音場再生装置
【課題】バーチャル・サラウンドにおいて中央を外れた位置で受聴したときの定位感の劣化を抑える。
【解決手段】デコーダ１１から出力されるマルチチャンネル信号のうち、リア側のＬＳチャンネルとＲＳチャンネルの信号は、それぞれリア定位付加部３１、３２で仮想スピーカ２１、２２に定位され、クロストーク・キャンセル部３３に出力される。クロストーク・キャンセル部３３は、フロントレフトスピーカ１９及びフロントライトスピーカ２０で再生された信号が受聴者１００のスピーカ側の耳にのみ到達するようにクロストーク・キャンセル処理を行うが、このとき、各スピーカから受聴者の反対側の耳までのクロストーク経路の伝達関数として、各スピーカからの入射角の角度の頭部伝達関数と、該角度よりも大きい角度と小さい角度の頭部伝達関数を重みを付けて加算して得られた伝達関数を用いる。
【解決手段】デコーダ１１から出力されるマルチチャンネル信号のうち、リア側のＬＳチャンネルとＲＳチャンネルの信号は、それぞれリア定位付加部３１、３２で仮想スピーカ２１、２２に定位され、クロストーク・キャンセル部３３に出力される。クロストーク・キャンセル部３３は、フロントレフトスピーカ１９及びフロントライトスピーカ２０で再生された信号が受聴者１００のスピーカ側の耳にのみ到達するようにクロストーク・キャンセル処理を行うが、このとき、各スピーカから受聴者の反対側の耳までのクロストーク経路の伝達関数として、各スピーカからの入射角の角度の頭部伝達関数と、該角度よりも大きい角度と小さい角度の頭部伝達関数を重みを付けて加算して得られた伝達関数を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部伝達関数（ＨＲＴＦ：Head-Related Transfer Function）を利用して信号処理した後方チャンネルの信号を前方に配置された実スピーカから出力することにより、後方の仮想スピーカ位置に定位させる音場再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
受聴者の後方にスピーカを配置せず、前方に設置した複数のスピーカから後方のサラウンドチャンネルの音を発生させるいわゆるバーチャル・サラウンド再生を行う音場再生装置が知られている。（特許文献１、２、３）
ある方向に音源が存在するときに、人は、そのことを、左右の耳に入る音のレベル差、遅延差、周波数特性差により知覚することができる。バーチャル・サラウンドは、この人の両耳聴の特性を応用したもので、サラウンドチャンネルの信号が受聴者の後方の仮想スピーカから再生されたように音像を定位させる後方定位付加手段と、受聴者の前方に配置された２個の実スピーカからの音が、それぞれの側の耳にのみ到達するように制御するクロストーク・キャンセル処理手段を備え、仮想スピーカ位置から再生され受聴者の左右の耳に到達する信号と同じ信号が、受聴者の前方に配置された実スピーカから再生された信号により、受聴者の左右の耳に発生するようにするものである。
なお、クロストーク・キャンセル処理については、非特許文献１に詳しい。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２０７５９７号公報
【特許文献２】特開平８−５１６９８号公報
【特許文献３】特開平８−２６５８９９号公報
【非特許文献１】小林照二、”ＯＳＳ−基準的音響伝送系−”、[online]、[平成１８年１０月２４日検索]、インターネット <URL : http://www.noe.co.jp/news/04/04meca2.html>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、従来より種々の音場再生装置が提案されているが、いずれも、心理的にサラウンド効果が良く感じる受聴位置（以下、「スイートスポット」という。）が狭く、中央を外れて受聴したときに定位感が薄れるという問題点があった。
そこで、本発明は、スイートスポットをワイドスポット化することにより、中央を外れたときの定位感の劣化が抑えられ、複数人でバーチャル・サラウンドが視聴できる音場再生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の音場再生装置は、後方チャンネルの信号に対し、受聴者の後方の仮想スピーカ位置に定位させるための信号処理を行って、受聴者の左前方に配置されたフロントレフトスピーカから出力させる左出力信号及び受聴者の右前方に配置されたフロントライトスピーカから出力させる右出力信号を出力するリア定位付加部と、前記リア定位付加部からの左出力信号及び右出力信号に対し、受聴者の左耳に前記フロントレフトスピーカから再生された前記左出力信号のみを到達させ、受聴者の右耳に前記フロントライトスピーカから再生された前記右出力信号のみを到達させるための信号処理を行って、前記フロントレフトスピーカから出力させる左出力信号及び前記フロントライトスピーカから出力させる右出力信号を出力するクロストーク・キャンセル処理部とを有する音場再生装置であって、前記クロストーク・キャンセル処理部は、前記受聴者の左耳に前記フロントレフトスピーカから再生された前記左出力信号のみを到達させ、受聴者の右耳に前記フロントライトスピーカから再生された前記右出力信号のみを到達させるための信号処理を行うときに、前記フロントレフトスピーカから受聴者の左耳までの伝達関数及び前記フロントライトスピーカから受聴者の右耳までの伝達関数として、受聴者の正面と前記フロントレフトスピーカ又は前記フロントライトスピーカとのなす角度に対応する頭部伝達関数を使用し、前記フロントレフトスピーカから受聴者の右耳までの伝達関数及び前記フロントライトスピーカから受聴者の左耳までの伝達関数として、前記受聴者の正面と前記フロントレフトスピーカ又は前記フロントライトスピーカとのなす角度に対応する頭部伝達関数、前記角度よりも大きい角度に対応する頭部伝達関数及び前記角度よりも小さい角度に対応する頭部伝達関数を所定の重みを付けて加算した値を使用するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の音場再生装置によれば、スイートスポットのワイドスポット化により、中央を外れた際の定位感の劣化が抑えられ、複数人で良好な定位のバーチャル・サラウンドを視聴できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明の音場再生装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
この図において、１１はデコーダ部、１２はポストプロセッシング部、１３はコントローラ、１４はメモリ、１５はユーザーインターフェース部、１６はＤ／Ａ変換器、１７は電子ボリューム、１８はパワーアンプ、１９は受聴者の左前方に設置されるフロントレフト（ＦＬ）スピーカ、２０は受聴者１００の右前方に設置されるフロントライト（ＦＲ）スピーカである。ここで、前記デコーダ部１１及びポストプロセッシング部１２は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）により実現されている。
また、２１はサラウンドレフト（ＬＳ）チャンネルの信号の仮想音源位置を示す仮想スピーカ（ＶＬ）、２２はサラウンドライト（ＲＳ）チャンネルの仮想音源位置を示す仮想スピーカ（ＶＲ）であり、仮想スピーカＶＬ２１は受聴者１００の左後方に、仮想スピーカＶＲ２２は受聴者１００の右後方に、それぞれ位置するように設定されている。
本発明では、実際に設置されたＦＬスピーカ１９及びＦＲスピーカ２０から再生される音により、あたかも受聴者１００の左後方の仮想スピーカＶＬ２１と右後方の仮想スピーカＶＲ２２からサラウンドチャンネルの音が再生されているように聞こえるように制御される。
【０００８】
前記デコーダ部１１は、ＤＶＤプレーヤー、スーパーオーディオＣＤプレーヤーなどのデジタルオーディオ機器やデジタル放送チューナなどからのオーディオ信号を入力して、例えば、５．１チャンネルのマルチチャンネル信号を出力する。すなわち、ＤＩＲ（Digital Interface Receiver）からのビットストリーム信号、Ｄ／Ａ変換器からのマルチチャンネルＰＣＭ信号、及び、ＨＤＭＩ（High Definition Multimedia Interface）端子からのマルチチャンネル・ビットストリーム信号を受け取り、ドルビーデジタル、ＤＴＳ（Digital Theater Systems）、ＡＡＣ（Advanced Audio Coding）などで圧縮されているデータは展開して、レフト（Ｌ）チャンネル、ライト（Ｒ）チャンネル、センター（Ｃ）チャンネル、サラウンドレフト（ＬＳ）チャンネル、サラウンドライト（ＲＳ）チャンネルの５つのチャンネルの信号を出力する。
【０００９】
ポストプロセッシング部１２は、ＬＳリア定位付加部３１、ＲＳリア定位付加部３２及びクロストーク・キャンセル処理部３３を有し、前記デコーダ部１１から入力されるリア側の２チャンネル（ＬＳ、ＲＳ）の信号に対し、リア定位付加処理とクロストーク・キャンセル処理を行った後、処理されたＬＳチャンネルとＲＳチャンネルの信号と前記Ｃチャンネルの信号を、前記ＬチャンネルとＲチャンネルの信号にそれぞれ加算して、最終的にＦＬスピーカ１９から出力される左出力信号と、ＦＲスピーカ２０から出力される右出力信号を出力する。
前記リア定位付加処理は、ＬＳリア定位付加部３１とＲＳリア定位付加部３２において、前記リア側の２チャンネルの信号（ＬＳ、ＲＳ）が、受聴者の左右後方の位置２１と２２にそれぞれ位置していると人が知覚するための情報を与えるための処理であり、ＬＳチャンネルの信号とＲＳチャンネルの信号に、レベル差、遅延差及び周波数特性差を付けて、出力する処理である。
また、クロストーク・キャンセル処理は、前記ＬＳリア定位付加部３１及びＲＳリア定位付加部３２から出力された信号に対し、それらの信号が、前記ＦＬスピーカ１９及びＦＲスピーカ２０から出力されたときに、それぞれのスピーカからの出力が受聴者１００のそれぞれのスピーカ側の耳に到達するように、スピーカのクロストークを排除するための処理である。このクロストーク・キャンセル処理は、左チャンネル（Ｌｃｈ）ダイレクト補正部３４、Ｌｃｈクロストーク補正部３５、右チャンネル（Ｒｃｈ）クロストーク補正部３６、Ｒｃｈダイレクト補正部３７、前記Ｌｃｈダイレクト補正部３４の出力と前記Ｒｃｈクロストーク補正部３６の出力とを加算する加算器３８、前記Ｒｃｈダイレクト補正部３７の出力と前記Ｌｃｈクロストーク補正部３５の出力とを加算する加算器３９を有するクロストーク・キャンセル処理部３３において実行される。
【００１０】
前記クロストーク・キャンセル処理部３３の加算器３８の出力と前記センター（Ｃ）チャンネルの１／２のレベルとされた信号は、加算器４０に供給され、ここで、前記Ｌチャンネルの信号と加算され、前記ＦＬスピーカ１９から出力される左出力信号とされる。また、前記加算器３９の出力と前記センター（Ｃ）チャンネルの１／２のレベルとされた信号は、加算器４１で前記Ｒチャンネルの信号と加算され、前記ＦＲスピーカ２０から出力される右出力信号とされる。
この左出力信号と右出力信号は、Ｄ／Ａコンバータ１６でアナログ信号に変換され、電子ボリューム１７及びパワーアンプ１８を介して、対応するＦＬスピーカ１９又はＦＲスピーカ２０から再生される。
これにより、受聴者１００は、左右のサラウンドチャンネルの信号が、あたかも仮想スピーカＶＬ２１及びＶＲ２２から再生されているように聞こえることとなる。
前記コントローラ１３は、この音場再生装置全体の制御を行うものであり、ユーザーインターフェース部１５から入力されるユーザーの指示に基づいて、前記各部における処理を制御する。
また、メモリ１４は制御に用いる各種データやプログラムを記憶するものであり、前記ポストプロセッシング部１２による定位付加処理及びクロストーク・キャンセル処理に用いられるＦＩＲフィルタの係数データもメモリ１４に記憶されている。
【００１１】
図２を参照して、前記リア定位付加処理及びクロストーク・キャンセル処理について説明する。図２の（ａ）は、受聴者１００、ＦＬスピーカ１９、ＦＲスピーカ２０、仮想スピーカＶＬ２１及び仮想スピーカＶＲ２２の位置関係、及び受聴者１００の両耳と各スピーカ及び仮想スピーカ間の伝達関数を示す図であり、（ｂ）は、前記ポストプロセッシング部１２の内部構成を示す図である。
図２の（ａ）に示すように、ＦＬスピーカ１９から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数をＨLD(ω)、受聴者１００の右耳１０２までの伝達関数をＨLC(ω)、ＦＲスピーカ２０から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数をＨRC(ω)、受聴者１００の右耳までの伝達関数をＨRD(ω)とする。また、受聴者１００の左後方に設定されるＬＳチャンネルの仮想スピーカＶＬ２１から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数をＨRLD(ω)、右耳１０２までの伝達関数をＨRLC(ω)、受聴者１００の右後方に設定されるＲＳチャンネルの仮想スピーカＶＲ２２から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数をＨRRC(ω)、右耳１０２までの伝達関数をＨRRD(ω)とする。
前記仮想スピーカＶＬ２１でサラウンドレフト（ＬＳ）チャンネルの音が再生され、前記仮想スピーカＶＲ２２でサラウンドライト（ＲＳ）チャンネルの音が再生されたときに、受聴者１００の左耳１０１に生じる音Ｌと右耳１０２に生じる音Ｒは、次の式（１）で表される。
【数１】
【００１２】
前記ＬＳリア定位付加部３１と前記ＲＳ定位付加部３２は、上記式（１）の処理を行うものであり、図２の（ｂ）に示すように、ＦＩＲフィルタ５１〜５４と加算器５５及び５６を有している。
各ＦＩＲフィルタ５１〜５４は、それぞれの伝搬経路のインパルス応答を係数とするＦＩＲフィルタであって、ＦＩＲフィルタ５１はＬＳチャンネルの信号と前記仮想スピーカＶＬ２１から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数ＨRLD(ω)のインパルス応答との畳み込み演算を行い、ＦＩＲフィルタ５２はＬＳチャンネルの信号と仮想スピーカＶＬ２１から受聴者１００の右耳１０２までの伝達関数ＨRLC(ω)のインパルス応答との畳み込み演算を行い、ＦＩＲフィルタ５３はＲＳチャンネルの信号と仮想スピーカＶＲ２２から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数ＨRRC(ω)のインパルス応答の畳み込み演算を行い、ＦＩＲフィルタ５４はＲＳチャンネルの信号と仮想スピーカＶＲ２２から受聴者の右耳１０２までの伝達関数ＨRRD(ω)のインパルス応答との畳み込み演算を行うものである。そして、加算器５５により前記ＦＩＲフィルタ５１と５３の出力を加算して、仮想スピーカＶＬ２１及びＶＲ２２から受聴者１００の左耳１０１に到達する音（Ｌ）を得、加算器５６により前記ＦＩＲフィルタ５２と５４の出力を加算して、受聴者１００の右耳１０２に仮想スピーカＶＬ２１及びＶＲ２２から到達する音（Ｒ）を得る。
【００１３】
前記加算器５５及び５６の出力Ｌ、Ｒは、クロストーク・キャンセル処理部３３に入力される。
図示するように、クロストーク・キャンセル処理部３３は、Ｌｃｈダイレクト補正部３４、Ｌｃｈクロストーク補正部３５、Ｒｃｈクロストーク補正部３６、Ｒｃｈダイレクト補正部３７、Ｌｃｈダイレクト補正部３４の出力とＲｃｈクロストーク補正部３６の出力を加算する加算器３８及びＬｃｈクロストーク補正部３５とＲｃｈダイレクト補正部３７の出力を加算する加算器３９を有している。ここで、Ｌｃｈダイレクト補正部３４とＲｃｈダイレクト補正部３７はＦＩＲフィルタにより構成されており、Ｌｃｈクロストーク補正部３５はＦＩＲフィルタ６１とその出力の位相を反転する符号反転器６２により構成されており、Ｒｃｈクロストーク補正部３６はＦＩＲフィルタ６３とその出力の位相を反転する符号反転器６４により構成されている。
前記Ｌｃｈダイレクト補正部３４、Ｌｃｈクロストーク補正部３５、Ｒｃｈクロストーク補正部３６、Ｒｃｈダイレクト補正部３７及びＬｃｈダイレクト補正部３４の伝達関数を、それぞれ、Ｇ11(ω)、Ｇ12(ω)、Ｇ21(ω)及びＧ22(ω)とすると、前記加算器３８の出力ＳFLと前記加算器３９の出力ＳFRは、次の式（２）で表される。
【数２】
【００１４】
前記クロストーク・キャンセル処理部３３からの左出力信号ＳFL及び右出力信号ＳFRを、それぞれ、前記ＦＬスピーカ１９及びＦＲスピーカ２０から再生したとき、受聴者１００の左耳１０１に到達する音ＰLと右耳１０２に到達する音ＰRは、前記ＦＬスピーカ１９及びＦＲスピーカ２０から前記次の式（３）で表される。
【数３】
【００１５】
ここで、受聴者１００の左耳１０１に到達する音ＰLが、ＳＬチャンネルの信号が仮想スピーカＶＬ２１から再生され、ＳＲチャンネルの信号が仮想スピーカＶＲ２２から再生されたときに受聴者の左耳１０１に生じる音Ｌと等しく（ＰL＝Ｌ）、受聴者１００の右耳１０２に到達する音ＰRが、ＳＬチャンネルの信号が仮想スピーカＶＬ２１から再生され、ＳＲチャンネルの信号が仮想スピーカＶＲ２２から再生されたときに受聴者の右耳１０２に生じる音Ｒと等しい（ＰR＝Ｒ）ときには、ＳＬチャンネルとＳＲチャンネルの音が前記仮想スピーカＶＬ２１とＶＲ２２に定位される。そのためには、前記クロストーク・キャンセル処理部３３内の各補正部３４〜３７の伝達関数Ｇ11〜Ｇ22からなる行列が、前記各スピーカから受聴者の両耳までの伝達関数ＨLD、ＨLC、ＨRC、ＨRDからなる行列の逆行列であればよい。
【数４】
【００１６】
すなわち、Ｌｃｈダイレクト補正部３４はＨRD／Ｈ00、Ｌｃｈクロストーク補正部３５は−ＨLC／Ｈ00、Ｒｃｈクロストーク補正部３６は−ＨRC／Ｈ00、Ｒｃｈダイレクト補正部３７はＨLD／Ｈ00の伝達関数を有するものであればよい。ここで、Ｈ00＝ＨLD・ＨRD−ＨLC・ＨRCである。ＦＩＲフィルタであるＬｃｈダイレクト補正部３４、Ｌｃｈクロストーク補正部３５のＦＩＲフィルタ６１、Ｒｃｈクロストーク補正部３６のＦＩＲフィルタ６３及びＦＩＲフィルタであるＲｃｈダイレクト補正部３７は、それぞれに対応する上記伝達関数を逆フーリエ変換して得られたインパルス応答が係数として設定され、それぞれの入力信号に対する畳み込み演算を実行する。
そして、前記Ｌｃｈダイレクト補正部３４の出力と、前記ＦＩＲフィルタ６３の出力が符号反転器６４により逆相とされたＲｃｈクロストーク補正部３６の出力とが加算器３８で加算されて左出力信号ＳFLとされ、前記Ｄ／Ａ変換器１６、電子ボリューム１７及びパワーアンプ１８を介して、ＦＬスピーカ１９から再生される。また、前記ＦＩＲフィルタ６１の出力が符号反転器６４により逆相とされたＬｃｈクロストーク補正部３５の出力と前記Ｒｃｈダイレクト補正部３７の出力とが加算器３９で加算されて右出力信号ＳFRとされ、Ｄ／Ａ変換器１６、電子ボリューム１７及びパワーアンプ１８を介して、右チャンネルの実スピーカＦＲ２０から再生される。
【００１７】
このようにして、受聴者１００の両耳１０１及び１０２には、前記仮想スピーカＶＬ２１から発生されたＬＳチャンネルの信号による音圧と前記仮想スピーカＶＲ２２から発生されたＲＳチャンネルの信号による音圧が再生される。
これにより、ＤＶＤやデジタル放送などのマルチチャンネル（５．１チャンネル）コンテンツをフロント２チャンネルのスピーカで視聴するときに、受聴者の前方に設置された２個のスピーカを使用して、あたかも、受聴者の左右後方に配置された２個のサラウンドスピーカ（仮想スピーカ）から音が発せられているように、感じることができる。
【００１８】
ここで、本発明においては、前記クロストーク・キャンセル処理部３３における各補正部３４〜３７に用いる伝達関数として、ダイレクト経路とクロストーク経路とで、異なる頭部伝達関数を用いるようにしている。
図３は、本発明のクロストーク・キャンセル処理で用いる頭部伝達関数を従来の場合と比較して説明するための図であり、（ａ）は従来のクロストーク・キャンセル処理において用いる頭部伝達関数を示し、（ｂ）は本発明のクロストーク・キャンセル処理で用いる頭部伝達関数を示す図である。
図３の（ａ）は、従来のクロストーク・キャンセル処理に用いられている頭部伝達関数について示す図であり、スピーカ２本を基準となるスピーカの配置法であるＩＴＵ−Ｒ勧告のBS.775-1規格に従って配置し、中央、すなわち、左右のスピーカの見開き角度が６０°となる位置で視聴する場合である。この場合には、クロストーク・キャンセル処理は、直接経路（ダイレクト経路、実線）、間接経路（クロストーク経路、破線）とも、受聴者の正面方向を示す直線１０３とスピーカの方向との間の角度である３０°又は−３０°（時計回りを＋、反時計回りを−とする。）の位置の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ：Head-Related Transfer Function）を用いていた。
【００１９】
これに対し、本発明においては、図３の（ｂ）に示すように、ダイレクト経路（実線）、すなわち、左側のＦＬスピーカ１９から受聴者１００の左耳１０１までの経路の伝達関数ＨLD、及び、右側のＦＲスピーカ２０から受聴者１００の右耳１０２までの経路の伝達関数ＨRDは、従来と同様に、受聴者の正面方向を示す直線１０３とスピーカの方向との間の角度（±３０°）の位置のＨＲＴＦを用いているが、クロストーク経路（破線）、すなわち、左側のＦＬスピーカ１９から受聴者１００の右耳１０２までの経路の伝達関数ＨLC、及び、右側のＦＲスピーカ２０から受聴者１００の左耳１０１までの経路の伝達関数ＨRCは、複数の角度の頭部伝達関数（インパルス応答）を荷重加算した伝達関数を用いるようにしている。
図示する例では、１５°と３０°と４５°のそれぞれの位置の頭部伝達関数を所定の重みを付けて加算した値を用いる場合を示している。なお、この図においては、煩雑さを避けるために右側のＦＲスピーカ２０から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数ＨRCについては記載していないが、ＨRCについても、同様に、１５°と３０°と４５°の位置の頭部伝達関数を所定の重みを付けて加算した値を用いる。なお、重みは、１５°、３０°、４５°に対し、１：１：１の割合でもよいし、１：０．５：０．５、１：０．２５：０．２５など、任意の割合とすることができる。
この重みの割合は、あらかじめ決定されている値を用いるようにしても良いし、ユーザーが前記ユーザーインターフェース部１５を用いて任意に設定することができるようにしてもよい。
【００２０】
図４は、前記クロストーク経路の伝達関数として荷重加算される複数の角度（１５°、３０°及び４５°）のインパルス応答の時間波形を示す図であり、（ａ）は約５００msecまでのインパルス応答を示し、（ｂ）はピーク値付近の時間軸を拡大して示す図である。
図４の（ｂ）において、Ａは角度が３０°、Ｂは角度が１５°、Ｃは角度が４５°の位置の頭部伝達関数のインパルス応答を示している。
図５は、１５°、３０°及び４５°の位置のインパルス応答を重みを付けて加算することにより得られたクロストーク経路の伝達関数の時間波形を、３０°の位置の頭部伝達関数のインパルス応答の時間波形とともに示す図であり、（ａ）は約５００msecまでを示す図、（ｂ）はピーク値付近の時間軸を拡大して示す図である。
ここで、Ｄは１５°、３０°及び４５°の各角度の位置の頭部伝達関数を１：１：１の重みで加算した場合、Ｅは１：０．７０７：０．７０７の重みを付加して加算した場合、Ｆは１：０．５：０．５の重みを付加して加算した場合、Ｇは従来用いられていた角度が３０°の位置の頭部伝達関数の時間波形を示している。本発明によるＡ〜Ｃの場合は、クロストーク経路の伝達関数として、従来のＤの場合よりも、ピークが低いインパルス応答に対応する伝達関数が使用されることとなる。
【００２１】
このように、本願発明においては、クロストーク・キャンセル処理において、スピーカからそれと反対側の耳までのクロストーク経路の伝達関数（逆位相とされる。）として、複数の角度の頭部伝達関数を所定の重みを付けて加算することにより得られた値を用いるようにしている。これにより、複数の角度に対応する各位置に仮想音源が定位されることとなり、受聴者には、サラウンドチャンネルの音が従来よりも拡がって聞えることとなる。
このことにより、サラウンド効果がよく感じられるスイートスポットが広くなり、複数人でバーチャル・サラウンドを楽しむことができるようになった。
【００２２】
図６は、中央から左にずれた位置における、定位に重要な寄与のある５００Ｈｚ〜５ｋＨｚのクロストーク・キャンセル量（両耳差）を測定した結果を示す図である。ここで、縦軸はダイレクト経路を通って耳に到達する音圧とクロストーク経路を通って耳に到達する音圧の差を示し、横軸は周波数を示している。この音圧差が大きい方がクロストークが抑圧されていて仮想スピーカの定位がよいことを示している。音圧の差が＋∞で、フラットな特性となるのが理想であるが、現実には５ｄＢ以上あれば良いといわれている。
図中、Ｈはクロストーク経路の伝達関数として角度３０°の位置の頭部伝達関数を使用した場合（ノーマル）、Ｉはクロストーク経路の伝達関数として角度１５°と３０°と４５°の頭部伝達関数のインパルス応答を１：０．３：０．３の重みを付加して加算した場合、Ｊはクロストーク経路の伝達関数として角度１５°と３０°と４５°の頭部伝達関数のインパルス応答を１：０．６：０．６の重みを付加して加算した場合を示している。
この図に示すように、ＢとＣの本発明の場合には大きな差はないが、ＡとＢ又はＣとを比較すると、ＢとＣの本発明の場合の方が、全体的にクロストークのキャンセル量（音圧差）が大きく、また、音圧差が５ｄＢ以上となる周波数領域の幅も大きくなっている。さらに、クロストーク抑圧性能が悪くなっているディップの部分の深さも浅くなっていることがわかる。
この測定結果からも、本発明により、中央からずれた位置における定位が改善されていることが裏付けられる。
【００２３】
このような本発明の音場再生装置は、ＡＶレシーバ、ＡＶアンプ、アンプ、テレビなど２本のスピーカが左右に存在しているものにおいて、スピーカをバーチャル再生するシステム全てに適用することができる。
なお、上記においては、基準となる角度である３０°とそれに対しプラスマイナス１５°である１５°と４５°の角度の位置の頭部伝達関数を加重加算した場合について説明したが、３０°の角度の位置の頭部伝達関数に重みを付けて加算する角度は、これに限られることはなく、１０°、２０°、４０°、５０°など各種の角度とすることができ、また、３つの角度位置の頭部伝達関数ではなく、２つの角度位置の頭部伝達関数や、４つ以上の角度位置の頭部伝達関数を加重加算した値を用いることもできる。
さらに、クロストーク経路の伝達関数として用いる頭部伝達関数の角度位置は、前記ユーザーインターフェース部１５を用いてユーザーが任意に設定することができるようにしてもよい。
さらにまた、上記においてはダイレクト経路の角度を３０°としたが、３０°に限らず、実際のスピーカの見開き角度におうじて、１０°、２０°、４０°、５０°など各種の角度を設定することができる。
さらにまた、上記においては、５．１チャンネルの再生の場合を例にとって説明したが、これに限られることはなく、７．１チャンネルなど他のマルチチャンネル再生にも同様に適用することができる。
さらにまた、上記においては、リアチャンネル（ＬＳ、ＲＳ）を対象としていたが、これに限られることはなく、他のチャンネルについても、同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の音場再生装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】リア定位付加処理及びクロストーク・キャンセル処理について説明する為の図であり、（ａ）は受聴者１００と実スピーカ１９、２０及び仮想スピーカ２１及び２２の位置関係、及びそれらの間の伝達関数を示す図であり、（ｂ）はポストプロセッシング部１２の内部構成を示す図である。
【図３】本発明のクロストーク・キャンセル処理で用いる頭部伝達関数について説明するための図であり、（ａ）は従来のクロストーク・キャンセル処理において用いる頭部伝達関数、（ｂ）は本発明のクロストーク・キャンセル処理で用いる頭部伝達関数を示す図である。
【図４】１５°、３０°及び４５°の各角度の位置の頭部伝達関数のインパルス応答の例を示す図である。
【図５】１５°、３０°及び４５°のインパルス応答を重みを付けて加算することにより得られたクロストーク経路の伝達関数の時間波形を、３０°の位置の頭部伝達関数のインパルス応答の時間波形とともに示す図である。
【図６】中央から左にずれた位置における、定位に重要な寄与のある５００Ｈｚ〜５ｋＨｚのクロストーク・キャンセル量（両耳差）を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１１：デコーダ部、１２：ポストプロセッシング部、１３：コントローラ、１４：メモリ、１５：ユーザーインターフェース部、１６：Ｄ／Ａ変換器、１７：電子ボリューム、１８：パワーアンプ、１９：左（Ｌ）チャンネルスピーカ（ＦＬ）、２０：右（Ｒ）チャンネルスピーカ（ＦＲ）、２１：サラウンド左（ＬＳ）チャンネルの仮想スピーカ（ＶＬ）、２２：サラウンド右（ＲＳ）チャンネルの仮想スピーカ（ＶＲ）、３１：ＬＳリア定位付加部、３２：ＲＳリア定位付加部、３３：クロストーク・キャンセル処理部、３４：左チャンネル（Ｌｃｈ）ダイレクト補正部、３５：Ｌｃｈクロストーク補正部、３６：右チャンネル（Ｒｃｈ）クロストーク補正部、３７：Ｒｃｈダイレクト補正部、３８，３９，４０，４１：加算器、５１，５２，５３，５４：ＦＩＲフィルタ、６１，６３：ＦＩＲフィルタ、６２，６４：符号反転器、１００：受聴者、１０１：受聴者の左耳、１０２：受聴者の右耳、１０３：受聴者の正面方向を示す直線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部伝達関数（ＨＲＴＦ：Head-Related Transfer Function）を利用して信号処理した後方チャンネルの信号を前方に配置された実スピーカから出力することにより、後方の仮想スピーカ位置に定位させる音場再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
受聴者の後方にスピーカを配置せず、前方に設置した複数のスピーカから後方のサラウンドチャンネルの音を発生させるいわゆるバーチャル・サラウンド再生を行う音場再生装置が知られている。（特許文献１、２、３）
ある方向に音源が存在するときに、人は、そのことを、左右の耳に入る音のレベル差、遅延差、周波数特性差により知覚することができる。バーチャル・サラウンドは、この人の両耳聴の特性を応用したもので、サラウンドチャンネルの信号が受聴者の後方の仮想スピーカから再生されたように音像を定位させる後方定位付加手段と、受聴者の前方に配置された２個の実スピーカからの音が、それぞれの側の耳にのみ到達するように制御するクロストーク・キャンセル処理手段を備え、仮想スピーカ位置から再生され受聴者の左右の耳に到達する信号と同じ信号が、受聴者の前方に配置された実スピーカから再生された信号により、受聴者の左右の耳に発生するようにするものである。
なお、クロストーク・キャンセル処理については、非特許文献１に詳しい。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２０７５９７号公報
【特許文献２】特開平８−５１６９８号公報
【特許文献３】特開平８−２６５８９９号公報
【非特許文献１】小林照二、”ＯＳＳ−基準的音響伝送系−”、[online]、[平成１８年１０月２４日検索]、インターネット <URL : http://www.noe.co.jp/news/04/04meca2.html>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、従来より種々の音場再生装置が提案されているが、いずれも、心理的にサラウンド効果が良く感じる受聴位置（以下、「スイートスポット」という。）が狭く、中央を外れて受聴したときに定位感が薄れるという問題点があった。
そこで、本発明は、スイートスポットをワイドスポット化することにより、中央を外れたときの定位感の劣化が抑えられ、複数人でバーチャル・サラウンドが視聴できる音場再生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の音場再生装置は、後方チャンネルの信号に対し、受聴者の後方の仮想スピーカ位置に定位させるための信号処理を行って、受聴者の左前方に配置されたフロントレフトスピーカから出力させる左出力信号及び受聴者の右前方に配置されたフロントライトスピーカから出力させる右出力信号を出力するリア定位付加部と、前記リア定位付加部からの左出力信号及び右出力信号に対し、受聴者の左耳に前記フロントレフトスピーカから再生された前記左出力信号のみを到達させ、受聴者の右耳に前記フロントライトスピーカから再生された前記右出力信号のみを到達させるための信号処理を行って、前記フロントレフトスピーカから出力させる左出力信号及び前記フロントライトスピーカから出力させる右出力信号を出力するクロストーク・キャンセル処理部とを有する音場再生装置であって、前記クロストーク・キャンセル処理部は、前記受聴者の左耳に前記フロントレフトスピーカから再生された前記左出力信号のみを到達させ、受聴者の右耳に前記フロントライトスピーカから再生された前記右出力信号のみを到達させるための信号処理を行うときに、前記フロントレフトスピーカから受聴者の左耳までの伝達関数及び前記フロントライトスピーカから受聴者の右耳までの伝達関数として、受聴者の正面と前記フロントレフトスピーカ又は前記フロントライトスピーカとのなす角度に対応する頭部伝達関数を使用し、前記フロントレフトスピーカから受聴者の右耳までの伝達関数及び前記フロントライトスピーカから受聴者の左耳までの伝達関数として、前記受聴者の正面と前記フロントレフトスピーカ又は前記フロントライトスピーカとのなす角度に対応する頭部伝達関数、前記角度よりも大きい角度に対応する頭部伝達関数及び前記角度よりも小さい角度に対応する頭部伝達関数を所定の重みを付けて加算した値を使用するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の音場再生装置によれば、スイートスポットのワイドスポット化により、中央を外れた際の定位感の劣化が抑えられ、複数人で良好な定位のバーチャル・サラウンドを視聴できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明の音場再生装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
この図において、１１はデコーダ部、１２はポストプロセッシング部、１３はコントローラ、１４はメモリ、１５はユーザーインターフェース部、１６はＤ／Ａ変換器、１７は電子ボリューム、１８はパワーアンプ、１９は受聴者の左前方に設置されるフロントレフト（ＦＬ）スピーカ、２０は受聴者１００の右前方に設置されるフロントライト（ＦＲ）スピーカである。ここで、前記デコーダ部１１及びポストプロセッシング部１２は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）により実現されている。
また、２１はサラウンドレフト（ＬＳ）チャンネルの信号の仮想音源位置を示す仮想スピーカ（ＶＬ）、２２はサラウンドライト（ＲＳ）チャンネルの仮想音源位置を示す仮想スピーカ（ＶＲ）であり、仮想スピーカＶＬ２１は受聴者１００の左後方に、仮想スピーカＶＲ２２は受聴者１００の右後方に、それぞれ位置するように設定されている。
本発明では、実際に設置されたＦＬスピーカ１９及びＦＲスピーカ２０から再生される音により、あたかも受聴者１００の左後方の仮想スピーカＶＬ２１と右後方の仮想スピーカＶＲ２２からサラウンドチャンネルの音が再生されているように聞こえるように制御される。
【０００８】
前記デコーダ部１１は、ＤＶＤプレーヤー、スーパーオーディオＣＤプレーヤーなどのデジタルオーディオ機器やデジタル放送チューナなどからのオーディオ信号を入力して、例えば、５．１チャンネルのマルチチャンネル信号を出力する。すなわち、ＤＩＲ（Digital Interface Receiver）からのビットストリーム信号、Ｄ／Ａ変換器からのマルチチャンネルＰＣＭ信号、及び、ＨＤＭＩ（High Definition Multimedia Interface）端子からのマルチチャンネル・ビットストリーム信号を受け取り、ドルビーデジタル、ＤＴＳ（Digital Theater Systems）、ＡＡＣ（Advanced Audio Coding）などで圧縮されているデータは展開して、レフト（Ｌ）チャンネル、ライト（Ｒ）チャンネル、センター（Ｃ）チャンネル、サラウンドレフト（ＬＳ）チャンネル、サラウンドライト（ＲＳ）チャンネルの５つのチャンネルの信号を出力する。
【０００９】
ポストプロセッシング部１２は、ＬＳリア定位付加部３１、ＲＳリア定位付加部３２及びクロストーク・キャンセル処理部３３を有し、前記デコーダ部１１から入力されるリア側の２チャンネル（ＬＳ、ＲＳ）の信号に対し、リア定位付加処理とクロストーク・キャンセル処理を行った後、処理されたＬＳチャンネルとＲＳチャンネルの信号と前記Ｃチャンネルの信号を、前記ＬチャンネルとＲチャンネルの信号にそれぞれ加算して、最終的にＦＬスピーカ１９から出力される左出力信号と、ＦＲスピーカ２０から出力される右出力信号を出力する。
前記リア定位付加処理は、ＬＳリア定位付加部３１とＲＳリア定位付加部３２において、前記リア側の２チャンネルの信号（ＬＳ、ＲＳ）が、受聴者の左右後方の位置２１と２２にそれぞれ位置していると人が知覚するための情報を与えるための処理であり、ＬＳチャンネルの信号とＲＳチャンネルの信号に、レベル差、遅延差及び周波数特性差を付けて、出力する処理である。
また、クロストーク・キャンセル処理は、前記ＬＳリア定位付加部３１及びＲＳリア定位付加部３２から出力された信号に対し、それらの信号が、前記ＦＬスピーカ１９及びＦＲスピーカ２０から出力されたときに、それぞれのスピーカからの出力が受聴者１００のそれぞれのスピーカ側の耳に到達するように、スピーカのクロストークを排除するための処理である。このクロストーク・キャンセル処理は、左チャンネル（Ｌｃｈ）ダイレクト補正部３４、Ｌｃｈクロストーク補正部３５、右チャンネル（Ｒｃｈ）クロストーク補正部３６、Ｒｃｈダイレクト補正部３７、前記Ｌｃｈダイレクト補正部３４の出力と前記Ｒｃｈクロストーク補正部３６の出力とを加算する加算器３８、前記Ｒｃｈダイレクト補正部３７の出力と前記Ｌｃｈクロストーク補正部３５の出力とを加算する加算器３９を有するクロストーク・キャンセル処理部３３において実行される。
【００１０】
前記クロストーク・キャンセル処理部３３の加算器３８の出力と前記センター（Ｃ）チャンネルの１／２のレベルとされた信号は、加算器４０に供給され、ここで、前記Ｌチャンネルの信号と加算され、前記ＦＬスピーカ１９から出力される左出力信号とされる。また、前記加算器３９の出力と前記センター（Ｃ）チャンネルの１／２のレベルとされた信号は、加算器４１で前記Ｒチャンネルの信号と加算され、前記ＦＲスピーカ２０から出力される右出力信号とされる。
この左出力信号と右出力信号は、Ｄ／Ａコンバータ１６でアナログ信号に変換され、電子ボリューム１７及びパワーアンプ１８を介して、対応するＦＬスピーカ１９又はＦＲスピーカ２０から再生される。
これにより、受聴者１００は、左右のサラウンドチャンネルの信号が、あたかも仮想スピーカＶＬ２１及びＶＲ２２から再生されているように聞こえることとなる。
前記コントローラ１３は、この音場再生装置全体の制御を行うものであり、ユーザーインターフェース部１５から入力されるユーザーの指示に基づいて、前記各部における処理を制御する。
また、メモリ１４は制御に用いる各種データやプログラムを記憶するものであり、前記ポストプロセッシング部１２による定位付加処理及びクロストーク・キャンセル処理に用いられるＦＩＲフィルタの係数データもメモリ１４に記憶されている。
【００１１】
図２を参照して、前記リア定位付加処理及びクロストーク・キャンセル処理について説明する。図２の（ａ）は、受聴者１００、ＦＬスピーカ１９、ＦＲスピーカ２０、仮想スピーカＶＬ２１及び仮想スピーカＶＲ２２の位置関係、及び受聴者１００の両耳と各スピーカ及び仮想スピーカ間の伝達関数を示す図であり、（ｂ）は、前記ポストプロセッシング部１２の内部構成を示す図である。
図２の（ａ）に示すように、ＦＬスピーカ１９から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数をＨLD(ω)、受聴者１００の右耳１０２までの伝達関数をＨLC(ω)、ＦＲスピーカ２０から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数をＨRC(ω)、受聴者１００の右耳までの伝達関数をＨRD(ω)とする。また、受聴者１００の左後方に設定されるＬＳチャンネルの仮想スピーカＶＬ２１から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数をＨRLD(ω)、右耳１０２までの伝達関数をＨRLC(ω)、受聴者１００の右後方に設定されるＲＳチャンネルの仮想スピーカＶＲ２２から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数をＨRRC(ω)、右耳１０２までの伝達関数をＨRRD(ω)とする。
前記仮想スピーカＶＬ２１でサラウンドレフト（ＬＳ）チャンネルの音が再生され、前記仮想スピーカＶＲ２２でサラウンドライト（ＲＳ）チャンネルの音が再生されたときに、受聴者１００の左耳１０１に生じる音Ｌと右耳１０２に生じる音Ｒは、次の式（１）で表される。
【数１】
【００１２】
前記ＬＳリア定位付加部３１と前記ＲＳ定位付加部３２は、上記式（１）の処理を行うものであり、図２の（ｂ）に示すように、ＦＩＲフィルタ５１〜５４と加算器５５及び５６を有している。
各ＦＩＲフィルタ５１〜５４は、それぞれの伝搬経路のインパルス応答を係数とするＦＩＲフィルタであって、ＦＩＲフィルタ５１はＬＳチャンネルの信号と前記仮想スピーカＶＬ２１から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数ＨRLD(ω)のインパルス応答との畳み込み演算を行い、ＦＩＲフィルタ５２はＬＳチャンネルの信号と仮想スピーカＶＬ２１から受聴者１００の右耳１０２までの伝達関数ＨRLC(ω)のインパルス応答との畳み込み演算を行い、ＦＩＲフィルタ５３はＲＳチャンネルの信号と仮想スピーカＶＲ２２から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数ＨRRC(ω)のインパルス応答の畳み込み演算を行い、ＦＩＲフィルタ５４はＲＳチャンネルの信号と仮想スピーカＶＲ２２から受聴者の右耳１０２までの伝達関数ＨRRD(ω)のインパルス応答との畳み込み演算を行うものである。そして、加算器５５により前記ＦＩＲフィルタ５１と５３の出力を加算して、仮想スピーカＶＬ２１及びＶＲ２２から受聴者１００の左耳１０１に到達する音（Ｌ）を得、加算器５６により前記ＦＩＲフィルタ５２と５４の出力を加算して、受聴者１００の右耳１０２に仮想スピーカＶＬ２１及びＶＲ２２から到達する音（Ｒ）を得る。
【００１３】
前記加算器５５及び５６の出力Ｌ、Ｒは、クロストーク・キャンセル処理部３３に入力される。
図示するように、クロストーク・キャンセル処理部３３は、Ｌｃｈダイレクト補正部３４、Ｌｃｈクロストーク補正部３５、Ｒｃｈクロストーク補正部３６、Ｒｃｈダイレクト補正部３７、Ｌｃｈダイレクト補正部３４の出力とＲｃｈクロストーク補正部３６の出力を加算する加算器３８及びＬｃｈクロストーク補正部３５とＲｃｈダイレクト補正部３７の出力を加算する加算器３９を有している。ここで、Ｌｃｈダイレクト補正部３４とＲｃｈダイレクト補正部３７はＦＩＲフィルタにより構成されており、Ｌｃｈクロストーク補正部３５はＦＩＲフィルタ６１とその出力の位相を反転する符号反転器６２により構成されており、Ｒｃｈクロストーク補正部３６はＦＩＲフィルタ６３とその出力の位相を反転する符号反転器６４により構成されている。
前記Ｌｃｈダイレクト補正部３４、Ｌｃｈクロストーク補正部３５、Ｒｃｈクロストーク補正部３６、Ｒｃｈダイレクト補正部３７及びＬｃｈダイレクト補正部３４の伝達関数を、それぞれ、Ｇ11(ω)、Ｇ12(ω)、Ｇ21(ω)及びＧ22(ω)とすると、前記加算器３８の出力ＳFLと前記加算器３９の出力ＳFRは、次の式（２）で表される。
【数２】
【００１４】
前記クロストーク・キャンセル処理部３３からの左出力信号ＳFL及び右出力信号ＳFRを、それぞれ、前記ＦＬスピーカ１９及びＦＲスピーカ２０から再生したとき、受聴者１００の左耳１０１に到達する音ＰLと右耳１０２に到達する音ＰRは、前記ＦＬスピーカ１９及びＦＲスピーカ２０から前記次の式（３）で表される。
【数３】
【００１５】
ここで、受聴者１００の左耳１０１に到達する音ＰLが、ＳＬチャンネルの信号が仮想スピーカＶＬ２１から再生され、ＳＲチャンネルの信号が仮想スピーカＶＲ２２から再生されたときに受聴者の左耳１０１に生じる音Ｌと等しく（ＰL＝Ｌ）、受聴者１００の右耳１０２に到達する音ＰRが、ＳＬチャンネルの信号が仮想スピーカＶＬ２１から再生され、ＳＲチャンネルの信号が仮想スピーカＶＲ２２から再生されたときに受聴者の右耳１０２に生じる音Ｒと等しい（ＰR＝Ｒ）ときには、ＳＬチャンネルとＳＲチャンネルの音が前記仮想スピーカＶＬ２１とＶＲ２２に定位される。そのためには、前記クロストーク・キャンセル処理部３３内の各補正部３４〜３７の伝達関数Ｇ11〜Ｇ22からなる行列が、前記各スピーカから受聴者の両耳までの伝達関数ＨLD、ＨLC、ＨRC、ＨRDからなる行列の逆行列であればよい。
【数４】
【００１６】
すなわち、Ｌｃｈダイレクト補正部３４はＨRD／Ｈ00、Ｌｃｈクロストーク補正部３５は−ＨLC／Ｈ00、Ｒｃｈクロストーク補正部３６は−ＨRC／Ｈ00、Ｒｃｈダイレクト補正部３７はＨLD／Ｈ00の伝達関数を有するものであればよい。ここで、Ｈ00＝ＨLD・ＨRD−ＨLC・ＨRCである。ＦＩＲフィルタであるＬｃｈダイレクト補正部３４、Ｌｃｈクロストーク補正部３５のＦＩＲフィルタ６１、Ｒｃｈクロストーク補正部３６のＦＩＲフィルタ６３及びＦＩＲフィルタであるＲｃｈダイレクト補正部３７は、それぞれに対応する上記伝達関数を逆フーリエ変換して得られたインパルス応答が係数として設定され、それぞれの入力信号に対する畳み込み演算を実行する。
そして、前記Ｌｃｈダイレクト補正部３４の出力と、前記ＦＩＲフィルタ６３の出力が符号反転器６４により逆相とされたＲｃｈクロストーク補正部３６の出力とが加算器３８で加算されて左出力信号ＳFLとされ、前記Ｄ／Ａ変換器１６、電子ボリューム１７及びパワーアンプ１８を介して、ＦＬスピーカ１９から再生される。また、前記ＦＩＲフィルタ６１の出力が符号反転器６４により逆相とされたＬｃｈクロストーク補正部３５の出力と前記Ｒｃｈダイレクト補正部３７の出力とが加算器３９で加算されて右出力信号ＳFRとされ、Ｄ／Ａ変換器１６、電子ボリューム１７及びパワーアンプ１８を介して、右チャンネルの実スピーカＦＲ２０から再生される。
【００１７】
このようにして、受聴者１００の両耳１０１及び１０２には、前記仮想スピーカＶＬ２１から発生されたＬＳチャンネルの信号による音圧と前記仮想スピーカＶＲ２２から発生されたＲＳチャンネルの信号による音圧が再生される。
これにより、ＤＶＤやデジタル放送などのマルチチャンネル（５．１チャンネル）コンテンツをフロント２チャンネルのスピーカで視聴するときに、受聴者の前方に設置された２個のスピーカを使用して、あたかも、受聴者の左右後方に配置された２個のサラウンドスピーカ（仮想スピーカ）から音が発せられているように、感じることができる。
【００１８】
ここで、本発明においては、前記クロストーク・キャンセル処理部３３における各補正部３４〜３７に用いる伝達関数として、ダイレクト経路とクロストーク経路とで、異なる頭部伝達関数を用いるようにしている。
図３は、本発明のクロストーク・キャンセル処理で用いる頭部伝達関数を従来の場合と比較して説明するための図であり、（ａ）は従来のクロストーク・キャンセル処理において用いる頭部伝達関数を示し、（ｂ）は本発明のクロストーク・キャンセル処理で用いる頭部伝達関数を示す図である。
図３の（ａ）は、従来のクロストーク・キャンセル処理に用いられている頭部伝達関数について示す図であり、スピーカ２本を基準となるスピーカの配置法であるＩＴＵ−Ｒ勧告のBS.775-1規格に従って配置し、中央、すなわち、左右のスピーカの見開き角度が６０°となる位置で視聴する場合である。この場合には、クロストーク・キャンセル処理は、直接経路（ダイレクト経路、実線）、間接経路（クロストーク経路、破線）とも、受聴者の正面方向を示す直線１０３とスピーカの方向との間の角度である３０°又は−３０°（時計回りを＋、反時計回りを−とする。）の位置の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ：Head-Related Transfer Function）を用いていた。
【００１９】
これに対し、本発明においては、図３の（ｂ）に示すように、ダイレクト経路（実線）、すなわち、左側のＦＬスピーカ１９から受聴者１００の左耳１０１までの経路の伝達関数ＨLD、及び、右側のＦＲスピーカ２０から受聴者１００の右耳１０２までの経路の伝達関数ＨRDは、従来と同様に、受聴者の正面方向を示す直線１０３とスピーカの方向との間の角度（±３０°）の位置のＨＲＴＦを用いているが、クロストーク経路（破線）、すなわち、左側のＦＬスピーカ１９から受聴者１００の右耳１０２までの経路の伝達関数ＨLC、及び、右側のＦＲスピーカ２０から受聴者１００の左耳１０１までの経路の伝達関数ＨRCは、複数の角度の頭部伝達関数（インパルス応答）を荷重加算した伝達関数を用いるようにしている。
図示する例では、１５°と３０°と４５°のそれぞれの位置の頭部伝達関数を所定の重みを付けて加算した値を用いる場合を示している。なお、この図においては、煩雑さを避けるために右側のＦＲスピーカ２０から受聴者１００の左耳１０１までの伝達関数ＨRCについては記載していないが、ＨRCについても、同様に、１５°と３０°と４５°の位置の頭部伝達関数を所定の重みを付けて加算した値を用いる。なお、重みは、１５°、３０°、４５°に対し、１：１：１の割合でもよいし、１：０．５：０．５、１：０．２５：０．２５など、任意の割合とすることができる。
この重みの割合は、あらかじめ決定されている値を用いるようにしても良いし、ユーザーが前記ユーザーインターフェース部１５を用いて任意に設定することができるようにしてもよい。
【００２０】
図４は、前記クロストーク経路の伝達関数として荷重加算される複数の角度（１５°、３０°及び４５°）のインパルス応答の時間波形を示す図であり、（ａ）は約５００msecまでのインパルス応答を示し、（ｂ）はピーク値付近の時間軸を拡大して示す図である。
図４の（ｂ）において、Ａは角度が３０°、Ｂは角度が１５°、Ｃは角度が４５°の位置の頭部伝達関数のインパルス応答を示している。
図５は、１５°、３０°及び４５°の位置のインパルス応答を重みを付けて加算することにより得られたクロストーク経路の伝達関数の時間波形を、３０°の位置の頭部伝達関数のインパルス応答の時間波形とともに示す図であり、（ａ）は約５００msecまでを示す図、（ｂ）はピーク値付近の時間軸を拡大して示す図である。
ここで、Ｄは１５°、３０°及び４５°の各角度の位置の頭部伝達関数を１：１：１の重みで加算した場合、Ｅは１：０．７０７：０．７０７の重みを付加して加算した場合、Ｆは１：０．５：０．５の重みを付加して加算した場合、Ｇは従来用いられていた角度が３０°の位置の頭部伝達関数の時間波形を示している。本発明によるＡ〜Ｃの場合は、クロストーク経路の伝達関数として、従来のＤの場合よりも、ピークが低いインパルス応答に対応する伝達関数が使用されることとなる。
【００２１】
このように、本願発明においては、クロストーク・キャンセル処理において、スピーカからそれと反対側の耳までのクロストーク経路の伝達関数（逆位相とされる。）として、複数の角度の頭部伝達関数を所定の重みを付けて加算することにより得られた値を用いるようにしている。これにより、複数の角度に対応する各位置に仮想音源が定位されることとなり、受聴者には、サラウンドチャンネルの音が従来よりも拡がって聞えることとなる。
このことにより、サラウンド効果がよく感じられるスイートスポットが広くなり、複数人でバーチャル・サラウンドを楽しむことができるようになった。
【００２２】
図６は、中央から左にずれた位置における、定位に重要な寄与のある５００Ｈｚ〜５ｋＨｚのクロストーク・キャンセル量（両耳差）を測定した結果を示す図である。ここで、縦軸はダイレクト経路を通って耳に到達する音圧とクロストーク経路を通って耳に到達する音圧の差を示し、横軸は周波数を示している。この音圧差が大きい方がクロストークが抑圧されていて仮想スピーカの定位がよいことを示している。音圧の差が＋∞で、フラットな特性となるのが理想であるが、現実には５ｄＢ以上あれば良いといわれている。
図中、Ｈはクロストーク経路の伝達関数として角度３０°の位置の頭部伝達関数を使用した場合（ノーマル）、Ｉはクロストーク経路の伝達関数として角度１５°と３０°と４５°の頭部伝達関数のインパルス応答を１：０．３：０．３の重みを付加して加算した場合、Ｊはクロストーク経路の伝達関数として角度１５°と３０°と４５°の頭部伝達関数のインパルス応答を１：０．６：０．６の重みを付加して加算した場合を示している。
この図に示すように、ＢとＣの本発明の場合には大きな差はないが、ＡとＢ又はＣとを比較すると、ＢとＣの本発明の場合の方が、全体的にクロストークのキャンセル量（音圧差）が大きく、また、音圧差が５ｄＢ以上となる周波数領域の幅も大きくなっている。さらに、クロストーク抑圧性能が悪くなっているディップの部分の深さも浅くなっていることがわかる。
この測定結果からも、本発明により、中央からずれた位置における定位が改善されていることが裏付けられる。
【００２３】
このような本発明の音場再生装置は、ＡＶレシーバ、ＡＶアンプ、アンプ、テレビなど２本のスピーカが左右に存在しているものにおいて、スピーカをバーチャル再生するシステム全てに適用することができる。
なお、上記においては、基準となる角度である３０°とそれに対しプラスマイナス１５°である１５°と４５°の角度の位置の頭部伝達関数を加重加算した場合について説明したが、３０°の角度の位置の頭部伝達関数に重みを付けて加算する角度は、これに限られることはなく、１０°、２０°、４０°、５０°など各種の角度とすることができ、また、３つの角度位置の頭部伝達関数ではなく、２つの角度位置の頭部伝達関数や、４つ以上の角度位置の頭部伝達関数を加重加算した値を用いることもできる。
さらに、クロストーク経路の伝達関数として用いる頭部伝達関数の角度位置は、前記ユーザーインターフェース部１５を用いてユーザーが任意に設定することができるようにしてもよい。
さらにまた、上記においてはダイレクト経路の角度を３０°としたが、３０°に限らず、実際のスピーカの見開き角度におうじて、１０°、２０°、４０°、５０°など各種の角度を設定することができる。
さらにまた、上記においては、５．１チャンネルの再生の場合を例にとって説明したが、これに限られることはなく、７．１チャンネルなど他のマルチチャンネル再生にも同様に適用することができる。
さらにまた、上記においては、リアチャンネル（ＬＳ、ＲＳ）を対象としていたが、これに限られることはなく、他のチャンネルについても、同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の音場再生装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】リア定位付加処理及びクロストーク・キャンセル処理について説明する為の図であり、（ａ）は受聴者１００と実スピーカ１９、２０及び仮想スピーカ２１及び２２の位置関係、及びそれらの間の伝達関数を示す図であり、（ｂ）はポストプロセッシング部１２の内部構成を示す図である。
【図３】本発明のクロストーク・キャンセル処理で用いる頭部伝達関数について説明するための図であり、（ａ）は従来のクロストーク・キャンセル処理において用いる頭部伝達関数、（ｂ）は本発明のクロストーク・キャンセル処理で用いる頭部伝達関数を示す図である。
【図４】１５°、３０°及び４５°の各角度の位置の頭部伝達関数のインパルス応答の例を示す図である。
【図５】１５°、３０°及び４５°のインパルス応答を重みを付けて加算することにより得られたクロストーク経路の伝達関数の時間波形を、３０°の位置の頭部伝達関数のインパルス応答の時間波形とともに示す図である。
【図６】中央から左にずれた位置における、定位に重要な寄与のある５００Ｈｚ〜５ｋＨｚのクロストーク・キャンセル量（両耳差）を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１１：デコーダ部、１２：ポストプロセッシング部、１３：コントローラ、１４：メモリ、１５：ユーザーインターフェース部、１６：Ｄ／Ａ変換器、１７：電子ボリューム、１８：パワーアンプ、１９：左（Ｌ）チャンネルスピーカ（ＦＬ）、２０：右（Ｒ）チャンネルスピーカ（ＦＲ）、２１：サラウンド左（ＬＳ）チャンネルの仮想スピーカ（ＶＬ）、２２：サラウンド右（ＲＳ）チャンネルの仮想スピーカ（ＶＲ）、３１：ＬＳリア定位付加部、３２：ＲＳリア定位付加部、３３：クロストーク・キャンセル処理部、３４：左チャンネル（Ｌｃｈ）ダイレクト補正部、３５：Ｌｃｈクロストーク補正部、３６：右チャンネル（Ｒｃｈ）クロストーク補正部、３７：Ｒｃｈダイレクト補正部、３８，３９，４０，４１：加算器、５１，５２，５３，５４：ＦＩＲフィルタ、６１，６３：ＦＩＲフィルタ、６２，６４：符号反転器、１００：受聴者、１０１：受聴者の左耳、１０２：受聴者の右耳、１０３：受聴者の正面方向を示す直線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
後方チャンネルの信号に対し、受聴者の後方の仮想スピーカ位置に定位させるための信号処理を行って、受聴者の左前方に配置されたフロントレフトスピーカから出力させる左出力信号及び受聴者の右前方に配置されたフロントライトスピーカから出力させる右出力信号を出力するリア定位付加部と、
前記リア定位付加部からの左出力信号及び右出力信号に対し、受聴者の左耳に前記フロントレフトスピーカから再生された前記左出力信号のみを到達させ、受聴者の右耳に前記フロントライトスピーカから再生された前記右出力信号のみを到達させるための信号処理を行って、前記フロントレフトスピーカから出力させる左出力信号及び前記フロントライトスピーカから出力させる右出力信号を出力するクロストーク・キャンセル処理部とを有する音場再生装置であって、
前記クロストーク・キャンセル処理部は、前記受聴者の左耳に前記フロントレフトスピーカから再生された前記左出力信号のみを到達させ、受聴者の右耳に前記フロントライトスピーカから再生された前記右出力信号のみを到達させるための信号処理を行うときに、前記フロントレフトスピーカから受聴者の左耳までの伝達関数及び前記フロントライトスピーカから受聴者の右耳までの伝達関数として、受聴者の正面と前記フロントレフトスピーカ又は前記フロントライトスピーカとのなす角度に対応する頭部伝達関数を使用し、前記フロントレフトスピーカから受聴者の右耳までの伝達関数及び前記フロントライトスピーカから受聴者の左耳までの伝達関数として、前記受聴者の正面と前記フロントレフトスピーカ又は前記フロントライトスピーカとのなす角度に対応する頭部伝達関数、前記角度よりも大きい角度に対応する頭部伝達関数及び前記角度よりも小さい角度に対応する頭部伝達関数を所定の重みを付けて加算した値を使用するものであることを特徴とする音場再生装置。
【請求項１】
後方チャンネルの信号に対し、受聴者の後方の仮想スピーカ位置に定位させるための信号処理を行って、受聴者の左前方に配置されたフロントレフトスピーカから出力させる左出力信号及び受聴者の右前方に配置されたフロントライトスピーカから出力させる右出力信号を出力するリア定位付加部と、
前記リア定位付加部からの左出力信号及び右出力信号に対し、受聴者の左耳に前記フロントレフトスピーカから再生された前記左出力信号のみを到達させ、受聴者の右耳に前記フロントライトスピーカから再生された前記右出力信号のみを到達させるための信号処理を行って、前記フロントレフトスピーカから出力させる左出力信号及び前記フロントライトスピーカから出力させる右出力信号を出力するクロストーク・キャンセル処理部とを有する音場再生装置であって、
前記クロストーク・キャンセル処理部は、前記受聴者の左耳に前記フロントレフトスピーカから再生された前記左出力信号のみを到達させ、受聴者の右耳に前記フロントライトスピーカから再生された前記右出力信号のみを到達させるための信号処理を行うときに、前記フロントレフトスピーカから受聴者の左耳までの伝達関数及び前記フロントライトスピーカから受聴者の右耳までの伝達関数として、受聴者の正面と前記フロントレフトスピーカ又は前記フロントライトスピーカとのなす角度に対応する頭部伝達関数を使用し、前記フロントレフトスピーカから受聴者の右耳までの伝達関数及び前記フロントライトスピーカから受聴者の左耳までの伝達関数として、前記受聴者の正面と前記フロントレフトスピーカ又は前記フロントライトスピーカとのなす角度に対応する頭部伝達関数、前記角度よりも大きい角度に対応する頭部伝達関数及び前記角度よりも小さい角度に対応する頭部伝達関数を所定の重みを付けて加算した値を使用するものであることを特徴とする音場再生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１５４０８３（Ｐ２００８−１５４０８３Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４１４５６（Ｐ２００６−３４１４５６）
【出願日】平成１８年１２月１９日（２００６．１２．１９）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１９日（２００６．１２．１９）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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