JP2002044796A

JP2002044796A - 音像定位装置

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Publication number: JP2002044796A
Application number: JP2000220876A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Sekine; 聡関根
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2002-02-08
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: GB2370480B; US20020164037A1; GB2370480A; GB0117793D0; JP3624805B2

Abstract

(57)【要約】【課題】楽器配置、受聴空間に応じた効果を選択調整
することが出来る音像定位装置を提供する。【解決手段】音像定位装置は、楽音信号を入力する入
力手段と、複数の方向から両耳への楽音伝達特性で前記
楽音信号を畳み込み演算して出力する複数の第１のフィ
ルタ手段と、前記第１のフィルタ手段が出力する楽音信
号の周波数特性を補正する第２のフィルタ手段とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子楽器やオー
ディオ機器が出力する楽音の音像を所定の位置に定位す
る音像定位装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子楽器やオーディオ機器は出力する楽
音の臨場感を増すため、楽音が空間のある点から発音し
ているように聴取者がイメージできるように、複数（左
右）のスピーカの音量や出力タイミングなどを制御して
いる。この空間の「ある点」を仮想発音位置といい、楽
音が発音されているようにイメージされる仮想的な空間
領域（仮想的な楽器の所在場所）を音像という。

【０００３】現在一般的なステレオヘッドホンは左右ス
ピーカに予め決められたバランスの音量で楽音を供給す
ることにより、その楽音の音像を定位するようにしてい
る。

【０００４】ヘッドホンは聴取者の頭に装着されるた
め、聴取者が頭を動かしたときヘッドホンのスピーカも
これに追従して動き、上記制御のみでは音像も一緒に動
いてしまう。これに対応するため、聴取者が頭を動かし
たことを検出して、左右スピーカに出力する楽音特性を
制御することにより、頭を動かしても音像の位置が変化
しないヘッドホンシステムが提案されている（特開平４
−４４５００号など）。

【０００５】また、ＦＩＲフィルタを用いた音像定位装
置も提案されている（特開平１０−２３６００号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記ヘッドホンシス
テムでは、左耳用，右耳用のフィルタをそれぞれ設け、
ヘッドホンの向きに応じてその向きに対応した応答特性
のパラメータを読み出して上記フィルタに設定するとい
う制御を行っているため、パラメータメモリに多くの仮
想発音位置に対応するパラメータを記憶しておく必要が
あった。このため、大きなパラメータメモリを備えなけ
れば正確に音像を定位することができず、また、聴取者
が頭を動かす毎にパラメータの読み出しをし直さなけれ
ばならないという欠点があった。

【０００７】また、上記音像定位装置においては、不特
定の受聴者に最適な定位を得ることが困難であり、ヘッ
ドホンの種類や特性による効果の差が大きかった。さら
に、音像定位と残響を体系的に制御することは出来なか
った。

【０００８】本発明は、楽器配置、受聴空間に応じた効
果を選択調整することが出来る音像定位装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】さらに、本発明は、受聴者、ヘッドホンの
種類毎に定位感の調整をすることが出来る音像定位装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、音像定位装置は、楽音信号を入力する入力手段と、
複数の方向から両耳への楽音伝達特性で前記楽音信号を
畳み込み演算して出力する複数の第１のフィルタ手段
と、前記第１のフィルタ手段が出力する楽音信号の周波
数特性を補正する第２のフィルタ手段とを有する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施例で
あるヘッドホンシステムの構成を示す図である。このヘ
ッドホンシステムは、音源である電子楽器１が発生した
楽音信号を音像定位部２を介してステレオのヘッドホン
３に供給する。ヘッドホン３の頂部には方位センサ４が
設けられており、この方位センサ４によりヘッドホン３
すなわちこのヘッドホンを装用する聴取者がどの方向を
向いているかを検出することができる。この方位センサ
４の検出内容は係数発生部５に入力される。また、この
係数発生部５にはジョイスティック等の入力装置６及び
設定ボタン７が接続されている。入力装置６は電子楽器
１が発生する楽音の仮想発音位置を指定するために用い
られる。この仮想発音位置は、聴取者に装用されて移動
するヘッドホン３に対する相対的なものではなく、その
空間内における絶対的な位置として設定される。また、
設定ボタン７は、ヘッドホン３を装着した聴取者が後述
する仮想的壁面８に対して正面を向いたとき、その方位
（北を０度とする角度）を設定するためのボタンであ
る。なお、これら操作子に対応して、係数発生部５には
正面方位レジスタ５ａ，仮想発音位置レジスタ５ｂが設
定されている。

【００１２】図２は第１の実施例のヘッドホンシステム
の音像定位方式を説明する図である。図３は第１の実施
例による前記音像定位部２の構成を示す図である。図３
において、音像定位部２は８チャンネルのＦＩＲフィル
タ１５（１５Ｌ，１５Ｒ）を並列に備えている。

【００１３】この８個のチャンネルＣｈ１〜Ｃｈ８はそ
れぞれ図２（Ａ）の〜の方向に対応している。すな
わち、Ｃｈ１のＦＩＲフィルタ１５Ｌ，１５Ｒは、それ
ぞれ図２（Ａ）のの方向（位置）から左耳，右耳まで
の楽音の伝達特性（頭部音響伝達関数：ＨＲＴＦ）で楽
音信号を畳み込み演算するＦＩＲフィルタである。

【００１４】同様に、Ｃｈ２〜Ｃｈ８のＦＩＲフィルタ
も図２（Ａ）の〜の方向から左右両耳までの楽音伝
達特性で楽音信号を畳み込み演算するＦＩＲフィルタで
ある。このように図２（Ａ）の〜は聴取者の正面す
なわちヘッドホン３に対する方向を示し、聴取者が頭の
向きを変えるとそれに合わせてこの〜の向きも変わ
る。

【００１５】一方、前記入力装置６は、上述したように
電子楽器１が発生する楽音の仮想発音位置を設定するた
めの操作子である。図２（Ｂ）では仮想発音位置はヘッ
ドホン３からｚ０の距離にある仮想的壁面８上の１点に
定位されるようになっており、該平面８上の座標がヘッ
ドホン３からの垂線の交点を原点とするｘ，ｙ座標で表
される。

【００１６】前記入力装置６を右向きに操作すると前記
仮想発音位置のｘ座標が増加し、左向きに操作すると前
記仮想発音位置のｘ座標が減少する。また、入力装置６
を上向きに操作すると前記仮想発音位置のｙ座標が増加
し、下向きに操作すると前記仮想発音位置のｙ座標が減
少する。

【００１７】図２（Ａ）において、楽音の仮想発音位置
が仮想的な壁面８上の点９に設定され、ヘッドホン３が
図示の向きであるとすると、仮想発音位置の方向は前記
基本の方向〜のうち、、、に対してα１，
α２，α５，α６の角度となる。したがって、図３のＣ
ｈ１，Ｃｈ２，Ｃｈ５，Ｃｈ６のゲイン乗算器１２，１
３のそれぞれにこの角度α１，α２，α５，α６に対応
して主として直接音（先行音）を取り込むようなゲイン
を与え、他のチャンネルには上記角度に対応して主とし
て壁面等からの初期反射音（後行音）を取り込むような
ゲインを与えることにより、ヘッドホン３において音像
を点９に定位させることができる。

【００１８】ヘッドホン３の向きが変わると、点９とヘ
ッドホン３の角度も変化するが、このとき新たに基本方
向との角度が算出され、これに対応するゲインが割り出
されるため、ヘッドホン装用者がどの方向を向いても楽
音の音像は常に空間内における絶対的位置である仮想発
音位置９に定位され続けることになる。

【００１９】なお、図２（Ａ）において、入力装置６を
操作して仮想発音位置９を移動させた場合には、これに
合わせて新たな角度α１，α２，α５，α６が算出さ
れ、定位が移動する。

【００２０】この説明では、仮想発音位置がヘッドホン
３の正面付近にある場合についてのみ説明したが、仮想
的発音位置がヘッドホン３の左側にある場合にはＣｈ
１，Ｃｈ４，Ｃｈ５，Ｃｈ８に対する角度α１，α４，
α５，α８を算出して対応するゲインが割り出され、仮
想的発音位置がヘッドホン３の右側にある場合にはＣｈ
２，Ｃｈ３，Ｃｈ６，Ｃｈ７に対する角度α２，α３，
α６，α７を算出して対応するゲインが割り出される。

【００２１】また、仮想的発音位置がヘッドホン３の後
側にある場合にはＣｈ３，Ｃｈ４，Ｃｈ７，Ｃｈ８に対
する角度α３，α４，α７，α８を算出して対応するゲ
インが割り出され、仮想的発音位置がヘッドホン３の上
側にある場合にはＣｈ５，Ｃｈ６，Ｃｈ７，Ｃｈ８に対
する角度α５，α６，α７，α８を算出して対応するゲ
インが割り出され、仮想的発音位置がヘッドホン３の下
側にある場合にはＣｈ１，Ｃｈ２，Ｃｈ３，Ｃｈ４に対
する角度α１，α２，α３，α４を算出して対応するゲ
インが割り出される。

【００２２】なお、この実施形態では仮想発音位置９を
仮想的壁面８上のみに設定可能にしているが、空間内の
任意の点に設定できるようにしてもよい。この場合に
は、入力装置６を３次元の座標を設定できるようにす
る。

【００２３】また、仮想発音位置９の入力装置６はジョ
イスティックに限定されるものではなく、ジョイスティ
ックに類似した座標値を相対的に増減する操作子のほ
か、テンキーなど座標値を直接入力する操作子、ロータ
リーエンコーダ、スライダ等を用いることができ、ま
た、モニタ上に表示される壁面や空間の画像内で仮想発
音位置をグラフィックに設定できるようにしてもよい。
また、仮想的壁面８に向かう方向をセットする設定スイ
ッチ７も同様にグラフィックに設定できるようにしても
よい。

【００２４】図３を参照して音像定位部２の構成を説明
する。音像定位部２は、Ａ／Ｄコンバータ１０、ディレ
イライン１１、バンドパスフィルター（ＢＰＦ）４０、
ゲイン乗算器１２、ゲイン乗算器１３、加算器１４、Ｆ
ＩＲフィルタ１５、ＩＩＲフィルタ４１、加算器１６、
Ｄ／Ａコンバータ１７、アンプ１８を有する。

【００２５】電子楽器１から入力された楽音信号はＡ／
Ｄコンバータ１０によってデジタル信号に変換される。
電子楽器１がデジタル楽器であり、楽音をデジタル信号
のまま出力するものであれば、このＡ／Ｄコンバータ１
０をスキップして直接ディレイライン１１に信号を入力
するようにしてもよい。

【００２６】ディレイライン１１は多段のシフトレジス
タで構成されており、入力されたデジタル楽音信号を順
次シフトしてゆく。このディレイライン１１の任意の位
置（レジスタ）に２つのタップが設けられ、この２つの
タップ（先行音タップ，後行音タップ）からディレイさ
れた信号（先行音，後行音）が取り出される。

【００２７】タップ位置は、係数発生部５から入力され
るタップ位置係数によって決定される。２つのタップの
うちディレイライン１１の入力端に近いタップから取り
出される信号を先行音といい、入力端に遠いタップから
取り出される信号を後行音という。先行音は直接音に対
応しており、後行音は初期反射音に対応している。

【００２８】先行音はＣｈ１〜Ｃｈ８のゲイン乗算器１
２に入力され、後行音はＢＰＦ４０に入力された後、Ｃ
ｈ１〜Ｃｈ８のゲイン乗算器１３に入力される。ディレ
イライン１１の２つのタップ及びゲイン乗算器１２，１
３のゲインを適当に設定することにより、音像の距離感
や前後感を出すことができる。

【００２９】ＢＰＦ４０は、初期反射音である後行音に
対して、反射による減衰を模するために設けられてい
る。

【００３０】例えば、タップの間隔を短くして先行音と
後行音のずれを小さくすると距離感が小さくなり音像を
近くに定位することができ、逆に先行音と後行音のずれ
を大きくすると距離感が大きくなり音像を遠くに定位す
ることができる。ただし、先行音と後行音のずれは２０
ｍｓを超えないようにする。ずれが２０ｍｓを超えると
聴取者に別の音として認識されてしまうからである。

【００３１】また、先行音と後行音のレベル差（ゲイン
乗算器１２のゲインとゲイン乗算器１３のゲインの差）
を大きくすると、音像が前方に定位しやすくなり、先行
音と後行音のレベル差を小さくすると音像が後方に定位
しやすくなる。

【００３２】Ｃｈ１〜Ｃｈ８のゲイン乗算器１２，１３
のゲインは係数発生部５から入力される。このゲインが
乗算された先行音信号及び後行音信号は加算器１４によ
って加算され、ＦＩＲフィルタ１５に入力される。１つ
の楽音信号を遅延して先行音信号，後行音信号の２つの
信号を取り出すのは同一の楽音信号が微小な時間差でず
れて聞こえ、かつ、そのレベル差により距離感や前後間
を出すためである。

【００３３】ＦＩＲフィルタ１５は左耳用フィルタ１５
Ｌ，右耳用フィルタ１５Ｒの２系統が並列に設けられて
いる。Ｃｈ１のＦＩＲフィルタ１５Ｌは、楽音が図２
（Ａ）のの方向から左耳に聞こえてくる場合の響きを
頭部音響伝達関数によりシミュレートし、Ｃｈ１のＦＩ
Ｒフィルタ１５Ｒは、楽音が図２（Ａ）のの方向から
右耳に聞こえてくる場合の響きを頭部音響伝達関数によ
りシミュレートする。同様にＣｈ２〜Ｃｈ８のＦＩＲフ
ィルタ１５Ｌ，ＦＩＲフィルタ１５Ｒはそれぞれ〜
の方向から左右両耳への楽音の伝達を頭部音響伝達関数
によりシミュレートする。

【００３４】そして、仮想発音位置の方向がこれら基本
方向〜の中間の方向であった場合、係数発生部５
は、図２（Ａ）に示したように、〜の方向のうちそ
の仮想発音位置の方向を囲む４方向となす角度を算出
し、その角度に対応するゲイン及びディレイライン１１
のタップを決定する係数を各チャンネルのゲイン乗算器
１２，１３及びディレイライン１１に与える。なお、ヘ
ッドホン３における音像定位位置が変化しても音量を変
化させない場合には、上記全てのゲイン乗算器１２，１
３に与えられるゲインの対数的な合計値は１であるが、
音像定位位置によってゲインの合計を変化させることに
よって特殊な効果を出してもよい。

【００３５】各チャンネルのＦＩＲフィルタ１５Ｌから
出力された信号は加算器１６Ｌで加算合成される。ま
た、各チャンネルのＦＩＲフィルタ１５Ｒから出力され
た信号は加算器１６Ｒで加算合成される。これら加算合
成されたデジタルの楽音信号はそれぞれＩＩＲフィルタ
４１Ｌ及びＩＩＬフィルタ４１Ｒに入力される。

【００３６】ＩＩＲフィルタ４１は、加算合成されたデ
ジタルの楽音信号の特性を補正するためのフィルタであ
る。前段に設けられたＦＩＲフィルタは、応答長が非常
に短く、周波数分解能が粗い為、とりわけ低域の特性が
所望のものとは異なる傾向にあるが、ＩＩＲフィルタ４
１は、その周波数特性を補正することが出来る。

【００３７】また、ＨＲＴＦには個人差があるが、ＩＩ
Ｒフィルタ４１を用いることにより、各聴取者の嗜好
や、定位特性の差異（特に上下方向定位感）を補正する
ことが出来る。

【００３８】図１２は、ＩＩＲフィルタ４１を用いた場
合の周波数特性の変化を表す図である。図中点線で示す
加算合成されたデジタルの楽音信号を、ＩＩＲフィルタ
４１に通すと、図中上向きの矢印が示すように高域及び
低域の周波数帯域の楽音信号をブーストすると共に、下
向きの矢印で示すように、例えば８ＫＨｚの部分をディ
ッピングさせることができる。高域及び低域の周波数帯
域の楽音信号をブースとすることにより、ヘッドホンの
周波数特性補償や各聴取者に対する嗜好合わせをするこ
とが出来る。また８ｋＨｚの部分をディッピングさせる
ことで、定位特性（特に上下方向定位感）を調整する事
ができる。８ｋＨｚ周波のディッピングは、人の頭部構
造に基づく雑音成分を低減するので、定位特性を改善す
ることが出来る。

【００３９】図１２の例では、高域及び低域の周波数を
ブーストしたが、ＩＩＲフィルタ４１は、それらを逆に
カットすることも出来る。また、ディッピングする周波
数は、８ＫＨｚに限らず、これを微調整することで、Ｈ
ＲＴＦの個人差を補正することが出来る。

【００４０】ＩＩＲフィルタ４１によって補正された楽
音信号はＤ／Ａコンバータ１７でアナログ信号に変換さ
れ、アンプ１８で増幅されたのちヘッドホン３に出力さ
れる。

【００４１】図４は前記ヘッドホン３の外観図である。
図５はヘッドホン３の頂部に取り付けられている方位セ
ンサ４の構成図である。ヘッドホン３の両方の耳あて部
には小型スピーカが内蔵されており、それぞれ前記アン
プ１８から出力された左右のアナログ楽音信号が入力さ
れる。そしてアーチの頂部には方位センサ４が設けられ
ている。方位センサ４は円筒形のケース２８に収納され
ており、図５（Ｂ）に示すようにコンパス２０及びフォ
トセンサ２５，２６，２７で構成されている。

【００４２】図５（Ａ）に示すようにコンパス２０は、
球状の透明アクリルケース２２内に球状磁石体２１を収
納し、この球状磁石体２１と透明アクリルケース２２の
内壁面との隙間に液体２３を充填したものである。この
液体２３は無色透明のものである。

【００４３】球状磁石体２１は液体２３内で重力に対し
て常に上下関係を維持すると共に南北の方位を指すよう
にするため、中央部に板状磁石２１ａを収納し、上部に
空間２１ｃ，下部に重り２１ｂを有している。

【００４４】図６に示すように、このコンパス２０すな
わちヘッドホン３がどの向きになってもどのように傾い
てもこの球状磁石体２１ａは必ず特定の部位が地磁気に
より北を指し、重り２１ｂが重力方向を向くように透明
アクリルケース２０内で回転揺動する。

【００４５】なお、透明アクリルケース２２内で球状磁
石体２１は液体２３で浮揚しており、摩擦なく透明アク
リルケース２２内で回転揺動できる。

【００４６】図７に示すように球状磁石体２１の表面
は、青と赤のグラデーションで彩色されている。青のグ
ラデーションは同図（Ａ），（Ｂ）に示すようにその濃
度が方位を表すように経線状に彩色されており、北→東
→南→西→北と回転するにしたがって青の濃度が薄くな
るようにされている。

【００４７】すなわち、青色の濃度（薄さ）が方位角
（北を０度とする時計回りの角度）を表すことになる。
赤のグラデーションは同図（Ｃ），（Ｄ）に示すように
その濃度が傾斜角を示すように緯線状に彩色されてお
り、透明アクリルケース２０が下向きに傾斜するほど赤
の濃度の高い部分が現れるようになっている。

【００４８】実際には、この赤グラデーションと青グラ
デーションが同じ球面にされており、両色が混ざり合っ
ている。

【００４９】図５（Ｂ）に示すように、このコンパス２
０の側面に向けてフォトセンサ２５〜２７が設けられて
いる。フォトセンサ２５は青色の濃度を検出するセンサ
であり、フォトセンサ２６，２７は赤色の濃度を検出す
るセンサである。フォトセンサ２５はヘッドホン３の前
側からコンパス２０の側面に向けられており、フォトセ
ンサ２６はヘッドホン３の右側からコンパス２０の側面
に向けられており、フォトセンサ２７はヘッドホン３の
後側からコンパス２０の側面に向けられている。

【００５０】図８は、各フォトセンサ２５，２６，２７
の構成を示す。ＬＥＤ３０及びフォトダイオード３２が
コンパス２０に向けて設けられ、これらＬＥＤ３０，フ
ォトダイオード３２の前面に所定色のみを通過させる光
学フィルタが設けられている。ＬＥＤ３０は電池３１に
よって連続点灯され、コンパス２０の球状磁石体２１の
表面を照射している。また、フォトダイオード３２は、
上記ＬＥＤ３０が照射した光の球状磁石体２１表面の反
射光を受光することによって抵抗値が変化する。

【００５１】このフォトダイオード３２はアンプ３３に
接続されている。アンプ３３はフォトダイオード３２の
検出値を増幅してＬＰＦ３４に入力する。ＬＰＦ３４
は、検出値のうち微小な振動成分を除去して動作として
の頭の動きのみを抽出し、係数発生部５に出力する。

【００５２】フォトセンサ２５が前側からコンパス２０
の球状磁石体２１の青色濃度を検出することにより、図
９（Ａ）に示す濃度検出値と方位角の関係に基づいて、
このヘッドホン３がどの方位を向いているかを検出する
ことができる。

【００５３】また、フォトセンサ２６は右側面から球状
磁石体２１の赤色を検出することにより、図９（Ｂ）に
示す濃度検出値と傾斜角（仰角）の関係に基づいて、ヘ
ッドホン３が右にどの程度傾いているかを検出すること
ができる。

【００５４】さらに、フォトセンサ２７は後側から球状
磁石体２１の赤色を検出することにより、図９（Ｂ）に
示す濃度検出値と仰角の関係に基づいて、ヘッドホン３
がどの程度上を向いているかを検出することができる。

【００５５】これらの検出内容を係数発生部５に入力す
ることにより、係数発生部５は、入力装置６によって設
定された仮想発音位置がヘッドホン３からみてどの方向
・距離にあるかを計算することができ、この方向・距離
を信号処理的に実現するためのディレイライン１１のタ
ップ位置及びＣｈ１〜Ｃｈ８のゲイン乗算器１２，１３
のゲインを算出して音像定位部２に出力する。

【００５６】なお、このように方位センサとして地磁気
センサを用いたことにより、他のセンサ例えばジャイロ
センサなどに比べて以下のような利点がある。首を傾け
て回してもズレや誤差が生じないため、上体を動かして
演奏する電子ピアノのヘッドホンに用いても安定した音
像定位を実現することができる。地磁気が常時安定して
いるため、電子楽器やＡＶ機器など音源となる装置との
キャリブレーション（位置関係の設定）を１回とれば、
以後使用開始時や使用途中に取り直す必要がなく、以後
装置を移動させるまでキャリブレーションをとることが
不要となる。また、ジャイロなど他の方位センサに比べ
て安価である。

【００５７】なお、方位磁石を浮かせている液体の粘度
を調節することで、頭の回転に対する応答性を調節する
ことができる。また、この検出内容の係数発生部５への
伝送は、有線でも無線でもよい。無線で行う場合には、
電源として電池を用いるが、その電池は充電式電池でも
よい。例えば、ヘッドホンを掛けておくホルダに充電機
能を設け、そのホルダに載せている間に充電されるよう
にしてもよい。また、有線で行う場合には、ヘッドホン
のオーディオケーブルを介して信号及び電源の送受をす
るようにすることもできる。

【００５８】図１０，図１１は上記係数発生部５の動作
を示すフローチャートである。図１０において、この装
置の動作がスタートすると、まず、各種レジスタをイニ
シャライズする。正面方位レジスタ５ａには０度のデー
タが入力される。すなわち、ヘッドホン３の正面（仮想
的壁面８）は真北に向いているとされる。そして、仮想
発音位置レジスタ５ｂにはｘ，ｙ座標として０，０がセ
ットされる。すなわち、ヘッドホン３の正面に仮想発音
位置があるように設定される。こののち設定ボタン７の
オン（ｓ２）又は入力装置６の操作（ｓ３）があるまで
待機する。設定ボタン７がオンされると（ｓ２）、その
ときの方位センサ４の方位（フォトセンサ２５の検出
値）を読み取り（ｓ４）、その方位を正面方位レジスタ
５ａに記憶する（ｓ５）。一方、入力装置６が操作され
ると、その操作に応じて仮想発音位置レジスタ５ｂの
ｘ，ｙ座標を書き換える（ｓ６）。すなわち、入力装置
６が左右に操作されるとその操作に応じてｘ座標の値を
増減し、入力装置６が上下に操作されるとその操作に応
じてｙ座標の値を増減する。

【００５９】図１１はタイマインタラプト動作である。
この動作は数十ミリ秒に１回の頻度で行われる定位位置
制御動作である。まず、方位センサ４に内蔵されている
３つのフォトセンサ２５，２６，２７の検出値を読み取
る（ｓ１１）。そして、この検出値に基づいてヘッドホ
ン３の向き（方位）及び傾きを検出する（ｓ１２，ｓ１
３）。このデータと正面方位データ，仮想音源のｚ０
及びｘ，ｙ座標に基づいて仮想発音位置に対する方向・
距離を算出する（ｓ１４）。この方向・距離に基づいて
各チャンネルに与えるゲイン及びディレイライン１１の
タップ位置を決定し（ｓ１５）、これらを音像定位部２
に送出する（ｓ１６）。

【００６０】なお、ゲインやタップ位置などの割出し
は、算出された方向・距離に基づき所定の演算式を用い
て算出するようにしてもよく、種々の方向・距離に対応
する係数をテーブルとして記憶しておき、その中の適当
なものを読み出すようにしてもよい。この係数テーブル
は複数の距離・方向に対応するＦＩＲフィルタの伝達特
性パラメータを記憶したテーブルに比べてデータ量が極
めて小さいためこのようにしてもメモリ容量は少なくて
すむ。

【００６１】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。上述の第１の実施例では、センサ付のヘッドホン
を利用し、仮想音像位置を８箇所に設定したが、このよ
うな構成では、安価なシステムを構成することは難し
い。そこで、第２の実施例では、通常のヘッドホンを利
用して、仮想音像位置（仮想スピーカ位置）を４箇所に
設定する場合を説明する。聴取者は正面を向き、ヘッド
ホンの向きはほぼ一定の場合を想定する。

【００６２】図１３は、第２の実施例の音像定位装置に
おける仮想スピーカ位置と音源位置ＶＰを表す概念図で
ある。本実施例では、左右前方、左右後方の４箇所に、
仮想スピーカＳＰ１からＳＰ４を配置する。音源位置Ｖ
Ｐの方向は、図に示すように頭部周囲の仮想スピーカＳ
Ｐ１からＳＰ４間のレベル重み付けによって決定され
る。また、音源位置ＶＰと聴取者位置に対して点対称位
置ＶＰ’から原音と数〜１０数ｍｓ遅らせた音を発生さ
せて定位感を強調する。この点対称位置ＶＰ’からの音
は、壁面からの反射音を想定しており後述のＢＰＦを介
することにより、反射による減衰がシミュレートされ
る。

【００６３】音源位置ＶＰの距離は、直接音（ｘ）、初
期反射音（ｙ）、残響音（ｚ）のレベル差、到着時間の
遅れの大きさによって制御される。例えば、レベル差の
制御は、後述の乗算部に供給されるＤＳＰパラメータの
ゲイン係数によって制御され、初期反射音用のゲイン係
数をａとし、残響音用のゲイン係数をｂとすると、音源
位置ＶＰの距離を近くに設定する場合は、直接音のレベ
ルが初期反射音と残響音のレベルの和よりも大きくなる
ようにｘ＞ａｙ＋ｂｚの関係が成り立つように制御し、
音源位置ＶＰの距離を遠くに設定する場合は、直接音の
レベルが初期反射音と残響音のレベルの和よりも小さく
なるようにｘ＜ａｙ＋ｂｚの関係が成り立つように制御
する。

【００６４】図１４は、第２の実施例による音像定位装
置の基本構成を表すブロック図である。

【００６５】バス５１には、検出回路５２、表示回路５
３、ＲＡＭ５４、ＲＯＭ５５、ＣＰＵ５６、外部記憶装
置５７、通信インターフェイス５８、音源回路５９、タ
イマ６０が接続される。

【００６６】ユーザは、検出回路５２に接続される操作
子（入力手段）６２を用いて、後述の物理パラメータ、
プリセットの入力及び選択等をすることができる。操作
子６２は、例えば、ロータリーエンコーダ、スライダ、
マウス、キーボード、鍵盤、ジョイスティック、スイッ
チ等、ユーザの入力に応じた信号を出力できるものなら
どのようなものでもよい。また、複数の入力手段が接続
されていてもよい。

【００６７】表示回路５３は、ディスプレイ６３に接続
され、後述の物理パラメータ、プリセット番号等の各種
情報をディスプレイ６３に表示することができる。ディ
スプレイ６３は、液晶表示装置（ＬＣＤ）、発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）等で構成されるが、各種情報を表示でき
るものならばどのようなものでもよい。

【００６８】外部記憶装置５７は、外部記憶装置用のイ
ンターフェイスを含み、そのインターフェイスを介して
バス５１に接続される。外部記憶装置５７は、例えば、
フラッシュメモリなどの半導体メモリ、フロッピディス
クドライブ（ＦＤＤ）、ハードディスクドライブ（ＨＤ
Ｄ）、光磁気ディスク（ＭＯ）ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ
（コンパクトディスク−リードオンリィメモリ）ドライ
ブ、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉ
ｓｃ）ドライブ等である。外部記憶装置５７には、ユー
ザが設定するプリセット等を保存することができる。

【００６９】ＲＡＭ５４は、フラグ、レジスタ又はバッ
ファ、各種データ等を記憶するＣＰＵ５６用のワーキン
グエリアを有する。

【００７０】ＲＯＭ５５には、プリセットデータ、関数
テーブル、各種パラメータ及び制御プログラム等を記憶
することができる。この場合、プログラム等を重ねて、
外部記憶装置５７に記憶する必要は無い。ＣＰＵ５６
は、ＲＯＭ５５又は、外部記憶装置５７に記憶されてい
る制御プログラム等に従い、演算又は制御を行う。

【００７１】タイマ６０は、ＣＰＵ５６及バス５１に接
続されており、基本クロック信号、割り込み処理タイミ
ング等をＣＰＵ５６に指示する。

【００７２】音源回路５９は、供給されるＭＩＤＩ信号
等に応じて楽音信号を生成し、外部に出力する。本実施
例では、音源回路５９は、波形ＲＯＭ６４、波形読出装
置６５、ＤＳＰ（ＤＩＧＩＴＡＬＳＯＵＮＤＦＩＥＬ
ＤＰＲＯＣＥＳＳＯＲ）６６及びＤ／Ａコンバータ
（ＤＡＣ）６７で構成される。

【００７３】波形読出し装置６５は、ＣＰＵ５６の制御
により波形ＲＯＭ６４に記憶される音源の各種音色波形
を読み出す。ＤＳＰ６６は、波形読出し装置６５が読み
出す波形に残響や定位等の効果を与える。ＤＡＣ６７は
ＤＳＰ６６によって各種効果が付与された波形をデジタ
ル形式からアナログ形式に変化して外部に出力する。な
お、ＤＳＰ６６の機能については後述する。

【００７４】なお、音源回路５９は、本実施例の波形メ
モリ方式に限らず、ＦＭ方式、物理モデル方式、高調波
合成方式、フォルマント合成方式、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａ
ｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）＋
ＶＣＦ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＦｉｌ
ｔｅｒ）＋ＶＣＡ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌ
ｅｄＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）のアナログシンセサイザ方
式等、どのような方式を用いたものであってもよい。

【００７５】また、音源回路５９は、専用のハードウェ
アを用いて構成するものに限らず、ＤＳＰ（Ｄｅｇｉｔ
ａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）＋マイクロ
プログラムを用いて構成してもよいし、ＣＰＵ＋ソフト
ウェアのプログラムで構成するようにしてもよいし、サ
ウンドカードのようなものでもよい。

【００７６】さらに、１つの音源回路を時分割で使用す
ることにより複数の発音チャンネルを形成するようにし
てもよいし、複数の音源回路を用い、１つの発音チャン
ネルにつき１つの音源回路で複数の発音チャンネルを構
成するようにしてもよい。

【００７７】通信インターフェイス５８は、他の楽器、
音響機器、コンピュータ等に接続できるものであり、少
なくとも電子楽器と接続できるものである。この場合、
通信インターフェイス５８は、ＭＩＤＩインターフェイ
ス、ＲＳ−２３２Ｃ、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル
・バス）、ＩＥＥＥ１３９４（アイトリプルイー１３９
４）等の汎用のインターフェイスを用いて構成する。

【００７８】図１５は、第２の実施例におけるデータフ
ローを示す概念的ブロック図である。

【００７９】パラメータ入力部７１は、例えば、図１４
の入力手段６２及び外部記憶装置５７又はＲＯＭ５５に
よって構成され、パラメータ変換部７２に各種の物理パ
ラメータを入力する。

【００８０】パラメータ入力部７１では、仮想空間情報
及び再生条件が入力される。これらの情報の入力は、入
力手段６２を介してユーザが行うか又はこれらの情報を
予め含むプリセットの中からユーザが選択することによ
り行われる。

【００８１】仮想空間情報には、ホール、スタジオ等の
空間の種類及び形状、受聴者から見た仮想音源の距離、
及び方向が含まれる。再生条件には、受聴者の個人差、
使用するヘッドホンの特性等が含まれる。

【００８２】入力された仮想空間情報及び再生条件は、
物理パラメータとして、パラメータ変換部７２に送られ
る。

【００８３】パラメータ変換部７２は、例えば図１４の
ＣＰＵ５６で構成され、入力される物理パラメータをＤ
ＳＰパラメータに変換する。物理パラメータからＤＳＰ
パラメータへの変換はパラメータ変換テーブル７３を参
照することにより行われる。パラメータ変換テーブル７
３は、図１４の外部記憶装置５７、又はＲＯＭ５５に保
存されている。

【００８４】ＤＳＰパラメータは、後述の図１６の定位
制御部８５で、ＦＩＲフィルタ１５及びＩＩＲフィルタ
４１等を制御するためのフィルタ係数、各種乗算部を制
御するためのゲイン係数、ディレイ１１ｂの遅延時間等
を含み、また、残響付加部８６を制御するための各種パ
ラメータを含む。

【００８５】変換されたＤＳＰパラメータは、音源ユニ
ット（音源回路）５９に送られる。音源ユニット５９で
は、入力されるＤＳＰパラメータに基づき各種効果を波
形データに付与して楽音信号として出力する。

【００８６】なお、ＤＳＰパラメータは、物理パラメー
タから変換されるだけでなく、定位パターンや、残響パ
ターン、又はそれらの組合せのパターンごとに、予めプ
リセットとして記憶されていてもよい。

【００８７】図１６は、図１４のＤＳＰ６６の機能を示
すブロック図である。ＤＳＰ６６は、乗算部８４、定位
制御部８５、残響付加部８６、乗算部８７、加算部８
８、加算部９０、マスターイコライザ８９を有する。

【００８８】図１４の波形読出し装置６５に読み出され
た複数チャンネル（ｘＮｃｈ）の波形データはＤＳＰ６
６に入力されると、それぞれ、直接音、初期反射音、残
響音用の波形データとして３系統に分けられる。複数チ
ャンネル（ｘＮｃｈ）の直接音用の波形データはそのま
まＤｒｙＩｎとして、定位制御部８５に入力される。

【００８９】複数チャンネル（ｘＮｃｈ）の初期反射音
用の波形データは、乗算部８４ａで受聴者と仮想発音位
置の設定距離により定められるゲイン係数に従い乗算さ
れた後、ＥＲＩｎとして、定位制御部８５に入力され
る。複数チャンネル（ｘＮｃｈ）の残響音用の波形デー
タは、乗算部８４ｂで受聴者と仮想発音位置の設定距離
により定められるゲイン係数に従い乗算された後、加算
部９０で加算されてＲｅｖＩｎとして、残響付加部８６
に入力される。

【００９０】定位制御部８５は、後に図１７を用いて詳
述するように、仮想発音位置を制御する。

【００９１】残響付加部８６は、入力される波形データ
に、残響を付加して、仮想音源の距離感を創出すると共
に、仮想空間をシミュレートし、残響音として出力す
る。残響音のパターンは、空間タイプによって残響時
間、直接音及び初期反射音のレベル差、周波数帯域毎の
減衰量が異なる。これら、残響時間、直接音及び初期反
射音とのレベル差、周波数帯域毎の減衰量は、ＤＳＰパ
ラメータとして入力される。これらＤＳＰパラメータ
は、ユーザが入力する物理パラメータを変換して生成す
るが、空間タイプ（ホール、スタジオなど）ごとにプリ
セットとして記憶しておいてもよい。

【００９２】定位制御部８５及び残響付加部８６から出
力される波形データは、それぞれ乗算部８７ａ、８７ｂ
で乗算され、加算部８８で加算合成されて１つの波形デ
ータとして、マスターイコライザ８９に入力される。マ
スターイコライザ８９では、入力される波形データの周
波数特性を補正して、図１４のＤＡＣ６７に出力する。

【００９３】図１７は、図１６の定位制御部（ＬＯＣ）
８５の機能を示すブロック図である。定位制御部８５
は、複数チャンネル（ｘＮｃｈ）のそれぞれに対応する
複数の前段部８５ａと、１つの後段部８５ｂで構成され
る。複数の入力を有する事、チャンネル数が少ない事等
を除き基本的な構成は図３に示す第１の実施例とほぼ同
様のものであり、同様の機能を持つ構成には同様の参照
番号を附す。

【００９４】前段部８５ａは、直接音用の波形データの
入力ＤｒｙＩｎと初期反射音用の波形データの入力ＥＲ
Ｉｎを有している。ＤｒｙＩｎから入力された波形デー
タは、左右前方及び左右後方の４ｃｈに分けられた後、
それぞれ乗算部１２で乗算され加算部１４に入力され
る。乗算部１２のゲイン係数は、ＤＳＰパラメータとし
て入力される。

【００９５】ＥＲＩｎから入力された波形データは、デ
ィレイ１１ｂで、ＤＳＰパラメータ中の遅延時間に基づ
き直接音から数〜１０数ｍｓ遅れて初期反射音としてＢ
ＰＦ４０に出力される。ＢＰＦ４０は、初期反射音に対
して、反射による減衰を模するために設けられている。
その後初期反射音は、左右前方及び左右後方の４ｃｈに
分けられた後、それぞれ乗算部１３で乗算され加算部１
４に入力される。乗算部１３のゲイン係数は、ＤＳＰパ
ラメータとして入力される。

【００９６】加算部１４では、直接音及び初期反射音を
加算合成して後段部８５ｂの加算部１９に送る。

【００９７】ＦＩＲフィルタ１５は左耳用フィルタ１５
Ｌ，右耳用フィルタ１５Ｒの２系統を有している。Ｃｈ
１のＦＩＲフィルタ１５Ｌは、楽音が図１３の左前方か
ら左耳に聞こえてくる場合の響きを頭部音響伝達関数に
よりシミュレートし、Ｃｈ１のＦＩＲフィルタ１５Ｒ
は、楽音が図１３の左前方から右耳に聞こえてくる場合
の響きを頭部音響伝達関数によりシミュレートする。同
様にＣｈ２〜Ｃｈ４のＦＩＲフィルタ１５Ｌ，ＦＩＲフ
ィルタ１５Ｒはそれぞれ右前方、左右後方から左右両耳
への楽音の伝達を頭部音響伝達関数によりシミュレート
する。

【００９８】仮想発音位置の方向がこれら基本方向の中
間の方向であった場合、基本方向のうちその仮想発音位
置の方向を囲む２方向となす角度を算出し、その角度に
対応するディレイ１１ｂの遅延時間及びゲイン係数をデ
ィレイ１１ｂ及び各チャンネルのゲイン乗算器１２，１
３に与える。

【００９９】各チャンネルのＦＩＲフィルタ１５Ｌ、Ｒ
から出力された波形データはそれぞれ加算部１６で加算
合成される。これら加算合成されたデジタルの楽音信号
（波形データ）はそれぞれ左右２チャンネルを有するＩ
ＩＲフィルタ４１に入力される。

【０１００】ＩＩＲフィルタ４１は、加算合成されたデ
ジタルの楽音信号の特性を補正するためのフィルタであ
り、図３の第１の実施例のものと同様のものである。Ｉ
ＩＲフィルタ４１によって補正された波形データは、図
１６の乗算部８７ａに出力される。

【０１０１】以上、本発明の第２の実施例によれば、Ｈ
ＲＴＦ再現をインパルス応答畳み込み用ＦＩＲフィルタ
とその後段に配置される周波数特性補正用ＩＩＲフィル
タによって実現するので、受聴者の嗜好や定位特性の差
異に応じてデジタルの楽音信号を補正することができ
る。

【０１０２】また、上記受聴者の嗜好や定位特性の差異
に応じたＨＲＴＦをプリセットすることが出来るので、
ＨＲＴＦ再現の設定を容易に行うことが出来る。

【０１０３】さらに、残響音を含めた定位タイプをプリ
セットパターンとして記憶することが出来、ユーザはそ
れを選択することが出来る。

【０１０４】また、以上のような構成をとることによ
り、ＦＩＲフィルタ及びＩＩＲフィルタを各発音定位位
置に関係なく係数固定にすることが出来、図１７に示す
ように前段部８５ａを入力ライン数分備えることにより
小規模な構成で多数の個別音源の定位を実現することが
出来る。

【０１０５】なお、本発明の実施例は、ヘッドホンを用
いて受聴する場合を説明したが、図３または図１７のＩ
ＩＲフィルタ４１の後段にクロストークキャンセラを配
置することにより、スピーカでの受聴にも適用できる。

【０１０６】さらになお、本発明の実施例は、実施例に
対応するコンピュータプログラム等をインストールした
市販のコンピュータ等によって、実施させるようにして
もよい。

【０１０７】その場合には、本実施例に対応するコンピ
ュータプログラム等を、ＣＤ−ＲＯＭやフロッピー（登
録商標）ディスク等の、コンピュータが読み込むことが
出来る記憶媒体に記憶させた状態で、ユーザに提供して
もよい。

【０１０８】その汎用コンピュータ又はコンピュータ等
が、ＬＡＮ、インターネット、電話回線等の通信ネット
ワークに接続されている場合には、通信ネットワークを
介して、コンピュータプログラムや各種データ等を汎用
コンピュータ又はコンピュータ等に提供してもよい。

【０１０９】さらに、実施例は、１つの装置で実施する
だけに限らず、さまざまな装置をＭＩＤＩや各種ネット
ワーク等の通信手段を用いて接続したものであってもよ
い。また、音源装置や自動演奏装置等を内蔵した電子楽
器などで実施例を実施することもできる。ここでいう電
子楽器とは、鍵盤楽器タイプ、弦楽器タイプ、管楽器タ
イプ、打楽器タイプ等の電子楽器である。

【０１１０】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組合せ等が可能なことは当業者に自明
であろう。

【０１１１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ヘッドホ
ンによる受聴において十分な臨場感を得ることが出来
る。

【０１１２】また、楽器配置、受聴空間に応じた効果を
選択調整することが出来る。またそれを記憶することも
出来る。

【０１１３】さらに、受聴者、ヘッドホンの種類毎に定
位感の調整をすることが出来る。またそれを記憶するこ
とも出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例による音像定位装置の
ブロック図である。

【図２】同音像定位装置の音像定位方式を説明する図で
ある。

【図３】同音像定位装置の音像定位部のブロック図であ
る。

【図４】同音像定位装置のヘッドホンの外観図である。

【図５】同ヘッドホンに設けられる方位センサの構成図
である。

【図６】同方位センサが傾斜したときの状態を示す図で
ある。

【図７】同方位センサの球状磁石体の塗装を説明する図
である。

【図８】同方位センサに設けられるフォトセンサの構成
図である。

【図９】同方位センサのフォトセンサの濃度検出値と方
位角、傾斜（仰角）との関係を示す図である。

【図１０】同音像定位装置の係数発生部の動作を示すフ
ローチャートである。

【図１１】同音像定位装置の係数発生部の動作を示すフ
ローチャートである。

【図１２】ＩＩＲフィルタを用いた場合の周波数特性の
変化を表すグラフである。

【図１３】第２の実施例の音像定位装置における仮想ス
ピーカ位置と音源位置ＶＰを表す概念図である。

【図１４】第２の実施例による音像定位装置の基本構成
を表すブロック図である。

【図１５】第２の実施例におけるデータフローを示す概
念的ブロック図である。

【図１６】図１４のＤＳＰ６６の機能を表すブロック図
である。

【図１７】図１６の定位制御部（ＬＯＣ）８５の構成を
表すブロック図である。

【符号の説明】

２…音像定位部、３…ヘッドホン、４…方位センサ、５
…係数発生部、５ａ…正面方位レジスタ、５ｂ…仮想発
音位置レジスタ、６…入力装置、７…設定ボタン、１１
…ディレイライン、１２，１３…ゲイン乗算器、１５
Ｌ，１５Ｒ…ＦＩＲフィルタ、１６Ｌ，１６Ｒ…加算
器、２０…コンパス、２１…球状磁石体、２１ａ…板状
磁石、２１ｂ…重り、２１ｃ…空間、２３…液体、２
５，２６，２７…フォトセンサ、２８…ケース、３０…
ＬＥＤ、３２…フォトダイオード、３５…フィルタ、
４０…ＢＰＦ、４１…ＩＩＲフィルタ、５１…バス、５
２…検出回路、５３…表示回路、５４…ＲＡＭ、５５…
ＲＯＭ、５６…ＣＰＵ、５７…外部記憶装置、５８…通
信インターフェイス、５９…音源回路、６０…タイマ、
６２…入力手段、６３…ディスプレイ、６４…波形ＲＯ
Ｍ、６５…波形読出装置、６６…ＤＳＰ、６７…ＤＡ
Ｃ、７１…パラメータ入力部、７２…パラメータ変換
部、７３…パラメータテーブル、８４、８７…乗算部、
８５…定位制御部、８６…残響付加部、８８…加算部、
８９…マスターイコライザ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０３Ｈ 21/00 Ｈ０４Ｒ 5/033 ＥＨ０４Ｒ 5/033 Ｇ１０Ｋ 15/00 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】楽音信号を入力する入力手段と、複数の方向から両耳への楽音伝達特性で前記楽音信号を
畳み込み演算して出力する複数の第１のフィルタ手段
と、前記第１のフィルタ手段が出力する楽音信号の周波数特
性を補正する第２のフィルタ手段とを有する音像定位装
置。
【請求項２】さらに、前記楽音信号に初期反射音を付
加する初期反射音付加手段と、前記初期反射音を減衰させるための第３のフィルタ手段
を有する請求項１記載の音像定位装置。
【請求項３】さらに、前記楽音信号に残響音を付加す
る残響音付加手段を有する請求項１又は２記載の音像定
位装置。
【請求項４】楽音信号を入力する入力工程と、複数の方向から両耳への楽音伝達特性で前記楽音信号を
畳み込み演算して出力する複数の第１のフィルタ工程
と、前記第１のフィルタ手段が出力する楽音信号の周波数特
性を補正する第２のフィルタ工程とを有する音像定位方
法。
【請求項５】楽音信号を入力する入力手順と、複数の方向から両耳への楽音伝達特性で前記楽音信号を
畳み込み演算して出力する複数の第１のフィルタ手順
と、前記第１のフィルタ手段が出力する楽音信号の周波数特
性を補正する第２のフィルタ手順とを有する音像定位手
順をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録
した媒体。