WO2006009058A1

WO2006009058A1 - 音像定位装置

Info

Publication number: WO2006009058A1
Application number: PCT/JP2005/013019
Authority: WO
Inventors: Kazue Fusakawa; Gempo Ito; Atsunobu Murase
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2006-01-26
Also published as: EP1775994A4; US20070165890A1; JPWO2006009058A1; EP1775994A1

Abstract

　ここに開示された音像定位装置（１０）は、入力された音響信号を高域音響信号と低域音響信号とに分割する帯域分割手段（１１）と、高域音響信号に対して定位処理する第１フィルタ（１２）及び第２フィルタ（１３）と、低域音響信号に対して定位処理する第３フィルタ（１４）及び第４フィルタ（１５）を有する低域定位処理手段（１６）と、第１フィルタ（１２）及び第３フィルタ（１４）の出力信号を加算する第１加算器（１７）と、第２フィルタ（１３）及び第４フィルタ（１５）の出力信号を加算する第２加算器（１８）とを備えている。このようにして構成された音像定位装置（１０）は、受聴範囲の制限を従来のものよりも緩和し、受聴者の周囲の任意の方向に音像を定位させることができる。

Description

明細書

音像定位装置

技術分野

[0001] 本発明は、例えば携帯電話や携帯ゲーム機等のスピーカから出力された音の音像を定位させる音像定位装置に関する。

背景技術

[0002] 従来の音像定位装置は、所望の方向に音像を定位させるための伝達特性を音響信号に与えて音像を定位させる音像定位部と、複数のスピーカ力それぞれ出力された音が受聴者の左右の耳に到達する経路における伝達特性の影響を除去するフィルタとを備え、各スピーカから受聴者の左右の耳に至る少なくとも 4つの伝達特性が予め想定され、伝達特性を表す伝達関数に基づヽてフィルタ定数が決定されることにより、想定された伝達特性が得られる位置で受聴者に受聴する受聴者に対してスピーカが置かれていない方向力も音が聞こえてくるよう音像を所望の方向に定位させることができるようになつている（例えば、特許文献 1参照。 ) o

特許文献 1 :特開平 10— 70797号公報 (第 3— 5頁、第 1図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] し力しながら、このような従来の音像定位装置では、想定された伝達特性が得られる位置を忠実に再現するためには受聴者の頭部がほぼ固定されることが必要であり、受聴範囲が極めて狭い範囲に制限されるという問題があった。

[0004] 例えば、従来の音像定位装置では、想定された伝達特性が得られる位置に対して受聴者の頭部の位置が僅か〖こずれた場合は、受聴者の前方に配置されたスピーカで受聴者の後方に音像を定位させたり、受聴者の後方に配置されたスピーカで受聴者の前方に音像を定位させたりすることが困難であるという問題があった。

[0005] 特に、高音は低音よりも波長が短、ため受聴者の位置ずれの影響を受けやす!/、ことから、従来の音像定位装置では、高音の音像を定位させるのは困難であるという問題があった。 [0006] 本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、受聴範囲の制限を従来のものよりも緩和し、受聴者の周囲の任意の方向に音像を定位させることができる音像定位装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明の音像定位装置は、所定の高域音の指向性を有する音場を生成するように配置された左右の音響出力部力出力される所定周波数以上の高域音の音像を定位処理する高域定位処理手段と、前記左右の音響出力部から出力される所定周波数未満の低域音の音像を定位処理する低域定位処理手段とを備え、前記低域定位処理手段は、前記低域音の音像を定位させる目標位置から受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数及び前記左右の音響出力部から前記受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数に基づいて前記低域音の音像を定位処理することを特徴とする構成を有している。

[0008] この構成により、本発明の音像定位装置は、左右のスピーカにより生成された所定の高域音の指向性を有する音場において、高域定位処理手段は、受聴者の左耳に入力される左側スピーカからの高域音及び受聴者の右耳に入力される右側スピーカからの高域音の音像を定位処理し、低域定位処理手段は、受聴者の左右の耳にそれぞれ入力される左右のスピーカからの低域音の音像を定位処理するので、音像定位に大きく影響を及ぼす高域音に関し、左側スピーカから受聴者の右耳までの経路の伝達関数及び右側スピーカから受聴者の左耳までの経路の伝達関数に係る影響を回避することができ、その結果、受聴範囲の制限を従来のものよりも緩和することができ、受聴者の周囲の任意の方向に音像を定位させることができる。

[0009] また、本発明の音像定位装置は、前記高域定位処理手段は、前記高域音の音像を定位させる前記目標位置から前記受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数及び前記左側音響出力部から前記左側音響出力部に近い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数及び前記右側音響出力部から前記右側音響出力部に近い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数に基づいて前記高域音の音像を定位処理する構成を有しても良い。

[0010] この構成により、本発明の音像定位装置は、高域定位処理手段が、高域音の音像を定位させる目標位置から受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数及び前記左側音響出力部から前記左側音響出力部に近い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数及び前記右側音響出力部から前記右側音響出力部に近い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数に基づいて高域音の音像を定位処理するので、音像定位に大きく影響を及ぼす高域音に関し、左側スピーカから受聴者の右耳までの経路の伝達関数及び右側スピーカから受聴者の左耳までの経路の伝達関数に係る影響を回避することができ、その結果、受聴範囲の制限を従来のものよりも緩和することができ、受聴者の周囲の任意の方向に音像を定位させることができる。

[0011] また、本発明の音像定位装置は、前記低域定位処理手段は、前記低域音の音像を定位させる前記目標位置力前記受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数の影響を付加するフィルタ手段と、前記低域音の音像から前記左右の音響出力部から前記受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数の影響を除去するフィルタ手段とを有する構成を有しても良い。

[0012] この構成により、本発明の音像定位装置は、低域定位処理手段が、低域音の音像を定位させる目標位置から受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数及び前記左側音響出力部から前記左側音響出力部に近い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数及び前記右側音響出力部から前記右側音響出力部に近い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数に基づいて高域音の音像を定位処理するので、音像定位に大きく影響を及ぼす高域音に関し、左側スピーカから受聴者の右耳までの経路の伝達関数及び右側スピーカから受聴者の左耳までの経路の伝達関数に係る影響を回避することができ、その結果、受聴範囲の制限を従来のものよりも緩和することができ、受聴者の周囲の任意の方向に音像を定位させることができる。

[0013] また、本発明の音像定位装置は、さらに、左右の音響出力部力出力される所定周波数以上の高域音の指向性を制御する指向性制御手段を備えた構成を有しても良い。

[0014] この構成により、本発明の音像定位装置は、指向性制御手段が、左右のスピーカ力出力される所定周波数以上の高域音の指向性を制御することによって、左側のスピーカからの高域音及び右側のスピーカからの高域音力それぞれ、受聴者の左耳及び右耳に入力される音場を生成し、高域定位処理手段は、受聴者の左耳に入力される左側スピーカからの高域音及び受聴者の右耳に入力される右側スピーカからの高域音の音像を定位処理し、低域定位処理手段は、受聴者の左右の耳にそれぞれ入力される左右のスピーカ力の低域音の音像を定位処理所定するので、音像定位に大きく影響を及ぼす高域音に関し、左側スピーカから受聴者の右耳までの経路の伝達関数及び右側スピーカから受聴者の左耳までの経路の伝達関数に係る影響を回避することができ、その結果、受聴範囲の制限を従来のものよりも緩和することができ、受聴者の周囲の任意の方向に音像を定位させることができる。

[0015] また、本発明の音像定位装置は、前記指向性制御手段は、前記左側音響出力部から前記左側音響出力部に遠い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数及び前記右側音響出力部力前記右側音響出力部に遠い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数の影響を除去するフィルタ手段を有する構成を有しても良、。

[0016] この構成により、本発明の音像定位装置は、指向性制御手段が、前記左側音響出力部から前記左側音響出力部に遠い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数及び前記右側音響出力部から前記右側音響出力部に遠い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数の影響を除去するように左右のスピーカから出力される所定周波数以上の高域音の指向性を制御することができる。

[0017] また、本発明の音像定位装置は、前記左右の音響出力部は互いに外向きに配置されて、る構成を有しても良、。

[0018] この構成により、本発明の音像定位装置は、左右の音響出力部を所定の高域音の指向性を有する音場を生成するように配置することができる。

[0019] また、本発明の音像定位装置は、前記左右の音響出力部は前記受聴者の左右の耳よりそれぞれ所定の距離をお、て対向配置されて、る構成を有しても良、。

[0020] この構成により、本発明の音像定位装置は、左右の音響出力部を所定の高域音の指向性を有する音場を生成するように配置することができる。

[0021] また、本発明の音像定位装置は、前記左右の音響出力部はそれぞれから出力された高域音の音圧レベルが、前記受聴者の左耳と右耳とにおいて 10dB以上の差が生じるように設定されて、る構成を有しても良、。 [0022] この構成により、本発明の音像定位装置は、左右の音響出力部を所定の高域音の指向性を有する音場を生成するように配置することができる。

[0023] また、本発明の音像定位装置は、前記高域定位処理手段と前記低域定位処理手段とを一体ィ匕した構成を有しても良い。

[0024] この構成により、本発明の音像定位装置は、高域定位処理手段と低域定位処理手段とが一体化されるので、高域の音響信号と低域の音響信号とを分離する手段が不要となり、装置を簡略ィ匕することができる。

[0025] また、本発明の音像定位装置は、前記左右の音響出力部のうちの少なくとも一方の音響出力部は複数のスピーカから構成される構成を有しても良い。

[0026] この構成により、本発明の音像定位装置は、左右の音響出力部のうちの少なくとも一方の音響出力部を構成する複数のスピーカから出力される音の音像を受聴者の周囲の任意の方向に定位させることができる。

[0027] また、本発明の音像定位装置は、前記左右の音響出力部のうちの少なくとも一つの音響出力部は所定の指向性を有する構成を有しても良い。

[0028] この構成により、本発明の音像定位装置は、指向性を有するスピーカからの音が受聴者の左耳又は右耳に入力されるので、音像定位に大きく影響を及ぼす高域音に関し、左側スピーカから受聴者の右耳までの経路の伝達関数及び右側スピーカから受聴者の左耳までの経路の伝達関数に係る影響を回避することができ、その結果、受聴範囲の制限を従来のものよりも緩和することができ、受聴者の周囲の任意の方向に音像を定位させることができる。

発明の効果

[0029] 本発明は、受聴範囲の制限を従来のものよりも緩和し、受聴者の周囲の任意の方向に音像を定位させることができると、う効果を有する音像定位装置を提供することができるものである。

図面の簡単な説明

[0030] [図 1]本発明の第 1の実施の形態の音像定位装置のブロック図

[図 2] (a)本発明の第 1の実施の形態の音像定位装置が適用された携帯電話の外観斜視図（b)本発明の第 1の実施の形態に係る音像定位装置が適用された携帯電話による音像定位の一例を示す図

[図 3]本発明の第 1の実施の形態の音像定位装置の各ステップのフロー図

[図 4]本発明の第 1の実施の形態の音像定位装置に係る低域定位処理手段のブロック図

[図 5]本発明の第 2の実施の形態の音像定位装置のブロック図

[図 6]本発明の第 2の実施の形態の音像定位装置に係る指向性制御手段が形成する死角の説明図

[図 7]本発明の第 2の実施の形態の音像定位装置に係る指向性制御手段のブロック図

[図 8]本発明の第 2の実施の形態の音像定位装置の各ステップのフロー図符号の説明

10、 50 音像定位装置

11 帯域分割手段

12 第 1フィルタ (高域定位処理手段）

13 第 2フィルタ (高域定位処理手段）

14 第 3フィルタ

15 第 4フイノレタ

16 低域定位処理手段

17 第 1加算器

18 第 2加算器

20 受聴者

21、 51 左側スピーカ (左側音響出力部）

21a, 22a, 51a, 52a 軸線

22、 52 右側スピーカ (右側音響出力部）

23、 24、 25 仮想スピーカ

30 携帯電話

31 キーボード

32 液晶画面 41 第 5フィルタ (第 1フィルタ手段）

42 第 6フィルタ (第 1フィルタ手段） 43 第 1逆フィルタ (第 2フィルタ手段)

44 第 2逆フィルタ (第 2フィルタ手段）

45 第 3逆フィルタ (第 2フィルタ手段）

46 第 4逆フィルタ (第 2フィルタ手段）

60 指向性制御手段

61 第 1補正フィルタ (第 3フィルタ手段）

62 第 2補正フィルタ (第 3フィルタ手段）

63 第 1指向性制御フィルタ (第 3フィルタ手段）

64 第 2指向性制御フィルタ (第 3フィルタ手段）

65 第 3加算器

66 第 4加算器

発明を実施するための最良の形態

[0032] 以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

[0033] (第 1の実施の形態）

まず、本発明の第 1の実施の形態の音像定位装置の構成について説明する。

[0034] 図 1に示すように、本実施の形態の音像定位装置 10は、入力された音響信号を高域音響信号と低域音響信号とに分割する帯域分割手段 11と、高域音響信号に対して定位処理する高域定位処理手段としての第 1フィルタ 12及び第 2フィルタ 13と、低域音響信号に対して定位処理する第 3フィルタ 14及び第 4フィルタ 15を有する低域定位処理手段 16と、第 1フィルタ 12及び第 3フィルタ 14の出力信号を加算する第 1 加算器 17と、第 2フィルタ 13及び第 4フィルタ 15の出力信号を加算する第 2加算器 1 8とを備えている。

[0035] 音像定位装置 10は、例えばマイクロコンピュータや DSP (Digital Signal Proce ssor)で構成され、受聴者 20の前方に設置された左側音響出力部を構成する左側スピーカ 21と右側音響出力部を構成する右側スピーカ 22とに接続されている。

[0036] 左側スピーカ 21及び右側スピーカ 22は、音の出力方向を示す軸線 21a及び 22a が所定の角度 Θに設定されて近接配置されている。ここで、左側スピーカ 21と右側スピー力 22との間隔及び角度 Θは、左側スピーカ 21及び右側スピーカ 22からそれぞれ出力された高域音の音圧レベル力受聴者 20の左耳と右耳とにおいて例えば 10 dB以上の差が生じるように設定されている。この配置により、左側スピーカ 21及び右側スピーカ 22からの高域音の指向性が設定される。

[0037] 帯域分割手段 11は、例えば 2kHzの周波数を分割の基準周波数とし、入力された音響信号を 2kHz以上の高域音響信号と 2kHz未満の低域音響信号とに分割するようになつている。

[0038] 第 1フィルタ 12及び第 2フィルタ 13は、例えば、遅延器、乗算器、加算器等を含む FIR (Finite Impulse Response)フィルタで構成され、高域音響信号に対し、左側スピーカ 21から受聴者 20の左耳までの経路の伝達関数 GLLと、右側スピーカ 22 力も受聴者 20の右耳までの経路の伝達関数 GRRとを補正することにより、受聴者 20 の周囲の任意の方向の頭部伝達関数に係る高域成分の処理を実行するようになつている。

[0039] 本実施の形態では、説明を容易にするため、受聴者 20の周囲の任意の方向とは、例えば図 1にお、ては受聴者 20の左側後方の方向とし、以下「目標方向」 t 、うものとする。この方向に音像が定位されることにより、受聴者 20は仮想スピーカ 23から出力された音を受聴しているように認識する。また、頭部伝達関数とは、仮想スピーカ 2 3から受聴者 20の外耳道入り口までの音響の伝達関数のことをいい、以下の記載において、仮想スピーカ 23から受聴者 20の左耳までの頭部伝達関数を AL、仮想スピ一力 23から受聴者 20の右耳までの頭部伝達関数を ARとする。

[0040] 第 3フィルタ 14及び第 4フィルタ 15は、例えば FIRフィルタで構成され、低域音響信号に対し、左側スピーカ 21から受聴者 20の左耳までの経路の伝達関数 GLL、左側スピーカ 21から受聴者 20の右耳までの経路の伝達関数 GLR、右側スピーカ 22から受聴者 20の右耳までの経路の伝達関数 GRR及び右側スピーカ 22から受聴者 20の左耳までの経路の伝達関数 GRLを補正することにより、目標方向の頭部伝達関数に係る低域成分の処理を実行するようになって！/ヽる。

[0041] 音像定位装置 10は、例えば図 2 (a)に示すような携帯電話に適用される。図 2 (a) に示された携帯電話 30は、キーボード 31と、液晶画面 32と、液晶画面 32の下部の筐体内部に近接設置された左側スピーカ 21及び右側スピーカ 22とを備えて、る。左側スピーカ 21及び右側スピーカ 22は、前述のように受聴者 20に対して音の出力方向が角度 0になるように設けてある。

[0042] また、図 2 (b)に示すように受聴者 20が携帯電話 30を手に持ったとき、左側スピー力 21及び右側スピーカ 22から受聴者 20の左右の耳までの距離にお!、て、左側スピ一力 21及び右側スピーカ 22からそれぞれ出力される音の音圧レベル力受聴者 20 の左右の耳において所定の音圧レベル差が生じるよう設定される。例えば左側スピ一力 21から出力された音の音圧レベルは、受聴者 20の左耳と右耳とにおいて 10dB 以上の差が生じるようになって!/、る。

[0043] 次に、本実施の形態の音像定位装置 10の動作について、図 1及び図 3を用いて説明する。

[0044] まず、帯域分割手段 11によって、入力された音響信号が高域音響信号と低域音響信号とに分割される (ステップ Sl l)。例えば 2kHzの周波数を分割の基準周波数とし、入力された音響信号が 2kHz以上の高域音響信号と 2kHz未満の低域音響信号とに分割される。

[0045] 次いで、第 1フィルタ 12、第 2フィルタ 13、第 3フィルタ 14、及び第 4フィルタ 15によつて、頭部伝達関数 AL及び ARの高域音響信号及び低域音響信号の処理が実行される (ステップ S12)。具体的には、予め設定されたフィルタ係数に基づいて高域音響信号及び低域音響信号の音響信号が以下説明するように処理される。

[0046] 最初に高域音響信号の処理に係るフィルタ係数の設定について説明する。第 1フィルタ 12及び第 2フィルタ 13には、下記の式（1)及び（2)を満たすフィルタ係数 HR及び HLがそれぞれ設定される。

[0047] [数 1]

HR=AR/GRR

[0048] [数 2] HL=AL/GLL

[0049] フィルタ係数 HR及び HLがそれぞれ設定された第 1フィルタ 12及び第 2フィルタ 13 によって、図 1に示された左側スピーカ 21から受聴者 20の左耳に至る経路の伝達関数 GLLと、右側スピーカ 22から受聴者 20の右耳に至る経路の伝達関数 GRRとがそれぞれ独立に補正され、目標方向の頭部伝達関数 AL及び ARに係る高域成分が処理される。このように、第 1フィルタ 12及び第 2フィルタ 13は、高域音の音像を定位させる目標位置である仮想スピーカ 23から受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数 AL、 AR及び左側スピーカ 21から左側スピーカ 21に近い方の受聴者の耳、すなわち左耳に至る経路の伝達関数 GLL及び右側スピーカ 22から右側スピーカ 22に近い方の受聴者の耳、すなわち右耳に至る経路の伝達関数 GRRに基づ、て高域音の音像を定位処理するので、音像定位に大きく影響を及ぼす高域音に関し、左側スピ一力から受聴者の右耳までの経路の伝達関数及び右側スピーカから受聴者の左耳までの経路の伝達関数に係る影響を回避することができ、その結果、受聴範囲の制限を従来のものよりも緩和することができ、受聴者の周囲の任意の方向に音像を定位させることがでさる。

[0050] 次に低域音響信号の処理に係るフィルタ係数の設定について説明する。第 3フィルタ 14及び第 4フィルタ 15には、下記の式（3)を満たすフィルタ係数 FR及び FLがそれぞれ設定される。

[0051] [数 3]

、

フィルタ係数 FR及び FLがそれぞれ設定された第 3フィルタ 14及び第 4フィルタ 15 によって、図 1に示された左側スピーカ 21から受聴者 20の左耳に至る経路の伝達関数 GLL、左側スピーカ 21から受聴者 20の右耳に至る経路の伝達関数 GLR、右側スピー力 22から受聴者 20の右耳に至る経路の伝達関数 GRR及び右側スピーカ 22から受聴者 20の左耳に至る経路の伝達関数 GRLが補正され、目標方向の頭部伝達関数に係る低域成分が処理される。

[0053] 低域音響信号は高域音響信号よりも波長が長いため、図 1に示すような角度 Θで開、た左側スピーカ 21と右側スピーカ 22とを近接配置して指向性を付加した場合でも、例えば左側スピーカ 21から出力された音が受聴者 20の頭部を回折して右耳に回り込むクロストークが発生してしまう。そこで、式（3)に示すように、 GLL、 GLR、 GR R及び GRLの 4つの伝達特性に対する逆フィルタ処理と、目標方向の頭部伝達関数 AL及び ARとで演算されたフィルタ係数 FR及び FLがそれぞれ第 3フィルタ 14及び第 4フィルタ 15に設定される。

[0054] 引き続き、図 1に示すように、第 1加算器 17によって、第 1フィルタ 12及び第 3フィルタ 14から出力された音響信号が加算され、第 2加算器 18によって、第 2フィルタ 13及び第 4フィルタ 15から出力された音響信号が加算される (ステップ S 13)。

[0055] そして、第 1加算器 17及び第 2加算器 18によって、加算された音響信号がそれぞれ右側スピーカ 22及び左側スピーカ 21に出力される (ステップ S 14)。

[0056] 以上述べた処理を音像定位装置 10が備えられた携帯電話 30で実行すれば、図 2

(b)に示すように受聴者 20が携帯電話 30を手に持ったとき、仮想スピーカ 23の方向力も音が出ているように受聴者 20に認識させることができる。また、頭部伝達関数 AL 及び ARを変更することにより、仮想スピーカ 24又は 25の方向力も音が出ているように受聴者 20に認識させることもできる。

[0057] 以上のように、本実施の形態の音像定位装置 10によれば、左側スピーカ 21及び右側スピーカ 22からの高域音の指向性が設定された音場において、第 1フィルタ 12及び第 2フィルタ 13は、受聴者 20の左右の耳に入力される音のうち音圧レベルが大きい音の高域音響信号を左右独立に定位処理し、第 3フィルタ 14及び第 4フィルタ 15 は、音場の逆フィルタ処理を行う構成としたので、音像定位に大きく影響を及ぼす高域音響信号に関し、左側スピーカ 21から受聴者 20の右耳までの経路の伝達関数 G LR及び右側スピーカ 22から受聴者 20の左耳までの経路の伝達関数 GRLに係る影響を回避することができ、その結果、受聴範囲の制限を従来のものよりも緩和することができ、受聴者 20の周囲の任意の方向に音像を定位させることができる。

[0058] なお、本実施の形態において、低域定位処理手段 16を第 3フィルタ 14及び第 4フィルタ 15の 2つのフィルタで構成する例を挙げて説明した力本発明はこれに限定されるものではなぐ例えば図 4に示すような構成としても同様の効果を得ることができる。

[0059] 図 4に示された低域定位処理手段 16は、第 3フィルタ 14及び第 4フィルタ 15に代えて、目標方向の頭部伝達関数 AR及び ALを入力された低域信号にそれぞれ与える第 5フィルタ 41及び第 6フィルタ 42と、 GRR、 GLR、 GRL及び GLLの 4つの伝達特性に対する逆フィルタ特性を音響信号にそれぞれ与える第 1逆フィルタ 43、第 2逆フィルタ 44、第 3逆フィルタ 45、及び第 4逆フィルタ 46とを備え、再生音場における伝達特性 GRR、 GLR、 GRL及び GLLの影響を取り除くようになつている。なお、第 5フィルタ 41、第 6フィルタ 42、第 1逆フィルタ 43、第 2逆フィルタ 44、第 3逆フィルタ 45、及び第 4逆フィルタ 46は、例えば FIRフィルタによって構成される。

[0060] 第 5フィルタ 41及び第 6フィルタ 42は、低域音の音像を定位させる目標位置である仮想スピーカ 23から受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数 AR及び ALの影響を付加する第 1フィルタ手段を構成し、第 1逆フィルタ 43、第 2逆フィルタ 44、第 3逆フィルタ 45、及び第 4逆フィルタ 46は、低域音の音像力左側スピーカ 21、右側スピー力 22から受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数 GRR、 GLR、 GRL及び GLLの影響を除去する第 2フィルタ手段を構成して、る。

[0061] 第 5フィルタ 41及び第 6フィルタ 42には、それぞれ、フィルタ係数 AR及び ALが設定され、第 1逆フィルタ 43、第 2逆フィルタ 44、第 3逆フィルタ 45、及び第 4逆フィルタ 46には、下記の式（4)に示されたフィルタ係数 FLL、 FLR、 FRL及び FRRがそれぞれ設定される。

[0062] [数 4]

[0063] また、本実施の形態において、帯域分割手段 11を第 1フィルタ 12、第 2フィルタ 13 、第 3フィルタ 14、及び第 4フィルタ 15の前段に設けた例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなぐ帯域分割手段 11を第 1フィルタ 12、第 2フィルタ 13、第 3フィルタ 14、及び第 4フィルタ 15の後段に設ける構成としても同様の効果を得ることができる。

[0064] また、本実施の形態において、帯域分割手段 11と第 1加算器 17及び第 2加算器 1 8とを備えた構成を例に挙げて説明した力本発明はこれに限定されるものではない

[0065] 例えば、第 1フィルタ 12と第 3フィルタ 14とを一体化した右チャンネルフィルタと、第 2フィルタ 13と第 4フィルタ 15とを一体化した左チャンネルフィルタとを備え、右チャンネルフィルタ及び左チャンネルフィルタが共に高域及び低域の音響信号に対し定位処理すれば、帯域分割手段 11と第 1加算器 17及び第 2加算器 18とを廃止して構成を簡略ィ匕しても同様の効果を得ることができる。

[0066] また、例えば携帯電話や携帯ゲーム機のように、低域音の再生が高域音の再生よりも重視されない装置においては、帯域分割手段 11及び低域定位処理手段 16を廃止して音像定位装置 10の構成を簡略ィ匕しても同様の効果を得ることができる。

[0067] また、本実施の形態にお!、て、左側スピーカ 21及び右側スピーカ 22の 2つで音像定位処理を行う例を挙げて説明した力本発明はこれに限定されるものではなぐ例えば左側スピーカを 2つ、右側スピーカを 1つで構成しても同様の効果を得ることができる。この場合、例えば左側のスピーカの 1つを指向性が鋭いスピーカとし、このスピ一力から受聴者 20の左耳に入力される音圧レベルを右耳に入力される音圧レベルよりも 10dB以上として左右独立に定位処理を行うこともできる。

[0068] また、本実施の形態にお!、て、左側スピーカ 21及び右側スピーカ 22が互いに外向きに配置される例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなぐ例えば左側スピーカ 21及び右側スピーカ 22をそれぞれ受聴者の左右の耳より所定の距離をおヽて対向配置した場合にぉ、ても同様の効果を得ることができる。この場合のように、左右のスピーカの指向性が十分確保できる場合は、帯域分割手段 11を廃し、前述した第 1フィルタ 12及び第 2フィルタ 13が行う定位処理と同様な定位処理を第 4フィルタ 15及び第 3フィルタ 14にそれぞれ実行させ、入力された音響信号に対して全帯域で左右独立に定位処理の制御を行う構成としても良い。

[0069] (第 2の実施の形態）

まず、本発明の第 2の実施の形態の音像定位装置の構成について説明する。

[0070] 図 5に示すように、本実施の形態の音像定位装置 50は、本発明の第 1の実施の形態の音像定位装置 10の第 1フィルタ 12及び第 2フィルタ 13の後段に指向性制御手段 60を追加した構成であるので、その他の構成については、音像定位装置 10と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

[0071] なお、本実施の形態の音像定位装置 50は、受聴者 20の正面に音の出力方向を示す軸線 51a及び 52aがほぼ平行になるよう近接配置された左側スピーカ 51及び右側スピーカ 52と接続されている。また、左側スピーカ 51から受聴者 20の左耳までの経路の伝達関数を GsLL、左側スピーカ 51から受聴者 20の右耳までの経路の伝達関数 GsLR、右側スピーカ 52から受聴者 20の右耳までの経路の伝達関数 GsRR及び右側スピーカ 52から受聴者 20の左耳までの経路の伝達関数 GsRLとする。

[0072] 指向性制御手段 60は、例えばマイクロコンピュータや DSPで構成され、左側スピー力 51及び右側スピーカ 52から受聴者 20の左右の耳までの間において生じるクロストーク、すなわち伝達関数 GsLR及び GsRLに係る高域音響信号 (以下「クロストーク信号」という。 )をキャンセルするよう左側スピーカ 51及び右側スピーカ 52の指向性を制御するようになっている。本実施の形態では、説明を容易にするため、図 6に示すように右側スピーカ 52から出力された音が受聴者 20の左耳に入る方向に死角（破線部分)を形成するようになっているものとする。本実施の形態では第 1フィルタ 12、第 2フィルタ 13、第 3フィルタ 14、第 4フィルタ 15に設定されるフィルタ係数 HR、 HL、 FL、 FR、及び逆フィルタ特性を適用する場合は、第 1逆フィルタ 43、第 2逆フィルタ 44、第 3逆フィルタ 45、第 4逆フィルタ 46に設定されるフィルタ係数 FLL、 FLR、 FRL、 F RRは、数式（1)〜（4)において、 GRRを GsRRとし、 GLLを GsLLとし、 GRLを GsR Lとし、 GLRを GsLRとして算出することができる。

[0073] 具体的には、指向性制御手段 60は、例えば図 7に示すように、第 1補正フィルタ 61 及び第 2補正フィルタ 62と、第 1指向性制御フィルタ 63及び第 2指向性制御フィルタ 64と、第 3加算器 65及び第 4加算器 66とで構成される。

[0074] 第 1指向性制御フィルタ 63は、右側スピーカ 52から受聴者 20の左耳に入力されるクロストーク信号を遅延処理及び位相の反転処理によってキャンセルするクロストークキャンセル信号を左チャンネルに出力するようになっている。ここで、遅延処理とは、例えば、左側スピーカ 51から出力された高域音が受聴者の右耳に入力されるまでの時間と、右側スピーカ 52から出力された高域音が受聴者の右耳に入力されるまでの時間とを一致させる処理をいう。

[0075] 第 2指向性制御フィルタ 64は、左側スピーカ 51から受聴者 20の右耳に入力されるクロストーク信号を遅延処理及び位相の反転処理によってキャンセルするクロストークキャンセル信号を右チャンネルに出力するようになっている。ここで、遅延処理とは、例えば、右側スピーカ 52から出力された高域音が受聴者の左耳に入力されるまでの時間と、左側スピーカ 51から出力された高域音が受聴者の左耳に入力されるまでの時間とを一致させる処理をいう。

[0076] 第 1補正フィルタ 61は、左側スピーカ 51から出力されるクロストークキャンセル信号が受聴者 20の右耳に入力されることによって目的信号が変形するのを補正するようになっている。

[0077] 第 2補正フィルタ 62は、右側スピーカ 52から出力されるクロストークキャンセル信号が受聴者 20の左耳に入力されることによって目的信号が変形するのを補正するようになっている。

[0078] 第 3加算器 65は、第 1補正フィルタ 61の出力信号と第 2指向性制御フィルタ 64の出力信号とを加算し、第 1加算器 17に出力するようになっている。第 4加算器 66は、第 2補正フィルタ 62の出力信号と第 1指向性制御フィルタ 63の出力信号とを加算し、第 2加算器 18に出力するようになっている。

[0079] 次に、本実施の形態の音像定位装置 50の動作について、図 7及び図 8を用いて説明する。ただし、本発明の第 1の実施の形態の音像定位装置 10と同様な動作については説明を省略し、指向性制御手段 60の動作についてのみ説明する。

[0080] 図 8のステップ S12において、第 1フィルタ 12及び第 2フィルタ 13によって演算処理された高域音響信号が、それぞれ、指向性制御手段 60の第 1補正フィルタ 61及び第 2補正フィルタ 62に入力され、第 1補正フィルタ 61及び第 2補正フィルタ 62によつて、高域音響信号の指向性の制御処理が実行される (ステップ S21)。

[0081] 具体的には、第 1補正フィルタ 61及び第 2補正フィルタ 62には、下記の式（5)及び式 (6)を満たすフィルタ係数 CR及び CLがそれぞれ設定される。

[0082] [数 5]

CR= (GsRR+DR X GsLR)— ¹ X GsRR

[0083] [数 6]

CL= (GsLL + DL X GsRL) — ¹ X GsLL

[0084] ここで、 DR及び DLは、それぞれ、第 1指向性制御フィルタ 63及び第 2指向性制御フィルタ 64のフィルタ定数であり、入力された高域音響信号に対し、位相の反転及び遅延処理をしてクロストークキャンセル信号を出力するよう設定される。

[0085] 第 1補正フィルタ 61によって補正された高域音響信号は、第 3加算器 65及び第 1 指向性制御フィルタ 63に出力される。同様に、第 2補正フィルタ 62によって補正された高域音響信号は、第 4加算器 66及び第 2指向性制御フィルタ 64に出力される。

[0086] そして、第 3加算器 65によって、第 1補正フィルタ 61からの高域音響信号と第 2指向性制御フィルタ 64からの高域音響信号とが加算され、第 1加算器 17に出力される。同様に、第 4加算器 66によって、第 2補正フィルタ 62からの高域音響信号と第 1指向性制御フィルタ 63からの高域音響信号とが加算され、第 2加算器 18に出力される。このように、第 1補正フィルタ 61、第 1指向性制御フィルタ 63、第 2補正フィルタ 62、第 2指向性制御フィルタ 64は、左側スピーカから左側スピーカに遠、方の受聴者の耳、すなわち右耳に至る経路の伝達関数 GsLR及び右側スピーカから右側スピーカに遠、方の受聴者の耳、すなわち左耳に至る経路の伝達関数 GsRLの影響を除去する第 3フィルタ手段を構成して、る。

[0087] 以上のように、本実施の形態の音像定位装置 50によれば、指向性制御手段 60は、クロストーク信号を打ち消す高域音響信号を出力して指向性を設定する構成としたので、音像定位に大きく影響を及ぼす高域音響信号に関し、左側スピーカ 51から受聴者 20の右耳までの経路の伝達関数 GsLR及び右側スピーカ 52から受聴者 20の左耳までの経路の伝達関数 GsRLに係る影響を回避することができ、その結果、受聴範囲の制限を従来のものよりも緩和することができ、受聴者 20の周囲の任意の方向に音像を定位させることができる。

[0088] なお、本実施の形態にぉ、て、左側スピーカ 51及び右側スピーカ 52が、ほぼ平行になるよう近接配置された例について説明した力本発明はこれに限定されるものではなぐ例えば本発明の第 1の実施の形態の音像定位装置 10 (図 1参照）に接続された左側スピーカ 21及び右側スピーカ 22のように互いに外向きに近接配置されたスピー力に対しても前述の指向性の制御処理を行うことによって同様の効果を得ることができる。

[0089] また、本実施の形態にお!、て、左側スピーカ 51及び右側スピーカ 52の 2つで音像定位処理を行う例を挙げて説明した力本発明はこれに限定されるものではなぐ例えば、左側スピーカを 2つ、右側スピーカを 1つの構成とし、或いは、左側スピーカ 51 と右側スピーカ 52との間に 1つ以上のスピーカを設置して指向性の制御処理を行う構成としても同様の効果を得ることができる。

[0090] また、本実施の形態において、第 1フィルタ 12及び第 2フィルタ 13と指向性制御手段 60とを別個に構成する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなぐ第 1フィルタ 12、第 1補正フィルタ 61及び第 1指向性制御フィルタ 63を備えた第 3指向性フィルタと、第 2フィルタ 13、第 2補正フィルタ 62及び第 2指向性制御フィルタ 64を備えた第 4指向性フィルタとで構成することができる。この場合、第 3指向性フィルタ及び第 4指向性フィルタには、下記の式（7)及び式 (8)に示すフィルタ係数 HsR及び HsLがそれぞれ設定される。

[0091] [数 7]

HsR = HR X CR + HL X CL X DL

[0092] [数 8] HsL =HL X CL+HR X CRX DR

[0093] また、本実施の形態にお!、て、左側スピーカ 51及び右側スピーカ 52の 2つで音像定位処理を行う例を挙げて説明した力本発明はこれに限定されるものではなぐ 3 つ以上のスピーカで構成しても同様の効果を得ることができる。

[0094] この場合、高域の音響信号によって左右どちらかの耳に指向性が付加されるよう 3 つ以上のスピーカの指向性を指向性制御手段 60によって制御し、高域の音響信号に対しては、一方の耳に入力される音圧レベルを反対側の耳に入力される音圧レべルよりも 10dB以上として左右独立に定位処理を行い、低域の音響信号に対しては、音場の逆フィルタ処理を行うことによって、前述した 2つのスピーカを用いた場合と同様の効果を得ることができる。

産業上の利用可能性

[0095] 以上のように、本発明に係る音像定位装置は、受聴範囲の制限を従来のものよりも緩和し、受聴者の周囲の任意の方向に音像を定位させることができるという効果を有し、携帯電話や携帯ゲーム機等のスピーカから出力された音の音像を定位させる音像定位装置等として有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 所定の高域音の指向性を有する音場を生成するように配置された左右の音響出力部から出力される所定周波数以上の高域音の音像を定位処理する高域定位処理手段と、前記左右の音響出力部から出力される所定周波数未満の低域音の音像を定位処理する低域定位処理手段とを備え、前記低域定位処理手段は、前記低域音の音像を定位させる目標位置から受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数及び前記左右の音響出力部から前記受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数に基づいて前記低域音の音像を定位処理することを特徴とする音像定位装置。

[2] 前記高域定位処理手段は、前記高域音の音像を定位させる前記目標位置から前記受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数及び前記左側音響出力部から前記左側音響出力部に近い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数及び前記右側音響出力部から前記右側音響出力部に近い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数に基づ、て前記高域音の音像を定位処理することを特徴とする請求項 1に記載の音像定位装置。

[3] 前記低域定位処理手段は、前記低域音の音像を定位させる前記目標位置から前記受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数の影響を付加する第 1フィルタ手段と、前記低域音の音像から前記左右の音響出力部から前記受聴者の左右の耳に至る経路の伝達関数の影響を除去する第 2フィルタ手段とを有することを特徴とする請求項 1 に記載の音像定位装置。

[4] さらに、左右の音響出力部から出力される所定周波数以上の高域音の指向性を制御する指向性制御手段を備えたことを特徴とする請求項 1に記載の音像定位装置。

[5] 前記指向性制御手段は、前記左側音響出力部から前記左側音響出力部に遠い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数及び前記右側音響出力部から前記右側音響出力部に遠い方の前記受聴者の耳に至る経路の伝達関数の影響を除去する第 3フィルタ手段を有することを特徴とする請求項 4に記載の音像定位装置。

[6] 前記左右の音響出力部は互いに外向きに配置されていることを特徴とする請求項 1 に記載の音像定位装置。

[7] 前記左右の音響出力部は前記受聴者の左右の耳よりそれぞれ所定の距離をおいて対向配置されて、ることを特徴とする請求項 1に記載の音像定位装置。

[8] 前記左右の音響出力部はそれぞれから出力された高域音の音圧レベルが、前記受聴者の左耳と右耳とにお、て 10dB以上の差が生じるように設定されて!、ることを特徴とする請求項 1に記載の音像定位装置。

[9] 前記高域定位処理手段と前記低域定位処理手段とを一体ィ匕したことを特徴とする請求項 1に記載の音像定位装置。

[10] 前記左右の音響出力部のうちの少なくとも一方の音響出力部は複数のスピーカから構成されることを特徴とする請求項 1に記載の音像定位装置。

[11] 前記左右の音響出力部のうちの少なくとも一つの音響出力部は所定の指向性を有することを特徴とする請求項 10に記載の音像定位装置。