JP3367625B2 - 音像定位制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、実際のトランスジュー
サ（スピーカ）の設置位置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装
置に係り、特に、アミューズメントゲーム機やコンピュ
ータ端末機などにも搭載可能な、音像定位感に優れ、か
つ、回路規模を小さくできる音像定位制御装置に関する
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）によって特定な位置（方向）に音源
を感じさせる音像定位装置がある。例えば、特開平２−
２９８２００号公報記載の「音像形成方法及びその装
置」であり、２つのスピーカから放出される左右の両チ
ャンネル信号に周波数に依存したレベル差と位相差を与
えて、音像の定位を制御するものである。また、本出願
人は特願平４−３４３４５９号および特願平４−３５６
３５８号を提案した。これはＨＲＴＦ（頭部伝達関数）
による実測に基づき特性を定めて音像の定位を行わせる
ようにしたものである。 【０００３】いずれもデジタル的に振幅周波数特性や位
相周波数特性を信号処理により加工して音像定位させて
いる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、音像の
定位位置が意図した位置に分散し（音像がぼけ）たり、
意図した位置からずれるという問題があった。そこで本
出願人はＨＲＴＦによる心理的要素を盛り込んで音像の
定位を改善すべく特願平５−３４９４６号を提案した。
これは帯域ごとの修正処理を用いて音像の定位を改善し
たものである。本発明は、こうした音像の定位の位置ず
れの改善を踏まえ、さらに、雑音が多い外部環境あるい
は両耳間の距離の相違による個人差等によっても、常
に、音像の定位を最適に得ることができる音像定位制御
装置を提供することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は下記する構成になる音像定位制御装置を提
供する。 【０００６】 【０００７】音源（Ｘ）から出力する信号を畳込演算し
た音声信号を一対のトランスジューサ（スピーカｓｐ
１，ｓｐ２）から再生して、前記一対のトランスジュー
サ（スピーカｓｐ１，ｓｐ２）の配置とは異なる位置に
音像が定位するように音像定位を行う音像定位制御装置
１であって、同一音源（Ｘ）から出力する信号が供給さ
れる一対の畳込演算処理回路（コンボルバ）２と、前記
一対のトランスジューサ（スピーカｓｐ１，ｓｐ２）の
配置とは異なる位置に音像を定位するための音像定位位
置係数（一対のコンボルバの係数データ（ｃｆＬｘ，ｃ
ｆＲｘ））を前記畳込演算処理回路（コンボルバ）２に
供給する係数メモリ３と、聴取位置（聴取者Ｍの位置）
において定位している音像を周期的に角度位置変更する
（例えば、３秒間〜５秒間ごとに±１０度、音像を振ら
せる）ことにより定位している音像の認識を確実化する
ことを特徴とする音像定位制御装置。 【０００８】 【０００９】 【実施例】本発明になる音像定位制御装置について、以
下図面と共に説明する。図１は本発明になる音像定位制
御装置の一実施例構成図、図２は音像定位認識のずれを
補正するマッピングを説明する図、図３は音像定位点の
振れ方を説明する図、図４は一般の音像定位装置の構成
図、図５は音像定位制御の基本原理を示す構成図、図６
はＨＲＴＦ（頭部伝達関数）の測定システムを示す構成
図、図７はＨＲＴＦ測定のポイントを説明する図、図８
はキャンセルフィルタの算出例を説明する図、図９はＨ
ＲＴＦのＩＲ（インパルス応答）の具体的な例を示す
図、図１０はキャンセルフィルタの係数の具体的な例を
示す図である。 【００１０】最初に、音像定位制御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。 【００１１】音像定位制御の基本原理を示す構成図であ
る図５において、ｓｐ１，ｓｐ２は受聴者（即ち、聴取
者Ｍ）の前方左右に配置されるスピーカであり、ｓｐ１
から受聴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、ｓｐ２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ｐＬｘ，ｐ
Ｒｘとする。ここで各伝達特性は音響空間にスピーカ
と、ダミーヘッド（または人頭）の両耳位置にマイクを
配置して実際に測定したものに、適切な波形処理などを
施したものである。 【００１２】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 ｅＲ＝ｈ１Ｒ・ｃｆＬｘ・Ｘ＋ｈ２Ｒ・ｃｆＲｘ・Ｘ ここで、両式を合わせて、（式１）とする。 【００１３】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 ｄＲ＝ｐＲｘ・Ｘ ここで、両式を合わせて、（式２）とする。 【００１４】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 ｈ１Ｒ・ｃｆＲｘ＋ｈ２Ｒ・ｃｆＲｘ＝ｐＲｘ ここで、両式を合わせて、（式３）とする。（式３）か
らｃｆＬｘ，ｃｆＲｘを求めると ｃｆＬｘ＝（ｈ２Ｒ・ｐＬｘ−ｈ２Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ ｃｆＲｘ＝（−ｈ１Ｒ・ｐＬｘ＋ｈ１Ｌ・ｐＲｘ）／Ｈ ここで、両式を合わせて、（式４ａ）とする。 ただし、 Ｈ＝ｈ１Ｌ・ｈ２Ｒ−ｈ２Ｌ・ｈ１Ｒ ………（式４ｂ） 【００１５】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（畳込演算処理回路）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。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。 【００１６】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。
ＲＯＭから必要な音像定位置の係数を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。 【００１７】以上のような原理に基づく本音像定位制御
について、〜の順に説明する。 【００１８】頭部伝達関数（Head Related Transfer
Function；以下、ＨＲＴＦと称する）の測定 【００１９】図６に示すように、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。 【００２０】ソース音ＸＨとしては、インパルス音，ホ
ワイトノイズ，その他のノイズ等を用いることができ
る。特に、統計処理の観点からは、ホワイトノイズは、
連続音でかつオーディオ帯域にわたってエネルギー分布
が一定なので、ホワイトノイズを用いることによりＳＮ
比が向上する。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、３０度ごとに１２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。 【００２１】ＨＲＴＦのインパルス応答（Impulse Re
sponse；以下、ＩＲと称する）の算出 前記したＨＲＴＦの測定で、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。 【００２２】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、下記する（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。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）は、前記ステップ１０
１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
波数として計算し、（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。 【００２３】この場合、ＩＲ（Ｓ）の精度をあげる（Ｓ
Ｎ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。 【００２４】ＩＲ（インパルス応答）の整形処理 ここで、前記したＨＲＴＦのインパルス応答で求めた
ＩＲを整形する。まず例えばＦＦＴ変換により、前記し
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。 【００２５】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。図９にＨＲＴＦのＩＲ（インパルス応答）の
具体的な例を示す。横軸は時間（サンプルクロックが 4
8kHzであるクロック単位の時間）、縦軸は振幅のレベル
である。２点鎖線はウィンド窓を示す。 【００２６】キャンセルフィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘ
の算出 コンボルバ（畳込演算処理回路）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）に示した値となる。 【００２７】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、上記した
〜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。 【００２８】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ｈ２
Ｒ，ｈ２Ｌ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（例えば図４
に示す）に近いものを選ぶ）。 【００２９】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、それを越える広
範囲な空間（全空間）における、３０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、
ｃｆＲｘ、すなわち３０度ごとに１２組のキャンセルフ
ィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘ群が求められる（図８では、
２４０度の位置を例としている）。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。 【００３０】なお、（式４ａ）によるキャンセルフィル
タｃｆＬｘ、ｃｆＲｘの計算は、次のようである。まず
（式４ｂ）のＨに対する一種の逆フィルタであるＨ^-1を
最小２乗法により求め、これを逆ＦＦＴ変換して時間関
数ｈ(t) とする。また（式４ａ）の各項ｈ１Ｌ，ｈ１
Ｒ，ｈ２Ｌ，ｐＲｘ，ｐＬｘ，ｈ２Ｒをそれぞれ時間関
数で表すことにより、次式が成り立つ。 ｃｆＬｘ(t) ＝（ｈ２Ｒ・ｐＬｘ−ｈ２Ｌ・ｐＲｘ）・
ｈ(t) ｃｆＲｘ(t) ＝（−ｈ１Ｒ・ｐＬｘ＋ｈ１Ｌ・ｐＲｘ）
・ｈ(t) ここで、両式を合わせて、（式７）とする。 【００３１】したがって、これらの（式７）からキャン
セルフィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘの係数が求められるこ
とになる。（式７）から明らかなように、キャンセルフ
ィルタｃｆＬｘ、ｃｆＲｘの係数を短くするには、各頭
部伝達特性ｈ１Ｌ，ｈ１Ｒ，ｈ２Ｌ，ｐＲｘ，ｐＬｘ，
ｈ２Ｒをそれぞれ短くすることが極めて大切である。こ
のため、前述したように、〜でウィンド処理，整形
処理などの各種の処理をして、各頭部伝達特性ｈ１Ｌ，
ｈ１Ｒ，ｈ２Ｌ，ｐＲｘ，ｐＬｘ，ｈ２Ｒを短くしてい
る。 【００３２】図１０にキャンセルフィルタの係数ｃｆＬ
ｘ、ｃｆＲｘの具体的な係数列を示す。横軸は時間（サ
ンプルクロックが 48kHzであるクロック単位の時間）、
縦軸は振幅のレベルである。２点鎖線はウィンド窓を示
す。なお、キャンセルフィルタの係数ｃｆＬｘ、ｃｆＲ
ｘをＦＦＴ変換して周波数応答を求めこれを一定の幅で
移動平均化し、それを逆ＦＦＴ変換して最終的なキャン
セルフィルタの時間応答を得てもよい。このように移動
平均化することにより、不必要なピークやディップを取
り除くことができ、実現すべき時間応答の収束を早め
て、キャンセルフィルタの規模を小さくできる。 【００３３】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 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。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の係数の中
で最大のゲイン（例えば、キャンセルフィルタｃｆＬ
ｘ、ｃｆＲｘの各サンプル値の２乗和）のものを見つ
け、その係数と０ｄｂのホワイトノイズを畳込んだとき
に、オーバーフローが生じないように、全係数をスケー
リングする。実際的には、絶対値の最大値が、許容レベ
ル（振幅）１に対して０．１〜０．４位（例えば０．
２）となるように減衰させると良い。 【００３４】そして、図１０に示したウィンド窓（コサ
イン窓）により、実際のコンボルバ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、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、３０度ごとに音像定位が可能な１２組
のコンボルバの係数群）ｃｆＬｘ、ｃｆＲｘが求まる。 【００３５】音源からの信号を畳み込み演算して再生 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（畳込演算処理回路）で処理された音響信号
が再生されるように構成する。一対のコンボルバには、
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、前記ステッ
プ１０５で作成されたＩＲの係数ｃｆＬｘ、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
位命令にもとづいてコントロール用サブＣＰＵが係数Ｒ
ＯＭから、所望の定位位置の係数を一対のコンボルバに
転送する。 【００３６】このようにして、一対のコンボルバにより
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ｓｐ１，ｓｐ
２から再生される。一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２から
再生された音は、スピーカｓｐ１，ｓｐ２から両耳への
ＨＲＴＦがキャンセルされ、所望の任意の位置から両耳
へのＨＲＴＦが再現されることにより、所望の位置に音
源があるように音像定位して、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。コンボルバの係
数は、聴取者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する時は、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、任意の位置を音像を自由に定位さ
せることができる。 【００３７】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。 【００３８】また、ＩＲ（インパルス応答）の整形処
理は必ずしも必要ではなく、省略しても音像定位の制御
は可能である。 【００３９】また、本音像定位制御における、離間して
配設された一対のトランスジューサ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、本願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で追加構成し
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。 【００４０】さらに、上記コンボルバの係数は、スピー
カの開き角（すなわち、図４で角度ｓｐ１−Ｍ−ｓｐ
２）により異なるので、スピーカの開き角毎に求めてお
き、実際の再生システムに応じて選択的に使用できるよ
うにしてもよい。すなわち、上記したものでは、ゲーム
操作者（聴取者）を中心として左右３０度ずつ離間して
開き角を６０度として一対のスピーカｓｐ１，ｓｐ２を
配設される場合のコンボルバの係数を求めたが、上記し
たのキャンセルフィルタの算出時に、スピーカｓｐ
１，ｓｐ２による頭部伝達特性ｈ１Ｌ，ｈ１Ｒ，ｈ２
Ｌ，ｈ２Ｒとして、他の開き角、例えば４５度，３０度
に対応したものを代入して求めておけば良い。 【００４１】また、コンボルバの係数は、ＨＲＴＦの測
定条件により異なるので、この点について配慮しても良
い。すなわち、人頭の大きさには個人差があるので、Ｈ
ＲＴＦ測定時に、ダミーヘッド（または人頭）の大きさ
を変えて、数種類求めておき、視聴者に応じて（例え
ば、頭の大きい大人用と、頭の小さい子供用とを）選択
的に使用できるようにしても良い。 【００４２】さらに、実測していない位置、例えばθ＝
１５度ごとに、より緻密に音像定位をさせたい場合に
は、実測した係数ｃｆＬｘ、ｃｆＲｘをもとにして、上
記したまたはで、中間値を計算で求めても良い。こ
の時、２つの実測値（例えばθ＝１５度における中間値
を求めるには、θ＝０度とθ＝３０度の測定値）を単純
に算術平均するのではなく、実測にもとずくコンボルバ
の係数ｃｆＬｘ、ｃｆＲｘをＦＦＴ変換して周波数応答
を求めてから、周波数−振幅特性を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
として求めると良い。このようにして中間値を求める
と、実測値に良く近似した中間伝達特性が得られ、定位
感や音質の劣化がほとんどない。 【００４３】また、上記したにおけるＨＲＴＦの測定
に際して、θ＝０度〜１８０度までの半円部のみを実測
し、残りの半円部については、係数の対称性を利用し
て、実測値を流用しても良い。このようにすると、測定
が容易になると共に、ＩＲの算出，係数の算出の計算が
不必要に細かくならず、音像定位感に優れた係数が得ら
れる場合がある。 【００４４】以上詳述したように、上述した音像定位制
御技術によれば、一対のコンボルバにより音源からの信
号を時間軸上で処理して音像を定位させるようにしたの
で、実際に音像処理をする回路としては、上述したに
示すように時間軸上でのコンボルバが一組必要となるだ
けであり、回路規模が非常に小さく安価なものとなる。 【００４５】また、前記コンボルバの音像定位処理の係
数データを、最終的には時間軸上のＩＲ（インパルス応
答）のデータとして供給するようにしたので、より回路
規模を小さくするためには、コンボルバの係数の数を少
なくすれば良いこととなる。 【００４６】さらに、コンボルバにＩＲ（インパルス応
答）のデータを係数として供給して処理するようにした
ので、ＩＲとしての係数を時間領域での最適解を簡単に
しかも適応的でなく一義的に求めることができ、さらに
時間軸応答波形の遅延時間を明確に規定できるので複数
点の応答波形の相互の時間関係を正確に制御できる。ま
た、コンボルバの係数を実測に基づいて周波数毎の位相
及び振幅について正確に実施でき、１８０度の範囲を越
える広範囲な空間に音像を定位させることが可能となっ
た。 【００４７】また、上記したによるＩＲの整形処理、
すなわち、測定したＨＲＴＦに対応する第１のＩＲを求
め、第１のＩＲからオーディオスペクトラムにわたる離
散周波数帯域にて所定の処理（帯域制限）を行って、再
び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し、長さを所定の値に収束させた
第２のＩＲを求め、この第２のＩＲから一対のキャンセ
ルフィルタの係数を求めるようにすれば、前述したよう
に、キャンセルフィルタの算出処理における演算の精度
が向上する。 【００４８】また、上記したにおいて、ホワイトノイ
ズを用いて各音像定位におけるＨＲＴＦを測定するよう
にすれば、ホワイトノイズを用いることによりＳＮ比が
向上し、精度良くＨＲＴＦ（それにもとづくＩＲ，係
数）を求めることができる。また、上記したにおい
て、各ＨＲＴＦに対応して求めた複数のＩＲを平均化し
て、すなわち、前述したように、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
化すれば、ＳＮ比が向上して精度が向上する。 【００４９】また、上記したにより、係数の大きさの
最大値を最大レベルの 0.1〜 0.4であるようにスケーリ
ング処理して減衰させれば、オーバーフローして、再生
音に歪が発生することもない。 【００５０】さて、前述した音像定位制御技術は、一対
のスピーカｓｐ１，ｓｐ２の配置とは異なる位置に音像
を定位するために、一対のコンボルバの係数データ（ｃ
ｆＬｘ，ｃｆＲｘ）を一対のコンボルバ２に供給するこ
とによって、聴取者Ｍを中心とする３６０度の水平角度
制御と、聴取者Ｍからの距離制御を行うことができるこ
とまでであり、聴取者Ｍの真横から真上にまで亘る仰角
制御は盛り込まれていない。 【００５１】このため、本発明者はこの音像定位制御技
術に仰角制御を盛り込むべく検討を行った。この結果、
水平角度及び距離制御に関するコンボルバの係数データ
（ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ）に画一な仰角制御に関するデー
タを盛り込むだけでは、聴取者Ｍにより、再生する音源
（ソース）により、仰角方向の音像定位の実現確率、定
位の精度にばらつきが大きいこと、また、水平面に関し
ても、聴取者Ｍの後方面において音像が静止していると
きに音像の前後反転が起こりやすいことを留意した。 【００５２】つまり、音像定位制御における仰角方向の
音像定位制御を最適に行うためには、聴取者Ｍごとに、
再生するソースごとに、きめ細かな音像定位の補正が必
要なことである。 【００５３】そこで、後述するマッピングに基づく補正
データを用いることにより、後方定位、垂直面定位の改
善をすることができ、聴取者Ｍごと、再生するソースご
とに、最適な音像定位を行うことができる。 【００５４】（１）聴覚の定位認識のずれを補正する定
位フィルタのマッピング 本発明者は実音による空間音像定位実験を行った。この
結果、聴取者Ｍが音像を認識する位置は必ずしも提示し
た位置とは一致しないこと、その呈示位置と定位認識位
置とのずれは、聴取者Ｍによらず提示位置により、以下
の（ａ），（ｂ）に示すことがほぼ同一傾向となること
が確認された。 【００５５】（ａ）水平角の偏差は全体に聴取者Ｍの前
方に生じやすく、聴取者Ｍの真横から斜め後方で特にこ
の傾向が強いことである。即ち、図２（Ａ）に示すよう
に、聴取者Ｍを中心として、聴取者Ｍから一定距離離間
した水平位置にマッピングした呈示位置ａ（聴取者Ｍの
真正面），ｂ，ｃ，ｄ（聴取者Ｍの真後ろ）を設定す
る。この後、聴取者Ｍが実際に音像を認識する定位認識
位置をマッピングする。この結果、呈示位置ａ，ｄに対
しては定位認識位置とのずれは発生しない。一方、呈示
位置ｃに対しては定位認識位置とのずれが発生する。呈
示位置ｃに対してはあたかも呈示位置ｂのものであるか
のような定位認識位置ずれが発生する。特に、聴取者Ｍ
の真横から後方に亘り呈示位置と定位認識位置とのずれ
が発生する。 【００５６】こうした呈示位置と定位認識位置とのずれ
を積極的に利用して、この例において、一例を示せば、
呈示位置ｂに音像を定位させる場合には、呈示位置ｃに
対応する一対のコンボルバの係数データ（ｃｆＬｘ，ｃ
ｆＲｘ）を補正し設定しておきさえすれば、定位認識位
置を最適に得ることができる。 【００５７】（ｂ）仰角の偏差は、全体に聴取者Ｍの上
方に生じやすく、特に聴取者Ｍの真後ろ周辺でこの傾向
が強いことである。即ち、図２（Ｂ）に示すように、聴
取者Ｍを中心として、聴取者Ｍの真後ろから頭頂に向か
い一定距離離間した仰角位置にマッピングした呈示位置
ｅ（聴取者Ｍの真後ろ），ｆ，ｇ，ｈ（聴取者Ｍの頭
頂）を設定する。この後、聴取者Ｍが実際に音像を認識
する定位認識位置をマッピングする。この結果、呈示位
置ｅ，ｈに対しては定位認識位置とのずれは発生しな
い。一方、呈示位置ｆに対しては定位認識位置とのずれ
が発生する。呈示位置ｆに対してはあたかも呈示位置ｇ
のものであるかのような定位認識位置ずれが発生する。
特に、真後ろ、頭頂を除く聴取者Ｍの後方上部に呈示位
置と定位認識位置とのずれが発生する。 【００５８】こうした呈示位置と定位認識位置とのずれ
を積極的に利用して、この例において、一例を示せば、
呈示位置ｇに音像を定位させる場合には、呈示位置ｆに
対応する一対のコンボルバの係数データ（ｃｆＬｘ，ｃ
ｆＲｘ）を補正し設定しておきさえすれば、定位認識位
置を最適に得ることができる。 【００５９】ところで、聴取者Ｍによって程度の差はあ
るが、音像定位を行った音は、動きの中では定位しやす
いが、後方面において音像が静止しているときに音像の
前後反転が起こりやすいことがある。音像を静止させて
おく場合、その定位点を小刻みに揺らすことにより定位
を明確にすることが可能であるかを、実験により検討し
た。 【００６０】この結果、振り幅に関しては、振る周期が
短い場合に再生ソースの震えが感じられた。即ち、図３
（Ａ）に示すように、角度＋θ〜角度−θ範囲内におい
て、１秒間間隔で定位点を連続して小刻みに揺らした
（角度−θ→０→＋θ→−θ１秒間休止−θ→０→＋θ
→−θ…）。因みに、角度＋θは定位点の右斜め前の所
要角度、角度−θは定位点の左斜め後ろの所要角度であ
る。 【００６１】また、振る周期が長い場合には定位の動き
そのものが感じられた。即ち、図３（Ｂ）に示すよう
に、角度＋θ〜角度−θ範囲内において、＋θ（１秒
間）→０（２秒間）→−θ（１秒間）→０（２秒間）→
…で定位点を長い周期で揺らした。 【００６２】さて、上述したマッピングに基づく補正デ
ータを用いることにより、後方定位、垂直面定位の改善
をするための音像定位制御装置は、図１に示すように、
音源（Ｘ）から出力する音声信号を畳込演算した音声信
号をスピーカｓｐ１，ｓｐ２から再生して、スピーカｓ
ｐ１，ｓｐ２の配置とは異なる位置に音像が定位するよ
うに音像定位を行う装置１であり、音源（Ｘ）から出力
する信号が供給される一対のコンボルバ２と、スピーカ
ｓｐ１，ｓｐ２の配置とは異なる位置に音像を定位する
ための係数データｃｆＬｘ，ｃｆＲｘをコンボルバ２に
供給する係数メモリ３と、聴取位置（聴取者（例えば、
ゲーム操作者）Ｍの位置）の後方に音像定位した係数デ
ータｃｆＬｘ，ｃｆＲｘにより定位した音像を補正する
変換テーブル４とを備えている。前述したものと同一構
成部分には同一符号を付しその説明を省略する。 【００６３】これにより、聴取位置（聴取者Ｍの位置）
において最適な音像定位が得られない場合は、聴取者Ｍ
は図示せぬ入力装置によって最適な音像定位が得られな
い位置に応じた信号を指定し入力する。この入力状態を
メインＣＰＵが認識すると、コントロール用サブＣＰＵ
に対して、係数メモリ３からコンボルバ２に供給されて
いる上記位置に対応する係数データｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ
に代えて、上記位置に対応する係数データｃｆＬｘ，ｃ
ｆＲｘ（補正データ）を変換テーブル４から係数メモリ
３へ切り換え出力する旨の制御信号を係数メモリ３及び
変換テーブル４へ出力する。こうした補正データは上述
した聴覚の定位認識のずれを補正する定位フィルタのマ
ッピングに基づくデータであり、この補正データは変換
テーブル４に前もってメモリしておく。 【００６４】こうして、聴取位置において最適な音像定
位が得られない特定位置が生じた場合は、その特定位置
に関する補正データを切り換え出力することによって、
後方定位、垂直面定位の改善をすることができ、聴取者
Ｍごと、再生するソースごとに、最適な音像定位を行う
ことができる。 【００６５】例えば、上記した水平角の偏差により聴取
者Ｍがその後方定位を最適に得られない場合は、図２
（Ａ）に示すように、呈示位置ｂに対応する角度位置に
呈示位置ｃの音像が定位するように音像定位認識位置ず
れが発生する。係数ＲＯＭ３から出力する一対のコンボ
ルバの係数データ（ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ）は定位目標点
から両耳へのＨＲＴＦから求めた係数データではなく、
定位認識のずれを考慮し、そこに定位していると感じら
れる係数データである（即ち、呈示位置ｂに定位させる
係数は、呈示位置ｃからのＨＲＴＦからつくられた係数
とする）。 【００６６】したがって、係数ＲＯＭ３から出力する一
対のコンボルバの係数データ（ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ）が
呈示位置ｂを示すものであるときには、この代わりに呈
示位置ｃの係数データを出力するための補正データを変
換テーブル４から係数メモリ３に出力しさえすれば良
い。変換テーブル４からの補正データの読み出しはコン
トロール用サブＣＰＵからの制御により行われる。 【００６７】同様に、上記した仰角の偏差により聴取者
Ｍがその後方定位を最適に得られない場合は、図２
（Ｂ）に示すように、呈示位置ｇに対応する角度位置に
呈示位置ｆの音像が定位するように音像定位認識位置ず
れが発生する。係数ＲＯＭ３から出力する一対のコンボ
ルバの係数データ（ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ）は定位目標点
から両耳へのＨＲＴＦから求めた係数データではなく、
定位認識のずれを考慮し、そこに定位していると感じら
れる係数データである（即ち、呈示位置ｇに定位させる
係数は、呈示位置ｆからのＨＲＴＦからつくられた係数
とする）。 【００６８】したがって、係数ＲＯＭ３から出力する一
対のコンボルバの係数データ（ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ）が
呈示位置ｇを示すものであるときには、この代わりに呈
示位置ｆの係数データを出力するための補正データを変
換テーブル４から係数メモリ３に出力しさえすれば良
い。 【００６９】さらに、上記した音像の前後反転により聴
取者Ｍがその後方定位を最適に得られない場合は、図３
（Ａ）に示すように、音像を振る周期を小刻みに揺らす
（角度−θ→０→＋θ→−θ１秒間休止−θ→０→＋θ
→−θ…）ことにより、静止している音像を前後反転な
く安定して確実に認識することができる。即ち、係数Ｒ
ＯＭ３には予め、−θ，０，＋θに対応する一対のコン
ボルバの係数データ（ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ）を格納して
おく。一例として、呈示位置ｅのコンボルバの係数デー
タ（ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ）としては、−θ（例えば、
中心０から−１０度程度の角度位置）における呈示位置
ｅの係数データ、中心０における呈示位置ｅの係数デ
ータ、＋θ（例えば、中心０から＋１０度程度の角度
位置）における呈示位置ｅの係数データがそれぞれ格納
しておく。 【００７０】そして、聴取位置（聴取者Ｍの位置）にお
いて静止している音像の安定した定位が得られない場合
は、聴取者Ｍは図示せぬ入力装置によって安定した音像
定位が得られない位置に応じた信号を指定し入力する。
この入力状態をメインＣＰＵが認識すると、コントロー
ル用サブＣＰＵに対して、その特定位置に対応した上記
した係数データ−θ，０，＋θに対応する一対のコンボ
ルバの係数データが、−θ→０→＋θ→−θ１秒間休止
−θ→０→＋θ→−θ…と、係数ＲＯＭ３から順次出力
する旨の制御信号を係数ＲＯＭ３に対して出力する。 【００７１】こうして、上記した特定位置に対応した音
像は周期的に小刻みに揺らすことができるので、聴取位
置（聴取者Ｍの位置）において、静止している音像を前
後反転なく安定して確実に認識することができる。 【００７２】同様に、上記した音像の前後反転により聴
取者Ｍがその後方定位を最適に得られない場合は、図３
（Ｂ）に示すように、音像を振る周期を長くして揺らす
（＋θ（１秒間）→０（２秒間）→−θ（１秒間）→０
（２秒間）→…）ことにより、静止している音像を前後
反転なく安定して確実に認識することができる。即ち、
係数ＲＯＭ３には予め、−θ，０，＋θに対応する一対
のコンボルバの係数データ（ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ）を格
納しておく。一例として、呈示位置ｅのコンボルバの係
数データ（ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ）としては、−θ（例
えば、中心０から−１０度程度の角度位置）における呈
示位置ｅの係数データ、中心０における呈示位置ｅの
係数データ、＋θ（例えば、中心０から＋１０度程度
の角度位置）における呈示位置ｅの係数データがそれぞ
れ格納しておく。 【００７３】そして、聴取位置（聴取者Ｍの位置）にお
いて静止している音像の安定した定位が得られない場合
は、聴取者Ｍは図示せぬ入力装置によって安定した音像
定位が得られない位置に応じた信号を指定し入力する。
この入力状態をメインＣＰＵが認識すると、コントロー
ル用サブＣＰＵに対して、その特定位置に対応した上記
した係数データ−θ，０，＋θに対応する一対のコンボ
ルバの係数データが、＋θ（１秒間）→０（２秒間）→
−θ（１秒間）→０（２秒間）→…と、係数ＲＯＭ３か
ら順次出力する旨の制御信号を係数ＲＯＭ３に対して出
力する。 【００７４】こうして、上記した特定位置に対応した音
像は周期的に長く揺らすことができるので、聴取位置
（聴取者Ｍの位置）において、静止している音像を前後
反転なく安定して確実に認識することができる。 【００７５】上記した音像定位認識位置ずれあるいは音
像の前後反転は、外部雑音が大きい聴取位置の環境下、
聴取者の個人差あるいは音楽ソースなどにより大きく相
違するので、予め、テストパターンにより音像定位認識
位置ずれあるいは音像の前後反転現象を検知して、この
検知に基づく上記したような補正データを変換テーブル
４にメモリすることによって、上記した補正を効率よく
行うことができる。 【００７６】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明になる音像
定位制御装置によれば、一対のコンボルバにより音源か
らの信号を時間軸上で処理して音像を定位させるように
したので、実際に音像処理をする回路としては、時間軸
上での畳込演算処理回路が必要となるだけであり、回路
規模が非常に小さく安価なものとなる。また、前記コン
ボルバの音像定位処理の係数データを、最終的には時間
軸上のＩＲ（インパルス応答）のデータとして供給する
ようにしたので、より回路規模を小さくするためには、
コンボルバの係数の数を少なくすれば良いこととなる。
その結果、従来の周波数軸上のデータの近似と比較して
ＨＲＴＦを正確にかつ効果的に近似処理することがで
き、この点からも音像定位感を損なうことなく回路規模
を小さくすることができる。さらに、外部雑音が多い環
境下の聴取位置、両耳間標準距離より大きな差がある聴
取者が聴取する場合など、一律の音像定位制御では良好
な音像定位感が得られない場合には、特に聴取位置の後
方の音像定位位置を補正することによって、それぞれ最
適な音像定位感を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明になる音像定位制御装置の一実施例構成
図である。 【図２】音像定位認識のずれを補正するマッピングを説
明する図である。 【図３】音像定位点の振れ方を説明する図である。 【図４】一般の音像定位装置の構成図である。 【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例を説明する図であ
る。 【図９】ＨＲＴＦのＩＲ（インパルス応答）の具体的な
例を示す図である。 【図１０】キャンセルフィルタの係数の具体的な例を示
す図である。 【符号の説明】 １ 音像定位制御装置 ２ 畳込演算処理回路、コンボルバ ３ 係数ＲＯＭ（係数メモリ） ４ 変換テーブル（補正手段） ｃｆＬｘ，ｃｆＲｘ キャンセルフィルタ（コンボル
バ）及びその係数 Ｍ 聴取者 ｓｐ１，ｓｐ２ スピーカ（トランスジューサ） Ｘ 音源

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 音源から出力する信号を畳込演算した音
   声信号を一対のトランスジューサから再生して、前記一
   対のトランスジューサの配置とは異なる位置に音像が定
   位するように音像定位を行う音像定位制御装置であっ
   て、 同一音源から出力する信号が供給される一対の畳込演算
   処理回路と、 前記一対のトランスジューサの配置とは異なる位置に音
   像を定位するための音像定位位置係数を前記畳込演算処
   理回路に供給する係数メモリとを備え、 聴取位置において定位している音像を周期的に角度位置
   変更するための音像定位位置係数を用いることにより定
   位している音像の認識を確実化することを特徴とする音
   像定位制御装置。