(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのマイクによって収音された２チャンネルのステレオディジタル信号を、それぞれ所定時間幅の時間信号として切り出す信号切出手段、
信号切出手段によって切り出された各チャンネルの所定時間幅の信号を、それぞれ周波数軸の信号に変換する時間−周波数変換手段、
時間−周波数変換手段によって得られる２チャンネルの信号間の位相の主値を算出する位相検出手段、
時間−周波数変換手段によって得られる２チャンネルの信号、位相検出手段によって算出された２チャンネルの信号間の位相の主値およびあらかじめ設定された音場の伸縮率に基づいて、音像発生範囲を伸縮する音像伸縮手段、
音像伸縮手段の出力、あらかじめ設定された移動回転角度および上記２つのマイクの間隔に基づいて、音像を移動させる音像移動手段、
音像移動手段から出力される各チャンネルの信号を、それぞれ時間軸の信号に変換する周波数−時間軸変換手段、ならびに
周波数−時間軸変換手段によって得られる各チャンネルの所定時間幅の信号を、チャンネル信号毎に接続する合成手段、
を備えているステレオ音像制御装置。
【請求項２】
２つのマイクによって収音された２チャンネルのステレオ信号をそれぞれディジタル信号に変換するＡＤ変換手段、
ＡＤ変換手段によって得られた各チャンネルのディジタル信号を、それぞれ所定時間幅の時間信号として切り出す信号切出手段、
信号切出手段によって切り出された各チャンネルの所定時間幅の信号を、それぞれ周波数軸の信号に変換する時間−周波数変換手段、
時間−周波数変換手段によって得られる２チャンネルの信号間の位相の主値を算出する位相検出手段、
時間−周波数変換手段によって得られる２チャンネルの信号、位相検出手段によって算出された２チャンネルの信号間の位相の主値およびあらかじめ設定された音場の伸縮率に基づいて、音像発生範囲を伸縮する音像伸縮手段、
音像伸縮手段の出力、あらかじめ設定された移動回転角度および上記２つのマイクの間隔に基づいて、音像を移動させる音像移動手段、
音像移動手段から出力される各チャンネルの信号を、それぞれ時間軸の信号に変換する周波数−時間軸変換手段、ならびに
周波数−時間軸変換手段によって得られる各チャンネルの所定時間幅の信号を、チャンネル信号毎に接続する合成手段、
を備えているステレオ音像制御装置。
【請求項３】
多対地間通話システムにおける対地側装置において、通話相手対地毎に設けられたステレオ音像制御装置、各ステレオ音像制御装置から出力される左チャンネル信号を加算して第１のスピーカに出力する第１加算器、各ステレオ音像制御装置から出力される右チャンネル信号を加算して第２のスピーカに出力する第２加算器を備えており、各ステレオ音像制御装置としては請求項１に記載のものが用いられており、各ステレオ音像制御装置には、再生音像範囲が通話相手対地ごとに分割されるように、音場の伸縮率と移動回転角度が設定されていることを特徴とする多対地間通話システムにおける対地側装置。
【請求項４】
多対地間通話システムにおける対地側装置において、通話相手対地毎に設けられたステレオ音像制御装置、各ステレオ音像制御装置から出力される左チャンネル信号を加算して第１のスピーカに出力する第１加算器、各ステレオ音像制御装置から出力される右チャンネル信号を加算して第２のスピーカに出力する第２加算器を備えており、各ステレオ音像制御装置としては請求項２に記載のものが用いられており、各ステレオ音像制御装置には、再生音像範囲が通話相手対地ごとに分割されるように、音場の伸縮率と移動回転角度が設定されていることを特徴とする多対地間通話システムにおける対地側装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、左右２チャンネル信号を用いて、音像発生範囲を伸縮したり、音像位置を移動したりするためのステレオ音像制御装置に関し、例えば、２ヶ所以上の互いに異なる対地が２チャンネル伝送路で相互に接続されている通話システムにおいて、２チャンネルステレオ再生により、話者の音像定位をそれぞれ変えることにより、通話相手が誰であるのかを容易に知覚できるようになる高臨場感遠隔会議での音像定位通話システムに適用できるステレオ音像制御装置に関する。また、この発明は、多対地間通話システムにおける対地側装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音像発生範囲を伸縮させる技術に関する文献としては、「Michael A. GERZON:"Applications of Blumleion Schuffling to Stereo Microphone Techniques",J.Audio Eng.Soc., Vol.42, No.6,pp.435-453,1994 」がある。
【０００３】
この文献では、ブラムライン(Blumlein)が提唱したシャッフル技術を用いて、２つのマイク間の音波の到達時間をステレオスピーカ間の振幅差に変換すること、および様々な音像を拡大縮小（伸縮）させることについて述べられている。その中の一例をとって、以下に説明する。
【０００４】
図１は、ブラムライン・シャッフリングと呼ばれる動作原理を用いて音像を伸縮させるための音像制御回路の構成を示している。
【０００５】
左マイク１と右マイク２とは、間隔ｄ（≒２０ｃｍ）をおいて配置されている。左マイク１によって得られた左チャンネルの入力信号Ｌと、右マイク２によって得られた右チャンネルの入力信号Ｒとは、第１の和差回路３に入力される。第１の和差回路３は、両チャンネルの入力信号Ｌ、Ｒの和に１／√２を乗算した信号Ｍ（＝（Ｌ＋Ｒ）／√２）と、両チャンネルの入力信号Ｌ、Ｒの差に１／√２を乗算した信号Ｓ（＝（Ｒ−Ｌ）／√２）とを出力する。
【０００６】
信号Ｓは、ハイパスフィルタ４を介して、時定数τをもった利得等化器５に入力される。利得等化器５の特性は、１＋１／（ｊωτ）である。信号Ｍは、ハイパスフィルタ４と同じ位相を有しかつ利得が１の移相器６に入力される。
【０００７】
利得等化器５の出力信号Ｓ’と、移相器６の出力信号Ｍ’とは、第２の和差回路７に入力される。第２の和差回路７は、両信号Ｓ’、Ｍ’の差に１／√２を乗算した信号Ｌ’（＝（Ｍ’−Ｓ’）／√２）と、両信号Ｓ’、Ｍ’の和に１／√２を乗算した信号Ｒ’（＝（Ｍ’＋Ｓ’）／√２）とを出力する。
【０００８】
図１に示した音像制御回路では、マイク１、２に入力された信号の位相差をＴとしたときに時定数τを変化させ、これによって出力信号Ｌ’、Ｒ’に振幅差を生じさせることにより、音像発生範囲を変化させている。ハイパスフィルタ４は、利得等化器５が低域では利得を生じるので、これを補正するために設けられている。また、ハイパスフィルタ４と利得等価器５とによって、信号Ｓ’と信号Ｍとの間に位相差が生じるので、それらの信号の位相差をなくすために、移相器６が挿入されている。
【０００９】
この音像制御回路では、各チャンネル信号の振幅はそれぞれ対処的な方法で処理されているので、振幅成分に歪みが生じる。このため、得られる音声の品質は櫛形フィルタを通過したような響きのある音質となり、音の明瞭性に欠けるといった欠点を有していた。
【００１０】
次に、従来のステレオ対向通話システムを、図２を用いて説明する。
【００１１】
Ａ対地とＢ対地とがステレオ対向通話システムを構成しているとすると、Ａ対地の左マイク１１および右マイク１２は、それぞれＢ対地の右スピーカ２４および左スピーカ２３に接続され、Ｂ対地の左マイク２１および右マイク２２は、それぞれＡ対地の右スピーカ１４および左スピーカ１３に接続されている。
【００１２】
この場合、Ａ対地においてスピーカ１３、１４からマイク１１、１２に回り込む音響エコー経路によって複数のループが形成され、またＢ対地においてスピーカ２３、２４からマイク２１、２２に回り込む音響エコー経路によって複数のループが形成され、音量を上げるとエコーが発生し、さらに最悪の場合にはハウリングを生じることになる。
【００１３】
図３は、エコー消去やハウリング防止のために、エコー消去装置を導入した場合のＢ対地側の構成を示している。
【００１４】
ステレオ多対地用のエコー消去装置に関する参考文献としては、「藤井哲郎、島田正治：”多チャンネル適応ディジタルフィルタ”、電子通信学会論文誌、Vol.J69-1,No.10,pp.1226 〜1233,1986(10) 」がある。
【００１５】
スピーカ２４から放射された音波はマイク２２、２１に入射するので、その音響エコーを消去するために、音響エコー消去装置３１、３２がそれぞれ必要となる。同様に、スピーカ２３から放射された音波はマイク２１、２２に入射するので、その音響エコーを消去するために、音響エコー消去装置３３、３４がそれぞれ必要となる。従って、総計４つの音響エコー消去装置が必要となる。
【００１６】
図４および図５は、このステレオ対向通話システムを３対地間の通話システムに拡張した場合の構成例を示している。
【００１７】
通常、このようなシステムでは、各対地において、他の対地の画像も送られて表示されることが多い。例えば、Ｂ対地においてＡ2 対地の画像が画面の左側に、Ａ1 対地の画像が画面の右側に表示される。
【００１８】
この例では、各対地での音響エコー消去装置の数を極力少なくするために、各対地毎に加算器７１を設けて、各対地でのスピーカの数を減らしている。この場合には、図５に示すように、Ｂ対地においては、マイク６１には３つのスピーカ６３、６４、６５からの音響エコーが入射し、マイク６２にもまた３つのスピーカ６３、６４、６５からの音響エコーが入射するので、計６つの音響エコー消去装置７２〜７７が必要となる。
【００１９】
このように、図３に示す対向通話システムでは１対地当たり音響エコー消去装置が４つ必要となり、また図５に示す３対地間の通話システムでは１対地当たり音響エコー消去装置が６つ必要となり、対地が１つ増加する毎に１対地当たりの音響エコー消去装置数が２ずつ増加することになる。つまり、対地数をｎとすると、１対地当たりに必要な音響エコー消去装置の数は２ｎとなる。従って、このようなシステム構成では音響エコー消去装置の増加を招き、コストが嵩む。
【００２０】
さらに、ステレオ対向通話システムでは受聴者にとって、通常２つのスピーカと受聴者とが正三角形の頂点に配置されることがもっとも望ましいとされている。図６は、図４のＢ対地におけるスピーカ配置と受聴者の位置関係の例を示している。図６において、ハッチングは、音像発生範囲を示している。
【００２１】
３対地の例においては、図６に示すように、左右分離した位置にそれぞれ３つのスピーカ６３、６４、６５を配置しなければならない。本来スピーカ６５と６４とは、中央の受聴者に対して開口角度６０度の位置にあり、中央の受聴者とそれらのスピーカとが正三角形の頂点に配置されることが最も望ましいが、多対地ではＡ1 対地用の２つのスピーカ６５、６４とＡ2 対地用の２つのスピーカ６３、６４とを３０度ずつ空間分割して配置しなければばらなくなる。
【００２２】
このため、２つのスピーカ６５、６４を、受聴者に対して正面と右３０度の位置に設置しなければならない。したがって、２つのスピーカを対称配置して受聴すべきところが、非対称配置して受聴せざるを得なくなる。このようなスピーカ配置に対する検討は既に、参考文献「高橋哲也、穂刈治英、島田正治”非対称スピーカ配置の音像定位感に関する一検討”、信学技法、EA96-55,pp.25-31,1996.10」でなされている。この参考文献では、スピーカ６５、６４を図６のように配置した場合には、音像定位はスピーカ６５の方向に移動して知覚することが証明されている。従って、相手画像と一緒に形成されているシステムでは、画面に投影された相手画像の位置と音像の位置とが一致しなくなり、受聴者にとって奇異を感じてしまう。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来技術であるブラムライン・シャッフル技術を用いると音質が劣化し、通話の明瞭性に欠けるという欠点がある。また、多対地間通話システムにステレオ対向通話システムを適用すると、音響エコー消去装置の必要台数が増加し、システムが高価となるとともに、音声にあわせて画像をも伝送するシステムの場合、音像定位位置と画像表示位置とが一致しなくなるという欠点がある。
【００２４】
この発明は、音像範囲の伸縮・回転をディジタル信号処理により、実時間に近い処理で演算できかつ音質劣化がほとんどないステレオ音像制御装置を提供することを目的とする。
【００２５】
また、この発明は、３以上の多対地間通話システムを各対地で２つのスピーカで実現せしめ、多数必要とした音響エコー消去装置を対向通話システムにおけるエコー消去装置と同数（４個）に減少させることができるステレオ音像制御装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ステレオ音像制御装置において、２つのマイクによって収音された２チャンネルのステレオディジタル信号を、それぞれ所定時間幅の時間信号として切り出す信号切出手段、信号切出手段によって切り出された各チャンネルの所定時間幅の信号を、それぞれ周波数軸の信号に変換する時間−周波数変換手段、時間−周波数変換手段によって得られる２チャンネルの信号間の位相の主値を算出する位相検出手段、時間−周波数変換手段によって得られる２チャンネルの信号、位相検出手段によって算出された２チャンネルの信号間の位相の主値およびあらかじめ設定された音場の伸縮率に基づいて、音像発生範囲を伸縮する音像伸縮手段、音像伸縮手段の出力、あらかじめ設定された移動回転角度および上記２つのマイクの間隔に基づいて、音像を移動させる音像移動手段、音像移動手段から出力される各チャンネルの信号を、それぞれ時間軸の信号に変換する周波数−時間軸変換手段、ならびに周波数−時間軸変換手段によって得られる各チャンネルの所定時間幅の信号を、チャンネル信号毎に接続する合成手段を備えていることを特徴とする。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、ステレオ音像制御装置において、２つのマイクによって収音された２チャンネルのステレオ信号をそれぞれディジタル信号に変換するＡＤ変換手段、ＡＤ変換手段によって得られた各チャンネルのディジタル信号を、それぞれ所定時間幅の時間信号として切り出す信号切出手段、信号切出手段によって切り出された各チャンネルの所定時間幅の信号を、それぞれ周波数軸の信号に変換する時間−周波数変換手段、時間−周波数変換手段によって得られる２チャンネルの信号間の位相の主値を算出する位相検出手段、時間−周波数変換手段によって得られる２チャンネルの信号、位相検出手段によって算出された２チャンネルの信号間の位相の主値およびあらかじめ設定された音場の伸縮率に基づいて、音像発生範囲を伸縮する音像伸縮手段、音像伸縮手段の出力、あらかじめ設定された移動回転角度および上記２つのマイクの間隔に基づいて、音像を移動させる音像移動手段、音像移動手段から出力される各チャンネルの信号を、それぞれ時間軸の信号に変換する周波数−時間軸変換手段、ならびに周波数−時間軸変換手段によって得られる各チャンネルの所定時間幅の信号を、チャンネル信号毎に接続する合成手段を備えていることを特徴とする。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、多対地間通話システムにおける対地側装置において、通話相手対地毎に設けられたステレオ音像制御装置、各ステレオ音像制御装置から出力される左チャンネル信号を加算して第１のスピーカに出力する第１加算器、各ステレオ音像制御装置から出力される右チャンネル信号を加算して第２のスピーカに出力する第２加算器を備えており、各ステレオ音像制御装置としては請求項１に記載のものが用いられており、各ステレオ音像制御装置には、再生音像範囲が通話相手対地ごとに分割されるように、音場の伸縮率と移動回転角度が設定されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項４に記載の発明は、多対地間通話システムにおける対地側装置において、通話相手対地毎に設けられたステレオ音像制御装置、各ステレオ音像制御装置から出力される左チャンネル信号を加算して第１のスピーカに出力する第１加算器、各ステレオ音像制御装置から出力される右チャンネル信号を加算して第２のスピーカに出力する第２加算器を備えており、各ステレオ音像制御装置としては請求項２に記載のものが用いられており、各ステレオ音像制御装置には、再生音像範囲が通話相手対地ごとに分割されるように、音場の伸縮率と移動回転角度が設定されていることを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図７〜図９を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
〔１〕ステレオ音像制御装置の構成の説明
【００３２】
図７は、本発明のステレオ音像制御装置の構成を示している。
【００３３】
左右２チャンネルの音声信号Ｒ、Ｌは、それぞれＡＤ変換器８１R 、８１L に送られ、ディジタル信号に変換される。両チャンネルのディジタル信号は、それぞれ時間窓分解回路８２R 、８２L に入力される。
【００３４】
各時間窓分解回路８２R 、８２L は、ある時間の長さごとにシフトしながら、入力信号に時間窓を乗じることにより、所定時間幅の信号を切り出す。切り出した各チャンネルの信号は、フーリエ変換（ＤＦＴ）回路８３R 、８３L に入力される。各ＤＦＴ回路８３R 、８３L は、入力された時間軸の信号を周波数軸の信号に変換する。
【００３５】
各ＤＦＴ回路８３R 、８３L から出力される周波数軸の信号ＸA R （ω） 、ＸA L （ω）は、２チャンネル間の位相差の主値（φ（ω）＝Arg(ＸA R （ω）/ ＸA L （ω）) を求めるための位相検出回路８４に入力される。
【００３６】
位相検出回路８４の出力Φ（ω）は、各ＤＦＴ回路８３R 、８３L から出力される周波数軸の信号ＸA R （ω） 、ＸA L （ω）とともに、音像発生範囲を制御するための音像伸縮回路８５に入力される。そして、音像伸縮回路８５の出力は、音像発生位置を制御するための音像移動回路８６に入力される。なお、音像伸縮回路８５および音像移動回路８６の構成については後述する。
【００３７】
音像移動回路８６から出力される２チャンネルの周波数軸の信号は、それぞれ逆フーリエ変換回路（ＩＤＦＴ）８７R 、８７L に送られ、時間軸の信号に変換される。各ＩＤＦＴ８７R 、８７L によって得られた所定時間幅の信号は、それぞれ時間窓合成回路８８R 、８８L に送られる。
【００３８】
各時間窓合成回路８８R 、８８L は、入力する所定時間区切りの信号を時刻を併せて合成する。各時間窓合成回路８８R 、８８L によって得られたディジタル信号は、それぞれＤＡ変換器８９R 、８９L に送られ、アナログ信号Ｒ',Ｌ’に変換されて出力される。
【００３９】
〔２〕ステレオ音像制御装置の基本的な動作原理の説明
【００４０】
ステレオ音像制御装置の基本的な動作原理について説明する。以下の説明において、明細書で用いられる記号 " smal " 、" ＊" および" ∧" は、次のような規則に基づいて使用されているものとする。
【００４１】
" smal " ：ギリシア文字を添字として使用する場合に、そのギリシア文字の前にこの記号 smal を付す。例えば、文字Ｈにαを添字として付ける場合には、Ｈsmalαと表現する。
【００４２】
" ＊" ：ゴシック体の文字（ベクトルを表す文字）を表す場合に、その文字の前側にこの記号＊を付す。例えば、文字ｈがゴシック体である場合には、＊ｈと表現する。
【００４３】
" ∧" ：  上側にハットが付けられている文字については、その文字の前側にこの号∧を付す。例えば、文字Ｈの上側にハットが付けられている場合には、∧Ｈと表現する。
【００４４】
図８は、音像の伸縮移動回転を理論的に説明するための図である。図８において、１、２は左右のマイクであり、Ｓは音源信号をフーリエ変換したものを表している。
【００４５】
自由音場において、理想的な点音源と音響的に透明な無指向性のマイクとを想定すると、音源からマイクまでの音圧の伝達特性は、伝搬遅延とレベル減衰のみの特性に近似できる。これを伝達関数で表現すると次式（１）で与えられる。
【００４６】
【数１】
0003905364.tif 000002
【００４７】
ここで、ｕは点音源からマイクまでの距離〔ｍ〕、ｃは音速である。伝搬特性が上記式（１）で与えられる場合、図８において、音源の位置情報は、２個のマイク１、２への音波の到達時間差と、２個のマイク１、２の存在する位置でのレベル減衰の差として表現されることになる。
【００４８】
図８（ａ）に示すように、音源の位置が、両マイク１、２間の中心位置までの距離ｕ＞０と、両マイク１、２間の中心位置に対する入射角度α∈［−π／２，π／２］によって規定される座標系を考える。このような座標系において、音源から２個のマイク１、２までの音圧の伝達関数＊ｈsmalα＝（Ｈsmalα R，Ｈsmalα L）T は、２つのマイク１、２間の中心を原点として考えると、その相対的な伝搬遅延から、次式（２）のように表現できる。
【００４９】
【数２】
0003905364.tif 000003
【００５０】
音場に音源が１つしかないとすれば、マイク１、２への入力信号＊ｘsmalα＝（ＸsmalαR , ＸsmalαL ）T は、次式（３）に示すようになる。
【００５１】
【数３】
0003905364.tif 000004
【００５２】
ここで、Ｓは上述したように音源の信号をフーリエ変換したものを示している。上記式（２）、（３）より、２個のマイク１、２への入力信号は、入射角度αに依存した時間差を持つことがわかる。また、音源がマイク１、２から遠方にある場合には、２個のマイク１、２への入力信号は、レベル差を持たないことがわかる。
【００５３】
すなわち、音源の位置情報は、ほとんどの場合、時間差に集約されることがわかる。ここでさらに、上記式（２）においてsin αを−π／２からπ／２まで直線近似すると、時間差τsmalαと入射角度αは、次式（４）に示すように、線形の関係とみなすことができる。
【００５４】
【数４】
0003905364.tif 000005
【００５５】
標準的なステレオ受聴において、ステレオ信号の時間差と知覚される音像位置との関係は、信号の種類によって若干変化するものの、大まかに言えば、音像位置は、信号が早く放射されたスピーカの方に知覚され、時間差が大きくなればなるほどその偏りが大きくなる。
【００５６】
このような知見と上記式（４）とを考慮すると、入射角度αの変化は、再生側の音像定位の変化に、ほぼ直線的に対応すると考えられる。
【００５７】
以上の考察に基づき、この入射角度αを、２個のマイク１、２で集音される音場の位置を表現する１次元パラメータとする。
【００５８】
次に音場の伸縮と移動を、次式（５）で示すαからβへの入射角度の変換で定義する。ここでβは、仮想音場での音源の位置（入射角度）を示している。
【００５９】
【数５】
0003905364.tif 000006
【００６０】
ここで、κ（＝θsmalβ／θsmalα）は音場の伸縮率で、θは音場の移動量（移動回転角度）である。つまり、収音側の音源位置を移動させた仮想音場を創成することで、再生側の音像発生範囲を制御する。
【００６１】
図８は原音場座標系から仮想音場座標系への変換のイメージを示している。上記式（４）の近似を用いれば、上記式（５）に示される入射角の変換は、上記式（２）で示される原音場の伝達関数＊ｈsmalαを次式（６）に示すような仮想音場の伝達関数＊ｈsmalβ＝（ＨsmalβR , Ｈsmalβ L）T に変換することに等しい。
【００６２】
【数６】
0003905364.tif 000007
【００６３】
ここで、τsmalβは、次式（７）で表される。
【００６４】
【数７】
0003905364.tif 000008
【００６５】
上記式（６）の変換は、次式（８）のように表現できる。
【００６６】
【数８】
0003905364.tif 000009
【００６７】
ここで、＊Ｔsmalθは次式（９）で表され、Ｋsmalκ｛＊ｈsmalα｝は、次式（１０）で表される。
【００６８】
【数９】
0003905364.tif 000010
【００６９】
すなわち、音場の伸縮は伝達関数＊ｈsmalαの線形スケーリングＫsmalκ｛＊ｈsmalα｝で実現され、音像の移動は線形スケーリングした伝達関数Ｋsmalκ｛＊ｈsmalα｝を＊Ｔsmalθで線形変換することで実現される。
【００７０】
音場に音源がＮ個あって、その音源をＳk （ｋ＝１，２，…Ｎ）とし、これらの音源から左右マイクまでの原音場における伝達関数を＊ｈsmalαk ＝（Ｈsmalαk R , Ｈsmalαk L ）T とすれば、原音場を録音した場合のマイクへの入力信号＊ｘA ＝（ＸA R , Ｘ AL ) T は次式（１１）のようになる。
【００７１】
【数１０】
0003905364.tif 000011
【００７２】
ここで、＊ｈA および＊ｓは、次式（１２）で表される。
【００７３】
【数１１】
0003905364.tif 000012
【００７４】
同様に、Ｎ個の音源Ｓk ( ｋ＝１，２，…Ｎ）から左右マイクまでの仮想音場における伝達関数を＊ｈsmalβk ＝（Ｈsmalβk R , Ｈsmalβk L ）T とすれば、仮想音場を録音した場合のマイクへの入力信号＊ｘB ＝（ＸB R , Ｘ BL ) T は次式（１３）のようになる。
【００７５】
【数１２】
0003905364.tif 000013
【００７６】
ここで、＊ｈB は、次式（１４）で表される。
【００７７】
【数１３】
0003905364.tif 000014
【００７８】
仮想音場の伝達関数＊ｈsmalβk ＝（Ｈsmalβk R , Ｈsmalβk L ）T ( ｋ＝１，２，…Ｎ）は原音場の伝達関数＊ｈsmalαk ＝（Ｈsmalαk R , Ｈsmalαk L ）T を、それぞれ上記式（８）のように変換したものであるから、＊ｈB は次式（１５）のように表すことができる。
【００７９】
【数１４】
0003905364.tif 000015
【００８０】
ここで、Ｋsmalκ｛＊ｈA ｝は、次式（１６）で表される。
【００８１】
【数１５】
0003905364.tif 000016
【００８２】
従って、仮想音場を録音した場合のマイクへの入力信号＊ｘB ＝（ＸB R , ＸB L ) T も、次式（１７）のように表すことができる。
【００８３】
【数１６】
0003905364.tif 000017
【００８４】
すなわち、音場に複数の音源が存在する場合における仮想音場創成の問題は、上記式（１１）の入力信号から上記式（１７）を得る問題に帰着する。
【００８５】
従って、最初に＊ｈA ・＊ｓからＫsmalκ｛＊ｈA ｝・＊ｓのような変換を行い、その次に回転移動の＊Ｔsmalθをベクトルに掛け合わせればよい。そこで、図７に示す音像制御回路では、音像伸縮回路８５が音像移動回路８６の前段に設けられているのである。
【００８６】
つまり、音像伸縮回路８５は、＊ｈA ・＊ｓからＫsmalκ｛＊ｈA ｝・＊ｓのような変換を行う。その後、音像移動回路８６は、音像伸縮回路８５の出力信号に＊Ｔsmalθを乗算する。なお、音像伸縮回路８５には、音場の伸縮率κが予め設定される。また、音像移動回路８６には、移動回転角θが予め設定される。
【００８７】
〔３〕音像伸縮回路８５の説明
音像伸縮回路８５は、乗算器１０１R 、１０１L 、１０２R 、１０２L 、１０３R 、１０３L 、１０４R 、１０４L 、１０５R 、１０５L 、１０６R 、１０６L 、１０７R 、１０７L 、演算器１０２R 、１０２L 、１０３R 、１０３L および加算器１０８R 、１０８L から構成されている。
【００８８】
乗算器１０１R は、位相検出回路８４の出力Φ（ω）に（１＋κ）／２を乗算する。乗算器１０１L は、位相検出回路８４の出力Φ（ω）に（１−κ）／２を乗算する。
【００８９】
演算器１０２R は、乗算器１０１L の出力ｑを用いて、ｅ-jq を演算する。演算器１０３R は、乗算器１０１R の出力ｐを用いて、ｅ-jp を演算する。演算器１０２L は、乗算器１０１R の出力ｐを用いて、ｅ+jp を演算する。演算器１０３L は、乗算器１０１L の出力ｑを用いて、ｅ+jq を演算する。
【００９０】
乗算器１０４R は、ＤＦＴ８３R の出力ＸA R （ω）にｅ-jq を乗算する。乗算器１０５R は、ＤＦＴ８３R の出力ＸA R （ω）にｅ-jp を乗算する。乗算器１０４L は、ＤＦＴ８３L の出力ＸA L （ω）にｅ+jp を乗算する。乗算器１０５L は、ＤＦＴ８３L の出力ＸA L （ω）にｅ+jq を乗算する。
【００９１】
乗算器１０６R は、乗算器１０４R の出力  ＸA R （ω）・ｅ-jq に（１＋κ）／２を乗算する。乗算器１０７R は、乗算器１０５R の出力  ＸA R （ω）・ｅ-jp に（１−κ）／２を乗算する。乗算器１０６L は、乗算器１０４L の出力ＸA L （ω）・ｅ+jp に（１−κ）／２を乗算する。乗算器１０７L は、乗算器１０５L の出力  ＸA L （ω）・ｅ+jq に（１＋κ）／２を乗算する。
【００９２】
加算器１０８R は、乗算器１０６R の出力ＸA R （ω）・｛（１＋κ）／２｝・ｅ-jq と、乗算器１０６L の出力ＸA L （ω）・｛（１−κ）／２｝・ｅ+jp とを加算する。加算器１０８L は、乗算器１０７R の出力ＸA R （ω）・｛（１−κ）／２｝・ｅ-jp と、乗算器１０７L の出力ＸA L （ω）・｛（１＋κ）／２｝・ｅ+jq とを加算する。
【００９３】
音像伸縮回路８５の動作原理について説明する。
【００９４】
上記式（１７）の伸縮の項、すなわち、｛＊ｈA ｝・＊ｓからＫsmalκ｛＊ｈA ｝・＊ｓへの変換は＊ｈA と＊ｓの情報を必要とするために、実現が困難であるので近似を考えることにする。
【００９５】
この変換は伝達関数＊ｈa の変換である。例えば、複数の音源が存在する場合の入力信号＊ｘA を２行２列の行列＊Ｋで線形変換すると、次式（１８）が得られる。
【００９６】
【数１７】
0003905364.tif 000018
【００９７】
これは、次式（１９）に示すように、原音場における複数の伝達関数をそれぞれ線形変換することと等価である。
【００９８】
【数１８】
0003905364.tif 000019
【００９９】
上記式（１９）において、∧＊ｈB は、次式（２０）で表される。
【０１００】
【数１９】
0003905364.tif 000020
【０１０１】
この実施の形態における音像伸縮回路８５では、伝達関数の式（１０）の線形スケーリングを厳密に行う代わりに、インパルス応答におけるエネルギーの中心の平均、つまり平均時間の変換で代用している。このような変換は後で示すように線形変換で実現できるが、左右信号の干渉によりスペクトル構造に変化を与えてしまうため、音色が変化する。そこで、ステレオ信号の全体的な音色を変化させないために、この線形変換を信号に依存して適応的に処理する。
【０１０２】
今、行列＊Ｋsmalκ, smalΦにより、伝達関数＊ｈsmalαを∧＊ｈsmalβ＝（∧ＨsmalβR , ∧ＨsmalβL ) へ変換することを考えると、この変換は次式（２１）で表される。
【０１０３】
【数２０】
0003905364.tif 000021
【０１０４】
ここで、＊Ｋsmalκ, smalΦは次式（２２）、（２３）で表される。
【０１０５】
【数２１】
0003905364.tif 000022
【０１０６】
なお、図７の音像伸縮回路８５は上記式（１８）の演算を行っている。式（１８）の＊Ｋとしては式（２２）の＊Ｋsmalκ,smal Φが用いられる。つまり、音像伸縮回路８５内の乗算器１０１R は、｛（１＋κ）／２｝×Φ（ω）＝ａΦ（ω）＝ｐを、つまり、式（２２）内のａΦ（ω）を算出している。同様に、乗算器１０１L は、｛（１−κ）／２｝×Φ（ω）＝ｂΦ（ω）＝ｑを、つまり、式（２２）内のｂΦ（ω）を算出している。
【０１０７】
演算器１０２R はexp(−ｊｑ) ＝exp(−ｊｂΦ（ω）) を、演算器１０３R はexp(−ｊｐ) ＝exp(−ｊａΦ（ω）) を、演算器１０２L はexp(ｊｐ）＝exp(ｊａΦ（ω）) を、演算器１０３L はexp(ｊｑ）＝exp(ｊｂΦ（ω）) を、それぞれ演算している。
【０１０８】
乗算器１０４R はＸA R （ω）・exp(−ｊｑ) ＝ＸA R （ω）・exp(−ｊｂΦ（ω）) を、乗算器１０５R はＸA R （ω）・exp(−ｊｐ) ＝ＸA R （ω）・exp(−ｊａΦ（ω）) を、乗算器１０４L はＸA L （ω）・exp(ｊｐ）＝ＸA L （ω）・exp(ｊａΦ（ω）) を、乗算器１０５L はＸA L （ω）・exp(ｊｑ）＝ＸA L （ω）・exp(ｊｂΦ（ω）) を、それぞれ演算している。
【０１０９】
乗算器１０６R はＸA R （ω）・ａexp(−ｊｂΦ（ω）) を、乗算器１０７R はＸA R （ω）・ｂexp(−ｊａΦ（ω）) を、乗算器１０６L はＸA L （ω）・ｂexp(ｊａΦ（ω）) を、乗算器１０７L はＸA L （ω）・ａexp(ｊｂΦ（ω）) を、それぞれ演算している。
【０１１０】
加算器１０８R は、ＸA R （ω）・ａexp(−ｊｂΦ（ω）) ＋ＸA L （ω）・ｂexp(ｊａΦ（ω）) ＝∧ＸB R （ω）を、加算器１０８L は、ＸA R （ω）・ｂexp(−ｊａΦ（ω）) ＋ＸA L （ω）・ａexp(ｊｂΦ（ω）) ＝∧ＸB L （ω）を、それぞれ演算している。
【０１１１】
〔４〕音像移動回路８６の説明
音像移動回路８６は、音像伸縮回路８５内の加算器１０８R の出力∧ＸB R （ω）にexp （jdθω/2c π) を乗算する乗算器１１１R と、音像伸縮回路８５内の加算器１０８L の出力∧ＸB L （ω）にexp （−jdθω/2c π) を乗算する乗算器１１１L とから構成されている。
【０１１２】
音像移動回路８６の動作原理について説明する。
【０１１３】
音像移動回路８６内の乗算器１１１R は、音像伸縮回路８５から出力される右チャンネルの信号∧ＸB R （ω）にexp ｊ（ｄθω／２ｃπ）の演算を行っている。また、音像移動回路８６内の乗算器１１１L は、音像伸縮回路８５から出力される左チャンネルの信号∧ＸB L （ω）にexp −ｊ（ｄθω／２ｃπ）の演算を行っている。
【０１１４】
つまり、音像移動回路８６は、音像伸縮回路８５の出力信号に式（９）で表される＊Ｔsmalθを乗算している。
【０１１５】
〔５〕音像伸縮回路８５および音像移動回路８６によって音像を制御しても、音色が変化しないことについての説明
【０１１６】
∧ＨsmalβR 、∧ＨsmalβL それぞれの平均時間＜ｔ＞smalβR 、＜ｔ＞smalβL を解析的に求めると、次式（２４）、（２５）で示すようになる。
【０１１７】
【数２２】
0003905364.tif 000023
【０１１８】
ここで、次式（２６）に示すような近似を行えば、上記式（２４）は次式（２７）に示すように簡単化できる。
【０１１９】
【数２３】
0003905364.tif 000024
【０１２０】
【数２４】
0003905364.tif 000025
【０１２１】
したがって、次式（２８）が成り立てば、次式（２９）が得られる。
【０１２２】
【数２５】
0003905364.tif 000026
【０１２３】
【数２６】
0003905364.tif 000027
【０１２４】
すなわち、Φ（ω）の導関数の平均がτsmalαであれば、平均時間の差は元の時間差のκ倍となる。
【０１２５】
また、次式（３０）が成り立てば、次式（３１）が得られる。
【０１２６】
【数２７】
0003905364.tif 000028
【０１２７】
【数２８】
0003905364.tif 000029
【０１２８】
すなわち、Φ（ω）の導関数の平均が０であれば、平均時間の差は元の時間差の２κ／（１＋κ2 ）倍となる。
【０１２９】
上記式（２８）の条件は、音源が少なくて他からの干渉が僅かなときに満たされると考えられる。また、上記式（３０）の条件は、音源数が無限で、Φ（ω）が周波数軸上でランダムに変化し、[ −π，π] の範囲の値を一様にとるときに満たされると考えられる。したがって、この実施の形態では、音源が少なければ、音場の縮小と拡大とを実現することができる。また、音源が多いときでも、音場の縮小であれば実現できる。
【０１３０】
上記変換前と変換後の振幅は、次式（３２）、（３３）で示すように、線形補間の関係となる。
【０１３１】
【数２９】
0003905364.tif 000030
【０１３２】
したがって、聴覚の音色知覚が短時間スペクトルの振幅に対応しているとすれば、上記実施の形態による処理によって音色変化は発生しない。
【０１３３】
〔６〕多対地間通話システムに上記音像制御装置を適用した場合の説明
【０１３４】
図９は、多対地間通話システムに上記音像制御装置を適用した場合の対地側装置の構成を示している。すなわち、複数の対地Ａ1,Ａ2,…Ａn からのステレオ２チャンネル信号をＢ対地で音像再生するためのＢ対地側装置の構成を示している。
【０１３５】
各通話相手対地（Ａ1,Ａ2,…Ａn ）からのステレオ２チャンネル信号Ｑ＿ｉ (ｉ＝１，２，…ｎ）は、それぞれ対応する音像制御装置２００＿ｉに入力される。各音像制御装置２００＿ｉは、Ｂ対地において２チャンネルのスピーカ２０３、２０４間の空間が他の通話対地（Ａ1,Ａ2,…Ａn ）毎に分割されるように、対応する他の対地（Ａ1,Ａ2,…Ａn ）からの音像発生範囲を伸縮移動させる。つまり、Ｂ対地において２チャンネルのスピーカ２０３、２０４間の空間が他の通話対地（Ａ1,Ａ2,…Ａn ）毎に分割されるように、各音像制御装置２００＿ｉには、伸縮率κと移動回転角度θとが予め設定されている。
【０１３６】
各音像制御装置２００＿ｉから出力される右チャンネル信号Ｒ’は加算器２０１によって加算されて、左スピーカ２０３に送られる。同様に、各音像制御装置２００＿ｉから出力される左チャンネル信号Ｌ’は加算器２０２によって加算され、右スピーカ２０４に送られる。
【０１３７】
このようにＢ対地においては、通常の２チャンネルステレオと同様に２つのスピーカ２０３、２０４を設けるだけでよいので、図２に示したステレオ対向通話システムと同じように音響エコー消去装置を４つだけ設ければよく、経済的な負担が軽減される。
【０１３８】
【発明の効果】
この発明によれば、音像範囲の伸縮・回転をディジタル信号処理により、実時間に近い処理で演算できかつ音質劣化がほとんどない音像制御装置が実現する。
【０１３９】
また、この発明によれば、３以上の多対地間通話システムを各対地で２つのスピーカで実現せしめ、多数必要とした音響エコー消去装置を対向通話システムにおけるエコー消去装置と同数（４個）に減少させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ブラムライン・シャッフリングと呼ばれる動作原理を用いて音像を伸縮させるための回路の構成を示すブロック図である。
【図２】従来のステレオ対向通話システムの構成を示す模式図である。
【図３】図２のステレオ対向通話システムにおいて、エコー消去やハウリング防止のために、エコー消去装置を導入した場合のＢ対地側の構成を示すブロック図である。
【図４】ステレオ対向通話システムを３対地間の通話システムに拡張した場合の構成例を示す模式図である。
【図５】図４の３対地間の通話システムにおいて、エコー消去やハウリング防止を行うために、エコー消去装置を導入した場合のＢ対地側の構成を示すブロック図である。
【図６】図４のＢ対地におけるスピーカ配置と受聴者の位置関係の例を示す模式図である。
【図７】本発明のステレオ音像制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】音像の伸縮移動回転を理論的に説明するための図である。
【図９】多対地間通話システムに図７の音像制御装置を適用したときの対地側装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
８１R 、８１L   ＡＤ変換器
８２R 、８２L   時間窓分解回路
８３R 、８３L   フーリエ変換（ＤＦＴ）回路
５４  位相検出回路
８５  音像伸縮回路
８６  音像移動回路
８７R 、８７L   逆フーリエ変換回路（ＩＤＦＴ）
８８R 、８８L   時間窓合成回路
８９R 、８９L   ＤＡ変換器
【図１】
0003905364.tif 000031
【図２】
0003905364.tif 000032
【図３】
0003905364.tif 000033
【図４】
0003905364.tif 000034
【図５】
0003905364.tif 000035
【図６】
0003905364.tif 000036
【図７】
0003905364.tif 000037
【図８】
0003905364.tif 000038
【図９】
0003905364.tif 000039