JP2002262398A - ヘッドホン用立体音響装置および音声信号処理プログラム - Google Patents

ヘッドホン用立体音響装置および音声信号処理プログラム

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JP2002262398A JP2001051543A JP2001051543A JP2002262398A JP 2002262398 A JP2002262398 A JP 2002262398A JP 2001051543 A JP2001051543 A JP 2001051543A JP 2001051543 A JP2001051543 A JP 2001051543A JP 2002262398 A JP2002262398 A JP 2002262398A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、広がり感のある音場再生が行な
えるようになるヘッドホン用立体音響装置および音声信
号処理プログラムを提供することを目的とする。 【解決手段】 モノラル信号またはステレオ信号が入力
されるヘッドホン用立体音響装置において、モノラル入
力信号が2チャンネルに分けられた2つの信号またはス
テレオ入力信号を構成する2つの信号の相関性を減少さ
せる無相関化処理部、反射音を付加するための反射音付
加処理部、および音像定位位置を制御する音像定位処理
部を備えている。

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、ヘッドホンを用
いて自然で広がり感のある音場再生を行なうためのヘッ
ドホン用立体音響装置および音声信号処理プログラムに
関する。
【0002】
【従来の技術】通常のヘッドホンを用いて音楽再生を行
なった場合、聴取者の頭部の中に音像が定位(頭内定
位)するため、広がり感のある音場再生を行なえないと
いう問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、広がり感
のある音場再生が行なえるようになるヘッドホン用立体
音響装置および音声信号処理プログラムを提供すること
を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明による第1のヘ
ッドホン用立体音響装置は、モノラル信号またはステレ
オ信号が入力されるヘッドホン用立体音響装置におい
て、モノラル入力信号が2チャンネルに分けられた2つ
の信号またはステレオ入力信号を構成する2つの信号の
相関性を減少させる無相関化処理部、反射音を付加する
ための反射音付加処理部、および音像定位位置を制御す
る音像定位処理部を備えていることを特徴とする。
【0005】この発明による第1の音声信号処理プログ
ラムは、モノラル信号またはステレオ信号が入力される
ヘッドホン用立体音響装置に用いられる音声信号処理プ
ログラムであって、モノラル入力信号が2チャンネルに
分けられた2つの信号またはステレオ入力信号を構成す
る2つの信号の相関性を減少させる無相関化処理、反射
音を付加するための反射音付加処理、および音像定位位
置を制御する音像定位処理、をコンピュータに実行させ
るためのものであることを特徴とする。
【0006】この発明による第2のヘッドホン用立体音
響装置は、2チャンネル以上のフロント信号および2チ
ャンネル以上のサラウンド信号が入力されるヘッドホン
用立体音響装置において、フロント入力信号およびサラ
ウンド信号のそれぞれに対して、信号の相関性を減少さ
せる無相関化処理部、反射音を付加するための反射音付
加処理部、および音像定位位置を制御する音像定位処理
部が設けられていることを特徴とする。
【0007】この発明による第2の音声信号処理プログ
ラムは、2チャンネル以上のフロント信号および2チャ
ンネル以上のサラウンド信号が入力されるヘッドホン用
立体音響装置に用いられる音声信号処理プログラムであ
って、コンピュータによって、フロント入力信号に対し
て、信号の相関性を減少させる無相関化処理、反射音を
付加するための反射音付加処理および音像定位位置を制
御する音像定位処理を実行させるためのプログラムと、
コンピュータによって、サラウンド入力信号に対して、
信号の相関性を減少させる無相関化処理、反射音を付加
するための反射音付加処理および音像定位位置を制御す
る音像定位処理を実行させるためのプログラムとを備え
ていることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。
【0009】〔1〕第1の実施の形態の説明
【0010】図1は、モノラル信号またはステレオ信号
が入力されるヘッドホン用立体音響装置の構成を示して
いる。
【0011】モノラル信号Monoと、ステレオ信号(レフ
ト入力信号Lin ,ライト入力信号Rin )を切り替えるた
めの2つの切替スイッチ1、2、各切替スイッチ1、2
から入力される信号に対して無相関化処理を行なう無相
関化処理部3、無相関化処理部3の後段に設けられた反
射音付加処理部4および反射音付加処理部4の後段に設
けられた音像定位処理部5を備えている。
【0012】ステレオ信号入力時またはモノラル信号入
力時のいずれにおいても、ヘッドホン用立体音響装置か
らは、レフト出力信号Loutとライト出力信号Routとが出
力される。
【0013】以下、無相関化処理部3、反射音付加処理
部4および音像定位処理部5それぞれについて説明す
る。
【0014】〔2〕無相関化処理部3の説明
【0015】無相関化処理部3は、2つの入力信号の相
関性を減少させるものであり、従来においてはモノラル
信号である1つの信号から2つの擬似ステレオ信号を生
成する場合に用いられている。
【0016】図1の無相関化処理部3は、帯域分割方式
を採用したものであり、切替スイッチ1の後段に設けら
れたレフト信号用無相関化処理部3aと、切替スイッチ
2の後段に設けられたライト信号用無相関化処理部3b
とからなる。
【0017】レフト信号用無相関化処理部3aでは、入
力信号が遅延器DLa1 によって遅延されるとともに、
遅延器DLa2 によって遅延される。遅延器DLa1
遅延時間と遅延器DLa2 の遅延時間とは異なってい
る。
【0018】入力信号および各遅延器DLa1 、DLa
2 の出力信号それぞれに対して、乗算器MLa1 、ML
2 、MLa3 が設けられており、入力信号および各遅
延器DLa1 、DLa2 の出力信号は、対応する乗算器
MLa1 、MLa2 、MLa 3 に入力されて係数が乗算
される。これらの乗算器MLa1 、MLa2 、MLa 3
の出力信号は、加算器ALaによって互いに加算され、
レフト信号L1として出力される。
【0019】ライト信号用無相関化処理部3bの構成
も、レフト信号用無相関化処理部3aと同様であり、遅
延器DRa1 、DRa2 、乗算器MRa1 、MRa2
MRa 3 および加算器ARaからなる。そして加算器A
Raの加算結果がライト信号R1として出力される。
【0020】レフト信号用無相関化処理部3aは第1の
FIRデジタルフィルタで構成され、ライト信号用無相
関化処理部3bは第2のFIRデジタルフィルタで構成
されている。第1のFIRデジタルフィルタのフィルタ
特性を図2(a)に、第2のFIRデジタルフィルタの
フィルタ特性を図2(b)に示す。
【0021】各FIRデジタルフィルタのフィルタ特性
は、図2に示すように、周波数帯域が複数の帯域に分割
され、通過帯域と阻止帯域とが交互に表れるような特性
となっている。そして、第1のFIRデジタルフィルタ
と第2のFIRデジタルフィルタとの間では、入力信号
がモノラル信号のように同じ信号であっても、それらの
フィルタ出力L1、R1とが互いに無相関となるよう
に、通過帯域と阻止帯域とが互いに逆となるような特性
となっている。
【0022】〔3〕反射音付加処理部4の説明
【0023】人は、視聴する場所の天井や壁で発生する
反射音や残響音により、音の広がり感を感じる。したが
って、部屋の反射音や残響音が発生しないヘッドホンで
は、広がり感がない。反射音付加処理部4は、ヘッドホ
ンで音楽を視聴する場合でも、部屋の反射音や残響音を
発生させて、音の広がり感を聴取者に与えるものであ
る。
【0024】反射音付加処理部4は、レフト信号用無相
関化処理部3aの出力信号L1とライト信号用無相関化処
理部3bの出力信号R1との差分を算出する加算器4a
と、レフト信号用反射音付加部4bと、ライト信号用反
射音付加部4cとからなる。
【0025】レフト信号用反射音付加部4bでは、入力
信号L1が、直列に接続された複数の遅延器DLb1 〜D
Lbn のそれぞれによって、所定時間ずつ遅延されてい
く。各遅延器DLb1 〜DLbn の出力信号それぞれに
対して乗算器MLb1 〜MLbn が設けられており、各
遅延器DLb1 〜DLbn の出力信号は対応する乗算器
MLb1 〜MLbn に入力され係数が乗算される。これ
により、複数種類の反射音が生成される。
【0026】各乗算器MLb1 〜MLbn の出力信号
は、加算器ALb1 〜ALbn によって、入力信号L1に
加算され、レフト信号L2として出力される。これによ
り、複数種類の反射音が入力信号L1に付加される。
【0027】ライト信号用反射音付加部4cの構成も、
レフト信号用反射音付加部4bと同様であり、複数の遅
延器DRb1 〜DRbn 、複数の乗算器MRb1 〜MR
nおよび複数のARb1 〜ARbn からなる。そして
加算器ARbn の加算結果がライト信号R2として出力さ
れる。
【0028】〔4〕音像定位処理部5の説明
【0029】音像定位処理部5は、音像が定位する位置
を制御するものである。図1の音像定位処理部5を説明
する前に、従来の基本的な音像定位処理回路について説
明する。
【0030】図3は、従来の基本的な音像定位処理回路
を示している。
【0031】入力端子P1に入力されたレフト信号は、
第1の音像定位フィルタ301および第2の音像定位フ
ィルタ302に送られ、各フィルタ301、302のフ
ィルタ係数に応じたフィルタ処理が行なわれる。
【0032】入力端子P2に入力されたライト信号は、
第3の音像定位フィルタ303および第4の音像定位フ
ィルタ304に送られ、各フィルタ303、304のフ
ィルタ係数に応じたフィルタ処理が行なわれる。第1の
音像定位フィルタ301の特性と第4の音像定位フィル
タ304の特性とは同じであり、第2の音像定位フィル
タ302の特性と第3の音像定位フィルタ303の特性
とは同じである。
【0033】第1の音像定位フィルタ301の出力と第
3の音像定位フィルタ303の出力とは、加算器311
で加算された後、Loutとして出力される。第2の音像定
位フィルタ302の出力と第4の音像定位フィルタ30
4の出力とは、加算器312で加算された後、Routとし
て出力される。
【0034】各音像定位フィルタは以下に示す頭部伝達
関数により求められる。各音像定位フィルタとしては、
通常、数百タップのFIR( Finite Impulse Response)
ディジタルフィルタが用いられる。
【0035】頭部伝達関数を用いた音像定位フィルタの
算出方法について説明する。図4に示すように、聴取者
300の前方の左右に配置した実スピーカL、Rのそれ
ぞれから、聴取者300の左右の各耳までの伝達経路別
の伝達関数を、それぞれHLL、HLR、HRL、HRRとす
る。また、音を定位させたい仮想音源位置Pから聴取者
100の左右の各耳までの伝達関数を、WL 、WR とす
る。これらの伝達関数はすべて周波数軸上での記述であ
る。
【0036】実スピーカL、Rから音声が出力されてい
るにも係わらず、あたかも仮想音源位置から音声が出力
されているように聴取者に聞こえるようにするために
は、入力信号をX、実スピーカL、Rからの出力信号を
Lout、Routとすると、次の数式1が成立する必要があ
る。
【0037】
【数1】
【0038】したがって、実スピーカL、Rから出力さ
れる信号Lout、Routは、次の数式2のように求められ
る。
【0039】
【数2】
【0040】さらに、聴取者から見て左右対称に実スピ
ーカL、Rが設置されていると仮定すると、左右対称の
伝達関数が同一となるため、次の数式3、4が成立す
る。これらの同一の伝達関数をHTHR 、HCRS とおく。
【0041】
【数3】
【0042】
【数4】
【0043】したがって、上記数式2は、次の数式5の
ように書き換えることができる。
【0044】
【数5】
【0045】数式5におけるH1 、H2 を時間軸に変換
したフィルタとして、数百タップのFIRディジタルフ
ィルタを使用する。
【0046】図3における第1の音像定位フィルタ30
1および第4の音像定位フィルタ304の周波数特性が
数式5の中のH1 にあたり、第2の音像定位フィルタ3
02および第3の音像定位フィルタ303の周波数特性
が数式5の中のH2 にあたる。
【0047】図1の音像定位処理部5について説明す
る。図1の音像定位処理部5は、2つの遅延器DLc、
DRc、2つの乗算器MLc、MRcおよび2つの加算
器ALc、ARcとを備えている。
【0048】レフト信号用反射音付加部4bから入力さ
れたレフト信号L2は、加算器AL c に送られるととも
に、遅延器DLcと乗算器MLcとからなる第1処理回
路に送られる。
【0049】ライト信号用反射音付加部4cから入力さ
れたライト信号R2は、加算器ARcに送られるととも
に、遅延器DRcと乗算器MRcとからなる第2処理回
路に送られる。
【0050】加算器ALcでは、レフト信号L2と第2
処理回路の出力信号とが加算され、レフト出力信号Lout
として出力される。加算器ARcでは、ライト信号R2
と第1処理回路の出力信号とが加算され、ライト出力信
号Routとして出力される。
【0051】図1の音像定位処理部5は、図3の従来の
基本的な音像定位処理回路の第1の音像定位フィルタ3
01および第4の音像定位フィルタ304をフィルタ処
理の一種であるスルー処理に置き換えるとともに、従来
の基本的な音像定位処理回路の第2の音像定位フィルタ
302および第3の音像定位フィルタ304を、それぞ
れ遅延器と乗算器とからなる処理回路に置き換えたもの
である。
【0052】遅延器DLcと乗算器MLcとからなる第
1処理回路のフィルタ特性および遅延器DRcと乗算器
MRcとからなる第2処理回路のフィルタ特性を調整す
ることにより、音像を頭外に定位させる。つまり、頭内
に音像が定位しないようにする。
【0053】〔2〕第2の実施の形態の説明
【0054】図5は、3チャンネル以上のフロント信号
および2チャンネルのサラウンド信号が入力されるヘッ
ドホン用立体音響装置の構成を示している。
【0055】センター入力信号Centerは、乗算器MCに
よって係数が乗算される。フロントレフト入力信号Lin
には、加算器AL1によって乗算器MCの出力信号が加
算される。フロントライト入力信号Rin には、加算器A
R1によって乗算器MCの出力信号が加算される。
【0056】加算器AL1によって得られたフロントレ
フト信号および加算器AR1によって得られたフロント
ライト信号に対して、図1と同様な無相関化処理部10
3、反射音付加処理部104および音像定位処理部10
5が設けられている。
【0057】また、サラウンドレフト入力信号Surround
Linおよびサラウンドライト入力信号Surround Rinに対
しても、図1と同様な無相関化処理部203、反射音付
加処理部204および音像定位処理部205が設けられ
ている。
【0058】加算器AL2によって、音像定位処理部1
05から得られるフロントレフト信号に、音像定位処理
部205から得られるサラウンドレフト信号が加算さ
れ、レフト出力信号Loutとして出力される。
【0059】加算器AR2によって、音像定位処理部1
05から得られるフロントライト信号に、音像定位処理
部205から得られるサラウンドライト信号が加算さ
れ、ライト出力信号Routとして出力される。
【0060】
【発明の効果】この発明によれば、広がり感のある音場
再生が行なえるようになるヘッドホン用立体音響装置お
よび音声信号処理プログラムを提供することを目的とす
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】モノラル信号またはステレオ信号が入力される
ヘッドホン用立体音響装置の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】レフト信号用無相関化処理部3aを構成する第
1のFIRデジタルフィルタのフィルタ特性と、ライト
信号用無相関化処理部3bを構成する第2のFIRデジ
タルフィルタのフィルタ特性を示す模式図である。
【図3】従来の基本的な音像定位処理回路を示すブロッ
ク図である。
【図4】頭部伝達関数を用いた音像定位フィルタの算出
方法を説明するための模式図である。
【図5】3チャンネル以上のフロント信号および2チャ
ンネルのサラウンド信号が入力されるヘッドホン用立体
音響装置の構成を示している。
【符号の説明】
3、103、203 無相関化処理部 4、104、204 反射音付加処理部 5、105、205 音像定位処理部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モノラル信号またはステレオ信号が入力
    されるヘッドホン用立体音響装置において、 モノラル入力信号が2チャンネルに分けられた2つの信
    号またはステレオ入力信号を構成する2つの信号の相関
    性を減少させる無相関化処理部、 反射音を付加するための反射音付加処理部、および音像
    定位位置を制御する音像定位処理部を備えているヘッド
    ホン用立体音響装置。
  2. 【請求項2】 モノラル信号またはステレオ信号が入力
    されるヘッドホン用立体音響装置に用いられる音声信号
    処理プログラムであって、 モノラル入力信号が2チャンネルに分けられた2つの信
    号またはステレオ入力信号を構成する2つの信号の相関
    性を減少させる無相関化処理、反射音を付加するための
    反射音付加処理、および音像定位位置を制御する音像定
    位処理、 をコンピュータに実行させるための音声信号処理プログ
    ラム。
  3. 【請求項3】 2チャンネル以上のフロント信号および
    2チャンネル以上のサラウンド信号が入力されるヘッド
    ホン用立体音響装置において、 フロント入力信号およびサラウンド信号のそれぞれに対
    して、信号の相関性を減少させる無相関化処理部、反射
    音を付加するための反射音付加処理部、および音像定位
    位置を制御する音像定位処理部が設けられていることを
    特徴とするヘッドホン用立体音響装置。
  4. 【請求項4】 2チャンネル以上のフロント信号および
    2チャンネル以上のサラウンド信号が入力されるヘッド
    ホン用立体音響装置に用いられる音声信号処理プログラ
    ムであって、 コンピュータによって、フロント入力信号に対して、信
    号の相関性を減少させる無相関化処理、反射音を付加す
    るための反射音付加処理および音像定位位置を制御する
    音像定位処理を実行させるためのプログラムと、 コンピュータによって、サラウンド入力信号に対して、
    信号の相関性を減少させる無相関化処理、反射音を付加
    するための反射音付加処理および音像定位位置を制御す
    る音像定位処理を実行させるためのプログラムと、 を備えている音声信号処理プログラム。
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