(57)【要約】  本発明に係る音像定位装置は、受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位装置であって、受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、複数のスピーカに対応して設けられ、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数のレベル調整手段とを備え、各レベル調整手段は、第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した所定の位置に音像が定位するように、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを対応するスピーカに応じたレベルに調整する。
2008047833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位装置であって、
前記受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に前記音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、
前記複数のスピーカに対応して設けられ、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数のレベル調整手段とを備え、
各前記レベル調整手段は、前記第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に前記受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した前記所定の位置に前記音像が定位するように、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを前記対応するスピーカに応じたレベルに調整する、音像定位装置。
【請求項２】
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づく振幅周波数特性を有するように、前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位装置。
【請求項３】
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくノッチ特性を有するように、前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位装置。
【請求項４】
前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくノッチ特性は、４ｋＨｚより高い周波数帯域において少なくとも２つ存在することを特徴とする、請求項３に記載の音像定位装置。
【請求項５】
前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数が有するノッチ特性に関する情報と、当該受聴者を識別する情報とを対応付けした対応情報を、前記受聴者ごとに記憶する記憶部をさらに備え、
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が当該受聴者に応じたノッチ特性を有するように、前記記憶部に記憶される対応情報に基づいて前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、請求項３に記載の音像定位装置。
【請求項６】
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくピーク特性を有するように、前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位装置。
【請求項７】
各前記レベル調整手段は、周波数に関わらず同じ調整値を用いて、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項８】
各前記レベル調整手段は、所定の周波数帯域ごとに異なる調整値を用いて、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項９】
前記複数のレベル調整手段に対応して設けられ、対応する前記レベル調整手段から出力された音響信号の位相周波数特性を調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の位相特性調整手段をさらに備え、
各前記位相特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音の振幅周波数特性が変化しない範囲において、前記第１の角度だけ回転した位置から前記第２の角度だけ回転した前記所定の位置に前記音像が定位するように、前記対応するレベル調整手段から出力された音響信号の位相周波数特性を前記対応するスピーカに応じた特性に調整する、請求項１から８のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１０】
前記入力される音響信号うち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて前記振幅特性調整手段に出力する高域通過手段をさらに備える、請求項１から９のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１１】
前記入力される音響信号のうち、前記所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、
前記所定の位置に前記音像が定位するように、前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を調整し、前記複数のスピーカにそれぞれ出力する調整手段とをさらに備える、請求項１０に記載の音像定位装置。
【請求項１２】
前記調整手段は、前記複数のスピーカに対応して設けられ、前記所定の位置に前記音像が定位するように、前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段を有する、請求項１１に記載の音像定位装置。
【請求項１３】
前記調整手段は、前記複数のスピーカのうちのいずれか１つである所定のスピーカ以外に対応して設けられ、前記所定の位置に前記音像が定位するように、前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段を有する、請求項１１に記載の音像定位装置。
【請求項１４】
各前記振幅位相特性調整手段の伝達関数は、前記振幅位相特性調整手段が前記複数のスピーカ全てに対応して設けられたと仮定したときに前記所定のスピーカ以外に対応して設けられる前記振幅位相特性調整手段それぞれに設定されるべき伝達関数を、当該仮定において前記所定のスピーカに対応して設けられる前記振幅位相特性調整手段に設定されるべき伝達関数で除算することにより算出される、請求項１３に記載の音像定位装置。
【請求項１５】
前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性を、前記仮定において前記所定のスピーカに対応して設けられる前記振幅位相特性調整手段に設定されるべき伝達関数が示す振幅周波数特性に補正し、各前記振幅位相特性調整手段に出力する振幅特性補正手段をさらに備える、請求項１４に記載の音像定位装置。
【請求項１６】
前記入力される音響信号うち、第１の所定周波数以上の音響信号のみを通過させて前記振幅特性調整手段に出力する高域通過手段と、
前記入力される音響信号うち、前記第１の所定周波数より低く、前記第２の所定周波数以上の音響信号のみを通過させて、前記所定の位置に配置された補助スピーカへ出力する中域通過手段と、
前記入力される音響信号のうち、前記第２の所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、
前記所定の位置に前記音像が定位するように、前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を調整し、前記複数のスピーカにそれぞれ出力する調整手段とをさらに備える、請求項１から９のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１７】
受聴者から見て複数のチャンネルに応じた空間上の複数の位置に音像を定位させるように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位システムであって、
前記複数のチャンネルに対応して設けられ、対応するチャンネルに応じた前記空間上の対応位置に前記音像を定位させるように、複数のスピーカから音を出力させる複数の音像定位装置を備え、
前記音像定位装置の各々は、
前記受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に前記音像が定位するように、前記対応するチャンネルの音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、
前記複数のスピーカに対応して設けられ、前記第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に前記受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した前記対応位置に前記音像が定位するように、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを対応するスピーカに応じたレベルに調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数のレベル調整手段とを有する、音像定位システム。
【請求項１８】
前記音像定位装置の各々は、
前記対応するチャンネルの音響信号のうち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて自身の前記振幅特性調整手段に出力する高域通過手段と、
前記対応するチャンネルの音響信号のうち、前記所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、
前記複数のスピーカに対応して設けられ、前記対応位置に前記音像が定位するように、前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段とをさらに有する、請求項１７に記載の音像定位システム。
【請求項１９】
前記振幅位相特性調整手段の各々は、ＦＩＲ型フィルタで構成されており、
各前記音像定位装置のうち、前記対応位置と前記スピーカとの間の距離が最も短い前記音像定位装置の有する各前記振幅位相特性調整手段のタップ長が、他の前記音像定位装置の有する前記振幅位相特性調整手段のタップ長よりも短いことを特徴とする、請求項１８に記載の音像定位システム。
【請求項２０】
各前記音像定位装置のうちのいずれか２つの音像定位装置に関し、一方の音像定位装置は、
自身に対応するチャンネルの音響信号のうち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて自身の前記振幅特性調整手段に出力する高域通過手段をさらに有し、
他方の前記音像定位装置は、
自身に対応するチャンネルの音響信号のうち、前記所定周波数以上の音響信号のみを通過させて自身の前記振幅特性調整手段に出力する高域通過手段と、
自身に対応するチャンネルの音響信号と、前記一方の音像定位装置に対応するチャンネルの音響信号とを加算する加算手段と、
前記加算手段から出力された音響信号のうち、前記所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、
前記複数のスピーカに対応して設けられ、前記対応位置に前記音像が定位するように、前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段とをさらに有する、請求項１７に記載の音像定位システム。
【請求項２１】
画面上に映像を表示する映像機器であって、
前記複数のスピーカと、
前記複数のスピーカに接続された請求項１７に記載の音像定位システムとを備える、映像機器。
【請求項２２】
受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位方法であって、
前記受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に前記音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整ステップと、
前記第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に前記受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した前記所定の位置に音像が定位するように、前記振幅特性調整ステップにおいて調整された音響信号のレベルを前記スピーカに応じたレベルにそれぞれ調整し、対応する前記スピーカに当該調整した音響信号を出力するレベル調整ステップとを含む、音像定位方法。
【請求項２３】
受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる集積回路であって、
前記受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に前記音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、
前記複数のスピーカに対応して設けられ、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数のレベル調整手段とを備え、
各前記レベル調整手段は、前記第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に前記受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した前記所定の位置に音像が定位するように、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを前記対応するスピーカに応じたレベルに調整する、集積回路。
【請求項２４】
受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位装置のコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に前記音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整ステップと、
前記第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に前記受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した前記所定の位置に音像が定位するように、前記振幅特性調整ステップにおいて調整された音響信号のレベルを前記スピーカに応じたレベルにそれぞれ調整し、対応する前記スピーカに当該調整した音響信号を出力するレベル調整ステップとを、前記コンピュータに実行させるプログラム。
【請求項２５】
請求項２４に記載のプログラムを記録した、コンピュータに読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音像定位装置、音像定位システム、音像定位方法、プログラム、及び集積回路に関し、より特定的には、所定の位置に音像を定位させる、音像定位装置、音像定位システム、音像定位方法、プログラム、及び集積回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、音楽や放送等の音声コンテンツにおいては、２チャンネルコンテンツが主流であった。２チャンネルコンテンツは、ユーザの左斜め前方にあるスピーカから再生される左チャンネルＦＬの音響信号、及びユーザの右斜め前方にあるスピーカから再生される右チャンネルＦＲの音響信号により構成されていた。【０００３】
１９９０年代に入ると、ドルビーデジタル方式に代表される各種の５．１チャンネル音声フォーマットが提案され、そのようなフォーマットに基づく５．１チャンネル音声コンテンツがＤＶＤ等に記録され商品として普及した。５．１チャンネル音声コンテンツは、チャンネルＦＬ、ＦＲに加えて、ユーザの正面にあるスピーカから再生されるセンターチャンネルＦＣ、ユーザの左斜め後方にあるスピーカから再生される左サラウンドチャンネルＲＬ、ユーザの右斜め後方にあるスピーカから再生される右サラウンドチャンネルＲＲ、そしておよそ１２０Ｈｚ以下の低域成分専用のスピーカから再生されるチャンネルＬＦＥの音響信号から構成される。ユーザは、自分を取り囲むように配置された６個のスピーカから各チャンネルの音響信号の再生音を聴くことにより、より高い臨場感を得ることができる。【０００４】
さらに近年では、テレビ放送波のデジタル化に伴い、一部の放送で５．１チャンネル音声コンテンツが採用されており、ユーザが５．１チャンネル音声コンテンツを楽しめる機会が増えている。一方で、限られた居住空間に６個ものスピーカを設置することは困難であるという問題があり、５．１チャンネル音声コンテンツの臨場感をより気軽に楽しみたいという要望が高まっている。【０００５】
この要望を満たす技術として、予め各チャンネルの音響信号に所定の頭部音響伝達関数を畳み込み、畳み込んだ各チャンネルの音響信号をヘッドホンで再生することで、６個のスピーカの配置方向に音像をそれぞれ定位させるバーチャルサラウンドと称される技術が実用化されている。しかし、この技術では、ヘッドホンを長時間装着したときにユーザが疲労感を感じてしまう点や、音像の距離感が不足し音像が頭部近辺に定位してしまう点などの問題があり、広く普及するには至っていない。【０００６】
そこで、ユーザの右斜め前方および左斜め前方にある２つのスピーカを用いて、頭部音響伝達関数を使ったバーチャルサラウンド技術を実現する技術が提案されている（例えば、特許文献１など）。以下、図３２を参照して、バーチャルサラウンド技術を２つのスピーカで実現する従来の音像定位システム１０について説明する。図３２は、従来の音像定位システム１０の構成について説明するための図である。なお、図３２の例では、０．１チャンネル（チャンネルＬＦＥ）の音響信号については、図示および説明を省略する。また、図３２は受聴者であるユーザ３の頭部上方から見た図であり、ユーザ３は紙面に向かって左側を向いている。【０００７】
図３２において、マルチスピーカシステム１は、５チャンネルの音響信号を音像定位システム１０に出力する。マルチスピーカシステム１は、具体的には、左フロントチャンネル信号ＦＬ、センターチャンネル信号ＦＣ、右フロントチャンネル信号ＦＲ、左サラウンドチャンネル信号ＲＬ、および右サラウンドチャンネル信号ＲＲを音響信号として出力する。これらの音響信号は、本来ならば、破線によって示された左フロントスピーカＦＬ、センタースピーカＦＣ、右フロントスピーカＦＲ、左サラウンドスピーカＲＬ、および右サラウンドスピーカＲＲ、すなわちユーザ３を取り囲むように配置された５個のスピーカから音波となって放射されるべきものである。【０００８】
音像定位システム１０は、５チャンネルの音響信号に対して効果付与部１１１ａ〜１１１ｅによって所定の効果付与処理を施すと共に、加算器１１２ａ〜１１２ｈによって各効果付与処理の結果を合成する。さらに音像定位システム１０は、クロストークキャンセラ１１３でクロストークキャンセル処理を行った結果を２個の左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂを介して出力する。このような処理によって、音像定位システム１０は、ユーザに対して、５個のスピーカから音波があたかも放射されているかのような音場効果を与える。【０００９】
効果付与部１１１ａ〜１１１ｅは、破線で示した５個のスピーカの配置位置を音像を定位させる位置とし、各位置に対応した音響伝達関数を与えるように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する。以下、一例として効果付与部１１１ａの処理について説明する。効果付与部１１１ａは、右サラウンドスピーカＲＲの位置を音像を定位させる位置とし、右サラウンドスピーカＲＲの位置に対応した音響伝達関数を与えるように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する。具体的には、効果付与部１１１ａは、右サラウンドスピーカＲＲの位置からユーザ３の左耳までの音響伝達関数ＨＬと、右サラウンドスピーカＲＲの位置からユーザ３の右耳までの音響伝達関数ＨＲとを再現するフィルタとして設計される。この効果付与部１１１ａの効果付与処理によって、効果付与部１１１ａからは、音響伝達関数ＨＬの振幅周波数特性を有する音響信号が左耳用音響信号として出力される。また、効果付与部１１１ａからは、音響伝達関数ＨＲの振幅周波数特性を有する音響信号が右耳用音響信号として出力される。【００１０】
音響伝達関数ＨＬおよびＨＲの時間軸応答（インパルス応答）と、音響伝達関数ＨＬおよびＨＲの振幅周波数特性は、図３３に示すような特性となる。右サラウンドスピーカＲＲは、ユーザ３に対して右斜め後方である１２０度方向に位置するスピーカである。図３３（ａ）は、音響伝達関数ＨＬおよびＨＲの時間軸応答を示す図である。図３３（ｂ）は、音響伝達関数ＨＬおよびＨＲの振幅周波数特性を示す図である。図３３（ａ）からわかるように、ユーザ３に対して右斜め後方にあるスピーカでは、音響伝達関数ＨＲと音響伝達関数ＨＬとで時間軸応答の音圧応答値が異なる。また図３３（ｂ）からわかるように、音響伝達関数ＨＲと音響伝達関数ＨＬとで振幅周波数特性も異なる。これらの違いから、従来では、音像を定位させるべき位置から各耳までの音響伝達関数の振幅周波数特性が音像定位の重要な手がかりになっていると考えられていた。そこで、従来の音像定位システム１０では、制御手法として、音像を定位させるべき位置（右サラウンドスピーカＲＲ）からユーザ３の各耳までの音響伝達関数ＨＬおよびＨＲを、ユーザ３の各耳の位置で忠実に再現する手法を採用している。具体的には、従来の音像定位システム１０は、効果付与部１１１ａ〜１１１ｅにおける効果付与処理と、クロストークキャンセラ１１３におけるクロストークキャンセル処理とを行うことによって、音響伝達関数ＨＬおよびＨＲを、ユーザ３の各耳の位置で忠実に再現している。【００１１】
効果付与部１１１ａは、例えば時間軸応答値を右耳と左耳それぞれについて離散化した値をフィルタ係数とするＦＩＲ型フィルタで設計される。これにより、効果付与部１１１ａから出力される左耳用音響信号は音響伝達関数ＨＬの忠実な振幅周波数特性を有する音響信号となり、右耳用音響信号は音響伝達関数ＨＲの忠実な振幅周波数特性を有する音響信号となる。【００１２】
ここで、左スピーカ２ａが左耳用音響信号に基づく左耳用の再生音をそのまま放射し、右スピーカ２ｂが右耳用音響信号に基づく右耳用の再生音をそのまま放射したとする。この場合、ユーザ３の左耳には、左スピーカ２ａから放射された左耳用の再生音だけでなく、右スピーカ２ｂから放射された右耳用の再生音も到来してしまう。同様に、ユーザ３の右耳には、右スピーカ２ｂから放射された右耳用の再生音だけでなく、左スピーカ２ａから放射された左耳用の再生音も到来してしまう。このように、本来再生音を与えるべき耳とは異なる耳への再生音の漏れ（クロストーク）が発生してしまう。このクロストークにより、ユーザ３の各耳の位置で、音像を定位させるべき右サラウンドスピーカＲＲの位置に対応した忠実な音響伝達関数の振幅周波数特性を与えることができなくなる。【００１３】
クロストークキャンセラ１１３は、このクロストークをキャンセルするために、入力される音響信号の位相周波数特性を調整する。具体的には、左スピーカ２ａから放射される左耳用の再生音と逆位相となるキャンセル音を、左スピーカ２ａから再生音が放射されると同時に右スピーカ２ｂから放射させる。同様に、右スピーカ２ｂから放射される右耳用の再生音と逆位相となるキャンセル音を、左スピーカ２ｂから再生音が放射されると同時に左スピーカ２ａから放射させる。これらの処理により、上記クロストークはキャンセルされる。その結果、音像を定位させるべき右サラウンドスピーカＲＲの位置から各耳までの音響伝達関数ＨＲおよびＨＬが忠実に再現されることになり、ユーザ３は、左耳で図３３に示した音響伝達関数ＨＬで表される音を聴き、右耳で図３３に示した音響伝達関数ＨＲで表される音を聴くことができる。これにより、ユーザ３は、あたかも左サラウンドスピーカＲＲから音が放射されているかのような感覚（以下、音像定位効果と称す）を得ることができる。【００１４】
なお、以上の処理は、他の効果付与部１１１ｂ〜１１１ｅについても同様に行われる。その結果、図３２に示した従来の音像定位システム１０は、ユーザ３に対して、ユーザ３を取り囲むように配置された５個のスピーカから音が放射されているかのような音像定位効果を与えている。【００１５】
このように、従来の音像定位システム１０は、ユーザ３に音像定位効果を与えるために、効果付与部１１１ａ〜１１１ｅにおける効果付与処理と、クロストークキャンセラ１１３におけるクロストークキャンセル処理とを用いて、音像を定位させるべき位置から各耳までの音響伝達関数を忠実に再現している。【００１６】
しかしながら、従来の音像定位システム１０では、クロストークキャンセラ１１３の制御パラメータについては、ユーザ３の受聴位置をあらかじめ想定したうえで、その受聴位置に基づいて設計する必要がある。また、ユーザ３が頭を動かしたりするなどして受聴位置が変わった場合、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂからユーザ３の各耳までの音響伝達関数が示す位相周波数特性が変わってしまう。これらにより、受聴位置が予め想定した位置からずれた場合、キャンセル音が再生音に対して完全な逆位相の音とはならなくなり、クロストークのキャンセル効果が劣化する。さらに、高周波数帯域においては、音波の波長が短い。このため、高周波数帯域においては、キャンセル音が再生音に対して完全な逆位相の音となる範囲は極めて狭く、クロストークのキャンセル効果の劣化が激しい。【００１７】
ここで、図３３に示したように、右サラウンドスピーカＲＲから左耳までの音響伝達関数ＨＬの振幅周波数特性は、高周波数帯域において振幅レベルの変動が大きくなっている。これは、音響伝達関数ＨＲの振幅周波数特性についても同様のことがいえる。この結果から、高周波数帯域における振幅周波数特性が音像定位効果に大きな影響を与えることがわかる。このため、従来の音像定位システム１０では、受聴位置がわずかでも変わると、高周波数帯域におけるクロストークのキャンセル効果が激しく劣化するので、音像を定位させるべき位置からユーザ３の各耳までの音響伝達関数を忠実に再現できないだけでなく、音像定位効果が極端に得られなくなるという問題があった。【００１８】
また、実際の使用においては、ユーザ３が常に同じ姿勢で受聴することはあり得ず、ユーザ３がクロストークキャンセラ１１３の設計時に想定した受聴位置で受聴することはほとんど無い。このため、実際の使用においては、予め想定した受聴位置とユーザ３の各耳の位置とが完全に一致することはほとんど無く、音像定位効果がほとんど得られないという問題もあった。【００１９】
このように、従来の音像定位システム１０では、クロストークキャンセラ１１３においてクロストークキャンセル処理を行うがために、音像定位効果が得られる受聴位置の範囲（受聴範囲）が極めて狭く、また、実際の使用においては音像定位効果がほとんど得られないという問題があった。【００２０】
そこで、高周波数帯域におけるクロストークのキャンセル効果の劣化を抑制し、広い受聴範囲で音像定位効果を与える音響再生システムが提案されている（例えば特許文献２など）。以下、図３４を参照して、広い受聴範囲で音像定位効果を与える従来の音響再生システムについて説明する。音像再生システムは、音響定位システム１１、左スピーカ２ａ、右スピーカ２ｂ、およびキャビネット１２を備える。音響定位システム１１は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂと接続されている。なお、図３４に示す左スピーカ２ａ、右スピーカ２ｂ、およびユーザ３については、図３２に示したものと同じであり、同じ符号を用いている。また図３４は、ユーザ３の頭部上方から見た図であり、ユーザ３は紙面に向かって上側を向いている。【００２１】
図３４において、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂは、キャビネット１２に取り付けられ、互いに近接して配置される。左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂは、ユーザ３に対して見開き角度θが６度から２０度の間の角度になるように、配置される。【００２２】
音響定位システム１１は、デジタルフィルタ１２１ａ〜１２１ｄ、加算器１２２ａ、１２２ｂを備える。音響定位システム１１は、複数の音響信号ｕ１、ｕ２を処理し、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂを駆動するための出力信号ｖ１、ｖ２を出力する。ここで、音響信号ｕ１、ｕ２は通常のステレオ信号（チャンネルＦＬおよびＦＲの音響信号）を表す。デジタルフィルタ１２１ａ〜１２１ｄは、ユーザ３の各耳の位置における音響伝達関数と、音響信号ｕ１、ｕ２を定位させる所望方向の頭部音響伝達関数とが一致するような処理特性を有するように、クロストークキャンセル処理を含めた形で設計されている。詳細な設計方法については、既にヨーロッパ特許番号０４３４６９１、特許明細書番号ＷＯ９４／０１９８１等に示されている。【００２３】
図３４に示した音響再生システムでは、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂが互いに近接して配置されることで、高周波数帯域におけるクロストークのキャンセル効果の劣化を抑制し、広い受聴範囲で音像定位効果を与えている。以下、図３５を参照して、その理由について説明する。図３５は、再生音およびキャンセル音の波面を模式的に示した図である。【００２４】
図３５において、右スピーカ２ｂの前方に向かって拡がる複数の円弧状の点線は、右スピーカ２ｂからユーザ３の左耳に到来する再生音の波面のうち、位相が例えば１８０度となる波面を示している。左スピーカ２ａの前方に向かって拡がる複数の円弧状の実線は、左スピーカ２ａで再生されるキャンセル音の波面であって、位相が０度となる波面を示している。右スピーカ２ｂの円弧状の点線と左スピーカ２ａの円弧状の実線とが重なった部分において、左スピーカ２ａで再生されるキャンセル音と、右スピーカ２ｂからユーザ３の左耳に到来する再生音とが逆位相となる。ここで、図３５に示した左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂは近接して配置されている。このため、図３５に示すように、右スピーカ２ｂの円弧状の点線と左スピーカ２ａの円弧状の実線の重なり部分が多くなる。つまり、左スピーカ２ａからのキャンセル音と右スピーカ２ｂからの再生音とが逆位相となる範囲が広くなる。このように、図３４に示した音響再生システムでは、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂを互いに近接して配置することで、高周波数帯域におけるクロストークのキャンセル効果の劣化を抑制し、広い受聴範囲で音像定位効果を与えている。
【特許文献１】特開平９−２００８９７号公報
【特許文献２】特表２０００−５０６６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、図３４に示した従来の音響再生システムでは、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂの配置位置が、ユーザ３に対して見開き角度θが６度から２０度の間の角度になるような位置に制限されてしまうという問題があった。例えばテレビジョン受信機などでは、近年の急激な大画面化に伴い、ディスプレイの両脇に配置されるスピーカの見開き角度は広がる傾向にある。例えば５０インチ型のテレビジョン受信機の場合、スピーカ間隔（ΔＳ）はおよそ１１０ｃｍである。これに対し、ユーザの視聴距離（ｒ０）はディスプレイの高さの３倍程度の距離が適するとされており、５０インチ型では１８０ｃｍに相当する。この距離でユーザが視聴する場合、スピーカの見開き角度はおよそ３４度になる。つまり、テレビジョン受信機のような見開き角度が広がる傾向にある機器にスピーカを配置する場合には、スピーカを近接配置することができない。このため、高周波数帯域におけるクロストークのキャンセル効果の劣化を抑制することが困難になり、所望の音像定位効果が得られないという問題があった。【００２６】
それ故、本発明は、スピーカの配置位置を制限させることなく、ユーザに広い受聴範囲で音像定位効果を与えることが可能な音像定位装置、音像定位システム、音像定位方法、プログラム、および集積回路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】
【００２７】
本発明は、上記課題を解決するものであり、本発明に係る音像定位装置は、受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位装置であって、受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、複数のスピーカに対応して設けられ、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数のレベル調整手段とを備え、各レベル調整手段は、第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した所定の位置に音像が定位するように、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを対応するスピーカに応じたレベルに調整する。【００２８】
上記構成のように、振幅特性調整手段において所定の位置のうちの前後方向の位置を調整し、レベル調整手段において所定の位置のうちの左右方向の位置を調整することにより、所定の位置に音像を定位させることができる。このように、本発明に係る音像定位装置では、所定の位置に音像を定位させるにあたり、高周波数帯域において位相周波数特性を調整してクロストークをキャンセルする処理を行っていない。このため、本発明に係る音像定位装置では、スピーカの配置位置に制限を与えることなく、広い受聴範囲で音像定位効果を与えることができる。【００２９】
上記音像定位装置において、好ましくは、振幅特性調整手段は、受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、第１の角度だけ回転した位置から受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づく振幅周波数特性を有するように、振幅周波数特性を調整するとよい。【００３０】
また好ましくは、振幅特性調整手段は、受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、第１の角度だけ回転した位置から受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくノッチ特性を有するように、振幅周波数特性を調整するとよい。この場合において、第１の角度だけ回転した位置から受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくノッチ特性は、４ｋＨｚより高い周波数帯域において少なくとも２つ存在するとさらによい。または、この場合において、第１の角度だけ回転した位置から受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数が有するノッチ特性に関する情報と、当該受聴者を識別する情報とを対応付けした対応情報を、受聴者ごとに記憶する記憶部をさらに備え、振幅特性調整手段は、受聴者の右耳および左耳に到来する各音が当該受聴者に応じたノッチ特性を有するように、記憶部に記憶される対応情報に基づいて振幅周波数特性を調整するとさらによい。【００３１】
また好ましくは、振幅特性調整手段は、受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、第１の角度だけ回転した位置から受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくピーク特性を有するように、振幅周波数特性を調整するとよい。【００３２】
また好ましくは、各レベル調整手段は、周波数に関わらず同じ調整値、または所定の周波数帯域ごとに異なる調整値を用いて、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整するとよい。【００３３】
また好ましくは、複数のレベル調整手段に対応して設けられ、対応するレベル調整手段から出力された音響信号の位相周波数特性を調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の位相特性調整手段をさらに備え、各位相特性調整手段は、受聴者の右耳および左耳に到来する各音の振幅周波数特性が変化しない範囲において、第１の角度だけ回転した位置から第２の角度だけ回転した所定の位置に音像が定位するように、対応するレベル調整手段から出力された音響信号の位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整するとよい。【００３４】
また好ましくは、入力される音響信号うち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて振幅特性調整手段に出力する高域通過手段をさらに備えるとよい。この場合において、入力される音響信号のうち、所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、所定の位置に音像が定位するように、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を調整し、複数のスピーカにそれぞれ出力する調整手段とをさらに備えるとさらによい。なお、上記調整手段は、後述する実施形態における左振幅位相特性調整部４１３ａ、右振幅位相特性調整部４１３ｂ、センター振幅位相特性調整部４１３ｃに相当する。さらに、調整手段は、複数のスピーカに対応して設けられ、所定の位置に音像が定位するように、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段を有するとさらによい。または、調整手段は、複数のスピーカのうちのいずれか１つである所定のスピーカ以外に対応して設けられ、所定の位置に音像が定位するように、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段を有するとさらによい。さらに、各振幅位相特性調整手段の伝達関数は、振幅位相特性調整手段が複数のスピーカ全てに対応して設けられたと仮定したときに所定のスピーカ以外に対応して設けられる振幅位相特性調整手段それぞれに設定されるべき伝達関数を、当該仮定において所定のスピーカに対応して設けられる振幅位相特性調整手段に設定されるべき伝達関数で除算することにより算出されるとよい。さらに、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性を、仮定において所定のスピーカに対応して設けられる振幅位相特性調整手段に設定されるべき伝達関数が示す振幅周波数特性に補正し、各振幅位相特性調整手段に出力する振幅特性補正手段をさらに備えるとよい。【００３５】
また好ましくは、入力される音響信号うち、第１の所定周波数以上の音響信号のみを通過させて振幅特性調整手段に出力する高域通過手段と、入力される音響信号うち、第１の所定周波数より低く、第２の所定周波数以上の音響信号のみを通過させて、所定の位置に配置された補助スピーカへ出力する中域通過手段と入力される音響信号のうち、第２の所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、所定の位置に音像が定位するように、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を調整し、複数のスピーカにそれぞれ出力する調整手段とをさらに備えるとよい。【００３６】
また本発明は、音像定位システムにも向けられており、本発明に係る音像定位システムは、受聴者から見て複数のチャンネルに応じた空間上の複数の位置に音像を定位させるように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位システムであって、複数のチャンネルに対応して設けられ、対応するチャンネルに応じた空間上の対応位置に音像を定位させるように、複数のスピーカから音を出力させる複数の音像定位装置を備え、音像定位装置の各々は、受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に音像が定位するように、対応するチャンネルの音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、複数のスピーカに対応して設けられ、第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した対応位置に音像が定位するように、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを対応するスピーカに応じたレベルに調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数のレベル調整手段とを有する。【００３７】
上記音像定位システムにおいて、好ましくは、音像定位装置の各々は、対応するチャンネルの音響信号のうち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて自身の振幅特性調整手段に出力する高域通過手段と、対応するチャンネルの音響信号のうち、所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、複数のスピーカに対応して設けられ、対応位置に音像が定位するように、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段とをさらに有するとよい。この場合において、振幅位相特性調整手段の各々は、ＦＩＲ型フィルタで構成されており、各音像定位装置のうち、対応位置とスピーカとの間の距離が最も短い音像定位装置の有する各振幅位相特性調整手段のタップ長が、他の音像定位装置の有する振幅位相特性調整手段のタップ長よりも短いとさらによい。【００３８】
また好ましくは、各音像定位装置のうちのいずれか２つの音像定位装置に関し、一方の音像定位装置は、自身に対応するチャンネルの音響信号のうち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて自身の振幅特性調整手段に出力する高域通過手段をさらに有し、他方の音像定位装置は、自身に対応するチャンネルの音響信号のうち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて自身の振幅特性調整手段に出力する高域通過手段と、自身に対応するチャンネルの音響信号と、一方の音像定位装置に対応するチャンネルの音響信号とを加算する加算手段と、加算手段から出力された音響信号のうち、所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、複数のスピーカに対応して設けられ、対応位置に音像が定位するように、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段とをさらに有するとよい。【００３９】
また好ましくは、上記音像定位システムは、画面上に映像を表示する映像機器が備える複数のスピーカに接続されるとよい。【００４０】
また本発明は、音像定位方法にも向けられており、本発明に係る音像定位方法は、受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位方法であって、受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整ステップと、第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した所定の位置に音像が定位するように、振幅特性調整ステップにおいて調整された音響信号のレベルをスピーカに応じたレベルにそれぞれ調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力するレベル調整ステップとを含む。【００４１】
また本発明は、集積回路にも向けられており、本発明に係る集積回路は、受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる集積回路であって、受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、複数のスピーカに対応して設けられ、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数のレベル調整手段とを備え、各レベル調整手段は、第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した所定の位置に音像が定位するように、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを対応するスピーカに応じたレベルに調整する。【００４２】
また本発明は、プログラムにも向けられており、本発明に係るプログラムは、受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位装置のコンピュータに実行させるためのプログラムであって、受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整ステップと、第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した所定の位置に音像が定位するように、振幅特性調整ステップにおいて調整された音響信号のレベルをスピーカに応じたレベルにそれぞれ調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力するレベル調整ステップとを、コンピュータに実行させるプログラムである。この場合において、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、スピーカの配置位置を制限させることなく、ユーザに広い受聴範囲で音像定位効果を与えることが可能な音像定位装置、音像定位システム、音像定位方法、プログラム、および集積回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明の音像定位システム４の構成について説明するための図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る音像定位装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、振幅特性調整部４１１の構成を示した図である。
【図４】図４は、ユーザ３の真後ろの方向に設置したスピーカ２からユーザ３の各耳までの音響伝達関数ＨＬおよびＨＲを示す図である。
【図５】図５は、図４に示す音響伝達関数ＨＬおよびＨＲの時間軸応答と振幅周波数特性とを示す図である。
【図６】図６は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂからユーザ３の各耳までの音響伝達経路を示す図である。
【図７】図７は、図６に示す音響伝達経路ＣＬＬおよびＣＲＬの振幅周波数特性を合成した特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ）と、音響伝達経路ＣＲＲおよびＣＬＲの振幅周波数特性を合成した特性（ＣＲＲ＋ＣＬＲ）とを示す図である。
【図８】図８は、再生特性補正処理部４１１２の補正特性を示す図である。
【図９】図９は、中林が行った実験系を示す図である。
【図１０】図１０は、ユーザ３の回答結果を示す図である。
【図１１】図１１は、音像定位目標と音響伝達関数を示す図である。
【図１２】図１２は、音響伝達関数を測定した位置を示す図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す測定位置から測定した結果を示す図である。
【図１４】図１４は、右斜め後方である１２０度方向の位置に音像を定位させる場合の音響伝達関数が示す振幅周波数特性を示す図である。
【図１５】図１５は、音像定位装置５１ａの構成を示す図である。
【図１６】図１６は、音像定位装置６１ａの構成を示す図である。
【図１７】図１７は、音像定位装置４１ａおよび４１ｂの低域音響信号の処理を共通化した場合の構成を示す図である。
【図１８】図１８は、右フロントスピーカＦＲ、右サラウンドスピーカＲＲ、左フロントスピーカＦＬ、および左サラウンドスピーカＲＬの位置を示す図である。
【図１９】図１９は、φ（ＦＲ）＝φ（ＲＲ）＝３０度の場合における左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂの伝達関数の振幅周波数特性を示す図である。
【図２０】図２０は、音像定位装置７１ａの構成を示す図である。
【図２１】図２１は、スピーカを３個を用いて制御を行う音像定位装置８１ａの構成を示す図である。
【図２２】図２２は、補助スピーカを用いる場合の音像定位装置９１ａの構成を示す図である。
【図２３】図２３は、低域通過部４１０ａ、高域通過部４１０ｂ、および所定帯域通過部４１０ｄの周波数特性を示す図である。
【図２４】図２４は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂがユーザ３の後方に配置された構成を示す図である。
【図２５】図２５は、ユーザ３の斜め後ろ上方の位置に音像を定位させる様子を３次元的に示す図である。
【図２６】図２６は、第２の実施形態に係る音像定位装置１０１ａの構成を示す図である。
【図２７】図２７は、振幅特性調整部４２０の構成を示す図である。
【図２８】図２８は、左スピーカ２ａと右スピーカ２ｂの音響伝達経路ＣＬＬ＋ＣＲＬの振幅周波数特性と、図４における音響伝達関数ＨＬの振幅周波数特性とを示す図である。
【図２９】図２９は、第１ノッチ補正処理部４２０１における処理を模式的に示した図である。
【図３０】図３０は、異なるユーザであるＡとＢの真後ろ方向の音響伝達関数ＨＬの振幅周波数特性を示す図である。
【図３１】図３１は、テレビジョン受像機の表示画面例を示す図である。
【図３２】図３２は、従来の音像定位システム１０の構成を示す図である。
【図３３】図３３は、右サラウンドスピーカＲＲからユーザ３の各耳までの音響伝達関数の時間軸応答と、その振幅周波数特性とを示す図である。
【図３４】図３４は、広い受聴範囲で音像定位効果を与える従来の音響再生システムの構成を示す図である。
【図３５】図３５は、再生音およびキャンセル音の波面を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    マルチスピーカシステム
１２    キャビネット
１１１ａ〜１１１ｅ    効果付与部
１１２ａ〜１１２ｈ、１２２ａ、１２２ｂ、４２ａ〜４２ｈ、４１４ａ〜４１４ｄ    加算器
１１３    クロストークキャンセラ
１２１ａ〜１２１ｄ    デジタルフィルタ
２    スピーカ
２ａ    左スピーカ
２ｂ    右スピーカ
２ｃ    センタスピーカ
３    ユーザ
４、１０、１１    音像定位システム
４１ａ〜４１ｅ、５１ａ、６１ａ、７１ａ、８１ａ、９１ａ、１０１ａ    音像定位装置
４１０ａ    低域通過部
４１０ｂ、４１０ｃ    高域通過部
４１０ｄ    中域通過部
４１１、４１１ａ、４１５、４２０    振幅特性調整部
４１２ａ、４１２ｃ    左スピーカ用レベル調整部
４１２ｂ、４１２ｄ    右スピーカ用レベル調整部
４１２ｅ    センタースピーカ用レベル調整部
４１１１    目標特性補正処理部
４１１２    再生特性補正処理部
４１３ａ、４１３ｄ    左振幅位相特性調整部
４１３ｂ    右振幅位相特性調整部
４１３ｃ    センター振幅位相特性調整部
４１５ａ    左スピーカ用遅延部
４１５ｂ    右スピーカ用遅延部
４１６    振幅特性補正部
４２１    記憶部
４２０１    第１ノッチ補正処理部
４２０２    第２ノッチ補正処理部
５、７、７ａ    目標音像
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
まず、図１を参照して、本発明の音像定位システム４の構成について説明する。図１は、本発明の音像定位システム４の構成について説明するための図である。図１に示すマルチスピーカシステム１は、音像定位システム４と接続されている。音像定位システム４は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂと接続されている。なお、図１に示すマルチスピーカシステム１、左スピーカ２ａ、右スピーカ２ｂ、およびユーザ３については、図３２に示したものと同じであり、同じ符号を用いている。また図１は、ユーザ３の頭部上方から見た図であり、ユーザ３は紙面に向かって左側を向いている。【００４７】
図１において、マルチスピーカシステム１は、５チャンネルの音響信号を音像定位システム４に出力する。マルチスピーカシステム１は、具体的には、左フロントチャンネル信号ＦＬ、センターチャンネル信号ＦＣ、右フロントチャンネル信号ＦＲ、左サラウンドチャンネル信号ＲＬ、および右サラウンドチャンネル信号ＲＲを音響信号として出力する。これらの音響信号は、本来ならば、破線によって示された左フロントスピーカＦＬ、センタースピーカＦＣ、右フロントスピーカＦＲ、左サラウンドスピーカＲＬ、および右サラウンドスピーカＲＲ、すなわちユーザ３を取り囲むように配置された５個のスピーカから音波となって放射されるべきものである。【００４８】
音像定位システム４は、音像定位装置４１ａ〜４１ｅと加算器４２ａ〜４２ｈとを備える。音像定位装置４１ａは、右サラウンドチャンネル信号ＲＲを入力とし、加算器４２ａ〜４２ｄを介して左耳用に処理した左耳用音響信号を右スピーカ２ｂに出力し、加算器４２ｅを介して右耳用に処理した右耳用音響信号を右スピーカ２ｂに出力する。音像定位装置４１ｂは、右フロントチャンネル信号ＦＲを入力とし、加算器４２ａ〜４２ｄを介して左耳用に処理した左耳用音響信号を左スピーカ２ａに出力し、加算器４２ｆ〜４２ｅを介して右耳用に処理した右耳用音響信号を右スピーカ２ｂに出力する。音像定位装置４１ｃは、センターチャンネル信号ＦＣを入力とし、加算器４２ｂ〜４２ｄを介して左耳用に処理した左耳用音響信号を左スピーカ２ａに出力し、加算器４２ｇ〜４２ｅを介して右耳用に処理した右耳用音響信号を右スピーカ２ｂに出力する。音像定位装置４１ｄは、左フロントチャンネル信号ＦＬを入力とし、加算器４２ｃ〜４２ｄを介して左耳用に処理した左耳用音響信号を左スピーカ２ａに出力し、加算器４２ｈ〜４２ｅを介して右耳用に処理した右耳用音響信号を右スピーカ２ｂに出力する。音像定位装置４１ｅは、左サラウンドチャンネル信号ＲＬを入力とし、加算器４２ｄを介して左耳用に処理した左耳用音響信号を左スピーカ２ａに出力し、加算器４２ｈ〜４２ｅを介して右耳用に処理した右耳用音響信号を右スピーカ２ｂに出力する。【００４９】
左スピーカ２ａは、音像定位システム４から出力される左耳用音響信号を入力とし、入力された左耳用音響信号に基づく音を出力する。右スピーカ２ａは、音像定位システム４から出力される右耳用音響信号を入力とし、入力された右耳用音響信号に基づく音を出力する。左スピーカ２ａは、ユーザ３の左斜め前方に配置される。右スピーカ２ｂは、ユーザ３の右斜め前方に配置される。なお、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂは、ユーザ３の左右方向に対して対称に配置されている。【００５０】
（第１の実施形態）
次に、図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係る音像定位装置について説明する。図２は、第１の実施形態に係る音像定位装置の構成を示す図である。図２では、一例として、図１に示す音像定位装置のうち、右サラウンドチャンネル信号ＲＲを処理する音像定位装置４１ａの構成を示している。また図２では、図１に示した加算器４２ａ〜４２ｈについては、図示を省略している。また図２では、ユーザ３は紙面に向かって上を向いており、紙面に向かって上がユーザ３の正面となる。また図２は、ユーザ３の頭部上方から見た図である。【００５１】
図２において、音像定位装置４１ａは、低域通過部４１０ａ、高域通過部４１０ｂ、振幅特性調整部４１１、左スピーカ用レベル調整部４１２ａ、右スピーカ用レベル調整部４１２ｂ、左振幅位相特性調整部４１３ａ、右振幅位相特性調整部４１３ｂ、および加算器４１４ａ、４１４ｂを備える。図２において、低域通過部４１０ａ、高域通過部４１０ｂ、振幅特性調整部４１１、左スピーカ用レベル調整部４１２ａ、右スピーカ用レベル調整部４１２ｂ、左振幅位相特性調整部４１３ａ、右振幅位相特性調整部４１３ｂ、および加算器４１４ａ、４１４ｂは、デジタル信号処理回路で構成されるが、ＤＡコンバーターについては図示を省略した。また、左スピーカ２ａ、右スピーカ２ｂへの入力信号を増幅するアンプについても図示を省略した。【００５２】
以下、図２で示す音像定位装置４１ａの動作について説明する。右サラウンドチャンネル信号ＲＲが音響信号として低域通過部４１０ａと高域通過部４１０ｂにそれぞれ入力される。低域通過部４１０ａは、後述する所定周波数（クロスオーバー周波数）より低い低域の音響信号（以下、低域音響信号と称す）のみを通過させ、高域通過部４１０ｂは、所定周波数以上の高域の音響信号（以下、低域音響信号と称す）のみを通過させるように信号を処理する。【００５３】
はじめに高域通過部４１０ｂの出力である高域音響信号の処理について説明する。図２において、高域通過部４１０ｂから出力された高域音響信号は、振幅特性調整部４１１において音像の前後感が制御され、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂにおいて音像の左右感が制御される。【００５４】
高域通過部４１０ｂから出力された高域音響信号は、振幅特性調整部４１１に入力される。図３は、振幅特性調整部４１１の構成を示した図である。振幅特性調整部４１１は、入力信号を目標特性補正処理部４１１１および再生特性補正処理部４１１２で処理して出力するようなＩＩＲ型フィルタで設計され、入力信号の振幅周波数特性を調整して音像の前後感を制御する。【００５５】
目標特性補正処理部４１１１は、ユーザ３の真後ろ方向の位置に音像を定位させるときの音響伝達関数が示す振幅周波数特性を目標特性として、入力される音響信号が有する振幅周波数特性を当該目標特性に補正する。目標特性補正処理部４１１１は、ＩＩＲ型フィルタで設計される。図４に、ユーザ３の真後ろの方向に設置したスピーカ２からユーザ３の各耳までの音響伝達関数ＨＬおよびＨＲを示す。また、図４に示す音響伝達関数ＨＬおよびＨＲの時間軸応答と振幅周波数特性とを図５に示す。図５（ａ）はＨＬおよびＨＲの時間軸応答を、図５（ｂ）はＨＬおよびＨＲの振幅周波数特性を示す。図５（ａ）および（ｂ）からわかるように、スピーカ２から見てユーザ３の各耳は対称な位置にあるため、ＨＬおよびＨＲはほぼ同じ音響伝達関数となる。このように、ユーザ３の左耳までの距離と右耳までの距離とが同じ距離になる位置の集合によって形成される面（以下、正中面と称す）にスピーカ２が配置されたとき、ユーザ３は、正中面に配置されたスピーカ２から各耳までの音響伝達関数ＨＬおよびＨＲの振幅周波数特性を手がかりにして、音像の前後方向を判断することが知られている。また、この場合の音響伝達関数ＨＬおよびＨＲは、図５（ｂ）に示したように、左右でほぼ同じ振幅周波数特性となる。したがって、ユーザ３の真後ろ方向の位置に音像を定位させるためには、目標特性補正処理部１３ａは、図５（ｂ）に示した音響伝達関数ＨＬもしくはＨＲの振幅周波数特性のうち、いずれか一方の振幅周波数特性を目標特性として補正すればよい。【００５６】
再生特性補正処理部４１１２は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂにおいて同時に再生音が出力されたとき、ユーザ３の各耳に到来する再生音の振幅周波数特性（以下、再生特性と称す）がそれぞれ目標特性補正処理部４１１１で補正された目標特性となるように、目標特性補正処理部４１１１から出力される音響信号の振幅周波数特性を補正する。なお、目標特性補正処理部４１１１は、ＩＩＲ型フィルタで設計される。【００５７】
ここで、目標特性補正処理部４１１１において目標特性に補正された音響信号を、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂからそのまま出力した場合を考える。この場合、ユーザ３の各耳までには音響伝達経路が存在するので、この音響伝達経路によって、ユーザ３の各耳に到来する再生音の再生特性は、目標特性補正処理部４１１１で補正された目標特性から変動した特性となってしまう。この変動によって、ユーザ３は、真後ろ方向ではなく、正面からやや上方向に音像を知覚することを実験により確認した。そこで、再生特性補正処理部４１１２は、上記音響伝達経路による変動を抑えるように補正を行う。【００５８】
図６は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂからユーザ３の各耳までの音響伝達経路を示す図である。図６において、左スピーカ２ａはユーザ３の正面から左方向に３０度だけ回転させた位置に配置され、右スピーカ２ｂはユーザ３の正面から右方向に３０度だけ回転させた位置に配置されている。また図６において、左スピーカ２ａからユーザ３の左耳までの音響伝達経路がＣＬＬであり、左スピーカ２ａからユーザ３の右耳までの音響伝達経路がＣＬＲであり、右スピーカ２ｂからユーザ３の右耳までの音響伝達経路がＣＲＲであり、右スピーカ２ｂからユーザ３の左耳までの音響伝達経路がＣＲＬである。図７は、図６に示す音響伝達経路ＣＬＬおよびＣＲＬの振幅周波数特性を合成した特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ）と、音響伝達経路ＣＲＲおよびＣＬＲの振幅周波数特性を合成した特性（ＣＲＲ＋ＣＬＲ）とを示す図である。図７からわかるように、特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ）および（ＣＲＲ＋ＣＬＲ）は、ほぼ同じ特性となっている。【００５９】
再生特性補正処理部４１１２は、特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ）および特性（ＣＲＲ＋ＣＬＲ）を平坦化するように、目標特性補正処理部４１１１から出力される音響信号の振幅周波数特性を補正する。なお、図７に示したように、特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ）および特性（ＣＲＲ＋ＣＬＲ）はほぼ同じ特性である。したがって、再生特性補正処理部４１１２は、目標特性補正処理部４１１１から出力される音響信号に対し、特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ）および特性（ＣＲＲ＋ＣＬＲ）のいずれか一方の特性を考慮して補正すればよい。【００６０】
図８は、再生特性補正処理部４１１２の補正特性を示す図である。図８では、再生特性補正処理部４１１２が特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ）を平坦化する場合を示している。図８に示す補正特性は、１〜２ｋＨｚ、４ｋＨｚ付近、および７〜１０ｋＨｚの特性からもわかるように、特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ）の逆特性となっている。再生特性補正処理部４１１２は、この補正特性を用いて、目標特性補正処理部４１１１から出力される音響信号の振幅周波数特性を補正する。これにより、ユーザ３の各耳に到来する再生音の再生特性を、目標特性補正処理部４１１１で補正された目標特性にすることができる。【００６１】
このように、振幅特性調整部４１１は、目標特性補正処理部４１１１および再生特性補正処理部４１１２における補正処理によって、高域音響信号の振幅周波数特性を調整する。これにより、目標特性補正処理部４１１１および再生特性補正処理部４１１２をシリアルに接続するように構成された振幅特性調整部４１１で処理した音をユーザ３が聴いた場合、ユーザ３の正面からやや上方向では無く、真後ろ方向に音像を定位させることができる。【００６２】
ここで、目標特性である図５に示した音響伝達関数ＨＬおよびＨＲの振幅周波数特性は、ほぼ同じ特性となっている。また、ユーザ３は、特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ）および特性（ＣＲＲ＋ＣＬＲ）がほぼ同じ特性となる受聴位置に存在している。これにより、振幅特性調整部４１１は、クロストークキャンセル処理を行うことなく、ユーザ３の各耳における再生特性を目標特性として忠実に再現することができる。なお、振幅周波数特性である特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ）および特性（ＣＲＲ＋ＣＬＲ）は、ユーザ３の受聴位置に応じて変動するが、その変動量は位相周波数特性と比べて格段に小さい。このため、特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ）および特性（ＣＲＲ＋ＣＬＲ）がほぼ同じ特性となる受聴範囲は、クロストークキャンセル処理（位相周波数特性の調整）によって制限される受聴範囲よりもはるかに広い。したがって、振幅特性調整部４１１において、特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ）および特性（ＣＲＲ＋ＣＬＲ）がほぼ同じ特性になる条件下で処理が行われても、本願の目的は十分に達成される。また、図５（ｂ）に示したように、音響伝達関数ＨＬおよびＨＲの振幅周波数特性は、高周波数帯域において振幅レベルの変動が大きくなっている。この結果から、高周波数帯域における振幅周波数特性が音像定位効果に大きな影響を与えることがわかる。これに対し、本発明においては、クロストークキャンセル処理を行うことなく、ユーザ３の各耳における再生特性を広い受聴範囲で目標特性補正処理部４１１１で調整した目標特性（音響伝達関数ＨＬおよびＨＲ）として忠実に再現している。【００６３】
図２において、音像の前後感が制御された振幅特性調整部４１１の出力信号は、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂにそれぞれ入力される。左スピーカ用レベル調整部４１２ａは、左スピーカ２ａに対応して設けられている。右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、右スピーカ２ｂに対応して設けられている。左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、入力される信号の振幅レベルを、周波数に関わらず一定に変えるゲイン器で構成される。つまり、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、周波数に関わらず同じ調整値を用いて、振幅特性調整部４１１からの出力信号のレベルを調整するものである。また、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂの調整値は、互いに異なる。これにより、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、左スピーカ２ａの出力レベルと右スピーカ２ｂの出力レベルとにレベル差を生じさせ、音像の左右感を制御する。【００６４】
左スピーカ用レベル調整部４１２ａは、調整した信号を左耳用音響信号として左スピーカ２ａに出力する。右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、調整した信号を右耳用音響信号として右スピーカ２ｂに出力する。【００６５】
ここで、音像の左右の定位は、各耳の音響伝達関数のレベル差または時間差を手がかりにしていることが広く知られている。例えば中林は「日本音響学会誌３３巻３号（１９７７年）」において、２個のスピーカ再生音のレベル差および時間差と、知覚音像の左右の定位との関係について基礎的な実験結果を示している。図９は、中林が行った実験系を示す図である。図９において、左スピーカ２ａは、被験者であるユーザ３の正面から左方向に４５度（４５ｄｅｇ）だけ回転した位置に配置されている。右スピーカ２ｂは、ユーザ３の正面から右方向に４５度（４５ｄｅｇ）だけ回転した位置に配置されている。なお、図９において、ユーザ３の正面の位置の角度を０°とし、左スピーカ２ａの位置の角度を＋４５°とし、右スピーカ２ｂの位置の角度を−４５°とする。ユーザ３は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂから同時にノイズ信号（５００Ｈｚ、１／３Ｏｃｔ．）を再生したときに、音像が定位する方向を回答する。ただし、左スピーカ２ａへの入力信号には、図９に示すように、レベルをＸｄＢだけ上げ、位相をθ遅らせるような処理を行っている。Ｘは、入力信号のレベルをｘ倍するとき、Ｘ＝２０ｌｏｇｘで示される値である。【００６６】
図１０に、ユーザ３の回答結果を示す。図１０において、Ｘおよびθの値に応じて異なる値を示す数値は、ユーザ３の正面の位置の角度を０°として右方向を正方向とする角度を示し、ユーザ３が知覚した音像の位置を示している。また図１０に示す「−」は、ユーザ３が音像を知覚しないことを示している。図１０からわかるように、Ｘが大きいほど、ユーザ３は音像を左方向の位置に知覚する。つまり、左スピーカ２ａの出力のレベルが右スピーカ２ｂに対して大きいほど、左スピーカ２ａの出力と右スピーカ２ｂの出力とのレベル差が大きくなるので、ユーザ３は音像を左方向の位置に知覚することが確認されている。あるいは、位相θを遅らせるほど、左スピーカ２ａの出力タイミングが右スピーカ２ｂより遅れるので、ユーザ３は音像を右方向の位置に知覚することが確認されている。これは、Ｘ＝０のときの回答結果から確認することができる。【００６７】
なお、図１０に示す回答結果より、例えば、位相θを遅らせない場合（θ＝０）であっても、１０ｄＢ程度の出力レベル差を与えるだけで左右３０度程度の位置に音像を定位させることができることがわかる。この実験結果は、２個のスピーカを用いた音響再生において、レベル差または時間差によって音像の左右方向の定位位置を制御できることを示唆している。したがって、図２に示した構成において、左右方向の所定の位置に音像が定位するように、左スピーカ用レベル調整部４１２ａと右スピーカ用レベル調整部４１２ｂに適当なレベル差を与えればよい。つまり、左スピーカ用レベル調整部４１２ａは、振幅特性調整部４１１から出力された音響信号の振幅レベルを第１の調整値で周波数に関わらず一定に調整する。右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、振幅特性調整部４１１から出力された音響信号の振幅レベルを第２の調整値で周波数に関わらず一定に調整する。そして、第１の調整値と第２の調整値とのレベル差は、左右方向の所定の位置に音像が定位するときのレベル差となるように設定されればよい。【００６８】
次に、低域通過部４１０ａの出力である低域音響信号の処理について説明する。図２において、低域通過部４１０ａから出力された低域音響信号は、左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂにそれぞれ入力される。左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂは、通常ＦＩＲ型フィルタで実現される。左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂは、音像が所定の位置に定位するように、入力される低域音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を調整する。左振幅位相特性調整部４１３ａから出力された低域音響信号は、加算器４１４ａにおいて左スピーカ用レベル調整部４１２ａから出力された高域音響信号と合成される。加算器４１４ａから出力された信号は、左スピーカ２ａに入力される。右振幅位相特性調整部４１３ｂから出力された低域音響信号は、加算器４１４ｂにおいて右スピーカ用レベル調整部４１２ｂから出力された高域音響信号と合成される。加算器４１４ｂから出力された信号は、右スピーカ２ｂに入力される。以下、右斜め後方である１２０度方向の位置に音像を定位させる場合について、低域音響信号に対する処理を説明する。【００６９】
図１１は、音像定位目標と音響伝達関数を示す図である。目標音像５は、音像を定位させるべき所定の位置を示しており、図１１では、右斜め後方である１２０度方向の位置を示している。ここで、目標音像５からユーザ３の左耳までの音響伝達関数をＨＲ１２０Ｌ、目標音像７からユーザ３の右耳までの音響伝達関数をＨＲ１２０Ｒとする。また、左スピーカ２ａからユーザ３の左耳までの音響伝達経路をＣＬＬとし、左スピーカ２ａからユーザ３の右耳までの音響伝達経路をＣＬＲとし、右スピーカ２ｂからユーザ３の右耳までの音響伝達経路をＣＲＲとし、右スピーカ２ｂからユーザ３の左耳までの音響伝達経路をＣＲＬとする。また、左振幅位相特性調整部４１３ａの伝達関数をＧＬ、右振幅位相特性調整部４１３ｂの伝達関数をＧＲとする。この場合、次式が成り立つとき、音像が目標音像５に定位する。
【数１】
2008047833.tif 000003
式（１）を変形すると次式となる。
【数２】
2008047833.tif 000004
したがって、式（２）で示されるように左振幅位相特性調整部４１３ａのＧＬ、右振幅位相特性調整部４１３ｂのＧＲを設計すれば、低域音響信号について目標音像５に音像を定位させることができる。このように、左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂは、音像が所定の位置に定位するように、入力される低域音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を調整する。なお、位相周波数特性を調整する処理は、クロストークキャンセル処理に相当する。したがって、左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂの処理により、高精度の制御を行うことができる。【００７０】
ここで、受聴位置の違いによるクロストークキャンセル効果の劣化が懸念される。しかしながら、低周波数帯域では音波の波長が長いため、クロストークキャンセル処理に相当する位相周波数特性の調整を行うことによるクロストークキャンセル効果の劣化はほとんどない。つまり、低周波数帯域における音像定位効果の劣化はわずかである。なお、クロストークキャンセル処理を行う低周波数帯域とクロストークキャンセル処理を行わない高周波数帯域とを分けるクロスオーバー周波数について、実験的検討を行った。この結果、最適な音像定位効果を得るためには、クロスオーバー周波数を少なくとも４ｋＨｚ以下の周波数に設定することが望ましいことがわかった。【００７１】
なお、音像定位装置４１ｂ〜４１ｅは、以上に説明した音像定位装置４１ａに対して、入力される音響信号のチャンネルと音像を定位させる位置とが異なるだけで、それ以外のは音像定位装置４１ａと同様の処理を行うので、ここでは説明を省略する。【００７２】
このように、本実施形態に係る音像定位装置は、ユーザ３から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように音響信号を処理し、処理した音響信号に基づく音を左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂから出力させる。具体的には、振幅特性調整部４１１は高域音響信号について上記所定の位置のうちの前後方向の位置を調整し、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは高域音響信号について上記所定の位置のうちの左右方向の位置を調整する。さらに、左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂは、低域音響信号について上記所定の位置に音像が定位するように音響信号を処理する。そして、本実施形態に係る音像定位装置は、これらの処理によって調整された低域音響信号と高域音響信号とを加算して、スピーカに出力する。これにより、ユーザ３は、全周波数帯域にわたって高音質な音像を知覚する。【００７３】
ここで、本実施形態に係る処理によって調整された高域音響信号が有する振幅周波数特性は、振幅特性調整部４１１において調整される目標特性（正中面から各耳までの音響伝達関数）と、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂにおいて生じさせられるレベル差とを加味した特性となる。つまり、本実施形態に係る処理によって調整された高域音響信号が有する振幅周波数特性は、所定の位置からユーザ３の各耳までの音響伝達関数を忠実に再現するものではない。しかしながら、所定の位置からユーザ３の各耳までの音響伝達関数を忠実に再現しない場合であっても、正中面から各耳までの音響伝達関数を忠実に再現して音像の前後感を制御し、レベル差を生じさせて音像の左右感を制御することにより、所望の音像定位効果を得られることが主観実験により今回明らかとなった。【００７４】
また、上述したように、従来では、音像を定位させるべき所定の位置から各耳までの音響伝達関数の振幅周波数特性が音像定位の重要な手がかりになっていると考えられていた。そこで、図３２および図３４に示した従来技術では、制御手法として、音像を定位させるべき所定の位置から各耳までの音響伝達関数の振幅周波数特性を忠実に再現するという方法を採用していた。このため、従来技術では、クロストークキャンセル処理を行っていた。しかしながら、高周波数帯域における振幅周波数特性が音像定位効果に大きな影響を与えるため、従来技術では、クロストークキャンセル処理を行うがために、音像定位効果が得られる受聴範囲が極めて狭く、それを解消するにはスピーカの配置位置が制限されていた。【００７５】
一方、本実施形態に係る音像定位装置では、所定の位置に音像を定位させるにあたり、高域音響信号については、振幅特性調整部４１１で所定の位置のうちの前後方向の位置を調整し、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂで所定の位置のうちの左右方向の位置を調整する。つまり、本実施形態に係る音像定位装置では、音像定位効果に大きな影響を与える高周波数帯域については、クロストークキャンセル処理を行わずに、振幅特性調整部４１１において調整される目標特性、つまり正中面から各耳までの音響伝達関数の振幅周波数特性を忠実に再現している。このため、本実施形態に係る音像定位装置では、所定の位置に音像を定位させるにあたってクロストークキャンセル処理を行わなくて済むので、スピーカの配置位置を制限させることなく、音像定位効果が得られる受聴範囲を従来よりも広げることができる。【００７６】
以上のように、本実施形態によれば、音像定位にとって重要な高周波数帯域においては、位相周波数特性を調整してクロストークをキャンセルするクロストークキャンセル処理を行わない。このため、スピーカの配置位置を制限させることなく、音像定位効果が得られる受聴範囲を従来よりも広げることができる。【００７７】
以下、図３２に示した従来の音像定位システム１０と、図２に示した本実施形態に係る音像定位装置４１ａとで、受聴位置の違いによる制御誤差を定量的に検証する。図１２は、音響伝達関数を測定した位置を示す図である。音像を定位させる位置を右サラウンドスピーカＲＲが存在する右斜め後方の１２０度方向の位置としたうえで、設計時に想定した受聴位置を「受聴位置２」とする。また、「受聴位置２」に対し、左右にそれぞれ１０ｃｍずれた位置を「受聴位置１」、「受聴位置３」とする。また、左スピーカ２ａは、「受聴位置２」の正面から３０度だけ左方向に回転した位置に配置される。左スピーカ２ａは、「受聴位置２」から２ｍだけ離れている。また、右スピーカ２ｂは、「受聴位置２」の正面から３０度だけ右方向に回転した位置に配置される。右スピーカ２ｂは、「受聴位置２」から２ｍだけ離れている。ホワイトノイズを入力信号とし、低域通過部４１０ａ、高域通過部４１０ｂのクロスオーバー周波数を１ｋＨｚとして各受聴位置における音響伝達関数を測定した結果を図１３に示す。図１３において、各受聴位置で測定された振幅周波数特性である測定特性は、実際にユーザ３の左耳に到来する音が有する音響伝達関数の振幅周波数特性である。図１３（ａ）は、従来の方法で処理した場合の目標特性および測定特性を示す。図１３（ｂ）は、本実施形態の方法で処理した場合の目標特性および測定特性を示す。なお、図１３（ａ）での目標特性は、音像を定位させるべき右後方１２０度方向の位置から各耳までの音響伝達関数の振幅周波数特性を示している。図１３（ｂ）での目標特性は、正中面のうちの１８０度方向、つまり真後ろ方向の音響伝達関数の振幅周波数特性を示している。図１３からわかるように、受聴位置２、すなわち設計時に想定した受聴位置では、いずれの処理を用いても測定特性が目標特性に近くなっている。しかし、受聴位置１及び３では、図１３（ａ）に示す従来の方が制御誤差が大きくなることがわかる。つまり、図１３（ａ）に示す従来の方が、受聴位置１及び３において音像定位効果が大きく損なわれている。これは、上述したように、従来では、クロストークをキャンセルするために、音響信号の位相周波数特性を調整しているためである。【００７８】
なお、図２に示した構成では、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂが、入力される音響信号の振幅レベルを、周波数に関わらず一定に調整する構成としたが、これに限定されない。左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂの各々が、入力される音響信号の振幅レベルを、所定の周波数帯域毎に異なる調整値を用いて調整するようにしてもよい。なお、所定の周波数帯域は、音像定位の手がかりとなるノッチ特性やピーク特性などを含む帯域である。つまり、所定の周波数帯域毎に異なる調整値で振幅レベルを調整することで、これらの特性が変わらないように処理することができる。例えば、右斜め後方である１２０度方向の位置に音像を定位させる場合、その位置からユーザ３の左耳までの音響伝達関数が示す振幅周波数特性と、その位置からユーザ３の右耳までの音響伝達関数が示す振幅周波数特性は、図１４に示す特性となる。図１４は、右斜め後方である１２０度方向の位置に音像を定位させる場合の音響伝達関数が示す振幅周波数特性を示す図である。図１４において、ノッチ特性やピーク特性を含む１ｋＨｚ付近の帯域では、左耳の振幅レベルに比べて右耳の振幅レベルの方がΔＹ１だけレベルが大きい。つまり、１ｋＨｚ付近の帯域では、レベル差がΔＹ１となる。また、ノッチ特性やピーク特性を含む１０ｋＨｚ付近の帯域では、レベル差はΔＹ２となる。このような周波数帯域におけるレベル差を再現するように、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂそれぞれに対して、所定の周波数帯域毎に異なる調整値を設定しておく。なお、実際には、このような周波数帯域におけるレベル差を再現するように、左スピーカ用レベル調整部４１２ａ、右スピーカ用レベル調整部４１２ｂに適当なイコライザを設計しておけばよい。この場合において、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂそれぞれに振幅特性調整部４１１の処理係数を畳み込み、振幅特性調整部４１１を省く構成としてもよい。このような構成にすれば、振幅特性調整部４１１の演算量の分だけ、音像定位装置４１ａの演算量を削減することができる。【００７９】
なお、図２に示した構成では、音像の左右感を制御すべく、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂを用いて音響信号のレベルを調整したが、これに限定されない。図１０において説明したように、スピーカの出力のレベル差と同じく、時間差（位相差）を調整することによっても、音像の左右方向の定位位置を変えることができる。したがって、音像定位装置４１ａを図１５に示す音像定位装置５１ａの構成としてもよい。図１５は、音像定位装置５１ａの構成を示す図である。図１５において、左スピーカ用遅延部４１５ａは、左スピーカ２ａに対応して設けられている。右スピーカ用遅延部４１５ｂは、右スピーカ２ｂに対応して設けられている。左スピーカ用遅延部４１５ａは、振幅特性調整部４１１から出力された高域音響信号の出力タイミングを第１のタイミングに遅延させ、遅延させた信号を左耳用音響信号として左スピーカ２ａに出力する。右スピーカ用遅延部４１５ｂは、振幅特性調整部４１１から出力された高域音響信号の出力タイミングを第２のタイミングに遅延させ、遅延させた信号を右耳用音響信号として右スピーカ２ｂに出力する。つまり、左スピーカ用遅延部４１５ａおよび右スピーカ用遅延部４１５ｂは、振幅特性調整部４１１から出力された高域音響信号の位相周波数特性を調整する。このように、左スピーカ用遅延部４１５ａおよび右スピーカ用遅延部４１５ｂは、本発明における位相特性調整手段に相当するものである。この第１のタイミングと第２のタイミングとの時間差は、左右方向の所定の位置に音像が定位するときの時間差となるように設定されればよい。音像定位装置５１ａに示す構成にすることで、より左右方向に広がった位置に音像を定位させることができる。なお、上記時間差は、左スピーカ用遅延部４１５ａから出力される左耳用音響信号と、右スピーカ用遅延部４１５ｂから出力される右耳用音響信号との位相差が１８０°を超えない範囲であるとする。つまり、左耳用音響信号が右耳用音響信号と逆位相にならない範囲であり、ユーザ３の右耳および左耳に到来する各音の振幅周波数特性を変化させない範囲である。【００８０】
なお、図２に示した構成に対して、図１５に示した左スピーカ用遅延部４１５ａおよび右スピーカ用遅延部４１５ｂをさらに追加してもよい。この場合、左スピーカ用レベル調整部４１２ａの出力が左スピーカ用遅延部４１５ａの入力に接続され、右スピーカ用レベル調整部４１２ｂの出力が右スピーカ用遅延部４１５ｂの入力に接続される。【００８１】
なお、図２に示した構成では、入力される音響信号を低域音響信号と高域音響信号に分け、別々の処理を行っていたが、これに限定されない。低域音響信号と高域音響信号の両方の音響信号について、振幅特性調整部４１１で所定の位置のうちの前後方向の位置を調整し、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂで所定の位置のうちの左右方向の位置を調整するようにしてもよい。この場合の音像定位装置６１ａの構成は、図１６に示すような構成となる。図１６において、図２に示した構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付している。図１６において、振幅特性調整部４１１に入力される音響信号は、右サラウンドチャンネル信号ＲＲそのものである。図１６に示すような音像定位装置６１ａであっても、クロストークをキャンセルするための位相周波数特性の調整は行わないので、スピーカの配置位置に制限を与えることなく、所望の音像定位効果が得られる受聴範囲を従来よりも広げることができる。なお、音像定位装置６１ａでは、低域音響信号についてもクロストークをキャンセルする処理を行わないため、図２に示す構成に比べて音像定位効果が若干劣る。しかしながら、図２の構成における左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂを省くことができるので、信号処理演算量を減らすことができる。【００８２】
なお、図２の構成では、左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂは、ＦＩＲ型フィルタで実現されており、これらの信号処理演算量は大きい。図１で示した音像定位システム４の場合、センターチャンネル信号ＦＣ以外の音響信号を処理する音像定位装置４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅにおいて、左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂがＦＩＲ型フィルタで実現される可能性が特に高い。そこで、チャンネルによって、ＦＩＲ型フィルタのタップ長が異なるような構成にしてもよい。例えば、左フロントスピーカＦＬおよび右フロントスピーカＦＲは、音響再生を行う左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂと同じく、ユーザ３の前方に位置している。つまり、音像を定位させるべき位置と左スピーカ２ａまたは右スピーカ２ｂとの間の距離を考えると、左フロントスピーカＦＬと左スピーカ２ａとの間と、右フロントスピーカＦＲと右スピーカ２ｂとの間の距離が最も短くなる。このため、左フロントスピーカＦＬおよび右フロントスピーカＦＲに関して音像定位制御に多少の誤差が生じても、ユーザ３の前方に音像が定位し、違和感は比較的少ない。したがって、左フロントチャンネル信号ＦＬおよび右フロントチャンネル信号ＦＲを処理する左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂは、多少の制御誤差が許容されることになる。したがって、音像定位装置４１ｂおよび４１ｄにおける左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂのタップ長を、他のチャンネル信号を処理する左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂよりも短くすることができる。これにより、音像定位装置４１ｂおよび４１ｄにおける左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂの信号処理演算量を減らすことができる。【００８３】
さらに信号処理演算量を減らすために、音像定位システム４を構成する音像定位装置４１ａ〜４１ｅのうち、いずれか２つの音像定位装置間において、低域音響信号の処理を共通化するようにしてもよい。図１７では、右サラウンドチャンネル信号ＲＲを処理する音像定位装置４１ａの低域音響信号の処理と、右フロントチャンネル信号ＦＲを処理する音像定位装置４１ｂの低域音響信号の処理とを共通化した場合の構成を示している。図１７に示す構成は、図２で示した構成に加算器４１４ｃが追加された音像定位装置４１ａと、右フロントチャンネル信号ＦＲを処理する音像定位装置４１ｂとが組み合わさった構成である。図１７において、音像定位装置４１ｂは、高域通過部４１０ｃ、振幅特性調整部４１１ａ、左スピーカ用レベル調整部４１２ｃ、右スピーカ用レベル調整部４１２ｄを備える。右フロントチャンネル信号ＦＲのうち高域音響信号は、右フロントスピーカＦＲの位置に音像が定位するように、振幅特性調整部４１１ａにおいて音像の前後感が制御され、左スピーカ用レベル調整部４１２ｃおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｄにおいて音像の左右感が制御される。図１７に示す構成では、低域通過部４１０ａ、左振幅位相特性調整部４１３ａ、および右振幅位相特性調整部４１３ｂが共通化される。これにより、ＦＩＲ型フィルタの数を削減することができ、信号演算量をさらに減らすことができる。【００８４】
なお、図１７に示す構成において、右フロントスピーカＦＲと右サラウンドスピーカＲＲが、図１８に示すようにユーザ３の各耳を通る平面Ａに対して対称な位置、すなわちφ（ＦＲ）＝φ（ＲＲ）が成り立つような位置にあるとき、低域音響信号の処理を共通化しても、音響定位効果を維持することができる。また、音像定位装置４１ｄおよび４１ｅの低域音響信号の処理を共通化した場合には、左フロントスピーカＦＬと左サラウンドスピーカＲＬが、図１８に示すようにユーザ３の各耳を通る平面Ａに対して対称な位置、すなわちφ（ＦＬ）＝φ（ＲＬ）が成り立つような位置にあるとき、音響定位効果を維持することができる。以下、図１９を参照して、この理由について述べる。図１９は、φ（ＦＲ）＝φ（ＲＲ）＝３０度の場合における左振幅位相特性調整部４１３ａの伝達関数ＧＬの振幅周波数特性、および右振幅位相特性調整部４１３ｂの伝達関数ＧＲの振幅周波数特性を示した図である。図１９では、全周波数帯域についての振幅周波数特性を示している。図１９（ａ）は、ＦＲ用の伝達関数ＧＬの振幅周波数特性と、ＲＲ用の伝達関数ＧＬの振幅周波数特性を示した図である。図１９（ｂ）は、ＦＲ用の伝達関数ＧＲの振幅周波数特性と、ＲＲ用の伝達関数ＧＲの振幅周波数特性を示した図である。図１９（ａ）および（ｂ）からわかるように、２ｋＨｚより低い周波数帯域では、ＦＲ用とＲＲ用で振幅周波数特性がほぼ一致する。これは右フロントスピーカＦＲから各耳までの距離の差と、右サラウンドスピーカＲＲから各耳までの距離の差とが等しいことからも物理的に説明することができる。また、図示していないが、ＦＲ用とＲＲ用で位相特性もほぼ一致する。したがって、図１７に示す構成において、右フロントスピーカＦＲと右サラウンドスピーカＲＲが、図１８に示すようにユーザ３の各耳を通る平面Ａに対して対称な位置にあり、かつ、クロスオーバー周波数をおよそ２ｋＨｚに設定することで、低域音響信号の処理を共通化しても、音像定位効果を維持することができる。【００８５】
なお、図２に示す構成では、低域音響信号を左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂを用いて処理していたが、これに限定されない。信号処理演算量をさらに削減するために、左振幅位相特性調整部４１３ａもしくは右振幅位相特性調整部４１３ｂのいずれかを削除してもよい。この場合、上式（１）が成立しないため、音像が目標音像５に定位しないことが懸念される。しかし、低域では、各耳への音響伝達関数のレベル差および位相差が音像定位の手がかりとなる。このため、各耳への音響伝達関数の比が、ＨＲ１２０ＬとＨＲ１２０Ｒの比に一致しさえすれば、目標音像５に音像を定位させることができる。【００８６】
したがって、例えば、左振幅位相特性調整部４１３ａの伝達関数ＧＬと右振幅位相特性調整部４１３ｂの伝達関数ＧＲを、伝達関数ＧＲでそれぞれ除算してもよい。この場合、左振幅位相特性調整部４１３ａの伝達関数はＧＬ／ＧＲとなり、右振幅位相特性調整部４１３ｂの伝達関数は１となり、各耳への音響伝達関数は次式の右辺のようになる。【００８７】
【数３】
2008047833.tif 000005
・・・（３）
ただし、ユーザ３が聴く音は目標音像５に音像定位するものの、式（３）から明らかなように、各耳への音響伝達関数には１／ＧＲが含まれている。このため、図２の構成で聴く音と比べて音質が変わる。そこで、このような音質変化をあらかじめ補正するために、低域通過部４１０ａから出力された低域音響信号に、伝達関数ＧＲの特性を与えるように処理してもよい。ただし、伝達関数ＧＲの特性を与える処理部は、信号処理演算量を増やさないようにするため、伝達関数ＧＲの振幅周波数特性のみを近似するような低演算のＩＩＲ型フィルタで実現することが望ましい。【００８８】
図２０に、この例を適用した音像定位装置７１ａの構成を示す。音像定位装置７１ａは、図２に示した音像定位装置４１ａに対して、右振幅位相特性調整部４１３ｂが省略され、振幅特性補正部４１６が追加され、左振幅位相特性調整部４１３ａが左振幅位相特性調整部４１３ｄに入れ代わった点のみ異なる。振幅特性補正部４１６は、伝達関数ＧＲの振幅周波数特性となるように、低域通過部４１０ａから出力された低域音響信号の振幅周波数特性を調整する。左振幅位相特性調整部４１３ｄは、伝達関数ＧＬ／ＧＲが設定されており、振幅特性補正部４１６の出力信号を処理する。左振幅位相特性調整部４１３ｄは、ＦＩＲ型フィルタで実現されるのに対し、振幅特性補正部４１６は、低次のＩＩＲ型フィルタで実現される。なお、音質の変化よりも信号処理演算量の削減を優先するときは、振幅特性補正部４１６を削除した構成でもよいことはいうまでもない。また、図１７に示した構成に対して、右振幅位相特性調整部４１３ｂを省略し、振幅特性補正部４１６を追加し、左振幅位相特性調整部４１３ａを左振幅位相特性調整部４１３ｄに入れ代えてもよい。【００８９】
なお、図２に示した構成では、ユーザ３の前方に設置された２個の左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂで音響再生を行っているが、３個以上のスピーカを用いる構成にしてもよい。図２１は、スピーカを３個を用いて制御を行う音像定位装置８１ａの構成を示す図である。図２１に示す音像定位装置８１ａは、図２に示した構成に対し、センタースピーカ用レベル調整部４１２ｅ、センター振幅位相特性調整部４１３ｃ、および加算器４１４ｄが新たに追加されている。なお、センタースピーカ２ｃは、ユーザ３の正面の位置に配置されている。この構成において、振幅特性調整部４１１を構成する再生特性補正処理部４１１２は、センタースピーカ２ｃからユーザ３の各耳までの音響伝達関数を考慮した特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ＋ＣＣＬ）もしくは特性（ＣＬＲ＋ＣＲＲ＋ＣＣＲ）を平坦化するように、設計を行えばよい。また、センタースピーカ用レベル調整部４１２ｅには、ユーザ３の受聴位置が変わっても音像の左右方向の定位位置の変化が少なくなるように、適当なゲインを設定すればよい。また、センター振幅位相特性調整部４１３ｃは、ユーザ３の受聴位置が変わっても音像の左右方向の定位位置の変化が少なくなるように、適当な伝達関数が設定されればよい。図２１に示す構成にすることによって、ユーザ３の周囲の音圧分布がより均一に近くなり、受聴位置の違いによる音像定位効果の変化を軽減することができる。【００９０】
なお、３個以上のスピーカを用いる場合、少なくとも１個のスピーカを補助スピーカとして音像定位させたい所定の位置付近に配置する構成にしてもよい。図２２は、補助スピーカを用いる場合の音像定位装置９１ａの構成を示す図である。図２２において、音像定位装置９１ａは、図２に示した構成に対して、中域通過部４１０ｄをさらに備える点のみ異なる。また、図２２では、音像定位させたい所定の位置がユーザ２の右斜め後方であるとし、当該所定の位置に補助スピーカ２ｄが配置されている。中域通過部４１０ｄは、右サラウンドチャンネル信号ＲＲの中域成分のみを通過させるバンドパスフィルタで構成される。なお、図２３に示すように、低域通過部４１０ａ、高域通過部４１０ｂ、中域通過部４１０ｄは互いに周波数特性が重複しないように設計される。図２３に示すように、高域通過部４１０ｂは、第１の所定周波数ｆ１以上の音響信号のみを通過させ、中域通過部４１０ｄは、第１の所定周波数ｆ１より低く、第２の所定周波数ｆ２以上の音響信号のみを通過させ、低域通過部４１０ａは、第２の所定周波数ｆ２より低い音響信号のみを通過させる。中域通過部４１０ｄの出力信号は、補助スピーカ２ｄで再生される。これにより、中域通過部４１０ｄからの出力信号は、音像定位させたい方向にある実物のスピーカから音響再生されるため、音像定位効果がより高まる。【００９１】
ここで、図２２の構成において、補助スピーカ２ｄの再生帯域の幅は広くてもよいが、一般に再生帯域の幅が広いスピーカは寸法が大きく重いため、限られたスペースに設置することは困難である。しかしながら、図２３に示したように、補助スピーカ２ｄに必要とされる再生帯域は中域であり、必要とされる再生帯域の幅は狭くてよい。このため、小型のスピーカを補助スピーカ２ｄとして用いることができ、設置が容易になる。また、図２の構成において処理していた低域音響信号のうちの高域成分（つまり、中域成分）は、クロストークキャンセル処理を行うことにより受聴位置の変化に伴う制御誤差が生じやすい。しかしながら、図２２の構成では、中域については制御を行わずに補助スピーカ２ｄから直接出力させる。このため、中域において制御誤差は生じず、より高い音像定位効果を得ることができる。【００９２】
なお、図２に示した構成では、ユーザ３の前方に設置された左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂで音響再生を行っているが、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂがユーザ３の後方に配置される構成としてもよい。図２４は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂがユーザ３の後方に配置された構成を示す図である。図２４に示す構成において、左スピーカ２ａからユーザ３の左耳までの音響伝達経路ＣＬＬ、左スピーカ２ａからユーザ３の右耳までの音響伝達経路ＣＬＲ、右スピーカ２ｂからユーザ３の右耳までの音響伝達経路ＣＲＲ、右スピーカ２ｂからユーザ３の左耳までの音響伝達経路ＣＲＬが測定等により得られているとする。この場合、振幅特性調整部４１１を構成する再生特性補正処理部４１１２は、特性（ＣＬＬ＋ＣＲＬ）もしくは特性（ＣＬＲ＋ＣＲＲ）を平坦化するように設計されればよい。図２４に示す構成であれば、空間の制約等によってやむを得ずユーザ３の前方にスピーカを設置できないような環境においても、広い受聴範囲で音像定位効果をユーザ３に与えることができる。【００９３】
なお、図２に示した構成の説明では、音像がユーザ３の斜め後方の位置、つまり右サラウンドスピーカＲＲの位置に定位するような動作について説明したが、いかなる位置にも定位させることができる。図２５は、ユーザ３の斜め後ろ上方の位置に音像を定位させる様子を３次元的に示す図である。図２５において、目標音像７の位置は、ユーザ３の斜め後ろ上方の位置である。ここで、正中面と平行かつ目標音像７が存在する面を矢状面と称す。また、矢状面において目標音像７の上方の角度αを上昇角、ユーザ３から見た矢状面の開き角度βを側方角と称す。目標音像７ａは、正中面内において目標音像７の上昇角αと同じ上昇角の位置にある音像である。目標音像７の位置に音像を定位させる場合、まず目標特性補正処理部４１１１は、目標音像７ａからユーザ３の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数の振幅周波数特性となるように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する。この処理により、音像は、上昇角α、つまりユーザ３の位置を中心としてユーザ３の正面から上方向に角度αだけ回転した位置である目標音像７ａに定位する。次に、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、側方角βを実現するように、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂの出力に適当なレベル差を生じさせる。この処理により、音像は、側方角β、つまりユーザ３の位置を中心として目標音像７ａの位置から上方向と直交する右方向に角度βだけ回転した位置である目標音像７に定位する。このように音像を所定の位置に定位させる場合、所定の位置が示す上昇角αと側方角βを求めたうえで、目標特性補正処理部４１１１と左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂとに対して適当な値を設定すればよい。【００９４】
（第２の実施形態）
次に、図２６を参照して、本発明の第２の実施形態に係る音像定位装置について説明する。図２６は、第２の実施形態に係る音像定位装置１０１ａの構成を示す図である。音像定位装置１０１ａは、図２で示した音像定位装置４１ａに対して、振幅特性調整部４１１が振幅特性調整部４２０に代わり、記憶部４２１が新たに追加された点で異なる。以下、異なる点を中心に説明する。なお、図２６では、一例として、右サラウンドチャンネル信号ＲＲを処理する音像定位装置１０１ａの構成を示している。また図２６では、ユーザ３は紙面に向かって上を向いており、紙面に向かって上がユーザ３の正面となる。また図２６は、ユーザ３の頭部上方から見た図である。【００９５】
図２６において、振幅特性調整部４２０は、高域通過部４１０ｂから出力された高域音響信号を入力とする。振幅特性調整部４２０は、記憶部４２１と接続されている。振幅特性調整部４２０の出力信号は、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂにそれぞれ入力される。左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂの処理については、第１の実施形態で説明した処理と同様であり、ここでは説明を省略する。【００９６】
振幅特性調整部４２０は、図２７に示すように、第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２を実現するパラメトリックイコライザフィルタで構成される。図２７は、振幅特性調整部４２０の構成を示す図である。第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２は、シリアルに接続されている。なお、振幅特性調整部４２０は、パラメトリックイコライザフィルタとして公知のバイクワッド型ＩＩＲフィルタ等を２段用いて第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２を実現する。【００９７】
図２に示した構成において、振幅特性調整部４１１は、音像の前後の定位にとって重要な手がかりであるとされる正中面上に基づく音響伝達関数の振幅周波数特性を忠実に再現するように調整を行った。しかし、飯田らは「Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｈｅａｄ−ｒｅｌａｔｅｄ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｍｏｄｅｌ  ｂａｓｅｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｒａｕｒａｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｕｅｓ、ＷＥＳＰＡＣ９（２００６年６月）」において、４ｋＨｚ〜１６ｋＨｚの周波数帯域に現れる２つのノッチ特性を再現するだけで音像の前後の定位制御を行うことが可能であり、これらの特性が前後の定位にとってとりわけ重要な役割を果たしていると報告している。図２８は、左スピーカ２ａと右スピーカ２ｂの音響伝達経路ＣＬＬ＋ＣＲＬの振幅周波数特性と、図４における音響伝達関数ＨＬの振幅周波数特性とを示す図である。ＣＬＬ＋ＣＲＬの場合、７ｋＨｚ付近（Ｎ１）と１１ｋＨｚ付近（Ｎ２）に振幅レベルが落ち込む特性（ノッチ特性）が現れている。また、ＨＬについても７ｋＨｚ付近（Ｎ１’）と１２ｋＨｚ付近（Ｎ２’）においてノッチ特性が現れている。第１の実施形態で説明したように、ユーザ３がＣＬＬ＋ＣＲＬの特性を各耳で聴くと、正面からやや上方向の位置に音像が定位する。ＨＬの特性を各耳で聴くと、真後ろ方向の位置に音像が定位する。このように、４ｋＨｚ〜１６ｋＨｚの周波数帯域に現れるこれら２つのノッチ特性の周波数、ゲイン（ノッチの深さ）、および先鋭度（ノッチの鋭さ）を所定の値に変えることによって、音像の前後の定位を制御することができることがわかる。【００９８】
振幅特性調整部４２０は、このような知見に基づき、Ｎ１’を再現する第１ノッチ補正処理部４２０１と、Ｎ２’を再現する第２ノッチ補正処理部４２０２とで構成されている。例えば、第１ノッチ補正処理部４２０１は、図２９に示すように、ＣＬＬ＋ＣＲＬのノッチ特性Ｎ１を平坦化すると共に、Ｎ１’にノッチ特性を形成するような適当な周波数、ゲイン、先鋭度のパラメトリックイコライザが設計されている。図２９は、第１ノッチ補正処理部４２０１における処理を模式的に示した図である。図２９において、点線が第１ノッチ補正処理部４２０１に設計された補正特性を示す。実線がＣＬＬ＋ＣＲＬの特性を示す。第２ノッチ補正処理部４２０２も、第１ノッチ補正処理部４２０１と同様に、Ｎ２’を再現するように設計されればよい。このように、振幅特性調整部４２０は、第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２の処理によって、ユーザ３の左耳における再生特性が、図４における音響伝達関数ＨＬの振幅周波数特性が有するノッチ特性と同じノッチ特性を有するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整するものである。【００９９】
ところで、通常は市販のダミーヘッドを受聴位置に設置して測定した音響伝達関数を用いて第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２を設計する。しかし、音響伝達関数は、実際に使用するユーザ３の頭部の形や耳の形の違いによって差がある。このため、同じ補正処理を行った場合でも、ユーザ３によって音像定位効果に差が生じる。図３０に、異なるユーザであるＡとＢの真後ろ方向の音響伝達関数ＨＬの振幅周波数特性を示した。図３０において、ノッチ特性Ｎ１’ａおよびＮ２’ａは、ユーザＡのノッチ特性である。ノッチ特性Ｎ１’ｂおよびＮ２’ｂは、ユーザＢのノッチ特性である。図３０に示すように、ユーザＡとＢとで、４ｋＨｚ〜１６ｋＨｚの周波数帯域に生じるノッチ特性の数は同じであるものの、周波数、ゲイン、および先鋭度が異なることがわかる。そこで、記憶部４２１には、ユーザを識別する識別情報と、そのユーザに基づくノッチ特性に関する情報（Ｎ１’およびＮ２’が有する周波数、ゲイン、および先鋭度などの情報）とを対応付けした対応情報が記憶されている。また、この対応情報は、ユーザ毎に複数記憶されている。また、第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２は、このようなユーザの違いによる音響伝達関数の差に対応できるように、パラメータが可変の構成となっている。つまり、振幅特性調整部４２０は、受聴しているユーザに基づく対応情報を記憶部４２１から読み出し、第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２のパラメータを、受聴しているユーザ毎に変える。以上のような動作によって、ユーザ毎に適切なパラメータを設定することができ、音像定位効果を最大化することができる。【０１００】
なお、図２６に示した構成では、ユーザ毎に適切なパラメータを設定するために、記憶部４２１を設け、振幅特性調整部４２０をパラメータ可変の構成にした。これに対し、記憶部４２１を省略し、振幅特性調整部４２０をパラメータ固定の構成にしてもよい。このような構成においては、ユーザ毎に適切なパラメータを設定することはできないが、音像の前後を制御するための処理部である振幅特性調整部４２０がバイクワッド型のＩＩＲフィルタ２段で構成されるため、図２で示した構成に比べて、演算量が少ないという特徴を有する。【０１０１】
なお、図２６に示した構成では、振幅特性調整部４２０で２つのノッチ特性を補正しているが、３つ以上のノッチ特性、あるいはピーク特性を補正するような構成にしてもよい。このような構成にすれば、補正の精度が向上し、音像定位効果が向上するという特徴を有する。【０１０２】
なお、図２６に示した構成に対し、第１の実施形態で説明した各変形例（図１４〜図１７、図２０〜図２２、図２４）を適用してもよいことはいうまでもない。【０１０３】
なお、以上に説明した第１および第２の実施形態に係る音像定位装置や音像定位システムは、テレビジョン受像機やＣＲＴなどの映像機器に搭載することができる。近年、テレビ放送ではモノラル音声やステレオ音声に加え、５．１チャンネル音声コンテンツが放送されており、チャンネル数が異なる放送コンテンツが混在して放送されている。このような状況下、テレビジョン受像機に音像定位システムを適用した場合、テレビプログラム（テレビコンテンツ）のチャンネル数と音場制御ＯＮ／ＯＦＦとの組み合わせの分だけ、様々な種類の音響効果が存在することになる。よって、ユーザがどのような音響効果が得られているのかを直感的に即座に把握することが困難であり、ユーザが混乱する恐れがある。そこで、図３１に示すように、テレビプログラムのチャンネル数と、音場制御ＯＮ／ＯＦＦと、ユーザが得ている音響効果とを、視覚的に把握可能に表現された画像を用いて表示画面上に表示させる。これにより、ユーザは、どのような音響効果が得られているのかを直感的に即座に把握することができる。図３１（ａ）は、５．１チャンネル音声コンテンツを音場制御ＯＦＦで視聴している際の表示画面を示している。図３１（ａ）では、テレビプログラムは５．１チャンネル音声コンテンツを示しているものの、テレビジョン受像機に搭載された２つのスピーカによって２チャンネル再生が行われている状態を示している。また図３１（ｂ）は、５．１チャンネル音声コンテンツを音場制御ＯＮで視聴している際の表示画面を示している。図３１（ａ）では、テレビジョン受像機に搭載された２つのスピーカからのみ音が放射されているものの、ユーザを取り囲むように５．１チャンネル再生が行われている状態を示している。【０１０４】
なお、以上に説明した第１および第２の実施形態に係る音像定位装置や音像定位システムは、例えばマルチチャンネルの音響信号を入力とし、処理した音響信号を出力とする一般的なコンピュータシステム等の情報処理装置で実現可能である。この場合、上述した動作をコンピュータに実行させるプログラムを所定の情報記録媒体に格納し、当該情報記録媒体に格納されたプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、第１および第２の実施形態に係る音像定位装置や音像定位システムが実現される。また、図２６に示した記憶部４２１は、例えば情報処理装置内のハードディスク内で構成される。また、上記プログラムを格納する情報記録媒体は、例えば、ＲＯＭまたはフラッシュメモリのような不揮発性半導体メモリやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、あるいはそれらに類する光学式ディスク状記録媒体である。また、プログラムを他の媒体や通信回線を通じて上記情報処理装置に供給してもかまわない。また、記憶部４２１を例えば情報処理装置内のハードディスク内で構成されるとしたが、情報処理装置内のメモリや情報処理装置外の他の記録媒体で構成されてもよい。【０１０５】
なお、以上に説明した第１および第２の実施形態に係る音像定位装置や音像定位システムの各構成部は、ＬＳＩなどの集積回路や、専用の信号処理回路を用いて１チップ化したものによって実現されてもよい。また第１および第２の実施形態に係る音像定位装置や音像定位システムは、上記各構成部の機能に相当するものをそれぞれチップ化したものによって実現されてもよい。なお、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。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よい。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、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明に係る音像定位装置、音像定位システム、音像定位方法、プログラム、および集積回路は、スピーカの配置位置を制限させることなく、ユーザに広い受聴範囲で音像定位効果を与えることを可能とし、映像機器やカーオーディオ機器などの音響再生システム等に適用される。
【図１】
2008047833.tif 000006
【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】
2008047833.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008047833.tif 000018
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2008047833.tif 000021
【図１７】
2008047833.tif 000022
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年3月26日(2008.3.26)
【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】
受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位装置であって、
前記受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に前記音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、
前記複数のスピーカに対応して設けられ、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数のレベル調整手段とを備え、
各前記レベル調整手段は、前記第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に前記受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した前記所定の位置に前記音像が定位するように、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを前記対応するスピーカに応じたレベルに調整し、
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づく振幅周波数特性を有するように、前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、音像定位装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくノッチ特性を有するように、前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位装置。
【請求項４】
前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくノッチ特性は、４ｋＨｚより高い周波数帯域において少なくとも２つ存在することを特徴とする、請求項３に記載の音像定位装置。
【請求項５】
前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数が有するノッチ特性に関する情報と、当該受聴者を識別する情報とを対応付けした対応情報を、前記受聴者ごとに記憶する記憶部をさらに備え、
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が当該受聴者に応じたノッチ特性を有するように、前記記憶部に記憶される対応情報に基づいて前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、請求項３に記載の音像定位装置。
【請求項６】
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくピーク特性を有するように、前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位装置。
【請求項７】
各前記レベル調整手段は、周波数に関わらず同じ調整値を用いて、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項８】
各前記レベル調整手段は、所定の周波数帯域ごとに異なる調整値を用いて、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項９】
前記複数のスピーカから、前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの複数の音響伝達関数の振幅レベル差が大きな周波数帯域ほど、前記レベル調整手段の調整値の差が大きいことを特徴とする、請求項８に記載の音像定位装置。
【請求項１０】
前記複数のレベル調整手段に対応して設けられ、対応する前記レベル調整手段から出力された音響信号の位相周波数特性を調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の位相特性調整手段をさらに備え、
各前記位相特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音の振幅周波数特性が変化しない範囲において、前記第１の角度だけ回転した位置から前記第２の角度だけ回転した前記所定の位置に前記音像が定位するように、前記対応するレベル調整手段から出力された音響信号の位相周波数特性を前記対応するスピーカに応じた特性に調整する、請求項１から９のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１１】
前記入力される音響信号うち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて前記振幅特性調整手段に出力する高域通過手段をさらに備える、請求項１から１０のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１２】
前記入力される音響信号のうち、前記所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、
前記所定の位置に前記音像が定位するように、前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を調整し、前記複数のスピーカにそれぞれ出力する調整手段とをさらに備える、請求項１１に記載の音像定位装置。
【請求項１３】
前記調整手段は、前記複数のスピーカに対応して設けられ、前記所定の位置に前記音像が定位するように、前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段を有する、請求項１２に記載の音像定位装置。
【請求項１４】
前記調整手段は、前記複数のスピーカのうちのいずれか１つである所定のスピーカ以外に対応して設けられ、前記所定の位置に前記音像が定位するように、前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段を有する、請求項１２に記載の音像定位装置。
【請求項１５】
各前記振幅位相特性調整手段の伝達関数は、前記振幅位相特性調整手段が前記複数のスピーカ全てに対応して設けられたと仮定したときに前記所定のスピーカ以外に対応して設けられる前記振幅位相特性調整手段それぞれに設定されるべき伝達関数を、当該仮定において前記所定のスピーカに対応して設けられる前記振幅位相特性調整手段に設定されるべき伝達関数で除算することにより算出される、請求項１４に記載の音像定位装置。
【請求項１６】
前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性を、前記仮定において前記所定のスピーカに対応して設けられる前記振幅位相特性調整手段に設定されるべき伝達関数が示す振幅周波数特性に補正し、各前記振幅位相特性調整手段に出力する振幅特性補正手段をさらに備える、請求項１５に記載の音像定位装置。
【請求項１７】
前記入力される音響信号うち、第１の所定周波数以上の音響信号のみを通過させて前記振幅特性調整手段に出力する高域通過手段と、
前記入力される音響信号うち、前記第１の所定周波数より低く、前記第２の所定周波数以上の音響信号のみを通過させて、前記所定の位置に配置された補助スピーカへ出力する中域通過手段と、
前記入力される音響信号のうち、前記第２の所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、
前記所定の位置に前記音像が定位するように、前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を調整し、前記複数のスピーカにそれぞれ出力する調整手段とをさらに備える、請求項１から１０のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１８】
受聴者から見て複数のチャンネルに応じた空間上の複数の位置に音像を定位させるように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位システムであって、
前記複数のチャンネルに対応して設けられ、対応するチャンネルに応じた前記空間上の対応位置に前記音像を定位させるように、複数のスピーカから音を出力させる複数の音像定位装置を備え、
前記音像定位装置の各々は、
前記受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に前記音像が定位するように、前記対応するチャンネルの音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、
前記複数のスピーカに対応して設けられ、前記第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に前記受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した前記対応位置に前記音像が定位するように、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを対応するスピーカに応じたレベルに調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数のレベル調整手段とを有し、
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づく振幅周波数特性を有するように、前記対応するチャンネルの音響信号の振幅周波数特性を調整することを特徴とする、音像定位システム。
【請求項１９】
前記音像定位装置の各々は、
前記対応するチャンネルの音響信号のうち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて自身の前記振幅特性調整手段に出力する高域通過手段と、
前記対応するチャンネルの音響信号のうち、前記所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、
前記複数のスピーカに対応して設けられ、前記対応位置に前記音像が定位するように、前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段とをさらに有する、請求項１８に記載の音像定位システム。
【請求項２０】
前記振幅位相特性調整手段の各々は、ＦＩＲ型フィルタで構成されており、
各前記音像定位装置のうち、前記対応位置と前記スピーカとの間の距離が最も短い前記音像定位装置の有する各前記振幅位相特性調整手段のタップ長が、他の前記音像定位装置の有する前記振幅位相特性調整手段のタップ長よりも短いことを特徴とする、請求項１９に記載の音像定位システム。
【請求項２１】
各前記音像定位装置のうちのいずれか２つの音像定位装置に関し、一方の音像定位装置は、
自身に対応するチャンネルの音響信号のうち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて自身の前記振幅特性調整手段に出力する高域通過手段をさらに有し、
他方の前記音像定位装置は、
自身に対応するチャンネルの音響信号のうち、前記所定周波数以上の音響信号のみを通過させて自身の前記振幅特性調整手段に出力する高域通過手段と、
自身に対応するチャンネルの音響信号と、前記一方の音像定位装置に対応するチャンネルの音響信号とを加算する加算手段と、
前記加算手段から出力された音響信号のうち、前記所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、
前記複数のスピーカに対応して設けられ、前記対応位置に前記音像が定位するように、前記低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段とをさらに有する、請求項１８に記載の音像定位システム。
【請求項２２】
画面上に映像を表示する映像機器であって、
前記複数のスピーカと、
前記複数のスピーカに接続された請求項１８に記載の音像定位システムとを備える、映像機器。
【請求項２３】
受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位方法であって、
前記受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に前記音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整ステップと、
前記第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に前記受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した前記所定の位置に音像が定位するように、前記振幅特性調整ステップにおいて調整された音響信号のレベルを前記スピーカに応じたレベルにそれぞれ調整し、対応する前記スピーカに当該調整した音響信号を出力するレベル調整ステップとを含み、
前記振幅特性調整ステップは、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づく振幅周波数特性を有するように、前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、音像定位方法。
【請求項２４】
受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる集積回路であって、
前記受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に前記音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、
前記複数のスピーカに対応して設けられ、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数のレベル調整手段とを備え、
各前記レベル調整手段は、前記第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に前記受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した前記所定の位置に音像が定位するように、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを前記対応するスピーカに応じたレベルに調整し、
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づく振幅周波数特性を有するように、前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、集積回路。
【請求項２５】
受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位装置のコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に前記音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整ステップと、
前記第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に前記受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した前記所定の位置に音像が定位するように、前記振幅特性調整ステップにおいて調整された音響信号のレベルを前記スピーカに応じたレベルにそれぞれ調整し、対応する前記スピーカに当該調整した音響信号を出力するレベル調整ステップとを、前記コンピュータに実行させ、
前記振幅特性調整ステップは、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、前記第１の角度だけ回転した位置から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づく振幅周波数特性を有するように、前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、プログラム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のプログラムを記録した、コンピュータに読み取り可能な記録媒体。
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月25日(2009.3.25)
【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、音像定位装置、音像定位システム、音像定位方法、プログラム、及び集積回路に関し、より特定的には、所定の位置に音像を定位させる、音像定位装置、音像定位システム、音像定位方法、プログラム、及び集積回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、音楽や放送等の音声コンテンツにおいては、２チャンネルコンテンツが主流であった。２チャンネルコンテンツは、ユーザの左斜め前方にあるスピーカから再生される左チャンネルＦＬの音響信号、及びユーザの右斜め前方にあるスピーカから再生される右チャンネルＦＲの音響信号により構成されていた。
【０００３】
１９９０年代に入ると、ドルビーデジタル方式に代表される各種の５．１チャンネル音声フォーマットが提案され、そのようなフォーマットに基づく５．１チャンネル音声コンテンツがＤＶＤ等に記録され商品として普及した。５．１チャンネル音声コンテンツは、チャンネルＦＬ、ＦＲに加えて、ユーザの正面にあるスピーカから再生されるセンターチャンネルＦＣ、ユーザの左斜め後方にあるスピーカから再生される左サラウンドチャンネルＲＬ、ユーザの右斜め後方にあるスピーカから再生される右サラウンドチャンネルＲＲ、そしておよそ１２０Ｈｚ以下の低域成分専用のスピーカから再生されるチャンネルＬＦＥの音響信号から構成される。ユーザは、自分を取り囲むように配置された６個のスピーカから各チャンネルの音響信号の再生音を聴くことにより、より高い臨場感を得ることができる。
【０００４】
さらに近年では、テレビ放送波のデジタル化に伴い、一部の放送で５．１チャンネル音声コンテンツが採用されており、ユーザが５．１チャンネル音声コンテンツを楽しめる機会が増えている。一方で、限られた居住空間に６個ものスピーカを設置することは困難であるという問題があり、５．１チャンネル音声コンテンツの臨場感をより気軽に楽しみたいという要望が高まっている。
【０００５】
この要望を満たす技術として、予め各チャンネルの音響信号に所定の頭部音響伝達関数を畳み込み、畳み込んだ各チャンネルの音響信号をヘッドホンで再生することで、６個のスピーカの配置方向に音像をそれぞれ定位させるバーチャルサラウンドと称される技術が実用化されている。しかし、この技術では、ヘッドホンを長時間装着したときにユーザが疲労感を感じてしまう点や、音像の距離感が不足し音像が頭部近辺に定位してしまう点などの問題があり、広く普及するには至っていない。
【０００６】
そこで、ユーザの右斜め前方および左斜め前方にある２つのスピーカを用いて、頭部音響伝達関数を使ったバーチャルサラウンド技術を実現する技術が提案されている（例えば、特許文献１など）。以下、図３２を参照して、バーチャルサラウンド技術を２つのスピーカで実現する従来の音像定位システム１０について説明する。図３２は、従来の音像定位システム１０の構成について説明するための図である。なお、図３２の例では、０．１チャンネル（チャンネルＬＦＥ）の音響信号については、図示および説明を省略する。また、図３２は受聴者であるユーザ３の頭部上方から見た図であり、ユーザ３は紙面に向かって左側を向いている。
【０００７】
図３２において、マルチスピーカシステム１は、５チャンネルの音響信号を音像定位システム１０に出力する。マルチスピーカシステム１は、具体的には、左フロントチャンネル信号ＦＬ、センターチャンネル信号ＦＣ、右フロントチャンネル信号ＦＲ、左サラウンドチャンネル信号ＲＬ、および右サラウンドチャンネル信号ＲＲを音響信号として出力する。これらの音響信号は、本来ならば、破線によって示された左フロントスピーカＦＬ、センタースピーカＦＣ、右フロントスピーカＦＲ、左サラウンドスピーカＲＬ、および右サラウンドスピーカＲＲ、すなわちユーザ３を取り囲むように配置された５個のスピーカから音波となって放射されるべきものである。
【０００８】
音像定位システム１０は、５チャンネルの音響信号に対して効果付与部１１１ａ〜１１１ｅによって所定の効果付与処理を施すと共に、加算器１１２ａ〜１１２ｈによって各効果付与処理の結果を合成する。さらに音像定位システム１０は、クロストークキャンセラ１１３でクロストークキャンセル処理を行った結果を２個の左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂを介して出力する。このような処理によって、音像定位システム１０は、ユーザに対して、５個のスピーカから音波があたかも放射されているかのような音場効果を与える。
【０００９】
効果付与部１１１ａ〜１１１ｅは、破線で示した５個のスピーカの配置位置を音像を定位させる位置とし、各位置に対応した音響伝達関数を与えるように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する。以下、一例として効果付与部１１１ａの処理について説明する。効果付与部１１１ａは、右サラウンドスピーカＲＲの位置を音像を定位させる位置とし、右サラウンドスピーカＲＲの位置に対応した音響伝達関数を与えるように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する。具体的には、効果付与部１１１ａは、右サラウンドスピーカＲＲの位置からユーザ３の左耳までの音響伝達関数ＨLと、右サラウンドスピーカＲＲの位置からユーザ３の右耳までの音響伝達関数ＨRとを再現するフィルタとして設計される。この効果付与部１１１ａの効果付与処理によって、効果付与部１１１ａからは、音響伝達関数ＨLの振幅周波数特性を有する音響信号が左耳用音響信号として出力される。また、効果付与部１１１ａからは、音響伝達関数ＨRの振幅周波数特性を有する音響信号が右耳用音響信号として出力される。
【００１０】
音響伝達関数ＨLおよびＨRの時間軸応答（インパルス応答）と、音響伝達関数ＨLおよびＨRの振幅周波数特性は、図３３に示すような特性となる。右サラウンドスピーカＲＲは、ユーザ３に対して右斜め後方である１２０度方向に位置するスピーカである。図３３（ａ）は、音響伝達関数ＨLおよびＨRの時間軸応答を示す図である。図３３（ｂ）は、音響伝達関数ＨLおよびＨRの振幅周波数特性を示す図である。図３３（ａ）からわかるように、ユーザ３に対して右斜め後方にあるスピーカでは、音響伝達関数ＨRと音響伝達関数ＨLとで時間軸応答の音圧応答値が異なる。また図３３（ｂ）からわかるように、音響伝達関数ＨRと音響伝達関数ＨLとで振幅周波数特性も異なる。これらの違いから、従来では、音像を定位させるべき位置から各耳までの音響伝達関数の振幅周波数特性が音像定位の重要な手がかりになっていると考えられていた。そこで、従来の音像定位システム１０では、制御手法として、音像を定位させるべき位置（右サラウンドスピーカＲＲ）からユーザ３の各耳までの音響伝達関数ＨLおよびＨRを、ユーザ３の各耳の位置で忠実に再現する手法を採用している。具体的には、従来の音像定位システム１０は、効果付与部１１１ａ〜１１１ｅにおける効果付与処理と、クロストークキャンセラ１１３におけるクロストークキャンセル処理とを行うことによって、音響伝達関数ＨLおよびＨRを、ユーザ３の各耳の位置で忠実に再現している。
【００１１】
効果付与部１１１ａは、例えば時間軸応答値を右耳と左耳それぞれについて離散化した値をフィルタ係数とするＦＩＲ型フィルタで設計される。これにより、効果付与部１１１ａから出力される左耳用音響信号は音響伝達関数ＨLの忠実な振幅周波数特性を有する音響信号となり、右耳用音響信号は音響伝達関数ＨRの忠実な振幅周波数特性を有する音響信号となる。
【００１２】
ここで、左スピーカ２ａが左耳用音響信号に基づく左耳用の再生音をそのまま放射し、右スピーカ２ｂが右耳用音響信号に基づく右耳用の再生音をそのまま放射したとする。この場合、ユーザ３の左耳には、左スピーカ２ａから放射された左耳用の再生音だけでなく、右スピーカ２ｂから放射された右耳用の再生音も到来してしまう。同様に、ユーザ３の右耳には、右スピーカ２ｂから放射された右耳用の再生音だけでなく、左スピーカ２ａから放射された左耳用の再生音も到来してしまう。このように、本来再生音を与えるべき耳とは異なる耳への再生音の漏れ（クロストーク）が発生してしまう。このクロストークにより、ユーザ３の各耳の位置で、音像を定位させるべき右サラウンドスピーカＲＲの位置に対応した忠実な音響伝達関数の振幅周波数特性を与えることができなくなる。
【００１３】
クロストークキャンセラ１１３は、このクロストークをキャンセルするために、入力される音響信号の位相周波数特性を調整する。具体的には、左スピーカ２ａから放射される左耳用の再生音と逆位相となるキャンセル音を、左スピーカ２ａから再生音が放射されると同時に右スピーカ２ｂから放射させる。同様に、右スピーカ２ｂから放射される右耳用の再生音と逆位相となるキャンセル音を、右スピーカ２ｂから再生音が放射されると同時に左スピーカ２ａから放射させる。これらの処理により、上記クロストークはキャンセルされる。その結果、音像を定位させるべき右サラウンドスピーカＲＲの位置から各耳までの音響伝達関数ＨRおよびＨLが忠実に再現されることになり、ユーザ３は、左耳で図３３に示した音響伝達関数ＨLで表される音を聴き、右耳で図３３に示した音響伝達関数ＨRで表される音を聴くことができる。これにより、ユーザ３は、あたかも右サラウンドスピーカＲＲから音が放射されているかのような感覚（以下、音像定位効果と称す）を得ることができる。
【００１４】
なお、以上の処理は、他の効果付与部１１１ｂ〜１１１ｅについても同様に行われる。その結果、図３２に示した従来の音像定位システム１０は、ユーザ３に対して、ユーザ３を取り囲むように配置された５個のスピーカから音が放射されているかのような音像定位効果を与えている。
【００１５】
このように、従来の音像定位システム１０は、ユーザ３に音像定位効果を与えるために、効果付与部１１１ａ〜１１１ｅにおける効果付与処理と、クロストークキャンセラ１１３におけるクロストークキャンセル処理とを用いて、音像を定位させるべき位置から各耳までの音響伝達関数を忠実に再現している。
【００１６】
しかしながら、従来の音像定位システム１０では、クロストークキャンセラ１１３の制御パラメータについては、ユーザ３の受聴位置をあらかじめ想定したうえで、その受聴位置に基づいて設計する必要がある。また、ユーザ３が頭を動かしたりするなどして受聴位置が変わった場合、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂからユーザ３の各耳までの音響伝達関数が示す位相周波数特性が変わってしまう。これらにより、受聴位置が予め想定した位置からずれた場合、キャンセル音が再生音に対して完全な逆位相の音とはならなくなり、クロストークのキャンセル効果が劣化する。さらに、高周波数帯域においては、音波の波長が短い。このため、高周波数帯域においては、キャンセル音が再生音に対して完全な逆位相の音となる範囲は極めて狭く、クロストークのキャンセル効果の劣化が激しい。
【００１７】
ここで、図３３に示したように、右サラウンドスピーカＲＲから左耳までの音響伝達関数ＨLの振幅周波数特性は、高周波数帯域において振幅レベルの変動が大きくなっている。これは、音響伝達関数ＨRの振幅周波数特性についても同様のことがいえる。この結果から、高周波数帯域における振幅周波数特性が音像定位効果に大きな影響を与えることがわかる。このため、従来の音像定位システム１０では、受聴位置がわずかでも変わると、高周波数帯域におけるクロストークのキャンセル効果が激しく劣化するので、音像を定位させるべき位置からユーザ３の各耳までの音響伝達関数を忠実に再現できないだけでなく、音像定位効果が極端に得られなくなるという問題があった。
【００１８】
また、実際の使用においては、ユーザ３が常に同じ姿勢で受聴することはあり得ず、ユーザ３がクロストークキャンセラ１１３の設計時に想定した受聴位置で受聴することはほとんど無い。このため、実際の使用においては、予め想定した受聴位置とユーザ３の各耳の位置とが完全に一致することはほとんど無く、音像定位効果がほとんど得られないという問題もあった。
【００１９】
このように、従来の音像定位システム１０では、クロストークキャンセラ１１３においてクロストークキャンセル処理を行うがために、音像定位効果が得られる受聴位置の範囲（受聴範囲）が極めて狭く、また、実際の使用においては音像定位効果がほとんど得られないという問題があった。
【００２０】
そこで、高周波数帯域におけるクロストークのキャンセル効果の劣化を抑制し、広い受聴範囲で音像定位効果を与える音響再生システムが提案されている（例えば特許文献２など）。以下、図３４を参照して、広い受聴範囲で音像定位効果を与える従来の音響再生システムについて説明する。音像再生システムは、音響定位システム１１、左スピーカ２ａ、右スピーカ２ｂ、およびキャビネット１２を備える。音響定位システム１１は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂと接続されている。なお、図３４に示す左スピーカ２ａ、右スピーカ２ｂ、およびユーザ３については、図３２に示したものと同じであり、同じ符号を用いている。また図３４は、ユーザ３の頭部上方から見た図であり、ユーザ３は紙面に向かって上側を向いている。
【００２１】
図３４において、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂは、キャビネット１２に取り付けられ、互いに近接して配置される。左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂは、ユーザ３に対して見開き角度θが６度から２０度の間の角度になるように、配置される。
【００２２】
音響定位システム１１は、デジタルフィルタ１２１ａ〜１２１ｄ、加算器１２２ａ、１２２ｂを備える。音響定位システム１１は、複数の音響信号ｕ１、ｕ２を処理し、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂを駆動するための出力信号ｖ１、ｖ２を出力する。ここで、音響信号ｕ１、ｕ２は通常のステレオ信号（チャンネルＦＬおよびＦＲの音響信号）を表す。デジタルフィルタ１２１ａ〜１２１ｄは、ユーザ３の各耳の位置における音響伝達関数と、音響信号ｕ１、ｕ２を定位させる所望方向の頭部音響伝達関数とが一致するような処理特性を有するように、クロストークキャンセル処理を含めた形で設計されている。詳細な設計方法については、既にヨーロッパ特許番号０４３４６９１、特許明細書番号ＷＯ９４／０１９８１等に示されている。
【００２３】
図３４に示した音響再生システムでは、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂが互いに近接して配置されることで、高周波数帯域におけるクロストークのキャンセル効果の劣化を抑制し、広い受聴範囲で音像定位効果を与えている。以下、図３５を参照して、その理由について説明する。図３５は、再生音およびキャンセル音の波面を模式的に示した図である。
【００２４】
図３５において、右スピーカ２ｂの前方に向かって拡がる複数の円弧状の点線は、右スピーカ２ｂからユーザ３の左耳に到来する再生音の波面のうち、位相が例えば１８０度となる波面を示している。左スピーカ２ａの前方に向かって拡がる複数の円弧状の実線は、左スピーカ２ａで再生されるキャンセル音の波面であって、位相が０度となる波面を示している。右スピーカ２ｂの円弧状の点線と左スピーカ２ａの円弧状の実線とが重なった部分において、左スピーカ２ａで再生されるキャンセル音と、右スピーカ２ｂからユーザ３の左耳に到来する再生音とが逆位相となる。ここで、図３５に示した左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂは近接して配置されている。このため、図３５に示すように、右スピーカ２ｂの円弧状の点線と左スピーカ２ａの円弧状の実線の重なり部分が多くなる。つまり、左スピーカ２ａからのキャンセル音と右スピーカ２ｂからの再生音とが逆位相となる範囲が広くなる。このように、図３４に示した音響再生システムでは、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂを互いに近接して配置することで、高周波数帯域におけるクロストークのキャンセル効果の劣化を抑制し、広い受聴範囲で音像定位効果を与えている。
【特許文献１】特開平９−２００８９７号公報
【特許文献２】特表２０００−５０６６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、図３４に示した従来の音響再生システムでは、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂの配置位置が、ユーザ３に対して見開き角度θが６度から２０度の間の角度になるような位置に制限されてしまうという問題があった。例えばテレビジョン受信機などでは、近年の急激な大画面化に伴い、ディスプレイの両脇に配置されるスピーカの見開き角度は広がる傾向にある。例えば５０インチ型のテレビジョン受信機の場合、スピーカ間隔（ΔＳ）はおよそ１１０ｃｍである。これに対し、ユーザの視聴距離（ｒ0）はディスプレイの高さの３倍程度の距離が適するとされており、５０インチ型では１８０ｃｍに相当する。この距離でユーザが視聴する場合、スピーカの見開き角度はおよそ３４度になる。つまり、テレビジョン受信機のような見開き角度が広がる傾向にある機器にスピーカを配置する場合には、スピーカを近接配置することができない。このため、高周波数帯域におけるクロストークのキャンセル効果の劣化を抑制することが困難になり、所望の音像定位効果が得られないという問題があった。
【００２６】
それ故、本発明は、スピーカの配置位置を制限させることなく、ユーザに広い受聴範囲で音像定位効果を与えることが可能な音像定位装置、音像定位システム、音像定位方法、プログラム、および集積回路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】
【００２７】
本発明は、上記課題を解決するものであり、本発明に係る音像定位装置は、受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位装置であって、受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、複数のスピーカに対応して設けられ、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数のレベル調整手段とを備え、各レベル調整手段は、第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した所定の位置に音像が定位するように、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを対応するスピーカに応じたレベルに調整する。
【００２８】
上記構成のように、振幅特性調整手段において所定の位置のうちの前後方向の位置を調整し、レベル調整手段において所定の位置のうちの左右方向の位置を調整することにより、所定の位置に音像を定位させることができる。このように、本発明に係る音像定位装置では、所定の位置に音像を定位させるにあたり、高周波数帯域において位相周波数特性を調整してクロストークをキャンセルする処理を行っていない。このため、本発明に係る音像定位装置では、スピーカの配置位置に制限を与えることなく、広い受聴範囲で音像定位効果を与えることができる。
【００２９】
上記音像定位装置において、好ましくは、振幅特性調整手段は、受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、第１の角度だけ回転した位置から受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づく振幅周波数特性を有するように、振幅周波数特性を調整するとよい。
【００３０】
また好ましくは、振幅特性調整手段は、受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、第１の角度だけ回転した位置から受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくノッチ特性を有するように、振幅周波数特性を調整するとよい。この場合において、第１の角度だけ回転した位置から受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくノッチ特性は、４ｋＨｚより高い周波数帯域において少なくとも２つ存在するとさらによい。または、この場合において、第１の角度だけ回転した位置から受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数が有するノッチ特性に関する情報と、当該受聴者を識別する情報とを対応付けした対応情報を、受聴者ごとに記憶する記憶部をさらに備え、振幅特性調整手段は、受聴者の右耳および左耳に到来する各音が当該受聴者に応じたノッチ特性を有するように、記憶部に記憶される対応情報に基づいて振幅周波数特性を調整するとさらによい。
【００３１】
また好ましくは、振幅特性調整手段は、受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、第１の角度だけ回転した位置から受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくピーク特性を有するように、振幅周波数特性を調整するとよい。
【００３２】
また好ましくは、各レベル調整手段は、周波数に関わらず同じ調整値、または所定の周波数帯域ごとに異なる調整値を用いて、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整するとよい。
【００３３】
また好ましくは、複数のレベル調整手段に対応して設けられ、対応するレベル調整手段から出力された音響信号の位相周波数特性を調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の位相特性調整手段をさらに備え、各位相特性調整手段は、受聴者の右耳および左耳に到来する各音の振幅周波数特性が変化しない範囲において、第１の角度だけ回転した位置から第２の角度だけ回転した所定の位置に音像が定位するように、対応するレベル調整手段から出力された音響信号の位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整するとよい。
【００３４】
また好ましくは、入力される音響信号うち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて振幅特性調整手段に出力する高域通過手段をさらに備えるとよい。この場合において、入力される音響信号のうち、所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、所定の位置に音像が定位するように、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を調整し、複数のスピーカにそれぞれ出力する調整手段とをさらに備えるとさらによい。なお、上記調整手段は、後述する実施形態における左振幅位相特性調整部４１３ａ、右振幅位相特性調整部４１３ｂ、センター振幅位相特性調整部４１３ｃに相当する。さらに、調整手段は、複数のスピーカに対応して設けられ、所定の位置に音像が定位するように、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段を有するとさらによい。または、調整手段は、複数のスピーカのうちのいずれか１つである所定のスピーカ以外に対応して設けられ、所定の位置に音像が定位するように、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段を有するとさらによい。さらに、各振幅位相特性調整手段の伝達関数は、振幅位相特性調整手段が複数のスピーカ全てに対応して設けられたと仮定したときに所定のスピーカ以外に対応して設けられる振幅位相特性調整手段それぞれに設定されるべき伝達関数を、当該仮定において所定のスピーカに対応して設けられる振幅位相特性調整手段に設定されるべき伝達関数で除算することにより算出されるとよい。さらに、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性を、仮定において所定のスピーカに対応して設けられる振幅位相特性調整手段に設定されるべき伝達関数が示す振幅周波数特性に補正し、各振幅位相特性調整手段に出力する振幅特性補正手段をさらに備えるとよい。
【００３５】
また好ましくは、入力される音響信号うち、第１の所定周波数以上の音響信号のみを通過させて振幅特性調整手段に出力する高域通過手段と、入力される音響信号うち、第１の所定周波数より低く、第２の所定周波数以上の音響信号のみを通過させて、所定の位置に配置された補助スピーカへ出力する中域通過手段と入力される音響信号のうち、第２の所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、所定の位置に音像が定位するように、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を調整し、複数のスピーカにそれぞれ出力する調整手段とをさらに備えるとよい。
【００３６】
また本発明は、音像定位システムにも向けられており、本発明に係る音像定位システムは、受聴者から見て複数のチャンネルに応じた空間上の複数の位置に音像を定位させるように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位システムであって、複数のチャンネルに対応して設けられ、対応するチャンネルに応じた空間上の対応位置に音像を定位させるように、複数のスピーカから音を出力させる複数の音像定位装置を備え、音像定位装置の各々は、受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に音像が定位するように、対応するチャンネルの音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、複数のスピーカに対応して設けられ、第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した対応位置に音像が定位するように、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを対応するスピーカに応じたレベルに調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数のレベル調整手段とを有する。
【００３７】
上記音像定位システムにおいて、好ましくは、音像定位装置の各々は、対応するチャンネルの音響信号のうち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて自身の振幅特性調整手段に出力する高域通過手段と、対応するチャンネルの音響信号のうち、所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、複数のスピーカに対応して設けられ、対応位置に音像が定位するように、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段とをさらに有するとよい。この場合において、振幅位相特性調整手段の各々は、ＦＩＲ型フィルタで構成されており、各音像定位装置のうち、対応位置とスピーカとの間の距離が最も短い音像定位装置の有する各振幅位相特性調整手段のタップ長が、他の音像定位装置の有する振幅位相特性調整手段のタップ長よりも短いとさらによい。
【００３８】
また好ましくは、各音像定位装置のうちのいずれか２つの音像定位装置に関し、一方の音像定位装置は、自身に対応するチャンネルの音響信号のうち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて自身の振幅特性調整手段に出力する高域通過手段をさらに有し、他方の音像定位装置は、自身に対応するチャンネルの音響信号のうち、所定周波数以上の音響信号のみを通過させて自身の振幅特性調整手段に出力する高域通過手段と、自身に対応するチャンネルの音響信号と、一方の音像定位装置に対応するチャンネルの音響信号とを加算する加算手段と、加算手段から出力された音響信号のうち、所定周波数より低い音響信号のみを通過させる低域通過手段と、複数のスピーカに対応して設けられ、対応位置に音像が定位するように、低域通過手段を通過した音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段とをさらに有するとよい。
【００３９】
また好ましくは、上記音像定位システムは、画面上に映像を表示する映像機器が備える複数のスピーカに接続されるとよい。
【００４０】
また本発明は、音像定位方法にも向けられており、本発明に係る音像定位方法は、受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位方法であって、受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整ステップと、第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した所定の位置に音像が定位するように、振幅特性調整ステップにおいて調整された音響信号のレベルをスピーカに応じたレベルにそれぞれ調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力するレベル調整ステップとを含む。
【００４１】
また本発明は、集積回路にも向けられており、本発明に係る集積回路は、受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる集積回路であって、受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、複数のスピーカに対応して設けられ、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数のレベル調整手段とを備え、各レベル調整手段は、第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した所定の位置に音像が定位するように、振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを対応するスピーカに応じたレベルに調整する。
【００４２】
また本発明は、プログラムにも向けられており、本発明に係るプログラムは、受聴者から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位装置のコンピュータに実行させるためのプログラムであって、受聴者の正面の位置から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した位置に音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整ステップと、第１の角度だけ回転した位置から当該回転した方向と直交する方向のうちの一方向に受聴者の位置を中心として第２の角度だけ回転した所定の位置に音像が定位するように、振幅特性調整ステップにおいて調整された音響信号のレベルをスピーカに応じたレベルにそれぞれ調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力するレベル調整ステップとを、コンピュータに実行させるプログラムである。この場合において、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、スピーカの配置位置を制限させることなく、ユーザに広い受聴範囲で音像定位効果を与えることが可能な音像定位装置、音像定位システム、音像定位方法、プログラム、および集積回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
まず、図１を参照して、本発明の音像定位システム４の構成について説明する。図１は、本発明の音像定位システム４の構成について説明するための図である。図１に示すマルチスピーカシステム１は、音像定位システム４と接続されている。音像定位システム４は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂと接続されている。なお、図１に示すマルチスピーカシステム１、左スピーカ２ａ、右スピーカ２ｂ、およびユーザ３については、図３２に示したものと同じであり、同じ符号を用いている。また図１は、ユーザ３の頭部上方から見た図であり、ユーザ３は紙面に向かって左側を向いている。
【００４５】
図１において、マルチスピーカシステム１は、５チャンネルの音響信号を音像定位システム４に出力する。マルチスピーカシステム１は、具体的には、左フロントチャンネル信号ＦＬ、センターチャンネル信号ＦＣ、右フロントチャンネル信号ＦＲ、左サラウンドチャンネル信号ＲＬ、および右サラウンドチャンネル信号ＲＲを音響信号として出力する。これらの音響信号は、本来ならば、破線によって示された左フロントスピーカＦＬ、センタースピーカＦＣ、右フロントスピーカＦＲ、左サラウンドスピーカＲＬ、および右サラウンドスピーカＲＲ、すなわちユーザ３を取り囲むように配置された５個のスピーカから音波となって放射されるべきものである。
【００４６】
音像定位システム４は、音像定位装置４１ａ〜４１ｅと加算器４２ａ〜４２ｈとを備える。音像定位装置４１ａは、右サラウンドチャンネル信号ＲＲを入力とし、加算器４２ａ〜４２ｄを介して左耳用に処理した左耳用音響信号を右スピーカ２ｂに出力し、加算器４２ｅを介して右耳用に処理した右耳用音響信号を右スピーカ２ｂに出力する。音像定位装置４１ｂは、右フロントチャンネル信号ＦＲを入力とし、加算器４２ａ〜４２ｄを介して左耳用に処理した左耳用音響信号を左スピーカ２ａに出力し、加算器４２ｆ〜４２ｅを介して右耳用に処理した右耳用音響信号を右スピーカ２ｂに出力する。音像定位装置４１ｃは、センターチャンネル信号ＦＣを入力とし、加算器４２ｂ〜４２ｄを介して左耳用に処理した左耳用音響信号を左スピーカ２ａに出力し、加算器４２ｇ〜４２ｅを介して右耳用に処理した右耳用音響信号を右スピーカ２ｂに出力する。音像定位装置４１ｄは、左フロントチャンネル信号ＦＬを入力とし、加算器４２ｃ〜４２ｄを介して左耳用に処理した左耳用音響信号を左スピーカ２ａに出力し、加算器４２ｈ〜４２ｅを介して右耳用に処理した右耳用音響信号を右スピーカ２ｂに出力する。音像定位装置４１ｅは、左サラウンドチャンネル信号ＲＬを入力とし、加算器４２ｄを介して左耳用に処理した左耳用音響信号を左スピーカ２ａに出力し、加算器４２ｈ〜４２ｅを介して右耳用に処理した右耳用音響信号を右スピーカ２ｂに出力する。
【００４７】
左スピーカ２ａは、音像定位システム４から出力される左耳用音響信号を入力とし、入力された左耳用音響信号に基づく音を出力する。右スピーカ２ａは、音像定位システム４から出力される右耳用音響信号を入力とし、入力された右耳用音響信号に基づく音を出力する。左スピーカ２ａは、ユーザ３の左斜め前方に配置される。右スピーカ２ｂは、ユーザ３の右斜め前方に配置される。なお、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂは、ユーザ３の左右方向に対して対称に配置されている。
【００４８】
（第１の実施形態）
次に、図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係る音像定位装置について説明する。図２は、第１の実施形態に係る音像定位装置の構成を示す図である。図２では、一例として、図１に示す音像定位装置のうち、右サラウンドチャンネル信号ＲＲを処理する音像定位装置４１ａの構成を示している。また図２では、図１に示した加算器４２ａ〜４２ｈについては、図示を省略している。また図２では、ユーザ３は紙面に向かって上を向いており、紙面に向かって上がユーザ３の正面となる。また図２は、ユーザ３の頭部上方から見た図である。
【００４９】
図２において、音像定位装置４１ａは、低域通過部４１０ａ、高域通過部４１０ｂ、振幅特性調整部４１１、左スピーカ用レベル調整部４１２ａ、右スピーカ用レベル調整部４１２ｂ、左振幅位相特性調整部４１３ａ、右振幅位相特性調整部４１３ｂ、および加算器４１４ａ、４１４ｂを備える。図２において、低域通過部４１０ａ、高域通過部４１０ｂ、振幅特性調整部４１１、左スピーカ用レベル調整部４１２ａ、右スピーカ用レベル調整部４１２ｂ、左振幅位相特性調整部４１３ａ、右振幅位相特性調整部４１３ｂ、および加算器４１４ａ、４１４ｂは、デジタル信号処理回路で構成されるが、ＤＡコンバーターについては図示を省略した。また、左スピーカ２ａ、右スピーカ２ｂへの入力信号を増幅するアンプについても図示を省略した。
【００５０】
以下、図２で示す音像定位装置４１ａの動作について説明する。右サラウンドチャンネル信号ＲＲが音響信号として低域通過部４１０ａと高域通過部４１０ｂにそれぞれ入力される。低域通過部４１０ａは、後述する所定周波数（クロスオーバー周波数）より低い低域の音響信号（以下、低域音響信号と称す）のみを通過させ、高域通過部４１０ｂは、所定周波数以上の高域の音響信号（以下、高域音響信号と称す）のみを通過させるように信号を処理する。
【００５１】
はじめに高域通過部４１０ｂの出力である高域音響信号の処理について説明する。図２において、高域通過部４１０ｂから出力された高域音響信号は、振幅特性調整部４１１において音像の前後感が制御され、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂにおいて音像の左右感が制御される。
【００５２】
高域通過部４１０ｂから出力された高域音響信号は、振幅特性調整部４１１に入力される。図３は、振幅特性調整部４１１の構成を示した図である。振幅特性調整部４１１は、入力信号を目標特性補正処理部４１１１および再生特性補正処理部４１１２で処理して出力するようなＩＩＲ型フィルタで設計され、入力信号の振幅周波数特性を調整して音像の前後感を制御する。
【００５３】
目標特性補正処理部４１１１は、ユーザ３の真後ろ方向の位置に音像を定位させるときの音響伝達関数が示す振幅周波数特性を目標特性として、入力される音響信号が有する振幅周波数特性を当該目標特性に補正する。目標特性補正処理部４１１１は、ＩＩＲ型フィルタで設計される。図４に、ユーザ３の真後ろの方向に設置したスピーカ２からユーザ３の各耳までの音響伝達関数ＨLおよびＨRを示す。また、図４に示す音響伝達関数ＨLおよびＨRの時間軸応答と振幅周波数特性とを図５に示す。図５（ａ）はＨLおよびＨRの時間軸応答を、図５（ｂ）はＨLおよびＨRの振幅周波数特性を示す。図５（ａ）および（ｂ）からわかるように、スピーカ２から見てユーザ３の各耳は対称な位置にあるため、ＨLおよびＨRはほぼ同じ音響伝達関数となる。このように、ユーザ３の左耳までの距離と右耳までの距離とが同じ距離になる位置の集合によって形成される面（以下、正中面と称す）にスピーカ２が配置されたとき、ユーザ３は、正中面に配置されたスピーカ２から各耳までの音響伝達関数ＨLおよびＨRの振幅周波数特性を手がかりにして、音像の前後方向を判断することが知られている。また、この場合の音響伝達関数ＨLおよびＨRは、図５（ｂ）に示したように、左右でほぼ同じ振幅周波数特性となる。したがって、ユーザ３の真後ろ方向の位置に音像を定位させるためには、目標特性補正処理部１３ａは、図５（ｂ）に示した音響伝達関数ＨLもしくはＨRの振幅周波数特性のうち、いずれか一方の振幅周波数特性を目標特性として補正すればよい。
【００５４】
再生特性補正処理部４１１２は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂにおいて同時に再生音が出力されたとき、ユーザ３の各耳に到来する再生音の振幅周波数特性（以下、再生特性と称す）がそれぞれ目標特性補正処理部４１１１で補正された目標特性となるように、目標特性補正処理部４１１１から出力される音響信号の振幅周波数特性を補正する。なお、目標特性補正処理部４１１１は、ＩＩＲ型フィルタで設計される。
【００５５】
ここで、目標特性補正処理部４１１１において目標特性に補正された音響信号を、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂからそのまま出力した場合を考える。この場合、ユーザ３の各耳までには音響伝達経路が存在するので、この音響伝達経路によって、ユーザ３の各耳に到来する再生音の再生特性は、目標特性補正処理部４１１１で補正された目標特性から変動した特性となってしまう。この変動によって、ユーザ３は、真後ろ方向ではなく、正面からやや上方向に音像を知覚することを実験により確認した。そこで、再生特性補正処理部４１１２は、上記音響伝達経路による変動を抑えるように補正を行う。
【００５６】
図６は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂからユーザ３の各耳までの音響伝達経路を示す図である。図６において、左スピーカ２ａはユーザ３の正面から左方向に３０度だけ回転させた位置に配置され、右スピーカ２ｂはユーザ３の正面から右方向に３０度だけ回転させた位置に配置されている。また図６において、左スピーカ２ａからユーザ３の左耳までの音響伝達経路がＣLLであり、左スピーカ２ａからユーザ３の右耳までの音響伝達経路がＣLRであり、右スピーカ２ｂからユーザ３の右耳までの音響伝達経路がＣRRであり、右スピーカ２ｂからユーザ３の左耳までの音響伝達経路がＣRLである。図７は、図６に示す音響伝達経路ＣLLおよびＣRLの振幅周波数特性を合成した特性（ＣLL＋ＣRL）と、音響伝達経路ＣRRおよびＣLRの振幅周波数特性を合成した特性（ＣRR＋ＣLR）とを示す図である。図７からわかるように、特性（ＣLL＋ＣRL）および（ＣRR＋ＣLR）は、ほぼ同じ特性となっている。
【００５７】
再生特性補正処理部４１１２は、特性（ＣLL＋ＣRL）および特性（ＣRR＋ＣLR）を平坦化するように、目標特性補正処理部４１１１から出力される音響信号の振幅周波数特性を補正する。なお、図７に示したように、特性（ＣLL＋ＣRL）および特性（ＣRR＋ＣLR）はほぼ同じ特性である。したがって、再生特性補正処理部４１１２は、目標特性補正処理部４１１１から出力される音響信号に対し、特性（ＣLL＋ＣRL）および特性（ＣRR＋ＣLR）のいずれか一方の特性を考慮して補正すればよい。
【００５８】
図８は、再生特性補正処理部４１１２の補正特性を示す図である。図８では、再生特性補正処理部４１１２が特性（ＣLL＋ＣRL）を平坦化する場合を示している。図８に示す補正特性は、１〜２ｋＨｚ、４ｋＨｚ付近、および７〜１０ｋＨｚの特性からもわかるように、特性（ＣLL＋ＣRL）の逆特性となっている。再生特性補正処理部４１１２は、この補正特性を用いて、目標特性補正処理部４１１１から出力される音響信号の振幅周波数特性を補正する。これにより、ユーザ３の各耳に到来する再生音の再生特性を、目標特性補正処理部４１１１で補正された目標特性にすることができる。
【００５９】
このように、振幅特性調整部４１１は、目標特性補正処理部４１１１および再生特性補正処理部４１１２における補正処理によって、高域音響信号の振幅周波数特性を調整する。これにより、目標特性補正処理部４１１１および再生特性補正処理部４１１２をシリアルに接続するように構成された振幅特性調整部４１１で処理した音をユーザ３が聴いた場合、ユーザ３の正面からやや上方向では無く、真後ろ方向に音像を定位させることができる。
【００６０】
ここで、目標特性である図５に示した音響伝達関数ＨLおよびＨRの振幅周波数特性は、ほぼ同じ特性となっている。また、ユーザ３は、特性（ＣLL＋ＣRL）および特性（ＣRR＋ＣLR）がほぼ同じ特性となる受聴位置に存在している。これにより、振幅特性調整部４１１は、クロストークキャンセル処理を行うことなく、ユーザ３の各耳における再生特性を目標特性として忠実に再現することができる。なお、振幅周波数特性である特性（ＣLL＋ＣRL）および特性（ＣRR＋ＣLR）は、ユーザ３の受聴位置に応じて変動するが、その変動量は位相周波数特性と比べて格段に小さい。このため、特性（ＣLL＋ＣRL）および特性（ＣRR＋ＣLR）がほぼ同じ特性となる受聴範囲は、クロストークキャンセル処理（位相周波数特性の調整）によって制限される受聴範囲よりもはるかに広い。したがって、振幅特性調整部４１１において、特性（ＣLL＋ＣRL）および特性（ＣRR＋ＣLR）がほぼ同じ特性になる条件下で処理が行われても、本願の目的は十分に達成される。また、図５（ｂ）に示したように、音響伝達関数ＨLおよびＨRの振幅周波数特性は、高周波数帯域において振幅レベルの変動が大きくなっている。この結果から、高周波数帯域における振幅周波数特性が音像定位効果に大きな影響を与えることがわかる。これに対し、本発明においては、クロストークキャンセル処理を行うことなく、ユーザ３の各耳における再生特性を広い受聴範囲で目標特性補正処理部４１１１で調整した目標特性（音響伝達関数ＨLおよびＨR）として忠実に再現している。
【００６１】
図２において、音像の前後感が制御された振幅特性調整部４１１の出力信号は、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂにそれぞれ入力される。左スピーカ用レベル調整部４１２ａは、左スピーカ２ａに対応して設けられている。右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、右スピーカ２ｂに対応して設けられている。左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、入力される信号の振幅レベルを、周波数に関わらず一定に変えるゲイン器で構成される。つまり、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、周波数に関わらず同じ調整値を用いて、振幅特性調整部４１１からの出力信号のレベルを調整するものである。また、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂの調整値は、互いに異なる。これにより、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、左スピーカ２ａの出力レベルと右スピーカ２ｂの出力レベルとにレベル差を生じさせ、音像の左右感を制御する。
【００６２】
左スピーカ用レベル調整部４１２ａは、調整した信号を左耳用音響信号として左スピーカ２ａに出力する。右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、調整した信号を右耳用音響信号として右スピーカ２ｂに出力する。
【００６３】
ここで、音像の左右の定位は、各耳の音響伝達関数のレベル差または時間差を手がかりにしていることが広く知られている。例えば中林は「日本音響学会誌３３巻３号（１９７７年）」において、２個のスピーカ再生音のレベル差および時間差と、知覚音像の左右の定位との関係について基礎的な実験結果を示している。図９は、中林が行った実験系を示す図である。図９において、左スピーカ２ａは、被験者であるユーザ３の正面から左方向に４５度（４５ｄｅｇ）だけ回転した位置に配置されている。右スピーカ２ｂは、ユーザ３の正面から右方向に４５度（４５ｄｅｇ）だけ回転した位置に配置されている。なお、図９において、ユーザ３の正面の位置の角度を０°とし、左スピーカ２ａの位置の角度を−４５°とし、右スピーカ２ｂの位置の角度を＋４５°とする。ユーザ３は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂから同時にノイズ信号（５００Ｈｚ、１／３Ｏｃｔ．）を再生したときに、音像が定位する方向を回答する。ただし、左スピーカ２ａへの入力信号には、図９に示すように、レベルをＸｄＢだけ上げ、位相をθ遅らせるような処理を行っている。Ｘは、入力信号のレベルをｘ倍するとき、Ｘ＝２０ｌｏｇｘで示される値である。
【００６４】
図１０に、ユーザ３の回答結果を示す。図１０において、Ｘおよびθの値に応じて異なる値を示す数値は、ユーザ３の正面の位置の角度を０°として右方向を正方向とする角度を示し、ユーザ３が知覚した音像の位置を示している。また図１０に示す「−」は、ユーザ３が音像を知覚しないことを示している。図１０からわかるように、Ｘが大きいほど、ユーザ３は音像を左方向の位置に知覚する。つまり、左スピーカ２ａの出力のレベルが右スピーカ２ｂに対して大きいほど、左スピーカ２ａの出力と右スピーカ２ｂの出力とのレベル差が大きくなるので、ユーザ３は音像を左方向の位置に知覚することが確認されている。あるいは、位相θを遅らせるほど、左スピーカ２ａの出力タイミングが右スピーカ２ｂより遅れるので、ユーザ３は音像を右方向の位置に知覚することが確認されている。これは、Ｘ＝０のときの回答結果から確認することができる。
【００６５】
なお、図１０に示す回答結果より、例えば、位相θを遅らせない場合（θ＝０）であっても、１０ｄＢ程度の出力レベル差を与えるだけで左右３０度程度の位置に音像を定位させることができることがわかる。この実験結果は、２個のスピーカを用いた音響再生において、レベル差または時間差によって音像の左右方向の定位位置を制御できることを示唆している。したがって、図２に示した構成において、左右方向の所定の位置に音像が定位するように、左スピーカ用レベル調整部４１２ａと右スピーカ用レベル調整部４１２ｂに適当なレベル差を与えればよい。つまり、左スピーカ用レベル調整部４１２ａは、振幅特性調整部４１１から出力された音響信号の振幅レベルを第１の調整値で周波数に関わらず一定に調整する。右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、振幅特性調整部４１１から出力された音響信号の振幅レベルを第２の調整値で周波数に関わらず一定に調整する。そして、第１の調整値と第２の調整値とのレベル差は、左右方向の所定の位置に音像が定位するときのレベル差となるように設定されればよい。
【００６６】
次に、低域通過部４１０ａの出力である低域音響信号の処理について説明する。図２において、低域通過部４１０ａから出力された低域音響信号は、左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂにそれぞれ入力される。左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂは、通常ＦＩＲ型フィルタで実現される。左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂは、音像が所定の位置に定位するように、入力される低域音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を調整する。左振幅位相特性調整部４１３ａから出力された低域音響信号は、加算器４１４ａにおいて左スピーカ用レベル調整部４１２ａから出力された高域音響信号と合成される。加算器４１４ａから出力された信号は、左スピーカ２ａに入力される。右振幅位相特性調整部４１３ｂから出力された低域音響信号は、加算器４１４ｂにおいて右スピーカ用レベル調整部４１２ｂから出力された高域音響信号と合成される。加算器４１４ｂから出力された信号は、右スピーカ２ｂに入力される。以下、右斜め後方である１２０度方向の位置に音像を定位させる場合について、低域音響信号に対する処理を説明する。
【００６７】
図１１は、音像定位目標と音響伝達関数を示す図である。目標音像５は、音像を定位させるべき所定の位置を示しており、図１１では、右斜め後方である１２０度方向の位置を示している。ここで、目標音像５からユーザ３の左耳までの音響伝達関数をＨR120L、目標音像５からユーザ３の右耳までの音響伝達関数をＨR120Rとする。また、左スピーカ２ａからユーザ３の左耳までの音響伝達経路をＣLLとし、左スピーカ２ａからユーザ３の右耳までの音響伝達経路をＣLRとし、右スピーカ２ｂからユーザ３の右耳までの音響伝達経路をＣRRとし、右スピーカ２ｂからユーザ３の左耳までの音響伝達経路をＣRLとする。また、左振幅位相特性調整部４１３ａの伝達関数をＧL、右振幅位相特性調整部４１３ｂの伝達関数をＧRとする。この場合、次式が成り立つとき、音像が目標音像５に定位する。
【数１】
2008047833.tif 000041
式（１）を変形すると次式となる。
【数２】
2008047833.tif 000042
したがって、式（２）で示されるように左振幅位相特性調整部４１３ａのＧL、右振幅位相特性調整部４１３ｂのＧRを設計すれば、低域音響信号について目標音像５に音像を定位させることができる。このように、左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂは、音像が所定の位置に定位するように、入力される低域音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を調整する。なお、位相周波数特性を調整する処理は、クロストークキャンセル処理に相当する。したがって、左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂの処理により、高精度の制御を行うことができる。
【００６８】
ここで、受聴位置の違いによるクロストークキャンセル効果の劣化が懸念される。しかしながら、低周波数帯域では音波の波長が長いため、クロストークキャンセル処理に相当する位相周波数特性の調整を行うことによるクロストークキャンセル効果の劣化はほとんどない。つまり、低周波数帯域における音像定位効果の劣化はわずかである。なお、クロストークキャンセル処理を行う低周波数帯域とクロストークキャンセル処理を行わない高周波数帯域とを分けるクロスオーバー周波数について、実験的検討を行った。この結果、最適な音像定位効果を得るためには、クロスオーバー周波数を少なくとも４ｋＨｚ以下の周波数に設定することが望ましいことがわかった。
【００６９】
なお、音像定位装置４１ｂ〜４１ｅは、以上に説明した音像定位装置４１ａに対して、入力される音響信号のチャンネルと音像を定位させる位置とが異なるだけで、それ以外のは音像定位装置４１ａと同様の処理を行うので、ここでは説明を省略する。
【００７０】
このように、本実施形態に係る音像定位装置は、ユーザ３から見て空間上の所定の位置に音像が定位するように音響信号を処理し、処理した音響信号に基づく音を左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂから出力させる。具体的には、振幅特性調整部４１１は高域音響信号について上記所定の位置のうちの前後方向の位置を調整し、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは高域音響信号について上記所定の位置のうちの左右方向の位置を調整する。さらに、左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂは、低域音響信号について上記所定の位置に音像が定位するように音響信号を処理する。そして、本実施形態に係る音像定位装置は、これらの処理によって調整された低域音響信号と高域音響信号とを加算して、スピーカに出力する。これにより、ユーザ３は、全周波数帯域にわたって高音質な音像を知覚する。
【００７１】
ここで、本実施形態に係る処理によって調整された高域音響信号が有する振幅周波数特性は、振幅特性調整部４１１において調整される目標特性（正中面から各耳までの音響伝達関数）と、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂにおいて生じさせられるレベル差とを加味した特性となる。つまり、本実施形態に係る処理によって調整された高域音響信号が有する振幅周波数特性は、所定の位置からユーザ３の各耳までの音響伝達関数を忠実に再現するものではない。しかしながら、所定の位置からユーザ３の各耳までの音響伝達関数を忠実に再現しない場合であっても、正中面から各耳までの音響伝達関数を忠実に再現して音像の前後感を制御し、レベル差を生じさせて音像の左右感を制御することにより、所望の音像定位効果を得られることが主観実験により今回明らかとなった。
【００７２】
また、上述したように、従来では、音像を定位させるべき所定の位置から各耳までの音響伝達関数の振幅周波数特性が音像定位の重要な手がかりになっていると考えられていた。そこで、図３２および図３４に示した従来技術では、制御手法として、音像を定位させるべき所定の位置から各耳までの音響伝達関数の振幅周波数特性を忠実に再現するという方法を採用していた。このため、従来技術では、クロストークキャンセル処理を行っていた。しかしながら、高周波数帯域における振幅周波数特性が音像定位効果に大きな影響を与えるため、従来技術では、クロストークキャンセル処理を行うがために、音像定位効果が得られる受聴範囲が極めて狭く、それを解消するにはスピーカの配置位置が制限されていた。
【００７３】
一方、本実施形態に係る音像定位装置では、所定の位置に音像を定位させるにあたり、高域音響信号については、振幅特性調整部４１１で所定の位置のうちの前後方向の位置を調整し、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂで所定の位置のうちの左右方向の位置を調整する。つまり、本実施形態に係る音像定位装置では、音像定位効果に大きな影響を与える高周波数帯域については、クロストークキャンセル処理を行わずに、振幅特性調整部４１１において調整される目標特性、つまり正中面から各耳までの音響伝達関数の振幅周波数特性を忠実に再現している。このため、本実施形態に係る音像定位装置では、所定の位置に音像を定位させるにあたってクロストークキャンセル処理を行わなくて済むので、スピーカの配置位置を制限させることなく、音像定位効果が得られる受聴範囲を従来よりも広げることができる。
【００７４】
以上のように、本実施形態によれば、音像定位にとって重要な高周波数帯域においては、位相周波数特性を調整してクロストークをキャンセルするクロストークキャンセル処理を行わない。このため、スピーカの配置位置を制限させることなく、音像定位効果が得られる受聴範囲を従来よりも広げることができる。
【００７５】
以下、図３２に示した従来の音像定位システム１０と、図２に示した本実施形態に係る音像定位装置４１ａとで、受聴位置の違いによる制御誤差を定量的に検証する。図１２は、音響伝達関数を測定した位置を示す図である。音像を定位させる位置を右サラウンドスピーカＲＲが存在する右斜め後方の１２０度方向の位置としたうえで、設計時に想定した受聴位置を「受聴位置２」とする。また、「受聴位置２」に対し、左右にそれぞれ１０ｃｍずれた位置を「受聴位置１」、「受聴位置３」とする。また、左スピーカ２ａは、「受聴位置２」の正面から３０度だけ左方向に回転した位置に配置される。左スピーカ２ａは、「受聴位置２」から２ｍだけ離れている。また、右スピーカ２ｂは、「受聴位置２」の正面から３０度だけ右方向に回転した位置に配置される。右スピーカ２ｂは、「受聴位置２」から２ｍだけ離れている。ホワイトノイズを入力信号とし、低域通過部４１０ａ、高域通過部４１０ｂのクロスオーバー周波数を１ｋＨｚとして各受聴位置における音響伝達関数を測定した結果を図１３に示す。図１３において、各受聴位置で測定された振幅周波数特性である測定特性は、実際にユーザ３の左耳に到来する音が有する音響伝達関数の振幅周波数特性である。図１３（ａ）は、従来の方法で処理した場合の目標特性および測定特性を示す。図１３（ｂ）は、本実施形態の方法で処理した場合の目標特性および測定特性を示す。なお、図１３（ａ）での目標特性は、音像を定位させるべき右後方１２０度方向の位置から各耳までの音響伝達関数の振幅周波数特性を示している。図１３（ｂ）での目標特性は、正中面のうちの１８０度方向、つまり真後ろ方向の音響伝達関数の振幅周波数特性を示している。図１３からわかるように、受聴位置２、すなわち設計時に想定した受聴位置では、いずれの処理を用いても測定特性が目標特性に近くなっている。しかし、受聴位置１及び３では、図１３（ａ）に示す従来の方が制御誤差が大きくなることがわかる。つまり、図１３（ａ）に示す従来の方が、受聴位置１及び３において音像定位効果が大きく損なわれている。これは、上述したように、従来では、クロストークをキャンセルするために、音響信号の位相周波数特性を調整しているためである。
【００７６】
なお、図２に示した構成では、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂが、入力される音響信号の振幅レベルを、周波数に関わらず一定に調整する構成としたが、これに限定されない。左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂの各々が、入力される音響信号の振幅レベルを、所定の周波数帯域毎に異なる調整値を用いて調整するようにしてもよい。なお、所定の周波数帯域は、音像定位の手がかりとなるノッチ特性やピーク特性などを含む帯域である。つまり、所定の周波数帯域毎に異なる調整値で振幅レベルを調整することで、これらの特性が変わらないように処理することができる。例えば、右斜め後方である１２０度方向の位置に音像を定位させる場合、その位置からユーザ３の左耳までの音響伝達関数が示す振幅周波数特性と、その位置からユーザ３の右耳までの音響伝達関数が示す振幅周波数特性は、図１４に示す特性となる。図１４は、右斜め後方である１２０度方向の位置に音像を定位させる場合の音響伝達関数が示す振幅周波数特性を示す図である。図１４において、ノッチ特性やピーク特性を含む１ｋＨｚ付近の帯域では、左耳の振幅レベルに比べて右耳の振幅レベルの方がΔＹ１だけレベルが大きい。つまり、１ｋＨｚ付近の帯域では、レベル差がΔＹ１となる。また、ノッチ特性やピーク特性を含む１０ｋＨｚ付近の帯域では、レベル差はΔＹ２となる。このような周波数帯域におけるレベル差を再現するように、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂそれぞれに対して、所定の周波数帯域毎に異なる調整値を設定しておく。なお、実際には、このような周波数帯域におけるレベル差を再現するように、左スピーカ用レベル調整部４１２ａ、右スピーカ用レベル調整部４１２ｂに適当なイコライザを設計しておけばよい。この場合において、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂそれぞれに振幅特性調整部４１１の処理係数を畳み込み、振幅特性調整部４１１を省く構成としてもよい。このような構成にすれば、振幅特性調整部４１１の演算量の分だけ、音像定位装置４１ａの演算量を削減することができる。
【００７７】
なお、図２に示した構成では、音像の左右感を制御すべく、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂを用いて音響信号のレベルを調整したが、これに限定されない。図１０において説明したように、スピーカの出力のレベル差と同じく、時間差（位相差）を調整することによっても、音像の左右方向の定位位置を変えることができる。したがって、音像定位装置４１ａを図１５に示す音像定位装置５１ａの構成としてもよい。図１５は、音像定位装置５１ａの構成を示す図である。図１５において、左スピーカ用遅延部４１５ａは、左スピーカ２ａに対応して設けられている。右スピーカ用遅延部４１５ｂは、右スピーカ２ｂに対応して設けられている。左スピーカ用遅延部４１５ａは、振幅特性調整部４１１から出力された高域音響信号の出力タイミングを第１のタイミングに遅延させ、遅延させた信号を左耳用音響信号として左スピーカ２ａに出力する。右スピーカ用遅延部４１５ｂは、振幅特性調整部４１１から出力された高域音響信号の出力タイミングを第２のタイミングに遅延させ、遅延させた信号を右耳用音響信号として右スピーカ２ｂに出力する。つまり、左スピーカ用遅延部４１５ａおよび右スピーカ用遅延部４１５ｂは、振幅特性調整部４１１から出力された高域音響信号の位相周波数特性を調整する。このように、左スピーカ用遅延部４１５ａおよび右スピーカ用遅延部４１５ｂは、本発明における位相特性調整手段に相当するものである。この第１のタイミングと第２のタイミングとの時間差は、左右方向の所定の位置に音像が定位するときの時間差となるように設定されればよい。音像定位装置５１ａに示す構成にすることで、より左右方向に広がった位置に音像を定位させることができる。なお、上記時間差は、左スピーカ用遅延部４１５ａから出力される左耳用音響信号と、右スピーカ用遅延部４１５ｂから出力される右耳用音響信号との位相差が１８０°を超えない範囲であるとする。つまり、左耳用音響信号が右耳用音響信号と逆位相にならない範囲であり、ユーザ３の右耳および左耳に到来する各音の振幅周波数特性を変化させない範囲である。
【００７８】
なお、図２に示した構成に対して、図１５に示した左スピーカ用遅延部４１５ａおよび右スピーカ用遅延部４１５ｂをさらに追加してもよい。この場合、左スピーカ用レベル調整部４１２ａの出力が左スピーカ用遅延部４１５ａの入力に接続され、右スピーカ用レベル調整部４１２ｂの出力が右スピーカ用遅延部４１５ｂの入力に接続される。
【００７９】
なお、図２に示した構成では、入力される音響信号を低域音響信号と高域音響信号に分け、別々の処理を行っていたが、これに限定されない。低域音響信号と高域音響信号の両方の音響信号について、振幅特性調整部４１１で所定の位置のうちの前後方向の位置を調整し、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂで所定の位置のうちの左右方向の位置を調整するようにしてもよい。この場合の音像定位装置６１ａの構成は、図１６に示すような構成となる。図１６において、図２に示した構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付している。図１６において、振幅特性調整部４１１に入力される音響信号は、右サラウンドチャンネル信号ＲＲそのものである。図１６に示すような音像定位装置６１ａであっても、クロストークをキャンセルするための位相周波数特性の調整は行わないので、スピーカの配置位置に制限を与えることなく、所望の音像定位効果が得られる受聴範囲を従来よりも広げることができる。なお、音像定位装置６１ａでは、低域音響信号についてもクロストークをキャンセルする処理を行わないため、図２に示す構成に比べて音像定位効果が若干劣る。しかしながら、図２の構成における左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂを省くことができるので、信号処理演算量を減らすことができる。
【００８０】
なお、図２の構成では、左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂは、ＦＩＲ型フィルタで実現されており、これらの信号処理演算量は大きい。図１で示した音像定位システム４の場合、センターチャンネル信号ＦＣ以外の音響信号を処理する音像定位装置４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅにおいて、左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂがＦＩＲ型フィルタで実現される可能性が特に高い。そこで、チャンネルによって、ＦＩＲ型フィルタのタップ長が異なるような構成にしてもよい。例えば、左フロントスピーカＦＬおよび右フロントスピーカＦＲは、音響再生を行う左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂと同じく、ユーザ３の前方に位置している。つまり、音像を定位させるべき位置と左スピーカ２ａまたは右スピーカ２ｂとの間の距離を考えると、左フロントスピーカＦＬと左スピーカ２ａとの間と、右フロントスピーカＦＲと右スピーカ２ｂとの間の距離が最も短くなる。このため、左フロントスピーカＦＬおよび右フロントスピーカＦＲに関して音像定位制御に多少の誤差が生じても、ユーザ３の前方に音像が定位し、違和感は比較的少ない。したがって、左フロントチャンネル信号ＦＬおよび右フロントチャンネル信号ＦＲを処理する左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂは、多少の制御誤差が許容されることになる。したがって、音像定位装置４１ｂおよび４１ｄにおける左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂのタップ長を、他のチャンネル信号を処理する左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂよりも短くすることができる。これにより、音像定位装置４１ｂおよび４１ｄにおける左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂの信号処理演算量を減らすことができる。
【００８１】
さらに信号処理演算量を減らすために、音像定位システム４を構成する音像定位装置４１ａ〜４１ｅのうち、いずれか２つの音像定位装置間において、低域音響信号の処理を共通化するようにしてもよい。図１７では、右サラウンドチャンネル信号ＲＲを処理する音像定位装置４１ａの低域音響信号の処理と、右フロントチャンネル信号ＦＲを処理する音像定位装置４１ｂの低域音響信号の処理とを共通化した場合の構成を示している。図１７に示す構成は、図２で示した構成に加算器４１４ｃが追加された音像定位装置４１ａと、右フロントチャンネル信号ＦＲを処理する音像定位装置４１ｂとが組み合わさった構成である。図１７において、音像定位装置４１ｂは、高域通過部４１０ｃ、振幅特性調整部４１１ａ、左スピーカ用レベル調整部４１２ｃ、右スピーカ用レベル調整部４１２ｄを備える。右フロントチャンネル信号ＦＲのうち高域音響信号は、右フロントスピーカＦＲの位置に音像が定位するように、振幅特性調整部４１１ａにおいて音像の前後感が制御され、左スピーカ用レベル調整部４１２ｃおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｄにおいて音像の左右感が制御される。図１７に示す構成では、低域通過部４１０ａ、左振幅位相特性調整部４１３ａ、および右振幅位相特性調整部４１３ｂが共通化される。これにより、ＦＩＲ型フィルタの数を削減することができ、信号演算量をさらに減らすことができる。
【００８２】
なお、図１７に示す構成において、右フロントスピーカＦＲと右サラウンドスピーカＲＲが、図１８に示すようにユーザ３の各耳を通る平面Ａに対して対称な位置、すなわちφ（ＦＲ）＝φ（ＲＲ）が成り立つような位置にあるとき、低域音響信号の処理を共通化しても、音響定位効果を維持することができる。また、音像定位装置４１ｄおよび４１ｅの低域音響信号の処理を共通化した場合には、左フロントスピーカＦＬと左サラウンドスピーカＲＬが、図１８に示すようにユーザ３の各耳を通る平面Ａに対して対称な位置、すなわちφ（ＦＬ）＝φ（ＲＬ）が成り立つような位置にあるとき、音響定位効果を維持することができる。以下、図１９を参照して、この理由について述べる。図１９は、φ（ＦＲ）＝φ（ＲＲ）＝３０度の場合における左振幅位相特性調整部４１３ａの伝達関数ＧLの振幅周波数特性、および右振幅位相特性調整部４１３ｂの伝達関数ＧRの振幅周波数特性を示した図である。図１９では、全周波数帯域についての振幅周波数特性を示している。図１９（ａ）は、ＦＲ用の伝達関数ＧLの振幅周波数特性と、ＲＲ用の伝達関数ＧLの振幅周波数特性を示した図である。図１９（ｂ）は、ＦＲ用の伝達関数ＧRの振幅周波数特性と、ＲＲ用の伝達関数ＧRの振幅周波数特性を示した図である。図１９（ａ）および（ｂ）からわかるように、２ｋＨｚより低い周波数帯域では、ＦＲ用とＲＲ用で振幅周波数特性がほぼ一致する。これは右フロントスピーカＦＲから各耳までの距離の差と、右サラウンドスピーカＲＲから各耳までの距離の差とが等しいことからも物理的に説明することができる。また、図示していないが、ＦＲ用とＲＲ用で位相特性もほぼ一致する。したがって、図１７に示す構成において、右フロントスピーカＦＲと右サラウンドスピーカＲＲが、図１８に示すようにユーザ３の各耳を通る平面Ａに対して対称な位置にあり、かつ、クロスオーバー周波数をおよそ２ｋＨｚに設定することで、低域音響信号の処理を共通化しても、音像定位効果を維持することができる。
【００８３】
なお、図２に示す構成では、低域音響信号を左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂを用いて処理していたが、これに限定されない。信号処理演算量をさらに削減するために、左振幅位相特性調整部４１３ａもしくは右振幅位相特性調整部４１３ｂのいずれかを削除してもよい。この場合、上式（１）が成立しないため、音像が目標音像５に定位しないことが懸念される。しかし、低域では、各耳への音響伝達関数のレベル差および位相差が音像定位の手がかりとなる。このため、各耳への音響伝達関数の比が、ＨR120LとＨR120Rの比に一致しさえすれば、目標音像５に音像を定位させることができる。
【００８４】
したがって、例えば、左振幅位相特性調整部４１３ａの伝達関数ＧLと右振幅位相特性調整部４１３ｂの伝達関数ＧRを、伝達関数ＧRでそれぞれ除算してもよい。この場合、左振幅位相特性調整部４１３ａの伝達関数はＧL／ＧRとなり、右振幅位相特性調整部４１３ｂの伝達関数は１となり、各耳への音響伝達関数は次式の右辺のようになる。
【００８５】
【数３】
2008047833.tif 000043
ただし、ユーザ３が聴く音は目標音像５に音像定位するものの、式（３）から明らかなように、各耳への音響伝達関数には１／ＧRが含まれている。このため、図２の構成で聴く音と比べて音質が変わる。そこで、このような音質変化をあらかじめ補正するために、低域通過部４１０ａから出力された低域音響信号に、伝達関数ＧRの特性を与えるように処理してもよい。ただし、伝達関数ＧRの特性を与える処理部は、信号処理演算量を増やさないようにするため、伝達関数ＧRの振幅周波数特性のみを近似するような低演算のＩＩＲ型フィルタで実現することが望ましい。
【００８６】
図２０に、この例を適用した音像定位装置７１ａの構成を示す。音像定位装置７１ａは、図２に示した音像定位装置４１ａに対して、右振幅位相特性調整部４１３ｂが省略され、振幅特性補正部４１６が追加され、左振幅位相特性調整部４１３ａが左振幅位相特性調整部４１３ｄに入れ代わった点のみ異なる。振幅特性補正部４１６は、伝達関数ＧRの振幅周波数特性となるように、低域通過部４１０ａから出力された低域音響信号の振幅周波数特性を調整する。左振幅位相特性調整部４１３ｄは、伝達関数ＧL／ＧRが設定されており、振幅特性補正部４１６の出力信号を処理する。左振幅位相特性調整部４１３ｄは、ＦＩＲ型フィルタで実現されるのに対し、振幅特性補正部４１６は、低次のＩＩＲ型フィルタで実現される。なお、音質の変化よりも信号処理演算量の削減を優先するときは、振幅特性補正部４１６を削除した構成でもよいことはいうまでもない。また、図１７に示した構成に対して、右振幅位相特性調整部４１３ｂを省略し、振幅特性補正部４１６を追加し、左振幅位相特性調整部４１３ａを左振幅位相特性調整部４１３ｄに入れ代えてもよい。
【００８７】
なお、図２に示した構成では、ユーザ３の前方に設置された２個の左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂで音響再生を行っているが、３個以上のスピーカを用いる構成にしてもよい。図２１は、スピーカを３個を用いて制御を行う音像定位装置８１ａの構成を示す図である。図２１に示す音像定位装置８１ａは、図２に示した構成に対し、センタースピーカ用レベル調整部４１２ｅ、センター振幅位相特性調整部４１３ｃ、および加算器４１４ｄが新たに追加されている。なお、センタースピーカ２ｃは、ユーザ３の正面の位置に配置されている。この構成において、振幅特性調整部４１１を構成する再生特性補正処理部４１１２は、センタースピーカ２ｃからユーザ３の各耳までの音響伝達関数を考慮した特性（ＣLL＋ＣRL＋ＣCL）もしくは特性（ＣLR＋ＣRR＋ＣCR）を平坦化するように、設計を行えばよい。また、センタースピーカ用レベル調整部４１２ｅには、ユーザ３の受聴位置が変わっても音像の左右方向の定位位置の変化が少なくなるように、適当なゲインを設定すればよい。また、センター振幅位相特性調整部４１３ｃは、ユーザ３の受聴位置が変わっても音像の左右方向の定位位置の変化が少なくなるように、適当な伝達関数が設定されればよい。図２１に示す構成にすることによって、ユーザ３の周囲の音圧分布がより均一に近くなり、受聴位置の違いによる音像定位効果の変化を軽減することができる。
【００８８】
なお、３個以上のスピーカを用いる場合、少なくとも１個のスピーカを補助スピーカとして音像定位させたい所定の位置付近に配置する構成にしてもよい。図２２は、補助スピーカを用いる場合の音像定位装置９１ａの構成を示す図である。図２２において、音像定位装置９１ａは、図２に示した構成に対して、中域通過部４１０ｄをさらに備える点のみ異なる。また、図２２では、音像定位させたい所定の位置がユーザ３の右斜め後方であるとし、当該所定の位置に補助スピーカ２ｄが配置されている。中域通過部４１０ｄは、右サラウンドチャンネル信号ＲＲの中域成分のみを通過させるバンドパスフィルタで構成される。なお、図２３に示すように、低域通過部４１０ａ、高域通過部４１０ｂ、中域通過部４１０ｄは互いに周波数特性が重複しないように設計される。図２３に示すように、高域通過部４１０ｂは、第１の所定周波数ｆ１以上の音響信号のみを通過させ、中域通過部４１０ｄは、第１の所定周波数ｆ１より低く、第２の所定周波数ｆ２以上の音響信号のみを通過させ、低域通過部４１０ａは、第２の所定周波数ｆ２より低い音響信号のみを通過させる。中域通過部４１０ｄの出力信号は、補助スピーカ２ｄで再生される。これにより、中域通過部４１０ｄからの出力信号は、音像定位させたい方向にある実物のスピーカから音響再生されるため、音像定位効果がより高まる。
【００８９】
ここで、図２２の構成において、補助スピーカ２ｄの再生帯域の幅は広くてもよいが、一般に再生帯域の幅が広いスピーカは寸法が大きく重いため、限られたスペースに設置することは困難である。しかしながら、図２３に示したように、補助スピーカ２ｄに必要とされる再生帯域は中域であり、必要とされる再生帯域の幅は狭くてよい。このため、小型のスピーカを補助スピーカ２ｄとして用いることができ、設置が容易になる。また、図２の構成において処理していた低域音響信号のうちの高域成分（つまり、中域成分）は、クロストークキャンセル処理を行うことにより受聴位置の変化に伴う制御誤差が生じやすい。しかしながら、図２２の構成では、中域については制御を行わずに補助スピーカ２ｄから直接出力させる。このため、中域において制御誤差は生じず、より高い音像定位効果を得ることができる。
【００９０】
なお、図２に示した構成では、ユーザ３の前方に設置された左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂで音響再生を行っているが、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂがユーザ３の後方に配置される構成としてもよい。図２４は、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂがユーザ３の後方に配置された構成を示す図である。図２４に示す構成において、左スピーカ２ａからユーザ３の左耳までの音響伝達経路ＣLL、左スピーカ２ａからユーザ３の右耳までの音響伝達経路ＣLR、右スピーカ２ｂからユーザ３の右耳までの音響伝達経路ＣRR、右スピーカ２ｂからユーザ３の左耳までの音響伝達経路ＣRLが測定等により得られているとする。この場合、振幅特性調整部４１１を構成する再生特性補正処理部４１１２は、特性（ＣLL＋ＣRL）もしくは特性（ＣLR＋ＣRR）を平坦化するように設計されればよい。図２４に示す構成であれば、空間の制約等によってやむを得ずユーザ３の前方にスピーカを設置できないような環境においても、広い受聴範囲で音像定位効果をユーザ３に与えることができる。
【００９１】
なお、図２に示した構成の説明では、音像がユーザ３の斜め後方の位置、つまり右サラウンドスピーカＲＲの位置に定位するような動作について説明したが、いかなる位置にも定位させることができる。図２５は、ユーザ３の斜め後ろ上方の位置に音像を定位させる様子を３次元的に示す図である。図２５において、目標音像７の位置は、ユーザ３の斜め後ろ上方の位置である。ここで、正中面と平行かつ目標音像７が存在する面を矢状面と称す。また、矢状面において目標音像７の上方の角度αを上昇角、ユーザ３から見た矢状面の開き角度βを側方角と称す。目標音像７ａは、正中面内において目標音像７の上昇角αと同じ上昇角の位置にある音像である。目標音像７の位置に音像を定位させる場合、まず目標特性補正処理部４１１１は、目標音像７ａからユーザ３の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数の振幅周波数特性となるように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する。この処理により、音像は、上昇角α、つまりユーザ３の位置を中心としてユーザ３の正面から上方向に角度αだけ回転した位置である目標音像７ａに定位する。次に、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂは、側方角βを実現するように、左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂの出力に適当なレベル差を生じさせる。この処理により、音像は、側方角β、つまりユーザ３の位置を中心として目標音像７ａの位置から上方向と直交する右方向に角度βだけ回転した位置である目標音像７に定位する。このように音像を所定の位置に定位させる場合、所定の位置が示す上昇角αと側方角βを求めたうえで、目標特性補正処理部４１１１と左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂとに対して適当な値を設定すればよい。
【００９２】
（第２の実施形態）
次に、図２６を参照して、本発明の第２の実施形態に係る音像定位装置について説明する。図２６は、第２の実施形態に係る音像定位装置１０１ａの構成を示す図である。音像定位装置１０１ａは、図２で示した音像定位装置４１ａに対して、振幅特性調整部４１１が振幅特性調整部４２０に代わり、記憶部４２１が新たに追加された点で異なる。以下、異なる点を中心に説明する。なお、図２６では、一例として、右サラウンドチャンネル信号ＲＲを処理する音像定位装置１０１ａの構成を示している。また図２６では、ユーザ３は紙面に向かって上を向いており、紙面に向かって上がユーザ３の正面となる。また図２６は、ユーザ３の頭部上方から見た図である。
【００９３】
図２６において、振幅特性調整部４２０は、高域通過部４１０ｂから出力された高域音響信号を入力とする。振幅特性調整部４２０は、記憶部４２１と接続されている。振幅特性調整部４２０の出力信号は、左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂにそれぞれ入力される。左スピーカ用レベル調整部４１２ａおよび右スピーカ用レベル調整部４１２ｂの処理については、第１の実施形態で説明した処理と同様であり、ここでは説明を省略する。
【００９４】
振幅特性調整部４２０は、図２７に示すように、第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２を実現するパラメトリックイコライザフィルタで構成される。図２７は、振幅特性調整部４２０の構成を示す図である。第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２は、シリアルに接続されている。なお、振幅特性調整部４２０は、パラメトリックイコライザフィルタとして公知のバイクワッド型ＩＩＲフィルタ等を２段用いて第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２を実現する。
【００９５】
図２に示した構成において、振幅特性調整部４１１は、音像の前後の定位にとって重要な手がかりであるとされる正中面上に基づく音響伝達関数の振幅周波数特性を忠実に再現するように調整を行った。しかし、飯田らは「Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｈｅａｄ−ｒｅｌａｔｅｄ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｍｏｄｅｌ  ｂａｓｅｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｒａｕｒａｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｕｅｓ、ＷＥＳＰＡＣ９（２００６年６月）」において、４ｋＨｚ〜１６ｋＨｚの周波数帯域に現れる２つのノッチ特性を再現するだけで音像の前後の定位制御を行うことが可能であり、これらの特性が前後の定位にとってとりわけ重要な役割を果たしていると報告している。図２８は、左スピーカ２ａと右スピーカ２ｂの音響伝達経路ＣLL＋ＣRLの振幅周波数特性と、図４における音響伝達関数ＨLの振幅周波数特性とを示す図である。ＣLL＋ＣRLの場合、７ｋＨｚ付近（Ｎ１）と１１ｋＨｚ付近（Ｎ２）に振幅レベルが落ち込む特性（ノッチ特性）が現れている。また、ＨLについても７ｋＨｚ付近（Ｎ１'）と１２ｋＨｚ付近（Ｎ２'）においてノッチ特性が現れている。第１の実施形態で説明したように、ユーザ３がＣLL＋ＣRLの特性を各耳で聴くと、正面からやや上方向の位置に音像が定位する。ＨLの特性を各耳で聴くと、真後ろ方向の位置に音像が定位する。このように、４ｋＨｚ〜１６ｋＨｚの周波数帯域に現れるこれら２つのノッチ特性の周波数、ゲイン（ノッチの深さ）、および先鋭度（ノッチの鋭さ）を所定の値に変えることによって、音像の前後の定位を制御することができることがわかる。
【００９６】
振幅特性調整部４２０は、このような知見に基づき、Ｎ１'を再現する第１ノッチ補正処理部４２０１と、Ｎ２'を再現する第２ノッチ補正処理部４２０２とで構成されている。例えば、第１ノッチ補正処理部４２０１は、図２９に示すように、ＣLL＋ＣRLのノッチ特性Ｎ１を平坦化すると共に、Ｎ１'にノッチ特性を形成するような適当な周波数、ゲイン、先鋭度のパラメトリックイコライザが設計されている。図２９は、第１ノッチ補正処理部４２０１における処理を模式的に示した図である。図２９において、点線が第１ノッチ補正処理部４２０１に設計された補正特性を示す。実線がＣLL＋ＣRLの特性を示す。第２ノッチ補正処理部４２０２も、第１ノッチ補正処理部４２０１と同様に、Ｎ２'を再現するように設計されればよい。このように、振幅特性調整部４２０は、第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２の処理によって、ユーザ３の左耳における再生特性が、図４における音響伝達関数ＨLの振幅周波数特性が有するノッチ特性と同じノッチ特性を有するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整するものである。
【００９７】
ところで、通常は市販のダミーヘッドを受聴位置に設置して測定した音響伝達関数を用いて第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２を設計する。しかし、音響伝達関数は、実際に使用するユーザ３の頭部の形や耳の形の違いによって差がある。このため、同じ補正処理を行った場合でも、ユーザ３によって音像定位効果に差が生じる。図３０に、異なるユーザであるＡとＢの真後ろ方向の音響伝達関数ＨLの振幅周波数特性を示した。図３０において、ノッチ特性Ｎ１'ａおよびＮ２'ａは、ユーザＡのノッチ特性である。ノッチ特性Ｎ１'ｂおよびＮ２'ｂは、ユーザＢのノッチ特性である。図３０に示すように、ユーザＡとＢとで、４ｋＨｚ〜１６ｋＨｚの周波数帯域に生じるノッチ特性の数は同じであるものの、周波数、ゲイン、および先鋭度が異なることがわかる。そこで、記憶部４２１には、ユーザを識別する識別情報と、そのユーザに基づくノッチ特性に関する情報（Ｎ１'およびＮ２'が有する周波数、ゲイン、および先鋭度などの情報）とを対応付けした対応情報が記憶されている。また、この対応情報は、ユーザ毎に複数記憶されている。また、第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２は、このようなユーザの違いによる音響伝達関数の差に対応できるように、パラメータが可変の構成となっている。つまり、振幅特性調整部４２０は、受聴しているユーザに基づく対応情報を記憶部４２１から読み出し、第１ノッチ補正処理部４２０１および第２ノッチ補正処理部４２０２のパラメータを、受聴しているユーザ毎に変える。以上のような動作によって、ユーザ毎に適切なパラメータを設定することができ、音像定位効果を最大化することができる。
【００９８】
なお、図２６に示した構成では、ユーザ毎に適切なパラメータを設定するために、記憶部４２１を設け、振幅特性調整部４２０をパラメータ可変の構成にした。これに対し、記憶部４２１を省略し、振幅特性調整部４２０をパラメータ固定の構成にしてもよい。このような構成においては、ユーザ毎に適切なパラメータを設定することはできないが、音像の前後を制御するための処理部である振幅特性調整部４２０がバイクワッド型のＩＩＲフィルタ２段で構成されるため、図２で示した構成に比べて、演算量が少ないという特徴を有する。
【００９９】
なお、図２６に示した構成では、振幅特性調整部４２０で２つのノッチ特性を補正しているが、３つ以上のノッチ特性、あるいはピーク特性を補正するような構成にしてもよい。このような構成にすれば、補正の精度が向上し、音像定位効果が向上するという特徴を有する。
【０１００】
なお、図２６に示した構成に対し、第１の実施形態で説明した各変形例（図１４〜図１７、図２０〜図２２、図２４）を適用してもよいことはいうまでもない。
【０１０１】
なお、以上に説明した第１および第２の実施形態に係る音像定位装置や音像定位システムは、テレビジョン受像機やＣＲＴなどの映像機器に搭載することができる。近年、テレビ放送ではモノラル音声やステレオ音声に加え、５．１チャンネル音声コンテンツが放送されており、チャンネル数が異なる放送コンテンツが混在して放送されている。このような状況下、テレビジョン受像機に音像定位システムを適用した場合、テレビプログラム（テレビコンテンツ）のチャンネル数と音場制御ＯＮ／ＯＦＦとの組み合わせの分だけ、様々な種類の音響効果が存在することになる。よって、ユーザがどのような音響効果が得られているのかを直感的に即座に把握することが困難であり、ユーザが混乱する恐れがある。そこで、図３１に示すように、テレビプログラムのチャンネル数と、音場制御ＯＮ／ＯＦＦと、ユーザが得ている音響効果とを、視覚的に把握可能に表現された画像を用いて表示画面上に表示させる。これにより、ユーザは、どのような音響効果が得られているのかを直感的に即座に把握することができる。図３１（ａ）は、５．１チャンネル音声コンテンツを音場制御ＯＦＦで視聴している際の表示画面を示している。図３１（ａ）では、テレビプログラムは５．１チャンネル音声コンテンツを示しているものの、テレビジョン受像機に搭載された２つのスピーカによって２チャンネル再生が行われている状態を示している。また図３１（ｂ）は、５．１チャンネル音声コンテンツを音場制御ＯＮで視聴している際の表示画面を示している。図３１（ａ）では、テレビジョン受像機に搭載された２つのスピーカからのみ音が放射されているものの、ユーザを取り囲むように５．１チャンネル再生が行われている状態を示している。
【０１０２】
なお、以上に説明した第１および第２の実施形態に係る音像定位装置や音像定位システムは、例えばマルチチャンネルの音響信号を入力とし、処理した音響信号を出力とする一般的なコンピュータシステム等の情報処理装置で実現可能である。この場合、上述した動作をコンピュータに実行させるプログラムを所定の情報記録媒体に格納し、当該情報記録媒体に格納されたプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、第１および第２の実施形態に係る音像定位装置や音像定位システムが実現される。また、図２６に示した記憶部４２１は、例えば情報処理装置内のハードディスク内で構成される。また、上記プログラムを格納する情報記録媒体は、例えば、ＲＯＭまたはフラッシュメモリのような不揮発性半導体メモリやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、あるいはそれらに類する光学式ディスク状記録媒体である。また、プログラムを他の媒体や通信回線を通じて上記情報処理装置に供給してもかまわない。また、記憶部４２１を例えば情報処理装置内のハードディスク内で構成されるとしたが、情報処理装置内のメモリや情報処理装置外の他の記録媒体で構成されてもよい。
【０１０３】
なお、以上に説明した第１および第２の実施形態に係る音像定位装置や音像定位システムの各構成部は、ＬＳＩなどの集積回路や、専用の信号処理回路を用いて１チップ化したものによって実現されてもよい。また第１および第２の実施形態に係る音像定位装置や音像定位システムは、上記各構成部の機能に相当するものをそれぞれチップ化したものによって実現されてもよい。なお、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。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よい。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、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明に係る音像定位装置、音像定位システム、音像定位方法、プログラム、および集積回路は、スピーカの配置位置を制限させることなく、ユーザに広い受聴範囲で音像定位効果を与えることを可能とし、映像機器やカーオーディオ機器などの音響再生システム等に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の音像定位システム４の構成について説明するための図
【図２】第１の実施形態に係る音像定位装置の構成を示す図
【図３】振幅特性調整部４１１の構成を示した図
【図４】ユーザ３の真後ろの方向に設置したスピーカ２からユーザ３の各耳までの音響伝達関数ＨLおよびＨRを示す図
【図５】図４に示す音響伝達関数ＨLおよびＨRの時間軸応答と振幅周波数特性とを示す図
【図６】左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂからユーザ３の各耳までの音響伝達経路を示す図
【図７】図６に示す音響伝達経路ＣLLおよびＣRLの振幅周波数特性を合成した特性（ＣLL＋ＣRL）と、音響伝達経路ＣRRおよびＣLRの振幅周波数特性を合成した特性（ＣRR＋ＣLR）とを示す図
【図８】再生特性補正処理部４１１２の補正特性を示す図
【図９】中林が行った実験系を示す図
【図１０】ユーザ３の回答結果を示す図
【図１１】音像定位目標と音響伝達関数を示す図
【図１２】音響伝達関数を測定した位置を示す図
【図１３】図１２に示す測定位置から測定した結果を示す図
【図１４】右斜め後方である１２０度方向の位置に音像を定位させる場合の音響伝達関数が示す振幅周波数特性を示す図
【図１５】音像定位装置５１ａの構成を示す図
【図１６】音像定位装置６１ａの構成を示す図
【図１７】音像定位装置４１ａおよび４１ｂの低域音響信号の処理を共通化した場合の構成を示す図
【図１８】右フロントスピーカＦＲ、右サラウンドスピーカＲＲ、左フロントスピーカＦＬ、および左サラウンドスピーカＲＬの位置を示す図
【図１９】φ（ＦＲ）＝φ（ＲＲ）＝３０度の場合における左振幅位相特性調整部４１３ａおよび右振幅位相特性調整部４１３ｂの伝達関数の振幅周波数特性を示す図
【図２０】音像定位装置７１ａの構成を示す図
【図２１】スピーカを３個を用いて制御を行う音像定位装置８１ａの構成を示す図
【図２２】補助スピーカを用いる場合の音像定位装置９１ａの構成を示す図
【図２３】低域通過部４１０ａ、高域通過部４１０ｂ、および所定帯域通過部４１０ｄの周波数特性を示す図
【図２４】左スピーカ２ａおよび右スピーカ２ｂがユーザ３の後方に配置された構成を示す図
【図２５】ユーザ３の斜め後ろ上方の位置に音像を定位させる様子を３次元的に示す図
【図２６】第２の実施形態に係る音像定位装置１０１ａの構成を示す図
【図２７】振幅特性調整部４２０の構成を示す図
【図２８】左スピーカ２ａと右スピーカ２ｂの音響伝達経路ＣLL＋ＣRLの振幅周波数特性と、図４における音響伝達関数ＨLの振幅周波数特性とを示す図
【図２９】第１ノッチ補正処理部４２０１における処理を模式的に示した図
【図３０】異なるユーザであるＡとＢの真後ろ方向の音響伝達関数ＨLの振幅周波数特性を示す図
【図３１】テレビジョン受像機の表示画面例を示す図
【図３２】従来の音像定位システム１０の構成を示す図
【図３３】右サラウンドスピーカＲＲからユーザ３の各耳までの音響伝達関数の時間軸応答と、その振幅周波数特性とを示す図
【図３４】広い受聴範囲で音像定位効果を与える従来の音響再生システムの構成を示す図
【図３５】再生音およびキャンセル音の波面を模式的に示した図
【符号の説明】
【０１０６】
１    マルチスピーカシステム
１２    キャビネット
１１１ａ〜１１１ｅ    効果付与部
１１２ａ〜１１２ｈ、１２２ａ、１２２ｂ、４２ａ〜４２ｈ、４１４ａ〜４１４ｄ    加算器
１１３    クロストークキャンセラ
１２１ａ〜１２１ｄ    デジタルフィルタ
２    スピーカ
２ａ    左スピーカ
２ｂ    右スピーカ
２ｃ    センタスピーカ
３    ユーザ
４、１０、１１    音像定位システム
４１ａ〜４１ｅ、５１ａ、６１ａ、７１ａ、８１ａ、９１ａ、１０１ａ    音像定位装置
４１０ａ    低域通過部
４１０ｂ、４１０ｃ    高域通過部
４１０ｄ    中域通過部
４１１、４１１ａ、４１５、４２０    振幅特性調整部
４１２ａ、４１２ｃ    左スピーカ用レベル調整部
４１２ｂ、４１２ｄ    右スピーカ用レベル調整部
４１２ｅ    センタースピーカ用レベル調整部
４１１１    目標特性補正処理部
４１１２    再生特性補正処理部
４１３ａ、４１３ｄ    左振幅位相特性調整部
４１３ｂ    右振幅位相特性調整部
４１３ｃ    センター振幅位相特性調整部
４１５ａ    左スピーカ用遅延部
４１５ｂ    右スピーカ用遅延部
４１６    振幅特性補正部
４２１    記憶部
４２０１    第１ノッチ補正処理部
４２０２    第２ノッチ補正処理部
５、７、７ａ    目標音像
【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】
受聴者から見て空間上の所定の位置または方向に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位装置であって、
低周波帯域において、
前記所定の位置に第１の音像が定位するように、前記複数のスピーカに対応して設けられ、入力される音響信号のクロストークキャンセル処理を含み振幅位相周波数特性を調整する振幅位相特性調整手段と、
高周波帯域において、
前記受聴者の正面の方向から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した方向に第２の音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、
前記第１の角度だけ回転した方向から前記所定の方向に第２の角度だけ回転した方向に第３の音像が定位するように、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを前記対応するスピーカに応じたレベルに調整し、前記複数のスピーカに対応して設けられるレベル調整手段とを備え、
前記低周波帯域は少なくとも略１ｋＨｚ以下の周波数を含み、
前記高周波帯域は少なくとも略４ｋＨｚ以上の周波数を含むことを特徴とする、音像定位装置。
【請求項２】
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、前記第１の角度だけ回転した方向から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくノッチ特性を有するように、前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位装置。
【請求項３】
前記第１の角度だけ回転した方向から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくノッチ特性は、４ｋＨｚより高い周波数帯域において少なくとも２つ存在することを特徴とする、請求項２に記載の音像定位装置。
【請求項４】
前記第１の角度だけ回転した方向から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数が有するノッチ特性に関する情報と、当該受聴者を識別する情報とを対応付けした対応情報を、前記受聴者ごとに記憶する記憶部をさらに備え、
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が当該受聴者に応じたノッチ特性を有するように、前記記憶部に記憶される対応情報に基づいて前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、請求項２に記載の音像定位装置。
【請求項５】
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、前記第１の角度だけ回転した方向から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づくピーク特性を有するように、前記振幅周波数特性を調整することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位装置。
【請求項６】
各前記レベル調整手段は、周波数に関わらず同じ調整値を用いて、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項７】
各前記レベル調整手段は、所定の周波数帯域ごとに異なる調整値を用いて、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを調整することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項８】
前記複数のスピーカから、前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの複数の音響伝達関数の振幅レベル差が大きな周波数帯域ほど、前記レベル調整手段の調整値の差が大きいことを特徴とする、請求項７に記載の音像定位装置。
【請求項９】
前記複数のレベル調整手段に対応して設けられ、対応する前記レベル調整手段から出力された音響信号の位相周波数特性を調整し、対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の位相特性調整手段をさらに備え、
各前記位相特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音の振幅周波数特性が変化しない範囲において、前記第１の角度だけ回転した方向から前記所定の方向に第２の角度だけ回転した方向に第３の音像が定位するように、前記対応するレベル調整手段から出力された音響信号の位相周波数特性を前記対応するスピーカに応じた特性に調整する、請求項１から８のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１０】
前記振幅位相特性調整手段は、前記複数のスピーカに対応して設けられ、前記所定の位置に前記音像が定位するように、入力される音響信号の振幅位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整フィルタを有する、請求項１から９のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１１】
前記振幅位相特性調整手段は、前記複数のスピーカのうちのいずれか１つである所定のスピーカ以外に対応して設けられ、前記所定の位置に前記音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性および位相周波数特性を対応するスピーカに応じた特性に調整し、当該対応するスピーカに当該調整した音響信号を出力する複数の振幅位相特性調整手段を有する、請求項１から９のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１２】
各前記振幅位相特性調整手段の伝達関数は、前記振幅位相特性調整手段が前記複数のスピーカ全てに対応して設けられたと仮定したときに前記所定のスピーカ以外に対応して設けられる前記振幅位相特性調整手段それぞれに設定されるべき伝達関数を、当該仮定において前記所定のスピーカに対応して設けられる前記振幅位相特性調整手段に設定されるべき伝達関数で除算することにより算出される、請求項１１に記載の音像定位装置。
【請求項１３】
前記低周波帯域において、前記入力される音響信号の振幅周波数特性を、前記仮定において前記所定のスピーカに対応して設けられる前記振幅位相特性調整手段に設定されるべき伝達関数が示す振幅周波数特性に補正し、各前記振幅位相特性調整手段に出力する振幅特性補正手段をさらに備える、請求項１２に記載の音像定位装置。
【請求項１４】
前記所定の位置に配置され、前記入力される音響信号うち、前記低周波数帯域及び前記高周波数帯域に含まれない周波数の音響信号を入力する補助スピーカをさらに備える、請求項１から１３のいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１５】
受聴者から見て複数のチャンネルに応じた空間上の複数の位置または方向に音像を定位させるように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位システムであって、
前記複数のチャンネルに対応して設けられ、対応するチャンネルに応じた前記空間上の対応位置または対応方向に前記音像を定位させるように、複数のスピーカから音を出力させる複数の音像定位装置を備え、
前記音像定位装置の各々は、
低周波帯域において、
前記所定の位置に第１の音像が定位するように、前記複数のスピーカに対応して設けられ、対応するチャンネルの音響信号のクロストークキャンセル処理を含み振幅位相周波数特性を調整する振幅位相特性調整手段と、
高周波帯域において、
前記受聴者の正面の方向から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した方向に第２の音像が定位するように、前記対応するチャンネルの音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、
前記第１の角度だけ回転した方向から前記所定の方向に第２の角度だけ回転した方向に第３の音像が定位するように、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを前記対応するスピーカに応じたレベルに調整し、前記複数のスピーカに対応して設けられるレベル調整手段とを備え、
前記振幅特性調整手段は、前記受聴者の右耳および左耳に到来する各音が、前記第１の角度だけ回転した方向から前記受聴者の左右いずれか一方の耳までの音響伝達関数に基づく振幅周波数特性を有するように、前記対応するチャンネルの音響信号の振幅周波数特性を調整することを特徴とする、音像定位システム。
【請求項１６】
前記振幅位相特性調整手段の各々は、ＦＩＲ型フィルタで構成されており、
各前記音像定位装置のうち、前記対応位置と前記スピーカとの間の距離が最も短い前記音像定位装置の有する各前記振幅位相特性調整手段のタップ長が、他の前記音像定位装置の有する前記振幅位相特性調整手段のタップ長よりも短いことを特徴とする、請求項１５に記載の音像定位システム。
【請求項１７】
各前記音像定位装置のうちのいずれか２つの音像定位装置に関し、
一方の音像定位装置は、振幅位相特性調整手段を備えず、
他方の音像定位装置は、
自身に対応するチャンネルの音響信号と、前記一方の音像定位装置に対応するチャンネルの音響信号とを加算する加算手段を備え、
振幅位相特性調整手段は前記加算手段の出力のみを処理することを特徴とする、請求項１５に記載の音像定位システム。
【請求項１８】
画面上に映像を表示する映像機器であって、
前記複数のスピーカと、
前記複数のスピーカに接続された請求項１５に記載の音像定位システムとを備える、映像機器。
【請求項１９】
受聴者から見て空間上の所定の位置または方向に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位方法であって、
低周波帯域において、
前記所定の位置に第１の音像が定位するように、前記複数のスピーカに対応して設けられ、入力される音響信号のクロストークキャンセル処理を含み振幅位相周波数特性を調整する振幅位相特性調整ステップと、
高周波帯域において、
前記受聴者の正面の方向から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した方向に第２の音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整ステップと、
前記第１の角度だけ回転した方向から前記所定の方向に第２の角度だけ回転した方向に第３の音像が定位するように、前記振幅特性調整ステップにおいて調整された音響信号のレベルを前記スピーカに応じたレベルに調整し、前記複数のスピーカに対応して設けられるレベル調整ステップとを含み、
前記低周波帯域は少なくとも略１ｋＨｚ以下の周波数を含み、
前記高周波帯域は少なくとも略４ｋＨｚ以上の周波数を含むことを特徴とする、音像定位方法。
【請求項２０】
受聴者から見て空間上の所定の位置または方向に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる集積回路であって、
低周波帯域において、
前記所定の位置に第１の音像が定位するように、前記複数のスピーカに対応して設けられ、入力される音響信号のクロストークキャンセル処理を含み振幅位相周波数特性を調整する振幅位相特性調整手段と、
高周波帯域において、
前記受聴者の正面の方向から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した方向に第２の音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整手段と、
前記第１の角度だけ回転した方向から前記所定の方向に第２の角度だけ回転した方向に第３の音像が定位するように、前記振幅特性調整手段から出力された音響信号のレベルを前記対応するスピーカに応じたレベルに調整し、前記複数のスピーカに対応して設けられるレベル調整手段とを備え、
前記低周波帯域は少なくとも略１ｋＨｚ以下の周波数を含み、
前記高周波帯域は少なくとも略４ｋＨｚ以上の周波数を含むことを特徴とする、集積回路。
【請求項２１】
受聴者から見て空間上の所定の位置または方向に音像が定位するように、複数のスピーカから音を出力させる音像定位装置のコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
低周波帯域において、
前記所定の位置に第１の音像が定位するように、前記複数のスピーカに対応して設けられ、入力される音響信号のクロストークキャンセル処理を含み振幅位相周波数特性を調整する振幅位相特性調整ステップと、
高周波帯域において、
前記受聴者の正面の方向から上方向に当該受聴者の位置を中心として第１の角度だけ回転した方向に第２の音像が定位するように、入力される音響信号の振幅周波数特性を調整する振幅特性調整ステップと、
前記第１の角度だけ回転した方向から前記所定の方向に第２の角度だけ回転した方向に第３の音像が定位するように、前記振幅特性調整ステップにおいて調整された音響信号のレベルを前記対応するスピーカに応じたレベルに調整し、前記複数のスピーカに対応して設けられるレベル調整ステップとを、前記コンピュータに実行させ、
前記低周波帯域は少なくとも略１ｋＨｚ以下の周波数を含み、
前記高周波帯域は少なくとも略４ｋＨｚ以上の周波数を含むことを特徴とする、プログラム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のプログラムを記録した、コンピュータに読み取り可能な記録媒体。
【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】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【国際調査報告】
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