(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音像を任意の位置に定位させる音像定位装置であって、
音像定位位置に関するパラメータを持ち、かつ入力部からの音響信号のフィルタ演算を行うための方向定位手段と、
前記方向定位手段の出力信号からフィルタ演算により音響クロストーク信号となる成分の打ち消しを行うためのクロストーク・キャンセル手段と、
前記クロストーク・キャンセル手段からの信号を出力するための２チャンネルの出力部とを備え、
前記クロストーク・キャンセル手段は、
各々第１のパラメータを持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタと第２のパラメータを持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタとが交互に縦続接続されてなる第１および第２のフィルタ列と、
第１および第２の加算器とを有し、
前記第１のフィルタ列は、前記第１のパラメータを持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタを初段フィルタとし、かつ該第１のフィルタ列の入力部が前記クロストーク・キャンセル手段の第２の入力部と接続され、
前記第２のフィルタ列は、前記第２のパラメータを持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタを初段フィルタとし、かつ該第２のフィルタ列の入力部が前記クロストーク・キャンセル手段の第１の入力部と接続され、
前記第１および第２のフィルタ列のうちの前記第１のパラメータを持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と、前記クロストーク・キャンセル手段の第１の入力部とは、前記第１の加算器を経て、前記クロストーク・キャンセル手段の第１の出力部に接続され、
前記第１および第２のフィルタ列のうちの前記第２のパラメータを持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と、前記クロストーク・キャンセル手段の第２の入力部とは、前記第２の加算器を経て、前記クロストーク・キャンセル手段の第２の出力部に接続されたことを特徴とする音像定位装置。
【請求項２】
請求項１記載の音像定位装置において、
前記クロストーク・キャンセル手段は、前記第１および第２のフィルタ列のうちの前記第１のパラメータを持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と前記第１の加算器との間、前記クロストーク・キャンセル手段の第１の入力部と前記第１の加算器との間、前記第１および第２のフィルタ列のうちの前記第２のパラメータを持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と前記第２の加算器との間、および、前記クロストーク・キャンセル手段の第２の入力部と前記第２の加算器との間にそれぞれ遅延器を更に有することを特徴とする音像定位装置。
【請求項３】
音像を任意の位置に定位させる音像定位装置であって、
音像定位位置に関するパラメータを持ち、かつ入力部からの音響信号のフィルタ演算を行うための方向定位手段と、
前記方向定位手段の出力信号からフィルタ演算により音響クロストーク信号となる成分の打ち消しを行うためのクロストーク・キャンセル手段と、
前記クロストーク・キャンセル手段からの信号を出力するための２チャンネルの出力部とを備え、
前記方向定位手段のフィルタのパラメータに、多重のクロストークを補償するためのパラメータを畳み込んだことを特徴とする音像定位装置。
【請求項４】
請求項３に記載の音像定位装置におけるパラメータ算出方法であって、
実際の左スピーカ位置に置かれたスピーカから音響信号を発生させ、疑似頭または実頭の左耳の特定箇所に取り付けられたマイクロホンの信号を第１の信号系列として記録し、
実際の右スピーカ位置に置かれたスピーカから前記と同じ音響信号を発生させ、前記疑似頭あるいは実頭の右耳の特定箇所に取り付けられたマイクロホンの信号を第２の信号系列として記録し、
仮想音像位置に置かれたスピーカから前記と同じ音響信号を発生させ、前記疑似頭または実頭の左右の耳の特定箇所に取り付けられたマイクロホンの信号を記録し、該マイクロホンの左耳の信号を第３の信号系列、右耳の信号を第４の信号系列とし、
前記第１または第２の信号系列を入力系列とし、かつ２種類のクロストーク打ち消し信号生成フィルタの畳み込みによって得られるフィルタ演算を前記第３または第４の信号系列に施して得た結果を元の第３または第４の信号系列から減算した結果を遅延させたものを出力系列とした対象未知システムのパラメータをシステム同定手段で求め、該求めたパラメータを前記方向定位手段のフィルタのパラメータとすることを特徴とするパラメータ算出方法。
【請求項５】
音像を任意の位置に定位させる音像定位装置であって、
入力部からの音響信号を周波数帯域ごとに分割するための帯域分割手段と、
周波数帯域ごとに用意され、各々音像定位位置に関するパラメータを持ち、かつ前記帯域分割手段から与えられた音響信号のフィルタ演算を行うための複数の方向定位手段と、
周波数帯域ごとに用意され、各々前記複数の方向定位手段のうちの対応する方向定位手段の出力信号からフィルタ演算により音響クロストーク信号となる成分の打ち消しを行うための複数のクロストーク・キャンセル手段と、
前記複数のクロストーク・キャンセル手段からの信号を合成するための帯域合成手段と、
前記帯域合成手段からの合成信号を出力するための２チャンネルの出力部とを備え、
前記複数のクロストーク・キャンセル手段のうち低域のクロストーク・キャンセル手段では多重クロストークを補償したものを用い、かつ中高域では簡略化されたクロストーク・キャンセル手段を用いたことを特徴とする音像定位装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意の位置に音像を定位させるための音像定位装置およびそのパラメータ算出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、音像を定位させる方法として、２つのスピーカによる一般的なステレオ方法があった。しかし、この方法では左右２つのスピーカの間にのみしか音像を定位させることができず、２つのスピーカの外側、すなわち受聴者の周囲に定位させることはできなかった。
【０００３】
そこで、通常の音源信号に処理を施して、２つのスピーカでも受聴者の周囲に音像を定位させる方法が提案されている。まず、音像定位処理の基本となる原理を、図１４を用いて説明する。
【０００４】
図１４（ａ）に示すように、仮想音源位置Ｏにおいて音源信号ｕが放射され、それが空間を伝わって左耳ＥＬと右耳ＥＲに到達するものとする。このとき、左耳ＥＬでの音響信号をｙL1、右耳ＥＲでの音響信号をｙR1とする。この状態において、仮想音源位置Ｏから左耳ＥＬ、右耳ＥＲへの伝搬を伝達関数で表すことができる。この伝達関数を頭部伝達関数と呼ぶことにする。仮想音源位置Ｏから左耳ＥＬへの頭部伝達関数をＴL、右耳ＥＲへの頭部伝達関数をＴRと定義する。ここで、仮想音源位置ＯからＥＬ、ＥＲのうち経路が短い方をメインパス、長い方をクロストークパスと呼ぶことにし、それぞれＴM、ＴCとする。これからの説明では、受聴者から見て左側に仮想音源があるものと限定して話を進めることにする。仮想音源が右側にある場合でも、大筋には変わりがない。
【０００５】
上記の定義から、音源位置での音響信号と耳での音響信号との関係は、
ｙL1＝ＴL・ｕ＝ＴM・ｕ                                  (1-1)
ｙR1＝ＴR・ｕ＝ＴC・ｕ                                  (1-2)
で表される。
【０００６】
次に、図１４（ｂ）に示すように、２つのスピーカ７ａ，７ｂを設置するものとする。設置された左スピーカＳＬと右スピーカＳＲでの音響信号をそれぞれｘL、ｘRとする。これら２つのスピーカから放射された音が、受聴者の左耳ＥＬでｙL2、右耳ＥＲでｙR2なる音響信号として到達する。このとき、ＳＬからＥＬ、ＳＲからＥＲへの伝達経路がメインパスで、この頭部伝達関数をそれぞれＳLL、ＳRRとする。また、ＳＬからＥＲ、ＳＲからＥＬへの伝達経路がクロストークパスで、この頭部伝達関数をそれぞれＳLR、ＳRLとする。このときの関係は、
ｙL2＝ＳLL・ｘL＋ＳRL・ｘR                              (2-1)
ｙR2＝ＳLR・ｘL＋ＳRR・ｘR                              (2-2)
となる。
【０００７】
ここで、実際には２つのスピーカＳＬとＳＲから音を放射するが、あたかも点Ｏから聞こえるようにするためには、
ｙL1＝ｙL2                                              (3-1)
ｙR1＝ｙR2                                              (3-2)
となるようにすればよい。したがって、
ＳLL・ｘL＋ＳRL・ｘR＝ＴL・ｕ                           (4-1)
ＳLR・ｘL＋ＳRR・ｘR＝ＴR・ｕ                           (4-2)
となり、ｘLとｘRについて解けば、
ｘL＝（１−ＦC1・ＦC2）-1（ＦL＋ＦC1・ＦR）ｕ           (5-1)
ｘR＝（１−ＦC1・ＦC2）-1（ＦR＋ＦC2・ＦL）ｕ           (5-2)
となる。ただし、
ＦC1＝−ＳRL／ＳLL  ，ＦC2＝−ＳLR／ＳRR                (5-3)
ＦL＝ＴL／ＳLL  ，ＦR＝ＴR／ＳRR                        (5-4)
である。更に書き直して、
ｘL＝（１−ＦC1・ＦC2）-1（１＋ＦC1・ＦS）ＦM・ｕ       (6-1)
ｘR＝（１−ＦC1・ＦC2）-1（ＦS＋ＦC2）ＦM・ｕ           (6-2)
と表すことができる。ただし、
ＦS＝（ＴC／ＳRR）／（ＴM／ＳLL），ＦM＝ＴM／ＳLL       (6-3)
である。すなわち、音響信号ｕに式(5-1)および式(5-2)、あるいは、式(6-1)および式(6-2)で表される信号処理を施せば、２つのスピーカＳＬおよびＳＲで、あたかも点Ｏに音像があるように聞こえる。
【０００８】
図１５は、上記音像定位処理を回路で表したものである。ここでは、入力チャンネルを複数に拡張している。図１５において、１ａ，１ｂは方向定位手段、２ａはクロストーク・キャンセル手段、４ａ，４ｂは加算器、５ａ，５ｂは音響信号入力部、６ａ，６ｂは音響信号出力部を示す。ここで、方向定位手段は、図１６（式(5-1)および式(5-2)）、または、図１７（式(6-1)および式(6-2)）で表される。図１６において、８ａ，８ｂは方向定位フィルタ、９ａ，９ｂは方向定位手段音響出力部を示す。図１７において、８ｃは両耳和フィルタ、８ｄは両耳差フィルタを示す。クロストーク・キャンセル手段は、図１８または図１９で表される。図１８および図１９において、３ａ，３ｂはクロストーク打ち消し信号生成フィルタ、１０ａ，１０ｂはクロストーク・キャンセル手段音響入力部、１１ａ，１１ｂは二重クロストーク信号生成フィルタ、２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂは加算器を示す。
【０００９】
更に、二重クロストーク信号生成フィルタＦC1・ＦC2のゲインが１に比べて十分に小さいという仮定のもとで、（１−ＦC1・ＦC2）-1の部分を省いて、
0003618159.tif 000002
としていることが多い。この場合のクロストーク・キャンセル手段は図２０で表される。
【００１０】
これまでに述べた原理は、１９６０年代に既に発表されており、多くの文献（代表例として、鹿島出版会から発行されているブラウエルト・森本・後藤編著の「空間音響」を挙げる）から公知の事実となっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前に述べたクロストーク・キャンセル手段において、（１−ＦC1・ＦC2）は一般に安定な逆関数を持たないことが多い。したがって、図１８および図１９の回路は、発散のために実現できない場合が多い。
【００１２】
このため、図２０に示す（１−ＦC1・ＦC2）-1を省略した回路がよく用いられるが、実際に省略された音を受聴すると、低音の不足、前方の音像が上昇する等の音像定位の精度の劣化といった問題が現れる。特に前者は、メインパスの信号とクロストークパスの信号とで、低域では位相差が小さく、また回折しやすいため、クロストーク打ち消しのための信号が、他方の耳の方のメインパスの信号まで打ち消してしまうことが原因である。例えば、左スピーカＳＬからの音がクロストークとして右耳ＥＲに入る音の成分があるが、それを打ち消すために右スピーカＳＲから出す音が、その左スピーカＳＬから右耳ＥＲへ到達するクロストークの音を打ち消すだけでなく、その打ち消し信号自体が右スピーカＳＲから左スピーカＳＬへのクロストークとなって、元の左スピーカＳＬから左耳ＥＬへ到達する音までも打ち消してしまうのである。
【００１３】
また、スピーカの開き角が４０度よりも小さくなると、二重クロストーク信号生成フィルタＦC1・ＦC2のゲインが１に比べて十分に小さいという仮定自体が成立しなくなる問題点も存在する。
【００１４】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、低域の不足を解消し、より正確な音像定位を与える音像定位装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、音像定位位置に関するパラメータを持ちかつ入力部からの音響信号のフィルタ演算を行うための方向定位手段と、該方向定位手段の出力信号からフィルタ演算により音響クロストーク信号となる成分の打ち消しを行うためのクロストーク・キャンセル手段と、該クロストーク・キャンセル手段からの信号を出力するための２チャンネルの出力部とを備え、音像を任意の位置に定位させる音像定位装置およびそのパラメータ算出方法において、次のような工夫をこらしたものである。
【００１６】
前に述べたように、低域の不足や音像定位精度の劣化は（１−ＦC1・ＦC2）-1の省略によるものであるから、その補償を行うとよい。ただし、通常この逆関数は安定に求められないため、数式を展開して多項式近似を行うことが手段の一つである。
【００１７】
（１−ＦC1・ＦC2）-1を展開すると、
0003618159.tif 000003
のように表される。これは無限次まで続いてしまうため、所望の精度に応じて途中で打ち切ればよい。ここで、例えば２次で打ち切ってクロストーク・キャンセル手段に用いると、式(5-1)および式(5-2)より、
0003618159.tif 000004
となる。これは、クロストーク打ち消しのための信号が、更にクロストークとなる２重、３重のクロストークの補正を行うことを意味している。
【００１８】
したがって、請求項１の発明に係る音像定位装置のクロストーク・キャンセル手段は、図１に例示するように、各々第１のパラメータＦC1を持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタと第２のパラメータＦC2を持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタとが交互に縦続接続されてなる第１および第２のフィルタ列と、第１および第２の加算器とを有するものである。しかも、第１のフィルタ列は、第１のパラメータＦC1を持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタを初段フィルタとし、かつ該第１のフィルタ列の入力部がクロストーク・キャンセル手段の第２の入力部と接続される。一方、第２のフィルタ列は、第２のパラメータＦC2を持つクロストーク打ち消し信号生成フィルタを初段フィルタとし、かつ該第２のフィルタ列の入力部がクロストーク・キャンセル手段の第１の入力部と接続される。また、第１および第２のフィルタ列のうちの第１のパラメータＦC1を持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と、クロストーク・キャンセル手段の第１の入力部とは、第１の加算器を経て、クロストーク・キャンセル手段の第１の出力部に接続される。一方、第１および第２のフィルタ列のうちの第２のパラメータＦC2を持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と、クロストーク・キャンセル手段の第２の入力部とは、第２の加算器を経て、クロストーク・キャンセル手段の第２の出力部に接続される。
【００１９】
また、請求項２の発明に係る音像定位装置のクロストーク・キャンセル手段は、図２および図３に例示するように、第１および第２のフィルタ列のうちの第１のパラメータＦC1を持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と第１の加算器との間、クロストーク・キャンセル手段の第１の入力部と第１の加算器との間、第１および第２のフィルタ列のうちの第２のパラメータＦC2を持つ全てのクロストーク打ち消し信号生成フィルタの出力部と第２の加算器との間、および、クロストーク・キャンセル手段の第２の入力部と第２の加算器との間にそれぞれ遅延器を更に有するものである。これら遅延器の挿入により、各クロストーク打ち消し信号生成フィルタのパラメータの選択の幅が広がり、より音質・定位精度が良く、安定性に優れたパラメータを用いることができる。
【００２０】
さて、式(4-1)および式(4-2)はそれぞれ、
ｘL＝ＦL・ｕ＋ＦC1・ｘR                                (11-1)
ｘR＝ＦR・ｕ＋ＦC2・ｘL                                (11-2)
と変形できるため、これらの式を用いて回路を構成することもできる。スピーカの開き角が比較的大きく（例えば６０度）、ＦC1とＦC2にむだ時間要素が存在する場合には、安定で正確な音像定位を実現することができる。
【００２１】
また、（１−ＦC1・ＦC2）-1を安定なフィルタＦD、すなわち、
ＦD＝（１−ＦC1・ＦC2）-1                              (12)
に置き換えてもよい。すなわち、この逆フィルタを、一旦（１−ＦC1・ＦC2）を求めてから逆関数を求めるのではなく、測定データから直接求めれば安定な関数として求めることができる。
【００２３】
（１−ＦC1・ＦC2）-1の効果を方向定位手段に含めることもでき、方向定位手段のフィルタを
ＦL＝（１−ＦC1・ＦC2）-1（ＴL／ＳLL）                  (13-1)
ＦR＝（１−ＦC1・ＦC2）-1（ＴR／ＳRR）                  (13-2)
ＦM＝（１−ＦC1・ＦC2）-1（ＴM／ＳLL）                  (13-3)
とすれば、従来の回路において、この項を付加したパラメータにより、低域の補正と音像定位精度の向上を図ることができる。
【００２４】
したがって、請求項３の発明に係る音像定位装置は、方向定位手段のフィルタのパラメータに、多重のクロストークを補償するためのパラメータを畳み込んだものである。
【００２５】
また、請求項４の発明では、請求項３の発明に係る音像定位装置のパラメータ算出方法において、次のようにして方向定位手段のフィルタの式(13-1)のパラメータＦL［または式(13-2)のパラメータＦR］を求める。すなわち、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に例示するように、実際の左スピーカ位置に置かれたスピーカから音響信号を発生させ、疑似頭または実頭の左耳の特定箇所に取り付けられたマイクロホンの信号を第１の信号系列ｐL1として記録し、実際の右スピーカ位置に置かれたスピーカから前記と同じ音響信号を発生させ、疑似頭あるいは実頭の右耳の特定箇所に取り付けられたマイクロホンの信号を第２の信号系列ｐR2として記録する。更に、図１２に例示するように、仮想音像位置に置かれたスピーカから前記と同じ音響信号を発生させ、疑似頭または実頭の左右の耳の特定箇所に取り付けられたマイクロホンの信号を記録し、該マイクロホンの左耳の信号を第３の信号系列ｐL3、右耳の信号を第４の信号系列ｐR3とする。そして、第１または第２の信号系列ｐL1［またはｐR2］を入力系列とし、かつ２種類のクロストーク打ち消し信号生成フィルタの畳み込みによって得られるフィルタ演算ＦC1・ＦC2を第３または第４の信号系列ｐL3［またはｐR3］に施して得た結果を元の第３または第４の信号系列ｐL3［またはｐR3］から減算した結果（１−ＦC1・ＦC2）ｐL3［または（１−ＦC1・ＦC2）ｐR3］を遅延させたものを出力系列とした対象未知システムのパラメータをシステム同定手段で求め、該求めたパラメータを方向定位手段のフィルタのパラメータＦL［またはＦR］とする。方向定位手段のフィルタの式(13-3)のパラメータＦMも同様にして求められる。
【００２６】
請求項５の発明に係る音像定位装置は、図１３に例示するように、入力部からの音響信号を周波数帯域ごとに分割するための帯域分割手段と、複数の方向定位手段および複数のクロストーク・キャンセル手段からの信号を合成するための帯域合成手段とを備えたものである。複数の方向定位手段は、周波数帯域ごとに用意され、各々音像定位位置に関するパラメータを持ち、かつ帯域分割手段から与えられた音響信号のフィルタ演算を行う。複数のクロストーク・キャンセル手段は、周波数帯域ごとに用意され、各々複数の方向定位手段のうちの対応する方向定位手段の出力信号からフィルタ演算により音響クロストーク信号となる成分の打ち消しを行う。しかも、複数のクロストーク・キャンセル手段のうち低域のクロストーク・キャンセル手段では多重クロストークを補償したものを用い、かつ中高域では簡略化されたクロストーク・キャンセル手段を用いる。上記帯域分割により、フィルタのパラメータの次数を小さくすることができ、安定性と精度の両立が図れる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の音像定位装置およびそのパラメータ算出方法の具体例について、詳細に説明する。
【００２８】
（実施例１）
本発明の第１の実施例を、図１〜図３を参照しながら説明する。図１に示す回路図は、式(10-1)および式(10-2)を回路で実現したものである。図１において、１ａ〜１ｃは方向定位手段、２ａはクロストーク・キャンセル手段、３ａ〜３ｊはクロストーク打ち消し信号生成フィルタ、４ａ〜４ｌは加算器、５ａ〜５ｃは音響信号入力部、６ａ，６ｂは音響信号出力部、１０ａ，１０ｂはクロストーク・キャンセル手段音響入力部を示す。クロストーク・キャンセル手段２ａにおいて、１０ａは左チャンネル入力、１０ｂは右チャンネル入力、６ａは左チャンネルの出力部、６ｂは右チャンネルの出力部である。
【００２９】
図１の構成によれば、複数のそれぞれの位置に音像定位させるように方向定位手段１ａ〜１ｃで処理された信号が、加算器４ａ，４ｂで加算されて、クロストーク・キャンセル手段２ａに入力される。クロストーク・キャンセル手段２ａは、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａ〜３ｊでパラメータがＦC1のものとＦC2のものとが交互に縦続接続された形となっている。そして、パラメータＦC1を持つ全てのフィルタ３ｂ，３ｄ，３ｆ，３ｈ，３ｊの出力がクロストーク・キャンセル手段２ａの左チャンネル入力１０ａと加算されて左チャンネルの出力部６ａへ、パラメータＦC2を持つ全てのフィルタ３ａ，３ｃ，３ｅ，３ｇ，３ｉの出力がクロストーク・キャンセル手段２ａの右チャンネル入力１０ｂと加算されて右チャンネルの出力部６ｂへそれぞれ出力される。図２０ではクロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａ，３ｂが１段であったものが、図１では多段（５段）縦続接続された形となっている。これは、多重のクロストークの補償を行うことに相当する。したがって、本実施例によれば、メインパスの低域の音響信号の打ち消しが補償され、低域の不足が解消し、また音像定位精度の向上が図られる。なお、クロストーク・キャンセル手段２ａにおけるフィルタの縦続接続段数は、２以上の範囲で任意である。
【００３０】
フィルタの伝達関数によっては、図２のようにクロストーク・キャンセル手段に遅延器１２ａ〜１２ｔを挿入したり、図３のようにクロストーク・キャンセル手段に遅延器２２ａ〜２２ｌを挿入したりしてもよい。これによって、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａ〜３ｊのパラメータの選択の幅が広がり、より音質・定位精度が良く、安定性に優れたパラメータを用いることができる。以後の実施例でも同様に、遅延器を挿入することができる。なお、図３において、４ｍ，４ｎは加算器を示す。
【００３１】
２つのスピーカが受聴者に対し左右対称に置かれている場合には、パラメータＦC1とＦC2とは同じものを用いることになり、フィルタのパラメータを格納するメモリの容量を削減することができる。
【００３２】
（実施例２）
本発明の第２の実施例を、図４を参照しながら説明する。図４は、式(11-1)および式(11-2)で表されるクロストーク・キャンセル手段を示している。図４のクロストーク・キャンセル手段では、右チャンネル出力６ｂが、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ｂを経て、加算器２４ａで左チャンネル入力１０ａと加算されて、左チャンネル出力６ａとなる。同様に、左チャンネル出力６ａが、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａを経て、加算器２４ｂで右チャンネル入力１０ｂと加算されて、右チャンネル出力６ｂとなる。
【００３３】
本実施例によれば、必ずしも安定なフィルタが求められるとは限らないという欠点はあるものの、安定なフィルタが求められれば、最小のフィルタ数で、低域の不足の解消と音像定位精度の向上が図れる。
【００３４】
（実施例３）
本発明の第３の実施例を、図５を参照しながら説明する。図５は、図２０中のクロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａ，３ｂに高域通過フィルタ１３ａ，１３ｂを直列に接続してなるクロストーク・キャンセル手段を示している。これによって、クロストーク打ち消し信号より低域がカットされ、他方の耳のメインパスへの低域の打ち消しが防止される。したがって、低域の不足が解消され、音像定位の精度も向上する。
【００３５】
なお、図５では高域通過フィルタ１３ａ，１３ｂをクロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａ，３ｂの前に設けたが、後ろに設けても同様の効果が得られる。高域通過フィルタ１３ａ，１３ｂの代わりに高域（例えば５ｋＨｚ以上）もカットした帯域通過フィルタを用いても同様な効果が得られ、更に受聴範囲も広がるといった効果も有する。これら高域通過フィルタや帯域通過フィルタのパラメータをクロストーク打ち消し信号生成フィルタ３ａ，３ｂのパラメータに畳み込んで、１つのフィルタにまとめることもできる。
【００３６】
（実施例４）
本発明の第４の実施例を、図６〜図８を参照しながら説明する。図６は、クロストーク・キャンセル手段において、図２０の回路と並列に低域通過フィルタ１４ａ，１４ｂを通すパスを設け、その出力をクロストーク・キャンセル手段の左右チャンネル出力に加算する回路を示している。これによって、低域が増強され、その不足感が解消される。
【００３７】
図６の回路は、図７のように置き換えることができる。図７において、１５ａ，１５ｂは低域強調フィルタを示す。つまり、両フィルタ１５ａ，１５ｂのパラメータＦBは、低域が強調された特性を持つ。効果は図６と同様である。
【００３８】
図６の回路は、図８のように置き換えることもできる。図８のクロストーク・キャンセル手段では、加算器２４ｃによる左右チャンネル入力の和信号が、低域通過フィルタ１４ｃを経て、左右チャンネル出力に加算される。低域では左右の音の位相差が小さく、方向認識が鈍いので、このようにしても音像定位に関して特に問題は生じない。更に、図６や図７に比べ、追加のフィルタが半分の１個で、同様の効果が得られるメリットがある。
【００３９】
（実施例５）
本発明の第５の実施例を、図９〜図１１を参照しながら説明する。図９および図１０は、図２０のクロストーク・キャンセル手段に式(12)で示されるパラメータＦDを持つ多重クロストーク補償フィルタ１６ａ，１６ｂを挿入したものである。図９は多重クロストーク補償フィルタ１６ａ，１６ｂを入力側に、図１０は出力側にそれぞれ直列に挿入しているもので、効果はどちらも同じである。図１１は、多重クロストーク補償フィルタ１６ａ，１６ｂのパラメータＦDを求めるための手順を示したものである。
【００４０】
まず、図１１（ａ）のように、無響室において実際の左スピーカＳＬの位置にスピーカ７ａを置き、そのスピーカ７ａから白色雑音を発生させる。白色雑音は、ナイキスト周波数までの全ての周波数成分を含んでおり、持続的励振条件を満たしている。その音が空間を伝搬し、受聴者または疑似頭の左右の外耳道に取り付けられたマイクロホン（以下、マイクという）の信号および元信号をデータ記録器（例えばＤＡＴ）に記録する。左耳ＥＬでの信号系列をｐL1、右耳ＥＲでの信号系列をｐR1、元の白色雑音信号系列をｅとする。このとき、スピーカ（ＳＬ）７ａから左耳ＥＬのマイクまでの頭部伝達関数をＳLL、右耳ＥＲのマイクまでの頭部伝達関数をＳLRとしたとき、
ｐL1＝ＳLL・ｅ                                          (14-1)
ｐR1＝ＳLR・ｅ                                          (14-2)
となる。
【００４１】
次に、図１１（ｂ）のように、実際の右スピーカＳＲの位置にスピーカ７ａを置き、同様な操作を繰り返す。音源である白色雑音は、前と同じものを用いる。左耳ＥＬでの信号系列をｐL2、右耳ＥＲでの信号系列をｐR2とする。このとき、スピーカ（ＳＲ）７ａから左耳ＥＬのマイクまでの頭部伝達関数をＳRL、右耳ＥＲのマイクまでの頭部伝達関数をＳRRとしたとき、
ｐL2＝ＳRL・ｅ                                          (14-3)
ｐR2＝ＳRR・ｅ                                          (14-4)
となる。
【００４２】
これよりｅを消去してまとめると、
0003618159.tif 000005
となる。したがって、図１１（ｃ）のように、入力系列を（ｐL1・ｐR2−ｐL2・ｐR1）、出力系列をｐL1・ｐR2としたシステムを考え、最小二乗法や最尤法などを用いたシステム同定手段１７により、パラメータＦDを求めることができる。ここで、入力系列（ｐL1・ｐR2−ｐL2・ｐR1）は加算器２０により求められる。出力系列であるｐL1・ｐR2を遅延器２１で少し遅らせると、より安定で高精度なパラメータＦDを求めることができる。
【００４３】
上記のような方法により、低域の不足と音像定位精度の劣化の問題を解消することができ、なおかつ安定である。
【００４４】
なお、左右のスピーカが受聴者に対して左右対称ならば、式(15)は、
ｐL12＝ＦD・（ｐL12−ｐR12）                            (16)
となり、左側にスピーカ７ａを置いた１回目の測定、つまり図１１（ａ）の測定のみから、多重クロストーク補償フィルタ１６ａ，１６ｂのパラメータＦDを求めることができる。
【００４５】
（実施例６）
本発明の第６の実施例を、図１２を参照しながら説明する。実施例５では、式(12)のパラメータＦDを持つ多重クロストーク補償フィルタ１６ａ，１６ｂをクロストーク・キャンセル手段に設けたが、同パラメータＦDを方向定位手段のフィルタに畳み込むことにより、従来と同様の回路構成で実施例５と同様の効果が得ることができる。すなわち、第６の実施例に係る音像定位装置は、式(13-1)および式(13-2)のパラメータＦLおよびＦRを持つ図１６の方向定位手段、または式(13-3)のパラメータＦMを持つ図１７の方向定位手段と、図２０のクロストーク・キャンセル手段とを用いて実現される。図１２は、式(12)のパラメータＦDが畳み込まれた方向定位フィルタのパラメータＦLおよびＦRを求めるための手順を示したものである。
【００４６】
まず、図１２（ａ）のように、無響室において仮想音源位置にスピーカ７ａを置き、白色雑音を発生させる。その音が空間を伝搬し、受聴者または疑似頭の左右の外耳道に取り付けられたマイクの信号および元信号を記録する。左耳ＥＬでの信号系列をｐL3、右耳ＥＲでの信号系列をｐR3、元の白色雑音信号系列をｅとする。このとき、スピーカ７ａから左耳ＥＬのマイクまでの頭部伝達関数をＴL、右耳ＥＲのマイクまでの頭部伝達関数をＴRとしたとき、
ｐL3＝ＴL・ｅ                                           (17-1)
ｐR3＝ＴR・ｅ                                           (17-2)
となる。
【００４７】
次に、実施例５と同様に、図１１（ａ）および図１１（ｂ）の配置でそれぞれマイク出力を記録する。したがって、
ｐL1＝ＳLL・ｅ                                          (14-1)
ｐR2＝ＳRR・ｅ                                          (14-4)
となる（再掲）。
【００４８】
ここで、式(13-1)は、
（１−ＦC1・ＦC2）ｐL3＝（ＴL／ＳLL）ｐL1               (18-1)
となる。したがって、図１２（ｂ）のように、入力系列をｐL1、出力系列を（１−ＦC1・ＦC2）ｐL3としたシステムを考え、最小二乗法や最尤法などを用いたシステム同定手段１７により、図１６中の左チャンネルの方向定位フィルタ８ａのパラメータＦL（＝ＴL／ＳLL）を求めることができる。このフィルタのパラメータＦLは、式(12)のパラメータＦDが畳み込まれたものである。
【００４９】
また、式(13-2)は、
（１−ＦC1・ＦC2）ｐR3＝（ＴR／ＳRR）ｐR2               (18-2)
となる。したがって、図１２（ｂ）中に括弧書きで示すように、入力系列をｐR2、出力系列を（１−ＦC1・ＦC2）ｐR3としたシステムを考え、システム同定手段１７を用いれば、図１６中の右チャンネルの方向定位フィルタ８ｂのパラメータＦR（＝ＴR／ＳRR）を求めることができる。このフィルタのパラメータＦRは、式(12)のパラメータＦDが畳み込まれたものである。
【００５０】
なお、出力系列（１−ＦC1・ＦC2）ｐL3および（１−ＦC1・ＦC2）ｐR3は、二重クロストーク信号生成フィルタ１１ａと、加算器２０とにより求められる。実施例５と同様に、これらの出力系列を遅延器２１で少し遅らせると、より安定で高精度なパラメータＦLおよびＦRを求めることができる。
【００５１】
上記と同様にして、図１７中の両耳和フィルタ８ｃのパラメータＦMに、式(12)のパラメータＦDを畳み込むこともできる。この場合、両耳差フィルタ８ｄのパラメータＦSは従来のものを用いる。
【００５２】
なお、従来の方向定位手段のフィルタのパラメータに、実施例５の方法で求めたパラメータＦDを畳み込んで、それを新しい方向定位手段のフィルタのパラメータと置き換えても良い。これも同様の効果を有する。
【００５３】
また、上記実施例５および実施例６ではスピーカ７ａから発生させる音響信号を白色雑音としたが、持続的励振条件を満たす別の音響信号（例えば、有色雑音）でもよい。
【００５４】
（実施例７）
本発明の第７の実施例を、図１３を参照しながら説明する。図１３の音像定位装置によれば、帯域分割手段１８は、入力信号の周波数帯域を３つに分割し、それぞれの帯域の方向定位手段１ａ，１ｂ，１ｃに出力する。そして、各々の帯域のクロストーク・キャンセル手段２ａ，２ｂを経て、左右のチャンネルそれぞれについて３つの帯域の信号が、帯域合成手段１９ａ，１９ｂによって合成され、出力信号が得られる。このように帯域分割すると、フィルタのパラメータの次数を小さくすることができ、安定性と精度の両立が図れる。
【００５５】
ここで、中域では多重のクロストークの影響は少ないため、図２０の構成を有する従来型のクロストーク・キャンセル手段２ａを用いる。低域では低音の不足を解消するために、図９の構成を有するクロストーク・キャンセル手段２ｂを用いる。高域では、波長が短いために受聴者の少しの位置ずれで、クロストークのキャンセルではなく、逆に強調となる場合があるため、クロストーク・キャンセル手段そのものを省く。このように、帯域別にクロストーク・キャンセル手段２ａ，２ｂを選択することにより、演算処理量を小さくすることができる。
【００５６】
なお、低域のクロストーク・キャンセル手段２ｂとして図１、図２、図３、図４、図１０、図１８または図１９の構成を用いても、同様の効果が得られる。また、中域で低域と同じ構成のクロストーク・キャンセル手段を用いたり、高域でクロストーク・キャンセル手段を省かない場合でも、演算処理量は増加するものの、低音の不足の解消や音像定位精度の向上の効果が得られる。
【００５７】
帯域分割手段１８にはサンプリング周波数を下げる間引き処理を、帯域合成手段１９ａ，１９ｂにはサンプリング周波数を上げる補間処理をそれぞれ含めることもできる。帯域分割手段１８か帯域合成手段１９ａ，１９ｂのいずれかには、帯域ごとの時間のずれを調整するための遅延器を含めることができる。また、ここでは帯域分割数を３としたが、２でも４以上でも同様の効果が得られる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、音像定位装置において、多重のクロストークによる低域の不足を解消し、より正確な音像定位を与えることができ、その効果は大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る他のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係るクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施例に係るクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る他のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施例に係る更に他のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第５の実施例に係るクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第５の実施例に係る他のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第５の実施例において多重クロストーク補償フィルタのパラメータを求めるための手順を示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施例において方向定位手段のフィルタのパラメータを求めるための手順を示す図である。
【図１３】本発明の第７の実施例に係る音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の基本的な考え方となる音像定位処理の原理説明図である。
【図１５】音像定位装置の基本構成を示すブロック図である。
【図１６】従来の方向定位手段の構成を示すブロック図である。
【図１７】従来の他の方向定位手段の構成を示すブロック図である。
【図１８】従来のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図１９】従来の他のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【図２０】従来の他のクロストーク・キャンセル手段の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｃ  方向定位手段
２ａ，２ｂ  クロストーク・キャンセル手段
３ａ〜３ｊ  クロストーク打ち消し信号生成フィルタ
４ａ〜４ｎ  加算器
５ａ〜５ｃ  音響信号入力部
６ａ，６ｂ  音響信号出力部
７ａ，７ｂ  スピーカ
８ａ，８ｂ  方向定位フィルタ
８ｃ  両耳和フィルタ
８ｄ  両耳差フィルタ
９ａ，９ｂ  方向定位手段音響出力部
１０ａ，１０ｂ  クロストーク・キャンセル手段音響入力部
１１ａ，１１ｂ  二重クロストーク信号生成フィルタ
１２ａ〜１２ｔ  遅延器
１３ａ，１３ｂ  高域通過フィルタ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  低域通過フィルタ
１５ａ，１５ｂ  低域強調フィルタ
１６ａ，１６ｂ  多重クロストーク補償フィルタ
１７  システム同定手段
１８  帯域分割手段
１９ａ，１９ｂ  帯域合成手段
２０  加算器
２１，２２ａ〜２２ｌ  遅延器
２４ａ〜２４ｃ，２５ａ，２５ｂ  加算器
【図１】
0003618159.tif 000006
【図２】
0003618159.tif 000007
【図３】
0003618159.tif 000008
【図４】
0003618159.tif 000009
【図５】
0003618159.tif 000010
【図６】
0003618159.tif 000011
【図７】
0003618159.tif 000012
【図８】
0003618159.tif 000013
【図９】
0003618159.tif 000014
【図１０】
0003618159.tif 000015
【図１１】
0003618159.tif 000016
【図１２】
0003618159.tif 000017
【図１３】
0003618159.tif 000018
【図１４】
0003618159.tif 000019
【図１５】
0003618159.tif 000020
【図１６】
0003618159.tif 000021
【図１７】
0003618159.tif 000022
【図１８】
0003618159.tif 000023
【図１９】
0003618159.tif 000024
【図２０】
0003618159.tif 000025