JP2008160265A - 音響再生システム - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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)
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。
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。
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。
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)
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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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