JPH08256400A

JPH08256400A - 音場処理回路

Info

Publication number: JPH08256400A
Application number: JP7058923A
Authority: JP
Inventors: Kimiharu Watanabe; 公治渡辺; Tatsuya Suzuki; 達也鈴木; Sueaki Fukuhara; 末明福原; Megumi Kageyama; 惠蔭山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1996-10-01

Abstract

(57)【要約】【目的】サラウンド情報を持たないドルビーサラウン
ド信号に対して、約２ｋＨｚ以下の周波数で疑似ステレ
オ化し、約２ｋＨｚ以上の周波数でモノラルとすること
により、環境音、残響音の広がり感と、移動音の移動感
を両立することができる。【構成】入力端子５１と、ハイパスフィルタ１及びバ
ンドパスフィルタ２及びローパスフィルタ３と、バンド
パスフィルタ２の出力を互いに相関の小さい２つの信号
に変換する疑似ステレオ化回路４と、ローパスフィルタ
３の出力の位相を反転させる位相反転回路７と、ハイパ
スフィルタ１の出力とローパスフィルタ３の出力を、疑
似ステレオ化回路４の一方の出力と加算する第一の加算
回路５と、ハイパスフィルタ１の出力と位相反転回路７
の出力を、疑似ステレオ化回路４の他方の出力と加算す
る第二の加算回路６で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モノラルの音場信号
（特にト゛ルヒ゛ーサラウント゛信号）を疑似ステレオ化する音場処
理回路及び音場再生用スピーカシステムに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】家庭で映画を楽しむ場合、レンタルビデ
オ、レーザーディスク、衛星放送などの普及によって、
映画の音をオリジナルのまま楽しむことが可能であり、
これらの映画の音は、ドルビーエンコードされたものが
多くなってきている。

【０００３】ドルビーエンコードされた映画の音は、２
チャンネルの信号として聴取者側に提供され、従来のス
テレオ再生を行っても楽しめるが、専用のドルビーデコ
ーダーによって、レフト、センター、ライト、サラウン
ドの４チャンネル信号に復元することにより、臨場感の
ある音を楽しむことが可能である。

【０００４】また、ハイビジョンなどではレフト、セン
ター、ライト、サラウンドの４チャンネル信号がディス
クリートで聴取者に送られてくるモードもあり、各チャ
ンネルの分離が良く、より質の高い音を聴くことができ
る。

【０００５】これらの４チャンネル信号のうち、センタ
ー信号は台詞の明瞭性、明確な定位を得る役割をし、サ
ラウンド信号は移動音、環境音、残響音などによってよ
り臨場感を高める役割をする。

【０００６】映像に伴うサラウンド効果において、移動
音は聴取者の前から後ろへ、または後ろから前へ音を移
動させる時に用いられ、環境音は、風の音や雑踏の音な
ど、その場面の雰囲気づくりをする時に用いられ、残響
音は、ボールや洞窟など、空間性を表現するときに用い
られる。

【０００７】これらの映画や映像に伴う音響再生システ
ムを、ここでは映像音響再生システムと呼ぶことにす
る。図１２に映像音響再生システムの第１の従来例を示
す。ビデオ、レーザーディスク、衛星放送受信機などの
映像音響信号供給装置１１からは、１チャンネルの映像
信号と２チャンネルの音響信号が供給される。映像信号
はテレビなどの映像機器１９で再生される。２チャンネ
ルの音響信号は、ドルビーデコーダーなどのマトリクス
デコーダ１２でレフト、センター、ライト、サラウンド
の４チャンネル信号に変換され、増幅器１４で増幅され
た後、レフトスピーカ１５、センタースピーカ１６、ラ
イトスピーカ１７、音場再生用スピーカ（サラウンドス
ピーカ）（４０、４１）でそれぞれ再生される。

【０００８】図１３に従来から最も一般的に行われてい
るスピーカ配置の一例を示す。レフトスピーカ１５、セ
ンタースピーカ１６、ライトスピーカ１７は、聴取者の
前方に左から順に配置され、音場再生用スピーカ１８は
聴取者の後方に複数個配置されている。音場再生用スピ
ーカを聴取者の後方に配置することによって、前方から
後方までの移動感を出すことができる。

【０００９】サラウンド信号は、図１４に示すような装
置の場合、ほとんどがモノラル信号で供給されている。
このため、図１３に示すようなスピーカ配置で再生する
場合、サラウンド音が後方でモノラル定位しやすく、移
動感は比較的出しやすいものの、音が後方に定位してし
まうため広がり感はやや劣ってしまう。

【００１０】このようなことから、サラウンド音を疑似
的にステレオ化する方法が使用されることもある。サラ
ウンド音を疑似ステレオ化することにより、後方への明
確な音の定位をなくし、広がり感を向上させることがで
きる。しかしながらこの場合、広がり感は向上するが、
前方スピーカのつくる音像と音場再生用スピーカのつく
る音像が大きく異なってしまい、移動感を付加する場合
において、違和感を感じてしまうことになる。

【００１１】つまり、移動感を表現するときの求められ
る音場と、広がり感を表現するときの求められる音場は
全く異なるものであり、これらを１つの再生システムで
両立して再生するのは非常に困難であった。

【００１２】そこで、本発明の出願者の一人は、上記課
題を解決する特許を出願した。図１５にその構成を示
す。その特許は、入力されたモノラルの信号を高域成分
と低域成分に分割するハイパスフィルタ１及びローパス
フィルタ３と、ローパスフィルタ３の出力を互いに相関
の小さい２つの信号に変換する疑似ステレオ化回路４
と、ハイパスフィルタ１の出力信号を、疑似ステレオ化
回路４の２つの出力にそれぞれ加算する加算回路５、６
で構成されている。図１６に疑似ステレオ化回路とし
て、位相反転回路７を用いた場合である映像音響再生シ
ステムの第２の従来例を、図１７に疑似ステレオ化回路
４として、通過域と阻止域の周波数帯域が互いに逆の関
係になるよう設定した２つの櫛形フィルタを、遅延回路
２２と加算回路２３、減算回路２４で構成した場合であ
る映像音響再生システムの第３の従来例を示す。

【００１３】しかしながら、映像音響再生システムの第
２の従来例の場合において、その広がり感が逆相感と言
われる違和感を伴う場合があることが指摘されており、
さらに、その逆相感を改善した、映像音響再生システム
の第３の従来例の場合において、図６に示す如く、左右
の周波数特性に差が有ることによる、低域での左右の音
質の違いによる違和感が指摘されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、移動感
を表現するときの求められる音場と、広がり感を表現す
るときの求められる音場は全く異なるものであり、これ
らを１つの再生システムで両立して再生するのは非常に
困難であり、かつ、逆相感や左右の音質差の少ない疑似
ステレオ化手段は、困難であるという問題点を有してい
た。

【００１５】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、モノラルのサラウンド信号に対して、移動感と広が
り感を両立して再生可能であり、かつ、逆相感や左右の
音質差の少ない音場処理回路及び音場再生用スピーカシ
ステムを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の手段は、入力されたモノラルの信号を
高域成分と中域成分と低域成分に分割する、ハイパスフ
ィルタ及びバンドパスフィルタ及びローパスフィルタ
と、バンドパスフィルタの出力を互いに相関の小さい２
つの信号に変換する疑似ステレオ化手段と、ローパスフ
ィルタの出力の位相を反転させる位相反転回路と、ハイ
パスフィルタの出力とローパスフィルタの出力を、疑似
ステレオ化回路の一方の出力と加算する第一の加算回路
と、ハイパスフィルタの出力と位相反転回路の出力を、
疑似ステレオ化回路の他方の出力と加算する第二の加算
回路で構成される回路を用いることである。

【００１７】一方、位相反転回路は、低域でのサラウン
ド効果を増強させる機能を有しているが、逆相感という
違和感が発生する場合があるため、左右の音質差を減少
させる対策から、位相反転回路を具備せず、ローパスフ
ィルタの出力をそのまま、第一と第二の加算回路に入力
する構成もある。

【００１８】また、上記目的を達成するための本発明の
第２の手段は、同一性能を有するスピーカユニットがそ
れぞれに取り付けられた、独立した２つのほぼ同型のス
ピーカキャビネットからなり、一方のスピーカキャビネ
ットに取り付けられたスピーカユニットには入力信号に
対して低周波数帯域で位相が反転する位相反転回路が接
続されているスピーカシステムを用いることである。

【００１９】

【作用】第１の手段は、入力されたモノラル信号に対し
て出力される２つの信号について、バンドパスフィルタ
を通過する中域成分は疑似ステレオ化回路を通過するた
めに互いに相関が小さくなり、ハイパスフィルタを通過
する高域成分はそのまま２つの信号に分配されるためモ
ノラルのままとなる。ローパスフィルタを通過した第一
の低域成分と、ローパスフィルタ及び位相反転回路を通
過した第二の低域成分とは、逆位相の関係となる。この
場合、低域成分に関しては、広がり感の増強効果と左右
の音質差の減少効果がある。

【００２０】一方、位相反転回路を用いず、ローパスフ
ィルタを通過する低域成分をそのまま第一と第二の加算
回路に入力した場合、低域成分に関しては、広がり感の
増強効果は期待出来ないが、左右の音質差の減少効果が
ある。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の音場処理回路及び音場再生装
置について、図を用いて説明する。

【００２２】まず、本発明の第１の実施例について図１
を用いて説明する。図１において、入力端子５１に入力
されたモノラルの音場信号は、３分岐され、高域成分と
中域成分と低域成分に分割するハイパスフィルタ１、バ
ンドパスフィルタ２及びローパスフィルタ３にそれぞれ
入力される。バンドパスフィルタ２の出力は、疑似ステ
レオ化回路４に入力される。ローパスフィルタ３の出力
は、２分岐され、その一方の出力は位相反転回路７に入
力される。

【００２３】疑似ステレオ化回路４の一方の出力は、ハ
イパスフィルタ１の出力及びローパスフィルタ３の出力
と加算回路５により加算され、その出力は出力端子５２
へ出力される。疑似ステレオ化回路４の他方の出力は、
ハイパスフィルタ１の出力及び位相反転回路７の出力と
加算回路６により加算され、その出力は出力端子５３へ
出力される。

【００２４】本発明の第１の実施例の２つの出力は、ハ
イパスフィルタ１のカットオフ周波数ｆｃ以上の高域に
ついては、入力信号が分配されて出力されているのと同
等であるためモノラルである。バンドパスフィルタ２の
低域のカットオフ周波数ｆｂと高域のカットオフ周波数
ｆｃに挟まれる帯域については、疑似ステレオ化回路４
を通過するため、互いに相関の低い信号となっている。
ローパスフィルタ３のカットオフ周波数ｆａ以下の低域
については、出力の一方が位相反転回路７を通過するた
め、互いに逆位相の信号となっている。

【００２５】図２に本発明の第１の実施例の音場処理回
路を用いた映像音響再生装置の例を示す。ビデオ、レー
ザーディスク、衛星放送受信機などの映像音響信号供給
装置１１からは、映像信号と２チャンネルの音響信号が
供給される。映像信号はテレビなどの映像機器１９で再
生される。２チャンネルの音響信号は、ドルビーデコー
ダーなどのマトリクスデコーダ１２でレフト、センタ
ー、ライト、サラウンドの４チャンネル信号に変換され
る。このうちサラウンド信号については本発明の第１の
実施例の音場処理回路１３によって、サラウンド信号に
変換される。これらの信号は、増幅器１４で増幅された
後、レフトスピーカ１５、センタースピーカ１６、ライ
トスピーカ１７、音場再生用スピーカ（サラウンドスピ
ーカ）１８でそれぞれ再生される。

【００２６】図２において、２つの音場再生用スピーカ
１８は聴取者２０の後方に設置されているので、音場処
理回路１３によって変換された２つのサラウンド信号の
周波数ｆｃ以上のモノラル成分は聴取者の後方に定位
し、周波数ｆｂ〜ｆｃの疑似ステレオ化された成分、及
び周波数ｆａ以下の逆位相成分は、後方に定位せず拡散
して聴こえる。

【００２７】さて、実際の映画におけるサラウンド音の
特徴について述べる。図３に、いくつかの映画から移動
音についてその周波数成分分析をした結果を示し、図４
に、環境音について、その周波数成分分析をした結果を
示す。

【００２８】図３は移動音の周波数成分を分析した結果
である。移動音は低域から４ｋＨｚを超える高域までほ
ぼ均等に周波数成分を含んでいるものが多いことが分か
る。

【００２９】図４は環境音の周波数成分を分析した結果
である。環境音は、低域成分はまちまちであるが、高域
に関してはほぼ２ｋＨｚを境に急激に減衰しているもの
が多いことが分かる。

【００３０】従って、環境音については、２ｋＨｚ以下
の成分が支配的であるので、音場処理回路１３のハイパ
スフィルタ１のカットオフ周波数ｆｃ及びバンドパスフ
ィルタ２の高域のカットオフ周波数ｆｃを約２ｋＨｚに
設定すると、聴取者に届く音は音場処理回路１３の疑似
ステレオ化回路４を通過する成分が支配的となり、聴取
者は後方に定位せず、拡散したサラウンド音を聴くこと
ができる。

【００３１】一方、移動音については２ｋＨｚ以上の成
分も豊富に含んでおり、音場処理回路１３のハイパスフ
ィルタ１のカットオフ周波数ｆｃ及びバンドパスフィル
タ２の高域のカットオフ周波数ｆｃをそれぞれ約２ｋＨ
ｚに設定すれば、２ｋＨｚ以下の成分については、疑似
ステレオ化回路４を通過し、その再生音は後方に定位せ
ず拡散して聴こえるが、２ｋＨｚ以上の成分はモノラル
であるのでその再生音は聴取者の後方に定位する。従っ
て、２ｋＨｚ以上の成分を含む移動音は、その音像が環
境音、残響音と比較して明確となり、前後に音が移動し
た場合にその音像の差が少なくなり、音像の変化による
移動感の違和感を減少することができる。

【００３２】さて、図５に、疑似ステレオ化回路４とし
て、公知である、Ｌａｕｒｉｄｓｅｎ回路を用いた場合
の詳細を示す。図５において、入力端子５１に入力され
た信号は、３分岐され、３分岐された第１の信号は、時
間遅延回路２２に入力され、時間遅延した信号を出力す
る。その時間遅延した信号は、２分岐され、その一方の
信号は、位相反転回路７に入力され、位相反転された信
号を出力する。

【００３３】３分岐された第２の信号と２分岐された他
方の信号は、加算回路５に入力され、加算された信号と
して出力端子５２へ出力される。一方、位相反転回路７
の出力と３分岐された第３の信号は、加算回路６に入力
され、加算された信号として出力端子５３へ出力され
る。

【００３４】図６に、この疑似ステレオ化回路４の出力
１，２の周波数特性の例を示す。図のように出力１，２
は、互いに特性の山谷のくい違う櫛形特性となる。従っ
て、出力１と２では信号に含まれる成分が互いに異な
り、疑似ステレオ効果が得られる。

【００３５】なお、出力２において谷となる周波数は、
ｆ・２ｆ・３ｆ・・となり、規則性がある。図５におけ
る時間遅延回路２２の時間遅延値をｔとすると、谷とな
る周波数ｆは、（数１）から求められる。

【００３６】

【数１】

【００３７】図７に、疑似ステレオ化回路４の実際の回
路図を示す。図７において、時間遅延回路２２を、低コ
スト化のため、オペアンプで構成したフェーズシフタを
１２段従属接続することにより実現している。このフェ
ーズシフタを１２段従属接続して実現した時間遅延回路
２２の時間遅延値ｔは、低域では４ミリ秒となるので、
周波数特性の谷となる周波数ｆは、その値を（数１）へ
代入して求めれば、２５０Ｈｚとなる。図８に、図７に
示した疑似ステレオ化回路４を実測した周波数特性の結
果を示す。

【００３８】しかし、図７に示した疑似ステレオ化回路
４を用いて試聴したところ、疑似ステレオ効果は再生さ
れるが、低域では、出力１のみ再生され、出力２では再
生されないという左右の音質差による違和感が発生し、
結果として聞き辛いことが分かった。

【００３９】本特許の新規性のポイントは、まさに、こ
の欠点を対策したことにある。つまり、低域での左右の
音質差の極めて少ない疑似ステレオ効果を実現した点に
ある。

【００４０】その実現のために、図１に示した様に、約
２ｋＨｚ以下の帯域をバンドパスフィルタ２とローパス
フィルタ３により互いに隣接する２帯域に分割し、バン
ドパスフィルタ２により疑似ステレオ化回路４へ入力す
る信号を約２５０Ｈｚから約２ｋＨｚに限定して、約２
５０Ｈｚ以下の低域において、互いに特性の山谷のくい
違う櫛形特性にならない構成とし、その結果不足する約
２５０Ｈｚ以下の低域においては、ローパスフィルタ３
により２５０Ｈｚ以下の低域を抽出し、２分岐した一方
を位相反転回路７を通過させて、２分岐した他方との関
係を互いに逆位相の信号とすることにより、疑似ステレ
オ効果をさらに増加させる構成とする。

【００４１】図９に本発明の音場処理回路の実際の回路
図を示す。図９における、図１に示した疑似ステレオ化
回路４は、図７に示した、オペアンプ構成のフェーズシ
フタを１２段従属接続した回路を用いている。図１０
に、図９に示した音場処理回路を実測した周波数特性の
結果を示しており、約２５０Ｈｚ以下の低域において、
出力１と出力２の周波数特性に殆ど差がない。実際の試
聴の結果でも、疑似ステレオ効果があり、かつ、低域で
の音質差が殆どないことが判った。

【００４２】次に、本発明の第２の実施例について図１
１を用いて説明する。図１１において、入力端子５１に
入力されたモノラルの音場信号は、３分岐され、高域成
分と中域成分と低域成分に分割するハイパスフィルタ
１、バンドパスフィルタ２及びローパスフィルタ３にそ
れぞれ入力される。バンドパスフィルタ２の出力は、疑
似ステレオ化回路４に入力される。

【００４３】疑似ステレオ化回路４の一方の出力は、ハ
イパスフィルタ１の出力及びローパスフィルタ３の出力
と加算回路５により加算され、その出力は出力端子５２
へ出力される。疑似ステレオ化回路４の他方の出力は、
ハイパスフィルタ１の出力及びローパスフィルタ３の出
力と加算回路６により加算され、その出力は出力端子５
３へ出力される。

【００４４】図１１に示した本発明の第２の実施例は、
不足する約２５０Ｈｚ以下の低域において、ローパスフ
ィルタ３により２５０Ｈｚ以下の低域を抽出して、加算
回路５と６により加算する構成とした場合である。この
場合、位相反転回路７を通過させて、逆位相の信号とす
ることによる疑似ステレオ効果の増加は期待出来ない
が、低域での音質差はない、音場処理が可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、約２ｋＨ
ｚ以下の周波数では２つの音場再生用スピーカから再生
される音が疑似ステレオ化されており、約２ｋＨｚ以上
の周波数では２つの音場再生用スピーカから再生される
音がモノラルであるため、２ｋＨｚ以下の周波数成分が
支配的な環境音、残響音は聴取者の後方に定位せず音が
広がった感じを与えることができ、２ｋＨｚ以上の周波
数成分も豊富に含む移動音は音が拡散せず後方に定位
し、前後の音のつながりにおいての音像の違いによる違
和感を低減することができる。従って、環境音、残響音
の広がり感と、移動音の移動感を両立することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の音場処理回路のブロッ
ク図

【図２】本発明の第１の実施例の音場処理回路を用いた
映像音響再生システムのブロック図

【図３】映画の移動音の周波数成分を実測した周波数分
析図

【図４】映画の環境音の周波数成分を実測した周波数分
析図

【図５】Ｌａｕｒｉｄｓｅｎ回路のブロック図

【図６】Ｌａｕｒｉｄｓｅｎ回路の周波数特性図

【図７】Ｌａｕｒｉｄｓｅｎ回路の実際の回路図

【図８】図７のＬａｕｒｉｄｓｅｎ回路の周波数特性の
実測特性図

【図９】本発明の第１の実施例の音場処理回路の実際の
回路図

【図１０】図９の本発明の第１の実施例の音場処理回路
の実測特性図

【図１１】本発明の第２の実施例の音場処理回路のブロ
ック図

【図１２】映像音響再生システムの従来例を示すブロッ
ク図

【図１３】映像音響再生システムのスピーカ配置の従来
例を示す図

【図１４】映像音響再生システムの従来例を示すブロッ
ク図

【図１５】音場処理回路の他の従来例を示すブロック図

【図１６】疑似ステレオ化回路の従来例を示す図

【図１７】疑似ステレオ化回路の他の従来例を示す図

【符号の説明】

１ハイパスフィルタ２バンドパスフィルタ３ローパスフィルタ４疑似ステレオ化回路５，６，２３加算回路７位相反転回路１１映像音響信号供給装置１２マトリクスデコーダ１３音場処理回路１４増幅器１５レフトスピーカ１６センタースピーカ１７ライトスピーカ１８音場再生用スピーカ１９ディスプレイ２０聴取者２２時間遅延回路２４減算回路５１入力端子５２，５３出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者蔭山惠大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力されたモノラルの信号を高域成分及
び中域成分及び低域成分に分割するハイパスフィルタ及
びバンドパスフィルタ及びローパスフィルタと、前記バ
ンドパスフィルタの出力を互いに相関の小さい２つの信
号に変換する疑似ステレオ化手段と、ローパスフィルタ
の出力を２分岐する２分岐手段と、前記２分岐手段の第
１の出力を入力し、その位相を反転する位相反転手段
と、前記疑似ステレオ化手段の出力の第１の出力と前記
ハイパスフィルタの出力信号と前記２分岐手段の第２の
出力を加算する第１の加算手段と、前記疑似ステレオ化
手段の出力の第２の出力と前記ハイパスフィルタの出力
信号と前記位相反転手段の出力を加算する第２の加算手
段とからなる音場処理回路。
【請求項２】入力されたモノラルの信号を高域成分及
び中域成分及び低域成分に分割するハイパスフィルタ及
びバンドパスフィルタ及びローパスフィルタと、前記バ
ンドパスフィルタの出力を互いに相関の小さい２つの信
号に変換する疑似ステレオ化手段と、前記疑似ステレオ
化手段の出力の第１の出力と前記ハイパスフィルタの出
力信号と前記ローパスフィルタの出力を加算する第１の
加算手段と、前記疑似ステレオ化手段の出力の第２の出
力と前記ハイパスフィルタの出力信号と前記ローパスフ
ィルタの出力を加算する第２の加算手段とからなる音場
処理回路。
【請求項３】疑似ステレオ化手段は、通過域と阻止域
の周波数帯域が互いに逆の関係になる２つの櫛形フィル
タから構成される、請求項１または請求項２に記載の音
場処理回路。
【請求項４】ハイパスフィルタのカットオフ周波数及
びバンドパスフィルタの高域のカットオフ周波数をそれ
ぞれ約２ｋＨｚに設定した、請求項１〜請求項３のいず
れか１項に記載の音場処理回路。
【請求項５】ローパスフィルタのカットオフ周波数及
びバンドパスフィルタの低域のカットオフ周波数を櫛形
フィルタの低域の最初の谷の周波数以下の周波数に設定
した、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の音場
処理回路。
【請求項６】ローパスフィルタのカットオフ周波数及
びバンドパスフィルタの低域のカットオフ周波数を、櫛
形フィルタを構成する時間遅延手段の時間遅延値の逆数
値以下に設定した、請求項１〜請求項３のいずれか１項
に記載の音場処理回路。