JP6973501B2 - 信号処理装置および信号処理方法 - Google Patents

Description

本開示は、信号処理装置および信号処理方法に関する。

近年、スピーカから出力される音響信号を、受聴者が臨場感を得られるように再生する技術として、視聴者の両耳位置の差を考慮して音像を制御する方法が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。例えば、右スピーカおよび左スピーカと両耳位置までの伝達関数を算出し、これにより音像を制御するための音像制御フィルタを用いる。音像制御フィルタを用いることで、入力された音響信号の音像を任意の場所に定位させ、受聴者が、受聴する音像を所望の音像制御効果で受聴できるようにしている。

特許第５９４４５６７号公報

「空間音響」イェンスブラウエルト、森本政之、後藤敏幸 編著、鹿島出版会

上記した伝達関数は、あらかじめ、左スピーカおよび右スピーカから受聴者の両耳までの距離を考慮して算出される。したがって、従来の技術では、受聴者が移動すると、移動した位置における伝達関数はあらかじめ算出された伝達関数とは異なるものとなる。よって、従来の技術では、受聴者の移動距離が大きい場合、または、再生環境の影響などにより再生スピーカから受聴者両耳位置までの伝達関数の変化が大きい場合、想定した音像制御効果が得られないことが予想される。

本開示は、受聴者の受聴位置が変化した場合においても、受聴者に音像制御効果を与えることができる信号処理装置および信号処理方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本開示の一形態における信号処理装置は、音像定位の制御を行う信号処理装置であって、入力された音響信号に対して音像定位処理を行い、出力信号を生成する少なくとも１つのフィルタ処理部と、前記フィルタ処理部のそれぞれで使用される複数のフィルタ係数を前記フィルタ処理部に設定する係数設定部と、前記フィルタ処理部で音像定位処理された複数の出力信号から、スピーカに出力される前記出力信号を選択する出力データ選択部と、前記出力信号を切り替える時間を監視する計時部と、前記出力データ選択部に、前記出力信号を切り替える時間に応じて前記出力信号を選択させる制御を行う制御部とを備え、前記複数のフィルタ係数は、複数の受聴条件から生成されたフィルタ係数を含む。

この構成によれば、異なる受聴条件において設計された音像制御フィルタによって出音されるため、受聴者の受聴位置が変わった場合でも、受聴者に音像制御効果を与えることができる。

また、前記受聴条件は、少なくとも受聴者が移動する可能性のある受聴位置の情報を含んでもよい。

この構成によれば、受聴者が移動する可能性のある受聴位置において設計された音像制御フィルタによって出音されるため、受聴位置が変わった場合でも受聴者に音像制御効果を与えることができる。

また、前記出力データ選択部は、音像定位処理された前記複数の出力信号のそれぞれのゲインを調整することにより、前記スピーカに出力される前記出力信号を選択する少なくとも１つのゲイン調整部を有してもよい。

また、前記スピーカは、異なる位置に配置される第１のスピーカおよび第２のスピーカとを有し、前記出力データ選択部は、ゲインが調整された前記複数の出力信号のうち、前記第１のスピーカから出力される前記出力信号を加算する第１の加算部と、ゲインが調整された前記複数の出力信号のうち、前記第２のスピーカから出力される前記出力信号を加算する第２の加算部とを有してもよい。

また、前記信号処理装置は、さらに、前記係数設定部により設定される前記フィルタ係数の範囲を選定するための、受聴者の両耳位置または着座位置に関する補助情報を入力する補助情報入力部と、入力された前記補助情報を分析する補助情報分析部と、前記補助情報分析部で分析された結果を基に、前記係数設定部により設定される前記フィルタ係数の範囲を選定する係数範囲選定部とを備えてもよい。

この構成によれば、入力された補助情報によって、設定するフィルタ処理部を限定できるため、受聴者により音像制御効果を与えやすい信号処理装置を実現することができる。

また、前記補助情報入力部は、前記フィルタ係数として受聴者が着座するシート位置の情報を入力してもよい。

この構成によれば、フィルタ係数の範囲選定のために受聴者が着座するシート位置情報を用いることができるため、受聴者に容易に音像制御効果を与えることができる。

また、前記補助情報入力部は、前記フィルタ係数として受聴者の両耳位置の情報を含む画像情報を入力してもよい。

この構成によれば、フィルタ係数の範囲選定のために画像情報を用いることができるため、受聴者に容易に音像制御効果を与えることができる。

また、前記信号処理装置は、さらに、前記音響信号を分析して出力データ選択部に切り替えタイミングを入力する音響信号分析部を備えてもよい。

この構成によれば、音響信号を分析して出力データの切り替えタイミングを制御するため、受聴者が知覚すべき音響信号が発生しているときに、適切に受聴者に音像制御効果を与えることができる。

また、前記音響信号分析部は、前記音響信号のパワーを検出するパワー検出部と、前記音響信号のパワーが閾値以上であるか否かを判定する判定部とを有してもよい。

また、上記の課題を解決するために、本開示の一形態における信号処理方法は、音像定位の制御を行う信号処理方法であって、入力された音響信号に対して、少なくとも１つのフィルタ処理部により音像定位処理を行い、出力信号を生成するフィルタ処理工程と、前記フィルタ処理のそれぞれで使用される複数のフィルタ係数を係数設定部により設定する係数設定処理工程と、前記音像定位処理された複数の出力信号から、スピーカに出力される前記出力信号をデータ選択処理部により選択する出力データ選択処理工程と、前記出力信号を切り替える時間を計時部により監視する計時処理工程と、制御部により、前記出力信号を切り替える時間に応じて前記データ選択処理部に前記出力信号を選択させる制御を行う制御処理工程とを含み、前記複数のフィルタ係数は、複数の受聴条件から生成されたフィルタ係数を含む。

この構成によれば、異なる受聴条件において設計された音像制御フィルタによって出音されるため、受聴者の受聴位置が変わった場合でも、受聴者に音像制御効果を与えることができる。

また、補助情報を取得する補助情報取得工程と、補助情報分析部により、前記補助情報を分析し、前記フィルタ係数の係数範囲を選定する係数範囲選定工程とをさらに含んでもよい。

この構成によれば、あらかじめ想定された受聴者の位置等の補助情報を基にフィルタ係数を選択することができる。これにより、音像定位制御の効果が得られにくいフィルタ係数の使用を避け、容易に音像定位制御を得ることができる。

また、音響信号分析部により、入力された音響信号のパワーを検出するパワー検出工程をさらに含み、前記制御処理工程において、前記制御部により、検出された前記音響信号のパワーに基づいて前記データ選択処理部に前記出力信号を選択させる制御を行ってもよい。

この構成によれば、聴感上有効な音響信号が発生している区間、または、聴感上有効な音響信号が発生していない場合には出力データ選択切り替え時間が経過したときに、出力データを切り替え、受聴者に音像制御効果を与えて音響信号を知覚させることができる。

本発明によれば、受聴者の受聴位置が変化した場合においても、受聴者に音像制御効果を与えることができる信号処理装置および信号処理方法を提供することができる。

図１は、実施の形態１における信号処理装置の構成例およびスピーカと、受聴者とを示すブロック図である。 図２は、実施の形態１におけるフィルタ処理部の設計時の受聴位置の一例を示す図である。 図３は、実施の形態１における出力データ選択部の構成を示すブロック図である。 図４は、実施の形態１における出力データ選択部によって得られる出力信号の一例を示す図である。 図５は、実施の形態１における出力データ選択部のゲイン調整部のゲイン設定の一例を示す図である。 図６は、図５に示したゲイン調整部のゲイン設定の一例のうちの２つを重ねて表示した図である。 図７は、実施の形態１における信号処理装置の動作を示すフローチャートである。 図８は、実施の形態２における信号処理装置の構成例およびスピーカと、受聴者とを示すブロック図である。 図９は、実施の形態２におけるフィルタ処理部の設計時の受聴位置と、受聴位置のグループの一例を示す図である。 図１０は、実施の形態２における信号処理装置の動作を示すフローチャートである。 図１１は、実施の形態３における信号処理装置の構成例およびスピーカと、受聴者とを示すブロック図である。 図１２は、実施の形態３における音響信号分析部の構成を示すブロック図である。 図１３は、実施の形態３における音響信号分析部を用いたときの、再生音の切り替えタイミングの一例を示す図である。 図１４は、実施の形態３における信号処理装置の動作を示すフローチャートである。 図１５Ａは、従来例における音像制御法において、目標とする受聴状態を構成するための受聴者とスピーカとの配置関係を示す概略図である。 図１５Ｂは、従来例における音像制御法において、音響信号を再生する際の実際の受聴者とスピーカとの配置関係を示す概略図である。

（本開示の基礎となった知見）
はじめに、本開示に係る技術の理解を容易にするために、従来技術および従来技術における課題についてより詳細に説明する。

図１５Ａは、従来技術に係る音響制御法において、目標とする受聴状態を構成するための受聴者とスピーカとの配置関係を示す概略図である。図１５Ｂは、従来技術に係る音響制御法において、音響信号を再生する際の実際の受聴者とスピーカとの配置関係を示す概略図である。以下、目標とする受聴状態を構成するための受聴者とスピーカとの配置関係を「目標系」、音響信号を再生する際の実際の受聴者とスピーカとの配置関係を「再生系」と呼ぶ。

図１５Ａに示す目標系１０の構成では、音響信号が目標スピーカ２０３から再生され、受聴者１０１の両耳位置に届く様子を示している。ここで、目標スピーカとは、実際のスピーカの位置に関わらず、受聴者１０１に音響信号が発生していると認識させる位置に配置されている仮想のスピーカである。すなわち、音響信号の音像が定位される任意の場所に配置されている仮想のスピーカである。また、図１５Ｂは、再生系２０の構成において、音響信号がフィルタ処理部３５０によって音像制御処理され、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２から再生されて受聴者１００の両耳位置に届く様子を示している。

ここで、目標系１０の構成において受聴者１０１の両耳位置で得られる音響信号と、再生系２０の構成において受聴者１００の両耳位置で得られる音響信号とが一致する場合を考える。この場合、受聴者１００は、再生系２０の構成において音響信号が左スピーカ２０１および右スピーカ２０２から出音されているにも関わらず、受聴者１０１から見た目標スピーカ２０３の位置に音像を知覚する。つまり、目標系１０の構成において受聴者１０１の両耳位置で得られる音響信号と、再生系２０の構成において受聴者１００の両耳位置で得られる音響信号とが一致する制御を行うことにより、受聴者１０１の知覚する音像の位置を目標スピーカ２０３の位置に制御することが可能となる。

このような制御方法は、従来、目標系１０の構成とは物理的に異なる再生系２０の構成において、目標系１０の構成で得られる臨場感を再現する方法として用いられている。

具体的には、再生系２０の構成における左スピーカ２０１および右スピーカ２０２から受聴者１００の両耳までの伝達関数をあらかじめ計測し、目標系１０の構成における目標スピーカ２０３から受聴者１０１の両耳までの伝達関数を得るために、計測した伝達関数に所定の畳み込み（演算）を行う。再生系２０の構成では、図１５Ｂに示すように、入力された音響信号Ｓに畳みこみを行うためのフィルタ処理部３５０を設けている。

フィルタ処理部３５０は、図１５Ｂに示すように、フィルタＸｌおよびフィルタＸｒとから構成される。フィルタＸｌおよびフィルタＸｒにおいて、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２のそれぞれから受聴者１００の両耳位置までの伝達関数をＨｌｌ、Ｈｌｒ、Ｈｒｌ、Ｈｒｒとする。また、目標系１０の構成において、目標スピーカ２０３から受聴者１０１の両耳位置までの伝達関数をＤｌ、Ｄｒとする。

なお、以下、フィルタ処理部３５０で用いられる伝達関数Ｈｌｌ、Ｈｌｒ、Ｈｒｌ、Ｈｒｒは、周波数領域の値として記載する。本来はＨｌｌ（ω）のように周波数を意味するωを添字として記載するべきだが、簡単化のため、（ω）を省略して説明する。

あらかじめ計測された再生系２０における伝達関数への畳み込みは、周波数領域の乗算で表される。したがって、フィルタＸｌおよびフィルタＸｒに設定される伝達関数Ｈｌｌ、Ｈｌｒ、Ｈｒｌ、Ｈｒｒは、以下の式（１）で設計することができる（非特許文献１参照）。

・・・・・式（１）

なお、式（１）で用いられる関数は、時間領域、周波数領域のどちらであってもよい。

ここで、式（１）で設計されるフィルタ処理部３５０は、あらかじめ計測された、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２から受聴者１００の両耳までの伝達関数Ｈｌｌ、Ｈｌｒ、Ｈｒｌ、Ｈｒｒから成り立っている。したがって、伝達関数Ｈｌｌ、Ｈｌｒ、Ｈｒｌ、Ｈｒｒを計測した位置から受聴者１００が移動した場合には、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２から移動した位置における受聴者１００の両耳までの伝達関数は、Ｈｌｌ、Ｈｌｒ、Ｈｒｌ、Ｈｒｒと異なるため、式（１）で設計したフィルタ処理部３５０では目標系１０において受聴者１０１の両耳位置で得られる信号を再生系２０で実現できないことになる。すなわち、音像定位制御の効果が得られないこととなる。

音像定位制御の効果が得られる受聴位置が限定されてしまう課題については、例えば、特許文献１で公開されている。特許文献１では、受聴者１００の両耳位置の絶対的な音圧を再現するのではなく、両耳間差を実現することで、よりロバストな制御を実現する方法が開示されている。しかし、特許文献１に開示されている方法では、受聴者の移動距離が大きくなった場合、または、受聴者の移動距離が微少だったとしても再生環境の影響などにより再生スピーカから受聴者両耳位置までの伝達関数の変化が大きい場合、想定した音像定位制御効果が得られないことが予想される。

そこで、本開示は、受聴者の受聴位置が移動した場合においても、受聴者に音像制御効果を与えることができる信号処理装置および信号処理方法を提供する。

以下、適宜図面を参照しながら、本開示にかかる信号処理装置および信号処理方法の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、実質的に同一の構成に対して同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

また、以下で説明する実施の形態は、いずれも一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、以下において、同一の構成または変更のないものについては、同じ符号で説明する。

なお、添付図面及び以下の説明は当業者が本開示を十分に理解するためのものであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施の形態１）
［１−１．信号処理システムの構成］
はじめに、実施の形態１にかかる信号処理システムの構成について説明する。図１は、実施の形態１における信号処理システムの構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る信号処理システムは、信号処理装置１と、左スピーカ２０１、右スピーカ２０２とを備えている。

信号処理装置１は、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２に、入力された音響信号を信号処理して出力する信号処理装置である。信号処理装置１の構成および動作については、後に詳述する。なお、信号処理装置１における各構成要素は、専用のハードウェアで構成されてもよいし、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。また、各構成要素は、ＣＰＵ、またはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。また、各構成要素は、集積回路であるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、専用回路、汎用プロセッサ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、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グアブル・プロセッサで実現してもよい。

なお、信号処理装置１は、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２を含む構成としてもよい。

左スピーカ２０１および右スピーカ２０２は、信号処理装置１において信号処理された音響信号を出力するスピーカである。本実施の形態において、左スピーカ２０１は第１のスピーカ、右スピーカ２０２は第２のスピーカである。左スピーカ２０１および右スピーカ２０２は、例えば、入力信号の全周波数帯域を再生することを意図したスピーカである。

左スピーカ２０１および右スピーカ２０２は、異なる位置に配置されている。例えば、図１に示すように、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２は、受聴者１００に対して左右対称な位置に配置されている。左スピーカ２０１は、受聴者１００からみて左側に位置するスピーカである。右スピーカ２０２は、受聴者１００からみて右側に位置するスピーカである。

［１−２．信号処理装置の構成］
信号処理装置１は、図１に示すように、入力部３０１、複数のフィルタ処理部、記憶装置３０４、係数設定部３０５、制御部４０１、出力データ選択部４０２、タイマー４０３、カウンタ４０４、出力部４０５を備える。本実施の形態において、信号処理装置１は、複数のフィルタ処理部として、第１のフィルタ処理部３０２ａ、第２のフィルタ処理部３０２ｂ、・・・、第ｎのフィルタ処理部３０２ｎを備えている。なお、第１のフィルタ処理部３０２ａ、第２のフィルタ処理部３０２ｂ、・・・、第ｎのフィルタ処理部３０２ｎを、まとめて第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎと表すこともある。

入力部３０１は、信号処理装置１の外部から音響信号Ｓが入力される入力部である。入力部３０１は、信号処理装置１の外部から入力された音響信号を、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎに出力する。

第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎは、入力部３０１から入力された音響信号Ｓを音像定位させるための音像制御処理を行う処理部である。第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎは、例えば、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタで構成されている。なお、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎは、ＦＩＲフィルタに限らず、例えばＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ、ＦＩＲフィルタとＩＩＲフィルタを組み合わせたものなどで実現してもよい。フィルタ処理部の伝達関数は、周波数領域で設計されていてもよいし、時間領域において最小二乗法を用いて設計されてもよい。また、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎは、フィルタ係数が固定されたフィルタでなくてもよく、フィードバック等によりフィルタ係数が時間変化する適応フィルタで実現されていてもよい。

記憶装置３０４は、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎで音像制御処理を行うためのフィルタ係数が記憶されている記憶装置である。フィルタ係数は、後述するように、複数の受聴条件から生成されている。複数の受聴条件とは、例えば、物理的に近傍な複数の受聴位置、頭の大きさ等の条件である。第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎのフィルタ係数は、例えば第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部とフィルタ係数とを対応付けた係数テーブルとして保存されている。

係数設定部３０５は、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部にフィルタ係数を設定する設定部である。係数設定部３０５は、記憶装置３０４からフィルタ係数を読み出し、各フィルタ処理部に設定する。

出力データ選択部４０２は、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部で音像制御処理された出力信号（出力データ）のうち、いずれを左スピーカ２０１および右スピーカ２０２から出力するかを選択する選択部である。出力データ選択部４０２は、後述するように、複数のゲイン調整部と、加算部４２１および加算部４２２とを有している。本実施の形態において、加算部４２１は第１の加算部、加算部４２２は第２の加算部である。

出力データ選択部４０２は、選択した出力データを出力部４０５に出力する。なお、出力データ選択部４０２の構成および動作については、後に詳述する。

制御部４０１は、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２から出力される出力データを、出力データ選択部４０２に選択させる制御を行う制御部である。制御部４０１は、複数のゲイン調整部のそれぞれに設定されるゲインの調整を行う。具体的には、制御部４０１は、複数のゲイン調整部のそれぞれに設定されるゲインを切り替え、出力データへ乗算する制御を行う。制御部４０１は、出力データを切り替える所定の時間に基づいて出力データの切り替えが行われるように、出力データ選択部４０２の制御を行う。

タイマー４０３は、出力データ選択部４０２で選択される出力データを切り替える時間があらかじめ設定されているタイマーである。カウンタ４０４は、経過時間をカウントするカウンタである。本実施の形態において、タイマー４０３およびカウンタ４０４は、出力データ選択部４０２が出力データを切り替える時間を監視する計時部である。カウンタ４０４は、タイマー４０３に設定された時間が経過した場合に、制御部４０１に当該時間の経過を通知する。なお、タイマー４０３およびカウンタ４０４は、制御部４０１の内部に設けられてもよいし、制御部４０１の外部に外付けされていてもよい。

［１−３．信号処理装置の動作］
次に、信号処理装置１の動作について説明する。

音響信号Ｓは、入力部３０１から入力され、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部で音像制御処理される。その際、係数設定部３０５によって、記憶装置３０４に格納された係数テーブルから第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部のフィルタ係数が読み出され、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部に設定される。

第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部は、それぞれ式（１）によって伝達関数が設計されるが、異なる条件下において設計される。第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部によって音像制御処理された出力信号すなわち出力データは、出力データ選択部４０２に入力される。

出力データ選択部４０２は、制御部４０１からの制御によって、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎのうちのどのフィルタ処理部によって音像制御処理された出力データを左スピーカ２０１および右スピーカ２０２から出力するかを選択する。そして、選択された出力データを出力部４０５へ出力する。出力部４０５に出力された出力データは、音響信号として左スピーカ２０１および右スピーカ２０２から出力される。

なお、本開示においては、「出力データを選択する」ことを「出力データを切り替える」ともいう。「出力データを選択する」または「出力データを切り替える」とは、具体的には、後述するように、出力データ選択部４０２に配置されたゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎのゲインを切り替え、ゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎにおいて、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎで音像制御処理された音響信号にゲインを乗算することをいう。

ここで、図２は、本実施の形態における第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの設計時の、受聴位置の一例を示す図である。図２では、フィルタ係数の設計条件の一例として、受聴位置を変化させてフィルタ係数を設計した例を示している。図２では、受聴者１００を左耳側からみた場合の、受聴者１００と複数の受聴位置の例を示している。受聴位置１００１、１００２、１００３は、受聴者１００の左耳が位置するであろうと想定される想定位置を示している。フィルタ係数は、受聴者１００が受聴するであろう位置を複数想定して設計されている。つまり、フィルタ係数を生成するための受聴条件には、少なくとも受聴者が移動する可能性のある受聴位置の情報が含まれている。図２に示す複数の受聴位置の間隔は、例えば５ｃｍである。

フィルタ係数は、上述したように、係数テーブルとして図１の記憶装置３０４に格納されている。図１に示した第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎには、このようにして設計されたフィルタ係数が係数設定部３０５によってそれぞれ設定される。

図３は、本実施の形態における出力データ選択部４０２の構成を示すブロック図である。出力データ選択部４０２は、複数のゲイン調整部と、加算部４２１および加算部４２２とを有している。複数のゲイン調整部は、例えば、複数のフィルタ処理部と同数設けられており、各フィルタ処理部に対してそれぞれ１つのゲイン調整部が対応する構成とされていてもよい。

本実施の形態では、出力データ選択部４０２は、複数のゲイン調整部として、ゲイン調整部４１２ａ、４１２ｂ、・・・、４１２ｎを有している。ゲイン調整部４１２ａ、４１２ｂ、・・・、４１２ｎは、第１のフィルタ処理部３０２ａ、第２のフィルタ処理部３０２ｂ、・・・、第ｎのフィルタ処理部３０２ｎに対応している。なお、以下において、ゲイン調整部４１２ａ、４１２ｂ、・・・、４１２ｎをまとめてゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎと表すこともある。

出力データ選択部４０２において、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部で音像制御処理された音響信号は、ゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎの各ゲイン調整部において、ゲインが乗算される。より詳細には、左スピーカ２０１から出力される音響信号および右スピーカ２０２から出力される音響信号ごとにゲインが乗算される。また、左スピーカ２０１から出力される音響信号と右スピーカ２０２から出力される音響信号とには、同じゲインが乗算される。

その際、制御部４０１は、タイマー４０３およびカウンタ４０４により、ゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎのゲインの切り替えタイミングを受け取る。そして、制御部４０１は、当該タイミングで、出力データ選択部４０２のゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎに設定される各ゲインｇ１、ｇ２、・・・、ｇｎの値を変更する。ゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎの各ゲイン調整部では、フィルタ処理部により処理された出力データにゲインが乗算される。このようにして、出力データ選択部４０２において、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２から出力される出力データが選択される。

さらに、ゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎの各ゲイン調整部においてゲインが乗算された出力データのうち、左スピーカ２０１から出力される出力データは、加算部４２１において加算される。また、ゲインが乗算された出力データのうち、右スピーカ２０２から出力される出力データは、加算部４２２において加算される。加算部４２１および４２２で加算された出力データは、それぞれ左スピーカ２０１および右スピーカ２０２から音響信号として出力される。

図４は、本実施の形態における出力データ選択部４０２によって得られる音響信号の一例を示す図である。図４の（ａ）〜（ｃ）において、横軸は時間、縦軸は出力信号の振幅レベルを示している。また、図４の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれにおいて、上段は左スピーカ２０１用の出力データ、下段は右スピーカ２０２用の出力データである。

なお、図４の（ａ）〜（ｃ）において破線の四角で囲んだ区間は、出力データ選択部４０２が選択した出力データの出力区間を示している。本実施の形態に係る信号処理装置１では、図４に示すように、時刻ｔ（０）、ｔ（１）、・・・、ｔ（５）のタイミングで出力データを切り替える制御が行われている。各時刻ｔ（０）、ｔ（１）、・・・、ｔ（５）の間の遷移区間は、一定時間である。

ゲイン調整部４１２ａ、４１２ｂ、・・・、４１２ｎに設定されるゲインをそれぞれｇ１、ｇ２、・・・、ｇｎとすると、ゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎは、時刻ｔ（０）から時刻ｔ（１）の遷移区間においては、ｇ１＝１、ｇ２＝０、・・・、ｇｎ＝０、時刻ｔ（１）から時刻ｔ（２）の遷移区間においては、ｇ１＝０、ｇ２＝１、・・・、ｇｎ＝０、のようにゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎのゲインｇ１〜ｇｎを切り替える。なお、図４の（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎのそれぞれからの出力データは、一定時間ごとに切り替わって順に選択され、出力部４０５に出力されてもよい。

ここで、出力データの切り替え時間の間隔（時間差）Δｔの設定値は、入力する音響信号Ｓの種類および長さにもよるが、例えば０．１〜０．５秒程度である。音響信号Ｓが意味のある言葉（例えば、「危険」「障害物があります」など。）である場合には、当該言葉が少なくとも１回は聞こえる程度の継続時間としてもよい。音響信号Ｓが断続的な警告音などであれば、１区間の警告音の継続時間に合わせて短くしてもよい。

また、図５は、実施の形態１における出力データ選択部４０２のゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎのゲイン設定の一例を示す図である。図６は、図５に示したゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎのゲインのうちの２つを重ねて表示した図である。上記の図３および図４では、切り替えタイミングで第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部の出力が切り替わる例を示したが、図５および図６に示すようにゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎのうち、出力時間が連続する２つのフィルタ処理部に設定されるゲインをクロスフェードさせるようにすることで、切り替えタイミングに発生するノイズを抑えることが可能となる。

ゲイン切り替え時刻である時刻ｔ（１）から時刻ｔ（１）’までの遷移区間におけるゲインの変化ついて、図６を用いて説明する。図６に示すように、時刻ｔ（１）からゲインｇ１は徐々に値が小さくなり、時刻ｔ（１）’で０になる。また、ゲインｇ２は、時刻ｔ（１）までは０であるが、時刻ｔ（１）から徐々に大きくなり、時刻ｔ（１）’で１となる。その際、ゲインｇ１およびｇ２は、ｇ１＋ｇ２＝１となるようにそれぞれ変化する。

なお、本実施の形態では、時刻ｔ（１）から時刻ｔ（１）’の遷移区間にゲインｇ１およびｇ２が直線でクロスフェードする例を示したが、ゲインｇ１およびｇ２は、サイン二乗またはコサイン二乗などの曲線でクロスフェードしてもよい。

また、図６に示した遷移区間（例えば時刻ｔ（１）から時刻ｔ（１）’）については、一般的には時間差Δｔより小さい値を設定するがそれに限定されない。

［１−４．信号処理装置における信号処理手順］
次に、信号処理装置１における信号処理の手順を説明する。図７は、本実施の形態における信号処理装置１の動作を示すフローチャートである。

まず、起動時などの初期設定時に、係数設定部３０５により記憶装置３０４からフィルタ係数が読み出される（ステップＳ１０）。そして、読み出されたフィルタ係数は、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部に設定される（係数設定処理工程）（ステップＳ１１）。

その後、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部に、音響信号Ｓの入力が開始される（ステップＳ１２）。入力された音響信号Ｓは、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部で音像制御処理される（フィルタ処理工程）。

その後、制御部４０１から出力データ選択部４０２に制御情報が入力され、前記出力信号を選択させる制御が行われる（制御処理工程）（ステップＳ１３）。続けて、出力データ選択部４０２において、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部において音像制御処理された音響信号が、出力データとして順次選択される（出力データ選択処理工程）（ステップＳ１４）。そして、選択された出力データは、出力データ選択部４０２から出力部４０５へ出力される。出力部４０５へ出力された出力データは、選択された左スピーカ２０１または右スピーカ２０２から音響信号として出力される（ステップＳ１５）。

さらに、カウンタ４０４によって、出力データが出力されている間の時間をカウントすることにより、タイマー４０３に設定されたタイマー４０３に設定された出力データ選択切り替え時間が経過したか否かが検知される（計時処理工程）（ステップＳ１６）。

タイマー４０３に設定された出力データ選択切り替え時間を経過した場合（ステップＳ１６においてｙｅｓ）、出力データの切り替えが行われるように、制御部４０１が出力データ選択部４０２の制御を行い、制御部４０１から制御情報が入力されるステップＳ１３、出力データ選択部４０２にて出力データが選択されるステップＳ１４、フィルタ処理済みの音響信号が出力されるステップＳ１５が繰り返し行われる。なお、信号処理装置１は、タイマー４０３に設定された出力データ選択切り替え時間が経過した場合、処理を終了してもよいし、処理を終了せずにステップＳ１０〜ステップＳ１５の処理を再度繰り返してもよい。

また、タイマー４０３に設定された出力データ選択切り替え時間が経過していない場合には（ステップＳ１６においてｎｏ）、選択された出力データの出力が継続される（ステップＳ１５）。

これにより、図２に示した複数の受聴位置に順次音像が定位される。つまり、複数の受聴位置に順に音像が移動することとなる。したがって、受聴者１００は、複数の受聴位置のいずれかにおいて、いずれかのタイミングで、音響信号を知覚することができる。

［１−５．効果等］
以上のような構成の信号処理装置１によると、図７に示したフローチャートの動作により音響信号Ｓが処理されることで、受聴者１００は、いずれかのタイミングで、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２から出力された受聴位置に合った音響信号を受聴することができる。これにより、信号処理装置１によって、受聴者１００に所望の音像制御効果を与えることができる。

（実施の形態２）
［２−１．信号処理装置の構成及び動作］
次に、実施の形態２にかかる信号処理システムおよび信号処理装置２について説明する。本実施の形態にかかる信号処理装置２は、実施の形態１にかかる信号処理装置１と比較して、フィルタ係数について使用する範囲を設定する点が異なっている。

図８は、本実施の形態における信号処理システムの構成の一例を示すブロック図である。図８に示すように、本実施の形態に係る信号処理システムは、信号処理装置２と、左スピーカ２０１、右スピーカ２０２とを備えている。なお、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２の構成は、実施の形態１に示した左スピーカ２０１および右スピーカ２０２と同様であるため、説明を省略する。

信号処理装置２は、図８に示すように、図１に示した信号処理装置１の構成と比較して、補助情報入力部５０１、補助情報分析部５０２および係数範囲選定部５０３をさらに備えている。

補助情報入力部５０１は、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部に設定されるフィルタ係数の範囲を選定するための補助情報が入力される入力部である。補助情報は、係数設定部３０５により第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部に設定されるフィルタ係数の範囲を選定するための、受聴者１００の受聴位置に関する補助的な情報である。補助情報は、例えば、受聴者１００の両耳位置の情報を含む情報であってもよいし、受聴者１００の着座位置の情報を含む情報であってもよい。また、補助情報は、受聴者１００が着座するシート位置の情報を含むものであってもよい。

例えば、車載機器向けに本実施の形態にかかる信号処理装置２を適用した場合、補助情報として、受聴者１００のシート位置情報を含むＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）情報、ドライブレコーダなどに設置されている車室内向けカメラから得られる画像情報などを用いてもよい。

補助情報分析部５０２は、入力された補助情報を分析し、補助情報の中から受聴者１００の受聴位置を検出するのに有用な情報を抽出する分析部である。例えば、入力された補助情報がＣＡＮ情報であれば、補助情報分析部５０２は、入力されたＣＡＮ情報を分析し、入力されたＣＡＮ情報の中からシート位置情報を得る。また、入力された補助情報がドライブレコーダからの画像情報であれば、補助情報分析部５０２は、画像認識技術などの技術を用いて画像情報を分析してドライバの顔の位置を認識し、ドライバの受聴位置がどこであるかを抽出する。

係数範囲選定部５０３は、補助情報分析部５０２で分析された結果を基に、記憶装置３０４に格納されているフィルタ係数のうちのどの係数を使用するか、使用するフィルタ係数の範囲（係数範囲）を選定する。係数範囲選定部５０３は、選定した係数範囲のフィルタ係数を、係数設定部３０５に入力する。

図９は、本実施の形態における第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの設計時の受聴位置と、受聴位置のグループの一例を示す図である。より詳細には、図９は、係数範囲選定部５０３で設定するフィルタ係数の使用範囲の設定例を示している。図９に示す受聴位置は、図２に示した受聴位置と同様に、受聴者１００の左耳側からみた場合の受聴者１００と第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの設計時に想定した受聴位置の例を示している。

信号処理装置２において、記憶装置３０４には、図９に示す複数の受聴位置として示した、複数の受聴条件で設計された複数のフィルタ係数が格納されている。記憶装置３０４に格納されたそれぞれのフィルタ係数は、受聴位置によってグループ分けされている。例えば、補助情報分析部５０２によって得られた補助情報の分析結果がＡの位置であった場合、係数範囲選定部５０３は、係数範囲として、Ａが属するグループである第１グループ１１０１に含まれる複数の受聴位置のフィルタ係数を用いることを係数設定部３０５に入力する。

なお、第１グループ１１０１または第２グループ１１０２など、係数範囲を設定するためのグループは、物理的に近傍な複数の受聴位置で設計されたフィルタ係数、または、頭の大きさなどを変えて設計されたフィルタ係数であってもよい。また、係数範囲を設定するためのグループは、複数の受聴条件を組み合わせて設計されていてもよい。例えば、受聴位置については第１グループ、頭の大きさについては第ａグループなど、条件ごとにグループを設計してもよい。

係数範囲選定部５０３の出力結果を受け、係数設定部３０５では、記憶装置３０４から該当するグループの係数を読み出し、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部に設定する。例えば図９に示したグループの例では、第１グループ１１０１に含まれる９つの条件（受聴位置）で設定された係数を、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部に設定する。

第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部では、入力された音響信号Ｓを音像制御処理し、出力データ選択部４０２に入力する。出力データ選択部４０２におけるゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎの動作（ゲインの設定）については、図５および図６に示した通りである。

［２−２．信号処理装置における信号処理手順］
ここで、信号処理装置２における信号処理の手順を説明する。図１０は、本実施の形態における信号処理装置２の動作を示すフローチャートである。

まず、信号処理装置２は、上述したように補助情報入力部５０１により補助情報を取得し（補助情報取得工程）（ステップＳ２０）、その後、補助情報分析部５０２により入力された補助情報を分析し、補助情報の中から受聴者１００の受聴位置を検出するのに有用な情報を抽出する（ステップＳ２１）。続けて、係数範囲選定部５０３により記憶装置３０４に格納されているフィルタ係数のうちのどの係数を使用するか、使用する係数範囲を選定する（係数範囲選定工程）（ステップＳ２２）。

さらに、係数設定部３０５は、係数範囲選定部５０３において選定された係数範囲を基に、記憶装置３０４からフィルタ係数を読み出す（ステップＳ２３）。続けて、係数設定部３０５は、第１のフィルタ処理部３０２ａ、第２のフィルタ処理部３０２ｂ、・・・、第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部にフィルタ係数を設定する（ステップＳ２４）。

その後、入力部３０１に音響信号Ｓの入力が開始され（ステップＳ２５）。入力された音響信号Ｓは、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部で音像制御処理される。さらに、制御部４０１から出力データ選択部４０２に制御情報が入力される（ステップＳ２６）。

続けて、制御部４０１から入力された制御情報に基づいて、出力データ選択部４０２において、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部で音像制御処理された音響信号が出力データとして順次選択される（ステップＳ２７）。そして、選択された出力データは、出力データ選択部４０２から出力部４０５に出力される。出力部４０５に出力された出力データは、選択された出力データに基づいて左スピーカ２０１または右スピーカ２０２から音響信号として出力される（ステップＳ２８）。

さらに、図７に示した信号処理装置１と同様、カウンタ４０４によって時間をカウントすることにより、タイマー４０３に設定された所定の出力データ選択切り替え時間が経過したか否かが検知される（ステップＳ２９）。

タイマー４０３に設定された出力データ選択切り替え時間が経過した場合（ステップＳ２９においてｙｅｓ）、出力データの切り替えが行われるように、制御部４０１が出力データ選択部４０２の制御を行い、制御部４０１から制御情報が入力されるステップＳ２６、出力データ選択部４０２において出力データが選択されるステップＳ２７、フィルタ処理済みの音響信号が出力されるステップＳ２８が繰り返し行われる。タイマー４０３に設定された出力データ選択切り替え時間が経過していない場合には（ステップＳ２９においてｎｏ）、選択された出力データの出力が継続される（ステップＳ２８）。

さらに、補助情報分析部５０２において補助情報の変化が検知されると（ステップＳ３０においてｙｅｓ）、補助情報分析部５０２は再び補助情報を分析し（ステップＳ２１）、ステップＳ２２〜ステップＳ３０の動作を繰り返す。補助情報分析部５０２において補助情報の変化が検知されない場合には（ステップＳ３０においてｎｏ）、信号処理装置２は、処理を終了する。なお、信号処理装置２は、補助情報分析部５０２において補助情報の変化が検知されない場合、処理を終了してもよいし、処理を終了せずにステップＳ２０〜ステップＳ３０の処理を再度繰り返してもよい。

これにより、図９に示した第１グループ１１０１内の複数の受聴位置に順次音像が定位される。つまり、第１グループ１１０１において、複数の受聴位置に順に音像が移動することとなる。したがって、受聴者１００は、複数の受聴位置のいずれかにおいて、いずれかのタイミングで、音響信号を知覚することができる。

［２−３．効果等］
以上のような構成の信号処理装置２において、図１０に示したフローチャートの動作により音響信号Ｓが処理されることで、信号処理装置２は、補助情報入力部５０１に入力された補助情報を基に、記憶装置３０４に格納されたフィルタ係数のなかから抽出されたグループ内のフィルタ係数を選択して使用することができる。これにより、信号処理装置２では、音像定位制御の効果が得られにくいフィルタ係数の使用を避けることができる。これにより、信号処理装置２によって、受聴者１００に所望の音像制御効果を与えることができる。

（実施の形態３）
［３−１．信号処理装置の構成及び動作］
次に、実施の形態３にかかる信号処理システムおよび信号処理装置３について説明する。本実施の形態にかかる信号処理装置３は、実施の形態１にかかる信号処理装置１と比較して、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２から出力される音響信号の切り替えタイミングが、入力された音響信号Ｓのパワーに応じて変更される点が異なっている。

図１１は、本実施の形態における信号処理システムの構成の一例を示すブロック図である。図１１に示すように、本実施の形態に係る信号処理システムは、信号処理装置３と、左スピーカ２０１、右スピーカ２０２とを備えている。なお、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２の構成は、実施の形態１に示した左スピーカ２０１および右スピーカ２０２と同様であるため、説明を省略する。

信号処理装置３は、図１１に示すように、図１に示した信号処理装置１の構成と比較して、音響信号分析部６０１をさらに備えている。

音響信号分析部６０１は、入力された音響信号Ｓのパワーを分析する分析部である。音響信号分析部６０１は、分析結果を制御部４０１に入力する。制御部４０１では、音響信号分析部６０１で分析された音響信号Ｓのパワーに基づいて、出力データ選択部４０２で選択される出力データの切り替えタイミングが設定される。

ここで、音響信号Ｓのパワーとは、例えば、音響信号Ｓの振幅をデシベルで示したものである。つまり、音響信号Ｓの振幅をＺとすると、２０ｌｏｇ_１０｜Ｚ｜［ｄＢ］と表すことができるパラメータである。なお、音響信号Ｓのパワーは、振幅の２乗の値を用いて計算したものであってもよい。この場合、サンプリングごとの瞬時的な２乗の値を用いたものであってもよいし、一定期間の２乗和を用いたものであってもよい。

図１２は、本実施の形態における音響信号分析部６０１の構成を示すブロック図である。図１２に示すように、音響信号分析部６０１は、パワー検出部６１１と、判定部６１２とを有している。

パワー検出部６１１は、音響信号Ｓのパワーを検出する検出部である。判定部６１２は、音響信号Ｓのパワーが閾値以上であるか否かを判定する判定部である。

入力部３０１から音響信号分析部６０１に入力された音響信号Ｓは、音響信号分析部６０１のパワー検出部６１１において音響信号Ｓのパワーが検出される。その検出結果を基に、判定部６１２は、パワー検出部６１１で検出されたパワーがある閾値を超えているか否かの判定を行い、判定結果を制御部４０１に出力する。

ここで、ある閾値とは、例えば、音響信号Ｓが聴感上有効な音響信号であると認識することができる最低限のパワーの値である。例えば、ファンの音などの環境音は聴感上有効な音響信号ではなく、暗騒音である。音響信号のパワーの閾値は、例えば暗騒音の音響信号のレベルから＋６ｄＢのレベルなど、聴感上有効な信号が入力されたことを検出できるレベルとしてもよい。

判定部６１２から音響信号Ｓのパワーの判定結果を出力された制御部４０１は、音響信号分析部６０１における音響信号Ｓのパワーが閾値を超えている場合、出力データ選択部４０２において出力データの選択動作を行う。この出力データの選択動作は、音響信号Ｓのパワーが閾値を超えている場合に行われるので、実施の形態１に示した信号処理装置１の選択動作と比べて一定間隔で行われるとは限らない。つまり、ゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎのゲインの切り替えタイミングは、一定の時間間隔で行われず、入力された音響信号Ｓのパワーの大きさに応じて行われる。

図１３は、本実施の形態における音響信号分析部６０１を用いたときの、出力データ選択部４０２によって得られる音響信号の一例を示す図である。図１３の（ａ）〜（ｃ）において、横軸は時間、縦軸は出力信号の振幅レベルを示している。また、図１３の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれにおいて、上段は左スピーカ２０１用の出力データ、下段は右スピーカ２０２用の出力データである。

図１３の（ａ）〜（ｃ）では、再生音の切り替えタイミングの一例が示されている。図１３の（ａ）〜（ｃ）において破線の四角で囲んだ区間は、出力データ選択部４０２が選択した出力データの出力区間を示している。また、図１３に示す縦の矢印は、制御部４０１で再生音切り替え動作を行うタイミング（時刻）を示している。

本実施の形態に係る信号処理装置３では、図１３の（ａ）〜（ｃ）に示すように、時刻ｔ（１０）、ｔ（１１）、・・・、ｔ（１５）のタイミングで出力データを切り替える制御が行われる。各時刻ｔ（１０）、ｔ（１１）、・・・、ｔ（１５）の間の遷移区間は一定時間ではなく、制御部４０１により制御される。制御部４０１は、音響信号分析部６０１で生成された制御情報により、出力データを切り替えるタイミングを制御する。

詳細には、音響信号分析部６０１は、入力された音響信号Ｓのパワーが閾値未満から閾値以上に変化し、閾値を超えたか否かを判定し、判定結果に基づいて、制御部４０１が出力データ選択部４０２の出力データの選択タイミングを制御するための制御情報を生成する。例えば、音響信号分析部６０１は、入力された音響信号Ｓのパワーが閾値未満から閾値以上に変化した場合には、出力データ選択部４０２のゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎのゲインを切り替え、入力された音響信号Ｓのパワーが閾値を超えない場合には、出力データ選択部４０２のゲイン調整部４１２ａ〜４１２ｎのゲインを切り替えないとする制御情報を生成する。

当該制御情報を用いて制御部４０１によって出力データ選択部４０２を制御することにより、音響信号Ｓのパワーが閾値を超えない区間では第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎの各フィルタ処理部の出力の切り替えは行われなくなり、音響信号Ｓのパワーが聴感上有効な大きさのパワーである区間において第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎの各フィルタ処理部の出力の切り替えを行うことができる。

なお、入力された音響信号Ｓによっては、入力開始直後に音響信号Ｓのパワーが閾値未満から閾値以上となり、そのまま閾値以上のままであるものもある。そこで、出力データの切り替えが行われてからの経過時間をカウンタ４０４によりカウントし、音響信号Ｓのパワーが閾値以上となる時間がタイマー４０３にあらかじめ設定された時間以上続いた場合、制御部４０１は第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎフィルタ処理部３０２ｎの出力を切り替える、という制御を行っても良い。

なお、音響信号Ｓのパワーが閾値を超えない場合があることを考慮すると、音響信号分析部６０１は、切り替えタイミングを設定するための音響信号Ｓの判定条件の例として、音響信号Ｓのパワーが閾値以上、かつ、当該フィルタ処理部が選択されている時間がΔｔ２を超える、という判定条件を用いてもよい。なお、Δｔ２は、音響信号Ｓが警告音であることを認識できる程度の時間、例えば０．１から０．５秒の間で設定してよい。なお、Δｔ２は、これに限らず、音響信号の種類等に応じて変更してもよい。

［３−２．信号処理装置における信号処理手順］
ここで、信号処理装置３における信号処理の手順を説明する。図１４は、本実施の形態における信号処理装置３の動作を示すフローチャートである。

起動時などの初期設定時に、係数設定部３０５により記憶装置３０４からフィルタ係数が読み出される（ステップＳ４０）。そして、読み出されたフィルタ係数は、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部に設定される（ステップＳ４１）。

その後、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎの各フィルタ処理部に、音響信号Ｓの入力が開始される（ステップＳ４２）。入力された音響信号Ｓは、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎ各フィルタ処理部で音像制御処理される。

さらに、音響信号Ｓは、音響信号分析部６０１において、音響信号Ｓのパワーがあらかじめ設定された閾値より大きいか小さいか分析される（パワー検出工程）（ステップＳ４３）。そして、音響信号分析部６０１で分析された結果を基に、制御部４０１は、出力データ選択部４０２が出力データを切り替える制御を行うための制御情報を生成する（ステップＳ４４）。制御部４０１で生成された制御情報は、制御部４０１から出力データ選択部４０２に入力される（ステップＳ４５）。

続けて、出力データ選択部４０２において、第１のフィルタ処理部３０２ａ〜第ｎのフィルタ処理部３０２ｎ各フィルタ処理部で音像制御処理された音響信号が、出力データとして順次選択される（ステップＳ４６）。そして、選択された出力データが、出力データ選択部４０２から出力部４０５へ出力される。出力部４０５へ出力された出力データは、選択された出力データに基づいて左スピーカ２０１または右スピーカ２０２から音響信号として出力される（ステップＳ４７）。

さらに、パワー検出部６１１において、音響信号Ｓのパワーが検出され、その検出結果を基に判定部６１２において、閾値未満から閾値以上に変化したかどうかが検出される（ステップＳ４８）。音響信号Ｓのパワーが閾値未満から閾値以上に変化した場合（ステップＳ４８においてｙｅｓ）、出力データの切り替えが行われるように、制御部４０１は制御情報を生成する（ステップＳ４４）。音響信号Ｓのパワーが閾値未満から閾値以上に変化していない場合（ステップＳ４８においてｎｏ）、カウンタ４０４によって出力データが出力されている間の時間をカウントすることにより、タイマー４０３に設定された出力データ選択切り替え時間が経過したか否かが検知される（ステップＳ４９）。

タイマー４０３に設定された出力データ選択切り替え時間が経過した場合（ステップＳ４９においてｙｅｓ）、出力データの切り替えが行われるように、制御部４０１が出力データ選択部４０２の制御を行い、音響信号Ｓのパワーを分析するステップＳ４３、制御部４０１において制御信号を生成するステップＳ４４、制御部４０１から制御情報が入力されるステップＳ４５、出力データ選択部４０２において出力データが選択されるステップＳ４６、フィルタ処理済みの音響信号が出力されるステップＳ４７が行われる。タイマー４０３に設定された出力データ選択切り替え時間が経過していない場合には（ステップＳ４９においてｎｏ）、選択された出力データの出力が継続される（ステップＳ４７）。なお、信号処理装置３は、タイマー４０３に設定された出力データ選択切り替え時間が経過していない場合、処理を終了してもよいし、処理を終了せずにステップＳ４０〜ステップＳ４９の処理を再度繰り返してもよい。

これにより、信号処理装置３では、入力された音響信号Ｓのパワーが閾値未満から閾値以上に変化した場合には出力データを切り替え、音響信号Ｓのパワーが閾値未満から閾値以上に変化していない場合には、出力データを切り替えずに維持する制御が行われる。また、音響信号Ｓのパワーが閾値未満から閾値以上に変化していない時間が長い場合には、出力データ選択切り替え時間が経過したときに出力データを切り替える制御が行われる。したがって、受聴者１００は、複数の受聴位置のいずれかにおいて、いずれかのタイミングで、音響信号を知覚することができる。

［３−３．効果等］
以上のような構成の信号処理装置３において、図１４に示したフローチャートの動作により音響信号Ｓが処理されることで、信号処理装置３は、音響信号分析部６０１によって、入力された音響信号Ｓを分析して出力データの切り替えタイミングを制御することができる。これにより、信号処理装置３は、聴感上有効な音響信号が発生している区間、または、聴感上有効な音響信号が発生していない場合には出力データ選択切り替え時間が経過したときに、出力データを切り替え、受聴者１００に音像制御効果を与えて音響信号を知覚させることができる。

（その他の実施の形態）
以上、本開示の態様に係る信号処理装置について、実施の形態等に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。例えば、本開示において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本開示の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本開示の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本開示に含まれる。

例えば、上述した実施の形態では、フィルタ処理部はＦＩＲフィルタ、ＩＩＲフィルタ、ＦＩＲフィルタとＩＩＲフィルタを組み合わせたものなどで実現してもよい。また、フィルタ処理部の設計方法として、周波数領域で設計する方法を用いて説明したが、これに限定されない。時間領域において最小二乗的に求める方法でも、更には固定のフィルタでなく、適応フィルタで実現してもよい。

また、上述した実施の形態では、フィルタ処理部を３つ以上備えた信号処理装置について説明したが、これに限らない。例えば、フィルタ処理部を１つのみ持ち、適宜係数設定部によりフィルタ係数を切り替えて使用してもよい。ただし、ＩＩＲフィルタを含む形式で実現した場合には、フィルタ係数を切り替えることで発振が起こる可能性もあるため、少なくとも２つ以上のフィルタ処理部を用いて切り替えて使用するのが望ましい。

また、上述した実施の形態では、ゲイン調整部を３つ以上備えた出力データ選択部について説明したが、これに限らない。例えば、ゲイン調整部を１つのみ持ち、適宜制御部によってゲインを切り替えて使用してもよい。

また、実施の形態１にかかる図５に、出力データ選択部の動作として各フィルタ処理部の出力を切り替えて出力する例を、また、図５および図６にクロスフェードさせて滑らかに切り替える例を示したが、これは実施の形態２および３にも適用できるのは明らかである。

また、上述した実施の形態において説明した左スピーカ２０１および右スピーカ２０２は、入力信号の全周波数帯域を再生することを意図したスピーカとしたがこの構成に限らない。左スピーカ２０１および右スピーカ２０２は、例えば、ツイータ、スコーカ、ウーハなど、再生する信号の周波数ごとに異なるユニットから構成されるマルチウェイのスピーカでもよい。その場合、それぞれのスピーカがユニットごとに別筐体で構成され、離れた位置に配置されていてもよい。また、スピーカは、ＬＦＥ（Ｌｏｗ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｅｆｆｅｃｔ）信号を再生することができるサブウーハなどを含んでもよい。

また、左スピーカ２０１および右スピーカ２０２は、信号処理装置に含まれる構成としてもよい。

また、上述した実施の形態に記載の処理に加え、周波数特性を調整するイコライザまたはフィルタ、出力振幅を調整するゲインまたはＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）のほか、ディレイ、リバーブまたはエコーなどのエフェクト処理を行う構成を、フィルタ処理部の前段もしくは後段に設けてもよい。その際、左右のスピーカ出力に対して同等の特性が乗算されることが望ましい。

以上、本開示にかかる信号処理装置について実施の形態に基づいて説明したが、本開示はこの実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。

なお、本開示において、信号処理装置における各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ、またはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。また、集積回路であるＬＳＩ、専用回路、汎用プロセッサ、ＦＰＧＡ、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グアブル・プロセッサで実現してもよい。

なお、本開示において、簡略化のため、ディジタル信号をアナログに変換するＤ/Ａ変換器、スピーカから出力する際に信号を増幅するアンプ部などの記載は省略したが、これらをソフトウェアまたはハードウェアで実現し、スピーカから出力しても、本開示の効果は変わらないことはいうまでもない。

本開示にかかる信号処理装置は、警告音を発生する音響機器、車載用または室内用の音響機器等において信号を処理する信号処理装置に応用することができる。

１、２、３ 信号処理装置
１０ 目標系
２０ 再生系
１００、１０１ 受聴者
２０１ 左スピーカ（第１のスピーカ）
２０２ 右スピーカ（第２のスピーカ）
２０３ 目標スピーカ
３０１ 入力部
３０２ａ〜３０２ｎ 第１〜第ｎのフィルタ処理部（フィルタ処理部）
３０４ 記憶装置
３０５ 係数設定部
３５０ フィルタ処理部
４０１ 制御部
４０２ 出力データ選択部
４０３ タイマー（計時部）
４０４ カウンタ（計時部）
４０５ 出力部
４１２ａ〜４１２ｎ ゲイン調整部
４２１ 加算部（第１の加算部）
４２２ 加算部（第２の加算部）
５０１ 補助情報入力部
５０２ 補助情報分析部
５０３ 係数範囲選定部
６０１ 音響信号分析部
６１１ パワー検出部
６１２ 判定部
１００１、１００２、１００３ 受聴位置
１１０１ 第１グループ
１１０２ 第２グループ

Claims (12)

1. 音像定位の制御を行う信号処理装置であって、
   入力された音響信号に対して音像定位処理を行い、出力信号を生成する少なくとも１つのフィルタ処理部と、
   前記フィルタ処理部のそれぞれで使用される複数のフィルタ係数を前記フィルタ処理部に設定する係数設定部と、
   前記フィルタ処理部で音像定位処理された複数の出力信号から、スピーカに出力される前記出力信号を選択する出力データ選択部と、
   前記出力信号を切り替える時間を監視する計時部と、
   前記出力データ選択部に、前記出力信号を切り替える時間に応じて前記出力信号を選択させる制御を行う制御部とを備え、
   前記複数のフィルタ係数は、複数の受聴条件から生成されたフィルタ係数を含む
   信号処理装置。
2. 前記受聴条件は、少なくとも受聴者が移動する可能性のある受聴位置の情報を含む
   請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記出力データ選択部は、音像定位処理された前記複数の出力信号のそれぞれのゲインを調整することにより、前記スピーカに出力される前記出力信号を選択する少なくとも１つのゲイン調整部を有する
   請求項１または２に記載の信号処理装置。
4. 前記スピーカは、異なる位置に配置される第１のスピーカおよび第２のスピーカとを有し、
   前記出力データ選択部は、
   ゲインが調整された前記複数の出力信号のうち、前記第１のスピーカから出力される前記出力信号を加算する第１の加算部と、
   ゲインが調整された前記複数の出力信号のうち、前記第２のスピーカから出力される前記出力信号を加算する第２の加算部とを有する
   請求項３に記載の信号処理装置。
5. 前記信号処理装置は、さらに、
   前記係数設定部により設定される前記フィルタ係数の範囲を選定するための、受聴者の両耳位置または着座位置に関する補助情報を入力する補助情報入力部と、
   入力された前記補助情報を分析する補助情報分析部と、
   前記補助情報分析部で分析された結果を基に、前記係数設定部により設定される前記フィルタ係数の範囲を選定する係数範囲選定部とを備える
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の信号処理装置。
6. 前記補助情報入力部は、前記フィルタ係数として受聴者が着座するシート位置の情報を入力する
   請求項５に記載の信号処理装置。
7. 前記補助情報入力部は、前記フィルタ係数として受聴者の両耳位置の情報を含む画像情報を入力する
   請求項５に記載の信号処理装置。
8. 前記信号処理装置は、さらに、
   前記音響信号を分析して出力データ選択部に切り替えタイミングを入力する音響信号分析部を備える
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
9. 前記音響信号分析部は、前記音響信号のパワーを検出するパワー検出部と、
   前記音響信号のパワーが閾値以上であるか否かを判定する判定部とを有する
   請求項８に記載の信号処理装置。
10. 音像定位の制御を行う信号処理方法であって、
    入力された音響信号に対して、少なくとも１つのフィルタ処理部により音像定位処理を行い、出力信号を生成するフィルタ処理工程と、
    前記フィルタ処理部のそれぞれで使用される複数のフィルタ係数を、係数設定部により前記フィルタ処理部に設定する係数設定処理工程と、
    前記音像定位処理された複数の出力信号から、スピーカに出力される前記出力信号をデータ選択処理部により選択する出力データ選択処理工程と、
    前記出力信号を切り替える時間を計時部により監視する計時処理工程と、
    制御部により、前記出力信号を切り替える時間に応じて前記データ選択処理部に前記出力信号を選択させる制御を行う制御処理工程とを含み、
    前記複数のフィルタ係数は、複数の受聴条件から生成されたフィルタ係数を含む
    信号処理方法。
11. 補助情報を取得する補助情報取得工程と、
    補助情報分析部により、前記補助情報を分析し、前記フィルタ係数の係数範囲を選定する係数範囲選定工程とをさらに含む
    請求項１０に記載の信号処理方法。
12. 音響信号分析部により、入力された音響信号のパワーを検出するパワー検出工程をさらに含み、
    前記制御処理工程において、前記制御部により、検出された前記音響信号のパワーに基づいて前記データ選択処理部に前記出力信号を選択させる制御を行う
    請求項１０に記載の信号処理方法。

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