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JP2004064739A - Sound image control system - Google Patents

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JP2004064739A
JP2004064739A JP2003149596A JP2003149596A JP2004064739A JP 2004064739 A JP2004064739 A JP 2004064739A JP 2003149596 A JP2003149596 A JP 2003149596A JP 2003149596 A JP2003149596 A JP 2003149596A JP 2004064739 A JP2004064739 A JP 2004064739A
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JP
Japan
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signal
speaker
sound image
sound source
listener
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003149596A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Hashimoto
裕之 橋本
Kenichi Terai
賢一 寺井
Isao Kakubari
勲 角張
Takanao Hanakada
高尚 羽中田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2003149596A priority Critical patent/JP2004064739A/en
Publication of JP2004064739A publication Critical patent/JP2004064739A/en
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Abstract

【課題】2人同時に音像定位制御を実現する音像制御システムを提供する。
【解決手段】本発明は、複数のスピーカで音声信号を再生することによって音像定位位置を制御する音像制御システムである。音像制御システムは、音声信号を再生する少なくとも4つのスピーカと、信号処理部とを備える。信号処理部は、2人の受聴者の各両耳の位置に対応する4点を制御点とし、当該2人の受聴者がそれぞれ感じる音像定位位置を示す2つの目標音源位置が当該各受聴者に対して同方向の位置となるように、各スピーカに入力される音声信号毎に信号処理を行う。ここで、2つの目標音源位置は、目標音源側に位置する受聴者から当該受聴者に対する目標音源位置までの距離が、他方の受聴者から当該他方の受聴者に対する目標音源位置までの距離よりも短くなるように設定される。
【選択図】    図6
A sound image control system for realizing sound image localization control at the same time by two persons is provided.
The present invention is a sound image control system that controls a sound image localization position by reproducing an audio signal with a plurality of speakers. The sound image control system includes at least four speakers for reproducing an audio signal, and a signal processing unit. The signal processing unit sets four control points corresponding to the positions of both ears of the two listeners as control points, and the two target sound source positions indicating the sound image localization positions felt by the two listeners are determined by the respective listeners. Signal processing is performed for each audio signal input to each speaker so as to be in the same direction. Here, the two target sound source positions are such that the distance from the listener located on the target sound source side to the target sound source position for the listener is greater than the distance from the other listener to the target sound source position for the other listener. Set to be shorter.
[Selection] Fig. 6

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音像制御システムに関し、より特定的には、複数のスピーカで音声信号を再生することによって音像定位位置を制御する音像制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、DVDに代表されるマルチch信号再生システムが普及しているが、住宅事情等により5あるいは6個のスピーカを設置できない場合も多くある。このため、LchおよびRchの2つのスピーカで仮想的にサラウンド信号を再生する、いわゆるバーチャル再生方式を用いた音像制御システムが開発されている。
【0003】
また、特にカーオーディオ用途の音像制御システムにおいては、自動車室内という狭空間のために反射や残響および定在波の影響が強く、スピーカの設置位置が制限される。このような状態では、従来、音像を自由に定位させることはかなり困難であった。しかし、楽曲に含まれるボーカル等を搭乗者の前方中央に定位させたいといった要望は、現在でもかなり強く求められている。そこで、この要望に対応するために、以下に説明する音像制御システムも開発されつつある(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
以下、図面を参照しながら従来の音像制御システムについて説明する。図47は、従来の音像制御システムの構成を示す図である。図47において、音像制御システムは、自動車601に設置されており、音源61と、信号処理部62と、自動車601の右側のフロントドアに設置されたFRスピーカ621と、自動車601の左側のフロントドアに設置されたFLスピーカ622とを備える。また、信号処理部62は、制御フィルタ63および64を含む。
【0005】
図47に示す音像制御システムの動作を以下に説明する。音源61からの信号は、信号処理部62で信号処理され、FRスピーカ621およびFLスピーカ622によって再生される。制御フィルタ63は、音源61からのRchの信号を制御し、制御フィルタ64は、音源61からのLchの信号を制御する。ここで、信号処理部62は、FRスピーカ621が目標音源631に、FLスピーカ622が目標音源632にそれぞれ定位しているように信号処理する。具体的には、信号処理部62の制御フィルタ63および64は、次のように制御される。すなわち、受聴者aの中心位置(図47中の×印)を制御点として、FRスピーカ621からの伝達特性をFR、FLスピーカ622からの伝達特性をFL、目標音源631からの伝達特性をG1、目標音源632からの伝達特性をG2とすると、信号処理部62内の制御フィルタ63の特性HRおよび制御フィルタ64の特性HLは以下のようになる。
HR=G1/FR
HL=G2/FL
この特性が実現されることによって、FRスピーカ621は目標音源631の位置で再生されているように、FLスピーカ622は目標音源632の位置で再生されているようにそれぞれ制御される。これによって、仮想的に定位された目標音源631および632の間に、LchとRchに共通なセンター成分が虚像定位することになる。すなわち、受聴者aは正面の目標音源635に音像を感じることとなる。
【0006】
【特許文献1】
特開平10−276500号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図47に示す従来のシステムでは制御点が1点であるので、音像定位の知覚メカニズムである右耳と左耳の差分を制御することにはならず、音像定位効果が少ないという問題があった。現在一般に実用化されている多くの音像制御システムは、FRスピーカ621とFLスピーカ622の時間補正のみを行い、仮想的な目標音源631および632を真に実現するものではない。
【0008】
なお、家庭用の音像制御システムでは、両耳を制御点として音像制御を行うものが考えられている。しかし、この場合、制御点は2点、すなわち、受聴者1人のみの両耳を対象にしたものであり、2人の受聴者の各両耳に対して同時に制御を行う音像制御システムはない。
【0009】
それゆえ、本発明の目的は、少なくとも2人の受聴者の各両耳に対して同時に音像制御を行う音像制御システムを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記のような目的を達成するために、本発明は、以下に示すような特徴を有している。すなわち、本発明は、複数のスピーカで音声信号を再生することによって音像定位位置を制御する音像制御システムである。音像制御システムは、音声信号を再生する少なくとも4つのスピーカと、信号処理部とを備える。信号処理部は、2人の受聴者の各両耳の位置に対応する4点を制御点とし、当該2人の受聴者がそれぞれ感じる音像定位位置を示す2つの目標音源位置が当該各受聴者に対して同方向の位置となるように、各スピーカに入力される音声信号毎に信号処理を行う。ここで、2つの目標音源位置は、目標音源側に位置する受聴者から当該受聴者に対する目標音源位置までの距離が、他方の受聴者から当該他方の受聴者に対する目標音源位置までの距離よりも短くなるように設定される。
【0011】
上記によれば、実現可能な目標音源位置を設定することができるので、2人の受聴者の各両耳の位置に対応する4点を制御点として制御することが可能となる。つまり、2人の受聴者に同様の音像定位感および音質感を与えることができる。
【0012】
なお、上記において、信号処理部が、「目標音源位置が当該各受聴者に対して同方向の位置となるように信号処理を行う」とは、「第1の目標音源から第1の受聴者右耳への伝達特性における振幅周波数特性と、第2の目標音源から第2の受聴者右耳への伝達特性における振幅周波数特性とが等しく、かつ、第1の目標音源から第1の受聴者左耳への伝達特性における振幅周波数特性と第2の目標音源から第2の受聴者左耳への伝達特性における振幅周波数特性が等しくなるように信号処理を行う」ことである。なお、ここでは、2人の受聴者をそれぞれ、第1および第2の受聴者とし、第1の受聴者に対する目標音源位置を第1の目標音源位置とし、第2の受聴者に対する目標音源位置を第2の目標音源位置とする。
【0013】
また、上記において、「目標音源側に位置する受聴者」とは、設定すべき目標音源位置に近い側に位置する受聴者をいう。例えば、2人の受聴者が左右に並んで位置し、目標音源位置が各受聴者から見て右側(右方向)に設定される場合、「目標音源側に位置する受聴者」とは、左右に並んで位置する2人の受聴者のうち、右側に位置する受聴者をいう(図6の例では、受聴者a)。また、例えば、2人の受聴者が前後に並んで位置し、目標音源位置が各受聴者から見て前側(前方向)に設定される場合、「目標音源側に位置する受聴者」とは、前側に並んで位置する2人の受聴者のうち、前側に位置する受聴者をいう。なお、2人の受聴者が斜めに位置する場合も、上記の場合(2人の受聴者が左右または前後に並んで位置する場合)と同様に、「目標音源側に位置する受聴者」を判断することができる。
【0014】
また、上記において、受聴者正面を0度とした場合における受聴者から目標音源位置への方向をθ度とし、受聴者の中心間の距離をXとし、音速をPとし、目標音源位置から各制御点までの伝達時間を、目標音源位置からの距離が近い制御点の順にT1,T2,T3,T4とした場合、2つの目標音源位置は、T1<T2≦T3(=T2+Xsinθ/P)<T4である条件を満たすように設定されてもよい。
【0015】
また、信号処理部は、各スピーカのうち、2人の受聴者間の中心位置に対して2つの目標音源位置と前後方向および左右方向に関して反対方向に設置されたスピーカに対しては音声信号の入力を停止するようにしてもよい。なお、「2人の受聴者間の中心位置に対して2つの目標音源位置と前後方向および左右方向に関して反対方向に設置されるスピーカ」とは、具体的には、次のようなスピーカをいう。すなわち、目標音源が当該中心位置に対して右側前方に設定される場合(図16参照。)、当該中心位置に対して左側後方に設置されるスピーカをいう。また、目標音源が当該中心位置に対して左側後方に設定される場合(図18参照。)、当該中心位置に対して右側前方に設置されるスピーカをいう。
【0016】
上記によれば、音像制御システムにおいて必要となるスピーカの数を減らすことができる。また、信号処理の対象となる信号が減少するので、信号処理における演算量を減らすことができる。
【0017】
また、信号処理部は、2つの目標音源位置が2人の受聴者それぞれの正面に設定される場合、各スピーカのうち、当該各受聴者の後側に設置されたスピーカに対しては音声信号の入力を停止するようにしてもよい。この場合も、上記と同様、音像制御システムにおいて必要となるスピーカの数を減らすことができる。
【0018】
また、信号処理部は、周波数分割部と、低域処理部と、高域処理部とを含む構成であってもよい。ここで、周波数分割部は、音声信号を低域成分と高域成分とに周波数分割する。低域処理部は、音声信号の低域成分の信号について、各スピーカに入力される信号毎に信号処理を行った後、当該各スピーカに入力する。高域処理部は、音声信号の高域成分の信号を、低域処理部によって各スピーカに入力される信号と位相が合うように、2つの目標音源位置の中心位置から最近のスピーカに入力する。
【0019】
上記によれば、音像定位制御が有効な低域成分のみについて信号処理が行われるので、信号処理における演算量を減らすことができる。
【0020】
また、複数のスピーカには、2人の受聴者間の中心位置の前方に配置されるツイータが含まれている場合には、次のようにしてもよい。すなわち、高域処理部は、2つの目標音源位置が2人の受聴者それぞれの正面に設定される場合、音声信号の高域成分をツイータに入力してもよい。
【0021】
上記によれば、2人の受聴者間の中心位置の前方に配置されるCTスピーカ(図1参照)として、ツイータを用いることができる。これによって、CTスピーカを小型化することができる。これは、自動車に音像制御システムを適用する場合に特に有効である。
【0022】
また、複数のスピーカは、自動車内に設置されるとともに、当該複数のスピーカのうち少なくとも1つのスピーカは、後部座席側に設置されてもよい。このとき、2人の受聴者は自動車内の前部座席に位置するものとする。また、信号処理部は、自動車内に設置される。また、複数チャンネルの音声信号に対して信号処理を行う場合、後部座席側に設置されたスピーカに対しては全チャンネルの音声信号を信号処理を行わずに入力する。
【0023】
上記によれば、音像制御システムが自動車内に設置される場合において、前部座席および後部座席の両方に位置する受聴者に対して、良好な音質を確保することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る音像制御システムを示す図である。図1において、1は音源であるDVDプレーヤ、2は信号処理部、20はCTスピーカ、21はFRスピーカ、22はFLスピーカ、23はSRスピーカ、24はSLスピーカである。また、31は受聴者aの目標音源、32は受聴者bの目標音源を示す。
【0025】
DVDプレーヤ1からは例えば5chの音声信号(CT信号、FR信号、FL信号、SR信号、およびSL信号)が出力される。信号処理部2は、DVDプレーヤから出力された各信号について、後述する信号処理を行う。CT信号は、信号処理部2によって信号処理され、5つのスピーカのそれぞれに入力される。信号処理部2においては、各スピーカに入力されるCT信号毎に信号処理が行われる。上記各信号についてもCT信号と同様、5つのスピーカのそれぞれに入力され、各スピーカに入力される信号毎に信号処理が行われる。
【0026】
なお、図1は、受聴者aおよびb、各スピーカ20〜24、ならびに目標音源31および32についての位置関係を示している。図1に示すように、実施の形態1においては、CTスピーカ20は2人の受聴者aおよびbの中心位置の正面に設置される。FRスピーカ21およびFLスピーカ22は、当該中心位置からそれぞれ前方右側および前方左側に設置される。なお、FRスピーカ21およびFLスピーカ22は、左右対称に設置される。SRスピーカ23およびSLスピーカ24は、当該中心位置からそれぞれ後方右側および後方左側に設置される。実施の形態1において以上のように5つのスピーカが配置されるが、他の実施形態においては5つのスピーカは他の位置に配置されてもよい。さらに、他の実施形態においては6つ以上のスピーカが配置されてもよい。
【0027】
図2は、図1に示す信号処理部2の内部構成を示すブロック図である。図2において、100〜109はフィルタ、200〜209は加算器である。
【0028】
以下、図1および図2を用いて音像制御システムの動作を説明する。ここでは、2人の受聴者aおよびbの各両耳の位置に対応する4点(図1に示すAR、AL、BR、BL)を制御点とする。また、例として、FR信号の音声の音像定位位置を、FRスピーカ21の位置からさらに右方向に拡大するために、目標音源31および32が設定される場合を説明する。2つの目標音源位置、すなわち、目標音源31および32の位置は、2人の受聴者について同方向となるように設定される。信号処理部2は、DVDプレーヤ1からのFR信号を信号処理して、CTスピーカ20、FRスピーカ21、FLスピーカ22、SRスピーカ23、SLスピーカ24から再生する。この信号処理において、目標音源31から制御点ARおよびALまでの伝達特性GaRおよびGaL、ならびに、目標音源32から制御点BRおよびBLまでの伝達特性GbRおよびGbLを再現すれば、受聴者aおよびbは、それぞれ目標音源31および32の位置でFR信号の音が再生されているように聞こえることになる。
【0029】
詳細に説明すると、信号処理部2において、DVD1から入力されたFR信号は、フィルタ105〜109で信号処理される。フィルタ105〜109の出力信号は、CTスピーカ20、FRスピーカ21、FLスピーカ22、SRスピーカ23、およびSLスピーカ24によって再生される。この再生音の伝達特性が、受聴者aおよびbの各両耳耳元において、目標音源31、32からの伝達特性GaR、GaL、GbR、およびGbLと等しくなればよい。なお、フィルタ105〜109の出力信号は、信号処理された他chの出力信号と加算器200〜209によって加算される。
【0030】
なお、図2には、CT信号およびFR信号を処理する構成のみを図示しているが、信号処理部2は、他の信号についても同様にフィルタ信号処理し、各chの信号全てを加算して出力する構成となっている。
【0031】
ここで、FLスピーカ22から各制御点AR、AL、BR、およびBLまでの伝達特性をそれぞれFLaR、FLaL、FLbRおよびFLbLとする。同様に、FRスピーカ21から各制御点AR、AL、BR、およびBLまでの伝達特性をそれぞれFRaR、FRaL、FRbR、およびFRbLとし、SRスピーカ23から各制御点AR、AL、BR、およびBLまでの伝達特性をそれぞれSRaR、SRaL、SRbR、およびSRbLとし、SLスピーカ24から各制御点AR、AL、BR、およびBLまでの伝達特性をそれぞれSLaR、SLaL、SLbR、およびSLbLとし、CTスピーカ20から各制御点AR、AL、BR、およびBLまでの伝達特性をそれぞれCTaR、CTaL、CTbR、およびCTbLとする。この場合において、目標音源から各制御点までの伝達特性がGaR、GaL、GbR、およびGbLとなるように信号処理するためには、以下の等式が成り立てばよい。
GaR=H5・CTaR+H6・FRaR+H7・FLaR+H8・SRaR+H9・SLaR
GaL=H5・CTaL+H6・FRaL+H7・FLaL+H8・SRaL+H9・SLaL
GbR=H5・CTbR+H6・FRbR+H7・FLbR+H8・SRbR+H9・SLbR
GbL=H5・CTbL+H6・FRbL+H7・FLbL+H8・SRbL+H9・SLbL
ここで、H5〜H9は、図2に示すフィルタ105〜109のフィルタ係数である。上記の方程式(以下、方程式(a)とする。)は、式の数より未知数(フィルタ係数)の数の方が多いが、これは解がないのではなく(式が解けないのではなく)、不定(条件によって、いろいろな解が存在する)であることを意味している。事実、MINT法(例えば、参考文献「M. Miyoshi and Kaneda、 ”Inverse filtering of room acoustics”、 IEEE Trans. Acoust. Speech Signal Process. ASSP−36(2)、 145−152 (1988)」)では、制御点数+1個のスピーカで制御することが説明されている。一般に、少なくとも、制御点の数と同数以上のスピーカがあれば、これを制御するフィルタ係数(すなわち解)が求まることが知られている。
【0032】
以上より、CTスピーカ20、FRスピーカ21、FLスピーカ22、SRスピーカ23およびSLスピーカ24から各制御点(受聴者aおよびbの各両耳耳元)までの伝達特性を測定し、かつ、目標音源31および32から各制御点までの伝達特性を測定することによって、上式を用いてフィルタ105〜109のフィルタ係数H5〜H9を算出することができる。
【0033】
以上においては、FR信号を例として説明したが、CT信号を信号処理するフィルタ100〜104のフィルタ係数H0〜H4も上記と同様の方法で求めることができる。さらに、図2に示していないFL信号、SL信号およびSR信号についても同様の方法でフィルタ係数を求めることができる。これによって、全chの信号について音像定位制御が行われる。
【0034】
以上のように各フィルタ係数を算出することによって、設定した目標音源位置に音像が定位するように制御することが可能である。ただし、目標音源位置の設定の仕方によっては、上式の解を算出できない場合があり、この場合、設定した目標音源位置を実現することができない。そこで、以下、目標音源位置の適切な設定方法を説明する。
【0035】
図3は、受聴者aおよびbに対して目標音源31および32からの伝達特性を同じ特性で与えた場合を示す図である。つまり、目標音源31および32は、受聴者aおよびbに対して同方向かつ等距離となるように設定されている。図4は、図3に示す場合の伝達特性の時間特性および周波数特性(振幅)を示す図である。図4(a)および(c)は伝達特性GRを示し、図4(b)および(d)は伝達特性GLを示している。ここで、図3および図4中に示すT1は、目標音源31から受聴者aの右耳への伝搬時間を示している。同様に、T2は目標音源31から受聴者aの左耳への伝搬時間を示し、T3は目標音源32から受聴者bの右耳への伝搬時間を示し、T4は目標音源32から受聴者bの左耳への伝搬時間を示している。また、ΔTは、受聴者の右耳と左耳での伝搬時間の差分、すなわち、T2−T1を示している。
【0036】
一方、図5は、目標音源31および32の位置近傍にスピーカ30を実際に設置した場合を示す図である。図5において、gaR、gaL、gbR、およびgbLは、スピーカ30から受聴者aおよびbの各両耳までの伝達特性を示している。ある1つのチャンネル(この場合はFRch)に対して再生スピーカは1つであるので、図5のようになる。T1はスピーカ30から受聴者aの右耳への伝搬時間を、T2はスピーカ30から受聴者aの左耳への伝搬時間を、T3はスピーカ30から受聴者bの右耳への伝搬時間を、T4はスピーカ30から受聴者bの左耳への伝搬時間を、それぞれ示している。図5において、スピーカ30から受聴者までの距離は、受聴者bの方が受聴者aよりも遠いので、上記T1〜T4の間には、
T1<T2<T3<T4 …(1)
の関係がある。また、もし、受聴者aの左耳と受聴者bの右耳とが接するほど隣り合っているとすると、
T1<T2≦T3<T4 …(2)
となる。つまり、この式(2)が物理的に許せる(自然界であり得る)時間関係を示している。
【0037】
ここで、図3の場合を考えると、受聴者aと受聴者bとに同一の伝達特性を設定するということは、受聴者aと受聴者bは、スピーカ30から見て同じ位置にいるということになり、物理的にはあり得ない。より詳しく説明すると、T1〜T4は、本来、式(1)あるいは式(2)の関係を満たす必要があるにもかかわらず、図3に示す目標音源31および32の場合、受聴者aの左耳と受聴者bの右耳とにおいてT3(=T1)<T2となり、式(1)および式(2)を満たしていない。目標音源を実現するために、信号処理部2は5つのスピーカ20〜24へ入力される信号に対して信号処理するわけだが、信号処理部2は、因果律(上式(1)または(2))を満足する必要があるので、図3のような時間を遡る制御はできない。以上のように、2人の受聴者aおよびbに対してそれぞれの目標音源31および32を設定する場合、各受聴者に対して同方向かつ等距離となるような目標音源位置を設定することはできない。そこで、因果律を満足する目標音源31、32の設定が重要となる。
【0038】
図6は、本発明における目標音源の設定方法を示す図である。目標音源31から受聴者aの両耳に対する伝達特性GaRおよびGaLは、図3における伝達特性GR、GLと同じである。つまり、その時間特性は、図4(a)および(b)である。これに対して、受聴者bに対する目標音源32は、図3に示す目標音源32と比べて、方向に関してはそのままであるが、距離に関しては時間tだけ遠ざけた位置に設定されている。すなわち、目標音源32は、T3=T1+t、T4=T2+tとなるように設定される。このように設定することによって、時間特性は、図4(a)および(b)に示す時間特性をそれぞれ時間tだけ(時間軸方向に)後ろにずらした特性となる。また、振幅周波数特性は、図4(c)および(d)と同じ(つまり、目標音源の方向は図3と同じ)である。従って、受聴者bから目標音源32への方向は図3の場合と同じでありながら、因果律を満たすように設定することができる。つまり、目標音源32を図3に示す位置から時間tだけ遠ざけた距離に設定することによって、式(1)もしくは式(2)を満足することができる。これによって、信号処理部2はFR信号を制御することが可能となり、目標音源を実現するためのフィルタ係数を求めることができる。
【0039】
上記tをより詳細に決定するための方法を以下に説明する。図7は、各目標音源31および32から受聴者aおよびbの中心位置までの伝達経路を示す図である。ここで、一点鎖線で記される矢印部分は、等しい時間(距離)を示している。従って、受聴者bに対する伝達経路は、受聴者aに対する伝達経路と比べて、点線の矢印で示された部分だけ時間がかかる(距離が長い)ことになる。すなわち、受聴者の正面を0度として目標音源31および32の方向をθ度、受聴者aと受聴者bとの間の距離をXとすると、受聴者bに対する伝達経路は、受聴者aに対する伝達経路と比べて、距離Y=Xsinθ長いことになる。従って、FR信号の音が距離Yを伝播する時間を考慮すれば因果律が満足されることになる。つまり、音速をPとすると、
t=Xsinθ/P …(3)
とすればよい。
【0040】
以上のように、目標音源は、上式(1)または(2)を満たすような位置に設定することによって、実現することができる。なお、実際のスピーカ20〜24は、目標音源位置に対応する各制御点における伝達時間の関係を満たすような位置に、少なくとも1つのスピーカが設置されることが望ましい。上記の例で説明すると、各制御点AR、AL、BRおよびBLにおける、目標音源位置に対応する伝達時間T1、T2、T3、T4は、T1<T2<T3<T4という関係である。この関係を満たすような位置に設置されているスピーカが存在すれば、目標音源を容易に実現することができる。具体的には、実施の形態1においては、FRスピーカ21は、T1<T2<T3<T4という関係を満たす位置に存在している。それゆえ、実施の形態1に係る音像制御システムによって目標音源を容易に実現することができる。なお、図3に示す目標音源を設定することが不可能である理由は、次のように考えることもできる。すなわち、図3に示すような、T1=T3<T2=T4なる関係を満たすようなスピーカの位置はあり得ないので、図3に示す目標音源を設定することは不可能であると考えることができる。
【0041】
なお、以上のように設定した目標音源を実現するためのフィルタ係数は、上述の方程式(a)を用いて計算機によって算出してもよいし、以下に説明する図8のように適応フィルタを用いて算出してもよい。
【0042】
図8は、実施の形態1において適応フィルタを用いてフィルタ係数を算出する方法を示す図である。図8において、105〜109は適応フィルタ、300は測定信号発生器、151は目標特性GaRが設定された目標特性器、152は目標特性GaLが設定された目標特性器、153は目標特性GbRが設定された目標特性器、154は目標特性GbLが設定された目標特性器、41は受聴者aの右耳の位置に設置したマイク、42は受聴者aの左耳の位置に設置したマイク、43は受聴者bの右耳の位置に設置したマイク、44は受聴者bの左耳の位置に設置したマイク、181〜184は減算器である。
【0043】
測定信号発生器300から出力された測定信号は、目標特性器151〜154に入力され、図6に示す目標音源の伝達特性が与えられる。一方、測定信号は、適応フィルタ105〜109(図2と対応させるため同じ参照番号を付す。)に参照信号として入力され、適応フィルタ105〜109の出力がそれぞれスピーカ20〜24によって再生される。再生された音は、マイク41〜44で検出され、減算器181〜184へ入力される。減算器181〜184は、各マイク41〜44の出力信号から目標特性器151〜154の出力信号が減算する。減算器181〜184の出力である残差信号は、適応フィルタ105〜109へエラー信号として入力される。
【0044】
適応フィルタ105〜109では、MEFX法(例えば、参考文献「S. J. Elliott、 et al.、 ”A multiple error LMS algorithm and application to the active control of sound and vibration”、 IEEE Trans. Acoust. ASSP−35、 No.10、 1423−1434 (1987)」)に基づいて、各エラー信号が最小となる(0に近づく)ように演算される。従って、適応フィルタ105〜109の係数H5〜H9が十分に収束することによって、受聴者aおよびbの各両耳の位置で、目標とする伝達特性GaR、GaL、GbR、およびGbLが実現される。以上のように、時間領域でフィルタ係数を求める場合、図5において説明した因果律を満たさなければ係数は求まらないので、図6および図7において説明したように目標音源位置を設定しなければならない。
【0045】
以上のように、本発明では、スピーカ30から受聴者aおよびbまでの伝達特性において、伝達経路の近いものから順次音波が到着するという本来の自然原理を考慮して(図5参照。)、図6に示すように、因果律を満たす目標音源31および32を設定する。これによって、2人の受聴者aおよびbの各両耳を制御点とした音像定位制御が可能となる。それゆえ、受聴者aおよびbは、実際には実在しない目標音源31および32があたかもその場所に実在するように感じる。つまり、FRスピーカ21がさらに右方向に拡大したように感じられる。
【0046】
なお、以上においては、FR信号について説明したが、FL信号についても方向が左というだけで、目標音源の設定の仕方は同じである。従って、以上と同様の方法によって、FL信号についても、2人の受聴者aおよびbの各両耳を制御点とした音像定位制御が可能となる。
【0047】
次に、CT信号について音像定位制御を行う場合について説明する。図9は、CT信号を受聴者aおよびbのそれぞれ正面に同時に音像定位する場合を示す図である。ここで、実際の目標特性を考える。図10は、受聴者a(あるいはb)の正面に実際にスピーカ30がある場合を示す図である。図10から明らかなように、伝達特性gaR、gaL、gbR、およびgbLは全ておよそ等しく、その伝達時間Tもおよそ等しい。従って、受聴者の正面に目標音源を設定する場合、特別な因果律を考慮することは不要である。例えば、図8の目標特性器151〜154に全て等しい(あるいはほとんど等しい)伝達特性gaR、gaL、gbR、およびgbLを設定することによって、当該伝達特性を実現するためのフィルタ係数が求まる。これによって、受聴者aおよびbは、実際には実在しない目標音源31および32があたかもその場所に実在するように、すなわち、CTスピーカ20が各受聴者aおよびbの正面にあるように感じる。
【0048】
次に、SL信号について音像定位制御を行う場合について説明する。図11は、SLスピーカ24をさらに左に拡大するように音像定位制御を行う場合を示す図である。図12は、目標音源31および32の位置付近にスピーカ30を実際に設置した場合を示す図である。図12において、gaR、gaL、gbR、およびgbLは、スピーカ30から受聴者aおよびbの各両耳までの伝達特性を示している。また、T4’はスピーカ30から受聴者aの右耳への伝搬時間を、T3’はスピーカ30から受聴者aの左耳への伝搬時間を、T2’はスピーカ30から受聴者bの右耳への伝搬時間を、T1’はスピーカ30から受聴者bの左耳への伝搬時間を、それぞれ示している。図12において、スピーカ30から受聴者までの距離は、受聴者aの方が受聴者bよりも遠いので、上記T1’〜T4’の間には、
T1’<T2’<T3’<T4’ …(4)
の関係がある。また、もし、受聴者aの左耳と受聴者bの右耳が接するほど隣り合っているとすると、
T1’<T2’≦T3’<T4’ …(5)
となる。つまり、この式(5)が物理的に許せる(自然界であり得る)時間関係を示している。
【0049】
そこで、上記式(4)または(5)の関係を満足するために、図13のように目標音源31および32を設定する。目標音源31から受聴者aの右耳までの伝達特性GaRと、目標音源32から受聴者bの右耳までの伝達特性GbRとの関係は、振幅周波数特性は同じ(つまり方向は同じ)でありながら、目標音源31を時間tだけ遠ざけて設置している関係である。同様に、目標音源31から受聴者aの左耳までの伝達特性GaLと、目標音源32から受聴者bの左耳までの伝達特性GbLとの関係は、振幅周波数特性は同じ(つまり方向は同じ)でありながら、目標音源31を時間tだけ遠ざけて設置している関係にある。このように目標特性を設定することで、因果律を満たすことができる。これによって、信号処理部2はSL信号を制御することが可能となり、目標音源を実現するためのフィルタ係数も求めることができる。
【0050】
なお、SR信号についても、SL信号と同様の方法で目標音源位置を設定することによって、2人の受聴者aおよびbの各両耳を制御点とした音像定位制御が可能となる。
【0051】
以上によって、5つの全てのch信号(今回、WF信号については特に説明していないが、これは、低周波信号にはあまり方向感がなく、音像定位制御する必要性が他ch信号と比較して少ないからである。ただし、不可能なわけではなく、必要ならば同様の考え方で制御すればよい。)について、目標音源位置の設定方法と、それを用いた音像定位制御について説明した。図14は、5つの信号全てを組み合わせた場合を示す図である。図14においては、受聴者aに対する目標音源31FR、31CT、31FL、31SR、および31SLは点線のスピーカで示している。また、受聴者bに対する目標音源32FR、32CT、32FL、32SR、および32SLは斜線の入ったスピーカで示している。
【0052】
図14には、受聴者aの中心位置と実際の各スピーカ(CTスピーカ20、FRスピーカ21、FLスピーカ22、SRスピーカ23、およびSLスピーカ24)とを結ぶ実線矢印が示されている。この実線矢印から明らかなように、受聴者aと実在する各スピーカとの距離や角度などのバランス関係は、アンバランスなものとなっている。これに対して、受聴者aの中心位置と各目標音源(目標音源31FR、31CT、31FL、31SR、および31SL)とを結ぶ点線矢印が示されている。この点線矢印から明らかなように、本実施の形態のように音像定位制御を行うことによって、受聴者aと各目標音源との距離や角度等のバランス関係は、良好なバランスに改善されている。なお、図14からもわかるように、受聴者bについても受聴者aと同様の改善効果がある。
【0053】
なお、実施の形態1のように、目標音源の設定位置を実際のスピーカの設置位置よりも左右に拡大することによって、部屋が狭いなどの理由から実際のスピーカを角度を十分に開いて設置できない場合や、FRスピーカ21、FLスピーカ22およびCTスピーカ20がテレビに組込まれている場合であっても、ユーザは音を広げて聞くことが可能となる。
【0054】
なお、実施の形態1においては、CT信号については各受聴者aおよびbの正面に目標音源を設定したが、例えばテレビなどの画面がある場合には、その画面位置に目標音源を設置するようにしてもよい。
【0055】
図15は、受聴者aおよびbに共通の位置に目標音源を設置する方法を示す図である。例えば、テレビが受聴者a、bの前方中央に設置されているとすると、そこにスピーカ30を設置する。この場合、スピーカ30から受聴者aの左耳までの伝達特性gaLと受聴者bの右耳までの伝達特性gbRとはおよそ等しい。同様に、スピーカ30から受聴者aの右耳までの伝達特性gaRと受聴者bの左耳までの伝達特性gbLとはおよそ等しい。従って、図9および図10で説明したように、図15に示す場合の伝達特性をそのまま図8の目標特性器151〜154に設定することによって、フィルタ係数を算出することができる。
【0056】
以上より、CT信号の音像定位制御において、各受聴者aおよびbの正面に目標音源を設定する場合、あるいは、受聴者aおよびbに対称な位置(例えば前方中央位置)に目標音源を設定する場合は、FR信号等のように因果律を満足させる工夫は特に必要がない。つまり、2人の受聴者aおよびbに関して同方向かつ等距離に目標音源を設定することができる。
【0057】
このように、実施の形態1によれば、2人の受聴者に対して同時に音像定位制御を行うことが可能となり、各受聴者において同様の音像定位効果が得られる。
【0058】
(実施の形態2)
以下、実施の形態2に係る音像制御システムについて説明する。図16は、実施の形態2においてFR信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。図16に示す音像制御システムの構成は、SLスピーカ24を使用せずにFR信号の音像定位制御を行う点以外は、図1に示す構成と同様である。実施の形態2では、FR信号(他のch信号についても同様)について目標音源31および32を実現するという目的は実施の形態1と同じであるが、使用しているスピーカの個数が異なっている。具体的には、実施の形態1では、4つの制御点を5つのスピーカ20〜24によって制御していたが、実施の形態2では、4つのスピーカ20〜23によって制御する。実施の形態2においては、制御点と制御スピーカとが同数なので、信号処理部2内の制御フィルタの特性は一意に求まる(方程式(a)の解が求まる)。
【0059】
ここで、SLスピーカ24を使用しない理由は、SLスピーカが、FR信号の目標音源とほぼ正反対の位置にあるためである。SLスピーカ24は目標音源31および32とは正反対の位置にあるので、SLスピーカ24から伝搬される音は、当然、目標音源31および32から伝搬される音とは逆方向から制御点に到達する。この場合、制御点では問題ないのだが、制御点を外れるほど、目標音源31および32から伝搬される音とSLスピーカ24から伝搬される音との特性(特に位相)にずれが生じてくる(目標特性と波面が合わない)。従って、目標音源位置と反対方向にあるスピーカについては、使用しない(信号を入力しない)ことが好ましい場合がある。
【0060】
なお、一般に、制御スピーカ数を削減すると、音像定位効果の劣化に繋がる可能性が高くなる。しかし、本音像制御システムは、目標音源31および32の位置と前後方向に関しては反対だが左右方向に関しては同じ方向に位置するSRスピーカ23と、目標音源31および32の位置と左右方向に関しては反対だが前後方向に関しては同じ方向に位置するFLスピーカ22とを有する。従って、FR信号を制御点と同数のスピーカを用いて音像定位制御する場合、目標音源31および32の位置と前後左右方向に関して正反対の位置にあるSLスピーカ24以外のスピーカ20〜23を用いることによって、信号処理部2の制御フィルタ係数を算出することができる。そして、制御フィルタの数は実施の形態1よりも少ないにもかかわらず、定位効果は実施の形態1の場合と同程度に確保される(目標特性と比較的波面が合ったスピーカを使用しているため)。なお、目標特性の設定方法は、実施の形態1と同様なので省略する。
【0061】
なお、以上はFR信号についての説明であったが、FL信号についても同様にスピーカの数を減らすことができる。具体的には、FL信号について図14に示す目標音源31FLおよび32FLを実現しようとする場合、SRスピーカ23を使用しない構成とすることができる。
【0062】
次に、CT信号について音像定位制御を行う場合について説明する。図17は、実施の形態2においてCT信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。実施の形態1(図9)と比較すると、実施の形態2においては、SRスピーカ23およびSLスピーカ24を制御スピーカとして用いない構成である点で異なる。目標音源31および32と反対の位置にあるSRスピーカ23およびSLスピーカ24を用いていない理由は、上記FR信号の場合と同様である。
【0063】
ここで、図17の場合には、制御スピーカ(スピーカ20〜22)の個数が制御点より少ないので、信号処理部2の制御フィルタは特性が求まらない(方程式(a)の解がない)のではないかと思われる。しかし、目標音源31および32とおよそ同じ方向のスピーカ20〜22を用いている(比較的目標特性と波面が合ったスピーカを使用している)ので、スピーカ数が1つ少ないという理由で特性が求まらないということはない。特に、位相制御による定位効果は低周波(約2kHz以下)であるほど効果が大きいので、信号の低域成分に限定して音像定位制御を行えば、スピーカ数が1つ少なくても十分に制御特性を求めることができる。具体的に説明すると、一般には、両耳での位相差がλ/4以内であれば、受聴者は同位相であると感じると考えられる。人の両耳間の距離を、17cmとして考えると、波長λが、λ/4=0.17、すなわち、λ=0.68となるような周波数であれば、受聴者の両耳間の中央付近(の1点(図17に示す×印))を制御点とすることができる。つまり、f=v/λ=340/0.68=500(Hz)(vは音速)以下の周波数である場合、制御点を1点とすることができる。この場合、2人の受聴者に関する制御点は2点であり、スピーカ数より少ないのでフィルタ係数の解を求めることができる。以上より、図17に示す構成では、制御フィルタの数は実施の形態1よりも少ないにもかかわらず、定位効果は実施の形態1と同程度に確保される。なお、目標特性の設定方法は、実施の形態1と同様なので省略する。
【0064】
次に、SL信号について音像定位制御を行う場合について説明する。図18はSL信号の制御方法を示している。図18は、実施の形態2においてSL信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。実施の形態1(図11)と比較すると、実施の形態2においては、FRスピーカ21を制御スピーカとして用いない構成である点で異なる。目標音源31および32とほぼ反対の位置にあるFRスピーカ21を用いていない理由は、上記FR信号の場合と同様である。以上によって、図18に示す構成では、制御フィルタの数は実施の形態1よりも少ないにもかかわらず、定位効果は実施の形態1と同程度に確保される。なお、目標特性の設定方法は、実施の形態1と同様なので省略する。
【0065】
なお、以上はSL信号についての説明であったが、SR信号についても同様にスピーカの数を減らすことができる。具体的には、SR信号について図14に示す目標音源31SRおよび32SRを実現しようとする場合、FLスピーカ22を使用しない構成とすることができる。
【0066】
以上のように、使用するスピーカの数を減らして各ch信号を組み合わせた場合、音像制御システムの全体構成は図14と同じになるが、信号処理部2の内部構成は実施の形態1と異なる。具体的には、上述したように、CT信号では図2における制御フィルタ103および104の2個の制御フィルタが削減され、FR信号では図2における制御フィルタ109の1個の制御フィルタが削減される。これと同様に、FL信号では制御フィルタが1個削減される。さらに、SR信号およびSL信号ではそれぞれ1個の制御フィルタが削減される。以上より、システム全体で6個の制御フィルタが削減されることとなり、信号処理部2の全体演算量を低減することができる、あるいは、演算量を同等にするため各制御フィルタタップ数を大きくできる、という利点がある。
【0067】
なお、CT信号については、図19に示すようにFRスピーカ21およびFLスピーカ22のみを使用する構成も考えられる。この場合は、制御フィルタ数をさらに1個削減することができる。
【0068】
なお、実施の形態1および2においては、受聴者が2人である場合について説明してきたが、受聴者の人数はこれに限定するものではない。すなわち、受聴者が3人以上である場合も、上記と同様の考え方で制御を行えばよい。ただし、受聴者が3人以上である場合、実施の形態1の場合よりも制御点が増えるので、スピーカもその分多く使用する必要がある点に注意する。
【0069】
また、スピーカシステムやリスニングルームについて何ら言及してこなかったが、本発明は、一般的なシステムや部屋は当然のこと、カーオーディオ等への応用についても同様に適用可能である。
【0070】
(実施の形態3)
以下、実施の形態3に係る音像制御システムについて説明する。図20は、実施の形態3に係る音像制御システムを示す図である。図20において、1は音源であるDVDプレーヤ、2は信号処理部、20はCTスピーカ、21はFRスピーカ、22はFLスピーカ、23はSRスピーカ、24はSLスピーカ、31は受聴者aの目標音源、32は受聴者bの目標音源、500はディスプレイ、501は自動車である。図20は、実施の形態1に係る音像制御システム(図1)を自動車に応用した構成である。実施の形態3においても、FR信号(他のch信号についても同様)について目標音源31および32を実現するという目的は実施の形態1と同じである。なお、図20において、スピーカ21および22はそれぞれフロントドア(あるいはその近辺)に、CTスピーカ20はフロントコンソールの中央付近に、スピーカ23および24はリアトレイに、それぞれ設置されている。なお、実施の形態3では、音声信号の他、映像信号がDVDプレーヤから出力される。映像信号は、ディスプレイ500によって再生される。
【0071】
自動車室内は、密閉された小空間であることや、ガラスなどの反射物があること等の理由で、定在波が発生しやすい、あるいは残響が強いといった、複雑な音響特性を有している。そのため、スピーカ数や信号処理プロセッサのコストパフォーマンス等が限られた条件下で、低域から高域までの全周波数帯域に対して複数(ここでは、4つ)の制御点について音像定位制御を行うことは、かなりの困難を伴う。
【0072】
そこで、実施の形態3においては、信号を帯域分割し、比較的制御が容易な低い周波数帯域に対して音像定位制御を行う。分割するクロスオーバー周波数に関しては、例えば、位相特性が重要となる約2kHz以下の周波数について音像定位制御を行うことが考えられる。制御困難な音響特性が2kHz以下で存在する場合は、その周波数付近で分割してもよい。以下、実施の形態3に係る音像制御システムの動作を説明する。
【0073】
図21は、実施の形態3における信号処理部2の内部構成を示す図である。図21に示す構成は、各入力信号(図21では、CT信号およびFR信号のみを示す。)を低域と高域とに分割する構成となっている。なお、図2との重複部分については説明を省略する。
【0074】
図21において、310および311はローパスフィルタ(以下LPFとする)、320および321はハイパスフィルタ(以下HPFとする)、330〜333は遅延器(図では“Delay”と記す。)、340〜345はレベル調整器(図では、それぞれ、“G1”〜“G6”と記す。)である。入力されたFR信号は、レベル調整器344および345によって適宜レベル調整され、LPF311とHPF321とに入力される。LPF311ではFR信号の低域成分が抽出され、抽出された信号に対してフィルタ105〜109によって信号処理が行われる。このフィルタ105〜109の動作については、扱っている信号が低域成分という点以外は図2の場合と同様である。
【0075】
一方、HPF321では入力信号の高域成分が抽出され、抽出された信号は遅延器333で時間調整される。遅延器333は、フィルタ106で処理される低域成分の信号と時間を合わせることを主目的として、時間調整を行う。遅延器333の出力信号は、加算器206を経由したフィルタ106の出力信号と加算器210によって加算され、FRスピーカ21へ入力される(図21では、単に「FR」と記す。以下、他の図面においても同様。)。以上のように、入力信号の低域成分はフィルタ105〜109によって目標音源31および32の位置に定位するように制御され、入力信号の高域成分は目標音源に近い方向にあるFRスピーカ21によって再生される。これによって、複雑な音響特性を有する自動車室内においても、受聴者aおよびbには、それぞれ目標音源31および32からFR信号が再生されているように聞こえるように制御することができる。
【0076】
ここで、上記のように入力信号(ここでは、FR信号)を高域成分と低域成分とに分けて信号処理する場合、FRスピーカ21の設置場所によっては、FRスピーカ21から再生される高域成分の音に音像定位感が引っ張られて、FR信号全体の音像が目標音源31および32からずれた位置に聞こえる可能性がある。ここで、信号の高域成分は位相特性より振幅(音圧)特性の方が定位の知覚に有効であるので、他のスピーカとの振り分け再生によって音像定位のインテンシティ制御を行うことが可能である。以下、具体例を説明する。
【0077】
図22は、実施の形態3において、入力信号の高域成分についてインテンシティ制御を行う場合の信号処理部2の内部構成を示す図である。図22に示す構成は、FR信号の高域成分をFRスピーカ21とSRスピーカ23とに振分け、レベル調整器345および346によってインテンシティ制御を行う構成である。
【0078】
なお、FL信号についても左右が異なる点以外はFR信号と同様である。すなわち、FL信号の高域成分は、FLスピーカ22のみから再生することも可能であるし、FLスピーカ22とSLスピーカ24とのインテンシティ制御を行うことも可能である。
【0079】
次に、CT信号について説明する。図23は、実施の形態3においてCT信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。図23においては、受聴者aおよびbのそれぞれ正面に目標音源31および32が設定されている。なお、音像制御システムの構成(信号処理部2の構成を含む。)は、図20と同様である。
【0080】
図21において、LPF310ではCT信号の低域成分が抽出され、抽出された信号に対してフィルタ100〜104によって信号処理が行われる。このフィルタ100〜104の動作については、扱っている信号が低域成分という点以外は図2の場合と同様である。
【0081】
一方、CT信号の高域成分はHPF320によって抽出される。抽出された信号は、レベル調整器341〜343によって、各受聴者aおよびbの正面に定位するようにインテンシティ制御すべく適宜レベル調整される。レベル調整された信号は、それぞれ遅延器330〜332によって時間調整され、フィルタ100〜104の出力と加算器200〜204によって加算され、CTスピーカへ入力される。遅延器330〜332においては、例えば、受聴者aおよびbの耳元でフィルタ100〜104からの低域成分と時間が合うように調整される。以上のように、CT信号の低域成分はフィルタ100〜104によって音像定位制御され、CT信号の高域成分はインテンシティ制御される。その結果、CT信号があたかも図23に示す目標音源31〜32の位置から再生されているような感覚を各受聴者aおよびbに与えることができる。
【0082】
図24は、実施の形態3においてCT信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。図24においては、CT信号の目標音源31(ここでは、目標音源31は、受聴者aおよびbの双方に対する目標音源である。)をディスプレイ500の位置に設定している点で図23と異なっている。これは、音声再生のみならず映像再生を伴う場合に、目標音源位置をディスプレイ500に設定することが有効である。なぜなら、映画の台詞や歌手の音声等は映像と一致した位置、すなわち、ディスプレイ500の位置から聞こえるのが自然だからである。なお、図24に示す目標音源31の設定方法は、図15の場合と同様の方法でよい。
【0083】
図24に示すように目標音源31を設定する場合、信号処理部2は例えば図22のように構成される。図22において、CT信号の低域成分は、LPF310で抽出され、抽出された信号は、フィルタ100〜104によって信号処理が行われる。一方、CT信号の高域成分は、HPF320で抽出され、抽出された信号は、遅延器330で時間調整される。さらに、時間調整された信号は、フィルタ100の出力と加算器200によって加算され、CTスピーカ20へ入力される。遅延器330は、例えば、受聴者aおよびbの耳元でフィルタ100〜104からの低域成分と時間が合うように、時間調整する。なお、加算機200において加算する音圧レベルは、レベル調整器340および341において調整すればよい。以上のように、CT信号の低域成分は、フィルタ100〜104によって音像定位制御され、CT信号の高域成分は、ディスプレイ500に近接したCTスピーカ20から再生される。これによって、CT信号があたかも図24のディスプレイ500から再生されているような感覚を各受聴者aおよびbに対して与えることができる。
【0084】
次に、SL信号について説明する。図25は、実施の形態3においてSL信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。図25においては、受聴者aおよびbのそれぞれ左側後方に目標音源31および32が設定されている。
【0085】
図26は、実施の形態3における信号処理部2の内部構成を示す図である。図26において、SL信号の低域成分は、LPF312で抽出された後、フィルタ110〜114によって信号処理される。一方、SL信号の高域成分はHPF322で抽出され、遅延器335および336で時間調整される。遅延器335および336は、例えば、受聴者aおよびbの耳元でフィルタ110〜114からの低域成分と時間が合うように、時間調整する。時間調整された信号は、レベル調整器348および349によって、図25に示す目標音源31および32位置に音像が定位するようにインテンシティ制御すべく適宜レベル調整される。レベル調整された信号は、それぞれフィルタ112および114の出力と加算器212および213によって加算され、SLスピーカ24およびFLスピーカ22へ入力される。以上のように、SL信号の低域成分はフィルタ110〜114によって音像定位制御され、SL信号の高域成分はインテンシティ制御される。これによって、SL信号があたかも図25に示す目標音源31および32の位置から再生されているような感覚を各受聴者aおよびbに与えることができる。
【0086】
なお、SR信号についても左右が異なる点以外はSL信号と同様である。すなわち、SR信号の高域成分は、SRスピーカ23のみから再生することも可能であるし、SRスピーカ23とFRスピーカ21とのインテンシティ制御を行うことも可能である。
【0087】
なお、スピーカの位置が異なる場合についても、上記と同様の制御を行うことが可能である。図27は、スピーカの位置が異なる場合において、SL信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。図27においては、SRスピーカ23およびSLスピーカ24が、それぞれ自動車の右側リアドアおよび左側リアドアに設置されている。
【0088】
図27において、SL信号の目標音源31および32は、SLスピーカ24とほとんど同じ位置であるので、SL信号の高域成分はSLスピーカ24から再生するようにしてもよい。また、SL信号の目標音源31および32がSLスピーカ24とほとんど同じ位置であることから、SL信号全帯域について音像定位制御を行わず、SL信号の全帯域をSLスピーカ24から再生するようにしてもよい。この場合、図26に示す遅延器335は、他ch信号との時間調整に使用される。以上のように、目標音源位置がスピーカの位置とほとんど同じである場合には、フィルタ110〜114、LPF312、およびHPF322を削減することができる。
【0089】
以上のように、音像制御システムを自動車内に適用する場合において、各5chの信号それぞれの制御方法について説明を行った。従って、図14で説明したように全ての信号を組み合わせれば、5chの信号それぞれについて同時に音像定位制御を行うことができる。
【0090】
なお、実施の形態3においては、4つの制御点を、自動車の前部座席の受聴者の各両耳の位置として説明したが、制御点の位置はこれに限定するものではなく、後部座席の受聴者の位置を制御点としてもよい。
【0091】
(実施の形態4)
以下、実施の形態4に係る音像制御システムについて説明する。実施の形態4に係る音像制御システムは、実施の形態3と同じく自動車への応用例であって、実施の形態2と同じく制御スピーカ数が制御点数と同数以下の場合について説明する。なお、FR信号、FL信号、SR信号およびSL信号に関しては、制御スピーカの数を減らす方法については実施の形態2と同様であり、高域成分の処理については実施の形態3と同様である。一方、CT信号に関しては、制御スピーカの数を減らす方法は、実施の形態2と同様であってもよいし、以下に説明する方法であってもよい。
【0092】
実施の形態4においては、CT信号の低域成分については、FRスピーカ21およびFLスピーカ22の2個を用いて音像定位制御を行い、CT信号の高域成分については、CTスピーカを使用する。つまり、CT信号の低域成分については波長が長いので、2つのスピーカ21および22で4つの制御点を制御する。そして、CT信号の高域成分については、3つのスピーカ20〜22でインテンシティ制御を行う。図28は、実施の形態4においてCT信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。図28から明らかなように、CT信号の制御については、SRスピーカ23およびSLスピーカ24にはCT信号が入力されない。また、図29は、実施の形態4における信号処理部2の内部構成を示す図である。なお、図29に示す信号処理部2の動作は、フィルタ数が少ない点以外は、図21に示すCT信号に関する動作と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【0093】
図29において、CT信号の成分のうち、CTスピーカ20に入力されるのは、高域成分のみである。すなわち、CTスピーカ20は高域成分のみを再生することができればよいので、CTスピーカを、ツイータ等の小型スピーカによって実現することが可能である。一般的に、(特に自動車内においては)CTスピーカ20を設置するスペースは大きくないことからCTスピーカ20の設置が困難であることが多い。そこで、実施の形態4のように、CTスピーカ20を小型スピーカによって実現することによって上記問題を解決することができる。さらに、CTスピーカ20をディスプレイ500に組込むことができれば、スペースメリットは非常に大きくなる。
【0094】
なお、実施の形態4において、CT信号の目標音源位置を、ディスプレイ500の位置に設定してもよい。図30は、実施の形態3においてCT信号の目標音源位置をディスプレイ500の位置に設定した様子を示す図である。図30に示すように、CT信号の目標音源31(ここでは、目標音源31は、受聴者aおよびbの双方に対する目標音源である。)は、ディスプレイ500の位置である。このとき、信号処理部2の構成は、例えば、図31のようになる。図31は、図30に示す目標音源位置を実現するための信号処理部2の内部構成を示す図である。図31に示す構成は、CT信号の高域成分をCTスピーカ20のみに入力する点以外は、図29に示す構成と同様であるので、図31に示す構成の詳細な説明は省略する。なお、ここでは、CTスピーカは、ディスプレイ500に組込まれているか、または、ディスプレイ500近傍に設置されているものとする。
【0095】
なお、実施の形態4においては、4つの制御点を、自動車の前部座席の受聴者の各両耳の位置として説明したが、制御点の位置はこれに限定するものではなく、後部座席の受聴者の位置を制御点としてもよい。
【0096】
また、実施の形態4においては、音像制御システムを自動車内に適用した場合について説明したが、他の実施の形態としては、例えば家庭内のテレビとオーディオシステムとを用いて音像制御システムを適用するものが考えられる。具体的には、本実施の形態4のように、CTスピーカ20は高音再生用として用いることができる場合、CTスピーカ20をテレビの内蔵スピーカによって実現し、他のスピーカをオーディオ用スピーカによって実現することが可能となる。
【0097】
(実施の形態5)
以下、実施の形態5に係る音像制御システムについて説明する。図32は、実施の形態5に係る音像制御システムの概要を示す図である。実施の形態5は、自動車の後部座席の受聴者を考慮に入れた例である。すなわち、実施の形態5においては、図32に示すように、受聴者が受聴者a〜dの4人である場合について説明する。
【0098】
図33は、実施の形態5における信号処理部2の構成を示す図である。図33に示す信号処理部2は、前部座席に位置する2人の受聴者aおよびbに対しては音像定位制御を行い、後部座席に位置する2人の受聴者cおよびdに対しては全チャンネルの信号をリアスピーカ23および24(上述のSRスピーカ23およびSLスピーカ24に対応するので、同じ参照番号を付す。)によって再生する。これによって、後部座席の受聴者への情報の劣化および欠落を防止するものである。また、ここでは、CT信号についてはディスプレイ500の位置に定位させるものとする。ただし、CT信号の目標音源位置はこれに限定されるものではなく、これまで説明してきたように受聴者aおよびbの各正面に定位させるようにしてもよい。以下、信号処理部2の動作を具体的に説明する。
【0099】
CT信号は、LPF310によって低域成分が抽出され、抽出された信号に対して、フィルタ100〜102によって音像定位制御のための信号処理が行われる。一方、HPF320で抽出されたCT信号の高域成分は、遅延器330によって適度な遅延が与えられ、加算器200でフィルタ100の出力と加算される。フィルタ100〜102からの出力信号とCT信号の高域成分とがスピーカ20〜22に入力され、再生される。これによって、CT信号の音をディスプレイ500の位置に音像定位制御することができる。
【0100】
なお、図33においては、リアスピーカ23および24を使用しない構成となっているが、これに限定されるものではなく、使用してもよい。ただし、後部座席の音像あるいは音質等を考慮しなければならない。図33の構成によれば、フィルタ100〜102による音像定位制御の後部座席の影響を抑えることができるとともに、前部座席についても目標とする前方向のスピーカ20〜22のみを使用しているので、良好な音像定位効果を得ることができる。
【0101】
FR信号は、LPF311によって低域成分が抽出され、フィルタ105〜108によって音像定位制御のための信号処理が行われる。一方、HPF321で抽出されたFR信号の高域成分は、遅延器331によって適度な遅延が与えられ、加算器210でフィルタ106の出力と加算される。そして、スピーカ20〜23によってフィルタ105〜108の出力と高域成分を再生することでFR信号を音像定位制御できる。フィルタ105〜108からの出力信号とFR信号の高域成分とがスピーカ20〜23に入力され、再生される。これによって、FR信号の音を音像定位制御することができる。
【0102】
なお、図33においては、リアスピーカ(SLスピーカ)24を使用しない構成となっているが、これに限定されるものではなく、使用してもよい。また、図33に示す構成は、FR信号の高域成分をFRスピーカ21のみによって再生する構成であるが、これに限定されるものではなく、実施の形態3のように複数スピーカによるインテンシティ制御を行ってもよい。ただし、後部座席の音像あるいは音質等を考慮しなければならない。図33の構成によれば、フィルタ105〜108による音像定位制御の後部座席の影響を抑えることができるとともに、前部座席についても良好な音像定位効果を得ることができる。
【0103】
FL信号については、FR信号と同様の処理が行われる。すなわち、LPF312によってFL信号の低域成分が抽出され、フィルタ115〜118によって音像定位制御のための信号処理が行われる。一方、HPF322で抽出されたFL信号の高域成分は、遅延器332によって適度な遅延が与えられ、加算器211でフィルタ117の出力と加算される。そして、スピーカ20〜22、24によってフィルタ115〜118の出力と高域成分を再生することでFL信号を音像定位制御できる。
【0104】
なお、図33においては、リアスピーカ(SRスピーカ)23を使用しない構成となっているが、これに限定されるものではなく、使用してもよい。また、図33に示す構成は、FL信号の高域成分をFLスピーカ21のみによって再生する構成であるが、これに限定されるものではなく、実施の形態3のように複数スピーカによるインテンシティ制御を行ってもよい。ただし、後部座席の音像あるいは音質等を考慮しなければならない。図33の構成によれば、フィルタ115〜118による音像定位制御の後部座席の影響を抑えることができるとともに、前部座席についても良好な音像定位効果を得ることができる。
【0105】
SR信号は、レベル調整器347によって適度にレベル調整された後、遅延器334で適度に遅延され、SRスピーカ23から再生される。すなわち、実施の形態5においては、SR信号についてはフィルタによる音像定位制御を行わない形態である。これは、前部座席の受聴者aおよびbに加えて後部座席の受聴者cおよびdをも対象とする場合、SR信号についても前部座席用の音像定位制御を行うと、リアスピーカ23および24に近い受聴者cおよびdは、これらリアスピーカ23および24の影響を強く受け、受聴者cおよびdに対する音質等に悪影響が出る可能性が高いからである。なお、図27に示すように、リアスピーカ23および24がリアドアに設置されている場合、目標音源位置と設置位置とが比較的近いので、音像定位制御を行わなくてもサラウンド効果を得やすい。従って、この場合は、SR信号についてフィルタによる音像定位制御を行う必要性は小さいといえる。なお、SL信号についても、上記SR信号と同様の理由によって、フィルタによる音像定位制御が行われない。以上で、図32の前部座席の受聴者aおよびbに対する各ch信号の音像定位制御の説明を終了する。
【0106】
次に後部座席について説明する。前述の実施の形態1〜4のような前部座席のみを対象とした構成では、後部座席の受聴者に対する音像や音質については考慮されておらず、前部座席において最もよい効果が得られるように調整される。この場合、後部座席では、受聴者とスピーカの距離との関係から、リアスピーカ23および24からの音が大きく、フロントスピーカ(CTスピーカ、FRスピーカおよびFLスピーカ)20〜22の音が小さくなり、前からの音と後からの音のバランスが非常に悪くなる。従って、図32のように後部座席での受聴者cおよびdに対してもオーディオサービスを行うする場合、フロントスピーカおよびリアスピーカの再生音レベルのアンバランスを解決する必要がある。
【0107】
そこで、実施の形態5においては、上記アンバランスを解決する構成をとっている。さらに、その際に前部座席の受聴者aおよびbに対する音像定位効果に影響を与えないようにする。この両立を図るために、図33では、前部座席については、前述したように後部座席の影響を抑えた音像定位制御を行う。一方、後座席については、音像定位制御を行わずにCT信号、FR信号、およびFL信号と、SR信号およびSL信号とのアンバランスのみを改善する構成となっている。以下、図33を具体的に説明する。
【0108】
CT信号は、レベル調整器348でレベル調整され、遅延器335で遅延を与えられた後、加算器214および215に加えられる。FR信号は、レベル調整器349でレベル調整され、遅延器336で遅延を与えられた後、加算器215に加えられる。FL信号は、レベル調整器350でレベル調整され、遅延器337で遅延を与えられた後、加算器214に加えられる。さらに、加算器214および215の出力信号は、それぞれ加算器212および213に加えられる。これによって、SR信号にCT信号およびFR信号が加えられた信号がリアスピーカ24によって再生される。また、SL信号にCT信号およびFL信号が加えられた信号がリアスピーカ23によって再生される。
【0109】
以上のように、実施の形態5においては、リアスピーカ23および24から、SR信号およびSL信号に加えて、CT信号、FR信号およびFL信号を再生する。これによって、後部座席の受聴者が感じる上記アンバランスの問題を改善できる。なお、前部座席用のレベル調整器340〜347と後部座席用のレベル調整器348〜350とによって全体のレベルバランスを調整することによって、前部座席と後部座席との相互の影響を抑えることができる。その結果、前部座席および後部座席の双方で良好な音質を得ることができる。
【0110】
(実施の形態6)
以下、実施の形態6に係る音像制御システムについて説明する。図34は、実施の形態6に係る音像制御システムの概要を示す図である。実施の形態6に係る音像制御システムは、5.1chの音声信号に含まれるウーファー信号(WF信号)に関する制御を行うものである。ここで、図34は、前部座席のみを制御する場合を示しており、このときの信号処理部2は例えば図35のように構成される。
【0111】
図35は、実施の形態6における信号処理部2の構成を示す図である。なお、前部座席の受聴者に対する制御については、WF信号以外は図33と同じである。WF信号は、前部座席のみに調整すればよく、WF信号の再生される周波数帯域が超低域(例えば約100Hz以下)であることから受聴者aおよびbにおいておよそ同音圧と考えられる。以上より、図35では、WF信号についてはレベル調整および遅延調整が施されてWFスピーカ25によって再生する構成となっている。
【0112】
なお、前部座席の受聴者に対してのみ制御を行う場合であれば図35の構成でも問題ないのだが、後部座席の受聴者も制御対象とする場合(図36参照)には、WF信号の再生レベルが前部座席の受聴者用に設定されるので、後部座席では過大な再生レベルとなってしまう。これを解決するために、以下に示すような方法を採用してもよい。以下、後部座席の受聴者を考慮した実施の形態6に係る音像制御システムについて説明する。
【0113】
図36は、後部座席にも受聴者がいる場合における実施の形態6に係る音像制御システムの概要を示す図である。図36に示すように、CTスピーカ20を除くスピーカ21〜25を用いて、4つの制御点α、β、γおよびθにおいて、WF信号再生レベルがおよそ同音圧となるように制御される。なお、ここではCTスピーカ20を制御用に使用していないが、もちろん使用してもよい。ただし、CTスピーカ20は、通常、超低周波の再生が難しいので、使用する可能性は低いと考えられる。また、受聴者の各両耳でなく近傍1点としているのは、対象とする周波数の波長が低周波であることから、十分であると考えられるからである。
【0114】
図37は、実施の形態6において適応フィルタを用いてフィルタ係数を算出する方法を示す図である。図37において、目標特性器155〜158には制御点α、β、γおよびθ(つまりマイク41〜44)での目標特性が設定されている。ここでは、WFスピーカ25から制御点αまでの伝達特性をP1、制御点βまでの伝達特性をP2、制御点γまでの伝達特性をP3、制御点θまでの伝達特性をP4とする。また、目標特性器155にはP1が、目標特性器156にはP2が、目標特性器157にはP3’が、目標特性器157にはP4’が、それぞれ設定されている。ここで、P3’は、P1やP2とレベルがおよそ等しくなるように調整されたP3の特性であり、時間特性はP3とおよそ等しい。また、P4’は、P1やP2とレベルがおよそ等しくなるように調整されたP4の特性であり、時間特性はP4とおよそ等しい。
【0115】
図37において、スピーカ21〜25から再生される音は、目標特性器155〜158の目標特性とマイク41〜44位置において等しくなるよう、適応フィルタ120〜124によって制御される。そして、減算器185〜188からのエラー信号が最小となるフィルタ係数が決定される。このようにして求めたフィルタ係数を、図38のフィルタ120〜124に設定する。なお、目標特性器157および158のレベルを調整することで目標特性器155および156のレベルを合わせるようにしてもよいし、逆に目標特性器157および158のレベルを調整してもよい。
【0116】
図38は、後部座席の受聴者を考慮した場合における信号処理部2の構成を示す図である。図38に示すように、WF信号は、遅延器351によって適度に遅延された後、フィルタ120〜124によって信号処理され、CTスピーカ20を除く各スピーカへ入力され、再生される。これによって、受聴者a〜dは同レベルのWF信号の再生音を聴くことができる。なお、以上においては、受聴者a〜dへのWF信号の再生レベルを同程度にする場合について説明をしたが、これに限定するものではなく、当該再生レベルは、所望の目標特性を設定することによって自由に変更可能である。また、4つの制御点を5つのスピーカで制御する構成について説明したが、例えばWFスピーカ25がない場合にはその他の4つのスピーカ21〜24で制御する構成としてもよい。
【0117】
図39は、WF信号に対する制御点を2点とした場合における実施の形態6に係る音像制御システムの概要を示す図である。図39のように、WF信号の制御については、対象としている周波数が低いことから、受聴者aおよびbの中間付近の制御点αと、受聴者cおよびdの中間付近の制御点βとの2点を、3つのスピーカ(SRスピーカ、SLスピーカおよびWFスピーカ)23〜25で(あるいは、FRスピーカ21、FLスピーカ22およびWFスピーカ25の3つのスピーカで)制御する構成としてもよい。また、この場合の信号処理部2の構成の一例を図40に示す。なお、制御点が2つであるので、制御スピーカにはSRスピーカ23とSLスピーカ24とを用いる構成でもよい。これによって、WFスピーカ25を削減できる。
【0118】
なお、以上においては、WF信号の目標特性器には、WFスピーカ25から各制御点までの伝達特性(上述のP1〜P6)を用いたが、P1〜P6の時間とレベルとの関係を踏襲できるのであれば、例えばBPFなどの任意の周波数特性を持つものを用いてもよい。この場合、レベル調整器と遅延器とBPFとによって目標特性器155〜158を構成することができる。
【0119】
以上のように、前後部座席に受聴者a〜dがいる場合でもWF信号再生レベルを各受聴者に最適に調整することができる。
【0120】
なお、実施の形態6においては自動車室内での制御方法について説明してきたが、これに限定するものではなく、家庭のリスニングルームなど一般的な部屋あるいはオーディオシステムに実施の形態6に係る音像制御システムを適用してもよい。
【0121】
(実施の形態7)
以下、実施の形態7に係る音像制御システムについて説明する。上述の実施の形態1〜6では、マルチch信号について説明してきたが、実施の形態7では2ch信号の音像定位制御について説明する。図41は、実施の形態7に係る音像制御システムの構成を示す図である。図41に示すように、音像制御システムは、音源をDVDプレーヤ1からCDプレーヤ4に変更されている点、およびマルチch化回路3を備える点において、実施の形態1等と異なっている。なお、実施の形態7においては、WFスピーカ25を備える構成とする。その他の点については、上述の実施の形態1等と同様である。
【0122】
CDプレーヤ4から出力される2ch信号(FL信号およびFR信号)は、マルチch化回路3によって5.1chに変換される。図42は、マルチch化回路3の構成の一例を示す図である。入力されたFR信号およびFL信号は、そのまま信号処理部2のFL信号、FR信号となる。また、以下の方法で5.1ch信号におけるCT、SL、SR信号となる。
【0123】
図41において、FL信号およびFR信号は加算器240で加算され、これによってCT信号が生成される。通常、センター定位させる信号は、ボーカルのようにFL信号とFR信号とにおいて同位相で含まれているので、加算すると同位相成分がレベル強調される。また、生成したCT信号をバンドパスフィルタ(以下BPF)260でWF信号帯域に制限することによって、WF信号が生成される。この処理は、センター定位させる信号と同様、低域成分は、通常、FL信号およびFR信号において同位相で含まれていることによる。
【0124】
一方、減算器250ではFL信号からFR信号を減算することによって、FL信号とFR信号との差成分を抽出する。これはつまり、FL信号およびFR信号それぞれ独自に含まれる成分だけが抽出されることに相当する。換言すれば、センター定位する同位相成分が低減されるということである。これによってSL信号が生成される。同様に、減算器251ではFR信号からFL信号を減算することで、SR信号が生成される。そして、生成されたSL信号およびSR信号に対してそれぞれ遅延器270および271で適度な遅延を与えることによって、サラウンド感を強調させる。遅延器270および271では、例えば、FL信号、FR信号、CT信号に比べて比較的長く、かつSL信号とSR信号とで異なる遅延時間を設定する。その他、反射音を模擬させるような設定でもよい。以上のように、実施の形態7においては、2ch信号から5.1ch信号が生成されることになるが、図42に示す方法に特定されるわけではなく、いわゆるドルビープロロジックのような一般に知られている手法を使用してもよい。
【0125】
このように生成された5.1ch信号は、信号処理部2で実施の形態1〜6と同様に音像定位制御される。図43は、実施の形態7における信号処理部2の構成の一例を示す図である。図43に示す信号処理部2の動作は、図21や図35等において説明した動作と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【0126】
以上より、元々2ch信号の音源を5.1ch化して臨場感を向上させ、しかも音像定位制御することができる。特に、従来2ch再生では不可能であった受聴者a、bの各正面にCT信号を定位させることができる。この構成を用いれば、従来にない2ch音源の新たなオーディオサービスが可能である。
【0127】
(実施の形態8)
以下、実施の形態8に係る音像制御システムについて説明する。実施の形態8においては、目標特性の設定方法が他の実施の形態と異なっている。図44は、図4と同じ目標特性を示す図である。フィルタ信号処理による音像定位制御を信号の低域成分に対して行う場合、図44(c)および(d)の点線で示すように、およそ一定レベルの平坦な特性に近似することができる。実施の形態8においては、時間T1およびT2ならびにレベルを、図45に示すディレイ特性で近似したものを、図8に示す目標特性器151〜154に目標特性として設定する。ここで、図45では低域以外も平坦な特性としているが、対象としている周波数範囲に限定するLPF特性を掛け合わせてもよい。また、平坦な特性ではなく、図44(c)の一点鎖線で示すように、より目標特性に近い簡単な近似特性にしてもよい。
【0128】
図46は、図45に示す目標特性を設定した場合における制御効果を示す図である。図46は、CT信号をディスプレイ位置に定位させる場合の例である。ここで、図46(a)および(b)は、運転席での振幅周波数特性を示す。図46(c)および(d)は、助手席での振幅周波数特性を示す。図46(e)は、助手席の両耳での位相差特性を示す。図46(f)は運転席の両耳での位相差特性を示す。なお、図46において、点線は制御OFFの場合を示し、実線は制御ONの場合を示す。
【0129】
図46に示すように、運転席および助手席共に振幅周波数特性は平坦化されていることがわかる。このように、振幅特性における特異な山谷が防止されることによって、音質改善される。また、位相特性も直線に近い特性に改善されていることがわかる。特に、図46(f)では、200〜300Hzにおいて逆位相となっている部分が改善されており、逆位相感や不定位感が改善される。なお、高い周波数になるほど位相特性が変化しているのは、目標特性が受聴者aおよびbの左右耳で異なるからである。受聴者a(運転席)では左耳を基準にして図46(f)を測定しており、受聴者b(助手席)では右耳を基準にして図46(e)を測定しているため位相が変化している。以上のように、目標特性を単純な遅延やレベル調整などに置き換えることにより、音像定位効果と共に音質改善効果も得ることができる。
【0130】
なお、以上においては、実際の伝達特性に近似した目標特性を設定する場合について説明したが、位相特性(時間特性)を近似した上で振幅周波数特性をある程度任意に設定することは可能である。これによって、音像制御を行いながら、同時に、メリハリ感や重量感を出すなどの音質調整を行うことが可能となる。
【0131】
以上のように、本発明に係る音像制御システムによれば、2人の受聴者の各両耳元近傍4点を同時に音像制御することができる。さらに、スピーカを、目標音源位置と前後左右あるいは前後に対称な方向に設置しないことによって、音像制御効果に影響を与えずに回路構成、演算量などを削減することができる。
【0132】
また、入力信号を低域成分と高域成分とに周波数分割し、低域成分については制御点で目標特性と等しくなるように音像定位制御を行い、高域成分については音像定位制御を行わない構成とすることによって、信号処理に必要な演算量を削減することができる。
【0133】
また、ウーファー信号について、複数のスピーカを用いて複数の制御点でおよそ同音圧となるように信号処理することによって、ウーファー信号の再生レベルを複数点において均一化することができる。また、目標音源から制御点までの目標特性を遅延およびレベルに関して近似することによって、音質を改善するとともに、任意の特性を与えることができる。
【0134】
また、信号処理部が、自動車室内の前2座席を音像制御すると共に、後部座席ではリアスピーカによって音像制御することなしに、音源からの全ての入力信号を再生することで、前2座席は音像制御効果を維持したままで、後部座席における各ch信号レベルのバランスを改善でき、明瞭度などが向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る音像制御システムを示す図である。
【図2】図1に示す信号処理部2の内部構成を示すブロック図である。
【図3】受聴者aおよびbに対して目標音源31および32からの伝達特性を同じ特性で与えた場合を示す図である。
【図4】(a)本発明の実施の形態1における伝達特性GRの時間特性(インパルス応答)を示す図である。
(b)本発明の実施の形態1における伝達特性GLの時間特性(インパルス応答)を示す図である。
(c)本発明の実施の形態1における伝達特性GRの振幅周波数特性(伝達関数)を示す図である。
(d)本発明の実施の形態1における伝達特性GLの振幅周波数特性(伝達関数)を示す図である。
【図5】目標音源31および32の位置近傍にスピーカ30を実際に設置した場合を示す図である。
【図6】本発明における目標音源の設定方法を示す図である。
【図7】各目標音源31および32から受聴者aおよびbの中心位置までの伝達経路を示す図である。
【図8】実施の形態1において適応フィルタを用いてフィルタ係数を算出する方法を示す図である。
【図9】CT信号を受聴者aおよびbのそれぞれ正面に同時に音像定位する場合を示す図である。
【図10】受聴者a(あるいはb)の正面に実際にスピーカ30がある場合を示す図である。
【図11】SLスピーカ24をさらに左に拡大するように音像定位制御を行う場合を示す図である。
【図12】目標音源31および32の位置付近にスピーカ30を実際に設置した場合を示す図である。
【図13】本発明の実施の形態1における因果律を考慮した目標特性設定方法を示す図である。
【図14】5つの信号全てを組み合わせた場合を示す図である。
【図15】受聴者aおよびbに共通の位置に目標音源を設置する方法を示す図である。
【図16】実施の形態2においてFR信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。
【図17】実施の形態2においてCT信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。
【図18】実施の形態2においてSL信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。
【図19】本発明の実施の形態2におけるCT信号を例とした音像制御システムの全体構成を示す図である。
【図20】実施の形態3に係る音像制御システムを示す図である。
【図21】実施の形態3における信号処理部2の内部構成を示す図である。
【図22】実施の形態3において、入力信号の高域成分についてインテンシティ制御を行う場合の信号処理部2の内部構成を示す図である。
【図23】実施の形態3においてCT信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。
【図24】実施の形態3においてCT信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。
【図25】実施の形態3においてSL信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。
【図26】実施の形態3における信号処理部2の内部構成を示す図である。
【図27】スピーカの位置が異なる場合において、SL信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。
【図28】実施の形態4においてCT信号について音像定位制御を行う際の音像制御システムを示す図である。
【図29】実施の形態4における信号処理部2の内部構成を示す図である。
【図30】実施の形態3においてCT信号の目標音源位置をディスプレイ500の位置に設定した様子を示す図である。
【図31】図30に示す目標音源位置を実現するための信号処理部2の内部構成を示す図である。
【図32】実施の形態5に係る音像制御システムの概要を示す図である。
【図33】実施の形態5における信号処理部2の構成を示す図である。
【図34】実施の形態6に係る音像制御システムの概要を示す図である。
【図35】実施の形態6における信号処理部2の構成を示す図である。
【図36】後部座席にも受聴者がいる場合における実施の形態6に係る音像制御システムの概要を示す図である。
【図37】実施の形態6において適応フィルタを用いてフィルタ係数を算出する方法を示す図である。
【図38】後部座席の受聴者を考慮した場合における信号処理部2の構成を示す図である。
【図39】WF信号に対する制御点を2点とした場合における実施の形態6に係る音像制御システムの概要を示す図である。
【図40】本発明の実施の形態6における信号処理部2の他の構成を示す図である。
【図41】実施の形態7に係る音像制御システムの構成を示す図である。
【図42】マルチch化回路3の構成の一例を示す図である。
【図43】実施の形態7における信号処理部2の構成の一例を示す図である。
【図44】(a)本発明の実施の形態8における伝達特性GRの時間特性(インパルス応答)を示す図である。
(b)本発明の実施の形態8における伝達特性GLの時間特性(インパルス応答)を示す図である。
(c)本発明の実施の形態8における伝達特性GRの振幅周波数特性(伝達関数)を示す図である。
(d)本発明の実施の形態8における伝達特性GLの振幅周波数特性(伝達関数)を示す図である。
【図45】(a)本発明の実施の形態8における伝達特性GRの時間特性(インパルス応答)を示す図である。
(b)本発明の実施の形態8における伝達特性GLの時間特性(インパルス応答)を示す図である。
(c)本発明の実施の形態8における伝達特性GRの振幅周波数特性(伝達関数)を示す図である。
(d)本発明の実施の形態8における伝達特性GLの振幅周波数特性(伝達関数)を示す図である。
【図46】(a)本発明の実施の形態8における運転席左耳における音像制御効果(振幅特性)を示す図である。
(b)本発明の実施の形態8における運転席右耳における音像制御効果(振幅特性)を示す図である。
(c)本発明の実施の形態8における助手席左耳における音像制御効果(振幅特性)を示す図である。
(d)本発明の実施の形態8における助手席右耳における音像制御効果(振幅特性)を示す図である。
(e)本発明の実施の形態8における助手席における音像制御効果(左右耳間位相差特性)を示す図である。
(f)本発明の実施の形態8における運転席における音像制御効果(左右耳間位相差特性)を示す図である。
【図47】従来の音像制御システムの全体構成を示す図である。
【符号の説明】
1 DVDプレーヤ
2 信号処理部
3 マルチch化回路
20 CTスピーカ
21 FRスピーカ
22 FLスピーカ
23 SRスピーカ
24 SLスピーカ
25 WFスピーカ
31,32 目標音源
500 ディスプレイ
501 自動車
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sound image control system, and more particularly, to a sound image control system that controls a sound image localization position by reproducing an audio signal with a plurality of speakers.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, multi-channel signal reproduction systems represented by DVDs have become widespread, but in many cases, five or six speakers cannot be installed due to housing conditions or the like. For this reason, a sound image control system using a so-called virtual reproduction method has been developed in which a surround signal is virtually reproduced by two speakers of Lch and Rch.
[0003]
In particular, in a sound image control system for use in car audio, the influence of reflection, reverberation, and standing waves is strong due to the narrow space in the car interior, and the installation position of the speaker is limited. In such a state, it has conventionally been quite difficult to localize the sound image freely. However, there is still a strong demand for localizing vocals and the like included in the music at the front center of the passenger. Therefore, in order to respond to this demand, a sound image control system described below is being developed (for example, see Patent Document 1).
[0004]
Hereinafter, a conventional sound image control system will be described with reference to the drawings. FIG. 47 is a diagram showing a configuration of a conventional sound image control system. In FIG. 47, the sound image control system is installed in an automobile 601, and includes a sound source 61, a signal processing unit 62, an FR speaker 621 installed in a right front door of the automobile 601, and a left front door of the automobile 601. And an FL speaker 622 installed in the device. The signal processing section 62 includes control filters 63 and 64.
[0005]
The operation of the sound image control system shown in FIG. 47 will be described below. The signal from the sound source 61 is signal-processed by the signal processing unit 62 and is reproduced by the FR speaker 621 and the FL speaker 622. The control filter 63 controls an Rch signal from the sound source 61, and the control filter 64 controls an Lch signal from the sound source 61. Here, the signal processing unit 62 performs signal processing such that the FR speaker 621 is localized at the target sound source 631 and the FL speaker 622 is localized at the target sound source 632. Specifically, the control filters 63 and 64 of the signal processing unit 62 are controlled as follows. That is, using the center position of listener a as a control point (marked by x in FIG. 47) as a control point, the transfer characteristic from FR speaker 621 is FR, the transfer characteristic from FL speaker 622 is FL, and the transfer characteristic from target sound source 631 is G1. Assuming that the transfer characteristic from the target sound source 632 is G2, the characteristic HR of the control filter 63 and the characteristic HL of the control filter 64 in the signal processing unit 62 are as follows.
HR = G1 / FR
HL = G2 / FL
By realizing this characteristic, the FR speaker 621 is controlled to be reproduced at the position of the target sound source 631, and the FL speaker 622 is controlled to be reproduced at the position of the target sound source 632. As a result, a center component common to the Lch and Rch is localized between the virtually localized target sound sources 631 and 632. That is, the listener a feels a sound image on the target sound source 635 in front.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-10-276500
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional system shown in FIG. 47, since the number of control points is one, the difference between the right ear and the left ear, which is a perception mechanism of sound image localization, cannot be controlled, and the sound image localization effect is small. there were. Many sound image control systems currently in general use only perform time correction of the FR speaker 621 and the FL speaker 622, and do not truly realize the virtual target sound sources 631 and 632.
[0008]
In a home sound image control system, sound image control using both ears as control points has been considered. However, in this case, the control points are two points, that is, the two ears of only one listener, and there is no sound image control system that simultaneously controls each ear of the two listeners. .
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a sound image control system that simultaneously performs sound image control on each of both ears of at least two listeners.
[0010]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
In order to achieve the above object, the present invention has the following features. That is, the present invention is a sound image control system that controls a sound image localization position by reproducing an audio signal with a plurality of speakers. The sound image control system includes at least four speakers for reproducing an audio signal, and a signal processing unit. The signal processing unit sets four control points corresponding to the positions of both ears of the two listeners as control points, and the two target sound source positions indicating the sound image localization positions felt by the two listeners are determined by the respective listeners. Signal processing is performed for each audio signal input to each speaker so as to be in the same direction. Here, the two target sound source positions are such that the distance from the listener located on the target sound source side to the target sound source position for the listener is greater than the distance from the other listener to the target sound source position for the other listener. Set to be shorter.
[0011]
According to the above, since a feasible target sound source position can be set, it is possible to control four points corresponding to the positions of both ears of two listeners as control points. That is, a similar sound image localization feeling and sound quality can be given to two listeners.
[0012]
In the above description, the signal processing unit “performs signal processing so that the target sound source position is in the same direction with respect to each of the listeners” means “from the first target sound source to the first listener. The amplitude frequency characteristic in the transfer characteristic to the right ear and the amplitude frequency characteristic in the transfer characteristic from the second target sound source to the second listener right ear are the same, and the first listener from the first target sound source. The signal processing is performed so that the amplitude frequency characteristic in the transfer characteristic to the left ear and the amplitude frequency characteristic in the transfer characteristic from the second target sound source to the second listener's left ear are equal. " Here, the two listeners are referred to as a first and a second listener, respectively, a target sound source position for the first listener is set as a first target sound source position, and a target sound source position for the second listener is set. Is the second target sound source position.
[0013]
In the above description, “a listener located on the target sound source side” refers to a listener located on a side closer to the target sound source position to be set. For example, when two listeners are located side by side and the target sound source position is set to the right (rightward) as viewed from each listener, the “listeners located on the target sound source side” Means the listener located on the right side of the two listeners located side by side (listener a in the example of FIG. 6). Further, for example, when two listeners are located side by side and the target sound source position is set to the front side (forward direction) when viewed from each listener, the “listener located on the target sound source side” is , The listener located on the front side of the two listeners located side by side on the front side. When two listeners are positioned diagonally, similarly to the above-mentioned case (when two listeners are arranged side by side or front and back), the "listener located on the target sound source side" You can judge.
[0014]
In the above description, the direction from the listener to the target sound source position when the front of the listener is 0 ° is θ degrees, the distance between the centers of the listeners is X, the sound speed is P, and Assuming that the transmission time to the control point is T1, T2, T3, and T4 in the order of the control points that are closer to the target sound source position, the two target sound source positions are T1 <T2 ≦ T3 (= T2 + Xsin θ / P) < T4 may be set so as to satisfy a condition.
[0015]
In addition, the signal processing unit is configured to output an audio signal to the two target sound source positions with respect to the center position between the two listeners and the speakers installed in opposite directions in the front-rear direction and the left-right direction. The input may be stopped. The "speakers installed in the opposite directions with respect to the front and rear directions and the left and right directions with respect to the two target sound source positions with respect to the center position between the two listeners" specifically refer to the following speakers. . That is, when the target sound source is set on the right front side with respect to the center position (see FIG. 16), it refers to a speaker installed on the left rear side with respect to the center position. In addition, when the target sound source is set to the left rear side with respect to the center position (see FIG. 18), it refers to a speaker installed on the right front side with respect to the center position.
[0016]
According to the above, the number of speakers required in the sound image control system can be reduced. Further, since the number of signals to be subjected to signal processing is reduced, the amount of calculation in signal processing can be reduced.
[0017]
Further, when the two target sound source positions are set in front of the two listeners, the signal processing unit outputs an audio signal to a speaker installed behind each of the listeners. May be stopped. Also in this case, similarly to the above, the number of speakers required in the sound image control system can be reduced.
[0018]
Further, the signal processing unit may have a configuration including a frequency division unit, a low-band processing unit, and a high-band processing unit. Here, the frequency division unit frequency-divides the audio signal into a low-frequency component and a high-frequency component. The low-frequency processing unit performs signal processing on the low-frequency component signal of the audio signal for each signal input to each speaker, and then inputs the signal to each speaker. The high-frequency processing unit inputs the signal of the high-frequency component of the audio signal from the center position of the two target sound source positions to the most recent speaker so that the signal of the high-frequency component matches the signal input to each speaker by the low-frequency processing unit. .
[0019]
According to the above, signal processing is performed only on low-frequency components for which sound image localization control is effective, so that the amount of calculation in signal processing can be reduced.
[0020]
When the plurality of speakers include a tweeter disposed in front of the center position between two listeners, the following may be performed. That is, when the two target sound source positions are set in front of the two listeners, the high-frequency processing unit may input the high-frequency component of the audio signal to the tweeter.
[0021]
According to the above, a tweeter can be used as a CT speaker (see FIG. 1) disposed in front of the center position between two listeners. Thus, the size of the CT speaker can be reduced. This is particularly effective when a sound image control system is applied to an automobile.
[0022]
Further, the plurality of speakers may be installed in an automobile, and at least one of the plurality of speakers may be installed on a rear seat side. At this time, it is assumed that the two listeners are located in front seats in the car. Further, the signal processing unit is installed in the automobile. When signal processing is performed on audio signals of a plurality of channels, audio signals of all channels are input to a speaker installed on the rear seat side without performing signal processing.
[0023]
According to the above, when the sound image control system is installed in an automobile, good sound quality can be ensured for listeners located in both the front seat and the rear seat.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a sound image control system according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is a DVD player as a sound source, 2 is a signal processing unit, 20 is a CT speaker, 21 is an FR speaker, 22 is an FL speaker, 23 is an SR speaker, and 24 is an SL speaker. Reference numeral 31 denotes a target sound source of the listener a, and reference numeral 32 denotes a target sound source of the listener b.
[0025]
The DVD player 1 outputs, for example, 5-channel audio signals (CT signal, FR signal, FL signal, SR signal, and SL signal). The signal processing unit 2 performs signal processing described later on each signal output from the DVD player. The CT signal is signal-processed by the signal processing unit 2 and input to each of the five speakers. The signal processing unit 2 performs signal processing for each CT signal input to each speaker. Similarly to the CT signal, each of the above signals is input to each of the five speakers, and signal processing is performed for each signal input to each speaker.
[0026]
FIG. 1 shows the positional relationship among the listeners a and b, the speakers 20 to 24, and the target sound sources 31 and 32. As shown in FIG. 1, in the first embodiment, CT speaker 20 is installed in front of the center positions of two listeners a and b. FR speaker 21 and FL speaker 22 are installed on the front right and front left, respectively, from the center position. The FR speaker 21 and the FL speaker 22 are installed symmetrically. The SR speaker 23 and the SL speaker 24 are installed on the rear right side and the rear left side from the center position, respectively. Although five speakers are arranged in Embodiment 1 as described above, in other embodiments, five speakers may be arranged in other positions. Further, in other embodiments, six or more speakers may be arranged.
[0027]
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the signal processing unit 2 shown in FIG. In FIG. 2, 100 to 109 are filters, and 200 to 209 are adders.
[0028]
Hereinafter, the operation of the sound image control system will be described with reference to FIGS. Here, four points (AR, AL, BR, and BL shown in FIG. 1) corresponding to the positions of both ears of the two listeners a and b are set as control points. Further, as an example, a case will be described where target sound sources 31 and 32 are set in order to further expand the sound image localization position of the sound of the FR signal from the position of FR speaker 21 to the right. The positions of the two target sound sources, that is, the positions of the target sound sources 31 and 32, are set to be in the same direction for the two listeners. The signal processing unit 2 processes the FR signal from the DVD player 1 and reproduces the signal from the CT speaker 20, the FR speaker 21, the FL speaker 22, the SR speaker 23, and the SL speaker 24. In this signal processing, if the transfer characteristics GaR and GaL from the target sound source 31 to the control points AR and AL and the transfer characteristics GbR and GbL from the target sound source 32 to the control points BR and BL are reproduced, the listeners a and b Sounds as if the sound of the FR signal is being reproduced at the positions of the target sound sources 31 and 32, respectively.
[0029]
More specifically, in the signal processing unit 2, the FR signal input from the DVD 1 is subjected to signal processing by the filters 105 to 109. The output signals of the filters 105 to 109 are reproduced by the CT speaker 20, the FR speaker 21, the FL speaker 22, the SR speaker 23, and the SL speaker 24. The transfer characteristics of the reproduced sound need only be equal to the transfer characteristics GaR, GaL, GbR, and GbL from the target sound sources 31, 32 at the binaural ears of the listeners a and b. The output signals of the filters 105 to 109 are added to the output signals of the other channels subjected to the signal processing by the adders 200 to 209.
[0030]
Although FIG. 2 shows only the configuration for processing the CT signal and the FR signal, the signal processing unit 2 performs filter signal processing on other signals in the same manner, and adds all the signals of each channel. Output.
[0031]
Here, the transfer characteristics from the FL speaker 22 to the control points AR, AL, BR, and BL are FLaR, FLaL, FLbR, and FLbL, respectively. Similarly, the transfer characteristics from the FR speaker 21 to the control points AR, AL, BR, and BL are FRaR, FRaL, FRbR, and FRbL, respectively, and the transfer characteristics from the SR speaker 23 to the control points AR, AL, BR, and BL. , The transfer characteristics from the SL speaker 24 to each of the control points AR, AL, BR, and BL are SLaR, SLaL, SLbR, and SLbL, respectively. The transfer characteristics to the control points AR, AL, BR, and BL are denoted by CTaR, CTaL, CTbR, and CTbL, respectively. In this case, in order to perform signal processing so that the transfer characteristics from the target sound source to each control point are GaR, GaL, GbR, and GbL, the following equations may be established.
GaR = H5.CTaR + H6.FRaR + H7.FLaR + H8.SRaR + H9.SLaR
GaL = H5 · CTaL + H6 · FRaL + H7 · FLaL + H8 · SRaL + H9 · SLaL
GbR = H5 · CTbR + H6 · FRbR + H7 · FLbR + H8 · SRbR + H9 · SLbR
GbL = H5 · CTbL + H6 · FRbL + H7 · FLbL + H8 · SRbL + H9 · SLbL
Here, H5 to H9 are filter coefficients of the filters 105 to 109 shown in FIG. In the above equation (hereinafter referred to as equation (a)), the number of unknowns (filter coefficients) is larger than the number of equations, but this is not because there is no solution (instead that the equation cannot be solved). , Indefinite (various solutions exist depending on conditions). In fact, the MINT method (for example, in the references “M. Miyoshi and Kaneda,“ Inverse filtering of room acoustics ”), IEEE Trans. Acoustic. It is described that control is performed by the number of control points + 1 speakers. In general, it is known that if there are at least as many speakers as the number of control points, a filter coefficient (that is, a solution) for controlling the speakers is obtained.
[0032]
As described above, the transfer characteristics from the CT speaker 20, the FR speaker 21, the FL speaker 22, the SR speaker 23, and the SL speaker 24 to each control point (each ear of the listeners a and b) are measured, and the target sound source is measured. By measuring the transfer characteristics from 31 and 32 to each control point, the filter coefficients H5 to H9 of the filters 105 to 109 can be calculated using the above equation.
[0033]
In the above description, the FR signal has been described as an example. However, the filter coefficients H0 to H4 of the filters 100 to 104 for performing signal processing on the CT signal can be obtained by the same method as described above. Further, a filter coefficient can be obtained for the FL signal, the SL signal, and the SR signal not shown in FIG. 2 by the same method. Thus, sound image localization control is performed on signals of all channels.
[0034]
By calculating each filter coefficient as described above, it is possible to control the sound image to be localized at the set target sound source position. However, depending on how to set the target sound source position, the solution of the above equation may not be calculated, and in this case, the set target sound source position cannot be realized. Therefore, an appropriate setting method of the target sound source position will be described below.
[0035]
FIG. 3 is a diagram showing a case where transfer characteristics from target sound sources 31 and 32 are given to listeners a and b with the same characteristics. That is, the target sound sources 31 and 32 are set to be in the same direction and at the same distance from the listeners a and b. FIG. 4 is a diagram showing a time characteristic and a frequency characteristic (amplitude) of the transfer characteristic in the case shown in FIG. FIGS. 4A and 4C show the transfer characteristics GR, and FIGS. 4B and 4D show the transfer characteristics GL. Here, T1 shown in FIGS. 3 and 4 indicates a propagation time from the target sound source 31 to the right ear of the listener a. Similarly, T2 indicates a propagation time from the target sound source 31 to the left ear of the listener a, T3 indicates a propagation time from the target sound source 32 to the right ear of the listener b, and T4 indicates a propagation time from the target sound source 32 to the listener b. Shows the propagation time to the left ear. ΔT indicates the difference between the propagation times at the right and left ears of the listener, that is, T2−T1.
[0036]
On the other hand, FIG. 5 is a diagram showing a case where the speaker 30 is actually installed near the positions of the target sound sources 31 and 32. In FIG. 5, gaR, gaL, gbR, and gbL indicate transmission characteristics from the speaker 30 to each of the listeners a and b. Since there is one playback speaker for a certain channel (in this case, FRch), it is as shown in FIG. T1 is the propagation time from the speaker 30 to the right ear of the listener a, T2 is the propagation time from the speaker 30 to the left ear of the listener a, and T3 is the propagation time from the speaker 30 to the right ear of the listener b. , T4 indicate the propagation times from the speaker 30 to the left ear of the listener b. In FIG. 5, the distance from the speaker 30 to the listener is greater for the listener b than for the listener a.
T1 <T2 <T3 <T4 (1)
There is a relationship. Also, if the left ear of the listener a and the right ear of the listener b are adjacent to each other,
T1 <T2 ≦ T3 <T4 (2)
It becomes. That is, the equation (2) indicates a temporal relationship that can be physically allowed (which may be the natural world).
[0037]
Here, considering the case of FIG. 3, setting the same transfer characteristic to the listener a and the listener b means that the listener a and the listener b are at the same position when viewed from the speaker 30. That is, physically impossible. More specifically, in the case of the target sound sources 31 and 32 shown in FIG. 3, T1 to T4 need to satisfy the relationship of Expression (1) or Expression (2). T3 (= T1) <T2 in the ear and the right ear of the listener b, which does not satisfy the equations (1) and (2). In order to realize a target sound source, the signal processing unit 2 performs signal processing on signals input to the five speakers 20 to 24, but the signal processing unit 2 uses causality (the above equation (1) or (2) 3), it is not possible to perform control going back in time as shown in FIG. As described above, when setting the respective target sound sources 31 and 32 for the two listeners a and b, it is necessary to set the target sound source positions in the same direction and equidistant for each listener. Can not. Therefore, it is important to set the target sound sources 31 and 32 that satisfy the causality law.
[0038]
FIG. 6 is a diagram illustrating a method of setting a target sound source according to the present invention. The transfer characteristics GaR and GaL from the target sound source 31 to both ears of the listener a are the same as the transfer characteristics GR and GL in FIG. That is, the time characteristics are shown in FIGS. On the other hand, the target sound source 32 for the listener “b” is set at a position apart from the target sound source 32 shown in FIG. That is, the target sound source 32 is set so that T3 = T1 + t and T4 = T2 + t. By setting in this manner, the time characteristic is a characteristic shifted from the time characteristic shown in FIGS. 4A and 4B by the time t (in the time axis direction). The amplitude frequency characteristics are the same as those in FIGS. 4C and 4D (that is, the direction of the target sound source is the same as in FIG. 3). Therefore, the direction from the listener b to the target sound source 32 can be set so as to satisfy the causality while being the same as in FIG. That is, by setting the target sound source 32 at a distance away from the position shown in FIG. 3 by the time t, Expression (1) or Expression (2) can be satisfied. Thereby, the signal processing unit 2 can control the FR signal, and can obtain a filter coefficient for realizing the target sound source.
[0039]
A method for determining t in more detail will be described below. FIG. 7 is a diagram showing a transmission path from each of the target sound sources 31 and 32 to the center position of the listeners a and b. Here, arrows indicated by dashed lines indicate equal time (distance). Therefore, the transmission path to the listener b takes a longer time (a longer distance) than the transmission path to the listener a by the portion indicated by the dotted arrow. That is, assuming that the direction of the target sound sources 31 and 32 is θ degrees with the front of the listener being 0 degrees and the distance between the listener a and the listener b is X, the transmission path for the listener b is The distance Y = Xsinθ is longer than the transmission path. Therefore, the causality is satisfied if the time for the sound of the FR signal to propagate through the distance Y is considered. That is, if the sound speed is P,
t = Xsin θ / P (3)
And it is sufficient.
[0040]
As described above, the target sound source can be realized by setting the position so as to satisfy the above equation (1) or (2). In addition, it is desirable that at least one of the actual speakers 20 to 24 is installed at a position that satisfies the relationship of the transmission time at each control point corresponding to the target sound source position. Explaining in the above example, the transmission times T1, T2, T3, and T4 corresponding to the target sound source positions at the control points AR, AL, BR, and BL have a relationship of T1 <T2 <T3 <T4. If there is a speaker installed at a position that satisfies this relationship, a target sound source can be easily realized. Specifically, in the first embodiment, FR speaker 21 exists at a position that satisfies the relationship of T1 <T2 <T3 <T4. Therefore, the target sound source can be easily realized by the sound image control system according to the first embodiment. The reason why the target sound source shown in FIG. 3 cannot be set can also be considered as follows. That is, there is no speaker position that satisfies the relationship of T1 = T3 <T2 = T4, as shown in FIG. 3, so that it is impossible to set the target sound source shown in FIG. it can.
[0041]
Note that the filter coefficient for realizing the target sound source set as described above may be calculated by a computer using the above equation (a), or by using an adaptive filter as shown in FIG. 8 described below. May be calculated.
[0042]
FIG. 8 is a diagram illustrating a method for calculating a filter coefficient using an adaptive filter in the first embodiment. 8, reference numerals 105 to 109 denote adaptive filters, 300 denotes a measurement signal generator, 151 denotes a target characteristic device in which a target characteristic GaR is set, 152 denotes a target characteristic device in which a target characteristic GaL is set, and 153 denotes a target characteristic GbR. The set target characteristic device, 154 is a target characteristic device in which the target characteristic GbL is set, 41 is a microphone installed at the right ear position of the listener a, 42 is a microphone installed at the left ear position of the listener a, Reference numeral 43 denotes a microphone provided at the position of the right ear of the listener b, reference numeral 44 denotes a microphone provided at the position of the left ear of the listener b, and reference numerals 181 to 184 denote subtracters.
[0043]
The measurement signal output from the measurement signal generator 300 is input to the target characteristic units 151 to 154, and is given the transfer characteristics of the target sound source shown in FIG. On the other hand, the measurement signal is input as a reference signal to adaptive filters 105 to 109 (the same reference numerals are assigned to correspond to FIG. 2), and outputs of adaptive filters 105 to 109 are reproduced by speakers 20 to 24, respectively. The reproduced sound is detected by the microphones 41 to 44 and input to the subtracters 181 to 184. The subtracters 181 to 184 subtract output signals of the target characteristic units 151 to 154 from output signals of the microphones 41 to 44, respectively. The residual signals output from the subtracters 181 to 184 are input to the adaptive filters 105 to 109 as error signals.
[0044]
In the adaptive filters 105 to 109, the MEFX method (for example, the reference document “S.J. Elliott, et al.,” “A multiple error LMS algorithm and application to the active control of the emission control. 35, No. 10, 1423-1434 (1987) ”), so that each error signal is minimized (close to 0). Accordingly, the target transfer characteristics GaR, GaL, GbR, and GbL are realized at the positions of both ears of the listeners a and b by sufficiently converging the coefficients H5 to H9 of the adaptive filters 105 to 109. . As described above, when the filter coefficient is obtained in the time domain, the coefficient cannot be obtained unless the causality described in FIG. 5 is satisfied. Therefore, the target sound source position must be set as described in FIG. 6 and FIG. No.
[0045]
As described above, in the present invention, the transmission characteristics from the speaker 30 to the listeners a and b take into account the original natural principle that sound waves arrive sequentially from the ones having shortest transmission paths (see FIG. 5). As shown in FIG. 6, target sound sources 31 and 32 satisfying causality are set. As a result, sound image localization control using the two ears of the two listeners a and b as control points becomes possible. Therefore, the listeners a and b feel that the target sound sources 31 and 32, which do not actually exist, actually exist at the place. That is, it is felt that the FR speaker 21 is further expanded rightward.
[0046]
In the above description, the FR signal has been described, but the FL signal is also set in the same manner as the target sound source, except that the direction is left. Therefore, by the same method as described above, sound image localization control using FL listeners as control points for both ears of two listeners a and b becomes possible.
[0047]
Next, a case where sound image localization control is performed on a CT signal will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating a case where the CT signals are simultaneously localized in front of the listeners a and b. Here, an actual target characteristic is considered. FIG. 10 is a diagram illustrating a case where the speaker 30 is actually located in front of the listener a (or b). As is apparent from FIG. 10, the transfer characteristics gaR, gaL, gbR, and gbL are all approximately equal, and their transmission times T are approximately equal. Therefore, when setting the target sound source in front of the listener, it is not necessary to consider special causality. For example, by setting the transfer characteristics gaR, gaL, gbR, and gbL that are all (or almost equal) to the target characteristic units 151 to 154 in FIG. 8, a filter coefficient for realizing the transfer characteristics is obtained. Thus, the listeners a and b feel as if the target sound sources 31 and 32 that do not actually exist actually exist at that location, that is, the CT speakers 20 are in front of the listeners a and b.
[0048]
Next, a case where sound image localization control is performed on the SL signal will be described. FIG. 11 is a diagram illustrating a case where sound image localization control is performed so that the SL speaker 24 is further enlarged to the left. FIG. 12 is a diagram illustrating a case where the speaker 30 is actually installed near the positions of the target sound sources 31 and 32. In FIG. 12, gaR, gaL, gbR, and gbL indicate transmission characteristics from the speaker 30 to each of the listeners a and b. Also, T4 'is the propagation time from the speaker 30 to the right ear of the listener a, T3' is the propagation time from the speaker 30 to the left ear of the listener a, and T2 'is the right ear of the listener b from the speaker 30. T1 ′ indicates the propagation time from the speaker 30 to the left ear of the listener b. In FIG. 12, the distance from the speaker 30 to the listener is greater for the listener a than for the listener b.
T1 ′ <T2 ′ <T3 ′ <T4 ′ (4)
There is a relationship. Also, if the left ear of the listener a and the right ear of the listener b are adjacent to each other,
T1 ′ <T2 ′ ≦ T3 ′ <T4 ′ (5)
It becomes. In other words, this equation (5) indicates a temporal relationship physically allowed (which may be the natural world).
[0049]
Therefore, target sound sources 31 and 32 are set as shown in FIG. 13 in order to satisfy the relationship of the above equation (4) or (5). The relationship between the transfer characteristic GaR from the target sound source 31 to the right ear of the listener a and the transfer characteristic GbR from the target sound source 32 to the right ear of the listener b is the same in amplitude frequency characteristics (that is, the direction is the same). However, the relationship is such that the target sound source 31 is set apart by the time t. Similarly, the relationship between the transfer characteristic GaL from the target sound source 31 to the left ear of the listener a and the transfer characteristic GbL from the target sound source 32 to the left ear of the listener b is the same in the amplitude frequency characteristic (that is, the direction is the same). ), The target sound source 31 is placed at a distance of time t. By setting the target characteristics in this way, the causality can be satisfied. Thus, the signal processing unit 2 can control the SL signal, and can also obtain a filter coefficient for realizing the target sound source.
[0050]
For the SR signal, by setting the target sound source position in the same manner as the SL signal, sound image localization control using the control points of both ears of the two listeners a and b becomes possible.
[0051]
As described above, all five channel signals (the WF signal is not specifically described here, but the low-frequency signal has little sense of direction, and the necessity of sound image localization control is lower than that of other channel signals. However, it is not impossible, and control may be performed by the same concept if necessary.), The method of setting the target sound source position and the sound image localization control using the same have been described. FIG. 14 is a diagram showing a case where all five signals are combined. In FIG. 14, the target sound sources 31FR, 31CT, 31FL, 31SR, and 31SL for the listener a are indicated by dotted speakers. The target sound sources 32FR, 32CT, 32FL, 32SR, and 32SL for the listener b are indicated by hatched speakers.
[0052]
FIG. 14 shows solid arrows connecting the center position of the listener a and actual speakers (CT speaker 20, FR speaker 21, FL speaker 22, SR speaker 23, and SL speaker 24). As is clear from the solid arrows, the balance relationship between the listener a and each of the existing speakers, such as the distance and angle, is unbalanced. On the other hand, dotted arrows connecting the center position of the listener a and the target sound sources (target sound sources 31FR, 31CT, 31FL, 31SR, and 31SL) are shown. As is clear from the dotted arrows, by performing the sound image localization control as in the present embodiment, the balance relationship such as the distance and angle between the listener a and each target sound source is improved to a good balance. . As can be seen from FIG. 14, the listener b has the same improvement effect as the listener a.
[0053]
Note that, as in the first embodiment, by expanding the set position of the target sound source to the left and right of the actual speaker installation position, the actual speaker cannot be installed at a sufficiently wide angle due to a small room or the like. In this case, or even when the FR speaker 21, the FL speaker 22, and the CT speaker 20 are incorporated in a television, the user can listen to the sound with a wider sound.
[0054]
In the first embodiment, the target sound source is set in front of each of the listeners a and b for the CT signal. However, if there is a screen such as a television, the target sound source is set at the screen position. It may be.
[0055]
FIG. 15 is a diagram illustrating a method of setting a target sound source at a position common to listeners a and b. For example, assuming that the television is installed at the front center of the listeners a and b, the speaker 30 is installed there. In this case, the transfer characteristic gaL from the speaker 30 to the left ear of the listener a is substantially equal to the transfer characteristic gbR from the listener b to the right ear. Similarly, the transfer characteristic gaR from the speaker 30 to the right ear of the listener a is substantially equal to the transfer characteristic gbL of the listener b to the left ear. Therefore, as described in FIGS. 9 and 10, by setting the transfer characteristics in the case shown in FIG. 15 in the target characteristic units 151 to 154 in FIG. 8 as they are, the filter coefficient can be calculated.
[0056]
As described above, in the sound image localization control of the CT signal, when the target sound source is set in front of each of the listeners a and b, or the target sound source is set at a position symmetrical to the listeners a and b (for example, a front center position). In such a case, there is no particular need to devise a method for satisfying the causality law, such as the FR signal. That is, the target sound source can be set in the same direction and at the same distance with respect to the two listeners a and b.
[0057]
As described above, according to the first embodiment, it is possible to simultaneously perform sound image localization control for two listeners, and a similar sound image localization effect can be obtained for each listener.
[0058]
(Embodiment 2)
Hereinafter, a sound image control system according to Embodiment 2 will be described. FIG. 16 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on an FR signal in the second embodiment. The configuration of the sound image control system shown in FIG. 16 is the same as the configuration shown in FIG. 1 except that sound image localization control of the FR signal is performed without using the SL speaker 24. In the second embodiment, the purpose of realizing the target sound sources 31 and 32 for the FR signal (the same applies to other channel signals) is the same as in the first embodiment, but the number of speakers used is different. . Specifically, in the first embodiment, four control points are controlled by five speakers 20 to 24, but in the second embodiment, four control points are controlled by four speakers 20 to 23. In the second embodiment, since the number of control points and the number of control speakers are the same, the characteristic of the control filter in the signal processing unit 2 is uniquely obtained (the solution of equation (a) is obtained).
[0059]
Here, the reason why the SL speaker 24 is not used is that the SL speaker is located at a position substantially opposite to the target sound source of the FR signal. Since the SL speaker 24 is located at the exact opposite position to the target sound sources 31 and 32, the sound transmitted from the SL speaker 24 naturally reaches the control point in the opposite direction to the sound transmitted from the target sound sources 31 and 32. . In this case, although there is no problem at the control point, the more the control point is deviated, the more the characteristic (particularly the phase) between the sound transmitted from the target sound sources 31 and 32 and the sound transmitted from the SL speaker 24 is shifted ( The target characteristics do not match the wavefront). Therefore, it may be preferable not to use (do not input a signal) a speaker located in a direction opposite to the target sound source position.
[0060]
In general, if the number of control speakers is reduced, there is a high possibility that the sound image localization effect will be degraded. However, the present sound image control system has the SR speaker 23 positioned opposite to the position of the target sound sources 31 and 32 in the front-rear direction but the same direction in the left-right direction, and the SR speaker 23 opposite to the position of the target sound sources 31 and 32 in the left-right direction. FL speakers 22 are located in the same direction in the front-back direction. Accordingly, when sound image localization control is performed on the FR signal using the same number of speakers as the control points, by using speakers 20 to 23 other than the SL speaker 24 at positions exactly opposite to the positions of the target sound sources 31 and 32 in the front, rear, left and right directions. , The control filter coefficient of the signal processing unit 2 can be calculated. Although the number of control filters is smaller than that of the first embodiment, the localization effect is secured to the same degree as that of the first embodiment (using a speaker whose wavefront relatively matches the target characteristic). Because). The method for setting the target characteristics is the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0061]
Although the above description has been given of the FR signal, the number of speakers can be similarly reduced for the FL signal. Specifically, when the target sound sources 31FL and 32FL shown in FIG. 14 are to be realized for the FL signal, a configuration without using the SR speaker 23 can be adopted.
[0062]
Next, a case where sound image localization control is performed on a CT signal will be described. FIG. 17 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on a CT signal in the second embodiment. Compared to the first embodiment (FIG. 9), the second embodiment is different from the first embodiment in that the SR speaker 23 and the SL speaker 24 are not used as control speakers. The reason why the SR speaker 23 and the SL speaker 24 located at positions opposite to the target sound sources 31 and 32 are not used is the same as in the case of the FR signal.
[0063]
Here, in the case of FIG. 17, since the number of control speakers (speakers 20 to 22) is smaller than the control point, the characteristics of the control filter of the signal processing unit 2 are not obtained (there is no solution of the equation (a)). ). However, since the speakers 20 to 22 in the same direction as the target sound sources 31 and 32 are used (a speaker whose wavefront is relatively matched to the target characteristic is used), the characteristics are reduced because the number of speakers is one less. There is no need not to ask. In particular, since the localization effect by the phase control is greater as the frequency is lower (about 2 kHz or less), if the sound image localization control is performed only for the low-frequency component of the signal, sufficient control can be performed even if the number of speakers is one. Characteristics can be determined. More specifically, if the phase difference between both ears is within λ / 4, it is generally considered that the listener perceives the same phase. Assuming that the distance between human ears is 17 cm, if the wavelength λ is a frequency such that λ / 4 = 0.17, that is, λ = 0.68, the center between the listener's ears is obtained. The vicinity (one point (marked by X in FIG. 17)) can be set as a control point. That is, when the frequency is equal to or lower than f = v / λ = 340 / 0.68 = 500 (Hz) (v is the speed of sound), one control point can be set. In this case, the number of control points for the two listeners is two, which is smaller than the number of speakers, so that a solution of the filter coefficient can be obtained. As described above, in the configuration shown in FIG. 17, although the number of control filters is smaller than that in the first embodiment, the same localization effect as that of the first embodiment is ensured. The method for setting the target characteristics is the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0064]
Next, a case where sound image localization control is performed on the SL signal will be described. FIG. 18 shows a control method of the SL signal. FIG. 18 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on an SL signal in the second embodiment. Compared with Embodiment 1 (FIG. 11), Embodiment 2 is different in that the configuration is such that FR speaker 21 is not used as a control speaker. The reason why the FR speaker 21 located at a position substantially opposite to the target sound sources 31 and 32 is not used is the same as in the case of the FR signal. As described above, in the configuration shown in FIG. 18, although the number of control filters is smaller than that of the first embodiment, the same localization effect as that of the first embodiment is ensured. The method for setting the target characteristics is the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0065]
Although the description has been given of the SL signal, the number of speakers can be similarly reduced for the SR signal. Specifically, when the target sound sources 31SR and 32SR shown in FIG. 14 are to be realized with respect to the SR signal, a configuration without using the FL speaker 22 can be adopted.
[0066]
As described above, when the number of speakers to be used is reduced and each channel signal is combined, the overall configuration of the sound image control system is the same as in FIG. 14, but the internal configuration of the signal processing unit 2 is different from that of the first embodiment. . Specifically, as described above, two control filters of control filters 103 and 104 in FIG. 2 are reduced in the CT signal, and one control filter of control filter 109 in FIG. 2 is reduced in the FR signal. . Similarly, in the FL signal, one control filter is reduced. Further, one control filter is reduced for each of the SR signal and the SL signal. As described above, six control filters are reduced in the entire system, so that the total operation amount of the signal processing unit 2 can be reduced, or the number of control filter taps can be increased in order to equalize the operation amount. , There is an advantage.
[0067]
As for the CT signal, a configuration using only the FR speaker 21 and the FL speaker 22 as shown in FIG. 19 is also conceivable. In this case, the number of control filters can be further reduced by one.
[0068]
In the first and second embodiments, the case where the number of listeners is two has been described, but the number of listeners is not limited to this. That is, even when there are three or more listeners, control may be performed in the same way as described above. However, it should be noted that if the number of listeners is three or more, the number of control points increases as compared with the case of the first embodiment, so that it is necessary to use more speakers accordingly.
[0069]
In addition, although the speaker system and the listening room have not been mentioned at all, the present invention can be applied not only to general systems and rooms, but also to applications to car audio and the like.
[0070]
(Embodiment 3)
Hereinafter, a sound image control system according to Embodiment 3 will be described. FIG. 20 is a diagram illustrating a sound image control system according to Embodiment 3. 20, 1 is a DVD player as a sound source, 2 is a signal processing unit, 20 is a CT speaker, 21 is an FR speaker, 22 is an FL speaker, 23 is an SR speaker, 24 is an SL speaker, and 31 is a target of the listener a. A sound source, 32 is a target sound source of the listener b, 500 is a display, and 501 is a car. FIG. 20 shows a configuration in which the sound image control system (FIG. 1) according to Embodiment 1 is applied to an automobile. Also in the third embodiment, the purpose of realizing the target sound sources 31 and 32 for the FR signal (the same applies to other channel signals) is the same as that of the first embodiment. In FIG. 20, speakers 21 and 22 are installed at (or near) the front door, CT speaker 20 is installed near the center of the front console, and speakers 23 and 24 are installed at the rear tray. In the third embodiment, in addition to the audio signal, a video signal is output from the DVD player. The video signal is reproduced by the display 500.
[0071]
The interior of a car has complex acoustic characteristics such as standing waves that are likely to be generated or strong reverberation due to the fact that it is a closed small space or that there is a reflector such as glass. . Therefore, under the conditions where the number of speakers and the cost performance of the signal processor are limited, sound image localization control is performed for a plurality of (here, four) control points in the entire frequency band from the low band to the high band. That involves considerable difficulty.
[0072]
Therefore, in the third embodiment, the signal is divided into bands, and the sound image localization control is performed on a low frequency band where control is relatively easy. Regarding the crossover frequency to be divided, for example, it is conceivable to perform sound image localization control at a frequency of about 2 kHz or less at which phase characteristics are important. If an acoustic characteristic that is difficult to control exists at 2 kHz or less, the frequency may be divided near that frequency. Hereinafter, the operation of the sound image control system according to Embodiment 3 will be described.
[0073]
FIG. 21 is a diagram illustrating an internal configuration of the signal processing unit 2 according to the third embodiment. The configuration shown in FIG. 21 is configured to divide each input signal (only the CT signal and the FR signal are shown in FIG. 21) into a low band and a high band. The description of the same parts as those in FIG. 2 will be omitted.
[0074]
21, 310 and 311 are low-pass filters (hereinafter referred to as LPFs), 320 and 321 are high-pass filters (hereinafter referred to as HPFs), 330 to 333 are delay units (delayed in the figure as "Delay"), and 340 to 345. Denotes level adjusters (in the figure, denoted as “G1” to “G6”, respectively). The input FR signal is appropriately level-adjusted by level adjusters 344 and 345, and is input to LPF 311 and HPF 321. The LPF 311 extracts a low-frequency component of the FR signal, and the extracted signals are subjected to signal processing by filters 105 to 109. The operation of the filters 105 to 109 is the same as that of FIG. 2 except that the signal being handled is a low-frequency component.
[0075]
On the other hand, the HPF 321 extracts a high-frequency component of the input signal, and the extracted signal is time-adjusted by the delay unit 333. The delay unit 333 adjusts the time mainly for the purpose of adjusting the time of the low-frequency component signal processed by the filter 106 to the time. The output signal of the delay unit 333 is added to the output signal of the filter 106 via the adder 206 by the adder 210 and input to the FR speaker 21 (in FIG. 21, simply referred to as “FR”. The same applies to the drawings.). As described above, the low-frequency component of the input signal is controlled by filters 105 to 109 so as to be located at the positions of target sound sources 31 and 32, and the high-frequency component of the input signal is controlled by FR speaker 21 in a direction close to the target sound source. Will be played. As a result, even in a vehicle cabin having complicated acoustic characteristics, it is possible to control the listeners a and b so that the FR signals are reproduced from the target sound sources 31 and 32, respectively.
[0076]
Here, when the input signal (here, FR signal) is subjected to signal processing by dividing it into a high-frequency component and a low-frequency component as described above, depending on the installation location of the FR speaker 21, the high frequency reproduced from the FR speaker 21 may be used. There is a possibility that the sound image localization feeling is pulled by the sound of the band component and the sound image of the entire FR signal is heard at a position shifted from the target sound sources 31 and 32. Since the amplitude (sound pressure) characteristic of the high-frequency component of the signal is more effective in localization perception than the phase characteristic, intensity control of sound image localization can be performed by sorting and reproducing with other speakers. is there. Hereinafter, a specific example will be described.
[0077]
FIG. 22 is a diagram illustrating an internal configuration of the signal processing unit 2 in the case where intensity control is performed on a high-frequency component of an input signal in the third embodiment. The configuration shown in FIG. 22 is a configuration in which the high frequency component of the FR signal is distributed to the FR speaker 21 and the SR speaker 23, and the intensity control is performed by the level adjusters 345 and 346.
[0078]
The FL signal is the same as the FR signal except that the left and right are different. That is, the high frequency component of the FL signal can be reproduced only from the FL speaker 22, or the intensity control between the FL speaker 22 and the SL speaker 24 can be performed.
[0079]
Next, the CT signal will be described. FIG. 23 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on a CT signal in the third embodiment. In FIG. 23, target sound sources 31 and 32 are set in front of listeners a and b, respectively. The configuration of the sound image control system (including the configuration of the signal processing unit 2) is the same as that in FIG.
[0080]
In FIG. 21, the LPF 310 extracts a low-frequency component of a CT signal, and performs signal processing on the extracted signal by filters 100 to 104. The operation of the filters 100 to 104 is the same as that of FIG. 2 except that the signal being handled is a low-frequency component.
[0081]
On the other hand, the high frequency component of the CT signal is extracted by the HPF 320. The level of the extracted signal is appropriately adjusted by the level adjusters 341 to 343 so as to perform intensity control so as to be located in front of the listeners a and b. The level-adjusted signals are time-adjusted by delay units 330 to 332, added to the outputs of filters 100 to 104 by adders 200 to 204, and input to the CT speaker. In the delay units 330 to 332, for example, adjustment is performed so that the low-frequency components from the filters 100 to 104 coincide with the time at the ears of the listeners a and b. As described above, the low-frequency component of the CT signal is sound image localized by the filters 100 to 104, and the high-frequency component of the CT signal is intensity-controlled. As a result, it is possible to give the listeners a and b a feeling that the CT signal is being reproduced from the positions of the target sound sources 31 to 32 shown in FIG.
[0082]
FIG. 24 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on a CT signal in the third embodiment. FIG. 24 differs from FIG. 23 in that the target sound source 31 of the CT signal (here, the target sound source 31 is the target sound source for both the listeners a and b) is set at the position of the display 500. ing. In this case, it is effective to set a target sound source position on the display 500 when not only audio reproduction but also video reproduction is involved. This is because it is natural that the dialogue of the movie, the voice of the singer, and the like can be heard from the position corresponding to the image, that is, from the position of the display 500. Note that the method of setting the target sound source 31 shown in FIG. 24 may be the same method as in the case of FIG.
[0083]
When the target sound source 31 is set as shown in FIG. 24, the signal processing unit 2 is configured as shown in FIG. 22, for example. 22, a low-frequency component of a CT signal is extracted by an LPF 310, and the extracted signal is subjected to signal processing by filters 100 to 104. On the other hand, the high frequency component of the CT signal is extracted by the HPF 320, and the extracted signal is time-adjusted by the delay unit 330. Further, the time-adjusted signal is added to the output of the filter 100 by the adder 200 and input to the CT speaker 20. The delay unit 330 adjusts the time so that, for example, the low-frequency components from the filters 100 to 104 coincide with the ears of the listeners a and b. Note that the sound pressure levels to be added by the adder 200 may be adjusted by the level adjusters 340 and 341. As described above, the low frequency component of the CT signal is sound image localization controlled by the filters 100 to 104, and the high frequency component of the CT signal is reproduced from the CT speaker 20 close to the display 500. Thereby, it is possible to give each listener a and b a sense as if the CT signal is being reproduced from the display 500 in FIG.
[0084]
Next, the SL signal will be described. FIG. 25 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on an SL signal in the third embodiment. In FIG. 25, target sound sources 31 and 32 are set to the left rear of the listeners a and b, respectively.
[0085]
FIG. 26 is a diagram illustrating an internal configuration of the signal processing unit 2 according to the third embodiment. In FIG. 26, the low-frequency component of the SL signal is extracted by the LPF 312 and then subjected to signal processing by the filters 110 to 114. On the other hand, the high frequency component of the SL signal is extracted by the HPF 322 and time-adjusted by the delay units 335 and 336. For example, the delay units 335 and 336 adjust the time so that the low-frequency components from the filters 110 to 114 are in time at the ears of the listeners a and b. The level of the time-adjusted signal is appropriately adjusted by level adjusters 348 and 349 so as to perform intensity control so that the sound image is localized at the positions of the target sound sources 31 and 32 shown in FIG. The signals whose levels have been adjusted are added to the outputs of filters 112 and 114 and adders 212 and 213, respectively, and input to SL speaker 24 and FL speaker 22. As described above, the low frequency components of the SL signal are sound image localization controlled by the filters 110 to 114, and the high frequency components of the SL signal are intensity controlled. Thereby, it is possible to give each listener a and b a sense that the SL signal is being reproduced from the positions of the target sound sources 31 and 32 shown in FIG.
[0086]
Note that the SR signal is the same as the SL signal except that the left and right are different. That is, the high frequency component of the SR signal can be reproduced only from the SR speaker 23, or the intensity control between the SR speaker 23 and the FR speaker 21 can be performed.
[0087]
Note that, even when the positions of the speakers are different, the same control as described above can be performed. FIG. 27 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on the SL signal when the positions of the speakers are different. In FIG. 27, the SR speaker 23 and the SL speaker 24 are installed at the right rear door and the left rear door of the automobile, respectively.
[0088]
In FIG. 27, since the target sound sources 31 and 32 of the SL signal are almost at the same position as the SL speaker 24, the high frequency component of the SL signal may be reproduced from the SL speaker 24. Further, since the target sound sources 31 and 32 of the SL signal are almost at the same position as the SL speaker 24, the sound signal localization control is not performed for the entire band of the SL signal, and the entire band of the SL signal is reproduced from the SL speaker 24. Is also good. In this case, the delay unit 335 shown in FIG. 26 is used for time adjustment with other channel signals. As described above, when the target sound source position is almost the same as the position of the speaker, the filters 110 to 114, the LPF 312, and the HPF 322 can be reduced.
[0089]
As described above, in the case where the sound image control system is applied to the inside of the vehicle, the control method of each of the signals of each of the 5 channels has been described. Therefore, if all the signals are combined as described with reference to FIG. 14, the sound image localization control can be simultaneously performed on each of the 5ch signals.
[0090]
In the third embodiment, the four control points have been described as the positions of both ears of the listener of the front seat of the car. However, the positions of the control points are not limited to this, and the positions of the control points of the rear seat are not limited thereto. The position of the listener may be used as the control point.
[0091]
(Embodiment 4)
Hereinafter, a sound image control system according to Embodiment 4 will be described. The sound image control system according to the fourth embodiment is an application example to an automobile as in the third embodiment, and a case where the number of control speakers is equal to or less than the number of control points as in the second embodiment will be described. Regarding the FR signal, the FL signal, the SR signal, and the SL signal, the method of reducing the number of control speakers is the same as that of the second embodiment, and the processing of the high frequency component is the same as that of the third embodiment. On the other hand, regarding the CT signal, the method of reducing the number of control speakers may be the same as that in the second embodiment, or may be a method described below.
[0092]
In the fourth embodiment, sound image localization control is performed using two FR speakers 21 and FL speakers 22 for low-frequency components of CT signals, and CT speakers are used for high-frequency components of CT signals. That is, since the wavelength of the low-frequency component of the CT signal is long, four control points are controlled by the two speakers 21 and 22. Then, for the high frequency component of the CT signal, intensity control is performed by the three speakers 20 to 22. FIG. 28 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on a CT signal in the fourth embodiment. As is clear from FIG. 28, regarding the control of the CT signal, no CT signal is input to the SR speaker 23 and the SL speaker 24. FIG. 29 is a diagram illustrating an internal configuration of the signal processing unit 2 according to the fourth embodiment. The operation of the signal processing unit 2 illustrated in FIG. 29 is the same as the operation related to the CT signal illustrated in FIG. 21 except that the number of filters is small, and thus detailed description is omitted.
[0093]
In FIG. 29, of the components of the CT signal, only the high frequency component is input to the CT speaker 20. That is, since the CT speaker 20 only needs to be able to reproduce only the high frequency component, the CT speaker can be realized by a small speaker such as a tweeter. In general, the space for installing the CT speaker 20 (especially in a car) is not large, so that it is often difficult to install the CT speaker 20. Therefore, the above problem can be solved by implementing the CT speaker 20 with a small speaker as in the fourth embodiment. Furthermore, if the CT speaker 20 can be incorporated into the display 500, the space merit will be very large.
[0094]
In the fourth embodiment, the target sound source position of the CT signal may be set to the position of display 500. FIG. 30 is a diagram showing a state where the target sound source position of the CT signal is set to the position of display 500 in the third embodiment. As shown in FIG. 30, the target sound source 31 of the CT signal (here, the target sound source 31 is the target sound source for both the listeners a and b) is the position of the display 500. At this time, the configuration of the signal processing unit 2 is, for example, as shown in FIG. FIG. 31 is a diagram showing an internal configuration of the signal processing unit 2 for realizing the target sound source position shown in FIG. The configuration shown in FIG. 31 is the same as the configuration shown in FIG. 29 except that the high frequency component of the CT signal is input only to the CT speaker 20, and thus the detailed description of the configuration shown in FIG. 31 is omitted. Here, it is assumed that the CT speaker is incorporated in the display 500 or is installed near the display 500.
[0095]
In the fourth embodiment, the four control points have been described as the positions of both ears of the listener in the front seat of the car. However, the positions of the control points are not limited to this, and The position of the listener may be used as the control point.
[0096]
In the fourth embodiment, the case where the sound image control system is applied to an automobile has been described. However, as another embodiment, for example, a sound image control system is applied using a television and an audio system in a home. Things are conceivable. Specifically, when the CT speaker 20 can be used for high-frequency sound reproduction as in the fourth embodiment, the CT speaker 20 is realized by a built-in speaker of a television, and the other speakers are realized by audio speakers. It becomes possible.
[0097]
(Embodiment 5)
Hereinafter, the sound image control system according to Embodiment 5 will be described. FIG. 32 is a diagram illustrating an outline of the sound image control system according to the fifth embodiment. Embodiment 5 is an example in which a listener at the back seat of an automobile is taken into consideration. That is, in the fifth embodiment, a case will be described in which the number of listeners is four, that is, listeners a to d, as shown in FIG.
[0098]
FIG. 33 is a diagram illustrating a configuration of the signal processing unit 2 according to the fifth embodiment. The signal processing unit 2 shown in FIG. 33 performs sound image localization control for two listeners a and b located in the front seat, and performs signal localization control for two listeners c and d located in the rear seat. Reproduces the signals of all channels by rear speakers 23 and 24 (these reference numbers are assigned to the above-mentioned SR speakers 23 and SL speakers 24 because they correspond to the above-mentioned SR speakers 23 and SL speakers 24). As a result, deterioration and omission of information to the listener in the rear seat are prevented. Here, it is assumed that the CT signal is localized at the position of the display 500. However, the target sound source position of the CT signal is not limited to this, and may be located in front of each of the listeners a and b as described above. Hereinafter, the operation of the signal processing unit 2 will be specifically described.
[0099]
From the CT signal, a low-frequency component is extracted by the LPF 310, and the extracted signal is subjected to signal processing for sound image localization control by the filters 100 to 102. On the other hand, the high frequency component of the CT signal extracted by the HPF 320 is given an appropriate delay by the delay unit 330, and is added by the adder 200 to the output of the filter 100. The output signals from the filters 100 to 102 and the high frequency component of the CT signal are input to the speakers 20 to 22 and reproduced. Thus, the sound of the CT signal can be sound image localized at the position of the display 500.
[0100]
Although FIG. 33 shows a configuration in which the rear speakers 23 and 24 are not used, the present invention is not limited to this and may be used. However, the sound image or sound quality of the rear seat must be considered. According to the configuration of FIG. 33, the influence of the rear seats of the sound image localization control by the filters 100 to 102 can be suppressed, and only the target front speakers 20 to 22 are used for the front seats. And a good sound image localization effect can be obtained.
[0101]
The low frequency component is extracted from the FR signal by the LPF 311, and the filters 105 to 108 perform signal processing for sound image localization control. On the other hand, the high frequency component of the FR signal extracted by the HPF 321 is given an appropriate delay by the delay unit 331, and is added by the adder 210 to the output of the filter 106. Then, by reproducing the outputs of the filters 105 to 108 and the high frequency components by the speakers 20 to 23, the sound image localization control of the FR signal can be performed. The output signals from the filters 105 to 108 and the high frequency component of the FR signal are input to the speakers 20 to 23 and are reproduced. Thus, sound image localization control of the sound of the FR signal can be performed.
[0102]
Although FIG. 33 shows a configuration in which the rear speaker (SL speaker) 24 is not used, the present invention is not limited to this and may be used. Further, the configuration shown in FIG. 33 is a configuration in which the high frequency component of the FR signal is reproduced only by the FR speaker 21. However, the present invention is not limited to this, and the intensity control by a plurality of speakers as in the third embodiment is performed. May be performed. However, the sound image or sound quality of the rear seat must be considered. According to the configuration of FIG. 33, it is possible to suppress the influence of the rear seats of the sound image localization control by the filters 105 to 108, and to obtain a good sound image localization effect also for the front seats.
[0103]
The same processing as the FR signal is performed on the FL signal. That is, the low-frequency component of the FL signal is extracted by the LPF 312, and the filters 115 to 118 perform signal processing for sound image localization control. On the other hand, the high frequency component of the FL signal extracted by the HPF 322 is given an appropriate delay by the delay unit 332, and is added by the adder 211 to the output of the filter 117. Then, by reproducing the outputs of the filters 115 to 118 and the high-frequency components by the speakers 20 to 22, 24, the sound signal localization control of the FL signal can be performed.
[0104]
Although FIG. 33 shows a configuration in which the rear speaker (SR speaker) 23 is not used, the present invention is not limited to this and may be used. Further, the configuration shown in FIG. 33 is a configuration in which the high frequency component of the FL signal is reproduced only by the FL speaker 21. However, the present invention is not limited to this, and intensity control using a plurality of speakers is performed as in the third embodiment. May be performed. However, the sound image or sound quality of the rear seat must be considered. According to the configuration of FIG. 33, it is possible to suppress the influence of the rear seats of the sound image localization control by the filters 115 to 118, and to obtain a good sound image localization effect also for the front seats.
[0105]
After the SR signal is appropriately adjusted in level by the level adjuster 347, the SR signal is appropriately delayed in the delay unit 334 and reproduced from the SR speaker 23. That is, in the fifth embodiment, the sound image localization control by the filter is not performed on the SR signal. This is for the listeners c and d of the rear seats in addition to the listeners a and b of the front seats. When the sound image localization control for the front seats is performed also for the SR signal, the rear speakers 23 and This is because the listeners c and d close to 24 are strongly affected by the rear speakers 23 and 24, and there is a high possibility that the sound quality and the like for the listeners c and d will be adversely affected. In addition, as shown in FIG. 27, when the rear speakers 23 and 24 are installed on the rear door, the surround sound effect can be easily obtained without performing the sound image localization control because the target sound source position is relatively close to the installation position. Therefore, in this case, it can be said that the necessity of performing sound image localization control using a filter on the SR signal is small. The sound image localization control by the filter is not performed on the SL signal for the same reason as the SR signal. This is the end of the description of the sound image localization control of each channel signal for the listeners a and b in the front seat in FIG.
[0106]
Next, the rear seat will be described. In the configuration for only the front seat as in the above-described first to fourth embodiments, the sound image and the sound quality for the listener in the rear seat are not considered, and the best effect can be obtained in the front seat. It is adjusted to. In this case, in the rear seat, the sound from the rear speakers 23 and 24 is large, and the sound from the front speakers (CT speaker, FR speaker and FL speaker) 20 to 22 is small due to the relationship between the listener and the distance between the speakers. The balance between the sound coming from the front and the sound coming from the rear becomes very bad. Therefore, when audio services are also provided to the listeners c and d in the rear seat as shown in FIG. 32, it is necessary to solve the imbalance in the reproduction sound levels of the front speakers and the rear speakers.
[0107]
Therefore, in the fifth embodiment, a configuration for solving the above imbalance is adopted. Further, at this time, the sound image localization effect for the listeners a and b in the front seat is not affected. In order to achieve this compatibility, in FIG. 33, sound image localization control is performed on the front seat as described above while suppressing the influence of the rear seat. On the other hand, the rear seat is configured to improve only the imbalance between the CT, FR, and FL signals, and the SR and SL signals without performing sound image localization control. Hereinafter, FIG. 33 will be described in detail.
[0108]
The CT signal is adjusted in level by a level adjuster 348, delayed by a delay unit 335, and then applied to adders 214 and 215. The level of the FR signal is adjusted by a level adjuster 349, delayed by a delay unit 336, and then applied to an adder 215. The level of the FL signal is adjusted by the level adjuster 350, delayed by the delay unit 337, and then applied to the adder 214. Further, the output signals of adders 214 and 215 are applied to adders 212 and 213, respectively. As a result, a signal obtained by adding the CT signal and the FR signal to the SR signal is reproduced by the rear speaker 24. Further, a signal obtained by adding the CT signal and the FL signal to the SL signal is reproduced by the rear speaker 23.
[0109]
As described above, in the fifth embodiment, in addition to the SR signal and the SL signal, the CT signal, the FR signal, and the FL signal are reproduced from the rear speakers 23 and 24. Thereby, the problem of the imbalance felt by the listener in the rear seat can be improved. The mutual influence between the front seat and the rear seat is suppressed by adjusting the overall level balance by the level adjusters 340 to 347 for the front seat and the level adjusters 348 to 350 for the rear seat. Can be. As a result, good sound quality can be obtained in both the front seat and the rear seat.
[0110]
(Embodiment 6)
Hereinafter, the sound image control system according to Embodiment 6 will be described. FIG. 34 is a diagram showing an outline of the sound image control system according to the sixth embodiment. The sound image control system according to the sixth embodiment controls a woofer signal (WF signal) included in a 5.1-channel audio signal. Here, FIG. 34 shows a case where only the front seat is controlled, and the signal processing unit 2 at this time is configured as shown in FIG. 35, for example.
[0111]
FIG. 35 is a diagram illustrating a configuration of the signal processing unit 2 according to the sixth embodiment. The control for the listener in the front seat is the same as in FIG. 33 except for the WF signal. The WF signal may be adjusted only for the front seat, and since the frequency band in which the WF signal is reproduced is an extremely low frequency band (for example, about 100 Hz or less), it is considered that the sound pressure is substantially the same for the listeners a and b. As described above, in FIG. 35, the WF signal is subjected to level adjustment and delay adjustment, and is reproduced by the WF speaker 25.
[0112]
It should be noted that if the control is performed only for the front seat listener, the configuration of FIG. 35 is not a problem, but if the rear seat listener is also to be controlled (see FIG. 36), the WF signal Is set for the listener in the front seat, so that the rear seat has an excessively high playback level. In order to solve this, the following method may be adopted. Hereinafter, a sound image control system according to Embodiment 6 in which a listener at the rear seat is considered will be described.
[0113]
FIG. 36 is a diagram illustrating an overview of the sound image control system according to Embodiment 6 in the case where a listener is also present at the rear seat. As shown in FIG. 36, using the speakers 21 to 25 except the CT speaker 20, control is performed so that the WF signal reproduction level becomes approximately the same sound pressure at the four control points α, β, γ, and θ. Here, the CT speaker 20 is not used for control, but may be used. However, it is considered that the CT speaker 20 is unlikely to be used because it is generally difficult to reproduce an extremely low frequency. In addition, the reason why the listener has one point in the vicinity instead of each ear is that the target frequency is considered to be sufficient because the wavelength of the target frequency is a low frequency.
[0114]
FIG. 37 is a diagram illustrating a method of calculating a filter coefficient using an adaptive filter in the sixth embodiment. In FIG. 37, target characteristics at control points α, β, γ, and θ (that is, microphones 41 to 44) are set in target characteristic units 155 to 158. Here, the transfer characteristic from the WF speaker 25 to the control point α is P1, the transfer characteristic from the control point β is P2, the transfer characteristic to the control point γ is P3, and the transfer characteristic to the control point θ is P4. Further, P1 is set in the target characteristic unit 155, P2 is set in the target characteristic unit 156, P3 'is set in the target characteristic unit 157, and P4' is set in the target characteristic unit 157. Here, P3 'is the characteristic of P3 adjusted so that the level is approximately equal to P1 or P2, and the time characteristic is approximately equal to P3. P4 'is a characteristic of P4 adjusted so that the level is approximately equal to P1 or P2, and the time characteristic is approximately equal to P4.
[0115]
In FIG. 37, the sounds reproduced from the speakers 21 to 25 are controlled by the adaptive filters 120 to 124 so as to be equal to the target characteristics of the target characteristic units 155 to 158 at the positions of the microphones 41 to 44. Then, the filter coefficient that minimizes the error signal from the subtracters 185 to 188 is determined. The filter coefficients thus obtained are set in the filters 120 to 124 in FIG. The levels of target characteristic units 157 and 158 may be adjusted by adjusting the levels of target characteristic units 157 and 158, or conversely, the levels of target characteristic units 157 and 158 may be adjusted.
[0116]
FIG. 38 is a diagram illustrating a configuration of the signal processing unit 2 in a case where a listener in a rear seat is considered. As shown in FIG. 38, the WF signal is appropriately delayed by the delay unit 351 and then subjected to signal processing by the filters 120 to 124, input to each speaker except the CT speaker 20, and reproduced. Thus, the listeners a to d can hear the reproduced sound of the WF signal of the same level. In the above, the case where the reproduction levels of the WF signals to the listeners a to d are set to the same level has been described. However, the present invention is not limited to this, and the reproduction level sets a desired target characteristic. It can be freely changed by the following. Further, the configuration in which four control points are controlled by five speakers has been described. However, for example, when the WF speaker 25 is not provided, the configuration may be such that the other four speakers 21 to 24 are controlled.
[0117]
FIG. 39 is a diagram illustrating an overview of a sound image control system according to Embodiment 6 when the number of control points for a WF signal is two. As shown in FIG. 39, regarding the control of the WF signal, since the target frequency is low, the control point α near the middle between the listeners a and b and the control point β near the middle between the listeners c and d Two points may be controlled by three speakers (SR speaker, SL speaker, and WF speaker) 23 to 25 (or by three speakers of FR speaker 21, FL speaker 22, and WF speaker 25). FIG. 40 shows an example of the configuration of the signal processing unit 2 in this case. Since there are two control points, a configuration using an SR speaker 23 and an SL speaker 24 as the control speakers may be used. Thus, the number of WF speakers 25 can be reduced.
[0118]
In the above description, the transfer characteristic (the above-described P1 to P6) from the WF speaker 25 to each control point is used as the target characteristic device of the WF signal, but the relationship between the time and the level of P1 to P6 is followed. If possible, a device having an arbitrary frequency characteristic such as a BPF may be used. In this case, the target characteristic units 155 to 158 can be configured by the level adjuster, the delay unit, and the BPF.
[0119]
As described above, even when there are listeners a to d in the front and rear seats, the WF signal reproduction level can be optimally adjusted for each listener.
[0120]
In the sixth embodiment, the control method in the car interior has been described. However, the present invention is not limited to this. The sound image control system according to the sixth embodiment may be applied to a general room such as a home listening room or an audio system. May be applied.
[0121]
(Embodiment 7)
Hereinafter, the sound image control system according to Embodiment 7 will be described. In the first to sixth embodiments, multi-channel signals have been described. In the seventh embodiment, sound image localization control of two-channel signals will be described. FIG. 41 is a diagram illustrating a configuration of a sound image control system according to Embodiment 7. As shown in FIG. 41, the sound image control system differs from the first embodiment in that the sound source is changed from the DVD player 1 to the CD player 4 and that the multi-channeling circuit 3 is provided. In the seventh embodiment, the WF speaker 25 is provided. Other points are the same as those of the above-described first embodiment.
[0122]
The 2ch signal (FL signal and FR signal) output from the CD player 4 is converted to 5.1ch by the multi-channeling circuit 3. FIG. 42 is a diagram illustrating an example of the configuration of the multi-channeling circuit 3. The input FR signal and FL signal are directly used as the FL signal and the FR signal of the signal processing unit 2. In addition, CT, SL, and SR signals in the 5.1ch signal are obtained in the following manner.
[0123]
In FIG. 41, the FL signal and the FR signal are added by an adder 240, whereby a CT signal is generated. Normally, the signal to be localized in the center is included in the FL signal and the FR signal in the same phase as in the case of vocals. Therefore, when added, the in-phase component is level-emphasized. The WF signal is generated by limiting the generated CT signal to a WF signal band by a band-pass filter (hereinafter, BPF) 260. This processing is based on the fact that the low-frequency component is normally included in the FL signal and the FR signal in the same phase as the signal to be localized in the center.
[0124]
On the other hand, the subtracter 250 extracts a difference component between the FL signal and the FR signal by subtracting the FR signal from the FL signal. This means that only the components included independently of the FL signal and the FR signal are extracted. In other words, the in-phase component localized at the center is reduced. As a result, an SL signal is generated. Similarly, the subtractor 251 subtracts the FL signal from the FR signal to generate an SR signal. Then, the generated SL signal and SR signal are given an appropriate delay by the delay units 270 and 271, respectively, to enhance the sense of surround. In the delay units 270 and 271, for example, a delay time that is relatively longer than the FL signal, the FR signal, and the CT signal, and that is different between the SL signal and the SR signal is set. In addition, a setting that simulates a reflected sound may be used. As described above, in the seventh embodiment, the 5.1ch signal is generated from the 2ch signal. However, the method is not limited to the method shown in FIG. 42 and is generally known as a so-called Dolby Pro Logic. The technique used may be used.
[0125]
The 5.1ch signal thus generated is subjected to sound image localization control by the signal processing unit 2 in the same manner as in the first to sixth embodiments. FIG. 43 is a diagram illustrating an example of a configuration of the signal processing unit 2 according to the seventh embodiment. The operation of the signal processing unit 2 shown in FIG. 43 is the same as the operation described in FIG. 21, FIG. 35, and the like, and thus detailed description will be omitted.
[0126]
As described above, it is possible to improve the sense of reality by converting the sound source of the 2ch signal into 5.1ch, and to control the sound image localization. In particular, it is possible to localize the CT signal in front of each of the listeners a and b, which was impossible in the conventional 2ch reproduction. With this configuration, it is possible to provide a new audio service of a 2-channel sound source that has not been available.
[0127]
(Embodiment 8)
Hereinafter, a sound image control system according to Embodiment 8 will be described. The eighth embodiment differs from the other embodiments in the method of setting the target characteristics. FIG. 44 shows the same target characteristics as in FIG. When the sound image localization control by the filter signal processing is performed on the low-frequency component of the signal, it can be approximated to a substantially constant level flat characteristic as shown by the dotted lines in FIGS. 44 (c) and (d). In the eighth embodiment, times T1 and T2 and levels approximated by delay characteristics shown in FIG. 45 are set as target characteristics in target characteristic units 151 to 154 shown in FIG. Here, in FIG. 45, the characteristics other than the low range are flat, but the LPF characteristics limited to the target frequency range may be multiplied. Further, instead of the flat characteristic, a simple approximate characteristic closer to the target characteristic as shown by a dashed line in FIG.
[0128]
FIG. 46 is a diagram showing a control effect when the target characteristics shown in FIG. 45 are set. FIG. 46 shows an example in which the CT signal is localized at the display position. Here, FIGS. 46A and 46B show the amplitude frequency characteristics at the driver's seat. FIGS. 46C and 46D show the amplitude frequency characteristics at the passenger seat. FIG. 46 (e) shows the phase difference characteristics at both ears of the passenger seat. FIG. 46F shows a phase difference characteristic between both ears of the driver's seat. In FIG. 46, the dotted line indicates the case where the control is OFF, and the solid line indicates the case where the control is ON.
[0129]
As can be seen from FIG. 46, the amplitude frequency characteristics of both the driver's seat and the passenger's seat are flattened. Thus, the sound quality is improved by preventing the unique peaks and valleys in the amplitude characteristics. Further, it can be seen that the phase characteristic is also improved to a characteristic close to a straight line. In particular, in FIG. 46 (f), the part where the phase is out of phase at 200 to 300 Hz is improved, and the feeling of anti-phase and the feeling of unlocalization are improved. The reason why the phase characteristics change as the frequency becomes higher is that the target characteristics are different between the left and right ears of the listeners a and b. Since the listener a (driver's seat) measures FIG. 46 (f) with reference to the left ear, the listener b (passenger seat) measures FIG. 46 (e) with reference to the right ear. The phase is changing. As described above, by replacing the target characteristic with a simple delay or level adjustment, it is possible to obtain a sound image localization effect and a sound quality improvement effect.
[0130]
Although a case has been described above where a target characteristic approximating the actual transfer characteristic is set, it is possible to set the amplitude frequency characteristic to some extent arbitrarily after approximating the phase characteristic (time characteristic). As a result, it is possible to perform sound quality adjustment such as sharpness and weight while performing sound image control.
[0131]
As described above, according to the sound image control system according to the present invention, it is possible to simultaneously perform sound image control on four points near each ear of two listeners. Furthermore, by disposing the speaker in a direction symmetrical with respect to the target sound source position in the front-rear, left-right and front-rear directions, it is possible to reduce the circuit configuration and the amount of calculation without affecting the sound image control effect.
[0132]
Further, the input signal is frequency-divided into a low-frequency component and a high-frequency component, and the sound image localization control is performed on the low-frequency component so as to be equal to the target characteristic at the control point, and the sound image localization control is not performed on the high-frequency component. With this configuration, the amount of calculation required for signal processing can be reduced.
[0133]
Also, by performing signal processing on the woofer signal using a plurality of speakers so as to have approximately the same sound pressure at a plurality of control points, the reproduction level of the woofer signal can be made uniform at the plurality of points. Also, by approximating the target characteristics from the target sound source to the control point with respect to delay and level, sound quality can be improved and arbitrary characteristics can be given.
[0134]
In addition, the signal processing unit controls the sound image of the front two seats in the vehicle interior, and reproduces all the input signals from the sound source without controlling the sound image by the rear speakers in the rear seats. While maintaining the control effect, the balance of the signal levels of the respective channels in the rear seat can be improved, and the clarity and the like can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a sound image control system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of a signal processing unit 2 shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a case where transfer characteristics from target sound sources 31 and 32 are given to listeners a and b with the same characteristics.
FIG. 4A is a diagram illustrating a time characteristic (impulse response) of a transfer characteristic GR according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3B is a diagram illustrating a time characteristic (impulse response) of the transfer characteristic GL according to the first embodiment of the present invention.
(C) A diagram showing an amplitude frequency characteristic (transfer function) of the transfer characteristic GR according to the first embodiment of the present invention.
(D) is a diagram illustrating an amplitude frequency characteristic (transfer function) of the transfer characteristic GL according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a case where a speaker 30 is actually installed near the positions of target sound sources 31 and 32.
FIG. 6 is a diagram showing a method of setting a target sound source in the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a transmission path from each of the target sound sources 31 and 32 to the center position of the listeners a and b.
FIG. 8 is a diagram illustrating a method for calculating a filter coefficient using an adaptive filter in the first embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a case where a CT signal is simultaneously localized in front of listeners a and b in a sound image.
FIG. 10 is a diagram showing a case where a speaker 30 is actually located in front of a listener a (or b).
FIG. 11 is a diagram showing a case where sound image localization control is performed so that the SL speaker 24 is further enlarged to the left.
FIG. 12 is a diagram showing a case where a speaker 30 is actually installed near the positions of target sound sources 31 and 32.
FIG. 13 is a diagram illustrating a target characteristic setting method in consideration of causality according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a case where all five signals are combined.
FIG. 15 is a diagram illustrating a method of setting a target sound source at a position common to listeners a and b.
FIG. 16 is a diagram showing a sound image control system when performing sound image localization control on an FR signal in the second embodiment.
FIG. 17 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on a CT signal in the second embodiment.
FIG. 18 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on an SL signal in the second embodiment.
FIG. 19 is a diagram illustrating an overall configuration of a sound image control system using a CT signal as an example according to Embodiment 2 of the present invention;
FIG. 20 is a diagram showing a sound image control system according to a third embodiment.
FIG. 21 is a diagram showing an internal configuration of a signal processing unit 2 according to the third embodiment.
FIG. 22 is a diagram illustrating an internal configuration of the signal processing unit 2 in the case where intensity control is performed on a high-frequency component of an input signal in the third embodiment.
FIG. 23 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on a CT signal in the third embodiment.
FIG. 24 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on a CT signal in the third embodiment.
FIG. 25 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on an SL signal in the third embodiment.
FIG. 26 is a diagram showing an internal configuration of a signal processing unit 2 according to the third embodiment.
FIG. 27 is a diagram showing a sound image control system when sound image localization control is performed on an SL signal when the positions of speakers are different.
FIG. 28 is a diagram illustrating a sound image control system when performing sound image localization control on a CT signal in the fourth embodiment.
FIG. 29 is a diagram illustrating an internal configuration of a signal processing unit 2 according to the fourth embodiment.
FIG. 30 is a diagram showing a state where a target sound source position of a CT signal is set at a position of a display 500 in the third embodiment.
FIG. 31 is a diagram showing an internal configuration of a signal processing unit 2 for realizing the target sound source position shown in FIG.
FIG. 32 is a diagram illustrating an outline of a sound image control system according to a fifth embodiment.
FIG. 33 is a diagram illustrating a configuration of a signal processing unit 2 according to the fifth embodiment.
FIG. 34 is a diagram showing an outline of a sound image control system according to a sixth embodiment.
FIG. 35 is a diagram illustrating a configuration of a signal processing unit 2 according to the sixth embodiment.
FIG. 36 is a diagram showing an outline of a sound image control system according to Embodiment 6 when a listener is also present at the rear seat.
FIG. 37 is a diagram illustrating a method of calculating a filter coefficient using an adaptive filter in the sixth embodiment.
FIG. 38 is a diagram illustrating a configuration of the signal processing unit 2 in a case where a listener in a rear seat is considered.
FIG. 39 is a diagram illustrating an overview of a sound image control system according to a sixth embodiment when the number of control points for a WF signal is two.
FIG. 40 is a diagram illustrating another configuration of the signal processing unit 2 according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 41 is a diagram showing a configuration of a sound image control system according to a seventh embodiment.
42 is a diagram illustrating an example of a configuration of a multi-channeling circuit 3. FIG.
FIG. 43 is a diagram illustrating an example of a configuration of a signal processing unit 2 according to Embodiment 7.
FIG. 44 (a) is a diagram illustrating a time characteristic (impulse response) of a transfer characteristic GR according to the eighth embodiment of the present invention.
(B) It is a figure which shows the time characteristic (impulse response) of the transfer characteristic GL in Embodiment 8 of this invention.
(C) A diagram showing an amplitude frequency characteristic (transfer function) of a transfer characteristic GR according to the eighth embodiment of the present invention.
(D) is a diagram illustrating an amplitude frequency characteristic (transfer function) of a transfer characteristic GL according to the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 45 (a) is a diagram illustrating a time characteristic (impulse response) of a transfer characteristic GR according to the eighth embodiment of the present invention.
(B) It is a figure which shows the time characteristic (impulse response) of the transfer characteristic GL in Embodiment 8 of this invention.
(C) A diagram showing an amplitude frequency characteristic (transfer function) of a transfer characteristic GR according to the eighth embodiment of the present invention.
(D) is a diagram illustrating an amplitude frequency characteristic (transfer function) of a transfer characteristic GL according to the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 46 (a) is a diagram illustrating a sound image control effect (amplitude characteristic) at the left ear of the driver's seat according to Embodiment 8 of the present invention.
(B) It is a figure which shows the sound image control effect (amplitude characteristic) in the driver's seat right ear in Embodiment 8 of this invention.
(C) A diagram showing a sound image control effect (amplitude characteristic) in the left ear of the passenger's seat according to Embodiment 8 of the present invention.
(D) A diagram illustrating a sound image control effect (amplitude characteristic) in the right ear of the passenger's seat according to Embodiment 8 of the present invention.
(E) is a diagram illustrating a sound image control effect (a phase difference characteristic between left and right ears) in a passenger seat according to Embodiment 8 of the present invention.
(F) It is a figure showing a sound image control effect (right and left ear phase difference characteristic) in a driver's seat in Embodiment 8 of the present invention.
FIG. 47 is a diagram showing the overall configuration of a conventional sound image control system.
[Explanation of symbols]
1 DVD player
2 Signal processing unit
3 Multi-channel circuit
20 CT speaker
21 FR speaker
22 FL speaker
23 SR speaker
24 SL speaker
25 WF speaker
31, 32 target sound source
500 display
501 car

Claims (7)

複数のスピーカで音声信号を再生することによって音像定位位置を制御する音像制御システムであって、
音声信号を再生する少なくとも4つのスピーカと、
2人の受聴者の各両耳の位置に対応する4点を制御点とし、当該2人の受聴者がそれぞれ感じる音像定位位置を示す2つの目標音源位置が当該各受聴者に対して同方向の位置となるように、各前記スピーカに入力される音声信号毎に信号処理を行う信号処理部とを備え、
前記2つの目標音源位置は、目標音源側に位置する受聴者から当該受聴者に対する目標音源位置までの距離が、他方の受聴者から当該他方の受聴者に対する目標音源位置までの距離よりも短くなるように設定される、音像制御システム。
A sound image control system that controls a sound image localization position by reproducing an audio signal with a plurality of speakers,
At least four speakers for reproducing audio signals;
Four control points correspond to the positions of both ears of the two listeners, and two target sound source positions indicating sound image localization positions felt by the two listeners are in the same direction with respect to the respective listeners. And a signal processing unit that performs signal processing for each audio signal input to each of the speakers,
In the two target sound source positions, the distance from the listener located on the target sound source side to the target sound source position for the listener is shorter than the distance from the other listener to the target sound source position for the other listener. Sound image control system set as follows.
受聴者正面を0度とした場合における受聴者から目標音源位置への方向をθ度とし、受聴者の中心間の距離をXとし、音速をPとし、目標音源位置から各制御点までの伝達時間を、目標音源位置からの距離が近い制御点の順にT1,T2,T3,T4とすると、前記2つの目標音源位置は、T1<T2≦T3(=T2+Xsinθ/P)<T4である条件を満たすように設定される、請求項1に記載の音像制御システム。When the front of the listener is 0 degree, the direction from the listener to the target sound source position is θ degrees, the distance between the centers of the listeners is X, the sound speed is P, and the transmission from the target sound source position to each control point is performed. Assuming that the time is T1, T2, T3, and T4 in the order of control points that are closer to the target sound source position, the two target sound source positions satisfy the condition that T1 <T2 ≦ T3 (= T2 + Xsin θ / P) <T4. The sound image control system according to claim 1, wherein the sound image control system is set to satisfy. 前記信号処理部は、前記各スピーカのうち、前記2人の受聴者間の中心位置に対して前記2つの目標音源位置と前後方向および左右方向に関して反対方向に設置されたスピーカに対しては音声信号の入力を停止する、請求項1に記載の音像制御システム。The signal processing unit is configured to output a sound to a speaker installed in a direction opposite to the two target sound source positions with respect to a center position between the two listeners in the front-rear direction and the left-right direction. The sound image control system according to claim 1, wherein input of a signal is stopped. 前記信号処理部は、前記2つの目標音源位置が前記2人の受聴者それぞれの正面に設定される場合、前記各スピーカのうち、当該各受聴者の後側に設置されたスピーカに対しては音声信号の入力を停止する、請求項1に記載の音像制御システム。In the case where the two target sound source positions are set in front of the two listeners, the signal processing unit may include, for each of the speakers, a speaker installed behind the listener. The sound image control system according to claim 1, wherein input of the audio signal is stopped. 前記信号処理部は、
前記音声信号を低域成分と高域成分とに周波数分割する周波数分割部と、
前記音声信号の低域成分の信号について、各前記スピーカに入力される信号毎に前記信号処理を行った後、当該各スピーカに入力する低域処理部と、
前記音声信号の高域成分の信号を、前記低域処理部によって各前記スピーカに入力される信号と位相が合うように、前記2つの目標音源位置の中心位置から最近のスピーカに入力する高域処理部とを含む、請求項1に記載の音像制御システム。
The signal processing unit,
A frequency dividing unit that frequency-divides the audio signal into a low-frequency component and a high-frequency component,
For a signal of a low-frequency component of the audio signal, after performing the signal processing for each signal input to each of the speakers, a low-frequency processing unit to input to each of the speakers,
A high-frequency signal input to a recent speaker from a center position of the two target sound source positions so that a signal of a high-frequency component of the audio signal is in phase with a signal input to each of the speakers by the low-frequency processing unit. The sound image control system according to claim 1, further comprising a processing unit.
前記複数のスピーカには、前記2人の受聴者間の中心位置の前方に配置されるツイータが含まれており、
前記高域処理部は、前記2つの目標音源位置が前記2人の受聴者それぞれの正面に設定される場合、前記音声信号の高域成分を前記ツイータに入力する、請求項5に記載の音像制御システム。
The plurality of speakers include a tweeter disposed in front of a center position between the two listeners,
The sound image according to claim 5, wherein the high-frequency processing unit inputs a high-frequency component of the audio signal to the tweeter when the two target sound source positions are set in front of the two listeners. Control system.
前記複数のスピーカは、自動車内に設置されるとともに、当該複数のスピーカのうち少なくとも1つのスピーカは、後部座席側に設置され、
前記2人の受聴者は自動車内の前部座席に位置し、
前記信号処理部は、前記自動車内に設置され、複数チャンネルの音声信号に対して信号処理を行う場合、前記後部座席側に設置されたスピーカに対しては全チャンネルの音声信号を信号処理を行わずに入力する、請求項1に記載の音像制御システム。
The plurality of speakers are installed in an automobile, and at least one of the plurality of speakers is installed on a rear seat side,
The two listeners are located in front seats in a car,
The signal processing unit is installed in the car, and performs signal processing on audio signals of a plurality of channels, and performs signal processing on audio signals of all channels for a speaker installed on the rear seat side. The sound image control system according to claim 1, wherein the input is performed without input.
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