JP2008197284A - フィルタ係数算出装置、フィルタ係数算出方法、制御プログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、および、音声信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タップ数に制限のある場合においても音響特性を精度よく補正可能とする。
【解決手段】本発明に係るフィルタ係数算出装置２０では、ゲイン補正特性算出部３が、再生系１７のゲイン特性の逆特性を有する直線位相フィルタに対応するインパルス応答を算出し、その中から予め設定されたフィルタのタップ数と同数の、ピーク値を含む時間的に連続したインパルス応答を切り出し、そのインパルス応答の周波数特性を、ゲイン補正特性として算出する。そして、位相補正特性算出部４が、再生系１７の周波数特性の逆特性から、該逆特性のゲイン特性を正規化して位相補正特性を算出し、フィルタ係数算出部６が、補正特性合成部５において合成された上記ゲイン補正特性と上記位相補正特性との合成補正特性から再生特性補正フィルタのフィルタ係数を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、音声出力装置などから出力される音声についてリスニングルームなどにおける音響特性を、デジタルフィルタを用いて視聴環境に適した音響特性に補正するフィルタ係数算出装置、フィルタ係数算出方法、制御プログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、および、音声信号処理装置に関するものである。

リスニングルームの音響特性に応じてスピーカなどを含めた再生系全体の応答特性を補正するイコライザが広く利用されている。リスニングルームの音響特性は、部屋の種類や音声を再生する装置の設置場所に応じて異なる。例えば、フローリングの床がある洋室では音声の反響が大きくなり、ベッドなど大きな家具のある寝室では音声は吸収されるが、大きな家具がない畳部屋などの場合には音声はあまり吸収されず、また、反響も小さい。また、スピーカが部屋の壁面に平行に設置されている場合と部屋のコーナーに設置されている場合とでは、リスニングルーム全体の音響特性は異なる。そして、イコライザは、出力される音声を、音場制御用のフィルタを用いて音響特性の異なる視聴環境に適した音質に補正する。

音質を調整して再生系全体の応答特性を補正する従来技術として、例えば、特許文献１には、再生系における所望の応答特性を希望特性としてユーザが容易に設定できるようにした音響特性補正装置が開示されている。

以下に、特許文献１に記載されている音響特性補正装置について、より詳細に説明する。図１４は、特許文献１に記載の音響特性補正装置において音響特性を補正する場合の各工程における各種特性を示す図である。特許文献１に記載の音響特性補正装置では、まず、補正対象とする再生系に含まれるスピーカによってバンド信号やＴＳＰ信号などの測定用の信号を再生してマイクで集音し、その応答特性、すなわち、測定特性（図１４（ａ）参照）を算出する。次に、ユーザによって設定された希望特性（図１４（ｂ）参照）と測定特性との差を補正特性（図１４（ｃ）参照）として算出し、必要に応じて修正を施す。さらに、決定された補正特性を逆フーリエ変換して対応するインパルス応答（図１４（ｄ）参照）を求め、求めたインパルス応答の時間軸上の各位置におけるレベル値をイコライザ（ＦＩＲ（Finite Impulse Response ））フィルタの係数として設定する。

特許文献１には、補正特性から逆フーリエ変換によってインパルス応答を求める方法として直線位相処理逆フーリエ変換を採用した実施形態が記載されている。

直線位相処理逆フーリエ変換では、補正特性を帯域分割して帯域ごとのパワー平均を算出して、そのパワー平均値をスプライン補間等によりフーリエ変換が可能な４０９６点のデータに補間し、補間されたデータを実部に設定した複素形式のデータ（虚部は全て０）に対して逆フーリエ変換を行い、インパルス応答を算出する。ここで、上記の複素形式の実部は振幅項に相当し、虚部は位相項に相当する。そして、上述したとおり、複素形式のデータにおいて、位相項に相当する虚部を全て０としてため、直線位相処理逆フーリエ変換によって求められるインパルス応答には、位相情報は含まれない。

しかしながら、直線位相処理逆フーリエ変換によって求められたフィルタ、すなわち、直線位相フィルタは、位相情報が含まれないため、フィルタ係数の算出が容易であり、周波数的な伝達特性は良いものの、再生系により生じる位相のずれを補正できない。

これに対し、位相情報を含む逆フィルタを用いて再生系の音響特性を補正する手法がある。非特許文献１には、逆フィルタの設計方法について記載されている。

以下に、逆フィルタの概要について説明する。再生系の伝達特性をＣ（ｚ）とすると、逆フィルタＨ（ｚ）は、Ｈ（ｚ）＝１／Ｃ（ｚ）によって表される。この式は、逆フィルタＨ（ｚ）を導入することで再生系の出力を入力と等価にすることを表している。すなわち、Ｈ（ｚ）は、再生系におけるインパルス応答が単位インパルス（デルタ関数δ（ｎ））となるように設計される。しかしながら、通常の再生系は最小位相推移系ではなく、伝搬遅延が含まれるため、インパルス応答をδ（ｎ−Ｍ）のように変更して設計される。ここで、Ｍはモデリングディレイと呼ばれる。

また、再生系の伝達特性によっては、Ｈ（ｚ）＝１／Ｃ（ｚ）をそのまま解くことができないが、例えば最小自乗の原理にもとづいて逆フィルタの近似を求めることができる。そして、上記の最小自乗の原理にもとづいて設計された逆フィルタを一般化した表現は、Ｈ（ｚ）＝Ｃ^*（ｚ）／Ｃ^*（ｚ）Ｃ（ｚ）となる。ここで、Ｃ（ｚ）は複素数で表され、Ｃ^*（ｚ）は、Ｃ（ｚ）の共役複素数を表している。

音場制御用のフィルタを用いて応答特性を補正する技術として、他にも、様々な技術が提案されている。例えば、特許文献２には、残響が生じやすい環境において明瞭度の高い拡声を実現可能な拡声明瞭度改善装置が開示されている。特許文献２に記載の拡声明瞭度改善装置について、より詳細に説明すれば以下のとおりである。図１５（ａ）は、特許文献２に記載の拡声明瞭度改善装置において拡声の明瞭度を改善する処理の流れを示す図である。図１５に示すとおり、特許文献２に記載の拡声明瞭度改善装置は、閉鎖的な空間内においてインパルス応答を測定し、１／ｎ帯域ごとに残響時間が所定時間を超えているか否かを判定し、残響時間が所定時間を超えている場合には、測定インパルス応答と直接音の計算インパルス応答との差分エネルギーを計算してメモリにスタックする。図１５（ｂ）は、１／ｎ（オクターブ）周波数帯域ごとの差分エネルギーを示す図である。さらに、全ての１／ｎ帯域について残響時間の判定と差分エネルギーのスタック処理を行った後、周波数帯域ごとに算出された差分エネルギーをもとに逆伝達関数を求め、当該伝達関数を満たすイコライザパラメータをフィルタに設定する。これにより、特許文献２に記載の拡声明瞭度改善装置によれば、明瞭性に影響を及ぼす残響時間の長い周波数帯域の音量レベルを低減できるため、本来の音質をあまり変化させずに明瞭度の高い拡声を実現できる。

ところで、ＦＩＲフィルタは、遅延素子（バッファ）にて入力データを順次遅延させ、各遅延出力に予め設定されたフィルタ係数を乗算器にて乗算し、各乗算出力を加算器にて加算して出力を得る構成として表される。つまり、ＦＩＲフィルタによる信号処理を行う場合には積和演算処理が行われることになり、高次のＦＩＲフィルタを実現するためには、上記の積和演算処理を多数行う必要がある。そして、ＦＩＲフィルタによる信号処理には、乗算と加算とを１マシンサイクルで実行でき、積和演算を高速に処理することが可能なＤＳＰ（Digital Signal Processor）が用いられている。

ＦＩＲフィルタにおける畳み込み積和演算は次式によって表される。
ｙ（ｎ）=ｈ０・x（ｎ）＋ｈ１・x（ｎ−１）＋ｈ２・ｘ（ｎ−２）＋・・・＋ｈＮ・ｘ（ｎ−Ｎ）
ここで、ｙ（ｎ）は出力信号値、x（ｎ−ｉ）（ｉ＝０，１，・・・Ｎ）は現在および過去の入力信号値、ｈｉ（ｉ＝０，１，・・・Ｎ）はフィルタ係数（重み）である。つまり、ＦＩＲフィルタの出力信号値は、現在および過去の入力信号値の重み付き平均で表される。

なお、ＦＩＲフィルタには、上式に含まれるｈｉ・ｘ（ｎ−ｉ）の項数のタップ（すなわち、上述した遅延素子、乗算器、および、加算器によって構成される１つのブロック）が含まれる。そして、ＦＩＲフィルタは、フィルタを構成するタップ数や各タップのｈｉの値を変えることによって特性が変化し、タップ数が多いほど周波数の分解能が高くなり、フィルタの性能は向上する。

しかしながら、ＦＩＲフィルタのタップ数（すなわち、フィルタ係数の数）が多くなれば、上述した積和演算の数も増え、ＤＳＰにおける処理は増加する。そのため、高性能なＤＳＰが必要となり、ＦＩＲフィルタを構成するために要するコストが増大してしまう。したがって、製品に実装するＤＳＰの選択には、性能とコストとのトレードオフを考慮する必要がある。
特開平６−３２７０８９（１９９４年１１月２５日公開） 特開２００３−２２４８９８（２００３年８月８日公開） http://www.sound.sie.dendai.ac.jp/dsp/Text/PDF/Chap7-2.pdf（２００７年１月２５日確認）

上述したとおり、製品に実装されるＤＳＰは、性能とコストとのトレードオフを考慮して選択される。そして、ＦＩＲフィルタは、選択されたＤＳＰの積和演算の処理性能を考慮して設計される。そのため、ＦＩＲフィルタのタップ数（すなわち、フィルタ係数の数）は、ＤＳＰの仕様によって制限されることになる。

上述した逆フィルタによってＦＩＲフィルタのフィルタ係数を求める場合、はじめに、音質補正の対象となる再生系において、ＴＳＰ法などを用いてインパルス応答を測定し、測定されたインパルス応答（以下、測定インパルス応答と呼ぶ）の周波数特性を算出する。そして、算出された周波数特性をもとに逆フィルタの周波数特性を求め、逆フィルタの周波数特性に対して逆フーリエ変換を行って、逆フィルタに対応するインパルス応答（以下、逆フィルタのインパルス応答と呼ぶ）を求める。この逆フィルタのインパルス応答がＦＩＲフィルタのフィルタ係数として設定される。

なお、上述したＦＩＲフィルタの係数を求める処理はデジタル信号処理であり、上記の測定インパルス応答は連続的なアナログ信号として取り込まれた後、サンプリングされて離散的なデジタル信号に変換される。このとき、元のアナログ信号に含まれる高周波成分の情報がデジタル信号に含まれるようにするためには、サンプリング間隔を十分狭くする、すなわち、サンプリング数を十分多くする必要がある。そして、サンプリングされた測定インパルス応答を表すデータをもとに上述した逆フィルタのインパルス応答を表すデータ（すなわち、ＦＩＲフィルタのフィルタ係数）が算出される。

このとき、算出される逆フィルタのインパルス応答を表すデータの数は、測定インパルス応答を表すデータと同数になる。そして、算出された逆フィルタのインパルス応答を表すデータがＦＩＲフィルタの係数として設定される。しかし、上述したとおり、ＦＩＲフィルタのタップ数（すなわち、フィルタ係数の数）は、ＤＳＰの仕様によって制限される。そのため、算出された逆フィルタのインパルス応答を表すデータを全てＦＩＲフィルタの係数として利用することはできない。そこで、逆フィルタのインパルス応答を切り出す、すなわち、算出された逆フィルタのインパルス応答を表すデータの一部のみをＦＩＲフィルタの係数として取り出すことになる。

しかしながら、逆フィルタのインパルス応答を表すデータの一部のみをＦＩＲフィルタの係数として設定する場合、係数として設定されないデータについては切り捨てられることになるため、ＦＩＲフィルタの性能は劣化する。したがって、このようにして求められたＦＩＲフィルタを用いて音質の補正を行った場合、補正後のインパルス応答の誤差が大きく、そのゲイン周波数特性においてゲイン差が発生するという問題がある。

図１６は、測定インパルス応答（サンプリング数：５１２）をもとに算出した逆フィルタのインパルス応答を示す図である。図１６に示す逆フィルタのインパルス応答のデータ数は、測定インパルス応答のサンプリング数と同じ５１２である。ここで、ＤＳＰの仕様によってＦＩＲフィルタのタップ数が２５６に制限される場合、図１６に示す逆フィルタのインパルス応答の中から、例えば、振幅のピーク値を中心にして２５６のデータをＦＩＲフィルタの係数として抜き出すことになる。つまり、図１６の一点鎖線で囲まれた領域におけるデータは切り捨てられる。この場合、切り捨てられる図１６の一点鎖線で囲まれた領域におけるインパルス応答の振幅は大きく、インパルス応答全体の振幅の大きさに比べて無視できるほど小さくはない。したがって、求められたＦＩＲフィルタによって音質を補正しても、補正後のインパルス応答やその周波数特性には誤差が多く含まれる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィルタのタップ数が制限される場合においても、音響特性の補正を精度良く行うことが可能となるフィルタ係数算出装置、フィルタ係数算出方法、制御プログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、および、音声信号処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係るフィルタ係数算出装置は、音場を含んで構成される再生系の音響特性を補正する再生特性補正フィルタのフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出装置であって、上記再生系のゲイン特性の逆特性を有する直線位相フィルタに対応するインパルス応答を算出する直線位相インパルス応答算出手段と、上記インパルス応答のうち、予め設定されたフィルタのタップ数と同数のインパルス応答であって、ピーク値を含む時間的に連続したインパルス応答の周波数特性を、ゲイン補正特性として算出するゲイン補正特性算出手段と、上記再生系の周波数特性の逆特性から、該逆特性のゲイン特性を正規化して位相補正特性を算出する位相補正特性算出手段と、上記ゲイン補正特性と上記位相補正特性とを合成して得られる合成補正特性を有するフィルタのフィルタ係数を、上記再生特性補正フィルタのフィルタ係数として算出するフィルタ係数算出手段とを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、フィルタ係数算出装置は、音場を含んで構成される再生系の音響特性を補正する再生特性補正フィルタのフィルタ係数を算出する。例えば、ある部屋において音声が再生される場合、部屋の種類や場所などに応じて伝達特性は異なり、再生される音声の時間特性や周波数特性などの音響特性が異なる。そこで、再生される音声の元となる音声信号に対してフィルタをかけることにより、視聴環境に適した音響特性に補正することになるが、本発明に係るフィルタ係数算出装置は、そのフィルタを構成するフィルタ係数を算出する。

そして、フィルタ係数算出装置では、直線位相インパルス応答算出手段が、上記再生系のゲイン特性の逆特性を有する直線位相フィルタのフィルタ係数として、該直線位相フィルタに対応するインパルス応答データを算出する。つまり、直線位相インパルス応答算出手段は、上記再生系のゲイン特性（振幅周波数特性）を補正するフィルタのフィルタ係数を算出する。ここで、直線位相インパルス応答算出手段によって算出されるフィルタのゲイン特性は、上記再生系のゲイン特性の逆特性を有しており、このフィルタを適用した場合、上記再生系のゲイン特性をフラットな特性に近づけることができる。また、直線位相インパルス応答算出手段が算出するフィルタは、直線位相フィルタであり、上記再生系のゲイン特性のみを補正し、位相特性については変化させることはない。そして、直線位相インパルス応答算出手段は、上記直線位相フィルタのフィルタ係数として、該直線位相フィルタに対応するインパルス応答データを算出する。このとき、直線位相インパルス応答算出手段は、直線位相フィルタに対応するインパルス応答データを、上記再生系のゲイン特性の逆特性に対してＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transform；逆離散型フーリエ変換）することによって算出してもよいし、ＩＤＦＴを高速に行うＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform；逆高速フーリエ変換）によって算出してもよく、特に限定はされない。

そして、ゲイン補正特性算出手段は、上記インパルス応答データのうち、予め設定されたフィルタのタップ数と同数のインパルス応答データであって、ピーク値を含む時間的に連続したインパルス応答データが表すインパルス応答の周波数特性を、ゲイン補正特性として算出する。

通常、再生系の音響特性を算出する場合、実際に再生系において再生される音声に基づいて、例えば、インパルス応答などを測定するが、そのときの測定インパルス応答のサンプリング間隔が細かいほど、すなわちサンプリングデータが多いほど正確に測定できる。そして、例えば、測定インパルス応答のサンプリングデータをＦＦＴ（Fast Fourier Transform；高速フーリエ変換）することにより上記再生系の周波数特性を算出し、その周波数特性をもとに補正用フィルタの周波数特性を求め、それをＩＦＦＴしてフィルタ係数に対応するインパルス応答データを算出することになる。ここで、算出されるフィルタ係数に対応するインパルス応答のデータは、上述のＦＦＴにおける測定インパルス応答のサンプリングデータと同数であるが、ＤＳＰの仕様などによってフィルタのタップ数、すなわち、フィルタ係数の数が制限される場合があり、ＩＦＦＴによって算出されたフィルタ係数に対応するインパルス応答のデータを全てフィルタ係数として利用できない。そこで、ＩＦＦＴによって算出されたインパルス応答のデータからＤＳＰの仕様に応じてフィルタ係数として利用するデータを切り出す必要がある。

ここで、従来、上記補正用フィルタの周波数特性を算出する場合、ゲイン情報と位相情報とを含んだ逆フィルタの周波数特性が算出されていたが、その場合、ＩＦＦＴによって算出されたインパルス応答の波形は広がり両端において収束しないため、上記切り出しを行った場合、切り捨てられるインパルス応答の振幅（ＦＩＲフィルタの係数）が大きいため、最終的に得られるフィルタによる補正の誤差が大きくなってしまうという問題があった。

これに対し、ゲイン補正特性算出手段によって算出されるインパルス応答の波形は中央に集中しており、ピーク値を中心にして左右対称に減衰し、両端において収束する。そのため、ゲイン補正特性算出手段が上記の切り出しを行う場合、すなわち、上記インパルス応答データのうち予め設定されたフィルタのタップ数のインパルス応答データを取り出すとき、切り捨てられるインパルス応答の振幅（ＦＩＲフィルタの係数）を小さくできるため、得られるフィルタによる補正の精度は良好である。

そして、位相補正特性算出手段は、上記再生系の周波数特性の逆特性から、該逆特性のゲイン特性を正規化して位相補正特性を算出する。つまり、位相補正特性算出手段は、ゲイン情報と位相情報とを含んだ上記再生系の周波数特性の逆特性について、全周波数帯域におけるゲインが１となるような正規化を施すことによって、位相補正特性を算出する。つまり、位相補正特性は、ゲイン特性を変化させることなく、位相特性のみを補正するオールパルフィルタの特性となる。

そして、フィルタ係数算出手段は、上記ゲイン補正特性と上記位相補正特性とを合成して得られる合成補正特性を有するフィルタのフィルタ係数を、上記再生特性補正フィルタのフィルタ係数として算出する。つまり、フィルタ係数算出手段は、上記ゲイン補正特性と上記位相補正特性とを合成して合成補正特性を算出し、合成補正特性に対して、例えば、ＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transform；離散型フーリエ変換）やＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform；高速フーリエ変換）などを行うことによって上記再生特性補正フィルタのフィルタ係数を算出する。

これにより、ゲイン特性のみを補正するフィルタに対応するゲイン補正特性と位相特性のみを補正するフィルタに対応する位相補正特性とが合成された合成補正特性に対応する再生特性補正フィルタを算出することができる。そして、再生特性補正フィルタによれば、ゲイン補正と位相補正の両方の補正を行うことができる。

したがって、本発明によれば、ゲイン特性を補正するゲイン補正特性を算出する場合に切り捨てられるインパルス応答の振幅（ＦＩＲフィルタの係数）を小さくでき、また、ゲイン補正特性と位相特性を補正する位相補正特性が合成されるため、フィルタのタップ数に制限がある場合であっても、精度よく音響特性の補正を行うことができるフィルタを実現できる。

本発明に係るフィルタ係数算出方法は、音場を含んで構成される再生系の音響特性を補正する再生特性補正フィルタのフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出方法であって、上記再生系のゲイン特性の逆特性を有する直線位相フィルタに対応するインパルス応答を算出する直線位相インパルス応答算出ステップと、上記インパルス応答のうち、予め設定されたフィルタのタップ数と同数のインパルス応答であって、ピーク値を含む時間的に連続したインパルス応答の周波数特性を、ゲイン補正特性として算出するゲイン補正特性算出ステップと、上記再生系の周波数特性の逆特性から、該逆特性のゲイン特性を正規化して位相補正特性を算出する位相補正特性算出ステップと、上記ゲイン補正特性と上記位相補正特性とを合成して得られる合成補正特性を有するフィルタのフィルタ係数を、上記再生特性補正フィルタのフィルタ係数として算出するフィルタ係数算出ステップとを含んでいることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明に係るフィルタ係数算出装置と同様の作用効果を奏する。

本発明に係るフィルタ係数算出装置では、上記再生系において測定用信号に基づいて再生される再生音を収音して得た音声データから、測定インパルス応答を算出する測定インパルス応答算出手段をさらに備えていることが好ましい。

上記の構成によれば、測定インパルス応答算出手段は、上記再生系において測定用信号に基づいて再生される再生音を収音して得た音声データから、測定インパルス応答を算出する。これにより、上記再生系において実際に測定したインパルス応答に基づいて再生特性補正フィルタのフィルタ係数を算出できるようになる。

本発明に係るフィルタ係数算出装置では、予め定められた測定時間において上記測定インパルス応答の残響エネルギーが予め設定された閾値よりも小さくなるような指数減衰窓を上記測定インパルス応答にかけて、指数減衰インパルス応答を算出する減衰手段をさらに備え、上記位相補正特性算出手段は、上記指数減衰インパルス応答から、上記再生系の周波数特性の逆特性を算出することが好ましい。

上記の構成によれば、減衰手段は、予め定められた測定時間において上記測定インパルス応答の残響エネルギーが予め設定された閾値よりも小さくなるような指数減衰窓をかけて、指数減衰インパルス応答を算出する。そして、上記位相補正特性算出手段は、上記指数減衰インパルス応答から、上記再生系の周波数特性の逆特性を算出する。

これにより、十分収束した波形のインパルス応答に基づいて位相補正特性を算出できるため、合成補正特性から再生特性補正フィルタを算出するときに、巡回畳み込みの影響によって発生するエイリアス現象を低減することができるようになる。したがって、再生特性補正フィルタによって音響特性の補正の精度を向上させることができるようになる。

本発明に係るフィルタ係数算出装置では、上記測定インパルス応答の残響エネルギーが、上記測定時間において、上記閾値より小さいか否かを判定する減衰判定手段をさらに備え、上記減衰手段は、上記減衰判定手段において、上記測定インパルス応答の残響エネルギーが、上記測定時間において、上記閾値より小さくないと判定された場合に、上記指数減衰窓を上記測定インパルス応答にかけることが好ましい。

上記の構成によれば、減衰判定手段は、上記測定インパルス応答の残響エネルギーが、上記測定時間において、上記閾値より小さいか否かを判定する。そして、上記減衰手段は、上記減衰判定手段において、上記測定インパルス応答の残響エネルギーが、上記測定時間において、上記閾値より小さくないと判定された場合に、上記指数減衰窓をかける。これにより、必要に応じて指数減衰窓をかける処理を実行できるようになる。

本発明に係るフィルタ係数算出装置では、上記タップ数の設定を変更するフィルタタップ数設定変更手段をさらに備えていることが好ましい。

上記の構成によれば、フィルタタップ数設定変更手段は、設定されているフィルタのタップ数をユーザの指定に応じて変更できる。また、ＤＳＰから対応可能なフィルタのタップ数を表す情報を取得可能な場合には、取得したタップ数の情報に応じて設定を変更することができる。

本発明に係る音声信号処理装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタ係数算出装置と、音声信号入力装置から入力される音声信号に対して、上記フィルタ係数算出手段によって算出された再生特性補正フィルタのフィルタ係数の畳み込み演算処理を行い、音声出力装置に供給する畳み込み演算装置とを備えている。

上記の構成によれば、本発明に係る音声信号処理装置では、上記フィルタ係数算出装置においてフィルタ係数算出手段が再生特性補正フィルタのフィルタ係数を算出する。そして、畳み込み演算装置が、音声信号入力装置から入力される音声信号に対して、再生特性補正フィルタのフィルタ係数の畳み込み演算処理を行い、合成補正特性の付与された音声信号を音声出力装置に供給する。

これにより、本発明に係る音声信号処理装置は、フィルタ係数算出装置において生成された再生特性補正フィルタを用いて上記音声信号に合成補正特性を付与できる。したがって、本発明に係る音声信号処理装置によれば、フィルタのタップ数に制限がある場合であっても、再生系における音響特性を精度よく補正することができる。

なお、上記フィルタ刑す算出装置は、コンピュータによって実現してもよい。この場合、コンピュータを上記各手段として動作させることにより上記フィルタ係数算出装置をコンピュータにおいて実現する制御プログラム、およびその制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

本発明に係るフィルタ係数算出装置は、音場を含んで構成される再生系の音響特性を補正する再生特性補正フィルタのフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出装置であって、上記再生系のゲイン特性の逆特性を有する直線位相フィルタに対応するインパルス応答を算出する直線位相インパルス応答算出手段と、上記インパルス応答データのうち、予め設定されたフィルタのタップ数と同数のインパルス応答であって、ピーク値を含む時間的に連続したインパルス応答の周波数特性を、ゲイン補正特性として算出するゲイン補正特性算出手段と、上記再生系の周波数特性の逆特性から、該逆特性のゲイン特性を正規化して位相補正特性を算出する位相補正特性算出手段と、上記ゲイン補正特性と上記位相補正特性とを合成して得られる合成補正特性を有するフィルタのフィルタ係数を、上記再生特性補正フィルタのフィルタ係数として算出するフィルタ係数算出手段とを備えている。

また、本発明に係るフィルタ係数算出方法は、音場を含んで構成される再生系の音響特性を補正する再生特性補正フィルタのフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出方法であって、上記再生系のゲイン特性の逆特性を有する直線位相フィルタに対応するインパルス応答データを算出する直線位相インパルス応答算出ステップと、上記インパルス応答のうち、予め設定されたフィルタのタップ数と同数のインパルス応答であって、ピーク値を含む時間的に連続したインパルス応答の周波数特性を、ゲイン補正特性として算出するゲイン補正特性算出ステップと、上記再生系の周波数特性の逆特性から、該逆特性のゲイン特性を正規化して位相補正特性を算出する位相補正特性算出ステップと、上記ゲイン補正特性と上記位相補正特性とを合成して得られる合成補正特性を有するフィルタのフィルタ係数を、上記再生特性補正フィルタのフィルタ係数として算出するフィルタ係数算出ステップとを含んでいる。

それゆえ、ゲイン特性を補正するゲイン補正特性を算出する場合に切り捨てられるインパルス応答の振幅（ＦＩＲフィルタの係数）を小さくでき、また、ゲイン補正特性と位相特性を補正する位相補正特性とが合成された合成補正特性を用いて再生特性補正フィルタを算出するため、フィルタのタップ数に制限がある場合であっても、精度よく音響特性の補正を行うことができるフィルタを実現できる。

本発明に係る音響特性補正装置１の一実施形態について、図１ないし図１３に基づいて説明すると以下の通りである。

（音響特性補正装置１）
図１は、本発明に係る音響特性補正装置１（音声信号処理装置）の構成を示すブロック図である。本発明に係る音響特性補正装置１は、音響特性測定部２（測定インパルス応答算出手段）とゲイン補正特性算出部３（直線位相インパルス応答算出手段、ゲイン補正特性算出手段）と位相補正特性算出部４（位相補正特性算出手段、減衰手段、減衰判定手段）と補正特性合成部５（フィルタ係数算出手段）とフィルタ係数算出部６（フィルタ係数算出手段）と畳み込み演算部７（畳み込み演算装置）とタップ数変更部１８（フィルタタップ数設定変更手段）とを含んで構成される。

ここで、ゲイン補正特性算出部３と位相補正特性算出部４と補正特性合成部５とフィルタ係数算出部６とは、フィルタ係数算出部２０（フィルタ係数算出装置）を構成している。

また、音響特性補正装置１は、記憶装置８とマイク９とＡＤ変換器１０とソース機器１１（音声信号入力装）とＤＡ変換器１２とアンプ１３とスピーカ１４（音声出力装置）とともに、音響特性補正システム１５を構成している。

図２は、本実施の形態において音響特性を補正する対象となる再生系１７と各種機器の接続状態を示す図である。再生系１７は、スピーカ１４とリスニングルーム１６とを含んで構成される。図２においては、ＡＤ変換器１０、ＤＡ変換器１２、記憶装置８の図示を省略しているが、図１と同様、音響特性補正装置１に接続されて音響特性補正システム１５を構成しているものとする。また、図２示す例では、マイク９ａとマイク９ｂとの２つのマイクが配置されているが、１本であってもよく、特に限定はされない。

音響特性補正装置１は、スピーカ１４とリスニングルーム１６とを含んで構成される再生系１７の音響特性を補正する。例えば、音響特性補正装置１によれば、インパルス応答などの時間領域の応答特性や、インパルス応答などを周波数分析して得られる周波数領域での応答特性などを補正することができる。以下に、音響特性補正装置１を構成する各部の動作について説明する。

マイク９は音声を収集しアナログの電気信号に変換してＡＤ変換器１５に出力する。ＡＤ変換器１５は、マイクを通じて入力された音声を表すアナログの音声信号をデジタルの音声信号に変換し、音響特性測定部２に出力する。

音響特性測定部２は、再生系１７の音響特性を測定する。すなわち、音響特性測定部２は、マイク９を介して入力される音声信号に基づいて、再生系１７の音響特性データを取得する。そして、音響特性測定部２は、取得した音響特性データを、ゲイン補正特性算出部３および位相補正特性算出部４に供給する。本実施の形態においては、音響特性測定部２は、音響特性の測定において、インパルス応答を測定する。インパルス応答は、ＴＳＰ（Time Stretched Pulse）法やクロススペクトル法などによって測定するのが好ましいが、単一パルスによって測定する構成であってもよく、特に限定はされない。以下では、音響特性測定部２によって測定されるインパルス応答を、測定インパルス応答と呼ぶ。

なお、測定インパルス応答の測定について、より具体的に説明すれば次のとおりである。以下では、ＴＳＰ法によって測定する場合を例に説明する。ＴＳＰ法によるインパルス応答の測定では、ＴＳＰ信号を用いる。ＴＳＰ信号は、記憶装置８に記憶されている。また、ＴＳＰ信号の応答をインパルス応答に変換するために用いられる逆ＴＳＰ波形も記憶装置８に記憶されている。逆ＴＳＰ波形は、ＴＳＰ波形を時間的に逆にした波形である。そして、音響特性測定部２は、インパルス応答を測定するときに、記憶装置８からＴＳＰ信号を読み出して、スピーカ１４を通じて再生する。再生されたＴＳＰ信号によって表される音声は、マイク９によって収音されて、収音波形が記憶装置８に記憶される。そして、記憶装置８に記憶された収音波形と上記逆ＴＳＰ信号との畳み込み演算を行うことによって測定インパルス応答の波形を得ることができる。畳み込み演算は、畳み込み演算部７において実行されてもよい。

なお、図２において、マイク９ａとマイク９ｂとの２本のマイクが設置された構成が示されているが、必ずしも２本で測定する必要はなく、マイク９ａ、マイク９ｂのいずれか一方を用いて測定インパルス応答を測定する構成であってもよく、特に限定はされない。

ゲイン補正特性算出部３は、音響特性測定部２から供給される音響特性データ（以下では、測定インパルス応答データ）をもとにゲイン補正用ＦＩＲフィルタを作成する。ゲイン補正用ＦＩＲフィルタは、位相の周波数特性については変化させることなく、振幅の周波数特性のみを補正するフィルタである。ここで、ゲイン補正用ＦＩＲフィルタを作成するとは、より具体的には、ゲイン補正用ＦＩＲフィルタの周波数特性（以下では、ゲイン補正特性と呼ぶ）を算出することを意味する。そして、ゲイン補正特性算出部３は、ゲイン補正特性を表すデータを補正特性合成部５に出力する。ゲイン補正特性算出部３についての詳細は後述する。

位相補正特性算出部４は、音響特性測定部２から供給される音響特性データ（すなわち、測定インパルス応答データ）をもとに位相補正用ＦＩＲフィルタを作成する。位相補正用ＦＩＲフィルタは、振幅の周波数特性については変化させることなく、位相の周波数特性のみを補正するフィルタである。ここで、位相補正用ＦＩＲフィルタを作成するとは、より具体的には、位相補正用ＦＩＲフィルタの周波数特性（以下では、位相補正特性と呼ぶ）を算出することを意味する。そして、位相補正特性算出部４は、位相補正特性を表すデータを補正特性合成部５に出力する。位相補正特性算出部４についての詳細は後述する。

補正特性合成部５は、上記のゲイン補正特性と位相補正特性とを合成して、上記再生系の音響特性を補正するＦＩＲフィルタを作成する。ここで、フィルタを作成するとは、より具体的には、フィルタの周波数特性（以下では、合成補正特性と呼ぶ）を算出することを意味する。つまり、補正特性合成部５は、上記のゲイン補正特性と位相補正特性とを合成して合成補正特性を算出し、合成補正特性を表すデータをフィルタ係数算出部６に出力する。

フィルタ係数算出部６は、合成補正特性を表すデータに対して逆フーリエ変換（より具体的には、ＩＤＦＴやＩＦＦＴ）し、合成補正特性に対応するインパルス応答を算出する。合成補正特性に対応するインパルス応答の時間軸上の各レベル値は、上記再生系の音響特性を補正するＦＩＲフィルタの係数として設定される。フィルタ係数算出部６は、ＦＩＲフィルタの係数である前記時間軸上の各レベル値のデータを、記憶装置８に格納する。また、フィルタ係数算出部６は、ＦＩＲフィルタの係数を表す前記データを畳み込み演算部７に直接出力することもできる。

畳み込み演算部７は、ソース機器１１から入力される音声信号に対して合成補正特性の付与、すなわち、ＦＩＲフィルタの係数と音声データとの畳み込み演算を行い、合成補正特性の付与された音声信号をＤＡ変換器１２に出力する。

ＤＡ変換器１２は、畳み込み演算部７から入力されるデジタルの音声信号をアナログの音声信号に変換し、アンプ１３に出力する。アンプ１３は、ＤＡ変換器１２から入力されるアナログの音声信号を増幅し、スピーカ１４に出力する。スピーカ１４は、アンプ１３から入力される増幅されたアナログの音声信号を音声に変換して出力する。

音響特性補正装置１を構成する各部の機能は、ＣＰＵがオペレーティングシステムと協働してメモリに展開された各種のプログラムに従って処理を行うことによって実現される。なお、音響特性補正装置１を構成する各部の機能の一部または全部が、オペレーティングシステムを介することなく、ＣＰＵとメモリに展開された各種のプログラムのみによって実現されてもよい。また、オペレーティングシステムや各種のプログラムは、記憶装置８に格納されており、ＣＰＵによって読み出されて実行される。同様に、音響特性補正装置１が実行する処理において用いられる各種のデータも、記憶装置８に格納されており、必要に応じてＣＰＵによって読み出される。

図３は、本実施の形態に係る音響特性補正装置１において行われる音響特性を補正する処理の流れの概要を示すフローチャートである。以下に、図３を用いて音響特性補正装置１における音響特性を補正する処理の流れの概要について説明する。

はじめに、音響特性測定部２が、ＴＳＰ法やクロススペクトル法などによって、インパルス応答（すなわち、上述の測定インパルス応答）を測定する（Ｓ３０１）。

次に、ゲイン補正特性算出部３が、Ｓ３０１において測定された測定インパルス応答をもとにゲイン補正用ＦＩＲフィルタを作成する（Ｓ３０２）。より具体的には、ゲイン補正特性算出部３は、上記のゲイン補正特性を算出する。

次に、位相補正特性算出部４が、Ｓ３０１において測定された測定インパルス応答をもとに位相補正用ＦＩＲフィルタを作成する（Ｓ３０３）。より具体的には、位相補正特性算出部４は、上記の位相補正特性を算出する。

次に、補正特性合成部５が、Ｓ３０２において算出されたゲイン補正特性とＳ３０３において算出された位相補正特性とを合成して合成補正特性を算出し、フィルタ係数算出部６において、合成補正特性から補正用ＦＩＲフィルタのフィルタ係数を算出する（Ｓ３０４）。

そして、畳み込み演算部７が、ソース入力される音声信号とＳ３０４において算出されたフィルタ係数との畳み込み演算を繰り返す（Ｓ３０５）。これにより、音声信号に基づいて再生される音声の音質が調整される。すなわち、音響特性補正装置１は再生系の音響特性を補正する。

（ゲイン補正特性算出部３）
ゲイン補正特性算出部３は、音響特性測定部２から供給される音響特性データ（すなわち、測定インパルス応答を表すデータ）をフーリエ変換（より具体的には、ＤＦＴ、ＦＦＴ）して再生系１７の周波数特性Ｈｓｐを表す周波数特性データに変換する。

図４は、ゲイン補正特性算出部３においてゲイン補正特性を算出する場合に求められる各種の特性を示す図であり、（ａ）はサンプリングされた測定インパルス応答を示す図であり、（ｂ）は測定インパルス応答の周波数特性を示す図であり、（ｃ）は測定インパルス応答の周波数特性の逆特性に対応するインパルス応答を示す図であり、（ｄ）ゲイン補正特性算出部３において算出されたゲイン補正特性を示す図である。

ここで、本実施の形態では、ゲイン補正特性算出部３における測定インパルス応答のサンプリング数を５１２とする。つまり、図４（ａ）に示す測定インパルス応答は、５１２のサンプリングデータによって表されている。そして、ゲイン補正特性算出部３は、これら５１２の測定インパルス応答を表すデータをフーリエ変換して、周波数特性Ｈｓｐを表すデータを得る。

次に、ゲイン補正特性算出部３は、周波数特性Ｈｓｐのゲインに関する周波数特性｜Ｈｓｐ｜（特許請求の範囲におけるゲイン特性に対応し、以下では、ゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ｜と呼ぶ）を算出する。ゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ｜は、周波数特性Ｈｓｐの絶対値として表現される。より具体的には、周波数特性Ｈｓｐを表すデータは複素数に対応するデータ（以下複素形式データと呼ぶ）であり、実部データと虚部データとからなる。そっして、ゲイン補正特性算出部３は、周波数特性Ｈｓｐを表す複素形式データの絶対値をゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ｜として算出する。｜Ｈｓｐ｜は数１によって表される。ここで、Ｈｓｐ^＊は、Ｈｓｐの共役複素数である。図４（ｂ）にゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ｜を示す。

次に、ゲイン補正特性算出部３は、ゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ｜を、所定の帯域幅（例えば、１／３オクターブや１／６オクターブなど）ごとに平均化して、平均ゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ￣｜を算出する。図４（ｂ）に平均ゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ￣｜を示す。図４（ｂ）に示すとおり、平均ゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ￣｜は、ゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ｜に比べて平滑化された周波数特性を示す。１／３オクターブや１／６オクターブなどの平均化を行うことで人間の聴覚特性に近いゲイン特性周波数特性とすることができる。なお、平均ゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ￣｜を算出することなく、ゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ｜を用いて後述する逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎを算出してもよく、特に限定はされない。

さらに、ゲイン補正特性算出部３は、１／｜Ｈｓｐ￣｜の演算を行い、平均ゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ￣｜の逆特性を示す逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎ（＝１／｜Ｈｓｐ￣｜）を算出する。つまり、ｋを離散周波数とすると、Ｈｇａｉｎ（ｋ）はＨｇａｉｎ（ｋ）＝１／｜Ｈｓｐ￣（ｋ）｜によって算出される。逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎを表すデータもまた、複素形式データであり、虚部データを全て０としている。逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎは、特許請求の範囲における再生系のゲイン特性の逆特性に対応している。

そして、ゲイン補正特性算出部３は、逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎに対して逆フーリエ変換を行う。この逆フーリエ変換によって得られる複素形式データの実部は、逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎに対応するインパルス応答を表している。

この逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎに対応するインパルス応答を表すデータは、再生系１７のゲインに関する応答特性を補正するＦＩＲフィルタの係数となる。そして、逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎに対応するインパルス応答を表すデータは、特許請求の範囲における直線位相フィルタに対応するインパルス応答データに対応する。

そして、この逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎに対応するＦＩＲフィルタは、位相の周波数特性については変化させることなく、振幅の周波数特性のみを補正するフィルタとなる。このようなＦＩＲフィルタは、一般的に、直線位相ＦＩＲフィルタと呼ばれる。

ところで、上述したとおり、ゲイン補正特性算出部３が取得する測定インパルス応答のサンプリング数は５１２であるため、ゲイン補正特性算出部３において算出される逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎに対応するインパルス応答を表すデータの数も５１２となる。図４（ｃ）に示す１点鎖線によって囲まれた範囲のインパルス応答は、５１２のデータによって表される。

ここで、ゲイン補正特性算出部３は、畳み込み演算を行うＤＳＰの仕様に応じて、逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎに対応するインパルス応答の切り出しを行う。インパルス応答の切り出しについてより具体的に説明すれば以下のとおりである。

本実施の形態においては、ＤＳＰに相当する畳み込み演算部７の仕様によって、ＦＩＲフィルタのタップ数が２５６に制限されている。そのため、算出するＦＩＲフィルタのタップ数は２５６に設定されており、最終的にＦＩＲフィルタのフィルタ係数として用いることができるインパルス応答のデータは２５６に制限される。そこで、ゲイン補正特性算出部３は、逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎに対応するインパルス応答を表す５１２のデータのうち、ピーク値（最大値、あるいは、最小値）を中心として時間的に連続した２５６のデータ（以下では、切り出しデータと呼ぶ）を取り出す。つまり、図４（ｃ）に示す破線で囲まれた範囲におけるインパルス応答を表す２５６のデータを取り出す。図４（ｃ）に示すとおり、逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎに対応するインパルス応答は、振幅が中心に集中しており、両端においては収束した波形となる。

なお、フィルタのタップ数の設定は、例えば、記憶装置８に記憶され、ゲイン補正特性算出部３が、記憶装置８から読み出す構成が考えられる。

ところで、課題として既に説明したとおり、一般的な逆フィルタに対応するインパルス応答を算出する場合、ゲインに関する周波数特性（ゲイン特性）のみならず、位相に関する周波数特性（位相特性）の情報も含めて算出される。その場合、図１６に示すとおり、算出されるインパルス応答は、振幅が全体的に広がっており、両端において収束した波形とはならない。そのため、例えば、インパルス応答を表す５１２のデータのうち、ピーク値を中心として２５６のデータの切り出しを行う場合、図１６の一点鎖線で囲まれた領域におけるデータは切り捨てられる。この場合、切り捨てられる図１６の一点鎖線で囲まれた領域におけるインパルス応答の振幅（ＦＩＲフィルタの係数）は、インパルス応答全体の振幅（ＦＩＲフィルタの係数）に比べて無視できるほど小さくはない。したがって、求められたＦＩＲフィルタによって音質を補正しても、補正後のインパルス応答やその周波数特性には誤差が多く含まれる。

これに対し、本発明に係る音響特性補正装置１のゲイン補正特性算出部３において算出される逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎに対応するインパルス応答は、上述のように直線位相ＦＩＲフィルタに対応するインパルス応答であり、図４（ｃ）に示すとおり、振幅が中心に集中しており、両端においては収束した波形となる。

したがって、ピーク値を中心として２５６のデータの切り出しを行う場合、図４（ｃ）の破線で囲まれた範囲以外のインパルス応答のデータは切り捨てられても、切り捨てられるインパルス応答の振幅（ＦＩＲフィルタの係数）は、インパルス応答全体の振幅（ＦＩＲフィルタの係数）に比べて無視できるほど小さい。つまり、逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎに対応するインパルス応答の切り出しでは、一般的な逆フィルタのインパルス応答に比べ、切り捨てられる振幅（ＦＩＲフィルタの係数）は小さいため、インパルス応答の切り出しの影響に起因して発生する音響補正の誤差は低減される。

しかしながら、ゲイン特性の情報のみを用いて作成したＦＩＲフィルタは、伝達特性を改善することはできるものの、時間領域においては位相のずれを発生してしまう。そこで、逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎに対応するＦＩＲフィルタであって、切り出しを行ったＦＩＲフィルタに、位相特性のみを補正するＦＩＲフィルタを周波数領域において合成する。

そのため、２５６の切り出しデータによって表されるインパルス応答をフーリエ変換して、その周波数領域における情報に再度変換する。つまり、ゲイン補正特性算出部３は、２５６の切り出しデータをフーリエ変換して、周波数特性Ｈｇａｉｎ＿２５６を表す複素形式データに変換する。

そして、ゲイン補正特性算出部３は、周波数特性Ｈｇａｉｎ＿２５６のゲインに関する周波数特性｜Ｈｇａｉｎ＿２５６｜（以下では、ゲイン周波数特性｜Ｈｇａｉｎ＿２５６｜と呼ぶ）を、ゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ｜と同様の演算により算出する。

図４（ｄ）にゲイン周波数特性｜Ｈｇａｉｎ＿２５６｜を示す。ゲイン周波数特性｜Ｈｇａｉｎ＿２５６｜は、図４（ｂ）に示すゲイン周波数特性とは逆のゲイン特性を示している。また、図４（ｄ）には、タップ数を１２８に設定した場合と５１２に設定した場合のゲイン周波数特性の例についても示されている。

ここで、ゲイン周波数特性｜Ｈｇａｉｎ＿２５６｜は、再生系１７のゲイン特性を補正するＦＩＲフィルタに対応している。つまり、ゲイン補正特性算出部３は、ゲイン補正特性として、｜Ｈｇａｉｎ＿２５６｜を算出する。

なお、本実施の形態では、最終的に音声データとの畳み込み演算に用いるＦＩＲフィルタのタップ数（すなわち、フィルタ係数の数）は記憶装置８に予め設定されている。つまり、ゲイン補正特性算出部３は、記憶装置８から読み出したタップ数に基づいて、逆ゲイン周波数特性Ｈｇａｉｎに対応するインパルス応答の切り出しを行う。畳み込み演算に用いるＦＩＲフィルタのタップ数は、ユーザが任意に設定変更、あるいは、指定可能な構成であってもよく、特に限定はされない。

（位相補正特性算出部４）
位相補正特性算出部４は、音響特性測定部２から供給される音響特性データ（すなわち、測定インパルス応答を表すデータ）をフーリエ変換して上記再生系の周波数特性Ｈｓｐ＿ｗを表す周波数特性データに変換する。

図５は、位相補正特性算出部４においてサンプリングされた測定インパルス応答を示す図である。

なお、本実施の形態においては、フィルタのタップ数は２５６に設定されており、位相補正特性算出部４は、記憶装置８からタップ数の設定を読み出す。そして、位相補正特性を算出する場合、測定インパルス応答に対応する２５６のデータが必要となる。

ここで、本実施の形態では、位相補正特性算出部４における測定インパルス応答のサンプリング数を、フィルタのタップ数（２５６）の１／４となる６４とする。フーリエ変換に必要な残りの１９２のデータについては、値を０に設定する。つまり、位相補正特性算出部４では、測定インパルス応答を表すデータとして、６４のサンプリングデータに指数減衰窓をかけて得られたデータと値が０に設定された１９２のデータとを含む２５６のデータが用いられる。

なお、必ずしも測定インパルス応答のデータを切り出す構成とする必要はなく、測定インパルス応答のサンプリング数を２５６として、全て、測定インパルス応答のデータを用いる構成であってもよく、特に限定はされない。

また、本実施の形態では、位相補正特性算出部４において、巡回畳み込みの影響によって発生するエイリアス現象を低減させるため、測定インパルス応答に対して指数減衰窓をかける。巡回畳み込みの詳細については後述する。図５に示す測定インパルス応答は、測定インパルス応答の６４のサンプリングデータに対して指数減衰窓をかけて得られたデータによって表されている。

エイリアス現象を低減させるための指数減衰窓は、例えば、ｗ（ｎ）＝ｅ^d・n/64（ｎ＝０，１，・・・，６３）という式によって表される。そして、本実施の形態においては、この指数減衰窓を、サンプリングした測定インパルス応答（ｈｓｐ（ｎ）と表す）に適用してｈｓｐ＿ｗ（ｎ）を算出し、ｈｓｐ（ｎ）ではなく、ｈｓｐ＿ｗ（ｎ）を用いて位相補正特性を算出する。ｈｓｐ＿ｗ（ｎ）は、ｈｓｐ＿ｗ（ｎ）＝ｈｓｐ（ｎ）・ｗ（ｎ）（ｎ＝０，１，・・・，６３）の演算によって算出される。しかしながら、必ずしも指数減衰窓を用いる必要はなく、特に限定はされない。

そして、位相補正特性算出部４は、これら２５６のデータ測定インパルス応答に対応するデータをフーリエ変換して、周波数特性Ｈｓｐ＿ｗを表すデータを得る。ここで得られるデータは、実部データと虚部データとからなる複素形式データである。

次に、位相補正特性算出部４は、１／Ｈｓｐ＿ｗの演算を行い、再生系１７の逆フィルタに対応する周波数特性Ｈｔｅｍｐ（＝１／Ｈｓｐ＿ｗ）を算出する。離散周波数をｋとすると、Ｈｔｅｍｐ（ｋ）＝Ｈｓｐ＿ｗ^＊（ｋ）/（Ｈｓｐ＿ｗ^＊（ｋ）・Ｈｓｐ＿ｗ（ｋ）の演算によって算出される。ここで、Ｈｓｐ＿ｗ^＊（ｋ）は、Ｈｓｐ＿ｗ（ｋ）の共役複素数である。周波数特性Ｈｔｅｍｐを表す複素形式データには、実部データ、虚部データのいずれにも値が設定されている。ここで、Ｈｔｅｍｐは特許請求の範囲における再生系の周波数特性の逆特性に対応する。

さらに、位相補正特性算出部４は、Ｈｔｅｍｐ／｜Ｈｔｅｍｐ｜の演算を行い、逆フィルタの周波数特性Ｈｔｅｍｐを正規化して、周波数特性Ｈａｐ（＝Ｈｔｅｍｐ／｜Ｈｔｅｍｐ｜）を算出する。ここで、周波数特性Ｈａｐは、複素形式データによって表され、複素形式データの絶対値として算出されるゲイン周波数特性｜Ｈａｐ｜は全ての周波数に対して１となり、全ての周波数においてゲインは一定となる。つまり、周波数特性Ｈａｐは、オールパスフィルタ、すなわち、振幅の周波数を変化させることなく位相の周波数特性のみを補正するフィルタの周波数特性となる。

周波数特性Ｈａｐは、再生系１７の位相特性を補正するＦＩＲフィルタに対応している。つまり、位相補正特性算出部４は、位相補正特性として周波数特性Ｈａｐを算出する。

以下では、巡回畳み込みの詳細について説明する。上述したとおり、本実施の形態においては、畳み込み演算部７の仕様によってＦＩＲフィルタのタップ数は２５６に制限されている。そのため、最終的に合成されるＦＩＲフィルタのタップ数（すなわち、フィルタ係数の数）は２５６であり、周波数特性Ｈｓｐ＿ｗを算出するためのフーリエ変換を行う場合に必要となる測定インパルス応答を表すデータの数も２５６となる。

ところで、逆フィルタを算出する場合、測定インパルス応答をフーリエ変換して周波数特性を求め、求められた周波数特性の逆特性について逆フーリエ変換を行うことにより、逆フィルタに対応するインパルス応答を算出する。ここで、フーリエ変換は、より具体的には、高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Fast Fourier Transform）を用いた離散的なフーリエ変換（ＤＦＴ；Discrete Fourier Transform）である。このようにして求められた逆フィルタに対応するインパルス応答は、非周期数列を逐次的にＮ点づつシフトして繰り返し重ね合わされた周期数列の１周期分である。そして、ＦＦＴ長を十分に長く設定していない場合、巡回畳み込みの影響によってエイリアス現象が発生する。

図６は、エイリアス現象を説明する図である。図６における破線で囲まれた部分は、周期数列の１周期分、すなわち、逆フィルタに対応するインパルス応答であり、正の時間と負の時間とが同居している様子を示している。

そして、巡回畳み込みの影響によるエイリアス現象を発生させないようにするためには、逆フーリエ変換された応答に０の区間が生じるように、ＦＦＴ長を十分長く設定する必要がある。

そこで、本実施の形態においては、求めるＦＩＲフィルタのタップ数（すなわち、ＦＦＴ長に対応）の２５６に対して、測定インパルス応答のサンプリング数を６４として、さらに、測定インパルス応答の６４番目のサンプリング点におけるインパルス応答の残響エネルギーが、予め定められた閾値としての−６０ｄＢより小さく減衰するように測定インパルス応答に指数減衰窓をかけることによって相対的にＦＦＴ長を十分長く設定する。なお、フーリエ変換に必要な残りの１９２のデータについては値を０とする。

つまり、上述したとおり、本実施の形態においては、この指数減衰窓を、サンプリングした測定インパルス応答（ｈｓｐ（ｎ）と表す）に適用してｈｓｐ＿ｗ（ｎ）を算出し、ｈｓｐ（ｎ）ではなく、ｈｓｐ＿ｗ（ｎ）を用いて位相補正特性を算出する。

指数減衰窓は、例えば、ｗ（ｎ）＝ｅ^d・n/64（ｎ＝０，１，・・・，６３）という式によって表される。そして、インパルス応答の残響エネルギーは、例えば、残響時間を測定する際に用いられる自乗積分法を用いて、測定インパルス応答全体のエネルギーと、あるサンプリング点における測定インパルス応答のエネルギーとの比から算出できる。より具体的には、残響エネルギーは、数２の式によって評価できる。

エイリアス現象の影響が少なくなるのは、数２によって算出されるＳが−６０以下の場合である。そして、本実施の形態においては、数２を利用して、位相補正特性の算出に用いるｈｓｐ＿ｗ（ｎ）について、タップ数の１／４のサンプリング点において、残響エネルギーが十分減衰しているか否かを評価する。

ここで、ｈｓｐ＿ｗ（ｎ）の残響エネルギーの減衰を評価する場合、エイリアスの影響が少なくなるように、すなわち、−６０以下となるように指数減衰窓のｄを調整する。ここで、ｄ＝０のときは、指数減衰窓が無いのと同じである。ただし、ｄを小さくし過ぎるとδ関数に近づき、つまりＨｓｐ＿ｗの位相が０に近づき、位相情報が低減する。なお、−６０は検討結果から求めた汎用的な基準値で必ずしもこの値には限定されない。

これにより、最終的に補正特性合成部５において合成される合成補正特性を逆フーリエ変換して得られるインパルス応答において、巡回畳み込みの影響によって発生するエイリアス現象を低減できる。

（合成逆フィルタ）
音響特性補正装置１では、補正特性合成部５が、ゲイン補正特性算出部３において算出されたゲイン補正特性と位相補正特性算出部４において算出された位相補正特性とを合成して、合成補正特性Ｈを算出する。より具体的には、補正特性合成部５は、｜Ｈｇａｉｎ＿２５６｜・Ｈａｐの演算を行って合成補正特性Ｈを算出する。つまり、補正特性合成部５は、離散周波数をｋとすると、合成補正特性Ｈ（ｋ）を算出するために、Ｈ（ｋ）＝｜Ｈｇａｉｎ＿２５６（ｋ）｜・Ｈａｐ（ｋ）の演算を行う。

そして、フィルタ係数算出部６が、補正特性合成部５において算出された合成補正特性Ｈに対して逆フーリエ変換を行い、合成補正特性Ｈに対応するインパルス応答を算出する。図７は、合成補正特性Ｈに対応するインパルス応答を示す図である。ここで、｜Ｈｇａｉｎ＿２５６｜、および、Ｈａｐを表す複素形式データの数はいずれも２５６であり、これらを合成して得られる複素形式データと、それを逆フーリエ変換して算出されるインパルス応答を表すデータの数も２５６となる。

そして、本発明に係る音響特性補正装置１では、合成補正特性に対応するインパルス応答を表すデータをフィルタ係数とするＦＩＲフィルタ（特許請求の範囲における再生特性補正フィルタに対応し、以下では、合成逆フィルタと呼ぶ）によって、再生系１７の音響特性を補正する。より具体的には、畳み込み演算部７において、ソース機器１１から入力される音声データと合成逆フィルタのフィルタ係数との畳み込み演算を行うことにより、音声データに合成補正特性を付与する。合成逆フィルタによれば、再生系１７のゲイン特性と位相特性の両方を補正できる。

また、上述したとおり、ＤＳＰに対応する畳み込み演算部７は、処理可能なＦＩＲフィルタのタップ数は２５６である。一方、合成逆フィルタのフィルタ係数の数も２５６であるため、畳み込み演算部７において、合成逆フィルタの畳み込み演算を実行することは可能である。

さらに、図７に示すとおり、本発明に係る音響特性補正装置１によって算出される合成逆フィルタのインパルス応答は、図１６に示す一般的な逆フィルタのインパルス応答から２５６のサンプルを切り出した場合と比較して波形が中央に集中しているため、巡回畳み込みの影響による補正後の誤差は少ない。

図８は、再生系１７におけるインパルス応答を示す図であり、（ａ）は合成逆フィルタによる補正を行わない場合のインパルス応答を示す図であり、（ｂ）は合成フィルタによる補正を行った場合のインパルス応答を示す図である。なお、図８（ｂ）には、合成逆フィルタのタップ数を１２８に設定した場合と２５６に設定した場合の例を示している。また、図８（ｂ）には、タップ数２５６の場合において、ゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ｜を１／３オクターブ平均して算出される合成逆フィルタによる補正を行った場合のインパルス応答と１／６オクターブ平均して算出される合成逆フィルタによる補正を行った場合のインパルス応答を示している。

図８（ａ）に示す補正されていないインパルス応答は、単位インパルスとは異なる周期を持った波形を示しているのに対し、図８（ｂ）に示す補正後のインパルス応答は、鋭い立ち上がりの単位インパルスに近い波形を示している。つまり、合成逆フィルタによってインパルス応答が単位インパルスとなるような補正が行われている。また、合成逆フィルタのタップ数を２５６よりさらに少ない１２８とした場合、すなわち、ゲイン補正特性算出部３においてゲイン補正特性を算出する場合に切り捨てられるデータ数がさらに多い場合においても、タップ数が２５６の場合と同等のインパルス応答を示している。

図９は、合成逆フィルタによる補正を行った場合の再生系１７におけるゲインの周波数特性を示す図であり、（ａ）は全周波帯域におけるゲインの周波数特性を示す図であり、（ｂ）は高周波数帯域におけるゲインの周波数特性を示す図である。図９（ａ）、および、図９（ｂ）には、合成逆フィルタのタップ数を１２８に設定した場合と２５６に設定した場合の例を示している。また、タップ数２５６の場合において、ゲイン周波数特性｜Ｈｓｐ｜を１／３オクターブ平均して算出される合成逆フィルタによる補正を行った場合のゲインの周波数特性と１／６オクターブ平均して算出される合成逆フィルタによる補正を行った場合のゲインの周波数特性を示している。

図９（ａ）に示すとおり、合成逆フィルタによる補正を行った場合、全周波数帯域においてゲインの周波数特性はフラットになっている。また、合成逆フィルタのタップ数を２５６よりさらに少ない１２８とした場合であっても、タップ数が２５６（１／３オクターブ平均）の場合と同等の補正効果が得られる。さらに、図９（ｂ）に示すとおり、高周波数帯域においては、合成逆フィルタのタップ数を２５６よりさらに少ない１２８とした場合であっても、タップ数が２５６（１／６オクターブ平均）の場合と同等の補正効果が得られる。

（位相補正および指数減衰窓による効果）
以下では、位相補正による効果、および、指数減衰窓を利用した場合の効果について、より詳細に説明する。
図１０は、再生系１７を構成するリスニングルーム１６に設置されたマイク９ａ、および、マイク９ｂによるインパルス応答の測定結果であって、ＦＩＲフィルタによる補正を行わない場合のインパルス応答の測定結果を示す図である。図１０に示すとおり、ＦＩＲフィルタによる補正を行わない場合、マイク９ａ、および、マイク９ｂによるいずれの測定結果においても、インパルス応答は単位インパルスとならずに周期波形を示す。

図１１は、位相補正特性を合成することなくゲイン補正特性のみに基づいて算出されたＦＩＲフィルタによる再生系１７における音響特性の補正効果を示す図であり、（ａ）は位相補正特性を合成することなくゲイン補正特性のみに基づいて算出されたＦＩＲフィルタのインパルス応答を示す図であり、（ｂ）はマイク９ａ、および、マイク９ｂによるインパルス応答の測定結果であって、補正前と補正後のインパルス応答を示す図である。図１１（ａ）に示すとおり、ゲイン補正特性のみを逆フーリエ変換して得られるフィルタのインパルス応答は、波形が中央に集中しており、中央のレベル値のピークを中心として左右対称に減衰している。この場合、ＦＩＲフィルタのタップ数の制限に応じて切り出しを行っても、切り捨てられるインパルス応答の振幅（ＦＩＲフィルタの係数）は小さく、切り出しを行うことに起因する補正誤差は少ない。しかしながら、図１１（ｂ）に示すとおり、ゲイン補正特性のみに基づいて算出したＦＩＲフィルタ、すなわち、位相補正特性を合成せずに算出したＦＩＲフィルタでは、インパルス応答は、立ち上がりの鋭い単位インパルスとはなっていない。

図１２は、ゲイン補正特性と、指数減衰窓による調整を行わずに算出された位相補正特性とを合成した合成補正特性に基づいて算出されたＦＩＲフィルタによる再生系１７における音響特性の補正効果を示す図であり、（ａ）は位相補正特性を合成する場合に用いる測定インパルス応答を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す測定インパルス応答について各サンプリング点における残響エネルギーの減衰を示す図であり、（ｃ）は指数減衰窓による調整を行わずに算出された位相補正特性をゲイン補正特性に合成した合成補正特性に基づいて算出されたＦＩＲフィルタのインパルス応答を示す図であり、（ｄ）はマイク９ａ、および、マイク９ｂによるインパルス応答の測定結果であって、補正前と補正後のインパルス応答を示す図である。

図１２（ａ）に示すインパルス応答のサンプル数は６４であるが、６４番目のサンプリング点においてインパルス応答は収束していない。また、図１２に示す例においては、測定インパルス応答に対して指数減衰窓はかけない。そのため、図１２（ｂ）に示すとおり、６４番目のサンプリング点においては、残響エネルギーは−２０ｄｂまでしか減衰しない。その結果、図１２（ｃ）に示すとおり、指数減衰窓による調整を行わずに算出された位相補正特性をゲイン補正特性に合成した合成補正特性に基づいて算出されたＦＩＲフィルタのインパルス応答は、巡回畳み込みの影響によって波形が全体に広がり、両端において収束しない。このようにして算出されたＦＩＲフィルタを用いて補正を行った場合、図１２（ｄ）に示すとおり、図１１（ｂ）に示す位相補正を含まないＦＩＲフィルタによるインパルス応答に比べれば立ち上がりの鋭い単位インパルスに近い波形を示しているが、立ち上がり波形の前にプリエコーが発生している。

図１３は、ゲイン補正特性と、指数減衰窓による調整を行って算出された位相補正特性とを合成した合成補正特性に基づいて算出されたＦＩＲフィルタによる再生系１７における音響特性の補正効果を示す図であり、（ａ）は位相補正特性を合成する場合に用いる測定インパルス応答を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す測定インパルス応答について各サンプリング点における残響エネルギーの減衰を示す図であり、（ｃ）は指数減衰窓による調整を行って算出された位相補正特性をゲイン補正特性に合成した合成補正特性に基づいて算出されたＦＩＲフィルタのインパルス応答を示す図であり、（ｄ）はマイク９ａ、および、マイク９ｂによるインパルス応答の測定結果であって、補正前と補正後のインパルス応答を示す図である。

図１３（ａ）に示すインパルス応答のサンプル数は６４であり、６４番目のサンプリング点においてインパルス応答が収束するように指数減衰窓がかけられている。そのため、図１３（ｂ）に示すとおり、６４番目のサンプリング点においては、エネルギーは−６０ｄｂまで減衰している。その結果、図１２（ｃ）に示すとおり、指数減衰窓による調整を行って算出された位相補正特性をゲイン補正特性に合成した合成補正特性に基づいて算出されたＦＩＲフィルタのインパルス応答は、巡回畳み込みの影響が低減されて波形が両端において収束している。このようにして算出されたＦＩＲフィルタを用いて補正を行った場合、図１３（ｄ）に示すとおり、図１２（ｄ）に示すインパルス応答の波形に比べ、さらに立ち上がりの鋭い単位インパルス波形となり、立ち上がり波形の前のプリエコーが抑制される。

なお、位相補正特性算出部４において、測定インパルス応答の６４のサンプリングデータに対して、必ずしも、指数減衰窓をかける必要はない。例えば、６４番目のサンプリング点において、インパルス応答の波形が十分収束しており、残響エネルギーが−６０ｄｂまで減衰している場合には、指数減衰窓をかけない構成としてもよく、特に限定はされない。

また、位相補正特性算出部４が、測定インパルス応答データに基づいて６４番目のサンプリング点において、残響エネルギーが−６０ｄＢまで減衰しているか否かを判定し、残響エネルギーが−６０ｄＢまで減衰していない場合にのみ指数減衰窓をかける構成としてもよく、特に限定はされない。

なお、本発明を、以下のように表現することも可能である。

（第１の構成）
スピーカとマイクロホンとを備えた音質調整装置において、前記装置は、ゲイン特性と位相特性を取得する手段と、ゲイン特性と位相特性を周波数領域で合成する手段と、前記合成したゲイン特性と位相特性を用いて補正する手段を具備することを特徴とする第１の構成。

（第２の構成）
前記装置はインパルス応答を取得する手段を具備することを特徴とする第２の構成。

（第３の構成）
前記補正手段は、インパルス応答継続時間よりも短いタップ数のＦＩＲフィルタであることを特徴とする第３の構成。

（第４の構成）
前記ＦＩＲフィルタのタップ長を可変にする手段を特徴とする第４の構成。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

最後に、音響特性補正装置１の各ブロックは、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。

すなわち、音響特性補正装置１は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである補正値調整装置９の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、音響特性補正装置１に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。

また、音響特性補正装置１を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明に係るフィルタ係数算出装置は、音声出力装置から出力される音声のリスニングルームなどにおける応答特性を補正する装置に実装でき、例えば、ルームイコライザなどを構成した場合に好適に利用することができる。

本発明に係る音響特性補正装置の構成を示すブロック図である。 本実施の形態において音響特性を補正する対象となる再生系と各種機器の接続状態を示す図である。 本実施の形態に係る音響特性補正装置において行われる音響特性を補正する処理の流れの概要を示すフローチャートである。 ゲイン補正特性算出部においてゲイン補正特性を算出する場合に求められる各種の特性を示す図であり、（ａ）はサンプリングされた測定インパルス応答を示す図であり、（ｂ）は測定インパルス応答の周波数特性を示す図であり、（ｃ）は測定インパルス応答の周波数特性の逆特性に対応するインパルス応答を示す図であり、（ｄ）ゲイン補正特性算出部３において算出されたゲイン補正特性を示す図である。 位相補正特性算出部においてサンプリングされた測定インパルス応答を示す図である。 エイリアス現象を説明する図である。 合成補正特性に対応するインパルス応答を示す図である。 再生系におけるインパルス応答を示す図であり、（ａ）は合成逆フィルタによる補正を行わない場合のインパルス応答を示す図であり、（ｂ）は合成フィルタによる補正を行った場合のインパルス応答を示す図である。 合成逆フィルタによる補正を行った場合の再生系におけるゲインの周波数特性を示す図であり、（ａ）は全周波帯域におけるゲインの周波数特性を示す図であり、（ｂ）は高周波数帯域におけるゲインの周波数特性を示す図である。 再生系を構成するリスニングルームに設置された２つのマイクによるインパルス応答の測定結果であって、ＦＩＲフィルタによる補正を行わない場合のインパルス応答の測定結果を示す図である。 位相補正特性を合成することなくゲイン補正特性のみに基づいて算出されたＦＩＲフィルタによる再生系における音響特性の補正効果を示す図であり、（ａ）は位相補正特性を合成することなくゲイン補正特性のみに基づいて算出されたＦＩＲフィルタのインパルス応答を示す図であり、（ｂ）は２つのマイクによるインパルス応答の測定結果であって、補正前と補正後のインパルス応答を示す図である。 ゲイン補正特性と、指数減衰窓による調整を行わずに算出された位相補正特性とを合成した合成補正特性に基づいて算出されたＦＩＲフィルタによる再生系における音響特性の補正効果を示す図であり、（ａ）は位相補正特性を合成する場合に用いる測定インパルス応答を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す測定インパルス応答について各サンプリング点における残響エネルギーの減衰を示す図であり、（ｃ）は指数減衰窓による調整を行わずに算出された位相補正特性をゲイン補正特性に合成した合成補正特性に基づいて算出されたＦＩＲフィルタのインパルス応答を示す図であり、（ｄ）は２つのマイクによるインパルス応答の測定結果であって、補正前と補正後のインパルス応答を示す図である。 ゲイン補正特性と、指数減衰窓による調整を行って算出された位相補正特性とを合成した合成補正特性に基づいて算出されたＦＩＲフィルタによる再生系における音響特性の補正効果を示す図であり、（ａ）は位相補正特性を合成する場合に用いる測定インパルス応答を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す測定インパルス応答について各サンプリング点における残響エネルギーの減衰を示す図であり、（ｃ）は指数減衰窓による調整を行って算出された位相補正特性をゲイン補正特性に合成した合成補正特性に基づいて算出されたＦＩＲフィルタのインパルス応答を示す図であり、（ｄ）は２つのマイクによるインパルス応答の測定結果であって、補正前と補正後のインパルス応答を示す図である。 特許文献１に記載の音響特性補正装置において音響特性を補正する場合の各工程における各種特性を示す図である。 特許文献２に記載の拡声明瞭度改善装置を説明する図であり、（ａ）は特許文献２に記載の拡声明瞭度改善装置において拡声の明瞭度を改善する処理の流れを示す図であり、（ｂ）は、１／ｎ（オクターブ）周波数帯域ごとの差分エネルギーを示す図である。 測定インパルス応答（サンプリング数：５１２）をもとに算出した逆フィルタのインパルス応答を示す図である。

符号の説明

１ 音響特性補正装置（音声信号処理装置）
２ 音響特性測定部（測定インパルス応答算出手段）
３ ゲイン補正特性算出部（直線位相インパルス応答算出手段、ゲイン補正特性算出手段）
４ 位相補正特性算出部（位相補正特性算出手段、減衰手段、減衰判定手段）
５ 補正特性合成部（フィルタ係数算出手段）
６ フィルタ係数算出部（フィルタ係数算出手段）
７ 畳み込み演算部（畳み込み演算装置）
８ 記憶装置
９ マイク
１０ ＡＤ変換器
１１ ソース機器（音声信号入力装置）
１２ ＤＡ変換器
１３ アンプ
１４ スピーカ（音声出力装置）
１５ 音響特性補正システム
１６ リスニングルーム
１７ 再生系
１８ タップ数変更部（フィルタタップ数設定変更手段）
２０ フィルタ係数算出部（フィルタ係数算出装置）

Claims (9)

1. 音場を含んで構成される再生系の音響特性を補正する再生特性補正フィルタのフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出装置であって、
   上記再生系のゲイン特性の逆特性を有する直線位相フィルタに対応するインパルス応答を算出する直線位相インパルス応答算出手段と、
   上記インパルス応答のうち、予め設定されたフィルタのタップ数と同数のインパルス応答であって、ピーク値を含む時間的に連続したインパルス応答の周波数特性を、ゲイン補正特性として算出するゲイン補正特性算出手段と、
   上記再生系の周波数特性の逆特性から、該逆特性のゲイン特性を正規化して位相補正特性を算出する位相補正特性算出手段と、
   上記ゲイン補正特性と上記位相補正特性とを合成して得られる合成補正特性を有するフィルタのフィルタ係数を、上記再生特性補正フィルタのフィルタ係数として算出するフィルタ係数算出手段とを備えていることを特徴とするフィルタ係数算出装置。
2. 上記再生系において測定用信号に基づいて再生される再生音を収音して得た音声データから、測定インパルス応答を算出する測定インパルス応答算出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ係数算出装置。
3. 予め定められた測定時間において上記測定インパルス応答の残響エネルギーが予め設定された閾値よりも小さくなるような指数減衰窓を上記測定インパルス応答にかけて、指数減衰インパルス応答を算出する減衰手段をさらに備え、
   上記位相補正特性算出手段は、
   上記指数減衰インパルス応答から、上記再生系の周波数特性の逆特性を算出することを特徴とする請求項２に記載のフィルタ係数算出装置。
4. 上記測定インパルス応答の残響エネルギーが、上記測定時間において、上記閾値より小さいか否かを判定する減衰判定手段をさらに備え、
   上記減衰手段は、
   上記減衰判定手段によって、上記測定インパルス応答の残響エネルギーが、上記測定時間において、上記閾値より小さくないと判定された場合に、上記指数減衰窓を上記測定インパルス応答にかけることを特徴とする請求項３に記載のフィルタ係数算出装置。
5. 上記タップ数の設定を変更するフィルタタップ数設定変更手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルタ係数算出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタ係数算出装置と、
   音声信号入力装置から入力される音声信号に対して、上記フィルタ係数算出手段によって算出された再生特性補正フィルタのフィルタ係数の畳み込み演算処理を行い、音声出力装置に供給する畳み込み演算装置とを備えていることを特徴とする音声信号処理装置。
7. 音場を含んで構成される再生系の音響特性を補正する再生特性補正フィルタのフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出方法であって、
   上記再生系のゲイン特性の逆特性を有する直線位相フィルタに対応するインパルス応答を算出する直線位相インパルス応答算出ステップと、
   上記インパルス応答のうち、予め設定されたフィルタのタップ数と同数のインパルス応答であって、ピーク値を含む時間的に連続したインパルス応答の周波数特性を、ゲイン補正特性として算出するゲイン補正特性算出ステップと、
   上記再生系の周波数特性の逆特性から、該逆特性のゲイン特性を正規化して位相補正特性を算出する位相補正特性算出ステップと、
   上記ゲイン補正特性と上記位相補正特性とを合成して得られる合成補正特性を有するフィルタのフィルタ係数を、上記再生特性補正フィルタのフィルタ係数として算出するフィルタ係数算出ステップとを含んでいることを特徴とするフィルタ係数算出方法。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタ係数算出装置を動作させる制御プログラムであって、コンピュータを上記の各手段として機能させるための制御プログラム。
9. 請求項８に記載の制御プログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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