(57)【要約】音像制御装置は、音響変換器（８）から耳道入り口（１）、（２）までの音の伝達特性を示す第１の伝達関数Ｈ３、Ｈ１と、音響変換器（９）から耳道入り口（１）、（２）までの伝達関数Ｈ４、Ｈ２をフィルタリングして、音源とは異なる位置の目標音源（１１）から耳道入り口（１）、（２）までの音の伝達特性を示す第２の伝達関数Ｈ６、Ｈ５を生成する音像制御装置であって、第１の伝達関数Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４をフィルタリング演算するための特性関数Ｅ１、Ｅ２を格納し、その特性関数Ｅ１、Ｅ２を用いて、第１の伝達関数Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４から、第２の伝達関数Ｈ５、Ｈ６を生成する補正フィルタ（１３）、（１４）を備える。
2005025270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音源から頭部受音点までの音の伝達特性を示す第１の伝達関数をフィルタリングして、前記音源とは異なる位置の目標音源から頭部受音点までの音の伝達特性を示す第２の伝達関数を生成する音像制御装置を設計するための音像制御装置の設計ツールであって、
前記頭部受音点を発音点とし、前記音源と前記目標音源とを受音点として前記各伝達関数を求める伝達関数生成手段
を備えることを特徴とする音像制御装置の設計ツール。
【請求項２】
前記頭部受音点である前記発音点は、ダミーヘッドを用いた３次元頭部モデルの外耳道入り口近傍である
ことを特徴とする請求の範囲１記載の音像制御装置の設計ツール。
【請求項３】
前記頭部受音点である前記発音点は、ダミーヘッドを用いた３次元頭部モデルの鼓膜である
ことを特徴とする請求の範囲１記載の音像制御装置の設計ツール。
【請求項４】
前記伝達関数生成手段は、
左右の前記発音点毎に、３次元頭部モデルの表面上に設定されたメッシュの各節点におけるポテンシャルを算出するポテンシャル算出部と、
前記ポテンシャル算出部に保持されたポテンシャルを合成して、前記第１の伝達関数を生成する第１伝達関数生成部と、
前記ポテンシャル算出部に保持されたポテンシャルを合成して、前記第２の伝達関数を生成する第２伝達関数生成部と
を備えることを特徴とする請求の範囲１記載の音像制御装置の設計ツール。
【請求項５】
前記音像制御装置の設計ツールは、さらに、
前記第１の伝達関数をフィルタリングして、前記第２の伝達関数に変換するためのフィルタリング特性関数を算出する特性関数算出部と、
算出された前記フィルタリング特性関数を、前記音像制御装置のフィルタに設定する特性関数設定手段と
を備えることを特徴とする請求の範囲４記載の音像制御装置の設計ツール。
【請求項６】
前記頭部モデルは、各部のサイズが異なる複数のタイプを備え、
前記ポテンシャル算出部は、前記タイプごとにポテンシャルを算出する
ことを特徴とする請求の範囲４記載の音像制御装置の設計ツール。
【請求項７】
前記タイプの１つは、頭部モデルの各部のサイズが、あらかじめ定められた集団における人体寸法の統計値の平均値に定められている
ことを特徴とする請求の範囲６記載の音像制御装置の設計ツール。
【請求項８】
前記タイプは、頭部モデルの各部のサイズが、少なくともあらかじめ定められた集団における性別の異なる人体寸法の統計値に定められている
ことを特徴とする請求の範囲６記載の音像制御装置の設計ツール。
【請求項９】
前記タイプは、頭部モデルの各部のサイズが、少なくともあらかじめ定められた集団における年齢の異なる人体寸法の統計値に定められている
ことを特徴とする請求の範囲６記載の音像制御装置の設計ツール。
【請求項１０】
前記タイプは、頭部モデルの各部のサイズが、少なくともあらかじめ定められた集団における何段階かに区切られた人体寸法の頭部の幅、頭部の高さ、または頭部の奥行きのいずれかごとに定められている
ことを特徴とする請求の範囲６記載の音像制御装置の設計ツール。
【請求項１１】
前記タイプは、頭部モデルの各部のサイズが、少なくともあらかじめ定められた集団における何段階かに区切られた耳介の外形を表す耳介各部の寸法に応じて定められている
ことを特微とする請求の範囲６記載の音像制御装置の設計ツール。
【請求項１２】
前記音像制御装置の設計ツールは、さらに、
前記第１の伝達関数をフィルタリングして、前記第２の伝達関数に変換するためのフィルタリング特性関数を、前記タイプごとに算出するタイプ別特性関数算出部と、
算出された前記フィルタリング特性関数を、前記タイプごとに前記音像制御装置の前記音像制御装置のメモリに格納するタイプ別特性関数設定手段と
を備えることを特徴とする請求の範囲６記載の音像制御装置の設計ツール。
【請求項１３】
前記伝達関数生成手段は、
左右の前記発音点毎に、３次元頭部モデルの表面上に設定されたメッシュの各節点におけるポテンシャルを算出するポテンシャル算出部を備え、
前記音像制御装置の設計ツールは、さらに、算出された前記ポテンシャルデータを、前記音像制御装置のメモリに格納するポテンシャル格納手段と
を備えることを特徴とする請求の範囲１記載の音像制御装置の設計ツール。
【請求項１４】
音源から頭部受音点までの音の伝達特性を示す第１の伝達関数をフィルタリングして、前記音源とは異なる位置の目標音源から頭部受音点までの音の伝達特性を示す第２の伝達関数を生成する音像制御装置であって、
前記第１の伝達関数をフィルタリング演算するための特性関数を格納している特性関数格納手段と、
前記特性関数格納手段に格納されている前記特性関数を用いて、前記第１の伝達関数から、前記第２の伝達関数を生成する第２伝達関数生成手段と
を備えることを特徴とする音像制御装置。
【請求項１５】
前記特性関数は、頭部各部のサイズが異なる複数のタイプの頭部モデルに基づいて算出され、
前記特性関数格納手段は、前記タイプごとに前記特性関数を格納し、
前記音像制御装置は、さらに、
前記タイプの１つを決定する要素の入力を受聴者から受け付ける要素入力手段を備え、
前記第２伝達関数生成手段は、入力により決定された前記タイプに対応する特性関数を用いて、前記第２の伝達関数を生成する
ことを特徴とする請求の範囲１４記載の音像制御装置。
【請求項１６】
前記タイプの１つは、頭部モデルの各部のサイズが、あらかじめ定められた集団における人体寸法の統計値の平均値に定められている
ことを特徴とする請求の範囲１５記載の音像制御装置。
【請求項１７】
前記タイプは、頭部モデルの各部のサイズが、少なくともあらかじめ定められた集団における性別の異なる人体寸法の統計値に定められている
ことを特徴とする請求の範囲１５記載の音像制御装置。
【請求項１８】
前記タイプは、頭部モデルの各部のサイズが、少なくともあらかじめ定められた集団における年齢の異なる人体寸法の統計値に定められている
ことを特徴とする請求の範囲１５記載の音像制御装置。
【請求項１９】
前記タイプは、頭部モデルの各部のサイズが、少なくともあらかじめ定められた集団における何段階かに区切られた人体寸法の頭部の幅、頭部の高さ、または頭部の奥行きのいずれかごとに定められている
ことを特徴とする請求の範囲１５記載の音像制御装置。
【請求項２０】
前記タイプは、頭部モデルの各部のサイズが、少なくともあらかじめ定められた集団における何段階かに区切られた耳介の外形を表す耳介各部の寸法に応じて定められている
ことを特徴とする請求の範囲１５記載の音像制御装置。
【請求項２１】
画像を撮影するデジタルカメラと、電気信号を音に変換する音響変換器と、前記音響変換器である音源から頭部受音点までの音の伝達特性を示す第１の伝達関数をフィルタリングして、前記音源とは異なる位置の目標音源から頭部受音点までの音の伝達特性を示す第２の伝達関数を生成する音像制御装置とを備える携帯機器であって、
前記音像制御装置は、前記第１の伝達関数をフィルタリング演算するための特性関数を、頭部各部のサイズが異なる複数のタイプごとに保持し、
前記携帯機器は、さらに、
前記デジタルカメラによって撮影された受聴者の人物写真から、前記受聴者の頭部の各部のサイズを解析するサイズ解析手段を備え、
前記音像制御装置は、解析された頭部のサイズに基づいて、前記タイプの１つを決定し、決定されたタイプの特性関数を用いて前記第１の伝達関数をフィルタリングして、前記第２の伝達関数によって伝達される音を前記音響変換器に発生させる
ことを特徴とする携帯機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、スピーカやヘッドホンなどの音響変換器を用いて、その音響変換器が存在する以外の位置に音像を定位させる音像制御装置および音像制御装置の設計ツールに関する。
【背景技術】  従来、スピーカから耳に伝わる音を頭部伝達関数（Ｈｅａｄ−Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＨＲＴＦ）を用いて表現する方法が知られている。この頭部伝達関数は、スピーカ（音源）が音を出している状態で、その音が耳にどのように伝わるかを表す関数である。この頭部伝達関数を用いて、スピーカなどの音源にフィルタリングを施すことにより、実際には音源の存在しない位置に音源があるかのように、人に感じさせることができる。これを、その位置に「音像を定位させる」という。この頭部伝達関数は、実測で得ることもできるし、計算により求めることもできる。この技術をうまく応用することができれば、従来、ヘッドホンでは人によって音源が頭の中にあるように感じられるといった不具合を解消することもできるし、例えば、携帯電話機などに備えられる小型ステレオで、あたかも大型ステレオで音楽鑑賞しているような臨場感を味わうなどの効果を得ることも可能になる。
図１（ａ）は、実測によって頭部伝達関数を求める従来の方法の一例を示す図である。一般には、頭部伝達関数の測定は、壁や床からの反響がない無響室内で、被験者もしくはダミーヘッドとよばれる標準的寸法を持つ測定用マネキンを用いて行われる。図１（ａ）ではダミーヘッドから約１ｍ離れた位置に測定用のスピーカを設置してスピーカからダミーヘッドの左右の耳までの伝達関数を測定する。ダミーヘッドの耳（または耳管）の中にはマイクロホンが設置されており、これらのマイクロホンは、スピーカから発生される特定のインパルスを受音する。同図において、Ａは、スピーカから遠い側の耳の応答（遠位耳応答）であり、Ｓは、スピーカから近い側の耳の応答（近位耳応答）である。このように、スピーカからのインパルスに対するマイクロホンの応答を記録しながら、ダミーヘッドを中心としてスピーカを様々な方位角および仰角で移動することによって、様々な位置にある音源と両耳との間の頭部伝達関数を求めることが可能となる。
図１（ｂ）は、従来の音像制御装置の構成を示すブロック図である。図１（ｂ）に示すように、この音像制御装置では、図１（ａ）のように実測された頭部伝達関数に対して、時間領域や周波数領域の信号処理を用いて修正を施している。すなわち、入力信号を伝達関数の斜線が施されたブロックの近位耳応答と遠位耳応答および両耳間時間遅延の処理を行いヘッドホン用の信号を出力している。ここで標準寸法より大きな耳を有する受聴者の場合は、その比率に従ってこの近位耳応答と遠位耳応答との周波数応答特性の共振周波数を低くし、標準寸法より大きな頭部を有する受聴者の場合はその比率に従って遅延時間を遅らせることにより、受聴者の個人差に対応している。以上のことは、例えば、特開２００１−１６６９７号公報（第９ページ）に開示されている。
図２は、計算機上において表現される３次元頭部モデルを用いて複数の音源に対する頭部伝達関数を算出する従来の例を示す図である。計算機上で頭部伝達関数を算出するためには、ダミーヘッドなど、頭部の３次元形状を計算機内に取り込んで、頭部モデルとして用いる。同図において頭部モデル表面に描かれた網目（メッシュ）の各交点を「節点」という。この各節点は、３次元座標で特定される。頭部伝達関数を計算で求める場合には、頭部モデル上の各節点におけるポテンシャルを、音源（発音点）ごとに算出し、算出された各節点のポテンシャルを音圧合成することにより算出する。図２では、頭部モデルの右耳に対して、０°、３０°、６０°および９０°の方向に音源を置いたときの頭部伝達関数を求めるところを示している。この場合、０°の位置に音源を置いた場合の各節点のポテンシャル、３０°の位置に音源を置いた場合の各節点のポテンシャル、６０°の位置に音源を置いた場合の各節点のポテンシャル、および９０°の位置に音源を置いた場合の各節点のポテンシャルを算出することによって、０°、３０°、６０°および９０°の方向に音源を置いたときの頭部伝達関数を計算することができる。
しかしながら、前記従来の構成では方位角や仰角の変化を詳細に測定する場合には、膨大な数の伝達関数を測定する必要がある。これに対し、（１）スピーカの位置を変更する都度、その際の測定条件を一定に保つことが困難であり、（２）計測に用いられるマイクロホンは耳道の大きさに比べて無視できないことや、（３）頭部近傍で伝達関数を計測する場合にはスピーカの大きさが音場に影響を及ぼすなどのため、精度の高い伝達関数が得られず、頭部から１ｍ以内の近傍にある音響変換器を用いた場合には、正確な音像制御が困難であるという課題を有している。また、計算機上において頭部伝達関数を算出する場合であっても、より多くの異なる位置に音源をおいて頭部伝達関数を算出したいにもかかわらず、音源の位置が変更される毎に、膨大な数の節点に対してポテンシャルを算出しなければならないという問題がある。
また、頭部サイズの大きさによる伝達関数の補正は、頭部を単なる球として扱った場合の両耳間遅延時間を調整しているので、頭部を回折する音同士の干渉による周波数特性変化は再現されず、音像制御の効果の個人差を低減できないという課題を有している。
本発明は、上記課題を解決するもので、方位角や仰角および距離の変化に対する膨大な種類の伝達関数を同一条件で精度よく求めることを目的としている。
また、音響変換器が頭部近傍にあっても精度の高い伝達関数を得ることにより、頭部近傍の音響変換器を用いても正確な音像定位が得られる音像制御装置を提供することを第２の目的とする。
さらに、頭部寸法の大きさによる音の干渉や耳道内部の形状の個人差に適応可能で、音像制御の効果の個人差を低減できる音像制御装置を提供することを第３の目的とする。
【発明の開示】
この課題を解決するために、音源から頭部受音点までの音の伝達特性を示す第１の伝達関数をフィルタリングして、前記音源とは異なる位置の目標音源から頭部受音点までの音の伝達特性を示す第２の伝達関数を生成する音像制御装置を設計するための音像制御装置の設計ツールであって、前記頭部受音点を発音点とし、前記音源と前記目標音源とを受音点として前記各伝達関数を求める伝達関数生成手段を備える。これにより、左右の耳道入り口または鼓膜を発音点として各節点のポテンシャルを算出しておくことにより、受音点を多数の位置に移動する場合であっても、伝達関数を高速に同一条件で精度よく求めることができる。
また、頭部伝達関数を計算機で算出するため、実測では不可能な、理想点音源での発音や、完全無指向性の受音を実現することができ、近距離の頭部伝達関数も正確に算出することができる。これにより、より正確な音像定位を実現することが可能となる。
また、耳道入り口または鼓膜を発音点としているので、音響変換器が頭部近傍にあっても精度の高い伝達関数を得ることにより、頭部近傍の音響変換器を用いても正確な音像定位を得ることができる。
また、本発明の音像制御装置において、前記特性関数は、頭部各部のサイズが異なる複数のタイプの頭部モデルに基づいて算出され、前記特性関数格納手段は、前記タイプごとに前記特性関数を格納し、前記音像制御装置は、さらに、前記タイプの１つを決定する要素の入力を受聴者から受け付ける要素入力手段を備え、前記第２伝達関数生成手段は、入力により決定された前記タイプに対応する特性関数を用いて、前記第２の伝達関数を生成する。したがって、受聴者は、自分の頭部形状に最も適合したタイプを示す要素を入力することにより、頭部寸法の大きさによる音の干渉や耳道内部の形状の個人差に適応可能で、音像制御の効果の個人差を低減することができる。
なお、本発明は、このような音像制御装置の設計ツールおよび音像制御装置として実現することができるだけでなく、このような音像制御装置の設計ツールおよび音像制御装置が備える特徴的な手段をステップとする音像制御装置の設計方法および音像制御方法として実現したり、それらのステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やインターネット等の伝送媒体を介して配信することができるのは言うまでもない。
本発明によれば、音源と頭部モデルとの方位角や仰角および距離の変化に対する膨大な種類の伝達関数を高速に同一条件で精度よく求めることができ、また、音響変換器が頭部近傍にあっても精度の高い伝達関数が得られることにより、頭部近傍の音響変換器を用いても正確な音像定位を得ることができる。また、頭部寸法の大きさによる音の干渉や耳道内部の形状の個人差に適応可能で、音像制御の個人差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】  図１（ａ）は、実測によって頭部伝達関数を求める従来の方法の一例を示す図である。図１（ｂ）は、従来の音像制御装置の構成を示すブロック図である。
図２は、計算機上において表現される３次元頭部モデルを用いて複数の音源に対する頭部伝達関数を算出する従来の例を示す図である。
図３（ａ）は、頭部伝達関数を算出するための実際のダミーヘッドの一例を示す図である。図３（ｂ）は、頭部モデルの正面図である。
図４（ａ）は、本実施の形態１の頭部モデルの右側耳介部を拡大した正面図である。図４（ｂ）は、本実施の形態１の頭部モデルの右側耳介部を拡大した上面図である。
図５は、本実施の形態１における頭部伝達関数の計算方法の一例を示す図である。
図６（ａ）は音響変換器の位置から耳道入り口までの伝達関数の計算モデルを示す図である。図６（ｂ）は目標音像の位置から耳道入り口までの伝達関数の計算モデルを示す図である。
図７は、補正フィルタを用いた音像制御装置の基本ブロック図である。
図８は、本実施の形態１の計算手法を用いた音像制御のための音響変換器が実装されたポータブル機器を受聴者が利用する例を示す図である。
図９（ａ）は、伝達関数Ｈ１および伝達関数Ｈ４の周波数特性を示すグラフである。図９（ｂ）は、伝達関数Ｈ２および伝達関数Ｈ３の周波数特性を示すグラフである。図９（ｃ）は、伝達関数Ｈ５の周波数特性を示すグラフである。図９（ｄ）は、伝達関数Ｈ６の周波数特性を示すグラフである。
図１０（ａ）は、特性関数Ｅ１の周波数特性を示すグラフである。図１０（ｂ）は、特性関数Ｅ２の周波数特性を示すグラフである。
図１１は、本実施の形態２の音像制御装置の音響変換器から耳道入り口までの伝達関数の計算モデルを示す図である。
図１２は、図１１に示した関係から得られる伝達関数を用いた音像制御装置の基本ブロックを示す図である。
図１３（ａ）は、頭部モデル３の右側耳介部の正面図であり、図１３（ｂ）は、頭部モデル３の右側耳介部の上面図である。
図１４は、図１３の頭部モデル３を用いて音像制御装置の音響変換器から鼓膜までの伝達関数の計算モデルの一例を示す図である。
図１５は、鼓膜から目標音源１１上に定義された受音点１０までの伝達関数の計算モデルの一例を示す図である。
図１６は、図１４および図１５に示した関係から得られる伝達関数Ｈ１１〜Ｈ１６を用いた音像制御装置の基本ブロックを示す図である。
図１７は、本実施の形態４の音像制御装置の音響変換器から鼓膜までの伝達関数の計算モデルの一例を示す図である。
図１８は、図１７に示した関係から得られる伝達関数Ｈ１７および伝達関数Ｈ１８と伝達関数Ｈ１５および伝達関数Ｈ１６を用いた音像制御装置の基本ブロックを示す図である。
図１９（ａ）は、本実施の形態５における音像制御装置の伝達関数を求めるための頭部モデル３０の正面図である。図１９（ｂ）は、頭部モデル３０の側面図である。
図２０は、頭部モデルの他の部分のサイズを示す斜視図である。
図２１は、男性と女性とによる耳長と耳珠間隔のばらつきを示すグラフである。
図２２は、本実施の形態６における音像制御装置が提供される母集団の特定分類を示すテーブルである。
図２３は、母集団の平均値と特定分類とによる補正フィルタ特性を切り替える構成としたブロック図を示している。
図２４（ａ）は、頭部の幅がｗ１のグループに分類される頭部モデルＭ５１〜Ｍ５９の例を示すテーブルである。図２４（ｂ）は、頭部の幅がｗ２のグループに分類される頭部モデルＭ６１〜Ｍ６９の例を示すテーブルである。図２４（ｃ）は、頭部の幅がｗ３のグループに分類される頭部モデルＭ７１〜Ｍ７９の例を示すテーブルである。
図２５は、図２４（ａ）〜（ｃ）のように２７のタイプに分類される特定分類に応じて、頭部モデルに対応する補正フィルタ特性を切り替える構成としたブロック図を示している。
図２６（ａ）は耳介部を詳細に示す正面図である。図２６（ｂ）は、耳介部を詳細に示す上面図である。
図２７は、本実施の形態７の音像制御装置が提供される母集団の特定分類のさらに他の例を示すテーブルである。
図２８は、図２７のように９つのタイプに分類される特定分類に応じて、頭部モデルに対応する補正フィルタ特性を切り替える構成としたブロック図を示している。
図２９は、複数タイプの頭部モデルに対するポテンシャルデータのセットを音像制御装置に格納しておく場合の音像制御装置での処理手順を示す図である。
図３０は、本発明の音像制御装置またはこれを備える音響装置に、頭部モデルのタイプを決定する複数の要素の設定入力を受け付ける設定入力部を備えるとした場合の特性関数設定処理の手順の一例を示す図である。
図３１は、図３０に示した設定入力部を備えた音像制御装置において、受聴者がスピーカからの音を聞きながら設定入力を行う場合の手順の一例を示す図である。
図３２は、携帯電話機で撮影された人物の顔の画像から、図３１で示した設定入力部の入力を補助する一例を示す図である。
図３３は、正面から撮影された通常の人物写真では、耳の形状が撮影されにくいという点を補うために耳介部を撮影した写真に基づいて入力補助を行う例を示した図である。
図３４は、同じ側の耳をステレオカメラまたは２回撮りにより、立体的に撮影する場合の例を示す図である。
図３５は、音像制御装置またはそれを内蔵する音響機器が、設定入力される要素ごとに補正フィルタの特性関数を保持している場合の処理手順の一例を示す図である。
図３６は、音像制御装置を備える携帯電話機等が、設定入力部などから入力されたデータを、インターネット上のサーバに送信し、送信したデータに基づく最適なパラメータの供給を受ける場合の一例を示す図である。
図３７は、音像制御装置を備える携帯電話機等が、内蔵カメラなどで撮影した画像データを、インターネット上のサーバに送信し、送信した画像データに基づく最適なパラメータの供給を受ける場合の一例を示す図である。
図３８は、音像制御装置を備える携帯電話機等において、パラメータ設定のための受聴者個人の各要素を表示する表示部を備えた場合の一例を示す図である。
図３９（ａ）は、上記実施の形態１〜８で用いられたシミュレーションによる伝達関数の波形および位相特性を示すグラフである。図３９（ｂ）は、従来のように実測によって得られた伝達関数の波形および位相特性を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態について、図３から図を用いて説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の音像制御装置は、計算機上において表現された人体形状の３次元頭部モデルを用いて伝達関数を音源と受音点の位置を逆にした計算モデルにおいて境界要素法による数値計算手法により求め、この伝達関数を用いて音像制御を行うことで、正確な音像定位を得る。
境界要素法については、例えば、「田中正隆他著  「境界要素法」４０〜４２ページ、１１１〜１２８ページ、１９９１年  培風館」（以下、「非特許文献１」という。）に詳しく紹介されている。
この境界要素法を用いて例えば、「日本音響学会  ２００１年  秋季研究発表会  講演論文集（第４０３〜４０４ページ）」（以下、「非特許文献２」という。）に示されているような計算を行うことができる。この非特許文献２は、計算機上に表現された３次元モデルに相当する実物モデルを高精度に製作し、その実物モデルを用いて、音源からこの耳道入り口までの伝達関数を計算して、境界要素法による計算結果と比較した場合、良好な一致を示している。この文献では周波数範囲が７．３ｋＨｚ以下となっているが、計算機上のモデルの精度を高くし、節点の間隔をより小さくすることで、人間の可聴帯域全体にわたって、実測と数値計算の結果が一致することは明らかである。
図３は、本実施の形態１における音像制御装置における伝達関数を求める頭部モデルを示している。図３（ａ）は、頭部伝達関数を算出するための実際のダミーヘッドの一例を示す図である。まず、図３（ａ）に示す実際のダミーヘッドをレーザスキャナ装置などを用いて正確に３次元計測を行う。また、頭部モデルについては医療分野における磁気共鳴画像やＸ線コンピュータ断層撮影機などのデータに基づいて構成する。図３（ｂ）は、このようにして得られた頭部モデルの正面図を示しており、この図内の破線部で示した頭部の右側耳介部の詳細を以下に示す。本実施の形態では、音源ごとに、図３（ｂ）に示した頭部モデル上のメッシュの各節点につきポテンシャルが算出される。図４（ａ）は、本実施の形態１の頭部モデルの右側耳介部を拡大した正面図であり、図４（ｂ）は、本実施の形態１の頭部モデルの右側耳介部を拡大した上面図である。なお、本実施の形態の頭部モデルにおいて、左右の耳道入り口１、２および頭部モデル全体の底面は、蓋により閉じられている。以下では、上記に示した頭部モデルを用いて、頭部伝達関数の具体的な計算モデルについて説明する。
図５は、本実施の形態１における頭部伝達関数の計算方法の一例を示す図である。頭部伝達関数の測定方法および算出方法においては、発音点と受音点とが入れ替わっても、同じ頭部伝達関数を得ることができる。これを利用して、本実施の形態１では、図５に示すように、頭部モデルの左右の耳道入り口に１つずつ音源を設置する。このようにすれば、音源は、左右の耳道入り口に固定されているので、各節点上のポテンシャルを算出するのはそれぞれの音源につき一回ずつ、すなわち、２回だけでよい。そして、音源からのインパルスを受音するためのマイクロホンを、頭部モデルを中心とした所望の方位角、仰角および距離の位置に移動しながら、発音点である各耳道入り口から受音点であるマイクロホンまでの伝達関数を算出する。受音点が移動する都度算出される伝達関数は、各節点につき、すでに求められているポテンシャルの音圧合成により、算出することができる。球面上の音圧は境界要素法を用いることにより、一回で計算することができる。
以下では、伝達関数の算出方法について、より具体的に説明する。図６（ａ）は音響変換器の位置から耳道入り口までの伝達関数の計算モデルを示し、図６（ｂ）は目標音像の位置から耳道入り口までの伝達関数の計算モデルを示す図である。図６において、頭部モデル３は図３（ｂ）に示した頭部モデルと同じものである。発音点４は、頭部モデル３の左側耳道入り口に定義された発音点を示し、発音点５は、頭部モデル３の右側耳道入り口に定義された発音点を示している。受音点６および受音点７は、頭部モデル３の近傍に設置された音響変換器８および音響変換器９に定義されるマイクロホンなどの受音点である。音響変換器８と受音点６とは、頭部モデル３の左側耳道に近く位置し、音響変換器９と受音点７とは、頭部モデル３の右側耳道に近く位置する。図６（ａ）において、発音点４から受音点６までの伝達関数はＨ１、発音点４から受音点７までの伝達関数はＨ３、発音点５から受音点７までの伝達関数はＨ２、発音点５から受音点７までの伝達関数はＨ４である。図６（ｂ）において、受音点１０は、仮想的な音響変換器である目標音源１１に定義される受音点である。発音点４から受音点１０までの伝達関数はＨ５、発音点５から受音点１０までの伝達関数はＨ６である。
ここで、各発音点４および発音点５から独立に定常周波数の音響放射がされると定義して、境界要素法の定常解析を行う。つまり、発音点からの音響放射による頭部モデル３の境界面のポテンシャルを求め、続いてそのポテンシャルによる空間の任意の点の音圧を外部問題として求める。この手法を用いて、定常周波数ごとに図６における発音点４による頭部モデル境界面の各節点のポテンシャルを一度計算すれば受音点６、受音点７、受音点１０の音圧は、各節点からの音圧合成により求めることができる。また、発音点５による受音点６、受音点７、受音点１０の音圧も、同様にして求めることができる。
本実施の形態１の頭部モデル３の節点数は１５０５２個であり、各節点からの音圧合成による計算時間はポテンシャルの計算時間に比べて約１０００分の１で済むことがわかった。ここで例えば、発音点４の音圧を、振幅を「１」、位相を「０」に定義すれば、受音点６の音圧が伝達関数となりＨ１が求められる。同様にして、受音点７、受音点１０の音圧により伝達関数Ｈ３、伝達関数Ｈ５が求められる。さらに、発音点５に同様の音圧の定義を行い、受音点６、受音点７、受音点１０の音圧により伝達関数Ｈ２、伝達関数Ｈ４、伝達関数Ｈ６が求められる。
図７は、補正フィルタを用いた音像制御装置の基本ブロック図である。図７において、補正フィルタ１３、補正フィルタ１４は音響変換器８、音響変換器９にフィルタリングを用いて目標音源１１の音像を実現する。補正フィルタ１３の特性をＥ１、補正フィルタ１４の特性をＥ２とすると、入力端子１２から耳道入り口までの伝達関数が目標音源１１からの伝達関数に等しいという条件から、以下の（数１）が成り立つ。
【数１】
2005025270.tif 000003
従って、特性関数Ｅ１、特性関数Ｅ２は（数１）を変形した、以下の（数２）により求められる。
【数２】
2005025270.tif 000004
各伝達関数Ｈ１〜Ｈ６は数値計算による離散的な周波数における複素数であるため、特性関数Ｅ１、特性関数Ｅ２を周波数領域で利用するためには、入力端子１２の信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により一旦周波数領域に変換して、特性関数Ｅ１、特性関数Ｅ２の乗算を行い、その後、信号を逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、時間信号として音響変換器８および音響変換器９に出力する。または、各伝達関数Ｈ１〜Ｈ６をまずＩＦＦＴして時間領域の応答に変換し、例えば、特許第２５４８１０３号公報（以下、「特許文献」２という。）に開示されているような時間領域での設計手法を用いて特性関数Ｅ１、特性関数Ｅ２を時間領域でのフィルタ特性として実現することも可能である。
以上のように、特性Ｅ１の補正フィルタ１３、特性Ｅ２の補正フィルタ１４を実現することによって、入力端子１２の信号による音像を目標音源１１の位置に確実に定位させることができる。
図８は、本実施の形態１の計算手法を用いた音像制御のための音響変換器が実装されたポータブル機器を受聴者が利用する例を示す図である。同図において、破線１６は、左右の耳道すなわち、発音点４と発音点５とを結ぶ直線である。また、一点鎖線１７は、頭部中心１５を通り、方位角０°を示す直線である。一点鎖線１８は、音響変換器８および音響変換器９の中心と頭部中心１５とを結ぶ直線である。ここで、音響変換器８は頭部中心１５から距離０．４ｍ、方位角−１０°、仰角−２０°の位置にあり、音響変換器９は方位角１０°、仰角−２０°の位置にある。また、目標音源１１は、方位角９０°、仰角１５°、頭部中心１５から距離０．２の位置にある。
図９は、図８に示した条件下での計算例を示す図である。図８において、音響変換器８および音響変換器９は頭部モデル３に対して左右対称の角度であるため、伝達関数Ｈ１と伝達関数Ｈ４、伝達関数Ｈ２と伝達関数Ｈ３は、それぞれ同じ周波数特性となる。図９（ａ）は、伝達関数Ｈ１および伝達関数Ｈ４の周波数特性を示すグラフである。図９（ｂ）は、伝達関数Ｈ２および伝達関数Ｈ３の周波数特性を示すグラフである。図９（ｃ）は、伝達関数Ｈ５の周波数特性を示すグラフである。図９（ｄ）は、伝達関数Ｈ６の周波数特性を示すグラフである。
図９のように求められた各伝達関数Ｈ１〜Ｈ６を、（数２）に当てはめることにより、補正フィルタ１３の特性関数Ｅ１および補正フィルタ１４の特性関数Ｅ２を算出することができる。図１０は、図９のように得られた伝達関数Ｈ１〜Ｈ６から得られた特性関数Ｅ１、特性関数Ｅ２の周波数特性を示すグラフである。図１０（ａ）は、特性関数Ｅ１の周波数特性を示すグラフである。図１０（ｂ）は、特性関数Ｅ２の周波数特性を示すグラフである。
以上の構成により、音響変換器８および音響変換器９の位置、および目標音源１１が頭部に近い位置にあっても、受聴者は目標音源１１の音像を明確に知覚することができ、正しい音像定位を得ることができる。なお、以上は目標音源が１つの場合で、なおかつ、固定されている場合について説明したが、目標音源が複数個の場合は、補正フィルタ１３および補正フィルタ１４の組み合わせを、目標音源の個数分用意すれば可能である。また、目標音源が移動する場合には、その移動経路に従った複数個の方向、距離の補正フィルタの特性を切り替えることによって可能である。
このように、本実施の形態１によれば、目標音源１１に複数の方位角、仰角、距離を設定しても、すでに頭部モデル３の耳道入り口の発音点によるポテンシャルを計算しているので、そのポテンシャルからの音圧合成により伝達関数および補正フィルタ特性は極めて短時間に求めることができる。さらに、従来の伝達関数測定でスピーカやマイクロホンが音場に影響を及ぼすような頭部に近接した伝達関数も、発音点と受音点の大きさが無視できる数値計算により、高精度に求めることができ、それらから計算される補正フィルタ特性により、正確な音像制御を行うことができる。
（実施の形態２）
本実施の形態２では、実施の形態１に示した音像制御装置をヘッドホンを用いた受聴に応用し、ヘッドホンを用いた受聴の場合についても正確な音像定位を得る場合について説明する。
図１１は、本実施の形態２の音像制御装置の音響変換器から耳道入り口までの伝達関数の計算モデルを示す図である。なお、図１１において、図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図１１では、音響変換器８および音響変換器９を、それぞれ頭部モデル３の両耳の近傍に設置し、いわゆるヘッドホン受聴に相当する計算モデルを示している。すなわち、左側耳道に設置した発音点４により、音響変換器９の受音点７に生じる音圧については無視できる。同様に、右側耳道に設置した発音点５により、音響変換器８の受音点６に生じる音圧についても無視できる。従って、実施の形態１と同様にして、音響変換器８からの伝達関数Ｈ７が受音点６の音圧として求められる。また、音響変換器９からの伝達関数Ｈ８が受音点７の音圧として求められる。
図１２は、図１１に示した関係から得られる伝達関数を用いた音像制御装置の基本ブロックを示す図である。同図において、補正フィルタ１３および補正フィルタ１４は、音響変換器８および音響変換器９を用いて目標音源１１を実現する補正フィルタであり、補正フィルタ１３の特性をＥ３、補正フィルタ１４の特性をＥ４とする。この場合、入力端子１２から耳道入り口（左側耳道入り口１、右側耳道入り口２）までの伝達関数が、目標音源１１から耳道入り口（左側耳道入り口１、右側耳道入り口２）までの伝達関数と等しいという条件から、（数３）が成り立つ。
【数３】
2005025270.tif 000005
従って、特性関数Ｅ３および特性関数Ｅ４は（数３）を変形して得られる（数４）から求められる。
【数４】
2005025270.tif 000006
以上の構成により、ヘッドホンを用いた受聴においても、目標音源１１からの伝達関数を受聴者の耳道入り口で実現することにより、目標音源１１の位置に正確な音像を定位させることができる。
（実施の形態３）
実施の形態１および２においては、発音点を耳道入り口に設置した場合について説明したが、本実施の形態３では、発音点を鼓膜に設置して目標音源までの伝達関数を求め、より正確な音像を定位させる場合について説明する。
図１３は、頭部モデル３の右側耳介部のより詳細な３Ｄ形状を示す図である。図１３（ａ）は、頭部モデル３の右側耳介部の正面図であり、図１３（ｂ）は、頭部モデル３の右側耳介部の上面図である。同図に示すように、耳道入り口１から耳道２１を経由して、鼓膜２３が形成されている。本実施の形態３では、頭部モデル３の左右ともに、耳道の終端が鼓膜により閉じられたモデルとなっている以外は実施の形態１と同様である。
図１４は、図１３の頭部モデル３を用いて音像制御装置の音響変換器から鼓膜までの伝達関数の計算モデルの一例を示す図である。同図において、左側耳道２０の終端には鼓膜２２が形成され、この鼓膜２２上に発音点４が定義されている。また、右側耳道２１の終端には鼓膜２３が形成され、鼓膜２３上には発音点５が定義されている。ここで、図６（ａ）に示した音響変換器８および音響変換器９に定義された受音点６および受音点７への伝達関数を計算する。ここでは、発音点４から受音点６までの伝達関数をＨ１１、発音点４から受音点７までの伝達関数をＨ１２、発音点５から受音点６までの伝達関数をＨ１３、発音点５から受音点７までの伝達関数をＨ１４とする。
図１５は、鼓膜から目標音源１１上に定義された受音点１０までの伝達関数の計算モデルの一例を示す図である。同図に示すように、発音点４から受音点１０までの伝達関数はＨ１５、発音点５から受音点１０までの伝達関数はＨ１６とする。これらの伝達関数Ｈ１１〜Ｈ１６は、すでに計算されている節点上のポテンシャルを音圧合成することにより求められる。
図１６は、図１４および図１５に示した関係から得られる伝達関数Ｈ１１〜Ｈ１６を用いた音像制御装置の基本ブロックを示す図である。同図において、補正フィルタ１３および補正フィルタ１４の特性をそれぞれ、特性Ｅ１１、特性Ｅ１２として、（数５）により求めることができる。
【数５】
2005025270.tif 000007
以上の構成により、目標音源１１から受聴者の鼓膜までの伝達関数を実現することにより、目標音源１１の位置により正確な音像を定位させることができる。
（実施の形態４）
実施の形態２では、頭部モデル３の左右耳道入り口に発音点を設定して、ヘッドホンを用いた受聴における音像の定位について説明したが、本実施の形態４では、頭部モデル３の鼓膜上に発音点を定義し、ヘッドホンを用いた受聴における音像の定位について説明する。
図１７は、本実施の形態４の音像制御装置の音響変換器から鼓膜までの伝達関数の計算モデルの一例を示す図である。同図において、図１４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図１７は、音響変換器８および音響変換器９をそれぞれ頭部モデル３の両耳の近傍に設置し、いわゆるヘッドホン受聴に相当する計算モデルを示している。ここでは、実施の形態２と同様にして、発音点４から音響変換器８上の受音点６までの伝達関数は、受音点６の音圧である伝達関数Ｈ１７として求められる。また、発音点５から音響変換器９上の受音点７への伝達関数は、受音点７の音圧である伝達関数Ｈ１８として求められる。
図１８は、図１７に示した関係から得られる伝達関数Ｈ１７および伝達関数Ｈ１８と伝達関数Ｈ１５および伝達関数Ｈ１６を用いた音像制御装置の基本ブロックを示す図である。同図において、補正フィルタ１３および補正フィルタ１４の特性を、特性関数Ｅ１３、特性関数Ｅ１４とすると、以下の（数６）に従って計算することができる。
【数６】
2005025270.tif 000008
以上の構成により、ヘッドホン受聴においても、受聴者の鼓膜から目標音源１１までの伝達関数を算出することができるので、目標音源の位置に、音像を正確に定位させることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態５の音像制御装置は、伝達関数を計算する頭部モデルを、音像制御装置が提供される母集団の受聴者の頭部の大きさの平均値に変形させることにより、母集団の受聴者による音像定位効果の個人差を低減する場合について説明する。
実施の形態１〜４で用いられた頭部モデル３のダミーヘッドは、所定のサイズおよび形状で作成されており、このダミーヘッドのサイズや、耳の形、耳の長さ、耳珠間隔、顔の長さなど、頭部モデルのあらゆる部分の形状は、各節点のデータとして取り込まれている。従って、このような頭部モデルを用いて算出された伝達関数には、頭部モデルのあらゆる部分の形状が反映されている。
図１９（ａ）は、本実施の形態５における音像制御装置の伝達関数を求めるための頭部モデル３０の正面図であり、図１９（ｂ）は、頭部モデル３０の側面図である。図１９（ａ）において、３１は頭部の幅、３２は頭部の高さ、３３は頭部の奥行きを示している。ここで、図３（ａ）で示したダミーヘッドの頭部の幅がＷｄ、頭部の高さがＨｄ、頭部の奥行きがＤｄであるとする。また、本実施の形態の音像制御装置が提供される母集団の頭部の統計データから、母集団に属するそれらの平均値を算出し、それぞれ頭部の幅がＷａ、頭部の高さがＨａ、頭部の奥行きがＤａであるとする。
図３（ｂ）で示した計算機上の頭部モデルの寸法を、それぞれ、頭部の幅をＷａ／Ｗｄ、頭部の高さをＨａ／Ｈｄ、頭部の奥行きをＤａ／Ｄｄの比率で変形させる。すなわち、最初に計測したダミーヘッドの寸法が、本音像制御装置が提供される母集団の頭部寸法の平均値からずれていても、このような変形（以下、これを「モーフィング処理」と呼ぶ。）を行うことによって、計算機上において母集団の頭部寸法平均値の頭部モデルを実現することができる。
このようにして変形された頭部モデル３０を用いて、各伝達関数を数値計算によって求め、実施の形態１と同様に補正フィルタの特性Ｅ１ａ、特性Ｅ２ａを求めることによって、本音像制御装置が提供される母集団に属する受聴者に対する音像制御の効果の個人差を最も少なくすることができる。
ただし、頭部モデルに対してこのようなモーフィング処理を行った場合には、再度、各節点のポテンシャルを算出しなおす必要がある。しかし、あらかじめ各節点のポテンシャルの再計算を行っておき、節点毎のポテンシャルをメモリ等に格納しておけば、伝達関数の計算は容易であり、目標音源を実現するための補正フィルタの特性を容易に算出することができる。
なお、上記では頭部の幅、高さおよび奥行きなどを母集団の頭部の統計データから得られる平均値に合わせて修正する場合について説明したが、必ずしもこれに限定されない。図２０は、頭部モデルの他の部分のサイズを示す斜視図である。例えば、同図に示すように、ダミーヘッドの耳長や耳珠間隔などのサイズを、最初に計測したダミーヘッドの寸法と、母集団の頭部の寸法の平均値との比率に合わせて変形させるようにしてもよい。また、頭部の幅３１は耳珠間隔であってもよく、頭部の高さ３２は全頭高であってもよく、頭部の奥行き３３は頭長であってもよい。
（実施の形態６）
本実施の形態６では、伝達関数を計算する頭部モデルを、その音像制御装置が提供される母集団の特定分類に属する受聴者の頭部の大きさの平均値に変形させることにより、受聴者が特定分類を選択することにより、音像定位効果の個人差を低減する場合について説明する。
図２１は、男性と女性とによる耳長と耳珠間隔のばらつきを示すグラフである。同図に示すように、男性の耳珠間隔は約１３０ｍｍ〜１７０ｍｍであるのに対し、女性の場合は約１２９ｍｍ〜１５８ｍｍ程度である。また、男性の耳長は約５３ｍｍ〜７８ｍｍであるのに対し、女性の場合は約５０ｍｍ〜７０ｍｍ程度である。このため、図中の星印の位置に相当する値を用いて音像制御装置が設計されることが多いが、平均的な設計値では音像制御効果は９０％程度である。
図２２は、本実施の形態６における音像制御装置が提供される母集団の特定分類を示すテーブルである。図２２において、頭部モデル３５は母集団における男性平均を示しており、頭部の幅がＷｍ、頭部の高さがＨｍ、頭部の奥行きがＤｍである。また、頭部モデル３６は母集団における女性の平均を示しており、頭部の幅がＷｗ、頭部の高さがＨｗ、頭部の奥行きがＤｗである。また、頭部モデル３７は母集団における低年齢層（例えば、年齢が７才から１５才の小人）の平均を示しており、頭部の幅がＷｃ、頭部の高さがＨｃ、頭部の奥行きがＤｃである。
ここで、実施の形態５と同様にして、図３（ａ）で示したダミーヘッドによる、頭部モデル３の頭部の幅がＷｄ、頭部の高さがＨｄ、頭部の奥行きがＤｄのとき、頭部モデル３５は頭部モデル３に対して、頭部の幅をＷｍ／Ｗｄ、頭部の高さをＨｍ／Ｈｄ、頭部の奥行きをＤｍ／Ｄｄの比率で変形させる。頭部モデル３６は頭部モデル３に対して、頭部の幅をＷｗ／Ｗｄ、頭部の高さをＨｗ／Ｈｄ、頭部の奥行きをＤｗ／Ｄｄの比率で変形させる。また頭部モデル３７は、頭部モデル３に対して、頭部の幅をＷｃ／Ｗｄ、頭部の高さをＨｃ／Ｈｄ、頭部の奥行きをＤｃ／Ｄｄの比率で変形させる。
このように変形された頭部モデル３５、頭部モデル３６、頭部モデル３７を用いて、各伝達関数を数値計算によって求め、実施の形態１と同様に補正フィルタ特性Ｅ１ｍ、特性Ｅ２ｍ、特性Ｅ１ｗ、特性Ｅ２ｗ、特性Ｅ１ｃ、特性Ｅ２ｃを求める。図２３は、これらの母集団の平均値と特定分類とによる補正フィルタ特性を切り替える構成としたブロック図を示している。図２３において、音像制御装置は、新たに、母集団の平均値と特定分類との補正フィルタの特性を格納している特性格納メモリ４０、母集団の平均値ａ、特定分類（男性）ｍ、特定分類（女性）ｗ、特定分類（小人）ｃのいずれかを選択するためのスイッチ４１、スイッチ４１の状態に応じて特性格納メモリ４０から補正フィルタ特性を選択して、補正フィルタ１３および補正フィルタ１４に設定するフィルタ設定部４２を備える。これにより、スイッチ４１で母集団の平均を示す「ａ」を選択した場合は、平均値の補正特性Ｅ１ａ、Ｅ２ａが補正フィルタ１３および補正フィルタ１４に設定される。また、スイッチ４１で特定分類（男性）を示す「ｍ」を選択した場合は、男性の補正特性Ｅ１ｍ、Ｅ２ｍが補正フィルタ１３および補正フィルタ１４に設定される。同様に、スイッチ４１で特定分類（女性）を示す「ｗ」を選択した場合は、女性の補正特性Ｅ１ｗ、Ｅ２ｗが、スイッチ４１で特定分類（小人）を示す「ｃ」を選択した場合は、小人の補正特性Ｅ１ｃ、Ｅ２ｃが補正フィルタ１３および補正フィルタ１４のそれぞれの特性として設定される。受聴者はこの４種類から、自分に適合したフィルタを選択することにより、受聴者による音像制御の効果の個人差を最も少なくすることができる。
（実施の形態７）
本実施の形態７では、伝達関数を計算する頭部モデルを、音像制御装置が提供される母集団の特定分類の受聴者の頭部の大きさに変形させておき、受聴者が自分の属する特定分類を選択することにより、音像定位効果の個人差を低減する場合について説明する。
図２４は、本実施の形態７の音像制御装置が提供される母集団の特定分類を示している。実施の形態７の特定分類で、頭部モデルは、頭部の幅に応じて３つのグループに分類される。図２４（ａ）は、頭部の幅がｗ１のグループに分類される頭部モデルＭ５１〜Ｍ５９の例を示すテーブルである。図２４（ｂ）は、頭部の幅がｗ２のグループに分類される頭部モデルＭ６１〜Ｍ６９の例を示すテーブルである。図２４（ｃ）は、頭部の幅がｗ３のグループに分類される頭部モデルＭ７１〜Ｍ７９の例を示すテーブルである。図２４（ａ）において、頭部の幅がｗ１である頭部モデルは、さらに、頭部の高さｈ１、ｈ２、ｈ３と、頭部の奥行きｄ１、ｄ２、ｄ３とにより９つのタイプに分類される。図２４（ｂ）では、頭部の幅がｗ２である頭部モデルが、上記の３つの頭部の高さと、３つの頭部の奥行きとにより９つのタイプに分類される。図２４（ｃ）では、頭部の幅がｗ３である頭部モデルが、上記と同様にして、９つのタイプに分類される。ここで、本実施の形態では、実施の形態６と同様にして、あらかじめ、頭部モデル３を図２４（ａ）〜（ｃ）の寸法に従って変形させた頭部モデルＭ５１〜Ｍ７９を用いて、各伝達関数を数値計算によって求め、補正フィルタ特性Ｅ１−５１、Ｅ２−５１、〜、Ｅ１−７９、Ｅ２−７９を求める。
図２５は、図２４（ａ）〜（ｃ）のように２７のタイプに分類される特定分類に応じて、頭部モデルに対応する補正フィルタ特性を切り替える構成としたブロック図を示している。図２５において、音像制御装置は、図２４（ａ）〜（ｃ）の２７個の頭部モデルに対して算出された補正フィルタ特性Ｅ１−５１、Ｅ２−５１、〜、Ｅ１−７９、Ｅ２−７９が格納されている特性格納メモリ８０、３種類の頭部の幅に応じて補正フィルタの切り替えを行うスイッチ８１、３種類の頭部の高さに応じて補正フィルタの切り替えを行うスイッチ８２、３種類の頭部の奥行きに応じて補正フィルタの切り替えを行うスイッチ８３およびスイッチ８１、スイッチ８２、スイッチ８３の状態に応じて補正フィルタ特性を特性格納メモリ８０から選択して、補正フィルタ１３および補正フィルタ１４に設定するフィルタ設定部８４を備える。受聴者はこのスイッチ８１、スイッチ８２およびスイッチ８３の組み合わせから、自分に最も適合したフィルタを選択することにより、受聴者の頭部のサイズに起因する音像制御の効果の個人差を少なくすることができる。
（実施の形態８）
本実施の形態８では、音像制御装置の伝達関数を計算するための頭部モデルを、その音像制御装置が提供される母集団の特定分類の受聴者の耳介部の大きさに変形させ、受聴者が自分に適合した特定分類を選択することにより、音像定位効果の個人差を提言する場合について説明する。
図２６は、本実施の形態８における音像制御装置が提供される母集団の特定分類を定義する耳介部を示す図である。図２６（ａ）は耳介部を詳細に示す正面図であり、図２６（ｂ）は、耳介部を詳細に示す上面図である。図２６において９０は耳介部の高さ、９１は頭部表面から最も離れた位置までの距離で表す耳介部の幅を示している。図２７は、本実施の形態７の音像制御装置が提供される母集団の特定分類のさらに他の例を示すテーブルである。図２７において頭部モデルＭ９１〜Ｍ９９は、耳介部の高さをｅｈ１、ｅｈ２、ｅｈ３の３種類に分類し、耳介部の幅をｅｄ１、ｅｄ２、ｅｄ３の３種類に分類することにより定義される。この場合も、実施の形態６と同様に、あらかじめ頭部モデル３を図２７の寸法に従って変形させた頭部モデルＭ９１〜Ｍ９９を用いて各伝達関数を数値計算によって求め、補正フィルタ特性Ｅ１−９１、Ｅ２−９１、〜、Ｅ１−９９、Ｅ２−９９を求め、メモリに保持しておく。
図２８は、図２７のように９つのタイプに分類される特定分類に応じて、頭部モデルに対応する補正フィルタ特性を切り替える構成としたブロック図を示している。図２８において音像制御装置は、図２７の９つのタイプの頭部モデルに対して算出された補正フィルタ特性Ｅ１−９１、Ｅ２−９１、〜、Ｅ１−９９、Ｅ２−９９が格納されている特性格納メモリ９３、３種類の耳介部の高さｅｈ１、ｅｈ２、ｅｈ３に応じて補正フィルタの切り替えを行うスイッチ９４、３種類の耳介部の幅ｅｄ１、ｅｄ２、ｅｄ３に応じて補正フィルタの切り替えを行うスイッチ９５、およびスイッチ９４、スイッチ９５の状態に応じて対応する補正フィルタ特性を特性格納メモリ９３から選択して、補正フィルタ１３および補正フィルタ１４に設定するフィルタ設定部９６を備える。受聴者は、このスイッチ９４およびスイッチ９５の組み合わせから、自分に最も適合した補正フィルタ特性を選択することにより、自分の耳介部の高さや幅に起因する音像制御の効果の個人差を低減することができる。
なお、上記実施の形態１〜８では、頭部モデル上の各節点のポテンシャルを算出するために、膨大な計算量を必要とするので、節点上のポテンシャルデータの算出はあらかじめオフラインで行うものとしている。そして、得られたポテンシャルは、一旦、外部のデータベースなどに格納した上、これを用いて伝達関数を算出して、補正フィルタの特性関数を算出するまでを外部のツールで実行している。従って、上記音像制御装置では、補正フィルタの特性関数がＲＯＭなどのメモリに格納されて利用されているだけである。これは、すなわち、現在の段階では、携帯電話機やヘッドホンステレオなどの携帯機器に実装される音像制御装置では、これだけの計算量に音像制御装置の計算能力が追いつかないためである。従って、近い将来、携帯機器に内蔵される音像制御装置において、より多くの処理を行わせることも考えられる。
図２９は、複数タイプの頭部モデルに対するポテンシャルデータのセットを音像制御装置に格納しておく場合の音像制御装置での処理手順を示す図である。例えば、まず、条件設定として、受聴者が、音像制御装置のメニュー画面を見ながら、実施の形態５〜８に示したような、自分に最も適した頭部モデルを選択する。また、ここで、スピーカと両耳との位置関係、および目標音源と両耳との位置関係などの詳細な条件が入力されるとしてもよい。これにより、音像制御装置は、選択された頭部モデルに対応したポテンシャルデータを、ポテンシャルデータが格納されているＲＯＭから読み込み、所定の伝達関数を生成する。この伝達関数は、スピーカと両耳との位置関係、および目標音源と両耳との位置関係があらかじめ定められているものとして生成されてもよいし、受聴者によって、条件設定として最初に目標音源と両耳との位置関係などのデータの入力が行われ、入力されたデータに基づいて伝達関数が計算されるとしてもよい。次いで、得られた伝達関数から、補正フィルタのパラメータ（特性関数）が算出され、補正フィルタに設定される。このように、内部に保持しているポテンシャルデータを用いて、音像制御装置内で補正フィルタの特性関数までを算出できるようにすることによって、その時々の多様な条件に応じて、柔軟に補正フィルタの特性を修正し、より正確に音像を定位させることが可能になる。
図３０は、本発明の音像制御装置またはこれを備える音響装置に、頭部モデルのタイプを決定する複数の要素の設定入力を受け付ける設定入力部を備えるとした場合の特性関数設定処理の手順の一例を示す図である。また、他の例として、音像制御装置またはこれを内蔵する音響装置などに備えられた設定入力部から、頭部モデルのタイプを決定するような要素となる受聴者の年齢、性別、両耳間距離、耳の大きさなどの入力を受け付ける構成とした場合について説明する。この場合、音像制御装置は、受聴者の年齢、性別、両耳間距離、耳の大きさなどのそれぞれの要素について一組のパラメータ（特性関数）の組（Ｅ１、Ｅ２）が決定されるように、パラメータ（Ｅ１、Ｅ２）をテーブルなどにしてあらかじめ保持しておく。これにより、例えば、年齢「３０才」、性別「女性」、両耳間距離「１５０ｍｍ」、耳の大きさ「５５ｍｍ」などの要素が入力された場合には、これらの要素に応じたパラメータの組が１つ決定される。次いで、決定された特性関数の組がＲＯＭから読み出され、補正フィルタ１３および補正フィルタ１４に設定される。このように音像制御装置に設定入力部を備えておくことにより、様々な設定要素に応じた特性関数を設定することができ、各受聴者に、より適合した補正フィルタを設定することができる。
図３１は、図３０に示した設定入力部を備えた音像制御装置において、受聴者がスピーカからの音を聞きながら設定入力を行う場合の手順の一例を示す図である。この場合、例えば、頭部モデルのタイプを決定する、より有力な要素の順に設定入力を受け付けるものとする。頭部モデルのタイプを決定する際に、例えば、年齢、性別、両耳間距離、耳の大きさの順に、有力である場合には、（設定１）年齢設定→（設定２）性別設定→（設定３）両耳間距離設定→（設定４）耳の大きさ設定の順に、設定の入力が受け付けられる。この順番に従って、受聴者は、スピーカの音を聞きながら、設定の入力を行う。例えば、年齢「３０才」、性別「女性」、両耳間距離「１５０ｍｍ」までの設定入力を終えたところで、受聴者が、設定が十分正しく調整されたと感じた場合にはここで設定入力を終了し、残りの（設定４）耳の大きさ設定は、デフォルトの値でＯＫとする。これにより、設定入力された要素に従って、パラメータの組が１つ決定される。次いで、決定された特性関数の組がＲＯＭから読み出され、補正フィルタ１３および補正フィルタ１４に設定される。このようにすることによって、受聴者は必要以上に余分な入力操作を行う必要がなく、個人にとって満足な正確さで音像を定位させることができるという効果がある。
さらに、最近では、携帯電話機などの携帯機器にカメラが搭載されており、手軽に人物の写真を撮影することができるようになっている。このため今日では、デジタルカメラで撮影された人物画像から、その人の頭部モデルの寸法を得る技術なども開発されている。図３２は、携帯電話機で撮影された人物の顔の画像から、図３１で示した設定入力部の入力を補助する一例を示す図である。例えば、同図に示すような写真から、完全に正確な値を期待することはできないが、受聴者の両耳間距離や、端末とユーザ（受聴者）との距離、年齢、性別などを判定することができる。このように、写真から判定可能なデータは、わざわざ受聴者の設定入力を求めず、写真から得られたデータを用いて、パラメータの組を決定するものとしてもよい。また、将来、携帯機器の高性能化により、携帯機器の計算能力が飛躍的に向上した場合には、携帯電話機の内蔵カメラの機能も飛躍的に向上していることが考えられる。このような場合、携帯電話機内蔵のカメラで撮影された画像に基づいて、音像制御装置が頭部モデルをモーフィングし、各節点におけるポテンシャルを算出してメモリ等に格納する。音像制御装置は、さらに、格納されているポテンシャルを用いて頭部伝達関数を算出し、写真の人物に最適な特性関数を算出し、算出された特性関数を補正フィルタに設定することも可能となる。
図３３は、正面から撮影された通常の人物写真では、耳の形状が撮影されにくいという点を補うために耳介部を撮影した写真に基づいて入力補助を行う例を示した図である。図３２に示したような正面から撮影された人物写真では、人物の髪の毛や耳に対する撮影角度が原因となって、その人物の耳（耳介）の形状や、耳の長さ、頭部に対する耳介の角度および頭部に対する耳の位置などが、写真からは判別できない場合が多く発生する。このため、別途、その人物の耳だけを撮影し、図３２の正面から撮影した写真から得られたデータと組み合わせて、補正フィルタのパラメータの組を決定するための設定入力の補助としてもよい。もちろん、この２つの写真から得られるデータのみで補正フィルタのパラメータの組を決定するとしてもよい。
図３４は、同じ側の耳をステレオカメラまたは２回撮りにより、立体的に撮影する場合の例を示す図である。同図に示すように、ステレオカメラもしくは２回写真を撮ることにより、耳介部の３次元的なデータを取得することができる。これにより、図３３に示した１回撮影による耳介部の写真よりも、より有効なデータを得ることができる。この場合も、図３２の正面から撮影した写真から得られたデータと組み合わせて、補正フィルタのパラメータの組を決定するための設定入力の補助としてもよいし、２つの写真から得られるデータのみで補正フィルタのパラメータの組を決定するとしてもよい。もちろん、３回以上、写真をとることにより、さらに正確なデータを取得することも可能である。
なお、本発明の音像制御装置は、図３０や図３１に示した例とは異なり、設定入力される要素の組み合わせすべてについて補正フィルタの特性関数を保持しておく必要はなく、要素ごとに補正フィルタの特性関数を保持しておくものとしてもよい。図３５は、音像制御装置またはそれを内蔵する音響機器が、設定入力される要素ごとに補正フィルタの特性関数を保持している場合の処理手順の一例を示す図である。なお、ここでも、（設定１）年齢設定→（設定２）性別設定→（設定３）両耳間距離設定→（設定４）耳の大きさ設定の順に、設定の入力が受け付けられ、受聴者は、この順番に従って、スピーカからの音を聞きながら設定入力を行う場合について説明する。例えば、受聴者が年齢「３０才」という入力を行うと、年齢に対応したパラメータ（特性関数）の組のうちから年齢「３０才」に対応するパラメータの組が読み出され、補正フィルタの「年齢対応用フィルタ」にセットされる。次いで、受聴者が性別「女性」という入力を行うと、性別に対応したパラメータ（特性関数）の組のうちから性別「女性」に対応するパラメータの組が読み出され、補正フィルタの「性別対応用フィルタ」にセットされる。さらに、受聴者が両耳間距離「１５０ｍｍ」という入力を行うと、両耳間距離に対応したパラメータ（特性関数）の組のうちから両耳間距離「１５０ｍｍ」に対応するパラメータの組が読み出され、補正フィルタの「両耳間距離対応用フィルタ」にセットされる。例えば、これまでの設定入力を終えたところで、受聴者が、設定が十分正しく調整されたと感じた場合には、ここで設定入力を終了し、残りの（設定４）耳の大きさ設定によるパラメータの組は、元々「耳の大きさ対応用フィルタ」に設定されていたデフォルトの値でＯＫとする。受聴者からの設定入力がＯＫとされると、音像制御装置は、補正フィルタ内部に設定されている「年齢対応用フィルタ」、「性別対応用フィルタ」、「両耳間距離対応用フィルタ」および「耳の大きさ対応用フィルタ」などにセットされた特性関数を合成し、一組のパラメータ（特性関数）の組を生成し、補正フィルタ１３および補正フィルタ１４に設定する。このようにすることによって、年齢、性別などの要素の組によって決定されるパラメータの組のすべてを保持しておく必要がなく、音像制御装置のメモリ容量を節約することができる。
図３６は、音像制御装置を備える携帯電話機等が、設定入力部などから入力されたデータを、インターネット上のサーバに送信し、送信したデータに基づく最適なパラメータの供給を受ける場合の一例を示す図である。同図に示すように、まず、音像制御装置を備える携帯電話機等では、設定入力部などから年齢、性別、両耳間距離、耳の大きさなどの値を入力する。受聴者が設定入力を完了すると、音像制御装置は、携帯電話網などの通信回線を介して、インターネット上のベンダなどのサーバに接続し、設定入力された年齢、性別、両耳間距離、耳の大きさなどのデータをサーバにアップロードする。サーバは、アップロードされた設定値に基づき、アップロードされた設定値を持つ受聴者に、最適と判断されるパラメータを決定するとともに、決定されたパラメータの組をサーバ内のデータベースから読み出して携帯電話機にダウンロードさせる。このようにすることによって、音像制御装置では多くのパラメータの組を保持している必要がなく、メモリの負荷を低減することができる。また、サーバの側では、大型コンピュータシステムを備えているので、データベースには、それぞれの要素についてより詳細なデータを保持しておくことができる。例えば、携帯電話機に内蔵された音像制御装置では、年齢設定については、１０才、１５才、２０才、２５才、３０才、・・・などのように、５才ずつインクリメントするような設定となるのに対し、サーバ内のデータベースでは、１才ごとに異なるパラメータを割り当てるような設定を保持しておくことができる。従って、携帯電話機では多くのメモリを必要としない上、より適合性の高いパラメータの組を得ることができるという効果がある。
図３７は、音像制御装置を備える携帯電話機等が、内蔵カメラなどで撮影した画像データを、インターネット上のサーバに送信し、送信した画像データに基づく最適なパラメータの供給を受ける場合の一例を示す図である。図３７に示すように、年齢、性別、両耳間距離などの設定入力の代わりに、携帯電話機で撮影された写真の画像データを、サーバに送信するとした場合であっても、携帯電話機等においては、メモリ容量やＣＰＵの処理速度等のコンピュータ資源の点では、サーバに比べて劣っている。従って、携帯電話機等では、同じ画像データを解析する場合でも、サーバで解析する場合に比べて、それほど詳細かつ正確なデータを得ることができない。それに対し、図３６の場合と同様に、サーバ側のコンピュータシステムには、アップロードされた画像データから、より正確なデータを取得することができるソフトウェアなどが十分に備えられている。従って、このようにすることによって、音像制御装置を備える携帯電話機の側では計算機としての資源を節約しつつ、より精度の高いパラメータの組を取得し、より精度の高い音像を定位させることができるという効果がある。
図３８は、音像制御装置を備える携帯電話機等において、パラメータ設定のための受聴者個人の各要素を表示する表示部を備えた場合の一例を示す図である。携帯電話機の待ち受け画面には通常時には必ずしも表示されなくてもよいアイコンなどがあるが、例えば、待ち受け中に、音像制御装置を利用して音楽等を受聴している場合、図３８に示すように、表示部の下部に補正フィルタのパラメータ（特性関数）の組を決定した自分個人の設定要素を表示するようにしてもよい。
同図では、例えば、受聴者が年齢「３０代」で、性別が「男性」で、両耳間距離が「１５ｃｍ」、耳の大きさが「５ｃｍ」であることが表示されている。このように、現在の設定状態を表示することにより、受聴者は、音像の定位の具合が気に入らない場合などには、異なる値を用いて微調整することも可能になるという効果がある。
図３９（ａ）は、上記実施の形態１〜８で用いられたシミュレーションによる伝達関数の波形および位相特性を示すグラフである。図３９（ｂ）は、従来のように実測によって得られた伝達関数の波形および位相特性を示すグラフである。なお、図３９（ａ）および（ｂ）の測定のための入力音は、全周波数に対してフラットなホワイトノイズである。図３９（ａ）に示すように、本来のＨＲＴＦであれば、ホワイトノイズであってもこのシミュレーションのように、ある周波数で音圧が非常に小さくなってしまうのに対し、図３９（ｂ）の実測のグラフではこの周波数付近でのばらつきが見られる。これは、すなわち、実測ではこのような誤差が含まれてしまうことを意味している。また、図３９（ｂ）の実測では、周波数低域部のＨＲＴＦに誤差による方向依存性が認められる。従って、入力されるホワイトノイズを、目的音源の位置でホワイトノイズとして出力させるための補正フィルタの特性関数には、シミュレーションでは実測の約１／４のタップで済む。
このように、本実施の形態１〜８によれば、伝達関数を実測ではなくシミュレーションによって求めているので、補正フィルタを設計する際の演算量が非常に少なくて済み、この結果、消費電力を低く抑えることができるという効果がある。
【産業上の利用可能性】  本発明の音像制御装置は、音響再生装置を備える携帯電話機、ＰＤＡなどの携帯機器として有用である。また、本発明の音像制御装置は、バーチャルゲームなどを行うゲーム機に内蔵される音像制御装置として有用である。
【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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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【国際調査報告】
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