JP4821250B2

JP4821250B2 - 音像定位装置

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Authority: JP
Inventors: 真樹片山; 健一朗竹下; 克彦増田
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Filing date: 2005-10-11
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Description

クロストークキャンセル補正機能を備え、これを基に音場形成を行う音像定位装置に関する。

従来、仮想の音源から視聴者の耳までの空間伝搬をモデル化して、その仮想音源が定位しているような音響効果を付加することが行なわれている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
従来、クロストークキャンセル機能を備えた音像定位装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。右のスピーカから左耳に到達する成分、あるいはその逆をクロストークといい、これを打ち消す機能をクロストークキャンセルという。このクロストークキャンセルは、左側の耳には左側のスピーカの音のみ、左側の耳には左側のスピーカの音のみ聞こえるようにして、スピーカそのものの定位を無くす技術である。この技術は、音源から視聴者の耳までの空間伝搬をモデル化して、逆行列等による演算により、視聴者の耳の地点でクロストークを打ち消すような音波をディジタル音源に加工して発声させるものである。そして、係るクロストークキャンセルは、例えば、前方のフロア型スピーカを使用して、後方からのモデル頭部伝達関数を用いてリア側からの音像定位を行なったり、自由自在な音場形成を行う場合には、その効果を発揮させるために必要となる。
特許文献１では、ダミーヘッドを用いて測定したモデル頭部伝達関数を予め測定した結果を用いて、クロストークキャンセルや音場形成を行うステレオ音響装置等が開示されている。

ところが、モデル頭部伝達関数を用いてクロストークキャンセルや、リア定位の付加を行なった場合には、その有効範囲がピンポイント的にしか効果を奏さず、また、個人差に影響される問題があった。そこで、特許文献２〜３の手段が開示されている。

特許文献２では、高周波について、モデル頭部伝達関数が視聴者のそれとは異なる周波数特性上のピークやディップを再現しているため、音像定位を実現する際に、不自然な音質になるという理由で、不必要な周波数特性上のピークやディップを除去する音像定位制御方法が開示されている。

また、特許文献３には、主としてヘッドホンを用いた音像定位装置であって、予め定めた周波数に、ピークやディップを形成することにより頭部伝達関数を再現する音像定位装置等が開示されている。また、特許文献３には、ピークやディップの中心周波数や半値幅の最適値は聴取者によって異なるので各聴取者にとって前後感が一番感じられるよう中心周波数、半値幅を調整する旨の記載がある。
特開２００１−８６５９９号公報特開平６−１７８３９８号公報特開２００３−１５３３９８号公報

しかしながら、特許文献２のように、高周波のピークやディップを不要であるとして除去すれば、実際には、音像定位効果が十分でない問題があった。一方、ピーク、ディップをそのままにしておくと、個人差や、モデル頭部伝達関数が効果を奏すると想定される位置からのずれにより、音質が不自然で聞きづらい場合がある問題があった。

また、特許文献３には、前述のとおり、頭部伝達関数について各聴取者にとって前後感が一番感じられるよう中心周波数、半値幅を調整する旨の記載があるが、単耳スペクトルを模擬したディフューズフィルタにこれらのピーク、ディップを付加しているから、必ずしも、頭部伝達関数を表しているとはいえない。

そこで、本発明は、個人差や、モデル頭部伝達関数が効果を奏すると想定される位置からのずれがあっても、音質が不自然だったり、聞きづらいといった問題を解決する音像定位装置の提供を目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。

本発明は、聴取位置の前方に位置する２ｃｈスピーカに接続され、左音声信号、右音声信号、および、リア音声信号を含む複数の音声信号を２ｃｈの音声信号に合成する音像定位装置であって、前記リア音声信号に対して、聴取位置の後方に位置する仮想音源から聴取者の一方の耳へ至る空間伝達経路の伝達特性を付与する第１バーチャル特性付与フィルタと、前記リア音声信号に対して、聴取位置の後方に位置する仮想音源から聴取者の他方の耳へ至る空間伝達経路の伝達特性を付与する第２バーチャル特性付与フィルタと、前記第１及び第２バーチャル特性付与フィルタにより伝達特性が付与された各リア音声信号に対して、それぞれ中高周波数領域である１〜２０ｋＨｚに存在するディップを平滑化した周波数特性に修正する第１のフィルタと、該第１のフィルタにより修正された各リア音声信号に対して、それぞれ中高周波数領域の一部をカットして、前記空間伝達経路に応じたディップを形成する第２のフィルタと、形成したディップの少なくとも中心周波数を調整する調整手段と、該調整手段により調整された各リア音声信号を左音声信号および右音声信号に足し込む加算器とを備えている音像定位装置である。
また、本発明は、前記調整手段は、ディップのゲイン及び周波数幅をさらに調整することを特徴とする音像定位装置である。
さらに、本発明は、聴取者の顔の幅の入力を受け付ける手段をさらに備え、前記調整手段は、受け付けた顔の幅に基づいて、ディップの中心周波数を調整することを特徴とする音像定位装置である。

このように構成すれば、前記バーチャル特性付与フィルタの周波数特性のうち１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚに存在するディップを平滑化しており、これを用いて信号処理を行っているので、バーチャル特性を付与する音質が不自然だったり、聞きづらいといった要素を解消している。このようにディップを削除すれば、音像定位が十分でないので、本発明では、ディップ部分を新たに追加すると共にこのディップ部分を前記調整手段により調整可能としている。これにより、音質が不自然という問題を解消するだけでなく、個人個人の頭部伝達関数や、想定した位置からのずれに対応して、音像定位が十分となるような信号処理ができる。

本発明は、前記調整手段により調整された各リア音声信号に対して、実際のスピーカの位置から聴取者の耳へ至る空間伝搬経路の伝達特性をキャンセルするクロストークキャンセルフィルタをさらに備え、前記加算器は、前記クロストークキャンセルフィルタにより伝達特性がキャンセルされた各リア音声信号を左音声信号および右音声信号に足し込むことを特徴とする音像定位装置である。

例えば、ヘッドホンでなくフロアースピーカ等を用いた場合には（１）の構成のバーチャル特性を付与するフィルタは、クロストークキャンセルフィルタを通すことが前提となる。本発明によれば、このようにクロストークキャンセルフィルタを通した音像定位装置において（１）の効果を奏する。即ち、本発明は、（１）の構成のとおり、前記調整手段により調整可能としているので、音質が不自然という問題を解消するだけでなく、個人個人の頭部伝達関数や、想定した位置からのずれに対応して、音像定位の効果を十分発揮できる。

本発明によれば、音質が不自然という問題を解消するだけでなく、個人個人の頭部伝達関数や、想定した位置からのずれに対応して、音像定位を十分にするとことが可能となる。

次に、図１を用いて、本実施形態の音像定位装置について説明する。図１は、本実施形態に係る音像定位装置の再生時の構成を示す。
この音像定位装置の構成の概略を一言で述べると、以下のようになる。即ち、入力部分２３、２１、２４のディジタル音声信号を取り込んで、ＤＳＰ１０がこの信号のディジタル処理を行い、Ｄ／Ａ変換器２２でアナログ音声信号に変換して、電子ボリューム４１で音量を調整し、パワーアンプ４２でこのアナログ音声信号をＬｃｈスピーカＬＳ、ＲｃｈスピーカＲＳに出力し音声を発する。
また、本実施形態の音像定位装置の機能の概略は、一言で述べると、図１に示すような、Ｌｃｈ、Ｒｃｈ、Ｃｃｈ、ＬＳｃｈ、ＲＳｃｈの５ｃｈの音声信号をミックスダウンして、２ｃｈの実在する前方のスピーカＬＳ、ＲＳから、あたかも後ろにＬＳｃｈ、ＲＳｃｈのスピーカが実在しているような音像定位を作出することである。
さらに、その音像定位の手段の概略を一言で述べると、以下のようになる。即ち、ＤＳＰ１０において、これらの５ｃｈのディジタル音源データに、後方から人間の耳までの頭部伝達関数（詳細は後述する。）を用いて、リア定位付加１３１ＬＤ〜１３１ＲＤの音響効果を付加することにより行う。そして、この音響効果の実効を図るためのクロストークキャンセル（詳細は後述する。）を用いて、これらの５ｃｈの音源を加工して、実在するスピーカＬＳ、ＲＳから出力する。
ただし、以上の概略は本発明を限定するものでなく、他の構成もありうる。
以下、これらの構成について順を追って説明する。

まず、図１の信号入力部は、ＤＩＲ２３、Ａ／Ｄ変換器２１、ＨＤＭＩ２４（登録商標、以下同じ）に代表されるディジタルインターフェースを備えている（ただし、本実施形態の装置を構成するには必ずしもこれらすべてを必要とせず、また別の入力系統があってもよい。）。これらの信号入力部は、いずれも５ｃｈのデータを入力できるものとする。即ち、この５ｃｈは、Ｌｃｈ（左前）、Ｒｃｈ（右前）、Ｃｃｈ（センター前）、ＬＳｃｈ（リア左）、ＲＳｃｈ（リア右）のスピーカへ出力するディジタル音声入力である。Ｌｃｈは、左前側の実在するスピーカの出力であり、Ｒｃｈは、右前側の実在するスピーカの出力である。Ｃｃｈは、本実施形態の装置では現実には存在せず、仮想上のものとなるが、図１のＤＳＰ１０に示すように、本実施形態の装置では、Ｌｃｈ、Ｒｃｈに振り分けて単純に合成して出力するか、または、前方距離感のある情報を与えても良い。ＬＳｃｈ、Ｒｓｃｈは、後方のスピーカへの音声入力であるが、本実施形態の装置では架空のｃｈであり、ＤＳＰ１０内で信号処理を行い、Ｌｃｈ、Ｒｃｈに合成する。５ｃｈのスピーカを配置するのは、視聴環境の制約を受けるため、本実施形態の装置では、前述したモデル頭部伝達関数を用いて後方からの出力の音響効果を作り出し、架空の出力を補う。
ＤＩＲ２３は、ビットストリームのディジタル時系列音声データを入力することができる。
Ａ／Ｄ変換器２１は、アナログ信号、例えばマイクから入力した音声信号をディジタル時系列データに変換でき、そのデータをデコーダ１４に送る。
ＨＤＭＩ２３（High-DefinitionMultimedia Interface）は、音声および制御信号を合わせて受信する。
ＤＳＰ１０は、ポストプロセッシング用ＤＳＰ１３と、デコーダ１４を含んでいる。ＤＳＰ１０は、前述の入力部分から入力したディジタル時系列データを加工して、Ｄ／Ａ変換器２２に送る。
Ｄ／Ａ変換器２２は、２系統を出力できるＤ／Ａ変換用ＩＣ、または２つのＤ／Ａ変換用ＩＣ、またはこの機能を含むＩＣチップからなる。２２ＤＳＰ１０により生成したデータをアナログ信号に変換する。このアナログ信号は、音量を調整する電子ボリューム４１とパワーアンプを介して、スピーカＬＳ、ＲＳにより音声に変換される。

なお、パワーアンプ４２は、Ｄ／Ａ変換器に変換する前にディジタル振幅を増幅して、その後高周波を取り除くことによりアナログ信号を得る、いわゆるディジタルアンプでも良い。

また、この音像定位装置は、上記の構成を制御するコントローラ３２と、コントローラ３２の制御データを蓄えるメモリ３１と、コントローラ３２に指示を行うユーザインターフェース３３とを含んでいる。メモリ３１には、モデル頭部伝達関数を、スピーカの存在する方向から両耳それぞれ耳までのそれぞれについてデータテーブルとして格納している。この頭部伝達関数は、所定の方向から耳までの空間伝搬を模擬した伝達関数であり、現在すでにデータベース化されたものが既知となっている。これを用いて、後方からの音声があたかも発せられているような音像定位を付加できる。

次に、同じく図１を用いて、ＤＳＰ１０についてさらに詳しく説明する。ＤＳＰ１０は、デコーダ１４とポストプロセッシング用ＤＳＰ１３を含んでいる。以下それぞれ説明する。
デコーダ１４は前述した入力部分であるＤＩＲ２３とＡ／Ｄ変換器２１とＨＤＭＩ２４から入力したディジタル時系列データをデコードして、ポストプロセッシング用ＤＳＰ１３に送る。デコーダ１４自体は、前述のようにこのディジタル時系列データとして５ｃｈの音声データを扱うことができる。即ちこの５ｃｈは、Ｌｃｈ（左前）、Ｒｃｈ（右前）、Ｃｃｈ（センター前）、ＬＳｃｈ（リア左）、ＲＳｃｈ（リア右）のスピーカへ出力するディジタル音声入力である。
ポストプロセッシング用ＤＳＰ１３は、これら５ｃｈの音声データを信号処理して２ｃｈのデータにミックスダウンし、擬似的な５ｃｈ信号として出力する。

図１に示すようなミックスダウンを行うため、本実施形態のシステムでは、まずＣｃｈをＬｃｈ、Ｒｃｈにそれぞれ振り分けて、加算器１３５Ａ、１３５ＢはこれらＬｃｈ、Ｒｃｈの信号に付加する。また、このようにミックスダウンする場合、ＬＳｃｈ（リア左）、ＲＳｃｈ（リア右）は、仮想的に後ろからも聞こえるようにする必要があるから、リア定位付加１３１（ＰＥＱ１３２を含む。）、およびクロストークキャンセル補正回路１３３を備えている。そして、図１に示すように、ＬＳｃｈ（リア左）、ＲＳｃｈ（リア右）のデータを加工して、Ｌｃｈ、Ｒｃｈに付加するようにしている。

図１に示すようなリア定位付加１３１は、前述のように、あたかも後ろから聞こえるような擬似的効果を作出する。以下その方法について説明する。なお、リア定位付加１３１に含まれるＰＥＱ１３２は、図３以下の説明で後述するものとし、ここでは、説明の容易のため、ＰＥＱがないものとして説明する。ここで、リア定位付加１３１の説明の容易のため、仮に、図１右に示すようなＬＳリアバーチャルスピーカＬＳＶ、ＲＳリアバーチャルスピーカＲＳＶが現実に存在し、ＬＳｃｈ、ＲＳｃｈの音声そのものがスピーカＬＳＶ、ＲＳＶから発せられると仮定する。このように仮定すれば、ＬＳｃｈの音声が後方ダイレクト方向１０２Ｄを通って左耳Ｍ１に入ると共に、後方クロス方向１０２Ｃを通って、右耳Ｍ２に伝達される。この空間伝達を模擬するため、それぞれ、フィルタ１３１ＬＤ、フィルタ１３１ＬＣでは、それぞれ、１０２Ｄ、１０２Ｃの経路のモデル頭部伝達関数を用いる。以上、ＬＳｃｈについて説明したが、ＲＳｃｈの音声についても、聴取者の顔の向き１０３の線に関して説明上略線対称であり（位置関係、特に前方から見たバーチャルスピーカの角度は線対称でなくともよい。）、同様な説明となる。

ここで、図１のリア定位付加１３１のフィルタ関数をまとめると以下のとおりになる。フィルタ１３１ＬＤは、ＬＳリアバーチャルスピーカＬＳＶから左の耳Ｍ１までのモデル頭部伝達関数を用いる。
フィルタ１３１ＬＣは、ＬＳリアバーチャルスピーカＬＳＶから右の耳Ｍ２までのモデル頭部伝達関数を用いる。
フィルタ１３１ＲＤは、ＲＳリアバーチャルスピーカＲＳＶから右の耳Ｍ２までのモデル頭部伝達関数を用いる。
フィルタ１３１ＲＣは、ＲＳリアバーチャルスピーカＲＳＶから左の耳Ｍ１までのモデル頭部伝達関数を用いる。
そして、図１のリア定位付加１３１では、これらのフィルタをＬＳｃｈ、ＲＳｃｈに畳み込んで、リアバーチャルスピーカＬＳＶ、ＲＳＶの音響特性を付加する。

次に、図１のクロストークキャンセル補正回路１３３について説明する。この補正回路１３３の目的は、この補正回路１３３の目的は、リア定位付加１３１で構成したモデル頭部伝達関数の特性を両耳に届けるようにすることである。もし仮に、理想的なヘッドホンで、ＬＳリア定位計算部１３１Ｌ、１３１Ｒの音声を聴取するのであれば、これが可能となる（ただし、ヘッドホンはピークやディップが多い特性を有するので必ずしもそのようにはならない。）。
しかし、ラウドスピーカを用いた本実施形態の装置では、前のスピーカＲＳ、ＬＳから音声を聴取するから、音波の空間伝達時に、前のスピーカＲＳ、ＬＳから両耳までの空間伝達によりデフォルメされてしまい、前述したＬＳリア定位付加の効果を十分発揮し得ないおそれがある。
そこで、擬似的にＬＳリア定位計算部１３１Ｌの出力を左の耳にのみ、ＲＳリア定位計算部１３１Ｒの出力を右の耳にのみ入るように、前に存在する現実のスピーカから出力される音源を加工する。なお、クロストークキャンセル補正回路１３３の各フィルタのフィルタ係数を求める方法は、後に補足説明を行なう。

次に、図２〜図４を用いて、図１の説明で前述したリア定位付加１３１に含まれるＰＥＱ１３２（パラメトリックイコライザ）の動作概念について説明する。

まず、図２を用いて、リア定位付加１３１のフィルタを具体的に説明する。図２は、本実施形態に係る音像定位装置のリア定位付加１３１に使用するモデル頭部伝達関数のゲイン線図である。
図２（Ａ）は、図１の聴取者の顔の向き１０３から左側に１１５度方向を変えた後方であって水平方向にスピーカがあると仮定した場合に、この方向から左耳に至るまでのモデル頭部伝達関数Ｇ１を示している。このモデル頭部伝達関数は、前述図１の説明で示したフィルタ１３１ＬＤに用いる。
図２（Ｂ）は、同様に、図１の聴取者の顔の向き１０３から左側に１１５度方向を変えた後方であって水平方向にスピーカがあると仮定した場合に、この方向から右の耳Ｍ２に至るまでのモデル頭部伝達関数Ｇ２を示している。このモデル頭部伝達関数は、前述図１の説明で示したフィルタ１３１ＬＣに用いる。
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、クロス方向のモデル頭部伝達関数Ｇ２は、ダイレクト方向の伝達関数Ｇ１に比べてゲインが小さくなっている。これは、両耳の位置の違いによる伝搬距離差によるゲイン減少、顔による回折等に起因するものと考えられる。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示すモデル頭部伝達関数Ｇ１、Ｇ２は、聴取者の顔の向き１０３（図１参照。）に関して、説明上略線対称（位置関係は線対称でなくともよい。）であり同様であるから、以後の説明では、Ｌｃｈのモデル頭部伝達関数を説明として用いる。即ち、図１に示すようなフィルタ１３１ＬＤとフィルタ１３１ＲＤは類似しており、フィルタ１３１ＬＣとフィルタ１３１ＲＣは類似しているから、フィルタ１３１ＲＤ、フィルタ１３１ＲＣの説明を、Ｌｃｈの説明で代用する。

ここで、図２を用いて、頭部伝達関数の聴感上への影響について説明する。頭部伝達関数の周波数［Ｈｚ］の１ｋＨｚ以下は位相差として知覚され、周波数［Ｈｚ］の１ｋＨｚ〜７ｋＨｚはゲイン、音量感として知覚されるといわれている。これらの１ｋＨｚ〜７ｋＨｚの領域では、頭部伝達関数に個人差はあまりなく、したがって、図２（Ｂ）のディップＤ３は、個人差にほとんど関係がないといわれている。また、図２（Ｂ）に示すように、このディップＤ３は、クロス方向の伝搬特性を模擬したモデル頭部伝達関数に現れ、ゲインも小さい。しかしながら、発明者の実験によれば、この周波数領域にあるディップＤ３は、音像定位に与える影響は大きいことが分かった。
一方、７ｋ以上では、顔の形状が個人個人で異なるから、頭部伝達関数は、顔の形状による音声の干渉等により生じるディップの周波数、形状が個人個人でそれぞれ異なるといわれている（図２（Ａ）、（Ｂ）のディップＤ１、Ｄ２参照。）。
以上のとおり、図２で示したようなリア定位付加１３１のフィルタＧ１、Ｇ２は、個人個人で異なる。特に、フィルタＧ１、Ｇ２の１ｋＨｚから２０ｋＨｚにあるディップの形状は、音像定位に大きく影響する。したがって、ダミーヘッド等を用いた測定結果どおりにこれらのリア定位付加１３１のフィルタを構成しても、このようなダミーヘッド等と形状が異なる個人個人に対して適用するには効果が十分でなく、かつ、このディップにより聴き疲れしたりする場合がありうる。本実施形態の装置では、図１のＰＥＱ１３２を用いて、このような個人差に対応した調整を、以下の説明のとおり行う。

次に図３を用いて、本実施形態の装置のＰＥＱ１３２（図１参照。）について説明する。図３は、ＰＥＱ１３２の動作概念図である。ＰＥＱ１３２は、図１には明示していないが、２段階のフィルタの直列の結合からなる。
ＰＥＱ１３２の第１のフィルタは、リア定位付加１３１に直列に接続して、リア定位付加１３１の図２（Ａ）、（Ｂ）のディップＤ１、Ｄ２を平滑化するフィルタであり、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す平滑部分Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を設けるように、図２（Ａ）、（Ｂ）で示したモデル頭部伝達関数Ｇ１、Ｇ２を加工する。具体的には１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの帯域を平滑化するフィルタである。この第１のフィルタを接続することにより、聴き疲れを解消している。

なお、図３（Ｂ）では、図２（Ｂ）のＧ２のディップＤ３を埋めて平滑化したモデル頭部伝達関数を示したが、この帯域について平坦なゲインとディレイを用いて、前記第１のフィルタを構成しても良い。

しかしながら、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、特許文献２と同様、ディップを除去すると、定位がきちんと定まらず、いわば、ぼあっとした感じを聴感上受けることになる。
そこで、本実施形態の装置では、さらに、図３（Ｃ）、（Ｄ）のように、ＰＥＱ１３２では、第２のフィルタを設けて、再度ディップＤ４、Ｄ５、Ｄ６を追加するような信号処理を行う。このディップの追加はただ単にディップを復元するのではなく、後述、図４の説明で述べる調整方法および調整装置を用いて追加するものである。

なお、実際の実装の形態としては、図１に示したようにリア定位付加１３１と図３（Ａ）、（Ｂ）で説明したようなディップを除去する第１のフィルタとを別々に設けて信号処理時に計算するのではなく、予めこれらを合わせて計算して、工場出荷時にメモリ３１や図示しない外部記憶装置にフィルタ係数として記憶しておくのが、計算上また装置の簡易化の面から望ましい。例えば、前述の数式を用いて説明したリア定位付加１３１のフィルタ係数は、本実施形態の装置の工場出荷時に予め、所定のスピーカと聴取者の顔の向き１０３（図１右部分参照。）との特定の角度を想定して１パターン用意しておき、このバーチャル特性付与フィルタの周波数特性フィルタに対して、予め図３（Ａ）、（Ｂ）のような１ｋヘルツ〜１０ｋＨｚ以上１〜１０ｋＨｚに存在するディップを平坦化した周波数特性のフィルタを、パラメータとして用意しておくことができる。
一方、図３（Ｃ）、（Ｄ）に示したような第２のフィルタは後述の図４の説明のとおり聴取者に合わせる必要があるから、工場出荷時に予め用意することはできず、実際の実装の形態としては、ＰＥＱ１３２は、図３（Ｃ）、（Ｄ）に示したようなディップＤ４、Ｄ５、Ｄ６を追加するような信号処理のみを行うイコライザとなる。

次に図４を用いて、本実施形態の装置の装置で、図３（Ｃ）、（Ｄ）で示したように再度追加したディップを調整する方法について説明する。図４は、このようなディップを追加した場合にどのように調整するかを示す概念図である。前述のとおり、図３（Ｃ）、（Ｄ）のように単にディップを追加しただけでは、個人差に合わず聴き疲れするので、本実施形態の装置では、調整装置を設けてこのような個人差に対応する調整を行う。
図４（Ａ）は、ディップ部分の中心周波数を調整するための概念図である。この図に示すようにディップＤは、両矢印の方向に、破線の形状で示すようにディップを移動して、周波数を調整する。この周波数は前述図３で示したような平滑化した部分Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の周波数の辺り（Ｆ１、Ｆ２が７ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ、Ｆ３が１ｋＨｚ〜３ｋＨｚ）にデフォルト値を設定し、このディップの周波数を上下２０％調整する。
図４（Ｂ）は、ディップ部分のゲインの調整方法を表す概念図である。この図に示すようにディップＤを両矢印の方向に、即ち破線の形状で示すようにディップを移動して、ディップ部分のゲインを調整する。
図４（Ｃ）は、ディップ部分の幅またはＱ値の調整方法を表す概念図である。この図に示すようにディップＤを両矢印の方向に、即ち破線の形状で示すようにディップの幅を変動させて、ディップ部分の形状を調整する。なお、Ｑ値は、ディップＤの頂点から３ｄＢ上がったところのディップ形状の幅をいう。

図４（Ｄ）は、図４（Ａ）〜（Ｃ）で示した調整を行うための調整パネルの実施例である。周波数調整つまみ５１と、ゲイン調整つまみ５２、Ｑ値調整つまみ５３を備えている。これらは、円形の回転式つまみであり、聴取者が、これを回転させることにより、図４（Ａ）〜（Ｃ）で示した方向にリア定位付加１３１を調整することができる。この調整パネルは、図１に示すようなＰＥＱ１３２の６つ（Ｄ３〜Ｄ６、バーチャルの左右２ｃｈ）の調整に合わせて、このような調整をする装置または機能が６つ必要となる。

なお、この調整を、スピーカの配置を左右対称として、１３２ＬＤ＝１３２ＲＤ、１３２ＬＣ＝１３２ＲＣとして３つに省略することも可能である。また、このような調整を省略する他の方法として、図４（Ｄ）のつまみ５１〜５３を１個づつとし、図３で示したディップＤ１、Ｄ２、Ｄ３の調整を連動させることにより、左右ｃｈで２つに簡略化する簡易な構成も考えられる。

また、図４で示したディップＤは、モデル頭部伝達関数に起因するのであるが、ディップＤの中心周波数は、顔の形状、両耳の到達距離差による音声の干渉によると考えられ、顔の狭い聴取者の場合、この到達距離差は小さく、ディップの中心周波数は大きくなる。したがって、図４（Ｄ）の周波数調整つまみ５１の調整を連動させることにより、左右ｃｈで２つに簡略化する構成であっても良い。また、ディップＤの中心周波数でなく、つまみには顔の幅で表示するものであっても良い。
再度、図３（Ｃ）、（Ｄ）に戻り、ディップＤ４、Ｄ５、Ｄ６について説明する。
Ｄ４は、図２（Ａ）で示した中高周波のディップＤ１をＦ１の部分で平滑化したフィルタ（この周波数特性は図３（Ａ）参照。）に対し、周波数の一部をカットしてＤ１に相当するディップを形成したものである。
Ｄ５は、図２（Ｂ）で示した中高周波のディップＤ２をＦ２の部分で平滑化したフィルタ（この周波数特性は図３（Ｂ）参照。）に対し、周波数の一部をカットしてＤ２に相当するディップを形成したものである。
Ｄ６は、図２（Ｂ）で示した中高周波のディップＤ３をＦ３の部分で平滑化したフィルタ（この周波数特性は図３（Ｂ）参照。）に対し、周波数の一部をカットしてＤ３に相当するディップを形成したものである。これらのディップＤ４、Ｄ５、Ｄ６は、それぞれ、単にＤ１、Ｄ２、Ｄ３と同様のものを再現するのではなく、以上図４で説明したように中心周波数、幅、ディップのゲインを調整した上で形成する。

以下、図１の説明で前述したクロストークキャンセル補正回路１３３のフィルタ係数を求める方法について、再度図１を用いて補足説明を行なう。

図１のクロストークキャンセル補正回路１３３では、前のスピーカＲＳ、ＬＳから両耳までの空間伝達をシミュレーションした、または実験により実測した、モデル頭部伝達関数を用いる。このモデル頭部伝達関数は、前述したとおり、図１のメモリ３１にデータテーブルとして格納している。コントローラ３２は、図１のメモリ３１に格納しているデータテーブルから、適切なモデル頭部伝達関数を（スピーカＬＳ、ＲＳ）対（左耳、右耳）の４通りについて選択する。具体的には、以下のような関数を選択し、説明の便宜上、以下のように定める。即ち、
（ＬｃｈスピーカＬＳ→左耳）の経路のモデル頭部伝達関数をＬＤ（Ｚ）、
（ＬｃｈスピーカＬＳ→右耳）の経路のモデル頭部伝達関数をＬＣ（Ｚ）、
（ＲｃｈスピーカＲＳ→左耳）の経路のモデル頭部伝達関数をＲＣ（Ｚ）、
（ＲｃｈスピーカＲＳ→右耳）の経路のモデル頭部伝達関数をＲＤ（Ｚ）、
（それぞれ離散領域で、Ｚ変換したものである。Ｚは遅延を表すものとする。以下「（Ｚ）」は、省略する。）とする。このように定義すると、Ｌｃｈダイレクト補正１３３ＬＤ、Ｌｃｈクロス補正１３３ＬＣ、Ｒｃｈクロス補正１３３ＲＣ、Ｒｃｈダイレクト補正１３３ＲＤの伝達関数ＬＤ、ＬＣ、ＲＣ、ＲＤのフィルタの係数は、以下のように計算することで求められる。

まず、両耳で聴取される音声は、図１で示すような後方のリアバーチャルスピーカＬＳＶ、ＲＳＶの音場を模擬した、リア定位計算部１３１の出力そのものを両耳に伝達するため、以下のように音場形成する必要がある。

なお、”≒”は、左辺の音声をマイク等により電気信号に変換すれば等価になるということを表すものとする（以下、同じ。）。

次に、これらの後方から耳に伝達される成分は、頭部周囲の音響環境により、加算器１３５Ｃ、１３５Ｄの出力は、前方のスピーカから両耳への空間伝搬によりデフォルメされて、上述のモデル頭部伝達関数ＬＤ、ＬＣ、ＲＣ、ＲＤを用いて、以下のように伝達されるとモデル化できる。

なぜなら、音声は重ね合わせにより計算できるからである。

したがって、図１の加算器１３５Ｃ、１３５Ｄで出力すべき音声信号は、以下のとおりになる。

以上の説明から、図１の加算器１３５Ｃ、加算器１３５Ｄで生成すべきディジタルデータは、この式で求めた前述の音声のバーチャルリアスピーカの成分に相当するディジタルデータである。よって、クロストークキャンセル補正回路１３３の伝達関数は、それぞれ、
Ｌｃｈダイレクト補正は、ＲＤ／（ＲＤ×ＬＤ−ＲＣ×ＬＣ）、
Ｌｃｈクロス補正は、ＬＣ／（ＲＤ×ＬＤ−ＲＣ×ＬＣ）、
Ｒｃｈクロス補正は、ＲＣ／（ＲＤ×ＬＤ−ＲＣ×ＬＣ）、
Ｒｃｈダイレクト補正は、ＬＤ／（ＲＤ×ＬＤ−ＲＣ×ＬＣ）、
となる。なお、「×」は、畳み込みを表し、Ｌｃｈクロス補正１３３ＬＣ、Ｒｃｈクロス補正ＲＣを畳み込んだデータは、それぞれ加算器１３５Ｃにおいて、−１倍されて加算される。

以上のようにして、図１のクロストークキャンセル回路１３３、加算器１３５Ｃ、１３５Ｄを経たディジタル音声入力は、加算器１３５Ａ、１３５ＢでＬｃｈ、Ｒｃｈのデータに加算される。そして、この加算されたデータは、２ｃｈのデータとしてＤ／Ａ変換器２２に出力され、電子ボリューム４１とパワーアンプを介して、スピーカＬＳ、ＲＳにより音声に変換される。

なお、前述図１の説明で示したクロストークキャンセル補正の計算は、実際には時間遅延のタップ数が多く、計算に困難を伴う場合もある。そこで、実用的な範囲の近似として、クロス方向のモデル頭部伝達関数の逆関数をダイレクト方向側から加えて、クロス方向の影響をキャンセルすることが行なわれている（例えば特許文献１参照。）。

また、本実施形態の装置で示した数値や、この図４（Ｄ）で示した調整パネル５の形状は、本発明を限定するものでなく、他の構成もありうる。

本実施形態に係る音像定位装置の構成について示す。本実施形態に係る音像定位装置のリア定位付加１３１に使用するモデル頭部伝達関数のゲイン線図を示す。本実施形態に係る音像定位装置のバーチャル定位付加のフィルタに接続するフィルタＰＥＱについての動作概念図を示す。本実施形態に係る音像定位装置のバーチャル定位付加のフィルタの調整方法を表す図を示す。

符号の説明

１０−ＤＳＰ
１３−ポストプロセッシング用ＤＳＰ
１３１−リア定位付加
１３１ＬＤ−フィルタ
１３１ＬＣ−フィルタ
１３１ＲＣ−フィルタ
１３１ＲＤ−フィルタ
１３１Ｌ−ＬＳリア定位計算部
１３１Ｒ−ＲＳリア定位計算部
１３２−ＰＥＱ
１３２ＬＤ−ＰＥＱ
１３２ＬＣ−ＰＥＱ
１３２ＲＣ−ＰＥＱ
１３２ＲＤ−ＰＥＱ
１３３−クロストークキャンセル補正回路
１３３ＬＤ−Ｌｃｈダイレクト補正
１３３ＬＣ−Ｌｃｈクロス補正
１３３ＲＣ−Ｒｃｈクロス補正
１３３ＲＤ−Ｒｃｈダイレクト補正
１３５Ａ−加算器
１３５Ｂ−加算器
１３５Ｃ−加算器
１３５Ｄ−加算器
１４−デコーダ
２１−Ａ／Ｄ変換器
２２−Ｄ／Ａ変換器
２３−ＤＩＲ
２４−ＨＤＭＩ
３１−メモリ
３２−コントローラ
３３−ユーザインターフェース
４１−電子ボリューム
４２−パワーアンプ
５−調整パネル
５１−周波数調整つまみ
５２−ゲイン調整つまみ
５３−Ｑ値調整つまみ
１００−聴取者（ダミーヘッド）
１０１Ｄ−前方ダイレクト方向
１０１Ｃ−前方クロス方向
１０２Ｄ−後方ダイレクト方向
１０２Ｃ−後方クロス方向
１０３−聴取者の顔の向き
ＬＳ−Ｌｃｈスピーカ
ＲＳ−Ｒｃｈスピーカ
ＬＳＶ−ＬＳリアバーチャルスピーカ
ＲＳＶ−ＲＳリアバーチャルスピーカ
Ｄ−ディップ
Ｄ１〜Ｄ５−ディップ
Ｆ１、Ｆ２−平滑部分
Ｍ１−左の耳
Ｍ２−右の耳

Claims

聴取位置の前方に位置する２ｃｈスピーカに接続され、左音声信号、右音声信号、および、リア音声信号を含む複数の音声信号を２ｃｈの音声信号に合成する音像定位装置であって、
前記リア音声信号に対して、聴取位置の後方に位置する仮想音源から聴取者の一方の耳へ至る空間伝達経路の伝達特性を付与する第１バーチャル特性付与フィルタと、
前記リア音声信号に対して、聴取位置の後方に位置する仮想音源から聴取者の他方の耳へ至る空間伝達経路の伝達特性を付与する第２バーチャル特性付与フィルタと、
前記第１及び第２バーチャル特性付与フィルタにより伝達特性が付与された各リア音声信号に対して、それぞれ中高周波数領域である１〜２０ｋＨｚに存在するディップを平滑化した周波数特性に修正する第１のフィルタと、
該第１のフィルタにより修正された各リア音声信号に対して、それぞれ中高周波数領域の一部をカットして、前記空間伝達経路に応じたディップを形成する第２のフィルタと、
形成したディップの少なくとも中心周波数を調整する調整手段と、
該調整手段により調整された各リア音声信号を左音声信号および右音声信号に足し込む加算器と
を備えている音像定位装置。
前記調整手段は、
ディップのゲイン及び周波数幅をさらに調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の音像定位装置。
聴取者の顔の幅の入力を受け付ける手段
をさらに備え、
前記調整手段は、
受け付けた顔の幅に基づいて、ディップの中心周波数を調整する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の音像定位装置。
前記調整手段により調整された各リア音声信号に対して、実際のスピーカの位置から聴取者の耳へ至る空間伝搬経路の伝達特性をキャンセルするクロストークキャンセルフィルタ
をさらに備え、
前記加算器は、
前記クロストークキャンセルフィルタにより伝達特性がキャンセルされた各リア音声信号を左音声信号および右音声信号に足し込む
ことを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の音像定位装置。