(57)【要約】【課題】前方のスピーカ出力のみを用いて確実に「真後ろから聞こえる」ような音像定位を与える信号処理装置および音像定位装置を提供する。【解決手段】  ６ｃｈの音源をミックスダウンして２ｃｈにまとめるため、後方から両耳までの頭部伝達関数を用いてリア定位を付加するリア定位付加部１３１と、このリア定位付加の効果の実効を図るクロストークキャンセル補正回路を備える。リア定位付加部１３１には、さらに後方用の音声信号入力ＳＢＣを入力して、信号処理するフィルタ１３１Ｓを備え、斜め後ろ方向からの仮想定位を与える頭部伝達関数を用いると共に、ゲイン調整フィルタＧ１、Ｇ２、ディレイ量調整フィルタＤ１、Ｄ２を用いて、真後ろ方向に音像定位を引き寄せる。【選択図】図２
2007081710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方の２つの実スピーカの出力から出力する音声信号に対して後方のバーチャルの音像定位を付加するリア定位付加フィルタを備えた信号処理装置であって、
前記リア定位付加フィルタは、
予め設定された斜め後方位置からその位置に近い側の聴取者の耳までの、ダイレクト方向の伝搬経路を模擬した、フィルタからなるダイレクト経路模擬フィルタと、
前記斜め後方位置からその位置から遠い側の聴取者の耳までの、クロス方向の伝搬経路を模擬したフィルタからなるクロス経路模擬フィルタと、
これらの経路模擬フィルタの少なくとも一方に直列に接続され、前記一対の模擬フィルタのゲインレベルが近づくようフィルタ特性が設定されたゲイン調整部と、を有する信号処理装置。
【請求項２】
前方の２つの実スピーカの出力から出力する音声信号に対して後方のバーチャルの音像定位を付加するリア定位付加フィルタを備えた信号処理装置であって、
前記リア定位付加フィルタは、
予め設定された斜め後方位置からその位置に近い側の聴取者の耳までの、ダイレクト方向の伝搬経路を模擬した、フィルタからなるダイレクト経路模擬フィルタと、
前記斜め後方位置からその位置から遠い側の聴取者の耳までの、クロス方向の伝搬経路を模擬したフィルタからなるクロス経路模擬フィルタと、
前記一対の模擬フィルタの少なくとも一方に直列に接続され、前記一対の模擬フィルタに含まれる、前記ダイレクト経路とクロス経路の伝搬経路の到達時間差に基づくディレイ差が近づくようフィルタ特性が設定されたディレイ調整部と、を有する信号処理装置。
【請求項３】
前方の２つの実スピーカの出力から出力する音声信号に対して後方のバーチャルの音像定位を付加するリア定位付加フィルタを備えた信号処理装置であって、
前記リア定位付加フィルタは、
予め設定された斜め後方位置からその位置に近い側の聴取者の耳までの、ダイレクト方向の伝搬経路を模擬した、フィルタからなるダイレクト経路模擬フィルタと、
前記斜め後方位置からその位置から遠い側の聴取者の耳までの、クロス方向の伝搬経路を模擬したフィルタからなるクロス経路模擬フィルタと、
これらの経路模擬フィルタの少なくとも一方に直列に接続され、前記一対の模擬フィルタのゲインレベルが近づくようフィルタ特性が設定されたゲイン調整部と、
前記一対の模擬フィルタの少なくとも一方に直列に接続され、前記一対の模擬フィルタに含まれる、前記ダイレクト経路とクロス経路の伝搬経路の到達時間差に基づくディレイ差が近づくようフィルタ特性が設定されたディレイ調整部と、を有する信号処理装置。
【請求項４】
前記入力する音声入力信号は、左右の斜め後ろ方向用に設定された２ｃｈの音声信号であり、
これらの音声入力信号それぞれについて前記リア定位付加フィルタを備えている、請求項１〜３に記載の信号処理装置。
【請求項５】
マルチチャンネルオーディオ信号を入力する入力部を備え、
前記リア定位付加フィルタは、前記後方スピーカ用の音声入力信号として、サラウンドバックセンタ用の入力信号を２ｃｈに分けて、それぞれについて、前記リア定位付加フィルタを備えた、請求項１〜３に記載の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
真後ろの仮想定位を前方の２つの実スピーカから出力して付加するフィルタを備えた音像定位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、聴取者を囲むようにして、前方に３つ、後方に２〜４つのスピーカを置いて、サラウンド効果を与える音響システムが実用化されている。このようなサラウンド効果は、特に、表示画面に表示される画像とともに前後方向に移動する物体の音像定位を与えるため、および表示画面に表示されている場面の環境音場を視聴空間全体に実現するために使用される。
【０００３】
一方で、このような大掛かりなスピーカシステムは、必ずしも実用的でないことから、前方のスピーカのみを用い、この前方のスピーカから、仮想の後方のスピーカから視聴者までの伝達特性を模擬した音声を出力させることにより、さも後方にスピーカが存在しているかのような音場を形成するバーチャルサラウンドシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１では、ダミーヘッドを用いて測定した頭部伝達関数を予め測定した結果を用いて、クロストークキャンセルや音場形成を行うステレオ音響装置等が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−０８６５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、バーチャルサラウンドシステムの前後判定は、音源（スピーカ）から聴取者までの位置関係によって周波数特性が異なることを利用したものであるが、正面方向と真後ろとでは、感覚的にも実際に真後ろに音源がある場合でも聴取者が正面で発音していると勘違いする程度の違いである。なぜなら、人間の耳に入る聴覚の特性は、前後方向を比較すると、わずか数ｄＢ音量が異なる以外には周波数特性はほとんど変わらないから、真後ろの定位は、前後判定が難しい領域となり、結果として前方に定位してしまうからである。したがって、「真後ろから聞こえる」ように音像が定位するようにすることは、上述のような実在するスピーカを用いても困難であった。このように、後斜め方向に２つ、真後ろ方向に１つのスピーカを配置することでは「真後ろから聞こえる」ようにするには理想的な配置でないため、実スピーカの位置に音像が定位すると聴覚上感じられる最も後方方向の、「後方斜め」の左右に実スピーカを配置する７ｃｈシステムが実用化されて、なんとか真後ろ辺りから聞こえることが可能となっている。このように「真後ろから聞こえる」ような音場を作出することは、実スピーカでさえ困難であるから、前方のスピーカのみから、後方に定位するようなバーチャル定位システムを、単に頭部伝達関数を用いて音像定位装置を構成しても、ほとんどの聴取者は「前から聞こえる」と感じてしまうだけでなく、サラウンド効果も、真後ろ方向の定位が前方へ定位するよう引きずられ、サラウンド効果全体に悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上述の問題に鑑み、前方のスピーカ出力のみを用いて確実に「真後ろから聞こえる」ような音像定位を与える信号処理装置および音像定位装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。
【０００７】
（１）本発明は、
前方の２つの実スピーカの出力から出力する音声信号に対して後方のバーチャルの音像定位を付加するリア定位付加フィルタを備えた信号処理装置であって、
前記リア定位付加フィルタは、
予め設定された斜め後方位置からその位置に近い側の聴取者の耳までの、ダイレクト方向の伝搬経路を模擬した、フィルタからなるダイレクト経路模擬フィルタと、
前記斜め後方位置からその位置から遠い側の聴取者の耳までの、クロス方向の伝搬経路を模擬したフィルタからなるクロス経路模擬フィルタと、
これらの経路模擬フィルタの少なくとも一方に直列に接続され、前記一対の模擬フィルタのゲインレベルが近づくようフィルタ特性が設定されたゲイン調整部と、を有する信号処理装置である。
【０００８】
人間の聴覚は、左右方向を認識するときは、主に左右の耳で聞こえる音声の音量比や到達距離差に基づく位相差で感知しており、前後方向を認識するときは周波数特性で感知している。
したがって、本発明のように構成すれば、斜め後ろ方向からの伝搬経路を模擬したダイレクト経路模擬フィルタと、クロス経路模擬フィルタにより、後方用の音源を加工することにより、後ろ方向からの音声であることを容易に認識できる。ただし、これだけでは、「斜め」の後ろから聞こえる感覚を払拭できないので、本発明は、これらのフィルタそれぞれに直列する一対のゲイン調整部によって、当該一対のゲインを、ダイレクト経路模擬フィルタとクロス経路模擬フィルタのゲインレベルとが近づくよう設定しているから、斜め後ろ方向から耳までの音声の伝搬特性を模擬したモデル頭部伝達関数を用いて、あたかも後方に音源が引き寄せられて聞こえるように音声入力信号を調整できる。これにより、単に、後ろの音源から両耳までの空間伝搬を再現した頭部伝達関数を用いてリア定位を再現する場合と異なり、人間の左右方向の定位感形成に寄与する周波数特性と、前後方向の定位感形成に寄与するゲイン比を効果的に利用して、確実に「真後ろから聞こえる」ような音像定位を与える信号処理ができる。
【０００９】
以上のように、本発明は、単に頭部伝達関数を用いているのではなく、また単にゲイン比を用いているとも異なる。単に頭部伝達関数を用いたのでは、前述のとおり、「真後ろから聞こえる」ことはかなり困難である。また単に前方のスピーカ出力のゲイン比を用いて前後方向の定位感を調整しても、「真後ろから聞こえる」こととは大きな隔たりがある。
【００１０】
頭部伝達関数は、すでに全方向から所定の角度刻み幅で測定されたものが既知であり、頭部伝達関数を用いる際に左右方向の定位を調整するには、頭部伝達関数そのものを他の角度に対するものに交換した方が、前述の測定データに沿い、正確な伝搬特性が得られるとも考えられる。したがって、そのように頭部伝達関数を適用するのが一般的である。しかしながら、前述のとおり、単に頭部伝達関数を用いたのでは「真後ろから聞こえる」ことはかなり困難である。本発明は、仮想音源からの両耳に入る伝搬特性を模擬した「一対の周波数特性」相互間のゲインを調整している点が、単にゲイン比を用いていることや、単に周波数特性を用いていることと決定的に異なる。そして、本発明は、左右の定位感形成に大きく寄与する音量比と、前後の定位感形成に大きく寄与する周波数特性とを巧みに組み合わせているので、「真後ろから聞こえる」定位感を実現できる。
【００１１】
（２）本発明は、
前方の２つの実スピーカの出力から出力する音声信号に対して後方のバーチャルの音像定位を付加するリア定位付加フィルタを備えた信号処理装置であって、
前記リア定位付加フィルタは、
予め設定された斜め後方位置からその位置に近い側の聴取者の耳までの、ダイレクト方向の伝搬経路を模擬した、フィルタからなるダイレクト経路模擬フィルタと、
前記斜め後方位置からその位置から遠い側の聴取者の耳までの、クロス方向の伝搬経路を模擬したフィルタからなるクロス経路模擬フィルタと、
前記一対の模擬フィルタの少なくとも一方に直列に接続され、前記一対の模擬フィルタに含まれる、前記ダイレクト経路とクロス経路の伝搬経路の到達時間差に基づくディレイ差が近づくようフィルタ特性が設定されたディレイ調整部と、を有する。
【００１２】
本発明は（１）の構成と同様であるが、本発明では、（１）の構成と異なり、左右方向の定位感の形成に寄与する位相差を用いている。即ち、ディレイ調整部は、当該一対のディレイ量を、前記ダイレクト経路模擬フィルタと、前記クロス経路模擬フィルタとに含まれる、前記ダイレクト経路とクロス経路の伝搬経路の到達時間差に基づくディレイ差が近づくよう設定しているから、この手段によっても、（１）と同様の効果を奏することができる。
【００１３】
（３）本発明は、
前方の２つの実スピーカの出力から出力する音声信号に対して後方のバーチャルの音像定位を付加するリア定位付加フィルタを備えた信号処理装置であって、
前記リア定位付加フィルタは、
予め設定された斜め後方位置からその位置に近い側の聴取者の耳までの、ダイレクト方向の伝搬経路を模擬した、フィルタからなるダイレクト経路模擬フィルタと、
前記斜め後方位置からその位置から遠い側の聴取者の耳までの、クロス方向の伝搬経路を模擬したフィルタからなるクロス経路模擬フィルタと、
これらの経路模擬フィルタの少なくとも一方に直列に接続され、前記一対の模擬フィルタのゲインレベルが近づくようフィルタ特性が設定されたゲイン調整部と、
前記一対の模擬フィルタの少なくとも一方に直列に接続され、前記一対の模擬フィルタに含まれる、前記ダイレクト経路とクロス経路の伝搬経路の到達時間差に基づくディレイ差が近づくようフィルタ特性が設定されたディレイ調整部と、を有する。
【００１４】
このように構成すれば、前記ダイレクト経路模擬フィルタと前記クロス経路模擬フィルタと前記ゲイン調整部と、ディレイ調整部を備えているから、前述（１）（２）と同様の効果を奏することができる。
【００１５】
（４）本発明は、
前記入力する音声入力信号は、左右の斜め後ろ方向用に設定された２ｃｈの音声信号であり、
これらの音声入力信号それぞれについて前記リア定位付加フィルタを備えている。
【００１６】
このように構成すれば、左右の斜め後ろ方向用に設定された２ｃｈの音声信号に対して、上記の定位効果を発揮する信号処理が可能となる。
【００１７】
（５）本発明は、
マルチチャンネルオーディオ信号を入力する入力部を備え、
前記リア定位付加フィルタは、前記後方スピーカ用の音声入力信号として、サラウンドバックセンタ用の入力信号を２ｃｈに分けて、それぞれについて、前記リア定位付加フィルタを備えている。
【００１８】
このように構成すれば、サラウンドバックセンタ用の入力信号１ｃｈのソースのみを用いて、上記の発明の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、人間の前後の感覚を左右する周波数特性と、左右の感覚を左右する音量差または位相差と、の「両方」を巧みに組み合わせているので、確実に「後方から聞こえる」ような音像定位を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１、図２を用いて、本実施形態の音像定位装置について説明する。図１は、本実施形態に係る音像定位装置の再生時の構成を示す。図２は、ＤＳＰ１０内の、ポストプロセッシング用ＤＳＰ１３の構成の詳細図を示す。
【００２１】
まず、図１を用いて音像定位装置の全体の構成を説明する。
この音像定位装置の構成の概略を簡潔に述べると、以下のようになる。即ち、オーディオソース２３、２１、２４のディジタル音声信号を取り込んで、ＤＳＰ１０がこの信号のディジタル処理を行い、Ｄ／Ａ変換器２２でアナログ音声信号に変換して、電子ボリューム４１で音量を調整し、パワーアンプ４２でこのアナログ音声信号をＬｃｈスピーカ１１Ｌ、Ｒｃｈスピーカ１１Ｒに出力し音声を発する。
また、本実施形態の音像定位装置の機能の概略を簡潔に述べると、図１に示すような、Ｌｃｈ、Ｒｃｈ、Ｃｃｈ、ＬＳｃｈ、ＲＳｃｈ、ＳＢＣｃｈ（サラウンドバックセンタ、ＳＢＣＬｃｈおよびＳＢＣＲｃｈ）の６ｃｈの音声信号をミックスダウンして、２ｃｈの実在する前方のスピーカ１１Ｌ、１１Ｒから、あたかも後ろにＬＳｃｈ、ＲＳｃｈ、ＳＢＣＬｃｈおよびＳＢＣＲｃｈの４台のスピーカが実在しているような音像定位を作出することである。
さらに、その音像定位の手段の概略を簡潔に述べると、ＤＳＰ１０において、これらの６ｃｈのディジタル音源データのうち、後側用の音声信号に対して、後方から人間の耳までの頭部伝達関数（詳細は後述する。）を用いている。さらに、ＳＢＣ（ＳＢＣＬｃｈおよびＳＢＣＲｃｈ）に対しては、斜め後ろ方向の一対のリアバーチャルスピーカＳＢＣＬ、ＳＢＣＲの音像定位を、音量調整および位相差を用いて、「後方に定位している」という音像定位を付加することにより行う。そして、この音像定位をそのまま両耳に届けるためのクロストークキャンセル（詳細は後述する。）を用いて、これらの６ｃｈの音源を加工して、実在するスピーカ１１Ｌ、１１Ｒから出力する。以下これらの構成について順を追って説明する。
【００２２】
まず、図１の信号入力部は、ＤＩＲ２３、Ａ／Ｄ変換器２１、ＨＤＭＩ２４（登録商標、以下同じ）を少なくとも備えている。これらの信号入力部は、いずれも６ｃｈのデータを入力できるものとする。この６ｃｈについては後述する。
ＤＩＲ２３は、ビットストリームのディジタル時系列音声データを入力することができる。
Ａ／Ｄ変換器２１は、アナログ信号、例えばマイクから入力した音声信号をディジタル時系列データに変換でき、そのデータをデコーダ１４に送る。
ＨＤＭＩ２３（High-DefinitionMultimedia Interface）は、音声および制御信号を合わせて受信する。
ＤＳＰ１０は、ポストプロセッシング用ＤＳＰ１３と、デコーダ１４を含んでいる。ＤＳＰ１０は、前述の入力部分から入力したディジタル時系列データを加工して、Ｄ／Ａ変換器２２に送る。
Ｄ／Ａ変換器２２は、ＤＳＰ１０により生成したデータをアナログ信号に変換する。このアナログ信号は、音量を調整する電子ボリューム４１とパワーアンプを介して、スピーカ１１Ｌ、１１Ｒにより音声に変換される。
【００２３】
なお、パワーアンプ４２は、Ｄ／Ａ変換器でアナログ信号に変換せずにビット列でスイッチング素子をオン、オフするディジタルアンプでも良い。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態の装置で扱うことができる６ｃｈの入力は、Ｌｃｈ（左前）、Ｒｃｈ、Ｃｃｈ、ＬＳｃｈ、ＲＳｃｈ、ＳＢＣ（ＳＢＣＬｃｈおよびＳＢＣＲｃｈ）のスピーカへ出力するディジタル音声入力であり、リアルスピーカシステムでは、それぞれフロント左、フロント右、フロントセンタ、サイド左、サイド右およびバックセンタのスピーカに出力されるものである。ただし、１つのバックセンタスピーカを真後ろに設置すると、上述したように、定位感が前方に移動してしまうため、左右斜め後ろにそれぞれバックセンタレフト、バックセンタライトのスピーカを設置し、この２台のスピーカの出力音声の合成音をバックセンタに定位させるようにしている。このため、ＳＢＣｃｈは（サラウンドバックセンタｃｈ）の音声信号は、ＳＢＣＬおよびＳＢＣＲに分離される。
【００２５】
一方、この実施形態のバーチャルサウンドシステムにおいては、フロント左、フロント右のスピーカのみが実在し、Ｌｃｈは、左前側の実在するスピーカの出力であり、Ｒｃｈは、右前側の実在するスピーカの出力である。Ｃｃｈの入力に対応するスピーカは、本実施形態の装置では実在しないが、図１のＤＳＰ１０に示すように、本実施形態の装置では、Ｌｃｈ、Ｒｃｈに振り分けて単純に合成して出力する。ＬＳｃｈ、Ｒｓｃｈ、ＳＢＣ（ＳＢＣＬｃｈおよびＳＢＣＲｃｈ）は、後方のスピーカへの音声入力であるが、本実施形態の装置ではこれに対するスピーカは架空のものであり、ＤＳＰ１０内で信号処理を行いＬｃｈ、Ｒｃｈに合成する。このようにミックスダウンする理由は、６ｃｈのアンプ、スピーカの出力系統を用意するのが必ずしも実際的でないため、本実施形態の装置では、前述した頭部伝達関数等を用いて後方からの出力の音像定位を作り出し、架空のスピーカ出力を補う。その際、ＳＢＣｃｈ（ＳＢＣＬｃｈおよびＳＢＣＲｃｈ）は、左右のリアバーチャルスピーカＳＢＣＬ、ＳＢＣＲを設定し、これらのスピーカの音像定位を、音量調整フィルタと位相調整フィルタとを用いて、ＳＢＣｃｈ（ＳＢＣＬｃｈおよびＳＢＣＲｃｈ）本来の後方の音像定位を作出する（詳細は図２の説明で後述する。）。
【００２６】
また、この音像定位装置は、上記の構成を制御するコントローラ３２と、コントローラ３２の制御データを蓄えるメモリ３１と、コントローラ３２に指示を行うユーザインターフェース３３とを含んでいる。メモリ３１には、モデル頭部伝達関数をそれぞれのスピーカの存在する方向から両耳それぞれ耳までのデータテーブルとして格納している。このモデル頭部伝達関数は、所定の方向から耳までの空間伝搬を模擬したフィルタ関数であり、現在すでにデータベース化されたものが既知となっている。これを用いて、後方からの音声があたかも発せられているような音像定位を作出できる。ここで、ＬＳリアバーチャルスピーカＬＳＶ、ＲＳリアバーチャルスピーカＲＳＶは、それぞれ、聴取者の顔の向き１０３の線からみて左右に９０度〜１２０度の範囲の角度に対応するモデル頭部伝達関数を用いる。また、リアバーチャルスピーカＳＢＣＬｃｈおよびＳＢＣＲｃｈは、聴取者の顔の向き１０３の線からみて左右に１５０度〜１７０度の範囲の角度に対応する頭部伝達関数を用いる。なお、後述のクロストークキャンセルも前方の実在するスピーカから耳までの伝搬経路を模擬した頭部伝達関数の逆フィルタ等を用いる。
【００２７】
次に、同じく図１を用いて、ＤＳＰ１０（リア定位付加部１３１、クロストークキャンセル補正回路１３３、加算器１３５Ｃ、Ｄは、図２の説明で後述する。）についてさらに詳しく説明する。ＤＳＰ１０は、デコーダ１４とポストプロセッシング用ＤＳＰ１３を含んでいる。以下それぞれ説明する。
デコーダ１４は前述した入力部分であるＤＩＲ２３とＡ／Ｄ変換器２１とＨＤＭＩ２４から入力したディジタル時系列データをデコードして、ポストプロセッシング用ＤＳＰ１３に送る。デコーダ１４自体は、前述のようにこのディジタル時系列データとして６ｃｈの音声データを扱うことができる。即ちこの６ｃｈは、Ｌｃｈ、Ｒｃｈ、Ｃｃｈ、ＬＳｃｈ、ＲＳｃｈ、ＳＢＣｃｈ（ＳＢＣＬｃｈおよびＳＢＣＲｃｈ）のスピーカへ出力するディジタル音声入力である。
ポストプロセッシング用ＤＳＰ１３は、これら６ｃｈの音声データを信号処理して２ｃｈのデータにミックスダウンし、擬似的な６ｃｈ信号として出力する。なお、ポストプロセッシング用ＤＳＰ１３は、ソフトウェア的に構成するものであっても良い。
【００２８】
図１に示すようなミックスダウンを行うため、本実施形態のシステムでは、まずＣｃｈをＬｃｈ、Ｒｃｈにそれぞれ振り分けて、加算器１３５Ａ、１３５ＢはこれらＬｃｈ、Ｒｃｈの信号に付加する。Ｃｃｈについては、簡易的に、単に左右のスピーカ１１Ｌ、Ｒの音量比のみでセンタに定位させるためである。また、このようにダウンミックスする場合、ＬＳｃｈ、ＲＳｃｈ、ＳＢＣｃｈ（ＳＢＣＬｃｈおよびＳＢＣＲｃｈ）は、後ろ方向に仮想スピーカを定位させる必要があるから、リア定位付加部１３１、およびクロストークキャンセル補正回路１３３を備えている。そして、図１に示すように、ＬＳｃｈ、ＲＳｃｈの音声信号を加工して、Ｌｃｈ、Ｒｃｈに付加するようにしている。
【００２９】
以下、図２を用いて、リア定位付加部１３１について説明する。前述のとおり、図２は、ＤＳＰ１０内の、ポストプロセッシング用ＤＳＰ１３の構成の詳細図を示す。なお、クロストークキャンセル補正回路１３３については、後述する。
図２に示すようなリア定位付加部１３１は、前述のように、あたかも後ろ側または斜め後ろ側から聞こえるようなバーチャルな音像定位感を作出する。以下その方法について説明する。
まず、リア定位付加部１３１のうちの、フィルタ１３１ＬＤ、ＬＣ、ＲＣ、ＲＤについて説明する。ここで、これらのフィルタ１３１ＬＤ、ＬＣ、ＲＣ、ＲＤの説明の容易のため、仮に、図１右に示すようなＬＳリアバーチャルスピーカＬＳＶ、ＲＳリアバーチャルスピーカＲＳＶが現実に存在し、ＬＳｃｈ、ＲＳｃｈの音声そのものがスピーカＬＳＶ、ＲＳＶから発せられると仮定する。このように仮定すれば、ＬＳｃｈの音声が後方ダイレクト方向１０２Ｄを通って左耳Ｍ１に入ると共に、後方クロス方向１０２Ｃを通って、右耳Ｍ２に伝達される。この空間伝達を模擬するため、それぞれ、フィルタ１３１ＬＤ、フィルタ１３１ＬＣでは、それぞれ、１０２Ｄ、１０２Ｃの経路の頭部伝達関数を用いる。以上、ＬＳｃｈについて説明したが、ＲＳｃｈの音声についても、聴取者の顔の向き１０３の線に関して、説明上、線対称（位置関係は線対称でなくともよい。）になり、同様な説明となる。
【００３０】
ここで、図２のリア定位付加部１３１ＬＤ、ＬＣ、ＲＤ、ＲＣのフィルタ関数をまとめると以下のとおりになる。フィルタ１３１ＬＤは、ＬＳリアバーチャルスピーカＬＳＶから左の耳Ｍ１までの頭部伝達関数を用いる。
フィルタ１３１ＬＣは、ＬＳリアバーチャルスピーカＬＳＶから右の耳Ｍ２までの頭部伝達関数を用いる。
フィルタ１３１ＲＤは、ＲＳリアバーチャルスピーカＲＳＶから右の耳Ｍ２までの頭部伝達関数を用いる。
フィルタ１３１ＲＣは、ＲＳリアバーチャルスピーカＲＳＶから左の耳Ｍ１までの頭部伝達関数を用いる。
【００３１】
また、図４に示すように、図２のフィルタ１３１ＬＤ、ＬＣ、ＲＤ、ＲＣでは、さらに、前述で示した頭部伝達関数のみならず、これらの伝搬経路の時間差を考慮するディレイＤをそれぞれ個別に設ける。なお、ディレイＤの量ｄはそれぞれのフィルタ１３１ＬＤ、ＬＣ、ＲＤ、ＲＣごとに異なる。
【００３２】
そして、図２のリア定位付加部１３１では、これらのフィルタをＬＳｃｈ、ＲＳｃｈに畳み込んで加工した音声信号をＬＳリア定位計算部１３１Ｌ、ＲＳリア定位計算部１３１Ｒで加算して、リアバーチャルスピーカＬＳＶ、ＲＳＶの音響特性を付加する。
【００３３】
図２のリア定位計算部１３１Ｌ、Ｒは、リア定位付加部１３１のこれらのフィルタで信号処理した音声信号を加算する。この加算の方法は、ＬＳリア定位計算部１３１Ｌが左耳で音像定位すべき音声を作り出すための音声信号、ＲＳリア定位計算部１３１Ｒが右耳で音像定位すべき音声を作り出すための音声信号に相当する。そして、後述のクロストークキャンセルは、前方の２ｃｈスピーカ１１Ｌ、１１Ｒを使用して、計算部１３１Ｌ、Ｒで計算した信号をそのまま左右の耳に入れるような信号処理を行う。なお、図２のリア定位計算部１３１Ｌ、Rでは、リア定位計算部１３１ＳＬ、ＳＲで加算した信号も加算するが、これについては、後述する。
【００３４】
次に、図２のリア定位付加部１３１内のフィルタ１３１Ｓについて説明する。フィルタ１３１Ｓの目的は、後方のスピーカに対応する入力信号であるＳＢＣｃｈを入力し、「後方から聞こえる」という音像定位を前の２ｃｈのスピーカ出力から作り出すものである。
その手段として、フィルタ１３１Ｓは、人間の聴覚のうち、前後方向の定位感形成に大きく寄与する周波数特性を操作するフィルタ１３１ＳＬＤ、ＳＬＣ、ＳＲＣ、ＳＲＤと、左右方向の定位感形成に大きく寄与する音量を操作するゲイン調整フィルタＧ１、Ｇ２と、同じく左右方向の定位感形成に大きく寄与する位相差特性を操作するディレイ量調整フィルタＤ１、Ｄ２とを備えている。そして、フィルタ１３１Ｓは、図２に示すように、１つのＳＢＣｃｈを４つに分配して信号処理を行う。
【００３５】
まず、図２のフィルタ１３１Ｓ内の、フィルタ１３１ＳＬＤ、ＳＬＣ、ＳＲＣ、ＳＲＤは、それぞれ、前述のフィルタ１３１ＬＤ、ＬＣ、ＲＣ、ＲＤと同様である。即ち、ＳＢＣＬについては、フィルタ１３１ＳＬＤ、ＳＬＣについては、ＬＳｃｈの音声が後方ダイレクト方向１０４Ｄを通って左耳Ｍ１に入ると共に、後方クロス方向１０４Ｃを通って、右耳Ｍ２に伝達される、空間伝搬を模擬するため、それぞれ、フィルタ１３１ＬＤ、フィルタ１３１ＬＣでは、それぞれ、１０４Ｄ、１０４Ｃの経路の頭部伝達関数を用いる。同様に、フィルタ１３１ＳＲＣ、ＳＲＤは、リアバーチャルスピーカＲＤＳＢからの両耳までの伝搬経路を模擬する頭部伝達関数を用いる。
【００３６】
ここで、図２のフィルタ１３１ＳＬＤ、ＳＬＣ、ＳＲＣ、ＳＲＤのフィルタ関数をまとめると以下のとおりになる。
フィルタ１３１ＳＬＤは、リアバーチャルスピーカＳＢＣＬから左の耳Ｍ１までの頭部伝達関数を用いる。
フィルタ１３１ＳＬＣは、リアバーチャルスピーカＳＢＣＬから右の耳Ｍ２までの頭部伝達関数を用いる。
フィルタ１３１ＳＲＤは、リアバーチャルスピーカＳＢＣＲから右の耳Ｍ２までの頭部伝達関数を用いる。
フィルタ１３１ＳＲＣは、リアバーチャルスピーカＳＢＣＲから左の耳Ｍ１までの頭部伝達関数を用いる。
【００３７】
さらに、図４に示すように、フィルタ１３１ＳＬＤ、ＳＬＣ、ＳＲＣ、ＳＲＤは、前述で示した頭部伝達関数のみならず、これらの伝搬経路の時間差を考慮するディレイＤをそれぞれ個別に設ける。なお、ディレイＤの量ｄはそれぞれのフィルタ１３１ＳＬＤ、ＳＬＣ、ＳＲＣ、ＳＲＤごとに異なる。
【００３８】
図３を用いて、図２のゲイン調整フィルタＧ１、Ｇ２と、ディレイ量調整フィルタＤ１、Ｄ２について説明する。図３は、これらの機能の概念を表す図である。まず、前述のとおり、フィルタ１３１ＳＬＤ、ＳＬＣ、ＳＲＣ、ＳＲＤは、「斜め」後方のＳＢＣＬ、ＳＢＣＲから両耳までの伝搬経路の空間伝搬を模擬したものである。ここで、人間の聴覚は、真後ろでなく、斜め後ろであれば、周波数特性により音声前後方向の定位を容易に感知できる。そして、本実施形態の装置では、この斜め後方のＳＢＣＬ、ＳＢＣＲの音像定位を図３に示す後方へ向かう方向１０５、１０６に引き寄せるようにするため、音量比および位相差をさらに調整する。即ち、左右の定位感形成に大きく寄与する音量比、および到達距離差に基づく位相差を利用している。この調整には、ゲイン調整フィルタＧ１、Ｇ２と、ディレイ量調整フィルタＤ１、Ｄ２を用いる。
【００３９】
以下、図２のゲイン調整フィルタＧ１、Ｇ２と、ディレイ量調整フィルタＤ１、Ｄ２の調整方法について示す。ゲイン調整フィルタＧ１、Ｇ２は、後方へ向かう方向１０６に音像定位を引き寄せるようにするため、図３の後方ダイレクト方向１０４Ｄの経路より後方クロス方向１０４Ｃの音声のゲインを小さくなるように調整する。一般的に頭部伝達関数のゲインは、クロス方向の伝搬距離の方が長いことに起因して、ダイレクト方向よりゲインレベルが小さくなっているので、そのゲインレベルの差が小さくなるように調整する。
図２のディレイ量調整フィルタＤ１、Ｄ２のディレイ量ｄ１、ｄ２は、後方へ向かう方向１０７に音像定位を引き寄せるようにするため、図４で説明した、フィルタ１３１ＳＬＤ、ＳＬＣ、ＳＲＣ、ＳＲＤに設けた、それぞれの伝搬時間差を調整するディレイＤについて、図３に示すようなダイレクト方向１０７Ｄとクロス方向１０７Ｃとのディレイ差を小さくなるように調整する。
【００４０】
なお、説明上は、図２のフィルタ１３１ＳＬＤ、ＳＬＣ、ＳＲＣ、ＳＲＤにも、ディレイ量調整フィルタＤ１、Ｄ２にもディレイフィルタを別々に設けているが、実際の実装上はこれらのディレイ量を足し算して、１つにまとめて処理するのが簡便である。また、ゲイン調整フィルタＧ１、Ｇ２も、実際の実装上はフィルタ１３１ＳＬＤ、ＳＬＣのフィルタ係数としてまとめてデータとしてメモリ３１に記憶しておくのが簡便である。
【００４１】
図２に示すようにリア定位計算部１３１ＳＬ、ＳRは、リア定位付加部１３１Ｓのこれらのフィルタで信号処理した音声信号を加算する。この加算の方法は、リア定位計算部１３１ＳＬが左耳で音像定位すべき音声を作り出すための音声信号、リア定位計算部１３１ＳＲが右耳で音像定位すべき音声を作り出すための音声信号に相当する。また、リア定位計算部１３１Ｌは、さらに計算部１３１ＳＬの信号を加算し、リア定位計算部１３１Ｒは、さらに計算部１３１ＳＲの信号を加算し、クロストークキャンセル補正回路１３３に送る。
【００４２】
なお、図２で説明したフィルタ１３１は、本発明の「リア定位付加フィルタ」に相当する。
また、本実施形態の装置では、図２、図３に示すように、左側のリアバーチャルスピーカＳＢＣＬの音像定位を作り出すフィルタ１３１ＬＤ、ＬＣに対してＧ１、Ｇ２によりゲイン調整をし、右側のリアバーチャルスピーカＳＢＣＲの音像定位を作り出すフィルタ１３１ＲＤ、ＲＣに対してディレイ量を調整したが、左右逆であってもよい。また、この左右ＳＢＣＬ、ＳＢＣＲ両方について、ゲイン調整のみ、ディレイ量を調整のみ、またはこれら両方を用いるものであっても良い。
【００４３】
以下、図１、図２のクロストークキャンセル補正回路１３３について説明する。この補正回路１３３の目的は、リア定位付加部１３１で作出した音場そのものを両耳に届けるようにすることである。もし仮に、理想的なヘッドホンで、ＬＳリア定位計算部１３１Ｌ、１３１Ｒの音声を聴取するのであれば、これが可能となる（ただし、ヘッドホンはピークやディップが多い特性を有するので必ずしもそのようにはならない。）。
しかし、ラウドスピーカを用いた本実施形態の装置では、前のスピーカ１１Ｌ、１１Ｒから音声を聴取するから、音波の空間伝達時に、前のスピーカ１１Ｌ、１１Ｒから両耳までの空間伝達によりデフォルメされてしまい、前述したＬＳリア定位付加の効果を十分発揮し得ないおそれがある。
そこで、擬似的にＬＳリア定位計算部１３１Ｌの出力を左の耳にのみ、ＲＳリア定位計算部１３１Ｒの出力を右の耳にのみ入るように、前に存在する現実のスピーカから出力される音源を加工する。
【００４４】
次に、図２の説明で前述したクロストークキャンセル補正回路１３３のフィルタ係数を求める方法について、再度図２を用いて補足説明を行う。
【００４５】
図２のクロストークキャンセル補正回路１３３では、前のスピーカ１１Ｌ、１１Ｒから両耳までの空間伝達をシミュレーションした、または実験により実測した、頭部伝達関数を用いる。この頭部伝達関数は、前述したとおり、図１のメモリ３１にデータテーブルとして格納している。コントローラ３２は、図１のメモリ３１に格納しているデータテーブルから、適切な頭部伝達関数を（スピーカ１１Ｌ、１１Ｒ）対（左耳、右耳）の４通りについて選択する。具体的には、以下のような関数を選択し、説明の便宜上、以下のように定める。即ち、
（Ｌｃｈスピーカ１１Ｌ→左耳）の経路の伝達関数をＬＤ（Ｚ）、
（Ｌｃｈスピーカ１１Ｌ→右耳）の経路の伝達関数をＬＣ（Ｚ）、
（Ｒｃｈスピーカ１１Ｒ→左耳）の経路の伝達関数をＲＣ（Ｚ）、
（Ｒｃｈスピーカ１１Ｒ→右耳）の経路の伝達関数をＲＤ（Ｚ）、
（それぞれ離散領域で、Ｚ変換したものである。Ｚは遅延を表すものとする。以下「（Ｚ）」は、省略する。）とする。このように定義すると、Ｌｃｈダイレクト補正１３３ＬＤ、Ｌｃｈクロス補正１３３ＬＣ、Ｒｃｈクロス補正１３３ＲＣ、Ｒｃｈダイレクト補正１３３ＲＤの伝達関数ＬＤ、ＬＣ、ＲＣ、ＲＤのフィルタの関数は、以下のように計算することで求められる。
【００４６】
まず、両耳で聴取される音声は、図１で示すような後方のリアバーチャルスピーカＬＳＶ、ＲＳＶの音場を模擬した、リア定位計算部１３１の出力そのものを両耳に伝達するため、以下のように音場形成する必要がある。
【００４７】
【数１】
2007081710.tif 000003
【００４８】
なお、”≒”は、左辺の音声をマイク等により電気信号に変換すれば等価になるということを表すものとする（以下、同じ。）。
【００４９】
次に、これらの後方から耳に伝達される成分は、頭部周囲の音響環境により、加算器１３５Ｃ、１３５Ｄの出力は、前方のスピーカ１１Ｌ、１１Ｒからの頭部伝達関数によりデフォルメされて、上述の頭部伝達関数ＬＤ、ＬＣ、ＲＣ、ＲＤを用いて、以下のように伝達されると考えられる。
【００５０】
【数２】
2007081710.tif 000004
【００５１】
なぜなら、音声は重ね合わせにより計算できるからである。
【００５２】
したがって、図２の加算器１３５Ｃ、１３５Ｄで出力すべき音声信号は、以下のとおりになる。
【００５３】
【数３】
2007081710.tif 000005
【００５４】
以上の説明から、図２の加算器１３５Ｃ、加算器１３５Ｄで生成すべきディジタルデータは、この式で求めた前述の音声のバーチャルリアスピーカの成分に相当するディジタルデータである。よって、クロストークキャンセル補正回路１３３の伝達関数は、それぞれ、
Ｌｃｈダイレクト補正は、ＲＤ／（ＲＤ×ＬＤ−ＲＣ×ＬＣ）、
Ｌｃｈクロス補正は、    ＬＣ／（ＲＤ×ＬＤ−ＲＣ×ＬＣ）、
Ｒｃｈクロス補正は、    ＲＣ／（ＲＤ×ＬＤ−ＲＣ×ＬＣ）、
Ｒｃｈダイレクト補正は、ＬＤ／（ＲＤ×ＬＤ−ＲＣ×ＬＣ）、
となる。なお、「×」は、畳み込みを表し、Ｌｃｈクロス補正１３３ＬＣ、Ｒｃｈクロス補正ＲＣを畳み込んだデータは、それぞれ加算器１３５Ｃにおいて、−１倍されて加算される。
【００５５】
以上のようにして、図２のクロストークキャンセル回路１３３、加算器１３５Ｃ、１３５Ｄを経たディジタル音声入力は、加算器１３５Ａ、１３５ＢでＬｃｈ、Ｒｃｈのデータに加算される。そして、この加算されたデータは、２ｃｈのデータとしてＤ／Ａ変換器２２に出力され、電子ボリューム４１とパワーアンプを介して、スピーカ１１Ｌ、１１Ｒにより音声に変換される。
【００５６】
なお、前述図２の説明で示したクロストークキャンセル補正の計算は、実際には時間遅延のタップ数が多く、計算に困難を伴う場合もある。そこで、実用的な範囲の近似として、クロス方向の影響をクロス方向の頭部伝達関数の逆関数をダイレクト方向側から加えてキャンセルすることが行なわれている（例えば特許文献１参照。）。
【００５７】
また、冒頭で簡潔に説明した概略説明や、本実施形態の装置で示した数値は、本発明を限定するものでなく、他の構成もありうる。
【００５８】
また、本実施形態の装置では、クロストークキャンセルを備えているが、ＬＳリア定位計算部１３１Ｌの音声信号をそのまま加算器１３５Ｃに入力し、ＲＳリア定位計算部１３１Ｒの音声信号をそのまま加算器１３５Ｄに入力する信号処理を行って、ヘッドホンで聴取するものであっても良い。この場合は、これら計算部１３１Ｌ、Ｒで計算した後方の音場をそのまま、両耳に入力できると考えられる。ただし、ヘッドホンは、ディップ、ピークが多いから、ヘッドホンを用いる場合はその周波数特性を是正するフィルタが必要になる場合がありうる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施形態に係る音像定位装置の構成について示す。
【図２】図１で示した本実施形態に係る音像定位装置のＤＳＰ内の、ポストプロセッシング用ＤＳＰの構成の詳細図を示す。
【図３】本実施形態に係る音像定位装置のゲイン調整フィルタＧ１、Ｇ２と、ディレイ量調整フィルタＤ１、Ｄ２についての概念図を示す。
【図４】本実施形態に係る音像定位装置の音像定位フィルタのブロック図を示す。
【符号の説明】
【００６０】
１０−ＤＳＰ
１３−ポストプロセッシング用ＤＳＰ
１３１−リア定位付加
１３１ＬＤ−フィルタ
１３１ＬＣ−フィルタ
１３１ＲＣ−フィルタ
１３１ＲＤ−フィルタ
１３１Ｌ−ＬＳリア定位計算部
１３１Ｒ−ＲＳリア定位計算部
１３１Ｓ−フィルタ
１３１ＳＬＤ−フィルタ
１３１ＳＬＣ−フィルタ
１３１ＳＲＣ−フィルタ
１３１ＳＲＤ−フィルタ
１３１ＳＬ−リア定位計算部
１３１ＳＲ−リア定位計算部
１３３−クロストークキャンセル補正回路
１３３ＬＤ−Ｌｃｈダイレクト補正
１３３ＬＣ−Ｌｃｈクロス補正
１３３ＲＣ−Ｒｃｈクロス補正
１３３ＲＤ−Ｒｃｈダイレクト補正
１３５Ａ−加算器
１３５Ｂ−加算器
１３５Ｃ−加算器
１３５Ｄ−加算器
１４−デコーダ
２１−Ａ／Ｄ変換器
２２−Ｄ／Ａ変換器
２３−ＤＩＲ
２４−ＨＤＭＩ
３１−メモリ
３２−コントローラ
３３−ユーザインターフェース
４１−電子ボリューム
４２−パワーアンプ
１００−聴取者（ダミーヘッド）
１０１Ｄ−前方ダイレクト方向
１０１Ｃ−前方クロス方向
１０２Ｄ−後方ダイレクト方向
１０２Ｃ−後方クロス方向
１０３−聴取者の顔の向き
１０４Ｄ−後方ダイレクト方向
１０４Ｃ−後方クロス方向
１０５−後方へ向かう方向
１０６−後方へ向かう方向
１０７Ｄ−後方ダイレクト方向
１０７Ｃ−後方クロス方向
１１Ｌ−Ｌｃｈスピーカ
１１Ｒ−Ｒｃｈスピーカ
ＬＳＶ−ＬＳリアバーチャルスピーカ
ＲＳＶ−ＲＳリアバーチャルスピーカ
ＳＢＣＬ−リアバーチャルスピーカ
ＳＢＣＲ−リアバーチャルスピーカ
Ｍ１−左の耳
Ｍ２−右の耳
Ｄ−ディレイ
Ｄ１、Ｄ２−ディレイ量調整フィルタ
Ｇ１、Ｇ２−ゲイン調整フィルタ
【図１】
2007081710.tif 000006
【図２】
2007081710.tif 000007
【図３】
2007081710.tif 000008
【図４】
2007081710.tif 000009