(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想音源の位置を示す仮想音源位置情報を含むオーディオ出力信号に対し、前記仮想音源の位置に対応した複数のＦＩＲフィルタの係数により前記仮想音源の位置から音が発せられているかのようにする音像定位制御を音源装置に施させた後、前記オーディオ出力信号を発音装置で電気音響変換させて所定の音を出力する音響装置において、
前記音源装置は、
前記発音装置の属性情報のうち少なくとも周波数特性及び実際の配置位置を示す位置情報を、前記発音装置の異なる機種毎に記憶した属性テーブルと、
前記位置情報と使用される前記発音装置の機種の情報とを入力する入力装置と、
前記入力装置より入力された機種の情報に基づき、前記属性テーブルを参照して前記機種に対応する属性情報を抽出し、該属性情報に含まれる周波数特性に基づいて前記オーディオ信号の音質又は音色に対応するパラメータを補正すると共に、
前記属性情報に含まれる発音装置の実際の配置位置を示す位置情報と、予め決められている左右対称の所定の配置位置を示す位置情報との違いに基づいて前記複数のＦＩＲフィルタの係数を補正することにより前記音像定位制御を行う制御部と
を備えたことを特徴とする音響装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ステレオ再生装置や３次元または２次元音像定位装置のように、オーディオ出力信号に所定の処理を施して目的とする音を出力する音響装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステレオ再生装置や３次元または２次元音像定位装置（３Ｄ／２Ｄサウンド）のように、立体的に音響効果をもたらせるように再生したり音像を所定空間位置に正確に定位させる装置では、コンパクトディスクやコンピュータソフトウェア等の音源からのオーディオ信号に遅延処理、フィルタリング、及び振幅制御等の各処理を施すことにより、リスナの聴感特性を利用して、擬似的に音場を拡大させたり、音像位置を制御するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の音響装置では、低コスト化によるスピーカ使用機種の限定あるいはスピーカ設置における制約が伴うため、必ずしも満足できる出力特性が得られないという問題がある。特に、３Ｄサウンド等の精密な周波数制御を伴う場合、スピーカがもつ特殊な周波数特性により、所望の再生周波数特性が得られないため、本来狙った音響効果が得られない。また、ステレオ再生を行う場合には、左右のスピーカの配置が対称でないと十分な広がり感が得られないという問題がある。さらに、スピーカを交換する場合には、スピーカに固有のインピーダンス等の違いから音量が変化するという問題がある。
【０００４】
この発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、発音装置の特性による影響を低減することができる音響装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る音響装置は、仮想音源の位置を示す仮想音源位置情報を含むオーディオ出力信号に対し、前記仮想音源の位置に対応した複数のＦＩＲフィルタの係数により前記仮想音源の位置から音が発せられているかのようにする音像定位制御を音源装置に施させた後、前記オーディオ出力信号を発音装置で電気音響変換させて所定の音を出力する音響装置において、仮想音源の位置を示す仮想音源位置情報を含むオーディオ出力信号に対し、前記仮想音源の位置に対応した複数のＦＩＲフィルタの係数により前記仮想音源の位置から音が発せられているかのようにする音像定位制御を音源装置に施させた後、前記オーディオ出力信号を発音装置で電気音響変換させて所定の音を出力する音響装置において、前記音源装置は、前記発音装置の属性情報のうち少なくとも周波数特性及び実際の配置位置を示す位置情報を、前記発音装置の異なる機種毎に記憶した属性テーブルと、前記位置情報と使用される前記発音装置の機種の情報とを入力する入力装置と、前記入力装置より入力された機種の情報に基づき、前記属性テーブルを参照して前記機種に対応する属性情報を抽出し、該属性情報に含まれる周波数特性に基づいて前記オーディオ信号の音質又は音色に対応するパラメータを補正すると共に、前記属性情報に含まれる発音装置の実際の配置位置を示す位置情報と、予め決められている左右対称の所定の配置位置を示す位置情報との違いに基づいて前記複数のＦＩＲフィルタの係数を補正することにより前記音像定位制御を行う制御部とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
【作用】
この発明によれば、発音装置のインピーダンス、周波数特性等の属性情報を属性テーブルに記憶し、この属性テーブルに記憶された前記属性情報を参照し、前記発音装置に供給されるオーディオ出力信号を制御するようにしているので、前記発音装置の出力特性及び位置等に依存しないように出力音を補正することができる。このため、発音装置の配置及び電気的特性等による影響を低減することができる。
【０００７】
【実施例】
以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。
図１は、この発明の一実施例に係る音響装置の構成を示すブロック図である。
【０００８】
この実施例の音響装置は、ビデオゲームや３次元グラフィックス等で使用される３Ｄサウンドシステムにこの発明を適用したもので、パーソナルコンピュータ、ビデオゲーム装置等の音源装置１と、スピーカ、ヘッドホン等の発音装置２とから構成されている。
音源装置１は、ＣＰＵ１１に、入力装置１２、表示装置１３、メモリ１４及び３Ｄサウンド装置１５を接続して構成されている。入力装置１２は、キーボード、マウス、ジョイスティック等を用いたマンマシンインタフェースで、オペレータが仮想現実感を体験しながら必要な操作を行うと共に、事前に発音装置２の機種を選択したり、位置を入力しておくためのものである。表示装置１３は、ＣＰＵ１１の制御のもとで３次元グラフィックスを表示する。メモリ１４には、属性テーブル１６が記憶されている。属性テーブル１６は、例えば図２に示すように、音源装置１に接続される発音装置２の機種毎に、その入力インピーダンス、周波数特性、位置等の発音装置２に付随する属性情報を記憶したものである。これらの属性情報のうち、入力インピーダンスや周波数特性等の発音装置２に固有の属性情報は、予めメモリ１４に記憶されるが、使用する機種や位置情報については、オペレータが入力装置１２を使用して事前に設定しておく。
【０００９】
また、３Ｄサウンド装置１５は、ＣＰＵ１１から供給される仮想音源位置の情報及び音色、音質、音高等の情報に基づいて、指定されたオーディオ信号波形を生成すると共に、生成されたオーディオ信号波形に３次元音像定位処理や音場処理等を施して目的とするオーディオ出力信号を生成し、このオーディオ出力信号を発音装置２に供給する。属性テーブル１６に記憶された発音装置２の属性情報は、発音装置２の出力特性に影響を与えるものであり、ＣＰＵ１１は、事前に属性テーブル１６を参照して３Ｄサウンド装置１５に供給する仮想音源の位置の情報及び音色、音質、音高等の情報を修正する。
【００１０】
次に、この装置の動作を説明する。
入力装置１２を使用して発音装置２の機種の情報が音源装置１内に入力されると、この機種の情報はＣＰＵ１１にセットされ、以後、ＣＰＵ１１は、設定された機種に対応する属性テーブル１６を参照してオーディオ信号の出力を制御する。例えば、図３（ａ）に示すような周波数特性を持つスピーカを基準として各種音源の音色、音質等が設定され、指定された発音装置２の機種の周波数特性が同図（ｂ）のように高域のゲインが低下する特性であるとすると、ＣＰＵ１１は、基準よりも高域を強調した音質、音色の情報を３Ｄサウンド装置１５に供給する。これにより、発音装置２の周波数特性に依存しない基準に近い音を出力することができる。
【００１１】
ＣＰＵ１１から３Ｄサウンド装置１５に仮想音源の位置、音色、音質等の情報が与えられると、３Ｄサウンド装置１５は、指定された音色、音質の音を生成すると共に、生成された音が指定された仮想音源位置から発せられているように音像定位制御を行う。具体的には、例えば図４に示すように、内部で生成されたモノラルのオーディオ信号ＳＩをディレイ回路２１で時間差を持った２チャンネルのステレオデータＳR ，ＳL にし、これらを各々ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタ２２，２３に供給する。ＦＩＲフィルタ１２，１３に供給されたデータＳR ，ＳL は、聴き手の前後左右からのインパルス応答によって求めたＦＩＲ係数によってフィルタリングされ、聴き手の前後左右からの信号成分に変換されたのち、与えられた音源位置の情報に基づいて、これらが合成され、指定方向成分からのデータＳR ′，ＳL ′として出力される。データＳR ′，ＳL ′は、更にクロストークキャンセラ２４で、発音装置２を構成する左スピーカから聴き手の右耳へ、また右スピーカから聴き手の左耳へそれぞれ到達するクロストーク成分を除去され、オーディオ出力信号ＳOR，ＳOLとして出力される。
【００１２】
以上の処理の過程で、ディレイ回路２１の遅延量、ＦＩＲフィルタ２２，２３の係数、クロストークキャンセラ２４の伝達関数等は、いずれも発音装置２の位置によって変わる値である。このため、ＣＰＵ１１は、発音装置２の位置情報に応じてこれらの各値をそれぞれ補正する。
【００１３】
即ち、いま、図５（ａ）に示すように、リスナ３１の両耳の中間点を３次元座標の中心点Ｏとし、リスナ３１の頭が基準方向（正面方向）を向いているとした場合のリスナ３１の右方向、前方及び上方をそれぞれ絶対座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と設定する。仮想音源ＰS の位置情報は、同図（ｂ）に示すように、中心点Ｏから仮想音源ＰS までの距離ｒと、リスナ３１の正面（Ｙ軸方向）からみた仮想音源ＰS の水平方向の角度（アジマス）θと、リスナ３１の正面に対して角度θ方向からみた垂直方向の角度（エレベーション）φとにより与えられる。
【００１４】
ディレイ回路２１での左右チャンネルの伝搬時間差Ｔは、仮想音源ＰS から各耳までの距離の差から求められる。即ち、図５（ａ）に示すように、座標中心点Ｏからリスナ３１の両耳までの距離をｈとすると、仮想音源の位置ＰS （ＸS ，ＹS ，ＺS ）から、右耳（ｈ，０，０）までの距離ＤＲ及び左耳（−ｈ，０，０）までの距離ＤＬとは、数１のように表すことができる。
【００１５】
【数１】
ＤＲ＝√（ｒ2 −２ｒｈ  ｓｉｎθｓｉｎφ＋ｈ2 ）
ＤＬ＝√（ｒ2 ＋２ｒｈ  ｓｉｎθｓｉｎφ＋ｈ2 ）
【００１６】
よって、音速をＶS とすれば、
【００１７】
【数２】
Ｔ＝（ＤＲ−ＤＬ）／ＶS 
【００１８】
が、仮想音源ＰS から両耳へ音響信号が到達する際の伝搬時間差となる。
【００１９】
しかしながら、以上の算出式は、あくまで左右のスピーカがリスナ３１に対して対称位置に配置されていることを前提としたものである。従って、例えば図６に示すように、左右のスピーカが理想的な位置Ａ，Ｂではなく、実際にはリスナ３１に対して非対称の位置Ａ′，Ｂ′に配置されている場合、Δｔ＝（ｄｌ−ｄｒ）／ＶS だけ伝搬時間差Ｔに誤差を生ずる。
そこでＣＰＵ１１は、属性テーブル１６の位置情報からこの誤差Δｔを算出し、ディレイ回路２１の遅延量を修正する。これにより、発音装置２の位置の影響を受けない遅延制御が可能になる。
【００２０】
同様の補正は、ＦＩＲフィルタ２２，２３から出力される左右チャンネル信号の振幅制御やクロストークキャンセラの伝達関数に対してもなされる。具体的には、距離ｒに対してｆ（ｒ）という割合で音量が減衰するとき、最初の設定距離がｒ1 で、実際のスピーカまでの距離がｒ2 とすると、増幅度Δ＝ｆ（ｒ2 ）／ｆ（ｒ1 ）だけ発音装置Ａ′から出力する音量を下げる。
この方法により、出力音に十分な広がり感を持たせることができる。
【００２１】
図７は、この発明の他の実施例に係る音響装置の構成を示すブロック図である。
先の実施例では、音源装置１側に属性テーブル１６を設けたが、この実施例では発音装置２側に属性テーブル１６を設けている。属性テーブル１６には、図８に示すように、それが設けられている発音装置２の入力インピーダンス、周波数特性、位置等の属性情報が記憶される。これらの属性情報のうち、入力インピーダンスや周波数特性等の発音装置２に固有の属性情報は、予め発音装置２に記憶されるが、位置情報については、オペレータが入力装置１２を使用して事前に設定しておく。
【００２２】
この実施例では、属性テーブル１６が発音装置２側に設けられているので、発音装置２の機種を特定するための入力操作を必要としないという利点がある。属性テーブル１６の内容は、発音装置２からＣＰＵ１１に取込まれ、ＣＰＵ１１にセットされる。以後、先の実施例と同様にＣＰＵ１１は、属性テーブル１６を参照してオーディオ信号の出力を制御する。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、発音装置のインピーダンス、周波数特性等の属性情報を属性テーブルに記憶し、この属性テーブルに記憶された前記属性情報を参照し、前記発音装置に供給されるオーディオ出力信号を制御するようにしているので、前記発音装置の出力特性及び位置等に依存しないように出力音を補正することができ、発音装置の配置及び電気的特性等による影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例に係る音響装置のブロック図である。
【図２】  同実施例におけるメモリの属性テーブルを示す図である。
【図３】  同実施例における基準発音装置等の周波数特性を示す図である。
【図４】  同実施例における３Ｄサウンド装置のブロック図である。
【図５】  同実施例における位置情報を表現するパラメータの説明図である。
【図６】  同実施例における発音装置の配置例を説明するための図である。
【図７】  この発明の他の実施例に係る音響装置のブロック図である。
【図８】  同実施例における発音装置の属性テーブルを示す図である。
【符号の説明】
１…音源装置、２…発音装置、１１…ＣＰＵ、１２…入力装置，１３…表示装置、１４…メモリ、１５…３Ｄサウンド装置、２１…ディレイ回路、２２，２３…ＦＩＲフィルタ、２４…クロストークキャンセラ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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