JP4371622B2

JP4371622B2 - 疑似ステレオ回路

Info

Publication number: JP4371622B2
Application number: JP2001389269A
Authority: JP
Inventors: 芳嗣杉本
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: CN1377210A; US20020136413A1; JP2002354597A; US7366312B2; CN1248545C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノラル入力信号をステレオ形式の信号に変換する疑似ステレオ回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人間の音声周波数分布は、その大半が３００Hz〜３．５ＫHz付近に集中している。会話で明瞭度に重要なのは１ＫHz付近であり、この１ＫHzの波長は約３０cmで、その半波長は１５cmになる。
【０００３】
よって、１ＫHzの音声が左横方向から到達したときは、左耳に比べて右耳は約１５cm離れているので、右耳には左と逆位相で到達することになる。つまり、１ＫHzで左側と右側から同じ音が到達する場合、聴取者は音像が正面にあると感じるが、左側の音に比べて右側の音の位相が１８０度遅れた場合には、その音像は左横に定位すると感じることになる。
【０００４】
一方、音が前方から来る場合は、耳たぶと耳の穴によって音声周波数帯域（３００Hz〜３．５ＫHz）が強調されるが、音が真横から来る場合には、フラットに近い周波数特性になる。
【０００５】
そこで、従来の疑似ステレオ回路は、２０Hz〜２０ＫHzの周波数帯域内において、特に音声周波数帯域（３００Hz〜３．５ＫHz）の音量を他の周波数帯域より低下させてステレオ効果を上げている。さらに、音量差だけでは十分な広がり感を得ることができないので、２０Hz〜２０ＫHzの周波数帯域において、音像が横方向に定位せず且つ広がり感の出しやすい位相差である９０度の位相シフトをＬ、Ｒのチャンネル間に設定している。
【０００６】
図４はこのような点を考慮した従来の疑似ステレオ回路を示す図である。２１はモノラル信号入力端子、２２Ｌ，２３Ｌ，２４ＬはＬチャンネル用の移相回路、２２Ｒ，２３Ｒ，２４ＲはＲチャンネル用の移相回路である。２５は協調回路であり、加算器２６、バンド除去フィルタ（ＢＥＦ）２７、加算器２８、２９からなる。３０は疑似Ｌチャンネル出力端子、３１は疑似Ｒチャンネル出力端子である。
【０００７】
縦属接続されたＬチャンネル側の３個の移相回路２２Ｌ，２３Ｌ，２４Ｌは、縦属接続されたＲチャンネル側の３個の移相回路２２Ｒ，２３Ｒ，２４Ｒに対して、２０Hz〜２０ＫHzの周波数帯域に亘って相対的に常に９０度位相差を保つような構成となっている。つまり、２０Hzから２０ＫHzの周波数帯を３帯域に分割し、各帯域ごとに２２Ｌと２２Ｒ、２３Ｌと２３Ｒ、２４Ｌと２４Ｒを対とする位相回路によって相対的に９０度の位相差を保つような構成となっている。（参考：Bedrosian,S.D.,"Normalized Design of 90 Phase-Difference Networks,"IRE Transactions on Circuit Theory,Vol.CT-7,June 1960）。
【０００８】
そして、このように９０度の位相差をもつＬ信号とＲ信号から、協調回路２５によって疑似ステレオ信号が生成される。まず、加算器２６においてＬ信号と位相反転したＲ信号が加算されてＬ−Ｒ信号が生成され、バンド除去フィルタ２７に入力する。このバンド除去フィルタ２７では、図５に示す周波数特性により、人間の耳の方向感覚が判り易い音声周波数帯域（３００Hz〜３．５ＫHz）のレベルが減衰され、残響音や反射音を強調した信号が取り出されて、加算器２８、２９に入力する。加算器２８ではＬ信号に対してＬ−Ｒ信号が加算されてＬチャンネル出力端子３０に出力し、加算器２９ではＬ信号に対して９０度の位相差をもつＲ信号に対して、Ｌ−Ｒ信号を位相反転した信号が加算されてＲチャンネル出力端子３１に出力する。
【０００９】
以上のように、従来の疑似ステレオ回路は、前方から来た音を横から来た音に見せかけるために、音声周波数帯域（３００Hz〜３．５ＫHz）のレベルを減衰させ、さらにこのような音量差だけでは充分な広がり感を得ることができないことから、ＬＲの各チャンネルに各々３個の移相回路を縦属接続して、２０Hz〜２０ＫHzの周波数帯域において、音像が横方向に定位せず且つ広がり感の出しやすい位相差である９０度の位相を加えている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図４の疑似ステレオ回路では、３００Hz〜３．５ＫHzの周波数帯域の成分を除去するためのフィルタ２７によって、２０Hz〜２０ＫHzの周波数帯域内において位相と音量の変化が著しくなるので、音像の定位が不明瞭となって不自然なステレオ感となるという問題があった。
【００１１】
また、移相回路２２Ｌ，２３Ｌ，２４Ｌ，２２Ｒ，２３Ｒ，２４Ｒや、フィルタ２７等の回路を使用するので、多くのキャパシタ（少なくとも８個）が必要となり、しかもそれらのキャパシタには大きな容量値が要求されるので、全体をＩＣ化する際にはそれらのキャパシタを外付けとする必要があり、ＩＣのピン数が増大するという問題もあった。出力インピーダンスの大きなｇｍアンプを使用することにより、低容量のキャパシタであっても要求されるフィルタを構成することができるが、S/Nおよび歪率の悪化を避けることはできない。
【００１２】
また、スピーカの間隔が２０cm程度以下と狭い場合は、充分なステレオ効果を得ることができなかった。
【００１３】
さらに、図４の疑似ステレオ回路では、スピーカを駆動するための駆動回路が２系統必要となり、特に従来の装置を疑似ステレオ再生用にする場合はこのための回路とスピーカを追加する必要があり、コスト高を招く。
【００１４】
本発明の目的は、位相の変化を最小限にとどめて自然なステレオ感を得ることができ、しかもキャパシタの数も少なくて済むようにした疑似ステレオ回路を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、モノラルの信号入力端子と、該信号入力端子に接続されるＬチャンネルおよびＲチャンネルの中の一方のチャンネルの信号出力端子と、前記信号入力端子に入力側が接続される移相回路と、該移相回路の出力側が接続される前記ＬチャンネルおよびＲチャンネルの中の他方のチャンネルの信号出力端子とを具備し、前記移相回路を、入力信号の全周波数帯域においてほぼ同一ゲインを有すると共に、前記入力信号の周波数の増大に応じて０度〜１８０度に変化し、且つ３００Hz〜３．５ＫHzの周波数帯において９０度〜１７５度に変化し、且つ１ＫHzの周波数において１２０度〜１７０度に変化する位相シフトを行うようにしたことを特徴とする疑似ステレオ回路とした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
前述したように、明瞭度を決める１ＫHzの音は、両耳の間隔が約１５cmである人間に対しては、一方の耳の側から他方の耳の側に伝わる間にその位相が１８０度違ってくるとき音像の定位は明確となる。
【００１７】
しかし、３．５ＫHzの周波数の音は波長が８．５cmであるので、それ以上の周波数の音では、位相差が１８０度に達しても一方の耳の側から他方の耳の側に到達するまで約２周期分も位相が変化するため、人間の耳には位相の変化はほとんど判らない。３００Hz以下の音についても、波長が１ｍにもなるため、位相の変化は判らない。したがって、２０Hz〜２０ＫHzの全周波数帯域において従来のようにＬＲの両チャンネルの位相差を常に９０度に保持させる必要はない。
【００１８】
そこで、本発明者は各種実験を繰り返し、入力信号の全周波数範囲においてほぼ両チャンネル間のゲイン差が一定で、且つその周波数の増大に応じて両チャンネル間で０度〜１８０度と変化する位相シフトが実現できれば、音像を正面に定位させることができること、特に３００Hz〜３．５ＫHzにおいて両チャンネル間で９０度〜１７５度に変化する位相差があれば音像を正面に定位させること、とりわけ１ＫHzで両チャンネル間の位相差が１２０度〜１７０度に収まる位相シフトにすると音像の定位が良くなり広がり感のあるステレオ効果を得ることができことが確認できた。また、周波数が１ＫHz付近で位相差が１２０度より少なくては広がり感がなくなり、また周波数が１ＫHzで位相差が１７０度を超えると音像が一方に定位してしまったことも確認できた。
【００１９】
［実施形態］
図１は本発明の実施形態の疑似ステレオ回路を示す図である。１はモノラル信号入力端子、２はＬチャンネル側に挿入した移相回路、３、４はバッファ、５は疑似Ｌチャンネル出力端子、６は疑似Ｒチャンネル出力端子である。
【００２０】
移相回路２には、図２に示すように、入力信号の全周波数帯域においてほぼ同一ゲインを有すると共に、入力信号の周波数増大に応じて０度〜１８０度に変化する位相シフトを行うが、特に周波数が３００Hzで位相が９０度シフトする機能を有する機能を持たせる。そして、３００Hz〜３．５ＫHzの周波数帯において９０度〜１７５度に変化する位相シフトを行い、とりわけ１ＫHzにおいて１２０度〜１７０度（例えば１４７度）の位相シフトを行うものとする。図３はその移相回路２の具体的な構成を示す回路図であり、演算増幅器７、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、およびキャパシタＣ１からなる。Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝２０ＫΩ、Ｃ１＝０．０２７μＦである。
【００２１】
以上のような移相回路２をＬチャンネルのラインに挿入することにより、音像の定位を維持した状態で位相変化の少ないステレオ効果が実現でき、十分な広がり感を得ることができる。このとき、位相差のみで広がり感を得ることができるので、両チャンネル間で音量差を設ける必要はない。また、使用する移相回路２に要求されるキャパシタは１個で済むので、全体をＩＣ化して外付けするときでも、増加するＩＣのピンは１個で済む。
【００２２】
なお、移相回路２はＬチャンネルではなく、Ｒチャンネルに挿入しても、同様の作用効果を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、入力信号の全周波数帯域においてほぼ同一ゲインを有すると共に、１ＫHzの周波数において１２０度〜１７０度に変化する位相シフトを行う、移相回路を一方のチャンネルに対して挿入するのみで疑似ステレオ回路を構成できるので、位相の変化を最小限に抑えることができ、自然なステレオ効果を実現することができる。また、キャパシタ数は１個で済み、全体をＩＣ化する際の外付け用ピンの増加も１個で済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の疑似ステレオ回路の回路図である。
【図２】図１の回路の移相回路のゲインと位相の周波数特性図である。
【図３】図１の回路の移相回路の回路図である。
【図４】従来の疑似ステレオ回路の回路図である。
【図５】図４の疑似ステレオ回路のバンド除去フィルタの周波数特性図である。
【符号の説明】
１：モノラルの信号入力端子、２：移相回路、３、４：バッファ、５：疑似Ｌチャンネル出力端子、６：疑似Ｒチャンネル出力端子、７：演算増幅器。

Claims

モノラルの信号入力端子と、該信号入力端子に接続されるＬチャンネルおよびＲチャンネルの中の一方のチャンネルの信号出力端子と、前記信号入力端子に入力側が接続される移相回路と、該移相回路の出力側が接続される前記ＬチャンネルおよびＲチャンネルの中の他方のチャンネルの信号出力端子とを具備し、
前記移相回路を、入力信号の全周波数帯域においてほぼ同一ゲインを有すると共に、前記入力信号の周波数の増大に応じて０度〜１８０度に変化し、且つ３００Hz〜３．５ＫHzの周波数帯において９０度〜１７５度に変化し、且つ１ＫHzの周波数において１２０度〜１７０度に変化する位相シフトを行うようにしたことを特徴とする疑似ステレオ回路。