JP4526757B2

JP4526757B2 - サラウンド再生回路

Info

Publication number: JP4526757B2
Application number: JP2002261056A
Authority: JP
Inventors: 至坂本
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2022-09-06
Also published as: JP2004104296A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｌ信号（左信号）とＲ信号（右信号）の２チャンネルのステレオ信号を入力して、１つのスピーカであってもサラウンド効果を実現できるサラウンド再生回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人間が聴取できる音声周波数分布は、その大半が３００Hz〜３．５ＫHz付近に集中している。会話での明瞭度に重要とされているのは１ＫHzであり、その波長は約３０cmである。よって、仮に音声が頭の左横方向から到達すると、左耳に比べて右耳は約１５cm離れているので、右耳には左耳と逆位相で到達することになる。つまり、左側と右側から同じ音響が到達する場合、聴取者は音像が正面にあると感じる。
【０００３】
しかし、Ｌ−Ｒ信号については、Ｒ信号に対して位相の変化と音量の差を生じているため、人間はそのＬ−Ｒ信号の音像を左１８０度の範囲の中で左横に定位することになり、左真横からくるように感じる。同様に、Ｒ−Ｌ信号については、人間はＲ−Ｌ信号の音像を右１８０度の範囲の中で右横に定位することになり、右真横からくるように感じる。
【０００４】
一方、音が前方から来る場合には、耳たぶと耳穴によって音声周波数帯域（３００Hz〜５ＫHz）が強調されるが、音が真横から来る場合はフラットに近い周波数特性となる。
【０００５】
よって、前方から来たＬ−Ｒ信号の音響を左横からきた音響に見せかけるためには、Ｌ−Ｒ信号の音声周波数帯域（３００Hz〜５ＫHz）のレベルを所定量だけ下げる必要がある。同様に、前方から来たＲ−Ｌ信号の音響を右横からきた音響に見せかけるためには、Ｒ−Ｌ信号の音声周波数帯域（３００Hz〜５ＫHz）のレベルを所定量だけ下げる必要がある。
【０００６】
そこで、左右前方に各々１つのスピーカを配置する従来のサラウンド再生回路は、図５に示すように、入力端子２１、２２から入力するステレオのＬ信号とＲ信号から、加算器２３によりＬ−Ｒ信号であるＬ側サラウンド信号を作成し、この差信号を図６の周波数特性を有するバンド除去フィルタ２４に入力させて音声周波数帯域（３００Hz〜５ＫHz）のレベルを下げていた。
【０００７】
そして、このように周波数特性を調整したＬ側サラウンド信号をさらに演算増幅器２５と抵抗Ｒ４，Ｒ５からなる利得可変増幅器で利得を調整してから、Ｌ信号ラインには加算器２６でそのまま加算し、Ｒ信号ラインには加算器２７で位相反転してＲ側サラウンド信号に変換してから加算して、出力端子２８、２９に出力していた。３０、３１、３２、３３はバッファである。
【０００８】
このように、人間の耳で強調される方向感が判りやすい音声信号成分を除去し、方向感の判りにくい周波数帯の残響音や反射音を増強してＬ信号やＲ信号にミキシングし、位相の変化と音量の差を強調して、サラウンド効果を実現していたのである。
【０００９】
図７は別の従来のサラウンド再生回路を示す図である。ここでは加算器２３により生成されたＬ−Ｒ信号を、帯域除去フィルタではなく図２に示すような、カットオフ周波数が９００Hzで−６ｄＢ／octの緩やかな減衰特性を有するローパスフィルタ３４に入力させている。
【００１０】
Ｌ−ＲやＲ−Ｌの信号成分には音声周波数成分はあまり含まれておらず、主に高い周波数成分しか含まれていないので、Ｌ−ＲやＲ−Ｌの信号成分の音声周波数成分（３００Hz〜３ＫHz）のレベルを大きく下げることは不要であり、また、Ｌ−ＲやＲ−Ｌの信号の３ＫHzの周波数成分には、耳障りな信号成分が含まれるので、僅かに含まれるボーカル帯域の１ＫHz付近の信号に影響を与えないようにフィルタで除去する必要があるため、上記ローパスフィルタ３４を使用している。また、このようなカットオフ周波数が９００Hzで−６ｄＢ／octの緩やかな減衰特性を有するローパスフィルタ３４は、図３に示すように、抵抗とキャパシタが各１個で構成できるので、２次以上の複数のフィルタを使用する場合に比べてキャパシタ個数が少なくなるといった利点がある。
【００１１】
以上のような複数のスピーカでサラウンド再生回路を実現するものとしては、例えば特許文献１，２がある。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−１０２１００号公報
【特許文献２】
特許第２９４７４５６号明細書
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の方法では複数のスピーカーが必要となるため、小型化または低コスト化のために複数のスピーカーを搭載できない製品では実現できない。
【００１４】
また、１つのスピーカーで再生するために、前記の方法で得られたステレオ信号をモノラル信号に変換した場合、左右の信号を抵抗分圧などにより加算するといった一般的な方法を用いると、強調された残響音や反射音の成分が左右で相殺されてしまう。
【００１５】
本発明の目的は、スピーカーが１つの場合にも良好なサラウンド効果が得られ、またフィルタも簡単なもので済むようにしたサラウンド再生回路を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、入力するＬ信号とＲ信号の差信号を生成する第１の加算器と、該第１の加算器の出力側に接続されるローパスフィルタと、該ローパスフィルタの出力信号をサラウンド信号として前記Ｌ信号および前記Ｒ信号にミキシングしてモノラルのサラウンド信号を生成する第２の加算器とを具備し、且つ前記ローパスフィルタは、カットオフ周波数が７００Hz乃至２ＫHzで、且つ−６dB／octの減衰特性を有することを特徴とするサラウンド再生回路とした。
【００１７】
請求項２にかかる発明は、入力するＬ信号とＲ信号の差信号を生成する第１の加算器と、該第１の加算器の出力側に接続されるローパスフィルタと、該ローパスフィルタの出力信号をサラウンド信号として互いに逆相関係で前記Ｌ信号および前記Ｒ信号にミキシングする第２および第３の加算器と、前記入力するＬ信号とＲ信号の内の一方の信号と前記第２および第３の加算器の内の前記入力するＬ信号とＲ信号の内の他方に対応する側の加算器の出力信号とをミキシングしてモノラルのサラウンド信号を生成する第４の加算器とを具備し、且つ前記ローパスフィルタは、カットオフ周波数が７００Hz乃至２ＫHzで、且つ−６dB／octの減衰特性を有することを特徴とするサラウンド再生回路とした。
【００１８】
請求項３にかかる発明は、請求項１に記載のサラウンド再生回路おいて、前記ローパスフィルタの出力側に利得可変増幅器を挿入し、該利得可変増幅器の出力信号を前記第２の加算器に入力させるようにしたことを特徴とするサラウンド再生回路とした。
【００１９】
請求項４にかかる発明は、請求項２に記載のサラウンド再生回路おいて、前記ローパスフィルタの出力側に利得可変増幅器を挿入し、該利得可変増幅器の出力信号を前記第２および第３の加算器に入力させるようにしたことを特徴とするサラウンド再生回路とした。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明者は、各種音楽ソースを用いてサラウンド効果の実験を繰り返した結果、ステレオ信号のＬ信号（左信号）とＲ信号（右信号）の差成分に含まれる信号は、僅かのボーカルの高い周波数の「サシスセソ」の成分と約５ＫHz以下の反響音が主であることを確認した。
【００２２】
一般的に、ステレオ信号を１つのスピーカーで再生するためにモノラル信号に変換する場合、Ｌ信号とＲ信号を抵抗分圧などによってミキシングするため、Ｌ−Ｒ信号成分またはＲ−Ｌ信号成分は相殺されて出力されない。つまり、反響音成分の少ない奥行きのない音として感じられる。
【００２３】
そこで、反響音成分が多く含まれるＬ−Ｒ信号またはＲ−Ｌ信号を増幅し、Ｌ＋Ｒ信号とミキシングすることにより、反響音が多く含まれる出力信号を得ようと試みた。また、反響音成分が横方向から聞こえるようにするため、Ｌ−Ｒ信号またはＲ−Ｌ信号を図６の周波数特性を有する帯域除去フィルタに入力し、音声周波数帯域（３００Hz〜５ＫHz）のレベルを所定量だけ減衰させてみた。
【００２４】
しかし、Ｌ−Ｒ信号成分またはＲ−Ｌ信号成分の約３ＫHz以上の高域成分は耳障りに感じられた。また、この高域成分は指向性が強いため、反響音の音像がスピーカーの中心に定位してしまい、広がりが感じられなかった。
【００２５】
そこで、Ｌ−Ｒ信号またはＲ−Ｌ信号を、図２に示すようなカットオフ周波数が９００Hzで−６ｄＢ／octの緩やかな減衰特性を有するローパスフィルタに入力することにより、耳障りな高域成分を除去し、反響音の音像がスピーカーの中心に定位しないようにした。
【００２６】
［第１の実施形態］
図１は以上の点を考慮して構成した本発明の第１の実施形態のサラウンド再生回路を示す図である。１はＬ信号入力端子、２はＲ信号入力端子、３、４はバッファ、５はＬ−Ｒ信号を生成する加算器、６はカットオフ周波数が９００Hzで−６ｄＢ／octの緩やかな減衰特性を有するローパスフィルタ、７は抵抗Ｒ１，Ｒ２と共に可変利得増幅器を構成する演算増幅器、８は加算器、９はバッファ、１０は信号出力端子である。
【００２７】
加算器５ではＬ信号−Ｒ信号の減算処理を行い、センターに音像を定位させる信号成分を除去してサラウンド声号成分を抽出するが、そこで得られるＬ−Ｒ信号成分には、３００Hz以下の低い周波数成分は少なく、僅かのボーカルの高い周波数の「サシスセソ」の成分と反響音が主である。
【００２８】
この信号成分は、ローパスフィルタ６に入力し、９００Hzを超える高域成分が除去される。Ｌ−Ｒ信号成分の内の３ＫHz以上の周波数成分には耳障りな信号成分が含まれるが、ローパスフィルタ６でこれが除去される。なお、ローパスフィルタ６は、図２に示すように、カットオフ周波数が９００Hzで−６ｄＢ／octの緩やかな減衰特性を有するので、ボーカル帯域である１ＫHz付近の信号は、大きな影響を受けない。
【００２９】
演算増幅器７と抵抗Ｒ１，Ｒ２による可変利得増幅器は、ローパスフィルタ６から出力するＬ−Ｒ信号成分の利得を調整する。このとき、抵抗Ｒ１，Ｒ２のいずれか一方又は両方の値を可変することにより、Ｌ−Ｒ信号成分をサラウンド信号としてＬ信号とＲ信号に加算するときの加算量を調整できる。
【００３０】
ローパスフィルタ６は、図３に示すように、１個の抵抗Ｒ３と１個のキャパシタＣ１で構成できる。このように、１個のキャパシタで構成できるが、その容量値が大きくなるので、全体をＩＣ化するときはＩＣに外付けとする。この場合、ＩＣのピンは１個増加するのみとなる。出力インピーダンスの大きなｇｍ増幅器を使用して低容量のキャパシタを使用しローパスフィルタ６を構成することもできるが、ＩＣ内部にキャパシタを作り込んでローパスフィルタを構成することはＳ／Ｎの劣化を招くおそれがあるので、上記のような外付けが好ましい。
【００３１】
なお、この実施形態では、ローパスフィルタ６の特性として、カットオフ周波数が９００Hzで−６ｄＢ／octの緩やかな減衰特性を有するようにしたが、カットオフ周波数は７００Hz〜２ＫHzの範囲内であれば、所望のサラウンド効果を得ることができる。また、加算器５ではＬ−Ｒ信号を取り出したが、Ｒ−Ｌ信号を取り出してもよい。
【００３２】
［第２の実施形態］本発明者は、図７に示した従来の別のサラウンド再生回路のブロック構成に注目し、図７のＬ側出力信号とＲ側入力信号、又はＲ側出力信号とＬ側入力信号をミキシングする加算器を付加することによって、第１の実施形態と同一の機能を得ることを確認した。
【００３３】
図４は以上の点を考慮して構成した本発明の第２の実施形態のサラウンド再生回路を示す図である。図１に示したサラウンド再生回路と同じものには同じ符号を付けた。１１，１２，１３は加算器、１４，１５，１６はバッファである。
【００３４】
本実施形態では、演算増幅器７と抵抗Ｒ１，Ｒ２による可変利得増幅器から出力されたＬ−Ｒ信号成分を、元のＬ信号にＬ側サラウンド信号として加算し、元のＲ信号にはＬ−Ｒ信号成分を反転してＲ側サラウンド信号として加算している。さらに、加算器１３によりＬ側出力信号とＲ側入力信号をミキシングして、信号出力端子１０に出力している。
【００３５】
つまり、結果的にＬ＋Ｒ信号とＬ−Ｒのサラウンド信号とがミキシングされるため、図４の信号出力端子１０に出力される信号は、図１の信号出力端子１０に出力される信号と等価であり、第１の実施形態と同一のサラウンド効果が得られることになる。
【００３６】
また、本実施形態では２つのスピーカーを使用する従来のサラウンド再生回路と、本発明による１つのスピーカーを使用するサラウンド再生回路を１つのシステム内に構築する場合、回路の大部分を共有することができるため、回路規模を縮小させることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、従来のサラウンド再生回路ではサラウンド効果を得るためには複数のスピーカーが必要であったが、Ｌ＋Ｒ信号とローパスフィルタによって中域から高域を減衰させたＬ−Ｒ信号とを加算することにより、１つのスピーカーでも自然な奥行きのあるサラウンド効果を得ることができる。
【００３８】
また、従来の複数のスピーカーを使用するサラウンド再生回路に加算器を１つ追加することにより、１つのスピーカーでも良好なサラウンド効果が得られるシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のサラウンド再生回路の回路図である。
【図２】ローパスフィルタの周波数特性図である。
【図３】ローパスフィルタの回路図である。
【図４】第２の実施形態のサラウンド再生回路の回路図である。
【図５】従来のサラウンド再生回路の回路図である。
【図６】バンド除去フィルタの周波数特性図である。
【図７】従来の別のサラウンド再生回路の回路図である。
【符号の説明】
１：Ｌ信号入力端子、２：Ｒ信号入力端子、３、４：バッファ、５：加算器、６：ローパスフィルタ、７：演算増幅器、８：加算器、９：バッファ、１０：出力端子、１１，１２，１３：加算器、１４，１５，１６：バッファ、１７：Ｌ信号出力端子、１８：Ｒ信号出力端子。

Claims

入力するＬ信号とＲ信号の差信号を生成する第１の加算器と、該第１の加算器の出力側に接続されるローパスフィルタと、該ローパスフィルタの出力信号をサラウンド信号として前記Ｌ信号および前記Ｒ信号にミキシングしてモノラルのサラウンド信号を生成する第２の加算器とを具備し、且つ前記ローパスフィルタは、カットオフ周波数が７００Hz乃至２ＫHzで、且つ−６dB／octの減衰特性を有することを特徴とするサラウンド再生回路。
入力するＬ信号とＲ信号の差信号を生成する第１の加算器と、該第１の加算器の出力側に接続されるローパスフィルタと、該ローパスフィルタの出力信号をサラウンド信号として互いに逆相関係で前記Ｌ信号および前記Ｒ信号にミキシングする第２および第３の加算器と、前記入力するＬ信号とＲ信号の内の一方の信号と前記第２および第３の加算器の内の前記入力するＬ信号とＲ信号の内の他方に対応する側の加算器の出力信号とをミキシングしてモノラルのサラウンド信号を生成する第４の加算器とを具備し、且つ前記ローパスフィルタは、カットオフ周波数が７００Hz乃至２ＫHzで、且つ−６dB／octの減衰特性を有することを特徴とするサラウンド再生回路。
請求項１に記載のサラウンド再生回路おいて、
前記ローパスフィルタの出力側に利得可変増幅器を挿入し、該利得可変増幅器の出力信号を前記第２の加算器に入力させるようにしたことを特徴とするサラウンド再生回路。
請求項２に記載のサラウンド再生回路おいて、
前記ローパスフィルタの出力側に利得可変増幅器を挿入し、該利得可変増幅器の出力信号を前記第２および第３の加算器に入力させるようにしたことを特徴とするサラウンド再生回路。