JP3880236B2 - ステレオ再生用のオーディオ信号の再生音をスピーカ外に音像定位させる方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるステレオ再生を目的として作成されたＣＤなどのステレオ再生用のオーディオソース（記録媒体）に収録されたオーディオ信号を左，右のスピーカにより再生するとき、その再生音の音像が前記スピーカの外側に、具体的には、左右のスピーカを結ぶ線上から再生音による音像を上，下させたり、遠，近させたり、左，右スピーカの外側に定位させるための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、再生用に左，右のスピーカを設置したステレオ受聴における音像定位の手法としては、様々な手法が提案され、或は、試みられて来た。
【０００３】
一般に人はその両耳によって音を聴くことにより、聴いた音の音源の位置、つまり、聴者からみた音源の上，下、左，右、前，後に関する位置を知覚するといわれている。このため、ステレオ再生において、左右のスピーカから発される再生音を、あたかも実音源からの音のように聴感させるには、所要の伝達関数により任意に入力した音源のオーディオ信号を実時間の畳み込み演算処理を施して再生すれば、左，右のスピーカから再生される音によって音源を知覚上定位させることができる、とされている。
【０００４】
上記のステレオ受聴における音像定位方式は、擬似音源を入力する小型マイクの出力電気情報を示す式と、イヤホンの出力信号を示す式から、あたかも実音源がある場所において聴取しているような聴覚上の頭外音像定位を得るための伝達関数を作り、この伝達関数により任意の入力音信号を実時間の畳み込み演算処理をして再生出力することによって、任意の場所において入力された音源の音をステレオ受聴用の再生音によっても知覚上で定位させることができるとする考え方に基づいた方式であるが、この方式はその演算処理のためのソフトウエアの量やハードウエアの規模が膨大かつ大がかりになるという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来のステレオ受聴における音像定位の手法ではソフトウエアの量が膨大になり、また、ハードウエアの規模も大がかりになるという難点に鑑み、そのような難点のない至って簡潔なハードウエア構成によって、左右のスピーカ外での音像定位を可能とするステレオ再生用のオーディオ信号の処理，制御を行い、この制御されたオーディオ信号を再生して左，右のスピーカ外に再生音の音像を定位させる方法を提供することを、その課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することを目的としてなされた本発明方法の構成は、ステレオ再生用に適宜媒体に収録された左右チャンネルのオーディオ信号を再生するとき、その左右チャンネルのオーディオ信号の周波数帯域を、低中域と高域、又は、低域と中域、若しくは、低域と中域と高域に分け、各帯域における左右チャンネルのオーディオ信号の位相特性を、周波数特性を変えることなく、低域については位相遅れを生じないか乃至少し位相進みになり、中域及び高域については周波数が増すごとに位相差が遅れる側に大きくなる２次曲線、或は、前記各帯域の境界近傍で折れ線を描くように位相制御をした信号により、左右チャンネルのスピーカを駆動することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においては、ステレオ再生用媒体に収録された左，右チャンネルのオーディオ信号に付与されている音量差又は音量差と時間差に加えて、そのオーディオ信号を、低中域と高域、又は、低域と中高域、若しくは、低域と中域と高域の周波数帯域に分け、不帯域の前記オーディオ信号について上記の位相制御による位相差を加え、このように制御されたオーディオ信号により左，右両チャンネルのスピーカを駆動する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明方法の実施の形態例について、図を引用しつつ説明する。
従来技術でも、スピーカによる再生音の左，右両耳聴取において音像定位を得るために様々な手法を講じていた。本発明は、ステレオ再生用にＣＤ等の記録媒体に収録されているオーディオ信号を再生するとき、制御系のハード，ソフト両面の構成が膨大でなくても、従来手法に比べ、より高度なレベルでスピーカ外での音像定位を実現できるように、前記オーディオ信号を処理することを要旨とする。
【０００９】
このため本発明では、ＣＤ等の適宜媒体に収録されているステレオ再生用の左，右チャンネルのオーディオ信号を再生するとき、そのオーディオ信号をここでは一例として左，右チャンネルごと低，中，高各周波数の３つの帯域に分け、両チャンネルにおける各帯域のオーディオ信号ごとに、音像をスピーカ外に定位させるための要素を制御する処理を施す。この処理の趣旨は、実際の左右スピーカの前に受聴者が居るという前提で、例えば、左，右のスピーカの外側からその受聴者の左，右の両耳に再生音が伝播して来るような聴感を得られるように、ステレオ再生用のオーディオ信号を処理することにある。本発明において、再生するオーディオ信号の帯域分けは、上記例に限られず、中低域と高域，低域と中高域，低域と高域、或は、これらを更に細分した帯域に分けるなど、２つ又は４つ以上の帯域に分けることもある。
【００１０】
人の聴覚特性のうち、耳に入る音量はその左右の耳に感じる音量差から音像の左右の方向感を得、同時に耳に入る減衰音や反射音の音量差に基づいて前記音像の距離感を知覚するとされている。
【００１１】
このような人の聴覚特性に着目して受聴者の前方の左，右に置いた２つのスピーカから出される音量のバランスによって前記２つのスピーカの間に音源を定位させるように制御するのが従来公知のいわゆるステレオ方式である。
【００１２】
しかし、従来のステレオ方式では、例えば左，右の耳に対して音量差が最大になるように、再生時にバランスコンロトールしても、再生音は音量を最大にしたスピーカ側から聴えるまでで、そのスピーカの外側（例えば、左スピーカであれば、それよりさらに左方の外側）や、スピーカから受聴者までの距離を変えたように聴えるステレオ再生は不可能であった。
【００１３】
本発明は、再生時の左，右の耳に入る上記の音量差をも利用して、左，右のスピーカの外側に音像を定位させようとするものである。
一般に、人がその人の右側又は左側におかれた実音源の音をその人の耳で聴くとき、右又は左の耳に入る前記音源の音の左，右の耳での音量差は、ステレオ収録されたオーディオ信号をステレオ再生するときに左，右バランス調整によって作られる右側に定位させた音像と、左側に定位させた音像とによる音量差よりも小さい。
ステレオ録音では、再生時に最も右、又は、最も左に音像を定位させようとするとき、右又は左の片側のスピーカからだけ目的の音が再生されるように収録をするが、前記の目的とする音が左，右いずれか一方のスピーカから再生されても、受聴者はその再生音を一方のみの耳で聴取する訳ではない。つまり、他方の耳にも前記再生音は入る（届く）のである。
【００１４】
本発明は、ステレオ収録のとき、左，右チャンネルに音量差を付けて収録し再生時に音像が右側又は左側に偏って定位されるように収録されているオーディオ信号について、前記音量差以外の、再生音の音像位置に作用をする聴覚上の要素を付加して再生をすれば、スピーカの外側に音像を定位させることができるとの新たな知見を得て本発明を完成した。
なお、ステレオ録音においては、再生時に受聴者の右方に定位させる音、或は、受聴者の左方に定位させる音は、録音時にすでにミックスされてしまうため、その再生音が左右の耳に入る時間差の要素を、スピーカ外へ音像を定位させるための要素として利用することはできない。
【００１５】
本発明は上記の観点から、左，右の耳に入る音量差に加え、オーディオ信号の周波数に応じて当該オーディオ信号に位相差を付ける制御を加えて再生すると、スピーカ外への音像定位に効果的であることを知得した。
【００１６】
即ち、本発明者らは、音が人の耳に届くまでに、音源が耳から左，右のいずれかの方向に離れるほど、再生音の低域に比べ高域の位相が遅れる傾向にあることを、実験を通して知得した。これは人の頭部を音が回析するとき、高い音（高周波数）ほど頭の平断面形状により、通過する距離が長くなることによる。
【００１７】
本発明では、上記の時間遅れを、オーディオ信号を２つ又は３つの帯域に分割し、分割した帯域ごとに異なる位相差を付ける制御をすることにより、模擬的に再現してスピーカ外に音像を定位させようとするものである。
【００１８】
次に、本発明方法の実施の一形態を図１により説明する。1L，1Rは、それぞれ左，右チャンネルのステレオ再生用に収録されたオーディオ信号で、ＣＤや磁気テープ，ディスク等の適宜媒体に記録され、記録方式に応じたピックアップやヘッド等の検出手段（図示せず）により検出されるものである。
【００１９】
2L，2Rは、上記の左，右のチャンネルオーディオ信号1L，1Rを、各チャンネルごと周波数帯域に応じた位相制御を行う位相器である。各位相器2L，2Rは、夫々に入力されるオーディオ信号1L，1Rに、その周波数帯域に応じて、図２に模式的に示すように位相差を付ける位相制御を行う。図２においてＡは、周波数が高くなるにつれて二次曲線的に位相遅れが大きくなるように位相制御する制御パターンの例、Ｂは各帯域の境界近傍で周波数が高くなるにつれて位相遅れが大きくなる折れ線を描くように位相制御する制御パターンの例である。
【００２０】
具体的には、例えば1000Hz以下の低域帯域については、位相遅れを生じさせないか、或は、中，高域に比べ少し位相進みになる制御を加え、中域帯域については、周波数が大きくなるに従って位相差が大きくなる位相遅れの制御を加え、高域帯域については中域よりも更に位相遅れが周波数に従って大きくなる制御を加えるのである。
【００２１】
3L，3Rは、左，右の位相器2L，2Rで帯域ごと位相差を付けるように位相制御されたオーディオ信号のうち、その中に入っているそれぞれ反対側のチャンネルに加える成分について逆方向の位相制御をかける逆位相器、4L，4Rは、夫々のチャンネルの信号の混合器（ミキサー）で、この左右チャンネルの混合器4Lと4Rには、夫々に、入力信号のままのオーディオ信号1Lと1R、位相器2L，2Rで位相制御された信号LphとRph、逆位相器3L，3Rで逆向きの位相制御が加えられた信号Lph′とRph′が、供給されるように接続されている。
【００２２】
この結果、左チャンネルの混合器4Lでは、位相制御が加えられていない左チャンネルのオーディオ信号1Lと、位相器2Lで分割された帯域ごとに位相制御が加えられた信号Lphと、右チャンネルの位相器3Lにより逆方向の位相制御が加えられた左チャンネル用の信号Lph′とがミックスされ、また、右チャンネルの混合器4Rでは、位相制御されない右チャンネルのオーディオ信号1Rと、位相器2Rで分割された帯域ごとの位相制御が加えられた信号Rphと、左チャンネルの位相器3Rにより逆方向の位相制御が加えられた右チャンネル用の信号Rph′とが、ミックスされ、それぞれにイコライザー部５に供給される。
【００２３】
イコライザー部５を経由した各チャンネルの位相制御された信号1L′，1R′は、左，右チャンネルのアンプ6L，6Rによって増幅され左，右のスピーカ7L，7Rを駆動して、位相制御を加えた各チャンネルのオーディオ信号1L′，1R′がスピーカ7L，7Rから再生される。
【００２４】
本発明では、低域においては位相遅れを生じないか乃至中、高域に比べ少し位相進みになる位相制御を加えると共に、中，高域にいくに従って位相差が大きくなるように位相制御が加えられたオーディオ信号1L′，1R′のスピーカ7L，7Rからの再生音は、前述のように各帯域ごとに位相差が付加されていることにより、定置した左右のスピーカ7L，7Rの外側に音像を定位することができる。
【００２５】
本発明では、上記の位相差の付け方を、位相器2L，2Rと、同3L，3Rにおいて、夫々独立して可変にしておくことにより、スピーカ外に定位させようとする音像の位置を任意にコントロール、つまり、音像を定位させる位置をスピーカ外の左，右、上，下、前，後において任意に変更することが可能になる。即ち、本発明では、上記の位相制御に併せて左右チャンネルの音量をコントロールすることにより、スピーカ外の左右においても制御される音像定位をスピーカの前後や上下においても制御することが可能になる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上の通りであって、ステレオ再生用に適宜媒体に収録された左右チャンネルのオーディオ信号を再生するとき、その左右チャンネルのオーディオ信号の周波数帯域を、低中域と高域、又は、低域と中域、若しくは、低域と中域と高域に分け、各帯域における左右チャンネルのオーディオ信号の位相特性を、周波数特性を変えることなく、低域については位相遅れを生じないか乃至少し位相進みになり、中域及び高域については周波数が増すごとに位相差が遅れる側に大きくなる２次曲線、或は、前記各帯域の境界近傍で折れ線を描くように位相制御をした信号により、左右チャンネルのスピーカを駆動するようにしたので、音像定位に優れた再生音を得ることが可能であることは勿論のこと、左，右のスピーカの外側（左右，前後，上下）において、再生音の音像を定位させることができるという、従来のステレオ再生手法では得られなかった音像定位を実現できる。また、本発明を適用するオーディオ信号は、従来品のＣＤ等によるオーディオソースで足り、また、位相制御のための制御系のハードウエアも至って簡潔な構成で済むという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明方法を実施するための一例の機能ブロック図。
【図２】 位相制御における制御パターンの例を模式的に示す線図。
【符号の説明】
1L，1R 左，右チャンネルの再生用オーディオ信号
2L，2R 左，右チャンネルの位相器
3L，3R 左，右チャンネルの逆位相器
4L，4R 左，右チャンネルのミキサー
５ イコライザー
1L′，1R′ 本発明方法による制御処理が施されたオーディオ信号
6L，6R アンプ
7L，7R 左，右のスピーカ

Claims (4)

1. ステレオ再生用に適宜媒体に収録された左右チャンネルのオーディオ信号を再生するとき、その左右チャンネルのオーディオ信号の周波数帯域を、低中域と高域、又は、低域と中域、若しくは、低域と中域と高域に分け、各帯域における左右チャンネルのオーディオ信号の位相特性を、周波数特性を変えることなく、低域については、位相遅れを生じないか、或は、中、高域に比べ少し位相進みになり、中域及び高域については周波数が増すごとに位相差が遅れる側に大きくなる２次曲線、或は、前記各帯域の境界近傍で折れ線を描くように位相制御をすると共に、
   前記の位相制御をされた一方のチャンネルの信号に含まれた他方のチャンネル成分の信号に前記とは逆方向の位相制御をしてから、前記左右チャンネルの入力オーディオ信号と、該信号を前記各帯域に分けて各帯域ごとに位相制御された信号と、該位相制御された信号に含まれる他方のチャンネル成分の信号に逆方向の位相制御した信号であって反対側のチャンネルから取出される信号とを混合した信号により、左右チャンネルのスピーカを駆動することを特徴とするステレオ再生用のオーディオ信号の再生音をスピーカ外に音像定位させる方法。
2. 低域帯域は、約1000Hz以下の帯域である請求項１のステレオ再生用のオーディオ信号の再生音をスピーカ外に音像定位させる方法。
3. 中域帯域は、約1000〜4000Hzである請求項１のステレオ再生用のオーディオ信号の再生音をスピーカ外に音像定位させる方法。
4. 高域帯域は、約4000Hz以上の帯域である請求項１のステレオ再生用のオーディオ信号の再生音をスピーカ外に音像定位させる方法。

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