JP4358775B2 - 体感音響装置用信号処理回路 - Google Patents

Description

本発明は、臨場感を再現するための体感音響装置に関し、特に5.1ch DVD、5.1ch映画（THX, DTSシステム）などに適用される体感音響装置用信号処理回路に関する。

体感音響装置（ボディソニック）は、音楽の主として低音成分を振動トランスデューサ（電気−機械振動変換器）によって体感音響振動に変えて、身体に体感させながら音楽を聴くリスニングシステムである。体感音響装置による「体感音響振動のリラクセーション効果」なども指摘され、これらの効果から音楽療法への応用がなされ、心療内科領域、外科領域など、医学・音楽療法の分野で多くの研究・臨床報告がある。

一方、いわゆるホームシアターシステムとして、薄型大画面テレビとともに、いわゆるステレオよりも臨場感の優れたサラウンドシステムを含むシステムが普及しつつある。その代表的なものとして５．１ｃｈサラウンドシステムがある。体感音響装置をこのようなシステムに適用し、映画、5.1ch DVDなどを再生する際に使用すれば、アクションシーンなどで、爆発音や衝突音など、衝撃感や振動感を伴うドキュメンタリー音を再生することにより、迫真の臨場感を再現することができる。

本発明は後者の臨場感を再現するための体感音響装置に関し、5.1ch DVD、5.1ch映画（THX, DTSシステム）などの体感音響装置用信号処理回路に関する。

体感音響装置の振動周波数帯域はおよそ下記のような性質を持っている。

（１）体感音響装置で使用する体感振動周波数帯域の説明
体感振動は椅子などの人体載置物を介して、触振動覚的に身体で受容されるため、20〜150Hzくらいを体感振動周波数帯域としている。これは周波数が高くなると、音として聴覚で聴き取ることはできるが、触振動覚としての振動感は感度が低下し、振動を感じ取ることが出来なくなる「ヒトの感覚特性」に合わせたものである。逆に、周波数が低くなり、100Hz以下になると、音としては感度が低下し聴き取り難くなるのに対し、振動感覚は周波数が低くなると感度が高まる。50Hz以下の正弦波を音として聴き取れる人は少なくなるが、振動としては、ほとんどの人が非常に良く感じ取ることが出来る。

体感振動の周波数帯域は、凡そ下記の様な意味合いを持っている。

（１．１）音と振動のつながり、臨場感のリアリティ再現に重要な帯域 50〜150Hz
爆発音、エンジン音、衝突音など、衝撃感や振動感を伴うようなドキュメンタリー音の臨場感、リアリティの再現など、音の印象を深め、音と体感振動とのつながりを良くするのに重要な周波数帯域が、50〜150Hzである。
5.1chのLFE信号のみでは、この帯域が不足し、音と体感振動とのつながりが悪くなり、臨場感のリアリティが欠如することになる（後述の課題３参照）。

（１．２）臨場感、陶酔感、生理的快感などをもたらす帯域 20〜50Hz
帯域を20〜50Hzまで広げることによって、重低音感の増強、振動感や衝撃感を伴うドキュメンタリー音などの、迫真の臨場感の再現などの効果を、より一層深めることができる。20〜50Hzは重要な帯域である。
20〜50Hzの帯域は、心地良いと感じる生理的快感をもたらし、陶酔感を深め、リラクセーションを高める効果などがある。

（１．３）参考的な補足説明
ａ．150Hz以上の周波数帯域
（１）項で述べた「ヒトの感覚特性」のため、椅子などの人体載置物に150Hz以上の周波数の信号を入力すると、人体載置物からの発音(音の放射)は増大し、不要な音の放射によって再生音を汚すなどの好ましくない効果が現れる一方、振動感はあまり得られないし、得られる振動感も「心地よい」ものではなくなる。体感音響装置の重要な効果であるリラクセーション効果などには寄与しない。
ｂ．10Hz以下の周波数帯域
特に3〜6Hzには、低周波公害などで人体に生理的悪影響を及ぼすとされる周波数帯域が含まれる。

次に、現状の５．１ｃｈサラウンドシステムについて説明する。図１はよく知られた5.1chサラウンドシステムのスピーカなどの配置図（平面図）である。中央に利用者の座るイスなどが配置され、ここがリスニングポジションＬ−Ｐになる。その前方正面にスクリーンＳＣＲが設けられるとともに、リスナーから見てスクリーンＳＣＲの左側にL(左)スピーカＳＰ−Ｌ、中央にC(センター)スピーカＳＰ−Ｃ、右側にR(右)スピーカＳＰ−Ｒが設けられている。さらに、リスナーの後方にLs(左サラウンド)スピーカＳＰ−ＬｓとRs(右サラウンド)スピーカＳＰ−Ｒｓが配置される。LFE(低周波音効果）スピーカ（スーパーウーハ)ＳＰ−ＬＦＥはスクリーンＳＣＲの下などに配置される場合が多いようであるが、低周波音域は音の指向性があまりないのでその配置位置は自由度がある。図１の例ではＣスピーカＳＰ−Ｃのやや右側に配置している。

従来の体感音響装置について説明する。図２に体感音響装置のブロックダイヤグラムの一例を示す。図２はサラウンドシステムではなく、一般のステレオシステムの信号を入力とするものである。Ｌ（左）信号とＲ（右）信号が入力端１に入力される。これらL Rのステレオ信号を混合回路（MIX、ミキサ）２で混合して信号処理回路３へ送る。信号処理回路３はローパスフィルタやレベル圧縮回路などを含み、信号処理回路３で混合回路２の出力から体感音響装置用の振動信号を取り出す（前記（１）項参照）。この振動信号を増幅器４で増幅した後、出力端５から出力する。出力端５は図示しない電気−機械振動変換器に接続され、当該電気−機械振動変換器でこれが取り付けられた椅子などの人体載置物を振動駆動する。

この回路（図２）にDVDプレーヤなどのサラウンドシステムのL R信号を入力すれば、DVD 5.1chの一部の信号による体感音響装置を付加したシステムを構成可能であるが、後述する不都合を生ずる（課題１と２参照）。

DVD 5.1ch用に構成した体感音響装置のブロックダイヤグラム例を説明する。図３はDVD 5.1ch用として図２の構成を援用した例である。図３の構成は、入力信号がL Rのステレオ信号ではなく、５．１ｃｈサラウンドシステムの左信号Ｌ、中央信号Ｃ、右信号Ｒ、左サラウンド信号Ｌｓ、右サラウンド信号Ｒｓ及び低周波音効果信号ＬＦＥ（以下の説明において、単にL C R Ls Rs LFEと記す）を入力信号としていることを特徴としている。L C R Ls Rs LFEはそれぞれスピーカＳＰ−Ｌ、−Ｃ，−Ｒ、−Ｌｓ、−Ｒｓ、−ＬＦＥ用の信号である。これ以外は図２と同じである。後述する不都合を生じるのは図２の場合と同じである（課題１と２参照）。

上記従来の体感音響装置において次のような課題があった。

課題１：課題の第１はドラマの主体をなす台詞（人声、特に男声は低音成分が多い）で振動を発生してしまい、著しく不自然な感じになることである。特に男声は低音成分が多いのでこの不都合が起りやすい（不都合の起こり具合は声質、録音の状態によってかなり差がある）。

課題２：課題の第２は、人声以外にも振動発生の頻度が高すぎることである。体感音響装置では、音楽の場合は、低音楽器音やリズム感を振動で感じ取ることが心地よいので、多くのユーザが出来るだけ常に振動を感じ取ることが出来ることを期待する。これに対してドラマの場合は、アクションシーンなど、ここぞという場面で、爆発音や衝撃感のある音を振動とともに体感すると圧倒的な臨場感と劇的な効果を高めることができる半面、上記のような場面以外のシーンで振動していると、不自然であったり煩わしさを感じさせ、ドラマの効果を壊してしまうことにもなる。

上記課題１及び２を解消するために、図４に示すように構成することが行われている。図４の構成は、低周波音効果信号LFEのみを体感音響装置の入力信号とする方法である。

5.1chの信号は、アクションシーンなど、大迫力大音響の場面では、低周波音効果信号LFE(スーパーウーハ用の音の信号)に低音信号が出力される。その一方、通常の台詞でドラマが進行している場面などではLFEに低音信号は出力されない。この特性を生かし、スーパーウーハ用の音の信号であるLFEのみを体感音響装置の入力信号とすることで所期の目的を達成することが可能である。

図４は5.1chの特性を生かしたシンプルな方法であるが、下記する性能上の問題点がある。

課題３：性能上の問題点。図４に示す回路の場合、スーパーウーハ用のLFEの信号のみであるため、高い周波数成分が不足し振動にメリハリがなく、鋭い立ち上がりの衝撃感などが得にくい。いわゆるドロドロ、ブルブルした感じの振動が続く感じになり、音と振動とのつながりが悪く迫真の臨場感を出しきれない。この状態を音に例えれば、トゥイータ(高音専用スピーカ)を取り外した状態の音のような感じで、音にメリハリがなく音の明瞭度も不足してHiFiには程遠い音になるのに似ている。大げさに言えば、ウーハだけの音を聴いている感じともいえる。

本発明は上記課題１〜３を解決するためになされたもので、5.1ch DVD、5.1ch映画（THX, DTSシステム）に好適な体感音響装置用信号処理回路を提供することを目的とする。

この発明に係る体感音響装置用信号処理回路は、
５．１ｃｈサラウンドシステムの左信号Ｌ、右信号Ｒ、左サラウンド信号Ｌｓ、右サラウンド信号Ｒｓ及び低周波音効果信号ＬＦＥを入力とし、複数の前記信号を混合する混合回路と、
前記混合回路の出力を処理する信号処理回路と、
前記信号処理回路の出力を増幅する増幅器と、
前記混合回路と前記信号処理回路の間に設けられ、制御信号端に加えられた信号に基づき前記混合回路から前記信号処理回路への信号の伝達を制御するアナログゲート回路と、
前記低周波音効果信号ＬＦＥを直流に変換する交流−直流変換回路とを備え、
前記アナログゲート回路は、前記制御信号端とともに入力端及び出力端を備え、前記制御信号端に信号が加えられなければオフになり、前記入力端の信号が出力端には出力されないものであり、
前記交流−直流変換回路の出力端は前記アナログゲート回路の制御信号端に接続されていることを特徴とするものである。
この発明に係る体感音響装置用信号処理回路は、５．１ｃｈサラウンドシステムの信号以外の信号を必要としない。

この発明に係る体感音響装置用信号処理回路は、
５．１ｃｈサラウンドシステムの左信号Ｌ、中央信号Ｃ、右信号Ｒ、左サラウンド信号Ｌｓ、右サラウンド信号Ｒｓ及び低周波音効果信号ＬＦＥを入力とし、複数の前記信号のレベルをそれぞれ調整する複数のレベル調整器と、
前記複数のレベル調整器の出力を混合する混合回路と、
前記混合回路の出力を処理する信号処理回路と、
前記信号処理回路の出力を増幅する増幅器と、
前記混合回路と前記信号処理回路の間に設けられ、制御信号端に加えられた信号に基づき前記混合回路から前記信号処理回路への信号の伝達を制御するアナログゲート回路と、
前記低周波音効果信号ＬＦＥを直流に変換する交流−直流変換回路とを備え、
前記アナログゲート回路は、前記制御信号端とともに入力端及び出力端を備え、前記制御信号端に信号が加えられなければオフになり、前記入力端の信号が出力端には出力されないものであり、
前記交流−直流変換回路の入力端は前記低周波音効果信号ＬＦＥのレベル調整器の入力端に接続され、その出力端は前記アナログゲートの制御信号端に接続されていることを特徴とするものである。
この発明に係る体感音響装置用信号処理回路は、５．１ｃｈサラウンドシステムの信号以外の信号を必要としない。

前記アナログゲート回路は、前記交流−直流変換回路の出力レベルの増加に対応して前記混合回路から前記信号処理回路へ信号を伝達する。また、前記アナログゲート回路は、前記交流−直流変換回路の出力が閾値より小さいとき前記混合回路から前記信号処理回路への信号の伝達を行わない。

５．１ｃｈサラウンドシステムの低周波音効果信号ＬＦＥを交流−直流変換した信号で体感音響装置用への振動信号を制御（オンオフなど）することにより、振動発生の頻度を抑制するとともに、低周波音効果信号ＬＦＥを含む左信号Ｌ、右信号Ｒ、左サラウンド信号Ｌｓ、右サラウンド信号Ｒｓ（中央信号Ｃを除く）を混合した信号に基づき体感音響装置用の振動信号を発生させるので、性能の向上を期待できる。上述の課題１〜３を解決することができる。

発明の実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る装置について図面を参照して説明を加える。

図５は本発明の実施の形態１による5.1ch体感音響装置用信号処理回路のブロックダイヤグラムを例示するものである。

１は５．１ｃｈサラウンドシステムの各信号を受ける入力端である。具体的には、左信号Ｌ、中央信号Ｃ、右信号Ｒ、左サラウンド信号Ｌｓ、右サラウンド信号Ｒｓ及び低周波音効果信号ＬＦＥを受ける。これらのうちで中央信号Ｃは、発明の実施の形態１では使用されない。５．１ｃｈサラウンドシステムでは中央信号Ｃには主にドラマの台詞などの人声が含まれているので、体感音響装置による臨場感の再現にはあまり関係しない。

２は入力された信号を混合した後に出力する混合回路（MIX、ミキサ）である。
３は混合回路２の出力から体感音響装置用の振動信号を取り出す信号処理回路である。信号処理回路３はローパスフィルタやレベル圧縮回路などを含む。
４は信号処理回路３の出力を増幅する増幅器である。
５は出力端である。出力端５は図示しない電気−機械振動変換器に接続され、当該電気−機械振動変換器でこれが取り付けられた椅子などの人体載置物を振動駆動する。

６は低周波音効果信号ＬＦＥを直流に変換するＡＣ−ＤＣ（交流−直流）変換回路である。交流−直流変換回路６は低周波音効果信号ＬＦＥの大きさを計測するためのもので、その大きさに応じたレベルの電圧又は電流を出力するものである。交流−直流変換回路６の「直流」や「変換」はそういった意味である。なお、図５の例では交流−直流変換回路６を混合回路２と別個に設けたが、これを混合回路２に内蔵させることもできる。

７は混合回路２と信号処理回路３の間に設けられ、制御信号に基づき混合回路２から信号処理回路３への信号の伝達を制御するアナログゲート回路（ＡＧ）である。アナログゲート回路７は入力端ｉｎ、出力端ｏｕｔ及び制御信号端ｃを備え、制御信号端子cに制御信号がなければオフになり、入力端ｉｎの信号は出力端ｏｕｔには出力されない。

アナログゲート回路７は、ON-OFF的なスイッチではなく、電圧制御増幅器的要素を持った特性である方が好ましい。例えばリレーなどの２値的なON-OFFスイッチでは制御時にクリックが出たりすることがあるが、電圧制御増幅器的要素を持った特性であれば、自然な制御が出来る。例えば、Ｃに入力される信号の電圧の増加に応じてアナログゲート回路７の出力レベル（言い換えれば、入力端から出力端への信号の伝達率）が一定の比率で増加（単調増加）するような特性である。あるいは、アナログゲート回路７は閾値を２つもち、閾値１＜閾値２としたときに、Ｃに入力される信号の電圧が閾値１よりも小さいとき、アナログゲート回路７の出力レベルはゼロ（入力端から出力端への信号の伝達率がゼロ）であり、Ｃに入力される信号の電圧が閾値２よりも大きいとき、アナログゲート回路７の出力レベルは１００％（入力端から出力端への信号の伝達率が１００％）であり、閾値１と閾値２の間においてアナログゲート回路７の出力レベルがＣに入力される信号の電圧に比例（単調増加）するような特性である。なお、アナログゲート回路７として２値的なON-OFFスイッチを用いた場合は（このような構成も本発明に含まれる）、Ｃに入力される信号の電圧が閾値よりも小さいとき、アナログゲート回路７の出力レベルはゼロ（入力端から出力端への信号の伝達率がゼロ）であり、Ｃに入力される信号の電圧が閾値よりも大きいとき、アナログゲート回路７の出力レベルは１００％（入力端から出力端への信号の伝達率が１００％）となる。

図５の例ではアナログゲート回路７は、混合回路２や信号処理回路３とは別個に設けられているが本発明はこのような構成に限定されない。例えば、アナログゲート回路７（またはこれに相当する回路や素子）を混合回路２に内蔵させるか、信号処理回路３に内蔵させてもよい。混合回路２や信号処理回路３に増幅器を含むとき、当該増幅器の利得を交流−直流変換回路６の出力で調整するようにしてもよい。

次に、図５の回路の動作について説明を加える。
５．１ｃｈサラウンドシステムのC(センター)信号にはドラマの台詞などの人声が主となるので、Cを除いたL R Ls Rs LFEの５つの信号を入力信号として混合回路２で混合する。その混合出力をアナログゲート回路７の入力端子inに入力する。アナログゲート回路７は制御信号に基づき混合回路２から信号処理回路３への信号の伝達を制御するものであり、制御端子cに制御信号がなければオフになり、入力信号は出力端outには出力されない。

ここで、アクション場面などでスーパーウーハ用チャンネルの低周波音効果信号LFEが出力されると、この信号が交流−直流変換回路６で直流に変換され、変換された信号がアナログゲート回路７の制御端子cに制御信号として加えられる。低周波音効果信号LFEが出力されると交流−直流変換回路６の出力端に直流信号が現れ、その結果、アナログゲート回路７がオンになり、入力端inからの入力信号が出力端outに出力される。以下、図１及び図２と同様にして、図５の体感音響装置用信号処理回路の出力端５から振動用の信号が出力される。低周波音効果信号LFEが出力されないと（あるいは変換された直流信号が閾値を超えないと）、アナログゲート回路７はオフになり、出力端５から振動用の信号が出力されない。

図４の場合と異なり、アナログゲート回路７の出力信号は低周波音効果信号ＬＦＥだけでなく、他のL、R、Ls、Rs、LFEの信号が含まれているので、必要な周波数帯域を全て含み、前述の課題３（性能上の問題点）も解決されたリアリティの高い十分な臨場感が得られる。

また、低周波音効果信号LFEの信号を交流−直流変換し、その直流信号のレベルが大きいときにのみ、体感音響用信号を出力するため、不必要に体感音響用信号が出力されるという前述の課題１と２も解決される。

このように本発明の実施の形態１によれば、前述の課題１〜３のいずれも解決された５．１ｃｈサラウンドシステムに適用される体感音響装置用信号処理回路を提供できるものである。

発明の実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る装置について図面を参照して説明を加える。

図６は本発明の実施の形態２に係る装置の構成を示すもので、映画館などの業務用(プロユース)などに適したものである。映画は作品ごと、映画制作会社ごとに、様々な録音状態になっている。L C R Ls Rs ＬＦＥの各信号経路に入力のレベル調整器８を設け、個々の作品に合わせ、最適な効果が得られるように設定が可能となっている。

C(センター)信号も接続されているが通常はレベル調整器８でそのレベルをゼロに絞っておく。しかし作品によっては、この信号を適当なレベルで入力することも可能にしてある点が図５の場合とは異なる。

その他の構成要素は図５に示されたものと同じである。交流−直流変換回路６の入力端は、ＬＦＥ信号の入力端１に接続されている。レベル調整器８の出力端に接続する必要はない。

なお、音楽の場合は、低音楽器音やリズム感を振動で感じ取ることが心地よいので、多くのユーザが出来るだけ常に振動を感じ取ることが出来ることを期待する。そこで、図５及び図６において、アナログゲート回路７をバイパスするスイッチ（またはアナログゲート回路７をオンにする信号を制御信号端Ｃに入力するスイッチ）を追加で設け、音楽を再生するときに自動又は手動で前記スイッチをオンにするようにしてもよい。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

５．１ｃｈサラウンドシステムのスピーカなどの配置図である。 体感音響装置のブロックダイヤグラムの一例を示す図である。 ５．１ｃｈサラウンドシステムに適用するための体感音響装置のブロックダイヤグラムの一例を示す図である。 ５．１ｃｈサラウンドシステムに適用するための体感音響装置のブロックダイヤグラムの他の例を示す図である。 発明の実施の形態１に係る5.1ch体感音響装置用信号処理回路のブロックダイヤグラムである。 発明の実施の形態２に係る5.1ch体感音響装置用信号処理回路のブロックダイヤグラムである。

符号の説明

１ 入力端
２ 混合回路（ＭＩＸ）
３ 信号処理回路
４ 増幅器
５ 出力端
６ 交流−直流（ＡＣ−ＤＣ）変換器
７ アナログゲート（ＡＧ）回路
８ レベル調整器
Ｃ アナログゲート回路の制御信号端
ｉｎ アナログゲート回路の入力端
ｏｕｔ アナログゲート回路の出力端

Claims (3)

1. ５．１ｃｈサラウンドシステムの左信号Ｌ、右信号Ｒ、左サラウンド信号Ｌｓ、右サラウンド信号Ｒｓ及び低周波音効果信号ＬＦＥを入力とし、複数の前記信号を混合する混合回路と、
   前記混合回路の出力を処理する信号処理回路と、
   前記信号処理回路の出力を増幅する増幅器と、
   前記混合回路と前記信号処理回路の間に設けられ、制御信号端に加えられた信号に基づき前記混合回路から前記信号処理回路への信号の伝達を制御するアナログゲート回路と、
   前記低周波音効果信号ＬＦＥを直流に変換する交流−直流変換回路とを備え、
   前記アナログゲート回路は、前記制御信号端とともに入力端及び出力端を備え、前記制御信号端に信号が加えられなければオフになり、前記入力端の信号が出力端には出力されないものであり、
   前記交流−直流変換回路の出力端は前記アナログゲート回路の制御信号端に接続されており、
   ５．１ｃｈサラウンドシステムの信号以外の信号を必要としない体感音響装置用信号処理回路。
2. ５．１ｃｈサラウンドシステムの左信号Ｌ、中央信号Ｃ、右信号Ｒ、左サラウンド信号Ｌｓ、右サラウンド信号Ｒｓ及び低周波音効果信号ＬＦＥを入力とし、複数の前記信号のレベルをそれぞれ調整する複数のレベル調整器と、
   前記複数のレベル調整器の出力を混合する混合回路と、
   前記混合回路の出力を処理する信号処理回路と、
   前記信号処理回路の出力を増幅する増幅器と、
   前記混合回路と前記信号処理回路の間に設けられ、制御信号端に加えられた信号に基づき前記混合回路から前記信号処理回路への信号の伝達を制御するアナログゲート回路と、
   前記低周波音効果信号ＬＦＥを直流に変換する交流−直流変換回路とを備え、
   前記アナログゲート回路は、前記制御信号端とともに入力端及び出力端を備え、前記制御信号端に信号が加えられなければオフになり、前記入力端の信号が出力端には出力されないものであり、
   前記交流−直流変換回路の入力端は前記低周波音効果信号ＬＦＥのレベル調整器の入力端に接続され、その出力端は前記アナログゲートの制御信号端に接続されており、
   ５．１ｃｈサラウンドシステムの信号以外の信号を必要としない体感音響装置用信号処理回路。
3. 前記アナログゲート回路は、前記交流−直流変換回路の出力レベルの増加に対応して前記混合回路から前記信号処理回路へ信号を伝達することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の体感音響装置用信号処理回路。

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