JP7319789B2 - 位相制御装置、音響装置及び位相制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、位相制御装置、音響装置及び位相制御方法に関する。

一般に、車室内には複数の位置にスピーカが設置されている。例えば、右ドア部（運転席側ドア部）の右フロントスピーカと左ドア部（助手席側ドア部）の左フロントスピーカは、車室空間の中心線を挟んで対称となる位置に設置されている。しかし、これらのスピーカは、リスナの聴取位置（運転席や助手席、後部座席など）を基準に考えると、対称となる位置にはない。

例えばリスナが運転席に座る場合、右フロントスピーカとリスナとの距離と、左フロントスピーカとリスナとの距離は等しい距離にはならない。右ハンドル車の場合、前者の距離が後者の距離よりも短い。そのため、両ドア部のスピーカから音が同時に出力されると、運転席に座るリスナの耳には、右フロントスピーカから出力された音が届き、その後、左フロントスピーカから出力された音が届くことが一般的である。リスナの聴取位置と複数のスピーカのそれぞれとの間の距離の差（各スピーカから放出された再生音が到達する時間の差）により、ハース効果による音像定位の偏りが発生する。

音像定位の偏りを改善する技術の一例として、各スピーカから出力される音をリスナ（聴取位置）に同時に到達させるようにスピーカチャンネル毎に遅延時間を設定するタイムアライメントが知られている。タイムアライメントを行う装置の具体的構成は、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の装置は、スピーカチャンネル毎に遅延時間を設定するため、各スピーカから順次出力される音を所定の聴取位置で順次収音し、収音された各音からスピーカ毎のインパルス応答を測定する。特許文献１では、インパルス応答にローパスフィルタを適用して高周波ノイズを除去することによってインパルス応答の立ち上がり部分を高精度に検出することにより、各スピーカチャンネルに設定すべき遅延時間の計算精度を向上させている。

特開２００５－３４１５３４号公報

車室内のような特殊なリスニング環境では、各スピーカから出力される音同士の干渉が発生しやすい。そのため、タイムアライメント等の音像を定位させる従来の技術だけでは、このような干渉によって周波数領域でのディップが発生し、ディップの発生による音質の劣化や音圧の低下を避けることが難しい。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、音像定位の偏りの改善とともに、各スピーカから出力される音同士の干渉による音質劣化や音圧低下を抑えることが可能な位相制御装置、音響装置及び位相制御方法を提供することである。

本発明の一実施形態に係る位相制御装置は、複数のスピーカの各々から出力されて所定の聴取位置で時間的に非干渉なタイミングで収音された各音の信号のインパルス応答を測定する測定部と、測定された各スピーカからの音の信号のインパルス応答をフーリエ変換することによってインパルス応答の周波数スペクトル信号をスピーカ毎に得るフーリエ変換部と、フーリエ変換部によって得られた各周波数スペクトル信号に対し、所定の位相制御を行い、所定の位相制御が行われない他の周波数スペクトル信号と合成することによって第一の振幅特性を得るとともに、位相制御を行わずに他の周波数スペクトル信号と合成することによって第二の振幅特性を得る振幅特性算出部と、各スピーカについて得られた第一の振幅特性と第二の振幅特性に基づいて複数のスピーカの中から所定の条件を満たすスピーカを検出する検出部と、検出されたスピーカに出力される音の信号の位相を周波数スペクトル毎に調節するための第一の位相調節用データに基づいて、所定の聴取位置を含む複数の聴取位置において、複数のスピーカ間の音の干渉による弱めあいが各周波数スペクトルで低減するように、複数のスピーカの各々に出力される音の信号の位相を周波数スペクトル毎に調節するための第二の位相調節用データを生成する生成部とを備える。

このように構成された位相制御装置によれば、音像定位の偏りの改善とともに、各スピーカから出力される音同士の干渉による音質劣化や音圧低下を抑えることが可能となる。

検出部は、スピーカ毎に第一の振幅特性と第二の振幅特性とのレベル差を算出し、各スピーカについて算出されたレベル差に応じた値を比較し、比較の結果に基づいて所定の条件を満たすスピーカを検出する構成としてもよい。より詳細には、検出部は、レベル差を周波数スペクトル毎に算出し、算出された周波数スペクトル毎のレベル差を累積し、各スピーカについて得られたレベル差の累積値を比較し、累積値が最も大きいスピーカを所定の条件を満たすスピーカとして検出する構成としてもよい。

このようにして検出されたスピーカに出力される音の信号の位相を周波数スペクトル毎に調節するための第一の位相調節用データに基づいて第二の位相調節用データを生成することにより、より一層、音像定位の偏りの改善とともに、各スピーカから出力される音同士の干渉による音質劣化や音圧低下を抑えることが可能となる。

振幅特性算出部は、フーリエ変換部によって得られた周波数スペクトル信号毎に次の処理（１）～（５）を行う構成としてもよい。
（１）処理対象の周波数スペクトル信号の位相を変え、位相を変える毎に、処理対象の周波数スペクトル信号と他の周波数スペクトル信号とを合成し、
（２）合成の結果に基づいて、処理対象のスピーカからの音の信号の位相調節量を周波数スペクトル毎に求め、
（３）求めた周波数スペクトル毎の位相調節量と処理対象の周波数スペクトル信号とを複素乗算し、
（４）複素乗算された周波数スペクトル信号と他の周波数スペクトル信号とを合成することによって第一の振幅特性を得て、
（５）位相を変えることなく処理対象の周波数スペクトル信号と他の周波数スペクトル信号とを合成することによって第二の振幅特性を得る。

このようにして得られた第一の振幅特性と第二の振幅特性を用いることにより、効果（聴取位置におけるスピーカ間の音の弱めあいの干渉が低減することによってレベルが増加する効果）を得るのにより一層好適なスピーカを検出することができる。

第一の位相調節用データは、例えば、検出部によって検出されたスピーカから出力される音の位相と他のスピーカから出力される音の位相とが聴取位置において各周波数スペクトルで同相又は逆相となるように、検出されたスピーカに出力される音の位相を周波数スペクトル毎に調節するためのデータである。

このような、第一の位相調節用データを用いることにより、音像定位の偏りの改善とともに、各スピーカから出力される音同士の干渉による音質劣化や音圧低下を抑えるのにより一層好適な第二の位相調節用データを生成することが可能となる。

生成部は、第一の位相調節用データをもとに、複数のスピーカの各々に出力される音の信号に与える位相調節量を周波数スペクトル毎に算出し、算出された周波数スペクトル毎の位相調節量を第二の位相調節用データとして得る構成としてもよい。この場合、生成部は、複数のスピーカの各々に出力される音の信号に与える位相調節量の差が各周波数スペクトルで１８０度以内に収まるように、位相調節量を算出してもよい。

これにより、所定のリスニング環境下で（例えば、一対のスピーカの位置に対して非対称となる聴取位置、同じく一対のスピーカの位置に対して非対称となる別の聴取位置、の双方において）、より一層、逆相によるスピーカ間の音の干渉を低減することができ、定位を改善するとともに、ディップの発生による音質の劣化や音圧の低下が抑えられるようになる。

本発明の一実施形態に係る音響装置は、上記の位相制御装置を有し、音源から入力される音の信号を複数のスピーカに出力する装置であり、第二の位相調節用データを用いて、音源から入力されて複数のスピーカの各々に出力される音の信号の位相を周波数スペクトル毎に調節する調節部を備える構成としてもよい。

このように構成された音響装置によれば、聴取位置における音像定位の偏りの改善とともに、聴取位置において音同士の干渉による音質劣化や音圧低下が抑えられる音の信号を各スピーカに出力することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る、コンピュータによって実行される位相制御方法は、複数のスピーカの各々から出力されて所定の聴取位置で時間的に非干渉なタイミングで収音された各音の信号のインパルス応答を測定する測定ステップと、測定された各スピーカからの音の信号のインパルス応答をフーリエ変換することによってインパルス応答の周波数スペクトル信号をスピーカ毎に得るフーリエ変換ステップと、フーリエ変換ステップにて得られた各周波数スペクトル信号に対し、所定の位相制御を行い、所定の位相制御が行われない他の周波数スペクトル信号と合成することによって第一の振幅特性を得るとともに、位相制御を行わずに他の周波数スペクトル信号と合成することによって第二の振幅特性を得る振幅特性算出ステップと、各スピーカについて得られた第一の振幅特性と第二の振幅特性に基づいて複数のスピーカの中から所定の条件を満たすスピーカを検出する検出ステップと、検出されたスピーカに出力される音の信号の位相を周波数スペクトル毎に調節するための第一の位相調節用データに基づいて、所定の聴取位置を含む複数の聴取位置において、複数のスピーカ間の音の干渉による弱めあいが各周波数スペクトルで低減するように、複数のスピーカの各々に出力される音の信号の位相を周波数スペクトル毎に調節するための第二の位相調節用データを生成する生成ステップとを含む。

このような位相制御方法によれば、音像定位の偏りの改善とともに、各スピーカから出力される音同士の干渉による音質劣化や音圧低下を抑えることが可能となる。

本発明の一実施形態によれば、音像定位の偏りの改善とともに、各スピーカから出力される音同士の干渉による音質劣化や音圧低下を抑えることが可能な位相制御装置、音響装置及び位相制御方法が提供される。

本発明の一実施形態に係る音響システムが設置された車両を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る音響システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る音響システムで実行される位相調節用データ設定処理のフローチャートを示す図である。 本発明の一実施形態に係る音響システムに備えられる音響装置が有する計算部の構成を示すブロック図である。 図５（ａ）は、左フロントスピーカと聴取位置（運転席）間のインパルス応答を示す図であり、図５（ｂ）は、右フロントスピーカと聴取位置間のインパルス応答を示す図である。 図６（ａ）は、左フロントスピーカと聴取位置間のインパルス応答をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル毎の振幅特性を示す図であり、図６（ｂ）は、右フロントスピーカと聴取位置間のインパルス応答をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル毎の振幅特性を示す図である。 図７（ａ）は、左フロントスピーカと聴取位置間のインパルス応答をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル毎の位相特性を示す図であり、図７（ｂ）は、右フロントスピーカと聴取位置間のインパルス応答をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル毎の位相特性を示す図である。 図８（ａ）は、左フロントスピーカと聴取位置間のインパルス応答をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル信号を処理対象としたときの合成結果を示す図であり、図８（ｂ）は、右フロントスピーカと聴取位置間のインパルス応答をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル信号を処理対象としたときの合成結果を示す図である。 図９（ａ）は、右フロントスピーカからの音の位相と左フロントスピーカからの音の位相とが聴取位置で同相となるときの、左フロントスピーカと聴取位置間のインパルス応答をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル信号の位相調節量を示す図であり、図９（ｂ）は、右フロントスピーカからの音の位相と左フロントスピーカからの音の位相とが聴取位置で同相となるときの、右フロントスピーカと聴取位置間のインパルス応答をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル信号の位相調節量を示す図である。 図１０（ａ）は、左フロントスピーカと聴取位置間のインパルス応答をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル信号について得た、第一の振幅特性と第二の振幅特性を示す図であり、図１０（ｂ）は、右フロントスピーカと聴取位置間のインパルス応答をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル信号について得た、第一の振幅特性と第二の振幅特性を示す図である。 図１１（ａ）は、図１０（ａ）に示される第一の振幅特性と第二の振幅特性とのレベル差を周波数スペクトル毎に示す図であり、図１１（ｂ）は、図１０（ｂ）に示される第一の振幅特性と第二の振幅特性とのレベル差を周波数スペクトル毎に示す図である。 右フロントスピーカからの音の位相と左フロントスピーカからの音の位相とが聴取位置で逆相となるときの、右フロントスピーカと聴取位置間のインパルス応答をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル信号の周波数スペクトル毎の位相調節量（第一の位相調節用データ）を示す図である。 図３のステップＳ２３で決定された周波数スペクトル毎の位相調節量を示す図である。 本発明の一実施形態に係る計算部が有するスムージング処理部によるスムージング処理後の位相調節量（基準スピーカ用の第一の位相調節用データ）を示す図である。 本発明の一実施形態に係る音響装置が有する位相反転部によって得られる位相調節量（他のスピーカ用の第二の位相調節用データ）を示す図である。 本発明の一実施形態に係る音響装置が有する位相調節部の構成を示すブロック図である。 図１７（ａ）は、制御なし例において、運転席に設置されたマイクロフォンで収音されるオーディオ信号の時間特性を示す図であり、図１７（ｂ）は、位相調節例において、運転席に設置されたマイクロフォンで収音されるオーディオ信号の時間特性を示す図である。 図１８（ａ）は、制御なし例において、助手席に設置されたマイクロフォンで収音されるオーディオ信号の時間特性を示す図であり、図１８（ｂ）は、位相調節例において、助手席に設置されたマイクロフォンで収音されるオーディオ信号の時間特性を示す図である。 運転席に設置されたマイクロフォンで収音される、制御なし例のオーディオ信号の周波数特性と位相調節例のオーディオ信号の周波数特性を示す図である。 助手席に設置されたマイクロフォンで収音される、制御なし例のオーディオ信号の周波数特性と位相調節例のオーディオ信号の周波数特性を示す図である。 別の一実施形態において、運転席に設置されたマイクロフォンで収音される、制御なし例のオーディオ信号の周波数特性と位相調節例のオーディオ信号の周波数特性を示す図である。 別の一実施形態において、助手席に設置されたマイクロフォンで収音される、制御なし例のオーディオ信号の周波数特性と位相調節例のオーディオ信号の周波数特性を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態として音響システムを例に取り説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る音響システム１が設置された車両Ａを模式的に示す図である。図２は、この音響システム１の構成を示すブロック図である。

図１及び図２に示されるように、音響システム１は、音響装置１０、スピーカＳＰ_ＦＲ、ＳＰ_ＦＬ及びマイクロフォンＭＩＣを備える。

音響装置１０は、車室内というリスニング環境において発生しやすい音像定位の偏りを改善するとともに、車両Ａに設置された各スピーカから出力される音同士の干渉による音質劣化や音圧低下を抑えるための位相調節用データを生成する、位相調節用データ生成機能（別の言い方をすると、位相制御装置）を搭載する。

なお、音響装置１０における各種処理は、音響装置１０に備えられるソフトウェアとハードウェアとが協働することにより実行される。音響装置１０に備えられるソフトウェアのうち少なくともＯＳ（Operating System）部分は、組み込み系システムとして提供されるが、それ以外の部分、例えば、位相調節用データの生成処理を実行するためのソフトウェアモジュールについては、ネットワーク上で配布可能な又はメモリカード等の記録媒体にて保持可能なアプリケーションとして提供されてもよい。すなわち、本実施形態に係る位相調節用データ生成機能は、音響装置１０に予め組み込まれた機能であっても、ネットワーク経由や記録媒体経由で音響装置１０に追加可能な機能であってもよい。

図１に示されるように、スピーカＳＰ_ＦＲは、右ドア部（運転席側ドア部）に埋設された右フロントスピーカであり、スピーカＳＰ_ＦＬは、左ドア部（助手席側ドア部）に埋設された左フロントスピーカである。車両Ａには、更に別のスピーカ（例えばリアスピーカ）が設置（すなわち３基以上のスピーカが設置）されていてもよい。

音響装置１０は、制御部１００、表示部１０２、操作部１０４、測定用信号発生部１０６、記録媒体再生部１０８、位相調節部１１０、増幅部１１２、信号収録部１１４及び計算部１１６を有する。

図３は、音響システム１において実行される位相調節用データ設定処理のフローチャートを示す図である。本フローチャートに示される位相調節用データ設定処理をはじめとする、音響システム１内での各種処理は、制御部１００の制御下で実行される。制御部１００は、表示部１０２に対する所定のタッチ操作又は操作部１０４に対する所定の操作を受けると、本フローチャートに示される位相調節用データ設定処理の実行を開始する。

図３に示される位相調節用データ設定処理の実行が開始されると、測定用信号発生部１０６が所定の測定用信号を発生させる（ステップＳ１１）。発生された測定用信号は、例えばＭ系列符号（Maximal length sequence）である。この測定用信号の長さは、符号長の２倍以上とする。なお、測定用信号は、例えばＴＳＰ信号（Time Stretched Pulse）等の他の種類の信号であってもよい。

測定用信号は、制御部１００及び位相調節部１１０をスルー出力し、増幅部１１２を介して各スピーカＳＰ_ＦＲ、ＳＰ_ＦＬに順次出力される（ステップＳ１２）。これにより、所定の測定用音が所定の時間間隔を空けて各スピーカＳＰ_ＦＲ、ＳＰ_ＦＬから順次出力される。

本実施形態では、運転席をインパルス応答の測定位置（聴取位置）とする。そのため、マイクロフォンＭＩＣは運転席に設置される。マイクロフォンＭＩＣの設置位置は、聴取位置に応じて変わる。マイクロフォンＭＩＣは助手席や後部座席に設置されてもよい。

マイクロフォンＭＩＣは、各スピーカＳＰ_ＦＲ、ＳＰ_ＦＬから順次出力された測定用音を時間的に非干渉なタイミングで収音する。マイクロフォンＭＩＣによって収音された測定用音の信号（すなわち測定信号）は、信号収録部１１４を介して計算部１１６に入力される（ステップＳ１３）。

図４は、計算部１１６の構成を示すブロック図である。図４に示されるように、計算部１１６は、測定部１１６Ａ及び１１６Ｂを有する。

測定部１１６Ａ及び１１６Ｂはインパルス応答を測定する（ステップＳ１４）。

具体的には、測定部１１６Ａは、スピーカＳＰ_ＦＬからの測定用音の測定信号（以下「測定信号Ｌ」と記す。）とリファレンスの測定信号との相互相関関数が演算により求められて、測定信号Ｌのインパルス応答（言い換えると、スピーカＳＰ_ＦＬと聴取位置間のインパルス応答であり、以下「インパルス応答Ｌ’」と記す。）が計算される。

測定部１１６Ｂは、スピーカＳＰ_ＦＲからの測定用音の測定信号（以下「測定信号Ｒ」と記す。）とリファレンスの測定信号との相互相関関数が演算により求められて、測定信号Ｒのインパルス応答（言い換えると、スピーカＳＰ_ＦＲと聴取位置間のインパルス応答であり、以下「インパルス応答Ｒ’」と記す。）が計算される。

なお、リファレンスの測定信号は、測定用信号発生部１０６にて発生される測定用信号と同一であり且つ時間同期が取られたものである。

このように、測定部１１６Ａ及び１１６Ｂは、複数のスピーカの各々から出力されて所定の聴取位置で時間的に非干渉なタイミングで収音された各音の信号のインパルス応答を測定する測定部として動作する。

図５（ａ）にインパルス応答Ｌ’を例示し、図５（ｂ）にインパルス応答Ｒ’を例示する。図５（ａ）、図５（ｂ）の各図中、縦軸は振幅を示し、横軸は時間（単位：ｓｅｃ）を示す。図５（ａ）及び図５（ｂ）の例では、サンプリング周波数は４４．１ｋＨｚであり、Ｍ系列符号の符号長は３２，７６７であり、周波数帯域は３ｋＨｚである。

図５（ａ）及び図５（ｂ）を見ると、車室内という特殊なリスニング環境（車室内の構造物によって遅延時間差の短い反射が多い、車室内の構造物により音が遮蔽される、各スピーカからの音が干渉する、などの環境）のため、抑圧された音が聴取位置に最初に到達し（言い換えると、インパルス応答の立ち上がり部分のレベルが低く）、この抑圧された音に遅れて、レベルの高い音が聴取位置に到達する。

図４に示されるように、計算部１１６は、フーリエ変換部１１６Ｃ及び１１６Ｄを有する。

フーリエ変換部１１６Ｃは、測定部１１６Ａより入力されるインパルス応答Ｌ’をフーリエ変換し、周波数スペクトル毎の振幅特性と位相特性を求める（ステップＳ１５）。フーリエ変換部１１６Ｄは、測定部１１６Ｂより入力されるインパルス応答Ｒ’をフーリエ変換し、周波数スペクトル毎の振幅特性と位相特性を求める（ステップＳ１５）。

図６（ａ）は、インパルス応答Ｌ’をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル毎の振幅特性を示す図であり、図６（ｂ）は、インパルス応答Ｒ’をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル毎の振幅特性を示す図である。図６（ａ）、図６（ｂ）の各図中、縦軸はパワー（単位：ｄＢ）を示し、横軸は周波数（単位：Ｈｚ）を示す。

図７（ａ）は、インパルス応答Ｌ’をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル毎の位相特性を示す図であり、図７（ｂ）は、インパルス応答Ｒ’をフーリエ変換することによって求まった周波数スペクトル毎の位相特性を示す図である。図７（ａ）、図７（ｂ）の各図中、縦軸は角度（単位：ｄｅｇｒｅｅ）を示し、横軸は周波数（単位：Ｈｚ）を示す。

図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）及び図７（ｂ）の例では、フーリエ変換長は８，１９２サンプルである。また、周波数スペクトルは、０Ｈｚからナイキスト周波数の２２．０５ｋＨｚまでの周波数領域を５．３８Ｈｚ刻みで分割した４，０９７ポイントに設定されている。なお、３ｋＨｚまでの周波数スペクトルは５５７ポイントとなる。車室内で音が反射・遮蔽・干渉等することから、図６（ａ）及び図６（ｂ）の例では、周波数毎に振幅が大きく変動し、図７（ａ）及び図７（ｂ）の例では、周波数毎に位相が大きく変動している。

以下、便宜上、フーリエ変換部１１６Ｃにより求められたインパルス応答Ｌ’の周波数スペクトル毎の振幅特性と位相特性を「周波数スペクトル信号Ｌ”」と記し、フーリエ変換部１１６Ｄにより求められたインパルス応答Ｒ’の周波数スペクトル毎の振幅特性と位相特性を「周波数スペクトル信号Ｒ”」と記す。フーリエ変換部１１６Ｃ及び１１６Ｄは、各スピーカからの音の信号のインパルス応答をフーリエ変換することによってインパルス応答の周波数スペクトル信号をスピーカ毎に得るフーリエ変換部として動作する。

図４に示されるように、計算部１１６は、位相制御部１１６Ｅを有する。

位相制御部１１６Ｅは、周波数スペクトル信号Ｌ”、Ｒ”毎に、第一の振幅特性及び第二の振幅特性（何れも詳しくは後述）を得るため、次の処理（１）～（５）を行う。

《処理（１）》
位相制御部１１６Ｅは、処理対象の周波数スペクトル信号（周波数スペクトル信号Ｌ”と周波数スペクトル信号Ｒ”の一方）の位相を－１８０度から＋１８０度の範囲で所定の角度刻みで変え、位相を変える毎に、処理対象の周波数スペクトル信号と、他の周波数スペクトル信号（周波数スペクトル信号Ｌ”と周波数スペクトル信号Ｒ”の他方）とを合成する（ステップＳ１６）。この合成処理は、処理負荷軽減のため、全ての周波数スペクトルではなく、例えば３ｋＨｚまでの計５５７ポイントの周波数スペクトル毎に行われる。

図８（ａ）は、周波数スペクトル信号Ｌ”を処理対象としたときの合成結果を示す図であり、図８（ｂ）は、周波数スペクトル信号Ｒ”を処理対象としたときの合成結果を示す図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）では、代表として、５５７ポイントの周波数スペクトルのうち１００Ｈｚ（太実線）と４００Ｈｚ（細実線）の周波数スペクトルの合成結果を示す。図８（ａ）、図８（ｂ）の各図中、縦軸は合成後の信号のパワー（単位：ｄＢ）を示し、横軸は位相（単位：ｄｅｇｒｅｅ）を示す。なお、位相０度（言い換えると位相調節量がゼロ）でのパワーは、処理対象の周波数スペクトル信号の位相を変えずに他の周波数スペクトル信号と合成したときのパワーを示す。

《処理（２）》
図８（ａ）、図８（ｂ）の各図中、パワーが最大となる角度で、スピーカＳＰ_ＦＲからの音の位相とスピーカＳＰ_ＦＬからの音の位相とが聴取位置で同相（聴取位置においてこれらのスピーカ間の音が最も強めあう干渉を起こす。）となり、パワーが最小となる角度で、スピーカＳＰ_ＦＲからの音の位相とスピーカＳＰ_ＦＬからの音の位相とが聴取位置で逆相（聴取位置においてこれらのスピーカ間の音が最も弱めあう干渉を起こす。）となる。

図８（ａ）の例においては、１００Ｈｚの周波数スペクトルでは、－１１０度で（位相調節されていない周波数スペクトル信号Ｒ”と位相調節量が－１１０度の周波数スペクトル信号Ｌ”とを合成したときに）同相となり、＋７０度で（位相調節されていない周波数スペクトル信号Ｒ”と位相調節量が＋７０度の周波数スペクトル信号Ｌ”とを合成したときに）逆相となる。４００Ｈｚの周波数スペクトルでは、＋１７０度で（位相調節されていない周波数スペクトル信号Ｒ”と位相調節量が＋１７０度の周波数スペクトル信号Ｌ”とを合成したときに）同相となり、－１０度で（位相調節されていない周波数スペクトル信号Ｒ”と位相調節量が－１０度の周波数スペクトル信号Ｌ”とを合成したときに）逆相となる。

図８（ｂ）の例においては、１００Ｈｚの周波数スペクトルでは、＋１１０度で（位相調節されていない周波数スペクトル信号Ｌ”と位相調節量が＋１１０度の周波数スペクトル信号Ｒ”とを合成したときに）同相となり、－７０度で（位相調節されていない周波数スペクトル信号Ｌ”と位相調節量が－７０度の周波数スペクトル信号Ｒ”とを合成したときに）逆相となる。４００Ｈｚの周波数スペクトルでは、－１７０度で（位相調節されていない周波数スペクトル信号Ｌ”と位相調節量が－１７０度の周波数スペクトル信号Ｒ”とを合成したときに）同相となり、＋１０度で（位相調節されていない周波数スペクトル信号Ｌ”と位相調節量が＋１０度の周波数スペクトル信号Ｒ”とを合成したときに）逆相となる。

位相制御部１１６Ｅは、周波数スペクトル毎の合成結果から、スピーカＳＰ_ＦＲからの音の位相とスピーカＳＰ_ＦＬからの音の位相とが聴取位置で同相となるときの、処理対象の周波数スペクトル信号の周波数スペクトル毎の位相調節量を求める（ステップＳ１７）。

図９（ａ）は、６０Ｈｚ～３ｋＨｚまでの各周波数スペクトルにおいて、スピーカＳＰ_ＦＲからの音の位相とスピーカＳＰ_ＦＬからの音の位相とが聴取位置で同相となるときの、周波数スペクトル信号Ｌ”の周波数スペクトル毎の位相調節量を示す図である。図９（ｂ）は、６０Ｈｚ～３ｋＨｚまでの各周波数スペクトルにおいて、スピーカＳＰ_ＦＲからの音の位相とスピーカＳＰ_ＦＬからの音の位相とが聴取位置で同相となるときの、周波数スペクトル信号Ｒ”の周波数スペクトル毎の位相調節量を示す図である。図９（ａ）、図９（ｂ）の各図中、縦軸は位相調節量（単位：ｄｅｇｒｅｅ）を示し、横軸は周波数（単位：Ｈｚ）を示す。

なお、位相調節を行う周波数範囲は、ナイキスト周波数の範囲内で任意に設定することができる。本実施形態では、スピーカＳＰ_ＦＲ及びＳＰ_ＦＬで再生可能な下限周波数（６０Ｈｚ）から、定位において聴感上で位相が支配的となる周波数（言い換えると、位相のずれによる音像定位への影響が大きい周波数）の２倍の周波数（３ｋＨｚ）を、位相調節を行う周波数範囲として設定している。

本実施形態では、車室内における周波数毎の伝搬遅延時間の差異により、位相調節量が周波数毎で大きく変動している（図９（ａ）及び図９（ｂ）参照）。

《処理（３）》
位相制御部１１６Ｅは、処理対象の周波数スペクトル信号（周波数スペクトル信号Ｌ”そのもの又は周波数スペクトル信号Ｒ”そのもの）を複素数に変換するとともに、ステップＳ１７にて求めた処理対象の周波数スペクトル毎の位相調節量（図９（ａ）又は図９（ｂ）参照）を複素数に変換し、これらを複素乗算する（ステップＳ１８）。

《処理（４）》
位相制御部１１６Ｅは、ステップＳ１８にて複素乗算された（言い換えると、位相制御された）処理対象の周波数スペクトル信号と他の周波数スペクトル信号（周波数スペクトル信号Ｌ”そのもの又は周波数スペクトル信号Ｒ”そのもの）とを合成することにより、第一の振幅特性を得る（ステップＳ１９）。

《処理（５）》
位相制御部１１６Ｅは、処理対象の周波数スペクトル信号を、位相を変えることなく（すなわち、周波数スペクトル信号Ｌ”そのもの又は周波数スペクトル信号Ｒ”そのものを）他の周波数スペクトル信号（周波数スペクトル信号Ｌ”そのもの又は周波数スペクトル信号Ｒ”そのもの）と合成することにより、第二の振幅特性を得る（ステップＳ２０）。

以上の処理（１）～（５）により、周波数スペクトル信号Ｌ”、Ｒ”毎に、第一の振幅特性及び第二の振幅特性が得られる。このように、位相制御部１１６Ｅは、フーリエ変換部によって得られた各周波数スペクトル信号に対し、所定の位相制御を行い、所定の位相制御が行われない他の周波数スペクトル信号と合成することによって第一の振幅特性を得るとともに、位相制御を行わずに他の周波数スペクトル信号と合成することによって第二の振幅特性を得る振幅特性算出部として動作する。

図１０（ａ）は、周波数スペクトル信号Ｌ”について得た第一の振幅特性（実線）と第二の振幅特性（破線）を示す図であり、図１０（ｂ）は、周波数スペクトル信号Ｒ”について得た第一の振幅特性（実線）と第二の振幅特性（破線）を示す図である。図１０（ａ）、図１０（ｂ）の各図中、縦軸はレベル（単位：ｄＢ）を示し、横軸は周波数（単位：Ｈｚ）を示す。

位相制御部１１６Ｅは、周波数スペクトル信号Ｌ”について得た第一の振幅特性と第二の振幅特性とのレベル差を周波数スペクトル毎に算出し、算出された周波数スペクトル毎のレベル差を累積する。また、位相制御部１１６Ｅは、周波数スペクトル信号Ｒ”について得た第一の振幅特性と第二の振幅特性とのレベル差を周波数スペクトル毎に算出し、算出された周波数スペクトル毎のレベル差を累積する。位相制御部１１６Ｅは、これらの累積値を比較し、累積値が大きい方に対応するスピーカを所定の条件を満たすスピーカとして検出する（ステップＳ２１）。このように、位相制御部１１６Ｅは、各スピーカについて得られた第一の振幅特性と第二の振幅特性に基づいて複数のスピーカの中から所定の条件を満たすスピーカを検出する検出部として動作する。

図１１（ａ）は、周波数スペクトル信号Ｌ”について得た第一の振幅特性と第二の振幅特性との周波数スペクトル毎のレベル差を示す図であり、図１１（ｂ）は、周波数スペクトル信号Ｒ”について得た第一の振幅特性と第二の振幅特性と周波数スペクトル毎のレベル差を示す図である。図１１（ａ）、図１１（ｂ）の各図中、縦軸はレベル（単位：ｄＢ）を示し、横軸は周波数（単位：Ｈｚ）を示す。

ここで、第一の振幅特性は、処理対象の周波数スペクトル信号を位相制御して他の周波数スペクトル信号と合成することによって得られたものであり、第二の振幅特性は、処理対象の周波数スペクトル信号を位相制御することなく他の周波数スペクトル信号と合成することによって得られたものである。そのため、このレベル差の累積値は、処理対象の周波数スペクトル信号を位相制御したときの効果（聴取位置におけるスピーカ間の音の弱めあいの干渉が低減することによってレベルが増加する効果）を示す値といえる。累積値が高いほど、この効果が高いことを示す。

図１１（ａ）に示されるレベル差の累積値は７８２であり、図１１（ｂ）に示されるレベル差の累積値は２，４０４である。周波数スペクトル信号Ｒ”について得た累積値が高いことから、周波数スペクトル信号Ｒ”に対応するスピーカＳＰ_ＦＲを基準に位相調節処理を行うことにより、より高い効果（聴取位置におけるスピーカ間の音の弱めあいの干渉が低減することによってレベルが増加する効果）が得られて、音像定位の偏りの改善とともに、各スピーカから出力される音同士の干渉による音質劣化や音圧低下を抑えることが可能となる。

スピーカの配置や車室内の環境によっては、音の反射・遮蔽・干渉等の影響でスピーカＳＰ_ＦＲから聴取位置に向かう音がより長く抑圧される場合もある。一例として、図５（ｂ）のインパルス応答Ｒ’が５．０ｍｓｅｃまでの期間、抑圧されたレベルである場合を考える。この場合においても、スピーカＳＰ_ＦＲが聴取位置（運転席）との距離が最も短いことから、スピーカＳＰ_ＦＬからの音と比べて、スピーカＳＰ_ＦＲからの音がより短い時間で聴取位置に到達する（インパルス応答Ｒ’がインパルス応答Ｌ’よりも立ち上がりが早い）。そのため、従来のタイムアライメントでは、音像定位の偏りを改善するため、スピーカＳＰ_ＦＲからの音を遅延させることになる。

しかし、インパルス応答Ｒ’の立ち上がり部分は５．０ｍｓｅｃまでの期間、抑圧されたレベルである。この抑圧されたレベルの音は、微弱なレベルの音であるため、音像の定位に実質的に寄与する実用的なレベルの音であるといえない。音像の定位に実質的に寄与する、スピーカＳＰ_ＦＲからの実用的なレベルの音は、５．０ｍｓｅｃを超えた時点で聴取位置に到達する。一方、図５（ａ）を見ると、音像の定位に実質的に寄与する、スピーカＳＰ_ＦＬからの実用的なレベルの音は、４．１ｍｓｅｃ時点で聴取位置に到達している。

従来のタイムアライメントでは、音像の定位に実質的に寄与する実用的なレベルの音が聴取位置に到達するまでの時間が長いスピーカ（ここでの例では、単純にインパルス応答の立ち上がりが早いスピーカ）が、遅延を付与するスピーカとして設定される。そのため、従来のタイムアライメントでは、音像定位の偏りを十分に改善することが難しい。

これに対し、本実施形態では、位相調節処理を実行する際の基準となるスピーカを、上記のように、より高い効果（聴取位置におけるスピーカ間の音の弱めあいの干渉が低減することによってレベルが増加する効果）が得られるかどうかで検出することにより、車室内という特殊なリスニング環境下においても、音像定位の偏りを十分に改善するとともに、各スピーカから出力される音同士の干渉による音質劣化や音圧低下を抑えることが可能となる。

位相制御部１１６Ｅは、ステップＳ２１にて検出されたスピーカ（以下「基準スピーカ」と記す。）について得た周波数スペクトル毎の合成結果（本実施形態では、スピーカＳＰ_ＦＲについて得た周波数スペクトル毎の合成結果であり、図８（ｂ）参照）から、スピーカＳＰ_ＦＲからの音の位相とスピーカＳＰ_ＦＬからの音の位相とが聴取位置で逆相となるときの、周波数スペクトル信号の周波数スペクトル毎の位相調節量（第一の位相調節用データ）を求める（ステップＳ２２）。

図１２は、スピーカＳＰ_ＦＲからの音の位相とスピーカＳＰ_ＦＬからの音の位相とが聴取位置で逆相となるときの、周波数スペクトル信号Ｒ”の周波数スペクトル毎の位相調節量（第一の位相調節用データ）を示す図である。図１２中、縦軸は位相調節量（単位：ｄｅｇｒｅｅ）を示し、横軸は周波数（単位：Ｈｚ）を示す。

図４に示されるように、計算部１１６は、位相シフト部１１６Ｆを有する。

位相シフト部１１６Ｆは、第一の位相調節用データ（図１２参照）に応じて、基準スピーカに出力される音の信号の位相を調節する位相調節量を周波数スペクトル毎に決定する（ステップＳ２３）。具体的には、次式に従い、周波数スペクトル毎の位相調節量を決定する。

｜Ｐｈｃ｜≦９０°のとき
Ｐｈｓ＝＋９０°
｜Ｐｈｃ｜＞９０°のとき
Ｐｈｓ＝０°
Ｐｈｃ：ステップＳ２２にて求められた位相調節量
Ｐｈｓ：ステップＳ２３で決定される位相調節量

図１３は、ステップＳ２３で決定された周波数スペクトル毎の位相調節量を示す図である。図１３中、縦軸は位相調節量（単位：ｄｅｇｒｅｅ）を示し、横軸は周波数（単位：Ｈｚ）を示す。

図４に示されるように、計算部１１６は、スムージング処理部１１６Ｇを有する。

スムージング処理部１１６Ｇは、位相シフト部１１６Ｆより入力される周波数スペクトル毎の位相調節量を周波数軸上でスムージング処理する（ステップＳ２４）。これにより、基準スピーカに出力される音の信号の位相を周波数スペクトル毎に調節するための位相調節用データ（基準スピーカ用の第二の位相調節用データ）が得られる。

図１４は、スムージング処理部１１６Ｇによるスムージング処理後の位相調節量（基準スピーカ用の第二の位相調節用データ）を示す図である。図１４中、縦軸は位相調節量（単位：ｄｅｇｒｅｅ）を示し、横軸は周波数（単位：Ｈｚ）を示す。スムージング処理部１１６Ｇは、８タップのＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタにより、位相シフト部１１６Ｆより入力される周波数スペクトル毎の位相調節量に対してスムージング処理を施す。

スムージング処理部１１６Ｇによるスムージング処理により、周波数領域における位相の急激な変化が抑えられる。そのため、位相調節用データを用いて位相調節された音を出力した際、位相の急激な変化による高調波の発生が抑えられ、このような高調波による聴感上の異音が抑えられる。

図４に示されるように、計算部１１６は、位相反転部１１６Ｈを有する。

位相反転部１１６Ｈは、ステップＳ２４にて得られたスムージング処理後の位相調節量（基準スピーカ用の第二の位相調節用データ）の位相を反転させることにより、他のスピーカ（本実施形態では、スピーカＳＰ_ＦＬ）に出力される音の信号の位相を調節する周波数スペクトル毎の位相調節量（他のスピーカ用の第二の位相調節用データ）を得る（ステップＳ２５）。

図１５は、位相反転部１１６Ｈによって得られる他のスピーカ用の第二の位相調節用データを示す図である。図１５中、縦軸は位相調節量（単位：ｄｅｇｒｅｅ）を示し、横軸は周波数（単位：Ｈｚ）を示す。

図１４及び図１５に示されるように、基準スピーカ用の第二の位相調節用データは、逆相となる位相調節量（第一の位相調節用データ）に応じて、周波数スペクトル毎の位相調節量が０度～９０度の範囲に設定され、他のスピーカ用の第二の位相調節用データは、逆相となる位相調節量（第一の位相調節用データ）に応じて、位相調節量が０度～－９０度の範囲に設定されている。

本実施形態では、逆相となる位相調節量（第一の位相調節用データ）をもとに各スピーカ用の第二の位相調節用データが算出され、かつ互いの位相調節量の差が１８０度以内に収まるように各スピーカ用の第二の位相調節用データが算出されていることから（言い換えると、各スピーカに出力される音の信号に与える位相調節量の差が各周波数スペクトルで１８０度以内に収まるように、各スピーカ用の第二の位相調節用データが算出されていることから）、一対のスピーカＳＰ_ＦＲ、ＳＰ_ＦＬの位置に対して非対称となる運転席の位置、同じく一対のスピーカＳＰ_ＦＲ、ＳＰ_ＦＬの位置に対して非対称となる助手席の位置、の双方において、逆相によるスピーカ間の音の干渉を低減することができ、定位を改善するとともに、ディップの発生による音質の劣化や音圧の低下が抑えられる。

このように、位相制御部１１６Ｅ、位相シフト部１１６Ｆ、スムージング処理部１１６Ｇ及び位相反転部１１６Ｈは、複数の聴取位置において、複数のスピーカ間の音の干渉による弱めあいが各周波数スペクトルで低減するように、各スピーカに出力される音の信号の位相を周波数スペクトル毎に調節するための第二の位相調節用データを生成する生成部として動作する。

制御部１００は、各スピーカ用の第二の位相調節用データを位相調節部１１０に設定する（ステップＳ２６）。位相調節部１１０は、この第二の位相調節用データを用いて、音源から入力されて各スピーカに出力される音の信号の位相を周波数スペクトル毎に調節する調節部として動作する。

次に、位相調節部１１０に設定された第二の位相調節用データを用いて、音源より入力される音の信号を再生する動作について説明する。

記録媒体再生部１０８は、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の音源より入力される音の信号Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌ（以下「オーディオ信号Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌ」と記す。）を再生する。制御部１００は、記録媒体再生部１０８により再生されたオーディオ信号Ｓ_Ｌ、Ｓ_Ｒを位相調節部１１０に出力する。

位相調節部１１０は、各スピーカに出力されるオーディオ信号に対して周波数スペクトル毎に位相を調節して出力する。位相調節部１１０より出力されたオーディオ信号Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌは、増幅部１１２を介して、それぞれ、スピーカＳＰ_ＦＲ、ＳＰ_ＦＬから車室内に出力される。

図１６は、位相調節部１１０の構成を示すブロック図である。図１６に示されるように、位相調節部１１０は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１１０Ａ、複素乗算部１１０Ｂ及びＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部１１０Ｃを有する。

ＦＦＴ部１１０Ａは、制御部１００より入力されるオーディオ信号Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｌに対してオーバラップ処理及び窓関数による重み付けを行った後、ＳＴＦＴ（Short-Term Fourier Transform）により時間領域から周波数領域への変換を行い、振幅と位相からなる周波数スペクトル信号を複素乗算部１１０Ｂに出力する。なお、オーバラップ処理及び窓関数は、ユーザ操作によって定位位置を変更した際（例えば運転席から助手席に変更した際）に位相調節量を徐々に変化させて異音を低減させるためのものである。

本実施形態では、ＦＦＴ部１１０Ａは、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚである。また、ＦＦＴ部１１０Ａは、フーリエ変換長が８，１９２サンプルであり、オーバラップ長が６，１４４サンプルであり、窓関数がハニング窓である。ＦＦＴ部１１０Ａは、２，０４８サンプルずつ時間シフトしながらＳＴＦＴを行うことにより、０Ｈｚからナイキスト周波数の２２．０５ｋＨｚまでの周波数領域を５．３８Ｈｚ刻みで分割した、計４，０９７ポイントの周波数スペクトル信号を取得する。

複素乗算部１１０Ｂには、制御部１００より入力された第二の位相調節用データが設定される。複素乗算部１１０Ｂは、第二の位相調節用データをもとに、各スピーカチャンネルについて、ＦＦＴ部１１０Ａより入力される周波数スペクトル信号に対して複素乗算を行い、各チャンネルのスピーカに出力されるオーディオ信号の位相を周波数スペクトル毎に調節する。

ＩＦＦＴ部１１０Ｃは、複素乗算部１１０Ｂ２より入力される位相調節後の周波数スペクトル信号をＩＳＴＦＴにより周波数領域から時間領域の信号に変換し、変換された信号について窓関数による重み付け及びオーバラップ加算を行って、増幅部１１２に出力する。

図１７～図２０を用いて、各スピーカチャンネルについて位相調節した場合の具体例を示す。この例では、オーディオ信号がモノラルのインパルス信号であり、周波数領域が１ｋＨｚであるものとする。７５０Ｈｚ以下の低域では両耳間位相差が定位に影響を及ぼし、７５０Ｈｚ～１．５ｋＨｚの低中域では両耳間位相差と両耳間レベル差が定位に影響を及ぼし、１．５ｋＨｚ以上の中高域では両耳間レベル差が定位に影響を及ぼすことが知られている（例えば特開２００４－３２５２８４号公報参照）。そのため、ここでは、位相調節を行う対象の周波数領域を１ｋＨｚとしている。なお、１ｋＨｚ以下の波長は比較的長いため、両耳間位相差が比較的小さくなる。そのため、ここでは、リスナの左右の耳に到達する音を同じとみなしており、座席毎の測定ポイント（マイクロフォンＭＩＣが設置される聴取位置）を１ポイントとしている。

図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、運転席に設置されたマイクロフォンＭＩＣで収音されるオーディオ信号の時間特性を示す図である。具体的には、図１７（ａ）は、本実施形態に係る位相調節処理が施されていないオーディオ信号を各スピーカＳＰ_ＦＲ、ＳＰ_ＦＬから同時に出力したときに（以下「制御なし例」と記す。）、運転席に設置されたマイクロフォンＭＩＣで収音されるオーディオ信号の時間特性を示す図である。図１７（ｂ）は、本実施形態に係る位相調節処理が施されたオーディオ信号を各スピーカＳＰ_ＦＲ、ＳＰ_ＦＬから同時に出力したときに（以下「位相調節例」と記す。）、運転席に設置されたマイクロフォンＭＩＣで収音されるオーディオ信号の時間特性を示す図である。図１７（ａ）、図１７（ｂ）の各図中、縦軸は振幅を示し、横軸は時間（単位：ｓｅｃ）を示す。

図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、助手席に設置されたマイクロフォンＭＩＣで収音されるオーディオ信号の時間特性を示す図である。具体的には、図１８（ａ）は、制御なし例において、助手席に設置されたマイクロフォンＭＩＣで収音されるオーディオ信号の時間特性を示す図である。図１８（ｂ）は、位相調節例において、助手席に設置されたマイクロフォンＭＩＣで収音されるオーディオ信号の時間特性を示す図である。図１８（ａ）、図１８（ｂ）の各図中、縦軸は振幅を示し、横軸は時間（単位：ｓｅｃ）を示す。

図１７（ａ）と図１７（ｂ）とを比べると、本実施形態に係る位相調節処理をオーディオ信号に施すことにより、本実施形態に係る位相調節処理をオーディオ信号に施さない場合よりも振幅が大きくなっていることが判る。また、図１８（ａ）と図１８（ｂ）とを比べると、本実施形態に係る位相調節処理をオーディオ信号に施すことにより、助手席においても、本実施形態に係る位相調節処理をオーディオ信号に施さない場合より振幅が大きくなっていることが判る。これは、本実施形態に係る位相調節処理をオーディオ信号に施すことにより、各聴取位置（運転席、助手席）において、スピーカＳＰ_ＦＲとスピーカＳＰ_ＦＬ間の音の干渉による弱めあいが低減したためである。

図１９は、運転席に設置されたマイクロフォンＭＩＣで収音される、制御なし例のオーディオ信号の周波数特性（細実線）と位相調節例のオーディオ信号の周波数特性（太実線）を示す図である。図２０は、助手席に設置されたマイクロフォンＭＩＣで収音される、制御なし例のオーディオ信号の周波数特性（細実線）と位相調節例のオーディオ信号の周波数特性（太実線）を示す図である。図１９及び図２０中、縦軸はレベル（単位：ｄＢ）を示し、横軸は周波数（単位：Ｈｚ）を示す。

図１９及び図２０に示されるように、本実施形態に係る位相調節例では、制御なし例と比べてほぼ全域に亘りレベルが大きくなっており、運転席、助手席の何れの聴取位置においても、スピーカＳＰ_ＦＲとスピーカＳＰ_ＦＬ間の音の干渉による弱めあいが制御なし例と比べて低減されることが判る。また、周波数領域においてディップの発生がほぼ抑えられている。そのため、本実施形態に係る位相調節例では、制御なし例と比べて、運転席、助手席の何れの聴取位置においても、音像定位の偏りが改善されるとともに、スピーカＳＰ_ＦＲとスピーカＳＰ_ＦＬ間の音の干渉による音質劣化や音圧低下が抑えられることが判る。

なお、音声や音楽の周波数成分は低中域に集中する。そのため、音声や音楽のオーディオ信号（ここで例示した１Ｈｚ以下の低中域のモノラル信号）を対象とする場合、低中域を位相調節するだけでも音像の定位を十分に改善し、かつディップの発生による音質の劣化や音圧の低下を抑えることが可能となる。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施例等又は自明な実施例等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。

ステップＳ２３において位相シフト部１１６Ｆが決定する周波数スペクトル毎の位相調節量は上記の実施形態のものに限らない。位相シフト部１１６Ｆは、例えば、次式に従い、周波数スペクトル毎の位相調節量を決定してもよい。

｜Ｐｈｃ｜≦９０°のとき
Ｐｈｓ＝Ｐｈｃ＋９０°
｜Ｐｈｃ｜＞９０°のとき
Ｐｈｓ＝Ｐｈｃ－９０°

位相シフト部１１６Ｆが上記式に従って周波数スペクトル毎の位相調節量を決定した場合に、運転席に設置されたマイクロフォンＭＩＣで収音される、制御なし例のオーディオ信号の周波数特性（細実線）と位相調節例のオーディオ信号の周波数特性（太実線）を図２１に示す。また、この場合に、助手席に設置されたマイクロフォンＭＩＣで収音される、制御なし例のオーディオ信号の周波数特性（細実線）と位相調節例のオーディオ信号の周波数特性（太実線）を図２２に示す。図２１及び図２２中、縦軸はレベル（単位：ｄＢ）を示し、横軸は周波数（単位：Ｈｚ）を示す。

図２１及び図２２に示されるように、この場合も、位相調節例では、制御なし例と比べてほぼ全域に亘りレベルが大きくなっており、運転席、助手席の何れの聴取位置においても、スピーカＳＰ_ＦＲとスピーカＳＰ_ＦＬ間の音の干渉による弱めあいが制御なし例と比べて低減されることが判る。また、周波数領域においてディップの発生がほぼ抑えられている。そのため、この場合も、位相調節例では、制御なし例と比べて、運転席、助手席の何れの聴取位置においても、音像定位の偏りが改善されるとともに、スピーカＳＰ_ＦＲとスピーカＳＰ_ＦＬ間の音の干渉による音質劣化や音圧低下が抑えられることが判る。

上記の実施形態において、位相制御部１１６Ｅは、ステップＳ２２において、スピーカＳＰ_ＦＲからの音の位相とスピーカＳＰ_ＦＬからの音の位相とが聴取位置で逆相となるときの、周波数スペクトル信号の周波数スペクトル毎の位相調節量を第一の位相調節用データとして求めているが、別の一実施形態では、スピーカＳＰ_ＦＲからの音の位相とスピーカＳＰ_ＦＬからの音の位相とが聴取位置で同相となるときの、周波数スペクトル信号の周波数スペクトル毎の位相調節量を第一の位相調節用データとして求めてもよい。

上記の実施形態では、音響装置１０は位相調節用データ生成機能（位相制御装置）を搭載しているが、位相調節用データ生成機能を搭載しない音響装置も本発明の範疇である。この音響装置は、例えば製造工場等で生成された各スピーカ用の第二の位相調節用データを予め保持しており、第二の位相調節用データを用いて、音源から入力されて各スピーカに出力される音の信号の位相を周波数スペクトル毎に調節することにより、複数の聴取位置における、複数のスピーカ間の音の干渉による弱めあいを、各周波数スペクトルで低減させる構成となっている。

別の一実施形態では、位相調節部１１０は、周波数スペクトル毎の位相調節量をフーリエ変換してＦＩＲフィルタ係数を生成し、ＦＩＲフィルタを用いた時間領域での処理によって、位相制御の対象となるスピーカに出力されるオーディオ信号に対して周波数スペクトル毎の位相調節を行ってもよい。また、位相調節部１１０は、周波数スペクトル毎の位相調節量をもとに周波数帯毎の分割処理を行い、二次のＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタ等を用いたオールパスフィルタにより、位相制御の対象となるスピーカに出力されるオーディオ信号に対して位相調節を行ってもよい。

上記の実施形態では、運転席でのインパルス応答を測定した場合の処理を説明したが、これと同様の処理が座席毎に行われてもよい。この場合、制御部１００は、各座席でインパルス応答を測定した場合に生成される各スピーカの第二の位相調節用データをプリセットデータとして保持してもよい。リスナは、操作部１０４を操作してプリセットデータを選択することにより、音像定位の偏りの改善等をなすための第二の位相調節用データを任意に切り変えることができる。

上記の実施形態では、フロントスピーカを対象とした場合の処理を説明したが、車両に別のスピーカ（例えばリアスピーカ）が設置されている場合、これと同様の処理がリアスピーカ側で行われてもよい。

１ 音響システム
１０ 音響装置
１００ 制御部
１０２ 表示部
１０４ 操作部
１０６ 測定用信号発生部
１０８ 記録媒体再生部
１１０ 位相調節部
１１０Ａ ＦＦＴ部
１１０Ｂ 複素乗算部
１１０Ｃ ＩＦＦＴ部
１１２ 増幅部
１１４ 信号収録部
１１６ 計算部
１１６Ａ、１１６Ｂ 測定部
１１６Ｃ、１１６Ｄ フーリエ変換部
１１６Ｅ 位相制御部
１１６Ｆ 位相シフト部
１１６Ｇ スムージング処理部
１１６Ｈ 位相反転部

Claims (16)

1. 複数のスピーカの各々から出力されて所定の聴取位置で時間的に非干渉なタイミングで収音された各音の信号のインパルス応答を測定する測定部と、
   前記測定された各前記スピーカからの前記音の信号のインパルス応答をフーリエ変換することによって前記インパルス応答の周波数スペクトル信号を前記スピーカ毎に得るフーリエ変換部と、
   前記フーリエ変換部によって得られた各前記周波数スペクトル信号に対し、所定の位相制御を行い、前記所定の位相制御が行われない他の前記周波数スペクトル信号と合成することによって第一の振幅特性を得るとともに、前記位相制御を行わずに前記他の周波数スペクトル信号と合成することによって第二の振幅特性を得る振幅特性算出部と、
   前記各スピーカについて得られた前記第一の振幅特性と前記第二の振幅特性に基づいて前記複数のスピーカの中から所定の条件を満たすスピーカを検出する検出部と、
   前記検出されたスピーカに出力される音の信号の位相を周波数スペクトル毎に調節するための第一の位相調節用データに基づいて、前記所定の聴取位置を含む複数の聴取位置において、前記複数のスピーカ間の前記音の干渉による弱めあいが各周波数スペクトルで低減するように、前記複数のスピーカの各々に出力される音の信号の位相を前記周波数スペクトル毎に調節するための第二の位相調節用データを生成する生成部と、
   を備える、
   位相制御装置。
2. 前記検出部は、
   前記スピーカ毎に前記第一の振幅特性と前記第二の振幅特性とのレベル差を算出し、
   前記各スピーカについて算出されたレベル差に応じた値を比較し、
   前記比較の結果に基づいて前記所定の条件を満たすスピーカを検出する、
   請求項１に記載の位相制御装置。
3. 前記検出部は、
   前記レベル差を前記周波数スペクトル毎に算出し、
   算出された周波数スペクトル毎のレベル差を累積し、
   前記各スピーカについて得られた前記レベル差の累積値を比較し、
   前記累積値が最も大きいスピーカを前記所定の条件を満たすスピーカとして検出する、
   請求項２に記載の位相制御装置。
4. 前記振幅特性算出部は、
   前記フーリエ変換部によって得られた前記周波数スペクトル信号毎に次の処理（１）～（５）を行う、
   （１）処理対象の周波数スペクトル信号の位相を変え、前記位相を変える毎に、前記処理対象の周波数スペクトル信号と前記他の周波数スペクトル信号とを合成し、
   （２）前記合成の結果に基づいて、前記スピーカからの前記音の信号の位相調節量を前記周波数スペクトル毎に求め、
   （３）前記求めた周波数スペクトル毎の位相調節量と前記処理対象の周波数スペクトル信号とを複素乗算し、
   （４）前記複素乗算された周波数スペクトル信号と前記他の周波数スペクトル信号とを合成することによって第一の振幅特性を得て、
   （５）前記位相を変えることなく前記処理対象の周波数スペクトル信号と前記他の周波数スペクトル信号とを合成することによって第二の振幅特性を得る、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の位相制御装置。
5. 前記第一の位相調節用データは、
   前記検出されたスピーカから出力される音の位相と他の前記スピーカから出力される音の位相とが前記聴取位置において前記各周波数スペクトルで同相又は逆相となるように、前記検出されたスピーカに出力される音の位相を前記周波数スペクトル毎に調節するためのデータである、
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の位相制御装置。
6. 前記生成部は、
   前記第一の位相調節用データをもとに、前記複数のスピーカの各々に出力される音の信号に与える位相調節量を前記周波数スペクトル毎に算出し、
   算出された周波数スペクトル毎の位相調節量を前記第二の位相調節用データとして得る、
   請求項５に記載の位相制御装置。
7. 前記生成部は、
   前記複数のスピーカの各々に出力される音の信号に与える位相調節量の差が各前記周波数スペクトルで１８０度以内に収まるように、前記位相調節量を算出する、
   請求項６に記載の位相制御装置。
8. 請求項１から請求項７の何れか一項に記載の位相制御装置を有し、音源から入力される音の信号を前記複数のスピーカに出力する音響装置であって、
   前記第二の位相調節用データを用いて、前記音源から入力されて前記複数のスピーカの各々に出力される音の信号の位相を前記周波数スペクトル毎に調節する調節部
   を備える、
   音響装置。
9. コンピュータによって実行される位相制御方法であって、
   複数のスピーカの各々から出力されて所定の聴取位置で時間的に非干渉なタイミングで収音された各音の信号のインパルス応答を測定する測定ステップと、
   前記測定された各前記スピーカからの前記音の信号のインパルス応答をフーリエ変換することによって前記インパルス応答の周波数スペクトル信号を前記スピーカ毎に得るフーリエ変換ステップと、
   前記フーリエ変換ステップにて得られた各前記周波数スペクトル信号に対し、所定の位相制御を行い、前記所定の位相制御が行われない他の前記周波数スペクトル信号と合成することによって第一の振幅特性を得るとともに、前記位相制御を行わずに前記他の周波数スペクトル信号と合成することによって第二の振幅特性を得る振幅特性算出ステップと、
   前記各スピーカについて得られた前記第一の振幅特性と前記第二の振幅特性に基づいて前記複数のスピーカの中から所定の条件を満たすスピーカを検出する検出ステップと、
   前記検出されたスピーカに出力される音の信号の位相を周波数スペクトル毎に調節するための第一の位相調節用データに基づいて、前記所定の聴取位置を含む複数の聴取位置において、前記複数のスピーカ間の前記音の干渉による弱めあいが各周波数スペクトルで低減するように、前記複数のスピーカの各々に出力される音の信号の位相を前記周波数スペクトル毎に調節するための第二の位相調節用データを生成する生成ステップと、
   を含む、
   位相制御方法。
10. 前記検出ステップにて、
    前記スピーカ毎に前記第一の振幅特性と前記第二の振幅特性とのレベル差を算出し、
    前記各スピーカについて算出されたレベル差に応じた値を比較し、
    前記比較の結果に基づいて前記所定の条件を満たすスピーカを検出する、
    請求項９に記載の位相制御方法。
11. 前記検出ステップにて、
    前記レベル差を前記周波数スペクトル毎に算出し、
    算出された周波数スペクトル毎のレベル差を累積し、
    前記各スピーカについて得られた前記レベル差の累積値を比較し、
    前記累積値が最も大きいスピーカを前記所定の条件を満たすスピーカとして検出する、
    請求項１０に記載の位相制御方法。
12. 前記振幅特性算出ステップにて、
    前記フーリエ変換ステップにて得られた前記周波数スペクトル信号毎に次の処理（１）～（５）を行う、
    （１）処理対象の周波数スペクトル信号の位相を変え、前記位相を変える毎に、前記処理対象の周波数スペクトル信号と前記他の周波数スペクトル信号とを合成し、
    （２）前記合成の結果に基づいて、前記スピーカからの前記音の信号の位相調節量を前記周波数スペクトル毎に求め、
    （３）前記求めた周波数スペクトル毎の位相調節量と前記処理対象の周波数スペクトル信号とを複素乗算し、
    （４）前記複素乗算された周波数スペクトル信号と前記他の周波数スペクトル信号とを合成することによって第一の振幅特性を得て、
    （５）前記位相を変えることなく前記処理対象の周波数スペクトル信号と前記他の周波数スペクトル信号とを合成することによって第二の振幅特性を得る、
    請求項９から請求項１１の何れか一項に記載の位相制御方法。
13. 前記第一の位相調節用データは、
    前記検出されたスピーカから出力される音の位相と他の前記スピーカから出力される音の位相とが前記聴取位置において前記各周波数スペクトルで同相又は逆相となるように、前記検出されたスピーカに出力される音の位相を前記周波数スペクトル毎に調節するためのデータである、
    請求項９から請求項１２の何れか一項に記載の位相制御方法。
14. 前記生成ステップにて、
    前記第一の位相調節用データをもとに、前記複数のスピーカの各々に出力される音の信号に与える位相調節量を前記周波数スペクトル毎に算出し、
    算出された周波数スペクトル毎の位相調節量を前記第二の位相調節用データとして得る、
    請求項１３に記載の位相制御方法。
15. 前記生成ステップにて、
    前記複数のスピーカの各々に出力される音の信号に与える位相調節量の差が各前記周波数スペクトルで１８０度以内に収まるように、前記位相調節量を算出する、
    請求項１４に記載の位相制御方法。
16. 音源から入力される音の信号を前記複数のスピーカに出力する際に、前記第二の位相調節用データを用いて、前記音源から入力されて前記複数のスピーカの各々に出力される音の信号の位相を前記周波数スペクトル毎に調節する調節ステップ
    を更に含む、
    請求項９から請求項１５の何れか一項に記載の位相制御方法。

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