JP2005136932A - センタースピーカー利用のクロストークキャンセルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】センタースピーカーの位置を特定することにより回路構成又は演算処理過程が簡略化され、音質の劣化が少ないクロストークキャンセルシステムを提供する。
【解決手段】信号の劣化による聴感上の影響を受けやすい元の信号経路にはフィルターを通さず、又センタースピーカーの位置を特定することでクロストークとキャンセル信号の耳への到着時間を物理的に合わせることにより、キャンセル回路の遅延処理機能の一部省略を可能にした。更に信号をフィードバックすることにより２次以降のクロストークを全て簡単な回路でキャンセルできるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明はオーディオシステムに関するものである。

２チャンネルステレオスピーカーにおいて発生するクロストークをキャンセルするために、左右の各スピーカーからキャンセル信号を出力するクロストークキャンセルシステムが知られているが、この場合聴取者の頭部の移動に対して、元の信号とキャンセル信号の位相がずれやすく、キャンセルできる率が低下する。
これは、左右２個のスピーカーと聴取者を頂点とする三角形において聴取者と各スピーカーの距離に差がでるからであり、この差はスピーカーの間隔が広い程大きくなりやすい。

これに対し聴取者の正面にクロストークキャンセル用のセンタースピーカーを配置した３スピーカー方式があり、この場合聴取者の頭部の移動に対してクロストークキャンセル率の低化が軽減されることが知られている。
特開２００１−６９５９９号公報

解決しようとしている問題点は、既に公開されているシステムでは左右の入力信号及びそのキャンセル信号は、全てフィルターを経由処理される為、回路又は演算処理の過程において、音質の劣化を伴いやすい点である。

課題を解決しようとする手段

本発明は、センタースピーカーの位置を特定することにより回路構成又は演算処理過程が簡略化され音質の劣化が少ないことを特徴とするものである。

発明の効果

センタースピーカーを使用したクロストークキャンセルシステムは、聴取者の頭部の移動に対するクロストークのキャンセル率低化が２個のスピーカーだけの場合より少ないことが知られているが、この効果を確保しながら、特に聴感上影響の大きい元の入力信号は混合手段のみで、フィルターは経由せずに出力され、又センタースピーカーの出力過程から遅延手段が省略できる為、音質の劣化が少なく又回路又は演算処理の過程が軽減される。

センタースピーカーを正面の一定位置に特定することにより、元の入力信号はフィルターを経由せず出力され、センタースピーカーの出力過程から遅延手段が省略できる為音質の劣化が少なく、部品数又は演算処理過程を軽減できるシステ厶が実現した。

図２において、左側スピーカーよりの信号が、右側の外耳道の入口と見なされた点Ｒに到達するまでの時間に音速を乗じて算出された仮想距離をＲＬ′とし、右側のスピーカーよりの信号が左側の外耳道の入り口と見なされた点Ｌに到達するまでの時間に音速を乗じて算出された仮想距離をＬＲ′とし、外耳道入口の点Ｒより距離ＲＬ′、外耳道入口の点Ｌより距離ＬＲ′の位置Ｃにクロストークキャンセル用のセンタースピーカーを配置する。作図上は、Ｒを中心とする半径ＲＬ′の円弧と、Ｌを中心とする半径ＬＲ′の円弧の交点がセンタースピーカーの位置となる。更にモデルとなる頭部の形状を左右対称と見なすとＲＬ′＝ＬＲ′となり、左右外耳道の間隔Ｗを底辺、ＲＬ′又はＬＲ′を斜辺とする、二等辺三角形の頂点がセンタースピーカーの位置となる。
又仮想距離ＲＬ′、ＬＲ′と、実際の左右スピーカーと各遠位耳との距離ＲＬ″、ＬＲ″との差は僅かで実質的に同距離と見なしてよく、作図上はＲを中心とする半径ＲＬ″の円弧と、Ｌを中心とする半径ＬＲ″の円弧の交点をセンタースピーカーの位置としてもよい。いずれにせよセンタースピーカーの位置は左右のスピーカーを結ぶ直線上よりやや後方に配置される。
このセンタースピーカーの位置決定方法により、各外耳道の入口に入るクロストーク信号と元の信号は信号遅延手段を介することなく、到着時間を一致させることができる。

図１において、センタースピーカーには右入力信号が、クロストークをキャンセルしたい周波数帯域のみを通すローパスフィルター又はバンドパスフィルター（１）を経由した後、混合手段（２）、フィルターＨＲ２（４）及び混合手段（１１）を通り逆相にて出力される。フィルターＨＲ２（４）はセンタースピーカーからＲに音響信号が入った場合の頭部伝達関数をｈＣＲ１、左側スピーカーからＲに音響信号が入った場合の頭部伝達関数をｈＲ２とするとｈＲ２−ｈＣＲ１の演算を行うフィルターを示す。
又センタースピーカーには左入力信号が、クロストークをキャンセルしたい周波数を通すローパスフィルター又はバンドパスフィルター（６）を経由した後、混合手段（７）、フィルターＨＬ２（９）及び混合手段（１１）を経由し逆相にて出力される。フィルターＨＬ２（９）はセンタースピーカーからＬに音響信号が入った場合の頭部伝達関数をｈＣＬ１、右側スピーカーからＬに音響信号が入った場合の頭部伝達関数をｈＬ２とするとｈＬ２−ｈＣＬ１の演算を行うフィルターを示す。

上記の補正フィルター（４）（９）によりセンタースピーカーよりの出力信号は各外耳道の入口においてクロストークと頭部伝達関数特性は同じで、逆相であり且つ到着時間も同じであるからクロストークはキャンセルされる。但しここで右側の耳には余分な信号すなわち右側入力信号で補正された逆相の信号−ｃｒが元の入力信号より遅れてセンタースピーカーより入り、左側の耳には余分な信号すなわち左側入力信号で補正された逆相の信号−ｃ１が元の入力信号より遅れてセンタースピーカーより入る。上記の−ｃｒをキャンセルするために、右側のスピーカーよりＲに音響信号が入った場合の頭部伝達関数ｈＲ１、センタースピーカーよりＲに音響信号が入った場合の頭部伝達関数をｈＣＲ１とすると、ｈＣＲ１−ｈＲ１の演算を行う補正フィルター及びセンタースピーカーよりＲに入る信号−ｃｒに同期する遅延手段からなるフィルターＨＲ１（３）を経由した信号を右側のスピーカーより正相出力することによりキャンセルできる。又−ｃ１をキャンセルするために左側のスピーカーよりＬに音響信号が入った場合の頭部伝達関数ｈＬ１、センタースピーカーよりＬに音響信号が入った場合の頭部伝達関数をｈＣＬ１とすると、ｈＣＬ１−ｈＬ１の演算を行う補正フィルター及びセンタースピーカーよりＬに入る信号に同期する遅延装置からなるフィルターＨＬ１（８）を経由した信号を左側のスピーカーより出力することによりキャンセルする。この場合フィルター（３）、（８）を経由した信号は各遠位耳に二次的なクロストーク信号として作用するが、この信号を（２）、（７）の混合手段経由でフィードバックさせ再度センタースピーカーに加えることにより二次的なクロストーク信号をキャンセルできる。この信号は正相であるから、最初のクロストークキャンセルの過程は繰り返され、三次以降のクロストークも同様にキャンセルできる。

尚、モデルとする頭部の形状が左右対象であるとみなすと、（３）、（８）及び（４）、（９）のフィルターは共通のフィルター（１２）、（１３）が使用でき部品の数を減らすことができる。すなわちＨＲ１＝ＨＬ１＝Ｈ（１２）で共通化でき、ＨＲ２＝ＨＬ２＝ＨＣ（１３）に共通化できる為図３に示す様に簡略化できる。

更にクロストークキャンセルの対象とする周波数が比較的低域であり、又スピーカーの間隔が十分に狭い場合、頭部伝達関数特性の方向別の差を無視することによるクロストークキャンセル率の悪化が、聴感上問題無いと判断された場合に（１２）（１３）に使用されている、頭部伝達関数の補正フィルター部分を省略して（１４）の遅延及び減衰フィルターのみを使用した回路にでき図４の様に大幅に簡略化できる。ここで減衰量は周波数に関係なく一律に減衰する手段であり、その減衰量はセンタースピーカーから左右の耳までの距離と左右の各スピーカーから左右の耳までの距離の差により計算される。

２チャンネルステレオシステ厶にこのシステ厶を付加することにより、音質の劣化が少なく又安定した音場拡大の効果を得ることができる。

モデルとなる聴取者の頭部が非対称と想定した場合のシステム全体図 センタースピーカーの配置及びスピーカーより両耳に入る信号の経路図 モデルとなる聴取者の頭部が対称とであると想定し使用部品を共通にした場合のシステム図 左右のスピーカーが近接している場合クロストークキャンセル処理を行う周波数の範囲内で頭部伝達関数の方向別の変化が少なく近似と見なした場合に頭部伝達関数の方向別の変化の補正処理を行うフィルターを省略し、遅延及び減衰手段のみに簡略化した場合のシステ厶図

符号の説明

１ 右入力信号（Ｒ−ｉｎ）の内クロストークをキャンセルしたい周波数帯域を選択するローパスフィルター又はバンドパスフィルター
２ 右入力信号（Ｒ−ｉｎ）を処理する混合手段
３ 右側のスピーカーよりＲに音響信号が入った場合の頭部伝達関数をｈＲ１、センタースピーカーよりＲに音響信号が入った場合の頭部伝達関数をｈＣＲ１とすると、ｈＣＲ−ｈＲ１の演算を行う補正フィルター及びセンタースピーカーよりＲに入る信号−ｃｒに同期する遅延手段からなるフィルターＨＲ１
４ センタースピーカーからＲに音響信号が入った場合の頭部伝達関数をｈＣＲ１、左側スピーカーからＲに音響信号が入った場合の頭部伝達関数をｈＲ２とするとｈＲ２−ｈＣＲ１の演算を行う補正フィルターＨＲ２
５ 右入力信号（Ｒ−ｉｎ）とＨＲ１からの信号を混合する手段
６ 左入力信号（Ｌ−ｉｎ）の内クロストークをキャンセルしたい周波数帯域を選択するローパスフィルター又はバンドパスフィルター
７ 左入力信号（Ｌ−ｉｎ）を処理する混合手段
８ 左側のスピーカーよりＬに音響信号が入った場合の頭部伝達関数ｈＬ１、センタースピーカーよりＬに音響信号が入った場合の頭部伝達関数をｈＣＬ１とすると、ｈＣＬ１−ｈＬ１の演算を行う補正フィルター及びセンタースピーカーよりＬに入る信号に同期する遅延装置からなるフィルターＨＬ１
９ センタースピーカーからＬに音響信号が入った場合の頭部伝達関数をｈＣＬ１、右側スピーカーからＬに音響信号が入った場合の頭部伝達関数をｈＬ２とするとｈＬ２−ｈＣＬ１の演算を行う補正フィルターＨＬ２
１０ 右入力信号（Ｌ−ｉｎ）とＨＬ１からの信号を混合し逆相にて出力する手段
１１ 左右のクロストークキヤンセル信号を混合し出力する手段
１２ 補正特性持のち逆相にて出力する、共通で使用されるフィルターＨＣ
１３ モデルとなる頭部が左右対称と見なし、頭部伝達関数の方向別の差を無視しても聴感上影響がないと判断した場合、クロストークキヤンセル信号を左右の各耳に入るクロストークに同期させる為の遅延及び減衰フィルター
１４ 上記１４の場合で左右のクロストークキヤンセル信号を混合及び逆相にて出力する手段

Claims (5)

1. 正面方向にセンタースピーカーを持つステレオシステムにおいて、左右のスピーカーから聴取者の各遠位耳の外耳道入口にクロストークが到着する時間に、左右の入力信号に頭部伝達関数の補正処理がなされた信号が逆相にてセンタースピーカーより同じ耳に同時間に到着するように、実測又は計算による数値から算出された距離に、センタースピーカーを配置することにより、クロストークキャンセル信号発生過程において遅延処理機能を省略できるスピーカー配置方法と信号処理装置を持つ図１に示されるセンタースピーカー利用のクロストークキャンセルシステム。
2. 前記システムにおいて、センタースピーカーに出力される信号は、左右の入力信号がローパスフィルター又はバンドパスフィルターを経由後、頭部伝達関数特性補正のみの信号処理をされ遅延手段の省略されたフィルター及び混合手段を経由し逆相にて出力される請求項１記載のセンタースピーカー利用のクロストークキャンセルシステム。
3. 左右の入力信号から左右のスピーカーへの出力は混合手段のみを経由しフィルターは経由せず、又センタースピーカーに入力される逆相の信号の内クロストークをキャンセルするのに不要な信号すなわち同じ側の耳に入る逆相信号をキャンセルするために、左右の各出力信号に正相で遅延手段を持ち又頭部伝達関数の補正を行うフィルターを経由した信号を混合すると同時に、同じ信号をセンタースピーカーにフィードバックすることにより、二次以降のクロストークもキャンセルできる請求項１のセンタースピーカー利用のクロストークキャンセルシステム。
4. モデルとなる頭部を左右対称とみなし、請求項２のセンタースピーカーへの出力回路前段の頭部伝達関数補正フィルターを一個で共有し、更にセンタースピーカーに出力される信号の内不要な逆相信号すなわちクロストークを同じ側の耳に入る逆相の信号をキャンセルするために使用される頭部伝達関数補正フィルタ及び遅延手段を左右に同仕様とし、部品の種類を減らした図３に示される請求項１記載のセンタースピーカー利用のクロストークキャンセルシステム。
5. 左右のスピーカー間隔が狭い場合に、クロストークキャンセルの対象となる低周波数帯域において、頭部伝達関数の方向別の差は近似的に等しく聴感上影響は無いと見なした場合に請求項４のシステムより頭部伝達関数補正のフィルターを全て省略し遅延及び周波数に関係なく一律に減衰する減衰手段におきかえ簡略化した図４に示される請求項１記載のセンタースピーカー利用のクロストークキャンセルシステム。

Images