長い間、日本のテレビ方式はNTSC方式に限られていたが、近年、HDTVの実用化等の新しい動きが見られる。また、次世代のメディアをめざした超高精細度テレビや立体テレビ等の研究も行われている。これらの新しいテレビ方式は広い視野や立体感など、視覚的な臨場感が非常に優れている。しかしながら、その音声方式のあり方については十分な議論がなされていない。例えば、HDTVについては、大画面であるが故に従来のテレビでほとんど問題視されなかった映像と音像の方向差が無視できなくなる恐れがある。また、立体テレビにおいては映像と音像の距離感を一致させる技術が必要になる。これらの問題点は2チャネルステレオでは解決し難い課題である。本研究では、これらの課題を分析し、新しいテレビ方式の音声システムとして、多チャネルステレオを提案している。

　TV画面の見込み角が増大した場合の大きな問題点は映像と音像の方向ずれが過大になる恐れがあることである。現行のTV受像機で分かるように、ある程度のずれは心理的に映像が音像を引きつけるため気にならない。実際、映像を注視しながら音像の方向を判定させたところ、図1のような結果が得られた。映像と音像の方向差が5度以内であれば音は映像の方向から聞こえてくると言える。

図1.映像による音像方向の偏移:本来であれば45度の直線に乗るはずの音像方向が、10度方向の映像のためにS字型に変化している(人物像とその音声を使用)

　しかし、差が5度以上になると、映像の方向に引かれる傾向は残るものの、その差は容易に検知される。このずれの大きさの許容限界を評価したところ、非専門家で約20度、専門家で約11度であることが明らかとなった。

　これらの結果をHDTVのシステム設計にあてはめると、従来の2チャネルステレオフォニックでは、左右のスピーカを画面に近接して置いた場合ですら、非対称聴取位置では映像と音像のずれが許容値を超える場合がある。また、スピーカの間隔を狭めることは音の広がり感の点で好ましくないので、HDTVの音声チャネルの数は、少なくとも前方に3チャネル必要であるといえる。この実験結果などにより、日本のハイビジョンの音声方式は前方に3、後方に1チャネルの3-1方式に決定された。また、国際的にもHDTVの音声方式は前方に3チャネル、後方に2ないし1チャネルとするようITUにおいて勧告された。

　立体テレビ用の音声システムでは、映像と音の調和という観点から音の距離感を立体映像に合わせることが望まれる。これは2チャネルステレオやサラウンドでは実現困難である。また、ホイヘンスの原理やキルヒホッフの法則に基づいた波面合成は、原理的に空間内に音源がある音場を合成できない欠点がある。本研究で開発した音像の遠近制御法はスピーカアレイとディレイを用いて音波の焦点を作るもので、単純な構成で音像の遠近感を明瞭に制御できる。

　本方法の構成例を図2に示す。この装置ではディレイ装置により各スピーカからの音波が空間の一点に同時に到達し、その場の音圧を局所的に高める。1例として3.6m×1.8mの大きさのスピーカアレイについて焦点近傍の音圧のレベルと位相を計算すると、図3のようになる。焦点近傍のレベルが局所的に高まり、その焦点を中心として円弧状の波面が広がっていることがわかる。実際の聴感実験でも3m離れたアレイが1m離れた実音原よりも近い音像を合成することが分かった。また、球面波に類似した波面が合成される結果、広い聴取範囲で音像が一定の場所に短覚されることも明らかとなった。この効果はアレイの面積に依存し、直径1.3m以上あれば、音像は1m以内に定位するという実験結果が得られている。このスピーカアレイを用いれば立体映像に対応して音像の遠近感を制御することが可能になる。

図表図2.スピーカアレイによる音像の遠近制御装置の構成 / 図3.焦点近傍2m×2mの範囲の等音圧線(上)と等位相線(下)の計算結果:等音圧線は相対音圧(リニア)で、等位相線は0.5msおきに白黒を反転させて表示

　本研究では、HDTVや立体TVの音声システムを設計するにあたり、映像と音声の相互関係に着目し、音声システムの検討を行った。映像と音像の一致感を高めるための基礎的な技術を提案している。将来的にはヴァーチャルリアリティの目指す究極の映像音声提示システムに応用が可能である。