(57)【要約】【課題】リスナーに近い音源、典型的にはリスナーの頭から約１．５ｍより近いと思われる音源の知覚を、簡単な構成で再現する方法の実現。【解決手段】原音響信号に位置測定キューを提供して、選択された方向およびリスナーの頭から１．５ｍ以下の選択された近領域距離において発すると知覚されるように変形された信号を発生する方法であって、選択された近領域距離より大きな参照距離に対して作られたＨＲＴＦの組みに対応したフィルタリングを適用して原音響信号を変形し、参照距離に対するＨＲＴＦフィルタリングの関数である利得、遅延およびスペクトル的な整形を２つのチャンネルの提供し、各チャンネルごとに前記近領域源から各耳までの距離により決定されるチャンネル利得の異なる増幅による近領域利得補正を提供することにより原音響信号を変形する。【選択図】図９
2010004512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用中のリスナーの好適な位置に対する空間内の所定の方向で音源に対応する左右チャンネルを有するオーディオ信号を提供する単一チャンネルオーディオ信号の処理方法であって、
チャンネル内の情報は前記好適な位置からの前記単一チャンネルオーディオ信号の方向を知覚するキューを含み、
当該方法は、
（ａ）前記２つのチャンネル内の同一の単一チャンネル信号を有する２つのチャンネル信号を提供するステップと、
（ｂ）複数のヘッド応答伝達関数の１つを使用してチャンネルのそれぞれを変形することにより、前記２つのチャンネル信号を変形して、リスナーの右耳に対する一方のチャンネルにおける右信号と前記リスナーの左耳に対する他方のチャンネルにおける左信号とを提供するステップと、
（ｃ）前記所定の方向から来る信号に対する両耳間時間差に対応するチャンネル間の時間遅延を導入し、該両耳間時間差は所定の時間における音源の方向を知覚するためのキューを提供する方法において、
当該方法は、前記左信号と前記右信号を前記所定の時間においてそれぞれの値になるように強度を制御することを含み、前記値は前記所定の時間における前記好適な位置からの前記音源の距離の知覚のためのキューを提供するように選択されることを特徴とするオーディオ信号の処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の単一チャンネルオーディオ信号の処理方法であって、前記左信号の強度と前記右信号の強度は、別々に選択される方法。
【請求項３】
前のいずれかの請求項に記載の方法であって、前記左信号の強度と前記右信号の強度は、使用中のリスナーの頭の前記好適な位置に対する音源の位置を選択することにより決定され、前記リスナーの各耳に対する前記音源の前記選択された位置からの距離を決定し、及び音の強度の距離に依存する逆２乗則を使用して前記対応する左信号の強度と右信号の強度を決定する方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記所定の時間における、前記リスナーの各耳までの前記選択された音源の位置からの距離は、ルックアップテーブルから決定される方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、前記所定の時間における、前記リスナーの頭の中心までの前記音源の位置からの距離が選択され、各耳までの距離は、両耳間時間遅延から決定される方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、各耳までの距離は、ルックアップテーブルから決定される方法。
【請求項７】
前のいずれかの請求項に記載の方法であって、前記左信号の強度又は前記右信号の強度は、聞こえないほど十分に小さい方法。
【請求項８】
前のいずれかの請求項に記載の方法であって、前記左信号及び右信号は、スピーカによる再生のために左右のチャンネルに供給される時、キャンセル又は両耳間クロストークを低減するように補償される方法。
【請求項９】
前のいずれかの請求項に記載の方法であって、得られた２つのオーディオ信号は、更なる２つ以上のチャンネルオーディオ信号の組合せである方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記信号は、対応するチャンネルの内容を加算することにより組み合わされ、２つのチャンネルを有する組み合わされた信号を提供する方法。
【請求項１１】
前のいずれかの請求項に記載された方法を組み込んだコンピュータプログラム。
【請求項１２】
前のいずれかの請求項に記載された方法を実行する装置。
【請求項１３】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法で処理されたオーディオ信号。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一チャンネルオーディオ信号を処理して、使用中のリスナーの好ましい位置に対する空間内で、所定の方向にある音源に対応する左右チャンネルを有するオーディオ信号を提供する方法に関し、チャンネル内の情報は前記好ましい位置から前記単一チャンネルオーディオ信号の方向を知覚するための合図（キュー）を含み、この方法は、（ａ）２つのチャンネル内の同一の単一チャンネル信号を有する２つのチャンネル信号を提供し、（ｂ）複数のヘッドレスポンス（頭応答）伝達関数の１つを使用して各チャンネルを修正することにより、２つのチャンネル信号を修正して、一方のチャンネルにリスナーの右耳用の右信号を提供し、他方のチャンネルにリスナーの左耳用の左信号を提供し、（ｃ）所定の方向から来る信号の両耳間の時間差に対応するチャンネル間の時間差を導入し、両耳間の時間差が所定の時間における音源の方向を知覚するキューを提供する。
【背景技術】
【０００２】
２つの耳を有するリスナーに再演する３次元音場を再生するオーディオ信号の処理は、１９３０代のAlan Blumlein によるステレオの発明以来、発明者にとっての長年の目標であった。１つのアプローチは、多数の音再生チャンネルを使用してスピーカのような複数の音源でリスナーを囲むことであった。他のアプローチは、人工耳の聴覚導管(auditory canals))内に位置するマイクロフォンを有するダミー頭（ダミーヘッド）を使用して、ヘッドフォン聴取のための音記録を行う。このような音場の双聴覚用(binaural)合成(synthesis) に対する特に約束されたアプローチは、欧州特許EP-B-0689756に説明されており、それは１対のスピーカ及び２つの信号チャンネルだけを使用する音場の合成を説明しており、それにもかかわらず音場は、球体の中心に位置するリスナーの頭を囲む球体上のどこかに音源が現れるようにリスナーが知覚するのを可能にする方向情報を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
過去に開発されたこのようなシステムの欠点は、再現された音場が方向情報を有しているにもかかわらず、リスナーに近い音源、典型的にはリスナーの頭から約１．５ｍより近いと思われる音源の知覚を再現するのが難しいことであった。このような音響効果は、例えばコンピュータゲーム、又はリスナーの頭に近接した空間位置から発散するように見えるような音が要求されるような、又は時間と共にリスナーに向かって又は離れるように移動すると知覚される音源のような、又はリスナーの耳元にささやく人が知覚されるような他の応用で非常に効果的である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、請求項１から１１に規定されるような方法が提供される。本発明の第２の態様によれば、請求項１２に規定されるような装置が提供される。本発明の第３の態様によれば、請求項１３に規定されるようなオーディオ信号が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の実施例は、添付の概略図面を、例としてのみ参照して以下に説明される。
【０００６】
本発明は、特に、２個のスピーカステレオシステム又はヘッドフォンからの３Ｄ音（サウンド）の再生に関する。この形式の３Ｄサウンドは、例えば、EP-B-0689756に記載されており、ここではこれを参照する。
【０００７】
単一音源は、１組の頭応答伝達関数(HRTFs; ヘッドレスポンストランスファーファンクション）を介して、処理結果のステレオ−組信号が３Ｄサウンドキューを含むようにデジタル的に処理できることが知られている。これらのサウンドキューは、我々が実際の生活で音を聞く時に頭と耳によって自然に導入され、それらは両耳間強度差（ＩＡＤ）、両耳間時間差（ＩＴＤ）及び外側の耳によるスペクトル整形を含む。このステレオ信号組が例えばヘッドフォンによってリスナーの適当な耳に効果的に導入される時、彼又は彼女は、信号処理で使用されるＨＲＴＦの空間配置に従って、元（オリジナル）の音が空間のある位置にあるように知覚する。
【０００８】
ヘッドフォンの代わりにスピーカから聞く時、信号は耳に効果的に運ばれず、３Ｄサウンドキューを示す「両耳間(transaural)音声クロストーク」が存在する。これは、左耳は右耳が聞くものの一部を（約０．２ｍｓの小さな付加時間遅延の後に）聞くということを意味するなどといったことである。このようなことが起きるのを避けるために、反対側のスピーカからの信号の適当なクロストークキャンセルを生成することが知られている。これらの信号は、クロストーク信号に対して、強度が同じで反転しており（逆位相）、それらを相殺（キャンセル）するように設計される。第２のクロストークに寄与するキャンセル信号自体の第２の（及びより高次の）効果及びその補正を予想するより進んだ機構があり、これらの方法は従来技術で知られている。
【０００９】
ＨＲＴＦ処理及びクロストークキャンセルが正しく実行される時及び高品質のＨＲＴＦ音源データを使用する時、効果が非常に顕著である。例えば、リスナーの回りの音源の仮想イメージを、完全な水平円内で、前から始めて、リスナーの右側を回り、リスナーの後ろ、そして左側を回り再び前に戻るように移動させることが可能である。更に、音源をリスナーの回りの垂直な円で移動させることも可能であり、音が空間の選択されたどこかの位置から来るように思わせることも可能である。しかしながら、いくつかの特定の位置は、音響心理学的な理由及び実際的な理由により、他の位置より合成するのが難しい。
【００１０】
例えば、直接上方及び下方に移動する音源の効果は、リスナーの両側（方位角９０°）における方が、直前（方位角０°）におけるより大きい。これは、恐らく、脳が左右の差情報に対してより働くためである。同様に、リスナーの直前（方位角０°）の音源とリスナーの直後（方位角１８０°）の音源の間を異ならせるのは難しい。これは、脳が（ＩＴＤ＝０）で動作する時間要因情報が存在しないためであり、脳に有効な他の情報、すなわちスペクトルデータだけは、これらの位置の両方で類似している。実際、音源がリスナーの前にある時、より多くのＨＦエネルギが知覚される。これは前の音源からの高周波数は外耳の後ろの壁から耳道に反射されるが、後側の音源からのそれは、耳翼の回りで十分に回折できず効果的に耳道の入らないためである。
【００１１】
実際、３Ｄサウンド効果が合成できるように、ＨＲＴＦデータのライブラリィを導出するために、人工頭から測定を行うことが知られている。いくつかの理由で、１ｍ又はその付近の距離でこれらの測定を行うことが共通の慣例である。第１に、このような測定に使用される音源は、理想的には、点音源であり、通常はスピーカが使用される。しかし、スピーカのダイアフラムの最小の大きさ（サイズ）には物理的な限界がある。典型的には、数インチの直径が、要求される出力（パワー）能力及び低歪特性を維持できる実際の小ささである。そのため、点音源を示すこれらのスピーカ信号の効果を有するためには、スピーカを人工頭から約１ｍの距離に離さなければならない。第２に、通常は数ｍ又はそれ以上の明白な距離を有するＰＣゲームなどのための音響効果を生成するように要求され、更に１ｍで測定されたＨＲＴＦとより大きな距離で測定されたものとの間にほとんど差がないため、１ｍでの測定が使用される。
【００１２】
中間距離（例えば、１ｍから５ｍ）又は遠距離（５ｍ以上）にあると思われる音源の効果は、主信号に残響信号を加えることによって容易に生成することができ、周囲の床及び壁からの反射音波の効果をシミュレート（模擬）する。音源の高周波数（ＨＦ）成分の低減は、離れた音源の効果の生成を補助することも可能で、空気によるＨＦの選択的な吸収をシミュレートするが、これは微妙な効果である。要するに、数ｍを越える距離にある音源の制御の効果は公知である。
【００１３】
しかし、多くのＰＣゲームの状況では、リスナーの非常に近くにある音源効果が望ましい。例えば、アドベンチャゲームでは、リスナーの耳の一方に指示をささやくガイドが必要であり、別のフライトシミュレータでは、リスナーはパイロットであり、ヘッドフォンを介して航空交通情報を聞く効果を生成することが要求される。戦闘ゲームでは、リスナーの頭の近くを弾丸が飛ぶように思わせることが要求される。これらの効果は１ｍの距離で測定されたＨＲＴＦでは不可能である。
【００１４】
従って、音源がスピーカ距離から移動し、例えばリスナーの頭の近く、更にはリスナーの一方の耳に「ささやく」ようにさえ思わせることが可能な「近領域」距離効果を生成できることが望まれている。原理的には、例えば、１ｍ、０．９ｍ、０．８ｍなどの異なる距離でのＨＲＴＦのフルセット（全組）を作り、近領域効果のこれらのライブラリィの間で切り換えることが可能である。しかし、すでに述べたように、測定はこれらの距離では点音源特性から外れた形状のスピーカダイアフラムによって妥協して行われる。更に、ＨＲＴＦの各セットの測定を行うには莫大な努力が必要であり（典型的には、１０００ＨＲＴＦセット以上を有する１つのＨＲＴＦライブラリィを得るには、測定に数人・週が必要で、これらを使用可能なフィルタ係数に処理するにも同様の時間が必要である。）、従ってこのためには非常なコストがかかる。更に、ＰＣにおける追加された各ＨＲＴＦライブラリィの記憶には、かなりの付加メモリが必要である。更に、このような解決方法は、量子化された距離効果になり、音源がリスナーの頭に向かってスムーズに移動することができず、異なるＨＲＴＦセットの間で切り換えると「ジャンプ」したように思われるという別の問題がある。
【００１５】
理想的には、要求されているのは、「標準」の１ｍのＨＲＴＦセットを使用して近領域距離効果を生成する手段である。
【００１６】
本発明は、「標準」の１ｍのＨＲＴＦセットを使用して３Ｄサウンド合成用の近領域距離効果を生成する手段を備える。この方法は、（ａ）必要な近接、及び（ｂ）空間位置の関数として相対的な左右チャンネル強度差を制御するアルゴリズムを使用する。このアルゴリズムは、音源が１ｍの距離から頭に向かって移動する時ＨＲＴＦの左耳と右耳の個別の特性はそのスペクトル特性が大きくは変化しないという観察に基づいている。しかし、それらの間の強度及び強度の差は大きく変化し、距離比効果を生じる。発生するスペクトル特性における小さな変化は、頭の影効果に大きく関係しており、これらは必要ならば近領域効果アルゴリズムに加えることができる。
【００１７】
ここの説明では、「近領域(near-field)」という表現は、頭の中心から約１ｍ−１．５ｍの距離までのリスナーの頭の回りの空間の体積を意味すると定義される。実際的な理由のため、「近限界」を定義することも有用であり、これとして０．２ｍの距離が本発明を説明する目的で選択される。これらの限界は、両方共、典型的なＨＲＴＦ測定距離（１ｍ）と例えばゲームで生成することが望まれる最接近距離に基づいて、純粋に説明の目的で選択された。しかし、究極の「近接」は、彼又は彼女が単一イヤフォンを付けている場合のような単一の耳で音だけを聞くリスナーによって表されるという点に着目することも重要である。これもシミュレートでき、頭に近い又は「近領域」効果の究極の限界ケースとみなすことができる。この「一方の耳にささやく効果」は、遠耳利得（ゲイン）をゼロに又は聞こえないほど十分に低い値にセットするだけで実現できる。そして、処理されたオーディオ信号がヘッドフォンに流されている時、又は適当な両耳間クロストークキャンセル処理の後スピーカに流されている時、音は「一方の耳」内にあるように思われる。
【００１８】
最初に、例えば強度の変化を考察する。音源が１ｍの距離から頭に向かって移動する時、距離比（左耳から音源までの距離に対する右耳から音源までの距離）は非常に大きくなる。例えば、水平面内で４５°の方位角にあり、頭の中心から１ｍの距離にある音源に対しては、近い耳（近耳）は約０．９ｍの距離であり、遠い耳（遠耳）は約１．１ｍである。従って、比は（１．１／０．９）＝１．２２である。音源が０．５ｍの距離に移動した時、比は（０．６／０．４）＝１．５になり、距離が２０ｃｍの時、比は約（０．４／０．１）＝４である。伝搬する波のエネルギが増加する面積に広がるので、音源の強度は距離に従って減少する。波面は膨張する風船に似ており、エネルギ密度は伝搬する波面の表面積に関係し、進む距離（風船の半径）の２乗則に関係する。
【００１９】
これが、よく知られている点音源から進む距離の逆２乗則の強度低下を与える。左右のチャンネルの強度比は、距離の２乗の逆比に関係する。従って、距離１ｍ、０．５ｍ及び０．２ｍの強度比は、それぞれ約１．４９、２．２５及び１６である。ｄＢ単位で表現すると、これらの比はそれぞれ１．７３ｄＢ、３．５２ｄＢ及び１２．０４ｄＢである。
【００２０】
次に、頭の影の効果を考察する。例えば、音源が頭から１ｍで、方位角４５°である時、到着する音波は、頭の影内にある遠耳に到達するのに、頭の１／４だけ回りを進む。しかし、音源が例えば２０ｃｍという具合により近いと、音波が遠耳に到達できるまでに半球全部を回らなければならない。従って、遠耳に到達するＨＦ要素は比例して減少する。
【００２１】
しかし、強度比の差は距離に依存しているため、上記の例で説明したよりも状況は複雑であることに着目することが重要である。例えば、上記の状況が頭に近づく前側の（方位角０°）の音源に対して繰り返されるのであれば、対称性のために左右チャンネルの強度の間には差がない。この例では、強度レベルは逆２乗則に従って単純増加する。
【００２２】
ＬとＲのチャンネル利得（ゲイン）を正しく正確に制御するアルゴリズムで、３次元空間におけるいかなる特別な近接した位置にどのようにして関係付けることができるのであろうか。キーとなる要因は、両耳間時間遅延であり、これによりアルゴリズムを非常に効果的で効率のよい方法で空間位置に対応させることが可能になる。
【００２３】
本発明は、いくつかのステージで最適に説明されるが、両耳間時間遅延の説明から始め、リスナーの近領域のおける近耳と遠耳の近似距離の偏差の説明を続けて行う。図１は、リスナーの回りの近領域の図を、以下の説明の間参照される参照平面及び軸と一緒に示す。ここでは、Ｐ−Ｐ’はリスナーの頭の中心を切った水平面の前後の軸を表し、Ｑ−Ｑ’で左右の対応する側方軸を表す。
【００２４】
すでに言及したように、音源が極位置を含む中央平面内になければ（すなわち、直前直後の上下になければ）、音波が頭に斜めに入射する時、左右の耳の間に到着時間の差がある。これは両耳間時間遅延（ＩＴＤ）として知られており、図２のように図の形で示すことができる。図２は、方位角θ（ここでは約４５°）である距離にある音源からの音響信号を左右の耳で受ける概念的な頭の平面図を示す。波面（Ｗ−Ｗ’）が右耳に到達する時、それが左耳（ＬＥ）に到達するまでになお（ａ＋ｂ）の経路長があることが分かる。構成の対称性により、ｂ部分は頭の中心から波面Ｗ−Ｗ’までの距離に等しく、従ってｂ＝ｒ．ｓｉｎθである。弧ａは円周部分を表し、θに対する円弧である。考察すると、経路長（ａ＋ｂ）は次の式で与えられる。
【００２５】
【数１】
2010004512.tif 000003
【００２６】
（（ｃｍ単位で表された）この経路長は、３４．３で除することで、（ｍｓ単位の）対応する時間遅延に変換できる。）
特に、θがゼロになると、それに従って経路長もゼロになることが分かる。更に、θが９０°になると、頭の直径が１５ｃｍであれば経路長は約１９．３ｃｍであり、関係するＩＴＤは約５６３μｓである。実際、ＩＴＤはこれより少し大きく測定され、典型的には７０２μｓ程度である。これは、（耳翼及び鼻の存在を含めた）頭の非球面特性、複雑な回折状況及び表面効果によると思われる。
【００２７】
このステージで、この導出は水平面における前−右象限（方位角０°と９０°の間）に関係するが、４つの象限すべてで有効である。これは、（ａ）前−右及び右−後象限はＱ−Ｑ’軸に対して対称であり、（ｂ）右の２つの象限は左の２つの象限と対称である。（当然この後の場合には、時間ずれよりも、時間遅延が逆で、左耳の信号が右耳の信号になる。）
従って、水平面には、例えば３０°と１５０°、４０°と１４０°などのようなある特定の（有効な）時間遅延に関係する２つの相補な位置が存在するというのが適切である。実際、測定は時間遅れが完全には対称でないことを示しており、例えば最大の時間遅延は方位角９０°で生じるのではなく、８５°付近で生じることを示す。これらの小さな非対称性は、説明を明瞭にするために一時的に棚上げにする。しかし、アルゴリズムのインデックスとしての時間遅延の使用は詳細な非対称性のすべてを考慮し、それにより近接した音源をシミュレートするよい手段を提供することが分かるであろう。
【００２８】
これから更に続けて、頭が近似的に球体であるとすると、対称性は３次元まで延長し、上側の半球は下側の半球に対して対称であり、水平面に対しての折り返しである。従って、所定の（有効な）両耳間時間遅延に対して、水平面上の１組の点ではなく、上記の点で水平面と交差する近似的に円である軌跡が存在する。実際、軌跡は側方軸Ｑ−Ｑ’に配置されたリスナーの適当な耳から伸びる仮想の円錐の表面で示すことができる（図３と図４を参照）。
【００２９】
このステージでは、次のことが重要である。
（１）両耳間時間遅延は、音源と各耳の間の相対的な音響経路長の差の非常に近い近似を表し、及び
（２）両耳間時間遅延は、各ＨＲＴＦの組の積分された特徴である。
【００３０】
従って、いかなる３Ｄサウンド合成システムもＨＲＴＦデータを使用する時には、関係する両耳間時間遅延を相対的な経路長差のすばらしいインデックスとして使用できる。それは物理的な測定に基づいているので、上記の実際の生活の非線型性を伴う実際の測定である。
【００３１】
次のステージは、「近接した」仮想音源が要求される時に、左耳と右耳のチャンネルに印加しなければならない信号利得の値の決定手段を見出すことである。これは、近耳及び遠耳状況を交互に考察し、そして１ｍの距離をそこでの音響強度を０ｄＢであるとする最遠の参照データとして使用すれば可能である。
【００３２】
図５は、リスナーの頭とそれを囲む近領域を一緒に示す平面図である。最初の例では、前−右の象限に特に注目する。水平面における近領域の位置と近耳（この場合は右耳）までの距離の間の関係を規定できるなら、これは右チャンネルの利得を制御するのに使用できる。この状況は、図６に示すように、近接した前側位置への（経路“Ａ”のような）音源から耳への「真の」経路が、（“Ｂ”で示すような）直接距離に類似していると仮定することが可能であれば、解くのは簡単である。これにより、図６の左側の図に示すように、リスナーに対して前−右側の象限にありθの方位角の音源Ｓを示す状況が簡単になる。更に、音源の頭の中心からの距離がｄで示され、音源の近耳からの距離がｐで示される。Ｓ−頭の中心−Ｑ’のなす角度は、（９０°−θ）である。近耳距離は、Ｓ−頭の中心−近耳の三角形から余弦（cosine）法則を使用して導出できる。
【００３３】
【数２】
2010004512.tif 000004
【００３４】
もし頭の半径ｒが７．５ｃｍであると仮定すると、ｐは次の式で与えられる。
【００３５】
【数３】
2010004512.tif 000005
【００３６】
図７は、リスナーの頭の平面図を、それを囲む近領域と一緒に示す。再度我々は前右側の象限に着目する。しかし、音源と遠耳の間の経路は、図７の右側に詳細図に明瞭に示されているように、２つの連続成分を備える。第１にｑを付した頭に対して正接な音源Ｓからの直接経路があり、第２に正接点Ｔから遠耳までの頭Ｃの回りの円周経路がある。前述のように、音源から頭の中心までの距離はｄであり、頭の半径はｒである。正接点と頭の中心が音源でなす角度は、角度Ｒである。
【００３７】
正接経路ｑは、三角形から簡単に計算できる。
【００３８】
【数４】
2010004512.tif 000006
【００３９】
そして、角度Ｒは、
【００４０】
【数５】
2010004512.tif 000007
【００４１】
である。
【００４２】
Ｓ−Ｔ−頭の中心の三角形を考えると、角度Ｐ−頭の中心−Ｔは（９０−θ−Ｒ）であり、従って角度Ｔ−頭の中心−Ｑ（弧自体のなす角度）は（θ＋Ｒ）でなければならない。円周経路はこの角度から計算でき、それは
【００４３】
【数６】
2010004512.tif 000008
【００４４】
である。
【００４５】
従って、式（５）を式（６）に代入し、式（４）と合わせることにより、音源から７．５ｃｍの半径の頭の遠耳までの全距離の表現が計算できる。
【００４６】
【数７】
2010004512.tif 000009
【００４７】
近耳利得ファクタを、リスナーの頭からのいくつかの距離における方位角の関数として近耳利得ファクタを論じることは有益である。これを行い、その結果が図１０にグラフで示される。利得は０ｄＢで規定される１ｍの参照距離に対するｄＢ単位で表現される。ｄＢで表した利得は、経路長ｄ（ｃｍ）から逆２乗則に従って計算され、次のようになる。
【００４８】
【数８】
2010004512.tif 000010
【００４９】
グラフから分かるように、１００ｃｍの線は、予想通りに方位角０°で０ｄＢに等しく、音源が近耳の線である９０°の位置に回転移動すると、音源は実際には少し近づくので、レベルは＋０．６８ｄＢに増加する。２０ｃｍの線は、より近づくので当然に方位角０°で１３．４ｄＢの利得を示し、音源が９０°の位置に回転移動すると、レベルは１８．１ｄＢに増加する。この時の増加は更に大きい。他の距離の線は、これらの２つの両極端の中間の特性を示す。
【００５０】
次に、遠耳利得ファクタを考察する。これは、図１１にグラフで示される。グラフから分かるように、１００ｃｍの線は、（予想通りに）方位角０°で０ｄＢに等しいが、ここでは音源が遠耳から離れる９０°の位置に回転移動すると、レベルは−０．９９ｄＢに減少する。２０ｃｍの線は、方位角０°で１３．８ｄＢの利得を示し、等距離の近耳と同様に、音源が９０°の位置に回転移動すると、レベルが９．５８に減少し、１００ｃｍデータよりはるかに大きな減少になる。同様に、他の距離の線は、これらの２つの両極端の中間の特性を示す。
【００５１】
仮想音源に対する近領域効果を生成するのに適したＨＲＴＦ利得ファクタのセットが特定の方位角及び必要な距離に基づいて計算できることが示された。しかし、実際には、位置データは、通常球面座標で規定される。すなわち、方位角θと仰角φ（本発明では更に距離ｄ）である。従って、適当なＬとＲの利得ファクタを計算するために、式（３）と（７）を使用して、このデータを等価な水平面の方位角（及び０°から９０°）に計算及び変換することが求められる。これは、非常な計算資源を必要とし、ＣＰＵ又は供用されるＤＳＰは、ほぼフル容量で動作することに気付くことが必要であり、できれば避けるのが最良である。
【００５２】
他の方法は、いくつかの特定の距離におけるすべての可能な方位角と仰角に対する（典型的には１つのＨＲＴＦライブラリィで約１，１１１）ＬとＲの利得ファクタを記載した汎用の「ルックアップ」テーブルを作成することである。従って、このテーブルは、４つの特定の距離に対して、1,111 ×４×２(8,888) 要素を必要とし、従ってそれに割り当てられるコンピュータメモリの非常に大きな量を必要とする。しかし、発明者は、各ＨＲＴＦで行われる時間遅延は適当なＬとＲの利得ファクタを選択するためのインデックスとして利用できることが分かった。各両耳間時間遅延は、特定の方位角に交互に関係する等価水平面と関係する。これは、はるかに小さいルックアップテーブルが使用できることを意味する。上記の解決方法のＨＲＴＦライブラリィは、３°ずつ水平面を増加させるようにすると、０°から９０°の範囲で３１個のＨＲＴＦがある。従って、時間遅延インデックスルックアップテーブルの大きさは、３１×４×２要素（２４８要素）であり、上記の「汎用」テーブルの大きさの２．８％にすぎない。
【００５３】
本発明の説明の最終ステージでは、その方位角に対して０°から９０°の範囲で測定された水平面のＨＲＴＦ時間遅延を、前のセクションで導出した近耳と遠耳利得ファクタを一緒に表にする。これは、時間遅延と利得ファクタを関連させ、実際のシステムで使用されるルックアップテーブルを表す。このデータが、表１（近耳データ）と表２（遠耳データ）の形で以下に示される。
【００５４】
【表１】
2010004512.tif 000011
【００５５】
【表２】
2010004512.tif 000012
【００５６】
上記の表における時間遅延は、４４．１ｋＨｚのサンプリングレートに関係するサンプル周期の単位で示されており、それゆえ各サンプル単位は２２．６７６μｍである。
【００５７】
仮想音源が、水平面内に、方位角６０°で、０．４ｍの距離に位置していることが要求される場合を考察してみる。表１を使用して、ＨＲＴＦに適用されなければならない近耳利得は９．４４ｄＢとして示され、遠耳利得は（表２から）６．２７ｄＢである。
【００５８】
第２の例として、仮想音源が、水平面内以外の、方位角４２°で、仰角−６０°で、０．２ｍの距離に位置していることが要求される場合を考察してみる。この特別な空間位置に対するＨＲＴＦは、（４４．１ｋＨｚで）７サンプル周期の時間遅延を有する。従って、表１を使用して、ＨＲＴＦに適用されなければならない近耳利得は１４．３９ｄＢとして示され、遠耳利得は（表２から）１２．４８ｄＢである。（このＨＲＴＦ時間遅延は、１８°の方位角の水平面ＨＲＴＦのそれと同じである。）
本発明の適用は直接的であり、図９に概略的に示される。図８は、以下のように、仮想音源を生成する従来の手段を示す。第１に、仮想音源の空間位置は特定され、その位置に対する適当なＨＲＴＦが選択される。このＨＲＴＦは、左耳関数と、右耳関数と、両耳間時間遅延値とを備える。仮想音源を生成するコンピュータシステムでは、ＨＲＴＦデータは、一般的には（各チャンネルに対して１つの）ＦＩＲフィルタの組を制御するのに適したＦＩＲフィルタ係数の形式であり、時間遅延は数字で表現される。モノラル音源は、信号処理機構に送られ、図示のように左側と右側チャンネル出力を生成する。（これらの出力信号はリスナーのヘッドフォン、又はスピーカ再生のためのクロストークキャンセル処理、又は他の手段に送るのに適する。）
図９に示すように、本発明は、この方法を追加するが、余分な計算はほとんど必要としない。この時、信号はあらかじめ処理されるが、近耳距離も特定され、選択されたＨＲＴＦからの時間遅延データと一緒に、ルックアップテーブルからの左右の各チャンネルに対する利得を選択するのに使用される。次に、このデータは、前述のように次のステージに出力される前に信号の利得を制御するのに使用される。
【００５９】
図９に示した左チャンネル出力と右チャンネル出力は、例えば、対応するチャンネルにおける信号を単に加えるだけで、ヘッドフォンに送られる通常のステレオ又は両耳信号と直接合わせることができる。図９に示す出力が、（例えばEP-B-0689756に記載されたSensaura（商標名）の方法を使用するような）両耳合成により発生される３Ｄ音場を生成するために作られた信号と合わされる。そして、２つの出力信号は、両耳間クロストーク補正を実行した後、両耳信号の対応するチャンネルに加えられる。
【００６０】
上記の例では、左右信号の強度の設定はヘッド応答伝達関数を使用する変形の後に実行されるが、強度は望むならこのような信号処理の前に設定でき、記載の方法でのステップの順番は、本発明の基本的な部分ではない。
【００６１】
上記の例では、使用中のリスナーの好適な位置に対する仮想音源の位置は一定であり時間と共に変化しないが、仮想音源に対する連続した異なる位置の適当な選択により、望むなら使用中のリスナーの頭に対して移動するようにできる。この明白な移動は、好適な位置からの仮想音源の方向を変えるか、又は好適な位置からの距離を変えるか、又はその両方を変えることで提供される。
【００６２】
最後に、添付の要約書の内容は、参考としてこの記載に加えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、リスナーの頭と座標システムを示す。
【図２】図２は、頭の平面図と到着する音波を示す。
【図３】図３は、等しい両耳間又は両耳間遅延を有する点の軌跡を示す。
【図４】図４は、図３の軌跡の等距離図法による図を示す。
【図５】図５は、リスナーの頭を囲む空間の平面図を示す。
【図６】図６は、近耳に対する距離の計算で使用される経路を示すリスナーの頭の別の平面図を示す。
【図７】図７は、遠耳に対する距離の計算で使用される経路を示すリスナーの頭の別の平面図を示す。
【図８】図８は、従来技術の方法のブロック図を示す。
【図９】図９は、本発明による方法のブロック図を示す。
【図１０】図１０は、方位角と距離の関数である近耳利得のプロットを示す。
【図１１】図１１は、方位角と距離の関数である遠耳利得のプロットを示す。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年9月11日(2008.9.11)
【手続補正１】
【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】
原音響信号に位置測定キューを提供して、選択された方向およびリスナーの頭から１．５ｍ以下の選択された近領域距離において発すると知覚されるように変形された信号を発生する方法であって、
前記選択された近領域距離より大きな参照距離に対して作られた前記リスナーからの所定の方向に対する測定されたＨＲＴＦの組みに対応したフィルタリングを適用することにより、前記ＨＲＴＦの組みからのフィルタリングされた出力は、前記参照距離に対するＨＲＴＦフィルタリングの関数である利得、遅延およびスペクトル的な整形を２つのチャンネルに提供するように前記原音響信号を変形し、
それぞれのチャンネル利得を異ならせるように増幅する近領域利得補正を提供することにより前記原音響信号を変形し、
前記近領域利得補正における各チャンネルに対する異なる増幅は、各チャンネルごとに前記近領域源から各耳までの距離により決定される方法。
【請求項２】
前記近領域距離は、０．２ｍより大きいかまたは等しく、１．５ｍより小さいかまたは等しく、前記参照距離は１．０ｍと１．５ｍの間である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記近領域距離に対して、それぞれの出力チャンネルごとの前記近領域利得補正は、前記近領域音源から各耳までの距離比に従った、および前記リスナーの頭から前記選択された近領域距離に位置する前記音源に対する音源から耳までのそれぞれの距離に基づいた、増幅である請求項１に記載の方法。