(57)【要約】周波数特性が異なるスピーカーを用いてマルチチャンネルの入力オーディオ信号を再生した場合にも、受聴空間の広がり感を保つことができる音響再生装置を提供する。第１および第２のスピーカー群のそれぞれで再生した場合の音像の定位位置を算出する音源位置パラメータ算出部（３）と、第２のスピーカー群で再生するより第１のスピーカー群で再生した方が音圧レベルの高くなる音を表す音響信号を、第２のスピーカー群に対応した音響信号から分離して、第１のスピーカー群に対応した音響信号に加算することによって再生信号を生成する再生信号生成部（４）と、再生信号によって定位される音像が、算出された定位位置と略同一位置に定位するように、再生信号を補正する信号補正部（８）および遅延時間調整部（９）を備える。
2012042905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスピーカーを含む第１のスピーカー群と、前記第１のスピーカー群とは周波数特性が異なる複数のスピーカーを含む第２のスピーカー群とに対応した音響信号を、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれで再生したと仮定した場合に定位する音像の定位位置を算出する算出部と、
前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号で表される音のうちの所定の周波数帯域に含まれる音であって、かつ、前記第２のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルより、前記第１のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルの方が高くなる音を表す音響信号を、前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号から分離して、前記第１のスピーカー群に対応した前記音響信号に加算することによって、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応する再生信号を生成する生成部と、
前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応して生成された前記再生信号によって定位される音像が、算出された前記定位位置と略同一位置に定位するように、前記再生信号を補正する補正部と
を備える音響再生装置。
【請求項２】
前記第１のスピーカー群は、所定の標準位置に配置される複数の標準位置スピーカーであり、
前記第２のスピーカー群は、前記標準位置スピーカーよりも受聴位置に近い位置で、かつ、前記標準位置でない位置に配置される１つ以上の近傍スピーカーである
請求項１に記載の音響再生装置。
【請求項３】
前記近傍スピーカーは、受聴位置の受聴者の耳元に配置する耳元再生スピーカーであり、
前記音響再生装置は、当該近傍スピーカーの再生可能な周波数帯域の下限周波数Ｆ０に対して、Ｆｃ≧Ｆ０となる周波数Ｆｃを境界にして、前記定位音源信号を低周波数の音と高周波数の音とに分割する分割部を備え、
前記制御部は、本来、前記近傍スピーカーに配分すべき前記定位音源信号のうち、前記分割部によって分割された前記低周波数の音を、前記標準位置スピーカーに配分し直して前記再生信号を生成する
請求項２に記載の音響再生装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記受聴位置の前方に配置する標準位置スピーカーと、前記近傍スピーカーとの位置情報に基づいて、前記定位音源信号のうちの配分し直される前記音の音圧レベルを補正する補正部を備え、
前記補正部は、配分し直される前記音が前記標準位置スピーカーで再生された場合の前記受聴位置における音圧レベルと、前記近傍スピーカーで再生された場合の前記受聴位置における音圧レベルとが同等の音圧レベルとなるように、配分し直される前記音の音圧レベルを補正し、
前記制御部は、前記補正部によって補正された前記音を、本来、前記標準位置スピーカーに配分される音と合成することによって、前記標準位置スピーカーの前記再生信号を生成する
請求項２に記載の音響再生装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記受聴位置の前方に配置する標準位置スピーカーと、前記近傍スピーカーとの位置情報に基づいて、本来、前記近傍スピーカーに配分すべき前記定位音源信号のうちの配分し直される前記音の周波数特性を補正する補正部を備え、
前記補正部は、配分し直される前記音が前記標準位置スピーカーで再生された場合の前記受聴位置における周波数特性と、前記近傍スピーカーで再生された場合の前記受聴位置における周波数特性とが同等の周波数特性となるように、配分し直される前記音の周波数特性を補正し、
前記制御部は、前記補正部によって補正された前記音を、本来、前記標準位置スピーカーに配分される音と合成することによって、前記標準位置スピーカー前記再生信号を生成する
請求項２に記載の音響再生装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記受聴位置の前方に配置する標準位置スピーカーと、前記近傍スピーカーとの位置情報に基づいて、本来、前記近傍スピーカーに配分すべき前記定位音源信号のうちの配分し直される前記音が前記受聴位置に到達する時間を補正する補正部を備え、
前記補正部は、配分し直される前記音が前記標準位置スピーカーで再生された場合に、前記近傍スピーカーで再生された場合よりも、前記受聴位置への到達が遅くなる時間だけ、配分し直される前記音以外の前記定位音源信号の音を遅延することによって、配分し直される前記音の前記受聴位置への到達時間が前記他の音と同等になるように補正し、
前記制御部は、前記補正部によって補正された前記音を、前記配分し直された前記音と合成することによって、前記再生信号を生成する
請求項２に記載の音響再生装置。
【請求項７】
前記音響再生装置は、前記定位音源信号を低周波数の音と高周波数の音に分割する前記境界の周波数Ｆｃに関する入力を受け付ける受け付け部を備え、
前記分割部は、前記受け付け部からの入力に応じて、前記周波数Ｆｃを調整する
請求項２に記載の音響再生装置。
【請求項８】
複数のスピーカーを含む第１のスピーカー群と、前記第１のスピーカー群とは周波数特性が異なる複数のスピーカーを含む第２のスピーカー群とに対応した音響信号を、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれで再生したと仮定した場合に定位する音像の定位位置を算出し、
前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号で表される音のうちの所定の周波数帯域に含まれる音であって、かつ、前記第２のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルより、前記第１のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルの方が高くなる音を表す音響信号を、前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号から分離して、前記第１のスピーカー群に対応した前記音響信号に加算することによって、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応する再生信号を生成し、
前記各スピーカー群に対応して生成された前記再生信号によって定位される音像が、算出された前記定位位置と略同一位置に定位するように、前記再生信号を補正する
音響再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数特性の異なる複数のスピーカーを用いてマルチチャンネルのオーディオ信号を再生する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）やブルーレイ・ディスク（ＢＤ）、デジタルテレビ放送などで提供されるマルチチャンネルのオーディオ信号は、チャンネルごとに受聴空間の所定位置に配置され、それぞれに対応するスピーカーから出力されることで、立体感のある音響再生を実現する。この立体感は、実際には存在しない音源があたかも受聴空間に存在するかのように、人間の聴覚に感じ取られることにより得られる。このような現象における音源を「音像」といい、聴覚により音源があたかも存在するように感じ取られることを「音像が定位する」という。【０００３】
一方、このようなマルチチャンネルのオーディオ信号を再生するスピーカーシステムに限らず、複数のスピーカーから構成されるスピーカーシステムにおいて、周波数特性の異なる複数のスピーカーが組み合わせて用いられる場合がある。例えば、家庭内のような限られたスペースに、複数のスピーカーからなるスピーカーシステムを設置する場合などである。【０００４】
家庭などの室内では設置スペースの制限をクリアするために、大型の広帯域スピーカーに代えて、小型のスピーカーを用いたりヘッドホンを用いたりすることが有効である。しかし、小型のスピーカーでは、大口径スピーカーと比べて低周波数帯域の音の音圧レベルが低くなるという周波数特性がある。このため、小型のスピーカーを用いた従来のスピーカーシステムでは、低音の音圧レベルを補うために、サブウーファ・スピーカーが加えられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、たしかにサブウーファ・スピーカーは低周波数帯域の音圧レベルを補うために有効であるが、サブウーファ・スピーカーの再生周波数帯域は小型スピーカーで音圧レベルが不足する周波数帯域のすべてをカバーしていない。特に、サブウーファ・スピーカーの再生周波数特性は、音像の定位に寄与する中低音の周波数帯域よりもさらに低音の周波数帯域に限られている。サブウーファーが担当するようなおおむね１００Ｈｚ以下の周波数帯域は、人間の聴覚では音の発生源の方向をとらえることが難しいので、音像を定位しにくく、サラウンドスピーカーシステムにおいても他のメインスピーカーとは区別して用いられる。そのために、小型スピーカーとサブウーファ・スピーカーとを組み合わせたとしても、標準サイズのメインスピーカーで構成されるスピーカーシステムでマルチチャンネルのオーディオ信号を再生した場合と比べると、受聴空間における遠近感や移動感、前後方向にわたる音場の広がり感といった立体感が得られ難いという課題がある。【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、複数のスピーカーから構成されるスピーカーシステムにおいて一部のスピーカーを周波数特性が異なるスピーカーに置き換えた場合であっても、置き換える前と略同一の位置に音像を定位させることにより、置き換える前と同様に、受聴空間における遠近感や移動感、前後方向にわたる音場の広がり感といった立体感が得られるような音響再生装置および音響再生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の課題を解決するために、本発明の一形態である音響再生装置は、複数のスピーカーを含む第１のスピーカー群と、前記第１のスピーカー群とは周波数特性が異なる複数のスピーカーを含む第２のスピーカー群とに対応した音響信号を、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれで再生したと仮定した場合に定位する音像の定位位置を算出する算出部と、前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号で表される音のうちの所定の周波数帯域に含まれる音であって、かつ、前記第２のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルより、前記第１のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルの方が高くなる音を表す音響信号を、前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号から分離して、前記第１のスピーカー群に対応した前記音響信号に加算することによって、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応する再生信号を生成する生成部と、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応して生成された前記再生信号によって定位される音像が、算出された前記定位位置と略同一位置に定位するように、前記再生信号を補正する補正部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記の構成により本発明の音響再生装置において、算出部が複数のスピーカーを含む第１のスピーカー群と、前記第１のスピーカー群とは周波数特性が異なる複数のスピーカーを含む第２のスピーカー群とに対応した音響信号を、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれで再生したと仮定した場合に定位する音像の定位位置を算出する。生成部は、前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号で表される音のうちの所定の周波数帯域に含まれる音であって、かつ、前記第２のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルより、前記第１のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルの方が高くなる音を表す音響信号を、前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号から分離して、前記第１のスピーカー群に対応した前記音響信号に加算することによって、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応する再生信号を生成する。信号補正部は、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応して生成された前記再生信号によって定位される音像が、算出された前記定位位置と略同一位置に定位するように、前記再生信号を補正する。【０００９】
従って、前記周波数帯域に含まれる音が、例えば視聴者の耳元近傍に位置するスピーカーである第２のスピーカー群で再生されることによって、例えば視聴者の前方に配置するスピーカーである第１のスピーカー群で再生された場合よりも音圧レベルが下がってしまうことに起因する、臨場感の低下を抑制することができる。なお、第１のスピーカー群および第２のスピーカー群は上記の配置に限定されるものではない。【００１０】
さらに、本発明の音響再生装置は、受聴空間に音像を定位する定位音源信号の受聴空間における位置に基づいて、例えば前方に配置するスピーカーである第１のスピーカー群および受聴位置の耳元近傍に位置するスピーカーである第２のスピーカー群のそれぞれのチャンネルにエネルギーを配分するように定位音源信号を割り当てるとともに、定位音源信号の受聴空間における位置が受聴位置に近くにあり、耳元再生スピーカーに割り当てられる場合でも、定位音源信号の低周波数の音を信号レベルと遅延時間とを補正して前方に配置するスピーカーへ割り当てることができる。【００１１】
このような構成により、再生下限周波数が高く低周波数の音の音圧レベルが低下する傾向がある（言い換えると、第１のスピーカー群とは周波数特性が異なる）耳元再生スピーカー（すなわち、第２のスピーカー群）に定位音源信号が割り当てられる場合であっても、割り当てられた定位音源信号のうちの低周波数の音を第１のスピーカー群により再生することができるので、割り当てられた定位音源信号に低周波数の音が含まれている場合であっても音圧レベルの低下を招くことなく再生されて、受聴空間に定位する音像の遠近感や移動感を向上することができ、効果的な立体感を再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における音響再生装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、本実施の形態の音響再生装置において、音源位置パラメータに基づいて定位音源信号を各スピーカーに配分する動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、定位音源信号Ｘ（ｉ）とＹ（ｉ）とから推定する定位音源信号Ｚ（ｉ）に含まれる、定位音源信号Ｘ（ｉ）の方向の信号Ｚ０（ｉ）と定位音源信号Ｙ（ｉ）の方向の信号Ｚ１（ｉ）との関係を示す図である。
【図４】図４は、受聴位置の前方に配置するスピーカーと受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーとの再生周波数帯域を示す図である。
【図５】図５は、帯域分割部を構成する高域通過フィルタと低域通過フィルタの周波数特性を示す図である。
【図６】図６は、本実施の形態の音響再生装置において、スピーカー群の周波数特性に応じて定位音源信号を配分する動作を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本実施の形態の音響再生装置によって制御されるスピーカーシステムの他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における音響再生装置の構成を示す図である。
【００１５】
図１において、音響再生装置は、定位音源推定部１、音源信号分離部２、音源位置パラメータ算出部３、再生信号生成部４、前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒ、耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒ、帯域分割部７、信号補正部８および遅延時間調整部９を備える。すなわち、本実施の形態の音響再生装置は、入力オーディオ信号から再生信号を生成し、前方左右のスピーカーと、前方左右のスピーカーとは周波数特性が異なる耳元左右のスピーカーとに、再生信号を出力する音響再生装置であって、入力オ―ディオ信号を、前方左右のスピーカーと耳元左右のスピーカーとを用いて再生したと仮定した場合に定位する音像を表す信号である定位音源信号を生成する生成部（定位音源推定部１、音源信号分離部２、再生信号生成部４）と、定位音源信号によって定位する音像の定位位置を示すパラメータを算出する算出部（音源位置パラメータ算出部３）と、定位音源信号で表される音のうちの低い周波数帯域に含まれる音であって、耳元左右のスピーカーで再生させるべき音であり、かつ、耳元左右のスピーカーで再生した場合の音圧レベルより、前方左右のスピーカーで再生した場合の音圧レベルの方が高くなる音を前方左右のスピーカーに配分し、定位音源信号によって定位される音像が、耳元左右のスピーカーに配分したと仮定した場合と略同一位置に定位するように、再生信号を生成する制御部（帯域分割部７、信号補正部８および遅延時間調整部９）とを備える。
【００１６】
上記の音響再生装置において、定位音源推定部１、音源信号分離部２、音源位置パラメータ算出部３、再生信号生成部４、前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒ、耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒの詳細な動作は、本願発明の発明者が提案した特願２００９−０８４５５１号に記載されているので、以下では図２を用いて簡単に説明する。図２は、本実施の形態の音響再生装置において、音源位置パラメータに基づいて定位音源信号を各スピーカーに配分する動作を示すフローチャートである。なお、図２ではこれらの処理がシーケンス処理であるように見られる可能性があるが、実際には並行して行なわれる場合も含まれる。
【００１７】
マルチチャンネルの入力オーディオ信号（ＦＬ（フロント左）信号、ＦＲ（フロント右）信号、ＳＬ（サラウンド左）信号、ＳＲ（サラウンド右）信号）は定位音源推定部１と音源信号分離部２とに入力される。
【００１８】
定位音源推定部１は、受聴空間に音像を定位するか否かを入力オーディオ信号に基づいて推定する。２つのチャンネルのオーディオ信号の間に相関の強い信号が含まれるとき、人間の聴覚特性から、この２つのオーディオ信号によって受聴空間に定位する音像が知覚されることが知られている。定位音源推定部１はこの聴覚特性に基づいて、マルチチャンネルの入力オーディオ信号のうち、一組の対となる２つの入力オーディオ信号の相関を調べ、音像が定位するか否かを推定する（Ｓ１３０１）。例えば、まずマルチチャンネルのＦＬ信号とＦＲ信号との相関係数を算出し、算出された相関係数が閾値を超える場合にはＦＬ信号とＦＲ信号とにより音像が定位すると推定する。算出された相関係数が閾値以下である場合には定位しないと推定する。定位音源推定部１は、これと同様にして、マルチチャンネルのＳＬ信号とＳＲ信号とについても、音像が定位するか否かを推定する（Ｓ１３０５）。
【００１９】
尚、入力オーディオ信号、再生オーディオ信号のそれぞれはサンプルインデックスｉに対応するデジタルデータで表される時系列のオーディオ信号であり、再生オーディオ信号の生成に関わる処理は、所定の時間間隔の連続するＮ個のサンプルで構成されるフレームを単位として施される。
【００２０】
さらに、定位音源推定部１は、ＦＬ信号とＦＲ信号とから定位音源信号Ｘ（ｉ）が定位し、ＳＬ信号とＳＲ信号とから定位音源信号Ｙ（ｉ）が定位すると推定した場合には、定位音源信号Ｘ（ｉ）と定位音源信号Ｙ（ｉ）とによって、最終的に定位音源信号Ｚ（ｉ）が定位するか否かを推定する（Ｓ１３０９）。
【００２１】
定位音源推定部１の推定結果は、音源信号分離部２、音源位置パラメータ算出部３に出力される。
【００２２】
音源信号分離部２は、定位音源信号の有無を推定した結果をもとに入力オーディオ信号から定位音源信号を算出するとともに、受聴空間に音像を定位しない非定位音源信号を入力オーディオ信号から分離する。例えば、ＦＬ信号とＦＲ信号とで音像が定位すると推定された場合（Ｓ１３０１でＹｅｓ）には、音源信号分離部２は、ＦＬ信号とＦＲ信号とを、音圧レベルを各ベクトルの大きさとし、受聴者を中心としてそれぞれのスピーカーに向かうベクトルで表し、これらの２つのベクトルから合成される定位音源信号のベクトルを算出する。音源信号分離部２は、ＦＬ信号とＦＲ信号との同相信号（これは、ＦＬ信号とＦＲ信号との和信号（（ＦＬ＋ＦＲ）／２）で表される）を用いて、ＦＬ信号のベクトルに含まれる定位音源信号のベクトルＸ０を算出する。このベクトルＸ０は、同相信号に定数ａを乗じた値で表され、定数ａはＦＬ信号と同相信号との残差の総和が最小となるように算出される。このように算出された定数ａを用いて、ＦＬ信号ベクトルから定位音源信号のベクトルＸ０を分離することができる。これと同様にして、ＦＲ信号に含まれる定位音源信号のベクトルＸ１を分離することができる（Ｓ１３０２）。さらに、エネルギー保存則を用いて、ＦＬ信号に含まれる非定位音源信号ＦＬａをＦＬ信号から分離し、ＦＲ信号に含まれる非定位音源信号ＦＲｂをＦＲ信号から分離することができる（Ｓ１３０３）。なお、ＦＬ信号とＦＲ信号とで音像が定位しないと推定された場合（Ｓ１３０１でＮｏ）には、定位音源信号Ｘ（ｉ）＝０として次の処理に進む。
【００２３】
これと同様にして、ＳＬ信号とＳＲ信号とで音像が定位すると推定された場合（Ｓ１３０５でＹｅｓ）には、ＳＬ信号とＳＲ信号とから、それぞれのベクトルで表される定位音源信号Ｙ０、Ｙ１と非定位音源信号ＳＬａ、ＳＲｂとを分離することができる（Ｓ１３０６、Ｓ１３０７）。なお、ＳＬ信号とＳＲ信号とで音像が定位しないと推定された場合（Ｓ１３０５でＮｏ）には、定位音源信号Ｙ（ｉ）＝０として次の処理に進む。
【００２４】
さらに、音源信号分離部２は、定位音源信号Ｘ（ｉ）と定位音源信号Ｙ（ｉ）とから、定位音源信号Ｚ（ｉ）が定位するか否かを推定し（Ｓ１３０９）、定位すると推定された場合には、定位音源信号Ｘ（ｉ）から定位音源信号Ｘ（ｉ）の向きの定位音源信号Ｚ（ｉ）のベクトルＺ０を分離するとともに、定位音源信号Ｙ（ｉ）の向きの定位音源信号Ｚ（ｉ）のベクトルＺ１を分離する。さらに、音源信号分離部２は、Ｚ０とＺ１とを合成してＺ（ｉ）を生成する（Ｓ１３１０）。
【００２５】
音源位置パラメータ算出部３は、音源信号分離部２により分離された定位音源信号から、受聴空間における定位音源信号の位置を表す音源位置パラメータを算出する。例えば、定位音源信号の受聴空間における位置を示す音源位置パラメータとして、定位音源信号の到来方向を示すベクトルの角度γと、受聴位置から定位音源信号までの距離を導くためのエネルギーを算出する。例えば、定位音源信号Ｘ（ｉ）のエネルギーＬは、Ｘ０とＸ１の２乗和で表されるのに対し、点音源からの基準距離Ｒ０（メ―トル）におけるエネルギーＬ０（デシベル）を設定することにより、定位音源信号を点音源とみなした場合の定位音源信号の位置から受聴位置までの距離Ｒを算出することができる。
【００２６】
同様にして、ＳＬ信号とＳＲ信号とにより定位する定位音源信号に対し、受聴位置から見た到来方向を示す角度と、受聴位置から定位音源信号までの距離とを算出することができる。またさらに、定位音源信号Ｘ（ｉ）と定位音源信号Ｙ（ｉ）とにより定位する定位音源信号Ｚ（ｉ）に対し、受聴位置から見た定位音源信号Ｚの到来方向を示す角度と、受聴位置から定位音源信号Ｚ（ｉ）までの距離とを算出する。
【００２７】
図３は、定位音源信号Ｘ（ｉ）、Ｙ（ｉ）とから推定される定位音源信号Ｚ（ｉ）と、定位音源信号Ｘ（ｉ）の方向のベクトルＺ０（ｉ）と定位音源信号Ｙ（ｉ）の方向のベクトルＺ１（ｉ）との受聴空間における関係を示す図である。
【００２８】
音源位置パラメータ算出部３により算出された、定位音源信号Ｚ（ｉ）を表す音源位置パラメータは、再生信号生成部４に出力される。
【００２９】
再生信号生成部４は、定位音源信号Ｚ（ｉ）を表す音源位置パラメータに基づいて、受聴位置の前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒと、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒのそれぞれに対して、図３のように合成された定位音源信号Ｚ（ｉ）を配分する（Ｓ１３１１）。
【００３０】
例えば、受聴位置の正面の方向を基準方向として、定位音源信号Ｚ（ｉ）の到来方向θが−π／２＜θ＜π／２の場合には、受聴位置の前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒに定位音源信号Ｚ（ｉ）をｃｏｓθ倍の割合で、耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒには（１．０−ｃｏｓθ）倍の割合で配分し、定位音源信号Ｚ（ｉ）の到来方向がθ≦−π／２、π／２≦θの場合には、受聴位置の前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒに定位音源信号Ｚ（ｉ）を０倍の割合で、耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒには１．０倍の割合で配分する。また、定位音源信号Ｚ（ｉ）の定位位置から受聴位置までの距離Ｒが大きくなるほど受聴位置の前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒに大きい割合で配分し、距離Ｒが小さくなるほど耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒに大きい割合で配分する。
【００３１】
また、再生信号生成部４は、このように前２つのスピーカーと後２つのスピーカーとに定位音源信号Ｚ（ｉ）を配分した後、前２つのスピーカー５Ｌおよび５Ｒに対し、配分された定位音源信号Ｚ（ｉ）を、例えば、定位音源信号Ｚ（ｉ）の到来方向θに応じて、左右に配分する（Ｓ１３１３）。さらに、耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒに配分された定位音源信号Ｚ（ｉ）を、例えば、定位音源信号Ｚ（ｉ）の到来方向θに応じて左右に配分する（Ｓ１３１４）。
【００３２】
さらに、前後左右の各スピーカーに対して配分された定位音源信号に、分離した個々のチャンネルに対応する非定位音源信号を合成して再生オーディオ信号を生成する（Ｓ１３１５）。
【００３３】
再生信号生成部４が、このように定位音源信号Ｚ（ｉ）と、各チャンネルに対応した非定位音源信号とを、受聴位置の前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒと耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒとに配分することにより、各チャンネルに対応したスピーカーで再生されるべき再生信号を、異なる位置に設置されたスピーカーを用いて再生した場合であっても、収音された場所における遠近感や移動感といった臨場感と同様の臨場感をもって鑑賞することができる。
【００３４】
なお、前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒは、受聴位置に対して前方の左右に配置されるスピーカーであり、例えば、広い周波数帯域に渡って高い音圧レベルでオーディオを再生できる再生周波数特性を持ったスピーカーなどで構成される。
【００３５】
また、耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒが頭部や耳介で支持する一般的なヘッドホンである場合には、ヘッドホン自体から出力される再生オーディオ信号と同時に、前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒから出力される再生オーディオ信号を受聴可能な開放型の構造を有する。或いは、耳元再生スピーカーはヘッドホンに限られることなく、受聴位置の近傍で再生オーディオ信号を出力するスピーカーや音響デバイスであってもよい。
【００３６】
耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒは、低周波数帯域の音を再生したときに音圧レベルが低くなるという特徴がある。この低周波数帯域の音とは、周波数が例えば、１００〜２００Ｈｚ程度の音であり、人間の聴覚では音像の定位を感じ難いまたは認識しづらい周波数帯域の音をいう。
【００３７】
帯域分割部７は、音源信号分離部２により分離された定位音源信号を低周波数の音と高周波数の音とに分割する。本実施の形態では、帯域分割部７は、例えば任意の遮断周波数に設定される低域通過フィルタおよび高域通過フィルタで構成されるものとする。帯域分割部７は、低域通過フィルタにより分割した定位音源信号の低周波数の音ＺＬ（ｉ）を、前方に配置するスピーカーに割り当てるべく、信号補正部８に出力する。前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒは、低周波数の音を音圧レベルの低下なく再生することができる。この定位音源信号の低周波数の音ＺＬ（ｉ）は、信号補正部８による補正の後、再生信号生成部４において、音源位置パラメータに基づいて前方に配置するスピーカー５Ｌ、５Ｒに配分された定位音源信号Ｚｆ（ｉ）に加算される。
【００３８】
信号補正部８は、定位音源信号の低周波数の音の音響特性を補正する処理部である。ここで信号補正部８が補正する音響特性は、例えば音圧レベルおよび／または周波数特性である。
【００３９】
遅延時間調整部９は、音源位置パラメータに基づいて再生信号生成部４により耳元再生スピーカーに配分されるが、低周波数の音であるために前方に配置するスピーカーに配分された音が、前記低周波数の音に該当しないために音源位置パラメータに基づいて耳元再生スピーカーに配分された高周波数の音と、同じタイミングで耳に到達するように、異なるスピーカーにおける再生のタイミングを調節するために、耳までの距離がより近い耳元再生スピーカーで再生される方の定位音源信号の高周波数の音に任意の時間だけ遅延をかける。これは、耳元再生スピーカーと前方に配置するスピーカーとで同時に音を再生した場合、耳元再生スピーカーで再生される音よりも、耳からより遠い距離にある前方に配置するスピーカーで再生される音の方が耳に到来するまでに時間がかかるために、耳元再生スピーカーで再生される高周波数の音に対して低周波数の音の方が遅延時間を生じるからである。従って、耳元再生スピーカーで再生される音を遅延させることにより、音源位置パラメータに基づいて耳元再生スピーカーに配分される高周波数の音と低周波数の音とを同時に耳に到達させることができ、より正確に定位音源信号を再生することが可能となる。
【００４０】
また以下の説明では、マルチチャンネルの入力オーディオ信号が、受聴位置に対して前方の左右（ＦＬ、ＦＲ）と、後方の左右（ＳＬ、ＳＲ）に割り当てられる４チャンネル（ＦＬ信号、ＦＲ信号、ＳＬ信号、ＳＲ信号）で構成される場合を例に説明する。
【００４１】
尚、入力オーディオ信号、再生オーディオ信号のそれぞれはサンプルインデックスｉに対応するデジタルデータで表される時系列のオーディオ信号であり、再生オーディオ信号の生成に関わる処理は、所定の時間間隔の連続するＮ個のサンプルで構成されるフレームを単位として施される。
【００４２】
上記の構成からなる本発明の音響再生装置の詳細な動作について以下に説明する。
【００４３】
帯域分割部７は、音源信号分離部２で分離される、受聴空間に音像を定位する定位音源信号を、低周波数の音と高周波数の音とに帯域分割する。
【００４４】
ここで、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーが、頭部もしくは耳介で支持するヘッドホンである場合には、前方に配置するスピーカーから出力されるオーディオ信号を同時に受聴するために開放型の構造がとられる。一般的に開放型の構造を有するヘッドホンでは、低周波数帯域の音を再生する場合に音圧レベルが低くなり、開放型でないヘッドホンと比べると再生下限周波数が高くなる。これは、開放型の構造を有するヘッドホンにおいては、その形状の制約などにより電気信号を音波振動に変換するための大きな振動板を使いにくいことや、特に低周波数の音については振動板から伝わる音波振動に対して振動板の後方から回り込む逆位相の音波信号によって弱められることに起因すると考えられる。
【００４５】
図４は、受聴位置の前方に配置するスピーカーと、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーとして用いる開放型のヘッドホンの再生周波数帯域を示す図である。
【００４６】
図４において、横軸は周波数を、縦軸は音圧レベルを示す。また、実線Ａは前方に配置するスピーカーの再生周波数帯域を、破線Ｂは耳元再生スピーカーとして用いるヘッドホンの再生周波数帯域をそれぞれ示す。また、Ｆ０（Ａ）は前方に配置するスピーカーの再生下限周波数を、Ｆ０（Ｂ）は耳元再生スピーカーとして用いるヘッドホンの再生下限周波数をそれぞれ示している。
【００４７】
図５は、定位音源信号を所定の周波数を境界として、高周波数の音と低周波数の音に分割する帯域分割部の周波数特性を示す図である。同図において、２つの波形は、帯域分割部７を高周波数の音を分割する高域通過フィルタと、低周波数の音を分割する低域通過フィルタとで構成した場合の、高域通過フィルタと低域通過フィルタの周波数特性を示している。
【００４８】
図５において、横軸は周波数を、縦軸は音圧レベルを示す。また、実線Ｃは高域通過フィルタ（ＨＰＦ）の周波数特性を、破線Ｄは低域通過フィルタ（ＬＰＦ）の周波数特性をそれぞれ示し、遮断周波数をＦｃに設定することを示す。遮断周波数Ｆｃは、図４に示す耳元再生スピーカーとして用いるヘッドホンの再生下限周波数Ｆ０（Ｂ）に対して、（Ｆｃ≧Ｆ０（Ｂ））の任意の周波数に設定する。
【００４９】
上記の帯域分割部７により、受聴空間に音像を定位する定位音源信号Ｚ（ｉ）を低周波数の音ＺＬ（ｉ）と高周波数の音ＺＨ（ｉ）に分割して出力する。
【００５０】
但し、図４に示す耳元再生スピーカーとして用いるヘッドホンの再生下限周波数Ｆ０（Ｂ）は、受聴者が使用するスピーカーもしくは音響デバイスに依存するため、帯域分割部７で分割する図５に示す低周波数の音と高周波数の音の境界の周波数Ｆｃを、受聴者の指示によって調整可能とするようにしてもよい。これにより、受聴者は、自宅の耳元再生スピーカーの周波数特性に応じて、遮断周波数Ｆｃを設定することができる。
【００５１】
信号補正部８は、帯域分割部７で分割した低周波数の音ＺＬ（ｉ）の音圧レベルと周波数特性とを補正する。信号補正部８において音圧レベルの補正は、前方に配置するスピーカーからオーディオ信号を出力した場合に受聴者の耳に届くまでに減衰する音圧レベルの減衰量と、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーからオーディオ信号を出力した場合に受聴者の耳に届くまでの音圧レベルの減衰量との変化分を補うように設定する。また、周波数特性の補正は、前方に配置するスピーカーからオーディオ信号を出力した場合に受聴者の耳に届くまでの受聴空間の経路を伝達して変化する周波数特性と、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーからオーディオ信号を出力した場合に受聴者の耳に届くまでの受聴空間の経路を伝達して変化する周波数特性の変化分を補うように設定する。
【００５２】
ここで、信号補正部８において低周波数の音ＺＬ（ｉ）の音圧レベルを補正するために乗ずる係数をｇとし、周波数特性を補正するための伝達関数をＴとすると、信号補正部８から出力される補正後の低周波数の音ＺＬ２（ｉ）は（式１）で与えられる。
【００５３】
【数１】
2012042905.tif 000003
【００５４】
遅延時間調整部９は、帯域分割部７で分割した高周波数の音ＺＨ（ｉ）に任意の時間だけ遅延をかける。遅延時間調整部９において調整する遅延時間は、前方に配置するスピーカーからオーディオ信号を出力した場合に受聴者の耳に届くまでの到達時間と、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーからオーディオ信号を出力した場合に受聴者の耳に届くまでの到達時間を補い、両方から出力されるオーディオ信号が同時に到達するように設定される。上記のように設定される遅延時間に基づいて、遅延時間調整部９は高周波数の音ＺＨ（ｉ）の遅延時間を調整したＺＨ２（ｉ）を出力する。
【００５５】
尚、上記のように信号補正部８と遅延時間調整部９は、受聴位置に対して前方に配置するスピーカーと、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーのそれぞれの位置情報をもとに、定位音源信号の低周波の音の音圧レベルと周波数特性、および高周波数の音の遅延時間を調整するが、この位置情報を受聴者の指示によって調整可能とするようにしてもよい。或いは、それぞれのスピーカーの位置情報を自動で取得するセンサーなどを用いる構成としても構わない。
【００５６】
再生信号生成部４は、定位音源信号Ｚ（ｉ）の音源位置パラメータに基づいて、エネルギーを配分するように、受聴位置の前方に配置するスピーカーと、受聴者の耳元の近傍に配置する耳元再生スピーカーのそれぞれに定位音源信号Ｚ（ｉ）を配分し、音源信号分離部２で分離した、非定位音源信号のそれぞれを合成して再生信号を生成する。
【００５７】
この動作の一例として、最初に受聴位置の前方に配置するスピーカーと、受聴者の耳元の近傍に配置する耳元再生スピーカーへ配分し、その後それぞれの左右のスピーカーへ配分する場合について以下に説明する。
【００５８】
まず、受聴位置の前方に配置するスピーカーと、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーのそれぞれへ定位音源信号を配分するために、例えば特願２００９−０８４５５１号にある配分量を定める関数Ｆ（θ）を用いる。前方に配置するスピーカーへ配分する定位音源信号Ｚｆ（ｉ）は、（式２）に示すように関数Ｆ（θ）により定まる平方根値を係数として、定位音源信号Ｚ（ｉ）に乗ずることにより算出する。
【００５９】
【数２】
2012042905.tif 000004
【００６０】
また、耳元再生スピーカーへ配分する定位音源信号の低周波数の音ＺＬｈ（ｉ）を、（式３）に示すように（１．０−Ｆ（θ））の平方根値を定位音源信号Ｚ（ｉ）の代わりに信号補正部８で音圧レベルおよび周波数特性の補正を施した低周波数の音ＺＬ２（ｉ）に乗ずることにより算出する。
【００６１】
【数３】
2012042905.tif 000005
【００６２】
加えて、耳元再生スピーカーへ配分する定位音源信号の高周波数の音ＺＨｈ（ｉ）を、（式４）に示すように（１．０−Ｆ（θ））の平方根値を定位音源信号Ｚ（ｉ）の代わりに遅延時間調整部９で遅延時間を調整した高周波数の音ＺＨ２（ｉ）に乗ずることにより算出する。
【００６３】
【数４】
2012042905.tif 000006
【００６４】
更に特願２００９−０８４５５１号と同様に、定位音源信号Ｚ（ｉ）のエネルギーをもとに、耳元再生スピーカーへ配分することで、前方に配置するスピーカーへ配分するよりも定位する音像をより明瞭に知覚することができる場合があり、受聴空間の位置を示す音源位置パラメータのうちの、受聴位置から定位音源信号Ｚ（ｉ）までの距離Ｒに基づいて、例えば特願２００９−０８４５５１号にある配分量を定める関数Ｇ（Ｒ）を用いて定位音源信号を配分する。
【００６５】
尚、受聴位置からの距離Ｒにもとづく配分を行うため、到来方向を示す角度θにもとづく関数Ｆ（θ）と、受聴位置からの距離Ｒにもとづく関数Ｇ（Ｒ）により定まる係数を乗算した値の平方根値を、（式５）に示すように定位音源信号Ｚ（ｉ）に乗ずることにより、前方に配置するスピーカーへ割り当てる定位音源信号Ｚｆ（ｉ）を算出する。
【００６６】
【数５】
2012042905.tif 000007
【００６７】
また、耳元再生スピーカーへ配分する定位音源信号の低周波数の音ＺＬｈ（ｉ）、および高周波数の音ＺＨｈ（ｉ）は、（式６）および（式７）に示すように（１．０−Ｇ（Ｒ）×Ｆ（θ））の平方根値を（式３）および（式４）で乗ずる係数に変えて用いることにより算出する。
【００６８】
【数６】
2012042905.tif 000008
【００６９】
【数７】
2012042905.tif 000009
【００７０】
上記のようにして前方に配置するスピーカーへ配分する定位音源信号Ｚｆ（ｉ）と、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーへ配分する定位音源信号の低周波数の音ＺＬｈ（ｉ）、および高周波数の音ＺＨｈ（ｉ）を算出した後に、更にそれぞれの左右のチャンネルへ配分する。
【００７１】
ここで、定位音源信号を、前方に配置するスピーカーおよび受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーのそれぞれの左右のチャンネルへ配分する処理は、特願２００９−０８４５５１号と同様であるので以下では説明を省略する。尚、前方の左右に配置するスピーカーへ配分する定位音源信号をＺｆＬ（ｉ）およびＺｆＲ（ｉ）として算出する。また、受聴位置の近傍の左右に配置する耳元再生スピーカーへ配分する定位音源信号の低周波数の音をＺＬｈＬ（ｉ）およびＺＬｈＲ（ｉ）として、高周波数の音をＺＨｈＬ（ｉ）およびＺＨｈＲ（ｉ）としてそれぞれを算出する。
【００７２】
最後に、上記のようにして前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒと、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒに配分したそれぞれの定位音源信号に、それぞれのチャンネルの非定位音源信号を合成して再生信号を生成する。また特願２００９−０８４５５１号と同様に、ＳＬａ（ｉ）およびＳＲａ（ｉ）は、受聴位置の後方の左右に割り当てられるオーディオ信号に含まれる非定位音源信号であるので、受聴者が知覚するエネルギーレベルを調整するための所定の係数Ｋを乗ずる。
【００７３】
更に、（式８）に示すように、受聴位置の近傍の左右に配置する耳元再生スピーカーへ配分する定位音源信号の低周波数の音のＺＬｈＬ（ｉ）およびＺＬｈＲ（ｉ）は、前方の左右に配置するスピーカーへ出力される再生信号へ加算して合成する。
【００７４】
【数８】
2012042905.tif 000010
【００７５】
このようにして、再生下限周波数が高い開放型の構造を有するヘッドホンを、受聴位置近傍に配置する耳元再生スピーカーとして用いる場合でも、耳元再生スピーカーへ配分される定位音源信号の低周波数の音ＺＬｈＬ（ｉ）およびＺＬｈＲ（ｉ）を、音圧レベルと周波数特性を補正し、再生下限周波数が十分に低い前方に配置するスピーカーから出力することにより、受聴空間における音像の定位に寄与定位音源信号の低周波数の音を損なうことなく再生することができる。また、耳元再生スピーカーから出力する高周波数の音と、再配分により前方に配置するスピーカーから出力する低周波数の音とが同時に受聴者の耳に到達するよう遅延時間を調整することで、受聴空間において定位する音像が歪むことを防ぐことができる。
【００７６】
以上のように構成される音響再生装置の処理の流れについて、フローチャートを用いて説明する。図６は、本実施の形態の音響再生装置の動作を示すフローチャートである。なお、同図においても、以下の各ステップの処理をシーケンス処理として説明しているが、本発明はこれに限らず、以下の各ステップを並行処理で行なっても良いし、関数演算により一度に処理を行なうとしても良い。
【００７７】
帯域分割部７は、音源信号分離部２によって分離された定位音源信号Ｚ（ｉ）を、高周波数の音ＺＨ（ｉ）と低周波数の音ＺＬ（ｉ）とに分割し（Ｓ１４０１）、分割された低周波数の音ＺＬ（ｉ）を信号補正部８に出力し（Ｓ１４０２でＮｏ）、分割された高周波数の音ＺＨ（ｉ）を遅延時間調整部９に出力する（Ｓ１４０２でＹｅｓ）。
【００７８】
次いで、遅延時間調整部９は、入力された高周波数の音ＺＨ（ｉ）を遅延させ（Ｓ１４０３）、遅延した高周波数の音ＺＨ２（ｉ）を再生信号生成部４に出力する。再生信号生成部４は、遅延された高周波数の音ＺＨ２（ｉ）を、耳元再生スピーカーに配分する（Ｓ１４０４）。一方、信号補正部８は、入力された低周波数の音ＺＬ（ｉ）の音圧レベルを係数ｇで補正するとともに（Ｓ１４０５）、低周波数の音の周波数特性を伝達関数Ｔで補正し（Ｓ１４０６）、補正後の低周波数の音ＺＬ２（ｉ）＝ｇ×Ｔ×ＺＬ（ｉ）を再生信号生成部４に出力する。再生信号生成部４は、補正された低周波数の音ＺＬ２（ｉ）に対して、前方に配置するスピーカーに再配分するための配分関数を演算し（Ｓ１４０７）、本来、定位音源信号の方向と距離に基づいて前方に配置するスピーカーに配分される音Ｚｆ（ｉ）に加算するＺｆ（ｉ）＋ＺＬｈ（ｉ）ことによって合成する（Ｓ１４０８）。
【００７９】
再生信号生成部４は、さらに、前方に配置するスピーカーと耳元再生スピーカーとに配分された定位音源信号の音Ｚｆ（ｉ）、を、前方に配置するスピーカーと耳元再生スピーカーとのそれぞれで左右のスピーカーに配分する（Ｓ１４０９）。さらに、前後左右のスピーカーごとに、各スピーカーに配分された定位音源信号の音と、非定位音源信号とを合成する（Ｓ１４１０）。
【００８０】
上記したように、本発明の音響再生装置は、受聴空間において音像を定位する定位音源信号を受聴空間の左右方向だけでなく、前後方向についても考慮して推定するとともに、受聴空間における定位音源信号の位置を示す音源位置パラメータを算出し、音源位置パラメータをもとにエネルギーを配分するように定位音源信号を配分する。更に、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーとして、再生下限周波数が高い開放型の構造を有するヘッドホンを用いる場合でも、定位音源が受聴空間において定位する音像の再現が劣化することを防ぎ、前後方向の再生音の広がりや受聴空間に定位する音像の移動といった立体感を向上した、より好ましい臨場感を得ることができる立体音響の再生を可能にする。
【００８１】
要するに、本願発明の音響再生装置は、スピーカーの再生特性に応じて、当該スピーカーにおいて再生が苦手な周波数帯域の信号を、その周波数帯域の再生が得意なスピーカーに割り振るとともに、本来の音像の定位を保存することが特徴である。
【００８２】
更に、上記の音響再生装置を構成する各手段の処理を実現するソフトウエアプログラムをコンピュータやデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）などで行うようにしてもよい。
【００８３】
（用語の説明）
上記実施の形態における音源信号分離部２は、前記入力オ―ディオ信号を、前記標準位置スピーカーを用いて再生したと仮定した場合に定位する音像を表す信号である定位音源信号を生成する生成部に対応する。
【００８４】
音源位置パラメータ算出部３は、前記定位音源信号で表される前記音像の定位位置を示すパラメータを算出する算出部に対応する。
【００８５】
帯域分割部７は、記音響再生装置は、当該耳元再生スピーカーの再生可能な周波数帯域の下限周波数Ｆ０に対して、Ｆｃ≧Ｆ０となる周波数Ｆｃを境界にして、前記定位音源信号を低周波数の音と高周波数の音とに分割する分割部に対応する。
【００８６】
信号補正部８および遅延時間調整部９は、前記受聴位置の前方に配置する標準位置スピーカーと、前記耳元再生スピーカーとの位置情報に基づいて、前記定位音源信号のうちの配分し直される前記音の音圧レベルを補正する補正部、前記受聴位置の前方に配置する標準位置スピーカーと、前記耳元再生スピーカーとの位置情報に基づいて、本来、前記耳元再生スピーカーに配分すべき前記定位音源信号のうちの配分し直される前記音の周波数特性を補正する補正部、および前記受聴位置の前方に配置する標準位置スピーカーと、前記耳元再生スピーカーとの位置情報に基づいて、本来、前記耳元再生スピーカーに配分すべき前記定位音源信号のうちの配分し直される前記音が前記受聴位置に到達する時間を補正する補正部に対応する。
【００８７】
なお、上記実施の形態では、左右の前方に配置するスピーカーと左右の耳元再生スピーカーとからなる４つのスピーカーに定位音源信号を配分し、耳元再生スピーカーに配分された定位音源信号のうち耳元再生スピーカーで再生した場合に音圧レベルが下がってしまう低周波数の音を、前方に配置するスピーカーに再配分した。しかし、本発明はこれに限定されず、耳元再生スピーカーで音圧レベルが下がってしまう低周波数の音を再配分するスピーカーは、前方に配置するスピーカーに限らず、前方と耳元以外の位置に配置されるスピーカーがある場合には、低周波数の音を音圧レベルの低下を抑制して再生できるスピーカーであれば前方に限らずどの位置に配置されるスピーカーであってもよい。
【００８８】
また、同様に、耳元再生スピーカーに相当するスピーカーが受聴者の近傍に位置する必要もない。図７は、本実施の形態の音響再生装置によって制御されるスピーカーシステムの他の構成例を示す図である。図７では、上記実施の形態における耳元再生スピーカー６Ｌ、６Ｒの位置に配置する代わりに、耳元から少し離れた位置に小型スピーカー７Ｌ、７Ｒを配置する例を示している。なお、この場合、耳元再生スピーカーが、開放型ヘッドホンから小型スピーカーに変更されているが、ヘッドホンと小型スピーカーとでは再生特性に大きな差はないものとする。図７で示される大きな変更点は、耳元再生スピーカーに相当する小型スピーカー７Ｌ、７Ｒがそれぞれ、耳からスピーカーまでの方向は同じであるが、耳元から少し離れた位置に配置される点である。このような場合、例えば、小型スピーカー７Ｌ、７Ｒからそれぞれに対応する耳までの距離と、前方に配置するスピーカー５Ｌ、５Ｒからそれぞれに対応する耳までの距離とが等しくなれば、遅延時間調整部９ａによる遅延時間の調整は不要になる。また、逆に、小型スピーカー７Ｌ、７Ｒからそれぞれに対応する耳までの距離の方が、前方に配置するスピーカー５Ｌ、５Ｒからそれぞれに対応する耳までの距離よりも遠くなる場合には、遅延時間調整部９ａは、前方に配置するスピーカー５Ｌ、５Ｒに再配分された低周波数の音を遅延させるように調整すればよい。
【００８９】
さらに、上記実施の形態では、耳元再生スピーカーに開放型ヘッドホンまたは小型スピーカーを用いることにより、耳元再生スピーカーに割り当てられた定位音源信号に含まれる低周波数の音の音圧レベルが低下してしまう例について説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、例えば、本実施の形態の耳元再生スピーカーで再生したときに音圧レベルが下がってしまう音の周波数帯域は、低周波数に限らず、高周波数あるいは中間周波数帯域であってもよい。すなわち、この場合で耳元再生スピーカーに相当するスピーカーは、開放型のヘッドホンである必要はなく、例えば、高周波数帯域の音の音圧レベルが低いスピーカーなどであってもよいし、あるいは特定の中間周波数帯域の音の音圧レベルが低い他のスピーカーなどであってもよい。例えば、高周波数帯域の音の音圧レベルが低下する場合には、音源位置パラメータに基づいてこの高周波数帯域の音の音圧レベルが低いスピーカーに配分された定位音源信号のうちの高周波数の音を、音圧レベルの低下なく再生できる他のスピーカー、例えば、前方に配置するスピーカーに再配分すればよい。この場合も、高周波数帯域の音の音圧レベルが低いスピーカーの耳元再生スピーカーと、前方に配置するスピーカー以外に、高周波数の音を、音圧レベルの低下なく再生できるスピーカーがあれば、そのスピーカーに再配分するとしてもよい。
【００９０】
また、中間周波数帯域の音の音圧レベルが低下する場合として、異なる周波数帯域のスピーカーを組み合わせて広帯域のマルチウェイスピーカーを制作する場合などで、スピーカーの組み合わせがうまく行かない場合などが考えられる。この場合でも、うまく再生されない周波数帯域の音を、他のスピーカーに再配分することによって、当該周波数帯域の音の音圧レベルが低下することなく再生し、その結果、本来の音像の定位を保存することができる。
【００９１】
また、本発明は、耳元再生スピーカーで再生した場合に音圧レベルが低下する周波数帯域と完全に一致する帯域を、低周波数の音を音圧レベルの低下なく再生できる他のスピーカー、例えば、前方に配置するスピーカーに再配分した。しかしながら、耳元再生スピーカーで音圧レベルが低下する帯域と完全に一致する帯域を再配分する必要はなく、耳元再生スピーカーで再生すると音圧レベルが低下する周波数帯域の一部を含む帯域、または、耳元再生スピーカーで再生すると音圧レベルが低下する周波数帯域を全て含んだ以上に広い帯域の音を、低周波数の音を音圧の低下なく再生できる他のスピーカーに再配分するとしてもよい。
【００９２】
なお、ブロック図（図１、図７など）の各機能ブロックは典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されても良い。
【００９３】
例えばメモリ以外の機能ブロックが１チップ化されていても良い。
【００９４】
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【００９５】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。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。
【００９６】
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、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
【００９７】
また、各機能ブロックのうち、符号化または復号化の対象となるデータを格納する手段だけ１チップ化せずに別構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、マルチチャンネル・サラウンドスピーカーシステムおよびその制御装置に適用でき、特にホームシアター等に適用できる。【００９９】
周波数特性の異なるスピーカーを組み合わせてマルチチャンネルのスピーカーシステムを構成したために、同じ周波数特性のスピーカーからなるスピーカーシステムで再生した場合と比べて、受聴空間に定位する音像の遠近感や移動感が損なわれるという従来技術の課題を解決し、前後方向の再生音の広がりや受聴空間に定位する音像の移動といった立体感を向上することを可能にする音響再生装置に適用できる。
【符号の説明】
【０１００】
１  定位音源推定部
２  音源信号分離部
３  音源位置パラメータ算出部
４  再生信号生成部
５Ｌ、５Ｒ  前方の左右に配置するスピーカー
６Ｌ、６Ｒ  受聴位置の近傍の左右に配置するスピーカー
７  帯域分割部
８、８ａ  信号補正部
９、９ａ  遅延時間調整部
【図１】
2012042905.tif 000011
【図２】
2012042905.tif 000012
【図３】
2012042905.tif 000013
【図４】
2012042905.tif 000014
【図５】
2012042905.tif 000015
【図６】
2012042905.tif 000016
【図７】
2012042905.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月21日(2011.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数特性の異なる複数のスピーカーを用いてマルチチャンネルのオーディオ信号を再生する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）やブルーレイ・ディスク（ＢＤ）、デジタルテレビ放送などで提供されるマルチチャンネルのオーディオ信号は、チャンネルごとに受聴空間の所定位置に配置され、それぞれに対応するスピーカーから出力されることで、立体感のある音響再生を実現する。この立体感は、実際には存在しない音源があたかも受聴空間に存在するかのように、人間の聴覚に感じ取られることにより得られる。このような現象における音源を「音像」といい、聴覚により音源があたかも存在するように感じ取られることを「音像が定位する」という。
【０００３】
一方、このようなマルチチャンネルのオーディオ信号を再生するスピーカーシステムに限らず、複数のスピーカーから構成されるスピーカーシステムにおいて、周波数特性の異なる複数のスピーカーが組み合わせて用いられる場合がある。例えば、家庭内のような限られたスペースに、複数のスピーカーからなるスピーカーシステムを設置する場合などである。
【０００４】
家庭などの室内では設置スペースの制限をクリアするために、大型の広帯域スピーカーに代えて、小型のスピーカーを用いたりヘッドホンを用いたりすることが有効である。しかし、小型のスピーカーでは、大口径スピーカーと比べて低周波数帯域の音の音圧レベルが低くなるという周波数特性がある。このため、小型のスピーカーを用いた従来のスピーカーシステムでは、低音の音圧レベルを補うために、サブウーファ・スピーカーが加えられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、たしかにサブウーファ・スピーカーは低周波数帯域の音圧レベルを補うために有効であるが、サブウーファ・スピーカーの再生周波数帯域は小型スピーカーで音圧レベルが不足する周波数帯域のすべてをカバーしていない。特に、サブウーファ・スピーカーの再生周波数特性は、音像の定位に寄与する中低音の周波数帯域よりもさらに低音の周波数帯域に限られている。サブウーファーが担当するようなおおむね１００Ｈｚ以下の周波数帯域は、人間の聴覚では音の発生源の方向をとらえることが難しいので、音像を定位しにくく、サラウンドスピーカーシステムにおいても他のメインスピーカーとは区別して用いられる。そのために、小型スピーカーとサブウーファ・スピーカーとを組み合わせたとしても、標準サイズのメインスピーカーで構成されるスピーカーシステムでマルチチャンネルのオーディオ信号を再生した場合と比べると、受聴空間における遠近感や移動感、前後方向にわたる音場の広がり感といった立体感が得られ難いという課題がある。
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、複数のスピーカーから構成されるスピーカーシステムにおいて一部のスピーカーを周波数特性が異なるスピーカーに置き換えた場合であっても、置き換える前と略同一の位置に音像を定位させることにより、置き換える前と同様に、受聴空間における遠近感や移動感、前後方向にわたる音場の広がり感といった立体感が得られるような音響再生装置および音響再生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の課題を解決するために、本発明の一形態である音響再生装置は、複数のスピーカーを含む第１のスピーカー群と、前記第１のスピーカー群とは周波数特性が異なる複数のスピーカーを含む第２のスピーカー群とに対応した音響信号を、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれで再生したと仮定した場合に定位する音像の定位位置を算出する算出部と、前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号で表される音のうちの所定の周波数帯域に含まれる音であって、かつ、前記第２のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルより、前記第１のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルの方が高くなる音を表す音響信号を、前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号から分離して、前記第１のスピーカー群に対応した前記音響信号に加算することによって、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応する再生信号を生成する生成部と、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応して生成された前記再生信号によって定位される音像が、算出された前記定位位置と略同一位置に定位するように、前記再生信号を補正する補正部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記の構成により本発明の音響再生装置において、算出部が複数のスピーカーを含む第１のスピーカー群と、前記第１のスピーカー群とは周波数特性が異なる複数のスピーカーを含む第２のスピーカー群とに対応した音響信号を、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれで再生したと仮定した場合に定位する音像の定位位置を算出する。生成部は、前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号で表される音のうちの所定の周波数帯域に含まれる音であって、かつ、前記第２のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルより、前記第１のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルの方が高くなる音を表す音響信号を、前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号から分離して、前記第１のスピーカー群に対応した前記音響信号に加算することによって、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応する再生信号を生成する。信号補正部は、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応して生成された前記再生信号によって定位される音像が、算出された前記定位位置と略同一位置に定位するように、前記再生信号を補正する。
【０００９】
従って、前記周波数帯域に含まれる音が、例えば視聴者の耳元近傍に位置するスピーカーである第２のスピーカー群で再生されることによって、例えば視聴者の前方に配置するスピーカーである第１のスピーカー群で再生された場合よりも音圧レベルが下がってしまうことに起因する、臨場感の低下を抑制することができる。なお、第１のスピーカー群および第２のスピーカー群は上記の配置に限定されるものではない。
【００１０】
さらに、本発明の音響再生装置は、受聴空間に音像を定位する定位音源信号の受聴空間における位置に基づいて、例えば前方に配置するスピーカーである第１のスピーカー群および受聴位置の耳元近傍に位置するスピーカーである第２のスピーカー群のそれぞれのチャンネルにエネルギーを配分するように定位音源信号を割り当てるとともに、定位音源信号の受聴空間における位置が受聴位置に近くにあり、耳元再生スピーカーに割り当てられる場合でも、定位音源信号の低周波数の音を信号レベルと遅延時間とを補正して前方に配置するスピーカーへ割り当てることができる。
【００１１】
このような構成により、再生下限周波数が高く低周波数の音の音圧レベルが低下する傾向がある（言い換えると、第１のスピーカー群とは周波数特性が異なる）耳元再生スピーカー（すなわち、第２のスピーカー群）に定位音源信号が割り当てられる場合であっても、割り当てられた定位音源信号のうちの低周波数の音を第１のスピーカー群により再生することができるので、割り当てられた定位音源信号に低周波数の音が含まれている場合であっても音圧レベルの低下を招くことなく再生されて、受聴空間に定位する音像の遠近感や移動感を向上することができ、効果的な立体感を再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における音響再生装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、本実施の形態の音響再生装置において、音源位置パラメータに基づいて定位音源信号を各スピーカーに配分する動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、定位音源信号Ｘ（ｉ）とＹ（ｉ）とから推定する定位音源信号Ｚ（ｉ）に含まれる、定位音源信号Ｘ（ｉ）の方向の信号Ｚ０（ｉ）と定位音源信号Ｙ（ｉ）の方向の信号Ｚ１（ｉ）との関係を示す図である。
【図４】図４は、受聴位置の前方に配置するスピーカーと受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーとの再生周波数帯域を示す図である。
【図５】図５は、帯域分割部を構成する高域通過フィルタと低域通過フィルタの周波数特性を示す図である。
【図６】図６は、本実施の形態の音響再生装置において、スピーカー群の周波数特性に応じて定位音源信号を配分する動作を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本実施の形態の音響再生装置によって制御されるスピーカーシステムの他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における音響再生装置の構成を示す図である。
【００１５】
図１において、音響再生装置は、定位音源推定部１、音源信号分離部２、音源位置パラメータ算出部３、再生信号生成部４、前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒ、耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒ、帯域分割部７、信号補正部８および遅延時間調整部９を備える。すなわち、本実施の形態の音響再生装置は、入力オーディオ信号から再生信号を生成し、前方左右のスピーカーと、前方左右のスピーカーとは周波数特性が異なる耳元左右のスピーカーとに、再生信号を出力する音響再生装置であって、入力オ―ディオ信号を、前方左右のスピーカーと耳元左右のスピーカーとを用いて再生したと仮定した場合に定位する音像を表す信号である定位音源信号を生成する生成部（定位音源推定部１、音源信号分離部２、再生信号生成部４）と、定位音源信号によって定位する音像の定位位置を示すパラメータを算出する算出部（音源位置パラメータ算出部３）と、定位音源信号で表される音のうちの低い周波数帯域に含まれる音であって、耳元左右のスピーカーで再生させるべき音であり、かつ、耳元左右のスピーカーで再生した場合の音圧レベルより、前方左右のスピーカーで再生した場合の音圧レベルの方が高くなる音を前方左右のスピーカーに配分し、定位音源信号によって定位される音像が、耳元左右のスピーカーに配分したと仮定した場合と略同一位置に定位するように、再生信号を生成する制御部（帯域分割部７、信号補正部８および遅延時間調整部９）とを備える。
【００１６】
上記の音響再生装置において、定位音源推定部１、音源信号分離部２、音源位置パラメータ算出部３、再生信号生成部４、前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒ、耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒの詳細な動作は、本願発明の発明者が提案した特願２００９−０８４５５１号に記載されているので、以下では図２を用いて簡単に説明する。図２は、本実施の形態の音響再生装置において、音源位置パラメータに基づいて定位音源信号を各スピーカーに配分する動作を示すフローチャートである。なお、図２ではこれらの処理がシーケンス処理であるように見られる可能性があるが、実際には並行して行なわれる場合も含まれる。
【００１７】
マルチチャンネルの入力オーディオ信号（ＦＬ（フロント左）信号、ＦＲ（フロント右）信号、ＳＬ（サラウンド左）信号、ＳＲ（サラウンド右）信号）は定位音源推定部１と音源信号分離部２とに入力される。
【００１８】
定位音源推定部１は、受聴空間に音像を定位するか否かを入力オーディオ信号に基づいて推定する。２つのチャンネルのオーディオ信号の間に相関の強い信号が含まれるとき、人間の聴覚特性から、この２つのオーディオ信号によって受聴空間に定位する音像が知覚されることが知られている。定位音源推定部１はこの聴覚特性に基づいて、マルチチャンネルの入力オーディオ信号のうち、一組の対となる２つの入力オーディオ信号の相関を調べ、音像が定位するか否かを推定する（Ｓ１３０１）。例えば、まずマルチチャンネルのＦＬ信号とＦＲ信号との相関係数を算出し、算出された相関係数が閾値を超える場合にはＦＬ信号とＦＲ信号とにより音像が定位すると推定する。算出された相関係数が閾値以下である場合には定位しないと推定する。定位音源推定部１は、これと同様にして、マルチチャンネルのＳＬ信号とＳＲ信号とについても、音像が定位するか否かを推定する（Ｓ１３０５）。
【００１９】
尚、入力オーディオ信号、再生オーディオ信号のそれぞれはサンプルインデックスｉに対応するデジタルデータで表される時系列のオーディオ信号であり、再生オーディオ信号の生成に関わる処理は、所定の時間間隔の連続するＮ個のサンプルで構成されるフレームを単位として施される。
【００２０】
さらに、定位音源推定部１は、ＦＬ信号とＦＲ信号とから定位音源信号Ｘ（ｉ）が定位し、ＳＬ信号とＳＲ信号とから定位音源信号Ｙ（ｉ）が定位すると推定した場合には、定位音源信号Ｘ（ｉ）と定位音源信号Ｙ（ｉ）とによって、最終的に定位音源信号Ｚ（ｉ）が定位するか否かを推定する（Ｓ１３０９）。
【００２１】
定位音源推定部１の推定結果は、音源信号分離部２、音源位置パラメータ算出部３に出力される。
【００２２】
音源信号分離部２は、定位音源信号の有無を推定した結果をもとに入力オーディオ信号から定位音源信号を算出するとともに、受聴空間に音像を定位しない非定位音源信号を入力オーディオ信号から分離する。例えば、ＦＬ信号とＦＲ信号とで音像が定位すると推定された場合（Ｓ１３０１でＹｅｓ）には、音源信号分離部２は、ＦＬ信号とＦＲ信号とを、音圧レベルを各ベクトルの大きさとし、受聴者を中心としてそれぞれのスピーカーに向かうベクトルで表し、これらの２つのベクトルから合成される定位音源信号のベクトルを算出する。音源信号分離部２は、ＦＬ信号とＦＲ信号との同相信号（これは、ＦＬ信号とＦＲ信号との和信号（（ＦＬ＋ＦＲ）／２）で表される）を用いて、ＦＬ信号のベクトルに含まれる定位音源信号のベクトルＸ０を算出する。このベクトルＸ０は、同相信号に定数ａを乗じた値で表され、定数ａはＦＬ信号と同相信号との残差の総和が最小となるように算出される。このように算出された定数ａを用いて、ＦＬ信号ベクトルから定位音源信号のベクトルＸ０を分離することができる。これと同様にして、ＦＲ信号に含まれる定位音源信号のベクトルＸ１を分離することができる（Ｓ１３０２）。さらに、エネルギー保存則を用いて、ＦＬ信号に含まれる非定位音源信号ＦＬａをＦＬ信号から分離し、ＦＲ信号に含まれる非定位音源信号ＦＲｂをＦＲ信号から分離することができる（Ｓ１３０３）。なお、ＦＬ信号とＦＲ信号とで音像が定位しないと推定された場合（Ｓ１３０１でＮｏ）には、定位音源信号Ｘ（ｉ）＝０として次の処理に進む。
【００２３】
これと同様にして、ＳＬ信号とＳＲ信号とで音像が定位すると推定された場合（Ｓ１３０５でＹｅｓ）には、ＳＬ信号とＳＲ信号とから、それぞれのベクトルで表される定位音源信号Ｙ０、Ｙ１と非定位音源信号ＳＬａ、ＳＲｂとを分離することができる（Ｓ１３０６、Ｓ１３０７）。なお、ＳＬ信号とＳＲ信号とで音像が定位しないと推定された場合（Ｓ１３０５でＮｏ）には、定位音源信号Ｙ（ｉ）＝０として次の処理に進む。
【００２４】
さらに、音源信号分離部２は、定位音源信号Ｘ（ｉ）と定位音源信号Ｙ（ｉ）とから、定位音源信号Ｚ（ｉ）が定位するか否かを推定し（Ｓ１３０９）、定位すると推定された場合には、定位音源信号Ｘ（ｉ）から定位音源信号Ｘ（ｉ）の向きの定位音源信号Ｚ（ｉ）のベクトルＺ０を分離するとともに、定位音源信号Ｙ（ｉ）の向きの定位音源信号Ｚ（ｉ）のベクトルＺ１を分離する。さらに、音源信号分離部２は、Ｚ０とＺ１とを合成してＺ（ｉ）を生成する（Ｓ１３１０）。
【００２５】
音源位置パラメータ算出部３は、音源信号分離部２により分離された定位音源信号から、受聴空間における定位音源信号の位置を表す音源位置パラメータを算出する。例えば、定位音源信号の受聴空間における位置を示す音源位置パラメータとして、定位音源信号の到来方向を示すベクトルの角度γと、受聴位置から定位音源信号までの距離を導くためのエネルギーを算出する。例えば、定位音源信号Ｘ（ｉ）のエネルギーＬは、Ｘ０とＸ１の２乗和で表されるのに対し、点音源からの基準距離Ｒ０（メ―トル）におけるエネルギーＬ０（デシベル）を設定することにより、定位音源信号を点音源とみなした場合の定位音源信号の位置から受聴位置までの距離Ｒを算出することができる。
【００２６】
同様にして、ＳＬ信号とＳＲ信号とにより定位する定位音源信号に対し、受聴位置から見た到来方向を示す角度と、受聴位置から定位音源信号までの距離とを算出することができる。またさらに、定位音源信号Ｘ（ｉ）と定位音源信号Ｙ（ｉ）とにより定位する定位音源信号Ｚ（ｉ）に対し、受聴位置から見た定位音源信号Ｚの到来方向を示す角度と、受聴位置から定位音源信号Ｚ（ｉ）までの距離とを算出する。
【００２７】
図３は、定位音源信号Ｘ（ｉ）、Ｙ（ｉ）とから推定される定位音源信号Ｚ（ｉ）と、定位音源信号Ｘ（ｉ）の方向のベクトルＺ０（ｉ）と定位音源信号Ｙ（ｉ）の方向のベクトルＺ１（ｉ）との受聴空間における関係を示す図である。
【００２８】
音源位置パラメータ算出部３により算出された、定位音源信号Ｚ（ｉ）を表す音源位置パラメータは、再生信号生成部４に出力される。
【００２９】
再生信号生成部４は、定位音源信号Ｚ（ｉ）を表す音源位置パラメータに基づいて、受聴位置の前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒと、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒのそれぞれに対して、図３のように合成された定位音源信号Ｚ（ｉ）を配分する（Ｓ１３１１）。
【００３０】
例えば、受聴位置の正面の方向を基準方向として、定位音源信号Ｚ（ｉ）の到来方向θが−π／２＜θ＜π／２の場合には、受聴位置の前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒに定位音源信号Ｚ（ｉ）をｃｏｓθ倍の割合で、耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒには（１．０−ｃｏｓθ）倍の割合で配分し、定位音源信号Ｚ（ｉ）の到来方向がθ≦−π／２、π／２≦θの場合には、受聴位置の前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒに定位音源信号Ｚ（ｉ）を０倍の割合で、耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒには１．０倍の割合で配分する。また、定位音源信号Ｚ（ｉ）の定位位置から受聴位置までの距離Ｒが大きくなるほど受聴位置の前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒに大きい割合で配分し、距離Ｒが小さくなるほど耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒに大きい割合で配分する。
【００３１】
また、再生信号生成部４は、このように前２つのスピーカーと後２つのスピーカーとに定位音源信号Ｚ（ｉ）を配分した後、前２つのスピーカー５Ｌおよび５Ｒに対し、配分された定位音源信号Ｚ（ｉ）を、例えば、定位音源信号Ｚ（ｉ）の到来方向θに応じて、左右に配分する（Ｓ１３１３）。さらに、耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒに配分された定位音源信号Ｚ（ｉ）を、例えば、定位音源信号Ｚ（ｉ）の到来方向θに応じて左右に配分する（Ｓ１３１４）。
【００３２】
さらに、前後左右の各スピーカーに対して配分された定位音源信号に、分離した個々のチャンネルに対応する非定位音源信号を合成して再生オーディオ信号を生成する（Ｓ１３１５）。
【００３３】
再生信号生成部４が、このように定位音源信号Ｚ（ｉ）と、各チャンネルに対応した非定位音源信号とを、受聴位置の前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒと耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒとに配分することにより、各チャンネルに対応したスピーカーで再生されるべき再生信号を、異なる位置に設置されたスピーカーを用いて再生した場合であっても、収音された場所における遠近感や移動感といった臨場感と同様の臨場感をもって鑑賞することができる。
【００３４】
なお、前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒは、受聴位置に対して前方の左右に配置されるスピーカーであり、例えば、広い周波数帯域に渡って高い音圧レベルでオーディオを再生できる再生周波数特性を持ったスピーカーなどで構成される。
【００３５】
また、耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒが頭部や耳介で支持する一般的なヘッドホンである場合には、ヘッドホン自体から出力される再生オーディオ信号と同時に、前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒから出力される再生オーディオ信号を受聴可能な開放型の構造を有する。或いは、耳元再生スピーカーはヘッドホンに限られることなく、受聴位置の近傍で再生オーディオ信号を出力するスピーカーや音響デバイスであってもよい。
【００３６】
耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒは、低周波数帯域の音を再生したときに音圧レベルが低くなるという特徴がある。この低周波数帯域の音とは、周波数が例えば、１００〜２００Ｈｚ程度の音であり、人間の聴覚では音像の定位を感じ難いまたは認識しづらい周波数帯域の音をいう。
【００３７】
帯域分割部７は、音源信号分離部２により分離された定位音源信号を低周波数の音と高周波数の音とに分割する。本実施の形態では、帯域分割部７は、例えば任意の遮断周波数に設定される低域通過フィルタおよび高域通過フィルタで構成されるものとする。帯域分割部７は、低域通過フィルタにより分割した定位音源信号の低周波数の音ＺＬ（ｉ）を、前方に配置するスピーカーに割り当てるべく、信号補正部８に出力する。前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒは、低周波数の音を音圧レベルの低下なく再生することができる。この定位音源信号の低周波数の音ＺＬ（ｉ）は、信号補正部８による補正の後、再生信号生成部４において、音源位置パラメータに基づいて前方に配置するスピーカー５Ｌ、５Ｒに配分された定位音源信号Ｚｆ（ｉ）に加算される。
【００３８】
信号補正部８は、定位音源信号の低周波数の音の音響特性を補正する処理部である。ここで信号補正部８が補正する音響特性は、例えば音圧レベルおよび／または周波数特性である。
【００３９】
遅延時間調整部９は、音源位置パラメータに基づいて再生信号生成部４により耳元再生スピーカーに配分されるが、低周波数の音であるために前方に配置するスピーカーに配分された音が、前記低周波数の音に該当しないために音源位置パラメータに基づいて耳元再生スピーカーに配分された高周波数の音と、同じタイミングで耳に到達するように、異なるスピーカーにおける再生のタイミングを調節するために、耳までの距離がより近い耳元再生スピーカーで再生される方の定位音源信号の高周波数の音に任意の時間だけ遅延をかける。これは、耳元再生スピーカーと前方に配置するスピーカーとで同時に音を再生した場合、耳元再生スピーカーで再生される音よりも、耳からより遠い距離にある前方に配置するスピーカーで再生される音の方が耳に到来するまでに時間がかかるために、耳元再生スピーカーで再生される高周波数の音に対して低周波数の音の方が遅延時間を生じるからである。従って、耳元再生スピーカーで再生される音を遅延させることにより、音源位置パラメータに基づいて耳元再生スピーカーに配分される高周波数の音と低周波数の音とを同時に耳に到達させることができ、より正確に定位音源信号を再生することが可能となる。
【００４０】
また以下の説明では、マルチチャンネルの入力オーディオ信号が、受聴位置に対して前方の左右（ＦＬ、ＦＲ）と、後方の左右（ＳＬ、ＳＲ）に割り当てられる４チャンネル（ＦＬ信号、ＦＲ信号、ＳＬ信号、ＳＲ信号）で構成される場合を例に説明する。
【００４１】
尚、入力オーディオ信号、再生オーディオ信号のそれぞれはサンプルインデックスｉに対応するデジタルデータで表される時系列のオーディオ信号であり、再生オーディオ信号の生成に関わる処理は、所定の時間間隔の連続するＮ個のサンプルで構成されるフレームを単位として施される。
【００４２】
上記の構成からなる本発明の音響再生装置の詳細な動作について以下に説明する。
【００４３】
帯域分割部７は、音源信号分離部２で分離される、受聴空間に音像を定位する定位音源信号を、低周波数の音と高周波数の音とに帯域分割する。
【００４４】
ここで、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーが、頭部もしくは耳介で支持するヘッドホンである場合には、前方に配置するスピーカーから出力されるオーディオ信号を同時に受聴するために開放型の構造がとられる。一般的に開放型の構造を有するヘッドホンでは、低周波数帯域の音を再生する場合に音圧レベルが低くなり、開放型でないヘッドホンと比べると再生下限周波数が高くなる。これは、開放型の構造を有するヘッドホンにおいては、その形状の制約などにより電気信号を音波振動に変換するための大きな振動板を使いにくいことや、特に低周波数の音については振動板から伝わる音波振動に対して振動板の後方から回り込む逆位相の音波信号によって弱められることに起因すると考えられる。
【００４５】
図４は、受聴位置の前方に配置するスピーカーと、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーとして用いる開放型のヘッドホンの再生周波数帯域を示す図である。
【００４６】
図４において、横軸は周波数を、縦軸は音圧レベルを示す。また、実線Ａは前方に配置するスピーカーの再生周波数帯域を、破線Ｂは耳元再生スピーカーとして用いるヘッドホンの再生周波数帯域をそれぞれ示す。また、Ｆ０（Ａ）は前方に配置するスピーカーの再生下限周波数を、Ｆ０（Ｂ）は耳元再生スピーカーとして用いるヘッドホンの再生下限周波数をそれぞれ示している。
【００４７】
図５は、定位音源信号を所定の周波数を境界として、高周波数の音と低周波数の音に分割する帯域分割部の周波数特性を示す図である。同図において、２つの波形は、帯域分割部７を高周波数の音を分割する高域通過フィルタと、低周波数の音を分割する低域通過フィルタとで構成した場合の、高域通過フィルタと低域通過フィルタの周波数特性を示している。
【００４８】
図５において、横軸は周波数を、縦軸は音圧レベルを示す。また、実線Ｃは高域通過フィルタ（ＨＰＦ）の周波数特性を、破線Ｄは低域通過フィルタ（ＬＰＦ）の周波数特性をそれぞれ示し、遮断周波数をＦｃに設定することを示す。遮断周波数Ｆｃは、図４に示す耳元再生スピーカーとして用いるヘッドホンの再生下限周波数Ｆ０（Ｂ）に対して、（Ｆｃ≧Ｆ０（Ｂ））の任意の周波数に設定する。
【００４９】
上記の帯域分割部７により、受聴空間に音像を定位する定位音源信号Ｚ（ｉ）を低周波数の音ＺＬ（ｉ）と高周波数の音ＺＨ（ｉ）に分割して出力する。
【００５０】
但し、図４に示す耳元再生スピーカーとして用いるヘッドホンの再生下限周波数Ｆ０（Ｂ）は、受聴者が使用するスピーカーもしくは音響デバイスに依存するため、帯域分割部７で分割する図５に示す低周波数の音と高周波数の音の境界の周波数Ｆｃを、受聴者の指示によって調整可能とするようにしてもよい。これにより、受聴者は、自宅の耳元再生スピーカーの周波数特性に応じて、遮断周波数Ｆｃを設定することができる。
【００５１】
信号補正部８は、帯域分割部７で分割した低周波数の音ＺＬ（ｉ）の音圧レベルと周波数特性とを補正する。信号補正部８において音圧レベルの補正は、前方に配置するスピーカーからオーディオ信号を出力した場合に受聴者の耳に届くまでに減衰する音圧レベルの減衰量と、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーからオーディオ信号を出力した場合に受聴者の耳に届くまでの音圧レベルの減衰量との変化分を補うように設定する。また、周波数特性の補正は、前方に配置するスピーカーからオーディオ信号を出力した場合に受聴者の耳に届くまでの受聴空間の経路を伝達して変化する周波数特性と、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーからオーディオ信号を出力した場合に受聴者の耳に届くまでの受聴空間の経路を伝達して変化する周波数特性の変化分を補うように設定する。
【００５２】
ここで、信号補正部８において低周波数の音ＺＬ（ｉ）の音圧レベルを補正するために乗ずる係数をｇとし、周波数特性を補正するための伝達関数をＴとすると、信号補正部８から出力される補正後の低周波数の音ＺＬ２（ｉ）は（式１）で与えられる。
【００５３】
【数１】
2012042905.tif 000018
【００５４】
遅延時間調整部９は、帯域分割部７で分割した高周波数の音ＺＨ（ｉ）に任意の時間だけ遅延をかける。遅延時間調整部９において調整する遅延時間は、前方に配置するスピーカーからオーディオ信号を出力した場合に受聴者の耳に届くまでの到達時間と、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーからオーディオ信号を出力した場合に受聴者の耳に届くまでの到達時間を補い、両方から出力されるオーディオ信号が同時に到達するように設定される。上記のように設定される遅延時間に基づいて、遅延時間調整部９は高周波数の音ＺＨ（ｉ）の遅延時間を調整したＺＨ２（ｉ）を出力する。
【００５５】
尚、上記のように信号補正部８と遅延時間調整部９は、受聴位置に対して前方に配置するスピーカーと、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーのそれぞれの位置情報をもとに、定位音源信号の低周波の音の音圧レベルと周波数特性、および高周波数の音の遅延時間を調整するが、この位置情報を受聴者の指示によって調整可能とするようにしてもよい。或いは、それぞれのスピーカーの位置情報を自動で取得するセンサーなどを用いる構成としても構わない。
【００５６】
再生信号生成部４は、定位音源信号Ｚ（ｉ）の音源位置パラメータに基づいて、エネルギーを配分するように、受聴位置の前方に配置するスピーカーと、受聴者の耳元の近傍に配置する耳元再生スピーカーのそれぞれに定位音源信号Ｚ（ｉ）を配分し、音源信号分離部２で分離した、非定位音源信号のそれぞれを合成して再生信号を生成する。
【００５７】
この動作の一例として、最初に受聴位置の前方に配置するスピーカーと、受聴者の耳元の近傍に配置する耳元再生スピーカーへ配分し、その後それぞれの左右のスピーカーへ配分する場合について以下に説明する。
【００５８】
まず、受聴位置の前方に配置するスピーカーと、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーのそれぞれへ定位音源信号を配分するために、例えば特願２００９−０８４５５１号にある配分量を定める関数Ｆ（θ）を用いる。前方に配置するスピーカーへ配分する定位音源信号Ｚｆ（ｉ）は、（式２）に示すように関数Ｆ（θ）により定まる平方根値を係数として、定位音源信号Ｚ（ｉ）に乗ずることにより算出する。
【００５９】
【数２】
2012042905.tif 000019
【００６０】
また、耳元再生スピーカーへ配分する定位音源信号の低周波数の音ＺＬｈ（ｉ）を、（式３）に示すように（１．０−Ｆ（θ））の平方根値を定位音源信号Ｚ（ｉ）の代わりに信号補正部８で音圧レベルおよび周波数特性の補正を施した低周波数の音ＺＬ２（ｉ）に乗ずることにより算出する。
【００６１】
【数３】
2012042905.tif 000020
【００６２】
加えて、耳元再生スピーカーへ配分する定位音源信号の高周波数の音ＺＨｈ（ｉ）を、（式４）に示すように（１．０−Ｆ（θ））の平方根値を定位音源信号Ｚ（ｉ）の代わりに遅延時間調整部９で遅延時間を調整した高周波数の音ＺＨ２（ｉ）に乗ずることにより算出する。
【００６３】
【数４】
2012042905.tif 000021
【００６４】
更に特願２００９−０８４５５１号と同様に、定位音源信号Ｚ（ｉ）のエネルギーをもとに、耳元再生スピーカーへ配分することで、前方に配置するスピーカーへ配分するよりも定位する音像をより明瞭に知覚することができる場合があり、受聴空間の位置を示す音源位置パラメータのうちの、受聴位置から定位音源信号Ｚ（ｉ）までの距離Ｒに基づいて、例えば特願２００９−０８４５５１号にある配分量を定める関数Ｇ（Ｒ）を用いて定位音源信号を配分する。
【００６５】
尚、受聴位置からの距離Ｒにもとづく配分を行うため、到来方向を示す角度θにもとづく関数Ｆ（θ）と、受聴位置からの距離Ｒにもとづく関数Ｇ（Ｒ）により定まる係数を乗算した値の平方根値を、（式５）に示すように定位音源信号Ｚ（ｉ）に乗ずることにより、前方に配置するスピーカーへ割り当てる定位音源信号Ｚｆ（ｉ）を算出する。
【００６６】
【数５】
2012042905.tif 000022
【００６７】
また、耳元再生スピーカーへ配分する定位音源信号の低周波数の音ＺＬｈ（ｉ）、および高周波数の音ＺＨｈ（ｉ）は、（式６）および（式７）に示すように（１．０−Ｇ（Ｒ）×Ｆ（θ））の平方根値を（式３）および（式４）で乗ずる係数に変えて用いることにより算出する。
【００６８】
【数６】
2012042905.tif 000023
【００６９】
【数７】
2012042905.tif 000024
【００７０】
上記のようにして前方に配置するスピーカーへ配分する定位音源信号Ｚｆ（ｉ）と、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーへ配分する定位音源信号の低周波数の音ＺＬｈ（ｉ）、および高周波数の音ＺＨｈ（ｉ）を算出した後に、更にそれぞれの左右のチャンネルへ配分する。
【００７１】
ここで、定位音源信号を、前方に配置するスピーカーおよび受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーのそれぞれの左右のチャンネルへ配分する処理は、特願２００９−０８４５５１号と同様であるので以下では説明を省略する。尚、前方の左右に配置するスピーカーへ配分する定位音源信号をＺｆＬ（ｉ）およびＺｆＲ（ｉ）として算出する。また、受聴位置の近傍の左右に配置する耳元再生スピーカーへ配分する定位音源信号の低周波数の音をＺＬｈＬ（ｉ）およびＺＬｈＲ（ｉ）として、高周波数の音をＺＨｈＬ（ｉ）およびＺＨｈＲ（ｉ）としてそれぞれを算出する。
【００７２】
最後に、上記のようにして前方に配置するスピーカー５Ｌおよび５Ｒと、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカー６Ｌおよび６Ｒに配分したそれぞれの定位音源信号に、それぞれのチャンネルの非定位音源信号を合成して再生信号を生成する。また特願２００９−０８４５５１号と同様に、ＳＬａ（ｉ）およびＳＲａ（ｉ）は、受聴位置の後方の左右に割り当てられるオーディオ信号に含まれる非定位音源信号であるので、受聴者が知覚するエネルギーレベルを調整するための所定の係数Ｋを乗ずる。
【００７３】
更に、（式８）に示すように、受聴位置の近傍の左右に配置する耳元再生スピーカーへ配分する定位音源信号の低周波数の音のＺＬｈＬ（ｉ）およびＺＬｈＲ（ｉ）は、前方の左右に配置するスピーカーへ出力される再生信号へ加算して合成する。
【００７４】
【数８】
2012042905.tif 000025
【００７５】
このようにして、再生下限周波数が高い開放型の構造を有するヘッドホンを、受聴位置近傍に配置する耳元再生スピーカーとして用いる場合でも、耳元再生スピーカーへ配分される定位音源信号の低周波数の音ＺＬｈＬ（ｉ）およびＺＬｈＲ（ｉ）を、音圧レベルと周波数特性を補正し、再生下限周波数が十分に低い前方に配置するスピーカーから出力することにより、受聴空間における音像の定位に寄与定位音源信号の低周波数の音を損なうことなく再生することができる。また、耳元再生スピーカーから出力する高周波数の音と、再配分により前方に配置するスピーカーから出力する低周波数の音とが同時に受聴者の耳に到達するよう遅延時間を調整することで、受聴空間において定位する音像が歪むことを防ぐことができる。
【００７６】
以上のように構成される音響再生装置の処理の流れについて、フローチャートを用いて説明する。図６は、本実施の形態の音響再生装置の動作を示すフローチャートである。なお、同図においても、以下の各ステップの処理をシーケンス処理として説明しているが、本発明はこれに限らず、以下の各ステップを並行処理で行なっても良いし、関数演算により一度に処理を行なうとしても良い。
【００７７】
帯域分割部７は、音源信号分離部２によって分離された定位音源信号Ｚ（ｉ）を、高周波数の音ＺＨ（ｉ）と低周波数の音ＺＬ（ｉ）とに分割し（Ｓ１４０１）、分割された低周波数の音ＺＬ（ｉ）を信号補正部８に出力し（Ｓ１４０２でＮｏ）、分割された高周波数の音ＺＨ（ｉ）を遅延時間調整部９に出力する（Ｓ１４０２でＹｅｓ）。
【００７８】
次いで、遅延時間調整部９は、入力された高周波数の音ＺＨ（ｉ）を遅延させ（Ｓ１４０３）、遅延した高周波数の音ＺＨ２（ｉ）を再生信号生成部４に出力する。再生信号生成部４は、遅延された高周波数の音ＺＨ２（ｉ）を、耳元再生スピーカーに配分する（Ｓ１４０４）。一方、信号補正部８は、入力された低周波数の音ＺＬ（ｉ）の音圧レベルを係数ｇで補正するとともに（Ｓ１４０５）、低周波数の音の周波数特性を伝達関数Ｔで補正し（Ｓ１４０６）、補正後の低周波数の音ＺＬ２（ｉ）＝ｇ×Ｔ×ＺＬ（ｉ）を再生信号生成部４に出力する。再生信号生成部４は、補正された低周波数の音ＺＬ２（ｉ）に対して、前方に配置するスピーカーに再配分するための配分関数を演算し（Ｓ１４０７）、本来、定位音源信号の方向と距離に基づいて前方に配置するスピーカーに配分される音Ｚｆ（ｉ）に加算するＺｆ（ｉ）＋ＺＬｈ（ｉ）ことによって合成する（Ｓ１４０８）。
【００７９】
再生信号生成部４は、さらに、前方に配置するスピーカーと耳元再生スピーカーとに配分された定位音源信号の音Ｚｆ（ｉ）、を、前方に配置するスピーカーと耳元再生スピーカーとのそれぞれで左右のスピーカーに配分する（Ｓ１４０９）。さらに、前後左右のスピーカーごとに、各スピーカーに配分された定位音源信号の音と、非定位音源信号とを合成する（Ｓ１４１０）。
【００８０】
上記したように、本発明の音響再生装置は、受聴空間において音像を定位する定位音源信号を受聴空間の左右方向だけでなく、前後方向についても考慮して推定するとともに、受聴空間における定位音源信号の位置を示す音源位置パラメータを算出し、音源位置パラメータをもとにエネルギーを配分するように定位音源信号を配分する。更に、受聴位置の近傍に配置する耳元再生スピーカーとして、再生下限周波数が高い開放型の構造を有するヘッドホンを用いる場合でも、定位音源が受聴空間において定位する音像の再現が劣化することを防ぎ、前後方向の再生音の広がりや受聴空間に定位する音像の移動といった立体感を向上した、より好ましい臨場感を得ることができる立体音響の再生を可能にする。
【００８１】
要するに、本願発明の音響再生装置は、スピーカーの再生特性に応じて、当該スピーカーにおいて再生が苦手な周波数帯域の信号を、その周波数帯域の再生が得意なスピーカーに割り振るとともに、本来の音像の定位を保存することが特徴である。
【００８２】
更に、上記の音響再生装置を構成する各手段の処理を実現するソフトウエアプログラムをコンピュータやデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）などで行うようにしてもよい。
【００８３】
（用語の説明）
上記実施の形態における音源信号分離部２は、前記入力オ―ディオ信号を、前記標準位置スピーカーを用いて再生したと仮定した場合に定位する音像を表す信号である定位音源信号を生成する生成部に対応する。
【００８４】
音源位置パラメータ算出部３は、前記定位音源信号で表される前記音像の定位位置を示すパラメータを算出する算出部に対応する。
【００８５】
帯域分割部７は、記音響再生装置は、当該耳元再生スピーカーの再生可能な周波数帯域の下限周波数Ｆ０に対して、Ｆｃ≧Ｆ０となる周波数Ｆｃを境界にして、前記定位音源信号を低周波数の音と高周波数の音とに分割する分割部に対応する。
【００８６】
信号補正部８および遅延時間調整部９は、前記受聴位置の前方に配置する標準位置スピーカーと、前記耳元再生スピーカーとの位置情報に基づいて、前記定位音源信号のうちの配分し直される前記音の音圧レベルを補正する補正部、前記受聴位置の前方に配置する標準位置スピーカーと、前記耳元再生スピーカーとの位置情報に基づいて、本来、前記耳元再生スピーカーに配分すべき前記定位音源信号のうちの配分し直される前記音の周波数特性を補正する補正部、および前記受聴位置の前方に配置する標準位置スピーカーと、前記耳元再生スピーカーとの位置情報に基づいて、本来、前記耳元再生スピーカーに配分すべき前記定位音源信号のうちの配分し直される前記音が前記受聴位置に到達する時間を補正する補正部に対応する。
【００８７】
なお、上記実施の形態では、左右の前方に配置するスピーカーと左右の耳元再生スピーカーとからなる４つのスピーカーに定位音源信号を配分し、耳元再生スピーカーに配分された定位音源信号のうち耳元再生スピーカーで再生した場合に音圧レベルが下がってしまう低周波数の音を、前方に配置するスピーカーに再配分した。しかし、本発明はこれに限定されず、耳元再生スピーカーで音圧レベルが下がってしまう低周波数の音を再配分するスピーカーは、前方に配置するスピーカーに限らず、前方と耳元以外の位置に配置されるスピーカーがある場合には、低周波数の音を音圧レベルの低下を抑制して再生できるスピーカーであれば前方に限らずどの位置に配置されるスピーカーであってもよい。
【００８８】
また、同様に、耳元再生スピーカーに相当するスピーカーが受聴者の近傍に位置する必要もない。図７は、本実施の形態の音響再生装置によって制御されるスピーカーシステムの他の構成例を示す図である。図７では、上記実施の形態における耳元再生スピーカー６Ｌ、６Ｒの位置に配置する代わりに、耳元から少し離れた位置に小型スピーカー７Ｌ、７Ｒを配置する例を示している。なお、この場合、耳元再生スピーカーが、開放型ヘッドホンから小型スピーカーに変更されているが、ヘッドホンと小型スピーカーとでは再生特性に大きな差はないものとする。図７で示される大きな変更点は、耳元再生スピーカーに相当する小型スピーカー７Ｌ、７Ｒがそれぞれ、耳からスピーカーまでの方向は同じであるが、耳元から少し離れた位置に配置される点である。このような場合、例えば、小型スピーカー７Ｌ、７Ｒからそれぞれに対応する耳までの距離と、前方に配置するスピーカー５Ｌ、５Ｒからそれぞれに対応する耳までの距離とが等しくなれば、遅延時間調整部９ａによる遅延時間の調整は不要になる。また、逆に、小型スピーカー７Ｌ、７Ｒからそれぞれに対応する耳までの距離の方が、前方に配置するスピーカー５Ｌ、５Ｒからそれぞれに対応する耳までの距離よりも遠くなる場合には、遅延時間調整部９ａは、前方に配置するスピーカー５Ｌ、５Ｒに再配分された低周波数の音を遅延させるように調整すればよい。
【００８９】
さらに、上記実施の形態では、耳元再生スピーカーに開放型ヘッドホンまたは小型スピーカーを用いることにより、耳元再生スピーカーに割り当てられた定位音源信号に含まれる低周波数の音の音圧レベルが低下してしまう例について説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、例えば、本実施の形態の耳元再生スピーカーで再生したときに音圧レベルが下がってしまう音の周波数帯域は、低周波数に限らず、高周波数あるいは中間周波数帯域であってもよい。すなわち、この場合で耳元再生スピーカーに相当するスピーカーは、開放型のヘッドホンである必要はなく、例えば、高周波数帯域の音の音圧レベルが低いスピーカーなどであってもよいし、あるいは特定の中間周波数帯域の音の音圧レベルが低い他のスピーカーなどであってもよい。例えば、高周波数帯域の音の音圧レベルが低下する場合には、音源位置パラメータに基づいてこの高周波数帯域の音の音圧レベルが低いスピーカーに配分された定位音源信号のうちの高周波数の音を、音圧レベルの低下なく再生できる他のスピーカー、例えば、前方に配置するスピーカーに再配分すればよい。この場合も、高周波数帯域の音の音圧レベルが低いスピーカーの耳元再生スピーカーと、前方に配置するスピーカー以外に、高周波数の音を、音圧レベルの低下なく再生できるスピーカーがあれば、そのスピーカーに再配分するとしてもよい。
【００９０】
また、中間周波数帯域の音の音圧レベルが低下する場合として、異なる周波数帯域のスピーカーを組み合わせて広帯域のマルチウェイスピーカーを制作する場合などで、スピーカーの組み合わせがうまく行かない場合などが考えられる。この場合でも、うまく再生されない周波数帯域の音を、他のスピーカーに再配分することによって、当該周波数帯域の音の音圧レベルが低下することなく再生し、その結果、本来の音像の定位を保存することができる。
【００９１】
また、本発明は、耳元再生スピーカーで再生した場合に音圧レベルが低下する周波数帯域と完全に一致する帯域を、低周波数の音を音圧レベルの低下なく再生できる他のスピーカー、例えば、前方に配置するスピーカーに再配分した。しかしながら、耳元再生スピーカーで音圧レベルが低下する帯域と完全に一致する帯域を再配分する必要はなく、耳元再生スピーカーで再生すると音圧レベルが低下する周波数帯域の一部を含む帯域、または、耳元再生スピーカーで再生すると音圧レベルが低下する周波数帯域を全て含んだ以上に広い帯域の音を、低周波数の音を音圧の低下なく再生できる他のスピーカーに再配分するとしてもよい。
【００９２】
なお、ブロック図（図１、図７など）の各機能ブロックは典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されても良い。
【００９３】
例えばメモリ以外の機能ブロックが１チップ化されていても良い。
【００９４】
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【００９５】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。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。
【００９６】
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、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
【００９７】
また、各機能ブロックのうち、符号化または復号化の対象となるデータを格納する手段だけ１チップ化せずに別構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、マルチチャンネル・サラウンドスピーカーシステムおよびその制御装置に適用でき、特にホームシアター等に適用できる。
【００９９】
周波数特性の異なるスピーカーを組み合わせてマルチチャンネルのスピーカーシステムを構成したために、同じ周波数特性のスピーカーからなるスピーカーシステムで再生した場合と比べて、受聴空間に定位する音像の遠近感や移動感が損なわれるという従来技術の課題を解決し、前後方向の再生音の広がりや受聴空間に定位する音像の移動といった立体感を向上することを可能にする音響再生装置に適用できる。
【符号の説明】
【０１００】
１  定位音源推定部
２  音源信号分離部
３  音源位置パラメータ算出部
４  再生信号生成部
５Ｌ、５Ｒ  前方の左右に配置するスピーカー
６Ｌ、６Ｒ  受聴位置の近傍の左右に配置するスピーカー
７  帯域分割部
８、８ａ  信号補正部
９、９ａ  遅延時間調整部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスピーカーを含む第１のスピーカー群と、前記第１のスピーカー群とは周波数特性が異なる複数のスピーカーを含む第２のスピーカー群とに対応した音響信号を、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれで再生したと仮定した場合に定位する音像の定位位置を算出する算出部と、
前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号で表される音のうちの所定の周波数帯域に含まれる音であって、かつ、前記第２のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルより、前記第１のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルの方が高くなる音を表す音響信号を、前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号から分離して、前記第１のスピーカー群に対応した前記音響信号に加算することによって、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応する再生信号を生成する生成部と、
前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応して生成された前記再生信号によって定位される音像が、算出された前記定位位置と略同一位置に定位するように、前記再生信号を補正する補正部と
を備える音響再生装置。
【請求項２】
前記第１のスピーカー群は、所定の標準位置に配置される複数の標準位置スピーカーであり、
前記第２のスピーカー群は、前記標準位置スピーカーよりも受聴位置に近い位置で、かつ、前記標準位置でない位置に配置される１つ以上の近傍スピーカーである
請求項１に記載の音響再生装置。
【請求項３】
前記近傍スピーカーは、受聴位置の受聴者の耳元に配置する耳元再生スピーカーであり、
前記音響再生装置は、当該近傍スピーカーの再生可能な周波数帯域の下限周波数Ｆ０に対して、Ｆｃ≧Ｆ０となる周波数Ｆｃを境界にして、前記音響信号を低周波数の音と高周波数の音とに分割する分割部を備え、
前記生成部は、本来、前記近傍スピーカーに配分すべき前記音響信号のうち、前記分割部によって分割された前記低周波数の音を、前記標準位置スピーカーに配分し直して前記再生信号を生成する
請求項２に記載の音響再生装置。
【請求項４】
前記生成部は、前記受聴位置の前方に配置する標準位置スピーカーと、前記近傍スピーカーとの位置情報に基づいて、前記音響信号のうちの配分し直される前記音の音圧レベルを補正する補正部を備え、
前記補正部は、配分し直される前記音が前記標準位置スピーカーで再生された場合の前記受聴位置における音圧レベルと、前記近傍スピーカーで再生された場合の前記受聴位置における音圧レベルとが同等の音圧レベルとなるように、配分し直される前記音の音圧レベルを補正し、
前記生成部は、前記補正部によって補正された前記音を、本来、前記標準位置スピーカーに配分される音と合成することによって、前記標準位置スピーカーの前記再生信号を生成する
請求項２に記載の音響再生装置。
【請求項５】
前記生成部は、前記受聴位置の前方に配置する標準位置スピーカーと、前記近傍スピーカーとの位置情報に基づいて、本来、前記近傍スピーカーに配分すべき前記音響信号のうちの配分し直される前記音の周波数特性を補正する補正部を備え、
前記補正部は、配分し直される前記音が前記標準位置スピーカーで再生された場合の前記受聴位置における周波数特性と、前記近傍スピーカーで再生された場合の前記受聴位置における周波数特性とが同等の周波数特性となるように、配分し直される前記音の周波数特性を補正し、
前記生成部は、前記補正部によって補正された前記音を、本来、前記標準位置スピーカーに配分される音と合成することによって、前記標準位置スピーカーの前記再生信号を生成する
請求項２に記載の音響再生装置。
【請求項６】
前記生成部は、前記受聴位置の前方に配置する標準位置スピーカーと、前記近傍スピーカーとの位置情報に基づいて、本来、前記近傍スピーカーに配分すべき前記音響信号のうちの配分し直される前記音が前記受聴位置に到達する時間を補正する補正部を備え、
前記補正部は、配分し直される前記音が前記標準位置スピーカーで再生された場合に、前記近傍スピーカーで再生された場合よりも、前記受聴位置への到達が遅くなる時間だけ、配分し直される前記音以外の前記音響信号の音を遅延することによって、配分し直される前記音の前記受聴位置への到達時間が前記音以外の前記音響信号の音と同等になるように補正し、
前記生成部は、前記補正部によって補正された前記音を、前記配分し直された前記音と合成することによって、前記再生信号を生成する
請求項２に記載の音響再生装置。
【請求項７】
前記音響再生装置は、前記音響信号を低周波数の音と高周波数の音に分割する前記周波数Ｆｃに関する入力を受け付ける受け付け部を備え、
前記分割部は、前記受け付け部からの入力に応じて、前記周波数Ｆｃを調整する
請求項３に記載の音響再生装置。
【請求項８】
複数のスピーカーを含む第１のスピーカー群と、前記第１のスピーカー群とは周波数特性が異なる複数のスピーカーを含む第２のスピーカー群とに対応した音響信号を、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれで再生したと仮定した場合に定位する音像の定位位置を算出し、
前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号で表される音のうちの所定の周波数帯域に含まれる音であって、かつ、前記第２のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルより、前記第１のスピーカー群で再生した場合の音圧レベルの方が高くなる音を表す音響信号を、前記第２のスピーカー群に対応した前記音響信号から分離して、前記第１のスピーカー群に対応した前記音響信号に加算することによって、前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応する再生信号を生成し、
前記第１のスピーカー群と前記第２のスピーカー群とのそれぞれに対応して生成された前記再生信号によって定位される音像が、算出された前記定位位置と略同一位置に定位するように、前記再生信号を補正する
音響再生方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012042905.tif 000031
【図７】
2012042905.tif 000032
【国際調査報告】
2012042905.tif 000033
2012042905.tif 000034
2012042905.tif 000035
2012042905.tif 000036