(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステレオ信号が入力されるヘッドホン用立体音響装置において、
ステレオ入力信号を構成する２つの信号の相関性を減少させる無相関化処理部、
反射音を付加するための反射音付加処理部、および
音像定位位置を制御する音像定位処理部を備えているヘッドホン用立体音響装置。
【請求項２】
ステレオ信号が入力されるヘッドホン用立体音響装置に用いられる音声信号処理プログラムであって、
ステレオ入力信号を構成する２つの信号の相関性を減少させる無相関化処理、
反射音を付加するための反射音付加処理、および
音像定位位置を制御する音像定位処理、
をコンピュータに実行させるための音声信号処理プログラム。
【請求項３】
２チャンネル以上のフロント信号および２チャンネル以上のサラウンド信号が入力されるヘッドホン用立体音響装置において、
フロント入力信号およびサラウンド信号のそれぞれに対して、信号の相関性を減少させる無相関化処理部、反射音を付加するための反射音付加処理部、および音像定位位置を制御する音像定位処理部が設けられていることを特徴とするヘッドホン用立体音響装置。
【請求項４】
２チャンネル以上のフロント信号および２チャンネル以上のサラウンド信号が入力されるヘッドホン用立体音響装置に用いられる音声信号処理プログラムであって、
コンピュータによって、フロント入力信号に対して、信号の相関性を減少させる無相関化処理、反射音を付加するための反射音付加処理および音像定位位置を制御する音像定位処理を実行させるためのプログラムと、
コンピュータによって、サラウンド入力信号に対して、信号の相関性を減少させる無相関化処理、反射音を付加するための反射音付加処理および音像定位位置を制御する音像定位処理を実行させるためのプログラムと、
を備えている音声信号処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヘッドホンを用いて自然で広がり感のある音場再生を行なうためのヘッドホン用立体音響装置および音声信号処理プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のヘッドホンを用いて音楽再生を行なった場合、聴取者の頭部の中に音像が定位（頭内定位）するため、広がり感のある音場再生を行なえないという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、広がり感のある音場再生が行なえるようになるヘッドホン用立体音響装置および音声信号処理プログラムを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明による第１のヘッドホン用立体音響装置は、ステレオ信号が入力されるヘッドホン用立体音響装置において、ステレオ入力信号を構成する２つの信号の相関性を減少させる無相関化処理部、反射音を付加するための反射音付加処理部、および音像定位位置を制御する音像定位処理部を備えていることを特徴とする。
【０００５】
この発明による第１の音声信号処理プログラムは、ステレオ信号が入力されるヘッドホン用立体音響装置に用いられる音声信号処理プログラムであって、ステレオ入力信号を構成する２つの信号の相関性を減少させる無相関化処理、反射音を付加するための反射音付加処理、および音像定位位置を制御する音像定位処理、をコンピュータに実行させるためのものであることを特徴とする。
【０００６】
この発明による第２のヘッドホン用立体音響装置は、２チャンネル以上のフロント信号および２チャンネル以上のサラウンド信号が入力されるヘッドホン用立体音響装置において、フロント入力信号およびサラウンド信号のそれぞれに対して、信号の相関性を減少させる無相関化処理部、反射音を付加するための反射音付加処理部、および音像定位位置を制御する音像定位処理部が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
この発明による第２の音声信号処理プログラムは、２チャンネル以上のフロント信号および２チャンネル以上のサラウンド信号が入力されるヘッドホン用立体音響装置に用いられる音声信号処理プログラムであって、コンピュータによって、フロント入力信号に対して、信号の相関性を減少させる無相関化処理、反射音を付加するための反射音付加処理および音像定位位置を制御する音像定位処理を実行させるためのプログラムと、コンピュータによって、サラウンド入力信号に対して、信号の相関性を減少させる無相関化処理、反射音を付加するための反射音付加処理および音像定位位置を制御する音像定位処理を実行させるためのプログラムとを備えていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
〔１〕第１の実施の形態の説明
【００１０】
図１は、モノラル信号またはステレオ信号が入力されるヘッドホン用立体音響装置の構成を示している。
【００１１】
モノラル信号Ｍｏｎｏと、ステレオ信号（レフト入力信号Ｌｉｎ  ，ライト入力信号Ｒｉｎ  ）を切り替えるための２つの切替スイッチ１、２、各切替スイッチ１、２から入力される信号に対して無相関化処理を行なう無相関化処理部３、無相関化処理部３の後段に設けられた反射音付加処理部４および反射音付加処理部４の後段に設けられた音像定位処理部５を備えている。
【００１２】
ステレオ信号入力時またはモノラル信号入力時のいずれにおいても、ヘッドホン用立体音響装置からは、レフト出力信号Ｌｏｕｔとライト出力信号Ｒｏｕｔとが出力される。
【００１３】
以下、無相関化処理部３、反射音付加処理部４および音像定位処理部５それぞれについて説明する。
【００１４】
〔２〕無相関化処理部３の説明
【００１５】
無相関化処理部３は、２つの入力信号の相関性を減少させるものであり、従来においてはモノラル信号である１つの信号から２つの擬似ステレオ信号を生成する場合に用いられている。
【００１６】
図１の無相関化処理部３は、帯域分割方式を採用したものであり、切替スイッチ１の後段に設けられたレフト信号用無相関化処理部３ａと、切替スイッチ２の後段に設けられたライト信号用無相関化処理部３ｂとからなる。
【００１７】
レフト信号用無相関化処理部３ａでは、入力信号が遅延器ＤＬａ１  によって遅延されるとともに、遅延器ＤＬａ２  によって遅延される。遅延器ＤＬａ１  の遅延時間と遅延器ＤＬａ２  の遅延時間とは異なっている。
【００１８】
入力信号および各遅延器ＤＬａ１  、ＤＬａ２  の出力信号それぞれに対して、乗算器ＭＬａ１  、ＭＬａ２  、ＭＬａ３  が設けられており、入力信号および各遅延器ＤＬａ１  、ＤＬａ２  の出力信号は、対応する乗算器ＭＬａ１  、ＭＬａ２  、ＭＬａ３  に入力されて係数が乗算される。これらの乗算器ＭＬａ１  、ＭＬａ２  、ＭＬａ３  の出力信号は、加算器ＡＬａによって互いに加算され、レフト信号Ｌ１として出力される。
【００１９】
ライト信号用無相関化処理部３ｂの構成も、レフト信号用無相関化処理部３ａと同様であり、遅延器ＤＲａ１  、ＤＲａ２  、乗算器ＭＲａ１  、ＭＲａ２  、ＭＲａ３  および加算器ＡＲａからなる。そして加算器ＡＲａの加算結果がライト信号Ｒ１として出力される。
【００２０】
レフト信号用無相関化処理部３ａは第１のＦＩＲデジタルフィルタで構成され、ライト信号用無相関化処理部３ｂは第２のＦＩＲデジタルフィルタで構成されている。第１のＦＩＲデジタルフィルタのフィルタ特性を図２（ａ）に、第２のＦＩＲデジタルフィルタのフィルタ特性を図２（ｂ）に示す。
【００２１】
各ＦＩＲデジタルフィルタのフィルタ特性は、図２に示すように、周波数帯域が複数の帯域に分割され、通過帯域と阻止帯域とが交互に表れるような特性となっている。そして、第１のＦＩＲデジタルフィルタと第２のＦＩＲデジタルフィルタとの間では、入力信号がモノラル信号のように同じ信号であっても、それらのフィルタ出力Ｌ１、Ｒ１とが互いに無相関となるように、通過帯域と阻止帯域とが互いに逆となるような特性となっている。
【００２２】
〔３〕反射音付加処理部４の説明
【００２３】
人は、視聴する場所の天井や壁で発生する反射音や残響音により、音の広がり感を感じる。したがって、部屋の反射音や残響音が発生しないヘッドホンでは、広がり感がない。反射音付加処理部４は、ヘッドホンで音楽を視聴する場合でも、部屋の反射音や残響音を発生させて、音の広がり感を聴取者に与えるものである。
【００２４】
反射音付加処理部４は、レフト信号用無相関化処理部３ａの出力信号Ｌ１とライト信号用無相関化処理部３ｂの出力信号Ｒ１との差分を算出する加算器４ａと、レフト信号用反射音付加部４ｂと、ライト信号用反射音付加部４ｃとからなる。
【００２５】
レフト信号用反射音付加部４ｂでは、加算器４ａの出力信号が、直列に接続された複数の遅延器ＤＬｂ1 〜ＤＬｂn のそれぞれによって、所定時間ずつ遅延されていく。各遅延器ＤＬｂ1 〜ＤＬｂn の出力信号それぞれに対して乗算器ＭＬｂ1 〜ＭＬｂn が設けられており、各遅延器ＤＬｂ1 〜ＤＬｂn の出力信号は対応する乗算器ＭＬｂ1 〜ＭＬｂn に入力され係数が乗算される。これにより、複数種類の反射音が生成される。
【００２６】
各乗算器ＭＬｂ１  〜ＭＬｂｎ  の出力信号は、加算器ＡＬｂ１  〜ＡＬｂｎ  によって、入力信号Ｌ１に加算され、レフト信号Ｌ２として出力される。これにより、複数種類の反射音が入力信号Ｌ１に付加される。
【００２７】
ライト信号用反射音付加部４ｃの構成も、レフト信号用反射音付加部４ｂと同様であり、複数の遅延器ＤＲｂ１  〜ＤＲｂｎ  、複数の乗算器ＭＲｂ１  〜ＭＲｂｎ  および複数のＡＲｂ１  〜ＡＲｂｎ  からなる。そして加算器ＡＲｂｎ  の加算結果がライト信号Ｒ２として出力される。
【００２８】
〔４〕音像定位処理部５の説明
【００２９】
音像定位処理部５は、音像が定位する位置を制御するものである。図１の音像定位処理部５を説明する前に、従来の基本的な音像定位処理回路について説明する。
【００３０】
図３は、従来の基本的な音像定位処理回路を示している。
【００３１】
入力端子Ｐ１に入力されたレフト信号は、第１の音像定位フィルタ３０１および第２の音像定位フィルタ３０２に送られ、各フィルタ３０１、３０２のフィルタ係数に応じたフィルタ処理が行なわれる。
【００３２】
入力端子Ｐ２に入力されたライト信号は、第３の音像定位フィルタ３０３および第４の音像定位フィルタ３０４に送られ、各フィルタ３０３、３０４のフィルタ係数に応じたフィルタ処理が行なわれる。第１の音像定位フィルタ３０１の特性と第４の音像定位フィルタ３０４の特性とは同じであり、第２の音像定位フィルタ３０２の特性と第３の音像定位フィルタ３０３の特性とは同じである。
【００３３】
第１の音像定位フィルタ３０１の出力と第３の音像定位フィルタ３０３の出力とは、加算器３１１で加算された後、Ｌｏｕｔとして出力される。第２の音像定位フィルタ３０２の出力と第４の音像定位フィルタ３０４の出力とは、加算器３１２で加算された後、Ｒｏｕｔとして出力される。
【００３４】
各音像定位フィルタは以下に示す頭部伝達関数により求められる。各音像定位フィルタとしては、通常、数百タップのＦＩＲ（  Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）ディジタルフィルタが用いられる。
【００３５】
頭部伝達関数を用いた音像定位フィルタの算出方法について説明する。図４に示すように、聴取者３００の前方の左右に配置した実スピーカＬ、Ｒのそれぞれから、聴取者３００の左右の各耳までの伝達経路別の伝達関数を、それぞれＨLL、ＨLR、ＨRL、ＨRRとする。また、音を定位させたい仮想音源位置Ｐから聴取者３００の左右の各耳までの伝達関数を、ＷL 、ＷR とする。これらの伝達関数はすべて周波数軸上での記述である。
【００３６】
実スピーカＬ、Ｒから音声が出力されているにも係わらず、あたかも仮想音源位置から音声が出力されているように聴取者に聞こえるようにするためには、入力信号をＸ、実スピーカＬ、Ｒからの出力信号をＬｏｕｔ、Ｒｏｕｔとすると、次の数式１が成立する必要がある。
【００３７】
【数１】
0003557177.tif 000002
【００３８】
したがって、実スピーカＬ、Ｒから出力される信号Ｌｏｕｔ、Ｒｏｕｔは、次の数式２のように求められる。
【００３９】
【数２】
0003557177.tif 000003
【００４０】
さらに、聴取者から見て左右対称に実スピーカＬ、Ｒが設置されていると仮定すると、左右対称の伝達関数が同一となるため、次の数式３、４が成立する。これらの同一の伝達関数をＨＴＨＲ  、ＨＣＲＳ  とおく。
【００４１】
【数３】
0003557177.tif 000004
【００４２】
【数４】
0003557177.tif 000005
【００４３】
したがって、上記数式２は、次の数式５のように書き換えることができる。
【００４４】
【数５】
0003557177.tif 000006
【００４５】
数式５におけるＨ１  、Ｈ２  を時間軸に変換したフィルタとして、数百タップのＦＩＲディジタルフィルタを使用する。
【００４６】
図３における第１の音像定位フィルタ３０１および第４の音像定位フィルタ３０４の周波数特性が数式５の中のＨ１  にあたり、第２の音像定位フィルタ３０２および第３の音像定位フィルタ３０３の周波数特性が数式５の中のＨ２  にあたる。
【００４７】
図１の音像定位処理部５について説明する。図１の音像定位処理部５は、２つの遅延器ＤＬｃ、ＤＲｃ、２つの乗算器ＭＬｃ、ＭＲｃおよび２つの加算器ＡＬｃ、ＡＲｃとを備えている。
【００４８】
レフト信号用反射音付加部４ｂから入力されたレフト信号Ｌ２は、加算器ＡＬｃ  に送られるとともに、遅延器ＤＬｃと乗算器ＭＬｃとからなる第１処理回路に送られる。
【００４９】
ライト信号用反射音付加部４ｃから入力されたライト信号Ｒ２は、加算器ＡＲｃ  に送られるとともに、遅延器ＤＲｃと乗算器ＭＲｃとからなる第２処理回路に送られる。
【００５０】
加算器ＡＬｃでは、レフト信号Ｌ２と第２処理回路の出力信号とが加算され、レフト出力信号Ｌｏｕｔとして出力される。加算器ＡＲｃでは、ライト信号Ｒ２と第１処理回路の出力信号とが加算され、ライト出力信号Ｒｏｕｔとして出力される。
【００５１】
図１の音像定位処理部５は、図３の従来の基本的な音像定位処理回路の第１の音像定位フィルタ３０１および第４の音像定位フィルタ３０４をフィルタ処理の一種であるスルー処理に置き換えるとともに、従来の基本的な音像定位処理回路の第２の音像定位フィルタ３０２および第３の音像定位フィルタ３０３を、それぞれ遅延器と乗算器とからなる処理回路に置き換えたものである。
【００５２】
遅延器ＤＬｃと乗算器ＭＬｃとからなる第１処理回路のフィルタ特性および遅延器ＤＲｃと乗算器ＭＲｃとからなる第２処理回路のフィルタ特性を調整することにより、音像を頭外に定位させる。つまり、頭内に音像が定位しないようにする。
【００５３】
〔２〕第２の実施の形態の説明
【００５４】
図５は、３チャンネル以上のフロント信号および２チャンネルのサラウンド信号が入力されるヘッドホン用立体音響装置の構成を示している。
【００５５】
センター入力信号Ｃｅｎｔｅｒは、乗算器ＭＣによって係数が乗算される。フロントレフト入力信号Ｌｉｎ  には、加算器ＡＬ１によって乗算器ＭＣの出力信号が加算される。フロントライト入力信号Ｒｉｎ  には、加算器ＡＲ１によって乗算器ＭＣの出力信号が加算される。
【００５６】
加算器ＡＬ１によって得られたフロントレフト信号および加算器ＡＲ１によって得られたフロントライト信号に対して、図１と同様な無相関化処理部１０３、反射音付加処理部１０４および音像定位処理部１０５が設けられている。
【００５７】
また、サラウンドレフト入力信号Ｓｕｒｒｏｕｎｄ  Ｌｉｎおよびサラウンドライト入力信号Ｓｕｒｒｏｕｎｄ  Ｒｉｎに対しても、図１と同様な無相関化処理部２０３、反射音付加処理部２０４および音像定位処理部２０５が設けられている。
【００５８】
加算器ＡＬ２によって、音像定位処理部１０５から得られるフロントレフト信号に、音像定位処理部２０５から得られるサラウンドレフト信号が加算され、レフト出力信号Ｌｏｕｔとして出力される。
【００５９】
加算器ＡＲ２によって、音像定位処理部１０５から得られるフロントライト信号に、音像定位処理部２０５から得られるサラウンドライト信号が加算され、ライト出力信号Ｒｏｕｔとして出力される。
【００６０】
【発明の効果】
この発明によれば、広がり感のある音場再生が行なえるようになるヘッドホン用立体音響装置および音声信号処理プログラムを提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】モノラル信号またはステレオ信号が入力されるヘッドホン用立体音響装置の構成を示すブロック図である。
【図２】レフト信号用無相関化処理部３ａを構成する第１のＦＩＲデジタルフィルタのフィルタ特性と、ライト信号用無相関化処理部３ｂを構成する第２のＦＩＲデジタルフィルタのフィルタ特性を示す模式図である。
【図３】従来の基本的な音像定位処理回路を示すブロック図である。
【図４】頭部伝達関数を用いた音像定位フィルタの算出方法を説明するための模式図である。
【図５】３チャンネル以上のフロント信号および２チャンネルのサラウンド信号が入力されるヘッドホン用立体音響装置の構成を示している。
【符号の説明】
３、１０３、２０３  無相関化処理部
４、１０４、２０４  反射音付加処理部
５、１０５、２０５  音像定位処理部
【図１】
0003557177.tif 000007
【図２】
0003557177.tif 000008
【図３】
0003557177.tif 000009
【図４】
0003557177.tif 000010
【図５】
0003557177.tif 000011