JP5822327B2

JP5822327B2 - 音響装置

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Publication number: JP5822327B2
Application number: JP2010193171A
Authority: JP
Inventors: 隆晃柳沢
Original assignee: Korg Inc
Current assignee: Korg Inc
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2030-08-31
Also published as: JP2012054627A

Description

本発明は、２つのスピーカを使用し聴取者の任意の方向に音像を定位させ、クロストークキャンセルのキャンセル量を調整可能な音響装置に関する。

音場効果付与部が、所定の３次元音場効果を入力音響信号に対して付与することにより、左右の各チャンネルに対応した音響信号を発生させ、クロストークキャンセル部が、左右の各チャンネルに対応した音響信号を聴者の例えば前方に位置する２個のスピーカから各々発生した場合に各々がクロストークを生じることなく聴者の左右の耳に到達するように、左右各チャンネルの音響信号に対して信号処理を実行する装置が提案されていた（例えば、特許文献１参照。）。この装置によれば、多数のスピーカを使用することなく２個のスピーカのみにより３次元音響空間内においても得られるものと同等な音場効果を得ることができる。

特開平１０−７０７９８号公報（第３−５頁、第１図）

そして、頭部伝達関数（ＨＲＴＦ：Head Related Transfer Function）を畳み込んだ信号にクロストークキャンセル処理を施し、左右チャンネルを使用して任意の位置に音像を定位させることが可能となるトランスオーラルシステムを実現することができる。しかしながら、クロストークキャンセル処理を施すと、理想的な聴取者の音聴取位置から外れた場合、反射波の影響を受ける場合、個人差等により、両耳間での位相差が生じてしまい聴取者が違和感をおぼえてしまう場合があった。また、頭部伝達関数による音像定位制御とクロストークキャンセラ処理とを組み合わせた仮想的な音源生成装置において、音像を前方から斜め後方へと移動させる場合、適当な間隔で通過点での頭部伝達関数を用いて補間処理を行いながら音像を移動させていたが、頭部伝達関数を用いての前方での音像表現は、実際に前方に音源が存在する場合に比べて音の発生方向があいまいになる傾向があり、前後方向への音像の移動感が聴取者には感じられにくいものとなっていた。

本発明は、かかる従来の課題を解決するためになされたもので、クロストークのキャンセル量を調整することで、外乱や個人差等により発生する位相差に起因する聴取者の違和感を低減する装置を提供することを目的とする。また、本発明の他の課題は、クロストークのキャンセル量を調整しつつも音量バランスを制御して、実際に存在するスピーカに定位する音を滑らかに仮想位置に移動させることを可能にする点にある。

上記目的を達成するために、本発明は、入力音響信号に基づいて所望の方向に音源を定位し２チャンネルの右耳用信号および左耳用信号を生成する音源方向制御部（１００）と、
聴取者の右耳のみに前記右耳用信号を到達させると共に、聴取者の左耳のみに前記左耳用信号を到達させるように、２つのスピーカを駆動制御してクロストークをキャンセルするクロストークキャンセル処理部（２００）と、
キャンセル量調整のための係数を有する１対の乗算器（６０、７０）と、
音量バランス制御のための係数を有する１対の乗算器（８０、９０）と、を備え、
前記キャンセル量調整のための１対の乗算器（６０、７０）の係数値の調整によって、前記クロストークキャンセル処理部におけるクロストークのキャンセル量を調整可能とし、
前記キャンセル量調整のための両乗算器（６０、７０）の係数を同じ値（α）にすると共に、前記音量バランス制御のための両乗算器（８０、９０）の係数を同じ値（β）にし、キャンセル量最小値に対応する係数値（αｍｉｎ）からキャンセル量最大値に対応する係数値（αｍａｘ）まで前記キャンセル量調整のための係数（α）を変化させ、予め設定した実数の組を（ａ、ｂ）として、「β＝ａ＋ｂ・α」なる関係を保ちながら、前記キャンセル量調整のための係数値（α）と前記音量バランス制御のための係数値（β）とを連動調整されるようにしたことを特徴とする。

この発明によれば、クロストークキャンセル処理部（２００）は、聴取者の右耳のみに右耳用信号を到達させると共に、聴取者の左耳のみに左耳用信号を到達させるように、２つのスピーカを駆動制御してクロストークをキャンセルするが、１対の乗算器（６０、７０）を設けてクロストークのキャンセル量を調整するようにしたので、このキャンセル量の調整によって、両耳間の位相差等を補正し聴取者の違和感を低減することができる。

また、上記の音響装置において、音量バランス制御のための係数を有する１対の乗算器を更に備えた構成や、上記の音響装置の前記音源方向制御部と前記クロストークキャンセル処理部との間に、音量バランス制御のための係数を有する１対の乗算器を更に備えた構成とすることで、更に音量バランスの制御を行うことが可能である。

これらの発明によれば、クロストークのキャンセル量を調整しつつも音量バランスを制御することができるので、実際に存在するスピーカに定位する音を滑らかに仮想位置に移動させることが可能になる。

本発明によれば、外乱や個人差等により発生する位相差に起因する聴取者の違和感を低減する音響装置を提供することができるという効果が得られる。また、実際に存在するスピーカに定位する音を滑らかに仮想位置に移動させることが可能になる音響装置も実現可能になるという効果も得られる。

音響装置１の構成図である。クロストークキャンセル処理部２００の説明図である。乗算器６０の動作の説明図である。他の実施形態の第１の音響装置２の構成図である。他の実施形態の第１の音響装置３の構成図である。クロストークキャンセル動作の説明図である。動作の説明図である。

以下、本発明を実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の実施形態である音響装置１の構成図である。この音響装置１は、入力音響信号に基づいて所望の方向に音源を定位して２チャンネルの右耳用信号（Ｒ１）と左耳用信号（Ｌ１）とを生成する音源方向制御部１００と、クロストークをキャンセルするクロストークキャンセル処理部２００と、右スピーカ５０、左スピーカ５５とを有して構成される。

音源方向制御部１００は、フィルタ０１（１０）とフィルタ０２（１１）とを有して構成され、この両フィルタの出力が右耳用信号（Ｒ１）、左耳用信号（Ｌ１）となる。このフィルタ０１（１０）とフィルタ０２（１１）との伝達関数は所望の方向(および距離)での音源定位を行うための頭部伝達関数が予め測定や生成されてそれらが組み込まれている。そして、フィルタ０１（１０）、フィルタ０２（１１）がＦＩＲフィルタで構成されている場合には、入力された入力音響信号に対してフィルタ係数との畳み込み演算を行って、右耳用信号（Ｒ１）、左耳用信号（Ｌ１）を生成する。かくして、頭部伝達関数を用いて所望の方向および距離での音像定位を行える。

また、フィルタ１１（２０）とフィルタ１２（２５）とが右耳用信号Ｒ１の供給を受けるように構成され、フィルタ１２（２５）の出力は、乗算器６０でその係数値（α）が乗じられ、この乗算結果は加算器４５に入力される。同様に、フィルタ１３（３０）とフィルタ１４（３５）とが左耳用信号Ｌ１の供給を受けるように構成され、フィルタ１３（３０）の出力は、乗算器７０でその係数値（α）が乗じられ、この乗算結果は加算器４０に入力される。

加算器４０は、乗算器７０の乗算結果とフィルタ１１（２０）の出力とを加算して右チャンネル出力信号を生成し、これを右スピーカ５０に供給する一方、加算器４５は、乗算器６０の乗算結果とフィルタ１４（３５）の出力とを加算して左チャンネル出力信号を生成し、これを左スピーカ５５に供給する。かくして、両スピーカからは対応する音が放音される。なお、乗算器６０、乗算器７０は、係数値が共にαであり、このαが「０」の場合、クロストークキャンセルが行われず、「１．０」の場合には完全なクロストークキャンセルが行われるので、乗算器６０、７０はクロストークキャンセル量を調整する機能を有する。

さて、図２等を参照してクロストークキャンセル処理部２００の動作について説明する。フィルタ１１（２０）、フィルタ１２（２５）、フィルタ１３（３０）、フィルタ１４（３５）の伝達関数を夫々「Ｈ１１」、「Ｈ１２」、「Ｈ２１」、「Ｈ２２」とする。また、信号ｘ１、ｘ２は、夫々、クロストークキャンセル処理部２００への入力信号とする。信号ｘ１はフィルタ１１（２０）およびフィルタ１２（２５）に供給されフィルタリング処理が行われる。同様に、信号ｘ２はフィルタ１３（３０）およびフィルタ１４（３５）に供給されフィルタリング処理が行われる。さらに、フィルタ１１（２０）とフィルタ１３（３０）との出力が加算器４０で加算され信号ｙ１となって、この信号ｙ１が右スピーカ５０に供給されて対応する音が放音される。同様に、フィルタ１２（２５）とフィルタ１４（３５）との出力が加算器４５で加算されて信号ｙ２となって、この信号ｙ２が左スピーカ５５に供給されて対応する音が放音される。

右スピーカ５０から出力された音（信号）は聴取者の左右の耳に到達する。右スピーカ５０から聴取者の右耳までの伝達関数と左耳までの伝達関数を夫々、Ｇ１１、Ｇ１２とし、同様に左スピーカ５５から聴取者の右耳までの伝達関数と左耳までの伝達関数を夫々Ｇ２１、Ｇ２２とする。この場合、ｘ１、ｘ２とｚ１、ｚ２との関係は、図６の上段の（式１）に示すようにマトリクスで表現される。即ち、入力信号ｘ１、ｘ２は４個のフィルタ２０、フィルタ２５、フィルタ３０、フィルタ３５の伝達関数でなる２行２列の行列と、スピーカ５０、５５から聴取者の耳までの伝達関数でなる２行２列の行列との乗算で表現されることになる。

そして、クロストークキャンセルとは「ｚ１＝ｘ１（式２）」、「ｚ２＝ｘ２（式３）」となることである。従って、クロストークキャンセル処理部２００のフィルタ２０、フィルタ２５、フィルタ３０、フィルタ３５の伝達関数は、図６の下段の（式４）の示すようになる。

ここで図３を参照して信号ｘ１のみが入力する場合を想定する。乗算器６０の係数値をαとする。ｘ１＝１、ｘ２＝０として、（式１）に代入し、また（式４）のＨ１１、Ｈ１２、Ｈ２１、Ｈ２２を（式１）に代入して展開すると、聴取者の両耳に到達する信号は（式５）、（式６）のようになる。「ｚ１＝（Ｇ１１・Ｇ２２−αＧ２１・Ｇ２２）／（Ｇ１１・Ｇ２２−Ｇ１２・Ｇ２１）（式５）」、「ｚ２＝（Ｇ１１・Ｇ２２−αＧ２２・Ｇ１２）／（Ｇ１１・Ｇ２２−Ｇ１２・Ｇ２１）（式６）」。

係数値αが１．０の場合、ｚ１は１、ｚ２は０に近似され右耳にのみ入力信号ｘ１が到達し、（式７）、（式８）が得られることになる。「ｚ１＝ｘ１（式７）」、「ｚ２≒０（式８）」。同様にして、フィルタ１３（３０）、フィルタ１４（３５）においても、乗算器７０の係数値αが１．０の場合、ｚ２は１、ｚ１は０に近似され左耳にのみ入力信号ｘ２が到達し、「ｚ２＝ｘ２」、「ｚ１≒０」となる。そして、係数値αの値が１．０から離れる程、クロストークのキャンセル量が少なくなりクロストークキャンセル効果が効かなくなってくる。かくして、両乗算器６０、７０の係数値を調整することによってクロストークキャンセルの量を調整することが可能になる。

そして、乗算器６０の係数値αを１．０から下げると（式５）、（式６）の分子の２項目の値が小さくなるため、外乱の影響を受けてもｚ１、ｚ２共に正の値となる確率が高くなり、逆相による不快感を低減することができる。なお、乗算器６０、７０の係数値は聴取者が適宜調整するようにしても良いし、ベンダー側が事前に調整しておいて装置の提供を行うようにしても良い。

以上のように、クロストークキャンセル処理部２００は、聴取者の例えば前方に存在する右スピーカ５０からは聴取者の右耳のみに右耳用信号を到達させると共に、聴取者の例えば前方に存在する左スピーカ５５からは聴取者の左耳のみに左耳用信号を到達させるように、右スピーカ５０および左スピーカ５５を駆動制御してクロストークをキャンセルするが、１組の乗算器６０、７０を設けてクロストークのキャンセル量を調整するようにしたので、このキャンセル量の調整によって、両耳間の位相差等を補正し聴取者の違和感を低減することができる。なお、乗算器６０および７０の係数値は必ずしも同じ値である必要はない。

（他の実施形態）
図４は他の実施形態の音響装置２の構成図である。図１の構成に比べて異なる点は、フィルタ１１（２０）と加算器４１との間に乗算器８０を設けた点と、フィルタ１４（３５）と加算器４６との間に乗算器９０を設けたことである。この実施形態においては、乗算器８０と乗算器９０の係数値が同一でその値はβである。なお、この係数値も乗算器８０と乗算器９０とで必ずしも同じ値でなくても良い。

図１に示すように聴取者の前方に２つのスピーカ５０、スピーカ５５が設置されている場合で説明する。乗算器６０、７０の係数値α、係数値αが０の場合、クロストークキャンセルは機能せず、音像はステレオとして左右のスピーカ５０、スピーカ５５の間に定位する。乗算器６０、７０の係数値α、係数値αの値を０．０から１．０に徐々に上げると音像は実際のスピーカ位置から、任意の仮想音源位置に徐々に移動する。

これは、係数値αの値の制御のみなので従来よりも少ない演算量でかつ従来よりも前後方向への移動感を表すことができることになる。例えば、図７に示す様に、音源方向制御部１００での頭部伝達関数を聴取者の斜め後方４５度に設定する（予め計測しておき組込む）と、音像はスピーカ５０付近の前方から斜め後方４５度に滑らかに移動することになる。従来では頭部伝達関数を用いて音源を聴取者の前後方向に移動させてもこの移動感が把握されにくかった。但し、この方法のみでは、乗算器６０、７０の係数値α、係数値αが０と１．０で音量差が発生する場合がある。そこで、図４に示すように乗算器８０、９０の係数値β、係数値βを追加し乗算器６０、７０の係数値α、αに連動して調整することによって、全体の音量バランスを制御し音量差をなくすことができる。例えば次式で表す関係を保持して係数値の連動調整を行うようにすれば良い。「β＝０．７＋０．３・α」（但し、０．７、０，３は実数の一例であり、一般にはβ＝ａ＋ｂ：ａ、ｂは実数）。

また、図５に示す構成もこの音量バランスの制御を行うものである。図５に示す音響装置３は、音源方向制御部１００とクロストークキャンセル処理部２００との間に、音量バランス制御のための係数を有する１対の乗算器８１、９１を備えた構成としている。より具体的には、フィルタ０１（１０）と、フィルタ１１（２０）及びフィルタ１２（２５）の入力接続点との間に係数値γの乗算器８１を設けると共に、フィルタ０２（１１）と、フィルタ１３（３０）及びフィルタ１４（３５）の入力接続点との間に係数値γの乗算器９１を設けている。この場合には「γ＝０．７＋０．３・α」（但し、０．７、０，３は実数の一例であり、一般にはγ＝ｃ＋ｄ：ｃ、ｄは実数）なる関係を保持して係数値の連動調整を行えば良い。

このように、一般には音源移動が感じられない聴取者の前後方向の音源移動であっても、クロストークのキャンセル量を調整しつつも音量バランスを制御することができるので実際に存在するスピーカに定位する音を滑らかに仮想位置に移動させることが可能になる。なお、以上の説明では設置する２つのスピーカの位置を聴取者の前方とした場合を想定したが、２つのスピーカの設置位置はこれに限られず聴取者の横方向、後方、斜め後ろ方向等でも良い。

以上説明してきたように、本発明は音楽分野において例えば仮想音源の再生等に利用することができる。

１０フィルタ
１１フィルタ
２０フィルタ
２５フィルタ
３０フィルタ
３５フィルタ
４０加算器
４５加算器
５０右スピーカ
５５左スピーカ
１００音源方向制御部
２００クロストークキャンセル処理部

Claims

入力音響信号に基づいて所望の方向に音源を定位し２チャンネルの右耳用信号および左耳用信号を生成する音源方向制御部と、
聴取者の右耳のみに前記右耳用信号を到達させると共に、聴取者の左耳のみに前記左耳用信号を到達させるように、２つのスピーカを駆動制御してクロストークをキャンセルするクロストークキャンセル処理部と、
キャンセル量調整のための係数を有する１対の乗算器と、
音量バランス制御のための係数を有する１対の乗算器と、を備え、
前記キャンセル量調整のための１対の乗算器の係数値の調整によって、前記クロストークキャンセル処理部におけるクロストークのキャンセル量を調整可能とし、
前記キャンセル量調整のための両乗算器の係数を同じ値（α）にすると共に、前記音量バランス制御のための両乗算器の係数を同じ値（β）にし、キャンセル量最小値に対応する係数値（αｍｉｎ）からキャンセル量最大値に対応する係数値（αｍａｘ）まで前記キャンセル量調整のための係数（α）を変化させ、予め設定した実数の組を（ａ、ｂ）として、「β＝ａ＋ｂ・α」なる関係を保ちながら、前記キャンセル量調整のための係数値（α）と前記音量バランス制御のための係数値（β）とを連動調整されるようにしたことを特徴とする音響装置。