(57)【要約】【課題】マルチチャンネルオーディオ信号のバーチャルサラウンド処理を行うにあたり、受聴位置でクロストークを発生させない高指向性のオーディオ振動出力機能を備え、前方スピーカによる再現性の高い後方音像定位を実現するとともに受聴範囲が広いバーチャルサラウンド音響装置を提供する。【解決手段】外部から入力されたマルチチャンネル信号を、受聴位置の受聴者後方の音像定位を維持して２チャンネルの第１および第２のオーディオ信号に変換する信号処理部と、信号処理部により変換された第１のオーディオ信号を入力して音出力する第１の高指向性スピーカと、信号処理部により変換された第２のオーディオ信号を入力して音出力する第２の高指向性スピーカとを備え、第１および第２の高指向性スピーカを、第１および第２のオーディオ信号を音出力してそれぞれ形成される指向性音場が互いに重ならないように受聴位置に対向する位置に配置したものである。【選択図】図１
2010068023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力されたマルチチャンネル信号を、受聴位置の受聴者後方の音像定位を維持して２チャンネルの第１および第２のオーディオ信号に変換する信号処理部と、
前記信号処理部により変換された第１のオーディオ信号を入力して音出力する第１の高指向性スピーカと、
前記信号処理部により変換された第２のオーディオ信号を入力して音出力する第２の高指向性スピーカとを備え、
前記第１および前記第２の高指向性スピーカを、前記第１および前記第２のオーディオ信号を音出力してそれぞれ形成される指向性音場が互いに重ならないように前記受聴位置に対向する位置に配置したことを特徴とするバーチャルサラウンド音響装置。
【請求項２】
受聴位置の受聴者後方の音像定位されたバイノーラル録音された２チャンネルの第１および第２のオーディオ信号を入力するバーチャルサラウンド音響装置において、
前記第１のオーディオ信号を入力して音出力する第１の高指向性スピーカと、
前記第２のオーディオ信号を入力して音出力する第２の高指向性スピーカとを備え、
前記第１および前記第２の高指向性スピーカを、前記第１および前記第２のオーディオ信号を音出力してそれぞれ形成される指向性音場が互いに重ならないように前記受聴位置に対向する位置に配置したことを特徴とするバーチャルサラウンド音響装置。
【請求項３】
２チャンネルのオーディオ信号のそれぞれに超音波帯域の搬送波で振幅変調することにより超音波帯域信号に変換する高指向性処理部を備え、
第１および第２の高指向性スピーカは、前記高指向性処理部からの超音波帯域信号を入力して超音波出力するパラメトリックスピーカであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のバーチャルサラウンド音響装置。
【請求項４】
第１および第２の高指向性スピーカは、薄型全面駆動スピーカであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のバーチャルサラウンド音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周囲に仮想的な音像を再現する音響装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、実際に音波に包まれた原音場の中にいるような仮想的な音像を再現する立体音響再生を行うために、バーチャルサラウンド処理を施したマルチチャンネルオーディオ信号（例えば、前方の左右と中央、後方の左右、低音効果の５．１ｃｈ方式がある）をチャンネルごとにスピーカへ出力する代わりに、このマルチチャンネルオーディオ信号の各出力先スピーカ用のオーディオ信号の定位を保ったまま２チャンネル化して（音像定位処理）、前方の２つのスピーカのみへ出力するバーチャルサラウンド音響装置がある。
このバーチャルサラウンド音響装置において、それぞれのスピーカから放射されるオーディオ振動が受聴者の左右の耳に到達する際に時差が生じるとともに異なる周波数となる、例えば左のスピーカから放射されたオーディオ振動は受聴者の右耳には左耳に対して少しの時間遅れと異なる周波数を生じて到達するクロストークと呼ばれる状態を打ち消すため、クロストークキャンセル処理を行うものがある（特許文献１参照）。
また、オーディオ信号の出力先がスピーカの場合はクロストークキャンセル処理を行い、ヘッドホンの場合はヘッドホン補償処理を行うように処理を切り換えるものがある（特許文献２参照）。
また、スピーカによりオーディオ信号からオーディオ振動に変換させる際にクロストークを抑制するため、オーディオ信号にフィルタ処理または遅延処理を施すことでオーディオ振動に指向性を持たせて放射するものがある（特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２００８９７号公報
【特許文献２】特開２０００−２５３５００号公報
【特許文献３】特開２００７−０４３３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のバーチャルサラウンド音響装置は、クロストークキャンセル処理を使用するため、スピーカから放射されたオーディオ振動を位相差等で打ち消す精度を高くできず、後方音像定位の再現性が十分でないという課題があった。
また、クロストークキャンセル処理を行う場合、バーチャルサラウンドの効果を認識できる最適の聴取位置（以下、スウィートスポットとも言う）を広くできないため、受聴可能エリアに制限があるという課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、マルチチャンネルオーディオ信号のバーチャルサラウンド処理を行うにあたり、受聴位置でクロストークを発生させない高指向性のオーディオ振動出力機能を備え、前方スピーカによる再現性の高い後方音像定位を実現するとともに受聴範囲が広いバーチャルサラウンド音響装置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】
【０００６】
この発明に係るバーチャルサラウンド音響装置は、外部から入力されたマルチチャンネル信号を、受聴位置の受聴者後方の音像定位を維持して２チャンネルの第１および第２のオーディオ信号に変換する信号処理部と、信号処理部により変換された第１のオーディオ信号を入力して音出力する第１の高指向性スピーカと、信号処理部により変換された第２のオーディオ信号を入力して音出力する第２の高指向性スピーカとを備え、第１および第２の高指向性スピーカを、第１および第２のオーディオ信号を音出力してそれぞれ形成される指向性音場が互いに重ならないように受聴位置に対向する位置に配置したものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のバーチャルサラウンド音響装置によれば、マルチチャンネルオーディオ信号の音像定位を維持した２チャンネルのオーディオ信号を指向性の高い音場を形成するスピーカで音放射するようにして、クロストークを抑制し、仮想スピーカによる受聴位置における受聴者後方の音像定位の再現性を向上させるとともに、クロストークキャンセル処理を行わないので受聴範囲を広くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるバーチャルサラウンド音響装置１の構成を示すブロック図である。また、図２は、この発明の実施の形態１のバーチャルサラウンド音響装置１のオーディオ信号の流れを示すブロック図である。
【０００９】
バーチャルサラウンド音響装置１は、入力部１０、信号処理部２０、アンプ部３０、スピーカ部（高指向性スピーカ）４０から構成されており、マルチチャンネルの音源データにバーチャルサラウンド処理を行いオーディオ振動として外部に音放射するものである。
【００１０】
入力部１０は、図示しないマイクロフォンやディスク再生装置などの外部装置及び記憶部などの内部装置から音源データを入力するものである。音源データは、例えば、前方の左右と中央、後方の左右、低音効果からなる６チャンネルのオーディオ信号であり、受聴位置において原音場の音像定位を再現するための、所謂マルチチャンネルオーディオ信号である。
【００１１】
信号処理部２０は、音像定位処理部２２、高指向性処理部２３で構成されており、入力部１０から入力された音源データを２チャンネルのオーディオ信号にして出力するものである。
【００１２】
音像定位処理部２２は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の高速演算を行う半導体からなり、入力された音源データのマルチチャンネルオーディオ信号に音像定位処理を行い、このマルチチャンネルオーディオ信号を出力したときの受聴位置における音像定位を保ったまま２チャンネルのオーディオ信号に変換するものである。
【００１３】
音像定位処理は、例えば音源から耳までの音の伝達特性である頭部伝達関数（ＨＲＴＦ：Head Related Transfer Function）を用いて行われる。頭部伝達関数は、頭部のまわりの任意の位置で発せられた音が空間−頭部−耳を経由して鼓膜に至るまでに変化する音圧レベルが周波数に応じたものであることに基づいて、その周波数特性を相対音圧レベル（ｄＢ）で示したものであり、頭部や耳の形状、音源を設置する場所（角度）によって異なる値をとるものである。
この音像定位処理は、例えば、マルチチャンネルオーディオ信号をＬ（前方左）、Ｒ（前方右）、Ｃ（前方中央）、ＬＳ（後方左）、ＲＳ（後方右）、ＬＦＥ（低音）とした場合、各信号の頭部伝達関数を算出し、Ｌ，Ｒのオーディオ信号にＣ，ＬＳ，ＲＳの頭部伝達関数を演算により組み込むようにしたものである。
【００１４】
高指向性処理部２３は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の高速演算を行う半導体からなり、２チャンネルのオーディオ信号に超音波で変調をかける処理を行い超音波帯域信号に変換するものである。
【００１５】
アンプ３０は、信号処理部２０からの２チャンネルのオーディオ信号をそれぞれ増幅してスピーカ部４０に出力するものである。
【００１６】
スピーカ部４０は、増幅された２チャンネルのオーディオ信号をそれぞれ受信する２つのスピーカからなり、例えば、超音波により音場の広がりを抑えて受聴対象者近傍のみにオーディオ振動を伝達するパラメトリックスピーカ４１のような高指向性スピーカである。
バーチャルサラウンド音響装置１は以上のように構成されている。
【００１７】
次に、本実施の形態１のバーチャルサラウンド音響装置１の動作について説明する。
図示しない制御部等から制御信号を受けて、記憶装置又はマイクなどの入力部１０が、５．１ｃｈ方式で集音された６チャンネルのオーディオ信号からなる音源データを送信すると、音像定位処理部２２は、音源データに対して演算を行い、６チャンネルのオーディオ信号の音像を保ったまま２チャンネルのオーディオ信号に変換する。
【００１８】
高指向性処理部２３は、２チャンネルのオーディオ信号に超音波で変調をかける処理を行い、各オーディオ信号を超音波帯域信号に変換して出力する。
【００１９】
変換された超音波帯域信号は、アンプ部３０で増幅された後、各パラメトリックスピーカ４１に送信され、パラメトリックスピーカ４１から超音波振動が外部に放射される。
【００２０】
ここで、本実施の形態１のバーチャルサラウンド音響装置１を用いた場合の受聴者への音の伝達について説明する。
図３は、本発明のバーチャルサラウンド音響装置１から放射される音場の状況を示す説明図である。
【００２１】
ヒトは音源の位置を特定するために、ヒトが自身の頭部伝達関数とその角度依存性を把握しているといわれており、知覚した音の音圧レベルの周波数特性と頭部伝達関数とから、音源の角度を割り出している。マルチチャンネルオーディオ信号の各オーディオ信号には、このような頭部伝達関数が組み込まれている。
【００２２】
このマルチチャンネルオーディオ信号に対して、上述した音像定位処理が行われ、各仮想スピーカから出力されるオーディオ信号の伝達関数を組み込んで２チャンネル化されたオーディオ信号は、パラメトリックスピーカ４１からなる前面スピーカ５１の左右それぞれから超音波振動が放射され、空中を伝播する間に歪みを生じることで指向性の強い可聴音が受聴者５４に伝達される。図３に示すように、この可聴音は受聴者５４の同側の耳への直接音５２として伝わり、受聴者５４の反対側耳への直接音５３はほとんど伝達されない。このように仮想スピーカ５６を含めた音響情報が受聴者５４の各耳へ伝達されて仮想音５５が再現される。
【００２３】
この際に、クロストークキャンセル処理を行ってしまうと、クロストークの原因となる音波を相殺する音波を各スピーカから出力するため、スウィートスポットを広くすることはできず受聴範囲に制限があったが、本発明のようにクロストークキャンセル処理を行わずにクロストークの発生を抑制することで、受聴範囲に広がりを持たせることができる。
【００２４】
このように本実施の形態１のバーチャルサラウンド音響装置１によれば、バーチャルサラウンド処理を行って、受聴位置におけるマルチチャンネルオーディオ信号の音像定位を保って２チャンネル化し、超音波帯域信号に変換してパラメトリックスピーカ４１から指向性の強い可聴音を放射するようにしたので、クロストークキャンセル処理を行うことなく、仮想スピーカから出力されたときの受聴位置における受聴者後方の音像定位の再現性を向上させるとともに受聴範囲を広くすることができる。
【００２５】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２のバーチャルサラウンド音響装置１から放射される音場の状況を示す説明図であり、図５は、本実施の形態２のバーチャルサラウンド音響装置１のオーディオ信号の流れを示すブロック図である。
実施の形態１では、図１に示すスピーカ部４０にパラメトリックスピーカ４１を用いた例を示したが、実施の形態２のバーチャルサラウンド音響装置１のスピーカ部４０に薄型全面駆動スピーカ４２を用いたものであり、実施の形態１と同じ構成については同じ番号で示し、その説明を省略する。
【００２６】
薄型全面駆動スピーカ４２は、例えばガムーゾン型スピーカのような帯状永久磁石と薄い樹脂膜の表面に蛇行形状の導体コイルが形成された振動膜からなる矩形の平面スピーカであり、この薄型全面駆動スピーカ４２の短辺を上下に配置されている。
【００２７】
次に本実施の形態２のバーチャルサラウンド音響装置１の処理について説明する。
記憶装置又はマイクなどの入力部１０が、５．１ｃｈ方式で集音された６チャンネルのオーディオ信号からなる音源データを送信すると、音像定位処理部２２は、音源データに対して演算を行い、６チャンネルのオーディオ信号の音像を保ったまま２チャンネル化して２チャンネルのオーディオ信号に変換する。
【００２８】
変換された２チャンネルのオーディオ信号は、アンプ部３０でそれぞれ増幅された後、薄型全面駆動スピーカ４２に送信され、各薄型全面駆動スピーカ４２からオーディオ振動が外部に放射される。
【００２９】
ここで、本実施の形態２のバーチャルサラウンド音響装置１を用いた場合の受聴者への音の伝達について説明する。
この薄型全面駆動スピーカ４２から音出力されると、図４に示すように、放射された音５８は、矩形の短辺方向へ広がるが長辺方向への広がりがほとんどないという性質を持つ。したがって、左右のスピーカ５５から放射された音５８は、左右方向への広がりを持たない指向性で伝播され、受聴者５９の反対側の耳にはほとんど伝達されない。
【００３０】
このように本実施の形態２のバーチャルサラウンド音響装置１によれば、バーチャルサラウンド処理を行って、受聴位置におけるマルチチャンネルオーディオ信号の音像定位を保って２チャンネル化したオーディオ信号を薄型全面駆動スピーカ４２から放射するようにしたので、クロストークキャンセル処理を行うことなく、仮想スピーカから出力されたときの受聴位置における受聴者後方の音像定位の再現性を向上させるとともに受聴範囲を広くすることができる。また、超音波帯域信号に変換するための演算を行わないので、処理速度を早くすることができる。
【００３１】
実施の形態３．
実施の形態１，２においては、６チャンネルのオーディオ信号にバーチャルサラウンド処理を行ったが、本実施の形態３では、６チャンネルのオーディオ信号に替えてバイノーラル録音信号を用いたバーチャルサラウンド音響装置１を示す。
図６は、本実施の形態３のバーチャルサラウンド音響装置１のオーディオ信号の流れを示すブロック図であり、図６（ａ）はスピーカ部４０にパラメトリックスピーカ４１を用いた場合、図６（ｂ）はスピーカ部４０に薄型全面駆動スピーカ４２を用いた場合を示す。なお、構成は、実施の形態１，２と同じであるため、同じ番号で示し、その説明を省略する。
【００３２】
バイノーラル方式は、例えば人間模型の頭の両耳にマイクロフォンを埋め込んだダミーヘッドマイクロフォンによって集音した音（バイノーラル信号）を再生することで、原音場を再現するものであるが、バイノーラル録音されたオーディオ信号をそのままスピーカで再生した場合、受聴者の反対側の耳に伝達されてしまいクロストークが発生してしまう。例えば、左のスピーカから放射された音が受聴者の右耳にも少しの時間遅れと異なる周波数特性で伝わってしまう。
【００３３】
そこで、本実施の形態１，２の構成のように高指向性スピーカによりバイノーラル信号を再生することで、クロストークを発生させずにバーチャルサラウンドを再現する。
【００３４】
スピーカ部４０にパラメトリックスピーカ４１を用いた場合、入力部１０から入力されたバイノーラル信号は、信号処理部２０において２チャンネルのオーディオ信号であると判別され、そのまま高指向性処理部２３へ送られる。
高指向性処理部２３はバイノーラル信号に超音波で変調をかける処理により超音波帯域信号に変換して出力する。
変換された超音波帯域信号は、アンプ部３０で増幅された後、パラメトリックスピーカ４１に送信され、パラメトリックスピーカ４１から超音波振動として外部に放射される。
【００３５】
また、スピーカ部４０に薄型全面駆動スピーカ４２を用いた場合、入力されたバイノーラル信号は、信号処理部２０からアンプ部３０へ送られ増幅された後、薄型全面駆動スピーカ４２に送信され、薄型全面駆動スピーカ４２からオーディオ振動が外部に放射される。
【００３６】
このように、本実施の形態３のバーチャルサラウンド音響装置１によれば、パラメトリックスピーカ４１や薄型全面駆動スピーカ４２のような高指向性スピーカによってバイノーラル信号を再生するので、バイノーラル信号をヘッドフォンで再生させて聴くのと同じような原音場を受聴位置で再現できる。
また、クロストークキャンセル処理を行うことなく、前方スピーカによる後方音像定位の再現性を向上させるとともに受聴範囲が広くすることができる。
【００３７】
以上のように、本発明のバーチャルサラウンド音響装置によれば、バーチャルサラウンド処理を行ったオーディオ信号を高指向性スピーカで再生するので、クロストークを抑制でき、仮想スピーカから出力されたときの受聴位置における後方音像定位の再現性を向上させるとともに受聴範囲を広くすることができる。
【００３８】
なお、本発明の実施の形態１から実施の形態３において、この前方の左右と中央、後方の左右、低音効果の６チャンネルのオーディオ信号を５．１ｃｈサラウンド方式と言う。
また、５．１ｃｈ方式のオーディオ信号をマルチチャンネルオーディオ信号の音源データとして説明しているが、これに限るものではなく、本発明においてのマルチチャンネルオーディオ信号は受聴位置における原音場の音像定位を再現できるように集音された音源データを含めて説明している。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明のバーチャルサラウンド音響装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１のバーチャルサラウンド音響装置１のオーディオ信号の流れを示すブロック図である。
【図３】この発明のバーチャルサラウンド音響装置１から放射される音場の状況を示す説明図である。
【図４】この発明のバーチャルサラウンド音響装置１から放射される音場の状況を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２のバーチャルサラウンド音響装置１のオーディオ信号の流れを示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態３のバーチャルサラウンド音響装置１のオーディオ信号の流れを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  バーチャルサラウンド音響装置、１０  入力部、２０  信号処理部、２２  音像定位処理部、２３  高指向性処理部、３０  アンプ部、４０  スピーカ部（高指向性スピーカ）、４１  パラメトリックスピーカ（高指向性スピーカ）、４２  薄型全面駆動スピーカ（高指向性スピーカ）、５１  前面スピーカ、５２  受聴者の同側耳への直接音、５３  受聴者の反対側耳への直接音、５４，５９  受聴者、５５  仮想音、５６  後方仮想スピーカ、５７  薄型前面駆動スピーカ、５８  音波の放射範囲。
【図１】
2010068023.tif 000003
【図２】
2010068023.tif 000004
【図３】
2010068023.tif 000005
【図４】
2010068023.tif 000006
【図５】
2010068023.tif 000007
【図６】
2010068023.tif 000008