(57)【要約】【課題】  提示音声信号に高調波を加算した信号を三次元音声化することにより、音声信号の方向感覚を向上させた三次元音声提示装置および三次元音声提示方法を実現する。【解決手段】  所定の音声信号を音声提示位置データに基づき三次元処理する三次元音声提示装置において、前記音声信号の所定次数の高調波を予め設定されたレベルで出力する高調波生成部と、この高調波生成部の出力信号と前記音声信号とを加算混合する加算混合器と、前記加算混合器の出力信号を三次元処理する三次元音声処理部と、を有することを特徴とする三次元音声提示装置。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の音声信号を音声提示位置データに基づき三次元処理する三次元音声提示装置において、
前記音声信号の所定次数の高調波を予め設定されたレベルで出力する高調波生成部と、
この高調波生成部の出力信号と前記音声信号とを加算混合する加算混合器と、
この加算混合器の出力信号を三次元処理する三次元音声処理部と、
を有することを特徴とする三次元音声提示装置。
【請求項２】
前記三次元処理部は、頭部伝達関数に基づいて三次元処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の三次元音声提示装置。
【請求項３】
航空機に搭載されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元音声提示装置。
【請求項４】
所定の音声信号を音声提示位置データに基づき三次元処理する三次元音声提示方法において、
音声信号の所定次数の高調波を予め設定されたレベルで出力する工程と、
出力された高調波信号と前記音声信号とを加算混合する工程と、
この加算混合された出力信号を前記音声提示位置データに基づき三次元処理する工程と、
から構成されることを特徴とする三次元音声提示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元音声により情報を提示する三次元音声提示装置および三次元音声提示方法に関し、詳しくは、聴取者の方向感覚を向上させた三次元音声提示装置および三次元音声提示方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、民生のゲーム機を中心として立体音響や３Ｄ（三次元）オーディオと呼ばれるシステムが利用されている。これは、ヘッドホンやスピーカを使用したゲーム音響により臨場感を与えるために採用される。例えば、目の前を戦闘機等が通過していく場面では、コンピュータグラフィックスによる映像とともに、あたかも目の前を戦闘機が通過していくような方向感覚を持った音を生成している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−４４１９９号公報
【０００４】
また、実際の航空機においても、パイロットにより効果的に情報を提示する手段として３Ｄオーディオの採用が検討されており実験が行われている。
提示する音は、警報音を中心に従来使用されているモノラル音声に人間の音の方向認識を模擬したコンピュータ処理を加えたものである。
ここでは、三次元空間で人間が音の方向を認識する際に行っている処理をコンピュータで模擬しており、模擬の主要素は聴取者の耳介の形状による周波数変調特性、左右の耳に聞こえる音量の変化、左右耳への音の到達時間の差である。
【０００５】
図４は、従来の３次元音声提示装置の一例を示す構成図である。
図４において、提示音声信号源１は、図５に示すような警報音声などの音声信号を出力し、三次元音声処理部５に入力する。
【０００６】
図５は、提示音声信号の波形を示した図である。図５において、横軸が時間、縦軸が振幅を示している。この音声信号は、モノラル信号で準備される。
【０００７】
図４に戻り、提示位置指定部２は、聴取者に対して音源がどの位置にあるのかを示す位置データを三次元音声処理部５に出力する。具体的には聴取者の向きを基準として、この向きに対して音源が上下左右のどの方向に存在するのかを角度で示したものである。
【０００８】
三次元音声処理部５は、図５に示すような提示音声信号を、音源の位置データに基づき頭部伝達関数（HRTF：Head Related Transfer Function）等を用いたアルゴリズムによりモノラルの入力信号から右耳用および左耳用音声を生成し、ヘッドホン等の音声出力部６により人間に提示する。
【０００９】
三次元空間のさまざまな方向からの音は、聴取者の耳介の形状により周波数変調され、耳道を通過して鼓膜に達し音として認識される。耳介は前後左右非対称な複雑な形状をしており、音が到達する方向により異なる周波数変調特性をもち、人間の方向感覚を生んでいる。このような頭部や外耳による音の歪み方を数値化したものを頭部伝達関数と呼ぶ。
【００１０】
合成音や一旦録音した音は、図６のように、合成処理の煩雑化を避けるためおよび録音機器の性能等により高周波帯域の音が含まれていない場合が多い。
図６は、図５で示した区間（Ａ）の波形におけるスペクトル強度を示した図である。
図６において、横軸が周波数で対数スケールで示し、縦軸が振幅などの強度を示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一般に、人間の音に対する方向知覚を考えた場合、周波数スペクトル分布が狭い音よりも広い音の方が、特に上下の方向感覚向上に有効である。自然界の音には高調波成分が含まれ、音の方向知覚に重要な役割をしているが、上述のように合成音や一旦録音した音は、高周波帯域の音が含まれていない場合が多く、従来の３Ｄオーディオによる音声においては、方向感覚が得られない場合が生じるという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような従来の三次元音声提示装置および三次元音声提示方法が有していた問題を解決しようとするものであり、提示音声信号に高調波を加算した信号を三次元音声化することにより、音声信号の方向感覚を向上させた三次元音声提示装置および三次元音声提示方法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】
【００１３】
本発明は次の通りの構成になった三次元音声提示装置および三次元音声提示方法である。
【００１４】
（１）所定の音声信号を音声提示位置データに基づき三次元処理する三次元音声提示装置において、
前記音声信号の所定次数の高調波を予め設定されたレベルで出力する高調波生成部と、
この高調波生成部の出力信号と前記音声信号とを加算混合する加算混合器と、
この加算混合器の出力信号を三次元処理する三次元音声処理部と、
を有することを特徴とする三次元音声提示装置。
【００１５】
（２）  前記三次元処理部は、頭部伝達関数に基づいて三次元処理を行うことを特徴とする（１）に記載の三次元音声提示装置。
【００１６】
（３）  航空機に搭載されることを特徴とする請求項１または（２）に記載の三次元音声提示装置。
【００１７】
（４）  所定の音声信号を音声提示位置データに基づき三次元処理する三次元音声提示方法において、
音声信号の所定次数の高調波を予め設定されたレベルで出力する工程と、
出力された高調波信号と前記音声信号とを加算混合する工程と、
この加算混合された出力信号を前記音声提示位置データに基づき三次元処理する工程と、
から構成されることを特徴とする三次元音声提示方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、以下のような効果がある。
【００１９】
請求項１、請求項２および請求項４に記載の発明によれば、原音に適切なレベルの高調波信号を混合して三次元音声処理を行うことにより、音声情報の内容を損なうことなく、また、聴取者に違和感や不快感、疲労感を感じさせること無く方向感覚を付加することができる。
また、定位性を高めるための高周波成分として、原音の高調波成分を用いているため、原音の無音部分では、高周波成分も無音となり雑音が発生しない。従って、音源の定位性を高めるために高周波帯域の成分を単純に付加した場合に生じてしまう無音部の雑音の増加という問題を解決できる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、警報の原因となった事象（例えば他機接近）の方向から警報を出すことで、パイロットの反応時間が短縮され、適切な回避行動を取ることができる。
また、確認すべき表示装置の方向を音声で指示することで、必要な情報を迅速に取得できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係る三次元音声提示装置の一実施例を示す構成図である。前出の図と同様の構成要素には同様の符号を付けてその部分の説明は省略する。なお、図１に記載の実施例は、警報音声等の音声信号を三次元音声処理ブロックに入力する前段階で、高調波信号を混合するものである。
【００２２】
図１において、三次元音声化する警報音声等の提示音声はモノラル信号として提示音声信号源１で準備され、高調波生成部３で生成した適切なレベルの高調波信号と加算混合した信号と、提示位置指定部２の位置データとが、三次元音声処理部５ａに入力される。
【００２３】
高調波生成部３は、モノラル信号である提示音声信号の高調波を予め設定したレベルで出力する。この高調波生成部は、例えばリズムや音の長さなどはそのままで周波数を整数倍にずらすピッチシフターである。この高調波生成部の動作の一例としては、提示音声波形のフーリエ変換を行って周波数成分を抽出し、各周波数成分の周波数を整数倍すると共に所定の割合に振幅を調整した信号を生成する。
加算混合器４は、原音の提示音声信号と高調波生成部が出力した原音の高調波信号を加算混合するミキサーである。
【００２４】
図２は、高調波信号が加算混合された提示音声信号の波形を示した図である。図２において、横軸が時間であり、縦軸は振幅を示している。
三次元音声処理部５ａは、図２に示すような高調波が加算混合された提示音声信号を、音源の位置データに基づき頭部伝達関数等を用いたアルゴリズムによりモノラルの入力信号から右耳用および左耳用音声を生成し、ヘッドホン等の音声出力部６により人間に提示する。
【００２５】
図３は、図２で示した区間（Ａ）の波形におけるスペクトル強度を示した図である。図３において、破線左がオリジナルの提示音声部、破線右が高調波加算部である。のように、高調波信号を混合することで三次元音声処理部に入力される信号の周波数スペクトル分布は広がる。混合する高調波の次数とレベルは、聴取者に違和感や不快感、疲労感を感じさせないよう適切に選択する。一つの例としては、第二次高調波の振幅を基本成分の１０％程度に減衰させて混合する。または、原音の各周波数成分の周波数を４倍すると共に原音の各周波数成分の振幅に対して１０％まで減衰した信号を混合する。なお、１０％とは厳密な数値ではなく、おおよその目安として用いている。
【００２６】
以上のように、原音に適切なレベルの高調波信号を混合して三次元音声処理を行うことにより、音声情報の内容を損なうことなく、また、聴取者に違和感や不快感、疲労感を感じさせること無く方向感覚を付加することができる。
【００２７】
具体例として航空機の警報に方向感覚を付加することで次の効果がある。
警報の原因となった事象（例えば他機接近）の方向から警報を出すことで、パイロットの反応時間が短縮され、適切な回避行動を取ることができる。
また、確認すべき表示装置の方向を音声で指示することで、必要な情報を迅速に取得できる。
【００２８】
一方で、定位性を高めるための高周波成分として、原音の高調波成分を用いているため、原音の無音部分では、高周波成分も無音となり雑音が発生しない（図２区間（Ｂ））。従って、音源の定位性を高めるために高周波帯域の成分を単純に付加した場合に生じてしまう無音部の雑音の増加という問題を解決できる。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る三次元音声提示装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】高調波信号が加算混合された提示音声信号の波形を示した図である。
【図３】図２で示した区間（Ａ）の波形におけるスペクトル強度を示した図である。
【図４】従来の３次元音声提示装置の一例を示す構成図である。
【図５】提示音声信号の波形を示した図である。
【図６】図５で示した区間（Ａ）の波形におけるスペクトル強度を示した図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  提示音声信号源
２  提示位置指定部
３  高調波生成部
４  加算混合器
５ａ  三次元音声処理部  
６  音声出力部
【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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