JP4981995B1 - 音声信号処理装置及び音声信号処理プログラム - Google Patents

Abstract

音声信号処理装置は、フロントチャンネル信号及びサラウンドチャンネル信号を含む入力信号を受け取り、サラウンドチャンネル信号を所定の遅延時間遅延して遅延サラウンドチャンネル信号を生成する。そして、遅延サラウンドチャンネル信号をフロントチャンネル信号に加算し、出力する。サラウンド信号が所定の遅延をもってフロントスピーカからされるので、部屋の大きさなどに応じた適切な遅延時間を設定することにより、視聴者はその遅延時間に応じた部屋の奥行き、広がりを感じることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、マルチチャンネル音声信号の処理に関する。

映像ソースとともに再生される音声信号として、５．１チャンネルなどのマルチチャンネル音声信号を用いて立体感のある音声再生を行う手法が知られている。

例えば、特許文献１は、マルチチャンネルシステムにおいて、音源の後ろの壁からの反射音及び横壁からの反射音に相当する音を作り出すことにより、スピーカより遠い方向への奥行き感を増強し、映画館のようなスクリーン方向への音の広がりを実現することを提案している。

特許文献２は、音声信号に対する頭部伝達関数処理によりアレイスピーカ装置の後ろ側に仮想点音源を定位させ、アレイスピーカ装置の設置環境にかかわらず聴取者にサラウンドサウンドを提供する手法を記載している。

特許文献３は、直接音に加えて、初期反射音及び残響音を付加することにより、臨場感の高い音場を作ることを提案している。

特許第４１９６５０９号公報 特許第４４４９９９８号公報 特許第３２５８８１６号公報

しかし、上記のいずれの文献においても、前方の音源の奥行方向において具体的にどの程度の遅延を行うべきかについては明確ではない。例えば特許文献１は、「遅延時間及びそれらの信号を原音に対して混ぜる比率を適当に決めることによりセンタ方向への奥行き感を創出することができる」旨を記載するに過ぎない（特許文献１、段落００１４参照）。また、従来技術のように単に初期反射の付加だけでは仮想音源（仮想スピーカ、仮想壁）までの距離感が不明確であった。

本発明が解決しようとする課題としては、上記のものが例として挙げられる。本発明は、部屋の大きさに合わせて適切な信号の遅延を行うことにより、過不足、違和感の無い、リアルな仮想音場空間を作り出すこと、及び、壁の向こう側の仮想音場空間と壁より手前の実音場空間との音場のつながりを向上することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、モニタと、フロントスピーカ及びサラウンドスピーカとを備える表示装置に用いられる音声信号処理装置であって、フロントチャンネル信号及びサラウンドチャンネル信号を含む入力信号を受け取る入力部と、視聴位置から見てモニタの後方に仮想スピーカを想定し、当該仮想スピーカと視聴位置との距離である仮想スピーカ距離を、前記モニタと前記視聴位置との距離である視聴対象物距離の所定倍に決定する仮想スピーカ距離決定手段と、前記仮想スピーカ距離に基づいて所定の遅延時間を決定し、サラウンドチャンネル信号を前記所定の遅延時間遅延して遅延サラウンドチャンネル信号を生成する遅延手段と、前記遅延サラウンドチャンネル信号に対して頭部伝達関数処理を行う頭部伝達関数処理手段と、フロントチャンネル信号に対して、初期反射処理及びリバーブ処理により仮想音場空間を作り出す処理を行う処理手段と、前記頭部伝達関数処理後の遅延サラウンドチャンネル信号を、前記処理手段により処理されたフロントチャンネル信号に加算する加算手段と、前記加算手段より出力されたフロントチャンネル信号を前記フロントスピーカに供給し、サラウンドチャンネル信号を前記サラウンドスピーカに供給する出力手段と、を備えることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、モニタと、フロントスピーカ及びサラウンドスピーカと、コンピュータとを備える表示装置により実行される音声信号処理プログラムであって、フロントチャンネル信号及びサラウンドチャンネル信号を含む入力信号を受け取る入力手段、視聴位置から見てモニタの後方に仮想スピーカを想定し、当該仮想スピーカと視聴位置との距離である仮想スピーカ距離を、前記モニタと前記視聴位置との距離である視聴対象物距離の所定倍に決定する仮想スピーカ距離決定手段と、前記仮想スピーカ距離に基づいて所定の遅延時間を決定し、サラウンドチャンネル信号を前記所定の遅延時間遅延して遅延サラウンドチャンネル信号を生成する遅延手段、前記遅延サラウンドチャンネル信号に対して頭部伝達関数処理を行う頭部伝達関数処理手段、フロントチャンネル信号に対して、初期反射処理及びリバーブ処理により仮想音場空間を作り出す処理を行う処理手段、前記頭部伝達関数処理後の遅延サラウンドチャンネル信号を、前記処理手段により処理されたフロントチャンネル信号に加算する加算手段、前記加算手段より出力されたフロントチャンネル信号を前記フロントスピーカに供給し、サラウンドチャンネル信号を前記サラウンドスピーカに供給する出力手段、として前記コンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明の音声信号処理装置を適用した音声信号再生装置の構成を示すブロック図である。 実施例による視聴空間の構成例を示す。 第１実施例に係る信号処理部の回路構成例を示す。 第２実施例に係る処理回路の構成例を示す。 第４実施例に係る信号処理部の回路構成例を示す。 第４実施例による初期反射遅延量の算出方法を示す。 第５実施例による視聴対象物距離の算出方法を示す。

本発明の好適な実施形態では、音声信号処理装置は、フロントチャンネル信号及びサラウンドチャンネル信号を含む入力信号を受け取る入力部と、サラウンドチャンネル信号を所定の遅延時間遅延して遅延サラウンドチャンネル信号を生成する遅延手段と、フロントチャンネル信号に対して、初期反射処理及び／又はリバーブ処理により仮想音場空間を作り出す処理を行う処理手段と、前記遅延サラウンドチャンネル信号を、前記処理手段により処理されたフロントチャンネル信号に加算する加算手段と、前記加算手段により出力されたフロントチャンネル信号、及び、サラウンドチャンネル信号を出力する出力手段と、を備える。

上記の音声信号処理装置は、フロントチャンネル信号及びサラウンドチャンネル信号を含む入力信号を受け取り、サラウンドチャンネル信号を所定の遅延時間遅延して遅延サラウンドチャンネル信号を生成する。また、フロントチャンネル信号に対して、初期反射処理及び／又はリバーブ処理により仮想音場空間を作り出す処理を行う。そして、遅延サラウンドチャンネル信号を、上記処理後のフロントチャンネル信号に加算し、出力する。サラウンド信号が所定の遅延をもってフロントスピーカからされるので、部屋の大きさなどに応じた適切な遅延時間を設定することにより、視聴者はその遅延時間に応じた部屋の奥行き、広がりを感じることができる。

上記の音声信号処理装置の一態様では、前記表示装置はセンタースピーカを備え、前記加算手段は、前記遅延サラウンドチャンネル信号をセンターチャンネル信号に加算する。この態様では、遅延サラウンド信号がセンタースピーカからも出力されるので、より奥行き感が増強される。

好適な実施例では、上記の音声信号処理装置は、モニタと、左右のフロントスピーカ及び左右のサラウンドスピーカとを備える表示装置に用いられる。

実験などによる好適な例では、前記所定の遅延時間は、３０〜４０ｍｓとされる。他の好適な例では、視聴対象物位置と視聴位置との距離である視聴対象物距離を検出する視聴対象物距離検出手段を備え、前記所定の遅延時間は、前記視聴対象物距離の４〜５倍の距離による音波遅延に相当する遅延時間とされる。

上記の音声信号処理装置の他の一態様は、視聴対象物位置と視聴位置との距離である視聴対象物距離を検出する視聴対象物距離検出手段と、前記視聴対象物距離に基づいて、視聴位置から見てモニタの後方に仮想スピーカを想定し、当該仮想スピーカと視聴位置との距離である仮想スピーカ距離を前記視聴対象物距離の２倍に決定する仮想スピーカ距離決定手段と、を備え、前記遅延手段は、前記仮想スピーカ距離に基づいて前記所定の遅延時間を決定する。この態様では、視聴対象物距離に応じて適切な大きさの仮想音場空間が想定され、仮想スピーカ位置が決定されるので、遅延サラウンドチャンネル信号に適切な量の遅延を与えることができる。

上記の音声信号処理装置の他の一態様では、前記視聴対象物距離検出手段は、前記視聴位置を含む空間にテスト音を出力する放音手段と、前記放音手段により放音されたテスト音を前記視聴位置において集音する集音手段と、前記放音手段により放音されたテスト音に対する、前記集音手段により集音されたテスト音の遅延量に基づいて、前記視聴位置とフロントスピーカとの距離を算出し、当該フロントスピーカの距離に基づいて前記視聴対象物距離を算出する算出手段と、を備える。この態様では、スピーカから出力したテスト信号を集音することにより、フロントスピーカの距離が自動検出され、それに基づいて視聴対象物距離が算出される。よって、視聴対象物距離をユーザが自ら入力する必要がない。

上記の音声信号処理装置の他の一態様は、左右のフロントスピーカから出力される音の音像が実際の左右のフロントスピーカの位置よりも前記モニタの中央よりに定位するように、前記遅延サラウンドチャンネル信号に対して頭部伝達関数処理を行う頭部伝達関数処理手段を備える。これにより、遅延サラウンドチャンネル信号の音像を実際の左右のフロントスピーカの位置よりも中央よりに定位させることができ、よりリアルに奥行き感を創出することができる。

上記の音声信号処理装置の他の一態様は、左サラウンドチャンネル信号の位相を反転させ、所定量減衰させた信号を右サラウンドチャンネル信号に加算する手段と、右サラウンドチャンネル信号の位相を反転させ、前記所定量減衰させた信号を左サラウンドチャンネル信号に加算する手段と、を備える。これにより、さらに臨場感を増すことができる。

本発明の他の実施形態では、モニタと、左右のフロントスピーカ及び左右のサラウンドスピーカと、上記の音声信号処理装置と、を備える表示装置を提供することができる。

本発明の他の実施形態では、コンピュータを備える装置により実行される音声信号処理プログラムは、フロントチャンネル信号及びサラウンドチャンネル信号を含む入力信号を受け取る入力手段、サラウンドチャンネル信号を所定の遅延時間遅延して遅延サラウンドチャンネル信号を生成する遅延手段、フロントチャンネル信号に対して、初期反射処理及び／又はリバーブ処理により仮想音場空間を作り出す処理を行う処理手段、前記遅延サラウンドチャンネル信号を、前記処理手段により処理されたフロントチャンネル信号に加算する加算手段、前記加算手段より出力されたフロントチャンネル信号、及び、サラウンドチャンネル信号を出力する出力手段、として前記コンピュータを機能させる。このプログラムを表示装置のコンピュータが実行することにより、上記の音声信号処理装置を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

[第１実施例]
（全体構成）
図１は、本発明の音声信号処理装置を適用した音声信号再生装置の構成を示すブロック図である。音声信号再生装置１は、デコーダ２と、本発明に係る音声信号処理装置の実施例である信号処理部１００と、Ｄ／Ａ変換器３と、アンプ４と、スピーカ５ＦＬ、５ＦＲ、５Ｃ、５ＳＬ、５ＳＲ及び５ＬＦＥと、マイク６とを備える。

デコーダ２は、信号ソースから圧縮ストリームＳＴを受け取る。信号ソースとしては、例えばＤＶＤ、ＢＤ、ハードディスクレコーダなどが挙げられる。これらの記録媒体には映像信号と音声信号とが記録されるが、デコーダ２は映像信号と音声信号とを含む圧縮ストリームを受け取ってもよいし、音声信号のみの圧縮ストリームを受け取ってもよい。

デコーダ２は、受け取った圧縮ストリームＳＴを復号化し、ディジタルの音声信号を生成する。具体的には、デコーダ２は、左フロントチャンネル信号ＦＬ、右フロントチャンネル信号ＦＲ、左サラウンドチャンネル信号ＳＬ、右サラウンドチャンネル信号ＳＲ、センターチャンネル信号Ｃ及びＬＦＥ（Ｌｏｗ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｅｆｆｅｃｔ）信号ＬＦＥを生成し、信号処理部１００へ供給する。以下、「チャンネル」を「ｃｈ」とも表記する。

信号処理部１００は、入力された信号に基づいて、フロントｃｈ信号に対する信号処理を行い、処理後の信号をＤ／Ａ変換器３へ供給する。具体的には、信号処理部１００は、センターｃｈ信号Ｃ、サラウンドｃｈ信号ＳＲ及びＳＬ、並びにＬＦＥ信号ＬＦＥをそのままＤ／Ａ変換器３へ出力するとともに、信号処理により得られたフロントｃｈ信号ＦＬｘ及びＦＲｘをＤ／Ａ変換器３へ出力する。なお、この信号処理については後に詳しく説明する。

Ｄ／Ａ変換器３は、受け取った信号ＦＬｘ、ＦＲｘ、ＳＬ、ＳＲ、Ｃ及びＬＦＥをそれぞれＤ／Ａ変換し、アンプ４へ出力する。アンプ４は各信号を増幅し、各チャンネルのスピーカ５ＦＬ、５ＦＲ、５Ｃ、５ＳＬ、５ＳＲ及び５ＬＦＥへ出力する。

（信号処理）
次に、信号処理部１００が実行する信号処理について説明する。本実施例では、ユーザのリスニングルームなどの視聴空間の大きさに合わせて、サラウンドｃｈ信号を所定時間遅延した信号（以下、「遅延サラウンドｃｈ信号」と呼ぶ。）を生成し、これをフロントｃｈ信号に加算してフロントスピーカから再生する。これにより、適度な前方奥行き感を実現する。

実施例に係る視聴空間の構成例を図２に示す。図示のように、部屋７の１つの壁７ｗに沿ってＴＶ９が配置され、ＴＶ９の内部又は近傍にセンタースピーカ５Ｃ、フロントスピーカ５ＦＬ及び５ＦＲが配置される。ＴＶ９の前方ほぼ中央に視聴位置ＬＰが設定され、視聴者（ユーザ）は視聴位置ＬＰにおいてＴＶ９に表示される映像及び各スピーカから出力される音声を視聴する。視聴位置ＬＰの後方には、サラウンドスピーカ５ＳＬ及び５ＳＲが配置される。なお、ＬＦＥｃｈのスピーカ５ＬＦＥは部屋７内の任意の場所に配置されるので、図示を省略する。

また、本実施例では、視聴位置ＬＰから見て部屋７のＴＶ９の後方に仮想音場空間８を想定し、仮想音場空間８の奥の壁８ｗに沿って仮想スピーカ５ＶＬ及び５ＶＲを想定する。そして、左右のサラウンドｃｈ信号ＳＬ、ＳＲを所定時間遅延した遅延サラウンド信号ＳＬｄ、ＳＲｄを左右のフロントｃｈ信号ＦＬ、ＦＲにそれぞれ加算してフロントｃｈ信号ＦＬｘ、ＦＲｘを生成し、左右のフロントスピーカ５ＦＬ、５ＦＲから出力する。これにより、再生される音声に対して、仮想音場空間８による奥行き感を与えることができる。

まず、仮想音場空間について説明する。仮想音場空間８は、実音場、即ち、実際の部屋７の大きさによって理想の大きさが変わってくる。実音場が小さいのに過剰に大きい仮想音場空間を想定すると違和感が生じるし、逆に実音場が大きいのに仮想音場空間が小さいと奥行き感を創出する効果が不足することになる。ＴＶ９又はセンタースピーカ５Ｃ（以下、「視聴対象物」と呼ぶ。）と視聴位置ＬＰとの距離（以下、「視聴対象物距離」と呼ぶ。）Ｌ１に対して仮想音場空間８の奥行距離Ｌ２を変化させて多数の視聴者に対して実験を行ったところ、仮想音場空間８の理想的な奥行距離Ｌ２は、視聴位置ＬＰから視聴対象物までの距離Ｌ１とほぼ等しいことがわかった。よって、仮想音場空間８の奥行距離Ｌ２は、視聴対象物距離Ｌ１の０．８〜１．２倍程度、好適にはＬ２＝Ｌ１となる。よって、好適な例では、視聴位置ＬＰと仮想スピーカ５ＶＬ、５ＶＲとの距離（以下「仮想スピーカ距離Ｄ」と呼ぶ。）は、視聴対象物距離Ｌ１の約２倍となる。

次に、本実施例による奥行き感の創出方法について説明する。サラウンドｃｈ信号に着目すると、図２に示すように、視聴位置ＬＰにいる視聴者は、まずサラウンドスピーカ５ＳＬ又は５ＳＲから出力され、経路６１に沿って視聴位置ＬＰに届いたサラウンドｃｈ信号ＳＬ又はＳＲを聴く。よって、その後に、サラウンドスピーカ５ＳＬ又は５ＳＲから出力され、経路６０に沿って仮想音場空間８の壁８ｗで反射して視聴位置ＬＰに届いたサラウンドｃｈ信号ＳＬ又はＳＲを聴かせることができれば、この時間差により視聴者はＴＶ９の方向に奥行きを感じることになる。

そこで、信号処理部１００は、サラウンドｃｈ信号を所定時間遅延することにより、サラウンドスピーカ５ＳＬ又は５ＳＲから出力され経路６０に沿って視聴位置ＬＰに至る音に相当する音を作り出し、その音をフロントｃｈ信号に加算してフロントスピーカＦＬ又はＦＲから出力させる。これにより、視聴者は経路６１に沿って視聴位置ＬＰに至るサラウンドｃｈ信号と、経路６０に沿って視聴位置ＬＰに至るサラウンドｃｈ信号と等価な信号とを聴くことにより、ＴＶ９方向への奥行き、音の広がりを感じる。

次に、具体的な信号処理について説明する。いま、サラウンドスピーカ５ＳＬ又は５ＳＲから経路６１に従って進んで視聴位置ＬＰに至る距離を「Ｌ３」とする。また、サラウンドスピーカ５ＳＬ又は５ＳＲから経路６０に従って進んで仮想音場空間８の奥の壁８ｗで反射し、視聴位置ＬＰに至る距離を「Ｌ４」とする。

信号処理部１００は、サラウンドｃｈ信号ＳＬ、ＳＲをそれぞれ所定時間遅延し、得られた遅延サラウンド信号ＳＬｄ、ＳＲｄをそれぞれフロントｃｈ信号ＦＬ、ＦＲに加算する。ここで、信号処理部１００は、サラウンドｃｈ信号ＳＬ、ＳＲの遅延時間Ｔｄを、経路６０の距離Ｌ４と経路６１の距離Ｌ３との差に相当する時間とする。即ち、遅延時間Ｔｄを、
Ｔｄ＝（Ｌ４−Ｌ３）／ｃ （ｃ：音速） （１）
とする。これにより、視聴位置ＬＰにいる視聴者は、遅延サラウンド信号がＴＶ９の後方に位置する仮想スピーカ５ＶＬ、５ＶＲから出力されているように感じ、仮想音場空間８の奥行きを感じることができる。

なお、実際には、経路６０の距離Ｌ４を正確に検出することは難しいと考えられるが、例えばＴＶ９の幅方向の成分を無視し、奥行方向の距離のみを考慮して近似すれば、遅延時間Ｔｄは、
Ｔｄ＝｛（２Ｌ１＋２Ｌ２＋Ｌ３）−Ｌ３｝／ｃ （２）
と近似することができる。前述のように、好適にはＬ２はＬ１と等しいので、視聴対象物距離Ｌ１が求められれば、上記の奥行き感を作り出すための遅延時間Ｔｄを求めることができる。現実には、視聴対象物距離Ｌ１は、ユーザが部屋７内のＴＶ９と視聴位置ＬＰとの距離を測定して手入力で設定してもよいし、後述するように自動音場補正装置のスピーカ距離測定機能を利用して検出することもできる。典型的な例として、一般的な部屋では視聴位置からＴＶまでの視聴対象物距離Ｌ１は２．５〜３．０ｍ程度であるので、遅延時間Ｔｄを３０〜４０ｍｓ程度とすることが好ましい。

このように、信号処理部１００がサラウンドｃｈ信号を適切な遅延時間遅延させてフロントｃｈ信号に加算し、フロントスピーカから出力させることにより、視聴位置ＬＰにいる視聴者は、遅延サラウンドｃｈ信号の成分が仮想音場空間８内の仮想スピーカ５ＶＬ、５ＶＲから出力されているように感じる。これにより、実際の部屋７の壁７ｗより後方の仮想音場空間８と、実際の壁７ｗより手前の実音場空間とを一体的に大きな１つの音場空間のように感じさせることができる。昨今急激に進歩、普及した３Ｄ映像は奥行きがリアルに表現されている。本実施例の手法は、奥行き表現という意味で３Ｄ映像と非常に整合がよく、視聴者により高いレベルの臨場感を与えることが可能となる。

さらに、信号処理部１００は好ましくは頭部伝達関数処理を行う。いま、視聴位置ＬＰとＴＶ９の中央とを結ぶ方向、即ちセンタースピーカ５ｃの方向（以下「センター方向」と呼ぶ。）を角度０度とする。通常、左右のフロントスピーカ５ＦＬ、５ＦＲは、水平面（床と平行な面）内でセンター方向に対して約±３０〜４０度の範囲に設置される。よって、何も処理をしないと、視聴位置ＬＰにいる視聴者には、フロントｃｈ信号に加算された遅延サラウンドｃｈ信号は実際の左右のフロントスピーカの位置から聴こえる。そこで、本実施例では、信号処理部１００は、頭部伝達関数処理を行うことにより、左右のフロントスピーカ５ＦＬ、５ＦＲから出力される遅延サラウンドｃｈ信号の音像（仮想音源）を、左右のフロントスピーカ５ＦＬ、５ＦＲの実際の位置よりもセンター方向よりの位置、好ましくはセンター方向に対して±１０〜２０度の範囲内の位置に定位させる。つまり、信号処理部１００は、頭部伝達関数を利用して、フロントスピーカ５ＦＬ、５ＦＲから出力された音の仮想音源が、センター方向に対して±１０〜２０度の位置に定位するような特性を遅延サラウンドｃｈ信号に付与する。

図２を参照すると、信号処理部１００は、遅延サラウンドｃｈ信号に対して頭部伝達関数処理を行うことにより、矢印６７に示すように、遅延サラウンドｃｈ信号の仮想音源が破線の円６５の位置に来るようにする。これにより、視聴位置ＬＰにいる視聴者は、遅延サラウンドｃｈ信号が実際の左右のフロントスピーカ５ＦＬ、５ＦＲの方向ではなく、それより内側の円６５の方向から到来するように感じる。よって、視聴者は、あたかも本当にＴＶ９の奥の方に壁があるかのような音場を感じることができる。即ち、狭い部屋でも、奥行のある、広い臨場感のある音場を感じることができる。

なお、頭部伝達関数処理により仮想音源を定位させる上記の角度は、実装されるスピーカの位置に合わせて適切に決定することが好ましい。例えば、実装されるスピーカがＴＶ９の画面の下部にある場合には、頭部伝達関数を水平方向だけでなく、垂直方向にさらに数十度仰角を持たせた係数とすることで、仮想音源をＴＶ９の画面方向に移動させることができ、より３Ｄ映像にマッチした音場を作り出すことができる。

なお、フロントｃｈ信号以外の信号については、信号処理部１００は特に処理を行わず、入力された信号をそのままＤＡ変換器３へ出力する。

図３は信号処理部１００の回路構成例を示す。なお、図３の例は、左フロントｃｈ信号ＦＬの例であるが、図中の括弧で示すように右フロントｃｈ信号ＦＲについても同様の回路が設けられ、同様の処理がなされる。信号処理部１００は、遅延処理部２１と、頭部伝達関数処理部２２と、アンプ２３、２４と、加算器２５とを備える。

遅延処理部２１は、サラウンドｃｈ信号ＳＬを受け取り、これを所定の遅延時間Ｔｄ遅延して遅延サラウンドｃｈ信号ＳＬｄを生成し、頭部伝達関数処理部２２へ送る。所定の遅延時間Ｔｄは、前述のように部屋７における視聴対象物距離Ｌ１に応じて決定される。

頭部伝達関数処理部２２は、遅延サラウンドｃｈ信号ＳＬｄに対して、その音像を実際のセンタースピーカ５ＦＬ、５ＦＲよりもセンター方向より、好適にはセンター方向から±１０〜２０度の範囲内に定位させる頭部伝達関数を畳み込み演算する。そして、頭部伝達関数処理部２２は、処理後の遅延サラウンド信号ＳＬｄｈをアンプ２３へ供給する。アンプ２３は、頭部伝達関数処理後の遅延サラウンド信号ＳＬｄｈを所定のレベルに増幅し、加算器２５へ送る。

一方、信号処理部１００に入力されたフロントｃｈ信号ＦＬはアンプ２４で所定のレベルに増幅された後、加算器２５へ送られる。加算器２５は、頭部伝達関数処理後の遅延サラウンド信号ＳＬｄｈをフロントｃｈ信号ＦＬに加算し、フロントｃｈ信号ＦＬｘとしてＤＡ変換器３へ出力する。

このように、信号処理部１００は、サラウンドｃｈ信号の成分を所定時間遅延し、頭部伝達関数処理した後、フロントスピーカから出力することにより、視聴位置ＬＰにいる視聴者にセンター方向への奥行き感を与えることができる。

[第２実施例]
次に第２実施例について説明する。第２実施例は、上記の第１実施例の処理を前提とする。

第１実施例では、信号処理部１００はフロントｃｈ信号に対してサラウンドｃｈ信号を加算しているが、サラウンドｃｈ信号に対しては特に処理を行っていない。第２実施例では、第１実施例の処理に加えて、信号処理部１００はサラウンドｃｈ信号に対する処理を行う。具体的には、信号処理部１００は、左サラウンドｃｈ信号ＳＬの逆相信号を生成し、それを約６ｄＢ減衰させたもの（即ち、レベルを１／２に減衰させたもの）を右サラウンドｃｈ信号ＳＲに加算する。同様に、信号処理部１００は、右サラウンドｃｈ信号ＳＲの逆相信号を生成し、それを約６ｄＢ減衰させたものを左サラウンドｃｈ信号ＳＬに加算する。これにより、仮想音場空間８の壁８ｗからの反射音の広がり感が増強される。

図４は第２実施例に係る処理回路の構成を示す。この回路３０は、位相反転部３１、３２と、アンプ３３、３４と、加算器３５、３６とを備える。左サラウンドｃｈ信号ＳＬは、加算器３５に入力されるとともに、位相反転部３１に供給される。位相反転部３１は、左サラウンドｃｈ信号ＳＬの逆相信号を生成し、アンプ３３に供給する。アンプ３３は、供給された左サラウンドｃｈ信号ＳＬの逆相信号を６ｄＢ減衰させ、加算器３６に供給する。

同様に、右サラウンドｃｈ信号ＳＲは、加算器３６に入力されるとともに、位相反転部３２に供給される。位相反転部３２は、右サラウンドｃｈ信号ＳＲの逆相信号を生成し、アンプ３４に供給する。アンプ３４は、供給された右サラウンドｃｈ信号ＳＲの逆相信号を６ｄＢ減衰させ、加算器３６に供給する。

加算器３５は、左サラウンドｃｈ信号ＳＬに、右サラウンドｃｈＳＲ信号の逆相信号を加算し、左サラウンドｃｈ信号ＳＬｘとして出力する。加算器３６は、右サラウンドｃｈ信号ＳＲに、左サラウンドｃｈ信号ＳＬの逆相信号を加算し、右サラウンドｃｈ信号ＳＲｘとして出力する。

[第３実施例]
第１実施例では、遅延サラウンドｃｈ信号をフロントｃｈ信号に加算している。第３実施例では、これに加えて、遅延サラウンドｃｈ信号をセンターｃｈ信号も加算する。この場合、サラウンドｃｈ信号の遅延時間Ｔｄはフロントｃｈ信号に加算される遅延サラウンド信号の遅延時間Ｔｄと同じとする。１つの例では、左右の遅延サラウンドｃｈ信号を加算し、２で除算したものをセンターｃｈ信号に加算すればよい。

[第４実施例]
第１実施例では、信号処理部１００は、遅延サラウンドｃｈ信号が加算されるフロントｃｈ信号については特に処理を行っていない。第４実施例では、信号処理部１００は、第１実施例の処理に加えて、フロントｃｈ信号に初期反射付加処理及びリバーブ処理を行う。この場合の信号処理部１００ａの回路構成例を図５に示す。

図３と比較するとわかるように、信号処理部１００ａは、フロントｃｈ信号に対して初期反射付加処理を行う初期反射付加部４１と、リバーブ処理を行うリバーブ処理部４２とを備える。

初期反射付加部４１は、フロントｃｈ信号ＦＬが仮想スピーカ５ＶＬから出力された場合の初期反射音を算出してフロントｃｈ信号ＦＬに加算するとともに、フロントｃｈ信号ＦＲが仮想スピーカ５ＶＲから出力された場合の初期反射音を算出してフロントｃｈ信号ＦＲに加算する。

具体的に、初期反射付加処理部４１は、まず視聴位置ＬＰから仮想スピーカ５ＶＬ、５ＶＲまでの距離である仮想スピーカ距離Ｄを視聴対象物距離Ｌ１の２倍として算出する。即ち、
Ｄ＝Ｌ１×２ （３）
とする。

次に、初期反射付加部４１は初期反射遅延量を算出する。初期反射遅延量を算出する方法を図６に示す。図６は、図２に示す部屋７及び仮想音場空間８を横方向から見た図であり、視聴位置ＬＰとＴＶ９との間の視聴対象物距離が「Ｌ１」、ＴＶ９と仮想スピーカ５ＶＲ又は５ＶＬとの距離が「Ｌ２」、視聴位置ＬＰと仮想スピーカ５ＶＲ又は５ＶＬとの間の仮想スピーカ距離が「Ｄ」として示されている。また、上下方向においては、標準的な例として、視聴位置ＬＰ、ＴＶ９、仮想スピーカ５ＶＬ又は５ＶＲはいずれも床から１ｍの高さに配置されているものとする。

この条件において、破線７５は仮想スピーカ５ＦＬ又は５ＦＲからの初期反射音（床による反射とする）の経路を示す。よって、破線７５に示す初期反射音の経路の距離Ｄｖは、
Ｄｖ＝（１＋（Ｄ／２）^２）^０．５×２ （４）
となる。一方、直接音の経路の距離は仮想スピーカ距離Ｄに等しい。よって、直接音に対する初期反射音の遅延量である初期反射遅延量Τｒｅｆは、初期反射音の距離Ｄｖと直接音の距離Ｄとの差に基づいて、
Τｒｅｆ＝（Ｄｖ−Ｄ）／ｃ （ｃ：音速） （５）
となる。なお、初期反射音の距離Ｄｖと直接音の距離Ｄとの差は、仮想スピーカ距離Ｄが長くなるほど小さくなる。また、上記の式において、仮想スピーカからの直接音距離Ｄ及び初期反射音距離Ｄｖは、自動音場補正などにより距離補正されているものとする。そして、初期反射付加処理部４１は、こうして得られた初期反射遅延量Τｒｅｆをメモリなどに記憶する。

初期反射付加処理部４１のメモリには、上記のようにして得られた仮想スピーカ距離Ｄ及び初期反射遅延量Τｒｅｆが記憶されている。加えて、メモリには、仮想スピーカ距離Ｄと初期反射レベルＬｒｅｆとの関係を規定したマップなどが記憶されている。具体的には、仮想スピーカ距離Ｄが短いほど、初期反射レベルＬｒｅｆを小さくする。

こうして、仮想スピーカ距離Ｄ、初期反射遅延量Τｒｅｆ、及び、初期反射レベルＬｒｅｆを規定するマップなどがメモリに記憶された状態となる。そして、初期反射付加処理部４１は、初期反射遅延量Ｔｒｅｆ及び初期反射レベルＬｒｅｆに応じた初期反射音を生成し、フロントｃｈ信号ＦＬ又はＦＲに加算する。

初期反射音が付加されたフロントｃｈ信号ＦＬ又はＦＲは、リバーブ処理部４２に送られる。リバーブ処理部４２は、入力されたフロントｃｈ信号ＦＬ又はＦＲに対して残響成分を付加するリバーブ処理を行い、アンプ２４を介して加算器２５へ送る。こうして、第４実施例では、初期反射付加処理及びリバーブ処理が施されたフロントｃｈ信号に対して、遅延処理及び頭部伝達関数処理が施されたサラウンドｃｈ信号が付加され、フロントスピーカから出力される。

これにより、壁７ｗの向こう側の仮想音場空間８と、壁７ｗより手前の実音場空間との音場のつながりを改善、向上することができる。即ち、第１実施例の遅延処理及び頭部伝達関数処理を行わずにフロントｃｈ信号に対して初期反射付加処理及びリバーブ処理を行った場合、壁７ｗの奥に仮想音場空間はできるが、壁より手間の実音場空間とは基本的に無関係なため、仮想音場空間と実音場空間とが分離されてしまい、違和感が生じる。これに対し、第１実施例の遅延処理及び頭部伝達関数処理が施されたサラウンドｃｈ信号を、本実施例のように初期反射付加処理及びリバーブ処理が施されたフロントｃｈ信号に加算することにより、サラウンドｃｈ信号という１つの信号が結び付け役となって、その分離感を和らげることができる。その結果、仮想音場空間と実音場空間とを含む全体の音場空間の一体感を高めることができる。

[第５実施例]
第５実施例では、スピーカ距離検出機能により視聴対象物距離Ｌ１を自動的に検出する。具体的には、図１において、信号処理部１００は、予め用意されたテスト信号、好ましくはパルス性のテスト信号をＤＡ変換器３、アンプ４を介してフロントスピーカ５ＦＬ又は５ＦＲから部屋７内へテスト音として放出する。マイク６は視聴位置ＬＰに配置されており、部屋７へ放出されたテスト音を集音し、信号処理部１００へ送る。信号処理部１００は、集音されたテスト音をディジタル信号に変換し、マイク６により集音されたテスト信号（以下、「集音テスト信号」と呼ぶ。）とする。

そして、信号処理部１００は、集音テスト信号と、フロントスピーカから出力されたテスト信号（以下、「出力テスト信号」と呼ぶ。）とを比較する。出力テスト信号に対する集音テスト信号の時間的な遅れは、マイク６、信号処理部１００、ＤＡ変換器３、アンプ４及びスピーカ５により構成される系内での遅延分を無視すれば、左右のスピーカ５ＦＬ又は５ＦＲと視聴位置ＬＰと間を音波が伝搬する時間に相当する。よって、信号処理部１００は、出力テスト信号と集音テスト信号との時間差に音速を乗算し、視聴位置ＬＰと左右のスピーカ５ＦＬ及び５ＦＲとの距離を算出する。

次に、信号処理部１００は、視聴位置ＬＰとＴＶ９又はセンタースピーカ５Ｃとの距離である視聴対象物距離Ｌ１を算出する。図７は視聴対象物距離を算出する方法を示す。視聴位置ＬＰと左フロントスピーカ５ＦＬとの距離を「Ｌｆｌ」とし、視聴位置ＬＰと右フロントスピーカ５ＦＲとの距離を「Ｌｆｒ」とする。標準的な配置として、センター方向と、視聴位置ＬＰと左右のフロントスピーカ５ＦＬ又は５ＦＲとを結ぶ方向とのなす角を３０°と仮定すると、視聴対象物距離Ｌ１は以下の式により求められる。

Ｌ１＝（Ｌｆｌ＋Ｌｆｒ）／２×（√３／２） （６）
こうして信号処理部１００は視聴対象物距離Ｌ１を算出する。そして、信号処理部１００は、得られた視聴対象物距離Ｌ１を用いて、前述のようにサラウンドｃｈ信号の遅延時間Ｔｄを決定する。

なお、この例において、信号処理部１００が視聴位置ＬＰと左右のフロントスピーカ５ＦＬ及び５ＦＲとの距離を用いて視聴対象物距離Ｌ１を算出しているのは、部屋７に設定される再生システムが５ｃｈ構成ではなく、センタースピーカを含まない４ｃｈ又は２ｃｈの場合があることを考慮したからである。即ち、上記の方法によれば、センターｃｈを含まないスピーカ構成であったとしても、左右のフロントスピーカを用いて視聴対象物距離Ｌ１を求めることができる。

本発明は、ＡＶレシーバー、一般のＴＶ、ＤＶＤ／ＢＤプレイヤーなど、映像とともにマルチチャンネルの音声信号を再生する装置に利用することができる。

１ 音声再生装置
２ デコーダ
３ ＤＡ変換器
４ アンプ
５ スピーカ
６ マイク
１００ 信号処理部
ＬＰ 視聴位置

Claims (12)

1. モニタと、フロントスピーカ及びサラウンドスピーカとを備える表示装置に用いられる音声信号処理装置であって、
   フロントチャンネル信号及びサラウンドチャンネル信号を含む入力信号を受け取る入力部と、
   視聴位置から見てモニタの後方に仮想スピーカを想定し、当該仮想スピーカと視聴位置との距離である仮想スピーカ距離を、前記モニタと前記視聴位置との距離である視聴対象物距離の所定倍に決定する仮想スピーカ距離決定手段と、
   前記仮想スピーカ距離に基づいて所定の遅延時間を決定し、サラウンドチャンネル信号を前記所定の遅延時間遅延して遅延サラウンドチャンネル信号を生成する遅延手段と、
   前記遅延サラウンドチャンネル信号に対して頭部伝達関数処理を行う頭部伝達関数処理手段と、
   フロントチャンネル信号に対して、初期反射処理及びリバーブ処理により仮想音場空間を作り出す処理を行う処理手段と、
   前記頭部伝達関数処理後の遅延サラウンドチャンネル信号を、前記処理手段により処理されたフロントチャンネル信号に加算する加算手段と、
   前記加算手段より出力されたフロントチャンネル信号を前記フロントスピーカに供給し、サラウンドチャンネル信号を前記サラウンドスピーカに供給する出力手段と、を備えることを特徴とする音声信号処理装置。
2. 前記表示装置はセンタースピーカを備え、
   前記加算手段は、前記頭部伝達関数処理前の遅延サラウンドチャンネル信号をセンターチャンネル信号に加算し、
   前記出力手段は前記センターチャンネル信号を前記センタースピーカへ供給することを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
3. 前記所定の遅延時間は、３０〜４０ｍｓであることを特徴とする請求項１又は２に記載の音声信号処理装置。
4. 前記仮想スピーカ距離決定手段は、前記仮想スピーカ距離を前記視聴対象物距離の２倍に決定することを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
5. 前記仮想音場空間の奥行距離と、視聴位置から前記モニタまでの距離とは等しいことを特徴とする請求項４に記載の音声信号処理装置。
6. 前記視聴対象物距離を検出する視聴対象物距離検出手段を備え、
   前記所定の遅延時間は、前記視聴対象物距離の４〜５倍の距離による音波遅延に相当する遅延時間であることを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
7. 前記視聴対象物距離を検出する視聴対象物距離検出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
8. 前記視聴対象物距離検出手段は、
   前記視聴位置を含む空間にテスト音を出力する放音手段と、
   前記放音手段により放音されたテスト音を前記視聴位置において集音する集音手段と、
   前記放音手段により放音されたテスト音に対する、前記集音手段により集音されたテスト音の遅延量に基づいて、前記視聴位置とフロントスピーカとの距離を算出し、当該フロントスピーカの距離に基づいて前記視聴対象物距離を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の音声信号処理装置。
9. 前記頭部伝達関数処理手段は、左右のフロントスピーカから出力される音の音像が実際の左右のフロントスピーカの位置よりも前記モニタの中央よりに定位するように、前記遅延サラウンドチャンネル信号に対して頭部伝達関数処理を行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の音声信号処理装置。
10. 左サラウンドチャンネル信号の位相を反転させ、所定量減衰させた信号を右サラウンドチャンネル信号に加算する手段と、
    右サラウンドチャンネル信号の位相を反転させ、前記所定量減衰させた信号を左サラウンドチャンネル信号に加算する手段と、を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の音声信号処理装置。
11. モニタと、
    左右のフロントスピーカ及び左右のサラウンドスピーカと、
    請求項１に記載の音声信号処理装置と、を備えることを特徴とする表示装置。
12. モニタと、フロントスピーカ及びサラウンドスピーカと、コンピュータとを備える表示装置により実行される音声信号処理プログラムであって、
    フロントチャンネル信号及びサラウンドチャンネル信号を含む入力信号を受け取る入力手段、
    視聴位置から見てモニタの後方に仮想スピーカを想定し、当該仮想スピーカと視聴位置との距離である仮想スピーカ距離を、前記モニタと前記視聴位置との距離である視聴対象物距離の所定倍に決定する仮想スピーカ距離決定手段と、
    前記仮想スピーカ距離に基づいて所定の遅延時間を決定し、サラウンドチャンネル信号を前記所定の遅延時間遅延して遅延サラウンドチャンネル信号を生成する遅延手段、
    前記遅延サラウンドチャンネル信号に対して頭部伝達関数処理を行う頭部伝達関数処理手段、
    フロントチャンネル信号に対して、初期反射処理及びリバーブ処理により仮想音場空間を作り出す処理を行う処理手段、
    前記頭部伝達関数処理後の遅延サラウンドチャンネル信号を、前記処理手段により処理されたフロントチャンネル信号に加算する加算手段、
    前記加算手段より出力されたフロントチャンネル信号を前記フロントスピーカに供給し、サラウンドチャンネル信号を前記サラウンドスピーカに供給する出力手段、として前記コンピュータを機能させることを特徴とする音声信号処理プログラム。

Images