(57)【要約】【課題】１組以上の対となるスピーカを用いて仮想音像定位を実現する音像定位処理方式において、パンニングや頭部伝達関数を用いて仮想音像を生成した場合、再生する入力信号によっては再生スピーカ位置に定位が引っ張られて仮想音像の定位感が弱まり、十分な仮想音像定位感が得られないという課題があった。【解決手段】重心算出部２により、マルチチャンネル入力信号から音場の重心の方位と大きさを算出し、重み係数決定部３により、この算出した重心の方位と大きさに応じて重み係数を決定し、仮想音像生成処理部４により、この決定した重み係数に基づいて仮想音像生成処理を行うことにより、入力信号に対して適応的に仮想音像の定位感をより強調することが可能となり、その結果、高い包まれ感を得ることが可能となる。【選択図】図１
2011211312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受聴位置の周囲に設置した複数のスピーカを用いて、仮想音像を作るための入力信号を再生して仮想位置に定位させる音響再生装置であって、
前記仮想音像を作るための入力信号を処理して、前記仮想位置を挟む２つのスピーカに出力する信号を生成する仮想音像生成処理手段と、
前記仮想音像を作るための入力信号を含むマルチチャンネルの入力信号の重心を算出する重心算出手段と、
前記重心算出手段により算出された重心の位置と大きさに応じて重み係数を決定する重み係数決定手段とを備え、
前記仮想音像生成処理手段は、前記重み係数決定手段により決定された重み係数を前記仮想音像を作るための入力信号に掛けることを特徴とする音像定位処理装置。
【請求項２】
前記重心算出手段は、前記マルチチャンネルのそれぞれの入力信号を、前記受聴位置を座標の中心とした前記それぞれの入力信号に対応したスピーカの位置へ向かう方位と前記それぞれの入力信号の所定時間間隔毎の平均レベルの大きさとを有するベクトルに変換し、これらのベクトルを合成して前記重心を算出することを特徴とする請求項１記載の音像定位処理装置。
【請求項３】
前記重み係数決定手段は、重心が存在しうる領域を方位と大きさに基づいて複数の領域に分割し、前記重心算出手段により算出した重心の方位と大きさがそれぞれ前記複数の領域のうちのどの領域に属するかによって前記重み係数を決定することを特徴とする請求項１記載の音像定位処理装置。
【請求項４】
前記重み係数決定手段は、前記重心算出手段により算出した重心の方位がどの方位の領域に属するかによって方位の重み係数を算出するとともに、前記重心算出手段により算出した重心の大きさがどの大きさの領域に属するかによって大きさの重み係数を算出し、前記方位の重み係数と前記大きさの重み係数とを乗算したものを前記重み係数として決定することを特徴とする請求項３記載の音像定位処理装置。
【請求項５】
前記重み係数決定手段は、前記重心の方位に近い方位領域に属する方位の重み関数ほど大きくなるように算出し、かつ、前記重心の大きさが大きいほど前記大きさの重み係数が大きくなるように算出することを特徴とする請求項４記載の音像定位処理装置。
【請求項６】
受聴位置の周囲に設置した複数のスピーカを用いて、仮想音像を作るための入力信号を再生して仮想位置に定位させる音響再生方法であって、
前記仮想音像を作るための入力信号を処理して、前記仮想位置を挟む２つのスピーカに出力する信号を生成する仮想音像生成処理ステップと、
前記仮想音像を作るための入力信号を含むマルチチャンネルの入力信号の重心を算出する重心算出ステップと、
前記重心算出ステップにおいて算出された重心の位置と大きさに応じて重み係数を決定する重み係数決定ステップとを有し、
前記仮想音像生成処理ステップにおいて、前記重み係数決定ステップで決定された重み係数を前記仮想音像を作るための入力信号に掛けることを特徴とする音像定位処理方法。
【請求項７】
請求項６記載の音像定位処理方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項８】
請求項７記載のプログラムを格納した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスピーカを用いた音像定位処理技術に関し、特にパンニングと頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を用いて所望の位置に仮想音像定位を実現する機能を有する音像定位処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
仮想音像定位技術において、パンニングと頭部伝達関数を用いて前方及び後方の仮想音像定位を実現する手法がある。この手法では次のようにして仮想音像を生成する。
【０００３】
まず、頭部伝達関数を用意するため、仮想音像を定位させたい位置にスピーカを設置し、このスピーカから受聴者の外耳道入り口までの頭部伝達関数を測定する。これを頭部伝達関数フィルタとする。ここで、仮想音像を定位させたい位置に設置したスピーカは、頭部伝達関数を測定することにのみ用いられ、再生の際には設置されない。再生には入力信号を再生するための複数のスピーカのみが用いられる。
【０００４】
次に、複数存在するスピーカのうち、隣り合う２つの再生スピーカ間に仮想音像を定位させるために、それぞれの再生スピーカから再生される信号をパンニングすることにより、仮想音像が２つのスピーカ間に定位するようにする。
【０００５】
最後に、仮想音像の定位精度をより向上させるために、仮想音像を定位させたい位置に設置したスピーカを用いて測定した頭部伝達関数フィルタを入力信号に畳み込んで再生することにより、仮想音像による定位を実現する。特許文献１には、このようにして仮想音像定位を実現する手法が記載されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１３５８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、仮想音像の定位精度は、仮想音像の位置に実在するスピーカを置いて再生する場合と比較すると、前記手法のようにパンニングや頭部伝達関数フィルタを用いて複数の仮想音像を生成した場合でも、まだ十分な仮想音像定位感が得られず、その結果、実在する複数のスピーカを置いた場合と同等の高い包まれ感が実現できていないという問題が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するため、本発明の音像定位処理装置は、受聴位置の周囲に設置した複数のスピーカを用いて、仮想音像を作るための入力信号を再生して仮想位置に定位させる音響再生装置であって、前記仮想音像を作るための入力信号を処理して、前記仮想位置を挟む２つのスピーカに出力する信号を生成する仮想音像生成処理手段と、前記仮想音像を作るための入力信号を含むマルチチャンネルの入力信号の重心を算出する重心算出手段と、前記重心算出手段により算出された重心の位置と大きさに応じて重み係数を決定する重み係数決定手段とを備え、前記仮想音像生成処理手段は、前記重み係数決定手段により決定された重み係数を前記仮想音像を作るための入力信号に掛けることを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記重心算出手段は、前記マルチチャンネルのそれぞれの入力信号を、前記受聴位置を座標の中心とした前記それぞれの入力信号に対応したスピーカの位置へ向かう方位と前記それぞれの入力信号の所定時間間隔毎の平均レベルの大きさとを有するベクトルに変換し、これらのベクトルを合成して前記重心を算出することを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記重み係数決定手段は、重心が存在しうる領域を方位と大きさに基づいて複数の領域に分割し、前記重心算出手段により算出した重心の方位と大きさがそれぞれ前記複数の領域のうちのどの領域に属するかによって前記重み係数を決定することを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記重み係数決定手段は、前記重心算出手段により算出した重心の方位がどの方位の領域に属するかによって方位の重み係数を算出するとともに、前記重心算出手段により算出した重心の大きさがどの大きさの領域に属するかによって大きさの重み係数を算出し、前記方位の重み係数と前記大きさの重み係数とを乗算したものを前記重み係数として決定することを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記重み係数決定手段は、前記重心の方位に近い方位領域に属する方位の重み関数ほど大きくなるように算出し、かつ、前記重心の大きさが大きいほど前記大きさの重み係数が大きくなるように算出することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の音像定位処理方法は、受聴位置の周囲に設置した複数のスピーカを用いて、仮想音像を作るための入力信号を再生して仮想位置に定位させる音響再生方法であって、前記仮想音像を作るための入力信号を処理して、前記仮想位置を挟む２つのスピーカに出力する信号を生成する仮想音像生成処理ステップと、前記仮想音像を作るための入力信号を含むマルチチャンネルの入力信号の重心を算出する重心算出ステップと、前記重心算出ステップにおいて算出された重心の位置と大きさに応じて重み係数を決定する重み係数決定ステップとを有し、前記仮想音像生成処理ステップにおいて、前記重み係数決定ステップで決定された重み係数を前記仮想音像を作るための入力信号に掛けることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のプログラムは、前記音像定位処理方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのものである。
【００１５】
また、本発明の記録媒体は、前記プログラムを格納したものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、受聴者の周囲に設置した２つ以上の複数スピーカから再生された音を仮想位置に定位させる音響再生装置において、マルチチャンネルの入力信号の重心を算出し、その重心位置に応じて決定された重み係数を仮想音像生成処理に反映して入力信号を再生することにより、仮想音像の定位効果をより強調し、音場の包まれ感を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における、音像定位処理装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における、仮想音像生成処理部の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１における、入力信号をベクトル分解して算出した重心位置を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における、重心Ｇの方位に対する重み付け領域を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における、重心Ｇの大きさに対する重み付け領域を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態において、５．１チャンネル等のマルチチャンネル入力信号に対して仮想音像生成処理を行い、フロントＬチャンネル（ＦＬ）スピーカ５、センターチャンネル（Ｃ）スピーカ６、フロントＲチャンネル（ＦＲ）スピーカ７、サラウンドＬチャンネル（ＳＬ）スピーカ８、サラウンドＲチャンネル（ＳＲ）スピーカ９の各再生スピーカを用いて仮想音像１０〜１５を定位させる音像定位処理を説明するためのブロック図である。
【００２０】
図１において、マルチチャンネル入力信号は入力端子１より入力する。重心算出部２は、入力信号の重心を算出する。重み係数決定部３は、重心算出部２より算出した入力信号の重心を基に重み係数を決定する。仮想音像生成処理部４は、重み係数決定部３で決定された重み係数に基づき、マルチチャンネル入力信号に対して仮想音像生成処理を行い、複数の再生スピーカ５〜９に出力する信号を生成する。このような構成により、受聴者１６はＦＬスピーカ５、Ｃスピーカ６、ＦＲスピーカ７、ＳＬスピーカ８、ＳＲスピーカ９に加えて、仮想音像１０〜１５の位置から仮想的に再生音が聞こえることとなる。
【００２１】
ここで、仮想音像１０は、フロントＬチャンネル（ＦＬ）信号をパンニングおよび頭部伝達関数フィルタで処理してＦＬスピーカ５とＳＬスピーカ８に出力することにより定位させる。仮想音像１１は、サラウンドＬチャンネル（ＳＬ）信号をパンニングおよび頭部伝達関数フィルタで処理してＦＬスピーカ５とＳＬスピーカ８に出力することにより定位させる。仮想音像１２は、ＳＬ信号をパンニングおよび頭部伝達関数フィルタで処理してＳＬスピーカ８とＳＲスピーカ９に出力することにより定位させる。Ｒ側についても同様である。
【００２２】
以上のように構成された音像定位処理装置について、以下説明する。
【００２３】
まず、仮想音像生成処理部４について説明する。図２に仮想音像生成処理部４の構成の一例を示す。図２において、２１１〜２１６は仮想音像を作るための信号にそれぞれ重み係数Ｋ１１〜Ｋ１６を掛けるための係数器、２２１〜２３２はそれぞれ特性ＥＱ２１〜ＥＱ３２を有する頭部伝達関数フィルタ、２４１〜２５２はそれぞれ頭部伝達関数フィルタ２２１〜２３２の出力信号にパンニングのための係数Ｋ４１〜Ｋ５２を掛ける係数器、２６１〜２６４は加算器である。
【００２４】
仮想音像１０は、ＦＬ信号に係数器２１１で重み係数Ｋ１１を掛け、頭部伝達関数フィルタ２２１と係数器２４１を介してＦＬスピーカ５に出力すると共に、頭部伝達関数フィルタ２２３と係数器２４３を介してＳＬスピーカ８に出力する。仮想音像１１は、ＳＬ信号に係数器２１２で重み係数Ｋ１２を掛け、頭部伝達関数フィルタ２２２と係数器２４２を介してＦＬスピーカ５に出力すると共に、頭部伝達関数フィルタ２２４と係数器２４４を介してＳＬスピーカ８に出力する。仮想音像１２は、ＳＬ信号に係数器２１３で重み係数Ｋ１３を掛け、頭部伝達関数フィルタ２２５と係数器２４５を介してＳＬスピーカ８に出力すると共に、頭部伝達関数フィルタ２２７と係数器２４７を介してＳＲスピーカ９に出力する。Ｒ側についても同様である。
【００２５】
ここで、パンニングのための係数は以下のように設定する。２つのスピーカＡ、Ｂを用いて、これらのスピーカに挟まれた位置に仮想音像Ｃを生成する場合、スピーカＡと仮想音像Ｃとの成す角度をａ、スピーカＢと仮想音像Ｃとの成す角度をｂとすると、スピーカＡに出力する信号レベルＰＡとスピーカＢ出力する信号レベルＰＢの比は、以下のようになる。
【００２６】
【数１】
2011211312.tif 000003
【００２７】
例えば、仮想音像１０をパンニングするための係数器２４１および２４３の係数Ｋ４１およびＫ４３は、これらの比が（数１）を満たし、かつトータルパワーが変わらない、すなわち２乗平均が１となるように設定すればよい。他の仮想音像についても同様である。
【００２８】
つぎに、頭部伝達関数フィルタの特性について説明する。仮想音像Ｃを生成するためには、仮想音像Ｃから受聴者までの頭部伝達特性をスピーカＡから受聴者までの頭部伝達特性で除したものをスピーカＡに出力するための頭部伝達関数フィルタとし、仮想音像Ｃから受聴者までの頭部伝達特性をスピーカＢから受聴者までの頭部伝達特性で除したものをスピーカＢに出力するための頭部伝達関数フィルタとする。
【００２９】
例えば、仮想音像１０を生成するための頭部伝達関数フィルタ２２１の特性ＥＱ２１は、仮想音像１０から受聴者１６までの頭部伝達特性をＦＬスピーカ５から受聴者１６までの頭部伝達特性で除した特性であり、頭部伝達関数フィルタ２２３の特性ＥＱ２３は、仮想音像１０から受聴者１６までの頭部伝達特性をＳＬスピーカ８から受聴者１６までの頭部伝達特性で除した特性である。他の仮想音像についても同様である。
【００３０】
なお、仮想音像を、その元となる信号から分離するために、頭部伝達関数フィルタ２２１〜２３２が、さらに遅延特性を有するようにしてもよい。
【００３１】
ここで、重み付け係数Ｋ１１〜Ｋ１６をすべて１に設定した場合は、頭部伝達関数フィルタ２２１〜２３２と係数器２４１〜２５２で仮想音像１０〜１５をある程度定位させることができるが、このようにして定位させた仮想音像は、元の信号を実スピーカで再生した実音像と比較して定位感が弱く、そのため、十分な包まれ感が得られない。
【００３２】
そこで、本実施の形態では、各チャンネルの入力信号を合成した重心Ｇの方位と大きさをリアルタイムで検出し、重心Ｇの方位に近い仮想音像を作るための信号ほど増強されるように重み付けをし、さらに重心Ｇの大きさが大きいほど増強の程度を強くすることにより、仮想音像の定位感を強めるようにしている。
【００３３】
この重み付けを行うために、まず、重心算出部２で入力信号の重心Ｇを算出し、その算出結果に基づいて、重み係数決定部３で重み係数を決定し、その重み係数を、係数器２１１〜２１６の係数Ｋ１１〜Ｋ１６に設定する。
【００３４】
つぎに、重心算出部２について説明する。図３は各チャンネルの入力信号をベクトル分解し、重心Ｇを算出する様子を示す図である。重心算出部２は、入力端子１から入力されるマルチチャンネル信号に対し、受聴者１６の位置を座標の中心とするベクトル座標において、各チャンネルの入力信号の所定時間間隔における平均レベルをｘ軸とｙ軸の要素にベクトル分解する。ここで、平均レベルで表されるＦＬ信号のｘ軸要素をＦＬｘ、ｙ軸要素をＦＬｙ、Ｃ信号のｘ軸要素をＣｘ、ｙ軸要素をＣｙ、ＦＲ信号のｘ軸要素をＦＲｘ、ｙ軸要素をＦＲｙ、ＳＬ信号のｘ軸要素をＳＬｘ、ｙ軸要素をＳＬｙ、ＳＲ信号のｘ軸要素をＳＲｘ、ｙ軸要素をＳＲｙと表すと、重心Ｇは（数２）次のように算出することができる。（−１）を掛ける理由は、入力信号から算出した重心を受聴者に対する重心に置き換えるためであり、また、各ｘ軸、ｙ軸要素はスカラー値を表し、向きは符号で表現することとする。
【００３５】
【数２】
2011211312.tif 000004
【００３６】
ここで、Ｇｘ、Ｇｙは重心Ｇのそれぞれｘ軸、ｙ軸要素を表し、｜Ｇ｜は図３における受聴者から重心Ｇまでの距離に対応し、各チャンネルの入力信号を合成した信号の平均レベルを表す。すなわち、受聴者１６の位置に対して、Ｇｘ、Ｇｙをベクトル合成した位置が重心Ｇの位置となり、その大きさは｜Ｇ｜で表される。
【００３７】
次に、重み係数決定部３について説明する。重み係数は重心Ｇの方位θと大きさ｜Ｇ｜それぞれに応じて決定される。
【００３８】
図４は重心Ｇの方位に対する重み付け領域を示す図である。まず、重心Ｇの方位θに関する重み係数Ｎについて説明する。重心Ｇの方位θを中心とする方位領域（例えば±３０°）をθ１とし、その左回り隣りの方位領域（例えば６０°）をθ２ｐ、右回り隣りの方位領域（例えば６０°）をθ２ｍ、そのさらに隣り合う方位領域（例えば６０°）をθ３ｐ、θ３ｍ・・・と設定し、方位領域θ１、（θ２ｐ、θ２ｍ）、（θ３ｐ、θ３ｍ）・・・に属する仮想音像を生成するための、方位に関する重み係数をそれぞれＮ１、Ｎ２、Ｎ３・・・（Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３＞・・・＞０）と決定する（例えばＮ１＝１．０、Ｎ２＝０．８、Ｎ３＝０．６・・・）。
【００３９】
すなわち図３において、方位に関する重み係数はそれぞれ、仮想音像１０、１１を生成するための重み係数はＮ１、仮想音像１２を生成するための重み係数はＮ２、仮想音像１３，１５を生成するための重み係数はＮ３、仮想音像１４は重み付けなしとなる。
【００４０】
続いて、図５を用いて、重心Ｇの大きさ｜Ｇ｜に関する重み係数Ｄについて説明する。
【００４１】
受聴者の位置を中心とし、その位置から遠ざかる方向に向かって、半径ｄ１、ｄ２、ｄ３（０＜ｄ１＜ｄ２＜ｄ３＜・・・）となるような同心円で区切られた領域を想定し、重心Ｇの大きさ｜Ｇ｜がどの領域に位置するかによって、重心Ｇの大きさ｜Ｇ｜に関する重み係数Ｄを、次のように決定する。
【００４２】
【数３】
2011211312.tif 000005
【００４３】
（例えば、Ｄ１＝０．１、Ｄ２＝０．５、Ｄ３＝１．０・・・）
図５の場合、重心Ｇの大きさ｜Ｇ｜に関する重み係数Ｄは、Ｄ２となる。
【００４４】
このようにして決定した重心Ｇの方位θに関する重み係数Ｎと、重心Ｇの大きさ｜Ｇ｜に関する重み係数Ｄの積Ｎ・Ｄを重み係数Ｋとする。この重み係数Ｋを、仮想音像生成処理部４の係数器２１１〜２１６のそれぞれの係数Ｋ１１〜Ｋ１６に設定する。
【００４５】
以上のようにすることにより、各チャンネルの入力信号の重心Ｇをリアルタイムに算出し、その重心Ｇから重み係数Ｋを算出し、その重み係数を仮想音像を作る信号に掛けることにより、入力信号に応じて変化する重心に対して適応的に重み係数を変化させることが可能となり、その結果、重心位置に応じて仮想音像の定位感をより強調した高い包まれ感を得ることが可能となる。
【００４６】
なお、図２に示す仮想音像生成処理部では、重み係数を係数器２１１〜２１６の係数Ｋ１１〜Ｋ１６に設定しているが、その代わりに、係数器２４１〜２５２の係数Ｋ４１〜Ｋ５２に掛けるようにすれば、係数器２１１〜２１６は省略できる。
【００４７】
また、図２に示す仮想音像生成処理部では、仮想音像を生成するために、パンニングと頭部伝達関数フィルタの両方を用いているが、どちらか一方のみであってもよい。
【００４８】
また、上記説明では、重み係数決定部において、方位に関する重み係数を決定する際、重心Ｇの方位θを基準として方位領域θ１、θ２ｐ、θ２ｍ、θ３ｐ、θ３ｍ・・・を設定しているが、その代わりに、予め全周を所定の角度間隔（例えば３０°間隔）で分割した複数の固定の方位領域を設定し、重心Ｇの方位θが位置する方位領域をθ１とし、その両隣の方位領域をθ２ｐ、θ２ｍとし、さらにそれらに隣接する方位領域をθ３ｐ、θ３ｍ・・・としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、音楽信号が再生可能で１組以上の対となるスピーカを駆動する装置を備えた機器、例えばサラウンドシステム、ＴＶ、ＡＶアンプ、コンポ、携帯電話、ポータブルオーディオ機器に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１  入力端子
２  重心算出部
３  重み係数決定部
４  仮想音像生成処理部
５  ＦＬスピーカ
６  Ｃスピーカ
７  ＦＲスピーカ
８  ＳＬスピーカ
９  ＳＲスピーカ
１０〜１５  仮想音像
１６  受聴者
２１１〜２１６  係数器
２２１〜２３２  頭部伝達関数フィルタ
２４１〜２５２  係数器
２６１〜２６４  加算器
【図２】
2011211312.tif 000006
【図１】
2011211312.tif 000007
【図３】
2011211312.tif 000008
【図４】
2011211312.tif 000009
【図５】
2011211312.tif 000010