JP2009077379A - 立体音響再生装置、立体音響再生方法及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】上下方向に配置された複数の層により構成されるとともに、前記複数の層の各々が複数のチャネルにより構成された立体音響信号をそれより少ないスピーカで音場再現する。
【解決手段】２２．２チャネルのうち、中層１０チャネル＋下層３チャネル＋ＬＦＥ２チャネルの１３．２チャネルについては、左右の耳の水平面を中層として円周方向に配置された２ｎ個のスピーカに振り分け、上層９チャネルについては１以上のチャネルを１以上の天井スピーカに振り分けて残りのチャネルを中層の２ｎ個のスピーカに振り分け（２ｎ＋１＜２２）、２２．２チャネルの仮想音源がその方向から聞こえるように２２．２チャネルの立体音響信号を空間音場処理して２ｎ＋１個以上のスピーカに出力する。
【選択図】図６
【解決手段】２２．２チャネルのうち、中層１０チャネル＋下層３チャネル＋ＬＦＥ２チャネルの１３．２チャネルについては、左右の耳の水平面を中層として円周方向に配置された２ｎ個のスピーカに振り分け、上層９チャネルについては１以上のチャネルを１以上の天井スピーカに振り分けて残りのチャネルを中層の２ｎ個のスピーカに振り分け（２ｎ＋１＜２２）、２２．２チャネルの仮想音源がその方向から聞こえるように２２．２チャネルの立体音響信号を空間音場処理して２ｎ＋１個以上のスピーカに出力する。
【選択図】図６
Description
本発明は、上下方向に配置された複数の層により構成されるとともに、前記複数の層の各々が複数のチャネルにより構成された立体音響信号を再生する立体音響再生装置に関し、特にスーパーハイビジョンのための２２．２チャネル音響信号をそれより少ないスピーカで再生する場合に好適な立体音響再生装置、立体音響再生方法及びコンピュータプログラムに関する。
近年、ＤＶＤなどの普及に伴い、マルチチャンネルを使ったサラウンドシステムが浸透し、臨場感にあふれた音響再生が可能となっている。一般の家庭においてもスピーカを受聴者の正面、右前方、左前方、右後方、左後方、低音出力用（通常は正面に配置されたサブウーファースピーカ）に６つ設置する５．１ｃｈ又はさらに後方中央に２つ設置する７．１ｃｈサラウンドの使用が増加してきている。これらは、マルチチャンネルで録音した音声信号を５チャンネル又は７チャンネルに振り分けることによって、臨場感のある音響効果を再現することができる。
ところで、上記の５．１ｃｈ、７．１ｃｈなどのマルチチャンネル方式は、各スピーカを１つの水平面（左右の耳の水平面）において視聴者の周りに配置する２次元音響である。ところで、上方から到来する音波により、音の臨場感を増すことができるという研究成果が得られている。しかし、前述した従来のサラウンドシステムでは音像をスピーカの高さに落とし込み、平面方向の３６０度に割り振ったサラウンド効果は再現できるが、垂直方向のサラウンド効果については考慮されていない。実際の音場は受聴者を囲む天球状であるのに対し、これらのシステムで再生する音響信号は平面状であり、実際には上方から聞こえてくる音が再生音では実際よりも低いところから聞こえてくるという違和感があったり、実際には垂直方向に広がって聞こえる音が再生音では広がりがなくなるという物足りなさを感じたりすることがあった。
これを解決するために上下方向を複数の層に分割して配置し、各層において複数のスピーカを視聴者の回りに配置する立体音響が知られている。立体音響方式としては、スーパーハイビジョンのための２２．２チャネル方式が下記の非特許文献１に開示され、また、２００５年の愛知万博でも展示された。この方式のチャネル及びスピーカの構成は、大ホールにおいての立体音響を再現するために、スクリーンの高さの中央位置付近の水平面に設置した中間層（１０チャネル、３６０°）と、天井付近に設置した上層（９チャネル、３６０°）と、床面に設置した下層（３チャネル、前方のみ）の上下方向に３層のスピーカシステムにより構成される。また、ＬＦＥについても２チャネルステレオにより構成される。
２２．２チャネル方式における上層と下層のスピーカは、上下方向の音像定位と音像移動において重要な役割を果たし、さらに上層スピーカは自然で高品質な音響空間再現と最適な聴取範囲の拡大が狙いである。また、近年、技術の進歩により伝送容量やメディア容量が増大し、また、ＨＤＡ（High Definition Audio）の動きもあり、近い将来、２２．２チャネルでの放送も実現すると想定される。また、下記の非特許文献１には、他の立体音響方式として、中間層８チャネル＋上層２チャネル＋ＬＦＥ２チャネルの１０．２チャネル方式（下層無し）が開示されている。また、他の立体音響方式として、２２．２チャネルシステムの下層３チャネルを省略して、中間層１０チャネル＋上層９チャネル＋ＬＦＥ２チャネルの１９．２チャネル方式等などが知られている。
ＪＡＳジャーナル 2005 Vo1. 45 No. 1 「立体音響と立体映像-その１ 立体音響」，ｐ１９〜ｐ２２
ＪＡＳジャーナル 2005 Vo1. 45 No. 1 「立体音響と立体映像-その１ 立体音響」，ｐ１９〜ｐ２２
さて、このシステムによる立体音響を家庭で再生するためには、従来の５．１サラウンドシステムよりもはるかに多いチャネル数の音響信号を、後方の壁面や天井などの様々な場所から再生する必要がある。しかしながら、従来の５．１サラウンドシステムや２個を一組とするスピーカを対象とする音像定位処理装置では、上方の音場再現が難しいという問題点がある。特に上層（９チャネル）が作る音場と等価な音場再現が期待されている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、上下方向に配置された複数の層により構成されるとともに、複数の層の各々が複数のチャネルにより構成された立体音響信号の音場をそれより少ないスピーカで再現することができる立体音響再生装置、立体音響再生方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
本発明の立体音響再生装置は上記目的を達成するために、複数のチャネルより構成される立体音響信号を再生するための再生空間において前記再生空間を高さ方向に分割したときの上部を上層、中部を中層、下部を下層とする前記立体音響信号を再生する立体音響再生装置において、
前記複数のチャネルを、前記上層において再生される複数チャネルのうち少なくとも一つのチャネルを含む第１のチャネル群と、前記上層において再生される前記第１のチャネル群を除く複数のチャネルと前記中層において再生される複数チャネルと前記下層において再生される複数チャネルとを含む第２のチャネル群とに振り分ける手段と、
前記第１のチャネル群を前記上層に設置された１以上のスピーカを含む第１のスピーカ群により再生し、前記第２のチャネル群を前記中層に設置された複数のスピーカを有する第２のスピーカ群により再生した際に、前記立体音響信号の各チャネルの仮想音源がその方向から聞こえるように前記立体音響信号を空間音場処理して前記第１及び第２のスピーカ群に出力する空間音場処理手段とを、
備えたことを特徴とする。
前記複数のチャネルを、前記上層において再生される複数チャネルのうち少なくとも一つのチャネルを含む第１のチャネル群と、前記上層において再生される前記第１のチャネル群を除く複数のチャネルと前記中層において再生される複数チャネルと前記下層において再生される複数チャネルとを含む第２のチャネル群とに振り分ける手段と、
前記第１のチャネル群を前記上層に設置された１以上のスピーカを含む第１のスピーカ群により再生し、前記第２のチャネル群を前記中層に設置された複数のスピーカを有する第２のスピーカ群により再生した際に、前記立体音響信号の各チャネルの仮想音源がその方向から聞こえるように前記立体音響信号を空間音場処理して前記第１及び第２のスピーカ群に出力する空間音場処理手段とを、
備えたことを特徴とする。
また、本発明の立体音響再生方法は上記目的を達成するために、複数のチャネルより構成される立体音響信号を再生するための再生空間において前記再生空間を高さ方向に分割したときの上部を上層、中部を中層、下部を下層とする前記立体音響信号を再生する立体音響再生方法において、
前記複数のチャネルを、前記上層において再生される複数チャネルのうち少なくとも一つのチャネルを含む第１のチャネル群と、前記上層において再生される前記第１のチャネル群を除く複数のチャネルと前記中層において再生される複数チャネルと前記下層において再生される複数チャネルとを含む第２のチャネル群とに振り分ける振り分けステップと、
前記第１のチャネル群を前記上層に設置された１以上のスピーカを含む第１のスピーカ群により再生し、前記第２のチャネル群を前記中層に設置された複数のスピーカを有する第２のスピーカ群により再生した際に、前記立体音響信号の各チャネルの仮想音源がその方向から聞こえるように前記立体音響信号を空間音場処理して前記第１及び第２のスピーカ群に出力する出力ステップとを、
備えたことを特徴とする。
前記複数のチャネルを、前記上層において再生される複数チャネルのうち少なくとも一つのチャネルを含む第１のチャネル群と、前記上層において再生される前記第１のチャネル群を除く複数のチャネルと前記中層において再生される複数チャネルと前記下層において再生される複数チャネルとを含む第２のチャネル群とに振り分ける振り分けステップと、
前記第１のチャネル群を前記上層に設置された１以上のスピーカを含む第１のスピーカ群により再生し、前記第２のチャネル群を前記中層に設置された複数のスピーカを有する第２のスピーカ群により再生した際に、前記立体音響信号の各チャネルの仮想音源がその方向から聞こえるように前記立体音響信号を空間音場処理して前記第１及び第２のスピーカ群に出力する出力ステップとを、
備えたことを特徴とする。
また、本発明のコンピュータプログラムは上記目的を達成するために、複数のチャネルより構成される立体音響信号を再生するための再生空間において前記再生空間を高さ方向に分割したときの上部を上層、中部を中層、下部を下層とする前記立体音響信号をコンピュータに再生させるコンピュータプログラムにおいて、
前記複数のチャネルを、前記上層において再生される複数チャネルのうち少なくとも一つのチャネルを含む第１のチャネル群と、前記上層において再生される前記第１のチャネル群を除く複数のチャネルと前記中層において再生される複数チャネルと前記下層において再生される複数チャネルとを含む第２のチャネル群とに振り分ける振り分けステップと、
前記第１のチャネル群を前記上層に設置された１以上のスピーカを含む第１のスピーカ群により再生し、前記第２のチャネル群を前記中層に設置された複数のスピーカを有する第２のスピーカ群により再生した際に、前記立体音響信号の各チャネルの仮想音源がその方向から聞こえるように前記立体音響信号を空間音場処理して前記第１及び第２のスピーカ群に出力する出力ステップとを、
備えたことを特徴とする。
前記複数のチャネルを、前記上層において再生される複数チャネルのうち少なくとも一つのチャネルを含む第１のチャネル群と、前記上層において再生される前記第１のチャネル群を除く複数のチャネルと前記中層において再生される複数チャネルと前記下層において再生される複数チャネルとを含む第２のチャネル群とに振り分ける振り分けステップと、
前記第１のチャネル群を前記上層に設置された１以上のスピーカを含む第１のスピーカ群により再生し、前記第２のチャネル群を前記中層に設置された複数のスピーカを有する第２のスピーカ群により再生した際に、前記立体音響信号の各チャネルの仮想音源がその方向から聞こえるように前記立体音響信号を空間音場処理して前記第１及び第２のスピーカ群に出力する出力ステップとを、
備えたことを特徴とする。
本発明によれば、上下方向に配置された複数の層により構成されるとともに、複数の層の各々が複数のチャネルにより構成された立体音響信号をそれより少ないスピーカで音場再現することができる。例えば本発明の立体音響再生装置を家庭内のような狭い空間で使用する場合には、上層を再生するために１以上の小型スピーカを天井、さらには壁面に貼り付けて設置することにより、日常生活の妨げになる大型スピーカを用いることなく、２２．２チャネル立体音響信号などの音場を再現することが可能となる。また、上層の小型スピーカを日常生活の妨げにならない箇所に設置した場合であっても、２２．２チャネル立体音響信号の音場を再現することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の立体音響再生装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態の音響再生装置は、再生音場データ取得手段１と、音響入出力手段２と、音場解析データ算出手段３と、音場分割手段４と、方向別頭部伝達関数データ記憶手段５と、インパルス応答作成手段６と、可聴化手段７と、制御手段８とを備え、一例として２２．２チャネルの立体音響信号の音場を２ｎ個の中層スピーカと１個の上層スピーカにより２ｎ＋１（＜２２）チャネルで再現する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の立体音響再生装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態の音響再生装置は、再生音場データ取得手段１と、音響入出力手段２と、音場解析データ算出手段３と、音場分割手段４と、方向別頭部伝達関数データ記憶手段５と、インパルス応答作成手段６と、可聴化手段７と、制御手段８とを備え、一例として２２．２チャネルの立体音響信号の音場を２ｎ個の中層スピーカと１個の上層スピーカにより２ｎ＋１（＜２２）チャネルで再現する。
再生音場データ取得手段１は、音響信号を再生する音場の室形に関するデータや受音点のデータとして、座標などの固有データを再生音場データとして取得する。要するにクロストークキャンセルをするための各スピーカからの両耳インパルス応答が必要なので、再生音場データとして、例えば再生スピーカの見開き角度データや聴取位置、スピーカまでの距離などから計算で両耳インパルス応答を出すためのデータを取得する。音響入出力手段２は、外部で録音された立体音響信号の一例として２２．２チャネル（＝中層１０チャネルＭ１〜Ｍ１０＋上層９チャネルＵ１〜Ｕ９＋下層３チャネルＤ１〜Ｄ３＋ＬＦＥ２チャネルＬＦＥ１、ＬＦＥ２：図６、図７参照）の音響信号を入力するとともに、２ｎ＋１チャネル（中層２ｎチャネル＋上層１チャネル：２ｎ＋１＜２２）の音響信号を出力する。音響入出力手段２により出力する中層の２ｎチャネルの音源は、左右それぞれの耳の水平面で再現させるためにスピーカは２個で一対であり、スピーカ数は２ｎ個（ｎは正の整数である）になるが、天井（上層）に配置されるスピーカは必ずしもそうである必要はなく、ここでは１個とする。
音場解析データ算出手段３は、音響再生対象となる音場内に設定された受音点における２２．２チャネルからの全音線の到来方向、周波数特性、及び到達遅れ時間を算出する。音場分割手段４は、使用するスピーカの数を基に再生対象となる音場を分割するための分割数を算出し、この分割数に基づいて音場を複数に分割する。このとき、２２．２チャネルのうち、中層１０チャネル＋下層３チャネル＋ＬＦＥ２チャネルの１３．２チャネルについては、左右の耳の水平面を中層として円周方向に配置された２ｎ個のスピーカに振り分ける。また、上層９チャネルについては頭上チャンネルを含む１以上のチャネルを１個以上の上層スピーカに振り分けるとともに、残りのチャネルを中層の２ｎ個のスピーカに振り分ける。ここで、頭上にないスピーカを使っての頭上のチャネルの音像定位は難しいので、天井（頭上）スピーカを必ず一つ置き、「頭上から音が到来するという特殊な効果」を感知させるために有効である。
方向別頭部伝達関数データ記憶手段５は、人頭の両耳における２２．２チャネルの方向別の頭部伝達関数データを記憶している。方向別頭部伝達関数について図２を参照して説明する。図２は、頭部伝達関数を測定する方向の拠点を示す概念図である。これは人頭１００を取り囲む全周囲方向に音源を置いた場合の頭部伝達関数である。この中から、本来２２．２チャネルのスピーカが配置されるべき拠点に対応する頭部伝達関数を集めて、方向別頭部伝達関数としている。本実施の形態の場合、人頭１００を中心に半径１ｍの天球１０１を考え、仰角は上下方向に１０度おき、水平角は５度おきに各スピーカを置き、インパルス応答を両耳で測定したデータをファイルとして記憶している。スピーカを各拠点に置いて両耳でそれぞれ測定したデータは、左右ペアで１セットである。左右の耳に各々のデータを音声として提供すれば、測定した方向に聞こえてくることを示す。
インパルス応答作成手段６は、音場解析データ算出手段３により算出された全音線に関するデータに基づいて、方向別頭部伝達関数データ記憶手段５に記憶されている中から該当する方向の頭部伝達関数データを選択し、イコライジング処理及び到達遅れ時間分の遅延をかける処理などのデータ加工処理を行う。さらに、全音線に関するデータから音場分割手段４で分割された該当するスピーカを特定し、特定したスピーカごとに加工処理した頭部伝達関数データを振り分ける。そしてスピーカごとに振り分けた頭部伝達関数データを入力音声データと畳み込み、インパルス応答を作成する。上記で説明した音場解析データ算出手段３、方向別頭部伝達関数データ記憶手段５、インパルス応答作成手段６の一連の流れの処理は、実際に２２．２チャネル音響再生システムが設置された室内で、頭部伝達関数を測定して記憶させ、スピーカごとに振り分け、加算することと同じである。可聴化手段７は、スピーカごとに作成したインパルス応答から算出した伝達関数と再生用音響信号とを畳み込み、さらにクロストークキャンセル処理を行うことにより各スピーカの再生用音響信号を作成する。
次に、本実施の形態の動作について図３〜図７を用いて説明する。図３は本発明の音響再生処理を示すフローチャートである。まず、再生音場データ取得手段１にて、今試聴している環境、特にスピーカと聴取位置（両耳の位置）のデータを取得する（ステップＳ１）。次いで２２．２ｃｈで再生されるべき推奨スピーカの位置データが音場解析データ算出手段３にて算出される（ステップＳ２）。このとき、次の３種類の音場解析データ（１）〜（３）が算出される。
（１）受音点に到来する２２．２ｃｈスピーカの各音線の到来方向、すなわち水平角及び仰角のデータ
（２）受音点に到来する２２．２ｃｈスピーカの各音線の空気吸収を反映した周波数特性データ
（３）受音点に到来する２２．２ｃｈスピーカの各音線の音源から受音点に到達するまでの到達遅れ時間データ
（１）受音点に到来する２２．２ｃｈスピーカの各音線の到来方向、すなわち水平角及び仰角のデータ
（２）受音点に到来する２２．２ｃｈスピーカの各音線の空気吸収を反映した周波数特性データ
（３）受音点に到来する２２．２ｃｈスピーカの各音線の音源から受音点に到達するまでの到達遅れ時間データ
次に音場分割手段４にて、音響入出力手段２に接続されているスピーカの数２ｎ＋１が制御手段８を介して取得され（ステップＳ３）、天井設置以外のスピーカ数２ｎが偶数かつ４個以上（２ｎ≧４（ｎは正の整数である））でない場合（ステップＳ４でＮＯ）はエラーとなり、終了する。２ｎ≧４の条件を満たす場合（ステップＳ４でＹＥＳ）は、再生対象となる音場として耳の高さの水平面を円周方向にｎ個のエリアＡ1〜Ａnに分割する（ステップＳ５）。スピーカは円周方向にｎ分割されたエリアＡ1〜Ａnごとに２個ずつ左右に設置される。分割されたエリアＡ1〜Ａnの範囲は下記により算出される。
図４及び図５はそれぞれ、２ｎ＋１個のスピーカの設置位置の一例を真上及び真横から見た説明図である。この例では、１個の天井スピーカＣ１が上層に設置され、４個の前方左スピーカＬ１、前方右スピーカＲ１及び後方左スピーカＬ２、後方右スピーカＲ２が中層に設置されている。本実施の形態においては天井にスピーカを１個、中層のスピーカは４個であるので、ｎ＝２であり、音場は２つに分けられる。ここで、受聴者を取り囲む全球面を考えた場合に、受聴者を中心とした球を分割する場合、仰角０度上で図４に示すように前方半球エリアＡ1と後方半球エリアＡ2に分けられる。例えば２２．２ｃｈの推奨スピーカ位置の一つが、水平角３０°、仰角０°の場合は前方エリアＡ1に、別のスピーカ位置が水平角２７５ °、仰角４０°の場合は後方エリアＡ2に対応する。このように、使用するスピーカの数２ｎ及び位置によって、対応するエリアを決める。
図４、図５に示すように１個の天井スピーカＣ１を設置し、また、前方２つのスピーカ（前方スピーカ）Ｌ1、Ｒ1と後方２つのスピーカ（後方スピーカ）Ｌ2、Ｒ2をそれぞれ前方半球エリアＡ1、後方半球エリア方Ａ2に設置して、２２．２チャネルを各スピーカＣ１、Ｌ1、Ｒ1、Ｌ2、Ｒ2に振り分ける場合を図６を参照して説明する。まず、上層９チャネルＵ１〜Ｕ９については、頭上の１チャネルＵ１を天井スピーカＣ１に振り分け、前方側の残りの５チャネルＵ２〜Ｕ６を前方半球エリアＡ1の前方スピーカＬ1、Ｒ1に、後方側３チャネルＵ７〜Ｕ９を後方半球エリアＡ2の後方スピーカＬ2、Ｒ2に振り分ける。また、中層１０チャネルＭ１〜Ｍ１０については、前方側の７チャネルＭ１〜Ｍ７を前方スピーカＬ1、Ｒ1に、後方側３チャネルＭ８〜Ｍ１０を後方スピーカＬ2、Ｒ2に振り分ける。また、下層３チャネルＤ１〜Ｄ３はすべて前方スピーカＬ1、Ｒ1のみに振り分け、ＬＦＥ２チャネルＬＦＥ１、ＬＦＥ２はそれぞれ前方スピーカＬ1、Ｒ1に振り分ける。なお、ＬＦＥ２チャネルＬＦＥ１、ＬＦＥ２については、図７に示すように左チャネルＬＦＥ１を左スピーカＬ1、Ｌ2に、右チャネルＬＦＥ２を右スピーカＲ1、Ｒ2に振り分けるようにしてもよい。
図３に戻り、次にインパルス応答作成手段６にて、受音点及びそれぞれの音場に設置されたスピーカに関するデータに基づき、チャネルｉ（＝０，１〜２１）ごとに（ステップＳ６）インパルス応答が作成される。まず、２２．２ｃｈ分の音線の頭部伝達関数データの算出処理を行う。音場解析データ算出手段３で算出された直接音の水平角及び仰角のデータから、対応する左右ペアの頭部伝達関数データ（１）が方向別頭部伝達関数データ記憶手段５より取得される（ステップＳ７）。次に、取得された左右ペアの頭部伝達関数データが、音場解析データ算出手段３で算出された周波数データ（２）を用いて各々帯域ごとにイコライジングされる（ステップＳ８）。このイコライジングはどのような方法でもよく、例えば７０ｄＢを基準としてＦＩＲフィルタ処理を行ってもよい。
次に、イコライジングされた左右ペアの頭部伝達関数データに、音場解析データ算出手段３で算出された音の到達遅れ時間データ（３）に基づき、遅れ時間分遅延がかけられる（ステップＳ９）。次に、これらの加工処理が行われた左右ペアの頭部伝達関数データと入力音声信号とが畳み込まれる（ステップＳ１０）。これらの音声は分割された音場の該当するエリアに振り分けられ、さらに左右それぞれの音声が累積加算され、対応するスピーカに振り分けられる（ステップＳ１１）。この処理をチャンネルｉ（＝０，１〜２１）ごとに行い（ステップＳ１２、Ｓ１３）、天井チャンネル及び２ｃｈであるＬＦＥを除く全チャネルの処理が終われば（ステップＳ１３→ＹＥＳ）、クロストークキャンセルを行い（ステップＳ１４）、可聴化処理（ステップＳ１５）へ進む 。
可聴化手段７では、例えば天井スピーカＣ１と、前方スピーカＬ1、Ｒ1、後方スピーカＬ2、Ｒ2に供給すべき音声を作成し、各スピーカで再生する。天井スピーカＣ１用のチャネルの音声信号は、前方スピーカＬ1、Ｒ1と後方スピーカＬ2、Ｒ2から再生される音響信号と同期を取るため、ステップＳ６からステップＳ１３までの処理時間分遅延して与えられる。可聴化された再生用音響信号は、制御手段８を介して音響入出力手段２から出力される。そして、２チャネルのエフェクト信号（ＬＦＥ）は、同じくステップＳ１３までの処理時間分遅延して、前方スピーカＬ1、Ｒ1、後方スピーカＬ2、Ｒ2にそれぞれ供給される。
図６、図７は以上の処理を実現する示すブロック図である。天井チャネルＵ１及びＬＦＥの２チャネルＬＦＥ１、ＬＦＥ２を除く他の全チャネルＵ２〜Ｕ９、Ｍ１〜Ｍ１０、Ｄ１〜Ｄ３の方向別頭部伝達関数は、
・Ｕ：（Ｕ２Ｌ１、Ｕ２Ｒ１）〜（Ｕ５Ｌ１、Ｕ５Ｒ１）、（Ｕ６Ｌ２、Ｕ６Ｒ２）〜（Ｕ８Ｌ２、Ｕ８Ｒ２）、（Ｕ９Ｌ１、Ｕ９Ｒ１）
・Ｍ：（Ｍ１Ｌ１、Ｍ１Ｒ１）〜（Ｍ７Ｌ１、Ｍ７Ｒ１）、（Ｍ８Ｌ２、Ｍ８Ｒ２）〜（Ｍ１０Ｌ２、Ｍ１０Ｒ２）、
・Ｄ（Ｄ１Ｌ１、Ｄ１Ｒ１）〜（Ｄ３Ｌ１、Ｄ３Ｒ１）
で示しており、各チャネルＵ２〜Ｕ９、Ｍ１〜Ｍ１０、Ｄ１〜Ｄ３に畳込みを行っている。
・Ｕ：（Ｕ２Ｌ１、Ｕ２Ｒ１）〜（Ｕ５Ｌ１、Ｕ５Ｒ１）、（Ｕ６Ｌ２、Ｕ６Ｒ２）〜（Ｕ８Ｌ２、Ｕ８Ｒ２）、（Ｕ９Ｌ１、Ｕ９Ｒ１）
・Ｍ：（Ｍ１Ｌ１、Ｍ１Ｒ１）〜（Ｍ７Ｌ１、Ｍ７Ｒ１）、（Ｍ８Ｌ２、Ｍ８Ｒ２）〜（Ｍ１０Ｌ２、Ｍ１０Ｒ２）、
・Ｄ（Ｄ１Ｌ１、Ｄ１Ｒ１）〜（Ｄ３Ｌ１、Ｄ３Ｒ１）
で示しており、各チャネルＵ２〜Ｕ９、Ｍ１〜Ｍ１０、Ｄ１〜Ｄ３に畳込みを行っている。
次いで、上層の５チャネルＵ２〜Ｕ６を前方スピーカＬ1、Ｒ1に、残りの３チャネルＵ７〜Ｕ９を後方半球エリアＡ2の後方スピーカＬ2、Ｒ2に振り分け、また、中層７チャネルＭ１〜Ｍ７を前方スピーカＬ1、Ｒ1に、残りの３チャネルＭ８〜Ｍ１０を後方スピーカＬ2、Ｒ2に、下層３チャネルＤ１〜Ｄ３はすべて前方スピーカＬ1、Ｒ1のみに振り分ける（加算器１１Ｌ、１１Ｒ、１２Ｌ、１２Ｒ）。次いで、ステップＳ１で算出された再生音場データ情報に基づいて第１及び第２クロストークキャンセル回路２１、２２にてそれぞれ前方、後方のクロストークキャンセルが行われる。
また、図６に示す構成では、天井チャネルＵ１は遅延回路１３により遅延され、天井スピーカＣ１へ供給される。ＬＦＥチャネルＬＦＥ１、ＬＦＥ２はそれぞれ遅延回路１４、１５により遅延され、加算器２３Ｌ１、２３Ｒ１を経由して前方スピーカＬ1、Ｒ1に供給される。また、図７に示す構成では、左側のＬＦＥチャネルＬＦＥ１は遅延回路１４Ｌ１、１４Ｌ２により遅延され、加算器２３Ｌ１、２３Ｌ２を経由して左側スピーカＬ1、Ｌ2に供給され、右側のＬＦＥチャネルＬＦＥ２は遅延回路１５Ｒ１、１５Ｒ２により遅延され、加算器２３Ｒ１、２３Ｒ２を経由して右側スピーカＲ1、Ｒ2に供給される。
本実施の形態のクロストークキャンセル処理（ステップＳ１４）について図８を参照して説明する。ここで、クロストークキャンセル処理は、スピーカＬ1、Ｒ1、Ｌ2、Ｒ2に振り分けた信号のみに行われる。まず、エリアＡ1のスピーカＳＰ1に入力する音響信号をｓ1(t)とし、このｓ1(t)にスピーカＳＰ1の左右ペアの伝達関数であるｈ1l(t)及びｈ1r(t) を畳み込むことによって、受聴者の左耳及び右耳に再生されるべき信号ＶL1(t)及びＶR1 (t)を得る。このＶL1(t)及びＶR1(t)は下記の式（１）で表される。
得られたＶL1(t)及びＶR1(t)は、伝達関数が畳み込まれることによって音像定位処理された信号であり、ＶL1(t)を左耳に、ＶR1(t)を右耳に再生することで受聴者はスピーカＳＰ1から鳴っているように聞こえる。これらの信号を、前方スピーカＬ1及びＲ1で再生したときにスピーカＳＰ1から鳴っているように受聴者に聞こえるようにクロストークキャンセル処理を行う。ここで、再生される音場において前方左スピーカＬ1からの音響を受聴者の左耳に再生するための伝達関数をｈ1ll(t)、右耳に再生するための伝達関数をｈ1lr(t)、前方右スピーカＲ1からの音響を受聴者の左耳に再生するための伝達関数をｈ1rl(t)、右耳に再生するための伝達関数をｈ1rr(t)とする。これにより、前方スピーカＬ1及びＲ1にそれぞれ送信すべき信号Ｌ1(t)、Ｒ1(t)は、下記の式（２）で表される。
上記は１つのスピーカＳＰ1からエリアＡ1に到来する音について示している。エリアＡ1をカバーする音の数をｍとしたとき、エリアＡ1内の全音声信号ＶL1ALL(t)及びＶR1ALL(t)は下記の式（３）で表される。
よって、エリアＡ1の左右のスピーカＬ1及びＲ1に送信すべき信号をＬ1ALL(t)、Ｒ1ALL(t)とすると、これらは下記の式（４）で表される。
エリアＡ2についても同様の関係が得られ、スピーカＳＰ2に入力される音響信号ｓ2(t)と伝達関数ｈ2l(t)とを畳み込むことによって得られる信号ＶL2(t)を左耳に、ｓ2(t)と伝達関数ｈ2r(t)とを畳み込むことによって得られる信号ＶR2(t)を右耳に再生することによって受聴者はスピーカＳＰ2から鳴っているように聞こえる。
よって、エリアＡ2における後方スピーカＬ2からの信号を受聴者の左耳に再生するための伝達関数をｈ2ll(t)、右耳に再生するための伝達関数をｈ2lr(t)、後方右スピーカＲ2からの信号を受聴者の左耳に再生するための伝達関数をｈ2rl(t)、右耳に再生するための伝達関数をｈ2rr(t)とすることにより、後方スピーカＬ2及びＲ2にそれぞれ送信すべき信号Ｌ2(t)及びＲ2(t)は、下記の式（２）’で表される。
同様に、エリアＡ2の左右のスピーカＬ2及びＲ2に送信すべき信号をそれぞれＬ2ALL(t)、Ｒ2ALL(t)とすると、これらは下記の式（４）’で表される。
以上より、エリアＡnにおける左右のスピーカＬn及びＲnに送信すべき信号ＬnALL(t)及びＲnALL(t)は、下記の式（５）で表される。
これらのクロストークキャンセル処理が行われることにより、可聴化された音響信号がそれぞれ該当するスピーカに送信され、スピーカから出力される直接音を含む全反射音がしかるべき到来方向より聞こえるように再生される。
また、図７のように、ＬＦＥチャネルを後方スピーカにも供給することによって、より臨場感を向上させることができる。この場合、聴取者が調整できるようにしたり、あるいは自動調整のゲイン可変器と遅延器を設けることにより、包み込むような低域が実現され、より自然で迫力のある音場が再現できる。なお、上層のチャネル信号が供給される天井スピーカは固定のみならず可動なものでもよい。また、上層のチャネル信号が供給される天井スピーカの高さは調整可能にしてもよく、この場合このチャネル信号の音量も図示しないボリューム等で調整可能にすることができる。
以上により、天井に少なくとも１個のスピーカを設定して、今まで不十分であった上方の音像定位を正確に行うことができる。また方向別の頭部伝達関数データを基に再生用音響信号から、可聴化された音響信号が作成され、さらにその可聴化された音響信号が複数のエリアに分けられて２組以上のペアのスピーカを用いて後方からも再生されるので、後方方向の音像定位をより正確に行うことができ、より臨場感のある高音質な再生音場を実現することができる。ここで、配置されるスピーカ位置と個数が定められている場合には上記説明したステップＳ１〜Ｓ１３などによってクロストークキャンセル回路及び遅延回路の係数をあらかじめ計算して供給するようにしてもよく、装置の起動時に毎回クロストークキャンセル回路及び遅延回路の係数を計算する必要はないことはいうまでもない。
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、天井に配置されるべきスピーカがたとえ１個であっても、上方からの１チャネルの音が物理的に到来するため上から包み込まれるような感覚が得られ、中層のスピーカによるサポートにより他の上層８チャネルの方向感までほぼ再現できるが、この上層９チャネルＵ１〜Ｕ９のそれぞれの距離感（深度）感まで正確に再現することにまだ改善の余地がある。そこで、第２の実施の形態では、特に上層の複数チャネルの到来方向を再現することができると共にそれぞれのチャネルの距離感を認知させやすくすることを目的として、上層のスピーカを２つ（以下では、ＵＬ１、ＵＲ２と総称）とする。第２の実施の形態によれば、ユーザにとっても、天井の代わりに前方の壁の上方にスピーカを２つ追加することであれば、設置に抵抗がなく、手軽に配置できる。ここで、図９は、非特許文献１のｐ２０、表１に開示されている２２．２チャネルのうち、上層チャネルＵ１〜Ｕ９のスピーカ配置を示す。チャネルＵ１は、ほぼ頭上に位置し、他のチャネルＵ２〜Ｕ９は、チャネルＵ１と略同じ高さにおいて前方左側から時計回り方向に３６０°の範囲で配置されている。
第１の実施の形態では、天井に配置されるべきスピーカがたとえ１個であっても、上方からの１チャネルの音が物理的に到来するため上から包み込まれるような感覚が得られ、中層のスピーカによるサポートにより他の上層８チャネルの方向感までほぼ再現できるが、この上層９チャネルＵ１〜Ｕ９のそれぞれの距離感（深度）感まで正確に再現することにまだ改善の余地がある。そこで、第２の実施の形態では、特に上層の複数チャネルの到来方向を再現することができると共にそれぞれのチャネルの距離感を認知させやすくすることを目的として、上層のスピーカを２つ（以下では、ＵＬ１、ＵＲ２と総称）とする。第２の実施の形態によれば、ユーザにとっても、天井の代わりに前方の壁の上方にスピーカを２つ追加することであれば、設置に抵抗がなく、手軽に配置できる。ここで、図９は、非特許文献１のｐ２０、表１に開示されている２２．２チャネルのうち、上層チャネルＵ１〜Ｕ９のスピーカ配置を示す。チャネルＵ１は、ほぼ頭上に位置し、他のチャネルＵ２〜Ｕ９は、チャネルＵ１と略同じ高さにおいて前方左側から時計回り方向に３６０°の範囲で配置されている。
第２の実施の形態の構成を図１０に示す。音響入出力手段２２以外は図１に示す構成とほぼ同じであるため、図１に示した構成要素と同じものには同じ符号を付し、説明を省略する。本実施の形態では、上層のスピーカが２つであるので、音響入出力手段２２の出力チャネル数は２ｎ＋２チャネルである。第２の実施の形態の動作について図１１〜図１８を用いて説明する。図１１は本発明の大まかな音響再生処理の流れを示すフローチャート、図１２は図１１の「音場分割処理」を詳しく説明するフローチャート、図１３〜図１５は上層の分割例を示す説明図、図１６は図１１における「上層の空間音場処理」の一例を示す説明図、図１７は図１１における「上層の空間音場処理」を詳しく説明するフローチャート、図１８は第２の実施の形態の立体音響再生装置における立体音響信号の振り分け例及び空間音場処理の例を示すブロック図である。
図１１に示すステップＳ２１とステップＳ２２とは、図３に示したステップＳ１とステップＳ２と同じである。ステップＳ２１で、再生音場データ取得手段１がスピーカと聴取位置のデータを取得し、ステップＳ２２で音場解析データ算出手段３が、先に述べた（１）から（３）の音場解析データ（１）〜（３）を算出する。
次に音場分割手段４にて、図１２に詳しく示すように、音響入出力手段２２の出力側に接続されているスピーカの数から各スピーカが担当すべき音場を分割する（ステップＳ２３）。そしてまず上層における空間音場処理を行う（ステップＳ２４）。ここでは、上層チャネルＵ１〜Ｕ９に関して上層に配置された２個のスピーカＵＬ１、ＵＲ１の配置パターンに対応した音場の分割領域や処理を行っており、特に２個のスピーカＵＬ１、ＵＲ１が聴取者の前方又は後方に偏って聴取者を頂点とする二等辺三角形の関係にある場合は、方向別頭部伝達関数データ記憶手段５とインパルス応答作成手段６を用いて空間音場処理を行う。そして次に中層チャネルＭ１〜Ｍ１０と下層Ｄ１〜Ｄ３について、同じく方向別頭部伝達関数データ記憶手段５とインパルス応答作成手段６を用いて、中層に配置された２ｎ個のスピーカに供給すべき空間音場処理を行っている（ステップＳ２５）。最後に可聴化手段７にてペアとなるスピーカごとにクロストークキャンセルを行い（ステップＳ２６）、不図示のアンプを介して信号を再生する（ステップ２７）。
ステップＳ２３における音場分割処理について、図１２のフローチャートを用いて詳しく説明する。音響入出力手段２２の出力側に接続されているスピーカの数２ｎと上層のスピーカの数＝２、及び上層スピーカの配置パターンについて、図示されない入力手段により制御手段８を介して取得され（ステップＳ３１）、スピーカ数２ｎ＋２が偶数かつ４個以上（ｎは正の整数である）でない場合（ステップＳ３２でＮＯ）はエラーとなり、終了する。２ｎ＋２≧４の条件を満たす場合（ステップＳ３２でＹＥＳ）は、再生対象となる音場として耳の高さの水平面を円周方向にｎ個のエリアＡ1〜Ａnに分割する（ステップＳ３３）。スピーカは円周方向にｎ分割されたエリアＡ1〜Ａnごとに２個ずつ左右に設置される。分割されたエリアＡ1〜Ａnの範囲は、前述した（数１）により算出される。
次に上層に配置されたスピーカの配置パターンが、図１３（ｂ）に示すように聴取者を挟んで前後に設置された場合には（ステップＳ３４でＹＥＳ）、聴取者より前の音場と後ろの音場とに２分割し（ステップＳ３５）、次いで終了する。他方、配置パターンが聴取者を挟んで前後でなく（ステップＳ３４でＮＯ）、図１４（ｂ）に示すように聴取者を挟んで左右に設置された場合には（ステップＳ３６でＹＥＳ）、聴取者の左側の音場と右側の音場とに２分割し（ステップＳ３７）、次いで終了する。配置パターンが聴取者を挟んで左右でなく（ステップＳ３６でＮＯ）、図１５（ｂ）に示すように聴取者の前方（又は後方）に偏って、かつ聴取者を頂点とした二等辺三角形の形に設置された場合には（ステップＳ３８でＹＥＳ）、分割せず（ステップＳ３９）、次いで終了する。配置パターンが３つのどれでもない場合（ステップＳ３８でＮＯ）は、エラーとなり終了する。
図１３、図１４、図１５は、いずれも耳の高さの中層スピーカが４であって、上層スピーカＵＬ１、ＵＲ２の配置が３パターンの場合の音場分割の例であり、いずれも上から見た図である。図１３（ａ）、図１４（ａ）、図１５（ａ）は上層以外の分割領域を示し、いずれも前方２チャネルＬ１、Ｒ１と後方２チャネルＬ２、Ｒ２により構成される。この層のスピーカは４個であるのでｎ＝２であり、音場は２つに分けられる。ここで、受聴者を取り囲む全球面を考えた場合に、受聴者を中心とした水平円上でエリアが分けられ、球を分割する場合、仰角０度上で図１３（ａ）、図１４（ａ）、図１５（ａ）に示すように前方エリアＡ１と後方エリアＡ２に分けられる。例えば、２２．２ｃｈの推奨スピーカ位置で言えば、上層以外のすべてのチャンネルはエリアＡ１又はＡ２に振り分けられる。例えば、水平角３０°、仰角０°の場合はエリアＡ１に、別のスピーカ位置が水平角２７５°、仰角４０°の場合はエリアＡ２に対応する。このように、スピーカ位置によって、対応するエリアを決める。
図１３（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）は上層の分割領域を示す。仰角が４５度以上にある推奨スピーカ位置の上層９チャネルＵ１〜Ｕ９については、図１３（ｂ）のように聴取者を挟んで前後にスピーカを設置した場合（図のＵＦ、ＵＲ）は、水平面と同じ分割方法で前方エリアＢ１と後方エリアＢ２に分割される。また、図１４（ｂ）のように上層のスピーカが聴取者を挟んで左右に設置された場合（図のＵＬ、ＵＲ）は、仰角が４５度以上にある推奨スピーカ位置の上層９チャネルについて、聴取者の左側エリアＣ１と右側エリアＣ２に２分割する。図１５（ｂ）のように上層のスピーカが聴取者の前方（又は後方）に偏って、かつ聴取者を頂点とした三角形の形に設置された場合（図のＵＦＬ、ＵＦＲ）には、仰角が４５度以上にある推奨スピーカ位置の上層９チャネルＵ１〜Ｕ９について、分割はしない（エリアＤ）。
次に図１１に示すステップＳ２４における「上層の空間音場処理」について図１６を参照して詳しく説明する。ここでは、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）に示すような上層のスピーカ配置パターンに応じた音場処理を行うが、図１６は一例として、図１４（ｂ）に示すように上層スピーカを左右に設置した場合を示す。まず、音場分割手段４で図１３（ｂ）に示すように上層について前後に２分割した場合は、上層の入力チャネルＵ１〜Ｕ９のうち、聴取者の前方エリアＢ１に含まれるチャネルＵ２〜Ｕ５、Ｕ９（図９参照）の信号を加算するとともに、後方エリアＢ２に含まれるチャネルＵ６〜Ｕ８の信号を加算し、さらに、エリアＢ１、Ｂ２の境界の頭上チャネルＵ１についてはその信号に１／２を乗算して、乗算結果をエリアＢ１、Ｂ２の信号にともに加算する。
また、音場分割手段４で図１４（ｂ）に示すように上層について左右に２分割した場合は、図１６に示すように上層の入力チャネルＵ１〜Ｕ９のうち、聴取者の左側エリアＣ１に含まれるチャネルＵ２、Ｕ８、Ｕ９の信号を加算するとともに、右側エリアＣ２に含まれるチャネルＵ４、Ｕ５、Ｕ６の信号を加算する。さらに、エリアＣ１、Ｃ２の境界であるチャネルＵ１、Ｕ３、Ｕ７の信号を加算して加算結果に１／２を乗算し、乗算結果をエリアＣ１、Ｃ２の信号にともに加算する。
次に、音場分割手段４で「上層について分割しない」（図１２のステップＳ３９）となった場合の空間音場処理について説明する。例えば図１５（ｂ）に示すように聴取者の前方（又は後方）に偏って、かつ聴取者を頂点とした三角形の形に設置された上層の左右のスピーカからは、２２．２ｃｈのうち、図９に示す上層すべてのチャネルＵ１〜Ｕ９が音像定位処理されて再生されることになる。
図１７は、図１１に示すステップＳ２４における「上層の空間音場処理」を詳しく示すフローチャートである。本実施の形態では、インパルス応答作成手段６は初めに９ｃｈ分の音線の頭部伝達関数データの算出処理を行う。算出方法は第１の実施の形態と同様である。インパルス応答作成手段６は、ステップＳ４１で受音点及びそれぞれの音場に設置されたスピーカに関するデータに基づき、上層チャネルｉを初期値０に設定する。そして、ステップＳ４８においてｉが９以上と判定されるまでステップＳ４２〜４８を繰り返し、チャネルｉごとにインパルス応答を作成する。続くステップＳ４２とステップＳ４３は、第１の実施の形態のステップＳ７とステップＳ８と同じであるので特に説明しない。
ステップＳ４４とステップＳ４５は、第１の実施の形態のステップＳ９とステップＳ１０と同じであるので特に説明しない。ステップＳ４６では、左右それぞれの音声が累積加算され、対応する上層スピーカに振り分けられる（ステップＳ４６）。この処理を上層の全チャネル分繰り返し（ステップＳ４８→ＹＥＳ）、全チャネルが終われば（ステップＳ４８→ＮＯ）、図１１のステップＳ２５における「上層以外の空間音場処理」へ進む。
図１１のステップＳ２５における「上層以外の空間音場処理」では、２２．２ｃｈのうち上層９ｃｈを除く１３．２ｃｈ分の左右のインパルス応答が作成され、対応する入力音声信号と畳み込まれる。そして対応スピーカＬ１、Ｒ１、Ｌ２、Ｒ２ごとに左右それぞれの音声が累積加算され、前方スピーカＬ１、Ｒ１と後方スピーカＬ２、Ｒ２に振り分けられる。「上層の空間音場処理」と「上層以外の空間音場処理」が終われば、クロストークキャンセル（ステップ２６）、信号再生（ステップ２７）へ進む。
可聴化手段７では、上記の２個の上層スピーカＵＬ１、ＵＲ１と、前方スピーカＬ１、Ｒ１、後方スピーカＬ２、Ｒ２に供給すべき音声を作成し、各スピーカＵＬ１、ＵＲ１、Ｌ１、Ｒ１、Ｌ２、Ｒ２で再生する。それぞれのスピーカＵＬ１、ＵＲ１、Ｌ１、Ｒ１、Ｌ２、Ｒ２から再生される音響信号は同期を取る必要があるため、ステップＳ２４からステップＳ２５までの処理時間分遅延して与えられる。可聴化された再生用音響信号は、制御手段８を介して音響入出力手段２から出力される。なお、２チャネルのエフェクト信号（ＬＦＥ）は、特別に処理をサブウーファーがある場合は、空間音場処理をする必要がなく、ステップＳ２６までの処理時間分の遅延処理のみ行った、サブウーファーへ供給すればよい。
図１８は以上の処理を実現するためのブロック図である。全チャネルＵ１〜Ｕ９、Ｍ１〜Ｍ１０、Ｄ１〜Ｄ３、ＬＦＥ１、ＬＦＥ２の方向別頭部伝達関数は、
Ｕ：（Ｕ１ＵＬ１、Ｕ１ＵＲ１）〜（Ｕ９ＵＬ１、Ｕ９ＵＲ１）
Ｍ：（Ｍ１Ｌ１、Ｍ１Ｒ１）〜（Ｍ７Ｌ１、Ｍ７Ｒ１）…（Ｍ８Ｌ２、Ｍ８Ｒ２）〜（Ｍ１０Ｌ２、Ｍ１０Ｒ２）
Ｄ：（Ｄ１Ｌ１、Ｄ１Ｒ１）〜（Ｄ３Ｌ１、Ｄ３Ｒ１）
ＬＦＥ：（ＬＦＥ１Ｌ１、ＬＦＥ１Ｒ１）、（ＬＦＥ２Ｌ１、ＬＦＥ２Ｒ１）
で示しており、各チャネルＵ１〜Ｕ９、Ｍ１〜Ｍ１０、Ｄ１〜Ｄ３、ＬＦＥ１〜ＬＦＥ２に畳込みを行っている。
Ｕ：（Ｕ１ＵＬ１、Ｕ１ＵＲ１）〜（Ｕ９ＵＬ１、Ｕ９ＵＲ１）
Ｍ：（Ｍ１Ｌ１、Ｍ１Ｒ１）〜（Ｍ７Ｌ１、Ｍ７Ｒ１）…（Ｍ８Ｌ２、Ｍ８Ｒ２）〜（Ｍ１０Ｌ２、Ｍ１０Ｒ２）
Ｄ：（Ｄ１Ｌ１、Ｄ１Ｒ１）〜（Ｄ３Ｌ１、Ｄ３Ｒ１）
ＬＦＥ：（ＬＦＥ１Ｌ１、ＬＦＥ１Ｒ１）、（ＬＦＥ２Ｌ１、ＬＦＥ２Ｒ１）
で示しており、各チャネルＵ１〜Ｕ９、Ｍ１〜Ｍ１０、Ｄ１〜Ｄ３、ＬＦＥ１〜ＬＦＥ２に畳込みを行っている。
次いで、図１３（ｂ）か、図１４（ｂ）か又は図１５（ｂ）に示すスピーカ配置に応じて上層の９チャネルＵ１〜Ｕ９を上層スピーカＵＬ１、ＵＲ１に振り分ける（加算器１１Ｌ、１１Ｒ）。また、中層の前方７チャネルＭ１〜Ｍ７と、下層３チャネルＤ１〜Ｄ３とＬＦＥ１、ＬＦＥ２（これらはすべて前方チャネル）をすべて前方スピーカＬ１、Ｒ１に振り分ける（加算器１２Ｌ、１２Ｒ）。さらに、中層の残りの後方３チャネルＭ８〜Ｍ１０を後方スピーカＬ２、Ｒ２に振り分ける（加算器１３Ｌ、１３Ｒ）。ここで、図１８に示す加算器１１Ｌ、１１Ｒ、１２Ｌ、１２Ｒ、１３Ｌ、１３Ｒは、単に説明のために示したものであり、実際には例えば図１６に示すように、より多くの加算器と係数乗算器を含む。
次いで、算出された再生音場データ情報に基づいて第１、第２、第３クロストークキャンセル回路２１、２２、２３にてそれぞれ上層、前方、後方のクロストークキャンセル（ステップＳ２６）が行われる。ここで、中層についてのクロストークキャンセル処理は、図８を参照して説明したが、上層についても、図８においてＬ１，Ｒ１が上層のスピーカＵＬ１、ＵＲ１で、上層スピーカＳＰ１、ＳＰ２を再現することを考えれば、同様の関係で式が立てられることが分かる。これらのクロストークキャンセル処理が行われることにより、可聴化された音響信号がそれぞれ該当するスピーカに送信され、２ｎ＋２ｃｈのスピーカから出力される音が、２２．２ｃｈのしかるべき到来方向より聞こえるように再生される。
以上により、天井に２個のスピーカＵＬ１、ＵＲ１を設けてその配置パターンに応じて最適な音場再生処理を行うことで、今まで到来方向だけで距離感まで再現できにくかった上方の音像定位を正確に行うことができる。また、方向別の頭部伝達関数データを基に再生用音響信号から、可聴化された音響信号が作成され、さらにその可聴化された音響信号が複数のエリアに分けられて１ペア以上のスピーカを用いて後方からも再生可能であるので、後方方向の音像定位をより正確に行うことができ、より臨場感のある高音質な再生音場を実現することができる。ここで、配置されるスピーカ位置と個数が定められている場合には、上記説明したステップＳ２１〜Ｓ２５などによってクロストークキャンセル回路及び遅延回路の係数をあらかじめ計算して供給するようにしてもよく、装置の起動時に毎回クロストークキャンセル回路及び遅延回路の係数を計算する必要はないことはいうまでもない。
なお、ＬＦＥチャネルＬＦＥ１、ＬＦＥ２は、本実施形態では音像定位を行ったが、サブウーファーが２台の場合は、上層及び上層以外の空間音場処理にかかる時間を遅延量として、遅延回路２系統を介して２台のサブウーファーに供給してもよいし、サブウーファーがなければ、第２クロストークキャンセル回路２２の後段で加算処理して前方スピーカＬ１、Ｒ１に供給しても良い。
＜第３の実施の形態＞
天井に配置されるべきスピーカが２個の場合、上層９チャネルＵ１〜Ｕ９のそれぞれの距離感（深度）感のほかに、後方からの方向感まで正確に再現することにまだ改善の余地がある。そこで、第３の実施の形態では、上層９チャネルＵ１〜Ｕ９のそれぞれの距離感（深度）感のほかに、後方からの方向感まで正確に再現するために、上層のスピーカを前方左右の２個（ＵＬ１、ＵＲ１）＋後方左右の２個（ＵＬ２、ＵＲ２）とする。第３の実施の形態によれば、ユーザにとっても、天井の代わりに壁の上方の前後にスピーカを追加するか、あるいは従来の水平面の高さのスピーカの上方にもう一つスピーカを積み重ねたような縦長のスピーカを設置することであれば設置に抵抗がなく、手軽に配置できる。
天井に配置されるべきスピーカが２個の場合、上層９チャネルＵ１〜Ｕ９のそれぞれの距離感（深度）感のほかに、後方からの方向感まで正確に再現することにまだ改善の余地がある。そこで、第３の実施の形態では、上層９チャネルＵ１〜Ｕ９のそれぞれの距離感（深度）感のほかに、後方からの方向感まで正確に再現するために、上層のスピーカを前方左右の２個（ＵＬ１、ＵＲ１）＋後方左右の２個（ＵＬ２、ＵＲ２）とする。第３の実施の形態によれば、ユーザにとっても、天井の代わりに壁の上方の前後にスピーカを追加するか、あるいは従来の水平面の高さのスピーカの上方にもう一つスピーカを積み重ねたような縦長のスピーカを設置することであれば設置に抵抗がなく、手軽に配置できる。
第３の実施の形態の構成は図１９に示すように、図１、図１０に示す構成をほぼ同じであるが、上層のスピーカが２＋２個であるので、音響入出力手段２０２の出力チャネル数は２ｎ＋４チャネルである。第３の実施の形態の大まかな音響再生処理の流れは、図１１と同じであるので、詳細な説明は省略する。
図２０は、図１１のステップ２３における上層の音場分割処理を詳しく示す。音響入出力手段２に接続されている中層スピーカの数＝２ｎ及び上層のスピーカの数＝２＋２と、上層スピーカの配置パターンについて図示されない入力手段により制御手段８を介して取得され（ステップＳ３１）、スピーカ数２ｎ＋４が偶数かつ６個以上（ｎは正の整数である）でない場合（ステップＳ３２でＮＯ）はエラーとなり、終了する。２ｎ＋４≧６の条件を満たす場合（ステップＳ３２でＹＥＳ）は、まず上層以外について再生対象となる音場を水平面上における円周方向にｎ個のエリアＡ1〜Ａnに分割する（ステップＳ３３）。スピーカは円周方向にｎ分割されたエリアＡ1〜Ａnごとに２個ずつ左右に設置される。分割されたエリアＡ1〜Ａnの範囲は、第１及び第２の実施の形態と同様に（数１）により算出される。次に音場の上層、つまり図２でいうと仰角が４５度以上の部分を、図２１（ｂ）に示すように前後２個のエリアＢ１、Ｂ２に分割する（ステップＳ３４）。上層についても分割されたエリアＢ１、Ｂ２に２個ずつ左右に合計２＋２個のスピーカが設置される。
図２１（ａ）は、２ｎ＋４個のスピーカの設置位置の一例を真上から見た説明図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）を真横から見た説明図であって左側が前方である。音場分割エリアについては、上層以外の前方エリアＡ１及び後方エリアＡ２と、仰角４５度を境に上層の前方エリアＢ１及び後方エリアＢ２を示してある。この例では、上層前方スピーカＵＬ１、ＵＲ１がエリアＢ１に配置され、上層後方スピーカＵＬ２、ＵＲ２がエリアＢ２に配置されている。また、前方スピーカＬ１、Ｒ１及び後方スピーカＬ２、Ｒ２がそれぞれ前方エリアＡ１、後方エリアＡ２に設置されている。
すなわち、第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同じく、中層スピーカが４個であるのでｎ＝２であり、上層以外の音場は２つのエリアＡ１、Ａ２に分けられる。これに対し、仰角が４５度以上にある推奨スピーカ位置の上層９チャネルＵ１〜Ｕ９については、図２１（ｂ）に詳しく示すように仰角４５度以上の音場について上層の前方エリアＢ１と後方エリアＢ２に分割される。
「上層における空間音場処理」は、図１７に示すフローチャートに従う。第３の実施の形態は、ステップＳ４６からステップＳ４８が第２の実施の形態と異なる。ステップＳ４１からステップＳ４５は第２の実施の形態とほぼ同様であるので、特に説明しない。
第３の実施の形態では、ステップＳ４６で分割された音場Ｂ１，Ｂ２（４分割エリア）ごとに左右それぞれの音声が累積加算され、対応する上方の前方スピーカＵＬ１，ＵＲ１，上方の後方スピーカＵＬ２，ＵＲ２に振り分けられる（ステップＳ４６）。この処理を上層の全チャネル分繰り返し（ステップＳ４８→ＹＥＳ）、全チャネルが終われば（ステップＳ４８→ＮＯ）、「上層以外の空間音場処理」（ステップＳ２５）へ進む 。ステップＳ２５以下の処理は、第２の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。
図２２は以上の処理を実現するためのブロック図である。上層の９チャネルＵ１〜Ｕ９については、チャネルＵ２〜Ｕ５、Ｕ９を上方の前方スピーカＵＬ１、ＵＲ１に、また、チャネルＵ１、Ｕ６〜Ｕ８を上方の後方スピーカＵＬ２、ＵＲ２に振り分ける（加算器３１Ｌ、３１Ｒ、３２Ｌ、３２Ｒ）。また、第２の実施の形態と同様に、中層の前方７チャネルＭ１〜Ｍ７と、下層３チャネルＤ１〜Ｄ３とＬＦＥ１、ＬＦＥ２（これらはすべて前方チャネル）をすべて前方スピーカＬ１、Ｒ１に振り分ける（加算器３３Ｌ、３３Ｒ）。さらに、中層の残りの後方３チャネルＭ８〜Ｍ１０を後方スピーカＬ２、Ｒ２に振り分ける（加算器３４Ｌ、３４Ｒ）。ここでも、図２２に示す加算器３１Ｌ〜３４Ｌ、３１Ｒ〜３４Ｒは、単に説明のために示したものであり、実際には例えば図１６に示すように、より多くの加算器と係数乗算器を含む。
なお、上層のエリアＢ１、Ｂ２をさらに左右に２分割してもよい（合計４分割）。ここで、頭上のチャネルＵ１を後方側に振り分けるものとする。上層チャネルＵ１〜Ｕ９のうち、聴取者より前方で左側のチャネルＵ２、Ｕ９を加算して上層前方左側スピーカＵＬ１に振り分けるとともに、前方で右側のチャネルＵ４、Ｕ５を加算して上層前方右側スピーカＵＲ１に振り分ける。さらに、上層前方中心のチャネルＵ３の１／２をスピーカＵＬ１、ＵＲ１それぞれに振り分ける。聴取者より後方で左側のチャネルＵ８を上層後方左側スピーカＵＬ２に振り分けるとともに、後方で右側のチャネルＵ６を上層後方右側スピーカＵＲ２に振り分ける。さらに、上層後方のチャネルＵ１、Ｕ７を加算して加算結果の１／２をスピーカＵＬ２、ＵＲ２それぞれに振り分ける。
次いで、ステップＳ２１で算出された再生音場データ情報に基づいて第１〜第４クロストークキャンセル回路４１〜４４にてそれぞれ上方の前方及び後方、前方及び後方のクロストークキャンセルが行われる。上方のエリアＢ１、Ｂ２のクロストークキャンセルについても、図８のＬ１，Ｒ１が上方の前方スピーカＵＬ１，ＵＲ１で上層スピーカＳＰ１を再現し、図８のＬ２，Ｒ２が上方の後方スピーカＵＬ２，ＵＲ２で上層スピーカＳＰ２を再現することを考えれば、同様の関係で式が立てられることが分かる。これらのクロストークキャンセル処理が行われることにより、可聴化された音響信号がそれぞれ該当するスピーカに送信され、２２．２ｃｈのスピーカから出力される音がしかるべき到来方向より聞こえるように再生される。
以上により、上方の前方及び後方のスピーカＵＬ１，ＵＲ１、ＵＬ２，ＵＲ２を設けることにより、今まで不十分であった上方の前方及び後方の音像定位を正確に行うことができる。また方向別の頭部伝達関数データを基に再生用音響信号から可聴化された音響信号が作成され、さらにその可聴化された音響信号が複数のエリアに分けられて４組以上のペアのスピーカを用いて後方からも再生されるので、より臨場感のある高音質な再生音場を提供することができる。なお、ここでＬＦＥ１、ＬＦＥ２の方向別頭部伝達関数ＬＦＥ１Ｌ１、ＬＦＥ１Ｒ１、ＬＦＥ２Ｌ１、ＬＦＥ２Ｒ１は単純な遅延関数に置き換えるなど処理を簡略にしてもよい。さらに本発明は、他の立体音響方式である中間層１０チャネル＋上層９チャネル＋ＬＦＥ２チャネルの１９．２チャネル方式（２２．２チャネルシステムの下層が省略された方式）等に適用できることはいうまでもない。
ここで、配置されるスピーカ位置と個数が定められている場合には上記説明したステップＳ２１〜Ｓ２５などによってクロストークキャンセル回路及び遅延回路の係数をあらかじめ計算して供給するようにしてもよく、装置の起動時に毎回クロストークキャンセル回路及び遅延回路の係数を計算する必要はないことはいうまでもない。
なお、本発明は上記の音響再生装置の機能をコンピュータに実現させるためのプログラムを含む。このプログラムは、記録媒体から読み取られてコンピュータに取り込まれてもよいし、通信ネットワークを介して伝送されてコンピュータに取り込まれてもよい。特に天井に配置されるスピーカは、ワイヤレスであるとともに無線にてパワーも供給できるタイプのスピーカが好適である。
１ 再生音場データ取得手段
２，２２，２０２ 音響入出力手段
３ 音場解析データ算出手段
４ 音場分割手段
５ 方向別頭部伝達関数データ記憶部
６ インパルス応答作成手段
７ 可聴化手段
８ 制御手段
２，２２，２０２ 音響入出力手段
３ 音場解析データ算出手段
４ 音場分割手段
５ 方向別頭部伝達関数データ記憶部
６ インパルス応答作成手段
７ 可聴化手段
８ 制御手段
Claims (3)
- 複数のチャネルより構成される立体音響信号を再生するための再生空間において前記再生空間を高さ方向に分割したときの上部を上層、中部を中層、下部を下層とする前記立体音響信号を再生する立体音響再生装置において、
前記複数のチャネルを、前記上層において再生される複数チャネルのうち少なくとも一つのチャネルを含む第１のチャネル群と、前記上層において再生される前記第１のチャネル群を除く複数のチャネルと前記中層において再生される複数チャネルと前記下層において再生される複数チャネルとを含む第２のチャネル群とに振り分ける手段と、
前記第１のチャネル群を前記上層に設置された１以上のスピーカを含む第１のスピーカ群により再生し、前記第２のチャネル群を前記中層に設置された複数のスピーカを有する第２のスピーカ群により再生した際に、前記立体音響信号の各チャネルの仮想音源がその方向から聞こえるように前記立体音響信号を空間音場処理して前記第１及び第２のスピーカ群に出力する空間音場処理手段とを、
備えたことを特徴とする立体音響再生装置。 - 複数のチャネルより構成される立体音響信号を再生するための再生空間において前記再生空間を高さ方向に分割したときの上部を上層、中部を中層、下部を下層とする前記立体音響信号を再生する立体音響再生方法において、
前記複数のチャネルを、前記上層において再生される複数チャネルのうち少なくとも一つのチャネルを含む第１のチャネル群と、前記上層において再生される前記第１のチャネル群を除く複数のチャネルと前記中層において再生される複数チャネルと前記下層において再生される複数チャネルとを含む第２のチャネル群とに振り分ける振り分けステップと、
前記第１のチャネル群を前記上層に設置された１以上のスピーカを含む第１のスピーカ群により再生し、前記第２のチャネル群を前記中層に設置された複数のスピーカを有する第２のスピーカ群により再生した際に、前記立体音響信号の各チャネルの仮想音源がその方向から聞こえるように前記立体音響信号を空間音場処理して前記第１及び第２のスピーカ群に出力する出力ステップとを、
含むことを特徴とする立体音響再生方法。 - 複数のチャネルより構成される立体音響信号を再生するための再生空間において前記再生空間を高さ方向に分割したときの上部を上層、中部を中層、下部を下層とする前記立体音響信号をコンピュータに再生させるコンピュータプログラムにおいて、
前記複数のチャネルを、前記上層において再生される複数チャネルのうち少なくとも一つのチャネルを含む第１のチャネル群と、前記上層において再生される前記第１のチャネル群を除く複数のチャネルと前記中層において再生される複数チャネルと前記下層において再生される複数チャネルとを含む第２のチャネル群とに振り分ける振り分けステップと、
前記第１のチャネル群を前記上層に設置された１以上のスピーカを含む第１のスピーカ群により再生し、前記第２のチャネル群を前記中層に設置された複数のスピーカを有する第２のスピーカ群により再生した際に、前記立体音響信号の各チャネルの仮想音源がその方向から聞こえるように前記立体音響信号を空間音場処理して前記第１及び第２のスピーカ群に出力する出力ステップとを、
含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
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Publications (1)
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| JP2009077379A true JP2009077379A (ja) | 2009-04-09 |
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