JP4371622B2 - 疑似ステレオ回路 - Google Patents
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Description
【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 (1)
- 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。
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