JP2827777B2 - 音像定位制御における中間伝達特性の算出方法並びにこれを利用した音像定位制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、離間して配設された複
数のトランスジューサから、同一の音源が供給され所定
の伝達特性を有する複数の信号変換回路で処理した信号
を再生して、実際のトランスジューサ（スピーカ）とは
異なる所望の任意の位置に音像が定位しているように感
じさせる音像定位制御に係り、特に、実際に測定した
（または予め算出された）伝達特性をもとに、（例え
ば、その中間の音像定位位置における）中間伝達特性の
算出する方法並びにこれを利用した音像定位制御方法及
び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、両耳における信号のレベル差
と位相差（時間差）によって特定位置（特定方向）に音
源を感じさせる音像定位方法がある。この音像定位方法
は、測定したＨＲＴＦ（頭部伝達関数）にもとずいて特
定位置に音像を定位させるための伝達特性を求めて、こ
の伝達特性をコンボルバ（畳み込み演算回路）などで実
現したものである。

【０００３】そして、より高品質な音像定位制御をする
には、多くの音像定位位置において、伝達特性（デー
タ）を測定収集する必要がある。例えば、後述する図７
に示すように、３０度ごとの１２組の伝達特性よりも１
５度ごとの２４組の伝達特性を利用したほうが現実感の
ある音像定位制御ができる。さらに、音像定位に用いる
一対のスピーカと受聴者との位置関係を複数準備する場
合や、伝達特性の算出の基礎となる測定データを受聴者
の個人差（本人特性）まで考慮して複数準備する場合な
どでは、さらに多くの伝達特性（データ）が必要であ
る。

【０００４】ところが、高精度な伝達特性を測定収集を
するには、多大な時間・手間・コストがかかる。さら
に、測定収集した多くの伝達特性（データ）を音像定位
制御装置のデータとして記憶しておく必要があるので、
装置の規模が大きくなる。すなわち、音像定位制御装置
のデジタルフィルタ（コンボルバ）用係数ＲＯＭの容量
が飛躍的に増大してしまう。このため、従来より、実際
に測定した伝達特性（以下、参照伝達特性と称する）を
もとに、その中間の音像定位位置における伝達特性（以
下、中間伝達特性と称する）を、実際に測定することな
く計算で算出することが試みられている。

【０００５】従来では、このような中間伝達特性を、２
つの参照伝達特性の算術平均として算出していた。つま
り、時間軸領域での算出では、参照伝達特性の時間応答
波形の算術平均（時間的に対応する振幅の算術平均）か
ら、その中間位置の中間伝達特性を近似していた。周波
数領域での算出では、２つの参照伝達特性を周波数応答
として、ベクトル平均していた。ベクトル平均として、
具体的には２つの参照伝達特性を周波数応答としてベク
トル表現し、その実数部間，虚数部間をそれぞれ算術平
均して、中間伝達特性としていた。このベクトル平均を
詳述すると以下の通りである。ただし、任意の伝達特性
の離散時間応答をｘ（ｉ）、ｘ（ｉ）の離散周波数応答
をＸ（ｉ）（ｉ＝0 … N-1，Ｘ（ｉ）は複素ベクトル）
とする。２つの参照伝達特性の一方をｘ（ｉ），Ｘ
（ｉ）とし、他方をｙ（ｉ），Ｙ（ｉ）とし、従来技術
の算術平均（ベトル平均）により求めた中間伝達特性を
ｚ（ｉ），Ｚ（ｉ）とすると、（式ａ）及び（式ｂ）の
ように、表現できる。

【０００６】

【数１】

【数２】

【０００７】したがって中間伝達特性の振幅Ｑ及び位相
ｑは、

【０００８】

【数３】

【数４】 となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに算術平均（ベクトル平均）して中間伝達特性を求め
る従来の算出方法では、その算出した中間伝達特性を用
いた時に、音像定位の劣化や音質の劣化が生じやすい問
題があった。そこで、本出願人はこの問題を解決するた
めに、劣化の原因を探求して、新たな中間伝達特性の算
出方法を見いだした。図１２〜図１５を参照して順次説
明する。

【００１０】図１３は、相対開き角１５度の２つの参照
伝達特性の周波数−振幅特性を示す例である。また、図
１４（Ｂ）は，これらの参照伝達特性から上記した従来
の算出方法で求めた中間伝達特性の周波数−振幅特性で
ある。一方、図１４（Ａ）は参照伝達特性の中間位置に
おける中間伝達特性の実測値であり、その周波数−振幅
特性を示すものである。さらに、図１５（Ｂ）は，前記
参照伝達特性から上記した従来の算出方法で求めた中間
伝達特性の周波数−位相特性である。一方、図１５
（Ａ）は参照伝達特性の中間位置における中間伝達特性
の実測値であり、その周波数−位相特性を示すものであ
る。

【００１１】図１５（Ａ）及び（Ｂ）から明らかなよう
に、周波数−位相特性では算術平均による算出値と実測
値とに大きな差がない。しかし、図１４（Ａ）及び
（Ｂ）から明らかなように、周波数−振幅特性では算術
平均による算出値と実測値とに大きな差があり、特に２
ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ間の高域で大きな差があり、これが
実用上、音像定位の劣化や音質の劣化を生じさせる原因
と思われる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そして、本出願人はさら
に中間伝達特性の周波数−振幅特性について分析を進め
た。図１２（Ａ）は２つの参照伝達特性Ｘ（ｉ）とＹ
（ｉ）の位相角の開きが小さい場合のベクトル平均、図
１２（Ｂ）は２つの参照伝達特性Ｘ（ｉ）とＹ（ｉ）の
位相角の開きが大きく、位相差が±１８０度に近い場合
のベクトル平均を示す図である。同図に示すように、特
に位相角の開きが大きい場合、算術平均（ベクトル平
均）したＺ（ｉ）の振幅がＸ（ｉ），Ｙ（ｉ）のそれよ
りも非常に小さくなってしまい、明らかに、中間伝達特
性の振幅としては明らかに不適格である。

【００１３】つまり、位相の変化が激しい帯域や、一般
に位相差が大きくなりやすい周波数の高い高域では、２
つの参照伝達特性Ｘ（ｉ）とＹ（ｉ）との位相角の開き
が大きい場合が生じて、単に算術平均した中間伝達特性
の振幅では、精度が落ち音像定位の劣化や音質の劣化が
生じると思われる。これは、前述した図１４（Ａ）及び
（Ｂ）により詳述した実測値との比較結果とも一致す
る。前述した図１５が示すように、２つの参照伝達特性
（なお、図１５はいずれもその中間位置での中間伝達特
性）は高域で位相の変化が激しいので、参照伝達特性Ｘ
（ｉ）とＹ（ｉ）との位相角の開きが大きくなりやす
く、これを要因として中間伝達特性の振幅の精度が落ち
ている、といえる。

【００１４】そこで、本発明は中間伝達特性中、特にそ
の振幅の算出方法を改良して、２つの参照伝達特性の位
相角の開きが大きい場合でも振幅を正しく算出して、音
像定位の劣化や音質の劣化がほとんど生じない中間伝達
特性を算出できるようにしたものである。すなわち、２
つの参照伝達特性の振幅を相乗平均して中間伝達特性の
振幅とした。

【００１５】本発明は上記課題を解決するために、図４
及び図１などに示すように、離間して配設された複数の
トランスジューサ（スピーカｓｐ１，ｓｐ２）から、同
一の音源（Ｘ）が供給され所定の伝達特性を有する複数
の信号変換回路（コンボルバ；係数がｃｆＬｘ，ｃｆＲ
ｘであるキャンセルフィルタからなる畳み込み演算処理
回路）で処理した信号を再生して、聴取者（Ｍ）に前記
トランスジューサとは異なる任意の位置（ｘ）に音像が
定位しているように感じさせる音像定位制御における伝
達特性の算出方法であって、予め測定または算出された
（例えば、異なる音像定位位置に対する）複数の参照伝
達特性Ｘ（ｉ）とＹ（ｉ）から、周波数−振幅特性
（Ｒ）は前記参照伝達特性間の振幅特性の相乗平均と
し、周波数−位相特性（ｒ）は前記参照伝達特性間のベ
クトル平均の位相成分として、前記参照伝達特性間の
（例えば、中間の定位位置における）中間伝達特性Ｒ
（ｉ）を算出するようにしたことを特徴とする音像定位
制御における中間伝達特性の算出方法、並びにこれを利
用した音像定位制御方法及び装置を提供するものであ
る。

【００１６】

【作用】上記のような音像定位制御における伝達特性の
算出方法によれば、参照伝達特性Ｘ（ｉ）とＹ（ｉ）の
位相角の開きが大きい場合でも、中間伝達特性Ｒ（ｉ）
の振幅Ｒが、相乗平均として実測に近い値として算出さ
れる。そして、この算出された中間伝達特性をもとに、
信号変換回路により信号処理されて、音像が（例えば、
参照伝達特性による音像定位位置の中間位置に）定位さ
れる。

【００１７】

【実施例】本発明になる音像定位制御における中間伝達
特性の算出方法及びこれを利用した音像定位制御装置の
一実施例について、以下図面と共に説明する。最初に、
音像定位制御方法の基本原理について説明する。これ
は、離間して配設された一対のトランスジューサ（以
下、スピーカを例として説明する）を使用し、空間の任
意の位置に音像を定位させる技術である。

【００１８】図５は音像定位の原理図である。ｓｐ１，
ｓｐ２は受聴者（実施例の中では、聴取者と称すること
もある）の前方左右に配置されるスピーカであり、ｓｐ
１から聴取者左耳までの頭部伝達特性（インパルス応
答）をｈ１Ｌ、右耳までの頭部伝達特性をｈ１Ｒ、ｓｐ
２から左右耳までの頭部伝達特性をｈ２Ｌ，ｈ２Ｒとす
る。また、目的とする定位位置ｘに実際のスピーカを配
置したときの受聴者左右耳までの頭部伝達特性をｐＬ
ｘ，ｐＲｘとする。ここで各伝達特性は音響空間にスピ
ーカと、人頭またはダミーヘッドの両耳位置にマイクと
を配置して実際に測定したものを、適切な波形処理した
ものである。

【００１９】次に、定位させたい音源ソースＸを信号変
換装置ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ（コンボルバなどによる伝達
特性）に通して得られる信号を、それぞれｓｐ１，ｓｐ
２で再生することを考える。このとき受聴者左右耳に得
られる信号をｅＬ，ｅＲとすると、 ｅＬ＝ｈ１Ｌ・ｃｆＬｘ・Ｘ＋ｈ２Ｌ・ｃｆＲｘ・Ｘ (式1) ｅＲ＝ｈ１Ｒ・ｃｆＬｘ・Ｘ＋ｈ２Ｒ・ｃｆＲｘ・Ｘ (〃 ) 一方、ソースＸを目的の定位位置から再生したときに受
聴者左右耳に得られる信号をｄＬ，ｄＲとすると、 ｄＬ＝ｐＬｘ・Ｘ (式2) ｄＲ＝ｐＲｘ・Ｘ (〃 )

【００２０】ここで、ｓｐ１，ｓｐ２の再生により受聴
者左右耳に得られる信号が、目的位置からソースを再生
したときの信号に一致すれば、受聴者はあたかも目的位
置にスピーカが存在するように音像を認識することとな
る。この条件ｅＬ＝ｄＬ，ｅＲ＝ｄＲと（式１），（式
２）より、Ｘを消去して ｈ１Ｌ・ｃｆＬｘ＋ｈ２Ｌ・ｃｆＲｘ＝ｐＬｘ (式3) ｈ１Ｒ・ｃｆＬｘ＋ｈ２Ｒ・ｃｆＲｘ＝ｐＲｘ (〃 ) （式３）からｃｆＬｘ，ｃｆＲｘを求めると ｃｆＬｘ＝（ｈ２Ｒ・ｐＬｘ−ｈ２Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ (式4a) ｃｆＲｘ＝（−ｈ１Ｒ・ｐＬｘ＋ｈ１Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ ( 〃) ただし、 Ｈ＝ｈ１Ｌ・ｈ２Ｒ−ｈ２Ｌ・ｈ１Ｒ (式4b) したがって、（式４ａ），（式４ｂ）により算出した伝
達特性ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘを用いてコンボルバ（畳み込
み演算処理回路）等により定位させたい信号を処理すれ
ば、目的の位置ｘに音像を定位させることができる。

【００２１】具体的な信号変換装置の実現方法は様々考
えられるが、非対称なＦＩＲデジタルフィルタ（コンボ
ルバ）を用いて実現すれば良い。なお、ＦＩＲデジタル
フィルタで用いる場合の最終の伝達特性は、時間応答関
数である。つまり、必要な定位位置ｘにおける伝達特性
ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘとして、（式４ａ），（式４ｂ）で
求めたものを、１回のＦＩＲフィルタ処理により実現す
るための係数として、ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘの係数をあら
かじめ作成し、ＲＯＭのデータとして準備しておく。Ｒ
ＯＭから必要な音像定位位置の係数をＦＩＲデジタルフ
ィルタに転送し、音源からの信号を畳み込み演算処理し
て一対のスピーカから再生すれば、所望の任意の位置に
音像が定位されることになる。

【００２２】以上のような原理に基づく音像定位制御方
法、及び音像定位制御方法における中間伝達特性の算出
方法について図３，図４及び図６〜８を参照して詳述す
る。図３は音像定位制御の方法のステップを示すもの
で、図４は音像定位制御装置のシステム構成図である。

【００２３】頭部伝達関数（Head Related Transfer
Function；以下、ＨＲＴＦと称する）の測定（ステップ
１０１） これを図６，図７をもって説明する。図６は、ＨＲＴＦ
の測定システムを示すものである。ダミーヘッド（また
は人頭）ＤＭの両耳に一対マイクロホンＭＬ，ＭＲを設
置し、スピーカＳＰからの測定音を受け、録音器ＤＡＴ
にソース音（リファレンスデータ）ｒｅｆＬ，ｒｅｆＲ
と被測定音（測定データ）Ｌ，Ｒを同期して記録する。
上記スピーカＳＰの位置を正面を０度（°）として取決
めた空間内の複数の角度θ（例えば、図７に示すよう
に、１５度ごとに２４ポイント）に設置し、それぞれ所
定の時間だけ、連続的に記録する。

【００２４】ＨＲＴＦのインパルス応答（Impulse Re
sponse；以下、ＩＲと称する）の算出（ステップ１０
２） ステップ１０１で、同期して記録されたソース音（リフ
ァレンスデータ）ｒｅｆＬ，ｒｅｆＲと被測定音（測定
データ）Ｌ，Ｒとを、ワークステーション（図示せず）
上で処理する。 ソース音（リファレンスデータ）の周波数応答をＸ
（Ｓ）、被測定音（測定データ）の周波数応答をＹ
（Ｓ）、測定位置におけるＨＲＴＦの周波数応答をＩＲ
（Ｓ）とすると、（式５）に示す、入出力の関係があ
る。 Ｙ（Ｓ）＝ＩＲ（Ｓ）・Ｘ（Ｓ） (式5) したがって、ＨＲＴＦの周波数応答をＩＲ（Ｓ）は、 ＩＲ（Ｓ）＝Ｙ（Ｓ）／Ｘ（Ｓ） (式6) である。

【００２５】よって、リファレンスの周波数応答Ｘ
（Ｓ）、測定データの周波数応答Ｙ（Ｓ）として、前記
ステップ１０１で求めたデータを時間同期した窓で切り
出し、それぞれＦＦＴ変換により、有限のフーリエ級数
展開して離散周波数とし、（式６）より、ＨＲＴＦの周
波数応答ＩＲ（Ｓ）が、周知の計算方法で求められる。
この場合、ＩＲ（Ｓ）の精度をあげる（ＳＮ比の向上）
ために時間的に異なる数百個の窓に対してそれぞれＩＲ
（Ｓ）を計算し、それらを平均化すると良い。そして、
計算したＨＲＴＦの周波数応答ＩＲ（Ｓ）を逆ＦＦＴ変
換して、ＨＲＴＦの時間軸応答（インパルス応答）ＩＲ
（第１のＩＲ）とする。

【００２６】ＩＲ（インパルス応答）の整形処理（ス
テップ１０３） ここで、ステップ１０２で求めたＩＲを整形する。まず
例えばＦＦＴ変換により、ステップ１０２で求めた第１
のＩＲをオーディオスペクトラムにわたる離散周波数で
展開し、不要な帯域（高域には大きなディップが生じる
が、これは音像定位にあまり影響しない不要なものであ
る）を、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）で除去する。こ
のように帯域制限すると、周波数軸上での不要なピーク
やディップが除去されて、キャンセルフィルタに不要な
係数が生じなくなるので、収束性がよくなり、係数を短
くすることができる。

【００２７】そして、帯域制限されたＩＲ（Ｓ）を逆Ｆ
ＦＴ変換して、ＩＲ（インパルス応答）を時間軸上で切
り出し窓（例えば、コサイン関数の窓）を掛けて、ウィ
ンド処理する（第２のＩＲとなる）。ウィンド処理する
ことにより、ＩＲの有効長が長くなくなり、キャンセル
フィルタの収束性が向上して、音質の劣化が生じないよ
うになる。

【００２８】キャンセルフィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘ
の算出（ステップ１０４） コンボルバ（たたみ込み積分回路）であるキャンセルフ
ィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘは、前述した（式４ａ）及び
（式４ｂ）に示したように、 ｃｆＬｘ＝（ｈ２Ｒ・ｐＬｘ−ｈ２Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ (式4a) ｃｆＲｘ＝（−ｈ１Ｒ・ｐＬｘ＋ｈ１Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ ( 〃) ただし、Ｈ＝ｈ１Ｌ・ｈ２Ｒ−ｈ２Ｌ・ｈ１Ｒ (式4b) である。

【００２９】ここで、配置されるスピーカｓｐ１，ｓｐ
２による頭部伝達特性ｈ１Ｌ，ｈ１Ｒ，ｈ２Ｌ，ｈ２Ｒ
及び、目的とする定位位置ｘに実際のスピーカを配置し
たときの頭部伝達特性ｐＬｘ，ｐＲｘとして、上記ステ
ップ１０１〜１０３によって求められた、各角度θごと
の整形処理された第２のＩＲ（インパルス応答）を代入
する。頭部伝達特性ｈ１Ｌ，ｈ１Ｒは、図８のＬチャン
ネルスピーカの位置に対応するもので、正面から左に例
えば３０度（θ＝３３０度）に設置されるとすれば、θ
＝３３０度のＩＲを用いる。頭部伝達特性ｈ２Ｒ，ｈ２
Ｌは、同図のＲチャンネルスピーカの位置に対応するも
ので、正面から右に例えば３０度（θ＝３０度）に設置
されるとすれば、θ＝３０度のＩＲを用いる（すなわ
ち、実際の音像再生時のシステム（例えば、後述する図
４に示す）に近いものを選ぶ）。

【００３０】そして、頭部伝達特性ｐＬｘ、ｐＲｘとし
ては、目的とする音源定位位置である正面から左右９０
度の１８０度の範囲はもちろんのこと（図８では、２４
０度の位置を例としている）、それを越える広範囲な空
間（全空間）における、１５度ごとのＩＲを代入するこ
とにより、それに対応した全空間のｃｆＬｘ、ｃｆＲ
ｘ、すなわち実測した１５度ごとに２４組のキャンセル
フィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘ群が求められる。キャンセ
ルフィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘ群は、最終的には、時間
軸上の応答であるＩＲ（インパルス応答）として求めら
れる。しかし、これらのキャンセルフィルタの係数
（群）ｃｆＬｘ、ｃｆＲｘは、実測した１５度ごとの２
４組にすぎない。

【００３１】中間伝達特性の算出（ステップ１０５） そこで、実際の測定にもとずいて算出したキャンセルフ
ィルタ（コンボルバ）の係数ｃｆＬｘ、ｃｆＲｘをもと
にして、その中間の音像定位位置における伝達特性（中
間伝達特性）を求めて、 7.5度ごとに４８組の伝達特性
とする。この中間伝達特性の算出に際して、本発明で
は、中間伝達特性の周波数−振幅特性を２つの参照伝達
特性の振幅特性の相乗平均として求め、周波数−位相特
性は２つの参照伝達特性の周波数複素ベクトルのベクト
ル平均の位相成分として求める。これが、本願の要部で
あり、以下、図１及び図２を参照して説明する。

【００３２】図１は、２つの参照伝達特性から中間伝達
特性の算出方法をベクトル表示した概念図である。２つ
の参照伝達特性の一方をｘ（ｉ），Ｘ（ｉ）とし、他方
をｙ（ｉ），Ｙ（ｉ）とし、上記の方法により求める中
間伝達特性をｒ（ｉ），Ｒ（ｉ）とすると、その中間伝
達特性の振幅Ｒ及び位相ｒは、次に示す（式ｃ）及び
（式ｄ）のように示される。

【００３３】

【数５】

【数６】

【００３４】したがって、例えば、３０度と４５度の中
間位置である３７．５度の中間伝達特性は、前記ステッ
プで求めた、３０度と４５度におけるキャンセルフィル
タの時間軸応答を、２つの参照伝達特性ｘ（ｉ），ｙ
（ｉ）として、中間伝達特性の時間軸応答ｒ（ｉ）を求
めれば良い。すなわち、時間軸応答をｘ（ｉ），ｙ
（ｉ）をＦＦＴ変換（ＦＦＴ変換などの直交変換）し
て、周波数応答Ｘ（ｉ），Ｙ（ｉ）として、（式ｃ）及
び（式ｄ）から、中間伝達特性の時間軸応答Ｒ（ｉ）を
求め、これを逆ＦＦＴ変換して中間伝達特性の時間軸応
答ｒ（ｉ）が求まる。

【００３５】このような中間伝達特性の算出方法によれ
ば、前述したように、参照伝達特性Ｘ（ｉ）とＹ（ｉ）
の位相角の開きが大きい場合でも、相乗平均として、中
間の音像定位位置に対する中間伝達特性Ｒ（ｉ）の振幅
Ｒが、実測に近い値として算出される。この点を図２
（Ａ）及び（Ｂ）で模式的に説明する。図２（Ａ）及び
（Ｂ）は、Ｘ（ｉ）の振幅を１と固定し、Ｙ（ｉ）の振
幅を0.25， 0.5，１，２，４と可変したときの中間伝達
特性Ｒ（ｉ），Ｚ（ｉ）を示すもので、同図（Ａ）は相
乗平均した本願発明の実施例であるＲ（ｉ）、同図
（Ｂ）は算術平均した従来例であるＺ（ｉ）を示す。算
術平均したＺ（ｉ）は、参照伝達特性Ｘ（ｉ）とＹ
（ｉ）の振幅と大幅に異なる。これに対して、相乗平均
したＲ（ｉ）はほぼ中間的な大きさを示し、中間伝達特
性の振幅としてほぼ妥当といえる。

【００３６】この結果、図１４（Ａ）及び（Ｃ）に示す
ように、実測に近い中間伝達特性が得られることにな
る。同図（Ａ）は中間伝達特性の周波数−振幅特性の実
測値、同図（Ｃ）は相乗平均により算出した中間伝達特
性の周波数−振幅特性である。両者は極めて近い特性を
有している。したがって、実測値を良く近似した、音像
定位感や音質の劣化をほとんどない中間伝達特性が得ら
れたといえる。このようにして、２４組の中間伝達特性
が計算で算出され、実測した１５度ごとに２４組の伝達
特性と合わせて、 7.5度ごとに４８組の伝達特性（キャ
ンセルフィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘの係数）が得られ
る。

【００３７】一般的には、実測された３６０／Ｍ（Ｍ：
２以上の整数）度ごとの参照伝達特性をもとに、中間伝
達特性をＮ回（Ｎ：１以上の整数）算出すると、３６０
／（Ｍ・２^Ｎ）度ごとに音像定位制御できる。上記実施
例では、Ｍ＝２４，Ｎ＝１として 7.5度ごとに求めて音
像定位制御するようにしているが、Ｍ＝１６，Ｎ＝２と
して約5.63度ごとに求めて音像定位制御するようにして
も良い。また、水平面での人間の音像認識の分解能は、
約３〜４度だといわれている。したがって、Ｍ＝２４，
Ｎ＝２として中間伝達特性を２回算出して、約3.75度ご
とに音像処理をするようにすれば、音像をほぼ連続させ
て任意の位置に定位させることが可能である。

【００３８】各定位ポイントｘのキャンセルフィルタ
のスケーリング（ステップ１０６） また、実際にコンボルバ（キャンセルフィルタ）で音像
処理される音源（ソース音）のスペクトラム分布は、統
計的にみるとピンクノイズのように分布するもの、ある
いは高域でなだらかに下がるものなどがあり、いずれに
しても音源は単一音とは異なるために、畳み込み演算
（積分）を行ったときオーバーフローして、歪が発生す
る危険がある。

【００３９】そこで、オーバーフローを防止するため、
キャンセルフィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘの全係数をスケ
ーリングする。そして、ウィンド窓（コサイン窓）によ
り、実際のコンボルバ（本実施例では、スケーリング処
理された最終的なキャンセルフィルタをコンコルバと称
している）の係数の数にあわせて、両端が０となるよう
に、ウィンド処理して、係数の有効長を短くする。この
ようにしてスケーリング処理されて、最終的にコンボル
バに係数として供給されるデータ群（この例では、７．
５度ごとに音像定位が可能な４８組のコンボルバの係数
群）ｃｆＬｘ、ｃｆＲｘが求まる。

【００４０】音源からの信号を畳み込み演算して再生
（ステップ１０７） 例えば、ゲーム機の音響再生装置として、図４に示すよ
うに、ゲーム操作者（聴取者）Ｍを中心として左右３０
度づづ離間して一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２を配設
し、これら一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２には、一対の
コンボルバ（畳み込み演算処理回路）１，２で処理され
た音響信号が再生されるように構成する。係数ＲＯＭ３
には、前記ステップ１０１〜１０６で求められた７．５
度ごとの４８組のコンボルバの係数群ｃｆＬｘ、ｃｆＲ
ｘが記憶されている。一対のコンボルバ１，２には、同
一の音源Ｘ（例えば、ゲーム用シンセサイザからの飛行
音など）からの信号が供給されると共に、所望の係数ｃ
ｆＬｘ、ｃｆＲｘ（例えば、飛行音を左後方１２０度
（θ＝２４０度）の位置に音像定位させたい時は、θ＝
２４０度の係数）が、選択されてコンボルバ１，２に設
定される。例えば、ゲーム機などのメインＣＰＵ（中央
演算装置）からの音像定位命令にもとずいてコントロー
ル用サブＣＰＵ４が、係数ＲＯＭ３から所望の定位位置
の係数を一対のコンボルバ１，２に転送する。

【００４１】このようにして、一対のコンボルバ１，２
により音源Ｘからの信号は時間軸上で畳み込み演算処理
がなされて、離間して配設された一対のスピーカｓｐ
１，ｓｐ２から再生される。一対のスピーカｓｐ１，ｓ
ｐ２から再生され音は、両耳へのクロストークがキャン
セルされて、所望の位置に音源があるように音像定位し
て、ゲーム操作者（聴取者）Ｍに聞かれ、極めて現実感
に満ちた音として再生される。コンボルバ１，２の係数
は、例えば操作者Ｍの操作に応じた飛行機の動きの推移
と共に、最適な音像位置が順次選択され、切換えられ
る。また、飛行音から、例えばミサイル音に変更される
時は、音源Ｘからのソース音が飛行音からミサイル音に
変更される。このようにして、任意の位置に音像を自由
に定位させられる。

【００４２】なお、再生のためのトランスジューサとし
てはー対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２のかわりにヘッドホ
ーンを用いることもできる。この場合は、ＨＲＴＦの測
定条件が異なるので、係数を別に準備して再生状況に応
じて切換えると良い。また、実施例で説明した、離間し
て配設された一対のトランスジューサ（スピーカ）から
同一の音源が供給された一対のコンボルバで処理した信
号を再生する構成は、音像定位の効果を得るための最小
限の構成を示すものである。よって、必要に応じては、
一対、すなわち、２つ以上のトランスジューサ及びコン
ボルバを追加構成しても良いことはもちろんであり、さ
らに、コンボルバの係数が長い場合などには、係数を分
割して複数個のコンボルバで構成しても良い。

【００４２】また、上記実施例では、ステップ１０５の
段階で、（式ｃ），（式ｄ）にもとずいて算出したキャ
ンセルフィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘの伝達特性に対し
て、その中間位置の中間伝達特性を求めた。しかし、ス
テップ１０１〜１０３の段階で測定処理された頭部伝達
特性（ＨＲＴＦ）に対して、その中間位置の中間伝達特
性を求めても良く、この場合でも、本発明による算出方
法の効果がある。

【００４３】（実施例２）次に、上記実施例で説明した
中間伝達特性の算出方法を利用した音像定位制御装置に
ついて説明する。上記実施例では、図３及び図４に示す
ように、中間伝達特性を予め算出して、これを音像定位
制御装置の係数ＲＯＭに記憶させるものであった。ここ
で説明する音像定位制御装置は、必要に応じて装置側で
中間伝達特性の算出方法をするように構成したものであ
る。

【００４４】図９は音像定位制御装置を示すものであ
る。この装置は、図４に示した音像定位制御装置と同様
の目的とするものであり、その構成上の特徴を特に示す
ものである。係数ＲＯＭ５には、基本とする伝達特性
（前記ステップ１０１〜１０６で予め算出された、例え
ば実測に基ずく音像定位位置１５度ごとの２４組のコン
ボルバの係数）が記憶された記憶手段である。ＦＦＴ回
路６，中間伝達特性算出回路７，逆ＦＦＴ回路８は、周
波数領域で中間伝達特性を算出する手段であり、中間伝
達特性算出回路９は前述したステップ１０６と同様な方
法で中間伝達特性を算出するものである。

【００４５】係数供給手段（サブＣＰＵ）９は、メイン
ＣＰＵからの音像定位命令に応じて音像位置の係数をコ
ンボルバ１，２に供給するものである。係数の供給時、
係数ＲＯＭ５に記憶されている係数であれば、係数供給
手段９はそれを係数ＲＯＭ５からコンボルバ１，２に供
給する。一方、係数ＲＯＭ５に記憶されていない係数、
すなわち中間位置の係数であれば、その中間位置を算出
する２つの参照係数（前述したように、中間位置の両側
の参照伝達特性）を係数ＲＯＭ５からＦＦＴ回路６に供
給し、ＦＦＴ回路６で周波数応答に変換する。そして、
変換した２つ参照伝達特性（周波数応答）をもとに、中
間伝達特性算出回路７で両者の中間伝達特性が算出され
る。算出された中間伝達特性は、逆ＦＦＴ回路８で時間
軸応答とされて、コンボルバ１，２に供給される。

【００４６】このように、音像定位制御装置側で、必要
に応じて中間伝達特性の算出するように構成すれば、係
数ＲＯＭの容量を小規模にしたままで、音像定位位置を
連続的に変化させて、音像を滑らかに移動を表現するこ
とを容易に実現できる。

【００４７】なお、係数供給手段（サブＣＰＵ）９は、
メインＣＰＵからの音像定位命令に応じて、それに続く
音像定位位置を予想して、予め中間伝達特性を算出して
記憶しておき、次の音像定位命令に応じた係数を即座に
供給できるようにしても良い。

【００４９】（実施例３）実施例２では、複数の音像定
位位置に対応するために、中間伝達特性を算出した例で
あるが、コンボルバ１，２は、定位位置における伝達特
性ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘとして、（式４ａ），（式４ｂ）
で求めたものを、１回のＦＩＲフィルタ処理により実現
するように構成されたものであった。

【００４８】これに対して、この実施例は、図１０に示
すように、定位位置における伝達特性ｃｆＬｘ，ｃｆＲ
ｘとして、（式４ａ），（式４ｂ）で求まるものを、３
回のＦＩＲフィルタ処理により実現するように、片側を
３つに分割したのコンボルバで構成したものである。こ
れは、音像定位に用いるスピーカセットｓｐ１，ｓｐ２
と受聴者Ｍとの位置関係を複数準備する場合などに適し
た例である。

【００４９】前記した（式４ａ），（式４ｂ）より、コ
ンボルバの伝達特性ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘは、 ｃｆＬｘ＝（ｈ２Ｒ・ｐＬｘ−ｈ２Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ (式4a) ｃｆＲｘ＝（−ｈ１Ｒ・ｐＬｘ＋ｈ１Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ ( 〃) ただし、 Ｈ＝ｈ１Ｌ・ｈ２Ｒ−ｈ２Ｌ・ｈ１Ｒ (式4b) である。

【００５０】そこで、共通な係数ｐＬｘ，ｐＲｘに着目
すると、図１０のように、一部をクロスさせて片側を３
つに分割した一対のコンボルバ１０〜１５と、一対の加
算器１６，１７で構成できる。このように構成すると、
コンボルバ１０，１３の係数である。ｐＬｘ，ｐＲｘの
みを変更するだけで、音像定位位置を変更できる。した
がって、係数ＲＯＭ３に準備されていない中間位置に音
像定位させる場合でも、係数（伝達特性）ｐＬｘ，ｐＲ
ｘについてのみ、上述したような方法で、中間伝達特性
を算出してコンボルバに供給すれば良い。よって、ＦＦ
Ｔ回路６，中間伝達特性算出回路７，逆ＦＦＴ回路８か
らなる中間伝達特性を算出する手段の負担が小さくな
る。

【００５１】また、音像定位に用いるスピーカーセット
と受聴者との位置関係を複数準備する時には、例えばゲ
ーム操作者（聴取者）Ｍを中心として左右３０度ずつ離
間して一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２を配設される場合
（図４に示す）と、これより狭く左右１５度ずつ離間し
て一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２を配設される場合（図
４に、括弧して示す）とに対応する時では、実際のシス
テム設置状態に応じて、コンボルバ１１，１２，１４，
１５の係数であるｈ２Ｒ／Ｈ，−ｈ２Ｌ／Ｈ，ｈ１Ｌ／
Ｈ，−ｈ２Ｌ／Ｈを変更すれば良い。このときも、係数
ＲＯＭ５に記憶準備されていない状態（角度位置）に対
して、上述したような方法で、中間伝達特性を算出して
コンボルバに供給すれば良い。

【００５２】また、伝達特性は、算出の基礎となる測定
データにおける受聴者の個人差（本人特性、例えば、頭
の大きさ、耳の形状など）などによっても異なる。これ
に対しては、個人差に応じた複数の状態に対して、その
状態の代表的な位置（例えば、３０度ごとの１２組）だ
けの伝達特性を準備しておき、あとは必要に応じて中間
伝達特性の算出を繰り返せば、細かく位置関係を制御で
きる。また、これとは反対に、個人差に応じた代表的な
状態に対してだけ（例えば、頭の大きい大人と、小さい
幼児の２状態だけ）の伝達特性を準備しておき、あとは
必要に応じて（例えば、大人と幼児の中間である小学生
の場合など）、両者の中間伝達特性の算出しても対応で
きる。

【００５３】また、中間伝達特性の算出を利用して、す
なわち、代表的な頭部伝達特性を用いた伝達特性から、
本来測定等では得られない仮想の中間的な頭部伝達特性
に基づく伝達特性を算出し、より多数の個人差を吸収す
るようにすることも可能である。例えば、前記ステップ
１０１の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）の測定において、測
定の対象となるダミーヘッドは単なる抽象化されたモデ
ルにすぎず、必ずしも一般的に通用する伝達特性が求め
られるわけではない。そこで、複数人の異なる人頭に対
して頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を測定し、各人により異
なる耳，顔，頭などの条件を反映した測定データを得
て、これを参照伝達特性として、中間伝達特性を算出す
る。すると、算出された中間伝達特性は多数の個人差が
吸収された一般的に通用する伝達特性となるので、ゲー
ム機などに利用して音像定位させても、ほとんどの操作
者にその効果を与えることができ、極めて実用的な音像
定位装置を提供できる。

【００５４】また、上述したように、音像定位に用いる
スピーカーセットと受聴者との位置関係や、受聴者の個
人差などに対応すべく、複数の係数群を切換える場合で
は、これらシステム構成に関する情報（システム情報）
を検知する手段や入力する手段を設けて、これらのシス
テム情報を制御手段４に入力して、係数群が切換えられ
るようにしておくと良い。

【００５５】（実施例３）ところで、上記実施例では、
装置の係数ＲＯＭ３，５には、インパルス応答（時間軸
応答）のデータが記憶準備されている例であった。この
実施例は、周波数応答として、データが装置の係数ＲＯ
Ｍ２３に記憶準備されている例である。図１１に示す装
置では、畳み込み演算回路が、切だし窓掛け手段１８，
ＦＦＴ変換手段１９，乗算手段２０，逆ＦＦＴ手段２
１，加算手段２２により構成され、音源からの信号を周
波数領域で畳み込み演算するように構成されている。係
数ＲＯＭ２３に記憶された基本的な伝達特性を参照し
て、その中間位置の伝達特性を算出するには、そのま
ま、前記した中間伝達特性算出回路７より、前述したス
テップ１０６と同様な方法で中間伝達特性を算出する。
この装置においては、中間伝達特性を算出するためのＦ
ＦＴ回路，逆ＦＦＴ回路が不要である。

【００５６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明になる音像
定位制御における中間伝達特性の算出方法は、予め測定
または算出された複数の参照伝達特性から、周波数−振
幅特性は前記参照伝達特性間の振幅特性の相乗平均と
し、周波数−位相特性は前記参照伝達特性間のベクトル
平均の位相成分として、前記参照伝達特性間の中間伝達
特性を算出するようにしたものであるから、参照伝達特
性の位相角の開きが大きい場合でも、中間伝達特性の振
幅が相乗平均として実測に近い値として算出される。よ
って、その算出した中間伝達特性を用いた時に、音像定
位の劣化や音質の劣化が生じることがない。したがっ
て、中間伝達特性を利用して、音像を３６０度の広範囲
にわたり、ほぼ連続させて任意の位置に定位させること
ができる。

【００５７】さらに、参照伝達特性から実測値に近い中
間伝達特性が算出されるので、計算による中間伝達特性
の算出を数回繰り返しても、実用に耐え得る伝達特性が
得られ、実測が必要な伝達特性が少なくなる。よって、
データ（伝達特性）の測定収集工程が減少する。さら
に、音像定位制御装置の係数ＲＯＭなどに記憶させてお
くデータ（伝達特性）の容量が減少するので、装置の規
模を小さくできる。

【００５８】また、測定した代表的な伝達特性から、実
際の測定では得られない仮想的な中間伝達特性を算出す
ることにより、測定条件の差，聴取者の個人差などを吸
収した伝達特性が得られる。したがって、この算出した
中間伝達特性を利用することにより、音像定位の効果が
人により大幅に異なることがなくなり、極めて実用的な
音像定位制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる音像定位制御における中間伝達特
性の算出方法を説明する図で、特に、振幅の算出原理を
説明する図である。

【図２】中間伝達特性の振幅を説明する図で、（Ａ）は
実施例、（Ｂ）は従来例である。

【図３】本発明になる中間伝達特性の算出方法を利用し
た音像定位制御方法の各ステップを示すチャートであ
る。

【図４】本発明になる中間伝達特性の算出方法を利用し
た音像定位装置の基本的な構成図である。

【図５】音像定位制御の基本原理を示す構成図である。

【図６】ＨＲＴＦ（頭部伝達関数）の測定システムを示
す構成図である。

【図７】ＨＲＴＦ測定のポイントを説明する図である。

【図８】キャンセルフィルタの算出を説明する図であ
る。

【図９】本発明になる中間伝達特性の算出方法を利用し
た音像定位制御装置の第２の実施例を示す構成図であ
る。

【図１０】本発明になる中間伝達特性の算出方法を利用
した音像定位制御装置の第３の実施例を示す構成図であ
る。

【図１１】本発明になる中間伝達特性の算出方法を利用
した音像定位制御装置の第４の実施例を示す構成図であ
る。

【図１２】（Ａ）は参照伝達特性の位相角の開きが小さ
い場合の算術平均、（Ｂ）は参照伝達特性の位相角の開
きが大きい場合の算術平均を示す図である。

【図１３】２つの参照伝達特性の周波数−振幅特性の例
である。

【図１４】（Ａ）は中間伝達特性の周波数−振幅特性の
実測値、（Ｂ）は参照伝達特性から従来の算出方法で求
めた中間伝達特性の周波数−振幅特性、（Ｃ）は参照伝
達特性から本発明の算出方法で求めた中間伝達特性の周
波数−振幅特性である。

【図１５】（Ａ）は中間伝達特性の周波数−位相特性の
実測値、（Ｂ）は参照伝達特性から算術平均して求めた
中間伝達特性の周波数−位相特性である。

【符号の説明】

１，２，１０〜１５ コンボルバ ３，５，２３ 係数ＲＯＭ ４ 係数供給手段 ７ 中間伝達特性算出手段 １０１ 頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を測定するステップ １０２ ＨＲＴＦのインパルス応答を算出するステップ １０３ ＩＲ（インパルス応答）を整形処理するステッ
プ １０４ キャンセルフィルタ（参照伝達特性）を算出す
るステップ １０５ 中間伝達特性を算出するステップ １０６ キャンセルフィルタのスケーリングをするステ
ップ １０７ 音源からの信号を畳み込み演算して再生するス
テップ ｓｐ１，ｓｐ２ スピーカ ｈ１Ｌ，ｈ１Ｒ スピーカｓｐ１から受聴者左右耳まで
の頭部伝達特性 ｈ２Ｌ，ｈ２Ｒ スピーカｓｐ２から受聴者左右耳まで
の頭部伝達特性 ｐＬｘ，ｐＲｘ 目的とする定位位置ｘに実際のスピー
カーを配置したときの受聴者左右耳までの頭部伝達特性 ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ キャンセルフィルタ（の係数） ＤＭ ダミーヘッド（または人頭） Ｍ 聴取者（ゲーム操作者、聴取者） Ｘ 音源 ｘ 目的とする音像定位位置 Ｘ（ｉ），Ｙ（ｉ） 参照伝達特性 Ｒ（ｉ） 中間伝達特性 Ｒ 振幅 ｒ 位相（位相角）

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】離間して配設された複数のトランスジュー
   サから、同一の音源が供給され所定の伝達特性を有する
   複数の信号変換回路で処理した信号を再生して、聴取者
   に前記トランスジューサとは異なる任意の位置に音像が
   定位しているように感じさせる音像定位制御における伝
   達特性の算出方法であって、 予め測定または算出された複数の参照伝達特性から、周
   波数−振幅特性は前記参照伝達特性間の振幅特性の相乗
   平均とし、周波数−位相特性は前記参照伝達特性間のベ
   クトル平均の位相成分として、前記参照伝達特性間の中
   間伝達特性を算出するようにしたことを特徴とする音像
   定位制御における中間伝達特性の算出方法。
2. 【請求項２】離間して配設された複数のトランスジュー
   サから、同一の音源が供給され所定の伝達特性を有する
   複数の信号変換回路で処理した信号を再生して、聴取者
   に前記トランスジューサとは異なる任意の位置に音像が
   定位しているように感じさせる音像定位制御装置におい
   て、 予め測定または算出された複数の参照伝達特性から、周
   波数−振幅特性は前記参照伝達特性間の振幅特性の相乗
   平均とし、周波数−位相特性は前記参照伝達特性間のベ
   クトル平均の位相成分として、前記参照伝達特性間の中
   間伝達特性を算出する手段を有し、 前記算出された中間伝達特性にもとずいて音像定位制御
   するようにしたことを特徴とする音像定位制御装置。
3. 【請求項３】離間して配設された複数のトランスジュー
   サから、同一の音源が供給され所定の伝達特性を有する
   複数の信号変換回路で処理した信号を再生して、聴取者
   に前記トランスジューサとは異なる任意の位置に音像が
   定位しているように感じさせるべくシステム構成される
   音像定位制御装置であって、 予め測定または算出された複数の参照伝達特性と、周波
   数−振幅特性は前記参照伝達特性間の振幅特性の相乗平
   均とし、周波数−位相特性は前記参照伝達特性間のベク
   トル平均の位相成分として、前記複数の参照伝達特性か
   ら算出された中間伝達特性とが、記憶される伝達特性記
   憶手段と、 構成されたシステム情報に応じて、前記伝達特性記憶手
   段の伝達特性を適宜選択して前記信号変換回路に供給す
   る手段とを有し、 構成されたシステムに応じた音像定位制御するようにし
   たことを特徴とする音像定位制御装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載した音像定位制御における
   中間伝達特性の算出方法にしたがって、 実測された代表的な伝達特性から仮想的な中間伝達特性
   を算出して、 この算出した中間伝達特性にもとずいて音像定位制御す
   るようにしたことを特徴とする音像定位制御方法。
5. 【請求項５】離間して配設された複数のトランスジュー
   サから、同一の音源が供給され所定の伝達特性を有する
   複数の信号変換回路で処理した信号を再生して、聴取者
   に前記トランスジューサとは異なる任意の位置に音像が
   定位しているように感じさせる音像定位制御における伝
   達特性の算出方法であって、 予め測定または算出された異なる音像定位位置に対する
   複数の参照伝達特性から、周波数−振幅特性は前記参照
   伝達特性間の振幅特性の相乗平均とし、周波数−位相特
   性は前記参照伝達特性間のベクトル平均の位相成分とし
   て、前記参照伝達特性の中間の音像定位位置に対する中
   間伝達特性を算出するようにしたことを特徴とする音像
   定位制御における中間伝達特性の算出方法。
6. 【請求項６】請求項５に記載した音像定位制御における
   中間伝達特性の算出方法にしたがって、 実測された３６０／Ｍ（Ｍ：２以上の整数）度ごとの参
   照伝達特性をもとに、中間伝達特性をＮ回（Ｎ：１以上
   の整数）算出して、 ３６０／（Ｍ・２^Ｎ）度ごとに音像定位制御するように
   したことを特徴とする音像定位制御方法。