JPH09284899A

JPH09284899A - 信号処理装置

Info

Publication number: JPH09284899A
Application number: JP8112006A
Authority: JP
Inventors: Kenji Muraki; 健司村木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-04-08
Filing date: 1996-04-08
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ヘッドホン装置において、音像を頭外の所定
の方向に定位させるとき、伝達関数を記憶するためのメ
モリサイズを削減すること。【解決手段】音源位置から聴取者の両耳までの伝達関
数を複数の角度について測定する。そして伝達関数の主
成分分析により得られる複数の基底関数を第１の記憶手
段１０１に格納する。また所望の伝達関数を実現するた
め、基底関数の重み付け係数を第２の記憶手段に登録し
ておく。聴取者が仮想音源位置に対して頭部の方向を変
えたとき、その角度が角度検出手段１０３により検出さ
れ、その条件における伝達関数が畳み込み手段１０６ａ
〜１０６ｆ、乗算器１０７ａ〜１０７ｌ、加算器１０８
ａ、１０８ｂで設定される。そして左及び右チャンネル
の音響信号が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、両耳ヘッドホン
（インナーイヤホン型を含む）と、頭外音像定位フィル
タを用いて、音像を頭外に定位させる信号処理装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ヘッドホンステレオ、ポータブル
ＣＤプレーヤなどヘッドホンを用いて音楽を楽しむ機器
が普及してきている。これらの機器の再生音をヘッドホ
ンで聴取すると、再生音像が頭内に定位し、不自然に聞
こえるという問題があった。この問題を解決するため
に、頭外音像定位フィルタを用いる方法が提案されてい
る。この方法の一例として特公昭５３−２８３号公報の
「ヘッドホンによる音響再現方法」がある。この方法で
は特定の音源、例えばスピーカと聴取者の耳との間の空
間伝達関数、及びヘッドホンと聴取者の耳との間の実耳
ヘッドホン伝達関数の逆伝達関数が用いられる。

【０００３】ところで、聴取者が実音源からの音を聞く
場合には、頭部を回転させても実音源の位置は変化しな
いので、聴取者の感じる音像位置は相対的に変化する。
これに対して頭外音像定位フィルタを用いる方法では、
聴取者が頭部を回転させるとヘッドホンも共に回転する
ので、聴取者の感じる音像位置は相対的に変化しなくな
る。即ち聴取者が頭を回転させた場合、音像の絶対位置
が頭の回転に応じて移動してしまう。このように、頭外
音像定位フィルタを用いた音像定位は、実音源を聞く場
合と異なるという問題点があった。

【０００４】この問題点を解決するための方法として、
特開昭５４−１９２４２号号公報の「ヘッドフォン再生
において頭部の回転運動により生ずる聴取現象位置の変
化防止方法」や、特開平３−２９６４００号公報の「音
響信号再生装置」などに記載されているものがある。こ
れらの方法では、聴取者の頭部の方向変化を検出し、こ
の検出結果に基づいて空間伝達関数を変化させることに
より、実音源と同様な頭外音像定位を実現している。

【０００５】以下、図面を参照して従来の頭外音像定位
を実現する信号処理装置の一例を説明する。図８は従来
の信号処理装置の全体構成を示すブロック図であり、図
９は角度検出部の構成を示し、図１０は音響処理部の構
成を示す。図８に示すように信号処理装置はヘッドホン
装置８１０、基準信号源８１１、角度検出部８１４、音
響処理部８２３、音響信号供給源８２４を含んで構成さ
れる。

【０００６】ヘッドホン装置８１０は、聴取者Ｐの頭部
Ｍに装着するためのヘッドバンド８０１を有し、聴取者
Ｐの左右の両耳介の近傍に一対のヘッドホンユニット８
０２Ｌ、８０２Ｒを支持している。ヘッドバンド８０１
には支持アーム８０３Ｌ、８０３Ｒが摺動自在に装着さ
れており、基準信号源８１１から送出される位置検出用
の基準信号を感受するため、一対の信号検出器８０５
Ｌ、８０５Ｒが支持アーム８０３Ｌ、８０３Ｒの先端部
分に取り付けられている。信号検出器８０５Ｌ、８０５
Ｒはヘッドバンド８０１に摺動自在に装着されたスライ
ダ８０４Ｌ、８０４Ｒにより、取り付け位置が調整でき
るようになっている。

【０００７】基準信号源８１１は超音波信号源８１２と
超音波スピーカ８１３とから構成され、超音波スピーカ
８１３は基準信号として超音波信号源８１２の出力する
超音波信号を送出する。そして、一対の信号検出器８０
５Ｌ、８０５Ｒには、この基準信号を感受するため超音
波マイクロホンが設けられている。

【０００８】図１１（ａ）に示すように、超音波スピー
カ８１３から位置検出用の基準信号として超音波が所定
の時間ごとに所定レベルで送出される。この基準信号は
バースト波や、所定周期でレベルが変動するレベル変調
波でもよく、位相検出が可能な信号とする。図８の信号
検出器８０５Ｌ、８０５Ｒがこのような基準信号を受信
すると、聴取者Ｐの頭部方向と超音波スピーカ８１３と
の相対位置関係に応じて、図１１（ｂ）、（ｃ）に示す
ような時間遅れを有する各検出信号が出力される。

【０００９】聴取者Ｐが移動したり、頭部Ｍを回転させ
た場合にも、信号検出器８０５Ｌ、８０５Ｒは聴取者Ｐ
の陰になることなく、位置検出用の基準信号を安定かつ
正確に検出することができる。聴取者Ｐの頭部Ｍの形状
や大きさに個人差があるので、ヘッドホンユニット８０
２Ｌ、８０２Ｒの空間位置に対応するように信号検出器
８０５Ｌ、８０５Ｒの位置を調節する必要がある。この
場合ヘッドバンド８０１に沿ってスライダ８０４Ｌ、８
０４Ｒを摺動させて、基準信号の検出に最適な位置に信
号検出器８０５Ｌ、８０５Ｒを微調整する。

【００１０】信号検出器８０５Ｌ、８０５Ｒにより得ら
れる各検出信号は、図９の角度検出部８１４に供給され
る。角度検出部８１４には、信号検出器８０５Ｌの検出
信号が入力される第１のエッジ検出回路（ＤＥＴ）８１
５、信号検出器８０５Ｒの検出信号が入力される第２の
エッジ検出回路８１６、超音波信号源８１２から位置検
出用の基準信号が直接供給される第３のエッジ検出回路
８１７、第１及び第２のエッジ検出回路８１５、８１６
の出力信号の時間差を検出する両耳時間差検出回路８１
９、第１、第２、第３のエッジ検出回路８１５、８１
６、８１７の信号に基づいて基準信号源８１１と聴取者
Ｐとの距離を算出する距離算出回路８１８、両耳時間差
検出回路８１９と距離算出回路８１８の出力に基づいて
聴取者Ｐの頭部方向を検出する回転角度算出回路８２０
が夫々設けられている。

【００１１】図１１（ｄ）、（ｅ）に示すように、第１
及び第２のエッジ検出回路８１５、８１６は各信号検出
器８０５Ｌ、８０５Ｒによる各検出信号の立ち上がりエ
ッジを検出して、この立ち上がりエッジでパルス信号を
出力する。これらの各パルス信号は、距離算出回路８１
８及び両耳時間差検出回路８１９に出力される。また図
１１（ｆ）に示すように、第３のエッジ検出回路８１７
は超音波信号源８１２からの超音波信号の立ち上がりエ
ッジを検出し、このエッジでパルス信号を出力する。第
３のエッジ検出回路８１７により得られるパルス信号は
距離算出回路８１８に出力される。

【００１２】図１１で示すように第３のエッジ検出回路
８１７により得られるパルス信号と、第１のエッジ検出
回路８１５により得られるパルス信号との時間差をｔ１
とする。また第３のエッジ検出回路８１７により得られ
るパルス信号と第２のエッジ検出回路８１６により得ら
れるパルス信号の時間差ｔ２とする。そしてこれら各時
間差ｔ１とｔ２との差分値をｔ３とすると、距離算出回
路８１８は差分値ｔ３と音速ｖとに基づき、超音波スピ
ーカ８１３と聴取者Ｐの距離を算出する。この距離は厳
密には図１２に示すように聴取者Ｐの頭部Ｍの中心と超
音波スピーカ８１３との距離ｌ₀を指す。なお、音速ｖ
は予め距離算出回路８１８に定数として設定しておいて
も良く、また気温、湿度、気圧などの変動に伴って変更
自在にしておいてもよい。更に距離ｌ₀の算出に際して
は、各信号検出器８０５Ｌ、８０５Ｒと頭部Ｍの中心と
の位置関係や、頭部Ｍの形状や大きさに基づく補正をし
てもよい。

【００１３】これらの距離ｌ₀、時間差ｔ１、ｔ２を示
す信号は回転角度算出回路８２０に与えられる。両耳時
間差検出回路８１９は時間差ｔ１、ｔ２より差分値ｔ３
を算出し、回転角度検出回路８２０に出力する。

【００１４】回転角度検出回路８２０では、時間差ｔ
１、ｔ２、差分値ｔ３、距離ｌ₀、音速ｖ、及び頭部Ｍ
の半径ｒとを用いて、図１２で示すような頭部方向の角
度θ₀を算出する。角度θ₀は、次の（１）式で計算で
きる。

【数１】

【００１５】そして、超音波スピーカ８１３の位置を仮
想音源８２１の基準位置とする。回転角度算出回路８２
０により得られる聴取者Ｐの頭部Ｍの回転角度情報は、
図１０の音響処理部８２３に出力される。

【００１６】音響処理部８２３には図８に示す音響信号
供給源８２４が接続され、これより左チャンネル、右チ
ャンネルの音響信号ＳＬ、ＳＲが夫々供給される。音響
信号供給源８２４は音響信号ＳＬ，ＳＲを出力する装置
であって、例えば各種のディスク再生装置、テープ再生
装置、又は電波受信装置などとする。

【００１７】さて音響処理部８２３は、音響信号供給源
８２４から供給される左チャンネル、右チャンネルの音
響信号ＳＬ、ＳＲに対して、仮想音源８２１から聴取者
Ｐの両耳に至る伝達特性を与える回路である。図１０に
示すように音響処理部８２３は、多数の伝達関数を記憶
したメモリ８２５、メモリ８２５から読み出される特定
の伝達関数を音響信号ＳＬ，ＳＲに付加する第１〜第４
の信号処理回路８２６ａ、８２６ｂ、８２６ｃ、８２６
ｄ、第１〜第４の信号処理回路８２６ａ〜８２６ｄによ
る信号処理が施された各音響信号から、左耳用の音響信
号ＥＬと右耳用の音響信号ＥＲとを合成する第１、第２
の信号加算器８２７Ｌ、８２７Ｒを備えている。

【００１８】図１３に示すように、聴取者Ｐに対向して
設置された左チャンネル用及び右チャンネル用の一対の
スピーカ装置を仮想音源ＳｐＬ，ＳｐＲとする。これら
仮想音源ＳｐＬ，ＳｐＲから、聴取者Ｐの左耳ＹＬ、右
耳ＹＲに到達する音響出力のインパルス応答を、聴取者
Ｐの頭部Ｍの動きに応じて所定回転角度ごとに測定す
る。そして測定に用いたスピーカ装置の特性、及び測定
時の音場の特性を除いて求めた直接音のみの伝達関数を
ｈＬＬ（ｔ，θ）、ｈＬＲ（ｔ，θ）、ｈＲＬ（ｔ，
θ）、ｈＲＲ（ｔ，θ）とする。頭部回転角度θをアド
レスとして予めこれらの伝達関数がメモリ８２５に記憶
されているものとする。

【００１９】そして、角度検出部８１４により得られる
頭部回転角度θを読出アドレスとして、メモリ８２５か
ら伝達関数ｈＬＬ（ｔ，θ）、ｈＬＲ（ｔ，θ）、ｈＲ
Ｌ（ｔ，θ）、ｈＲＲ（ｔ，θ）の組データを読み出
す。メモリ８２５から読み出された各伝達関数ｈＬＬ
（ｔ，θ）、ｈＬＲ（ｔ，θ）、ｈＲＬ（ｔ，θ）、ｈ
ＲＲ（ｔ，θ）は、夫々第１〜第４の信号処理回路８２
６ａ、８２６ｂ、８２６ｃ、８２６ｄに供給される。

【００２０】即ち、第１の信号処理回路８２６ａには、
右チャンネルの音響信号ＳＲを再生したとき、右耳に対
する直接音のインパルス応答を示す伝達関数ｈＲＲ
（ｔ，θ）が設定される。また、第２の信号処理回路８
２６ｂには、右チャンネルの音響信号ＳＲを再生したと
き、左耳に対する直接音のインパルス応答を示す伝達関
数ｈＲＬ（ｔ，θ）が設定される。さらに、第３の信号
処理回路８２６ｃには、左チャンネルの音響信号ＳＬを
再生したとき、右耳に対する直接音のインパルス応答を
示す伝達関数ｈＬＲ（ｔ，θ）が設定される。また、第
４の信号処理回路８２６ｄには、左チャンネルの音響信
号ＳＬを再生したとき、左耳に対する直接音のインパル
ス応答を示す伝達関数ｈＬＬ（ｔ，θ）が設定される。

【００２１】音響信号供給源８２４から出力される音響
信号ＳＲは第１、第２の信号処理回路８２６ａ、８２６
ｂに夫々送られる。第１の信号処理回路８２６ａは伝達
関数ｈＲＲ（ｔ，θ）のインパルス応答を与える畳み込
み処理を音響信号ＳＲに施す。また、第２の信号処理回
路８２６ｂは伝達関数ｈＲＬ（ｔ，θ）のインパルス応
答を与える畳み込み処理を音響信号ＳＲに施す。

【００２２】同様にして音響信号供給源８２４から出力
される音響信号ＳＬは第３、第４の信号処理回路８２６
ｃ、８２６ｄに夫々送られる。第３の信号処理回路８２
６ｃは伝達関数ｈＬＲ（ｔ，θ）のインパルス応答を与
える畳み込み処理を音響信号ＳＬに施す。また、第４の
信号処理回路８２６ｄは伝達関数ｈＬＬ（ｔ，θ）のイ
ンパルス応答を与える畳み込み処理を音響信号ＳＬに施
す。

【００２３】次に、第１及び第３の信号処理回路８２６
ａ、８２６ｃの出力信号は右側用の加算器８２７Ｒに供
給されて互いに加算される。この加算器８２７Ｒの出力
信号は右側用の増幅器８２８Ｒを介して右耳用の音響信
号ＥＲとして右側のヘッドホンユニット８０２Ｒに送ら
れて再生される。同様にして第２及び第４の信号処理回
路８２６ｂ、８２６ｄの出力信号は左側用の加算器８２
７Ｌに供給されて互いに加算される。この加算器８２７
Ｌの出力信号は左側用の増幅器８２８Ｌを介して左耳用
の音響信号ＥＬとして左側のヘッドホンユニット８０２
Ｌに送られて再生される。

【００２４】このような信号処理装置においては、回転
角度算出回路８２０で算出された現在の頭部角度情報を
読み出し、これをアドレスとして、メモリ８２５から特
定の伝達関数ｈＬＬ（ｔ，θ）、ｈＬＲ（ｔ，θ）、ｈ
ＲＬ（ｔ，θ）、ｈＲＲ（ｔ，θ）の組データを取り出
すようにしている。そしてこれらの伝達関数に基づいて
聴取者Ｐの移動、及び頭部の回転に伴う伝達関数の変化
に対応する信号処理を音響処理部８２３により行ってい
る。こうすれば、聴取者Ｐがヘッドホン装置８１０を装
着したとき、仮想音源が移動しない頭外定位感及び前方
定位感が得られる。即ち、聴取者Ｐがヘッドホン装置８
１０を装着せずに、聴取者Ｐに対向して設置された一対
のスピーカ装置から音響信号を再生されるような臨場感
が得られる。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような従来
の構成では、多数組の伝達関数を記憶するため、メモリ
８２５の容量をきわめて多く確保しなければならないと
いう問題点があった。即ちメモリに例えば0.36度間隔で
伝達関数を記憶させ、伝達関数の角度間隔をこの間隔で
増加して行くと、1.5 度程度までは聴感上ほぼ同じよう
に感じる。そして2.0 度以上にすると聴感上差が分かる
ようになる。従って記憶すべき伝達関数は1.5 度間隔に
する必要がある。

【００２６】360 度の全方向に対応するためには、240
組の伝達関数を記憶しなければならない。直接音のイン
パルス応答が５ｍｓ程度で収束するとし、サンプリング
周波数をＣＤなどと同じ44.1ｋHzとすれば、インパルス
応答は220 サンプルを必要とする。インパルス応答を16
bit で量子化する場合、１つの音源から左右それぞれの
耳までの伝達関数を記憶するのに必要なメモリ量は約１
Ｋバイトとなり、240組の伝達関数を記憶するのに必要
なメモリの総量は240 Ｋバイトとなる。

【００２７】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、両耳にヘッドホン装置を付け
た状態で聴取者が音像を頭外に定位させて聴取し、頭部
方向を変えたとき音源の位置を変化させないようにする
と共に、且つ伝達関数を記憶するメモリの容量を大幅に
削減することのできる信号処理装置を実現することを目
的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、音源から聴取者の両耳まで
の伝達関数を複数の角度について測定し、測定された伝
達関数の主成分分析を行ったとき、前記主成分分析によ
り得られる複数の基底関数と聴取者の頭部方向に依存し
ない平均伝達関数とを記憶する第１の記憶手段と、前記
第１の記憶手段に保持された各基底関数の重み付け係数
群を記憶する第２の記憶手段と、前記第１の記憶手段に
保持された複数の基底関数により入力音響信号を処理
し、前記第２の記憶手段に保持された重み付け係数によ
り前記処理信号を重み付けして加算することにより、音
像位置を制御する信号処理手段と、を具備することを特
徴とするものである。

【００２９】このような構成によれば、聴取者がヘッド
ホン装置を装着して音を聴くとき、入力音響信号が複数
の基底関数で処理され、夫々の基底関数の変換出力に対
して重み付け加算される。こうするとより少ない記憶手
段のデータを用いて所定の伝達関数を実現できる。こう
して聴取者の頭部角度に応じて頭外に音像が定位する。

【００３０】又本願の請求項２記載の発明は、音源から
聴取者の両耳までの伝達関数を複数の角度について測定
し、測定された伝達関数の主成分分析を行ったとき、前
記主成分分析により得られる複数の基底関数と聴取者の
頭部方向に依存しない平均伝達関数とを記憶する第１の
記憶手段と、前記第１の記憶手段に保持された各基底関
数の重み付け係数群を聴取者の頭部方向に対応させて記
憶する第２の記憶手段と、聴取者の頭部方向を仮想音源
からの回転角度として検出する角度検出手段と、前記第
１の記憶手段に保持された複数の基底関数により入力音
響信号を処理し、前記角度検出手段で検出された頭部の
回転角度に基づいて前記第２の記憶手段に保持された重
み付け係数を読み出し、前記処理信号を重み付けして加
算することにより、音像位置を制御する信号処理手段
と、を具備することを特徴とするものである。

【００３１】又本願の請求項３記載の発明は、音源から
聴取者の両耳までの伝達関数を複数の角度について測定
し、測定された伝達関数の主成分分析を行ったとき、前
記主成分分析により得られる複数の基底関数と聴取者の
頭部方向に依存しない複数の平均伝達関数とを記憶する
第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段に保持された各
基底関数の重み付け係数群を聴取者の頭部方向に対応さ
せて記憶する第２の記憶手段と、前記第１の記憶手段か
ら特定の平均伝達関数を選択する選択手段と、聴取者の
頭部方向を仮想音源からの回転角度として検出する角度
検出手段と、前記第１の記憶手段に保持された複数の基
底関数により入力音響信号を処理し、前記角度検出手段
で検出された頭部回転角度に基づいて前記第２の記憶手
段に保持された重み付け係数を読み出し、前記処理信号
を重み付けして加算することにより、音像位置を制御す
る信号処理手段と、を具備することを特徴とするもので
ある。

【００３２】又本願の請求項４記載の発明では、前記第
１の記憶手段は、多数の聴取者に対し予め測定された伝
達関数を、人間の聴覚特性に対応する特徴パラメータベ
クトルに変換した後、クラスタリングを行って小数に集
約したデータから生成される複数の平均伝達関数を記憶
することを特徴とするものである。

【００３３】又本願の請求項５記載の発明では、前記信
号処理手段は、前記第１の記憶手段で保持された第ｉ
（ｉ＝１〜ｎまでの序数）の重み付け係数群により、主
成分分析に対する第ｉの基底関数を夫々実現するｎ個の
畳み込み手段と、前記第ｉの畳み込み手段の出力に対し
て前記第２の記憶手段に保持された第ｉの右側重み付け
係数を夫々乗算するｎ個の右側乗算手段と、前記第ｉの
畳み込み手段の出力に対して前記第２の記憶手段に保持
された第ｉの左側重み付け係数を夫々乗算するｎ個の左
側乗算手段と、前記ｎ個の右側乗算手段の出力を夫々加
算して右側変換音響信号を生成する右側加算手段と、前
記ｎ個の左側乗算手段の出力を夫々加算して左側変換音
響信号を生成する左側加算手段と、を有することを特徴
とするものである。

【００３４】このような請求項２〜４の構成によれば、
聴取者がヘッドホン装置を装着して音を聴くとき、入力
音響信号が複数の基底関数で処理される。そして角度検
出手段により聴取者の頭部の回転角度が検出されると、
その角度に対応する基底関数の重み付け係数が選択さ
れ、夫々の基底関数の変換出力に対して重み付け加算さ
れる。こうするとより少ない記憶手段のデータを用いて
所定の伝達関数を実現できる。こうして聴取者の頭部角
度に応じて頭外に音像が定位する。

【００３５】特に請求項３、４の構成によれば、複数の
平均伝達関数を用意し、聴取者が自分に最も適したもの
を選択することにより、本人に最も適した頭外音像定位
を容易に得ることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）本発明の第１実施形態における信号処
理装置について、数式と図面を用いて説明する。図１は
第１実施形態の信号処理装置の構成を示すブロック図で
あり、１チャンネルの入力信号、即ち１つの音像を頭外
に定位させる場合を示している。

【００３７】図１において本実施形態の信号処理装置
は、第１の記憶手段１０１、第２の記憶手段１０２、角
度検出手段１０３、信号処理手段１０５を含んで構成さ
れる。第１の記憶手段１０１は、音源位置から聴取者の
両耳までの伝達関数を測定したとき、これらの伝達関数
の主成分分析により得られる基底関数群を記憶する記憶
手段である。第２の記憶手段１０２は第１の記憶手段１
０１で保持された各基底関数に対する重み付け係数群を
頭部方向毎に記憶する記憶手段である。角度検出手段１
０３は音源位置に対する聴取者の頭部方向（頭部回転角
度）を検出する手段であり、その角度情報は第２の記憶
手段１０２に与えられる。

【００３８】信号処理手段１０５は入力端子１０４を介
して音響信号が入力されると、第１の記憶手段１０１に
保持された複数の基底関数を用いて音響信号の頭外音像
定位の信号処理を行う手段である。信号処理手段１０５
は例えば６つの畳み込み手段１０６ａ〜１０６ｆ、右チ
ャンネルの乗算器１０７ａ〜１０７ｆ、左チャンネルの
乗算器１０７ｇ〜１０７ｌ、右チャンネルの加算器１０
８ａ、左チャンネルの加算器１０８ｂより構成される。

【００３９】入力端子１０４から入力された音響信号は
畳み込み手段１０６ａ〜１０６ｆに夫々与えられる。畳
み込み手段１０６ａは第１の記憶手段１０１に保持され
た平均の基底関数ＢＦ−０を用いて音響信号の畳み込み
演算をする手段である。同様にして畳み込み手段１０６
ｂは第１の記憶手段１０１に保持された第１の基底関数
ＢＦ−１を用い、畳み込み手段１０６ｃは第２の基底関
数ＢＦ−２を用い、畳み込み手段１０６ｄは第３の基底
関数ＢＦ−３を用い、畳み込み手段１０６ｅは第４の基
底関数ＢＦ−４を用い、畳み込み手段１０６ｆは第５の
基底関数ＢＦ−５を用い、夫々畳み込み演算をする手段
である。

【００４０】乗算器１０７ａは畳み込み手段１０６ａの
出力を第２の記憶手段１０２に保持された右チャンネル
における特定の重み付け係数で乗算する回路である。同
様にして乗算器１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７
ｅ、１０７ｆは夫々、畳み込み手段１０６ｂ、１０６
ｃ、１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆの出力を第２の記憶
手段１０２に保持された各特定の重み付け係数で乗算す
る回路である。乗算器１０７ａ〜１０７ｆの各出力は加
算器１０８ａで加算され、右チャンネルの出力端子１０
９ａを介して出力される。

【００４１】乗算器１０７ｇ、１０７ｈ、１０７ｉ、１
０７ｊ、１０７ｋ、１０７ｌは、夫々、畳み込み手段１
０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１０６ｅ、１
０６ｆの出力を第２の記憶手段１０２に保持された左チ
ャンネルにおける各特定の重み付け係数で乗算する回路
である。乗算器１０７ｇ〜１０７ｌの各出力は加算器１
０８ｂで加算され、左チャンネルの出力端子１０９ｂを
介して出力される。

【００４２】出力端子１０９ａ，１０９ｂの出力信号は
従来例と同様、増幅器を介してヘッドホン装置の左右の
ヘッドホンユニットに入力される。また、角度検出手段
１０３の詳細は従来例と同様であるのでここでは説明を
省略する。

【００４３】このように構成された第１実施形態の信号
処理装置において、まず主成分分析による基底関数の決
定方法について説明する。主成分分析の対象となる頭部
伝達関数の測定については、クロススペクトル法、時間
伸長パルス法などで行える。これらの方法は、たとえば
文献「日高他“インパルス応答の測定法”日本音響学会
建築音響研究会資料資料番号ＡＡ−８９−１４」や、
「鈴木他“時間引き伸ばしパルスの設計法に関する考
察”電子情報通信学会技術報告資料番号ＥＡ９２−８
６」に詳しく述べられている。

【００４４】伝達関数を設定するには、被験者は無響室
の中央に座る。被験者を中心とする水平面の半円上に配
置された小型スピーカの１つからテスト音を放射する。
被験者の鼓膜応答はプローブマイクロホンの出力として
得られる。プローブマイクロホンの先端は鼓膜から数ｍ
ｍの位置に固定される。得られたプローブマイクロホン
出力は、クロススペクトル法の場合には入力信号との比
に変換され、時間引き伸ばしパルス法の場合には逆フィ
ルタ処理される。この結果、頭部伝達関数（インパルス
応答）が得られる。この頭部伝達関数は240 方向の水平
角（1.5 度刻み）で測定される。

【００４５】次に、頭部伝達関数の主成分分析について
説明する。主成分分析とは、相関のある測定値の集合を
効果的に表現しようとする統計的な手法である。主成分
分析の中心となる考え方は、互いに関係のある大量の測
定値の集合について、データが表している変動をできる
だけ保ちつつ、次元を減らすことである。主成分分析
は、フーリエ分析が波形をｓｉｎやｃｏｓ成分に分解す
る方法であるように、振幅スペクトルを基底関数に分解
することを特徴とする。この基底関数は、夫々のスペク
トルを組み立てるための基本的なスペクトル形状と見な
される。

【００４６】夫々のスペクトルはこれらの基底関数の重
み付け加算により近似される。従って、重み付け係数は
あるスペクトルに対するそれぞれの基底関数（基本スペ
クトル形状）の相対的寄与を決める働きをする。夫々の
振幅スペクトルに対して重み付けを全て集めたものを
“主成分”ＰＣと呼ぶ。前述した第１の基底関数（ＢＦ
−１）とその重み付け（ＰＣ−１）は、データに表され
る共通変化量の主要部分を捕らえたものである。残りの
基底関数（ＢＦ−２，ＢＦ−３，・・・）とその重み付
け（ＰＣ−２，ＰＣ−３，・・・）は、共通変化量の要
素が減ったものであり、固有変化量が増加している。デ
ータの十分な表現をするのに必要な基底関数の個数は、
データに含まれる冗長度又は相関度に大きく関連する。
冗長度が大きければ、必要な基底関数の個数は少なくな
る。

【００４７】基底関数ＢＦと主成分ＰＣとを、被験者の
左右の耳の頭部伝達関数の振幅データ480 個から導き出
す手順について述べる。0.2 〜15ｋHzの範囲の150 の周
波数成分の対数振幅を分析に用いる。主成分分析を行う
前に、被験者の両耳の測定値に対して、240 方向の平均
頭部伝達関数の対数振幅関数を計算する。この平均頭部
伝達関数は被験者に依存し、方向に依存しないもので、
夫々の耳から記録された240 個の頭部伝達関数に共有さ
れるスペクトルの特徴を含んだものである。これには例
えば約2.5 ｋHzの耳道共振が含まれる。これらの影響を
除去するために、夫々の頭部伝達関数から平均頭部伝達
関数を差し引く。平均頭部伝達関数の除去により、主と
して方向に依存するスペクトル効果を表す480 個の対数
振幅関数が得られる。これらの関数を、方向に依存する
成分と依存しない成分（例えば耳道共振）とのスペクト
ル効果を両方とも含む頭部伝達関数と区別するために、
“方向伝達関数”と呼ぶことにする。ここでは480 個の
方向伝達関数が主成分分析の対象となる。

【００４８】主成分分析の第１ステップは、周波数共分
散行列の計算である。これらの共分散はそれぞれの周波
数のペアに対する480 個の方向伝達関数の類似性の測度
を与える。周波数のペア（i,j ）に対する共分散Ｓは次
の（２）式で与えられる。

【数２】ここで、ｎは伝達関数の総数（本実施形態の場合では48
0 ）、ｐは周波数の総数（本実施形態の場合では150
）、Ｄkiはｋ方向の伝達関数のｉ番目の周波数の対数
振幅である。なおｋは音源方向を示すが、左右の耳に対
応させるため、1 〜240 を左、241 〜480 を右とする。
すなわち、１が音源が正面の場合の左耳のデータとし、
241 が右耳のデータとする。そして反時計回りに1.5 度
のデータを2、242 とし、３度のデータを3 、243 ・・
・とする。

【００４９】基底関数（離散的な表現をするから、より
正確には基底ベクトルである。行列演算に関する説明の
箇所では基底ベクトルと言う表現を用いる）ｃｑは、共
分散行列のｑ個の固有値に対応するｑ個の固有ベクトル
である。与えられた方向伝達関数に対して、夫々の基底
関数の方向伝達関数に対する寄与を表す重み付けｗｋは
次の（３）式で与えられる。

【数３】ここで、Ｃは各列が基底ベクトルである行列であり、
Ｃ’はＣの逆行列である。ｄk はｋ番目の方向伝達関数
の振幅ベクトルである。（３）式を整理し直すと、方向
伝達関数の振幅ベクトルｄk は基底ベクトルの荷重加算
と等しくなる。

【数４】（４）式で示したように、それぞれの方向伝達関数は基
底ベクトルの線形結合で再構成される。ただし、頭部伝
達関数全体の再構成は、再構成された方向伝達関数に平
均伝達関数を加える必要がある。

【００５０】再構成される方向伝達関数の細部がどれだ
け再現されるかは、再構成に使用する基底関数の個数に
より決まる。どれだけの基底関数を使用するかという決
定は、オリジナルデータのどれだけの変化を復元するか
に基づく。ここでは方向伝達関数の振幅スペクトルを約
90％の範囲で再構成するのに必要な基底関数の個数を選
ぶ。この基準からいえば５個の基底関数を使用すること
で目的が達成される。図２は前述した５つの基底関数の
例を示す。

【００５１】以上のようにして導出した基底関数ＢＦと
主成分ＰＣとは、夫々図１の第１の記憶手段１０１、第
２の記憶手段１０２に格納される。また、平均頭部伝達
関数を便宜的にＢＦ−０とし、その重み付け係数を便宜
的にＰＣ−０と表す。これらのデータも夫々第１の記憶
手段１０１、第２の記憶手段１０２に格納される。図３
に示すように第２の記憶手段１０２では、アドレス＃０
〜＃５に正面方向（角度０度）の左耳のＰＣ−０〜ＰＣ
−５のデータが格納され、アドレス＃６〜＃１１に右耳
のＰＣ−０〜ＰＣ−５のデータが格納される。同様にア
ドレス＃１２〜＃２３には、1.5 度における左右のＰＣ
−０〜ＰＣ−５のデータが格納される。

【００５２】第１の記憶手段１０１に記憶された基底関
数ＢＦ−０〜ＢＦ−５は、畳み込み手段１０６ａ〜１０
６ｆに送られ、入力された音響信号と畳み込まれる。角
度検出手段１０３の検出結果は、1.5 度刻みに量子化さ
れる。例えば±0.75度以内の角度は０度とする。そし
て、量子化した角度を12倍した値が第２の記憶手段１０
２のデータ読み出し開始アドレスとなり、１２個の重み
付け係数が読み出される。読み出された重み付け係数は
乗算器１０７ａ〜１０７ｌに送られ、畳み込み手段１０
６ａ〜１０６ｆの畳み込み結果を重み付けする。乗算器
１０７ａ〜１０７ｆの乗算結果は加算器１０８ａで加算
され、右チャンネルの出力端子１０９ａから出力され
る。乗算器１０７ｇ〜１０７ｌの乗算結果は加算器１０
８ｂで加算され、左チャンネルの出力端子１０９ｂから
出力される。

【００５３】このように第１実施形態では、入力音響信
号を複数の基底関数ＢＦで処理し、角度検出手段１０３
により聴取者Ｐの頭部回転角度θを検出し、基底関数Ｂ
Ｆで処理した信号を検出角度に対応する基底関数の重み
付け係数ｗｋによって重み付け加算することにより、頭
外音像定位を施した音響信号が得られる。しかも、夫々
の方向ごとに多数の伝達関数のデータを持つ場合に比べ
て、本実施形態では伝達関数を記憶する記憶手段の容量
を大幅に削減できる。即ち、伝達関数の記憶容量は、従
来例では240 Ｋバイトであったが、本実施形態では基底
関数1.5 Ｋバイト（６個×0.25Ｋバイト）、重み付け係
数5.8 Ｋバイト（12個×2 バイト×240方向）、合計で
8.7 Ｋバイトで済む。さらに、聴取者の頭の角度が変わ
るたびに第２の記憶手段１０２から信号処理手段１０５
へ転送するデータは24バイトだけであり、従来例の１Ｋ
バイトに比べると1/40以下であり、この点でも優れた効
果がある。

【００５４】（実施の形態２）次に本発明の第２実施形
態における信号処理装置について説明する。第１実施形
態では入力信号が１チャンネルの場合についてあった
が、第２実施形態では２チャンネル入力の場合を対象と
している。図４は２チャンネル入力に対応させた場合の
信号処理装置の構成を示すブロック図であり、第１実施
形態と同一部分は同一の符号を付け、詳細な説明は省略
する。図４に示すように本実施形態では、２系統の信号
処理手段１０５ａ、１０５ｂを設け、２チャンネルの入
力音響信号を独立に処理した後、夫々の信号に対する右
及び左チャンネルの出力信号を加算して全体の出力信号
とする。

【００５５】第１の記憶手段１０１は、音源位置から聴
取者の両耳までの伝達関数を測定したとき、伝達関数の
主成分分析により得られる基底関数群を記憶する記憶手
段である。第２の記憶手段１０２は角度検出手段１０３
の出力データに基づいた基底関数の重み付け係数群を記
憶する記憶手段である。角度検出手段１０３は音源位置
に対する聴取者の頭部回転角度を検出する手段である。
信号処理手段１０５ａは、左入力端子１０４ａから音響
信号が入力されると、第１の記憶手段１０１に保持され
た左チャンネルの特定の基底関数により音響信号を変換
する手段である。信号処理手段１０５ｂは、右入力端子
１０４ｂから音響信号が入力されると、第１の記憶手段
１０１に保持された右チャンネルの特定の基底関数によ
り音響信号を変換する手段である。

【００５６】加算器４１０ａは信号処理手段１０５ａ，
１０５ｂの出力を加算して左出力端子４１１ａから左チ
ャンネルの音響信号を出力する。同様に加算器４１０ｂ
は信号処理手段１０５ａ，１０５ｂの出力を加算して右
出力端子４１１ｂから右チャンネルの音響信号を出力す
る。

【００５７】このような構成により、信号処理手段１０
５ａ、１０５ｂは角度検出手段１０３により頭部回転角
度が与えられると、第１の記憶手段１０１に保持された
複数の基底関数と、第２の記憶手段１０２に保持された
特定の重み付け係数の組み合わせデータを用いて、入力
音響信号の重み付け加算をする。本実施形態において、
角度検出手段１０３の出力から第２の記憶手段１０２の
重み付け係数を選択すること以外は第１実施形態と同様
の動作をするので、これらの部分については説明を省略
する。

【００５８】ここで角度検出手段１０３の出力から第２
の記憶手段１０２の重み付け係数を選択する方法につい
て説明する。通常、左右２チャンネルの音響信号を２チ
ャンネルのスピーカで再生する場合には、図１３に示す
ように、仮想音源ＳｐＬ、ＳｐＲで示すように聴取者Ｐ
を１頂点とする三角形の他の頂点にスピーカが配置され
る。図４の角度検出手段１０３では聴取者Ｐの正面方向
に対する角度を検出するので、図１３に示すスピーカ配
置を想定した場合には、音源方向を補正しなければなら
ない。

【００５９】例えば、角度検出手段１０３の検出結果が
０度の場合、左入力信号は30度方向、右信号は-30 度
（＝330 度）となる。従って第２の記憶手段１０２に1.
5 度間隔で重み付け係数が記憶されている場合、左チャ
ンネルの信号を処理する信号処理手段１０５ａには、ア
ドレス240 （＝12×30/1.5）から12個の重み付け係数が
転送される。また右チャンネルに信号を処理する信号処
理手段１０５ｂには、アドレス2640（＝12×330/1.5 ）
から12個の重み付け係数が転送される。

【００６０】（実施の形態３）次に本発明の第３実施形
態における信号処理装置について説明する。不特定多数
の聴取者を想定すると、それぞれの聴取者の頭部形状や
耳介形状などが異なるため、伝達関数に個人差が生じ、
これらの差に対応する処理が必要である。本実施形態の
信号処理装置は、多数の被験者について頭部伝達関数を
測定する。そして代表的な平均伝達関数を個別に記憶
し、聴取者がヘッドホン装置を装着するとき、自分に適
した平均伝達関数を選択させるというものである。

【００６１】図５はこのような趣旨の信号処理装置の構
成を示すブロック図である。図５において、信号処理装
置に第１の記憶手段１０１、第２の記憶手段１０２、角
度検出手段１０３、信号処理手段１０５を設けることは
第１実施形態と同様である。第１の記憶手段１０１は、
音源位置から聴取者の両耳までの伝達関数を測定し、伝
達関数の主成分分析により得られる基底関数群と複数の
平均伝達関数を記憶する手段である。選択手段５１０は
聴取者が第１の記憶手段１０１に保持されている複数の
平均伝達関数の内の１つを選択する手段である。

【００６２】第２の記憶手段１０２は角度検出手段１０
３の出力データに基づいた基底関数の重み付け係数群を
記憶する手段である。角度検出手段１０３は音源位置に
対する聴取者の頭部回転角度を検出する手段である。信
号処理手段１０５は入力端子１０４から音響信号が入力
されると、第１の記憶手段１０１に保持された複数の基
底関数と、選択手段５１０で選択された平均伝達関数と
により音響信号を処理し、角度検出手段１０３により示
される頭部回転角度における基底関数の重み付け係数に
より音響信号を重み付け加算をする手段である。信号処
理手段１０５の出力信号は左出力端子１０９ａ、右出力
端子１０９ｂから出力される。

【００６３】このように構成された、本実施形態の信号
処理装置の動作を説明する。まず、代表的な平均伝達関
数を選択するための被験者の分類方法を説明する。ある
個人ｉに関して測定した方向ｄの伝達関数をＳＬｄｉ
（ｔ）、ＳＲｄｉ（ｔ）とする。ここで、Ｌは左耳を示
し、Ｒは右耳を示す。伝達関数を次数ｎのＦＦＴ複素ス
ペクトルで表すと２ⁿ点の情報が必要である。

【００６４】ある個人のｍ個の方向の左右の伝達関数を
次数Ｌ＝ｍ＊２⁽ⁿ⁺¹⁾のベクトルとみなし、Ｎ人のベク
トルを、例えばＬＢＧ法によってｋ個のクラスタに分類
し、各クラスタの重心を代表伝達関数とする。ＬＢＧ法
では、Ｌ次元のＮ個のベクトルを、まず２つのクラスタ
に分割する。この分割法は、Ｌ次元のベクトル空間上で
最大の固有値を与える固有ベクトルに直交し、且つ重心
を通る超平面によって分割する。但しこの分割に用いる
超平面は厳密である必要はなく、適当に定めてもこの後
の逐次最適化処理により救済される。新たに得られた２
つのクラスタで、夫々の重心を求め、一方の重心により
近いベクトルをそのクラスタに含まれるとする方法でク
ラスタを修正する。その修正後のクラスタの重心を改め
て求めるという逐次処理により、クラスタ分割を最適化
する。このように最適化された新たなクラスタについて
上記の手順を繰り返すことにより、ｋ個のクラスタが得
られる。

【００６５】ＬＢＧ法によるクラスタ化手順は、たとえ
ば、文献「Joho Makhol,Salim Poucos and Herbertgish
"Vector Quantization in Speech Coding " Proceedi
ng of the IEEE,Vol 73, No.11, Nov.1985」に詳細に述
べられている。

【００６６】この方法は、伝達関数の物理的特性と知覚
との関係を考慮せず、機械的にベクトルの分布を距離尺
度により分類する方法であるが、結果的には知覚に十分
対応した分類が行われる性質がある。しかし、一般にベ
クトルの次元Ｌは８〜１０程度であり、非常に次数の高
い（例えばｍ＝4 、ｎ＝8 のときＬ＝2048）ベクトルの
距離を多数計算し、場合によっては固有値や固有ベクト
ルの計算もするため、効率のよい方法ではない。

【００６７】そこで、計算量とメモリ規模を現実的な値
に低下させるために、距離や方向の知覚に関するパラメ
ータを抽出してからクラスタリングを行う。人が音源の
方向や距離を知覚する手がかりは、方向により異なって
いると考えられている。正面に音源がある場合、左右両
耳に同一の波形が加わる。この場合、方向や距離の手が
かりはパワースペクトラムである。そこで、本実施形態
では正面方向の伝達関数をクラスタリングすることで、
代表的な伝達関数をもつ被験者を選択する。

【００６８】パワースペクトラムはたとえば線形予測
（ＬＰＣ）分析法によりわずかなパラメータで表すこと
ができる。知覚との対応がよいといわれるＬＰＣケプス
トラム係数を用いると、12次程度の次数で十分である。
その計算方法は、正面の伝達関数ＳＬ０ｉ（ｔ）の自己
相関係数から正規方程式を解き、線形予測係数αｊ（ｊ
＝０，…、Ｊ）を求めた後、ｚ領域の対数スペクトラム
の性質を用いると、ケプストラム係数ｃｊ（ｊ＝０，
…，Ｊ）を逐次に得ることができる。この方法は文献
「古井貞煕；ディジタル音声処理東海大学出版会」に
詳しく述べられている。

【００６９】一例として、Ｎ人の12次のＬＰＣケプスト
ラムのベクトルデータを前述のＬＢＧ法により、ｋ個の
クラスタに分類する。Ｎ＝200 、ｋ＝8 としても計算量
はわずかである。ケプストラムをパラメータに用いたの
は、人の知覚がパワースペクトラムのピークに敏感であ
る性質を考慮したものであるが、そのほかのＬＰＣパラ
メータである声道反射係数、対数面積比、又は線形予測
係数などや、ＦＦＴパワースペクトルを用いても、クラ
スタリングが可能であり、夫々効果が得られることは言
うまでもない。以上のようにして、ｋ個の代表的な伝達
関数を持つ被験者ｋ人を選択することができる。

【００７０】次に、代表的な伝達関数を持つ被験者に対
して、第１実施形態と同様に、240方向の伝達関数を測
定する。そして、夫々の被験者の両耳の測定値に対し
て、240 方向の平均頭部伝達関数の対数振幅関数を計算
する。この平均頭部伝達関数は被験者に依存し、方向に
依存しないものである。そして平均頭部伝達関数は夫々
の耳から記録された240 個の頭部伝達関数に共有される
スペクトルの特徴、即ち個人差を含んでいる。そこで、
被験者ごとの平均頭部伝達関数をＢＦ−０ｉ（ｉ＝１、
２・・・ｋ）として、第１の記憶手段１０１に記憶す
る。

【００７１】一方、個人差の影響を除去するために、被
験者ごとの平均頭部伝達関数を夫々の被験者の頭部伝達
関数から差し引く。平均頭部伝達関数を除去することに
より、主として方向に依存するスペクトル効果を表す48
0 個の対数振幅関数が得らる。これらの関数を方向伝達
関数と呼ぶ。ｋ人の被験者について480 の方向が必要で
あるから、合計（480 ×ｋ）個の伝達関数が主成分分析
の対象となる。主成分分析の方法は第１実施形態と同じ
であるから、ここでは省略する。以上のようにして、第
１の記憶手段１０１に格納する複数の平均伝達関数と、
主成分分析により得られる基底関数とが決まる。

【００７２】次に、第１の記憶手段１０１に格納された
複数の平均伝達関数から、聴取者が自分に適した平均伝
達関数を選択する方法について説明する。図６は選択手
段５１０の外観を示す図である。この選択手段５１０は
聴取者が操作しやすいようにヘッドホンのケーブルの途
中に設けられている。ヘッドホンケーブルには右耳用お
よび左耳用の信号線、平均伝達関数選択のための信号線
が納められている。本図において、選択手段５１０の本
体６０１には、プッシュスイッチ６０２と表示部６０３
が設けられている。

【００７３】次に選択手段５１０の使用手順を説明す
る。図７は使用手順を示すＰＡＤ（Program analysis d
iagram）図であり、プログラム開発に用いる問題分析図
である。選択に先だって、図５の第１の記憶手段１０１
から初期値として第１の平均伝達関数ＢＦ−０１を信号
処理手段１０５へダウンロードする。このときヘッドホ
ン装置のモードを再生モードとし、このモード（ステッ
プ１）でプッシュスイッチ６０２を２ｓ以上押し続ける
と、選択モードになる。このステップで代表的な平均伝
達関数が表示される。そして特定の平均伝達関数を選択
する。

【００７４】例えば聴取者はまず、第１の平均伝達関数
により処理された音を聴く。このとき表示部６０３は
“１”を表示する（ステップ２）。次に聴取者はプッシ
ュスイッチ６０２を操作する（ステップ３）。プッシュ
スイッチ６０２が１ｓ以内の時間で押されるたびに、順
次第２の平均伝達関数ＢＦ−０２、・・・第ｋの平均伝
達関数ＢＦ−０ｋを選択し、これらのデータが第１の記
憶手段１０１から信号処理手段１０５へダウンロード
し、その平均伝達関数で処理した音を提示する。このと
き、表示部６０３は“１”、“２”、・・・“ｋ”を順
に表示する。

【００７５】このようにして聴取者は最もうまく頭外定
位する平均伝達関数を探す。聴取者が平均伝達関数を決
めたら、その平均伝達関数により処理された音が出力さ
れる。このときプッシュスイッチ６０２を２ｓ以上押し
続けると、平均伝達関数が確定し再生モードになる。そ
して表示部６０３は選択された平均伝達関数のインデッ
クス番号を表示する。

【００７６】再生モードでプッシュスイッチ６０２を２
ｓ以上押し続けると、再び選択モードになり、平均伝達
関数の選択を行う。このように聴取者は複数の平均伝達
関数候補の中から、自分に適した平均伝達関数を選択す
ることができる。以上のように本実施形態によれば、複
数の平均伝達関数を用意し、聴取者が自分に最も適した
ものを選択することにより、本人に最も適した頭外音像
定位が得られる。

【００７７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、入力音響
信号を複数の基底関数で処理し、角度検出手段により聴
取者の頭部回転角度を検出し、基底関数で処理した入力
信号を、検出した角度に対応する基底関数重み付け係数
によって重み付け加算することにより、頭外に音像が定
位する信号が得られる。特に、夫々の方向ごとに伝達関
数を持つ場合に比べ、伝達関数を記憶する記憶手段の容
量を大幅に削減できる効果が得られる。さらに、聴取者
の頭の角度が変わるたびに第２の記憶手段から信号処理
処理手段へ転送するデータも大幅に削減できるという実
用上優れた効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における信号処理装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】第１実施形態の信号処理手段で用いられる５つ
の基底関数の周波数特性図である。

【図３】第１実施形態の第２の記憶手段におけるデータ
配置を示すメモリマップである。

【図４】本発明の第２実施形態における信号処理装置の
構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の第３実施形態における信号処理装置の
構成を示すブロック図である。

【図６】第３実施形態における選択手段の外観図であ
る。

【図７】第３実施形態において平均伝達関数の選択手順
を示すＰＡＤ図である。

【図８】従来例の信号処理装置の全体構成を示すブロッ
ク図である。

【図９】従来例の信号処理装置における角度検出部の構
成図である。

【図１０】従来例の信号処理装置における音響処理部の
構成図である。

【図１１】角度検出部の動作原理を示す各信号のタイム
チャートである。

【図１２】聴取者の頭部方向と仮想音源との幾何学的関
係を示す模式図である。

【図１３】音源と聴取者の相対位置関係を示す見取り図
である。

【符号の説明】

１０１第１の記憶手段、１０２第２の記憶手段、１０３角度検出手段、１０４音響信号の入力端子１０５信号処理手段１０９ａ，４１１ａ左出力端子、１０９ｂ，４１１ｂ右出力端子１０６ａ〜１０６ｆ畳み込み手段１０７ａ〜１０７ｌ乗算器１０８ａ〜１０８ｂ，４１０ａ，４１０ｂ加算器５１０選択手段６０１選択手段の本体６０２プッシュスイッチ６０３表示部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音源から聴取者の両耳までの伝達関数を
複数の角度について測定し、測定された伝達関数の主成
分分析を行ったとき、前記主成分分析により得られる複
数の基底関数と聴取者の頭部方向に依存しない平均伝達
関数とを記憶する第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段に保持された各基底関数の重み付け
係数群を記憶する第２の記憶手段と、前記第１の記憶手段に保持された複数の基底関数により
入力音響信号を処理し、前記第２の記憶手段に保持され
た重み付け係数により前記処理信号を重み付けして加算
することにより、音像位置を制御する信号処理手段と、
を具備することを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】音源から聴取者の両耳までの伝達関数を
複数の角度について測定し、測定された伝達関数の主成
分分析を行ったとき、前記主成分分析により得られる複
数の基底関数と聴取者の頭部方向に依存しない平均伝達
関数とを記憶する第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段に保持された各基底関数の重み付け
係数群を聴取者の頭部方向に対応させて記憶する第２の
記憶手段と、聴取者の頭部方向を仮想音源からの回転角度として検出
する角度検出手段と、前記第１の記憶手段に保持された複数の基底関数により
入力音響信号を処理し、前記角度検出手段で検出された
頭部の回転角度に基づいて前記第２の記憶手段に保持さ
れた重み付け係数を読み出し、前記処理信号を重み付け
して加算することにより、音像位置を制御する信号処理
手段と、を具備することを特徴とする信号処理装置。
【請求項３】音源から聴取者の両耳までの伝達関数を
複数の角度について測定し、測定された伝達関数の主成
分分析を行ったとき、前記主成分分析により得られる複
数の基底関数と聴取者の頭部方向に依存しない複数の平
均伝達関数とを記憶する第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段に保持された各基底関数の重み付け
係数群を聴取者の頭部方向に対応させて記憶する第２の
記憶手段と、前記第１の記憶手段から特定の平均伝達関数を選択する
選択手段と、聴取者の頭部方向を仮想音源からの回転角度として検出
する角度検出手段と、前記第１の記憶手段に保持された複数の基底関数により
入力音響信号を処理し、前記角度検出手段で検出された
頭部回転角度に基づいて前記第２の記憶手段に保持され
た重み付け係数を読み出し、前記処理信号を重み付けし
て加算することにより、音像位置を制御する信号処理手
段と、を具備することを特徴とする信号処理装置。
【請求項４】前記第１の記憶手段は、多数の聴取者に対し予め測定された伝達関数を、人間の
聴覚特性に対応する特徴パラメータベクトルに変換した
後、クラスタリングを行って小数に集約したデータから
生成される複数の平均伝達関数を記憶するものであるこ
とを特徴とする請求項３記載の信号処理装置。
【請求項５】前記信号処理手段は、前記第１の記憶手段で保持された第ｉ（ｉ＝１〜ｎまで
の序数）の重み付け係数群により、主成分分析に対する
第ｉの基底関数を夫々実現するｎ個の畳み込み手段と、前記第ｉの畳み込み手段の出力に対して前記第２の記憶
手段に保持された第ｉの右側重み付け係数を夫々乗算す
るｎ個の右側乗算手段と、前記第ｉの畳み込み手段の出力に対して前記第２の記憶
手段に保持された第ｉの左側重み付け係数を夫々乗算す
るｎ個の左側乗算手段と、前記ｎ個の右側乗算手段の出力を夫々加算して右側変換
音響信号を生成する右側加算手段と、前記ｎ個の左側乗算手段の出力を夫々加算して左側変換
音響信号を生成する左側加算手段と、を有することを特
徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の信号処理装
置。