JP3618159B2

JP3618159B2 - 音像定位装置およびそのパラメータ算出方法

Info

Publication number: JP3618159B2
Application number: JP04166596A
Authority: JP
Inventors: 義則熊本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2016-02-28
Also published as: JPH09233599A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意の位置に音像を定位させるための音像定位装置およびそのパラメータ算出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、音像を定位させる方法として、２つのスピーカによる一般的なステレオ方法があった。しかし、この方法では左右２つのスピーカの間にのみしか音像を定位させることができず、２つのスピーカの外側、すなわち受聴者の周囲に定位させることはできなかった。
【０００３】
そこで、通常の音源信号に処理を施して、２つのスピーカでも受聴者の周囲に音像を定位させる方法が提案されている。まず、音像定位処理の基本となる原理を、図１４を用いて説明する。
【０００４】
図１４（ａ）に示すように、仮想音源位置Ｏにおいて音源信号ｕが放射され、それが空間を伝わって左耳ＥＬと右耳ＥＲに到達するものとする。このとき、左耳ＥＬでの音響信号をｙ_L1、右耳ＥＲでの音響信号をｙ_R1とする。この状態において、仮想音源位置Ｏから左耳ＥＬ、右耳ＥＲへの伝搬を伝達関数で表すことができる。この伝達関数を頭部伝達関数と呼ぶことにする。仮想音源位置Ｏから左耳ＥＬへの頭部伝達関数をＴ_L、右耳ＥＲへの頭部伝達関数をＴ_Rと定義する。ここで、仮想音源位置ＯからＥＬ、ＥＲのうち経路が短い方をメインパス、長い方をクロストークパスと呼ぶことにし、それぞれＴ_M、Ｔ_Cとする。これからの説明では、受聴者から見て左側に仮想音源があるものと限定して話を進めることにする。仮想音源が右側にある場合でも、大筋には変わりがない。
【０００５】
上記の定義から、音源位置での音響信号と耳での音響信号との関係は、
ｙ_L1＝Ｔ_L・ｕ＝Ｔ_M・ｕ (1-1)
ｙ_R1＝Ｔ_R・ｕ＝Ｔ_C・ｕ (1-2)
で表される。
【０００６】
次に、図１４（ｂ）に示すように、２つのスピーカ７ａ，７ｂを設置するものとする。設置された左スピーカＳＬと右スピーカＳＲでの音響信号をそれぞれｘ_L、ｘ_Rとする。これら２つのスピーカから放射された音が、受聴者の左耳ＥＬでｙ_L2、右耳ＥＲでｙ_R2なる音響信号として到達する。このとき、ＳＬからＥＬ、ＳＲからＥＲへの伝達経路がメインパスで、この頭部伝達関数をそれぞれＳ_LL、Ｓ_RRとする。また、ＳＬからＥＲ、ＳＲからＥＬへの伝達経路がクロストークパスで、この頭部伝達関数をそれぞれＳ_LR、Ｓ_RLとする。このときの関係は、
ｙ_L2＝Ｓ_LL・ｘ_L＋Ｓ_RL・ｘ_R (2-1)
ｙ_R2＝Ｓ_LR・ｘ_L＋Ｓ_RR・ｘ_R (2-2)
となる。
【０００７】
ここで、実際には２つのスピーカＳＬとＳＲから音を放射するが、あたかも点Ｏから聞こえるようにするためには、
ｙ_L1＝ｙ_L2 (3-1)
ｙ_R1＝ｙ_R2 (3-2)
となるようにすればよい。したがって、
Ｓ_LL・ｘ_L＋Ｓ_RL・ｘ_R＝Ｔ_L・ｕ (4-1)
Ｓ_LR・ｘ_L＋Ｓ_RR・ｘ_R＝Ｔ_R・ｕ (4-2)
となり、ｘ_Lとｘ_Rについて解けば、
ｘ_L＝（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1（Ｆ_L＋Ｆ_C1・Ｆ_R）ｕ (5-1)
ｘ_R＝（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1（Ｆ_R＋Ｆ_C2・Ｆ_L）ｕ (5-2)
となる。ただし、
Ｆ_C1＝−Ｓ_RL／Ｓ_LL ，Ｆ_C2＝−Ｓ_LR／Ｓ_RR (5-3)
Ｆ_L＝Ｔ_L／Ｓ_LL ，Ｆ_R＝Ｔ_R／Ｓ_RR (5-4)
である。更に書き直して、
ｘ_L＝（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1（１＋Ｆ_C1・Ｆ_S）Ｆ_M・ｕ (6-1)
ｘ_R＝（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1（Ｆ_S＋Ｆ_C2）Ｆ_M・ｕ (6-2)
と表すことができる。ただし、
Ｆ_S＝（Ｔ_C／Ｓ_RR）／（Ｔ_M／Ｓ_LL），Ｆ_M＝Ｔ_M／Ｓ_LL (6-3)
である。すなわち、音響信号ｕに式(5-1)および式(5-2)、あるいは、式(6-1)および式(6-2)で表される信号処理を施せば、２つのスピーカＳＬおよびＳＲで、あたかも点Ｏに音像があるように聞こえる。
【０００８】
図１５は、上記音像定位処理を回路で表したものである。ここでは、入力チャンネルを複数に拡張している。図１５において、１ａ，１ｂは方向定位手段、２ａはクロストーク・キャンセル手段、４ａ，４ｂは加算器、５ａ，５ｂは音響信号入力部、６ａ，６ｂは音響信号出力部を示す。ここで、方向定位手段は、図１６（式(5-1)および式(5-2)）、または、図１７（式(6-1)および式(6-2)）で表される。図１６において、８ａ，８ｂは方向定位フィルタ、９ａ，９ｂは方向定位手段音響出力部を示す。図１７において、８ｃは両耳和フィルタ、８ｄは両耳差フィルタを示す。クロストーク・キャンセル手段は、図１８または図１９で表される。図１８および図１９において、３ａ，３ｂはクロストーク打ち消し信号生成フィルタ、１０ａ，１０ｂはクロストーク・キャンセル手段音響入力部、１１ａ，１１ｂは二重クロストーク信号生成フィルタ、２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂは加算器を示す。
【０００９】
更に、二重クロストーク信号生成フィルタＦ_C1・Ｆ_C2のゲインが１に比べて十分に小さいという仮定のもとで、（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1の部分を省いて、

としていることが多い。この場合のクロストーク・キャンセル手段は図２０で表される。
【００１０】
これまでに述べた原理は、１９６０年代に既に発表されており、多くの文献（代表例として、鹿島出版会から発行されているブラウエルト・森本・後藤編著の「空間音響」を挙げる）から公知の事実となっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前に述べたクロストーク・キャンセル手段において、（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）は一般に安定な逆関数を持たないことが多い。したがって、図１８および図１９の回路は、発散のために実現できない場合が多い。
【００１２】
このため、図２０に示す（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1を省略した回路がよく用いられるが、実際に省略された音を受聴すると、低音の不足、前方の音像が上昇する等の音像定位の精度の劣化といった問題が現れる。特に前者は、メインパスの信号とクロストークパスの信号とで、低域では位相差が小さく、また回折しやすいため、クロストーク打ち消しのための信号が、他方の耳の方のメインパスの信号まで打ち消してしまうことが原因である。例えば、左スピーカＳＬからの音がクロストークとして右耳ＥＲに入る音の成分があるが、それを打ち消すために右スピーカＳＲから出す音が、その左スピーカＳＬから右耳ＥＲへ到達するクロストークの音を打ち消すだけでなく、その打ち消し信号自体が右スピーカＳＲから左スピーカＳＬへのクロストークとなって、元の左スピーカＳＬから左耳ＥＬへ到達する音までも打ち消してしまうのである。
【００１３】
また、スピーカの開き角が４０度よりも小さくなると、二重クロストーク信号生成フィルタＦ_C1・Ｆ_C2のゲインが１に比べて十分に小さいという仮定自体が成立しなくなる問題点も存在する。
【００１４】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、低域の不足を解消し、より正確な音像定位を与える音像定位装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、音像定位位置に関するパラメータを持ちかつ入力部からの音響信号のフィルタ演算を行うための方向定位手段と、該方向定位手段の出力信号からフィルタ演算により音響クロストーク信号となる成分の打ち消しを行うためのクロストーク・キャンセル手段と、該クロストーク・キャンセル手段からの信号を出力するための２チャンネルの出力部とを備え、音像を任意の位置に定位させる音像定位装置およびそのパラメータ算出方法において、次のような工夫をこらしたものである。
【００１６】
前に述べたように、低域の不足や音像定位精度の劣化は（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1の省略によるものであるから、その補償を行うとよい。ただし、通常この逆関数は安定に求められないため、数式を展開して多項式近似を行うことが手段の一つである。
【００１７】
（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1を展開すると、

のように表される。これは無限次まで続いてしまうため、所望の精度に応じて途中で打ち切ればよい。ここで、例えば２次で打ち切ってクロストーク・キャンセル手段に用いると、式(5-1)および式(5-2)より、

となる。これは、クロストーク打ち消しのための信号が、更にクロストークとなる２重、３重のクロストークの補正を行うことを意味している。
【００１８】
したがって、請求項１の発明に係る音像定位装置のクロストーク・キャンセル手段は、図１に例示するように、各々第１のパラメータＦ_C1を持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタと第２のパラメータＦ_C2を持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタとが交互に縦続接続されてなる第１および第２のフィルタ列と、第１および第２の加算器とを有するものである。しかも、第１のフィルタ列は、第１のパラメータＦ_C1を持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタを初段フィルタとし、かつ該第１のフィルタ列の入力部がクロストーク・キャンセル手段の第２の入力部と接続される。一方、第２のフィルタ列は、第２のパラメータＦ_C2を持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタを初段フィルタとし、かつ該第２のフィルタ列の入力部がクロストーク・キャンセル手段の第１の入力部と接続される。また、第１および第２のフィルタ列のうちの第１のパラメータＦ_C1を持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と、クロストーク・キャンセル手段の第１の入力部とは、第１の加算器を経て、クロストーク・キャンセル手段の第１の出力部に接続される。一方、第１および第２のフィルタ列のうちの第２のパラメータＦ_C2を持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と、クロストーク・キャンセル手段の第２の入力部とは、第２の加算器を経て、クロストーク・キャンセル手段の第２の出力部に接続される。
【００１９】
また、請求項２の発明に係る音像定位装置のクロストーク・キャンセル手段は、図２および図３に例示するように、第１および第２のフィルタ列のうちの第１のパラメータＦ_C1を持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と第１の加算器との間、クロストーク・キャンセル手段の第１の入力部と第１の加算器との間、第１および第２のフィルタ列のうちの第２のパラメータＦ_C2を持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と第２の加算器との間、および、クロストーク・キャンセル手段の第２の入力部と第２の加算器との間にそれぞれ遅延器を更に有するものである。これら遅延器の挿入により、各クロストーク打ち消し信号生成フィルタのパラメータの選択の幅が広がり、より音質・定位精度が良く、安定性に優れたパラメータを用いることができる。
【００２０】
さて、式(4-1)および式(4-2)はそれぞれ、
ｘ_L＝Ｆ_L・ｕ＋Ｆ_C1・ｘ_R (11-1)
ｘ_R＝Ｆ_R・ｕ＋Ｆ_C2・ｘ_L (11-2)
と変形できるため、これらの式を用いて回路を構成することもできる。スピーカの開き角が比較的大きく（例えば６０度）、Ｆ_C1とＦ_C2にむだ時間要素が存在する場合には、安定で正確な音像定位を実現することができる。
【００２１】
また、（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1を安定なフィルタＦ_D、すなわち、
Ｆ_D＝（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1 (12)
に置き換えてもよい。すなわち、この逆フィルタを、一旦（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）を求めてから逆関数を求めるのではなく、測定データから直接求めれば安定な関数として求めることができる。
【００２３】
（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1の効果を方向定位手段に含めることもでき、方向定位手段のフィルタを
Ｆ_L＝（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1（Ｔ_L／Ｓ_LL） (13-1)
Ｆ_R＝（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1（Ｔ_R／Ｓ_RR） (13-2)
Ｆ_M＝（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）^-1（Ｔ_M／Ｓ_LL） (13-3)
とすれば、従来の回路において、この項を付加したパラメータにより、低域の補正と音像定位精度の向上を図ることができる。
【００２４】
したがって、請求項３の発明に係る音像定位装置は、方向定位手段のフィルタのパラメータに、多重のクロストークを補償するためのパラメータを畳み込んだものである。
【００２５】
また、請求項４の発明では、請求項３の発明に係る音像定位装置のパラメータ算出方法において、次のようにして方向定位手段のフィルタの式(13-1)のパラメータＦ_L［または式(13-2)のパラメータＦ_R］を求める。すなわち、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に例示するように、実際の左スピーカ位置に置かれたスピーカから音響信号を発生させ、疑似頭または実頭の左耳の特定箇所に取り付けられたマイクロホンの信号を第１の信号系列ｐ_L1として記録し、実際の右スピーカ位置に置かれたスピーカから前記と同じ音響信号を発生させ、疑似頭あるいは実頭の右耳の特定箇所に取り付けられたマイクロホンの信号を第２の信号系列ｐ_R2として記録する。更に、図１２に例示するように、仮想音像位置に置かれたスピーカから前記と同じ音響信号を発生させ、疑似頭または実頭の左右の耳の特定箇所に取り付けられたマイクロホンの信号を記録し、該マイクロホンの左耳の信号を第３の信号系列ｐ_L3、右耳の信号を第４の信号系列ｐ_R3とする。そして、第１または第２の信号系列ｐ_L1［またはｐ_R2］を入力系列とし、かつ２種類のクロストーク打ち消し信号生成フィルタの畳み込みによって得られるフィルタ演算Ｆ_C1・Ｆ_C2を第３または第４の信号系列ｐ_L3［またはｐ_R3］に施して得た結果を元の第３または第４の信号系列ｐ_L3［またはｐ_R3］から減算した結果（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）ｐ_L3［または（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）ｐ_R3］を遅延させたものを出力系列とした対象未知システムのパラメータをシステム同定手段で求め、該求めたパラメータを方向定位手段のフィルタのパラメータＦ_L［またはＦ_R］とする。方向定位手段のフィルタの式(13-3)のパラメータＦ_Mも同様にして求められる。
【００２６】
請求項５の発明に係る音像定位装置は、図１３に例示するように、入力部からの音響信号を周波数帯域ごとに分割するための帯域分割手段と、複数の方向定位手段および複数のクロストーク・キャンセル手段からの信号を合成するための帯域合成手段とを備えたものである。複数の方向定位手段は、周波数帯域ごとに用意され、各々音像定位位置に関するパラメータを持ち、かつ帯域分割手段から与えられた音響信号のフィルタ演算を行う。複数のクロストーク・キャンセル手段は、周波数帯域ごとに用意され、各々複数の方向定位手段のうちの対応する方向定位手段の出力信号からフィルタ演算により音響クロストーク信号となる成分の打ち消しを行う。しかも、複数のクロストーク・キャンセル手段のうち低域のクロストーク・キャンセル手段では多重クロストークを補償したものを用い、かつ中高域では簡略化されたクロストーク・キャンセル手段を用いる。上記帯域分割により、フィルタのパラメータの次数を小さくすることができ、安定性と精度の両立が図れる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の音像定位装置およびそのパラメータ算出方法の具体例について、詳細に説明する。
【００２８】
（実施例１）
本発明の第１の実施例を、図１〜図３を参照しながら説明する。図１に示す回路図は、式(10-1)および式(10-2)を回路で実現したものである。図１において、１ａ〜１ｃは方向定位手段、２ａはクロストーク・キャンセル手段、３ａ〜３ｊはクロストーク打ち消し信号生成フィルタ、４ａ〜４ｌは加算器、５ａ〜５ｃは音響信号入力部、６ａ，６ｂは音響信号出力部、１０ａ，１０ｂはクロストーク・キャンセル手段音響入力部を示す。クロストーク・キャンセル手段２ａにおいて、１０ａは左チャンネル入力、１０ｂは右チャンネル入力、６ａは左チャンネルの出力部、６ｂは右チャンネルの出力部である。
【００２９】
図１の構成によれば、複数のそれぞれの位置に音像定位させるように方向定位手段１ａ〜１ｃで処理された信号が、加算器４ａ，４ｂで加算されて、クロストーク・キャンセル手段２ａに入力される。クロストーク・キャンセル手段２ａは、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａ〜３ｊでパラメータがＦ_C1のものとＦ_C2のものとが交互に縦続接続された形となっている。そして、パラメータＦ_C1を持つ全てのフィルタ３ｂ，３ｄ，３ｆ，３ｈ，３ｊの出力がクロストーク・キャンセル手段２ａの左チャンネル入力１０ａと加算されて左チャンネルの出力部６ａへ、パラメータＦ_C2を持つ全てのフィルタ３ａ，３ｃ，３ｅ，３ｇ，３ｉの出力がクロストーク・キャンセル手段２ａの右チャンネル入力１０ｂと加算されて右チャンネルの出力部６ｂへそれぞれ出力される。図２０ではクロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａ，３ｂが１段であったものが、図１では多段（５段）縦続接続された形となっている。これは、多重のクロストークの補償を行うことに相当する。したがって、本実施例によれば、メインパスの低域の音響信号の打ち消しが補償され、低域の不足が解消し、また音像定位精度の向上が図られる。なお、クロストーク・キャンセル手段２ａにおけるフィルタの縦続接続段数は、２以上の範囲で任意である。
【００３０】
フィルタの伝達関数によっては、図２のようにクロストーク・キャンセル手段に遅延器１２ａ〜１２ｔを挿入したり、図３のようにクロストーク・キャンセル手段に遅延器２２ａ〜２２ｌを挿入したりしてもよい。これによって、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａ〜３ｊのパラメータの選択の幅が広がり、より音質・定位精度が良く、安定性に優れたパラメータを用いることができる。以後の実施例でも同様に、遅延器を挿入することができる。なお、図３において、４ｍ，４ｎは加算器を示す。
【００３１】
２つのスピーカが受聴者に対し左右対称に置かれている場合には、パラメータＦ_C1とＦ_C2とは同じものを用いることになり、フィルタのパラメータを格納するメモリの容量を削減することができる。
【００３２】
（実施例２）
本発明の第２の実施例を、図４を参照しながら説明する。図４は、式(11-1)および式(11-2)で表されるクロストーク・キャンセル手段を示している。図４のクロストーク・キャンセル手段では、右チャンネル出力６ｂが、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ｂを経て、加算器２４ａで左チャンネル入力１０ａと加算されて、左チャンネル出力６ａとなる。同様に、左チャンネル出力６ａが、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａを経て、加算器２４ｂで右チャンネル入力１０ｂと加算されて、右チャンネル出力６ｂとなる。
【００３３】
本実施例によれば、必ずしも安定なフィルタが求められるとは限らないという欠点はあるものの、安定なフィルタが求められれば、最小のフィルタ数で、低域の不足の解消と音像定位精度の向上が図れる。
【００３４】
（実施例３）
本発明の第３の実施例を、図５を参照しながら説明する。図５は、図２０中のクロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａ，３ｂに高域通過フィルタ１３ａ，１３ｂを直列に接続してなるクロストーク・キャンセル手段を示している。これによって、クロストーク打ち消し信号より低域がカットされ、他方の耳のメインパスへの低域の打ち消しが防止される。したがって、低域の不足が解消され、音像定位の精度も向上する。
【００３５】
なお、図５では高域通過フィルタ１３ａ，１３ｂをクロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａ，３ｂの前に設けたが、後ろに設けても同様の効果が得られる。高域通過フィルタ１３ａ，１３ｂの代わりに高域（例えば５ｋＨｚ以上）もカットした帯域通過フィルタを用いても同様な効果が得られ、更に受聴範囲も広がるといった効果も有する。これら高域通過フィルタや帯域通過フィルタのパラメータをクロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａ，３ｂのパラメータに畳み込んで、１つのフィルタにまとめることもできる。
【００３６】
（実施例４）
本発明の第４の実施例を、図６〜図８を参照しながら説明する。図６は、クロストーク・キャンセル手段において、図２０の回路と並列に低域通過フィルタ１４ａ，１４ｂを通すパスを設け、その出力をクロストーク・キャンセル手段の左右チャンネル出力に加算する回路を示している。これによって、低域が増強され、その不足感が解消される。
【００３７】
図６の回路は、図７のように置き換えることができる。図７において、１５ａ，１５ｂは低域強調フィルタを示す。つまり、両フィルタ１５ａ，１５ｂのパラメータＦ_Bは、低域が強調された特性を持つ。効果は図６と同様である。
【００３８】
図６の回路は、図８のように置き換えることもできる。図８のクロストーク・キャンセル手段では、加算器２４ｃによる左右チャンネル入力の和信号が、低域通過フィルタ１４ｃを経て、左右チャンネル出力に加算される。低域では左右の音の位相差が小さく、方向認識が鈍いので、このようにしても音像定位に関して特に問題は生じない。更に、図６や図７に比べ、追加のフィルタが半分の１個で、同様の効果が得られるメリットがある。
【００３９】
（実施例５）
本発明の第５の実施例を、図９〜図１１を参照しながら説明する。図９および図１０は、図２０のクロストーク・キャンセル手段に式(12)で示されるパラメータＦ_Dを持つ多重クロストーク補償フィルタ１６ａ，１６ｂを挿入したものである。図９は多重クロストーク補償フィルタ１６ａ，１６ｂを入力側に、図１０は出力側にそれぞれ直列に挿入しているもので、効果はどちらも同じである。図１１は、多重クロストーク補償フィルタ１６ａ，１６ｂのパラメータＦ_Dを求めるための手順を示したものである。
【００４０】
まず、図１１（ａ）のように、無響室において実際の左スピーカＳＬの位置にスピーカ７ａを置き、そのスピーカ７ａから白色雑音を発生させる。白色雑音は、ナイキスト周波数までの全ての周波数成分を含んでおり、持続的励振条件を満たしている。その音が空間を伝搬し、受聴者または疑似頭の左右の外耳道に取り付けられたマイクロホン（以下、マイクという）の信号および元信号をデータ記録器（例えばＤＡＴ）に記録する。左耳ＥＬでの信号系列をｐ_L1、右耳ＥＲでの信号系列をｐ_R1、元の白色雑音信号系列をｅとする。このとき、スピーカ（ＳＬ）７ａから左耳ＥＬのマイクまでの頭部伝達関数をＳ_LL、右耳ＥＲのマイクまでの頭部伝達関数をＳ_LRとしたとき、
ｐ_L1＝Ｓ_LL・ｅ (14-1)
ｐ_R1＝Ｓ_LR・ｅ (14-2)
となる。
【００４１】
次に、図１１（ｂ）のように、実際の右スピーカＳＲの位置にスピーカ７ａを置き、同様な操作を繰り返す。音源である白色雑音は、前と同じものを用いる。左耳ＥＬでの信号系列をｐ_L2、右耳ＥＲでの信号系列をｐ_R2とする。このとき、スピーカ（ＳＲ）７ａから左耳ＥＬのマイクまでの頭部伝達関数をＳ_RL、右耳ＥＲのマイクまでの頭部伝達関数をＳ_RRとしたとき、
ｐ_L2＝Ｓ_RL・ｅ (14-3)
ｐ_R2＝Ｓ_RR・ｅ (14-4)
となる。
【００４２】
これよりｅを消去してまとめると、

となる。したがって、図１１（ｃ）のように、入力系列を（ｐ_L1・ｐ_R2−ｐ_L2・ｐ_R1）、出力系列をｐ_L1・ｐ_R2としたシステムを考え、最小二乗法や最尤法などを用いたシステム同定手段１７により、パラメータＦ_Dを求めることができる。ここで、入力系列（ｐ_L1・ｐ_R2−ｐ_L2・ｐ_R1）は加算器２０により求められる。出力系列であるｐ_L1・ｐ_R2を遅延器２１で少し遅らせると、より安定で高精度なパラメータＦ_Dを求めることができる。
【００４３】
上記のような方法により、低域の不足と音像定位精度の劣化の問題を解消することができ、なおかつ安定である。
【００４４】
なお、左右のスピーカが受聴者に対して左右対称ならば、式(15)は、
ｐ_L1 ²＝Ｆ_D・（ｐ_L1 ²−ｐ_R1 ²） (16)
となり、左側にスピーカ７ａを置いた１回目の測定、つまり図１１（ａ）の測定のみから、多重クロストーク補償フィルタ１６ａ，１６ｂのパラメータＦ_Dを求めることができる。
【００４５】
（実施例６）
本発明の第６の実施例を、図１２を参照しながら説明する。実施例５では、式(12)のパラメータＦ_Dを持つ多重クロストーク補償フィルタ１６ａ，１６ｂをクロストーク・キャンセル手段に設けたが、同パラメータＦ_Dを方向定位手段のフィルタに畳み込むことにより、従来と同様の回路構成で実施例５と同様の効果が得ることができる。すなわち、第６の実施例に係る音像定位装置は、式(13-1)および式(13-2)のパラメータＦ_LおよびＦ_Rを持つ図１６の方向定位手段、または式(13-3)のパラメータＦ_Mを持つ図１７の方向定位手段と、図２０のクロストーク・キャンセル手段とを用いて実現される。図１２は、式(12)のパラメータＦ_Dが畳み込まれた方向定位フィルタのパラメータＦ_LおよびＦ_Rを求めるための手順を示したものである。
【００４６】
まず、図１２（ａ）のように、無響室において仮想音源位置にスピーカ７ａを置き、白色雑音を発生させる。その音が空間を伝搬し、受聴者または疑似頭の左右の外耳道に取り付けられたマイクの信号および元信号を記録する。左耳ＥＬでの信号系列をｐ_L3、右耳ＥＲでの信号系列をｐ_R3、元の白色雑音信号系列をｅとする。このとき、スピーカ７ａから左耳ＥＬのマイクまでの頭部伝達関数をＴ_L、右耳ＥＲのマイクまでの頭部伝達関数をＴ_Rとしたとき、
ｐ_L3＝Ｔ_L・ｅ (17-1)
ｐ_R3＝Ｔ_R・ｅ (17-2)
となる。
【００４７】
次に、実施例５と同様に、図１１（ａ）および図１１（ｂ）の配置でそれぞれマイク出力を記録する。したがって、
ｐ_L1＝Ｓ_LL・ｅ (14-1)
ｐ_R2＝Ｓ_RR・ｅ (14-4)
となる（再掲）。
【００４８】
ここで、式(13-1)は、
（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）ｐ_L3＝（Ｔ_L／Ｓ_LL）ｐ_L1 (18-1)
となる。したがって、図１２（ｂ）のように、入力系列をｐ_L1、出力系列を（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）ｐ_L3としたシステムを考え、最小二乗法や最尤法などを用いたシステム同定手段１７により、図１６中の左チャンネルの方向定位フィルタ８ａのパラメータＦ_L（＝Ｔ_L／Ｓ_LL）を求めることができる。このフィルタのパラメータＦ_Lは、式(12)のパラメータＦ_Dが畳み込まれたものである。
【００４９】
また、式(13-2)は、
（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）ｐ_R3＝（Ｔ_R／Ｓ_RR）ｐ_R2 (18-2)
となる。したがって、図１２（ｂ）中に括弧書きで示すように、入力系列をｐ_R2、出力系列を（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）ｐ_R3としたシステムを考え、システム同定手段１７を用いれば、図１６中の右チャンネルの方向定位フィルタ８ｂのパラメータＦ_R（＝Ｔ_R／Ｓ_RR）を求めることができる。このフィルタのパラメータＦ_Rは、式(12)のパラメータＦ_Dが畳み込まれたものである。
【００５０】
なお、出力系列（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）ｐ_L3および（１−Ｆ_C1・Ｆ_C2）ｐ_R3は、二重クロストーク信号生成フィルタ１１ａと、加算器２０とにより求められる。実施例５と同様に、これらの出力系列を遅延器２１で少し遅らせると、より安定で高精度なパラメータＦ_LおよびＦ_Rを求めることができる。
【００５１】
上記と同様にして、図１７中の両耳和フィルタ８ｃのパラメータＦ_Mに、式(12)のパラメータＦ_Dを畳み込むこともできる。この場合、両耳差フィルタ８ｄのパラメータＦ_Sは従来のものを用いる。
【００５２】
なお、従来の方向定位手段のフィルタのパラメータに、実施例５の方法で求めたパラメータＦ_Dを畳み込んで、それを新しい方向定位手段のフィルタのパラメータと置き換えても良い。これも同様の効果を有する。
【００５３】
また、上記実施例５および実施例６ではスピーカ７ａから発生させる音響信号を白色雑音としたが、持続的励振条件を満たす別の音響信号（例えば、有色雑音）でもよい。
【００５４】
（実施例７）
本発明の第７の実施例を、図１３を参照しながら説明する。図１３の音像定位装置によれば、帯域分割手段１８は、入力信号の周波数帯域を３つに分割し、それぞれの帯域の方向定位手段１ａ，１ｂ，１ｃに出力する。そして、各々の帯域のクロストーク・キャンセル手段２ａ，２ｂを経て、左右のチャンネルそれぞれについて３つの帯域の信号が、帯域合成手段１９ａ，１９ｂによって合成され、出力信号が得られる。このように帯域分割すると、フィルタのパラメータの次数を小さくすることができ、安定性と精度の両立が図れる。
【００５５】
ここで、中域では多重のクロストークの影響は少ないため、図２０の構成を有する従来型のクロストーク・キャンセル手段２ａを用いる。低域では低音の不足を解消するために、図９の構成を有するクロストーク・キャンセル手段２ｂを用いる。高域では、波長が短いために受聴者の少しの位置ずれで、クロストークのキャンセルではなく、逆に強調となる場合があるため、クロストーク・キャンセル手段そのものを省く。このように、帯域別にクロストーク・キャンセル手段２ａ，２ｂを選択することにより、演算処理量を小さくすることができる。
【００５６】
なお、低域のクロストーク・キャンセル手段２ｂとして図１、図２、図３、図４、図１０、図１８または図１９の構成を用いても、同様の効果が得られる。また、中域で低域と同じ構成のクロストーク・キャンセル手段を用いたり、高域でクロストーク・キャンセル手段を省かない場合でも、演算処理量は増加するものの、低音の不足の解消や音像定位精度の向上の効果が得られる。
【００５７】
帯域分割手段１８にはサンプリング周波数を下げる間引き処理を、帯域合成手段１９ａ，１９ｂにはサンプリング周波数を上げる補間処理をそれぞれ含めることもできる。帯域分割手段１８か帯域合成手段１９ａ，１９ｂのいずれかには、帯域ごとの時間のずれを調整するための遅延器を含めることができる。また、ここでは帯域分割数を３としたが、２でも４以上でも同様の効果が得られる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、音像定位装置において、多重のクロストークによる低域の不足を解消し、より正確な音像定位を与えることができ、その効果は大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る他のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係るクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施例に係るクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る他のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施例に係る更に他のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第５の実施例に係るクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第５の実施例に係る他のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第５の実施例において多重クロストーク補償フィルタのパラメータを求めるための手順を示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施例において方向定位手段のフィルタのパラメータを求めるための手順を示す図である。
【図１３】本発明の第７の実施例に係る音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の基本的な考え方となる音像定位処理の原理説明図である。
【図１５】音像定位装置の基本構成を示すブロック図である。
【図１６】従来の方向定位手段の構成を示すブロック図である。
【図１７】従来の他の方向定位手段の構成を示すブロック図である。
【図１８】従来のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図１９】従来の他のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図２０】従来の他のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｃ方向定位手段
２ａ，２ｂクロストーク・キャンセル手段
３ａ〜３ｊクロストーク打ち消し信号生成フィルタ
４ａ〜４ｎ加算器
５ａ〜５ｃ音響信号入力部
６ａ，６ｂ音響信号出力部
７ａ，７ｂスピーカ
８ａ，８ｂ方向定位フィルタ
８ｃ両耳和フィルタ
８ｄ両耳差フィルタ
９ａ，９ｂ方向定位手段音響出力部
１０ａ，１０ｂクロストーク・キャンセル手段音響入力部
１１ａ，１１ｂ二重クロストーク信号生成フィルタ
１２ａ〜１２ｔ遅延器
１３ａ，１３ｂ高域通過フィルタ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ低域通過フィルタ
１５ａ，１５ｂ低域強調フィルタ
１６ａ，１６ｂ多重クロストーク補償フィルタ
１７システム同定手段
１８帯域分割手段
１９ａ，１９ｂ帯域合成手段
２０加算器
２１，２２ａ〜２２ｌ遅延器
２４ａ〜２４ｃ，２５ａ，２５ｂ加算器

Claims

音像を任意の位置に定位させる音像定位装置であって、
音像定位位置に関するパラメータを持ち、かつ入力部からの音響信号のフィルタ演算を行うための方向定位手段と、
前記方向定位手段の出力信号からフィルタ演算により音響クロストーク信号となる成分の打ち消しを行うためのクロストーク・キャンセル手段と、
前記クロストーク・キャンセル手段からの信号を出力するための２チャンネルの出力部とを備え、
前記クロストーク・キャンセル手段は、
各々第１のパラメータを持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタと第２のパラメータを持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタとが交互に縦続接続されてなる第１および第２のフィルタ列と、
第１および第２の加算器とを有し、
前記第１のフィルタ列は、前記第１のパラメータを持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタを初段フィルタとし、かつ該第１のフィルタ列の入力部が前記クロストーク・キャンセル手段の第２の入力部と接続され、
前記第２のフィルタ列は、前記第２のパラメータを持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタを初段フィルタとし、かつ該第２のフィルタ列の入力部が前記クロストーク・キャンセル手段の第１の入力部と接続され、
前記第１および第２のフィルタ列のうちの前記第１のパラメータを持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と、前記クロストーク・キャンセル手段の第１の入力部とは、前記第１の加算器を経て、前記クロストーク・キャンセル手段の第１の出力部に接続され、
前記第１および第２のフィルタ列のうちの前記第２のパラメータを持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と、前記クロストーク・キャンセル手段の第２の入力部とは、前記第２の加算器を経て、前記クロストーク・キャンセル手段の第２の出力部に接続されたことを特徴とする音像定位装置。
請求項１記載の音像定位装置において、
前記クロストーク・キャンセル手段は、前記第１および第２のフィルタ列のうちの前記第１のパラメータを持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と前記第１の加算器との間、前記クロストーク・キャンセル手段の第１の入力部と前記第１の加算器との間、前記第１および第２のフィルタ列のうちの前記第２のパラメータを持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と前記第２の加算器との間、および、前記クロストーク・キャンセル手段の第２の入力部と前記第２の加算器との間にそれぞれ遅延器を更に有することを特徴とする音像定位装置。
音像を任意の位置に定位させる音像定位装置であって、
音像定位位置に関するパラメータを持ち、かつ入力部からの音響信号のフィルタ演算を行うための方向定位手段と、
前記方向定位手段の出力信号からフィルタ演算により音響クロストーク信号となる成分の打ち消しを行うためのクロストーク・キャンセル手段と、
前記クロストーク・キャンセル手段からの信号を出力するための２チャンネルの出力部とを備え、
前記方向定位手段のフィルタのパラメータに、多重のクロストークを補償するためのパラメータを畳み込んだことを特徴とする音像定位装置。
請求項３に記載の音像定位装置におけるパラメータ算出方法であって、
実際の左スピーカ位置に置かれたスピーカから音響信号を発生させ、疑似頭または実頭の左耳の特定箇所に取り付けられたマイクロホンの信号を第１の信号系列として記録し、
実際の右スピーカ位置に置かれたスピーカから前記と同じ音響信号を発生させ、前記疑似頭あるいは実頭の右耳の特定箇所に取り付けられたマイクロホンの信号を第２の信号系列として記録し、
仮想音像位置に置かれたスピーカから前記と同じ音響信号を発生させ、前記疑似頭または実頭の左右の耳の特定箇所に取り付けられたマイクロホンの信号を記録し、該マイクロホンの左耳の信号を第３の信号系列、右耳の信号を第４の信号系列とし、
前記第１または第２の信号系列を入力系列とし、かつ２種類のクロストーク打ち消し信号生成フィルタの畳み込みによって得られるフィルタ演算を前記第３または第４の信号系列に施して得た結果を元の第３または第４の信号系列から減算した結果を遅延させたものを出力系列とした対象未知システムのパラメータをシステム同定手段で求め、該求めたパラメータを前記方向定位手段のフィルタのパラメータとすることを特徴とするパラメータ算出方法。
音像を任意の位置に定位させる音像定位装置であって、
入力部からの音響信号を周波数帯域ごとに分割するための帯域分割手段と、
周波数帯域ごとに用意され、各々音像定位位置に関するパラメータを持ち、かつ前記帯域分割手段から与えられた音響信号のフィルタ演算を行うための複数の方向定位手段と、
周波数帯域ごとに用意され、各々前記複数の方向定位手段のうちの対応する方向定位手段の出力信号からフィルタ演算により音響クロストーク信号となる成分の打ち消しを行うための複数のクロストーク・キャンセル手段と、
前記複数のクロストーク・キャンセル手段からの信号を合成するための帯域合成手段と、
前記帯域合成手段からの合成信号を出力するための２チャンネルの出力部とを備え、
前記複数のクロストーク・キャンセル手段のうち低域のクロストーク・キャンセル手段では多重クロストークを補償したものを用い、かつ中高域では簡略化されたクロストーク・キャンセル手段を用いたことを特徴とする音像定位装置。