(57)【要約】【課題】受聴者が頭部を回転させた場合であっても、音の定位方向を維持することができる音場制御装置を提供する。【解決手段】音場制御装置は、原音の受聴者に対する定位方向に応じて、任意に配設された複数のスピーカ３８のうち、使用する２つ以上のスピーカ３８をスピーカ選択及びフィルタ切替部３４によって選択し、選択されたスピーカ３８の音圧バランスを原音の定位方向に一致するようにバランス部３６によって調整し、選択されたスピーカ３８を用いて受聴者の両耳付近の音状態を制御するフィルタをスピーカ選択及びフィルタ切替部３４によって選択し、選択されたスピーカ３８を介して、選択されたフィルタを用いてフィルタ処理部３５によってフィルタリング処理された音を出力する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意に配設された複数のスピーカと、
原音の受聴者に対する定位方向に応じて、前記複数のスピーカのうち、２つ以上のスピーカを選択するスピーカ選択手段と、
前記スピーカ選択手段によって選択されたスピーカの音圧バランスを前記原音の定位方向に一致するように調整する調整手段と、
前記スピーカ選択手段によって選択されたスピーカを用いて前記受聴者の両耳付近の音状態を制御するフィルタを選択するフィルタ選択手段とを備え、
前記フィルタ選択手段によって選択されたフィルタを用いて音源信号にフィルタリング処理を施して、前記スピーカ選択手段によって選択されたスピーカから音を出力させる制御手段と
を備えることを特徴とする音場制御装置。
【請求項２】
予め特定の定位方向を有する前記原音としての音源信号を生成する音源生成手段と、
前記音源生成手段によって生成された音源信号から前記原音の方向を検出する音源方向検出手段とを備え、
前記スピーカ選択手段は、前記音源方向検出手段によって検出された前記原音の方向に基づいて、使用するスピーカを選択すること
を特徴とする請求項１に記載の音場制御装置。
【請求項３】
前記音源方向検出手段は、音源信号自体に前記原音の方向を示す音源方向情報が含まれている場合には、その音源信号から直接方向を検出し、前記原音に対応させて当該原音の方向を示す音源方向情報が付与されている場合には、その音源方向情報から方向を検出することを特徴とする請求項２に記載の音場制御装置。
【請求項４】
前記スピーカ選択手段は、前記複数のスピーカのうち、前記原音の方向を中心として中心角度から小さい角度範囲に配設されている２つ以上のスピーカを選択することを特徴とする請求項１に記載の音場制御装置。
【請求項５】
前記調整手段は、前記スピーカ選択手段によって選択されたスピーカから出力される音の音圧レベルを逆フィルタ作成のための伝達特性を測定したときと同じバランスに調整することを特徴とする請求項１に記載の音場制御装置。
【請求項６】
原音の受聴者に対する定位方向に応じて任意に配設された複数のスピーカのうち使用する２つ以上のスピーカを選択して当該選択されたスピーカの音圧バランスを前記原音の定位方向に一致するように調整すると共に、選択されたスピーカを用いて前記受聴者の両耳付近の音状態を制御するフィルタを選択し、
選択されたフィルタにより音源信号をフィルタリング処理して、選択されたスピーカを介して出力すること
を特徴とする音場制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意に配設された複数のスピーカを用いて音の定位方向及び距離を再現する音場制御装置及び音場制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、任意に配設された複数のスピーカを用いて音の定位方向及び距離を再現する音場制御技術としては、受聴者の両耳の位置が変化した場合であってもその影響を受けにくくして音の定位感を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この特許文献１には、複数の音源の中から２つのスピーカを選択し、これら２つのスピーカのみを用いて音場制御を行うことにより、受聴位置のずれに対して頑健とされるシステムが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１２７８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された従来の技術においては、受聴者が２つのスピーカを結ぶ線に対して平行な方向に頭部を向けた場合には、音の定位感を得ることができなくなるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、受聴者が頭部を回転させた場合であっても、音の定位方向を維持することができる音場制御装置及び音場制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、原音の受聴者に対する定位方向に応じて任意に配設された複数のスピーカのうち使用する２つ以上のスピーカを選択し、当該選択されたスピーカの音圧バランスを前記原音の定位方向に一致するように調整し、選択されたスピーカを用いて前記受聴者の両耳付近の音状態を制御するフィルタを選択して当該フィルタにより音源信号をフィルタリング処理して、選択されたスピーカを介して出力することで、上述の課題を解決する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、音を出力するスピーカ、音圧バランス及びフィルタを最適な組み合わせで設定することにより、受聴者が頭部を回転させた場合であっても、音の定位方向を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の好適な実施形態としての音場制御装置について具体的に説明する。
【０００８】
［音場制御装置の構成］
本発明の実施形態として示す音場制御装置は、任意に配設された複数のスピーカを用いて受聴者の両耳付近の音状態を制御することにより、音の定位方向及び距離を正確に再現するものであり、車室内で運転者に対して特定の定位方向を有する報知音を提示するシステムに適用して好適なものである。
【０００９】
一般的なトランスオーラルシステムは、例えば図１に示すように、バイノーラル録音された仮想音源Ｓを逆フィルタマトリクス１１に入力し、スピーカ１２を介して出力する。なお、複数のスピーカ１２は、隣接して配設されている場合が多い。このとき、トランスオーラルシステムは、制御点位置に受聴者Ａの両耳がある場合に限り、音像を受聴させることができる。例えば、このトランスオーラルシステムを車両に適用した場合には、受聴者Ａは、右方向に音像Ｉとしてのエンジン音を聞くことができる。このとき、制御点位置に位置していない受聴者Ｂは、音像の定位感を感じることができず、単に音像と同じ内容のエンジン音が周辺一帯に鳴っているように聞こえるだけである。
【００１０】
ここで、受聴者の頭部が回転した場合であっても音像位置が変化しないようにしたい。例えば、図２に示すように、受聴者Ａが左後方を向いた場合においても、音像Ｉの位置が後方に聞こえ続けるようにしたい。
【００１１】
そこで、本発明の実施形態として示す音場制御装置においては、受聴者Ａが正面を向いているときは音像Ｉの距離と方向の定位感を保持し、頭部が回転したときに方向感だけは保持されるような制御を行うようにする。
【００１２】
概略的には、音場制御装置は、図３に示すように、バイノーラル録音された仮想音源Ｓを切替付きフィルタマトリクス２１に入力し、このフィルタマトリクス２１の出力をバランサー２２に入力してスピーカ２３の音圧バランスを調整した上で、当該スピーカ２３によって音を出力させる。
【００１３】
ここで、入力される音（原音）は、予め特定の定位方向を有する音とする。すなわち、音場制御装置自体ではなく、予め音像を配置する方向がどこであるかを、事前の情報として入力される音に含ませておく必要がある。切替付きフィルタマトリクス２１は、複数のスピーカ２３のうち、使用するスピーカ２３のみを用いた逆フィルタを選択し、その選択したフィルタを用いてスピーカ２３から出力する音の出力タイミング、位相、音圧等を制御する。なお、逆フィルタを動的に設計することは困難であるため、音場制御装置においては、予め以下に示すバランサー２２よる音圧バランスの条件で逆フィルタを設計しておく。
【００１４】
すなわち、バランサー２２は、切替付きフィルタマトリクス２１から供給された音源信号の音圧レベルを逆フィルタ作成のための伝達特性を測定したときと同じバランスに変更する。このバランスは、切替付きフィルタマトリクス２１によって選択されたスピーカ２３及び逆フィルタ毎に決定される。
【００１５】
音場制御装置は、スピーカ２３が受聴者に対してバランスよく配設されており、且つ、スピーカ２３の個数が特定方向に揃っている場合には、全ての音源の音圧レベルを一致させてもよい。一方、音場制御装置は、図２に示すように、選択されたスピーカ２３の配設位置が広範囲にわたる場合には、各スピーカ２３から出力される音のバランスを極端に調整するようにしてもよい。
【００１６】
なお、図３においては、４つのスピーカ２３のうち、受聴者の右前方に位置するスピーカ２３の出力を最大とし、受聴者の右後方に位置するスピーカ２３の出力を２番目に大きくし、受聴者の左前方に位置するスピーカ２３の出力を３番目に大きくし、受聴者の左後方に位置するスピーカ２３の出力をゼロとするように、各スピーカ２３から出力される音のバランスを極端に調整している様子を、矢印の太さによって表している。このような音圧レベル差は、理論的には逆フィルタで除去することができるが、実環境においてダイナミックレンジが大きく異なるスピーカ２３を用いた場合には、必ずしも除去されず、音圧レベル差の影響が残る。そのため、受聴者には、図２に示すように、右方向に音像Ｉが感じられることになる。
【００１７】
このような音場制御を実現する音場制御装置は、具体的には図４に示すように構成される。すなわち、音場制御装置は、音源を生成する音源生成部３１と、この音源生成部３１によって生成された音源の方向を検出する音源方向検出部３２と、逆フィルタのデータを格納するフィルタ格納部３３と、使用するスピーカ３８を選択して逆フィルタを切り替えるスピーカ選択及びフィルタ切替部３４と、入力された音源信号を逆フィルタリング処理するフィルタ処理部３５と、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４によって選択されたスピーカ３８の音圧バランスを調整するバランス部３６と、音を増幅してスピーカ３８を介して出力させる増幅部３７とを備える。
【００１８】
音源生成部３１は、音場制御装置に入力される原音としての音源信号を生成する。具体的には、音源生成部３１は、図５に示すように、ヘッド・アンド・トルソー・シミュレータ（Head And Torso Simulator；ＨＡＴＳ）やダミーヘッド等を用いて集音してバイノーラル録音した音源信号や、図６に示すように、任意の位置に配置したい音に頭部伝達関数（Head Related Transfer Function；ＨＲＴＦ）による空間的情報を付加する仮想音源としての音源信号を生成する。ここで、音源生成部３１によって生成される原音は、上述したように、例えば仮想音源のように予め特定の定位方向を有する音とする。したがって、音源生成部３１は、音源情報と音源の方向を示す音源方向情報とを有する音源信号を生成するのが望ましい。このような音源生成部３１によって生成された音源情報及び音源方向情報を有する音源信号は、音源方向検出部３２に供給される。
【００１９】
音源方向検出部３２は、音源生成部３１から供給された音源信号の音源方向情報に基づいて、音源（原音）の方向を検出する。具体的には、音源方向検出部３２は、音源信号自体に音源方向情報が含まれている場合には、その音源信号から直接方向を検出し、また、音源情報に対応させてテキストデータ等からなる音源方向情報が別途付与されている場合には、その音源方向情報に基づいて音源の方向を検出する。すなわち、音源方向検出部３２は、音源が仮想音源である場合には、センサ等によって予め提示する方向が決められているので、音源方向情報をそのまま検出すればよい。また、音源方向検出部３２は、バイノーラル録音された音源である場合には、その音源の方向を検出してスピーカ３８のバランスを調整する必要があるので、いわゆる遅延和アレー等の方向検出アルゴリズム（大賀、山崎、金田、「音響システムとディジタル処理」電子情報通信学会pp181-186）等を用いて、音源の方向を検出する。音源方向検出部３２は、検出した音源方向情報をスピーカ選択及びフィルタ切替部３４に供給するとともに、仮想音源情報をフィルタ処理部３５に供給する。
【００２０】
フィルタ格納部３３は、複数のスピーカ３８のそれぞれ毎に作成された逆フィルタのデータを格納する。このフィルタ格納部３３に格納された逆フィルタのデータは、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４によって読み出される。
【００２１】
スピーカ選択及びフィルタ切替部３４は、音源方向検出部３２から供給された音源方向情報に基づいて、使用するスピーカ３８を選択する。特に、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４は、後述するように、複数のスピーカ３８のうち、音源方向を中心として中心角度から小さい角度範囲に配設されているスピーカ３８を２つ以上選択する。そして、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４は、選択したスピーカ３８を用いて受聴者の両耳付近の音状態を制御する逆フィルタのデータをフィルタ格納部３３から読み出し、使用する逆フィルタを切り替える。スピーカ選択及びフィルタ切替部３４は、選択したスピーカ３８を示す情報をバランス部３６に供給するとともに、選択した逆フィルタのデータをフィルタ処理部３５に供給する。
【００２２】
フィルタ処理部３５は、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４から供給された逆フィルタのデータを用いて、音源方向検出部３２から供給された仮想音源情報に対して逆フィルタリング処理を行う。具体的には、フィルタ処理部３５は、逆行列、ノルム最小解、又はガウス消去法を用いた逆フィルタリング処理を行う。このとき、フィルタ処理部３５は、音源が仮想音源である場合には、センサ等によって予め提示する方向が決められているので、音源方向情報をそのまま用いて、逆フィルタリング処理を行う。フィルタ処理部３５は、逆フィルタリング処理を施した音源信号としての仮想音源情報をバランス部３６に供給する。
【００２３】
バランス部３６は、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４によって選択されたスピーカ３８の音圧バランスを原音の定位方向に一致するように調整する。すなわち、バランス部３６は、フィルタ処理部３５から供給された仮想音源情報の音圧レベルを逆フィルタ作成のための伝達特性を測定したときと同じバランスに変更することにより、使用するスピーカ３８の音圧バランスを調整する。この音圧バランスは、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４によって選択されたスピーカ３８及び逆フィルタ毎に決定される。バランス部３６は、スピーカ３８が受聴者に対してバランスよく配設されており、且つ、スピーカ３８の個数が後述するような十分個数ある場合には、全ての音源の音圧レベルを一致させるようにしてもよい。バランス部３６は、各スピーカ３８の音圧バランスを調整した仮想音源情報を増幅部３７に供給する。
【００２４】
増幅部３７は、バランス部３６から供給された仮想音源情報をＤ／Ａ変換して得られたアナログ信号からなる音を所定のゲインで増幅し、スピーカ３８を介して出力させる。
【００２５】
［音場制御装置の動作］
このような音場制御装置においては、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４により、以下のようにして使用するスピーカ３８を選択する。
【００２６】
一般に、トランスオーラルシステムにおけるスピーカは、受聴者の正中面に対して左右に配設するのが望ましい。これは、前後方向の音に関しては位相差で構成することが可能であるのに対して、左右の音を作成するためには、音圧レベル等が定位感を得るための情報として用いられていることに起因する。
【００２７】
しかしながら、本願発明者は、仮想音源のように、予め特定の方向から出力されることが明らかな音源に対しては、その方向に音源を配置するのみで、当該方向の音像の方向を正確に構成することが可能であり、また、音像の距離についても略正確に構成することが可能であることを見出した。
【００２８】
そこで、音場制御装置においては、かかる知見に基づいて、特定の方向に音源が存在する場合に限り、音源方向を中心として中心角度から小さい角度範囲に配設されている２つ以上のスピーカ３８をスピーカ選択及びフィルタ切替部３４によって選択し、そのスピーカ３８をもってフィルタ処理部３５によってフィルタリング処理を行う。
【００２９】
具体的には、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４は、例えば図７（Ａ）に示すように、受聴者の周囲に８個のスピーカ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｆ，３８ｇ，３８ｈが配設されている場合において音源が受聴者の右前方に存在する場合には、受聴者の前方に配設されているスピーカ３８ａ、右前方に配設されているスピーカ３８ｂ、及び、右方に配設されているスピーカ３８ｃの３つのスピーカを、使用するスピーカとして選択する。
【００３０】
また、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４は、例えば図７（Ｂ）に示すように、受聴者の周囲に８個のスピーカ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｆ，３８ｇ，３８ｈが配設されている場合において音源が受聴者の右前方であって図７（Ａ）に示した位置よりも右方寄りに存在する場合には、右前方に配設されているスピーカ３８ｂ、及び、右方に配設されているスピーカ３８ｃの２つのスピーカを、使用するスピーカとして選択する。
【００３１】
さらに、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４は、例えば図７（Ｃ）に示すように、受聴者の周囲に８個のスピーカ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｆ，３８ｇ，３８ｈが配設されている場合において音源が受聴者の右方に存在する場合には、右前方に配設されているスピーカ３８ｂ、右方に配設されているスピーカ３８ｃ、及び、右後方に配設されているスピーカ３８ｄの３つのスピーカを、使用するスピーカとして選択する。
【００３２】
これにより、音場制御装置においては、音を出力するスピーカ３８、音圧バランス及びフィルタを最適な組み合わせで設定することにより、ａ）制御領域と受聴者の両耳位置とが一致する受聴位置において音像Ｉの定位感を得ること、及び、ｂ）受聴者の頭部が回転して制御領域と両耳位置とが一致しない場合においても音像Ｉの方向に関する定位感を得ること、のいずれも実現することができる。
【００３３】
このような音場制御装置においては、図８に示すような一連の手順にしたがって、音源の再生を行う。
【００３４】
まず、音場制御装置は、図８に示すように、ステップＳ１において、システムを初期化すると、ステップＳ２において、音源生成部３１から音源の入力があるか否かを検出する。
【００３５】
続いて、音場制御装置は、音源の入力を検出すると、ステップＳ３において、音源方向検出部３２により、音源信号の音源方向情報に基づいて、音源の方向を検出する。
【００３６】
続いて、音場制御装置は、ステップＳ４において、ステップＳ３にて検出された音源の方向に基づいて、バランス部３６によってスピーカ３８の音圧バランスを変更し、さらに、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４により、出力するスピーカ３８を決定して逆フィルタの内容を切り替える。
【００３７】
そして、音場制御装置は、ステップＳ５において、フィルタ処理部３５によって音源信号に対して逆フィルタリング処理を行い、ステップＳ６において、得られた音源信号をＤ／Ａ変換してアナログ信号からなる音を増幅部３７によって所定のゲインで増幅し、スピーカ３８を介して出力して一連の処理を終了する。
【００３８】
音場制御装置においては、このような一連の手順にしたがって、音の定位方向を維持しながら音源の再生を行うことができる。
【００３９】
このような音場制御装置は、車室内に分散配置された多数のスピーカを用いて運転者に対して報知音を提示するシステムに適用して極めて有効である。かかるシステムは、頭部を回転させやすい運転中であっても、運転者に対して特定の定位方向を有する報知音を確実に提示することが可能となる。
【００４０】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明の実施形態として示した音場制御装置は、原音の受聴者に対する定位方向に応じて、任意に配設された複数のスピーカ３８のうち、使用する２つ以上のスピーカ３８をスピーカ選択及びフィルタ切替部３４によって選択し、選択されたスピーカの音圧バランスを原音の定位方向に一致するようにバランス部３６によって調整し、選択されたスピーカを用いて受聴者の両耳付近の音状態を制御するフィルタをスピーカ選択及びフィルタ切替部３４によって選択し、選択されたスピーカ３８を介して、選択されたフィルタを用いてフィルタリング処理された音を出力する。
【００４１】
これにより、この音場制御装置においては、受聴者が頭部を移動させるのを許容することができ、頭部を回転させた場合であっても、音の定位方向を維持することができる。この音場制御装置においては、定位方向に関しては原理的に±１８０°まで許容することができる。また、この音場制御装置においては、２つ以上のスピーカ３８を選択することが可能であり、且つ、音源方向に依存して音を出力することができるため、受聴者が音源を結ぶ軸に頭部を向けても定位感が失われることはない。
【００４２】
また、この音場制御装置は、予め特定の定位方向を有する原音としての音源信号を音源生成部３１によって生成し、生成された音源信号から原音の方向を音源方向検出部３２によって検出し、検出された原音の方向に基づいて、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４によって使用するスピーカ３８を選択するので、音源方向に依存して音を出力することができ、受聴者が頭部を回転させても音の定位方向を維持することができる。
【００４３】
さらに、この音場制御装置は、音源信号自体に原音の方向を示す音源方向情報が含まれている場合には、音源方向検出部３２により、その音源信号から直接方向を検出し、原音に対応させて当該原音の方向を示す音源方向情報が付与されている場合には、その音源方向情報から方向を検出することにより、確実に原音の方向を検出することができ、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４によって適切なスピーカ３８を選択することができる。
【００４４】
さらにまた、この音場制御装置は、複数のスピーカ３８のうち、原音の方向を中心として中心角度から小さい角度範囲に配設されている２つ以上のスピーカ３８をスピーカ選択及びフィルタ切替部３４によって選択することにより、予め特定の方向から出力されることが明らかな音源に対しては、その方向に音源を配置するのみで、当該方向の音像の方向を正確に構成することができる。
【００４５】
また、この音場制御装置は、スピーカ選択及びフィルタ切替部３４によって選択されたスピーカ３８から出力される音の音圧レベルを逆フィルタ作成のための伝達特性を測定したときと同じバランスにバランス部３６によって調整することにより、動的に設計することが困難な逆フィルタを容易に設計することができる。
【００４６】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施の形態に限定されることはなく、この実施の形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】一般的なトランスオーラルシステムの構成について示す図である。
【図２】本発明にて実現したいトランスオーラルシステムの構成について示す図である。
【図３】本発明の実施形態として示す音場制御装置の構成について概略的に示す図である。
【図４】本発明の実施形態として示す音場制御装置の構成について示すブロック図である。
【図５】バイノーラル録音した音源信号について説明するための図である。
【図６】仮想音源としての音源信号について説明するための図である。
【図７】（Ａ）は音源が受聴者の右前方に存在する場合におけるスピーカの選択例について示す図であり、（Ｂ）は音源が受聴者の右前方であって（Ａ）に示す位置よりも右方寄りに存在する場合におけるスピーカの選択例について示す図であり、（Ｃ）は音源が受聴者の右方に存在する場合におけるスピーカの選択例について示す図である。
【図８】本発明の実施形態として示す音場制御装置によって音源の再生を行う際の一連の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１１  逆フィルタマトリクス
１２，２３，３８，３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｆ，３８ｇ，３８ｈ  スピーカ
２１  切替付きフィルタマトリクス
２２  バランサー
３１  音源生成部
３２  音源方向検出部
３３  フィルタ格納部
３４  スピーカ選択及びフィルタ切替部
３５  フィルタ処理部
３６  バランス部
３７  増幅部
Ａ，Ｂ  受聴者
Ｉ  音像
Ｓ  仮想音源
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009253526.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009253526.tif 000007
【図６】
2009253526.tif 000008
【図７】
2009253526.tif 000009
【図８】
2009253526.tif 000010