(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音像を定位させて立体的な音響効果を提供する立体音響処理装置において、
原音場における音源から聴取者の左右の耳の鼓膜までの各経路に係る２つのインパルスレスポンスの各振幅スペクトルの差に応じた強調および音場を定位させようとしている位置から両耳までのインパルスレスポンスの差の強調を行って、強調後の２つのインパルスレスポンスを作成する強調手段と、
音源の位置毎に、前記強調手段で作成された２つのインパルスレスポンスを基にして係数値群を決定して、音源の位置毎に、当該決定された係数値群を記憶する記憶手段と、
音像位置に応じて前記記憶手段から係数値群を読み出して、自己の各係数として設定して原音に原音場の音響特性の付加を行うとともに、原音から再生音場の音響特性の除去を行う音像定位フィルタと、
を有することを特徴とする立体音響処理装置。
【請求項２】
前記音像定位フィルタは、
前記強調手段で作成された２つのインパルスレスポンスを基にして、線形予測解析を用いて決定された極を表す線形予測係数値を係数とするＩＩＲフィルタと、誤差最小二乗法を用いて決定された零点を表す係数値を係数とするＦＩＲフィルタとの直列回路を含み、
当該直列回路により、原音に原音場の音響特性の付加を行うことを特徴とする請求項１記載の立体音響処理装置。
【請求項３】
再生音場における聴取者と音像との距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段で算出された距離に応じて係数値を決定する係数値決定手段と、
前記係数値決定手段で決定された前記係数値を係数とし、原音の高い周波数成分を抑制するローパスフィルタと、
を更に有することを特徴とする請求項１記載の立体音響処理装置。
【請求項４】
前記係数値決定手段は、前記距離算出手段で算出された距離が長い程、前記ローパスフィルタによる高域抑制の程度が大きくなるように、前記係数値を決定することを特徴とする請求項３記載の立体音響処理装置。
【請求項５】
再生音場における聴取者と音像との距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段で算出される距離の時間的変化を基に、前記音像の移動速度および移動方向を算出する速度方向算出手段と、
前記速度方向算出手段で算出された移動速度および移動方向に応じて係数値を決定する係数値決定手段と、
前記係数値決定手段で決定された前記係数値を係数とし、原音の低いまたは高い周波数成分を抑制するフィルタと、
を更に有することを特徴とする請求項１記載の立体音響処理装置。
【請求項６】
前記係数値決定手段は、前記速度方向算出手段で算出された移動方向が、音像が聴取者に近づく方向である場合には、前記フィルタが原音の低い周波数成分を抑制するように、前記係数値を決定することを特徴とする請求項５記載の立体音響処理装置。
【請求項７】
前記係数値決定手段は、前記速度方向算出手段で算出された移動方向が、音像が聴取者から遠ざかる方向である場合には、前記フィルタが原音の高い周波数成分を抑制するように、前記係数値を決定することを特徴とする請求項５記載の立体音響処理装置。
【請求項８】
前記係数値決定手段は、前記速度方向算出手段で算出された移動速度が速い程、前記フィルタによる抑制の程度を大きくすることを特徴とする請求項５記載の立体音響処理装置。
【請求項９】
音像を定位させて立体的な音響効果を提供する立体音響処理装置において、
原音場における音源から聴取者の左右の耳の鼓膜までの各経路に係る２つのインパルスレスポンスの各振幅スペクトルの差に応じた強調および音場を定位させようとしている位置から両耳までのインパルスレスポンスの差の強調を行って、強調後の２つのインパルスレスポンスを作成する強調手段と、
音源の位置毎に、前記強調手段で作成された２つのインパルスレスポンスを基にして係数値群を決定して、音源の位置毎に、当該決定された係数値群を記憶する記憶手段と、
音像位置に応じて前記記憶手段から係数値群を読み出して、自己の各係数として設定して原音に原音場の音響特性の付加を行うとともに、原音から再生音場の音響特性の除去を行う音像定位フィルタと、
再生音場における聴取者と音像との距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段で算出された距離に応じて係数値を決定する係数値決定手段と、
前記係数値決定手段で決定された前記係数値を係数とし、原音の高い周波数成分を抑制するローパスフィルタと、
を有することを特徴とする立体音響処理装置。
【請求項１０】
音像を定位させて立体的な音響効果を提供する立体音響処理装置において、
原音場における音源から聴取者の左右の耳の鼓膜までの各経路に係る２つのインパルスレスポンスの各振幅スペクトルの差に応じた強調および音場を定位させようとしている位置から両耳までのインパルスレスポンスの差の強調を行って、強調後の２つのインパルスレスポンスを作成する強調手段と、
音源の位置毎に、前記強調手段で作成された２つのインパルスレスポンスを基にして係数値群を決定して、音源の位置毎に、当該決定された係数値群を記憶する記憶手段と、
音像位置に応じて前記記憶手段から係数値群を読み出して、自己の各係数として設定して原音に原音場の音響特性の付加を行うとともに、原音から再生音場の音響特性の除去を行う音像定位フィルタと、
再生音場における聴取者と音像との距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段で算出される距離の時間的変化を基に、前記音像の移動速度および移動方向を算出する速度方向算出手段と、
前記速度方向算出手段で算出された移動速度および移動方向に応じて係数値を決定する係数値決定手段と、
前記係数値決定手段で決定された前記係数値を係数とし、原音の低いまたは高い周波数成分を抑制するフィルタと、
を有することを特徴とする立体音響処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体音響処理装置に関し、特に、音像を定位させて立体的な音響効果を提供する立体音響処理装置に関する。
【０００２】
一般に、音像を正確に再現し若しくは定位させるには、まず、原音場における音源から聴取者までの頭部伝達関数（ＨＲＴＦ; Head-Related Transfer Function）で示される音響特性と、再生音場におけるスピーカやヘッドホン等の音響出力機器から聴取者までの音響特性とを、測定等により求める必要がある。そして再生音場において、原音にそうした原音場の音響特性を付加し、かつ原音から再生音場の音響特性を除去し、こうして得られた信号を、スピーカやヘッドホン等を用いて聴取者に聴かせる。これによって、再生音場において、原音場の音源位置に音像を定位させることができる。
【０００３】
【従来の技術】
図１４は音源と聴取者とからなる原音場の一例を示す図である。図中、音源（Ｓ）１０１から聴取者１０２の左右の耳（Ｌ，Ｒ）の各鼓膜に至る２つの音響空間経路が存在し、それらの音響特性が頭部伝達関数ＳL ，ＳR でそれぞれ表されるとする。
【０００４】
図１５は、ヘッドホンを用いた再生音場の従来の一例を示す図である。フィルタ（ＳL ，ＳR ）１０３，１０４は、原音場における音源１０１から聴取者１０２までの音響特性を付加し、フィルタ（ｈ-1，ｈ-1）１０５，１０６は、再生音場におけるヘッドホン１０７ａ，１０７ｂから聴取者１０８の耳までの音響特性を除去する。音源１０１の原音と同一である入力信号を左右に分けて、こうしたフィルタ１０３〜１０６を通過させた上で、ヘッドホン１０７ａ，１０７ｂから出力した場合、これを聴いた聴取者１０８は、図１４の音源１０１に相当する位置に音像１０９を得ることができる。
【０００５】
フィルタ１０３〜１０６には、図１６に示すようなＦＩＲ（Finite Impulse Response)フィルタが用いられる。ＦＩＲフィルタは、フリップフロップ等からなる遅延器１１０〜１１２、乗算器１１３〜１１６、合算器１１７、加算器１１８から構成される。乗算器１１３〜１１６で乗算される係数ａ０〜ａｎには、下記のようにして得られるインパルスレスポンスの値が使用される。すなわち、このＦＩＲフィルタがフィルタ（ＳL ，ＳR ）１０３，１０４に使用される場合には、図１４の原音場の２つの音響空間経路の音響特性を測定することにより得られるインパルスレスポンスの値を用いる。また、このＦＩＲフィルタがフィルタ（ｈ-1，ｈ-1）１０５，１０６に使用される場合には、図１５に示すヘッドホン１０７ａ，１０７ｂから聴取者１０８の左右の耳の各鼓膜までの各音響空間経路の音響特性（伝達関数ｈ，ｈで表される）を測定し、それらの逆特性ｈ-1，ｈ-1を求め、それらを表すインパルスレスポンスの値を用いる。つまり、図１５に示すヘッドホン１０７ａ，１０７ｂから聴取者１０８の左右の耳の各鼓膜までの各音響空間経路の音響特性を測定することによって得られるインパルスレスポンスを、周波数領域に変換して、ここで逆特性を求め、それを時間領域に逆変換することによって得られる。
【０００６】
ところで、音像の距離感を制御するには、従来、音の大きさと響きとを調整している。響きを調整するには、響きを表すインパルスレスポンスを係数とするＦＩＲフィルタが用いられる。
【０００７】
また、音像の移動感を制御するには、従来、音の大きさと高さとを調整している。すなわち、音の高さを調整してドップラ効果を表し、例えば音を高くすることにより音源が近づいてくることを表し、音を低くすることにより音源が遠ざかっていることを表す。具体的には、図１７に示すような所定のメモリ容量からなるリングバッファ１１９が使用され、音声データがリングバッファ１１９内に、動作速度一定の書き込みポインタのアドレス指示に従い、書き込まれる。一方、読み出しポインタは、音を高くしたいときには速く、音を低くしたいときには遅く動作するように制御され、この読み出しポインタのアドレス指示に従い、音声データが読み出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、こうした音像定位を行う従来の立体音響処理装置では音像定位特性に問題があった。
【０００９】
一般に、音源位置を特定する人間の能力は、左右に対しては優れているが、前後や上下に対しては鈍感である。そのため、特に、音源が前後方向のどこに位置するかが不明な場合、通常、音源を視覚に頼って探したり、頭を左右に捩じることによって得られる音響特性の違いから判断をするようにしている。
【００１０】
ところが、再生音場には音源が実際に存在する訳ではないので視覚に頼ることはできず、また、再生音場でヘッドホンを使用した場合には、頭を捩じっても音響特性の違いは発生しない。なお、再生音場でスピーカを使用している場合でも、頭を２つのスピーカに対して所定角度に置くことを条件に音像定位が行われるのであるから、頭を捩じる方法は、そうした条件を満たさないことになり、これも前後の音像定位には使用できない。
【００１１】
したがって、従来の立体音響処理装置では、前後の音像定位が難しいという問題があった。
また、本願と同一の出願人による特願平７−２３１７０５号の明細書に示されるように、原音場の音響特性を表すインパルスレスポンスの周波数特性の１つである振幅スペクトルの極（山）と零点（谷）とを近似的に表す係数を求め、これらの係数を持ったタップ数の少ないＩＩＲ（Infinite Impulse Response)フィルタおよびＦＩＲフィルタを用いて、原音場の音響特性の付加を行い、これにより、従来の原音場の音響特性を付加するためののＦＩＲフィルタのデータ処理量を減らし、またフィルタのメモリを小型化している。しかし、こうしたタップ数を減らした装置では、前後の音像定位特性が低下することがある。
【００１２】
さらに、音像の距離感を制御するために、従来、音の大きさと響きとを調整しているが、特に響きを調整するには、響きを表すインパルスレスポンスを係数とするＦＩＲフィルタが用いられる。このＦＩＲフィルタは多くのデータ処理量と大きなメモリ量を必要とするという問題点があった。
【００１３】
さらにまた、音像の移動感を制御するために、従来、図１７のリングバッファ１１９が使用されるが、音像の移動が速い場合には、読み出しポインタの動作速度が、書き込みポインタの動作速度に比べ、非常に速くなるか（音像が近づく場合）、または非常に遅くなる（音像が遠ざかる場合）。その場合、読み出しポインタが書き込みポインタに追いつくことや、書き込みポインタが読み出しポインタに追いつくことが発生する。これを防ぐためにリングバッファ１１９のメモリ容量を大きくしなければならないという問題点があった。
【００１４】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、音像の定位特性を向上させた立体音響処理装置を提供することを第１の目的とする。
また、少ないデータ処理量および小さなメモリ容量で、音像の距離感および移動感の制御を行うことを可能とする立体音響処理装置を提供することを第２の目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記第１の目的を達成するために、図１に示すように、原音場における音源から聴取者の左右の耳の鼓膜までの、インパルスレスポンスで示される２つの音響特性を基に、これらの両特性の差を強調した２つのインパルスレスポンスを作成する強調手段１と、音源の位置毎に、強調手段１で作成された２つのインパルスレスポンスを基にして係数値群を決定して、音源の位置毎に、当該決定された係数値群を記憶する記憶手段２と、音像位置に応じて記憶手段２から係数値群を読み出して、自己の各係数として設定して原音に原音場の音響特性の付加を行うとともに、原音から再生音場の音響特性の除去を行う音像定位フィルタ３とを有することを特徴とする立体音響処理装置が提供される。
【００１６】
また、上記第２の目的を達成するために、図１に示すように、再生音場における聴取者と音像との距離を算出する距離算出手段４と、距離算出手段４で算出された距離に応じて係数値を決定する係数値決定手段５と、係数値決定手段５で決定された係数値を係数とし、原音の高い周波数成分を抑制するローパスフィルタ６とを有することを特徴とする立体音響処理装置が提供される。
【００１７】
さらにまた、上記第２の目的を達成するために、図１に示すように、距離算出手段４で算出される距離の時間的変化を基に、音像の移動速度および移動方向を算出する速度方向算出手段７と、速度方向算出手段７で算出された移動速度および移動方向に応じて係数値を決定する係数値決定手段８と、係数値決定手段８で決定された係数値を係数とし、原音の低いまたは高い周波数成分を抑制するフィルタ９とを有することを特徴とする立体音響処理装置が提供される。
【００１８】
以上のような構成において、原音場における音源から聴取者の左右の耳の鼓膜までの、予めの測定等によって得られたインパルスレスポンスを基にして、強調手段１が、これらのインパルスレスポンスの差を強調する。この強調によって結果的に音像の前後の定位特性が向上する。こうした強調を、音源の位置毎に行い、強調された２つのインパルスレスポンスを基にして、音源の位置毎に、音像定位フィルタ３において使用される係数値群を決定して、音源の位置毎に、記憶手段２に記憶しておく。
【００１９】
音像定位フィルタ３では、音像位置に応じて記憶手段２から係数値群を読み出して、自己の各係数として設定して原音に原音場の音響特性の付加を行う。また、これとは別に、再生音場の音響特性の逆特性に基づいた係数設定を行い、原音から再生音場の音響特性の除去を行う。
【００２０】
このように、強調手段１が、原音場における両耳に至る経路のインパルスレスポンスの差を強調することにより、音像の前後の定位特性を向上させることが可能となる。
【００２１】
また、距離算出手段４が、再生音場における聴取者と音像との距離を算出し、係数値決定手段５が、距離算出手段４で算出された距離に応じてローパスフィルタ６の係数値を決定する。
【００２２】
一般に、空気中を音が伝播する場合、周波数が高い程、振幅が速く減衰する性質がある。つまり、音像が遠くにあればある程、高い周波数成分が抑制されて籠もった音が聞こえることになる。これを模擬するために、ローパスフィルタ６を使用するとともに、再生音場における音像から聴取者までの距離に応じて、ローパスフィルタ６の高周波成分の抑制の度合いを変化させるようにする。その距離が遠くなる程、高周波成分の抑制の度合いを深めるように、ローパスフィルタ６の係数値を決定する。ここで使用されるローパスフィルタ６は１次のＩＩＲフィルタで十分である。
【００２３】
かくして、少ないデータ処理量および小さなメモリ容量で、音像の距離感の制御を行うことが可能となる。
さらにまた、速度方向算出手段７が、距離算出手段４で算出される距離の時間的変化を基に、音像の移動速度および移動方向を算出し、係数値決定手段８が、算出された移動速度および移動方向に応じてフィルタ９の係数値を決定する。
【００２４】
一般に、音源が近づくときには、対数表示の音の周波数スペクトルが高域へシフトし、音源が遠ざかるときには、対数表示の音の周波数スペクトルが低域へシフトする。これを近似的に模擬するために、音像が近づくときには、フィルタ９をハイパスフィルタとして使用して低い周波数成分を抑制し、音像が遠ざかるときには、フィルタ９をローパスフィルタとして使用して高い周波数成分を抑制するようにする。しかも、音像の移動速度に応じて、フィルタ９の抑制の度合いを変化させるようにする。その移動速度が速くなる程、抑制の度合いを深めるように、フィルタ９の係数値を決定する。ここで使用されるフィルタ９は１次のＩＩＲフィルタで十分である。
【００２５】
かくして、少ないデータ処理量および小さなメモリ容量で、音像の移動感の制御を行うことが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、第１の実施の形態の原理構成を、図１を参照して説明する。第１の実施の形態は、原音場における音源から聴取者の左右の耳の鼓膜までの、インパルスレスポンスで示される２つの音響特性を基に、これらの両特性の差を強調した２つのインパルスレスポンスを作成する強調手段１と、音源の位置毎に、強調手段１で作成された２つのインパルスレスポンスを基にして係数値群を決定して、音源の位置毎に、当該決定された係数値群を記憶する記憶手段２と、音像位置に応じて記憶手段２から係数値群を読み出して、自己の各係数として設定して原音に原音場の音響特性の付加を行うとともに、原音から再生音場の音響特性の除去を行う音像定位フィルタ３とから構成される。
【００２７】
さらに、第１の実施の形態は、再生音場における聴取者と音像との距離を算出する距離算出手段４と、距離算出手段４で算出された距離に応じて係数値を決定する係数値決定手段５と、係数値決定手段５で決定された係数値を係数とし、原音の高い周波数成分を抑制するローパスフィルタ６とを含む。
【００２８】
さらにまた、第１の実施の形態は、距離算出手段４で算出される距離の時間的変化を基に、音像の移動速度および移動方向を算出する速度方向算出手段７と、速度方向算出手段７で算出された移動速度および移動方向に応じて係数値を決定する係数値決定手段８と、係数値決定手段８で決定された係数値を係数とし、原音の低いまたは高い周波数成分を抑制するフィルタ９とを含む。
【００２９】
こうした第１の実施の形態の具体的構成を、図２〜図６を参照して説明する。なお、図１に示した構成と図２〜図６に示す構成との対応関係については、具体的構成を説明した後に説明する。
【００３０】
図２は第１の実施の形態に係る立体音響処理装置の全体構成図である。図中、音源の原音と同一の音が、再生音場において、距離感制御フィルタ１１、移動感制御フィルタ１２、可変増幅部１３、音像定位フィルタ１４を経由して、左右のヘッドホン１５ａ，１５ｂから聴取者１６へ送られる。距離感制御フィルタ１１には距離感制御フィルタ係数計算部１７が接続され、距離感制御フィルタ係数計算部１７には距離計算部１８が接続される。距離計算部１８は音像位置に関する情報を貰うと、音像位置と聴取者１６との距離lengthを算出する。距離感制御フィルタ係数計算部１７は、算出された距離lengthを基に、後述する手順により係数 coeff- lengthを算出し、距離感制御フィルタ１１に送る。距離感制御フィルタ１１は、図４に示す内部構成となっており、後述するようにローパスフィルタとしての動作を行い、音像の距離感を制御する。
【００３１】
移動感制御フィルタ１２には移動感制御フィルタ係数計算部１９が接続され、移動感制御フィルタ係数計算部１９には距離計算部１８が接続される。移動感制御フィルタ係数計算部１９は、距離計算部１８で算出された距離lengthの時間的変化を基に、後述する手順により係数 coeff- moveを算出し、移動感制御フィルタ１２に送る。移動感制御フィルタ１２は、図５に示す内部構成となっており、後述するようにローパスフィルタまたはハイパスフィルタとしての動作を行い、音像の移動感を制御する。
【００３２】
可変増幅部１３にはゲイン計算部２０が接続され、ゲイン計算部２０には距離計算部１８が接続される。ゲイン計算部２０は、距離計算部１８で算出された距離lengthを基に下記式（１）に従い、増幅度ｇ（ゲイン）を算出し、可変増幅部１３へ送る。
【００３３】
【数１】
ｇ＝ａ／（１＋ｂ* length）                              ・・(1)
ここで、ａ，ｂは正の定数である。
【００３４】
増幅度ｇは、距離lengthが大きくなる程、小さくなるように設定され、可変増幅部１３は、この増幅度ｇに従って増幅を行って、先の距離感制御フィルタ１１とともに、音像の距離感の制御を行う。
【００３５】
音像定位フィルタ１４は、原音場の音響特性を付加するためのフィルタ（ＳL,ＳR ）１４ａ，１４ｂと、再生音場のヘッドホン１５ａ，１５ｂに係る音響特性を除去するためのフィルタ（ｈ-1, ｈ-1）１４ｃ，１４ｄとから構成され、それぞれＦＩＲフィルタからなる。フィルタ１４ｃ，１４ｄの係数は、予め測定等により求められたインパルスレスポンスを基に逆特性に相当するインパルスレスポンスを算出し、それに基づき設定されるもので、固定値である。一方、フィルタ１４ａ，１４ｂの係数には、係数記憶部２２に格納された複数の係数値群から、音像位置に応じて選択された係数値群が使用される。それらの係数値群は音像位置に応じて各値が変化する。係数記憶部２２には、後述する手順により予め得られた音源位置毎の複数の係数値群が格納されている。格納に際しては、音源位置毎の係数値が纏められて、連続するアドレスが与えられる。したがって、ポインタ計算部２１が、音像位置に応じて、連続するアドレスの先頭アドレスを指定するだけで、音源位置毎の係数値群が纏まって読み出される。
【００３６】
図３は、係数記憶部２２に格納される複数の係数値群を作成するためのフィルタ係数強調装置を示す図である。フィルタ係数強調装置は、左耳用の高速フーリエ変換装置（ＦＦＴ）２３、高速フーリエ逆変換装置（ＩＦＦＴ）２４、右耳用の高速フーリエ変換装置（ＦＦＴ）２５、高速フーリエ逆変換装置（ＩＦＦＴ）２６、および両耳間差強調部２７から構成される。
【００３７】
予め、原音場において、音源の各位置毎に、音源から聴取者の左右の耳の鼓膜に至る各経路の音響特性を表すインパルスレスポンスが測定される。それらのうちの左耳のインパルスレスポンスが左耳用の高速フーリエ変換装置２３に入力され、高速フーリエ変換装置２３が、周波数特性としての位相スペクトルと振幅スペクトルとを作成する。同様に、右耳のインパルスレスポンスが右耳用の高速フーリエ変換装置２５に入力され、高速フーリエ変換装置２５が、周波数特性としての位相スペクトルと振幅スペクトルとを作成する。
【００３８】
両耳間差強調部２７には、同一音源位置に係わる左耳の振幅スペクトルと右耳の振幅スペクトルとが入力される。ここで左耳の振幅スペクトルをＡＬ（ω）、右耳の振幅スペクトルをＡＲ（ω）とする。ωは角速度であり、その値の範囲は０≦ω≦πである。両耳間差強調部２７は、下記式（２）に従い、振幅スペクトルＡＲ（ω）を基準にして、振幅スペクトルＡＬ（ω）を、振幅スペクトルＡＬ（ω）と振幅スペクトルＡＲ（ω）との差分だけ対数軸において強調した第１の振幅スペクトルＡＬ1 ( ω）を算出する。
【００３９】
【数２】
log［AL1(ω)］＝log［AL(ω)］
+α｜log［AL(ω)］-log［AR(ω)］｜      ・・・(2)
ここで、αは正の定数である。
【００４０】
このlog AL1(ω) を、下記式（３）により線形軸に変換する。
【００４１】
【数３】
AL1(ω) ＝exp(log［AL1(ω) ］)                       ・・・(3)
さらに、第１の振幅スペクトルＡＬ1 ( ω）のレベル調整を下記式（４）により行い、第２の振幅スペクトルＡＬ2 ( ω）を得て高速フーリエ逆変換装置２４へ出力する。また、このレベル調整は、高速フーリエ逆変換後、時間領域で行なってもよい。
【００４２】
【数４】
AL2(ω) ＝AL1(ω) * (MAX［AL(ω)］/ MAX［AL1(ω)］)   ・・・(4)
ここで、関数 MAX AL(ω) は、AL( ω) の０≦ω≦πにおける最大値を示し、関数MAX AL1(ω) は、AL1(ω) の０≦ω≦πにおける最大値を示す。
【００４３】
振幅スペクトルＡＲ（ω）に関しては、下記式（５）に従い、そのまま両耳間差強調部２７から高速フーリエ逆変換装置２６へ第２の振幅スペクトルＡＲ2 ( ω）として出力される。
【００４４】
【数５】
AR2(ω) ＝AR( ω)                                     ・・・(5)
高速フーリエ逆変換装置２４は、高速フーリエ変換装置２３から送られた位相スペクトルと両耳間差強調部２７から送られた第２の振幅スペクトルＡＬ2 ( ω）とを基にして時間軸へのフーリエ逆変換を行う。同様に、高速フーリエ逆変換装置２６は、高速フーリエ変換装置２５から送られた位相スペクトルと両耳間差強調部２７から送られた第２の振幅スペクトルＡＲ2 ( ω）とを基にして時間軸へのフーリエ逆変換を行う。
【００４５】
こうした強調の処理を音源位置毎に行い、得られた強調後のインパルスレスポンスが図２の係数記憶部２２へ送られ、音源位置毎に格納される。
以上の両耳間差強調部２７による振幅スペクトルの差の強調を、図７および図８を参照して別の観点から説明する。
【００４６】
図７は、例えば前方左６０°の位置に音源がある場合に得られる振幅スペクトルＡＬ（ω），ＡＲ（ω）を示す。これらの振幅スペクトルＡＬ（ω），ＡＲ（ω）を使用して両耳間差強調部２７が上述の手順により第２の振幅スペクトルＡＬ2 ( ω）を算出した場合、第２の振幅スペクトルＡＬ2 ( ω）は図８に示すようになる。図８には、比較のために強調前の振幅スペクトルＡＬ（ω）も示す。図８で分かるように、特に角速度の高い領域において、強調後の第２の振幅スペクトルＡＬ2 ( ω）が強調前の振幅スペクトルＡＬ（ω）よりも大きくなっている。これは、一般に、高い周波数の音が、音の前後の方向感に大きな影響を与える性質があり、そうした性質に合致した強調となっている。こうした強調により、結果的に前後の定位特性が向上している。
【００４７】
なお、両耳間差強調部２７は、振幅スペクトルＡＲ（ω）を基準にして、振幅スペクトルＡＬ（ω）を、振幅スペクトルＡＬ（ω）と振幅スペクトルＡＲ（ω）との差分だけ対数軸において強調するようにしているが、これに代わって、振幅スペクトルＡＬ（ω）と振幅スペクトルＡＲ（ω）とを入れ替えて、振幅スペクトルＡＬ（ω）を基準にして、振幅スペクトルＡＲ（ω）を、振幅スペクトルＡＲ（ω）と振幅スペクトルＡＬ（ω）との差分だけ対数軸において強調するようにしてもよい。さらには、角速度ω毎に、振幅スペクトルＡＬ（ω）と振幅スペクトルＡＲ（ω）との平均値を算出し、この平均値を基準にして、振幅スペクトルＡＬ（ω）と振幅スペクトルＡＲ（ω）との両方の値を変更するようにしてもよい。
【００４８】
さらにまた、前述と同じように、上記式（２）〜（５）に基づき、振幅スペクトルＡＲ（ω）を基準にして、振幅スペクトルＡＬ（ω）を、振幅スペクトルＡＬ（ω）と振幅スペクトルＡＲ（ω）との差分だけ対数軸において強調するが、その際、上記式（２）のαを定数にはせず、例えば図９に示すように、角速度ωに応じて変化する値α（ω）とする。こうした値α（ω）を上記式（２）に使用した場合に得られる強調後の第２の振幅スペクトルＡＬ2 ( ω）を図１０に示す。
【００４９】
図６は係数記憶部２２の内部のメモリ配置状態を示す図である。例えば、聴取者の真正面を０°とし、後正面を１８０°として、音源が３０°ずつ移動して、各音源位置で音響特性の測定が行われたとする。この場合、係数記憶部２２には、０°用係数群の格納場所２２ａ、３０°用係数群の格納場所２２ｂ、・・１８０°用係数群の格納場所２２ｃが設けられる。各格納場所には連続するアドレスが付され、各格納場所の先頭アドレス２２ｄ，２２ｅ，２２ｆをポインタにより指定することにより、対応の格納場所の係数群が読み出され、図２のフィルタ１４ａ，１４ｂへ送られる。これにより、音像定位フィルタ１４は定位特性の優れた音像定位を行うことが可能となる。
【００５０】
つぎに、距離感制御フィルタ係数計算部１７の処理内容について説明する。
距離感制御フィルタ係数計算部１７には、距離計算部１８から距離lengthが送られる。これを使用して下記式（６）に基づき、係数 coeff- lengthを算出する。
【００５１】
【数６】
coeff- length＝α1 * ［1.0-1/(1.0+ β1* length)］      ・・・(6)
ここで、α1 およびβ1 は定数であり、0.0 ＜α1 ＜1.0,  0.0 ＜β1 である。
【００５２】
この式では、距離lengthの値が大きくなると係数 coeff- lengthが値α1 に近づき、また、距離lengthの値が小さくなると係数 coeff- lengthが値０に近づく。こうした係数 coeff- lengthが距離感制御フィルタ１１へ送られる。
【００５３】
図４は距離感制御フィルタ１１の内部構成を示す図である。距離感制御フィルタ１１は、係数補間用フィルタ１１ａおよび距離感付加用フィルタ１１ｂから構成される。係数補間用フィルタ１１ａおよび距離感付加用フィルタ１１ｂはいずれも、１次のＩＩＲ形ローパスフィルタである。係数補間用フィルタ１１ａは、係数 coeff- lengthの急峻な変化を滑らかな変化に変えるためのものである。すなわち、立体音響処理装置が、例えばコンピュータグラフィック処理を行うパーソナルコンピュータと連動して使用された場合などは、コンピュータグラフィック処理での処理量が多いために、音像位置データが立体音響処理装置へ送られる頻度が少なく、その結果、距離感制御フィルタ係数計算部１７から出力される係数 coeff- lengthの値が、時間的に不連続に変化することがあり得る。係数補間用フィルタ１１ａは、こうした係数 coeff- lengthを受け取って、ローパスフィルタによってその値の変化を滑らかにするものである。乗算器１１ａａは、高周波成分の抑制の程度を決める定数γ（０＜γ＜１．０）を乗算する。乗算器１１ａｂは、このフィルタがゲインを持ってしまうことを避けるために、値（１−γ）を乗算している。このように出力補間を行った係数補間用フィルタ１１ａの出力を係数 coeff- length' とする。
【００５４】
距離感付加用フィルタ１１ｂでは係数 coeff- length' を受けて、乗算器１１ｂａが係数 coeff- length' の乗算を行い、入力した原音に対して、この係数 coeff- length' の値に応じた高周波成分の抑制を行う。すなわち、前述のように距離lengthが大きくなると、係数 coeff- lengthの値が値α1 に近づき、入力原音に対する高周波成分の抑制の程度が大きくなる。反対に、距離lengthが小さくなると、係数 coeff- lengthの値が値０に近づき、入力原音に対する高周波成分の抑制の程度が小さくなる。一般に、空気中を音が伝播する場合、周波数が高い程、振幅が速く減衰する性質がある。つまり、音像が遠くにあればある程、高い周波数成分が抑制されて音が聞こえることになる。距離感付加用フィルタ１１ｂは、この性質を模擬していることになる。
【００５５】
なお、乗算器１１ｂｂは、このフィルタがゲインを持ってしまうことを避けるために、値（１− coeff- length' ）を乗算している。
距離感制御フィルタ１１は１次のＩＩＲフィルタで十分であり、そのため、少ないデータ処理量および小さなメモリ容量で、音像の距離感の制御を行うことが可能となる。
【００５６】
つぎに、移動感制御フィルタ係数計算部１９の処理内容について説明する。
移動感制御フィルタ係数計算部１９には、距離計算部１８から距離lengthが送られる。まず、今回送られた距離lengthと、前回送られた距離（length- old)との差、つまり音像の移動速度を算出し、この移動速度の正負に従い、下記式（７ａ），（７ｂ）に基づき、係数 coeff- moveを算出する。
【００５７】
【数７】
0003976360.tif 000002
ここで、α2 およびβ2 は定数であり、0.0 ＜α2 ＜1.0,  0.0 ＜β2 である。
【００５８】
これらの式では、移動速度（length- length -old ）の絶対値が大きくなると、length- length- old ＞0 ならば（音像が遠ざかっている場合）、係数 coeff- moveが値α2 に近づき、length- length- old ＜0 ならば（音像が近づいている場合）、係数 coeff- moveが値（−α2 ）に近づき、また、移動速度（length- length -old ）の絶対値が小さくなると係数 coeff- moveが値０に近づく。こうした係数 coeff- moveが移動感制御フィルタ１２へ送られる。
図５は移動感制御フィルタ１２の内部構成を示す図である。移動感制御フィルタ１２は、係数補間用フィルタ１２ａおよび移動感付加用フィルタ１２ｂから構成される。係数補間用フィルタ１２ａは１次のＩＩＲ形ローパスフィルタであり、移動感付加用フィルタ１２ｂは、１次のＩＩＲ形ハイパスフィルタまたはローパスフィルタである。移動感付加用フィルタ１２ｂのＩＩＲ形フィルタは、与えられる係数の値が正ならばローパスフィルタとして機能し、負ならばハイパスフィルタとして機能する。係数補間用フィルタ１２ａは、係数 coeff- moveの急峻な変化を滑らかな変化に変えるためのものである。すなわち、図４の係数補間用フィルタ１１ａと同様に、移動感制御フィルタ係数計算部１９から出力される係数 coeff- moveの値が、時間的に不連続に変化することがあり得るので、係数補間用フィルタ１２ａは、こうした係数 coeff- moveを受け取って、ローパスフィルタ（乗算器１２ａａで乗算される係数γ’の値が０＜γ’＜１．０）によってその値の変化を滑らかにし、係数 coeff- move' を出力する。
【００５９】
移動感付加用フィルタ１２ｂでは係数 coeff- move' を受けて、乗算器１２ｂａが係数 coeff- move' の乗算を行い、入力した原音に対して、この係数 coeff- move' の値に応じた高周波成分または低周波成分の抑制を行う。すなわち、前述のように、移動速度（length- length -old ）の絶対値が大きくなり、しかもlength- length- old ＞0 ならば（音像が遠ざかっている場合）、係数 coeff- moveが値α2 に近づき、このときは、入力原音に対する高周波成分の抑制の程度が大きくなる。また、移動速度（length- length -old ）の絶対値が大きくなり、しかもlength- length- old ＜0 ならば（音像が近づいている場合）、係数 coeff- moveが値（−α2 ）に近づき、このときは、入力した原音に対する低周波成分の抑制の程度が大きくなる。反対に、移動速度（length- length -old ）の絶対値が小さくなると、係数 coeff- moveの値が値０に近づき、入力した原音に対する高周波成分または低周波成分の抑制の程度が小さくなる。言い換えれば、移動感付加用フィルタ１２ｂは、音像が遠ざかっている場合には、高周波成分の抑制を行い、しかもその抑制程度を、音像の移動速度が大きい程大きくしている。反対に、音像が近づいている場合には、低周波成分の抑制を行い、しかもその抑制程度を、音像の移動速度が大きい程大きくしている。
【００６０】
一般に、音源が遠ざかるときには、対数表示の音の周波数スペクトルが低域へシフトし、音源が近づくときには、対数表示の音の周波数スペクトルが高域へシフトする。移動感付加用フィルタ１２ｂは、この性質を模擬していることになる。
【００６１】
なお、乗算器１２ｂｂも、このフィルタがゲインを持ってしまうことを避けるために、値（１− coeff- move' ）を乗算している。
移動感制御フィルタ１２は１次のＩＩＲフィルタで十分であり、そのため、少ないデータ処理量および小さなメモリ容量で、音像の移動感の制御を行うことが可能となる。
【００６２】
なお、図１に示した強調手段１は図３に示したフィルタ係数強調装置に対応し、図１に示した記憶手段２は図２の係数記憶部２２に対応し、図１に示した音像定位フィルタ３は図２の音像定位フィルタ１４に対応し、図１に示した距離算出手段４は図２の距離計算部１８に対応し、図１に示した係数値決定手段５は図２の距離感制御フィルタ係数計算部１７に対応し、図１に示したローパスフィルタ６は図２の距離感制御フィルタ１１に対応し、図１に示した速度方向算出手段７は図２の移動感制御フィルタ係数計算部１９に対応し、図１に示した係数値決定手段８は図２の移動感制御フィルタ係数計算部１９に対応し、図１に示したフィルタ９は図２の移動感制御フィルタ１２に対応する。
【００６３】
つぎに、第２の実施の形態を説明する。
第２の実施の形態の構成は、基本的に第１の実施の形態の構成と同じであるので、第２の実施の形態の説明では第１の実施の形態の構成を流用し、異なる部分だけを以下に説明する。
【００６４】
第２の実施の形態では、第１の実施の形態のフィルタ係数強調装置のあとに、図１１に示すフィルタ係数計算装置を付加する。また、図２に示したフィルタ１４ａ，１４ｂの内部構成が異なる。
【００６５】
図１１は第２の実施の形態のフィルタ係数計算装置を示す図である。このフィルタ係数計算装置は、図３のフィルタ係数強調装置の出力である２つのインパルスレスポンスを個々に処理する装置である。図中、線形予測解析部２８には、予め測定等により求められた原音場における左右の耳に係る２つのインパルスレスポンスのうちのいずれか一方が入力される。線形予測解析部２８は、インパルスレスポンスに対して自己相関関数値の計算を行い、それを用いて線形予測係数bp1, bp2, ・・bpm を算出する。線形予測係数の計算は、例えばLevinson-Durbin 法を使用する。この算出された線形予測係数bp1, bp2, ・・bpm は、インパルスレスポンスの振幅スペクトルの極（山）を表すものである。
【００６６】
つぎに、ＩＩＲ形の合成フィルタ２９を用意し、この合成フィルタ２９の係数に、線形予測解析部２８により求められた線形予測係数bp1, bp2, ・・bpm を設定する。そして、合成フィルタ２９にインパルスを印加すると、合成フィルタ２９からは、極の特性を付加されたインパルスレスポンスが出力される。このインパルスレスポンスｘと、線形予測解析部２８に入力されたインパルスレスポンスａとを、誤差最小二乗法解析部３０へ入力する。
【００６７】
誤差最小二乗法解析部３０は、線形予測解析部２８に入力されたインパルスレスポンスの振幅スペクトルの零点（谷）を表すＦＩＲフィルタの係数bz0, bz1, ・・bzk を算出するものである。
【００６８】
インパルスレスポンスｘ（要素ｘ０，ｘ１，・・ｘｑで表す。ただしｑ≧１）と、インパルスレスポンスａ（要素ａ０，ａ１，・・ａｑで表す）と、係数bz0, bz1, ・・bzk との間には下記式（８）で示す関係がある。
【００６９】
【数８】
0003976360.tif 000003
【００７０】
この式（８）の左辺のインパルスレスポンスｘの行列をＸ、係数bz0, bz1, ・・bzk のベクトルをｂ、右辺のベクトルをａとすると、式（８）は次のようになる。
【００７１】
【数９】
ＸＢ＝ａ                                            ・・・(9)
両辺にＸT を乗算して
【００７２】
【数１０】
ＸT Ｘｂ＝ＸT ａ                                    ・・・(10)
したがって、
【００７３】
【数１１】
ｂ＝（ＸT Ｘ）-1ＸT ａ                              ・・・(11)
誤差最小二乗法解析部３０では、上記式（１１）に基づき、係数bz0, bz1, ・・bzk を算出する。また、誤差最小二乗法解析部３０で、最急降下法によって係数bz0, bz1, ・・bzk を算出するようにしてもよい。
【００７４】
フィルタ係数計算装置は、図３のフィルタ係数強調装置の出力である２つのインパルスレスポンスのうちの残りの一方に対しても上記の処理を行い、線形予測係数bp1, bp2, ・・bpm および係数bz0, bz1, ・・bzk を算出する。
【００７５】
図１２は、第１の実施の形態のフィルタ１４ａ，１４ｂに代わってそれぞれに使用する、第２の実施の形態のフィルタの内部構成を示す図である。両方とも同一の構成であるので、一方のみを示す。
【００７６】
すなわち、ＩＩＲ形のフィルタ３１とＦＩＲ形のフィルタ３２との直列回路からなり、フィルタ３１の係数に、線形予測解析部２８で求められた線形予測係数bp1, bp2, ・・bpm が設定され、フィルタ３２の係数に、誤差最小二乗法解析部３０で求められた係数bz0, bz1, ・・bzk が設定される。
【００７７】
以上のように、第１の実施の形態のフィルタ１４ａ，１４ｂに代わって、図１２で示すフィルタをそれぞれ使用することにより、フィルタのタップ数を数百〜数千から大幅に減少させることができる。なお、この第２の実施の形態は、第１の実施の形態に、本願と同一の出願人による特願平７−２３１７０５号の発明を組み合わせたものとなる。
【００７８】
つぎに、第３の実施の形態を説明する。
図１３は、第３の実施の形態に係る立体音響処理装置の全体構成図である。第３の実施の形態の構成は、基本的には第１の実施の形態の構成と同じであるので、同一構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００７９】
第３の実施の形態では、再生音場においてスピーカ３３，３４を使用する。この場合、音像定位フィルタ３６は２つのフィルタ３６ａ，３６ｂから構成され、それらの各伝達関数ＴL ，ＴR は下記式（１２ａ），（１２ｂ）で表される。ただし、２つのスピーカ３３，３４が聴取者３５に対して対称な位置にあるとする。
【００８０】
【数１２】
ＴL ＝（ＳL ＬL −ＳR ＬR ）／（ＬL 2 −ＬR 2 ）        ・・・（12a)
ＴR ＝（ＳR ＬL −ＳL ＬR ）／（ＬL 2 −ＬR 2 ）        ・・・（12b)
ここで、ＳL ，ＳR は、第１の実施の形態と同様に、原音場における音源から左右の耳の鼓膜までの各経路の音響特性を表す頭部伝達関数である。また、ＬL ，ＬR は、Ｌｃｈスピーカ３３から聴取者３５の左右の耳の鼓膜までの各経路の音響特性を表す頭部伝達関数である。
【００８１】
伝達関数ＴL ，ＴR の中の頭部伝達関数ＳL ，ＳR に対して、第１の実施の形態と同じフィルタ係数強調装置で作成された係数群が、音像位置に応じて係数記憶部２２から読み出されて設定される。
【００８２】
第３の実施の形態のような、スピーカ３３，３４を使用した再生音場でも、フィルタ係数強調装置で作成された係数群がフィルタ３６ａ，３６ｂに設定されることにより、第１の実施の形態と同じように、音像の前後の定位特性を向上させることができる。
【００８３】
また、第１〜３の実施の形態で、頭部伝達関数の両耳間差の強調の程度を音像定位の位置によって変えるようにしてもよい。例えば、図９のαMAX の値を音像位置によって変化させればよい。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、強調手段が、原音場における両耳に至る経路のインパルスレスポンスの差を強調する。また、音像定位フィルタは、原音場に音響特性の付加及び原音から再生音場の音響特性の除去を行う。これにより、音像の前後の定位特性を向上させ、かつ音質を向上させることが可能となる。
【００８５】
また、係数値決定手段が、再生音場における聴取者と音像との距離に応じてローパスフィルタの係数値を決定する。つまり、音像が遠くにあればある程、高い周波数成分が抑制されて音が聞こえるので、これを模擬するために、ローパスフィルタを使用するとともに、音像から聴取者までの距離に応じて、ローパスフィルタの高周波成分の抑制の度合いを変化させるようにする。ここで使用されるローパスフィルタは１次のＩＩＲフィルタで十分である。かくして、少ないデータ処理量および小さなメモリ容量で、音像の距離感の制御を行うことが可能となる。
【００８６】
さらにまた、係数値決定手段が、音像の移動速度および移動方向に応じてフィルタの係数値を決定する。音像が近づくときには、このフィルタをハイパスフィルタとして使用して低い周波数成分を抑制し、音像が遠ざかるときには、このフィルタをローパスフィルタとして使用して高い周波数成分を抑制するようにする。しかも、音像の移動速度が速くなる程、抑制の度合いを深めるように、フィルタの係数値を決定する。ここで使用されるフィルタは１次のＩＩＲフィルタで十分である。かくして、少ないデータ処理量および小さなメモリ容量で、音像の移動感の制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  原理説明図である。
【図２】第１の実施の形態に係る立体音響処理装置の全体構成図である。
【図３】係数記憶部に格納される複数の係数値群を作成するためのフィルタ係数強調装置を示す図である。
【図４】距離感制御フィルタの内部構成を示す図である。
【図５】移動感制御フィルタの内部構成を示す図である。
【図６】係数記憶部の内部のメモリ配置状態を示す図である。
【図７】前方左６０°に音源がある場合の振幅スペクトルＡＬ（ω），ＡＲ（ω）を示す図である。
【図８】強調された第２の振幅スペクトルＡＬ2 ( ω）を示す図である。
【図９】角速度ωに応じて変化する値α（ω）を示す図である。
【図１０】変数α（ω）を使用した場合に得られる強調後の第２の振幅スペクトルＡＬ2 ( ω）を示す図である。
【図１１】第２の実施の形態のフィルタ係数計算装置を示す図である。
【図１２】原音場の音響特性を付加するための第２の実施の形態のフィルタの内部構成を示す図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る立体音響処理装置の全体構成図である。
【図１４】音源と聴取者とからなる原音場の一例を示す図である。
【図１５】ヘッドホンを用いた再生音場の従来の一例を示す図である。
【図１６】ＦＩＲ形フィルタの構成を示す図である。
【図１７】音声データを記憶するリングバッファを示す図である。
【符号の説明】
１  強調手段
２  記憶手段
３  音像定位フィルタ
４  距離算出手段
５  係数値決定手段
６  ローパスフィルタ
７  速度方向算出手段
８  係数値決定手段
９  フィルタ
【図１】
0003976360.tif 000004
【図２】
0003976360.tif 000005
【図３】
0003976360.tif 000006
【図４】
0003976360.tif 000007
【図５】
0003976360.tif 000008
【図６】
0003976360.tif 000009
【図７】
0003976360.tif 000010
【図８】
0003976360.tif 000011
【図９】
0003976360.tif 000012
【図１０】
0003976360.tif 000013
【図１１】
0003976360.tif 000014
【図１２】
0003976360.tif 000015
【図１３】
0003976360.tif 000016
【図１４】
0003976360.tif 000017
【図１５】
0003976360.tif 000018
【図１６】
0003976360.tif 000019
【図１７】
0003976360.tif 000020