JP6407568B2 - 音響制御装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、音響制御装置を備えたスピーカシステムに関する。

立体音響効果をフロントスピーカによって模擬する技法が知られている。立体音響効果とは、あたかも仮想音源から音が聴こえてくるように聴取者が錯覚する効果のことである。しかしながら、スピーカ再生において、立体音響効果などの音響効果をうまく実現することは困難である。

特開２０１３−３１１４５号公報

本発明が解決しようとする課題は、所望の音響効果を達成することができる音響制御装置を提供することである。

一実施形態に係る、第１から第Ｍ（Ｍは２以上の整数）のスピーカを備えるスピーカシステムに適用される音響制御装置は、第１から第Ｍの制御フィルタ、第（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の制御フィルタ、及び第１から第Ｍの加算器を備える。第１から第Ｍの制御フィルタは、第１の入力音響信号に第１から第Ｍの制御フィルタ係数を畳み込むことによって第１から第Ｍの音響信号を生成する。第（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の制御フィルタは、第２の入力音響信号に第（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の制御フィルタ係数を畳み込むことによって第（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の音響信号を生成する。第１から第Ｍの加算器は、前記第１から第Ｍの音響信号に前記第（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の音響信号を加算することによって第１から第Ｍの合成音響信号を生成する。前記第１から第Ｍのスピーカは、前記第１から第Ｍの合成音響信号に従って第１から第Ｍの音を放射する。前記第２から第Ｍの制御フィルタ係数は、少なくとも１つの第１片耳位置における前記第１から第Ｍの音の少なくとも１つの合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、前記第１の制御フィルタ係数と、前記第１から第Ｍのスピーカから前記少なくとも１つの第１片耳位置までの少なくとも１つの第１の音響伝達関数セットと、に基づいて、計算される。前記第（Ｍ＋２）から第（２×Ｍ）の制御フィルタ係数は、少なくとも１つの第２片耳位置における前記第１から第Ｍの音の少なくとも１つの合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、前記第（Ｍ＋１）の制御フィルタ係数と、前記第１から第Ｍのスピーカから前記少なくとも１つの第２片耳位置までの少なくとも１つの第２の音響伝達関数セットと、に基づいて計算される。

第１の実施形態に係る音響制御装置を示すブロック図。 片耳位置の設定例を示す図。 ２つのスピーカを備えるスピーカシステムに適用される場合における第１の実施形態に係る音響制御装置を示すブロック図。 第２の実施形態に係る音響制御装置を示すブロック図。 ２つのスピーカを備えるスピーカシステムに適用される場合における第２の実施形態に係る音響制御装置を示すブロック図。 第３の実施形態に係る音響制御装置を示すブロック図。

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。以下の実施形態では、同一の構成要素に同一の参照符号を付して、重ねての説明を省略する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態は、１チャンネルの音響信号を聴取位置に存在する聴取者の片方の耳に伝達するスピーカシステムに関する。言い換えると、本実施形態のスピーカシステムは、聴取者のもう一方の耳へ伝達される音をできるだけ小さく、可能な限りゼロに近づける。聴取位置は、スピーカシステムが備える複数のスピーカの前方に少なくとも１つ設定される。

図１は、第１の実施形態に係るスピーカシステムを概略的に示している。このスピーカシステムは、図１に示されるように、音響制御装置１０及びＭ個のスピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍを備える。ここで、Ｍは、スピーカＳの数を表し、２以上の整数である。音響制御装置１０は、入力部１１、Ｍ個の制御フィルタ１２−１、１２−２、・・・、１２−Ｍ、及び出力部１３を備える。

入力部１１は、入力音響信号２０を制御フィルタ１２−１、１２−２、・・・、１２−Ｍに入力する。入力音響信号２０は、１チャンネルの音響信号、例えば、バイノーラル音響信号の片方のチャンネル、ステレオ音響信号の片方のチャンネル、モノラル音響信号などである。

制御フィルタ１２−１、１２−２、・・・、１２−Ｍは、制御フィルタ係数Ｗ_１、Ｗ_２、・・・、Ｗ_Ｍを有し、入力音響信号２０に制御フィルタ係数Ｗ_１、Ｗ_２、・・・、Ｗ_Ｍを畳み込むことによってフィルタ音響信号２１−１、２１−２、・・・、２１−Ｍを生成する。例えば、制御フィルタ１２−ｊは、入力音響信号２０に制御フィルタ係数Ｗ_ｊを畳み込むことによってフィルタ音響信号２１−ｊを生成する。ここで、ｊは、１以上Ｍ以下の整数である。フィルタ音響信号２１−１、２１−２、・・・、２１−Ｍは、出力部１３を経由してスピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍに与えられる。

スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍは、フィルタ音響信号２１−１、２１−２、・・・、２１−Ｍに従って音２２−１、２２−２、・・・、２２−Ｍを放射する。例えば、スピーカＳ−ｊは、フィルタ音響信号２１−ｊに従って音２２−ｊを放射する。

音響制御装置１０は、少なくとも１つの片耳位置Ｅにおける合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、制御フィルタ群を用いて音響制御を行う。図１の例では、片耳位置Ｅは１つである。片耳位置とは、各聴取位置について設定され、伝達される音をゼロに近づけようとする位置である。この位置は、聴取者が聴取位置に存在した場合におけるその聴取者の片方の耳（図１の例では左耳）の位置に対応する。片耳位置Ｅの数は聴取位置の数に等しい。合成音圧は、すべてのスピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍから各片耳位置に到達する音の総和である。本実施形態では、合成音圧を可能な限りゼロに近づけ、すなわち、最小化する。

図２は、３つの片耳位置Ｅ−１、Ｅ−２及びＥ−３が設定される例を示している。片耳位置Ｅ−１、Ｅ−２及びＥ−３を含む局所領域において、音がゼロに又は大幅に低減される。実際には片耳位置Ｅ−１、Ｅ−２及びＥ−３同士は図２に示されるように離れてはおらず、２〜１０ｃｍ程度の間隔で配置、設定するのが適切である。なお、図２の例では、聴取者の左耳を制御対象としているが、聴取者の右耳を制御対象とすることも可能である。

各片耳位置Ｅに対して１つの頭部伝達関数セットがある。頭部伝達関数セットは、Ｍ個のスピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍからその片耳位置ＥまでのＭ個の頭部伝達関数の組である。具体的には、図２において、片耳位置Ｅ−１に対応する頭部伝達関数セット（１）は、スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍそれぞれから片耳位置Ｅ−１までのＭ個の頭部伝達関数の組である。片耳位置Ｅ−２に対応する頭部伝達関数セット（２）は、スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍそれぞれから片耳位置Ｅ−２までのＭ個の頭部伝達関数の組である。片耳位置Ｅ−３に対応する頭部伝達関数セット（３）は、スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍそれぞれから片耳位置Ｅ−３までのＭ個の頭部伝達関数の組である。頭部伝達関数は、聴取者の頭部がその聴取位置に存在した場合におけるスピーカから片耳までの音響伝達関数である。なお、頭部伝達関数の代わりに、スピーカから片耳位置までの距離のみに応じて決定された音響伝達関数が使用されてもよい。

使用するスピーカＳの数が多いほど、より多くの聴取位置において、聴取者の片耳へ伝達される音を十分にゼロに近づけることができる。ただし、スピーカＳの数に対して片耳位置Ｅの数が多くなると、伝達される音が十分にゼロに近づかなくなる、すなわち、制御誤差が増える。スピーカＳの数及び片耳位置Ｅの数に上限は無いが、例えば、スピーカの数Ｍは２〜６程度、これに対して片耳位置の数は１〜５程度が適切である。

次に、制御フィルタ係数の計算方法を説明する。ここで、ｉを片耳位置の番号（ｉ＝１〜Ｎ）とし、ｊをスピーカの番号（ｊ＝１〜Ｍ）とする。Ｎは、聴取位置の数を表し、１以上の整数である。ｉ番目の片耳位置Ｅ−ｉにおける合成音圧をＰ_ｉ、ｊ番目のスピーカＳ−ｊからｉ番目の片耳位置Ｅ−ｉまでの頭部伝達関数をＣ_ｉｊ、ｊ番目のスピーカＳ−ｊの出力をｑ_ｊ、ｊ番目の制御フィルタ１２−ｊの制御フィルタ係数をＷ_ｊ、入力音響信号をｓと表すと、次の式（１）及び式（２）が成り立つ。

合成音圧の空間平均Ｑは、例えば、次の式（３）で定義される。

本実施形態では、合成音圧の空間平均Ｑを可能な限りゼロに近づける。すなわち、合成音圧の空間平均Ｑを最小化する。そのための条件式は次の式（４）で表される。

式（４）を満たすＷ_ｊは、下記の式（５）から式（８）に従って計算することができる。なお、制御フィルタ係数Ｗ_１〜Ｗ_Ｍのうちの１つは、任意に決めることができる。本実施形態では、制御フィルタ１２−１の制御フィルタ係数Ｗ_１が予め決定されるものとする。例えば、Ｗ_１＝１とすると、制御フィルタ１２−１はスルー特性となる。すなわち、制御フィルタ１２−１は、入力音響信号を加工せずにそのまま出力する。

式（５）から式（８）に従って算出された制御フィルタ係数Ｗ_１〜Ｗ_Ｍを使えば、片耳位置における合成音圧がゼロに近づくことを数式で確認する。計算を簡単にするために、例として、スピーカＳの数が２個（Ｍ＝２）で、聴取位置の数が１個（Ｎ＝１）の場合を考える。この場合における本実施形態に係るスピーカシステムを図３に示す。式（５）から式（８）を使って制御フィルタ係数Ｗ_ｊを計算すると、次の式（９）になる。

一方、式（２）は、Ｍ＝２、Ｎ＝１である場合には、次の式（１０）のようになる。

式（１０）に式（９）を代入すれば、確かに合成音圧Ｐ_１がゼロになることがわかる。

一例では、制御フィルタ係数Ｗ_１、Ｗ_２、・・・、Ｗ_Ｍは、事前に測定された頭部伝達関数に基づいて決定されることができる。この場合、決定された制御フィルタ係数Ｗ_１、Ｗ_２、・・・、Ｗ_Ｍを保持する制御フィルタ１２−１、１２−２、・・・、１２−Ｍが予め構築される。他の例では、音響制御装置１０は、図１に示されるように、制御フィルタ係数計算部１４をさらに備えることができる。制御フィルタ係数計算部１４は、式（５）から式（８）に従って制御フィルタ係数Ｗ_１、Ｗ_２、・・・、Ｗ_Ｍを決定する。具体的には、制御フィルタ係数計算部１４は、スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍの位置及び少なくとも１つの聴取位置に基づいて、スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍから少なくとも１つの片耳位置Ｅまでの少なくとも１つの頭部伝達関数セットを計算する。続いて、制御フィルタ係数計算部１４は、少なくとも１つの片耳位置Ｅにおける合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、計算した少なくとも１つの頭部伝達関数セットと制御フィルタ係数Ｗ_１とに基づいて制御フィルタ係数Ｗ_２〜Ｗ_Ｍを計算する。スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍの位置及び聴取位置は、例えば、図示しない入力装置を通じて聴取者によって設定される。

以上のように、本実施形態に係るスピーカシステムは、少なくとも１つの片耳位置における合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、制御フィルタ群を用いて入力音響信号に対して音響制御を行い、その結果得られた複数の音響信号を複数のスピーカから放射する。これにより、聴取位置に存在する聴取者の一方の耳に音を伝達しながら、他方の耳に伝達される音をゼロに又は大幅に低減することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、２チャンネルの音響信号に対して第１の実施形態に係る音響制御を適用するスピーカシステムに関し、第１の実施形態に係る制御フィルタ群を２系統組み合わせたものに対応する。第２の実施形態によれば、一方のチャンネルの音響信号を聴取位置にいる聴取者の一方の耳へ伝達し、他方のチャンネルの音響信号をその聴取者の他方の耳へ伝達することができる。

バイノーラル音響信号は、左耳用信号と右耳用信号から成る２チャンネルの音響信号であり、立体的情報を含む。左耳用信号が聴取者の左耳に直接伝達され、右耳用信号が聴取者の右耳に直接伝達された場合に、所望の立体音響効果が達成される。これを実現するには、ヘッドホンやイヤホンを使用するのが最も簡便である。しかしながら、２チャンネルスピーカでバイノーラル音響信号をそのまま再生すると、左耳用信号が聴取者の右耳にも伝達され、右耳用信号が聴取者の左耳にも伝達される。そのため、所望の立体音響効果が達成されない。

本実施形態に係るスピーカシステムを用いてバイノーラル音響信号を再生した場合、左耳用信号が聴取者の左耳に伝達され、右耳用信号が聴取者の右耳に伝達される。すなわち、ヘッドホンやイヤホンを使用する場合と同様に、所望の立体音響効果を達成することができる。

図４は、第２の実施形態に係るスピーカシステムを概略的に示している。このスピーカシステムは、図４に示されるように、音響制御装置４０及びＭ個のスピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍを備える。ここで、Ｍは、スピーカＳの数を表し、２以上の整数である。音響制御装置４０は、入力部４１、Ｍ個の制御フィルタ４２Ｌ−１、４２Ｌ−２、・・・、４２Ｌ−Ｍを含む第１の制御フィルタ群、Ｍ個の制御フィルタ４２Ｒ−１、４２Ｒ−２、・・・、４２Ｒ−Ｍを含む第２の制御フィルタ群、加算部４３及び出力部４５を備える。加算部４３は、Ｍ個の加算器４４−１、４４−２、・・・、４４−Ｍを含む。

入力部４１は、第１の入力音響信号５０Ｌを制御フィルタ４２Ｌ−１、４２Ｌ−２、・・・、４２Ｌ−Ｍに入力し、第２の入力音響信号５０Ｒを制御フィルタ４２Ｒ−１、４２Ｒ−２、・・・、４２Ｒ−Ｍに入力する。本実施形態では、第１の入力音響信号５０Ｌは、バイノーラル音響信号の左耳用信号であり、第２の入力音響信号５０Ｒは、バイノーラル音響信号の右耳用信号である。なお、第１及び第２の入力音響信号５０Ｌ及び５０Ｒは、任意の他の音響信号であってもよい。例えば、第１及び第２の入力音響信号５０Ｌ及び５０Ｒは、ステレオ音響信号の左耳用信号及び右耳用信号であってもよい。

制御フィルタ４２Ｌ−１、４２Ｌ−２、・・・、４２Ｌ−Ｍは、制御フィルタ係数Ｗ_１Ｌ、Ｗ_２Ｌ、・・・、Ｗ_ＭＬを有し、第１の入力音響信号５０Ｌに制御フィルタ係数Ｗ_１Ｌ、Ｗ_２Ｌ、・・・、Ｗ_ＭＬを畳み込むことによってフィルタ音響信号５１Ｌ−１、５１Ｌ−２、・・・、５１Ｌ−Ｍを生成する。例えば、制御フィルタ４２Ｌ−ｊは、第１の入力音響信号５０Ｌに制御フィルタ係数Ｗ_ｊＬを畳み込むことによってフィルタ音響信号５１Ｌ−ｊを生成する。ここで、ｊは、１以上Ｍ以下の整数である。フィルタ音響信号５１Ｌ−１、５１Ｌ−２、・・・、５１Ｌ−Ｍは、加算器４４−１、４４−２、・・・、４４−Ｍに与えられる。

制御フィルタ４２Ｒ−１、４２Ｒ−２、・・・、４２Ｒ−Ｍは、制御フィルタ係数Ｗ_１Ｒ、Ｗ_２Ｒ、・・・、Ｗ_ＭＲを有し、第２の入力音響信号５０Ｒに制御フィルタ係数Ｗ_１Ｒ、Ｗ_２Ｒ、・・・、Ｗ_ＭＲを畳み込むことによってフィルタ音響信号５１Ｒ−１、５１Ｒ−２、・・・、５１Ｒ−Ｍを生成する。例えば、制御フィルタ４２Ｒ−ｊは、第２の入力音響信号５０Ｒに制御フィルタ係数Ｗ_ｊＲを畳み込むことによってフィルタ音響信号５１Ｒ−ｊを生成する。フィルタ音響信号５１Ｒ−１、５１Ｒ−２、・・・、５１Ｒ−Ｍは、加算器４４−１、４４−２、・・・、４４−Ｍに与えられる。

加算器４４−１、４４−２、・・・、４４−Ｍは、フィルタ音響信号５１Ｌ−１、５１Ｌ−２、・・・、５１Ｌ−Ｍにフィルタ音響信号５１Ｒ−１、５１Ｒ−２、・・・、５１Ｒ−Ｍを加算することによって合成音響信号５２−１、５２−２、・・・、５２−Ｍを生成する。例えば、加算器４４−ｊは、フィルタ音響信号５１Ｌ−ｊにフィルタ音響信号５１Ｒ−ｊを加算することによって合成音響信号５２−ｊを生成する。

スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍは、合成音響信号５２−１、５２−２、・・・、５２−Ｍに従って音５３−１、５３−２、・・・、５３−Ｍを放射する。例えば、スピーカＳ−ｊは、合成音響信号５２−ｊに従って音５３−ｊを放射する。

制御フィルタ群は２つの信号処理系統のそれぞれに独立であるが、スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍについては両系統で共用する。このようにスピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍを２つの信号処理系統で共用して構わない理由は、スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍから聴取者まで音波が伝搬する物理現象で重ね合わせの原理が成り立つからである。

本実施形態では、少なくとも１つの聴取位置の各々に対して第１片耳位置ＥＲと第２片耳位置ＥＬの対が設定される。第１片耳位置ＥＲの数及び第２片耳位置ＥＬの数はともに聴取位置の数に等しい。第１片耳位置ＥＲは、聴取者が聴取位置に存在した場合におけるその聴取者の右耳の位置に対応し、第２片耳位置ＥＬは、聴取者が聴取位置に存在した場合におけるその聴取者の左耳の位置に対応する。

第１の制御フィルタ群は、少なくとも１つの聴取位置において、第１の入力音響信号を聴取者の左耳へ伝達するための制御に使用される。制御フィルタ４２Ｌ−１、４２Ｌ−２、・・・、４２Ｌ−Ｍの制御フィルタ係数Ｗ_１Ｌ、Ｗ_２Ｌ、・・・、Ｗ_ＭＬは、少なくとも１つの第１片耳位置ＥＲにおける合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、決定される。具体的には、制御フィルタ係数Ｗ_１Ｌ、Ｗ_２Ｌ、・・・、Ｗ_ＭＬは、第１の実施形態において説明したものと同様の方法で（式（５）から式（８）を用いて）計算される。例えば、制御フィルタ係数Ｗ_２Ｌ、・・・、Ｗ_ＭＬは、少なくとも１つの第１片耳位置ＥＲにおける合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍから少なくとも１つの第１片耳位置ＥＲまでの少なくとも１つの第１の頭部伝達関数セットと、制御フィルタ係数Ｗ_１Ｌと、に基づいて計算される。

制御フィルタ４２Ｒ−１、４２Ｒ−２、・・・、４２Ｒ−Ｍを含む第２の制御フィルタ群は、少なくとも１つの聴取位置において、第２の入力音響信号を聴取者の右耳へ伝達するための制御に使用される。制御フィルタ４２Ｒ−１、４２Ｒ−２、・・・、４２Ｒ−Ｍの制御フィルタ係数Ｗ_１Ｒ、Ｗ_２Ｒ、・・・、Ｗ_ＭＲは、少なくとも１つの第２片耳位置ＥＬにおける合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、決定される。具体的には、制御フィルタ係数Ｗ_１Ｒ、Ｗ_２Ｒ、・・・、Ｗ_ＭＲは、第１の実施形態において説明したものと同様の方法で（式（５）から式（８）を用いて）計算される。例えば、制御フィルタ係数Ｗ_２Ｒ、・・・、Ｗ_ＭＲは、少なくとも１つの第２片耳位置ＥＬにおける合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍから少なくとも１つの第２片耳位置ＥＬまでの少なくとも１つの第２の頭部伝達関数セットと、制御フィルタ係数Ｗ_１Ｒと、に基づいて計算される。

一例では、制御フィルタ係数Ｗ_１Ｌ、Ｗ_２Ｌ、・・・、Ｗ_ＭＬ、Ｗ_１Ｒ、Ｗ_２Ｒ、・・・、Ｗ_ＭＲは、測定された頭部伝達関数に基づいて予め決定され、制御フィルタ４２Ｌ−１、４２Ｌ−２、・・・、４２Ｌ−Ｍ、４２Ｒ−１、４２Ｒ−２、・・・、４２Ｒ−Ｍに設定される。他の例では、音響制御装置４０は、制御フィルタ係数計算部４６Ｌ及び制御フィルタ係数計算部４６Ｒを備える。制御フィルタ係数計算部４６Ｌ及び４６Ｒの各々は、図１に示される制御フィルタ係数計算部１４と同様の動作を行う。具体的には、制御フィルタ係数計算部４６Ｌは、スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍの位置及び少なくとも１つの聴取位置に基づいて、少なくとも１つの第１の頭部伝達関数セットを計算する。続いて、制御フィルタ係数計算部４６Ｌは、少なくとも１つの第１片耳位置ＥＲにおける合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、計算した少なくとも１つの頭部伝達関数セットと制御フィルタ係数Ｗ_１Ｌとに基づいて制御フィルタ係数Ｗ_２Ｌ〜Ｗ_ＭＬを計算する。制御フィルタ係数計算部４６Ｒは、スピーカＳ−１、Ｓ−２、・・・、Ｓ−Ｍの位置及び少なくとも１つの聴取位置に基づいて、少なくとも１つの第２の頭部伝達関数セットを計算する。続いて、制御フィルタ係数計算部４６Ｒは、少なくとも１つの第２片耳位置ＥＬにおける合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、計算した少なくとも１つの頭部伝達関数セットと制御フィルタ係数Ｗ_１Ｒとに基づいて制御フィルタ係数Ｗ_２Ｒ〜Ｗ_ＭＲを計算する。

本実施形態に係るスピーカシステムにおいて、少なくとも１つの聴取位置において、バイノーラル音響信号が聴取者に正しく伝達されることを数式で確認する。計算を簡単にするために、例として、スピーカＳの数が２個（Ｍ＝２）で、聴取位置の数が１個（Ｎ＝１）の場合を考える。この場合における本実施形態に係るスピーカシステムを図５に示す。

図５に示される音響制御装置４０は、制御フィルタ４２Ｌ−１、制御フィルタ４２Ｌ−２、制御フィルタ４２Ｒ−１、制御フィルタ４２Ｒ−２、加算器４４−１、及び加算器４４−２を備える。制御フィルタ４２Ｌ−１は、第１の入力音響信号５０Ｌに制御フィルタ係数Ｗ_１Ｌを畳み込むことによってフィルタ音響信号５１Ｌ−１を生成する。制御フィルタ４２Ｌ−２は、第１の入力音響信号５０Ｌに制御フィルタ係数Ｗ_２Ｌを畳み込むことによってフィルタ音響信号５１Ｌ−２を生成する。制御フィルタ４２Ｒ−１は、第２の入力音響信号５０Ｒに制御フィルタ係数Ｗ_１Ｒを畳み込むことによってフィルタ音響信号５１Ｒ−１を生成する。制御フィルタ４２Ｒ−２は、第２の入力音響信号５０Ｒに制御フィルタ係数Ｗ_２Ｒを畳み込むことによってフィルタ音響信号５１Ｒ−２を生成する。加算器４４−１は、フィルタ音響信号５１Ｌ−１にフィルタ音響信号５１Ｒ−１を加算することによって合成音響信号５２−１を生成する。加算器４４−２は、フィルタ音響信号５１Ｌ−２にフィルタ音響信号５１Ｒ−２を加算することによって合成音響信号５２−２を生成する。

制御フィルタ係数Ｗ_２Ｌは、第１片耳位置ＥＲにおける合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、第１の頭部伝達関数セットと、制御フィルタ係数Ｗ_１Ｌと、に基づいて、計算される。第１の頭部伝達関数セットは、スピーカＳ−１から第１片耳位置ＥＲまでの頭部伝達関数とスピーカＳ−２から第１片耳位置ＥＲまでの頭部伝達関数との組である。制御フィルタ係数Ｗ_２Ｒは、第２片耳位置ＥＬにおける合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、第２の頭部伝達関数セットと制御フィルタ係数Ｗ_１Ｒとに基づいて計算される。第２の頭部伝達関数セットは、スピーカＳ−１から第２片耳位置ＥＬまでの頭部伝達関数とスピーカＳ−２から第２片耳位置ＥＬまでの頭部伝達関数との組である。

次のように記号を定義する。
ｊ：スピーカＳの番号（ｊ＝１、２）
ｓ_Ｌ：第１の入力音響信号（バイノーラル音響信号の左耳用信号）
ｓ_Ｒ：第２の入力音響信号（バイノーラル音響信号の右耳用信号）
Ｗ_１Ｌ：制御フィルタ４２Ｌ−１の制御フィルタ係数
Ｗ_２Ｌ：制御フィルタ４２Ｌ−２の制御フィルタ係数
Ｗ_１Ｒ：制御フィルタ４２Ｒ−１の制御フィルタ係数
Ｗ_２Ｒ：制御フィルタ４２Ｒ−２の制御フィルタ係数
ｑ_ｊ：スピーカＳ−ｊの出力
Ｃ_Ｒｊ：スピーカＳ−ｊから第１片耳位置（聴取者の右耳）ＥＲまでの頭部伝達関数
Ｃ_Ｌｊ：スピーカＳ−ｊから第２片耳位置（聴取者の左耳）ＥＬまでの頭部伝達関数
Ｐ_Ｒ：第１片耳位置（聴取者の右耳）ＥＲにおける合成音圧
Ｐ_Ｌ：第２片耳位置（聴取者の左耳）ＥＬにおける合成音圧

第１制御フィルタ群及び第２制御フィルタ群はそれぞれ第１の実施形態の制御フィルタ群と同様のものであるから、（数９）を参考にして、次の式（１１）及び式（１２）のように制御フィルタが計算される。

さらに、次の式（１３）から式（１６）が成り立つ。

以上の式（１１）から式（１６）から、第１片耳位置ＥＲにおける合成音圧Ｐ_Ｒ及び第２片耳位置ＥＬにおける合成音圧Ｐ_Ｌは、次の式（１７）及び式（１８）と導出される。

式（１７）によれば、聴取者の右耳の合成音圧Ｐ_Ｒは、バイノーラル音響信号の右耳用信号ｓ_Ｒに比例する成分のみであり、ｓ_Ｌに比例する成分は含まれていない。同様に、式（１８）によれば、聴取者の左耳の合成音圧Ｐ_Ｌは、バイノーラル音響信号の左耳用信号ｓ_Ｌに比例する成分のみであり、ｓ_Ｒに比例する成分は含まれていない。言い換えると、バイノーラル音響信号の左耳用信号が聴取者の左耳のみへ到達しており、かつ、右耳用信号が聴取者の右耳のみへ到達している。従って、式（１７）及び式（１８）からバイノーラル音響信号が聴取者に正しく伝達されることがわかる。

以上のように、本実施形態に係るスピーカシステムは、少なくとも１つの第１片耳位置における合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、第１の制御フィルタ群を用いて第１の入力音響信号に対して音響制御を行い、少なくとも１つの第２片耳位置における合成音圧の空間平均をゼロに近づけるように、第２の制御フィルタ群を用いて第２の入力音響信号に対して音響制御を行う。それにより、第１の入力音響信号を聴取位置にいる聴取者の一方の耳へ伝達し、第２の入力音響信号をその聴取者の他方の耳へ伝達することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、モノラル音響信号に対して音響制御を行い、それによって立体音響効果を実現するスピーカシステムに関する。モノラル音響信号は、立体的情報を含まない１チャンネルの音響信号である。第３の実施形態は、第２の実施形態と共通の部分を含むので、その部分についての説明は省略する。

図６は、第３の実施形態に係るスピーカシステムを概略的に示している。このスピーカシステムは、図６に示されるように、音響制御装置６０及び複数の（この例では２つの）スピーカＳ−１、Ｓ−２を備える。音響制御装置６０は、入力部６１、頭部伝達関数フィルタ６２Ｌ、頭部伝達関数フィルタ６２Ｒ、制御フィルタ４２Ｌ−１、４２Ｌ−２、制御フィルタ４２Ｒ−１、４２Ｒ−２、加算部４３及び出力部４５を備える。制御フィルタ４２Ｌ−１、４２Ｌ−２、制御フィルタ４２Ｒ−１、４２Ｒ−２、加算部４３及び出力部４５は、第２の実施形態において説明したので、本実施形態では説明を省略する。

入力部６１は、入力モノラル音響信号７０を頭部伝達関数フィルタ６２Ｌ及び６２Ｒに入力する。頭部伝達関数フィルタ６２Ｌは、入力モノラル音響信号７０に第１の頭部伝達関数フィルタ係数を畳み込むことによって第１の入力音響信号７１Ｌを生成する。第１の入力音響信号７１Ｌは、制御フィルタ４２Ｌ−１、４２Ｌ−２に与えられる。第１の入力音響信号７１Ｌは、第２の実施形態における第１の入力音響信号５０Ｌに対応する。頭部伝達関数フィルタ６２Ｒは、入力モノラル音響信号７０に第２の頭部伝達関数フィルタ係数を畳み込むことによって第２の入力音響信号７１Ｒを生成する。第２の入力音響信号７１Ｒは、制御フィルタ４２Ｒ−１、４２Ｒ−２に与えられる。第２の入力音響信号７１Ｒは、第２の実施形態における第２の入力音響信号５０Ｒに対応する。

第１の頭部伝達関数フィルタ係数は、仮想音源の位置から聴取者の左耳までの頭部伝達関数である。第２頭部伝達関数フィルタ係数は、仮想音源の位置から聴取者の右耳までの頭部伝達関数である。ここで、仮想音源の位置とは、聴取者が錯覚して仮想的な音源の存在を感じるときのその音源の位置のことである。モノラル音響信号に頭部伝達関数を畳み込むことによって、立体感を付与してバイノーラル音響信号を作り出すことができる。すなわち、図６に示される第１の入力音響信号７１Ｌ及び第２の入力音響信号７１Ｒは、バイノーラル音響信号の左耳用信号及び右耳用信号である。

本実施形態によれば、立体的情報を含まないモノラル音響信号に立体感を付与することができる。それにより、第２の実施形態と同様に、少なくとも１つの聴取位置にいる聴取者に立体感を知覚させることができる。

上記各実施形態の処理の少なくとも一部は、汎用のコンピュータを基本ハードウェアとして用いることでも実現可能である。上記処理を実現するプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納して提供されてもよい。プログラムは、インストール可能な形式のファイル又は実行可能な形式のファイルとして記憶媒体に記憶される。記憶媒体としては、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤなど）、光磁気ディスク（ＭＯなど）、半導体メモリなどである。記憶媒体は、プログラムを記憶でき、かつ、コンピュータが読み取り可能であれば、いずれであってもよい。また、上記処理を実現するプログラムを、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ（サーバ）上に格納し、ネットワーク経由でコンピュータ（クライアント）にダウンロードさせてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…音響制御装置、１１…入力部、１２−１〜１２−Ｍ…制御フィルタ、１３…出力部、１４…制御フィルタ係数計算部、４０…音響制御装置、４１…入力部、４２Ｌ−１〜４２Ｌ−Ｍ…制御フィルタ、４２Ｒ−１〜４２Ｒ−Ｍ…制御フィルタ、４３…加算部、４４−１〜４４−Ｍ…加算器、４５…出力部、６０…音響制御装置、６１…入力部、６２Ｌ，６２Ｒ…頭部伝達関数フィルタ、Ｓ−１〜Ｓ−Ｍ…スピーカ。

Claims (15)

1. 第１から第Ｍのスピーカを備えるスピーカシステムに使用可能な音響制御装置であって、
   第１の入力音響信号に基づいて第１から第Ｍの音響信号を生成する第１から第Ｍの制御フィルタ
   を具備し、
   Ｍは３以上の整数であり、
   前記第１から第Ｍの制御フィルタは、前記第１から第Ｍのスピーカそれぞれから少なくとも１つの第１片耳位置までの距離に基づいて、前記第１から第Ｍの音響信号によって前記第１から第Ｍのスピーカから放射される音の前記第１片耳位置における合成音圧の空間平均を低減する条件に従って設定される、音響制御装置。
2. 前記第１から第Ｍの制御フィルタは予め設定される、請求項１に記載の音響制御装置。
3. 前記第１から第Ｍの制御フィルタを設定する制御フィルタ設定部をさらに具備する請求項１に記載の音響制御装置。
4. 前記第１から第Ｍの制御フィルタは、前記第１から第Ｍのスピーカそれぞれから前記少なくとも１つの第１片耳位置までの複数の頭部伝達関数に基づいて設定される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の音響制御装置。
5. 前記第１から第Ｍの制御フィルタはそれぞれ、第１から第Ｍの制御フィルタ係数を有し、
   第ｍの制御フィルタ係数をＷ_ｍとし、前記第１片耳位置の数をＮとし、第ｊのスピーカからｉ番目の第１片耳位置までの頭部伝達関数をＣ_ｉｊとすると、前記第１から第Ｍの制御フィルタ係数は、下記式に従って決定される、請求項４に記載の音響制御装置。
   
6. 第２の入力音響信号に基づいて第（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の音響信号を生成する第（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の制御フィルタと、
   前記第１から第Ｍの音響信号に前記第（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の音響信号を加算することによって第１から第Ｍの合成音響信号を生成する第１から第Ｍの加算器と、
   をさらに具備し、
   前記（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の制御フィルタは、前記第１から第Ｍのスピーカそれぞれから少なくとも１つの第２片耳位置までの距離に基づいて、前記（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の音響信号によって前記第１から第Ｍのスピーカから放射される音の前記第２片耳位置における合成音圧の空間平均を低減する条件に従って設定される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の音響制御装置。
7. モノラル音響信号に基づいて前記第１の入力音響信号及び前記第２の入力音響信号を生成する入力音響信号生成部をさらに具備する請求項６に記載の音響制御装置。
8. 第１の入力音響信号を入力可能な第１の入力部と、
   前記第１の入力音響信号に基づいて第１から第Ｍの音響信号を生成する第１から第Ｍの制御フィルタと、
   第１から第Ｍの音響信号に基づいて音を放射する第１から第Ｍのスピーカと、
   を具備し、
   Ｍは３以上の整数であり、
   前記第１から第Ｍの制御フィルタは、前記第１から第Ｍのスピーカそれぞれから少なくとも１つの第１片耳位置までの距離に基づいて、前記第１から第Ｍの音響信号によって前記第１から第Ｍのスピーカから放射される音の前記第１片耳位置における合成音圧の空間平均を低減する条件に従って設定されるスピーカシステム。
9. 前記第１から第Ｍの制御フィルタは予め設定される、請求項８に記載のスピーカシステム。
10. 前記第１から第Ｍの制御フィルタを設定する制御フィルタ設定部をさらに具備する請求項８に記載のスピーカシステム。
11. 前記第１から第Ｍの制御フィルタは、前記第１から第Ｍのスピーカそれぞれから前記少なくとも１つの第１片耳位置までの複数の頭部伝達関数に基づいて設定される、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のスピーカシステム。
12. 前記第１から第Ｍの制御フィルタはそれぞれ、第１から第Ｍの制御フィルタ係数を有し、
    第ｍの制御フィルタ係数をＷ_ｍとし、前記第１片耳位置の数をＮとし、第ｊのスピーカからｉ番目の第１片耳位置までの頭部伝達関数をＣ_ｉｊとすると、前記第１から第Ｍの制御フィルタ係数は、下記式に従って決定される、請求項１１に記載のスピーカシステム。
    
13. 第２の入力音響信号を入力可能な第２の入力部と、
    前記第２の入力音響信号に基づいて第（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の音響信号を生成する第（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の制御フィルタと、
    前記第１から第Ｍの音響信号に前記第（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の音響信号を加算することによって第１から第Ｍの合成音響信号を生成する第１から第Ｍの加算器と、
    をさらに具備し、
    前記（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の制御フィルタは、前記第１から第Ｍのスピーカそれぞれから少なくとも１つの第２片耳位置までの距離に基づいて、前記（Ｍ＋１）から第（２×Ｍ）の音響信号によって前記第１から第Ｍのスピーカから放射される音の前記第２片耳位置における合成音圧の空間平均を低減する条件に従って設定される、請求項８乃至１２のいずれか１項に記載のスピーカシステム。
14. モノラル音響信号に基づいて、前記第１の入力音響信号及び前記第２の入力音響信号を生成する入力音響信号生成部をさらに具備する請求項１３に記載のスピーカシステム。
15. 第１から第Ｍのスピーカを備えるスピーカシステムに使用可能な音響制御装置によって実行される音響制御方法であって、
    第１から第Ｍの制御フィルタにより、第１の入力音響信号に基づいて第１から第Ｍの音響信号を生成することと、
    を具備し、
    Ｍは３以上の整数であり、
    前記第１から第Ｍの制御フィルタは、前記第１から第Ｍのスピーカそれぞれから少なくとも１つの第１片耳位置までの距離に基づいて、前記第１から第Ｍの音響信号によって前記第１から第Ｍのスピーカから放射される音の前記第１片耳位置における合成音圧の空間平均を低減する条件に従って設定される、音響制御方法。