(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響信号を入力し、上記入力した音響信号に対しての信号処理を行い、仮想的な音像を定位させ、音像定位信号を出力する音像定位装置において、
クロストーク打ち消し信号を生成し、上記生成したクロストーク打ち消し信号を用いてクロストークキャンセル処理を行うクロストークキャンセル手段と、
上記クロストークキャンセル手段においてクロストークキャンセル処理がされた信号に対して、仮想的な音源位置の方向を定位する方向定位手段とを備え、
上記クロストークキャンセル手段は、ＦＩＲフィルタである第１、および第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタと、第１、および第２の加算器とを備え、
上記第１の加算器において、第１の音響信号と上記第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタが生成する信号とを加算処理した第１の出力信号を第１のクロストーク打ち消し信号生成フィルタに入力し、上記第２の加算器において、第２の音響信号と上記第１のクロストーク打ち消し信号生成フィルタが生成する信号とを加算処理した第２の出力信号を第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタに入力するものであり、
上記方向定位手段は、前記第１の出力信号を入力とするＦＩＲフィルタである第１のメインパスフィルタと第１のクロストークパスフィルタと、前記第２の出力信号を入力とするＦＩＲフィルタである第２のメインパスフィルタと第２のクロストークパスフィルタと、第３、および第４の加算器とを備え、
上記第３の加算器において、上記第１のメインパスフィルタにおいて処理した信号と、上記第２のクロストークパスフィルタにおいて処理した信号とを加算処理し、上記第４の加算器において、上記第２のメインパスフィルタにおいて処理した信号と、上記第１のクロストークパスフィルタにおいて処理した信号とを加算処理し、
上記第１のクロストーク打ち消し信号生成フィルタと、上記第１のメインパスフィルタと、上記第１のクロストークパスフィルタは、前記第１のクロストーク打ち消し信号生成フィルタに対する入力と前記第１のメインパスフィルタに対する入力と前記第１のクロストークパスフィルタに対する入力とを共有化して保持する遅延器を備え、
上記第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタと、上記第２のメインパスフィルタと、上記第２のクロストークパスフィルタは、前記第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタに対する入力と前記第２のメインパスフィルタに対する入力と前記第２のクロストークパスフィルタに対する入力とを共有化して保持する遅延器を備える
ことを特徴とする音像定位装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音像定位装置に関し、特に、音響信号を入力し、上記入力した音響信号に対しての信号処理を行い、仮想的な音像を定位させ、音像定位信号を出力する音像定位装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より用いられてきた一般的なステレオ音響システムにおいては、複数（一般的には２つ）のスピーカを用いて音像定位を制御し、受聴者である人間の聴覚に臨場感を与えることがなされていた。従来のシステムにおいては、通常、受聴者の前面に位置する左右２つのスピーカを用いて、両スピーカの間に音像を定位させるものであり、このようなシステムにおいては、２つのスピーカの外側に、音像を定位させることはされていなかった。そして、両スピーカの外側に、すなわち受聴者の周囲に音像を定位させ、例えば受聴者の後方から音が聞こえるような効果を得たい場合などでは、前方２つのスピーカに加えて後方にもスピーカを配置するシステムとすること等が行われていた。
【０００３】
しかし、音声のデジタル化の技術や、ＤＳＰ(Digital Signal Prosessor)等のハードウェアの発展に伴い、種々の信号処理が容易に行い得るようになったことから、前方に位置する２つのスピーカを用いるシステムにおいても、受聴者の周囲の任意の位置（横方向、後方等）に音像を定位させるように制御することが行われるようになった。
【０００４】
従来の技術による音像定位装置として、日本音響学会平成８年度春期研究発表会講演論文集ｐ５４９−５５０「音響制御におけるクロストークの打ち消しに関する一検討」（以下、参考文献１とする。）に記載されているものがある。
【０００５】
図１８は、音像定位の制御を説明するための図である。同図ａ）は、仮想的に定位される音像を示す図であり、同図ｂ）は２つのスピーカを用いたシステムを示す図である。ここでは、音像の仮想定位位置と、２つのスピーカの位置とは共に受聴者にとって左右対称の位置にあるものとしている。
【０００６】
音像定位装置においては、音源から受聴者の頭部、または耳に対しての音の伝達特性を示す頭部伝達関数を用いた信号処理によって、仮想的な定位位置の方向を決定する方向定位処理と、クロストーク打ち消し（クロストークキャンセル）処理とが行われる。
【０００７】
ここで、クロストーク信号とは、図１８ｂ）のような場合に、左側のスピーカから右耳へ、あるいは右側のスピーカから左耳に伝達される信号をいい、クロストーク打ち消し処理のためには、クロストーク打ち消し信号を生成することが行われるものとなる。
【０００８】
同図ａ）に示すように、このシステムにおいて得られる仮想的な環境では、受聴者の後方に位置する左右の仮想的な音像位置から、音響信号ｕＬ、およびｕＲが放射されているものであり、受聴者の左右の耳に与えられる音圧はそれぞれｙＬ１とｙＲ１となるものであるとする。左右対称であるので、左仮想位置から左耳へ、および右仮想位置から右耳への伝達は等しいものとなり、この伝達特性を示す頭部伝達関数をＴＭとする。同様に左仮想位置から右耳へ、および右仮想位置から左耳への伝達は、同じ頭部伝達関数ＴＣで表される。このような仮想環境においては、これら音圧と関数とについて、
ｙＬ１＝ＴＭ・ｕＬ＋ＴＣ・ｕＲ  （１−１）
ｙＲ１＝ＴＣ・ｕＬ＋ＴＭ・ｕＲ  （１−２）
という関係が成立する。
【０００９】
一方、同図ｂ）に示すシステムにおいては、左右のスピーカ１９０１ａ、および１９０１ｂからは、音響信号ｘＬ、およびｘＲが放射されているものであり、受聴者の左右の耳に与えられる音圧はそれぞれｙＬ２とｙＲ２となるものであるとする。やはり左右対称であることから、左スピーカ位置から左耳へ、および右スピーカ位置から右耳への伝達は同じ頭部伝達関数ＳＭで、左スピーカ位置から右耳へ、および右スピーカ位置から左耳への伝達は同じ頭部伝達関数ＳＣで表されるものとなる。そしてこれらの音圧と関数とについては、
ｙＬ２＝ＳＭ・ｘＬ＋ＳＣ・ｘＲ  （２−１）
ｙＲ２＝ＳＣ・ｘＬ＋ＳＭ・ｘＲ  （２−２）
という関係が成立する。
【００１０】
このシステムにおいて、同図ｂ）に示すスピーカ１９０１ａ、および１９０１ｂから出力する音響によって、同図ａ）に示す音像を定位させるためには、
ｙＬ１＝ｙＬ２  （３−１）
ｙＲ１＝ｙＲ２  （３−２）
が成立する必要があり、式３−１、１−１、２−１より下記の式４−１が、また、式３−２、１−２、２−２より下記の式４−２が導かれる。
【００１１】
ＴＭ・ｕＬ＋ＴＣ・ｕＲ＝ＳＭ・ｘＬ＋ＳＣ・ｘＲ  （４−１）
ＴＣ・ｕＬ＋ＴＭ・ｕＲ＝ＳＣ・ｘＬ＋ＳＭ・ｘＲ  （４−２）
そこで、式４−１と４−２とをｘＬ、およびｘＲについて解くこととなるが、一つの解法によれば、｜＊｜をもってゲインを示すものとして、
｜（ＳＣ／ＳＭ）＾２｜＜＜１  （５）
とみなすことによって、
ｘＬ〜（ＦＭ＋ＦＣ・ＦＸ）・ｕＬ＋（ＦＣ＋ＦＭ・ＦＸ）・ｕＲ
（６−１）
ｘＲ〜（ＦＣ＋ＦＭ・ＦＸ）・ｕＬ＋（ＦＭ＋ＦＣ・ＦＸ）・ｕＲ
（６−２）
が得られるものとなる。ただし、式中のＦＭ、ＦＣ、およびＦＸは、
ＦＭ＝ＴＭ／ＳＭ    （７−１）
ＦＣ＝ＴＣ／ＳＭ    （７−２）
ＦＸ＝−ＳＣ／ＳＭ  （７−３）
である。
【００１２】
また、別の解法によることも可能であり、
ｘＬ＝ＦＭ・ｕＬ＋ＦＣ・ｕＲ＋ＦＸ・ｘＲ  （８−１）
ｘＲ＝ＦＣ・ｕＬ＋ＦＭ・ｕＲ＋ＦＸ・ｘＬ  （８−２）
が得られる。ここで式８−１、および８−２において、右辺第１項と第２項とは音像の方向を示す（方向を定位する）部分であり、右辺第３項はクロストーク成分をキャンセルする部分である。
【００１３】
以上のような関係を用いて、音像定位を制御する従来の技術による音像定位装置の構成を、図１６ａ）の機能ブロック図に示す。同図に示すように、従来の技術による音像定位装置は、クロストークキャンセル手段１７０１と、方向定位手段１７０２ａ、および１７０２ｂと、加算器１７０３ａ、および１７０３ｂとを備えたものであり、入力端子１７０４ａ、および１７０４ｂから入力音響信号を入力し、信号処理を行った結果得られる信号を出力端子１７０５ａ、および１７０５ｂから出力するものである。
【００１４】
方向定位手段１７０２ａ、および１７０２ｂは、入力端子１７０４ａ、および１７０４ｂから入力された音響信号に対して、演算処理によって音像位置の方向を示す信号を生成する。加算器１７０３ａ、および１７０３ｂにおいては、入力信号に対しての加算処理を行う。クロストークキャンセル手段１７０１は、入力された信号に対してクロストーク成分を除去する。
【００１５】
同図ｂ）は、従来の技術による音像定位装置の詳細な構成の第一例を示す図である。同図ａ）に示すクロストークキャンセル手段１７０１は、同図ｂ）に示すクロストーク打ち消し信号生成フィルタ１７０６ａ、および１７０６ｂと、加算器１７０３ｃ、および１７０３ｄとからなるものである。また、同図ａ）に示す方向定位手段１７０２ａ、および１７０２ｂは、メインパスフィルタ１７０７ａ、および１７０７ｂと、クロストークパスフィルタ１７０８ａ、および１７０８ｂからなるものである。なお、メインパスフィルタとクロストークパスフィルタとは、あわせて方向定位フィルタと呼称される場合もある。
【００１６】
このように構成される、従来の技術による音像定位装置は、上述の式６−１、および６−２に従って、出力ｘＬ、およびｘＲを生成するものであり、その動作を以下に説明する。
入力端子１７０４ａ、および１７０４ｂから、左右の入力音響信号がそれぞれ入力される。図１６ｂ）において、入力端子１７０４ａから入力された第１の入力音響信号は、メインパスフィルタ１７０７ａと、クロストークパスフィルタ１７０８ａとに入力される。メインパスフィルタ１７０７ａにおいては、上述の式７−１に示す係数を、またクロストークパスフィルタ１７０８ａにおいては式７−２に示す係数を乗じる演算処理が実行され、メインパスフィルタ１７０７ａの出力が加算器１７０３ａに、クロストークパスフィルタ１７０８ａの出力が加算器１７０３ｂに入力される。
【００１７】
同様に、入力端子１７０４ｂから入力された第２の入力音響信号は、メインパスフィルタ１７０７ｂと、クロストークパスフィルタ１７０８ｂとに入力され、それぞれにおいて上述の式７−１と式７−２とに示す係数を乗じる演算処理が実行され、メインパスフィルタ１７０７ｂの出力が加算器１７０３ｂに、クロストークパスフィルタ１７０８ｂの出力が加算器１７０３ａに入力される。
【００１８】
加算器１７０３ａ、および１７０３ｂは、それぞれ入力した信号に対しての加算処理を行い、加算器１７０３ａは加算結果を加算器１７０３ｃとクロストーク打ち消し信号生成フィルタ１７０６ａとに出力する。クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１７０６ａは、上述の式７−３に示す係数を乗じる演算処理を実行することにより、クロストーク打ち消し信号を生成して加算器１７０３ｄに出力する。
【００１９】
同様に、加算器１７０３ｂは加算結果を加算器１７０３ｄとクロストーク打ち消し信号生成フィルタ１７０６ｂとに出力する。クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１７０６ｂは、上述の式７−３に示す係数を乗じる演算処理を実行してクロストーク打ち消し信号を生成し、加算器１７０３ｃに出力する。
【００２０】
加算器１７０３ｃ、および１７０３ｄにおいては、それぞれ加算器１７０３ａ、および加算器１７０３ｂの加算結果と、該加算結果を反転した位相とほぼ同等の位相を有するクロストーク打ち消し信号とが加算処理されることにより、出力端子１７０５ａ、および１７０５ｂには、式６−１、および６−２で示される、クロストーク成分が除去された信号が出力されることとなる。
【００２１】
図１６ｂ）に示す構成の音像定位装置においては、一方のチャネルにおけるクロストーク打ち消し信号生成フィルタ（例えば１７０６ａ）の出力が、他方のチャネルの出力側（出力端子１７０５ｂ側に位置する加算器１７０３ｄ）に出力されていることから、フィードフォワード型と称されるものである。
【００２２】
また、図１６ａ）に示す従来の技術による音像定位装置を実現する第二の例として、特願平８−４１６６５号（以下、参考文献２とする。）に記載されたものがある。
図１７は、従来の技術による音像定位装置の詳細な構成の第二例を示す図である。同図に示す構成では、図１６ａ）におけるクロストークキャンセル手段１７０１は、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１８０６ａ、および１８０６ｂと、加算器１８０３ａ、および１８０３ｂとからなるものである。また、図１６ａ）に示す方向定位手段１７０２ａ、および１７０２ｂは、メインパスフィルタ１８０７ａ、および１８０７ｂと、クロストークパスフィルタ１８０８ａ、および１８０８ｂからなるものである。加算器１８０３ａ、および１８０３ｂは、前述のように図１６ａ）におけるクロストークキャンセル手段１７０１の一部でもあり、同図に示す加算器１７０３ａ、および１７０３ｂでもある。
【００２３】
ここで、図１７に示す音像定位装置は、上述の式８−１、および８−２に従って、出力ｘＬ、およびｘＲを生成するものであり、図１６ｂ）に示す構成とは異なり、一方のチャネルにおけるクロストーク打ち消し信号生成フィルタ（例えば１８０６ａ）の出力が、他方のチャネルの入力側（出力端子１７０４ｂ側の加算器１８０３ｂ）に出力されていることから、フィードバック型と称されるものである。以下に、このように構成された音像定位装置の動作を説明する。
【００２４】
入力端子１８０４ａ、および１８０４ｂから、左右の入力音響信号がそれぞれ入力される。入力端子１８０４ａから入力された第１の入力音響信号は、メインパスフィルタ１８０７ａと、クロストークパスフィルタ１８０８ａとに入力され、メインパスフィルタ１８０７ａにおいては、上述の式７−１に示す係数を、またクロストークパスフィルタ１８０８ａにおいては式７−２に示す係数を乗じる演算処理が実行され、メインパスフィルタ１８０７ａの出力が加算器１８０３ａに、クロストークパスフィルタ１８０８ａの出力が加算器１８０３ｂに入力される。同様に、入力端子１８０４ｂから入力された第２の入力音響信号は、メインパスフィルタ１８０７ｂと、クロストークパスフィルタ１８０８ｂとに入力され、それぞれ上述の式７−１、および式７−２に示す係数を乗じる演算処理が実行され、メインパスフィルタ１８０７ｂおよび、クロストークパスフィルタ１８０８ｂの出力は加算器１８０３ｂ、および１８０３ａにそれぞれ入力される。
【００２５】
加算器１８０３ａ、および１８０３ｂは、それぞれ入力した信号に対しての加算処理を行い、加算器１８０３ａは加算結果をクロストーク打ち消し信号生成フィルタ１８０６ａに出力する。クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１８０６ａは、上述の式７−３に示す係数を乗じる演算処理を実行することにより、クロストーク打ち消し信号を生成して加算器１８０３ｂに出力する。同様に、加算器１８０３ｂは加算結果をクロストーク打ち消し信号生成フィルタ１８０６ｂに出力し、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１８０６ｂは、上述の式７−３に示す係数を乗じる演算処理を実行することにより、クロストーク打ち消し信号を生成して加算器１８０３ａに出力する。
【００２６】
加算器１８０３ａ、および１８０３ｂにおいては、方向定位フィルタからの出力の加算結果と、該加算結果を反転した位相とほぼ同等の位相を有するクロストーク打ち消し信号とが加算処理されることにより、クロストーク成分が除去される。従って、出力端子１８０５ａ、および１８０５ｂには、式８−１、および８−２で示される信号が出力されることとなる。
【００２７】
このように構成される、フィードバック型の音像定位装置においては、クロストーク打ち消し信号の生成と、該生成した信号を用いるクロストークキャンセル処理とを繰り返して行う多重キャンセル処理が可能であり、図１６ａ）に示す第一例のフィードフォワード型の装置と比較すると、音響信号の低域部分による回折の影響が低減するので低域特性の改善を図ることが可能となる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術による音像定位装置においては、前述のように、音像の仮想定位位置を求める演算処理と、クロストーク成分を補償する演算処理とによって、広範囲の音像の定位を可能とするものである。しかし、かかる音像定位装置をＣＰＵやＤＳＰを用いた計算機システムにおいて実現しようとする場合には、以下に述べるいくつかの問題点が生じるものであった。
【００２９】
第１の問題点は、演算処理のための一時記憶に用いるメモリについてのものであり、計算機システムが備えるメモリの量や性能が、演算処理についての限界となることである。このメモリに関する制約としては、
（Ａ）音響信号データの記憶に用いるメモリ量による制約
（Ｂ）フィルタの係数の記憶に用いるメモリ量による制約
（Ｃ）メモリのアクセス時間による制約
が主要なものとなる。
【００３０】
ここで、（Ａ）、および（Ｂ）の問題点は、メモリの量を示すワード数が少ない場合には、このことがすなわちフィルタの次数を示すタップ数を制限するものとなり、十分なタップ数が得られないことにより、演算処理の精度が低下することにつながるものである。
【００３１】
また、計算機システムが備える高速な内部メモリの量に限界がある場合に、比較的低速な外部メモリ（ＲＡＭ）を援用して、必要な演算処理の精度を確保しようとする場合には、（Ｃ）の問題点が障害となる。すなわち、前述のような、方向定位処理やクロストークキャンセル処理に用いるディジタルフィルタを実現する演算処理においては、頻繁なメモリアクセスを要するものであるので、アクセス速度の遅い外部メモリを単純に援用して、メモリ量の制約の解決を図ることは困難であった。
【００３２】
第２の問題点は、計算機システムが備えるＤＳＰ等の制御装置についてのものであり、その処理速度が演算処理についての限界となることである。すなわち、十分な処理速度が得られない場合、ディジタルフィルタの次数が制限されるものとなり、演算処理の精度が低下することにつながるものである。
【００３３】
第３の問題点として、従来の技術による音像定位装置においては、当該音像定位装置を用いる音響システムの設定変更に対する対応が、必ずしも容易ではない点が挙げられる。図１７に示す、従来技術の第二例の音像定位装置（フィードバック型）は、前述のように、フィードフォワード型と比較して、低域の再現性を改善したものである。しかし、このような音像定位装置を用いた音響システムの備えるスピーカが小口径のものである場合には、低域のエネルギーが大きいことが原因となって音の歪みが生じることがある。この点を改善するためには低域をカットするフィルタを用いることが考えられるが、フィルタの追加のため回路規模の増大とコスト上昇につながることとなる。
【００３４】
さらに、音響システムにおいてスピーカの配置が変更され、スピーカの開き角が異なるものとなった場合、従来の技術による音像定位装置では、フィルタＦＸのパラメータ全体を変更することが行われていた。従って、音響システムの設定変更に対応するためには、各設定ごとのパラメータを保持しておく必要があり、パラメータの格納のために、メモリの必要量が増大することとなる。
【００３５】
以上の３つの問題点が示すように、従来の技術による音像定位装置では、計算機システムにおいて実現する場合に、メモリの容量や処理速度の高速性を要求するものであり、音像定位の制御の精度と、計算機システムのコストの低減とを両立し難い点が課題であった。
【００３６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、メモリの必要量に起因する回路規模の増大を制限しつつ、精度の良好な音像定位を実現し得る音像定位装置を提供することを目的とする。
【００３７】
また、本発明は、高速な内部メモリの容量に制限がある場合にも、外部メモリを援用することにより、精度の良好な音像定位を実現し得る音像定位装置を提供することを目的とする。
【００３８】
また、本発明は、演算処理を簡素化することによって、高性能のＤＳＰ等を備えない計算機システムにおいても、精度の良好な音像定位を実現し得る音像定位装置を提供することを目的とする。
【００３９】
また、本発明は、音響システムにおける設定変更があり得る場合にも、かかる変更に対して、回路規模を増大することなく、柔軟に対応し得る音像定位装置を提供することを目的とする。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１にかかる音像定位装置は、音響信号を入力し、上記入力した音響信号に対しての信号処理を行い、仮想的な音像を定位させ、音像定位信号を出力する音像定位装置において、クロストーク打ち消し信号を生成し、上記生成したクロストーク打ち消し信号を用いてクロストークキャンセル処理を行うクロストークキャンセル手段と、上記クロストークキャンセル手段においてクロストークキャンセル処理がされた信号に対して、仮想的な音源位置の方向を定位する方向定位手段とを備え、上記クロストークキャンセル手段は、ＦＩＲフィルタである第１、および第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタと、第１、および第２の加算器とを備え、上記第１の加算器において、第１の音響信号と上記第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタが生成する信号とを加算処理した第１の出力信号を第１のクロストーク打ち消し信号生成フィルタに入力し、上記第２の加算器において、第２の音響信号と上記第１のクロストーク打ち消し信号生成フィルタが生成する信号とを加算処理した第２の出力信号を第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタに入力するものであり、上記方向定位手段は、前記第１の出力信号を入力とするＦＩＲフィルタである第１のメインパスフィルタと第１のクロストークパスフィルタと、前記第２の出力信号を入力とするＦＩＲフィルタである第２のメインパスフィルタと第２のクロストークパスフィルタと、第３、および第４の加算器とを備え、上記第３の加算器において、上記第１のメインパスフィルタにおいて処理した信号と、上記第２のクロストークパスフィルタにおいて処理した信号とを加算処理し、上記第４の加算器において、上記第２のメインパスフィルタにおいて処理した信号と、上記第１のクロストークパスフィルタにおいて処理した信号とを加算処理し、上記第１のクロストーク打ち消し信号生成フィルタと、上記第１のメインパスフィルタと、上記第１のクロストークパスフィルタは、前記第１のクロストーク打ち消し信号生成フィルタに対する入力と前記第１のメインパスフィルタに対する入力と前記第１のクロストークパスフィルタに対する入力とを共有化して保持する遅延器を備え、上記第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタと、上記第２のメインパスフィルタと、上記第２のクロストークパスフィルタは、前記第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタに対する入力と前記第２のメインパスフィルタに対する入力と前記第２のクロストークパスフィルタに対する入力とを共有化して保持する遅延器を備えることを特徴とする。
【００４５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１による音像定位装置は、クロストークキャンセル処理された信号に対して方向定位処理を実行することで、必要なメモリ量の低減を図るものである。
【００４６】
図１ａ）は、本実施の形態１による音像定位装置の構成を示すブロック図である。図示するように、本実施の形態１の音像定位装置は、クロストークキャンセル手段１０１と、方向定位手段１０２ａ、および１０２ｂと、加算器１０３ａ、および１０３ｂとを備えたものであり、入力端子１０４ａ、および１０４ｂから入力音響信号を入力し、信号処理を行った結果得られる信号を出力端子１０５ａ、および１０５ｂから出力するものである。
【００４７】
クロストークキャンセル手段１０１は、入力端子１０４ａ、および１０４ｂから入力された信号に対してクロストーク成分を除去する。方向定位手段１０２ａ、および１０２ｂは、入力された音響信号に対して、演算処理によって音像位置の方向を示す信号を生成する。加算器１０３ａ、および１０３ｂにおいては、入力信号に対しての加算処理を行う。
【００４８】
このように構成された本実施の形態１による音像定位装置で行う演算処理を以下に説明する。まず、従来の技術において示した式１−１から８−２に加え、下記の式を成立させるｖＬとｖＲとを定義する。
【００４９】
ｘＬ＝ＦＭ・ｖＬ＋ＦＣ・ｖＲ  （９−１）
ｘＲ＝ＦＣ・ｖＬ＋ＦＭ・ｖＲ  （９−２）
式９−１を式８−１に代入し、式９−２を式８−２に代入することによって、下記の式が得られる。
【００５０】
ＦＭ・ｖＬ＋ＦＣ・ｖＲ
＝ＦＭ・ｕＬ＋ＦＣ・ｕＲ＋ＦＸ・（ＦＣ・ｖＬ＋ＦＭ・ｖＲ）
（１０−１）
ＦＣ・ｖＬ＋ＦＭ・ｖＲ
＝ＦＣ・ｕＬ＋ＦＭ・ｕＲ＋ＦＸ・（ＦＭ・ｖＬ＋ＦＣ・ｖＲ）
（１０−２）
式１０−１と式１０−２とからは、ＦＭとＦＣとを消去することができ、下記の式が得られる。
【００５１】
ｖＬ＝ｕＬ＋ＦＸ・ｖＲ  （１１−１）
ｖＲ＝ｕＲ＋ＦＸ・ｖＬ  （１１−２）
そして、この式１１−１と１１−２とは、入力側にクロストークキャンセル手段を設けることを、上記の式９−１と９−２とは、出力側に方向定位手段を設けることを意味するものである。従って、本実施の形態１の音像定位装置は、図１ａ）に示すように、入力側にクロストークキャンセル手段１０１を、出力側に方向定位手段１０２ａ、および１０２ｂを備えたものとなっている。
【００５２】
また、同図ｂ）は、本実施の形態１による音像定位装置の詳細な構成の第一例を示す図である。同図ａ）に示すクロストークキャンセル手段１０１は、同図ｂ）に示すクロストーク打ち消し信号生成フィルタ１０６ａ、および１０６ｂと、加算器１０３ｃ、および１０３ｄとからなるものである。また、同図ａ）に示す方向定位手段１０２ａ、および１０２ｂは、メインパスフィルタ１０７ａ、および１０７ｂと、クロストークパスフィルタ１０８ａ、および１０８ｂからなるものである。以下に、このように構成された本実施の形態１による音像定位装置の第一例の動作を説明する。
【００５３】
入力端子１０４ａ、および１０４ｂから、左右の入力音響信号ｕＬとｕＲとが、それぞれ入力される。図１ｂ）において、入力端子１０４ａから入力された第１の入力音響信号ｕＬは、加算器１０３ｃに、入力端子１０４ｂから入力された第２の入力音響信号ｕＲは、加算器１０３ｄに入力される。本実施の形態１の音像定位装置における処理が開始した直後は、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１０６ａ、および１０６ｂにおける信号生成は行われていないので、それぞれから加算器１０３ｃ、および１０３ｄに対しての信号出力はなく、加算器１０３ｃ、および１０３ｄは、入力された信号ｕＬ、およびｕＲをそのまま出力し、信号ｕＬは信号ｖＬとしてクロストーク打ち消し信号生成フィルタ１０６ａに、また信号ｕＲは信号ｖＲとしてクロストーク打ち消し信号生成フィルタ１０６ｂに入力される。
【００５４】
クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１０６ａは、上述の式７−３に示す係数を乗じる演算処理を実行することにより、クロストーク打ち消し信号を生成して加算器１０３ｄに出力する。クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１０６ｂは同様の演算処理を実行することにより、クロストーク打ち消し信号を生成して加算器１０３ｃに出力する。
【００５５】
加算器１０３ｃにおいては、入力音響信号ｕＬと、クロストーク打ち消し信号とが加算されることにより、クロストークキャンセル処理が行われ、式１１−１に示す信号ｖＬが生成される。生成された信号ｖＬは、メインパスフィルタ１０７ａと、クロストークパスフィルタ１０８ａとに入力される。同様に加算器１０３ｄからは、式１１−２に示す信号ｖＲが生成され、メインパスフィルタ１０７ｂと、クロストークパスフィルタ１０８ｂとに入力される。
【００５６】
メインパスフィルタ１０７ａにおいては、上述の式７−１に示す係数を、またクロストークパスフィルタ１０８ａにおいては式７−２に示す係数を乗じる演算処理が実行され、メインパスフィルタ１０７ａの出力が加算器１０３ａに、クロストークパスフィルタ１０８ａの出力が加算器１０３ｂに入力される。ここでメインパスフィルタ１０７ａの出力は、式９−１の右辺第１項であり、クロストークパスフィルタ１０８ａの出力は式９−２の右辺第２項である。
【００５７】
同様に、加算器１０３ｄにおいては、入力音響信号ｕＲに対してクロストーク打ち消し信号が加算されるクロストークキャンセル処理が行われ、得られた信号ｖＲが、メインパスフィルタ１０７ｂと、クロストークパスフィルタ１０８ｂとに入力され、それぞれにおいて上述の式７−１と式７−２とに示す係数を乗じる演算処理が実行され、メインパスフィルタ１０７ｂの出力が加算器１０３ｂに、クロストークパスフィルタ１０８ｂの出力が加算器１０３ａに入力される。メインパスフィルタ１０７ｂの出力は、式９−２の右辺第１項であり、クロストークパスフィルタ１０８ｂの出力は式９−１の右辺第２項である。
【００５８】
加算器１０３ａ、および加算器１０３ｂにおいてそれぞれ入力された信号が加算され、加算の結果が出力端子１０５ａ、および１０５ｂに出力されることにより、本実施の形態１の第一例の音像定位装置の装置出力として、式９−１、および９−２で示される、音像定位処理がされた信号ｘＬ、およびｘＲが出力されることとなる。
【００５９】
このように、本実施の形態１の音像定位装置では、クロストークキャンセル処理をされた信号に対して方向定位処理を行うものとしたことで、図１ｂ）に示すように、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ（ＦＸ）と、方向定位フィルタ（ＦＭ、およびＦＣ）とは、フィルタ入力とするｖＬ、およびｖＲが共通の信号となるものである。従って、フィルタ処理のためには、この２種の信号を保持すれば良いこととなり、図１６ｂ）、および図１７に示す、４種の信号を保持する必要がある従来の技術による音像定位装置と比較して、従来技術の第１の問題点の（Ａ）において述べた、音響信号保持のために必要なメモリの容量を小さなものとすることができる。
【００６０】
ここで、本実施の形態１の装置におけるメモリの必要量を説明するために、クロストークキャンセル処理、および方向定位処理に用いる各フィルタの構成を以下に示す。
【００６１】
フィルタとしては、入力信号に対しての積和演算を行うＦＩＲ(Finite Impulse Response) フィルタと、入力信号に加えて、出力信号に対しても積和演算を行うＩＩＲ(Infinite Impulse Response) フィルタとがあるが、本実施の形態１の音像定位装置は、いずれのフィルタを用いるものとしても実現可能である。図２は本実施の形態１の第一例の装置（図１ｂ）が備えるクロストーク打ち消し信号生成フィルタ１０６ａ、および１０６ｂと、方向定位フィルタ１０７ａ、１０７ｂ、１０８ａ、および１０８ｂをＦＩＲフィルタを用いて構成した例を示す図である。
【００６２】
図２に示す例において、本実施の形態１の第一例（図１ｂ）の音像定位装置が備えるクロストーク打ち消し信号生成フィルタ１０６ａは、遅延器１１１ａ、同１１１ｃ〜１１１ｆ、乗算器１１０ｘ１〜１１０ｘ５、および加算器１０３ｉで構成される。クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１０６ｂは、遅延器１１１ｂ、同１１１ｇ〜１１１ｊ、乗算器１１０ｘ６〜１１０ｘ１０、および加算器１０３ｊで構成される。なお、図２において、乗算器１１０ｘ１〜１１０ｘ５や、遅延器１１１ｃ〜１１１ｆのように点線で表した部分については、乗算器、遅延器等の個数が可変であることを示すものである。
【００６３】
メインパスフィルタ１０７ａは、遅延器１１１ｃ〜１１１ｆ、乗算器１１０ｍ１〜１１０ｍ５、および加算器１０３ｅで構成される。メインパスフィルタ１０７ｂは、遅延器１１１ｇ〜１１１ｊ、乗算器１１０ｍ６〜１１０ｍ１０、および加算器１０３ｆで構成される。クロストークパスフィルタ１０８ａは、遅延器１１１ｃ〜１１１ｆ、同１１１ｎ〜１１１ｐ、乗算器１１０ｃ１〜１１０ｃ５、および加算器１０３ｇで構成される。クロストークパスフィルタ１０７ｂは、遅延器１１１ｇ〜１１１ｊ、同１１１ｋ〜１１１ｍ、乗算器１１０ｃ６〜１１０ｃ１０、および加算器１０３ｈで構成される。
【００６４】
また、図２における乗算器１１０ａ１、および１１０ａ２は、固定小数演算を実行する際にオーバーフローが起こることを防止するために設けられたアッテネータとして機能するものである。そして、遅延器１１１ｋ〜１１１ｐは、両耳間の時間差を実現するために備えられたものである。
【００６５】
図２に示すフィルタの構成では、遅延器１１１ｃ〜１１１ｊを備えたことで、図１ｂ）に示す信号ｖＬ、およびｖＲとして、クロストーク打ち消し信号生成フィルタに対する入力と、方向定位フィルタに対する入力とを、これら遅延器において共有化して保持しているものである。従って、各フィルタへの入力をそれぞれ保持する場合と比較して、保持のためのメモリの必要量を低減することが可能となる。
【００６６】
図３は、図１ａ）に示す本実施の形態１の音像定位装置の詳細な構成の第二例を示す図である。同図に示すように、第二例の音像定位装置は、加算器１０３ａ〜１０３ｄと、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１０６ａ、および１０６ｂと、メインパスフィルタ１０７ａ、および１０７ｂと、クロストークパスフィルタ１０８ａ、および１０８ｂと、高域用メインパスフィルタ１１７ａ、および１１７ｂと、帯域分割回路１１５ａ、および１１５ｂと、帯域合成回路１１６ａ、および１１６ｂとを備えたものである。この例においても、図１ｂ）に示す第一例と同様に、入力端子１０４ａ、および１０４ｂから入力音響信号を入力し、信号処理を行った結果得られる信号を出力端子１０５ａ、および１０５ｂから出力する。
【００６７】
帯域分割回路１１５ａ、および１１５ｂは、入力された信号に対して所定の分割処理を行い、低域成分と高域成分とを生成する。帯域合成回路１１６ａ、および１１６ｂは、入力された信号に対して所定の合成処理を行い、合成信号を生成する。高域用メインパスフィルタ１１７ａ、および１１７ｂは、メインパスフィルタ１０７ａ、および１０７ｂと同様の演算処理を行う。加算器１０３ａ〜１０３ｄ、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１０６ａ、および１０６ｂ、メインパスフィルタ１０７ａ、および１０７ｂ、クロストークパスフィルタ１０８ａ、および１０８ｂについては第一例と同様のものである。
【００６８】
このように構成された本実施の形態１の第二例による音像定位装置の動作を以下に説明する。
入力端子１０４ａ、および１０４ｂから、左右の入力音響信号が、それぞれ入力される。入力端子１０４ａから入力された第１の入力音響信号は、帯域分割回路１１５ａに入力され、帯域分割回路１１５ａは分割処理により、第１の入力音響信号を、高域成分と低域成分とに分割する。そして帯域分割回路１１５ａは、高域成分を高域用メインパスフィルタ１１７ａに、低域成分を加算器１０３ｃに出力する。また、帯域分割回路１１５ｂも同様の動作となる。
【００６９】
高域用メインパスフィルタ１１７ａ、および１１７ｂは、それぞれ入力された高域成分に対して、式７−１に示す係数を乗じる演算処理を行い、生成した信号を帯域合成回路１１６ａ、および１１６ｂに出力する。
【００７０】
入力音響信号の低域成分については、第一例と同様にクロストークキャンセル処理と方向定位処理とが実行され、生成された信号は帯域合成回路１１５ａ、および１１５ｂに入力される。帯域合成回路１１５ａ、および１１５ｂは、高域用フィルタで処理された高域成分由来の信号と、クロストークキャンセル処理後に方向定位処理がされた低域成分由来の信号とに対して合成処理を行い、生成した合成信号を出力端子１０５ａ、および１０５ｂに出力する。
【００７１】
このように、第二例の音像定位装置においては、入力信号のうち低域成分に対してのみクロストーク成分を考慮した処理を実行するものである。一般に音響信号において、その高域成分については、音響システムの受聴者のわずかな位置ズレの影響が大きく、また、個人差も大きなものとなるため、クロストークキャンセル処理の実行の対象とすることによる効果が少ないものであるので、第二例の音像定位装置では、高域成分についてはメインパスフィルタを用いる処理のみを実行するものとしている。従って、クロストークキャンセル処理では低域成分のみを対象とすることから、サンプリング周波数を落とすことが可能となり、図２のように構成するフィルタの回路規模をより小さくすることが、音像定位の精度を低下させることなく可能となるものである。
【００７２】
このように、本実施の形態１の音像定位装置によれば、図１ａ）に示すように、入力側にクロストークキャンセル手段１０１を、出力側に方向定位手段１０２ａ、および１０２ｂを備えたことで、クロストークキャンセル手段１０１と、方向定位手段１０２ａ、および１０２ｂとが備える各フィルタについて、図２に示すように遅延器を用いて、入力を共有化するので、音響信号の保持に必要なメモリ量を小さなものとして、良好な音像定位を行うことが可能となる。
【００７３】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２による音像定位装置は、くし型フィルタを用いるものである。
図４は、本実施の形態２の音像定位装置の第一例の構成を示すブロック図である。本実施の形態２による音像定位装置の概略構成は、図１７に示す従来の技術によるフィードバック型のものと同様のものである。図４に示すように、本実施の形態２による音像定位装置は、加算器５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｅ、および５０３ｆと、メインパスフィルタ５０７ａ、および５０７ｂと、クロストークパスフィルタ５０８ａ、および５０８ｂと、遅延器５１１ａ〜５１１ｊと、乗算器５１０ｘ１〜５１０ｘ１０とを備えたものであり、入力端子５０４ａ、および５０４ｂから入力音響信号を入力し、信号処理を行った結果得られる信号を出力端子５０５ａ、および５０５ｂから出力する。なお、図２等と同様に、図中の遅延器や乗算器の並びにおける点線は任意の個数であることを示している。
【００７４】
同図において、遅延器５１１ａ、同５１１ｃ〜５１１ｆ、乗算器５１０ｘ１〜５１０ｘ５、および加算器５０３ｅが図１７に示すクロストーク打ち消し信号生成フィルタ１８０６ａを構成するものであり、遅延器５１１ｂ、同５１１ｇ〜５１１ｊ、乗算器５１０ｘ６〜５１０ｘ１０、および加算器５０３ｆが図１７に示すクロストーク打ち消し信号生成フィルタ１８０６ｂを構成するものである。ここで、乗算器５１０ｘ１〜５１０ｘ１０の係数を全て等しくすることができ、このような場合がくし型フィルタとなるものである。従ってくし型フィルタを用いる場合には、従来技術の第１の問題点の（Ｂ）において述べた、係数を保持するためのメモリの必要量を低減することが可能となる。
【００７５】
このように構成された本実施の形態２による音像定位装置の動作は、従来の技術によるフィードバック型の音像定位装置と同様のものとなる。
図６は、フィルタの周波数特性を説明するための図である。同図ａ）は、振幅特性を、同図ｂ）は位相特性を示す図である。また、いずれにおいても実線が本実施の形態２で用いたくし型フィルタの特性を、破線が頭部伝達関数の比から求めた特性を示すものである。一般にくし型フィルタは直線位相型の低域通過特性を有するものである。図示するように、振幅特性、および位相特性の双方において、低域部分では類似した特性を示すものとなっている。実施の形態１において説明したように、クロストークキャンセル処理の効果は、音響信号の低域部分について特に有効なものであり、低域部分の特性が近似していることから、くし型フィルタを用いた場合に低域部分に対しては良好な処理を行い得ることが分かる。そして、特性が異なる高域部分については、クロストークキャンセル処理の効果が小さなものであるから、特性の相異の影響は小さなものであると言える。
【００７６】
図５は、本実施の形態２の音像定位装置の第二例の構成を示すブロック図である。図示するように、この例では、第一例の音像定位装置に対して、低域通過フィルタ６２０ａ、および６２０ｂを追加した構成となっている。低域通過フィルタ６２０ａは、加算器６０３ｃ、乗算器６１０ｆ１、および６１０ｆ２、遅延器６１１ａから構成されている。低域通過フィルタ６２０ｂは、加算器６０３ｄ、乗算器６１０ｆ３、および６１０ｆ４、遅延器６１１ｂから構成されている。
【００７７】
このように構成された、本実施の形態２の第二例の音像定位装置の動作は、図１７に示す、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１８０６ａ、および１８０６ｂに対する入力について、高周波成分が除去されるものであり、それ以外は第一例と同様のものとなる。前述のように、クロストーク打ち消し信号の生成にあたっては、音響信号の高域成分に対する考慮はあまり必要なものではなく、本例においては、高域成分を処理対象外とすることで、第一例よりも音像定位の精度を向上することが可能となる。なお、第二例によれば、低域通過フィルタの分、第一例よりも若干回路規模が大きなものとなる。
【００７８】
なお、本第二例においては、クロストーク打ち消し信号生成フィルタの前方（入力側）に低域通過フィルタを備えた構成としているが、後方（出力側）に備えた構成とすることも可能であり、同様の効果が得られる。
【００７９】
図７は、本実施の形態２の音像定位装置の第三例の構成を示す図である。図示するように、この例では、第一例と同様のくし型フィルタを用いるものであるが、該くし型フィルタが、タップ数の少ないＦＩＲで構成されたものである。図示する構成ではタップ数を２としたものであって、係数の値を例えば全て-0.46 とすることができ、この場合には直線位相型の低域通過特性を有するフィルタとなる。このように構成された音像定位装置は、第一例と同様の動作を行うものである。
【００８０】
当該音像定位装置を用いる音響システムにおいて、スピーカ間隔が狭く（例えば開き角１０〜２０度程度）設定されている場合には、図１８ｂ）に示す頭部伝達関数の比ＳＣ／ＳＭが１に近い値をとることとなる。従って、音像定位の安定性と、音響信号の回折による高域成分の減少とを考慮すると、このような場合にはタップ数が少ないフィルタであっても十分近似処理が可能なものとなる。従って、このような場合には図７に示すような構成とすることで、図４に示す第一例と比較して、さらに係数の記憶のためのメモリの必要量を低減することができ、遅延回路において保持するデータ量も少ないものとなって、回路規模の小型化を図ることが可能となる。
【００８１】
図８、および図９は、本実施の形態２の音像定位装置の第四例の構成を示す図である。図８に示すように、本例の音像定位装置は、第三例の装置に対して、高域用メインパスフィルタ９１７ａ、および９１７ｂと、帯域分割回路９１５ａ、および９１５ｂと、帯域合成回路９１６ａ、および９１６ｂとを備えたものである。これらは、実施の形態１の第二例に示した、高域用メインパスフィルタ１１７ａ、および１１７ｂ、帯域分割回路１１５ａ、および１１５ｂ、そして帯域合成回路１１６ａ、および１１６ｂと同様のものである。また、図９に示す高域用メインパスフィルタ１０１７ａ、および１０１７ｂと、帯域分割回路１０１５ａ、および１０１５ｂと、帯域合成回路１０１６ａ、および１０１６ｂも同様である。
【００８２】
このように構成される本例の音像定位装置の動作は、帯域分割処理と帯域合成処理が実施の形態１の第二例と同様に行われ、それ以外は本実施の形態２の第一例と同様のものとなる。従って、実施の形態１の第二例、および本実施の形態２の第三例と同様にメモリの必要量を低減し、回路規模を小型化することが可能となる。
【００８３】
第三例と同様のタップ数２であるＦＩＲフィルタとしたクロストーク打ち消し信号生成フィルタは、図８に示す構成においては、方向定位フィルタと帯域合成回路の間に設置したものであり、図９に示す構成においては、帯域合成回路の後方（出力側）に備えたものであるが、帯域分割回路の前方（入力側）に備えたものとすることや、帯域分割回路と方向定位フィルタとの間に備えるものとして、帯域分割回路から出力される低域成分のみを処理対象として入力するものとすることも可能であり、同様の効果が得られる。
【００８４】
このように、本実施の形態２による音像定位装置によれば、図４に示す乗算器５１０ｘ１〜５１０ｘ１０の係数を全て等しくしたくし型フィルタを用いるものとしたことで、フィルタを用いた演算処理のためのパラメータ（係数）が唯一のものとなり、係数の保持のために必要なメモリ量を小さなものとして、良好な音像定位を行うことが可能となる。
【００８５】
なお、本実施の形態２では、概略構成が、図１７に示すフィードバック型音像定位装置であるものとしたが、図１６ｂ）に示すフィードフォワード型の装置や、図１ｂ）に示す実施の形態１の装置において、くし型フィルタを用いることも可能であり、同様の効果が得られる。
【００８６】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３による音像定位装置は、実施の形態２におけるくし型フィルタの代替に、遅延バッファと、累積和レジスタ（又はメモリ）とを備えた回路を用いるものである。
図１０は、本実施の形態３の音像定位装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態３による音像定位装置の概略構成は、実施の形態２と同様に図１７に示す従来の技術によるフィードバック型のものである。図１０に示すように、本実施の形態３による音像定位装置は、加算器１１０３ａ、１１０３ｂ、１１０３ｃ、および１１０３ｄと、メインパスフィルタ１１０７ａ、および１１０７ｂと、クロストークパスフィルタ１１０８ａ、および１１０８ｂと、遅延器１１１１ａ〜１１１１ｊと、乗算器１１１０ｆ１〜１１１０ｆ４と、同１１１０ｘ１、１１１０ｘ５、１１１０ｘ６、および１１１０ｘ１０とを備えたものであり、入力端子１１０４ａ、および１１０４ｂから入力音響信号を入力し、信号処理を行った結果得られる信号を出力端子１１０５ａ、および１１０５ｂから出力する。なお、図２等と同様に、図中の遅延器の並びにおける点線は任意の個数であることを示している。
【００８７】
同図において、加算器１１０３ｃ、乗算器１１１０ｆ１、および１１１０ｆ２、遅延器１１１１ｍからなる部分と、加算器１１０３ｄ、乗算器１１１０ｆ３、および１１１０ｆ４、遅延器１１１１ｎからなる部分とは、実施の形態２の第二例と同様の低域通過フィルタを構成するものである。そして、実施の形態２において、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ（図１７の１８０６ａ、および１８０６ｂ）を構成していたくし型フィルタの代替として、本実施の形態３の音像定位装置では、図１０に示す遅延器１１１１ａ、１１１１ｂ、１１１１ｃ〜１１１１ｆ、および１１１１ｇ〜１１１１ｊと、乗算器１１１０ｘ１、１１１０ｘ５、１１１０ｘ６、および１１１０ｘ１０と、加算器１１０３ｅ〜１１０３ｈを備えたものである。
【００８８】
図４に示す実施の形態２の装置が備えるくし型フィルタは、ある時刻に用いるクロストーク打ち消し信号を生成するために、その時刻において、同図の遅延器５１１ｃ〜５１１ｆで保持するデータの平均を求める処理に相当する演算処理を行うものである。従って、ある時刻において得られたクロストーク打ち消し信号に基づいて、保持するデータのうち最古のものを１／ｎして減じ、さらに最新のデータを１／ｎしたものを加算することで、次の時刻におけるクロストーク打ち消し信号を取得することができる。
【００８９】
図１０に示す本実施の形態３による音像定位装置では、遅延器１１１１ａ、および１１１１ｂに直前の時刻における信号を保持するものであり、この信号に対して、遅延器１１１１ｃ〜１１１１ｆ、および１１１１ｇ〜１１１１ｊに保持したデータのうち、最古のもの（図では遅延が最大である遅延器１１１１ｆ、および１１１１ｊに保持されたもの）を乗算器１１１０ｘ５、および１１１０ｘ１０により１／ｎし、加算器１１０３ｇ、および１１０３ｈを用いて減算処理をする。さらにこの減算処理の結果に対して、各遅延器に保持したデータのうち、最新のもの（図では遅延が最小である遅延器１１１１ｃ、および１１１１ｇに保持されるもの）を乗算器１１１０ｘ１、および１１１０ｘ６により１／ｎし、加算器１１０３ｅ、および１１０３ｆを用いて加算処理をする。この加算結果は、上述のようにくし型フィルタの演算処理により得られるものと同様に、クロストーク打ち消し信号となる。また、生成した信号は、次時刻の信号生成のために、遅延器１１１１ａ、および１１１１ｂにおいて保持される。
【００９０】
本実施の形態３の音像定位装置では、遅延器１１１１ｃ〜１１１１ｆ、および１１１１ｇ〜１１１１ｊに保持したデータについては、最古のデータの取り出しの際と、最新のデータの記憶の際にのみアクセスが行われるものとなる。実施の形態２のくし型フィルタが備える遅延器においては、頻繁にアクセスがされるため、高速なメモリを用いることが必要であるのと比較して、本実施の形態３の遅延器には、比較的低速なメモリを用いることが可能となる。また、本実施の形態３では、乗算処理や加算処理についても、実施の形態２より削減されるものである。従って、本実施の形態３の音像定位装置は、従来の技術による音像定位装置における、第１の問題点（Ｃ）に記したメモリのアクセス時間に関する問題と、第２の問題点である処理速度に関する問題とを解決し得るものとなる。
【００９１】
このように、本実施の形態３の音像定位装置によれば、クロストークキャンセル処理に用いるフィルタとして、遅延バッファ（図１０の遅延器１１１１ｃ〜１１１１ｆ、および１１１１ｇ〜１１１１ｊ）と、累積和レジスタ（同図１１１１ａ、および１１１１ｂ）とを備えたくし型フィルタ代替回路を用いるものとしたことで、メモリに対するアクセス頻度と、加算処理、および乗算処理とを低減するので、当該音像定位装置を実現する計算機システムにおいて、高速なメモリの容量や、プロセッサ等の処理速度に限界がある場合にも、良好な音像の定位を可能とする。
【００９２】
なお、本実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、概略構成が、図１７に示すフィードバック型音像定位装置であるものとしたが、図１６ｂ）に示すフィードフォワード型の装置や、図１ｂ）に示す実施の形態１の装置において、くし型フィルタ代替回路を用いることも可能であり、同様の効果が得られる。
【００９３】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４による音像定位装置は、切り替えによりフィードフォワード型、およびフィードバック型双方の音像定位を行い得るものである。
図１１は、本実施の形態４の音像定位装置の第一例の構成を示す図である。図示するように、本例の音像定位装置は、図１７に示す装置に、加算器１２０３ｃ、および１２０３ｄと、切り替えスイッチ１２１８ａおよび１２１８ｂとを追加した構成となっている。
【００９４】
図１１では、切り替えスイッチ１２１８ａおよび１２１８ｂをいずれもフィードバック側（図中のＦＢ側）に設定している場合を示している。この状態においては、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１２０６ａ、および１２０６ｂで生成されたクロストーク打ち消し信号は、加算器１２０３ａ、および１２０３ｂに入力されることとなる。すなわちクロストーク打ち消し信号を入力側に出力するフィードバック型の装置となり、図１７に示す装置と同等のものとなる。この場合、本実施の形態５の装置は、従来の技術による第一例の装置と同様の動作をする。
【００９５】
これに対して、図１１に示す切り替えスイッチ１２１８ａおよび１２１８ｂをいずれもフィードフォワード側（図中のＦＦ側）に設定た場合には、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１２０６ａ、および１２０６ｂで生成されたクロストーク打ち消し信号は、加算器１２０３ｃ、および１２０３ｄに入力されることとなる。すなわちクロストーク打ち消し信号を出力側に出力するフィードフォワード型の装置となり、図１６ｂ）に示す装置と同等のものとなる。この場合、本実施の形態５の装置は、従来の技術による第二例の装置と同様の動作をする。
【００９６】
一般に、フィードバック型の装置では、低域からの再現性が良好なものとなる。しかし、従来の技術の問題点として述べた（第３の問題点）ように、フィードバック型の音像定位装置を用いる音響システムにおいて、口径の小さなスピーカが用いられる場合には、低域エネルギーが原因となって音の歪みにつながることがある。フィードフォワード型の装置は、低域がカットされる高域通過型の周波数特性を有するものとなるので、このようなシステムにおいては適していることとなる。従って、本実施の形態４の音像定位装置は、スイッチの切り替えによりフィードバック型、およびフィードフォワード型双方の音像定位装置として使用することができるので、口径の大きなスピーカが用いられる場合にはフィードバック型として用いることで、良好な再生音質が得られるようにはかり、一方、口径の小さなスピーカが用いられる場合には、フィードフォワード型として用いることで、音の歪みの防止を図ることができるものである。
【００９７】
このように、本実施の形態４の音像定位装置によれば、切り替えスイッチ１２１８ａ、および１２１８ｂを備えたことで、当該装置を用いる音響システムに対応して、切り替えスイッチの設定を行うことにより、フィードバック型、またはフィードフォワード型のうち、より適切なタイプの音像定位装置として使用することが可能となる。
【００９８】
図１２は、本実施の形態４による音像定位装置の第二例、図１３は本実施の形態４による音像定位装置の第三例の構成を示す図である。図１２に示すように、第二例の装置においては、実施の形態１に準じた、クロストークキャンセル処理を入力側において行う装置に切り替えスイッチを追加したものである。また、図１３に示す第三例の装置においては、第一例と同様に図１７のフィードバック型の装置に切り替えスイッチを追加したものであり、第一例ではクロストーク打ち消し信号生成フィルタの後方（出力側）に切り替えスイッチを有するものであるのに対して、前方（入力側）にスイッチを追加したものである。図１２、または図１３に示す第二例、または第三例の音像定位装置においても、音響システムに対応して、フィードバック型、またはフィードフォワード型のうち、より適切なタイプの音像定位装置として使用することが可能となる。
【００９９】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５による音像定位装置は、クロストーク打ち消し信号の生成において、初期遅延の程度を切り替えられるようにしたものである。
図１４は、本実施の形態５による音像定位装置の構成を示す図である。図示するように、本実施の形態５の音像定位装置は、図１７に示すフィードバック型の装置に対して、遅延器１５１１ａ〜１５１１ｄと、切り替えスイッチ１５１８ａ、および１５１８ｂとを追加したものである。
【０１００】
図１４に示す状態においては、切り替えスイッチ１５１８ａ、および１５１８ｂは、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１５０６ａ、および１５０６ｂの出力を、遅延器を介さずに加算器１５０３ｂ、および１５０３ａに出力する設定となっている。この状態において、本実施の形態５による音像定位装置は、図１７に示す装置と同等のものとなっている。この状態における本実施の形態５の装置の動作は、従来技術による第二例の装置と同様のものとなる。
【０１０１】
そして、本実施の形態５による音像定位装置では、切り替えスイッチ１５１８ａ、および１５１８ｂの設定により、遅延器１５１１ｂ、および遅延器１５１１ｄに保持された、遅延されたクロストーク打ち消し信号を用いること、また、遅延器１５１１ａ、および遅延器１５１１ｃに保持された、遅延されたクロストーク打ち消し信号を用いることが可能である。この状態における本実施の形態５の装置の動作は、遅延されたクロストーク打ち消し信号がクロストークキャンセル処理に用いられるものとなり、この点を除いては従来技術の第二例と同様のものとなる。
【０１０２】
クロストーク打ち消し信号生成フィルタが行う演算処理は、式６−３に示すように、図１８ｂ）に示す頭部伝達関数ＳＣとＳＭとの比で表される係数を乗じるものである。ここで、図１８ｂ）に示すように、クロストークパスはメインパスよりも長くなるため、スピーカから伝達される音響信号については、左右の到達時間の差が生じるものとなる。ここで、両スピーカの開き角が小さい場合には到達時間差は小さく、開き角が大きな場合には到達時間差は大きなものとなるので、音像定位の差にはこのことを考慮する必要がある。かかる到達時間差は、クロストーク打ち消し信号生成フィルタにおいては、初期遅延量に相当するものである。従って、音像定位装置を用いる音響システムにおいて、固定的な初期遅延量を用いるならば、スピーカの設置位置が変更された場合などには、クロストークキャンセル処理が良好に行い得なくなる可能性がある。
【０１０３】
クロストーク打ち消し信号生成フィルタにおいて、初期遅延をのぞいた部分の周波数特性は、開き角が３０〜６０度程度であれば大きな差は認められないものであり、開き角の変更は初期遅延の切り替えによって対応可能なものである。そして、本実施の形態５の音像定位装置では、切り替えスイッチの設定により、初期遅延の量を段階的に変更できるものとしている。
【０１０４】
このように、本実施の形態５の音像定位装置によれば、フィードバック型の装置に対して、遅延器１５１１ａ〜１５１１ｄと、切り替えスイッチ１５１８ａ、および１５１８ｂとを追加したものとしたことで、当該音像定位装置を用いる音響システムにおいて、スピーカの開き角が変更された場合にも、容易にこれに対応して良好な音像定位を行うことが可能となる。
【０１０５】
実施の形態６．
本発明の実施の形態６による音像定位装置は、クロストーク打ち消し信号生成フィルタを切り替えて用いるものである。
【０１０６】
図１５は、本実施の形態６による音像定位装置の構成を示すブロック図である。図示するように、本実施の形態６の音像定位装置は、メインパスフィルタ１６０７ａ、および１６０７ｂと、クロストークパスフィルタ１６０８ａ、および１６０８ｂと、加算器１６０３ａ〜１６０３ｆと、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１６０６ａ、および１６０６ｂと、遅延器１６１１ａ〜１６１１ｄと、乗算器１６１０ｘ１〜１６１０ｘ４と、反転回路１６３１ａ、および１６３１ｂと、切り替えスイッチ１６１８ａ〜１６１８ｆとを備えたものであり、入力端子１６０４ａ〜１６０４ｄより入力音響信号を入力し、当該音像定位装置の装置出力を１６０５ａ、および１６０５ｂから出力する。
【０１０７】
遅延器１６１１ａ、および１６１１ｂと、乗算器１６１０ｘ１、および１６１０ｘ２と、加算器１６０３ｃとは、第１の２タップのＦＩＲフィルタを構成し、遅延器１６１１ｃ、および１６１１ｄと、乗算器１６１０ｘ３、および１６１０ｘ４と、加算器１６０３ｄとは、第２の２タップのＦＩＲフィルタを構成するものであって、これらはいずれもクロストーク打ち消し信号生成フィルタとして用いられるものである。切り替えスイッチ１６１８ａ〜１６１８ｆは、当該音像定位装置を用いる音響システムにおけるスピーカ間隔に対応して切り替えられるものである。
【０１０８】
メインパスフィルタ１６０７ａ、および１６０７ｂ、クロストークパスフィルタ１６０８ａ、および１６０８ｂ、加算器１６０３ａ〜１６０３ｂ、そして、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１６０６ａ、および１６０６ｂは図１７に示すフィードバック型の音像定位装置と同様のものである。
このように構成される、本実施の形態６の音像定位装置の動作を、スピーカ間隔が広い場合、および狭い場合について以下に説明する。
【０１０９】
まず、スピーカ間隔が広い場合には、スイッチ１６１８ａ、１６１８ｂ、１６１８ｅ、および１６１８ｆをＷ側に設定するとともに、スイッチ１６１８ｃと１６１８ｄとは開放状態とするものである（図示する状態）。これにより、入力端子１６０４ｃ、および１６０４ｄから入力される音響信号は、加算器１６０３ｅ、および１６０３ｆを介して、本実施の形態６の音像定位装置をスルーし、出力端子１６０５ａ、および１６０６ｂから出力される。
【０１１０】
一方入力端子１６０４ａ、および１６０４ｂから入力された信号は、方向定位処理の後、スイッチ１６１８ａ、および１６１８ｂを経由して、クロストーク打ち消し信号生成フィルタ１６０６ａ、および１６０６ｂに入力される。そして、第１、および第２の２タップのＦＩＲフィルタから出力される信号は、スイッチ１６１８ｃ、および１６１８ｄが開放されているので、用いられないものとなる。従って、この場合には図１７に示すフィードバック型音像定位装置と同等のものとして動作することとなる。
【０１１１】
これに対して、スピーカ間隔が狭い場合には、スイッチ１６１８ａ、１６１８ｂ、１６１８ｅ、および１６１８ｆをＮ側に設定するとともに、スイッチ１６１８ｃと１６１８ｄとは接続状態とするものである。従って、方向定位処理された信号は、第１、および第２の２タップのＦＩＲフィルタにおいて処理された後、スイッチ１６１８ｃとスイッチ１６１８ｄとを経由して、加算器１６０３ａ、および１６０３ｂに入力されることとなるので、第１、および第２の２タップのＦＩＲフィルタが、クロストークキャンセル処理に用いられるものとなる。
【０１１２】
一方、入力端子１６０４ｃ、および１６０４ｄから入力される音響信号は、スイッチ１６１８ｅ、および１６１８ｆより、加算器１６０３ａ、および１６０３ｂに入力されるとともに、反転回路１６３１ａ、および１６３１ｂにおいて、位相が反転された後、スイッチ１６１８ａ、および１６１８ｂを経由してフィルタ１６０６ａ、および１６０６ｂに入力される。フィルタ１６０６ａ、および１６０６ｂは、位相反転信号に基づいて信号生成処理を行い、生成した信号を加算器１６０３ａ、および１６０３ｂに出力する。
【０１１３】
この場合には、スイッチ１６１８ｅ、および１６１８ｆより、加算器１６０３ａ、および１６０３ｂへの経路がメインパスとして機能し、フィルタ１６０６ａ、および１６０６ｂは、クロストーク信号を生成するように機能することとなる。これは、前方に定位させるべき音像と、任意位置（横方向、後方等）に定位させるべき音像とが混在する音響信号を処理対象とする場合に有効な処理であり、スピーカ間隔が狭い場合にも、前方に定位するべき音像をより外側に広げることで、ステレオ効果を大きなものとすることが可能となる。
【０１１４】
すなわち、本実施の形態６の装置において、入力端子１６０４ａと１６０４ｂとには任意の位置に定位させるべき音像の音響信号を、入力端子１６０４ｃと１６０４ｄとには前方に定位させるべき音像の音響信号を入力し、スピーカ間隔が広い場合には、前方に定位させるべき音像についてはそのまま出力するものとし、任意の位置に定位させるべき音像については、従来技術の第二例と同様のクロストークキャンセル処理を行うものである。また、スピーカ間隔が狭い場合には、前方に定位させるべき音像について、前述のように外側に広げる効果を与える。一方、任意の位置に定位させるべき音像については、かかる音像の定位に用いるクロストーク打ち消し信号生成フィルタが行う演算処理は、式６−３に示すように、図１８ｂ）に示す頭部伝達関数ＳＣとＳＭとの比で表される係数を乗じるものであるので、スピーカ間隔が狭いことによりこの比は小さなものとなるので、タップ数の小さなフィルタを用いることが可能となる。従って、２タップのフィルタを用いて処理を行うものである。
【０１１５】
このように、本実施の形態６の音像定位装置によれば、従来の技術によるフィードバック型音像定位装置に対して、遅延器１６１１ａ〜１６１１ｄ、乗算器１６１０ｘ１〜１６１０ｘ４、加算器１６０３ｃ〜１６０３ｄからなる、２タップのＦＩＲフィルタと、切り替えスイッチ１６１８ａ〜１６１８ｆと、反転回路１６３１ａ、および１６３１ｂとを備えたことで、スピーカ間隔が広い場合には、従来の技術によるフィードバック型音像定位を行い、スピーカ間隔が狭い場合には、かかる音像定位とともに、前方に定位すべき音像をより外側に広げるような処理をも行うことが可能となる。
【０１１６】
なお、本実施の形態６では、図１７に示すフィードバック型音像定位装置に準じた構成であるものとしたが、図１６ｂ）に示すフィードフォワード型の装置や、図１ｂ）に示す実施の形態１の装置に準じたものとすることも可能であり、同様の効果が得られる。
【０１１７】
【発明の効果】
請求項１の音像定位装置によれば、音響信号を入力し、上記入力した音響信号に対しての信号処理を行い、仮想的な音像を定位させ、音像定位信号を出力する音像定位装置において、クロストーク打ち消し信号を生成し、上記生成したクロストーク打ち消し信号を用いてクロストークキャンセル処理を行うクロストークキャンセル手段と、上記クロストークキャンセル手段においてクロストークキャンセル処理がされた信号に対して、仮想的な音源位置の方向を定位する方向定位手段とを備え、上記クロストークキャンセル手段は、ＦＩＲフィルタである第１、および第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタと、第１、および第２の加算器とを備え、上記第１の加算器において、第１の音響信号と上記第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタが生成する信号とを加算処理した第１の出力信号を第１のクロストーク打ち消し信号生成フィルタに入力し、上記第２の加算器において、第２の音響信号と上記第１のクロストーク打ち消し信号生成フィルタが生成する信号とを加算処理した第２の出力信号を第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタに入力するものであり、上記方向定位手段は、前記第１の出力信号を入力とするＦＩＲフィルタである第１のメインパスフィルタと第１のクロストークパスフィルタと、前記第２の出力信号を入力とするＦＩＲフィルタである第２のメインパスフィルタと第２のクロストークパスフィルタと、第３、および第４の加算器とを備え、上記第３の加算器において、上記第１のメインパスフィルタにおいて処理した信号と、上記第２のクロストークパスフィルタにおいて処理した信号とを加算処理し、上記第４の加算器において、上記第２のメインパスフィルタにおいて処理した信号と、上記第１のクロストークパスフィルタにおいて処理した信号とを加算処理し、上記第１のクロストーク打ち消し信号生成フィルタと、上記第１のメインパスフィルタと、上記第１のクロストークパスフィルタは、前記第１のクロストーク打ち消し信号生成フィルタに対する入力と前記第１のメインパスフィルタに対する入力と前記第１のクロストークパスフィルタに対する入力とを共有化して保持する遅延器を備え、上記第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタと、上記第２のメインパスフィルタと、上記第２のクロストークパスフィルタは、前記第２のクロストーク打ち消し信号生成フィルタに対する入力と前記第２のメインパスフィルタに対する入力と前記第２のクロストークパスフィルタに対する入力とを共有化して保持する遅延器を備えるものとしたことで、入力する音響信号に対してまずクロストークキャンセル処理を行い、その後に音像定位処理を行うので、クロストークキャンセル処理と方向定位処理とのために保持すべき信号を共通のものとして、保持に用いる記憶装置の必要量を低減することが可能となる。さらに、入力する音響信号に対して、まずクロストーク打ち消し信号生成フィルタが生成する信号を用いてクロストークキャンセル処理を行い、その後にメインパスフィルタとクロストークパスフィルタとによる音像定位処理を行うので、クロストークキャンセル処理と方向定位処理とのために保持すべき信号を共通のものとして、保持に用いる記憶装置の必要量を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１による音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  同実施の形態の音像定位装置が備えるフィルタの構成例を示す図である。
【図３】  同実施の形態の応用例である音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図４】  本発明の実施の形態２による音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図５】  同実施の形態の応用例である音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図６】  同実施の形態において用いられるフィルタの働きを説明するための、フィルタの周波数特性を示す図である。
【図７】  同実施の形態の応用例である音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図８】  同実施の形態の応用例である音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図９】  同実施の形態の応用例である音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】  本発明の実施の形態３による音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】  本発明の実施の形態４による音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】  同実施の形態の応用例である音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】  同実施の形態の応用例である音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】  本発明の実施の形態５による音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】  本発明の実施の形態６による音像定位装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】  従来の技術による音像定位装置の第一例の構成を示すブロック図である。
【図１７】  従来の技術による音像定位装置の第二例の構成を示すブロック図である。
【図１８】  音像定位を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１，１７０１    クロストークキャンセル手段
１０２，１７０２    方向定位手段
１０３，５０３，６０３，８０３，９０３，１００３，１１０３，１２０３，  １３０３，１４０３，１５０３，１６０３，１７０３，１８０３
加算器
１０４，５０４，６０４，８０４，９０４，１００４，１１０４，１２０４，  １３０４，１４０４，１５０４，１６０４，１７０４，１８０４
入力端子
１０５，５０５，６０５，８０５，９０５，１００５，１１０５，１２０５，  １３０５，１４０５，１５０５，１６０５，１７０５，１８０５
出力端子
１０６，１２０６，１３０６，１４０６，１５０６，１６０６，
１７０６，１８０６
クロストーク打ち消し信号生成フィルタ
１０７，５０７，６０７，８０７，９０７，１００７，１１０７，１２０７，  １３０７，１４０７，１５０７，１６０７，１７０７，１８０７
メインパスフィルタ
１０８，５０８，６０８，８０８，９０８，１００８，１１０８，１２０８，  １３０８，１４０８，１５０８，１６０８，１７０８，１８０８
クロストークパスフィルタ
１１０，５１０，６１０，８２１，８２２，８２３，８２４，９２１，
９２２，９２３，９２４，１０２１，１０２２，１０２３，１０２４，
１１１０，１５１０
乗算器
１１１，５１１，５１１，８１１，９１１，１０１１，１１１１，
１５１１，１６１１
遅延器
１１５，９１５，１０１５    帯域分割回路
１１６，９１６，１０１６    帯域合成回路
１１７，９１７，１０１７    高域用メインパスフィルタ
１２１８，１３１８，１４１８，１５１８，１６１８
切り替えスイッチ
５２０                      低域通過フィルタ
１６２１                    反転回路
【図１】
0004064536.tif 000002
【図２】
0004064536.tif 000003
【図３】
0004064536.tif 000004
【図４】
0004064536.tif 000005
【図５】
0004064536.tif 000006
【図６】
0004064536.tif 000007
【図７】
0004064536.tif 000008
【図８】
0004064536.tif 000009
【図９】
0004064536.tif 000010
【図１０】
0004064536.tif 000011
【図１１】
0004064536.tif 000012
【図１２】
0004064536.tif 000013
【図１３】
0004064536.tif 000014
【図１４】
0004064536.tif 000015
【図１５】
0004064536.tif 000016
【図１６】
0004064536.tif 000017
【図１７】
0004064536.tif 000018
【図１８】
0004064536.tif 000019