(57)【要約】【課題】仮想音源を再生するシステムについて、これまでよりも信号処理が効率的で、高音質が得られるものを提供する。【解決手段】仮想音源が１つの場合として、この音源に対応の音声信号に対してインパルス応答の畳み込み処理を実行する系について、インパルス応答の直接音部の畳み込み実行する信号処理系と、インパルス応答の反射音部の畳み込みを実行する信号処理系とに分ける。そのうえで、これらの信号処理系において、畳み込み処理が実行された信号ごとに残響が付加されるようにして残響付加回路を設ける。また、反射音部分のインパルス応答を畳み込む信号処理系では、直接音部分のインパルス応答を畳み込む信号処理系よりも低いサンプリング周波数にダウンサンプリングした信号を用いるようにする。【選択図】図２
2007202020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の単一音源の基となる音声信号である単一音源対応音声信号に対して、上記単一音源の位置に応じて求められる第１の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における直接音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第１の畳み込み手段と、
上記単一音源対応音声信号に対して、上記第１の空間伝達関数と対となるもので上記単一音源の位置に応じて求められる第２の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における直接音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第２の畳み込み手段と、
上記単一音源対応音声信号に対して、上記第１の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における反射音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第３の畳み込み手段と、
上記単一音源対応音声信号に対して、上記第２の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における反射音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第４の畳み込み手段と、
上記第３の畳み込み手段による処理後の信号に対して、残響として再生される信号成分を付加するための処理を実行する第１の残響付加手段と、
上記第４の畳み込み手段による処理後の信号に対して、残響として再生される信号成分を付加するための処理を実行する第２の残響付加手段と、
上記第１の畳み込み手段を備える系から出力される信号と、上記第３の畳み込み手段及び上記第１の残響付加手段を備える系から出力される信号とを加算して出力する第１の加算手段と、
上記第２の畳み込み手段を備える系から出力される信号と、上記第４の畳み込み手段及び上記第２の残響付加手段を備える系から出力される信号とを加算して出力する第２の加算手段と、
を少なくとも備えて構成する、ことを特徴とする音声信号処理装置。
【請求項２】
上記第３の畳み込み手段及び上記第１の残響付加手段による処理と、上記第４の畳み込み手段及び上記第２の残響付加手段による処理の対象となるデジタルの上記単一音源対応音声信号について、上記第１の畳み込み手段を備える系及び上記第２の畳み込み手段を備える系により処理されるデジタルの上記単一音源対応音声信号よりも低いとされる所定のサンプリング周波数に変換するサンプリング周波数変換手段を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項３】
上記第１の残響付加手段、及び上記第２の残響付加手段は、マルチタップディレイにより構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項４】
上記第１の畳み込み手段を備える系において、上記第１の畳み込み手段による処理後の信号に対して残響としての信号成分を付加するための処理を実行する第３の残響付加手段と、上記第２の畳み込み手段を備える系において、上記第２の畳み込み手段による処理後の信号に対して残響としての信号成分を付加するための処理を実行する第４の残響付加手段とをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項５】
上記第３の残響付加手段、及び上記第４の残響付加手段は、オールパスディレイにより構成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の音声信号処理装置。
【請求項６】
上記第１の畳み込み手段を備える系と、上記第３の畳み込み手段及び上記第１の残響付加手段を備える系と、上記第２の畳み込み手段を備える系と、上記第４の畳み込み手段及び上記第２の残響付加手段を備える系とから成る単一音源対応信号処理部を、複数の単一音源対応音声信号に応じて複数設け、
上記第１の加算手段は、これら複数の単一音源対応信号処理部において第１の畳み込み手段を備える系から出力される信号と、第３の畳み込み手段及び第１の残響付加手段を備える系から出力される信号とについて加算して出力し、
上記第２の加算手段は、これら複数の単一音源対応信号処理部において第２の畳み込み手段を備える系から出力される信号と、第４の畳み込み手段及び第２の残響付加手段を備える系から出力される信号とについて加算して出力する、
ように構成されることを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項７】
所定の単一音源の基となる音声信号である単一音源対応音声信号に対して、上記単一音源の位置に応じて求められる第１の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における直接音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第１の畳み込み手順と、
上記単一音源対応音声信号に対して、上記第１の空間伝達関数と対となるもので上記単一音源の位置に応じて求められる第２の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における直接音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第２の畳み込み手順と、
上記単一音源対応音声信号に対して、上記第１の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における反射音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第３の畳み込み手順と、
上記単一音源対応音声信号に対して、上記第２の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における反射音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第４の畳み込み手順と、
上記第３の畳み込み手順による処理後の信号に対して、残響として再生される信号成分を付加するための処理を実行する第１の残響付加手順と、
上記第４の畳み込み手順による処理後の信号に対して、残響として再生される信号成分を付加するための処理を実行する第２の残響付加手順と、
上記第１の畳み込み手順を実行する信号処理系から出力される信号と、上記第３の畳み込み手順及び上記第１の残響付加手順を実行する信号処理系から出力される信号とを加算して出力する第１の加算手順と、
上記第２の畳み込み手順を実行する信号処理系から出力される信号と、上記第４の畳み込み手順及び上記第２の残響付加手順を実行する信号処理系から出力される信号とを加算して出力する第２の加算手順と、
を少なくとも実行することを特徴とする音声信号処理方法。
【請求項８】
所定の単一音源の基となる音声信号である単一音源対応音声信号に対して、上記単一音源の位置に応じて求められる第１の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における直接音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第１の畳み込み手順と、
上記単一音源対応音声信号に対して、上記第１の空間伝達関数と対となるもので上記単一音源の位置に応じて求められる第２の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における直接音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第２の畳み込み手順と、
上記単一音源対応音声信号に対して、上記第１の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における反射音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第３の畳み込み手順と、
上記単一音源対応音声信号に対して、上記第２の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における反射音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第４の畳み込み手順と、
上記第３の畳み込み手順による処理後の信号に対して、残響として再生される信号成分を付加するための処理を実行する第１の残響付加手順と、
上記第４の畳み込み手順による処理後の信号に対して、残響として再生される信号成分を付加するための処理を実行する第２の残響付加手順と、
上記第１の畳み込み手順を実行する信号処理系から出力される信号と、上記第３の畳み込み手順及び上記第１の残響付加手順を実行する信号処理系から出力される信号とを加算して出力する第１の加算手順と、
上記第２の畳み込み手順を実行する信号処理系から出力される信号と、上記第４の畳み込み手順及び上記第２の残響付加手順を実行する信号処理系から出力される信号とを加算して出力する第２の加算手順と、
を情報処理装置に実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声信号を対象として信号処理を実行する音声信号処理装置とその方法に関する。また、このような音声信号処理装置の機能を与えようとする情報処理装置が実行するプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ヘッドフォンにより音声を出力させた場合には、聴取者の頭内にて音像が定位する状態で聴き取られることになる。しかし、このような音像定位の状態は、スピーカなどから出力される音を聴いたときの音像定位と比較すれば不自然、あるいは不十分であるとの考え方もできる。
【０００３】
上記のような考え方をとる場合として、映画などの映像とともにしばしば同期再生される、５．１ｃｈサラウンドなどのいわゆるマルチチャンネルのシステムを例に挙げてみる。このようなマルチチャンネルの音声ソースは、一般的には、チャンネル数に対応してしかるべき位置関係により配置させたスピーカのそれぞれから出力させるものとされており、また、このようにして再生出力されることを前提として各チャンネルの音声信号がつくられる。これにより、実際にスピーカから再生出力されるマルチチャンネルの音声を聴いた場合には、例えば映画などの映像内容に合わせていろいろな音源の音像が定位するようになり、例えば２チャンネルステレオなどよりもより立体的で臨場感のある音響効果を楽しむことができる。
このようなマルチチャンネルの音声をヘッドフォンにより再生出力させる場合には、マルチチャンネルの音声信号を、例えば一定の規則に従って、Ｌ（左）チャンネルとＲ（右）チャンネルの音声信号成分に振り分けて合成し、最終的には、２チャンネルステレオとしての音声信号にまとめるようにされる。そして、このようにして形成された音声信号をヘッドフォンにより再生出力するようにされる。
すると、上記のようにしてヘッドフォンにより再生出力される音声は、通常の２チャンネルステレオとして頭内で定位して聴こえるものになる。つまり、マルチチャンネルの音声ソースをスピーカシステムにより適切に再生した場合のように各チャンネルの音声がそれぞれ分離独立して定位するものにはならず、先にも述べたように、聴取者の頭内において左右方向においてのみ音像が振り分けられるようにして定位したものとなる。このような聞こえ方は、聴取者にしてみれば、映像内容と音像定位が対応していないということにもなるために、不自然であり、また、臨場感などにも乏しいと感じることになる。また、例えば楽曲鑑賞など、音声ソースのみを聴く場合を想定しても、マルチチャンネルとして構成される音声ソースをヘッドフォンにより再生した場合には、本来のマルチチャンネルによる音響効果を聴くことができないわけであり、聴取者に不満を与えることにつながる。
【０００４】
そこで、上記したような、通常のヘッドフォン再生ではその再生音の音響が不自然、不十分であるとの考え方に立脚し、ヘッドフォン再生によっても、あたかも、聴取者の頭外のしかるべき位置にて音像が定位して聴こえるようにするための技術が提案されてきている。
【０００５】
上記したような仮想音像定位をヘッドフォン再生により実現する技術の基本構成概念について、図１４及び図１５を参照して説明する。
ここでは音源の音像定位については最も簡単な例を挙げる。つまり、聴取者に対して或る位置関係にある単一の音源の音像定位をヘッドフォンにより仮想的に再生する場合を考える。これは、例えば図１４に模式的に示すようにして、聴取者Ｍと、音源としての一個のスピーカＳＰとの関係として捉えることができる。この図に示すように、スピーカＳＰから出力される音は、聴取者Ｍの左耳に対しては伝達関数Ｈｌによる経路で伝達され、右耳に対しては伝達関数Ｈｒによる経路で伝達される。
【０００６】
上記図１４に示したモデル、原理に基づいて１音源の仮想音像定位をヘッドフォンにより再生するシステムの構成としては、例えば図１５に示すものとなる。
この場合の入力端子１に入力される入力音声信号Ｓｉｎは、図１４との対応では、スピーカＳＰにより再生出力されるべきアナログ音声信号であり、Ａ／Ｄコンバータ２によりデジタル音声信号Ｓｄに変換される。このデジタル音声信号Ｓｄは、デジタル信号処理部３Ｌ、３Ｒに対してそれぞれ分岐して入力される。
デジタル信号処理部３Ｌは、例えばＦＩＲ型のデジタルフィルタなどにより、入力されたデジタル音声信号Ｓｄに対して、図１４に示した伝達関数Ｈｌを時間軸上に変換したインパルス応答を畳み込むようにして構成される。同様にして、デジタル信号処理部３Ｒは、入力されたデジタル音声信号Ｓｄに対して、伝達関数Ｈｒを時間軸上に変換したインパルス応答を畳み込むようにして構成される。
デジタル信号処理部３Ｌにて処理された信号は、Ｄ／Ａコンバータ４Ｌによりアナログ信号に変換された上で増幅器５Ｌにより増幅されて、ヘッドフォン６における左耳側の音響ユニット６Ｌから出力するようにされる。また、デジタル信号処理部３Ｒにて処理された信号は、Ｄ／Ａコンバータ４Ｒによりアナログ信号に変換された上で増幅器５Ｒにより増幅されて、ヘッドフォン６における右耳側の音響ユニット６Ｒから出力するようにされる。
このような構成では、音響ユニット６Ｌから出力される音声は、伝達関数Ｈｌを有する経路により伝達されるものと等価となり、音響ユニット６Ｒから出力される音声は、伝達関数Ｈｒを有する経路により伝達されるものと等価となる。そして、このような音声を聴取者がヘッドフォンによりほぼ直接的に両耳で聴くことで、その音像は、頭内で定位するのではなく、例えば図１４における聴取者Ｍと音源（スピーカＳＰ）との位置関係に従い、スピーカＳＰが仮想的に在るとされる位置にて定位することになる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７４４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のようにして、図１４及び図１５による説明に基づき、仮想音源を再生可能なシステムが実現される。しかしながら、このような構成に基づいて、例えば実際の民生機器などとしての音声再生システムを構成しようとした場合には、音声信号処理やそのための構成ができるだけ効率化されることや、聴取者が聴き取る再生音ができるだけ良質になることが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで本発明は上記した課題を考慮して、音声信号処理装置として次のように構成する。
つまり、所定の単一音源の基となる音声信号である単一音源対応音声信号に対して、上記単一音源の位置に応じて求められる第１の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における直接音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第１の畳み込み手段と、単一音源対応音声信号に対して、第１の空間伝達関数と対となるもので単一音源の位置に応じて求められる第２の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における直接音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第２の畳み込み手段と、単一音源対応音声信号に対して、第１の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における反射音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第３の畳み込み手段と、単一音源対応音声信号に対して、上記第２の空間伝達関数に基づいたインパルス応答における反射音に相当する部分を畳み込む処理を実行する第４の畳み込み手段と、第３の畳み込み手段による処理後の信号に対して、残響として再生される信号成分を付加するための処理を実行する第１の残響付加手段と、第４の畳み込み手段による処理後の信号に対して、残響として再生される信号成分を付加するための処理を実行する第２の残響付加手段と、第１の畳み込み手段を備える系から出力される信号と第３の畳み込み手段及び第１の残響付加手段を備える系から出力される信号とを加算して出力する第１の加算手段と、第２の畳み込み手段を備える系から出力される信号と第４の畳み込み手段及び第２の残響付加手段を備える系から出力される信号とを加算して出力する第２の加算手段とを少なくとも備えて構成することとした。
【００１０】
上記構成では、先ず、単一の音源として発せられるべき音の基となる音声信号（単一音源対応音声信号）に対して空間伝達関数に応じたインパルス応答を畳み込む信号処理系について、インパルス応答の直接音部分を畳み込む信号処理系と、同じインパルス応答の反射音部分を畳み込む信号処理系とに分岐するようにして構成している。
つまり本願発明では、インパルス応答は直接音の応答時間部分と、この後の反射音（間接音）の応答時間部分に分けられるということに着目し、音声信号に対するインパルス応答の畳み込み処理を、直接音と反射音とで分割して処理するようにしているものである。直接音部分と反射音部分とでは、インパルス応答時間の長さや、周波数特性などの性質が異なることから、本願発明のようにしてインパルス応答の畳み込み処理を分割すれば、直接音部分の畳み込み処理系と反射音部分の畳み込み処理系のそれぞれについて、その性質の相違に応じてより最適な構成を与えることが可能になる。
そして、本願発明としては、反射音部分の畳み込み処理系に対して優先的に残響付加のための構成を設けることとしている。インパルス応答における反射音部分は、直接音部分に比較して時間幅が大きいことから、残響付加に適していることなどがその根拠である。つまり、反射音部分の畳み込み処理系に対して残響付加のための構成を付加することで、再生音声に対して効率的に残響を付加することができる。
【発明の効果】
【００１１】
このようにして本発明は、例えば仮想音源の音場再生などを目的としてインパルス応答を畳み込む処理を含む音声信号処理装置として、その信号処理がこれまでよりも効率的であり、また、より良好な再生音声が得られるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本願発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態という）にあたり、先ず、本実施の形態の音声再生装置の構成の根拠となる事柄について、図１を参照して説明しておくこととする。
図１には、一般的なインパルス応答波形の例が模式的に示されている。周知のようにして、インパルス応答は、例えば音源から聴取者などの到達目標位置に対して音声が到達するまでの経路の空間伝達関数を、時間軸上に変換したものとして捉えられる。ちなみに、音源から発せられる音声の到達目標位置が、聴取者の左耳、右耳ということになると、音源から、これら左耳、右耳に対して音声が到達するための経路は、特に頭部伝達関数として扱われるものとなる。以降の本実施の形態の説明においては、音源から発せられる音声の到達目標は、聴取者の左耳、右耳であり、従って、音源から音声到達目標位置までの空間伝達関数は、頭部伝達関数と同義となるものである。また、この図１に示されるインパルス応答としても、音源から聴取者の耳（左耳、右耳のいずれか一方）に到達するまでの経路の頭部伝達関数に対応したものとなる。
なお、以降においては、この頭部伝達関数（空間伝達関数）について、単に伝達関数という場合もある。
【００１３】
そして一般に、インパルス応答は、その時間進行に応じて、図１に示すようにして、直接音部分、無音部分、及び反射音部分の３つの部分に分けることができるものと認識されている。
直接音部分は、インパルス応答波形において時間的には冒頭となる部分であり、音源から聴取者の耳に対して直接的に到達する音声に応じた応答部分となる。
無音部分は、上記直接音部分に続く応答部分であり、直接音部分が終了して反射音が到達してくるまでの間の無音状態に対応する。
反射音部分は、無音部分に続くインパルス応答における最後の応答部分であり、音源から発せられた音が、例えば周囲の壁や天井などの反射物に反射するなどして、聴取者の耳に対して間接的に到達してくる音に対応する。
実際のインパルス応答は、厳密には、直接音部分、無音部分、反射音部分が明確な境界により区分されるものではないが、各応答部分に特徴的な波形が含められるようにして境界となる時間位置を設定することで、これらの３つの部分によるインパルス応答の分割を問題なく行える。
【００１４】
続いて、図２により本実施の形態としての音声再生装置の構成例について説明する。
この図２に示す本実施の形態の音声再生装置は、聴取者に対して所定の位置関係にあると仮想した音源の音声をヘッドフォンにより再生出力するものとして構成される。また、図２の音声再生装置としては、説明を簡単で分かりやすいものとするために、再現する仮想音源の数を１つ（単一）とした最も単純で基本的な例を示している。つまり、図２の装置構成により再現される聴取者と音源の関係例としては、先に図１４に示したものと同様となる。図１４では、例えば、音源として一個のスピーカＳＰのみが示され、このスピーカＳＰから出力されて左耳及び右耳に到達する音声を聴取者Ｍが聴く、というモデルが示されている。先にも述べたように、スピーカＳＰから発せられた音が聴取者Ｍの左耳に到達（伝達）するまでの経路は伝達関数Ｈｌにより表され、右耳に到達（伝達）するまでの経路は伝達関数Ｈｒにより表される。ここで、伝達関数Ｈｌと伝達関数Ｈｒは、左右一対の音の到達位置（図１４では聴取者の左耳と右耳となる）に対応して、対を成すものとして考えることができる。また、伝達関数Ｈｌ、Ｈｒは、それぞれ、所定の環境で測定を行うことにより、あるいは、一定の環境を想定したうえで演算することなどにより求めることができる。
【００１５】
図２に示す音声再生装置においては、入力端子１に対して入力音声信号Ｓｉｎが入力されている。入力音声信号Ｓｉｎは、図１４との対応としてみた場合には、音源となるスピーカＳＰにより再生出力されるべきアナログの原信号とされる。この入力音声信号Ｓｉｎは、Ａ／Ｄコンバータ２によりデジタル音声信号Ｓｄに変換されて出力される。
なお、あくまでも一例であるが、本実施の形態におけるデジタル音声信号Ｓｄのサンプリング周波数は４８ｋＨｚであることとする。つまり、Ａ／Ｄコンバータ２では、４８ｋＨｚのサンプリング周波数によりデジタル信号化を行う。
なお、Ａ／Ｄコンバータ２を省略して、サンプリング周波数４８ｋＨｚのデジタル音声信号が直接入力されてくるような装置構成とされてもよい。
【００１６】
デジタル音声信号Ｓｄは、デジタル信号処理部３Ｌ−Ａ、３Ｒ−Ａに対して分岐して入力される。さらに、デシメーションフィルタ８を介してデジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂに対して分岐して入力される。
デシメーションフィルタ８では、入力されるデジタル音声信号Ｓｄについて、より低い所定のサンプリング周波数に変換する、いわゆるダウンサンプリングの処理を施すようにされる。この場合には、デシメーションフィルタ８によっては、デジタル音声信号Ｓｄのサンプリング周波数４８ｋＨｚを、その１／２の２４ｋＨｚに変換するものとする。なお、このダウンサンプリング後のサンプリング周波数も一例であり、元のサンプリング周波数の１／２以外の任意の周波数とされてよい。ただし、元のサンプリング周波数の１／ｎ（ｎは自然数）とした条件の範囲内で設定すれば、例えばデシメーションフィルタ８（及び後述するインターポレーションフィルタ９Ｌ、９Ｒ）などの設計が容易になるなどして好ましい。
【００１７】
このようにして、本実施の形態では、４つのデジタル信号処理部３Ｌ−Ａ、３Ｒ−Ａ、３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂが備えられ、これらのうち、デジタル信号処理部３Ｌ−Ａ、３Ｒ−Ａに対しては元のサンプリング周波数（４８ｋＨｚ）のデジタル音声信号Ｓｄが入力され、デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂに対してはダウンサンプリングされたサンプリング周波数（２４ｋＨｚ）のデジタル音声信号が入力される。
なお、デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂに対して入力させる音声信号についてダウンサンプリングを行うことの必要性については後述する。
【００１８】
これらデジタル信号処理部３Ｌ−Ａ、３Ｒ−Ａ、３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂにおいては、入力されたデジタル音声信号に対して、伝達関数を時間軸上に変換したインパルス応答として、しかるべきものを利用して畳み込む処理を実行するのであるが、これらのデジタル信号処理部において、どのようなインパルス応答が畳み込み処理に利用されるのかについて説明する。
図１４を参照したように、スピーカＳＰから聴取者Ｍの左耳に到達する経路は伝達関数Ｈｌで表され、右耳に到達する経路は伝達関数Ｈｒで表される。図２に示す装置では、この伝達関数Ｈｌ、Ｈｒに応じたインパルス応答を、原音声信号に畳み込むべきことになる。そのうえで、インパルス応答については、図１にて説明したように、直接音部分、無音部分、反射音部分とに分けられる。すると、畳み込み処理に有効とされる有音に対応する部分についてみれば、インパルス応答は、直接音部分と反射音部分とに分けられる、ということになる。
このことに基づき、本実施の形態としては、音声信号に畳み込むべきインパルス応答として次の４つを考える。
[１]  伝達関数Ｈｌに対応するインパルス応答の直接音部分
[２]  伝達関数Ｈｌに対応するインパルス応答の反射音部分
[３]  伝達関数Ｈｒに対応するインパルス応答の直接音部分
[４]  伝達関数Ｈｒに対応するインパルス応答の反射音部分
そして、デジタル信号処理部３Ｌ−Ａ、３Ｒ−Ａ、３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂのうち、デジタル信号処理部３Ｌ−Ａでは、入力されたデジタル音声信号に対して[１]の伝達関数Ｈｌに対応する直接音部分のインパルス応答を畳み込むようにされる。
また、デジタル信号処理部３Ｒ−Ｂでは、[２]の伝達関数Ｈｌに対応する反射音部分のインパルス応答を畳み込むように構成する。
デジタル信号処理部３Ｒ−Ａでは、[３]の伝達関数Ｈｒに対応する直接音部分のインパルス応答を畳み込むように構成する。
デジタル信号処理部３Ｒ−Ｂでは、[４]の伝達関数Ｈｒに対応する反射音部分のインパルス応答を畳み込むように構成する。
【００１９】
このようにしてインパルス応答の畳み込み処理を実行するデジタル信号処理部３（３Ｌ−Ａ、３Ｒ−Ａ、３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂ）は、例えば図３に示すようにして、所要次数のＦＩＲ(Finite Impulse Response)型のデジタルフィルタによって構成することができる。ＦＩＲフィルタとしては、例えば構成すべき次数（Ｎ次）に応じた数の遅延器２１（１）〜２１（Ｎ）と、乗算器２２（１）〜２２（ｎ）と加算器２３（１）〜２３（Ｍ）を図のようにして接続したものとして形成される。遅延器２１（１）〜２１（Ｎ）は、それぞれ１サンプルのタイミング信号を遅延させ、乗算器２２（１）〜２２（ｎ）に対しては、畳み込むべきインパルス応答に応じた係数が設定される。このような構成により、入力端子２０から入力されたデジタル音声信号は、所定のインパルス応答が畳み込まれて出力端子２４から出力される。つまり、インパルス応答に応じた伝達特性を持った音声信号に変換されて出力される。
【００２０】
説明を図２に戻す。
デジタル信号処理部３Ｌ−Ａの出力は、残響付加回路１０Ｌ−Ａによる残響付加の処理が施されたうえで、加算器７Ｌに入力される。
また、デジタル信号処理部３Ｒ−Ａの出力は、残響付加回路１０Ｒ−Ａによる残響付加の処理が施されたうえで、加算器７Ｒに入力される。
また、デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂの出力は、残響付加回路１０Ｌ−Ｂによる残響付加の処理を施し、さらにインターポレーションフィルタ９Ｌにより元のサンプリング周波数（４８ｋＨｚ）にアップサンプリングされた後、加算器７Ｌに入力される。
また、デジタル信号処理部３Ｒ−Ｂの出力は、残響付加回路１０Ｒ−Ｂによる残響付加の処理を施し、さらにインターポレーションフィルタ９Ｒにより元のサンプリング周波数（４８ｋＨｚ）にアップサンプリングされた後、加算器７Ｒに入力される。
上記インターポレーションフィルタ９Ｌ、９Ｒは、加算器７Ｌ、７Ｒにて加算される２つの音声信号について、ともに同じサンプリング周波数（４８ｋＨｚ）となって整合がとれるように、一旦ダウンサンプリングされた側の音声信号をアップサンプリングするために設けられる。
【００２１】
加算器７Ｌでは、［デジタル信号処理部３Ｌ−Ａ、残響付加回路１０Ｌ−Ａ］の系から出力された音声信号と、［デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、残響付加回路１０Ｌ−Ｂ］の系から出力された音声信号とを加算する。これにより、加算器７Ｌにて加算された信号は、デジタル信号処理部３Ｌ−Ａにより伝達関数Ｈｌに対応する直接音部分のインパルス応答が畳み込まれた音声信号と、デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂにより伝達関数Ｈｌに対応する反射音部分のインパルス応答が畳み込まれた音声信号とを合成したものとなる。つまり、総体としては、伝達関数Ｈｌに対応するインパルス応答が畳み込まれた信号となる。
そして、加算器７Ｌから出力されるデジタル音声信号は、Ｄ／Ａコンバータ４Ｌによりアナログ音声信号Ｓａに変換される。このアナログ音声信号Ｓａは増幅器５Ｌにより増幅され、ヘッドフォン６における左耳対応の音響ユニット６Ｌを駆動する。
【００２２】
また、加算器７Ｒでは、［デジタル信号処理部３Ｒ−Ａ、残響付加回路１０Ｒ−Ａ］の系から出力された音声信号と、［デジタル信号処理部３Ｒ−Ｂ、残響付加回路１０Ｒ−Ｂ］の系から出力された音声信号とを加算する。これにより、加算器７Ｒにて加算された信号は、デジタル信号処理部３Ｒ−Ａにより伝達関数Ｈｒに対応する直接音部分のインパルス応答が畳み込まれた音声信号と、デジタル信号処理部３Ｒ−Ｂにより伝達関数Ｈｒに対応する反射音部分のインパルス応答が畳み込まれた音声信号とを合成したものとなる。つまり、総体としては、伝達関数Ｈｒに対応するインパルス応答が畳み込まれた信号となる。
加算器７Ｒから出力されるデジタル音声信号は、Ｄ／Ａコンバータ４Ｒによりアナログ音声信号Ｓｂに変換され、増幅器５Ｒにより増幅されて、ヘッドフォン６における右耳対応の音響ユニット６Ｒを駆動する。
【００２３】
このような信号処理を経て、音響ユニット６Ｌから再生される音は、伝達関数Ｈｌで表される伝達特性を持つ音声信号であることになる。つまり、図１４のスピーカＳＰから発せられる音を聴取者の左耳で聴いているのと同じことになる。また、音響ユニット６Ｒから再生される音は、伝達関数Ｈｒで表される伝達特性を持つ音声信号であり、図１４のスピーカＳＰから発せられる音を聴取者の右耳で聴いているのと同じことになる。この結果、ヘッドフォン６を装着した聴取者には、例えば図１４のスピーカＳＰが示される位置に音像が定位するようにして音が聴こえることになる。つまり、仮想音源の再生が実現される。
【００２４】
これまでに説明した図２の音声再生装置の構成を、先に従来例として示した図１５と比較してみると、先ずは、本実施の形態の音声再生装置では、インパルス応答を畳み込むための構成として、デジタル信号処理部３Ｌ−Ａ、３Ｒ−Ａを備える系に加えて、デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂを備える系が追加されている点が相違する。そして、先に説明したように、デジタル信号処理部３Ｌ−Ａ、３Ｒ−Ａの系によっては、伝達関数Ｈｌ、Ｈｒに対応するインパルス応答の直接音部分により畳み込みを行い、追加されたデジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂの系によっては、伝達関数Ｈｌ、Ｈｒに対応するインパルス応答の反射音部分により畳み込みを行うようにしている。つまり、インパルス応答の直接音部分と反射音部分とで、畳み込みを実行する信号処理系を分けている。
上記のようにして、畳み込み処理を行う信号処理系をインパルス応答の直接音部分と反射音部分とで分離して構成したことで、インパルス応答の畳み込み処理に関しては、分離を行わない場合と比較して、以降説明していくようにして、これまでよりも効率的なものとしていくことが可能になる。
【００２５】
先ず、図２の実施の形態では、畳み込み処理の信号処理系をインパルス応答の直接音部分と反射音部分とで分離した構成の下で、残響付加回路１０を付加している。図２にあって残響付加回路１０は、インパルス応答の直接音部分により畳み込み処理を実行するデジタル信号処理部３Ｌ−Ａ、３Ｒ−Ａの系と、インパルス応答の反射音部分により畳み込み処理を実行するデジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂの系の各後段に設けられるが、本願発明の概念に基づいては、先ず、後者のデジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂの各系における残響付加回路１０Ｌ−Ｂ、１０Ｒ−Ｂのみを設け、前者のデジタル信号処理部３Ｌ−Ａ、３Ｒ−Ａの各系における残響付加回路１０Ｌ−Ａ、１０Ｒ−Ａを省略した構成を基本とする。つまり、インパルス応答の直接音部分の畳み込み処理を実行する系よりも、反射音部分の畳み込み処理を実行する系に対して、優先して残響を付加するための構成を与えようという考え方をとる。
【００２６】
上記のようにして、インパルス応答の直接音部分の畳み込み処理系に対して優先して、残響付加回路（１０Ｌ−Ｂ、１０Ｒ−Ｂ）を追加するという考えに至った経緯について説明する。
ここで、残響付加回路１０の具体的構成例を図４（ａ）（ｂ）に示す。図４（ａ）には、マルチタップディレイとして、タップ数が１とされた最も基本的な構成が示されている。入力端子３０から入力された信号は、所定の係数が設定される乗算器３２（１）に入力されると共に、遅延メモリ３１に入力される。遅延メモリ３１は、入力された信号を設定された任意の遅延時間により遅延させて出力する。そして、加算器３３（１）により、乗算器３２（１）、３２（２）の出力を加算し、出力端子３４から出力する。
図４（ｂ）には、タップ数が２つのマルチタップディレイとしての構成が示されている。なお、図４（ａ）と同一とされる部分には同一符号を付している。この図に示す構成では、遅延メモリ３１Ａは、所定の遅延時間による遅延出力を乗算器３２（２）に対して出力するとともに、さらに、乗算器３２（２）に対する遅延出力からさらに所定時間遅延させた信号を乗算器３２（３）に出力するようにされる。そして、加算器３３（１）の出力と、上記乗算器３２（３）の出力とを加算器３３（２）により加算して得られた信号を出力端子３４に供給するようにされる。
【００２７】
上記構成による残響付加回路１０Ｌ−Ｂ、１０Ｒ−Ｂの出力としては、例えば図５のようにして模式的に示すことができる。つまり、図５に示すように、先ず、原反射音が出力され、これに続いて、この原反射音を一定時間遅延させた遅延反射音１が出力され、さらに原反射音を一定時間遅延させた遅延反射音２が出力される。つまり、残響付加回路を構成するマルチタップディレイのタップ数に応じた遅延反射音が、原反射音に続けて順次出力される。そして、このようなディレイの処理が施された信号を再生すれば、この遅延音が残響として聴こえることになるものであり、残響が付加されることになるものである。
【００２８】
ここで、音響の一般的なこととして、或る音源から到達する直接音の時間幅と、その反射音の時間幅とでは、反射音のほうが相当に長い。このことは、図２に示されるインパルス応答にも反映される。つまり、インパルス応答波形としての直接音部分と反射音部分とでは、反射音部分のほうが長い時間幅を有する。
このことは、例えば直接音と反射音の何れか一方の成分に残響効果を付与することとした場合には、反射音に付与したほうが、効率的に残響効果が得られることを意味する。例えば、残響付加回路の遅延時間、タップ数を一定にした条件では、直接音のみに残響を付加した場合よりも、反射音のみに残響を付加した場合のほうが、より豊かな残響効果が得られることになる。このようなことを根拠として、本実施の形態では、先ず、反射音部分の畳み込み処理の系に対して残響付加のための手段を設けることとしているものである。
【００２９】
そのうえで、さらに、図２に示す構成においては、反射音部分の畳み込み処理を実行する系については、デシメーションフィルタ８によりダウンサンプリングした音声信号を入力させることとしているが、これは次のような理由による。
図２に示したようにインパルス応答の有音についての応答部分を直接音部分と反射音部分とに分けた場合において、直接音部分と反射音部分とを周波数特性の観点から考えてみることにする。すると、直接音部分は、音源から直接到達してくる音であるから、音源から発せられる音により忠実で近いものになっており、原音に近い全帯域にわたる周波数特性を有している。一方、反射音は、壁などに反射してから到達してくるものであるから、原音に対して大幅に音質が変化、劣化しており、直接音部分と比較すれば、高域が大幅に減衰している周波数特性となっている。
このことからすると、図２の説明において例として挙げた、４８ｋＨｚのサンプリング周波数は、直接音部分のインパルス応答を再現するのには必要であるといえるが、これより高域が減衰されている反射音部分のインパルス応答を再現するのにはオーバースペックである、ということがいえる。
【００３０】
そこで、本実施の形態としては、反射音部分の畳み込み処理を実行する系に入力させる音声信号についてはダウンサンプリングすることとしているものである。ダウンサンプリングを行えば、サンプリング周波数が低くなるのに応じて再現可能な周波数帯域の上限も低くなっていくが、上記のようにして反射音部分の高域特性は減衰したものであることから、反射音部分については必要充分な再現性が得られるために、特に問題は生じない。
そのうえで、反射音部分の畳み込み処理を行う音声信号のサンプリング周波数を低くしたことで、デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂについては、元のサンプリング周波数のままで畳み込み処理を行うとした場合よりも少ない次数構成で、同等の長さのインパルス応答を再現することが可能になる。このことは、結果的に、デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂを構成する次数が削減できることにつながる。デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂの次数が削減されれば、これをハードウェアにより構成している場合には、その回路規模を縮小できることになる。また、ソフトウェアにより構成している場合には、そのプログラムサイズや、演算量が削減されることになってリソースの削減につながる。
例えば、図２の構成の具体例としては、例えば本実施の形態では、デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂによりインパルス応答の反射音部分の畳み込み処理を実行する音声信号のサンプリング周波数を元の１／２の２４ｋＨｚとしている。この場合には、デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂのフィルタ次数についてダウンサンプリングをしない場合の１／２にしても、ダウンサンプリングをしない場合と同等の長さのインパルス応答を再現できることになる。また、サンプリング周波数を１／２にしたことに伴い、処理時間としても１／２に削減されることから、総合的な演算量としては１／４にまで削減されることになる。つまり、１／４の演算量により、ダウンサンプリングしない場合と同等の長さのインパルス応答の再現が可能になる。また、１／ｎのダウンサンプリングに応じたデジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂのフィルタ次数の削減を、元の１／ｎよりも多いものとすれば、ダウンサンプリングを行わない場合よりも少ないリソースでありながら、より長いインパルス応答を再現できるという効果が得られることにもなる。つまり、ダウンサンプリングを行うことによっては、特にデジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ，３Ｒ−Ｂについての資源の節約、あるいは資源の効率的な利用が有効に図られる。
【００３１】
そのうえで、図２に示す本実施の形態の音声再生装置の構成にあっては、インパルス応答の直接音部分を畳み込む系にあるデジタル信号処理部３Ｌ−Ａとデジタル信号処理部３Ｒ−Ａの各出力に対しても、残響付加回路１０Ｌ−Ａ、１０Ｒ−Ａをそれぞれ設けている。前述したように、直接音部分を畳み込む系と、反射音部分を畳み込む系との何れかに対して残響付加回路を備えるとすれば、残響効果の有効性から、反射音部分を畳み込む系に対して残響付加回路を備えることが優先される。しかしながら、直接音部分を畳み込む系に対しても残響付加回路を設けて、直接音のインパルス応答にも残響を付加することは、再現音における直接音の成分にも残響を与えることになる結果、より豊かな音響が感じられたり、臨場感が増したりすることになるので、再生音声の品位向上には好ましい。
【００３２】
このインパルス応答の直接音部分を畳み込む処理系に備えられる残響付加回路１０Ｌ−Ａ、１０Ｒ−Ａの内部構成としては、例えば先に図４（ａ）（ｂ）に示したマルチタップディレイの構成を適用することができる。しかしながら、再生音声の品位などを考慮した場合には、次に説明するようにして、残響付加回路１０Ｌ−Ａ、１０Ｒ−Ａには、他の構成を適用することが有効である。
【００３３】
インパルス応答の直接音部分は、先にも説明したように、反射音部分よりも広い周波数帯域を持つ。良好な再生音を得るためには、このような直接音部分の周波数特性をできるだけ損なわずに再現することが好ましい。
しかしながら、図４（ａ）（ｂ）に示したマルチタップディレイは、構成は単純で簡単ではあるが、遅延出力を逐次加算していく構成になっていることで、周知のようにして、図４（ｃ）に示すような櫛形の周波数特性を有する。つまり、周波数特性の側面からみた場合には、コムフィルタとして動作する性質を有する。インパルス応答の直接音部分が畳み込まれた信号が、このような周波数特性を通過することは、直接音部分の周波数特性を損なうことにつながるために再生音の品質を考慮した場合には好ましいことではない、ということがいえる。なお、インパルス応答の反射音部分が畳み込まれた信号は、これまでにも説明したように、高域が相当に減衰した特性を持つことになる。このために、マルチタップディレイにより残響を付加したとしても、櫛形の周波数特性により音質が損なわれることの影響はほとんど無視できるものであり、特に問題は無い。
【００３４】
また、マルチタップディレイは、その遅延時間が比較的長いものとなる特性を持つ。このことが、反射音部分の残響付加に関しては有利にはたらく。つまり、反射音部分の応答時間は直接音部分に対して相当に長くなる性質であり、このため、少ないタップ数のマルチタップディレイによっても、図５に示したように反射音部分のインパルス応答波形がほぼ連続するような、密なインパルス応答波形を得ることができる。しかし、直接音部分の応答時間は、反射音部分に対して極端に短い。このために、インパルス応答の直接音部分を対象として、マルチタップディレイによる残響付加回路により残響を与えたとすると、図６に示すようにして、原直接音と、これに続く遅延直接音１，２の間に比較的長い無音的な区間が生じて、疎なインパルス応答波形になってしまう。遅延出力により残響を与えるのにあたっては、インパルス応答が密であるほど豊かな残響感を得ることができるので、図６のようにしてインパルス応答が疎になってしまうことも、再生音声の品質の点では好ましいとはいえない。
このようにして、直接音側の残響付加回路１０Ｌ−Ａ、１０Ｌ−Ｂにマルチタップディレイを採用することは、音質面において有利ではないことが分かる。
【００３５】
そこで、本実施の形態としては、残響付加回路１０Ｌ−Ａ、１０Ｌ−Ｂについて、例えば図７に示す構成を採用することとしている。
この図７に示す構成は、帰還型によるオールパスディレイの１つとして知られているものであり、例えば図示するようにして、入力端子４０、遅延メモリ４１、乗算器４２（１）、４２（２）、４２（３）、加算器４３（１），４３（２），４３（３）、及び出力端子４４を備える。
入力端子４０から入力された信号は、加算器４３（１）と乗算器４２（１）に入力される。乗算器４２（１）の出力は、加算器４３（３）に入力される。
加算器４３（１）では、入力端子４０からの入力信号と、遅延メモリ４１の出力を乗算器４２（３）を介して不帰還させた信号を加算して、遅延メモリ４１に入力させる。また、加算器４３（１）の出力は、遅延メモリ４１に対して正帰還をかけている信号となり、乗算器４２（２）を介するようにして加算器４３（２）に入力される。加算器４３（２）は、遅延メモリ４１の出力と、乗算器４２（２）を介した加算器４３（１）の出力とを加算して、さらに加算器４３（３）に出力する。
加算器４３（３）では、加算器４３（２）の出力と、乗算器４２（１）の出力を加算して出力端子４４から出力させる。
【００３６】
上記図７に示す構成によるオールパスディレイでは、例えば図８に示すようにして、等間隔で、マルチタップディレイのものより相当に短い遅延時間により多数の応答が出力される。このような特性のオールパスディレイを、残響付加回路１０Ｌ−Ａ、１０Ｌ−Ｂとして採用すれば、その出力としては、インパルス応答の直接音部分が密に連続するような波形を得ることが可能になる。また、オールパスディレイの周波数特性は平坦であり、インパルス応答の直接音部分の周波数特性を損なうことが無い。このようにして、例えば図７に示されるようなオールパスディレイに基づく構成を残響付加回路１０Ｌ−Ａ、１０Ｌ−Ｂとして採用することで、直接音部分のインパルス応答に適した残響が得られるとともに、良好な音質の維持が可能となる。つまり、インパルス応答の直接音部分を畳み込む処理系にとって、より適した残響付加回路が得られる。
【００３７】
ところで、図２を基として残響付加回路を追加した他の構成例としては、図１３に示すものを考えることができる。この図において、図２と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
この図１３に示す構成では、デジタル信号処理部３Ｌ−Ａ、３Ｒ−Ａ、３Ｌ−Ｂ、３Ｒ−Ｂの後段に設けられていた残響付加回路（１０Ｌ−Ａ、１０Ｒ−Ａ、１０Ｌ−Ｂ、１０Ｒ−Ｂ）は省略され、代わりに、加算器７Ｌ、７Ｒの出力段に対して、それぞれ１つの残響付加回路１０Ｌ，１０Ｒを設けることとしている。この構成では、加算器７Ｌにより合成された後の左チャンネルの信号に対してまとめて残響を付加し、同様に、加算器７Ｒにより合成された後の右チャンネルの信号に対してまとめて残響を付加するようにされている。これにより、例えば必要となる残響付加回路の数は２つに削減されることにはなる。しかしながら、本実施の形態としては、図２に示したように、加算器７Ｌにより合成される前の２つの系の信号と、加算器７Ｒにより合成される前の２つの系の信号との、計４つの信号ごとに独立して残響付加回路を備える構成を採用することとしている。これは次のような理由による。
【００３８】
先ず、先にも説明したように、インパルス応答の直接音部分と反射音部分とでは、周波数特性や時間幅など、その性質が大きく異なる。そこで、本実施の形態としては、図２に示すようにして、４つの畳み込みの信号処理系のそれぞれに残響付加回路を設けて、直接音部分の処理系と反射音部分の処理系とでそれぞれ個別に残響付加を行えるように構成し、その結果、直接音部分の処理系と反射音部分の処理系とで、より最適な残響付加処理を適用できるようにしているものである。しかしながら、図１３に示した構成にしてしまうと、直接音部分と反射音部分の処理系とに対して１つの残響付加回路により共通に残響付加の処理が行われることになるので、上記したような直接音部分と反射音部分の性質に適応させた残響付加処理ができなくなる。例えば、残響付加回路の具体例として、直接音部分の処理系については図７に例示したようなオールパスディレイの構成を採用し、反射音部分の処理系については図４（ａ）（ｂ）に例示したようなマルチタップディレイの構成を採用することが適切であると説明したが、図１３に示す構成では、残響付加回路１０Ｌ、１０Ｒについて両者のうちの何れか一方の構成を採用せざるを得ない。
【００３９】
また、前述もしたように、図２における反射音部分の畳み込み処理系では、例えば４８ｋＨｚから２４ｋＨｚにダウンサンプリングされた信号に対して残響を付加することで、一定の長さの残響を付与するのに必要な残響付加回路１０Ｌのタップ数を削減することが可能となっている。
しかし、図１３に示す構成では、反射音部分の畳み込み処理系の信号についても、元の４８ｋＨｚのサンプリング周波数での残響付加処理となる。このために、残響付加回路１０Ｌ、１０Ｒのタップ数を有効に削減することは難しくなる。例えば図２にて設定されているのと同等の反射音部分の残響の長さを得ようとすれば、図１３の残響付加回路１０Ｌ、１０Ｒのタップ数は、図１２の残響付加回路１０Ｌ−Ｂ、１０Ｒ−Ｂのほぼ２倍を必要とする。
【００４０】
本実施の形態としては、図２に示した音声信号処理装置の構成が基本形となる。続いては、図２の構成を基とした変形例について説明していくこととする。
先ず、第１の変形例について、図９及び図１０を参照して説明する。
図２の音声再生装置は、例えば図１４に示したように、１つの音源（スピーカＳＰ）にて発せられる音を聴取者Ｍが両耳で聴くというモデルをヘッドフォン再生により再現するための構成とされていた。第１の変形例としては、図９に示すモデルをヘッドフォン再生により再現する音声生成装置の構成となる。
【００４１】
図９では、２つのスピーカＳＰ−１，ＳＰ−２がそれぞれ異なる位置に配置される。つまり、音源としては、これらスピーカＳＰ−１，ＳＰ−２により発せられる音となる。この場合のスピーカＳＰ−１、ＳＰ−２から発せられた音と、これを聴き取る聴取者との間には、
スピーカＳＰ−１から聴取者Ｍの左耳に到達する経路
スピーカＳＰ−１から聴取者Ｍの右耳に到達する経路
スピーカＳＰ−２から聴取者Ｍの左耳に到達する経路
スピーカＳＰ−２から聴取者Ｍの右耳に到達する経路
が存在するものとして考えることができる。そして、スピーカＳＰ−１から聴取者Ｍの左耳に到達する音の経路は伝達関数Ｈ1lにより表され、スピーカＳＰ−１から聴取者Ｍの右耳に到達する音の経路は伝達関数Ｈ1rにより表され、スピーカＳＰ−２から聴取者Ｍの左耳に到達する音の経路は伝達関数Ｈ2lにより表され、スピーカＳＰ−２から聴取者Ｍの右耳に到達する音の経路は伝達関数Ｈ2rにより表される。
【００４２】
図１０は、上記図９に示したモデルをヘッドフォン再生により再現するための音声再生装置の構成例を示している。なお、この図において、図２と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図１０においては、上記図９に示したスピーカＳＰ−１により再生出力されるべき音声信号Ｓｉｎ１と、スピーカＳＰ−２により再生出力されるべき音声信号Ｓｉｎ２とを入力するようにしている。この場合にも、これら音声信号Ｓｉｎ１、Ｓｉｎ２はアナログ信号とされている。
音声信号Ｓｉｎ１は、入力端子１−１に入力されてＡ／Ｄコンバータ２−１によりデジタル信号化されたうえで、単一音源対応信号処理部（単一音源対応信号処理部）１００−１に入力される。音声信号Ｓｉｎ２も、入力端子１−２から入力されてＡ／Ｄコンバータ２−２によりデジタル信号化されて単一音源対応信号処理部１００−２に入力される。
【００４３】
単一音源対応信号処理部１００−１は、デジタル信号処理部３Ｌ−Ａ−１、残響付加回路１０Ｌ−Ａ−１、デジタル信号処理部３Ｒ−Ａ−１、残響付加回路１０Ｒ−Ａ−１、デシメーションフィルタ８−１、デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ−１、残響付加回路１０Ｌ−Ｂ−１、インターポレーションフィルタ９Ｌ−１、デジタル信号処理部３Ｒ−Ｂ−１、残響付加回路１０Ｒ−Ｂ−１、インターポレーションフィルタ９Ｒ−１を、図２のデジタル信号処理部３Ｌ−Ａ、残響付加回路１０Ｌ−Ａ、デジタル信号処理部３Ｒ−Ａ、残響付加回路１０Ｒ−Ａ、デシメーションフィルタ８、デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ、残響付加回路１０Ｌ−Ｂ、インターポレーションフィルタ９Ｌ、デジタル信号処理部３Ｒ−Ｂ、残響付加回路１０Ｒ−Ｂ、インターポレーションフィルタ９Ｒと同様にして接続して形成される。
【００４４】
上記構成では、［デジタル信号処理部３Ｌ−Ａ−１、残響付加回路１０Ｌ−Ａ−１］の系によっては、入力された音声信号（Ｓｉｎ１）に対して伝達関数Ｈ1lを時間軸上に変換したインパルス応答の直接音部分の畳み込み処理と、この畳み込み処理後の残響付加処理を実行して、加算器７Ｌ−１に出力することになる。
また、［デジタル信号処理部３Ｒ−Ａ−１、残響付加回路１０Ｒ−Ａ−１］の系によっては、入力された音声信号（Ｓｉｎ１）に対して伝達関数Ｈ1rを時間軸上に変換したインパルス応答の直接音部分の畳み込み処理と、残響付加処理を実行して、加算器７Ｒ−１に出力する
また、デジタル信号化された入力音声信号Ｓｉｎについてダウンサンプリングを施した上で、［デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ−１、残響付加回路１０Ｌ−Ｂ−１］の系により、入力された音声信号（Ｓｉｎ１）に対して伝達関数Ｈ1lを時間軸上に変換したインパルス応答の反射音部分の畳み込み処理と、残響付加処理を実行し、インターポレーションフィルタ９Ｌ−１により元のサンプリング周波数に復元してから、加算器７Ｌ−１に出力することになる。
また、同じくデジタル信号化された入力音声信号Ｓｉｎについてダウンサンプリングを施した上で、［デジタル信号処理部３Ｒ−Ｂ−１、残響付加回路１０Ｒ−Ｂ−１］の系により、入力された音声信号（Ｓｉｎ１）に対して伝達関数Ｈ1rを時間軸上に変換したインパルス応答の反射音部分の畳み込み処理と、残響付加処理を実行し、インターポレーションフィルタ９Ｒ−１により元のサンプリング周波数に復元してから、加算器７Ｒ−１に出力する。
【００４５】
また、入力音声信号Ｓｉｎ２を入力するもう１つの単一音源対応信号処理部１００−２は、デジタル信号処理部３Ｌ−Ａ−２、残響付加回路１０Ｌ−Ａ−２、デジタル信号処理部３Ｒ−Ａ−２、残響付加回路１０Ｒ−Ａ−２、デシメーションフィルタ８−２、デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ−２、残響付加回路１０Ｌ−Ｂ−２、インターポレーションフィルタ９Ｌ−２、デジタル信号処理部３Ｒ−Ｂ−２、残響付加回路１０Ｒ−Ｂ−２、インターポレーションフィルタ９Ｒ−２を、単一音源対応信号処理部１００−１における共通の符号を有する機能ブロックと同様に接続して形成される。
これにより、［デジタル信号処理部３Ｌ−Ａ−２、残響付加回路１０Ｌ−Ａ−２］の系によっては、入力された音声信号（Ｓｉｎ２）に対して伝達関数Ｈ2lを時間軸上に変換したインパルス応答の直接音部分の畳み込み処理と、残響付加処理を実行して、加算器７Ｌ−２に出力することになる。
また、［デジタル信号処理部３Ｒ−Ａ−２、残響付加回路１０Ｒ−Ａ−２］の系によっては、入力された音声信号（Ｓｉｎ２）に対して伝達関数Ｈ2rを時間軸上に変換したインパルス応答の直接音部分の畳み込み処理と、残響付加処理を実行して、加算器７Ｒ−２に出力する
また、デジタル信号化された入力音声信号Ｓｉｎについてダウンサンプリングを施した上で、［デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ−２、残響付加回路１０Ｌ−Ｂ−２］の系により、入力された音声信号（Ｓｉｎ２）に対して伝達関数Ｈ2lを時間軸上に変換したインパルス応答の反射音部分の畳み込み処理と、残響付加処理を実行し、インターポレーションフィルタ９Ｌ−２により元のサンプリング周波数に復元してから、加算器７Ｌ−２に出力することになる。
また、同じくデジタル信号化された入力音声信号Ｓｉｎについてダウンサンプリングを施した上で、［デジタル信号処理部３Ｒ−Ｂ−２、残響付加回路１０Ｒ−Ｂ−２］の系により、入力された音声信号（Ｓｉｎ２）に対して伝達関数Ｈ2rを時間軸上に変換したインパルス応答の反射音部分の畳み込み処理と、残響付加処理を実行し、インターポレーションフィルタ９Ｒ−２により元のサンプリング周波数に復元してから、加算器７Ｒ−２に出力する。
このようにして、図１０に示す構成においては、仮想定位させるべき音源が２つとされることに応じて、１つの音源（音声信号）に対応してインパルス応答の畳み込みを行うべき信号処理部である単一音源対応信号処理部を2つ構成し、これらを並列的に設けるようにしている。
【００４６】
上記単一音源対応信号処理部１００−１側からの出力として、加算器７Ｌ−１には、［デジタル信号処理部３Ｌ−Ａ−１、残響付加回路１０Ｌ−Ａ−１］の系の出力と、［デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ−１、残響付加回路１０Ｌ−Ｂ−１、（インターポレーションフィルタ９Ｌ−１）］の出力とが入力される。これらの成分が加算器７Ｌ−１により加算されることによっては、音声信号Ｓｉｎ１に対して伝達関数Ｈ1lに応じたインパルス応答（直接音部分及び反射音部分）を畳み込んだ信号が得られることになる。
また、同じ単一音源対応信号処理部１００−１側からの出力として、加算器７Ｒ−１に対しては、［デジタル信号処理部３Ｒ−Ａ−１、残響付加回路１０Ｒ−Ａ−１］の系の出力と、［デジタル信号処理部３Ｒ−Ｂ−１、残響付加回路１０Ｒ−Ｂ−１、（インターポレーションフィルタ９Ｒ−１）］の出力とが入力される。これらの成分が加算器７Ｒ−１により加算されることによっては、音声信号Ｓｉｎ１に対して伝達関数Ｈ1rに応じたインパルス応答（直接音部分及び反射音部分）を畳み込んだ信号が得られることになる。
【００４７】
一方、単一音源対応信号処理部１００−２側では、加算器７Ｌ−２に対して、［デジタル信号処理部３Ｌ−Ａ−２、残響付加回路１０Ｌ−Ａ−２］の系の出力と、［デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂ−２、残響付加回路１０Ｌ−Ｂ−２、（インターポレーションフィルタ９Ｌ−２）］の出力とが入力される。これらの成分が加算器７Ｌ−２により加算されることによっては、音声信号Ｓｉｎ２に対して伝達関数Ｈ2lに応じたインパルス応答（直接音部分及び反射音部分）を畳み込んだ信号が得られることになる。そして、この加算器７Ｌ−２の出力が、さらに加算器７Ｌ−１に対して入力されることになる。
従って、加算器７Ｌ−１の出力としては、音声信号Ｓｉｎ１に対して伝達関数Ｈ1lに応じたインパルス応答を畳み込んだ信号と、音声信号Ｓｉｎ２に対して伝達関数Ｈ2lに応じたインパルス応答を畳み込んだ信号とを合成したものとなる。
また、同じ単一音源対応信号処理部１００−２側からの出力として、加算器７Ｒ−２に対しては、［デジタル信号処理部３Ｒ−Ａ−２、残響付加回路１０Ｒ−Ａ−２］の系の出力と、［デジタル信号処理部３Ｒ−Ｂ−２、残響付加回路１０Ｒ−Ｂ−２、（インターポレーションフィルタ９Ｒ−２）］の出力とが入力される。これらの成分を加算器７Ｒ−２により加算した信号は、音声信号Ｓｉｎ２に対して伝達関数Ｈ2rに応じたインパルス応答（直接音部分及び反射音部分）を畳み込んだ信号となる。そして、この加算器７Ｒ−２が、加算器７Ｒ−１に入力される。
このため、加算器７Ｒ−１の出力は、音声信号Ｓｉｎ１に対して伝達関数Ｈ1rに応じたインパルス応答を畳み込んだ信号と、音声信号Ｓｉｎ２に対して伝達関数Ｈ2rに応じたインパルス応答を畳み込んだ信号とを合成したものとなる。
【００４８】
加算器７Ｌ−１の出力となるデジタル音声信号は、Ｄ／Ａコンバータ４Ｌによりアナログ音声信号Ｓａに変換されて増幅器５Ｌにより増幅され、ヘッドフォン６における左耳対応の音響ユニット６Ｌを駆動する。
加算器７Ｒ−１の出力となるデジタル音声信号は、Ｄ／Ａコンバータ４Ｒによりアナログ音声信号Ｓｂに変換されて増幅器５Ｒにより増幅され、ヘッドフォン６における右耳対応の音響ユニット６Ｒを駆動する。
【００４９】
この場合において、ヘッドフォン６を装着した聴取者の左耳で聴き取られる音響ユニット６Ｌの再生音は、スピーカＳＰ−１から再生出力させるべき音声信号（Ｓｉｎ１）について伝達関数Ｈ1lで表す伝達特性を与えたものと、スピーカＳＰ−２から再生出力させるべき音声信号（Ｓｉｎ２）について伝達関数Ｈ2lで表す伝達特性を与えたものとが合成されたものとなる。
また、ヘッドフォン６を装着した聴取者の右耳で聴き取られる音響ユニット６Ｒの再生音は、スピーカＳＰ−１から再生出力させるべき音声信号（Ｓｉｎ１）について伝達関数Ｈ1rで表す伝達特性を与えたものと、スピーカＳＰ−２から再生出力させるべき音声信号（Ｓｉｎ２）について伝達関数Ｈ2rで表す伝達特性を与えたものとが合成されたものとなる。
つまり、ヘッドフォン６を装着した聴取者にとっては、左耳で聴き取る音は、図９のスピーカＳＰ−１、ＳＰ−２から聴取者Ｍの左耳に到達してくる音と等価であり、右耳で聴き取る音は、図９のスピーカＳＰ−１、ＳＰ−２から聴取者Ｍの右耳に到達してくる音と等価であることになる。これにより、ヘッドフォン６を装着した聴取者にとっては、あたかも、図９に示すようにしてスピーカＳＰ−１、ＳＰ−２からの音を実際に聴いたときと同様の音像定位を知覚することになる。
【００５０】
なお、図１０においては、単一音源対応信号処理部１００−２の４つの出力を適宜分配して、加算器７Ｌ−２、７Ｒ−２により加算した上で、さらに加算器７Ｌ−１、７Ｒ−１に出力して加算することとしている。しかし、加算器７Ｌ−２、７Ｒ−２を省略して、単一音源対応信号処理部１００−２の出力を、加算器７Ｌ−１、７Ｒ−１に対して適宜入力させるように構成してもよい。この場合には、図１０において加算器７Ｌ−２に入力されている信号処理系の出力を加算器７Ｌ−１に入力させ、加算器７Ｒ−２に入力されている信号処理系の出力を加算器７Ｒ−１に入力させればよい。
【００５１】
また、例えば上記図９及び図１０により説明した変形例は、Ｌ，Ｒの２チャンネルステレオの音場を再現する構成であったが、図２から図１０への構成の発展のさせ方と同様の要領により、入力信号数の増加に応じて単一音源対応信号処理部１００を並列的に追加していくことで、２チャンネルよりも多い数のマルチチャンネルのスピーカシステムの音場をヘッドフォン再生により再現することが可能である。つまり、本実施の形態の構成に基づいては、現状において広く普及している５．１ｃｈサラウンドなどの音声ソースを入力して、実際にサラウンドシステムに対応したスピーカシステムで再生したときと同様の音像定位を、ヘッドフォン再生により再現するような再生装置やＡＶ機器システムを構成することが可能である。
【００５２】
続いて、第２の変形例について、図１１及び図１２を参照して説明する。
図１１においては、聴取者Ｍは、２チャンネルの音源とされる、左チャンネルのスピーカＳＰ−Ｌ、右チャンネルのスピーカＳＰ−Ｒのそれぞれから同時的に再生出力される音を聴いているのであるが、これにより聴取者が知覚する音声は、例えばスピーカＳＰ−Ｌ、スピーカＳＰ−Ｒとして示す音源とは全く異なる位置に仮想的に配置した音源であるスピーカＳＰ−Ｘから、1チャンネル（モノラル）の音が到達してくるようにして聴こえる、というモデルが示されている。
このモデルと同じ聴こえ方を再現するには、次のようにして考えればよい。
【００５３】
ここでは先ず、下記の伝達関数を定義する。
Ｈll：スピーカ（音源）ＳＰ−Ｌから聴取者Ｍの左耳に到達する音の経路の伝達関数
Ｈlr：スピーカ（音源）ＳＰ−Ｌから聴取者Ｍの右耳に到達する音の経路の伝達関数
Ｈrl：スピーカ（音源）ＳＰ−Ｒから聴取者Ｍの左耳に到達する音の経路の伝達関数
Ｈrr：スピーカ（音源）ＳＰ−Ｒから聴取者Ｍの右耳に到達する音の経路の伝達関数
Ｈxl：スピーカ（音源）ＳＰ−Ｘから聴取者Ｍの左耳に到達する音の経路の伝達関数
Ｈxr：スピーカ（音源）ＳＰ−Ｘから聴取者Ｍの右耳に到達する音の経路の伝達関数
そして、スピーカＳＰ−Ｘの位置から音が到達してくるように知覚されるための、スピーカＳＰ−Ｌ、ＳＰ−Ｒにて再生出力すべき音声（音声信号）を、それぞれspl、sprとし、スピーカＳＰ−Ｘにて再生出力される音声をspxすると、これら音声spl、sprは、下記の式(1)(2)により表されることになる。
spl＝（Ｈxl×Ｈrr−Ｈxr×Ｈrl）／（Ｈll×Ｈrr−Ｈlr×Ｈrl）×spx・・・式(1)
spr＝（Ｈxr×Ｈll−Ｈxl×Ｈlr）／（Ｈll×Ｈrr−Ｈlr×Ｈrl）×spx・・・式(2)
のように表すことができる。
【００５４】
図１２は、上記図１１に示すモデルを再現するための音声再生装置の構成例を示している。この図において、図２と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。
この図１２に示す音声再生装置のブロック構成については、図２とほぼ同様となっている。相違点としては、図１１に示したように、スピーカＳＰ−Ｌ、ＳＰ−Ｒにより音声を再生出力させることになるので、増幅器５Ｌによる左チャンネルの音声信号の増幅出力は、左チャンネルのスピーカＳＰ−Ｌを駆動するようにされる。同様に、増幅器５Ｒによる右チャンネルの音声信号の増幅出力は、右チャンネルのスピーカＳＰ−Ｒを駆動する。
そして、この場合においては、入力端子１に入力させる音声信号Ｓｉｎとしては、スピーカＳＰ−Ｘから到達するようにして聴こえさせるための、１チャンネル（モノラル）の音声信号とする。そのうえで、デジタル信号処理部３Ｌ−Ａは、式（１）における伝達関数部分と同じとされる伝達関数を時間軸上に変換したインパルス応答の直接音部分を音声信号に畳み込むように形成する。また、デジタル信号処理部３Ｒ−Ａは、式（２）における伝達関数部分と同じとされる伝達関数を時間軸上に変換したインパルス応答の直接音部分を音声信号に畳み込むように形成する。また、デジタル信号処理部３Ｌ−Ｂは、式（１）における伝達関数部分と同じとされる伝達関数を時間軸上に変換したインパルス応答の反射音部分を音声信号に畳み込むように形成する。また、デジタル信号処理部３Ｒ−Ｂは、式（２）における伝達関数部分と同じとされる伝達関数を時間軸上に変換したインパルス応答の反射音部分を音声信号に畳み込むように形成する。
【００５５】
そして、このようにして構成される音声再生装置の再生音を、聴取者が、しかるべき位置関係に配置させたスピーカＳＰ−Ｌ、ＳＰ−Ｒにより聴くと、図１１に示したようにして、スピーカＳＰ−Ｘが在るとされる位置から再生音が到達してくるようにして知覚することになる。
このようにして、本願発明に基づいた音声再生装置は、ヘッドフォンだけではなく、スピーカを駆動するシステムにも適用できるものである。
【００５６】
なお、これまでに説明した本実施の形態としての音声再生装置としての構成は、例えば音声再生機能を有するオーディオ機器として物理的に構成することができる。また、その信号処理系の構成をプログラムとして構成することもできる。本実施の形態の音声再生装置の機能をプログラムにより構成した場合、その信号処理は、ＣＰＵなどがプログラムに従って実行することになる。また、このようなプログラムは、音声再生装置としての機能を実現する機器が備えるＲＯＭなどに対して、製造時などに書き込んで記憶させることができる。この場合には、その機器が備えるＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで、本実施の形態としての音声再生機能を実現する。また、プログラムは、例えばリムーバブルの記憶媒体（磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリなど）に記憶させておいたうえで、パーソナルコンピュータをはじめとする各種機器がこの記憶媒体から読み出して実行させることができる。あるいは、記憶媒体に記憶されたプログラムを機器にインストールし、その後に、機器がインストールされたプログラムを実行できるように構成することもできる。また、ネットワーク上のサーバなどにおける記憶装置に記憶させておき、各種の機器がネットワーク経由で一時取得したうえで実行したり、あるいは、機器がネットワーク経由でインストールを行い、その後にインストールされたプログラムを実行できるように構成したりすることも考えられる。
また、本願発明としては、これまでに説明した実施の形態としての例に限定されるものではない、適宜変更が可能とされる。例えば、本実施の形態では、音の空間伝達関数は、音源から聴取者の耳に到達する経路のものとされていることから、頭部伝達関数と同義とみてよいのであるが、音源の到達目標となる位置を聴取者の耳ではない、何らかの他のものに対応させる場合もあると考えられる。この場合には、音源から到達目標の位置までの経路を表す伝達特性として、本来の意味での空間伝達関数を用いることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】インパルス応答波形を直接音部分、無音部分、及び反射音部分とに区分して示す図である。
【図２】実施の形態としての音声再生装置の基本構成を示す図である。
【図３】インパルス応答畳み込み処理を実行するデジタル信号処理部としての、ＦＩＲ型デジタルフィルタの構成例を示す図である。
【図４】残響付加回路としてのマルチタップディレイの構成例と、マルチタップディレイの周波数特性を示す図である。
【図５】マルチタップディレイの残響付加回路により、反射音部分について残響が付加された状態例を、反射音部分のインパルス応答波形により示す図である。
【図６】マルチタップディレイの残響付加回路により、直接音部分について残響が付加された状態例を、直接音部分のインパルス応答波形により示す図である。
【図７】残響付加回路としてのオールパスディレイの構成例を示す図である。
【図８】オールパスディレイの応答特性を示す図である。
【図９】図１０の音声再生装置の構成に対応する、音源と聴取者の関係モデルを示す図である。
【図１０】図９に対応する音声再生装置の構成例を示す図である。
【図１１】図１２の音声再生装置の構成に対応する、音源と聴取者の関係モデルを示す図である。
【図１２】図１１に対応する音声再生装置の構成例を示す図である。
【図１３】図２を基として、直接音部分と反射音部分の信号処理系に対して残響付加回路を共通となるようにして設けた音声再生装置の構成例を示す図である。
【図１４】図２、図１５の音声再生装置の構成に対応する、音源と聴取者の関係モデルを示す図である。
【図１５】従来としての図１４に対応する音声再生装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  入力端子、２  Ａ／Ｄコンバータ、３（３Ｌ−Ａ・３Ｒ−Ａ・３Ｌ−Ｂ・３Ｒ−Ｂ・３Ｌ−Ａ−１・３Ｒ−Ａ−１・３Ｌ−Ｂ−１・３Ｒ−Ｂ−１・３Ｌ−Ａ−２・３Ｒ−Ａ−２・３Ｌ−Ｂ−２・３Ｒ−Ｂ−２）  デジタル信号処理部、４Ｌ・４Ｒ  Ｄ／Ａコンバータ、５Ｌ・５Ｒ  増幅器、６  ヘッドフォン、６Ｌ  音響ユニット、６Ｒ  音響ユニット、７Ｌ・７Ｒ・７Ｌ−１・７Ｒ−１・７Ｌ−２・７Ｒ−２  加算器、８  デシメーションフィルタ、９Ｌ・９Ｒ・９Ｌ−１・９Ｒ−１・９Ｌ−２・９Ｒ−２  インターポレーションフィルタ、１０（１０Ｌ−Ａ・１０Ｒ−Ａ・１０Ｌ−Ｂ・１０Ｒ−Ｂ・１０Ｌ−Ａ−１・１０Ｒ−Ａ−１・１０Ｌ−Ｂ−１・１０Ｒ−Ｂ−１・１０Ｌ−Ａ−２・１０Ｒ−Ａ−２・１０Ｌ−Ｂ−２・１０Ｒ−Ｂ−２）  残響付加回路、２０・３０・４０  入力端子、２１（１）〜２１（Ｎ）  遅延器、２２（１）〜２２（ｎ）・３２（１）〜３２（３）・４２（１）〜４２（３）  乗算器、２３（１）〜２３（Ｍ）・３３（１）・３３（２）・４３（１）〜４３（３）  加算器、２４・３４・４４  出力端子、３１・３１Ａ・４１  遅延メモリ
【図１】
2007202020.tif 000003
【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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