(57)【要約】低帯域の信号を抽出する低帯域抽出手段と、この信号に対して、フィルタリングするフィルタリング手段と、高帯域の信号を抽出する高帯域抽出手段と、この信号のゲインを調整するゲイン調整手段と、ゲイン調整手段から出力信号とフィルタリング手段から出力信号とを加算する加算手段と、を備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に対して低帯域の信号を抽出する低帯域抽出手段と、
この低帯域抽出手段により抽出された低帯域信号に対して、頭部伝達関数に基づいてフィルタリングするフィルタリング手段と、
上記入力信号に対して高帯域の信号を抽出する高帯域抽出手段と、
この高帯域抽出手段により抽出された高帯域信号のゲインを調整するゲイン調整手段と、
このゲイン調整手段から出力される高帯域信号と上記フィルタリング手段から出力される低帯域信号とを加算する加算手段と、
を備えたことを特徴とする音像定位装置。
【請求項２】
入力信号に対して低帯域の信号を抽出する低帯域抽出手段と、
この低帯域抽出手段により抽出された低帯域信号を一定間隔で間引くダウンサンプリング手段と、
このダウンサンプリング手段から出力される低帯域信号に対して、頭部伝達関数に基づいてフィルタリングするフィルタリング手段と、
このフィルタルング手段から出力される低帯域信号に対して補間処理をするアップサンプリング手段と、
上記入力信号に対して高帯域の信号を抽出する高帯域抽出手段と、
この高帯域抽出手段により抽出された高帯域信号に対してゲインを調整するゲイン調整手段と、
このゲイン調整手段から出力される高帯域信号と上記アップサンプリング手段から出力される低帯域信号を加算する加算手段と、
を備えたことを特徴とする音像定位装置。
【請求項３】
入力信号に対して低帯域の信号を抽出する低帯域抽出手段と、
この低帯域抽出手段により抽出された低帯域信号を一定間隔で間引くダウンサンプリング手段と、
このダウンサンプリング手段から出力される低帯域信号に対して、聞き手の左耳に対応する頭部伝達関数に基づいてフィルタリングする第１のフィルタリング手段と、
この第１のフィルタルング手段から出力される低帯域信号に対して補間処理をする第１のアップサンプリング手段と、
上記ダウンサンプリング手段から出力される低帯域信号に対して、聞き手の右耳に対応する頭部伝達関数に基づいてフィルタリングする第２のフィルタリング手段と、
この第２のフィルタルング手段から出力される低帯域信号に対して補間処理をする第２のアップサンプリング手段と、
上記入力信号に対して高帯域の信号を抽出する高帯域抽出手段と、
この高帯域抽出手段により抽出された高帯域信号に対して、聞き手の左耳用にゲインを調整する第１のゲイン調整手段と、
上記高帯域抽出手段により抽出された高帯域信号に対して、聞き手の右耳用にゲインを調整する第２のゲイン調整手段と、
上記第１のゲイン調整手段から出力される高帯域信号と上記第１のアップサンプリング手段から出力される低帯域信号を加算する第１の加算手段と、
上記第２のゲイン調整手段から出力される高帯域信号と上記第２のアップサンプリング手段から出力される低帯域信号を加算する第２の加算手段と、
を備えたことを特徴とする音像定位装置。
【請求項４】
予め設定された整数値Ｍに基づきサンプリング周波数Ｆｓの入力信号に対してＦｓ／（２［Ｆｓ／２Ｍ］）Ｈｚより低い帯域の信号を抽出する低帯域抽出手段と、
この低帯域抽出手段により抽出された低帯域信号に対して［Ｆｓ／２Ｍ］ごとに１サンプルを抽出するダウンサンプリング手段と、
このダウンサンプリング手段から出力される低帯域信号に対して、頭部伝達関数に基づいてフィルタリングするフィルタリング手段と、
このフィルタリング手段から出力される各サンプルに対して［Ｆｓ／２Ｍ］−1個のゼロ値を補間するアップサンプリング手段と、
上記入力信号に対してＦｓ／（２［Ｆｓ／２Ｍ］）Ｈｚ以上の帯域の信号を抽出する高帯域抽出手段と、
この高帯域抽出手段により抽出された高帯域信号に対してゲインを調整するゲイン調整手段と、
このゲイン調整手段から出力される高帯域信号と上記アップサンプリング手段から出力される低帯域信号を加算する加算手段と、
を備えたことを特徴とする音像定位装置。
【請求項５】
低帯域抽出手段は、ローパスフィルタからなり、
高帯域抽出手段は、
ローパスフィルタから出力された低帯域信号に基づいてローパスフィルタにより生じた郡遅延特性分だけ入力信号を遅延させる遅延処理部と、
この遅延処理部から出力された信号から低帯域抽出手段から出力された低帯域信号を減算する減算機と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の音像定位装置。
【請求項６】
入力信号に対して低帯域の信号を抽出する低帯域抽出手段と、
この低帯域抽出手段により抽出された低帯域信号を一定の整数サンプリング周波数毎に間引くダウンサンプリング手段と、
このダウンサンプリング手段から出力される低帯域信号に対して、頭部伝達関数に基づいてフィルタリングするフィルタリング手段と、
このフィルタルング手段から出力される低帯域信号に対して補間処理をするアップサンプリング手段と、
上記入力信号に対して高帯域の信号を抽出する高帯域抽出手段と、
この高帯域抽出手段により抽出された高帯域信号に対してゲインを調整するゲイン調整手段と、
このゲイン調整手段から出力される高帯域信号と上記アップサンプリング手段から出力される低帯域信号を加算する加算手段と、
を備えたことを特徴とする音像定位装置。
【請求項７】
ゲイン調整手段から出力される高帯域信号に対して、フィルタリング手段から出力された信号に基づいて郡遅延特性分だけ高帯域信号を遅延させる遅延処理部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の音像特定装置。
【請求項８】
ゲイン調整手段から出力される高帯域信号に対して、フィルタリング手段から出力された信号に基づいて郡遅延特性分だけ高帯域信号を遅延させる遅延処理部を備えたことを特徴とする請求項２に記載の音像特定装置。
【請求項９】
ゲイン調整手段から出力される高帯域信号に対して、フィルタリング手段から出力された信号に基づいて郡遅延特性分だけ高帯域信号を遅延させる遅延処理部を備えたことを特徴とする請求項３に記載の音像特定装置。
【請求項１０】
ゲイン調整手段から出力される高帯域信号に対して、フィルタリング手段から出力された信号に基づいて郡遅延特性分だけ高帯域信号を遅延させる遅延処理部を備えたことを特徴とする請求項４に記載の音像特定装置。
【請求項１１】
入力信号に対して低帯域の信号を抽出する低帯域抽出ステップと、
この低帯域抽出ステップにより抽出された低帯域信号に対して、頭部伝達関数に基づいてフィルタリングするフィルタリングステップと、
上記入力信号に対して高帯域の信号を抽出する高帯域抽出ステップと、
この高帯域抽出手段により抽出された高帯域信号のゲインを調整するゲイン調整ステップと、
このゲイン調整ステップにより出力される高帯域信号と上記フィルタリングステップにより出力される低帯域信号とを加算する加算ステップと、
を備えたことを特徴とする音像定位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ信号を処理する音像定位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からスピーカやヘッドホンにおいて、実際に音が発生する実音源とは別の場所（定位目標点）にあたかも音源があるかの如く音像を定位させ、立体感のある音響を実現する音像定位装置が提案されている。これは実頭やダミーヘッドで測定した頭部伝達関数（以下、ＨＲＴＦ）をオーディオ信号である入力信号に畳み込み処理をすることにより、スピーカやヘッドホン音源による音圧を、定位目標点の音源による鼓膜付近の音圧と等しくするものである。ここで、音像定位装置として、オーディオ信号を高周波帯域と低周波帯域に分けて別々にフィルタにより畳み込み処理する技術が特許第３２６７１１８に開示されている。【０００３】
【特許文献１】特許第３２６７１１８号公報
【特許文献２】特開平４−３１２０９９号公報
【特許文献３】特開２００３−２３０１９８号公報
【０００４】
特許第３２６７１１８号における音像定位装置は、音像定位フィルタを従来の音像定位フィルタより少ないフィルタタップ数で実現しているが、それでもなお膨大な演算量がかかる。例えば、０．１秒のタップ数、入力信号のサンプリング周波数が４８０００Ｈｚの場合、低周波帯域のフィルタにおいては、２４０００Ｈｚ＊２４００タップ（２４０００＊０．１）＝５７ＭＩＰＳかかる。フィルタは、低周波帯域用フィルタと高周波帯域用フィルタが存在するために５７ＭＩＰＳ＊２帯域＝１１４ＭＩＰＳかかる。さらに、ＨＲＴＦは左右対であるため、１音源を定位させるためには２つの音像定位フィルタ処理を施すので２２８ＭＩＰＳもの膨大な演算量がかかる。特に、複数の音源を定位させる場合に音源がＮ個であればＮ倍の演算量を要する。【０００５】
したがって、本願発明の目的は、音像定位において、立体感のある音響を少ない演算量で実現させることにある。
【発明の開示】
【０００６】
入力信号に対して高帯域の信号のみを抽出するハイパスフィルタ及び低帯域の信号のみを抽出するローパスフィルタと、このローパスフィルタにより分離された低帯域信号を間引くダウンサンプラ手段と、このダウンサンプラ手段から出力される低帯域信号に対して、無響室または有響室における頭部伝達関数に基づいてフィルタ係数が定められたフィルタによりフィルタリングするフィルタリング手段と、このフィルタから出力される低帯域信号を補間するアップサンプラ手段と、このアップサンプラ手段から出力される低帯域信号から折リ返しひずみを除去するローパスフィルタと、前記ハイパスフィルタにより分離された高帯域信号をゲイン調整するゲイン調整手段と、このゲイン調整手段から出力される高帯域信号と上記ローパスフィルタから出力される低帯域信号を加算する加算手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
本願発明によれば、入力信号に対して高帯域の信号のみを抽出するハイパスフィルタ及び低帯域の信号のみを抽出するローパスフィルタと、このローパスフィルタにより分離された低帯域信号を間引くダウンサンプラ手段と、このダウンサンプラ手段から出力される低帯域信号に対して、無響室または有響室における頭部伝達関数に基づいてフィルタ係数が定められたフィルタによりフィルタリングするフィルタリング手段と、このフィルタから出力される低帯域信号を補間するアップサンプラ手段と、このアップサンプラ手段から出力される低帯域信号から折リ返しひずみを除去するローパスフィルタと、前記ハイパスフィルタにより分離された高帯域信号をゲイン調整するゲイン調整手段と、このゲイン調整手段から出力される高帯域信号と上記ローパスフィルタから出力される低帯域信号を加算する加算手段と、を備えるために、少ない演算量で立体感のある音響を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１における音像定位装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態２における音像定位装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態３における音像定位装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態４における音像定位装置の構成を示すブロック図
【図５】低帯域と高帯域との境を示す周波数Ｍとサンプリング周波数Ｆｓの組合せ表
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．【００１０】
一般的に、人間は、左右の耳に到達する音の特性の差を利用して、音源の位置・方向を知覚する。７００Ｈｚ程度以下の場合、音源の位置・方向を知覚する要素として左右の位相差が支配的である。また、７００Ｈｚ程度以上２０００Ｈｚ程度まででは、左右の振幅差と位相差との両者が支配的である。また、それ以上では左右の振幅差が支配的である。本発明では、上記聴覚特性を積極的に利用し、低帯域に関しては、位相と振幅との両者を制御できるＦＩＲフィルタ（有限インパルス応答型フィルタ）によって制御し、それ以上の高帯域では、ＦＩＲフィルタを使用せず、ゲイン調整によって振幅差を付与することで演算量の削減を図る。以下、低帯域と高帯域との境を示す周波数をＭ Ｈｚとして説明する。なお、ここでＭとは、利用者がこの音像定位装置を利用する上で決定する低帯域と高帯域との境をいう。【００１１】
図１は、本発明による音像定位のための音像定位装置１００の構成を示すブロック図である。図１が示すように、音像定位装置１００は、入力信号１０６（サンプリング周波数はＦｓＨｚ）のうちＭＨｚより低い帯域の信号を抽出する低帯域抽出部１０１、ＭＨｚ以上Fs／２Ｈｚ以下の帯域の信号を抽出する高帯域抽出部１０２、ゲイン調整部１０３、低レートフィルタ処理部１０４、帯域合成部１０５を備えている。また、低レートフィルタ処理部１０４は、ダウンサンプル処理部１０９、左耳用の音像定位フィルタＬ１１０、右耳用の音像定位フィルタＲ１１１、左耳用のアップサンプル処理部Ｌ１１２、右耳用のアップサンプル処理部Ｒ１１３を備えている。また、ゲイン調整部１０３は、左耳用の乗算器Ｌ１２３、右耳用の乗算器Ｒ１２４を備えている。音像定位装置１００の外部には、図示せぬＤＶＤ（Digital  Versatile  Disk）プレイヤー、メモリ、ＤＴＶ（Desk  Top  Video）受信機などのオーディオ信号を供給する装置があり、その装置から入力信号として、オーディオ信号のデジタル信号である入力信号１０６が音像定位装置１００に入力される。なお、低帯域抽出部１０１の例としてローパスフィルタ、高帯域抽出部１０２の例としてハイパスフィルタがある。【００１２】
次に図１に基づいて、音像定位装置１００の動作について説明する。まず、音像定位装置１００に入力された入力信号１０６は、低帯域抽出部１０１、高帯域抽出部１０２に入力される。ここで入力信号１０６は、音を表現するモノラルの時系列信号で、オーディオ信号のサンプリング信号（サンプリング周波数ＦｓＨｚ）である。【００１３】
低帯域抽出部１０１は、信号１０６の全信号帯域のうち、ＭＨｚより低い帯域のみを抽出した信号１０７を生成し、生成した信号１０７を低レートフィルタ処理部１０４に出力する。【００１４】
低レートフィルタ処理部１０４において、信号１０７はまずダウンサンプル処理部１０９に入力される。ダウンサンプル処理部１０９では、サンプルを減らすことにより低レートな信号１１６を出力する。ここで、すでに低帯域抽出部１０１において、信号１０７がＭＨｚより低い帯域制限されているため、サンプルを間引いても折り返しひずみが発生しない。【００１５】
信号１１６は音像定位フィルタＬ１１０，音像定位フィルタＲ１１１に入力される。音像定位フィルタＬ１１０，音像定位フィルタＲ１１１は、信号１１６に対して、予め求めておいた同レートの左右耳用の音像定位フィルタ係数によって信号１１６を音像定位フィルタリング処理し、得られた信号１１７，１１８をそれぞれアップサンプル処理部Ｌ１１２、アップサンプル処理部Ｒ１１３に出力する。【００１６】
ここで、音像定位フィルタリング処理とは、ある位置に音像を定位させるために、定位させたい位置から左耳までの有響室などで測定された頭部伝達関数（以下、ＨＲＴＦ）と、定位させたい位置から右耳までの有響室などで測定されたＨＲＴＦとに基づいて与えられる音像定位フィルタ係数を信号に畳み込む処理である。【００１７】
アップサンプル処理部Ｌ１１２、アップサンプル処理部Ｒ１１３は、信号１１７，１１８の１サンプル信号に対してゼロ値を挿入して、元の入力信号１０６と等しいサンプリング周波数の信号に変換して、変換した信号１２１，１２２を帯域合成部１０５へ出力する。【００１８】
一方、高帯域抽出部１０２は、信号１０６の全信号帯域のうち、ＭＨｚ以上Ｆｓ／２Ｈｚ以下の帯域のみを抽出した信号１０８を生成し、この信号１０８をゲイン調整部１０３に出力する。【００１９】
入力された信号１０８は乗算器Ｌ１２３，乗算器Ｌ１２４へ入力される。この信号は、それぞれ乗算器Ｌ１２３，乗算器Ｒ１２４によって係数を乗算することでゲインが調整され信号１２５，１２６となる。そして、信号１２５，１２６はそれぞれ帯域合成部１０５へ出力される。ここで、乗算器１２３においては左耳用のゲイン係数を乗算し、乗算器１２４においては右耳用のゲイン係数を乗算する。具体的なゲイン係数は発明者の聴覚実験を根拠に以下のように決定される。【００２０】
本願発明者の聴覚実験により、（ｉ）左右のゲイン比は、左右のＨＲＴＦの該当する周波数帯域の平均パワーの比と等しくすると良好な音響が得られることが判明した。（ｉｉ）また、ゲイン調整された信号を左右同相で提示すると定位精度が悪くなることが判明した。【００２１】
この実験から、（ｉ）ゲイン調整部におけるゲイン係数は、定位させたい音源から左右耳までのＨＲＴＦの該当する周波数帯域の平均パワーの比と等しくすることが好ましい。（ｉｉ）また、左右のゲイン係数の符号を反転させることが好ましい。また、ヒルベルト変換によって一方の信号の位相を９０度ずらしてもよい。【００２２】
帯域合成部１０５では、加算器１２７によって、信号１２１と信号１２５を加算することで帯域を合成して左耳用の出力信号１２９を算出し、また、加算器１２８によって、信号１２２と信号１２６を加算することで帯域を合成して右耳用の出力信号１３０を算出する。算出された左右耳用の信号１２９，１３０は、本装置の出力信号として外部に出力される。【００２３】
本実施の形態の構成をとることにより、ＭＨｚより低い信号に対しては、低レートフィルタ処理部１０４によってＨＲＴＦの位相特性と振幅特性を付与し、ＭＨｚ以上Ｆｓ／２以下の帯域については、ゲイン調整部１０３によってゲインの調整で音像の定位処理を施す。すなわち、人間の聴覚特性において、位相と振幅特性とが重要な要素となる低音の信号については、ＨＲＴＦを厳密に再現した音像定位フィルタ１１０，１１１を使用して位相と振幅の両者を制御し、振幅特性のみが重要な要素となる高音の信号に対しては、振幅特性の差を付与するゲイン調整部１０３によりゲインを調整することで、自然で明瞭な立体感のある音響を少ない演算量で実現する。【００２４】
ここで、本発明における演算量について説明する。本発明による演算量は、先と同様の仮定として、入力信号のサンプリング周波数を４８０００Ｈｚ、０．１秒の残響成分を含む音像定位フィルタ、Ｍを３０００Ｈｚに設定した場合について考える。低周波数帯のフィルタにおいては、サンプリング定理により、サンプリング周波数は２＊Ｍとなるため、６０００Ｈｚ＊６００（６０００＊０．１）タップ＝３．６ＭＩＰＳかかる。ＨＲＴＦは左右対称であるため、１音源を定位させるためには２つの音像定位フィルタ処理を施すので７．２ＭＩＰＳかかる。また、高周波帯域においては、ゲイン調整により０．０４８ＭＩＰＳの乗算計算量がかかる。すなわち、本実施の形態では、約７．２ＭＩＰＳの計算量ですむ。つまり、特許第３２６７１１８号が１音源を定位させるのに２２８ＭＩＰＳかかるのに対して、本発明では７．２ＭＩＰＳ程度でよく、３１倍以上の演算量削減効果が得られる。【００２５】
音像定位において、高音では左右耳の相対振幅差が重要なので、本処理によって、特許第３２６７１１８号より音像定位の精度が劣化しない。これは聴覚実験でも確かめられた。また、ＨＲＴＦにおける高域の減衰や、振幅特性・位相特性の変形は、音質劣化に影響するが、本発明によるゲイン調整を用いるとこれを防ぐことができ音質のよい音像定位が可能となる。【００２６】
また、高周波帯域において音像定位フィルタを使用しないでゲイン調整部１０３を使用するので当該装置を容易かつ安価に設計することが可能となる。【００２７】
なお、ゲイン調整部１０３において、左右の係数のうち、絶対値の大きいほうのゲイン係数で左右両方のゲイン係数を除算して正規化すると、大きいほうのゲインを１とすることができる。左右両方のゲイン係数を除算して正規化することで片方の乗算器を省略することが出来る。これにより、演算量をさらに削減できるのに加えて片方の信号の高域減衰を防ぐことができる。【００２８】
また、本願発明者の聴覚実験により、２０００乃至３０００Ｈｚ以上の帯域の信号において左右で異なるゲインを調整すると明瞭な音像を提示できることが判明した。よって、特に、Ｍを２０００乃至３０００Ｈｚ程度に設定すると、安易かつ容易に音質のよい音像定位が可能となる。【００２９】
また、上記では、Ｍは２０００乃至３０００ＭＨｚが好ましいとしたが、本願発明は、これに限られるわけではない。例えば、演算量を削減する観点では、低次のローパスフィルタを使用することが好ましいが、低次のローパスフィルタは比較的過渡帯域が広い。従って、低次のローパスフィルタを使用する場合には、余裕をもってＭを４０００Ｈｚ乃至６０００Ｈｚ程度に設定することが好ましい場合もある。【００３０】
また、本実施の形態においては、信号１２１、１２２に対してローパスフィルタ（図示せず）を設ける場合もある。アップサンプル処理部Ｌ１１２、アップサンプル処理部Ｒ１１３において、周波数軸上に元の信号成分の虚像が発生するので、信号１２１、１２２をこのローパスフィルタに通して虚像を取り除くことができる。【００３１】
また、本実施の形態においては、信号１２５、１２６に対して遅延処理部（図示せず）を設ける場合もある。遅延処理部を設けることにより、信号１２６を信号１２２に、信号１２５を信号１２１に位相を揃える。これにより、帯域合成部１０５では、加算処理のみで、元の信号１０６の信号帯域を全て過不足無く合成することが可能となる。【００３２】
実施の形態２．
実施の形態１においては、信号１０６に対して、低帯域抽出部１０１によりＭＨｚより低い帯域を、高帯域抽出部１０２によりＭＨｚ以上Ｆｓ／２Ｈｚ以下の帯域を抽出したが、本実施の形態においては、後述する低帯域抽出部２０１によりＦｓ／(２［Ｆｓ／２Ｍ］）Ｈｚより低い帯域を抽出し、高帯域抽出部２０２によりＦｓ／(２［Ｆｓ／２Ｍ］)以上Ｆｓ／２Ｈｚ以下の帯域を抽出する。また、本実施の形態では、ダウンサンプル処理部２０９において［Ｆｓ／２Ｍ］個のサンプルごとに１サンプルを抽出する。また、アップサンプル処理部２１２，２１３において各サンプルに対して［Ｆｓ／２Ｍ］−１個のゼロ値を挿入する。ここで、［ｘ］は、ガウス記号、すなわち、xを超えない最大の整数を表す。なお、実施の形態１と共通する部分については説明を省略する。【００３３】
図２に基づいて本実施の形態における音像定位装置１００の構成について説明する。図２において、実施の形態１と異なり、低帯域抽出部２０１、高帯域抽出部２０２、ダウンサンプル処理部２０９、アップサンプル処理部２１２，２１３を備えている。【００３４】
次に図２に基づいて本実施の形態における音像定位装置１００の動作について説明する。まず、音像定位装置１００に入力された信号１０６は、低帯域抽出部２０１，高帯域抽出部２０２に入力される。【００３５】
低帯域抽出部２０１は、信号１０６の全信号帯域のうち、Ｆｓ／(２［Ｆｓ／２Ｍ］)Ｈｚより低い帯域のみを抽出した信号１０７を低レートフィルタ処理部１０４に出力する。ここで、低帯域抽出部２０１でＦｓ／(２［Ｆｓ／２Ｍ］)Ｈｚより低い帯域を抽出するのは、
（ｉ）低周波帯域に限定してフィルタ処理をするため、（ｉｉ）後述するダウンサンプル処理部１０９で折り畳ひずみが発生するのを防止するためである。【００３６】
低レートフィルタ処理部１０４は、信号１０７を、まずダウンサンプル処理部２０９に入力する。ダウンサンプル処理部２０９は、［Ｆｓ／２Ｍ］個のサンプルごとに１サンプルを抽出し、サンプリング周波数がＦｓ／［Ｆｓ／２Ｍ］と低レート信号１１６に変換し、音像定位フィルタ１１０、１１１に出力する。ここで、［Ｆｓ／２Ｍ］個のサンプルごとに１サンプルを抽出するのは、仮に、信号１０７の周波数がＭであるとすると、ダウンサンプル処理では、出力される信号１１６のサンプリング周波数は２Ｍ以下である必要があるからである。また、［Ｆｓ／２Ｍ］とガウスを使うことにより、一定のサンプル毎に間引くという単純な作業でダウンサンプル処理の効果を得ることができるからである。【００３７】
音像定位フィルタ１１０，１１１は、信号１１６に対して予め求めておいた同レートの左右耳用の音像定位フィルタ係数によって音像定位フィルタリング処理し、得られた信号１１７，１１８をアップサンプル処理部２１２，２１３に出力する。【００３８】
アップサンプル処理部２１２，２１３は信号１１７，１１８の１サンプルに対して［Ｆｓ／２Ｍ］−１個のゼロ値を挿入する。他の処理については実施の形態１における動作と同様であるので説明は省略する。【００３９】
本実施の形態の構成をとることにより、低帯域抽出部２０１により、信号１０７はＦｓ／(２［Ｆｓ／２Ｍ］)Ｈｚより低い帯域に制限され、ダウンサンプル処理部２０９において、サンプルを間引いても折り返しひずみは発生しない。【００４０】
また、ダウンサンプル処理部２０９において、［Ｆｓ／２Ｍ］個のサンプルごとに１サンプルを抽出するという単純作業だけで、元の信号１０７の１／［Ｆｓ／２Ｍ］のサンプリング周波数を得ることができる。【００４１】
また、Ｆｓ／(２［Ｆｓ／２Ｍ］）より低い帯域には、常にＭＨｚより低い帯域を含む。すなわち、Ｆｓ／(２［Ｆｓ／２Ｍ］)より低い帯域には必ずＭＨｚより低い帯域が入るため、利用者は簡単に低周波帯域中にＭＨｚを含ませることが可能となる。【００４２】
なお、本実施の形態においては、信号１２１，１２２に対してローパスフィルタ（図示せず）を設ける場合もある。アップサンプル処理部２１２、アップサンプル処理部２１３において、周波数軸上に元の信号成分の虚像が発生するので、信号１２１，１２２をこのローパスフィルタに通して虚像を取り除くことができる。【００４３】
また、本実施の形態においては、信号１２５，１２６に対して遅延処理部（図示せず）を設ける場合もある。遅延処理部を設けることにより、信号１２６を信号１２２に、信号１２５を信号１２１に位相を揃える。これにより、帯域合成部１０５では、加算処理のみで、元の信号１０６の信号帯域を全て過不足無く合成することが可能となる。【００４４】
実施の形態３．
実施の形態１において高周波帯域抽出部１０２として、例えば、ハイパスフィルタを使用するとして説明したが、本願実施の形態においては、遅延処理部３０２，減算機３０４を用いる。【００４５】
図３は、本実施の形態による音像定位のための音像定位装置１００の構成を示す図である。本実施の形態においては、実施の形態１と異なり、音像定位装置１００は、遅延処理部３０２，減算機３０４を有する。なお、実施の形態１，２と共通する部分については説明を省略する。【００４６】
次に、図３に基づいて、音像定位装置１００の動作について説明する。信号１０６は、遅延処理部３０２に入力される。信号１０６は遅延処理部３０２によりローパスフィルタからなる低帯域抽出部１０１の出力信号１０７と位相を揃えた信号３０５に変換される。位相を揃えるのは、低帯域処理部１０１に入力された信号１０６は、ローパスフィルタにより郡遅延特性分だけ遅延が生じるためである。なお、遅延処理部３０２は、予めローパスフィルタにより生じる郡遅延特性分の遅延を処理するように設定されている。【００４７】
減算器３０４では、信号３０５から、低帯域抽出手段１０１を通過した信号１０７を減算する。この減算により信号３０５の全帯域のうち、低帯域抽出手段１０１によって遮断された信号成分を得る。低帯域抽出手段１０１は、ＭＨｚより低い帯域以外の帯域を阻止するので、信号３０６は、信号３０５のうち、ＭＨｚ以上の帯域の信号となる。このようにして減算器３０４によって生成された信号３０６は、ゲイン調整部１０３に出力される。ゲイン調整部１０３以降の処理は実施の形態１，２と同じであるため、説明を省略する。【００４８】
ＭＨｚ以上の帯域を抽出する方法を、ハイパスフィルタで実現する場合には、演算量の増大を招く。しかし、本実施の形態の構成をとることにより、ＭＨｚ以上の帯域抽出を遅延処理部３０２と減算処理部３０４とで構成すれば、少ない演算量でハイパスフィルタと同様の効果を得ることができる。【００４９】
なお、本実施の形態においては、信号１２１，１２２に対してローパスフィルタ（図示せず）を設ける場合もある。アップサンプル処理部１１２，アップサンプル処理部１１３において、周波数軸上に元の信号成分の虚像が発生するので、信号１２１，１２２をこのローパスフィルタに通して虚像を取り除くことができる。【００５０】
また、本実施の形態においては、信号１２５，１２６に対して遅延処理部（図示せず）を設ける場合もある。遅延処理部を設けることにより、信号１２６を信号１２２に、信号１２５を信号１２１に位相を揃える。これにより、帯域合成部１０５では、加算処理のみで、元の信号１０６の信号帯域を全て過不足無く合成することが可能となる。【００５１】
実施の形態４．
実施の形態１においては、高帯域抽出部４０２は、ＭＨｚ以上Ｆｓ／２以下の周波数帯域を抽出したが、本実施の形態においては、Ｆｓ＊（Ａ／２Ｂ）以上Ｆｓ／２以下の周波数帯域を抽出する。また、実施の形態１においては、低帯域抽出部１０１により抽出した信号１０７に対してフィルタリング処理をしたが、本実施の形態においては、予めＡ倍アップサンプル処理した信号４０４に対して低帯域抽出部４０５により低帯域を抽出し、この低帯域信号に対してフィルタリング処理をする。【００５２】
ここで、上記整数Ａ，Ｂは例えば以下のように決定される。すなわち、Ｆｓ／２ＭをＢ／Ａとして、Ｂ／Ａを単純化した場合の整数である。例えば、Ｆｓ＝４８０００Ｈｚ、Ｍ＝３２００Ｈｚであれば、Ｆｓ／２Ｍ＝４８０００／（２＊３２００）＝１５／２となり、Ｂ＝１５、Ａ＝２とする。【００５３】
図４は、本実施の形態における音像定位のための音像定位装置１００を示す図である。図４において、音像定位装置１００は、Ｆｓ＊（Ａ／２Ｂ）以上Ｆｓ／２Ｈｚ以下の帯域を抽出する高帯域抽出部４０２と、信号をＡ倍にアップサンプル処理するアップサンプル処理部４０３と、Ｆｓ＊（Ａ／２Ｂ）Ｈｚ以下の帯域を抽出する低帯域抽出手段４０５と、信号を１／Ｂにダウンサンプル処理するダウンサンプル処理部４０７と、信号をＢ倍にアップサンプル処理するアップサンプル処理部４０８、４０９と、信号を１／Ａ倍にダウンサンプル処理するダウンサンプル処理部４１９、４２０とを備えている。なお、実施の形態１乃至３と共通する部分については説明を省略する。【００５４】
次に図４を用いて、音像定位装置１００の動作について説明する。まず、信号１０６をアップサンプル処理部４０３に入力する。アップサンプル処理部４０３は、信号１０６の１つのサンプルに対して（Ａ−１）個のゼロ値を挿入して、Ａ倍のサンプリング周波数にした信号４０４を生成する。次に、信号４０４を低帯域抽出手段４０５に入力する。低帯域抽出手段４０５では、信号４０４のうち、Ｆｓ＊（Ａ／２Ｂ）Ｈｚ以下の帯域の信号４０６を抽出し、折り返しひずみを除去する。【００５５】
次に、信号４０６は、ダウンサンプル処理部４０７に入力される。ダウンサンプル処理部４０７は、Ｂ個のサンプルごとに１サンプルを抽出することで、信号４０６のサンプリング周波数を１／Ｂ倍にし、信号４１４を生成する。なお、アップサンプル処理部４０３により、信号４０６のサンプリング周波数がＦｓ＊Ａとなっているので、当該ダウンサンプリング処理よって、信号４１４のサンプリング周波数はＦｓ＊（Ａ／Ｂ）となる。また、上記低帯域抽出手段４０５によって信号４０６の信号帯域がＦｓ＊（Ａ／２Ｂ）以下に帯域制限されているため、当該ダウンサンプル処理によってサンプルを間引いても折り返しひずみは発生しない。【００５６】
信号４１４は、左耳用の音像定位フィルタ１１０、右耳用の音像定位フィルタ１１１に入力される。左右耳用の音像定位フィルタ１１０，１１１は、信号４１４に対して予め求めておいた同レートの左右耳用の音像定位フィルタ係数によって音像定位フィルタリング処理をする。この処理により生成した信号４１５，４１６をそれぞれアップサンプル処理部４０８，４０９に出力する。【００５７】
アップサンプル処理部４０８，４０９は、信号４１５，４１６の各サンプルに対して（Ｂ−１）個のゼロ値を挿入して、サンプリング周波数をＢ倍した信号に変換する。その後、変換した信号４１７，４１８をそれぞれダウンサンプル処理部４１９，４２０へ出力する。ダウンサンプル処理部４１９，４２０は、入力された信号４１２，４１３のうち、Ａ個のサンプルごとに１サンプルを抽出することで、信号のサンプリング周波数を１／Ａにする。以上の処理により、信号１２１，１２２は、オーディオ信号１０６と同じサンプリング周波数となる。この得られた信号１２１，１２２は、帯域合成部１０５へ出力する。他の処理については、実施の形態１乃至３と共通するので説明は省略する。【００５８】
本実施の形態の構成によれば、低帯域抽出部４０５は、信号４０６をＦｓ＊（Ａ／２Ｂ）Ｈｚより低い帯域に制限しているため、ダウンサンプル処理部４０７において、サンプルを間引いても折り返しひずみは発生しない。【００５９】
また、Ｂは常に整数である。よって、ダウンサンプル処理部４０７では、サンプルをＢごとに１つのサンプルを間引きするという単純な作業だけで、ダウンサンプル処理を実現することができる。すなわち、少ない演算量でダウンサンプル処理を実現することができる。【００６０】
また、高帯域抽出部と低帯域抽出部との境のサンプル周波数をより低いサンプリング周波数でフィルタ処理を施すことが可能となり、少ない演算量で、音像定位フィルタリング処理をすることができる。具体的には、Ｆｓ＝４８０００Ｈｚ、Ｍ＝３２００Ｈｚの場合、実施の形態２では、［Ｆｓ／２Ｍ］＝７であるので、低レートフィルタ処理部のサンプリング周波数は、低帯域抽出部において２４０００／７＝３４２８Ｈｚ程度となるが、本実施の形態の場合には、Ａ＝２、Ｂ＝１５と置くことで、低レートフィルタ処理部のサンプリング周波数を２４０００＊（２／１５）=３２００Ｈｚとすることが出来るため、高帯域抽出部と低帯域抽出部との境のサンプル周波数をより低いサンプリング周波数でフィルタ処理を施すことが可能となる。すなわち、低レートフィルタ処理部の音像定位フィルタに要する演算量は、０．１秒の音像定位フィルタを使用する場合、実施の形態２の場合には、６８７５Ｈｚ＊６８８タップ＝４．７３ＭＩＰＳであるのに対し、本実施の形態においては、６４００Ｈｚ＊６４０タップ＝４．１ＭＩＰＳとなり、本実施の形態の方が、より少ない演算量で実現できる。【００６１】
なお、本実施の形態においては、信号４１７，４１８に対してローパスフィルタ（図示せず）を設ける場合もある。アップサンプル処理４０８，４０９の後にローパスフィルタを設けることにより、信号４１７，４１８の低帯域成分のみを通すことで折り返しひずみを除去し、折り返しひずみの除去された信号をダウンサンプル処理部４１９，４２０へ向けて出力することができる。【００６２】
また、本実施の形態においては、信号１２５，１２６に対して遅延処理部（図示せず）を設ける場合もある。遅延処理部を設けることにより、信号１２６を信号１２２に、信号１２５を信号１２１に位相を揃える。これにより、帯域合成部１０５では、加算処理のみで、元の信号１０６の信号帯域を全て過不足無く合成することが可能となる。【００６３】
また、本実施の形態では、Ｆｓ＝４８０００Ｈｚ、Ｍ＝３２００Ｈｚの場合についてＦｓ／２ＭをＢ／Ａとして単純化した場合について説明した。しかし、Ｆｓは、例えば、ＤＶＤに使用するのか、ＣＤに使用するのかで周波数がことなり、Ｍは、利用者の好みによって異なる値をとる。よって、例えば、Ｆｓ、Ｍの値によって、図５に示すようにＡ，Ｂを決定する場合がある。すなわち、図５にしたがって、Ｍが２０００Ｈｚであり、Ｆｓが４８０００Ｈｚである場合には、Ａ＝１、Ｂ＝１２という値をとる。もちろん、表の値は一例であり、Ａ及びＢの値は表と異なっていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、この発明に係る音像定位装置は、音像定位において、立体感のある音響を少ない演算量で実現させることに適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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