JP2006129372A - 信号処理装置及び音響再生システム - Google Patents

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Abstract

【課題】マルチチャンネル信号における低域成分の再配分を効果的に行う。
【解決手段】LFE加算部12により、LFE信号SLFEはフロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFRに加算される。LFE信号SLFEが加算されたフロント左チャンネル信号SFLは、フロント左スピーカ5に出力され、LFE信号SLFEが加算されたフロント右チャンネル信号SFRは、フロント右スピーカ7に出力される。サブチャンネル生成部13により、LFE信号SLFEが加算されたフロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFR、リア左チャンネル信号SRL、リア右チャンネル信号SRRが加算され、サブウーファ信号SSWが生成される。LPF25により、サブウーファ信号SSWの低域成分のみが抽出され、サブウーファ10に出力される。
【選択図】図3

Description

本発明は、信号処理装置及び音響再生システムに関する。
近年、DVD(Digital Versatile Disk)等において、DOLBY(登録商標)、dts(登録商標)等の5.1チャンネル方式の音響再生装置が広く用いられている。5.1チャンネル信号は、聴取位置の前方中央に設置されたセンタースピーカ、聴取位置の前方左右に設置されたフロント左スピーカ及びフロント右スピーカ、聴取位置の後方左右に設置されたリア左スピーカ及びリア右スピーカ、低音再生を行うサブウーファにより、それぞれ再生される。図8に示すように、マルチチャンネルデコーダ51により符号化データがデコードされ、フロント左チャンネル信号SFL、センターチャンネル信号SC、フロント右チャンネル信号SFR、リア左チャンネル信号SRL、リア右チャンネル信号SRR、低域専用信号(以下、LFE信号という。)SLFEに変換される。そして、低音管理処理部52により、各スピーカへの低域成分の再配分が行われる。
例えば、センタースピーカが小口径で低音が再生できない場合には、センターチャンネル信号SCの低域成分をフロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFRに指定比率で加算し、センタースピーカへはその低域成分を出力しないようにフィルタをかける方法等が用いられている。
また、サブウーファを用いないシステムにおいて、サブウーファ信号の周波数帯域の一部を再生可能な前左スピーカ、前右スピーカ、後左スピーカ、後右スピーカを用いて、各スピーカのための音響信号の低域周波数成分を遮断したハイパスフィルタ出力と、サブウーファ信号とをそれぞれ加算して、各スピーカに出力するようにした音響装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平11−88999号公報
しかし、従来の低音管理処理では、スピーカの再生能力に着目した低域成分の再配分を行っており、全てのスピーカの音が聴取者に届く再生環境が前提とされていた。特に、サブウーファは聴取者の聴取範囲を全てカバーできることが前提とされていた。そのため、音響再生を行う空間が狭い場合、例えば、自動車に搭載される音響再生システムにおいて、以下のような問題があった。
フロント、リア、センターの各スピーカの口径や再生能力、設置位置により、本来想定されている再生条件を満たすことが困難な場合が多かった。特に、サブウーファは、低音が複数の聴取者に同じように届く場所への設置が困難であった。また、設置空間による制限から他のスピーカより低域再生能力があるサブウーファを用いることが困難である場合もあった。また、センタースピーカは、設置位置の制約から低域再生能力の低い小口径のものが多く、フロントやリアのスピーカと同等の再生能力を求めることができなかった。
本発明は、上記の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、マルチチャンネル信号における低域成分の再配分を効果的に行うことができる信号処理装置及び音響再生システムを提供することを課題とする。
請求項1に記載の発明は、音源からの信号に基づいて生成された複数のチャンネル信号及び低域専用信号を入力とし、前記低域専用信号を前記複数のチャンネル信号のいずれかに加算して出力する加算部を備えた信号処理装置において、前記複数のチャンネル信号のうち前記低域専用信号が加算されたチャンネル信号及び/又は前記低域専用信号が加算されないチャンネル信号から低域成分を抽出して出力するサブチャンネル出力部を備えたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の信号処理装置において、前記複数のチャンネル信号は、フロント左チャンネル信号、フロント右チャンネル信号、リア左チャンネル信号及びリア右チャンネル信号を含み、前記低域専用信号が加算されるチャンネル信号は、前記フロント左チャンネル信号及び/又は前記フロント右チャンネル信号であることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の信号処理装置において、前記複数のチャンネル信号は、フロント左チャンネル信号、フロント右チャンネル信号、リア左チャンネル信号及びリア右チャンネル信号を含み、前記低域専用信号が加算されるチャンネル信号は、前記リア左チャンネル信号及び/又は前記リア右チャンネル信号であることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、音源からの信号に基づいて生成された複数のチャンネル信号及びセンターチャンネル信号を入力とする信号処理装置において、前記センターチャンネル信号から低域成分を抽出する低域フィルタと、前記低域フィルタから出力される低域成分を前記複数のチャンネル信号のいずれかに加算する第1の加算部と、前記第1の加算部の入力側において、前記低域フィルタから出力される低域成分が加算されるチャンネル信号を、前記低域フィルタによる信号遅延時間と整合させるべく遅延させて前記第1の加算部に出力する遅延要素と、を備えたことを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の信号処理装置において、前記複数のチャンネル信号は、フロント左チャンネル信号、フロント右チャンネル信号、リア左チャンネル信号及びリア右チャンネル信号を含むことを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項4又は5に記載の信号処理装置において、前記低域フィルタは、直線位相デジタルフィルタであることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の信号処理装置において、前記直線位相デジタルフィルタの遮断周波数は、任意に変更可能であることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項4〜7のいずれか一項に記載の信号処理装置において、当該信号処理装置は、入力として低域専用信号をさらに含み、前記低域専用信号を前記複数のチャンネル信号のいずれかに加算して出力する第2の加算部と、前記複数のチャンネル信号のうち前記低域専用信号が加算されたチャンネル信号及び/又は前記低域専用信号が加算されないチャンネル信号から低域成分を抽出して出力するサブチャンネル出力部と、を備えたことを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、音響再生システムにおいて、請求項1〜8のいずれか一項に記載の信号処理装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、マルチチャンネル信号における低域成分の再配分を効果的に行うことができる。
[第1の実施の形態]
まず、本発明の第1の実施の形態について説明する。ここでは、音響再生を行う空間が狭い場合、例えば、自動車に搭載される音響再生システム100を例にして説明する。
図1に、第1の実施の形態における音響再生システム100のシステム構成を示す。図1に示すように、音響再生システム100は、音源1、信号処理装置2、フロント左スピーカ5、センタースピーカ6、フロント右スピーカ7、リア左スピーカ8、リア右スピーカ9、サブウーファ10から構成される。
音源1は、DVDやCD(Compact Disc)等から音響信号を読み取り、信号処理装置2に出力する。
信号処理装置2は、DSP(Digital Signal Processor)により構成され、マルチチャンネルデコーダ3と、低音管理処理部4と、を備える。マルチチャンネルデコーダ3は、音源1から出力されたDOLBY、dts等の5.1チャンネル方式に基づいて圧縮されたデジタル信号を伸張して、フロント左チャンネル信号SFL、センターチャンネル信号SC、フロント右チャンネル信号SFR、リア左チャンネル信号SRL、リア右チャンネル信号SRR、LFE信号SLFEを生成する。低音管理処理部4は、マルチチャンネルデコーダ3によりデコードされた各信号に対して低域成分の再配分等の各処理を行い、フロント左スピーカ5、センタースピーカ6、フロント右スピーカ7、リア左スピーカ8、リア右スピーカ9、サブウーファ10に出力する。
図2に示すように、車の前方中央にセンタースピーカ6が設置され、車の前方左右にフロント左スピーカ5及びフロント右スピーカ7が設置され、車の後方左右にリア左スピーカ8及びリア右スピーカ9が設置されている。サブウーファ10の設置位置は任意であるが、フロント左スピーカ5及びフロント右スピーカ7より後方であることとする。また、フロント左スピーカ5及びフロント右スピーカ7は、センタースピーカ6及びサブウーファ10より低音再生能力を有していることとする。
図3に、低音管理処理部4の構成を示す。低音管理処理部4は、センター処理部11、LFE加算部12、サブチャンネル生成部13、クロスオーバー部14を含む。
センター処理部11は、ローパスフィルタ(以下、LPFという。)21、加算部41及び加算部42を備える。LPF21は、センターチャンネル信号SCの低域成分を抽出する。加算部41、加算部42は、所定の係数をかけたセンターチャンネル信号SCの低域成分をフロント左チャンネル信号SFL、フロント右チャンネル信号SFRに加算する。
LFE加算部12は、加算部43及び加算部44を備える。加算部43、加算部44は、所定の係数をかけたLFE信号SLFEをフロント左チャンネル信号SFL、フロント右チャンネル信号SFRに加算する。ここで、5.1チャンネルは5チャンネルに集約される。LFE信号SLFEが加算されたフロント左チャンネル信号SFLは、フロント左スピーカ5に出力され、LFE信号SLFEが加算されたフロント右チャンネル信号SFRは、フロント右スピーカ7に出力される。
サブチャンネル生成部13は、加算部45を備える。加算部45は、LFE信号SLFEが加算されたフロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFR、リア左チャンネル信号SRL、リア右チャンネル信号SRRを加算し、サブウーファ信号SSWを生成する。フロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFRは既にセンターチャンネル信号SCの低域成分を含んでいるので、センターチャンネル信号SCのサブウーファ信号SSWへの加算は行わない。
クロスオーバー部14は、ハイパスフィルタ(以下、HPFという。)22,23,24及びLPF25を備える。HPF22は、センターチャンネル信号SCの高域成分のみを抽出し、センタースピーカ6に出力する。また、HPF23は、リア左チャンネル信号SRLの高域成分を抽出してリア左スピーカ8に出力し、HPF24は、リア右チャンネル信号SRRの高域成分を抽出してリア右スピーカ9に出力する。また、LPF25は、サブチャンネル生成部13で生成されたサブウーファ信号SSWの低域成分のみを抽出し、サブウーファ10に出力する。すなわち、サブチャンネル生成部13及びLPF25が特許請求の範囲におけるサブチャンネル出力部に相当する。
図4に、サブウーファ信号SSW、フロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFRの周波数特性を示す。サブウーファ信号SSWは、車室内のスピーカ配置により、フロント左スピーカ5及びフロント右スピーカ7から低音が車室内全体に届きにくい場合の低域再生の補助として有効である。
第1の実施の形態によれば、LFE信号SLFEをフロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFRに加算するので、低音再生能力を有するフロント左スピーカ5及びフロント右スピーカ7により低音の再生を行うことができ、サブウーファ10がない場合にも対応可能となる。また、LFE信号SLFEが加算されたフロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFR、リア左チャンネル信号SRL、リア右チャンネル信号SRRを加算し、低域成分のみを抽出してサブウーファ10に出力するので、各信号の低域成分を補助的に再生することができる。以上のように、マルチチャンネル信号における低域成分の再配分を効果的に行うことができる。
なお、第1の実施の形態では、LFE信号SLFEをフロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFRに加算する場合について説明したが、LFE信号SLFEをリア左チャンネル信号SRL及びリア右チャンネル信号SRRに加算することとしてもよい。
図5に、LFE信号SLFEをリア左チャンネル信号SRL及びリア右チャンネル信号SRRに加算する場合の低音管理処理部4aの構成を示す。低音管理処理部4aにおいて、第1の実施の形態に示した低音管理処理部4と同一の構成部分については同一の符号を付し、その構成については説明を省略する。また、低音管理処理部4aを備える信号処理装置についても、第1の実施の形態に示した信号処理装置2と同様であるため、図示及び説明を省略する。ここで、リア左スピーカ8及びリア右スピーカ9は、サブウーファ10より低音再生能力を有していることとする。
図5に示すように、LFE加算部12は、加算部46及び加算部47を備える。加算部46、加算部47は、所定の係数をかけたLFE信号SLFEをリア左チャンネル信号SRL、リア右チャンネル信号SRRに加算する。LFE信号SLFEが加算されたリア左チャンネル信号SRLは、リア左スピーカ8に出力され、LFE信号SLFEが加算されたリア右チャンネル信号SRRは、リア右スピーカ9に出力される。
サブチャンネル生成部13は、加算部45を備える。加算部45は、フロント左チャンネル信号SFL、フロント右チャンネル信号SFR、LFE信号SLFEが加算されたリア左チャンネル信号SRL及びリア右チャンネル信号SRRを加算し、サブウーファ信号SSWを生成する。
クロスオーバー部14は、HPF22,26,27及びLPF25を備える。HPF22は、センターチャンネル信号SCの高域成分のみを抽出し、センタースピーカ6に出力する。また、HPF26は、フロント左チャンネル信号SFLの高域成分を抽出してフロント左スピーカ5に出力し、HPF27は、フロント右チャンネル信号SFRの高域成分を抽出してフロント右スピーカ7に出力する。また、LPF25は、サブチャンネル生成部13で生成されたサブウーファ信号SSWの低域成分のみを抽出し、サブウーファ10に出力する。
したがって、LFE信号SLFEをリア左チャンネル信号SRL及びリア右チャンネル信号SRRに加算するので、低音再生能力を有するリア左スピーカ8及びリア右スピーカ9により低音の再生を行うことができ、サブウーファ10がない場合にも対応可能となる。また、LFE信号SLFEが加算されたリア左チャンネル信号SRL及びリア右チャンネル信号SRR、フロント左チャンネル信号SFL、フロント右チャンネル信号SFRを加算し、低域成分のみを抽出してサブウーファ10に出力するので、各信号の低域成分を補助的に再生することができる。以上のように、マルチチャンネル信号における低域成分の再配分を効果的に行うことができる。
[第2の実施の形態]
次に、本発明を適用した第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態に示す音響再生システムにおいて、第1の実施の形態に示した音響再生システム100と同一の構成部分については同一の符号を付し、その構成については図示及び説明を省略する。以下、第2の実施の形態に特徴的な構成について説明する。
図6に、第2の実施の形態における低音管理処理部4bの構成を示す。図6に示す低音管理処理部4bは、第1の実施の形態に示した低音管理処理部4に遅延要素31〜36を加えた構成である。なお、フロント左スピーカ5及びフロント右スピーカ7は、センタースピーカ6及びサブウーファ10より低音再生能力を有していることとする。
センターチャンネル信号SCの低域成分を抽出するセンター処理部11のLPF21は、FIR(Finite Impulse Response)型直線位相デジタルフィルタで構成されている。したがって、センターチャンネル信号SCの低域成分を抽出する際に位相回転が生じない。また、LPF21の遮断周波数は任意に変更可能である。具体的には、LPF21の係数として予め複数の値が設定されており、センタースピーカ6の低域再生能力に応じて、複数の値の中からユーザが選択する。
また、遅延要素31〜36は、各信号をLPF21による信号遅延時間と整合させるべく遅延させる。これにより、LPF21により抽出されたセンターチャンネル信号SCの低域成分とフロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFRとの遅延時間が一致する。同様に、LFE加算部12により加算されるLFE信号SLFEとフロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFRとの遅延時間が一致する。また、サブチャンネル生成部13により加算されるフロント左チャンネル信号SFL、フロント右チャンネル信号SFR、リア左チャンネル信号SRL、リア右チャンネル信号SRRの遅延時間が一致する。
従来、フィルタには帰還形の2次フィルタを用いることが多く、DSPでは2次のIIR(Infinite Impulse Response)型フィルタで構成されていた。この場合、センターチャンネル信号SCの低域成分を抽出する際に位相回転が生じ、フロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFRとの加算処理の段階で他のチャンネルと位相ずれを起こすため、音質劣化の原因となっていた。
しかし、第2の実施の形態においては、センターチャンネル信号SCの低域成分を抽出するためのLPF21を直線位相デジタルフィルタで構成することにより、低域成分の位相回転を抑えることができる。また、このフィルタにより生じる群遅延の分だけ他の信号を遅延させて、加算時の信号遅延の一致を図ることで音質劣化を最小限に抑えることができる。したがって、マルチチャンネル信号における低域成分の再配分を効果的に行うことができる。
なお、第2の実施の形態では、LFE信号SLFEをフロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFRに加算する場合について説明したが、LFE信号SLFEをリア左チャンネル信号SRL及びリア右チャンネル信号SRRに加算することとしてもよい。
図7に、LFE信号SLFEをリア左チャンネル信号SRL及びリア右チャンネル信号SRRに加算する場合の低音管理処理部4cの構成を示す。図7に示す低音管理処理部4cは、図5に示した低音管理処理部4aに遅延要素31〜36を加えた構成である。遅延要素31〜36を加えた効果については、第2の実施の形態に示した低音管理処理部4bと同様であるため、説明を省略する。
なお、上記各実施の形態における記述は、本発明に係る好適な信号処理装置の例であり、これに限定されるものではない。信号処理装置の細部構成及び細部動作に関しても本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記各実施の形態では、自動車に搭載される音響再生システムを例にして説明したが、自動車に搭載されるものに限らず、自動車以外の音響再生を行う空間が狭い環境における音響再生システムにも適用可能である。
本発明の第1の実施の形態における音響再生システム100のシステム構成図である。 車室内における各スピーカの設置位置を示す図である。 低音管理処理部4の構成を示すブロック図である。 サブウーファ信号SSW、フロント左チャンネル信号SFL及びフロント右チャンネル信号SFRの周波数特性を示すグラフである。 第1の実施の形態の他の一例における低音管理処理部4aの構成を示すブロック図である。 第2の実施の形態における低音管理処理部4bの構成を示すブロック図である。 第2の実施の形態の他の一例における低音管理処理部4cの構成を示すブロック図である。 従来の5.1チャンネル方式の信号処理を示す図である。
符号の説明
100 音響再生システム
1 音源
2 信号処理装置
3 マルチチャンネルデコーダ
4,4a,4b,4c 低音管理処理部
5 フロント左スピーカ
6 センタースピーカ
7 フロント右スピーカ
8 リア左スピーカ
9 リア右スピーカ
10 サブウーファ
11 センター処理部
12 LFE加算部
13 サブチャンネル生成部
14 クロスオーバー部
21,25 LPF
22,23,24,26,27 HPF
31,32,33,34,35,36 遅延要素
41,42,43,44,45,46,47 加算部
FL フロント左チャンネル信号
C センターチャンネル信号
FR フロント右チャンネル信号
RL リア左チャンネル信号
RR リア右チャンネル信号
LFE LFE信号
SW サブウーファ信号

Claims (9)

  1. 音源からの信号に基づいて生成された複数のチャンネル信号及び低域専用信号を入力とし、前記低域専用信号を前記複数のチャンネル信号のいずれかに加算して出力する加算部を備えた信号処理装置において、
    前記複数のチャンネル信号のうち前記低域専用信号が加算されたチャンネル信号及び/又は前記低域専用信号が加算されないチャンネル信号から低域成分を抽出して出力するサブチャンネル出力部を備えたことを特徴とする信号処理装置。
  2. 請求項1に記載の信号処理装置において、
    前記複数のチャンネル信号は、フロント左チャンネル信号、フロント右チャンネル信号、リア左チャンネル信号及びリア右チャンネル信号を含み、
    前記低域専用信号が加算されるチャンネル信号は、前記フロント左チャンネル信号及び/又は前記フロント右チャンネル信号であることを特徴とする信号処理装置。
  3. 請求項1に記載の信号処理装置において、
    前記複数のチャンネル信号は、フロント左チャンネル信号、フロント右チャンネル信号、リア左チャンネル信号及びリア右チャンネル信号を含み、
    前記低域専用信号が加算されるチャンネル信号は、前記リア左チャンネル信号及び/又は前記リア右チャンネル信号であることを特徴とする信号処理装置。
  4. 音源からの信号に基づいて生成された複数のチャンネル信号及びセンターチャンネル信号を入力とする信号処理装置において、
    前記センターチャンネル信号から低域成分を抽出する低域フィルタと、
    前記低域フィルタから出力される低域成分を前記複数のチャンネル信号のいずれかに加算する第1の加算部と、
    前記第1の加算部の入力側において、前記低域フィルタから出力される低域成分が加算されるチャンネル信号を、前記低域フィルタによる信号遅延時間と整合させるべく遅延させて前記第1の加算部に出力する遅延要素と、
    を備えたことを特徴とする信号処理装置。
  5. 請求項4に記載の信号処理装置において、
    前記複数のチャンネル信号は、フロント左チャンネル信号、フロント右チャンネル信号、リア左チャンネル信号及びリア右チャンネル信号を含むことを特徴とする信号処理装置。
  6. 請求項4又は5に記載の信号処理装置において、
    前記低域フィルタは、直線位相デジタルフィルタであることを特徴とする信号処理装置。
  7. 請求項6に記載の信号処理装置において、
    前記直線位相デジタルフィルタの遮断周波数は、任意に変更可能であることを特徴とする信号処理装置。
  8. 請求項4〜7のいずれか一項に記載の信号処理装置において、
    当該信号処理装置は、入力として低域専用信号をさらに含み、
    前記低域専用信号を前記複数のチャンネル信号のいずれかに加算して出力する第2の加算部と、
    前記複数のチャンネル信号のうち前記低域専用信号が加算されたチャンネル信号及び/又は前記低域専用信号が加算されないチャンネル信号から低域成分を抽出して出力するサブチャンネル出力部と、
    を備えたことを特徴とする信号処理装置。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の信号処理装置を備えたことを特徴とする音響再生システム。
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