JPWO2007004433A1 - 音像定位制御装置 - Google Patents

Abstract

複数のユーザーに対して音像定位を行う音響再生において、音像定位効果を損なうことなくユーザーが個別に音響効果を可変調整することのできる音像定位制御装置を提供する。音像定位制御装置は、少なくとも２箇所以上の所定位置の音響伝達関数をそれぞれ所望の特性とするための処理特性を制御手段に設定する処理特性設定手段（１３；１４）と、処理特性設定手段により設定された処理特性と音響信号とを入力し信号処理を行う制御手段（１２）と、制御手段からの出力を入力する音響再生手段（３）とを具備する。

Description

本発明は音像定位制御装置に関する。

近年、ＤＶＤ等に記録された映画や音楽などのコンテンツが普及するに伴い、リビングルームあるいは車室内においてマルチチャンネルオーディオを再生する際に理想的な定位感や音場感を得ることのできる再生装置が提案されている。しかし、これら装置はユーザー一人を対象として再生特性が設計されているため、対象とされない他のユーザーにとっては理想的な音響効果を得ることが出来なかった。このような課題を解決するための装置が特許文献１において提案されている。以下、図面を参照しながらこの特許文献１に示される音響再生装置について説明する。

図９は、特許文献１に示される音響再生装置であって音響再生装置１を車輌の前部座席に適用したものである。具体的には、車室内にいる聴き手としての二人の乗員Ｌ１、Ｌ２の左耳に記録装置で再生される信号Ｂ１を、右耳に信号Ｂ２をそれぞれ聴かせることにより、いずれの乗員にも同様に記録装置２に含まれるコンテンツの音響効果を聴かせるものである。乗員Ｌ１、Ｌ２の正面には４つのスピーカ３ａ〜３ｄを有すると共に、各スピーカにはそれぞれアンプ４ａ〜４ｄが接続されていて、これらスピーカとアンプの組によって音響発生手段が構成される。一方、記録装置２には公知のバイノーラル収録方式によって記録された音響情報が記録されている。記録装置２とアンプ４ａ〜４ｄは、以下に説明する手順で構築された逆フィルタネットワーク５を介して接続されている。

逆フィルタネットワークを構築する際、あらかじめ各スピーカ３ａ〜３ｄから各乗員の両耳までの音響伝達関数ｈｉｊ（ｉ＝１〜４：耳を示す添字、ｊ＝１〜４：スピーカを示す添字）を測定しておく。ただし、ｈ１１〜ｈ４１以外は図示していない。図１０に音響伝達関数ｈｉｊの測定方法を示す。各アンプ４ａ〜４ｄに接続されたテスト信号発生装置６はホワイトノイズ等の広帯域信号を発生し、各スピーカ３ａ〜３ｄの発生音Ｓ１〜Ｓ４と、乗員位置を想定して配置されたダミーヘッドＤ１、Ｄ２の両耳で測定された音Ｍ１〜Ｍ４とを用いて音響伝達関数ｈｉｊを測定する。なお実際は、駆動するアンプを順次変える。つまり、例えばスピーカ３ａを駆動するときは、他のスピーカ３ｂ〜３ｄは駆動されない。発生音Ｓ１〜Ｓ４、測定音Ｍ１〜Ｍ４、音響伝達関数ｈｉｊは次式の関係を満たす。

一方、図９で示す音響再生装置１の目標とする効果は、

である。（２）式を変形すると、

（１）式を（３）式に代入すると、

よって、図９のような逆フィルタネットワーク５を（４）式を満足するように設計してアンプ４ａ〜４ｄの前に設け、テスト信号発生装置６の出力の代わり左耳用信号と右耳用信号を逆フィルタネットワークに入力すれば、それぞれダミーヘッドＤ１、Ｄ２の左耳、右耳での信号はそれぞれ左耳用信号、右耳用信号となる。なお、図９に示す逆フィルタネットワーク５において紙面向かって左側入力部に左耳用信号を、右側入力部に右耳用信号を入力するものとする。逆フィルタネットワーク５を構成する各要素は次式で表される。

このように構築した逆フィルタネットワーク５でバイノーラル収録された信号Ｂ１、Ｂ２を処理すると、乗員Ｌ１、Ｌ２の両耳位置の音はＢ１、Ｂ２となるので収録した原音場を聴かせることが出来る。

また、特許文献１に示される構成において、記録装置２の出力を所定の音響伝達関数を模擬するデジタルフィルタ等で処理して逆フィルタネットワーク５に入力するような制御手段を加えれば、所定の方向に音像を定位させることが可能となる。図１１は、仮想音源７からダミーヘッドＤ１への音響伝達関数Ｇ１、Ｇ２を示した図である。図１２は、所定の方向に音像を定位させる音響再生装置を示す図である。図９と同等の構成には同じ符号を付している。フィルタ８ａ、８ｂには所定の音響伝達関数Ｇ１、Ｇ２が係数として設定されている。音源としては、バイノーラル収録された音ではなく、モノラル信号Ｂ０が記録されたモノラル音源９を用いる。図１２の構成において、乗員Ｌ１、Ｌ２の左耳位置、右耳位置の音は、先の説明に従いそれぞれＧ１・Ｂ０、Ｇ２・Ｂ０となるので、あたかも図７で示した仮想音源方向から音が鳴っているかのように聴こえる。もちろん、あらかじめモノラル信号Ｂ０を音響伝達関数Ｇ１、Ｇ２で処理しておく、もしくは逆フィルタネットワークの構成要素に音響伝達関数Ｇ１、Ｇ２を畳み込んでおいても同様の効果を得ることが出来る。
特開平６−１６５２９８号公報

しかしながら、図９あるいは図１０に示した音響再生装置においては、いったん逆フィルタネットワーク５の再生特性を設計すると、ユーザー個別に周波数特性や音量等の音響効果を可変調整することが困難であった。すなわち、特許文献１に記載の音響再生装置では、各ユーザーに対する音響効果を変更する都度、制御フィルタの設計を行う必要があり演算量が大きくなるため、実現が困難であった。

そこで本発明の目的は、前記課題に鑑み、複数のユーザーに対して音像定位を行う音響再生装置において、音像定位効果を損なうこと無くユーザーが個別に音響効果を可変調整することができる音像定位制御装置を提供することにある。

本発明の目的は、以下の構成を備える音像定位制御装置によって達成される。音像定位制御装置は、少なくとも２箇所以上の所定位置の音響伝達関数をそれぞれ所望の特性とするための処理特性を設定する処理特性設定手段と、前記処理特性設定手段により設定された処理特性と音響信号とを入力し信号処理を行う制御手段と、前記制御手段からの出力を入力する音響再生手段とを具備する。

本発明の目的は、以下の音像定位制御方法によって達成される。音像定位制御方法は、音源から出力された音響信号を複数のデジタルフィルタで処理してから複数のスピーカより出力することによって複数の所定位置において同一の音像定位効果を得ることを可能とした音像定位制御システムのための音像定位制御方法であって、第１の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を、記憶領域に保持されている第１の所定位置に対応する第１の基準係数に乗算する第１乗算ステップ、第２の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を、記憶領域に保持されている第２の所定位置に対応する第２の基準係数に乗算する第２乗算ステップ、第１乗算ステップの乗算結果と第２乗算ステップの乗算結果を加算する加算ステップ、および加算ステップの加算結果をデジタルフィルタのフィルタ係数として設定するフィルタ係数設定ステップを備える。

本発明の目的は、以下の音像定位制御プログラムによって達成される。音像定位制御プログラムは、音源から出力された音響信号を複数のデジタルフィルタで処理してから複数のスピーカより出力することによって複数の所定位置において同一の音像定位効果を得ることを可能とした音像定位制御システムのための音像定位制御プログラムであって、コンピュータに、第１の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を、記憶領域に保持されている第１の所定位置に対応する第１の基準係数に乗算する第１乗算ステップ、第２の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を、記憶領域に保持されている第２の所定位置に対応する第２の基準係数に乗算する第２乗算ステップ、第１乗算ステップの乗算結果と第２乗算ステップの乗算結果を加算する加算ステップ、および加算ステップの加算結果をデジタルフィルタのフィルタ係数として設定するフィルタ係数設定ステップを実行させる。

本発明の目的は、以下の構成を備える集積回路によって達成される。集積回路は、音像定位制御装置に用いられ、少なくとも２箇所以上の所定位置にそれぞれ対応する少なくとも２つ以上の処理特性係数を記憶したメモリから処理特性係数を読み出し可能な集積回路であって、メモリに記憶された処理特性係数を用いて、所定位置の音響伝達関数をそれぞれ所望の特性とするための処理特性を設定する処理特性設定部と、処理特性設定部により設定された処理特性と音響信号とを入力し信号処理を行って音響再生部への出力信号を生成する制御部とを備える。

上記のように、本発明によれば、複数のユーザーに対して音像定位を行う音響再生装置において、音像定位効果を損なうこと無くユーザーが個別に音響効果を可変調整することができる音像定位制御装置を提供することができる。

図１は、実施の形態１に係る音像定位制御装置の構成の示す概略図である。 図２は、４名のユーザーに対して同時音像定位制御と独立音量調整とを両立する音像定位制御装置の構成を示す概略図である。 図３は、音源がステレオ音源の場合において同時音像定位制御と独立音量調整とを両立する音像定位制御装置の構成の概略図である。 図４は、実施の形態２に係る音像定位制御装置の構成を示す概略図である。 図５は、音像定位制御装置を車載用に適用した例を示す図である。 図６は、音像定位制御装置を車載用に適用した例を示す図である。 図７は、音像定位制御装置を車載用に適用した例を示す図である。 図８は、音像定位制御装置をホームシアター用に適用した例を示す図である。 図９は、従来の音響再生装置の構成を示す概略図である。 図１０は、伝達関数の計測方法を示す図である。 図１１は、目標伝達関数を示す図である。 図１２は、従来の音像定位制御を行う音響再生装置の構成を示す概略図である。 図１３は、音像定位制御装置がテレビジョン受像機に設けられた例を示す図である。

符号の説明

１ 音響装置
２ 記録装置
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ スピーカ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ アンプ
５ 逆フィルタネットワーク
６ テスト信号発生装置
７ 仮想音源
８ａ、８ｂ フィルタ
９ モノラル音源
１０ 音源
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ 制御用デジタルフィルタ
１２ 制御処理部
１３ 合成パラメータ設定手段
１４ フィルタ係数算出手段
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 加算器
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ ゲイン器
５０、５１、５２、５３ 音量調整操作部
６０、６１、６２、６３ 音像定位制御操作部
７０ ホームシアター用音像定位制御装置
７１ リモートコントロール装置

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る音像定位制御装置の構成の示す概略図である。本実施の形態に係る音像定位装置は、２名のユーザーに対して同時に同じ音像定位効果を与えると共に、各々独立に音量の調整が可能である。音像定位制御装置は、音源１０と、スピーカ３ａ〜３ｄと、制御処理部１２と、合成パラメータ設定手段１３と、フィルタ係数算出手段１４とを中心に構成される。本実施の形態における合成パラメータ設定手段１３およびフィルタ係数算出手段１４は処理特性設定手段に相当する。制御処理部１２は制御手段に相当し、スピーカ３ａ〜３ｄは音響再生手段に相当する。

音源１０は、モノラル音源もしくはマルチチャンネル音源の１チャンネル信号源もしくはマルチチャンネル音源の複数音源を合成した音源である。なお本実施の形態では、説明を簡略化するために音源１０にモノラル音源を用いた場合について説明する。

制御処理部１２は、制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄから構成される。制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄは、音源１０の出力信号を入力する。合成パラメータ設定手段１３は、各ユーザーが音量を調整するためのインターフェイスとなるものである。フィルタ係数算出手段１４は、合成パラメータ設定手段１３の出力信号に応じて制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄのフィルタ係数を算出して制御処理部１２に入力する。なお、乗員Ｌ１、Ｌ２および音響伝達関数ｈ１１〜ｈ４１および測定音Ｍ１〜Ｍ４は図９で示したものと同じであるので説明を省略する。

次に、音像定位効果を得るための制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄの設計方法について説明する。図１１で示した仮想音源７の位置を音像定位制御の目標位置とし、制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄの伝達関数を各々Ｃ１〜Ｃ４とすると、ユーザーＬ１の両耳では次式を満たすＭ１、Ｍ２を聴き、ユーザーＬ２の両耳ではＭ３、Ｍ４を聴く。

（２３）式を変形すると、

ここでユーザーが聴くべき目標伝達関数はＧ１、Ｇ２なので、

に従って制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄを設計すれば、ユーザーＬ１、Ｌ２は共に両耳でＧ１、Ｇ２を聴くことになるので仮想音源７の位置に音像を感じる。なお、フィルタ係数の算出にあたっては、（２５）式で示される行列式を解いてもよいし、また例えば公知の適応アルゴリズムによって算出してもよい。

次に、ユーザーが各々独立に音量を調整可能にするための合成パラメータ設定手段１３とフィルタ係数算出手段１４と制御処理部１２との動作について説明する。（２４）式における逆行列部を次式で示すように置き換える。

さらに、Ｃ１〜Ｃ４について解くと次式となる。

（２７）式で示されるＣｉ（ｉ＝１〜４）は、処理特性設定手段によって制御手段（制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄ）に設定される処理特性に相当する。

フィルタ係数算出手段１４は、（２７）式で示されるフィルタの伝達関数に関して前２項の伝達関数を与えるフィルタ係数と、後ろ２項の伝達関数を与えるフィルタ係数を分けて保持する。つまり、目標伝達関数Ｇ１、Ｇ２とを用いて、

で表せられる伝達関数を与える８つのフィルタ係数（Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ４１、Ｃ４２）を基準係数として保持する。ここで、基準係数は処理特性係数に相当する。

一方、合成パラメータ設定手段１３には、各ユーザーが聴きたい音量に関する情報が入力される。ここでは一例として、基準係数を用いて音量再生を行ったときに得られる音量に対して、ユーザーＬ１がα倍、ユーザーＬ２がβ倍の音量で聴きたい場合を考える。合成パラメータ設定手段１３は、αおよびβの音量情報をフィルタ係数算出手段１４に入力する。フィルタ係数算出手段１４は、合成パラメータ設定手段１３から入力された音量情報をもとに次式を用いてフィルタ係数を算出する。

フィルタ係数算出手段１４は、（２９）式で得られる伝達関数を与えるようなフィルタ係数を制御処理部１２に設定する。このフィルタ係数は、制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄの係数として与えられる。

一方、（２７）式における前２項は、Ｍ１およびＭ２に掛かる項である。すなわち前２項はユーザーＬ１の音響効果に対して影響を与える項である。また後ろ２項は、Ｍ３およびＭ４に掛かることから、ユーザーＬ２の音響効果に対して影響を与える項である。よって、（２９）式で示したように前２項をα倍することにより、ユーザーＬ１が聴く音量はα倍となる。同様に後ろ２項をβ倍することによりユーザーＬ２が聴く音量はβ倍となる。なお、αおよびβを任意に変化させてもＭ１とＭ２とに掛かる係数の比およびＭ３とＭ４とに掛かる係数の比は変化しない。つまり音響伝達関数の両耳差が変化しないので、音像定位効果が劣化することはない。

このように本実施の形態に係る音像定位制御装置は、ユーザーへの音響伝達関数の影響を考慮してフィルタ係数をユーザー毎（より正確には再生音を聞く位置毎）に分解して保持する。したがって、（２９）式で示すように基準係数（処理特性係数）を定数倍し加算して算出される係数（処理特性）を制御用デジタルフィルタに設定することにより、少ない演算処理量で音像定位制御効果を維持したままユーザー個別に音量を設定することができる。

なお、本実施の形態の音像定位制御装置は、典型的にはソフトウェアを用いて実現することができる。この場合、コンピュータに上述した音像定位制御処理を行わせるためのプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体、例えばハードディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、半導体メモリ等に記録される。

なお、本実施の形態に係る音像定位制御装置は、音量の調整が可能な構成を示したが、これに限られない。ユーザー個別に周波数特性の調整が可能な構成としてもよい。その場合、各ユーザーは合成パラメータ設定手段１３に低域ブースト等の所望の周波数特性の情報を入力する。例えば、基準の係数を用いて音響再生を行ったときに得られる周波数特性に対して、ユーザーＬ１がＧαの伝達関数およびユーザーＬ２がＧβの伝達関数が掛かった音を聴きたい場合、フィルタ係数算出手段１４は次式を用いてフィルタ係数を算出する。

なお、本実施の形態に係る音像定位制御装置は、ユーザー２名について独立に音量の調整が可能な構成を示したが、これに限られない。ユーザーが３名以上の場合にも適用することができる。以下、４名のユーザーに対する音像定位制御装置について説明する。図２は、ユーザーＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の４名に対して同時音像定位制御と独立音量調整とを両立する音像定位制御装置の構成を示す概略図である。図２に示す音像定位制御装置は、図１のものとほぼ同様の構成を備えるが、以下の点で異なる。すなわち、制御処理部１２は、制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｈから構成される。またＭ１〜Ｍ２、Ｍ３〜Ｍ４、Ｍ５〜Ｍ６、Ｍ７〜Ｍ８は、ユーザーＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４のそれぞれの両耳位置での音である。

次にユーザー４名について、同時音像定位制御を行うための制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｈの設計と、独立音量調整を行うための合成パラメータ１３とフィルタ係数算出手段１４と制御処理部１２との動作について説明する。

制御用デジタルフィルタの各スピーカから各ユーザーの両耳までの音響伝達関数をｈｉｊ（ｉ＝１〜８：耳を示す添字、ｊ＝１〜８：スピーカを示す添字）とすると、次式が成り立つ。

音響伝達関数の逆行列を次式で表す。

（３１）式、（３２）式よりＣ１〜Ｃ８について解くと次式となる。

フィルタ係数算出手段１４は、（３３）式で示されるフィルタの伝達関数に関して２項毎に伝達関数を与えるフィルタ係数を分けて保持する。つまり、目標伝達関数Ｇ１とＧ２とを用いて

で表される伝達関数を与える８つのフィルタ係数を基準係数として保持する。一方、合成パラメータ設定手段１３には、各ユーザーが聴きたい音量に関する情報が入力される。ここでは一例として、基準係数を用いて音響再生を行ったときに得られる音量に対してユーザーＬ１がα倍、ユーザーＬ２がβ倍、ユーザーＬ３がγ倍、ユーザーＬ４がη倍の音量で聴きたい場合を考える。合成パラメータ設定手段１３は、α、β、γ、ηの音量情報をフィルタ係数算出手段１４に入力する。フィルタ係数算出手段１４は、合成パラメータ設定手段１３から入力された音量情報をもとに次式を用いてフィルタ係数を算出する。

フィルタ係数算出手段１４は、（３５）式で得られる伝達関数を与えるようなフィルタ係数を制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｈの係数として制御処理部１２に設定する。ここで、（３３）式におけるｊ＝１、２に関する２項にはＭ１、Ｍ２が掛かっていることから、ユーザーＬ１の音響効果に対して影響を与える項である。同様に、ｊ＝３、４に関する２項にはＭ３、Ｍ４が掛かっていることから、ユーザーＬ２の音響効果に対して影響を与える項、ｊ＝５、６に関する２項にはＭ５、Ｍ６が掛かっていることから、ユーザーＬ３の音響効果に対して影響を与える項、ｊ＝７、８に関する２項にはＭ７、Ｍ８が掛かっていることから、ユーザーＬ４の音響効果に対して影響を与える項である。よって（３５）式で示すように、基準係数を定数倍し加算した係数を制御用デジタルフィルタに設定することにより、各ユーザーが聴く音量を独立に制御することができる。なお、Ｍ１とＭ２に掛かる係数の比と、Ｍ３とＭ４に掛かる係数の比と、Ｍ５とＭ６に掛かる係数の比と、Ｍ７とＭ８に掛かる係数の比とは変化しない。つまり、音響伝達関数の両耳差は変化しないので、音像定位効果が劣化することはない。

以上に説明したように、ユーザーが４名の場合においても、音像定位効果を維持したままユーザー個別に音量を設定することができる。なお、もちろんユーザーが４名の場合に限られるものでなく、さらに複数のユーザーに対しても適用することができる。

なお、本実施の形態における音源は、モノラルの場合を示したがマルチチャンネル音源の場合にも適用できる。図３は、音源がステレオ音源の場合において同時音像定位制御と独立音量調整とを両立する音像定位制御装置の構成の概略図である。以下、図１の音像定位制御装置と異なる構成要素について説明する。図３中、音像定位制御装置は、Ｌチャンネル音源１０ａと、Ｒチャンネル音源１０ｂと、Ｌチャンネル音源１０ａからの出力を入力する制御用デジタルフィルタ１１ａ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｇと、Ｒチャンネル音源１０ｂからの出力を入力する制御用デジタルフィルタ１１ｂ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｈと、加算器１５ａ〜１５ｄとを含む。なお加算器１５ａは制御用デジタルフィルタ１１ａと１１ｂとの出力を加算する。同様に、加算器１５ｂは制御用デジタルフィルタ１１ｃと１１ｄとの出力、加算器１５ｄは制御用デジタルフィルタ１１ｅと１１ｆとの出力、加算器１５ｄは制御用デジタルフィルタ１１ｇと１１ｈとの出力を各々加算する。

図３に示す音像定位制御装置は、制御用デジタルフィルタ１１ａ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｇを用いてＬチャンネル音源１０ａの信号について所望の仮想音源位置への音像定位制御を行う。また、制御用デジタルフィルタ１１ｂ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｈを用いてＲチャンネル音源１０ｂの信号について所望の仮想音源位置への音像定位制御を行う。フィルタ係数算出手段１４は、チャンネル毎にフィルタ係数を分けて保持する。つまり、目標伝達関数Ｇ１、Ｇ２を用いて

で表される伝達関数を与える８つのフィルタ係数を基準係数として保持する。

一方、合成パラメータ設定手段１３には、各ユーザーが聴きたい音量に関する情報が入力される。ここでは基準係数を用いて、音響再生を行ったときに得られる音量に対してユーザーＬ１がα倍、ユーザーＬ２がβ倍の音量で聴きたい場合、合成パラメータ設定手段１３は、αとβとの音量情報をフィルタ係数算出手段１４に入力する。フィルタ係数算出手段１４は、合成パラメータ設定手段１３により入力された音量情報をもとに次式を用いてフィルタ係数を算出する。

フィルタ係数算出手段１４は、（３７）式で得られる伝達関数を与えるようなフィルタ係数を制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｈの係数として制御処理部１２に設定する。なおもちろん、Ｌチャンネル音源１０ａの信号のみ音量を調整したい場合には、ＣＬｉ（ｉ＝１〜４）のフィルタ係数を定数倍し加算して得られたフィルタ係数を制御用デジタルフィルタ１１ａ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｇの係数として制御処理部１２に与えればよい。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る音像定位制御装置の構成を示す概略図である。音像定位制御装置は、ユーザー２名に対して同じ音像定位効果を与えるとともに、各々独立に音量を調整可能である。図４において音像定位制御装置は、スピーカ３ａ〜３ｄと、音源１０と、制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｈと、合成パラメータ設定手段１３と、ゲイン器１６ａ〜１６ｈと、加算器１５ａ〜１５ｄとを備える。なお、図４において実施の形態１と同等の構成要素には同じ符号を付しており、説明は省略する。

ゲイン器１６ａ〜１６ｈには、音源１０からの出力が入力されゲインを可変調整できる。制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｈには、ゲイン器１６ａ〜１６ｈからの出力が入力される。加算器１５ａは、制御用デジタルフィルタ１１ａと１１ｂとの出力を加算する。同様に、加算器１５ｂは、制御用デジタルフィルタ１１ｃと１１ｄとの出力を加算する。加算器１５ｃは、制御用デジタルフィルタ１１ｅと１１ｆとの出力を加算する。加算器１５ｄは、制御用デジタルフィルタ１１ｇと１１ｈとの出力を加算する。合成パラメータ設定手段１３は、ゲイン器１６ａ〜１６ｈのゲインを制御し、各ユーザーが音量を調整するためのインターフェイスとなる。

制御用デジタルフィルタ１１ａには、（２８）式で得られる伝達関数Ｃ１１を与えるフィルタ係数が設定される。同様に、制御用デジタルフィルタ１１ｂには、（２７）式で得られる伝達関数Ｃ１２を与えるフィルタ係数、制御用デジタルフィルタ１１ｃには伝達関数Ｃ２１を与えるフィルタ係数、制御用デジタルフィルタ１１ｄには、（２７）式で得られる伝達関数Ｃ２２を与えるフィルタ係数、制御用デジタルフィルタ１１ｅには伝達関数Ｃ３１を与えるフィルタ係数、制御用デジタルフィルタ１１ｆには伝達関数Ｃ３２を与えるフィルタ係数、制御用デジタルフィルタ１１ｇには伝達関数Ｃ４１を与えるフィルタ係数、制御用デジタルフィルタ１１ｈには伝達関数Ｃ４２を与えるフィルタ係数が各々設定される。

合成パラメータ設定手段１３は、ユーザーによって設定される各ユーザーの音量設定値に基づいてゲイン器１６ａから１６ｈのゲインを設定する。例えば、ユーザーＬ１がα倍、ユーザーＬ２がβ倍の音量で聴きたい場合、合成パラメータ設定手段１３は、ゲイン器１６ａ、１６ｃ、１６ｅ、１６ｇにはゲインαを設定する。一方、ゲイン器１６ｂ、１６ｄ、１６ｆ、１６ｈにはゲインβを設定する。この設定により、スピーカ３ａ〜３ｄからは音源１０に対し次式で示される音響伝達関数が掛かった音が出力される。

（３８）式は、図４におけるスピーカ３ａ〜３ｄの出力は、図１の構成における（２９）式を満足するときのスピーカ３ａ〜３ｄからの出力と同じである。よって、実施の形態１で説明したのと同様に、ユーザーＬ１、Ｌ２は音像定位制御効果を維持しつつ、各自が任意に設定した音量で再生音を聴くことができる。

このように本実施の形態に係る音像定位制御装置は、各ユーザーの音量設定に応じてゲインを調整することにより、少ない演算処理量で音像定位制御効果を維持したままユーザー個別に音量を設定することができる。

なお、本実施の形態に係る音像定位制御装置は、ユーザーが２名の場合を示したが、これに限られず３名以上の複数のユーザーに対しても同様の効果を得ることができる。この場合、増やしたいユーザーの数に応じて、図４のゲイン器１６ａ〜１６ｄ、制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄ、加算器１５ａ〜１５ｂおよびスピーカ３ａ〜３ｂに相当する構成要素を追加すればよい。

また、本実施の形態に係る音像定位制御装置では、音像定位制御効果を維持したままユーザー毎に音量を制御することが可能であるが、ゲイン器の代わりに（もしくはゲイン器に加えてさらに）イコライザを設けることにより、音像定位制御効果を維持したままユーザー毎に音質を制御することが可能となる。

図５〜図８は、実施の形態１および２に係る音像定位制御装置の適用例を示す。

図５は、音像定位制御装置を車両内に設置し、操作部をダッシュボード部に設けた例を示す。図５中、音量調整ダイヤル５０〜５３は、図１〜４の合成パラメータ設定手段１３に相当し、ユーザー毎に個別に音量の調整が可能である。音像定位制御ボタン６０〜６３は押下されることにより、ユーザー毎に個別に音像定位の効果を発生させる。運転席側のユーザーは、音像定位制御ボタン６０を押下することにより、再生する音楽に対し音像定位を実現することができる。さらに運転席側のユーザーは、音量調整ダイヤル５０を操作することにより音像定位を維持したまま運転席側のユーザーに対してのみ、設定された音量に変化させることができる。一方、助手席側のユーザーは、音像定位制御ボタン６１を押下し、音量調整ダイヤル５１を操作することにより音像定位を維持したまま助手席側のユーザーに対してのみ、設定された音量に変化させることができる。同様に音量ダイヤル５２、５３を調整することにより後部座席のユーザーに達する音量を変化させることができる。

また、図６に示すように音像定位制御装置の操作部は各ユーザの手の届く範囲、例えば各座席の肘掛部に設置されてもよい。この場合、各座席のユーザーは肘掛部に設けられた音像定位制御ボタン６０を押下することにより音像定位を実現することできる。さらに音量調整ダイヤル５０を操作することにより音像定位を維持したまま当該座席側のユーザーに対してのみ、設定された音量に変化させることができる。なお、従来の音像定位制御装置ではユーザ毎に音量を調整することができなかったが、本実施の形態の音像定位制御装置では音像定位を維持したままユーザが個別に音量を調整することができる。したがって、図６のように、音量調整を行うための操作部をユーザの数だけ用意し、対応するユーザの手の届く範囲にそれぞれ設置することができる。

また例えば図７に示すように操作部は車両内のフロントパネル部に設置されてもよく、ユーザは各座席における音量を一括して管理することができる。図５や図７のように各ユーザ用の操作部を一箇所にまとめて配置することにより、配線の手間が省け、設置コストを低減することができる。

図８は、音像定位制御装置をホームシアター用として適用したものであり、例えばリビングルーム等において用いることができる。音像定位制御ボタン６０〜６３を押下することにより、リビングルーム内の所定の位置で音像効果を実現する。また、音量調整ダイヤル５０を操作することにより、音像定位を維持したまま、それぞれ所定の位置での音量を個別に変化させることができる。また、これらの操作部はリモートコントロール装置７０に設けることもできる。

なお、上記実施の形態の音像定位制御装置を構成する構成要素の一部または全部は、１チップ化した集積回路によって実現することも可能である。このような集積回路は、ＬＳＩや専用回路や汎用プロセッサで実現してもよい。また、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、その技術を用いて上記の構成要素の集積化を行ってもよい。なお、前述の基準係数については、集積回路に接続された、集積回路の外部の記憶装置に格納されても良く、この場合、集積回路は、記憶装置に記録されている基準係数を読み出して信号処理を行う。

なお、上記実施の形態の音像定位制御装置は、カーオーディオやホームシアターに適用できるだけでなく、音量や音質を調整する様々な装置に適用できる。例えば図１３に示すように音像定位制御装置はテレビジョン受像機に設けられてもよい。ユーザ毎に個別に音像定位の効果を発生させるための音像定位制御ボタン６０およびユーザ毎に個別に音量の調整を行うための音量調整ダイヤル５０は、テレビジョン受像機に設けられても良いし、リモートコントローラ７０に設けられてもよい。またゲーム装置であれば、音像定位制御ボタン及び音量調整ダイヤルは各コントローラに設けられてもよい。ユーザは、映像を見ながら個別に音量や周波数特性を変化させることができるので利便性の高いテレビジョン受像機、ゲーム装置を提供することができる。

本発明は、理想的な定位感や音場感の向上が要望されるリビングルームや車室内等で使用可能な再生装置等に好適である。

本発明は音像定位制御装置に関する。

近年、ＤＶＤ等に記録された映画や音楽などのコンテンツが普及するに伴い、リビングルームあるいは車室内においてマルチチャンネルオーディオを再生する際に理想的な定位感や音場感を得ることのできる再生装置が提案されている。しかし、これら装置はユーザー一人を対象として再生特性が設計されているため、対象とされない他のユーザーにとっては理想的な音響効果を得ることが出来なかった。このような課題を解決するための装置が特許文献１において提案されている。以下、図面を参照しながらこの特許文献１に示される音響再生装置について説明する。

図９は、特許文献１に示される音響再生装置であって音響再生装置１を車輌の前部座席に適用したものである。具体的には、車室内にいる聴き手としての二人の乗員Ｌ１、Ｌ２の左耳に記録装置で再生される信号Ｂ１を、右耳に信号Ｂ２をそれぞれ聴かせることにより、いずれの乗員にも同様に記録装置２に含まれるコンテンツの音響効果を聴かせるものである。乗員Ｌ１、Ｌ２の正面には４つのスピーカ３ａ〜３ｄを有すると共に、各スピーカにはそれぞれアンプ４ａ〜４ｄが接続されていて、これらスピーカとアンプの組によって音響発生手段が構成される。一方、記録装置２には公知のバイノーラル収録方式によって記録された音響情報が記録されている。記録装置２とアンプ４ａ〜４ｄは、以下に説明する手順で構築された逆フィルタネットワーク５を介して接続されている。

逆フィルタネットワークを構築する際、あらかじめ各スピーカ３ａ〜３ｄから各乗員の両耳までの音響伝達関数ｈｉｊ（ｉ＝１〜４：耳を示す添字、ｊ＝１〜４：スピーカを示す添字）を測定しておく。ただし、ｈ１１〜ｈ４１以外は図示していない。図１０に音響伝達関数ｈｉｊの測定方法を示す。各アンプ４ａ〜４ｄに接続されたテスト信号発生装置６はホワイトノイズ等の広帯域信号を発生し、各スピーカ３ａ〜３ｄの発生音Ｓ１〜Ｓ４と、乗員位置を想定して配置されたダミーヘッドＤ１、Ｄ２の両耳で測定された音Ｍ１〜Ｍ４とを用いて音響伝達関数ｈｉｊを測定する。なお実際は、駆動するアンプを順次変える。つまり、例えばスピーカ３ａを駆動するときは、他のスピーカ３ｂ〜３ｄは駆動されない。発生音Ｓ１〜Ｓ４、測定音Ｍ１〜Ｍ４、音響伝達関数ｈｉｊは次式の関係を満たす。

一方、図９で示す音響再生装置１の目標とする効果は、

である。（２）式を変形すると、

（１）式を（３）式に代入すると、

よって、図９のような逆フィルタネットワーク５を（４）式を満足するように設計してアンプ４ａ〜４ｄの前に設け、テスト信号発生装置６の出力の代わり左耳用信号と右耳用信号を逆フィルタネットワークに入力すれば、それぞれダミーヘッドＤ１、Ｄ２の左耳、右耳での信号はそれぞれ左耳用信号、右耳用信号となる。なお、図９に示す逆フィルタネットワーク５において紙面向かって左側入力部に左耳用信号を、右側入力部に右耳用信号を入力するものとする。逆フィルタネットワーク５を構成する各要素は次式で表される。

このように構築した逆フィルタネットワーク５でバイノーラル収録された信号Ｂ１、Ｂ２を処理すると、乗員Ｌ１、Ｌ２の両耳位置の音はＢ１、Ｂ２となるので収録した原音場を聴かせることが出来る。

また、特許文献１に示される構成において、記録装置２の出力を所定の音響伝達関数を模擬するデジタルフィルタ等で処理して逆フィルタネットワーク５に入力するような制御手段を加えれば、所定の方向に音像を定位させることが可能となる。図１１は、仮想音源７からダミーヘッドＤ１への音響伝達関数Ｇ１、Ｇ２を示した図である。図１２は、所定の方向に音像を定位させる音響再生装置を示す図である。図９と同等の構成には同じ符号を付している。フィルタ８ａ、８ｂには所定の音響伝達関数Ｇ１、Ｇ２が係数として設定されている。音源としては、バイノーラル収録された音ではなく、モノラル信号Ｂ０が記録されたモノラル音源９を用いる。図１２の構成において、乗員Ｌ１、Ｌ２の左耳位置、右耳位置の音は、先の説明に従いそれぞれＧ１・Ｂ０、Ｇ２・Ｂ０となるので、あたかも図７で示した仮想音源方向から音が鳴っているかのように聴こえる。もちろん、あらかじめモノラル信号Ｂ０を音響伝達関数Ｇ１、Ｇ２で処理しておく、もしくは逆フィルタネットワークの構成要素に音響伝達関数Ｇ１、Ｇ２を畳み込んでおいても同様の効果を得ることが出来る。
特開平６−１６５２９８号公報

しかしながら、図９あるいは図１０に示した音響再生装置においては、いったん逆フィルタネットワーク５の再生特性を設計すると、ユーザー個別に周波数特性や音量等の音響効果を可変調整することが困難であった。すなわち、特許文献１に記載の音響再生装置では、各ユーザーに対する音響効果を変更する都度、制御フィルタの設計を行う必要があり演算量が大きくなるため、実現が困難であった。

そこで本発明の目的は、前記課題に鑑み、複数のユーザーに対して音像定位を行う音響再生装置において、音像定位効果を損なうこと無くユーザーが個別に音響効果を可変調整することができる音像定位制御装置を提供することにある。

本発明の目的は、以下の構成を備える音像定位制御装置によって達成される。音像定位制御装置は、少なくとも２箇所以上の所定位置の音響伝達関数をそれぞれ所望の特性とするための処理特性を設定する処理特性設定手段と、前記処理特性設定手段により設定された処理特性と音響信号とを入力し信号処理を行う制御手段と、前記制御手段からの出力を入力する音響再生手段とを具備する。

本発明の目的は、以下の音像定位制御方法によって達成される。音像定位制御方法は、音源から出力された音響信号を複数のデジタルフィルタで処理してから複数のスピーカより出力することによって複数の所定位置において同一の音像定位効果を得ることを可能とした音像定位制御システムのための音像定位制御方法であって、第１の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を、記憶領域に保持されている第１の所定位置に対応する第１の基準係数に乗算する第１乗算ステップ、第２の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を、記憶領域に保持されている第２の所定位置に対応する第２の基準係数に乗算する第２乗算ステップ、第１乗算ステップの乗算結果と第２乗算ステップの乗算結果を加算する加算ステップ、および加算ステップの加算結果をデジタルフィルタのフィルタ係数として設定するフィルタ係数設定ステップを備える。

本発明の目的は、以下の音像定位制御プログラムによって達成される。音像定位制御プログラムは、音源から出力された音響信号を複数のデジタルフィルタで処理してから複数のスピーカより出力することによって複数の所定位置において同一の音像定位効果を得ることを可能とした音像定位制御システムのための音像定位制御プログラムであって、コンピュータに、第１の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を、記憶領域に保持されている第１の所定位置に対応する第１の基準係数に乗算する第１乗算ステップ、第２の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を、記憶領域に保持されている第２の所定位置に対応する第２の基準係数に乗算する第２乗算ステップ、第１乗算ステップの乗算結果と第２乗算ステップの乗算結果を加算する加算ステップ、および加算ステップの加算結果をデジタルフィルタのフィルタ係数として設定するフィルタ係数設定ステップを実行させる。

本発明の目的は、以下の構成を備える集積回路によって達成される。集積回路は、音像定位制御装置に用いられ、少なくとも２箇所以上の所定位置にそれぞれ対応する少なくとも２つ以上の処理特性係数を記憶したメモリから処理特性係数を読み出し可能な集積回路であって、メモリに記憶された処理特性係数を用いて、所定位置の音響伝達関数をそれぞれ所望の特性とするための処理特性を設定する処理特性設定部と、処理特性設定部により設定された処理特性と音響信号とを入力し信号処理を行って音響再生部への出力信号を生成する制御部とを備える。

上記のように、本発明によれば、複数のユーザーに対して音像定位を行う音響再生装置において、音像定位効果を損なうこと無くユーザーが個別に音響効果を可変調整することができる音像定位制御装置を提供することができる。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る音像定位制御装置の構成の示す概略図である。本実施の形態に係る音像定位装置は、２名のユーザーに対して同時に同じ音像定位効果を与えると共に、各々独立に音量の調整が可能である。音像定位制御装置は、音源１０と、スピーカ３ａ〜３ｄと、制御処理部１２と、合成パラメータ設定手段１３と、フィルタ係数算出手段１４とを中心に構成される。本実施の形態における合成パラメータ設定手段１３およびフィルタ係数算出手段１４は処理特性設定手段に相当する。制御処理部１２は制御手段に相当し、スピーカ３ａ〜３ｄは音響再生手段に相当する。

音源１０は、モノラル音源もしくはマルチチャンネル音源の１チャンネル信号源もしくはマルチチャンネル音源の複数音源を合成した音源である。なお本実施の形態では、説明を簡略化するために音源１０にモノラル音源を用いた場合について説明する。

制御処理部１２は、制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄから構成される。制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄは、音源１０の出力信号を入力する。合成パラメータ設定手段１３は、各ユーザーが音量を調整するためのインターフェイスとなるものである。フィルタ係数算出手段１４は、合成パラメータ設定手段１３の出力信号に応じて制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄのフィルタ係数を算出して制御処理部１２に入力する。なお、乗員Ｌ１、Ｌ２および音響伝達関数ｈ１１〜ｈ４１および測定音Ｍ１〜Ｍ４は図９で示したものと同じであるので説明を省略する。

次に、音像定位効果を得るための制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄの設計方法について説明する。図１１で示した仮想音源７の位置を音像定位制御の目標位置とし、制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄの伝達関数を各々Ｃ１〜Ｃ４とすると、ユーザーＬ１の両耳では次式を満たすＭ１、Ｍ２を聴き、ユーザーＬ２の両耳ではＭ３、Ｍ４を聴く。

（２３）式を変形すると、

ここでユーザーが聴くべき目標伝達関数はＧ１、Ｇ２なので、

に従って制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄを設計すれば、ユーザーＬ１、Ｌ２は共に両耳でＧ１、Ｇ２を聴くことになるので仮想音源７の位置に音像を感じる。なお、フィルタ係数の算出にあたっては、（２５）式で示される行列式を解いてもよいし、また例えば公知の適応アルゴリズムによって算出してもよい。

次に、ユーザーが各々独立に音量を調整可能にするための合成パラメータ設定手段１３とフィルタ係数算出手段１４と制御処理部１２との動作について説明する。（２４）式における逆行列部を次式で示すように置き換える。

さらに、Ｃ１〜Ｃ４について解くと次式となる。

（２７）式で示されるＣｉ（ｉ＝１〜４）は、処理特性設定手段によって制御手段（制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄ）に設定される処理特性に相当する。

フィルタ係数算出手段１４は、（２７）式で示されるフィルタの伝達関数に関して前２項の伝達関数を与えるフィルタ係数と、後ろ２項の伝達関数を与えるフィルタ係数を分けて保持する。つまり、目標伝達関数Ｇ１、Ｇ２とを用いて、

で表せられる伝達関数を与える８つのフィルタ係数（Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ４１、Ｃ４２）を基準係数として保持する。ここで、基準係数は処理特性係数に相当する。

一方、合成パラメータ設定手段１３には、各ユーザーが聴きたい音量に関する情報が入力される。ここでは一例として、基準係数を用いて音量再生を行ったときに得られる音量に対して、ユーザーＬ１がα倍、ユーザーＬ２がβ倍の音量で聴きたい場合を考える。合成パラメータ設定手段１３は、αおよびβの音量情報をフィルタ係数算出手段１４に入力する。フィルタ係数算出手段１４は、合成パラメータ設定手段１３から入力された音量情報をもとに次式を用いてフィルタ係数を算出する。

フィルタ係数算出手段１４は、（２９）式で得られる伝達関数を与えるようなフィルタ係数を制御処理部１２に設定する。このフィルタ係数は、制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄの係数として与えられる。

一方、（２７）式における前２項は、Ｍ１およびＭ２に掛かる項である。すなわち前２項はユーザーＬ１の音響効果に対して影響を与える項である。また後ろ２項は、Ｍ３およびＭ４に掛かることから、ユーザーＬ２の音響効果に対して影響を与える項である。よって、（２９）式で示したように前２項をα倍することにより、ユーザーＬ１が聴く音量はα倍となる。同様に後ろ２項をβ倍することによりユーザーＬ２が聴く音量はβ倍となる。なお、αおよびβを任意に変化させてもＭ１とＭ２とに掛かる係数の比およびＭ３とＭ４とに掛かる係数の比は変化しない。つまり音響伝達関数の両耳差が変化しないので、音像定位効果が劣化することはない。

このように本実施の形態に係る音像定位制御装置は、ユーザーへの音響伝達関数の影響を考慮してフィルタ係数をユーザー毎（より正確には再生音を聞く位置毎）に分解して保持する。したがって、（２９）式で示すように基準係数（処理特性係数）を定数倍し加算して算出される係数（処理特性）を制御用デジタルフィルタに設定することにより、少ない演算処理量で音像定位制御効果を維持したままユーザー個別に音量を設定することができる。

なお、本実施の形態の音像定位制御装置は、典型的にはソフトウェアを用いて実現することができる。この場合、コンピュータに上述した音像定位制御処理を行わせるためのプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体、例えばハードディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、半導体メモリ等に記録される。

なお、本実施の形態に係る音像定位制御装置は、音量の調整が可能な構成を示したが、これに限られない。ユーザー個別に周波数特性の調整が可能な構成としてもよい。その場合、各ユーザーは合成パラメータ設定手段１３に低域ブースト等の所望の周波数特性の情報を入力する。例えば、基準の係数を用いて音響再生を行ったときに得られる周波数特性に対して、ユーザーＬ１がＧαの伝達関数およびユーザーＬ２がＧβの伝達関数が掛かった音を聴きたい場合、フィルタ係数算出手段１４は次式を用いてフィルタ係数を算出する。

なお、本実施の形態に係る音像定位制御装置は、ユーザー２名について独立に音量の調整が可能な構成を示したが、これに限られない。ユーザーが３名以上の場合にも適用することができる。以下、４名のユーザーに対する音像定位制御装置について説明する。図２は、ユーザーＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の４名に対して同時音像定位制御と独立音量調整とを両立する音像定位制御装置の構成を示す概略図である。図２に示す音像定位制御装置は、図１のものとほぼ同様の構成を備えるが、以下の点で異なる。すなわち、制御処理部１２は、制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｈから構成される。またＭ１〜Ｍ２、Ｍ３〜Ｍ４、Ｍ５〜Ｍ６、Ｍ７〜Ｍ８は、ユーザーＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４のそれぞれの両耳位置での音である。

次にユーザー４名について、同時音像定位制御を行うための制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｈの設計と、独立音量調整を行うための合成パラメータ１３とフィルタ係数算出手段１４と制御処理部１２との動作について説明する。

制御用デジタルフィルタの各スピーカから各ユーザーの両耳までの音響伝達関数をｈｉｊ（ｉ＝１〜８：耳を示す添字、ｊ＝１〜８：スピーカを示す添字）とすると、次式が成り立つ。

音響伝達関数の逆行列を次式で表す。

（３１）式、（３２）式よりＣ１〜Ｃ８について解くと次式となる。

フィルタ係数算出手段１４は、（３３）式で示されるフィルタの伝達関数に関して２項毎に伝達関数を与えるフィルタ係数を分けて保持する。つまり、目標伝達関数Ｇ１とＧ２とを用いて

で表される伝達関数を与える８つのフィルタ係数を基準係数として保持する。一方、合成パラメータ設定手段１３には、各ユーザーが聴きたい音量に関する情報が入力される。ここでは一例として、基準係数を用いて音響再生を行ったときに得られる音量に対してユーザーＬ１がα倍、ユーザーＬ２がβ倍、ユーザーＬ３がγ倍、ユーザーＬ４がη倍の音量で聴きたい場合を考える。合成パラメータ設定手段１３は、α、β、γ、ηの音量情報をフィルタ係数算出手段１４に入力する。フィルタ係数算出手段１４は、合成パラメータ設定手段１３から入力された音量情報をもとに次式を用いてフィルタ係数を算出する。

フィルタ係数算出手段１４は、（３５）式で得られる伝達関数を与えるようなフィルタ係数を制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｈの係数として制御処理部１２に設定する。ここで、（３３）式におけるｊ＝１、２に関する２項にはＭ１、Ｍ２が掛かっていることから、ユーザーＬ１の音響効果に対して影響を与える項である。同様に、ｊ＝３、４に関する２項にはＭ３、Ｍ４が掛かっていることから、ユーザーＬ２の音響効果に対して影響を与える項、ｊ＝５、６に関する２項にはＭ５、Ｍ６が掛かっていることから、ユーザーＬ３の音響効果に対して影響を与える項、ｊ＝７、８に関する２項にはＭ７、Ｍ８が掛かっていることから、ユーザーＬ４の音響効果に対して影響を与える項である。よって（３５）式で示すように、基準係数を定数倍し加算した係数を制御用デジタルフィルタに設定することにより、各ユーザーが聴く音量を独立に制御することができる。なお、Ｍ１とＭ２に掛かる係数の比と、Ｍ３とＭ４に掛かる係数の比と、Ｍ５とＭ６に掛かる係数の比と、Ｍ７とＭ８に掛かる係数の比とは変化しない。つまり、音響伝達関数の両耳差は変化しないので、音像定位効果が劣化することはない。

以上に説明したように、ユーザーが４名の場合においても、音像定位効果を維持したままユーザー個別に音量を設定することができる。なお、もちろんユーザーが４名の場合に限られるものでなく、さらに複数のユーザーに対しても適用することができる。

なお、本実施の形態における音源は、モノラルの場合を示したがマルチチャンネル音源の場合にも適用できる。図３は、音源がステレオ音源の場合において同時音像定位制御と独立音量調整とを両立する音像定位制御装置の構成の概略図である。以下、図１の音像定位制御装置と異なる構成要素について説明する。図３中、音像定位制御装置は、Ｌチャンネル音源１０ａと、Ｒチャンネル音源１０ｂと、Ｌチャンネル音源１０ａからの出力を入力する制御用デジタルフィルタ１１ａ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｇと、Ｒチャンネル音源１０ｂからの出力を入力する制御用デジタルフィルタ１１ｂ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｈと、加算器１５ａ〜１５ｄとを含む。なお加算器１５ａは制御用デジタルフィルタ１１ａと１１ｂとの出力を加算する。同様に、加算器１５ｂは制御用デジタルフィルタ１１ｃと１１ｄとの出力、加算器１５ｄは制御用デジタルフィルタ１１ｅと１１ｆとの出力、加算器１５ｄは制御用デジタルフィルタ１１ｇと１１ｈとの出力を各々加算する。

図３に示す音像定位制御装置は、制御用デジタルフィルタ１１ａ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｇを用いてＬチャンネル音源１０ａの信号について所望の仮想音源位置への音像定位制御を行う。また、制御用デジタルフィルタ１１ｂ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｈを用いてＲチャンネル音源１０ｂの信号について所望の仮想音源位置への音像定位制御を行う。フィルタ係数算出手段１４は、チャンネル毎にフィルタ係数を分けて保持する。つまり、目標伝達関数Ｇ１、Ｇ２を用いて

で表される伝達関数を与える８つのフィルタ係数を基準係数として保持する。

一方、合成パラメータ設定手段１３には、各ユーザーが聴きたい音量に関する情報が入力される。ここでは基準係数を用いて、音響再生を行ったときに得られる音量に対してユーザーＬ１がα倍、ユーザーＬ２がβ倍の音量で聴きたい場合、合成パラメータ設定手段１３は、αとβとの音量情報をフィルタ係数算出手段１４に入力する。フィルタ係数算出手段１４は、合成パラメータ設定手段１３により入力された音量情報をもとに次式を用いてフィルタ係数を算出する。

フィルタ係数算出手段１４は、（３７）式で得られる伝達関数を与えるようなフィルタ係数を制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｈの係数として制御処理部１２に設定する。なおもちろん、Ｌチャンネル音源１０ａの信号のみ音量を調整したい場合には、ＣＬｉ（ｉ＝１〜４）のフィルタ係数を定数倍し加算して得られたフィルタ係数を制御用デジタルフィルタ１１ａ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｇの係数として制御処理部１２に与えればよい。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る音像定位制御装置の構成を示す概略図である。音像定位制御装置は、ユーザー２名に対して同じ音像定位効果を与えるとともに、各々独立に音量を調整可能である。図４において音像定位制御装置は、スピーカ３ａ〜３ｄと、音源１０と、制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｈと、合成パラメータ設定手段１３と、ゲイン器１６ａ〜１６ｈと、加算器１５ａ〜１５ｄとを備える。なお、図４において実施の形態１と同等の構成要素には同じ符号を付しており、説明は省略する。

ゲイン器１６ａ〜１６ｈには、音源１０からの出力が入力されゲインを可変調整できる。制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｈには、ゲイン器１６ａ〜１６ｈからの出力が入力される。加算器１５ａは、制御用デジタルフィルタ１１ａと１１ｂとの出力を加算する。同様に、加算器１５ｂは、制御用デジタルフィルタ１１ｃと１１ｄとの出力を加算する。加算器１５ｃは、制御用デジタルフィルタ１１ｅと１１ｆとの出力を加算する。加算器１５ｄは、制御用デジタルフィルタ１１ｇと１１ｈとの出力を加算する。合成パラメータ設定手段１３は、ゲイン器１６ａ〜１６ｈのゲインを制御し、各ユーザーが音量を調整するためのインターフェイスとなる。

制御用デジタルフィルタ１１ａには、（２８）式で得られる伝達関数Ｃ１１を与えるフィルタ係数が設定される。同様に、制御用デジタルフィルタ１１ｂには、（２７）式で得られる伝達関数Ｃ１２を与えるフィルタ係数、制御用デジタルフィルタ１１ｃには伝達関数Ｃ２１を与えるフィルタ係数、制御用デジタルフィルタ１１ｄには、（２７）式で得られる伝達関数Ｃ２２を与えるフィルタ係数、制御用デジタルフィルタ１１ｅには伝達関数Ｃ３１を与えるフィルタ係数、制御用デジタルフィルタ１１ｆには伝達関数Ｃ３２を与えるフィルタ係数、制御用デジタルフィルタ１１ｇには伝達関数Ｃ４１を与えるフィルタ係数、制御用デジタルフィルタ１１ｈには伝達関数Ｃ４２を与えるフィルタ係数が各々設定される。

合成パラメータ設定手段１３は、ユーザーによって設定される各ユーザーの音量設定値に基づいてゲイン器１６ａから１６ｈのゲインを設定する。例えば、ユーザーＬ１がα倍、ユーザーＬ２がβ倍の音量で聴きたい場合、合成パラメータ設定手段１３は、ゲイン器１６ａ、１６ｃ、１６ｅ、１６ｇにはゲインαを設定する。一方、ゲイン器１６ｂ、１６ｄ、１６ｆ、１６ｈにはゲインβを設定する。この設定により、スピーカ３ａ〜３ｄからは音源１０に対し次式で示される音響伝達関数が掛かった音が出力される。

（３８）式は、図４におけるスピーカ３ａ〜３ｄの出力は、図１の構成における（２９）式を満足するときのスピーカ３ａ〜３ｄからの出力と同じである。よって、実施の形態１で説明したのと同様に、ユーザーＬ１、Ｌ２は音像定位制御効果を維持しつつ、各自が任意に設定した音量で再生音を聴くことができる。

このように本実施の形態に係る音像定位制御装置は、各ユーザーの音量設定に応じてゲインを調整することにより、少ない演算処理量で音像定位制御効果を維持したままユーザー個別に音量を設定することができる。

なお、本実施の形態に係る音像定位制御装置は、ユーザーが２名の場合を示したが、これに限られず３名以上の複数のユーザーに対しても同様の効果を得ることができる。この場合、増やしたいユーザーの数に応じて、図４のゲイン器１６ａ〜１６ｄ、制御用デジタルフィルタ１１ａ〜１１ｄ、加算器１５ａ〜１５ｂおよびスピーカ３ａ〜３ｂに相当する構成要素を追加すればよい。

また、本実施の形態に係る音像定位制御装置では、音像定位制御効果を維持したままユーザー毎に音量を制御することが可能であるが、ゲイン器の代わりに（もしくはゲイン器に加えてさらに）イコライザを設けることにより、音像定位制御効果を維持したままユーザー毎に音質を制御することが可能となる。

図５〜図８は、実施の形態１および２に係る音像定位制御装置の適用例を示す。

図５は、音像定位制御装置を車両内に設置し、操作部をダッシュボード部に設けた例を示す。図５中、音量調整ダイヤル５０〜５３は、図１〜４の合成パラメータ設定手段１３に相当し、ユーザー毎に個別に音量の調整が可能である。音像定位制御ボタン６０〜６３は押下されることにより、ユーザー毎に個別に音像定位の効果を発生させる。運転席側のユーザーは、音像定位制御ボタン６０を押下することにより、再生する音楽に対し音像定位を実現することができる。さらに運転席側のユーザーは、音量調整ダイヤル５０を操作することにより音像定位を維持したまま運転席側のユーザーに対してのみ、設定された音量に変化させることができる。一方、助手席側のユーザーは、音像定位制御ボタン６１を押下し、音量調整ダイヤル５１を操作することにより音像定位を維持したまま助手席側のユーザーに対してのみ、設定された音量に変化させることができる。同様に音量ダイヤル５２、５３を調整することにより後部座席のユーザーに達する音量を変化させることができる。

また、図６に示すように音像定位制御装置の操作部は各ユーザの手の届く範囲、例えば各座席の肘掛部に設置されてもよい。この場合、各座席のユーザーは肘掛部に設けられた音像定位制御ボタン６０を押下することにより音像定位を実現することできる。さらに音量調整ダイヤル５０を操作することにより音像定位を維持したまま当該座席側のユーザーに対してのみ、設定された音量に変化させることができる。なお、従来の音像定位制御装置ではユーザ毎に音量を調整することができなかったが、本実施の形態の音像定位制御装置では音像定位を維持したままユーザが個別に音量を調整することができる。したがって、図６のように、音量調整を行うための操作部をユーザの数だけ用意し、対応するユーザの手の届く範囲にそれぞれ設置することができる。

また例えば図７に示すように操作部は車両内のフロントパネル部に設置されてもよく、ユーザは各座席における音量を一括して管理することができる。図５や図７のように各ユーザ用の操作部を一箇所にまとめて配置することにより、配線の手間が省け、設置コストを低減することができる。

図８は、音像定位制御装置をホームシアター用として適用したものであり、例えばリビングルーム等において用いることができる。音像定位制御ボタン６０〜６３を押下することにより、リビングルーム内の所定の位置で音像効果を実現する。また、音量調整ダイヤル５０を操作することにより、音像定位を維持したまま、それぞれ所定の位置での音量を個別に変化させることができる。また、これらの操作部はリモートコントロール装置７０に設けることもできる。

なお、上記実施の形態の音像定位制御装置を構成する構成要素の一部または全部は、１チップ化した集積回路によって実現することも可能である。このような集積回路は、ＬＳＩや専用回路や汎用プロセッサで実現してもよい。また、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、その技術を用いて上記の構成要素の集積化を行ってもよい。なお、前述の基準係数については、集積回路に接続された、集積回路の外部の記憶装置に格納されても良く、この場合、集積回路は、記憶装置に記録されている基準係数を読み出して信号処理を行う。

なお、上記実施の形態の音像定位制御装置は、カーオーディオやホームシアターに適用できるだけでなく、音量や音質を調整する様々な装置に適用できる。例えば図１３に示すように音像定位制御装置はテレビジョン受像機に設けられてもよい。ユーザ毎に個別に音像定位の効果を発生させるための音像定位制御ボタン６０およびユーザ毎に個別に音量の調整を行うための音量調整ダイヤル５０は、テレビジョン受像機に設けられても良いし、リモートコントローラ７０に設けられてもよい。またゲーム装置であれば、音像定位制御ボタン及び音量調整ダイヤルは各コントローラに設けられてもよい。ユーザは、映像を見ながら個別に音量や周波数特性を変化させることができるので利便性の高いテレビジョン受像機、ゲーム装置を提供することができる。

本発明は、理想的な定位感や音場感の向上が要望されるリビングルームや車室内等で使用可能な再生装置等に好適である。

実施の形態１に係る音像定位制御装置の構成の示す概略図 ４名のユーザーに対して同時音像定位制御と独立音量調整とを両立する音像定位制御装置の構成を示す概略図 音源がステレオ音源の場合において同時音像定位制御と独立音量調整とを両立する音像定位制御装置の構成の概略図 実施の形態２に係る音像定位制御装置の構成を示す概略図 音像定位制御装置を車載用に適用した例を示す図 音像定位制御装置を車載用に適用した例を示す図 音像定位制御装置を車載用に適用した例を示す図 音像定位制御装置をホームシアター用に適用した例を示す図 従来の音響再生装置の構成を示す概略図 伝達関数の計測方法を示す図 目標伝達関数を示す図 従来の音像定位制御を行う音響再生装置の構成を示す概略図 音像定位制御装置がテレビジョン受像機に設けられた例を示す図

符号の説明

１ 音響装置
２ 記録装置
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ スピーカ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ アンプ
５ 逆フィルタネットワーク
６ テスト信号発生装置
７ 仮想音源
８ａ、８ｂ フィルタ
９ モノラル音源
１０ 音源
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ 制御用デジタルフィルタ
１２ 制御処理部
１３ 合成パラメータ設定手段
１４ フィルタ係数算出手段
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 加算器
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ ゲイン器
５０、５１、５２、５３ 音量調整操作部
６０、６１、６２、６３ 音像定位制御操作部
７０ ホームシアター用音像定位制御装置
７１ リモートコントロール装置

Claims (14)

1. 少なくとも２箇所以上の所定位置の音響伝達関数をそれぞれ所望の特性とするための処理特性を設定する処理特性設定手段と、
   前記処理特性設定手段により設定された処理特性と音響信号とを入力し信号処理を行う制御手段と、
   前記制御手段からの出力を入力する音響再生手段とを具備する、音像定位制御装置。
2. 前記処理特性設定手段は、前記所定位置にそれぞれ対応する少なくとも２つ以上の処理特性係数を記憶領域に保持しており、当該所定位置毎の処理特性係数を用いて前記制御手段に設定すべき処理特性を決定することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位制御装置。
3. 前記処理特性設定手段は、前記所定位置にそれぞれ対応する少なくとも２つ以上の前記処理特性係数を、当該所定位置に対応する所望の特性に応じた値に基づいて線形結合した結果の値を処理特性として前記制御手段に設定することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位制御装置。
4. 前記制御手段は複数のデジタルフィルタを含んでおり、
   前記処理特性設定手段は、各前記デジタルフィルタ毎に、第１の所定位置に対応する第１の基準係数と、第２の所定位置に対応する第２の基準係数とを記憶領域に保持しており、第１の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を前記第１の基準係数に乗算したものと、第２の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を前記第２の基準係数に乗算したものとを加算することによって得られる係数を前記デジタルフィルタのフィルタ係数として設定することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位制御装置。
5. 前記制御手段は、
   前記処理特性設定手段により設定された処理特性と音響信号とを入力し音響信号のゲイン制御を行う少なくとも２以上のゲイン手段と、
   前記ゲイン手段からの出力を各々入力して信号処理する少なくとも２以上の特性制御手段と、
   前記特性制御手段からの出力を加算する加算手段とを含み、
   前記処理特性設定手段は、少なくとも２以上の所定位置の音響伝達関数がそれぞれ所望の特性となるように前記ゲイン手段を設定することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位制御装置。
6. 前記特性制御手段は、第１の所定位置に対応する第１の基準係数をフィルタ係数とする第１のデジタルフィルタと、第２の所定位置に対応する第２の基準係数をフィルタ係数とする第２のデジタルフィルタを含み、
   前記処理特性設定手段は、第１の所定位置に対応する音量制御信号に基づく値を前記第１のデジタルフィルタに対応するゲイン手段に設定し、第２の所定位置に対応する音量制御信号に基づく値を前記第２のデジタルフィルタに対応するゲイン手段に設定することを特徴とする、請求項５に記載の音像定位制御装置。
7. 前記制御手段は、
   前記処理特性設定手段により設定された処理特性と音響信号とを入力し音響信号の周波数制御を行う少なくとも２以上の周波数手段と、
   前記周波数手段からの出力を各々入力して信号処理する少なくとも２以上の特性制御手段と、
   前記特性制御手段からの出力を加算する加算手段とを含み、
   前記処理特性設定手段は、少なくとも２以上の所定位置の音響伝達関数がそれぞれ所望の特性となるように前記周波数手段を設定することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位制御装置。
8. 前記特性制御手段は、第１の所定位置に対応する第１の基準係数をフィルタ係数とする第１のデジタルフィルタと、第２の所定位置に対応する第２の基準係数をフィルタ係数とする第２のデジタルフィルタを含み、
   前記処理特性設定手段は、第１の所定位置に対応する音質制御信号に基づく値を前記第１のデジタルフィルタに対応する周波数手段に設定し、第２の所定位置に対応する音質制御信号に基づく値を前記第２のデジタルフィルタに対応する周波数手段に設定することを特徴とする、請求項７に記載の音像定位制御装置。
9. 前記処理特性設定手段は、ユーザの数に応じて設けられ、ユーザ毎に前記処理特性を設定可能な複数の操作部をさらに含む、請求項２に記載の音像定位制御装置。
10. 各前記操作部は、互いに近接して配置される、請求項９に記載の音像定位制御装置。
11. 各前記操作部は、各前記ユーザが操作可能な位置にそれぞれ配置される、請求項９に記載の音像定位制御装置。
12. 音源から出力された音響信号を複数のデジタルフィルタで処理してから複数のスピーカより出力することによって複数の所定位置において同一の音像定位効果を得ることを可能とした音像定位制御システムのための音像定位制御方法であって、
    第１の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を、記憶領域に保持されている第１の所定位置に対応する第１の基準係数に乗算する第１乗算ステップ、
    第２の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を、記憶領域に保持されている第２の所定位置に対応する第２の基準係数に乗算する第２乗算ステップ、
    前記第１乗算ステップの乗算結果と前記第２乗算ステップの乗算結果を加算する加算ステップ、および
    前記加算ステップの加算結果を前記デジタルフィルタのフィルタ係数として設定するフィルタ係数設定ステップを備えた音像定位制御方法。
13. 音源から出力された音響信号を複数のデジタルフィルタで処理してから複数のスピーカより出力することによって複数の所定位置において同一の音像定位効果を得ることを可能とした音像定位制御システムのための音像定位制御プログラムであって、コンピュータに、
    第１の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を、記憶領域に保持されている第１の所定位置に対応する第１の基準係数に乗算する第１乗算ステップ、
    第２の所定位置に対応する音量制御信号及び／又は音質制御信号に基づく値を、記憶領域に保持されている第２の所定位置に対応する第２の基準係数に乗算する第２乗算ステップ、
    前記第１乗算ステップの乗算結果と前記第２乗算ステップの乗算結果を加算する加算ステップ、および
    前記加算ステップの加算結果を前記デジタルフィルタのフィルタ係数として設定するフィルタ係数設定ステップを実行させるための音像定位制御プログラム。
14. 音像定位制御装置に用いられ、少なくとも２箇所以上の所定位置にそれぞれ対応する少なくとも２つ以上の処理特性係数を記憶したメモリから前記処理特性係数を読み出し可能な集積回路であって、
    前記メモリに記憶された処理特性係数を用いて、前記所定位置の音響伝達関数をそれぞれ所望の特性とするための処理特性を設定する処理特性設定部と、
    前記処理特性設定部により設定された処理特性と音響信号とを入力し信号処理を行って音響再生部への出力信号を生成する制御部とを備える、集積回路。

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