JP3562369B2 - 音像定位処理プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、音像定位処理技術に関し、より詳細には、簡易な構成でありながら優れたサラウンド効果が得られる音像定位処理技術に関する。
【従来の技術】
従来より、２つのスピーカによりサラウンド効果を得るために、種々の音像定位処理技術が提案されている。代表的には、図９に示すような音像定位処理装置が、特開平８−２６５８９９号公報に提案されている。この装置は、受聴者２の前方に配置した左右のスピーカ４Ｌ、４Ｒにより、仮想スピーカＸＬ、ＸＲから音が発せられているようにするためのものである。この装置を用いれば、２つのスピーカしかなくても、あたかも後方にスピーカＸＬ、ＸＲがあるかのごとく受聴者２の聴覚に訴えることができる。
図９の装置においては、４つのフィルタ６ａ、６ｂ、６ｃおよび６ｄを用いて、これを実現している。４つのフィルタの伝達関数Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ２１およびＨ２２は、それぞれ以下の通りである。
なお、ここで、ｈＬＬはスピーカ４Ｌから受聴者２の左耳２Ｌまでの伝達関数であり、ｈＬＲはスピーカ４Ｌから受聴者２の右耳２Ｒまでの伝達関数であり、ｈＲＬはスピーカ４Ｒから受聴者２の左耳２Ｌまでの伝達関数であり、ｈＲＲはスピーカ４Ｒから受聴者２の右耳２Ｒまでの伝達関数であり、ｈＬ’Ｌは仮想左スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、ｈＬ’Ｒは仮想左スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈＲ’Ｌは仮想右スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、そして、ｈＲ’Ｒは仮想右スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数である。
ところで、スピーカ４Ｌおよび４Ｒならびに仮想スピーカＸＬおよびＸＲの双方ともが、受聴者２の正面軸８に対して左右対称であれば、上式において、ｈＬＬ＝ｈＲＲ、ｈＬＲ＝ｈＲＬ、ｈＬ’Ｌ＝ｈＲ’Ｒ、およびｈＬ’Ｒ＝ｈＲ’Ｌが成立する。従って、Ｈ１１＝Ｈ２２、Ｈ１２＝Ｈ２１となり、図１０に示すように、２個のフィルタによって装置を実現することができる。ここで、フィルタ１０ａおよび１０ｂの伝達関数ＨＳＵＭおよびＨＤＩＦは以下の式で表される。
ＨＳＵＭ＝（ｈａ’＋ｈｂ’）／（ｈａ＋ｈｂ）
ＨＤＩＦ＝（ｈａ’−ｈｂ’）／（ｈａ−ｈｂ）
なお、ｈａ＝ｈＬＬ＝ｈＲＲ、ｈｂ＝ｈＬＲ＝ｈＲＬ、ｈａ’＝ｈＬ’Ｌ＝ｈＲ’Ｒ、ｈｂ’＝ｈＬ’Ｒ＝ｈＲ’Ｌである。
このように、左右対称の配置の場合には、簡素な構成によって、仮想的なスピーカ位置に音像を定位させることができる。
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術においては、２つのスピーカによってサラウンド効果を得ることが可能となるものの、前方スピーカの配置間隔によって決定されるステージ幅を広げることには何ら配慮がなされていない。従って、機器にスピーカが内蔵されスピーカの位置間隔を広くとることが困難な機器（例えば、テレビ）においては、前方ステージ幅が不十分であり、サラウンド効果が十分に得られないという問題がある。
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成でありながら優れたサラウンド効果が得られる音像定位処理技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
本発明は、音像定位処理プログラムを記録した記録媒体であって、該音像定位処理プログラムが、以下の処理をコンピュータに実行させることを含む：サラウンド信号を入力して、サラウンド信号を受聴者の側方に定位させるための信号を右スピーカおよび／または左スピーカに出力する側方定位手段を機能させること；前方左信号および前方右信号を入力し、これら信号に対し前記側方定位手段の遅延時間に等しい遅延を施した後、それぞれ左スピーカおよび右スピーカに出力する遅延手段を機能させること；および、前記側方定位手段にさらに前方左信号および／または前方右信号を与えることにより、左右各スピーカと受聴者の側方との間に前方左信号および前方右信号を定位させること。
本発明の別の実施形態においては、音像定位処理プログラムは、以下の処理をコンピュータに実行させることを含む：前方左信号と前方右信号との差信号を生成する差信号生成手段を機能させること；前記差信号生成手段によって生成された差信号を受けて、伝達関数Ｈｓに従って出力するフィルタ手段を機能させること；前方左信号に対して、前記フィルタ手段の遅延時間に等しい遅延を与える第１の遅延手段を機能させること；前方右信号に対して、前記フィルタ手段の遅延時間に等しい遅延を与える第２の遅延手段を機能させること；前記第１の遅延手段の出力と前記第２の遅延手段の出力とを加算する中央モノ信号生成手段を機能させること；前記中央モノ信号に前記フィルタ手段の出力を加算して、左または右スピーカに与えるための信号を生成する加算出力手段を機能させること；および、前記中央モノ信号から前記フィルタ手段の出力を減算して、左または右スピーカに与えるための信号を生成する減算出力手段を機能させること。ここで、伝達関数ＨｓはＨｓ＝（ｈａ’−ｈｂ’）／（ｈａ−ｈｂ）で示され、ｈａ’は右側の仮想スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈｂ’は左側の仮想スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈａは右スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、そして、ｈｂは左スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数である。
本発明のさらに別の実施形態においては、音像定位処理プログラムは、以下の処理をコンピュータに実行させることを含む：前方左信号に対して第１の係数による係数処理を施した信号と、前方右信号に対して第１の係数による係数処理を施した信号とを加算する第１の加算手段を機能させること；前方左信号に対して第２の係数による係数処理を施した信号と、前方右信号に対して第２の係数による係数処理を施して位相反転させた信号とを加算する第２の加算手段を機能させること；サラウンド左信号に対して第３の係数による係数処理を施した信号と、サラウンド右信号に対して第３の係数による係数処理を施した信号とを加算する第３の加算手段を機能させること；サラウンド左信号に対して第４の係数による係数処理を施した信号と、サラウンド右信号に対して第４の係数による係数処理を施して位相反転させた信号とを加算する第４の加算手段を機能させること；前記第１の加算手段の出力と前記第３の加算手段の出力とを加算する第５の加算手段を機能させること；前記第２の加算手段の出力と前記第４の加算手段の出力とを加算する第６の加算手段を機能させること；前記第５の加算手段の出力に対し、実質的に伝達関数ＨＳＵＭに従ってフィルタリング処理を施す第１のフィルタ手段を機能させること；前記第６の加算手段の出力に対し、実質的に伝達関数ＨＤＩＦに従ってフィルタリング処理を施す第２のフィルタ手段を機能させること；前記第１および第２のフィルタ手段による遅延時間を補償するため、前方左信号に対して遅延処理を施す第１の遅延処理手段を機能させること；前記第１および第２のフィルタ手段による遅延時間を補償するため、前方右信号に対して遅延処理を施す第２の遅延処理手段を機能させること；前記第１の遅延処理手段の出力に対し第６の係数による係数処理を施した信号と、前記第２の遅延処理手段の出力に対し第６の係数による係数処理を施した信号とを加算する第７の加算手段を機能させること；前記第１の遅延処理手段の出力に対し第５の係数による係数処理を施した信号と、第７の加算手段の出力と、前記第１のフィルタ手段の出力に対し第７の係数による係数処理を施した信号と、前記第２のフィルタ手段の出力に対し第７の係数による係数処理を施した信号とを加算する第８の加算手段を機能させること；前記第２の遅延処理手段の出力に対し第５の係数による係数処理を施した信号と、第７の加算手段の出力と、前記第１のフィルタ手段の出力に対し第７の係数による係数処理を施した信号と、前記第２のフィルタ手段の出力に対し第７の係数による係数処理を施して位相反転させた信号とを加算する第９の加算手段を機能させること；および、前記第８の加算手段の出力を左スピーカに与えるための出力とし、前記第９の加算手段の出力を右スピーカに与えるための出力とすること。ここで、前記伝達関数ＨＳＵＭおよびＨＤＩＦは以下の式で表され
ＨＳＵＭ＝（ｈａ’＋ｈｂ’）／（ｈａ＋ｈｂ）
ＨＤＩＦ＝（ｈａ’−ｈｂ’）／（ｈａ−ｈｂ）
ｈａ＝ｈＬＬ＝ｈＲＲ、ｈｂ＝ｈＬＲ＝ｈＲＬ、ｈａ’＝ｈＬ’Ｌ＝ｈＲ’Ｒ、ｈｂ’＝ｈＬ’Ｒ＝ｈＲ’Ｌであり、ｈＬＬは左スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、ｈＬＲは左スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈＲＬは右スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、ｈＲＲは右スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈＬ’Ｌは仮想左スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、ｈＬ’Ｒは仮想左スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈＲ’Ｌは仮想右スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、そして、ｈＲ’Ｒは仮想右スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数である。
好ましい実施形態においては、本発明の記録媒体は、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＭＤまたはフロッピーディスクから選択される。
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の好ましい実施形態を適用した音像定位処理装置について説明する。図１は、本発明に用いられるプログラムを実行させる手段としてデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）２２を用いる場合のハードウェア構成を示すブロック図である。
この装置によれば、前方左信号ＦＬ、前方右信号ＦＲ、サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲを入力として与え、左スピーカ４Ｌ用の信号ＬＯＵＴと右スピーカ４Ｒ用の信号ＲＯＵＴとを生成する。
信号ＦＬ、ＦＲ、ＳＬおよびＳＲは、サラウンドエンコードされたデジタルビットストリームまたはアナログ信号をＡ／Ｄ変換器によってデジタル化したデータを、マルチチャンネル・サラウンドデコーダ（図示せず）に入力してデコードを行うことによって得られ、ＤＳＰ２２に与えられる。マルチチャンネル・サラウンドデコーダは、ＤＳＰ２２と独立していてもよく、ＤＳＰ２２に内蔵されていてもよい。
ＤＳＰ２２は、メモリ２６に記録されたプログラムに従って処理を行い、左スピーカ用の信号ＬＯＵＴと右スピーカ用の信号ＲＯＵＴとを生成する。これらの信号は、Ｄ／Ａコンバータ２４によってアナログ信号に変換され、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えられる。なお、メモリ２６へのプログラムの格納等の処理は、マイクロプロセッサ２０によって行う。
メモリ２６のプログラムに基づいてＤＳＰ２２が行う処理を、図２に、シグナルフロー形式で示す。サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲは、側方定位手段（例えば、シャフラー型フィルタ）１２に与えられる。この側方定位手段１２からの出力を、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えることにより、図３に示すように、サラウンド左信号ＳＬおよびＳＲを、受聴者２の側方に仮想スピーカＸＬおよびＸＲとして定位させることができる。
一方、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲは、それぞれ、遅延手段１４Ｌおよび１４Ｒによって遅延処理が施された後、加算処理１８Ｌおよび１８Ｒによって側方定位手段１２の出力に加算され、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えられる。遅延手段１４Ｌは、側方定位手段１２および加算手段１６Ｌによる遅延に等しい遅延時間を与える。遅延手段１４Ｒは、側方定位手段１２および加算手段１６Ｒによる遅延に等しい遅延時間を与える。これにより、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲとサラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲとの間の遅延を補償することができる。このようにして、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲは、それぞれ、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えられ、該スピーカ４Ｌおよび４Ｒの位置に音像を形成する。
さらに、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲは、加算手段１６Ｌおよび１６Ｒを介して、側方定位手段１２に与えられる。これにより、前方左信号ＦＬは、スピーカ４Ｌの位置だけでなく、仮想スピーカＸＬの位置にも定位する。その結果、前方左信号ＦＬは、図３に示すように、両位置の間の位置ＸＸＬに定位する。同様に、前方右信号ＦＲは、位置ＸＸＲに定位する。従って、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲの定位位置を、スピーカ４Ｌおよび４Ｒの位置よりも外側に広げることができる。すなわち、前方スピーカ４Ｌおよび４Ｒの配置間隔が狭くとも、前方ステージの幅を狭くすることができる。また、前方ステージ幅を広げる定位処理を施すためのフィルタとして、側方定位手段１２を共用するような処理を行っているので、簡易な構成でこれを実現することができる。
必要に応じて、遅延手段１４Ｌおよび１４Ｒに与える前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲと、側方定位手段１２に与える前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲとの比率を変えることにより、スピーカ４Ｌおよび４Ｒと仮想スピーカＸＬおよびＸＲとの間で、前方左信号ＦＬの定位位置ＸＸＬおよび前方右信号ＦＲの定位位置ＸＸＲを移動させることができる。
（実施形態２）
本発明の別の実施形態を適用した音像定位処理装置について説明する。この装置によれば、中央信号Ｃ、前方左信号ＦＬ、前方右信号ＦＲ、サラウンド左信号ＳＬ、サラウンド右信号ＳＲおよび低音信号ＬＦＥを入力として与え、これらをスピーカ４Ｌおよび４Ｒとサブウーファ・スピーカ４Ｓとによって再現する。この装置をＤＳＰ２２を用いて実現する場合のハードウェア構成は、中央信号Ｃおよび低音信号ＬＦＥの入力およびサブウーファ・スピーカ用信号の出力ＳＵＢＯＵＴが設けられていること以外は図１と同様である。
なお、本実施形態においては、図４に示すように、受聴者２の正面軸８に対してスピーカ４Ｌおよび４Ｒが対称に配置され、かつ、仮想スピーカＸＬおよびＸＲが対称に配置される場合について説明する。ウーファ・スピーカ４Ｓによって出力される低音は、波長が長く指向性が弱いため、任意の適切な位置に配置することができる。
メモリ２６のプログラムに基づいてＤＳＰ２２が行う処理を、図５に、シグナルフロー形式で示す。サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲは、側方定位手段（例えば、シャフラー型フィルタ）１２に与えられる。この側方定位手段１２からの出力を、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えることにより、図４に示すように、サラウンド左信号ＳＬおよびＳＲを、受聴者２の側方に仮想スピーカＸＬおよびＸＲとして定位させることができる。
一方、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲには、それぞれ、中央信号Ｃが加算手段４４および４６によって加えられる。次いで、これらの信号は、それぞれ、遅延手段１４Ｌおよび１４Ｒによって遅延処理が施された後、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えられる。これにより、図４の位置ＸＣに中央信号を定位させることができる。このような中央信号Ｃを用いることにより、前方ステージを広げた場合の中抜け現象（中央付近の音声の厚みが失われる現象）を防止することができる。中央信号Ｃを用いた処理は、映画音声などのように中央付近に「せりふ」という重要な情報が多く含まれている場合に、特に有効である。
さらに、低音信号ＬＦＥが、フィルタ１２ＳＵＭおよび１２ＤＩＦの遅延を補償するための遅延処理３０を施した後、加算処理１８Ｌおよび１８Ｒを介して、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲに加算される。その後、加算処理５４によって、前方左信号ＦＬと前方右信号ＦＲとを加算し、この加算信号からローパスフィルタ６０によって低音部のみを取り出す。このローパスフィルタの出力に、遅延処理３０を施した低音信号ＬＦＥを加算処理６２によって加算して、ウーファ・スピーカ４Ｓに与える信号ＳＵＢＯＵＴとする。
さらに、本実施形態においては、ハイパスフィルタ処理５６および５８を行って低音部をカットし、スピーカ用信号ＬＯＵＴおよびＲＯＵＴを得る。
本実施形態によれば、スピーカ４Ｌおよび４Ｒが低音を十分に再生できない場合であっても、ウーファ・スピーカ４Ｓにより臨場感のある音場を得ることができる。
（実施形態３）
本発明のさらに別の実施形態を適用した音像定位処理装置について説明する。この装置によれば、前方２つのスピーカによって、Ｍ−Ｓ方式（モノ−サイド方式）のステレオ再生に必要な仮想スピーカＸＭ、ＸＬ、ＸＲを実現する。すなわち、この装置によれば、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲを入力して、図６の仮想スピーカＸＭ、ＸＬおよびＸＲの位置に音像を定位させるために、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与える信号ＬＯＵＴおよびＲＯＵＴを出力する。なお、本実施形態においても、図６に示すように、受聴者２の正面軸８に対してスピーカ４Ｌおよび４Ｒが対称に配置され、かつ、仮想スピーカＸＬおよびＸＲが対称に配置される場合について説明する。
この装置をＤＳＰ２２を用いて実現する場合のハードウェア構成は、基本的に図１と同様である。必要に応じて、入力Ｃ、ＳＬ、ＳＲおよびＬＦＥが設けられ得る。メモリ２６のプログラムに基づいてＤＳＰ２２が行う処理を、図７に、シグナルフロー形式で示す。
減算処理７０において、前方左信号ＦＬと前方右信号ＦＲとの差信号が演算される。この差信号は、９０度方向定位処理（代表的には、フィルタ手段）８０において、処理（代表的には、フィルタリング処理）される。これにより、Ｓ成分が演算される。また、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲは、９０度方向定位処理された信号の遅延を補償するため、遅延処理７８Ｌおよび７８Ｒが施される。遅延処理された後に、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲは加算処理７２において加算され、Ｍ成分（中央モノ成分）が生成される。
加算処理７４において、Ｍ成分とＳ成分とが加算され、左スピーカ４Ｌ用の信号ＬＯＵＴが得られる。また、減算処理７６においては、Ｍ成分からＳ成分が減算され、右スピーカ４Ｒ用の信号ＲＯＵＴが得られる。これらの信号を、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えると、Ｍ信号はスピーカ４Ｌおよび４Ｒの中間ＸＭに定位し、Ｓ信号は受聴者２の左側方の位置ＸＬに定位し、そして、−Ｓ信号は受聴者２の右側方ＸＲに定位する。このようにして、２つのスピーカ４Ｌおよび４Ｒだけで、Ｍ−Ｓ方式によるサラウンド効果のあるステレオ再生を実現できる。
本実施形態において、１つの９０度方向定位処理（フィルタ手段）８０によって、上記処理が可能となるのは、以下の理由による。
図６において、ｈａ＝ｈＬＬ＝ｈＲＲ、ｈｂ＝ｈＬＲ＝ｈＲＬとし、９０度方向定位処理８０の伝達関数ＨＭＳを次のように定義する。
【数１】
前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲに対して、信号ＭおよびＳを次のように定義する。
【数２】
Ｍ−Ｓ型定位処理は、以下の式を満足すればよい。
【数３】
ここで、ｈａ ２−ｈｂ ２が０でなければ、［ＨＭＳ］は、次式を計算することにより求められる。
【数４】
これを解くと
【数５】
が得られる。
ここで、実際のスピーカ４Ｌおよび４Ｒ間の距離が小さい場合には、ｈＭ、ｈａおよびｈｂは等しいとみなせ、ＨＭ＝１／２とすることができる。従って、Ｈｓの伝達関数を有する１つの９０度方向定位処理８０（フィルタ手段）のみで、実現することができる。
以上のように、本実施形態によれば、わずか１つのフィルタ手段によって、Ｍ−Ｓ方式のステレオ再生を２つのスピーカで実現することができる。従って、フィルタ処理の簡素化を図ることができる。
さらに、図７に示すように、本実施形態においては、遅延処理７８Ｌおよび７８Ｒが施された前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲを、それぞれ、それぞれ所定の係数ｋ３で、出力信号ＬＯＵＴおよびＲＯＵＴに加算するようにしている。従って、係数ｋ３を調整することにより、前方ステージの感覚的な幅を変化させることができる。
（実施形態４）
本発明のさらに別の実施形態を適用した音像定位処理装置について説明する。この装置のハードウェア構成は、実施形態２と同様である。メモリ２６のプログラムに基づいてＤＳＰ２２が行う処理を、図８に、シグナルフロー形式で示す。図８において、中央信号Ｃは、係数処理２０８ａおよび２０８ｂを施された後、加算処理４４および４６により、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲに加算される。なお、係数処理２０８ａおよび２０８ｂにおいては、任意に設定された０〜１の範囲の係数が乗じられる（以下同様である）。
加算処理４４および４６の出力は、遅延処理１４Ｌおよび１４Ｒに与えられる。遅延処理１４Ｌおよび１４Ｒでは、サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲの９０度方向定位処理による遅延を補償するための遅延が行われる。遅延処理は、ＤＳＰ２２がメモリ２６にデータを書き込み、遅延時間経過後にこれを読み出すことによって容易に実現できる。
遅延処理１４Ｌおよび１４Ｒの出力は、係数処理２０５ａおよび２０５ｂにおいて、係数ｋ５が乗じられた後、第２の出力要素として、加算処理５０および５２に与えられる。また、遅延処理１４Ｌおよび１４Ｒの出力は、係数処理２０６ａおよび２０６ｂにおいて、係数ｋ６が乗じられた後、加算処理４８にて加算され、第３の出力要素として、加算処理５０および５２に与えられる。
前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲは、係数処理２０２ａおよび２０２ｂによって係数ｋ２、−ｋ２が乗じられた後、加算処理４２において加算される。なお、マイナスの係数を乗じるということは、位相を反転させるということである。従って、加算処理４２においては、結果として、共に係数処理を施した前方左信号ＦＬと前方右信号ＦＲとの差信号が得られる。
サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲは、係数処理２０４ａおよび２０４ｂによって係数ｋ４、−ｋ４が乗じられた後、加算処理３４において加算される。この加算処理３４の出力は、先ほどの加算処理４２の出力と、加算処理３８において加算され、９０度方向定位処理１２ＤＩＦに与えられる。
前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲはまた、係数処理２０１ａおよび２０１ｂによって係数ｋ１が乗じられた後、加算処理４０において加算される。
サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲはまた、係数処理２０３ａおよび２０３ｂによって係数ｋ３が乗じられた後、加算処理３２において加算される。この加算処理３２の出力は、先ほどの加算処理４０の出力と、加算処理３６において加算され、９０度方向定位処理１２ＳＵＭに与えられる。
９０度方向定位処理１２ＳＵＭおよび９０度方向定位処理１２ＤＩＦは、下記の伝達関数ＨＳＵＭおよびＨＤＩＦを有するようなフィルタリング処理を行う。
ＨＳＵＭ＝（ｈａ’＋ｈｂ’）／（ｈａ＋ｈｂ）
ＨＤＩＦ＝（ｈａ’−ｈｂ’）／（ｈａ−ｈｂ）
なお、ｈａ＝ｈＬＬ＝ｈＲＲ、−ｈｂ＝ｈＬＲ＝ｈＲＬ、＝ｈａ’＝ｈＬ’Ｌ＝ｈＲ’Ｒ、ｈｂ’＝ｈＬ’Ｒ＝ｈＲ’Ｌである。
９０度方向定位処理１２ＳＵＭの出力は、係数処理２０７ａによって係数ｋ７が乗じられ、第１の出力信号要素として、加算処理５０および５２に与えられる。また、９０度方向定位処理１２ＤＩＦの出力は、係数処理２０７ｂによって係数ｋ７が乗じられ、第１の出力信号要素として加算処理５０に与えられ、係数処理２０７Ｃによって係数−ｋ７が乗じられ、第１の出力信号要素として、加算処理５２に与えられる。
低音信号ＬＦＥは、遅延処理３０が施された後、係数処理２０９ａによって係数ｋ９が乗じられて、加算処理５０および５２に与えられる。
加算処理５０および５２の出力は、係数処理２１１ａおよび２１１ｂによって係数ｋ１１が乗じられた後、ハイパスフィルタ処理５６および５８に与えられる。なお、このハイパスフィルタ処理５６および５８は、オンまたはオフ（つまり、フィルタ動作をするか、スルーパスとするか）を選択することができる。
ハイパスフィルタ処理５６および５８の出力は、左スピーカ用信号ＬＯＵＴおよび右スピーカ用信号ＲＯＵＴとなる。
加算処理５０および５２の出力はまた、係数処理２１２ａおよび２１２ｂによって係数ｋ１２が乗じられた後、加算処理５４において加算される。加算処理５４の出力は、ローパスフィルタ処理６０に与えられる。
ローパスフィルタ処理６０の出力は、遅延処理３０に係数ｋ１０を乗じたもの（係数処理２１０ａ）と、加算処理６２において加算される。加算処理６２の出力は、ウーファースピーカ用信号ＳＵＢＯＵＴとなる。
本実施形態によれば、１つの装置でありながら、各係数処理の計数値を変更するだけで、種々の再生方式やサラウンド効果等を容易に選択することができる。
以下、図８に示す各係数ｋ１〜ｋ１２の値と、これにより実現できる再生方式について、いくつかの具体例を説明する。
まず、２つのスピーカ４Ｌおよび４Ｒ（場合によりウーファースピーカ４Ｓも用いる）によって、２チャンネルステレオ方式の再生を実現する場合について説明する。この場合の入力信号は、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲである。
ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４、ｋ６、ｋ７、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ５およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、通常の２チャンネルステレオとなる。この場合、図４の４Ｌおよび４Ｒの位置に音像が定位する。
ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ６、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ１、ｋ２、ｋ７およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図９に示す仮想スピーカＸＬおよびＸＲの位置に定位させることができる。
ｋ３、ｋ４、ｋ６、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ１、ｋ２、ｋ５、ｋ７およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図４に示す仮想スピーカＸＸＬおよびＸＸＲの位置に定位させることができる。この場合、ｋ５の値を調整することにより、その定位位置を移動させることができる。
ｋ１、ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ２、ｋ６、ｋ７およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図６に示すＭ−Ｓ方式でのステレオ再生を実現することができる。
ｋ１、ｋ３、ｋ４、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ２、ｋ５、ｋ６、ｋ７およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図６および図７に示すＭ−Ｓ方式でのステレオ再生を実現することができる。さらに、実スピーカ４Ｌおよび４Ｒの位置にも音像を定位させることができる。
上記いずれの場合においても、ウーファースピーカ４Ｓを用いる場合には、ｋ１２を実質的に０でないようにすればよい。
次に、２つのスピーカ４Ｌおよび４Ｒ（場合によりウーファースピーカ４Ｓも用いる）によって、４チャンネルサラウンド方式の再生を実現する場合について説明する。この場合の入力信号は、前方左信号ＦＬ前方右信号ＦＲ、サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲである。
ｋ１、ｋ２、ｋ６、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ７およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、前方左信号ＦＬをスピーカ４Ｌに定位させ、前方右信号ＦＲをスピーカ４Ｒに定位させ、サラウンド左信号ＳＬをＸＬに定位させ、そしてサラウンド右信号ＳＲをＸＲに定位させたサラウンド再生を実現できる。
ｋ６、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ７およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図１および図２に示す４チャンネルサラウンド方式を実現できる。この場合、ｋ２および／またはｋ５を変更することにより、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲの定位位置ＸＸＬおよびＸＸＲを移動させることができる。
上記いずれの場合においても、ウーファースピーカ４Ｓを用いる場合には、ｋ１２を実質的に０でないようにすればよい。
次に、上記４チャンネルサラウンドに加えて、中央信号Ｃおよび低音信号ＬＦＥを入力する場合について説明する。
ｋ１、ｋ２、ｋ６、ｋ９およびｋ１２を実質的に０とし、ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ７、ｋ８、ｋ１０およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図４のＸＣ、４Ｌ、４Ｒ、ＸＬ、ＸＲおよびＸＳに定位する５．１チャンネルサラウンド方式を実現できる。
ｋ６、ｋ９およびｋ１２を実質的に０とし、ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ７、ｋ８、ｋ１０およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図４のＸＣ、ＸＸＬ、ＸＸＲ、ＸＬ、ＸＲおよびＸＳに定位する５．１チャンネルサラウンド方式を実現できる。
ｋ１、ｋ２、ｋ６、ｋ１０およびｋ１２を実質的に０とし、ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ７、ｋ８、ｋ９およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図４のＸＣ、４Ｌ、４Ｒ、ＸＬおよびＸＲに定位するウーファースピーカなしの５．０チャンネルサラウンド方式を実現できる。
なお、上記の実施形態においては、側方定位手段１２の定位方向を９０度としたが、受聴者の側方であればよい。また、側方定位手段１２として、シャフラー型フィルタを用いたが、ラティス型フィルタを用いてもよい。ラティス型フィルタを用いると、処理は複雑になるが、スピーカ配置を正面軸８に対称に限定する必要はない。
上記の実施形態においては、メモリ２６のプログラムに基づいてＤＳＰ２２が行う処理について説明してきたが、本発明の処理を行うプログラムは、ハードウェア構成に応じて種々の記録媒体に記録され得る。例えば、プログラムにより処理された信号を、通常の音響信号と同様にオーディオ記録媒体（例えば、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ）に記録することができる。また例えば、プログラムにより処理された信号を、映像・音響ファイル（例えば、ｗａｖｅファイル、ＡＣ３ファイル）としてコンピュータ用記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク）に記録することができる。さらに、本発明の処理を行うプログラムは、ＤＳＰのファームウェアとしてだけではなく、エンコードソフトウェアとしても適用され得る。
本発明は、映像・音響再生装置だけでなく、遊戯機器（例えば、パチンコ機、いわゆるアーケードゲーム機）、エフェクター、ゲームソフトウェアなどにも好適に適用され得る。
【発明の効果】
本発明によれば、簡易な構成でありながら優れたサラウンド効果が得られる音像定位処理技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられるプログラムを実行させる手段としてＤＳＰを用いる場合のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態による処理内容を、シグナルフローで表した図である。
【図３】図２の処理による音像定位の状態を説明するための概略図である。
【図４】図５の処理による音像定位の状態を説明するための概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態による処理内容を、シグナルフローで表した図である。
【図６】図７の処理による音像定位の状態を説明するための概略図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態による処理内容を、シグナルフローで表した図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態による処理内容を、シグナルフローで表した図である。
【図９】従来の音像定位処理装置（ラティス型）を説明するための概略図である。
【図１０】従来の音像定位処理装置（シャフラー型）を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１２ 側方定位手段
１４Ｌ、１４Ｒ 遅延手段
１６Ｌ、１６Ｒ 加算手段
本発明は、音像定位処理技術に関し、より詳細には、簡易な構成でありながら優れたサラウンド効果が得られる音像定位処理技術に関する。
【従来の技術】
従来より、２つのスピーカによりサラウンド効果を得るために、種々の音像定位処理技術が提案されている。代表的には、図９に示すような音像定位処理装置が、特開平８−２６５８９９号公報に提案されている。この装置は、受聴者２の前方に配置した左右のスピーカ４Ｌ、４Ｒにより、仮想スピーカＸＬ、ＸＲから音が発せられているようにするためのものである。この装置を用いれば、２つのスピーカしかなくても、あたかも後方にスピーカＸＬ、ＸＲがあるかのごとく受聴者２の聴覚に訴えることができる。
図９の装置においては、４つのフィルタ６ａ、６ｂ、６ｃおよび６ｄを用いて、これを実現している。４つのフィルタの伝達関数Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ２１およびＨ２２は、それぞれ以下の通りである。
ところで、スピーカ４Ｌおよび４Ｒならびに仮想スピーカＸＬおよびＸＲの双方ともが、受聴者２の正面軸８に対して左右対称であれば、上式において、ｈＬＬ＝ｈＲＲ、ｈＬＲ＝ｈＲＬ、ｈＬ’Ｌ＝ｈＲ’Ｒ、およびｈＬ’Ｒ＝ｈＲ’Ｌが成立する。従って、Ｈ１１＝Ｈ２２、Ｈ１２＝Ｈ２１となり、図１０に示すように、２個のフィルタによって装置を実現することができる。ここで、フィルタ１０ａおよび１０ｂの伝達関数ＨＳＵＭおよびＨＤＩＦは以下の式で表される。
ＨＳＵＭ＝（ｈａ’＋ｈｂ’）／（ｈａ＋ｈｂ）
ＨＤＩＦ＝（ｈａ’−ｈｂ’）／（ｈａ−ｈｂ）
なお、ｈａ＝ｈＬＬ＝ｈＲＲ、ｈｂ＝ｈＬＲ＝ｈＲＬ、ｈａ’＝ｈＬ’Ｌ＝ｈＲ’Ｒ、ｈｂ’＝ｈＬ’Ｒ＝ｈＲ’Ｌである。
このように、左右対称の配置の場合には、簡素な構成によって、仮想的なスピーカ位置に音像を定位させることができる。
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術においては、２つのスピーカによってサラウンド効果を得ることが可能となるものの、前方スピーカの配置間隔によって決定されるステージ幅を広げることには何ら配慮がなされていない。従って、機器にスピーカが内蔵されスピーカの位置間隔を広くとることが困難な機器（例えば、テレビ）においては、前方ステージ幅が不十分であり、サラウンド効果が十分に得られないという問題がある。
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成でありながら優れたサラウンド効果が得られる音像定位処理技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
本発明は、音像定位処理プログラムを記録した記録媒体であって、該音像定位処理プログラムが、以下の処理をコンピュータに実行させることを含む：サラウンド信号を入力して、サラウンド信号を受聴者の側方に定位させるための信号を右スピーカおよび／または左スピーカに出力する側方定位手段を機能させること；前方左信号および前方右信号を入力し、これら信号に対し前記側方定位手段の遅延時間に等しい遅延を施した後、それぞれ左スピーカおよび右スピーカに出力する遅延手段を機能させること；および、前記側方定位手段にさらに前方左信号および／または前方右信号を与えることにより、左右各スピーカと受聴者の側方との間に前方左信号および前方右信号を定位させること。
本発明の別の実施形態においては、音像定位処理プログラムは、以下の処理をコンピュータに実行させることを含む：前方左信号と前方右信号との差信号を生成する差信号生成手段を機能させること；前記差信号生成手段によって生成された差信号を受けて、伝達関数Ｈｓに従って出力するフィルタ手段を機能させること；前方左信号に対して、前記フィルタ手段の遅延時間に等しい遅延を与える第１の遅延手段を機能させること；前方右信号に対して、前記フィルタ手段の遅延時間に等しい遅延を与える第２の遅延手段を機能させること；前記第１の遅延手段の出力と前記第２の遅延手段の出力とを加算する中央モノ信号生成手段を機能させること；前記中央モノ信号に前記フィルタ手段の出力を加算して、左または右スピーカに与えるための信号を生成する加算出力手段を機能させること；および、前記中央モノ信号から前記フィルタ手段の出力を減算して、左または右スピーカに与えるための信号を生成する減算出力手段を機能させること。ここで、伝達関数ＨｓはＨｓ＝（ｈａ’−ｈｂ’）／（ｈａ−ｈｂ）で示され、ｈａ’は右側の仮想スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈｂ’は左側の仮想スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈａは右スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、そして、ｈｂは左スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数である。
本発明のさらに別の実施形態においては、音像定位処理プログラムは、以下の処理をコンピュータに実行させることを含む：前方左信号に対して第１の係数による係数処理を施した信号と、前方右信号に対して第１の係数による係数処理を施した信号とを加算する第１の加算手段を機能させること；前方左信号に対して第２の係数による係数処理を施した信号と、前方右信号に対して第２の係数による係数処理を施して位相反転させた信号とを加算する第２の加算手段を機能させること；サラウンド左信号に対して第３の係数による係数処理を施した信号と、サラウンド右信号に対して第３の係数による係数処理を施した信号とを加算する第３の加算手段を機能させること；サラウンド左信号に対して第４の係数による係数処理を施した信号と、サラウンド右信号に対して第４の係数による係数処理を施して位相反転させた信号とを加算する第４の加算手段を機能させること；前記第１の加算手段の出力と前記第３の加算手段の出力とを加算する第５の加算手段を機能させること；前記第２の加算手段の出力と前記第４の加算手段の出力とを加算する第６の加算手段を機能させること；前記第５の加算手段の出力に対し、実質的に伝達関数ＨＳＵＭに従ってフィルタリング処理を施す第１のフィルタ手段を機能させること；前記第６の加算手段の出力に対し、実質的に伝達関数ＨＤＩＦに従ってフィルタリング処理を施す第２のフィルタ手段を機能させること；前記第１および第２のフィルタ手段による遅延時間を補償するため、前方左信号に対して遅延処理を施す第１の遅延処理手段を機能させること；前記第１および第２のフィルタ手段による遅延時間を補償するため、前方右信号に対して遅延処理を施す第２の遅延処理手段を機能させること；前記第１の遅延処理手段の出力に対し第６の係数による係数処理を施した信号と、前記第２の遅延処理手段の出力に対し第６の係数による係数処理を施した信号とを加算する第７の加算手段を機能させること；前記第１の遅延処理手段の出力に対し第５の係数による係数処理を施した信号と、第７の加算手段の出力と、前記第１のフィルタ手段の出力に対し第７の係数による係数処理を施した信号と、前記第２のフィルタ手段の出力に対し第７の係数による係数処理を施した信号とを加算する第８の加算手段を機能させること；前記第２の遅延処理手段の出力に対し第５の係数による係数処理を施した信号と、第７の加算手段の出力と、前記第１のフィルタ手段の出力に対し第７の係数による係数処理を施した信号と、前記第２のフィルタ手段の出力に対し第７の係数による係数処理を施して位相反転させた信号とを加算する第９の加算手段を機能させること；および、前記第８の加算手段の出力を左スピーカに与えるための出力とし、前記第９の加算手段の出力を右スピーカに与えるための出力とすること。ここで、前記伝達関数ＨＳＵＭおよびＨＤＩＦは以下の式で表され
ＨＳＵＭ＝（ｈａ’＋ｈｂ’）／（ｈａ＋ｈｂ）
ＨＤＩＦ＝（ｈａ’−ｈｂ’）／（ｈａ−ｈｂ）
ｈａ＝ｈＬＬ＝ｈＲＲ、ｈｂ＝ｈＬＲ＝ｈＲＬ、ｈａ’＝ｈＬ’Ｌ＝ｈＲ’Ｒ、ｈｂ’＝ｈＬ’Ｒ＝ｈＲ’Ｌであり、ｈＬＬは左スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、ｈＬＲは左スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈＲＬは右スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、ｈＲＲは右スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈＬ’Ｌは仮想左スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、ｈＬ’Ｒは仮想左スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈＲ’Ｌは仮想右スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、そして、ｈＲ’Ｒは仮想右スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数である。
好ましい実施形態においては、本発明の記録媒体は、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＭＤまたはフロッピーディスクから選択される。
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の好ましい実施形態を適用した音像定位処理装置について説明する。図１は、本発明に用いられるプログラムを実行させる手段としてデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）２２を用いる場合のハードウェア構成を示すブロック図である。
この装置によれば、前方左信号ＦＬ、前方右信号ＦＲ、サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲを入力として与え、左スピーカ４Ｌ用の信号ＬＯＵＴと右スピーカ４Ｒ用の信号ＲＯＵＴとを生成する。
信号ＦＬ、ＦＲ、ＳＬおよびＳＲは、サラウンドエンコードされたデジタルビットストリームまたはアナログ信号をＡ／Ｄ変換器によってデジタル化したデータを、マルチチャンネル・サラウンドデコーダ（図示せず）に入力してデコードを行うことによって得られ、ＤＳＰ２２に与えられる。マルチチャンネル・サラウンドデコーダは、ＤＳＰ２２と独立していてもよく、ＤＳＰ２２に内蔵されていてもよい。
ＤＳＰ２２は、メモリ２６に記録されたプログラムに従って処理を行い、左スピーカ用の信号ＬＯＵＴと右スピーカ用の信号ＲＯＵＴとを生成する。これらの信号は、Ｄ／Ａコンバータ２４によってアナログ信号に変換され、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えられる。なお、メモリ２６へのプログラムの格納等の処理は、マイクロプロセッサ２０によって行う。
メモリ２６のプログラムに基づいてＤＳＰ２２が行う処理を、図２に、シグナルフロー形式で示す。サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲは、側方定位手段（例えば、シャフラー型フィルタ）１２に与えられる。この側方定位手段１２からの出力を、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えることにより、図３に示すように、サラウンド左信号ＳＬおよびＳＲを、受聴者２の側方に仮想スピーカＸＬおよびＸＲとして定位させることができる。
一方、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲは、それぞれ、遅延手段１４Ｌおよび１４Ｒによって遅延処理が施された後、加算処理１８Ｌおよび１８Ｒによって側方定位手段１２の出力に加算され、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えられる。遅延手段１４Ｌは、側方定位手段１２および加算手段１６Ｌによる遅延に等しい遅延時間を与える。遅延手段１４Ｒは、側方定位手段１２および加算手段１６Ｒによる遅延に等しい遅延時間を与える。これにより、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲとサラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲとの間の遅延を補償することができる。このようにして、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲは、それぞれ、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えられ、該スピーカ４Ｌおよび４Ｒの位置に音像を形成する。
さらに、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲは、加算手段１６Ｌおよび１６Ｒを介して、側方定位手段１２に与えられる。これにより、前方左信号ＦＬは、スピーカ４Ｌの位置だけでなく、仮想スピーカＸＬの位置にも定位する。その結果、前方左信号ＦＬは、図３に示すように、両位置の間の位置ＸＸＬに定位する。同様に、前方右信号ＦＲは、位置ＸＸＲに定位する。従って、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲの定位位置を、スピーカ４Ｌおよび４Ｒの位置よりも外側に広げることができる。すなわち、前方スピーカ４Ｌおよび４Ｒの配置間隔が狭くとも、前方ステージの幅を狭くすることができる。また、前方ステージ幅を広げる定位処理を施すためのフィルタとして、側方定位手段１２を共用するような処理を行っているので、簡易な構成でこれを実現することができる。
必要に応じて、遅延手段１４Ｌおよび１４Ｒに与える前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲと、側方定位手段１２に与える前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲとの比率を変えることにより、スピーカ４Ｌおよび４Ｒと仮想スピーカＸＬおよびＸＲとの間で、前方左信号ＦＬの定位位置ＸＸＬおよび前方右信号ＦＲの定位位置ＸＸＲを移動させることができる。
（実施形態２）
本発明の別の実施形態を適用した音像定位処理装置について説明する。この装置によれば、中央信号Ｃ、前方左信号ＦＬ、前方右信号ＦＲ、サラウンド左信号ＳＬ、サラウンド右信号ＳＲおよび低音信号ＬＦＥを入力として与え、これらをスピーカ４Ｌおよび４Ｒとサブウーファ・スピーカ４Ｓとによって再現する。この装置をＤＳＰ２２を用いて実現する場合のハードウェア構成は、中央信号Ｃおよび低音信号ＬＦＥの入力およびサブウーファ・スピーカ用信号の出力ＳＵＢＯＵＴが設けられていること以外は図１と同様である。
なお、本実施形態においては、図４に示すように、受聴者２の正面軸８に対してスピーカ４Ｌおよび４Ｒが対称に配置され、かつ、仮想スピーカＸＬおよびＸＲが対称に配置される場合について説明する。ウーファ・スピーカ４Ｓによって出力される低音は、波長が長く指向性が弱いため、任意の適切な位置に配置することができる。
メモリ２６のプログラムに基づいてＤＳＰ２２が行う処理を、図５に、シグナルフロー形式で示す。サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲは、側方定位手段（例えば、シャフラー型フィルタ）１２に与えられる。この側方定位手段１２からの出力を、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えることにより、図４に示すように、サラウンド左信号ＳＬおよびＳＲを、受聴者２の側方に仮想スピーカＸＬおよびＸＲとして定位させることができる。
一方、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲには、それぞれ、中央信号Ｃが加算手段４４および４６によって加えられる。次いで、これらの信号は、それぞれ、遅延手段１４Ｌおよび１４Ｒによって遅延処理が施された後、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えられる。これにより、図４の位置ＸＣに中央信号を定位させることができる。このような中央信号Ｃを用いることにより、前方ステージを広げた場合の中抜け現象（中央付近の音声の厚みが失われる現象）を防止することができる。中央信号Ｃを用いた処理は、映画音声などのように中央付近に「せりふ」という重要な情報が多く含まれている場合に、特に有効である。
さらに、低音信号ＬＦＥが、フィルタ１２ＳＵＭおよび１２ＤＩＦの遅延を補償するための遅延処理３０を施した後、加算処理１８Ｌおよび１８Ｒを介して、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲに加算される。その後、加算処理５４によって、前方左信号ＦＬと前方右信号ＦＲとを加算し、この加算信号からローパスフィルタ６０によって低音部のみを取り出す。このローパスフィルタの出力に、遅延処理３０を施した低音信号ＬＦＥを加算処理６２によって加算して、ウーファ・スピーカ４Ｓに与える信号ＳＵＢＯＵＴとする。
さらに、本実施形態においては、ハイパスフィルタ処理５６および５８を行って低音部をカットし、スピーカ用信号ＬＯＵＴおよびＲＯＵＴを得る。
本実施形態によれば、スピーカ４Ｌおよび４Ｒが低音を十分に再生できない場合であっても、ウーファ・スピーカ４Ｓにより臨場感のある音場を得ることができる。
（実施形態３）
本発明のさらに別の実施形態を適用した音像定位処理装置について説明する。この装置によれば、前方２つのスピーカによって、Ｍ−Ｓ方式（モノ−サイド方式）のステレオ再生に必要な仮想スピーカＸＭ、ＸＬ、ＸＲを実現する。すなわち、この装置によれば、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲを入力して、図６の仮想スピーカＸＭ、ＸＬおよびＸＲの位置に音像を定位させるために、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与える信号ＬＯＵＴおよびＲＯＵＴを出力する。なお、本実施形態においても、図６に示すように、受聴者２の正面軸８に対してスピーカ４Ｌおよび４Ｒが対称に配置され、かつ、仮想スピーカＸＬおよびＸＲが対称に配置される場合について説明する。
この装置をＤＳＰ２２を用いて実現する場合のハードウェア構成は、基本的に図１と同様である。必要に応じて、入力Ｃ、ＳＬ、ＳＲおよびＬＦＥが設けられ得る。メモリ２６のプログラムに基づいてＤＳＰ２２が行う処理を、図７に、シグナルフロー形式で示す。
減算処理７０において、前方左信号ＦＬと前方右信号ＦＲとの差信号が演算される。この差信号は、９０度方向定位処理（代表的には、フィルタ手段）８０において、処理（代表的には、フィルタリング処理）される。これにより、Ｓ成分が演算される。また、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲは、９０度方向定位処理された信号の遅延を補償するため、遅延処理７８Ｌおよび７８Ｒが施される。遅延処理された後に、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲは加算処理７２において加算され、Ｍ成分（中央モノ成分）が生成される。
加算処理７４において、Ｍ成分とＳ成分とが加算され、左スピーカ４Ｌ用の信号ＬＯＵＴが得られる。また、減算処理７６においては、Ｍ成分からＳ成分が減算され、右スピーカ４Ｒ用の信号ＲＯＵＴが得られる。これらの信号を、スピーカ４Ｌおよび４Ｒに与えると、Ｍ信号はスピーカ４Ｌおよび４Ｒの中間ＸＭに定位し、Ｓ信号は受聴者２の左側方の位置ＸＬに定位し、そして、−Ｓ信号は受聴者２の右側方ＸＲに定位する。このようにして、２つのスピーカ４Ｌおよび４Ｒだけで、Ｍ−Ｓ方式によるサラウンド効果のあるステレオ再生を実現できる。
本実施形態において、１つの９０度方向定位処理（フィルタ手段）８０によって、上記処理が可能となるのは、以下の理由による。
図６において、ｈａ＝ｈＬＬ＝ｈＲＲ、ｈｂ＝ｈＬＲ＝ｈＲＬとし、９０度方向定位処理８０の伝達関数ＨＭＳを次のように定義する。
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
ここで、実際のスピーカ４Ｌおよび４Ｒ間の距離が小さい場合には、ｈＭ、ｈａおよびｈｂは等しいとみなせ、ＨＭ＝１／２とすることができる。従って、Ｈｓの伝達関数を有する１つの９０度方向定位処理８０（フィルタ手段）のみで、実現することができる。
以上のように、本実施形態によれば、わずか１つのフィルタ手段によって、Ｍ−Ｓ方式のステレオ再生を２つのスピーカで実現することができる。従って、フィルタ処理の簡素化を図ることができる。
さらに、図７に示すように、本実施形態においては、遅延処理７８Ｌおよび７８Ｒが施された前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲを、それぞれ、それぞれ所定の係数ｋ３で、出力信号ＬＯＵＴおよびＲＯＵＴに加算するようにしている。従って、係数ｋ３を調整することにより、前方ステージの感覚的な幅を変化させることができる。
（実施形態４）
本発明のさらに別の実施形態を適用した音像定位処理装置について説明する。この装置のハードウェア構成は、実施形態２と同様である。メモリ２６のプログラムに基づいてＤＳＰ２２が行う処理を、図８に、シグナルフロー形式で示す。図８において、中央信号Ｃは、係数処理２０８ａおよび２０８ｂを施された後、加算処理４４および４６により、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲに加算される。なお、係数処理２０８ａおよび２０８ｂにおいては、任意に設定された０〜１の範囲の係数が乗じられる（以下同様である）。
加算処理４４および４６の出力は、遅延処理１４Ｌおよび１４Ｒに与えられる。遅延処理１４Ｌおよび１４Ｒでは、サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲの９０度方向定位処理による遅延を補償するための遅延が行われる。遅延処理は、ＤＳＰ２２がメモリ２６にデータを書き込み、遅延時間経過後にこれを読み出すことによって容易に実現できる。
遅延処理１４Ｌおよび１４Ｒの出力は、係数処理２０５ａおよび２０５ｂにおいて、係数ｋ５が乗じられた後、第２の出力要素として、加算処理５０および５２に与えられる。また、遅延処理１４Ｌおよび１４Ｒの出力は、係数処理２０６ａおよび２０６ｂにおいて、係数ｋ６が乗じられた後、加算処理４８にて加算され、第３の出力要素として、加算処理５０および５２に与えられる。
前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲは、係数処理２０２ａおよび２０２ｂによって係数ｋ２、−ｋ２が乗じられた後、加算処理４２において加算される。なお、マイナスの係数を乗じるということは、位相を反転させるということである。従って、加算処理４２においては、結果として、共に係数処理を施した前方左信号ＦＬと前方右信号ＦＲとの差信号が得られる。
サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲは、係数処理２０４ａおよび２０４ｂによって係数ｋ４、−ｋ４が乗じられた後、加算処理３４において加算される。この加算処理３４の出力は、先ほどの加算処理４２の出力と、加算処理３８において加算され、９０度方向定位処理１２ＤＩＦに与えられる。
前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲはまた、係数処理２０１ａおよび２０１ｂによって係数ｋ１が乗じられた後、加算処理４０において加算される。
サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲはまた、係数処理２０３ａおよび２０３ｂによって係数ｋ３が乗じられた後、加算処理３２において加算される。この加算処理３２の出力は、先ほどの加算処理４０の出力と、加算処理３６において加算され、９０度方向定位処理１２ＳＵＭに与えられる。
９０度方向定位処理１２ＳＵＭおよび９０度方向定位処理１２ＤＩＦは、下記の伝達関数ＨＳＵＭおよびＨＤＩＦを有するようなフィルタリング処理を行う。
ＨＳＵＭ＝（ｈａ’＋ｈｂ’）／（ｈａ＋ｈｂ）
ＨＤＩＦ＝（ｈａ’−ｈｂ’）／（ｈａ−ｈｂ）
なお、ｈａ＝ｈＬＬ＝ｈＲＲ、−ｈｂ＝ｈＬＲ＝ｈＲＬ、＝ｈａ’＝ｈＬ’Ｌ＝ｈＲ’Ｒ、ｈｂ’＝ｈＬ’Ｒ＝ｈＲ’Ｌである。
９０度方向定位処理１２ＳＵＭの出力は、係数処理２０７ａによって係数ｋ７が乗じられ、第１の出力信号要素として、加算処理５０および５２に与えられる。また、９０度方向定位処理１２ＤＩＦの出力は、係数処理２０７ｂによって係数ｋ７が乗じられ、第１の出力信号要素として加算処理５０に与えられ、係数処理２０７Ｃによって係数−ｋ７が乗じられ、第１の出力信号要素として、加算処理５２に与えられる。
低音信号ＬＦＥは、遅延処理３０が施された後、係数処理２０９ａによって係数ｋ９が乗じられて、加算処理５０および５２に与えられる。
加算処理５０および５２の出力は、係数処理２１１ａおよび２１１ｂによって係数ｋ１１が乗じられた後、ハイパスフィルタ処理５６および５８に与えられる。なお、このハイパスフィルタ処理５６および５８は、オンまたはオフ（つまり、フィルタ動作をするか、スルーパスとするか）を選択することができる。
ハイパスフィルタ処理５６および５８の出力は、左スピーカ用信号ＬＯＵＴおよび右スピーカ用信号ＲＯＵＴとなる。
加算処理５０および５２の出力はまた、係数処理２１２ａおよび２１２ｂによって係数ｋ１２が乗じられた後、加算処理５４において加算される。加算処理５４の出力は、ローパスフィルタ処理６０に与えられる。
ローパスフィルタ処理６０の出力は、遅延処理３０に係数ｋ１０を乗じたもの（係数処理２１０ａ）と、加算処理６２において加算される。加算処理６２の出力は、ウーファースピーカ用信号ＳＵＢＯＵＴとなる。
本実施形態によれば、１つの装置でありながら、各係数処理の計数値を変更するだけで、種々の再生方式やサラウンド効果等を容易に選択することができる。
以下、図８に示す各係数ｋ１〜ｋ１２の値と、これにより実現できる再生方式について、いくつかの具体例を説明する。
まず、２つのスピーカ４Ｌおよび４Ｒ（場合によりウーファースピーカ４Ｓも用いる）によって、２チャンネルステレオ方式の再生を実現する場合について説明する。この場合の入力信号は、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲである。
ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４、ｋ６、ｋ７、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ５およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、通常の２チャンネルステレオとなる。この場合、図４の４Ｌおよび４Ｒの位置に音像が定位する。
ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ６、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ１、ｋ２、ｋ７およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図９に示す仮想スピーカＸＬおよびＸＲの位置に定位させることができる。
ｋ３、ｋ４、ｋ６、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ１、ｋ２、ｋ５、ｋ７およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図４に示す仮想スピーカＸＸＬおよびＸＸＲの位置に定位させることができる。この場合、ｋ５の値を調整することにより、その定位位置を移動させることができる。
ｋ１、ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ２、ｋ６、ｋ７およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図６に示すＭ−Ｓ方式でのステレオ再生を実現することができる。
ｋ１、ｋ３、ｋ４、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ２、ｋ５、ｋ６、ｋ７およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図６および図７に示すＭ−Ｓ方式でのステレオ再生を実現することができる。さらに、実スピーカ４Ｌおよび４Ｒの位置にも音像を定位させることができる。
上記いずれの場合においても、ウーファースピーカ４Ｓを用いる場合には、ｋ１２を実質的に０でないようにすればよい。
次に、２つのスピーカ４Ｌおよび４Ｒ（場合によりウーファースピーカ４Ｓも用いる）によって、４チャンネルサラウンド方式の再生を実現する場合について説明する。この場合の入力信号は、前方左信号ＦＬ前方右信号ＦＲ、サラウンド左信号ＳＬおよびサラウンド右信号ＳＲである。
ｋ１、ｋ２、ｋ６、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ７およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、前方左信号ＦＬをスピーカ４Ｌに定位させ、前方右信号ＦＲをスピーカ４Ｒに定位させ、サラウンド左信号ＳＬをＸＬに定位させ、そしてサラウンド右信号ＳＲをＸＲに定位させたサラウンド再生を実現できる。
ｋ６、ｋ８、ｋ９およびｋ１０を実質的に０とし、ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ７およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図１および図２に示す４チャンネルサラウンド方式を実現できる。この場合、ｋ２および／またはｋ５を変更することにより、前方左信号ＦＬおよび前方右信号ＦＲの定位位置ＸＸＬおよびＸＸＲを移動させることができる。
上記いずれの場合においても、ウーファースピーカ４Ｓを用いる場合には、ｋ１２を実質的に０でないようにすればよい。
次に、上記４チャンネルサラウンドに加えて、中央信号Ｃおよび低音信号ＬＦＥを入力する場合について説明する。
ｋ１、ｋ２、ｋ６、ｋ９およびｋ１２を実質的に０とし、ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ７、ｋ８、ｋ１０およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図４のＸＣ、４Ｌ、４Ｒ、ＸＬ、ＸＲおよびＸＳに定位する５．１チャンネルサラウンド方式を実現できる。
ｋ６、ｋ９およびｋ１２を実質的に０とし、ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ７、ｋ８、ｋ１０およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図４のＸＣ、ＸＸＬ、ＸＸＲ、ＸＬ、ＸＲおよびＸＳに定位する５．１チャンネルサラウンド方式を実現できる。
ｋ１、ｋ２、ｋ６、ｋ１０およびｋ１２を実質的に０とし、ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ７、ｋ８、ｋ９およびｋ１１を実質的に０でない値とした場合には、図４のＸＣ、４Ｌ、４Ｒ、ＸＬおよびＸＲに定位するウーファースピーカなしの５．０チャンネルサラウンド方式を実現できる。
なお、上記の実施形態においては、側方定位手段１２の定位方向を９０度としたが、受聴者の側方であればよい。また、側方定位手段１２として、シャフラー型フィルタを用いたが、ラティス型フィルタを用いてもよい。ラティス型フィルタを用いると、処理は複雑になるが、スピーカ配置を正面軸８に対称に限定する必要はない。
上記の実施形態においては、メモリ２６のプログラムに基づいてＤＳＰ２２が行う処理について説明してきたが、本発明の処理を行うプログラムは、ハードウェア構成に応じて種々の記録媒体に記録され得る。例えば、プログラムにより処理された信号を、通常の音響信号と同様にオーディオ記録媒体（例えば、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ）に記録することができる。また例えば、プログラムにより処理された信号を、映像・音響ファイル（例えば、ｗａｖｅファイル、ＡＣ３ファイル）としてコンピュータ用記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク）に記録することができる。さらに、本発明の処理を行うプログラムは、ＤＳＰのファームウェアとしてだけではなく、エンコードソフトウェアとしても適用され得る。
本発明は、映像・音響再生装置だけでなく、遊戯機器（例えば、パチンコ機、いわゆるアーケードゲーム機）、エフェクター、ゲームソフトウェアなどにも好適に適用され得る。
【発明の効果】
本発明によれば、簡易な構成でありながら優れたサラウンド効果が得られる音像定位処理技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられるプログラムを実行させる手段としてＤＳＰを用いる場合のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態による処理内容を、シグナルフローで表した図である。
【図３】図２の処理による音像定位の状態を説明するための概略図である。
【図４】図５の処理による音像定位の状態を説明するための概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態による処理内容を、シグナルフローで表した図である。
【図６】図７の処理による音像定位の状態を説明するための概略図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態による処理内容を、シグナルフローで表した図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態による処理内容を、シグナルフローで表した図である。
【図９】従来の音像定位処理装置（ラティス型）を説明するための概略図である。
【図１０】従来の音像定位処理装置（シャフラー型）を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１２ 側方定位手段
１４Ｌ、１４Ｒ 遅延手段
１６Ｌ、１６Ｒ 加算手段
Claims (3)
- 音像定位処理プログラムを記録した記録媒体であって、
該音像定位処理プログラムが、以下の処理をコンピュータに実行させることを含む、記録媒体：
サラウンド信号を入力して、サラウンド信号を受聴者の側方に定位させるための信号を右スピーカおよび／または左スピーカに出力する側方定位手段を機能させること、
前方左信号および前方右信号を入力し、これら信号に対し前記側方定位手段の遅延時間に等しい遅延を施した後、それぞれ左スピーカおよび右スピーカに出力する遅延手段を機能させること、および
前記側方定位手段にさらに前方左信号および／または前方右信号を与えることにより、左右各スピーカと受聴者の側方との間に前方左信号および前方右信号を定位させること。 - 音像定位処理プログラムを記録した記録媒体であって、
該音像定位処理プログラムが、以下の処理をコンピュータに実行させることを含む、記録媒体：
前方左信号に対して第１の係数による係数処理を施した信号と、前方右信号に対して第１の係数による係数処理を施した信号とを加算する第１の加算手段を機能させること、
前方左信号に対して第２の係数による係数処理を施した信号と、前方右信号に対して第２の係数による係数処理を施して位相反転させた信号とを加算する第２の加算手段を機能させること、
サラウンド左信号に対して第３の係数による係数処理を施した信号と、サラウンド右信号に対して第３の係数による係数処理を施した信号とを加算する第３の加算手段を機能させること、
サラウンド左信号に対して第４の係数による係数処理を施した信号と、サラウンド右信号に対して第４の係数による係数処理を施して位相反転させた信号とを加算する第４の加算手段を機能させること、
前記第１の加算手段の出力と前記第３の加算手段の出力とを加算する第５の加算手段を機能させること、
前記第２の加算手段の出力と前記第４の加算手段の出力とを加算する第６の加算手段を機能させること、
前記第５の加算手段の出力に対し、実質的に伝達関数ＨSUMに従ってフィルタリング処理を施す第１のフィルタ手段を機能させること、
前記第６の加算手段の出力に対し、実質的に伝達関数ＨDIFに従ってフィルタリング処理を施す第２のフィルタ手段を機能させること、
前記第１および第２のフィルタ手段による遅延時間を補償するため、前方左信号に対して遅延処理を施す第１の遅延処理手段を機能させること、
前記第１および第２のフィルタ手段による遅延時間を補償するため、前方右信号に対して遅延処理を施す第２の遅延処理手段を機能させること、
前記第１の遅延処理手段の出力に対し第６の係数による係数処理を施した信号と、前記第２の遅延処理手段の出力に対し第６の係数による係数処理を施した信号とを加算する第７の加算手段を機能させること、
前記第１の遅延処理手段の出力に対し第５の係数による係数処理を施した信号と、第７の加算手段の出力と、前記第１のフィルタ手段の出力に対し第７の係数による係数処理を施した信号と、前記第２のフィルタ手段の出力に対し第７の係数による係数処理を施した信号とを加算する第８の加算手段を機能させること、
前記第２の遅延処理手段の出力に対し第５の係数による係数処理を施した信号と、第７の加算手段の出力と、前記第１のフィルタ手段の出力に対し第７の係数による係数処理を施した信号と、前記第２のフィルタ手段の出力に対し第７の係数による係数処理を施して位相反転させた信号とを加算する第９の加算手段を機能させること、および
前記第８の加算手段の出力を左スピーカに与えるための出力とし、前記第９の加算手段の出力を右スピーカに与えるための出力とすること、
ここで、前記伝達関数ＨSUMおよびＨDIFは以下の式で表され
ＨSUM＝（ｈa ’＋ｈb ’）／（ｈa＋ｈb）
ＨDIF＝（ｈa ’−ｈb ’）／（ｈa−ｈb）
ｈa＝ｈLL＝ｈRR、ｈb＝ｈLR＝ｈRL、ｈa ’＝ｈL ’ L＝ｈR ’ R、ｈb ’＝ｈL ’ R＝ｈR ’ Lであり、ｈLLは左スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、ｈLRは左スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈRLは右スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、ｈRRは右スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈL ’ Lは仮想左スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、ｈL ’ Rは仮想左スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数であり、ｈR ’ Lは仮想右スピーカから受聴者の左耳までの伝達関数であり、そして、ｈR ’ Rは仮想右スピーカから受聴者の右耳までの伝達関数である。 - ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＭＤまたはフロッピーディスクから選択される、請求項１または２のいずれかに記載の記録媒体。
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