JPH09327099A - 音響再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストの削減、回路規模の縮小等。 【解決手段】 ２つの異なる仮想音像のための音響信号
Ｓ₁ 、Ｓ₂ ごとに、一対のＦＩＲフィルタ（１_R
（１），１_L （１））及び（１_R （２），１_L （２））
を設ける。これらＦＩＲフィルタの各々は、入力信号が
対応する仮想音像が聴取者の右耳又は左耳に到達すると
される伝達関数に対して、聴取者の右耳又は左耳に到達
するクロストーク成分をキャンセルするための伝達関数
が畳み込まれたフィルタ特性を有する。そして、ＦＩＲ
フィルタ１_R （１）及び１_R （２）の出力を加算して右
スピーカＳＰ（Ｒ）に供給し、ＦＩＲフィルタ１_L
（１）及び１_L（２）の出力を加算して左スピーカＳＰ
（Ｌ）に供給することで、２つの仮想音像が所定の位置
に定位する三次元的音場空間を再現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は音響再生装置に関わ
り、例えば三次元的音響空間を再現する音響再生装置に
適用して好適なものとされる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、音響再生システムとして、ス
テレオ音声を左右一対のスピーカにより出力して聴取し
たり、ヘッドフォン等を利用して聴取するものが広く知
られている。ところで、上記のような通常のステレオ音
声を再生するような音響再生システムとして、例えばヘ
ッドフォンを用いた場合には、再生される音像は受聴者
の頭の中に定位するようにして聞こえる、いわゆる頭内
定位といわれるものとなる。つまり、現実に聞こえるよ
うな三次元的な立体音像は得ることができない。また、
左右一対のスピーカによってステレオ音声を再生する場
合は、上記ヘッドフォンを用いた再生の場合に比較すれ
ば、空間的な音場の広がりを得ることができる。しか
し、再生される音像は基本的にはあくまでも左右のスピ
ーカの間の空間のみに定位する二次元的なものであっ
て、三次元的な音像定位は得られない。

【０００３】そこで、三次元的な音響空間を再現するこ
とのできる技術の１つとして、バイノーラル方式が知ら
れている。例えば、このバイノーラル方式においては、
例えばダミーヘッドの両耳に設けられた左右一対のマイ
クロフォンにより音源の収音を行う。そして、ヘッドフ
ォンを用いて再生する場合には、上記収音された音源の
音響信号をヘッドフォンに供給するようにすれば、音源
収音時と同様の三次元的な音像定位を再現することがで
きる。

【０００４】あるいは、上記のようにダミーヘッドを用
いた収音を行う代わりに、一般のステレオ音響信号に対
して、所要の音源が三次元的に定位するように設定され
た再生音場の特性を畳み込むことにより、バイノーラル
方式により上述のようにダミーヘッドで収音したのと同
等の音響信号が得られる。そして、この音響信号をヘッ
ドフォンによって再生することによっても三次元的な仮
想の音像定位を得ることができ、バイノーラル方式によ
る再生音源と同様の聴感が得られることになる。このよ
うな仮想音像を得るための信号処理回路としては、例え
ばデジタルフィルタにより構成することができる。

【０００５】これに対して、バイノーラル方式に基づく
音響信号を左右一対のスピーカにより適正に再生するた
めには、再生出力された音源の音が左右のスピーカから
受聴者の耳に届くまでのクロストーク成分を考慮しなけ
ればならない。つまり、ヘッドフォンで再生音声を聞く
場合と異なり、スピーカにより再生音声を聞く場合に
は、右チャンネルのスピーカから受聴者の左耳に届く再
生音声の成分と、左チャンネルのスピーカから受聴者の
右耳に届く再生音声の成分が無視できない程度に必ず存
在する。このため、スピーカを用いた再生により三次元
的な音場を適正に得るためには、例えば、左右の各チャ
ンネルの音響信号からクロストーク成分を除去し、これ
により、あたかも受聴者に対してはクロストークの無い
音声が左右の各スピーカから届いているように聞かせる
ことが必要である。そして、近年においては、受聴者の
左右の耳に到達する音声が、本来のスピーカへの入力信
号と同等の特性となるように音響信号について処理を施
すように構成された、いわゆるクロストークキャンセル
フィルタも提案されている。このようなクロストークキ
ャンセルフィルタもまた、デジタルフィルタにより構成
することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した三
次元的定位を有する仮想音像を得るために音響信号に三
次元の音場特性を畳み込むためのデジタルフィルタや、
上記クロストークキャンセルフィルタを構成するための
デジタルフィルタは、ハードウェアとしては回路規模も
大きく高価である。そこで、これらデジタルフィルタの
数を削減するなどして、音響再生装置としての回路規模
の縮小やコストの抑制を図ることが好ましい。また、音
響信号に三次元的音場特性を畳み込むためのデジタルフ
ィルタを用いることにより三次元的音場再生を実現する
音響再生システムを考えた場合、従来においては、ヘッ
ドフォンを用いる場合とスピーカを用いる場合とで、音
響再生装置を形成するためのデジタルフィルタの構成が
異なる。このため、共通のハードウェアによって、ヘッ
ドフォンを用いるシステムとスピーカを用いるシステム
との両者に対応することが困難であった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は上記した
課題を解決するため、１つの仮想音像の定位位置から受
聴者の右耳に到達するとされる経路の伝達関数に対し
て、上記受聴者の右耳にクロストークして到達するとさ
れる仮想音像のクロストーク成分についてキャンセルを
行うように求められた伝達関数を畳み込むことにより得
られる伝達関数をフィルタ特性として有する第１のデジ
タルフィルタ手段と、上記１つの仮想音像の定位位置か
ら受聴者の左耳に到達するとされる経路の伝達関数に対
して、上記受聴者の左耳にクロストークして到達すると
される仮想音像のクロストーク成分についてキャンセル
を行うように求められた伝達関数を畳み込むことにより
得られる伝達関数をフィルタ特性として有する第２のデ
ジタルフィルタ手段とを備えて音響再生装置を構成する
こととした。そして、上記第１のデジタルフィルタ手段
及び第２のデジタルフィルタ手段の出力信号を、それぞ
れスピーカにより音声出力するように構成する、あるい
は上記クロストーク成分についてキャンセルを行うよう
に求められた伝達関数を無効とするように上記第１のデ
ジタルフィルタ及び上記第２のデジタルフィルタ手段の
フィルタ係数を設定すると共に、第１のデジタルフィル
タ手段及び第２のデジタルフィルタ手段の出力信号をヘ
ッドフォンにより音声出力するように構成することとし
た。

【０００８】また、上記第１のデジタルフィルタ手段及
び第２のデジタルフィルタ手段からなる組を複数の仮想
音像ごとに対応して設けると共に、上記複数の仮想音像
ごとに対応して設けられた第１のデジタルフィルタ手段
の出力を加算して出力する第１の加算手段と、上記複数
の仮想音像ごとに対応して設けられた第２のデジタルフ
ィルタ手段の出力を加算して出力する第２の加算手段と
を備えて音響再生装置を構成することとした。そして、
上記第１の加算手段及び第２の加算手段の出力信号を、
それぞれスピーカにより音声出力するように構成する、
あるいは上記クロストーク成分についてキャンセルを行
うように求められた伝達関数を無効とするように上記第
１のデジタルフィルタ及び上記第２のデジタルフィルタ
手段のフィルタ係数を設定すると共に、第１の加算手段
及び第２の加算手段の出力信号をヘッドフォンにより音
声出力するように構成することとした。

【０００９】上記構成によれば、音響再生装置として１
つの仮想音像を定位させるために必要とされるデジタル
フィルタ数は２つとされることになる。また、デジタル
フィルタの特性として、例えば係数の変更設定により、
クロストーク成分についてキャンセルを行うように求め
られた伝達関数を無効とする特性となるようにすること
で、クロストーク成分を考慮する必要のないヘッドフォ
ンによるシステムにも、共通のデジタルフィルタを備え
た音響再生装置の構成により対応することが可能とな
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１４を参照して本
発明の音響再生装置の実施の形態について説明する。な
お、以降の説明は次の順序で行うこととする。 １．ＦＩＲフィルタの構成 ２．本発明に至る経緯 ３．本実施の形態の音響再生装置

【００１１】１．ＦＩＲフィルタの構成 本実施の形態の音響再生装置を構成するには、デジタル
フィルタとして例えば、そのインパルス応答が有限時間
長で表されるＦＩＲ(Finite Impulse Responce) フィル
タが用いられることから、先ずＦＩＲフィルタの構成に
ついて説明する。

【００１２】図１４は、ＦＩＲフィルタ（直接型構成）
の構成を示すブロック図であり、この場合にはｎ次のＦ
ＩＲフィルタとしての一般的な構成が示されている。こ
の図に示すようにＦＩＲフィルタは、遅延時間Ｔを有す
る直列接続されたｎ個の遅延素子Ｄ（１）〜Ｄ（ｎ）
と、入力信号ｘ（ｎＴ）及び各遅延素子Ｄ（１）〜Ｄ
（ｎ）の遅延出力について乗算を行う、ｎ＋１個の乗算
器Ｍ（０）〜Ｍ（ｎ）、及び図に示す接続形態により、
現在の入力信号に対する乗算結果と過去の入力信号に対
する乗算結果とを加算出力するｎ個の加算器ＡＤ（１）
〜ＡＤ（ｎ）により構成される。この場合、加算器ＡＤ
（ｎ）の出力がＦＩＲフィルタの出力信号ｙ（ｎＴ）と
なる。また、上記遅延素子Ｄ（１）〜Ｄ（ｎ）の遅延時
間Ｔはサンプリング周期に対応し、乗算器Ｍ（０）〜Ｍ
（ｎ）のフィルタ係数はそれぞれｈ（０）〜ｈ（Ｎ−
１）として示されている。そして、このようなＦＩＲフ
ィルタの入出力の関係は、

【数１】 で表される。本実施の形態では、後述するようにして音
響再生装置を形成するＦＩＲフィルタとして、それぞれ
所要の周波数特性（フィルタ特性）が得られるように乗
算器のフィルタ係数ｈ（０）〜ｈ（Ｎ−１）を設定する
ことで、三次元的音響空間を再生可能な音響再生装置が
構成されることになる。

【００１３】２．本発明に至る経緯 次に、本実施の形態について説明を行う前提として本発
明に至った経緯について、図８〜図１３を参照して説明
する。

【００１４】前述した、受聴者の左右の耳に到達する音
声が、本来のスピーカへの入力信号と同等の特性となる
ように音響信号について処理を施すクロストークキャン
セルフィルタとして、図８に示す構成のものが知られて
いる。なお、実際にはこのようなシステムでは、左右の
チャンネルのスピーカＳＰ（Ｌ）（Ｒ）に固有の伝達特
性をフラットにするためのフィルタリングを行うことが
必要であるが、この場合には便宜上、スピーカＳＰ
（Ｌ）（Ｒ）の伝達特性はそれぞれ１であるものと想定
して説明を行うこととする。

【００１５】ここでは、音響信号が音声出力される右ス
ピーカＳＰ（Ｒ）から、受聴者ＬＳの右耳に到達する音
声経路の伝達特性（伝達関数）をＨ_RRとし、クロストー
ク成分として右スピーカＳＰ（Ｒ）から受聴者ＬＳの左
耳に到達する音声経路の伝達特性（伝達関数）をＨ_RLと
している。また、左スピーカＳＰ（Ｌ）から、受聴者Ｌ
Ｓの左耳に到達する音声経路の伝達特性をＨ_LLとし、ク
ロストーク成分として左スピーカＳＰ（Ｌ）から受聴者
ＬＳの右耳に到達する音声経路の伝達特性をＨ_LRとして
いる。

【００１６】この図に示すクロストークキャンセルフィ
ルタの構成としては、右チャンネルの音響信号Ｓ_R は加
算器ＡＤ_R 及びＦＩＲフィルタ２_R に入力される。ＦＩ
Ｒフィルタ２_R の特性はＣ_R で表され、

【数２】 により求められる。ＦＩＲフィルタ２_R の出力は加算器
ＡＤ_L に入力される。また、左チャンネルの音響信号Ｓ
_L は、加算器ＡＤ_L 及びＦＩＲフィルタ２_Lに入力され
る。ＦＩＲフィルタ２_L の特性はＣ_L で表され、

【数３】 により求められる。ＦＩＲフィルタ２_R の出力は加算器
ＡＤ_R に入力される。

【００１７】加算器ＡＤ_R では、入力された右チャンネ
ルの音響信号Ｓ_R とＦＩＲフィルタ２_L （特性Ｃ_L ）を
介した左チャンネルの音響信号Ｓ_L を加算して出力し、
ＦＩＲフィルタ３_R に出力する。ＦＩＲフィルタ３_R
は、

【数４】 の特性を有しており、その出力は右スピーカＳＰ（Ｒ）
に供給される。一方、加算器ＡＤ_L では左チャンネルの
音響信号Ｓ_L とＦＩＲフィルタ２_R （特性Ｃ_R ）を介し
た右チャンネルの音響信号Ｓ_R を加算して出力し、ＦＩ
Ｒフィルタ３_L に出力する。ＦＩＲフィルタ３_L は、

【数５】 の特性を有するものとされて、その出力は左スピーカＳ
Ｐ（Ｌ）に供給される。なお、実際には左スピーカＳＰ
（Ｌ）及び右スピーカ（Ｒ）から音響信号を音声として
出力するための増幅器が、ＦＩＲフィルタ３_L 及びＦＩ
Ｒフィルタ３_R の後段に設けられるが、ここではその図
示は省略している。

【００１８】このような構成のクロストークキャンセル
フィルタに音響信号Ｓ_R 、Ｓ_L を入力してスピーカＳＰ
（Ｒ）（Ｌ）より出力することにより、受聴者ＬＳの耳
に到達するクロストーク成分はキャンセルされ、受聴者
ＬＳの左右の耳にはそれぞれ音響信号Ｓ_L 、Ｓ_R と同等
の音声が聞こえることになる。そして、音響信号Ｓ_R 、
Ｓ_L が三次元的音像定位を再現するためのものであれ
ば、ヘッドフォンでバイノーラル方式に基づいて再生さ
れる音声と同様の信号が得られることになり、受聴者Ｌ
Ｓは、２つのスピーカＳＰ（Ｒ）（Ｌ）によっても三次
元的音像定位により再現された音声を聞くことが可能と
なる。

【００１９】ここで、上記図８に示したクロストークキ
ャンセルフィルタの左右チャンネルの系が対称であると
仮定した場合には、図８のクロストークキャンセルフィ
ルタは、図９のブロック図に示すクロストークキャンセ
ルフィルタの構成と等価であると見做すことが可能とな
る。つまり、以降述べるように、図８のＦＩＲフィルタ
２_R 、２_L の特性は図９のＦＩＲフィルタＦＩＲフィル
タ４_R 、４_L の特性に置き換え、図８のＦＩＲフィルタ
３_R 、３_L の特性は図９のＦＩＲフィルタＦＩＲフィル
タ５_R 、５_L の特性に置き換えることができる。なお、
各回路ブロックの接続形態は図８と図９では同様である
ことから説明を省略する

【００２０】図９においては、スピーカＳＰ（Ｒ）から
聴取者ＬＳの右耳に到達する音声経路の伝達特性と、ス
ピーカＳＰ（Ｌ）から聴取者ＬＳの左耳に到達する音声
経路の伝達特性を共にＳとし、一方、クロストーク成分
として、スピーカＳＰ（Ｒ）から聴取者ＬＳの左耳に到
達する音声経路の伝達特性と、スピーカＳＰ（Ｌ）から
聴取者ＬＳの右耳に到達する音声経路の伝達特性を、共
にＡとしている。つまり、図８に示した伝達特性Ｈ_RR及
びＨ_LLについては、Ｈ_RR＝Ｈ_LL＝Ｓとされ、クロストー
ク成分の伝達特性Ｈ_RL及びＨ_LRについては、Ｈ_RL＝Ｈ_LR
＝Ａとされる。これによると、図８に示したＦＩＲフィ
ルタ２_R 、２_L の特性は、共に

【数６】 として表すことができ、この伝達特性Ｃが、図９に示す
ＦＩＲフィルタ４_R 、４_L のフィルタ特性となる。ま
た、図９のクロストークキャンセルフィルタにおいて
は、クロストークキャンセルフィルタの左右のチャンネ
ルの系が対称であれば、図８に示したＦＩＲフィルタ３
_R 、３_L の特性を表す数式の項Ｃ_L 及び項Ｃ_R につい
て、Ｃ_L ＝Ｃ_R ＝Ｃで表されることから、これに基づい
て、図９に示すＦＩＲフィルタ５_R 、５_Lのフィルタ特
性は、共に

【数７】 で表されることになる。

【００２１】なお、以降の音響再生装置としては、便宜
上この図９に示した系に基づいて構成されているものと
して説明を行うこととする。

【００２２】そして、上記図９に示した構成のクロスト
ークキャンセルフィルタを用いて、２つのスピーカによ
り三次元的音場を再現しようとした場合には、例えば図
１０に示すようなＦＩＲフィルタを備えた音響再生装置
を構築することにより再生を行うことができる。この図
には、ｎ個の仮想音像の音響信号Ｓ₁ 、Ｓ₂ 〜Ｓ_n を入
力し、これらの入力信号について三次元的に音像定位を
設定する構成が示されている。この場合、図１１に示す
ように、音響信号Ｓ₁ 、Ｓ₂ 〜Ｓ_n に対応する仮想音像
をそれぞれＶＳ（１），ＶＳ（２）〜ＶＳ（ｎ）とし
て、仮想音像ＶＳ（１），ＶＳ（２）〜ＶＳ（ｎ）がそ
れぞれ定位するとされる位置から、聴取者ＬＳの右耳に
至る音声成分の経路の伝達特性（伝達関数）をそれぞれ
Ｈ_1R，Ｈ_2R，Ｈ_nRとし、聴取者ＬＳの左耳に至る音声成
分の経路の伝達特性（伝達関数）をそれぞれＨ_1L，
Ｈ_2L，Ｈ_nLとする。

【００２３】図１０に示す音響再生装置には、入力信号
として仮想音像ＶＳ（１），ＶＳ（２）〜ＶＳ（ｎ）に
それぞれ対応する音響信号Ｓ₁ 、Ｓ₂ 〜Ｓ_n が示されて
いる。音響信号Ｓ₁ はＦＩＲフィルタ６_R （１），６_L
（１）に入力され、音響信号Ｓ₂ はＦＩＲフィルタ６_R
（２），６_L （２）に入力され、音響信号Ｓ_n はＦＩＲ
フィルタ６_R （ｎ），６_L （ｎ）に入力されている。こ
れらＦＩＲフィルタ６_R （１〜ｎ），６_L （１〜ｎ）
は、それぞれ入力された音響信号が対応する仮想音像の
定位に適合する伝達関数（図１１参照）をフィルタ特性
として有しているものとされる。つまり、ＦＩＲフィル
タ６_R （１〜ｎ），６_L （１〜ｎ）により、音響信号Ｓ
₁ 、Ｓ₂ 〜Ｓ_n に対して仮想音像ＶＳ（１），ＶＳ
（２）〜ＶＳ（ｎ）としての定位を有して聞こえる（ク
ロストークがないとされる条件下において）ような特性
が与えられることになる。そして、右チャンネルの系に
対応するＦＩＲフィルタ６_R （１〜ｎ）の出力は加算器
ＡＤ_1Rに入力されて加算され、左チャンネルの系に対応
するＦＩＲフィルタ６_L （１〜ｎ）の出力は加算器ＡＤ
_1Lに入力されて加算される。加算器ＡＤ_1R及び加算器Ａ
Ｄ_1Lの出力は、クロストークキャンクロストークキャン
セルフィルタ部１１に入力される。

【００２４】この図に示すクロストークキャンセルフィ
ルタ部１１は、先に図９に示したクロストークキャンセ
ルフィルタの系を整理して変形することによって構築さ
れており、この結果、以下に示すフィルタ特性及び接続
形態の構成を採っている。このクロストークキャンセル
フィルタ部１１は、４つのＦＩＲフィルタ７_R ，７_L ，
８_R ，８_L を備えて構成されており、ＦＩＲフィルタ７
_R 及び８_L は

【数７】で示される特性を有し、ＦＩＲフィルタ７_L 及
び８_R は、

【数８】 で示される特性を有している。

【００２５】ＦＩＲフィルタ７_R とＦＩＲフィルタ７_L
には、加算器ＡＤ_1Rの出力が分岐して入力され、ＦＩＲ
フィルタ８_R とＦＩＲフィルタ８_L には加算器ＡＤ_1Lの
出力が分岐して入力されている。そして、ＦＩＲフィル
タ７_R 及びＦＩＲフィルタ８_R の出力が右チャンネルの
系の加算器ＡＤ_2Rに入力され、ＦＩＲフィルタ７_L 及び
ＦＩＲフィルタ８_L の出力が左チャンネルの系の加算器
ＡＤ_2Lに入力される。加算器ＡＤ_2Rの出力は右スピーカ
ＳＰ（Ｒ）に供給され、加算器ＡＤ_2Lの出力は左スピー
カＳＰ（Ｌ）に供給されて、それぞれ左チャンネル及び
右チャンネルの音声として出力される。

【００２６】このような構成によると、ＦＩＲフィルタ
６_R （１〜ｎ），６_L （１〜ｎ）により仮想音像ＶＳ
（１）〜ＶＳ（ｎ）としての音像定位の伝達特性を与え
られた音響信号Ｓ₁ 〜Ｓ_n は、クロストークキャンセル
フィルタ部１１によって、左右の耳に到達するクロスト
ークの音声成分がキャンセルされた特性を有して右スピ
ーカＳＰ（Ｒ）及び左スピーカＳＰ（Ｌ）から音声とし
て出力される。これにより、聴取者ＬＳには、図１１に
示した伝達関数に基づく特性を有する音響信号Ｓ₁ 〜Ｓ
_n （クロストークキャンセルフィルタ部１１に入力され
る前段階の信号と同等の音声）が聞こえることになり、
三次元的音場の再生を実現することができる。

【００２７】これまでの説明は、２つのスピーカにより
仮想音像を再生して三次元的音場を再現する場合につい
て説明したが、ヘッドフォンを用いて三次元的再生音場
を得る場合には、例えば図１２に示す音響再生装置の構
成により実現することができる。なお、この場合には、
図１３に示すように、左右の各チャンネルに対応する音
響信号Ｓ_L ，Ｓ_R の仮想音像ＶＳ（Ｌ），ＶＳ（Ｒ）の
聴取者ＬＳの右耳に至るとされる音声成分の経路の伝達
特性をそれぞれＨ_RR，Ｈ_LRとし、聴取者ＬＳの左耳に至
るとされる音声成分の経路の伝達特性をそれぞれＨ_RL，
Ｈ_LLとする。

【００２８】この場合には、ヘッドフォンＨＰ（Ｒ），
（Ｌ）により聴取者ＬＳの両耳に対してクロストークし
て到達する間接音が無いとされる状況で音声出力される
ため、クロストーク成分については考慮する必要がな
い。このため、例えば図１０に示した音響再生装置から
クロストークキャンセルフィルタ部１１の構成を省略し
て得られる、ＦＩＲフィルタ６_R （１〜ｎ）及びＦＩＲ
フィルタ６_L （１〜ｎ）側からなる系を応用するのみ
で、三次元的音場を再生することができる。

【００２９】つまり、図１２に示すように右チャンネル
の音響信号Ｓ_R を入力するＦＩＲフィルタ９_R 、ＦＩＲ
フィルタ９_L を設け、左チャンネルの音響信号Ｓ_L を入
力するＦＩＲフィルタ１０_R 、ＦＩＲフィルタ１０_L を
設ける。これらＦＩＲフィルタ９_R 、９_L 、１０_R 、１
０_L には、図１３にて説明した伝達関数Ｈ_RR，Ｈ_RL，Ｈ
_LR，Ｈ_LLの特性となるように係数設定を行うことにな
る。そして、ＦＩＲフィルタ９_R 、１０_R の出力を加算
器ＡＤ_R により加算し、この出力を右チャンネルのヘッ
ドフォンＨＰ（Ｒ）に供給し、ＦＩＲフィルタ９_L、１
０_L の出力を加算器ＡＤ_L により加算し、その出力を左
チャンネルのヘッドフォンＨＰ（Ｌ）に供給することに
よって、聴取者ＬＳには、図１３に示す伝達特性に基づ
いた三次元的音像による音声が聞こえていることにな
る。

【００３０】これまで説明してきた、三次元的音場を再
現するための音響再生装置の構成を考えた場合、例えば
図１０に示す構成の音響再生装置で、スピーカにより三
次元的音場を再現しようとした場合には、三次元的に定
位させるべき仮想音像の数（入力される音響信号の数）
をｎとすると、２ｎ個のＦＩＲフィルタ（６_R （１〜
ｎ）及，６_L （１〜ｎ）の系）と、クロストークキャン
セルフィルタ部１１を形成する４つのＦＩＲフィルタ
（７_R 、７_L 、８_R 、８_L ）のＦＩＲフィルタが必要と
なる。つまり、全部で２ｎ＋４個のＦＩＲフィルタが必
要とされることになる。例えば、このようなＦＩＲフィ
ルタをデジタル信号処理用ＩＣなどのハードウェアによ
り構成した場合には、比較的高価で回路規模も大きくな
ることから、音響再生装置に備えるべきＦＩＲフィルタ
の数はできるだけ削減されることが、コストや装置の小
型軽量化、及び省電力化等の観点からは好ましいことに
なる。

【００３１】また、これまで説明してきた音響再生装置
によると、スピーカによる場合とヘッドフォンによる場
合とでは、図９と図１２を比較して分かるようにＦＩＲ
フィルタによる構成がハードウェア的に異なっている。
このため、スピーカ対応とヘッドフォン対応とでは共通
の構成を利用することが困難であり、それぞれ異なる構
成の音響再生システムとする必要があり、例えばこの点
でもコスト的に不利となっていた。

【００３２】３．本実施の形態の音響再生装置 これまで述べてきたような経緯を背景として、本実施の
形態は三次元的音場を再現する音響再生装置を構成する
ＦＩＲフィルタの数を従来よりも削減すると共に、スピ
ーカ対応とヘッドフォン対応とで共通のハードウェアの
構成を利用することが可能ように構成されるものであ
る。以下、図１〜図７を参照して本発明の実施の形態と
しての音響再生装置について説明する。

【００３３】図１には、本実施の形態の音響再生装置と
して、１つの仮想音像を定位させる場合の構成について
示している。即ち、本実施の形態としての音響再生装置
の基本構成となるものである。この場合には、図２に示
すように仮想音像ＶＳ（１）の音として、受聴者ＬＳの
右耳に到達する経路の伝達特性をＨ_1Rとし、左耳に到達
する経路の伝達特性をＨ_1Lとしている。

【００３４】ここで、図１０にて説明した構成の音響再
生装置により、図２に示す仮想音像ＶＳ（１）のみを定
位させる場合について考えてみると、その系の式は、仮
想音像ＶＳ（１）となる音響信号をＳ₁ とし、スピーカ
ＳＰ（Ｒ），（Ｌ）の各出力をＬ，Ｒとして

【数９】 により表すことができる。そして、これらの式は

【数１０】 と変形することができる。

【００３５】これに基づいて本実施の形態の音響再生装
置としては、図１に示すようにして構成することができ
ることになる。つまり、この場合には左右の系で一対の
ＦＩＲフィルタ１_R ，１_L を設け、ＦＩＲフィルタ１_R
としては、上記（数１０）に基づいて、

【数１１】 で示される特性が得られるように構成し、ＦＩＲフィル
タ１_L としては同様に上記（数１０）に基づいて、

【数１２】 で示される特性が得られるように構成する。このような
ＦＩＲフィルタ１_R ，１_L の特性は、これまでの説明か
ら理解されるように、仮想音像が聴取者の左耳／右耳に
到達するとされる経路の伝達特性を示す伝達関数に対し
て、聴取者の耳に到達するクロストーク成分をキャンセ
ルするための特性を畳み込み演算することにより得られ
るものとみることができる。つまり、図１０に示したＦ
ＩＲフィルタ６_R （１）及び６_L （１）と、クロストー
クキャンセルフィルタ１１を形成するＦＩＲフィルタ７
_R ，７_L ，８_R ，８_L を備えて構成される音響信号Ｓ₁
に対応する系と等価となる構成を、２つのＦＩＲフィル
タ１_R ，１_L により形成したものである。

【００３６】そして、仮想音像ＶＳ（１）となる音響信
号Ｓ₁ をＦＩＲフィルタ１_R ，１_Lに分岐して入力し、
ＦＩＲフィルタ１_R の出力は右スピーカＳＰ（Ｒ）に入
力し、ＦＩＲフィルタ１_L の出力は左スピーカＳＰ
（Ｌ）に入力する。これにより、スピーカＳＰ（Ｒ）
（Ｌ）から聴取者に聞こえる音声としては、左右の系を
交錯するクロストーク成分はキャンセルされて、図２に
示した伝達特性Ｈ_1R、Ｈ_1Lが畳み込まれた音響信号Ｓ₁
と同等とされることになる。従って、聴取者にとって
は、図２に示した伝達特性Ｈ_1R、Ｈ_1Lに基づいて決定さ
れる定位により仮想音像ＶＳ（１）が聞こえることにな
る。このように本実施の形態の音響再生装置としては、
１つの仮想音像を定位させるのにつき２つのＦＩＲフィ
ルタを用いることになる。

【００３７】次に、上記図１に示した本実施の形態の音
響再生装置の基本構成に基づいて、２つの仮想音像を定
位させるための音響再生装置の構成を図３に示す。ここ
では、図４に示すように２つの仮想音像ＶＳ（１）
（２）のうち、仮想音像ＶＳ（１）が聴取者ＬＳの右耳
と左耳にそれぞれ到達する伝達特性をＨ_1R、Ｈ_1Lとし、
仮想音像ＶＳ（２）が聴取者ＬＳの右耳と左耳のそれぞ
れに到達する伝達特性をＨ_2R、Ｈ_2Lとする。

【００３８】ここで、図１に示したＦＩＲフィルタ１
_R ，１_L の特性を導き出した場合と同様に、図１０に示
した構成の音響再生装置により、図４に示す２つの仮想
音像ＶＳ（１）（２）を定位させる場合について考えて
みると、その系の式は、仮想音像ＶＳ（１）（２）とな
る音響信号をそれぞれＳ₁ 、Ｓ₂ とし、スピーカＳＰ
（Ｒ），（Ｌ）の各出力をＬ，Ｒとして、

【数１３】 により表すことができる。そして、この式は

【数１４】 と変形することができる。

【００３９】これに基づいて、本実施の形態による２つ
の仮想音像を定位させる音響再生装置としては、図３に
示すようにして構成することが可能となる。この場合に
は仮想音像ＶＳ（１）となる音響信号Ｓ₁ に対応したＦ
ＩＲフィルタ１_R （１）、１_L （１）、及び仮想音像Ｖ
Ｓ（２）となる音響信号Ｓ₂ に対応したＦＩＲフィルタ
１_R （２），１_L （２）が設けられる。そして、ＦＩＲ
フィルタ１_R （１）、１_L （１）の特性としては、上記
（数１４）に基づいた場合も、先に（数１１）及び（数
１２）に示したものと同様となる。また、ＦＩＲフィル
タ１_R （２），１_L （２）の特性としては、（数１４）
に基づいて、ＦＩＲフィルタ１_R （２）は、

【数１５】 で示され、ＦＩＲフィルタ１_L （２）は、

【数１６】 で示される特性が得られるようフィルタ係数が設定され
る。

【００４０】そして、ＦＩＲフィルタ１_R （１）、１_L
（１）には音響信号Ｓ₁ を入力し、ＦＩＲフィルタ１_R
（２）、１_L （２）には音響信号Ｓ₂ を入力するように
し、ＦＩＲフィルタ１_R （１）及びＦＩＲフィルタ１_R
（２）の出力は加算器ＡＤ_Rに入力して加算を行い、そ
の出力を右スピーカＳＰ（Ｒ）に供給する。また、ＦＩ
Ｒフィルタ１_L （１）及びＦＩＲフィルタ１_L （２）の
出力は加算器ＡＤ_L に入力して加算を行い、左スピーカ
ＳＰ（Ｌ）に供給するようにして、音響再生装置を構成
する。

【００４１】このような構成の音響再生装置は、図１０
におけるＦＩＲフィルタ６_R （１）、６_L （１）及び６
_R （２）、６_L （２）よりなる音響信号Ｓ₁ 及びＳ₂ に
ついて定位を与えるための伝達特性を畳み込む系と、ク
ロストークキャンセルフィルタ１１を形成するＦＩＲフ
ィルタ７_R ，７_L ，８_R ，８_L を備えて構成される回路
部分と等価となる構成を、４つのＦＩＲフィルタ１_R
（１），１_L （１），１_R （２），１_L （２）を備える
ことにより形成したものとみることができる。

【００４２】これにより、スピーカＳＰ（Ｒ）（Ｌ）か
ら聴取者に聞こえる音声としては、左右の系のクロスト
ーク成分はキャンセルされて、図４に示した伝達特性に
基づいて決定される定位により仮想音像ＶＳ（１）、Ｖ
Ｓ（２）が聞こえることになる。

【００４３】そして、これまで説明して来た図１及び図
３の音響再生装置に基づいた場合、ｎ個の仮想音像につ
いて定位を設定することのできる、本実施の形態の音響
再生装置としての一般的な構成としては、図５に示すよ
うなものとなる。ここでは、図６に示すように、ｎ個の
仮想音像ＶＳ（１）（２）〜（ｎ）のうち、仮想音像Ｖ
Ｓ（１）が聴取者ＬＳの右耳と左耳にそれぞれ到達する
伝達特性をＨ_1R、Ｈ_1Lとし、仮想音像ＶＳ（２）の伝達
特性をＨ_2R、Ｈ_2Lとし、以降、ｎ個目の仮想音像ＶＳ
（ｎ）の伝達特性をＨ_nR、Ｈ_nLとしている。

【００４４】この場合には、図５に示すように仮想音像
ＶＳ（１）（２）〜（ｎ）となる音響信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ 〜
Ｓ_n ごとに対応するようにして、それぞれ一対の［ＦＩ
Ｒフィルタ１_R （１），１_L （１）］、［ＦＩＲフィル
タ１_R （２），１_L （２）］〜［ＦＩＲフィルタ１_R
（ｎ），１_L （ｎ）］が設けられる。ここで、［ＦＩＲ
フィルタ１_R （１），１_L （１）］の各特性は、先に示
した（数１１）及び（数１２）によりそれぞれ表され
る。また、［ＦＩＲフィルタ１_R （２），１_L （２）］
の特性も先に示した（数１５）及び（数１６）によって
それぞれ表される。そして、［ＦＩＲフィルタ１_R
（ｎ），１_L （ｎ）］の特性として、ＦＩＲフィルタ１
_R （ｎ）は

【数１７】 で表され、ＦＩＲフィルタ１_L （ｎ）は

【数１８】 により表されることになる。

【００４５】音響信号Ｓ₁ はＦＩＲフィルタ１_R
（１），１_L （１）に入力され、音響信号Ｓ₂ はＦＩＲ
フィルタ１_R （２），１_L （２）に入力される。音響信
号Ｓ_n はＦＩＲフィルタ１_R （ｎ），１_L （ｎ）に入力
されることになる。そして、右スピーカＳＰ（Ｒ）に
は、ＦＩＲフィルタ１_R （１）、１_R （２）〜１_R
（ｎ）の出力を加算器ＡＤ_R により加算した出力が供給
される。一方、左スピーカＳＰ（Ｌ）には、ＦＩＲフィ
ルタ１_L （１）、１_L （２）〜１_L （ｎ）の出力を加算
器ＡＤ_L により加算した出力が供給される。このように
して、ｎ個の仮想音像を定位させるための本実施の形態
の音響再生装置が構成される。そして、この音響再生装
置により音響信号Ｓ₁ 〜Ｓ_n を再生することにより、ス
ピーカＳＰ（Ｒ）（Ｌ）から聴取者に聞こえる音声とし
ては、左右の系のクロストーク成分がキャンセルされた
うえで、図６に示した伝達特性に基づいて決定される定
位により仮想音像ＶＳ（１）、ＶＳ（２）〜ＶＳ（ｎ）
が聞こえるものである。

【００４６】例えば、図１０に示した構成の音響再生装
置では、ｎ個の仮想音像を定位させるために、前述のよ
うに２×ｎ＋４個のＦＩＲフィルタが必要となる。これ
に対して本実施の形態の音響再生装置では、図１、図３
及び図４にて説明した構成から理解されるように、ｎ個
の仮想音像を定位させるためには、２ｎ個のＦＩＲフィ
ルタで済むことになる。具体的に、例えば実際の使用形
態としては２つ程度の仮想音像を定位させる音響再生装
置が必要となる場合が最も多いと考えられるが、図１０
に示した構成の音響再生装置で２個の仮想音像を定位さ
せるには２×２＋４＝８個のＦＩＲフィルタが必要とな
る。これに対して、本実施の形態の音響再生装置で２個
の仮想音像を定位させるためには、図３に示したように
２×２＝４個のＦＩＲフィルタを必要とすればよい。

【００４７】また、本実施の形態として図３に示した音
響再生装置の系の構成は、先に図１２に示したヘッドフ
ォンを使用した場合の音響再生装置の系と同等であると
見ることができる。つまり、図３に示したＦＩＲフィル
タ１_R （１），１_L （１），１_R （２），１_L （２）の
特性として、

【数１９】 となるように、上記ＦＩＲフィルタ１_R （１），１_L
（１），１_R （２），１_L（２）のフィルタ係数を設定
することにより、ＦＩＲフィルタ１_R （１），１
_L（１），１_R （２），１_L （２）は、ぞれぞれ図１２
に示すＦＩＲフィルタ９_R，９_L ，１０_R ，１０_L の特
性と一致することになる。従って、本実施の形態では図
３に示した音響再生装置の系と共通の構成により、ヘッ
ドフォンを使用した場合に対応する音響再生装置を構成
することが可能になる。なお、これまで実施の形態とし
て説明して来た音響再生装置によりスピーカあるいはヘ
ッドフォンを利用して再生を行う場合には、実際に用い
られるスピーカ又はヘッドフォンに固有の伝達特性をフ
ラットにするための逆フィルタをかけるためのフィルタ
を設けることができる。こうすることにより、より忠実
に三次元の音場を再現することが可能となる。

【００４８】図７は、本実施の形態の音響再生装置をド
ルビーサラウンドシステムに適用する場合の構成が概念
的に示されている。ドルビーサラウンドシステムは、例
えば左スピーカＳＰ（Ｌ）の位置の定位により再生され
るＬｅｆｔチャンネル、仮想音像ＶＳ（Ｃ）の位置の定
位により再生されるＣｅｎｔｅｒチャンネル，右スピー
カＳＰ（Ｒ）の位置の定位により再生されるＲｉｇｈｔ
チャンネルの各音声と、後方において仮想音像ＶＳ（Ｓ
Ｒ）の位置の定位により再生されるＲチャンネル及び仮
想音像ＶＳ（ＳＬ）の位置の定位により再生されるＬチ
ャンネルのサラウンド音声の、計５つのチャンネルによ
る音声を映像と共に再生するものであるが、本実施の形
態の音響再生装置として５個の仮想音像を定位させるた
めの系を備えたシステムを用いれば、２つのスピーカＳ
Ｐ（Ｌ）（Ｒ）のみによって、上記５チャンネルの音声
の定位を再現したサラウンド再生を実現することが可能
となる。この場合には、視聴室１０１内の音響特性に基
づいて、所定のリスニングポイントに位置する受聴者Ｌ
Ｓの耳に到達するとされる上記５チャンネルの音声の伝
達特性及びクロストーク成分を計測等により求め、これ
らの伝達特性及びクロストーク成分の計測結果に基づい
て、上記５チャンネルについて適正な音像定位が得られ
るように、音響再生装置の系を構成するＦＩＲフィルタ
のフィルタ係数を設定することになる。なお、スクリー
ン１００には映像が映写される。

【００４９】また、例えば図５及び図６の構成におけ
る、仮想音像ＶＳ（１）を例として、この仮想音像ＶＳ
（１）が受聴者ＬＳの右耳に到達する音声の伝達特性Ｈ
_1Rについて、スピーカＳＰ（Ｒ）が放射する音声に与え
るとされる特性をＨ_SPとし、リスニングルームの音響特
性を含んで受聴者ＬＳの右耳に到達するまでの伝達特性
をＨ_roomとの成分に分けて考えると、 Ｈ_1R＝Ｈ_SP・Ｈ
_room として表すことが可能となる。そして、本実施の
形態の音響再生装置では、任意のスピーカの特性Ｈ_SP及
びリスニングルームの音響特性を含む伝達特性Ｈ_roomを
設定して、設定された特性Ｈ_SP及びＨ_roomに基づいてＦ
ＩＲフィルタのフィルタ係数を設定することで、任意の
スピーカが放射する信号の特性により生じるとされる聴
感や、任意の音響特性のリスニングルームで受聴した場
合に得られる聴感が得られるように、シュミレーション
再生を行うことも可能となる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の音響再生装
置は、ｎ個の仮想音像を定位させるのに２ｎ個のＦＩＲ
フィルタを必要とすることになるため、従来と比べてよ
り少ないＦＩＲフィルタ数により三次元的音場を得るた
めの音響再生装置を得ることが可能となり、特にＦＩＲ
フィルタをハードウェアにより構成する場合には、大幅
なコストの削減、装置の小型／軽量化、及び低消費電力
化を図ることができるという効果を有している。また、
本発明のＦＩＲフィルタは仮想音像が聴取者に到達する
とされる経路の伝達特性に対してクロストークキャンセ
ルのための伝達特性を畳み込んだフィルタ特性を有する
ようにされていることから、ＦＩＲフィルタのフィルタ
係数を変更してクロストークキャンセルのための伝達特
性は無効とし、仮想音像が聴取者に到達するとされる経
路の伝達特性のみが有効となるようにフィルタ特性を変
更することが容易に可能であるが、これによって、スピ
ーカ出力の場合のようにクロストークを考慮する必要の
ないヘッドフォンに対応する音響再生装置についても、
共通のＦＩＲフィルタを備えたハードウェアを利用する
ことができ、これによっても例えばコストの削減が促進
されることになる。また、１つの音響再生システムでス
ピーカとヘッドフォンの両者に対応可能なものを構成す
る場合には、装置の小型／軽量化が更に図られることに
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の音響再生装置として、１
つの仮想音像を定位させるための系の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】１つの仮想音像の音声が受聴者に到達するとさ
れる伝達特性を示すための説明図である。

【図３】本実施の形態として、２つの仮想音像を定位さ
せるための系の構成を示すブロック図である。

【図４】２つの仮想音像の音声が受聴者に到達するとさ
れる伝達特性を示すための説明図である。

【図５】本実施の形態として、ｎ個の仮想音像を定位さ
せるための系の構成を示すブロック図である。

【図６】ｎ個の仮想音像の音声が受聴者に到達するとさ
れる伝達特性を示すための説明図である。

【図７】本実施の形態の音響再生装置をドルビーサラウ
ンドシステムに適用した場合の構成を示す説明図であ
る。

【図８】従来のクロストークキャンセルフィルタの構成
を示すブロック図である。

【図９】左右の系が対象である場合に図８と等価とされ
るクロストークキャンセルフィルタの構成を示すブロッ
ク図である。

【図１０】図９に示すクロストークキャンセルフィルタ
の構成に基づいて、ｎ個の仮想音像を定位させるための
系の構成を示すブロック図である。

【図１１】ｎ個の仮想音像の音声が受聴者に到達すると
される伝達特性を示すための説明図である。

【図１２】ヘッドフォンの利用に対応する音響再生装置
の構成を示すブロック図である。

【図１３】ヘッドフォンを利用した場合に仮想音像の音
声が受聴者に到達するとされる伝達特性を示すための説
明図である。

【図１４】ＦＩＲフィルタの構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１_R ，１_L ，１_R （１），１_L （１），１_R （２），１
_L （２），１_R （ｎ），１_L （ｎ） ＦＩＲフィルタ、
ＶＳ（１）〜（ｎ） 仮想音像、ＬＳ 聴取者、ＡＤ
_R ，ＡＤ_L 加算器、ＳＰ（Ｒ） 右スピーカ、ＳＰ
（Ｌ） 左スピーカ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つの仮想音像の定位位置から受聴者の
   右耳に到達するとされる経路の伝達関数に対して、上記
   受聴者の右耳にクロストークして到達するとされる仮想
   音像のクロストーク成分についてキャンセルを行うよう
   に求められた伝達関数を畳み込むことにより得られる伝
   達関数をフィルタ特性として有する第１のデジタルフィ
   ルタ手段と、 上記１つの仮想音像の定位位置から受聴者の左耳に到達
   するとされる経路の伝達関数に対して、上記受聴者の左
   耳にクロストークして到達するとされる仮想音像のクロ
   ストーク成分についてキャンセルを行うように求められ
   た伝達関数を畳み込むことにより得られる伝達関数をフ
   ィルタ特性として有する第２のデジタルフィルタ手段
   と、 を備えて構成されていることを特徴とする音響再生装
   置。
2. 【請求項２】 上記第１のデジタルフィルタ手段及び上
   記第２のデジタルフィルタ手段の出力信号は、それぞれ
   スピーカにより音声出力されることを特徴とする請求項
   １に記載の音響再生装置。
3. 【請求項３】 上記クロストーク成分についてキャンセ
   ルを行うように求められた伝達関数を無効とするよう
   に、上記第１のデジタルフィルタ及び上記第２のデジタ
   ルフィルタ手段のフィルタ係数を設定すると共に、上記
   第１のデジタルフィルタ手段及び上記第２のデジタルフ
   ィルタ手段の出力信号は、ヘッドフォンにより音声出力
   されることを特徴とする請求項１に記載の音響再生装
   置。
4. 【請求項４】 上記第１のデジタルフィルタ手段及び上
   記第２のデジタルフィルタ手段は、ＦＩＲフィルタであ
   ることを特徴とする請求項１に記載の音響再生装置。
5. 【請求項５】 １つの仮想音像の定位位置から受聴者の
   右耳に到達するとされる経路の伝達関数に対して、上記
   受聴者の右耳にクロストークして到達するとされる仮想
   音像のクロストーク成分についてキャンセルを行うよう
   に求められた伝達関数を畳み込むことにより得られる伝
   達関数をフィルタ特性として有する第１のデジタルフィ
   ルタ手段と、上記１つの仮想音像の定位位置から受聴者
   の左耳に到達するとされる経路の伝達関数に対して、上
   記受聴者の左耳にクロストークして到達するとされる仮
   想音像のクロストーク成分についてキャンセルを行うよ
   うに求められた伝達関数を畳み込むことにより得られる
   伝達関数をフィルタ特性として有する第２のデジタルフ
   ィルタ手段とによりなる組を、複数の仮想音像ごとに対
   応して設けると共に、 上記複数の仮想音像ごとに対応して設けられた第１のデ
   ジタルフィルタ手段の出力を加算して出力する第１の加
   算手段と、 上記複数の仮想音像ごとに対応して設けられた第２のデ
   ジタルフィルタ手段の出力を加算して出力する第２の加
   算手段と、 を備えて構成されていることを特徴とする音響再生装
   置。
6. 【請求項６】 上記第１の加算手段と第２の加算手段の
   出力信号は、それぞれスピーカにより音声出力されるこ
   とを特徴とする請求項５に記載の音響再生装置。
7. 【請求項７】 上記クロストーク成分についてキャンセ
   ルを行うように求められた伝達関数を無効とするように
   上記第１のデジタルフィルタ及び上記第２のデジタルフ
   ィルタ手段のフィルタ係数を設定すると共に、上記第１
   の加算手段と第２の加算手段の出力信号は、ヘッドフォ
   ンにより音声出力されることを特徴とする請求項５に記
   載の音響再生装置。
8. 【請求項８】 上記第１のデジタルフィルタ手段及び上
   記第２のデジタルフィルタ手段は、ＦＩＲフィルタであ
   ることを特徴とする請求項５に記載の音響再生装置。