JP4663085B2

JP4663085B2 - 音響再生装置

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Publication number: JP4663085B2
Application number: JP2000284362A
Authority: JP
Inventors: 賢一寺井; 裕之橋本; 勲角張
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2020-09-19
Also published as: US20020051548A1; US6731759B2; JP2002095098A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響特性補正機能を有する音響再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基準音源から受聴者までの伝達関数を畳み込み演算の係数に設定し、その係数を用いてオーディオ信号に対する畳み込み演算を行うことにより、受聴者に基準音源を知覚させる技術が知られている。このような技術は、例えば、特開平１１−２７８００号公報（発明の名称：立体音響処理システム）に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術によれば、受聴者に基準音源の位置を正確に知覚させることは困難であった。従来技術では、受聴者によって使用される再生スピーカの音響特性（または、ヘッドホンの音響特性）が考慮されていないため、基準音源から受聴者までの伝達関数を正確に再現することができなかったからである。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、受聴者によって使用される再生スピーカの音響特性（または、ヘッドホンの音響特性）を考慮して、受聴者に基準スピーカを正しく知覚させることが可能な音響再生装置を提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、受聴者によって実際に使用される再生スピーカに適合した音響特性の補正を行うことが可能な音響再生装置を提供することを目的とする。
【０００６】
さらに、本発明は、頭部の形状の個人差が音響特性の補正効果に与える影響を低減することが可能な音響再生装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の音響再生装置は、オーディオ信号を処理することにより、仮想音源としての基準スピーカを受聴者に知覚させるための音響信号を生成する信号処理部と、前記音響信号が入力される再生スピーカとを備えた音響再生装置であって、前記再生スピーカとして、前記受聴者の両耳道入口を結ぶ直線を含む鉛直面の少なくとも一方側に、前記受聴者の耳に非接触で配置されるスピーカを含み、前記信号処理部は、前記音響再生装置の外部から補正データを受け取る補正データ入力部と、前記補正データに基づいて前記オーディオ信号を演算することにより前記音響信号を生成し、前記音響信号を前記再生スピーカに出力する演算部とを含み、前記補正データは、値Ｈ／Ｃを有しており、Ｈは前記基準スピーカから該基準スピーカと前記受聴者の耳道入口との間に位置する制御点までの伝達関数を示し、Ｃは前記再生スピーカから前記制御点までの伝達関数を示し、前記制御点は、前記基準スピーカを再生したときの音響信号と前記再生スピーカを再生したときの音響信号とが一致する点として、これらの基準スピーカ及び再生スピーカとともに前記鉛直面に対して同じ側に設定されている中間制御点であり、該中間制御点は、前記受聴者の耳に非接触で配置されるスピーカと、前記受聴者の耳道入口よりこのスピーカ側の位置との間に位置しており、これにより、上記目的が達成される。
前記補正データは、前記伝達関数Ｃを前記伝達関数Ｈに変換するためのフィルタ係数として求められ、前記中間制御点は、前記補正データを複数の頭部モデルで評価した場合に、前記制御点を前記耳道入口に設定して設計したフィルタの係数と、前記制御点を前記中間制御点に設定して設計したフィルタの係数との近似度に相当する制御誤差の少ない領域が重複する位置に配置されていてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
はじめに、図１を参照して、本発明の原理を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の音響再生装置１の構成を示す。音響再生装置１は、音響特性補正機能を有している。
【００１６】
音響再生装置１は、再生スピーカ２と、オーディオ信号ＩＮを処理することにより、基準スピーカを受聴者に知覚させるための音響信号ＯＵＴを生成する信号処理部３とを含む。ここで、基準スピーカとは、受聴者に対して所定の方向に位置しているかのように受聴者によって知覚される仮想の音源をいう。
【００１７】
信号処理部３は、音響再生装置１の外部から補正データを受け取る補正データ入力部４と、その補正データに基づいてオーディオ信号ＩＮを演算することにより音響信号ＯＵＴを生成する演算部５とを含む。演算部５によって生成された音響信号ＯＵＴは、再生スピーカ２に出力される。
【００１８】
補正データの値Ｘは、（数１）を満たすように設定される。
【００１９】
【数１】
Ｘ＝Ｈ／Ｃ
ここで、Ｈは基準スピーカから受聴者の耳（右耳または左耳）の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示し、Ｃは再生スピーカ２から受聴者の耳（右耳または左耳）の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示す。
【００２０】
本明細書では、「受聴者の耳（右耳または左耳）の近傍に位置する制御点」とは、「受聴者の耳（右耳または左耳）の孔に位置する制御点（以下、この制御点を「耳道入口制御点ｅ」ともいう）」および「受聴者の耳（右耳または左耳）の孔とその孔の最も近くに配置される再生スピーカとの間に位置する制御点（以下、この制御点を「中間制御点ｓ」ともいう）」を包含する表現であると定義する。
【００２１】
例えば、補正データの値Ｘは畳み込み演算の係数に設定され得る。この場合、演算部５は、その係数を用いてオーディオ信号ＩＮに対して畳み込み演算を行う。
【００２２】
受聴者の受聴音Ｐは、（数２）によって表される。
【００２３】
【数２】
Ｐ＝ＩＮ＊Ｘ＊Ｃ＝ＩＮ＊（Ｈ／Ｃ）＊Ｃ＝ＩＮ＊Ｈ
（数２）により、受聴者は、実際には再生スピーカ２から伝達関数Ｃを通って受聴者の耳に到達した音をあたかも基準スピーカから伝達関数Ｈを通って受聴者の耳に到達した音であるかのように知覚することが理解される。これにより、受聴者は、基準スピーカを正しく知覚することが可能になる。
【００２４】
補正データ入力部４が補正データを受け取る方法は問わない。例えば、補正データが予め記録媒体６に記録されている場合には、補正データ入力部４は、記録媒体６の再生装置１２ａから補正データを受け取ってもよい（図２Ａ参照）。この場合、再生装置１２ａは、記録媒体６の回転を制御する回転制御部７と、記録媒体６に記録された補正データの読み出しを制御する読み出し制御部８とを少なくとも含む。
【００２５】
なお、記録媒体６は、任意のタイプの記録媒体であり得る。記録媒体６は、例えば、再生スピーカ２に同梱されるＤＶＤ−ＲＯＭである。補正データが予め記録されている記録媒体６は、オーディオ信号が記録されている記録媒体と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００２６】
あるいは、音響再生装置１がネットワークアクセス装置１２ｂを介してネットワーク９に接続されている場合には、補正データ入力部４が、ネットワーク９に接続された他の装置（例えば、ホストコンピュータ１０）からダウンロードされた補正データを受け取ってもよい（図２Ｂ参照）。
【００２７】
なお、ネットワーク９は、任意のタイプのネットワークであり得る。ネットワーク９は、例えば、インターネットである。
【００２８】
なお、複数の種類の再生スピーカが受聴者によって使用される場合には、その再生スピーカの種類ごとに、補正データを予め用意しておくようにすればよい。例えば、複数の種類の再生スピーカにそれぞれ対応する複数の補正データが記録媒体６に予め記録され得る。これにより、受聴者によって実際に使用される再生スピーカに適合した音響特性の補正を行うことが可能になる。その結果、受聴者によって実際に使用される再生スピーカの種類にかかわらず、受聴者は、基準スピーカを正しく知覚することが可能になる。
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１の音響再生装置１１の構成を示す。
【００３１】
音響再生装置１１は、受聴者の右耳用の再生スピーカ３６（第１のスピーカ）および再生スピーカ３８（第３のスピーカ）と、受聴者の左耳用の再生スピーカ３７（第２のスピーカ）および再生スピーカ３９（第４のスピーカ）とを含む。
【００３２】
音響再生装置１１は、オーディオ信号ＩＮ₁〜ＩＮ₅を処理することにより、第１〜第４の音響信号ＯＵＴ₁〜ＯＵＴ₄を生成する信号処理部１３をさらに含む。
ここで、第１および第２の音響信号ＯＵＴ₁およびＯＵＴ₂は、基準スピーカ３１〜３３を受聴者に知覚させるための信号である。第３および第４の音響信号ＯＵＴ₃およびＯＵＴ₄は、基準スピーカ３４および３５を受聴者に知覚させるための信号である。
【００３３】
なお、基準スピーカ３１〜３５の配置については、図４を参照して後述する。
【００３４】
信号処理部１３は、音響再生装置１１の外部から第１〜第１０の補正データを受け取る補正データ入力部５４と、第１の音響信号ＯＵＴ₁を再生スピーカ３６に出力する第１の演算部５０と、第２の音響信号ＯＵＴ₂を再生スピーカ３７に出力する第２の演算部５１と、第３の音響信号ＯＵＴ₃を再生スピーカ３８に出力する第３の演算部５２と、第４の音響信号ＯＵＴ₄を再生スピーカ３９に出力する第４の演算部５３とを含む。
【００３５】
第１の演算部５０は、デジタルフィルタ５０１〜５０３と、デジタルフィルタ５０１〜５０３の各出力を加算する加算器５０４とを含む。第１の補正データの値Ｘ₁は、デジタルフィルタ５０１の係数に予め設定される。第２の補正データの値Ｘ₂は、デジタルフィルタ５０２の係数に予め設定される。第３の補正データの値Ｘ₃は、デジタルフィルタ５０３の係数に予め設定される。これらの係数の設定は、補正データ入力部５４によって行われる。
【００３６】
デジタルフィルタ５０１は、第１の補正データの値Ｘ₁を係数として用いてオーディオ信号ＩＮ₁に対して畳み込み演算を行う。
【００３７】
デジタルフィルタ５０２は、第２の補正データの値Ｘ₂を係数として用いてオーディオ信号ＩＮ₂に対して畳み込み演算を行う。
【００３８】
デジタルフィルタ５０３は、第３の補正データの値Ｘ₃を係数として用いてオーディオ信号ＩＮ₃に対して畳み込み演算を行う。
【００３９】
デジタルフィルタ５０１〜５０３による演算結果は加算器５０４によって加算され、その加算結果が第１の音響信号ＯＵＴ₁として再生スピーカ３６に出力される。
【００４０】
第１〜第３の補正データの値Ｘ₁〜Ｘ₃は、それぞれ、（数３）を満たすように設定される。
【００４１】
【数３】
Ｘ₁＝Ｈ_1R／Ｃ₁
Ｘ₂＝Ｈ_2R／Ｃ₁
Ｘ₃＝Ｈ_3R／Ｃ₁
ここで、Ｈ_1Rは基準スピーカ３１から受聴者の右耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示し、Ｈ_2Rは基準スピーカ３２から受聴者の右耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示し、Ｈ_3Rは基準スピーカ３３から受聴者の右耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示し、Ｃ₁は再生スピーカ３６から受聴者の右耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示す。
【００４２】
このように、第１の演算部５０は、第１〜第３の補正データ（値Ｘ₁〜値Ｘ₃）に基づいてオーディオ信号ＩＮ₁〜ＩＮ₃を演算することにより第１の音響信号ＯＵＴ₁を生成し、第１の音響信号ＯＵＴ₁を再生スピーカ３６に出力する。
【００４３】
第２の演算部５１は、デジタルフィルタ５１１〜５１３と、デジタルフィルタ５１１〜５１３の各出力を加算する加算器５１４とを含む。第４の補正データの値Ｘ₄は、デジタルフィルタ５１１の係数に予め設定される。第５の補正データの値Ｘ₅は、デジタルフィルタ５１２の係数に予め設定される。第６の補正データの値Ｘ₆は、デジタルフィルタ５１３の係数に予め設定される。これらの係数の設定は、補正データ入力部５４によって行われる。
【００４４】
デジタルフィルタ５１１は、第４の補正データの値Ｘ₄を係数として用いてオーディオ信号ＩＮ₁に対して畳み込み演算を行う。
【００４５】
デジタルフィルタ５１２は、第５の補正データの値Ｘ₅を係数として用いてオーディオ信号ＩＮ₂に対して畳み込み演算を行う。
【００４６】
デジタルフィルタ５１３は、第６の補正データの値Ｘ₆を係数として用いてオーディオ信号ＩＮ₃に対して畳み込み演算を行う。
【００４７】
デジタルフィルタ５１１〜５１３による演算結果は加算器５１４によって加算され、その加算結果が第２の音響信号ＯＵＴ₂として再生スピーカ３７に出力される。
【００４８】
第４〜第６の補正データの値Ｘ₄〜Ｘ₆は、それぞれ、（数４）を満たすように設定される。
【００４９】
【数４】
Ｘ₄＝Ｈ_1L／Ｃ₂
Ｘ₅＝Ｈ_2L／Ｃ₂
Ｘ₆＝Ｈ_3L／Ｃ₂
ここで、Ｈ_1Lは基準スピーカ３１から受聴者の左耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示し、Ｈ_2Lは基準スピーカ３２から受聴者の左耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示し、Ｈ_3Lは基準スピーカ３３から受聴者の左耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示し、Ｃ₂は再生スピーカ３７から受聴者の左耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示す。
【００５０】
このように、第２の演算部５１は、第４〜第６の補正データ（値Ｘ₄〜値Ｘ₆）に基づいてオーディオ信号ＩＮ₁〜ＩＮ₃を演算することにより第２の音響信号ＯＵＴ₂を生成し、第２の音響信号ＯＵＴ₂を再生スピーカ３７に出力する。
【００５１】
第３の演算部５２は、デジタルフィルタ５２１および５２２と、デジタルフィルタ５２１および５２２の各出力を加算する加算器５２３とを含む。第７の補正データの値Ｘ₇は、デジタルフィルタ５２１の係数に予め設定される。第８の補正データの値Ｘ₈は、デジタルフィルタ５２２の係数に予め設定される。これらの係数の設定は、補正データ入力部５４によって行われる。
【００５２】
デジタルフィルタ５２１は、第７の補正データの値Ｘ₇を係数として用いてオーディオ信号ＩＮ₄に対して畳み込み演算を行う。
【００５３】
デジタルフィルタ５２２は、第８の補正データの値Ｘ₈を係数として用いてオーディオ信号ＩＮ₅に対して畳み込み演算を行う。
【００５４】
デジタルフィルタ５２１および５２２による演算結果は加算器５２３によって加算され、その加算結果が第３の音響信号ＯＵＴ₃として再生スピーカ３８に出力される。
【００５５】
第７および８の補正データの値Ｘ₇およびＸ₈は、それぞれ、（数５）を満たすように設定される。
【００５６】
【数５】
Ｘ₇＝Ｈ_4R／Ｃ₃
Ｘ₈＝Ｈ_5R／Ｃ₃
ここで、Ｈ_4Rは基準スピーカ３４から受聴者の右耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示し、Ｈ_5Rは基準スピーカ３５から受聴者の右耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示し、Ｃ₃は再生スピーカ３８から受聴者の右耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示す。
【００５７】
このように、第３の演算部５２は、第７および第８の補正データ（値Ｘ₇および値Ｘ₈）に基づいてオーディオ信号ＩＮ₄およびＩＮ₅を演算することにより第３の音響信号ＯＵＴ₃を生成し、第３の音響信号ＯＵＴ₃を再生スピーカ３８に出力する。
【００５８】
第４の演算部５３は、デジタルフィルタ５３１および５３２と、デジタルフィルタ５３１および５３２の各出力を加算する加算器５３３とを含む。第９の補正データの値Ｘ₉は、デジタルフィルタ５３１の係数に予め設定される。第１０の補正データの値Ｘ₁₀は、デジタルフィルタ５３２の係数に予め設定される。これらの係数の設定は、補正データ入力部５４によって行われる。
【００５９】
デジタルフィルタ５３１は、第９の補正データの値Ｘ₉を係数として用いてオーディオ信号ＩＮ₄に対して畳み込み演算を行う。
【００６０】
デジタルフィルタ５３２は、第１０の補正データの値Ｘ₁₀を係数として用いてオーディオ信号ＩＮ₅に対して畳み込み演算を行う。
【００６１】
デジタルフィルタ５３１および５３２による演算結果は加算器５３３によって加算され、その加算結果が第４の音響信号ＯＵＴ₄として再生スピーカ３９に出力される。
【００６２】
第９および１０の補正データの値Ｘ₉およびＸ₁₀は、それぞれ、（数６）を満たすように設定される。
【００６３】
【数６】
Ｘ₉＝Ｈ_4L／Ｃ₄
Ｘ₁₀＝Ｈ_5L／Ｃ₄
ここで、Ｈ_4Lは基準スピーカ３４から受聴者の左耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示し、Ｈ_5Lは基準スピーカ３５から受聴者の左耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示し、Ｃ₄は再生スピーカ３９から受聴者の左耳の近傍に位置する制御点までの伝達関数を示す。
【００６４】
このように、第４の演算部５３は、第９および第１０の補正データ（値Ｘ₉および値Ｘ₁₀）に基づいてオーディオ信号ＩＮ₄およびＩＮ₅を演算することにより第４の音響信号ＯＵＴ₄を生成し、第４の音響信号ＯＵＴ₄を再生スピーカ３９に出力する。
【００６５】
なお、信号処理部１３の構成は、図３に示される構成に限定されない。上述した機能が実現される限り、信号処理部１３は、任意の構成を有し得る。例えば、信号処理部１３をハードウェアで実現してもよいし、ソフトウェアで実現してもよい。あるいは、信号処理部１３の一部をハードウェアで実現し、他の部分をソフトウェアで実現するようにしてもよい。
【００６６】
図４は、５チャンネルの基準スピーカ３１〜３５の配置例を示す。図４に示される例では、基準スピーカ３１〜３５は、ＩＥＣ規格４００１に従って配置されている。ここで、基準スピーカ３１〜３５のそれぞれは、受聴者に対して所定の方向に位置しているかのように受聴者によって知覚される仮想の音源である。
【００６７】
基準スピーカ３１（第１の基準スピーカ）は、受聴者の正面方向の直線６１と略０度の角度をなす直線上に配置されている。
【００６８】
基準スピーカ３２（第２の基準スピーカ）は、受聴者の正面方向の直線６１と略＋３０度の角度をなす直線６２上に配置されている。
【００６９】
基準スピーカ３３（第３の基準スピーカ）は、受聴者の正面方向の直線６１と略−３０度の角度をなす直線６３上に配置されている。
【００７０】
基準スピーカ３４（第４の基準スピーカ）は、受聴者の正面方向の直線６１と略＋１１０〜＋１２０度の角度をなす直線６４上に配置されている。
【００７１】
基準スピーカ３５（第５の基準スピーカ）は、受聴者の正面方向の直線６１と略−１１０〜−１２０度の角度をなす直線６５上に配置されている。
【００７２】
ただし、基準スピーカ３１〜３５の配置が図４に示される配置に限定されるわけではない。また、基準スピーカの数も、１以上の任意の整数であり得る。
【００７３】
なお、図３に示される再生スピーカ３６〜３９は、ヘッドホン７０に含まれていることが好ましい。再生スピーカ３６〜３９は、ヘッドホン７０に含まれる支持部材（図示せず）によって支持される。
【００７４】
図３において、参照番号７２は、受聴者の右耳の孔と受聴者の左耳の孔とを結ぶ直線を示す。図３に示される例では、再生スピーカ３６および３７は、直線７２を含む鉛直面より前方に配置されており、再生スピーカ３８および３９は、直線７２を含む鉛直面より後方に配置されており、再生スピーカ３６〜３９のそれぞれは、受聴者の右耳および左耳に非接触に配置されている。ただし、再生スピーカ３６〜３９の配置が上述した配置に限定されるわけではない。例えば、再生スピーカ３６〜３９のそれぞれが、受聴者の右耳または左耳に接触するように配置されていてもよい。
【００７５】
また、受聴者の後方に配置される仮想の音源を受聴者に知覚させるための音響信号のうち、所定の周波数ｆｉ以下の周波数を有する音響信号を再生スピーカ３６および３７を用いて再生し、受聴者の後方に配置される仮想の音源を受聴者に知覚させるための音響信号のうち、所定の周波数ｆｉ以上の周波数を有する音響信号を再生スピーカ３８および３９を用いて再生するようにしてもよい。
【００７６】
ここで、所定の周波数ｆｉは、受聴者の前方に配置される仮想の音源から受聴者の右耳（または左耳）の孔までの伝達関数（以下、前方伝達関数と略記する）と受聴者の後方に配置される仮想の音源から受聴者の右耳（または左耳）の孔までの伝達関数（以下、後方伝達関数と略記する）との差異がほとんど０である周波数帯域の上限値として定義されることが好ましい。
【００７７】
このように、受聴者の後方に配置される仮想の音源を受聴者に知覚させるための音響信号のうちの一部を再生スピーカ３６および３７を用いて再生することにより、再生スピーカ３８および３９を小型化および軽量化することが可能になる。
【００７８】
なお、この場合、受聴者の前方に配置される仮想の音源を受聴者に知覚させるための音響信号は、再生スピーカ３６および３７を用いて再生される。
【００７９】
前方伝達関数と後方伝達関数との差異は、主として、受聴者の頭部の形状が前後方向に非対称であることおよび受聴者の耳の形状が前後方向に非対称であることに起因する。しかし、前後方向の非対称に基づく物理寸法は、数ｃｍ以下である。
【００８０】
音響信号の波長と周波数との関係の考察から、上述した所定の周波数ｆｉを特定することができる。本実施の形態では、所定の周波数ｆｉは、例えば、約１ＫＨｚ〜約３ＫＨｚに設定される。
【００８１】
同様に、受聴者の個人差に基づく、頭部の寸法の差異および耳の寸法の差異もせいぜい数ｃｍである。このことから、受聴者の個人差に基づく伝達関数の差異が生じ始める周波数も、所定の周波数ｆｉにほぼ一致する。
【００８２】
図５は、特定の受聴者に対する、前方伝達関数および後方伝達関数の一例を示す。図５において、実線は受聴者の前方０度方向の頭部伝達関数の例を示し、破線は受聴者の後方１８０度方向の頭部伝達関数の例を示す。
【００８３】
図５に示される例では、約１ＫＨｚ以上の周波数帯域において、前方伝達関数と後方伝達関数との差異が大きくなっていることが分かる。
【００８４】
図６は、受聴者の個人差に基づく頭部伝達関数の差異の一例を示す。図６において、実線は受聴者Ａの前方０度方向の頭部伝達関数の例を示し、一点鎖線は受聴者Ｂの前方０度方向の頭部伝達関数の例を示し、破線は受聴者Ｃの前方０度方向の頭部伝達関数の例を示す。
【００８５】
図６に示される例においても、約１ＫＨｚ以下の周波数帯域においては受聴者の個人差に基づく頭部伝達関数の差異は小さく、約１ＫＨｚ以上の周波数帯域において受聴者の個人差に基づく頭部伝達関数の差異が大きくなっていることが分かる。
【００８６】
図５および図６に示される例では、所定の周波数ｆｉを約１ＫＨｚに設定することが好ましい。頭部伝達関数に差異のほとんどない所定の周波数ｆｉ以下の周波数を有する音響信号の再生を再生スピーカ３６および３７にまかせることにより、再生スピーカ３８および３９の振動板の小型化や磁気回路の軽量化を行なうことが可能になる。
【００８７】
次に、図７を参照して、第１の補正データの値Ｘ₁を計測により求める方法を説明する。はじめに、ブロック４００に示される処理が実行され、次に、ブロック４０１に示される処理が実行される。
【００８８】
ブロック４００において、広帯域計測信号発生器４０は、広帯域の計測信号を出力する。広帯域計測信号発生器４０から出力された信号は、基準スピーカ３１に入力されるとともに、適応フィルタ４４に入力される。なお、図７に関連する説明では、基準スピーカ３１は実在するスピーカである。
【００８９】
基準スピーカ３１は、広帯域計測信号発生器４０から出力された信号に応じて音を発する。基準スピーカ３１によって発せられた音は、基準スピーカ３１からマイク４１までの伝達関数Ｈ_1Rを通してダミーヘッド４２の右耳の近傍に配置されたマイク４１によって受け取られる。ここで、ダミーヘッド４２とは、できるだけ多くの人に共通の頭部伝達特性を有するように設計された模型である。
【００９０】
加算器４３によって、適応フィルタ４４の出力からマイク４１の出力が減算される。その結果、適応フィルタ４４の出力とマイク４１の出力との差を示す誤差信号が加算器４３から出力される。加算器４３から出力される誤差信号は、適応フィルタ４４にフィードバックされる。適応フィルタ４４は、加算器４３から出力される誤差信号の値ができるだけ小さくなるように適応フィルタ４４の係数を更新する。これにより、適応フィルタ４４の係数は、伝達関数Ｈ_1Rに収束する。
【００９１】
適応フィルタ４４の係数（すなわち、伝達関数Ｈ_1R）は、ブロック４０１における処理が実行される前に、ブロック４０１おけるデジタルフィルタ４６の係数にコピーされる。
【００９２】
次に、ブロック４０１において、広帯域計測信号発生器４０は、広帯域の計測信号を出力する。広帯域計測信号発生器４０から出力された信号は、デジタルフィルタ４６に入力されるとともに、適応フィルタ４７に入力される。
【００９３】
再生スピーカ３６は、適応フィルタ４７から出力された信号に応じて音を発する。再生スピーカ３６によって発せられた音は、再生スピーカ３６からマイク４１までの伝達関数Ｃ₁を通してダミーヘッド４２の右耳の近傍に配置されたマイク４１によって受け取られる。
【００９４】
加算器４５によって、デジタルフィルタ４６の出力からマイク４１の出力が減算される。その結果、デジタルフィルタ４６の出力とマイク４１の出力との差を示す誤差信号が加算器４５から出力される。加算器４５から出力される誤差信号は、適応フィルタ４７にフィードバックされる。適応フィルタ４７は、加算器４５から出力される誤差信号の値ができるだけ小さくなるように適応フィルタ４７の係数を更新する。これにより、適応フィルタ４７の係数は、Ｈ_1R／Ｃ₁に収束する。
【００９５】
適応フィルタ４７の係数（すなわち、Ｈ_1R／Ｃ₁）は、第１の補正データの値Ｘ₁にコピーされる。
【００９６】
このようにして、第１の補正データの値Ｘ₁（＝Ｈ_1R／Ｃ₁）を計測により求めることができる。同様にして、第２〜第１０の補正データの値Ｘ₂〜Ｘ₁₀を計測により求めることができる。
【００９７】
第１〜第１０の補正データは、例えば、図２Ａに示される記録媒体に記録され得る。あるいは、第１〜第１０の補正データは、ダウンロード可能な形式で図２Ｂに示されるホストコンピュータ１０内のメモリ（図示せず）に格納され得る。
【００９８】
図８は、本発明の実施の形態１の他の音響再生装置１１ａの構成を示す。
【００９９】
音響再生装置１１ａは、受聴者の右耳用の再生スピーカ３６（第１のスピーカ）と、受聴者の左耳用の再生スピーカ３７（第２のスピーカ）と、信号処理部１３ａを含む。
【０１００】
信号処理部１３ａにおいて、加算器５２３の出力が加算器５０４に供給され、加算器５３３の出力が加算器５１４に供給される。
【０１０１】
加算器５０４によって、デジタルフィルタ５０１〜５０３の各出力と加算器５２３の出力とが加算される。その加算結果は、第１の音響信号ＯＵＴ₁として再生スピーカ３６に出力される。
【０１０２】
加算器５１４によって、デジタルフィルタ５１１〜５１３の各出力と加算器５３３の出力とが加算される。その加算結果は、第２の音響信号ＯＵＴ₂として再生スピーカ３７に出力される。
【０１０３】
なお、図８において、図３に示される音響再生装置１１の構成要素と同一の構成要素には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【０１０４】
音響再生装置１１ａにおいては、図３に示される再生スピーカ３８および３９は使用されない。従って、音響再生装置１１ａによれば、２つの再生スピーカのみを有する従来タイプのヘッドホンに音響特性が補正された音響信号を提供することが可能になる。
【０１０５】
（実施の形態２）
実施の形態２では、頭部の形状の個人差が音響特性の補正効果に与える影響を低減することを可能にする補正データＸの作成方法を説明する。
【０１０６】
実施の形態２における音響再生装置の構成は、図１に示される音響再生装置１の構成と同一である。補正データＸが音響再生装置１の信号処理部３に入力されると、信号処理部３は、オーディオ信号ＩＮをフィルタリングすることによって音響信号ＯＵＴを生成するフィルタとして機能する。以下の説明では、補正データＸが入力された信号処理部３を「フィルタＸ」という。
【０１０７】
図９Ａおよび図９Ｂは、２種類の異なる頭部モデルを示す。以下の説明では、便宜上、図９Ａに示される頭部モデルを「頭部モデルＷ」と呼び、図９Ｂに示される頭部モデルを「頭部モデルＭ」と呼ぶ。図９Ａおよび図９Ｂにおいて、参照番号９０は、再生スピーカ２の概略位置を示す。
【０１０８】
図１０は、頭部モデルＷに対する制御点の位置および頭部モデルＷに対する伝達関数を示す。
【０１０９】
耳道入口制御点ｅ（図１０において黒丸印で示される）は、頭部モデルＷの右耳の孔に位置している。中間制御点ｓ（図１０において星印で示される）は、頭部モデルＷの右耳の孔とその孔の最も近くに配置される再生スピーカ２との間に位置する。再生スピーカ２は、頭部モデルＷの右耳に接触しないように配置されている。再生スピーカ２には、信号処理部３が接続されている。
【０１１０】
図１０において、Ｈ_weは、基準スピーカ（例えば、基準スピーカ３２）から耳道入口制御点ｅまでの伝達関数を示し、Ｃ_weは、再生スピーカ２から耳道入口制御点ｅまでの伝達関数を示し、Ｈ_wsは、基準スピーカから中間制御点ｓまでの伝達関数を示し、Ｃ_wsは、再生スピーカ２から中間制御点ｓまでの伝達関数を示す。
【０１１１】
頭部モデルＷに対して、フィルタＸ_weおよびフィルタＸ_wsが定義される。フィルタＸ_weは、Ｘ_we＝Ｈ_we／Ｃ_weによって定義される。フィルタＸ_wsは、Ｘ_ws＝Ｈ_ws／Ｃ_wsによって定義される。
【０１１２】
同様にして、頭部モデルＭに対して、フィルタＸ_meおよびフィルタＸ_msが定義される。フィルタＸ_meは、Ｘ_me＝Ｈ_me／Ｃ_meによって定義される。フィルタＸ_msは、Ｘ_ms＝Ｈ_ms／Ｃ_msによって定義される。
【０１１３】
図１１は、４種類のフィルタ（すなわち、フィルタＸ_we、フィルタＸ_ws、フィルタＸ_meおよびフィルタＸ_ms）のそれぞれを頭部モデルＷおよび頭部モデルＭのそれぞれで評価した結果を示す。図１１において、実線は、頭部モデルＷでの評価を示し、破線は、頭部モデルＭでの評価を示す。
【０１１４】
制御点ｅで設計したフィルタＸ_we、Ｘ_meは、制御点ｅにおいて、基準スピーカを再生したときの音響信号と再生スピーカを再生したときの音響信号とを一致させる。制御点ｓで設計したフィルタＸ_ws、Ｘ_msは、制御点ｓにおいて、基準スピーカを再生したときの音響信号と再生スピーカを再生したときの音響信号とを一致させる。
【０１１５】
図１１から、制御点ｅで設計したフィルタＸ_we、Ｘ_meは、設計時と同一の頭部モデルで評価した場合には制御誤差がゼロである一方、設計時と異なる頭部モデルで評価した場合には制御誤差が大きくなることが分かる。また、図１１から、制御点ｓで設計したフィルタＸ_ws、Ｘ_msは、設計時と異なる頭部モデルで評価した場合でも制御誤差はそれほど大きくならないことが分かる。
【０１１６】
例えば、フィルタＸ_wsの頭部モデルＷでの評価は、（数７）に示される合成伝達関数Ｈ’を用いて、（数８）に示される制御誤差Ｅ_wsに基づいて行われる。制御誤差Ｅ_wsが小さいほど、評価は高い。
【０１１７】
【数７】
Ｈ’＝Ｃ_we・Ｘ_ws
【０１１８】
【数８】

【０１１９】
（数８）から、制御誤差Ｅ_wsは、制御点ｅで設計したフィルタＸ_weと制御点ｓで設計したフィルタＸ_wsとの近似度に相当することが分かる。
【０１２０】
（数７）に示されるＸ_wsの値は、例えば、図７に示されるブロック４０１において、適応フィルタ４７の係数として得られる。ここで、ブロック４００および４０１において、頭部モデルＷがダミーヘッド４２として配置されており、マイク４１が制御点ｓに配置されており、ブロック４００の適応フィルタ４４の係数がブロック４０１のデジタルフィルタ４６の係数にコピーされていると仮定する。あるいは、コンピュータシミュレーションを用いて、Ｘ_wsの値を求めるようにしてもよい。
【０１２１】
（数８）に示されるＨ_weの値は、例えば、図７に示されるブロック４００において、適応フィルタ４４の係数として得られる。ここで、ブロック４００において、頭部モデルＷがダミーヘッド４２として配置されており、マイク４１が制御点ｅに配置されていると仮定する。あるいは、コンピュータシミュレーションを用いて、Ｈ_weの値を求めるようにしてもよい。
【０１２２】
（数７）に示されるＣ_weの値は、例えば、図７に示されるブロック４０１において、適応フィルタ４７の係数として得られるＸ_weの値をＨ_weの値で割り算することによって得られる。ここで、ブロック４００およびブロック４０１において、頭部モデルＷがダミーヘッド４２として配置されており、マイク４１が制御点ｅに配置されており、Ｈ_weの値がブロック４０１のデジタルフィルタ４６の係数にコピーされていると仮定する。あるいは、コンピュータシミュレーションを用いて、Ｃ_weの値を求めるようにしてもよい。
【０１２３】
図１２は、フィルタＸ_wsを頭部モデルＷで評価した場合の耳道入口水平面上での制御誤差の分布を示す。
【０１２４】
図１３は、フィルタＸ_wsを頭部モデルＭで評価した場合の耳道入口水平面上での制御誤差の分布を示す。
【０１２５】
図１２および図１３から、耳道入口の前方および耳道入口からやや離れた空間に、制御誤差が０．２より小さい領域（図１２および図１３において白抜きの領域）が存在することが分かる。図１２における制御誤差が０．２より小さい領域と図１３における制御誤差が０．２より小さい領域とが重複する領域内に制御点ｓを配置することにより、頭部モデルＷ、Ｍの種類によらず、常に制御誤差を小さくすることが可能になる。
【０１２６】
このように、実施の形態２によれば、中間制御点ｓに基づいて補正データＸ（＝Ｈ／Ｃ）を作成することにより、頭部の形状の個人差が音響特性の補正効果に与える影響を低減することが可能になる。
【０１２７】
なお、実施の形態２に記載の技術は、受聴者の耳に接触しない非接触タイプの再生スピーカを有する音響再生装置に有効である。その音響再生装置に含まれる再生スピーカの数は、１以上の任意の数であり得る。
【０１２８】
【発明の効果】
本発明の音響再生装置によれば、補正データに基づいて音響特性が補正された音響信号が再生スピーカに出力される。これにより、受聴者は、実際には再生スピーカから伝達関数Ｃを通って受聴者の耳に到達した音をあたかも基準スピーカから伝達関数Ｈを通って受聴者の耳に到達した音であるかのように知覚することが可能になる。
【０１２９】
また、受聴者によって実際に使用される再生スピーカごとに補正データを用意することにより、その再生スピーカに適合した音響特性の補正を行うことが可能になる。
【０１３０】
さらに、頭部の形状の個人差が音響特性の補正効果に与える影響を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の音響再生装置１の構成を示す図
【図２Ａ】記録媒体６から読み出された補正データを受け取る例を説明するための図
【図２Ｂ】ネットワーク９経由で補正データを受け取る例を説明するための図
【図３】本発明の実施の形態１の音響再生装置１１の構成を示す図
【図４】基準スピーカ３１〜３５の配置例を示す図
【図５】特定の受聴者に対する、前方伝達関数および後方伝達関数の一例を示す図
【図６】受聴者の個人差に基づく頭部伝達関数の差異の一例を示す図
【図７】第１の補正データの値Ｘ_1Rを計測により求める方法を説明するための図
【図８】本発明の実施の形態１の他の音響再生装置１１ａの構成を示す図
【図９Ａ】頭部モデルＷの形状を示す図
【図９Ｂ】頭部モデルＭの形状を示す図
【図１０】頭部モデルＷに対する制御点の位置および頭部モデルＷに対する伝達関数を示す図
【図１１】４種類のフィルタのそれぞれを頭部モデルＷおよび頭部モデルＭのそれぞれで評価した結果を示す図
【図１２】フィルタＸ_wsを頭部モデルＷで評価した場合の耳道入口水平面上での制御誤差の分布を示す図
【図１３】フィルタＸ_wsを頭部モデルＭで評価した場合の耳道入口水平面上での制御誤差の分布を示す図
【符号の説明】
１音響再生装置
２再生スピーカ
３信号処理部
４補正データ入力部
５演算部

Claims

オーディオ信号を処理することにより、仮想音源としての基準スピーカを受聴者に知覚させるための音響信号を生成する信号処理部と、前記音響信号が入力される再生スピーカとを備えた音響再生装置であって、
前記再生スピーカとして、前記受聴者の両耳道入口を結ぶ直線を含む鉛直面の少なくとも一方側に、前記受聴者の耳に非接触で配置されるスピーカを含み、
前記信号処理部は、
前記音響再生装置の外部から補正データを受け取る補正データ入力部と、
前記補正データに基づいて前記オーディオ信号を演算することにより前記音響信号を生成し、前記音響信号を前記再生スピーカに出力する演算部とを含み、
前記補正データは、値Ｈ／Ｃを有しており、Ｈは前記基準スピーカから該基準スピーカと前記受聴者の耳道入口との間に位置する制御点までの伝達関数を示し、Ｃは前記再生スピーカから前記制御点までの伝達関数を示し、
前記制御点は、前記基準スピーカを再生したときの音響信号と前記再生スピーカを再生したときの音響信号とが一致する点として、これらの基準スピーカ及び再生スピーカとともに前記鉛直面に対して同じ側に設定されている中間制御点であり、該中間制御点は、前記受聴者の耳に非接触で配置されるスピーカと、前記受聴者の耳道入口よりこのスピーカ側の位置との間に位置している、音響再生装置。
前記補正データは、前記伝達関数Ｃを前記伝達関数Ｈに変換するためのフィルタ係数として求められ、
前記中間制御点は、前記補正データを複数の頭部モデルで評価した場合に、前記制御点を前記耳道入口に設定して設計したフィルタの係数と、前記制御点を前記中間制御点に設定して設計したフィルタの係数との近似度に相当する制御誤差の少ない領域が重複する位置に配置されている、請求項１記載の音響再生装置。