JP4037500B2

JP4037500B2 - 立体音再生装置

Info

Publication number: JP4037500B2
Application number: JP34776397A
Authority: JP
Inventors: 誠大和; 周一仮山
Original assignee: Roland Corp
Current assignee: Roland Corp
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2017-12-17
Also published as: JPH11187498A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元空間上の、時間的に位置移動が許容された所定の音像定位位置に音像を定位させた音を再生する立体音再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
三次元空間上で放音している音源が存在し、音源から放たれた音は、受聴者の左右の耳それぞれの位置に向けて、各伝達経路を経由して伝達され、その伝達によって音の大きさや音色や位相等が変化して、左右の耳それぞれの位置に到達する。受聴者は、これらの、伝達により変化して到達した音（以下これらの音のことを「到達音」と称する）を左右の耳それぞれによって受聴することによって三次元空間上の音源の位置を認識している。従って、三次元空間上のその位置には実際には音源が存在していなくても、２つの到達音それぞれを、少なくとも受聴者の左右の耳それぞれの位置に再現することによって、三次元空間上のその位置にあたかも音源が存在しているかのような音像を受聴者に感受させることができる。
【０００３】
この２つの到達音それぞれを再現し、受聴者に、三次元空間上に定位されている音像を感受させる立体音再生装置の一種として、従来より、２つのスピーカから音を放つことによって到達音を再現する立体音再生装置が知られている。この立体音再生装置において２つのスピーカそれぞれから放たれる音は、受聴者の左右の耳の位置まで伝達され、各位置において重畳される。これによって、２つの到達音が左右の耳それぞれの位置に再現され、受聴者は音像を感受することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の立体音再生装置によって再現された２つの到達音は、受聴者がスピーカに対する所定の位置および所定の向きで受聴することを前提にして再現されており、このため２つの到達音は、その所定の位置を含む狭い範囲内において、受聴者が所定の方向を向いている場合に限って再現される。つまり、従来の立体音再生装置では、受聴者が音像を感受できる範囲（以下、この範囲のことを「音像感受範囲」と称する）が狭く、また、音像感受範囲内であっても、受聴者が音像を感受することができる顔の向きが限られているという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑み、音像感受範囲が広く、音像感受範囲内において自由な顔の向きで音像を感受することができる立体音再生装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の立体音再生装置は、
スピーカ対が所定の空間を取り巻いて内向きに複数対配列されてなるスピーカ群、および
複数のスピーカ対それぞれから、時間的に位置移動が許容された、これら複数のスピーカ対に共通の音像定位位置に定位された音像を持つ音が放たれるように、スピーカ群を構成する各スピーカに信号を供給する信号供給手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の立体音再生装置は、上記信号供給手段が、複数のスピーカ対それぞれについて、これら複数のスピーカ対で取り巻く空間の中央よりもそれぞれのスピーカ対に寄った位置にそのスピーカ対の方向を向いて配置された受聴者に、上記共通の音像定位位置に定位された音像の音が提供されるように、そのスピーカ対に供給する信号を制御するものであることが望ましい。
【０００８】
また、本発明の立体音再生装置は、上記所定の空間が二次元の円形空間であって、上記スピーカ群が、この円形の空間の中心に対し順次９０゜ずつ異なる位置に配置された４対のスピーカからなるものであることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の立体音再生装置の一実施形態を示すブロック図である。
この立体音再生装置は、三次元空間上に定位された音像を持つ音を再生する装置である。
【００１０】
この立体音再生装置には、信号供給ユニット１０と、スピーカ群２０が備えられており、信号供給ユニット１０は、本発明にいう信号供給手段の一例である。スピーカ群２０は、右スピーカ２１および左スピーカ２２からなるスピーカ対４対で構成されており、スピーカ対それぞれから、後述するように、スピーカ対それぞれに対応する仮想的な受聴者に音像を感受させるように調整された音が放たれる。４対のスピーカの配置については後述する。また、信号供給ユニット１０によって、スピーカ群２０を構成する各スピーカ２１，２２に対して、以下で説明するような信号が供給され、この信号に従って各スピーカ２１，２２から音が放たれる。
【００１１】
信号供給ユニット１０には、音源部１１と、音像定位位置設定部１２が１つずつ備えられており、また、この信号供給ユニット１０には、伝達関数生成部１３、受聴位置設定部１４、右信号供給部１５および左信号供給部１６それぞれが４つずつ備えられている。スピーカ群２０を構成するスピーカ２１，２２の各対に対して伝達関数生成部１３、受聴位置設定部１４、右信号供給部１５および左信号供給部１６それぞれ１つずつが対応している。
【００１２】
音源部１１によって、三次元空間上に定位される音像が放つ音を表すモノラル信号が生成され、このモノラル信号が各右信号供給部１５および各左信号供給部１６に入力される。また、音像定位位置設定部１２によって、スピーカ群２０を構成する４対のスピーカ対に共通する、三次元空間上の、音像が定位される音像定位位置が時間の関数として設定され、この音像定位位置を表す信号が各伝達関数生成部１３に入力される。
【００１３】
４つの受聴位置設定部１４それぞれによって、各受聴位置設定部１４に対応するスピーカ対に対応付けられて、仮想的な各受聴者の位置、およびその各受聴者の顔の向きが設定され、設定された各位置および各向きを表す信号が、各受聴位置設定部１４に対応する各伝達関数生成部１３に入力される。
４つの伝達関数生成部１３それぞれによって、音像定位位置設定部１２から入力される信号が表す音像定位位置と、各伝達関数生成部１３に対応する各受聴位置設定部１４から入力される信号が表す、仮想的な受聴者の位置、およびその受聴者の顔の向きとに基づいて、以下で説明する伝達関数が生成され、各伝達関数生成部１３に対応する各右信号供給部１５および各左信号供給部１６に入力される。
【００１４】
４つの右信号供給部１５それぞれによって、各右信号供給部１５に対応する各スピーカ対の各右スピーカ２１から放たれる、以下で説明する音を表す各信号が生成され、各右スピーカ２１に供給される。同様に、４つの左信号供給部１６それぞれによって、各左スピーカ２２に信号が供給される。
以下、伝達関数生成部１３によって生成される伝達関数と、右信号供給部１５および左信号供給部１６で生成される信号について説明する。
【００１５】
図２は、三次元空間上で放音している音源の位置が、受聴者によって認識される様子を示す模式図である。
受聴者３０は図の上方を向いており、音源４０は受聴者の左後方、すなわち図の左下に位置している。音源４０から放たれた音は、受聴者の右耳３１および左耳３２それぞれに向かう各伝達経路５１，５２で伝達され、各伝達経路５１，５２が有する伝達関数に応じて音の大きさや音色や位相等が変化された後、２つの耳３１，３２それぞれの位置に到達する。この２つの到達音それぞれが２つの耳３１，３２それぞれで受聴される。音が音源４０から放たれたとき音圧をＯとし、音源４０から２つの耳３１，３２それぞれに向かう各伝達経路５１，５２が有する各伝達関数をＨｒ，Ｈｌとする（ここでｒは右、ｌは左を表しており、以下同様である。）と、受聴者３０の２つの耳３１，３２それぞれの位置に到達する２つの到達音の音圧Ｅｒ，Ｅｌは次の式で表される。
【００１６】
Ｅｒ＝Ｏ・Ｈｒ・・・（１）
Ｅｌ＝Ｏ・Ｈｌ・・・（２）
図３は、１対のスピーカから放たれる音によって、２つの到達音が、図２に示される受聴者３０の２つの耳それぞれの位置に再現される様子を表す模式図である。
【００１７】
図の上方に１対のスピーカ６１，６２が左右対象に配置されており、その対称軸上に図の上方を向いて受聴者３０が配置されている。１対のスピーカのうち、受聴者からみて右側のスピーカが右スピーカ６１であり、受聴者からみて左側のスピーカが左スピーカ６２である。右スピーカ６１から放たれる音は、受聴者３０の２つの耳３１，３２それぞれに向かう各伝達経路７１，７２で伝達され、各伝達経路７１，７２が有する伝達関数に応じて音の大きさ等が変化された後、２つの耳３１，３２それぞれの位置に到達する。同様に、左スピーカ６２から放たれる音も各伝達経路７３，７４で伝達され伝達関数に応じて変化された後２つの耳３１，３２それぞれの位置に到達する。２つの耳３１，３２それぞれの位置に到達した音が２つの耳３１，３２それぞれの位置で重畳された結果、２つの耳３１，３２それぞれの位置に２つの到達音が再現されることによって、これらの到達音が受聴者によって受聴されて、図２に示す音源４０の位置と同じ位置４１に定位された音像が受聴者３０によって感受される。
【００１８】
音が各スピーカ６１，６２から放たれたときの音圧をＳｒ，Ｓｌとし、右スピーカ６１から２つの耳３１，３２それぞれに向かう伝達経路７１，７２が有する各伝達関数をＨｒｒ，Ｈｒｌとし、左スピーカ６２から２つの耳３１，３２それぞれに向かう伝達経路７３，７４が有する各伝達関数をＨｌｒ，Ｈｌｌとすると、再現される２つの到達音の音圧Ｅｒ，Ｅｌは、次の式で表される。
【００１９】
Ｅｒ＝Ｓｒ・Ｈｒｒ＋Ｓｌ・Ｈｌｒ・・・（３）
Ｅｌ＝Ｓｌ・Ｈｌｌ＋Ｓｒ・Ｈｒｌ・・・（４）
ところで、上述したように、２つのスピーカ６１，６２と受聴者３０の配置は左右対称である。このため、各伝達関数の相互間には次の式が成り立っている。Ｈｒｒ＝Ｈｌｌ・・・（５）
Ｈｌｒ＝Ｈｒｌ・・・（６）
式（５），（６）を式（３），（４）に代入すると
Ｅｒ＝Ｓｒ・Ｈｒｒ＋Ｓｌ・Ｈｒｌ・・・（７）
Ｅｌ＝Ｓｌ・Ｈｒｒ＋Ｓｒ・Ｈｒｌ・・・（８）
となる。式（１），（２），（７），（８）を用いてＥｒ，Ｅｌを消去し、ＳｒおよびＳｌについて解くと
Ｓｒ＝（Ｏ・Ｈｒ・Ｈｒｒ−Ｏ・Ｈｌ・Ｈｌｒ）／
［Ｈｒｒ・Ｈｒｒ｛１−（Ｈｒｌ／Ｈｒｒ）・（Ｈｒｌ／Ｈｒｒ）｝］・・・（９）
Ｓｌ＝（Ｏ・Ｈｌ・Ｈｒｒ−Ｏ・Ｈｒ・Ｈｌｒ）／
［Ｈｒｒ・Ｈｒｒ｛１−（Ｈｒｌ／Ｈｒｒ）・（Ｈｒｌ／Ｈｒｒ）｝］・・・（１０）
となり、右スピーカ６１および左スピーカ６２それぞれから放たれることによって２つの到達音Ｅｒ，Ｅｌを再現する２つの音それぞれの音圧Ｓｒ，Ｓｌは、伝達関数Ｈｒ，Ｈｌ，Ｈｒｒ，Ｈｒｌが得られれば、式（９），（１０）を用いて求めることができる。伝達関数Ｈｒ，Ｈｌ，Ｈｒｒ，Ｈｒｌについては、音源、スピーカ、および受聴者の頭部を模したダミーヘッドを三次元空間上に実際に配置し伝達関数を測定して得られたいくつかの測定値に所定の演算処理を施すことによって、所望の位置４１と、所望の、受聴者３０の位置および向きとに応じて生成することができることが経験的に知られている。
【００２０】
図１に示す音像定位位置設定部１２によって設定される音像定位位置は、図３に示す位置４１に相当し、図１に示す受聴位置設定部１４によって設定される仮想的な受聴者の位置と向きは、図３に示す受聴者３０の位置と向きに相当する。
また、図１に示す各伝達関数生成部１３では、音像定位位置設定部によって設定された音像定位位置と、各受聴位置設定部１４によって設定された仮想的な各受聴者の位置および向きとに基づいて上記所定の演算処理が行われ、伝達関数Ｈｒ，Ｈｌ，Ｈｒｒ，Ｈｒｌが生成される。
【００２１】
また、図１に示す右信号供給部１５では式（９）に示す演算が実行され、左信号供給部１６では式（１０）に示す演算が実行されて、右信号供給部１５および左信号供給部１６に対応する右スピーカ２１および左スピーカ２２それぞれから放たれる音の音圧を示す信号が求められる。
図４は、図１に示すスピーカ群を構成するスピーカ対の配置図である。
【００２２】
スピーカ群を構成する、右スピーカ２１および左スピーカ２２からなるスピーカ対は、二次元の円形空間を取り巻くように内向きに配置されており、４対のスピーカそれぞれは、図の上下右左それぞれの位置に配置されている。また、各スピーカ対の前に配置されている白丸８０は、そのスピーカ対に対応する仮想的な受聴者の位置を示しており、白丸８０に付されている矢印８１は、その仮想的な受聴者の顔の向きを示している。各受聴者は、スピーカ群を構成する各スピーカ２１，２２が取り巻いている円形空間の中心から、その円形空間の半径の約４分の３程度各スピーカ対の方向に寄った位置に配置されており、その顔の向きは各スピーカ対の方向を向いている。また、音像定位位置は時間的に移動しており、図に示す逆Ｓ字状の曲線９０は、音像定位位置の軌跡を表しており、曲線状の黒い十字型の印９１はある時点の音像定位位置を示している。
【００２３】
各スピーカ対は、図１に示す右信号供給部１５および左信号供給部１６から供給された信号に従って、仮想的な各受聴者に、音像定位位置に定位された音像を感受させるように調整された音を放つ。
図５は、スピーカ群を構成する各スピーカから放たれた音による音像感受範囲を示す図である。
【００２４】
スピーカ対を構成する２つのスピーカの中心付近から、各スピーカ対が配置されている円の中心付近に至る、１点鎖線の細長い楕円で示す４つの範囲１０１は、従来技術同様に各スピーカ対単独で放音した場合に、実際の受聴者が、軌跡９０上を移動する音像定位位置９１に定位された音像を感受することができる音像感受範囲であり、これらの４つの音像感受範囲を合わせると十字型の範囲となる。ただし、各音像感受範囲内において、その音像感受範囲に対応するスピーカ対の方向を向いているときに限って受聴者は音像を感受することができる。
【００２５】
４対のスピーカによって同時に放音した場合には、仮想的な各受聴者に音像を感受させるように調整され各スピーカ対によって放音された音が互いに重なり合い、その結果、実際の受聴者が音像を感受することができる音像感受範囲１０２は、各スピーカ対が配置されている円周の内側の範囲となり、上述の４つの楕円で示されている４つの範囲１０１をあわせた十字型の範囲が有する面積の約３倍の面積を有する広い音像感受範囲となる。さらに、この音像感受範囲１０２内であれば、受聴者がどの位置でどの方向を向いていても、軌跡９０上を移動する音像定位位置９１に定位された音像を感受することができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、スピーカ群を構成するスピーカ対は４対であるが、本発明にいうスピーカ群は、複数のスピーカ対で構成されるものであれば良く、４対より少なくてもよく多くてもよい。
また、本実施形態では、スピーカ群を構成するスピーカ対は、二次元の円形空間を取り巻くように配置されているが、本発明にいうスピーカ群を構成するスピーカ対が取り巻く空間は二次元の円形空間に限定されるものではなく、任意の形状の空間でよく、また、三次元空間であってもよい。
【００２７】
さらに、本実施形態では、仮想的な受聴者の位置および向きは、最も望ましい位置および向きとして、上述した位置および向きが採用されているが、本発明の立体音再生装置においては、上述した位置および向きに限定されるものではなく、他の位置および向きが採用されてもよい。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の立体音再生装置の実施例について説明する。
本実施例の立体音再生装置は、以下説明するようにスピーカを配置して構成したスピーカ群に、上述した実施形態の信号供給ユニットを接続したものである。信号供給ユニットについての重複説明は省略する。
【００２９】
図６は、本実施例におけるスピーカ群を構成するスピーカの配置図である。
スピーカ群は４対のスピーカで構成し、その４対のスピーカは二次元の円形空間を取り巻く、図６に点線で示す円周１２０の上に内向きに配置し、その円１２０の中心に対して順次９０゜ずつ異なる位置に対称的に配置した。スピーカ対を構成する右スピーカ１２１と左スピーカ１２２との間の距離を３．６メートル空けて配置し、互いに向かい合う位置にある２対のスピーカの間の距離を１１メートル空けて配置した。
【００３０】
このように配置したスピーカの各対に対する仮想的な受聴者の位置および向きは、上述した実施形態における受聴者の位置および向きと同様に設定した。
音像定位位置は、スピーカ群を取り巻く、図６に実線で示す円周１３０の上を移動するように設定した。この円周１３０上の黒い丸印１３１はある時点における音像定位位置を示しており、黒い丸印１３１に付された矢印１３２は音像定位位置が移動した方向を示している。このような音像定位位置に定位されている音像の分かりやすさを、１０人の受聴者によって１１カ所の試聴位置１４０で実際に受聴して評価した。図６に示す、１〜１１の番号が付されている黒い印が１１カ所の試聴位置１４０を示しており、１１カ所の試聴位置１４０それぞれの位置は、（１）図６の上側に示すスピーカ対を構成する２つのスピーカの中間、（２）（１）の位置と、スピーカを配置した円１２０の中心との中間、（３）（２）の位置から図６の右側へ、円１２０の半径の半分に相当する距離だけ寄った位置、（４）円１２０の中心、（５）円１２０の中心から図６の右側へ、円１２０の半径の半分だけ寄った位置、（６）図６の右側に示すスピーカ対を構成する２つのスピーカの中間、（７）円１２０の中心から図６の下側へ、円１２０の半径の半分だけ寄った位置、（８）（７）の位置から図６の右側へ、円１２０の半径の半分に相当する距離だけ寄った位置、（９）図６の下側に示すスピーカ対を構成する２つのスピーカの中間、（１０）（９）の位置から図６の右側へ、円１２０の半径に相当する距離だけ寄った位置、および（１１）（９）の位置から図６の下側へ、円１２０の半径の半分に相当する距離だけ寄った位置である。試聴位置１４０を示す黒い印が有する突起は、試聴位置１４０における受聴者の顔の向きを指し示しており、各試聴位置１４０において図６の上側を向いて受聴した。
４対のスピーカは円周１２０上に対称的に配置したので、上述の１１カ所の試聴位置１４０それぞれで図６の上側を向いて受聴し評価したことによって、スピーカ群に対する相対的な位置および向きのうちの主要な位置および向きでの音像の分かりやすさが評価できたことになる。
【００３１】
上述した（１）〜（１１）の各試聴位置１４０について、各受聴者が音像を感受した程度を、「良く分かった」「まあまあ分かった」「あまり分からなかった」「分からなかった」の４段階で評価した。この評価の集計結果を以下の表に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
ここで、表の最も右側の欄に示す「結果」の欄には、「良く分かった」もしくは「まあまあ分かった」と評価した受聴者の率が示されている。
図７は、図６に示す１１カ所の試聴位置１４０それぞれに、その試聴位置１４０で音像が「良く分かった」もしくは「まあまあ分かった」と評価した受聴者の数を付した図である。
【００３４】
スピーカを配置した円１２０の外側に存在する試聴位置１４０である（１０）の位置と（１１）の位置では評価は低く、その円１２０の内側では、（６）の位置を除く各試聴位置１４０において７人以上という高い評価が得られた。ここで（６）の位置は、スピーカ対を構成する２つのスピーカの間で一方のスピーカの方向を向いて受聴するという極端な受聴態様となる試聴位置であった。
【００３５】
これらの結果から、スピーカ群から放たれた音による音像感受範囲は、スピーカを配置した円１２０の内側いっぱいまで広がっており、この音像感受範囲内では、受聴者が、ほぼどの方向を向いても音像を感受することができることが分かった。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の立体音再生装置によれば、広い音像感受範囲が実現でき、この音像感受範囲内で自由な方向を向いている受聴者に対して音像を感受させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の立体音再生装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】三次元空間上で放音している音源の位置が、受聴者によって認識される様子を示す模式図である。
【図３】１対のスピーカから放たれた音によって到達音が再現される様子を表す模式図である。
【図４】スピーカ群を構成するスピーカ対の配置図である。
【図５】スピーカ群を構成する各スピーカから放たれた音による音像感受範囲を示す図である。
【図６】本実施例におけるスピーカ群を構成するスピーカの配置図である。
【図７】１１カ所の受聴箇所それぞれの位置における評価を示す図である。
【符号の説明】
１０信号供給ユニット
２０スピーカ群
２１，６１，１２１右スピーカ
２２，６２，１２２左スピーカ
３０受聴者
４１，９１音像定位位置

Claims

複数のスピーカ対が所定の空間を取り巻いて内向きに配列されてなるスピーカ群、および
前記複数のスピーカ対の各対から、時間的に位置移動が許容された音像定位位置に他のスピー力対とは独立に定位可能な音像を持つ、該各対の方向を向いて配置された各受聴者用の音が放たれるとともに、これら複数のスピーカ対それぞれの音像定位位置が互いに共通の音像定位位置となるように、スピーカ群を構成する各スピーカに信号を供給する信号供給手段を備えたことを特徴とする立体音再生装置。
前記信号供給手段が、複数のスピーカ対それぞれについて、これら複数のスピーカ対で取り巻く空間の中央よりもそれぞれのスピーカ対に寄った位置に該スピーカ対の方向を向いて配置された受聴者に、前記共通の音像定位位置に定位された音像の音が提供されるように、該スピーカ対に供給する信号を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の立体音再生装置。
前記所定の空間が二次元の円形空間であって、前記スピーカ群が、該円形の空間の中心に対し順次９０゜ずつ異なる位置に配置された４対のスピーカからなるものであることを特徴とする請求項１または２記載の立体音再生装置。