JP5015611B2 - 音像定位制御装置 - Google Patents

Description

本発明は音像定位制御装置に関するものである。

従来、車室内における音楽や映画等のコンテンツ再生においては、各スピーカのゲインバランスやディレイ挿入によるタイムアライメントを調整することによって音像定位感を向上させていた。しかしこのような方法では、異なる座席で同じように定位感を向上させることが困難であった。このような課題を解決するために複数スピーカ間のクロストークを消去する装置が提案されている。以下、図面を参照しながら特許文献１に示される音響再生装置について説明する。

図１は、特許文献１に示される音響再生装置であって音響再生装置１を車輌の前部座席に適用したものである。具体的には、車室内にいる聴き手としての二人の乗員Ｌ１、Ｌ２の左耳に記録装置で再生される信号Ｂ１を、右耳に信号Ｂ２をそれぞれ聴かせることにより、いずれの乗員にも同様に記録装置２に含まれるコンテンツの音響効果を聴かせるものである。乗員Ｌ１、Ｌ２の正面には４つのスピーカ３ａ〜３ｄが設けられ、さらに各スピーカにはそれぞれアンプ４ａ〜４ｄが接続されていて、これらスピーカとアンプの組によって音響発生手段が構成される。一方、記録装置２には公知のバイノーラル収録方式によって記録された音響情報が記録されている。記録装置２とアンプ４ａ〜４ｄは、以下に説明する手順で構築された逆フィルタネットワーク５を介して接続されている。

逆フィルタネットワーク５を構築する際、あらかじめ各スピーカ３ａ〜３ｄから各乗員の両耳までの音響伝達関数ｈｉｊ（ｉ＝１〜４：耳を示す添字、ｊ＝１〜４：スピーカを示す添字）を測定しておく。ただし、ｈ１１，ｈ２１，ｈ３１，ｈ４１以外は図示していない。図２に音響伝達関数ｈｉｊの測定方法を示す。各アンプ４ａ〜４ｄに接続されたテスト信号発生装置６はホワイトノイズ等の広帯域信号を発生し、各スピーカ３ａ〜３ｄの発生音Ｓ１〜Ｓ４と、乗員位置を想定して配置されたダミーヘッドＤ１、Ｄ２の両耳で測定された音Ｍ１〜Ｍ４とを用いて音響伝達関数ｈｉｊを測定する。なお実際は、駆動するスピーカを順次変える。つまり、例えばスピーカ３ａを駆動するときは、他のスピーカ３ｂ〜３ｄは駆動されない。発生音Ｓ１〜Ｓ４、測定音Ｍ１〜Ｍ４、音響伝達関数ｈｉｊは次式の関係を満たす。

一方、図１で示す音響再生装置１の目標とする効果は、
である。（２）式を変形すると、
（１）式を（３）式に代入すると、

よって、図１のような逆フィルタネットワーク５を（４）式を満足するように設計してアンプ４ａ〜４ｄの前に設け、テスト信号発生装置６の出力の代わり左耳用信号と右耳用信号を逆フィルタネットワークに入力すれば、それぞれダミーヘッドＤ１、Ｄ２の左耳、右耳での信号はそれぞれ左耳用信号、右耳用信号となる。なお、図１に示す逆フィルタネットワーク５において紙面向かって左側入力部に左耳用信号を、右側入力部に右耳用信号を入力するものとする。逆フィルタネットワーク５を構成する各要素は次式で表される。

このように構築した逆フィルタネットワーク５でバイノーラル収録された信号Ｂ１、Ｂ２を処理すると、乗員Ｌ１、Ｌ２の左耳位置に到達する音はＢ１、右耳位置に到達する音はＢ２となるので、いずれの乗員にも収録した原音場を聴かせることが出来る。

また、特許文献１に示される構成において、記録装置２の出力を所定の音響伝達関数を模擬するデジタルフィルタ等で処理して逆フィルタネットワーク５に入力するような制御手段を加えれば、所定の方向に音像を定位させることが可能となる。図３は、仮想音源７からダミーヘッドＤ１の左耳、右耳への音響伝達関数Ｇ１、Ｇ２を示した図である。図４は、所定の方向に音像を定位させる音響再生装置を示す図である。図４において、図１と同等の構成には同じ符号を付している。フィルタ８ａ、８ｂには所定の音響伝達関数Ｇ１、Ｇ２が係数として設定されている。音源としては、バイノーラル収録された音ではなく、モノラル信号Ｂ０が記録されたモノラル音源９を用いる。図４の構成において、乗員Ｌ１、Ｌ２の左耳位置、右耳位置の音は、先の説明に従いそれぞれＧ１・Ｂ０、Ｇ２・Ｂ０となるので、あたかも図３で示した仮想音源７で音が発生しているかのように聴こえる。もちろん、あらかじめモノラル信号Ｂ０を音響伝達関数Ｇ１、Ｇ２で処理しておく、もしくは逆フィルタネットワークの構成要素に音響伝達関数Ｇ１、Ｇ２を組み込んでおいても同様の効果を得ることが出来る。
特開平６−１６５２９８号公報

しかし、図１あるいは図４で示した音響再生装置においては、乗員Ｌ１、Ｌ２の両耳位置で振幅と位相を考慮した伝達関数の合成によって音響伝達関数が１となるように逆フィルタネットワーク５を構築しているので、乗員Ｌ１、Ｌ２が頭を動かすと、音響伝達関数ｈｉｊが変動し位相のずれによって伝達関数合成時のゲインまでも劣化し、結果として音響伝達関数が１でなくなってしまう。特に、音波の波長が短い高域成分で劣化が顕著となる。例えば、音声帯域に含まれる３ｋＨｚの音波の場合、波長は約１１ｃｍであり、その１／４波長である３ｃｍ程度頭を動かすと合成精度が劣化し所望の音響伝達関数を得ることが出来ない。このような課題に対して、スピーカの数と制御対象位置を増やすことで音響伝達関数が１となるエリアを広げることは可能であるが、スピーカ設置スペースの制約という問題に加えフィルタ装置の規模が大幅に増すという新たな問題が生じるため、根本的な解決には至らない。

また、別の方法として、図５に示すような構成が考えられる。図５はオーディオ信号のうちＲチャンネル信号を、乗員Ｌ１、Ｌ２に全周波数帯域に渡って所望の方向に定位知覚させるための装置である。図５において、１０ａ〜１０ｄは車輌１６の各ドアに取り付けられた低域再生用スピーカ、１１は車輌１６の右前方ドアピラーに取り付けられたＲチャンネル高域再生用スピーカ、１２は入力されるＲチャンネル信号の低域成分を抽出するローパスフィルタ、１３は入力されるＲチャンネル信号の高域成分を抽出するハイパスフィルタ、１４は遅延器、１５はゲイン器である。なお図５において、図４と同じ動作をする要素には同じ符号を付けてある。図５で示した装置では、低域成分は図４で説明したのと同じく乗員Ｌ１、Ｌ２の耳位置で所望の伝達関数を実現するようにフィルタ８ａ、８ｂ、逆フィルタネットワーク５が動作する。一方、高域成分は逆フィルタネットワーク５によるフィルタ処理はされずにＲチャンネル高域再生用スピーカ１１から再生される。また、乗員Ｌ１、Ｌ２の位置で高域成分の位相とゲインを、低域成分に比べて違和感を生じないように、遅延器１４とゲイン器１５でそれぞれ調整する。以上の動作によって、乗員Ｌ１、Ｌ２は各々右前方ドアピラー付近にＲチャンネル高域成分の音像を知覚する。この場合には、伝達関数合成による制御ではないため少々頭を動かしても音像定位効果が劣化することは無い。しかし、音像の定位方向に関して以下に説明する新たな課題が生じる。

図６は乗員Ｌ１、Ｌ２が知覚する音像の方向を示した図である。例えば、低域成分を右６０度方向に定位させた場合、乗員Ｌ１にとってはＲチャンネル高域再生用スピーカ１１がおよそ右６０度方向に存在するので高域成分も同じ６０度方向に定位し良好な音像定位を得るが、乗員Ｌ２にとってはＲチャンネル高域再生用スピーカ１１がおよそ右３０度方向に存在するので高域成分は３０度方向に定位し低域成分の定位方向と不一致となり、違和感を生じる。このように、音像を定位させたい方向に高域再生用スピーカを配置した場合においては、複数座席で同じ音像定位を与えることが出来ない。

本発明は、前記課題に鑑み、スピーカ数を大幅に増やすことなく、複数座席において同等の定位効果を得られる車載用音像定位制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および図番号は、本発明の理解を助けるために図面との対応関係の一例を示したものであって、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

本発明の音像定位制御装置は、音響信号に基づいて音波を発生する音響再生手段（１９ａ〜１９ｃ、１１ｃ〜１１ｅ）と、前記音響再生手段による再生音を第１の聴取位置に位置する第１聴取者（Ｌ１）が聴く時の両耳間振幅レベル差と第２の聴取位置に位置する第２聴取者（Ｌ２）が聴く時の両耳間振幅レベル差とが等しくなるように、前記音響再生手段に入力される前記音響信号を処理する指向性制御手段（２０、２０ｄ）とを備えることを特徴とする。

なお、前記指向性制御手段は、前記第１聴取者が聴く時の両耳間振幅レベル差と第２聴取者が聴く時の両耳間振幅レベル差との差分が１０ｄＢ以下になるように、前記音響信号を処理してもよい。

また、前記指向性制御手段は、前記音響再生手段による再生音が前記第２聴取者の片耳である第１の耳のみに向かうように前記音響信号を処理する一耳向け指向性制御手段（２０ｄ）を含んでもよい。

また、前記指向性制御手段は、前記一耳向け指向性制御手段を通じて前記音響再生手段に入力される音響信号の周波数特性を補正する周波数特性補正手段（３４）をさらに含んでもよい。

また、前記周波数特性補正手段は、前記第１聴取者が前記音響再生手段からの再生音の音像を知覚する方向に対応する頭部音響伝達関数の両耳間振幅レベル差の周波数特性（図１２Ａ）に基づいて、前記一耳向け指向性制御手段を通じて前記音響再生手段に入力される音響信号の周波数特性を補正してもよい。

また、音像定位制御装置は、前記第１の聴取者又は前記第２聴取者の指示を入力する入力手段をさらに備え、前記周波数特性補正手段は、前記一耳向け指向性制御手段を通じて前記音響再生手段に入力される音響信号の周波数特性を、前記入力手段によって入力された前記第１の聴取者又は前記第２聴取者の指示に応じた周波数特性に補正してもよい。

また、前記指向性制御手段は、前記音響再生手段による再生音が前記第１聴取者の両耳および前記第２聴取者の前記第１の耳とは異なる第２の耳のみに向かうように前記音響信号を処理する三耳向け指向性制御手段（２０ｃ）をさらに含み、前記音響再生手段は、前記一耳向け指向性制御手段が処理した音響信号と前記三耳向け指向性制御手段が処理した音響信号とに基づいて音波を発生してもよい。

また、前記指向性制御手段は、前記音響再生手段による再生音が前記第２聴取者の側方に位置する障害物に向かい、当該障害物で反射した後に前記第２聴取者に向かうように前記音響信号を処理する第２聴取者向け指向性制御手段（２０）を含んでもよい。

また、前記指向性制御手段は車両内に設置され、前記障害物が、前記車両内の側面（ドア等）であってもよい。

また、前記音響再生手段は、前記車両内の前方に設置されてもよい。

また、前記音響信号は少なくともＲチャンネル音響信号とＬチャンネル音響信号を含み、前記音響再生手段が、前記第１の聴取位置と前記第２の聴取位置から等距離位置に設置され、前記指向性制御手段は、前記音響再生手段によるＲチャンネル音響信号の再生音が前記第２聴取者の側方に位置する障害物に向かい、当該障害物で反射した後に前記第２聴取者に向かうように前記音響信号を処理する第２聴取者向け指向性制御手段と、前記音響再生手段によるＬチャンネル音響信号の再生音が前記第１聴取者の側方に位置する障害物に向かい、当該障害物で反射した後に前記第１聴取者に向かうように前記音響信号を処理する第１聴取者向け指向性制御手段（２０ａ）と、前記第２聴取者向け指向性制御手段（２０ｂ）が処理したＲチャンネル音響信号と前記第１聴取者向け指向性制御手段が処理したＬチャンネル音響信号とを加算して前記音響再生手段に供給する加算手段（３１ａ〜３１ｃ）とを含んでもよい。

本発明の集積回路は、音響信号に基づいて音波を発生する音響再生手段（１９ａ〜１９ｃ、１１ｃ〜１１ｅ）に電気的に接続して使用される集積回路であって、音響信号を入力するための入力端子と、前記音響再生手段による再生音を第１の聴取位置に位置する第１聴取者（Ｌ１）が聴く時の両耳間振幅レベル差と第２の聴取位置に位置する第２聴取者（Ｌ２）が聴く時の両耳間振幅レベル差とが等しくなるように、前記入力端子を通じて供給された音響信号を処理する指向性制御手段（２０、２０ｄ）と、前記指向性制御手段によって処理された音響信号を前記音響再生手段に供給するための出力端子とを備えることを特徴とする。

上記のように、本発明によれば、音響再生手段による再生音を第１の聴取位置で聴く時の両耳間振幅レベル差と、前記第１の聴取位置とは異なる第２の聴取位置で聴く時の両耳間振幅レベル差とが等しくなるように、音響再生手段に入力される音響信号を処理することにより、複数の聴取位置において同等の音像定位効果を得ることが出来る。

以下、本発明の種々の実施の形態について、図７から図２５を用いて説明する。

（実施の形態１）
図７は、実施の形態１における車載用音像定位制御装置である。図７で示す車載用音像定位制御装置は、車輌１６の前列座席に位置する乗員Ｌ１、Ｌ２いずれにもオーディオ信号のうちＲチャンネル信号の音像を全周波数帯域に渡って所望の方向に定位知覚させるものである。ホームオーディオでＬＲ音源を含む音楽コンテンツ等を楽しむ場合、ＬＲ音源を左右３０度に定位させることが推奨されるのに対して、車室内では空間が狭く密室状態であるという車室の特異性によりＬＲ音源を３０度に定位させると心理的圧迫感を感じるため、左右６０度程度に広げて定位させることが好まれる。よって、以下では車載用音像定位制御装置の目標動作として、定位角度の例としてＲ音源を右６０度方向に定位させるということを前提に説明を行う。

図７において、１０ａ〜１０ｄはドアに取り付けられた低域再生用スピーカ、１１は前列ドアピラーに取り付けられた高域再生用スピーカ、１２はローパスフィルタ、１３はハイパスフィルタ、１４ａ〜１４ｄは遅延器、１５ａ〜１５ｄはゲイン器、１７はダウンサンプリング変換器、１８ａ〜１８ｄは低域定位制御用ＦＩＲフィルタ、１９ａ〜１９ｃはダッシュボード中央に各々等間隔に取り付けられた高域再生用アレイスピーカ、２０は遅延器１４ａ〜１４ｃとゲイン器１５ａ〜１５ｃから構成されるＲチャンネル高域信号用指向性制御手段である。ただし、ＡＤコンバータ、ＤＡコンバータ、アンチエイリアスフィルタ、スピーカ駆動用アンプの配置は公知であるので図示を省略している。

なお、図７におけるローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、遅延器、ゲイン器、ダウンサンプリング変換器、低域定位制御用ＦＩＲフィルタや、図示しないコンバータ等の構成要素については、その一部または全部の機能を１チップ化した集積回路によって実現することも可能である。このような集積回路は、ＬＳＩや専用回路や汎用プロセッサで実現してもよい。また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて上記の構成要素の集積化を行ってもよい。なお、集積回路には、音響信号を入力するための入力端子、および集積回路で処理された音響信号を各スピーカへ供給するための出力端子が設けられることは言うまでもない。後述する他の実施形態または変形例についても同様に、その一部または全部の機能を１チップ化した集積回路によって実現することが可能である。

次に車載用音像定位制御装置の定位制御動作について説明する。

始めに低域定位制御用ＦＩＲフィルタ１８ａ〜１８ｄの設計方法と低域成分の定位制御動作について説明する。なお、低域と高域の境目としては、聴取位置のずれによって音像定位効果が損なわれやすい周波数帯域を高域とし、その他の周波数帯域を低域とするのが好ましく、一例として１ｋＨｚが挙げられるが必ずしも１ｋＨｚである必要は無い。

図８は低域再生用スピーカ１０ａからダミーヘッドＤ１、Ｄ２の両耳までの伝達関数Ｃ１ｊ（ｊ＝１〜４）を計測する構成を示した図である。計測信号発生装置２１からホワイトノイズ等の広帯域信号を出力し、伝達関数計算装置２２は出力信号とダミーヘッドの両耳で計測された信号を用いて適応同定等の公知の伝達関数測定方法により伝達関数Ｃ１ｊを計測する。同様に、低域再生用スピーカ１０ｂ〜１０ｄからダミーヘッドＤ１、Ｄ２の両耳までの伝達関数Ｃｉｊ（ｉ＝２〜４、ｊ＝１〜４）を計測しておく。一方、図７の乗員Ｌ１、Ｌ２の耳位置で実現すべき目標伝達関数を計測する構成を図９に示した。正面方向を０度、時計回り方向を正、反時計回り方向を負とするとき、Ｒチャンネル信号の音像を＋６０度方向に定位させる場合、無響室においてダミーヘッドＤ１と、＋６０度方向にスピーカ２３を設置し、計測信号発生装置２１で発生させたホワイトノイズ等の広帯域信号をスピーカ２３に入力する。伝達関数計算装置２２は、計測信号発生装置２１の出力信号とダミーヘッドＤ１の両耳で計測された信号を用いて目標伝達関数Ｇ１、Ｇ２を計測する。次に、伝達関数Ｃｉｊと目標伝達関数Ｇ１、Ｇ２を用いて適応（フィルタードＸ−ＬＭＳ）アルゴリズムにより低域定位制御用ＦＩＲフィルタ１８ａ〜１８ｄを設計する。この設計のための構成を図１０に示す。図１０において、２４ａ〜２４ｄはダミーヘッドＤ１、Ｄ２の両耳で実現すべき目標伝達関数を係数として持つ目標伝達関数フィルタであり、これらの係数には先の計測により得られた伝達関数Ｇ１、Ｇ２を適用する。なお、ダミーヘッドＤ１、Ｄ２各々で異なる伝達関数を実現するときは、２４ａ、２４ｂにダミーヘッドＤ１の目標伝達関数を、２４ｃ、２４ｄにダミーヘッドＤ２の目標伝達関数を設定すれば良い。２５ａ〜２５ｄは遅延器であり、これらの遅延器には適応計算を収束させるためのディレイ値を適宜設定すれば良い。ただし、遅延器２５ａ〜２５ｄのそれぞれに設定されるディレイ値は同じである必要がある。２６ａ〜２６ｄはフィルタードＸ―ＬＭＳアルゴリズムにおける誤差経路フィルタであり、先の計測により得られる低域再生用スピーカ１０ａからダミーヘッドＤ１、Ｄ２の両耳位置までの伝達関数Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４を、誤差経路フィルタ２６ａ〜２６ｄの係数として各々設定すれば良い。２７は公知のＬＭＳアルゴリズムに基づく係数更新計算部である。２８は係数更新計算部２７の出力に基づいてサンプリング周期毎に逐次フィルタ係数が更新される適応フィルタであり、適応フィルタ２８の出力が低域再生用スピーカ１０ａを駆動する。２９ａは低域再生用スピーカ１０ａを駆動するためのＦＩＲフィルタ１８ａのフィルタ係数を計算するための適応フィルタ計算部であり、低域再生用スピーカ１０ｂ〜１０ｄを駆動するための適応フィルタのフィルタ係数を計算するための適応フィルタ計算部２９ｂ〜２９ｄも同じような構成となっている。３０ａ〜３０ｄは加算器であり、ダミーヘッドＤ１、Ｄ２の両耳位置での計測信号から目標伝達関数フィルタ２４ａ〜２４ｄの出力を引いたものを誤差信号として係数更新計算部２７に入力する。図１０に示す他の構成要素は、図７、図８で説明した要素と同じ動作をするので同じ符号を付けてある。以上で説明した動作により、適応フィルタ計算部２９ａ〜２９ｄで計算されたフィルタ係数を図７の低域定位制御用ＦＩＲフィルタ１８ａ〜１８ｄに各々設定すれば、Ｒチャンネル信号の低域成分については乗員Ｌ１、Ｌ２いずれもが図９で示したスピーカ２３の方向、すなわち＋６０度方向に定位知覚する。

次に高域成分の定位制御動作について説明する。

図７において、ハイパスフィルタ１３の出力は遅延器１４ｄに入力されると共に、Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０に入力されてＲチャンネル高域信号用指向性制御手段２０で処理された後、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃから出力される。Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０は、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃの出力が車輌後方に向かって−６０度方向、つまり乗員Ｌ２右横のドアガラスの方向に指向特性を持つように信号処理を行う。高域再生用スピーカ１１からは、遅延器１４ｄ及びゲイン器１５ｄで低域成分とのゲインと位相の整合が取られた高域成分が再生される。高域再生用スピーカ１１からのみＲチャンネル信号高域成分を再生する場合、従来の技術として図６で説明したように、同列に２座席を有する一般的な車輌における座席とドアピラーの位置関係から図１１に示すように乗員Ｌ１にとっては高域再生用スピーカ１１が存在する＋６０度方向、乗員Ｌ２にとっては同じく＋３０度方向に音像が定位する。このときの乗員Ｌ１、Ｌ２の両耳での音圧レベルは、＋６０度方向及び＋３０度方向の頭部音響伝達関数の振幅レベルの高周波数帯域特性におよそ近い。図１２Ａおよび図１２Ｂに頭部音響伝達関数を示す。乗員Ｌ１の耳では、図１２Ａで示すように高周波数帯域で最大３０ｄＢ程度の両耳間振幅レベル差を持つ。一方、乗員Ｌ２の耳では、図１２Ｂで示すように両耳間振幅レベル差は最大でも１５ｄＢ程度である。次に、ダッシュボード中央に位置する高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃからのみ右側フロントドアガラス方向およそ６０度方向（すなわち−６０度方向）の指向性を付与したＲチャンネル信号高域成分を再生する場合、図１３に示すように一般的な車輌におけるダッシュボードとフロントドアガラスと乗員Ｌ２の位置関係から、乗員Ｌ２は高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃの再生音のドアガラスでの反射音を聴く結果、＋６０度方向に音像を知覚することになる。このとき、遅延器１４ａ〜１４ｃで指向方向を、ゲイン器１５ａ〜１５ｃで指向ビームの鋭さをそれぞれ調整可能であることは公知の技術から明らかである。例えば、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃの間隔をｄ、音速をｃとしてα度の指向特性を持たせる場合、遅延器１４ａと遅延器１４ｂの差、遅延器１４ｂと遅延器１４ｃの差が
となるように遅延器１４ａ〜１４ｃのディレイ値を設定すれば良い。また、ゲイン器１５ａ〜１５ｃには同じゲインを設定する、あるいはチェビシェフアレイ等の係数分布に基づいてゲインを設定しても良い。ただし、乗員Ｌ２右横ドアガラスで反射した後、乗員Ｌ２が聴く高域成分が、高域再生用スピーカ１１から到来する高域成分や低域再生用スピーカ１０ａ〜１０ｄから到来する低域成分と比較して、ゲイン、位相に違和感を生じないようにオフセット値を持たせるような調整が必要である。反射音は乗員Ｌ１にも到達することになるが、距離減衰及び乗員Ｌ２が遮蔽物となるためそのレベルは乗員Ｌ２が聴くレベルに比べて遥かに小さい。よって図７に示すように、高域再生用スピーカ１１と高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃから同時にＲチャンネル信号高域成分を再生すれば、乗員Ｌ１付近では高域再生用スピーカ１１の再生音がレベル的に支配的であるため乗員Ｌ１は＋６０度方向に高域成分の音像を定位知覚する。一方、乗員Ｌ２は高域再生用スピーカ１１の再生音と高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃの再生音の合成音を聴くことになる。特に高い周波数帯域では、人間が音像方向を識別する際に、両耳間位相差では無く両耳間振幅レベル差を手がかりにしているとされているので、それらの再生音の合成によって図１２Ｂに比べて右耳音圧レベルが上昇し両耳間振幅レベル差が大きくなることにより、乗員Ｌ２におよそ＋６０度方向に近い音像を定位知覚させることが出来る。

以上で説明した動作により、車輌１６の前列座席に位置する乗員Ｌ１の両耳間振幅レベル差と乗員Ｌ２の両耳間振幅レベル差が等しくなり、乗員Ｌ１、Ｌ２のいずれに対してもオーディオ信号のうちＲチャンネル信号の音像を全周波数帯域に渡って所望の方向に定位知覚させることが出来る。なお、「両耳間振幅レベル差が等しい」とは、両耳間振幅レベル差が厳密に一致することを指すのではなく、乗員Ｌ１、Ｌ２の両者が同じ方向に音像を知覚する程度に両者の両耳間振幅レベル差が近い値であることを指す。例えば６０度方向の音像定位を実現する場合、２ｋＨｚ付近あるいは８ｋＨｚ付近において両耳間振幅レベル差が理想値よりも１０ｄＢ以上小さくなると、３０度方向の音像と区別できなくなる。よって、３０度方向に設置されたスピーカを用いて６０度方向の音像定位を実現する場合に、乗員Ｌ１の両耳間レベル差と乗員Ｌ２の両耳間レベル差との差分（誤差）を１０ｄＢ程度に抑えることが最低限望まれる。もちろん、高精度の音像定位を実現する場合には誤差を極力小さくする必要がある。また、一般的な聴覚の特性として、前方の音像定位に比べて側方の音像定位は弁別能力が小さい。よって、側方の音像定位を実現する場合には、前方の音像定位に比べて許容される誤差が大きいという特徴がある。又、音波の吸収率が低いドアガラスを用いて反射させることで、乗員Ｌ１の両耳間レベル差と乗員Ｌ２の両耳間レベル差との差分を精度高く制御することができる。

なお、図７はＲチャンネル信号について音像定位制御を行う構成であるが、Ｌチャンネル信号等の他のチャンネル信号の音像定位制御も同様の構成で行うことが可能である。図１４にＬチャンネル信号とＲチャンネル信号の音像定位制御を同時に行うための構成を示した。図１４において、１０ａ〜１０ｄはドアに取り付けられたＬチャンネル信号及びＲチャンネル信号の低域再生用スピーカであり、１２ａ、１２ｂは各々Ｌチャンネル信号、Ｒチャンネル信号の低域成分を抽出するローパスフィルタであり、１３ａ、１３ｂは各々Ｌチャンネル信号、Ｒチャンネル信号の高域成分を抽出するハイパスフィルタであり、１４ｅ、１４ｆは遅延器であり、１５ｅ、１５ｆはゲイン器であり、１６は車載用音像定位制御装置を搭載する車輌であり、１７ａ、１７ｂはダウンサンプリング変換器であり、１８ｅ〜１８ｈはＬチャンネル信号用の低域定位制御用ＦＩＲフィルタであり、１８ｉ〜１８ｌはＲチャンネル信号用の低域定位制御用ＦＩＲフィルタであり、１９ａ〜１９ｃはダッシュボード中央に各々等間隔に取り付けられたＬチャンネル信号及びＲチャンネル信号の高域再生用アレイスピーカであり、２０ａはＬチャンネル高域信号用指向性制御手段であり、２０ｂはＲチャンネル高域信号用指向性制御手段であり、３１ａ〜３１ｃはＬチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ａの出力とＲチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｂの出力を加算する加算器であり、３２ａ〜３２ｄはＬチャンネル信号用の低域定位制御用ＦＩＲフィルタ１８ｅ〜１８ｈの出力とＲチャンネル信号用の低域定位制御用ＦＩＲフィルタ１８ｉ〜１８ｌの出力をそれぞれ加算する加算器である。

図１４の構成において、Ｒチャンネル信号の音像定位制御動作は、図７で示す車載用音像定位制御装置と同じであるので省略する。また、Ｌチャンネル信号の音像定位制御動作も、目標伝達関数計測時にスピーカ２３（図９）を−６０度方向に設置する点、Ｌチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ａの出力が高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃで再生されるとき＋６０度方向に指向特性を持つようにＬチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ａを構成する遅延器とゲイン器を調整する点、および指向性制御しないＬチャンネル高域信号を高域再生用スピーカ１１ａから再生する点以外は同じ動作を行う。低域成分については、加算器３２ａ〜３２ｄでＬチャンネル成分とＲチャンネル成分が加算されて低域再生用スピーカ１０ａ〜１０ｄから再生される。また、高域成分については、加算器３１ａ〜３１ｃでＬチャンネル成分とＲチャンネル成分が加算されて高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃから再生される。以上の動作によって、車輌１６の前列座席に位置する乗員Ｌ１、Ｌ２いずれもＬチャンネル信号、Ｒチャンネル信号いずれの音像も全周波数帯域に渡って所望の方向に定位知覚させることが出来る。また、サラウンドＬチャンネルやサラウンドＲチャンネルのように乗員Ｌ１、Ｌ２の後方に音像を定位させたい場合、乗員Ｌ１、Ｌ２の座席より後方に高域再生用アレイスピーカを取り付けて、所望の方向からの反射音を乗員Ｌ１、Ｌ２に聴かせるように指向性制御すれば良い。

なお、図１４の構成では、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃをダッシュボード中央に取り付けることにより、Ｒチャンネル高域信号を乗員Ｌ２右横ドアガラスに向けて放射するために必要となる高域再生用アレイスピーカと、Ｌチャンネル高域信号を乗員Ｌ１左横ドアガラスに向けて放射するために必要となる高域再生用アレイスピーカとを、共通の高域再生用アレイスピーカで実現することができる。これにより、車載用音像定位制御装置をより安価に実現でき、また車室内の設置スペースを節約することができる。なお、このような効果は、ダッシュボード中央に限らず、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃを車両の中心軸上（すなわち乗員Ｌ１および乗員Ｌ２から等距離位置）に設置することによって得られる。

なお、図７で示した車載用音像定位制御装置は、車輌１６の前列座席に位置する乗員に音像を所望の方向に定位知覚させる構成であるが、後列座席に位置する乗員に音像を所望の方向に定位知覚させる場合、図１５に示すように、高域再生用スピーカ１１ｂを後列ドアのピラー部に取り付け、高域再生用アレイスピーカ１９ｄ〜１９ｆを前列座席間の肘掛後部もしくは天井等に取り付けて、前列座席の乗員Ｌ１、Ｌ２と後列座席の乗員Ｌ３、Ｌ４に同時に音像を所望の方向に定位知覚させる構成とすれば良い。図１５において、１０ｅはダッシュボード中央付近に取り付けられた低域再生用スピーカであり、１０ｆ、１０ｇはリアトレイに取り付けられた低域再生用スピーカである。１１ｂは乗員Ｌ４側リアドアのピラー部に取り付けられた高域再生用スピーカであり、乗員Ｌ３はその再生音を右６０度方向に定位知覚し、乗員Ｌ４はその再生音を右３０度方向に定位知覚する。１８ｅ〜１８ｇはそれぞれ低域再生用スピーカ１０ｅ〜１０ｇに接続された低域定位制御用ＦＩＲフィルタであり、先に図１０を用いた説明した適応フィルタ等の方法によって乗員Ｌ１〜Ｌ４が同時に低域成分を定位知覚するように設計した係数が設定されている。１９ｄ〜１９ｆは振動面が後列座席に向くように肘掛後部に取り付けられた高域再生用アレイスピーカであり、３６は後部座席Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段であり高域再生用アレイスピーカ１９ｄ〜１９ｆからＲチャンネル信号高域成分が乗員Ｌ４右のドアガラス方向およそ６０度方向（すなわち−６０度方向）に放射されるような指向特性を有するような指向性制御処理を行う。１４ｅはＲチャンネル信号高域成分を所定時間遅らせる遅延器、１５ｅは遅延器１４ｅの出力の振幅を調整するゲイン器であり、高域成分と低域成分のゲインと位相の整合を取るように設定されている。図１５におけるその他の要素は、図７で示した要素と同じ動作をするので同じ符号を付けてある。図１６は、高域再生用アレイスピーカ１９ｄ〜１９ｆからＲチャンネル信号高域成分を再生したときの音の反射を示した図である。一般的な車輌における肘掛とリアドアガラスと乗員Ｌ４の位置関係から、乗員Ｌ４は高域再生用アレイスピーカ１９ｄ〜１９ｆの再生音のドアガラスでの反射音を聴く結果、＋６０度方向に音像を知覚することになる。よって乗員Ｌ４は、高域再生用スピーカ１１ｂから再生される音と高域再生用アレイスピーカ１９ｄ〜１９ｆから再生される音の反射音との合成音を聴く結果、Ｒチャンネル信号の高域成分をおよそ＋６０度に近い方向に定位知覚する。また、乗員Ｌ３には高域再生用アレイスピーカ１９ｄ〜１９ｆの再生音はレベルが小さい反射音しか到来しないので、殆ど高域再生用スピーカ１１ｂの再生音しか聴こえず、その結果乗員Ｌ３は＋６０度方向に定位知覚する。一方、高域再生用アレイスピーカ１９ｄ〜１９ｆの再生音と高域再生用スピーカ１１ｂの再生音は車輌後方への指向特性を持つため前列座席の乗員Ｌ１、Ｌ２には殆ど聴こえないので、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃの再生音と高域再生用スピーカ１１ａの再生音の合成による乗員Ｌ１、Ｌ２のＲチャンネル信号高域成分の定位が崩れることは無い。また、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃの再生音と高域再生用スピーカ１１ａの再生音は、距離減衰あるいは前列座席が遮蔽物となるので後列座席ではレベルが小さい音しか到来せず、乗員Ｌ３、Ｌ４のＲチャンネル信号高域成分の定位を崩すことは無い。よって、図１５に示した構成によって前列座席の乗員Ｌ１、Ｌ２と後列座席の乗員Ｌ３、Ｌ４が同時にＲチャンネル信号高域成分の音像を＋６０度方向に定位知覚することが出来る。

なお、図７で示した車載用音像定位制御装置は、高域再生用アレイスピーカとして３つのスピーカユニット１９ａ〜１９ｃを用いているが、その数は３つに限定されるものでは無く、指向特性をより鋭くしたい場合には、高域再生用アレイスピーカを構成するスピーカユニット数を増やしたほうが良い。もちろん、Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０を構成する遅延器とゲイン器の個数は高域再生用アレイスピーカを構成するスピーカユニットの数に合わせて増減する。

なお、図７で示した車載用音像定位制御装置は、ドアピラーに取り付けた高域再生用スピーカ１１から高域成分を再生する構成であるが、高域成分は高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃからのみ再生し、高域再生用スピーカ１１を省略する構成にしても良い。その場合、乗員Ｌ１にとっては高域成分のゲインが下がり定位方向も６０度方向から若干広がってしまうが、スピーカ付加コストを下げることが出来る。

なお、図７で示した車載用音像定位制御装置は、Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０を遅延器とゲイン器で構成しているが、この構成に限ったものでは無く、例えば図１７に示すようにＦＩＲフィルタ３３ａ〜３３ｃに置き換えても良い。その場合、演算処理量が増えてしまうが、より幅広い周波数帯域で鋭い指向特性を実現することが出来る。

（実施の形態２）
図１８は、実施の形態２における車載用音像定位制御装置である。図１８で示す車載用音像定位制御装置は、車輌１６の前列座席に位置する乗員Ｌ１、Ｌ２いずれに対してもオーディオ信号のうちＲチャンネル信号の音像を全周波数帯域に渡って所望の方向に定位知覚させるものであり、具体的には実施の形態１で説明した車載用音像定位制御装置と同様にＲ音源を右６０度方向に定位させるということを前提に説明を行う。

図１８において、１１ｃ〜１１ｅは前列ドアピラーに取り付けられた高域再生用アレイスピーカであり、１４ａ〜１４ｆは遅延器であり、１５ａ〜１５ｆはゲイン器であり、２０ｃは遅延器１４ａ〜１４ｃとゲイン器１５ａ〜１５ｃから構成される第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段であり、２０ｄは遅延器１４ｄ〜１４ｆとゲイン器１５ｄ〜１５ｆから構成される第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段であり、３４はＲチャンネル信号高域成分を処理する直線位相型ＦＩＲフィルタであり、３５ａ〜３５ｃは第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｃの出力と第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｄの出力を加算して高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅに入力する加算器である。図１８における他の構成要素は図７で示した車載用音像定位制御装置を構成する要素と同じ動作をするので同じ符号を付けてある。図１８で示した車載用音像定位制御装置の低域成分の定位制御動作は、図７で示した車載用音像定位制御装置と同じであるので説明を省略し、以下では高域成分の定位制御動作について説明する。

図１９は、第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｃの出力のみを高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅから再生したときの指向特性を示す図である。第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｃを構成する遅延器、ゲイン器は、Ｒチャンネル信号高域成分が高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅの正面を０度として左３０度方向（すなわち−３０度方向）にメインローブを有し、乗員Ｌ２の右耳方向には音が放射されない指向特性を持つように調整されている。その結果、乗員Ｌ１は＋６０度方向にＲチャンネル信号高域成分の音像を定位知覚する。また、乗員Ｌ２は左耳でＲチャンネル信号高域成分を聴くものの、右耳では微小レベルの音しか聴こえない状態となる。

次に、第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｄの出力のみを高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅから再生したときの指向特性を図２０に示す。第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｄを構成する遅延器、ゲイン器は、Ｒチャンネル信号高域成分が乗員Ｌ２の右耳近傍方向のみに指向特性を持つように調整されている。その結果、乗員Ｌ１はＲチャンネル高域成分が殆ど聴こえず、乗員Ｌ２は右耳のみで、ＦＩＲフィルタ３４で処理されたＲチャンネル高域成分を、自身からおよそ＋３０度方向に位置する高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅから聴くことになる。

続いてＦＩＲフィルタ３４の係数設計について説明する。図２１に６０度方向と３０度方向に関する頭部音響伝達関数の両耳間振幅レベル差（振幅レベルが大きいほうの耳での特性から振幅レベルが小さいほうの耳での特性を引いた差分特性）を示す。図２１から明らかなように、６０度方向の場合、２ｋＨｚ付近や８ｋＨｚ付近で両耳差音圧レベルが極端に大きくなるという特徴を持つ。よって、聴き手の左耳に到来する音の振幅レベルと右耳に到来する音の振幅レベルとの差が図２１で示す６０度方向の両耳間振幅レベル差の周波数特性に合致するように、聴き手の右耳（または左耳）に到来する振幅レベルを補正することによって、聴き手に６０度方向に音像を定位知覚させることが出来る。すなわち、図２０に示す構成において、ＦＩＲフィルタ３４に上記補正を実現する係数を与えておく一方で、図１９で示したようにＦＩＲフィルタ３４で処理されないＲチャンネル信号高域成分を乗員Ｌ２の左耳に与えれば、乗員Ｌ２は＋６０度方向に音像を定位知覚する。ただし、図２１で示した両耳間振幅レベル差は無響室等の音響特性測定環境においてダミーヘッドを用いて３０度方向の音源と６０度方向の音源の頭部音響伝達関数を測定した結果を示すものであり、例えば３０度方向以外に高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅが位置する場合や車室内の反射音の影響によって頭部音響伝達関数は変わる。あるいは乗員Ｌ２の頭部形状や座高によっても頭部音響伝達関数は変わる。よって、車載用音像定位制御装置を実際に使用する乗員が座席に座った状態で頭部音響伝達関数の測定を行い、両耳間振幅レベル差を算出すれば、より精度が高い音像定位制御を実現する補正係数を得ることができる。また、車載用音像定位制御装置に聴き手（乗員Ｌ１または乗員Ｌ２）の指示を入力するための入力手段を設けておき、この入力手段を通じて入力された聴き手の指示に従ってＦＩＲフィルタ３４の係数を適宜に変更することが可能な構成にしてもよい。なお、周波数特性を補正する手段として群遅延一定の直線位相型ＦＩＲフィルタを用いれば、第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｃを構成する遅延器１４ａ〜１４ｃに上記群遅延をオフセットとして与えておけば出力成分の位相のずれを無くすことが出来る。また、周波数特性を補正する手段としてＦＩＲフィルタ３４の代わりにＩＩＲフィルタを用いれば、乗員Ｌ２は両耳で位相差を感じ違和感を生じるが、演算処理量を削減することが出来る。

なお、図２１からわかるように、３０度方向についても両耳間振幅レベル差が存在するので、６０度方向の両耳間振幅レベル差と３０度方向の両耳間振幅レベル差との差分に相当する特性をＦＩＲフィルタ３４に与えれば、定位効果を向上させることが出来る。具体的には、６０度方向の両耳間振幅レベル差と３０度方向の両耳間振幅レベル差とが大きく異なっている２ｋＨｚ付近や８ｋＨｚ付近の音については増強し、６０度方向の両耳間振幅レベル差と３０度方向の両耳間振幅レベル差とがほぼ同一である４ｋＨｚ付近の音については増強することなく出力するような特性をＦＩＲフィルタ３４に与えればよい。

なお、第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｃを省いた構成でも良い。その場合、乗員Ｌ２の右耳には、乗員Ｌ１の両耳と乗員Ｌ２の左耳が聴く音が到来する。よって、その音と第２Ｒチャンネル高域信号要旨構成制御手段２０ｄの出力音とが干渉するので、その干渉音の特性が図２１における６０度音源に関する両耳間振幅レベル差の特性に合致するようにＦＩＲフィルタ３４を設計しておけば良い。

なお、Ｌチャンネル信号の音像定位制御を行う場合は、高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅを左前方ドアに取り付けて、第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｃを構成する遅延器、ゲイン器を、その出力が高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅの正面方向を０度として右３０度方向にメインローブを有し、乗員Ｌ１の左耳方向には音が放射されない指向特性を持つように設定する。また、第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｄを構成する遅延器、ゲイン器は、その出力が高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅから乗員Ｌ１の左耳近傍に向かう方向のみに指向特性を持つように設定する。

なお、上記の図１８で示した実施の形態２の車載用音像定位制御装置では、乗員Ｌ２の右耳へ到達する音の周波数特性を補正して両耳間振幅レベル差を所望の特性にしているが、乗員Ｌ２の左耳へ到達する音の周波数特性を補正して両耳間振幅レベル差を所望の特性にする構成でも良い。この場合、第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｃと第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｄを構成する遅延器１４ａ〜１４ｆとゲイン器１５ａ〜１５ｆ、ＦＩＲフィルタ３４の係数を変更すれば良い。第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｃは、図２２に示すようにその出力が乗員Ｌ２の左耳近傍に死角を作るように遅延器１４ａ〜１４ｃとゲイン器１５ａ〜１５ｃの係数を設定すれば良い。例えば、高域再生用アレイスピーカ１１ｃと１１ｄで死角を作る場合の係数設定方法を図２３を用いて説明する。高域再生用アレイスピーカ１１ｃから乗員Ｌ２の左耳までの伝達関数をｈ１１ｃとし、所定の信号を再生したときの乗員Ｌ２の左耳位置での音圧レベルをｇ１１ｃ、到達時間をτ１１ｃとする。同じく高域再生用アレイスピーカ１１ｄについても伝達関数をｈ１１ｄとし、乗員Ｌ２の左耳位置での音圧レベルをｇ１１ｄ、到達時間をτ１１ｄとする。高域再生用アレイスピーカ１１ｄからの再生音で高域再生用アレイスピーカ１１ｃの再生音を消去するために、高域再生用アレイスピーカ１１ｄへの入力信号を処理する遅延器１４ｂには−ｇ１１ｃ／ｇ１１ｄを、ゲイン器１５ｂにはτ１１ｃ−τ１１ｄを設定すれば良い。このように、Ｒチャンネル信号高域成分を再生するスピーカ、乗員Ｌ２左耳で再生音を消去するためのスピーカという組み合わせで高域再生用アレイスピーカを構成すれば良い。ただし、高域再生用アレイスピーカが奇数個のスピーカユニットから構成される場合は、余りの１個にはゲイン０を設定しておき音を出さないようにしておけば良い。一方、第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｄは、図２４に示すようにその出力が乗員Ｌ２の左耳近傍方向のみに指向特性を持つように遅延器１４ｄ〜１４ｆとゲイン器１５ｄ〜１５ｆの係数を設定すれば良い。図１８で説明した車載用音像定位制御装置では、ＦＩＲフィルタ３４に６０度方向に関する頭部音響伝達関数の両耳間振幅レベル差特性を持つように係数を与えたが、乗員Ｌ２の左耳の音圧を補正する構成の場合、上記特性の逆特性で補正すれば良いことは明らかである。図２５に、６０度方向に関する頭部音響伝達関数の両耳間振幅レベル差（デシベル表記）に−１を掛けた特性（振幅レベルが小さいほうの耳での特性から振幅レベルが大きいほうの耳での特性を引いた差分特性）を示す。よって、ＦＩＲフィルタ３４に図２５で示す特性を実現する係数を与えておく一方で、図２２で示したようにＦＩＲフィルタ３４で処理されないＲチャンネル信号高域成分を乗員Ｌ２の右耳に与えれば、乗員Ｌ２は＋６０度方向に音像を定位知覚する。

なお、実施の形態１で説明したのと同様に、図１８で示した車載用音像定位制御装置は、前列座席に位置する乗員に音像を所望の方向に定位知覚させる構成であるが、後列座席に位置する乗員に音像を所望の方向に定位知覚させる場合、図２６に示すように、高域再生用アレイスピーカ１１ｆ〜１１ｈを後列ドアピラー部に取り付けて、前列座席の乗員Ｌ１、Ｌ２と後列座席の乗員Ｌ３、Ｌ４に同時に音像を所望の方向に定位知覚させる構成とすれば良い。図２６において、１１ｆ〜１１ｈはリアドアのピラー部に取り付けられた高域再生用アレイスピーカであり、３７ａは遅延器とゲイン器から構成される後列座席第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段であり、３８はＲチャンネル信号高域成分を処理する直線位相型ＦＩＲフィルタであり、３７ｂはＦＩＲフィルタ３８の出力を処理する遅延器とゲイン器から構成される後列座席第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段であり、３５ｄ〜３５ｆは後列座席第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段３７ａの出力と後列座席第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段３７ｂの出力をそれぞれ加算して高域再生用アレイスピーカ１１ｆ〜１１ｈに入力する加算器である。図２６におけるその他の要素は、図１８及び図１５で示した要素と同じ動作をするので同じ符号を付けてある。前列座席の乗員Ｌ１、Ｌ２の定位制御については図１８を用いて先に説明した通りであり、後列座席の乗員Ｌ３、Ｌ４のＲチャンネル信号低域成分の定位制御については図１５を用いて先に説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。図２７に後列座席第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段３７ａの出力の指向特性を示した。後列座席第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段３７ａは、高域再生用アレイスピーカ１１ｆ〜１１ｈからの出力が乗員Ｌ３の方向つまりおよそ左３０度方向への放射レベルが大きく、乗員Ｌ４の右耳ではレベルが小さく殆ど聴こえないような指向特性を持つようにその遅延器とゲイン器が設定されている。図２８は後列座席第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段３７ｂの出力の指向特性を示したものである。後列座席第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段３７ｂは、ＦＩＲフィルタ３８で処理された信号を高域再生用アレイスピーカ１１ｆ〜１１ｈから乗員Ｌ４の右耳近傍のみに音を放射するような指向特性を持つようにその遅延器とゲイン器が設定されている。ＦＩＲフィルタ３８には図２１で説明した６０度方向の両耳間振幅レベル差を特性として持つように係数を与えれば良い。よって、ＦＩＲフィルタ３８はＦＩＲフィルタ３４と同じ処理を行うので、処理演算量を削減するために、ＦＩＲフィルタ３８を省略し、ＦＩＲフィルタ３４の出力を分岐して後列座席第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段３７ｂに入力する構成にしても良い。以上の説明より、図２６に示した構成において、乗員Ｌ３は高域再生用アレイスピーカ１１ｆ〜１１ｈで再生されるＲチャンネル信号高域成分のうち後列座席第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段３７ａの出力成分を聴くので高域再生用アレイスピーカ１１ｆ〜１１ｈが存在する＋６０度方向にＲチャンネル信号高域成分を定位知覚する。また乗員Ｌ４は後列座席第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段３７ａの出力成分を左耳で聴きかつ後列座席第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段３７ｂの出力成分を右耳で聴くので、＋６０度方向に関する両耳間振幅レベル差を与えられる結果、＋６０度方向にＲチャンネル信号高域成分を定位知覚する。一方、高域再生用アレイスピーカ１１ｆ〜１１ｈの再生音は車輌後方への指向特性を持つため前列座席の乗員Ｌ１、Ｌ２には殆ど聴こえない。よって、高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅの再生音による乗員Ｌ１、Ｌ２のＲチャンネル信号高域成分の定位が崩れることは無い。また、高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅの再生音は、距離減衰あるいは前列座席が遮蔽物となるので後列座席ではレベルが小さい音しか到来せず、乗員Ｌ３、Ｌ４のＲチャンネル信号高域成分の定位を崩すことは無い。よって、図２６に示した構成によって前列座席の乗員Ｌ１、Ｌ２と後列座席の乗員Ｌ３、Ｌ４が同時にＲチャンネル信号高域成分の音像を＋６０度方向に定位知覚することが出来る。

なお、実施の形態１で説明したのと同様に、図１８で示した車載用音像定位制御装置は、高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅとして３つのスピーカユニットを用いているが、その数は３つに限定されるものでは無く、指向特性をより鋭くしたい場合には、高域再生用アレイスピーカを構成するスピーカユニット数を増やしたほうが良い。もちろん、第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｃと第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｄを構成する遅延器とゲイン器の個数は高域再生用アレイスピーカを構成するスピーカユニットの数に合わせて増減する。

なお、実施の形態１で説明したのと同様に、図１８で示した車載用音像定位制御装置は、第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｃと第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｄを遅延器とゲイン器で構成しているが、この構成に限ったものでは無い。

なお、実施の形態１及び実施の形態２では、本発明を車載用音像定位制御装置に適用した例を説明したが、本発明の音像定位制御装置は車室内での使用に限定するものでは無く、スピーカレイアウトを限定されるホームでのコンテンツ視聴環境で複数の受聴者に良好な音像定位制御効果を与える場合等に用いることも可能である。一般の住居では、車室内と同様にスピーカを設置するスペースが制約されており、特にフロントチャンネル用のスピーカはテレビの両脇に設置する場合が多く、スピーカ間のゲインバランスやタイムアライメントを調整する手法では全周波数帯域に渡って複数のユーザーに良好な音像定位を与えることが困難である。

図２９に、リビングルーム４２においてユーザーＬ１、Ｌ２がＲチャンネル信号に関して良好な音像定位を得るために、実施の形態１で説明した車載用音像定位制御装置と同様の構成を採用した構成を示す。１０ｂ、１０ｄは低域再生用スピーカであり、リビングルーム４２の後方両隅に設置してある。３９はユーザーＬ１、Ｌ２の前方に設置されたテレビであり、４１ａ、４１ｂはテレビ３９の両脇に設置されたフルレンジ再生用スピーカであり、１９ａ〜１９ｃはテレビ上部もしくは下部に取り付けられた高域再生用アレイスピーカであり、４０はゲイン器１５ｄの出力と低域定位制御用ＦＩＲフィルタ１８ｃの出力を加算してフルレンジ再生用スピーカ４１ｂに入力する加算器である。その他の要素は、図７で示した要素と同じ動作をするので同じ符号を付けてある。

Ｒチャンネル信号低域成分の定位制御については図７を用いて先に説明しているので省略する。Ｒチャンネル信号高域成分については、図７の構成では遅延器１４ｄとゲイン器１５ｄで低域成分とのゲイン、位相の整合が取られた後、高域再生用スピーカ１１から再生されるのに対し、図２９の構成では、遅延器１４ｄとゲイン器１５ｄで低域成分とのゲイン、位相の整合が取られた後、加算器４０で低域成分と加算されてフルレンジ再生用スピーカ４１ｂから再生される。よって、Ｒチャンネル信号高域成分のうち遅延器１４ｄ、ゲイン器１５ｄで処理される成分は、図３０に示すようにユーザーＬ１にとっては右前方の角度＋α方向から到来し、ユーザーＬ２にとっては正面方向から到来する。一方、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃから再生された音は、図３１に示すように、ユーザーＬ２の右側壁で反射してユーザーＬ２に角度＋β方向から到来するように、Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０を構成する遅延器とゲイン器が設定されている。この結果、ユーザーＬ２は、フルレンジ再生用スピーカ４１ｂから再生される高域成分と高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃからの上記反射音との合成により、正面方向から角度＋β方向に近づいた方向にＲチャンネル信号高域成分の音像を定位知覚する。ただし、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃの出力の指向方向と壁の位置の関係によって高いレベルの反射音の到来方向は限定される。図３２に示すように、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃと壁の間の距離をｘ１とし、ユーザーＬ２と壁の間の距離をｘ２とし、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃを壁に対して垂直に投影した点とユーザーＬ２を壁に対して垂直に投影した点の間の距離をｘ３としたときに、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃの出力の指向方向θがｘ３ｔａｎθ＝ｘ１＋ｘ２の関係を満たせば、ユーザーＬ２に十分高いレベルの反射音を聴かせることが出来る。図３１におけるθ１とθ２が大きく異なる場合には、レベルが高い反射音をユーザーＬ２に聴かせることができないので、ユーザーＬ２が知覚するＲチャンネル信号高域成分の音像方向を角度＋α方向（すなわちユーザーＬ１がＲチャンネル信号高域成分の音像を知覚する方向）に近づけることは困難となる。もし、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃと壁とユーザーＬ２の位置関係が、反射音とフルレンジ再生用スピーカ４１ｂの再生音の合成音の定位方向がαとなるように反射音を作ることが出来るような位置関係であれば、上記合成音の定位方向がαとなるような高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃの出力の指向に合わせ、適宜Ｒチャンネル高域再生用指向性制御手段２０を構成する遅延器とゲイン器を調整すれば良い。

以上のように、図２９に示す構成によってユーザーＬ１、Ｌ２に対してＲチャンネル信号を全周波数帯域にわたり同じ右前方方向に定位知覚させることが出来る。もちろん、実施の形態１で説明したようにＬチャンネル信号成分の定位制御も容易に実現出来る。

また、実施の形態２で説明した車載用音像定位制御装置をリビングルーム４２に適用することももちろん可能である。この場合は、図１８で説明した高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅを例えばフルレンジ再生用スピーカ４１ｂ上に配置し、この高域再生用アレイスピーカ１１ｃ〜１１ｅが所望の指向特性を持つように、第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｃと第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段２０ｄを構成する遅延器とゲイン器を適当に設定すれば良い。

なお、実施の形態１及び実施の形態２で説明した車載用音像定位制御装置は、各座席の位置が固定されている場合に限定するものでは無く、例えば図７における乗員Ｌ２の座席の位置が車載用音像定位制御装置を設計したときの位置から前にずれた場合は、高域再生用アレイスピーカ１９ａ〜１９ｃの再生音が乗員Ｌ２の右ドアガラスで反射する位置を前へずらすように指向方向を広げるよう、座席位置がずれた距離に応じて遅延器１４ａ〜１４ｃの遅延時間をあらかじめ求めておいた値に設定し直せば良い。もちろん、座席のずれた距離をセンサ等により自動的に計測し、この計測結果に応じて、遅延器１４ａ〜１４ｃの遅延時間を所定の演算式に基づいて算出し、自動設定する構成にしても良い。

また、頭部伝達関数は個人差が大きいため、予め複数パターンの補正パターンを用意しておき、ユーザによって選択可能としても良い。

本発明に係る車載用音像定位制御装置は、例えば車室内の複数座席において同様に良好な音像定位を得ることを目的として利用することができる。

従来の音響再生装置を示す図 伝達関数計測方法を示す図 目標伝達関数を示す図 従来の音響再生装置を用いて音像定位制御を行う構成を示す図 周波数帯域を分割したうえで、車室内で従来の音響再生装置を用いて音像定位制御を行う構成を示す図 図５で示す構成における音像定位方向を示す図 本発明の実施の形態１における車載用音像定位制御装置を示す図 伝達関数計測方法を示す図 目標伝達関数計測方法を示す図 低域定位制御用ＦＩＲフィルタの設計を行う構成を示す図 本発明の実施の形態１における車載用音像定位制御装置において、高域再生用スピーカのみを駆動したときの音像定位方向を示す図 ６０度方向に関する頭部音響伝達関数の振幅レベルを示す図 ３０度方向に関する頭部音響伝達関数の振幅レベルを示す図 本発明の実施の形態１における車載用音像定位制御装置において、高域再生用アレイスピーカのみを駆動したときの反射音到来方向を示す図 本発明の実施の形態１においてＬチャンネルとＲチャンネルを同時に音像定位制御する車載用音像定位制御装置を示す図 本発明の実施の形態１における車載用音像定位制御装置において、前列座席の乗員と後列座席の乗員のＲチャンネル信号高域成分の音像定位制御を同時に行う構成を示す図 本発明の実施の形態１における車載用音像定位制御装置において、肘掛に取り付けられた高域再生用アレイスピーカのみを駆動したときの反射音到来方向を示す図 指向性制御手段としてＦＩＲフィルタを用いる構成を示す図 本発明の実施の形態２における車載用音像定位制御装置を示す図 本発明の実施の形態２における車載用音像定位制御装置において、第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段の出力成分の指向特性を示す図 本発明の実施の形態２における車載用音像定位制御装置において、第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段の出力成分の指向特性を示す図 ６０度方向と３０度方向に関する頭部音響伝達関数の両耳間振幅レベル差を示す図 本発明の実施の形態２における車載用音像定位制御装置において乗員Ｌ２の左耳の音圧を補正する場合の車載用音像定位制御装置において、第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段の出力成分の指向特性を示す図 本発明の実施の形態２における車載用音像定位制御装置において、高域再生用アレイスピーカから乗員Ｌ２への伝達関数を示す図 本発明の実施の形態２における車載用音像定位制御装置において乗員Ｌ２の左耳の音圧を補正する場合の車載用音像定位制御装置において、第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段の出力成分の指向特性を示す図 ６０度方向に関する頭部音響伝達関数の両耳間振幅レベル差の逆特性を示す図 本発明の実施の形態２における車載用音像定位制御装置において、前列座席の乗員と後列座席の乗員のＲチャンネル信号高域成分の音像定位制御を同時に行う構成を示す図 本発明の実施の形態２における車載用音像定位制御装置において、後列座席第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段の出力成分の指向特性を示す図 本発明の実施の形態２における車載用音像定位制御装置において、後列座席第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段の出力成分の指向特性を示す図 本発明の実施の形態１における車載用音像定位制御装置をホームでのコンテンツ視聴環境に適用する場合の構成を示す図 本発明の実施の形態１における車載用音像定位制御装置をホームでのコンテンツ視聴環境に適用する場合の構成において、高域再生用スピーカのみを駆動したときの音像定位方向を示す図 本発明の実施の形態１における車載用音像定位制御装置をホームでのコンテンツ視聴環境に適用する場合の構成において、高域再生用アレイスピーカのみを駆動したときの反射音到来方向を示す図 本発明の実施の形態１における車載用音像定位制御装置をホームでのコンテンツ視聴環境に適用する場合の構成において、高域再生用アレイスピーカと壁とユーザーの位置関係を示す図

符号の説明

１ 音響再生装置
２ 記録装置
３ａ〜３ｄ スピーカ
４ａ〜４ｄ アンプ
５ 逆フィルタネットワーク
６ テスト信号発生装置
７ 仮想音源
８ａ、８ｂ フィルタ
９ モノラル音源
１０ａ〜１０ｇ 低域再生用スピーカ
１１、１１ａ、１１ｂ 高域再生用スピーカ
１１ｃ〜１１ｈ、１９ａ〜１９ｆ 高域再生用アレイスピーカ
１２、１２ａ、１２ｂ ローパスフィルタ
１３、１３ａ、１３ｂ ハイパスフィルタ
１４、１４ａ〜１４ｆ、２５ａ〜２５ｄ 遅延器
１５、１５ａ〜１５ｆ ゲイン器
１６ 車輌
１７、１７ａ、１７ｂ ダウンサンプリング変換器
１８ａ〜１８ｌ 低域定位制御用ＦＩＲフィルタ
２０、２０ｂ Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段
２０ａ Ｌチャンネル高域信号用指向性制御手段
２０ｃ 第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段
２０ｄ 第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段
２１ 計測信号発生装置
２２ 伝達関数計算装置
２３ スピーカ
２４ａ〜２４ｄ 目標伝達関数フィルタ
２６ａ〜２６ｄ 誤差経路フィルタ
２７ 係数更新計算部
２８ 適応フィルタ
２９ａ〜２９ｄ 適応フィルタ計算部
３０ａ〜３０ｄ、３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄ、３５ａ〜３５ｆ、４０ 加算器
３３ａ〜３３ｃ、３４、３８ ＦＩＲフィルタ
３６ 後列座席Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段
３７ａ 後列座席第１Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段
３７ｂ 後列座席第２Ｒチャンネル高域信号用指向性制御手段
３８ ＦＩＲフィルタ
３９ テレビ
４１ａ、４１ｂ フルレンジ再生用スピーカ
４２ リビングルーム

Claims (12)

1. 音響信号に基づいて、指向性を有する第１の音波および当該第１の音波とは異なる指向性を有する第２の音波を発生する音響再生手段と、
   前記音響再生手段が発生する音波による再生音を第１の聴取位置に位置する第１聴取者が聴く時の両耳間振幅レベル差と第２の聴取位置に位置する第２聴取者が聴く時の両耳間振幅レベル差とが等しくなるように、前記音響再生手段に入力される前記音響信号を処理する指向性制御手段とを備え、
   前記指向性制御手段は、前記音響再生手段が発生する前記第２の音波が、前記第２聴取者の片耳である第１の耳のみに向かうように前記音響信号を処理する一耳向け指向性制御手段を含むことを特徴とする、音像定位制御装置。
2. 前記指向性制御手段は、前記第１聴取者が聴く時の両耳間振幅レベル差と第２聴取者が聴く時の両耳間振幅レベル差との差分が１０ｄＢ以下になるように、前記音響信号を処理することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位制御装置。
3. 前記指向性制御手段は、前記一耳向け指向性制御手段を通じて前記音響再生手段に入力される音響信号の周波数特性を補正する周波数特性補正手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の音像定位制御装置。
4. 前記周波数特性補正手段は、前記第１聴取者が前記音響再生手段からの再生音の音像を知覚する方向に対応する頭部音響伝達関数の両耳間振幅レベル差の周波数特性に基づいて、前記一耳向け指向性制御手段を通じて前記音響再生手段に入力される音響信号の周波数特性を補正することを特徴とする、請求項３に記載の音像定位制御装置。
5. 前記第１の聴取者又は前記第２の聴取者の指示を入力する入力手段をさらに備え、
   前記周波数特性補正手段は、前記一耳向け指向性制御手段を通じて前記音響再生手段に入力される音響信号の周波数特性を、前記入力手段によって入力された前記第１の聴取者又は前記第２聴取者の指示に応じた周波数特性に補正することを特徴とする、請求項３に記載の音像定位制御装置。
6. 前記指向性制御手段は、
   前記音響再生手段が発生する前記第１の音波が、前記第１聴取者の両耳および前記第２聴取者の前記第１の耳とは異なる第２の耳のみに向かうように前記音響信号を処理することを特徴とする、請求項１に記載の音像定位制御装置。
7. 音響信号に基づいて第１の音波を発生する第１の音響再生手段と、
   音響信号に基づいて指向性を有する第２の音波を発生する第２の音響再生手段と、
   第１の聴取位置では前記音響再生手段が発生する前記第１の音波の音を聴取させ、第２の聴取位置では前記音響再生手段が発生する前記第１の音波と前記第２の音波との合成音を聴取させることで、前記第１の聴取位置に位置する第１聴取者が聴く時の両耳間振幅レベル差と前記第２の聴取位置に位置する第２聴取者が聴く時の両耳間振幅レベル差とが等しくなるように、前記第１および第２の音響再生手段に入力される前記音響信号を処理する指向性制御手段とを備える、音像定位制御装置。
8. 前記指向性制御手段は、前記第２の音響再生手段が発生する前記第２の音波が前記第２聴取者の側方に位置する障害物に向かい、当該障害物で反射した後に前記第２聴取者に向かうように前記音響信号を処理する第２聴取者向け指向性制御手段を含むことを特徴とする、請求項７に記載の音像定位制御装置。
9. 前記指向性制御手段は車両内に設置され、
   前記障害物が、前記車両内の側面であることを特徴とする、請求項７または８に記載の音像定位制御装置。
10. 前記音響再生手段は、前記車両内の前方に設置されることを特徴とする、請求項９に記載の音像定位制御装置。
11. Ｒチャンネル音響信号を含む音響信号に基づいて第１の音波を発生する第１の音響再生手段と、
    Ｌチャンネル音響信号を含む音響信号に基づいて第２の音波を発生する第２の音響再生手段と、
    前記Ｒチャンネル音響信号に基づく指向性を有する第３の音波および前記Ｌチャンネル音響信号に基づく指向性を有する第４の音波を発生する第３の音響再生手段と、
    第１の聴取位置では前記第１の音響再生手段が発生する前記第１の音波と前記第３の音響再生手段が発生する前記第４の音波との合成音を聴取させ、第２の聴取位置では前記第２の音響再生手段が発生する前記第２の音波と前記第３の音響再生手段が発生する前記第３の音波との合成音を聴取させることで、第１の聴取位置に位置する第１聴取者が聴く時の両耳間振幅レベル差と第２の聴取位置に位置する第２聴取者が聴く時の両耳間振幅レベル差とが等しくなるように、前記第１、第２、および第３の音響再生手段に入力される前記音響信号を処理する指向性制御手段とを備える、音像定位制御装置。
12. 音響信号に基づいて、指向性を有する第１の音波および当該第１の音波とは異なる指向性を有する第２の音波を発生する音響再生手段に電気的に接続して使用される集積回路であって、
    音響信号を入力するための入力端子と、
    前記音響再生手段が発生する音波による再生音を第１の聴取位置に位置する第１聴取者が聴く時の両耳間振幅レベル差と第２の聴取位置に位置する第２聴取者が聴く時の両耳間振幅レベル差とが等しくなるように、前記入力端子を通じて供給された音響信号を処理する指向性制御手段と、
    前記指向性制御手段によって処理された音響信号を前記音響再生手段に供給するための出力端子とを備え、
    前記指向性制御手段は、前記音響再生手段が発生する前記第２の音波が、前記第２聴取者の片耳である第１の耳のみに向かうように前記音響信号を処理する一耳向け指向性制御手段を含むことを特徴とする、集積回路。