(57)【要約】  オーディオ再生機器から出力されるステレオサウンドを近接して配置された二チャンネルのスピーカのみを使用して広げるワイドステレオ再生方法及び装置を提供する。ステレオチャンネル音源信号に対して所定の位置で測定した頭部伝達関数を利用して、任意の位置に対する仮想音源に形成させ、頭部伝達関数を反映したフィルタ係数に基づいて前記仮想音源のクロストークをキャンセリングするワイドニングフィルタリング過程と、ステレオチャンネルの音源信号と前記クロストークキャンセリングされた仮想音源との間の信号特性を調整するダイレクトフィルタリング過程とを含むステレオサウンドの再生方法である。
2008502200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ再生機器のステレオ再生方法において、
（ａ）ステレオチャンネル音源信号に対して所定の位置で測定した頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を利用して任意の位置に対する仮想音源に形成させ、前記頭部伝達関数を反映したフィルタ係数に基づいて前記仮想音源のクロストークをキャンセリングするワイドニングフィルタリング過程と、
（ｂ）前記ステレオチャンネルの音源信号と前記クロストークキャンセリングされた仮想音源との間の信号特性を調整するダイレクトフィルタリング過程と、を含むステレオサウンドの再生方法。
【請求項２】
前記ワイドニングフィルタリング過程は、
（ａ−１）所定の位置で測定した頭部伝達関数と入力されるステレオチャンネルの音源信号とをコンボリューションして、任意の位置に対する仮想音源に形成するバイノーラル合成過程と、
（ａ−２）前記バイノーラル合成過程で形成された仮想音源のクロストークをキャンセリングするクロストークキャンセリング過程とを含むことを特徴とする請求項１に記載のステレオサウンドの再生方法。
【請求項３】
前記バイノーラル合成係数は、
【数１】
2008502200.tif 000008
で計算され、
ここで、ＬＬｉ（ｚ）は、左側ｉ番目の仮想のスピーカと左耳との間のＨＲＴＦ、ＲＬｉ（ｚ）は、右側ｉ番目の仮想のスピーカと左耳との間のＨＲＴＦ、ＬＲｉ（ｚ）は、左側ｉ番目の仮想のスピーカと右耳との間のＨＲＴＦ、ＲＲｉ（ｚ）は、右側ｉ番目の仮想のスピーカと右耳との間のＨＲＴＦであることを特徴とする請求項２に記載のステレオサウンドの再生方法。
【請求項４】
前記クロストークキャンセリングに対するフィルタ係数の行列は、二つの仮想のスピーカと両耳との間の伝達関数行列の逆行列であることを特徴とする請求項２に記載のステレオサウンドの再生方法。
【請求項５】
前記ワイドニングフィルタリング係数は、
【数２】
2008502200.tif 000009
で計算され、
ここで、Ｗ（ｚ）は、ワイドニングフィルタ係数であり、Ｃ（ｚ）は、クロストークキャンセラ係数であり、ＬＬ（ｚ）、ＬＲ（ｚ）は、聴取者の左側に配置する仮想のスピーカの角度に該当するＨＲＴＦの和であり、ＲＬ（ｚ）、ＲＲ（ｚ）は、聴取者の右側に配置する仮想のスピーカの角度に該当するＨＲＴＦの和であることを特徴とする請求項１に記載のステレオサウンドの再生方法。
【請求項６】
前記ワイドニングフィルタリング過程は、周波数サンプリングを通じて高次ＩＩＲフィルタ係数を低次ＦＩＲフィルタ係数に変換する過程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のステレオサウンドの再生方法。
【請求項７】
前記ダイレクトフィルタリング過程における信号特性は、信号の大きさ及び時間遅延であることを特徴とする請求項１に記載のステレオサウンドの再生方法。
【請求項８】
入力されるモノサウンドに対して位相を１８０°に変換して二チャンネルのステレオサウンドに形成する過程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のステレオサウンドの再生方法。
【請求項９】
オーディオ再生機器のステレオ再生方法において、
ステレオチャンネルにサウンドを入力する過程と、
前記ステレオチャンネルの音源信号を仮想音源に形成してクロストーク成分を除去し、前記仮想音源と実際音源との間の信号特性を調整するパノマラフィルタリング過程とを含み、
前記パノマラフィルタリングは、
ｙＬ＝Ｐ１１（ｚ）Ｌ＋Ｐ１２（ｚ）Ｒ
ｙＲ＝Ｐ２１（ｚ）Ｌ＋Ｐ２２（ｚ）Ｒになり、ここで、Ｌ、Ｒは、左右入力信号であり、ｙＬとｙＲは、左右出力信号であり、各フィルタ係数Ｐ１１（ｚ）、Ｐ１２（ｚ）、Ｐ２１（ｚ）、Ｐ２２（ｚ）は、
【数３】
2008502200.tif 000010
で計算され、
ここで、Ｗ（ｚ）は、
【数４】
2008502200.tif 000011
であり、Ｄ（ｚ）は、遅延時間と大きさを有するフィルタ係数ＤＬ（ｚ）、ＤＲ（ｚ）を備える対角マトリックスであることを特徴とするステレオサウンドの再生方法。
【請求項１０】
前記フィルタは、周波数領域で周波数間隔を調整して次数を調節することを特徴とする請求項９に記載のステレオサウンドの再生方法。
【請求項１１】
聴取者の位置によって前記各パノマラフィルタ係数を計算する過程と、
所定の位置把握技法を利用して聴取者の位置を検知する過程と、
前記過程で検知された聴取者の位置に該当する前記パノマラフィルタ係数Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２を読み出す過程と、
前記読み出されたパノマラフィルタ係数を適用して、入力される二チャンネルのオーディオ信号に対するステレオサウンドを出力する過程と、をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のステレオサウンドの再生方法。
【請求項１２】
ステレオサウンド再生装置において、
ステレオチャンネル音源信号に対して所定の位置で測定した頭部伝達関数を利用して、任意の位置で仮想の音源に形成するバイノーラル合成手段と、
実際のスピーカ配置角度情報によるフィルタ係数に基づいて、前記バイノーラル合成手段で形成された仮想音源のクロストークをキャンセリングするクロストークキャンセラ手段と、
前記ステレオチャンネルの音源信号と、前記クロストークキャンセリングされた仮想音源との間の信号の大きさ及び時間遅延を調整するダイレクトフィルタ手段とを含むステレオサウンド再生装置。
【請求項１３】
前記バイノーラル合成手段のＨＲＴＦ係数行列とクロストークキャンセラ手段のフィルタ係数行列とをコンボリューションして、ワイドニングフィルタ係数行列として構成し、そのワイドニングフィルタリング係数行列は、
【数５】
2008502200.tif 000012
で計算され、
ここで、Ｗ（ｚ）は、ワイドニングフィルタ係数であり、Ｃ（ｚ）は、クロストークキャンセラ係数であり、ＬＬ（ｚ）、ＬＲ（ｚ）は、聴取者の左側に配置する仮想のスピーカの角度に該当するＨＲＴＦの和であり、ＲＬ（ｚ）、ＲＲ（ｚ）は、聴取者の右側に配置する仮想のスピーカの角度に該当するＨＲＴＦの和であることを特徴とする請求項１２に記載のステレオサウンド再生装置。
【請求項１４】
前記ワイドニングフィルタ係数行列とダイレクトフィルタ手段のフィルタ係数とをコンボリューションして、パノマラフィルタ係数行列として構成し、そのパノマラフィルタ係数行列は、
【数６】
2008502200.tif 000013
で計算され、
ここで、Ｄ（ｚ）は、遅延時間と大きさを有するフィルタ係数ＤＬ（ｚ）、ＤＲ（ｚ）を備える対角マトリックスであることを特徴とする請求項１２に記載のステレオサウンド再生装置。
【請求項１５】
聴取者の位置によって前記各パノマラフィルタ係数を保存するテーブル部と、
所定の位置把握技法を利用して聴取者の位置を検知する位置把握部と、
前記位置把握部で検知された聴取者の位置に該当する前記パノマラフィルタ係数を前記テーブル部で読み出して、前記パノマラフィルタ係数に代替する制御部とを備えることを特徴とする請求項１４に記載のステレオサウンド再生装置。
【請求項１６】
モノサウンドに対して位相を反転して前記ステレオサウンドに変換する位相変換手段をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のステレオサウンド再生装置。
【請求項１７】
入力サウンド信号を再生する装置において、
第１及び第２チャンネル信号の特性を調整するために、入力サウンド信号の第１及び第２チャンネル信号をフィルタリングする第１、第２ダイレクトフィルタと、
前記第１及び第２チャンネル信号と頭部伝達関数(ＨＲＴＦ)によって第１及び第２仮想信号を形成する第１及び第２バイノーラル部と、前記頭部伝達関数によって前記第１及び第２仮想信号の間のクロストークを除去するクロストークキャンセラとを備えるワイドニングフィルタと、
前記フィルタリングされた第１チャンネル信号及び前記第１仮想信号を出力する第１出力端子と、
前記フィルタリングされた第２チャンネル信号及び前記第２仮想信号を出力する第２出力端子と、を備える入力サウンド信号再生装置。
【請求項１８】
前記第１及び第２ダイレクトフィルタは、前記第１及び第２仮想信号によって前記第１及び第２チャンネル信号をフィルタリングすることを特徴とする請求項１７に記載の入力サウンド信号再生装置。
【請求項１９】
前記第１及び第２チャンネル信号は、前記第１及び第２チャンネル信号のそれぞれの大きさ及び時間遅延を含む、前記第１及び第２ダイレクトフィルタによって調整されることを特徴とする請求項１７に記載の入力サウンド信号再生装置。
【請求項２０】
前記第１バイノーラル部は、前記第１チャンネル信号と聴取者の左右耳と第１所定位置との間で測定された頭部伝達関数をコンボリューションして、第１右側仮想信号及び第１左側仮想信号を形成し、前記第２バイノーラル部は、前記第２チャンネル信号と、聴取者に対して第１所定位置と対称的な第２所定位置と聴取者の左右耳との間で測定された頭部伝達関数をコンボリューションして、第２右側仮想信号及び第２左側仮想信号を形成し、前記第１、第２右側仮想信号は、前記第１、第２仮想信号のうち一つを形成するために結合され、前記第１、第２左側仮想信号は、前記第１、第２仮想信号のうち他の一つを形成するために結合されることを特徴とする請求項１７に記載の入力サウンド信号再生装置。
【請求項２１】
前記クロストークキャンセラは、前記第１及び第２仮想信号の間のクロストークを除去するためのクロストークキャンセレーションフィルタを備えることを特徴とする請求項１７に記載の入力サウンド信号再生装置。
【請求項２２】
前記クロストークキャンセラは、最適化されたＩＩＲ(Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ)フィルタを備えることを特徴とする請求項１７に記載の入力サウンド信号再生装置。
【請求項２３】
前記ワイドニングフィルタは、前記クロストークキャンセレーションフィルタの係数と頭部伝達関数の係数とをコンボリューションして決定された係数を有することを特徴とする請求項１７に記載の入力サウンド信号再生装置。
【請求項２４】
前記ワイドニングフィルタと前記第１、第２ダイレクトフィルタは、パノマラフィルタとして作用し、前記パノマラフィルタの係数は、前記第１及び第２ダイレクトフィルタの係数に前記ワイドニングフィルタの係数を加えることで決定されることを特徴とする請求項１７に記載の入力サウンド信号再生装置。
【請求項２５】
前記第１及び第２チャンネル信号が同一であるとき、前記第１及び第２チャンネル信号のうち一つの位相を変換する位相変換器をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の入力サウンド信号再生装置。
【請求項２６】
聴取者の位置を把握する位置把握部と、
前記聴取者の位置による情報を保存するテーブル部と、
前記聴取者の位置に該当する情報によって前記ワイドニングフィルタを制御する制御部とをさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の入力サウンド信号再生装置。
【請求項２７】
前記フィルタリングされた第１チャンネル信号と前記第１仮想信号とによってサウンドを発生させる第１スピーカと、
前記フィルタリングされた第２チャンネル信号と前記第２仮想信号とによってサウンドを発生させる第２スピーカとをさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の入力サウンド信号再生装置。
【請求項２８】
入力サウンド信号を再生する方法において、
第１及び第２チャンネル信号の特性を調整するために、入力サウンド信号の第１及び第２チャンネル信号をフィルタリングする過程と、
前記入力第１及び第２チャンネル信号と頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）によって第１及び第２仮想信号を形成する過程と、
前記頭部伝達関数によって前記第１及び第２仮想信号の間のクロストークを除去する過程と、
前記第１仮想信号と共に前記フィルタリングされた第１チャンネル信号を出力し、前記第２仮想信号と共に前記フィルタリングされた第２チャンネル信号を出力する過程とを含む入力サウンド信号の再生方法。
【請求項２９】
前記第１及び第２チャンネル信号のフィルタリング過程は、
前記第１及び第２仮想信号によって前記第１及び第２チャンネル信号の特性を調整することを特徴とする請求項２８に記載の入力サウンド信号の再生方法。
【請求項３０】
前記第１及び第２チャンネル信号の特性は、前記第１及び第２チャンネル信号のそれぞれの大きさ及び時間遅延を含むことを特徴とする請求項２８に記載の入力サウンド信号の再生方法。
【請求項３１】
前記第１及び第２仮想信号の形成過程は、
前記第１チャンネル信号と聴取者の左右耳と第１所定位置との間で測定された頭部伝達関数をコンボリューションして、第１右側仮想信号及び第１左側仮想信号を形成する過程と、
前記第２チャンネル信号と、聴取者に対して第１所定位置と対称的な第２所定位置と聴取者の左右耳との間で測定された頭部伝達関数をコンボリューションして、第２右側仮想信号及び第２左側仮想信号を形成する過程と、
前記第１、第２仮想信号のうち一つを形成するために第１、第２右側仮想信号を結合し、前記第１、第２仮想信号のうち他の一つを形成するために第１、第２左側仮想信号を結合することを特徴とする請求項２８に記載の入力サウンド信号の再生方法。
【請求項３２】
前記第１及び第２仮想信号の間のクロストークを除去する過程は、
前記頭部伝達関数によって決定された係数を有するクロストークキャンセレーションフィルタを通じて、前記第１及び第２仮想信号を通過させることを特徴とする請求項２８に記載の入力サウンド信号の再生方法。
【請求項３３】
前記第１及び第２チャンネル信号が同一であるとき、前記第１及び第２チャンネル信号のうち一つの位相を変換する過程をさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載の入力サウンド信号の再生方法。
【請求項３４】
聴取者の位置を把握する過程と、
前記第１及び第２仮想信号を形成し、前記聴取者の位置によって前記第１及び第２仮想信号の間のクロストークを除去する過程とをさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載の入力サウンド信号の再生方法。
【請求項３５】
前記第１仮想信号と共に前記フィルタリングされた第１チャンネル信号を出力し、前記第２仮想信号と共に前記フィルタリングされた第２チャンネル信号を出力する過程は、
前記第１チャンネル信号と第１仮想スピーカを通じた前記第１仮想信号とに対応するサウンドを発生させ、
前記第２チャンネル信号と第２仮想スピーカを通じた前記第２仮想信号とに対応するサウンドを発生させることを特徴とする請求項２８に記載の入力サウンド信号の再生方法。
【請求項３６】
入力サウンド信号を再生する装置において、
第１及び第２ダイレクトフィルタ係数によって入力サウンド信号の第１及び第２チャンネル信号をそれぞれフィルタリングする第１、第２ダイレクトフィルタと、
前記入力第１及び第２チャンネル信号と頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）によって第１及び第２仮想信号を形成する第１及び第２バイノーラル部と、前記頭部伝達関数によって前記第１及び第２仮想信号の間のクロストークを除去するクロストークキャンセラとを備えるワイドニングフィルタと、
前記第１仮想信号とコンボリューションした前記フィルタリングされた第１チャンネル信号を出力する第１出力端子と、
前記第１仮想信号とコンボリューションした前記フィルタリングされた第２チャンネル信号を出力する第２出力端子と、備える入力サウンド信号再生装置。
【請求項３７】
前記第１ダイレクトフィルタ係数は、前記第１チャンネル信号の第１時間遅延及び第１大きさを含み、前記第２ダイレクトフィルタ係数は、前記第２チャンネル信号の第２時間遅延及び第２大きさを含むことを特徴とする請求項３６に記載の入力サウンド信号再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ再生システムに係り、特に、オーディオ再生機器から出力されるステレオサウンドを近接して配置された二チャンネルのスピーカのみを使用して広げるワイドステレオ再生方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なテレビの場合、本体の左右あるいは下部に二チャンネルのスピーカが付着されているため、聴取角度が狭い。したがって、ＤＶＤ／ＣＤ再生器あるいは一般テレビ放送により生じるステレオ効果が低下してモノサウンドのように聞こえる。特に、映画を視聴する際、狭いステレオサウンドステージは、映画の面白さを反感させて視聴者をして別途のスピーカシステム購買を誘発させる場合もある。
【０００３】
したがって、一般的なステレオ向上システムは、二つのスピーカのみを利用して正面でステレオサウンドを向上させる。
【０００４】
このようなステレオ向上システムに関連した技術が米国特許６，５９７，７９１  Ｂ１（ｆｉｌｅｄ  １５  Ｄｅｃ．１９９８  ｅｎｔｉｔｌｅｄ  ＡＵＤＩＯ  ＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴ  ＳＹＳＴＥＭ）に開示されている。
【０００５】
従来の文献を参照すれば、ステレオ向上システムは、ステレオイメージを生成するために、左右入力信号から発生した差信号成分を処理する。差信号成分は、低域及び高域の可聴周波数の増幅により特徴付けられた等化を通じて処理される。その処理された差信号は、左右入力信号、そして元の左右信号から発生した和信号と結合される。
【０００６】
しかし、従来のステレオ向上システムのほとんどは、クロストークキャンセル用のフィルタを設計し難いため、頭部伝達関数（Ｈｅａｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＨＲＴＦ）を使用せず、ステレオサウンドの右側チャンネルと左側チャンネルとの和および差を利用するか、または位相と大きさを調節した。したがって、従来のステレオ向上システムは、ＨＲＴＦを使用しないので、計算量が少なくて容易に具現できるが、音源の方向を認知するのに重要な役割を行う頭と耳介については考慮されておらず、性能が悪いという短所があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする技術的課題は、オーディオ再生機器から出力されるステレオサウンドステージを近接して配置された二チャンネルのスピーカのみを使用して広げるワイドステレオ再生方法を提供するところにある。
【０００８】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記ワイドステレオ再生方法を適用して、オーディオ再生機器から出力されるステレオサウンドステージを近接して配置された二チャンネルのスピーカのみを使用して広げるワイドステレオ装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記技術的課題を解決するために、本発明は、オーディオ再生機器のステレオ再生方法において、（ａ）ステレオチャンネル音源信号に対して所定の位置で測定したＨＲＴＦを利用して、任意の位置に対する仮想音源に形成させ、前記ＨＲＴＦを反映したフィルタ係数に基づいて、前記仮想音源のクロストークをキャンセリングするワイドニングフィルタリング過程と、（ｂ）前記ステレオチャンネルの音源信号と前記クロストークキャンセリングされた仮想音源との間の信号特性を調整するダイレクトフィルタリング過程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
前記の他の技術的課題を解決するために、本発明は、オーディオ再生機器のステレオ再生方法において、ステレオチャンネルにサウンドを入力する過程と、前記ステレオチャンネルの音源信号を仮想音源に形成してクロストーク成分を除去し、前記仮想音源と実際音源との間の信号特性を調整するパノマラフィルタリング過程とを含み、
前記パノマラフィルタリングは、
ｙＬ＝Ｐ１１（ｚ）Ｌ＋Ｐ１２（ｚ）Ｒ
ｙＲ＝Ｐ２１（ｚ）Ｌ＋Ｐ２２（ｚ）Ｒになり、ここで、Ｌ、Ｒは、左右入力信号であり、ｙＬとｙＲは、左右出力信号であり、各フィルタ係数Ｐ１１（ｚ）、Ｐ１２（ｚ）、Ｐ２１（ｚ）、Ｐ２２（ｚ）は、
【００１１】
【数７】
2008502200.tif 000003
で計算され、
ここで、Ｗ（ｚ）は、
【００１２】
【数８】
2008502200.tif 000004
であり、Ｄ（ｚ）は、遅延時間と大きさを有するフィルタ係数ＤＬ（ｚ）、ＤＲ（ｚ）を備える対角マトリックスであることを特徴とする。
【００１３】
前記さらに他の技術的課題を解決するために、本発明は、ステレオサウンド再生装置において、ステレオチャンネル音源信号に対して所定の位置で測定した測定されたＨＲＴＦを利用して、任意の位置で仮想の音源に形成するバイノーラル合成手段と、実際のスピーカ配置角度情報によるフィルタ係数に基づいて、前記バイノーラル合成手段で形成された仮想音源のクロストークをキャンセリングするクロストークキャンセラ手段と、前記ステレオチャンネルの音源信号と前記クロストークキャンセリングされた仮想音源との間の信号の大きさ及び時間遅延をフィルタ係数を利用して調整するダイレクトフィルタ手段とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、バイノーラル合成部とクロストークキャンセラとをコンボリューションしてワイドニングフィルタとして具現することによって、計算量を大幅に減らすことができる。また、ＨＲＴＦを使用した仮想のスピーカだけでなく、実際にスピーカを通じて声が出力されるように設計する。このとき、仮想のスピーカのためのワイドニングフィルタと実際のスピーカのためのダイレクトフィルタとを別に計算せず、二フィルタが予め加えられた行列であるパノマラフィルタに設計される。また、各フィルタは、最適の性能が引き出されるように設計した後、多様な聴取実験を通じて最適の性能を維持し、周波数サンプリングを適用することによって、最適の性能を発揮しつつ計算量を最小化させた。したがって、本発明は、２個のスピーカ間隔が狭い製品（テレビ、パソコン、ノード型パソコン、携帯電話など）に適用時にステレオサウンドステージを広げるので、聴取者が別途のスピーカセットを購入しなくても向上したステレオ効果を感じることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明する。
【００１６】
図１は、本発明によるワイドステレオサウンド再生装置の全体ブロック図である。図１のステレオサウンド再生装置は、ワイドニングフィルタ１２０、左右ダイレクトフィルタ１４０、１５０から構成される。ここで、左右バイノーラル合成部１２２、１２４とクロストークキャンセラ１２８とをコンボリューションして一つのワイドニングフィルタ１２０として具現できる。また、ワイドニングフィルタ１２０と左右ダイレクトフィルタ１４０、１５０とをコンボリューションして一つのパノマラフィルタ１００として具現できる。
【００１７】
図１を参照するに、左右バイノーラル合成部１２２、１２４は、二チャンネルの音源信号を所定の位置で測定した頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を利用して、任意の位置に対する仮想音源に形成する。すなわち、左右バイノーラル合成部１２２、１２４は、ＨＲＴＦを利用して仮想のスピーカを正面で対称的に配置させる。聴取者の正面を中心に左側を−、右側を＋角度と定義する。このとき、聴取者の正面を中心に−３０°で測定した左右ＨＲＴＦ、または＋３０°で測定した左右耳に対するＨＲＴＦと入力されるステレオチャンネルの音源信号とをコンボリューションする。したがって、−３０°左耳に対するＨＲＴＦとコンボリューションした信号と＋３０°左耳に対するＨＲＴＦとコンボリューションした信号とが合わせられて、右側仮想のスピーカ１８２に出力され、−３０°右耳に対するＨＲＴＦとコンボリューションした信号と＋３０°右耳に対するＨＲＴＦとコンボリューションした信号とが合わせられて、左側仮想のスピーカ１９２に出力される。
【００１８】
クロストークキャンセラ１２８は、左右バイノーラル合成部１２２、１２４で形成された仮想音源のクロストークを、前記ＨＲＴＦを反映したフィルタ係数に基づいてキャンセリングする。すなわち、クロストークキャンセラ１２８は、左側（右側）スピーカで再生される信号が聴取者の右耳（または左耳）で聞こえないように、両信号のクロストークをキャンセリングする。
【００１９】
左右ダイレクトフィルタ１４０、１５０は、二チャンネルの音源信号と、クロストークキャンセラ１２８でクロストークキャンセリングされた仮想音源信号との間のレベル大きさと時間遅延を調整する。すなわち、左右ダイレクトフィルタ１４０、１５０は、仮想のスピーカ１８２、１９２の出力と実際のスピーカ１８０、１９０の出力との間の時間遅延と信号レベルとの差を調整して、自然な音を生成する。
【００２０】
最終的に、左右ダイレクトフィルタ１４０、１５０でフィルタリングされた二チャンネルの音源信号と、ワイドニングフィルタ１２０でフィルタリングされた仮想音源信号とが合わせられて、それぞれ左右スピーカ１８０、１９０に出力される。
【００２１】
したがって、左右実際のスピーカ１８０、１９０は、左右ダイレクトフィルタ１４０、１５０により調整された２−チャンネルオーディオ信号と、左右仮想オーディオ信号とを出力する。したがって、聴取者は、左右実際のスピーカ１８０、１９０から調整された２チャンネルオーディオ信号を聞く。そして、聴取者は、左右ダイレクトフィルタ１４０、１５０の出力とワイドニングフィルタ１２０の左右仮想オーディオ信号とが、左右実際のスピーカ１８０、１９０を通じて出力されても、左右仮想のスピーカ１８２、１９２から左右仮想オーディオ信号を聞く。
【００２２】
図２は、図１のステレオ再生装置を具現するフローチャートである。
【００２３】
音源と鼓膜との間の音響学的な伝達関数をＨＲＴＦという。このようなＨＲＴＦは、両耳間の時間差と両耳間のレベル差、耳介の形状を含んで、声が伝えられてきた空間の特性を表す多くの情報が含まれている。特に、ＨＲＴＦは、上下の音像定位に決定的な影響を及ぼす耳介に関する情報を含み、その耳介に対するモデリングが容易ではないため、主に測定を通じて得られる。
【００２４】
まず、仮想のスピーカの配置角度を選定して（２１２）、バイノーラル合成による仮想のスピーカ１８２、１９２を配置する（２１６）。各位置で測定したＨＲＴＦデータベースを使用すれば、スピーカ１８０、１９０及び／または仮想のスピーカ１８２、１９２に対して任意の位置に仮想の音源を形成できる。例えば、＋３０°の位置に仮想の音源を形成させるためには、＋３０°で測定したＨＲＴＦと実際音源とをコンボリューションさせれば、音源が＋３０°に位置したような定位感を形成させることができる。ステレオサウンドステージを広げるために、２Ｎ個の仮想のスピーカを前方に対称的に配置する。このとき、右側に位置したＮ個の仮想のスピーカを通じてはスレレオサウンドの右側チャンネル信号を、左側に位置したＮ個の仮想のスピーカを通じてはステレオサウンドの左側チャンネル信号を通過させる。
【００２５】
２個の仮想のスピーカを配置するためには、図３に示すように、左側の仮想のスピーカ１８２と両耳間の２個のＨＲＴＦ、右側の仮想のスピーカ１９２と両耳間の２個のＨＲＴＦ、総４個のＨＲＴＦが必要である。したがって、２Ｎ個の仮想のスピーカを配置するためには、４Ｎ個のＨＲＴＦが必要である。これは、大きさ２の正方行列の和として表すことができるので、式（１）のように計算すれば、総４個のＨＲＴＦのみを必要とするので、計算量を大幅に減らすことができる。
【００２６】
【数９】
2008502200.tif 000005
ここで、ＬＬｉ（ｚ）は、左側ｉ番目の仮想のスピーカと左耳との間のＨＲＴＦ、ＲＬｉ（ｚ）は、右側ｉ番目の仮想のスピーカと左耳との間のＨＲＴＦ、ＬＲｉ（ｚ）は、左側ｉ番目の仮想のスピーカと右耳との間のＨＲＴＦ、ＲＲｉ（ｚ）は、右側ｉ番目の仮想のスピーカと右耳との間のＨＲＴＦを表す。
【００２７】
そして、実際のスピーカ１８０、１９０が配置された角度に関する情報が決定される（２１４）。実際のスピーカ配置角度情報を利用して、性能が最適化されたＩＩＲフィルタ基盤のクロストークキャンセラを設計する（２１８）。二つのスピーカを通じて再生すれば、二つのスピーカと両耳との間でクロストーク現象が発生して性能が低下する。これを解決するために、クロストークキャンセラが必要である。図４は、クロストークキャンセラのブロック図である。図４を参照するに、ｄ（ｚ）は、バイノーラル合成された信号であり、ｕ（ｚ）は、スピーカの出力であり、ｅ（ｚ）は、最小化されるべき誤差である。Ｈ（ｚ）は、二つのスピーカと両耳間の伝達関数行列（大きさ２の正方行列）であり、クロストークキャンセル用の行列Ｃ（ｚ）は、Ｈ（ｚ）の逆行列になるように設計する。Ａ（ｚ）は、因果性を満足させるための純粋遅延フィルタ行列である。Ｈ（ｚ）は、一般的にＦＩＲフィルタの形態であるので、Ｈ（ｚ）の逆行列であるＣ（ｚ）は、ＩＩＲフィルタ形態を有することが最適であるが、安全性の問題から一般的にＦＩＲフィルタの形態に近似化される。この場合、ＦＩＲフィルタが高差である場合に近似化がうまく行われるが、ハードウェア的な限界から低次のＦＩＲフィルタと仮定して近似化をするので、正確なＣ（ｚ）を得ることが困難である。したがって、本発明では、ＩＩＲフィルタをＦＩＲフィルタに変換し、フィルタの次数を最適化する部分があるので、最適化されたＩＩＲフィルタをクロストークキャンセラに適用できる。ＩＩＲフィルタ形態のクロストークキャンセル用の行列Ｃ（ｚ）は、安定な部分と不安定な部分とに分ける。このとき、安定した部分は、ＩＩＲフィルタで構成し、不安定した部分は、ＦＩＲフィルタで設計する。そして、両部分をコンボリューションして一つの安定したＩＩＲフィルタで設計する。
【００２８】
次いで、バイノーラル合成に影響を及ぼす仮想のスピーカの数と位置は予め決定され、クロストークキャンセラに影響を及ぼす実際のスピーカの位置も予め決定される。したがって、バイノーラル合成とクロストークキャンセラとを掛算してＩＩＲフィルタに基づいた一つのワイドニングフィルタを設計する（２２２）。仮想のスピーカが２Ｎである場合、バイノーラル合成部分は、大きさ２である正方行列であり、クロストークキャンセラ部分も大きさ２の正方行列であるので、ワイドニングフィルタは、二つの行列をかけた形態である大きさ２の正方行列となる。このとき、ワイドニングフィルタは、式（２）のように求められる。
【００２９】
【数１０】
2008502200.tif 000006
ここで、Ｗ（ｚ）は、ワイドニングフィルタ行列であり、Ｃ（ｚ）は、クロストークキャンセレーション行列であり、ＬＬ（ｚ）、ＬＲ（ｚ）は、聴取者の左側に配置する仮想のスピーカの角度に該当するＨＲＴＦの和であり、ＲＬ（ｚ）、ＲＲ（ｚ）は、聴取者の右側に配置する仮想のスピーカの角度に該当するＨＲＴＦの和である。
【００３０】
しかし、クロストークキャンセラがＩＩＲフィルタに基づいて最適化されているので、ワイドニングフィルタも同様に次数が高くなって、リアルタイムで最適のフィルタに具現するには困難さがある。したがって、ワイドニングフィルタは、次数を最小化するために周波数サンプリング方法を使用して、ＩＩＲフィルタをＦＩＲフィルタ形態に変換する（２２４）。このとき、周波数サンプリング方法を利用して周波数領域で周波数間隔を調節して、ＦＩＲフィルタの次数に調節できる。このとき、聴取テストを通じて性能が低下しない最小のフィルタ次数を決定する。
【００３１】
次いで、聴取実験を通じた性能評価を実施する（２２６）。このとき、性能評価が完了すれば、実際のスピーカと仮想のスピーカとの間の時間遅延及び出力レベルを補正するダイレクトフィルタを設計する（２２８）。すなわち、ステレオサウンドがワイドニングフィルタを通過して２個のスピーカを通じて再生されれば、前方に広く配置した仮想のスピーカを通じて音がするように感じられる。この場合、仮想のスピーカの数と位置によって、ステレオサウンドが広くなるが、仮想のスピーカが位置していない正面中央での音が空いているように感じられるので、聴取者は、不安感と共に音色が変質した不自然な声を聞くようになる。これを解決するために、ダイレクトフィルタを定義して、実際のスピーカを通じても声を出力させる。ダイレクトフィルタは、実際のスピーカと仮想のスピーカの出力の大きさ及び時間遅延を調整する。ダイレクトフィルタの時間遅延は、音色を変えないために、予め設計されたワイドニングフィルタの時間遅延と合わせる。ダイレクトフィルタは、実際のスピーカ１８０、１９０と仮想のスピーカ１８２、１９２との間の出力レベルの比を決定する。したがって、ダイレクトフィルタは、ステレオサウンドが分離される程度を調整することができる。極端な場合に、ダイレクトフィルタの大きさが０に近ければ、仮想のスピーカのみを通じて音が再生されるので、ステレオサウンドステージが広くなる一方、正面中央での音が空き、ダイレクトフィルタの大きさが非常に大きければ、実際のスピーカのみを通じて声が再生されるので、ワイドステレオ効果がなくなる。したがって、数多くの聴取実験を通じてダイレクトフィルタの大きさを決定しなければならない。図５は、ダイレクトフィルタ行列Ｄ（ｚ）とワイドニングフィルタ行列Ｗ（ｚ）との関係を示す。ここで、ワイドニングフィルタは、入力されるステレオサウンドを仮想音源に形成して仮想のスピーカに出力させ、ダイレクトフィルタＤ（ｚ）は、入力されるステレオサウンドと仮想音源との信号特性を調節して実際のスピーカに出力させる。
【００３２】
次いで、ワイドニングフィルタ行列とダイレクトフィルタ行列とをコンボリューションして、パノマラフィルタを設計する（２３２）。すなわち、ワイドニングフィルタ行列Ｗ（ｚ）とダイレクトフィルタ行列Ｄ（ｚ）とを予め計算して、一つのフィルタ形態であるパノマラフィルタ行列Ｐ（ｚ）を求める。パノマラフィルタ行列Ｐ（ｚ）は、式（３）のように定義される。
【００３３】
Ｐ（ｚ）＝Ｗ（ｚ）＋Ｄ（ｚ）      （３）
行列の各要素は、次の式のように計算される。
【００３４】
【数１１】
2008502200.tif 000007
ここで、Ｐ（ｚ）とＷ（ｚ）行列の各要素は、ＦＩＲフィルタ係数であり、Ｄ（ｚ）は、純粋遅延時間と大きさを有するフィルタ係数ＤＬ（ｚ）、ＤＲ（ｚ）を備える対角マトリックスである。
【００３５】
図６は、ワイドステレオサウンドを具現するためのパノマラフィルタを示す図である。図６を参照するに、ステレオサウンドは、大きさ２のベクターであるので、大きさ２の正方行列形態であるパノマラフィルタ行列を通過すれば、二チャンネルのワイドステレオとして出力される。最後に、ワイドステレオＯＮ／ＯＦＦ時、最も自然で良い効果を示すために、パノマラフィルタ通過前後の信号の大きさを多様な聴取実験を通じて調整する。最終出力値は、式（５）によって求められる。Ｌ、Ｒは、二チャンネル左右入力信号であり、ｙＬとｙＲは、左右出力信号である。
【００３６】
ｙＬ＝Ｐ１１（ｚ）Ｌ＋Ｐ１２（ｚ）Ｒ
ｙＲ＝Ｐ２１（ｚ）Ｌ＋Ｐ２２（ｚ）Ｒ          （５）
次いで、聴取実験を通じた性能評価を実施する（２３４）。このとき、性能評価が完了すれば、ワイドステレオ具現を終了する（２３６）。したがって、最終的に図６のように、実際のスピーカ１８０、１９０と仮想のスピーカ１８２、１９２とを通じて聴取者にワイドステレオ効果を発生させる。
【００３７】
図７は、本発明によるモノサウンドに対するワイドステレオ再生装置のブロック図である。
【００３８】
一般的に、テレビ放送局では、モノサウンドに出力する場合が多い。本発明によるパノマラフィルタ行列は、式（４）のように対称的な構造である。したがって、モノサウンドをパノマラフィルタを通過させれば、同じ信号がスピーカに再生される。これにより、モノサウンドを図６の装置に入力すれば、仮想のスピーカが正面中央に形成されて、ステレオ効果がなくなる。本発明において一つのチャンネルに入力されるモノオーディオ信号は、１８０°に位相変換する位相変換器７１０を通じて二チャンネルのオーディオ信号に変換する。入力されるモノオーディオ信号と１８０°位相変換されたモノオーディオ信号とが最適のフィルタで予め設計されたパノマラフィルタ１００に入力される。モノサウンドから生成されるステレオサウンドは、式（６）のように表される。
【００３９】
Ｌ＝Ｍ，Ｒ＝−Ｍ        （６）
ここで、Ｌは、左チャンネルであり、Ｒは、右チャンネルであり、Ｍは、モノ信号である。
【００４０】
図８は、本発明による適応的ワイドステレオサウンド再生システムを示すブロック図である。
【００４１】
本発明によるワイドステレオ技術を利用する場合、聴取者は、特定の位置にいて初めて最適の性能が感じられる。一般的に、聴取者の位置は限定されていないので、聴取者の位置に関係なく最適のワイドステレオ性能を得る必要がある。したがって、本発明では、聴取者の位置をリアルタイムで把握して、各位置によって予め設計されたフィルタ係数を利用してワイドステレオサウンドを再生する。
【００４２】
図８を参照するに、まず、聴取者の位置によって最適化されたパノマラフィルタ係数Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２を予め計算する。そして、このパノマラフィルタ係数はルックアップテーブル
形態にフィルタ係数テーブル部８２０に保存される。位置把握部８１０は、周知の技術である虹彩認識技術を利用して聴取者の位置を把握する。位置把握部８１０は、紅彩認識技術を使用するのに限定されず、ユーザの位置をさまざまに決定する。制御部８３０は、位置把握部８１０で把握された聴取者の位置に該当するフィルタ係数Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２をフィルタ係数テーブル部８２０から読み出してパノマラフィルタ２００に出力する。パノマラフィルタ装置２００は、フィルタ係数テーブル部８２０に保存されたフィルタ係数を適用して、入力される二チャンネルのオーディオ信号に対するステレオサウンドを発生させる。したがって、ステレオ再生システムは、ステレオ効果を聴取者の位置によって適応的に拡大できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体にコンピュータで読み取り可能なコードとして具現することが可能である。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み取られうるデータが保存されるあらゆる種類の記録装置を含む。コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、フラッシュメモリ、光データ記録装置などがあり、またキャリアウェーブ（例えば、インターネットを介した伝送）の形態で具現されるものも含む。また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークに連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式でコンピュータで読み取り可能なコードとして保存かつ実行されうる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明によるワイドステレオサウンド再生装置の全体ブロック図である。
【図２】図１のステレオ再生装置を具現するフローチャートである。
【図３】図１のバイノーラル合成部の詳細ブロック図である。
【図４】図１のクロストークキャンセラの詳細ブロック図である。
【図５】図１のダイレクトフィルタとワイドニングフィルタとの行列関係を示すブロックである。
【図６】図１のパノマラフィルタの詳細ブロック図である。
【図７】本発明によるモノサウンドに対するワイドステレオサウンドを具現するブロック図である。
【図８】本発明による適応的ワイドステレオサウンドを具現するためのブロック図である。
【図１】
2008502200.tif 000014
【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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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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