JP3947766B2 - 音響信号の変換装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２本のスピーカを用いて仮想音源再生を行うトランスオーラル再生用の音響信号から、受聴者両耳に装着されたイヤスピーカを介して、仮想音源再生を行うバイノーラル再生用の音響信号を生成する変換方法および変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンパクトディスクなどのコンテンツに収録されている２チャンネルの音響信号は、図１のように一定の間隔を保って配置した２本のスピーカｓｐ１，ｓｐ２を、受聴者Ｍの正面を軸として左右対象に配置して受聴することを前提としている。しかし、普段はスピーカｓｐ１，ｓｐ２を用いて視聴していても、夜間等の視聴においては、スピーカを用いての視聴は近隣への騒音になるため、音量を小さくするもしくは、イヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２を用いて視聴することが一般的である。
【０００３】
ところが、これらのコンテンツに収録されている音響信号を、受聴者の両耳に装着されたイヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２によって再生した場合には、受聴者の頭内に音像が定位してしまい不自然な印象や違和感を伴う頭内定位という現象が発生してしまうことが知られている。
【０００４】
また、昨今では、ＤＶＤ等のコンテンツには、図２のように受聴者Ｍの周囲に複数のスピーカｓｐ１〜ｓｐ５を配して再生することを前提として、複数の音響信号が収録されたメディアも多くなってきている。そのため、本来であれば前提とされている本数のスピーカを受聴者の周囲に配置し再生する必要がある。しかし、実際には家屋の事情等により複数のスピーカを配置することが難しい場合がある。そこで、図１に示すような２つのスピーカｓｐ１，ｓｐ２を用いて複数のスピーカｓｐ１〜ｓｐ５を介して再生される音場を模擬する技術が提案されている。
【０００５】
これらの技術の中でも音源位置から受聴者両耳への音響的な伝達関数である頭部音響伝達関数に着目し、２つのスピーカｓｐ１，ｓｐ２から再生される音響により受聴者の両耳へ入力される音響を制御するものをトランスオーラルシステムと呼ぶ。
【０００６】
このようなトランスオーラルシステムによる音響を、受聴者両耳に装着されたイヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２を用いて再生するに際しても、２本のスピーカｓｐ１，ｓｐ２を用いた再生を含む複数のスピーカｓｐ１〜ｓｐ５を用いて再生される音場が知覚されるように音響信号を生成し、前述の頭内定位の問題を伴うことなく受聴できることが期待されている。
【０００７】
このような技術として、トランスオーラルシステム同様に頭部音響伝達関数に着目してイヤスピーカから再生される音響により受聴者両耳へ入力される音響を制御するものをバイノーラルシステムと呼ぶ。この技術は、頭内定位の問題を解消する一手段として知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記のようなことから、トランスオーラルシステムとバイノーラルシステム双方に対応するため、トランスオーラル音声をバイノーラル音声への変換が望まれる。トランスオーラル音声をバイノーラル音声に変換する手法として、トランスオーラル音声を再生するスピーカから受聴者両耳までの伝達関数を利用し、トランスオーラル音声と畳み込むことでバイノーラル音声を得ることが想定される。
【０００９】
しかし、従来から検討されてきた図１のような標準的なスピーカ配置（受聴者と左右のスピーカを結んだ開き角度が９０〜６０度程度）を想定して生成されたトランスオーラル音声をバイノーラル音声へ変換する場合には、複雑なフィルタ処理が伴うため、上述の定位が上昇してしまう現象や再生されるイヤスピーカの影響が無視できない場合等の対応が困難である。
【００１０】
また、バイノーラルシステムにおいて、受聴者正面への定位を意図して生成された音響がイヤスピーカから再生した際に意図した方向よりも上方に移動してしまう定位方向の上昇という現象や、再生する際のイヤスピーカから受聴者の鼓膜に至る経路での音響的な歪みにより音響が劣化してしまう現象がある。
【００１１】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、その目的は、２つのスピーカ用すなわちトランスオーラル再生用に生成された音響信号から容易にイヤスピーカ再生用すなわちバイノーラル再生用に音響信号を変換するための方法並びに装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の音響信号の変換装置は、任意のチャンネルの音響信号を２つのスピーカからのトランスオーラル再生用の信号に変換するトランスオーラル再生信号変換器と、前記トランスオーラル再生信号変換器から出力されたトランスオーラル音声を、２つのスピーカから受聴者両耳までの伝達特性を要素とした信号と重畳し、トランスオーラルシステムにて再生された際に受聴者両耳に到達する音響信号に相当するバイノーラル信号に変換するトランスオーラル−バイノーラル変換器とを備え、前記トランスオーラル再生信号変換器は、受聴者の両耳での音響信号に変換するため音像定位用の位置情報を与えるフィルタと、スピーカ再生時に生じるクロストークをキャンセルするスピーカ再生用再生等化器とから構成され、前記トランスオーラル−バイノーラル変換器は、トランスオーラル−バイノーラル変換用フィルタと、トランスオーラル再生用信号をバイノーラル信号に変換するに当たりスピーカから受聴者両耳に至る伝達関数としてイヤスピーカから受聴者鼓膜へ至る経路の逆特性を有するイヤスピーカ再生用再生等化器とから構成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の音響信号の変換装置は、請求項１の変換装置において、前記トランスオーラル再生信号変換器が、２つのスピーカを近接配置した再生方式によるフィルタ特性を有するものであることを特徴とする。ここで、２つのスピーカを近接配置した再生方式とは、受聴者と左右のスピーカを結んだ開き角度が３０度程度以下のものを言い、望ましくは、１０度程度の開き角度によるスピーカ配置を採用したステレオダイポール再生方式を言う。
【００１４】
請求項３の音響信号の変換装置は、請求項１または請求項２の音響信号の変換装置において、前記トランスオーラル再生信号変換器が、受聴者の両耳での音響信号に変換するため音像定位用の位置情報を与えるフィルタとスピーカ再生時に生じるクロストークをキャンセルするスピーカ再生用再生等化器とを一体化した特性を有するフィルタによって構成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の音響信号の変換装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の音響信号の変換装置において、前記トランスオーラル−バイノーラル変換用フィルタが、スピーカから受聴者両耳に至る伝達関数として、スピーカから直接受聴者両耳にいたる経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を合わせ持たせたものを用いたことを特徴とする。
【００１６】
請求項５の音響信号の変換方法は、請求項１の装置を方法の観点から捉えたものであって、任意のチャンネルの音響信号を２つのスピーカからのトランスオーラル再生用の信号に変換するトランスオーラル再生信号処理と、前記トランスオーラル再生信号処理によって出力されたトランスオーラル音声を、２つのスピーカから受聴者両耳までの伝達特性を要素とした信号と重畳し、トランスオーラルシステムにて再生された際に受聴者両耳に到達する音響信号に相当するバイノーラル信号に変換するトランスオーラル−バイノーラル変換処理とを含み、前記トランスオーラル再生信号変換処理は、受聴者の両耳での音響信号に変換するため音像定位用の位置情報を与える処理と、スピーカ再生時に生じるクロストークをキャンセルするスピーカ再生用再生等化処理とを含み、前記トランスオーラル−バイノーラル変換処理は、トランスオーラル再生用信号をバイノーラル信号に変換するトランスオーラル−バイノーラル変換処理と、トランスオーラル再生用信号をバイノーラル信号に変換するに当たりスピーカから受聴者両耳に至る伝達関数としてイヤスピーカから受聴者鼓膜へ至る経路の逆特性を有する情報を加えたものを用いるイヤスピーカ再生用再生等化処理とを含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項６の音響信号の変換方法は、請求項４の発明を方法の観点から捉えたものであって、請求項５の変換方法において、イヤスピーカ再生用再生等化処理は、トランスオーラル再生用信号をバイノーラル信号に変換するに当たり、スピーカから受聴者両耳に至る伝達関数として、スピーカから直接受聴者両耳にいたる経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を合わせ持たせたものを用いるものであることを特徴とする。
【００１８】
以上のような構成を有する本発明によれば、トランスオーラルシステムを用いての再生において複数のスピーカにて再生した音場を模擬する音響信号、すなわちトランスオーラル音声から、イヤスピーカ再生においても頭内定位を伴うことなく、複数のスピーカ再生での効果を提供する音響信号すなわちバイノーラル音声への変換が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。この実施の形態は、入力信号を生成するトランスオーラルシステムとして、受聴者の正面に２つのスピーカを近接配置してなる２つのスピーカを近接配置した再生方式を使用したものである。
【００２３】
本実施の形態による２つのスピーカを近接配置した再生方式では、図４のように受聴者の正面に近接してスピーカを配置する。これは、標準的なスピーカ配置によるトランスオーラルシステムでは、想定した制御点のみでしか音場再生を得ることができなかったのに対して、２つのスピーカを近接配置した再生方式では、スピーカを受聴者正面に近接させるという幾何学的配置から受聴者の頭部回転及び移動などに対しても、良好なロバスト性を有することを特徴とする。このため、本実施例に入力されるトランスオーラル音声が２つのスピーカを近接配置した再生方式用に生成されたものであれば、バイノーラル音声に変換する際に用いるフィルタの特性についてもロバスト性を期待できる。
【００２４】
前述のように、トランスオーラル音声をバイノーラル音声に変換するには、トランスオーラル音声が再生される２つのスピーカから受聴者両耳への伝達関数を畳み込み、バイノーラル音声を得る。このとき重要となるのは、スピーカから受聴者両耳への伝達関数の特性である。トランスオーラルシステムとして、２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定した場合には、スピーカが受聴者の正面に近接配置されているため、スピーカから受聴者両耳への伝達関数は、図１３〜図１５のようにシンプルな特性を示す。このように、２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定した場合には、単純なフィルタ特性であり、時系列上でも図１５のように値が速やかに収束しているため、実現に当たり、従来のような多くの積和演算や記憶領域を必要としない。
【００２５】
これに対し、従来の標準的なスピーカ配置を想定した場合には、スピーカから受聴者両耳への伝達関数は、図１６〜図１８のようになり、２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定した場合に比較し、ピークやディップが目立ち複雑な特性を示す。そのため、従来のスピーカ配置を想定した場合には、時系列上においても図１８に示す通り、図１５の２つのスピーカを近接配置した再生方式によるスピーカ配置のように値が速やかに収束せず、実現するに当たり、多くの積和演算と記憶領域を必要とする。
【００２６】
このことから、本実施の形態のように２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定することにより、従来に比べて至極簡単なフィルタ処理を施すだけで、トランスオーラル音声をバイノーラル音声に変換することができる。また、変換処理が簡単なフィルタ処理を施すだけで良いため、特定の条件への最適化等にも柔軟に対応可能となる。
【００２７】
ただし、本発明によるトランスオーラル再生用の信号としては、必ずしも２つのスピーカを近接配置した再生方式に限らず、図１６〜図１８のような特性はあっても、高速かつ容量の大きな処理装置を使用することにより、一対のスピーカを距離を置いて配置した従来の再生方式によって生成したトランスオーラル再生用の信号を使用することもできる。
【００２８】
以下、本実施の形態の構成を具体的に説明する。なお、本実施の形態の各式に使用される記号は、下記の意味を有するものとする。
【００２９】
［１．記号の説明］
Ｅ：トランスオーラルシステムおよび実際に所望の位置に、所望の個数のスピーカを配置し、音声を再生した際に受聴者鼓膜上に到達する音響。
Ｓ：コンテンツ等に収録されている音響、もしくは、ネットワーク等を介して配信、伝送されてくる音響。
Ｖ：本来音響が再生されるべき位置から受聴者両耳への伝達特性（若しくはそのような伝達特性を有するフィルタ）。
Ｐ：スピーカ再生用再生等化器。
Ｃ：スピーカから受聴者両耳への音響的な伝達特性（若しくはそのような伝達特性を有するフィルタ）であり、これらを利用し、トランスオーラル音声をバイノーラル音声に変換する。
Ｔ：Ｖ及びＰまたはＶ’にて処理され、生成されたトランスオーラル音声であり、トランスオーラルシステムのスピーカから再生される音響。
Ｖ’：ＶとＰの処理と等価の特性を有するフィルタ。
Ｗ：イヤスピーカ再生用再生等化器。
Ｈ：イヤスピーカから受聴者両耳鼓膜への伝達特性。
Ｃ’：ＣとＷの処理と等価な特性を有するフィルタ。
Ｅ’：変換されたバイノーラル音声をイヤスピーカを用いて再生した場合の受聴者の鼓膜上に到達する音響。
Ｂ：イヤスピーカから再生される音響。
【００３０】
［２．全体の構成］
図３において、１は、複数のスピーカから出力される音響信号Ｓをトランスオーラル再生用の信号Ｔに変換する変換器であって、この変換器１は、受聴者の両耳での音響信号Ｅに変換するため音像定位用の位置情報を与えるフィルタＶと、スピーカ再生時に生じるクロストークをキャンセルするスピーカ再生用再生等化器Ｐとから構成されている。この変換器１の出力側には、トランスオーラル再生信号をデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２を介して、トランスオーラル−バイノーラル変換器３が設けられている。
【００３１】
このトランスオーラル−バイノーラル変換器３は、入力されたトランスオーラル音声Ｔを、２本のそれぞれのスピーカから受聴者両耳までの伝達特性を要素としたフィルタと重畳することで、トランスオーラルシステムにて再生された際に受聴者両耳に到達する音響信号に相当する信号（バイノーラル信号）を生成する。この変換器３で用いられる伝達関数は、図１３〜図１５のようにシンプルな特性を有するものである。
【００３２】
トランスオーラル−バイノーラル変換器３の出力側には、変換器３で生成されたバイノーラル信号をアナログ信号に変換するデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）４が接続され、このＤＡＣ４及び増幅器５を介してイヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２より受聴者両耳に再生される。
【００３３】
［３．トランスオーラル再生信号変換器］
次に、前記トランスオーラル再生信号変換器１の具体的な構成を説明する。
すなわち、トランスオーラルシステムでは、本来であれば、それぞれが別々のスピーカから再生されることが想定されている複数の音響信号Ｓは、頭部音響伝達関数に基づいた特性を有するフィルタＶと重畳されることにより再生される際に定位させたい所望の位置情報が与えられる。そして、受聴者両耳での音響Ｅは、次式と等価となるように制御される。
【数１】
Ｅ＝ＳＶ…式１
【００３４】
しかし、図５のＣ２，Ｃ３のように、スピーカ再生時には２本のスピーカから受聴者両耳に至る系において左のスピーカから右耳に右のスピーカから左耳に音響が到達してしまうクロストーク等の問題が発生する。
【数２】
ＰＣ＝Ｉ…式２
【００３５】
その為、上式を満たすスピーカ再生用再生等化器Ｐにてスピーカ再生時に発生するクロストーク等の問題を解消する処理を行う。
【数３】
Ｔ＝ＳＶＰ…式３
【００３６】
すなわち、図６は、このフィルタＶ及び再生等化器Ｐの一例を示すものであって、複数のスピーカｓｐ１〜ｓｐ５の出力を左右のスピーカｓｐ１，ｓｐ２への出力に変換するフィルタＶ１〜Ｖ１０と、これらフィルタＶ１〜Ｖ１０からの出力を左右のスピーカｓｐ１，ｓｐ２ごとに加算した後、クロストークをキャンセルするための再生等化器Ｐ１〜Ｐ４が設けられている。
【００３７】
なお、前記のようなトランスオーラル再生信号を作成する手段としては、図６のようにフィルタＶ及び再生等化器Ｐを２段に設ける以外に、下記の式４並びに図７に示すように、これら２つの処理と等価な処理を１つのフィルタＶ’１〜Ｖ’１０によって行うことも可能である。
【数４】
【００３８】
更に、２つのスピーカを近接配置した再生方式ではこれら二つの処理を一度に行うフィルタを設計する際に、周波数領域にて最小自乗法による最適化とRegularization を統合した手法として、次の式５より算出した値を用いる場合もある。
【数５】
【００３９】
ここで、βは、Regularization パラメータと称し、エフォートペナルティの項にどれだけの重みをつけるかを決定する変数である。Ａは音像を定位させたい所望の位置から受聴者両耳へ至る伝達関数を表す。この設計手法では、オーディオ再生系でしばしば問題となる過渡のピークやディップを軽減し、聴感的に優れたフィルタを算出するのに有効である。
【００４０】
［４．トランスオーラル−バイノーラル変換器］
次に、前記トランスオーラル−バイノーラル変換器３の具体的な構成を、図９に従って説明する。すなわち、トランスオーラル−バイノーラル変換器３は、トランスオーラル−バイノーラル変換用フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４と、イヤスピーカ再生用再生等化器Ｗ１，Ｗ２とから構成されている。
【００４１】
ここで、トランスオーラル−バイノーラル変換用フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４としては、図１３〜図１５に示すような、２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定したスピーカｓｐ１，ｓｐ２から受聴者両耳までの特性を持つものを使用することが望ましいが、図１６〜図１８に示すように、標準的なスピーカ配置を想定したスピーカから受聴者両耳までの特性を有するものを利用することも可能であるが、以下述べるような理由から、本実施の形態では、図１９以下に述べるような特性を有するフィルタを使用する。
【００４２】
すなわち、上述したように、一般にイヤスピーカ再生では、受聴者正面に音を定位させることを意図した場合に、知覚される音像が受聴者の上方に上昇する傾向が強いことが知られている。また、イヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２から受聴者両耳までの経路においての再生された音響が受聴者の鼓膜上に至るまでの経路で生じる歪みが無視できない場合がある。
【００４３】
そこで、本実施の形態では、音像が受聴者の上方に上昇してしまう場合には、スピーカから受聴者両耳に至る伝達関数に、図８のようなスピーカｓｐ１，ｓｐ２から直接受聴者両耳にいたる経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を合わせ持たせたものを用いる。このことで、受聴者に知覚される音像が上昇することを抑制することができる。本実施の形態にて変換に用いるフィルタの特性を図１９〜図２１に示す。
【００４４】
図１９〜図２１に示す特性を有するフィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、スピーカから直接受聴者両耳に至る経路と、床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を持ち合わせたフィルタ特性を有する。そのため、このフィルタを使用した場合には、スピーカから床に反射し、受聴者両耳に至る経路の情報を持ち合わせるフィルタを用いることで、音像の上昇の一要因として考えられるスピーカから床に反射し、両耳へ至る音響をも再現できるため、音像が上昇してしまう現象の抑制が期待できる。
【００４５】
また、イヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２から受聴者鼓膜に至る経路でのひずみ等の影響については、式６及び式７を満たすイヤスピーカ再生用再生等化器Ｗ１，Ｗ２にてイヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２から受聴者鼓膜に至る経路での影響を取り除く処理をすることで対処できる。
【数６】
ＷＨ＝Ｉ…式６
【数７】
Ｂ＝ＴＣＷ…式７
【００４６】
［５．トランスオーラル−バイノーラル変換器の他の実施の形態］
図９の実施の形態は、前記２つのフィルタＣ，Ｗを別々に設けたものであるが、本発明において、これら２つの特性を有する１つのフィルタを用いて処理を行うことも可能である。すなわち、図１０の実施の形態は、２つのフィルタＣ，Ｗと等価な特性を有するフィルタＣ’１〜Ｃ’４を使用したものであって、これらのフィルタＣ’１及びＣ’４、Ｃ’２及びＣ’３の特性を図２２〜図２４に示す。
【００４７】
図２２〜図２４に示す特性を有するフィルタは、図１３〜図１５に示したフィルタＣ１〜Ｃ４（２つのスピーカを近接配置した再生方式によるスピーカ配置の場合の特性）とイヤスピーカ再生用再生等化器Ｗ１，Ｗ２の特性を有したフィルタである。これは、イヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２から受聴者鼓膜へ至る経路の逆特性を有するため、イヤスピーカから受聴者鼓膜に到達する間に音響が歪んでしまう現象を抑制する。
【００４８】
また、スピーカから受聴者両耳までの伝達関数にスピーカから直接受聴者両耳に至る経路と床に反射し両耳に至る経路の情報を合わせ持たせ、更にイヤスピーカ再生用再生等化器にて処理する特性を有するフィルタを図２５〜図２７に示す。
このフィルタは、図８に示すような床からの反射成分を考慮した特性のフィルタ（図１９〜図２１に示す特性のフィルタ）と、図１１に示すようなイヤスピーカ再生用再生等化器Ｗ１，Ｗ２の特性を合わせ持つため、音像の上昇を抑制し、イヤスピーカから受聴者鼓膜に到達する間に音響が歪んでしまう現象の抑制も、期待することができる。
【００４９】
［６．実施の形態の作用］
以上のような構成を有する本実施の形態において、トランスオーラル−バイノーラル変換器３による処理を施された信号は、ＤＡＣ４によりディジタル信号からアナログ信号に変換され増幅器５を通りイヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２より再生される。
【００５０】
再生された信号は、図１２のように受聴者の両耳にてトランスオーラル再生と等価な音響となり、所望の位置から到来する音響として知覚される。すなわち、以下述べる各式から明らかなように、受聴者両耳での所望の音響Ｅとバイノーラル音声に変換されてから再生される音響Ｅ’は等価となる。
【００５１】
【数８】
Ｅ’＝ＢＨ…式８
【数９】
Ｅ’＝ＴＣＷＨ…式９
【数１０】
Ｅ’＝ＴＣ…式１０
【数１１】
Ｅ’＝ＳＶＰＣ…式１１
【数１２】
Ｅ’＝ＳＶ…式１２
【数１３】
Ｅ’＝Ｅ…式１３
【００５２】
［５．実施の形態の効果］
前記のような構成を有する本実施の形態によれば、次のような作用効果が期待できる。
（１）従来から、広く一般に普及している２ｃｈ音声のメディア、例えば、ＣＤやＴＶ等に用いる場合には、トランスオーラル音声を伝送または収録する。受聴する際には、受聴者は、スピーカでの受聴ではスピーカからそのまま再生すればよく、イヤスピーカを用いる場合には変換処理を行うだけで受聴可能となる。これにより、２ｃｈ音声のメディアにおいても、マルチチャネルのコンテンツを提供することができる。
【００５３】
（２）ネットワークでのマルチチャネルコンテンツの配信は、伝送路の帯域幅が大きな障害となり、大きな帯域幅を必要とするマルチチャネルコンテンツの配信は、容易ではない。しかし、トランスオーラル音声は、元のコンテンツのチャネル数がいくら多くても、２ｃｈになるため、大きな障害となっていた伝送路の帯域幅の問題をクリアすることができる。この場合にも、受聴者の要求にあわせてスピーカ再生またはイヤスピーカ再生どちらにも対応可能である。
【００５４】
（３）ＤＶＤプレーヤ等のマルチチャネルコンテンツを扱う音響機器では、２本のスピーカでの再生とイヤスピーカでの再生に同時に対応することが期待される。しかし、スピーカ再生用の処理と、イヤスピーカ用の処理を全く異なるプロセスで行う場合には、同時にスピーカ再生用とイヤスピーカ再生用の処理を行うには、多くのハードウェア的およびソフトウェア的資源が必要となる。しかし、本発明では２本のスピーカを用いた再生用の音響から少ない資源でイヤスピーカ再生用の音響を生成することが可能であるため、スピーカ再生用の音声とイヤスピーカ再生用の音声を同時に提供することが可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、２つのスピーカ再生用すなわちトランスオーラル再生用に生成された音響信号に単純な変換処理を施すだけで、イヤスピーカを介しての受聴すなわちバイノーラル再生時にトランスオーラル再生時と同様の効果を得ることが可能となる。
【００５６】
また、あらかじめトランスオーラル再生用に処理を施された音響信号が収録されているコンテンツに本発明の変換処理を施すだけで、頭内定位等の問題を伴うこと無くイヤスピーカを介した受聴が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】標準的な２つのスピーカ配置を示す平面図。
【図２】複数のスピーカ配置を示す平面図。
【図３】本発明による音響信号の変換装置の実施の形態を示すブロック図。
【図４】２つのスピーカを近接配置した再生方式によるスピーカ配置を示す平面図。
【図５】２つのスピーカから受聴者両耳に至る経路を示す平面図。
【図６】トランスオーラルシステムの一例を示すブロック図。
【図７】トランスオーラルシステムの他の例を示すブロック図。
【図８】スピーカから受聴者への２つの経路を示す側面図。
【図９】トランスオーラル−バイノーラル変換フィルタの一例を示すブロック図。
【図１０】トランスオーラル−バイノーラル変換フィルタの他の例を示すブロック図。
【図１１】イヤスピーカを介した再生処理を示す平面図。
【図１２】複数のスピーカからイヤスピーカに至る音響信号の経路を示すブロック図。
【図１３】２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定したスピーカから受聴者両耳までの特性を示すグラフで、周波数と振幅の関係を示す。
【図１４】２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定したスピーカから受聴者両耳までの特性を示すグラフで、周波数と位相の関係を示す。
【図１５】２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定したスピーカから受聴者両耳までの時系列特性を示すグラフ。
【図１６】標準的なスピーカ配置を想定したスピーカから受聴者両耳までの特性を示すグラフで、周波数と振幅の関係を示す。
【図１７】標準的なスピーカ配置を想定したスピーカから受聴者両耳までの特性を示すグラフで、周波数と位相の関係を示す。
【図１８】標準的なスピーカ配置を想定したスピーカから受聴者両耳までの時系列特性を示すグラフ。
【図１９】スピーカから直接受聴者両耳に至る経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を持ち合わせたフィルタの特性を示すグラフで、周波数と振幅の関係を示す。
【図２０】スピーカから直接受聴者両耳に至る経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を持ち合わせたフィルタの特性を示すグラフで、周波数と位相の関係を示す。
【図２１】スピーカから直接受聴者両耳に至る経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を持ち合わせたフィルタの時系列特性を示すグラフ。
【図２２】トランスオーラル−バイノーラル変換器とイヤスピーカ再生用再生等化器の特性を有したフィルタの特性を示すグラフで、周波数と振幅の関係を示す。
【図２３】トランスオーラル−バイノーラル変換器とイヤスピーカ再生用再生等化器の特性を有したフィルタの特性を示すグラフで、周波数と位相の関係を示す。
【図２４】トランスオーラル−バイノーラル変換器とイヤスピーカ再生用再生等化器の特性を有したフィルタの時系列特性を示すグラフ。
【図２５】図２２に示すフィルタの特性に、更にイヤスピーカ再生用再生等化器の特性を合わせ持ったフィルタの特性を示すグラフで、周波数と振幅の関係を示す。
【図２６】図２２に示すフィルタの特性に、更にイヤスピーカ再生用再生等化器の特性を合わせ持ったフィルタの特性を示すグラフで、周波数と位相の関係を示す。
【図２７】図２２に示すフィルタの特性に、更にイヤスピーカ再生用再生等化器の特性を合わせ持ったフィルタの時系列特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１…トランスオーラル再生信号変換器
２…アナログ−デジタルコンバータ
３…トランスオーラル−バイノーラル変換器
４…デジタル−アナログコンバータ
５…増幅器
Ｐ…スピーカ再生用再生等化器
Ｗ…イヤスピーカ再生用再生等化器
Ｃ…トランスオーラル−バイノーラル変換用フィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、２本のスピーカを用いて仮想音源再生を行うトランスオーラル再生用の音響信号から、受聴者両耳に装着されたイヤスピーカを介して、仮想音源再生を行うバイノーラル再生用の音響信号を生成する変換方法および変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンパクトディスクなどのコンテンツに収録されている２チャンネルの音響信号は、図１のように一定の間隔を保って配置した２本のスピーカｓｐ１，ｓｐ２を、受聴者Ｍの正面を軸として左右対象に配置して受聴することを前提としている。しかし、普段はスピーカｓｐ１，ｓｐ２を用いて視聴していても、夜間等の視聴においては、スピーカを用いての視聴は近隣への騒音になるため、音量を小さくするもしくは、イヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２を用いて視聴することが一般的である。
【０００３】
ところが、これらのコンテンツに収録されている音響信号を、受聴者の両耳に装着されたイヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２によって再生した場合には、受聴者の頭内に音像が定位してしまい不自然な印象や違和感を伴う頭内定位という現象が発生してしまうことが知られている。
【０００４】
また、昨今では、ＤＶＤ等のコンテンツには、図２のように受聴者Ｍの周囲に複数のスピーカｓｐ１〜ｓｐ５を配して再生することを前提として、複数の音響信号が収録されたメディアも多くなってきている。そのため、本来であれば前提とされている本数のスピーカを受聴者の周囲に配置し再生する必要がある。しかし、実際には家屋の事情等により複数のスピーカを配置することが難しい場合がある。そこで、図１に示すような２つのスピーカｓｐ１，ｓｐ２を用いて複数のスピーカｓｐ１〜ｓｐ５を介して再生される音場を模擬する技術が提案されている。
【０００５】
これらの技術の中でも音源位置から受聴者両耳への音響的な伝達関数である頭部音響伝達関数に着目し、２つのスピーカｓｐ１，ｓｐ２から再生される音響により受聴者の両耳へ入力される音響を制御するものをトランスオーラルシステムと呼ぶ。
【０００６】
このようなトランスオーラルシステムによる音響を、受聴者両耳に装着されたイヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２を用いて再生するに際しても、２本のスピーカｓｐ１，ｓｐ２を用いた再生を含む複数のスピーカｓｐ１〜ｓｐ５を用いて再生される音場が知覚されるように音響信号を生成し、前述の頭内定位の問題を伴うことなく受聴できることが期待されている。
【０００７】
このような技術として、トランスオーラルシステム同様に頭部音響伝達関数に着目してイヤスピーカから再生される音響により受聴者両耳へ入力される音響を制御するものをバイノーラルシステムと呼ぶ。この技術は、頭内定位の問題を解消する一手段として知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記のようなことから、トランスオーラルシステムとバイノーラルシステム双方に対応するため、トランスオーラル音声をバイノーラル音声への変換が望まれる。トランスオーラル音声をバイノーラル音声に変換する手法として、トランスオーラル音声を再生するスピーカから受聴者両耳までの伝達関数を利用し、トランスオーラル音声と畳み込むことでバイノーラル音声を得ることが想定される。
【０００９】
しかし、従来から検討されてきた図１のような標準的なスピーカ配置（受聴者と左右のスピーカを結んだ開き角度が９０〜６０度程度）を想定して生成されたトランスオーラル音声をバイノーラル音声へ変換する場合には、複雑なフィルタ処理が伴うため、上述の定位が上昇してしまう現象や再生されるイヤスピーカの影響が無視できない場合等の対応が困難である。
【００１０】
また、バイノーラルシステムにおいて、受聴者正面への定位を意図して生成された音響がイヤスピーカから再生した際に意図した方向よりも上方に移動してしまう定位方向の上昇という現象や、再生する際のイヤスピーカから受聴者の鼓膜に至る経路での音響的な歪みにより音響が劣化してしまう現象がある。
【００１１】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、その目的は、２つのスピーカ用すなわちトランスオーラル再生用に生成された音響信号から容易にイヤスピーカ再生用すなわちバイノーラル再生用に音響信号を変換するための方法並びに装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の音響信号の変換装置は、任意のチャンネルの音響信号を２つのスピーカからのトランスオーラル再生用の信号に変換するトランスオーラル再生信号変換器と、前記トランスオーラル再生信号変換器から出力されたトランスオーラル音声を、２つのスピーカから受聴者両耳までの伝達特性を要素とした信号と重畳し、トランスオーラルシステムにて再生された際に受聴者両耳に到達する音響信号に相当するバイノーラル信号に変換するトランスオーラル−バイノーラル変換器とを備え、前記トランスオーラル再生信号変換器は、受聴者の両耳での音響信号に変換するため音像定位用の位置情報を与えるフィルタと、スピーカ再生時に生じるクロストークをキャンセルするスピーカ再生用再生等化器とから構成され、前記トランスオーラル−バイノーラル変換器は、トランスオーラル−バイノーラル変換用フィルタと、トランスオーラル再生用信号をバイノーラル信号に変換するに当たりスピーカから受聴者両耳に至る伝達関数としてイヤスピーカから受聴者鼓膜へ至る経路の逆特性を有するイヤスピーカ再生用再生等化器とから構成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の音響信号の変換装置は、請求項１の変換装置において、前記トランスオーラル再生信号変換器が、２つのスピーカを近接配置した再生方式によるフィルタ特性を有するものであることを特徴とする。ここで、２つのスピーカを近接配置した再生方式とは、受聴者と左右のスピーカを結んだ開き角度が３０度程度以下のものを言い、望ましくは、１０度程度の開き角度によるスピーカ配置を採用したステレオダイポール再生方式を言う。
【００１４】
請求項３の音響信号の変換装置は、請求項１または請求項２の音響信号の変換装置において、前記トランスオーラル再生信号変換器が、受聴者の両耳での音響信号に変換するため音像定位用の位置情報を与えるフィルタとスピーカ再生時に生じるクロストークをキャンセルするスピーカ再生用再生等化器とを一体化した特性を有するフィルタによって構成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の音響信号の変換装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の音響信号の変換装置において、前記トランスオーラル−バイノーラル変換用フィルタが、スピーカから受聴者両耳に至る伝達関数として、スピーカから直接受聴者両耳にいたる経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を合わせ持たせたものを用いたことを特徴とする。
【００１６】
請求項５の音響信号の変換方法は、請求項１の装置を方法の観点から捉えたものであって、任意のチャンネルの音響信号を２つのスピーカからのトランスオーラル再生用の信号に変換するトランスオーラル再生信号処理と、前記トランスオーラル再生信号処理によって出力されたトランスオーラル音声を、２つのスピーカから受聴者両耳までの伝達特性を要素とした信号と重畳し、トランスオーラルシステムにて再生された際に受聴者両耳に到達する音響信号に相当するバイノーラル信号に変換するトランスオーラル−バイノーラル変換処理とを含み、前記トランスオーラル再生信号変換処理は、受聴者の両耳での音響信号に変換するため音像定位用の位置情報を与える処理と、スピーカ再生時に生じるクロストークをキャンセルするスピーカ再生用再生等化処理とを含み、前記トランスオーラル−バイノーラル変換処理は、トランスオーラル再生用信号をバイノーラル信号に変換するトランスオーラル−バイノーラル変換処理と、トランスオーラル再生用信号をバイノーラル信号に変換するに当たりスピーカから受聴者両耳に至る伝達関数としてイヤスピーカから受聴者鼓膜へ至る経路の逆特性を有する情報を加えたものを用いるイヤスピーカ再生用再生等化処理とを含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項６の音響信号の変換方法は、請求項４の発明を方法の観点から捉えたものであって、請求項５の変換方法において、イヤスピーカ再生用再生等化処理は、トランスオーラル再生用信号をバイノーラル信号に変換するに当たり、スピーカから受聴者両耳に至る伝達関数として、スピーカから直接受聴者両耳にいたる経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を合わせ持たせたものを用いるものであることを特徴とする。
【００１８】
以上のような構成を有する本発明によれば、トランスオーラルシステムを用いての再生において複数のスピーカにて再生した音場を模擬する音響信号、すなわちトランスオーラル音声から、イヤスピーカ再生においても頭内定位を伴うことなく、複数のスピーカ再生での効果を提供する音響信号すなわちバイノーラル音声への変換が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。この実施の形態は、入力信号を生成するトランスオーラルシステムとして、受聴者の正面に２つのスピーカを近接配置してなる２つのスピーカを近接配置した再生方式を使用したものである。
【００２３】
本実施の形態による２つのスピーカを近接配置した再生方式では、図４のように受聴者の正面に近接してスピーカを配置する。これは、標準的なスピーカ配置によるトランスオーラルシステムでは、想定した制御点のみでしか音場再生を得ることができなかったのに対して、２つのスピーカを近接配置した再生方式では、スピーカを受聴者正面に近接させるという幾何学的配置から受聴者の頭部回転及び移動などに対しても、良好なロバスト性を有することを特徴とする。このため、本実施例に入力されるトランスオーラル音声が２つのスピーカを近接配置した再生方式用に生成されたものであれば、バイノーラル音声に変換する際に用いるフィルタの特性についてもロバスト性を期待できる。
【００２４】
前述のように、トランスオーラル音声をバイノーラル音声に変換するには、トランスオーラル音声が再生される２つのスピーカから受聴者両耳への伝達関数を畳み込み、バイノーラル音声を得る。このとき重要となるのは、スピーカから受聴者両耳への伝達関数の特性である。トランスオーラルシステムとして、２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定した場合には、スピーカが受聴者の正面に近接配置されているため、スピーカから受聴者両耳への伝達関数は、図１３〜図１５のようにシンプルな特性を示す。このように、２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定した場合には、単純なフィルタ特性であり、時系列上でも図１５のように値が速やかに収束しているため、実現に当たり、従来のような多くの積和演算や記憶領域を必要としない。
【００２５】
これに対し、従来の標準的なスピーカ配置を想定した場合には、スピーカから受聴者両耳への伝達関数は、図１６〜図１８のようになり、２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定した場合に比較し、ピークやディップが目立ち複雑な特性を示す。そのため、従来のスピーカ配置を想定した場合には、時系列上においても図１８に示す通り、図１５の２つのスピーカを近接配置した再生方式によるスピーカ配置のように値が速やかに収束せず、実現するに当たり、多くの積和演算と記憶領域を必要とする。
【００２６】
このことから、本実施の形態のように２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定することにより、従来に比べて至極簡単なフィルタ処理を施すだけで、トランスオーラル音声をバイノーラル音声に変換することができる。また、変換処理が簡単なフィルタ処理を施すだけで良いため、特定の条件への最適化等にも柔軟に対応可能となる。
【００２７】
ただし、本発明によるトランスオーラル再生用の信号としては、必ずしも２つのスピーカを近接配置した再生方式に限らず、図１６〜図１８のような特性はあっても、高速かつ容量の大きな処理装置を使用することにより、一対のスピーカを距離を置いて配置した従来の再生方式によって生成したトランスオーラル再生用の信号を使用することもできる。
【００２８】
以下、本実施の形態の構成を具体的に説明する。なお、本実施の形態の各式に使用される記号は、下記の意味を有するものとする。
【００２９】
［１．記号の説明］
Ｅ：トランスオーラルシステムおよび実際に所望の位置に、所望の個数のスピーカを配置し、音声を再生した際に受聴者鼓膜上に到達する音響。
Ｓ：コンテンツ等に収録されている音響、もしくは、ネットワーク等を介して配信、伝送されてくる音響。
Ｖ：本来音響が再生されるべき位置から受聴者両耳への伝達特性（若しくはそのような伝達特性を有するフィルタ）。
Ｐ：スピーカ再生用再生等化器。
Ｃ：スピーカから受聴者両耳への音響的な伝達特性（若しくはそのような伝達特性を有するフィルタ）であり、これらを利用し、トランスオーラル音声をバイノーラル音声に変換する。
Ｔ：Ｖ及びＰまたはＶ’にて処理され、生成されたトランスオーラル音声であり、トランスオーラルシステムのスピーカから再生される音響。
Ｖ’：ＶとＰの処理と等価の特性を有するフィルタ。
Ｗ：イヤスピーカ再生用再生等化器。
Ｈ：イヤスピーカから受聴者両耳鼓膜への伝達特性。
Ｃ’：ＣとＷの処理と等価な特性を有するフィルタ。
Ｅ’：変換されたバイノーラル音声をイヤスピーカを用いて再生した場合の受聴者の鼓膜上に到達する音響。
Ｂ：イヤスピーカから再生される音響。
【００３０】
［２．全体の構成］
図３において、１は、複数のスピーカから出力される音響信号Ｓをトランスオーラル再生用の信号Ｔに変換する変換器であって、この変換器１は、受聴者の両耳での音響信号Ｅに変換するため音像定位用の位置情報を与えるフィルタＶと、スピーカ再生時に生じるクロストークをキャンセルするスピーカ再生用再生等化器Ｐとから構成されている。この変換器１の出力側には、トランスオーラル再生信号をデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２を介して、トランスオーラル−バイノーラル変換器３が設けられている。
【００３１】
このトランスオーラル−バイノーラル変換器３は、入力されたトランスオーラル音声Ｔを、２本のそれぞれのスピーカから受聴者両耳までの伝達特性を要素としたフィルタと重畳することで、トランスオーラルシステムにて再生された際に受聴者両耳に到達する音響信号に相当する信号（バイノーラル信号）を生成する。この変換器３で用いられる伝達関数は、図１３〜図１５のようにシンプルな特性を有するものである。
【００３２】
トランスオーラル−バイノーラル変換器３の出力側には、変換器３で生成されたバイノーラル信号をアナログ信号に変換するデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）４が接続され、このＤＡＣ４及び増幅器５を介してイヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２より受聴者両耳に再生される。
【００３３】
［３．トランスオーラル再生信号変換器］
次に、前記トランスオーラル再生信号変換器１の具体的な構成を説明する。
すなわち、トランスオーラルシステムでは、本来であれば、それぞれが別々のスピーカから再生されることが想定されている複数の音響信号Ｓは、頭部音響伝達関数に基づいた特性を有するフィルタＶと重畳されることにより再生される際に定位させたい所望の位置情報が与えられる。そして、受聴者両耳での音響Ｅは、次式と等価となるように制御される。
【数１】
Ｅ＝ＳＶ…式１
【００３４】
しかし、図５のＣ２，Ｃ３のように、スピーカ再生時には２本のスピーカから受聴者両耳に至る系において左のスピーカから右耳に右のスピーカから左耳に音響が到達してしまうクロストーク等の問題が発生する。
【数２】
ＰＣ＝Ｉ…式２
【００３５】
その為、上式を満たすスピーカ再生用再生等化器Ｐにてスピーカ再生時に発生するクロストーク等の問題を解消する処理を行う。
【数３】
Ｔ＝ＳＶＰ…式３
【００３６】
すなわち、図６は、このフィルタＶ及び再生等化器Ｐの一例を示すものであって、複数のスピーカｓｐ１〜ｓｐ５の出力を左右のスピーカｓｐ１，ｓｐ２への出力に変換するフィルタＶ１〜Ｖ１０と、これらフィルタＶ１〜Ｖ１０からの出力を左右のスピーカｓｐ１，ｓｐ２ごとに加算した後、クロストークをキャンセルするための再生等化器Ｐ１〜Ｐ４が設けられている。
【００３７】
なお、前記のようなトランスオーラル再生信号を作成する手段としては、図６のようにフィルタＶ及び再生等化器Ｐを２段に設ける以外に、下記の式４並びに図７に示すように、これら２つの処理と等価な処理を１つのフィルタＶ’１〜Ｖ’１０によって行うことも可能である。
【数４】
更に、２つのスピーカを近接配置した再生方式ではこれら二つの処理を一度に行うフィルタを設計する際に、周波数領域にて最小自乗法による最適化とRegularization を統合した手法として、次の式５より算出した値を用いる場合もある。
【数５】
ここで、βは、Regularization パラメータと称し、エフォートペナルティの項にどれだけの重みをつけるかを決定する変数である。Ａは音像を定位させたい所望の位置から受聴者両耳へ至る伝達関数を表す。この設計手法では、オーディオ再生系でしばしば問題となる過渡のピークやディップを軽減し、聴感的に優れたフィルタを算出するのに有効である。
【００４０】
［４．トランスオーラル−バイノーラル変換器］
次に、前記トランスオーラル−バイノーラル変換器３の具体的な構成を、図９に従って説明する。すなわち、トランスオーラル−バイノーラル変換器３は、トランスオーラル−バイノーラル変換用フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４と、イヤスピーカ再生用再生等化器Ｗ１，Ｗ２とから構成されている。
【００４１】
ここで、トランスオーラル−バイノーラル変換用フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４としては、図１３〜図１５に示すような、２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定したスピーカｓｐ１，ｓｐ２から受聴者両耳までの特性を持つものを使用することが望ましいが、図１６〜図１８に示すように、標準的なスピーカ配置を想定したスピーカから受聴者両耳までの特性を有するものを利用することも可能であるが、以下述べるような理由から、本実施の形態では、図１９以下に述べるような特性を有するフィルタを使用する。
【００４２】
すなわち、上述したように、一般にイヤスピーカ再生では、受聴者正面に音を定位させることを意図した場合に、知覚される音像が受聴者の上方に上昇する傾向が強いことが知られている。また、イヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２から受聴者両耳までの経路においての再生された音響が受聴者の鼓膜上に至るまでの経路で生じる歪みが無視できない場合がある。
【００４３】
そこで、本実施の形態では、音像が受聴者の上方に上昇してしまう場合には、スピーカから受聴者両耳に至る伝達関数に、図８のようなスピーカｓｐ１，ｓｐ２から直接受聴者両耳にいたる経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を合わせ持たせたものを用いる。このことで、受聴者に知覚される音像が上昇することを抑制することができる。本実施の形態にて変換に用いるフィルタの特性を図１９〜図２１に示す。
【００４４】
図１９〜図２１に示す特性を有するフィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、スピーカから直接受聴者両耳に至る経路と、床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を持ち合わせたフィルタ特性を有する。そのため、このフィルタを使用した場合には、スピーカから床に反射し、受聴者両耳に至る経路の情報を持ち合わせるフィルタを用いることで、音像の上昇の一要因として考えられるスピーカから床に反射し、両耳へ至る音響をも再現できるため、音像が上昇してしまう現象の抑制が期待できる。
【００４５】
また、イヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２から受聴者鼓膜に至る経路でのひずみ等の影響については、式６及び式７を満たすイヤスピーカ再生用再生等化器Ｗ１，Ｗ２にてイヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２から受聴者鼓膜に至る経路での影響を取り除く処理をすることで対処できる。
【数６】
ＷＨ＝Ｉ…式６
【数７】
Ｂ＝ＴＣＷ…式７
【００４６】
［５．トランスオーラル−バイノーラル変換器の他の実施の形態］
図９の実施の形態は、前記２つのフィルタＣ，Ｗを別々に設けたものであるが、本発明において、これら２つの特性を有する１つのフィルタを用いて処理を行うことも可能である。すなわち、図１０の実施の形態は、２つのフィルタＣ，Ｗと等価な特性を有するフィルタＣ’１〜Ｃ’４を使用したものであって、これらのフィルタＣ’１及びＣ’４、Ｃ’２及びＣ’３の特性を図２２〜図２４に示す。
【００４７】
図２２〜図２４に示す特性を有するフィルタは、図１３〜図１５に示したフィルタＣ１〜Ｃ４（２つのスピーカを近接配置した再生方式によるスピーカ配置の場合の特性）とイヤスピーカ再生用再生等化器Ｗ１，Ｗ２の特性を有したフィルタである。これは、イヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２から受聴者鼓膜へ至る経路の逆特性を有するため、イヤスピーカから受聴者鼓膜に到達する間に音響が歪んでしまう現象を抑制する。
【００４８】
また、スピーカから受聴者両耳までの伝達関数にスピーカから直接受聴者両耳に至る経路と床に反射し両耳に至る経路の情報を合わせ持たせ、更にイヤスピーカ再生用再生等化器にて処理する特性を有するフィルタを図２５〜図２７に示す。
このフィルタは、図８に示すような床からの反射成分を考慮した特性のフィルタ（図１９〜図２１に示す特性のフィルタ）と、図１１に示すようなイヤスピーカ再生用再生等化器Ｗ１，Ｗ２の特性を合わせ持つため、音像の上昇を抑制し、イヤスピーカから受聴者鼓膜に到達する間に音響が歪んでしまう現象の抑制も、期待することができる。
【００４９】
［６．実施の形態の作用］
以上のような構成を有する本実施の形態において、トランスオーラル−バイノーラル変換器３による処理を施された信号は、ＤＡＣ４によりディジタル信号からアナログ信号に変換され増幅器５を通りイヤスピーカｅｓｐ１，ｅｓｐ２より再生される。
【００５０】
再生された信号は、図１２のように受聴者の両耳にてトランスオーラル再生と等価な音響となり、所望の位置から到来する音響として知覚される。すなわち、以下述べる各式から明らかなように、受聴者両耳での所望の音響Ｅとバイノーラル音声に変換されてから再生される音響Ｅ’は等価となる。
【００５１】
【数８】
Ｅ’＝ＢＨ…式８
【数９】
Ｅ’＝ＴＣＷＨ…式９
【数１０】
Ｅ’＝ＴＣ…式１０
【数１１】
Ｅ’＝ＳＶＰＣ…式１１
【数１２】
Ｅ’＝ＳＶ…式１２
【数１３】
Ｅ’＝Ｅ…式１３
【００５２】
［５．実施の形態の効果］
前記のような構成を有する本実施の形態によれば、次のような作用効果が期待できる。
（１）従来から、広く一般に普及している２ｃｈ音声のメディア、例えば、ＣＤやＴＶ等に用いる場合には、トランスオーラル音声を伝送または収録する。受聴する際には、受聴者は、スピーカでの受聴ではスピーカからそのまま再生すればよく、イヤスピーカを用いる場合には変換処理を行うだけで受聴可能となる。これにより、２ｃｈ音声のメディアにおいても、マルチチャネルのコンテンツを提供することができる。
【００５３】
（２）ネットワークでのマルチチャネルコンテンツの配信は、伝送路の帯域幅が大きな障害となり、大きな帯域幅を必要とするマルチチャネルコンテンツの配信は、容易ではない。しかし、トランスオーラル音声は、元のコンテンツのチャネル数がいくら多くても、２ｃｈになるため、大きな障害となっていた伝送路の帯域幅の問題をクリアすることができる。この場合にも、受聴者の要求にあわせてスピーカ再生またはイヤスピーカ再生どちらにも対応可能である。
【００５４】
（３）ＤＶＤプレーヤ等のマルチチャネルコンテンツを扱う音響機器では、２本のスピーカでの再生とイヤスピーカでの再生に同時に対応することが期待される。しかし、スピーカ再生用の処理と、イヤスピーカ用の処理を全く異なるプロセスで行う場合には、同時にスピーカ再生用とイヤスピーカ再生用の処理を行うには、多くのハードウェア的およびソフトウェア的資源が必要となる。しかし、本発明では２本のスピーカを用いた再生用の音響から少ない資源でイヤスピーカ再生用の音響を生成することが可能であるため、スピーカ再生用の音声とイヤスピーカ再生用の音声を同時に提供することが可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、２つのスピーカ再生用すなわちトランスオーラル再生用に生成された音響信号に単純な変換処理を施すだけで、イヤスピーカを介しての受聴すなわちバイノーラル再生時にトランスオーラル再生時と同様の効果を得ることが可能となる。
【００５６】
また、あらかじめトランスオーラル再生用に処理を施された音響信号が収録されているコンテンツに本発明の変換処理を施すだけで、頭内定位等の問題を伴うこと無くイヤスピーカを介した受聴が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】標準的な２つのスピーカ配置を示す平面図。
【図２】複数のスピーカ配置を示す平面図。
【図３】本発明による音響信号の変換装置の実施の形態を示すブロック図。
【図４】２つのスピーカを近接配置した再生方式によるスピーカ配置を示す平面図。
【図５】２つのスピーカから受聴者両耳に至る経路を示す平面図。
【図６】トランスオーラルシステムの一例を示すブロック図。
【図７】トランスオーラルシステムの他の例を示すブロック図。
【図８】スピーカから受聴者への２つの経路を示す側面図。
【図９】トランスオーラル−バイノーラル変換フィルタの一例を示すブロック図。
【図１０】トランスオーラル−バイノーラル変換フィルタの他の例を示すブロック図。
【図１１】イヤスピーカを介した再生処理を示す平面図。
【図１２】複数のスピーカからイヤスピーカに至る音響信号の経路を示すブロック図。
【図１３】２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定したスピーカから受聴者両耳までの特性を示すグラフで、周波数と振幅の関係を示す。
【図１４】２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定したスピーカから受聴者両耳までの特性を示すグラフで、周波数と位相の関係を示す。
【図１５】２つのスピーカを近接配置した再生方式を想定したスピーカから受聴者両耳までの時系列特性を示すグラフ。
【図１６】標準的なスピーカ配置を想定したスピーカから受聴者両耳までの特性を示すグラフで、周波数と振幅の関係を示す。
【図１７】標準的なスピーカ配置を想定したスピーカから受聴者両耳までの特性を示すグラフで、周波数と位相の関係を示す。
【図１８】標準的なスピーカ配置を想定したスピーカから受聴者両耳までの時系列特性を示すグラフ。
【図１９】スピーカから直接受聴者両耳に至る経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を持ち合わせたフィルタの特性を示すグラフで、周波数と振幅の関係を示す。
【図２０】スピーカから直接受聴者両耳に至る経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を持ち合わせたフィルタの特性を示すグラフで、周波数と位相の関係を示す。
【図２１】スピーカから直接受聴者両耳に至る経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を持ち合わせたフィルタの時系列特性を示すグラフ。
【図２２】トランスオーラル−バイノーラル変換器とイヤスピーカ再生用再生等化器の特性を有したフィルタの特性を示すグラフで、周波数と振幅の関係を示す。
【図２３】トランスオーラル−バイノーラル変換器とイヤスピーカ再生用再生等化器の特性を有したフィルタの特性を示すグラフで、周波数と位相の関係を示す。
【図２４】トランスオーラル−バイノーラル変換器とイヤスピーカ再生用再生等化器の特性を有したフィルタの時系列特性を示すグラフ。
【図２５】図２２に示すフィルタの特性に、更にイヤスピーカ再生用再生等化器の特性を合わせ持ったフィルタの特性を示すグラフで、周波数と振幅の関係を示す。
【図２６】図２２に示すフィルタの特性に、更にイヤスピーカ再生用再生等化器の特性を合わせ持ったフィルタの特性を示すグラフで、周波数と位相の関係を示す。
【図２７】図２２に示すフィルタの特性に、更にイヤスピーカ再生用再生等化器の特性を合わせ持ったフィルタの時系列特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１…トランスオーラル再生信号変換器
２…アナログ−デジタルコンバータ
３…トランスオーラル−バイノーラル変換器
４…デジタル−アナログコンバータ
５…増幅器
Ｐ…スピーカ再生用再生等化器
Ｗ…イヤスピーカ再生用再生等化器
Ｃ…トランスオーラル−バイノーラル変換用フィルタ
Claims (6)
- 任意のチャンネルの音響信号を２つのスピーカからのトランスオーラル再生用の信号に変換するトランスオーラル再生信号変換器と、
前記トランスオーラル再生信号変換器から出力されたトランスオーラル音声を、２つのスピーカから受聴者両耳までの伝達特性を要素とした信号と重畳し、トランスオーラルシステムにて再生された際に受聴者両耳に到達する音響信号に相当するバイノーラル信号に変換するトランスオーラル−バイノーラル変換器とを備え、
前記トランスオーラル再生信号変換器は、受聴者の両耳での音響信号に変換するため音像定位用の位置情報を与えるフィルタと、スピーカ再生時に生じるクロストークをキャンセルするスピーカ再生用再生等化器とから構成され、
前記トランスオーラル−バイノーラル変換器は、トランスオーラル−バイノーラル変換用フィルタと、トランスオーラル再生用信号をバイノーラル信号に変換するに当たりスピーカから受聴者両耳に至る伝達関数としてイヤスピーカから受聴者鼓膜へ至る経路の逆特性を有するイヤスピーカ再生用再生等化器とから構成されることを特徴とする音響信号の変換装置。 - 前記トランスオーラル再生信号変換器が、２つのスピーカを近接配置した再生方式によるフィルタ特性を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の音響信号の変換装置。
- 前記トランスオーラル再生信号変換器が、受聴者の両耳での音響信号に変換するため音像定位用の位置情報を与えるフィルタとスピーカ再生時に生じるクロストークをキャンセルするスピーカ再生用再生等化器とを一体化した特性を有するフィルタによって構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響信号の変換装置。
- 前記トランスオーラル−バイノーラル変換用フィルタが、スピーカから受聴者両耳に至る伝達関数として、スピーカから直接受聴者両耳にいたる経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を合わせ持たせたものを用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の音響信号の変換装置。
- 任意のチャンネルの音響信号を２つのスピーカからのトランスオーラル再生用の信号に変換するトランスオーラル再生信号処理と、
前記トランスオーラル再生信号処理によって出力されたトランスオーラル音声を、２つのスピーカから受聴者両耳までの伝達特性を要素とした信号と重畳し、トランスオーラルシステムにて再生された際に受聴者両耳に到達する音響信号に相当するバイノーラル信号に変換するトランスオーラル−バイノーラル変換処理とを含み、
前記トランスオーラル再生信号変換処理は、受聴者の両耳での音響信号に変換するため音像定位用の位置情報を与える処理と、スピーカ再生時に生じるクロストークをキャンセルするスピーカ再生用再生等化処理とを含み、
前記トランスオーラル−バイノーラル変換処理は、トランスオーラル再生用信号をバイノーラル信号に変換するトランスオーラル−バイノーラル変換処理と、トランスオーラル再生用信号をバイノーラル信号に変換するに当たりスピーカから受聴者両耳に至る伝達関数としてイヤスピーカから受聴者鼓膜へ至る経路の逆特性を有する情報を加えたものを用いるイヤスピーカ再生用再生等化処理とを含むことを特徴とする音響信号の変換方法。 - イヤスピーカ再生用再生等化処理は、トランスオーラル再生用信号をバイノーラル信号に変換するに当たり、スピーカから受聴者両耳に至る伝達関数として、スピーカから直接受聴者両耳にいたる経路と床に反射し受聴者両耳に至る経路の情報を合わせ持たせたものを用いるものであることを特徴とする請求項５に記載の音響信号の変換方法。
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