JP5418256B2

JP5418256B2 - 音声処理装置

Info

Publication number: JP5418256B2
Application number: JP2010020039A
Authority: JP
Inventors: 就正所; 剛坂井; 潤二荒木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-02-01
Also published as: JP2011160179A

Description

本発明は、複数のスピーカを用いて臨場感のある音場を作り出す音声処理装置に関し、特にフロントのみに配置されたスピーカによって仮想的な音源を作り出すバーチャルサラウンドシステムに関するものである。

近年、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ)やＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ）の広まりにより、受聴者の前方に加え後方に配置されるスピーカから音を出力することで高臨場感のサウンドを提供するサラウンドシステムの需要が高まっている。

ＢＤの規格では、受聴者の耳元と同等の高さに配置されることを想定したスピーカ配置に加え、受聴者の上方に配置されることを想定したスピーカ配置が用意されており、高さ方向の臨場感を作り出すことが可能となる。したがって、高さ方向の臨場感を必要とするコンテンツにおいては、今後上方スピーカ用のチャンネル信号が組み込まれる可能性がある。

また、受聴者の前方に配置されたフロントスピーカのみで前記サラウンドシステムに含まれる全スピーカを仮想スピーカとして再現するバーチャルサラウンドシステムがある。前記システムでは一般的に、ＨＲＴＦ（Ｈｅａｄ−ＲｅｌａｔｅｄＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ：頭部伝達関数）と呼ばれる所望のスピーカ位置から受聴者耳元までの伝達特性を、フロントスピーカ前段に配置したＦＩＲ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ：有限インパルス応答）フィルタを用いて受聴者耳元にて再現する事により、仮想スピーカの定位を実現している（特許文献１、２）。

図３は受聴者３０１の前方に配置されたフロントスピーカ２つ（左スピーカ３０２、右スピーカ３０３）を用いて受聴者後方に１つの仮想スピーカ３０４を作り出す場合の構成図である。また、図４は、仮想スピーカ３０４を作り出すためのバーチャル処理部３０５を示す。仮想スピーカ３０４の受聴者後方での定位は、仮想スピーカ３０４から受聴者両耳までのＨＲＴＦを、左右フロントスピーカ３０２、３０３前段の左右ＦＩＲフィルタ４０１、４０２によって受聴者両耳で再現することで実現できる。特に、仮想音源から受聴者両耳までのＨＲＴＦで現れる中高域のピークならびにディップ部分の特性をＦＩＲフィルタ４０１、４０２によって忠実に再現することで、仮想音源の定位精度が高くなる。

特開平８−２６５８９９号公報特開２００８−１５４０８２号公報

しかしながら、水平方向に加えて上方の仮想音源についてもＦＩＲフィルタを用いてバーチャネルサラウンドシステムを実現しようとした場合には、処理が増加するため演算量が増加してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、上記課題を解決すべく、上方の仮想音源を追加した場合であっても演算量の増加を抑えることができる音声処理装置を提供する事を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の音声処理装置は、水平スピーカ信号の出力タイミングを調整する第１の遅延手段と、上方スピーカ信号を入力し、低域成分を出力するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタからの信号の出力タイミングを調整する第２の遅延手段及び第３の遅延手段と、前記第１の遅延手段からの信号と前記第２の遅延手段からの信号を加算する第１の加算手段と、前記第１の遅延手段からの信号と前記第３の遅延手段からの信号を加算する第２の加算手段と、上方スピーカ信号を入力し、高域成分を出力するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタからの信号の出力タイミングを調整する第４の遅延手段及び第５の遅延手段と、前記第１の加算手段からの信号を入力する第１のフィルタと、前記第２の加算手段からの信号を入力する第２のフィルタと、前記第４の遅延手段からの信号を入力する第３のフィルタと、前記第５の遅延手段からの信号を入力する第４のフィルタと、前記第１のフィルタからの信号と前記第３のフィルタからの信号を加算する第３の加算手段と、前記第２のフィルタからの信号と前記第４のフィルタからの信号を加算する第４の加算手段とを備えることを特徴としたものである。

上記の構成によれば、水平方向及び上方スピーカのバーチャル再生に対応した音声処理装置において演算量を低減できる。

実施の形態１にかかる音声処理装置のスピーカ構成図実施の形態１にかかる音声処理装置のバーチャル処理部ブロック図従来技術にかかる音声処理装置のスピーカ構成図従来技術にかかる音声処理装置のバーチャル処理部ブロック図

以下、本発明の音声処理装置の実施の形態の一例として、バーチャルサラウンドシステムについて、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）に、実施の形態１にかかるバーチャルサラウンドシステムの側面図を、図１（ｂ）に上方側面図を示す。

バーチャルサラウンドシステムは、左スピーカ１０２、右スピーカ１０３、水平方向仮想スピーカ１０４、上方仮想スピーカ１０５、バーチャル処理部１０６で構成される。

図１において、受聴者１０１の正面左右にフロントスピーカ（左スピーカ１０２、右スピーカ１０３）が配置されており、両スピーカから放射される音波を用いて受聴者後方かつ水平方向（仰角０°）への定位を意図する水平方向仮想スピーカ１０４と、前記仮想スピーカ１０４と方位角が同一で仰角が上方の定位を意図する上方仮想スピーカ１０５を作り出す。

図２に、実施の形態１にかかるバーチャルサラウンドシステムのバーチャル処理部ブロック図を示す。

バーチャル処理部１０６は、水平方向仮想スピーカ用ＦＩＲフィルタ２０１及び２０２、左右フロントスピーカ用ＩＩＲフィルタ２０３及び２０４、遅延処理部２０５〜２０９、ＬＰＦ（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ：低域通過フィルタ）２１０、ＨＰＦ（ＨｉｇｈＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ：高域通過フィルタ）２１１で構成される。

水平方向仮想スピーカ用ＦＩＲフィルタ２０１及び２０２は、それぞれ入力信号を所望の伝達特性に変換（遅延量制御含む）する。

左右フロントスピーカ用ＩＩＲ（ＩｎｆｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ：無限インパルス応答）フィルタ２０３及び２０４は、それぞれ入力信号を所望の伝達特性に変換（遅延量制御含まない）する。

遅延処理部２０５〜２０９は、それぞれ入力信号の出力タイミングを調整（遅延制御）する。

ＬＰＦ２１０は、入力信号の低域成分を抽出する。

ＨＰＦ２１１は、入力信号の高域成分を抽出する。

バーチャル処理部１０６は、水平方向用信号と上方用信号とで処理方法が分かれている。つまり、水平方向入力信号は前記従来技術と同様に水平方向仮想スピーカ用ＦＩＲフィルタ２０１、２０２で処理することで、水平方向仮想スピーカ１０４に定位する信号に変換される。

ここで、一般的に人間は水平方向に比べ仰角方向（高さ方向）の方向知覚が曖昧であり、特にＨＲＴＦの観点で見ると低域成分は仰角方向の違いによる特性差が少ない。そのため、上方スピーカ用信号の低域成分を水平方向スピーカ用信号とみなしてバーチャル処理した場合でも、上方スピーカの定位精度に関して劣化を抑制することができる。

次に、バーチャル処理部１０６の動作を説明する。

まず、上方入力信号は、ＬＰＦ２１０とＨＰＦ２１１で帯域分割を行われる。

次に、ＬＰＦ２１０から出力された低域成分を水平方向仮想スピーカ用ＦＩＲフィルタ２０１及び２０２で処理し、ＬＰＦ２１１から出力された高域成分を左右フロントスピーカ用ＩＩＲフィルタ２０３及び２０４で処理し、最後に左右フロントスピーカの信号ごとに加算することで、上方仮想スピーカ１０５に定位する信号に変換される。

ＩＩＲフィルタはＦＩＲフィルタに比べて少ない演算量で所望の周波数特性（本発明では仮想スピーカから受聴者耳元までのＨＲＴＦの特定の周波数帯域におけるピークやディップ）を実現する事ができるという特徴があり、本実施の形態では、上方仮想スピーカ用にＩＩＲフィルタを使用することで、演算量増加を抑えつつ図１の水平方向仮想スピーカ１０４に加えて上方仮想スピーカ１０５の定位を実現できる。

ところで、ＦＩＲフィルタ２０１及び２０２、ＩＩＲフィルタ２０３及び２０４では処理によって発生する時間遅延が異なり（ＩＩＲフィルタでは遅延量を制御できない）、ＩＩＲフィルタ２０５及び２０６に限っても左右フロントスピーカの出力ごとに発生させたい所望の遅延量が異なる。そこで、水平方向、上方入力信号のバーチャル処理後の出力タイミングを調整するために遅延処理部２０５〜２０９をフィルタ処理前段に配置している。

これにより、図３に示す後方の仮想スピーカ配置を前方や横方向などに拡張し、図４のバーチャル処理を施すことで、受聴者を包み込むように水平方向、上方の仮想スピーカを定位させるバーチャルサラウンドシステムを演算量の増加を抑えつつ実現できる。

なお、本実施の形態では、水平方向用信号と上方用信号の低域成分をＦＩＲフィルタ、上方用信号の高域成分をＩＩＲフィルタで処理しているが、前記両信号の入力位置を入れ換え、ＦＩＲフィルタ、ＩＩＲフィルタならびに遅延処理部のパラメータを合わせた上で、水平方向用信号と上方用信号の低域成分をＩＩＲフィルタ、上方用信号の高域成分をＦＩＲフィルタで処理することも可能である。また、前記両方の処理構成を用意しておけば、コンテンツやシーンに合わせてより正確に定位させたい入力信号をＦＩＲフィルタで、他方をＩＩＲフィルタでバーチャル処理するという切り替え操作も可能である。

本発明は、複数のスピーカを用いて臨場感のある音場を作り出すサラウンドシステムに関し、特に、フロントのみに配置されたスピーカによって仮想的な音源を作り出すバーチャル再生に関するものであって、上方の仮想音源を追加した場合の演算量の増加を抑えることができるバーチャルサラウンドシステムを提供できる。そのため、本発明は、複数のスピーカで構成されるホームシアターシステムに適用できる。

１０１受聴者
１０２左スピーカ
１０３右スピーカ
１０４水平方向仮想スピーカ
１０５上方仮想スピーカ
１０６バーチャル処理部
２０１、２０２ＦＩＲフィルタ
２０３、２０４ＩＩＲフィルタ
２０５、２０６、２０７、２０８、２０９遅延処理部
２１０ＬＰＦ
２１１ＨＰＦ

Claims

水平スピーカ信号の出力タイミングを調整する第１の遅延手段と、
上方スピーカ信号を入力し、低域成分を出力するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタからの信号の出力タイミングを調整する第２の遅延手段及び第３の遅延手段と、
前記第１の遅延手段からの信号と前記第２の遅延手段からの信号を加算する第１の加算手段と、
前記第１の遅延手段からの信号と前記第３の遅延手段からの信号を加算する第２の加算手段と、
上方スピーカ信号を入力し、高域成分を出力するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタからの信号の出力タイミングを調整する第４の遅延手段及び第５の遅延手段と、
前記第１の加算手段からの信号を入力する第１のフィルタと、
前記第２の加算手段からの信号を入力する第２のフィルタと、
前記第４の遅延手段からの信号を入力する第３のフィルタと、
前記第５の遅延手段からの信号を入力する第４のフィルタと、
前記第１のフィルタからの信号と前記第３のフィルタからの信号を加算する第３の加算手段と、
前記第２のフィルタからの信号と前記第４のフィルタからの信号を加算する第４の加算手段とを備えることを特徴とする音声処理装置。
前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタがそれぞれＦＩＲフィルタであり、前記第３のフィルタ及び前記第４のフィルタがそれぞれＩＩＲフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の音声処理装置。