JP2007336118A

JP2007336118A - サラウンド生成装置

Info

Publication number: JP2007336118A
Application number: JP2006164187A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Takashima; 紀之高島
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: JP4841324B2

Abstract

【課題】マルチチャンネル再生時に量感のあるサラウンド信号を生成する「サラウンド生成装置」を提供する。
【解決手段】サラウンド信号を生成するサラウンド生成部４０は、２チャンネルステレオ信号Ｌ／Ｒを入力し、当該ステレオ信号Ｌ／Ｒの相関成分を除去してステレオ信号の非相関化処理を行う非相関処理部２００と、ステレオ信号Ｌ／Ｒから低周波数帯域の信号を抽出する抽出部２１０と、非相関処理部２００の出力信号ＳＬ’／ＳＲ’に抽出部２１０で抽出された低周波数帯域の信号を加算し、サラウンド信号ＳＬ／ＳＲを出力する加算処理部２２０とを備えている。
【選択図】図７

Description

本発明は、２チャンネルステレオ信号からマルチチャンネルのサラウンド信号を生成するサラウンド生成装置に関し、特に車載用オーディオ装置に搭載されるサラウンド生成装置に関する。

ホームシアターあるいは車内空間等において臨場感またはサラウンド効果のある音場を提供するために、複数のスピーカをリスナーの前後に配置した５ｃｈまたは５．１ｃｈのサラウンドシステムが普及している。こうしたシステムにおいて、２チャンネルのステレオ信号からマルチチャンネルのサラウンド信号を生成する変換技術が利用されている。例えば、車室空間内であれば、２チャンネル（ＬｃｈとＲｃｈ）のステレオ信号がフロントの左右のスピーカからそれぞれ出力され、ステレオ信号の差分から得られたサラウンド信号がリアの左右のスピーカからそれぞれ出力されるようになっている。

２チャンネルステレオ信号の差分からサラウンド信号を生成する場合、生成されたサラウンド信号は、互いに逆位相となり、受聴者(リスナー)に逆相感や違和感を与えてしまう欠点がある。この欠点を解決するために、適応フィルタを利用して２チャンネルステレオ信号を非相関化（または無相関化）し、非相関化された信号の差分からサラウンド信号を生成する技術が特許文献１に開示されている。

非相関化処理において、中・高域成分についての相関除去は良好に行なえていることが、性能面、聴感的にも解ってきている。また、ＣＤなどの２チャネル信号についても、レコーディング・ミキシングの過程で、クリエイティブ性・芸術性を高めるために、コーラス、効果音等を意図的に位相ずらし、残響など非相関化処理しているものが多い。

図１は、特許文献１のＦＩＲフィルタによる適応非相関化器の構成例を示す図である。一方のチャンネルの入力信号Ｘを多段のディレイ処理器Ｚ^−１によって分割し、この出力のそれぞれに対して係数処理器Ｗ_０，Ｗ_１，・・・，Ｗ_ｋにより所定の係数を重畳させ、これを加算器Σで加算することにより、一方のチャンネルの入力信号Ｘ中から、他方のチャンネルの入力信号Ｙと相関の高い信号成分を抽出する非相関化フィルタを設ける。非相関化フィルタの特性を、その出力信号ＲＥＳと他方のチャンネルからの入力信号Ｙによって得られるエラー信号ｅと、一方のチャンネルの入力信号Ｘと、フィルタ係数の更新速度を制御するステップサイズパラメータとに基づいて、逐次と変化させる係数更新処理器５を備える。演算器４は、非相関化フィルタからの出力ＲＥＳと他方のチャンネルの入力信号Ｙとの差分からサラウンド信号を得る。

特開２００３−３３３６９８号

図２は、車載用オーディオ装置に設けられるサラウンド生成装置の一構成例を示すブロック図である。２チャンネルステレオ信号Ｌ／Ｒは、それぞれフロントのステレオ信号ＦＬ／ＦＲとなるとともに、非相関処理部ＡＳＴに入力される。ステレオ信号Ｌ／Ｒは、そこで相関成分が除去され、その差分からサラウンド信号ＳＬ／ＳＲが生成される。

ステレオ信号Ｌ／Ｒにおいて低域信号は相対的に相関性が高く、非相関処理部ＡＳＴに入力した場合、相関性の高い低域信号が抑圧される傾向にある。その結果、楽音聴取時に聴取者（リスナー）が低音の量感をより多く求める場面も見られた。図３（ａ）は、フロントＦＬ／ＦＲの音域と出力レベルの関係を示し、図３（ｂ）は、リアチャンネルＳＬ／ＳＲの音域と出力レベルの関係を示している。これらの出力波形において、１５０Ｈｚ以下の低域の楕円Ｑ１とＱ２で示す範囲を比較すると、リアチャンネルの方がフロントチャンネルよりも出力レベルが１０ｄＢ程度小さくなっていることがわかる。

一般に、８０Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数帯域は、男性ボーカル（バリトンやテノール）の下限値に一致し、この音域は、音の量感を演出し、これが弱いと力のない低音となってしまい、音楽再生時の量感が不足してしまうという課題がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、マルチチャンネル再生時に量感のあるサラウンド信号を生成するサラウンド生成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る２チャンネルステレオ信号からマルチチャンネルのサラウンド信号を生成するサラウンド生成装置は、２チャンネルステレオ信号を入力し、当該ステレオ信号の相関成分を除去してステレオ信号の非相関化処理を行う非相関化処理手段と、２チャンネルステレオ信号から所定周波数帯域の信号を抽出する抽出手段と、前記非相関化処理手段の出力信号に前記抽出された信号を加算し、サラウンド信号を出力する加算手段とを有する。

好ましくは、前記抽出手段は、低周波帯域の音声信号を抽出するものであり、カットオフ周波数が、２００Ｈｚ以下で設定されるローパスフィルタを用いることができる。また、加算手段は、抽出手段により抽出された信号のゲインを調整する第１の増幅器と、非相関化処理手段の出力信号のゲインを調整する第２の増幅器を含むようにしてもよい。サラウンド生成装置はさらに、非相関化処理手段に含まれる適応ディジタルフィルタのステップサイズパラメータを可変し、かつステップサイズパラメータの可変に応じて前記第１および第２の増幅器のゲインを可変する制御手段を有する。制御手段は、ステップサイズパラメータが大きくなると、それに応答して第１の増幅器のゲインを大きくする。サラウンド生成装置はさらに、ステップサイズパラメータの可変を指示する入力手段を含むようにしてもよい。

好ましくは、抽出手段は、加算手段の第１の増幅器のゲインに応答して抽出する周波数帯域を可変するようにしてもよい。この場合、第１の増幅器のゲインが大きくされるとき、ローパスフィルタのカットオフ周波数を大きくし、第１の増幅器のゲインが小さくされるとき、カットオフ周波数が小さくなるように可変される。

本発明によれば、２チャンネルステレオ信号から所定周波数帯域（好ましくは、２００Ｈｚ以下の低周波数帯域）の信号を抽出し、これを非相関化処理された信号に加算するようにしたので、低域の不足分が補われ、マルチチャンネル再生時に量感のあるサラウンド信号を得ることができる。

本発明の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図４は、本発明の実施例に係る車載用オーディオ装置の構成を示すブロック図である。車載用オーディオ装置１０は、ラジオ放送やテレビ放送で受信したオーディオ信号を再生したり、あるいはＣＤ、ＤＶＤ、ハードディスク等のメディアに格納されたオーディオ信号を再生する。以下では、ＦＭ放送を受信しこれを再生する例を説明する。

図４に示すように、車載用オーディオ装置１０は、ラジオ放送を受信するアンテナ２０、アンテナ２０で受信されたＲＦ信号を受け取る受信モジュール３０、受信モジュール３０からのオーディオ信号を入力し、サラウンド信号を生成するサラウンド生成部４０、受信モジュール３０における受信信号の受信感度を入力し、サラウンド生成部４０を制御するコントローラ５０を含んでいる。サラウンド生成部４０は、２チャンネルステレオ信号Ｌ／Ｒを入力し、それからサラウンド信号ＳＬ、ＳＲを生成する。５チャンネルのサラウンド信号を生成する場合には、さらにステレオ信号ＲとＬの和の成分から信号ＣＴ（Center）を生成する。

図５は、車内空間におけるスピーカのレイアウトを示す図である。前部座席の両側の左右にフロントスピーカＦＬ、ＦＲが配置され、後部座席の両側の左右にリアスピーカＲＬ、ＲＲが配置されている。フロントスピーカＦＬからＬｃｈのステレオ信号（以下、ステレオ信号Ｌという）が出力され、フロントスピーカＦＲからＲｃｈのステレオ信号（以下、ステレオ信号Ｒという）が出力される。リアスピーカＲＬからＬｃｈのサラウンド信号（以下、サラウンド信号ＳＬという）が出力され、リアスピーカＲＲからＲｃｈのサラウンド信号（以下、サラウンド信号ＳＲという）が出力される。５チャンネルのサラウンド空間の場合には、座席のセンターにスピーカＣＴが配置され、そこから信号ＣＴが出力される。

図６は、ＦＭ放送を受信する受信モジュールの一般的な内部構成を示すブロック図である。受信モジュール３０は、アンテナ２０からのＲＦ信号を受け取りこれを増幅するＲＦ増幅器１００と、増幅されたＲＦ信号から希望局の周波数信号を選択する同調回路１１０と、局部発信器１２０からの周波数信号とＲＦ信号を混合し中間周波数（ＩＦ）信号を生成する混合器１３０と、ＩＦ信号からオーディオ信号を検波する検波器１４０と、ステレオ信号を左右の２チャンネルに分離するマルチプレクサ（ＭＰＸ）復調器１５０と、検波器１４０のＩＦ信号レベルから受信感度または電界強度を検出し、ＲＦ増幅器１００を制御する制御回路１６０を備えている。制御回路１６０は、検出した受信感度（Ｓメータ）をコントローラ５０へ出力する。

図７は、本実施例に係るサラウンド生成部の構成を示すブロック図である。サラウンド生成部４０は、２チャンネルステレオ信号Ｌ／Ｒを入力し、両信号の相関成分を除去する非相関処理部２００と、２チャンネルステレオ信号Ｌ／Ｒを入力し、両信号から低周波数帯域の信号を抽出する抽出部２１０と、非相関処理部２００によって非相関化処理された信号と抽出部２１０によって抽出された低周波数帯域の信号を加算する加算処理部２２０とを含んで構成される。

抽出部２１０は、ステレオ信号Ｌ／Ｒをそれぞれ入力するローパスフィルタ２１２、２１４と、ローパスフィルタ２１２、２１４から出力される信号を遅延する遅延回路２１６、２１８とを含んでいる。ローパスフィルタ２１２、２１４のカットオフ周波数は、好ましくは、２００Ｈｚ以下であり、ステレオ信号Ｌ／Ｒから低周波帯域の信号が抽出される。遅延回路２１６、２１８は、非相関処理部２００による信号処理時間に応じた時間だけ信号伝播を遅延させる。

図８は、非相関化処理部の構成を示すブロック図である。非相関処理部２００は、サラウンド信号ＳＬ生成部３１０とサラウンド信号ＳＲ生成部３２０によりサラウンド信号ＳＬおよびサラウンド信号ＳＲを生成する。サラウンド信号ＳＬ生成部３１０は、ステレオ信号Ｌを入力し、ステレオ信号Ｌを遅延する遅延回路３１２、ステレオ信号Ｒを入力し、ステレオ信号Ｒからステレオ信号Ｌの相関成分を抽出し、ステレオ信号Ｒの非相関化処理を行う適応ディジタルフィルタ（ＡＤＦ）３１４、ＡＤＦ３１４のフィルタ係数をＬＭＳ（最小二乗平均）アルゴリズムにより算出するＬＭＳ（係数算出部）３１６、遅延回路３１２の出力とＡＤＦ３１４の出力の差分を求める加算回路３１８を含み、加算回路３１８からサラウンド信号ＳＬ’を出力する。

サラウンド信号ＳＲ生成部３２０は、一方のステレオ信号Ｒを入力し、ステレオ信号Ｒの遅延処理を行う遅延回路３２２、ステレオ信号Ｌを入力し、ステレオ信号Ｌからステレオ信号Ｒの相関成分を抽出し、ステレオ信号Ｌの非相関化処理を行う適応ディジタルフィルタ（ＡＤＦ）３２４、ＡＤＦ３２４のフィルタ係数の更新を行うＬＭＳ（係数算出部）３２６、遅延回路３２２の出力とＡＤＦ３２４の出力の差分を求める加算回路３２８を含み、加算回路３２８からサラウンド信号ＳＲ’を出力する。

ＳＬ信号生成部３１０およびＳＲ信号生成部３２０のＡＤＦ３１４、３２４は、例えば、１サンプル毎（例：サンプリング周波数４４．１ｋＨｚであれば、１／４４１００[sec]）にＡＤＦの係数Ｗを更新する。ＡＤＦ３１４、３２４の係数更新式は、式（１）によって表される。

ここで、WはADFの係数、μはステップサイズパラメータ（0以上1以下の値）、e(n)はエラー信号（=サラウンドSL/SR信号）、x(n)は入力信号を示す。

また、ＳＬ信号生成部３１０およびＳＲ信号生成部３２０のＬＭＳ３１６、３２６は、それぞれ式（２）および式（３）により係数を算出する。

また、e_SL(n)、e_SR(n)は、式（４）および式（５）によって表される。

加算処理部２２０は、遅延回路２１６、２１８からの出力信号のゲインを調整する増幅器２２２、２２４と、非相関処理部２００からの出力ＳＬ’／ＳＲ’のゲインを調整する増幅器２２６、２２８と、増幅器２２２の出力と増幅器２２６の出力を加算する加算器２３０と、増幅器２２４の出力と増幅器２２８の出力を加算する加算器２３２とを含んでいる。加算器２３０、２３２により、ステレオ信号Ｌ／Ｒの低周波帯域が非相関処理されたサラウンド信号ＳＬ’／ＳＲ’にブレンドされ、サラウンド信号ＳＬ／ＳＲが生成される。

本実施例では、非相関処理されたサラウンド信号ＳＬ’／ＳＲ’において不足する低域が、ローパスフィルタによって抽出された低周波数帯域の信号によって増強されるため、量感のあるサラウンド信号ＳＬ／ＳＲを得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。図９は、非相関処理部のステップサイズパラメータμを可変したときのサラウンド出力の波形である。非相関処理部２００へのステレオ入力Ｌ／Ｒに同一のピンクノイズを用い、ステップサイズパラメータμを、０．０１／０．００１／０．００００１に変化させたときのサラウンド信号ＳＬ’を、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。

非相関処理部２００は、相関除去フィルタの役割、すなわち非相関成分抽出を行う役割を持つ。入力信号としたピンクノイズは、入力Ｌ／Ｒが同一のため、相関は最も高く（ほぼ１）なり、従って非相関成分はほぼ無いと言える。この結果、図９（ａ）〜（ｃ）から分かるように、ステップサイズパラメータμが大きいほど、高音域までの相関除去が可能で、ステップサイズパラメータμが小さいと低音域まで残っている。つまり、ステップサイズパラメータμによって、非相関処理部の非相関信号を抽出する度合いを制御することが可能である。

上記の例は、相関が高いピンクノイズを入力としたが、実際には、音楽信号を入力とする。音楽信号は、レコーディングミキサーがミックスダウン時において、残響、位相等を付加するため、相関変化が大きくなる。従って、図９（ａ）〜（ｃ）に比べ、全帯域の出力レベルは上昇するが、ステップサイズパラメータμが大きいほど高音域までの相関除去が可能で、ステップサイズパラメータμが小さいと低音域まで残るという関係を維持する。

第２の実施例では、ステップサイズパラメータに応じて加算処理部２２０（図７を参照）の増幅器２２２、２２４、２２６、２２８のゲインを可変する。図１０は、ステップサイズパラメータとゲイン配分の好ましい関係を説明する図である。ステップサイズパラメータを大きくする場合には、相関成分が低域から高域まで除去され、サラウンド信号ＳＬ’／ＳＲ’の低域の抽出が難しくなるので、増幅器２２２、２２４のゲインを増幅器２２６、２２８のゲインに比べて相対的に大きくし、ステレオ信号Ｌ／Ｒの低周波帯域の音声信号の加算割合を大きくする。これにより、サラウンド信号ＳＬ／ＳＲの低域が補強される。

反対に、ステップサイズパラメータを小さくする場合には、相対的にサラウンド信号ＳＬ’／ＳＲ’に相関成分が残る。このため、増幅器２２２、２２４のゲインを、増幅器２２６、２２８のゲインに比べ相対的に小さくし、ステレオ信号Ｌ／Ｒの低周波帯域の音声信号の加算割合を小さくする。

さらに、図７に示すローパスフィルタ２１２、２１４のカットオフ周波数を増幅器２２２、２２４またはステップサイズパラメータと連動して可変するようにしてもよい。すなわち、図１０に示すように、増幅器２２２、２２４
のゲインを相対的に大きくする場合には、より低域が補強されるように、ローパスフィルタ２１２、２１４のカットオフ周波数を大きくし（例えば、２００Ｈｚ）、２００Ｈｚ以下の低周波帯域の信号が加算されるようにする。反対に、増幅器２２２、２２４のゲインを相対的に小さくする場合には、ローパスフィルタ２１２、２１４のカットオフ周波数を小さくし（例えば、８０Ｈｚ）、８０Ｈｚ以下の低周波帯域の信号が加算されるようにする。増幅器２２２、２２４のゲインが中間レベルにあるとき、またはステップサイズパラメータが０．０００１であるとき、ローパスフィルタ２１２、２１４のカットオフ周波数を可変する範囲の中間（例えば、１５０Ｈｚ）に設定する。

ステップサイズパラメータと増幅器のゲインとを連動させるため、例えば、図１１のテーブルに示すように、車載用オーディオ装置にモード設定を与えるようにしてもよい。モード１、２、３のいずれかを選択することにより、ステップサイズパラメータを可変する。例えば、モード１のとき、ステップサイズパラメータを０．００１と大きくし、このとき増幅器２２６、２２８のゲインを小さくし、増幅器２２２、２２４のゲインを大きくする。モード２のとき、ステップサイズパラメータを０．０００１とし、増幅器２２６、２２８のゲインと、増幅器２２２、２２４のゲインとをほぼ等しくする。そして、モード３のとき、ステップサイズパラメータを０．００００１とし、増幅器２２６、２２８のゲインを小さくし、増幅器２２２、２２４のゲインを大きくする。

また、ローパスフィルタ２１２、２１４のカットオフ周波数を可変させる場合には、上記したように、モード１のとき、増幅器２２２、２２４のゲインの増加に連動するように、ローパスフィルタのカットオフ周波数を最大とし、モード３のとき、ローパスフィルタのカットオフ周波数を最小とし、モード２のとき、カットオフ周波数を最大と最小の中間にする。

モードは、ユーザ入力により適宜設定できるようにし、その設定に応じて、コントローラ５０（図４を参照）は、サラウンド生成部４０にステップサイズパラメータおよびこれに連動した増幅器のゲインおよびローパスフィルタのカットオフ周波数を可変する命令を与える。これにより、サラウンド信号ＳＬ／ＳＲの低音または量感を、再生するオーディオ信号や環境に応じて変更することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。上記実施例では、ＦＭ放送のステレオ信号からサラウンド信号を生成する例を示したが、勿論、これ以外のステレオ信号からサラウンド信号を生成し、再生するものであってもよい。

本発明は、ラジオ放送やテレビ放送で受信したオーディオ信号を再生するビデオ・オーディオ装置等において利用される。

従来のＦＩＲフィルタによる適応非相関化器の構成例を示す図である。従来の車載用オーディオ装置に設けられるサラウンド生成装置の構成を示すブロック図である。図３（ａ）は、フロントＦＬ／ＦＲの音域と出力レベルの関係を示し、図３（ｂ）は、リアチャンネルＳＬ／ＳＲの音域と出力レベルの関係を示す図である。本発明の実施例に係る車載用オーディオ装置の構成を示すブロック図である。車内空間におけるスピーカのレイアウトを示す図である。受信モジュールの構成を示すブロック図である。本実施例のサラウンド生成部の構成を示すブロック図である。本実施例の非相関処理部の構成を示すブロック図である。非相関処理部のステップサイズパラメータを可変したときのサラウンド信号ＳＬの出力波形を示す図である。本発明の第２の実施例によるステップサイズパラメータとゲイン配分の好ましい関係を示す図である。車載用オーディオ装置のモードとステップサイズパラメータとの関係を示すテーブルである。

符号の説明

１０：車載用オーディオ装置２０：アンテナ
３０：受信モジュール４０：サラウンド生成部
５０：コントローラ２００：非相関処理部
２１０：抽出部２１２：ローパスフィルタ
２１４：ローパスフィルタ２１６：遅延回路
２１８：遅延回路２２０：加算処理部
２２２〜２２８：増幅器２３０、２３２：加算器
３１０：ＳＬ信号生成部３１２：遅延回路
３１４：適応ディジタルフィルタ３１６：ＬＭＳ（係数算出部）
３１８：加算回路３２０：ＳＲ信号生成部
３２２：遅延回路３２４：適応ディジタルフィルタ
３２６：ＬＭＳ（係数算出部）３２８：加算回路

Claims

２チャンネルステレオ信号からマルチチャンネルのサラウンド信号を生成するサラウンド生成装置であって、
２チャンネルステレオ信号を入力し、当該ステレオ信号の相関成分を除去してステレオ信号の非相関化処理を行う非相関化処理手段と、
２チャンネルステレオ信号から所定周波数帯域の信号を抽出する抽出手段と、
前記非相関化処理手段の出力信号に前記抽出された信号を加算し、サラウンド信号を出力する加算手段と、
を有するサラウンド生成装置。
前記抽出手段は、低周波帯域の音声信号を抽出する、請求項１に記載のサラウンド生成装置。
前記抽出手段は、カットオフ周波数が２００Ｈｚ以下で設定が可能なローパスフィルタを含む、請求項１または２に記載のサラウンド生成装置。
前記加算手段は、前記抽出手段により抽出された信号のゲインを調整する第１の増幅器と、前記非相関化処理手段の出力信号のゲインを調整する第２の増幅器を含む、請求項１に記載のサラウンド生成装置。
サラウンド生成装置はさらに、前記非相関化処理手段に含まれる適応ディジタルフィルタのステップサイズパラメータを可変し、かつステップサイズパラメータの可変に応じて前記第１および第２の増幅器のゲインを可変する制御手段を有する、請求項４に記載のサラウンド生成装置。
前記制御手段は、ステップサイズパラメータが大きくなると、それに応答して第１の増幅器のゲインを大きくする、請求項５に記載のサラウンド生成装置。
前記抽出手段は、前記加算手段の第１の増幅器のゲインに応答して抽出する周波数帯域を可変する、請求項４ないし６いずれか１つに記載のサラウンド生成装置。
第１の増幅器のゲインが大きくされるとき、ローパスフィルタのカットオフ周波数を大きくする、請求項７に記載のサラウンド生成装置。
サラウンド生成装置はさらに、ステップサイズパラメータの可変を指示する入力手段を含む、請求項５または６に記載のサラウンド生成装置。