(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想音源位置に配置されたスピーカから測定用音声を出力し、第一の閉曲面上に外向きに配される複数個の第１の指向性マイクロホンの各々によって前記測定用音声を検出し、前記検出された測定用音声によって得られた伝達関数である第一の伝達関数を記憶する、第一の記憶手段と、
前記第一の閉曲面上に内向きに配される複数個のスピーカの各々によって、測定用音声を出力し、前記第一の閉曲面の内側に配置される第二の閉曲面上に外向きに配される複数個の第２の指向性マイクロホンの各々によって、前記測定用音声を検出し、前記検出された測定用音声によって得られた伝達関数である、第二の伝達関数を記憶する第二の記憶手段と、
入力された音声信号に対して前記第一の伝達関数と前記第二の伝達関数とを掛け合わせる演算処理手段と、
前記複数個の第２の指向性マイクロホンの各々が配置された第二の閉曲面上の位置と同位置に各々が配置され、前記演算処理手段で得られる音声信号が供給される複数個のスピーカと、
を備え、
前記第二の閉曲面上に配置される複数個のスピーカの個数は、３個以上とされる、音声信号処理装置。
【請求項２】
前記第一の閉曲面が円形とされる請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項３】
前記第二の閉曲面上に５個のスピーカが配置され、
前記５個のスピーカの各々には、センターフロント信号、フロントライト信号、リアライト信号、リアレフト信号、フロントレフト信号が各々供給されて、５チャンネルステレオとされる請求項１に記載の音声信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声信号処理方法、音声信号処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば映画、音楽などのコンテンツを視聴する場合、再生音声に臨場感を与えるために、残響を付加することが行われている。
残響付加処理としては、いわゆるデジタルリバーブ方式が知られている。このデジタルリバーブ方式は、原音に対してランダムなディレイタイムとされるディレイ情報を多数発生させ、さらに、ディレイタイムが長くなるほど音量を小さくしたり、ディレイタイムの長い箇所でフィードバックを掛けて残響時間を長くとる等の信号処理を行うものである。これにより原音に対して人工的に残響効果を生成することができる。しかし、ディレイ情報を生成するためのパラメータは、そのパラメータの設定を行う作業者の聴感に基づいて設定されるので、この設定作業は繁雑なものとなる。また、人工的に残響を作り出すことから原音を定位させるという概念がなく、音場の再現に優れたものではない。
【０００３】
また、実際に音場空間においてインパルス応答の測定を行って、音源の定位などの空間情報に基づいて残響効果を得るための手法として、例えばサンプリングリバーブ方式が知られている。
このサンプリングリバーブ方式は、例えば図２５に示されているように、例えばホールなどの測定環境（測定音場）９０に、音源として測定用のスピーカ９１等を配置する。そして、この測定用スピーカ９１にタイムストレッチトパルスなどとされるインパルス応答測定用の音声信号ＴＳＰを供給して、同じ音場内の所要の位置に配置された１または複数の測定用マイク９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄに対して、測定用スピーカ９１から出力される測定用音声を入力させる。この場合、図２６に矢印で示されているように、測定マイク９２ａでは、測定用スピーカ９１からの直接音、及び測定用スピーカ９１から出力され測定環境内で反射した反射音を検出することができる。なお、図示は省略しているが、測定マイク９２ｂ、９２ｃ、９２ｄについても同様である。
そして、インパルス応答測定装置９３で測定用マイク９２（ａ〜ｄ）から入力された音声信号波形に所要の信号処理を施すことで、その測定環境９０の残響を含むインパルス応答（測定用スピーカから測定用マイクまで）を測定して伝達関数を求める。この図では、各測定用マイク９２（ａ〜ｄ）に対応する伝達関数を、それぞれＨｆｌ、Ｈｆｒ、Ｈｂｌ、Ｈｂｒとしている。
【０００４】
このようにして測定環境９０で求めた伝達関数を用いて、音声信号の生成を行う場合は、例えば図２７に示されているようにする。
図示されているように家庭の部屋などの再生環境１００に再生用スピーカ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄを配置して、各再生用スピーカ１０１（ａ〜ｄ）に対して、音声再生手段１０２によってコンテンツの再生信号を供給する。そして音声信号再生部１０２によって再生された音声信号に対して、それぞれ伝達関数Ｈｆｌ、Ｈｆｒ、Ｈｂｌ、Ｈｂｒに対応するインパルス応答を畳み込んで再生用スピーカ１０１（ａ〜ｄ）に供給することで、再生環境１００において測定環境９０と同様の残響効果を得ることができる。このように、サンプリングリバーブ方式は、実際に測定した伝達関数を用いるので、再生時における音場の再現性に優れたものとされる、また再生音場における音像定位が明確なものとなる。
【０００５】
さらに、測定環境９０おける測定用マイク９２（ａ〜ｄ）と、再生環境１００における再生用スピーカ１０１（ａ〜ｄ）の配置位置を幾何学的に対応させると、再生音場において再生用スピーカに囲まれた領域（閉曲面内）では、測定音場の音源の定位（音像定位）が明確に再現される。つまり、残響効果を得ることができるのに加えて、測定環境９０の音場を再現することも可能となる。
【０００６】
なお、実際に音場空間の測定データを用いる方法としては、上記したサンプリングリバーブ方式以外にも、例えば仮想音源に見立てた反射成分を解析して残響効果を得るようにしている近接４点法が知られている。
近接４点法は、同一平面上にない４点においてインパルス応答を測定して、音源の空間位置情報とその大きさを算出する方法とされる。この近接４点法によれば、測定を行った音場空間内における任意の位置でのインパルス応答は、音源の空間情報、及び音源の大きさと位置から算出することができる。したがって、このように求められたインパルス応答を音声信号に畳み込むことで、測定を行った音場空間と同等の残響付加を実現することができる。
但し、この近接４点法は、もともと解析のための手法である。このため、インパルス応答を測定した音源の空間情報、及び音源の大きさと位置から人工的に作成する際には、音源の大きさ、数を任意の閾値で制限する必要がある。したがって、音場空間の響きを再現する品質としては、サンプリングリバーブ方式と比較して高いものではない。しかし、測定を行った音場空間中における任意の点のインパルス応答を、演算処理によって求めることができるので、再生環境におけるスピーカの配置や数に対して柔軟に対応することができるという利点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２６２０９７号公報
【特許文献２】実開平０６−０６６２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、最近では多チャンネル（３チャンネル以上）による音声信号によって音声が構成されるコンテンツが増えている。したがって例えば家庭などの再生環境においても３個以上の再生用スピーカにより音声を再生するシステムが普及している。
しかし、このような再生システムにおいて、例えばサンプリングリバーブ方式によって測定環境を再現する場合、再生環境１００の再生用スピーカ１０１（ａ〜ｄ）の数や配置（設置状態）を考慮して伝達関数を求めなければならない。したがって測定環境９０においては、測定用マイク９２（ａ〜ｄ）の数や配置を変えながら、再生環境１００で用いられる複数の再生システムを想定した測定を行うことが必要になる。また、再生用スピーカ１０１（ａ〜ｄ）の設置状態が異なる新規の再生システムが構築された場合、その都度その再生システムに対応した測定を行う必要がある。
このため、測定環境（例えばホールなど）において測定に要する費用や時間が浪費されることになる。
【０００９】
そこで、再生用スピーカの設置状態に対して柔軟、且つ測定音場の残響特性を再現することができるようにすることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はこのような問題点を解決するために、第一の閉曲面の外側に配される第一の音源から第一の音声を発音する第一の発音工程と、前記第一の閉曲面上における複数の位置で前記第一の音声の音声信号を測定する第一の測定工程と、前記第一の測定工程によって測定された音声信号に基づいて、前記第一の音源から前記第一の閉曲面上の前記複数の位置までのそれぞれに対応した第一の伝達関数を生成する伝達関数生成工程と、前記第一の閉曲面における前記複数の位置と幾何学的に同等な位置に第二の音源を配置して、前記第一の伝達関数に基づいた第二の音声を発音する第二の発音工程と、前記第一の閉曲面の内側に配される第二の閉曲面上における複数の位置で前記第二の音声の音声信号を測定する第二の測定工程と、前記第二の測定工程によって測定された音声信号に基づいて、前記第二の音源から前記第二の閉曲面における前記複数の位置までのそれぞれに対応した第二の伝達関数を生成する伝達関数生成工程と、入力した音声信号に対して、前記第二の伝達関数に基づく演算処理を施して音声信号を得る演算工程と、前記演算工程によって前記第二の伝達関数に基づいて得られた音声信号を出力する音声信号出力工程を備えて音声信号処理方法を構成する。
【００１１】
さらに、音声信号処理方法として、第一の閉曲面の外側に配される第一の音源から第一の音声を発音する第一の発音工程と、前記第一の閉曲面上における複数の位置で、前記第一の音声の音声信号を測定する第一の測定工程と、前記第一の測定工程によって測定された音声信号に基づいて、前記第一の音源から前記第一の閉曲面上の前記複数の位置までのそれぞれに対応した第一の伝達関数を生成する伝達関数生成工程と、前記第一の閉曲面における前記複数の位置と幾何学的に同等な位置に第二の音源を配置して、前記第一の伝達関数に基づいた第二の音声を発音する第二の発音工程と、前記第一の閉曲面の内側に配される第二の閉曲面上における複数の位置で前記第二の音声の音声信号を測定する第二の測定工程と、前記第二の測定工程によって測定された音声信号に基づいて、前記第二の音源から前記第二の閉曲面における前記複数の位置までのそれぞれに対応した第二の伝達関数を生成する伝達関数生成工程と、入力した音声信号に対して、前記第一の伝達関数に基づいた演算処理を施す第一の演算工程と、前記第一の演算工程で前記第一の伝達関数に基づいた演算処理を施されて得られた音声信号に対して、前記第二の伝達関数に基づいた演算処理を施す第二の演算工程と、前記第二の演算工程によって前記第二の伝達関数に基づいた信号処理を施されて得られた音声信号を出力する音声信号出力工程を備える。
【００１２】
また、音声信号処理装置として、伝達関数を記憶する記憶手段と、入力された音声信号に対して、前記記憶手段に記憶される伝達関数に基づいた演算処理を行う演算処理手段と、前記演算処理手段で得られた音声信号を出力する出力手段を備え、前記伝達関数は、前記音声信号を再生定位すべき仮想音源位置から、第一の閉曲面上における第一の複数の位置までの第一の伝達関数と、前記第一の複数の位置のそれぞれから、前記第一の閉曲面と幾何学的に同等な閉曲面の内側に配される第二の閉曲面上における第二の複数の位置までの第二の伝達関数に基づいて求められる伝達関数とする。
【００１３】
さらに、音声信号処理装置としては、第一の伝達関数を記憶する第一の記憶手段と、第二の伝達関数を記憶する第二の記憶手段と、入力された音声信号に対して、前記第一の記憶手段に記憶される第一の伝達関数に基づいた演算処理を行う第一の演算処理手段と、前記第一の演算処理手段で得られた音声信号に対して、前記第二の記憶手段に記憶される第二の伝達関数に基づいた演算処理を行う第二の演算処理手段と、前記第二の演算処理手段で得られた音声信号を出力する出力手段を備え、前記第一の伝達関数は、前記音声信号を再生定位すべき仮想音源位置から、第一の閉曲面上における第一の複数の位置までの伝達関数であって、前記第二の伝達関数は、前記第一の複数の位置のそれぞれから、前記第一の閉曲面と幾何学的に同等な閉曲面の内側に配される第二の閉曲面上における第二の複数の位置までの伝達関数とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、測定環境の音場に基づいて第一の伝達関数を求め、さらに再現環境において前記第一の伝達関数に基づいて信号処理された音声信号を再生することで、前記再現環境において前記測定環境の音場（例えば残響、音像定位）を再現することができる。さらに、前記再現環境において、測定環境と同等の音場条件で再生環境に配置される再生用スピーカに対応した第二の伝達関数を求めることができるようになる。
したがって、測定環境で第一の伝達関数を求めた後は、前記再生用スピーカに対応した第二の伝達関数を再現環境で求めることができるようになり、前記測定環境での作業効率を向上することができる。
【００１５】
また、第一の伝達関数と第二の伝達関数を別途求めて個別に管理することで、測定環境の音場と再現環境における測定再生用スピーカの配置を独立して選択することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の本実施の形態の音声再生システムにおける測定環境について説明する図である。
【図２】本実施の形態の音声再生システムにおける再現環境における再現音声の再生系について説明する図である。
【図３】再現環境について説明する図である。
【図４】再現環境の第一閉曲面の内側においてインパルス応答を測定する例を説明する図である。
【図５】再現環境の第一閉曲面の内側においてインパルス応答を測定する例を説明する図である。
【図６】再現環境における仮想スピーカの伝達関数について説明する図である。
【図７】再生環境における５チャンネルステレオ音声の再生系について説明する図である。
【図８】再生環境における再生用スピーカの配置を説明する図である。
【図９】再生環境において第二閉曲面内を聴取位置とした場合の残響音場、及び音像定位を説明する図である。
【図１０】再生環境の第一閉曲面において伝達関数Ｇを求める例を説明する図である。
【図１１】再生環境において測定環境の音場を再現する場合の手順を説明するフローチャートを示す図である。
【図１２】伝達関数Ｈと伝達関数Ｇを個別に管理して行列演算を行う場合の手順を説明するフローチャートを示す図である。
【図１３】５チャンネルステレオの再生環境を説明する図である。
【図１４】５チャンネルステレオの信号Ｄ（Ａ〜Ｅ）に伝達関数Ｔ（Ａ〜Ｅ）に基づく演算処理を行う音声信号処理装置の構成例を説明する図である。
【図１５】測定環境としての映画館においてスピーカから測定用マイクまでの伝達関数を説明する図である。
【図１６】再生環境において再現される測定環境の残響、及び音像定位について説明する図である。
【図１７】仮想スピーカと再現用スピーカの位置関係を説明する図である。
【図１８】測定環境の壁からの反射情報の回転を説明する図である。
【図１９】第二閉曲面内において移動する仮想的な音像を作成する例を示す模式図である。
【図２０】仮想的な音像を移動させる音声信号を生成する音声信号処理装置の構成例を説明する図である。
【図２１】自動車の室内に配置される再生用スピーカを説明する図である。
【図２２】測定環境において自動車の例えば外観を囲むことができるような立体を想定した第一閉曲面を示す図である。
【図２３】再現環境において図２２に示した測定環境を再現する例を説明する図である。
【図２４】伝達関数に基づいて自動車室内に設置されている再生用スピーカに供給する再生信号を生成する音声信号処理装置の構成例を説明する図である。
【図２５】サンプリングリバーブ方式について説明する図である。
【図２６】測定用スピーカから出力される測定用音声の説明図である。
【図２７】測定環境で求めた伝達関数を用いて音声信号の生成を行う例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を以下に示す順序で説明する。
１．１個の仮想スピーカの再現
２．複数の仮想スピーカの再現
３．円形対称性を利用する例
４．仮想音源の移動において円形対称性を利用する例
５．カーオーディオシステム
【００１８】
なお、本明細書において、特に断らなければ、音声信号に対する「伝達関数に基づく演算処理」とは、伝達関数に対応するインパルス応答を、その音声信号に対して畳み込み積分処理を施すことや、その音声信号を周波数領域に変換して、その伝達関数との乗算処理を施すことを示すものとする。前者の処理は、例えばＦＩＲ（finite impulse response）フィルタとして実現でき、後者はＦＦＴ（fast Fourier transform）演算を施して実現できることはもちろんである。
【００１９】
１．１個の仮想スピーカの再現
図１は、本実施の形態の音声再生システムにおける、測定環境について説明する模式図である。
例えばホール等とされる測定環境１には、例えば当該測定環境１の壁に近接しない位置に、半径Ｒ＿ｂｎｄとなる円周上に、測定用マイク４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｋ、４ｌ、４ｍ、４ｎ、４ｏ、４ｐを配置する。本実施の形態では、これら測定用マイク４（ａ〜ｐ）が配置される半径Ｒ＿ｂｎｄとなる円周を、第一の音場とされる第一閉曲面１０として示す。
各測定用マイク４（ａ〜ｐ）は、その指向性を第一閉曲面１０の法線方向に向かって外側に向けるものとする。なお、本明細書における以降の説明においてもマイクに示される矢印は、その指向性を示すものとする。
また、第一閉曲面１０の中心から半径Ｒ＿ｓｐとなる位置に、音源として測定用スピーカ３を配置する。この測定用スピーカ３に対しては、例えば測定信号再生手段２から測定信号ＴＳＰが供給される。この測定用スピーカ３は、後述する再生環境における仮想スピーカを再現するために備えられることから、その指向性や周波数特性は、再生環境における聴取者に対する聴感を想定したものとすることが望ましい。
【００２０】
この測定環境１０における測定は、測定用スピーカ３に測定信号ＴＳＰを供給して、測定用スピーカ３から出力された測定用音声を各測定用マイク４（ａ〜ｐ）入力させるようにするが、図１においては、測定用スピーカ３から測定用マイク４ａに至る音声の経路を模式的に示している。
各測定用マイク４（ａ〜ｐ）で検出された音声の音声信号は、図示していないインパルス応答測定装置に供給され、測定用スピーカ３から各測定マイク４（ａ〜ｐ）に対応したインパルス応答を測定する。このインパルス応答は、大きなホールなどでは５〜１０秒程度であることもあるが、小さなホールや響きの少ないホールなどではより短い時間長となることもある。この測定により、このインパルス応答に基づいた伝達関数を求めることができる。すなわち、図１には、測定用マイク４ａに対応した伝達関数Ｈａを求める場合の音声の経路が示されている。また、図示していないが、測定用マイク４ｂ〜測定用マイク４ｐに対応した伝達関数Ｈｂ〜Ｈｐを求めることができる。なお、インパルス応答の測定は、各測定用マイク毎に行ってもよいし、全ての測定用マイク４（ａ〜ｐ）に対して同時に行うようにしてもよい。また、測定用信号は、このＴＳＰ信号に限らず、擬似ランダム雑音や音楽信号などを用いてもよい。以降の説明においても、測定環境における測定用スピーカから測定用マイクまでの伝達関数は「Ｈ」とする。
【００２１】
このようにして、測定環境１０においては各測定用マイク４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ・・・、４ｐに対応した伝達関数Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｄ・・・、Ｈｐを求めることができる。そして、これらの伝達関数Ｈａ〜Ｈｐを用いることにより、測定環境１とは他の環境（再現環境）で当該測定環境１を再現することができるようになる。
まず、図２にしたがい、再現環境における再現音声の再生系について説明する。
再現信号生成装置５において、音声再生部６は例えば任意の音声信号Ｓを出力することができるようにされている。この音声再生部６から出力された音声信号Ｓは、演算部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ・・・、７ｎ、７ｏ、７ｐに供給される。演算部７（ａ〜ｐ）は、供給された音声信号Ｓに対して所要の演算処理を行って、測定環境１で求められた伝達関数Ｈａ〜Ｈｐに基づく演算処理を行う。これにより、演算部７（ａ〜ｐ）からは、音声信号Ｓに対して伝達関数に対応するインパルス応答が畳み込まれた再現信号ＳＨａ、ＳＨｂ、ＳＨｃ、ＳＨｄ・・・、ＳＨｎ、ＳＨｏ、ＳＨｐが出力される。そして、各再現信号ＳＨ（ａ〜ｐ）は、再生環境に配置されている再現用スピーカ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ・・・、８ｎ、８ｏ、８ｐに供給される。したがって、各再現用スピーカ８（ａ〜ｐ）からは、測定環境１における伝達関数Ｈ（ａ〜ｐ）に基づいた再現信号ＳＨ（ａ〜ｐ）による音声が出力される。
【００２２】
図３は再現環境について説明する模式図である。
再現環境１１は、例えば無響室や、残響の少ないスタジオなどとされる。
そしてこの再現環境１１に、図２に示した再現用スピーカ８（ａ〜ｐ）を配置する。この場合、再現用スピーカ８（ａ〜ｐ）は、図１に示した測定用マイク４（ａ〜ｐ）の配置位置に対応させ、半径Ｒ＿ｂｎｄで形成される第一閉曲面１２の外周上に内側に向けて配置される。つまり、再現用スピーカ８（ａ〜ｐ）、測定用マイク４（ａ〜ｐ）において同一の添え字（アルファベット）を付したもの同士が対応している。
なお、測定環境１における第一閉曲面１０と再現環境１１における第一閉曲面１２は、同一半径により形成される同等の閉曲面とされるが、便宜上異なる符号を付している。
そして、再現用スピーカ８（ａ〜ｐ）にそれぞれ再現信号ＳＨ（ａ〜ｐ）を供給することで、第一閉曲面１２の内側に居る聴取者は、図１に示した測定用スピーカ３から音声信号Ｓを再生した場合の音場が第一閉曲面の外側に擬似的に再現されているように感じることができる。
【００２３】
ここで、或る閉曲面内に音源がない場合、その音場を別の場所で正確に再現するためには、原音場と再生音場とで閉曲面の外周の音圧と法線方向の粒子速度を一致させればよいということが知られている（公知文献：電子情報通信学会編「音響システムとディジタル処理」（コロナ杜）を参照）。具体的には、閉曲面上に対をなす無指向性マイクロホンを多数設置し、演算処理を施すことにより、それぞれの点における音圧と粒子速度を測定する。このため、第一閉曲面１０では多数の測定用マイクを、法線方向に外側向けに設置し、第一閉曲面１２においてはこれらの測定用マイクに対応した位置に多数の再現用スピーカを配置することで、第一閉曲面１２の内側を視聴位置とした場合、聴取者は測定環境１に居る場合と同様の定位感や残響感を得ることができ、さらに、再現環境１１にはない測定用スピーカ３の位置に仮想音像を知覚することができるようになる。つまり、第一閉曲面１２の内側のいずれの聴取位置においても、その外側に測定環境１と同等の音場感を得ることができる。
しかし、上記のように、非常に多数のマイクロホンと多数の再現用スピーカを必要とすることは、実際に実現することは困難である。そこで、この出願の発明者は、指向性マイクロホン、例えば単一指向性マイクロホンの出力に音圧及び粒子速度成分が含まれることに着目して、限られた指向性マイクロホンと、それに対応する数の再現用スピーカでほぼ同様な音響効果が得られることを実験により確かめた。
【００２４】
このように、例えばホールなどの測定環境１における音場を、無響室などとされる再現環境１１で再現することができる。したがって、図１に示したように測定環境１におけるインパルス応答の測定を、例えば１回行っておくことで、その後測定データ（伝達関数）を用いることで、再現環境１１などとされる測定環境１以外の環境で、随時測定環境１１の音場を擬似的に再現することができるようになる。
これにより、測定環境１を想定したインパルス応答の測定を、第一閉曲面１２内において行うことができるようになり、測定環境１における測定作業を何度も行う必要がなる。つまり、測定環境１とされるコンサートホールにおける測定作業を効率よく行うことができるようになる。
【００２５】
図４、図５は、再現環境１１の第一閉曲面１２の内側において、この第一閉曲面１２の内側におけるインパルス応答を測定する例を説明する模式図である。
この場合、第一閉曲面１２の内側に、測定用マイク１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅを配置する。これらの測定用マイク１３（Ａ〜Ｅ）は、例えば家庭の部屋などとされる再生環境に配置される再生用スピーカに対応した配置状態をとるようにされる。すなわち、図示する例では例えば５チャンネルの再生用スピーカからなる再生システムを想定している。また、本実施の形態では、測定用マイク１３（Ａ〜Ｅ）を外周として形成される閉曲面を第二閉曲面１４ということとする。したがって、第二閉曲面１４の内側が聴取位置になる。
なお、第二閉曲面１４は再生環境における再生用スピーカの配置状態に対応するため、第一閉曲面１０、１２のように必ずしも円形状である必要はない。さらに、第二閉曲面１４は、第一閉曲面１０、１２の内側に形成される必要があるため、測定環境１において測定を行う場合は、第二閉曲面１４の広さを考慮して第一閉曲面１０、１２を形成することが望ましい。
また、測定用マイク１３（Ａ〜Ｅ）から出力される音声信号は、例えば図示していないインパルス応答測定手段に供給され、例えば所要の位相シフト処理などの演算処理によって伝達関数が求められる。
【００２６】
例えば図４に示されているように、各測定用スピーカ８（ａ〜ｐ）から測定用マイク１３Ａの伝達関数をＧ１Ａ、Ｇ２Ａ、Ｇ３Ａ・・・とし、さらに、図示は省略しているが、測定用マイク１３Ｂへの伝達関数をＧ１Ｂ、Ｇ２Ｂ・・・、測定用マイク１３Ｃへの伝達関数をＧ１Ｃ、Ｇ２Ｃ・・・、測定用マイク１３Ｄへの伝達関数をＧ１Ｄ、Ｇ２Ｄ・・・、測定用マイク１３Ｅへの伝達関数をＧ１Ｅ、Ｇ２Ｅ・・・、とする。以降の説明においても、再現環境における再現用スピーカから測定用マイクまでの伝達関数は「Ｇ」とする。
また、図５に示されているように、測定用スピーカ８ａから測定用マイク１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅへの伝達関数をＧ１Ａ、Ｇ１Ｂ、Ｇ１Ｃ、Ｇ１Ｄ、Ｇ１Ｅとし、同様に測定用スピーカ８ｂから測定用マイク１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅへの伝達関数をＧ２Ａ、Ｇ２Ｂ、Ｇ２Ｃ、Ｇ２Ｄ、Ｇ２Ｅとする。
さらに、上記した測定環境１においての伝達関数Ｈ（ａ〜ｐ）を含めた、仮想音像とされている測定環境１の測定用スピーカ３から測定用マイク１３（Ａ〜Ｅ）の伝達関数をＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＴＤ、ＴＥとする。以降の説明においても、再現環境において、仮想音像とされている測定環境の測定用スピーカから、当該再現環境の測定用マイクまでの伝達関数を「Ｔ」とする。
【００２７】
この場合、伝達関数ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＴＤ、ＴＥは、式１に示されているように表すことができる。
【数１】
0004775487.tif 000002
【００２８】
つまり、上記したように伝達関数Ｈ（ａ〜ｐ）によって、第一閉曲面１２内の聴取者にとっては第一閉曲面の外側には測定環境１の音場が再現されていると考えられるので、図６に示す第二閉曲面１４の測定用マイク１３（Ａ〜Ｅ）は、再現環境１１においては仮想音像とされる測定用スピーカ３から測定用音声が出力された状況と近似的に同じになる。
したがって、第二閉曲面１４の内側において、伝達係数ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＴＤ、ＴＥは、測定環境１において測定用スピーカ３から測定用音声を出力した場合の伝達関数と等価になる。
【００２９】
ところで、例えば測定環境１におけるＮ箇所の残響音場特性を、Ｍ種類の再生用スピーカの配置状態に対応させようとした場合、測定用スピーカ３をＮ箇所に配置して、再生用スピーカの配置状態に対応させてＮ回の測定を行う必要がある。すなわち、Ｎ×Ｍ回の測定を行う必要があった。しかし本発明では、再生用スピーカの配置状態に対応した測定は再現環境１１で行うので、測定環境１においてはＮ回の測定を行えばよい。
また、再生用スピーカの配置状態の種類が増えた場合、この配置状態に対応させてＮ箇所の測定環境１を再現させようとした場合、Ｎ箇所の測定環境１において測定を行う必要があった。したがって、測定環境１において測定を行う位置の数（Ｎ箇所）が多い場合は困難な作業となる、しかし、本発明では、Ｎカ所の測定環境１において伝達関数を求めておけば、再生用スピーカの配置状態の種類が増える毎に、再生環境１１において測定を行えばよい。したがって、新規の再生用スピーカの配置状態に対応させる場合でも、Ｎ箇所の測定環境に出かけていく必要がなく、効率のよい測定作業を行うことができるようになる。
【００３０】
次に、再現環境１１で得られた伝達関数ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＴＤ、ＴＥに基づいて、例えば家庭の部屋などとされる再生環境において、例えば５チャンネルステレオの音声を再生する例を説明する。
まず、図７にしたがい、再生環境における５チャンネルステレオ音声の再生系について説明する。
再生装置１５において、音声再生部１６は例えばディスクなどの記録媒体に記録されているコンテンツにおいて、音声信号を再生することができるようにされている。この音声再生部１６から出力された音声信号Ｓは、演算部１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅに供給される。演算部１７（ａ〜ｅ）は、供給された音声信号Ｓに対して所要の演算処理を行って、再現環境１１で求められた伝達関数ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＴＤ、ＴＥに基づく演算処理を行う。これにより、演算部１７（ａ〜ｅ）からは、音声信号Ｓに対して伝達関数に基づいて演算処理を施された再現信号ＳＴＡ、ＳＴＢ、ＳＴＣ、ＳＴＤ、ＳＴＥが出力される。そして、各再生信号ＳＴ（Ａ〜Ｅ）は、再生用スピーカ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ、１８Ｅに供給される。したがって、各再生用スピーカ１８（Ａ〜Ｅ）からは、伝達関数Ｔ（Ａ〜Ｅ）に基づいた再生信号ＳＴＡ、ＳＴＢ、ＳＴＣ、ＳＴＤ、ＳＴＥによる音声が出力される。
【００３１】
再生環境における再生用スピーカ１８（Ａ〜Ｅ）は、図８に示されているように第二閉曲面１９上における所要の位置に配置される。なお、この第一閉曲面１９と再現環境１１における第一閉曲面１２は、同等の閉曲面とされるが、便宜上異なる符号を付している。
このように、第二閉曲面１９上にその内側に向けて再生用スピーカ１８（Ａ〜Ｅ）を配置して、再生信号ＳＴＡ、ＳＴＢ、ＳＴＣ、ＳＴＤ、ＳＴＥによる音声を出力することで、第二閉曲面１９の内側に居る聴取者にとっては、破線で示す第一閉曲面１２上に配された再現用スピーカ８（ａ〜ｐ）による音場と同等な音場を再現することができる。したがって、第二閉曲面１９内を聴取位置とした場合、図９に示されているように、測定環境１内における残響音場、及び音像定位を得ることができるようになる。これにより、例えば家庭の部屋に居ながら、例えばホールなどの残響音場及び音像定位により、コンテンツの音声を聴取することができるようになる。
また、本発明は測定環境、再現環境で実際に測定したインパルス応答に基づいて伝達関数を求めているので、例えば４点近接法などのように解析結果を参照する方法よりも高品位の音声により、残響、音像定位を再現することが可能である。
【００３２】
なお、再生環境における再生用スピーカの数は再生システムの構成によって異なる場合があり、さらに配置位置に関しても家庭事情などによって同一にすることは容易ではない。このような場合、従来では、測定環境において再生用スピーカの配置状況に応じた測定を行う必要があったが、本実施の形態では測定環境での伝達関数をマスターデータとして、その後は無響室などで再生環境に応じた測定を行うことができる。つまり、測定を行うためのホールの使用料などを削減することができると共に、容易に再生環境に対応した伝達関数を得ることができるようになる。
また、特徴のある残響音場とされる測定環境が、例えば遠隔地にあった場合などでも、上記したようにマスターデータを得てしまえば、その測定環境に行く必要は無くなるので、このような点でも測定環境における測定を効率よく行うことが可能になる。
【００３３】
さらに、本実施の形態では、再生装置１５の構成として音声信号処理装置を示したが、例えば家庭などで使用されるＡＶ（Audio Visual）アンプ、サラウンドプロセッサ、あるいはＣＤやＤＶＤプレーヤなどに適用することができる。
【００３４】
ところで、前記式１に示されているように、行列ＧとベクトルＨｖは分離することが可能となる。したがって、再現環境１１においては例えば図４、図５で説明したような測定方法をとらなくても伝達関数Ｔ（Ａ〜Ｅ）を求めることができる。
例えば、ホールなどの残響特性データとして、測定環境においてベクトルＨｖに相当するデータ（伝達関数Ｈを求めるためのインパルス応答）を測定する。一方、再生環境における再生用スピーカの配置状態に対応するデータとして、例えば図１０に示されているように第一閉曲面１２において、測定用マイク１３（Ａ〜Ｅ）までの伝達関数Ｇを、測定信号ＴＳＰに基づいて別途測定しておく。そして、個別に求められたベクトルＨｖと行列Ｇによって、式１により伝達関数Ｔ（Ａ〜Ｅ）を求めることが可能となる。
したがって、ベクトルＨｖと行列Ｇを音声信号処理装置において個別に管理して必要に応じて行列演算を行うことができるようにすることで、伝達関数の測定回数を削減することができる。さらに、残響特性と再生用スピーカの配置を独立して選択することもできるようになる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、測定環境１において測定用スピーカ３を再生環境における仮想スピーカであるとして説明したが、再生環境で再生されるソースが、例えば人間が知覚しやすい自然音である場合や、例えば１種類の音から構成される音である場合、または測定用スピーカ３の特性がフラットに近い特性である場合などでは、前記ソース自体が仮想音像として認識される。但し、前記ソース自体の仮想音像を正確に表現するためには、スピーカの逆特性を含めて補正することがより望ましい。
【００３６】
図１１は、上記したように伝達関数を求め、再生環境において測定環境の音場を再現する場合の手順を説明するフローチャートを示している。
まず、測定環境１の第一閉曲面１０において測定用スピーカ３から測定用音声を出力してインパルス応答を測定し（Ｓ００１）、測定したインパルス応答に基づいて伝達関数Ｈを求める（Ｓ００２）。次に、再現環境１１の第一閉曲面１２において伝達関数Ｈに基づく演算処理を施された音声信号によって再現用音声を出力して（Ｓ００３）、第二閉曲面１４において再現用音声のインパルス応答を測定し（Ｓ００４）、さらに第二閉曲面１４で測定したインパルス応答に基づいて伝達関数Ｇを求める（Ｓ００５）。そして、再生環境において音声の再生を行う場合に、再生された音声再生信号に対して伝達関数Ｇに基づく演算処理を行って出力する（Ｓ００６）。
これにより、再生環境では図９に示したように測定環境と同等の残響効果、音像定位を再現することができるようになる。
【００３７】
また、伝達関数Ｈと伝達関数Ｇを個別に管理して行列演算を行う場合の手順は、図１２のフローチャートに示されているようになる。
図１１に示したフローチャートと同様に、測定環境１の第一閉曲面１０において測定用スピーカ３から測定用音声を出力してインパルス応答を測定し（Ｓ１０１）、測定したインパルス応答に基づいて伝達関数Ｈを求める（Ｓ１０２）。そして、再現環境１１に測定用スピーカ３を配置して、第一閉曲面１２において、測定用スピーカ３から測定用音声を出力してインパルス応答を測定し（Ｓ１０３）、さらに第二閉曲面１４で測定したインパルス応答に基づいて伝達関数Ｇを求める（Ｓ１０４）。
そして、再生環境において音声の再生を行う場合に、再生された音声再生信号に対して伝達関数Ｈに基づく演算処理を行い（Ｓ１０５）、さらに、伝達関数Ｈに基づいて演算処理された音声再生信号に伝達関数Ｇに基づく演算処理を施す（Ｓ１０６）。
このような手順により、伝達関数Ｈと伝達関数Ｇを個別に管理して必要に応じて行列演算を行うことで、残響特性と再生用スピーカの配置を独立して選択することができる。
【００３８】
２．複数の仮想スピーカの再現
次に、例えばディスクリートな音声信号からなる５チャンネルステレオを実現することができる再生システムに対応した伝達関数を生成する例を説明する。
図１３は、５チャンネルステレオの再生環境を説明する図である。
この図に示す再生環境は、例えば、映画館２１などの広い空間とされ、ディスクリートな５チャンネルを実現するために実線で示す５個のスピーカ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅが配置される。各スピーカ２０（Ａ〜Ｅ）に対して、センターフロント信号ＤＡ、フロントライト信号ＤＢ、リアライト信号ＤＣ、リアレフト信号ＤＤ、フロントレフト信号ＤＥが供給されて、各信号に対応した音声が再生される。つまり、この図に示す再生環境としての映画館２１では、広い空間の残響効果を得ることができる。
【００３９】
しかし、例えば家庭の部屋などの狭い空間では、図１３に示した映画館２１と同じ間隔で各スピーカ２０（Ａ〜Ｅ）を配置することが困難なので、再生用スピーカ１８（Ａ〜Ｅ）は破線で示されているように配置されることが考えられる。したがって、第二閉曲面１９における再生用スピーカ１８（Ａ〜Ｅ）によって映画館２１のような、音像定位、残響効果が得られる音場を構築するには、前記各信号Ｄ（Ａ〜Ｅ）に伝達関数Ｔ（Ａ〜Ｅ）に基づいて演算処理を施すようにすればよい。
【００４０】
図１４は、前記各信号Ｄ（Ａ〜Ｅ）に伝達関数Ｔ（Ａ〜Ｅ）に基づく演算処理を行う音声信号処理装置の構成例を説明する図である。
図１４に示されている音声信号処理装置２２は、音声再生部２３から再生音声信号として、センターフロント信号ＤＡ、フロントライト信号ＤＢ、リアライト信号ＤＣ、リアレフト信号ＤＤ、フロントレフト信号ＤＥを出力することができるようにされている。
音声再生部２３から出力された各信号Ｄ（Ａ〜Ｅ）は、それぞれ演算部２４（ａ〜ｅ）、２６（ａ〜ｅ）、２８（ａ〜ｅ）、３０（ａ〜ｅ）、３２（ａ〜ｅ）に供給される。例えば演算部２４（ａ〜ｅ）では、センターフロント信号ＤＡに対して伝達係数ＴＡＡ、フロントライト信号ＤＢに対して伝達係数ＴＢＡ、リアライト信号ＤＣに対して伝達係数ＴＣＡ、リアレフト信号ＤＤに対して伝達係数ＴＤＡ、フロントレフト信号ＤＥに対して伝達係数ＴＥＡに基づく演算処理を行う。そして、演算処理が施された各信号を加算部２５、２７、２９、３１、３３で加算して再生信号ＶＡを生成する。
【００４１】
ところで、図１４に示す演算部２４，２６、２８、３０、３２において用いられる伝達関数ＴＡ（Ａ〜Ｅ）、ＴＢ（Ａ〜Ｅ）、ＴＣ（Ａ〜Ｅ）、ＴＤ（Ａ〜Ｅ）、ＴＥ（Ａ〜Ｅ）は、先に図６で説明した方法によって求めることができる。
すなわち図１３に示すスピーカ２０Ａを、図６に示す再現環境における仮想的な音像とされる測定用スピーカ３に対応させることができる。つまり、図６に示す伝達関数ＴＡ、ＴＢ、ＴＣは、図１４に示す伝達関数ＴＡＡ、ＴＡＢ、ＴＡＣ・・・に対応したものとなる。
この場合、伝達関数ＴＡ（Ａ〜Ｅ）、ＴＢ（Ａ〜Ｅ）、ＴＣ（Ａ〜Ｅ）、ＴＤ（Ａ〜Ｅ）、ＴＥ（Ａ〜Ｅ）は、式２に示されているように表すことができる。
【数２】
0004775487.tif 000003
【００４２】
さらに、図６に示す仮想的な測定用スピーカ３を、図１３に示すスピーカ２０Ｂ、スピーカ２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅに対応させることで、各スピーカ２０（Ｂ〜Ｅ）から第二閉曲面１９の測定用マイク１３（Ａ〜Ｅ）間での伝達関数ＴＢ（Ａ〜Ｅ）、ＴＣ（Ａ〜Ｅ）、ＴＤ（Ａ〜Ｅ）、ＴＥ（Ａ〜Ｅ）を求めればよい。ここで、図１５に示されているように測定環境としての映画館２１においてスピーカ２０Ａから測定用マイク４（ａ〜ｐ）までの伝達関数をＨａ（１〜１６）、スピーカＢから測定用マイク４（ａ〜ｐ）までの伝達関数をＨｂ（１〜１６）、スピーカ２０Ｃから測定用マイク４（ａ〜ｐ）までの伝達関数をＨｃ（１〜１６）、スピーカ２０Ｄから測定用マイク４（ａ〜ｐ）までの伝達関数をＨｄ（１〜１６）、スピーカ２０Ｅから測定用マイク４（ａ〜ｐ）までの伝達関数をＨｅ（１〜１６）として、これらの伝達関数を行列Ｈとすると、式２に示した行列Ｔは式３に示されているように表すことができる。
【数３】
0004775487.tif 000004
【００４３】
この式３に示されているようにして伝達関数Ｈを求め、さらに例えば図４、図５で説明したようにして伝達関数Ｇを求めることで、最終的に伝達関数ＴＡ（Ａ〜Ｅ）、ＴＢ（Ａ〜Ｅ）、ＴＣ（Ａ〜Ｅ）、ＴＤ（Ａ〜Ｅ）、ＴＥ（Ａ〜Ｅ）が求められる。
そして、図１４に示した音声信号処理装置２２によって、伝達関数ＴＡ（Ａ〜Ｅ）、ＴＢ（Ａ〜Ｅ）、ＴＣ（Ａ〜Ｅ）、ＴＤ（Ａ〜Ｅ）、ＴＥ（Ａ〜Ｅ）に基づく演算処理を施された音声信号Ｖ（Ａ〜Ｅ）を、図１６に示されている再生環境において再生用スピーカ１８（Ａ〜Ｅ）に供給して、音声を出力することで、再生用スピーカ１８（Ａ〜Ｅ）からなる第二閉曲面１９内には、仮想スピーカとしてのスピーカ２０（Ａ〜Ｅ）を想定した音場が形成される。つまり、例えば映画館などのような広い空間の残響、及び音像定位を、再生環境とされる部屋などで再現することができる。聴取者は第二閉曲面１９内であれば、いずれの位置で聴取しても、元の測定環境における音場と同等な音場感を得ることができ、より豊かな臨場感に浸ることができる。
なお、ディスクリートな音声信号に音声再生システムとして、例えばＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ（Digital Versatile Disc Video）等に適用されている５．１チャンネルシステムが知られている。このような再生システムに本発明を適用すると、聴取者が居る再生環境よりも広い部屋、響きの良い部屋を再現した鑑賞を実現することができるようになる。これにより、再生用スピーカの存在を意識させるような不自然な音声を自然な音声に緩和させることが可能になる。
【００４４】
３．円形対称性を利用する例
ところで、上記実施の形態では、測定環境において例えば図１６に示した複数の仮想スピーカ（例えばスピーカ２０（Ａ〜Ｅ））全てを想定した位置に、測定用スピーカを配置させて伝達関数の測定を行う例を挙げた。したがって、仮想スピーカの数に応じて伝達関数の測定を行う必要があり、作業効率がよいものではない場合がある。
【００４５】
例えば、仮想スピーカの位置、再現用スピーカの位置、及び第一閉曲面の中心の３つの相対的幾何学位置が共通している場合、既知の伝達関数を用いることができるようになる。
例えば図１７に示されているように、仮想スピーカ３５Ａ、３５Ｂは、上記した３つの位置関係が共通している。つまり、仮想スピーカ３５Ａに対する再現用スピーカ８ｐ、８ａ、８ｂの配置関係と、仮想スピーカ３５Ｂに対する再現用スピーカ８ｂ、８ｃ、８ｄの配置関係は同じである。したがって、測定環境において、反射音などに方向性が強くない場合には、これらの伝達関数はそれぞれほぼ同じものとなる。これにより、上記式３に示した行列Ｈに関して、２列目をベクトルとみて、
【数４】
0004775487.tif 000005
とすることができ、既知の伝達係数の行列を転置させて使用することが可能となる。
【００４６】
なお、図１７においては、仮想スピーカ３５Ｃは、仮想スピーカ３５Ａ、３５Ｂと上記した３つの位置関係が共通していない。このような状況が生じることを想定して、測定環境１においては第一閉曲面１０において配置される測定用マイク４の数を増やし、第一閉曲面１２における再現用スピーカ８の数を増やすことで、位置関係の対応をとることができるようになる。もちろん、仮想スピーカ３５Ｃに対して、隣接配置される再現用スピーカの配置関係から補間処理などの手法で対応することも可能であるが、処理の簡便さにより上記の配置とすることが好ましい。
【００４７】
このような方法を、先に図１５に示した例に対応させることができる。つまり、例えばスピーカ２０Ａからの出力に対応した伝達関数を求め、この伝達関数を、例えばスピーカ２０Ｂを想定した伝達関数として用いることが可能となる。
さらに、再現環境１１において再生用スピーカ８の配置位置も第一閉曲面１２における再現用スピーカ８の位置、再生用スピーカ１８の位置、及び第一閉曲面１２の中心の３つの相対的幾何学位置が共通していれば、行列Ｇの特定行の値をベクトル単位で適宜転置させることで、音場を近似させることができるようになる。したがって、再現環境１１における測定回数を削減することができるようになる。
また、この場合も、行列Ｇと行列Ｈを個別に管理して必要に応じて行列演算を行うことができるようにすることで、残響特性と再生用スピーカを独立して選択することもできる。そして、行列Ｇ、行列Ｈに関して、位置の対称性を利用して、複数の伝達関数を転置させて使用することで、例えば音声信号処理装置において伝達関数を管理する記憶手段の容量を小さくすることができるという利点がある。
【００４８】
また、図１８に示されているように、測定環境（例えばホールなど）１の壁からの反射情報も仮想スピーカと同じように回転することになる。したがって、測定用マイク４（ａ〜ｐ）が配置される第一閉曲面１０は、壁の影響が大きくなく、障害物などが近くに無い、測定環境１の中心部分に近い位置に設定して測定を行うことが望ましい。なお、この例においては、入力としての複数チャンネルからなる音声信号、及びその音声信号に対応した複数のスピーカを対象としているので、伝達関数を共通して使用することで、音像が狭くなる、パンニングの効果になる等とされる本来の残響効果が薄れてしまうことはない。
【００４９】
４．仮想音源の移動において円形対称性を利用する例
図１９は、第二閉曲面１９内において、聴取者から距離Ｒ＿ｈｍ離れた場所を回転しながら移動する仮想的な音像を作成する例を示す模式図である。
図１９において第二閉曲面１９は、例えば８個の再生用スピーカ３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄ、３６Ｅ、３６Ｆ、３６Ｇ、３６Ｈによって形成され、これらの再生用スピーカ３６（Ａ〜Ｈ）の内側が聴取位置となる。
このように配置されている再生用スピーカ３６（Ａ〜Ｈ）に供給する音声信号に対して、畳み込む伝達関数を変更することにより、例えば足音などの音像を回転移動させることができる。
この図に示す例では、仮想音像を回転させる位置として、例えば第一閉曲面１０と同心円となる半径Ｒ＿ｈｍとされる円周を例えば３２分割した、仮想位置ＶＨｍ１、ＶＨｍ２、ＶＨｍ３・・・までの各位置とする。つまり、測定環境では、これらの仮想位置ＶＨｍ（１〜３２）に対応した位置に測定用マイク４を配置して、伝達関数Ｈの測定を行うものとなる。そして、この３２箇所に対応した伝達係数Ｈを切り替えて用いることで、再生用スピーカ３６（Ａ〜Ｈ）から出力される音声によって音像が回転する音場を再現する。
なお、例えば仮想位置ＶＨｍ１のように、末尾に奇数の符号が付されている位置は測定環境１における測定用マイク４、及び再現環境１１における再現用スピーカ８と同一半径の位置とし、例えば仮想位置ＶＨｍ２のように、末尾に偶数の符号が付されている位置は測定用マイク４、再現用スピーカ８の間に対応した半径位置とされている。
【００５０】
再生用スピーカ３６（Ａ〜Ｈ）に供給する音声信号は、例えば図２０に示されている音声信号処理装置４０によって生成される。
音声再生部４１によって再生された音声信号ＳＶは、測定スピーカ逆特性処理部４２を介して、演算部４３に供給される。演算部４３（ａ〜ｈ）は、供給された音声信号ＳＶに対して、伝達関数ＴＡ〜ＴＨに基づく所要の演算処理を行い、再生信号ＳＶａ、ＳＶｂ、ＳＶｃ・・・、ＳＶｈを出力する。そして、出力された再生信号ＳＶ（ａ〜ｈ）は、再生用スピーカ３６（Ａ〜Ｈ）に供給される。
【００５１】
演算部４３において用いられる伝達関数Ｔ（Ａ〜Ｈ）は、測定環境１における伝達関数Ｈ、及び再現環境１１における伝達関数Ｇに基づいて求められる。但し、伝達関数Ｈについては、図１７で説明した例と同様にして第一閉曲面１０の円の対称性を利用することができる。すなわち、測定スピーカ３を、例えば仮想位置ＶＨｍ１、ＶＨｍ２に対応させて２回の測定を行い、この２箇所の測定によって得られた伝達関数Ｈを転置して代用することが可能となる。これにより、式３に示した行列Ｈを求めることができる。
また、伝達関数Ｇについては、図示しない再現環境において、再生用スピーカ３６（Ａ〜Ｈ）に対応した位置に測定用マイクを配置して、仮想位置ＶＨｍ（１〜３２）に対応した位置に配した再現用スピーカから出力される再現信号に基づいて求めればよい。
【００５２】
演算部４３ではこのようにして求められた伝達関数Ｔ（Ａ〜Ｈ）に基づいて再生信号ＳＶに演算処理を行うが、音像位置コントローラ４４では、仮想位置ＶＨｍ１、ＶＨｍ２・・・を想定して、伝達関数Ｔ（Ａ〜Ｈ）を制御することで、例えば図１９に示したように第二閉曲面１９内において音像の仮想位置を回転させることができるようになる。
【００５３】
なお、以上説明してきた実施の形態においては、第一閉曲面１０が円形となる例を挙げたが、必ずしも円形である必要はない。すなわち、閉曲面の外周上で複数の測定用マイク４をその外側に向けて測定を行うことができるようにされていればよい。但し、対称性を利用して測定回数を減らす場合などは、第一閉曲面は例えば円形または正多角形であることが必要となる。
【００５４】
また、第一閉曲面１０に配置される測定用マイク４の数は、本実施の形態で説明した数に限定されるものではない。したがって、測定環境１における測定データ（伝達関数）のデータ量を増やして、第一閉曲面１０の内側の音圧分布をできるだけ正確なものにする場合は、できるだけ多くの測定用マイク４を配置すればよい。
【００５５】
さらに、第一閉曲面１０の面積（本実施の形態では半径）については、例えば第一閉曲面１０、１２の外周が、第二閉曲面１４、１９の外側となるようにされていればよい。
【００５６】
また、測定用マイク４（ａ〜ｐ）、測定用マイク１３（Ａ〜Ｅ）は、例えば指向性マイクとして説明したが、指向性マイクとはしない場合でも、例えば複数の無指向性マイクを用いてそれらの出力に対して遅延あるいは減算処理などをして相応の効果を得ることができればよい。
【００５７】
また、行列Ｇ２に関しては、再現環境１１における測定を行わずに、幾何学的な構図に基づいて振幅や遅延特性などを用いるようにしてもよい。
また、第一閉曲面１０を本実施の形態で説明したように例えば円形で構成した場合、第一閉曲面１０における或る軸に関して対称となる一方側の伝達関数を他方側に転用することも可能である。例えば図１に示されているように、測定用マイク４ｂに対する伝達関数をＨｂとした場合、この伝達関数Ｈｂを測定用マイク４ａを軸として対称的な位置に配されている測定用マイク４ｐと共通化することが可能になる。
同様に第二閉曲面１４においても、例えば図４に示されているように再現用スピーカ８ｂから測定用マイク１３Ａに対する伝達関数Ｇ２Ａとした場合、この伝達関数Ｇ２Ａを再現用スピーカ８ｐから測定用マイク１３Ａと共通化することができる。
【００５８】
また、上記実施の形態では第一閉曲面、第二閉曲面ともに例えば平面上を想定した例を挙げたが、立体的な閉曲面上に測定用マイクを配置することで、立体的に音場の再現を行うことも可能である。
【００５９】
さらに、インパルス応答の測定時、また伝達関数を求める場合において、第一閉曲面内、第二閉曲面内の音圧分布近似を、対象となる音場における仮想スピーカを音源とした音圧分布により近づけるために、上記式１に示した行列に対して、さらに正方行列で示される補償処理を施すようにしてもよい。この補償処理は、音圧分布の近似を行うために十分ではない数のスピーカ、マイクロホンを使う場合や、スピーカ、マイクロホンの指向性などを補償するための処理となる。
【００６０】
５．カーオーディオシステム
次に、本発明をカーオーディオシステムに適用する場合の例を説明する。
この例では、図２１に示されているように自動車５０の室内に配置される再生用スピーカ５１（ａ〜ｊ）によって、例えば自動車５０の前方に配置されていることを想定したスピーカ５２Ｌ、５２Ｒ（後述する測定用スピーカに相当する）から、ステレオ音声が再生されている環境を室内にいる聴取者に対して与えることができるようにすることを目的としている。
このため、図２２に示されている測定環境５３においては自動車５０の例えば外観を囲むことができるような立体（本実施の形態では直方体）を想定し、この立体を第一閉曲面５５として、その外周上に例えば２１個の測定用マイク５６ａ〜５６ｕを配置している。測定用マイク５６（ａ〜ｕ）の指向性の主軸は、矢印で示されているように第一閉曲面５５の中心から、当該第一閉曲面５５を形成する面における法線方向外向き発散する延長方向に対応させる。なお、測定用マイク５６（ａ〜ｕ）の配置位置が前記面上ではなく、２以上の面に接する線、または点であれば接している前記面上の各法線方向のベクトル和として、指向性の主軸の向きを定めることとする。
【００６１】
測定用スピーカ５２Ｌ、５２Ｒからは第一閉曲面５５に対して自動車５０の前方を想定した位置に配置され、測定用スピーカ５２Ｌからは左音声用の測定音声、また測定用スピーカ５２Ｒからは右音声用の測定音声を出力することができるようにされている。そして、測定用スピーカ５２Ｌ、５２Ｒから出力される測定音声によって測定用マイク５６（ａ〜ｕ）までの伝達関数Ｈを求めて保持しておく。
すなわち、測定用スピーカ５２Ｌから測定用マイク５６（ａ〜ｕ）までの伝達関数はＨＬａ〜ＨＬｕ、そして、測定用スピーカ５２Ｒから測定用マイク５６（ａ〜ｕ）までの伝達関数はＨＲａ〜ＨＲｕとなる。
【００６２】
図２３は、例えば無響室などの再現環境６０において測定環境５３を再現する例を説明する模式図である。
図示されている再現環境６０に形成される第一閉曲面６１は、測定環境５３における第一閉曲面５５に対応しており、同等の立体を想定したものとされている。再現用スピーカ６２ａ〜６２ｕは第一閉曲面６１上に配置されるが、その配置位置は第一閉曲面５５における測定用マイク５６（ａ〜ｕ）に対応した位置とされる。なお、この図では再現用スピーカ６２ａ〜６２ｕに関して、その配置位置のみを示しているが、第一閉曲面６１の中心に対向するように配置される。そして、再現スピーカ６２（ａ〜ｕ）に、伝達関数ＨＬａ〜ＨＬｕ、または伝達関数ＨＲａ〜ＨＲｕに基づく演算処理を施された再現信号を供給することで、第一閉曲面６１内のいずれの聴取位置においてもその外側に、第一閉曲面５５の外側と同等の音場感を再現することができる。
【００６３】
第一閉曲面６１内には、自動車５０室内の再生用スピーカ５１（ａ〜ｊ）に対応した位置に、測定用マイク６５（ａ〜ｊ）を配置する。これらの測定用マイク６５（ａ〜ｊ）の配置位置を結ぶことによって形成される閉曲面が第二閉曲面７０となる。そして、これらの測定用マイク６５（ａ〜ｊ）の指向性の主軸は、図２２に示した測定用マイク５６（ａ〜ｕ）と同様に、第二閉曲面７０を形成する面における法線方向外向き発散する延長方向に対応させる。
このように、再現環境６０を構築して、再現用スピーカ６２（ａ〜ｕ）から伝達関数ＨＬａ〜ＨＬｕに基づく演算処理を施した再現信号を出力して測定用マイク６５（ａ〜ｊ）で測定することで、測定用スピーカ５２Ｌに対応した伝達関数ＧＬａ〜ＧＬｊを求めることができる。同様に、再現用スピーカ６０（ａ〜ｕ）から伝達関数ＨＲａ〜ＨＲｕに基づく演算処理を施した再現信号を出力して測定用マイク６５（ａ〜ｊ）で測定することで、測定用スピーカ５２Ｒに対応した伝達関数ＧＲａ〜ＧＲｊを求めることができる。
【００６４】
図２４は、測定環境５３、再現環境６０で求められた伝達関数に基づいて自動車５０室内に設置されている再生用スピーカ５１（ａ〜ｊ）に供給する再生信号を生成する音声信号処理装置８０の構成例を説明する図である。この音声信号処理装置８０は、カーオーディオシステムの一部として構成される。
音声再生部８１からは、例えば２チャンネルステレオとされる音声信号ＳＬ、ＳＲが出力される。これらの音声信号ＳＬ、ＳＲは、それぞれ測定スピーカ逆特性処理部８２Ｌ、８２Ｒを介して、演算部８３（８３Ｌ、８３Ｒ）に供給される。演算部８３Ｌでは、音声信号ＳＬに対して伝達関数ＨＬａ〜ＨＬｕに基づく演算処理、また演算部８３Ｒでは伝達関数ＨＲａ〜ＨＲｕに基づく演算処理が行われる。
【００６５】
演算部８３Ｌ、８３Ｒによって伝達関数ＨＬａ〜ＨＬｕ、ＨＲａ〜ＨＲｕに基づく演算処理を施された音声信号は、それぞれ演算部８５（８５Ｌ、８５Ｒ）に供給され、演算部８５Ｌでは、伝達関数ＧＬａ〜ＧＬｊに基づく演算処理、また演算部８５Ｒでは伝達関数ＧＲａ〜ＧＲｊに基づく演算処理が行われる。
そして、演算部８３Ｌ、８３Ｒによって伝達関数ＧＬａ〜ＧＬｊ、ＧＲａ〜ＧＲｊに基づく演算処理を施された音声信号は、加算部８７で加算されて、再生用スピーカ５１（ａ〜ｊ）に供給される再生信号ＳＣａ、ＳＣｂ、ＳＣｃ・・・、ＳＣｊが生成される。この加算部８７における加算処理は、同一の添え字（アルファベット小文字）が付された伝達関数に基づく演算処理を施された音声信号同士を加算するようにされる。
【００６６】
このような演算処理を行って得られた音声信号ＳＣ（ａ〜ｊ）を再生用スピーカ５１（ａ〜ｊ）に供給することで、図２１に示した自動車５０の室内において、この室内にはない仮想スピーカ５１Ｌ、５１Ｒの位置に仮想音像を知覚することができるようになる。
【００６７】
また、演算部８３において演算に用いられる伝達係数ＨＬａ〜ＨＬｕを、例えば著名なコンサートホールや映画館など複数の測定環境で測定して記憶しておくことで、仮想音像の音場を選択することも可能である。この場合、演算部８３に対して音場コントローラ８４を備え、必要に応じてメモリ８４ａに記憶されている伝達関数を選択して演算処理に用いるようにすればよい。
同様に、演算部８５において演算に用いられる伝達係数ＧＬａ〜ＧＬｕを、複数種類の再生用スピーカの配置状態（配置数、配置位置など）に対応させて測定して記憶しておくことで、再生用スピーカ５１（ａ〜ｊ）の配置状態に対応することも可能である。この場合、演算部８５に対して再生用スピーカセッティングコントローラ８６を備え、必要に応じてメモリ８６ａに記憶されている伝達関数を選択して演算処理に用いるようにすればよい。これにより、自動車５０の室内における再生用スピーカ５１（ａ〜ｊ）の複数種類の配置状態に対応させた再生信号ＳＣ（ａ〜ｊ）を生成することができるようになる。
このような、伝達関数の選択は、選択手段として操作部８８を備え、例えば聴視者が選択することができるようにしてもよい。
【００６８】
このように、測定環境の残響音場特性と再生用スピーカの配置状態を独立して設定することができるので、新車種による新しいスピーカ配置状態が提供された場合でも、無響室などの再現環境において、その配置状態に対応した伝達関数を求めればよい。
したがってメモリ８４ａ、８６ａに記憶される伝達関数は、更新することができるようされる。更新の方法としては、例えばディスクなどの記録媒体に記録されている伝達関数を読み込むことができるようにしてもよいし、或いは例えば所要の通信手段を備え、ネットワークを介してダウンロードすることができるようにしてもよい。そして、メモリ８４ａ、８６ａには、それぞれの伝達関数に対応するインパルス応答データが記憶するようにしてもよい。
【００６９】
なお、本発明は、例えば家庭の部屋などや、カーオーディオシステムにおいて音声の再生を行う以外にも、例えば臨場感、没入感を与えるアミューズメント、ゲームのようなバーチャルリアリティー産業機器に適用することもできる。
【００７０】
以上、説明したように本発明は、測定環境の音場に基づいて第一の伝達関数を求め、さらに再現環境において前記第一の伝達関数に基づく演算処理を施された音声信号を再生することで、前記再現環境において前記測定環境の音場（例えば残響、音像定位）を再現することができるようにしている。さらに、前記再現環境において、測定環境と同等の音場条件で再生環境に配置される再生用スピーカに対応した第二の伝達関数を求めることができる。
したがって、前記第二の伝達関数は再現環境で求めることができるので、前記測定環境における測定回数を削減することができる。さらに、前記再生用スピーカの新規の配置状態に対応する場合でも、前記再現環境において前記第二の伝達関数を求めることが可能になる。
【００７１】
また、前記第一の伝達関数を求めるための第一閉曲面の等方位性、対称性を利用して、前記第一の伝達関数を所定の規則で転置して利用することができるようにしている。つまり、前記第一閉曲面からみた或る位置を想定した仮想スピーカから求めた伝達関数を、他の位置を想定した仮想スピーカから求めた伝達関数として利用することができるようになる。したがって、前記第一の伝達関数を求めるための測定作業回数を削減することができるようになる。
【００７２】
また第一の伝達関数と第二の伝達関数を個々に管理することができるようにしているので、測定環境の音場と再生用スピーカの配置状態を、独立して選択することができる。したがって、測定環境の音場と再生用スピーカの配置状態を個々に更新、追加することも可能となる。
さらに、第一の伝達関数と第二の伝達関数を個々に管理する場合に、前記第一、第二の伝達関数を所定の規則で転置して利用することができるようにすることで、前記第一、第二の伝達関数を記憶しておく記憶手段の容量を小さくすることができるようになる。
【符号の説明】
【００７３】
１，５５  測定環境、２  測定信号再生手段、３，５２（Ｌ、Ｒ）  測定用スピーカ、４（ａ〜ｐ），１３（Ａ〜Ｅ），５６  測定用マイク、５，１５，２２，４０，８０  音声信号処理装置、６，１６，２３，４１，８１  音声再生部、７（ａ〜ｐ），１７（ａ〜ｅ），２４，２６，２８，３０，３２，４３（ａ〜ｈ），８３（８３Ｌ，８３Ｒ），８５（８５Ｌ、８５Ｒ）  演算部、８（ａ〜ｐ），３６，６２  再現用スピーカ、１０，１２，６１  第一閉曲面、１１，６０  再現環境、１３（Ａ〜Ｅ），６５  測定用マイク、１４，１９，７０  第二閉曲面、１８，５１  再生用スピーカ（Ａ〜Ｅ）、２０  スピーカ、２１  映画館、２５，２７，２９，３１，３３，８７  加算部、３５  仮想スピーカ、４２  ８２（Ｌ，Ｒ）  測定スピーカ逆特性処理部、４４  音像定位コントローラ、５０  自動車、８４  音場コントローラ、８４ａ，８６ａ  メモリ、再生用スピーカセッティングコントローラ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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