(57)【要約】  【課題】  必要なデータ量および演算量を削減することができるとともに、多くの受聴者に対して容易に正しく音像定位することのできる音像定位装置を提供すること。  【解決手段】  パラメータ設定部１１には、音像を定位したい目標位置ごとに、目標位置に対応する標準的な頭部伝達関数の振幅周波数特性に含まれるピーク、ディップ、高域減衰、低域減衰といった構造的特徴のうち、選択された複数個を再現するためのそれぞれに対応するパラメータ（中心周波数fc、尖鋭度Q、レベルL）と、音像を定位したい目標位置ごとに、目標位置に対応する標準的な頭部伝達関数のＩＴＤやＩＬＤといった構造的特徴を再現するためのパラメータ（遅延量およびレベル調整量）とが設定されていて、入力された目標位置情報に対応したパラメータを読み出し音像定位処理部１２に設定する。音像定位処理部１２は、設定されたパラメータに従って処理を行い、音像定位信号を出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された目標位置に対応する頭部伝達関数の構造的特徴を再現するように音源信号に対して処理を行うことを特徴とする音像定位装置。
【請求項２】
前記頭部伝達関数の構造的特徴を再現するパラメータを設定するパラメータ設定手段と、前記パラメータに従って前記音源信号に音像定位処理を行って音像定位信号を出力する音像定位処理手段とを備え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】
前記パラメータ設定手段は、入力された受聴者情報に基づいて前記受聴者情報に適合した前記パラメータを設定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】
前記受聴者情報は、受聴者の身体的特徴に関する身体的特徴情報であ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】
入力された受聴者の身体的特徴を包含する情報から受聴者の身体的特徴情報を抽出して出力する身体的特徴抽出手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の音像定位装置。
【請求項６】
前記受聴者の身体的特徴を包含する情報は、受聴者の画像情報であることを特徴とする請求項５に記載の音像定位装置。
【請求項７】
前記受聴者情報は、受聴者の実測または数値計算で得られた頭部伝達関数であ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８】
前記受聴者情報は、受聴者の属性情報であ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９】
前記受聴者情報は、受聴者の聴覚的特徴に関する情報であ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１０】
前記パラメータ設定手段は、目標位置と前記パラメータとの関係を表す関数を保持し、入力された目標位置から前記関数により前記パラメータを算出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１１】
前記パラメータ設定手段は、目標位置に対応する前記パラメータを格納するパラメータテーブルを保持し、入力された目標位置に対応した前記パラメータを前記パラメータテーブルから選択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１２】
前記パラメータ設定手段は、前記受聴者情報と目標位置と前記パラメータとの関係を表す関数を保持し、入力された目標位置と前記受聴者情報から前記関数により前記パラメータを算出することを特徴とする請求項３から請求項９までのいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１３】
前記パラメータ設定手段は、前記受聴者情報と目標位置に対応する前記パラメータを格納するパラメータテーブルを保持し、入力された目標位置と前記受聴者情報に対応した前記パラメータを前記パラメータテーブルから選択することを特徴とする請求項３から請求項９までのいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１４】
前記パラメータ設定手段は、入力された目標位置が前記パラメータテーブルに含まれないとき、近接する位置の前記パラメータから補間により前記目標位置のパラメータを求めることを特徴とする請求項１１または請求項１３に記載の音像定位装置。
【請求項１５】
前記パラメータ設定手段は、前記頭部伝達関数の振幅周波数特性に含まれるピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰のうち選択されたもののみを再現するパラメータを設定することを特徴とする請求項２から請求項１４までのいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１６】
前記パラメータ設定手段は、前記頭部伝達関数の左右耳の時間差およびレベル差のうち少なくとも１つを再現するパラメータを設定することを特徴とする請求項２から請求項１４までのいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項１７】
前記音像定位処理手段は、複数のＩＩＲフィルタを備え、前記パラメータ設定手段は、前記ＩＩＲフィルタに前記ピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰を再現するパラメータを設定することを特徴とする請求項１５に記載の音像定位装置。
【請求項１８】
前記音像定位処理手段は、ディレイおよびレベル調整器のうち少なくとも１つを備え、前記パラメータ設定手段は、前記左右耳の時間差を再現するパラメータを前記ディレイに設定し、前記左右耳のレベル差を再現するパラメータを前記レベル調整器に設定することを特徴とする請求項１６に記載の音像定位装置。
【請求項１９】
左右いずれか一方の耳に対する前記頭部伝達関数の構造的特徴を再現するとき、反対の耳における目標位置とは左右対称な位置の前記頭部伝達関数の構造的特徴を用いることを特徴とする請求項１から請求項１８までのいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項２０】
再現する前記頭部伝達関数の構造的特徴の数を変化させることを特徴とする請求項１から請求項１９までのいずれかに記載の音像定位装置。
【請求項２１】
音像定位処理のために割り当てられた処理量に応じて、再現する前記頭部伝達関数の構造的特徴の数を変化させることを特徴とする請求項２０に記載の音像定位装置。
【請求項２２】
前記入力された目標位置に応じて、再現する前記頭部伝達関数の構造的特徴の数を変化させることを特徴とする請求項２０に記載の音像定位装置。
【請求項２３】
受聴者に応じて、再現する前記頭部伝達関数の構造的特徴の数を変化させることを特徴とする請求項２０に記載の音像定位装置。
【請求項２４】
コンピュータを、入力された目標位置に対応する頭部伝達関数の振幅周波数特性に含まれるピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰のうち選択されたもののみを再現するパラメータ、前記頭部伝達関数の左右耳の時間差を再現するパラメータ、および前記頭部伝達関数の左右耳のレベル差を再現するパラメータのうち少なくとも１つのパラメータを設定するパラメータ設定手段、前記パラメータに従って音源信号に音像定位処理を行って音像定位信号を出力する音像定位処理手段、として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元空間の任意の位置に音像を定位させる音像定位装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、スピーカやヘッドホンなどの音響再生装置を用い、三次元空間内の任意の位置に音像を定位させる技術については数多く研究されている。
【０００３】
これらの研究により音像を定位させたい位置から受聴者の耳までの音響伝達特性を忠実に再現し、音源信号に畳み込んで受聴者に提示することにより、所望の位置に音像を定位させることが可能であることが明らかになっている。
【０００４】
この音響伝達特性とは、壁などでの反射、回折、散乱等による伝達特性を表す空間伝達関数や、受聴者の頭部や胴体での反射、回折、散乱等による伝達特性を表す頭部伝達関数などに分けられる。
【０００５】
このうち頭部伝達関数を用いた音像定位については、受聴者の頭部伝達関数を忠実に再現し、音源信号に畳み込んで受聴者に提示することによって任意の位置に音像を定位させることができることが明らかになっている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
この頭部伝達関数を用いた従来の音像定位装置では、受聴者本人の頭部伝達関数を正確に測定し、これを忠実に再現して音像定位を行うものや、標準的な頭部伝達関数をあらゆる受聴者に対して共通に用いて音像定位を行うものがある。
【０００７】
図１４は、従来の音像定位装置を示すブロック図である。
【０００８】
図１４において、従来の音像定位装置は、音像を定位させたい方向ごとに作成された頭部伝達関数をＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタの係数として記憶しておく頭部伝達関数記憶部６１と、音像を定位させる目標位置情報に基づき頭部伝達関数を選択する頭部伝達関数選択部６２と、選択された頭部伝達関数に基づいてフィルタ処理を行って出力する音像定位処理部６３とを備えている。
【０００９】
ここで、頭部伝達関数記憶部６１に記憶する頭部伝達関数は、受聴者本人のものでもよいし、あらゆる受聴者に対して共通に用いる標準的なものであってもよい。
【００１０】
このような音像定位装置において、入力された音源信号は、入力された目標位置情報に基づいて選択された頭部伝達関数を畳み込まれて、音像定位された音響信号である音像定位信号としてヘッドホンやスピーカなどの音響再生装置に出力される。
【００１１】
このように、従来の音像定位装置においては、受聴者本人の、あるいは標準的な頭部伝達関数を用いて、音像定位を行うことができる。
【００１２】
しかしながら、このような従来の音像定位装置においては、音像を定位させたい位置の頭部伝達関数を全て記憶する必要があり、そのデータ量は膨大となっていた。さらに、ＦＩＲフィルタによる音像定位処理は演算量が多くなり、音像定位装置の小型化、簡素化の妨げになっていた。
【００１３】
このような問題を解決するため、必要な位置単位に、測定された頭部伝達関数を模擬するための、単一のＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタのパラメータ（中心周波数fc、尖鋭度Q、レベルL）を保持し、目標位置に対応したパラメータによりＩＩＲフィルタで頭部伝達関数を模擬するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【００１４】
また、頭部伝達関数には個人差があり、本人のものではない頭部伝達関数を用いた場合には目標とする位置に正しく音像を定位できない場合があることが明らかになっている。したがって、標準的な頭部伝達関数をあらゆる受聴者に対して共通に用いる音像定位装置では、正しく音像定位できない受聴者が発生してしまうという問題があった。
【００１５】
また、頭部伝達関数を測定するためには特殊な装置等が必要となるため、あらゆる受聴者に対して本人の頭部伝達関数を測定することは現実的に不可能であり、受聴者本人の頭部伝達関数を用いる音像定位装置は容易には作成できないという問題があった。
【００１６】
このような問題を解決するため、標準的な頭部伝達関数を周波数軸上で伸長あるいは収縮させることにより、各受聴者に対応した頭部伝達関数を導出して音像定位を行うものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２３２９９号公報
【特許文献２】特開２００１−１６６９７号公報
【非特許文献１】イェンス ブラウエルト・森本政之・後藤敏幸編著「空間音響」鹿島出版会、昭和６１年７月１０日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上述の特許文献１に記載のようなものでは、単一のＩＩＲフィルタのみで頭部伝達関数を模擬するため、頭部伝達関数の振幅周波数特性に含まれるピーク（山）やディップ（谷）のうち１つしか再現することができず、正しく音像定位できない場合があるという問題があった。なお、頭部伝達関数の振幅周波数特性を忠実に模擬しようとすると、多数のＩＩＲフィルタが必要となり、上述の従来例と同様に必要なデータ量および演算量が多くなるという問題があった。
【００１８】
また、上述の特許文献２に記載のようなものでは、標準的な頭部伝達関数全体を周波数軸上で伸長あるいは収縮しているだけなので、各受聴者に適した頭部伝達関数を再現できず、正しく音像定位できない場合があるという問題があった。
【００１９】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、必要なデータ量および演算量を削減することができるとともに、多くの受聴者に対して容易に正しく音像定位することのできる音像定位装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の音像定位装置は、入力された目標位置に対応する頭部伝達関数の構造的特徴を再現するように音源信号に対して処理を行う構成を有している。
【００２１】
この構成により、頭部伝達関数の構造的特徴のみを再現するだけで容易に正しく音像定位することができ、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【００２２】
ここで、前記頭部伝達関数の構造的特徴を再現するパラメータを設定するパラメータ設定手段と、前記パラメータに従って前記音源信号に音像定位処理を行って音像定位信号を出力する音像定位処理手段とを備える構成とした。
【００２３】
この構成により、頭部伝達関数の構造的特徴を再現するパラメータによって音像定位処理が行われる。したがって、容易に正しく音像定位することができる。
【００２４】
また、前記パラメータ設定手段は、入力された受聴者情報に基づいて前記受聴者情報に適合した前記パラメータを設定する構成とした。
【００２５】
この構成により、入力された受聴者情報に適合したパラメータが設定される。したがって、より多くの人に対して容易に正しく音像定位することができる。
【００２６】
また、前記受聴者情報は、受聴者の身体的特徴に関する身体的特徴情報である構成とした。
【００２７】
この構成により、受聴者の身体的特徴に適合したパラメータが設定される。したがって、より多くの人に対して容易に正しく音像定位することができる。
【００２８】
また、入力された受聴者の身体的特徴を包含する情報から受聴者の身体的特徴情報を抽出して出力する身体的特徴抽出手段を備える構成とした。
【００２９】
この構成により、入力された受聴者の身体的特徴を包含する情報から身体的特徴情報が抽出され、抽出された身体的特徴情報に適合したパラメータが設定される。したがって、より多くの人に対して容易に正しく音像定位することができる。
【００３０】
また、前記受聴者の身体的特徴を包含する情報は、受聴者の画像情報である構成とした。
【００３１】
この構成により、受聴者の画像情報から身体的特徴情報が抽出され、抽出された身体的特徴情報に適合したパラメータが設定される。したがって、より多くの人に対して容易に正しく音像定位することができる。
【００３２】
また、前記受聴者情報は、受聴者の実測または数値計算で得られた頭部伝達関数である構成とした。
【００３３】
この構成により、受聴者の頭部伝達関数に適合したパラメータが設定される。したがって、より多くの人に対して容易に正しく音像定位することができる。
【００３４】
また、前記受聴者情報は、受聴者の属性情報である構成とした。
【００３５】
この構成により、受聴者の属性情報に適合したパラメータが設定される。したがって、より多くの人に対して容易に正しく音像定位することができる。
【００３６】
また、前記受聴者情報は、受聴者の聴覚的特徴に関する情報である構成とした。
【００３７】
この構成により、受聴者の聴覚的特徴に関する情報に適合したパラメータが設定される。したがって、より多くの人に対して容易に正しく音像定位することができる。
【００３８】
また、前記パラメータ設定手段は、目標位置と前記パラメータとの関係を表す関数を保持し、入力された目標位置から前記関数により前記パラメータを算出する構成とした。
【００３９】
この構成により、目標位置から容易にパラメータを設定することができ、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【００４０】
また、前記パラメータ設定手段は、目標位置に対応する前記パラメータを格納するパラメータテーブルを保持し、入力された目標位置に対応した前記パラメータを前記パラメータテーブルから選択する構成とした。
【００４１】
この構成により、目標位置から容易にパラメータを設定することができ、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【００４２】
また、前記パラメータ設定手段は、前記受聴者情報と目標位置と前記パラメータとの関係を表す関数を保持し、入力された目標位置と前記受聴者情報から前記関数により前記パラメータを算出する構成とした。
【００４３】
この構成により、目標位置から容易にパラメータを設定することができ、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【００４４】
また、前記パラメータ設定手段は、前記受聴者情報と目標位置に対応する前記パラメータを格納するパラメータテーブルを保持し、入力された目標位置と前記受聴者情報に対応した前記パラメータを前記パラメータテーブルから選択する構成とした。
【００４５】
この構成により、目標位置から容易にパラメータを設定することができ、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【００４６】
また、前記パラメータ設定手段は、入力された目標位置が前記パラメータテーブルに含まれないとき、近接する位置の前記パラメータから補間により前記目標位置のパラメータを求める構成とした。
【００４７】
この構成により、必要なデータ量を削減することができる。
【００４８】
また、前記パラメータ設定手段は、前記頭部伝達関数の振幅周波数特性に含まれるピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰のうち選択されたもののみを再現するパラメータを設定する構成とした。
【００４９】
この構成により、頭部伝達関数の振幅周波数特性に含まれるピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰のうち選択されたもののみを再現するだけで容易に正しく音像定位することができ、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【００５０】
また、前記パラメータ設定手段は、前記頭部伝達関数の左右耳の時間差およびレベル差のうち少なくとも１つを再現するパラメータを設定する構成とした。
【００５１】
この構成により、頭部伝達関数の左右耳の時間差およびレベル差のうち少なくとも１つを再現するパラメータを設定するだけで容易に正しく音像定位することができ、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【００５２】
また、前記音像定位処理手段は、複数のＩＩＲフィルタを備え、前記パラメータ設定手段は、前記ＩＩＲフィルタに前記ピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰を再現するパラメータを設定する構成とした。
【００５３】
この構成により、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【００５４】
また、前記音像定位処理手段は、ディレイおよびレベル調整器のうち少なくとも１つを備え、前記パラメータ設定手段は、前記左右耳の時間差を再現するパラメータを前記ディレイに設定し、前記左右耳のレベル差を再現するパラメータを前記レベル調整器に設定する構成とした。
【００５５】
この構成により、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【００５６】
また、左右いずれか一方の耳に対する前記頭部伝達関数の構造的特徴を再現するとき、反対の耳における目標位置とは左右対称な位置の前記頭部伝達関数の構造的特徴を用いる構成とした。
【００５７】
この構成により、必要なデータ量を削減することができる。
【００５８】
また、再現する前記頭部伝達関数の構造的特徴の数を変化させる構成とした。
【００５９】
この構成により、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【００６０】
また、音像定位処理のために割り当てられた処理量に応じて、再現する前記頭部伝達関数の構造的特徴の数を変化させる構成とした。
【００６１】
この構成により、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【００６２】
また、前記入力された目標位置に応じて、再現する前記頭部伝達関数の構造的特徴の数を変化させる構成とした。
【００６３】
この構成により、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【００６４】
また、受聴者に応じて、再現する前記頭部伝達関数の構造的特徴の数を変化させる構成とした。
【００６５】
この構成により、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【００６６】
また、本発明のプログラムは、コンピュータを、入力された目標位置に対応する頭部伝達関数の振幅周波数特性に含まれるピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰のうち選択されたもののみを再現するパラメータ、前記頭部伝達関数の左右耳の時間差を再現するパラメータ、および前記頭部伝達関数の左右耳のレベル差を再現するパラメータのうち少なくとも１つのパラメータを設定するパラメータ設定手段、前記パラメータに従って音源信号に音像定位処理を行って音像定位信号を出力する音像定位処理手段、として機能させる構成を有している。
【００６７】
この構成により、頭部伝達関数の振幅周波数特性に含まれる選択されたピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰、頭部伝達関数の左右耳の時間差、頭部伝達関数の左右耳のレベル差のうち少なくとも１つを再現するだけで容易に正しく音像定位することができ、必要なデータ量および演算量を削減することができる。
【発明の効果】
【００６８】
本発明によれば、入力された目標位置に対応する頭部伝達関数の構造的特徴のみを再現することにより、必要なデータ量および演算量を削減することができるとともに、多くの受聴者に対して容易に正しく音像定位することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
まず、本発明の基本となる音像定位のための手がかりとなる頭部伝達関数の構造的特徴に関する理論について説明する。
【００７０】
背景技術で述べたように、頭部伝達関数を忠実に再現すれば、任意の位置に音像を定位させることが可能であることから、音像定位のための手がかりが頭部伝達関数の中に含まれていると考えられている。
【００７１】
上述の非特許文献１によれば、音像定位のための手がかりのうち、前後および上下方向の定位に関わる手がかりが、頭部伝達関数の振幅周波数特性に含まれるピーク、ディップ、高域あるいは低域における減衰といった構造的特徴に含まれていると考えられている。また、左右方向の定位に関わる手がかりは、頭部伝達関数に含まれる左右の時間差（両耳間時間差：ＩＴＤ（Interaural Time Difference））やレベル差（両耳間レベル差：ＩＬＤ（Interaural Level Difference））といった構造的特徴に含まれていると考えられている。
【００７２】
本発明者は、前後および上下方向の音像定位の手がかりとなる頭部伝達関数の構造的特徴について被験者ごとに分析を行った。その結果、頭部伝達関数に含まれる全ての構造的特徴（ピーク、ディップ、高域あるいは低域における減衰）を再現するのではなく、そのうちのいくつか（例えば、５、６個）を再現することで正しく音像定位することができることを明らかにした。
【００７３】
さらに、個人差の少ない構造的特徴だけを再現することで、多くの受聴者に対して正しく音像定位することができることも分かった。
【００７４】
なお、音像の左右方向の定位は、ＩＴＤおよびＩＬＤを用いることにより、前後および上下方向の定位とは独立に制御できることが明らかになっている（例えば、特許第３３８８２３５号参照）。したがって、上述の前後および上下方向の音像定位の手がかりとなる頭部伝達関数の構造的特徴を再現した信号に、ＩＴＤおよびＩＬＤを用いて音像の左右方向を制御することができる。
【００７５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００７６】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の音像定位装置を示す図である。
【００７７】
図１において、本実施の形態の音像定位装置は、目標位置に対応した音像定位を行うための頭部伝達関数の構造的特徴を再現するためのパラメータを保持し、入力された目標位置情報に基づいて対応するパラメータを音像定位処理部１２に設定するパラメータ設定部１１と、入力される音源信号にパラメータ設定部１１から設定されたパラメータに基づいた音像定位処理を行って、音像定位処理を施された音像定位信号を図示しないヘッドホンやスピーカなどの音響再生装置に出力する音像定位処理部１２とを備えている。
【００７８】
パラメータ設定部１１は、図２に示すような、音像を定位したい目標位置ごとに、目標位置に対応する標準的な頭部伝達関数の振幅周波数特性|Ｈl,r(ｆ)|に含まれるピークＰ１、Ｐ２・・・、ディップＤ１、Ｄ２・・・、高域減衰Ｃh、低域減衰Ｃlといった構造的特徴のうち、選択された複数個を再現するためのそれぞれに対応するパラメータ、すなわち中心周波数fc、尖鋭度Q、レベルLが設定されている。
【００７９】
また、図３に示すような、音像を定位したい目標位置ごとに、目標位置に対応する標準的な頭部伝達関数（左耳：ｈl(ｔ)、右耳：ｈr(ｔ)）のＩＴＤやＩＬＤといった構造的特徴を再現するためのパラメータ、すなわち遅延量およびレベル調整量が設定されている。
【００８０】
音像定位処理部１２は、図４に示すように、左耳用の、設定される中心周波数fc、尖鋭度Q、レベルLのパラメータに基づいて入力信号に頭部伝達関数のピーク、ディップ、高域減衰または低域減衰を再現するフィルタ処理を行う複数のＩＩＲフィルタ１２１La〜１２１Lzと、設定される遅延量に基づいて入力信号を遅延させるディレイ１２２Lと、設定されるレベル調整量に基づいて入力信号のレベルを調整するレベル調整器１２３Lと、右耳用の、設定される中心周波数fc、尖鋭度Q、レベルLのパラメータに基づいて入力信号に頭部伝達関数のピーク、ディップ、高域減衰または低域減衰を再現するフィルタ処理を行う複数のＩＩＲフィルタ１２１Ra〜１２１Rzと、設定される遅延量に基づいて入力信号を遅延させるディレイ１２２Rと、設定されるレベル調整量に基づいて入力信号のレベルを調整するレベル調整器１２３Rとを備えている。
【００８１】
このような音像定位装置において、パラメータ設定部１１に目標位置情報が入力されると、パラメータ設定部１１は、入力された目標位置情報に対応した左耳用、右耳用それぞれのパラメータ（中心周波数fc、尖鋭度Q、レベルL）を読み出し、設定されている数分のパラメータを、左耳用のパラメータは左耳用のＩＩＲフィルタ１２１La〜１２１Lzに、右耳用のパラメータは右耳用のＩＩＲフィルタ１２１Ra〜１２１Rzに、それぞれ１つのパラメータを１つのＩＩＲフィルタに対応させるように設定する。
【００８２】
また、入力された目標位置情報に対応した左耳用、右耳用の遅延量を、左耳用の遅延量を左耳用のディレイ１２２Lに、右耳用の遅延量を右耳用のディレイ１２２Rに設定し、入力された目標位置情報に対応した左耳用、右耳用のレベル調整量を、左耳用のレベル調整量を左耳用のレベル調整器１２３Lに、右耳用のレベル調整量を右耳用のレベル調整器１２３Rに設定する。
【００８３】
音像定位処理部１２では、左耳用、右耳用に分けられた音源信号に対し、ＩＩＲフィルタ１２１La〜１２１Lz、１２１Ra〜１２１Rz、ディレイ１２２L、１２２R、レベル調整器１２３L、１２３Rがそれぞれパラメータ設定部１１に設定されたパラメータに従って、左耳用、右耳用の信号にそれぞれ処理を行い、音像定位された左耳用（Ｌｃｈ）音像定位信号および右耳用（Ｒｃｈ）音像定位信号を出力する。
【００８４】
このように本実施の形態においては、頭部伝達関数を忠実に再現するのではなく、頭部伝達関数の構造的特徴であるピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰のうちの選択されたもののみを再現しているので、必要なデータ量および演算量を削減することができるとともに、多くの受聴者に対して容易に正しく音像定位することができる。
【００８５】
なお、本実施の形態においては、１個のＩＩＲフィルタで１個のピークまたはディップを再現するようにしたが、図５に示すように、１個のピークＰ１’と２個のディップＤ１’、Ｄ２’を組み合わせることによって、３個のピークと２個のディップを再現することもできる。すなわち、Ｐ１’、Ｄ１’、Ｄ２’を再現する３個のＩＩＲフィルタで５個のピークおよびディップを再現することができ、使用するＩＩＲフィルタの数を削減することができる。以上のように、頭部伝達関数に含まれる複数個のピークやディップを、より少ない数のＩＩＲフィルタの組み合わせにより、実現することもできる。
【００８６】
また、パラメータ設定部１１は、図６に示すように、パラメータ算出部１１１を有し、目標位置とパラメータの値との関係を表した関数を予め保持し、パラメータ算出部１１１で、入力される目標位置情報に対応するパラメータをこの関数により算出するようにしてもよい。
【００８７】
また、パラメータ設定部１１は、図７に示すように、パラメータ選択部１１２を有し、目標位置に対応するパラメータを格納するパラメータテーブルを予め保持し、パラメータ選択部１１２が、入力される目標位置情報に対応するパラメータをパラメータテーブルから選択するようにしてもよい。この場合、目標位置がパラメータテーブルに含まれないときに、例えば、目標位置に近接する位置のパラメータから、一般に用いられる線形補間等の補間処理を用いて目標位置のパラメータを求めることもできる。
【００８８】
（第２の実施の形態）
次に、図８は本発明の第２の実施の形態の音像定位装置を示す図である。なお、本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分のみ説明する。
【００８９】
本実施の形態の音像定位装置は、パラメータ設定部２１が、目標位置情報に加え、受聴者の頭部や耳の大きさあるいは形状といった音像定位に影響を与える身体的特徴情報を入力され、この身体的特徴情報と目標位置情報とに基づき音像定位処理部１２に設定するパラメータを決定することを特徴としている。
【００９０】
具体的には、パラメータ設定部２１には、耳介の形状等に関する身体的特徴情報（例えば、耳介（pinna）の大きさや耳甲介腔（concha）の大きさなど）の値ごとに、音像を定位したい目標位置ごとの、耳介の形状等と目標位置に対応する頭部伝達関数の振幅周波数特性|Ｈl,r(ｆ)|に含まれるピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰といった構造的特徴のうち、選択された複数個を再現するためのそれぞれに対応するパラメータ（中心周波数fc、尖鋭度Q、レベルL）が設定されている。
【００９１】
また、パラメータ設定部２１には、頭部の大きさ等に関する身体的特徴情報（例えば、正面から見た頭の幅（head size）など）の値ごとに、音像を定位したい目標位置ごとの、頭部の大きさ等と目標位置に対応する頭部伝達関数（左耳：ｈl(ｔ)、右耳：ｈr(ｔ)）のＩＴＤやＩＬＤといった構造的特徴を再現するためのパラメータ（遅延量およびレベル調整量）が設定されている。
【００９２】
そして、パラメータ設定部２１に目標位置情報と耳介の形状等および頭部の大きさ等の身体的特徴情報が入力されると、パラメータ設定部２１は、入力された目標位置情報と耳介の形状等に対応した左耳用、右耳用それぞれのパラメータ（中心周波数fc、尖鋭度Q、レベルL）を読み出し、設定されている数分のパラメータを、左耳用のパラメータは左耳用のＩＩＲフィルタ１２１La〜１２１Lzに、右耳用のパラメータは右耳用のＩＩＲフィルタ１２１Ra〜１２１Rzに、それぞれ１つのパラメータを１つのＩＩＲフィルタに対応させるように設定する。
【００９３】
また、入力された目標位置情報と頭部の大きさ等に対応した左耳用、右耳用の遅延量を、左耳用の遅延量を左耳用のディレイ１２２Lに、右耳用の遅延量を右耳用のディレイ１２２Rに設定し、入力された目標位置情報と頭部の大きさ等に対応した左耳用、右耳用のレベル調整量を、左耳用のレベル調整量を左耳用のレベル調整器１２３Lに、右耳用のレベル調整量を右耳用のレベル調整器１２３Rに設定する。
【００９４】
音像定位処理部１２では、左耳用、右耳用に分けられた音源信号に対し、ＩＩＲフィルタ１２１La〜１２１Lz、１２１Ra〜１２１Rz、ディレイ１２２L、１２２R、レベル調整器１２３L、１２３Rがそれぞれパラメータ設定部２１に設定されたパラメータに従って、左耳用、右耳用の信号にそれぞれ処理を行い、音像定位された左耳用（Ｌｃｈ）音像定位信号および右耳用（Ｒｃｈ）音像定位信号を出力する。
【００９５】
このように本実施の形態においては、受聴者の身体的特徴情報と目標位置とに対応する頭部伝達関数を用い、頭部伝達関数の構造的特徴であるピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰のうちの選択されたもののみを再現しているので、必要なデータ量および演算量を削減することができるとともに、多くの受聴者に対して容易に正しく音像定位することができる。
【００９６】
なお、パラメータ設定部２１は、図９に示すように、パラメータ算出部２１１を有し、身体的特徴を表す値と目標位置とパラメータの値との関係を表した関数を予め保持し、パラメータ算出部２１１で、入力される目標位置情報および身体的特徴情報に対応するパラメータをこの関数により算出するようにしてもよい。
【００９７】
また、パラメータ設定部２１は、図１０に示すように、パラメータ選択部２１２を有し、身体的特徴を表す値ごとに、目標位置に対応するパラメータを格納するパラメータテーブルを予め保持し、パラメータ選択部２１２が、入力される身体的特徴情報および目標位置情報に対応するパラメータをパラメータテーブルから選択するようにしてもよい。この場合、目標位置がパラメータテーブルに含まれないときに、例えば、目標位置に近接する位置のパラメータから、一般に用いられる線形補間等の補間処理を用いて目標位置のパラメータを求めることもできる。
【００９８】
また、本実施の形態においては、身体的特徴情報に基づいてパラメータを変えたが、例えば、受聴者の実測または数値計算で得られた頭部伝達関数に基づきパラメータを変えるようにしてもよい。この場合、受聴者の頭部伝達関数から振幅周波数特性のピークやディップ、高域減衰、低域減衰、ＩＴＤやＩＬＤを抽出し、これらに基づいてパラメータを変えればよい。あるいは、受聴者の年齢や性別などの属性情報に基づいてパラメータを変えるようにしてもよい。あるいは、非特許文献１に詳述されている、方向決定帯域や聴力といった受聴者の聴覚的特徴に関する情報に基づいてパラメータを変えるようにしてもよい。
【００９９】
（第３の実施の形態）
次に、図１１は本発明の第３の実施の形態の音像定位装置を示す図である。なお、本実施の形態は、上述の第２の実施の形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分のみ説明する。
【０１００】
本実施の形態の音像定位装置は、入力された受聴者の身体的特徴を包含する情報から身体的特徴情報を抽出してパラメータ設定部２１に出力する身体的特徴抽出部３１を備え、身体的特徴抽出部３１が抽出した身体的特徴情報と目標位置情報とに基づき音像定位処理部１２に設定するパラメータを決定することを特徴としている。
【０１０１】
第２の実施の形態と同様、パラメータ設定部２１には、耳介の形状等に関する身体的特徴情報（例えば、耳介（pinna）の大きさや耳甲介腔（concha）の大きさなど）の値ごとに、音像を定位したい目標位置ごとの、耳介の形状等と目標位置に対応する頭部伝達関数の振幅周波数特性|Ｈl,r(ｆ)|に含まれるピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰といった構造的特徴のうち、選択された複数個を再現するためのそれぞれに対応するパラメータ（中心周波数fc、尖鋭度Q、レベルL）が設定されている。
【０１０２】
また、パラメータ設定部２１には、頭部の大きさ等に関する身体的特徴情報（例えば、正面から見た頭の幅（head size）など）の値ごとに、音像を定位したい目標位置ごとの、頭部の大きさ等と目標位置に対応する頭部伝達関数（左耳：ｈl(ｔ)、右耳：ｈr(ｔ)）のＩＴＤやＩＬＤといった構造的特徴を再現するためのパラメータ（遅延量およびレベル調整量）が設定されている。
【０１０３】
そして、身体的特徴抽出部３１には、図１２に示すように、カメラなどで撮像された耳の画像情報や頭部全体の画像情報などが入力される。
【０１０４】
身体的特徴抽出部３１は、画像認識部３１１により、特徴抽出やパターンマッチングといった画像認識の手法を用いて、入力された画像情報から耳介や頭部の大きさまたは耳介の形状といった身体的特徴情報を抽出し、パラメータ設定部２１に出力する。
【０１０５】
パラメータ設定部２１は、入力された目標位置情報と耳介の形状等に対応した左耳用、右耳用それぞれのパラメータ（中心周波数fc、尖鋭度Q、レベルL）を読み出し、設定されている数分のパラメータを、左耳用のパラメータは左耳用のＩＩＲフィルタ１２１La〜１２１Lzに、右耳用のパラメータは右耳用のＩＩＲフィルタ１２１Ra〜１２１Rzに、それぞれ１つのパラメータを１つのＩＩＲフィルタに対応させるように設定する。
【０１０６】
また、入力された目標位置情報と頭部の大きさ等に対応した左耳用、右耳用の遅延量を、左耳用の遅延量を左耳用のディレイ１２２Lに、右耳用の遅延量を右耳用のディレイ１２２Rに設定し、入力された目標位置情報と頭部の大きさ等に対応した左耳用、右耳用のレベル調整量を、左耳用のレベル調整量を左耳用のレベル調整器１２３Lに、右耳用のレベル調整量を右耳用のレベル調整器１２３Rに設定する。
【０１０７】
音像定位処理部１２では、左耳用、右耳用に分けられた音源信号に対し、ＩＩＲフィルタ１２１La〜１２１Lz、１２１Ra〜１２１Rz、ディレイ１２２L、１２２R、レベル調整器１２３L、１２３Rがそれぞれパラメータ設定部２１に設定されたパラメータに従って、左耳用、右耳用の信号にそれぞれ処理を行い、音像定位された左耳用（Ｌｃｈ）音像定位信号および右耳用（Ｒｃｈ）音像定位信号を出力する。
【０１０８】
このように本実施の形態においては、画像情報等の受聴者の身体的特徴を包含する情報から身体的特徴情報を抽出し、抽出した身体的特徴情報と目標位置とに対応する頭部伝達関数の構造的特徴であるピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰のうちの選択されたもののみを再現しているので、身体的特徴情報を容易に入力することができ、必要なデータ量および演算量を削減することができるとともに、多くの受聴者に対して容易に正しく音像定位することができる。
【０１０９】
なお、上述の各実施の形態において、例えば、正中面内の定位のように、音像の上下方向だけを定位させればよい場合には、パラメータ設定部においてＩＴＤおよびＩＬＤの設定を行わないようにし、さらに音像定位処理部においてディレイとレベル調整器を備えないようにすればよく、複数のＩＩＲフィルタだけで音像定位処理を行うことができる。
【０１１０】
また、例えば、水平面内の定位のように、音像の左右方向だけを定位させればよい場合には、パラメータ設定部においてピーク、ディップ、高域減衰および低域減衰を表す中心周波数、レベル、尖鋭度の設定を行わないようにし、さらに音像定位処理部においてＩＩＲフィルタを備えないようにすればよく、ディレイとレベル調整器だけで音像定位処理を行うことができる。
【０１１１】
また、例えば、正中面内付近においては、左右の頭部伝達関数の振幅周波数特性の違いが少ないので、正中面内付近だけで定位させればよい場合には、ＩＩＲフィルタについては左耳用、右耳用に分けず、１列だけ備えて左右の耳に共通の処理を行っても同等の効果を得ることができる。
【０１１２】
また、左右の時間差またはレベル差のうち、いずれか一方だけでも左右方向の音像定位の手がかりを与えることは可能なので、音像定位処理部はディレイまたはレベル調整器のいずれか一方のみを備え、パラメータ設定部は音像定位処理部が備えるディレイまたはレベル調整器にＩＴＤまたはＩＬＤのいずれか一方のみを設定して音像定位処理を行っても、同等の効果を得ることができる。
【０１１３】
また、人間の頭部形状は略左右対称であることから、例えば図１３に示すように、正面から角度φの位置における右耳の頭部伝達関数Ｈr（ｆ；φ）と、左右対称の位置にある左耳の頭部伝達関数Ｈl（ｆ；−φ）に含まれる構造的特徴は略同一とみなすことができる。同様に、角度φの位置における左耳の頭部伝達関数Ｈl（ｆ；φ）と、左右対称の位置にある右耳用の頭部伝達関数Ｈr（ｆ；−φ）に含まれる構造的特徴も略同一とみなすことができる。
【０１１４】
したがって、例えば頭部伝達関数の構造的特徴に関する情報は、受聴者の右側半分の位置のものだけを保持し、左側半分の位置では、左右対称の位置の左右の耳を入れ替えたものを用いても（図１３において、Ｈr（ｆ；φ）の構造的特徴をＨl（ｆ；−φ）の構造的特徴として、またＨl（ｆ；φ）の構造的特徴をＨr（ｆ；−φ）の構造的特徴として用いても）、同等の効果を得ることができる。左側半分の位置の情報だけを保持しても同様である。
【０１１５】
あるいは、頭部伝達関数の構造的特徴に関する情報は、右耳のものだけをすべての位置について保持し、左耳については、左右対称の位置の右耳の情報を用いても（図１３において、任意のφに対してＨr（ｆ；−φ）の構造的特徴をＨl（ｆ；φ）の構造的特徴として用いても）、同等の効果を得ることができる。左耳の情報だけを保持しても同様である。
【０１１６】
いずれの場合においても、頭部伝達関数のうち音像定位に必要な構造的特徴だけを左右対称として扱うので、頭部伝達関数をそのまま左右対象として扱う方法（例えば、特開平７−１１１６９９号公報参照）と比較して、頭部伝達関数に含まれる微細な左右非対称性の影響を受けることが少なく、あらゆる位置に正しく音像定位することができる。さらに、必要となるデータ量を半分に削減することができる。
【０１１７】
また、音像定位を行うのに必要な頭部伝達関数の構造的特徴の数が常に一定である必要はなく、音像定位を行う方向や受聴者、もしくは音像定位に割り当てられる処理量に応じて、手動もしくは自動で変化させてもよい。
【０１１８】
例えば、音像定位処理に割り当てられる処理量が少なくなった場合には、構造的特徴のうち、特に音像定位に重要な役割を果たすものだけを残して再現すれば、限られた処理量における音像定位効果の劣化を抑えることができる。
【０１１９】
また、音像定位処理をＩＩＲフィルタ、ディレイ、レベル調整器を用いて行ったが、同等の機能を有する他の手段を用いて上述の処理を行ってもよい。例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などを使い、プログラムで上述の処理を行うようにしてもよい。
【０１２０】
また、パラメータ設定部、身体的特徴抽出部の各部を、音像定位のためのパラメータを設定する音像定位補助装置としてもよいし、通信等により音像定位のためのパラメータを提供する音像定位情報サーバとしてもよい。また、音像定位処理部を、音像定位のためのパラメータに基づいて音像定位処理を行う音像定位処理装置としてもよい。
【０１２１】
また、音像定位信号をスピーカ等から再生する場合、必要があれば周知のクロストークキャンセル装置を上述の各実施の形態の音像定位装置に連結し、クロストークキャンセル処理を行った後にスピーカ等により再生するようにすればよいことは明白である。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
以上のように、本発明にかかる音像定位装置は、必要なデータ量および演算量を削減することができるとともに、多くの受聴者に対して容易に正しく音像定位することができるという効果を有し、携帯電話機、音声再生装置、音声記録装置、情報端末装置、ゲーム機、会議装置、通信および放送システムなど、音声再生等を行う装置全般において音像定位処理を行う場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態における音像定位装置のブロック図
【図２】頭部伝達関数の振幅周波数特性における構造的特徴を示す図
【図３】頭部伝達関数の両耳間時間差および両耳間レベル差を示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態における音像定位装置の音像定位処理部のブロック図
【図５】本発明の第１の実施の形態における音像定位装置の振幅周波数特性におけるピークおよびディップを再現する他の方法を示す図
【図６】本発明の第１の実施の形態における音像定位装置のパラメータ設定部のパラメータ設定関数を用いた例を示すブロック図
【図７】本発明の第１の実施の形態における音像定位装置のパラメータ設定部のパラメータテーブルを用いた例を示すブロック図
【図８】本発明の第２の実施の形態における音像定位装置のブロック図
【図９】本発明の第２の実施の形態における音像定位装置のパラメータ設定部のパラメータ設定関数を用いた例を示すブロック図
【図１０】本発明の第２の実施の形態における音像定位装置のパラメータ設定部のパラメータテーブルを用いた例を示すブロック図
【図１１】本発明の第３の実施の形態における音像定位装置のブロック図
【図１２】本発明の第３の実施の形態における音像定位装置の身体的特徴抽出部のブロック図
【図１３】頭部伝達関数の左右対称性を示す図
【図１４】従来の音像定位装置のブロック図
【符号の説明】
【０１２４】
１１  パラメータ設定部
１１１  パラメータ算出部
１１２  パラメータ選択部
１２  音像定位処理部
１２１La〜１２１Lz、１２１Ra〜１２１Rz  ＩＩＲフィルタ
１２２L、１２２R  ディレイ
１２３L、１２３R  レベル調整器
２１  パラメータ設定部
２１１  パラメータ算出部
２１２  パラメータ選択部
３１  身体的特徴抽出部
３１１  画像認識部
６１  頭部伝達関数記憶部
６２  頭部伝達関数選択部
６３  音像定位処理部
【図１】
2006203850.tif 000003
【図２】
2006203850.tif 000004
【図３】
2006203850.tif 000005
【図４】
2006203850.tif 000006
【図５】
2006203850.tif 000007
【図６】
2006203850.tif 000008
【図７】
2006203850.tif 000009
【図８】
2006203850.tif 000010
【図９】
2006203850.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2006203850.tif 000014
【図１３】
2006203850.tif 000015
【図１４】
2006203850.tif 000016