音像定位制御装置
【課題】複雑な処理を行うことなく、かつ少ないスピーカ数で高さ方向を含めて自由な方向に音像を良好に定位させることを可能にする。
【解決手段】互いに相関の強いまたは同一である実音源の信号成分と仮想音源の信号成分の振り分けにより当該実音源と仮想音源との間の位置に音像を定位させる場合において、両信号成分を同一のスピーカに与える場合には、仮想音源の信号成分に遅延を付与し、さらに、両信号成分のゲインの二乗和が一定値となり、かつ仮想音源の信号成分のゲインが上記音像の位置に応じて定まる基準値よりも大きな値となるように両信号成分のゲインを調整する。
【解決手段】互いに相関の強いまたは同一である実音源の信号成分と仮想音源の信号成分の振り分けにより当該実音源と仮想音源との間の位置に音像を定位させる場合において、両信号成分を同一のスピーカに与える場合には、仮想音源の信号成分に遅延を付与し、さらに、両信号成分のゲインの二乗和が一定値となり、かつ仮想音源の信号成分のゲインが上記音像の位置に応じて定まる基準値よりも大きな値となるように両信号成分のゲインを調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音像定位を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、図８（ａ）に示すように、聴者ＬＰの正面に配置されるスピーカＳＰ１およびＳＰ２の各々から放射される音の音量を調整することでそれらスピーカを結ぶ直線上の位置に音像を定位させる技術は一般にパンニングとして知られている。また、図８（ａ）のスピーカＳＰ１およびＳＰ２の各々に与えるオーディオ信号に、これらスピーカＳＰ１およびＳＰ２の設置位置とは異なる位置（仮想音源位置）から聴者の左右の耳に至る音の伝達特性を模した伝達関数（頭部伝達関数）を畳み込むことで当該仮想音源位置に音像を定位させ、あたかも当該仮想音源位置に音源があるかのような聴感を聴者に与えることもできる。以下では、仮想音源位置に定位する音源のことを「仮想音源」と呼び、スピーカの位置に実在する音源を「実音源」と呼ぶ。特許文献１や特許文献２には、仮想音源を実音源と同等に扱い、仮想音源と実音源の間での信号成分の振り分け（ゲインの調整：パンニング）によって仮想音源と実音源とを結ぶ直線上の位置に音像を定位させ、高さ方向も含めた自由な方向に音像を定位させる技術の開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４３０６０２９号
【特許文献２】特開平６−３０３６９９号公報
【特許文献３】特開２００７−２８８６７７号公報
【特許文献４】特開平８−２０５２９７号公報
【特許文献５】特許４５６７０４９号
【特許文献６】特許３３６８８３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された技術では、仮想音源と実音源とを結ぶ直線上の位置に音像を定位させる際に、仮想音源に対応するオーディオ信号と実音源に対応するオーディオ信号とを同一のスピーカに与えることはできない、といった制約があると考えられる。その理由は以下の通りである。
【０００５】
図８（ｂ）は、特許文献１に開示された技術における信号処理の一例を示す図である。より詳細に説明すると、図８（ｂ）は、図８（ａ）のスピーカＳＰ１およびＳＰ２から放射される音により仮想音源ＶＳＳを定位させるオーディオ信号（以下、仮想音源信号）ＸＶ１およびＸＶ２と、スピーカＳＰ１を実音源ＲＳＳ１として駆動するオーディオ信号（すなわち、当該スピーカＳＰ１の位置から放音させる音を表すオーディオ信号：以下、実音源信号）ＸＲを同一の入力オーディオ信号Ｘから生成し、実音源信号と仮想音源信号の信号振り分けによって、仮想音源ＶＳＳと実音源ＲＳＳ１とを結ぶ直線上の位置に音像ＳＩを定位させる場合の信号処理の一例を示す図である。
【０００６】
図８（ｂ）に示す信号処理においてスピーカＳＰ１に与えられるオーディオ信号は、実音源信号ＸＲと仮想音源信号ＸＶ１とを加算器３０によって加算することで生成される。図８（ｂ）に示すように、実音源信号ＸＲは、入力オーディオ信号Ｘにゲイン制御部１０ｒによるゲイン調整を施して得られる信号である。一方、仮想音源信号ＸＶ１およびＸＶ２は同オーディオ信号Ｘにゲイン制御部１０ｖによるゲイン調整を施した後、さらに、仮想音源処理部２０による頭部伝達関数Ｈの畳み込みを施して得られたものである。
【０００７】
仮想音源ＶＳＳと実音源ＲＳＳ１とを結ぶ直線上の位置に音像ＳＩを定位させるには、実音源間における信号振り分けによる音像定位と同様に、ゲイン制御部１０ｒおよび１０ｖにおけるゲインＣｒおよびＣｖを以下の式（１）を満たすように適宜調整すれば良いかに見える。
０≦Ｃｒ≦１かつ０≦Ｃｖ≦１かつ（Ｃｒ）２＋（Ｃｖ）２＝１・・・（１）
しかし、図８（ｂ）に示す信号処理により得られる実音源信号ＸＲと仮想音源信号ＸＶ１は、同一のオーディオ信号（図８（ｂ）に示す例では入力オーディオ信号Ｘ）から得られたものであり、両者の振幅および位相には一定の関係があり、両者は互いに相関の高い信号である。このため、加算器３０によって実音源信号ＸＲと仮想音源信号ＸＶを加算すると、両信号は互いに混じりあい、オーディオ信号Ｘに（Ｃｒ＋ＣｖＨ）というフィルタ特性のフィルタ処理を施した音がスピーカＳＰ１から出力され、想定しない位置に仮想音源ＶＳＳが定位したり、あるいは聴者ＬＰには周波数特性の劣化した音がスピーカＳＰ１自体から出ているようにしか聴こえず、仮想音源ＶＳＳは想定された位置に定位しない。仮想音源ＶＳＳが想定された位置に定位しないため、音像ＳＩの定位にも支障が生じる。
【０００８】
仮想音源の定位には一般的には少なくとも２つのスピーカを利用するため、例えば前方左右と後方左右の合計４個のスピーカを使用する場合には、実音源信号の出力先のスピーカと仮想音源信号の出力先のスピーカとを重複させないようにすることも可能である。具体的には、仮想音源信号を後方左右のスピーカに出力する場合には前方左右のスピーカに実音源信号を与え、仮想音源信号を前方左右のスピーカに出力する場合には後方左右のスピーカに実音源信号を与える、といった具合である。しかし、このような態様では、前方左右のスピーカ、および後方左右のスピーカの各々に対して仮想音源処理部を別個に設ける必要があり、オーディオ機器の構成が複雑になるといった問題がある。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、複雑な処理を行うことなく、かつ少ないスピーカ数で高さ方向を含めて自由な方向に音像を良好に定位させることを可能にする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するために、複数のスピーカのうちの少なくとも１つに与えるオーディオ信号であって、前記複数のスピーカが設置された空間内の仮想音源位置に音源を定位させる仮想音源信号を、入力オーディオ信号に基づいて生成する仮想音源処理手段と、供給先のスピーカの位置から放音させる音を表す入力オーディオ信号から、互いに時間差を有する第１および第２のオーディオ信号を生成し、前記仮想音源信号を与えられるスピーカのうちの少なくとも１つと前記仮想音源処理手段に前記第１および第２のオーディオ信号の各々を与える分配手段と、を有することを特徴とする音像定位制御装置、を提供する。
【００１１】
このような音像定位制御装置によれば、仮想音源信号の生成元である第２のオーディオ信号は第１のオーディオ信号に対して時間差を有しているため、一般的な音楽や映画、テレビ放送などの非定常オーディオ信号を上記第１および第２のオーディオ信号の生成元の入力オーディオ信号として用いた場合に、仮想音源信号と第１のオーディオ信号の同時刻における相関は低くなる。したがって、仮想音源信号と第１のオーディオ信号を同一のスピーカに与えて音を放音させたとしても、仮想音源の定位感が損なわれることはない。このように、本発明の音像定位制御装置においては、特許文献１に開示された技術のような制約はなく、スピーカ数を増やしたり、仮想音源信号と実音源信号とが同一のスピーカに出力されないようにしたりするといった複雑な処理を行うことなく、高さ方向を含めて自由な方向に音像を定位させることが可能になる。
【００１２】
より好ましい態様においては、前記分配手段は、前記第１および第２のオーディオ信号の各々のゲインを調整するゲイン制御部を含み、前記スピーカの位置と前記仮想音源位置との間に音像を定位させるとした場合における各ゲイン制御部のゲインを基準値とし、前記第１および第２のオーディオ信号のうちの後発のもののゲインを調整するゲイン制御部のゲインが前記基準値よりも大きな値となり、かつ各ゲイン制御部のゲインの二乗和が一定値となるように、各ゲイン制御部のゲインを定めることを特徴とする。このような態様によれば、第１および第２のオーディオ信号に時間差を設けたことに起因する先行音効果を緩和し、仮想音源と実音源の間の位置に音像を良好に定位させることが可能になる。なお、特許文献３〜６には、サラウンド左右間の相関が高い場合に仮想音源の定位に問題が生じることを回避するために、サラウンド左右の各々の位相を操作して両チャネルの非相関化を実現する技術が開示されている。しかし、これら特許文献３〜６に開示された技術は、仮想音源信号と実音源信号とを同一のスピーカに出力した場合に生じる問題を解決するものではない。また、仮に仮想音源信号と実音源信号とが完全に非相関になってしまうと、信号振り分けによって音像定位を実現するという本来の目的が達せられなくなってしまう。したがって、本願発明は、特許文献３〜６に開示された技術とは全く異なるものである。
【００１３】
また、本発明の別の態様としては、複数のスピーカのうちの少なくとも１つに与えるオーディオ信号であって、供給先のスピーカの位置から放音させる音を表す実音源信号を、入力オーディオ信号に基づいて生成する実音源処理手段と、前記複数のスピーカが設置された空間内の仮想音源位置に音源を定位させる仮想音源信号を入力オーディオ信号に基づいて生成し、前記実音源信号の供給先のスピーカの少なくとも１つを含む前記複数のスピーカのうちの少なくとも１つに与える仮想音源処理手段と、共通の入力オーディオ信号から互いに時間差を有する第１および第２のオーディオ信号を生成し、前記実音源処理手段および前記仮想音源処理手段の各々に与える分配手段と、を有することを特徴とする音像定位制御装置を提供する態様も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本願発明の原理を説明するための図である。
【図２】同原理を説明するための図である。
【図３】同原理を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態のオーディオアンプの構成例を示す図である。
【図５】同オーディオアンプに接続されるスピーカＳＰ１〜ＳＰ５の配置例と実音源ＲＳＳ１〜４および仮想音源ＶＳＳ１およびＶＳＳ２の設定例を示す図である。
【図６】同オーディオアンプの音像定位制御装置３２０が実行する信号処理の一例を示す図である。
【図７】同音像定位制御装置３２０の音場効果信号生成処理部７０の構成例を示す図である。
【図８】従来技術の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、本発明の実施形態の説明に先立って本発明の原理を説明する。
（Ａ：本発明の原理）
図１は、図８（ａ）のスピーカＳＰ１およびＳＰ２から放射される音により仮想音源ＶＳＳを定位させるとともに、スピーカＳＰ１を実音源ＲＳＳ１として機能させ、さらに、仮想音源ＶＳＳと実音源ＲＳＳ１とを結ぶ直線上の位置に音像ＳＩを定位させることを、本発明の原理に則して実現する信号処理の一例を示す図である。なお、図１では、図８（ｂ）と同一の構成要素には同一の符号が付されている。図１と図８（ｂ）とを対比すれば明らかように、図１に示す信号処理は、ゲイン制御部４０ｒおよび４０ｖによるゲインの調整と、遅延手段５０によって仮想音源ＶＳＳの信号成分に遅延を付与する処理とを含んでいる点が図８（ｂ）に示す信号処理と異なっている。
【００１６】
図１に示すように、実音源ＲＳＳ１に対応する実音源信号ＸＲは、入力オーディオ信号Ｘにゲイン制御部１０ｒによるゲイン調整およびゲイン制御部４０ｒによるゲイン調整を施して生成される。一方、仮想音源ＶＳＳの信号成分ＸＶ１およびＸＶ２は、入力オーディオ信号Ｘにゲイン制御部１０ｖおよびゲイン制御部４０ｖによるゲイン調整を施し、さらに遅延手段５０による遅延の付与を行った後に仮想音源処理部２０による仮想音源処理を施して生成される。換言すれば、図１のゲイン制御部１０ｒおよび１０ｖと、ゲイン制御部４０ｒおよび４０ｖと、遅延手段５０とは、入力オーディオ信号から時間差を有する第１および第２のオーディオ信号を生成し、仮想音源処理部２０と当該仮想音源処理部により生成された仮想音源信号を与えられる２つのスピーカのうちの１つ（図１に示す例ではスピーカＳＰ１）に上記第１および第２のオーディオ信号の各々に与える分配手段の役割を果たすのである。
【００１７】
図１のゲイン制御部１０ｒおよび１０ｖによるゲイン調整は、前掲図８（ｂ）におけるものと同様、実音源の信号成分と仮想音源の信号成分との振り分けによって、仮想音源ＶＳＳと実音源ＲＳＳ１を結ぶ直線上の位置に音像ＳＩを定位させることを実現するためのものである。したがって、ゲイン制御部１０ｒにおけるゲインＣｒとゲイン制御部１０ｖにおけるゲインＣｖについては、音像ＳＩの位置に応じて前掲式（１）を満たすように定められる。
【００１８】
図１のゲイン制御部４０ｒにおけるゲインＨｒとゲイン制御部４０ｖにおけるゲインＨｖは、ゲイン制御部１０ｒにおけるゲインＣｒとゲイン制御部１０ｖにおけるゲインＣｖの比、および遅延手段５０における遅延量に応じて各々定まる値であり、以下の式（２）を満たすように定められる。これらゲイン制御部４０ｖおよびゲイン制御部４０ｒによるゲイン調整を施す理由については後に明らかにする。
０≦Ｈｒ≦Ｈｖ、かつ、（Ｃｒ×Ｈｒ）２＋（Ｃｖ×Ｈｖ）２＝１・・・（２）
【００１９】
遅延手段５０は、例えばメモリへのデータの読み書きで実現でき、仮想音源ＶＳＳの信号成分を実音源ＲＳＳ１の信号成分に対して遅延させることで、両者の相関を低くするためのものである。入力オーディオ信号Ｘが非定常的で周波数分布の時間変動が大きいものである場合には、元来同一のオーディオ信号であった仮想音源ＶＳＳの信号成分と実音源ＲＳＳ１の信号成分の相関が低くなり、両信号成分を同一のスピーカ（図１に示す例ではスピーカＳＰ１）に与えても、仮想音源ＶＳＳの定位感が損なわれることはない。本出願人の行った実験によれば、遅延手段５０により付与する遅延の大きさは５〜２５ｍｓであることが好ましいことが判明した。遅延手段５０によって付与する遅延の大きさが３０ｍｓを超えると、仮想音源ＶＳＳの信号成分と実音源ＲＳＳ１の信号成分とが時間軸上でばらばらに聴こえ、パンニングによる音像ＳＩの定位が不可能となる一方、一般的な各種の非定常オーディオ信号に対して５ｍｓ未満の遅延では、相関を低くする効果が不十分だったからである。
【００２０】
さて、上記のように仮想音源ＶＳＳの信号成分に遅延を付与すると、ハース効果等の先行音効果が生じることとなる。ここで先行音効果とは、同一のオーディオ信号を時間差を持たせて２つのスピーカの各々に与え音を出力させた場合に、出力タイミングの早いスピーカのほうに定位を感じ、他方は定位として知覚されない現象のことである。図１に示す信号処理では、ゲイン制御部４０ｒおよび４０ｖを設け、前掲式（２）に示すように、ゲイン制御部４０ｖにおけるゲインＨｖをゲイン制御部４０ｒにおけるゲインＨｒよりも大きくする（すなわち、後発側である仮想音源ＶＳＳの信号成分を強める）ことで先行音効果が緩和されるのである。
【００２１】
つまり、図１に示す信号処理では、仮想音源ＶＳＳの信号成分に遅延を付与することで同信号成分と実音源ＲＳＳ１の信号成分の相関を引き下げ、仮想音源ＶＳＳの定位感が失われることが回避される。このような遅延の付与により仮想音源ＶＳＳの定位感の喪失を回避することは、入力オーディオ信号Ｘが、例えば楽曲を表すもの或いは映画やゲームの効果音等を表すものである場合に効果的であると考えられる。この種のオーディオ信号は非定常的であり、周波数分布の時間変動が大きい非定常オーディオ信号であることが多いからである。したがって、図１に示す信号処理は、音楽や映画を再生するオーディオ機器、或いはゲーム機などに好適であると考えられる。
【００２２】
加えて、図１に示す信号処理では、前掲式（２）に示す関係を満たしつつ、仮想音源ＶＳＳの信号成分をゲイン調整する際のゲインを、音像ＳＩの定位位置に応じて定まる基準値ＣｖからＨｖＣｖに引き上げることで上記遅延の付与に起因した先行音効果の発生が緩和される。これにより、仮想音源ＶＳＳと実音源ＲＳＳ１とを結ぶ直線上の所望の位置に音像ＳＩを良好に定位させることが可能になるのである。
【００２３】
図１に示す例では、スピーカＳＰ１およびＳＰ２から放射される音により仮想音源ＶＳＳを定位させるとともに、スピーカＳＰ１を実音源ＲＳＳ１として機能させ、仮想音源ＶＳＳと実音源ＲＳＳ１とを結ぶ直線上に音像ＳＩを定位させる場合について説明した。しかし、スピーカＳＰ１およびＳＰ２から放射される音により仮想音源ＶＳＳを定位させる一方、スピーカＳＰ１を実音源ＲＳＳ１として機能させるとともにスピーカＳＰ２を実音源ＲＳＳ２として機能させ、仮想音源ＶＳＳ、実音源ＲＳＳ１およびＲＳＳ２の各々の信号成分の振り分けにより、図３に示すように、仮想音源ＶＳＳ、実音源ＲＳＳ１およびＲＳＳ２の各々設定位置を頂点とする三角形内に音像ＳＩを定位させることも可能である。このようなことを実現するには、図１に示す信号処理に換えて図２に示す信号処理を実行するようにすれば良い。
【００２４】
図２に示す信号処理では、スピーカＳＰ１およびＳＰ２の各々に与えるオーディオ信号のうち、仮想音源ＶＳＳに対応する仮想音源信号ＸＶ１およびＸＶ２の各々生成方法は、図１に示す信号処理におけるものと同様である。これに対して、スピーカＳＰ１を実音源ＲＳＳ１として機能させる実音源信号ＸＲ１は、入力オーディオ信号Ｘにゲイン制御部１０ｒ１によるゲイン調整およびゲイン制御部４０ｒ１によるゲイン調整を施して生成され、スピーカＳＰ２を実音源ＲＳＳ２として機能させる実音源信号ＸＲ２は、入力オーディオ信号Ｘにゲイン制御部１０ｒ２によるゲイン調整およびゲイン制御部４０ｒ２によるゲイン調整を施して生成される。実音源信号ＸＲ１と仮想音源信号ＸＶ１とを加算器３０−１によって加算することでスピーカＳＰ１に与えるオーディオ信号が生成され、実音源信号ＸＲ２と仮想音源信号ＸＶ２とを加算器３０−２によって加算することでスピーカＳＰ２に与えるオーディオ信号が生成される。
【００２５】
そして、図２のゲイン制御部１０ｒ１におけるゲインＣｒ１、ゲイン制御部１０ｒ２におけるゲインＣｒ２、およびゲイン制御部１０ｖにおけるゲインＣｖを音像ＳＩを定位させる位置に応じて以下の式（３）を満たすように設定し、さらに、ゲイン制御部４０ｒ１および４０ｒ２におけるゲインＨｒとゲイン制御部４０ｖにおけるゲインＨｖを以下の式（４）を満たすように設定すれば、図１に示す信号処理と同様に、仮想音源ＶＳＳ、実音源ＲＳＳ１およびＲＳＳ２の各々設定位置を頂点とする三角形内の所望の位置に音像ＳＩを定位させることが可能になる。
０≦Ｃｒ１≦１かつ０≦Ｃｒ２≦１かつ０≦Ｃｖ≦１かつ（Ｃｒ１）２＋（Ｃｒ２）２＋（Ｃｖ）２＝１・・・（３）
０≦Ｈｒ≦Ｈｖ、かつ、（Ｃｒ１×Ｈｒ）２＋（Ｃｒ２×Ｈｒ）２＋（Ｃｖ×Ｈｖ）２＝１・・・（４）
以上が本発明の原理である。なお、以上の説明では仮想音源の定位に２つのスピーカを用いたが、１つのスピーカのみを用いて仮想音源の定位を実現しても良い。要は、複数のスピーカのうちの少なくとも１つに仮想音源信号を与え、当該スピーカから放音される音によって仮想音源を定位させる態様であれば良い。
【００２６】
（Ｂ：実施形態）
次いで、上記原理を適用した本発明の実施形態について説明する。
図４は、本発明の一実施形態であるオーディオ機器の構成例を示すブロック図である。図４に示すように、このオーディオ機器は、例えばオーディオアンプであり、ＤＶＤプレイヤなどのソース機器から出力される１または複数チャネルのオーディオ信号を受け取り、複数台のスピーカの駆動制御を行うものである。図４に示すように、このオーディオアンプは、ソース機器から出力されるオーディオ信号のデコード等を行う信号入力部３１０と、信号入力部３１０に入力されたオーディオ信号に対して音像定位のための各種信号処理を施す音像定位制御装置３２０と、音像定位制御装置３２０による信号処理を施されたオーディオ信号にＤ／Ａ変換を施すＤ／Ａ変換部３３０と、Ｄ／Ａ変換部３３０から出力されるアナログオーディオ信号を増幅して上記複数台のスピーカに出力する増幅器３４０と、を含んでいる。図４に示すオーディオアンプでは、音像定位制御装置３２０によって、本発明の原理に則した信号処理が実行される。
【００２７】
図４に示すソース機器からは５チャネルのオーディオ信号Ｘ１〜Ｘ５が出力される一方、上記オーディオ機器には、図５に示すように聴者ＬＰの正面に配置されるスピーカＳＰ１、ＳＰ２およびＳＰ５と、同聴者の背面側に配置されるスピーカＳＰ３およびＳＰ４の合計５台のスピーカが接続される。以下、図５に示すように、スピーカＳＰ１〜ＳＰ４の各々を実音源ＲＳＳ１〜ＲＳＳ４として機能させるとともに、スピーカＳＰ１およびＳＰ２の各々から放音される音によって仮想音源ＶＳＳ１およびＶＳＳ２を定位させ、これら２つの仮想音源と上記４つの実音源の各々との間の位置に音像を定位させる場合を例にとって、音像定位制御装置３２０が実行する信号処理を説明する。なお、図５に示す５台のスピーカのうち、スピーカＳＰ５は、このスピーカ位置にのみ明瞭に定位させたい音（例えば、映画における台詞などセンタチャネルの音）の再生に用いられる。
【００２８】
図６は、音像定位制御装置３２０の構成例を示す図である。
図６に示すように、音像定位制御装置３２０は、加算器６０−ｍ（ｍ＝１〜４）、加算器３０−ｉ−ｊ（ｉ＝１〜２、ｊ＝１〜２）、仮想音源処理部２０−ｉ、遅延手段５０−ｉ、および音場効果信号生成処理部７０を含んでいる。本実施形態の音像定位制御装置３２０は、例えばＤＳＰであり、図６に示す各部の機能は当該ＤＳＰにおけるソフトウェア処理として実現される。音場効果信号生成処理部７０は、実音源ＲＳＳｍ（ｍ＝１〜４）および仮想音源ＶＳＳｉ（ｉ＝１〜２）の各々を定位させるための音場効果（例えば残響など）を表す音場効果信号ＹＲｍ（ｍ＝１〜４）およびＹＶｉ（ｉ＝１〜２）を入力オーディオ信号Ｘ１〜Ｘ５から生成して出力する。
【００２９】
図６の加算器６０−ｍ（ｍ＝１〜４）の各々は、音場効果信号ＹＲｍと入力オーディオ信号Ｘｍとを加算し、その加算結果を実音源ＲＳＳｍに対応する実音源信号として出力する。つまり、加算器６０−ｍ（ｍ＝１〜４）と音場効果信号生成処理部７０は、入力オーディオ信号Ｘ１〜Ｘ５から実音源ＲＳＳｍに対応する実音源信号を生成する実音源処理手段の役割を果たす。図６の遅延手段５０−ｉ（ｉ＝１〜２）および仮想音源処理部２０−ｉの各々は、図１における遅延手段５０および仮想音源処理部２０と同様の役割を担っている。図６の遅延手段５０−ｉ（ｉ＝１〜２）の各々は、音場効果信号ＹＶｉを遅延させ、音場効果信号ＹＲｍ（ｍ＝１〜４）との間に時間差を設ける。仮想音源処理部２０−ｉ（ｉ＝１〜２）の各々は、音場効果信号ＹＶｉから仮想音源ＶＳＳｉに対応する仮想音源信号ＹＶｉ−ｊ（ｊ＝１〜２）を生成して出力する。そして、図６の加算処理３０−ｉ−ｊ（ｉ＝１〜２：ｊ＝１〜２）は、実音源ＲＳＳｊに対応する実音源信号（すなわち、Ｘｊ＋ＹＲｊ）に仮想音源信号ＹＶｉ−ｊを加算し、その加算結果をスピーカＳＰｊに与えるオーディオ信号として出力する。
【００３０】
図７は、音場効果信号生成処理部７０の構成例を示す図である。図７に示すように、音場効果信号生成処理部７０は、入力オーディオ信号Ｘ１〜Ｘ５の加算信号Ｗを遅延処理ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）によって遅延させた各遅延信号Ｗ（ｎ）に音像定位係数Ｃｎｋｒ（ｋ＝１〜４）と補正係数Ｈｒの積を乗算して加算することで実音源ＲＳＳ１〜ＲＳＳ４の各々に対応する音場効果信号ＹＲ１〜ＹＲ４を生成する。また、音場効果信号生成処理部７０は、各遅延信号Ｗ（ｎ）に音像定位係数Ｃｎｋｖ（ｋ＝５，６）と補正係数Ｈｖの積を乗算して加算することで仮想音源ＶＳＳ１およびＶＳＳ２の各々に対応する音場効果信号ＹＶ１およびＹＶ２を生成する。音像定位係数Ｃｎ１ｒ〜Ｃｎ４ｒおよびＣｎ５ｖ〜Ｃｎ６ｖの合計６個の音像定位係数のうちの２つ以上はゼロであり、これら６つの音像定位係数Ｃｎ１ｒ〜Ｃｎ６ｖおよび補正係数ＨｒまたはＨｖの大きさを調整することで、実音源ＲＳＳｍ（ｍ＝１〜４）と仮想音源ＶＳＳ１（或いは仮想音源ＶＳＳ２）との間の位置に音像を定位させることができる。つまり、図７において音像定位係数Ｃｎ１ｒ〜Ｃｎ４ｒの各々と補正係数Ｈｒとの積を遅延信号Ｗ（ｎ）に乗算する各ゲイン制御部は、図１のゲイン制御部１０ｒおよび４０ｒ（或いは図２のゲイン制御部１０ｒ１および１０ｒ２とゲイン制御部４０ｒ１および４０ｒ２）の役割を果たし、同図７において音像定位係数Ｃｎ５ｖ或いはＣｎ６ｖと補正係数Ｈｖとの積を遅延信号Ｗ（ｎ）に乗算する各ゲイン制御部は、図１（或いは図２の）のゲイン制御部１０ｖおよび４０ｖの役割を果たすのである。つまり、図７の音場効果信号生成処理部７０は、加算器６０−ｍ（ｍ＝１〜４）とともに前述した実音源処理手段の役割を果たす一方、遅延手段５０−ｉ（ｉ＝１〜２）とともに前述した分配手段の役割を果たすのである。なお、前述した本発明の原理では音像定位係数Ｃｒ（或いはＣｖ）と補正係数Ｈｒ（或いはＨｖ）を各々個別のゲイン制御部によって乗算したが図７に示すように両者を一つのゲイン制御部で乗算する（すなわち、両者の積を乗算）するようにしても良いことは勿論である。
【００３１】
例えば、第１の時刻においては実音源ＲＳＳ１と仮想音源ＶＳＳ１とを結ぶ直線上の位置に１つの音像を定位させ、上記第１の時刻とは異なる第２の時刻においては実音源ＲＳＳ４と仮想音源ＶＳＳ２とを結ぶ直線上の位置に別の音像を定位させる場合には、第１の時刻においてはＣｎ１ｒおよびＣｎ５ｖ以外の音像定位係数をゼロとし、前掲式（１）および（２）を満たすようにＣｎ１ｒ、Ｃｎ５ｖ、ＨｒおよびＨｖの値を定め、第２の時刻においてはＣｍ４ｒおよびＣｍ６ｖ以外の音像定位係数をゼロとし、前掲式（１）および（２）を満たすようにＣｍ４ｒ、Ｃｍ６ｖ、ＨｒおよびＨｖの値を定めるようにすれば良い。このように、前掲式（１）および（２）を満たすように、音像定位係数および補正係数を定めることによって、仮想音源の定位感が損なわれることを回避し、かつ仮想音源と実音源の間の位置に音像を定位させることができることは前述した通りである。
【００３２】
以上説明したように本実施形態によれば、複雑な処理を行うことなく、かつ少ないスピーカ数で高さ方向を含めて自由な方向に音像を良好に定位させることが可能になる。なお、上記実施形態では、複数のスピーカ（スピーカＳＰ１〜ＳＰ４に）に実音源信号を与え、それら実音源信号を与えられるスピーカのうちの２つ（すなわち、スピーカＳＰ１およびＳＰ２）に仮想音源信号を与える場合について説明したが、複数のスピーカのうちの少なくとも１つに実音源信号を与え、当該実音源信号の供給先のスピーカを含む少なくとも１つのスピーカに仮想音源信号を与えるようにしても良い。
【００３３】
（Ｃ：変形）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、この実施形態を以下のように変形しても勿論良い。
【００３４】
（１）以上では、仮想音源信を実音源信号に対して遅延させたが、逆に、実音源信号を仮想音源号に対して遅延させても勿論良い。このように、実音源信号を仮想音源信号に対して遅延させる場合には、ゲイン制御部１０ｒにおけるゲインＣｒとゲイン制御部４０ｒにおけるゲインＨｒの積Ｃｒ×Ｈｒが基準値であるＣｒよりも大きくなり、かつ（Ｃｒ×Ｈｒ）２＋（Ｃｖ×Ｈｖ）２＝１となるようにＨｒおよびＨｖを調整するようにすれば良い。
【００３５】
（２）以上では、補正係数ＨｒおよびＨｖを導入して、仮想音源信号を実音源信号に対して遅延させたことに起因する先行音効果を緩和したが、先行音効果がさほど強く発現しない場合、あるいは若干の先行音効果が発生しても許容できる範囲内であれば上記補正係数による補正は必須ではない。
【符号の説明】
【００３６】
１０ｒ，１０ｒ１，１０ｒ２，１０ｖ，４０ｒ，４０ｒ１，４０ｒ２，４０ｖ…ゲイン制御部、２０，２０−１，２０−２…仮想音源処理部、３０，３０−１，３０−２，３０−ｉ−ｊ（ｉ，ｊ＝１，２）…加算器、５０，５０−１，５０−２…遅延手段。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音像定位を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、図８（ａ）に示すように、聴者ＬＰの正面に配置されるスピーカＳＰ１およびＳＰ２の各々から放射される音の音量を調整することでそれらスピーカを結ぶ直線上の位置に音像を定位させる技術は一般にパンニングとして知られている。また、図８（ａ）のスピーカＳＰ１およびＳＰ２の各々に与えるオーディオ信号に、これらスピーカＳＰ１およびＳＰ２の設置位置とは異なる位置（仮想音源位置）から聴者の左右の耳に至る音の伝達特性を模した伝達関数（頭部伝達関数）を畳み込むことで当該仮想音源位置に音像を定位させ、あたかも当該仮想音源位置に音源があるかのような聴感を聴者に与えることもできる。以下では、仮想音源位置に定位する音源のことを「仮想音源」と呼び、スピーカの位置に実在する音源を「実音源」と呼ぶ。特許文献１や特許文献２には、仮想音源を実音源と同等に扱い、仮想音源と実音源の間での信号成分の振り分け（ゲインの調整：パンニング）によって仮想音源と実音源とを結ぶ直線上の位置に音像を定位させ、高さ方向も含めた自由な方向に音像を定位させる技術の開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４３０６０２９号
【特許文献２】特開平６−３０３６９９号公報
【特許文献３】特開２００７−２８８６７７号公報
【特許文献４】特開平８−２０５２９７号公報
【特許文献５】特許４５６７０４９号
【特許文献６】特許３３６８８３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された技術では、仮想音源と実音源とを結ぶ直線上の位置に音像を定位させる際に、仮想音源に対応するオーディオ信号と実音源に対応するオーディオ信号とを同一のスピーカに与えることはできない、といった制約があると考えられる。その理由は以下の通りである。
【０００５】
図８（ｂ）は、特許文献１に開示された技術における信号処理の一例を示す図である。より詳細に説明すると、図８（ｂ）は、図８（ａ）のスピーカＳＰ１およびＳＰ２から放射される音により仮想音源ＶＳＳを定位させるオーディオ信号（以下、仮想音源信号）ＸＶ１およびＸＶ２と、スピーカＳＰ１を実音源ＲＳＳ１として駆動するオーディオ信号（すなわち、当該スピーカＳＰ１の位置から放音させる音を表すオーディオ信号：以下、実音源信号）ＸＲを同一の入力オーディオ信号Ｘから生成し、実音源信号と仮想音源信号の信号振り分けによって、仮想音源ＶＳＳと実音源ＲＳＳ１とを結ぶ直線上の位置に音像ＳＩを定位させる場合の信号処理の一例を示す図である。
【０００６】
図８（ｂ）に示す信号処理においてスピーカＳＰ１に与えられるオーディオ信号は、実音源信号ＸＲと仮想音源信号ＸＶ１とを加算器３０によって加算することで生成される。図８（ｂ）に示すように、実音源信号ＸＲは、入力オーディオ信号Ｘにゲイン制御部１０ｒによるゲイン調整を施して得られる信号である。一方、仮想音源信号ＸＶ１およびＸＶ２は同オーディオ信号Ｘにゲイン制御部１０ｖによるゲイン調整を施した後、さらに、仮想音源処理部２０による頭部伝達関数Ｈの畳み込みを施して得られたものである。
【０００７】
仮想音源ＶＳＳと実音源ＲＳＳ１とを結ぶ直線上の位置に音像ＳＩを定位させるには、実音源間における信号振り分けによる音像定位と同様に、ゲイン制御部１０ｒおよび１０ｖにおけるゲインＣｒおよびＣｖを以下の式（１）を満たすように適宜調整すれば良いかに見える。
０≦Ｃｒ≦１かつ０≦Ｃｖ≦１かつ（Ｃｒ）２＋（Ｃｖ）２＝１・・・（１）
しかし、図８（ｂ）に示す信号処理により得られる実音源信号ＸＲと仮想音源信号ＸＶ１は、同一のオーディオ信号（図８（ｂ）に示す例では入力オーディオ信号Ｘ）から得られたものであり、両者の振幅および位相には一定の関係があり、両者は互いに相関の高い信号である。このため、加算器３０によって実音源信号ＸＲと仮想音源信号ＸＶを加算すると、両信号は互いに混じりあい、オーディオ信号Ｘに（Ｃｒ＋ＣｖＨ）というフィルタ特性のフィルタ処理を施した音がスピーカＳＰ１から出力され、想定しない位置に仮想音源ＶＳＳが定位したり、あるいは聴者ＬＰには周波数特性の劣化した音がスピーカＳＰ１自体から出ているようにしか聴こえず、仮想音源ＶＳＳは想定された位置に定位しない。仮想音源ＶＳＳが想定された位置に定位しないため、音像ＳＩの定位にも支障が生じる。
【０００８】
仮想音源の定位には一般的には少なくとも２つのスピーカを利用するため、例えば前方左右と後方左右の合計４個のスピーカを使用する場合には、実音源信号の出力先のスピーカと仮想音源信号の出力先のスピーカとを重複させないようにすることも可能である。具体的には、仮想音源信号を後方左右のスピーカに出力する場合には前方左右のスピーカに実音源信号を与え、仮想音源信号を前方左右のスピーカに出力する場合には後方左右のスピーカに実音源信号を与える、といった具合である。しかし、このような態様では、前方左右のスピーカ、および後方左右のスピーカの各々に対して仮想音源処理部を別個に設ける必要があり、オーディオ機器の構成が複雑になるといった問題がある。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、複雑な処理を行うことなく、かつ少ないスピーカ数で高さ方向を含めて自由な方向に音像を良好に定位させることを可能にする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するために、複数のスピーカのうちの少なくとも１つに与えるオーディオ信号であって、前記複数のスピーカが設置された空間内の仮想音源位置に音源を定位させる仮想音源信号を、入力オーディオ信号に基づいて生成する仮想音源処理手段と、供給先のスピーカの位置から放音させる音を表す入力オーディオ信号から、互いに時間差を有する第１および第２のオーディオ信号を生成し、前記仮想音源信号を与えられるスピーカのうちの少なくとも１つと前記仮想音源処理手段に前記第１および第２のオーディオ信号の各々を与える分配手段と、を有することを特徴とする音像定位制御装置、を提供する。
【００１１】
このような音像定位制御装置によれば、仮想音源信号の生成元である第２のオーディオ信号は第１のオーディオ信号に対して時間差を有しているため、一般的な音楽や映画、テレビ放送などの非定常オーディオ信号を上記第１および第２のオーディオ信号の生成元の入力オーディオ信号として用いた場合に、仮想音源信号と第１のオーディオ信号の同時刻における相関は低くなる。したがって、仮想音源信号と第１のオーディオ信号を同一のスピーカに与えて音を放音させたとしても、仮想音源の定位感が損なわれることはない。このように、本発明の音像定位制御装置においては、特許文献１に開示された技術のような制約はなく、スピーカ数を増やしたり、仮想音源信号と実音源信号とが同一のスピーカに出力されないようにしたりするといった複雑な処理を行うことなく、高さ方向を含めて自由な方向に音像を定位させることが可能になる。
【００１２】
より好ましい態様においては、前記分配手段は、前記第１および第２のオーディオ信号の各々のゲインを調整するゲイン制御部を含み、前記スピーカの位置と前記仮想音源位置との間に音像を定位させるとした場合における各ゲイン制御部のゲインを基準値とし、前記第１および第２のオーディオ信号のうちの後発のもののゲインを調整するゲイン制御部のゲインが前記基準値よりも大きな値となり、かつ各ゲイン制御部のゲインの二乗和が一定値となるように、各ゲイン制御部のゲインを定めることを特徴とする。このような態様によれば、第１および第２のオーディオ信号に時間差を設けたことに起因する先行音効果を緩和し、仮想音源と実音源の間の位置に音像を良好に定位させることが可能になる。なお、特許文献３〜６には、サラウンド左右間の相関が高い場合に仮想音源の定位に問題が生じることを回避するために、サラウンド左右の各々の位相を操作して両チャネルの非相関化を実現する技術が開示されている。しかし、これら特許文献３〜６に開示された技術は、仮想音源信号と実音源信号とを同一のスピーカに出力した場合に生じる問題を解決するものではない。また、仮に仮想音源信号と実音源信号とが完全に非相関になってしまうと、信号振り分けによって音像定位を実現するという本来の目的が達せられなくなってしまう。したがって、本願発明は、特許文献３〜６に開示された技術とは全く異なるものである。
【００１３】
また、本発明の別の態様としては、複数のスピーカのうちの少なくとも１つに与えるオーディオ信号であって、供給先のスピーカの位置から放音させる音を表す実音源信号を、入力オーディオ信号に基づいて生成する実音源処理手段と、前記複数のスピーカが設置された空間内の仮想音源位置に音源を定位させる仮想音源信号を入力オーディオ信号に基づいて生成し、前記実音源信号の供給先のスピーカの少なくとも１つを含む前記複数のスピーカのうちの少なくとも１つに与える仮想音源処理手段と、共通の入力オーディオ信号から互いに時間差を有する第１および第２のオーディオ信号を生成し、前記実音源処理手段および前記仮想音源処理手段の各々に与える分配手段と、を有することを特徴とする音像定位制御装置を提供する態様も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本願発明の原理を説明するための図である。
【図２】同原理を説明するための図である。
【図３】同原理を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態のオーディオアンプの構成例を示す図である。
【図５】同オーディオアンプに接続されるスピーカＳＰ１〜ＳＰ５の配置例と実音源ＲＳＳ１〜４および仮想音源ＶＳＳ１およびＶＳＳ２の設定例を示す図である。
【図６】同オーディオアンプの音像定位制御装置３２０が実行する信号処理の一例を示す図である。
【図７】同音像定位制御装置３２０の音場効果信号生成処理部７０の構成例を示す図である。
【図８】従来技術の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、本発明の実施形態の説明に先立って本発明の原理を説明する。
（Ａ：本発明の原理）
図１は、図８（ａ）のスピーカＳＰ１およびＳＰ２から放射される音により仮想音源ＶＳＳを定位させるとともに、スピーカＳＰ１を実音源ＲＳＳ１として機能させ、さらに、仮想音源ＶＳＳと実音源ＲＳＳ１とを結ぶ直線上の位置に音像ＳＩを定位させることを、本発明の原理に則して実現する信号処理の一例を示す図である。なお、図１では、図８（ｂ）と同一の構成要素には同一の符号が付されている。図１と図８（ｂ）とを対比すれば明らかように、図１に示す信号処理は、ゲイン制御部４０ｒおよび４０ｖによるゲインの調整と、遅延手段５０によって仮想音源ＶＳＳの信号成分に遅延を付与する処理とを含んでいる点が図８（ｂ）に示す信号処理と異なっている。
【００１６】
図１に示すように、実音源ＲＳＳ１に対応する実音源信号ＸＲは、入力オーディオ信号Ｘにゲイン制御部１０ｒによるゲイン調整およびゲイン制御部４０ｒによるゲイン調整を施して生成される。一方、仮想音源ＶＳＳの信号成分ＸＶ１およびＸＶ２は、入力オーディオ信号Ｘにゲイン制御部１０ｖおよびゲイン制御部４０ｖによるゲイン調整を施し、さらに遅延手段５０による遅延の付与を行った後に仮想音源処理部２０による仮想音源処理を施して生成される。換言すれば、図１のゲイン制御部１０ｒおよび１０ｖと、ゲイン制御部４０ｒおよび４０ｖと、遅延手段５０とは、入力オーディオ信号から時間差を有する第１および第２のオーディオ信号を生成し、仮想音源処理部２０と当該仮想音源処理部により生成された仮想音源信号を与えられる２つのスピーカのうちの１つ（図１に示す例ではスピーカＳＰ１）に上記第１および第２のオーディオ信号の各々に与える分配手段の役割を果たすのである。
【００１７】
図１のゲイン制御部１０ｒおよび１０ｖによるゲイン調整は、前掲図８（ｂ）におけるものと同様、実音源の信号成分と仮想音源の信号成分との振り分けによって、仮想音源ＶＳＳと実音源ＲＳＳ１を結ぶ直線上の位置に音像ＳＩを定位させることを実現するためのものである。したがって、ゲイン制御部１０ｒにおけるゲインＣｒとゲイン制御部１０ｖにおけるゲインＣｖについては、音像ＳＩの位置に応じて前掲式（１）を満たすように定められる。
【００１８】
図１のゲイン制御部４０ｒにおけるゲインＨｒとゲイン制御部４０ｖにおけるゲインＨｖは、ゲイン制御部１０ｒにおけるゲインＣｒとゲイン制御部１０ｖにおけるゲインＣｖの比、および遅延手段５０における遅延量に応じて各々定まる値であり、以下の式（２）を満たすように定められる。これらゲイン制御部４０ｖおよびゲイン制御部４０ｒによるゲイン調整を施す理由については後に明らかにする。
０≦Ｈｒ≦Ｈｖ、かつ、（Ｃｒ×Ｈｒ）２＋（Ｃｖ×Ｈｖ）２＝１・・・（２）
【００１９】
遅延手段５０は、例えばメモリへのデータの読み書きで実現でき、仮想音源ＶＳＳの信号成分を実音源ＲＳＳ１の信号成分に対して遅延させることで、両者の相関を低くするためのものである。入力オーディオ信号Ｘが非定常的で周波数分布の時間変動が大きいものである場合には、元来同一のオーディオ信号であった仮想音源ＶＳＳの信号成分と実音源ＲＳＳ１の信号成分の相関が低くなり、両信号成分を同一のスピーカ（図１に示す例ではスピーカＳＰ１）に与えても、仮想音源ＶＳＳの定位感が損なわれることはない。本出願人の行った実験によれば、遅延手段５０により付与する遅延の大きさは５〜２５ｍｓであることが好ましいことが判明した。遅延手段５０によって付与する遅延の大きさが３０ｍｓを超えると、仮想音源ＶＳＳの信号成分と実音源ＲＳＳ１の信号成分とが時間軸上でばらばらに聴こえ、パンニングによる音像ＳＩの定位が不可能となる一方、一般的な各種の非定常オーディオ信号に対して５ｍｓ未満の遅延では、相関を低くする効果が不十分だったからである。
【００２０】
さて、上記のように仮想音源ＶＳＳの信号成分に遅延を付与すると、ハース効果等の先行音効果が生じることとなる。ここで先行音効果とは、同一のオーディオ信号を時間差を持たせて２つのスピーカの各々に与え音を出力させた場合に、出力タイミングの早いスピーカのほうに定位を感じ、他方は定位として知覚されない現象のことである。図１に示す信号処理では、ゲイン制御部４０ｒおよび４０ｖを設け、前掲式（２）に示すように、ゲイン制御部４０ｖにおけるゲインＨｖをゲイン制御部４０ｒにおけるゲインＨｒよりも大きくする（すなわち、後発側である仮想音源ＶＳＳの信号成分を強める）ことで先行音効果が緩和されるのである。
【００２１】
つまり、図１に示す信号処理では、仮想音源ＶＳＳの信号成分に遅延を付与することで同信号成分と実音源ＲＳＳ１の信号成分の相関を引き下げ、仮想音源ＶＳＳの定位感が失われることが回避される。このような遅延の付与により仮想音源ＶＳＳの定位感の喪失を回避することは、入力オーディオ信号Ｘが、例えば楽曲を表すもの或いは映画やゲームの効果音等を表すものである場合に効果的であると考えられる。この種のオーディオ信号は非定常的であり、周波数分布の時間変動が大きい非定常オーディオ信号であることが多いからである。したがって、図１に示す信号処理は、音楽や映画を再生するオーディオ機器、或いはゲーム機などに好適であると考えられる。
【００２２】
加えて、図１に示す信号処理では、前掲式（２）に示す関係を満たしつつ、仮想音源ＶＳＳの信号成分をゲイン調整する際のゲインを、音像ＳＩの定位位置に応じて定まる基準値ＣｖからＨｖＣｖに引き上げることで上記遅延の付与に起因した先行音効果の発生が緩和される。これにより、仮想音源ＶＳＳと実音源ＲＳＳ１とを結ぶ直線上の所望の位置に音像ＳＩを良好に定位させることが可能になるのである。
【００２３】
図１に示す例では、スピーカＳＰ１およびＳＰ２から放射される音により仮想音源ＶＳＳを定位させるとともに、スピーカＳＰ１を実音源ＲＳＳ１として機能させ、仮想音源ＶＳＳと実音源ＲＳＳ１とを結ぶ直線上に音像ＳＩを定位させる場合について説明した。しかし、スピーカＳＰ１およびＳＰ２から放射される音により仮想音源ＶＳＳを定位させる一方、スピーカＳＰ１を実音源ＲＳＳ１として機能させるとともにスピーカＳＰ２を実音源ＲＳＳ２として機能させ、仮想音源ＶＳＳ、実音源ＲＳＳ１およびＲＳＳ２の各々の信号成分の振り分けにより、図３に示すように、仮想音源ＶＳＳ、実音源ＲＳＳ１およびＲＳＳ２の各々設定位置を頂点とする三角形内に音像ＳＩを定位させることも可能である。このようなことを実現するには、図１に示す信号処理に換えて図２に示す信号処理を実行するようにすれば良い。
【００２４】
図２に示す信号処理では、スピーカＳＰ１およびＳＰ２の各々に与えるオーディオ信号のうち、仮想音源ＶＳＳに対応する仮想音源信号ＸＶ１およびＸＶ２の各々生成方法は、図１に示す信号処理におけるものと同様である。これに対して、スピーカＳＰ１を実音源ＲＳＳ１として機能させる実音源信号ＸＲ１は、入力オーディオ信号Ｘにゲイン制御部１０ｒ１によるゲイン調整およびゲイン制御部４０ｒ１によるゲイン調整を施して生成され、スピーカＳＰ２を実音源ＲＳＳ２として機能させる実音源信号ＸＲ２は、入力オーディオ信号Ｘにゲイン制御部１０ｒ２によるゲイン調整およびゲイン制御部４０ｒ２によるゲイン調整を施して生成される。実音源信号ＸＲ１と仮想音源信号ＸＶ１とを加算器３０−１によって加算することでスピーカＳＰ１に与えるオーディオ信号が生成され、実音源信号ＸＲ２と仮想音源信号ＸＶ２とを加算器３０−２によって加算することでスピーカＳＰ２に与えるオーディオ信号が生成される。
【００２５】
そして、図２のゲイン制御部１０ｒ１におけるゲインＣｒ１、ゲイン制御部１０ｒ２におけるゲインＣｒ２、およびゲイン制御部１０ｖにおけるゲインＣｖを音像ＳＩを定位させる位置に応じて以下の式（３）を満たすように設定し、さらに、ゲイン制御部４０ｒ１および４０ｒ２におけるゲインＨｒとゲイン制御部４０ｖにおけるゲインＨｖを以下の式（４）を満たすように設定すれば、図１に示す信号処理と同様に、仮想音源ＶＳＳ、実音源ＲＳＳ１およびＲＳＳ２の各々設定位置を頂点とする三角形内の所望の位置に音像ＳＩを定位させることが可能になる。
０≦Ｃｒ１≦１かつ０≦Ｃｒ２≦１かつ０≦Ｃｖ≦１かつ（Ｃｒ１）２＋（Ｃｒ２）２＋（Ｃｖ）２＝１・・・（３）
０≦Ｈｒ≦Ｈｖ、かつ、（Ｃｒ１×Ｈｒ）２＋（Ｃｒ２×Ｈｒ）２＋（Ｃｖ×Ｈｖ）２＝１・・・（４）
以上が本発明の原理である。なお、以上の説明では仮想音源の定位に２つのスピーカを用いたが、１つのスピーカのみを用いて仮想音源の定位を実現しても良い。要は、複数のスピーカのうちの少なくとも１つに仮想音源信号を与え、当該スピーカから放音される音によって仮想音源を定位させる態様であれば良い。
【００２６】
（Ｂ：実施形態）
次いで、上記原理を適用した本発明の実施形態について説明する。
図４は、本発明の一実施形態であるオーディオ機器の構成例を示すブロック図である。図４に示すように、このオーディオ機器は、例えばオーディオアンプであり、ＤＶＤプレイヤなどのソース機器から出力される１または複数チャネルのオーディオ信号を受け取り、複数台のスピーカの駆動制御を行うものである。図４に示すように、このオーディオアンプは、ソース機器から出力されるオーディオ信号のデコード等を行う信号入力部３１０と、信号入力部３１０に入力されたオーディオ信号に対して音像定位のための各種信号処理を施す音像定位制御装置３２０と、音像定位制御装置３２０による信号処理を施されたオーディオ信号にＤ／Ａ変換を施すＤ／Ａ変換部３３０と、Ｄ／Ａ変換部３３０から出力されるアナログオーディオ信号を増幅して上記複数台のスピーカに出力する増幅器３４０と、を含んでいる。図４に示すオーディオアンプでは、音像定位制御装置３２０によって、本発明の原理に則した信号処理が実行される。
【００２７】
図４に示すソース機器からは５チャネルのオーディオ信号Ｘ１〜Ｘ５が出力される一方、上記オーディオ機器には、図５に示すように聴者ＬＰの正面に配置されるスピーカＳＰ１、ＳＰ２およびＳＰ５と、同聴者の背面側に配置されるスピーカＳＰ３およびＳＰ４の合計５台のスピーカが接続される。以下、図５に示すように、スピーカＳＰ１〜ＳＰ４の各々を実音源ＲＳＳ１〜ＲＳＳ４として機能させるとともに、スピーカＳＰ１およびＳＰ２の各々から放音される音によって仮想音源ＶＳＳ１およびＶＳＳ２を定位させ、これら２つの仮想音源と上記４つの実音源の各々との間の位置に音像を定位させる場合を例にとって、音像定位制御装置３２０が実行する信号処理を説明する。なお、図５に示す５台のスピーカのうち、スピーカＳＰ５は、このスピーカ位置にのみ明瞭に定位させたい音（例えば、映画における台詞などセンタチャネルの音）の再生に用いられる。
【００２８】
図６は、音像定位制御装置３２０の構成例を示す図である。
図６に示すように、音像定位制御装置３２０は、加算器６０−ｍ（ｍ＝１〜４）、加算器３０−ｉ−ｊ（ｉ＝１〜２、ｊ＝１〜２）、仮想音源処理部２０−ｉ、遅延手段５０−ｉ、および音場効果信号生成処理部７０を含んでいる。本実施形態の音像定位制御装置３２０は、例えばＤＳＰであり、図６に示す各部の機能は当該ＤＳＰにおけるソフトウェア処理として実現される。音場効果信号生成処理部７０は、実音源ＲＳＳｍ（ｍ＝１〜４）および仮想音源ＶＳＳｉ（ｉ＝１〜２）の各々を定位させるための音場効果（例えば残響など）を表す音場効果信号ＹＲｍ（ｍ＝１〜４）およびＹＶｉ（ｉ＝１〜２）を入力オーディオ信号Ｘ１〜Ｘ５から生成して出力する。
【００２９】
図６の加算器６０−ｍ（ｍ＝１〜４）の各々は、音場効果信号ＹＲｍと入力オーディオ信号Ｘｍとを加算し、その加算結果を実音源ＲＳＳｍに対応する実音源信号として出力する。つまり、加算器６０−ｍ（ｍ＝１〜４）と音場効果信号生成処理部７０は、入力オーディオ信号Ｘ１〜Ｘ５から実音源ＲＳＳｍに対応する実音源信号を生成する実音源処理手段の役割を果たす。図６の遅延手段５０−ｉ（ｉ＝１〜２）および仮想音源処理部２０−ｉの各々は、図１における遅延手段５０および仮想音源処理部２０と同様の役割を担っている。図６の遅延手段５０−ｉ（ｉ＝１〜２）の各々は、音場効果信号ＹＶｉを遅延させ、音場効果信号ＹＲｍ（ｍ＝１〜４）との間に時間差を設ける。仮想音源処理部２０−ｉ（ｉ＝１〜２）の各々は、音場効果信号ＹＶｉから仮想音源ＶＳＳｉに対応する仮想音源信号ＹＶｉ−ｊ（ｊ＝１〜２）を生成して出力する。そして、図６の加算処理３０−ｉ−ｊ（ｉ＝１〜２：ｊ＝１〜２）は、実音源ＲＳＳｊに対応する実音源信号（すなわち、Ｘｊ＋ＹＲｊ）に仮想音源信号ＹＶｉ−ｊを加算し、その加算結果をスピーカＳＰｊに与えるオーディオ信号として出力する。
【００３０】
図７は、音場効果信号生成処理部７０の構成例を示す図である。図７に示すように、音場効果信号生成処理部７０は、入力オーディオ信号Ｘ１〜Ｘ５の加算信号Ｗを遅延処理ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）によって遅延させた各遅延信号Ｗ（ｎ）に音像定位係数Ｃｎｋｒ（ｋ＝１〜４）と補正係数Ｈｒの積を乗算して加算することで実音源ＲＳＳ１〜ＲＳＳ４の各々に対応する音場効果信号ＹＲ１〜ＹＲ４を生成する。また、音場効果信号生成処理部７０は、各遅延信号Ｗ（ｎ）に音像定位係数Ｃｎｋｖ（ｋ＝５，６）と補正係数Ｈｖの積を乗算して加算することで仮想音源ＶＳＳ１およびＶＳＳ２の各々に対応する音場効果信号ＹＶ１およびＹＶ２を生成する。音像定位係数Ｃｎ１ｒ〜Ｃｎ４ｒおよびＣｎ５ｖ〜Ｃｎ６ｖの合計６個の音像定位係数のうちの２つ以上はゼロであり、これら６つの音像定位係数Ｃｎ１ｒ〜Ｃｎ６ｖおよび補正係数ＨｒまたはＨｖの大きさを調整することで、実音源ＲＳＳｍ（ｍ＝１〜４）と仮想音源ＶＳＳ１（或いは仮想音源ＶＳＳ２）との間の位置に音像を定位させることができる。つまり、図７において音像定位係数Ｃｎ１ｒ〜Ｃｎ４ｒの各々と補正係数Ｈｒとの積を遅延信号Ｗ（ｎ）に乗算する各ゲイン制御部は、図１のゲイン制御部１０ｒおよび４０ｒ（或いは図２のゲイン制御部１０ｒ１および１０ｒ２とゲイン制御部４０ｒ１および４０ｒ２）の役割を果たし、同図７において音像定位係数Ｃｎ５ｖ或いはＣｎ６ｖと補正係数Ｈｖとの積を遅延信号Ｗ（ｎ）に乗算する各ゲイン制御部は、図１（或いは図２の）のゲイン制御部１０ｖおよび４０ｖの役割を果たすのである。つまり、図７の音場効果信号生成処理部７０は、加算器６０−ｍ（ｍ＝１〜４）とともに前述した実音源処理手段の役割を果たす一方、遅延手段５０−ｉ（ｉ＝１〜２）とともに前述した分配手段の役割を果たすのである。なお、前述した本発明の原理では音像定位係数Ｃｒ（或いはＣｖ）と補正係数Ｈｒ（或いはＨｖ）を各々個別のゲイン制御部によって乗算したが図７に示すように両者を一つのゲイン制御部で乗算する（すなわち、両者の積を乗算）するようにしても良いことは勿論である。
【００３１】
例えば、第１の時刻においては実音源ＲＳＳ１と仮想音源ＶＳＳ１とを結ぶ直線上の位置に１つの音像を定位させ、上記第１の時刻とは異なる第２の時刻においては実音源ＲＳＳ４と仮想音源ＶＳＳ２とを結ぶ直線上の位置に別の音像を定位させる場合には、第１の時刻においてはＣｎ１ｒおよびＣｎ５ｖ以外の音像定位係数をゼロとし、前掲式（１）および（２）を満たすようにＣｎ１ｒ、Ｃｎ５ｖ、ＨｒおよびＨｖの値を定め、第２の時刻においてはＣｍ４ｒおよびＣｍ６ｖ以外の音像定位係数をゼロとし、前掲式（１）および（２）を満たすようにＣｍ４ｒ、Ｃｍ６ｖ、ＨｒおよびＨｖの値を定めるようにすれば良い。このように、前掲式（１）および（２）を満たすように、音像定位係数および補正係数を定めることによって、仮想音源の定位感が損なわれることを回避し、かつ仮想音源と実音源の間の位置に音像を定位させることができることは前述した通りである。
【００３２】
以上説明したように本実施形態によれば、複雑な処理を行うことなく、かつ少ないスピーカ数で高さ方向を含めて自由な方向に音像を良好に定位させることが可能になる。なお、上記実施形態では、複数のスピーカ（スピーカＳＰ１〜ＳＰ４に）に実音源信号を与え、それら実音源信号を与えられるスピーカのうちの２つ（すなわち、スピーカＳＰ１およびＳＰ２）に仮想音源信号を与える場合について説明したが、複数のスピーカのうちの少なくとも１つに実音源信号を与え、当該実音源信号の供給先のスピーカを含む少なくとも１つのスピーカに仮想音源信号を与えるようにしても良い。
【００３３】
（Ｃ：変形）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、この実施形態を以下のように変形しても勿論良い。
【００３４】
（１）以上では、仮想音源信を実音源信号に対して遅延させたが、逆に、実音源信号を仮想音源号に対して遅延させても勿論良い。このように、実音源信号を仮想音源信号に対して遅延させる場合には、ゲイン制御部１０ｒにおけるゲインＣｒとゲイン制御部４０ｒにおけるゲインＨｒの積Ｃｒ×Ｈｒが基準値であるＣｒよりも大きくなり、かつ（Ｃｒ×Ｈｒ）２＋（Ｃｖ×Ｈｖ）２＝１となるようにＨｒおよびＨｖを調整するようにすれば良い。
【００３５】
（２）以上では、補正係数ＨｒおよびＨｖを導入して、仮想音源信号を実音源信号に対して遅延させたことに起因する先行音効果を緩和したが、先行音効果がさほど強く発現しない場合、あるいは若干の先行音効果が発生しても許容できる範囲内であれば上記補正係数による補正は必須ではない。
【符号の説明】
【００３６】
１０ｒ，１０ｒ１，１０ｒ２，１０ｖ，４０ｒ，４０ｒ１，４０ｒ２，４０ｖ…ゲイン制御部、２０，２０−１，２０−２…仮想音源処理部、３０，３０−１，３０−２，３０−ｉ−ｊ（ｉ，ｊ＝１，２）…加算器、５０，５０−１，５０−２…遅延手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスピーカのうちの少なくとも１つに与えるオーディオ信号であって、前記複数のスピーカが設置された空間内の仮想音源位置に音源を定位させる仮想音源信号を、入力オーディオ信号に基づいて生成する仮想音源処理手段と、
供給先のスピーカの位置から放音させる音を表す入力オーディオ信号から、互いに時間差を有する第１および第２のオーディオ信号を生成し、前記仮想音源信号を与えられるスピーカのうちの少なくとも１つと前記仮想音源処理手段に前記第１および第２のオーディオ信号の各々を与える分配手段と、
を有することを特徴とする音像定位制御装置。
【請求項２】
前記分配手段は、前記第１および第２のオーディオ信号の各々のゲインを調整するゲイン制御部を含み、前記スピーカの位置と前記仮想音源位置との間に音像を定位させるとした場合における各ゲイン制御部のゲインを基準値とし、前記第１および第２のオーディオ信号のうちの後発のもののゲインを調整するゲイン制御部のゲインが前記基準値よりも大きな値となり、かつ各ゲイン制御部のゲインの二乗和が一定値となるように、各ゲイン制御部のゲインを定める
ことを特徴とする請求項１に記載の音像定位制御装置。
【請求項３】
複数のスピーカのうちの少なくとも１つに与えるオーディオ信号であって、供給先のスピーカの位置から放音させる音を表す実音源信号を、入力オーディオ信号に基づいて生成する実音源処理手段と、
前記複数のスピーカが設置された空間内の仮想音源位置に音源を定位させる仮想音源信号を入力オーディオ信号に基づいて生成し、前記実音源信号の供給先のスピーカの少なくとも１つを含む前記複数のスピーカのうちの少なくとも１つに与える仮想音源処理手段と、
共通の入力オーディオ信号から互いに時間差を有する第１および第２のオーディオ信号を生成し、前記実音源処理手段および前記仮想音源処理手段の各々に与える分配手段と、
を有することを特徴とする音像定位制御装置。
【請求項１】
複数のスピーカのうちの少なくとも１つに与えるオーディオ信号であって、前記複数のスピーカが設置された空間内の仮想音源位置に音源を定位させる仮想音源信号を、入力オーディオ信号に基づいて生成する仮想音源処理手段と、
供給先のスピーカの位置から放音させる音を表す入力オーディオ信号から、互いに時間差を有する第１および第２のオーディオ信号を生成し、前記仮想音源信号を与えられるスピーカのうちの少なくとも１つと前記仮想音源処理手段に前記第１および第２のオーディオ信号の各々を与える分配手段と、
を有することを特徴とする音像定位制御装置。
【請求項２】
前記分配手段は、前記第１および第２のオーディオ信号の各々のゲインを調整するゲイン制御部を含み、前記スピーカの位置と前記仮想音源位置との間に音像を定位させるとした場合における各ゲイン制御部のゲインを基準値とし、前記第１および第２のオーディオ信号のうちの後発のもののゲインを調整するゲイン制御部のゲインが前記基準値よりも大きな値となり、かつ各ゲイン制御部のゲインの二乗和が一定値となるように、各ゲイン制御部のゲインを定める
ことを特徴とする請求項１に記載の音像定位制御装置。
【請求項３】
複数のスピーカのうちの少なくとも１つに与えるオーディオ信号であって、供給先のスピーカの位置から放音させる音を表す実音源信号を、入力オーディオ信号に基づいて生成する実音源処理手段と、
前記複数のスピーカが設置された空間内の仮想音源位置に音源を定位させる仮想音源信号を入力オーディオ信号に基づいて生成し、前記実音源信号の供給先のスピーカの少なくとも１つを含む前記複数のスピーカのうちの少なくとも１つに与える仮想音源処理手段と、
共通の入力オーディオ信号から互いに時間差を有する第１および第２のオーディオ信号を生成し、前記実音源処理手段および前記仮想音源処理手段の各々に与える分配手段と、
を有することを特徴とする音像定位制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２１２９８２（Ｐ２０１２−２１２９８２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６４７４（Ｐ２０１１−７６４７４）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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