JP5015266B2

JP5015266B2 - センターチャンネル定位装置

Info

Publication number: JP5015266B2
Application number: JP2009543631A
Authority: JP
Inventors: 佳樹太田
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: JPWO2009069228A1; US8204235B2; US20100272269A1; WO2009069228A1

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。

図１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図である。図２は、図１の音声信号処理部の内部の構成を示す回路図である。図３は、図１の音声信号処理部への入力を示す回路図である。図４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を示す配置図である。図５は、オールパスフィルタの各帯域での遅延量を示すグラフ図である。図６は、主観評価実験を行う場合の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を示す配置図である。図７は、センターチャンネル定位の主観評価結果を示すグラフ図である。図８は、両耳間のレベル差を示すグラフ図である。図９は、両耳のパワー和の減衰を示すグラフ図である。図１０は、センター定位度を示すグラフ図である。

符号の説明

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

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。

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

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。