JP5095758B2 - 音声信号処理装置、音声信号処理方法、表示装置、ラック、プログラム、及び、記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、ステレオ音声信号を処理する音声信号処理装置、および、音声信号処理方法に関する。また、この音声信号処理装置を備えた表示装置、および、ラックに関する。さらに、この音声信号処理装置としてデジタルシグナルプロセッサを動作させるためのプログラム、および、このプログラムが記録されている記録媒体に関する。

テレビジョン受像機（以下、「テレビ」と称する）としては、ステレオ放送に対応したものが一般的になっている。これらのテレビは、表示する映像に付随したステレオ音声を出力する一対のスピーカを備えており、これらのスピーカの配置によって、サイドスピーカ型、または、アンダースピーカ型に分類される。サイドスピーカ型とは、表示パネルの左右に一対のスピーカを配置した形態を指し、アンダースピーカ型とは、表示パネルの下に一対のスピーカを配置した形態を指す。なお、本明細書において、「音声」とは、人間の発する声に限らず音一般を意味する。

ところで、２つのスピーカから同一の音声を出力すると、リスナは、これら２つのスピーカの中点に音源が位置しているように知覚する（以下、リスナが知覚する音源のイメージを「音像」と称する）。したがって、アンダースピーカ型のテレビには、表示パネルの左右にスピーカを配置する必要がなく、省スペース化を図れるというメリットがある反面、表示パネルの下方に音像が定位し、表示パネルに映し出された映像との整合がとれないというデメリットがある。表示パネルの大型化が進んでいる昨今、このデメリットは無視し得ない。

ここで、２つのスピーカから発せられた音波によってリスナが知覚する音像について、図９〜１２を参照してもう少し詳しく説明する。

図９は、２つのスピーカから発せられた音波によってリスナが知覚する音像を示した図である。同図において、ＳＰＬは、リスナの左側前方に配置された、左チャンネルの音声信号Ｌにより駆動されるスピーカを示し、ＳＰＲは、リスナの右側前方に配置された、右チャンネルの音声信号Ｒにより駆動されるスピーカを示す。ＩＭＧ１〜ＩＭＧ５は、リスナによって知覚される音像を示す。なお、リスナは、スピーカＳＰＬおよびＳＰＲを２つの頂点とする正三角形のもう一つの頂点に位置しているものとする。

リスナが知覚する音像の大きさは、音声信号Ｌと音声信号Ｒとの相関によって決まる（非特許文献１の１２７頁参照）。例えば、音声信号Ｌと音声信号Ｒとが同一（相関が１）である場合、図１に示したように、リスナは、スピーカＳＰＬとスピーカＳＰＲとの中点Ｏに集中した音像ＩＭＧ１を知覚する。逆に、音声信号Ｌと音声信号Ｒとの相関が零である場合、リスナは、スピーカＳＰＬとスピーカＳＰＲとの間に拡散した音像ＩＭＧ２を知覚する。

なお、音声信号Ｌと音声信号Ｒとの相関Φは、連続時間の場合、（１）式により定義される（非特許文献１の１２７頁参照）。また、離散時間の場合、（２）式により定義される（非特許文献２の５０頁参照）。

ここで、Ｌ（ｔ）は、時刻ｔにおける音声信号Ｌの値を示し、Ｒ（ｔ）は、時刻ｔにおける音声信号Ｒの値を示す。また、Ｌ（ｍ）は、離散時間ｍにおける音声信号Ｌの値を示し、Ｒ（ｍ）は、離散時間ｍにおける音声信号Ｒの値を示す。また、＜Ｌ＞および＜Ｒ＞は、それぞれ、音声信号ＬおよびＲの平均値を示し、Ｎは、相互相関値を求めるサンプル数を示す。

音声信号Ｌと音声信号Ｒとに位相差およびレベル差を与えることによって、リスナが知覚する音像を方位角方向に移動することができる。例えば、音声信号Ｌの位相を進め、そのレベルを大きくすると、図１に示したように、リスナは、スピーカＳＰＬとスピーカＳＰＲとの中点Ｏの左方に音像ＩＭＧ３を知覚する。逆に、音声信号Ｒの位相を進め、そのレベルを大きくすると、リスナは、スピーカＳＰＬとスピーカＳＰＲとの中点Ｏの右方に音像ＩＭＧ４を知覚する。

ただし、位相差によって音像を移動することができるのは、１．６ｋＨｚ以下の音声信号に限られる。なぜなら、図１０に示したように、両耳間時間差（音波が両耳の鼓膜に到達する時間の差）が音像の知覚に影響を与えるのは、１．６ｋＨｚ以下の帯域に限られるからである（非特許文献１の７３頁に基づく）。なお、両耳間音圧レベル差（音波が両耳の鼓膜に与える音圧レベルの差）は、図１０に示したように、全可聴帯域（２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下）に渡って音像の知覚に影響を与える。

さらに、音声信号Ｌおよび音声信号Ｒの特定帯域を強調することによって、リスナが知覚する音像を仰角方向に移動することができる。例えば、音声信号Ｌおよび音声信号Ｒの８ｋＨｚ帯を強調することによって、図１に示したように、リスナは、スピーカＳＰＬとスピーカＳＰＲとの中点Ｏより上方に音像ＩＭＧ５を知覚する。特定帯域の強調による音像の仰角方向への移動は、脳の学習効果によって起こると考えられている。

図１１は、音源を正中面内で仰角方向に移動したときに得られる音圧レベル（頭部、外耳、内耳を経て鼓膜に到達する音圧レベル）の変化を周波数毎にプロットした頭部伝達関数のグラフである（非特許文献３の１８頁に基づく）。図１１に示したように、７ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下では、θ＝９０°（リスナの真上に音源が位置している場合）の音圧レベルが、θ＝０°（リスナの正面に音源が位置している場合）の音圧レベルより大きくなっている。リスナは、頭部伝達関数のこの特性を学習しており、８ｋＨｚ帯が強調された音波の音源を、実際の音源より上にあると錯覚する。

図１２に、このことを実証した実験結果を示す（非特許文献１の９７頁に基づく）。実験は、複数の被験者に１／３オクターブバンドの音声信号を提示し、前方、上方、後方の何れに音源が位置していると感じたかを回答させることにより行われた。図１２（ａ）は、音源が後方に位置していると回答した被験者の相対頻度を示し、図１２（ｂ）は、上方に位置していると回答した被験者の相対頻度を示し、図１２（ｃ）は、前方に位置していると回答した被験者の相対頻度を示す。図１２（ｂ）を参照すると、中心周波数８ｋＨｚの音声信号を提示したときに、被験者は、その音源が上方に位置していると錯覚しやすくなることが分かる。

特定帯域の強調により音像を上方に移動させる技術としては、特許文献１、２に記載のものなどが知られている。

特許文献１には、入力された音声信号を減衰させる減衰量可変な減衰器と、減衰された音声信号に作用するローパスフィルタと、入力された音声信号と上記ローパスフィルタを通過した音声信号との差に応じた音声信号を出力する差動増幅器とからなり、上記減衰器の減衰量が調整可能に構成された音響装置が開示されている。この音響装置は、ローパスフィルタの遮断帯域より上の帯域を相対的に強調することにより音像を上方へ移動するものである。しかしながら、このように特定帯域を強調するのみでは、十分な音像の上昇量を得ることができない。特に、アンダースピーカ型のテレビに適用する場合、表示パネルに表示された映像と整合するように、音像を上昇させることができない。

特許文献２には、特定帯域の強調に疑似サラウンドの手法を組み合わせた音像上方拡大回路が開示されている。この音像上昇拡大回路は、左チャンネル音声信号と右チャンネル音声信号との和信号に作用する中音域補正フィルター回路と、左チャンネル音声信号と右チャンネル音声信号との差信号に作用するＣＲフィルタと、上記ＣＲフィルタを通過した音声信号の位相を遅延する位相遅延器と、左チャンネル音声信号と上記中音域補正フィルタの出力信号と上記位相遅延器の出力信号とを混合して左チャンネル出力信号を生成する混合器と、右チャンネル音声信号と上記中音域補正フィルタの出力信号と上記位相遅延器の出力信号とを混合して右チャンネル出力信号を生成する混合器とにより構成されている。この音像上昇拡大回路によれば、特定帯域の強調による音像の上昇効果と、疑似サラウンドによる音像の拡散効果とが相俟って、十分な音像の上昇量を得ることができる。
イェンス・ブラウエルト著、森本政之・後藤敏幸編著、「空間音響」、鹿児島出版会、昭和６１年７月１０日 城戸健一著、「ディジタル信号処理入門」、丸善株式会社、昭和６０年７月２０日 「空間音響」（２００７年度 Ｄ３０２ 聴覚と音響処理 第１１週〜第１２週分授業資料）、［online］、電気通信大学音響情報研究室、［平成１９年１２月１２日検索］、インターネット<URL:http://www.sound.sie.dendai.ac.jp/stereo_theory.pdf> 日本国公開特許公報「特開２００２−１０４００号公報」（公開日：平成１４年 １月１１日） 日本国公開特許公報「特開２００６−４２３１６号公報」（公開日：平成１８年 ２月 ９日）

しかしながら、特許文献２に記載の技術では、左チャンネルの音声信号を、位相を遅らせて右側のスピーカからも出力し、右チャンネルの音声信号を位相を遅らせて左側のスピーカから出力するので、以下のような問題が生じる。

すなわち、音色の変化などの音質劣化が避けられないという問題を生じる。なぜなら、音像を上昇させるために、左チャンネル音声信号と右チャンネル音声信号の和信号および差信号を用いているからである。

また、アンダースピーカ型のテレビに適用した場合、音像が表示パネルの外側に定位してしまい、表示パネルに表示された映像と整合しないという問題を生じる。なぜなら、左チャンネルにのみに含まれている音声の音像が左側のスピーカより更に左に定位し、右チャンネルのみに含まれている音声の音像が右側のスピーカより更に右に定位するからである。

また、２つのスピーカを底角とする二等辺三角形の頂点の位置からリスナが右に（または左に）移動すると、音像定位が破綻するという問題を生じる。なぜなら、リスナが右に移動すると、左チャンネルにのみ含まれる音声の音像も、右チャンネルにのみ含まれる音声の音像も、両チャンネルに含まれる共通の音声の音像も、全て右側（または左側）のスピーカの周辺に定位してしまうからである。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記のような問題を生じることなく、リスナが知覚する音像を十分に上昇させることができる音声信号処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る音声信号処理装置は、第１の音声信号と第２の音声信号とを含むステレオ音声信号を処理する音声信号処理装置であって、上記第１の音声信号における８ｋＨｚを含む帯域を強調する第１のイコライザと、上記第２の音声信号における上記帯域を強調する第２のイコライザと、上記第１のイコライザから出力された上記第１の音声信号、または、上記第１のイコライザに入力される上記第１の音声信号の位相を遅延するフィルタと、を備えている、ことを特徴としている。

上記の構成によれば、第１の音声信号、および、第２の音声信号における８ｋＨｚを含む帯域が強調される。したがって、第１の音声信号、および、第２の音声信号に共通のモノラル音声が含まれる場合、リスナは、当該モノラル音声の音像を、第１の音声信号、および、第２の音声信号によって駆動される一対のスピーカの中点の上方に知覚し易くなる。しかも、上記の構成によれば、第１の音声信号の位相が遅延される。したがって、第１の音声信号、および、第２の音声信号に含まれる上記モノラル音声の相関が低下し、上記モノラル音声の音像は、単に８ｋＨｚを含む帯域を強調した場合と比べて拡散される。この際、単に第１の音声信号の位相を遅延する場合（すなわち、第１のイコライザと第２のイコライザとがない場合）と比べて、相関の低下する信号の割合が、第１のイコライザと第２のイコライザとによって増加するので、両者の相乗効果によって音像が一層拡散される。このため、音像の十分な上昇量を得ることができる。

しかも、上記の構成によれば、第１の音声信号と第２の音声信号とが独立に処理され、第１の音声信号に含まれる音声が第２の音声信号に混合されたり、第２の音声信号に含まれる音声が第１の音声信号に混合されたりすることはない。したがって、音色の変化などの音質劣化が起こったり、リスナが左右に移動することによって音像定位が破綻したりすることがない。また、アンダースピーカ型のテレビや、スピーカを内蔵したテレビ用ラック等に適用した場合に、表示パネルの下方に配置された左右２つのスピーカの外側に音像が定位してしまうこともない。

なお、上記第１のイコライザ、および、上記第２のイコライザは、８ｋＨｚを含む帯域を強調することができるイコライザであれば何でもよく、例えば、当該帯域内の周波数成分を選択的に増幅する増幅型のイコライザであってもよいし、当該帯域外の周波数成分を選択的に減衰する減衰型のイコライザであってもよい。

本発明に係る音声信号処理装置において、上記フィルタは、上記第１の音声信号の振幅を全可聴帯域に渡って不変に保つ、ことが好ましい。

上記の構成によれば、当該音声信号処理装置に入力される第１の音声信号と第２の音声信号のレベルが同一であれば、当該音声信号処理装置から出力される第１の音声信号と第２の音声信号のレベルも同一となる。したがって、両耳間音圧レベル差よる音像の方位角方向の移動を生じさせることなく、また音色の変化を生じさせることなく、仰角方向に音像を十分に上昇させることができる。

本発明に係る音声信号処理装置において、上記フィルタは、周波数が低下するにつれて位相遅延量が単調に減少する周波数特性を有する、ことが好ましい。

上記の構成によれば、８ｋＨｚ帯においては、音像を拡散にするのに十分な位相遅延量を得ることができ、同時に、両耳間時間差が音像の知覚に影響を与える帯域（１.６ｋＨｚ以下）においては、位相遅延量を小さく抑えることができる。したがって、両耳間時間差による音像の方位角方向の移動を生じさせることなく、仰角方向に音像を十分に上昇させることができる。

上記課題を解決するために、本発明に係る音声信号処理方法は、第１の音声信号と第２の音声信号とを含むステレオ音声信号を処理する音声信号処理方法であって、上記第１の音声信号における８ｋＨｚを含む帯域を強調する第１のイコライジング工程と、上記第２の音声信号における上記帯域を強調する第２のイコライジング工程と、上記第１のイコライジング工程を経た後の上記第１の音声信号、または、上記第１のイコライジング工程を経る前の上記第１の音声信号の位相を遅延するフィルタリング工程と、を含んでいる、ことを特徴としている。

上記の構成によれば、上記音声信号処理装置と同様、音像の十分な上昇量を得ることができる。しかも、第１の音声信号と第２の音声信号との加算または減算に起因する音色の変化などの音質劣化が起こったり、リスナが左右に移動することによって音像定位が破綻したりすることがなく、また、アンダースピーカ型のテレビや、スピーカを内蔵したテレビ用ラック等に適用した場合に、表示パネルの下方に配置された左右２つのスピーカの外側に音像が定位してしまうこともない。

なお、上記音声信号処理装置を備えた表示装置、および、ラックも本発明の範疇に含まれる。

すなわち、本発明に係る表示装置は、映像を表示する表示パネルと、上記映像に付随したステレオ音声を出力する一対のスピーカであって、上記表示パネルの下方に配置された一対のスピーカとを備えた表示装置において、上記音声信号処理装置を備え、上記音声信号処理装置によって処理されたステレオ音声信号を上記一対のスピーカに供給する、ことを特徴としている。

また、本発明に係るラックは、映像を表示する表示装置を載置するためのラックであって、上記映像に付随したステレオ音声を出力する一対のスピーカを備えたラックにおいて、上記音声信号処理装置を備え、上記音声信号処理装置によって処理されたステレオ音声信号を上記一対のスピーカに供給する、ことを特徴としている。

なお、上記音声信号処理装置は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：digital signal processor）として実現されていてもよい。この場合、デジタルシグナルプロセッサを上記各手段（イコライザ、および、フィルタ）として機能させることにより、そのデジタルシグナルプロセッサを上記音声信号処理装置として動作させる音声信号処理プログラム、および、そのプログラムを記録した記録媒体も、本発明の範疇に含まれる。

本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。

本発明の第１の実施形態を示すものであり、音声信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態を示すものであり、パラメトリックイコライザの増幅特性を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態を示すものであり、オールパスフィルタの構成例を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態を示すものであり、オールパスフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。（ａ）は、オールパスフィルタにおける利得の周波数特性を示し、（ｂ）は、オールパスフィルタにおける位相遅延量の周波数特性を示す。 本発明の第１の実施形態の変形例を示すものであり、音声信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の他の変形例を示すものであり、音声信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態を示すものであり、テレビの構成を示す正面図である。 本発明の第２の実施形態を示すものであり、リスナが知覚する音像の配置を示す図である。 従来技術を示すものであり、２つのスピーカから発せられた音波によってリスナが知覚する音像の配置を示す図である。 従来技術を示すものであり、両耳間時間差および両耳間レベル差の有効帯域を示す図である。 従来技術を示すものであり、音源を正中面内で仰角方向に移動したときに０度を基準にして得られる音圧レベルの変化を周波数毎にプロットした頭部伝達関数のグラフである。 従来技術を示すものであり、８ｋＨｚ帯が強調された音波の音源を、リスナは実際の音源より上にあると錯覚することを実証した実験結果を示すグラフである。（ａ）は、音源が後方に位置していると回答した被験者の相対頻度を示し、（ｂ）は、上方に位置していると回答した被験者の相対頻度を示し、（ｃ）は、前方に位置していると回答した被験者の相対頻度を示す。

符号の説明

１００ 音声信号処理回路（音声信号処理装置）
１１０Ｌ イコライザ
１１０Ｒ イコライザ
１２０ フィルタ
１２１、１２２ 乗算器
１２３、１２４ 加算器
１２５ 遅延器
１３０ スイッチ
１４１Ｌ、１４１Ｒ 設定信号入力端子
１４２ 設定信号入力端子
２００ テレビ（表示装置）
２１０ 表示パネル
２２０Ｌ、２２０Ｒ スピーカ

〔実施形態１〕
本発明に係る音声信号処理装置の一実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、本実施形態に係る音声信号処理装置は、ＡＶ機器に内蔵される回路として実現されているので、以下、これを「音声信号処理回路」と呼称し、参照符号１００を付す。

音声信号処理回路１００の構成について、図１を参照して説明する。

図１は、音声信号処理回路１００の構成を示すブロック図である。音声信号処理回路１００は、総体的に言うと、入力部Ｌinと入力部Ｒinとから入力されたステレオ音声信号を処理し、処理済のステレオ音声信号を出力部Ｌoutと出力部Ｒoutとから出力する音声信号処理回路である。当該音声信号処理回路１００を内蔵するＡＶ機器においては、映像信号に付随するステレオ音声信号を当該音声信号処理回路１００によって処理し、処理済みのステレオ音声信号を外部に出力したり、あるいは、内蔵スピーカから出力したりすることになる。なお、音声信号処理回路１００が処理する音声信号は、アナログ音声信号であってもよいが、以下では、デジタル音声信号、特に、ＰＣＭ（Pulse Code Modulation）信号を想定する。

図１に示したように、音声信号処理回路１００は、入力部Ｌinと、入力部Ｌinに接続されたイコライザ１１０Ｌと、イコライザ１１０Ｌに接続されたフィルタ１２０と、フィルタ１２０に接続された出力部Ｌoutとを備えている。入力部Ｌinから入力された音声信号＃１Ｌは、イコライザ１１０Ｌによって８ｋＨｚ帯を強調される。そして、イコライザ１１０Ｌによって８ｋＨｚ帯を強調された音声信号＃２Ｌは、フィルタ１２０によってその位相を遅延され、出力部Ｌoutから出力される。

また、図１に示したように、音声信号処理回路１００は、入力部Ｒinと、入力部Ｒinに接続されたイコライザ１１０Ｒと、イコライザ１１０Ｒに接続された出力部Ｒoutとを備えている。入力部Ｒinから入力された音声信号＃１Ｒは、イコライザ１１０Ｒによって８ｋＨｚ帯を強調される。イコライザ１１０Ｒによって８ｋＨｚ帯を強調された音声信号＃２Ｌは、そのまま、出力部Ｒoutから出力される。

このように、音声信号処理回路１００においては、音声信号＃１Ｌを処理する左チャンネル処理系統と、音声信号＃１Ｒを処理する右チャンネル処理系統とが互いに独立しており、左チャンネルの位相のみを遅延することによって、両チャンネルに等しく含まれる音声信号間の相関を低下させる構成となっている。

次に、音声信号処理回路１００が備えているイコライザ１１０Ｌおよびイコライザ１１０Ｒについて、図１に加えて、図２を参照して説明する。

イコライザ１１０Ｌは、左チャンネルの音声信号＃１Ｌに作用し、８ｋＨｚ帯を選択的に増幅するための手段である。また、イコライザ１１０Ｒは、右チャンネルの音声信号＃１Ｒに作用し、８ｋＨｚ帯を選択的に増幅するための手段である。なお、イコライザ１１０Ｌおよびイコライザ１１０Ｒが選択的に増幅する帯域は、８ｋＨｚを含む共通の帯域であればよく、その上限および下限は任意に特定された値でよい。

イコライザ１１０Ｌおよびイコライザ１１０Ｒは、例えば、図１に示したように、パラメトリックイコライザ（ＰＥＱ）によって構成することができる。パラメトリックイコライザとは、増幅特性が可変なイコライザのことを指す。パラメトリックイコライザにおいては、通常、増幅特性を規定するパラメータとして、中心周波数ｆ、尖鋭度Ｑ、および、利得Ｇを設定することができるようになっている。ここで、先鋭度Ｑは、中心周波数ｆにおける周波数特性の鋭さを表すパラメータであり、中心周波数ｆに対して−３ｄＢ減衰する周波数をｆ１およびｆ２としたときに（ｆ１＜ｆ２）、Ｑ＝ｆ／（ｆ２−ｆ１）によって定義される。

本実施形態においては、イコライザ１１０Ｌおよびイコライザ１１０Ｒとして、ｆ＝８ｋＨｚ、Ｑ＝１、Ｇ＝６ｄＢに設定されたパラメトリックイコライザを用いる。図２は、このパラメトリックイコライザの増幅特性を示すグラフである。図２から分かるように、このパラメトリックイコライザは、８ｋＨｚを中心に１ｋＨｚ以上１１ｋＨｚ以下の周波数成分を選択的に増幅する。

なお、イコライザ１１０Ｌおよびイコライザ１１０Ｒは、上記のごときパラメトリックイコライザに限らず、他のイコライザによっても構成することができる。例えば、８ｋＨｚを含む特定帯域内の周波数成分を選択的に増幅する増幅型のイコライザの代わりに、当該帯域外の周波数成分を選択的に減衰する減衰型のイコライザを用いてもよい。また、パラメトリックイコライザのような増幅特性（減衰特性）が可変なイコライザの代わりに、増幅特性（減衰特性）が固定されたイコライザを用いてもよい。

次に、音声信号処理回路１００が備えているフィルタ１２０について、図１に加えて、図３および図４を参照して説明する。

フィルタ１２０は、イコライザ１１０Ｌによって処理された音声信号＃２に作用し、８ｋＨｚ帯の位相を遅延するための手段である。フィルタ１２０は、例えば、図１に示したように、オールパスフィルタ（ＡＰＦ）によって構成することができる。オールパスフィルタとは、振幅を変化させることなく、位相を遅延させるフィルタのことを指す。

本実施形態においては、フィルタ１２０として、図３に示すオールパスフィルタを用いる。図３は、オールパスフィルタの構成例を示したブロック図である。このオールパスフィルタは、２つの乗算器１２１および１２２と、２つの加算器１２３および１２４と、遅延器１２５とを備えたデジタルフィルタであり、フィルタ特性を規定するパラメータとして、乗算器１２１の係数ａ、および、乗算器１２２の係数−ａを設定することができるようになっている。

図３に示したデジタルフィルタの構成において、乗算器１２１は、時刻ｎ−１における出力値ｙ（ｎ−１）に係数ａを乗じ、得られた積ａｙ（ｎ−１）を加算器１２３に与える。加算器１２３は、時刻ｎ−１における入力値ｘ（ｎ−１）と、乗算器１２１から得たａｙ（ｎ−１）とを加算し、得られた和ｘ（ｎ−１）＋ａｙ（ｎ−１）を遅延器１２５に与える。遅延器１２５は、加算器１２３から得た和ｘ（ｎ−１）＋ａｙ（ｎ−１）を１サンプルだけ遅延し、時刻ｎにおいて加算器１２４に与える。乗算器１２２は、時刻ｎにおける入力値ｘ（ｎ）に係数−ａを乗じ、得られた積−ａｘ（ｎ）を加算器１２４に与える。加算器１２４は、遅延器１２５から得た和ｘ（ｎ−１）＋ａｙ（ｎ−１）と、乗算器１２２から得た積−ａｘ（ｎ）とを加算し、時刻ｎにおける出力値ｙ（ｎ）＝−ａｘ（ｎ）＋ｘ（ｎ−１）＋ａｙ（ｎ−１）を得る。

図４（ａ）は、図３に示したオールパスフィルタにおける利得の周波数特性を示すグラフである。図４（ａ）からも分かるように、このオールパスフィルタは、全可聴帯域に渡って音声信号＃１Ｌの振幅を不変に保つ。したがって、音声信号＃１Ｌのレベルと音声信号＃１Ｒのレベルとが同一であれば、音声信号＃３Ｌのレベルと音声信号＃２Ｒのレベルとが同一となり、両耳間音圧レベル差よる音像の移動を生じさせることはない。

図４（ｂ）は、図３に示したオールパスフィルタにおける位相遅延量の周波数特性を示すグラフである。図４（ｂ）からも分かるように、このオールパスフィルタの位相遅延量は、２０ｋＨｚにおける１８０°をピークに、周波数が低下するにつれて単調に減少する。このため、８ｋＨｚ帯においては、音像を拡散にするのに十分な位相遅延量を得ることができ、同時に、両耳間時間差が音像の知覚に影響を与える帯域（１.６ｋＨｚ以下）においては、位相遅延量を小さく抑えることができる。例えば、ａ＝０.５に設定した場合、８ｋＨｚにおいて約１２０°の位相遅延量を得ることができ、同時に、１ｋＨｚにおける位相遅延量を２０°程度に抑えることができる。

なお、図３に示した構成を有するオールパスフィルタに限らず、他の構成を有するオールパスフィルタをフィルタ１２０として用いてもよい。すなわち、例えば、バイクアッドフィルタ（双一次フィルタ）をフィルタ１２０として用いてもよい。また、フィルタ１２０は、厳密な意味でのオールパスフィルタ、すなわち、全帯域に渡って振幅を全く変化させないフィルタであることを要さない。つまり、音像定位に影響を与えない程度であれば、振幅を変化させるものであってもよい。

なお、図１においては、フィルタ１２０を、イコライザ１１０Ｌの後段に設けるようにしたが、イコライザ１１０Ｌの前段にフィルタ１２０を設けるようにしてもよい。すなわち、フィルタ１２０によって、左チャンネルの入力音声信号の位相を遅延した後、イコライザによって８ｋＨｚ帯を強調するようにしてもよい。

以下、音声信号処理回路１００の２つの変形例について説明する。

図５は、音声信号処理回路１００の第１の変形例を示すブロック図である。

図５に示した音声信号処理回路１００は、図１に示した音声信号処理回路１００に、音像上昇機能をキャンセルするためのスイッチ１３０を付加したものである。スイッチ１３０は、入力端子１３１Ｌ、入力端子１３１Ｒ、バイパス端子１３２Ｌ、バイパス端子１３２Ｒ、および、制御信号入力端子１３３を備えている。

制御信号入力端子１３３から音像上昇機能を有効にするための有効信号が入力されると、スイッチ１３０は、入力端子１３１Ｌを入力部Ｌｉｎに接続し、入力端子１３１Ｌから入力された音声信号＃１Ｌをイコライザ１１０Ｌに供給する。同時に、入力端子１３１Ｒを入力部Ｒｉｎに接続し、入力端子１３１Ｒから入力された音声信号＃１Ｌをイコライザ１１０Ｒに供給する。

一方、制御信号入力端子１３３から音像上昇機能を無効にするための無効信号が入力されると、スイッチ１３０は、入力端子１３１Ｌをバイパス端子１３２Ｌに接続し、入力端子１３１Ｌから入力された音声信号＃１を、そのまま外部に出力する。同時に、入力端子１３１Ｒをバイパス端子１３２Ｒに接続し、入力端子１３１Ｒから入力された音声信号＃１Ｒを、そのまま外部に出力する。これによって、音声信号処理回路１００が有する音像上昇機能をキャンセルすることができる。

図６は、音声信号処理回路１００の第２の変形例を示すブロック図である。

図６に示した音声信号処理回路１００は、図５に示した音声信号処理回路１００に、イコライザ１１０Ｌおよびイコライザ１１０Ｒの増幅特性を設定するための設定信号入力端子１４１Ｌおよび設定信号入力端子１４１Ｒ、ならびに、フィルタ１２０のフィルタ特性を設定するための設定信号入力端子１４２を付加したものである。

イコライザ１１０Ｒおよびイコライザ１１０Ｌは、上述したように、増幅特性を規定するパラメータとして中心周波数ｆ、先鋭度Ｑ、および、利得Ｇを設定可能なパラメトリックイコライザにより構成することができる。設定信号入力端子１４１Ｌは、イコライザ１１０Ｌにおいてこれらのパラメータを設定する設定信号を入力するための入力端子であり、設定信号入力端子１４１Ｒは、イコライザ１１０Ｒにおいてこれらのパラメータを設定する設定信号を入力するための入力端子である。

また、フィルタ１２０は、上述したように、フィルタ特性を規定するパラメータａ（乗算器１２１の係数）を設定可能なオールパスフィルタにより構成することができる。設定信号入力端子１４２は、フィルタ１２０においてこのパラメータａを設定する設定信号を入力するための入力端子である。

図６に示した構成によれば、音声信号処理回路１００を搭載する装置は、単に音声信号処理回路１００の音像上昇機能をキャンセルするのみならず、イコライザ１１０Ｒおよびイコライザ１１０Ｌの増幅特性、および、フィルタ１２０のフィルタ特性を適宜調整することができ、音声信号処理回路１００の音像上昇機能を制御することができる。

以上のように、本実施形態に係る音声信号処理装置（音声信号処理回路１００）は、第１の音声信号の８ｋＨｚを含む帯域を強調する第１のイコライザと、第２の音声信号の上記帯域を強調する第２のイコライザと、上記第１のイコライザから出力された上記第１の音声信号、または、上記第１のイコライザに入力される上記第１の音声信号の位相を遅延するフィルタと、を備えている。

換言すれば、本実施形態に係る音声信号処理装置（音声信号処理回路１００）は、８ｋＨｚを含む帯域が強調され、かつ、位相が遅延された第１の音声信号と、８ｋＨｚを含む帯域が強調され、かつ、位相が遅延されていない第２の音声信号とを出力する。

このため、音像の十分な上昇量を得ることができ、しかも、第１の音声信号と第２の音声信号との加算または減算に起因する音色の変化などの音質劣化が起こったり、リスナが左右に移動することによって音像定位が破綻したりすることがなく、また、アンダースピーカ型のテレビや、スピーカを内蔵したテレビ用ラックに適用した場合に、表示パネルの下方に配置された左右２つのスピーカの外側に音像が定位してしまうこともない。

〔実施形態２〕
本発明に係る表示装置の一実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、本実施形態の表示装置は、テレビジョン受像機として実現されているので、以下、これを「テレビ」と呼称し、参照符号２００を付す。

図７は、テレビ２００の正面図である。テレビ２００は、図７に示したように、表示パネル２１０と、スピーカ２２０Ｌと、スピーカ２２０Ｒとを備えている。また、図示されてはいないが、図１に示した音声信号処理回路１００を内蔵している。

図７に示したとおり、テレビ２００は、アンダースピーカ型のテレビである。すなわち、スピーカ２２０Ｌとスピーカ２２０Ｒとは、表示パネル２１０の下方（正規の設置状態において床側）に配置されている。テレビ２００は、表示パネル２１０に表示する映像に付随したステレオ音声を、これらのスピーカ２２０Ｌとスピーカ２２０Ｒとから出力する。

テレビ２００は、チューナにて受信したステレオ音声信号（または、音声入力端子から入力されたステレオ音声信号）を音声信号処理回路１００によって処理し、処理済のステレオ音声信号をスピーカ２２０Ｌとスピーカ２２０Ｒとに供給するよう構成されている。もちろん、音声信号処理回路１００とスピーカ２２０Ｌおよびスピーカ２２０Ｒとの間にアンプ等が介在していてもよい。

左右のチャンネルの音声信号に共通のモノラル音声が含まれている場合、このモノラル音声の音像は、スピーカ２２０Ｌとスピーカ２２０Ｒの中央に定位にし、所謂ファントムセンターを形成する。しかも、スピーカ２２０Ｌとスピーカ２２０Ｒとに供給される音声信号は、音声信号処理回路１００によって８ｋＨｚ帯を強調された音声信号なので、視聴者は、上記モノラル音声の音像を、スピーカ２２０Ｌとスピーカ２２０Ｒの中点より上方に定位していると感じ易くなる。

しかも、左チャンネルの音声信号は、音声信号処理回路１００によって位相を遅延されている。このため、スピーカ２２０Ｌから出力される上記モノラル音声とスピーカ２２０Ｒから出力される上記モノラル音声との相関が１より小さくなり、上記モノラル音声の音像は拡大される。したがって、視聴者は、上記モノラル音声の音像を、図８（ａ）にＩＭＧ１０として示したように、表示パネル２１０と重なる位置に知覚する。

一方、左チャンネルの音声信号にのみ含まれているモノラル音声は、左側のスピーカ２２０Ｌのみから出力される。したがって、図８（ａ）にＩＭＧ１１Ｌとして示したように、スピーカ２２０Ｌの周辺に定位する。また、右チャンネルの音声信号にのみ含まれているモノラル音声は、右側のスピーカ２２０Ｒからのみ出力される。したがって、図８（ａ）にＩＭＧ１１Ｒとして示したように、スピーカ２２０Ｒの周辺に定位する。つまり、擬似サラウンドを利用した場合のように、音像ＩＭＧ１１Ｌおよび音像ＩＭＧ１１Ｒが表示パネル２１０の両翼に拡がり過ぎて映像との整合が崩れる虞はない。

また、視聴者がスピーカ２２０Ｌとスピーカ２２０Ｒとを底角とする二等辺三角形の頂点の位置から右に（または左）にずれた場合でも、左チャンネルの音声信号にのみ含まれているモノラル音声の音像は、図８（ｂ）にＩＭＧ１２Ｌとして示したように、やはり左側のスピーカ２２０Ｌの周辺に定位する。右チャンネルの音声信号のみに含まれているモノラル音声の音像も、図８（ｂ）にＩＭＧ１２Ｒとして示したように、やはり右側のスピーカ２２０Ｒの周辺に定位する。したがって、擬似サラウンドを利用した場合のように、音像ＩＭＧ１２Ｌおよび音像ＩＭＧ１２Ｒが右側（または左側）のスピーカ２２０Ｌ（または２２０Ｒ）の周辺に縮退して、視聴者に不自然な感じを抱かせる虞はない。

なお、本実施形態において、テレビ２００は、音声信号処理回路１００によって処理されたステレオ音声信号を出力するスピーカ２２０Ｌおよび２２０Ｒを内蔵しているものとしたが、テレビ２００は、必ずしも、これらのスピーカ２２０Ｌおよび２２０Ｒを内蔵している必要はない。すなわち、音声信号処理回路１００によって処理されたステレオ音声信号を外部に出力する出力端子を備え、これらの出力端子を介して出力したステレオ音声信号を、外付けのアンプや外付けのスピーカに供給するようにしてもよい。

なお、本実施形態においては、音声信号処理回路１００を利用したＡＶ機器の一例としてテレビを例示したが、音声信号処理回路１００を利用可能なＡＶ機器はテレビに限らない。例えば、テレビ（表示装置）を載置するためのラック、特に、そのテレビに表示する映像に付随したステレオ音声を出力するため一対のスピーカを内蔵したラック（「シアターラックシステム」あるいは「ラックスタイルオーディオ」などとも呼称されている）にも利用することができる。このようなラックに内蔵されたスピーカは、必然的にテレビの下方に位置することになる。このため、音声信号処理回路１００をこのようなラックに内蔵するとともに、音声信号処理回路１００によって処理されたステレオ音声信号を、このラックに内蔵されたスピーカから出力するようにすれば、アンダースピーカ型のテレビの場合と同様の効果を得ることができる。

〔付記事項〕
音声信号処理回路１００は、デジタルシグナルプロセッサにより実現することができる。すなわち、音声信号処理回路１００は、高速積和演算器やＡＬＵ（arithmetic logical unit）等の演算装置と、その演算装置をイコライザ１１０Ｌ、イコライザ１１０Ｒ、および、フィルタ１２０として機能させる音声信号処理プログラムを担持したプログラムメモリ等の記憶装置とを備えたデジタルシグナルプロセッサとして構成することができる。

そして、本発明の目的は、上記音声信号処理プログラムがデジタルシグナルプロセッサのプログラムメモリに固定的に担持されている場合に限らず、上記音声信号処理プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、または、ソースプログラム）を汎用的なデジタルシグナルプロセッサに供給し、そのデジタルシグナルプロセッサが上記プログラムコードを実行することによっても、あるいは、上記プログラムコードを記録した記録媒体をＡＶ機器に供給し、このＡＶ機器が備えている汎用的なデジタルシグナルプロセッサが上記記録媒体に記録されている上記プログラムコードを読み出して実行することによっても、達成可能である。

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。

また、デジタルシグナルプロセッサ（あるいは、デジタルシグナルプロセッサを備えたＡＶ機器）を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して、そのデジタルシグナルプロセッサに供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態によっても実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

すなわち、発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。

本発明は、ステレオ音声信号を処理する各種ＡＶ機器に対して、広く利用することができる。特に、アンダースピーカ型のテレビ、および、スピーカシステムを内蔵したテレビ用ラックに対して、とりわけ好適に利用することができる。

Claims (10)

1. 第１の音声信号と第２の音声信号とを含むステレオ音声信号を処理する音声信号処理装置であって、
   上記第１の音声信号における８ｋＨｚを含む帯域を強調する第１のイコライザと、上記第２の音声信号における上記帯域を強調する第２のイコライザと、
   上記第１のイコライザから出力された上記第１の音声信号、または、上記第１のイコライザに入力される上記第１の音声信号の位相を遅延するフィルタと、を備えている、ことを特徴とする音声信号処理装置。
2. 上記フィルタは、上記第１の音声信号の振幅を全可聴帯域に渡って不変に保つ、ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の音声信号処理装置。
3. 上記フィルタは、周波数が低下するにつれて位相遅延量が単調に減少する周波数特性を有する、ことを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の音声信号処理装置。
4. 第１の音声信号と第２の音声信号とを含むステレオ音声信号を処理する音声信号処理装置であって、
   ８ｋＨｚを含む帯域が強調され、かつ、位相が遅延された第１の音声信号と、８ｋＨｚを含む帯域が強調され、かつ、位相が遅延されていない第２の音声信号とを含むステレオ音声信号を出力することを特徴とする音声信号処理装置。
5. 第１の音声信号と第２の音声信号とを含むステレオ音声信号を処理する音声信号処理方法であって、
   上記第１の音声信号における８ｋＨｚを含む帯域を強調する第１のイコライジング工程と、上記第２の音声信号における上記帯域を強調する第２のイコライジング工程と、
   上記第１のイコライジング工程を経た後の上記第１の音声信号、または、上記第１のイコライジング工程を経る前の上記第１の音声信号の位相を遅延するフィルタリング工程と、を含んでいる、ことを特徴とする音声信号処理方法。
6. 映像を表示する表示パネルと、上記映像に付随したステレオ音声を出力する一対のスピーカであって、上記表示パネルの下方に配置された一対のスピーカとを備えた表示装置において、
   請求の範囲第１項から第４項までの何れか１項に記載の音声信号処理装置を備え、上記音声信号処理装置によって処理されたステレオ音声信号を上記一対のスピーカに供給する、ことを特徴とする表示装置。
7. 映像を表示する表示装置を載置するためのラックであって、上記映像に付随したステレオ音声を出力する一対のスピーカを備えた表示装置用ラックにおいて、
   請求の範囲第１項から第４項までの何れか１項に記載の音声信号処理装置を備え、上記音声信号処理装置によって処理されたステレオ音声信号を上記一対のスピーカに供給する、ことを特徴とするラック。
8. デジタルシグナルプロセッサを、請求の範囲第１項から第３項までの何れか１項に記載の音声信号処理装置として動作させるためのプログラムであって、
   上記デジタルシグナルプロセッサを、上記音声信号処理装置が備えているイコライザおよびフィルタとして機能させるプログラム。
9. 請求の範囲第８項に記載のプログラムが記録されている、デジタルシグナルプロセッサ読み取り可能な記録媒体。
10. 請求の範囲第３項に記載の音声信号処理装置であって、上記フィルタは、１ｋＨｚにおいて位相遅延量が２０°以下となる周波数特性を有するオールパスフィルタであることを特徴とする音声信号処理装置。

Images