音響処理装置
【課題】定位成分を強調したステレオ形式の音響信号を生成する。
【解決手段】和成分生成部５２は、ステレオ形式の音響信号ＳIN_Lと音響信号ＳIN_Rとの加算で和成分Ｍを生成する。差成分生成部５４は、特定位置の定位成分を抑圧した差成分Ｓを音響信号ＳIN_Lと音響信号ＳIN_Rとの間の減算で生成する。判定部４２は、定位成分の有無を判定する。第１生成部６２は、定位成分が強調されるように周波数毎の係数値ｇ[k]が設定された処理係数列ＧAを、和成分Ｍと差成分Ｓとの間の減算を含む減算処理で生成する。第２生成部６４は、定位成分が存在しない場合の処理係数列ＧAと比較して各係数値ｇ[k]の分布が平準な処理係数列ＧBを生成する。信号処理部３８は、音響信号ＳIN_Lおよび音響信号ＳIN_Rの各々に対し、定位成分が存在すると判定された場合に処理係数列ＧAを作用させ、定位成分が存在しないと判定された場合に処理係数列ＧBを作用させる。
【解決手段】和成分生成部５２は、ステレオ形式の音響信号ＳIN_Lと音響信号ＳIN_Rとの加算で和成分Ｍを生成する。差成分生成部５４は、特定位置の定位成分を抑圧した差成分Ｓを音響信号ＳIN_Lと音響信号ＳIN_Rとの間の減算で生成する。判定部４２は、定位成分の有無を判定する。第１生成部６２は、定位成分が強調されるように周波数毎の係数値ｇ[k]が設定された処理係数列ＧAを、和成分Ｍと差成分Ｓとの間の減算を含む減算処理で生成する。第２生成部６４は、定位成分が存在しない場合の処理係数列ＧAと比較して各係数値ｇ[k]の分布が平準な処理係数列ＧBを生成する。信号処理部３８は、音響信号ＳIN_Lおよび音響信号ＳIN_Rの各々に対し、定位成分が存在すると判定された場合に処理係数列ＧAを作用させ、定位成分が存在しないと判定された場合に処理係数列ＧBを作用させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステレオ形式の右チャネルおよび左チャネルの各々の音響信号のうち目的の位置（方向）に音像が定位する成分（以下「定位成分」という）を強調する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ等の記録媒体に収録された音響信号から所定の定位成分を抑圧する技術が従来から提案されている。例えば特許文献１には、ステレオ形式の音響信号の一方から他方を減算（逆相加算）することで、音像が中央方向に定位する成分（典型的には歌唱音）を抑圧する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０７９４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術で定位成分を抑圧した音響信号を当初の音響信号から減算すれば、定位成分を強調した音響信号を生成することも可能である。しかし、特許文献１の技術のもとでは、処理後の音響信号がモノラル形式になるという問題がある。以上の事情を考慮して、本発明は、定位成分を強調したステレオ形式の音響信号を生成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明の音響処理装置は、ステレオ形式の第１音響信号と第２音響信号との和成分を生成する和成分生成手段と、特定方向の定位成分を抑圧した差成分を第１音響信号と第２音響信号との間の減算で生成する差成分生成手段と、定位成分の有無を判定する判定手段と、定位成分が強調されるように周波数毎の係数値が設定された第１処理係数列（例えば処理係数列ＧA）を、和成分と差成分との間の減算（例えば後述の数式(5A)，数式(7A)，数式(5C)の演算）を含む減算処理で生成する第１生成手段と、定位成分が存在しない場合に減算処理で生成される第１処理係数列と比較して各周波数の係数値の分布が平準な第２処理係数列（例えば処理係数列ＧB）を生成する第２生成手段と、第１音響信号および第２音響信号の各々の各周波数成分に対し、定位成分が存在すると判定手段が判定した場合に第１処理係数列の各係数値を作用させ、定位成分が存在しないと判定手段が判定した場合に第２処理係数列の各係数値を作用させる信号処理手段とを具備する。
【０００６】
以上の構成においては、第１音響信号および第２音響信号の各々に処理係数列を作用させるから、定位成分が強調されたステレオ形式の音響信号を生成することが可能である。また、定位成分が存在しない場合には、第１処理係数列と比較して各係数値の分布が平準な第２処理係数列が信号処理手段での処理に適用される。したがって、定位成分の有無に関わらず第１処理係数列を適用する構成と比較すると、定位成分が存在しないにも関わらず第１処理係数列を適用することに起因した雑音（ミュージカルノイズ）を低減することが可能である。
【０００７】
定位成分が存在する場合に第１処理係数列の各係数値は広範囲に分散し、定位成分が存在しない場合に第１処理係数列の各係数値は所定値の近傍に偏在するという傾向がある。そこで、本発明の好適な態様の判定手段は、第１生成手段が生成した第１処理係数列の複数の係数値の平均値または散らばりの度合（例えば分散や標準偏差）が閾値を上回る場合には定位成分が存在すると判定し、閾値を下回る場合には定位成分が存在しないと判定する。以上の態様では、信号処理手段での処理に適用され得る第１処理係数列が定位成分の有無の判定に流用されるから、定位成分の有無を判定する独立の要素を設置した構成と比較して音響処理装置の構成や動作が簡素化されるという利点がある。ただし、定位成分の有無の判定に第１処理係数列を利用する構成は本発明において必須ではない。
【０００８】
第２生成手段が第２処理係数列を生成する方法は任意であるが、例えば、各係数値を所定値に設定した第２処理係数列を生成する（例えば事前に用意された第２処理係数列を記憶手段から取得する）方法や、第１生成手段が生成した第１処理係数列の各係数値の分布を平滑化することで第２処理係数列を生成する方法が採用され得る。前者の構成によれば、第２処理係数列を生成するための処理や構成が簡素化されるという効果が実現され、後者の構成によれば、第１音響信号や第２音響信号の特性が第２処理係数列に反映されることで聴覚的に自然な音響信号を生成できるという効果が実現される。
【０００９】
本発明の好適な態様において、判定手段は、定位成分の有無を単位期間毎に判定し、信号処理手段は、定位成分の存在が所定個の単位期間にわたって連続して否定された場合に第２処理係数列の適用を開始する。以上の態様においては、定位成分の存在が所定個の単位期間にわたって連続して否定された場合に第２処理係数列の適用が開始されるから、信号処理手段での処理に適用される処理係数列が第１処理係数列および第２処理係数列の一方から他方に変更される頻度が減少する。したがって、聴覚的に自然な印象の音響信号を生成できるという利点がある。
【００１０】
本発明の好適な態様に係る音響処理装置は、特定位置（方向）を示す定位変数を可変に設定する変数設定手段を具備し、差成分生成手段は、変数設定手段が設定した定位変数に応じた比率で第１音響信号および第２音響信号の一方から他方を減算する。以上の態様においては、差成分生成手段による減算時の第１音響信号および第２音響信号の比率が定位変数に応じて可変に設定される。したがって、強調の対象となる定位成分の位置（方向）を可変に制御できる（中央方向に限定されない）という利点がある。
【００１１】
以上の各態様に係る音響処理装置は、音響信号の処理に専用されるＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのハードウェア（電子回路）によって実現されるほか、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの汎用の演算処理装置とプログラム（ソフトウェア）との協働によっても実現される。本発明のプログラムは、ステレオ形式の第１音響信号と第２音響信号との和成分を生成する和成分生成処理と、特定方向の定位成分を抑圧した差成分を第１音響信号と第２音響信号との間の減算で生成する差成分生成処理と、定位成分の有無を判定する判定処理と、定位成分が強調されるように周波数毎の係数値が設定された第１処理係数列を、和成分と差成分との間の減算を含む減算処理で生成する第１生成処理と、定位成分が存在しない場合に減算処理で生成される第１処理係数列と比較して各周波数の係数値の分布が平準な第２処理係数列を生成する第２生成処理と、第１音響信号および第２音響信号の各々の各周波数成分に対し、定位成分が存在すると判定処理で判定した場合に第１処理係数列の各係数値を作用させ、定位成分が存在しないと判定処理で判定した場合に第２処理係数列の各係数値を作用させる信号処理とをコンピュータに実行させる。以上のプログラムによれば、本発明の音響処理装置と同様の作用および効果が実現される。本発明のプログラムは、コンピュータが読取可能な記録媒体に格納された形態で利用者に提供されてコンピュータにインストールされるほか、通信網を介した配信の形態でサーバ装置から提供されてコンピュータにインストールされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る音響処理装置のブロック図である。
【図２】係数設定部のブロック図である。
【図３】係数設定部の動作の説明図である。
【図４】第２実施形態における第２生成部の動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜Ａ：第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る音響処理装置１００のブロック図である。音響処理装置１００には信号供給装置１２と放音装置１４と入力装置１６とが接続される。信号供給装置１２は、音響（音声や楽音）の波形を表す時間領域の音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）を音響処理装置１００に供給する。
【００１４】
左チャネルの音響信号ＳIN_Lおよび右チャネルの音響信号ＳIN_Rは、音響を発生する複数の音源の音像が相異なる位置に定位する（すなわち、音響の振幅や位相が各音源の位置に応じて相違する）ように収音または加工されたステレオ形式の信号である。周囲の音響を収音して音響信号ＳINを生成する収音機器（ステレオマイク）や、可搬型または内蔵型の記録媒体から音響信号ＳINを取得して音響処理装置１００に出力する再生装置や、通信網から音響信号ＳINを受信して音響処理装置１００に出力する通信装置が信号供給装置１２として採用され得る。
【００１５】
音響処理装置１００は、信号供給装置１２が供給する音響信号ＳINから音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）を生成する。左チャネルの音響信号ＳOUT_Lおよび右チャネルの音響信号ＳOUT_Rは、音響信号ＳINが表す音響のうち目的の位置（方向）に音像が定位する定位成分を強調したステレオ形式の信号である。放音装置１４（例えばステレオスピーカやステレオヘッドホン）は、音響処理装置１００が生成した音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）に応じた音波を放射する。
【００１６】
入力装置１６は、音響処理装置１００に対する指示を利用者が入力するための機器（例えばマウスやキーボード）である。利用者は、入力装置１６を適宜に操作することで、定位成分の位置（方向）を音響処理装置１００に対して任意に指示することが可能である。
【００１７】
図１に示すように、音響処理装置１００は、演算処理装置２２と記憶装置２４とを具備するコンピュータシステムで実現される。記憶装置２４は、演算処理装置２２が実行するプログラムＰGや演算処理装置２２が使用するデータを記憶する。半導体記録媒体や磁気記録媒体などの公知の記録媒体や複数種の記録媒体の組合せが記憶装置２４として任意に採用される。音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）を記憶装置２４に記憶した構成（したがって信号供給装置１２は省略され得る）も好適である。
【００１８】
演算処理装置２２は、記憶装置２４に格納されたプログラムＰGを実行することで、音響信号ＳINから音響信号ＳOUTを生成するための複数の機能（変数設定部３２，周波数分析部３４，係数設定部３６，信号処理部３８，波形合成部４０，判定部４２）を実現する。なお、演算処理装置２２の各機能を複数の集積回路に分散した構成や、専用の電子回路（ＤＳＰ）が各機能を実現する構成も採用され得る。
【００１９】
変数設定部３２は、定位変数αを可変に設定する。定位変数αは、定位成分の音像の位置（方向）を指定する変数である。本形態の変数設定部３２は、入力装置１６に対する利用者からの指示に応じて定位変数α（０≦α≦１）を可変に設定する。例えば、定位変数αが０．５（中央値）である場合には中央（正面）方向が指示される。また、定位変数αが１に近いほど右寄りの方向が指示され、定位変数αが０に近いほど左寄りの方向が指示される。利用者は、放音装置１４からの再生音を聴取しながら随時に入力装置１６の操作で定位変数αを変更することが可能である。
【００２０】
周波数分析部３４は、音響信号ＳIN_Lの周波数スペクトル（複素スペクトル）ＬAと音響信号ＳIN_Rの周波数スペクトル（複素スペクトル）ＲAとを時間軸上の単位期間（フレーム）毎に順次に生成する。周波数スペクトルＬAは、Ｋ個の周波数（周波数帯域）ｆ1〜ｆKの各々に対応する周波数成分ＬA[k]の系列（ＬA[1]〜ＬA[K]）である（ｋ＝１〜Ｋ）。同様に、周波数スペクトルＲAは、周波数ｆ1〜ｆKの各々に対応する周波数成分ＲA[k]の系列（ＲA[1]〜ＲA[K]）である。周波数スペクトルＬAおよび周波数スペクトルＲAの生成には、短時間フーリエ変換などの公知の周波数分析が任意に採用され得る。なお、通過帯域が相異なるＫ個の帯域通過フィルタで構成されるフィルタバンクも周波数分析部３４として採用され得る。
【００２１】
図１の係数設定部３６は、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）の定位成分の強調に使用される処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）を生成する。処理係数列Ｇは、周波数ｆ1〜ｆKの各々に対応するｇ[k]の系列（ｇ[1]〜ｇ[K]）であり、周波数スペクトルＬAと周波数スペクトルＲAとを利用して単位期間毎に順次に生成される。係数値ｇ[k]は、音響信号ＳIN_Lの周波数成分ＬA[k]や音響信号ＳIN_Rの周波数成分ＲA[k]に対するゲイン（スペクトルゲイン）に相当し、０以上かつ１以下の範囲内で設定される（０≦ｇ[k]≦１）。なお、処理係数列ＧAと処理係数列ＧBとの区別については後述する。
【００２２】
図１の信号処理部３８は、係数設定部３６が生成した処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）を周波数スペクトルＬAおよび周波数スペクトルＲAの各々に個別に作用させることで周波数スペクトルＬBと周波数スペクトルＲBとを単位期間毎に順次に生成する。周波数スペクトルＬBは、各周波数ｆkに対応する周波数成分ＬB[k]の系列（ＬB[1]〜ＬB[K]）であり、周波数スペクトルＲBは、各周波数ｆkに対応する周波数成分ＲB[k]の系列（ＲB[1]〜ＲB[K]）である。
【００２３】
具体的には、信号処理部３８は、以下の数式(1A)および数式(1B)に示すように、各単位期間の周波数スペクトルＬAおよび周波数スペクトルＲAの各々に対し、当該単位期間について係数設定部３６が生成した共通の処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）を乗算する。すなわち、周波数スペクトルＬBの各周波数ｆkの周波数成分ＬB[k]は、その周波数ｆkの周波数成分ＬA[k]と係数値ｇ[k]との乗算値に設定され（数式(1A)）、周波数スペクトルＲBの各周波数成分ＲB[k]は、周波数成分ＲA[k]と係数値ｇ[k]との乗算値に設定される（数式(1B)）。
【数１】
【００２４】
図１の波形合成部４０は、信号処理部３８による処理後の周波数スペクトルＬBおよび周波数スペクトルＲBからステレオ形式の音響信号ＳOUT_Lおよび音響信号ＳOUT_Rを生成する。具体的には、波形合成部４０は、単位期間毎の周波数スペクトルＬBを逆フーリエ変換で時間領域の信号に変換するとともに前後の単位期間について相互に連結することで音響信号ＳOUT_Lを生成する。同様に、波形合成部４０は、各周波数スペクトルＲBから音響信号ＳOUT_Rを生成する。波形合成部４０が生成した音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）が放音装置１４に供給されて音波として再生される。
【００２５】
以上に説明したように、第１実施形態では、音響信号ＳIN_L（周波数スペクトルＬA）および音響信号ＳIN_R（周波数スペクトルＲA）の各々に対して個別に処理係数列Ｇを作用させるから、定位成分を強調した音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）をステレオ形式のまま生成することが可能である。
【００２６】
次に、図２を参照して係数設定部３６の詳細を説明する。図２に示すように、係数設定部３６は、和成分生成部５２と差成分生成部５４と係数列生成部６０とを含んで構成される。和成分生成部５２は、音響信号ＳIN_Lの周波数成分ＬA[1]〜ＬA[K]と音響信号ＳIN_Rの周波数成分ＲA[1]〜ＲA[K]との加算で単位期間毎に順次に和成分（複素スペクトル）Ｍを生成する。和成分Ｍは、周波数ｆ1〜ｆKの各々に対応する周波数成分Ｍ[k]の系列（Ｍ[1]〜Ｍ[K]）である。数式(2)に示すように、和成分Ｍの周波数ｆkの周波数成分Ｍ[k]は、その周波数ｆkの周波数成分ＬA[k]と周波数成分ＲA[k]との加算に相当する。したがって、和成分Ｍは、全部の音源からの音響を混合したモノラル形式の信号に相当する。なお、周波数成分ＬA[k]と周波数成分ＲA[k]との加重和や相加平均を和成分Ｍとして算定する構成も採用され得る。
【数２】
【００２７】
図２の差成分生成部５４は、音響信号ＳIN_Lの周波数成分ＬA[1]〜ＬA[K]と音響信号ＳIN_Rの周波数成分ＲA[1]〜ＲA[K]との間の減算で単位期間毎に順次に差成分（複素スペクトル）Ｓを生成する。差成分Ｓは、周波数ｆ1〜ｆKの各々に対応する周波数成分Ｓ[k]の系列（Ｓ[1]〜Ｓ[K]）である。差成分生成部５４は、変数設定部３２が設定した定位変数αを利用した数式(3)の演算（加重減算）で周波数成分Ｓ[1]〜Ｓ[K]を算定する。
【数３】
【００２８】
数式(3)から理解されるように、定位変数αに応じた可変の比率（重み値）で周波数成分ＬA[k]から周波数成分ＲA[k]を減算（逆相加算）することで差成分Ｓの各周波数成分Ｓ[k]が生成される。したがって、差成分Ｓは、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）のうち定位変数αに応じた位置（方向）の定位成分を他の成分に対して相対的に抑圧した信号（すなわち、定位成分以外を相対的に強調した信号）となる。例えば、定位変数αが０．５（中央値）である場合には、中央方向の定位成分を抑圧した差成分Ｓが生成される。また、定位変数αが０．５を上回るほど、中央方向に対して右寄りの定位成分が差成分Ｓでは抑圧され、定位変数αが０．５を下回るほど、中央方向に対して左寄りの定位成分が差成分Ｓでは抑圧される。
【００２９】
数式(3)の記号max(α,１−α)は、定位変数αまたは変数(１−α)のうちの最大値を意味する。定位変数αは１以下の数値に設定されるから、数式(3)の分子の演算のみでは周波数成分Ｓ[k]のパワー（振幅）が不足する可能性がある。数式(3)のように最大値max(α,１−α)で除算するのは、周波数成分Ｓ[k]のパワーを周波数成分ＬA[k]や周波数成分ＲA[k]と同等に維持するためである。
【００３０】
図２の係数列生成部６０は、和成分生成部５２が生成した和成分Ｍと差成分生成部５４が生成した差成分Ｓとを利用して処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）を単位期間毎に生成する。図２に示すように、係数列生成部６０は、処理係数列ＧAを生成する第１生成部６２と、処理係数列ＧBを生成する第２生成部６４とを含んで構成される。
【００３１】
処理係数列ＧAは、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）の定位成分を強調するための数値列である。第１生成部６２は、以下の数式(4)の演算で処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]を算定する。なお、数式(4)において振幅Ｐ[k]1/2を周波数成分Ｍ[k]の振幅|Ｍ[k]|で除算するのは、処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]を１以下の数値（０≦ｇ[k]≦１）に正規化するためである。
【数４】
【００３２】
数式(4)の記号Ｐ[k]は、定位成分を強調したパワースペクトルＰのうち周波数ｆkでのパワーを意味する。第１生成部６２は、以下の数式(5A)および数式(5B)で表現される演算（以下「減算処理」という）で数式(4)のパワーＰ[k]を算定する。
【数５】
数式(5A)から理解されるように、周波数成分Ｍ[k]のパワー|Ｍ[k]|２が周波数成分Ｓ[k]のパワー|Ｓ[k]|２を上回る周波数ｆkでのパワーＰ[k]は、和成分Ｍのパワー|Ｍ[k]|２から差成分Ｓのパワー|Ｓ[k]|２を減算した数値に設定される。すなわち、パワースペクトルＰは、和成分Ｍと差成分Ｓとの間のパワースペクトルの減算（スペクトル減算）で生成される。他方、パワー|Ｍ[k]|２がパワー|Ｓ[k]|２を下回る周波数ｆkでのパワーＰ[k]は、和成分Ｍのパワー|Ｍ[k]|２と所定の係数（フロアリング係数）βとの乗算値に設定される。
【００３３】
以上の説明から理解されるように、数式(5A)および数式(5B)で表現される減算処理は、和成分Ｍを信号成分（目的音）と仮定するとともに差成分Ｓを雑音成分と仮定した場合に雑音成分を抑圧するためのスペクトル減算（ＳＳ：Spectral Subtraction）に相当する。なお、数式(5B)の係数βを可変に制御する構成や、数式(5B)のパワー|Ｍ[k]|２を差成分Ｓのパワー|Ｓ[k]|2に置換した構成も採用され得る。
【００３４】
ところで、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）のなかには、定位成分が存在する区間と定位成分が存在しない区間（定位成分の発音が停止する区間）とが存在する。図３の部分(A)は、定位成分が存在する単位期間について第１生成部６２が生成する処理係数列ＧAの模式図であり、図３の部分(B)は、定位成分が存在しない単位期間について第１生成部６２が生成する処理係数列ＧAの模式図である。図３の部分(A)および部分(B)の所定値ｂは、数式(5B)の係数βに応じた所定の数値（例えばｂ＝β1/2，０≦ｂ≦１）である。
【００３５】
定位成分が有意なパワーで存在する周波数ｆkについては、和成分Ｍのパワー|Ｍ[k]|2が差成分Ｓのパワー|Ｓ[k]|2を上回ることで数式(5A)の演算が実行される可能性が高い。数式(5A)に適用される差成分Ｓは、定位成分を相対的に抑圧した成分（定位成分以外を定位成分に対して強調した成分）であるから、数式(5A)で算定されるパワーＰ[k]の系列は、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）の定位成分を他の成分に対して相対的に強調したパワースペクトルに相当する。したがって、図３の部分(A)に示すように、定位成分が存在する場合に数式(4)で算定される処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]は、定位成分のパワーが大きい周波数ｆkの係数値ｇ[k]ほど１に近い数値となり、定位成分のパワーが小さい周波数ｆkの係数値ｇ[k]ほど所定値ｂに近い数値（ゼロに近い数値）となるように周波数軸上で分布する。したがって、周波数スペクトルＬAおよび周波数スペクトルＲAの各々に信号処理部３８が処理係数列ＧAを乗算することで、定位成分を強調したステレオ形式の音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）が生成される。
【００３６】
他方、定位成分が存在しない単位期間では、数式(3)の差成分Ｓの演算での抑圧量が少ないから、和成分Ｍのパワー|Ｍ[k]|2が差成分Ｓのパワー|Ｓ[k]|2を上回る周波数ｆkの個数は、定位成分が存在する場合と比較して減少する。すなわち、数式(5A)に代えて数式(5B)でパワーＰ[k]が設定される周波数ｆkが増加する。したがって、図３の部分(B)に示すように、定位成分が存在しない場合に算定される処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]は、周波数軸の全範囲にわたって所定値ｂに近い数値（ゼロに近い数値）となるように平坦に分布する。
【００３７】
ただし、定位成分が存在しない場合でも、和成分Ｍのパワー|Ｍ[k]|2が差成分Ｓのパワー|Ｓ[k]|2を上回る周波数ｆk（すなわち数式(5A)が適用される周波数ｆk）は存在し得るから、定位成分が存在しない場合の処理係数列ＧAの分布には、係数値ｇ[k]が高い数値（数式(5A)で算定される数値）となる局所的なピークｐが周波数軸上に点在する。したがって、定位成分が存在しない場合にも処理係数列ＧAを音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）に作用させるとすれば、処理係数列ＧAのピークｐに対応した高強度の成分が音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）の時間軸上および周波数軸上に点在して発生し、人工的で耳障りなミュージカルノイズ（ヒュルヒュルという雑音成分）として受聴者に知覚され得るという問題が発生する。なお、定位成分が存在する場合の処理係数列ＧAにも係数値ｇ[k]の局所的なピークｐは発生し得るが、音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）に含まれる強調後の定位成分によってマスクされるから（聴覚マスキング効果）、音響信号ＳOUTの再生音にミュージカルノイズは殆ど知覚されない。
【００３８】
以上の傾向を考慮して、第１実施形態では、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）に定位成分が存在する場合には処理係数列ＧA（図３の部分(A)）を信号処理部３８での処理に適用する一方、音響信号ＳINに定位成分が存在しない場合には、図３の部分(C)に示すように、各係数値ｇ[k]の変動（特に局所的なピークｐ）を抑制した処理係数列ＧBを信号処理部３８での処理に適用する。すなわち、処理係数列ＧBは、定位成分が存在しない場合に数式(5A)および数式(5B)の減算処理で生成される処理係数列ＧA（図３の部分(B)）と比較して各係数値ｇ[k]の分布が平準な（すなわち変動が抑制された）数値列である。
【００３９】
図１の判定部４２は、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）における定位成分の有無を判定する。図３の部分(A)と部分(B)とを参照して前述したように、処理係数列ＧAの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]の分布の態様は、定位成分が存在する場合と存在しない場合とで相違する。そこで、判定部４２は、以下に例示するように、第１生成部６２が生成する処理係数列ＧAを利用して定位成分の有無を判定する。
【００４０】
具体的には、定位成分が存在しない場合（図３の部分(B)）には処理係数列ＧAの多くの係数値ｇ[k]が所定値ｂの近傍の数値となるのに対し、定位成分が存在する場合（図３の部分(A)）には、定位成分に対応する係数値ｇ[k]が所定値ｂを上回る。したがって、処理係数列ＧAの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]の平均値μは、定位成分が存在する場合のほうが、定位成分が存在しない場合と比較して大きい数値になるという傾向がある。以上の傾向を考慮して、第１実施形態の判定部４２は、第１生成部６２が生成した処理係数列ＧAの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]の平均値μが所定の閾値μTHを上回る場合には音響信号ＳINに定位成分が存在すると判定し、平均値μが閾値μTHを下回る場合には音響信号ＳINに定位成分が存在しないと判定する。定位成分の有無の判定は、例えば単位期間毎に順次に実行される。
【００４１】
音響信号ＳINに定位成分が存在しないと判定部４２が判定した場合、第２生成部６４は、図３の部分(C)に示すように、Ｋ個の係数値ｇ[1]〜ｇ[K]を同一値γに設定した処理係数列ＧB（すなわち、各係数値ｇ[k]が平準に分布する数値列）を生成する。所定値γは、０以上かつ１以下の範囲内で設定される（０≦γ≦１）。例えば、所定値γは、数式(5B)の係数βに応じた所定値ｂ（例えばγ＝ｂ＝0.1）に設定される。
【００４２】
定位成分が存在すると判定部４２が判定した単位期間の周波数スペクトルＬAおよび周波数スペクトルＲAの各々に対し、信号処理部３８は、第１生成部６２が生成した処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]を作用させる。他方、定位成分が存在しないと判定部４２が判定した単位期間の周波数スペクトルＬAおよび周波数スペクトルＲAの各々に対し、信号処理部３８は、第２生成部６４が生成した処理係数列ＧBを作用させる。すなわち、処理係数列ＧBの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]は小さい数値に設定されるから、定位成分が存在しない単位期間については、音響信号ＳOUTの全帯域（ｆ1〜ｆK）にわたる音量が定位成分の存在時と比較して低下する。
【００４３】
以上の形態では、定位成分が存在する場合に、当該定位成分が強調されるように各係数値ｇ[k]を設定した処理係数列ＧAが信号処理部３８での処理に適用され、定位成分が存在しない場合に、各係数値ｇ[k]が平準に分布する処理係数列ＧBが信号処理部３８での処理に適用される。したがって、音響信号ＳINの定位成分を有効に強調し、かつ、音響信号ＳOUTのうち定位成分が存在しない各単位期間でのミュージカルノイズを有効に低減することが可能である。
【００４４】
＜Ｂ：第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下に例示する各態様において作用や機能が第１実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
【００４５】
第１実施形態の第２生成部６４は、係数値ｇ[1]〜ｇ[K]を共通の所定値γに設定した処理係数列ＧBを生成した。第２実施形態の第２生成部６４は、図４に示すように、第１生成部６２が生成した処理係数列ＧAの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]の分布を平滑化（ローパスフィルタ処理）することで処理係数列ＧBを生成する。例えば、処理係数列ＧBの係数値ｇ[k]は、処理係数列ＧAのうち係数値ｇ[k]を含む所定個の係数値ｇ[k1]〜ｇ[k2]の平均値に設定される。
【００４６】
以上の構成でも第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第１実施形態では処理係数列ＧBの各係数値ｇ[k]が音響信号ＳINとは無関係の所定値γに設定されるのに対し、第２実施形態では、処理係数列ＧBにも音響信号ＳINの特性が反映されるから、聴感的に自然な印象の音響信号ＳOUTを生成できるという利点もある。
【００４７】
＜Ｃ：変形例＞
以上の各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は適宜に併合され得る。
【００４８】
（１）変形例１
判定部４２が定位成分の有無を判定する方法は任意である。例えば、処理係数列ＧAの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]の散らばりの度合（分散σ2や標準偏差σ）を定位成分の有無の判定に利用する構成が採用される。すなわち、定位成分が存在する場合（図３の部分(A)）には処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]が広範囲に分散するのに対し、定位成分が存在しない場合（図３の部分(B)）には処理係数列ＧAの多くの係数値ｇ[k]が所定値ｂの近傍に偏在する。そこで、判定部４２は、処理係数列ＧAの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]の分散σ2が閾値σTHを上回る場合には定位成分が存在すると判定し、分散σ2が閾値σTHを下回る場合には定位成分が存在しないと判定する。以上の例示における分散σ2を標準偏差σに置換することも可能である。
【００４９】
なお、定位成分の有無の判定に処理係数列ＧAを利用する構成は必須ではない。例えば、定位成分が歌唱音等の音声である場合には、音響信号ＳINを音声区間（音声が存在する区間）と非音声区間（音声が存在しない区間）とに区分する音声検出技術（VAD：Voice Activity Detection）が定位成分の有無の判定に利用される。すなわち、判定部４２は、音響信号ＳINを音声区間と非音声区間とに区分し、音声区間内の各単位期間については定位成分の存在を肯定するとともに非音声区間内の各単位期間については定位成分の存在を否定する。
【００５０】
なお、第１実施形態や第２実施形態のように定位成分の有無の判定に処理係数列ＧAを利用する場合には、定位成分の有無に関わらず第１生成部６２が処理係数列ＧAを生成する必要がある。他方、音声検出技術を利用した前述の例示のように定位成分の有無の判定に処理係数列ＧAを利用しない場合には、定位成分が存在すると判定部４２が判定した単位期間についてのみ第１生成部６２が処理係数列ＧAを生成し、定位成分が存在しないと判定部４２が判定した単位期間については第１生成部６２が処理係数列ＧAを生成しない構成が採用され得る。
【００５１】
（２）変形例２
以上の各形態では、定位成分が存在しないと判定部４２が判定した場合に第２生成部６４が処理係数列ＧBを生成したが、定位成分の有無に関わらず第２生成部６４が処理係数列ＧBを生成する構成も採用され得る。定位成分が存在しないと判定された場合には前述の各形態と同様に処理係数列ＧBが信号処理部３８での処理に適用され、定位成分が存在すると判定された場合、第２生成部６４が生成した処理係数列ＧBは信号処理部３８での処理に適用されずに破棄される。
【００５２】
（３）変形例３
以上の各形態では、処理係数列ＧAおよび処理係数列ＧBの一方を単位期間毎に選択したが、判定部４２による判定の結果が複数の単位期間にわたって維持される場合に、信号処理部３８での処理に適用される処理係数列Ｇを処理係数列ＧAおよび処理係数列ＧBの一方から他方に変更する構成も採用され得る。
【００５３】
例えば、信号処理部３８は、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の単位期間にわたって連続して定位成分の存在が否定された場合に、数式(1A)および数式(1B)の処理に適用する処理係数列Ｇを処理係数列ＧAから処理係数列ＧBに変更し、Ｎ個の単位期間にわたって連続して定位成分の存在が肯定された場合に、処理に適用する処理係数列Ｇを処理係数列ＧBから処理係数列ＧAに変更する。以上の構成によれば、信号処理部３８が処理に適用する処理係数列Ｇを処理係数列ＧAと処理係数列ＧBとの間で変更する頻度が減少するから、音響信号ＳOUTの特性の時間的な変動が緩和される。したがって、聴感的に自然な印象の音響信号ＳOUTを生成できるという利点がある。なお、処理係数列ＧBの適用の条件となる単位期間の個数Ｎは可変に設定され得る。例えば、定位成分が音声である場合、定位成分が存在しないと判定される頻度は音声区間内で減少するから、音声区間内の各単位期間については個数Ｎを増加させる構成が採用され得る。
【００５４】
（４）変形例４
以上の各形態では、数式(3)から理解されるように、音響信号ＳIN_L（周波数成分ＬA[k]）と音響信号ＳIN_R（周波数成分ＲA[k]）との振幅の比率が定位変数αに応じて線形に変化するように差成分Ｓを算定したが、以下の各態様にて例示するように、和成分Ｍおよび差成分Ｓの算定の方法や定位変数αとの関係は適宜に変更される。
【００５５】
＜第１態様＞
音響信号ＳIN_Lのパワー|ＬA[k]|２および音響信号ＳIN_Rのパワー|ＲA[k]|２から和成分Ｍおよび差成分Ｓを算定する構成が採用され得る。具体的には、和成分生成部５２は、以下の数式(6A)の演算で和成分Ｍ（周波数成分Ｍ[1]〜Ｍ[K]で構成される複素スペクトル）を生成し、差成分生成部５４は、以下の数式(6B)の演算で差成分Ｓ（周波数成分Ｓ[1]〜Ｓ[K]で構成される複素スペクトル）を生成する。したがって、差成分Ｓにおいては、音響信号ＳIN_Lおよび音響信号ＳIN_Rの各々のパワーの比率が定位変数αに応じて線形に変化する。なお、数式(6A)および数式(6B)における記号ｅjLは周波数スペクトルＬAの位相角を意味し、記号ｅjRは周波数スペクトルＲAの位相角を意味する。
【数６】
【００５６】
以上の方法で和成分Ｍおよび差成分Ｓが生成されると、係数列生成部６０の第１生成部６２は、定位成分を強調したパワースペクトルＰ（パワーＰ[k]）を以下の数式(7A)および数式(7B)の演算で生成し、パワースペクトルＰを利用した数式(8)の演算で処理係数列Ｇの各係数値ｇ[k]を算定する。以上の構成でも第１実施形態と同様の効果が実現される。
【数７】
【００５７】
＜第２態様＞
定位成分の位置（方向）を定位変数αの関数ｆ(α)に応じて制御する構成が採用され得る。具体的には、和成分生成部５２は、以下の数式(9A)の演算で和成分Ｍ（周波数成分Ｍ[1]〜Ｍ[K]）を生成し、差成分生成部５４は、以下の数式(9B)の演算で差成分Ｓ（周波数成分Ｓ[1]〜Ｓ[K]）を生成する。したがって、差成分Ｓにおける音響信号ＳIN_Lおよび音響信号ＳIN_Rの各々の振幅の比率が定位変数αの関数ｆ(α)に応じて変化する。第１生成部６２は、第１実施形態と同様の方法（数式(4)，数式(5A)，数式(5B)）で、数式(9A)の和成分Ｍと数式(9B)の差成分Ｓとから処理係数列ＧAを生成する。
【数８】
【００５８】
なお、数式(5A)では和成分Ｍのパワー|Ｍ[k]|２と差成分Ｓのパワー|Ｓ[k]|２との差分をパワーＰ[k]として算定したが、以下の数式(5C)に示すように、和成分Ｍの振幅|Ｍ[k]|と差成分Ｓの振幅|Ｓ[k]|との差分を振幅Ｐ[k]として算定する構成も採用され得る。数式(5C)で振幅Ｐ[k]を算定する構成では、第１生成部６２が以下の数式(4C)の演算で処理係数列ＧAの係数値ｇ[k]を算定する。
【数９】
【００５９】
（５）変形例５
以上の各形態では、パワースペクトルの減算（数式(5A)，数式(7A)）や振幅スペクトルの減算（数式(5C)）で処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]を算定したが、和成分Ｍと差成分Ｓとから処理係数列ＧAを生成する方法は任意である。例えば、和成分Ｍに含まれる定位成分を信号成分と仮定するとともに差成分Ｓを雑音成分と仮定すると、和成分Ｍおよび差成分Ｓを利用した処理係数列ＧAの生成には、雑音成分（差成分Ｓ）を抑圧して信号成分（定位成分）を強調するための数値列（処理係数列ＧA）を生成する公知の音声強調の技術を同様に適用することが可能である。
【００６０】
処理係数列ＧAの生成に適用され得る技術としては、ウィナーフィルタ（Wiener filter）を利用した音声強調や、MMSE-STSA法またはMAP（maximum a posteriori estimation）推定法を利用した音声強調の技術が例示され得る。MMSE-STSA法については、Y. Ephraim and D. Malah, "Speech enhancement using a minimum mean-square error short-time spectral amplitude estimator", IEEE ASSP, vol.ASSP-32, no.6, p.1109-1121, Dec. 1984に開示され、MAP推定法については、T. Lotter and P. Vary, "Speech enhancement by MAP spectral amplitude estimation using a Super-Gaussian speech model", EURASIP Journal on Applied Signal Processing, vol.2005, no,7, p.1110-1126, July 2005に開示されている。
【００６１】
（６）変形例６
処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）の生成の周期や定位成分の有無の判定の周期は任意である。例えば、単位期間の複数個を周期ＴAとして係数設定部３６が処理係数列Ｇを生成（更新）する構成も採用され得る。具体的には、各周期ＴA内の１個以上の単位期間の音響信号ＳINから生成される処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）が当該周期ＴA内の各単位期間の処理に適用される。また、単位期間の複数個を周期として判定部４２が定位成分の有無を判定する構成も採用され得る。
【００６２】
（７）変形例７
以上の各形態では、音響信号ＳINの周波数スペクトル（ＬA，ＲA）に処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）を乗算したが、信号処理部３８による処理の内容は処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）の定義や性質に応じて適宜に変更される。例えば、定位成分のパワーが大きい周波数ｆkほど係数値ｇ[k]が所定の範囲内の小さい数値に設定されるように処理係数列ＧAを生成し、処理係数列ＧBの各係数値ｇ[k]を当該範囲内の大きい数値に設定する構成では、処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）の各係数値ｇ[k]で周波数成分ＬA[k]や周波数成分ＲA[k]を除算する構成（ＬB[k]＝ＬA[k]／ｇ[k]，ＲB[k]＝ＲA[k]／ｇ[k]）も採用され得る。
【００６３】
（８）変形例８
所定の周波数帯域内の成分に限定して定位成分の強調を実行する構成も好適である。例えば、音響信号ＳINのうち人間の音声のパワーが集中する周波数帯域（例えば100kHz〜８kHz）についてのみ以上の各形態の処理が実行される（他の帯域については処理せずに再生する）。
【符号の説明】
【００６４】
１００……音響処理装置、１２……信号供給装置、１４……放音装置、１６……入力装置、２２……演算処理装置、２４……記憶装置、３２……変数設定部、３４……周波数分析部、３６……係数設定部、３８……信号処理部、４０……波形合成部、４２……判定部、５２……和成分生成部、５４……差成分生成部、６０……係数列生成部、６２……第１生成部、６４……第２生成部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステレオ形式の右チャネルおよび左チャネルの各々の音響信号のうち目的の位置（方向）に音像が定位する成分（以下「定位成分」という）を強調する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ等の記録媒体に収録された音響信号から所定の定位成分を抑圧する技術が従来から提案されている。例えば特許文献１には、ステレオ形式の音響信号の一方から他方を減算（逆相加算）することで、音像が中央方向に定位する成分（典型的には歌唱音）を抑圧する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０７９４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術で定位成分を抑圧した音響信号を当初の音響信号から減算すれば、定位成分を強調した音響信号を生成することも可能である。しかし、特許文献１の技術のもとでは、処理後の音響信号がモノラル形式になるという問題がある。以上の事情を考慮して、本発明は、定位成分を強調したステレオ形式の音響信号を生成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明の音響処理装置は、ステレオ形式の第１音響信号と第２音響信号との和成分を生成する和成分生成手段と、特定方向の定位成分を抑圧した差成分を第１音響信号と第２音響信号との間の減算で生成する差成分生成手段と、定位成分の有無を判定する判定手段と、定位成分が強調されるように周波数毎の係数値が設定された第１処理係数列（例えば処理係数列ＧA）を、和成分と差成分との間の減算（例えば後述の数式(5A)，数式(7A)，数式(5C)の演算）を含む減算処理で生成する第１生成手段と、定位成分が存在しない場合に減算処理で生成される第１処理係数列と比較して各周波数の係数値の分布が平準な第２処理係数列（例えば処理係数列ＧB）を生成する第２生成手段と、第１音響信号および第２音響信号の各々の各周波数成分に対し、定位成分が存在すると判定手段が判定した場合に第１処理係数列の各係数値を作用させ、定位成分が存在しないと判定手段が判定した場合に第２処理係数列の各係数値を作用させる信号処理手段とを具備する。
【０００６】
以上の構成においては、第１音響信号および第２音響信号の各々に処理係数列を作用させるから、定位成分が強調されたステレオ形式の音響信号を生成することが可能である。また、定位成分が存在しない場合には、第１処理係数列と比較して各係数値の分布が平準な第２処理係数列が信号処理手段での処理に適用される。したがって、定位成分の有無に関わらず第１処理係数列を適用する構成と比較すると、定位成分が存在しないにも関わらず第１処理係数列を適用することに起因した雑音（ミュージカルノイズ）を低減することが可能である。
【０００７】
定位成分が存在する場合に第１処理係数列の各係数値は広範囲に分散し、定位成分が存在しない場合に第１処理係数列の各係数値は所定値の近傍に偏在するという傾向がある。そこで、本発明の好適な態様の判定手段は、第１生成手段が生成した第１処理係数列の複数の係数値の平均値または散らばりの度合（例えば分散や標準偏差）が閾値を上回る場合には定位成分が存在すると判定し、閾値を下回る場合には定位成分が存在しないと判定する。以上の態様では、信号処理手段での処理に適用され得る第１処理係数列が定位成分の有無の判定に流用されるから、定位成分の有無を判定する独立の要素を設置した構成と比較して音響処理装置の構成や動作が簡素化されるという利点がある。ただし、定位成分の有無の判定に第１処理係数列を利用する構成は本発明において必須ではない。
【０００８】
第２生成手段が第２処理係数列を生成する方法は任意であるが、例えば、各係数値を所定値に設定した第２処理係数列を生成する（例えば事前に用意された第２処理係数列を記憶手段から取得する）方法や、第１生成手段が生成した第１処理係数列の各係数値の分布を平滑化することで第２処理係数列を生成する方法が採用され得る。前者の構成によれば、第２処理係数列を生成するための処理や構成が簡素化されるという効果が実現され、後者の構成によれば、第１音響信号や第２音響信号の特性が第２処理係数列に反映されることで聴覚的に自然な音響信号を生成できるという効果が実現される。
【０００９】
本発明の好適な態様において、判定手段は、定位成分の有無を単位期間毎に判定し、信号処理手段は、定位成分の存在が所定個の単位期間にわたって連続して否定された場合に第２処理係数列の適用を開始する。以上の態様においては、定位成分の存在が所定個の単位期間にわたって連続して否定された場合に第２処理係数列の適用が開始されるから、信号処理手段での処理に適用される処理係数列が第１処理係数列および第２処理係数列の一方から他方に変更される頻度が減少する。したがって、聴覚的に自然な印象の音響信号を生成できるという利点がある。
【００１０】
本発明の好適な態様に係る音響処理装置は、特定位置（方向）を示す定位変数を可変に設定する変数設定手段を具備し、差成分生成手段は、変数設定手段が設定した定位変数に応じた比率で第１音響信号および第２音響信号の一方から他方を減算する。以上の態様においては、差成分生成手段による減算時の第１音響信号および第２音響信号の比率が定位変数に応じて可変に設定される。したがって、強調の対象となる定位成分の位置（方向）を可変に制御できる（中央方向に限定されない）という利点がある。
【００１１】
以上の各態様に係る音響処理装置は、音響信号の処理に専用されるＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのハードウェア（電子回路）によって実現されるほか、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの汎用の演算処理装置とプログラム（ソフトウェア）との協働によっても実現される。本発明のプログラムは、ステレオ形式の第１音響信号と第２音響信号との和成分を生成する和成分生成処理と、特定方向の定位成分を抑圧した差成分を第１音響信号と第２音響信号との間の減算で生成する差成分生成処理と、定位成分の有無を判定する判定処理と、定位成分が強調されるように周波数毎の係数値が設定された第１処理係数列を、和成分と差成分との間の減算を含む減算処理で生成する第１生成処理と、定位成分が存在しない場合に減算処理で生成される第１処理係数列と比較して各周波数の係数値の分布が平準な第２処理係数列を生成する第２生成処理と、第１音響信号および第２音響信号の各々の各周波数成分に対し、定位成分が存在すると判定処理で判定した場合に第１処理係数列の各係数値を作用させ、定位成分が存在しないと判定処理で判定した場合に第２処理係数列の各係数値を作用させる信号処理とをコンピュータに実行させる。以上のプログラムによれば、本発明の音響処理装置と同様の作用および効果が実現される。本発明のプログラムは、コンピュータが読取可能な記録媒体に格納された形態で利用者に提供されてコンピュータにインストールされるほか、通信網を介した配信の形態でサーバ装置から提供されてコンピュータにインストールされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る音響処理装置のブロック図である。
【図２】係数設定部のブロック図である。
【図３】係数設定部の動作の説明図である。
【図４】第２実施形態における第２生成部の動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜Ａ：第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る音響処理装置１００のブロック図である。音響処理装置１００には信号供給装置１２と放音装置１４と入力装置１６とが接続される。信号供給装置１２は、音響（音声や楽音）の波形を表す時間領域の音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）を音響処理装置１００に供給する。
【００１４】
左チャネルの音響信号ＳIN_Lおよび右チャネルの音響信号ＳIN_Rは、音響を発生する複数の音源の音像が相異なる位置に定位する（すなわち、音響の振幅や位相が各音源の位置に応じて相違する）ように収音または加工されたステレオ形式の信号である。周囲の音響を収音して音響信号ＳINを生成する収音機器（ステレオマイク）や、可搬型または内蔵型の記録媒体から音響信号ＳINを取得して音響処理装置１００に出力する再生装置や、通信網から音響信号ＳINを受信して音響処理装置１００に出力する通信装置が信号供給装置１２として採用され得る。
【００１５】
音響処理装置１００は、信号供給装置１２が供給する音響信号ＳINから音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）を生成する。左チャネルの音響信号ＳOUT_Lおよび右チャネルの音響信号ＳOUT_Rは、音響信号ＳINが表す音響のうち目的の位置（方向）に音像が定位する定位成分を強調したステレオ形式の信号である。放音装置１４（例えばステレオスピーカやステレオヘッドホン）は、音響処理装置１００が生成した音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）に応じた音波を放射する。
【００１６】
入力装置１６は、音響処理装置１００に対する指示を利用者が入力するための機器（例えばマウスやキーボード）である。利用者は、入力装置１６を適宜に操作することで、定位成分の位置（方向）を音響処理装置１００に対して任意に指示することが可能である。
【００１７】
図１に示すように、音響処理装置１００は、演算処理装置２２と記憶装置２４とを具備するコンピュータシステムで実現される。記憶装置２４は、演算処理装置２２が実行するプログラムＰGや演算処理装置２２が使用するデータを記憶する。半導体記録媒体や磁気記録媒体などの公知の記録媒体や複数種の記録媒体の組合せが記憶装置２４として任意に採用される。音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）を記憶装置２４に記憶した構成（したがって信号供給装置１２は省略され得る）も好適である。
【００１８】
演算処理装置２２は、記憶装置２４に格納されたプログラムＰGを実行することで、音響信号ＳINから音響信号ＳOUTを生成するための複数の機能（変数設定部３２，周波数分析部３４，係数設定部３６，信号処理部３８，波形合成部４０，判定部４２）を実現する。なお、演算処理装置２２の各機能を複数の集積回路に分散した構成や、専用の電子回路（ＤＳＰ）が各機能を実現する構成も採用され得る。
【００１９】
変数設定部３２は、定位変数αを可変に設定する。定位変数αは、定位成分の音像の位置（方向）を指定する変数である。本形態の変数設定部３２は、入力装置１６に対する利用者からの指示に応じて定位変数α（０≦α≦１）を可変に設定する。例えば、定位変数αが０．５（中央値）である場合には中央（正面）方向が指示される。また、定位変数αが１に近いほど右寄りの方向が指示され、定位変数αが０に近いほど左寄りの方向が指示される。利用者は、放音装置１４からの再生音を聴取しながら随時に入力装置１６の操作で定位変数αを変更することが可能である。
【００２０】
周波数分析部３４は、音響信号ＳIN_Lの周波数スペクトル（複素スペクトル）ＬAと音響信号ＳIN_Rの周波数スペクトル（複素スペクトル）ＲAとを時間軸上の単位期間（フレーム）毎に順次に生成する。周波数スペクトルＬAは、Ｋ個の周波数（周波数帯域）ｆ1〜ｆKの各々に対応する周波数成分ＬA[k]の系列（ＬA[1]〜ＬA[K]）である（ｋ＝１〜Ｋ）。同様に、周波数スペクトルＲAは、周波数ｆ1〜ｆKの各々に対応する周波数成分ＲA[k]の系列（ＲA[1]〜ＲA[K]）である。周波数スペクトルＬAおよび周波数スペクトルＲAの生成には、短時間フーリエ変換などの公知の周波数分析が任意に採用され得る。なお、通過帯域が相異なるＫ個の帯域通過フィルタで構成されるフィルタバンクも周波数分析部３４として採用され得る。
【００２１】
図１の係数設定部３６は、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）の定位成分の強調に使用される処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）を生成する。処理係数列Ｇは、周波数ｆ1〜ｆKの各々に対応するｇ[k]の系列（ｇ[1]〜ｇ[K]）であり、周波数スペクトルＬAと周波数スペクトルＲAとを利用して単位期間毎に順次に生成される。係数値ｇ[k]は、音響信号ＳIN_Lの周波数成分ＬA[k]や音響信号ＳIN_Rの周波数成分ＲA[k]に対するゲイン（スペクトルゲイン）に相当し、０以上かつ１以下の範囲内で設定される（０≦ｇ[k]≦１）。なお、処理係数列ＧAと処理係数列ＧBとの区別については後述する。
【００２２】
図１の信号処理部３８は、係数設定部３６が生成した処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）を周波数スペクトルＬAおよび周波数スペクトルＲAの各々に個別に作用させることで周波数スペクトルＬBと周波数スペクトルＲBとを単位期間毎に順次に生成する。周波数スペクトルＬBは、各周波数ｆkに対応する周波数成分ＬB[k]の系列（ＬB[1]〜ＬB[K]）であり、周波数スペクトルＲBは、各周波数ｆkに対応する周波数成分ＲB[k]の系列（ＲB[1]〜ＲB[K]）である。
【００２３】
具体的には、信号処理部３８は、以下の数式(1A)および数式(1B)に示すように、各単位期間の周波数スペクトルＬAおよび周波数スペクトルＲAの各々に対し、当該単位期間について係数設定部３６が生成した共通の処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）を乗算する。すなわち、周波数スペクトルＬBの各周波数ｆkの周波数成分ＬB[k]は、その周波数ｆkの周波数成分ＬA[k]と係数値ｇ[k]との乗算値に設定され（数式(1A)）、周波数スペクトルＲBの各周波数成分ＲB[k]は、周波数成分ＲA[k]と係数値ｇ[k]との乗算値に設定される（数式(1B)）。
【数１】
【００２４】
図１の波形合成部４０は、信号処理部３８による処理後の周波数スペクトルＬBおよび周波数スペクトルＲBからステレオ形式の音響信号ＳOUT_Lおよび音響信号ＳOUT_Rを生成する。具体的には、波形合成部４０は、単位期間毎の周波数スペクトルＬBを逆フーリエ変換で時間領域の信号に変換するとともに前後の単位期間について相互に連結することで音響信号ＳOUT_Lを生成する。同様に、波形合成部４０は、各周波数スペクトルＲBから音響信号ＳOUT_Rを生成する。波形合成部４０が生成した音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）が放音装置１４に供給されて音波として再生される。
【００２５】
以上に説明したように、第１実施形態では、音響信号ＳIN_L（周波数スペクトルＬA）および音響信号ＳIN_R（周波数スペクトルＲA）の各々に対して個別に処理係数列Ｇを作用させるから、定位成分を強調した音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）をステレオ形式のまま生成することが可能である。
【００２６】
次に、図２を参照して係数設定部３６の詳細を説明する。図２に示すように、係数設定部３６は、和成分生成部５２と差成分生成部５４と係数列生成部６０とを含んで構成される。和成分生成部５２は、音響信号ＳIN_Lの周波数成分ＬA[1]〜ＬA[K]と音響信号ＳIN_Rの周波数成分ＲA[1]〜ＲA[K]との加算で単位期間毎に順次に和成分（複素スペクトル）Ｍを生成する。和成分Ｍは、周波数ｆ1〜ｆKの各々に対応する周波数成分Ｍ[k]の系列（Ｍ[1]〜Ｍ[K]）である。数式(2)に示すように、和成分Ｍの周波数ｆkの周波数成分Ｍ[k]は、その周波数ｆkの周波数成分ＬA[k]と周波数成分ＲA[k]との加算に相当する。したがって、和成分Ｍは、全部の音源からの音響を混合したモノラル形式の信号に相当する。なお、周波数成分ＬA[k]と周波数成分ＲA[k]との加重和や相加平均を和成分Ｍとして算定する構成も採用され得る。
【数２】
【００２７】
図２の差成分生成部５４は、音響信号ＳIN_Lの周波数成分ＬA[1]〜ＬA[K]と音響信号ＳIN_Rの周波数成分ＲA[1]〜ＲA[K]との間の減算で単位期間毎に順次に差成分（複素スペクトル）Ｓを生成する。差成分Ｓは、周波数ｆ1〜ｆKの各々に対応する周波数成分Ｓ[k]の系列（Ｓ[1]〜Ｓ[K]）である。差成分生成部５４は、変数設定部３２が設定した定位変数αを利用した数式(3)の演算（加重減算）で周波数成分Ｓ[1]〜Ｓ[K]を算定する。
【数３】
【００２８】
数式(3)から理解されるように、定位変数αに応じた可変の比率（重み値）で周波数成分ＬA[k]から周波数成分ＲA[k]を減算（逆相加算）することで差成分Ｓの各周波数成分Ｓ[k]が生成される。したがって、差成分Ｓは、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）のうち定位変数αに応じた位置（方向）の定位成分を他の成分に対して相対的に抑圧した信号（すなわち、定位成分以外を相対的に強調した信号）となる。例えば、定位変数αが０．５（中央値）である場合には、中央方向の定位成分を抑圧した差成分Ｓが生成される。また、定位変数αが０．５を上回るほど、中央方向に対して右寄りの定位成分が差成分Ｓでは抑圧され、定位変数αが０．５を下回るほど、中央方向に対して左寄りの定位成分が差成分Ｓでは抑圧される。
【００２９】
数式(3)の記号max(α,１−α)は、定位変数αまたは変数(１−α)のうちの最大値を意味する。定位変数αは１以下の数値に設定されるから、数式(3)の分子の演算のみでは周波数成分Ｓ[k]のパワー（振幅）が不足する可能性がある。数式(3)のように最大値max(α,１−α)で除算するのは、周波数成分Ｓ[k]のパワーを周波数成分ＬA[k]や周波数成分ＲA[k]と同等に維持するためである。
【００３０】
図２の係数列生成部６０は、和成分生成部５２が生成した和成分Ｍと差成分生成部５４が生成した差成分Ｓとを利用して処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）を単位期間毎に生成する。図２に示すように、係数列生成部６０は、処理係数列ＧAを生成する第１生成部６２と、処理係数列ＧBを生成する第２生成部６４とを含んで構成される。
【００３１】
処理係数列ＧAは、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）の定位成分を強調するための数値列である。第１生成部６２は、以下の数式(4)の演算で処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]を算定する。なお、数式(4)において振幅Ｐ[k]1/2を周波数成分Ｍ[k]の振幅|Ｍ[k]|で除算するのは、処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]を１以下の数値（０≦ｇ[k]≦１）に正規化するためである。
【数４】
【００３２】
数式(4)の記号Ｐ[k]は、定位成分を強調したパワースペクトルＰのうち周波数ｆkでのパワーを意味する。第１生成部６２は、以下の数式(5A)および数式(5B)で表現される演算（以下「減算処理」という）で数式(4)のパワーＰ[k]を算定する。
【数５】
数式(5A)から理解されるように、周波数成分Ｍ[k]のパワー|Ｍ[k]|２が周波数成分Ｓ[k]のパワー|Ｓ[k]|２を上回る周波数ｆkでのパワーＰ[k]は、和成分Ｍのパワー|Ｍ[k]|２から差成分Ｓのパワー|Ｓ[k]|２を減算した数値に設定される。すなわち、パワースペクトルＰは、和成分Ｍと差成分Ｓとの間のパワースペクトルの減算（スペクトル減算）で生成される。他方、パワー|Ｍ[k]|２がパワー|Ｓ[k]|２を下回る周波数ｆkでのパワーＰ[k]は、和成分Ｍのパワー|Ｍ[k]|２と所定の係数（フロアリング係数）βとの乗算値に設定される。
【００３３】
以上の説明から理解されるように、数式(5A)および数式(5B)で表現される減算処理は、和成分Ｍを信号成分（目的音）と仮定するとともに差成分Ｓを雑音成分と仮定した場合に雑音成分を抑圧するためのスペクトル減算（ＳＳ：Spectral Subtraction）に相当する。なお、数式(5B)の係数βを可変に制御する構成や、数式(5B)のパワー|Ｍ[k]|２を差成分Ｓのパワー|Ｓ[k]|2に置換した構成も採用され得る。
【００３４】
ところで、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）のなかには、定位成分が存在する区間と定位成分が存在しない区間（定位成分の発音が停止する区間）とが存在する。図３の部分(A)は、定位成分が存在する単位期間について第１生成部６２が生成する処理係数列ＧAの模式図であり、図３の部分(B)は、定位成分が存在しない単位期間について第１生成部６２が生成する処理係数列ＧAの模式図である。図３の部分(A)および部分(B)の所定値ｂは、数式(5B)の係数βに応じた所定の数値（例えばｂ＝β1/2，０≦ｂ≦１）である。
【００３５】
定位成分が有意なパワーで存在する周波数ｆkについては、和成分Ｍのパワー|Ｍ[k]|2が差成分Ｓのパワー|Ｓ[k]|2を上回ることで数式(5A)の演算が実行される可能性が高い。数式(5A)に適用される差成分Ｓは、定位成分を相対的に抑圧した成分（定位成分以外を定位成分に対して強調した成分）であるから、数式(5A)で算定されるパワーＰ[k]の系列は、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）の定位成分を他の成分に対して相対的に強調したパワースペクトルに相当する。したがって、図３の部分(A)に示すように、定位成分が存在する場合に数式(4)で算定される処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]は、定位成分のパワーが大きい周波数ｆkの係数値ｇ[k]ほど１に近い数値となり、定位成分のパワーが小さい周波数ｆkの係数値ｇ[k]ほど所定値ｂに近い数値（ゼロに近い数値）となるように周波数軸上で分布する。したがって、周波数スペクトルＬAおよび周波数スペクトルＲAの各々に信号処理部３８が処理係数列ＧAを乗算することで、定位成分を強調したステレオ形式の音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）が生成される。
【００３６】
他方、定位成分が存在しない単位期間では、数式(3)の差成分Ｓの演算での抑圧量が少ないから、和成分Ｍのパワー|Ｍ[k]|2が差成分Ｓのパワー|Ｓ[k]|2を上回る周波数ｆkの個数は、定位成分が存在する場合と比較して減少する。すなわち、数式(5A)に代えて数式(5B)でパワーＰ[k]が設定される周波数ｆkが増加する。したがって、図３の部分(B)に示すように、定位成分が存在しない場合に算定される処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]は、周波数軸の全範囲にわたって所定値ｂに近い数値（ゼロに近い数値）となるように平坦に分布する。
【００３７】
ただし、定位成分が存在しない場合でも、和成分Ｍのパワー|Ｍ[k]|2が差成分Ｓのパワー|Ｓ[k]|2を上回る周波数ｆk（すなわち数式(5A)が適用される周波数ｆk）は存在し得るから、定位成分が存在しない場合の処理係数列ＧAの分布には、係数値ｇ[k]が高い数値（数式(5A)で算定される数値）となる局所的なピークｐが周波数軸上に点在する。したがって、定位成分が存在しない場合にも処理係数列ＧAを音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）に作用させるとすれば、処理係数列ＧAのピークｐに対応した高強度の成分が音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）の時間軸上および周波数軸上に点在して発生し、人工的で耳障りなミュージカルノイズ（ヒュルヒュルという雑音成分）として受聴者に知覚され得るという問題が発生する。なお、定位成分が存在する場合の処理係数列ＧAにも係数値ｇ[k]の局所的なピークｐは発生し得るが、音響信号ＳOUT（ＳOUT_L，ＳOUT_R）に含まれる強調後の定位成分によってマスクされるから（聴覚マスキング効果）、音響信号ＳOUTの再生音にミュージカルノイズは殆ど知覚されない。
【００３８】
以上の傾向を考慮して、第１実施形態では、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）に定位成分が存在する場合には処理係数列ＧA（図３の部分(A)）を信号処理部３８での処理に適用する一方、音響信号ＳINに定位成分が存在しない場合には、図３の部分(C)に示すように、各係数値ｇ[k]の変動（特に局所的なピークｐ）を抑制した処理係数列ＧBを信号処理部３８での処理に適用する。すなわち、処理係数列ＧBは、定位成分が存在しない場合に数式(5A)および数式(5B)の減算処理で生成される処理係数列ＧA（図３の部分(B)）と比較して各係数値ｇ[k]の分布が平準な（すなわち変動が抑制された）数値列である。
【００３９】
図１の判定部４２は、音響信号ＳIN（ＳIN_L，ＳIN_R）における定位成分の有無を判定する。図３の部分(A)と部分(B)とを参照して前述したように、処理係数列ＧAの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]の分布の態様は、定位成分が存在する場合と存在しない場合とで相違する。そこで、判定部４２は、以下に例示するように、第１生成部６２が生成する処理係数列ＧAを利用して定位成分の有無を判定する。
【００４０】
具体的には、定位成分が存在しない場合（図３の部分(B)）には処理係数列ＧAの多くの係数値ｇ[k]が所定値ｂの近傍の数値となるのに対し、定位成分が存在する場合（図３の部分(A)）には、定位成分に対応する係数値ｇ[k]が所定値ｂを上回る。したがって、処理係数列ＧAの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]の平均値μは、定位成分が存在する場合のほうが、定位成分が存在しない場合と比較して大きい数値になるという傾向がある。以上の傾向を考慮して、第１実施形態の判定部４２は、第１生成部６２が生成した処理係数列ＧAの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]の平均値μが所定の閾値μTHを上回る場合には音響信号ＳINに定位成分が存在すると判定し、平均値μが閾値μTHを下回る場合には音響信号ＳINに定位成分が存在しないと判定する。定位成分の有無の判定は、例えば単位期間毎に順次に実行される。
【００４１】
音響信号ＳINに定位成分が存在しないと判定部４２が判定した場合、第２生成部６４は、図３の部分(C)に示すように、Ｋ個の係数値ｇ[1]〜ｇ[K]を同一値γに設定した処理係数列ＧB（すなわち、各係数値ｇ[k]が平準に分布する数値列）を生成する。所定値γは、０以上かつ１以下の範囲内で設定される（０≦γ≦１）。例えば、所定値γは、数式(5B)の係数βに応じた所定値ｂ（例えばγ＝ｂ＝0.1）に設定される。
【００４２】
定位成分が存在すると判定部４２が判定した単位期間の周波数スペクトルＬAおよび周波数スペクトルＲAの各々に対し、信号処理部３８は、第１生成部６２が生成した処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]を作用させる。他方、定位成分が存在しないと判定部４２が判定した単位期間の周波数スペクトルＬAおよび周波数スペクトルＲAの各々に対し、信号処理部３８は、第２生成部６４が生成した処理係数列ＧBを作用させる。すなわち、処理係数列ＧBの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]は小さい数値に設定されるから、定位成分が存在しない単位期間については、音響信号ＳOUTの全帯域（ｆ1〜ｆK）にわたる音量が定位成分の存在時と比較して低下する。
【００４３】
以上の形態では、定位成分が存在する場合に、当該定位成分が強調されるように各係数値ｇ[k]を設定した処理係数列ＧAが信号処理部３８での処理に適用され、定位成分が存在しない場合に、各係数値ｇ[k]が平準に分布する処理係数列ＧBが信号処理部３８での処理に適用される。したがって、音響信号ＳINの定位成分を有効に強調し、かつ、音響信号ＳOUTのうち定位成分が存在しない各単位期間でのミュージカルノイズを有効に低減することが可能である。
【００４４】
＜Ｂ：第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下に例示する各態様において作用や機能が第１実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
【００４５】
第１実施形態の第２生成部６４は、係数値ｇ[1]〜ｇ[K]を共通の所定値γに設定した処理係数列ＧBを生成した。第２実施形態の第２生成部６４は、図４に示すように、第１生成部６２が生成した処理係数列ＧAの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]の分布を平滑化（ローパスフィルタ処理）することで処理係数列ＧBを生成する。例えば、処理係数列ＧBの係数値ｇ[k]は、処理係数列ＧAのうち係数値ｇ[k]を含む所定個の係数値ｇ[k1]〜ｇ[k2]の平均値に設定される。
【００４６】
以上の構成でも第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第１実施形態では処理係数列ＧBの各係数値ｇ[k]が音響信号ＳINとは無関係の所定値γに設定されるのに対し、第２実施形態では、処理係数列ＧBにも音響信号ＳINの特性が反映されるから、聴感的に自然な印象の音響信号ＳOUTを生成できるという利点もある。
【００４７】
＜Ｃ：変形例＞
以上の各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は適宜に併合され得る。
【００４８】
（１）変形例１
判定部４２が定位成分の有無を判定する方法は任意である。例えば、処理係数列ＧAの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]の散らばりの度合（分散σ2や標準偏差σ）を定位成分の有無の判定に利用する構成が採用される。すなわち、定位成分が存在する場合（図３の部分(A)）には処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]が広範囲に分散するのに対し、定位成分が存在しない場合（図３の部分(B)）には処理係数列ＧAの多くの係数値ｇ[k]が所定値ｂの近傍に偏在する。そこで、判定部４２は、処理係数列ＧAの係数値ｇ[1]〜ｇ[K]の分散σ2が閾値σTHを上回る場合には定位成分が存在すると判定し、分散σ2が閾値σTHを下回る場合には定位成分が存在しないと判定する。以上の例示における分散σ2を標準偏差σに置換することも可能である。
【００４９】
なお、定位成分の有無の判定に処理係数列ＧAを利用する構成は必須ではない。例えば、定位成分が歌唱音等の音声である場合には、音響信号ＳINを音声区間（音声が存在する区間）と非音声区間（音声が存在しない区間）とに区分する音声検出技術（VAD：Voice Activity Detection）が定位成分の有無の判定に利用される。すなわち、判定部４２は、音響信号ＳINを音声区間と非音声区間とに区分し、音声区間内の各単位期間については定位成分の存在を肯定するとともに非音声区間内の各単位期間については定位成分の存在を否定する。
【００５０】
なお、第１実施形態や第２実施形態のように定位成分の有無の判定に処理係数列ＧAを利用する場合には、定位成分の有無に関わらず第１生成部６２が処理係数列ＧAを生成する必要がある。他方、音声検出技術を利用した前述の例示のように定位成分の有無の判定に処理係数列ＧAを利用しない場合には、定位成分が存在すると判定部４２が判定した単位期間についてのみ第１生成部６２が処理係数列ＧAを生成し、定位成分が存在しないと判定部４２が判定した単位期間については第１生成部６２が処理係数列ＧAを生成しない構成が採用され得る。
【００５１】
（２）変形例２
以上の各形態では、定位成分が存在しないと判定部４２が判定した場合に第２生成部６４が処理係数列ＧBを生成したが、定位成分の有無に関わらず第２生成部６４が処理係数列ＧBを生成する構成も採用され得る。定位成分が存在しないと判定された場合には前述の各形態と同様に処理係数列ＧBが信号処理部３８での処理に適用され、定位成分が存在すると判定された場合、第２生成部６４が生成した処理係数列ＧBは信号処理部３８での処理に適用されずに破棄される。
【００５２】
（３）変形例３
以上の各形態では、処理係数列ＧAおよび処理係数列ＧBの一方を単位期間毎に選択したが、判定部４２による判定の結果が複数の単位期間にわたって維持される場合に、信号処理部３８での処理に適用される処理係数列Ｇを処理係数列ＧAおよび処理係数列ＧBの一方から他方に変更する構成も採用され得る。
【００５３】
例えば、信号処理部３８は、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の単位期間にわたって連続して定位成分の存在が否定された場合に、数式(1A)および数式(1B)の処理に適用する処理係数列Ｇを処理係数列ＧAから処理係数列ＧBに変更し、Ｎ個の単位期間にわたって連続して定位成分の存在が肯定された場合に、処理に適用する処理係数列Ｇを処理係数列ＧBから処理係数列ＧAに変更する。以上の構成によれば、信号処理部３８が処理に適用する処理係数列Ｇを処理係数列ＧAと処理係数列ＧBとの間で変更する頻度が減少するから、音響信号ＳOUTの特性の時間的な変動が緩和される。したがって、聴感的に自然な印象の音響信号ＳOUTを生成できるという利点がある。なお、処理係数列ＧBの適用の条件となる単位期間の個数Ｎは可変に設定され得る。例えば、定位成分が音声である場合、定位成分が存在しないと判定される頻度は音声区間内で減少するから、音声区間内の各単位期間については個数Ｎを増加させる構成が採用され得る。
【００５４】
（４）変形例４
以上の各形態では、数式(3)から理解されるように、音響信号ＳIN_L（周波数成分ＬA[k]）と音響信号ＳIN_R（周波数成分ＲA[k]）との振幅の比率が定位変数αに応じて線形に変化するように差成分Ｓを算定したが、以下の各態様にて例示するように、和成分Ｍおよび差成分Ｓの算定の方法や定位変数αとの関係は適宜に変更される。
【００５５】
＜第１態様＞
音響信号ＳIN_Lのパワー|ＬA[k]|２および音響信号ＳIN_Rのパワー|ＲA[k]|２から和成分Ｍおよび差成分Ｓを算定する構成が採用され得る。具体的には、和成分生成部５２は、以下の数式(6A)の演算で和成分Ｍ（周波数成分Ｍ[1]〜Ｍ[K]で構成される複素スペクトル）を生成し、差成分生成部５４は、以下の数式(6B)の演算で差成分Ｓ（周波数成分Ｓ[1]〜Ｓ[K]で構成される複素スペクトル）を生成する。したがって、差成分Ｓにおいては、音響信号ＳIN_Lおよび音響信号ＳIN_Rの各々のパワーの比率が定位変数αに応じて線形に変化する。なお、数式(6A)および数式(6B)における記号ｅjLは周波数スペクトルＬAの位相角を意味し、記号ｅjRは周波数スペクトルＲAの位相角を意味する。
【数６】
【００５６】
以上の方法で和成分Ｍおよび差成分Ｓが生成されると、係数列生成部６０の第１生成部６２は、定位成分を強調したパワースペクトルＰ（パワーＰ[k]）を以下の数式(7A)および数式(7B)の演算で生成し、パワースペクトルＰを利用した数式(8)の演算で処理係数列Ｇの各係数値ｇ[k]を算定する。以上の構成でも第１実施形態と同様の効果が実現される。
【数７】
【００５７】
＜第２態様＞
定位成分の位置（方向）を定位変数αの関数ｆ(α)に応じて制御する構成が採用され得る。具体的には、和成分生成部５２は、以下の数式(9A)の演算で和成分Ｍ（周波数成分Ｍ[1]〜Ｍ[K]）を生成し、差成分生成部５４は、以下の数式(9B)の演算で差成分Ｓ（周波数成分Ｓ[1]〜Ｓ[K]）を生成する。したがって、差成分Ｓにおける音響信号ＳIN_Lおよび音響信号ＳIN_Rの各々の振幅の比率が定位変数αの関数ｆ(α)に応じて変化する。第１生成部６２は、第１実施形態と同様の方法（数式(4)，数式(5A)，数式(5B)）で、数式(9A)の和成分Ｍと数式(9B)の差成分Ｓとから処理係数列ＧAを生成する。
【数８】
【００５８】
なお、数式(5A)では和成分Ｍのパワー|Ｍ[k]|２と差成分Ｓのパワー|Ｓ[k]|２との差分をパワーＰ[k]として算定したが、以下の数式(5C)に示すように、和成分Ｍの振幅|Ｍ[k]|と差成分Ｓの振幅|Ｓ[k]|との差分を振幅Ｐ[k]として算定する構成も採用され得る。数式(5C)で振幅Ｐ[k]を算定する構成では、第１生成部６２が以下の数式(4C)の演算で処理係数列ＧAの係数値ｇ[k]を算定する。
【数９】
【００５９】
（５）変形例５
以上の各形態では、パワースペクトルの減算（数式(5A)，数式(7A)）や振幅スペクトルの減算（数式(5C)）で処理係数列ＧAの各係数値ｇ[k]を算定したが、和成分Ｍと差成分Ｓとから処理係数列ＧAを生成する方法は任意である。例えば、和成分Ｍに含まれる定位成分を信号成分と仮定するとともに差成分Ｓを雑音成分と仮定すると、和成分Ｍおよび差成分Ｓを利用した処理係数列ＧAの生成には、雑音成分（差成分Ｓ）を抑圧して信号成分（定位成分）を強調するための数値列（処理係数列ＧA）を生成する公知の音声強調の技術を同様に適用することが可能である。
【００６０】
処理係数列ＧAの生成に適用され得る技術としては、ウィナーフィルタ（Wiener filter）を利用した音声強調や、MMSE-STSA法またはMAP（maximum a posteriori estimation）推定法を利用した音声強調の技術が例示され得る。MMSE-STSA法については、Y. Ephraim and D. Malah, "Speech enhancement using a minimum mean-square error short-time spectral amplitude estimator", IEEE ASSP, vol.ASSP-32, no.6, p.1109-1121, Dec. 1984に開示され、MAP推定法については、T. Lotter and P. Vary, "Speech enhancement by MAP spectral amplitude estimation using a Super-Gaussian speech model", EURASIP Journal on Applied Signal Processing, vol.2005, no,7, p.1110-1126, July 2005に開示されている。
【００６１】
（６）変形例６
処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）の生成の周期や定位成分の有無の判定の周期は任意である。例えば、単位期間の複数個を周期ＴAとして係数設定部３６が処理係数列Ｇを生成（更新）する構成も採用され得る。具体的には、各周期ＴA内の１個以上の単位期間の音響信号ＳINから生成される処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）が当該周期ＴA内の各単位期間の処理に適用される。また、単位期間の複数個を周期として判定部４２が定位成分の有無を判定する構成も採用され得る。
【００６２】
（７）変形例７
以上の各形態では、音響信号ＳINの周波数スペクトル（ＬA，ＲA）に処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）を乗算したが、信号処理部３８による処理の内容は処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）の定義や性質に応じて適宜に変更される。例えば、定位成分のパワーが大きい周波数ｆkほど係数値ｇ[k]が所定の範囲内の小さい数値に設定されるように処理係数列ＧAを生成し、処理係数列ＧBの各係数値ｇ[k]を当該範囲内の大きい数値に設定する構成では、処理係数列Ｇ（ＧA，ＧB）の各係数値ｇ[k]で周波数成分ＬA[k]や周波数成分ＲA[k]を除算する構成（ＬB[k]＝ＬA[k]／ｇ[k]，ＲB[k]＝ＲA[k]／ｇ[k]）も採用され得る。
【００６３】
（８）変形例８
所定の周波数帯域内の成分に限定して定位成分の強調を実行する構成も好適である。例えば、音響信号ＳINのうち人間の音声のパワーが集中する周波数帯域（例えば100kHz〜８kHz）についてのみ以上の各形態の処理が実行される（他の帯域については処理せずに再生する）。
【符号の説明】
【００６４】
１００……音響処理装置、１２……信号供給装置、１４……放音装置、１６……入力装置、２２……演算処理装置、２４……記憶装置、３２……変数設定部、３４……周波数分析部、３６……係数設定部、３８……信号処理部、４０……波形合成部、４２……判定部、５２……和成分生成部、５４……差成分生成部、６０……係数列生成部、６２……第１生成部、６４……第２生成部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステレオ形式の第１音響信号と第２音響信号との和成分を生成する和成分生成手段と、
特定方向の定位成分を抑圧した差成分を前記第１音響信号と前記第２音響信号との間の減算で生成する差成分生成手段と、
前記定位成分の有無を判定する判定手段と、
前記定位成分が強調されるように周波数毎の係数値が設定された第１処理係数列を、前記和成分と前記差成分との間の減算を含む減算処理で生成する第１生成手段と、
前記定位成分が存在しない場合に前記減算処理で生成される前記第１処理係数列と比較して各周波数の係数値の分布が平準な第２処理係数列を生成する第２生成手段と、
前記第１音響信号および前記第２音響信号の各々の各周波数成分に対し、前記定位成分が存在すると前記判定手段が判定した場合に前記第１処理係数列の各係数値を作用させ、前記定位成分が存在しないと前記判定手段が判定した場合に前記第２処理係数列の各係数値を作用させる信号処理手段と
を具備する音響処理装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記第１生成手段が生成した前記第１処理係数列の複数の係数値の平均値または散らばりの度合が閾値を上回る場合には前記定位成分が存在すると判定し、前記閾値を下回る場合には前記定位成分が存在しないと判定する
請求項１の音響処理装置。
【請求項３】
前記第２生成手段は、前記各係数値を同一値に設定した前記第２処理係数列を生成する
請求項１または請求項２の音響処理装置。
【請求項４】
前記第２生成手段は、前記第１生成手段が生成した前記第１処理係数列の各係数値の分布を平滑化することで前記第２処理係数列を生成する
請求項１または請求項２の音響処理装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記定位成分の有無を単位期間毎に判定し、
前記信号処理手段は、前記定位成分の存在が所定個の単位期間にわたって連続して否定された場合に前記第２処理係数列の適用を開始する
請求項１から請求項４の何れかの音響処理装置。
【請求項１】
ステレオ形式の第１音響信号と第２音響信号との和成分を生成する和成分生成手段と、
特定方向の定位成分を抑圧した差成分を前記第１音響信号と前記第２音響信号との間の減算で生成する差成分生成手段と、
前記定位成分の有無を判定する判定手段と、
前記定位成分が強調されるように周波数毎の係数値が設定された第１処理係数列を、前記和成分と前記差成分との間の減算を含む減算処理で生成する第１生成手段と、
前記定位成分が存在しない場合に前記減算処理で生成される前記第１処理係数列と比較して各周波数の係数値の分布が平準な第２処理係数列を生成する第２生成手段と、
前記第１音響信号および前記第２音響信号の各々の各周波数成分に対し、前記定位成分が存在すると前記判定手段が判定した場合に前記第１処理係数列の各係数値を作用させ、前記定位成分が存在しないと前記判定手段が判定した場合に前記第２処理係数列の各係数値を作用させる信号処理手段と
を具備する音響処理装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記第１生成手段が生成した前記第１処理係数列の複数の係数値の平均値または散らばりの度合が閾値を上回る場合には前記定位成分が存在すると判定し、前記閾値を下回る場合には前記定位成分が存在しないと判定する
請求項１の音響処理装置。
【請求項３】
前記第２生成手段は、前記各係数値を同一値に設定した前記第２処理係数列を生成する
請求項１または請求項２の音響処理装置。
【請求項４】
前記第２生成手段は、前記第１生成手段が生成した前記第１処理係数列の各係数値の分布を平滑化することで前記第２処理係数列を生成する
請求項１または請求項２の音響処理装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記定位成分の有無を単位期間毎に判定し、
前記信号処理手段は、前記定位成分の存在が所定個の単位期間にわたって連続して否定された場合に前記第２処理係数列の適用を開始する
請求項１から請求項４の何れかの音響処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１９９８１１（Ｐ２０１１−１９９８１１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６７４０７（Ｐ２０１０−６７４０７）
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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