オーディオ装置、音響再生方法
【課題】 頭部や耳介の形状の個人差にかかわらず、前方の仮想スピーカから音が到来するようにできる。
【解決手段】 スピーカ２、３が座席に有る状態で同定部３０により測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホン６、７で拾った音から第１の頭部音響伝達関数を同定し、スピーカ２、３を前方に移動した状態で再び測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホン６、７で拾った音から第２の頭部音響伝達関数を同定し、同定した伝達関数を用いて、補正用伝達関数決定部４０は、スピーカ２、３が座席に有る状態で音を発したときに前方の仮想スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定する。信号処理部１１はオーディオ信号に補正用伝達関数を畳み込み、スピーカ出力信号を生成する。
【解決手段】 スピーカ２、３が座席に有る状態で同定部３０により測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホン６、７で拾った音から第１の頭部音響伝達関数を同定し、スピーカ２、３を前方に移動した状態で再び測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホン６、７で拾った音から第２の頭部音響伝達関数を同定し、同定した伝達関数を用いて、補正用伝達関数決定部４０は、スピーカ２、３が座席に有る状態で音を発したときに前方の仮想スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定する。信号処理部１１はオーディオ信号に補正用伝達関数を畳み込み、スピーカ出力信号を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオーディオ装置、音響再生方法に係り、とくに車両やホームシアターなどの座席に取り付けたスピーカにより音響再生するオーディオ装置、音響再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーディオ装置では、スピーカで再現された音像がユーザの前方に定位したときに生演奏を聴取している如く自然に感じる。ところが、たとえば車両の車室内は狭く特に運転席や助手席の前方にはハンドル、計器類、エアコン用吐出口、ヘッドユニット、ナビゲーション装置などが配置されるためスピーカを配置するための適当なスペースがない。このため、従来は、フロントスピーカを車両の左右のドアに組み込んでいる。この場合、搭乗者の耳とは全く違う方向に向けてスピーカを設置することになる。さらに、左右のスピーカから搭乗者の耳までの距離も大きく異なる上、車室内で音響が複雑に反射して、音像を正しく定位させることは非常に困難であった。左右のスピーカを個々の搭乗者の耳の近くの前方に配置できれば上述の問題は回避できるが、非常に邪魔であり現実的でない。また、左右のスピーカをヘッドレストの両側に設置した場合は、搭乗者の耳までの距離や左右のバランスは問題ないが、音像は後方に定位してしまう。
【０００３】
これらの問題を解決するために、左右のスピーカを搭乗者の後方に設置した上で、音像は前方に定位させるという方法が考えられてきた。座席のヘッドレストの両側に左右のスピーカを設置して、信号処理により、恰も前方に仮想スピーカが配置された如く音像を前方に定位させる方法である。人の聴覚では音の左右方向の到来は音源から左右の耳への到達時間差で識別する。また、前後方向の到来は、到来方向の相違により耳周辺での反射状況が変わり、音源が前方に有る場合と後方に有る場合とで周波数特性の差が生じ、この差で識別している。この音源から出た音と人の耳に入る音との相関を、頭部音響伝達関数と呼んでいて、音源が前方にある場合と後方にある場合とで頭部音響伝達関数は異なる。音源が後方でも、前方の音源から出た音に頭部音響伝達関数を畳み込んだのと同じになるように耳に入る音を制御できれば、前方から音が来ているかのように人は知覚する。例えば、特開２００４−１３５０２３の発明では、搭乗者の後方空間に設置されたスピーカから出力する音響信号を、頭部音響伝達関数に基づいた補正処理を行った信号とすることで、聴取位置の前方空間に音像定位させるようにしている（特許文献１）。
【０００４】
ところで、頭部や耳介の形状には個人差があり、耳周辺での音の反射状況は人によって大きく異なり、頭部音響伝達関数も非常に個人差が大きい。特許文献１の発明では、ダミーヘッドの人口耳に埋め込んだマイクロホンによりインパルス応答を測定し、標準的な人の頭部音響伝達関数を決定しているだけなので、実際のユーザの頭部音響伝達関数との間に大きなずれが生じてしまう。このため、標準から頭部や耳介の形状がずれた多くのユーザでは、正しく前方に音像定位しない欠点があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３５０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記した従来技術の問題に鑑み、ユーザの頭部や耳介の形状の個人差にかかわらず、前方の仮想スピーカから音が到来するようにできるオーディオ装置、音響再生方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のオーディオ装置では、座席に取り付けられた１または複数のスピーカと、音が仮想の前方スピーカから発せられたようにする補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込んでスピーカ出力用の信号を生成する信号処理手段と、を備えたオーディオ装置において、着座者の耳の位置の音を拾うマイクロホンと、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第１の伝達関数を同定し、前記１または複数のスピーカを着座者の前方に移動した状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第２の伝達関数を同定する同定手段と、同定された第１、第２の伝達関数を用いて、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で音を発したときに着座者に対し前方の仮想スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定する補正用伝達関数決定手段と、を備えたことを特徴としている。
本発明に係るオーディオ装置の１つの実施の態様では、第１、第２の伝達関数の同定は適応フィルタを用いた学習で行なうようにしたこと、を特徴としている。
本発明に係るオーディオ装置の他の１つの実施の態様では、前記第１、第２の伝達関数の同定と補正用伝達関数の決定は、着座者毎に行なうようにしたこと、を特徴としている。
本発明に係るオーディオ装置の他の１つの実施の態様では、前記マイクロホンは外耳道に挿入するか、または、耳孔近くに設置するようにしたこと、を特徴としている。
本発明に係るオーディオ装置の他の１つの実施の態様では、前記１または複数のスピーカを、座席と着座者の前方との間で移動自在とするスピーカ支持手段を設けたこと、を特徴としている。
本発明の音響再生方法では、座席に取り付けられた１または複数のスピーカを座席と着座者の前方との間で移動可能としておき、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第１の伝達関数を同定するとともに、前記１または複数のスピーカを着座者の前方に移動した状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第２の伝達関数を同定し、同定された第１、第２の伝達関数を用いて、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で音を発したときに着座者に対し仮想の前方スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定し、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で、前記補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込みスピーカに出力するようにしたこと、を特徴としている。
本発明に係る音響再生方法の１つの実施の態様では、前記第１、第２の伝達関数の同定と補正用伝達関数の決定は、着座者毎に行なうようにしたこと、を特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、１または複数のスピーカが座席に有る状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第１の伝達関数を同定し、前記１または複数のスピーカを着座者の前方に移動した状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第２の伝達関数を同定し、これら同定した第１、第２の伝達関数を用いて、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で音を発したときに着座者に対し前方の仮想スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定するようにしたので、着座者の頭部や耳介に適合した補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込むことができ、前方への音像定位を正しく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の最良の形態を実施例に基づき説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１を参照して本発明の第１実施例を説明する。図１は本発明に係る車室内音響再生方法を具現した車両用オーディオ装置の構成を示す構成図である。
図１において、１は車両の座席に取り付けられたヘッドレスト、２と３はヘッドレストに取り付けられた左スピーカと右スピーカ、４は左スピーカ２を支持するアームであり、ヘッドレスト１に設けられた図示しないアーム用支持機構により、ヘッドレスト１の中に収納された状態から左方へ伸長したあと、前方へ折り曲げ可能になっている。５は右スピーカ３を支持するアームであり、ヘッドレスト１に設けられた図示しないアーム用支持機構により、ヘッドレスト１の中に収納された状態から右方へ伸張したあと、前方へ折り曲げ可能になっている。着座者Ｐが音楽を聴取する通常時は、左右スピーカ２、３はヘッドレスト１の両側に固定し、耳の後方に位置させておく（図１の状態）。左右スピーカ２、３と耳の距離が短いため、車室内の反射の影響が小さく、オーディオ信号に対する意図的な音場制御も正確に実行できる。また、スピーカ出力音量も小さくて済むので、車外への音漏れやアンプの発熱を抑えることもできる。
【００１１】
通常時の左右スピーカ２、３と着座者Ｐの耳の間の第１の頭部音響伝達関数の測定は、図１のようにヘッドレスト１の両側に左右スピーカ２、３を固定した状態で行い、左右スピーカ２、３を前方に配置した時の第２の頭部音響伝達関数の測定は、アーム４、５を左右に伸長し（図２の矢印Ａ、Ｂ参照）、前方へ直角に折り曲げて左右スピーカ２、３を耳の前方に位置させた状態で行う（図２の矢印Ｃ、Ｄ、図１の符号２Ａ、３Ａ参照）。
また、６、７は着座者Ｐが左右の外耳道に挿入、または耳孔近くに設置して収音する左右マイクロホンであり、左右スピーカ２、３と着座者Ｐの耳の間の頭部音響伝達関数の測定時のみ使用する。８、９はマイクロホン入力を増幅するマイクロホンアンプである。
【００１２】
１０はオーディオソース機器であり、ここでは２チャンネルのディジタルオーディオ信号ＳＬ（ｎ）、ＳＲ（ｎ）を出力するものとする。ｎはサンプル周期Ｔの離散数列であることを表す。１１は信号処理部であり、オーディオ信号に音が仮想の前方スピーカから発せられたように補正用伝達関数を畳み込んで２チャンネルのスピーカ出力信号ＳＬOUT （ｎ）、ＳＲOUT （ｎ）を生成する。
【００１３】
ここで、信号処理部１１の動作原理について説明する。
信号と伝達関数を離散時間系からｚ変換したｚ領域で表現するものとして、図３に示す如く、左右スピーカ２、３が後方の通常位置にあるときの左スピーカ２から左耳までの伝達関数をＨＬＬ１（ｚ）、右スピーカ３から右耳までの伝達関数をＨＲＲ１（ｚ）、左スピーカ２から右耳へのクロストーク経路の伝達関数をＨＬＲ１（ｚ）、右スピーカ２から左耳へのクロストーク経路の伝達関数をＨＲＬ１（ｚ）とし、左スピーカ２の入力をＳＬOUT （ｚ）、右スピーカ３の入力をＳＲOUT （ｚ）、左マイクロホン６の出力をＭＬ１（ｚ）、右マイクロホン７の出力をＭＲ１（ｚ）とすると、
ＭＲ１（ｚ）＝ＳＬOUT （ｚ）×ＨＬＲ１（ｚ）＋ＳＲOUT （ｚ）×ＨＲＲ１（ｚ） ・・・（１）
ＭＬ１（ｚ）＝ＳＬOUT （ｚ）×ＨＬＬ１（ｚ）＋ＳＲOUT （ｚ）×ＨＲＬ１（ｚ） ・・・（２）
となる。
また、図４に示す如く、左右スピーカ２、３が前方所定位置に移動したときの左スピーカ２から左耳までの伝達関数をＨＬＬ２（ｚ）、右スピーカ３から右耳までの伝達関数をＨＲＲ２（ｚ）、左スピーカ２から右耳へのクロストーク経路の伝達関数をＨＬＲ２（ｚ）、右スピーカ２から左耳へのクロストーク経路の伝達関数をＨＲＬ２（ｚ）とし、左スピーカ２の入力をＳＬ、右スピーカ３の入力をＳＲ、左マイクロホン６出力をＭＬ２（ｚ）、右マイクロホン７の出力をＭＲ２（ｚ）とすると、
ＭＲ２（ｚ）＝ＳＬ（ｚ）×ＨＬＲ２（ｚ）＋ＳＲ（ｚ）×ＨＲＲ２（ｚ）
・・・（３）
ＭＬ２（ｚ）＝ＳＬ（ｚ）×ＨＬＬ２（ｚ）＋ＳＲ（ｚ）×ＨＲＬ２（ｚ）
・・・（４）
となる。以下では、ｚ領域表現の（ｚ）を省略して記す。
右耳側でＭＲ１＝ＭＲ２となるためには、（１）、（３）から、
ＳＬOUT ×ＨＬＲ１＋ＳＲOUT ×ＨＲＲ１＝ＳＬ×ＨＬＲ２＋ＳＲ×ＨＲＲ２ ・・・（５）
が成立すれば良い。
同様に、左耳側でＭＬ１＝ＭＬ２となるためには、（２）、（４）から、
ＳＬOUT ×ＨＬＬ１＋ＳＲOUT ×ＨＲＬ１＝ＳＬ×ＨＬＬ２＋ＳＲ×ＨＲＬ２ ・・・（６）
が成立すれば良い。
（（５）式×ＨＬＬ１−（６）式×ＨＬＲ１）を計算すると、
ＳＲOUT （ＨＬＬ１×ＨＲＲ１−ＨＬＲ１×ＨＲＬ１）＝ＳＬ（ＨＬＬ１×ＨＬＲ２−ＨＬＲ１×ＨＬＬ２）＋ＳＲ（ＨＬＬ１×ＨＲＲ２−ＨＬＲ１×ＨＲＬ２）
・・・（７）
（（５）式×ＨＲＬ１−（６）式×ＨＲＲ１）を計算すると、
ＳＬOUT （ＨＲＬ１×ＨＬＲ１−ＨＲＲ１×ＨＬＬ１）＝ＳＬ（ＨＲＬ１×ＨＬＲ２−ＨＲＲ１×ＨＬＬ２）＋ＳＲ（ＨＲＬ１×ＨＲＲ２−ＨＲＲ１×ＨＲＬ２）
・・・（８）
ここで、
ＨＬＣ＝（ＨＬＬ１×ＨＬＲ２−ＨＬＲ１×ＨＬＬ２）／（ＨＬＬ１×ＨＲＲ１−ＨＬＲ１×ＨＲＬ１） ・・・（９）
ＨＲＳ＝（ＨＬＬ１×ＨＲＲ２−ＨＬＲ１×ＨＲＬ２）／（ＨＬＬ１×ＨＲＲ１−ＨＬＲ１×ＨＲＬ１） ・・・（１０）
ＨＬＳ＝（ＨＲＬ１×ＨＬＲ２−ＨＲＲ１×ＨＬＬ２）／（ＨＲＬ１×ＨＬＲ１−ＨＲＲ１×ＨＬＬ１） ・・・（１１）
ＨＲＣ＝（ＨＲＬ１×ＨＲＲ２−ＨＲＲ１×ＨＲＬ２）／（ＨＲＬ１×ＨＬＲ１−ＨＲＲ１×ＨＬＬ１） ・・・（１２）
とすると、
（７）、（８）式から、
ＳＲOUT ＝ＳＬ×ＨＬＣ＋ＳＲ×ＨＲＳ ・・・（１３）
ＳＬOUT ＝ＳＬ×ＨＬＳ＋ＳＲ×ＨＲＣ ・・・（１４）
（１３）、（１４）式より、オーディオ信号ＳＬ、ＳＲに各々伝達関数ＨＬＣ、ＨＲＳを畳み込んで加算した信号ＳＲOUT を、後方の通常位置にある右スピーカ３に出力し、オーディオ信号ＳＬ、ＳＲに各々伝達関数ＨＬＳ、ＨＲＣを畳み込んで加算した信号ＳＬOUT を、後方の通常位置にある左スピーカ２に出力すれば、恰も、オーディオ信号ＳＬ、ＳＲを各々前方所定位置に移動した左スピーカ２、右スピーカ３に出力した時と等価な音となる。つまり、後方の通常位置の左右スピーカ２、３から（１４）、（１３）式に基づくＳＬOUT 、ＳＲOUT を出力すれば、恰も左右スピーカ２、３が前方に配置されている時と同じ音像が得られることが判る。
【００１４】
信号処理部１１は具体的には図５に示す如く、係数を可変設定できる多段のＦＩＲフィルタ１２、１３、１４、１５を有し、各ＦＩＲフィルタ１２、１３、１４、１５に補正用伝達関数ＨＬＳ、ＨＲＣ、ＨＬＣ、ＨＲＳを模擬したタップ係数がセットされる。オーディオ信号ＳＬ（ｎ）がＦＩＲフィルタ１２と１４に入力されてＦＩＲフィルタ１２と１４に設定された補正用伝達関数ＨＬＳ、ＨＬＣが畳み込まれ、オーディオ信号ＳＲ（ｎ）がＦＩＲフィルタ１３と１５に入力されてＦＩＲフィルタ１３と１５に設定された補正用伝達関数ＨＲＣ、ＨＲＳが畳み込まれる。ＦＩＲフィルタ１２、１３の出力が加算器１６で加算されて左スピーカ用のオーディオ出力信号ＳＬOUT （ｎ）が生成され、ＦＩＲフィルタ１４、１５の出力が加算器１７で加算されて右スピーカ用のオーディオ出力信号ＳＲOUT （ｎ）が生成される。出力信号ＳＬOUT （ｎ）は後述するスイッチＳＷ１のａ側に入力され、出力信号ＳＲOUT （ｎ）は後述するスイッチＳＷ２のａ側に入力される。
【００１５】
２０はスピーカ駆動部であり、ＳＷ１は左スピーカ用のオーディオ出力信号ＳＬOUT と後述する同定部３０から入力したホワイトノイズＷＮを選択して出力するスイッチ、ＳＷ２は右スピーカ用のオーディオ出力信号ＳＲOUT とホワイトノイズ信号ＷＮを選択して出力するスイッチ、２１と２２はスイッチＳＷ１、ＳＷ２の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器、２３と２４はアナログ信号を電力増幅するアンプであり、各々左スピーカ２と右スピーカ３を駆動する。
【００１６】
３０は左右スピーカ２、３と着座者Ｐの耳の間の頭部音響伝達関数を適応フィルタを用いた学習により同定する同定部であり、この内、３１は測定音響信号としてのディジタルホワイトノイズＷＮを発生するホワイトノイズ発生器、３２は一定時間遅延する遅延器、３３は適応フィルタであり、多段の係数可変なＦＩＲフィルタからなり、遅延器３２の出力ｘ（ｎ）を入力する係数可変フィルタ３４と、遅延器３２の出力ｘ（ｎ）を入力し、たとえばＬＭＳ適応アルゴリズムにより係数可変フィルタ３４の出力ｙ（ｎ）とマイクロホン入力と誤差ｅ（ｎ）のパワー（２乗時間平均）が最小となるように係数を更新する係数更新部３５からなる。ＳＷ３はマイクロホンアンプ８と９の出力を選択するスイッチ、３６はＳＷ３の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、３７は減算器であり、Ａ／Ｄ変換器３６から入力したマイクロホン入力と係数可変フィルタ３４の出力の差を計算し、誤差ｅ（ｎ）を出力する。遅延器３２は、Ｄ／Ａ変換器２１、２２による時間遅延τ１、Ａ／Ｄ変換器３６による時間遅延τ２、左右スピーカ２、３から左右マイクロホン６、７までの伝播時間τ３に対する時間調整用であり、τ１＋τ２＋τ３−αに設定されている（なお、τ３は、スピーカ位置とマイクロホン位置の組合せの内、一番離れた組合せの間の時間とする。また、αは実験的に最適値が求められる）。適応フィルタ３３により、左右スピーカ−左右マイクロホン間の頭部音響伝達関数を模擬したフィルタ係数が得られる。
【００１７】
４０は補正用伝達関数決定部であり、同定部３０で同定された頭部音響伝達関数を用いて（９）〜（１２）式により、ＨＬＣ、ＨＲＳ、ＨＬＳ、ＨＲＣを決定する。補正用伝達関数決定部４０は具体的には、図６の如く構成されており、４１〜４８は２つづつ縦続接続された８つの多段のＦＩＲフィルタ、４９はＦＩＲフィルタ４２の出力から４４の出力を減算する減算器、５０はＦＩＲフィルタ４６の出力から４８の出力を減算する減算器、５１は減算器４９の出力を数サンプル周期程度遅延する遅延器である。５２は適応フィルタであり、減算器５０の出力ｘ（ｎ）を入力する多段の係数可変フィルタ５３と、減算器５０の出力ｘ（ｎ）を入力し、たとえばＬＭＳ適応アルゴリズムにより係数可変フィルタ５３の出力ｙ（ｎ）と遅延器５１の出力ｄ（ｎ）との誤差ｅ（ｎ）のパワー（２乗時間平均）が最小となるように係数を更新する係数更新部５４からなる。５５は減算器であり、遅延器５１の出力と係数可変フィルタ５３の出力の差を計算し、誤差ｅ（ｎ）を出力する。５６はディジタルホワイトノイズを発生するホワイトノイズ発生器であり、ホワイトノイズがＦＩＲフィルタ４１、４３、４５、４７に入力される。
例えば、（９）式のＨＬＣを決定したい場合、ＦＩＲフィルタ４１〜４８に、各々ＨＬＬ１、ＨＬＲ２、ＨＬＲ１、ＨＬＬ２、ＨＬＬ１、ＨＲＲ１、ＨＬＲ１、ＨＲＬ１を模擬した係数をセットし、ホワイトノイズをＦＩＲフィルタ４１、４３、４５、４７に入力した状態で適応処理を行い、誤差ｅのパワーが最小となるように係数更新部５４で係数更新を行なう。収束後に係数可変フィルタ５３のタップ係数としてＨＬＣが得られる。このＨＬＣを模擬した係数は図５の信号処理部１１のＦＩＲフィルタ１４にセットされる。他のＨＲＳ、ＨＬＳ、ＨＲＣについても同様にして、（１０）〜（１２）式に従い、ＦＩＲフィルタ４１〜４８に頭部音響伝達関数を模擬した係数をセットし、適応処理を行なうことで、ＨＲＳ、ＨＬＳ、ＨＲＣを決定できる。
【００１８】
５０は記憶部であり、例えば４人分の着座者Ｐ１乃至Ｐ４の別に、着座者識別情報（ここではＡ乃至Ｄから選択された１つ）と補正用伝達関数ＨＬＣ、ＨＲＳ、ＨＬＳ、ＨＲＣの組を記憶する。５１は操作部であり、各着座者が自身に合った補正用伝達関数を学習させるための登録操作をしたり、学習済みの補正用伝達関数の呼び出し操作をしたりする。５２は制御部であり、操作部５１で登録操作に従い補正用伝達関数の学習制御をしたり、呼び出し操作に従い、補正用伝達関数の設定制御をしたりする。
【００１９】
図７は制御部５２の制御処理を示すフローチャートであり、以下、図７を参照して上記した実施例の動作を説明する。
（１）着座者Ｐ１の補正用伝達関数の学習
着座者Ｐ１が自身の頭部や耳介の形に合った補正用伝達関数を学習させたい場合、操作部５１で登録ボタンを押すと、制御部５２は登録処理を開始し、続いて、着座者識別情報を入力するため例えばＡボタン乃至Ｄボタンの内のＡボタンを押すと、ＩＤ＝Ａを登録する（図７のステップＳ１０〜Ｓ１２）。ヘッドレスト１の前の通常の姿勢での頭の位置で、左右スピーカ２、３が図１の如くヘッドレスト１の両側の通常位置にある状態で（図３参照）、左右の外耳道に左右マイクロホン６、７を挿入し、第１ボタンを押すと、制御部５２は第１の頭部音響伝達関数の内のまずＨＬＬ１を同定するため、ＳＷ１をｂ側、ＳＷ２をａ側、ＳＷ３をａ側に切り換え、同定部３０を制御してホワイトノイズ発生器３１にホワイトノイズを発生させ、適応フィルタ３３に適応処理を実行させる。なお、補正用伝達関数の学習中はオーディオソース機器１０は停止させておく。ホワイトノイズはＳＷ１を介してＤ／Ａ変換器２１でアナログ信号に変換され、アンプ２３で増幅後、着座者Ｐ１の左後方に位置している左スピーカ２に入力される。そして、左スピーカ２から音響放射されたホワイトノイズは着座者Ｐ１の左耳の位置で左マイクロホン６で収音され、マイクロホンアンプ８で増幅後、ＳＷ３を介してＡ／Ｄ変換器３６でディジタル信号ｄ（ｎ）に変換される。一方、ホワイトノイズは遅延器３２で一定時間遅延されたあと、ｘ（ｎ）として適応フィルタ３３に入力され、適応フィルタ３３の係数可変フィルタ３４で伝達関数が畳み込まれたあとｙ（ｎ）として出力される。適応フィルタ３３はＡ／Ｄ変換器３６からのマイクロホン入力と適応フィルタ３３の出力との誤差ｅ（ｎ）＝ｄ（ｎ）−ｙ（ｎ）のパワーが最小となるように係数可変フィルタ３４の係数を更新する。収束後、制御部５２は係数可変フィルタ３４の現在の係数をＨＬＬ１の同定値として入力し、記憶部５０に一時記憶する。次に、制御部５２はＨＬＲ１を同定するため、ＳＷ３をｂ側に切り換え、右耳の位置で右マイクロホン７により収音したマイクロホン入力に基づき、適応処理を行なわせ、収束後、係数可変フィルタ３４の係数をＨＬＲ１の同定値として入力し、一時記憶する。
【００２０】
次に、ＨＲＬ１を同定するため、ＳＷ１をａ側、ＳＷ２をｂ側、ＳＷ３をａ側に切り換え、適応フィルタ３３に適応処理を実行させる。ホワイトノイズはＳＷ２を介してＤ／Ａ変換器２２でアナログ信号に変換され、アンプ２４で増幅後、着座者Ｐ１の右後方に位置している右スピーカ３に入力される。そして、右スピーカ３から音響放射されたホワイトノイズは着座者Ｐ１の左耳の位置で左マイクロホン６で収音され、マイクロホンアンプ８で増幅後、ＳＷ３を介してＡ／Ｄ変換器３６でディジタル信号ｄ（ｎ）に変換される。適応フィルタ３３はＡ／Ｄ変換器３６からのマイクロホン入力と適応フィルタ３３の出力との誤差ｅ（ｎ）＝ｄ（ｎ）−ｙ（ｎ）のパワーが最小となるように係数可変フィルタ３４の係数を更新する。収束後、制御部５２は係数可変フィルタ３４の係数をＨＲＬ１の同定値として入力し、一時記憶する。次に、制御部５２はＳＷ３をｂ側に切り換え、右耳の位置で右マイクロホン７により収音したマイクロホン入力に基づき、適応処理を行なわせ、収束後、係数可変フィルタ３４の係数をＨＲＲ１の同定値として入力し、一時記憶する。そして、制御部５２は一旦ホワイトノイズの発生を停止させる。左右スピーカ２、３が後方にある状態で同定されたＨＬＬ１、ＨＬＲ１、ＨＲＬ１、ＨＲＲ１は第１の頭部音響伝達関数である（ステップＳ１３、Ｓ１４）。
【００２１】
次に、着座者Ｐ１が左右スピーカ２、３を図２の実線で示す如く前方に移動させ（図１の符号２Ａ、３Ａ、図４参照）、通常の姿勢で頭をヘッドレスト１の前に位置させるとともに左右の外耳道に左右マイクロホン６、７を挿入したまま、第２ボタンを押すと、制御部５２はＨＬＬ２を同定するため、ＳＷ１をｂ側、ＳＷ２をａ側、ＳＷ３をａ側に切り換え、同定部３０を制御してホワイトノイズ発生器３１にホワイトノイズを発生させ、適応フィルタ３３に適応処理を実行させる。左スピーカ２から音響放射されたホワイトノイズは着座者Ｐ１の左耳の位置で左マイクロホン６で収音される。適応フィルタ３３はｅ（ｎ）のパワーが最小となるように係数可変フィルタ３４の係数を更新する。収束後、制御部５２は係数可変フィルタ３４の係数をＨＬＬ２の同定値として入力し、一時記憶する。次に、制御部５２はＳＷ３をｂ側に切り換え、右耳の位置で右マイクロホン７により収音したマイクロホン入力に基づき、適応処理を行なわせ、収束後、係数可変フィルタの係数をＨＬＲ２の同定値として入力し、一時記憶する。
次に、ＨＲＬ２を同定するため、ＳＷ１をａ側、ＳＷ２をｂ側、ＳＷ３をａ側に切り換え、適応フィルタ３３に適応処理を実行させる。ホワイトノイズはＳＷ２を介してＤ／Ａ変換器２２でアナログ信号に変換され、アンプ２４で増幅後、着座者Ｐ１の右前方に位置している右スピーカ３に入力される。そして、右スピーカ３から音響放射されたホワイトノイズは着座者Ｐ１の左耳の位置で左マイクロホン６で収音される。適応フィルタはｅ（ｎ）のパワーが最小となるように係数可変フィルタ３４の係数を更新する。収束後、制御部５２は係数可変フィルタ３４の係数をＨＲＬ２の同定値として入力し、一時記憶する。次に、制御部５２はＳＷ３をｂ側に切り換え、右耳の位置で右マイクロホン７により収音したマイクロホン入力に基づき、適応処理を行なわせ、収束後、係数可変フィルタ３４の係数をＨＲＲ２の同定値として入力し、一時記憶する。そして、制御部５２はホワイトノイズの発生を停止させる。左右スピーカ２、３が前方にある状態で同定されたＨＬＬ２、ＨＬＲ２、ＨＲＬ２、ＨＲＲ２は第２の頭部音響伝達関数である（ステップＳ１５、Ｓ１６）。
【００２２】
制御部５２は第１、第２の頭部音響伝達関数の同定が終ると、ＳＷ１、ＳＷ２をａ側に切り換え、同定部３０の動作を停止する。そして、補正用伝達関数決定部４０により、補正用伝達関数ＨＬＣ、ＨＲＳ、ＨＬＳ、ＨＲＣを決定させ、記憶部５１にＩＤ＝Ａに対応付けて記憶させておく（ステップＳ１７、Ｓ１８）。他の着座者Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が自身の頭部や耳介の形状に合った補正用伝達関数を学習させたい場合も同様に操作すればよい（但し、着座者識別情報の入力はＡボタン乃至Ｄボタンの内、未使用のボタンを押して行なう）。
【００２３】
その後、左右スピーカ２、３を後方の通常位置に戻した状態で（図１の状態）、着座者Ｐ１が前方の仮想スピーカにより前方に音像定位させた音楽を聴取したい場合、操作部５１で呼び出しボタンを押し、続けて着座者識別ボタンＡを押して着座者識別情報Ａに対応付けられた補正用伝達関数の呼び出し操作を行なう。すると、制御部５２は記憶部５０からＩＤ＝Ａに対応付けて記憶されたＨＬＳ、ＨＲＣ、ＨＬＣ、ＨＲＳを読み出し、信号処理部１１のＦＩＲフィルタ１２〜１５にセットする（ステップＳ１９〜Ｓ２１）。着座者Ｐ１がオーディオソース機器１０を稼働すると、２チャンネルのディジタルオーディオ信号ＳＬ、ＳＲが信号処理部１１に入力され、式（１４）、（１３）に従って補正用伝達関数の畳み込みが行なわれてスピーカ用出力信号ＳＬOUT 、ＳＲOUT が生成される。そして、ＳＷ１、ＳＷ２を介してＤ／Ａ変換器２１、２２でアナログ信号に変換され、アンプ２３、２４で電力増幅後、左右スピーカ２、３に出力される。これにより、着座者Ｐ１は前方の仮想スピーカからＳＬ、ＳＲに基づく音響を放射した如く前方に正しく音像が定位された音楽を聴取できる。
他の着座者Ｐ２〜Ｐ４が音楽を聴取したい場合、操作部５１で着座者識別情報Ｂ〜Ｄに対応付けられた補正用伝達関数の呼び出し操作を行なえば、各着座者Ｐ２〜Ｐ４に合った補正用伝達関数が信号処理部１１にセットされるので、前方に正しく音像が定位された音楽を聴取できる。
【００２４】
この実施例によれば、左右スピーカ２、３が着座者Ｐの後方のヘッドレスト１の両側の通常位置に有る状態で測定用音響（ここではホワイトノイズ）を発生させ、着座者Ｐの耳の位置で左右マイクロホン６、７により拾った音から左右スピーカ２、３と着座者Ｐの耳の間の第１の頭部音響伝達関数を同定し、左右スピーカ２、３を着座者Ｐの前方に移動した状態で再度測定用音響を発生させ、着座者Ｐの耳の位置で左右マイクロホン６、７により拾った音から左右スピーカ２、３と着座者Ｐの耳の間の第２の頭部音響伝達関数を同定し、これら第１、第２の頭部音響伝達関数を用いて、左右スピーカ２、３がヘッドレスト１の両側の通常位置に有る状態で音を発したときに着座者Ｐに対し前方の仮想スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定するようにしたので、着座者Ｐの頭部や耳介の形状に適合した補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込むことができ、着座者Ｐが標準から外れた頭部や耳介の形状をしていても前方への音像定位を正しく行うことができる。
また、第１、第２の伝達関数の同定を適応フィルタ３３を用いた学習により行うようにしたことにより、簡便に第１、第２の頭部音響伝達関数を測定することができる。
また、第１、第２の頭部音響伝達関数の同定と補正用伝達関数の決定は、着座者Ｐ毎に行なうようにしたことにより、着座者Ｐが変わった場合でも、新たな着座者Ｐの頭部や耳介の形状に適合した補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込むことができるので、前方への音像定位を正しく行うことができる。
また、左右スピーカ２、３を、ヘッドレスト１の両側と着座者Ｐの前方との間で移動自在とするアーム４、５を設けたことにより、補正用伝達関数の学習時の左右スピーカ２、３の移動を簡単に行うことができる。
【００２５】
なお、左右スピーカ２、３が後方の通常位置に有るとき、着座者Ｐの頭部がクロストーク経路を遮り、影響が小さいので、図３のＨＬＲ１、ＨＲＬ１を省略することも考えられる。
この場合、（１）、（２）式は、各々
ＭＲ１＝ＳＲOUT ×ＨＲＲ１ ・・・（１５）
ＭＬ１＝ＳＬOUT ×ＨＬＬ１ ・・・（１６）
となる。（１５）式と（３）式が等しいとおき整理すると、
ＳＲOUT ＝ＳＬ×ＨＬＣ´＋ＳＲ×ＨＲＳ´
但し、
ＨＬＣ´＝ＨＬＲ２／ＨＲＲ１ ・・・（１７）
ＨＲＳ´＝ＨＲＲ２／ＨＲＲ１ ・・・（１８）
また、（１６）式と（４）式が等しいとおき整理すると、
ＳＬOUT ＝ＳＬ×ＨＬＳ´＋ＳＲ×ＨＲＣ´
但し、
ＨＬＳ´＝ＨＬＬ２／ＨＬＬ１ ・・・（１９）
ＨＲＣ´＝ＨＲＬ２／ＨＬＬ１ ・・・（２０）
信号処理部１１のＦＩＲフィルタ１２〜１５には、各々補正用伝達関数ＨＬＳ´、ＨＲＣ´、ＨＬＣ´、ＨＲＳ´を模擬したタップ係数をセットすればよい。
補正用伝達関数決定部の構成は図８の４０Ａの如く変更する。ホワイトノイズ発生器５６の出力を多段のＦＩＲフィルタ５７と５８に入力し、ＦＩＲフィルタ５７の出力を遅延器５１に入力し、ＦＩＲフィルタ５８の出力ｘ（ｎ）を適応フィルタ５２の多段の係数可変フィルタ５３に入力し、遅延器５１の出力ｄ（ｎ）から適応フィルタ５２の係数可変フィルタ５３の出力ｙ（ｎ）を減算器５５で減算した誤差ｅ（ｎ）を適応フィルタ５２の係数更新部５４に入力するようにしておく。例えば、ＨＬＣ´を決定する場合、ＦＩＲフィルタ５７にＨＬＲ２、ＦＩＲフィルタ５８にＨＲＲ１をセットし、適応フィルタ５２で適応動作をさせ、収束後の係数可変フィルタ５３の係数がＨＬＣ´を模擬した係数となる。他のＨＲＳ´、ＨＬＳ´、ＨＲＣ´も同様にして決定できる。
【００２６】
また、図９の如く、オーディオソース機器１０Ａはモノラルのディジタルオーディオ信号Ｓを出力し、左スピーカと左マイクロホンの系統は省略し、一方の右スピーカ３と右マイクロホン７の系統だけ設ける構成とする場合、右スピーカ３から左耳に至るクロストーク経路を全て無視するものとして、前述した（１）、（３）式は、
ＭＲ１＝ＳOUT ×ＨＲＲ１ ・・・（２１）
ＭＲ２＝Ｓ×ＨＲＲ２ ・・・（２２）
となる。
（２１）と（２２）式が等しいとおき、整理すると、
ＳOUT ＝Ｓ×ＨＲ
但し、ＨＲ＝ＨＲＲ２／ＨＲＲ１
となる。
この場合、信号処理部の構成は図１０の１１Ａの如く変更し、１つのＦＩＲフィルタ１８だけとし、補正用伝達関数ＨＲを模擬したタップ係数をセットすればよい。モノラルオーディオ信号ＳをＦＩＲフィルタ１８に入力して伝達関数ＨＲを畳み込み、スピーカ出力信号ＳOUT を生成させる。補正用伝達関数決定部の構成は図８と同じ構成とすればよく、ＦＩＲフィルタ５７に第２の頭部音響伝達関数であるＨＲＲ２、ＦＩＲフィルタ５８に第１の頭部音響伝達関数であるＨＲＲ１をセットし、適応フィルタ５２で適応動作をさせれば良い。収束後の係数可変フィルタ５３の係数がＨＲを模擬した係数となる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、車両の運転席、助手席、後部座席等に１または複数のスピーカを設置する場合に適用できる他、車両以外でも座席でオーディオを聴く場合に有効である。車両以外の場合であっても、耳の近くにスピーカを配置することは、小さなパワーで必要な音量が得られるので有利であるが、やはり耳の近くの前方は使用上邪魔であり、同じ状況となる。従って、車両以外の場合（例えばホームシアターの各座席）でも、座席にスピーカを取り付けて同様の処理を行なうことで、有用な音響再生装置を構築できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る車室内音響再生方法を具現した車両用オーディオ装置の構成図である（実施例１）。
【図２】左右スピーカを支持するアームの動作説明図である。
【図３】頭部音響伝達関数の測定原理を示す説明図である。
【図４】頭部音響伝達関数の測定原理を示す説明図である。
【図５】信号処理部の構成図である。
【図６】補正用伝達関数決定部の構成図である。
【図７】制御部の制御処理を示すフローチャートである。
【図８】補正用伝達関数決定部の変形例の構成図である。
【図９】スピーカを１つとする場合の車両用オーディオ装置の構成図である。
【図１０】図９の信号処理部の構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ ヘッドレスト
２ 左スピーカ
３ 右スピーカ
４、５ アーム
６ 左マイクロホン
７ 右マイクロホン
１０、１０Ａ オーディオソース機器
１１、１１Ａ 信号処理部
２０ スピーカ駆動部
３０ 同定部
４０、４０Ａ 補正用伝達関数決定部
５０ 記憶部
５１ 操作部
５２ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明はオーディオ装置、音響再生方法に係り、とくに車両やホームシアターなどの座席に取り付けたスピーカにより音響再生するオーディオ装置、音響再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーディオ装置では、スピーカで再現された音像がユーザの前方に定位したときに生演奏を聴取している如く自然に感じる。ところが、たとえば車両の車室内は狭く特に運転席や助手席の前方にはハンドル、計器類、エアコン用吐出口、ヘッドユニット、ナビゲーション装置などが配置されるためスピーカを配置するための適当なスペースがない。このため、従来は、フロントスピーカを車両の左右のドアに組み込んでいる。この場合、搭乗者の耳とは全く違う方向に向けてスピーカを設置することになる。さらに、左右のスピーカから搭乗者の耳までの距離も大きく異なる上、車室内で音響が複雑に反射して、音像を正しく定位させることは非常に困難であった。左右のスピーカを個々の搭乗者の耳の近くの前方に配置できれば上述の問題は回避できるが、非常に邪魔であり現実的でない。また、左右のスピーカをヘッドレストの両側に設置した場合は、搭乗者の耳までの距離や左右のバランスは問題ないが、音像は後方に定位してしまう。
【０００３】
これらの問題を解決するために、左右のスピーカを搭乗者の後方に設置した上で、音像は前方に定位させるという方法が考えられてきた。座席のヘッドレストの両側に左右のスピーカを設置して、信号処理により、恰も前方に仮想スピーカが配置された如く音像を前方に定位させる方法である。人の聴覚では音の左右方向の到来は音源から左右の耳への到達時間差で識別する。また、前後方向の到来は、到来方向の相違により耳周辺での反射状況が変わり、音源が前方に有る場合と後方に有る場合とで周波数特性の差が生じ、この差で識別している。この音源から出た音と人の耳に入る音との相関を、頭部音響伝達関数と呼んでいて、音源が前方にある場合と後方にある場合とで頭部音響伝達関数は異なる。音源が後方でも、前方の音源から出た音に頭部音響伝達関数を畳み込んだのと同じになるように耳に入る音を制御できれば、前方から音が来ているかのように人は知覚する。例えば、特開２００４−１３５０２３の発明では、搭乗者の後方空間に設置されたスピーカから出力する音響信号を、頭部音響伝達関数に基づいた補正処理を行った信号とすることで、聴取位置の前方空間に音像定位させるようにしている（特許文献１）。
【０００４】
ところで、頭部や耳介の形状には個人差があり、耳周辺での音の反射状況は人によって大きく異なり、頭部音響伝達関数も非常に個人差が大きい。特許文献１の発明では、ダミーヘッドの人口耳に埋め込んだマイクロホンによりインパルス応答を測定し、標準的な人の頭部音響伝達関数を決定しているだけなので、実際のユーザの頭部音響伝達関数との間に大きなずれが生じてしまう。このため、標準から頭部や耳介の形状がずれた多くのユーザでは、正しく前方に音像定位しない欠点があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３５０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記した従来技術の問題に鑑み、ユーザの頭部や耳介の形状の個人差にかかわらず、前方の仮想スピーカから音が到来するようにできるオーディオ装置、音響再生方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のオーディオ装置では、座席に取り付けられた１または複数のスピーカと、音が仮想の前方スピーカから発せられたようにする補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込んでスピーカ出力用の信号を生成する信号処理手段と、を備えたオーディオ装置において、着座者の耳の位置の音を拾うマイクロホンと、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第１の伝達関数を同定し、前記１または複数のスピーカを着座者の前方に移動した状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第２の伝達関数を同定する同定手段と、同定された第１、第２の伝達関数を用いて、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で音を発したときに着座者に対し前方の仮想スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定する補正用伝達関数決定手段と、を備えたことを特徴としている。
本発明に係るオーディオ装置の１つの実施の態様では、第１、第２の伝達関数の同定は適応フィルタを用いた学習で行なうようにしたこと、を特徴としている。
本発明に係るオーディオ装置の他の１つの実施の態様では、前記第１、第２の伝達関数の同定と補正用伝達関数の決定は、着座者毎に行なうようにしたこと、を特徴としている。
本発明に係るオーディオ装置の他の１つの実施の態様では、前記マイクロホンは外耳道に挿入するか、または、耳孔近くに設置するようにしたこと、を特徴としている。
本発明に係るオーディオ装置の他の１つの実施の態様では、前記１または複数のスピーカを、座席と着座者の前方との間で移動自在とするスピーカ支持手段を設けたこと、を特徴としている。
本発明の音響再生方法では、座席に取り付けられた１または複数のスピーカを座席と着座者の前方との間で移動可能としておき、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第１の伝達関数を同定するとともに、前記１または複数のスピーカを着座者の前方に移動した状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第２の伝達関数を同定し、同定された第１、第２の伝達関数を用いて、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で音を発したときに着座者に対し仮想の前方スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定し、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で、前記補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込みスピーカに出力するようにしたこと、を特徴としている。
本発明に係る音響再生方法の１つの実施の態様では、前記第１、第２の伝達関数の同定と補正用伝達関数の決定は、着座者毎に行なうようにしたこと、を特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、１または複数のスピーカが座席に有る状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第１の伝達関数を同定し、前記１または複数のスピーカを着座者の前方に移動した状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第２の伝達関数を同定し、これら同定した第１、第２の伝達関数を用いて、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で音を発したときに着座者に対し前方の仮想スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定するようにしたので、着座者の頭部や耳介に適合した補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込むことができ、前方への音像定位を正しく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の最良の形態を実施例に基づき説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１を参照して本発明の第１実施例を説明する。図１は本発明に係る車室内音響再生方法を具現した車両用オーディオ装置の構成を示す構成図である。
図１において、１は車両の座席に取り付けられたヘッドレスト、２と３はヘッドレストに取り付けられた左スピーカと右スピーカ、４は左スピーカ２を支持するアームであり、ヘッドレスト１に設けられた図示しないアーム用支持機構により、ヘッドレスト１の中に収納された状態から左方へ伸長したあと、前方へ折り曲げ可能になっている。５は右スピーカ３を支持するアームであり、ヘッドレスト１に設けられた図示しないアーム用支持機構により、ヘッドレスト１の中に収納された状態から右方へ伸張したあと、前方へ折り曲げ可能になっている。着座者Ｐが音楽を聴取する通常時は、左右スピーカ２、３はヘッドレスト１の両側に固定し、耳の後方に位置させておく（図１の状態）。左右スピーカ２、３と耳の距離が短いため、車室内の反射の影響が小さく、オーディオ信号に対する意図的な音場制御も正確に実行できる。また、スピーカ出力音量も小さくて済むので、車外への音漏れやアンプの発熱を抑えることもできる。
【００１１】
通常時の左右スピーカ２、３と着座者Ｐの耳の間の第１の頭部音響伝達関数の測定は、図１のようにヘッドレスト１の両側に左右スピーカ２、３を固定した状態で行い、左右スピーカ２、３を前方に配置した時の第２の頭部音響伝達関数の測定は、アーム４、５を左右に伸長し（図２の矢印Ａ、Ｂ参照）、前方へ直角に折り曲げて左右スピーカ２、３を耳の前方に位置させた状態で行う（図２の矢印Ｃ、Ｄ、図１の符号２Ａ、３Ａ参照）。
また、６、７は着座者Ｐが左右の外耳道に挿入、または耳孔近くに設置して収音する左右マイクロホンであり、左右スピーカ２、３と着座者Ｐの耳の間の頭部音響伝達関数の測定時のみ使用する。８、９はマイクロホン入力を増幅するマイクロホンアンプである。
【００１２】
１０はオーディオソース機器であり、ここでは２チャンネルのディジタルオーディオ信号ＳＬ（ｎ）、ＳＲ（ｎ）を出力するものとする。ｎはサンプル周期Ｔの離散数列であることを表す。１１は信号処理部であり、オーディオ信号に音が仮想の前方スピーカから発せられたように補正用伝達関数を畳み込んで２チャンネルのスピーカ出力信号ＳＬOUT （ｎ）、ＳＲOUT （ｎ）を生成する。
【００１３】
ここで、信号処理部１１の動作原理について説明する。
信号と伝達関数を離散時間系からｚ変換したｚ領域で表現するものとして、図３に示す如く、左右スピーカ２、３が後方の通常位置にあるときの左スピーカ２から左耳までの伝達関数をＨＬＬ１（ｚ）、右スピーカ３から右耳までの伝達関数をＨＲＲ１（ｚ）、左スピーカ２から右耳へのクロストーク経路の伝達関数をＨＬＲ１（ｚ）、右スピーカ２から左耳へのクロストーク経路の伝達関数をＨＲＬ１（ｚ）とし、左スピーカ２の入力をＳＬOUT （ｚ）、右スピーカ３の入力をＳＲOUT （ｚ）、左マイクロホン６の出力をＭＬ１（ｚ）、右マイクロホン７の出力をＭＲ１（ｚ）とすると、
ＭＲ１（ｚ）＝ＳＬOUT （ｚ）×ＨＬＲ１（ｚ）＋ＳＲOUT （ｚ）×ＨＲＲ１（ｚ） ・・・（１）
ＭＬ１（ｚ）＝ＳＬOUT （ｚ）×ＨＬＬ１（ｚ）＋ＳＲOUT （ｚ）×ＨＲＬ１（ｚ） ・・・（２）
となる。
また、図４に示す如く、左右スピーカ２、３が前方所定位置に移動したときの左スピーカ２から左耳までの伝達関数をＨＬＬ２（ｚ）、右スピーカ３から右耳までの伝達関数をＨＲＲ２（ｚ）、左スピーカ２から右耳へのクロストーク経路の伝達関数をＨＬＲ２（ｚ）、右スピーカ２から左耳へのクロストーク経路の伝達関数をＨＲＬ２（ｚ）とし、左スピーカ２の入力をＳＬ、右スピーカ３の入力をＳＲ、左マイクロホン６出力をＭＬ２（ｚ）、右マイクロホン７の出力をＭＲ２（ｚ）とすると、
ＭＲ２（ｚ）＝ＳＬ（ｚ）×ＨＬＲ２（ｚ）＋ＳＲ（ｚ）×ＨＲＲ２（ｚ）
・・・（３）
ＭＬ２（ｚ）＝ＳＬ（ｚ）×ＨＬＬ２（ｚ）＋ＳＲ（ｚ）×ＨＲＬ２（ｚ）
・・・（４）
となる。以下では、ｚ領域表現の（ｚ）を省略して記す。
右耳側でＭＲ１＝ＭＲ２となるためには、（１）、（３）から、
ＳＬOUT ×ＨＬＲ１＋ＳＲOUT ×ＨＲＲ１＝ＳＬ×ＨＬＲ２＋ＳＲ×ＨＲＲ２ ・・・（５）
が成立すれば良い。
同様に、左耳側でＭＬ１＝ＭＬ２となるためには、（２）、（４）から、
ＳＬOUT ×ＨＬＬ１＋ＳＲOUT ×ＨＲＬ１＝ＳＬ×ＨＬＬ２＋ＳＲ×ＨＲＬ２ ・・・（６）
が成立すれば良い。
（（５）式×ＨＬＬ１−（６）式×ＨＬＲ１）を計算すると、
ＳＲOUT （ＨＬＬ１×ＨＲＲ１−ＨＬＲ１×ＨＲＬ１）＝ＳＬ（ＨＬＬ１×ＨＬＲ２−ＨＬＲ１×ＨＬＬ２）＋ＳＲ（ＨＬＬ１×ＨＲＲ２−ＨＬＲ１×ＨＲＬ２）
・・・（７）
（（５）式×ＨＲＬ１−（６）式×ＨＲＲ１）を計算すると、
ＳＬOUT （ＨＲＬ１×ＨＬＲ１−ＨＲＲ１×ＨＬＬ１）＝ＳＬ（ＨＲＬ１×ＨＬＲ２−ＨＲＲ１×ＨＬＬ２）＋ＳＲ（ＨＲＬ１×ＨＲＲ２−ＨＲＲ１×ＨＲＬ２）
・・・（８）
ここで、
ＨＬＣ＝（ＨＬＬ１×ＨＬＲ２−ＨＬＲ１×ＨＬＬ２）／（ＨＬＬ１×ＨＲＲ１−ＨＬＲ１×ＨＲＬ１） ・・・（９）
ＨＲＳ＝（ＨＬＬ１×ＨＲＲ２−ＨＬＲ１×ＨＲＬ２）／（ＨＬＬ１×ＨＲＲ１−ＨＬＲ１×ＨＲＬ１） ・・・（１０）
ＨＬＳ＝（ＨＲＬ１×ＨＬＲ２−ＨＲＲ１×ＨＬＬ２）／（ＨＲＬ１×ＨＬＲ１−ＨＲＲ１×ＨＬＬ１） ・・・（１１）
ＨＲＣ＝（ＨＲＬ１×ＨＲＲ２−ＨＲＲ１×ＨＲＬ２）／（ＨＲＬ１×ＨＬＲ１−ＨＲＲ１×ＨＬＬ１） ・・・（１２）
とすると、
（７）、（８）式から、
ＳＲOUT ＝ＳＬ×ＨＬＣ＋ＳＲ×ＨＲＳ ・・・（１３）
ＳＬOUT ＝ＳＬ×ＨＬＳ＋ＳＲ×ＨＲＣ ・・・（１４）
（１３）、（１４）式より、オーディオ信号ＳＬ、ＳＲに各々伝達関数ＨＬＣ、ＨＲＳを畳み込んで加算した信号ＳＲOUT を、後方の通常位置にある右スピーカ３に出力し、オーディオ信号ＳＬ、ＳＲに各々伝達関数ＨＬＳ、ＨＲＣを畳み込んで加算した信号ＳＬOUT を、後方の通常位置にある左スピーカ２に出力すれば、恰も、オーディオ信号ＳＬ、ＳＲを各々前方所定位置に移動した左スピーカ２、右スピーカ３に出力した時と等価な音となる。つまり、後方の通常位置の左右スピーカ２、３から（１４）、（１３）式に基づくＳＬOUT 、ＳＲOUT を出力すれば、恰も左右スピーカ２、３が前方に配置されている時と同じ音像が得られることが判る。
【００１４】
信号処理部１１は具体的には図５に示す如く、係数を可変設定できる多段のＦＩＲフィルタ１２、１３、１４、１５を有し、各ＦＩＲフィルタ１２、１３、１４、１５に補正用伝達関数ＨＬＳ、ＨＲＣ、ＨＬＣ、ＨＲＳを模擬したタップ係数がセットされる。オーディオ信号ＳＬ（ｎ）がＦＩＲフィルタ１２と１４に入力されてＦＩＲフィルタ１２と１４に設定された補正用伝達関数ＨＬＳ、ＨＬＣが畳み込まれ、オーディオ信号ＳＲ（ｎ）がＦＩＲフィルタ１３と１５に入力されてＦＩＲフィルタ１３と１５に設定された補正用伝達関数ＨＲＣ、ＨＲＳが畳み込まれる。ＦＩＲフィルタ１２、１３の出力が加算器１６で加算されて左スピーカ用のオーディオ出力信号ＳＬOUT （ｎ）が生成され、ＦＩＲフィルタ１４、１５の出力が加算器１７で加算されて右スピーカ用のオーディオ出力信号ＳＲOUT （ｎ）が生成される。出力信号ＳＬOUT （ｎ）は後述するスイッチＳＷ１のａ側に入力され、出力信号ＳＲOUT （ｎ）は後述するスイッチＳＷ２のａ側に入力される。
【００１５】
２０はスピーカ駆動部であり、ＳＷ１は左スピーカ用のオーディオ出力信号ＳＬOUT と後述する同定部３０から入力したホワイトノイズＷＮを選択して出力するスイッチ、ＳＷ２は右スピーカ用のオーディオ出力信号ＳＲOUT とホワイトノイズ信号ＷＮを選択して出力するスイッチ、２１と２２はスイッチＳＷ１、ＳＷ２の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器、２３と２４はアナログ信号を電力増幅するアンプであり、各々左スピーカ２と右スピーカ３を駆動する。
【００１６】
３０は左右スピーカ２、３と着座者Ｐの耳の間の頭部音響伝達関数を適応フィルタを用いた学習により同定する同定部であり、この内、３１は測定音響信号としてのディジタルホワイトノイズＷＮを発生するホワイトノイズ発生器、３２は一定時間遅延する遅延器、３３は適応フィルタであり、多段の係数可変なＦＩＲフィルタからなり、遅延器３２の出力ｘ（ｎ）を入力する係数可変フィルタ３４と、遅延器３２の出力ｘ（ｎ）を入力し、たとえばＬＭＳ適応アルゴリズムにより係数可変フィルタ３４の出力ｙ（ｎ）とマイクロホン入力と誤差ｅ（ｎ）のパワー（２乗時間平均）が最小となるように係数を更新する係数更新部３５からなる。ＳＷ３はマイクロホンアンプ８と９の出力を選択するスイッチ、３６はＳＷ３の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、３７は減算器であり、Ａ／Ｄ変換器３６から入力したマイクロホン入力と係数可変フィルタ３４の出力の差を計算し、誤差ｅ（ｎ）を出力する。遅延器３２は、Ｄ／Ａ変換器２１、２２による時間遅延τ１、Ａ／Ｄ変換器３６による時間遅延τ２、左右スピーカ２、３から左右マイクロホン６、７までの伝播時間τ３に対する時間調整用であり、τ１＋τ２＋τ３−αに設定されている（なお、τ３は、スピーカ位置とマイクロホン位置の組合せの内、一番離れた組合せの間の時間とする。また、αは実験的に最適値が求められる）。適応フィルタ３３により、左右スピーカ−左右マイクロホン間の頭部音響伝達関数を模擬したフィルタ係数が得られる。
【００１７】
４０は補正用伝達関数決定部であり、同定部３０で同定された頭部音響伝達関数を用いて（９）〜（１２）式により、ＨＬＣ、ＨＲＳ、ＨＬＳ、ＨＲＣを決定する。補正用伝達関数決定部４０は具体的には、図６の如く構成されており、４１〜４８は２つづつ縦続接続された８つの多段のＦＩＲフィルタ、４９はＦＩＲフィルタ４２の出力から４４の出力を減算する減算器、５０はＦＩＲフィルタ４６の出力から４８の出力を減算する減算器、５１は減算器４９の出力を数サンプル周期程度遅延する遅延器である。５２は適応フィルタであり、減算器５０の出力ｘ（ｎ）を入力する多段の係数可変フィルタ５３と、減算器５０の出力ｘ（ｎ）を入力し、たとえばＬＭＳ適応アルゴリズムにより係数可変フィルタ５３の出力ｙ（ｎ）と遅延器５１の出力ｄ（ｎ）との誤差ｅ（ｎ）のパワー（２乗時間平均）が最小となるように係数を更新する係数更新部５４からなる。５５は減算器であり、遅延器５１の出力と係数可変フィルタ５３の出力の差を計算し、誤差ｅ（ｎ）を出力する。５６はディジタルホワイトノイズを発生するホワイトノイズ発生器であり、ホワイトノイズがＦＩＲフィルタ４１、４３、４５、４７に入力される。
例えば、（９）式のＨＬＣを決定したい場合、ＦＩＲフィルタ４１〜４８に、各々ＨＬＬ１、ＨＬＲ２、ＨＬＲ１、ＨＬＬ２、ＨＬＬ１、ＨＲＲ１、ＨＬＲ１、ＨＲＬ１を模擬した係数をセットし、ホワイトノイズをＦＩＲフィルタ４１、４３、４５、４７に入力した状態で適応処理を行い、誤差ｅのパワーが最小となるように係数更新部５４で係数更新を行なう。収束後に係数可変フィルタ５３のタップ係数としてＨＬＣが得られる。このＨＬＣを模擬した係数は図５の信号処理部１１のＦＩＲフィルタ１４にセットされる。他のＨＲＳ、ＨＬＳ、ＨＲＣについても同様にして、（１０）〜（１２）式に従い、ＦＩＲフィルタ４１〜４８に頭部音響伝達関数を模擬した係数をセットし、適応処理を行なうことで、ＨＲＳ、ＨＬＳ、ＨＲＣを決定できる。
【００１８】
５０は記憶部であり、例えば４人分の着座者Ｐ１乃至Ｐ４の別に、着座者識別情報（ここではＡ乃至Ｄから選択された１つ）と補正用伝達関数ＨＬＣ、ＨＲＳ、ＨＬＳ、ＨＲＣの組を記憶する。５１は操作部であり、各着座者が自身に合った補正用伝達関数を学習させるための登録操作をしたり、学習済みの補正用伝達関数の呼び出し操作をしたりする。５２は制御部であり、操作部５１で登録操作に従い補正用伝達関数の学習制御をしたり、呼び出し操作に従い、補正用伝達関数の設定制御をしたりする。
【００１９】
図７は制御部５２の制御処理を示すフローチャートであり、以下、図７を参照して上記した実施例の動作を説明する。
（１）着座者Ｐ１の補正用伝達関数の学習
着座者Ｐ１が自身の頭部や耳介の形に合った補正用伝達関数を学習させたい場合、操作部５１で登録ボタンを押すと、制御部５２は登録処理を開始し、続いて、着座者識別情報を入力するため例えばＡボタン乃至Ｄボタンの内のＡボタンを押すと、ＩＤ＝Ａを登録する（図７のステップＳ１０〜Ｓ１２）。ヘッドレスト１の前の通常の姿勢での頭の位置で、左右スピーカ２、３が図１の如くヘッドレスト１の両側の通常位置にある状態で（図３参照）、左右の外耳道に左右マイクロホン６、７を挿入し、第１ボタンを押すと、制御部５２は第１の頭部音響伝達関数の内のまずＨＬＬ１を同定するため、ＳＷ１をｂ側、ＳＷ２をａ側、ＳＷ３をａ側に切り換え、同定部３０を制御してホワイトノイズ発生器３１にホワイトノイズを発生させ、適応フィルタ３３に適応処理を実行させる。なお、補正用伝達関数の学習中はオーディオソース機器１０は停止させておく。ホワイトノイズはＳＷ１を介してＤ／Ａ変換器２１でアナログ信号に変換され、アンプ２３で増幅後、着座者Ｐ１の左後方に位置している左スピーカ２に入力される。そして、左スピーカ２から音響放射されたホワイトノイズは着座者Ｐ１の左耳の位置で左マイクロホン６で収音され、マイクロホンアンプ８で増幅後、ＳＷ３を介してＡ／Ｄ変換器３６でディジタル信号ｄ（ｎ）に変換される。一方、ホワイトノイズは遅延器３２で一定時間遅延されたあと、ｘ（ｎ）として適応フィルタ３３に入力され、適応フィルタ３３の係数可変フィルタ３４で伝達関数が畳み込まれたあとｙ（ｎ）として出力される。適応フィルタ３３はＡ／Ｄ変換器３６からのマイクロホン入力と適応フィルタ３３の出力との誤差ｅ（ｎ）＝ｄ（ｎ）−ｙ（ｎ）のパワーが最小となるように係数可変フィルタ３４の係数を更新する。収束後、制御部５２は係数可変フィルタ３４の現在の係数をＨＬＬ１の同定値として入力し、記憶部５０に一時記憶する。次に、制御部５２はＨＬＲ１を同定するため、ＳＷ３をｂ側に切り換え、右耳の位置で右マイクロホン７により収音したマイクロホン入力に基づき、適応処理を行なわせ、収束後、係数可変フィルタ３４の係数をＨＬＲ１の同定値として入力し、一時記憶する。
【００２０】
次に、ＨＲＬ１を同定するため、ＳＷ１をａ側、ＳＷ２をｂ側、ＳＷ３をａ側に切り換え、適応フィルタ３３に適応処理を実行させる。ホワイトノイズはＳＷ２を介してＤ／Ａ変換器２２でアナログ信号に変換され、アンプ２４で増幅後、着座者Ｐ１の右後方に位置している右スピーカ３に入力される。そして、右スピーカ３から音響放射されたホワイトノイズは着座者Ｐ１の左耳の位置で左マイクロホン６で収音され、マイクロホンアンプ８で増幅後、ＳＷ３を介してＡ／Ｄ変換器３６でディジタル信号ｄ（ｎ）に変換される。適応フィルタ３３はＡ／Ｄ変換器３６からのマイクロホン入力と適応フィルタ３３の出力との誤差ｅ（ｎ）＝ｄ（ｎ）−ｙ（ｎ）のパワーが最小となるように係数可変フィルタ３４の係数を更新する。収束後、制御部５２は係数可変フィルタ３４の係数をＨＲＬ１の同定値として入力し、一時記憶する。次に、制御部５２はＳＷ３をｂ側に切り換え、右耳の位置で右マイクロホン７により収音したマイクロホン入力に基づき、適応処理を行なわせ、収束後、係数可変フィルタ３４の係数をＨＲＲ１の同定値として入力し、一時記憶する。そして、制御部５２は一旦ホワイトノイズの発生を停止させる。左右スピーカ２、３が後方にある状態で同定されたＨＬＬ１、ＨＬＲ１、ＨＲＬ１、ＨＲＲ１は第１の頭部音響伝達関数である（ステップＳ１３、Ｓ１４）。
【００２１】
次に、着座者Ｐ１が左右スピーカ２、３を図２の実線で示す如く前方に移動させ（図１の符号２Ａ、３Ａ、図４参照）、通常の姿勢で頭をヘッドレスト１の前に位置させるとともに左右の外耳道に左右マイクロホン６、７を挿入したまま、第２ボタンを押すと、制御部５２はＨＬＬ２を同定するため、ＳＷ１をｂ側、ＳＷ２をａ側、ＳＷ３をａ側に切り換え、同定部３０を制御してホワイトノイズ発生器３１にホワイトノイズを発生させ、適応フィルタ３３に適応処理を実行させる。左スピーカ２から音響放射されたホワイトノイズは着座者Ｐ１の左耳の位置で左マイクロホン６で収音される。適応フィルタ３３はｅ（ｎ）のパワーが最小となるように係数可変フィルタ３４の係数を更新する。収束後、制御部５２は係数可変フィルタ３４の係数をＨＬＬ２の同定値として入力し、一時記憶する。次に、制御部５２はＳＷ３をｂ側に切り換え、右耳の位置で右マイクロホン７により収音したマイクロホン入力に基づき、適応処理を行なわせ、収束後、係数可変フィルタの係数をＨＬＲ２の同定値として入力し、一時記憶する。
次に、ＨＲＬ２を同定するため、ＳＷ１をａ側、ＳＷ２をｂ側、ＳＷ３をａ側に切り換え、適応フィルタ３３に適応処理を実行させる。ホワイトノイズはＳＷ２を介してＤ／Ａ変換器２２でアナログ信号に変換され、アンプ２４で増幅後、着座者Ｐ１の右前方に位置している右スピーカ３に入力される。そして、右スピーカ３から音響放射されたホワイトノイズは着座者Ｐ１の左耳の位置で左マイクロホン６で収音される。適応フィルタはｅ（ｎ）のパワーが最小となるように係数可変フィルタ３４の係数を更新する。収束後、制御部５２は係数可変フィルタ３４の係数をＨＲＬ２の同定値として入力し、一時記憶する。次に、制御部５２はＳＷ３をｂ側に切り換え、右耳の位置で右マイクロホン７により収音したマイクロホン入力に基づき、適応処理を行なわせ、収束後、係数可変フィルタ３４の係数をＨＲＲ２の同定値として入力し、一時記憶する。そして、制御部５２はホワイトノイズの発生を停止させる。左右スピーカ２、３が前方にある状態で同定されたＨＬＬ２、ＨＬＲ２、ＨＲＬ２、ＨＲＲ２は第２の頭部音響伝達関数である（ステップＳ１５、Ｓ１６）。
【００２２】
制御部５２は第１、第２の頭部音響伝達関数の同定が終ると、ＳＷ１、ＳＷ２をａ側に切り換え、同定部３０の動作を停止する。そして、補正用伝達関数決定部４０により、補正用伝達関数ＨＬＣ、ＨＲＳ、ＨＬＳ、ＨＲＣを決定させ、記憶部５１にＩＤ＝Ａに対応付けて記憶させておく（ステップＳ１７、Ｓ１８）。他の着座者Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が自身の頭部や耳介の形状に合った補正用伝達関数を学習させたい場合も同様に操作すればよい（但し、着座者識別情報の入力はＡボタン乃至Ｄボタンの内、未使用のボタンを押して行なう）。
【００２３】
その後、左右スピーカ２、３を後方の通常位置に戻した状態で（図１の状態）、着座者Ｐ１が前方の仮想スピーカにより前方に音像定位させた音楽を聴取したい場合、操作部５１で呼び出しボタンを押し、続けて着座者識別ボタンＡを押して着座者識別情報Ａに対応付けられた補正用伝達関数の呼び出し操作を行なう。すると、制御部５２は記憶部５０からＩＤ＝Ａに対応付けて記憶されたＨＬＳ、ＨＲＣ、ＨＬＣ、ＨＲＳを読み出し、信号処理部１１のＦＩＲフィルタ１２〜１５にセットする（ステップＳ１９〜Ｓ２１）。着座者Ｐ１がオーディオソース機器１０を稼働すると、２チャンネルのディジタルオーディオ信号ＳＬ、ＳＲが信号処理部１１に入力され、式（１４）、（１３）に従って補正用伝達関数の畳み込みが行なわれてスピーカ用出力信号ＳＬOUT 、ＳＲOUT が生成される。そして、ＳＷ１、ＳＷ２を介してＤ／Ａ変換器２１、２２でアナログ信号に変換され、アンプ２３、２４で電力増幅後、左右スピーカ２、３に出力される。これにより、着座者Ｐ１は前方の仮想スピーカからＳＬ、ＳＲに基づく音響を放射した如く前方に正しく音像が定位された音楽を聴取できる。
他の着座者Ｐ２〜Ｐ４が音楽を聴取したい場合、操作部５１で着座者識別情報Ｂ〜Ｄに対応付けられた補正用伝達関数の呼び出し操作を行なえば、各着座者Ｐ２〜Ｐ４に合った補正用伝達関数が信号処理部１１にセットされるので、前方に正しく音像が定位された音楽を聴取できる。
【００２４】
この実施例によれば、左右スピーカ２、３が着座者Ｐの後方のヘッドレスト１の両側の通常位置に有る状態で測定用音響（ここではホワイトノイズ）を発生させ、着座者Ｐの耳の位置で左右マイクロホン６、７により拾った音から左右スピーカ２、３と着座者Ｐの耳の間の第１の頭部音響伝達関数を同定し、左右スピーカ２、３を着座者Ｐの前方に移動した状態で再度測定用音響を発生させ、着座者Ｐの耳の位置で左右マイクロホン６、７により拾った音から左右スピーカ２、３と着座者Ｐの耳の間の第２の頭部音響伝達関数を同定し、これら第１、第２の頭部音響伝達関数を用いて、左右スピーカ２、３がヘッドレスト１の両側の通常位置に有る状態で音を発したときに着座者Ｐに対し前方の仮想スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定するようにしたので、着座者Ｐの頭部や耳介の形状に適合した補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込むことができ、着座者Ｐが標準から外れた頭部や耳介の形状をしていても前方への音像定位を正しく行うことができる。
また、第１、第２の伝達関数の同定を適応フィルタ３３を用いた学習により行うようにしたことにより、簡便に第１、第２の頭部音響伝達関数を測定することができる。
また、第１、第２の頭部音響伝達関数の同定と補正用伝達関数の決定は、着座者Ｐ毎に行なうようにしたことにより、着座者Ｐが変わった場合でも、新たな着座者Ｐの頭部や耳介の形状に適合した補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込むことができるので、前方への音像定位を正しく行うことができる。
また、左右スピーカ２、３を、ヘッドレスト１の両側と着座者Ｐの前方との間で移動自在とするアーム４、５を設けたことにより、補正用伝達関数の学習時の左右スピーカ２、３の移動を簡単に行うことができる。
【００２５】
なお、左右スピーカ２、３が後方の通常位置に有るとき、着座者Ｐの頭部がクロストーク経路を遮り、影響が小さいので、図３のＨＬＲ１、ＨＲＬ１を省略することも考えられる。
この場合、（１）、（２）式は、各々
ＭＲ１＝ＳＲOUT ×ＨＲＲ１ ・・・（１５）
ＭＬ１＝ＳＬOUT ×ＨＬＬ１ ・・・（１６）
となる。（１５）式と（３）式が等しいとおき整理すると、
ＳＲOUT ＝ＳＬ×ＨＬＣ´＋ＳＲ×ＨＲＳ´
但し、
ＨＬＣ´＝ＨＬＲ２／ＨＲＲ１ ・・・（１７）
ＨＲＳ´＝ＨＲＲ２／ＨＲＲ１ ・・・（１８）
また、（１６）式と（４）式が等しいとおき整理すると、
ＳＬOUT ＝ＳＬ×ＨＬＳ´＋ＳＲ×ＨＲＣ´
但し、
ＨＬＳ´＝ＨＬＬ２／ＨＬＬ１ ・・・（１９）
ＨＲＣ´＝ＨＲＬ２／ＨＬＬ１ ・・・（２０）
信号処理部１１のＦＩＲフィルタ１２〜１５には、各々補正用伝達関数ＨＬＳ´、ＨＲＣ´、ＨＬＣ´、ＨＲＳ´を模擬したタップ係数をセットすればよい。
補正用伝達関数決定部の構成は図８の４０Ａの如く変更する。ホワイトノイズ発生器５６の出力を多段のＦＩＲフィルタ５７と５８に入力し、ＦＩＲフィルタ５７の出力を遅延器５１に入力し、ＦＩＲフィルタ５８の出力ｘ（ｎ）を適応フィルタ５２の多段の係数可変フィルタ５３に入力し、遅延器５１の出力ｄ（ｎ）から適応フィルタ５２の係数可変フィルタ５３の出力ｙ（ｎ）を減算器５５で減算した誤差ｅ（ｎ）を適応フィルタ５２の係数更新部５４に入力するようにしておく。例えば、ＨＬＣ´を決定する場合、ＦＩＲフィルタ５７にＨＬＲ２、ＦＩＲフィルタ５８にＨＲＲ１をセットし、適応フィルタ５２で適応動作をさせ、収束後の係数可変フィルタ５３の係数がＨＬＣ´を模擬した係数となる。他のＨＲＳ´、ＨＬＳ´、ＨＲＣ´も同様にして決定できる。
【００２６】
また、図９の如く、オーディオソース機器１０Ａはモノラルのディジタルオーディオ信号Ｓを出力し、左スピーカと左マイクロホンの系統は省略し、一方の右スピーカ３と右マイクロホン７の系統だけ設ける構成とする場合、右スピーカ３から左耳に至るクロストーク経路を全て無視するものとして、前述した（１）、（３）式は、
ＭＲ１＝ＳOUT ×ＨＲＲ１ ・・・（２１）
ＭＲ２＝Ｓ×ＨＲＲ２ ・・・（２２）
となる。
（２１）と（２２）式が等しいとおき、整理すると、
ＳOUT ＝Ｓ×ＨＲ
但し、ＨＲ＝ＨＲＲ２／ＨＲＲ１
となる。
この場合、信号処理部の構成は図１０の１１Ａの如く変更し、１つのＦＩＲフィルタ１８だけとし、補正用伝達関数ＨＲを模擬したタップ係数をセットすればよい。モノラルオーディオ信号ＳをＦＩＲフィルタ１８に入力して伝達関数ＨＲを畳み込み、スピーカ出力信号ＳOUT を生成させる。補正用伝達関数決定部の構成は図８と同じ構成とすればよく、ＦＩＲフィルタ５７に第２の頭部音響伝達関数であるＨＲＲ２、ＦＩＲフィルタ５８に第１の頭部音響伝達関数であるＨＲＲ１をセットし、適応フィルタ５２で適応動作をさせれば良い。収束後の係数可変フィルタ５３の係数がＨＲを模擬した係数となる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、車両の運転席、助手席、後部座席等に１または複数のスピーカを設置する場合に適用できる他、車両以外でも座席でオーディオを聴く場合に有効である。車両以外の場合であっても、耳の近くにスピーカを配置することは、小さなパワーで必要な音量が得られるので有利であるが、やはり耳の近くの前方は使用上邪魔であり、同じ状況となる。従って、車両以外の場合（例えばホームシアターの各座席）でも、座席にスピーカを取り付けて同様の処理を行なうことで、有用な音響再生装置を構築できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る車室内音響再生方法を具現した車両用オーディオ装置の構成図である（実施例１）。
【図２】左右スピーカを支持するアームの動作説明図である。
【図３】頭部音響伝達関数の測定原理を示す説明図である。
【図４】頭部音響伝達関数の測定原理を示す説明図である。
【図５】信号処理部の構成図である。
【図６】補正用伝達関数決定部の構成図である。
【図７】制御部の制御処理を示すフローチャートである。
【図８】補正用伝達関数決定部の変形例の構成図である。
【図９】スピーカを１つとする場合の車両用オーディオ装置の構成図である。
【図１０】図９の信号処理部の構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ ヘッドレスト
２ 左スピーカ
３ 右スピーカ
４、５ アーム
６ 左マイクロホン
７ 右マイクロホン
１０、１０Ａ オーディオソース機器
１１、１１Ａ 信号処理部
２０ スピーカ駆動部
３０ 同定部
４０、４０Ａ 補正用伝達関数決定部
５０ 記憶部
５１ 操作部
５２ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座席に取り付けられた１または複数のスピーカと、音が仮想の前方スピーカから発せられたようにする補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込んでスピーカ出力用の信号を生成する信号処理手段と、を備えたオーディオ装置において、
着座者の耳の位置の音を拾うマイクロホンと、
前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第１の伝達関数を同定し、前記１または複数のスピーカを着座者の前方に移動した状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第２の伝達関数を同定する同定手段と、
同定された第１、第２の伝達関数を用いて、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で音を発したときに着座者に対し前方の仮想スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定する補正用伝達関数決定手段と、
を備えたことを特徴とするオーディオ装置。
【請求項２】
第１、第２の伝達関数の同定は適応フィルタを用いた学習で行なうようにしたこと、
を特徴とする請求項１記載のオーディオ装置。
【請求項３】
前記第１、第２の伝達関数の同定と補正用伝達関数の決定は、着座者毎に行なうようにしたこと、
を特徴とする請求項１または２記載のオーディオ装置。
【請求項４】
前記マイクロホンは外耳道に挿入するか、または、耳孔近くに設置するようにしたこと、
を特徴とする請求項１または２または３記載のオーディオ装置。
【請求項５】
前記１または複数のスピーカを、座席と着座者の前方との間で移動自在とするスピーカ支持手段を設けたこと、
を特徴とする請求項１または２または３または４記載のオーディオ装置。
【請求項６】
座席に取り付けられた１または複数のスピーカを座席と着座者の前方との間で移動可能としておき、
前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第１の伝達関数を同定するとともに、前記１または複数のスピーカを着座者の前方に移動した状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第２の伝達関数を同定し、
同定された第１、第２の伝達関数を用いて、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で音を発したときに着座者に対し仮想の前方スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定し、
前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で、前記補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込みスピーカに出力するようにしたこと、
を特徴とする音響再生方法。
【請求項７】
前記第１、第２の伝達関数の同定と補正用伝達関数の決定は、着座者毎に行なうようにしたこと、
を特徴とする請求項６記載の音響再生方法。
【請求項１】
座席に取り付けられた１または複数のスピーカと、音が仮想の前方スピーカから発せられたようにする補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込んでスピーカ出力用の信号を生成する信号処理手段と、を備えたオーディオ装置において、
着座者の耳の位置の音を拾うマイクロホンと、
前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第１の伝達関数を同定し、前記１または複数のスピーカを着座者の前方に移動した状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第２の伝達関数を同定する同定手段と、
同定された第１、第２の伝達関数を用いて、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で音を発したときに着座者に対し前方の仮想スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定する補正用伝達関数決定手段と、
を備えたことを特徴とするオーディオ装置。
【請求項２】
第１、第２の伝達関数の同定は適応フィルタを用いた学習で行なうようにしたこと、
を特徴とする請求項１記載のオーディオ装置。
【請求項３】
前記第１、第２の伝達関数の同定と補正用伝達関数の決定は、着座者毎に行なうようにしたこと、
を特徴とする請求項１または２記載のオーディオ装置。
【請求項４】
前記マイクロホンは外耳道に挿入するか、または、耳孔近くに設置するようにしたこと、
を特徴とする請求項１または２または３記載のオーディオ装置。
【請求項５】
前記１または複数のスピーカを、座席と着座者の前方との間で移動自在とするスピーカ支持手段を設けたこと、
を特徴とする請求項１または２または３または４記載のオーディオ装置。
【請求項６】
座席に取り付けられた１または複数のスピーカを座席と着座者の前方との間で移動可能としておき、
前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第１の伝達関数を同定するとともに、前記１または複数のスピーカを着座者の前方に移動した状態で測定用音響を発生させ、着座者の耳の位置でマイクロホンにより拾った音からスピーカと着座者の耳の間の第２の伝達関数を同定し、
同定された第１、第２の伝達関数を用いて、前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で音を発したときに着座者に対し仮想の前方スピーカから発せられたようにオーディオ信号に畳み込む補正用伝達関数を決定し、
前記１または複数のスピーカが座席に有る状態で、前記補正用伝達関数をオーディオ信号に畳み込みスピーカに出力するようにしたこと、
を特徴とする音響再生方法。
【請求項７】
前記第１、第２の伝達関数の同定と補正用伝達関数の決定は、着座者毎に行なうようにしたこと、
を特徴とする請求項６記載の音響再生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１２４２５１（Ｐ２０１０−１２４２５１Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９６１８１（Ｐ２００８−２９６１８１）
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（０００００３５９５）株式会社ケンウッド (1,981)
【出願人】（５９５１２０５３０）株式会社ケンウッド・エンジニアリング (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（０００００３５９５）株式会社ケンウッド (1,981)
【出願人】（５９５１２０５３０）株式会社ケンウッド・エンジニアリング (22)
【Ｆターム（参考）】
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