JPH04150400A - 音像定位装置 - Google Patents
音像定位装置Info
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- JPH04150400A JPH04150400A JP2272727A JP27272790A JPH04150400A JP H04150400 A JPH04150400 A JP H04150400A JP 2272727 A JP2272727 A JP 2272727A JP 27272790 A JP27272790 A JP 27272790A JP H04150400 A JPH04150400 A JP H04150400A
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- sound
- speaker
- crosstalk
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- audio signal
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS
- H04S1/00—Two-channel systems
- H04S1/002—Non-adaptive circuits, e.g. manually adjustable or static, for enhancing the sound image or the spatial distribution
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS
- H04S2420/00—Techniques used stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
- H04S2420/01—Enhancing the perception of the sound image or of the spatial distribution using head related transfer functions [HRTF's] or equivalents thereof, e.g. interaural time difference [ITD] or interaural level difference [ILD]
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Stereophonic System (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
「産業上の利用分野」
この発明は聴取者によって聴取される音の音像位置を制
御する音像定位装置に関する。 「従来の技術」 パイノーラル技術は音の臨場感を高品位に伝送あるいは
合成するものとして、最近再び注目されている。その背
景には、デジタル信号処理技術の発達とともに、大画面
テレビジョンや、いわゆるアーティフィシャルリアリテ
ィへの応用の要求が急速に高まっていることが考えられ
る。 パイノーラル信号の再生は、通常、ヘッドホンが使用さ
れる。ヘッドホンの使用は、ヘッドホンステレオの普及
によって、多くの人にとって抵抗のないものになっては
いるが、依然、スピーカによる再生が好まれる場合があ
る。 パイノーラル信号を左右２つのスピーカによって再生し
た場合には、一方のスピーカから発した音が共に左右の
耳に到達するため、いわゆるクロストークが発生する。 このため、パイノーラル信号を本来の音像位置を維持し
たまま耳元まで伝送することができないという問題があ
る。この問題を解決するために、パイノーラル信号に前
処理を施した上で左右のスピーカによって再生し、クロ
ストークを打ち消す方法が提案されている。以下、その
基本原理について詳述する。 通常の部屋は多くの反射音が存在するため、モデルが複
雑になってしまう。そこで、反射音を考慮しなくてよい
無響室での再生を考える。無響室で左右２つのスピーカ
を鳴らした場合、左右のスピーカから聴取者の左右の耳
までの音響伝達モデルは、第６図のように示すことがで
きる。 この図において、Ｈｒｒは右スピーカ１から発した音Ｒ
が右耳３に至るまでの伝播経路の伝達関数、Ｈｒｌは右
スピーカ１から発した音Ｒが左耳４に至るまでの伝播経
路の伝達関数、Ｈｌｒは左スピーカ２から発した音りが
右耳３に至るまでの伝播経路の伝達関数、Ｈｌｌは左ス
ピーカ２から発した音りが左耳４に至るまでの伝播経路
の伝達関数を各々表している。なお、以下においては、
右スピーカ１から発し左耳４に至る音および左スピーカ
２から発し右耳３に至る音のことを、便宜上、クロスト
ーク成分と呼ぶ。 このモデルによれば、聴取者の右耳３よって聴取される
音ＥＲおよび左耳４によって聴取される音ＥＬは、下記
式（１）によって与えられる。 ここで、聴取者が両スピーカのほぼ正面に位置しており
、左右の伝達関数が対称であると見なせる場合には、 Ｓ ＝ Ｈｒｒ＝ Ｈ１１・−・・・・・・＝＝ （２
）Ａ ＝ Ｈｒｌ＝ Ｈｌｒ −・−・・−−（３）
とおくことができ、上記式（１）は下記式（４）となる
。 表される逆行列が存在する。 ・・・・・・・・・・・ （５） このようにして得られる逆行列を左右の各チャネルのオ
ーディオ信号に施して、その結果を左右のスピーカ１お
よび２に入力したとすると、左右の各チャネルのオーデ
ィオ信号が聴取者の右耳３および左耳４に到達するに至
るまでの経路の伝達関数の行列は、 となる。すなわち、クロストークがキャンセルされ、右
チャネルの音および左チャネルの音は互に他方のチャネ
ルの音の影響を受けずに、聴取者の右耳および左耳に聴
取される。 ここで、 Ｃ＝ □ ・・−・・・・・・・・ （７）とおく
。そして、上記式（５） ％式％ なる置き換え操作を用いて変形することにより、下記式
（１０）を得る。 ・・・・・・・・・・・・ （１０） これはシュレーダーのモデルとして知られている。 この様な逆行列を実現するためのフィルタは、実際に音
の伝播経路の伝達関数ＳとＡを測定したのち、Ｃと１／
Ｓを求めることにより実現することが可能である。この
ことが実現されれば、スピーカの特性と聴取者の頭部伝
達特性を含めて音の伝播経路の伝達関数が補正されるた
め、良い結果が得られるはずである。 「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、一般に、系のインパルス応答の測定値か
ら系の伝達関数を補正する逆フィルタを設計するのはそ
れほど容易ではなく、また、たとえ設計が可能であった
としても数十タップ以上のＦＩＲフィルタ（有限インパ
ルス応答デジタルフィルタ）が必要になる。 この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり
、装置構成が小規模で有り、かつ、簡単なパラメータ操
作によりクロストークを制御することができる音像定位
装置を提供することを目的とする。 「課題を解決するための手段」 第１の発明は、右チャネルオーディオ信号および左チャ
ネルオーディオ信号に所定の処理を施して右チャネルス
ピーカおよび左チャネルスピーカに供給することにより
、各スピーカから発した音が聴取者によって聴取された
場合に認識される音像位置を制御する音像定位装置にお
いて、前記右スピーカおよび左スピーカと前記聴取者の
右耳および左耳との間に形成される４経路における他の
経路と交差しない２経路を主経路とし、交差する２経路
をクロストーク経路とし、前記主経路における音の伝播
遅延時間と前記クロストーク経路における音の伝播遅延
時間の差をＴとし、前記主経路を音が伝播するときの減
衰量に対する前記クロストーク経路を音が伝播するとき
の減衰量の比をｋとし、時間Ｔだけ信号を遅延させる遅
延処理をｚ−Ｔとした場合、前記右チャネルオーディオ
信号および前記左チャネルオーディオ信号に対し、 なる行列を乗じて前記左右のスピーカに供給することを
特徴としている。 第２の発明は、右チャネルオーディオ信号および左チャ
ネルオーディオ信号に所定の処理を施し１〇 − て右チャネルスピーカおよび左チャネルスピーカに供給
することにより、各スピーカから発した音が聴取者によ
って聴取された場合に認識される音像位置を制御する音
像定位装置において、前記右スピーカおよび左スピーカ
と前記聴取者の右耳および左耳との間に形成される４経
路における他の経路と交差しない２経路を主経路とし、
交差する２経路をクロストーク経路とし、前記主経路に
おける音の伝播遅延時間と前記クロストーク経路におけ
る音の伝播遅延時間の差をＴとし、前記主経路を音が伝
播するときの減衰量に対する前記クロストーク経路を音
が伝播するときの減衰量の比をｋとし、時間Ｔだけ信号
を遅延させる遅延処理をｚ−Ｔとし、前記主経路および
クロストーク経路からなる音の伝達系に対応した第１の
行列を とした場合に、この第１の行列に乗じた場合に該乗算結
果による行列の第１行第１列要素および第２行第２列要
素を１とするようにパラメータｉ。 Ｊａｍが制御される第２の行列 を前記右チャネルオーディオ信号および左チャネルオー
ディオ信号に乗じて供給することを特徴としている。 「作用」 上記第１の発明によれば、右チャネルオーディオ信号お
よび左チャネルオーディオ信号が聴取者の右耳および左
耳に至るまでの伝達関数の行列が実効的に、単位行列、 とされ、クロストークがキャンセルされる。また、第２
の発明によれば、右チャネルオーディオ信号および左チ
ャネルオーディオ信号が聴取者の右耳および左耳に至る
までの伝達関数の行列が、となり、クロストークを生じ
せしめる上記要素αがパラメータ１＋Ｊ＋ｍを変化させ
ることにより制御される。 「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の詳細な説明する。
御する音像定位装置に関する。 「従来の技術」 パイノーラル技術は音の臨場感を高品位に伝送あるいは
合成するものとして、最近再び注目されている。その背
景には、デジタル信号処理技術の発達とともに、大画面
テレビジョンや、いわゆるアーティフィシャルリアリテ
ィへの応用の要求が急速に高まっていることが考えられ
る。 パイノーラル信号の再生は、通常、ヘッドホンが使用さ
れる。ヘッドホンの使用は、ヘッドホンステレオの普及
によって、多くの人にとって抵抗のないものになっては
いるが、依然、スピーカによる再生が好まれる場合があ
る。 パイノーラル信号を左右２つのスピーカによって再生し
た場合には、一方のスピーカから発した音が共に左右の
耳に到達するため、いわゆるクロストークが発生する。 このため、パイノーラル信号を本来の音像位置を維持し
たまま耳元まで伝送することができないという問題があ
る。この問題を解決するために、パイノーラル信号に前
処理を施した上で左右のスピーカによって再生し、クロ
ストークを打ち消す方法が提案されている。以下、その
基本原理について詳述する。 通常の部屋は多くの反射音が存在するため、モデルが複
雑になってしまう。そこで、反射音を考慮しなくてよい
無響室での再生を考える。無響室で左右２つのスピーカ
を鳴らした場合、左右のスピーカから聴取者の左右の耳
までの音響伝達モデルは、第６図のように示すことがで
きる。 この図において、Ｈｒｒは右スピーカ１から発した音Ｒ
が右耳３に至るまでの伝播経路の伝達関数、Ｈｒｌは右
スピーカ１から発した音Ｒが左耳４に至るまでの伝播経
路の伝達関数、Ｈｌｒは左スピーカ２から発した音りが
右耳３に至るまでの伝播経路の伝達関数、Ｈｌｌは左ス
ピーカ２から発した音りが左耳４に至るまでの伝播経路
の伝達関数を各々表している。なお、以下においては、
右スピーカ１から発し左耳４に至る音および左スピーカ
２から発し右耳３に至る音のことを、便宜上、クロスト
ーク成分と呼ぶ。 このモデルによれば、聴取者の右耳３よって聴取される
音ＥＲおよび左耳４によって聴取される音ＥＬは、下記
式（１）によって与えられる。 ここで、聴取者が両スピーカのほぼ正面に位置しており
、左右の伝達関数が対称であると見なせる場合には、 Ｓ ＝ Ｈｒｒ＝ Ｈ１１・−・・・・・・＝＝ （２
）Ａ ＝ Ｈｒｌ＝ Ｈｌｒ −・−・・−−（３）
とおくことができ、上記式（１）は下記式（４）となる
。 表される逆行列が存在する。 ・・・・・・・・・・・ （５） このようにして得られる逆行列を左右の各チャネルのオ
ーディオ信号に施して、その結果を左右のスピーカ１お
よび２に入力したとすると、左右の各チャネルのオーデ
ィオ信号が聴取者の右耳３および左耳４に到達するに至
るまでの経路の伝達関数の行列は、 となる。すなわち、クロストークがキャンセルされ、右
チャネルの音および左チャネルの音は互に他方のチャネ
ルの音の影響を受けずに、聴取者の右耳および左耳に聴
取される。 ここで、 Ｃ＝ □ ・・−・・・・・・・・ （７）とおく
。そして、上記式（５） ％式％ なる置き換え操作を用いて変形することにより、下記式
（１０）を得る。 ・・・・・・・・・・・・ （１０） これはシュレーダーのモデルとして知られている。 この様な逆行列を実現するためのフィルタは、実際に音
の伝播経路の伝達関数ＳとＡを測定したのち、Ｃと１／
Ｓを求めることにより実現することが可能である。この
ことが実現されれば、スピーカの特性と聴取者の頭部伝
達特性を含めて音の伝播経路の伝達関数が補正されるた
め、良い結果が得られるはずである。 「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、一般に、系のインパルス応答の測定値か
ら系の伝達関数を補正する逆フィルタを設計するのはそ
れほど容易ではなく、また、たとえ設計が可能であった
としても数十タップ以上のＦＩＲフィルタ（有限インパ
ルス応答デジタルフィルタ）が必要になる。 この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり
、装置構成が小規模で有り、かつ、簡単なパラメータ操
作によりクロストークを制御することができる音像定位
装置を提供することを目的とする。 「課題を解決するための手段」 第１の発明は、右チャネルオーディオ信号および左チャ
ネルオーディオ信号に所定の処理を施して右チャネルス
ピーカおよび左チャネルスピーカに供給することにより
、各スピーカから発した音が聴取者によって聴取された
場合に認識される音像位置を制御する音像定位装置にお
いて、前記右スピーカおよび左スピーカと前記聴取者の
右耳および左耳との間に形成される４経路における他の
経路と交差しない２経路を主経路とし、交差する２経路
をクロストーク経路とし、前記主経路における音の伝播
遅延時間と前記クロストーク経路における音の伝播遅延
時間の差をＴとし、前記主経路を音が伝播するときの減
衰量に対する前記クロストーク経路を音が伝播するとき
の減衰量の比をｋとし、時間Ｔだけ信号を遅延させる遅
延処理をｚ−Ｔとした場合、前記右チャネルオーディオ
信号および前記左チャネルオーディオ信号に対し、 なる行列を乗じて前記左右のスピーカに供給することを
特徴としている。 第２の発明は、右チャネルオーディオ信号および左チャ
ネルオーディオ信号に所定の処理を施し１〇 − て右チャネルスピーカおよび左チャネルスピーカに供給
することにより、各スピーカから発した音が聴取者によ
って聴取された場合に認識される音像位置を制御する音
像定位装置において、前記右スピーカおよび左スピーカ
と前記聴取者の右耳および左耳との間に形成される４経
路における他の経路と交差しない２経路を主経路とし、
交差する２経路をクロストーク経路とし、前記主経路に
おける音の伝播遅延時間と前記クロストーク経路におけ
る音の伝播遅延時間の差をＴとし、前記主経路を音が伝
播するときの減衰量に対する前記クロストーク経路を音
が伝播するときの減衰量の比をｋとし、時間Ｔだけ信号
を遅延させる遅延処理をｚ−Ｔとし、前記主経路および
クロストーク経路からなる音の伝達系に対応した第１の
行列を とした場合に、この第１の行列に乗じた場合に該乗算結
果による行列の第１行第１列要素および第２行第２列要
素を１とするようにパラメータｉ。 Ｊａｍが制御される第２の行列 を前記右チャネルオーディオ信号および左チャネルオー
ディオ信号に乗じて供給することを特徴としている。 「作用」 上記第１の発明によれば、右チャネルオーディオ信号お
よび左チャネルオーディオ信号が聴取者の右耳および左
耳に至るまでの伝達関数の行列が実効的に、単位行列、 とされ、クロストークがキャンセルされる。また、第２
の発明によれば、右チャネルオーディオ信号および左チ
ャネルオーディオ信号が聴取者の右耳および左耳に至る
までの伝達関数の行列が、となり、クロストークを生じ
せしめる上記要素αがパラメータ１＋Ｊ＋ｍを変化させ
ることにより制御される。 「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の詳細な説明する。
【第１実施例】
第１図はこの発明の第１実施例による音像定位装置の構
成を示すブロック図である。本実施例は、左右のスピー
カから聴取者の各耳までの音の伝播経路を第２図に示す
ようにモデリングするものである。すなわち、本実施例
においては、主経路たる右スピーカ１から聴取者の右耳
３までの経路および左スピーカ２から聴取者の左耳４ま
での経路の伝達関数Ｓを共に１とした。また、クロスト
ーク経路たる右スピーカ１から聴取者の左耳４までの経
路および左スピーカ２から聴取者の右耳３までの経路に
対応する共通の伝達関数Ａを、Ａ＝に−２−・・・・
（１１） とした。上記式（１１）において、ｋは上記主経路にお
ける音の減衰量に対する上記クロストーク経路における
音の減衰量の比である。また、ｚ−１は主経路を音が伝
播するときの伝播遅延時間とクロストーク経路を音が伝
播するときの伝播遅延時間との差に相当する遅延時間を
有する遅延回路である。この遅延回路は、例えば一定周
波数のサンプリングクロックによって駆動されるｎ段の
シフトレジスタによって実現することができる。 ここで、遅延段数ｎと係数にの設定方法について説明す
る。 〈遅延段数ｎおよび係数にの計算例〉 今、第３図に示すように、聴取者の頭の中心が原点Ｏに
あり、左右の耳が各々Ｘ軸上の点Ｘ８およびＸ４にあり
、左右のスピーカがＹ軸から角度θをなす軸上であって
原点Ｏから距離ｒだけ隔たった点ＳＰに有るものとする
。また、頭の中心から各耳までの距離１０Ｘ４１および
＋ ＯＸ Ｓは共に等しいと見なすことができるので、
これをｅとする。この場合、スピーカがら左耳までの距
離ｌ５ＰＸ４１とスピーカから右耳までの距離５ＰＸｓ
ｌＯ差ｄは下記式（１２）によって与えられる。 ｄ＝ ＳＰ Ｘ４１ ＩｓＰ Ｘｓ＝ （（
ｒ−ｓｉｎθ＋ｅ ）” ＋（ｒ−ｃｏｓθ） Ｊ
１／２− ［（ｒ−ｓｉｎθ−ｅ ）’ ＋（ｒ−ｃ
ｏｓθ） ２］１／２・・・・・・・・・・・・（１２
） 従って、空気中での音速Ｖとし、上記遅延回路を駆動す
るサンプリングクロックの周波数をｆｓとすると、上記
遅延段数ｎは下記式（１３）により求められる。 ｎ＝ｄ／ （ｖ −ｆ ｓ） ＝＝＝−・
・・・・ （１３）−例として、音速■を３３０ ｍ
／ ｓ ｅ ｃ 、サンプリング周波数ｆｓを４８ｋＨ
ｚとし、距離ｒが１．５ｍ、角度θが３０°の場合につ
いて計算すると、距離差ｄは０．０７ｍ、それに対応す
る遅延段数ｎは１０となる。 係数にとしては、以下説明するように、クロストーク経
路を介して到達する音と主経路を介して到達する音の音
圧比を設定する。一般に、音源の音の強さをＡ［ｍ”／
ｓ］、音源の角周波数をω［ｒａｄ／ｓ］、媒質の密度
を／ｌ）［ｋｇ／ｍ”ｌ、波長定数をｈ［ｒａｄ／ｍ］
とすると、音源から距離ｒだけ隔たった地点での音圧ｐ
は、球面波の場合、 ・・・・・・・ （１４） となる。従って、スピーカから距離ｒだけ隔たった地点
における音圧Ｐと、距離ｒ′だけ隔たった地点における
音圧Ｐ°との比は、 ・・・・・・・・・・・ （１５） となる。ここで、スピーカからの音波が球面波とすれば
、音圧比は距離ｒおよびｒ′の比になるはずである。し
かし、実測により音圧比を測定したところ、上記のよう
に距離の比より計算した値の約２分の１程度であった。 これは、スピーカからの音波は球面波ではないし、また
、聴取者の頭等の影響によると思われる。従って、上記
係数にとして、実測による音圧比を用いるのが適当であ
る。 実測では、はぼに＝０．５とすればよいことがわかった
。 このようにして遅延段数ｎおよび係数ｋが求められた。 そして、これらのパラメータを用いて以下説明するよう
に上記クロストークをキャンセルし得る音像定位装置を
設計した。 まず、Ｓ＝１およびＣ＝ −＝ ｋ−ｚ−れを前掲式（
１０）に代入することにより、下記式（１６）に示すク
ロストークキャンセルに必要な−，，−、−（１６） 第１図に示す音像定位装置は、上記式（１６）に対応し
た信号処理を行うものである。この図において、格子型
回路１０は上記式（１６）における第１番目の行列に対
応するものであり、右チャネルオーディオ信号Ｒ０およ
び左チャネルオーディオ信号Ｌ０に遅延処理を施すｎ段
の遅延回路１１および１３、各々遅延回路１１および１
３の各出力に係数−ｋを乗算する乗算器１２および１４
、右チャネルオーディオ信号Ｒ，と乗算器１５の出力を
加算する加算器１５、左チャネルオーディオ信号Ｌ０と
乗算器１２の出力を加算する加算器１６からなる。また
、加算器１５の出力が供給される加算器２１．２ｎ段の
遅延回路２２、各々人力信号に係数ｋを乗算する乗算器
２３および２４からなるループ回路２０と、加算器１６
の出力が供給される加算器３１．２ｎ段の遅延回路３２
、各々入力信号に係数ｋを乗算する乗算器３３および３
４からなるループ回路３０は、上記式（１６）における
第２番目の行列の第１行第１列要素および第２行第２列
要素に対応するものである。 このような音像定位装置を左右のスピーカの前段に介挿
することにより、右チャネルオーディオ信号Ｒ０による
音および左チャネルオーディオ信号Ｌ０による音を、実
効的に独立に聴取者の左右の耳に伝達することができる
。 上記において、−例として挙げた条件設定に従い、第１
図において係数ｋ ＝ ０．５、遅延段数ｎ＝１０とし
た場合の信号処理を行うプログラムをＤＳＰ （デジタ
ル信号プロセッサ）にプログラミングした。そして、左
右各チャネルのオーディオ信号に対し、このＤＳＰによ
る処理を施して左右のスピーカに供給したところ、クロ
ストークがなく、各チャネルの音がかなり耳もとで鳴っ
ているように聴こえることがわかった。 さて、第１図の音像定位装置において、遅延段数ｎを一
定値に固定した場合について考える。この場合、右耳か
らの距離と左耳からの距離の差が遅延段数ｎに対応した
一定距離となるような軌跡、すなわち、第３図において
、聴取者の右耳および左耳の位置Ｘ、、Ｘ、を焦点Ｆ、
Ｆ’ とする双曲線上にスピーカが位置する場合にクロ
ストークがキャンセルされる。 このような双曲線を本実施例による音像定位装置の設計
例に基いて求める。双曲線の標準型は、（ｘ／ａ）２−
（ｙ／ｂ）２＝１ 、、、、、、、、、、、、（１７
）と表される。これをｙについて解くと、ｙ：±ｂ／ａ
−（ｘ２−ａ２）”’ ＝＝−・＝・ （１８）とな
る。焦点をＦ、Ｆ’ 、双曲線がＸ軸と交わる点をＡ、
Ａ’ とすると、 ａ＝ＯＡ＝ＯＡ’ （ただし、Ｏは原点）・・・・・
・・・・・・（１９） ｅ＝ＯＦ＝ＯＦ’ ＝（ａ’−ｂ”）”” −＝
＝−＝・（２０）なる関係が成立する。ここで、ｅは聴
取者の頭の中心から左耳あるいは右耳までの間隔である
。また、双曲線上の任意の点をＳＰとした場合、焦点Ｆ
から点ＳＰまでの距離と焦点Ｆ゛から点ＳＰまでの距離
との差は常に一定値２ａとなる。クロストークがキャン
セルされるためには、上記２ａが遅延段数ｎに対応した
距離ｄである必要がある。 従って、上記式（２０）にａ ＝ ｄ ／ ２を代入し
、ｂについて解き、下記式（２１）を得る。 ｂ ＝ （ｅ ” ＝（ｄ ／ ２） ”） ””
−・・・・・−・・−（２１）例えば、ｅ＝０．０７ｍ
、 ｄ＝０．０７ｍ （本実施例における遅延段数ｎ
＝１０相当）であるとすると、ａ＝０．０３５ ［ｍ
］ ｂ＝０．０７８ ［ｍ ］ となる。従って、スピーカを双曲線 （ｘ ／ ０．０３５）”−（Ｙｌｏ、０７８）’＝
１の上に配置すれば、適当なｋを選ぶことにより、クロ
ストークを消去することができる。この場合、漸近線（
上記式（１８）におけるｙ＝±（ｂ ／ ａ）Ｘ）は、
Ｘ軸と約２４°の角度をなし、原点Ｏ（聴取者の頭）か
らスピーカが約０．５ｍ以上離れた場合、スピーカの位
置はほぼ漸近線にあると見なすことができる。一般的に
、両耳間の時間差はスピーカーの角度だけを考慮すれば
良い。 第４図は上記第１図の変形例を示すものである。 前掲式（１６）において、第１番目の行列および第２番
目の行列の順序を入替えても、乗算結果として単位行列
が得られる。第４図は第１図の構成における格子型回路
１０とループ回路２０および３０の順序を入替えたもの
であり、第１図の構成と全く等価な信号処理を行う。た
だし、第４図の構成の場合、乗算器１２および１４へ入
力すべき各信号を遅延回路２２および３２の中間タップ
点、すなわち、遅延回路の前半の遅延回路２２ａおよび
３２ａ（共に遅延段数ｎ）の各出力から得ることができ
るので、第１図における遅延回路１１および１３を省略
することができる。 なお、上記実施例において、係数ｋを０．５とする場合
には、乗算に替えてシフト演算にすることができる。こ
の場合、演算コストを低減することができる。また、本
実施例による音像定位装置は、デジタル素子のみならず
、アナログ素子によっても容易に実現可能である。
成を示すブロック図である。本実施例は、左右のスピー
カから聴取者の各耳までの音の伝播経路を第２図に示す
ようにモデリングするものである。すなわち、本実施例
においては、主経路たる右スピーカ１から聴取者の右耳
３までの経路および左スピーカ２から聴取者の左耳４ま
での経路の伝達関数Ｓを共に１とした。また、クロスト
ーク経路たる右スピーカ１から聴取者の左耳４までの経
路および左スピーカ２から聴取者の右耳３までの経路に
対応する共通の伝達関数Ａを、Ａ＝に−２−・・・・
（１１） とした。上記式（１１）において、ｋは上記主経路にお
ける音の減衰量に対する上記クロストーク経路における
音の減衰量の比である。また、ｚ−１は主経路を音が伝
播するときの伝播遅延時間とクロストーク経路を音が伝
播するときの伝播遅延時間との差に相当する遅延時間を
有する遅延回路である。この遅延回路は、例えば一定周
波数のサンプリングクロックによって駆動されるｎ段の
シフトレジスタによって実現することができる。 ここで、遅延段数ｎと係数にの設定方法について説明す
る。 〈遅延段数ｎおよび係数にの計算例〉 今、第３図に示すように、聴取者の頭の中心が原点Ｏに
あり、左右の耳が各々Ｘ軸上の点Ｘ８およびＸ４にあり
、左右のスピーカがＹ軸から角度θをなす軸上であって
原点Ｏから距離ｒだけ隔たった点ＳＰに有るものとする
。また、頭の中心から各耳までの距離１０Ｘ４１および
＋ ＯＸ Ｓは共に等しいと見なすことができるので、
これをｅとする。この場合、スピーカがら左耳までの距
離ｌ５ＰＸ４１とスピーカから右耳までの距離５ＰＸｓ
ｌＯ差ｄは下記式（１２）によって与えられる。 ｄ＝ ＳＰ Ｘ４１ ＩｓＰ Ｘｓ＝ （（
ｒ−ｓｉｎθ＋ｅ ）” ＋（ｒ−ｃｏｓθ） Ｊ
１／２− ［（ｒ−ｓｉｎθ−ｅ ）’ ＋（ｒ−ｃ
ｏｓθ） ２］１／２・・・・・・・・・・・・（１２
） 従って、空気中での音速Ｖとし、上記遅延回路を駆動す
るサンプリングクロックの周波数をｆｓとすると、上記
遅延段数ｎは下記式（１３）により求められる。 ｎ＝ｄ／ （ｖ −ｆ ｓ） ＝＝＝−・
・・・・ （１３）−例として、音速■を３３０ ｍ
／ ｓ ｅ ｃ 、サンプリング周波数ｆｓを４８ｋＨ
ｚとし、距離ｒが１．５ｍ、角度θが３０°の場合につ
いて計算すると、距離差ｄは０．０７ｍ、それに対応す
る遅延段数ｎは１０となる。 係数にとしては、以下説明するように、クロストーク経
路を介して到達する音と主経路を介して到達する音の音
圧比を設定する。一般に、音源の音の強さをＡ［ｍ”／
ｓ］、音源の角周波数をω［ｒａｄ／ｓ］、媒質の密度
を／ｌ）［ｋｇ／ｍ”ｌ、波長定数をｈ［ｒａｄ／ｍ］
とすると、音源から距離ｒだけ隔たった地点での音圧ｐ
は、球面波の場合、 ・・・・・・・ （１４） となる。従って、スピーカから距離ｒだけ隔たった地点
における音圧Ｐと、距離ｒ′だけ隔たった地点における
音圧Ｐ°との比は、 ・・・・・・・・・・・ （１５） となる。ここで、スピーカからの音波が球面波とすれば
、音圧比は距離ｒおよびｒ′の比になるはずである。し
かし、実測により音圧比を測定したところ、上記のよう
に距離の比より計算した値の約２分の１程度であった。 これは、スピーカからの音波は球面波ではないし、また
、聴取者の頭等の影響によると思われる。従って、上記
係数にとして、実測による音圧比を用いるのが適当であ
る。 実測では、はぼに＝０．５とすればよいことがわかった
。 このようにして遅延段数ｎおよび係数ｋが求められた。 そして、これらのパラメータを用いて以下説明するよう
に上記クロストークをキャンセルし得る音像定位装置を
設計した。 まず、Ｓ＝１およびＣ＝ −＝ ｋ−ｚ−れを前掲式（
１０）に代入することにより、下記式（１６）に示すク
ロストークキャンセルに必要な−，，−、−（１６） 第１図に示す音像定位装置は、上記式（１６）に対応し
た信号処理を行うものである。この図において、格子型
回路１０は上記式（１６）における第１番目の行列に対
応するものであり、右チャネルオーディオ信号Ｒ０およ
び左チャネルオーディオ信号Ｌ０に遅延処理を施すｎ段
の遅延回路１１および１３、各々遅延回路１１および１
３の各出力に係数−ｋを乗算する乗算器１２および１４
、右チャネルオーディオ信号Ｒ，と乗算器１５の出力を
加算する加算器１５、左チャネルオーディオ信号Ｌ０と
乗算器１２の出力を加算する加算器１６からなる。また
、加算器１５の出力が供給される加算器２１．２ｎ段の
遅延回路２２、各々人力信号に係数ｋを乗算する乗算器
２３および２４からなるループ回路２０と、加算器１６
の出力が供給される加算器３１．２ｎ段の遅延回路３２
、各々入力信号に係数ｋを乗算する乗算器３３および３
４からなるループ回路３０は、上記式（１６）における
第２番目の行列の第１行第１列要素および第２行第２列
要素に対応するものである。 このような音像定位装置を左右のスピーカの前段に介挿
することにより、右チャネルオーディオ信号Ｒ０による
音および左チャネルオーディオ信号Ｌ０による音を、実
効的に独立に聴取者の左右の耳に伝達することができる
。 上記において、−例として挙げた条件設定に従い、第１
図において係数ｋ ＝ ０．５、遅延段数ｎ＝１０とし
た場合の信号処理を行うプログラムをＤＳＰ （デジタ
ル信号プロセッサ）にプログラミングした。そして、左
右各チャネルのオーディオ信号に対し、このＤＳＰによ
る処理を施して左右のスピーカに供給したところ、クロ
ストークがなく、各チャネルの音がかなり耳もとで鳴っ
ているように聴こえることがわかった。 さて、第１図の音像定位装置において、遅延段数ｎを一
定値に固定した場合について考える。この場合、右耳か
らの距離と左耳からの距離の差が遅延段数ｎに対応した
一定距離となるような軌跡、すなわち、第３図において
、聴取者の右耳および左耳の位置Ｘ、、Ｘ、を焦点Ｆ、
Ｆ’ とする双曲線上にスピーカが位置する場合にクロ
ストークがキャンセルされる。 このような双曲線を本実施例による音像定位装置の設計
例に基いて求める。双曲線の標準型は、（ｘ／ａ）２−
（ｙ／ｂ）２＝１ 、、、、、、、、、、、、（１７
）と表される。これをｙについて解くと、ｙ：±ｂ／ａ
−（ｘ２−ａ２）”’ ＝＝−・＝・ （１８）とな
る。焦点をＦ、Ｆ’ 、双曲線がＸ軸と交わる点をＡ、
Ａ’ とすると、 ａ＝ＯＡ＝ＯＡ’ （ただし、Ｏは原点）・・・・・
・・・・・・（１９） ｅ＝ＯＦ＝ＯＦ’ ＝（ａ’−ｂ”）”” −＝
＝−＝・（２０）なる関係が成立する。ここで、ｅは聴
取者の頭の中心から左耳あるいは右耳までの間隔である
。また、双曲線上の任意の点をＳＰとした場合、焦点Ｆ
から点ＳＰまでの距離と焦点Ｆ゛から点ＳＰまでの距離
との差は常に一定値２ａとなる。クロストークがキャン
セルされるためには、上記２ａが遅延段数ｎに対応した
距離ｄである必要がある。 従って、上記式（２０）にａ ＝ ｄ ／ ２を代入し
、ｂについて解き、下記式（２１）を得る。 ｂ ＝ （ｅ ” ＝（ｄ ／ ２） ”） ””
−・・・・・−・・−（２１）例えば、ｅ＝０．０７ｍ
、 ｄ＝０．０７ｍ （本実施例における遅延段数ｎ
＝１０相当）であるとすると、ａ＝０．０３５ ［ｍ
］ ｂ＝０．０７８ ［ｍ ］ となる。従って、スピーカを双曲線 （ｘ ／ ０．０３５）”−（Ｙｌｏ、０７８）’＝
１の上に配置すれば、適当なｋを選ぶことにより、クロ
ストークを消去することができる。この場合、漸近線（
上記式（１８）におけるｙ＝±（ｂ ／ ａ）Ｘ）は、
Ｘ軸と約２４°の角度をなし、原点Ｏ（聴取者の頭）か
らスピーカが約０．５ｍ以上離れた場合、スピーカの位
置はほぼ漸近線にあると見なすことができる。一般的に
、両耳間の時間差はスピーカーの角度だけを考慮すれば
良い。 第４図は上記第１図の変形例を示すものである。 前掲式（１６）において、第１番目の行列および第２番
目の行列の順序を入替えても、乗算結果として単位行列
が得られる。第４図は第１図の構成における格子型回路
１０とループ回路２０および３０の順序を入替えたもの
であり、第１図の構成と全く等価な信号処理を行う。た
だし、第４図の構成の場合、乗算器１２および１４へ入
力すべき各信号を遅延回路２２および３２の中間タップ
点、すなわち、遅延回路の前半の遅延回路２２ａおよび
３２ａ（共に遅延段数ｎ）の各出力から得ることができ
るので、第１図における遅延回路１１および１３を省略
することができる。 なお、上記実施例において、係数ｋを０．５とする場合
には、乗算に替えてシフト演算にすることができる。こ
の場合、演算コストを低減することができる。また、本
実施例による音像定位装置は、デジタル素子のみならず
、アナログ素子によっても容易に実現可能である。
【第２実施例】
第５図はこの発明の第２実施例による音像定位装置の構
成を示すブロック図である。本実施例は、クロストーク
成分を調整することにより、音像の位置をスピーカから
耳元まで連続的に変化させるようにしたものである。以
下、その原理について説明する。 上述した第４図の構成の音像定位装置を左右のスピーカ
の前段に介挿した場合に行われるクロストークキャンセ
ルの原理は、下記式（２２）に示す行列乗算によって表
現される。 この式において、左辺第２番目の行列は左右のスピーカ
から聴取者の両耳に至るまでの経路のモデルの伝達関数
の行列、左辺第１番目の行列は第２番目の行列の逆行列
である。 本実施例においては、上記式（２２）の左辺第１番目の
行列に相当する手段として、左辺第２番目の逆行列では
なく、下記式（２３）に示す行列を右チャネルオーディ
オ信号Ｒ０および左チャネルオーディオ信号Ｌ０に対し
作用させる。 の行列に相当する信号処理を行うものである。この音像
定位装置においては、ループ回路２０における遅延回路
２２ａの出力に乗算器４１によって係数−ｊを乗算した
結果とループ回路３０における遅延回路３２ｂの出力に
乗算器４４によって係数量を乗算した結果が加算器４６
によって加算されて加算器１６に入力される。また、ル
ープ回路２０における遅延回路２２ｂの出力に乗算器４
２によって係数ｉを乗算した結果とループ回路３０にお
ける遅延回路３２ａの出力に乗算器４３によって係数−
ｊを乗算した結果が加算器４５によって加算されて加算
器１６に人力される。他の部分については、第４図の構
成と同様である。 ここで、第５図の構成と、上記式（２３）との対応につ
いて説明すると、乗算器４２の出力を加算器４５および
１５を介してループ回路２０の出力に足し込むようにし
たことにより、式（２３）における第１行第１列要素が
実現されており、乗算器４４の出力を加算器４６および
１６を介してループ回路３０の出力に足し込むようにし
たことにより、式（２３）における第２行第２列要素が
実現されている。また、乗算器４１の出力を加算器４６
および１６を介してループ回路３０の出力に足し込むよ
うにしたことにより、式（２３）における第１行第２列
要素が実現されており、乗算器４３の出力を加算器４５
および１５を介してループ回路２０の出力に足し込むよ
うにしたことにより、式（２３）における第２行第１列
要素が実現されている。 以下、本実施例における信号処理について説明する。本
実施例によれば、スピーカから左右の耳までの伝達関数
は、 ・・・・・・・・ （２４） となり、伝達関数ＳおよびＡとして、 １−ｍｔ、ｚ−２ｎ １−ｍ２・ｚ−２″ ・・・・・・・・・ （２５） ・・・・・・・・・・・・ （２６） が得られる。ここで、 ｊ −ｋ −ｉ ＝ｍ”、ｍ＝にとした場合、ｉ＝ｋ・
（ｊ−ｋ） ・・・・・・・・・・・・（２７）と
なるようにｊおよびｉを選択すると、上記式（２１）に
おける伝達関数Ｓは１、すなわち、全域通過フィルタと
なる。また、上記式（２６）における伝達関数Ａは、 １−に−に−ｚ−” （ｋ−ｊ）・ｚ−’＋ｋｌｊ−ｋ）・ｋ−ｚ−”・−〜
−（２８） となり、ｊ＝にの時にはＡ＝０、ｉ＝ｏの時にはＡ＝に
−ｚ−”となる。すなわち、ｊ＝にの時、クロストーク
は完全に打ち消され、ｊ＝Ｏの時通常のスピーカ再生と
同じクロストーク成分を発生することがわかる。しかも
、ｉを式（２７）に従って決めれば伝達関数Ｓの特性を
全帯域通過に保つことができる。 「発明の効果」 以上説明したように、第１の発明によれば、小規模な装
置構成で有り、かつ、簡単なパラメータ操作により、ク
ロストークをキャンセルすることができるという効果が
得られる。また、第２の発明によれば、クロストークの
量を制御することができ、多様な音像位置を実現するこ
とができるという効果が得られる。
成を示すブロック図である。本実施例は、クロストーク
成分を調整することにより、音像の位置をスピーカから
耳元まで連続的に変化させるようにしたものである。以
下、その原理について説明する。 上述した第４図の構成の音像定位装置を左右のスピーカ
の前段に介挿した場合に行われるクロストークキャンセ
ルの原理は、下記式（２２）に示す行列乗算によって表
現される。 この式において、左辺第２番目の行列は左右のスピーカ
から聴取者の両耳に至るまでの経路のモデルの伝達関数
の行列、左辺第１番目の行列は第２番目の行列の逆行列
である。 本実施例においては、上記式（２２）の左辺第１番目の
行列に相当する手段として、左辺第２番目の逆行列では
なく、下記式（２３）に示す行列を右チャネルオーディ
オ信号Ｒ０および左チャネルオーディオ信号Ｌ０に対し
作用させる。 の行列に相当する信号処理を行うものである。この音像
定位装置においては、ループ回路２０における遅延回路
２２ａの出力に乗算器４１によって係数−ｊを乗算した
結果とループ回路３０における遅延回路３２ｂの出力に
乗算器４４によって係数量を乗算した結果が加算器４６
によって加算されて加算器１６に入力される。また、ル
ープ回路２０における遅延回路２２ｂの出力に乗算器４
２によって係数ｉを乗算した結果とループ回路３０にお
ける遅延回路３２ａの出力に乗算器４３によって係数−
ｊを乗算した結果が加算器４５によって加算されて加算
器１６に人力される。他の部分については、第４図の構
成と同様である。 ここで、第５図の構成と、上記式（２３）との対応につ
いて説明すると、乗算器４２の出力を加算器４５および
１５を介してループ回路２０の出力に足し込むようにし
たことにより、式（２３）における第１行第１列要素が
実現されており、乗算器４４の出力を加算器４６および
１６を介してループ回路３０の出力に足し込むようにし
たことにより、式（２３）における第２行第２列要素が
実現されている。また、乗算器４１の出力を加算器４６
および１６を介してループ回路３０の出力に足し込むよ
うにしたことにより、式（２３）における第１行第２列
要素が実現されており、乗算器４３の出力を加算器４５
および１５を介してループ回路２０の出力に足し込むよ
うにしたことにより、式（２３）における第２行第１列
要素が実現されている。 以下、本実施例における信号処理について説明する。本
実施例によれば、スピーカから左右の耳までの伝達関数
は、 ・・・・・・・・ （２４） となり、伝達関数ＳおよびＡとして、 １−ｍｔ、ｚ−２ｎ １−ｍ２・ｚ−２″ ・・・・・・・・・ （２５） ・・・・・・・・・・・・ （２６） が得られる。ここで、 ｊ −ｋ −ｉ ＝ｍ”、ｍ＝にとした場合、ｉ＝ｋ・
（ｊ−ｋ） ・・・・・・・・・・・・（２７）と
なるようにｊおよびｉを選択すると、上記式（２１）に
おける伝達関数Ｓは１、すなわち、全域通過フィルタと
なる。また、上記式（２６）における伝達関数Ａは、 １−に−に−ｚ−” （ｋ−ｊ）・ｚ−’＋ｋｌｊ−ｋ）・ｋ−ｚ−”・−〜
−（２８） となり、ｊ＝にの時にはＡ＝０、ｉ＝ｏの時にはＡ＝に
−ｚ−”となる。すなわち、ｊ＝にの時、クロストーク
は完全に打ち消され、ｊ＝Ｏの時通常のスピーカ再生と
同じクロストーク成分を発生することがわかる。しかも
、ｉを式（２７）に従って決めれば伝達関数Ｓの特性を
全帯域通過に保つことができる。 「発明の効果」 以上説明したように、第１の発明によれば、小規模な装
置構成で有り、かつ、簡単なパラメータ操作により、ク
ロストークをキャンセルすることができるという効果が
得られる。また、第２の発明によれば、クロストークの
量を制御することができ、多様な音像位置を実現するこ
とができるという効果が得られる。
第１図はこの発明の第１実施例による音像定位装置の構
成を示すブロック図、第２図は同実施例における左右ス
ピーカから聴取者の両耳に至る系のモデルを示す図、第
３図は同実施例における聴取者とスピーカとの位置関係
を説明する図、第４図は同実施例の変形例のブロック図
、第５図はこの発明の第２実施例いよる音像定位装置の
構成を示すブロック図、第６図は左右スピーカから聴取
者の両耳に至る系の一般的なモデルを示す図である。 １１、 １３． ２２． ３２−・−・・・・・・遅延
回路、１５．１６，２１．３１・・・・・・・・加算器
、１２．１４，２３，２４，３３．３４−−−−−−−
一乗算器。
成を示すブロック図、第２図は同実施例における左右ス
ピーカから聴取者の両耳に至る系のモデルを示す図、第
３図は同実施例における聴取者とスピーカとの位置関係
を説明する図、第４図は同実施例の変形例のブロック図
、第５図はこの発明の第２実施例いよる音像定位装置の
構成を示すブロック図、第６図は左右スピーカから聴取
者の両耳に至る系の一般的なモデルを示す図である。 １１、 １３． ２２． ３２−・−・・・・・・遅延
回路、１５．１６，２１．３１・・・・・・・・加算器
、１２．１４，２３，２４，３３．３４−−−−−−−
一乗算器。
Claims (2)
- （１）右チャネルオーディオ信号および左チャネルオー
ディオ信号に所定の処理を施して右チャネルスピーカお
よび左チャネルスピーカに供給することにより、各スピ
ーカから発した音が聴取者によって聴取された場合に認
識される音像位置を制御する音像定位装置において、 前記右スピーカおよび左スピーカと前記聴取者の右耳お
よび左耳との間に形成される４経路における他の経路と
交差しない２経路を主経路とし、交差する２経路をクロ
ストーク経路とし、前記主経路における音の伝播遅延時
間と前記クロストーク経路における音の伝播遅延時間の
差をＴとし、前記主経路を音が伝播するときの減衰量に
対する前記クロストーク経路を音が伝播するときの減衰
量の比をｋとし、時間Ｔだけ信号を遅延させる遅延処理
をＺ＾−＾Ｔとした場合、前記右チャネルオーディオ信
号および前記左チャネルオーディオ信号に対し、 ▲数式、化学式、表等があります▼ なる行列を乗じて前記左右のスピーカに供給することを
特徴とする音像定位装置。 - （２）右チャネルオーディオ信号および左チャネルオー
ディオ信号に所定の処理を施して右チャネルスピーカお
よび左チャネルスピーカに供給することにより、各スピ
ーカから発した音が聴取者によって聴取された場合に認
識される音像位置を制御する音像定位装置において、 前記右スピーカおよび左スピーカと前記聴取者の右耳お
よび左耳との間に形成される４経路における他の経路と
交差しない２経路を主経路とし、交差する２経路をクロ
ストーク経路とし、前記主経路における音の伝播遅延時
間と前記クロストーク経路における音の伝播遅延時間の
差をＴとし、前記主経路を音が伝播するときの減衰量に
対する前記クロストーク経路を音が伝播するときの減衰
量の比をｋとし、時間Ｔだけ信号を遅延させる遅延処理
をｚ＾−＾Ｔとし、 前記主経路およびクロストーク経路からなる音の伝達系
に対応した第１の行列を ▲数式、化学式、表等があります▼ とした場合に、この第１の行列に乗じた場合に該乗算結
果による行列の第１行第１列要素および第２行第２列要
素を１とするようにパラメータｉ，ｊ，ｍが制御される
第２の行列▲数式、化学式、表等があります▼ を前記右チャネルオーディオ信号および左チャネルオー
ディオ信号に乗じて前記左右のスピーカに供給すること
を特徴とする音像定位装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2272727A JPH07105999B2 (ja) | 1990-10-11 | 1990-10-11 | 音像定位装置 |
| US08/226,261 US5384851A (en) | 1990-10-11 | 1994-04-11 | Method and apparatus for controlling sound localization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2272727A JPH07105999B2 (ja) | 1990-10-11 | 1990-10-11 | 音像定位装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04150400A true JPH04150400A (ja) | 1992-05-22 |
| JPH07105999B2 JPH07105999B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=17517940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2272727A Expired - Fee Related JPH07105999B2 (ja) | 1990-10-11 | 1990-10-11 | 音像定位装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5384851A (ja) |
| JP (1) | JPH07105999B2 (ja) |
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