JPH1132397A - 空間音響再生装置 - Google Patents

空間音響再生装置

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JPH1132397A
JPH1132397A JP9184045A JP18404597A JPH1132397A JP H1132397 A JPH1132397 A JP H1132397A JP 9184045 A JP9184045 A JP 9184045A JP 18404597 A JP18404597 A JP 18404597A JP H1132397 A JPH1132397 A JP H1132397A
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Ikuichirou Kinoshita
郁一郎 木下
Masato Miyoshi
正人 三好
Akira Emura
暁 江村
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    • H04SSTEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S1/00Two-channel systems
    • H04S1/002Non-adaptive circuits, e.g. manually adjustable or static, for enhancing the sound image or the spatial distribution
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 予め設定された音響環境を受聴者の各耳に忠
実に再生する空間音響再生装置を提供する。 【解決手段】 左右2チャネルL、Rより成る入力信号
が供給されるスピーカ12および受聴者の各耳に近接配
置した発音源11L、11Rを有する空間音響再生装置
において、受聴者の各耳における音響の内のスピーカ1
2による寄与分の逆位相信号を逐次に推定する逆位相信
号逐次推定部を具備する空間音響再生装置

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、空間音響再生装
置に関し、特に、設定された空間音響環境を忠実に再生
する空間音響再生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図2を参照して仮想音像定位の原理を説
明する。図2(a)は目標位置設置音源による再生を説
明する図であり、図2(b)は実音源による再生を説明
する図である。或る目標位置に設置された音源が発生す
る音刺激を受聴者の各耳において模擬することを考え
る。この場合、受聴者に対して目標位置に音を定位させ
ることができる。実際に音響を発生する実音源の位置と
定位される位置とを異ならせることも可能である(“3
D−SOUND”D.R.Begault,AP Pr
ofessional、参照)。例えば、図2(b)に
示される如く2個の実音源の位置が各々受聴者左右前方
に配置される場合を想定する。図2(a)に示される如
く目標位置に設置された音源による音響x(t)* L
(t)、x(t)*R (t)を模擬するには、係数g
L (t)、gR (t)を音源信号x(t)に畳み込み演
算する。但し、 gL(t)=(hRR(t)*hL(t)-hRL(t)*hR(t))/(hLL(t)
*hRR(t)-hLR(t)*hRL(t)) gR(t)=(hLL(t)*hR(t)-hLR(t)*hL(t))/(hLL(t)
*hRR(t)-hLR(t)*hRL(t)) ここで、記号*は畳み込み演算、/は逆畳み込み演算を
示す。また、係数gL(t)、gR (t)は、それぞ
れ、目標位置に設置された音源から受聴者の各耳までの
音響伝達関数hL (t)、hR (t)を、実音源から受
聴者各耳までの音響伝達関数hLL(t)、hRL(t)、
LR(t)、hRR(t)を示す。その内には、各実音源
から空間を伝搬して異なる側の耳に到達する成分である
クロストークhRL(t)、hLR(t)も含まれている。
音を忠実に模擬するには、クロストークキャンセラと称
される回路を採用することが提案されている(Schr
oeder,M.R.and Atal,B.S.(1
963).“Computer simulation
of sound transmission in
rooms,”in IEEE Internati
onal Convention Record
(7).New York:IEEE Press参
照)。
【0003】しかし、一般に音響伝達関数は受聴者およ
び音源の位置に依存する。従って、従来技術においては
受聴者と実音源の位置関係が限定されていることが使用
の前提条件とされている。即ち、所望の音像定位を実現
するには、受聴者の姿勢および挙動をも制約する。この
問題に対処するために、所望の音像定位を実現する聴取
位置を拡大する試みもなされている。しかし、拡大範囲
は音波の波長以下の狭い領域、数千Hz以上の高周波数
成分では数cm以内に限られる。波長が短い高周波数成
分も音像定位に寄与するところから、拡大範囲はこの様
な狭い領域に限られる。
【0004】一方、ヘッドホンの如く受聴者の各耳に近
接した発音源を実音源として使用する両耳受聴装置にお
いて、受聴者の位置および向きを検出する装置を具備す
ることが提案されている。ここで、検出された位置およ
び向きを手がかりとして逐次に合成された音響伝達関数
を使用して入力された音に処理を施す。ところがこの装
置によっても目標位置からの音を再現しない。これは音
響伝達関数が受聴者個人によっても異なることによる。
【0005】以上のことから、所望の音像定位を実現す
ることは困難であった。左右方向への定位制御は受聴者
に関わらず頑健である一方で、頭内位置、目標位置と定
位される位置との間の前後誤判断が多数の受聴者にしば
しば認められる。以上の問題を解決するために、実音源
としてスピーカとヘッドホンとを併用することが提案さ
れている(特開平2−126795号公報参照)。例え
ば、スピーカを受聴者前方に配置させれば前方への音像
定位が確実になる。ここで、複数のスピーカを実音源と
した場合に各スピーカから発する音響の強度比を変化さ
せれば各スピーカ間において音像定位位置を変化するこ
とができる。しかし、受聴者の位置、向きの変化および
受聴者の個人差に対応して音響を変化させる構成を欠い
ている。この場合、目標位置から各耳に到達する音響を
模擬しないので、目標位置への音像定位は保証されな
い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、予め設定
された音響環境を受聴者の各耳に忠実に再生する上述の
問題を解消した空間音響再生装置を提供するものであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】図1に示される如く左右
2チャネルL、Rより成る音響信号が供給されるスピー
カ12および受聴者の各耳に近接配置した発音源11
L、11Rを有する空間音響再生装置において、受聴者
の各耳における音響の内のスピーカ12による寄与分の
逆位相信号を逐次に推定する逆位相信号逐次推定部を具
備する空間音響再生装置を構成した。
【0008】上述の空間音響再生装置において、逆位相
信号逐次推定部は、入力信号に作用して受聴者の各耳に
近接配置した発音源11L、11Rに対して信号を出力
する適応フィルタ24L、24Rおよび発音源近傍に各
々配置したマイクロホン13L、13Rを有し、マイク
ロホンで収録された信号から発音源が提示した音響に相
当する信号を減算15L、15Rして得られた信号から
適応フィルタ24L、24Rの出力信号を減算26L、
26Rして得られた信号を適応フィルタ24L、24R
を動作する誤差信号として使用する空間音響再生装置を
構成した。
【0009】
【発明の実施の形態】実音源としてスピーカ、およびヘ
ッドホンその他の受聴者の各耳に近接配置した発音源を
併用した空間音響再生装置を利用する。この場合、受聴
者前方或は後方にスピーカを設置する。ここで、受聴者
の各耳における音の内のスピーカによる寄与分の逆位相
信号を逐次に推定する構成を具備する。
【0010】更に、スピーカによる寄与分の逆位相信号
を推定する構成として、入力信号に作用して受聴者の各
耳に近接配置した発音源に対して信号を出力する適応フ
ィルタを有する。そして、受聴者の各耳近傍にマイクロ
ホンを配置する。従って、このマイクロホンは受聴者の
各耳に近接配置した発音源近傍に配置される。上述の適
応フィルタを動作する誤差信号として、マイクロホンで
収録された信号から発音源が提示した音響に相当する信
号を減算して得られた信号から更に上述の適応フィルタ
の出力信号を減算して得られた信号を使用する。
【0011】ここで、受聴者前方に設置された1個のス
ピーカと受聴者近傍に配置された音源である1組のヘッ
ドホンを使用して音響を再生する空間音響再生装置につ
いて考える。左右2チャネルより成る1系統の入力信号
が1個のスピーカと1組のヘッドホンに供給されるまで
の過程を説明する。簡単のために、この発明が左耳にお
けるスピーカ音響による寄与の逆位相信号を推定する場
合について説明する。
【0012】1系統の入力信号が左右2チャネルの入力
信号に分岐されて、それぞれ、左強度調節部或いは右強
度調節部に入力される。左強度調節部に入力された左チ
ャネルの入力信号はスピーカ用信号およびヘッドホン用
信号に分岐され、スピーカ用或いはヘッドホン用として
供給される。そして、この発明は左耳に提示された音響
の内のスピーカによる寄与分の逆位相信号を逐次に推定
する逐次推定回路が備えられている。この逐次推定回路
から出力されたスピーカによる音響の寄与分がヘッドホ
ンへの出力に先だって減算される。減算によりヘッドホ
ンに供給される信号は相殺される。従って、左耳には音
響がヘッドホンのみから提示された場合と同等な音響が
提示される。右側については入力信号を遮断する。従っ
て、右耳にはヘッドホンから音響は提示されず、スピー
カのみから音響が提示される。
【0013】ここで、受聴者に提示された音響の内のス
ピーカによる寄与分の逆位相信号を逐次に推定する動作
を説明する。但し、左耳に提示された音響の内のスピー
カによる寄与分の逆位相信号を推定する場合について触
れる。分岐入力されたスピーカ用信号は上述の適応フィ
ルタに供給される。一方、ヘッドホン用信号からスピー
カ用信号が減算されて別個のフィルタに入力される。こ
のフィルタを通過した信号はヘッドホンに供給される。
また、この信号は受聴者の左耳に近接したマイクロホン
で収録された信号であるマイクロホン信号を減算する。
この過程において、近接するヘッドホン発音源から提示
された音響の寄与分が除去される。従って、スピーカに
よる寄与分が残る。このスピーカによる寄与分から上述
の適応フィルタの出力を減算して適応フィルタを動作す
る誤差信号とする。従って、上述の適応フィルタの係数
としてスピーカからマイクロホンまでの伝達特性の逆位
相となる値が推定される。従って、入力信号に対する適
応フィルタの出力としてマイクロホン位置におけるスピ
ーカによる寄与分の逆位相信号が予測される。
【0014】ところで、人間の知覚において先行音効果
という現象が知られている。即ち、同時に複数の音源か
ら互いに相関のある音が放射されているとき、受聴者は
音波が先に到達する耳の方向に音を定位する。先の例に
おいて、左耳へのヘッドホンを通じた音の提示を遅らせ
れば、右耳への音を先に提示することができる。その上
に、スピーカからの音の提示であれば受聴者の違いに関
わらず前方に置かれたスピーカの方向への定位の手がか
りが得られる。これにより受聴者は右前方への定位が可
能になる(先行音効果:第一波面の法則・ハース効果と
も呼称される。「空間音響」ブラウエルト著、森本、後
藤編著、鹿島出版会 参照)。
【0015】
【実施例】この発明の実施例を図を参照して具体的に説
明する。図3は受聴者と知覚位置の位置関係を説明する
図である。図3(a)は両耳間差による制御を説明する
図であり、図3(b)は受聴者回転と知覚位置の関係を
説明する図である。図3(a)に示される如く、知覚さ
れる音像位置は左右両耳間における音刺激の強度差が生
ずる場合に偏ることが知られている(「空間音響」ブラ
ウエルト著、森本、後藤編著;鹿島出版会 参照)。知
覚される位置の変位の程度は左右両耳間における強度差
或は左右両耳間における音波の到達時間差を手がかりに
制御される。従って、スピーカおよびヘッドホンから放
射される音響の強度比或いは時間差を使用して定位位置
を制御することができる。ここで、ヘッドホンの左側か
ら左耳に提示される音響の強度を減少させるか、或いは
左耳への遅延時間を大きくする程知覚される音像位置を
右側へ移動することができる。音像位置とヘッドホン用
信号とスピーカ用信号の強度比と時間差の対応関係が予
め既知であれば、目標位置への音像位置制御を定量的に
実施することができる。
【0016】この発明において、位置が固定されたスピ
ーカから音響を提示すれば、音像位置を、受聴者を基準
として相対的に受聴者自身の移動或いは回転の反対方向
に移動する補償をすることができる。これを図3(b)
を参照して説明するに、知覚される音像位置がスピーカ
位置よりも右側の場合を考える。受聴者が左回りに回転
すれば、位置が固定されたスピーカは受聴者を基準とし
て相対的に右回りに回転したことになる。ここで、ヘッ
ドホンから左耳に提示される音響の強度或いは到達時間
はスピーカから右耳に提示される音よりも減少或は遅れ
る。よく知られる通り、スピーカのみから受聴者の両耳
に音響を提示すれば受聴者に常にスピーカ位置に音響を
定位させることができることを考え併せれば、スピーカ
位置よりも音像位置を右側へ移動することができる。即
ち、受聴者自身の移動或いは回転に伴う知覚される音像
位置の補償は目標位置がスピーカ位置である場合に限定
されない。
【0017】図3(b)において、上述した作用におけ
る左右を交換すれば左右対称な方向に音を定位させるこ
とができる。また、スピーカ位置の受聴者位置を基準と
した前後を交換すれば前後対称な方向に音像を定位させ
ることができる。即ち、この発明は水平面全方向に亘っ
て受聴者に目標位置への音像定位を実現することができ
る。
【0018】この発明の実施例を図1を参照して更に具
体的に説明する。この実施例においては実音源スピーカ
12を1個使用し、左右2チャネルの1系統の信号が入
力されることを前提としている。図1に示される空間音
響再生装置の実施例は、左ヘッドホン発音源11L、右
ヘッドホン発音源11R、スピーカ12、左マイクロホ
ン13L、右マイクロホン13R、左逆特性模擬フィル
タ14L、右逆特性模擬フィルタ14R、左減算部15
L、右減算部15R、左遅延部16L、右遅延部16
R、左強度調節部21L、右強度調節部21R、加算部
22、左可変フィルタ23L、右可変フィルタ23R、
左適応フィルタ24L、右適応フィルタ24R、左減算
部25L、右減算部25R、左減算部26L、右減算部
26R、左遅延部27L、右遅延部27R、左ヘッドホ
ン用信号31L、右ヘッドホン用信号31R、左スピー
カ用信号32L、右スピーカ用信号32R、目標位置制
御信号33を構成として具備している。
【0019】以上の構成の内の受聴者各耳における音刺
激の内のスピーカによる寄与分の逆位相信号を逐次に推
定する逆位相信号逐次推定部は、図1において斜線を付
与して示した左マイクロホン13L、右マイクロホン1
3R、左逆特性模擬フィルタ14L、右逆特性模擬フィ
ルタ14R、左減算部15L、右減算部15R、左遅延
部16L、右遅延部16R、左可変フィルタ23L、右
可変フィルタ23R、左適応フィルタ24L、右適応フ
ィルタ24R、左減算部25L、右減算部25R、左減
算部26L、右減算部26Rにより構成される。
【0020】以上の実施例について、実線矢印により示
される信号の流れを説明する。説明の都合上、構成の内
の左側Lに着目して説明する。左ヘッドホン用信号31
Lと左スピーカ用信号32Lは左強度遅延調節部21L
に各々入力される。左ヘッドホン用信号31Lは左減算
部25Lに入力される一方、左スピーカ用信号32Lは
左減算部25Lおよび加算部22に供給される。左減算
部25Lは左ヘッドホン用信号31Lから左スピーカ用
信号32Lを減算して、その出力を左可変フィルタ23
Lに通過させる。左可変フィルタ23Lを通過した信号
は左逆特性模擬フィルタ14Lを通過して左ヘッドホン
発音源11Lに供給されると共に、左遅延部16Lを通
過せしめられる。左減算部15Lは左マイクロホン13
Lで収録された信号から左遅延部16Lから出力した信
号を減算する。ところで、加算部22においてLR間で
スピーカ用信号が加算されて左遅延部27Lとスピーカ
12へ供給される。左遅延部27Lの出力は左適応フィ
ルタ24Lに入力される。左適応フィルタ24Lの出力
信号は左減算部26Lに入力される。左減算部26Lは
左減算部15Lの信号から左適応フィルタ24Lの信号
を減算する。左減算部26Lからの信号を左適応フィル
タ24Lを動作させる誤差信号とする。但し、左逆特性
模擬フィルタ14Lにおけるフィルタ係数を左ヘッドホ
ン発音源11Lと左マイクロホン13Lとの間の音響伝
達関数の逆特性に設定する。左遅延部16Lの遅延時間
は、左マイクロホン13Lに到達する音響と左遅延部1
6Lの出力が同期する遅延時間に設定される。また、左
遅延部16Lの遅延時間は左遅延部27Lの遅延時間と
同一に設定する。このとき、左減算部15Lの出力信号
として左マイクロホン13Lによる収録信号から左ヘッ
ドホン11L発音源に由来する成分が除去される。即
ち、スピーカ12からの寄与が残る。依って、左減算部
26Lの出力信号として、スピーカ12からの寄与から
左適応フィルタ24Lからの出力信号を減算した差が得
られる。これが誤差信号として左適応フィルタ24Lの
適応動作に使用されて、スピーカ12から左マイクロホ
ン13Lまでの音響伝達関数hL の逆位相となる値−h
L が逐次に推定される。この値−hLは左適応フィルタ
24Lにおいてフィルタ係数として入力信号に作用する
ので、結果として出力信号としてスピーカ12からの寄
与の逆位相信号が推定される。左可変フィルタ23Lに
おけるフィルタ係数として左適応フィルタ24Lで推定
されたものが使用されるので、左可変フィルタ23Lと
左適応フィルタ24Lへの入力信号に対してフィルタ係
数を通じて常に同一のフィルタ係数−hL が作用され
る。フィルタ係数−hL は左適応フィルタ24Lにおい
て逐次的に推定されるので、受聴者の位置、向きの変化
および受聴者間の個人差に関わらず受聴者の左耳にはス
ピーカ12からの寄与分が除去された音が提示される。
右側Rについては、右強度調節部21Rにおいて、右ヘ
ッドホン用信号31Rおよび右スピーカ用信号32Rの
双方を目標位置制御信号33により遮断状態にしてい
る。右側の各部には信号が流れないので、ヘッドホン1
1Rから音響は提示されない。従って、受聴者の右耳に
おいては、左スピーカ用信号32Lが供給されたスピー
カ12から放射された音響が提示される。
【0021】この場合、知覚される音響の位置をスピー
カ12の位置より右側に制御する手がかりが得られる。
右耳へ提示されるスピーカの音響は左耳に提示されるヘ
ッドホンの音響よりも早く到達するからである。ここ
で、左ヘッドホン用信号31Lを左スピーカ用信号32
Lよりも遅延させるか或いは強度を弱くして、右ヘッド
ホン用音響信号の強度を増加させれば、知覚される音像
位置を前方から右側方まで移動することができる。ここ
で、目標位置制御信号33に従って目標位置と対応づけ
られた強度比が与えられる様に左強度調節部21Lで左
ヘッドホン用信号31Lの強度を制御することにより、
知覚される音像位置を設定することができる。
【0022】以上の実施例において、左右の作用を交換
すれば左右対称な方位への音像定位を実現することがで
きる。また、左右両者について、左右ヘッドホン用信号
31Lと31Rの供給を遮断すれば、スピーカ12から
の音響のみが放射されることになる。この場合、定位さ
れる音の方向はスピーカ位置となる。また、左右音響を
提示するスピーカ位置の前後を交換すれば、前後対称な
方位への音像定位が実現される。結局、全周囲に亘る音
像定位制御をすることができる。
【0023】一般に、ヘッドホンのみから音響を提示し
たとき、受聴者の位置、向きが変化しても知覚される音
像位置は受聴者を中心として相対的に変化しない。しか
し、この実施例において、スピーカの位置が固定されて
いれば受聴者の位置、向きが変化しても知覚される音像
の絶対的位置の移動は抑制される。例えば、図3(b)
に示される如く、知覚される絶対位置の移動量は受聴者
の向きひいてはヘッドホンによる絶対的目標位置の変化
量より減少する。即ち、知覚される音像位置は受聴者の
位置、向きの変化と逆方向に受聴者を中心として相対的
に移動し、受聴者の位置、向きの変化に対する受聴者各
耳における音響環境が自動的に補償される。
【0024】以上の構成の内の受聴者の各耳における音
刺激の内のスピーカによる寄与の逆位相信号を逐次に推
定する構成とヘッドホンおよびマイクロホンを各受聴者
毎に並列に機能させれば、同時に複数の受聴者に対して
独立に上述の音像定位の効果を実現することができる。
【0025】
【発明の効果】上述したこの発明の空間音響再生装置
は、受聴者の位置、向きの変動および受聴者の個人差に
関わらず提示された音響内のスピーカによる寄与分の逆
位相信号を推定する。これにより、スピーカに近い側の
耳にスピーカのみの音響を提示し、反対側の耳にはスピ
ーカの音響の寄与分を逐次に除去することができる。従
って、スピーカを受聴者の前方或いは後方に設置するこ
とにより所望の目標位置への定位を受聴者の個人差に関
わらずに実現することができる。そして、音像位置を受
聴者の位置、向きの変動に対して受聴者位置を基準とし
て相対的に反対側へ補償変動することができる。即ち、
所望の目的位置へ音像定位をするに際して、実現可能な
受聴位置の制限が緩和される。また、受聴者の各耳にお
ける音刺激の内のスピーカによる寄与の逆位相信号を逐
次に推定し、受聴者近接用発音源を各受聴者毎に備える
ことにより、同様な効果を複数の受聴者に対して実現す
ることができる。
【0026】要約するに、この発明によれば、受聴者の
位置、向きの変化および受聴者の個人差に関わらず所望
の目標位置への音像定位を容易に実現することができ
る。特に、両耳受聴をする場合に起こりがちな前後誤判
断、頭内定位を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例を説明する図。
【図2】仮想音像定位の原理を説明する図。
【図3】受聴者と知覚位置の位置関係を説明する図。
【符号の説明】
11L 左ヘッドホン発音源 11R 右ヘッドホン発音源 12 スピーカ 13L 左マイクロホン 13R 右マイクロホン 14L 左逆特性模擬フィルタ 14R 右逆特性模擬フィルタ 15L 左減算部 15R 右減算部 16L 左遅延部 16R 右遅延部 21L 左強度調節部 21R 右強度調節部 22 加算部 23L 左可変フィルタ 23R 右可変フィルタ 24L 左適応フィルタ 24R 右適応フィルタ 25L 左減算部 25R 右減算部 26L 左減算部 26R 右減算部 27L 左遅延部 27R 右遅延部 31L 左ヘッドホン用信号 31R 右ヘッドホン用信号 32L 左スピーカ用信号 32R 右スピーカ用信号 33 目標位置制御信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H04R 5/027 G10K 15/00 M

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スピーカおよび受聴者の各耳に近接配置
    した発音源を有する空間音響再生装置において、 受聴者の各耳における音響の内のスピーカによる寄与分
    の逆位相信号を逐次に推定する逆位相信号逐次推定部を
    具備することを特徴とする空間音響再生装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載される空間音響再生装置
    において、 逆位相信号逐次推定部は、入力信号に作用する適応フィ
    ルタおよび発音源近傍に各々配置したマイクロホンを有
    し、マイクロホンで収録された信号から発音源が提示し
    た音響に相当する信号を減算して得られた信号と適応フ
    ィルタの出力信号を減算して得られた信号を適応フィル
    タを動作するための誤差信号として使用することを特徴
    とする空間音響再生装置。
JP18404597A 1997-07-09 1997-07-09 音響再生装置 Expired - Fee Related JP3703606B2 (ja)

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