JP5015266B2 - センターチャンネル定位装置 - Google Patents
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Description
本願は、センターチャンネル定位装置、特に、左側スピーカ及び右側スピーカにより、センターチャンネル音声信号に基づく音声が出力されるセンターチャンネル定位装置に関する。
従来、5.1chのようなサラウンドシステムにおいては、左側スピーカ、右側スピーカ、及びセンタースピーカという3つのスピーカがリスナの前方に配置されており、センタースピーカは、左側スピーカと右側スピーカとの間に配置されるのが望ましい。しかしながら、左側スピーカと右側スピーカとの間には、テレビ装置等のディスプレイ装置が配置されるため、センタースピーカを左側スピーカと右側スピーカとの間に配置するのが困難であった。
そこで、センタースピーカを省略し、左側スピーカ及び右側スピーカにより、センターチャンネル音声信号に基づくセンターチャンネル定位を仮想的に形成するサラウンドシステムが提案されている。
上記のようなサラウンドシステムにおいて、リスナ位置から正面にセンタースピーカが配置されるとともに、当該リスナ位置から左右30度ずつ角度をおいて左右のスピーカが配置されている場合を考える。センターチャンネル音声信号が左右のスピーカにより再生されるときの周波数特性と、当該センターチャンネル音声信号がセンタースピーカにより実際に再生されるときの周波数特性とを比較すると、センターチャンネル音声信号が左右のスピーカにより再生される場合には、約1乃至4kHzの周波数帯域において、ゲインが約10dB低下するという問題があった。
上記のような問題を解決する装置として、例えば、特許文献1がある。
特開2004−266604号公報
上記特許文献1の再生装置においては、センターチャンネル音声信号を、イコライザで処理してその周波数特性を補正した後、左右のスピーカから再生する。そして、イコライザの特性としては、センターチャンネル音声信号が左右のスピーカにより再生されるときの頭部伝達関数の周波数特性が、当該センターチャンネル音声信号がセンタースピーカにより実際に再生されるときの頭部伝達関数の周波数特性になるような特性である。
具体的には、約1乃至4kHzの周波数帯域では、センターチャンネル音声信号が左右のスピーカにより再生されるときの周波数特性のレベルが、当該センターチャンネル音声信号がセンタースピーカにより実際に再生されるときの周波数特性のレベルより、約10dB低下するので、イコライザは、当該約1乃至4kHzの周波数帯域において、利得を約10dB上昇させるような特性を有する。
上記特許文献1の再生装置において、イコライザの補正特性は、リスナ位置から左右30度ずつ角度をおいて左右のスピーカが配置された場合に当該リスナ位置でセンターチャンネル音声信号を聞くことを前提にして、設定されている。
このため、本来のリスナ位置から離れた位置でセンターチャンネル音声信号を聞いた場合には、センターチャンネル音声信号の成分のうち利得が約10dB上昇させられた約1乃至4kHzの周波数帯域の成分のみが聞こえることになり、リスナに音質的な違和感が生じることになる。
本願は、上記問題点に鑑みて為されたものであり、その課題の一例は、本来のリスナ位置から離れた位置においても音質的に違和感を生じさせることがないセンターチャンネル定位装置を提供することにある。
上記の課題を解決するために、請求項1記載の発明は、左側音声信号、右側音声信号、及びセンターチャンネル音声信号を出力する音声信号出力部と、前記センターチャンネル音声信号に基づき、センターチャンネル定位用左側音声信号及びセンターチャンネル定位用右側音声信号を生成する音声信号処理部と、前記左側音声信号及びセンターチャンネル定位用左側音声信号を合成し、左側スピーカに供給されるべき左側合成音声信号を出力する左側音声信号合成部と、前記右側音声信号及びセンターチャンネル定位用右側音声信号を合成し、右側スピーカに供給されるべき右側合成音声信号を出力する右側音声信号合成部と、を含むセンターチャンネル定位装置であって、前記音声信号処理部は、処理係数に基づき、センターチャンネル定位用左側音声信号及びセンターチャンネル定位用右側音声信号の少なくとも一方の位相を変化させ、前記処理係数は、前記センターチャンネル定位用左側音声信号及びセンターチャンネル定位用右側音声信号を同時再生したときの両耳間レベル差、及び前記センターチャンネル定位用左側音声信号及びセンターチャンネル定位用右側音声信号の両耳パワー和に基づいて、算出されていることを特徴とするセンターチャンネル定位装置である。
10:音源
12:AVアンプ装置
14:スピーカ部
16:デコーダ
36:左側音声信号合成部
38:右側音声信号合成部
40:音声信号処理部
46:左側スピーカ
48:右側スピーカ
56:オールパスフィルタ
C:センターチャンネル音声信号
CL:センターチャンネル定位用左側音声信号
CR:センターチャンネル定位用右側音声信号
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36:左側音声信号合成部
38:右側音声信号合成部
40:音声信号処理部
46:左側スピーカ
48:右側スピーカ
56:オールパスフィルタ
C:センターチャンネル音声信号
CL:センターチャンネル定位用左側音声信号
CR:センターチャンネル定位用右側音声信号
次に、本願を実施するための最良の形態について、図1乃至図10を用いて説明する。
図1には、本発明の実施例によるセンターチャンネル定位装置のブロック回路が示されている。
図1において、DVDプレーヤ装置等の音源10からのデジタルストリーム信号100は、AVアンプ装置12に供給され、該AVアンプ装置12には、スピーカ部14が接続されている。以下、AVアンプ装置12の構成を説明する。
AVアンプ装置12は、デコーダ16を含み、当該デコーダ16には、前記デジタルストリーム信号100が供給されており、デコーダ16は、5.1chの信号をデコードする。デコーダ16からのサラウンド信号SL、SR、及びSWは、それぞれ、DA変換部18、20、及び22を介して、アンプ部24、26、及び28に供給される。アンプ部24、26、及び28からの出力信号は、スピーカ部14内のサラウンド用スピーカ30、32、及び34に供給される。
前記デコーダ16は、左側音声信号L、右側音声信号R、及びセンターチャンネル音声信号Cを出力し、左側音声信号L、及び右側音声信号Rは、それぞれ、左側音声信号合成部36、及び右側音声信号合成部38に供給される。センターチャンネル音声信号Cは、音声信号処理部40に供給され、当該音声信号処理部40は、センターチャンネル音声信号Cに基づき、センターチャンネル定位用左側音声信号CL、及びセンターチャンネル定位用右側音声信号CRを生成し、当該音声信号CL、及びCRをそれぞれ音声信号合成部36、及び38に供給する。なお、音声信号処理部40の構成については、後述する。
前記左側音声信号合成部36は、左側音声信号L及びセンターチャンネル定位用左側音声信号CLを合成し、左側合成音声信号102をDA変換部42、及びアンプ部44を介して、スピーカ部14の左側スピーカ46に供給する。同様にして、右側音声信号合成部38は、右側音声信号R及びセンターチャンネル定位用右側音声信号CRを合成し、右側合成音声信号104をDA変換部48、及びアンプ部50を介して、スピーカ部14の右側スピーカ52に供給する。
なお、AVアンプ装置12において、符号54で示されるブロックは、デジタル処理を行うDSPあるいはCPU等のプロセッサから構成されている。
図1のセンターチャンネル定位装置において、スピーカ部14は、左側スピーカ46、及び右側スピーカ52を含むが、センタースピーカを含まない。このため、デコーダ16からのセンターチャンネル音声信号Cは、音声信号処理部40に供給され、当該音声信号処理部40は、センターチャンネル音声信号Cに基づき、センターチャンネル定位用左側音声信号CL、及びセンターチャンネル定位用右側音声信号CRを生成し、当該音声信号CL,及びCRをそれぞれ左側スピーカ46、及び右側スピーカ52に配分する構成になっている。
以下、音声信号処理部40について説明する。
図2には、音声信号処理部の内部の構成が示されている。
図2において、音声信号処理部40は、センターチャンネル音声信号Cに基づき、センターチャンネル定位用左側音声信号CL、及びセンターチャンネル定位用右側音声信号CRを生成する。音声信号処理部40は、センターチャンネル定位用右側音声信号CR側にオールパスフィルタ56を含む。ここで、オールパスフィルタ56は、周波数特性の振幅特性は平坦であり、位相のみをシフトさせるフィルタである。音声信号処理部40は、以上の構成を有するので、センターチャンネル定位用右側音声信号CRは、その位相がシフトされる一方、センターチャンネル定位用左側音声信号CLは、その位相がシフトされない。
以上のように、センターチャンネル定位用右側音声信号CRの位相をシフトさせることにより、左側スピーカ46及び右側スピーカ52からセンターチャンネル音声信号Cに基づく音声が出力されることになる。
なお、図2の音声信号処理部40においては、センターチャンネル定位用右側音声信号CRの位相をシフトさせたが、センターチャンネル定位用左側音声信号CLの位相をシフトさせることも可能である。
上述したように、音声信号処理部40は、センターチャンネル定位用右側音声信号CRあるいはセンターチャンネル定位用左側音声信号CLの位相をシフトさせるものであるが、このとき、音声信号処理部40は、処理係数に基づいて位相をシフトさせる。当該処理係数は、固定であっても可変であってもよいが、以下、処理係数が可変の場合を説明する。
上記処理係数は、左右スピーカの間隔、及びスピーカからリスナまでの距離等のスピーカの配置に依存するものであり、スピーカの配置に基づいて処理係数を変更することが可能である。この変更ための構成が、図3に示されている。
図3には、音声信号処理部への入力が示されている。
図3において、メモリ部58は、複数の異なる処理係数を格納しており、制御部60は、ユーザインターフェイス62からの指示に基づき、メモリ部58から適切な処理係数を選択し、音声信号処理部40に供給する。すなわち、ユーザがスピーカの配置に関する情報をユーザインターフェイス62に入力すると、制御部60は、当該スピーカの配置に適切な処理係数をメモリ部58から選択し、音声信号処理部40に供給するのである。
次に、図4には、リスナと左側スピーカ及び右側スピーカとの位置的関係が示されている。
図4のスピーカの配置において、左側スピーカ46、及び右側スピーカ52の間隔L1は、1.5mであり、両スピーカ46、及び52の間には、センタースピーカ64が破線にて示されている。なお、センタースピーカ64は、実際には配置されないのであるが、説明の便宜のために、仮想的に図示されているにすぎない。また、両スピーカ46、及び52を結ぶ線からリスナ66までの距離L2は、2mである。
上記図4のように左側スピーカ46、及び右側スピーカ52を配置する場合に、音声信号処理部40のオールパスフィルタ56は、図5に示されるように、入力信号を2KHz周辺の帯域だけで約πラジアン遅らせ(すなわち約半波長遅れ)、低域及び2KHz周辺以上の帯域では入力信号の位相の遅れを0ラジアンとする(すなわち遅れなし)。
以上のように、図5は、オールパスフィルタ56の各帯域での位相の遅延量を示している。
以下、図5に示される各帯域での位相の遅延量を導出する過程を説明する。
図6においては、図4と同様に、リスナ66、左右のスピーカ46、及び52が配置され、主観評価実験が行われた。
図6において、バンドノイズ発生器68は、バンドノイズ信号(帯域幅:1/3オクターブ)106を出力する。当該バンドノイズ信号106は、左側スピーカ46には位相変化を受けることなく供給され、右側スピーカ52には位相遅延器57で位相遅延された後に供給される。オールパスフィルタ56の位相遅延量を変化させた場合に、リスナ66にとって、音像70がどの方向に定位するかが調べられた。なお、図6において、音像70の方向は、角度θで示されている。この実験の結果が、図7のグラフに示されている。
図7は、各帯域において位相遅延量を変化させた場合に、センターチャンネル定位がどのように変化するかを示し、すなわち、センターチャンネル定位角がどのように変化するかを示す。なお、図7の右側の棒状の表示部68は、図7のグラフ内の各領域の表示が何度のセンターチャンネル定位角に対応するかを示す。例えば、図7のグラフ内の領域70においては、表示部68から、センターチャンネル定位角が約80度(すなわち音像がほぼ横に定位する)であることが分かる。
図7において、2KHz周辺以外の領域では、位相角が0ラジアンでセンターチャンネル定位角が0度(すなわち真正面に定位)であるので、当該領域では、位相角を0ラジアンにする(すなわち位相を遅延させない)ことが選択される。
一方、2KHz周辺では、センターチャンネル定位角が0度となる位相が2個所存在する。すなわち、2KHz周辺では、破線で示される2つの領域72(位相角:πラジアン)、及び74(位相角:0ラジアン)において、センターチャンネル定位角は、0度である。従って、2つの領域72(位相角:πラジアン)、及び74(位相角:0ラジアン)を選択することが可能であるが、以下の理由により、領域72(位相角:πラジアン)が選択される。
まず、図8は、両耳間のレベル差を示し、すなわち、図8には、リスニング位置にてダミーヘッドマイクを置いて両耳間レベル差を測定した結果が示されている。
なお、図8の右側の棒状の表示部76は、図8のグラフ内の各領域の表示がどの程度の大きさの両耳間レベル差に対応するかを示す。例えば、図8のグラフ内の領域78においては、表示部76から、両耳間レベル差は約10dBであり(左耳での音圧レベルが大きい)、一方、領域80においては、表示部76から、両耳間レベル差は約―10dBであり(右耳での音圧レベルが大きい)ことが分かる。
そして、図8において、理想とされる両耳間レベル差が0である領域は、位相が0、π、及び2πラジアン付近であることが分かる。
次に、図9は、両耳でのパワー和を示し、すなわち、図9には、リスニング位置にてダミーヘッドマイクを置いて両耳でのパワー和を測定した結果が示されている。
なお、図9の右側の棒状の表示部82は、図9のグラフ内の各領域の表示がどの程度の大きさの両耳でのパワー和に対応するかを示す。最大のパワー和は、0dBに正規化してある。例えば、図9のグラフ内の領域84においては、表示部82から、両耳でのパワー和は約―2dBであることが分かる。
そして、図9において、250Hz周辺では、位相が約πラジアンのときに、両耳でのパワー和が下がり(領域86を参照)、一方、2KHz周辺では、位相が約0ラジアン及び約2πラジアンのときに、両耳でのパワー和が下がる(領域88、及び90を参照)ことが分かる。
以上の図8及び図9のグラフから、理想的な位相が帯域ごとに選択される。すなわち、図8のグラフから両耳間レベル差を0付近に維持しつつ、図9のグラフから両耳でのパワー和が下がらないような位相が帯域ごとに選択される。このような選択を行なう際に、センター定位度という概念が使用され、センター定位度は、次の評価式により定義される。
(センター定位度)=(1/(両耳間レベル差の絶対値))
*(両耳でのパワー和)*(位相重み)
上記センター定位度は、帯域ごとに算出される。各帯域で位相を変化させると、両耳間レベル差の絶対値、及び両耳でのパワー和は、変化する。このとき、(1/(両耳間レベル差の絶対値))、及び(両耳でのパワー和)は、それぞれ、0と1との間で変化するように、正規化して設定されている。
*(両耳でのパワー和)*(位相重み)
上記センター定位度は、帯域ごとに算出される。各帯域で位相を変化させると、両耳間レベル差の絶対値、及び両耳でのパワー和は、変化する。このとき、(1/(両耳間レベル差の絶対値))、及び(両耳でのパワー和)は、それぞれ、0と1との間で変化するように、正規化して設定されている。
また、位相重みは、位相変化がなるべく小さいほど望ましいことから、付加されている。すなわち、位相が0ラジアンのときに、位相重みは1の値をとり、位相が2πラジアンのときに、位相重みは0の値をとるように、位相重みは、位相に対して線形に変化するように設定されている。
以上のように、(1/(両耳間レベル差の絶対値))、(両耳でのパワー和)、及び(位相重み)は、0と1との間で変化するので、センター定位度は、0と1との間で変化することとなる。
次に、図10は、センター定位度を示すグラフ図である。
なお、図10の右側の棒状の表示部82は、図10のグラフ内の各領域の表示がどの程度の大きさのセンター定位度に対応するかを示す。例えば、図10のグラフ内の領域94、及び96においては、表示部92から、センター定位度は約1であり、図10のグラフ内の領域98においては、表示部92から、センター定位度は約0.5であり、上記図10のグラフから、センター定位度ができるだけ1に近づくように、2KHz周辺の帯域で位相としてπラジアンが選択され、2KHz周辺以外の帯域で位相として0ラジアンが選択される。このように選択された帯域ごとの位相は、前述した図5のグラフに対応している。
なお、本発明の1つ形態として、約1KHz乃至約4KHzの周波数帯域でのみセンターチャンネル定位装置を使用することであり、以下、この形態を説明する。
背景技術の項で説明したように、約1乃至約4kHzの周波数帯域では、センターチャンネル音声信号が左右のスピーカにより再生されるときの周波数特性のレベルが、当該センターチャンネル音声信号がセンタースピーカにより実際に再生されるときの周波数特性のレベルより、約10dB低下する。そこで、この実施の形態では、当該約1KHz乃至約4KHzの周波数帯域でのみセンターチャンネル定位装置を使用し、これにより、リスナに音質的に違和感を生じさせることがないようにしている。
なお、当該形態では、位相を変化させる構成であるので、特許文献1で述べられた利得を上昇させる構成すなわち周波数特性を変化させる構成と比較して、本来のリスナ位置から離れた位置でセンターチャンネル音声信号を聞いた場合であっても、リスナに音質的な違和感を生じさせることがないという利点を有する。
なお、本願は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本願の請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、本願の技術的範囲に包含される。
Claims (7)
- 左側音声信号、右側音声信号、及びセンターチャンネル音声信号を出力する音声信号出力部と、
前記センターチャンネル音声信号に基づき、センターチャンネル定位用左側音声信号及びセンターチャンネル定位用右側音声信号を生成する音声信号処理部と、
前記左側音声信号及びセンターチャンネル定位用左側音声信号を合成し、左側スピーカに供給されるべき左側合成音声信号を出力する左側音声信号合成部と、
前記右側音声信号及びセンターチャンネル定位用右側音声信号を合成し、右側スピーカに供給されるべき右側合成音声信号を出力する右側音声信号合成部と、を含むセンターチャンネル定位装置であって、
前記音声信号処理部は、処理係数に基づき、センターチャンネル定位用左側音声信号及びセンターチャンネル定位用右側音声信号の少なくとも一方の位相を変化させ、
前記処理係数は、前記センターチャンネル定位用左側音声信号及びセンターチャンネル定位用右側音声信号を同時再生したときの両耳間レベル差、及び前記センターチャンネル定位用左側音声信号及びセンターチャンネル定位用右側音声信号の両耳パワー和に基づいて、算出されていることを特徴とするセンターチャンネル定位装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記処理係数は、前記センターチャンネル定位用左側音声信号及びセンターチャンネル定位用右側音声信号を同時再生したときの両耳間レベル差、前記センターチャンネル定位用左側音声信号及びセンターチャンネル定位用右側音声信号の両耳パワー和、及び位相重みに基づいて、算出されており、
前記位相重みは、前記センターチャンネル定位用左側音声信号あるいはセンターチャンネル定位用右側音声信号の位相変化を示すことを特徴とするセンターチャンネル定位装置。 - 請求項1乃至2のうちいずれか1項に記載の装置において、
前記音声信号処理部は、オールパスフィルタから構成されていることを特徴とするセンターチャンネル定位装置。 - 請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の装置において、
前記処理係数は、固定であることを特徴とするセンターチャンネル定位装置。 - 請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の装置において、
前記処理係数は、可変であることを特徴とするセンターチャンネル定位装置。 - 請求項5に記載の装置において、
左側スピーカ及び右側スピーカを有するスピーカ部を含み、
前記処理係数は、前記スピーカ部の左側スピーカ及び右側スピーカの配置に基づき、変更されることを特徴とするセンターチャンネル定位装置。 - 請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載の装置において、
1KHz乃至4KHzの周波数帯域でのみ位相変化させることを特徴とするセンターチャンネル定位装置。
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