含まれる１つの方向が指定されると、該ゾーンを挟む２つの基準方向、例えば０°方向と４５°方向が選択される。そして、左右一対の第１ＦＩＲフィルター（９１）（９３）は０°方向に音像を形成する様にフィルター係数が設定されると共に、左右一対の第２ＦＩＲフィルター（９２）（９４）は４５°方向に音像を形成する様にフィルター係数が設定される。
【００２８】
各ＦＩＲフィルタ（９１）（９２）（９３）（９４）の出力端は夫々乗算器（９５）（９６）（９７）（９８）へ接続されており、各ＦＩＲフィルタの出力信号に、方向情報に応じた重み係数ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２が乗算される。
例えば上述の例では、方向情報によって指定された方向が０°方向の場合には、係数ａ１及びｂ１は１、係数ａ２及びｂ２は０に設定され、４５°方向の場合には、係数ａ１及びｂ１は０、係数ａ２及びｂ２は１に設定される。又、０°と４５°の間については、方向に応じた１未満の重み係数が設定される。
【００２９】
左用の２つの乗算器（９５）（９６）の出力端は左用加算器（９９）へ、右用の２つの乗算器（９７）（９８）の出力端は右用加算器（９０）へ接続されている。これによって、両加算器（９９）（９０）からは夫々、方向感の付与されたＬ出力及びＲ出力が得られる。
【００３０】
上記ステレオ音声再生装置によれば、聴取者が移動し、或いは頭部を回転させた場合に、音源位置までの相対的な距離と方向の変化に応じて音像が制御されるから、ヘッドホンを装着した聴取者に対して良好な臨場感を与えることが出来る。
【００３１】
図５は、上記ステレオ音声再生装置を、複数人のプレーヤ（聴取者）を対象とするゲーム機に応用した例を示している。
各プレーヤは夫々ヘッドホン（１０１）（１０２）を装着して、画面（１００）を見ながらゲームを進める。画面（１００）には、ゲームを構成する各種の音源の映像が映し出されると共に、各プレーヤの位置と向きを表わす映像Ｍ１、Ｍ２が映し出されている。
【００３２】
複数のヘッドホン（１０１）（１０２）には夫々、上述の音像制御回路を含む複数の信号処理器（１０３）（１０４）が接続されており、各信号処理器からヘッドホンへ上述の左チャンネル信号及び右チャンネル信号が供給される。
又、信号処理器（１０３）（１０４）は画面（１００）の映像表示を制御しており、プレーヤの実際の位置や向きに応じて映像Ｍ１、Ｍ２を変化させるのである。
【００３３】
上記ゲーム機によれば、画面の映像とヘッドホンからのステレオ音声の効果によって、複数人のプレーヤがあたかも現実の環境下でゲームを行なっているかの如き優れた臨場感を得ることが出来る。
【００３４】
図６は、本発明のステレオ音声再生装置の他の実施例を示している。
音像の音響信号は左右２チャンネルのステレオ信号Ｌｉｎ、Ｒｉｎとして入力され、左チャンネル信号Ｌｉｎは第１加算器（７２）へ、右チャンネル信号Ｒｉｎは第２加算器（７３）へ供給される。又、両信号Ｌｉｎ、Ｒｉｎは加算器（７）へ入力されて、互いに加算され、該加算結果は乗算器（７１）を経て振幅が２分の１に減じられ、これによって擬似的な中央チャンネルの信号が作成される。
【００３５】
該中央チャンネルの信号は、前記第１及び第２加算器（７２）（７３）の反転入力端子へ入力され、これによって、両加算器（７２）（７３）からは、左、中央、右の３チャンネルを構成すべき左右のチャンネルの信号が得られる。
【００３６】
第１加算器（７２）からの左チャンネルの信号は左用音像補正回路（５Ｌ）へ、乗算器（７１）からの中央チャンネルの信号は中央音像補正回路（５Ｃ）へ、第２加算器（７３）からの右チャンネルの信号は右用音像補正御回路（５Ｒ）へ供給される。
【００３７】
又、図６のステレオ音声再生装置には、図１の実施例と同様に、音源位置供給手段（１０）、基準位置供給手段（２０）及び位置センサ（３０）が設けられており、これらの出力信号が相対位置算出回路（４０）へ供給されて、音源に対する聴取者の相対的な位置を表わす距離情報と方向情報が作成される。
該距離情報及び方向情報は上記３つの音像補正回路（５Ｌ）（５Ｃ）（５Ｒ）へ夫々供給される。
【００３８】
これに応じて、音像補正回路（５Ｌ）（５Ｃ）（５Ｒ）は、３チャンネルの信号に対して夫々、距離情報に応じた距離感と方向情報に応じた方向感を与えるべく、図１の音像制御回路（５）と同様の信号処理を施す。
各音像補正回路から得られる一対の信号は左チャンネル用加算器（６２）及び右チャンネル用加算器（６３）へ夫々供給される。この結果、両加算器（６２）（６３）からは２チャンネルの信号Ｌｏｕｔ、Ｒｏｕｔが得られることになる。
【００３９】
上記ステレオ音声再生装置によれば、２チャンネルの信号を一旦、３チャンネルの信号に変換し、これら３チャンネルの信号に対して音像制御を施す構成を採っているから、２チャンネル信号を対象とする場合に比べて、音像制御の精度が向上し、優れた臨場感を実現出来る。
【００４０】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るステレオ音声再生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】音像制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】遠近感制御部の具体的な構成を示すブロック図である。
【図４】水平面内音像制御部の具体的な構成を示すブロック図である。
【図５】本発明を応用したゲーム機の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
（１）音源位置供給手段
（２）基準位置供給手段
（３）位置センサ
（４）相対位置算出回路
（５）音像制御回路
（６）左チャンネル用加算器
（６１）右チャンネル用加算器

Claims

聴取者の頭部に装着された２チャンネルステレオ方式の放音ユニットへ、左チャンネル信号及び右チャンネル信号を供給するためのステレオ音声再生装置であって、１或いは複数個の音源の位置に対する聴取者の相対的な位置を検知して、該相対位置を表わす距離情報及び方向情報を作成する相対位置検出手段と、前記距離情報及び方向情報に基づいて、各音源の音響信号に対して距離情報に応じた距離感を与えると共に、方向情報に応じた方向感を与える音像制御手段とを具え、各音源の音響信号は左右２チャンネルのステレオ信号であって、前記音像制御手段は、前記２チャンネルのステレオ信号から左、中央及び右の３チャンネルのステレオ信号を作成する第１演算処理手段と、作成された３チャンネルのステレオ信号の夫々に対して、距離情報及び方向情報に応じた位置に音像を形成するための処理を施す音像補正手段と、該音像補正手段から得られる３チャンネルの出力信号から左チャンネル信号及び右チャンネル信号を作成する第２演算処理手段とから構成され、該第２演算処理手段から得られる左チャンネル信号及び右チャンネル信号が放音ユニットへ供給されることを特徴とするステレオ音声再生装置。
前記音像制御手段の音像補正手段は、遠近感制御手段と水平面内音像制御手段から構成され、遠近感制御手段は、音響信号からその反射音を生成する反射音生成手段と、生成された反射音信号に対して距離情報に応じた係数を乗算して間接音信号を得る間接音生成手段と、生成された間接音信号を音響信号に加算して出力する加算手段とを具えている請求項１に記載のステレオ音声再生装置。
前記音像制御手段の音像補正手段は、遠近感制御手段と水平面内音像制御手段から構成され、水平面内音像制御手段は、聴取者を中心とした水平面内の複数の方向に音像を形成するべく、前記複数の方向の夫々に応じて異なる特性に設定される複数のフィルター手段と、該フィルター手段の出力信号に基づいて、方向情報に応じた特定の方向に音像を形成すべき左右一対の信号を作成する演算処理手段とを具えている請求項１に記載のステレオ音声再生装置。
前記相対位置検出手段は、１或いは複数個の音源の位置を供給する音源位置供給手段と、聴取者の位置を検出するセンサ手段と、音源位置供給手段及びセンサ手段の出力信号に基づいて、各音源に対する聴取者の相対的な位置を表わす距離情報及び方向情報を算出する相対位置算出手段とを具えている請求項１乃至請求項３の何れかに記載のステレオ音声再生装置。