JPH08102999A

JPH08102999A - 立体音響再生装置

Info

Publication number: JPH08102999A
Application number: JP6237664A
Authority: JP
Inventors: Hirohiko Shibuya; 広彦渋谷; Izuho Hirano; 出穂平野; Yuichi Sakuma; 裕一佐久間; Tomoyuki Matsuzawa; 智之松澤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 1996-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】残響を有する一般的な空間でも満足できるレベ
ルで立体音響を再現することができ、低周波成分の再生
を良好に行え、しかも安価で済む立体音響再生装置を提
供する。【構成】立体音響再生装置１５を、例えばコンサートホ
ール等の原音場において収録した再生用音源１６と、再
生音場３内に配設されたスピーカ４Ｌ，４Ｒと、スピー
カ４Ｌ，４Ｒの入力側に配設されたアンプ７Ｌ，７Ｒ
と、このアンプ７Ｌ，７Ｒの入力側に設けられた加算器
２０Ｌ，２０Ｒと、再生用音源１６及び加算器２０Ｌ，
２０Ｒ間に介在する伝達関数補正フィルタ１７と、この
伝達関数補正フィルタ１７と並列に再生用音源１６及び
加算器２０Ｌ，２０Ｒ間に介在するローパス・フィルタ
１８Ｌ，１８Ｒと、このローパス・フィルタ１８Ｌ，１
８Ｒの出力側に直列に設けられた遅延手段としての遅延
回路１９Ｌ，１９Ｒと、を備えて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、原音場において例え
ばダミーヘッドマイクロフォンを用いて録音を行ってこ
れを再生用音源とし、この再生用音源を再生音響空間に
配設された複数のスピーカで再生することにより、再生
音響空間に居る人間に、あたかも原音場に居るのと同じ
ような臨場感を有する立体的な音響を聴かせることがで
きる立体音響再生装置に関し、特に、再生用音源と複数
のスピーカとの間に介在して音響再生系の伝達関数を補
正する伝達関数補正フィルタを、再生特性を低下させる
ことなく、小容量のディジタルフィルタで実現できるよ
うにしたものである。なお、伝達関数補正フィルタと
は、立体音響再生装置の再生用音源から複数のスピーカ
に供給される音響情報をフィルタ処理することにより、
再生音響空間でのスピーカから人間耳位置までの音響伝
達系（音響再生系）の伝達関数を適宜補正してクロスト
ーク除去等を行うためのフィルタである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の技術としては、例えば特
開平５−１１５０９８号公報や特開平５−２２７６００
号公報等に開示されたものがある。これら従来の技術
は、完全無響室のような自由音場に適用されるものであ
り、自由音場内に、再生時におけるスピーカと人間との
位置関係と同様の位置関係となるように、スピーカとダ
ミーヘッドマイクロフォンとを設置し、それらスピーカ
及びダミーヘッドマイクロフォン間の伝達特性（音響再
生系の伝達特性）を測定し、その測定結果に基づいて伝
達関数補正フィルタのフィルタ係数を演算して伝達関数
補正フィルタを設計し、伝達関数補正フィルタが設計さ
れたらそれを再生用音源とスピーカとの間に介在させ
る。一方、再生用音源は、例えばコンサートホール等の
原音場においてダミーヘッドマイクロフォンを用いて録
音することによりバイノーラル収録方式により音響情報
を記録する。

【０００３】そして、その再生用音源から伝達関数補正
フィルタを介して各スピーカに音響情報を供給すること
により、再生音響空間に居る人間の両耳位置に、ダミー
ヘッドマイクロフォンの両耳位置の音圧を再現して、臨
場感を有する立体的な音響を聴かせることができた。こ
こで、上記従来に技術における伝達関数補正フィルタの
設計には、東京電気大学総合研究所報告Vol.2,No.2,198
3 「基準的収音・再生を目的としたOrthostereophonic
Systemの構成」で述べられている音響等価回路（p.１３
〜１８）が適用されている。これは、測定されたスピー
カ及びダミーヘッドマイクロフォン間の伝達特性（イン
パルス応答）をフーリエ変換し、周波数領域において音
響等価回路を構成した後、その等価回路を構成する伝達
関数を逆フーリエ変換してＦＩＲフィルタ（有限インパ
ルス応答型フィルタ）を設計するようになっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記従来の技
術は、あくまでも完全無響室や野外といった非常に限定
された空間である自由音場での適用を前提としており、
残響を有する一般的な室内空間には実質的に適用するこ
とができなかった。つまり、そのような一般的な室内空
間にあっては、上述のようにスピーカ及びダミーヘッド
マイクロフォン間のインパルス応答を測定しても、その
インパルス応答には、空間の床面や壁面等での反射波成
分が含まれているため、そのような反射波成分を含んだ
インパルス応答に応じて伝達関数補正フィルタを設計し
てしまうと、反射波成分がフィルタ係数の作成段階で悪
影響を及ぼしてしまい、結果として再生音の定位感・音
質等を著しく損なってしまう。

【０００５】そこで、低周波帯域まで十分に再生しよう
とすると、残響成分の影響によりインパルス応答が長く
なり、タップ数の大きい（フィルタ係数の個数が多い）
ＦＩＲフィルタが必要となってしまい、それに伴って演
算量も増大してしまい、高速演算が可能な従って高価な
マイクロプロセッサが必要になるという問題点が生じて
しまう。

【０００６】また、仮に残響の影響が小さい再生音場で
あったとしても、低周波帯域まで十分な再生特性を得る
ために、インパルス応答の低周波成分まで十分に考慮し
て伝達関数補正フィルタを設計すると、やはりタップ数
の大きいＦＩＲフィルタが必要となってしまい、演算量
が増大し、高価なマイクロプロセッサが必要になってし
まう。

【０００７】さらには、時間軸上で十分な長さをとって
伝達関数補正フィルタを設計したとしても、タップ数が
大きいと、僅かな位相ずれによってインパルス応答の後
側の数値の精度が低下してしまう。つまり、当初求めた
フィルタ係数が有効でなくなってしまい、音像の再生に
とって悪影響を与えることにもなり、精度を下げないた
めには制御と並行してフィルタの再設計が必要となって
しまうのである。

【０００８】本発明は、上述した従来技術が有する未解
決の課題や、上記のような技術的要求に着目してなされ
たものであって、残響を有する一般的な空間でも満足で
きるレベルで立体音響を再現することができ、また低周
波成分の再生を良好に行え、しかも安価で済む立体音響
再生装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明である立体音響再生装置は、立
体音響再生用の音響情報を出力する再生用音源と、前記
音響情報が入力される複数のスピーカとを備え、それら
再生用音源と複数のスピーカとの間に、その複数のスピ
ーカ及び所定の受音位置間のインパルス応答の所定周波
数よりも高周波の成分に基づいて設定され且つ音響再生
系の伝達関数を補正する伝達関数補正フィルタと、ロー
パス・フィルタとを、並列に介在させた。

【００１０】また、請求項２に係る発明は、上記請求項
１に係る発明である立体音響再生装置において、前記所
定周波数と、前記ローパス・フィルタのカットオフ周波
数とを、一致又は略一致させた。そして、請求項３に係
る発明は、上記請求項１又は２に係る発明である立体音
響再生装置において、前記伝達関数補正フィルタ又は前
記ローパス・フィルタと直列に遅延手段を設けるととも
に、前記伝達関数補正フィルタを介しての前記再生用音
源及び複数のスピーカ間の音響情報の伝達時間と、前記
ローパス・フィルタを介しての前記再生用音源及び複数
のスピーカ間の音響情報の伝達時間とが一致するよう
に、前記遅延手段の遅延時間を設定した。

【００１１】さらに、請求項４に係る発明は、上記請求
項１〜３に係る発明である立体音響再生装置において、
前記ローパス・フィルタと直列にイコライザを設けた。
またさらに、請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４
に係る発明である立体音響再生装置において、前記イン
パルス応答の所定周波数よりも高周波の成分を抽出する
際の減衰特性及び前記ローパス・フィルタの減衰特性
を、緩やかな特性に設定した。

【００１２】

【作用】請求項１に係る発明にあっては、再生用音源か
ら出力される音響情報は、伝達関数補正フィルタを介し
て複数のスピーカに供給されるとともに、ローパス・フ
ィルタを介しても複数のスピーカに供給される。そし
て、伝達関数補正フィルタは、音響再生系のインパルス
応答の高周波成分に基づいて設定されているため、音響
情報の高周波成分のみが伝達関数補正フィルタを通過し
て複数のスピーカに供給される。また、伝達関数補正フ
ィルタが高周波成分に基づいて設定されていると、低周
波成分をも含めて設定した場合に比べてフィルタ長は短
くて済むから、伝達関数補正フィルタにおける演算量は
少ない。

【００１３】一方、ローパス・フィルタに供給された音
響情報は、高周波成分が取り除かれてから複数のスピー
カに供給される。つまり、音響情報の低周波成分は、従
来のステレオ再生と基本的に同一の再生系によって再生
される。ここで、立体音響再生装置は、主としてバイノ
ーラル収録した原音場の音像を再生することが目的であ
るが、人間の特性を調べると、音像の定位を決定するの
は、主として可聴周波数領域（通常、２０Hz〜２０ｋHz
程度）のうちの高周波領域（例えば、８ｋHz以上）であ
ることが判明している。

【００１４】そこで、この請求項１に係る発明のよう
に、音像の定位にとって重要な高周波成分は、伝達関数
補正フィルタで補正してスピーカに供給するとともに、
音像の定位に対する寄与が小さい低周波成分は、ローパ
ス・フィルタで再生してスピーカに供給すると、低周波
成分の再生を犠牲にすることなく、伝達関数補正フィル
タのタップ数が小さくなる。つまり、安価な構成で、残
響を有する一般的な空間でも満足できるレベルで立体音
響が再現される。

【００１５】また、請求項２に係る発明であれば、音響
情報の全ての周波数成分は、伝達関数補正フィルタ又は
ローパス・フィルタのいずれかを介して複数のスピーカ
に供給されるから、音響情報の全ての周波数成分の再生
が保証される。ここで、伝達関数補正フィルタ及びロー
パス・フィルタにおけるフィルタ処理の時間が一致すれ
ば特に問題はないのであるが、一致しない場合には、音
響情報の高周波成分と低周波成分とが時間軸上でずれて
再生されてしまう。そこで、請求項３に係る発明のよう
に、それらフィルタの一方と直列に遅延手段を設け、そ
の遅延手段の遅延時間を適宜設定すれば、伝達関数補正
フィルタを通過する音響情報と、ローパス・フィルタを
通過する音響情報との間の時間のずれが補正されて同時
にスピーカに供給されるから、両再生系の再生音が同時
に所定の受音位置に到達する。

【００１６】さらに、請求項４に係る発明であれば、音
響情報の低周波成分は、イコライザによって周波数特性
が変更されてから複数のスピーカに供給される。そこ
で、イコライザの特性を、例えば、ローパス・フィルタ
を通じての再生用音源及び所定の受音位置間の伝達特性
による低域通過特性の逆特性となるように設定すれば、
ローパス・フィルタで再生される信号の周波数特性がフ
ラット又は略フラットになる。

【００１７】そして、請求項５に係る発明であれば、減
衰特性を急峻ではなく緩やかにしたため、例えば単一周
波数の音源がスイープして原音の周波数が変化するよう
な場合でも、遮断周波数を越える時に音像が不連続に変
化することが避けられ、自然な再生が行われる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１乃至図６は本発明の第１実施例を示す図で
あり、図１が伝達関数補正フィルタ設計装置１の構成を
示すブロック図であり、図５が立体音響再生装置１５の
構成を示すブロック図である。

【００１９】先ず、伝達関数補正フィルタ設計装置１の
構成を説明すると、この伝達関数補正フィルタ設計装置
１は、ホワイトノイズ信号ｘを生成し出力するＭ系列信
号生成装置２と、再生音場３の壁面に適宜左右に離隔し
て配設された一対のスピーカ４Ｌ，４Ｒと、これらスピ
ーカ４Ｌ，４Ｒに正面から対向するように配置され且つ
人間の耳位置に当たる部分にマイクロフォン５Ｌ，５Ｒ
が埋め込まれた人間頭部を模擬したダミーヘッド６とを
有している。

【００２０】そして、スピーカ４Ｌ，４Ｒの入力側にア
ンプ７Ｌ，７Ｒが配設され、それらアンプ７Ｌ，７Ｒの
入力側が切換スイッチ８を介してＭ系列信号生成装置２
の出力側に接続されている。つまり、切換スイッチ８を
適宜切り換えることにより、スピーカ４Ｌ，４Ｒのいず
れか一方にホワイトノイズ信号ｘが供給されるようにな
っている。

【００２１】なお、スピーカ４Ｌ，４Ｒ及びアンプ７
Ｌ，７Ｒは、後述する立体音響再生装置１５に用いられ
るものと同一であり、スピーカ４Ｌ，４Ｒの位置も立体
音響再生装置１５における配置と同じになっている。そ
して、ダミーヘッド６は、後に再生音場３において立体
音響を再生する場合に人間の頭部が位置するのと同じ位
置に配置されている。

【００２２】一方、マイクロフォン５Ｌ，５Ｒの出力側
は、切換スイッチ９を介して伝達特性測定装置１０に接
続されている。つまり、切換スイッチ９を適宜切り換え
ることにより、マイクロフォン５Ｌ，５Ｒのいずれか一
方が測定した音圧が、音圧測定信号ｙとして伝達特性測
定装置１０に供給されるようになっている。従って、伝
達特性測定装置１０には、切換スイッチ８及び９を適宜
切り換えることにより、左側のスピーカ４Ｌから発せら
れて左側のマイクロフォン５Ｌで受音したホワイトノイ
ズ信号ｘ，左側のスピーカ４Ｌから発せられて右側のマ
イクロフォン５Ｒで受音したホワイトノイズ信号ｘ，右
側のスピーカ４Ｒから発せられて左側のマイクロフォン
５Ｌで受音したホワイトノイズ信号ｘ及び右側のスピー
カ４Ｒから発せられて右側のマイクロフォン５Ｒで受音
したホワイトノイズ信号ｘが、音圧測定信号ｙとして選
択的に入力されるようになっている。

【００２３】また、伝達特性測定装置１０にはＭ系列信
号生成装置２からホワイトノイズ信号ｘも供給されるよ
うになっている。そして、伝達特性測定装置１０は、ホ
ワイトノイズ信号ｘと、上記のように選択的に入力され
る音圧測定信号ｙとに基づいて、各スピーカ４Ｌ，４Ｒ
と各マイクロフォン５Ｌ，５Ｒとの間の４通りのインパ
ルス応答を測定するようになっている。

【００２４】ここで、本実施例の伝達特性測定装置１０
は、図２に示すように構成されている。即ち、この伝達
特性測定装置１０は、実際にはマイクロコンピュータや
Ａ／Ｄ変換器等のインタフェース回路等を含んで構成さ
れていて、機能的には、Ｉ個のフィルタ係数Ｗ_i（ｉ＝
０，１，２，…，Ｉ−１）からなり且つ各フィルタ係数
Ｗ_iが可変の適応ディジタルフィルタＷと、適応アルゴ
リズムの一つであるＬＭＳアルゴリズムに従って適応デ
ィジタルフィルタＷの各フィルタ係数Ｗ_iを更新するフ
ィルタ係数更新部１０Ａと、加算部１０Ｂと、を有して
いる。そして、加算部１０Ｂには、ホワイトノイズ信号
ｘを適応ディジタルフィルタＷでフィルタ処理した結果
と、音圧測定信号ｙとが入力されるようになっていて、
加算部１０Ｂでの加算結果が誤差信号ｅとしてフィルタ
係数更新部１０Ａに入力されるようになっている。

【００２５】また、フィルタ係数更新部１０Ａにはホワ
イトノイズ信号ｘも入力されるようなっていて、フィル
タ係数更新部１０Ａは、それらホワイトノイズ信号ｘ及
び誤差信号ｅに基づきＬＭＳアルゴリズムに従って適応
ディジタルフィルタＷのフィルタ係数Ｗ_iを更新するよ
うになっている。即ち、フィルタ係数更新部１０Ａで実
行されるＬＭＳアルゴリズムは、評価関数Ｅ〔ｅ
²（ｎ）〕を最小化するように適応ディジタルフィルタ
Ｗのフィルタ係数Ｗ_iを逐次更新するアルゴリズムであ
り、その具体的な更新式は下記の（１）式のようにな
る。

【００２６】Ｗ_i（ｎ＋１）＝Ｗ_i（ｎ）−αｘ（ｎ）ｅ（ｎ−ｉ） ……（１）ただし、（ｎ），（ｎ＋１）が付く項はそれぞれ離散時
刻ｎ，ｎ＋１における値であることを表しており、αは
フィルタ係数Ｗ_iの収束安定性や収束速度に関与する収
束係数である。つまり、音圧測定信号ｙは、ホワイトノ
イズ信号ｘがスピーカ４Ｌ又は４Ｒから発せられてマイ
クロフォン５Ｌ又は５Ｒで測定された信号であるから、
理論的には誤差信号ｅが零になった時点で、適応ディジ
タルフィルタＷによってスピーカ４Ｌ，４Ｒとマイクロ
フォン５Ｌ，５Ｒとの間のインパルス応答が同定された
ことになる。適応ディジタルフィルタＷによって表現さ
れたスピーカ４Ｌ，４Ｒとマイクロフォン５Ｌ，５Ｒと
の間のインパルス応答は、例えば図３に例示するような
時間軸上の波形となる。

【００２７】ここで、インパルス応答は、時間軸上で見
て、直接音成分，初期反射音成分及び残響音成分に分け
ることができる。これらのうち、直接音成分は、スピー
カ４Ｌ，４Ｒからマイクロフォン５Ｌ，５Ｒに直接到達
した音の成分であり、初期反射音成分とは、スピーカ４
Ｌ，４Ｒやマイクロフォン５Ｌ，５Ｒに近い床面や壁面
で１〜数回反射してマイクロフォン５Ｌ，５Ｒに到達し
た音の成分であり、残響音成分とは、何回も反射を繰り
返した後にマイクロフォン５Ｌ，５Ｒに到達する音の成
分である。

【００２８】そして、伝達特性測定装置１０は、切換ス
イッチ８，９を適宜切り換えることにより、上述した組
合せの４通りのインパルス応答ｈ₀₀，ｈ₀₁，ｈ₁₀及びｈ
₁₁を測定するようになっていて、それら測定されたイン
パルス応答ｈ₀₀〜ｈ₁₁が、フィルタ係数演算装置１１に
供給されるようになっている。フィルタ係数演算装置１
１も実際にはマイクロコンピュータや必要なインタフェ
ース回路等から構成されていて、伝達特性測定装置１０
から供給されるインパルス応答ｈ₀₀〜ｈ₁₁に基づいて、
立体音響再生装置の伝達関数補正フィルタのフィルタ係
数を演算する処理を実行するようになっている。

【００２９】図４は、フィルタ係数演算装置１１内で実
行される処理の概要を示すフローチャートである。即
ち、ステップ１０１において伝達特性測定装置１０から
供給されるインパルス応答ｈ₀₀〜ｈ₁₁を読み込み、次い
でステップ１０２に移行し、インパルス応答ｈ₀₀〜ｈ₁₁
をフーリエ変換して、周波数領域におけるインパルス応
答Ｈ₀₀，Ｈ₀₁，Ｈ₁₀及びＨ₁₁を求める。

【００３０】次いでステップ１０３に移行し、下記の
（２）式，（３）式に従って周波数領域における伝達関
数補正フィルタのフィルタ係数Ａ₀，Ａ₁を演算する。Ａ₀＝−Ｈ₀₁／Ｈ₀₀ ……（２）Ａ₁＝−Ｈ₁₀／Ｈ₁₁ ……（３）次いでステップ１０４に移行し、下記の（４）式，
（５）式に従って周波数領域における他のフィルタ係数
Ｂ₀，Ｂ₁を演算する。

【００３１】Ｂ₀＝１／｛（１−Ａ₀Ａ₁）Ｈ₀₀｝ ……（４）Ｂ₁＝１／｛（１−Ａ₀Ａ₁）Ｈ₁₁｝ ……（５）このようにフィルタ係数Ａ₀，Ａ₁，Ｂ₀，Ｂ₁の演算
を周波数領域で行うこととしたのは、時間領域で行う場
合と異なり簡単な四則演算で済み、演算負荷が小さくな
るからである。

【００３２】次いで、ステップ１０５に移行し、フィル
タ係数Ａ₀，Ａ₁，Ｂ₀，Ｂ₁をハイパス・フィルタ処
理して、それらから所定周波数以下の成分を除去する。
具体的には、人間の可聴周波数領域（２０Hz〜２０ｋH
z）のうち、音像の定位にとって重要な周波数帯域（例
えば、８ｋHz以上）の成分が残るようなハイパス・フィ
ルタを用いてフィルタ処理を行う。

【００３３】そして、ステップ１０６に移行し、ステッ
プ１０５で低周波成分が除去された各フィルタ係数
Ａ₀，Ａ₁，Ｂ₀，Ｂ₁を逆フーリエ変換して時間領域
におけるフィルタ係数ａ₀，ａ₁，ｂ₀，ｂ₁を演算
し、ステップ１０７でそれらフィルタ係数ａ₀，ａ₁，
ｂ₀，ｂ₁を例えば所定の外部記憶装置に出力し、それ
らフィルタ係数ａ₀，ａ₁，ｂ₀，ｂ₁で伝達関数補正
フィルタを構成して立体音響再生装置に組み込む。

【００３４】ここで、本実施例では、ステップ１０５で
低周波成分を除去しているため、伝達関数補正フィルタ
は、ハイパス・フィルタとしての機能をも有している。
図５は、立体音響再生装置１５の構成を示すブロック図
であり、この立体音響再生装置１５は、図１に示したよ
うなダミーヘッド６を利用して例えばコンサートホール
等の原音場において収録した再生用音源１６と、再生音
場３内に配設されたスピーカ４Ｌ，４Ｒと、スピーカ４
Ｌ，４Ｒの入力側に配設されたアンプ７Ｌ，７Ｒと、こ
のアンプ７Ｌ，７Ｒの入力側に設けられた加算器２０
Ｌ，２０Ｒと、再生用音源１６及び加算器２０Ｌ，２０
Ｒ間に介在する伝達関数補正フィルタ１７と、この伝達
関数補正フィルタ１７と並列に再生用音源１６及び加算
器２０Ｌ，２０Ｒ間に介在するローパス・フィルタ１８
Ｌ，１８Ｒと、このローパス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒ
の出力側に直列に設けられた遅延手段としての遅延回路
１９Ｌ，１９Ｒと、を有している。

【００３５】つまり、再生用音源１６には、いわゆるバ
イノーラル収録方式により左耳用の（ダミーヘッド６の
左耳側のマイクロフォン５Ｌで収録した）音響データＤ
_Lと、右耳用の（ダミーヘッド６の右耳側のマイクロフ
ォン５Ｒで収録した）音響データＤ_Rとが区別可能に収
録されていて、それら音響データＤ_L，Ｄ_Rが伝達関数
補正フィルタ１７を介して、アンプ７Ｌ，７Ｒの入力側
に設けられた加算器２０Ｌ，２０Ｒに入力されるように
なっている。

【００３６】また、音響データＤ_L，Ｄ_Rは、ローパス
・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒにも入力されるようになって
いて、それらローパス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒの出力
が、遅延回路１９Ｌ，１９Ｒを介して加算器２０Ｌ，２
０Ｒに入力されるようになっている。そして、加算器２
０Ｌ，２０Ｒは、伝達関数補正フィルタ１７を介して供
給される音響データと、ローパス・フィルタ１８Ｌ，１
８Ｒ及び遅延回路１９Ｌ，１９Ｒを介して供給される音
響データとを重畳して、アンプ７Ｌ，７Ｒに供給し、そ
のアンプ７Ｌ，７Ｒの出力がスピーカ４Ｌ，４Ｒに供給
されるようになっている。

【００３７】伝達関数補正フィルタ１７は、周波数領域
で表現すると（実際には時間領域のフィルタ係数ａ₀，
ａ₁，ｂ₀，ｂ₁で構成されるが、ここでは説明を判り
やすくするため、周波数領域で表現した）、左耳用の音
響データＤ_Lにフィルタ係数Ａ₀を乗じる乗算部１７ａ
と、右耳用の音響データＤ_Rにフィルタ係数Ａ₁を乗じ
る乗算部１７ｂと、乗算部１７ｂの出力及び左耳用の音
響データＤ_Lを加算する加算部１７ｃと、乗算部１７ａ
の出力及び右耳用の音響データＤ_Rを加算する加算部１
７ｄと、加算部１７ｃの出力にフィルタ係数Ｂ₀を乗じ
て加算器２０Ｌに供給する乗算部１７ｅと、加算部１７
ｄの出力にフィルタ係数Ｂ₁を乗じて加算器２０Ｒに供
給する乗算部１７ｆと、から構成されている。

【００３８】一方、ローパス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒ
のカットオフ周波数は、ハイパス・フィルタとしても機
能する伝達関数補正フィルタ１７のカットオフ周波数と
同じ又は略同じ周波数に設定されている。また、遅延回
路１９Ｌ，１９Ｒの遅延時間は、伝達関数補正フィルタ
１７における処理時間と、ローパス・フィルタ１８Ｌ，
１８Ｒにおける処理時間との差を補うように設定する。
つまり、伝達関数補正フィルタ１７における処理時間
と、ローパス・フィルタ１８Ｌ，遅延回路１９Ｌの直列
回路並びにローパス・フィルタ１８Ｒ，遅延回路１９Ｒ
の直列回路における処理時間とが一致するように、遅延
回路１９Ｌ，１９Ｒの遅延時間を設定する。

【００３９】次に、本実施例の動作を説明する。即ち、
再生用音源１６から出力される左右の音響データＤ_L，
Ｄ_Rは、伝達関数補正フィルタ１７と、ローパス・フィ
ルタ１８Ｌ，１８Ｒとに入力されるが、伝達関数補正フ
ィルタ１７は上述したようにハイパス・フィルタとして
も機能するため、音響データＤ_L，Ｄ_Rの高周波成分は
伝達関数補正フィルタ１７を通じて加算器２０Ｌ，２０
Ｒに供給され、音響データＤ_L，Ｄ_Rの低周波成分はロ
ーパス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒ及び遅延回路１９Ｌ，
１９Ｒを通じて加算器２０Ｌ，２０Ｒに供給される。

【００４０】この場合、伝達関数補正フィルタ１７及び
ローパス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒを比較した場合、ク
ロストーク等を除去する機能が必要なため伝達関数補正
フィルタ１７における処理時間の方が長くなるのが一般
的であるが、それらの処理時間の差は遅延回路１９Ｌ，
１９Ｒによって補われる。つまり、伝達関数補正フィル
タ１７を通過する高周波成分と、ローパス・フィルタ１
８Ｌ，１８Ｒを通過する低周波成分とは、時間的な整合
が採られて加算器２０Ｌ，２０Ｒに供給され、スピーカ
４Ｌ，４Ｒで同時に再生されるから、高周波成分に対応
する音と、低周波成分に対応する音とが、時間的にずれ
てスピーカ４Ｌ，４Ｒで再生されることはなく、音響デ
ータＤ_L，Ｄ_Rを正確に再現することができる。

【００４１】そして、伝達関数補正フィルタ１７が（周
波数領域の表現であるが）図５に示すように構成されて
いれば、左耳用の音響データＤ_Lの高周波成分に対応し
た音が受聴者Ｍの左耳に再現され、右耳用の音響データ
Ｄ_Rの高周波成分に対応した音が受聴者Ｍの右耳に再現
されるようになる。例えば、伝達関数補正フィルタ１７
を介しての再生用音源１６の左耳用の音響データＤ_Lと
受聴者Ｍの左耳との間の伝達特性は、Ｂ₀Ｈ₀₀＋Ａ₀Ｂ₁Ｈ₀₀ ＝｛１／（１−Ａ₀Ａ₁）｝（１−Ｈ₀₁Ｈ₁₀／Ｈ₀₀Ｈ₁₁）＝｛１／（１−Ｈ₀₁Ｈ₁₀／Ｈ₀₀Ｈ₁₁）｝（１−Ｈ₀₁Ｈ₁₀／Ｈ₀₀Ｈ₁₁）＝１となり、左耳用の音響データＤ_Lの高周波成分に対応す
る音が受聴者Ｍの左耳に完全に再現されることが判る。
同様に、伝達関数補正フィルタ１７を介しての右耳用の
音響データＤ_Rと受聴者Ｍの左耳との間の伝達特性は、Ａ₁Ｂ₀Ｈ₀₀＋Ｂ₁Ｈ₁₀ ＝（−Ｈ₁₀／Ｈ₁₁）Ｈ₀₀／｛（１−Ａ₀Ａ₁）Ｈ₀₀｝＋Ｈ₁₀／｛（１−Ａ₀Ａ₁）Ｈ₁₁｝＝０となり、右耳用の音響データＤ_Rの高周波成分に対応す
る音は、受聴者Ｍの左耳には全く再現されない（クロス
トークは除去される）ことが判る。以上の伝達特性の結
果は、受聴者Ｍの右耳についても同様である。

【００４２】つまり、伝達関数補正フィルタ１７を用い
ることにより、再生用音源１６に収録されている原音場
における立体的な音響の高周波成分が、再生音場３に居
る受聴者Ｍの両耳に忠実に再現されるのである。一方、
音響データＤ_R，Ｄ_Lの低周波成分は、クロストーク等
の除去のための伝達関数補正フィルタを介せずに、遅延
回路１９Ｌ，１９Ｒを通じてスピーカ４Ｌ，４Ｒにその
まま供給されるから、音響データＤ_Rの低周波成分に対
応する音が左側のスピーカ４Ｌから再生音場３に発せら
れ、音響データＤ_Lの低周波成分に対応する音が右側の
スピーカ４Ｒから再生音場３に発せられる。

【００４３】従って、左側のスピーカ４Ｌから発せられ
た音響データＤ_Lの低周波成分に対応する音は、受聴者
Ｍの左耳のみならず右耳にも到達し、同様に右側のスピ
ーカ４Ｒから発せられた音響データＤ_Rの低周波成分に
対応する音は、受聴者Ｍの右耳のみならず左耳にも到達
することになる。つまり、音響データＤ_L，Ｄ_Rの低周
波成分に関しては、基本的には通常のステレオ再生と同
様の再生が行われることなり、立体的な音響の再生に悪
影響を与えるようにも思われるが、低周波成分は音像の
定位に対する寄与が小さいことから、低周波成分につい
てのみ伝達関数補正フィルタを介せずに再生しても、原
音場との音像の不一致の影響は小さくて済むのである。

【００４４】換言すれば、低周波成分については、演算
負荷の大きい伝達関数補正フィルタ１７を通過させなく
ても、立体音響は良好に再生することができるのであ
る。そして、本実施例の構成であれば、低周波成分は、
完全に無視されるのではなく、従来のステレオ再生と同
様の方法により再生されるから、低周波帯域の音も十分
に再生される。従って、このような立体音響再生装置１
５を例えば自動車の車室内騒音評価装置として応用する
ことを考えた場合、自動車の車室内騒音は概ねレベルの
高い低周波成分を含むことが多く、低周波成分の良好に
再生することが評価装置として応用した場合に要求され
るのであるが、本実施例の構成であればその要求を十分
に満足することもできる。

【００４５】しかも、伝達関数補正フィルタ１７を作成
する際にインパルス応答ｈ₀₀〜ｈ₁₁の高周波成分のみを
考慮するようにしているため、その伝達関数補正フィル
タ１７のタップ数を小さくすることができるという利点
がある。即ち、十分に減衰するのに要する時間は、周波
数が高いほど短いのであるから、フィルタ長を長くする
要因はインパルス応答の低周波成分にある。つまり、Ｆ
ＩＲフィルタである伝達関数補正フィルタ１７は、イン
パルス応答の全周波数成分を考慮すると、図６（ａ）に
示すような波形となってタップ数が大きくなるが、イン
パルス応答のうち減衰速度の速い高周波成分のみを考慮
すると図６（ｂ）に示すような波形となってタップ数が
小さくなるのである。

【００４６】そして、タップ数が小さくなれば、それだ
け演算量が軽減されるから、安価なマイクロプロセッサ
でも十分に実現が可能となる。例えば、伝達関数補正フ
ィルタ１７に含まれる最低周波数成分が、従来の８０Hz
から本実施例の８ｋHz程度に変更した場合、８０Hzの音
と８ｋHzの音とが同一のレベルに減衰するまでの時間は
１：１００になるから、フィルタ長も同様に短くなり、
それだけ演算量が軽減される。また、フィルタ長が短く
なれば、位相ずれによってインパルス応答の後側の数値
の精度低下もそれほど問題とならないから、当初求めた
フィルタ係数を再設定することなく使用できるという利
点がある。

【００４７】以上のように、本実施例の構成であれば、
伝達関数補正フィルタ１７のタップ数を小さくしてその
演算量を軽減することができる一方、音響データＤ_L，
Ｄ_Rに含まれる低周波成分も再生することができるか
ら、安価な構成で、残響を有する一般的な再生音場３に
おいても満足できるレベルで立体的な音響を再生するこ
とができ、しかも低周波成分を犠牲にすることがないの
である。

【００４８】また、伝達関数補正フィルタ１７を設計す
る際のハイパス・フィルタのカットオフ周波数と、ロー
パス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒのカットオフ周波数と
を、一致又は略一致させているから、音響データＤ_L，
Ｄ_Rの全ての周波数成分の再生が保証されるから、原音
場の音響を再生音場３において漏れなく再現することが
できる。従って、現実的には、両フィルタのカットオフ
周波数を一致させるよりも、ローパス・フィルタ１８
Ｌ，１８Ｒのカットオフ周波数を、ハイパス・フィルタ
のカットオフ周波数よりも若干高くして、両フィルタの
通過帯域特性を若干オーバーラップさせることが望まし
い。

【００４９】さらに、インパルス応答の高周波成分のみ
を求めて伝達関数補正フィルタ１７を設計すると、図６
の（ａ）及び（ｂ）を比較しても明らかなように、直接
音と反射音との分離が容易になるという利点がある。従
って、直接音のみを考慮した伝達関数補正フィルタ１７
の作成も可能であり、これにより反射の影響のない立体
音響の再生が可能となる。つまり、初期反射音成分や残
響音成分は上述したように時間軸上で後になるほど変動
し易いため、これらを含めて伝達関数補正フィルタ１７
を設計してしまうと、却って正確にフィルタ係数を求め
ることができなくなる可能性があるのに対し、直接音の
みを抽出してフィルタ係数を演算すれば安定した効果が
得られるのである。

【００５０】図７は本発明の第２実施例を示す図であっ
て、上記第１実施例の図５と同様に立体音響再生装置１
５の構成を示すブロック図である。なお、上記第１実施
例と同様の構成には、同じ符号を付し、その重複する説
明は省略する。即ち、本実施例では、遅延回路１９Ｌ，
１９Ｒの出力側にイコライザ２１Ｌ，２１Ｒを介在させ
ていて、これによりローパス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒ
で抽出された低周波成分の周波数特性をイコライザ２１
Ｌ，２１Ｒで適宜調整してから加算器２０Ｌ，２０Ｒに
供給するようにしている。

【００５１】そして、イコライザ２１Ｌ，２１Ｒにおけ
る各周波数成分のゲイン変更量は、ローパス・フィルタ
１８Ｌ，１８Ｒを介しての再生用音源１６及び受聴者Ｍ
の耳位置間の伝達特性の逆特性が実現されるように設定
する。つまり、図４の処理で求められる伝達特性Ｈ₀₀，
Ｈ₁₁の逆特性に基づいて、イコライザ２１Ｌ，２１Ｒの
周波数特性を決定する。

【００５２】このような構成であれば、ローパス・フィ
ルタ１８Ｌ，１８Ｒを通じて再生される音響データ
Ｄ_L，Ｄ_Rの低周波成分のスペクトル形状が、再生の途
中で変化することがイコライザ２１Ｌ，２１Ｒによって
キャンセルされるから、原音場における音響にさらに近
い再生音が得られるという効果がある。なお、イコライ
ザ２１Ｌ，２１Ｒの周波数特性を決定するのに必要な伝
達特性Ｈ₀₀，Ｈ₁₁は、図８に示すように、アンプ７Ｌ，
７Ｒの入力側にローパス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒ及び
遅延回路１９Ｌ，１９Ｒを配設した状態で測定すること
とすれば、伝達特性Ｈ₀₀，Ｈ₁₁にそれらローパス・フィ
ルタ１８Ｌ，１８Ｒ及び遅延回路１９Ｌ，１９Ｒの特性
を含めることができるから、イコライザ２１Ｌ，２１Ｒ
の周波数特性をより正確に設計することができるように
なる。

【００５３】図９及び図１０は本発明の第３実施例を示
す図であり、図９は本実施例における伝達関数補正フィ
ルタ１７を設計する際に用いるハイパス・フィルタ（図
４のステップ１０５参照）の周波数特性図、図１０は本
実施例におけるローパス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒの周
波数特性図である。なお、伝達関数補正フィルタ設計装
置１や立体音響再生装置１５の構成は上記第１実施例と
同様であるため、その図示及び説明は省略する。

【００５４】即ち、本実施例では、ハイパス・フィルタ
のカットオフ周波数を８ｋHzよりも若干低くし、ローパ
ス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒのカットオフ周波数を８ｋ
Hzよりも若干高くして、ハイパス・フィルタ及びローパ
ス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒの通過特性を若干オーバー
ラップさせるとともに、減衰特性を急峻にせず、緩やか
（例えば１２dB／オクターブ以下）にしている。

【００５５】ハイパス・フィルタ及びローパス・フィル
タ１８Ｌ，１８Ｒに本実施例のような特性を持たせる
と、伝達関数補正フィルタ１７による再生音と、ローパ
ス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒを含む系による再生音と
が、カットオフ周波数近傍で重なるため、例えば単一周
波数の音源がスイープして、発生する音の周波数が上昇
又は下降するような場合に、そのカットオフ周波数を越
えるときに音像が不連続に変化することを防止でき、自
然な再生が可能になり、違和感のない立体音響が再生で
きるという利点がある。

【００５６】なお、上記実施例は、インパルス応答ｈ₀₀
〜ｈ₁₁は、図２を伴って説明したように適応ディジタル
フィルタＷを利用して求めるようにしているが、これに
限定されるものではなく、例えばホワイトノイズ信号ｘ
と音圧測定信号ｙとをそれぞれフーリエ変換し、各周波
数成分毎に伝達特性を演算し、その結果を逆フーリエ変
換して直接求めるようにしてもよい。

【００５７】また、再生用音源１６は、上記実施例のよ
うに予め収録したものに限られることはなく、図１のよ
うなマイクロフォン５Ｌ，５Ｒを有するダミーヘッド６
を原音場に配設し、その測定音をそのまま再生用音源と
して用いてリアルタイムで立体音響を再生するようにし
てもよい。そして、上記実施例では、処理時間を整合さ
せるためにローパス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒと直列に
遅延回路１９Ｌ，１９Ｒを設けるようにしているが、伝
達関数補正フィルタ１７における処理時間よりもローパ
ス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒにおける処理時間の方が長
い場合には、ローパス・フィルタ１８Ｌ，１８Ｒと直列
の遅延回路１９Ｌ，１９Ｒを設けずに、伝達関数補正フ
ィルタ１７の処理時間とローパス・フィルタ１８Ｌ，１
８Ｒの処理時間との差を補うような遅延回路を、伝達関
数補正フィルタ１７と直列に設けるようにすれば、上記
実施例と同様に処理時間の整合がとれるから、再現性を
損なわずに済む。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、再生用音源と複数のスピーカとの間に、伝
達関数補正フィルタとローパス・フィルタとを並列に介
在させたため、伝達関数補正フィルタのタップ数を小さ
くしてその演算量を軽減することができる一方、再生用
音源の出力に含まれる低周波成分も再生することができ
るから、安価な構成で、残響を有する一般的な再生音場
においても満足できるレベルで立体的な音響を再生する
ことができ、しかも低周波成分を犠牲にすることがない
という効果が得られる。

【００５９】また、請求項２に係る発明であれば、再生
用音源から出力される音響情報の全ての周波数成分の再
生が保証されるから、原音場の音響を漏れなく再現する
ことができるという効果がある。そして、請求項３に係
る発明であれば、伝達関数補正フィルタによる再生音と
ローパス・フィルタによる再生音とが同時に所定の受音
位置に到達するようになるから、原音場の音響を正確に
再現することができるという効果がある。

【００６０】さらに、請求項４に係る発明であれば、イ
コライザの周波数特性を適宜設定することにより、より
原音場に近い音を再生できるという効果がある。そし
て、請求項５に係る発明であれば、遮断周波数を越える
時に音像が不連続に変化することが避けられ、自然な再
生が行われるから、違和感のない立体音響の再生が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における伝達関数補正フィ
ルタ設計装置の構成を示すブロック図である。

【図２】伝達特性測定装置の一例を示すブロック図であ
る。

【図３】インパルス応答の一例を示す波形図である。

【図４】フィルタ係数演算装置における処理の概要を示
すフローチャートである。

【図５】立体音響再生装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図６】伝達関数補正フィルタの形状を示す波形図であ
る。

【図７】第２実施例における立体音響再生装置の構成を
示すブロック図である。

【図８】第２実施例における伝達関数補正フィルタ設計
装置の望ましい構成を示すブロック図である。

【図９】第３実施例におけるハイパス・フィルタの周波
数特性図である。

【図１０】第３実施例におけるローパス・フィルタの周
波数特性図である。

【符号の説明】

１伝達関数補正フィルタ設計装置２ホワイトノイズ生成装置３再生音場４Ｌ，４Ｒスピーカ５Ｌ，５Ｒマイクロフォン６ダミーヘッド１０伝達特性測定装置１１フィルタ係数演算装置１５立体音響再生装置１６再生用音源１７伝達関数補正フィルタ１８Ｌ，１８Ｒローパス・フィルタ１９Ｌ，１９Ｒ遅延回路（遅延手段）２０Ｌ，２０Ｒ加算器２１Ｌ，２１Ｒイコライザ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ１０Ｋ 15/12 Ｈ０３Ｈ 21/00 8842−5ＪＨ０４Ｓ 7/00 Ｅ (72)発明者松澤智之神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】立体音響再生用の音響情報を出力する再
生用音源と、前記音響情報が入力される複数のスピーカ
とを備え、それら再生用音源と複数のスピーカとの間
に、その複数のスピーカ及び所定の受音位置間のインパ
ルス応答の所定周波数よりも高周波の成分に基づいて設
定され且つ音響再生系の伝達関数を補正する伝達関数補
正フィルタと、ローパス・フィルタとを、並列に介在さ
せたことを特徴とする立体音響再生装置。
【請求項２】前記所定周波数と、前記ローパス・フィ
ルタのカットオフ周波数とを、一致又は略一致させた請
求項１記載の立体音響再生装置。
【請求項３】前記伝達関数補正フィルタ又は前記ロー
パス・フィルタと直列に遅延手段を設けるとともに、前
記伝達関数補正フィルタを介しての前記再生用音源及び
複数のスピーカ間の音響情報の伝達時間と、前記ローパ
ス・フィルタを介しての前記再生用音源及び複数のスピ
ーカ間の音響情報の伝達時間とが一致するように、前記
遅延手段の遅延時間を設定した請求項１又は請求項２記
載の立体音響再生装置。
【請求項４】前記ローパス・フィルタと直列にイコラ
イザを設けた請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
立体音響再生装置。
【請求項５】前記インパルス応答の所定周波数よりも
高周波の成分を抽出する際の減衰特性及び前記ローパス
・フィルタの減衰特性を、緩やかな特性に設定した請求
項１乃至請求項４のいずれかに記載の立体音響再生装
置。