JP2005102063A - マルチチャンネル信号再生回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 より効果的なバーチャルサラウンド効果が得る。
【解決手段】 異なるフィルタ特性を有し、任意の２つのチャンネル信号のそれぞれの音像定位位置を決定するための複数の頭部伝達関数フィルタと、任意の２つのチャンネル信号の相関を検出し、所定の係数を出力する相関係数計算手段と、相関係数計算手段の出力に応答して複数の頭部伝達関数フィルタのうち選択された頭部伝達関数フィルタのフィルタ特性によって任意の２つのチャンネル信号を所定の位置に定位させるべく、複数の頭部伝達関数フィルタの一つを選択するフィルタ選択手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マルチチャンネルサラウンド信号を再生するためのマルチチャンネル信号再生回路に関する。

５．１チャンネル又は６．１チャンネルといったマルチチャンネルサラウンド信号を再生する、所謂ホームシアターシステムが一般家庭に普及している。このシステムは基本的には各チャンネル毎に独立したスピーカによって各チャンネル信号を再生する。従って、５．１チャンネル再生の場合、前方にフロントＬチャンネル、フロントセンターチャンネル、フロントＲチャンネル用のスピーカを３個、後方にリアＬチャンネル、リアＲチャンネル用のスピーカを２個配置する必要がある。更に、低音再生用にサブウーハもほとんどの場合に必要となる。

一方でリスニングルームにこれだけ多くのスピーカを配置し、またこれら一つ一つのスピーカをスピーカケーブルで接続するという煩雑さがホームシアターシステムの普及のネックにもなっている。この欠点を解消するため、リスナー前方のスピーカだけでリアチャンネル信号を再生することが可能な、所謂バーチャルサラウンドシステムが提案されている。このシステムはスピーカのない位置に仮想的に音像を定位させるため、頭部伝達関数に基づき入力信号を処理し、更にクロストークキャンセル回路によって本来左耳に入るべき信号が右耳に入るのを防止するための信号処理を施す。

音像を仮想定位させる位置は、本来リアスピーカを配置する位置であるが、入力信号によっては音像を仮想定位させる位置を変更できればより効果的なバーチャルサラウンド効果が得られることが、本出願人の長年の研究により明らかになった。

異なるフィルタ特性を有し、任意の２つのチャンネル信号のそれぞれの音像定位位置を決定するための複数の頭部伝達関数フィルタと、任意の２つのチャンネル信号の相関を検出し、所定の係数を出力する相関係数計算手段と、相関係数計算手段の出力に応答して複数の頭部伝達関数フィルタのうち選択された頭部伝達関数フィルタのフィルタ特性によって任意の２つのチャンネル信号を所定の位置に定位させるべく、複数の頭部伝達関数フィルタの一つを選択するフィルタ選択手段とを備える。

本発明によれば、入力信号の相関に応じて音像を仮想定位させる位置を変更することにより、効果的なバーチャルサラウンド効果が得られる。

以下、本発明による最良の実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。

以下、本発明の第１の実施例を説明する。図１〜図３は本発明に使用するスピーカボックス１の正面図、右側面図及び上面図である。スピーカボックス１には３個の密閉型のエンクロージャ２、３、４が一体的に設けられ、エンクロージャ２、３、４にはフロントセンターチャンネル用スピーカドライバ５、フロントＬチャンネル用スピーカドライバ６及びフロントＲチャンネル用スピーカドライバ７がそれぞれ設けられている。フロントセンターチャンネル用スピーカドライバ５はリスナーに対して正対するよう配置されている。一方、フロントＬチャンネル用スピーカドライバ６及びフロントＲチャンネル用スピーカドライバ７の振動軸は、フロントセンターチャンネル用スピーカドライバ５の振動軸に対してそれぞれ左右９０度の角度となるよう、互いに背中合わせで配置されている。

従って、フロントＬチャンネル用スピーカドライバ６及びフロントＲチャンネル用スピーカドライバ７の振動軸は互いに１８０度の角度とされているため、各スピーカドライバ６、７からの再生音は互いに反対方向に空間上に放射される。従って、この角度配置により、スピーカドライバ６、７が大きく間隔を空けて配置された状態と同じ効果を有する。もちろんこの角度配置によりスピーカドライバの振動軸がリスナーに対して正対していないため、特に高域の周波数特性が劣化するという欠点が生じる場合もある、その場合は周知のイコライザ回路で減衰した高域を補えばよい。なお、８、９はエンクロージャ２、３、４を分離するための隔壁である。

図４は上述のスピーカドライバ５〜７を駆動するアンプを含むホームシアターシステムの回路ブロック図である。光学ピックアップ、ターンテーブル等の機構部及び各種サーボ回路やデータ復調回路を備えるＤＶＤドライブ１０からのデジタルデータは５．１チャンネルデコーダ１１に入力され、フロントＬ、フロントセンター、フロントＲ、リアＬ、リアＲチャンネル及びサブウーハーチャンネル信号にそれぞれデコード処理される。フロントＬ、フロントＲのデジタル信号は５ＫＨｚ付近を約６ｄＢ上昇させる高域イコライザ２８、２９を介して加算器１２、１３の一方の入力端子にそれぞれ入力される。また、フロントセンターチャンネルのデジタル信号はそのまま加算器１４の一方の入力端子に入力される。

フロントＬチャンネル用スピーカドライバ６及びフロントＲチャンネル用スピーカドライバ７は図１〜図３に示すようにリスナーに対して９０度の角度をもって配置されている。従って、リスナーの正面を向いた場合に比べてスピーカドライバが持つ指向特性によって特に高域の音圧レベルが減衰する。高域イコライザ２８、２９はこの指向特性に起因する高域の減衰を補うためのものであり、ブーストする中心周波数やブースト量は使用するスピーカドライバの周波数特性や指向特性、スピーカドライバの互いの離間距離等に応じてそれぞれ決定する。

一方、リアＬ及びリアＲチャンネル信号は、バーチャライザ１６に入力される。バーチャライザ１６は例えばリアＬチャンネル信号をリスナーのフロント側に設置したスピーカによって再生しても、リスナーの後方左側から再生音が聞こえてくるようなインパルス応答となるフィルタ特性を持つフィルタを備えるものであり、詳細は追って説明する。

バーチャライザ１６の出力が加算器１２、１３の他方の入力端子に入力されることにより、加算器１２によってフロントＬチャンネル信号とバーチャライザ１６の一方の出力が加算され、この加算信号がＤ／Ａ変換器１５に入力される。同様に加算器１３によってフロントＲチャンネル信号とバーチャライザ１６の他方の出力が加算され、この加算信号がＤ／Ａ変換器１５に入力される。

一方、フロントＬチャンネル信号及びフロントＲチャンネル信号は加算器１７によって加算された後、ゲイン調整用の減衰器Ｒ１を介して３００Ｈｚ〜２ＫＨｚの周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦという）１８に入力される。ＢＰＦ１８の出力は位相を１８０度回転させる反転器１９に入力される。位相が１８０度反転し、３００Ｈｚ〜２ＫＨｚの周波数帯域を有するフロントＬとフロントＲの加算信号は加算器１４の他方の入力端子に入力され、フロントセンターチャンネル信号と共にＤ／Ａ変換器１５に入力される。

なお、ＣＤを再生中においては、５．１チャンネルデコーダ１１はフロントＬチャンネル信号を出力していた端子にＬチャンネル信号を、フロントＲチャンネル信号を出力していた端子にＲチャンネル信号を出力する。

Ｄ／Ａ変換器１５によってアナログ信号とされたフロントＬチャンネル信号及びバーチャライザ１６の一方の出力は、増幅器２１によって増幅された後、Ｌチャンネル用スピーカドライバ６に入力される。同様にＤ／Ａ変換器によってアナログ信号とされたフロントＲチャンネル信号及びバーチャライザ１６の他方の出力は、増幅器２２によって増幅された後、Ｒチャンネル用スピーカドライバ７に入力される。更にＤ／Ａ変換器によってアナログ信号とされたフロントセンターチャンネル信号と位相が１８０度反転し、３００Ｈｚ〜２ＫＨｚの周波数帯域を有するフロントＬ＋フロントＲ信号との加算信号は、増幅器２３によって増幅された後、センターチャンネル用スピーカドライバ５に入力される。

なお、５．１チャンネルデコーダはサブウーハ出力を出力しており、この信号も同様にＤ／Ａ変換器１５によってアナログ信号とされた後、増幅器２４によって増幅されサブウーハ２５を駆動する。なお、ＤＶＤドライブ１０や５．１チャンネルデコーダ１１等はマイコン２０によって制御される。

以上の構成によって、５．１チャンネル信号の再生時にはＬチャンネル用スピーカドライバ６からＬチャンネル信号が、Ｒチャンネル用スピーカドライバ７からＲチャンネル信号が出力され、その放射方向は１８０度であるため、広がりのあるステレオイメージが再生される。また、センターチャンネル用スピーカドライバ５からはセリフなど、センターに定位すべきセンターチャンネル信号が出力されるため、中抜けが生じない。

また、センターチャンネル用スピーカユニット５から逆相のＬチャンネル信号が出力されるが、この逆相成分がリスナーの右耳周辺において左耳周辺よりもＬチャンネル信号を打ち消す。従って、リスナーの右耳周辺におけるＬチャンネル信号のレベルが低くなり、Ｌチャンネル信号が左耳で強く聞こえる結果、リスナーはＬチャンネル信号が左側から到来するという認識を持つ。その結果、スピーカドライバの配置と相まってステレオセパレーションが向上する。なお、Ｒチャンネル信号も同様な作用効果を生じることは勿論である。

一方、センターチャンネル用スピーカユニット５から出力される−Ｌチャンネル信号と−Ｒチャンネル信号は、Ｌチャンネル信号とＲチャンネル信号の逆相成分、即ちモノラル成分の逆相信号である。従って、２チャンネル信号の再生時においてもセンターチャンネル用スピーカドライバ５からは反転したモノラル成分が出力されるため、５．１チャンネル信号のときのセンターチャンネル信号の働きと同様、中抜けの防止になる。

なお、上述の実施例においてはセンターチャンネル用スピーカユニット５から−Ｌチャンネル信号と−Ｒチャンネル信号が出力されるが、ステレオセパレーションを向上させる目的よりも、Ｌチャンネル用スピーカドライバ６とＲチャンネル用スピーカドライバ７との距離を大きくとった場合に生じる中抜けを防止する目的を重視する場合はＬチャンネル信号とＲチャンネル信号を単に加算した同相信号を出力してもよい。

図５は上述のバーチャライザ１６の詳細を説明するブロック図である。リアＬチャンネル、リアＲチャンネル信号はバーチャライザ１６の入力端子５１、５２にそれぞれ入力される。この信号は相関係数計算回路５４に入力され、両信号間の相関関係が検出される。ここで、相関係数計算回路５４は両信号が同一であれば１．０、逆相であれば−１．０、無相関であれば０．０という係数を連続的に出力する。

一方、バーチャライザ１６の入力端子３１、３２にそれぞれ入力されたリアＬチャンネル、リアＲチャンネル信号は異なるフィルタ計数を有する第１、第２の頭部伝達関数フィルタ５３および５５にそれぞれ入力される。図６は第１、第２の頭部伝達関数フィルタ３４および３５によるリアＬチャンネル、リアＲチャンネル信号の定位位置を示す模式図である。第１の頭部伝達関数フィルタ５３は、リアＬチャンネル信号を２６０度、リアＲチャンネル信号を１００度の位置にそれぞれ定位させるフィルタ特性（以後、ＨＲＴＦ−Ａ特性と云う）を有する。一方、第２の頭部伝達関数フィルタ５５は、リアＬチャンネル信号を２３０度、リアＲチャンネル信号を１３０度の位置にそれぞれ定位させるフィルタ特性（以後、ＨＲＴＦ−Ｂ特性と云う）を有する。

この第１及び第２の頭部伝達関数フィルタ５３、５５の出力は頭部伝達関数加算器５６、５７にそれぞれ入力される。頭部伝達関数加算器５６、５７は相関係数計算回路５４の出力に基づき、ＨＲＴＦ−Ａ特性とＨＲＴＦ−Ｂ特性との間を連続的に変化させるものであり、図７に示すように相関係数計算回路５４から出力される係数が−１．０〜０．２までの間はＨＲＴＦ−Ａ特性、０．２から０．５までの間で連続的にＨＲＴＦ−Ａ特性からＨＲＴＦ−Ｂ特性に移行し、０．５以上はＨＲＴＦ−Ｂ特性となるよう制御する。即ち、頭部伝達関数加算器５６、５７は第１及び第２の頭部伝達関数フィルタ５３、５５の一つ又は両方を選択するフィルタ選択手段として機能する。

従って、リアＬチャンネル信号とリアＲチャンネル信号が同一信号の場合、この信号はリア側のセンターに定位すべき音であり、また係数は１．０であるため、頭部伝達関数加算器５６、５７の出力は第２の頭部伝達関数フィルタ５５の出力であるＨＲＴＦ−Ｂ特性となる。従って、リアＬチャンネル信号とリアＲチャンネル信号はリスナーのより後方側の２３０度及び１３０度の位置に定位する。

一方、リアＬチャンネル信号とリアＲチャンネル信号が全く相関のない独立の信号である場合や逆相の場合は相関係数計算回路５４が０．０から−１．０の間の係数を出力するため、頭部伝達関数加算器５６、５７の出力は第１の頭部伝達関数フィルタ５３の出力であるＨＲＴＦ−Ａ特性となる。従って、リアＬチャンネル信号とリアＲチャンネル信号はリスナーの真横に近い２６０度及び１００度の位置に定位する。これらフィルタ５３、５５及び頭部伝達関数加算器５６、５７によってＨＲＴＦフィルタ回路６６を構成している。

頭部伝達関数加算器５６の出力はデジタルフィルタ５８、６０に入力され、また頭部伝達関数加算器５７の出力はデジタルフィルタ５９、６１に入力されている。デジタルフィルタ５８、５９の出力は加算回路６２によって、またデジタルフィルタ６０、６１の出力は加算回路６３によって加算される。

デジタルフィルタ５８〜６１及び加算回路６２、６３はクロストークキャンセル回路６７を構成し、本来、左耳に入るべき頭部伝達関数加算回路５６の出力信号が右耳に入るのを防ぎ、また右耳に入るべき頭部伝達関数加算器５７の出力信号が左耳に入るのを防ぐ働きを行う。このＨＲＴＦ回路６６及びクロストークキャンセル回路６７からなるバーチャライザ１６によって、図６に示す位置に音像を定位させることができる。

上述の実施例においては、バーチャライザ１６から出力されるリアＬチャンネル信号及びリアＲチャンネル信号は、フロントＬチャンネル信号と共に、Ｌチャンネル用スピーカドライバ６から、またバーチャライザ１６から出力されるリアＬチャンネル信号及びリアＲチャンネル信号は、フロントＲチャンネル信号と共に、Ｒチャンネル用スピーカドライバ７から出力されている。従って、Ｌチャンネル用スピーカドライバには２種類の信号が加えられる結果、一方の信号により他方の信号が変調されるという欠点がある。この欠点を解消可能としたのが以下に説明する第２の実施例である。

図８〜図１０は第２の実施例に使用するスピーカボックス３１の正面図、右側面図及び上面図である。スピーカボックス３１には５個の密閉型のエンクロージャ３２〜３６が一体的に設けられている。センターチャンネル用スピーカドライバ３７はリスナーに対して正対するようエンクロージャ３２に設けられている。一方、フロントＬチャンネル用スピーカドライバ３８及びＲチャンネル用スピーカドライバ３９の振動軸は、センターチャンネル用スピーカドライバ３７の振動軸に対してそれぞれ左右９０度の角度となるよう、互いに背中合わせでエンクロージャ３３、３４に設けられている。従って、フロントＬチャンネル用スピーカドライバ３８及びフロントＲチャンネル用スピーカドライバ３９の振動軸は互いに１８０度の角度とされているため、各スピーカドライバ３８、３９からの再生音は互いに反対方向に空間上に放射される。

リアＬチャンネル信号及びリアＲチャンネル信号を再生する第１、第２のバーチャライザ用スピーカ４０、４１は、フロントＬチャンネル用スピーカドライバ３８及びフロントＲチャンネル用スピーカドライバ３９の振動軸に対してそれぞれ３０度、リスナー側に向けられた状態でエンクロージャ３５、３６に設けられている。なお、４２〜４５はエンクロージャ２、３、４を分離するための隔壁である。

図１１は上述のスピーカドライバ３７〜４１を駆動するアンプを含むホームシアターシステムの回路ブロック図であるが、図４に示す第１の実施例における回路ブロック図と同一のものについては同一番号を付してその説明は省略する。

バーチャライザ１６の出力はＤ／Ａ変換器１５に入力され、増幅器２６、２７によって増幅された後、第１、第２のバーチャライザ用スピーカドライバ４０、４１に入力される。従って、バーチャライザ１６の出力は他の信号とは別個に出力されることにより、不要な変調が加えられることなく、バーチャライザ用スピーカドライバ４０、４１から出力することが可能となる。

なお、上述の実施例においては異なる頭部伝達関数を２個用意し、相関係数計算回路５４の出力に基づき何れかに切り替えていたが、本発明はこれに限定されることなく、３個以上の頭部伝達関数を用意し、これを切り替えて使用することも可能である。

また、上述の実施例においてはリアＬ、リアＲチャンネルをフロントスピーカーで仮想的に定位させるものにおいて、このリアＬ、リアＲチャンネルの定位位置を移動させていたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば他のチャンネルを仮想定位させてもよいなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様を取り得る。

スピーカボックス１の正面図。 スピーカボックス１の左側面図。 スピーカボックス１の上面図。 第１の実施例における回路ブロック図。 バーチャライザ１６の詳細を説明するブロック図。 リアＬチャンネル、リアＲチャンネル信号の定位位置を示す模式図。 相関係数計算回路５４から出力される係数を示す図。 スピーカボックス３１の正面図。 スピーカボックス３１の左側面図。 スピーカボックス３１の上面図。 第２の実施例における回路ブロック図。

符号の説明

１、３１ スピーカボックス
５、６、７、３７、３８、３９、４０、４１ スピーカドライバ
１１ ５．１チャンネルデコーダ
１５ Ｄ／Ａ変換器
１６ バーチャライザ
２０ マイコン
２５ サブウーハ
６６ ＨＲＴＦ回路
６７ クロストークキャンセル回路

Claims (4)

1. 複数のチャンネルの信号を再生するマルチチャンネル信号再生装置において、
   異なるフィルタ特性を有し、任意の２つのチャンネル信号のそれぞれの音像定位位置を決定するための複数の頭部伝達関数フィルタと、
   前記任意の２つのチャンネル信号の相関を検出し、所定の係数を出力する相関係数計算手段と、
   前記相関係数計算手段の出力に応答して前記複数の頭部伝達関数フィルタのうち選択された頭部伝達関数フィルタのフィルタ特性によって前記任意の２つのチャンネル信号を所定の位置に定位させるべく、前記複数の頭部伝達関数フィルタの一つを選択するフィルタ選択手段とを備えたことを特徴とするマルチチャンネル信号再生装置。
2. 前記フィルタ選択手段は前記任意の２つのチャンネル信号の相関に応じて前記複数の頭部伝達関数フィルタを連続的に変化させることを特徴とする請求項１に記載のマルチチャンネル信号再生装置。
3. 前記任意の２つのチャンネル信号はマルチチャンネル信号におけるリアＬチャンネル信号及びリアＲチャンネル信号であることを特徴とする請求項１に記載のマルチチャンネル信号再生装置。
4. 前記相関係数計算手段によって前記リアＬチャンネル信号及びリアＲチャンネル信号が同一信号である場合、前記フィルタ選択手段は前記複数の頭部伝達関数フィルタのうち、より後方側の位置に音像を定位させる頭部伝達関数フィルタを選択することを特徴とする請求項３に記載のマルチチャンネル信号再生装置。

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