JP2007336080A - 音響補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多チャンネル用の音響出力信号を２チャンネルの音響出力信号へと変換補正する場合に、多チャンネル出力時の音響効果を十分に確保しつつ簡易な回路構成で音響補正を行うことが可能な音響補正装置を提供すること。
【解決手段】 本発明に係る音響補正装置３は、複数チャンネルの音響信号Ｌ、Ｌｓ、Ｒ、Ｒｓ、Ｃ、Ｗを受信し、各チャンネルの音響信号の出力位置からリスナの左右の耳に至るまでの伝達関数に基づいて、音響信号から初期反射音のみを出力する音響信号を各チャンネルに対応させて生成する音響補正手段１０ａ〜１０ｊと、残響音のみを出力する音響信号を各チャンネルに対応させて音響信号より生成するリバーブ処理手段２０ａ〜２０ｄと、音響補正手段１０ａ〜１０ｊにより生成された複数チャンネルの音響信号とリバーブ処理手段２０ａ〜２０ｄにより生成された複数チャンネルの音響信号とを加算し、初期反射音と残響音とを有する音響信号を生成する加算手段１３ａ〜１３ｆとを備えることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、多チャンネル用の音響出力信号を２チャンネルの音響出力信号へと変換補正する音響補正装置に関する。

近年では、映画等の効果音に臨場感等を付加するため、従来のような２チャンネルの音響出力ではなく、多チャンネルの音響出力装置が開発されている。例えば、スクリーンを正面方向に臨むユーザに対して前方に左右のフロントスピーカとセンタースピーカとを配置し、さらに左右後方にそれぞれリアスピーカを設けると共に低音出力用のウーファーを設置する音響システム（いわゆる５．１チャンネル出力用の音響システム）が提案されている。このように複数のスピーカを配置して５．１チャンネル用の音源ソースを出力することによって、映像中の音響と実際に聞こえてくる音響位置とを一致させることができると共に、自然な広がりを持った臨場感のある音場を得ることが可能となる。

しかしながら、複数のスピーカを屋内にバランスよく設置してこのような音響環境を構築することは容易ではなく、複数のスピーカが設置可能なユーザは限られてしまうという問題があった。そこで、一般的には、現実に複数のスピーカを配置するのではなく、多チャンネルの出力音声をヘッドフォンによって左右の耳より聴取する方法が多く用いられている。

ヘッドフォンにより多チャンネルの音響出力を聴取する場合、例えば、上述した５．１チャンネルの音響出力環境においては、図６に示すように、ヘッドフォンの左耳用の出力部から出力信号Ｌとして、左フロントスピーカ用の入力音（入力信号Ｌ）と左リアスピーカ用の入力音（入力信号Ｌｓ）とセンタースピーカ用の入力音（入力信号Ｃ）とウーファー用の入力音（入力信号Ｗ）とを加算器４８ａで足し合わせて出力させ、ヘッドフォンの右耳用の出力部から出力信号Ｒとして、右フロントスピーカ用の入力音（入力信号Ｒ）と右リアスピーカ用の入力音（入力信号Ｒｓ）とセンタースピーカ用の入力音（入力信号Ｃ）とウーファー用の入力音（入力信号Ｗ）とを加算器４８ｂで足し合わせて出力させる方法が考えられる。なお、図６に設けられる乗算器４９ａ〜４９ｆは、各入力信号の調整を行うために設けられている。

しかしながら、このように左右の入力音を左右の出力部から均等に出力した場合には、出力された音の音像がユーザの頭の中で定位してしまい、映像位置と音場定位置とが一致せずに、きわめて不自然な音像定位になってしまうという問題があった。

図７は、リスナＬの正面方向にセンタースピーカ５０ｅとウーファー５０ｆとが設置され、センタースピーカ５０ｅに対して左右対称に左側フロントスピーカ５０ａと右側フロントスピーカ５０ｂが設置され、リスナの後方左右に左側リアスピーカ５０ｃと右側リアスピーカ５０ｄとが設置された状態（リスニングルーム環境）を示している。左側フロントスピーカ５０ａより出力された出力音は、図７に示すように、リスナＬの左耳はもちろんのこと、右耳へも到達するため、リスナＬは、左右両方の耳での左側スピーカ５０ａの出力音を聴取することとなる。また、同様に、右側フロントスピーカ５０ｂより出力された出力音は、リスナＬの右耳はもちろんのこと、左耳へも到達するため、リスナＬは、左右両方の耳での右側フロントスピーカ５０ｂの出力音を聴取することとなる。同様にリスナＬは、他のスピーカ５０ｃ〜５０ｆからの出力音を左右両方の耳で聴取することとなる。

各スピーカ５０ａ〜５０ｆより発せられた音は、空間〜頭部〜耳を経由して鼓膜に至るまでに、周波数に応じて音圧レベルが変化する。音源から耳に至るまでの音の伝達特性のことを伝達関数（頭部伝達関数）という。リスナＬが音源の位置を特定できるのは、リスナＬが自身の頭部伝達関数とその角度依存性を把握しているためとされており、具体的には、知覚した音の音圧レベルの周波数特性および頭部の伝達関数から音源の角度を割り出している。従って、各スピーカから出力される音声信号を、スピーカ毎に伝達関数を考慮して音響補正することにより、リスナＬが聴取する音の音響環境を変化させることが可能となる。

図８は、従来より用いられている音響補正装置の概略構成を示したブロック図である。図８では、説明の便宜上、左側フロントスピーカ５０ａ用の入力信号と右側フロントスピーカ用の入力信号とからなる２チャンネルの入力信号に対して音響補正処理を施し、２チャンネルの出力信号Ｌ、Ｒを出力する音響補正装置５１の構成を示している。

音響補正装置５１は、４つのデジタルフィルタ５２ａ〜５２ｄと、２つの加算器５３ａ、５３ｂとを有している。デジタルフィルタ５２ａ〜５２ｄにはＦＩＲフィルタが用いられている。ＦＩＲフィルタは、インパルス入力を行ったときの出力信号を有限時間で０に収束させるフィルタであり、式（１）のように示される。
・・・・・・・式（１）

ここで、ｙ[ｎ]は出力信号、ｘ[ｎ]は入力信号、ｈ[ｉ]は伝達関数を示している。

式（１）は、『時刻ｎにおける出力信号ｙ［ｎ］が、現在および過去の入力信号値ｘ［ｎ］、ｘ［ｎ−１］、ｘ［ｎ−２］、・・・、ｘ［ｎ―Ｎ］、ｘ［ｎ―（Ｎ−１）］の重み付き平均で表される』ことを意味しており、式（１）に示すＮをフィルタ長（フィルタ係数長）という。

音声信号に音響効果を施す場合には、音響効果を再現しようとする音響環境における（例えば、スピーカとリスナＬとの位置関係等を考慮して）インパルス応答を測定または算出し、測定または算出したインパルス応答をフーリエ変換することによって、その音響空間の伝達関数を求めてＦＩＲフィルタを構築する。

図９は、ＦＩＲフィルタの概略構成を示したブロック図であり、ＦＩＲフィルタ５５は多段的に連続して接続される遅延回路５６と、入力信号および各遅延回路５６で遅延された出力信号とをそれぞれ別の係数で乗算する乗算器５７と、乗算された各信号を順次加算する加算器５８とにより構成されている。乗算器において乗算される係数は、伝達関数に応じて設定される。

図８に示す各デジタルフィルタ５２ａ〜５２ｄの乗算器の係数は、図７を用いて説明した四個の伝達関数に基づいて設定されている。具体的は、デジタルフィルタ５２ａには、図７に示した左側スピーカ５０ａからリスナＬの左耳へと音が伝わるときの伝達関数ＨＬＬが用いられ、デジタルフィルタ５２ｂには、左側スピーカ５０ａからリスナＬの右耳へと音が伝わるときの伝達関数ＨＬＲが用いられ、デジタルフィルタ５２ｃには、右側スピーカ５０ｂからリスナＬの左耳へと音が伝わるときの伝達関数ＨＲＬが用いられ、デジタルフィルタ５２ｄには、右側スピーカ５０ｂからリスナＬの右耳へと音が伝わるときの伝達関数ＨＲＲが用いられる。

左側スピーカ５０ａより出力される音声信号は、図８に示すように、デジタルフィルタ５２ａによって左側スピーカ５０ａから左耳へと伝達されるときの音響補正処理が施されるとともに、デジタルフィルタ５２ｂによって左側スピーカから右耳へと伝達されるときの音響補正処理が施される。また、右側スピーカ５０ｂより出力される音声信号は、デジタルフィルタ５２ｃによって右側スピーカ５０ｂから左耳へと伝達されるときの音響補正処理が施されるとともに、デジタルフィルタ５２ｄによって右側スピーカから右耳へと伝達されるときの音響補正処理が施される。

そして、デジタルフィルタ５２ａとデジタルフィルタ５２ｃとによって左耳用に補正された音響信号は、加算器５３ａにおいて加算されて、左耳用の出力信号Ｌとして出力される。また、デジタルフィルタ５２ｂとデジタルフィルタ５２ｄとによって右耳用に補正された音響信号は、加算器５３ｂにおいて加算されて、右耳用の出力信号Ｒとして出力される。

このように、ＦＩＲフィルタ５５を用いたデジタルフィルタ５２ａ〜５２ｄにより出力音の音響補正を行うことによって、所望の音響環境を構築することができる。従って、多チャンネルの音響出力環境、例えば上述した５．１チャンネルの音響出力環境においては、図１０に示すように、各入力音に対してデジタルフィルタ５２ａ〜５２ｊおよび遅延回路６０を用いて音響補正処理を施した後に、Ｌチャンネル用の出力信号Ｌをヘッドフォンの左耳用の出力部より出力し、Ｒチャンネル用の出力信号Ｒをヘッドフォンの右耳用の出力部より出力することによって、映像中の音響と実際に聞こえてくる音響位置とを一致させつつ、自然な広がりを持った臨場感のある音場を得ることが可能となる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１３８９９８号公報（第７−８頁、第１０図）

上述したＦＩＲフィルタを用いて音響補正を行う場合、音響効果を十分に得るためには、ＦＩＲフィルタのフィルタ長を十分に長くする必要があった。

図１１（ａ）は、フィルタ長が４０９６の場合のインパルス応答を示している。フィルタ長が４０９６のインパルス応答では、図１１（ａ）に示すように、波形に初期反射音部分Ａと残響音部分Ｂとが現れており、リスナＬは、初期反射音部分Ａを聴取することによって出力音の出力方向を判断し、残響音部分Ｂを聴取することによって出力音の空間的な広がりを感じることができる。

このような音響補正処理をハードウェア回路で行う場合、フィルタ長を長くすると図９に示すように、遅延回路５６、乗算器５７、加算器５８の数が増加してしまうため回路規模が大きくなり、ハードウェア回路が高価なものになってしまうという問題がある。特に、１つの入力信号に対し、左右の耳へと伝わる音の伝達関数を考慮してＦＩＲフィルタを２つずつ設ける必要があることから、多チャンネルの音響出力環境においては、多くのＦＩＲフィルタを設ける必要が生じ、ハードウェア回路のコストが大幅に高くなってしまうという問題があった。

また、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を用い、ソフトウェア処理によって音響補正を行う場合であっても、計算に必要とするメモリの要領が増大するとともに、計算時間が増加してしまうという問題があった。特に、多チャンネルの音響出力環境においては、チャンネル数に応じてメモリ領域が増大すると共に、計算時間が増加してしまうため、より深刻な問題となってしまうおそれがあった。

一方で、フィルタ長を単純に短くした場合には、十分な音響効果を得ることができないという問題があった。図１１（ｂ）は、フィルタ長が１２８の場合のインパルス応答を示している。フィルタ長が１２８のインパルス応答では、図１１（ｂ）に示すように、波形に初期反射音部分Ａは現れているが残響音部分Ｂは全く示されていない。このため、リスナＬは、初期反射音部分Ａを聴取することによって出力音の出力方向を判断することはできるが、残響音部分Ｂを聴取することができないため、出力音の空間的な広がりを感じることができず、十分な音響環境を得ることができなかった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、多チャンネル用の音響出力信号を２チャンネルの音響出力信号へと変換補正する場合に、多チャンネル出力時の音響効果を十分に確保しつつ簡易な回路構成で音響補正を行うことが可能な音響補正装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る音響補正装置は、複数チャンネルの音響信号を受信し、各チャンネルの前記音響信号の出力位置からリスナの左右の耳に至るまでの伝達関数に基づいて、前記音響信号から初期反射音のみを出力する音響信号を各チャンネルに対応させて生成する音響補正手段と、残響音のみを出力する音響信号を各チャンネルに対応させて前記音響信号より生成するリバーブ処理手段と、前記音響補正手段により生成された複数チャンネルの音響信号と前記リバーブ処理手段により生成された複数チャンネルの音響信号とを加算し、前記初期反射音と前記残響音とを有する音響信号を生成する加算手段とを備えることを特徴とする。

また、前記加算手段により生成される音響信号は、Ｌチャンネル用の出力信号と、Ｒチャンネル用の出力信号とからなる２チャンネルの音響信号であってもよい。

さらに、前記音響補正手段がＦＩＲフィルタにより構成され、当該ＦＩＲフィルタのフィルタ長を短くすることによって、前記初期反射音のみを出力する音響信号を生成するものであることが好ましい。

本発明に係る音響補正装置によれば、初期反射音のみを出力する音響信号を生成する音響補正手段と、残響音のみを出力する音響信号を生成するリバーブ処理手段と、音響補正手段により生成された音響信号とリバーブ処理手段により生成された音響信号とを加算して初期反射音と残響音とを出力する音響信号を生成する加算手段とを備えているので、音響補正処理された出力信号のうち、初期反射音部分によって出力音の出力方向を再現することができ、残響音部分によって出力音の空間的な広がりを再現することができる。

特に、上記音響信号の生成を、各チャンネルの入力信号毎に行うことによって、多チャンネルの音響信号により奏しうる音響効果を保持しつつ、出力音の出力方向と空間的な広がりとを再現することができる。

また、加算手段によりＬチャンネル用の出力信号とＲチャンネル用の出力信号とが生成されるので、多チャンネルの音響信号により再現される音響効果を、２つの出力部、例えば、ヘッドファンや２つのスピーカ等により再現することが可能となる。

さらに、ＦＩＲフィルタのフィルタ長を短くして初期反射音のみを出力する音響信号をＦＩＲフィルタで生成し、リバーブ処理手段で残響音のみを出力する音響信号を生成することによって、フィルタ長を長くすることによってＦＩＲフィルタで得ることが可能となる音響補正効果と同等の効果を、フィルタ長の短いＦＩＲフィルタを用いて実現することができる。このように、ＦＩＲフィルタのフィルタ長を従来よりも短くすることができるので、ＦＩＲフィルタの音響補正処理に伴う回路規模の増大を抑制することができ、計算に必要なメモリ容量を大幅に削減することができる。

また、リバーブ処理手段を用いることにより、長いフィルタ長のＦＩＲフィルタを用いて音響補正処理を行う場合に比べて回路構成を簡略化し、演算処理に必要なメモリ等を削減しつつ同様の音響効果を奏することが可能となるので、十分な音響効果を簡易な構成により実現することが可能となる。

以下、本発明に係る音響補正装置を備えた音響補正システムを、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、音響補正システムの概略構成を示したブロック図である。音響補正システム１は、オーディオ再生部２、音響補正部（音響補正装置）３、ヘッドフォン４、メモリ５、操作部６、制御部７を備えている。

オーディオ再生部２は、制御部７の指示に従って、ＤＶＤ等の記録メディアに記録された多チャンネル用の音源データを入力信号として読み取り、音響補正部３に出力する役割を有している。なお、オーディオ再生部２により読み取られる音源データは、必ずしもＤＶＤ等の記録メディアに記録されたものには限定されず、ハードディスクドライブ等に記録された音源データであってもよい。また、オーディオ再生部２の代わりに、音響補正システム１に外部入力端子（図示省略）等を設け、この外部入力端子を介して他のオーディオ機器で再生された多チャンネルの音源データを読み取る構成であってもよい。

本実施形態に係るオーディオ再生部２では、音源データから５．１チャンネル用の音響データを復号して、左側フロントスピーカ用の入力信号Ｌと、右側フロントスピーカ用の入力信号Ｒと、左側リアスピーカ用の入力信号Ｌｓと、右側リアスピーカ用の入力信号Ｒｓと、フロントスピーカ用の入力信号Ｃと、ウーファースピーカ用の入力信号Ｗとを音響補正部３に出力するものとする。

ヘッドフォン４は、左耳用の出力部４ａと右耳用の出力部４ｂとを有している。ヘッドフォン４は、音響補正部３によって補正処理された出力信号Ｌを出力部４ａから出力音として出力し、出力信号Ｒを出力部４ｂから出力音として出力する。

操作部６は、リスナが所望の音響補正モード、例えば、シアターモードやスタジアムモード等の音響環境を選択したり、リスナとスピーカとの配置関係等の音響環境情報を選択したりするための操作手段である。操作部６を用いてリスナにより選択された音響補正モードに従って、制御部７では音響補正部３の音響補正設定を行う。また、メモリ５には、音響補正部３において音響補正処理を行う際に使用する音響補正モードに関する情報（例えば、伝達関数）が記録されており、制御部７において音響補正設定が行われる場合には、メモリ５に記憶される音響補正モードに関する情報が利用される。

また、操作部６は、オーディオ再生部２の動作開始／動作停止の操作を行うために利用される。ユーザが操作部６を操作してオーディオ再生部２の動作を開始／停止した場合、制御部７はユーザにより操作された操作情報を取得して、オーディオ再生部２の動作開始／動作停止制御を行う。

また、制御部７は、リスナが選択した音響補正モードに従って、後述する各ＦＩＲフィルタの乗算器の係数を決定し、音響補正処理の処理パラメータとして音響補正部３に送出する役割を有している。具体的に制御部７は、リスナが選択した音響補正モード情報を操作部６から取得し、取得した音響補正モードに従って、メモリ５から関連する情報を読み出す。そして読み出した情報に基づいて、各ＦＩＲフィルタの係数値を決定して処理パラメータを送出する。

音響補正部３は、オーディオ再生部２より取得した入力信号Ｌ、入力信号Ｌｓ、入力信号Ｒ、入力信号Ｒｓ、入力信号Ｃ、入力信号Ｗに対して音響補正処理を施した後に、ヘッドフォン４の出力部４ａ、４ｂに出力信号を出力する役割を有している。図２は、音響補正部３の概略構成を示したブロック図である。

音響補正部３は、１０個のデジタルフィルタ（音響補正手段）１０ａ〜１０ｊと２個のリバーブ処理ユニット１１と、１個の乗算器１２と、６つの加算器（加算手段）１３ａ〜１３ｆと、１個の遅延部１４とを有している。

デジタルフィルタ１０ａ〜１０ｆには、ＦＩＲフィルタが用いられており、デジタルフィルタ１０ａ〜１０ｆは、制御部７より受信した処理パラメータに基づいて、オーディオ再生部２より受信した入力信号Ｌ、入力信号Ｌｓ、入力信号Ｒ、入力信号Ｒｓ、入力信号Ｃに対して音響補正処理を施す役割を有している。ＦＩＲフィルタは、既に図９を用いて説明したＦＩＲフィルタと同様に、遅延器と乗算器と加算機とにより構成されている。乗算器における係数は、制御部７より受信する処理パラメータによって設定される。

具体的に、デジタルフィルタ１０ａには、左側フロントスピーカからリスナの左耳へと音が伝わるときの伝達関数に基づいて設定された処理パラメータの係数が用いられ、デジタルフィルタ１０ｂには、左側フロントスピーカからリスナの右耳へと音が伝わるときの伝達関数に基づいて設定された処理パラメータの係数が用いられる。また、デジタルフィルタ１０ｃには、右側フロントスピーカからリスナの左耳へと音が伝わるときの伝達関数に基づいて設定された処理パラメータの係数が用いられ、デジタルフィルタ１０ｄには、右側フロントスピーカからリスナの右耳へと音が伝わるときの伝達関数に基づいて設定された処理パラメータの係数が用いられる。

さらに、デジタルフィルタ１０ｅには、左側リアスピーカからリスナの左耳へと音が伝わるときの伝達関数に基づいて設定された処理パラメータの係数が用いられ、デジタルフィルタ１０ｆには、左側リアスピーカからリスナの右耳へと音が伝わるときの伝達関数に基づいて設定された処理パラメータの係数が用いられる。また、デジタルフィルタ１０ｇには、右側リアスピーカからリスナの左耳へと音が伝わるときの伝達関数に基づいて設定された処理パラメータの係数が用いられ、デジタルフィルタ１０ｈには、右側リアスピーカからリスナの右耳へと音が伝わるときの伝達関数に基づいて設定された処理パラメータの係数が用いられる。

さらに、デジタルフィルタ１０ｉには、センタースピーカからリスナの左耳へと音が伝わるときの伝達関数に基づいて設定された処理パラメータの係数が用いられ、デジタルフィルタ１０ｊには、センタースピーカからリスナの右耳へと音が伝わるときの伝達関数に基づいて設定された処理パラメータの係数が用いられる。

ただし、デジタルフィルタ１０ａ〜１０ｊに用いられるＦＩＲフィルタのフィルタ長は、比較的短い値、例えば１２８に設定されている。

リバーブ処理ユニット１１は、オーディオ再生部２より受信した入力信号Ｌ、入力信号Ｌｓ、入力信号Ｒ、入力信号Ｒｓ、入力信号Ｃに対して残響音処理（Reverbration処理）を施す役割を有している。リバーブ処理ユニット１１は、図３に示すように、４個のリバーブ処理部（リバーブ処理手段）２０ａ〜２０ｄと、４個の加算器２１ａ〜２１ｄと、９個の乗算器２２ａ〜２２ｉとを備えている。

リバーブ処理部２０ａは、図４（ａ）に示すように、１個の遅延回路１５と、２個の乗算器１６ａ、１６ｂと、２個の加算器１７ａ、１７ｂとにより１ユニットが形成されており、必要に応じて、図４（ｂ）に示すように、加算器１７ａ、１７ｂが連結部となって直列に複数組み合わされて構成される。リバーブ処理部２０ｂ〜２０ｄもリバーブ処理部２０ａと同様に構成される。なお、本実施形態では、リバーブ処理部２０ａ〜２０ｄにおいて、上述したリバーブ処理部のユニットが３ユニット連結されたものを用いることとする。

乗算器２２ａ〜２２ｅは、入力信号Ｌ、入力信号Ｌｓ、入力信号Ｒ、入力信号Ｒｓ、入力信号Ｃをそれぞれ所定係数倍に乗算することによって、各入力値の差（バラツキ）を補正するものである。乗算器２２ａ〜２２ｅで補正がなされると、入力信号Ｌ、入力信号Ｌｓ、入力信号Ｃは、加算器２１ａで加算され、リバーブ処理部２１ａとリバーブ処理部２１ｂとに出力される。また、入力信号Ｒ、入力信号Ｒｓ、入力信号Ｃは、加算器２１ｂで加算され、リバーブ処理部２１ｃとリバーブ処理部２１ｄとに出力される。なお、リバーブ処理部２０ａ〜２０ｄはそれぞれ乗算器１６ａ、１６ｂの係数値や遅延回路１５の遅延数等が異なるものである。

各リバーブ処理部２０ａ〜２０ｄで残響音処理がなされた出力信号は、乗算器２２ｆ〜２２ｉにおいて振幅調整が行われる。そして、リバーブ処理部２０ａで残響音処理された出力信号と、リバーブ処理部２０ｃで残響音処理された出力信号とは、加算器２１ｃで足し合わされてリバーブ処理ユニット１１から出力信号Ｌｄとして出力され、リバーブ処理部２０ｂで残響音処理された出力信号と、リバーブ処理部２０ｄで残響音処理された出力信号とは、加算器２１ｄで足し合わされてリバーブ処理ユニット１１から出力信号Ｒｄとして出力される。

遅延部１４は、低音音響出力用の入力信号Ｗに対して遅延音響処理を施す役割を有している。低音域の出力音は、指向性に乏しく、高音域用の出力音に比べてリスナの音源出力位置判断に利用されにくいため、デジタルフィルタ（ＦＩＲフィルタ）を用いた音響補正処理は行わず、遅延部１４による遅延処理を行う構成とした。遅延器１４における入力信号Ｗの遅延時間は、他の入力信号におけるデジタルフィルタ１０ａ〜１０ｊ等の演算時間を考慮した上で設定される。なお、低音域の入力信号Ｗに対しても、他の入力信号と同様に、デジタルフィルタを用いて音響補正処理を行ってもよい。

次に、音響補正部３において、オーディオ再生部２より入力した入力信号Ｌ、入力信号Ｌｓ、入力信号Ｒ、入力信号Ｒｓ、入力信号Ｃ、入力信号Ｗに音響補正処理を施した後に、ヘッドフォン４の出力部４ａ、４ｂに対して出力信号Ｌ・出力信号Ｒを出力する処理手順を説明する。

まず、入力信号Ｌは、図２に示すように、デジタルフィルタ１０ａとデジタルフィルタ１０ｂとリバーブ処理ユニット１１とに入力され、入力信号Ｒは、デジタルフィルタ１０ｃとデジタルフィルタ１０ｄとリバーブ処理ユニット１１とに入力される。

デジタルフィルタ１０ａに入力された入力信号Ｌは、デジタルフィルタ１０ａによって左側フロントスピーカから左耳へと伝達されるときの音響補正処理が施され、デジタルフィルタ１０ｂａに入力された入力信号Ｌは、デジタルフィルタ１０ｂによって左側フロントスピーカから右耳へと伝達されるときの音響補正処理が施される。

また、デジタルフィルタ１０ｃに入力された入力信号Ｒは、デジタルフィルタ１０ｃによって右側フロントスピーカから左耳へと伝達されるときの音響補正処理が施され、デジタルフィルタ１０ｄに入力された入力信号Ｒは、デジタルフィルタ１０ｄによって右側フロントスピーカから右耳へと伝達されるときの音響補正処理が施される。

そして、デジタルフィルタ１０ａとデジタルフィルタ１０ｃとによって左耳用に補正された音響信号は、加算器１３ａにおいて足し合わされて、左耳用の出力信号Ｌａとなる。また、デジタルフィルタ１０ｂとデジタルフィルタ１０ｄとによって右耳用に補正された音響信号は、加算器１３ｂにおいて足し合わされて、右耳用の出力信号Ｒａとなる。

また、入力信号Ｌｓは、図２に示すように、デジタルフィルタ１０ｅとデジタルフィルタ１０ｆとリバーブ処理ユニット１１とに入力され、入力信号Ｒｓは、デジタルフィルタ１０ｇとデジタルフィルタ１０ｈとリバーブ処理ユニット１１とに入力される。

デジタルフィルタ１０ｅに入力された入力信号Ｌｓは、デジタルフィルタ１０ｅによって左側リアスピーカから左耳へと伝達されるときの音響補正処理が施され、デジタルフィルタ１０ｆに入力された入力信号Ｌｓは、デジタルフィルタ１０ｆによって左側リアスピーカから右耳へと伝達されるときの音響補正処理が施される。

また、デジタルフィルタ１０ｇに入力された入力信号Ｒｓは、デジタルフィルタ１０ｇによって右側リアスピーカから左耳へと伝達されるときの音響補正処理が施され、デジタルフィルタ１０ｈに入力された入力信号Ｒｓは、デジタルフィルタ１０ｈによって右側リアスピーカから右耳へと伝達されるときの音響補正処理が施される。

そして、デジタルフィルタ１０ｅとデジタルフィルタ１０ｇとによって左耳用に補正された音響信号は、加算器１３ｃにおいて足し合わされて、左耳用の出力信号Ｌｂとなる。また、デジタルフィルタ１０ｆとデジタルフィルタ１０ｈとによって右耳用に補正された音響信号は、加算器１３ｄにおいて足し合わされて、右耳用の出力信号Ｒｂとなる。

さらに、入力信号Ｃは、図２に示すように、デジタルフィルタ１０ｉとデジタルフィルタ１０ｊとリバーブ処理ユニット１１とに入力される。

デジタルフィルタ１０ｉに入力された入力信号Ｃは、デジタルフィルタ１０ｉによってセンタースピーカから左耳へと伝達されるときの音響補正処理が施され、デジタルフィルタ１０ｊに入力された入力信号Ｃは、デジタルフィルタ１０ｊによってセンタースピーカから右耳へと伝達されるときの音響補正処理が施される。

そして、デジタルフィルタ１０ｉによって左耳用に補正された音響信号は、左耳用の出力信号Ｌｃとなり、デジタルフィルタ１０ｊによって右耳用に補正された音響信号は、右耳用の出力信号Ｒｃとなる。

各デジタルフィルタ１０ａ〜１０ｊにより施される音響補正処理は、操作部６で選択された音響補正モードに基づいて決定された処理パラメータに基づいて行われるので、デジタルフィルタ１０ａ〜１０ｊにより音響補正が行われた出力信号をヘッドフォン４より出力させることによって、コンサートホール等の音響環境を構築することができる。

ただし、デジタルフィルタ１０ａ〜１０ｊにおけるフィルタ長は、上述したように１２８に設定されているため、デジタルフィルタ１０ａ〜１０ｊでＦＩＲフィルタが適用された出力信号のインパルス応答は図５（ａ）に示すように、初期反射音部分Ａのみが示されたものとなる。

一方で、リバーブ処理ユニット１１に入力された入力信号Ｌ、入力信号Ｌｓ、入力信号Ｃは、図３に示すように、乗算器２２ａ、２２ｂ、２２ｅで入力値の差（バラツキ）が補正された後に加算器２１ａでそれぞれ足し合わされて、リバーブ処理部２０ａとリバーブ処理部２０ｂとに出力される。

リバーブ処理部２０ａの遅延回路１５の遅延数および乗算器１６ａ、１６ｂの係数（乗数）は、入力信号Ｌ、入力信号Ｌｓ、入力信号Ｃがヘッドフォン４の左耳用の出力部４ａに出力される際に好適な残響効果を奏することができるように値が設定されている。このため、加算器２１ａで足し合わされた入力信号Ｌ、入力信号Ｌｓ、入力信号Ｃは、リバーブ処理部２０ａでヘッドフォンの左耳用の出力部４ａに好適な残響音処理が施される。

具体的には、リバーブ処理部２０ａに入力された入力信号Ｌと入力信号Ｌｓと入力信号Ｃとの加算信号は、遅延回路１５により遅延される信号と、遅延回路１５を介さずに乗算器１６ａで所定係数乗算される信号とに分かれる。遅延回路１５により所定時間だけ遅延された信号は、乗算器１６ｂを介してフィードバックされて加算器１７ａで入力信号に足し合わされる信号と、加算器１７ｂに乗算器１６ａで乗算された信号に足し合わされて出力信号となる信号とに分けられる。

このように、入力信号が遅延回路１５により遅延された後にフィードバック等がなされて信号が重ね合わされることによって、リバーブ処理部２０ａでは、遅延により生じた反射音が複数重なり合って複合したような効果を奏し、残響効果を奏することとなる。リバーブ処理部２０ａで残響音処理が施された出力信号は、乗算器２２ｆで振幅の調整が行われた後に出力信号ＬＡとして出力される。

また、リバーブ処理部２０ｂの遅延回路１５の遅延数および乗算器１６ａ、１６ｂの係数（乗数）は、入力信号Ｌ、入力信号Ｌｓ、入力信号Ｃがヘッドフォン４の右耳用の出力部４ａに出力される際に好適な残響効果を奏することができるように値が設定されている。このため、加算器２１ａで足し合わされた入力信号Ｌ、入力信号Ｌｓ、入力信号Ｃは、リバーブ処理部２０ｂでヘッドフォンの右耳用の出力部４ｂに好適な残響音処理が施され、乗算器２２ｇで振幅の調整を行った後に出力信号ＲＡとして出力される。

さらに、リバーブ処理ユニット１１に入力された入力信号Ｒ、入力信号Ｒｓ、入力信号Ｃは、乗算器２２ｃ、２２ｄ、２２ｅで入力値の差（バラツキ）が補正された後に加算器２１ｂでそれぞれ足し合わされて、リバーブ処理部２０ｃとリバーブ処理部２０ｄとに出力される。

リバーブ処理部２０ｃの遅延回路１５の遅延数および乗算器１６ａ、１６ｂの係数（乗数）は、入力信号Ｒ、入力信号Ｒｓ、入力信号Ｃがヘッドフォン４の左耳用の出力部４ａに出力される際に好適な残響効果を奏することができるように値が設定されている。このため、加算器２１ｂで足し合わされた入力信号Ｒ、入力信号Ｒｓ、入力信号Ｃは、リバーブ処理部２０ｃでヘッドフォンの左耳用の出力部４ａに好適な残響音処理が施され、乗算器２２ｈで振幅の調整を行った後に出力信号ＬＢとして出力される。

また、リバーブ処理部２０ｄの遅延回路１５の遅延数および乗算器１６ａ、１６ｂの係数（乗数）は、入力信号Ｒ、入力信号Ｒｓ、入力信号Ｃがヘッドフォン４の右耳用の出力部４ａに出力される際に好適な残響効果を奏することができるように値が設定されている。このため、加算器２２ｂで足し合わされた入力信号Ｒ、入力信号Ｒｓ、入力信号Ｃは、リバーブ処理部２０ｄでヘッドフォンの右耳用の出力部４ｂに好適な残響音処理が施され、乗算器２２ｉで振幅の調整を行った後に出力信号ＲＢとして出力される。

その後、出力信号ＬＡと出力信号ＬＢとは、加算器２１ｃで足し合わされて、出力信号Ｌｄとして出力される。また、出力信号ＲＡと出力信号ＲＢとは、加算器２１ｄで足し合わされ、出力信号Ｒｄとして出力される。

図５（ｂ）は、出力信号Ｌｄのインパルス応答を示した図である。残響音処理が行われた出力信号Ｌｄは、図５（ｂ）に示すように、初期反射音部分Ａは表されていないが、残響音部分Ｂは表されている。

遅延部１４に入力された入力信号Ｗは、遅延部１４において所定の遅延処理が施された後に出力信号Ｌｅおよび出力信号Ｒｅとして出力される。

上記の処理を経て生成された出力信号Ｌａと、出力信号Ｌｂと、出力信号Ｌｃと、出力信号Ｌｄと、出力信号Ｌｅとは、加算器１３ｅにより足し合わされて出力信号Ｌとしてヘッドフォン４の出力部４ａより出力される。また同様に、上述した出力信号Ｒａと、出力信号Ｒｂと、出力信号Ｒｃと、出力信号Ｒｄと、出力信号Ｒｅとは、加算器１３ｆにより足し合わされ、出力信号Ｒとしてヘッドフォン４の出力部４ｂより出力される。

図５（ｃ）は出力信号Ｌのインパルス応答を示した図である。出力信号Ｌは、デジタルフィルタにより音響補正処理が行われた出力信号Ｌａ、出力信号Ｌｂ、出力信号Ｌｃと、リバーブ処理ユニット１１により残響音処理が施された出力信号Ｌｄと、遅延部１４により遅延処置が行われた出力信号Ｌｅとが、加算部１３ｅにおいて足し合わされているので、図５（ｃ）に示すように、初期反射音部分Ａと残響音部分Ｂとを備えるインパルス応答を得ることができる。

特に、ＦＩＲフィルタの係数、リバーブ処理ユニット１１の遅延数および係数等を適切に設定することによって、ＦＩＲフィルタのフィルタ長が１２８程度であってもフィルタ長が数千以上のＦＩＲフィルタを単独で用いたときと同様のインパルス応答を得ることができる。

このように、フィルタ長の短いＦＩＲフィルタ（デジタルフィルタ１０ａ〜１０ｊ）とリバーブ処理ユニット１１と遅延部１４とを用いて音響補正処理を行うことによって、多チャンネルの音響信号を２チャンネルの音響信号に変換補正する場合であっても、ＦＩＲフィルタで音響補正処理された初期反射音部分Ａにより、出力音の出力方向を再現することができ、リバーブ処理ユニット１１により残響音処理がなされた残響音部分Ｂにより、出力音の空間的な広がりを再現することができる。

さらに、ＦＩＲフィルタにおいてフィルタ長を長くして得られる音響補正効果を、フィルタ長の短いＦＩＲフィルタ（デジタルフィルタ１０ａ〜１０ｊ）とリバーブ処理ユニット１１とを用いて実現する場合には、ＦＩＲフィルタのフィルタ長に比べてリバーブ処理ユニット１１のリバーブ処理部２０ａ〜２０ｄの連結ユニット長を大幅に短くした構成（本実施形態では、３ユニット長）で同様の効果を得ることができるので、回路規模の増大を抑制することができ、計算に必要なメモリ容量を大幅に削減することができる。

なお、音響補正処理に必要とされるメモリ容量を削減することができるので、必要であれば、図１に示したメモリ５に代えて、ＦＩＲフィルタの複数のフィルタ係数とリバーブ処理ユニット１１のパラメータ（遅延数および係数）とを組み合わせてパラメータセットとして記録したデータベースを設けてもよい。リスナが操作部６を介してパラメータセットを自由に選択し、そのパラメータセットに基づいてデータベースよりフィルタ係数等を切り替えたり、または、入力される入力信号に応じて任意のタイミングでパラメータセットに基づいてフィルタ係数等を切り替えたりする構成にすることも可能である。

以上説明したように、本発明に係る音響補正装置を用いることによって、多チャンネルの音響信号を多チャンネルの音響効果を保持したまま２チャンネルの音響信号に変換補正することができるとともに、ＦＩＲフィルタにおいてフィルタ長を長くしなくても十分な音響補正効果を奏することができ、メモリの使用容量の削減と計算時間の短縮化を図ることが可能となる。

なお、本発明に係る音響特性補正装置を、図面を用いて詳細に説明したが、本発明に係る音響特性補正装置は上述した実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本実施形態に係る音響補正システムの概略構成を示したブロック図である。 本実施形態に係る音響補正部の概略構成を示したブロック図である。 本実施形態に係るリバーブ処理ユニットの概略構成を示したブロック図である。 本実施形態に係るリバーブ処理部の概略構成を示したブロック図である。 （ａ）は、本実施形態に係る出力信号Ｌａのインパルス応答を示すグラフであり、（ｂ）は、本実施形態に係る出力信号Ｌｄのインパルス応答を示すグラフであり、（ｃ）は、本実施形態に係る出力信号Ｌのインパルス応答を示すグラフである。 多チャンネルの音響入力を２チャンネルの音響出力に変換補正する従来の音響方正装置を示したブロック図である。 リスナを中心として６つのスピーカを取り囲むようにして配置した音響補正システムの配置構成を示した図である。 ２チャンネルの音響入力を２チャンネルの音響出力にＦＩＲフィルタを用いて変換補正する従来の音響補正装置の概略構成を示したブロック図である。 一般的なＦＩＲフィルタの概略構成を示したブロック図である。 多チャンネルの音響入力を２チャンネルの音響出力にＦＩＲフィルタを用いて変換補正する従来の音響補正装置の概略構成を示したブロック図である。 （ａ）はフィルタ長の長いＦＩＲフィルタにより音響補正処理がなされた出力信号のインパルス応答を示したグラフであり、（ａ）はフィルタ長の短いＦＩＲフィルタにより音響補正処理がなされた出力信号のインパルス応答を示したグラフである。

符号の説明

Ｌ …リスナ
１ …音響補正システム
２ …オーディオ再生部
３ …音響補正部（音響補正装置）
４ …ヘッドフォン
４ａ、４ｂ …出力部
５ …メモリ
６ …操作部
７ …制御部
１０ａ〜１０ｊ …デジタルフィルタ（音響補正手段）
１１ …リバーブ処理ユニット
１２ …（音響補正部の）乗算器
１３ａ〜１３ｆ …（音響補正部の）加算器
１４ …（音響補正部の）遅延部
１５ …（リバーブ処理部の）遅延回路
１６ａ、１６ｂ …（リバーブ処理部の）乗算器
１７ａ、１７ｂ …（リバーブ処理部の）加算器
２０ａ〜２０ｄ …リバーブ処理部（リバーブ処理手段）
２１ａ〜２１ｄ …（リバーブ処理ユニットの）加算器
２２ａ〜２２ｉ …（リバーブ処理部の）乗算器
４８ａ、４８ｂ …（多チャンネルを２チャンネルに変換補正する従来の音響方正装置の）加算器
４９ａ〜４９ｆ …（多チャンネルを２チャンネルに変換補正する従来の音響方正装置の）乗算器
５０ａ …左側フロントスピーカ
５０ｂ …右側フロントスピーカ
５０ｃ …左側リアスピーカ
５０ｄ …右側リアスピーカ
５０ｅ …センタースピーカ
５０ｆ …ウーファー
５１ …（２チャンネルの入出力信号を補正する従来の）音響補正装置
５２ａ〜５２ｊ …（従来の音響補正装置の）デジタルフィルタ
５３ａ〜５３ｆ …（従来の音響補正装置の）加算器
５５ …ＦＩＲフィルタ
５６ …（ＦＩＲフィルタの）遅延回路
５７ …（ＦＩＲフィルタの）乗算器
５８ …（ＦＩＲフィルタの）加算器
６０ …（従来の音響補正装置の）遅延回路

Claims (3)

1. 複数チャンネルの音響信号を受信し、各チャンネルの前記音響信号の出力位置からリスナの左右の耳に至るまでの伝達関数に基づいて、前記音響信号から初期反射音のみを出力する音響信号を各チャンネルに対応させて生成する音響補正手段と、
   残響音のみを出力する音響信号を各チャンネルに対応させて前記音響信号より生成するリバーブ処理手段と、
   前記音響補正手段により生成された複数チャンネルの音響信号と前記リバーブ処理手段により生成された複数チャンネルの音響信号とを加算し、前記初期反射音と前記残響音とを有する音響信号を生成する加算手段と
   を備えることを特徴とする音響補正装置。
2. 前記加算手段により生成される音響信号は、Ｌチャンネル用の出力信号とＲチャンネル用の出力信号とからなる２チャンネルの音響信号であることを特徴とする請求項１に記載の音響補正装置。
3. 前記音響補正手段はＦＩＲフィルタにより構成され、当該ＦＩＲフィルタのフィルタ長を短くすることによって、前記初期反射音のみを出力する音響信号を生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響補正装置。