(57)【要約】【課題】  音響性能を損なうことなく、フィルタ段数を低減させ、信号処理負荷を低減する。【解決手段】  入力音響信号を複数の周波数帯域に分割し、各周波数帯域毎にフィルタリング処理を行って音場補正を行う音場補正方法において、低域側の周波数帯域の帯域幅を高域側の周波数帯域の帯域幅よりも狭くして、周波数帯域に分割し、帯域幅に対応づけたサンプリング周波数で前記分割後の各周波数帯域の信号のダウンサンプリングを行い、ダウンサンプリングの各周波数帯域の信号に対して音場補正処理をそれぞれ行う。【選択図】      図３
2005341204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音響信号を複数の周波数帯域に分割し、各周波数帯域毎にフィルタリング処理を行って音場補正を行う音場補正方法において、
低域側の周波数帯域の帯域幅を高域側の周波数帯域の帯域幅よりも狭くして、前記周波数帯域に分割する帯域分割過程と、
前記帯域幅に対応づけたサンプリング周波数で前記分割後の各周波数帯域の信号のダウンサンプリングを行うダウンサンプリング過程と、
前記ダウンサンプリングの各周波数帯域の信号に対して音場補正処理をそれぞれ行う音場補正処理過程と、
を備えたことを特徴とする音場補正方法。
【請求項２】
請求項１記載の音場補正方法において、
前記音場補正処理後の各周波数帯域の信号を前記ダウンサンプリングのサンプリング周波数に対応するサンプリング周波数でアップサンプリングするアップサンプリング過程と、
前記アップサンプリング後の信号を合成して出力音響信号として出力する合成過程と、
を備えたことを特徴とする音場補正方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の音場補正方法において、
前記帯域分割過程は、各周波数帯域の前記入力音響信号の残響時間に基づいて前記帯域幅が設定されていることを特徴とする音場補正方法。
【請求項４】
入力音響信号を複数の周波数帯域に分割し、各周波数帯域毎にフィルタリング処理を行って音場補正を行う音場補正装置において、
低域側の周波数帯域の帯域幅を高域側の周波数帯域の帯域幅よりも狭くして、前記周波数帯域に分割する帯域分割部と、
前記帯域幅に対応づけたサンプリング周波数で前記分割後の各周波数帯域の信号のダウンサンプリングを行うダウンサンプリング部と、
前記ダウンサンプリングの各周波数帯域の信号に対して音場補正処理をそれぞれ行う音場補正部と、
を備えたことを特徴とする音場補正装置。
【請求項５】
請求項４記載の音場補正装置において、
前記入力音響信号のうち所定の周波数帯域を通過させる複数のフィルタを備え、
前記複数のフィルタのうち、少なくとも一部は前記ダウンサンプリング時のエイリアスによる妨害を避けるためのデシメーションフィルタとして機能していることを特徴とする音場補正装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載の音場補正装置において、
前記音場補正処理後の各周波数帯域の信号を前記ダウンサンプリングのサンプリング周波数に対応するサンプリング周波数でアップサンプリングするアップサンプリング部と、
前記アップサンプリング後の信号を合成して出力音響信号として出力する合成部と、
を備えたことを特徴とする音場補正装置。
【請求項７】
請求項６記載の音場補正装置において、
前記アップサンプリング部は、前記音場補正処理後の各周波数帯域の信号のうち所定の周波数帯域を通過させる複数のフィルタを備え、
前記複数のフィルタのうち、少なくとも一部は前記アップサンプリング時のエイリアスによる妨害をさけるためのインターポレーションフィルタとして機能していることを特徴とする音場補正装置。
【請求項８】
請求項５または請求項７記載の音場補正装置において、
前記フィルタは、各周波数帯域の前記入力音響信号の残響時間に基づいて帯域幅が設定されていることを特徴とする音場補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音場補正方法及び音場補正装置に係り、特に周波数帯域毎にフィルタリング処理を行って音場補正を行う音場補正方法及び音場補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より周波数帯域毎にフィルタリング処理を行って音場補正を行う音場補正装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
図４は従来のオーディオ再生システムの概念図である。
この場合において、スピーカから聴取者の両耳までの音場をz変換で表現すると（１）式となる。
【数１】
2005341204.tif 000003
【０００３】
ところで、理想とする音響特性が（２）式で表されるとすると、
【数２】
2005341204.tif 000004
スピーカの前段に逆の特性を有するフィルタを設けることにより、再生システム全体のインバルス応答を理想特性に近づけることが可能である。
【０００４】
すなわち、補正フィルタの特性を（３）式で表すとすると、
【数３】
2005341204.tif 000005
例えば、（４）式で表されるようにすることにより、Ａ（ｚ）Ｑ（ｚ）が理想とする音響特性Ｄに近づくようにＱを求めることが可能となる。
【数４】
2005341204.tif 000006
【０００５】
以上の考え方は、スピー力数、聴取ポイント数(耳、マイクの数)あるいはチャンネル数が任意の場合でも同様に考えることができる。
【特許文献１】特開平８−３７６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、音場補正に必要となるフィルタ処理には、音場のインバルス応答の長さと同程度の積分時間の畳み込み演算が必要である。従って、例えば、ＦＩＲフィルタを用いてフィルタ処理を実現する場合には、非常に大きな段数を有するフィルタが複数個必要となってしまい、信号処理負荷が大きく、実用化の妨げの一要因となっていた。
そこで、本発明の目的は、音響性能を損なうことなく、フィルタ段数を低減させ、信号処理負荷を低減することが可能な音場補正装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、入力音響信号を複数の周波数帯域に分割し、各周波数帯域毎にフィルタリング処理を行って音場補正を行う音場補正方法は、低域側の周波数帯域の帯域幅を高域側の周波数帯域の帯域幅よりも狭くして、前記周波数帯域に分割する帯域分割過程と、前記帯域幅に対応づけたサンプリング周波数で前記分割後の各周波数帯域の信号のダウンサンプリングを行うダウンサンプリング過程と、前記ダウンサンプリングの各周波数帯域の信号に対して音場補正処理をそれぞれ行う音場補正処理過程と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
この場合において、前記音場補正処理後の各周波数帯域の信号を前記ダウンサンプリングのサンプリング周波数に対応するサンプリング周波数でアップサンプリングするアップサンプリング過程と、前記アップサンプリング後の信号を合成して出力音響信号として出力する合成過程と、備えたことを特徴としている。
また、前記帯域分割過程は、各周波数帯域の前記入力音響信号の残響時間に基づいて前記帯域幅が設定されているようにしてもよい。
【０００９】
また、入力音響信号を複数の周波数帯域に分割し、各周波数帯域毎にフィルタリング処理を行って音場補正を行う音場補正装置は、低域側の周波数帯域の帯域幅を高域側の周波数帯域の帯域幅よりも狭くして、前記周波数帯域に分割する帯域分割部と、
前記帯域幅に対応づけたサンプリング周波数で前記分割後の各周波数帯域の信号のダウンサンプリングを行うダウンサンプリング部と、前記ダウンサンプリングの各周波数帯域の信号に対して音場補正処理をそれぞれ行う音場補正部と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、帯域分割部は、低域側の周波数帯域の帯域幅を高域側の周波数帯域の帯域幅よりも狭くして、前記周波数帯域に分割して、ダウンサンプリング部に出力する。
ダウンサンプリング部は、帯域幅に対応づけたサンプリング周波数で分割後の各周波数帯域の信号のダウンサンプリングを行って音場補正部に出力する。
音場補正部は、ダウンサンプリングの各周波数帯域の信号に対して音場補正処理をそれぞれ行う。
【００１１】
この場合において、前記入力音響信号のうち所定の周波数帯域を通過させる複数のフィルタを備え、前記複数のフィルタのうち、少なくとも一部は前記ダウンサンプリング時のエイリアスによる妨害を避けるためのデシメーションフィルタとして機能しているようにしてもよい。
また、前記音場補正処理後の各周波数帯域の信号を前記ダウンサンプリングのサンプリング周波数に対応するサンプリング周波数でアップサンプリングするアップサンプリング部と、前記アップサンプリング後の信号を合成して出力音響信号として出力する合成部と、
を備えるようにしてもよい。
【００１２】
さらに、前記アップサンプリング部は、前記音場補正処理後の各周波数帯域の信号のうち所定の周波数帯域を通過させる複数のフィルタを備え、前記複数のフィルタのうち、少なくとも一部は前記アップサンプリング時のエイリアスによる妨害をさけるためのインターポレーションフィルタとして機能しているようにしてもよい。
さらにまた、前記フィルタは、各周波数帯域の前記入力音響信号の残響時間に基づいて帯域幅が設定されているようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、音響性能を損なうことなく、フィルタ段数を低減させ、信号処理負荷を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
［１］原理説明
まず、具体的な実施形態の説明先立ち、本発明の原理について説明する。
図１は、実際の音場のインバルス応答を時間周波数解析した結果の一例である。
図１において、実線は、信号レベル（ｄＢ値）の等しい部分を結んだ等レベル曲線であり、信号レベルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の関係は、
Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４
となっている。
図１に示したように、一般に、低域の成分ほど残響時間が長く、高城では残響時間が短いという傾向がある。そのため、低域の補正を行うには長い積分時間の処理が必要であるが、高域ほど短い積分時間の処理でよい。
【００１５】
すなわち、単純に比較すると、同じ帯域幅を設定した場合、低域ほど処理負荷が大きく、高域ほど処理負荷が小さくなることとなる。
従って、帯域毎に分割してフィルタ処理を行うに際し、以下のように帯域分割及び当該帯域でのフィルタ処理を行うことにより効率的な処理が行える。
【００１６】
（１）  周波数帯域の分割を行うに際し、低域ほど帯域を狭くし、高域ほど帯域を広くとる。
（２）  周波数帯域毎に分割した後の信号を、それぞれリサンプリング（再サンプリング）してサンプリング周波数を下げる。
（３）  各帯城毎にリサンブリングした信号に対して音場補正処理を実施する。
（４）  補正後の信号をアップサンプリングして再合成する。
【００１７】
これらの結果、低域ほど帯域幅が狭いため、リサンプリング時のサンプリング周波数を低くでき、音場補正処理において、必要なフィルタ段数が小さくなり、各フィルタに要求される処理スピードも低く抑えることができるという効果を得ることができる。
【００１８】
［２］具体的実施形態
次に具体的な実施形態について説明する。
図２は、実施形態の音響再生システムのブロック図である。
音響再生システム１０は、入力されたＲチャネル入力信号ＲINに音場補正を施して、Ｒチャネル補正信号ＲＣを出力するＲチャネル音場補正装置１１Ｒと、Ｒチャネル補正信号ＲＣを増幅してＲチャネル増幅信号ＲＡとして出力するＲチャネルアンプ１２Ｒと、Ｒチャネル増幅信号ＲＡに対応するＲチャネル音響信号ＳＲを出力するＲチャネルスピーカ１３Ｒと、入力されたＬチャネル入力信号ＬINに音場補正を施して、Ｌチャネル補正信号LＣを出力するＬチャネル音場補正装置１１Ｌと、Ｌチャネル補正信号LＣを増幅してＬチャネル増幅信号ＬＡとして出力するＬチャネルアンプ１２Ｌと、Ｌチャネル増幅信号ＬＡに対応するＬチャネル音響信号ＳＬを出力するＬチャネルスピーカ１３Ｌと、を備えている。
【００１９】
この場合において、Ｒチャネル音場補正装置１１ＲとＬチャネル音場補正装置１１Ｌとは、同一構成であるので、Ｒチャネル音場補正装置１１Ｒを例として説明を行う。
【００２０】
図３は、Ｒチャネル音場補正装置１１Ｒの概要構成ブロック図である。図３においては、周波数帯域をｎ個（ｎは、３以上の整数）の帯域に分割した場合について説明する。
【００２１】
Ｒチャネル音場補正装置１１Ｒは、大別すると、入力されたＲチャネル入力信号ＲINの帯域分割を行い、所定の帯域について元のＲチャネル入力信号ＲINのサンプリング周波数より低いサンプリング周波数でリサンプリング（ダウンサンプリング）を行う帯域分割・ダウンサンプリング部２１と、帯域分割・ダウンサンプリング部２１において帯域分割され、ダウンサンプリングされた各周波数帯域の信号について音場補正を行う音場補正部２２と、音場補正部２２において音場補正された信号について、所定の帯域について元のRチャネル入力信号RINと同一のサンプリング周波数となるようにリサンプリング（アップサンプリング）を行うとともに、音場補正後の各帯域の信号を合成してＲチャネル補正信号ＲＣを生成するアップサンプリング・合成部２３と、を備えている。
【００２２】
帯域分割・ダウンサンプリング部２１は、Ｒチャネル入力信号ＲINの最も高い周波数帯域（＝第１帯域）の成分を通過させるフィルタＦ１１（＝ハイパスフィルタ）と、Ｒチャネル入力信号ＲINの最も低い周波数帯域（＝第ｎ帯域）の成分を通過させるフィルタＦ１ｎ（＝ロウパスフィルタ）と、Ｒチャネル入力信号ＲINの最も高い周波数帯域及び最も低い周波数帯域以外の帯域を（ｎ−２）帯域に分割した時に、第ｍ帯域（１＜ｍ＜ｎ；ｍは自然数）の成分を通過させる（ｎ−２）個のフィルタＦ１ｍ（＝バンドパスフィルタ）と、フィルタＦ１ｍのそれぞれに対応する（ｎ−２）個のダウンサンプリング部Ｄｍと、フィルタＦ１ｎに対応するダウンサンプリング部Ｄｎと、を備えている。この場合において、各フィルタＦ１１〜Ｆ１ｎの通過周波数帯域は、低域側ほど狭くなるように段階的に設定している。これにより低域側ほど通過周波数帯域を狭く設定しているので、各ダウンサンプリング部Ｄｍ、Ｄｎのサンプリング周波数は、低域側ほど低く設定できる。
【００２３】
また、フィルタＦ１ｍ、Ｆ１ｎは、ダウンサンプリング後のデータのナイキスト周波数より上の成分を除去し、エイリアスによる妨害を避けるためのデシメーションフィルタとしても機能している。
【００２４】
音場補正部２２は、分割されたｎ個の帯域毎に図示しないＦＩＲフィルタ等を用いて音場補正処理を行う音場補正回路Ｃ１〜Ｃｎを備えている。
アップサンプリング・合成部２３は、音場補正回路Ｃ１に対応する音場補正処理後の信号の所定周波数帯域成分のみを通過させるフィルタＦ２１（＝ハイパスフィルタ）と、（ｎ−２）個の音場補正回路Ｃｍのそれぞれに対応する（ｎ−２）個のアップサンプリング部Ｕｍと、音場補正回路Ｃｎに対応するアップサンプリング部Ｕｎと、（ｎ−２）個のアップサンプリング部Ｕｍにそれぞれ対応し、音場補正回路Ｃｍに対応する帯域成分のみを通過させる（ｎ−２）個のフィルタＦ２ｍ（＝バンドパスフィルタ）と、音場補正回路Ｃｎに対応する帯域成分のみを通過させるフィルタＦ２ｎと、フィルタＦ２１〜Ｆ２ｎの出力信号を合成して、Ｒチャネル補正信号ＲＣとして出力する合成部２４と、を備えている。
【００２５】
この場合において、フィルタＦ２ｍ、Ｆ２ｎは、アップサンプリング後のデータのエイリアスによる妨害を避けるためのインターポレーションフィルタとしても機能している。
【００２６】
次に動作を説明する。以下の説明においては、Ｒチャンネル音場補正装置１１Ｒの動作を主として説明する。
まず、音響再生システム１０のＲチャネル音場補正装置１１Ｒには、Ｒチャネル入力信号ＲINが入力され、Ｌチャネル音場補正装置１１Ｌには、Ｌチャネル入力信号ＬINが入力される。
【００２７】
ここで、Ｒチャネル音場補正装置１１Ｒの動作について詳細に説明すると、Ｒチャネル入力信号ＲIN は、帯域分割・ダウンサンプリング部２１に入力される。
帯域分割・ダウンサンプリング部２１に入力されたＲチャネル入力信号ＲINは、フィルタＦ１１〜フィルタＦ１ｎのそれぞれに入力される。
この結果、フィルタＦ１１は、Ｒチャネル入力信号ＲINのうち、最も高い周波数帯域（＝第１帯域）の成分を通過させて、音場補正部２２の音場補正回路Ｃ１に出力する。また、フィルタＦ１ｎは、Ｒチャネル入力信号ＲINのうち、最も低い周波数帯域（＝第ｎ帯域）の成分を通過させて、ダウンサンプリング部Ｄｎに出力する。
【００２８】
同様に、（ｎ−２）個のフィルタＦ１ｍは、Ｒチャネル入力信号ＲINのうち、対応する周波数帯域、すなわち、第ｍ帯域（１＜ｍ＜ｎ；ｍは自然数）の成分を通過させて対応するダウンサンプリング部Ｄｍに出力する。
ダウンサンプリング部Ｄｎは、最も低い周波数帯域（＝第ｎ帯域）について元のＲチャネル入力信号ＲINのサンプリング周波数より低いサンプリング周波数でリサンプリング（ダウンサンプリング）を行って、音場補正部２２の音場補正回路Ｃｎに出力する。
また、各ダウンサンプリング部Ｄｍは、対応するフィルタ１ｍに対応する周波数帯域について元のＲチャネル入力信号ＲINのサンプリング周波数より低いサンプリング周波数でリサンプリング（ダウンサンプリング）を行って、音場補正部２２の音場補正回路Ｃｍに出力する。
【００２９】
帯域分割・ダウンサンプリング部２１から音場補正部２２に入力された信号は、対応する音場補正回路により、公知の音場補正処理に基づいて処理がなされる。
そして、音場補正回路Ｃ１は、音場補正処理後の信号をフィルタＦ２１（＝ハイパスフィルタ）に出力し、（ｎ−２）個の音場補正回路Ｃｍは、音場補正処理後の信号を、それぞれに対応する（ｎ−２）個のアップサンプリング部Ｕｍに出力し、音場補正回路Ｃｎは、音場補正処理後の信号をアップサンプリング部Ｕｎに出力する。
これらの結果、フィルタＦ２１は、音場補正回路Ｃ１による音場補正処理後の信号の高域成分のみを通過させて合成部２４に出力する。
【００３０】
アップサンプリング部Ｕｍ、Ｕｎは、対応する音場補正回路Ｃｍ、Ｃｎによる音場補正処理後の信号のアップサンプリングを行い、元のＲチャネル入力信号ＲINと同一のサンプリング周波数として対応するフィルタＦ２ｍ、Ｆ２ｎに出力する。
この結果、フィルタＦ２ｍは、アップサンプリング部Ｕｍの出力信号のうち、対応する周波数帯域の成分を通過させて合成部２４に出力する。
【００３１】
また、フィルタＦ２ｎは、アップサンプリング部Ｕｎの出力信号のうち、対応する周波数帯域の成分を通過させて合成部２４に出力する。
このとき、フィルタＦ２ｍ、２ｎは、アップサンプリング後のデータのエイリアスによる妨害を避けるためのインターポレーションフィルタとしても機能し、余分な周波数成分を除去している。
【００３２】
これらの結果、合成部２４は、フィルタＦ２１〜Ｆ２ｎの出力信号を合成して、Ｒチャネル補正信号ＲＣとしてＲチャネルアンプ１２Ｒに出力する。
Ｒチャネルアンプ１２Ｒは、Ｒチャネル補正信号ＲＣを増幅してＲチャネル増幅信号ＲＡとしてＲチャネルスピーカ１３Ｒに出力する。Ｒチャネルスピーカ１３Ｒは、Ｒチャネル増幅信号ＲＡに対応するＲチャネル音響信号ＳＲを出力することとなる。
【００３３】
同様にして、Ｌチャネル音場補正装置１１Ｌは、入力されたＬチャネル入力信号ＬINに音場補正を施して、Ｌチャネル補正信号LＣをＬチャネルアンプ１２Ｌに出力し、Ｌチャネルアンプ１２Ｌは、Ｌチャネル補正信号LＣを増幅してＬチャネル増幅信号ＬＡとしてＬチャネルスピーカ１３Ｌに出力する。Ｌチャネルスピーカ１３Ｌは、Ｌチャネル増幅信号ＬＡに対応するＬチャネル音響信号ＳＬを出力することとなる。
【００３４】
これらの結果、聴取者は、音場補正がなされたＲチャネル音響信号ＳＲおよびＬチャネル音響信号ＳＬに基づいて最適な音場補正がなされた音響を楽しむことができる。
なお、帯城分割と再合成にはオーバーヘッドが生じることとなるが、帯域分割数、帯域幅を最適化することにより、トータルの処理の負荷を最適化することが可能である。
【００３５】
以上の説明のように、本実施形態によれば、周波数帯域を全く分けずに高いサンプリングレートのまま大きな段数のフィルタ処理をするよりも、信号処理負荷を軽減することができ、音響性能も損なうこともない音場補正装置を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実際の音場のインバルス応答を時間周波数解析した結果の一例である。
【図２】実施形態の音響再生システムのブロック図である。
【図３】Ｒチャネル音場補正装置の概要構成ブロック図である。
【図４】従来のオーディオ再生システムの概念図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  音響再生システム
１１Ｒ  Ｒチャネル音場補正装置
１１Ｌ  Ｌチャネル音場補正装置
１２Ｒ  Ｒチャネルアンプ
１２Ｌ  Ｌチャネルアンプ
１３Ｒ  Ｒチャネルスピーカ
１３Ｌ  Ｌチャネルスピーカ
２１  帯域分割・ダウンサンプリング部
２２  音場補正部
２３  アップサンプリング・合成部
２４  合成部
Ｃ１〜Ｃｎ  音場補正部
Ｆ１１  フィルタ（ＨＰＦ）
Ｆ１ｍ  フィルタ（ＢＰＦ、デシメーションフィルタ）
Ｆ１ｎ  フィルタ（ＬＰＦ、デシメーションフィルタ）
Ｆ２１  フィルタ（ＨＰＦ）
Ｆ２ｍ  フィルタ（ＢＰＦ、インターポレーションフィルタ）
Ｆ２ｎ  フィルタ（ＬＰＦ、インターポレーションフィルタ）
ＬＡ  Ｌチャネル増幅信号
ＬＣ  Ｌチャネル補正信号
ＬIN  Ｌチャネル入力信号
ＲＡ  Ｒチャネル増幅信号
ＲＣ  Ｒチャネル補正信号
ＲIN  Ｒチャネル入力信号
ＳＬ  Ｌチャネル音響信号
ＳＲ  Ｒチャネル音響信号
【図１】
2005341204.tif 000007
【図２】
2005341204.tif 000008
【図３】
2005341204.tif 000009
【図４】
2005341204.tif 000010