JP2000050398A

JP2000050398A - 音響信号処理回路

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Publication number: JP2000050398A
Application number: JP10217929A
Authority: JP
Inventors: Joji Kasai; 譲治笠井; Kazunari Takemura; 和斉竹村; Tetsuo Nakatake; 哲郎中武
Original assignee: Onkyo Corp
Current assignee: Onkyo Corp
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-18
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: JP3368835B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】入力信号がモノラルであるかステレオである
かに拘わらず共通の処理を行い、モノラル信号の頭中定
位を防止して受聴者の周りの包含感のある音場を創成
し、さらにステレオ信号においても品質劣化の少ない処
理を提供する。【解決手段】移相処理部２は、左音源のための左チャ
ネル信号ＳＬと、右音源のための右チャネル信号ＳＲと
を受け、左チャネル信号と右チャネル信号の相対的な位
相差が１４０度から１６０度となるように移相処理をす
る。６０度の位相差では、９０度の位相差の場合と同じ
ように、位相の進んでいる側に定位するという問題生じ
た。また、１８０度の位相差（つまり逆相）では、特定
の方向への定位感は感じられないものの、逆相特有の耳
を圧迫するような不快感があった。これらに対し、１４
０度から１６０度の位相差の場合には、逆相による不快
感がなく特定の方向への定位も感じられなかった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は音響信号処理回路に関
し、特にその音像定位に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、受聴者の前方左右２チャネル（ま
たは前方左右中３チャネル）だけでなく、受聴者の左右
２つのサラウンドチャネルを持った音響再生装置が家庭
用機器としても出現している。このような機器でのサラ
ウンドチャネル再生においては、２つのサラウンドスピ
ーカを受聴者の両横に置くのが一般的である。この際、
左右のサラウンド信号の相関度が小さい場合（つまり、
ステレオサラウンドの場合）には不自然感は生じない。
しかし、左右のサラウンド信号の相関度が極めて高い場
合（つまり、モノラルサラウンドの場合）には、受聴者
の位置に応じて次のような問題を生じる。受聴者の位置
が左右のサラウンドスピーカの中央にある場合には、受
聴者の頭の中に音像が定位して不自然さを生じる。

【０００３】このような問題を解決するため、櫛形フィ
ルタを用い一定の帯域毎に交互に２つのチャネルに振り
分けてモノラル信号を疑似ステレオ化する方法、ＴＨＸ
システムのようにピッチシフトによって相関度を低下さ
せる方法、２つのチャネルの信号に９０度の位相差を持
たせて相関度を０にする方法などが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術には次のような問題点があった。

【０００５】櫛形フィルタを用いて疑似ステレオ化する
方法では、楽器のような音源において、不自然に大きな
音となってしまう場合がある。さらに、サラウンド信号
がステレオ信号の場合にはこのような疑似ステレオ化が
有害となるので、ステレオ信号の場合には、疑似ステレ
オ化を行わないようにする必要がある。したがって、サ
ラウンド信号が、モノラル信号であるかステレオ信号で
あるかによって処理の切換を行なわなければならず、処
理が煩雑であった。

【０００６】また、ＴＨＸシステムのようにピッチシフ
トを施すものにおいては、ピッチシフト量を大きくしな
ければ相関度が小さくならず、ピッチシフト量が大きく
なると音質が低下するというトレードオフの問題があっ
た。また、上記と同じように、サラウンド信号が、モノ
ラル信号であるかステレオ信号であるかによって処理の
切換を行なわなければならず、処理が煩雑であった。

【０００７】また、９０度位相差法は、ステレオ信号に
対しても聴感上の悪影響が少なく、モノラル信号である
かステレオ信号であるかによって処理の切換を行なう必
要がないという点において優れている。しかしながら、
相対的に位相の進んでいるチャネルの方向に音像が定位
しやすく、不自然感があるという問題を生じている。こ
の傾向は、左右のサラウンド音源が仮想音源である場合
に特に顕著であった。

【０００８】この発明は、上記のような問題点を解決
し、入力信号がモノラルであるかステレオであるかに拘
わらず共通の処理を行い、モノラル信号の頭中定位を防
止して受聴者の周りの包含感のある音場を創成し、さら
にステレオ信号においても品質劣化の少ない処理を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段および発明の効果】請求項
１の音響信号処理回路および請求項６の音響再生方法
は、左音源のための左チャネル信号と、右音源のための
右チャネル信号とを受けて、左チャネル信号と右チャネ
ル信号の相対的な位相差が１４０度から１６０度となる
ように移相処理をして、左右の音源のための信号として
出力するようにしたことを特徴としている。

【００１０】６０度の位相差では、９０度の位相差の場
合と同じように、位相の進んでいる側に定位するという
問題生じた。また、１８０度の位相差（つまり逆相）で
は、特定の方向への定位感は感じられないものの、逆相
特有の耳を圧迫するような不快感があった。これらに対
し、１４０度から１６０度の位相差の場合には、逆相に
よる不快感がなく特定の方向への定位も感じられなかっ
た。したがって、モノラル信号の頭中定位を防止して受
聴者の周りの包含感のある音場を創成することができ
る。

【００１１】また、移相処理を行っているだけであるか
ら、ステレオ信号においても品質劣化を少なく抑えるこ
とができる。したがって、入力信号がモノラルであるか
ステレオであるかに拘わらず共通の処理を行うことが可
能となる。

【００１２】請求項２の音響信号処理回路は、移相処理
部が、１４０度から１６０度の相対的な位相差を、少な
くとも２００Ｈzから１ｋＨｚの周波数域において達成
することを特徴としている。したがって、移相処理部の
構成を簡素化しつつ、実質的な移相効果を得ることがで
きる。

【００１３】請求項３、４のサラウンド音響再生装置
は、サラウンド左チャネル信号と、サラウンド右チャネ
ル信号とを受けて、左チャネル信号と右チャネル信号の
相対的な位相差が１４０度から１６０度となるように移
相処理をして、左右のサラウンド音源のための信号とし
て出力する移相処理部を備えたことを特徴としている。

【００１４】したがって、サラウンド信号がモノラルで
あるかステレオであるかに拘わらず共通の処理を行い、
モノラルサラウンド信号の頭中定位を防止して受聴者の
周りの包含感のある音場を創成し、さらにステレオサラ
ウンド信号においても品質劣化の少ない再生装置を提供
することができる。

【００１５】請求項５のサラウンド音響再生装置は、移
相処理部が、１４０度から１６０度の相対的な位相差
を、少なくとも２００Ｈzから１ｋＨｚの周波数域にお
いて達成することを特徴としている。したがって、移相
処理部の構成を簡素化しつつ、実質的な移相効果を得る
ことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１に、この発明の一実施形態に
よる音響信号処理回路を示す。この音響信号処理回路
は、移相処理部２を備えている。移相処理部２は、受聴
者のほぼ左側に位置する音源Ｓ_SL（図５参照）のための
左チャネル信号ＳＬと、受聴者のほぼ右側に位置する音
源Ｓ_SR（図５参照）のための右チャネル信号ＳＲとを受
ける。これら信号ＳＬ、ＳＲに対し、移相処理部２は移
相処理を施して、信号ＳＬと信号ＳＲとの相対的な位相
差が１４０度から１６０度（あるいは１５０度前後）に
なるようにして、信号ＳＬ'および信号ＳＲ'として出力
する。

【００１７】上記のように処理された左チャネル信号Ｓ
Ｌ'および右チャネル信号ＳＲ'は、それぞれ、音源Ｓ_SL
および音源Ｓ_SRに与えられる。これにより、モノラル信
号に対しては、受聴者における頭中定位を防止して、包
含感のある音場を得ることができる。また、ステレオ信
号に対しては、左右のサラウンド定位感を損なうことが
ない。

【００１８】移相処理部２をオールパスフィルタ（ＡＰ
Ｆ）によって構成したサラウンド音響再生装置の音響信
号処理回路４を図２に示す。図２には示されていない
が、この音響再生装置は、音響信号処理回路４の出力に
接続された増幅器およびスピーカを備えている。

【００１９】音響信号処理回路４には、中央チャネル信
号Ｃ、前方左チャネル信号ＦＬ、前方右チャネル信号Ｆ
Ｒ、サラウンド左チャネル信号ＳＬ、サラウンド右チャ
ネル信号ＳＲ、低音信号ＬＦＥが入力される。これら信
号のうち、中央チャネル信号Ｃ、前方左チャネル信号Ｆ
Ｌ、前方右チャネル信号ＦＲ、低音チャネル信号ＬＦＥ
は、そのまま出力される。サラウンド左チャネル信号Ｓ
Ｌは、ＡＰＦ６において処理された後、サラウンド左チ
ャネル信号ＳＬ'として出力される。また、サラウンド
右チャネル信号ＳＲは、ＡＰＦ８において処理された
後、サラウンド右チャネル信号ＳＲ'として出力され
る。この実施形態では、ＡＰＦ６とＡＰＦ８によって移
相処理部２が構成されている。

【００２０】図３ＡにＡＰＦ６の構成例を示す。この例
では、２次のＡＰＦとして構成した。このＡＰＦ６の周
波数−位相特性を、図４の曲線１０に示す。低周波にお
いては、出力信号は、入力信号と同相（０度の位相差）
となる。周波数が上昇するにしたがって出力信号の位相
は入力信号の位相に比べて遅れていき、高周波において
は、出力信号と入力信号の位相差は再び同相（−３６０
度の位相差）となる。つまり、入力信号と出力信号の位
相差は、周波数により、０度から−３６０度の間で変化
する。曲線１０によって示される特性は、抵抗Ｒ１、Ｒ
２、コンデンサＣ１、Ｃ２を選択することにより、調整
することができる。

【００２１】所望の位相差arg(SR'/SL')は、下式により
表される。

【００２２】 arg(SR'/SL') = arg(SR'/SR) - arg(SL'/SL) ここで、 arg(SL'/SL) = tan^-1((-2(f/f1))/(1-(f/f1)²)) + tan
^-1((-2(f/f2))/(1-(f/f2)²)) arg(SR'/SR) = tan^-1((-2(f/f3))/(1-(f/f3)²)) + tan
^-1((-2(f/f4))/(1-(f/f4)²)) f1 = 1/(2πC1 R1) f2 = 1/(2πC2 R2) f3 = 1/(2πC3 R3) f4 = 1/(2πC4 R4) である。したがって、上記各式に基づいて所望の位相特
性を得るように設計すればよい。

【００２３】図３ＢにＡＰＦ８の構成例を示す。基本的
な構成は、ＡＰＦ６と同じである。ただし、抵抗Ｒ３、
Ｒ４、コンデンサＣ３、Ｃ４の値を選択することによ
り、図４の曲線１２に示すような特性としている。これ
により、周波数２００Ｈｚ〜１ｋＨｚの間において、サ
ラウンド左チャネル信号ＳＬ'とサラウンド右チャネル
信号ＳＲ'との間に、１４０度〜１６０度の位相差を与
えることができる。すなわち、モノラルのサラウンド左
チャネル信号ＳＬ、サラウンド右チャネル信号ＳＲが与
えられると、サラウンド右チャネル信号ＳＲ'の位相
を、ＳＬ'に対して相対的に１４０度〜１６０度進め、
あるいは遅らすことができる。

【００２４】上記のようにして得られた出力は、図５に
示す各スピーカに与えられる。中央チャネル信号Ｃはス
ピーカＳ_Cに与えられ、前方左チャネル信号ＦＬはスピ
ーカＳFLに与えられ、前方右チャネル信号ＦＲはスピー
カＳ_FRに与えられ、低音信号ＬＦＥはスピーカＳ_LFEに
与えられる。また、サラウンド左チャネル信号ＳＬ'は
スピーカＳ_SLに与えられ、サラウンド右チャネル信号Ｓ
Ｒ'はスピーカＳ_SRに与えられる。

【００２５】また、前記ＡＰＦを用いて、２０度〜４０
度のチャネル間位相差を実現した上で、一方のチャネル
を反転することで実現してもよい。

【００２６】また、２００Ｈｚ〜１ｋＨｚの間で所望の
位相差を持たせたが、５０Ｈｚ〜４ｋＨｚの間で所望の
位相差を持たせると、さらに好ましい結果が得られる。
なお、ＡＰＦの次数を増やすことにより、所定の位相差
を与えることのできる周波数帯域を広くすることができ
る。

【００２７】なお、上記実施形態では、図５に示すよう
にサラウンドスピーカを受聴者の真横においた場合につ
いて説明したが、図５のαに示す６０度の角度範囲（つ
まり前後それぞれ３０度の角度範囲）に収まる位置にサ
ラウンドスピーカを置いた場合にも、本発明の効果が得
られる。つまり、この発明において、「受聴者のほぼ左
右」とは上記６０度の角度範囲内をいうものである。

【００２８】図６に、ＤＳＰによる音像定位処理によっ
て仮想音源を生成するサラウンド音響再生装置に、本発
明の移相処理部を用いた例を示す。各チャネルの信号
Ｃ、ＦＬ、ＦＲ、ＳＬ、ＳＲ、ＬＦＥは、サラウンドエ
ンコードされたデジタルビットストリームまたはアナロ
グ信号をＡ／Ｄ変換器によってデジタル化したデータ
を、マルチチャネル・サラウンドデコーダ（図示せず）
に入力して、デコードを行うことによって得られるもの
である。なお、マルチチャネル・サラウンドデコーダ
は、ＤＳＰ２２と別個にしてもよいし、ＤＳＰ２２に内
蔵させてもよい。

【００２９】ＤＳＰ２２は、メモリ２６に記憶されたプ
ログラムにしたがって、このデジタルデータに対する加
算、減算、フィルタリング、遅延等の処理を行い、左ス
ピーカ用信号Ｌ_OUT、右スピーカ用信号Ｒ_OUT、サブウー
ファ・スピーカ用信号ＳＵＢ_OUTを生成する。これら信
号は、Ｄ／Ａコンバータ２４によってアナログ信号に変
換され、スピーカＳ_FL、Ｓ_FR、Ｓ_LFEに与えられる。な
お、メモリ２６へのプログラムの格納等の処理は、マイ
クロプロセッサ２０によって行う。

【００３０】なお、この実施形態においては、受聴者５
０の正面軸４０に対して、スピーカＳ_FL、Ｓ_FRが対称に
配置され、仮想サラウンド左音源Ｘ_SL、仮想サラウンド
右音源Ｘ_SRが対称に配置されるものとして説明を行う。
ただし、ウーファー・スピーカＳ_LFEによって出力され
る低音は、波長が長く指向性が弱いため、どのような位
置に置いてもよい。

【００３１】図８に、メモリ２６のプログラムに基づい
て、ＤＳＰ２２が行う処理を、シグナルフローの形式に
て示す。この実施形態においては、図７に示すように、
前方に設けた左右のスピーカＳ_FL、Ｓ_FRおよび低音用ス
ピーカＳ_LFEを用いて、仮想中央音源Ｘ_C、仮想サラウン
ド左音源Ｘ_SL、仮想サラウンド右音源Ｘ_SRを生成してい
る。

【００３２】サラウンド左チャネル信号ＳＬおよびサラ
ウンド右チャネル信号ＳＲは、サラウンド定位回路１２
の音像定位処理を施された後、前方に設けた左右のスピ
ーカＳ_FL、Ｓ_FRに与えられる。サラウンド定位回路１２
は、いわゆるシャフラー型フィルタとして構成されてい
る。これにより、仮想サラウンド左音源Ｘ_SL、仮想サラ
ウンド右音源Ｘ_SRから、サラウンド左チャネル信号ＳＬ
およびサラウンド右チャネル信号ＳＲが出力されたと同
等の効果を得ることができる。

【００３３】中央チャネル信号Ｃは、左右のスピーカＳ
_FL、Ｓ_FRに等しく与えられる。これにより、仮想中央音
源Ｘ_Cから中央チャネル信号Ｃが出力されたと同等の効
果を得ることができる。

【００３４】なお、遅延処理回路１４Ｌ、１４Ｒ、３０
は、サラウンド定位回路１２の処理時間に等しい遅延を
与えるものである。これにより、中央チャネル信号Ｃ、
前方左チャネル信号ＦＬ、前方右チャネル信号ＦＲ、低
音チャネル信号ＬＦＥと、サラウンド左チャネル信号Ｓ
Ｌ、サラウンド右チャネル信号ＳＲの間の遅延を補償す
ることができる。

【００３５】サラウンド左チャネル信号ＳＬ、サラウン
ド右チャネル信号ＳＲは、サラウンド定位回路１２に与
えられる前に、移相処理部２によって移相処理がなされ
ている。これにより、サラウンド左チャネル信号ＳＬと
サラウンド右チャネル信号ＳＲは、１４０度〜１６０度
の相対的な位相差が形成されている。

【００３６】なお、この実施形態においては、移相処理
部２を構成するＡＰＦ６として、図９に示すような２次
ＩＩＲフィルタを用いている。ＡＰＦ８についても同様
である。

【００３７】移相処理部２によって移相処理が行われる
ので、仮想サラウンド左音源Ｘ_SL、仮想サラウンド右音
源Ｘ_SRから出力されるサラウンド左チャネル信号ＳＬお
よびサラウンド右チャネル信号ＳＲが、受聴者５０にお
いて頭中定位することを防止することができる。

【００３８】図１０に、他の実施形態によるシグナルフ
ローを示す。この実施形態では、前方左チャネル信号Ｆ
Ｌ、前方右チャネル信号ＦＲを、それぞれ、移相処理後
のサラウンド左チャネル信号ＳＬ、サラウンド右チャネ
ル信号ＳＲに加算している。これにより、前方左チャネ
ル信号ＦＬが、左スピーカＳ_FLと仮想サラウンド左音源
Ｘ_SLとの間の、仮想音源Ｘ_FLに定位する。同様に、前方
右チャネル信号ＦＲが、左スピーカＳ_FRと仮想サラウン
ド左音源Ｘ_SRとの間の、仮想音源Ｘ_FRに定位する。した
がって、前方左チャネル信号ＦＬ、前方右チャネル信号
ＦＲに広がりを持たせることができる。

【００３９】なお、上記各実施形態において、アナログ
回路として示したものはデジタル回路に、デジタル回路
として示したものはアナログ回路に変更することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態による音響信号処理回路
を示す図である。

【図２】サラウンド音響再生装置の音響信号処理回路４
として用いた例を示す図である。

【図３】オールパスフィルタをアナログ回路によって構
成した例を示す図である。

【図４】オールパスフィルタの特性を示す図である。

【図５】サラウンド音響再生装置におけるスピーカの配
置を示す図である。

【図６】ＤＳＰによる音像定位処理によって仮想音源を
生成するサラウンド音響再生装置に本発明の音響信号処
理回路を適用した例を示す図である。

【図７】仮想音源の配置を示す図である。

【図８】ＤＳＰによる処理をシグナルフローとして示す
図である。

【図９】２次ＩＩＲフィルタによるオールパスフィルタ
の構成例である。

【図１０】他の実施形態によるシグナルフローを示す図
である。

【図１１】仮想音源の配置を示す図である。

【符号の説明】

２・・・移相処理部４・・・音響信号処理回路２２・・・ＤＳＰ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中武哲郎大阪府寝屋川市日新町２番１号オンキョー株式会社内Ｆターム(参考） 5D018 AF30 5D020 AD00 5D062 AA63 AA65 AA66 BB10 CC16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも受聴者のほぼ左右に位置する音
源を備えた音響再生装置のための音響信号処理回路であ
って、当該左音源のための左チャネル信号と、当該右音源のた
めの右チャネル信号とを受けて、左チャネル信号と右チ
ャネル信号の相対的な位相差が１４０度から１６０度と
なるように移相処理をして、左右の音源のための信号と
して出力する移相処理部を備えたことを特徴とする音響
信号処理回路。
【請求項２】請求項１の音響信号処理回路において、前記移相処理部は、１４０度から１６０度の相対的な位
相差を、少なくとも２００Ｈzから１ｋＨｚの周波数域
において達成することを特徴とするもの。
【請求項３】少なくとも前方左右の２チャンネルおよび
左右２つのサラウンドチャネルを備えたマルチチャネル
サラウンド音響再生装置において、サラウンド左チャネル信号と、サラウンド右チャネル信
号とを受けて、左チャネル信号と右チャネル信号の相対
的な位相差が１４０度から１６０度となるように移相処
理をして、左右のサラウンド音源のための信号として出
力する移相処理部を備えたことを特徴とするサラウンド
音響再生装置。
【請求項４】請求項３のサラウンド音響再生装置におい
て、左右のサラウンド音源は、音像定位処理によって生成し
た仮想音源であることを特徴とするもの。
【請求項５】請求項３または４のサラウンド音響再生装
置において、前記移相処理部は、１４０度から１６０度の相対的な位
相差を、少なくとも２００Ｈzから１ｋＨｚの周波数域
において達成することを特徴とするもの。
【請求項６】少なくとも受聴者のほぼ左右に位置する音
源を備えた音響再生方法であって、与えられた左音源のための左チャネル信号と、当該右音
源のための右チャネル信号に対して移相処理を施し、左
チャネル信号と右チャネル信号の相対的な位相差が１４
０度から１６０度となるようにして、左右の音源のため
の信号とすることを特徴とする音響再生方法。