JP2010157954A - オーディオ再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】家庭でのホームシアターなどのマルチチャンネル音声再生において、サラウンドチャンネルのスピーカー本数を増やさずに、映画館でのサラウンド音場を提供するオーディオ再生装置を簡単な構成で実現する。
【解決手段】サラウンドＬチャンネル信号、サラウンドＲチャンネル信号をＡＤ変換器３，４でそれぞれデジタル信号に変換する。デジタルに変換されたサラウンドＬチャンネル信号、サラウンドＲチャンネル信号は、それぞれ音質補正装置５，６によって、人間が音像定位感を感じる手がかりとする音圧周波数特性上の特徴部分を補正される。サラウンドＬチャンネル信号、サラウンドＲチャンネル信号はＤＡ変換器７，８でアナログ信号に変換され、サラウンドＬ，Ｒスピーカー１１，１２で出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチチャンネル音声信号を再生する再生装置、特に映画コンテンツを再生するホームシアターシステムに関わる。

昨今のＡＶ機器でのオーディオ再生は、ホームシアター関連技術の開発が盛んであり、視聴者の周辺に複数のスピーカーを配置し、全方向の臨場感を高めている。とりわけＤＶＤの開発により記録チャンネル数が増加し、２チャンネルステレオ方式から５．１チャンネルの音場再生へと発展し、現在では更に後方へ１本ないし、２本のスピーカーを追加し、６．１チャンネル、７．１チャンネルの音場再生へと拡大しつつある。具体的には、７．１チャンネル信号として、Ｄｏｌｂｙ ＰｒｏＬｏｇｉｃ IIＸで５．１チャンネル信号源からの拡張や、ＢＤ（Ｂｌｕ Ｒａｙ Ｄｉｓｃ）による７．１チャンネル記録そのものがある。

図４は、現在家庭で一般的に導入されている５．１チャンネルサラウンドシステムのスピーカー配置の一例である。

視聴ポイント４０の前方左側にＬチャンネルスピーカー４１、前方右側にＲチャンネルスピーカー４２、真ん中にＣチャンネルスピーカー４３が配置され、後方左側にサラウンドＬチャンネルスピーカー４４、後方右側にサラウンドＲチャンネルスピーカー４５が配置される。これら５チャンネルに加え、０．１チャンネル分として低域成分を出力するサブウーファー（ＳＷ）４６が室内に配置される。低域成分は定位性を持たないため、サブウーファーは部屋のどの位置に配しても問題はない。視聴者は同心円上に配置された５つのスピーカーの中心で試聴することで、臨場感あふれる音場を家庭で楽しむことができる。

次に、映画館でのスピーカー配置の一例を図５に示す（非特許文献１を参照）。縦長の室内の前方にはスクリーンがあり、その脇にＬチャンネル用のスピーカー（Ｌ）、Ｒチャンネル用のスピーカー（Ｒ）が設置されている。スクリーンの背後にはＣチャンネル用のスピーカー（Ｃ）がある。横の壁面に左右５つずつのサラウンドチャンネル用スピーカー（ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４、ＳＬ５、ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３、ＳＲ４、ＳＲ５）が配置され、後方の壁面には４つのサラウンドチャンネル用スピーカー（ＳＬ６、ＳＬ７、ＳＲ６、ＳＲ７）が配置される。左側に配置されたスピーカー（ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４、ＳＬ５、ＳＬ６、ＳＬ７）からはサラウンドＬチャンネルの信号が、右側に配置されたスピーカー（ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３、ＳＲ４、ＳＲ５、ＳＲ６、ＳＲ７）からはサラウンドＲチャンネルの音声が再生される。これは、映画館内の様々な位置の客席をカバーするためにとられている方法である。映画製作時でも映画館でのこのスピーカー配置を考慮して、サラウンドチャンネル信号には明確な音源定位を持たない、例えば風の音や雨の音といった場の雰囲気を表す音声を出力させることが多い。この場合、観客はどのスピーカーから音が出力されているということが意識されない。このような複数のサラウンドスピーカーから生成されるサラウンド音場はディフューズサラウンドと呼ばれている。

一方、前述の家庭用のシアターシステムで実施されているような１対のサラウンドスピーカーを直接視聴ポイントへ向けることで生成されるサラウンド音場はダイレクトサラウンドと呼ばれている。
Multimedia Monitoring Tutorial Booklet 2ndEdition rev.3.5.2

家庭用のシアターシステムで、映画のサラウンドチャンネルによく割り当てられている場の雰囲気を表現する音声を再生する場合、スピーカーが設置されている方向に音像が定位してしまうため、音は聞こえるがどのスピーカーから出力されているかを意識しない映画館のような音場を再現することは難しい。

家庭でも映画館と同様にサラウンドチャンネル信号の再生を複数のスピーカーで行うことでディフューズサラウンド音場を生成することができる。しかしその場合には、増設スピーカー設置用の場所が必要であり、なおかつスピーカーを購入するための費用もかかる、という課題がある。

そこで本発明は、家庭用のシアターシステムでサラウンドチャンネル用スピーカーを増設することなく、映画館のようなディフューズサラウンド音場を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明では、サラウンドチャンネル音声の定位感を検知する手がかりとなる周波数特性の特徴的な部分（スペクトラルキュー）を補正する音質補正手段を備えている。このような構成により、映画館のようなサラウンド音場を楽しむことができる。

以下、音声の定位感を検知する仕組みについて説明する。人間は、左右方向の音像の定位角を音響伝達関数の両耳間のレベル差と時間差によって判別する。つまり、ある方向から到来する音の方向を、両方の耳に到達した時のレベルの差と、両方の耳に到達するまでの時間差を基に判断する。

一方、上下方向の音像の定位角については、音響伝達関数の音圧周波数特性が判断に大きく寄与する。音源の上下方向の角度を変えると、頭部や肩、耳の形状による回折や干渉によって音圧周波数特性が変化する。例えば図６に示すように、測定ポイント６０の正面０°方向から、音源を正中面内で等距離に３０°ごとに真後ろまで移動させて音圧周波数特性を測定する。音源の位置が０°〜１８０°に設置したスピーカー６１〜６７の音圧周波数特性が、図７の７１〜７７になる。特に、１ｋＨｚ以上の周波数帯域で音圧のピークやディップが発生し、音源の角度に応じてその起こり方が変わる。その中でも特に特徴的な部分を人間は感知し、周波数特性から音像の定位角を判断する。図７中の８１〜８７は、周波数特性７１〜７７を３分の１オクターブ単位で表示したものから、更に特徴的なピークやディップを抽出した周波数特性である。この音圧のピークやディップの部分がスペクトラルキューと呼ばれている。

このスペクトラルキューは、上下方向の音源の角度変化だけではなく、水平方向の角度変化でも発生する。水平方向の定位感は、上述の両耳間時間差や両耳間レベル差が支配的ではあるが、スペクトラルキューによる判断も可能である。

実際に存在しない定位角の音像を実在する他の音源を用いて模擬する場合、模擬したい定位角から試聴ポイントまでの音響伝達関数を実際の音源からの出力信号に畳み込んで出力する。

模擬したい定位角に擬似的に配置した複数のスピーカーから試聴ポイントまでの音響伝達関数を畳み込んだサラウンドチャンネル信号をダイレクトサラウンドのスピーカーから出力させれば、ディフューズサラウンド音場を再現することができる。より精密に再現するためには、それぞれの音像の定位角での両耳間時間差や両耳間レベル差を再現する必要がある。

しかし、両耳間時間差や両耳間レベル差は場所によって大きく変化する。すなわち、求めた複数の両耳間時間差や両耳間レベル差の効果を利用できるポイントは限られており、試聴ポイントからずれた場所では、これら定位角の音像を再現することが難しい。

一方、音圧周波数特性は、場所による影響が少なく、上記２つの両耳間特性と比べて効果を享受できるエリアを広く取れる。サラウンドチャンネルスピーカーから出力する信号に、複数の音響伝達関数のスペクトラルキューをイコライジングすることによって、人間は実際に音声が出力されている方向以外からも音声が到来していると検知し、ディフューズサラウンド音場を模擬することに相当する効果を与えることができる。

（参考文献１）イェンス・ブラウエルト、森本政之、後藤敏幸、“空間音響”
（参考文献２）飯田一博,伊藤元邦,森本政之,“Spectral Cueと両耳間差Cueに基づいたParametric-HRTF -正中面内における音像定位精度の検証-,”日本音響学会講演論文集,461‐462（2005年9月）

上記目的を達成するために本発明のオーディオ再生装置は、サラウンドＬチャンネル信号とサラウンドＲチャンネル信号とを含むマルチチャンネル信号を再生するオーディオ再生装置であって、サラウンドＬチャンネル信号の音像定位感を減少させる効果を持つ第１の周波数特性を前記サラウンドＬチャンネル信号に畳み込む第１の音質補正手段と、サラウンドＲチャンネル信号の音像定位感を減少させる効果を持つ第２の周波数特性を前記サラウンドＲチャンネル信号に畳み込む第２の音質補正手段とを具備したものである。

また、前記第１の周波数特性は、視聴点の左側の位置に配置された複数のスピーカーから前記視聴点の左耳までのそれぞれの周波数特性を合成した周波数特性であり、前記第２の周波数特性は、視聴点の右側の位置に配置された複数のスピーカーから前記視聴点の右耳までのそれぞれの周波数特性を合成した周波数特性であることを特徴とするものである。

また、前記第１の周波数特性は、サラウンドＬチャンネルスピーカーの位置から視聴点の左耳までの周波数特性の逆特性であり、前記第２の周波数特性は、サラウンドＲチャンネルスピーカーの位置から視聴点の右耳までの周波数特性の逆特性であることを特徴とするものである。

以上のように本発明のオーディオ再生装置によれば、少ないスピーカー本数で一般家庭でも映画館でのサラウンド音場を楽しむことができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１におけるオーディオ再生装置について、以下にその動作と各構成要素を詳しく説明する。図１は本発明の実施の形態１におけるオーディオ再生装置の構成を示すブロック図である。

入力端子１，２から入力されたアナログサラウンドＬチャンネル信号（ＳＬ信号）、アナログサラウンドＲチャンネル信号（ＳＲ信号）は、それぞれＡＤ変換器３，４を通してデジタルサラウンド信号に変換される。

デジタルサラウンドＬチャンネル信号はイコライザ（音質補正装置）５によって、また、デジタルサラウンドＲチャンネル信号はイコライザ（音質補正装置）６によって、それぞれのイコライザに設定されている音圧周波数特性でイコライジングされる。

イコライザ５，６に設定されているそれぞれの音圧周波数特性の測定方法について説明する。図２はイコライザ５，６に設定されている音圧周波数特性の測定方法を示す図である。視聴ポイントを中心とした同心円上に同じ特性のスピーカー２３〜２６を、６０°、９０°、１２０°、１５０°と角度を変えた複数位置に配置する。視聴ポイントには、人間の頭部を模擬し、外耳道入り口にマイク２１，２２を具備するダミーヘッドマイク２０を設置する。このダミーヘッドマイク２０によって各スピーカーの音圧周波数特性を測定する。

図３（ａ）は、スピーカー２３から出力した周波数特性測定用信号を、ダミーヘッドマイク２０の左耳の位置に設置したマイク２１で測定した音圧周波数特性のスペクトラルキューのディップ部分を抜き出したものである。図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はスピーカー２４，２５，２６から出力した周波数特性測定用信号を用いて測定した音圧周波数特性である。

それら音圧周波数特性の各周波数におけるｄＢ値を加算することにより合成したものが、図３（ｅ）に示す合成周波数特性である。これは、スピーカー２３〜２６の音圧周波数特性のスペクトラルキューを反映しており、これがイコライザ５に、デジタルサラウンドＬチャンネルに畳み込む音圧周波数特性として設定される。

イコライザ６で設定する音圧周波数特性については、図２中の、−６０°、−９０°、−１２０°、−１５０°にそれぞれ配置したスピーカー２７〜３０の音圧周波数特性を基に算出する。スピーカー２７〜３０の位置は、視聴ポイントの正中面に対してスピーカー２３〜２６と対称の位置にあるので、算出する音圧周波数特性はそれぞれ同じものとなり、イコライザ６で設定する音圧周波数特性はイコライザ５で設定するそれと同じ合成周波数特性となる。

イコライザ５で合成周波数特性を畳み込まれたデジタルサラウンドＬチャンネル信号はＤＡ変換器７でアナログ信号に変換され、アンプ９で適切なレベルに増幅された後にサラウンドＬチャンネルスピーカー１１から出力される。同様に、イコライザ６で合成周波数特性を畳み込まれたデジタルサラウンドＲチャンネル信号はＤＡ変換器８でアナログ信号に変換され、アンプ１０で増幅された後にサラウンドＲチャンネルスピーカー１２から出力される。サラウンドＬチャンネルスピーカー１１から出力されたサラウンド信号は、６０°、９０°、１２０°、１５０°に音像を定位させた場合のスペクトラルキューを反映させているので、視聴者は実スピーカーであるサラウンドＬチャンネルスピーカー１１の設置方向の定位感だけでなく、左側の別方向からの音声が到来しているように感じる。これによって、ディフューズサラウンド音場を体感することが可能となる。

本実施の形態では、入力信号にサラウンドチャンネルを用いているが、サラウンドバックチャンネル信号、またはサラウンドチャンネル、サラウンドバックチャンネルとは別の、サラウンド音場を表現するために用意された信号を入力信号に用いても同様の効果が得られる。

また、イコライザ５，６にて設定される音圧周波数特性は、本実施の形態では、ディフューズサラウンド音場を構成する複数のスピーカーの音像定位感を再現することによって、実在のスピーカーから出力される音声の音像定位感が相対的に弱くなるような特性を実装したが、例えば、実在のスピーカーの設置方向の定位角を示すスペクトラルキューの逆特性の音圧周波数特性を設定することにより、実在のスピーカーの設置方向の定位角を示すスペクトラルキューをキャンセルして音像定位感を弱めるようにしても構わない。この場合、上記音圧周波数特性は、スピーカー１１の設置方向に設置したスピーカーからマイク２１までの音圧周波数特性の逆特性、および、スピーカー１２の設置方向に設置したスピーカーからマイク２２までの音圧周波数特性の逆特性となる。要は、実在のスピーカー（この場合はサラウンドチャンネル用スピーカー）を設置している方向の定位角における音像定位感を鈍らせるような音圧周波数特性を、イコライザ５，６に設定するのが本発明の特徴である。

本発明のオーディオ再生装置によれば、一般家庭で導入されているホームシアターシステムのサラウンドスピーカーの構成で、映画のサラウンド音場を映画館に近い雰囲気で楽しむことができる。本来複数のスピーカーを用いて作られる音場を、サラウンドスピーカーを多く置けないが、映画を楽しみたい一般家庭において有用である。

本発明の実施の形態１におけるオーディオ再生装置のブロック図 本発明の実施の形態１における音質補正装置に設定する音圧周波数特性の測定の様子を示した図 本発明の実施の形態１における音質補正装置に設定する音圧周波数特性を示すグラフ ５．１チャンネルサラウンドシステムのスピーカー配置図 映画館でのスピーカー配置の一例を示す図 正中面内に音源が移動した時の音圧周波数特性の測定の様子を示した図 正中面内に音源が移動した時の音圧周波数特性および３分の１オクターブ表示にしてスペクトラルキューを抽出した特性を示すグラフ

１，２ 入力端子
３，４ ＡＤ変換器
５，６ 音質補正装置
７，８ ＤＡ変換器
９，１０ アンプ
２０ ダミーヘッドマイク
２１，２２ マイク
２３〜３０ スピーカー
４０ 視聴ポイント
４１ Ｌチャンネルスピーカー
４２ Ｒチャンネルスピーカー
４３ Ｃチャンネルスピーカー
４４ サラウンドＬチャンネルスピーカー
４５ サラウンドＲチャンネルスピーカー
４６ サブウーファー
６０ 測定ポイント
６１〜６７ スピーカー
７１〜７７ 音圧周波数特性
８１〜８７ 音圧周波数特性

Claims (3)

1. サラウンドＬチャンネル信号とサラウンドＲチャンネル信号とを含むマルチチャンネル信号を再生するオーディオ再生装置であって、
   サラウンドＬチャンネル信号の音像定位感を減少させる効果を持つ第１の周波数特性を前記サラウンドＬチャンネル信号に畳み込む第１の音質補正手段と、
   サラウンドＲチャンネル信号の音像定位感を減少させる効果を持つ第２の周波数特性を前記サラウンドＲチャンネル信号に畳み込む第２の音質補正手段と
   を具備したオーディオ再生装置。
2. 前記第１の周波数特性は、視聴点の左側の位置に配置された複数のスピーカーから前記視聴点の左耳までのそれぞれの周波数特性を合成した周波数特性であり、
   前記第２の周波数特性は、視聴点の右側の位置に配置された複数のスピーカーから前記視聴点の右耳までのそれぞれの周波数特性を合成した周波数特性であることを特徴とする請求項１記載のオーディオ再生装置。
3. 前記第１の周波数特性は、サラウンドＬチャンネルスピーカーの位置から視聴点の左耳までの周波数特性の逆特性であり、
   前記第２の周波数特性は、サラウンドＲチャンネルスピーカーの位置から視聴点の右耳までの周波数特性の逆特性であることを特徴とする請求項１記載のオーディオ再生装置。

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