JP2008160265A - 音響再生システム - Google Patents

Abstract

【課題】携帯情報端末は、受聴者が手に保持しての使用で、受聴者に対し前後に傾けて使用が多く、２つのスピーカと受聴者との距離に差が生じ、クロストーク打ち消し効果が得られず、立体的音場を提供できず、又、携帯情報端末の傾きに応じた頭部伝達関数でのクロストーク打ち消し処理は、頭部伝達関数を多数必要とし、回路規模が増大する。
【解決手段】画像を表示する表示画面と２つのスピーカを同一面上に備え傾きが可変可能で、クロストーク打ち消し処理をして受聴者に立体的な音場を提示する音響再生システムにおける２つのスピーカは、表示画面の天地方向を基準にして２つのスピーカを結ぶ直線が非水平になるよう配置され、音響再生システム筐体の傾きを検知する手段により傾きに応じた２つのスピーカの位置の変化を検出し、位置変化に応じた遅延をスピーカへの出力信号に挿入する構成にされる。
【選択図】図１

Description

この発明は、音響信号再生機能を持った携帯情報端末やデスクトップモニタ、液晶モニタ等の様に、表示画面と２つのスピーカが同一面上にありチルト機能によりその傾きを変えることができる装置等に用いられる音響再生システムに関する。

従来、２つのスピーカを用いて仮想的に立体的な音場を受聴者に対して提示する様々な方法が考えられている。例えば、特開平９−２３３６００号公報では、仮想的に定位させたい音源位置から受聴者の両耳までの伝達特性（以下、頭部伝達関数と呼ぶ）を音源信号に付与し（以下、方向定位処理と呼ぶ）、かつ２つのスピーカから再生されるクロストークが受聴者の耳に到達するのを抑える（以下、クロストーク打ち消し処理と呼ぶ）ことによって、あたかも受聴者の周囲の所望の位置に音源があるかのように受聴者に錯覚させる方法が具体的に示されている。

この様な方法を用いて、近年では携帯電話などの携帯情報端末においても、センタから配信されるコンテンツや、メモリカード等に予めに格納されたコンテンツを立体的な音場で楽しめるようになってきている。

一方、例えば、特開２００５−２９５３８２号公報では、２つのスピーカによる音響信号の再生において、音像の定位位置を変えられることに着目して、表示部に対する左右が非対称となるように配置した２つのスピーカを搭載する携帯電話において、映像に対して音像の定位位置を操作する方法が示されている。

具体的には、携帯情報端末を縦向きあるいは横向きの状態で使用することを想定し、携帯情報端末に備えてある表示部の回転と同時に、その時の受聴者に対する２つのスピーカ配置の関係に合わせて方向定位処理を切り換え、片方あるいは両方のスピーカの音像を仮想的な位置に定位させている。

特開平９−２３３６００号公報 特開２００５−２９５３８２号公報

従来の方法による立体的な音場を提供可能な音響再生システムは、２つのスピーカと受聴者との位置関係が固定であることを前提にして考えられており、その位置関係における頭部伝達関数を用いてクロストーク打ち消し処理を行っている。位置関係が複数存在する場合には、それぞれに対応する頭部伝達関数を用意しておく必要がある。

また、縦向きあるいは横向きのいずれかで携帯情報端末を使用している最中には、この位置関係は不変であるとされている。
ところが、小型軽量を特徴とする携帯情報端末は、受聴者が手に保持しながら使用したり、あるいは机上等に設置して使用する場合が多く、特定の向きで使用する場合であっても、受聴者に対して前後方向に傾けて使用する状態になってしまう場合が多くなる。この様な場合、前述の様に２つのスピーカを左右非対称に配置してあると、２つのスピーカと受聴者との位置関係、すなわち距離に差が生じてしまう。このことが原因でクロストーク打ち消しの効果が得られなくなり、立体的な音場を受聴者に提示できなくなってしまう問題があった。

また、音響再生システム筐体の傾きに応じて一意に得られる頭部伝達関数を用いたクロストーク打ち消し処理を考えた場合には、非常に多くの頭部伝達関数を予め用意しておく必要がある。クロストーク打ち消し処理をフィルタによる構成で実現する際には、全てのフィルタ係数を格納するために膨大なメモリが必要となり、回路規模が増大するといった問題もあった。

この発明は、上記の様な課題を解決するためになされたものであり、効果の高い立体的な音場を受聴者に提示可能な音響再生システムを提供することを目的とする。

この発明に係る音響再生システムは、
画像を表示する表示画面と２つのスピーカを同一面上に備え、表示画面の傾きが可変可能で、かつクロストークキャンセル処理を適用して受聴者に対して立体的な音場を提示する音響再生システムであって、
２つのスピーカは、表示画面の天地方向を垂直としたとき、２つのスピーカを結ぶ直線が非水平でかつ非垂直になるよう配置され、
音響再生システム筐体の姿勢を検知して筐体の傾きを検知する手段と、
検知された傾きに応じて２つのスピーカの位置の変化を検出する手段と、
この位置の変化に応じてスピーカへの出力信号系に遅延を挿入する手段を備える。

この発明における音響再生システムによれば、音響再生システム筐体の傾きにより２つのスピーカから受聴者への音源信号到達時間に差が生じ、クロストーク打ち消しの効果が得られなくなるのを、傾きに応じた遅延をスピーカへの出力信号に挿入することで、頭部伝達関数の特性の補正を行う構成にしたので、音響再生システム筐体が大きく傾いた場合でも、精緻なクロストーク打ち消し処理が可能になり、受聴者には意図した位置に定位された音像が聞こえる。

以下に、この発明の音響再生システムを示す実施の形態について、代表的な例として携帯情報端末の場合について図面を参照しながら説明する。なお、この発明は以下に示す携帯情報端末のみに適用が限られるものではなく、例えばデスクトップモニタや液晶モニタ等の様に、表示画面とスピーカが同一面上にありチルト機能によりその傾きを変えることができる装置等に適用することが可能である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である携帯情報端末の音響再生システムの構成を示すブロック図である。図１において、１０は音源部、１００は音像定位処理部で、方向定位部２０およびクロストーク打ち消し部３０で構成される。４０は再生部であり、２つのスピーカを備える。

まず、動作の概略について説明する。本実施の形態による携帯情報端末の音響再生システムは、音源部１０において単一あるいは複数の音源信号を有しており、音像定位処理部１００を構成する方向定位部２０において、音源部１０から入力される単一あるいは複数の音源信号それぞれに対して所望の仮想的な位置に音像を定位させる方向定位処理を行い、これら方向定位処理を行った複数の音源信号を加算して最終的に２チャンネルのステレオ信号として出力する。さらに音像定位処理部１００を構成するクロストーク打ち消し部３０において、前記方向定位処理を行った結果得られるステレオ信号に対して、クロストークを打ち消すためのフィルタ処理を行う。クロストーク打ち消し部３０の出力信号は、再生部４０を構成する２つのスピーカにより再生することによって、受聴者にはあたかも立体的な音場が再現される。

次に、動作の詳細について説明する。音源部１０は、単一あるいは複数のモノラル音源を有するものであったり、一般的な２チャンネルのステレオ音源や、いわゆる５．１チャンネルのサラウンド音源を有する。これらの音源は、予めメモリに格納されていたり、あるいは音楽配信サービス等によりダウンロード可能なものであっても良い。これらの音源は、Ｍチャンネル（Ｍ＞０）の音源信号として、音像定位処理部１００に対して出力される。

音像定位処理部１００は、方向定位部２０とクロストーク打ち消し部３０によって構成される。まず方向定位部２０によって、音源部１０から入力されたＭチャンネルの音源信号に対して、それぞれ所望の仮想的な位置に音像を定位させるための方向定位処理が行われる。ここで行う方向定位処理は、受聴者の両耳における信号のレベル差や時間差などの特性を付与することよって、受聴者に特定の方向や距離に音源を感じさせるための処理であり、公知の方法が数多く存在する。例えば、バイノーラル音の合成方法が挙げられる。

バイノーラル音は、例えば、人間の外耳道付近にマイクロホンを取り付けてその場所の音を収録し、この収録した音を異なる場所でヘッドホンにより再生することで、あたかも収録した場所に受聴者がいるようなリアルな音像を提示させることができるもので、この時の収録音がバイノーラル音と呼ばれる。バイノーラル音は、音源から両耳までの頭部伝達関数によって特徴付けられることが知られており、任意の方向及び距離からの頭部伝達関数を求めておけば、その位置に音像を定位させることができる。

方向定位部２０において音像を定位させる仮想的な位置の考え方は、例えば音源部１０に格納された音源信号がステレオ信号であるような場合、携帯情報端末に備わる２つのスピーカの実際の間隔に比べて幅広い配置となるような位置を定位位置とする。

または、音源信号が５．１チャンネルのサラウンド信号であるような場合には、一般的な５．１チャンネルのスピーカ配置（左前方、中央、右前方、左後方、右後方）を仮想的な定位位置とする。なお、０．１チャンネルの信号については、定位感が小さい低域周波数の信号であるため、方向定位処理を省略することもできる。

この様にして方向定位処理を行った結果得られる信号は、それぞれの仮想的な定位位置から左耳に到達したと見なされる信号群（Lチャンネル信号）と、右耳に到達したと見なされる信号群（Ｒチャンネル信号）に分けて、それぞれの信号群毎に加算処理を行った後に、２チャンネルの信号として方向定位部２０から出力される。

なお、ここでは頭部伝達関数によるバイノーラル音の合成方法について言及したが、この発明における方向定位処理は特定の方法に依存するものではなく、他の方法を適用しても良い。

ところで、方向定位処部２０で出力される音響信号は、前述の通りバイノーラル音の様な受聴者の耳元で受聴した時の音であることを前提としている。例えば、ヘッドホンにより再生すれば、２チャンネルの音響信号をそれぞれ直接受聴者の耳に届けることが可能である。しかし、本実施の形態による携帯情報端末の音響再生システムの様にスピーカによって再生を行う場合には、左のスピーカから受聴者の右耳へ、また右のスピーカから受聴者の左耳へ到達するいわゆるクロストークが生じてしまう。

図２は受聴者の左前方に配置されたスピーカから再生された音響信号が受聴者の両耳に到達する様子を示す図である。スピーカからは受聴者の左耳に到達したと見なされる信号が再生されており、この時、受聴者の右耳に到達する信号ＳＣがクロストークである。このクロストークの存在が、音像の定位感が大きく損なわれる要因となっており、これを打ち消す必要がある。なお、受聴者の左耳に到達する信号ＳＭは、スピーカから受聴者の左耳までの伝搬特性の影響を受けている。

音像定位処理部１００を構成するもう一つのブロックであるクロストーク打ち消し部３０は、上述のクロストークを打ち消すための信号を生成し、方向定位部２０の出力信号に付加するものである。クロストーク打ち消し部３０の詳細については後述する。

再生部４０は、音像定位処理部１００から出力される２チャンネルの音響信号を受聴者に対して提示するための２つのスピーカを備える。実際の装置においては、スピーカの前段にＤ／Ａ変換部やアンプ等が接続されるが、この発明の動作に影響を及ぼさないので説明を省略する。

ところで、図３は、本実施の形態による携帯情報端末の外観の一例を示すものである。携帯情報端末２００は、画面表示部２０１とアンテナ部２０２及び２つのスピーカ４ａ及び４ｂを備えている。画面表示部２０１は長方形を成し携帯情報端末２００の操作面にその操作面の天地方向に対し画面表示部２０１の各辺が直角又は平行になるよう形成される。この他にも図示されない操作部などを備えるが、この発明の本質には係わらないので省略する。

ここで、２つのスピーカ４ａ及び４ｂの配置について言及する。本実施の形態による携帯情報端末では、画面表示部２０１に表示する映像の天地方向に対して、２つのスピーカを結ぶ直線の方向が垂直に交わらず、かつ平行にならないように配置されている。図３（ａ）では、画面表示部２０１の左下部にＬチャネル信号を再生するスピーカ４ａを配置し、画面表示部２０１の右上部にＲチャネル信号を再生するスピーカ４ｂを配置する。この様に配置することによって、図３（ｂ）の様に携帯情報端末２００を右方向に９０度回転させた場合でも、天地方向の直線上に２つのスピーカが並ぶことが無く、従ってステレオスピーカの機能を損なうことが無くなる。この様な配置をスピーカの非対称配置と呼ぶことにする。

携帯情報端末２００は、通常、受聴者が片手あるいは両手で保持して使用したり、充電器を兼用したホルダーなどに設置して机上に置いて使用する場合がある。この様な場合、２つのスピーカ４ａ及び４ｂと受聴者の両耳との位置関係がある基準の位置から変化することになる。

例えば、図４は、携帯情報端末２００が垂直方向から傾きθだけ傾いて使用する状態を示す図であり、携帯情報端末２００に対して右側面からの視点である。この時、スピーカは非対称配置されているので、受聴者と２つのスピーカ４ａ及び４ｂとの距離に距離ｄＬの差が生じ、Ｒチャネル信号を再生するスピーカ４ｂの方が、Ｌチャネル信号を再生するスピーカ４ａに比べて遠くなる。以下、説明を容易にするため、スピーカ４ａの位置は傾けた場合と傾けない場合で受聴者に対して同じ位置にあるものとする。また、傾けない場合、つまりθ＝０°の場合を基準位置と考える。

上述の様な状態における頭部伝達関数について考える。図５は携帯情報端末２００を基準位置で使用している場合を示す図である。この時、携帯情報端末２００に非対称配置された２つのスピーカ４ａ及び４ｂは受聴者に対してほぼ等距離の位置にある。ここで、ｈＬＬは受聴者の左前方に位置するスピーカ４ａから受聴者の左耳への頭部伝達関数であり、ｈＬＲは同じくスピーカ４ａから受聴者の右耳への頭部伝達単数である。また、ｈＲＲは受聴者の右前方に位置するスピーカ４ｂから受聴者の右耳への頭部伝達関数であり、ｈＲＬは同じくスピーカ４ｂから受聴者の左耳への頭部伝達関数である。

図６は携帯情報端末２００を傾きθだけ傾けた状態で使用している場合を示す上方の視点からの平面図である。この時、携帯情報端末２００に非対称配置された２つのスピーカ４ａ及び４ｂは受聴者に対して距離ｄＬだけ異なる位置にある。

ここで、受聴者の左前方に位置するスピーカ４ａから受聴者の両耳への頭部伝達関数は、スピーカ４ａと受聴者の両耳との位置関係が基準位置の場合と同じであるので、スピーカ４ａから左耳への頭部伝達関数はｈＬＬであり、スピーカ４ａから右耳への頭部伝達関数はｈＬＲとなる。一方、受聴者の右前方に位置するスピーカ４ｂは受聴者までの距離が図５に示す基準位置に比べｄＬだけ位置が変わっている。この時の頭部伝達関数について、ｈＲＲ’をスピーカ４ｂから受聴者の右耳への頭部伝達関数とし、ｈＲＬ’をスピーカ４ｂから受聴者の左耳への頭部伝達関数とする。

なお、携帯情報端末２００を傾きθだけ傾けた状態では、厳密には受聴者から見たスピーカ４ｂの方向（方位角）も変化しており、これに伴う距離の変動も存在する。しかしながら、この距離の変動は、先述の距離ｄＬに比べて非常に僅かであり、無視することができる。

頭部伝達関数は、受聴者が居る空間の伝達系と、受聴者自身の頭部、顔面、耳介、肩等による反射、回折、共振による伝達系の作用を受けて特性が決まる。携帯情報端末２００の傾きθを少しずつ変動させながら、その時の頭部伝達関数ｈＲＲ’とｈＲＬ’についての特性を実験により調査を実施した結果、遅延特性が最も顕著に変化することが判明している。そこで、本実施の形態におけるクロストーク打ち消し処理においては、基準とする傾きにおける頭部伝達関数ｈＲＲ及びｈＲＬを定めておき、携帯情報端末２００を傾けて使用する場合には、傾きθに応じて基準の頭部伝達関数ｈＲＲ及びｈＲＬを基に遅延を加えるようにした。

本実施の形態におけるクロストーク打ち消し部３０を回路構成にしたものが図７である。１ａ及び１ｂは方向定位部２０からの２チャンネルの音響信号を入力する入力端子である。ここでは、１ａがＬチャネル信号の入力端子であり、１ｂがＲチャネル信号の入力端子であるとする。

２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄはそれぞれ異なるフィルタ特性を持つフィルタ部である。それぞれのフィルタ特性ＨＬＬ、ＨＬＲ，ＨＲＬ、ＲＲＲは、基準とする頭部伝達関数を用いて次の通りとする。
ＨＬＬ＝ｈＲＲ／（ｈＬＬ・ｈＲＲ−ｈＬＲ・ｈＲＬ） （式１）
ＨＬＲ＝ｈＬＲ／（ｈＬＬ・ｈＲＲ−ｈＬＲ・ｈＲＬ） （式２）
ＨＲＬ＝ｈＲＬ／（ｈＬＬ・ｈＲＲ−ｈＬＲ・ｈＲＬ） （式３）
ＨＲＲ＝ｈＬＬ／（ｈＬＬ・ｈＲＲ−ｈＬＲ・ｈＲＬ） （式４）

信号加算部３ａは、フィルタ部２ａの出力信号に対してフィルタ部２ｃの出力信号を減算する。信号加算部３ｂは、フィルタ部２ｄの出力信号に対してフィルタ部２ｂの出力信号を減算する。

携帯情報端末２００の傾きθについては、傾き検出手段であるセンサ７によって検出する。このセンサ７はいわゆる姿勢角度の検出に用いるものであり、慣性センサともよばれ、３軸の加速度センサ、及び３軸の地磁気センサ及び３軸のジャイロなどから構成される。

スピーカ位置変化検出手段としての距離補正部５は、センサ７で検出した傾きθの値に応じて２つのスピーカ４ａと４ｂとの距離ｄＬを求めることにより、スピーカから受聴者へ音が到達する時間差を算出する。この算出結果から、スピーカ４ａ及び４ｂのそれぞれの前段に設けてある遅延挿入手段としての時間調整部６ａ及び６ｂに対して時間調整を行うための指示信号を出力する。

時間調整部６ａ及び６ｂでは、距離補正部５からの指示信号に従い、信号加算部３ａ及び３ｂから入力される音源信号を遅延させて後段の再生部４０のスピーカ４ａ及び４ｂに出力する。ここで、９ａ及び９ｂは再生部４０に対して音響信号を出力する出力端子である。

音源信号遅延処理の具体例を示す。傾きθ＝３０°の場合、基準位置に対するスピーカ４ｂが変動する距離ｄＬは、
ｄＬ＝１／２＊Ｌ （式５）
ここでＬはスピーカを本体に実装した段階で決まる天地方向のスピーカ間の距離とする。
スピーカ４ｂの方がスピーカ４ａに比べて受聴者から遠方に位置することになる。この時、前記の距離ｄＬに相当する時間差ｄＴが生じ、２つのスピーカ４ａと４ｂで同時に再生した音は、スピーカ４ｂからの音の方が到達する時刻が遅れる。音速をｃ［ｍ／ｓ］とすると、この時間差ｄＴは、
ｄＴ＝ｄＬ／ｃ （式６）
となる。

なお、図８は携帯情報端末２００に２つのスピーカが非対称配置で実装された時の天地方向の距離Ｌを示すものである。２つのスピーカ間の直線距離をＬｓｐとし、天地方向と２つのスピーカを結ぶ直線とが成す角をθｓｐとすれば、距離Ｌは
Ｌ＝Ｌｓｐ＊ｃｏｓ（θｓｐ） （式７）
によって求められる。式５〜式７から判る通り、距離Ｌｓｐが大きく、また角θｓｐが小さい場合に時間差ｄＴが大きくなる。これは、表示画面の上方と下方にそれぞれスピーカを配置するような場合に当てはまる。

距離補正部５は、上述の様に求められた時間差ｄＴと、２つのスピーカ４ａと４ｂの位置関係を考慮して、時間調整部６ａと時間調整部６ｂに対して遅延を挿入するように指示信号を出力する。上述の場合、スピーカ４ｂからの音の方が到達する時刻が遅れるので、時間調整部６ａに対して時間差ｄＴに相当する遅延を挿入するよう指示信号を出力する。同時に、時間調整部６ｂに対しては挿入する遅延をゼロにするように指示信号を出力する。

また、上述の様に求められた時間差ｄＴに対してユーザが微調整を行えるように構成した図１３に示す距離補正部５２を代用しても良い。ユーザ入力部７０をユーザが操作することによって、距離補正部５２に対して時間差ｄＴに対するオフセットが与えられるようにする。距離補正部５２では、与えられたオフセットを時間差ｄＴに付加した後で時間調整部６ａ及び６ｂに対して遅延を挿入するように指示信号を出力する。

なお、クロストーク打ち消し部３０は、上述した様なフィルタ構成に限定されるものではなく、２つのスピーカによる音響信号の再生時に生じるクロストークを打ち消すものであれば、他の構成のものを適宜使用することができる。

上記説明では携帯情報端末を縦向きに使用する場合について述べたが、横向きに使用する場合は、受聴者から見た左右方向のスピーカ間隔が大きく異なるので、横向きの状態における２つのスピーカから受聴者の両耳への頭部伝達関数を求めておき、フィルタ特性ＨＬＬ、ＨＬＲ，ＨＲＬ、ＨＲＲを切り換えるように構成すれば良い。

以上、本実施の形態における携帯情報端末の音響再生システムによれば、携帯情報端末の本体の傾きを検出し、その時の２つのスピーカから受聴者の両耳への頭部伝達関数の特性の補正を行うので、クロストーク打ち消しの効果を劣化させることがなく、受聴者には意図した位置に定位された音像が聞こえる。

また、携帯情報端末の傾きに応じて、音源信号に対して遅延を挿入することにより頭部伝達関数の特性の補正を行う構成にしたので、全ての傾きを想定した頭部伝達関数を用意しておく必要がなく、フィルタ係数を格納するメモリサイズが増大することがなく、回路規模の増大を抑えられる。

実施の形態２．
図９は、実施の形態１とはクロストーク打ち消し部が異なる構成をなすこの発明の実施の形態２による携帯情報端末の音響再生システムのクロストーク打ち消し部３１の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１で示した音源部１０、方向定位部２０、再生部４０については、実施の形態２による携帯情報端末の音響再生システムにおいてもその構成や機能、動作は変わらないので説明を省略する。

本実施の形態によるクロストーク打ち消し部３１は、新たにクロストークキャンセル演算手段としての判定部８を設け、センサ７からの携帯情報端末の傾きに関する情報を入力し、これを基にフィルタ部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄで用いるフィルタ係数の選択と切換を制御する。

例えば、携帯情報端末の傾きθを複数の区分に分け、その区分毎に傾きθを代表する角度に対応するフィルタ係数を用意しておく。図１０及び図１１は傾きθと区分及び代表する角度の関係を示す区分表の例である。図１０では、傾きθについて０°〜９０°の範囲を等しく３つの区分に分けた場合を示している。区分１の時に使用するフィルタ係数は、本体の傾きが０°の場合の時の頭部伝達関数から求めたものとする。図１１では、距離ｄＬについて０≦ｄＬ≦Ｌの範囲を等しく３つの区分に分けた場合を示している。区分１の時に使用するフィルタ係数は、本体の傾きが０°の場合の時の頭部伝達関数から求めたものとする。

区分表については、距離補正部５１と判定部８で同じ区分表を持つものとする。なお、区分の設定方法については前述の方法に限られるものでは無く、区分の設定数も３つに限られるものでは無くＮ個（Ｎ＞０である整数）に設定可能である。

判定部８は、センサ７で検出した傾きθの値に応じて区分表から該当する区分を判定する。さらに、フィルタ部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに対してこの区分の情報を出力する。それぞれのフィルタ部はこの区分情報を基に、フィルタ係数を選択してフィルタ処理を実行する。それぞれのフィルタ部の構成及び動作は同じであるので、ここではフィルタ部２１ａを代表して説明する。

図１２はフィルタ部２１ａの構成を示す図である。判定部８によって区分が与えられると、フィルタ部２１ａはこの区分情報をインデックスとして対応するフィルタ係数を用いたフィルタ処理に切り換える。インデックスが１の時にはＨＬＬ＿１を選択し、インデックスが２の時にはＨＬＬ＿２を選択するという具合である。

また、図９におけるセンサ７からの傾きθの情報は、距離補正部５１に対しても入力される。距離補正部５１は、傾きθの値に応じて２つのスピーカ４ａと４ｂとの距離ｄＬを求める。同時に、区分表を基にその区分を代表する傾きにおける距離差を求めておき、この差分を実質的な距離差とみなす。この実質的な距離差を基に、スピーカから受聴者へ音が到達する時間差を算出する。この算出結果から、スピーカ４ａ及び４ｂのそれぞれの前段に設けてある時間調整部６ａ及び６ｂに対して時間調整を行うための指示信号を出力する。

時間調整部６ａ及び６ｂでは、距離補正部５１からの指示信号に従い、信号加算部３ａ及び３ｂから入力される音源信号を遅延させて後段の再生部４０のスピーカ４ａ及び４ｂに出力する。ここで、９ａ及び９ｂは再生部４０に対して信号を出力する出力端子である。

具体的な例を示す。傾きθ＝３０°の場合、受聴者に対する２つのスピーカ間の距離ｄＬは（式５）の通りであるが、この傾きθ＝３０°の時、例えば図１０を適用する場合には、区分１と区分２の境界にある。検出された傾きが境界に有る場合は傾きが大きい区分である区分２を選択するものと定めておく。判定部８から出力する区分の情報は２となり、この時、フィルタ部２１ａでは、フィルタ係数ＨＬＬ＿２を使用する。フィルタ部２１ｂ、２１ｃ、２１ｄでも同様にフィルタ係数が選択される。

距離補正部５１では、距離ｄＬを求めると同時に、区分表を基に区分２を代表する傾き３０°の場合の距離差を求め、実質的な距離差ｄL’を算出する。θ＝３０°の場合は、代表する傾き３０°と同じであるから、ｄL’はゼロとなり、これに相当する時間差もゼロとなる。この結果、時間調整部６ａ及び６ｂに対して挿入する遅延をゼロにするように指示信号を出力する。

一方、傾きθ＝４５°の場合、例えば図１０の区分表を適用する場合には、区分は２となる。判定部８は全てのフィルタ部に対して区分の情報を出力する。この情報に従い、フィルタ部２１ａではフィルタ係数ＨＬＬ＿２を使用する。フィルタ部２１ｂ、２１ｃ、２１ｄでも同様にフィルタ係数が選択される。

距離補正部５１では、受聴者に対する２つのスピーカ間の距離ｄＬを求める。
ｄＬ＝１／√２＊Ｌ （式８）
同時に、区分表からθ＝４５°の区分２を代表する傾き３０°の場合の距離を求め、実質的な距離差ｄL’を算出する。（式５）と（式８）から下記の通りとなる。
ｄＬ’＝（１／√２―１／２）Ｌ （式９）

そして、この実質的な距離差ｄL’に相当する時間差ｄＴ’と、２つのスピーカ４ａと４ｂの位置関係を考慮して、時間調整部６ａと６ｂそれぞれに対して遅延を挿入するように指示信号を出力する。時間差ｄＴ’の求め方は実施の形態１と同じである。上述の場合、スピーカ４ｂからの音の方が受聴者に到達する時刻が遅れるので、時間調整部６ａに対して時間差ｄＴ’に相当する遅延を挿入するように指示信号を出力する。同時に、時間調整部６ｂに対しては挿入する遅延をゼロにするように指示信号を出力する。なお、実施の形態１で説明した通り、距離補正部５１はユーザが時間差ｄＴ’を調整できる構成にしたものであっても良い。

上記説明では携帯情報端末を縦向きに使用する場合について述べたが、横向きに使用する場合は、受聴者から見た左右方向のスピーカ間隔が大きく異なるので、横向きの状態における２つのスピーカから受聴者の両耳への頭部伝達関数を求めておき、フィルタ特性ＨＬＬ、ＨＬＲ，ＨＲＬ、ＨＲＲを切り換えるように構成すれば良い。

以上、本実施の形態における携帯情報端末の音響再生システムによれば、複数の区分に分けた携帯情報端末の本体の傾きに応じて複数のフィルタ係数を切り換えると同時に、段階的な区分毎の傾きと実際の傾きとの差による頭部伝達関数の特性の補正を、音源信号に対して遅延を挿入することで行う構成にしたので、携帯情報端末が大きく傾いた場合でも、精緻なクロストーク打ち消し処理が可能になり、受聴者には意図した位置に定位された音像が聞こえる。

以上の実施の形態において傾きθを決定するタイミングは、例えば、立体的な音響再生を有効にするために受聴者が操作するスイッチがONになった時点や、再生中に傾きの変動が規定範囲内に収まった時点などが挙げられるが、この発明による携帯情報端末を使用する使用形態に合わせて様々に決定できる。

実施の形態３．
図１４は、この発明の実施の形態３による携帯情報端末の音響再生システムにおける２つのスピーカの非対称配置を示す図である。２つのスピーカ４ａと４ｂは画面表示部２０１の天地方向と２つのスピーカ４ａと４ｂを結ぶ直線方向との成す角θｓｐが４５°となるように配置されている。

図１４（ａ）は本実施の形態による携帯情報端末を縦向きで使用する状態を示しており、図１４（ｂ）は本実施の形態による携帯情報端末を横向きで使用する状態を示している。この両方において、画面表示部２０１の天地方向に対して左右方向のスピーカ間の距離Ｌｈは等しく、Ｌｈ＝１／２＊Ｌｓｐとなる。

２つのスピーカをこの様な配置にすると、受聴者から見た左右方向のスピーカ間隔が変わらないので、縦向きの場合と横向きの場合で異なる頭部伝達関数を求めておく必要がなく、フィルタ特性ＨＬＬ、ＨＬＲ、ＨＲＬ、ＨＲＲを縦向きの場合と横向きの場合で切り換える必要もなくなる。

以上、本実施の形態における携帯情報端末の音響再生システムによれば、携帯情報端末を縦向きあるいは横向きで使用した場合でも、受聴者から見た左右方向のスピーカの間隔を同じにできるので、クロストーク打ち消し処理において異なる頭部伝達関数を適用する必要がなくなり、フィルタ係数を格納するメモリサイズが増大することを回避でき、回路規模の増大を抑えられる。

以上各実施の形態では、この発明の音響再生システムを携帯情報端末に適用する場合について述べたが、上述の通り携帯情報端末のみに適用が限られるものではなく、例えばデスクトップモニタや液晶モニタ等の様に、表示画面と２つのスピーカが同一面上にありチルト機能によりその傾きを変えることができる装置等に適用できることはいうまでもない。

この発明の音響再生システムは、装置の筐体が傾けて使用される場合でもクロストークキャンセル処理が精緻にでき、筐体が傾けて使用される場面の多い、例えば携帯電話機、外部との音響通信が可能な携帯ゲーム機等の携帯情報端末装置およびデスクトップモニタや液晶モニタ等の様に、表示画面とスピーカが同一面上にありチルト機能によりその傾きを変えることができる装置等に適用することが可能である。

この発明の実施の形態１である携帯情報端末の音響再生システムの構成ブロック図である。 再生音響信号がスピーカから受聴者の両耳に到達する様子の説明図である。 実施の形態１による携帯情報端末の例を示す外観図である。 携帯情報端末が傾きをもって使用される状態の右側面図である。 携帯情報端末が基準位置での使用状態説明図である。 携帯情報端末が傾きをもって使用される状態の平面図である。 実施の形態１におけるクロストーク打ち消し部の回路図である。 携帯情報端末に非対称配置された２つのスピーカ間の天地方向の距離の説明図である。 この発明の実施の形態２におけるクロストーク打ち消し部の回路図である。 携帯情報端末の傾きを等分に区分けした傾きと代表値の関係の説明図である。 携帯情報端末の傾き時に生じる受聴者までの距離差を等分に区分けした傾きと代表値の関係の説明図である。 実施の形態２によるフィルタ部の構成を示すブロック図である。 音響信号遅延量をユーザが調整可能に構成した距離補正部のブロック図である。 この発明の実施の形態３による携帯情報端末の音響再生システムにおける２つのスピーカの非対称配置説明図である。

符号の説明

２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ；フィルタ部、３ａ、３ｂ；信号加算部、４ａ、４ｂ；スピーカ、５、５１、５２；距離補正部、６ａ、６ｂ；時間調整部、７；センサ、８；判定部、９ａ、９ｂ；出力端子、１０；音源部、２０；方向定位部、３０、３１；クロストーク打ち消し部、４０；再生部、７０；ユーザ入力部、１００；音像定位処理部、２００；携帯情報端末、２０１；画面表示部、２０２；アンテナ部。

Claims (4)

1. 画像を表示する表示画面と２つのスピーカを同一面上に備え、表示画面の傾きが可変可能で、かつクロストークキャンセル処理を適用して受聴者に対して立体的な音場を提示する音響再生システムであって、
   ２つのスピーカは、表示画面の天地方向を垂直としたとき、２つのスピーカを結ぶ直線が非水平でかつ非垂直になるよう配置され、
   音響再生システム筐体の姿勢を検知して筐体の傾きを検知する手段と、
   検知された傾きに応じて２つのスピーカの位置の変化を検出する手段と、
   この位置の変化に応じてスピーカへの出力信号系に遅延を挿入する手段を備えた
   ことを特徴とする音響再生システム。
2. 検出された２つのスピーカの位置の変化に応じた頭部伝達関数を選択してクロストークキャンセルのための演算を行うクロストークキャンセル演算手段を備え、クロストークキャンセル処理は、この選択された頭部伝達関数を基に行われることを特徴とする請求項１記載の音響再生システム。
3. 上記出力信号系に遅延を挿入する手段は、遅延量を受聴者が調整可能に構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響再生システム。
4. 表示画面は２辺が天地方向と平行するよう形成され、２つのスピーカはこの表示画面の外側で、かつ２つのスピーカを結ぶ直線と、２つのスピーカから表示画面に対して水平及び垂直に延長した線とが交わる角が４５度となるように配置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の音響再生システム。

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