JP5866153B2 - サラウンド回路および音声出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、サラウンド再生技術に係り、特に、音声信号を処理して音場感を広げるためのサラウンド回路および音声出力装置に関する。

音声信号を再生する際に、音に立体感や奥行き感を出すために入力音声信号にサラウンド効果を付加する技術が知られている。一例を挙げると、入力された信号を所定時間後に出力するように制御される記憶手段等を用いてデジタル音声信号の遅延処理を行うサラウンド再生技術などが用いられている。

このような技術に関連して、オーディオ装置およびサラウンド音生成方法に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３１９６９４号公報

従来のサラウンド再生技術では、例えば、奥行き感や広がり感のある音を再生するにはまだ不十分であった。

本発明の目的は、ステレオ効果を強調でき、十分な奥行き感や広がり感のある音を再生できるサラウンド回路および音声出力装置を提供することにある。

一態様によれば、音声信号を入力して再生時の音声の音場感を高めるためのサラウンド回路であって、入力した前記音声信号にフィードフォワード加算ゲインを乗算して音の広がり感を高めるフィードフォワード回路と、前記フィードフォワード回路から出力された音声信号のうち低音域の信号をカットするハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタから出力された音声信号に帰還ゲインを乗算して音の奥行き感を高めるフィードバック回路と、前記ハイパスフィルタから出力された前記音声信号に前記フィードバック回路から出力された音声信号を加算する加算回路とを備えるサラウンド回路が提供される。

別の態様によれば、上記サラウンド回路を備える音声出力装置が提供される。

本発明によれば、ステレオ効果を強調でき、十分な奥行き感や広がり感のある音を再生できるサラウンド回路および音声出力装置を提供することができる。

比較例に係るサラウンド回路を例示する模式的ブロック図。 図１に示した比較例に係るサラウンド回路の遅延回路１４における遅延量と奥行き感との関係を例示する図。 図１に示した比較例に係るサラウンド回路の帰還ゲインＧ３によるサラウンド効果の例を説明する図。 比較例に係るサラウンド回路により再生される音声と実施の形態に係るサラウンド回路により再生される音声との特性を比較する図であって、（ａ）ゲインＧの周波数特性例、（ｂ）位相の周波数特性例。 実施の形態に係るサラウンド回路の遅延回路における遅延量と奥行き感／広がり感との関係を例示する図であって、（ａ）フィードバック回路の遅延回路１（１４）における遅延量と奥行き感との関係を例示する図、（ｂ）フィードフォワード回路の遅延回路２（３４）および遅延回路３（３２）における遅延量と広がり感との関係を例示する図。 実施の形態に係るサラウンド回路を例示する模式的ブロック図。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の寸法等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は、以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

［実施の形態］
（比較例におけるサラウンド回路）
図１は、比較例に係るサラウンド回路を例示する模式的ブロック図である。

比較例に係るサラウンド回路は、左右１対の信号の差分を取って差分信号として出力する減算器１０，２８と、入力される２つの信号を加算して出力する加算器１２，２４，２６と、入力される信号を１サンプル時間ずつ遅延させる遅延回路（ＤＥＬＡＹ）１４と、遅延回路１４からの出力のうち低音域の信号のみを通す（高音域の信号をカットする）ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８と、入力される信号にサラウンド加算利得（ゲイン）Ｇ１，Ｇ２を乗算して出力する乗算器１６，２２と、入力される信号に帰還利得（ゲイン）Ｇ３を乗算して出力する乗算器２０とを含んでいる。

左チャンネル（Ｌｃｈ）入力信号は、減算器１０に入力される一方で、加算器２６にも入力される。また、右チャンネル（Ｒｃｈ）入力信号は、減算器１０に入力される一方で、減算器２８にも入力される。

減算器１０は、左チャンネル（Ｌｃｈ）入力信号と右チャンネル（Ｒｃｈ）入力信号とを入力し、２つの信号の差分を取って差分信号として加算器１２に出力する。加算器１２は、入力した２つの信号（減算器１０から出力される信号と後述する乗算器２０から出力される信号）を加算して遅延回路（ＤＥＬＡＹ）１４と乗算器１６との双方に出力する。

遅延回路（ＤＥＬＡＹ）１４は、入力した信号を１サンプル時間ずつ遅延させ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８に出力する。なお、本比較例では、１サンプル時間を、３２ｋ／４４．１ｋ／４８ｋＨｚとする。

ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８は、遅延回路（ＤＥＬＡＹ）１４から出力される信号のうち低音域の信号のみを通す（高音域の信号をカットする）ようにフィルタリングして、乗算器２２と乗算器２０との双方に出力する。ここで、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８のカットオフ周波数を高く設定するほどサラウンド効果は大きいが、高音が目立つという特性がある。

乗算器２０は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８から出力される信号に帰還ゲインＧ３を乗算して帰還データを加算器１２に出力する。この帰還を返すことにより、音声が立体的になり、いわゆる奥行き感がでる。

一方、乗算器２２は、入力した信号にサラウンド加算ゲインＧ２を乗算して加算器２４に出力し、乗算器１６は、入力した信号にサラウンド加算ゲインＧ１を乗算して加算器２４に出力する。加算器２４は、乗算器１６、２２から出力される信号を加算し、加算器２６と減算器２８との双方に出力する。加算器２６に入力される信号は、左チャンネル（Ｌｃｈ）出力信号として外部に出力される。また、減算器２８に入力される信号は、右チャンネル（Ｒｃｈ）出力信号として外部に出力される。

図２は、図１に示した比較例に係るサラウンド回路の遅延回路（ＤＥＬＡＹ）１４における遅延量と奥行き感との関係を例示する図である。図２において、各遅延量の値に対応する奥行き感の値は、聴覚者が感じる相対的な数値であり、遅延量を１０段階に変化させたときにそれぞれに対応する奥行き感の値を示している。図２に示すように、遅延量の値が「２」のときに、奥行き感の値がピークになっている。

図３は、図１に示した比較例に係るサラウンド回路の帰還ゲインＧ３によるサラウンド効果の例を説明する図である。乗算器２０においてローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８から出力される信号に帰還ゲインＧ３を乗算し、帰還データを帰還させることにより、左チャンネル（Ｌｃｈ）出力信号と右チャンネル（Ｒｃｈ）出力信号との差成分が増幅され、聴覚者（人）は、聴覚者により近い位置から（実際のスピーカの位置より近い仮想スピーカの位置から）音声が聞こえるように感じる。

比較例に係るサラウンド回路によると、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８から出力される信号に帰還ゲインＧ３を乗算して帰還させることにより、低音が増強されてしまうといった傾向がある。また、この帰還を返すことにより、音声が立体的になっていわゆる奥行き感がでるものの、広がり感に欠けるといった傾向もある。

（実施の形態におけるサラウンド回路）
図６は、実施の形態に係るサラウンド回路を例示する模式的ブロック図である。

比較例におけるサラウンド回路との違いとしては、再生時の音声の広がり感を高めるためのフィードフォワード回路１００を減算器１０と音の奥行き感を高めるためのフィードバック回路２００との間に挿入したことと、さらに、低音域の信号をカットする（減衰させる）ためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３０をフィードフォワード回路１００とフィードバック回路２００との間に挿入したことにある。

図６に示すように、実施の形態に係るサラウンド回路は、左右１対の信号の差分を取って差分信号として出力する減算器１０，２８と、入力される２つの信号を加算して出力する加算器１２，２４，２６，３８と、入力される信号を１サンプル時間ずつ遅延させる遅延回路（ＤＥＬＡＹ１）１４，遅延回路（ＤＥＬＡＹ２）３４，遅延回路（ＤＥＬＡＹ３）３２と、遅延回路（ＤＥＬＡＹ１）１４からの出力のうち低音域の信号のみを通す（高音域の信号をカットする）ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８と、入力される信号にサラウンド加算利得（ゲイン）Ｇ１，Ｇ２を乗算して出力する乗算器１６，２２と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８から出力される信号に帰還利得（ゲイン）Ｇ３を乗算して出力する乗算器２０と、入力される信号に入力信号加算利得（ゲイン）Ｇ４を乗算して出力する乗算器４２，４４と、遅延回路（ＤＥＬＡＹ１）１４から出力される信号にフィードフォワード加算利得（ゲイン）Ｇ５を乗算して出力する乗算器３６とを含んでいる。

左チャンネル（Ｌｃｈ）入力信号は、減算器１０に入力される一方で、乗算器４２にも入力される。また、右チャンネル（Ｒｃｈ）入力信号は、減算器１０に入力される一方で、乗算器４４にも入力される。乗算器４２，４４は、入力される信号に入力信号加算利得（ゲイン）Ｇ４をそれぞれ乗算して、加算器２６と減算器２８とにそれぞれ出力する。

減算器１０は、左チャンネル（Ｌｃｈ）入力信号と右チャンネル（Ｒｃｈ）入力信号とを入力し、２つの信号の差分を取って差分信号として遅延回路（ＤＥＬＡＹ２）３４と遅延回路（ＤＥＬＡＹ３）３２とに出力する。遅延回路（ＤＥＬＡＹ２）３４は、減算器１０から出力される信号を１サンプル時間ずつ遅延させ、加算器３８に出力する。一方で、と遅延回路（ＤＥＬＡＹ３）３２は、減算器１０から出力される信号を１サンプル時間ずつ遅延させ、乗算器３６に出力する。乗算器２０は、遅延回路（ＤＥＬＡＹ３）３２から出力される信号にフィードフォワード加算ゲインＧ５を乗算して加算器３８に出力する。加算器３８は、入力した２つの信号を加算してハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３０に出力する。ここで、遅延回路（ＤＥＬＡＹ２）３４と遅延回路（ＤＥＬＡＹ３）３２とは、フィードフォワード用ディレイとして機能し、このフィードフォワード回路１００によって再生時の音声の広がり感が高まる。

ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３０は、加算器３８から出力される信号のうち高音域の信号のみを通す（低音域の信号をカットする）ようにフィルタリングして、加算器１２に出力する。ここで、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３０のカットオフ周波数を低く設定するほどサラウンド効果は大きいが、低音が目立つという特性がある。ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３０の出力は、加算器１２と乗算器１６とに入力される。

加算器１２は、入力した２つの信号（ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３０から出力される信号と乗算器２０から出力される信号）を加算して遅延回路（ＤＥＬＡＹ１）１４に出力する。

遅延回路（ＤＥＬＡＹ１）１４は、加算器１２から出力される信号を１サンプル時間ずつ遅延させ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８に出力する。なお、本比較例では、１サンプル時間を、３２ｋ／４４．１ｋ／４８ｋＨｚとする。

ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８は、遅延回路（ＤＥＬＡＹ１）１４から出力される信号のうち低音域の信号のみを通す（高音域の信号をカットする）ようにフィルタリングして、乗算器２２と乗算器２０との双方に出力する。ここで、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８のカットオフ周波数を高く設定するほどサラウンド効果は大きいが、高音が目立つという特性がある。

乗算器２０は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８から出力される信号に帰還ゲインＧ３を乗算して帰還データを加算器１２に出力する。この帰還を返すことにより、再生時の音声が立体的になり、いわゆる奥行き感がでる。

一方、乗算器２２は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８から出力される信号にサラウンド加算ゲインＧ２を乗算して加算器２４に出力し、乗算器１６は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３０から出力される信号にサラウンド加算ゲインＧ１を乗算して加算器２４に出力する。加算器２４は、乗算器１６、２２から出力される信号を加算し、加算器２６と減算器２８との双方に出力する。加算器２６に入力される信号は、左チャンネル（Ｌｃｈ）出力信号として外部に出力される。また、減算器２８に入力される信号は、右チャンネル（Ｒｃｈ）出力信号として外部に出力される。

図４は、図１に示した比較例に係るサラウンド回路により再生される音声と、図６に示した実施の形態に係るサラウンド回路により再生される音声との特性を比較する図であって、図４（ａ）は、ゲインＧの周波数特性例、図４（ｂ）は、位相の周波数特性例を示す。図４からわかるように、比較例に係るサラウンド回路により再生される音声は、低音域が増幅されているが、実施の形態に係るサラウンド回路により再生される音声は、低音域が抑えられている。

図５は、図６に示した実施の形態に係るサラウンド回路の遅延回路（ＤＥＬＡＹ１）１４，遅延回路（ＤＥＬＡＹ２）３４，遅延回路（ＤＥＬＡＹ３）３２における遅延量と奥行き感との関係を例示する図である。図５（ａ）において、遅延回路（ＤＥＬＡＹ１）１４における各遅延量の値に対応する奥行き感の値は、聴覚者が感じる相対的な数値であり、遅延量を１０段階に変化させたときにそれぞれに対応する奥行き感の値を示している。図５（ａ）に示すように、遅延量の値が「２」のときに、奥行き感の値がピークになっている。また、図５（ｂ）において、遅延回路（ＤＥＬＡＹ２）３４，遅延回路（ＤＥＬＡＹ３）３２における各遅延量の値に対応する広がり感の値は、聴覚者が感じる相対的な数値であり、遅延量を１０段階に変化させたときにそれぞれに対応する広がり感の値を示している。図５（ａ）に示すように、遅延量の値が「１」または「２」のときに、広がり感の値がピークになっている。

なお、図６に示した実施の形態に係るサラウンド回路を、例えば音声出力装置に組み込んで、ステレオ効果を強調でき、十分な立体感や広がり感のある音を再生できる音声出力装置を実現することもできる。

以上説明したように、実施の形態に係るサラウンド回路によれば、音の広がり感を高めるためのフィードフォワード回路１００を減算器１０とフィードバック回路２００との間に挿入している。すなわち、音の広がり感を高めるためのフィードフォワード回路１００と、音の奥行き感を高めるためのフィードバック回路２００とを組み合わせることにより、比較例に係るサラウンド回路から出力される音声に比べて、音声が立体的になり（ステレオ効果を強調でき）、音の奥行き感だけでなく、音の広がり感をも高めることができる。

また、実施の形態に係るサラウンド回路によれば、低音域の信号をカットする（減衰させる）ためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３０をフィードフォワード回路１００とフィードバック回路２００との間に挿入している。これにより、フィードバック回路２００により増強される低音域を適度に抑制した音声を出力ことができる。

このように、第１の形態によれば、ステレオ効果を強調でき、十分な奥行き感や広がり感のある音を再生できるサラウンド回路および音声出力装置を提供することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明について実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明に係るサラウンド回路および音声出力装置は、テレビ、ラジオ、ラジカセ、カーオーディオ、ホームシアターシステム、オーディオコンポーネントをはじめとする音声出力装置や、携帯電話、電子楽器等に幅広く適用可能である。

１０，２８…減算器
１２，２４，２６，３８…加算器
１４…遅延回路（ＤＥＬＡＹ／ＤＥＬＡＹ１）
１８…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１６，２０，２２，３６，４２，４４…乗算器
３０…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
３４…遅延回路（ＤＥＬＡＹ２）
３２…遅延回路（ＤＥＬＡＹ３）
１００…フィードフォワード回路
２００…フィードバック回路
Ｇ１，Ｇ２…サラウンド加算利得（ゲイン）
Ｇ３…帰還利得（ゲイン）
Ｇ４…入力信号加算利得（ゲイン）
Ｇ５…フィードフォワード加算利得（ゲイン）

Claims (5)

1. 音声信号を入力して再生時の音声の音場感を高めるためのサラウンド回路であって、
   入力した前記音声信号にフィードフォワード加算ゲインを乗算して再生時の音声の広がり感を高めるフィードフォワード回路と、
   前記フィードフォワード回路から出力された音声信号のうち低音域の信号をカットするハイパスフィルタと、
   前記ハイパスフィルタから出力された音声信号に帰還ゲインを乗算して再生時の音声の奥行き感を高めるフィードバック回路と、
   前記ハイパスフィルタから出力された前記音声信号に前記フィードバック回路から出力された音声信号を加算する加算回路と
   を備えることを特徴とするサラウンド回路。
2. 前記フィードバック回路は、
   前記ハイパスフィルタから出力された前記音声信号を１サンプル時間ずつ遅延させる第１の遅延回路と、
   前記第１の遅延回路から出力された音声信号のうち高音域の信号をカットするローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタから出力された音声信号に前記帰還ゲインを乗算して帰還データを出力する第１の乗算器と、
   前記ハイパスフィルタから出力された前記音声信号と前記帰還データとを加算して前記第１の遅延回路に出力する第１の加算器と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のサラウンド回路。
3. 前記フィードフォワード回路は、
   前記入力した前記音声信号を１サンプル時間ずつ遅延させる第２の遅延回路と、
   前記入力した前記音声信号を１サンプル時間ずつ遅延させる第３の遅延回路と、
   前記第３の遅延回路から出力された音声信号にフィードフォワード加算ゲインを乗算する第２の乗算器と、
   前記第２の遅延回路から出力された音声信号と前記第２の乗算器から出力された音声信号とを加算して前記ハイパスフィルタに出力する第２の加算器と
   を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサラウンド回路。
4. 前記ハイパスフィルタから出力された前記音声信号にサラウンド加算ゲインを乗算する第３の乗算器と、
   前記ローパスフィルタから出力された前記音声信号にサラウンド加算ゲインを乗算する第４の乗算器と
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のサラウンド回路。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のサラウンド回路を備えることを特徴とする音声出力装置。

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