オーディオ装置
【課題】音質劣化を生じない良質なクロストークキャンセル処理を実現することができるオーディオ装置を得る。
【解決手段】右メインスピーカの駆動信号として出力する第１の信号出力手段と、左メインスピーカの駆動信号として出力する第２の信号出力手段と、右信号と左信号の逆相成分信号を抽出する逆相成分抽出手段と、逆相成分信号に対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性を付与する信号加工手段と、位相反転後の逆相成分信号を一方のキャンセル用スピーカの駆動信号として出力する第３の信号出力手段と、伝達特性が付与された逆相成分信号を他方のキャンセル用スピーカの駆動信号として出力する第４の信号出力手段とを備えた。
【解決手段】右メインスピーカの駆動信号として出力する第１の信号出力手段と、左メインスピーカの駆動信号として出力する第２の信号出力手段と、右信号と左信号の逆相成分信号を抽出する逆相成分抽出手段と、逆相成分信号に対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性を付与する信号加工手段と、位相反転後の逆相成分信号を一方のキャンセル用スピーカの駆動信号として出力する第３の信号出力手段と、伝達特性が付与された逆相成分信号を他方のキャンセル用スピーカの駆動信号として出力する第４の信号出力手段とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スピーカの再生音によって、任意の位置に仮想的な音像定位を実現するオーディオ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、２つのスピーカのみを用いて、空間の任意の位置に音源が存在するようにリスナーに知覚させるオーディオ再生技術（以下、仮想音像定位技術と称する）が知られている。
仮想音像定位技術の実現方法は、例えば、以下の非特許文献１に開示されている。図９は、その構成を示す図である。
非特許文献１によると、仮想音像定位技術では、ある空間における任意の位置から、同じ空間内の任意の位置にいる人間の両耳までの伝達特性を測定（あるいは、推定）しておき、この伝達特性を入力音源に畳み込むことにより、両耳に到達すると思われる信号を生成するとしている。
このようにして生成された信号は「バイノーラル信号」と呼ばれ、ヘッドホンなどの再生機器を用いて、バイノーラル信号を両耳に提示することにより、任意の位置に音源があるかのようにリスナーに錯覚させることができる。
【０００３】
ただし、再生機器がスピーカである場合、バイノーラル信号を正しく両耳に届けるためには、以下に述べるクロストークキャンセル処理が必要となる。
即ち、スピーカ再生において、片方の耳（例えば、右耳）に提示する信号を片方のスピーカ（例えば、右スピーカ）で、そのまま再生すると、右スピーカから出た音は空間伝達関数Ｇ１１を経て右耳に到達すると同時に、空間伝達関数Ｇ１２を経て左耳にも到達してしまう「クロストーク」が発生するため、バイノーラル信号を正しく両耳に提示することができない。
このように、正しくバイノーラル信号を両耳に提示することができない場合、狙った位置に音像が定位しなくなるという問題が起こる。
この問題を解決するため、スピーカ再生による仮想音像定位技術では、一般に、このクロストークを抑圧するクロストークキャンセル処理を実施する。
【０００４】
図９に示した例では、フィルタＨ１１，Ｈ１２，Ｈ２１，Ｈ２２を用いてクロストークキャンセル処理を行い、リスナーの耳元での受音信号ｚ１およびｚ２をダミーヘッド出力ｘ１およびｘ２と一致させている。これにより、左右のバイノーラル信号を正確に提示させることが可能となる。
【０００５】
しかしながら、上記のクロストークキャンセル処理を施すと、中央に定位する成分である中央定位成分（例えば、セリフやボーカル成分）が奥に引き込んだようになって、はっきり聞こえなくなったり、エコーがかかっているような音質の劣化を生じる事態がしばしば発生する。
また、低音成分がやせてしまって、迫力のある低音感を損なってしまうという事態も発生する。
【０００６】
ここで、中央定位成分と低音成分は、共に同相成分が支配的である。以下、同相成分が支配的である理由を説明する。
ある音源を中央に定位させるバイノーラル信号を生成する場合、当然のことながらリスナーの正面に音源があることを想定してバイノーラル信号を生成する。
リスナーの正面に音源がある場合、リスナーの左耳と右耳にはほとんど同時に同じ音が到達する。これは、人間の顔形状がほぼ左右対称であるため、正面の音源位置から右耳までに到達する伝達特性と、正面の音源位置から左耳に到達する伝達特性がほぼ等しくなることからも理解できる。
バイノーラル信号だけでなく、通常のステレオ音源でも、中央定位成分は、ほぼ左右同相で収録されている。
したがって、バイノーラル信号も通常のステレオ信号も、中央定位成分は、同相成分が支配的である。完全な同相信号となっている場合も多い。
【０００７】
次に、ある音源をリスナーの９０度右側に定位させるバイノーラル信号を生成する場合、リスナーの右側９０度に音源があることを想定してバイノーラル信号を生成する。
リスナーの右側９０度に音源がある場合、まず右耳に音が到達し、その後、顔の幅分（左右耳の距離差の分）だけ遅れて左耳に音が到達する。
低音成分は、中高音成分と比較して回折しやすいことが知られている。このため、右耳に到達する音と比較して、振幅強度があまり減衰していない音が左耳にも回り込んで到達する。
即ち、バイノーラル信号は、右耳用の信号が先に出力され、一定の時間をおいてから左耳用の信号が出力されるような信号となる。また、低音成分に関しては、左右の振幅強度差がわずかとなる。
【０００８】
ここでの一定の時間は、顔の幅分程度の音波の遅れ時間であり、例えば、４８０００ＨｚでサンプリングしたＤＶＤのオーディオ信号では、２０〜３０サンプル程度の遅延時間に相当する。
低音信号として、１００Ｈｚ以下を考えた場合、その波長は１周期で４８０サンプル以上になる。
したがって、１００Ｈｚの低音信号を、顔の幅分の遅れ時間に相当する３０サンプル分だけ遅延させたとしても、その位相は１／１６λ（λは波長である）以下の遅れがあるだけであり、ほとんど同相信号とみなしても問題はない。
【０００９】
右側９０度以外の角度では、当然のことながら、左右での位相遅れは、これより小さくなる。
即ち、バイノーラル信号に関しては、低音成分は、ほぼ同相成分とみなせる。通常のステレオソースでも、低音成分は左右で振幅差をつけて収録される場合もあるが、ほぼ同相成分で収録されている。
【００１０】
以上の理由より、中央定位成分と低音成分は、共に同相成分が支配的である。
ここで、上記のクロストークキャンセル処理に同相成分の信号が入力された場合について説明する。
図１０はクロストークキャンセル処理に同相成分信号が入力されたときに、オーディオ装置から出力される信号の時間応答を示す説明図である。
ただし、伝達特性Ｈｄをインパルスで近似し、伝達特性Ｈｘを遅延と減衰が伴っているインパルスで近似した場合の模式図である。このような近似を行わなくても、時間応答の大まかな傾向は変わらない。
【００１１】
同相成分が入力された場合、図１０に示すように、オーディオ装置の出力信号は、左右とも同じ時間応答になり、一定間隔をおいて正負が反転し、減衰しながら応答が持続する。
図１０において、ゼロ時刻の正側のインパルス部分（（ａ）を参照）は、スピーカに近い側の耳に到達する成分であり、（ａ）以降の持続する応答部分（（ｂ）を参照）は、全てキャンセル用の信号として作用する。
クロストークキャンセル処理の設計時に想定した位置（以下、標準位置と称する）にいるリスナーの耳元では、応答部分（ｂ）はお互いに打ち消し合い、クロストークが完全にキャンセルされる。
【００１２】
ただし、リスナーが標準位置から多少でもずれると、応答部分（ｂ）が互いに打ち消し合わず、エコーを伴う音質の劣化が知覚されることになる。
実際の試聴環境では、リスナーがちょうど標準位置にいることの方が稀であり、多くの場合、中央定位成分信号にエコーがかかることによって、その音像が奥に引き込み、音質も劣化する。
【００１３】
また、図１１は図１０を周波数分析した結果を示す説明図である。
同相成分が入力されたクロストークキャンセル処理の出力信号の周波数特性は、図１１に示すように、１０００Ｈｚ〜３０００Ｈｚ程度の中音成分にピークがあり、このピーク部分と比較して、低音成分が大幅に減衰されていることがわかる。
図１１では、１００Ｈｚの低音信号は、２０００Ｈｚの中高音信号と比較して、約１８ｄＢも減衰されていることがわかる。
以上より、従来のクロストークキャンセル処理では、原理的に、中央定位成分が奥に引き込み、エコーがかかっているような音質劣化が生じ、また、低音がやせてしまう音質劣化が生じる。
【００１４】
非特許文献１に開示されているクロストークキャンセル処理の他に、例えば、以下の特許文献１，２にもクロストークキャンセル処理が開示されている。
しかしながら、このクロストークキャンセル処理でも、同相信号が入力されたときには全く同じ傾向の動作をするため、原理的に、中央定位成分が奥に引き込み、エコーがかかっているような音質劣化が生じ、また、低音がやせてしまう音質劣化が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】「音響システムとディジタル処理」コロナ社、平成７年３月出版 Ｐ．２３３−Ｐ．２３７
【００１６】
【特許文献１】特表２０００−５０６６９１号公報
【特許文献２】特開平７−４６７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来のオーディオ装置は以上のように構成されているので、再生機器がスピーカである場合、クロストークキャンセル処理を施せば、バイノーラル信号を正しく両耳に届けることができる。しかし、中央定位成分や低音成分の音質劣化が生じてしまうなどの課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、中央定位成分や低音成分の音質劣化を生じない良質なクロストークキャンセル処理を実現することができるオーディオ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明に係るオーディオ装置は、オーディオ信号の右信号を入力し、上記右信号を右メインスピーカの駆動信号として出力する第１の信号出力手段と、上記オーディオ信号の左信号を入力し、上記左信号を左メインスピーカの駆動信号として出力する第２の信号出力手段と、上記オーディオ信号の右信号及び左信号を入力して、上記右信号と上記左信号の逆相成分信号を抽出する逆相成分抽出手段と、上記逆相成分抽出手段により抽出された逆相成分信号に対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性を付与する信号加工手段と、上記信号加工手段により伝達特性が付与された逆相成分信号の位相を反転し、位相反転後の逆相成分信号を一方のキャンセル用スピーカの駆動信号として出力する第３の信号出力手段と、上記信号加工手段により伝達特性が付与された逆相成分信号を他方のキャンセル用スピーカの駆動信号として出力する第４の信号出力手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、スピーカ装置により何も処理されない右信号及び左信号がメインスピーカで再生されるため、逆相成分が無い同相信号の音質劣化は原理的に発生しない。
よって、リスナーが標準位置からずれても、中央定位成分にエコーがかかることもなく、良質な中央定位成分を提供することができる。
また、同相成分の周波数特性は常にフラットとなり、低音成分が減衰されることは原理的にないことがわかる。
したがって、低音成分がやせることがなく、迫力のある低音感を提供することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１によるオーディオ装置を示す構成図である。
【図２】スピーカ及びリスナーの位置と伝達特性の関係を示す説明図である。
【図３】この実施の形態１によるオーディオ装置から出力される駆動信号Ｒｏｕｔ，Ｌｏｕｔの時間応答を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるオーディオ装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるオーディオ装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４によるオーディオ装置を示す構成図である。
【図７】左右２つのメインスピーカ、左右２つのキャンセル用スピーカ及びリスナーの位置と伝達特性の関係を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態５によるオーディオ装置を示す構成図である。
【図９】非特許文献１に開示されているシステムの構成図である。
【図１０】クロストークキャンセル処理に同相成分信号が入力されたときに、オーディオ装置から出力される信号の時間応答を示す説明図である。
【図１１】図１０を周波数分析した結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるオーディオ装置を示す構成図であり、図において、同相成分抽出部１はオーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌを入力して、右信号Ｒと左信号Ｌの同相成分信号Ｍを抽出する処理を実施する。なお、同相成分抽出部１は同相成分抽出手段を構成している。
逆相成分抽出部２はオーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌを入力して、右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを抽出する処理を実施する。なお、逆相成分抽出部２は逆相成分抽出手段を構成している。
同相成分抽出部１及び逆相成分抽出部２により入力されるオーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌは、バイノーラル信号が望ましいが、これに限るものではなく、例えば、ＣＤプレーヤやＤＶＤプレーヤから出力される信号、ＤＴＶレシーバにより受信された放送音声信号、アナログオーディオ信号がＡ／Ｄ変換された信号など、あらゆるオーディオ信号が対象となる。
【００２２】
信号加工処理部３は逆相成分抽出部２により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性を付与する処理を実施する。即ち、ステレオスピーカにおける片側のスピーカ（例えば、右スピーカ）により再生された音が片側のスピーカと同じ側のリスナーの耳（例えば、右耳）に到達するまでの伝達特性がＨd、片側のスピーカにより再生された音が片側のスピーカと反対側のリスナーの耳（例えば、左耳）に到達するまでの伝達特性がＨxで表されるとき、逆相成分抽出部２により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与する処理を実施する。なお、信号加工処理部３は信号加工手段を構成している。
【００２３】
加算器４は信号加工処理部３により（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓの位相反転信号と同相成分抽出部１により抽出された同相成分信号Ｍを加算し、その逆相成分信号Ｓの位相反転信号と同相成分信号Ｍの加算信号を右スピーカの駆動信号Ｒoutとして出力する処理を実施する。なお、加算器４は第１の加算手段を構成している。
加算器５は信号加工処理部３により（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓと同相成分抽出部１により抽出された同相成分信号Ｍを加算し、その逆相成分信号Ｓと同相成分信号Ｍの加算信号を左スピーカの駆動信号Ｌoutとして出力する処理を実施する。なお、加算器５は第２の加算手段を構成している。
【００２４】
図２はスピーカ及びリスナーの位置と伝達特性の関係を示す説明図である。
図２において、ＥＲは左右のスピーカからリスナーの右耳に到達する音を示し、ＥＬは左右のスピーカからリスナーの左耳に到達する音を示している。
【００２５】
次に動作について説明する。
オーディオ信号の右信号Ｒと左信号Ｌはオーディオ装置に入力されると分岐され、オーディオ信号の右信号Ｒと左信号Ｌが同相成分抽出部１と逆相成分抽出部２にそれぞれ入力される。
同相成分抽出部１は、オーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌを入力すると、右信号Ｒと左信号Ｌの同相成分信号Ｍを抽出する。
ここで、同相成分抽出部１が右信号Ｒと左信号Ｌの同相成分信号Ｍを抽出する方法としては、例えば、右信号Ｒと左信号Ｌを加算し、その加算結果を同相成分信号Ｍとして抽出する方法が考えられる。この方法は、演算コストが少ない特徴がある。
【００２６】
この実施の形態１では、右信号Ｒと左信号Ｌを加算して同相成分信号Ｍを抽出する方法を使用するものとするが、この方法に限るものではなく、例えば、適応デジタルフィルタを用いて同相成分信号Ｍを抽出するようにしてもよい。
即ち、適応デジタルフィルタの入力信号を右信号Ｒ、適応デジタルフィルタの目標信号を左信号Ｌとして（入力信号と目標信号を入れ替えてもよい）、適応的にフィルタ係数を学習させ、適応デジタルフィルタからの出力信号を同相成分信号Ｍとするようにする。
その他、いかなる同相成分信号の抽出方法を採用するようにしてもよい。
【００２７】
逆相成分抽出部２は、オーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌを入力すると、右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを抽出する。
ここで、逆相成分抽出部２が右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを抽出する方法としては、例えば、左信号Ｌから右信号Ｒを減算し（左信号Ｌと右信号Ｒを入れ替えてもよい）、その減算結果を逆相成分信号Ｓとして抽出する方法が考えられる。この方法は、演算コストが少ない特徴がある。
【００２８】
この実施の形態１では、左信号Ｌから右信号Ｒを減算して逆相成分信号Ｓを抽出する方法を使用するものとするが、この方法に限るものではなく、例えば、適応デジタルフィルタを用いて逆相成分信号Ｓを抽出するようにしてもよい。
即ち、適応デジタルフィルタの入力信号を右信号Ｒ、適応デジタルフィルタの目標信号を左信号Ｌとして（入力信号と目標信号を入れ替えてもよい）、適応的にフィルタ係数を学習させ、適応デジタルフィルタからの出力信号と目標信号との誤差信号を逆相成分信号Ｓとするようにする。
その他、いかなる逆相成分信号の抽出方法を採用するようにしてもよい。
【００２９】
信号加工処理部３は、逆相成分抽出部２から右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓに対するデジタルフィルタ処理を実施することにより、その逆相成分信号Ｓに対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性である（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与する処理を実施する。
【００３０】
加算器４は、同相成分抽出部１から右信号Ｒと左信号Ｌの同相成分信号Ｍを受け、かつ、信号加工処理部３から（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓの位相反転信号と同相成分信号Ｍを加算し、その逆相成分信号Ｓの位相反転信号と同相成分信号Ｍの加算信号を右スピーカの駆動信号Ｒoutとして出力する。
即ち、加算器４は、信号加工処理部３から出力された逆相成分信号Ｓを逆相で、同相成分抽出部１から出力された同相成分信号Ｍを同相で加算することにより、右スピーカの駆動信号Ｒoutを生成して出力する。
【００３１】
加算器５は、同相成分抽出部１から右信号Ｒと左信号Ｌの同相成分信号Ｍを受け、かつ、信号加工処理部３から（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓと同相成分信号Ｍを加算し、その逆相成分信号Ｓと同相成分信号Ｍの加算信号を左スピーカの駆動信号Ｌoutとして出力する。
即ち、加算器５は、信号加工処理部３から出力された逆相成分信号Ｓを同相で、同相成分抽出部１から出力された同相成分信号Ｍを同相で加算することにより、左スピーカの駆動信号Ｌoutを生成して出力する。
【００３２】
ここでの加算器４，５の動作は、逆相成分抽出部２が左信号Ｌから右信号Ｒを減算して逆相成分信号Ｓを抽出する場合に適用するものであり、逆相成分抽出部２が右信号Ｒから左信号Ｌを減算して逆相成分信号Ｓを抽出する場合には、次のように動作する。
即ち、加算器４は、信号加工処理部３から出力された逆相成分信号Ｓを同相で、同相成分抽出部１から出力された同相成分信号Ｍを同相で加算することにより、右スピーカの駆動信号Ｒoutを生成して出力する。
また、加算器５は、信号加工処理部３から出力された逆相成分信号Ｓを逆相で、同相成分抽出部１から出力された同相成分信号Ｍを同相で加算することにより、左スピーカの駆動信号Ｌoutを生成して出力する。
【００３３】
オーディオ装置の加算器４から出力される右スピーカの駆動信号Ｒoutと、加算器５から出力される左スピーカの駆動信号Ｌoutは、以下の式（１）で表すことができる。
【数１】
【００３４】
加算器４から出力された右スピーカの駆動信号Ｒoutが右スピーカに出力され、加算器５から出力された左スピーカの駆動信号Ｌoutが左スピーカに出力されると、右スピーカと左スピーカで再生されてリスナーの耳元に届く音ＥＲ，ＥＬは、以下の式（２）で表すことができる。
【数２】
【００３５】
リスナーの左右の耳に届く音ＥＬ，ＥＲは、式（２）から明らかなように、クロストーク成分が完全に消去されていることがわかる。ただし、（Ｈd＋Ｈx）という特性が付与されることもわかる。
しかし、（Ｈd＋Ｈx）という特性は、通常のステレオスピーカから音が再生されたときに自然に付与される特性と等価であるため、これによって音質劣化が生じることはない。
【００３６】
この実施の形態１では、図１からも明らかなように、同相成分抽出部１から出力される同相成分信号Ｍについては、特に何も処理せずに、そのまま同相で左右のスピーカに出力されるため、同相成分の音質劣化は原理的に発生しない。
よって、リスナーが標準位置からずれても、中央定位成分にエコーがかかることもなく、良質な中央定位成分を提供することができる。
ここで、図３はこの実施の形態１によるオーディオ装置から出力される駆動信号Ｒout，Ｌoutの時間応答を示す説明図である。
図３からも明らかなように、同相成分は何も加工されず、そのまま出力されることがわかる。即ち、同相成分の周波数特性は常にフラットになり、低音成分が減衰されることは原理的に起こり得ないことがわかる。
したがって、低音成分がやせることがなく、迫力のある低音感を提供することができる。
【００３７】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、片側のスピーカ（例えば、右スピーカ）により再生された音が片側のスピーカと同じ側のリスナーの耳（例えば、右耳）に到達するまでの伝達特性がＨd、片側のスピーカにより再生された音が片側のスピーカと反対側のリスナーの耳（例えば、左耳）に到達するまでの伝達特性がＨxで表されるとき、逆相成分抽出部２により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与する信号加工処理部３を設け、加算器４が信号加工処理部３により伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓの位相反転信号と同相成分抽出部１により抽出された同相成分信号Ｍを加算し、加算器５が信号加工処理部３により伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓと同相成分抽出部１により抽出された同相成分信号Ｍを加算するように構成したので、中央定位成分や低音成分の音質劣化を生じない良質なクロストークキャンセル処理を実現することができる効果を奏する。
【００３８】
この実施の形態１では、空間のクロストークをキャンセルする処理について説明したが、これに限るものではなく、例えば、複数のスピーカが同じ筐体内に搭載されている場合に発生する筐体内の音響結合についても適用することができる。
この場合、伝達特性Ｈdとして、アンプ部・スピーカ部・筐体等によって受ける伝達特性を用い、伝達特性Ｈxとして、反対側のスピーカに結合する音響結合特性を用いればよい。
【００３９】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるオーディオ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
信号加工処理部１０は図１の信号加工処理部３と同様に、逆相成分抽出部２により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性である（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与する処理を実施する。なお、信号加工処理部１０は信号加工手段を構成している。
【００４０】
信号加工処理部１０の加算器１１は逆相成分抽出部２により抽出された逆相成分信号Ｓと乗算器１３から出力された帰還信号を加算して、その逆相成分信号Ｓと帰還信号の加算信号Ｓ１を出力する第１の加算器である。
遅延処理部１２は加算器１１から出力された加算信号Ｓ１をｎサンプル分だけ遅延させる処理を実施する。
【００４１】
乗算器１３は遅延処理部１２により遅延された加算信号Ｓ１に定数α（α＜１）を乗算し、その加算信号Ｓ１と定数αの乗算結果を帰還信号として出力する処理を実施する。
加算器１４は加算器１１から出力された加算信号Ｓ１と乗算器１３から出力された帰還信号を加算し、その加算信号Ｓ１と帰還信号の加算結果を逆相成分信号Ｓ（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）として加算器４，５に出力する第２の加算器である。
【００４２】
次に動作について説明する。
信号加工処理部１０以外は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは、信号加工処理部１０の動作のみを説明する。
信号加工処理部１０は、図１の信号加工処理部３と同様に、逆相成分抽出部２から右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓに対して、（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与する処理を実施する。
【００４３】
即ち、信号加工処理部１０の加算器１１は、逆相成分抽出部２から右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓと乗算器１３から出力された帰還信号を加算して、その逆相成分信号Ｓと帰還信号の加算信号Ｓ１を遅延処理部１２及び加算器１４に出力する。
遅延処理部１２は、加算器１１から加算信号Ｓ１を受けると、予め設定されているｎサンプル分だけ、その加算信号Ｓ１を遅延させて、遅延後の加算信号Ｓ１を乗算器１３に出力する。
【００４４】
乗算器１３は、遅延処理部１２から遅延後の加算信号Ｓ１を受けると、信号強度を減衰させるため、予め設定されている数α（α＜１）を遅延後の加算信号Ｓ１に乗算し、その加算信号Ｓ１と定数αの乗算結果を帰還信号として加算器１１，１４に出力する。
加算器１４は、加算器１１から加算信号Ｓ１を受け、乗算器１３から帰還信号を受けると、その加算信号Ｓ１と帰還信号を加算し、その加算信号Ｓ１と帰還信号の加算結果を逆相成分信号Ｓ（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）として加算器４，５に出力する。
【００４５】
この実施の形態２では、下記の式（３）に示すように、伝達特性Ｈd，Ｈxを単純な関数に近似することで、信号加工処理部１０に要する演算コストを削減している。
【数３】
ただし、Δは、片側のスピーカから当該スピーカに近い側の耳までの距離と、片側のスピーカから当該スピーカの反対側の耳までの距離との差であり、Ｆsはオーディオ信号のサンプリング周波数、ｃは音速を表している。
【００４６】
式（３）が示す近似は、再生環境（部屋の壁や床や家具等）とリスナーの顔形状の回折・反射を無視したときの音波のふるまいとなっている。
即ち、伝達特性Ｈd，Ｈxとして、振幅強度の距離減衰と遅延のみを仮定したものである。
オーディオ装置の再生環境においては、一般的に部屋やリスナーの顔形状（面長／丸顔、小顔／大顔、等）を特定することができないため、式（３）が示す近似は、再生時における部屋やリスナーの顔形状に依存しないロバストな近似であるとも言える。
【００４７】
ここで、信号加工処理部１０の出力信号Ｓ２は、下記の式（４）のように表すことができる。
【数４】
ただし、ｚ-nはｎサンプル分の遅延を表している。
【００４８】
式（４）から明らかなように、この実施の形態２における信号加工処理部１０でも、上記実施の形態１と同様に、逆相成分信号Ｓに対して、（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与することができることがわかる。
この実施の形態２によれば、２つの加算器１１，１４、１つの遅延処理部１２、１つの乗算器１３、１つのフィードバックパスだけで信号加工処理部１０を構成しているので、極めて演算コストが少なくなる効果が得られる。
【００４９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるオーディオ装置を示す構成図であり、図において、図４と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
高域減衰処理部２０は加算器１１から出力された加算信号Ｓ１に含まれている高域成分を減衰させる処理を実施する。
図４では、高域減衰処理部２０を遅延処理部１２の前段に設けている例を示しているが、高域減衰処理部２０を遅延処理部１２の後段に設けるようにしてもよい。
【００５０】
乗算器２１は加算器１１から出力された加算信号Ｓ１に所定の定数ｂ0を乗算する処理を実施する。
遅延処理部２２は加算器１１から出力された加算信号Ｓ１を１サンプル分だけ遅延させる処理を実施する。
乗算器２３は遅延処理部２２により遅延された加算信号Ｓ１に所定の定数ｂ1を乗算する処理を実施する。
加算器２４は乗算器２１の乗算結果と乗算器２３の乗算結果とを加算する処理を実施する。
【００５１】
次に動作について説明する。
この実施の形態３では、高域減衰処理部２０が実装されている点で上記実施の形態２と相違している。
高域減衰処理部２０は、加算器１１から加算信号Ｓ１を受けると、その加算信号Ｓ１に対する移動平均処理を実施することにより、その加算信号Ｓ１に含まれている高域成分を減衰させる処理を実施する。
以下、高域減衰処理部２０の処理内容を具体的に説明する。
【００５２】
高域減衰処理部２０の乗算器２１は、加算器１１から加算信号Ｓ１を受けると、その加算信号Ｓ１に所定の定数ｂ0を乗算する。
また、遅延処理部２２は、加算器１１から加算信号Ｓ１を受けると、その加算信号Ｓ１を１サンプル分だけ遅延させる。
乗算器２３は、遅延処理部２２が加算信号Ｓ１を１サンプル分だけ遅延させると、遅延後の加算信号Ｓ１に所定の定数ｂ1を乗算する。
加算器２４は、乗算器２１の乗算結果と乗算器２３の乗算結果とを加算し、その加算結果を遅延処理部１２に出力する。
【００５３】
ここでは、高域減衰処理部２０が加算信号Ｓ１に対する２次の移動平均処理を実施することにより、その加算信号Ｓ１に含まれている高域成分を減衰させるものについて示したが、これに限るものではなく、更に高次の移動平均処理を実施して、高域成分を減衰させるようにしてもよい。また、移動平均処理でなく、例えば、ＩＩＲフィルタや低域成分抽出フィルタなどを用いて、高域成分を減衰させるようにしてもよい。
【００５４】
この実施の形態２では、下記の式（５）に示すように、伝達特性Ｈd，Ｈxを簡単な関数に近似することで、信号加工処理部１０に要する演算コストの削減と、より精巧な伝達特性の適用とを実現している。
【数５】
ただし、Ｌは２次の移動平均処理を実施したときの特性であるが、更に高次の移動平均処理の特性としてよい。また、ＩＩＲフィルタや低域成分抽出フィルタの周波数特性としてもよい。
【００５５】
式（５）が示す近似は、上記実施の形態２における式（３）が示す近似に対して、顔形状の回折特性も反映させた近似となっている。
即ち、顔形状の回折によって伝達特性Ｈxは高域が減衰されるが、この高域減衰特性をＬで近似している。
したがって、上記実施の形態２よりも、精巧な近似となっている。
【００５６】
ここで、信号加工処理部１０の出力信号Ｓ２は、下記の式（６）のように表すことができる。
【数６】
【００５７】
式（６）から明らかなように、この実施の形態３における信号加工処理部１０でも、上記実施の形態１，２と同様に、逆相成分信号Ｓに対して、（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与することができることがわかる。
この実施の形態３によれば、上記実施の形態２と同程度の少ない演算コストで、顔形状による回折特性も考慮した高品質なクロストークキャンセル処理を実現することができる効果を奏する。
【００５８】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４によるオーディオ装置を示す構成図であり、図において、信号出力部３１はオーディオ信号の右信号Ｒを入力して分岐し、一方の右信号Ｒを右メインスピーカの駆動信号Ｒout1として出力するとともに、他方の右信号Ｒを逆相成分抽出部３３に出力する。なお、信号出力部３１は第１の信号出力手段を構成している。
信号出力部３２はオーディオ信号の左信号Ｌを入力して分岐し、一方の左信号Ｌを左メインスピーカの駆動信号Ｌout1として出力するとともに、他方の左信号Ｌを逆相成分抽出部３３に出力する。なお、信号出力部３２は第２の信号出力手段を構成している。
信号出力部３１，３２により入力されるオーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌは、バイノーラル信号が望ましいが、これに限るものではなく、例えば、ＣＤプレーヤやＤＶＤプレーヤから出力される信号、ＤＴＶレシーバにより受信された放送音声信号、アナログオーディオ信号がＡ／Ｄ変換された信号など、あらゆるオーディオ信号が対象となる。
【００５９】
逆相成分抽出部３３は信号出力部３１，３２から出力されたオーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌを入力して、右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを抽出する処理を実施する。なお、逆相成分抽出部３３は逆相成分抽出手段を構成している。
信号加工処理部３４は逆相成分抽出部３４により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性を付与する処理を実施する。即ち、片側のメインスピーカ（例えば、右メインスピーカ）により再生された音が片側のメインスピーカと反対側のリスナーの耳（例えば、左耳）に到達するまでの伝達特性がＨDX、片側のキャンセル用スピーカ（例えば、右キャンセル用スピーカ）により再生された音が片側のキャンセル用スピーカと同じ側のリスナーの耳（例えば、右耳）に到達するまでの伝達特性がＨSD、片側のキャンセル用スピーカにより再生された音が片側のキャンセル用スピーカと反対側のリスナーの耳（例えば、左耳）に到達するまでの伝達特性がＨSXで表されるとき、逆相成分抽出部３４により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、ＨDX／（ＨSD−ＨSX）の伝達特性を付与する処理を実施する。なお、信号加工処理部３４は信号加工手段を構成している。
【００６０】
位相反転処理部３５は信号加工処理部３４により伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓの位相を反転し、位相反転後の逆相成分信号を右キャンセル用スピーカの駆動信号Ｒout2として出力する処理を実施する。なお、位相反転処理部３５は第３の信号出力手段を構成している。
信号出力部３６は信号加工処理部３４により伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓを左キャンセル用スピーカの駆動信号Ｌout2として出力する処理を実施する。なお、信号出力部３６は第４の信号出力手段を構成している。
【００６１】
図７は左右２つのメインスピーカ、左右２つのキャンセル用スピーカ及びリスナーの位置と伝達特性の関係を示す説明図である。
図７において、ＥＲは左右のスピーカからリスナーの右耳に到達する音を示し、ＥＬは左右のスピーカからリスナーの左耳に到達する音を示している。
なお、ＨDDは片側のメインスピーカ（例えば、右メインスピーカ）により再生された音が片側のメインスピーカと同じ側のリスナーの耳（例えば、右耳）に到達するまでの伝達特性を表している。
【００６２】
次に動作について説明する。
信号出力部３１は、オーディオ信号の右信号Ｒを入力すると、その右信号Ｒを分岐して、一方の右信号Ｒを右メインスピーカの駆動信号Ｒout1として出力する。また、他方の右信号Ｒを逆相成分抽出部３３に出力する。
信号出力部３２は、オーディオ信号の左信号Ｌを入力すると、その左信号Ｌを分岐して、一方の左信号Ｌを左メインスピーカの駆動信号Ｌout1として出力する。また、他方の左信号Ｌを逆相成分抽出部３３に出力する。
【００６３】
逆相成分抽出部３３は、信号出力部３１，３２からオーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌを受けると、図１の逆相成分抽出部２と同様にして、その右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを抽出する。
信号加工処理部３４は、逆相成分抽出部３３から右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓに対するデジタルフィルタ処理を実施することにより、その逆相成分信号Ｓに対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性であるＨDX／（ＨSD−ＨSX）の伝達特性を付与する処理を実施する。
【００６４】
位相反転処理部３５は、信号加工処理部３４から伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓの位相を反転し、位相反転後の逆相成分信号Ｓを右キャンセル用スピーカの駆動信号Ｒout2として出力する。
信号出力部３６は、信号加工処理部３４から伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓを左キャンセル用スピーカの駆動信号Ｌout2として出力する。
【００６５】
ここでは、位相反転処理部３５が位相反転後の逆相成分信号Ｓを右キャンセル用スピーカの駆動信号Ｒout2として出力し、信号出力部３６が逆相成分信号Ｓを左キャンセル用スピーカの駆動信号Ｌout2として出力するものとして説明したが、この動作は、逆相成分抽出部３３が左信号Ｌから右信号Ｒを減算して逆相成分信号Ｓを抽出する場合に適用するものである。
逆相成分抽出部３３が右信号Ｒから左信号Ｌを減算して逆相成分信号Ｓを抽出する場合には、位相反転処理部３５が位相反転後の逆相成分信号Ｓを左キャンセル用スピーカの駆動信号Ｌout2として出力し、信号出力部３６が逆相成分信号Ｓを右キャンセル用スピーカの駆動信号Ｒout2として出力する。
【００６６】
オーディオ装置から出力される右メインスピーカの駆動信号Ｒout1、左メインスピーカの駆動信号Ｌout1、右キャンセル用スピーカの駆動信号Ｒout2、左キャンセル用スピーカの駆動信号Ｌout2は、以下の式（７）で表すことができる。
【数７】
【００６７】
オーディオ装置から出力された右メインスピーカの駆動信号Ｒout1が右メインスピーカに出力され、左メインスピーカの駆動信号Ｌout1が左メインスピーカに出力され、右キャンセル用スピーカの駆動信号Ｒout2が右キャンセル用スピーカに出力され、左キャンセル用スピーカの駆動信号Ｌout2が左キャンセル用スピーカに出力されると、左右のメインスピーカと左右のキャンセル用スピーカで再生されてリスナーの耳元に届く音ＥＲ，ＥＬは、以下の式（８）で表すことができる。
【数８】
【００６８】
リスナーの左右の耳に届く音ＥＬ，ＥＲは、式（８）から明らかなように、クロストーク成分が完全に消去されていることがわかる。ただし、（ＨDD＋ＨDX）という特性が付与されることもわかる。
しかし、（ＨDD＋ＨDX）という特性は、メインスピーカから音が再生されたときに自然に付与される特性と等価であるため、これによって音質劣化が生じることはない。
【００６９】
この実施の形態４では、図６からも明らかなように、スピーカ装置により何も処理されない右信号Ｒ及び左信号がメインスピーカで再生されるため、逆相成分が無い同相信号の音質劣化は原理的に発生しない。
よって、リスナーが標準位置からずれても、中央定位成分にエコーがかかることもなく、良質な中央定位成分を提供することができる。
また、同相成分の周波数特性は常にフラットとなり、低音成分が減衰されることは原理的にないことがわかる。
したがって、低音成分がやせることがなく、迫力のある低音感を提供することができる効果が得られる。
【００７０】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５によるオーディオ装置を示す構成図であり、図において、図６と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
信号加工処理部４０は図６の信号加工処理部３４と同様に、逆相成分抽出部３３により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、ＨDX／（ＨSD−ＨSX）の伝達特性を付与する処理を実施する。なお、信号加工処理部４０は信号加工手段を構成している。
【００７１】
信号加工処理部４０の遅延処理部４１（第１の遅延処理部）は逆相成分抽出部３３により抽出された逆相成分信号Ｓをｎサンプル分だけ遅延させる処理を実施する。
乗算器４２（第１の乗算器）は遅延処理部４１により遅延された逆相成分信号Ｓに定数α（α＜１）を乗算する処理を実施する。
加算器４３は乗算器４２により定数αが乗算された逆相成分信号Ｓと乗算器４５から出力された帰還信号を加算し、その逆相成分信号Ｓと帰還信号の加算信号を遅延処理部４４に出力するとともに、その加算信号を逆相成分信号Ｓ・ＨDX／（ＨSD−ＨSX）として位相反転処理部３５及び信号出力部３６に出力する処理を実施する。
【００７２】
遅延処理部４４（第２の遅延処理部）は加算器４３から出力された加算信号をｍサンプル分だけ遅延させる処理を実施する。
乗算器４５（第２の乗算器）は遅延処理部４４により遅延された加算信号に定数β（β＜１）を乗算し、その加算信号と定数βの乗算結果を帰還信号として加算器４３に出力する処理を実施する。
【００７３】
次に動作について説明する。
信号加工処理部４０以外は、上記実施の形態４と同様であるため、ここでは、信号加工処理部４０の動作のみを説明する。
信号加工処理部４０は、図６の信号加工処理部３４と同様に、逆相成分抽出部３３から右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓに対して、ＨDX／（ＨSD−ＨSX）の伝達特性を付与する処理を実施する。
【００７４】
即ち、信号加工処理部４０の遅延処理部４１は、逆相成分抽出部３３から逆相成分信号Ｓを受けると、予め設定されているｎサンプル分だけ、その逆相成分信号Ｓを遅延させて、遅延後の逆相成分信号Ｓを乗算器４２に出力する。
乗算器４２は、遅延処理部４１から遅延後の逆相成分信号Ｓを受けると、信号強度を減衰させるため、予め設定されている定数α（α＜１）を遅延後の逆相成分信号Ｓに乗算し、遅延後の逆相成分信号Ｓと定数αの乗算信号Ｓ１を加算器４３に出力する。
【００７５】
加算器４３は、乗算器４２から乗算信号Ｓ１を受け、乗算器４５から帰還信号を受けると、その乗算信号Ｓ１と帰還信号を加算し、その乗算信号Ｓ１と帰還信号の加算信号Ｓ２を遅延処理部４４に出力するとともに、その加算信号Ｓ２を逆相成分信号Ｓ・ＨDX／（ＨSD−ＨSX）として位相反転処理部３５及び信号出力部３６に出力する。
【００７６】
遅延処理部４４は、加算器４３から加算信号Ｓ２を受けると、予め設定されているｍサンプル分だけ、その加算信号Ｓ２を遅延させて、遅延後の加算信号Ｓ２を乗算器４５に出力する。
乗算器４５は、遅延処理部４４から遅延後の加算信号Ｓ２を受けると、信号強度を減衰させるため、予め設定されている定数β（β＜１）を遅延後の加算信号Ｓ２に乗算し、その加算信号Ｓ２と定数βの乗算結果を帰還信号として加算器４３に出力する。
【００７７】
この実施の形態５では、下記の式（９）に示すように、伝達特性ＨDX，ＨSD，ＨSXを単純な関数に近似することで、信号加工処理部４０に要する演算コストを削減している。
【数９】
ただし、Δ１はキャンセル用スピーカ（例えば、右キャンセル用スピーカ）から当該キャンセル用スピーカに近い側の耳（例えば、右耳）までの距離と、メインスピーカ（例えば、右メインスピーカ）から当該メインスピーカの反対側の耳（例えば、左耳）までの距離との差、Δ２はキャンセル用スピーカ（例えば、右キャンセル用スピーカ）から当該キャンセル用スピーカに近い側の耳（例えば、右耳）までの距離と、キャンセル用スピーカから当該キャンセル用スピーカの反対側の耳（例えば、左耳）までの距離との差である。
また、Ｆsはオーディオ信号のサンプリング周波数、ｃは音速を表している。
【００７８】
式（９）が示す近似は、式（３）が示す近似と同様に、再生環境（部屋の壁や床や家具等）とリスナーの顔形状の回折・反射を無視したときの音波のふるまいとなっている。
ここで、信号加工処理部４０の出力信号Ｓ２は、下記の式（１０）のように表すことができる。
【数１０】
ただし、ｚ-nはｎサンプル分の遅延を表し、ｚ-mはｍサンプル分の遅延を表している。
【００７９】
式（１０）から明らかなように、この実施の形態５における信号加工処理部４０でも、上記実施の形態４と同様に、逆相成分信号Ｓに対して、ＨDX／（ＨSD−ＨSX）の伝達特性を付与することができることがわかる。
この実施の形態５によれば、１つの加算器４３、２つの遅延処理部４１，４４、２つの乗算器４２，４５、１つのフィードバックパスだけで信号加工処理部４０を構成しているので、極めて演算コストが少なくなる効果が得られる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 同相成分抽出部、２ 逆相成分抽出部、３ 信号加工処理部、４，５ 加算部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スピーカの再生音によって、任意の位置に仮想的な音像定位を実現するオーディオ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、２つのスピーカのみを用いて、空間の任意の位置に音源が存在するようにリスナーに知覚させるオーディオ再生技術（以下、仮想音像定位技術と称する）が知られている。
仮想音像定位技術の実現方法は、例えば、以下の非特許文献１に開示されている。図９は、その構成を示す図である。
非特許文献１によると、仮想音像定位技術では、ある空間における任意の位置から、同じ空間内の任意の位置にいる人間の両耳までの伝達特性を測定（あるいは、推定）しておき、この伝達特性を入力音源に畳み込むことにより、両耳に到達すると思われる信号を生成するとしている。
このようにして生成された信号は「バイノーラル信号」と呼ばれ、ヘッドホンなどの再生機器を用いて、バイノーラル信号を両耳に提示することにより、任意の位置に音源があるかのようにリスナーに錯覚させることができる。
【０００３】
ただし、再生機器がスピーカである場合、バイノーラル信号を正しく両耳に届けるためには、以下に述べるクロストークキャンセル処理が必要となる。
即ち、スピーカ再生において、片方の耳（例えば、右耳）に提示する信号を片方のスピーカ（例えば、右スピーカ）で、そのまま再生すると、右スピーカから出た音は空間伝達関数Ｇ１１を経て右耳に到達すると同時に、空間伝達関数Ｇ１２を経て左耳にも到達してしまう「クロストーク」が発生するため、バイノーラル信号を正しく両耳に提示することができない。
このように、正しくバイノーラル信号を両耳に提示することができない場合、狙った位置に音像が定位しなくなるという問題が起こる。
この問題を解決するため、スピーカ再生による仮想音像定位技術では、一般に、このクロストークを抑圧するクロストークキャンセル処理を実施する。
【０００４】
図９に示した例では、フィルタＨ１１，Ｈ１２，Ｈ２１，Ｈ２２を用いてクロストークキャンセル処理を行い、リスナーの耳元での受音信号ｚ１およびｚ２をダミーヘッド出力ｘ１およびｘ２と一致させている。これにより、左右のバイノーラル信号を正確に提示させることが可能となる。
【０００５】
しかしながら、上記のクロストークキャンセル処理を施すと、中央に定位する成分である中央定位成分（例えば、セリフやボーカル成分）が奥に引き込んだようになって、はっきり聞こえなくなったり、エコーがかかっているような音質の劣化を生じる事態がしばしば発生する。
また、低音成分がやせてしまって、迫力のある低音感を損なってしまうという事態も発生する。
【０００６】
ここで、中央定位成分と低音成分は、共に同相成分が支配的である。以下、同相成分が支配的である理由を説明する。
ある音源を中央に定位させるバイノーラル信号を生成する場合、当然のことながらリスナーの正面に音源があることを想定してバイノーラル信号を生成する。
リスナーの正面に音源がある場合、リスナーの左耳と右耳にはほとんど同時に同じ音が到達する。これは、人間の顔形状がほぼ左右対称であるため、正面の音源位置から右耳までに到達する伝達特性と、正面の音源位置から左耳に到達する伝達特性がほぼ等しくなることからも理解できる。
バイノーラル信号だけでなく、通常のステレオ音源でも、中央定位成分は、ほぼ左右同相で収録されている。
したがって、バイノーラル信号も通常のステレオ信号も、中央定位成分は、同相成分が支配的である。完全な同相信号となっている場合も多い。
【０００７】
次に、ある音源をリスナーの９０度右側に定位させるバイノーラル信号を生成する場合、リスナーの右側９０度に音源があることを想定してバイノーラル信号を生成する。
リスナーの右側９０度に音源がある場合、まず右耳に音が到達し、その後、顔の幅分（左右耳の距離差の分）だけ遅れて左耳に音が到達する。
低音成分は、中高音成分と比較して回折しやすいことが知られている。このため、右耳に到達する音と比較して、振幅強度があまり減衰していない音が左耳にも回り込んで到達する。
即ち、バイノーラル信号は、右耳用の信号が先に出力され、一定の時間をおいてから左耳用の信号が出力されるような信号となる。また、低音成分に関しては、左右の振幅強度差がわずかとなる。
【０００８】
ここでの一定の時間は、顔の幅分程度の音波の遅れ時間であり、例えば、４８０００ＨｚでサンプリングしたＤＶＤのオーディオ信号では、２０〜３０サンプル程度の遅延時間に相当する。
低音信号として、１００Ｈｚ以下を考えた場合、その波長は１周期で４８０サンプル以上になる。
したがって、１００Ｈｚの低音信号を、顔の幅分の遅れ時間に相当する３０サンプル分だけ遅延させたとしても、その位相は１／１６λ（λは波長である）以下の遅れがあるだけであり、ほとんど同相信号とみなしても問題はない。
【０００９】
右側９０度以外の角度では、当然のことながら、左右での位相遅れは、これより小さくなる。
即ち、バイノーラル信号に関しては、低音成分は、ほぼ同相成分とみなせる。通常のステレオソースでも、低音成分は左右で振幅差をつけて収録される場合もあるが、ほぼ同相成分で収録されている。
【００１０】
以上の理由より、中央定位成分と低音成分は、共に同相成分が支配的である。
ここで、上記のクロストークキャンセル処理に同相成分の信号が入力された場合について説明する。
図１０はクロストークキャンセル処理に同相成分信号が入力されたときに、オーディオ装置から出力される信号の時間応答を示す説明図である。
ただし、伝達特性Ｈｄをインパルスで近似し、伝達特性Ｈｘを遅延と減衰が伴っているインパルスで近似した場合の模式図である。このような近似を行わなくても、時間応答の大まかな傾向は変わらない。
【００１１】
同相成分が入力された場合、図１０に示すように、オーディオ装置の出力信号は、左右とも同じ時間応答になり、一定間隔をおいて正負が反転し、減衰しながら応答が持続する。
図１０において、ゼロ時刻の正側のインパルス部分（（ａ）を参照）は、スピーカに近い側の耳に到達する成分であり、（ａ）以降の持続する応答部分（（ｂ）を参照）は、全てキャンセル用の信号として作用する。
クロストークキャンセル処理の設計時に想定した位置（以下、標準位置と称する）にいるリスナーの耳元では、応答部分（ｂ）はお互いに打ち消し合い、クロストークが完全にキャンセルされる。
【００１２】
ただし、リスナーが標準位置から多少でもずれると、応答部分（ｂ）が互いに打ち消し合わず、エコーを伴う音質の劣化が知覚されることになる。
実際の試聴環境では、リスナーがちょうど標準位置にいることの方が稀であり、多くの場合、中央定位成分信号にエコーがかかることによって、その音像が奥に引き込み、音質も劣化する。
【００１３】
また、図１１は図１０を周波数分析した結果を示す説明図である。
同相成分が入力されたクロストークキャンセル処理の出力信号の周波数特性は、図１１に示すように、１０００Ｈｚ〜３０００Ｈｚ程度の中音成分にピークがあり、このピーク部分と比較して、低音成分が大幅に減衰されていることがわかる。
図１１では、１００Ｈｚの低音信号は、２０００Ｈｚの中高音信号と比較して、約１８ｄＢも減衰されていることがわかる。
以上より、従来のクロストークキャンセル処理では、原理的に、中央定位成分が奥に引き込み、エコーがかかっているような音質劣化が生じ、また、低音がやせてしまう音質劣化が生じる。
【００１４】
非特許文献１に開示されているクロストークキャンセル処理の他に、例えば、以下の特許文献１，２にもクロストークキャンセル処理が開示されている。
しかしながら、このクロストークキャンセル処理でも、同相信号が入力されたときには全く同じ傾向の動作をするため、原理的に、中央定位成分が奥に引き込み、エコーがかかっているような音質劣化が生じ、また、低音がやせてしまう音質劣化が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】「音響システムとディジタル処理」コロナ社、平成７年３月出版 Ｐ．２３３−Ｐ．２３７
【００１６】
【特許文献１】特表２０００−５０６６９１号公報
【特許文献２】特開平７−４６７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来のオーディオ装置は以上のように構成されているので、再生機器がスピーカである場合、クロストークキャンセル処理を施せば、バイノーラル信号を正しく両耳に届けることができる。しかし、中央定位成分や低音成分の音質劣化が生じてしまうなどの課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、中央定位成分や低音成分の音質劣化を生じない良質なクロストークキャンセル処理を実現することができるオーディオ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明に係るオーディオ装置は、オーディオ信号の右信号を入力し、上記右信号を右メインスピーカの駆動信号として出力する第１の信号出力手段と、上記オーディオ信号の左信号を入力し、上記左信号を左メインスピーカの駆動信号として出力する第２の信号出力手段と、上記オーディオ信号の右信号及び左信号を入力して、上記右信号と上記左信号の逆相成分信号を抽出する逆相成分抽出手段と、上記逆相成分抽出手段により抽出された逆相成分信号に対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性を付与する信号加工手段と、上記信号加工手段により伝達特性が付与された逆相成分信号の位相を反転し、位相反転後の逆相成分信号を一方のキャンセル用スピーカの駆動信号として出力する第３の信号出力手段と、上記信号加工手段により伝達特性が付与された逆相成分信号を他方のキャンセル用スピーカの駆動信号として出力する第４の信号出力手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、スピーカ装置により何も処理されない右信号及び左信号がメインスピーカで再生されるため、逆相成分が無い同相信号の音質劣化は原理的に発生しない。
よって、リスナーが標準位置からずれても、中央定位成分にエコーがかかることもなく、良質な中央定位成分を提供することができる。
また、同相成分の周波数特性は常にフラットとなり、低音成分が減衰されることは原理的にないことがわかる。
したがって、低音成分がやせることがなく、迫力のある低音感を提供することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１によるオーディオ装置を示す構成図である。
【図２】スピーカ及びリスナーの位置と伝達特性の関係を示す説明図である。
【図３】この実施の形態１によるオーディオ装置から出力される駆動信号Ｒｏｕｔ，Ｌｏｕｔの時間応答を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるオーディオ装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるオーディオ装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４によるオーディオ装置を示す構成図である。
【図７】左右２つのメインスピーカ、左右２つのキャンセル用スピーカ及びリスナーの位置と伝達特性の関係を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態５によるオーディオ装置を示す構成図である。
【図９】非特許文献１に開示されているシステムの構成図である。
【図１０】クロストークキャンセル処理に同相成分信号が入力されたときに、オーディオ装置から出力される信号の時間応答を示す説明図である。
【図１１】図１０を周波数分析した結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるオーディオ装置を示す構成図であり、図において、同相成分抽出部１はオーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌを入力して、右信号Ｒと左信号Ｌの同相成分信号Ｍを抽出する処理を実施する。なお、同相成分抽出部１は同相成分抽出手段を構成している。
逆相成分抽出部２はオーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌを入力して、右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを抽出する処理を実施する。なお、逆相成分抽出部２は逆相成分抽出手段を構成している。
同相成分抽出部１及び逆相成分抽出部２により入力されるオーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌは、バイノーラル信号が望ましいが、これに限るものではなく、例えば、ＣＤプレーヤやＤＶＤプレーヤから出力される信号、ＤＴＶレシーバにより受信された放送音声信号、アナログオーディオ信号がＡ／Ｄ変換された信号など、あらゆるオーディオ信号が対象となる。
【００２２】
信号加工処理部３は逆相成分抽出部２により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性を付与する処理を実施する。即ち、ステレオスピーカにおける片側のスピーカ（例えば、右スピーカ）により再生された音が片側のスピーカと同じ側のリスナーの耳（例えば、右耳）に到達するまでの伝達特性がＨd、片側のスピーカにより再生された音が片側のスピーカと反対側のリスナーの耳（例えば、左耳）に到達するまでの伝達特性がＨxで表されるとき、逆相成分抽出部２により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与する処理を実施する。なお、信号加工処理部３は信号加工手段を構成している。
【００２３】
加算器４は信号加工処理部３により（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓの位相反転信号と同相成分抽出部１により抽出された同相成分信号Ｍを加算し、その逆相成分信号Ｓの位相反転信号と同相成分信号Ｍの加算信号を右スピーカの駆動信号Ｒoutとして出力する処理を実施する。なお、加算器４は第１の加算手段を構成している。
加算器５は信号加工処理部３により（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓと同相成分抽出部１により抽出された同相成分信号Ｍを加算し、その逆相成分信号Ｓと同相成分信号Ｍの加算信号を左スピーカの駆動信号Ｌoutとして出力する処理を実施する。なお、加算器５は第２の加算手段を構成している。
【００２４】
図２はスピーカ及びリスナーの位置と伝達特性の関係を示す説明図である。
図２において、ＥＲは左右のスピーカからリスナーの右耳に到達する音を示し、ＥＬは左右のスピーカからリスナーの左耳に到達する音を示している。
【００２５】
次に動作について説明する。
オーディオ信号の右信号Ｒと左信号Ｌはオーディオ装置に入力されると分岐され、オーディオ信号の右信号Ｒと左信号Ｌが同相成分抽出部１と逆相成分抽出部２にそれぞれ入力される。
同相成分抽出部１は、オーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌを入力すると、右信号Ｒと左信号Ｌの同相成分信号Ｍを抽出する。
ここで、同相成分抽出部１が右信号Ｒと左信号Ｌの同相成分信号Ｍを抽出する方法としては、例えば、右信号Ｒと左信号Ｌを加算し、その加算結果を同相成分信号Ｍとして抽出する方法が考えられる。この方法は、演算コストが少ない特徴がある。
【００２６】
この実施の形態１では、右信号Ｒと左信号Ｌを加算して同相成分信号Ｍを抽出する方法を使用するものとするが、この方法に限るものではなく、例えば、適応デジタルフィルタを用いて同相成分信号Ｍを抽出するようにしてもよい。
即ち、適応デジタルフィルタの入力信号を右信号Ｒ、適応デジタルフィルタの目標信号を左信号Ｌとして（入力信号と目標信号を入れ替えてもよい）、適応的にフィルタ係数を学習させ、適応デジタルフィルタからの出力信号を同相成分信号Ｍとするようにする。
その他、いかなる同相成分信号の抽出方法を採用するようにしてもよい。
【００２７】
逆相成分抽出部２は、オーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌを入力すると、右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを抽出する。
ここで、逆相成分抽出部２が右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを抽出する方法としては、例えば、左信号Ｌから右信号Ｒを減算し（左信号Ｌと右信号Ｒを入れ替えてもよい）、その減算結果を逆相成分信号Ｓとして抽出する方法が考えられる。この方法は、演算コストが少ない特徴がある。
【００２８】
この実施の形態１では、左信号Ｌから右信号Ｒを減算して逆相成分信号Ｓを抽出する方法を使用するものとするが、この方法に限るものではなく、例えば、適応デジタルフィルタを用いて逆相成分信号Ｓを抽出するようにしてもよい。
即ち、適応デジタルフィルタの入力信号を右信号Ｒ、適応デジタルフィルタの目標信号を左信号Ｌとして（入力信号と目標信号を入れ替えてもよい）、適応的にフィルタ係数を学習させ、適応デジタルフィルタからの出力信号と目標信号との誤差信号を逆相成分信号Ｓとするようにする。
その他、いかなる逆相成分信号の抽出方法を採用するようにしてもよい。
【００２９】
信号加工処理部３は、逆相成分抽出部２から右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓに対するデジタルフィルタ処理を実施することにより、その逆相成分信号Ｓに対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性である（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与する処理を実施する。
【００３０】
加算器４は、同相成分抽出部１から右信号Ｒと左信号Ｌの同相成分信号Ｍを受け、かつ、信号加工処理部３から（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓの位相反転信号と同相成分信号Ｍを加算し、その逆相成分信号Ｓの位相反転信号と同相成分信号Ｍの加算信号を右スピーカの駆動信号Ｒoutとして出力する。
即ち、加算器４は、信号加工処理部３から出力された逆相成分信号Ｓを逆相で、同相成分抽出部１から出力された同相成分信号Ｍを同相で加算することにより、右スピーカの駆動信号Ｒoutを生成して出力する。
【００３１】
加算器５は、同相成分抽出部１から右信号Ｒと左信号Ｌの同相成分信号Ｍを受け、かつ、信号加工処理部３から（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓと同相成分信号Ｍを加算し、その逆相成分信号Ｓと同相成分信号Ｍの加算信号を左スピーカの駆動信号Ｌoutとして出力する。
即ち、加算器５は、信号加工処理部３から出力された逆相成分信号Ｓを同相で、同相成分抽出部１から出力された同相成分信号Ｍを同相で加算することにより、左スピーカの駆動信号Ｌoutを生成して出力する。
【００３２】
ここでの加算器４，５の動作は、逆相成分抽出部２が左信号Ｌから右信号Ｒを減算して逆相成分信号Ｓを抽出する場合に適用するものであり、逆相成分抽出部２が右信号Ｒから左信号Ｌを減算して逆相成分信号Ｓを抽出する場合には、次のように動作する。
即ち、加算器４は、信号加工処理部３から出力された逆相成分信号Ｓを同相で、同相成分抽出部１から出力された同相成分信号Ｍを同相で加算することにより、右スピーカの駆動信号Ｒoutを生成して出力する。
また、加算器５は、信号加工処理部３から出力された逆相成分信号Ｓを逆相で、同相成分抽出部１から出力された同相成分信号Ｍを同相で加算することにより、左スピーカの駆動信号Ｌoutを生成して出力する。
【００３３】
オーディオ装置の加算器４から出力される右スピーカの駆動信号Ｒoutと、加算器５から出力される左スピーカの駆動信号Ｌoutは、以下の式（１）で表すことができる。
【数１】
【００３４】
加算器４から出力された右スピーカの駆動信号Ｒoutが右スピーカに出力され、加算器５から出力された左スピーカの駆動信号Ｌoutが左スピーカに出力されると、右スピーカと左スピーカで再生されてリスナーの耳元に届く音ＥＲ，ＥＬは、以下の式（２）で表すことができる。
【数２】
【００３５】
リスナーの左右の耳に届く音ＥＬ，ＥＲは、式（２）から明らかなように、クロストーク成分が完全に消去されていることがわかる。ただし、（Ｈd＋Ｈx）という特性が付与されることもわかる。
しかし、（Ｈd＋Ｈx）という特性は、通常のステレオスピーカから音が再生されたときに自然に付与される特性と等価であるため、これによって音質劣化が生じることはない。
【００３６】
この実施の形態１では、図１からも明らかなように、同相成分抽出部１から出力される同相成分信号Ｍについては、特に何も処理せずに、そのまま同相で左右のスピーカに出力されるため、同相成分の音質劣化は原理的に発生しない。
よって、リスナーが標準位置からずれても、中央定位成分にエコーがかかることもなく、良質な中央定位成分を提供することができる。
ここで、図３はこの実施の形態１によるオーディオ装置から出力される駆動信号Ｒout，Ｌoutの時間応答を示す説明図である。
図３からも明らかなように、同相成分は何も加工されず、そのまま出力されることがわかる。即ち、同相成分の周波数特性は常にフラットになり、低音成分が減衰されることは原理的に起こり得ないことがわかる。
したがって、低音成分がやせることがなく、迫力のある低音感を提供することができる。
【００３７】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、片側のスピーカ（例えば、右スピーカ）により再生された音が片側のスピーカと同じ側のリスナーの耳（例えば、右耳）に到達するまでの伝達特性がＨd、片側のスピーカにより再生された音が片側のスピーカと反対側のリスナーの耳（例えば、左耳）に到達するまでの伝達特性がＨxで表されるとき、逆相成分抽出部２により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与する信号加工処理部３を設け、加算器４が信号加工処理部３により伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓの位相反転信号と同相成分抽出部１により抽出された同相成分信号Ｍを加算し、加算器５が信号加工処理部３により伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓと同相成分抽出部１により抽出された同相成分信号Ｍを加算するように構成したので、中央定位成分や低音成分の音質劣化を生じない良質なクロストークキャンセル処理を実現することができる効果を奏する。
【００３８】
この実施の形態１では、空間のクロストークをキャンセルする処理について説明したが、これに限るものではなく、例えば、複数のスピーカが同じ筐体内に搭載されている場合に発生する筐体内の音響結合についても適用することができる。
この場合、伝達特性Ｈdとして、アンプ部・スピーカ部・筐体等によって受ける伝達特性を用い、伝達特性Ｈxとして、反対側のスピーカに結合する音響結合特性を用いればよい。
【００３９】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるオーディオ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
信号加工処理部１０は図１の信号加工処理部３と同様に、逆相成分抽出部２により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性である（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与する処理を実施する。なお、信号加工処理部１０は信号加工手段を構成している。
【００４０】
信号加工処理部１０の加算器１１は逆相成分抽出部２により抽出された逆相成分信号Ｓと乗算器１３から出力された帰還信号を加算して、その逆相成分信号Ｓと帰還信号の加算信号Ｓ１を出力する第１の加算器である。
遅延処理部１２は加算器１１から出力された加算信号Ｓ１をｎサンプル分だけ遅延させる処理を実施する。
【００４１】
乗算器１３は遅延処理部１２により遅延された加算信号Ｓ１に定数α（α＜１）を乗算し、その加算信号Ｓ１と定数αの乗算結果を帰還信号として出力する処理を実施する。
加算器１４は加算器１１から出力された加算信号Ｓ１と乗算器１３から出力された帰還信号を加算し、その加算信号Ｓ１と帰還信号の加算結果を逆相成分信号Ｓ（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）として加算器４，５に出力する第２の加算器である。
【００４２】
次に動作について説明する。
信号加工処理部１０以外は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは、信号加工処理部１０の動作のみを説明する。
信号加工処理部１０は、図１の信号加工処理部３と同様に、逆相成分抽出部２から右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓに対して、（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与する処理を実施する。
【００４３】
即ち、信号加工処理部１０の加算器１１は、逆相成分抽出部２から右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓと乗算器１３から出力された帰還信号を加算して、その逆相成分信号Ｓと帰還信号の加算信号Ｓ１を遅延処理部１２及び加算器１４に出力する。
遅延処理部１２は、加算器１１から加算信号Ｓ１を受けると、予め設定されているｎサンプル分だけ、その加算信号Ｓ１を遅延させて、遅延後の加算信号Ｓ１を乗算器１３に出力する。
【００４４】
乗算器１３は、遅延処理部１２から遅延後の加算信号Ｓ１を受けると、信号強度を減衰させるため、予め設定されている数α（α＜１）を遅延後の加算信号Ｓ１に乗算し、その加算信号Ｓ１と定数αの乗算結果を帰還信号として加算器１１，１４に出力する。
加算器１４は、加算器１１から加算信号Ｓ１を受け、乗算器１３から帰還信号を受けると、その加算信号Ｓ１と帰還信号を加算し、その加算信号Ｓ１と帰還信号の加算結果を逆相成分信号Ｓ（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）として加算器４，５に出力する。
【００４５】
この実施の形態２では、下記の式（３）に示すように、伝達特性Ｈd，Ｈxを単純な関数に近似することで、信号加工処理部１０に要する演算コストを削減している。
【数３】
ただし、Δは、片側のスピーカから当該スピーカに近い側の耳までの距離と、片側のスピーカから当該スピーカの反対側の耳までの距離との差であり、Ｆsはオーディオ信号のサンプリング周波数、ｃは音速を表している。
【００４６】
式（３）が示す近似は、再生環境（部屋の壁や床や家具等）とリスナーの顔形状の回折・反射を無視したときの音波のふるまいとなっている。
即ち、伝達特性Ｈd，Ｈxとして、振幅強度の距離減衰と遅延のみを仮定したものである。
オーディオ装置の再生環境においては、一般的に部屋やリスナーの顔形状（面長／丸顔、小顔／大顔、等）を特定することができないため、式（３）が示す近似は、再生時における部屋やリスナーの顔形状に依存しないロバストな近似であるとも言える。
【００４７】
ここで、信号加工処理部１０の出力信号Ｓ２は、下記の式（４）のように表すことができる。
【数４】
ただし、ｚ-nはｎサンプル分の遅延を表している。
【００４８】
式（４）から明らかなように、この実施の形態２における信号加工処理部１０でも、上記実施の形態１と同様に、逆相成分信号Ｓに対して、（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与することができることがわかる。
この実施の形態２によれば、２つの加算器１１，１４、１つの遅延処理部１２、１つの乗算器１３、１つのフィードバックパスだけで信号加工処理部１０を構成しているので、極めて演算コストが少なくなる効果が得られる。
【００４９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるオーディオ装置を示す構成図であり、図において、図４と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
高域減衰処理部２０は加算器１１から出力された加算信号Ｓ１に含まれている高域成分を減衰させる処理を実施する。
図４では、高域減衰処理部２０を遅延処理部１２の前段に設けている例を示しているが、高域減衰処理部２０を遅延処理部１２の後段に設けるようにしてもよい。
【００５０】
乗算器２１は加算器１１から出力された加算信号Ｓ１に所定の定数ｂ0を乗算する処理を実施する。
遅延処理部２２は加算器１１から出力された加算信号Ｓ１を１サンプル分だけ遅延させる処理を実施する。
乗算器２３は遅延処理部２２により遅延された加算信号Ｓ１に所定の定数ｂ1を乗算する処理を実施する。
加算器２４は乗算器２１の乗算結果と乗算器２３の乗算結果とを加算する処理を実施する。
【００５１】
次に動作について説明する。
この実施の形態３では、高域減衰処理部２０が実装されている点で上記実施の形態２と相違している。
高域減衰処理部２０は、加算器１１から加算信号Ｓ１を受けると、その加算信号Ｓ１に対する移動平均処理を実施することにより、その加算信号Ｓ１に含まれている高域成分を減衰させる処理を実施する。
以下、高域減衰処理部２０の処理内容を具体的に説明する。
【００５２】
高域減衰処理部２０の乗算器２１は、加算器１１から加算信号Ｓ１を受けると、その加算信号Ｓ１に所定の定数ｂ0を乗算する。
また、遅延処理部２２は、加算器１１から加算信号Ｓ１を受けると、その加算信号Ｓ１を１サンプル分だけ遅延させる。
乗算器２３は、遅延処理部２２が加算信号Ｓ１を１サンプル分だけ遅延させると、遅延後の加算信号Ｓ１に所定の定数ｂ1を乗算する。
加算器２４は、乗算器２１の乗算結果と乗算器２３の乗算結果とを加算し、その加算結果を遅延処理部１２に出力する。
【００５３】
ここでは、高域減衰処理部２０が加算信号Ｓ１に対する２次の移動平均処理を実施することにより、その加算信号Ｓ１に含まれている高域成分を減衰させるものについて示したが、これに限るものではなく、更に高次の移動平均処理を実施して、高域成分を減衰させるようにしてもよい。また、移動平均処理でなく、例えば、ＩＩＲフィルタや低域成分抽出フィルタなどを用いて、高域成分を減衰させるようにしてもよい。
【００５４】
この実施の形態２では、下記の式（５）に示すように、伝達特性Ｈd，Ｈxを簡単な関数に近似することで、信号加工処理部１０に要する演算コストの削減と、より精巧な伝達特性の適用とを実現している。
【数５】
ただし、Ｌは２次の移動平均処理を実施したときの特性であるが、更に高次の移動平均処理の特性としてよい。また、ＩＩＲフィルタや低域成分抽出フィルタの周波数特性としてもよい。
【００５５】
式（５）が示す近似は、上記実施の形態２における式（３）が示す近似に対して、顔形状の回折特性も反映させた近似となっている。
即ち、顔形状の回折によって伝達特性Ｈxは高域が減衰されるが、この高域減衰特性をＬで近似している。
したがって、上記実施の形態２よりも、精巧な近似となっている。
【００５６】
ここで、信号加工処理部１０の出力信号Ｓ２は、下記の式（６）のように表すことができる。
【数６】
【００５７】
式（６）から明らかなように、この実施の形態３における信号加工処理部１０でも、上記実施の形態１，２と同様に、逆相成分信号Ｓに対して、（Ｈd＋Ｈx）／（Ｈd−Ｈx）の伝達特性を付与することができることがわかる。
この実施の形態３によれば、上記実施の形態２と同程度の少ない演算コストで、顔形状による回折特性も考慮した高品質なクロストークキャンセル処理を実現することができる効果を奏する。
【００５８】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４によるオーディオ装置を示す構成図であり、図において、信号出力部３１はオーディオ信号の右信号Ｒを入力して分岐し、一方の右信号Ｒを右メインスピーカの駆動信号Ｒout1として出力するとともに、他方の右信号Ｒを逆相成分抽出部３３に出力する。なお、信号出力部３１は第１の信号出力手段を構成している。
信号出力部３２はオーディオ信号の左信号Ｌを入力して分岐し、一方の左信号Ｌを左メインスピーカの駆動信号Ｌout1として出力するとともに、他方の左信号Ｌを逆相成分抽出部３３に出力する。なお、信号出力部３２は第２の信号出力手段を構成している。
信号出力部３１，３２により入力されるオーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌは、バイノーラル信号が望ましいが、これに限るものではなく、例えば、ＣＤプレーヤやＤＶＤプレーヤから出力される信号、ＤＴＶレシーバにより受信された放送音声信号、アナログオーディオ信号がＡ／Ｄ変換された信号など、あらゆるオーディオ信号が対象となる。
【００５９】
逆相成分抽出部３３は信号出力部３１，３２から出力されたオーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌを入力して、右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを抽出する処理を実施する。なお、逆相成分抽出部３３は逆相成分抽出手段を構成している。
信号加工処理部３４は逆相成分抽出部３４により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性を付与する処理を実施する。即ち、片側のメインスピーカ（例えば、右メインスピーカ）により再生された音が片側のメインスピーカと反対側のリスナーの耳（例えば、左耳）に到達するまでの伝達特性がＨDX、片側のキャンセル用スピーカ（例えば、右キャンセル用スピーカ）により再生された音が片側のキャンセル用スピーカと同じ側のリスナーの耳（例えば、右耳）に到達するまでの伝達特性がＨSD、片側のキャンセル用スピーカにより再生された音が片側のキャンセル用スピーカと反対側のリスナーの耳（例えば、左耳）に到達するまでの伝達特性がＨSXで表されるとき、逆相成分抽出部３４により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、ＨDX／（ＨSD−ＨSX）の伝達特性を付与する処理を実施する。なお、信号加工処理部３４は信号加工手段を構成している。
【００６０】
位相反転処理部３５は信号加工処理部３４により伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓの位相を反転し、位相反転後の逆相成分信号を右キャンセル用スピーカの駆動信号Ｒout2として出力する処理を実施する。なお、位相反転処理部３５は第３の信号出力手段を構成している。
信号出力部３６は信号加工処理部３４により伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓを左キャンセル用スピーカの駆動信号Ｌout2として出力する処理を実施する。なお、信号出力部３６は第４の信号出力手段を構成している。
【００６１】
図７は左右２つのメインスピーカ、左右２つのキャンセル用スピーカ及びリスナーの位置と伝達特性の関係を示す説明図である。
図７において、ＥＲは左右のスピーカからリスナーの右耳に到達する音を示し、ＥＬは左右のスピーカからリスナーの左耳に到達する音を示している。
なお、ＨDDは片側のメインスピーカ（例えば、右メインスピーカ）により再生された音が片側のメインスピーカと同じ側のリスナーの耳（例えば、右耳）に到達するまでの伝達特性を表している。
【００６２】
次に動作について説明する。
信号出力部３１は、オーディオ信号の右信号Ｒを入力すると、その右信号Ｒを分岐して、一方の右信号Ｒを右メインスピーカの駆動信号Ｒout1として出力する。また、他方の右信号Ｒを逆相成分抽出部３３に出力する。
信号出力部３２は、オーディオ信号の左信号Ｌを入力すると、その左信号Ｌを分岐して、一方の左信号Ｌを左メインスピーカの駆動信号Ｌout1として出力する。また、他方の左信号Ｌを逆相成分抽出部３３に出力する。
【００６３】
逆相成分抽出部３３は、信号出力部３１，３２からオーディオ信号の右信号Ｒ及び左信号Ｌを受けると、図１の逆相成分抽出部２と同様にして、その右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを抽出する。
信号加工処理部３４は、逆相成分抽出部３３から右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓに対するデジタルフィルタ処理を実施することにより、その逆相成分信号Ｓに対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性であるＨDX／（ＨSD−ＨSX）の伝達特性を付与する処理を実施する。
【００６４】
位相反転処理部３５は、信号加工処理部３４から伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓの位相を反転し、位相反転後の逆相成分信号Ｓを右キャンセル用スピーカの駆動信号Ｒout2として出力する。
信号出力部３６は、信号加工処理部３４から伝達特性が付与された逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓを左キャンセル用スピーカの駆動信号Ｌout2として出力する。
【００６５】
ここでは、位相反転処理部３５が位相反転後の逆相成分信号Ｓを右キャンセル用スピーカの駆動信号Ｒout2として出力し、信号出力部３６が逆相成分信号Ｓを左キャンセル用スピーカの駆動信号Ｌout2として出力するものとして説明したが、この動作は、逆相成分抽出部３３が左信号Ｌから右信号Ｒを減算して逆相成分信号Ｓを抽出する場合に適用するものである。
逆相成分抽出部３３が右信号Ｒから左信号Ｌを減算して逆相成分信号Ｓを抽出する場合には、位相反転処理部３５が位相反転後の逆相成分信号Ｓを左キャンセル用スピーカの駆動信号Ｌout2として出力し、信号出力部３６が逆相成分信号Ｓを右キャンセル用スピーカの駆動信号Ｒout2として出力する。
【００６６】
オーディオ装置から出力される右メインスピーカの駆動信号Ｒout1、左メインスピーカの駆動信号Ｌout1、右キャンセル用スピーカの駆動信号Ｒout2、左キャンセル用スピーカの駆動信号Ｌout2は、以下の式（７）で表すことができる。
【数７】
【００６７】
オーディオ装置から出力された右メインスピーカの駆動信号Ｒout1が右メインスピーカに出力され、左メインスピーカの駆動信号Ｌout1が左メインスピーカに出力され、右キャンセル用スピーカの駆動信号Ｒout2が右キャンセル用スピーカに出力され、左キャンセル用スピーカの駆動信号Ｌout2が左キャンセル用スピーカに出力されると、左右のメインスピーカと左右のキャンセル用スピーカで再生されてリスナーの耳元に届く音ＥＲ，ＥＬは、以下の式（８）で表すことができる。
【数８】
【００６８】
リスナーの左右の耳に届く音ＥＬ，ＥＲは、式（８）から明らかなように、クロストーク成分が完全に消去されていることがわかる。ただし、（ＨDD＋ＨDX）という特性が付与されることもわかる。
しかし、（ＨDD＋ＨDX）という特性は、メインスピーカから音が再生されたときに自然に付与される特性と等価であるため、これによって音質劣化が生じることはない。
【００６９】
この実施の形態４では、図６からも明らかなように、スピーカ装置により何も処理されない右信号Ｒ及び左信号がメインスピーカで再生されるため、逆相成分が無い同相信号の音質劣化は原理的に発生しない。
よって、リスナーが標準位置からずれても、中央定位成分にエコーがかかることもなく、良質な中央定位成分を提供することができる。
また、同相成分の周波数特性は常にフラットとなり、低音成分が減衰されることは原理的にないことがわかる。
したがって、低音成分がやせることがなく、迫力のある低音感を提供することができる効果が得られる。
【００７０】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５によるオーディオ装置を示す構成図であり、図において、図６と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
信号加工処理部４０は図６の信号加工処理部３４と同様に、逆相成分抽出部３３により抽出された逆相成分信号Ｓに対して、ＨDX／（ＨSD−ＨSX）の伝達特性を付与する処理を実施する。なお、信号加工処理部４０は信号加工手段を構成している。
【００７１】
信号加工処理部４０の遅延処理部４１（第１の遅延処理部）は逆相成分抽出部３３により抽出された逆相成分信号Ｓをｎサンプル分だけ遅延させる処理を実施する。
乗算器４２（第１の乗算器）は遅延処理部４１により遅延された逆相成分信号Ｓに定数α（α＜１）を乗算する処理を実施する。
加算器４３は乗算器４２により定数αが乗算された逆相成分信号Ｓと乗算器４５から出力された帰還信号を加算し、その逆相成分信号Ｓと帰還信号の加算信号を遅延処理部４４に出力するとともに、その加算信号を逆相成分信号Ｓ・ＨDX／（ＨSD−ＨSX）として位相反転処理部３５及び信号出力部３６に出力する処理を実施する。
【００７２】
遅延処理部４４（第２の遅延処理部）は加算器４３から出力された加算信号をｍサンプル分だけ遅延させる処理を実施する。
乗算器４５（第２の乗算器）は遅延処理部４４により遅延された加算信号に定数β（β＜１）を乗算し、その加算信号と定数βの乗算結果を帰還信号として加算器４３に出力する処理を実施する。
【００７３】
次に動作について説明する。
信号加工処理部４０以外は、上記実施の形態４と同様であるため、ここでは、信号加工処理部４０の動作のみを説明する。
信号加工処理部４０は、図６の信号加工処理部３４と同様に、逆相成分抽出部３３から右信号Ｒと左信号Ｌの逆相成分信号Ｓを受けると、その逆相成分信号Ｓに対して、ＨDX／（ＨSD−ＨSX）の伝達特性を付与する処理を実施する。
【００７４】
即ち、信号加工処理部４０の遅延処理部４１は、逆相成分抽出部３３から逆相成分信号Ｓを受けると、予め設定されているｎサンプル分だけ、その逆相成分信号Ｓを遅延させて、遅延後の逆相成分信号Ｓを乗算器４２に出力する。
乗算器４２は、遅延処理部４１から遅延後の逆相成分信号Ｓを受けると、信号強度を減衰させるため、予め設定されている定数α（α＜１）を遅延後の逆相成分信号Ｓに乗算し、遅延後の逆相成分信号Ｓと定数αの乗算信号Ｓ１を加算器４３に出力する。
【００７５】
加算器４３は、乗算器４２から乗算信号Ｓ１を受け、乗算器４５から帰還信号を受けると、その乗算信号Ｓ１と帰還信号を加算し、その乗算信号Ｓ１と帰還信号の加算信号Ｓ２を遅延処理部４４に出力するとともに、その加算信号Ｓ２を逆相成分信号Ｓ・ＨDX／（ＨSD−ＨSX）として位相反転処理部３５及び信号出力部３６に出力する。
【００７６】
遅延処理部４４は、加算器４３から加算信号Ｓ２を受けると、予め設定されているｍサンプル分だけ、その加算信号Ｓ２を遅延させて、遅延後の加算信号Ｓ２を乗算器４５に出力する。
乗算器４５は、遅延処理部４４から遅延後の加算信号Ｓ２を受けると、信号強度を減衰させるため、予め設定されている定数β（β＜１）を遅延後の加算信号Ｓ２に乗算し、その加算信号Ｓ２と定数βの乗算結果を帰還信号として加算器４３に出力する。
【００７７】
この実施の形態５では、下記の式（９）に示すように、伝達特性ＨDX，ＨSD，ＨSXを単純な関数に近似することで、信号加工処理部４０に要する演算コストを削減している。
【数９】
ただし、Δ１はキャンセル用スピーカ（例えば、右キャンセル用スピーカ）から当該キャンセル用スピーカに近い側の耳（例えば、右耳）までの距離と、メインスピーカ（例えば、右メインスピーカ）から当該メインスピーカの反対側の耳（例えば、左耳）までの距離との差、Δ２はキャンセル用スピーカ（例えば、右キャンセル用スピーカ）から当該キャンセル用スピーカに近い側の耳（例えば、右耳）までの距離と、キャンセル用スピーカから当該キャンセル用スピーカの反対側の耳（例えば、左耳）までの距離との差である。
また、Ｆsはオーディオ信号のサンプリング周波数、ｃは音速を表している。
【００７８】
式（９）が示す近似は、式（３）が示す近似と同様に、再生環境（部屋の壁や床や家具等）とリスナーの顔形状の回折・反射を無視したときの音波のふるまいとなっている。
ここで、信号加工処理部４０の出力信号Ｓ２は、下記の式（１０）のように表すことができる。
【数１０】
ただし、ｚ-nはｎサンプル分の遅延を表し、ｚ-mはｍサンプル分の遅延を表している。
【００７９】
式（１０）から明らかなように、この実施の形態５における信号加工処理部４０でも、上記実施の形態４と同様に、逆相成分信号Ｓに対して、ＨDX／（ＨSD−ＨSX）の伝達特性を付与することができることがわかる。
この実施の形態５によれば、１つの加算器４３、２つの遅延処理部４１，４４、２つの乗算器４２，４５、１つのフィードバックパスだけで信号加工処理部４０を構成しているので、極めて演算コストが少なくなる効果が得られる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 同相成分抽出部、２ 逆相成分抽出部、３ 信号加工処理部、４，５ 加算部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号の右信号を入力し、上記右信号を右メインスピーカの駆動信号として出力する第１の信号出力手段と、上記オーディオ信号の左信号を入力し、上記左信号を左メインスピーカの駆動信号として出力する第２の信号出力手段と、上記オーディオ信号の右信号及び左信号を入力して、上記右信号と上記左信号の逆相成分信号を抽出する逆相成分抽出手段と、上記逆相成分抽出手段により抽出された逆相成分信号に対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性を付与する信号加工手段と、上記信号加工手段により伝達特性が付与された逆相成分信号の位相を反転し、位相反転後の逆相成分信号を一方のキャンセル用スピーカの駆動信号として出力する第３の信号出力手段と、上記信号加工手段により伝達特性が付与された逆相成分信号を他方のキャンセル用スピーカの駆動信号として出力する第４の信号出力手段とを備えたオーディオ装置。
【請求項２】
信号加工手段は、ステレオスピーカにおける片側のメインスピーカにより再生された音が上記メインスピーカと反対側のリスナーの耳に到達するまでの伝達特性がＨDX、片側のキャンセル用スピーカにより再生された音が上記キャンセル用スピーカと同じ側のリスナーの耳に到達するまでの伝達特性がＨSD、片側のキャンセル用スピーカにより再生された音が上記キャンセル用スピーカと反対側のリスナーの耳に到達するまでの伝達特性がＨSXで表されるとき、逆相成分抽出手段により抽出された逆相成分信号に対して、伝達特性ＨDXを伝達特性ＨSDと伝達特性ＨSXの差で除算した伝達特性を、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性として付与する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】
信号加工手段は、逆相成分抽出手段により抽出された逆相成分信号を所定のサンプル分だけ遅延させる第１の遅延処理部と、上記第１の遅延処理部により遅延された逆相成分信号に定数を乗算する第１の乗算器と、上記第１の乗算器により定数が乗算された逆相成分信号と帰還信号を加算し、上記逆相成分信号と上記帰還信号の加算信号を第３及び第４の信号出力手段に出力する加算器と、上記加算器から出力された加算信号を所定のサンプル分だけ遅延させる第２の遅延処理部と、上記第２の遅延処理部により遅延された加算信号に定数を乗算し、上記加算信号と上記定数の乗算結果を上記帰還信号として上記加算器に出力する第２の乗算器とから構成されていることを特徴とする請求項２記載のオーディオ装置。
【請求項１】
オーディオ信号の右信号を入力し、上記右信号を右メインスピーカの駆動信号として出力する第１の信号出力手段と、上記オーディオ信号の左信号を入力し、上記左信号を左メインスピーカの駆動信号として出力する第２の信号出力手段と、上記オーディオ信号の右信号及び左信号を入力して、上記右信号と上記左信号の逆相成分信号を抽出する逆相成分抽出手段と、上記逆相成分抽出手段により抽出された逆相成分信号に対して、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性を付与する信号加工手段と、上記信号加工手段により伝達特性が付与された逆相成分信号の位相を反転し、位相反転後の逆相成分信号を一方のキャンセル用スピーカの駆動信号として出力する第３の信号出力手段と、上記信号加工手段により伝達特性が付与された逆相成分信号を他方のキャンセル用スピーカの駆動信号として出力する第４の信号出力手段とを備えたオーディオ装置。
【請求項２】
信号加工手段は、ステレオスピーカにおける片側のメインスピーカにより再生された音が上記メインスピーカと反対側のリスナーの耳に到達するまでの伝達特性がＨDX、片側のキャンセル用スピーカにより再生された音が上記キャンセル用スピーカと同じ側のリスナーの耳に到達するまでの伝達特性がＨSD、片側のキャンセル用スピーカにより再生された音が上記キャンセル用スピーカと反対側のリスナーの耳に到達するまでの伝達特性がＨSXで表されるとき、逆相成分抽出手段により抽出された逆相成分信号に対して、伝達特性ＨDXを伝達特性ＨSDと伝達特性ＨSXの差で除算した伝達特性を、クロストーク成分キャンセル用の伝達特性として付与する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】
信号加工手段は、逆相成分抽出手段により抽出された逆相成分信号を所定のサンプル分だけ遅延させる第１の遅延処理部と、上記第１の遅延処理部により遅延された逆相成分信号に定数を乗算する第１の乗算器と、上記第１の乗算器により定数が乗算された逆相成分信号と帰還信号を加算し、上記逆相成分信号と上記帰還信号の加算信号を第３及び第４の信号出力手段に出力する加算器と、上記加算器から出力された加算信号を所定のサンプル分だけ遅延させる第２の遅延処理部と、上記第２の遅延処理部により遅延された加算信号に定数を乗算し、上記加算信号と上記定数の乗算結果を上記帰還信号として上記加算器に出力する第２の乗算器とから構成されていることを特徴とする請求項２記載のオーディオ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−５５００６（Ｐ２０１２−５５００６Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７６２５（Ｐ２０１１−２４７６２５）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【分割の表示】特願２００９−５２８０２９（Ｐ２００９−５２８０２９）の分割
【原出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【分割の表示】特願２００９−５２８０２９（Ｐ２００９−５２８０２９）の分割
【原出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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