(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの音源から入力されるｎチャンネル（ｎ≧１の正の整数）のオーディオ信号を２チャンネルの信号に変換する変換手段と、
上記変換手段で変換された２チャンネルのオーディオ信号に対して、任意の位置に音像を定位させる第１のフィルタ手段と、
上記第１のフィルタ手段からの一対の出力信号が入力され、伝達関数が互いに異なる特性を持つと共に、任意の位置に充分な距離感を与えた音像定位とする一対の第２のフィルタ手段と、
上記一対の第２のフィルタ手段からの一対の出力信号をヘッドホンの左右のスピーカユニットに供給する出力部とを備え、
上記第１のフィルタ手段は、上記２チャンネルのオーディオ信号が入力される複数のデジタルフィルタと、該複数のデジタルフィルタからの出力を加算又は減算させて一対の出力信号を出力させる複数の加算器とを有し、
上記一対の第２のフィルタ手段のそれぞれは、所定の遅延量の遅延素子と、上記遅延素子の最大遅延量以内の任意の遅延位置で取り出した遅延量が異なる複数の信号のそれぞれに対して個別に係数乗算を行う複数の乗算器と、上記複数の乗算器の出力を加算する加算器とを有するデジタルフィルタで構成され、上記遅延素子から取り出した最も遅延量の少ない信号のレベルを大きくし、上記遅延素子から取り出した信号の遅延量が大きくなるに従ってレベルが徐々に小さくなるように上記乗算係数を設定すると共に、上記遅延素子から取り出す遅延位置を左右で相関なく独立に異ならせることを特徴とする
オーディオ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のオーディオ処理装置において、
上記ヘッドホンを装着した聴取者の頭部の動きの方向を検知する検知手段を備え、上記検知手段の出力に応じて、上記一対の第２のフィルタ手段の伝達関数を可変する
オーディオ処理装置。
【請求項３】
請求項２記載のオーディオ処理装置において、上記検知手段は、圧電振動ジャイロを使用した
オーディオ処理装置。
【請求項４】
請求項２記載のオーディオ処理装置において、上記検知手段は、地磁気方位センサを使用した
オーディオ処理装置。
【請求項５】
少なくとも１つの音源から入力されるｎチャンネル（ｎ≧１の正の整数）のオーディオ信号を、２チャンネルの信号に変換し、その変換された２チャンネルのオーディオ信号に対して、上記音源から聴取者の左耳及び右耳までの２系統のインパルス応答に基づいて変換すると共に、任意の位置に音像を定位させる第１の変換処理と、上記第１の変換処理で得られた一対の信号に対して、伝達関数が互いに異なる特性を持つと共に、任意の位置に充分な距離感を与えた音像定位とする反射音付加処理を行う第２の変換処理とを行い、
上記第２の変換処理が行われた一対の信号を、聴取者の左耳及び右耳の耳元で再生させるオーディオ再生方法であって、
上記第１の変換処理として、上記２チャンネルのオーディオ信号を複数のデジタルフィルタに入力させて、その複数のデジタルフィルタからの出力を加算又は減算させて得た一対の信号を出力させ、
上記第２の変換処理として、所定の遅延量の遅延素子と、上記遅延素子の最大遅延量以内の任意の遅延位置で取り出した遅延量が異なる複数の信号のそれぞれに対して個別に係数乗算を行う複数の乗算器と、上記複数の乗算器の出力を加算する加算器とを有するデジタルフィルタで変換処理され、上記遅延素子から取り出した最も遅延量の少ない信号のレベルを大きくし、上記遅延素子から取り出した信号の遅延量が大きくなるに従ってレベルが徐々に小さくなるように上記乗算係数を設定すると共に、上記遅延素子から取り出す遅延位置を左右で相関なく独立に異ならせることを特徴とする
オーディオ再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘッドホン装置でステレオオーディオ信号を再生するのに適用して好適なオーディオ処理装置及びこのオーディオ処理装置に適用されるオーディオ再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、映画等の映像に伴うオーディオ信号（音声信号）は多チャンネル信号が数多く用いられ、映像の両側及びセンタに置かれたスピーカおよび受聴者後方あるいは両横におかれたスピーカ等によって再生されることを想定して記録されている。これにより、映像中の音源と実際に聞こえてくる音像位置が一致しさらに自然な広がりをもった音場が確立される。
【０００３】
しかし、従来のヘッドホン装置を使用してこのような音声を鑑賞しようとした場合、音声入力による音像は頭の中に定位し、映像位置と音像定位位置が一致せず、極めて不自然な音像定位となる。さらに各チャンネルの音声信号の定位位置を分離独立して再生することは出来なかった。もちろん楽音等の多チャンネルの音声だけを鑑賞する場合も同様でスピーカ再生と異なり音が頭の中から聞こえ音像定位位置が分離せず極めて不自然な音場再生であった。
【０００４】
この現象を改善する為ヘッドホン装置で聴取しても、スピーカで再生した場合と同等の音場を得る為に、あらかじめ各チャンネル用に配置されたスピーカから受聴者の両耳までの伝達関数を測定あるいは計算し、これらをディジタルフィルタ等のフィルタによりオーディオ信号に畳込んだ後、ヘッドホン装置により聴取するという方法が考えられる。
【０００５】
図１１は、この方法を適用した従来のヘッドホン装置の一例を示した図である。入力端子１Ｌ，１Ｒに得られる左右２チャンネルのステレオオーディオ信号は、アナログ／デジタル変換器２Ｌ，２Ｒでデジタルオーディオ信号に変換する。アナログ／デジタル変換器２Ｌ，２Ｒが出力する左右２チャンネルのオーディオ信号は、デジタル処理回路３に供給する。このデジタル処理回路３は、複数個のデジタルフィルタ３ＬＬ，３ＬＲ，３ＲＬ，３ＲＲと、２個の加算器４Ｌ，４Ｒで構成されて、スピーカ装置を屋内などに実際に配置した場合に得られる再生音場と同様の再生音場が、ヘッドホン装置で得られるように変換する処理（いわゆるステレオホニック用の音響をバイノーラル用の音響に変換する処理）を行う回路である。
【０００６】
デジタル処理回路３の具体的な構成としては、左チャンネルのオーディオ信号を、第１のデジタルフィルタ３ＬＬと第２のデジタルフィルタ３ＬＲに供給し、右チャンネルのオーディオ信号を、第３のデジタルフィルタ３ＲＬと第４のデジタルフィルタ３ＲＲに供給する。各デジタルフィルタは、例えば図１２に示す構成とされる。この図１２に示すデジタルフィルタは、ＦＩＲ型のフィルタであり、入力端子８１に得られる信号を、複数段連続して接続された遅延回路８２ａ，８２ｂ，‥‥８２ｍ，８２ｎに供給する。そして、入力端子８１に得られる信号と、各遅延回路８２ａ〜８２ｎの出力信号とを、それぞれ別の係数乗算器８３ａ，８３ｂ，‥‥８３ｎ，８３ｏに供給し、それぞれ個別に設定された係数値を乗算して、その乗算信号を加算器８４ａ，８４ｂ‥‥８４ｍ，８４ｎで順に加算して、全ての係数乗算信号が加算された出力を、出力端子８５に得る構成としてある。
【０００７】
このような構成のデジタルフィルタで構成される第１のデジタルフィルタ３ＬＬの出力と、第３のデジタルフィルタ３ＲＬの出力とを、加算器４Ｌに供給して加算し、左チャンネル用の変換出力を得る。また、第２のデジタルフィルタ３ＬＲの出力と、第４のデジタルフィルタ３ＲＲの出力とを、加算器４Ｒに供給して加算し、右チャンネル用の変換出力を得る。
【０００８】
そして、加算器４Ｌで加算して得た左チャンネルの出力を、デジタル／アナログ変換器５Ｌに供給して、アナログオーディオ信号に変換し、その変換されたアナログオーディオ信号を、ヘッドホン駆動用の増幅回路６Ｌにより増幅した後、ヘッドホン装置７の左耳用のスピーカユニット７Ｌに供給する。また、加算器４Ｒで加算して得た右チャンネルの出力を、デジタル／アナログ変換器５Ｒに供給して、アナログオーディオ信号に変換し、その変換されたアナログオーディオ信号を、ヘッドホン駆動用の増幅回路６Ｒにより増幅した後、ヘッドホン装置７の右耳用のスピーカユニット７Ｒに供給する。
【０００９】
ここで、デジタル処理回路３での処理で、ステレオホニック再生用のオーディオ信号が、バイノーラル再生用のオーディオ信号に変換される原理を、図１３を参照して説明する。聴取者の左前方に左チャンネル用スピーカ装置ＳＬを配置し、右前方に右チャンネル用スピーカ装置ＳＲを配置して、それぞれのスピーカ装置からステレオホニック再生用のオーディオ信号を再生させたとする。このとき、聴取者の左耳に届く音は、左チャンネルのスピーカ装置ＳＬから届く音が伝達関数ＨＬＬを持ち、右チャンネルのスピーカ装置ＳＲから届く音が伝達関数ＨＲＬを持つものとする。また、聴取者の右耳に届く音は、右チャンネルのスピーカ装置ＳＲから届く音が伝達関数ＨＲＲを持ち、左チャンネルのスピーカ装置ＳＬから届く音が伝達関数ＨＬＲを持つものとする。
【００１０】
このような４つの伝達関数ＨＬＬ，ＨＬＲ，ＨＲＬ，ＨＲＲを、４つのデジタルフィルタ３ＬＬ，３ＬＲ，３ＲＬ，３ＲＲでの演算処理で再現するように、各デジタルフィルタの係数乗算器の係数値をセットすることで、ステレオホニック再生用の２チャンネルオーディオ信号が、バイノーラル再生用の２チャンネルオーディオ信号に変換される。この場合、各デジタルフィルタの係数乗算器にセットする係数値は、各チャンネルのスピーカ装置から両耳へのインパルス応答の伝達関数を有響室で測定し、その測定値に基づいて設定するものである。
【００１１】
なお、このような処理でステレオホニック再生用のオーディオ信号が、バイノーラル再生用のオーディオ信号に変換する処理については、本出願人が先に出願した特許公報（特許第２７５１１６６号など参照）に詳細に記載されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この先に提案した処理装置によれば、音像定位は聴取者の頭外に定位するようになるが、その定位する音像が、充分な距離感を得るためには、各チャンネルのスピーカから両耳への伝達関数を有響室で測定する際に、残響時間の長いデータとして得る必要がある。そして、その残響時間の長いデータを、デジタルフィルタにセットするために、従来の図１１に示した構成のデジタル処理回路３が必要とするデジタルフィルタは、非常に大規模な回路構成になってしまう。即ち、デジタル処理回路３が必要とする４個のデジタルフィルタは、それぞれが、約１０００個直列に接続された遅延回路と、各遅延回路の出力に係数値を乗算する約１０００個の係数乗算器と、各係数乗算器の乗算出力を加算する約１０００個の加算器で構成して、残響時間の長い伝達関数で処理させる必要があり、非常に回路規模が大きくなって、演算処理量も大きくなっていた。
【００１３】
ここでは、２チャンネルのオーディオ信号を、バイノーラル再生用のオーディオ信号に変換する処理について説明したが、聴取者の周囲を囲むような音場を再現する４チャンネルオーディオ信号などのよりチャンネル数の多いマルチチャンネルオーディオ信号を、バイノーラル再生用のオーディオ信号に変換する場合には、更に多くのデジタルフィルタを必要とし、非常に回路構成が大規模なものになってしまう問題があった。
【００１４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、インパルスレスポンスの演算量を抑えながら、ヘッドホン装置の聴取者に対して、任意の位置に充分な距離感を与えた音像定位を実現できるオーディオ処理装置及びオーディオ再生方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のオーディオ処理装置は、少なくとも１つの音源から入力されるｎチャンネル（ｎ≧１の正の整数）のオーディオ信号を２チャンネルの信号に変換する変換手段と、変換手段で変換された２チャンネルのオーディオ信号に対して、任意の位置に音像を定位させる第１のフィルタ手段と、第１のフィルタ手段からの一対の出力信号が入力され伝達関数が互いに異なる特性を持つと共に、任意の位置に充分な距離感を与えた音像定位とする一対の第２のフィルタ手段と、一対の第２のフィルタ手段からの一対の出力信号をヘッドホンの左右のスピーカユニットに供給する出力部とを備え、第１のフィルタ手段は、２チャンネルのオーディオ信号が入力される複数のデジタルフィルタと、複数のデジタルフィルタからの出力を加算又は減算させて一対の出力信号を出力させる複数の加算器とを有し、一対の第２のフィルタ手段のそれぞれは、所定の遅延量の遅延素子と、遅延素子の最大遅延量以内の任意の遅延位置で取り出した遅延量が異なる複数の信号のそれぞれに対して個別に係数乗算を行う複数の乗算器と、複数の乗算器の出力を加算する加算器とを有するデジタルフィルタで構成され、遅延素子から取り出した最も遅延量の少ない信号のレベルを大きくし、遅延素子から取り出した信号の遅延量が大きくなるに従ってレベルが徐々に小さくなるように乗算係数を設定すると共に、上記遅延素子から取り出す遅延位置を左右で相関なく独立に異ならせたものである。
【００１６】
このオーディオ処理装置によると、第１のフィルタ手段でインパルスレスポンスの演算処理が行われると共に、そのインパルスレスポンスの演算でヘッドホン再生用に変換された２チャンネルの各信号に対して、第２のフィルタ手段で伝達関数が左右で無相関性の反射音を付加する処理が行われて、任意の位置に充分な距離感を与えた音像定位を実現できる。
【００１７】
本発明のオーディオ再生方法は、少なくとも１つの音源から入力されるｎチャンネル（ｎ≧１の正の整数）のオーディオ信号を、２チャンネルの信号に変換し、その変換された２チャンネルのオーディオ信号に対して、音源から聴取者の左耳及び右耳までの２系統のインパルス応答に基づいて変換すると共に、任意の位置に音像を定位させる第１の変換処理と、第１の変換処理で得られた一対の信号に対して、伝達関数が互いに異なる特性を持つと共に、任意の位置に充分な距離感を与えた音像定位とする反射音付加処理を行う第２の変換処理とを行い、第２の変換処理が行われた一対の信号を、聴取者の左耳及び右耳の耳元で再生させるオーディオ再生方法であって、第１の変換処理として、ｎチャンネルのオーディオ信号を複数のデジタルフィルタに入力させて、その複数のデジタルフィルタからの出力を加算又は減算させて得た一対の信号を出力させ、第２の変換処理として、所定の遅延量の遅延素子と、遅延素子の最大遅延量以内の任意の遅延位置で取り出した遅延量が異なる複数の信号のそれぞれに対して個別に係数乗算を行う複数の乗算器と、複数の乗算器の出力を加算する加算器とを有するデジタルフィルタで変換処理され、遅延素子から取り出した最も遅延量の少ない信号のレベルを大きくし、遅延素子から取り出した信号の遅延量が大きくなるに従ってレベルが徐々に小さくなるように乗算係数を設定すると共に、上記遅延素子から取り出す遅延位置を左右で相関なく独立に異ならせるようにしたものである。
【００１８】
このオーディオ再生方法によると、聴取者の左耳及び右耳の耳元で再生されるオーディオで形成される音場として、第１の変換処理でインパルス応答の演算に基づいて任意の位置に音像定位を与えた音場とすることができると共に、第２の変換処理で、任意の位置に充分な距離感を与えた音像定位とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図６を参照して説明する。
【００２０】
本実施の形態においては、入力端子１１Ｌ，１１Ｒに得られるステレオホニック再生用のオーディオ信号を、バイノーラル再生用のオーディオ信号に変換して、この装置に接続されたヘッドホン装置に供給して再生させるようにしたものである。図１は、本実施の形態の全体構成を示す図であり、左チャンネルオーディオ信号入力端子１１Ｌと右チャンネルオーディオ信号入力端子１１Ｒには、ステレオホニック再生用の２チャンネルオーディオ信号を構成する左チャンネル信号と右チャンネル信号が供給される。それぞれの端子１１Ｌ，１１Ｒに得られるオーディオ信号は、各チャンネル用のアナログ／デジタル変換器１２Ｌ，１２Ｒでデジタルオーディオ信号に変換する。
【００２１】
変換された各チャンネルのオーディオ信号は、第１の信号処理部１３に供給する。この第１の信号処理部１３は、音源から聴取者の左耳及び右耳までの２系統のインパルス応答に基づいて、ヘッドホン再生用の音場を形成させる２チャンネルのオーディオ信号に変換する処理を行う回路である。
【００２２】
図２は、この第１の信号処理部１３の構成例を示す図である。第１の信号処理部１３の左チャンネル信号入力端子１０１Ｌに得られる左チャンネルのオーディオ信号は、第１のデジタルフィルタ１０２ＬＬと第２のデジタルフィルタ１０２ＬＲに供給する。また、右チャンネル信号入力端子１０１Ｒに得られる右チャンネルのオーディオ信号は、第３のデジタルフィルタ１０２ＲＬと第４のデジタルフィルタ１０２ＲＲに供給する。
【００２３】
各デジタルフィルタ１０２ＬＬ，１０２ＬＲ，１０２ＲＬ，１０２ＲＲは、基本的には従来例として図１２に示したＦＩＲ型のデジタルフィルタと同じ構成のフィルタを使用し、各デジタルフィルタの係数乗算器で乗算する係数値については、音源から聴取者の左耳及び右耳までの２系統のインパルス応答の実測値に基づいて設定する。但し本実施の形態の場合には、演算処理量が従来よりも大幅に少ないものを使用する。例えば、遅延回路として、約２５０個直列に接続して、この約２５０個の遅延回路の遅延出力を個別に係数乗算して、その乗算値を順に加算する構成のデジタルフィルタを使用する。この演算処理量を少なくした理由については後述する。
【００２４】
そして、第１のデジタルフィルタ１０２ＬＬの出力と、第３のデジタルフィルタ１０２ＲＬの出力とを、加算器１０３Ｌに供給して１系統の信号とし、この加算器１０３Ｌの加算出力を、第１の信号処理部１３の左チャンネル出力端子１０４Ｌに供給する。また、第２のデジタルフィルタ１０２ＬＲの出力と、第４のデジタルフィルタ１０２ＲＲの出力とを、加算器１０３Ｒに供給して１系統の信号とし、この加算器１０３Ｒの加算出力を、第１の信号処理部１３の右チャンネル出力端子１０４Ｒに供給する。
【００２５】
この第１の信号処理部１３でのヘッドホン再生用の音場を形成させる２チャンネルのオーディオ信号に変換する処理は、従来例で図１３を用いて説明した原理に基づいたものである。
【００２６】
なお、第１の信号処理部１３が備えるデジタルフィルタとして、図２に示した４個のデジタルフィルタを使用する構成とする代わりに、図３に示したデジタルフィルタを２個使用する構成としても良い。即ち、図３に示したデジタルフィルタは、入力端子９１に得られる信号を、複数段連続して接続された遅延回路９２ａ，９２ｂ，‥‥９２ｍ，９２ｎに供給する。そして、入力端子８１に得られる信号と、各遅延回路９２ａ〜９２ｎの出力信号とを、それぞれ別の係数乗算器９３ａ，９３ｂ，‥‥９３ｎ，９３ｏに供給し、それぞれ個別に設定された係数値を乗算して、その乗算信号を加算器９４ａ，９４ｂ‥‥９４ｍ，９４ｎで順に加算して、全ての係数乗算信号が加算された出力を、第１の出力端子９５に得る。また、入力端子８１に得られる信号と、各遅延回路９２ａ〜９２ｎの出力信号とを、係数乗算器９３ａ〜９３ｏとは別の係数乗算器９６ａ，９６ｂ，‥‥９６ｎ，９６ｏに順に供給し、それぞれ個別に設定された係数値を乗算して、その乗算信号を加算器９７ａ，９７ｂ‥‥９７ｍ，９７ｎで順に加算して、全ての係数乗算信号が加算された出力を、第２の出力端子９８に得る。
【００２７】
このように構成したデジタルフィルタを２個用意して、一方のデジタルフィルタを図２に示した回路のフィルタ１０２ＬＬとフィルタ１０２ＬＲとして使用し、他方のデジタルフィルタをフィルタ１０２ＲＬとフィルタ１０２ＲＲとして使用する。このような構成とすることで、少なくともデジタルフィルタを構成する遅延回路については、４個個別のデジタルフィルタを使用する場合に比べて半分の数にすることができる。
【００２８】
また、図２に示した第１の信号処理部１３は、ステレオホニック再生用のオーディオ信号で設定される左右の音源の位置（即ち実際にスピーカが配置される位置）が、左右対称な位置関係であるとき、図４に示した回路構成とすることができる。即ち、第１の信号処理部１３の左チャンネル信号入力端子２０１Ｌに得られる左チャンネルのオーディオ信号と、右チャンネル信号入力端子２０１Ｒに得られる右チャンネルのオーディオ信号とを、加算器２０２Ｌに供給して加算し、その加算信号を、第１のデジタルフィルタ２０３Ｌに供給する。また、左チャンネル信号入力端子２０１Ｌに得られる左チャンネルのオーディオ信号と、右チャンネル信号入力端子２０１Ｒに得られる右チャンネルのオーディオ信号とを、減算器２０２Ｒに供給して、右チャンネルの信号から左チャンネルの信号を減算した値を求めて、その減算された信号を、第２のデジタルフィルタ２０３Ｒに供給する。
【００２９】
第１のデジタルフィルタ２０３Ｌ及び第２のデジタルフィルタ２０３Ｒは、例えば図１２に示したＦＩＲ型のフィルタが使用され、各デジタルフィルタの係数乗算器で乗算する係数値を、音源から聴取者の左耳及び右耳までの２系統のインパルス応答の実測値に基づいて設定する。各デジタルフィルタで遅延回路，係数乗算器，加算器を使用する段数については、図２に示した第１の信号処理部１３で使用される各デジタルフィルタと同様の構成のものが使用される。
【００３０】
そして、第１のデジタルフィルタ２０３Ｌの出力と、第２のデジタルフィルタ２０３Ｒの出力とを、減算器２０４Ｌに供給して、フィルタ２０３Ｌの出力信号からフィルタ２０３Ｒの出力信号を減算した値を求めて、その減算された信号を、左チャンネルの出力端子２０５Ｌに供給する。また、第１のデジタルフィルタ２０３Ｌの出力と、第２のデジタルフィルタ２０３Ｒの出力とを、加算器２０４Ｒに供給して両信号を加算し、その加算信号を、右チャンネルの出力端子２０５Ｒに供給する。
【００３１】
この図４に示す構成で第１の信号処理部１３を構成することで、２個のデジタルフィルタと２個の加算器と２個の減算器とによる簡単な構成で実現できる。但し、この図４に示す構成が適用できるのは、左右の音源の位置が左右対称である場合に限られる。
【００３２】
図１の説明に戻ると、第１の信号処理部１３で処理された左チャンネルのオーディオ信号は、左チャンネル用の第２の信号処理部１４Ｌに供給し、第１の信号処理部１３で処理された右チャンネルのオーディオ信号は、右チャンネル用の第２の信号処理部１４Ｒに供給し、それぞれの第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒで、左右で無相関性の伝達関数でそれぞれ独立に反射音付加処理を行う。
【００３３】
第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒの具体的構成としては、例えばそれぞれのチャンネルの信号処理部１４Ｌ，１４Ｒを、それぞれ独立したデジタルフィルタで構成させる。この場合のデジタルフィルタについても、例えば図１２に示したＦＩＲ型のデジタルフィルタが使用される。それぞれのチャンネルのデジタルフィルタでは、他のチャンネルとは相関のない伝達関数により各係数乗算器の係数値を設定して、左右独立に反射音（いわゆる残響音）を付加する演算処理を行う。例えば左チャンネルの信号に対しては図６のＡに示す周波数特性を設定して、右チャンネルの信号に対しては図６のＢに示す周波数特性を設定する。なお、本例の場合には、オーディオ信号はデジタルデータとして処理されるが、図６の特性図では説明を簡単にするために周波数特性をアナログ的に示してある。
【００３４】
また、第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒとして、遅延量を可変設定できるデジタルフィルタを使用した構成としても良い。図５は、この第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒを、可変遅延回路を構成するデジタルフィルタで構成させた場合の例を示してある。入力端子３０１Ｌに得られる左チャンネルの信号は、第１の遅延回路３０２Ｌに供給し、入力端子３０１Ｒに得られる右チャンネルの信号は、第２の遅延回路３０２Ｒに供給する。各遅延回路３０２Ｌ，３０２Ｒは、それぞれ最大で５０ｍｓ程度信号を遅延させることができる遅延回路であり、その最大の遅延量以内で任意の遅延時間の複数の信号を取り出すことができる回路である。ここでは、遅延回路３０２Ｌとして、入力信号Ｗ１を、それぞれ異なる任意の遅延時間の信号Ｒ１，Ｒ２，‥‥ＲＮとして取り出す構成としてある。遅延回路３０２Ｒについても、入力信号Ｗ１を、それぞれ異なる任意の遅延時間の信号Ｒ２１，Ｒ２２，‥‥Ｒ２Ｎとして取り出す構成としてある。それぞれの遅延回路３０２Ｌ，３０２Ｒから取り出す信号の数は１０個程度の比較的少ない数であり、それぞれの信号を取り出す位置の設定（即ち各信号の遅延量の設定）を、そのときに各チャンネルの信号に付加する反射音に応じて、左右で相関なく独立に行う。
【００３５】
左チャンネル用の遅延回路３０２Ｌから取り出された各信号Ｒ１，Ｒ２，‥‥ＲＮは、それぞれ別の係数乗算器３１１Ｌ，３１２Ｌ，‥‥３１９Ｌによりそれぞれ別の係数値を乗算した後、その乗算信号を加算器３０３Ｌに供給して加算し、加算信号を左チャンネル用の出力端子３０４Ｌに供給する。また、右チャンネル用の遅延回路３０２Ｒから取り出された各信号Ｒ２１，Ｒ２２，‥‥Ｒ２Ｎは、それぞれ別の係数乗算器３１１Ｒ，３１２Ｒ，‥‥３１９Ｒによりそれぞれ別の係数値を乗算した後、その乗算信号を加算器３０３Ｒに供給して加算し、加算信号を右チャンネル用の出力端子３０４Ｒに供給する。各係数乗算器３１１Ｌ〜３１９Ｌ，３１１Ｒ〜３１９Ｒで乗算する係数値は、予め設定された固定値である。例えば、最も遅延量の少ない信号のレベルを大きくし、遅延量が大きくなるに従ってレベルが徐々に小さくなるような係数値を設定する。或いはこのように固定値とする代わりに、係数乗算器で乗算する係数値を、そのときの状態に応じて制御しても良い。
【００３６】
この図５に示した構成で第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒを構成した場合には、遅延量の設定で左右で独立に反射音の設定状態を可変させることができるものである。
【００３７】
再び図１の構成に戻ると、第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒで処理された左右のオーディオ信号は、それぞれのチャンネル毎に別のデジタル／アナログ変換器１５Ｌ，１５Ｒに供給して、アナログオーディオ信号に変換し、その左右２チャンネルのアナログオーディオ信号を、ヘッドホン駆動用の比較的増幅率の小さな増幅器１６Ｌ，１６Ｒで増幅した後、ヘッドホン接続端子１７Ｌ，１７Ｒに供給する。そして、このヘッドホン接続端子１７Ｌ，１７Ｒに接続されたヘッドホン装置１８の左右のスピーカユニット１８Ｌ，１８Ｒに、ヘッドホン接続端子１７Ｌ，１７Ｒに得られる各チャンネル用のオーディオ信号を供給し、ヘッドホン装置１８からオーディオを再生させる。
【００３８】
このように構成したことで、ヘッドホン装置１８で再生されて聴取者が聞き取る音場は、元の２チャンネルオーディオ信号を、室内などにスピーカ装置を配置して形成される音場と同様の良好な音場となる。ここで、本例の第１の信号処理部１３での処理としては、比較的演算処理量の少ない処理であるので、この第１の信号処理部１３で処理しただけの信号をヘッドホン装置に供給した場合には、音像が定位する位置が、聴取者の頭部に近接した位置となってしまうが、第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒで反射音を付加する処理が行われることで、音源を任意の位置に充分な距離感を与えて定位させることができる。また、第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒでは、左右のチャンネルで無相関性が確保されるので、音像の非対称化を実現することができ、音像の前方定位が改善される。
【００３９】
従って、従来例として図１１に示した処理装置の場合のように、１段のデジタルフィルタで充分な距離感を持たせて音像を定位させる変換処理を行う場合に比べて、非常に回路構成を簡単にすることができ、演算処理量についても削減できる。例えば、図１１に示したデジタル処理回路３を構成する各デジタルフィルタは、約１０００段の遅延処理が必要であったものが、本例の第１の信号処理部１３を構成する各デジタルフィルタは、約２５０段程度の遅延処理で良く、約１／４の構成で良い。本例の構成の場合には第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒが必要になるが、この第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒは、反射音を付加する処理を行うだけであるため、第１の信号処理部１３を構成するデジタルフィルタよりは大幅に回路規模の小さなデジタルフィルタで良く、図１に示した本実施の形態の構成とすることで、従来に比べて大幅に回路構成を簡単にすることができる。
【００４０】
なお、ここまでの説明では、入力するオーディオ信号として２チャンネルオーディオ信号としたが、例えば１チャンネルのオーディオ信号を左右のオーディオ信号入力端子１１Ｌ，１１Ｒに入力させて、その１チャンネルの信号で定位する音像の位置を、任意の１点とする処理を行っても良い。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図７〜図９を参照して説明する。この図７〜図９において、上述した第１の実施の形態で説明した図１〜図６に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００４２】
本実施の形態においても、入力端子１１Ｌ，１１Ｒに得られるステレオホニック再生用のオーディオ信号を、バイノーラル再生用のオーディオ信号に変換して、この装置に接続されたヘッドホン装置に供給して再生させるようにしたものである。ここで本実施の形態の場合には、ヘッドトラッキング等と称されるヘッドホン装置が向いた方向に応じて音場の位相を補正する処理を行うようにしたものである。
【００４３】
以下、本実施の形態の構成について説明すると、図７は本実施の形態の全体構成を示す図である。左チャンネルオーディオ信号入力端子１１Ｌと右チャンネルオーディオ信号入力端子１１Ｒには、ステレオホニック再生用の２チャンネルオーディオ信号を構成する左チャンネル信号と右チャンネル信号が供給される。それぞれの端子１１Ｌ，１１Ｒに得られるオーディオ信号は、各チャンネル用のアナログ／デジタル変換器１２Ｌ，１２Ｒでデジタルオーディオ信号に変換した後、第１の信号処理部１３に供給する。この第１の信号処理部１３は、音源から聴取者の左耳及び右耳までの２系統のインパルス応答に基づいて、ヘッドホン再生用の音場を形成させる２チャンネルのオーディオ信号に変換する処理を行う回路であり、既に第１の実施の形態で説明した回路と全く同じである。
【００４４】
そして、第１の信号処理部１３で処理された左チャンネルのオーディオ信号を、左チャンネル用の第２の信号処理部２１Ｌに供給し、第１の信号処理部１３で処理された右チャンネルのオーディオ信号を、右チャンネル用の第２の信号処理部２１Ｒに供給し、それぞれの第２の信号処理部２１Ｌ，２１Ｒで、左右で無相関性の伝達関数でそれぞれ独立に反射音付加処理を行う。第２の信号処理部２１Ｌ，２１Ｒの回路構成については、第１の実施の形態で説明した第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒと同じであり、例えばＦＩＲ型のデジタルフィルタで構成される。但し、各信号処理部２１Ｌ，２１Ｒで設定される遅延量が、回転角演算処理部２４で演算処理された回転角に応じて可変設定される構成としてある。
【００４５】
そして、各信号処理部２１Ｌ，２１Ｒで反射音付加処理が行われた左右の信号を、それぞれのチャンネル毎に別のデジタル／アナログ変換器１５Ｌ，１５Ｒに供給して、アナログオーディオ信号に変換し、その左右２チャンネルのアナログオーディオ信号を、ヘッドホン駆動用の比較的増幅率の小さな増幅器１６Ｌ，１６Ｒで増幅した後、ヘッドホン接続端子１７Ｌ，１７Ｒに供給する。そして、このヘッドホン接続端子１７Ｌ，１７Ｒに接続されたヘッドホン装置２２の左右のスピーカユニット２２Ｌ，２２Ｒに、ヘッドホン接続端子１７Ｌ，１７Ｒに得られる各チャンネル用のオーディオ信号を供給し、ヘッドホン装置２２からオーディオを再生させる。
【００４６】
ここで、本例のヘッドホン装置２２は、回転角速度センサ２３が取付けてあり、ヘッドホン装置２２を装着している聴取者の頭部の水平方向の回転角速度を検出する構成としてある。回転角速度センサ２３としては、例えば圧電振動ジャイロを使用する。この回転角速度センサ２３の検出出力は、処理装置側の回転角演算処理部２４に供給する。この回転角演算処理部２４は、回転角速度センサ２３の検出出力に基づいてヘッドホン装置２２の回転角度を演算するマイクロプロセッサで構成され、例えば一定時間間隔で回転角速度センサ２３の出力をサンプリングした後積分し、角度データに変換する。
【００４７】
そして、得られた角度データに基づいて、第２の信号処理部２１Ｌ，２１Ｒで処理する際の遅延量とレベル差を補正する処理を行って、音像がヘッドホン装置２２の装着者の頭外の一定方向に定位するような処理を行う。
【００４８】
各信号処理部２１Ｌ，２１Ｒで設定される遅延量とレベル差を、検出した回転角度に応じて補正する処理としては、聴取者の頭の回転角に応じて、その回転角に対応する伝達関数を実現するように、例えば各デジタルフィルタの乗算係数を、回転角演算処理部２４の制御によりリアルタイムで更新する処理を行う。この処理は、例えば聴取者が頭部を右に回転させたことを考えると、このときには左耳に到達する音は右耳に到達する音に比べて早くなる。また、左耳は音源に近づき、右耳は音源から遠くなるため、左耳に到達する信号のレベルは右耳に到達する信号のレベルに比べて高くなる。このことを疑似的に示した伝達関数で示すと、遅延時間の変化については、例えば図８に示すようになる。この図８に示す特性Ａは、右チャンネルの信号に対して付加する遅延時間の角度による変化を示したもので、図８に示す特性Ｂは、左チャンネルの信号に対して付加する遅延時間の角度による変化を示したもので、各特性Ａ，Ｂは折れ線の変化特性となっている。また、角度変化による特性は、例えば右チャンネルの信号に対するレベル変化は、図９の曲線Ｃで示す変化となり、右チャンネルの信号に対するレベル変化は、図９の曲線Ｄで示す変化となる。各信号処理部２１Ｌ，２１Ｒで設定される遅延量とレベルを、この図８，図９に示すように角度に応じて設定することで、聴取者の頭の回転角に応じた補正が行える。
【００４９】
このように構成したことで、第１の実施の形態の場合と同様に、ヘッドホン装置２２で再生されて聴取者が聞き取る音場は、元の２チャンネルオーディオ信号を、室内などにスピーカ装置を配置して形成される音場と同様の良好な音場となる。そして、第１の信号処理部１３と第２の信号処理部２１Ｌ，２１Ｒとで処理を行う構成としたので、第１の実施の形態の場合と同様に、演算処理量の少ない簡単な回路構成で実現できる。そして本実施の形態の場合には、音像がヘッドホン装置の装着者の頭外の一定方向に定位する補正処理を、第２の信号処理部２１Ｌ，２１Ｒでの処理時に同時に実行しているので、音像の定位方向を補正する処理のために必要な回路としては、ヘッドホン装置側に取付けられた角速度センサと、その角速度センサの出力から角度データを得る演算手段だけで良く、簡単な回路構成で、音像が定位する方向の補正処理が行える。
【００５０】
なお、ここではヘッドホン装置２２が向いた方向を検出する手段として、角速度センサを使用したが、絶対的な方位を検出する地磁気センサを使用して、その地磁気センサの出力が方向を検出する構成としても良い。
【００５１】
次に、本発明の第３の実施の形態を、図１０を参照して説明する。この図１０において、上述した第１の実施の形態で説明した図１〜図６に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００５２】
本実施の形態においては、入力端子３１Ｌ，３１Ｒ，３１Ｃ，３１ＳＬ，３１ＳＲ，３１ＬＦＥに得られるマルチチャンネルオーディオ信号を、バイノーラル再生用の２チャンネルのオーディオ信号に変換して、この装置に接続されたヘッドホン装置に供給して再生させるようにしたものである。
【００５３】
以下、本実施の形態の構成について説明すると、図１０は本実施の形態の全体構成を示す図である。本例の入力端子に供給されるマルチチャンネルオーディオ信号としては、６チャンネルのオーディオ信号で構成され、左フロントチャンネルの信号が入力端子３１Ｌに得られ、右フロントチャンネルの信号が入力端子３１Ｒに得られ、センタチャンネルの信号が入力端子３１Ｃに得られ、左リアチャンネルの信号が入力端子３１ＳＬに得られ、右リアチャンネルの信号が入力端子３１ＳＲに得られ、低域信号専用チャンネルの信号が入力端子３１ＬＦＥに得られる。なお、このようなチャンネル構成の場合には、低域専用チャンネルを０．１チャンネルと見なして、残りの５チャンネルと合わせて５．１チャンネルと称する場合がある。低域専用チャンネルは、例えば１２０Ｈｚ程度よりも低域のオーディオ信号だけが得られるチャンネルである。
【００５４】
各入力端子３１Ｌ，３１Ｒ，３１Ｃ，３１ＳＬ，３１ＳＲ，３１ＬＦＥに得られるオーディオ信号は、各チャンネル毎に個別のアナログ／デジタル変換器３２Ｌ，３２Ｒ，３２Ｃ，３２ＳＬ，３２ＳＲ，３２ＬＦＥに供給して、個別にデジタルオーディオ信号に変換する。そして、変換された各チャンネルのオーディオ信号を、分配処理部３３に供給する。分配処理部３３では、例えばセンタチャンネルの信号を、左右のフロントチャンネルの信号に均等に混合する処理を行うと共に、低域専用チャンネルの信号を他の各チャンネルの信号に均等に混合する処理を行い、フロントの左右のオーディオ信号ＳＬａ，ＳＲａとリアの左右のオーディオ信号ＳＬｂ，ＳＲｂの４チャンネル信号を得る。
【００５５】
この４チャンネルのオーディオ信号は、デジタル処理部３４に供給して、聴取者を囲む４つの異なる位置に音源がある左右の２チャンネルのオーディオ信号ＳＬｃ，ＳＲｃに変換する処理を行う。この変換処理は、例えばデジタルフィルタと加算器，減算器を使用して行う。
【００５６】
そして、デジタル処理部３４で変換された左右の２チャンネルのオーディオ信号ＳＬｃ，ＳＲｃを、第１の信号処理部１３に供給する。この第１の信号処理部１３は、音源から聴取者の左耳及び右耳までの２系統のインパルス応答に基づいて、ヘッドホン再生用の音場を形成させる２チャンネルのオーディオ信号に変換する処理を行う回路であり、既に第１の実施の形態で説明した回路と全く同じである。
【００５７】
そして、第１の信号処理部１３で処理された左チャンネルのオーディオ信号を、左チャンネル用の第２の信号処理部１４Ｌに供給し、第１の信号処理部１３で処理された右チャンネルのオーディオ信号を、右チャンネル用の第２の信号処理部１４Ｒに供給し、それぞれの第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒで、左右で無相関性の伝達関数でそれぞれ独立に反射音付加処理を行う。第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒの回路構成については、第１の実施の形態で説明した第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒと同じである。
【００５８】
そして、各信号処理部１４Ｌ，１４Ｒで反射音付加処理が行われた左右の信号を、それぞれのチャンネル毎に別のデジタル／アナログ変換器１５Ｌ，１５Ｒに供給して、アナログオーディオ信号に変換し、その左右２チャンネルのアナログオーディオ信号を、ヘッドホン駆動用の比較的増幅率の小さな増幅器１６Ｌ，１６Ｒで増幅した後、ヘッドホン接続端子１７Ｌ，１７Ｒに供給する。そして、このヘッドホン接続端子１７Ｌ，１７Ｒに接続されたヘッドホン装置１８の左右のスピーカユニット１８Ｌ，１８Ｒに、ヘッドホン接続端子１７Ｌ，１７Ｒに得られる各チャンネル用のオーディオ信号を供給し、ヘッドホン装置１８からオーディオを再生させる。
【００５９】
このように構成したことで、マルチチャンネルのオーディオ信号により、ヘッドホン装置１８を装着した聴取者の周囲を囲む位置に音源がある音場が形成されることになり、マルチチャンネルオーディオ信号の再生が良好に行える。この場合、第１の実施の形態の場合と同様に、第１の信号処理部１３と第２の信号処理部１４Ｌ，１４Ｒに分けた構成としたことで、ヘッドホン装置で再生するための音場の信号に変換する処理が、簡単な回路構成で行える。
【００６０】
なお、本例の場合にはいわゆる５．１チャンネルのオーディオ信号がマルチチャンネルオーディオ信号として入力した場合の処理について説明したが、他のチャンネル構成のマルチチャンネルオーディオ信号の場合にも適用できることは勿論である。
【００６１】
また、このマルチチャンネルオーディオ信号を再生する処理を行う場合に、第２の実施の形態で説明した頭部の回転角度に応じた補正処理を行って、音像が定位する位置が頭部の回転があっても常時一定の方向を向くようにしても良い。
【００６２】
また、ここまで説明した各実施の形態では、供給されるオーディオ信号の処理を行う装置とヘッドホン装置とを、直接信号線で接続した例としたが、例えば図１，図７又は図１０に示した装置の出力端子１７Ｌ，１８Ｒに得られるオーディオ信号を、赤外線信号などでヘッドホン装置に無線伝送する構成として、ヘッドホン装置でその無線伝送された信号を受信するいわゆるワイヤレスヘッドホン装置として構成しても良い。この場合、第２の実施の形態で説明した角速度データについても、処理装置側に無線伝送する構成としても良い。
【００６３】
【発明の効果】
本発明のオーディオ処理装置によると、第１のフィルタ手段では、距離感を考慮せずに、音像の定位位置だけを考慮した演算処理を行えば良く、比較的演算処理量の少ないフィルタ手段で処理できる。そして、第２のフィルタ手段では、伝達関数が無相関性の反射音を付加する処理を行うだけで良く、簡単な一対のフィルタ手段で処理できる。従って、従来のようにインパルスレスポンスの演算処理を行うフィルタ手段で、音像定位位置を設定する処理とその定位位置の距離感を与える処理の双方の演算処理を行う場合に比べて、回路構成や演算処理量を非常に小規模にすることができる効果が得られる。
【００６４】
また、一対の第２のフィルタ手段は、デジタルフィルタで構成され、遅延時間を一対で異ならせることで、遅延時間の設定処理で音像定位位置の距離感を良好に設定できる。
【００６５】
また、一対の第２のフィルタ手段は、デジタルフィルタで構成され、乗算係数を一対で異ならせることで、乗算係数の設定処理で音像定位位置の距離感を良好に設定できる。
【００６６】
また、一対の第１のフィルタ手段は、伝達関数に相関性のあるデジタルフィルタで構成したことで、演算処理量の比較的少ない簡単な構成のデジタルフィルタで第１のフィルタ手段が実現できる。
【００６７】
また、ヘッドホンを装着した聴取者の頭部の動きの方向を検知する検知手段を備えて、この検知手段の出力に応じて、一対の第２のフィルタ手段の伝達関数を可変することで、音像定位位置を、ヘッドホンの装着者の動きに対応して逐次補正することが可能になる。
【００６８】
また、検知手段は圧電振動ジャイロを使用したことで、圧電振動ジャイロを使用して簡単かつ良好に音像定位位置の補正のための検出処理が行える。
【００６９】
また、検知手段は地磁気方位センサを使用したことで、地磁気方位センサを使用した絶対的な方位検出手段を使用して正確に音像定位位置の補正のための検出処理が行える。
【００７０】
本発明のオーディオ再生方法によると、聴取者の左耳及び右耳の耳元で再生されるオーディオで形成される音場として、第１の変換処理でインパルス応答の演算に基づいて任意の位置に音像定位を与えた音場とすることができると共に、第２の変換処理で、任意の位置に充分な距離感を与えた音像定位とすることができ、少ない演算処理量で、任意の位置に充分な距離感を持つ音像定位を与えた音場とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による全体構成の例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による第１の信号処理部の構成例（構成例１）を示す構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に適用できるデジタルフィルタの例を示す構成図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による第１の信号処理部の構成例（構成例２）を示す構成図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による第２の信号処理部の構成例を示す構成図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による第２の信号処理部での処理例を示す特性図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による全体構成の例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による聴取者の角度変化と遅延時間の変化との関係を示す特性図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態による聴取者の角度変化とレベル変化との関係を示す特性図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態による全体構成の例を示すブロック図である。
【図１１】従来のオーディオ処理装置の構成の一例を示す構成図である。
【図１２】デジタルフィルタの一例を示す構成図である。
【図１３】頭外音像定位処理を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１１Ｌ…左チャンネルオーディオ信号入力端子、１１Ｒ…右チャンネルオーディオ信号入力端子、１３…第１の信号処理部、１４Ｌ，１４Ｒ…第２の信号処理部、１８…ヘッドホン装置、２１Ｌ，２１Ｒ…第２の信号処理部、２２…ヘッドホン装置、２３…回転角速度センサ、２４…回転角演算処理部、３１Ｌ…左フロントチャンネルオーディオ信号入力端子、３１Ｒ…右フロントチャンネルオーディオ信号入力端子、３１Ｃ…センタチャンネルオーディオ信号入力端子、３１ＳＬ…左リアチャンネルオーディオ信号入力端子、３１ＳＲ…右リアチャンネルオーディオ信号入力端子、３１ＬＦＥ…低域専用チャンネルオーディオ信号入力端子、３３…分配処理部、３４…２チャンネル化処理部
【図１】
0004499206.tif 000002
【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】
0004499206.tif 000008
【図８】
0004499206.tif 000009
【図９】
0004499206.tif 000010
【図１０】
0004499206.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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