JPH0377720B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、音の距離感を連続的に変化させる音
声信号ズーミング装置に関し、特に、遠くに聞え
る感覚から聴取者の頭のすぐ近くに聞える感覚ま
で連続的に音の距離感を変化させ得るようにした
ものである。 一般に、ステレオ放送番組の制作においては、
音の左右方向の定位を任意に定めたり、あるい
は、左右方向の移動、すなわち、パンの効果を表
現する機能を有する音像定位装置が使用されてい
る。これに対して、遠近感の制御、すなわち、ズ
ーミングの効果は、つぎに述べるように、極めて
狭い限定された範囲においてしか実現されておら
ず、また、そのための専用装置も実用化されてい
ない。 音声信号ズーミング装置は、パン効果を与える
従来の左右方向の音像定位装置に対して、ズーミ
ング効果を与える遠近方向の音像定位装置であ
り、特に、番組制作用の効果機器として広い応用
面を有するものである。ステレオ再生において
は、個々の楽器音、人の声、物音などの音源が、
空間内のそれぞれの位置に存在しているような心
理的印象を受け、それら個々の音源のイメージを
音像と呼ぶが、この音像の遠近感の連続的な制御
は、従来から、ドラマ番組などにおいて必要に応
じて行なわれている。その制御方法としては、(1)
音量を変化させる、(2)残響の量を変化させる、(3)
周波数特性を変化させる、などの制御方法、およ
び、これらの制御方法の組合わせを用いるのが一
般的である。しかして、これらの制御方法は、相
応の効果が得られるものの、２個のスピーカを結
ぶ線より近くの音の印象を形成することができな
いという難点があつた。 上述のような従来の音像遠近感制御について、
その装置の構成、作用、および問題点、欠点等を
さらに詳述する。 ステレオ再生において、聴取者のごく近くに音
像を形成する方法としては、理論的にはつぎのよ
うな方法が知られている。 すなわち、音源が聴取者の斜め前方や斜め後
方、あるいは、横方向の一定方向にあるとき、両
耳に入射する音は、音源の方向に応じて定まる一
定の両耳間の位相差および両耳間のレベル差を有
し、かかる位相差およびレベル差が手掛りとなつ
て音源の方向が知覚される。 一方、中林、二階堂、森の論文「音源の距離の
弁別能力についての一実験」（日本音響学会講演
論文集、昭和50年10月、第435頁）によれば、音
源の距離がほぼ２ｍ程度以内になると、頭による
音の回折の影響により、音源の方向が一定であつ
ても、両耳間位相差と両耳間レベル差が音源の距
離によつて変化し、その点が手掛りになつて音源
の距離の差を弁別できる。かかる現象を利用し
て、近距離の特定位置に音源があるときに等しい
両耳間位相差および両耳間レベル差が生ずるよう
に、ステレオの左右信号に処理を施すシミユレー
シヨンを行なえば、近距離音源の印象を形成し得
るものと考えられる。しかしながら、この方法
は、原理的に残響が極めて少ない室内において厳
密に定められた聴取位置で聴取するのでなけれ
ば、所期の効果が発揮されず、また、任意の素材
音について距離感を連続的に変化させようとする
と、極めて複雑なシミユレーシヨンが必要とな
り、これを実現するのは簡単ではなかつた。 さらに、頭による音の回折の影響は、正面方向
の音源に関しては、両耳に対して等しくなるの
で、前述した位相差、レベル差が生ぜず、したが
つて、最大の問題として、番組効果上最も強い要
請のある正面方向の音源について、この方法によ
り距離感を制御することは理論上は不可能であ
る。 また、上述したところは全く異なる視点にたつ
研究として黒住、大串による論文「２チヤンネル
スピーカ再生による音像の質」（日本音響学会講
演論文集、昭和55年10月、第639頁）によれば、
２個の互いに独立した雑音発生器を使用し、左右
スピーカから再生される信号間の相関係数を１か
ら０、さらに、０から−１と変化させ、左右同相
から左右独立の無相関へ、さらに、無相関から左
右逆相へと変化させるにつれて、音像の距離感が
遠くから近くに変化し、相関係数が−１の場合に
は頭の極く近くに感じられることが報告されてい
る。すなわち、左右逆相の音を再生したときにお
ける聴取者の耳に加わる音は、必ずしも近距離の
音源を聞いているときの音とは物理的に等しくは
ないが、主観的に類似の印象を与えることが上述
の文献から明らかである。 上述の方法によつて原理的には音像の距離感を
変化させることができるが、上述の文献による方
法においては、互いに独立な１対のステレオ信号
が必要であるという点で適用し得る音源の範囲が
極めて狭く制約され、加えて、相関係数０近傍の
状態において著しく拡がつた印象を与えるという
本質的な問題点がある。したがつて、単一の音源
が遠方から近くまで動いて来るという感覚を生じ
させることは不可能である。 そこで、本発明の目的は、上述した従来の種々
の問題点を解決し、正面方向の音源であつても音
像の距離感が得られ、しかも、２個の再生スピー
カを結ぶ線より近く、聴取者の極く近くの印象ま
で与えることができ、しかも単一の音源が遠方か
ら近くまで、拡がることなく、動く感覚が得られ
るようにした音声信号ズーミング装置を提供する
ことにある。 すなわち、本発明音声信号ズーミング装置はモ
ノホニツク音源信号を互いにπ／２ラジアンの位
相差を有するように２分岐するπ／２移相手段
と、該π／２移相手段によつて得られた２分岐信
号のうちの一方の信号に基づいて当該一方の信号
をπラジアン移相した信号を形成するπ移相手段
と、前記２分岐信号および前記πラジアン移相信
号に基づいて、当該各信号をレベルを変えて合成
して同一レベルであつて位相差が０〜πラジアン
の範囲で変化する２つの信号をステレオ音源信号
としてつくり出す合成手段とを具えたことを特徴
とするものである。 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。 まず、本発明音声信号ズーミング装置の原理的
構成を第１図に示す。ここで、モノホニツク音源
Ｓは、例えば、モノホニツクのテープ再生音、１
本のマイクロホンで収音した楽器音や効果音など
からなり、移相回路Ｐにそのモノホニツク音源信
号を供給してあり、その移相回路Ｐの２出力信号
相互間の位相差を制御回路Ｃにより制御したうえ
で、それらの２移相出力信号をスピーカSP₁およ
びSP₂に供給し、ステレオ音源の左右信号として
再生する。 上述した２移相出力信号相互間の位相差の制御
は、第２図に示す動作原理によつて行なう。すな
わち、第２図の横軸は音像の距離感を示す目盛で
あり、例えば、制御用つまみにかかる目盛が付し
てあるものとする。かかる距離感目盛の左端は距
離感が最も遠い状態「遠」を示し、その状態にお
いては、移相回路Ｐの２出力信号間の位相差は、
可聴周波数帯域の全域もしくはほぼ全域にて０も
しくは０に近い値となる。上述の距離感目盛の右
端は、距離感が最も近い状態「近」を示し、その
状態においては、移相回路Ｐの２出力信号間の位
相差は、可聴周波数帯域の全域もしくはほぼ全域
において、πラジアンもしくはπラジアンに近い
値となる。さらに、この距離間目盛の中間におい
ては、各周波数における２移相出力信号間の位相
差は、例えば図示の直線Ａもしくは曲線Ｂに示す
ように、連続的に単調に変化させる。この直線Ａ
もしくは曲線Ｂは、必ずしも各周波数において等
しくする必要はないが、各周波数において等しく
なるようにした場合には、２出力信号間の相関係
数が零に近い場合、すなわち、無相関に近いとき
に得られる音像をさらに集中させることができ
る。 上述のような位相差特性を有する移相回路Ｐを
介して取出した全可聴周波数帯域のオーデイオ信
号について、両系統の信号相互間の相関係数を考
察すると、距離感目盛「遠」の状態においては相
関係数はほぼ１となり、「近」の状態においては
ほぼ−１となり、その中間においては連続的に変
化する。したがつて、音像の距離感を遠方から聴
取者の頭の近傍まで連続的に変化させることがで
きる。なお、音源の移動速度は、前述した位相差
の変化に追従するので、制御回路Ｃの制御用つま
みの動かし方の速さに応じて変化させることがで
きる。 つぎに、90゜移相回路を用いた本発明音声信号
ズーミング装置の具体的構成例を第３図に示す。
ここで、90゜移相回路P′からの２つの出力信号は
可聴周波数帯域のほぼ全域にわたりほぼπ／２ラ
ジアンの位相差を有する。その一方の出力信号を
３分岐し、そのうちの一つの分岐出力信号を可変
減衰器A₄およびA₆を介してスピーカSP₁に供給
し、左チヤネル（または右チヤネル）の信号とし
て再生する。他の一つの分岐出力信号を可変減衰
器A₁に導き、さらに残りの一つの分岐出力信号
を、極性反転器１により極性を反転してから可変
減衰器A₃に導く。また、90゜移相回路P′の他方の
出力信号を可変減衰器A₂に導く。これら可変減
衰器A₁，A₂，A₃の各出力信号を互いに混合し、
可変減衰器A₅およびA₇を介してスピーカSP₂に
供給し、右チヤネル（または左チヤネル）の信号
として再生する。なお、可変減衰器A₁とA₂と
A₃、A₄とA₅およびA₆とA₇は、それぞれ連動する
ものとし、それぞれの機能および減衰量の関係は
つぎのように定める。 すなわち、可変減衰器A₁，A₂，A₃は、スピー
カSP₁およびSP₂の出力相互間の位相差を０から
πラジアンまで連続的に変化させるための連動可
変減衰器とする。その伝達振幅特性は、第４図
Ａ，Ｂに示すsin、cos型をなし、次の第１表のよ
うな特性をもつ。

【表】 可変減衰器の目盛（θ）が０の状態において、
双方のスピーカSP₁，SP₂の出力相互間の位相差
は０となり、最も遠い距離感の状態になる。ま
た、目盛θがπの状態においては双方のスピーカ
SP₁，SP₂の出力相互間の位相差がπラジアンと
なり最も近い距離感の状態になる。 可変減衰器A₄，A₅は音像の位置を左右に変化
させるための逆連動型可変減衰器として従来から
使用されている形式のものであり、例えば、左右
チヤネル信号のエネルギーの和が常に一定となる
ように両者の減衰量を相補的に変化させる。一般
にθ＝π／２の近傍で、音像は、位相が進んでい
るチヤネルのスピーカ寄りにその定位がやや偏る
ので、可変減衰器A₄，A₅は、かかる音像定位の
偏りを修正するために、必要に応じて使用する。 さらに、可変減衰器A₆，A₇は、従来から一般
に使用されている連動型の同一特性の可変減衰器
とする。すなわち、一般に、音源が遠方にある場
合には音量も小さくなるので、θ＝０の近傍にて
減衰量を最大にし、θ＝πの近傍にて減衰量を最
小にして、遠近の印象をさらに強調し得るように
する。 つぎに、同様に90゜移相回路を用いた本発明音
声信号ズーミング装置の具体的構成の他の例を第
５図に示す。ここで、90゜移相回路P′は、第４図
の例と同様のものであり、その２出力信号をそれ
ぞれ可変減衰器A₁₁，A₁₂に供給する。可変減衰
器A₁₁，A₁₂は、第６図Ａ，Ｂおよび第２表に示
す伝達振幅特性を有する逆連動型可変減衰器とす
る。

【表】 これら可変減衰器A₁₁，A₁₂の目盛を０からπ
まで変化させると、左右のスピーカSP₁，SP₂の
入力信号間の位相差θは、０からπラジアンまで
変化する。それらの可変減衰器A₁₁，A₁₂の出力
信号を加算器ADDおよび減算器SUBに供給し
て、両出力信号の和および差出力を得、これら和
および差出力を、それぞれ、可変減衰器A₄とA₆
およびA₅とA₇を介してスピーカSP₁およびSP₂に
それぞれ供給する。これら可変減衰器A₄とA₅お
よびA₆とA₇は、それぞれ、第３図の例と同様に、
従来から一般に使用されている形式の逆連動型お
よび連動型の可変減衰器とし、左右方向および全
体の音量を調整するのに使用する。 つぎに、２移相出力信号相互の相関係数γ＝０
の近傍における音像の拡がり感について、その音
源がステレオ信号である場合と比較して検討す
る。前述した黒住、大串による文献によれば、相
関係数γ＝０の近傍においては、音像の拡がり感
が極めて大きいことが示されており、同文献の実
験は、音源として２個の互いに独立した雑音発生
器、すなわち、左右全く独立のステレオ信号を用
いて行なわれている。すなわち、左右スピーカか
ら全く別の音源を発生させている条件のもとで実
験が行なわれており、音像の拡がり範囲について
試聴時の印象を図示すると第７図Ａに示すように
なる。ここで斜線部が相関係数γ＝０のときの音
像の拡がり範囲を示す。すなわち、左右スピーカ
SP₁，SP₂の近傍における密度が高く、中央部が
やや稀薄であつて、全体として極めて広い拡がり
範囲をもつ。これに対し、単一の音源をもとに形
成した２出力信号間の相関係数γを０とした場合
のレベル補正前およびレベル補正後の音像拡がり
範囲をそれぞれ第７図ＢおよびＣに示す。この場
合には、レベル補正前は、第７図Ｂに示すよう
に、中央より位相が進んでいるチヤネルのスピー
カ寄りに、まとまつた音像が定位し、レベル補正
後は第７図Ｃに示すようにほぼ中央にまとまつた
音像が定位する。すなわち、位相が遅れている方
のチヤネルのスピーカ出力を適量だけ増すことに
より、第７図Ｂの音像の偏りを第７図Ｃのように
中央正面に戻すことができる。そのときの音像の
拡がり幅は、左右スピーカから同相、同レベルの
音を出したときに比較すればやや広いが、第７図
Ａの場合に比して格段に狭く、１個のまとまつた
音像として感じられる。このように単一音像感と
なる理由としては、第７図Ａの場合には、それぞ
れのチヤネルにおける周波数帯域内各成分につい
て、各チヤネルともに、その振幅および位相が全
くランダムに変化しているので、まとまつた単一
の音像に融合しては感じられないのに対し、第７
図ＢおよびＣの場合には各成分の振幅は左右チヤ
ネル間で等しく、また左右の位相差も周波数に無
関係に一定であるため、各周波数成分はほぼ同一
の方向に定位し、全体として左右両信号が融合し
て単一のまとまつた音像として感じられるからで
ある。 前述した黒住、大串による文献について上述し
たところをまとめると、この文献による従来の音
像定位方法においては、左右全く独立な１対のス
テレオ信号を必要とするが、一般に、かかる信号
は特殊な合成音や雑音以外には得られず、実用性
が極めて低く、仮に相関係数γが零ではない、す
なわちγ＝γ₀（｜γ₀｜≠０）の信号を用いると、
相関係数γの絶対値を増すことはできるが、減ら
すことは不可能である。従つて、かかる音像定位
法による音声信号ズーミングの過程において、＋
｜γ₀｜から−｜γ₀｜に移る点に不連続が生じ、連
続して変化する遠近感が得られない。 これに対し、前述した本発明による音声信号ズ
ーミング装置においては、単一の任意の音源信号
を用いて形成した左右ステレオ信号の相関係数は
連続して変化させることができるので、連続して
変化する遠近感が得られる。汎用性のある遠近感
制御、すなわち、ズーミングは、通常の番組制作
の手法を前提とする限りは、本発明によつてはじ
めて実現できた。 なお、上述の文献による音声信号ズーミングに
おいては、前述したように、遠方から近くに移る
γ≒０の近傍において、著しく音像が拡がるが、
ズーミングの途中にて音像がいつたん拡がるよう
な音声信号ズーミングは、極めて限られた場合の
特殊用途にした用いることができず、一般性のあ
るズーミングとはいえない。これに対して、本発
明による音声信号ズーミングにおける音像の拡が
りは極めてわずかであり、自然なズーミングの印
象が得られる。 上述したように、本発明による音声信号ズーミ
ングは、結果的に、左右ステレオ信号の相関係数
が変化して音像の距離感が変わるという現象を利
用する点においては、上述した文献によるものと
軌を一にするものであるが、音源として任意のモ
ノホニツク音源を用いることができる点におい
て、従来に比し、その利用範囲が格段に拡大さ
れ、また、相関係数０の近傍においても音像の幅
がほとんど拡がらないので、単一音源の印象を損
うことがないという大きい利点を有し、従来に比
してはるかに大きい効果が得られ、しかも、広い
用途が得られる。 つぎに、上述したような作用効果を有する本発
明音声信号ズーミング装置に従来の左右方向制御
装置を組合わせて、空間内において音源の２次元
的な動きを表現し得るようにした音声信号ズーミ
ング装置の基本的動作原理を第８図Ａ，Ｂに示
す。かかる２次元ズーミング装置における操作部
のつまみ、レバー等を操作して第８図Ａのｘ方向
に動かすと、第５図示の構成によるズーミング装
置においては、可変減衰器A₄，A₅の減衰量が変
化し、正方向の動きにより音像が右方向に移動
し、負方向の動きにより音像が左方向に移動す
る。また、第８図Ａにおいてｙ方向に動かした場
合には、正方向の動きにより音像の距離が大とな
り、負方向の動きにより音像の距離が小になる方
向に距離感が変化するようにする。そのために
は、ｙ方向の動きによつて、第５図示の構成例に
おける可変減衰器A₁とA₂およびA₆とA₇の減衰量
がそれぞれ連動して変化するようにする。すなわ
ち、具体的には、ｙ方向の位置を正の最大値から
負の最大値まで変化させたときに、可変減衰器
A₁，A₂の減衰量は、第６図Ｂの伝達振幅特性に
おいて目盛（θ）を０からπまで変えたときの特
性に従つて変化し、可変減衰器A₆，A₇の減衰量
は次第に小さくなる方向に変化させればよいこと
になる。その結果、例えば、操作部のつまみの位
置を第８図Ａにおける一点鎖線の軌跡に従つて移
動させると、聴取者は、近似的に第８図Ｂにおけ
る一点鎖線の軌跡に従つて音源が近づいて来るよ
うな印象を受ける。 上述のような２次元ズーミング装置における操
作部の構成例を第９図に示す。図示の構成におい
て、V₁，V₂，V₃は、それぞれ、第５図示の構成
における可変減衰器A₁₁とA₁₂，A₆とA₇およびA₄
とA₅からなる連動型音量調整器を、それぞれ一
対にして筐体に収容したものであり、SLは、ガ
イド用のスリツトである。バーL₁とL₂の交点に
設けたつまみＮを例えば上下方向に動かすと、バ
ーL₂が上下に平行移動して音量調整器V₁，V₂の
減衰量が連動して変化する。また、つまみＮを左
右方向に動かすと、バーL₁が左右に平行移動し
て音量調整器V₃の減衰量が変化する。なお、こ
れと同様の構成による操作部を、４チヤネルのオ
ーデイオ信号のレベル調整に一般に使用されてい
るように、４個の回転型ポテンシオメータを単一
のレバーにより連動操作させる、いわゆるジヨ
イ・ステイツクを利用して実現することもでき
る。なお、かかる場合に、ポテンシオメータは、
必要に応じ、連動型のものを用いることもでき
る。また、CRTデイスプレイとライトペンとの
組合わせにより、かかる操作部を電子的に実現す
ることもできる。 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、音声信号ズーミング装置による音像の距離感
を左右の両スピーカを結ぶ線より内側、すなわ
ち、聴取者の頭の近傍まで連続して近づけるとい
う、従来不可能であつた効果が得られ、かかるズ
ーミング効果を利用して、ステレオドラマや空間
的な音楽作品の演出、制作などに新しい番組制作
の手法を提供することができる。また、かかる音
声信号ズーミングは、モノホニツク音源を使用す
ることを前提としているので、実用性に極めて富
んでおり、便利であり、従来、音像の左右のパン
を行なうために広く使用されている左右方向の音
像定位装置と同様に極めて簡便な使用法により、
音像のズーミング効果を実現することができる。 また、一般の聴取者が、通常のラジオ放送、テ
ープ、デイスク等による既製のプログラムソース
にこの音声信号ズーミング装置を付加する場合に
は、そのプログラムソースが単一の音源もしくは
それに近い内容であれば、上述したところと同様
のズーミング効果を実現することができる。 さらに、左右スピーカを結ぶ線より遠方の距離
感については従来のズーミング装置を用い、近い
方の距離感について本発明によるズーミング装置
を用いれば、極めて効果的に広範囲の距離の感覚
を表現することができ、両者併用のための特殊な
装置等を全く必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明音声信号ズーミング装置の基本
的構成を示すブロツク線図、第２図は同じくその
動作原理を示す線図、第３図は同じくその具体的
構成の一例を示すブロツク線図、第４図Ａおよび
Ｂは同じくその具体的構成における可変減衰器の
動作原理をそれぞれ示すベクトル図および特性曲
線図、第５図は同じくその具体的構成の他の例を
示すブロツク線図、第６図ＡおよびＢは同じくそ
の具体的構成における可変減衰器の動作原理をそ
れぞれ示すベクトル図および特性曲線図、第７図
Ａ，Ｂ，Ｃは音声信号ズーミング装置における左
右ステレオ信号の相関係数０の近傍における音像
の態様の例をそれぞれ示す線図、第８図Ａ，Ｂは
本発明による２次元音声信号ズーミング装置の動
作の態様の説明図、第９図は同じくその操作部の
構成例を示す平面図である。 Ｓ……モノホニツク音源、Ｐ……移相回路、
P′……90゜移相回路、Ｃ……制御回路、SP₁，SP₂
……スピーカ、A₁〜A₇，A₁₁，A₁₂……可変減衰
器、Ｉ……極性反転器、ADD……加算器、SUB
……減算器、V₁，V₂，V₃……音量調整器、L₁，
L₂……レバー、Ｎ……つまみ、SL……ガイド用
スリツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モノホニツク音源信号を互いにπ／２ラジア
   ンの位相差を有するように２分岐するπ／２移相
   手段と、 該π／２移相手段によつて得られた２分岐信号
   のうちの一方の信号に基づいて当該一方の信号を
   πラジアン移相した信号を形成するπ移相手段
   と、 前記２分岐信号および前記πラジアン移相信号
   に基づいて、当該各信号をレベルを変えて合成し
   て同一レベルであつて位相差が０〜πラジアンの
   範囲で変化する２つの信号をステレオ音源信号と
   してつくり出す合成手段とを具えたことを特徴と
   する音声信号ズーミング装置。 ２ 前記合成手段は、前記２分岐信号のうちの一
   方の信号を０≦θ≦π／２のときcosθ、π／２≦
   θ≦πのとき０なる伝達振幅特性によつて減衰す
   る第１可変減衰器と、当該一方の信号をπラジア
   ン移相した信号を０≦θ≦π／２のとき０、π／
   ２≦θ≦πのとき−cosθなる伝達振幅特性によつ
   て減衰する第２可変減衰器と、 前記２分岐信号のうちの他方の信号をsinθなる
   伝達振幅特性によつて減衰する第３可変減衰器
   と、 前記第１、第２、第３減衰器の出力を合成する
   手段とを有し、 前記第１、第２、第３減衰器は連動することを
   特徴とする請求項１に記載の音声信号ズーミング
   装置。 ３ 前記合成手段は、前記２分岐信号のうちの一
   方の信号を０≦θ≦πのときsinθ／２なる伝達振
   幅特性によつて減衰する第１可変減衰器と、 前記２分岐信号のうちの他方の信号を０≦θ≦
   πのときcosθ／２なる伝達振幅特性によつて減衰
   する第２可変減衰器と、 前記第１および第２可変減衰器の各出力を合成
   する第１合成手段と、 前記第２可変減衰器の出力と前記π移相手段の
   出力とを合成する第２合成手段とを有し、 前記π移相手段は前記第１可変減衰器の出力を
   入力し、前記第１および第２可変減衰器は連動す
   ることを特徴とする請求項１に記載の音声信号ズ
   ーミング装置。