JP5324663B2 - 音響信号処理装置および音響信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、頭部伝達関数を用いた音像定位処理を行う音響信号処理技術に関し、特に受聴位置前方に設置したスピーカ（「フロントスピーカ」と呼ぶ）と耳近傍に設置したスピーカ（「耳近傍スピーカ」と呼ぶ）とを用いて所望の位置に仮想音像定位を実現する機能を有する音響信号処理装置および音響信号処理方法に関する。

仮想音像定位技術において、頭部伝達関数（ＨＲＴＦ：Head-Related Transfer Function）を用いて前方および後方の仮想音像定位を実現する手法がある。

この手法では次のようにして仮想音像を生成する。

まず、仮想音像を定位させたい位置にスピーカを設置し、このスピーカから受聴者の外耳道入り口までの頭部伝達関数を測定する。測定されたこの頭部伝達関数を目標特性とする。続いて、再生音源を再生するために用いる再生スピーカから受聴位置までの頭部伝達関数を測定する。また、測定されたこの頭部伝達関数を再生特性とする。ここで、仮想音像を定位させたい位置に設置したスピーカは、目標特性を測定することにのみ用いられ、再生の際には設置されない。再生スピーカのみが再生音源を再生するために用いられる。

そして、目標特性と再生特性を用いて仮想音像定位のための頭部伝達関数を算出する。算出される頭部伝達関数をフィルタ特性とする。このフィルタ特性を再生音源に畳み込んで再生スピーカから再生することにより、音自体は再生スピーカから再生されているが、受聴者には、定位させたい位置に設置したスピーカからあたかも実際に音が出力されているように聴き取れる、仮想音像を実現することが可能となる。

このように仮想音像を生成する際に、再生音源を再生するために用いる再生スピーカは、（１）フロントバーチャルサラウンドシステムに代表されるように受聴者前方に設置される場合や、（２）これら両方を組み合わせて受聴者前方に設置したフロントスピーカと受聴者の耳近傍に設置した耳近傍スピーカとを用いる場合がある。このフロントスピーカと耳近傍スピーカとを用いることで、より仮想音像の定位精度を向上させる手法が記載されている（特許文献１参照）。

特開２００７−１９９４０号公報

しかし、上記従来のフロントスピーカと耳近傍スピーカとを組み合わせる手法を用いると、スピーカと受聴者との物理的距離が近いスピーカである耳近傍スピーカを用いて主に再生する信号において、再生音源のＬチャネルとＲチャネルとの相関が非常に高い場合には、それぞれの再生信号の仮想音像は所望の仮想音像位置に定位することは少なく、多くは受聴者の両耳からの距離が等しい面上、かつ、頭内に定位する傾向が強い。そのため、意図した位置に仮想音像は定位せず、十分な仮想音像定位感が得られないという問題がある。

上記従来の課題を解決するため、本発明の一形態である音響信号処理装置は、受聴位置の前方に設置した２以上の実スピーカと、受聴者の耳近傍に設置した２以上の実スピーカとで再生される音を、仮想的な位置に想定された仮想スピーカで再生されているように受聴者に知覚させる音響信号処理装置であって、左右１対の入力信号に対して、前記１対の入力信号間の相関の度合いを分析する分析部と、前記分析部の分析結果に応じて、受聴位置の前方に設置した前記実スピーカから出力される信号と、受聴者の耳近傍に設置した前記実スピーカから出力される信号との割合を制御する制御部とを備える。

これにより、本発明の一形態である音響信号処理装置は、左右１対の入力信号間の相関の度合いに応じて、受聴位置の前方に設置した実スピーカと受聴者の耳近傍に設置した実スピーカとから出力される信号との割合を制御することができるので、左右１対の入力信号の特性に起因して、頭内に音像が定位しやすくなる度合いに応じて、頭内に音像を定位させやすい耳近傍スピーカと、頭内に音像を定位させにくい前方スピーカとを使用する割合を決定することができ、より精度よく所望の仮想スピーカの位置に音像を定位させることができる。また、１対の入力信号の相関が低く、仮想音像が頭内定位しにくい音源であるときには、所望の仮想スピーカの位置に対して部屋の影響による特性変化などを受けにくい耳近傍スピーカからより多くの信号が出力されるように制御することができる。

また、前記制御部は、前記分析部の判定結果に応じて、前記相関が高いときには前記受聴位置の前方に設置した実スピーカからより多く信号が出力され、前記相関が低いときには前記受聴者の耳近傍に設置したスピーカからより多くの信号が出力されるように前記割合を制御するとしてもよい。

従って、本発明の他の形態である音響信号処理装置によれば、入力信号が頭内に音像が定位しやすい信号であればあるほど、頭内に音像を定位させやすい耳近傍のスピーカを避けて、頭内に音像を定位させにくい前方スピーカからより多く信号が出力されるように制御することができ、より精度よく所望の仮想スピーカの位置に音像を定位させることができるという効果がある。また、１対の入力信号の相関が低く、仮想音像が頭内定位しにくい音源であるときには、所望の仮想スピーカの位置に対して部屋の影響による特性変化などを受けにくい耳近傍スピーカからより多くの信号が出力されるように制御することができる。

また、前記音響信号処理装置はさらに、前記１対の入力信号を、所定の周波数よりも高い周波数を有する高域成分と、前記所定の周波数以下の周波数を有する低域成分とに分割する分割部を備え、前記分析部は、前記分割部によって分割された前記入力信号の前記高域成分の相関の度合いを分析し、前記制御部は、前記分析部の判定結果に応じて、前記相関が高いときには前記受聴位置の前方に設置したスピーカからより多く前記高域成分が出力され、前記相関が低いときには前記受聴者の耳近傍に設置したスピーカからより多く前記高域成分が出力されるように前記割合を制御するとしてもよい。

従って、本発明のさらに他の形態である音響信号処理装置によれば、受聴者の耳近傍に設置したスピーカでは高い出力を得られない低域成分を受聴位置の前方に設置したスピーカから出力するとともに、受聴者の耳近傍に設置したスピーカによって十分な出力を得られる高域成分に対して、頭内に音像を定位させやすい度合いが大きいほど、頭内に音像を定位させやすい受聴者の耳近傍に設置したスピーカを避け、頭内に音像を定位させにくい受聴位置の前方に設置したスピーカからより多くの高域成分が出力されるように制御することができ、より精度よく所望の仮想スピーカの位置に音像を定位させることができる。

なお、本発明は、装置として実現できるだけでなく、その装置を構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体として実現したり、そのプログラムを示す情報、データ又は信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データおよび信号は、インターネット等の通信ネットワークを介して配信してもよい。

本発明によれば、音響信号処理装置は、耳近傍スピーカから再生された音が頭内に定位することを抑制し、仮想音像をより精度よく所望の位置に定位させることができる。

図１は、本実施の形態の音響信号処理装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本実施の形態の音響信号処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図３（ａ）および（ｂ）は、本実施の形態の音響信号処理装置における相関関係分析部と出力信号制御部との処理に用いられるデータの一例を示す図である。 図４は、本実施の形態の音響信号処理装置のより詳細な構成の一例を示すブロック図である。 図５は、本実施の形態の音響信号処理装置のより詳細な構成の他の例を示すブロック図である。 図６は、本実施の形態の音響信号処理装置の動作の他の例を示すフローチャートである。

（実施の形態）
以下、図面を参照しながら、本実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態の音響信号処理装置の構成を示すブロック図である。音響信号処理装置１００は、相関関係分析部３、出力信号制御部４、フロントスピーカ用フィルタ５、耳近傍スピーカ用フィルタ６を備え、さらに前段に、入力端子１および帯域分割部２を備え、後段にフロントＬスピーカ７、フロントＲスピーカ８および耳近傍Ｌスピーカ９、耳近傍Ｒスピーカ１０を備える。なお、本発明において、図１の音響信号処理装置１００の前段に備えられる帯域分割部２は必ずしもなくてよく、帯域分割部２がある場合には音響信号処理装置１００の内部にあってもよいし、外部にあってもよい。以下ではまず、帯域分割部２が備えられていない例について説明する。音響信号処理装置１００は、入力信号であるサラウンドＬチャネル信号（ＳＬ信号）とサラウンドＲチャネル信号（ＳＲ信号）とを１組のフロントスピーカ７、８と１組の耳近傍スピーカ９、１０とを用いて再生することにより、仮想ＳＬ信号と仮想ＳＲ信号とを、それぞれ仮想サラウンドＬチャネルスピーカ（仮想ＳＬスピーカ）１２と仮想サラウンドＲチャネルスピーカ（仮想ＳＲスピーカ）１３の位置に定位させる。

図１に示すように、入力信号であるＳＬ信号とＳＲ信号とは入力端子１から入力される。相関関係分析部３は、入力信号の相関関係を分析する。出力信号制御部４は、相関関係分析部３の分析結果を基に、入力信号の出力先を制御する。フロントスピーカ用フィルタ５は、出力信号制御部４から出力されたＳＬ信号とＳＲ信号とに対して、フロントスピーカ用フィルタ係数に基づくフィルタ処理を行い、フロントＬスピーカ７とフロントＲスピーカ８とに出力する。フロントスピーカ用フィルタ５におけるフロントスピーカ用フィルタ係数に基づくフィルタ処理とは、ＳＬ信号がフロントＬスピーカ７とフロントＲスピーカ８で再生されているにもかかわらず、受聴者には仮想ＳＬスピーカ１２の位置で再生されているように知覚されるような特性をＳＬ信号に与え、ＳＲ信号がフロントＬスピーカ７とフロントＲスピーカ８で再生されているにもかかわらず、受聴者には仮想ＳＲスピーカ１３で再生されているように知覚されるような特性をＳＲ信号に与える処理をいう。耳近傍スピーカ用フィルタ６は、出力信号制御部４から出力されたＳＬ信号とＳＲ信号とに対して、耳近傍スピーカ用フィルタ係数に基づくフィルタ処理を行い、耳近傍Ｌスピーカ９と耳近傍Ｒスピーカ１０とに出力する。耳近傍スピーカ用フィルタ６における耳近傍スピーカ用フィルタ係数に基づくフィルタ処理とは、ＳＬ信号が耳近傍Ｌスピーカ９と耳近傍Ｒスピーカ１０で再生されているにもかかわらず、受聴者には仮想ＳＬスピーカ１２の位置で再生されているように知覚されるような特性をＳＬ信号に与え、ＳＲ信号が耳近傍Ｌスピーカ９と耳近傍Ｒスピーカ１０で再生されているにもかかわらず、受聴者には仮想ＳＲスピーカ１３で再生されているように知覚されるような特性をＳＲ信号に与える処理をいう。このように構成された音響信号処理装置を介して、フロントスピーカ７、８、と耳近傍スピーカ９、１０とから出力される音を聴くことにより、受聴者１１は、実在しない仮想ＳＬスピーカ１２と仮想ＳＲスピーカ１３との位置から仮想的に再生音が聞こえることとなる。

以上のように構成された音像定位処理について、以下に説明する。

まず、相関関係分析部３について説明する。図２は、本実施の形態の音響信号処理装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。相関関係分析部３は、入力信号であるＳＬ信号とＳＲ信号とを処理対象とし、両信号の相互相関関数を、以下に示す（式１）により算出する（Ｓ２１）。

相互相関関数の算出は、（式１）のように時間領域（ｘは時刻）で算出してもよく、時間波形をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）でフーリエ変換した後に周波数領域で算出しても構わない。

ここで、φ₁₂(τ)は相互相関関数の出力である相関値を表し、値が大きいほど相関が高いことを表す。ｇ₁( )、ｇ₂( )は、入力されたＳＬ信号、ＳＲ信号を表し、τはｇ₁( )、ｇ₂( )の時間軸上のずれを表す。すなわち、τ＝０の場合のみを考慮する場合は、両信号が同位相の場合の相関値を算出することに等しく、φ₁₂(τ)の出力値は１つだけである。一方、τ＝ｎの場合にはφ₁₂(τ)の出力値は（２×n＋１）個存在するため、この場合にはφ₁₂(τ)の出力値のうち、最大の値をφ₁₂(τ)の出力値とする。なお、（式１）は正規化により、０≦φ₁₂(τ)≦１である。

続いて、相関関係分析部３は、得られた相互相関関数φ₁₂(τ)の出力値と閾値Ｓとの比較を行う（Ｓ２２）。比較の結果、相互相関関数φ₁₂(τ)の出力値の方が閾値Ｓよりも大きい場合は相関が高いと判断し、相互相関関数φ₁₂(τ)の出力値の方が閾値Ｓよりも小さい場合には相関が低いと判断する。ここで、閾値Ｓは、例えば、次のようにして定める。予め耳近傍スピーカを用いた仮想音像生成方式において、主観評価実験等により信号の相関値と仮想音像の定位精度の関係を明らかにし、そして仮想音像が定位しなくなる最大の相関値を閾値Ｓとして用いる。そして、帯域分割部２から出力された入力信号とともに、相関関係の分析結果を出力信号制御部４に出力する。

次に、出力信号制御部４の動作について説明する。

図３（ａ）および（ｂ）は、本実施の形態の音響信号処理装置における相関関係分析部と出力信号制御部との処理に用いられるデータの一例を示す図である。図３（ａ）は、相関関係分析部３によって算出された相関値に対して、配分比を割り当てるための相関値の区間を示している。割り当てられる配分比は、フロントスピーカと耳近傍スピーカとに信号を配分する割合を示している。例えば、図３（ａ）に示すように、配分比は、相関値の取りうる値の範囲を８つの区間に分割し、分割されたそれぞれの区間に対して割り当てられる。ここでは、０から１の間の値をとる相関値に対して、例えば、閾値Ｓを境界とし、相関値が閾値Ｓより小さい値をとる範囲と、相関値が閾値Ｓ以上の値をとる範囲とをそれぞれ４つの区間、すなわち、区間（１）〜（４）と、区間（５）〜（８）とに分割し、分割されたそれぞれの区間に対して所定の配分比を割り当てている。なお、閾値Ｓの値は、必ずしも０．５ではなく、閾値Ｓの前後の区間も均等分割されたものとは限らない。例えば、相関値が閾値Ｓよりも低い側では、高い側に比べて大きな区間幅で、または区間数を少なく分割し、相関値が閾値Ｓよりも高い側では、低い側に比べて小さな区間幅で、または区間数を多く分割するとしてもよい。また、相関値が閾値Ｓから近いほど区間幅を小さく分割し、閾値Ｓから遠ざかるほど区間幅を大きく分割するとしてもよい。

この例において、上記ステップＳ２２において、相関関係分析部３が相関値と閾値とを比較する処理は、相関関数を用いて算出された相関値が図３（ａ）に示されたいずれの区間に相当するかを検出する処理に対応する。

次いで、出力信号制御部４は、相関関数から算出された相関値が閾値Ｓよりも小さいほどＳＬ信号とＳＲ信号との相関が低いので、算出された相関値が低いほど、ＳＬ信号とＳＲ信号とが耳近傍スピーカからより多く出力されるよう制御する。また、相関値が閾値Ｓよりも大きいほど、ＳＬ信号とＳＲ信号との相関が高いので、出力信号制御部４は相関値が閾値Ｓよりも大きいほど、ＳＬ信号とＳＲ信号とがフロントスピーカからより多く出力されるよう制御する。

このような制御は、出力信号制御部４が図３（ａ）に示した各区間の境界となる相関値と、その各区間に割り当てられる配分比とを示したテーブルを参照することによって行われる。図３（ｂ）は、図３（ａ）のように分割された相関値の各区間に対して割り当てられる、フロントスピーカと耳近傍スピーカとへの信号の配分比を示している。

図３（ｂ）に示すように、相関値が最も小さい値をとる区間（１）では、フロントスピーカに対する信号の配分比は０／８であり、耳近傍スピーカに対する配分比は８／８である。すなわち、この場合、ＳＬ信号とＳＲ信号とは、すべて耳近傍スピーカから出力され、フロントスピーカからは出力されないことを示している。ＳＬ信号とＳＲ信号との相関が低いということは、ＳＬ信号とＳＲ信号との表す音の類似度が低く、それぞれ独立した別々の音として認識可能な場合が多く、耳近傍スピーカ用フィルタ６による音像定位処理の結果、頭内定位が起こりにくい。従って、ＳＬ信号とＳＲ信号との相関が低いときは、部屋の影響による特性変化などを受けやすいフロントＬスピーカ７およびフロントＲスピーカ８に比べて、耳近傍Ｌスピーカ９および耳近傍Ｒスピーカ１０からＳＬ信号とＳＲ信号とを出力することによって、受聴者は仮想ＳＬスピーカ１２および仮想ＳＲスピーカ１３の位置に、より精度よく音源を知覚することができるという効果がある。

また、ＳＬ信号とＳＲ信号との相関が最も高い区間（８）では、フロントスピーカに対する信号の配分比は７／８であり、耳近傍スピーカに対する配分比は１／８である。すなわち、この場合、ＳＬ信号とＳＲ信号との７／８は、フロントスピーカから出力され、１／８は、耳近傍スピーカから出力されることを示している。ＳＬ信号とＳＲ信号との相関が高いということは、ＳＬ信号とＳＲ信号との表す音の類似度が高く、モノラル音源に近い音であるため、耳近傍スピーカから出力されたときには頭の中心に定位する可能性が高い。従って、ＳＬ信号とＳＲ信号との相関が高いときは、頭内定位が起こりやすい耳近傍Ｌスピーカ９および耳近傍Ｒスピーカ１０に比べて、フロントＬスピーカ７およびフロントＲスピーカ８からほとんどの信号が出力されるよう制御する。フロントスピーカ用フィルタ５へ出力されたＳＬ信号、ＳＲ信号は仮想音像定位を実現するためのフロントスピーカ用フィルタ処理を施されて、フロントＬスピーカ７、フロントＲスピーカ８から出力される。これによって、受聴者の頭の中心に音像が定位することを防止し、かつ、フロントスピーカ用フィルタ５による音像定位処理により、受聴者は仮想ＳＬスピーカ１２、仮想ＳＲスピーカ１３の位置に仮想音像を知覚させることができるという効果がある。

さらに、ＳＬ信号とＳＲ信号との相関が閾値Ｓに近い区間（５）では、フロントスピーカに対する信号の配分比は４／８であり、耳近傍スピーカに対する配分比は４／８である。耳近傍スピーカ用フィルタ６へ出力されたＳＬ信号、ＳＲ信号は、仮想音像定位を実現するための耳近傍スピーカ用フィルタ６により係数処理を施されて、耳近傍Ｌスピーカ９、耳近傍Ｒスピーカ１０から出力される。また、フロントスピーカ用フィルタ５へ出力されたＳＬ信号、ＳＲ信号は仮想音像定位を実現するためのフロントスピーカ用フィルタ処理を施されて、フロントＬスピーカ７、フロントＲスピーカ８から出力される。これにより、受聴者は仮想ＳＬスピーカ１２、仮想ＳＲスピーカ１３の位置に仮想音像を知覚することが可能となる。

なお、図３に示した例では、０から１の間の相関値を８つの区間に分割したが、区間の数は８に限定されず、いくつに分割してもよい。また、上記の例では、出力信号制御部４が図３（ｂ）に示したような表を記憶していると説明したが、出力信号制御部４は必ずしも表を記憶している必要はない。出力信号制御部４は、表を参照する代わりに、例えば、耳近傍スピーカから出力される信号とフロントスピーカから出力される信号との配分比を、０から１の間の相関値と同値としてもよい。閾値Ｓから相関関係分析部３で算出された相関値までの距離と、閾値Ｓから０までの距離（相関値が閾値Ｓより大である場合は、閾値Ｓから１までの距離）との比として、演算によって配分比を決定してもよい。また、出力信号制御部４は、あらかじめ定めた関数に、相関関係分析部３で算出された相関値を代入して配分比を決定するとしてもよい。さらに、図３（ｂ）では、相関値の区間（１）〜（８）までに対して、（フロントスピーカ０／８、耳近傍スピーカ８／８）から（フロントスピーカ７／８、耳近傍スピーカ１／８）の配分比を割り当てたが、本発明はこれに限定されない。例えば、相関値が最も低い区間（１）であっても、（フロントスピーカ２／８、耳近傍スピーカ６／８）とするような、フロントスピーカへの配分が０にならない値を配分してもよいし、相関値が最も高い区間（８）であっても、（フロントスピーカ６／耳近傍スピーカ２）のように耳近傍スピーカへある程度の割合が割り当てられるような配分としてもよいし、逆に、相関値が最も高い区間（８）では、（フロントスピーカ８／耳近傍スピーカ０）のように耳近傍スピーカへの割合を０としてしまうような配分としてもよい。

上記のように、相関関係分析部３で算出されるＳＬ信号とＳＲ信号との相関値に応じて、耳近傍スピーカとフロントスピーカとから出力される信号の割合を制御する出力信号制御部４は、耳近傍スピーカ用フィルタ６およびフロントスピーカ用フィルタ５の後段にあってもよい。図４は、本実施の形態の音響信号処理装置のより詳細な構成の一例を示すブロック図である。同図に示すように、出力信号制御部４は、相関関係分析部３から入力される相関値に応じて増幅率を可変制御できる増幅器５１および増幅器５２で構成されるとしてもよい。増幅器５１と増幅器５２とは、耳近傍スピーカ用フィルタ６によってフィルタ処理が施されたＳＬ信号とフロントスピーカ用フィルタ５によってフィルタ処理が施されたＳＬ信号とを出力信号制御部４で決定された配分比で増幅して、それぞれ耳近傍Ｌスピーカ９と耳近傍Ｒスピーカ１０、フロントＬスピーカ７とフロントＲスピーカ８に出力する。同時に、増幅器５１と増幅器５２とは、耳近傍スピーカ用フィルタ６によってフィルタ処理が施されたＳＲ信号とフロントスピーカ用フィルタ５によってフィルタ処理が施されたＳＲ信号とを、出力信号制御部４によって決定された配分比（ＳＬ信号と同じ配分比）で増幅し、それぞれ耳近傍Ｌスピーカ９と耳近傍Ｒスピーカ１０、フロントＬスピーカ７とフロントＲスピーカ８とに出力する。

また、相関値に応じて耳近傍スピーカとフロントスピーカとから出力される信号の割合を制御する出力信号制御部４は、耳近傍スピーカ用フィルタ６およびフロントスピーカ用フィルタ５の前段にあってもよい。図５は、本実施の形態の音響信号処理装置のより詳細な構成の他の例を示すブロック図である。同図に示すように、出力信号制御部４は、相関関係分析部３から入力される相関値に応じて増幅率を可変制御できる増幅器５１および増幅器５２で構成される。増幅器５１と増幅器５２とは、入力されたＳＬ信号を、出力信号制御部４で決定された配分比で増幅し、それぞれ耳近傍スピーカ用フィルタ６とフロントスピーカ用フィルタ５とに出力する。同時に、増幅器５１と増幅器５２とは、入力されたＳＲ信号を、出力信号制御部４で決定された配分比（ＳＬ信号と同じ配分比）で増幅し、それぞれ耳近傍スピーカ用フィルタ６とフロントスピーカ用フィルタ５とに出力する。

図４および図５に示したように、出力信号制御部４は、フロントスピーカ用フィルタ５と耳近傍スピーカ用フィルタ６との前段にあっても後段にあっても同様の効果を得ることができる。

なお、上記の例では、ＳＬ信号とＳＲ信号との相関の度合いに応じて、フロントスピーカから出力される信号と、耳近傍スピーカから出力される信号との割合を変更するよう制御した。しかし、本発明はこれに限定されず、例えば、相関値と閾値Ｓとの大小比較により、ＳＬ信号とＳＲ信号とを、フロントスピーカと耳近傍スピーカとのいずれか一方から出力するよう制御するとしてもよい。

以下では、帯域分割部２により、ＳＬ信号とＳＲ信号とを高域と低域とに分割して、低域は常にフロントスピーカから出力し、高域は相関が高いときフロントスピーカから出力し、相関が低いときは耳近傍スピーカから出力するよう制御する例について説明する。

まず、帯域分割部２について説明する。

帯域分割部２は、入力端子１から入力されるＳＬ信号とＳＲ信号とに対して、仮想音像の定位精度に基づき帯域分割を行う。帯域分割部２は、帯域分割の際に、入力信号を、仮想音像の定位精度に与える影響が大きい高域（一般に、１ｋＨｚ以上）と、それ以下の低域とに分割する。帯域分割部２は、このように所定の周波数を境界にして入力信号を帯域に分割するように構成してもよいし、低域通過フィルタと高域通過フィルタとの組み合わせで構成してもよい。

帯域分割部２により帯域分割された信号は、相関関係分析部３に出力される。相関関係分析部３は、帯域分割部２から出力された信号のうち高域について、ＳＬ信号とＳＲ信号との相関関係を分析する。

帯域分割部２により帯域分割した低域については、信号間の相関関係に関わりなく低域再生能力が高いフロントスピーカから出力させる。フロントＬスピーカ７とフロントＲスピーカ８と、耳近傍Ｌスピーカ９と耳近傍Ｒスピーカ１０とのうち、低域再生能力が高いのはフロントＬスピーカ７とフロントＲスピーカ８とであるので、低域については、相関関係の分析は行わずに出力信号制御部４に出力し、その後、フロントスピーカ用フィルタ５に出力する。もちろん、帯域分割した低域については、帯域分割部２からの出力結果をそのままフロントスピーカ用フィルタ５に出力するよう構成してもよい。

帯域分割した高域については、適切な再生スピーカを決定するために、帯域分割部２は以下の判断を行い、フロントスピーカおよび耳近傍スピーカのいずれで再生するかを決定する。

以下、簡単のために、高域のＳＬ信号、高域のＳＲ信号を単にＳＬ信号、ＳＲ信号と表記する。

次に、相関関係分析部３について説明する。図６は、本実施の形態の音響信号処理装置１００の動作の他の例を示すフローチャートである。相関関係分析部３は、帯域分割部２の出力であるＳＬ信号とＳＲ信号とを処理対象とし、両信号の相互相関関数を、（式１）により算出する（Ｓ３１）。相互相関関数の算出は、（式１）のように時間領域（ｘは時刻）で算出してもよく、時間波形をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）でフーリエ変換した後に周波数領域で算出しても構わない。

この場合、式１において、ｇ₁( )、ｇ₂( )は、帯域分割部２により帯域を分割されたＳＬ信号、ＳＲ信号を表し、τはｇ₁( )、ｇ₂( )の時間軸上のずれを表す。

続いて、相関関係分析部３は、得られた相互相関関数φ₁₂(τ)の出力値と閾値Ｓとの比較を行う（Ｓ３２）。相関関係分析部３は、相互相関関数φ₁₂(τ)の出力値の方が閾値Ｓよりも大きい場合は相関が高いと判断し、相互相関関数φ₁₂(τ)の出力値の方が閾値Ｓ以下の場合には相関が低いと判断する（Ｓ３３）。そして、帯域分割部２から出力された入力信号とともに、相関関係の分析結果を出力信号制御部４に出力する。

次に、出力信号制御部４の動作について説明する。

相関関係分析部３の分析結果により、相関が高いと判断された場合（Ｓ３３においてＹｅｓ）は、ＳＬ信号、ＳＲ信号をフロントスピーカ用フィルタ５へ出力する（Ｓ３４）。また、帯域分割部２により帯域分割された低域に関するＳＬ信号、ＳＲ信号はフロントスピーカ用フィルタ５に出力する。

フロントスピーカ用フィルタ５へ出力されたＳＬ信号、ＳＲ信号は仮想音像定位を実現するためのフロントスピーカ用フィルタ処理を施されて、フロントＬスピーカ７、フロントＲスピーカ８から出力されることにより、受聴者は仮想ＳＬスピーカ１２、仮想ＳＲスピーカ１３の位置に仮想音像を知覚することが可能となる。

相関関係分析部３の分析結果により、相関が低いと判定された場合（Ｓ３３においてＮｏ）は、ＳＬ信号、ＳＲ信号を耳近傍スピーカ用フィルタ６へ出力する（Ｓ３５）。

耳近傍スピーカ用フィルタ６へ出力されたＳＬ信号、ＳＲ信号は仮想音像定位を実現するための耳近傍スピーカ用フィルタ係数処理を施されて、耳近傍Ｌスピーカ９、耳近傍Ｒスピーカ１０から出力されることにより、受聴者は仮想ＳＬスピーカ１２、仮想ＳＲスピーカ１３の位置に仮想音像を知覚することが可能となる。

なお、本実施の形態では帯域分割部２では必ずしも低域と高域の２つに分割するだけではなく、複数の帯域に分割するように構成しても構わない。

また、相関関係分析部３は帯域分割部２から受けた入力信号について、高域や所定の帯域のみについては相関関係を分析した結果を、それ以外については相関関係が低いものとして判断し、出力信号制御部４に出力するように構成しても構わない。また、相関関係を判断する対象の入力信号のみを帯域分割部２から相関関係分析部３に出力するようにしても構わないし、全ての入力信号を相関関係分析部３に出力するように構成しても構わない。

また、上記実施の形態では、耳近傍スピーカ用フィルタ６とフロントスピーカ用フィルタ５とが音響信号処理装置１００に内蔵されるとして説明したが、耳近傍スピーカ用フィルタ６とフロントスピーカ用フィルタ５とが出力信号制御部４の後段に備えられる場合には、音響信号処理装置１００の外部に備えられる構成としてもよい。

さらに、上記実施の形態では、帯域分割部２によりＳＬ信号とＳＲ信号とを低域と高域とに分割し、低域は常にフロントスピーカから出力されるよう制御し、高域は、ＳＬ信号とＳＲ信号との相関値が閾値以下の場合には耳近傍スピーカから出力されるよう制御し、ＳＬ信号とＳＲ信号との相関値が閾値を超える場合にはフロントスピーカから出力されるよう制御した。しかし、本発明はこれに限定されず、例えば、帯域分割部２により分割された高域のＳＬ信号、ＳＲ信号を、高域のＳＬ信号、ＳＲ信号の相関の度合いに応じた割合で、フロントスピーカと耳近傍スピーカとに配分するよう制御してもよいことはいうまでもない。

（用語の説明）
なお、上記実施の形態における相関関係分析部３は、入力信号間の相関の度合いを分析する分析部に相当し、出力信号制御部４は、相関関係分析部３の分析結果に応じて、受聴位置の前方に設置した実スピーカから出力される信号と、受聴者の耳近傍に設置した実スピーカから出力される信号との割合を制御する制御部に相当する。また、帯域分割部２は、１対の入力信号を、所定の周波数よりも高い周波数を有する高域成分と、前記所定の周波数以下の周波数を有する低域成分とに分割する分割部に相当する。

なお、ブロック図（図１、５、６など）の各機能ブロックは典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されても良い。

例えばメモリ以外の機能ブロックが１チップ化されていても良い。

ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。

さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。

また、各機能ブロックのうち、符号化または復号化の対象となるデータを格納する手段だけ１チップ化せずに別構成としても良い。

以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、この発明と同一の範囲において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

本発明は、音楽信号が再生可能で２組以上の対となるスピーカを駆動する装置を備えた機器に適用でき、特にサラウンドシステム、ＴＶ、ＡＶアンプ、コンポ、携帯電話機、ポータブルオーディオ機器等に適用できる。

１ 入力端子
２ 帯域分割部
３ 相関関係分析部
４ 出力信号制御部
５ フロントスピーカ用フィルタ
６ 耳近傍スピーカ用フィルタ
７ フロントＬスピーカ
８ フロントＲスピーカ
９ 耳近傍Ｌスピーカ
１０ 耳近傍Ｒスピーカ
１１ 受聴者
１２ 仮想ＳＬスピーカ
１３ 仮想ＳＲスピーカ

Claims (2)

1. 受聴位置の前方に設置した２以上の実スピーカと、受聴者の耳近傍に設置した２以上の実スピーカとで再生される音を、仮想的な位置に想定された仮想スピーカで再生されているように受聴者に知覚させる音響信号処理装置であって、
   左右１対の入力信号に対して、前記１対の入力信号間の相関の度合いを分析する分析部と、
   前記分析部の分析結果に応じて、受聴位置の前方に設置した前記実スピーカから出力される信号と、受聴者の耳近傍に設置した前記実スピーカから出力される信号との割合を制御する制御部と、
   前記１対の入力信号を、所定の周波数よりも高い周波数を有する高域成分と、前記所定の周波数以下の周波数を有する低域成分とに分割する分割部とを備え、
   前記分析部は、前記分割部によって分割された前記入力信号の前記高域成分の相関の度合いを分析し、
   前記制御部は、前記分析部の判定結果に応じて、前記相関が高いときには前記受聴位置の前方に設置したスピーカからより多く前記高域成分が出力され、前記相関が低いときには前記受聴者の耳近傍に設置したスピーカからより多く前記高域成分が出力されるように前記割合を制御する
   音響信号処理装置。
2. 受聴位置の前方に設置した２以上の実スピーカと、受聴者の耳近傍に設置した２以上の実スピーカとで再生される音を、仮想的な位置に想定された仮想スピーカで再生されているように受聴者に知覚させる音響信号処理方法であって、
   左右１対の入力信号に対して、前記１対の入力信号間の相関の度合いを分析し、
   前記分析部の分析結果に応じて、受聴位置の前方に設置した前記実スピーカから出力される信号と、受聴者の耳近傍に設置した前記実スピーカから出力される信号との割合を制御し、
   前記１対の入力信号を、所定の周波数よりも高い周波数を有する高域成分と、前記所定の周波数以下の周波数を有する低域成分とに分割し、
   前記分析では、分割された前記入力信号の前記高域成分の相関の度合いを分析し、
   前記制御では、前記分析による判定結果に応じて、前記相関が高いときには前記受聴位置の前方に設置したスピーカからより多く前記高域成分が出力され、前記相関が低いときには前記受聴者の耳近傍に設置したスピーカからより多く前記高域成分が出力されるように前記割合を制御する
   音響信号処理方法。

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