(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像を表示する表示パネルを収容し、当該表示パネルが外部に露出される開口部が形成されている前面枠を有する筐体と、
第１の音響信号を発生する第１の信号発生部と、
前記表示パネルの前記前面枠に配置され、前記第１の音響信号を第１の音に変換する第１スピーカと、
定位倍率ｎを入力する定位倍率入力部と、
前記第１の音響信号を、前記定位倍率ｎに応じて算出される数式（１０１）に示される第１制御フィルタＧ１で調整して、第２の音響信号を出力する第１制御フィルタ部と、
前記表示パネルの前記前面枠に配置され、前記第２の音響信号を第２の音に変換する第２スピーカと、
前記第１の音響信号を、前記定位倍率ｎに応じて算出される数式（１０２）に示される第２制御フィルタＧ２で調整して、第３の音響信号を出力する第２制御フィルタ部と、
前記第２スピーカと並列に、前記表示パネルの前記前面枠に配置され、前記第３の音響信号を第３の音に変換する第３スピーカと、
を具備することを特徴とする音像定位装置。
【数１】
0005330328.tif 000045
【数２】
0005330328.tif 000046
ＷＬｉは、前記第１スピーカの音源中心と第ｉ左耳位置との間の直線距離で決まる伝達特性を示し、ＷＲｉは、前記第１スピーカの前記音源中心と第ｉ右耳位置との間の直線距離で決まる伝達特性を示し、ＵＬｉ１は、前記第２スピーカの音源中心と前記第ｉ左耳位置との間の直線距離で決まる伝達特性を示し、ＵＲｉ１は、前記第２スピーカの前記音源中心と前記第ｉ右耳位置との間の直線距離で決まる伝達特性を示し、ＵＬｉ２は、前記第３スピーカの音源中心と前記第ｉ左耳位置との間の直線距離で決まる伝達特性を示し、ＵＲｉ２は、前記第３スピーカの前記音源中心と前記第ｉ右耳位置との間の直線距離で決まる伝達特性を示す。
【請求項２】
第４の音響信号を発生する第２の信号発生部と、
前記表示パネルの中心を通り且つ前記表示パネルに直交する仮想平面に関して、前記第１スピーカと対称に前記前面枠に配置され、前記第４の音響信号を第４の音に変換する第４スピーカと、
前記第４の音響信号を、前記定位倍率ｎに応じて算出される数式（１０１）に示される第１制御フィルタＧ１で調整して、第５の音響信号を出力する第３制御フィルタ部と、
前記仮想平面に関して前記第２スピーカと対称に前記前面枠に配置され、前記第５の音響信号を第５の音に変換する第５スピーカと、
前記第４の音響信号を、前記定位倍率ｎに応じて算出される数式（１０２）に示される第２制御フィルタＧ２で調整して、第６の音響信号を出力する第６制御フィルタ部と、
前記仮想平面に関して前記第３スピーカと対称に前記前面枠に配置され、前記第６の音響信号を第６の音に変換する第６スピーカと、
をさらに具備し、
前記第１及び第４の音響信号がステレオ信号に対応することを特徴とする請求項１に記載の音像定位装置。
【請求項３】
映像を表示する表示パネルを収容し、当該表示パネルが外部に露出される開口部が形成されている前面枠を有する筐体と、
第１の音響信号を発生する第１の信号発生部と、
前記表示パネルの前記前面枠に配置され、前記第１の音響信号を第１の音に変換する第１スピーカと、
定位倍率ｎを入力する定位倍率入力部と、
数式（１０３）を満たす条件下で前記定位倍率ｎに応じて算出される数式（１０４）に示される制御フィルタＧで、前記第１の音響信号を調整して、第２の音響信号を出力する第１制御フィルタ部と、
前記表示パネルの前記前面枠に配置され、前記第２の音響信号を第２の音に変換する第２スピーカと、
を具備することを特徴とする音像定位装置。
【数３】
0005330328.tif 000047
【数４】
0005330328.tif 000048
ここで、ＬＴｑ＿Ｒは、目標音像と聴取者の右耳との間の直線距離を示し、ＬＴｑ＿Ｌは、前記目標音像と前記聴取者の左耳との間の直線距離を示し、Ｌｑ＿Ｒは、前記第１スピーカの音源中心と前記右耳との間の直線距離を示し、Ｌｑ＿Ｌは、前記第１スピーカの前記音源中心と前記左耳との間の直線距離を示し、ＬＱ＿Ｒは、前記第２スピーカの音源中心と前記右耳との間の直線距離を示し、ＬＱ＿Ｌは、前記第２スピーカの前記音源中心と前記左耳までの直線距離を示し、ΔＮはタップ差を示し、ｋは波数を示し、ｊは虚数を示し、Ｃは音速を示し、Δｆは前記第１の音響信号のサンプリング周波数を示す。
【請求項４】
第３の音響信号を発生する第２の信号発生部と、
前記表示パネルの中心を通り且つ前記表示パネルに直交する仮想平面に関して、前記第１スピーカと対称に前記前面枠に配置され、前記第３の音響信号を第３の音に変換する第３スピーカと、
数式（１０３）を満たす条件下で前記定位倍率ｎに応じて算出される数式（１０４）に示される制御フィルタＧで、前記第３の音響信号を調整して、第４の音響信号を出力する第２制御フィルタ部と、
前記仮想平面に関して前記第２スピーカと対称に前記前面枠に配置され、前記第４の音響信号を第４の音に変換する第４スピーカと、
をさらに具備し、
前記第１及び第３の音響信号がステレオ信号に対応することを特徴とする請求項３に記載の音像定位装置。
【請求項５】
映像を表示する表示パネルを収容し、当該表示パネルが外部に露出される開口部が形成されている前面枠を有する筐体と、
第１の音響信号を発生する第１の信号発生部と、
前記表示パネルの前記前面枠に配置され、前記第１の音響信号を第１の音に変換する第１スピーカと、
定位倍率ｎを入力する定位倍率入力部と、
数式（１０５）を満たす条件下で前記定位倍率ｎに応じて算出される数式（１０６）に示される第１制御フィルタＧ１で、前記第１の音響信号を調整して、第２の音響信号を出力する第１制御フィルタ部と、
前記表示パネルの前記前面枠に配置され、前記第２の音響信号を第２の音に変換する第２スピーカと、
数式（１０５）を満たす条件下で前記定位倍率ｎに応じて算出される数式（１０６）に示される第２制御フィルタＧ２で、前記第１の音響信号を調整して、第３の音響信号を出力する第２制御フィルタ部と、
前記第２スピーカと並列に、前記表示パネルの前記前面枠に配置され、前記第３の音響信号を第３の音に変換する第３スピーカと、
を具備することを特徴とする音像定位装置。
【数５】
0005330328.tif 000049
【数６】
0005330328.tif 000050
ここで、ＷＬは、前記第１スピーカの音源中心と聴取者の左耳との間の直線距離で決まる伝達特性を示し、ＷＲは、前記第１スピーカの前記音源中心と前記聴取者の右耳との間の直線距離で決まる伝達特性を示し、ＵＬ１は、前記第２スピーカの前記音源中心と前記左耳との間の直線距離ＬＵＬ１で決まる伝達特性を示し、ＵＲ１は、前記第２スピーカの前記音源中心と前記右耳との間の直線距離ＬＵＲ１で決まる伝達特性を示し、ＵＬ２は、前記第３スピーカの音源中心と前記左耳との間の直線距離ＬＵＬ２で決まる伝達特性を示し、ＵＲ２は、前記第３スピーカの前記音源中心と前記右耳との間の直線距離ＬＵＲ２で決まる伝達特性を示し、ΔＮはタップ差を示し、Ｃは音速を示し、Δｆは前記第１の音響信号のサンプリング周波数を示す。
【請求項６】
映像を表示する表示パネルを収容し、当該表示パネルが外部に露出される開口部が形成されている前面枠を有する筐体と、
第１の音響信号を発生する第１の信号発生部と、
前記表示パネルの前記前面枠に配置され、前記第１の音響信号を第１の音に変換する第１スピーカと、
数式（１０７）を満たす条件下で算出される数式（１０８）に示される制御フィルタＧで、前記第１の音響信号を調整して、第２の音響信号を出力する第１制御フィルタ部と、
前記表示パネルの前記前面枠に配置され、前記第２の音響信号を第２の音に変換する第２スピーカと、
を具備することを特徴とする音像定位装置。
【数７】
0005330328.tif 000051
【数８】
0005330328.tif 000052
ここで、ＬＴｑ＿Ｒは、目標音像と聴取者の右耳との間の直線距離を示し、ＬＴｑ＿Ｌは、前記目標音像と前記聴取者の左耳との間の直線距離を示し、Ｌｑ＿Ｒは、前記第１スピーカの音源中心と前記右耳との間の直線距離を示し、Ｌｑ＿Ｌは、前記第１スピーカの前記音源中心と前記左耳との間の直線距離を示し、ＬＱ＿Ｒは、前記第２スピーカの音源中心と前記右耳との間の直線距離を示し、ＬＱ＿Ｌは、前記第２スピーカの前記音源中心と前記左耳までの直線距離を示し、ΔＮはタップ差を示し、ｋは波数を示し、ｊは虚数を示し、Ｃは音速を示し、Δｆは前記第１の音響信号のサンプリング周波数を示す。
【請求項７】
映像を表示する表示パネルを収容し、当該表示パネルが外部に露出される開口部が形成されている前面枠を有する筐体と、
第１の音響信号を発生する第１の信号発生部と、
前記表示パネルの前記前面枠に配置され、前記第１の音響信号を第１の音に変換する第１スピーカと、
定位倍率を入力する定位倍率入力部と、
前記第１の音響信号を第１制御フィルタで調整して、第２の音響信号を出力する第１制御フィルタ部と、
前記表示パネルの前記前面枠に配置され、前記第２の音響信号を第２の音に変換する第２スピーカと、
前記第１の音響信号を第２制御フィルタで調整して、第３の音響信号を出力する第２制御フィルタ部と、
前記第２スピーカと並列に、前記表示パネルの前記前面枠に配置され、前記第３の音響信号を第３の音に変換する第３スピーカと、
を具備し、
前記第１制御フィルタ及び前記第２制御フィルタは、聴取者の左耳に到達する、前記第１の音、前記第２の音、及び前記第３の音を含む合成音の音圧が第１基準音圧を前記定位倍率だけ増幅した音圧に等しく、且つ、前記聴取者の右耳に到達する前記合成音の音圧が第２基準音圧を前記定位倍率だけ増幅した音圧に等しくなるように、算出されることを特徴とする音像定位装置。
【請求項８】
前記第１基準音圧は、前記左耳に到達する前記第１の音の音圧の２倍に等しく、前記第２基準音圧は、前記右耳に到達する前記第１の音の音圧の２倍に等しい、ことを特徴とする請求項７に記載の音像定位装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、目的の位置に音像を定位させる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーディオ分野では、１対の音源（例えば、スピーカ）を使用して、実際の音源とは異なる任意の位置に音像を定位させる音像定位技術が知られている。目的の位置に音像を定位させるためには、１対の音源から聴取者の左耳に到達する音圧と１対の音源から聴取者の右耳に到達する音圧との音圧差が、目的の位置に配置された仮想音源から聴取者の左耳に到達する音圧と仮想音源から聴取者の右耳に到達する音圧との音圧差に一致するように、１対の音源で再生される音響信号の振幅及び位相が調整される。音響信号を調整するための制御フィルタの導出には、目的の音像位置に設置した実際のスピーカを用いて、このスピーカから鼓膜入口までの頭部伝達関数を含む空間伝達関数を測定する必要がある。
【０００３】
ところで、液晶テレビ等の画像表示装置の大画面化が進むにつれ、映像と音響のミスマッチが生じるようになっている。例えば、画面（表示パネル）の下部にスピーカが配置されている場合、アナウンサは画面の中央に表示されているのに、音は画面の下方から聞こえてくる状況が生じる。液晶テレビ等においては、映画館のように、画面裏にスピーカを配置することは困難とされる。
【０００４】
そこで、このような大型の画像表示装置に音像定位を適用することが考えられる。しかしながら、頭部伝達関数が音源到来方向で大幅に変化することから、機種及び画面サイズ等によってスピーカ配置が異なる画像表示装置に音像定位を適用する場合、頭部伝達関数を同定する方法を構築することは困難とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−８８９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、音像定位装置においては、制御フィルタを容易に導出することができることが求められている。本開示は、上記問題点を解決するためになされたものであり、制御フィルタの設計が容易である音像定位装置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】
【０００７】
一実施形態に係る音像定位装置は、映像を表示する表示パネルを収容し、当該表示パネルが外部に露出される開口部が形成されている前面枠を有する筐体と、第１の音響信号を発生する第１の信号発生部と、前記表示パネルの下方の前記前面枠に配置され、前記第１の音響信号を第１の音に変換する第１スピーカと、を備える。この音像定位装置は、定位倍率ｎを入力する定位倍率入力部と、前記定位倍率ｎに応じて算出される数式（１０１）に示される第１制御フィルタＧ１で、前記第１の音響信号を調整して、第２の音響信号を出力する第１制御フィルタ部と、前記表示パネルの上方の前記前面枠に配置され、前記第２の音響信号を第２の音に変換する第２スピーカと、前記定位倍率ｎに応じて算出される数式（１０２）に示される第２制御フィルタＧ２で、前記第１の音響信号を調整して、第３の音響信号を出力する第２制御フィルタ部と、前記第２スピーカと並列に、前記表示パネルの上方の前記前面枠に配置され、前記第３の音響信号を第３の音に変換する第３スピーカと、をさらに備える。
【数１】
0005330328.tif 000002
【０００８】
【数２】
0005330328.tif 000003
【０００９】
ＷＬｉは、前記第１スピーカの音源中心と第ｉ左耳位置との間の直線距離で決まる伝達特性を示し、ＷＲｉは、前記第１スピーカの前記音源中心と第ｉ右耳位置との間の直線距離で決まる伝達特性を示し、ＵＬｉ１は、前記第２スピーカの音源中心と前記第ｉ左耳位置との間の直線距離で決まる伝達特性を示し、ＵＲｉ１は、前記第２スピーカの前記音源中心と前記第ｉ右耳位置との間の直線距離で決まる伝達特性を示し、ＵＬｉ２は、前記第３スピーカの音源中心と前記第ｉ左耳位置との間の直線距離で決まる伝達特性を示し、ＵＲｉ２は、前記第３スピーカの前記音源中心と前記第ｉ右耳位置との間の直線距離で決まる伝達特性を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】音像定位の基本原理を説明するための図。
【図２】第１の実施形態に係る音像定位装置を示す概略図。
【図３】図２に示した音像定位装置を備えた画像表示装置の外観を示す斜視図。
【図４】図２に示した各スピーカと聴取者との位置関係を示す上面図。
【図５】本実施形態で使用する基準音圧を導出するためのスピーカシステムを示す概略図。
【図６】評価点の数Ｎが１の場合の伝達関数を説明するための図。
【図７】第１の実施形態の制御フィルタＧ１、Ｇ２を計算した結果を示すグラフ。
【図８】定位倍率毎にクロススペクトルを計算した結果を示すグラフ。
【図９】目標音像及び主音源の相互相関関数を計算した結果を示すグラフ。
【図１０】定位倍率が１である場合に、制御後の合成音源の相互相関関数を計算した結果を示すグラフ。
【図１１】定位倍率が３である場合に、制御後の合成音源の相互相関関数を計算した結果を示すグラフ。
【図１２】定位倍率が５である場合に、制御後の合成音源の相互相関関数を計算した結果を示すグラフ。
【図１３】図２の音像定位装置により定位される音像の位置が目標音像の位置に依存しないことを示すグラフ。
【図１４】第２の実施形態に係る音像定位装置を示す概略図。
【図１５】第３の実施形態に係る音像定位装置を示す概略図。
【図１６】第４の実施形態に係る音像定位装置を示す概略図。
【図１７】第６の実施形態に係る音像定位装置を示す概略図。
【図１８】第６の実施形態に従って、合成音源及び目標音像の相互相関関数を計算した結果を示すグラフ。
【図１９】第６の実施形態に従って、聴取距離Ｒとタップ差ΔＮとの関係を示すグラフ。
【図２０Ａ】第６の実施形態に従って、タップ差ΔＮがゼロになる場合に計算された制御フィルタにおけるゲインの周波数特性を示すグラフ。
【図２０Ｂ】第６の実施形態に従って、タップ差ΔＮがゼロになる場合に計算された制御フィルタにおける位相差の周波数特性を示すグラフ。
【図２１Ａ】第６の実施形態に従って、タップ差ΔＮが１である場合に計算された制御フィルタにおけるゲインの周波数特性を示すグラフ。
【図２１Ｂ】第６の実施形態に従って、タップ差ΔＮが１である場合に計算された制御フィルタにおける位相差の周波数特性を示すグラフ。
【図２２】第７の実施形態に係る聴取者の両耳の位置を示す模式図。
【図２３】第７の実施形態に従って、聴取距離Ｒとタップ差ΔＮとの関係を示すグラフ。
【図２４】第８の実施形態に係る音像定位装置を備える画像表示装置の外観を示す正面図。
【図２５】実施例１に係る各スピーカ及び目標音像の位置を示す図。
【図２６】図２５に示したスピーカ配置における主音源及び目標音像の相互相関関数を計算した結果を示すグラフ。
【図２７】比較例１に係るメインスピーカ及び目標音像の位置を示す図。
【図２８Ａ】図２７に示した目標音像の相関強度分布を三次元的に示すグラフ。
【図２８Ｂ】図２７に示した目標音像の相関強度分布を示すグラフ。
【図２９Ａ】図２７に示した主音源の相関強度分布を三次元的に示すグラフ。
【図２９Ｂ】図２７に示した主音源の相関強度分布を示すグラフ。
【図３０Ａ】比較例２に従ったインスピーカ、補助スピーカ及び目標音像の位置を示す図。
【図３０Ｂ】比較例２に従って、合成音源の相関強度分布を三次元的に示すグラフ。
【図３０Ｃ】比較例２に従って、合成音源の相関強度分布を示すグラフ。
【図３０Ｄ】比較例２に従って、合成音源の相互相関関数を計算した結果を示すグラフ。
【図３１Ａ】比較例３に従ったメインスピーカ、補助スピーカ及び目標音像の位置を示す図。
【図３１Ｂ】比較例３に従って、合成音源の相関強度分布を三次元的に示すグラフ。
【図３１Ｃ】比較例３に従って、合成音源の相関強度分布を示すグラフ。
【図３２Ａ】実施例１に従ったメインスピーカ、補助スピーカ及び目標音像の位置を示す図。
【図３２Ｂ】実施例１に従って、合成音源の相関強度分布を三次元的に示すグラフ。
【図３２Ｃ】実施例１に従って、合成音源の相関強度分布を示すグラフ。
【図３３】実施例１に従って、合成音源の相互相関関数の計算結果を示すグラフ。
【図３４Ａ】実施例２に従ったメインスピーカ、補助スピーカ及び目標音像の位置を示す図。
【図３４Ｂ】実施例２に従って、合成音源の相関強度分布を三次元的に示すグラフ。
【図３４Ｃ】実施例２に従って、合成音源の相関強度分布を示すグラフ。
【００１１】
分布を示すグラフ。
【図３５Ａ】目標音像の位置を示す図。
【図３５Ｂ】横向き形態において、図３５Ａに示した目標音像の相関強度分布を示すグラフ。
【図３５Ｃ】横向き形態において、図３５Ａに示した目標音像の相関強度分布を三次元的に示すグラフ。
【図３６Ａ】メインスピーカ及び目標音像の位置を示す図。
【図３６Ｂ】横向き形態において、図３６Ａに示した主音源の相関強度分布を示すグラフ。
【図３６Ｃ】横向き形態において、図３６Ａに示した主音源の相関強度分布を三次元的に示すグラフ。
【図３７Ａ】メインスピーカ、補助スピーカ及び目標音像の位置を示す図。
【図３７Ｂ】横向き形態において、図３７Ａに示したメインスピーカ及び補助スピーカを含む合成音源の相関強度分布を示すグラフ。
【図３７Ｃ】横向き形態において、図３７Ａに示したメインスピーカ及び補助スピーカを含む合成音源の相関強度分布を三次元的に示すグラフ。
【図３８】実施例３に係る音像定位装置を取り付けられるモックアップの外観を示す概略図。
【図３９】実施例３に係る音像定位装置を取り付けられるモックアップの外観を示す概略図。
【図４０】相互相関関数を計測する装置を示す概略図。
【図４１】図４０の計測装置を使用して、比較例３に従って合成音源及び目標音像の相互相関関数を計測した結果を示すグラフ。
【図４２】実施例３に従って合成音源及び目標音像の相互相関関数を計算した結果を示すグラフ。
【図４３】音響信号として音楽信号を使用した場合に、実施例３に従って合成音源及び目標音像の相互相関関数を計測した結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、必要に応じて図面を参照しながら、実施形態に係る音像定位装置を説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
【００１３】
最初に、図１を参照して、音像定位の基本原理について説明する。  
音像定位は、１対の音源（例えば、スピーカ）を使用して、実際の音源とは異なる任意の位置に音像を定位させる技術である。一例として、図１に示すように、音像定位は、第１及び第２スピーカ１１、１２の各々から放射される音を制御することで、実際には存在しない仮想スピーカ１３から音が放射されているように、聴取者１０に知覚させることができる。この際、聴取者１０の左右の耳に夫々到達する音圧の差が、仮想スピーカ１３を再生した場合に聴取者１０の左右の耳に夫々到達する音圧の差に一致するように、第１及び第２スピーカ１１、１２で再生する音響信号の振幅及び位相が調整される。
【００１４】
音響信号を調整するための制御フィルタは、第１スピーカ１１から聴取者１０の左右の耳までの空間伝達特性ＷＬ、ＷＲ、及び第２スピーカ１２から左右の耳までの空間伝達特性ＵＬ、ＵＲを用いて導出される。これらの空間伝達特性ＷＬ、ＷＲ、ＵＬ、ＵＲには、通常、頭部及び耳介の形状を含む頭部伝達関数が含まれる。頭部伝達関数は、音源到来方向の依存性が強く、前後上下左右方向に音源が数度ずれるだけで、周波数特性及び位相特性が大きく変化する。また、頭部伝達関数には、頭部及び耳介の形状の違いに起因して、個人差が大きいことが知られている。従って、高精度の音像定位を実現するためには、頭部伝達関数を実用いる場合、頭部伝達関数を実際に測定する必要がある。
【００１５】
大型の表示パネル（画面）を備えた画像表示装置に音像定位を適用する場合、その画面上に音像を定位させるために、頭部伝達関数を含む空間伝達特性を同定することは、以下の理由により、困難とされる。頭部伝達関数は、音源到来方向によって大幅に変化し、スピーカの設置条件及び周囲条件等により変化し、従って、スピーカの配置場所が機種及び画面サイズによって変わる画像表示装置に関して、頭部伝達関数を同定する方法を構築することは、困難とされる。
【００１６】
以下に説明する種々の実施形態に係る音像定位装置では、頭部伝達関数を用いることなく、画像表示装置のサイズ及びスピーカの配置によって決まる幾何形状で同定される空間伝達特性が使用される。
【００１７】
（第１の実施形態）  
図２は、第１の実施形態に係る音像定位装置を概略的に示している。この音像定位装置は、図２に示されるように、液晶テレビ等の画像表示装置１５０に設けられる。この画像表示装置１５０は、筐体１５１と、筐体１５１内に収容され、映像を表示する表示パネル（画面）１５２と、筐体１５１を支持するスタンド１５３とを備える。表示パネル１５２は、筐体１５１の前面枠１５４に形成されている開口部１５５を通じて外部に露出されている。表示パネル１５２は、液晶表示パネル及びプラズマ表示パネル等を含む。前面枠１５４は、開口部１５５を囲むように枠状に形成されている。
【００１８】
表示パネル１５２の下方には、主音源としてのメインスピーカ１１０が配置され、表示パネル１５２の上方には、制御音源としての第１及び第２の補助スピーカ１１１、１１２が並列に配置されている。より詳細には、メインスピーカ１１０は、表示パネル１５２の下方に位置する前面枠１５４の下端部に配置されている。また、第１及び第２の補助スピーカ１１１、１１２は、表示パネル１５２を挟んで下端部に対向配置される前面枠１５４の上端部に並列に配置されており、メインスピーカ１１０より画面の中央側に位置している。
【００１９】
画像表示装置１５０は、テレビジョン放送信号を受信して復調する図示しないチューナを備え、この復調された信号に応じて音響信号が音響信号発生部１０１で発生される。この音響信号は、アンプ部１０２で増幅されてメインスピーカ１１０に入力され、メインスピーカ１１０で音に変換される。
【００２０】
さらに、音響信号発生部１０１で発生した音響信号は、制御フィルタＧ１を備えた第１制御フィルタ部１０３、及び制御フィルタＧ２を備えた第２制御フィルタ部１０５に送られる。第１制御フィルタ部１０３では、音響信号は、制御フィルタＧ１によってその位相及び振幅が調整される。第１制御フィルタ部１０３で調整された音響信号は、アンプ部１０４で増幅されて第１の補助スピーカ１１１で音に変換される。第２制御フィルタ部１０５では、音響信号は、制御フィルタＧ２によってその位相及び振幅が調整される。第２制御フィルタ部１０５で調整された音響信号は、アンプ部１０６で増幅されて第２の補助スピーカ１１２で音に変換される。メインスピーカ１１０から放射された音（主音）、第１の補助スピーカ１１１から放射された音（制御音）及び第２の補助スピーカ１１２から放射された音（制御音）は、夫々メインスピーカ１１０、第１の補助スピーカ１１１及び第２の補助スピーカ１１２の前面から、画像表示装置１５０の前方の視聴者に向けられる。
【００２１】
第１及び第２制御フィルタ部１０３、１０５には、ユーザ（例えば、聴取者）により設定された定位倍率ｎが定位倍率入力部１０７によって入力される。この定位倍率ｎは、音像定位の強さを調節するために使用される。制御フィルタＧ１及びＧ２は、定位倍率ｎに依存する。
【００２２】
一例として、目標音像１２０は、第１の補助スピーカ１１１の下方であって、画面中心Ｏと同じ水平位置に設定される。本実施形態では、メインスピーカ１１０からの主音が、第１及び第２の補助スピーカ１１１、１１２からの制御音で制御されて、目標音像１２０の位置に音像が定位される。
【００２３】
図３は、図２の音像定位装置を備えた画像表示装置１５０の外観を示している。図３及び他の図において、説明のために、３次元座標系（ｘｙｚ座標系）を設定している。ｘｙｚ座標系では、表示パネル１５２の中心（画面中心）に原点Ｏを定め、幅方向（左右方向）をｘ軸方向、高さ方向（上下方向）をｙ軸方向、奥行き方向（ｘｙ平面に直交する方向）をｚ軸方向とする。
【００２４】
図３に示されるように、ｄｑは、メインスピーカ１１０の音源中心と画面中心との間の幅方向の距離を示す。ｄＱは、第１の補助スピーカ１１１の音源中心と画面中心との間の幅方向の距離を示し、Δｄは、第１の補助スピーカ１１１の音源中心と第２の補助スピーカ１１２の音源中心との間の距離を示す。第２の補助スピーカ１１２は、第１の補助スピーカ１１１より画面中央側に配置されており、第２の補助スピーカ１１２の音源中心と画面中心との間の幅方向の距離は、ｄＱ−Δｄである。また、Ｈは、メインスピーカ１１０の音源中心と第１の補助スピーカ１１１（又は第２の補助スピーカ１１２）の音源中心との間の高さ方向の距離を示す。Ｒは、画像表示装置１５０の正面に位置する聴取者２０１の耳元位置（両耳の中点）２０２と画面中心との間の距離を示し、画像表示装置１５０のサイズ（例えば、上記の距離Ｈ、表示パネル１５２の大きさ（例えば、高さ、幅）等）に応じて決定される。
【００２５】
本実施形態では、聴取者２０１の耳元位置２０２を基準として複数の耳元位置が設定され、各耳元位置は、インデックスｉで表示される。ここで、ｉは、Ｎ以下の自然数であり、このＮは、評価点の数を示し、１以上の自然数である。複数の耳元位置は、基準耳元位置２０２の近傍の音圧の空間平均をとるために導入される。図４に示されるように、基準耳元位置２０２のインデックスｉは２であり、基準耳元位置２０２と画面中心との距離は、Ｒである。インデックスｉが１である耳元位置２０３は、基準耳元位置２０２よりも画像表示装置１５０側に設定され、耳元位置２０３と画面中心との距離は、Ｒ−ΔＲである。また、インデックスｉが３である耳元位置２０４は、基準耳元位置２０２より画像表示装置１５０から離れた位置に設定され、耳元位置２０４と画面中心との距離は、Ｒ＋ΔＲである。さらに、インデックスｉが４である耳元位置と画面中心との距離は、Ｒ＋２×ΔＲであり、インデックスｉが５である耳元位置と画面中心との距離は、Ｒ＋３×ΔＲである、というようになる。ΔＲは、評価点の間隔を示す。評価点の間隔ΔＲは、概ね０．１ｍ前後に設定される。
【００２６】
耳元位置ｉに対応する左右の耳の位置は、耳元位置ｉから幅方向に±ｄｅだけ移動した位置に設定される。なお、両耳間の距離（２×ｄｅ）は、万人において略一致することから、一例として０．３ｍであり、即ち、ｄｅ＝０．１５ｍである。
【００２７】
聴取者の左耳に到達する音圧信号ＰＬｉは、下記数式（１）のように、メインスピーカ１１０からの主音並びに第１及び第２の補助スピーカ１１１、１１２の各々からの制御音を含む合成音の音圧で表すことができる。同様に、聴取者の右耳に到達する音圧信号ＰＲｉは、下記数式（２）のように、メインスピーカ１１０からの主音並びに第１及び第２の補助スピーカ１１１、１１２の各々からの制御音を含む合成音の音圧で表すことができる。
【数３】
0005330328.tif 000004
【００２８】
【数４】
0005330328.tif 000005
【００２９】
ここで、ｑｐは、メインスピーカ１１０から出力される音の強さを示す。ＷＬｉは、メインスピーカ１１０の音源中心から第ｉ左耳位置までの伝達特性を示し、メインスピーカ１１０の音源中心と第ｉ左耳位置との間の直線距離ＬｗＬｉで決まり、ＷＲｉは、メインスピーカ１１０の音源中心から第ｉ右耳位置までの伝達特性を示し、メインスピーカ１１０の音源中心と第ｉ右耳位置との間の直線距離ＬｗＲｉで決まる。ここで、第ｉ左耳位置及び第ｉ右耳位置とは、夫々、インデックスがｉである耳元位置に対応する左右の耳の位置を示す。また、ＵＬｉ１は、第１の補助スピーカ１１１の音源中心から第ｉ左耳位置までの伝達特性を示し、第１の補助スピーカ１１１の音源中心と第ｉ左耳位置との間の直線距離ＬｕＬｉ１で決まり、ＵＬｉ２は、第２の補助スピーカ１１２の音源中心から第ｉ左耳位置までの伝達特性を示し、第２の補助スピーカ１１２の音源中心と第ｉ左耳位置との間の直線距離ＬｕＬｉ２で決まる。さらに、ＵＲｉ１は、第１の補助スピーカ１１１の音源中心から第ｉ右耳位置までの伝達特性を示し、第１の補助スピーカ１１１の音源中心と第ｉ右耳位置との間の直線距離ＬｕＲｉ１で決まり、ＵＲｉ２は、第２の補助スピーカ１１２の音源中心から第ｉ右耳位置までの伝達特性を示し、第２の補助スピーカ１１２の音源中心と第ｉ右耳位置との間の直線距離ＬｕＲｉ２で決まる。
【００３０】
一例として、これらの伝達特性及び距離を式で表すと以下の数式（３）〜（８）のようになる。
【数５】
0005330328.tif 000006
【００３１】
【数６】
0005330328.tif 000007
【００３２】
【数７】
0005330328.tif 000008
【００３３】
【数８】
0005330328.tif 000009
【００３４】
【数９】
0005330328.tif 000010
【００３５】
【数１０】
0005330328.tif 000011
【００３６】
ここで、ｊは虚数を示し、ｋは波数を示す。
【００３７】
ところで、音の空間性を見積もる指標として一般に使用されている両耳間相互相関関数（ＩＡＣＦ：Inter-Aural Cross-correlation Function）は、両耳到来音圧信号を用いて、以下のように表される。
【数１１】
0005330328.tif 000012
【００３８】
ここで、ＰＬ（ｔ）、ＰＲ（ｔ）は、夫々時間ｔに左右の耳に入る音圧を示す。ｔ１及びｔ２は、測定時間を表し、ｔ１＝０、ｔ２＝∞であるが、実際には、ｔ２としては残響時間程度の測定時間としている。また、τは、相関時間を示し、マイナス１ミリ秒から１ミリ秒の範囲とされる。この両耳間相互相関関数の絶対値の最大値は、両耳間相関度（ＩＡＣＣ：Inter-Aural Cross Correlation）と呼ばれ、両耳に伝わる音圧波形がどの程度一致しているかを示す。両耳間相関度の値が大きいほど、音像定位の強さが大きい、即ち、音像定位感が増し、この値が小さいほど、音像定位感が低減し、音像が全体に拡がったように感じられるとされる。
【００３９】
両耳間相互相関関数は、周波数領域上では左右の耳における音圧のクロススペクトル（数式（２２）に示される）と等価になることから、クロススペクトルの絶対値振幅は、相関強度に相当する。この相関強度を向上させるためには、第１及び第２制御フィルタ部１０３、１０５による制御フィルタリングによって、数式（１）及び数式（２）に示される各耳の合成音圧ＰＬｉ、ＰＲｉが増幅される必要がある。
【００４０】
目標増音量を決めるための基準音圧は、図５に示すスピーカシステムに関連して決定される。図５のスピーカシステム内の音響信号発生部５０１、アンプ部５０２、５０４、メインスピーカ５１０及び補助スピーカ５１１は、夫々図２の音像定位装置内の音響信号発生部１０１、アンプ部１０２、１０４、メインスピーカ１１０及び第１の補助スピーカ１１１と同じ機能を有する。メインスピーカ５１０及び補助スピーカ５１１は、表示パネル１５２を挟んで対向して、筐体１５１の前面枠１５４に配置されている。メインスピーカ５１０及び補助スピーカ５１１で再生される信号は同じである。なお、図５では、スタンド１５３が省略されている。
【００４１】
図５のスピーカシステムにおいて、聴取者の右耳に到達する音圧ＰＬｉ及び左耳に到達する音圧ＰＲｉは、夫々下記数式（１０）及び数式（１１）のように導出される。
【数１２】
0005330328.tif 000013
【００４２】
【数１３】
0005330328.tif 000014
【００４３】
ここで、このスピーカシステムでは、メインスピーカ５１０の音源中心と第ｉ左耳位置との間の直線距離は、補助スピーカ５１１の音源中心と第ｉ左耳位置との間の直線距離と等しく、従って、伝達特性ＵＬｉとＷＬｉとが等しい。同様に、メインスピーカ５１０の音源中心と第ｉ右耳位置との間の直線距離は、補助スピーカ５１１の音源中心と第ｉ右耳位置との間の直線距離と等しく、従って、伝達特性ＵＲｉとＷＲｉとが等しい。本実施形態では、数式（１０）及び数式（１１）に示す合成音圧ＰＬｉ、ＰＲｉを基準音圧として使用する。
【００４４】
数式（１）及び数式（２）の制御後の合成音圧が夫々数式（１０）及び数式（１１）の基準音圧と比較してｎ倍に増幅したと仮定すると、下記数式（１２）及び数式（１３）が導出される。
【数１４】
0005330328.tif 000015
【００４５】
【数１５】
0005330328.tif 000016
【００４６】
数式（１２）及び数式（１３）を満たす制御フィルタＧ１及びＧ２は、次のように算出することができる。まず、下記数式（１４）及び数式（１５）で定義される左右の耳の音圧ＰＬｉ及びＰＲｉを使用して、下記数式（１６）及び数式（１７）に示す音圧二乗和ＵＬ及びＵＲを計算し、続いて、これら音圧二乗和ＵＬ及びＵＲを最小にする制御フィルタＧ１及びＧ２を導出する。ここで、振幅及び位相を調整するＦＩＲ演算機能を有する制御フィルタＧ１及びＧ２は、複素関数である。
【数１６】
0005330328.tif 000017
【００４７】
【数１７】
0005330328.tif 000018
【００４８】
【数１８】
0005330328.tif 000019
【００４９】
【数１９】
0005330328.tif 000020
【００５０】
数式（１６）、（１７）等において、上付きの「＊」は、複素共役を示す。
【００５１】
制御フィルタＧ１及びＧ２は、下記数式（１８）のように、数式（１６）の音圧二乗和ＵＬを制御フィルタＧ２の実部Ｇ２ｒ及び虚部Ｇ２ｉで夫々偏微分し、数式（１７）の音圧二乗和ＵＲを制御フィルタＧ１の実部Ｇ１ｒ及び虚部Ｇ１ｉで夫々偏微分することで、下記数式（１９）のように導出される。
【数２０】
0005330328.tif 000021
【００５２】
【数２１】
0005330328.tif 000022
【００５３】
【数２２】
0005330328.tif 000023
【００５４】
この数式（１９）を見ると、制御フィルタＧ１及びＧ２の分母項は、絶対値の和となっている。明確にするために、図６を参照して、評価点の数Ｎが１であり、定位倍率ｎが１である例を説明する。評価点の数Ｎが１である例では、基準耳元位置のインデックスｉを１とする。このとき、ＷＬ１は、メインスピーカ１１０の音源中心から聴取者２０１の左耳までの伝達特性を示し、ＷＲ１は、メインスピーカ１１０の音源中心から聴取者２０１の右耳までの伝達特性を示す。また、ＵＬ１１は、第１の補助スピーカ１１１の音源中心から聴取者２０１の左耳までの伝達特性を示し、ＵＲ１１は、第１の補助スピーカ１１１の音源中心から聴取者２０１の右耳までの伝達特性を示し、ＵＬ１２は、第２の補助スピーカ１１２の音源中心から聴取者２０１の左耳までの伝達特性を示し、ＵＲ１２は、第２の補助スピーカ１１２の音源中心から聴取者２０１の右耳までの伝達特性を示す。評価点の数Ｎが１である場合、数式（１９）は、下記数式（２１）のように変形される。
【数２３】
0005330328.tif 000024
【００５５】
数式（２１）、或いは、数式（１９）及び数式（２０）から明らかなように、制御フィルタＧ１及びＧ２の分母項が伝達関数の和の形で表されている。一方、後述する第３の実施形態等の制御フィルタＧは、分母項が伝達関数の差で表され、特定の条件下では、分母項がゼロに近づき、或いは、ゼロになる場合がある。例えば、後述する第６の実施形態の制御フィルタＧは、聴取距離Ｒが１．２ｍの場合に、制御フィルタＧの分母項がゼロになる。制御フィルタＧの分母項がゼロに近づく、或いは、ゼロになると、制御フィルタＧのゲインが極端に大きくなり、或いは、発散し、実利的な制御フィルタＧを作成することができない。
【００５６】
本実施形態の制御フィルタＧ１及びＧ２は、分母項が伝達関数の和の形で表され、その結果、分母項がゼロに近づくことがなく、ましてゼロになることがないので、制御フィルタＧ１及びＧ２のゲインが極端に大きくなることも発散することもない。図７は、制御フィルタＧ１及びＧ２のゲインの周波数特性を示す。図７からは、周波数全体にわたって、ゲインの増大が抑制されていることがわかる。なお、図７のグラフは、以下の数値を用いて、即ち、ｄｑ＝０．５［ｍ］、ｄＱ＝０．３［ｍ］、Δｄ＝０．１［ｍ］、Ｈ＝０．７［ｍ］、Ｒ＝１．５［ｍ］、ΔＲ＝０．１［ｍ］、ｄｅ＝０．１５［ｍ］として、制御フィルタＧ１及びＧ２を算出した結果を示す。
【００５７】
また、左右の耳に到達する制御後の合成音圧ＰＬｉ及びＰＲｉの各々がｎ倍になると、下記数式（２２）に示されるクロススペクトルηは、ｎ２倍増大する。
【数２４】
0005330328.tif 000025
【００５８】
図８は、数式（２２）で計算されるクロススペクトルを示す。図８に示されるクロススペクトルは、定位倍率ｎが１、３及び５の場合の制御後の合成音圧に対して計算されている。この計算では、聴取距離Ｒを１．５ｍとしている。図８からは、定位倍率ｎが増大するにつれ、クロススペクトルの振幅が周波数全体にわたって増大しているのがわかる。また、図８には、第６の実施形態による制御後の合成音圧に対して計算されたクロススペクトルがさらに示されている。聴取距離Ｒが１．５ｍの場合、第６の実施形態の制御フィルタＧの分母項はゼロにはならないが、各伝達経路間による音圧干渉の影響が発生し、８．４ｋＨｚで極小点が現れている。
【００５９】
図９は、メインスピーカ１１０から聴取者２０１の左右の耳に到達する音圧による相互相関関数の計算結果と、目標音像１２０の位置に実際のスピーカを配置した場合に、このスピーカから聴取者２０１の左右の耳に到達する音圧による相互相関関数の計算結果を示す。目標音像１２０は、図３に示されるように、第１の補助スピーカ１１１の下方に設定され、画面中心から左方向に０．３ｍ離間している。説明を簡単にするために、本実施形態では、メインスピーカ１１０から左右の耳に到達する音圧による相互相関関数を、主音源の相互相関関数と呼び、目標音像１２０の位置に実際のスピーカを配置した場合に、このスピーカから左右の耳に到達する音圧による相互相関関数を、目標音像の相互相関関数と呼ぶ。
【００６０】
相互相関関数の計算では、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚのもと、各スピーカから白色雑音を出力するものとし、これに各伝達特性を畳み込むことで、各スピーカから画像表示装置１５０の正面から１．５ｍ離間した聴取位置に伝わる両耳音圧時刻暦波形を算出し、この両耳音圧時刻暦波形に基づいて、時間領域で両耳間相互相関関数を計算している。図９等の相互相関関数を示すグラフにおいて、横軸は、相関時間を表し、縦軸は、相関強度を表す。両耳間相互相関関数（ＩＡＣＦ）は、両耳到来音圧の大きさで正規化されているので、縦軸ピークの大きさが全て同じ（最大１）となり、両耳間相関度（最大相関ピーク）を評価するうえでは、適切ではない。従って、図９、１０、１１、１２等では、分母項を排除して、即ち、正規化せずに計算した両耳間相互相関関数が示されている。
【００６１】
図９において、主音源の相互相関関数は、実線で示され、目標音像の相互相関関数は、破線で示されている。各相互相関関数の相関ピークは、相関時間τが正の値のときに現れている。これは、図３に示されるように、メインスピーカ１１０及び目標音像１２０が聴取者２０１の左側前方に配置されていることから、相関計算の基準である左耳より遅れて右耳に音が伝わることを示す。また、聴取者２０１の両耳に対して、メインスピーカ１１０のほうが目標音像より離れていることから、距離減衰が効き、主音源の両耳間相関度は、目標音像の両耳間相関度よりも小さくなっている。
【００６２】
図１０、図１１及び図１２は、夫々定位倍率ｎを１、３及び５として、メインスピーカ１１０並びに第１及び第２の補助スピーカ１１１、１１２を含む合成音源から聴取者の左右の耳に到達する合成音圧による相互相関関数を示す。説明を簡単にするために、合成音源から聴取者の左右の耳に到達する合成音圧による相互相関関数を、合成音源の相互相関関数と呼ぶ。図１０、図１１及び図１２からは、定位倍率ｎが増大すると、両耳間相関度が定位倍率ｎの二乗で増大しているのがわかる。音圧レベルに換算すると、例えば定位倍率ｎが３であるときは、制御後の合成音源の両耳間相関度が目標音像より約２０ｄＢ（＝１０ｌｏｇ（１４０／１．５））増大している。前述したように、両耳間相関度の値が大きいほど、音像定位感が増し、この値が小さいほど、音像定位感が低減する。本実施形態に係る音像定位装置は、定位倍率ｎを入力する定位倍率入力部１０７を備え、外部から定位倍率ｎを変えることができることから、好みに合った定位感を聴取者が作ることができる。
【００６３】
なお、図１０、図１１及び図１２では、第１の補助スピーカ１１１が目標音像１２０の真上に配置されていることから、合成音源の相互相関関数の相関ピークを示す相関時間が目標音像の相互相関関数の相関ピークを示す相関時間と一致している。しかし、第１の補助スピーカ１１１と目標音像１２０が上述した位置とは異なる位置に配置される場合には、必ずしも一致しない。目標音像１２０を画面中心Ｏから左にさらに０．１ｍずらした場合、即ち、目標音像が画面中心から左に０．４ｍ離れた位置に設定される場合における目標音像の相互相関関数の計算結果を図１３に示す。図１３には、定位倍率ｎを１として計算された合成音圧の相互相関関数が重ねて表示されている。目標音像の相互相関関数においては、図１３に示されるように、目標音像１２０が左方向に移動したことで、目標音像１２０から聴取者２０１の左耳までの距離と目標音像１２０から聴取者２０１の右耳までの距離との距離差が大きくなり、図１０に比べて相関時間τが大きい値で相関ピークが現れる。しかし、合成音源の相互相関関数の相関ピークの位置は、変わらない。これは、制御フィルタの導出過程で目標音像に関する項がないことに起因する。このように、本実施形態では、目標音像１２０の位置に応じて制御フィルタＧ１及びＧ２が導出されるのではなく、定位される音像の位置は、各スピーカの配置等に応じて変わる。
【００６４】
以上のように、本実施形態に係る音像定位装置においては、頭部伝達関数を測定することなく、画像表示装置１５０のサイズ及び各スピーカ１１０、１１１、１１２の配置といった幾何形状を使用して、目的の位置に音像を定位させるための制御フィルタＧ１、Ｇ２を容易に導出することができる。また、本実施形態の音像定位装置では、メインスピーカ１１０が筐体１５１の前面枠１５４の下端部に配置され、第１及び第２の補助スピーカ１１１、１１２が前面枠１５４の上端部にメインスピーカ１１０より中央側に配置され、これら第１及び第２の補助スピーカ１１１、１１２で、数式（１９）に示す制御フィルタＧ１、Ｇ２で調整された音響信号を再生することで、音像を表示画面１５２上に定位させることができる。さらに、本実施形態に係る音像定位装置は、定位倍率ｎを入力する定位倍率入力部１０７を備え、外部から定位倍率ｎを変えることができることから、好みに合った定位感を聴取者が作ることができる。
【００６５】
（第２の実施形態）  
図１４は、第２の実施形態に係る音像定位装置を概略的に示している。図１４の音像定位装置は、図２の音像定位装置をステレオスピーカシステムに適用したものである。図１４において、図２に示した符号と同様の符号を同一部分に付し、符号に付された添え字Ｌ及びＲは、夫々ステレオ音源の左側音源及び右側音源用であることを示している。定位倍率入力部１０７は、左側音源及び右側音源で共通であり、ユーザ（聴取者）によって設定された定位倍率ｎを第１制御フィルタ部１０３Ｌ、１０３Ｒ及び第２制御フィルタ部１０５Ｌ、１０５Ｒに入力する。
【００６６】
図１４において、画像表示装置１５０のチューナ（図示せず）で復調されたテレビジョン放送信号に応じて、左音響信号が音響信号発生部１０１Ｌで発生され、右音響信号が音響信号発生部１０１Ｒで発生される。メインスピーカ１１０Ｌ、１１０Ｒ、第１の補助スピーカ１１１Ｌ、１１１Ｒ、及び第２の補助スピーカ１１２Ｌ、１１２Ｒは、画面中央に対して左右対称に、即ち、ｙｚ平面に対して対称に配置されている。これにより、左音響信号及び右音響信号の各々に対して生成される音像もまた、画面中央に対して左右対称の位置に定位されることとなり、その結果、ステレオ音源の再生時には、音像は、画面中央に定位される。これは、ステレオ音源を再生する一般的な画像表示装置において、左右の音量バランスを変えると、画面中央に定位していた音像が左右に移動するように感じるのと同様である。
【００６７】
以上のように、本実施形態に係る音像定位装置においては、第１の実施形態の音像定位装置をステレオスピーカシステムに適用することで、音像を画面中央に定位させることができる。さらに、本実施形態に係る音像定位装置は、定位倍率ｎを入力する定位倍率入力部１０７を備え、外部から定位倍率ｎを変えることができることから、好みに合った定位感をユーザが作ることができる。
【００６８】
（第３の実施形態）  
図１５は、第３の実施形態に係る音像定位装置を概略的に示している。図１５の音像定位装置において、図２の音像定位装置と異なる点は、補助スピーカの数が１であること、及び予め設定された目標音像１２０に基づいて制御フィルタＧ１が算出されることである。
【００６９】
図１５の音像定位装置は、音響信号を発生する音響信号発生部１０１、音響信号を増幅するアンプ部１０２、及びアンプ部１０２で増幅された音響信号を音に変換するメインスピーカ１１０を備えている。この音像定位装置は、制御フィルタＧで音響信号の振幅及び位相を調整する制御フィルタ部１０３、制御フィルタ部１０３で調整された音響信号を増幅するアンプ部１０４、及びアンプ部１０４で増幅された音響信号を音に変換する補助スピーカ１１１をさらに備えている。図１５の制御フィルタ部１０３が備える制御フィルタＧは、図２の第１の制御フィルタ部１０３の制御フィルタＧ１とは異なっている。制御フィルタＧは、定位倍率入力部１０７から入力された定位倍率ｎに依存する。制御後の左右の耳における音圧は、ｎ倍になり、数式（２２）に示すクロススペクトルηは、ｎ２倍増大し、即ち、定位強度がｎ２倍増大する。
【００７０】
メインスピーカ１１０は、前面枠１５４の下端部の左端に配置され、補助スピーカ１１１は、前面枠１５４の上端の左側であって、メインスピーカ１１０より中央寄りに配置されている。即ち、表示パネル１５２を左右対称に分割するｙｚ平面からメインスピーカ１１０までの距離ｄｑは、ｘｙ平面から補助スピーカ１１１までの距離ｄＱより大きい。目標音像１２０は、表示パネル１５２を含むｘｙ平面上に設定される。一例として、目標音像１２０は、メインスピーカ１１０より上方且つ筐体１５１の外側に設定される。
【００７１】
聴取者２０１の左耳に到達する音圧信号は、メインスピーカ１１０からの主音と補助スピーカ１１１からの制御音との合成音の音圧で表すことができる。目標音像１２０の位置に音像を定位させるために、この合成音の音圧は、目標音像１２０から主音を出力した場合に左耳に到達する音圧に一致するように制御される。従って、メインスピーカ１１０から出力される音の強さｑｐを基準とした左耳までの空間伝達特性ＨＬは、下記数式（２３）のように表される。同様に、聴取者の右耳に到達する音圧信号は、メインスピーカ１１０からの主音と補助スピーカ１１１からの制御音との合成音の音圧で表すことができる。目標音像１２０の位置に音像を定位させるために、この合成音の音圧は、目標音像１２０から主音を出力した場合に左耳に到達する音圧に一致するように制御される。従って、メインスピーカ１１０から出力される音の強さｑｐを基準とした右耳までの空間伝達特性ＨＲは、下記数式（２４）のように表される。
【数２５】
0005330328.tif 000026
【００７２】
【数２６】
0005330328.tif 000027
【００７３】
ここで、ＬＴｑ＿Ｒは、目標音像１２０と聴取者２０１の右耳との間の直線距離を示し、ＬＴｑ＿Ｌは、目標音像１２０と聴取者２０１の左耳との間の直線距離を示す。また、Ｌｑ＿Ｒは、メインスピーカ１１０と聴取者２０１の右耳との間の直線距離を示し、Ｌｑ＿Ｌは、メインスピーカ１１０と聴取者２０１の左耳との間の直線距離を示し、ＬＱ＿Ｒは、補助スピーカ１１１と聴取者２０１の右耳との間の直線距離を示し、ＬＱ＿Ｌは、補助スピーカ１１１から聴取者の左耳までの直線距離を示す。なお、数式（２３）及び数式（２４）では、定位倍率ｎが１の場合を示しており、ｎが１でない場合は、数式（２３）及び数式（２４）の最も右の辺がｎ倍される。
【００７４】
数式（２３）及び数式（２４）から、制御フィルタＧは、下記数式（２５）のように導出される。
【数２７】
0005330328.tif 000028
【００７５】
ここで、ＷＬは、メインスピーカ１１０から聴取者２０１の左耳までの伝達特性を示し、ＷＲは、メインスピーカ１１０から聴取者２０１の右耳までの伝達特性を示し、ＵＬは、補助スピーカ１１１から聴取者２０１の左耳までの伝達特性を示し、ＵＲは、補助スピーカ１１１から聴取者２０１の右耳までの伝達特性を示す。数式（２５）の制御フィルタＧは、分母項がゼロになる場合があり、分母項がゼロになると、発散してしまう。分母項がゼロにならない条件は、以下の数式（２６）となる。
【数２８】
0005330328.tif 000029
【００７６】
数式（２６）は、言い換えると、（ＬＴｑ＿Ｒ＋ＬＱ＿Ｌ）／Ｃの時刻における１／（ＬＴｑ＿Ｒ×ＬＱ＿Ｌ）のインパルス応答と、（ＬＴｑ＿Ｌ＋ＬＱ＿Ｒ）／Ｃの時刻における１／（ＬＴｑ＿Ｌ×ＬＱ＿Ｒ）のインパルス応答とが一致しないことを意味する。ここで、Ｃは、音速を示す。従って、分母項がゼロにならない条件は、下記数式（２７）及び数式（２８）となる。
【数２９】
0005330328.tif 000030
【００７７】
【数３０】
0005330328.tif 000031
【００７８】
聴取者２０１の左右の耳は、画面中心に対して対称になるように設定されているが、目標音像１２０、メインスピーカ１１０及び補助スピーカ１１１は、画面中心から異なる距離だけ離間して配置されることから、数式（２７）は満たされている。しかし、デジタル制御で表現すると、サンプリング周波数Δｆが４４．１（ｋＨｚ）では、空間分解能は約０．７ｃｍであることから、行路差ΔＬが微小である場合、即ち、０．７＞ΔＬ＞０の場合、１タップ分インパルス応答ピークを実質的にずらすことができず、結果的に行路差ΔＬがゼロと同じになる。従って、数式（２５）の分母項がゼロにならない条件は、インパルス応答によるタップ差ΔＮで表すと、下記数式（２９）になる。
【数３１】
0005330328.tif 000032
【００７９】
従って、数式（２９）を満たすように、補助スピーカ１１１及び目標音像１２０の位置を設定することで、有用な制御フィルタＧを実現することができる。
【００８０】
次に、音像定位の強さについて説明する。  
前述した図５のスピーカシステムのように、補助スピーカ５１１がメインスピーカ５１０の真上に配置され、この補助スピーカ５１１がメインスピーカ５１０と同じ振幅及び同じ位相の音を放射する場合、相関強度は、下記数式（３０）のようになる。
【数３２】
0005330328.tif 000033
【００８１】
これに対して、図１５の音像定位装置のように、補助スピーカ１１１がメインスピーカ１１０より中央側に配置される場合、補助スピーカ１１１の方がメインスピーカ１１０より聴取者２０１に近くに位置することになり、即ち、聴取者２０１までの直線距離が短くなる。その結果、制御音の距離減衰が小さくなり、空間伝達特性ＵＬ、ＵＲは、空間伝達特性ＷＬ、ＷＲより大きくなる。従って、図１５の音像定位装置における相関強度は、下記数式（３１）のように、数式（３０）に示す相関強度よりも大きくなる。
【数３３】
0005330328.tif 000034
【００８２】
この強度は、補助スピーカ１１１と聴取者２０１との距離が小さくなるほど大きくなる。補助スピーカ１１１と聴取者２０１との距離が最小になるのは、補助スピーカ１１１が筐体１５１の前面枠１５４の上端部の中央に配置される場合、即ち、ｄＱ＝０となる場合である。従って、補助スピーカ１１１は、前面枠１５４の上端部の中央近くに、好ましくは前面枠１５４の上端部の中央に配置される。
【００８３】
補助スピーカ１１１が前面枠１５４の上端部の中央に配置される場合、補助スピーカ１１１から聴取者２０１の右耳までの直線距離ＬＱ＿Ｒは、補助スピーカ１１１から聴取者２０１の左耳までの直線距離ＬＱ＿Ｌと等しくなる。このとき、数式（２５）は、下記数式（３２）に変形される。この場合、目標音像１２０から聴取者２０１の右耳までの直線距離ＬＴＱ＿Ｒと目標音像１２０から聴取者の左耳までの直線距離ＬＴＱ＿Ｌとが等しくならないように、即ち、数式（２９）を満たすように、目標音像１２０が画面中央から離間した位置に設定される必要がある。
【数３４】
0005330328.tif 000035
【００８４】
以上のように、本実施形態に係る音像定位装置は、第１の実施形態と同様の効果を有し、制御音源が１つであることから、第１の実施形態より容易に制御フィルタＧを導出することができる。ただし、数式（２９）に示すタップ差ΔＮがゼロより大きいという条件を満たす必要がある。
【００８５】
（第４の実施形態）  
図１６は、第４の実施形態に係る音像定位装置を概略的に示している。図１６の音像定位装置は、図１５の音像定位装置をステレオスピーカシステムに適用したものである。図１６において、図１５に示した符号と同様の符号を同一部分に付し、符号に付された添え字Ｌ及びＲは、夫々ステレオ音源の左側音源用及び右側音源用であることを示している。
【００８６】
図１６では、画像表示装置１５０のチューナ（図示せず）で復調されたテレビジョン放送信号に応じて、左音響信号が音響信号発生部１０１Ｌで発生され、右音響信号が音響信号発生部１０１Ｒで発生される。メインスピーカ１１０Ｌ、１１０Ｒ及び補助スピーカ１１１Ｌ、１１１Ｒは、画面中央に対して左右対称に、即ち、ｙｚ平面に対して対称に配置されている。これにより、左音響信号及び右音響信号の各々に対して生成される音像もまた、画面中央に対して左右対称の位置に定位されることになり、その結果、ステレオ音源の再生時には、音像は、画面中央に定位される
以上のように、本実施形態に係る音像定位装置においては、第３の実施形態の音像定位装置をステレオスピーカシステムに適用することで、音像を画面中央に定位させることができる。さらに、本実施形態に係る音像定位装置は、定位倍率ｎを入力する定位倍率入力部１０７を備え、外部から定位倍率ｎを変えることができることから、好みに合った定位感をユーザが作ることができる。
【００８７】
（第５の実施形態）  
図２を参照して、第５の実施形態に係る音像定位装置を説明する。第５の実施形態は、第１の実施形態と同様の構成を有している。第１の実施形態と異なる点は、評価点の数Ｎが１であることであり、これにより導出される制御フィルタＧ１、Ｇ２が異なる。
【００８８】
前述したように、聴取者の左耳に到達する音圧信号ＰＬは、下記数式（３３）のように、メインスピーカ１１０並びに第１及び第２の補助スピーカ１１１、１１２からの合成音の音圧で表すことができる。同様に、聴取者の右耳に到達する音圧信号ＰＲは、下記数式（３４）のように、メインスピーカ１１０並びに第１及び第２の補助スピーカ１１１、１１２からの合成音の音圧で表すことができる。
【数３５】
0005330328.tif 000036
【００８９】
【数３６】
0005330328.tif 000037
【００９０】
ここで、ＷＬは、メインスピーカ１１０の音源中心から聴取者２０１の左耳までの伝達特性を示し、メインスピーカ１１０の音源中心と聴取者２０１の左耳との間の直線距離ＬＷＬで決まり、ＷＲは、メインスピーカ１１０の音源中心から聴取者２０１の右耳までの伝達特性を示し、メインスピーカ１１０の音源中心と聴取者２０１の右耳との間の直線距離ＬＷＲで決まる。また、ＵＬ１は、第１の補助スピーカ１１１の音源中心から聴取者２０１の左耳までの伝達特性を示し、第１の補助スピーカ１１１の音源中心と聴取者２０１の左耳との間の直線距離ＬＵＬ１で決まり、ＵＬ２は、第２の補助スピーカ１１２の音源中心から聴取者２０１の左耳までの伝達特性を示し、第２の補助スピーカ１１２の音源中心と聴取者２０１の左耳との間の直線距離ＬＵＬ２で決まる。ＵＲ１は、第１の補助スピーカ１１１の音源中心から聴取者２０１の右耳までの伝達特性を示し、第１の補助スピーカ１１１の音源中心と聴取者２０１の右耳との間の直線距離ＬＵＲ１で決まり、ＵＲ２は、第２の補助スピーカ１１２の音源中心から聴取者２０１の右耳までの伝達特性を示し、第２の補助スピーカ１１２の音源中心と聴取者２０１の右耳との間の直線距離ＬＵＲ２で決まる。
【００９１】
数式（３３）及び数式（３４）の制御後の合成音圧が夫々数式（１０）及び数式（１１）の基準音圧と比較してｎ倍に増幅したと仮定すると、下記数式（３５）及び数式（３６）が導出される。
【数３７】
0005330328.tif 000038
【００９２】
【数３８】
0005330328.tif 000039
【００９３】
数式（３５）及び数式（３６）を制御フィルタＧ１及びＧ２について解くと、下記数式（３７）が導出される。
【数３９】
0005330328.tif 000040
【００９４】
このように、評価点の数Ｎが１である場合、偏微分せずに制御フィルタＧ１及びＧ２を導出することができる。ただし、数式（３７）から分かるように、制御フィルタＧ１及びＧ２の分母項が（ＵＬ１×ＵＲ２−ＵＬ２×ＵＲ１）と、伝達特性の差で表される。従って、分母項がゼロにならないように、第１及び第２の補助スピーカ１１１、１１２の位置を設定する必要があり、この条件は、下記数式（３８）のように、タップ差ΔＮが０より大きくなることである。
【数４０】
0005330328.tif 000041
【００９５】
これにより、制御後の左右の耳における音圧は、ｎ倍になり、数式（２２）に示すクロススペクトルηは、ｎ２倍増大し、即ち、定位強度がｎ２倍増大する。
【００９６】
以上のように、第５の実施形態に係る音像定位装置においては、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、補助スピーカ及び目標音像の配置に制約が課されるが、制御フィルタＧの算出がさらに容易になる。
【００９７】
なお、第２の実施形態で第１の実施形態をステレオスピーカシステムに適用する例を説明したが、第５の実施形態に係る音像定位装置も同様にステレオスピーカシステムに適用することができる。
【００９８】
（第６の実施形態）  
図１７は、第６の実施形態に係る音像定位装置を概略的に示している。図１７の音像定位装置は、図１５の音像定位装置から定位倍率入力部１０７が消去されており、図１５の定位倍率装置において、定位倍率ｎを１に固定したものに対応する。本実施形態では、目標音像１２０は、補助スピーカ１１１の下方の表示パネル１５２上に設定されている。制御フィルタＧは、数式（２５）のように算出され、ただし、数式（２９）を満たす必要がある。
【００９９】
一例として、数式（２５）及び数式（２９）に示されるような、目標音像１２０と聴取者２０１の右耳との間の直線距離ＬＴｑ＿Ｒ、目標音像１２０と聴取者２０１の左耳との間の直線距離ＬＴｑ＿Ｌ、メインスピーカ１１０と聴取者２０１の右耳との間の直線距離Ｌｑ＿Ｒ、メインスピーカ１１０と聴取者２０１の左耳との間の直線距離Ｌｑ＿Ｌ、補助スピーカ１１１と聴取者２０１の右耳との間の直線距離ＬＱ＿Ｒ、及び補助スピーカ１１１から聴取者の左耳までの直線距離ＬＱ＿Ｌは、下記数式（３９）のように導出される。
【数４１】
0005330328.tif 000042
【０１００】
ここで、Ｈは、画像表示装置１５０の高さを示し、例えば、筐体１５１の高さを示す。或いは、高さＨは、メインスピーカ１１０の音源中心と補助スピーカ１１１の音源中心との高さ方向の距離（ｙ軸に沿った距離）であってもよく、表示パネル１５２の高さであってもよい。また、ｄｑは、メインスピーカ１１０の音源中心と画面中心との間の幅方向の距離を示し、ｄＱは、補助スピーカ１１１の音源中心と画面中心との間の幅方向の距離を示し、ｄｅは、両耳間距離の半分の値を示す。
【０１０１】
図１８は、メインスピーカ１１０及び補助スピーカ１１１を含む合成音源の相互相関関数の計算結果の一例を示している。図１８に示されるように、合成音源の相互相関関数の相関ピークを示す相関時間が目標音像の相互相関関数の相関ピークを示す相関時間と一致しており、従って、目的の位置に音像が定位していることがわかる。
【０１０２】
図１９は、数式（２９）のタップ差ΔＮと聴取距離Ｒとの関係を示している。図１９に示すように、聴取距離Ｒによってはタップ差ΔＮがゼロになる場合がある。聴取距離Ｒは、画像表示装置１５０のサイズによって、所定範囲に含まれる値に決定される。従って、決定された値によっては、タップ差ΔＮがゼロになり、或いは、ゼロに近づく場合がある。一例として、聴取距離Ｒが１．２ｍのときに、タップ差ΔＮがゼロになる。聴取距離Ｒを１．２ｍとして、制御フィルタＧを計算した結果は、図２０Ａ及び図２０Ｂに示されている。図２０Ａは、ゲインの周波数特性を示し、図２０Ｂは、位相角の周波数特性を示す。ただし、制御フィルタＧを離散的な扱いで計算していないため、分母項がゼロにならない。図２０Ａに示されるように、ゲインは、発散こそしていないが、約６０ｄＢも増加している。これに対して、タップ差ΔＮが１である場合における制御フィルタＧの計算結果を図２１Ａ及び図２１Ｂに示す。図２１Ａに示されるように、数式（２９）を満たす場合には、略平坦な周波数特性が得られている。
【０１０３】
以上のように、本実施形態に係る音像定位装置は、頭部伝達関数を用いることなく、画像表示装置のサイズ、スピーカの配置及び目標音像の位置等の幾何学形状から制御フィルタを容易に導出することができ、さらに、制御フィルタを導出する式に目標音像の位置に関する項が含まれることから、目的の位置に音像を定位させることができる。
【０１０４】
（第７の実施形態）  
図１７及び図２２を参照して、第７の実施形態に係る音像定位装置を説明する。第７の実施形態は、図１７に示した第６の実施形態と同様の構成を有する。第７の実施形態では、数式（２９）の条件を満たすために、即ち、制御フィルタＧの分母項がゼロになるのを回避するために、表示パネル１５２から聴取者の左耳までの距離と表示パネル１５２から聴取者の右耳までの距離とが異なるように設定される。一例として、図２２に示されるように、表示パネル１５２から聴取者２０１の左耳までの距離がＲに設定され、表示パネル１５２から聴取者２０１の右耳までの距離がＲ＋ｒに設定される。このｒは、例えば０．１ｍである。この場合、数式（３９）は、下記数式（４０）のように変形される。
【数４２】
0005330328.tif 000043
【０１０５】
図２３は、左耳と表示パネル１５２との間の距離と、右耳と表示パネル１５２との間の距離とが異なるように設定された場合において、数式（２９）のタップ差ΔＮと聴取距離Ｒとの関係を示している。図２３を図１９と比較すると、タップ差ΔＮがゼロになる聴取距離Ｒの範囲が低減しているのがわかる。例えば、聴取距離Ｒが１．５ｍのとき、図１９では、タップ差ΔＮはゼロであるが、図２３では、タップ差ΔＮ＝１である。
【０１０６】
以上のように、本実施形態に係る音像定位装置においては、左耳と表示パネル１５２との間の距離と、右耳と表示パネル１５２との間の距離とが異なるように設定することで、数式（２９）の条件を満たす聴取距離Ｒの範囲が大きくなり、従って、制御フィルタＧの分母項がゼロになることを回避することができる。これにより、有用な制御フィルタＧを容易に導出することができる。さらに、制御フィルタを導出する式に目標音像の位置に関する項が含まれることから、目的の位置に音像を定位させることができる。
【０１０７】
（第８の実施形態）  
図１７及び図２４を参照して、第８の実施形態に係る音像定位装置を説明する。第８の実施形態は、図１７に示した第６の実施形態と同様の構成を有する。本実施形態では、聴取距離Ｒが筐体１５１の高さＨによって規定されると想定し、筐体１５１のサイズ及びスピーカ１１０、１１１の位置に基づいて制御フィルタＧが決定される。
【０１０８】
一般に、限界視聴距離は、画面の高さに対して、３．１８倍とされ、画面の高さの３倍が最適視聴距離とされている。画面の高さが０．７ｍである場合、視聴距離は、２．１ｍ〜２．２２６ｍである。制御フィルタＧの導出に必要な聴取距離Ｒは、スピーカの位置によって決まる距離であるが、筐体１５１が奥行きの小さな箱型に形成されている画像表示装置においては、スピーカは、一般に、筐体１５１の前面枠（即ち、ベゼル）１５４に配置され、従って、メインスピーカ１１０と補助スピーカ１１１との高さ方向の距離は、筐体１５１の高さＨ（又は表示パネル１５２の高さ）と等しいと見なすことができる。従って、聴取距離Ｒを筐体１５１の高さＨの３倍とすると、数式（３９）は、数式（４１）のように変形される。
【数４３】
0005330328.tif 000044
【０１０９】
ここで、図２４に示されるように、Ｗは、筐体１５１の幅を示し、ｄｓは、筐体１５１の左端から補助スピーカ１１１の音源中心及び目標音像１２０までの幅方向の距離を示し、ｄｐは、筐体１５１の左端からメインスピーカ１１０までの幅方向の距離を示す。数式（４１）の距離ＬＴｑ＿Ｒ、ＬＴｑ＿Ｌ、Ｌｑ＿Ｒ、Ｌｑ＿Ｌ、ＬＱ＿Ｒ及びＬＱ＿Ｌを使用して、数式（２５）の制御フィルタＧを導出することにより、補助スピーカ１１１がメインスピーカ１１０の真上に対向配置されない条件（ｄｐ≠ｄｓ）の下でも、補助スピーカ１１１の真下の画面中央付近に音像を定位させることができる。
【０１１０】
以上のように、本実施形態に係る音像定位装置においては、画像表示装置１５０のサイズ並びにメインスピーカ１１０、補助スピーカ１１１及び目標音像の位置に基づいて、数式（２５）の制御フィルタＧを容易に導出することができる。第６の実施形態と同様に、本実施形態に係る音像定位装置は、導出した制御フィルタＧを使用して、目的の位置に音像を定位させることができる。
【０１１１】
（実施例）
本発明者らは、上述した実施形態の制御フィルタの妥当性を検証するために、実施例に係る音像定位装置に対して、数値計算及び実験を実施している。実施例１の音像定位装置は、第６の実施形態に基づいている。即ち、実施例１の音像定位装置は、図１７に示されるように、音響信号発生部１０１、アンプ部１０２、メインスピーカ（主音源）１１０、制御フィルタ部１０３、アンプ部１０４、補助スピーカ（制御音源）１１１を備え、メインスピーカ１１０が表示パネル１５２の下方に配置され、補助スピーカ１１１が表示パネル１５２の上方に配置されている。
【０１１２】
実施例１の音像定位装置は、４２型の液晶テレビを想定して、図２５に示すように、幅Ｗを１．０ｍ、高さＨを０．７ｍ、聴取距離Ｒを１．５ｍ、両耳間距離を０．３ｍとしている。また、サンプリング周波数Δｆが４４．１ｋＨｚである音響信号として、周波数特性が均一の白色雑音を使用している。また、メインスピーカ１１０の音源中心と画面中心との間の幅方向の距離ｄｑを０．５ｍ、補助スピーカ１１１の音源中心と画面中心との間の幅方向の距離ｄＱを０．３ｍ、両耳間の距離（２×ｄｅ）を０．３ｍとする。
【０１１３】
図２６は、目標音像及び主音源の相互相関関数の計算結果を示す。図２６において、目標音像及び主音源の相互相関関数は、正規化されており、目標音像の相互相関関数は破線で示され、主音源の相互相関関数は実線で示されている。目標音像の相互相関関数は、相関時間τ＝０．１５８（ｍｓｅｃ）（７タップ分に相当する。）に相関ピークが現れ、音速（Ｃ＝３４０ｍ／ｓ）を乗じて得られる行路差ΔＬ＝５．４（ｃｍ）が、目標音像１２０の位置から右耳までの距離と目標音像１２０の位置から左耳までの距離との差分に相当する。これに対して、主音源の相互相関関数は、相関時間τ＝０．２７２（ｍｓｅｃ）（１２タップ分に相当する。）に相関ピークが現れ、行路差ΔＬ＝９．３（ｃｍ）と求まる。従って、図２６から、目標音像１２０とメインスピーカ１１０の位置は明らかに異なることがわかる。
【０１１４】
比較例１の音像定位装置では、図２７に示されるように、目標音像１２０は、画面中心Ｏから０．３ｍ左に離れた位置に、即ち、ｘ＝−０．３［ｍ］、ｙ＝０［ｍ］に設定されている。図２８Ａ及び図２８Ｂは、表示パネル１５２（ｘｙ平面）を観測面としたときの目標音像の相関強度分布を示し、図２９Ａ及び図２９Ｂは、表示パネル１５２を観測面としたときの主音源の相関強度分布を示す。図２８Ｂ及び図２９Ｂの分布図の横軸は、画面の幅Ｗに対応し、縦軸は、画面の高さＨに対応する。図２８Ａ及び図２９Ａは、夫々、高さ方向に相関強度レベル（ｄＢ）を取って、図２８Ｂ及び図２９Ｂを三次元的に表示している。
【０１１５】
目標音像の相関強度分布は、図２８Ｂに示されるように、丸で示した目標音像１２０の位置を含む上下方向（ｙ軸方向）のラインに沿って相関ピークが分布している。図２８Ａを参照しても、目標音像１２０の位置で相関強度が特に大きくなっているわけではないことがわかる。主音源の相関強度分布も同様であり、図２９Ａに示されるように、丸で示したメインスピーカ１１０の位置を含む上下方向のラインに沿って相関ピークが分布し、図２９Ｂに示されるように、メインスピーカ１１０の位置で相関強度が特に大きくなっているわけではない。
【０１１６】
相関ピークが上下方向のラインに沿って分布する理由は、図２６に現れた相関ピークの時間差分に相当する両耳間の行路差ΔＬが、左右方向に比べて、上下方向は差異が生じにくいためである。これは、聴取者２０１の両耳が画面の左右方向に沿って位置していることに起因する。
【０１１７】
次に、発明者らは、比較例２として、図３０Ａに示すように、前面枠１５４の左上隅に補助スピーカ１１１を配置し、前面枠１５４の左下隅にメインスピーカ１１０を配置し、これらメインスピーカ１１０及び補助スピーカ１１１から同じ振幅及び位相の音響信号を同時に出力する場合に、聴取者２０１の両耳に到達する音圧による相互相関関数を計算している。この計算結果は、図３０Ｂ、図３０Ｃ及び図３０Ｄに示されている。図３０Ｂ及び図３０Ｃに示されるように、相関ピークは、メインスピーカ１１０及び補助スピーカ１１の位置を含む上下方向のラインに沿って分布し、即ち、表示パネル１５２の左端に沿って分布している。また、図３０Ｄに示されるように、比較例１の合成音源の相関ピークと、目標音源の相関ピークが一致していない。これらから、補助スピーカ１１１をメインスピーカ１１０の真上に配置し、メインスピーカ１１０と補助スピーカ１１１とで同じ振幅及び位相の信号を同時に出力しただけでは、目標音像１２０の位置に音像を定位させることができないことがわかる。
【０１１８】
また、比較例２において、補助スピーカ１１１を前面枠１５４の右下隅に配置した場合、メインスピーカ１１０及び補助スピーカ１１１は、一般的なステレオ音源の形態になる。この場合、両耳に到達するメインスピーカ１１０及び補助スピーカ１１１からの合成音圧信号は、同じ振幅及び同じ位相になることから、音像は、画面中央に強く定位する。図３０Ａに示すように上下方向にメインスピーカ１１０及び補助スピーカ１１１が配置される場合に音像が画面中央に強く定位しないのは、前述したように、聴取者２０１の左右の耳が左右方向に沿って位置するからである。
【０１１９】
実際に図３０Ａに示すスピーカ配置で音を聴いた場合、発明者らは、図３０Ｂ及び図３０Ｃに示した相関強度分布のように、上下方向にぼけたように音像を知覚した。しかし、頭部を９０度傾けて、左右の耳が上下方向に沿って配置されるようにすると、発明者らは、ステレオ聴取時のように、音像が画面中央に定位しているように知覚した。
【０１２０】
さらに、発明者らは、比較例３として、図３１Ａに示すように、メインスピーカ１１０の配置を変えずに、補助スピーカ１１１を画面中央側にずらし、目標音像位置の真上に対応する画面中央から０．３ｍの位置に設置して、メインスピーカ及び補助スピーカからの合成音の相関強度分布を計算している。このように、比較例２は、実施例１と同じスピーカ配置である。ただし、比較例２における相関強度分布の計算においても、メインスピーカ１１０と補助スピーカ１１１とで同じ振幅及び位相の音響信号を同時に出力する。この計算結果は、図３１Ｂ及び図３１Ｃに示されている。図３１Ｂ及び図３１Ｃからは、音像が画面中央から左方向に０．１ｍ離れた位置に定位し、相関ピークが目標音像１２０とは異なった位置に定位していることがわかる。従って、補助スピーカ１１１が目標音像１２０の真上に、即ち、同じ水平方向位置（ｘ座標）に配置されても、メインスピーカ１１０と補助スピーカ１１１とで同じ振幅及び位相の信号を同時に出力しただけでは、目的の位置に音像を定位させることができない。
【０１２１】
さらに、発明者らは、図３２Ａに示される実施例１に従う合成音源の相互相関関数を計算している。実施例１では、メインスピーカ１１０が前面枠１５４の左下隅に配置され、補助スピーカ１１１が前面枠１５４の上端部の画面中央から左に０．３ｍの位置に配置され、メインスピーカ１１０で音響信号が再生され、補助スピーカ１１１で数式（２５）の制御フィルタでフィルタリングされた音響信号が再生される。図３２Ｂ及び図３２Ｃに示す相関強度分布においても、目標音像１２０を含む上下方向のラインに沿って相関ピークが現れている。従って、比較例２と比較して、制御フィルタリングの効果が現れていることがわかる。ただし、図３２Ｂを参照すると、目標音像１２０の位置における相関強度レベル（ｄＢ）はあまり強くはない。これは、聴取者２０１の左右の耳が水平方向に沿って位置していることに起因し、制御フィルタＧの導出過程において、空間伝達関数が距離に応じて決まるものと仮定しており、このとき相関評価も距離の差で決まるため、それ以上に分解能をあげることができないためである。
【０１２２】
さらに、実施例１の合成音源の相互相関関数の計算結果は、図３３に示されている。図３３に示すように、制御後の合成音源の最大相関ピークの両側に相関ピークが現れるが、音像定位に強く影響する最大相関ピークは、目標音像１２０の位置と合致している。
【０１２３】
これらから、実施例１の音像定位装置が目的の位置に音像を定位させることができることがわかる。
【０１２４】
次に、制御フィルタＧが補助スピーカ１１１の真下に音像を定位させる働きがあることを検証するために、発明者らは、実施例２として、図３４Ａに示すように、目標音像１２０の位置を画面中心から左に０．２ｍの位置に設定し、制御フィルタＧを算出して、相関強度分布を計算している。この場合、補助スピーカ１１１は前面枠１５４の上端部であって、中央から左に０．２ｍの位置に配置される。この計算結果は、図３４Ｂ及び図３４Ｃに示される。図３４Ｂ及び図３５Ｃにおいて、目標音像１２０の位置を含む上下方向のラインに沿って、相関ピークが分布しており、目標音像１２０の位置を変えても、補助スピーカ１１１の真下に音像が定位されていることがわかる。
【０１２５】
実施例１による音像定位の有意性を示すために、聴取者２０１が画面に対して横向きの状態である場合における相関強度分布を、図３５Ａから図３７Ｃを参照して説明する。図３５Ｂ及び図３５Ｃは、図３５Ａに示すような目標音像１２０が画面中心Ｏから左に０．３ｍ離間して配置される場合における目標音像の相関強度分布を示し、図３６Ｂ及び図３６Ｃは、図３６Ａに示すようなメインスピーカ１１０が前面枠１５４の左下隅に配置される場合における主音源の相互相関強度分布を示す。また、図３７Ｂ及び図３７Ｃは、図３７Ａに示すような実施例１に従ってメインスピーカ１１０及び補助スピーカ１１１が配置される場合において、メインスピーカ１１０及び補助スピーカ１１１を含む合成音源の相互相関強度分布を示している。ここで、図３７Ａに示す補助スピーカ１１１からの音圧信号は、数式（２５）の制御フィルタＧに従って振幅及び位相が調整されている。図３６Ｂ及び図３６Ｃに示されるように、メインスピーカ１１０が生成する音像は、メインスピーカ１１０の位置を含む画面の隅に定位されるが、図３７Ｂ及び図３７Ｃに示される制御後の合成音源が生成する音像は、図３５Ｂ及び図３５Ｃに示される目標音像１２０と合致していることがわかる。
【０１２６】
次に、実施例３として、図３８及び図３９に示すような大型テレビを想定した木製モックアップを使用して計測試験を実施した結果を説明する。このモックアップでは、筐体１５１の幅が１．１１３ｍであり、筐体の高さが０．７０５ｍであり、表示パネル１５２の幅が１．０２ｍであり、スタンド１５３の高さが０．０５ｍである。また、メインスピーカ１１０は、長径が０．１４で短径が０．０２２ｍの楕円スピーカである。表示パネル１５２の幅は１．０２ｍであり、メインスピーカ１１０の音源中心と画面中心との幅方向の距離は０．４４ｍである。補助スピーカ１１１の音源中心と画面中心との幅方向の距離は０．３ｍであり、目標音像１２０と画面中心との幅方向の距離は０．３ｍである。さらに、メインスピーカ１１０の音源中心と補助スピーカ１１１の音源中心の高さ方向の距離は０．６６ｍである。制御フィルタＧは、前述の数式（２５）に従って算出される。
【０１２７】
実施例２の測定試験では、図４０に示すように、ダミーヘッド４０００がモックアップ１５０の正面に配置され、ダミーヘッド４０００の両耳内に取り付けられたマイクロホン４００１Ｌ、４００１Ｒで音圧を検出している。検出された音圧信号は、レコーダ４００２で録音され、レコーダ４００２から出力された音圧信号に基づいて、相関器４００３で相互相関関数が算出される。
【０１２８】
初めに、目標音像１２０の位置に楕円スピーカ（図示せず）が固定され、目標音像１２０の相互相関関数が計測される。続いて、この楕円スピーカがはずされ、メインスピーカ１１０を単独で鳴らして相互相関関数が計測され、さらに、メインスピーカ１１０と補助スピーカ１１１を同時に鳴らして相互相関関数が計測される。音響信号として白色雑音（０〜２０ｋＨｚ）を用いた場合の相互相関関数の計測結果は、図４１に示される。図４１において、目標音像の相互相関関数が破線で示され、主音源の相互相関関数が点線で示され、制御後の合成音源の相互相関関数が実線で示されている。定位に強く影響する最大相関ピークに着目すると、主音源の最大相関ピークは、目標音像の最大相関ピークとずれているが、制御後の合成音源の最大相関ピークは、目標音像の最大相関ピークと略合致している。発明者らは、制御後の音を実際に視聴したところ、目標音像１２０の位置に音像を知覚することができた。
【０１２９】
図３８及び図３９に示すモックアップ寸法において、制御後の合成音源の相互相関関数を計算した結果を図４２に示す。図４２には、目標音像１２０の相互相関関数、及び主音源の相互相関関数の計算結果がさらに示されている。図４２においては、相互相関関数は正規化されている。実測及び計算結果ともに、制御後の最大相関ピークの位置（音像位置）は、目標音像１２０と略合致している。また、主音源の相関ピークと合成音源の相関ピークの移動した時間幅も略合致している。実測及び計算結果を比較して相関ピークを示す相関時間が約０．０５ミリ秒（ｍｓｅｃ）ずれているのは、実測における耳位置が計算における耳位置から多少ずれたためである。なお、耳位置が１ｃｍずれると、相関時間が約０．０３ミリ秒ずれる。
【０１３０】
次に、音響信号としてサンプリング周波数が４４．１ｋＨｚの音楽信号を使用して、相互相関関数を計測した結果を図４３に示す。図４３には、主音源及び合成音源の相互相関関数とともに、制御音源の相互相関関数の実測結果が示されている。ここで、制御音源の相互相関関数は、フィルタリングされた音響信号を補助スピーカ１１１で再生したときに得られる相互相関関数の実測結果を指す。図４３において、主音源の相互相関関数相互相関関数は破線で示され、制御音源の相互相関関数は点線で示され、制御後の合成音源の相互相関関数は実線で示されている。図４３からは、合成音源の最大相関ピークは、主音源の最大相関ピークより原点に近づき、目標音像１２０の最大相関ピークに近づき、その大きさもこれら３つの中で最大となっていることがわかる。
【０１３１】
発明者らは、音響信号として音楽信号を使用した制御後の合成音を実際に聴いたところ、目標音像１２０の位置にあたかもスピーカが置かれているかのように、白色雑音以上にはっきりと音像を知覚することができた。なお、白色雑音と比べて、相関ピークが周期性を呈しているのは、周波数特性が均一な白色雑音に比べて音楽信号では、特定の周波数帯域が強調されるためであり、評価した時刻の周波数特性が現れている。
【０１３２】
上述した実施形態及び実施例によれば、目的の位置に音像を定位させることができる音響定位装置が提供される。
【０１３３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３４】
１０１…音響信号発生部、１０２，１０３，１０６…アンプ部、１０３，１０５…制御フィルタ部、１０７…定位倍率入力部、１１０…メインスピーカ、１１１，１１２…補助スピーカ、１５０…画像表示装置、１５１…筐体、１５２…表示パネル、１５３…スタンド、１５４…前面枠、１５５…開口部。
【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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【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２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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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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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３１Ｃ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３２Ｃ】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３４Ｃ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３５Ｃ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３６Ｃ】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３７Ｃ】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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