WO2007066378A1 - 音響信号処理装置、音響信号処理方法、音響再生システム、音響信号処理装置の設計方法 - Google Patents

音響信号処理装置、音響信号処理方法、音響再生システム、音響信号処理装置の設計方法 Download PDF

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Definitions

  • Sound processing equipment sound processing method, sound system, sound processing equipment
  • 2 discloses a technique of sensing the difference between the left and right channels when the sound is reproduced by the speaker. In this way, it is possible to expand the sound more effectively by combining the cushioning technique with the technique that is not disclosed and by using the technique of enlarging the cushioning technique of the left and right speakers. .
  • a spiker having a structure in which an additional member is provided to the right of the device that covers the surface of the device, and by vibrating this device, sound is generated as the vibration of this device. According to this, it is possible to enhance the sense of presence by allowing the image to be generated from the same place, as well as being able to pass by the speaker.
  • 000 53 shows an example of the wave number property of a spica that is common to the left and right channels as disclosed in 3.
  • sound is measured only at the left and right channels by applying an acoustic signal to the sound.
  • the technique disclosed in 2 above is as shown in G.2 of the same document.
  • Cj is multiplied by the signal of Cjanne (C S, S is., The reaching function from the left and right speakers to the ear on the listening side, is
  • the objective is to be able to perceive a wide range of listening in playing sound to a speaker having a certain level.
  • a pair of adjustments that have a fixed characteristic in a plurality of constant frequency bands and that are input to the left and right channels, and a channel that passes through the input and the left and right channels. Is subtracted and the result is used as the signal of the channel corresponding to the above-mentioned speaker.
  • the adjustment unit has a digital characteristic that has a passability that is obtained by adding the property that is determined by the constant frequency band of the above number to all of the multiple frequency bands. If a straight line is used as this, the extension time of the frequency band will be the same, and the time axis will not have to be shifted when the characteristics of the bands are matched, and the calculation of i will be easy.
  • a delay circuit is provided before the calculation force section and having a delay time corresponding to the delay time of the adjustment.
  • the adjustment comprises a number of needles provided corresponding to a plurality of constant frequency bands
  • the calculation unit may also subtract the channel number that exceeds the number of channels from the left and right channel signals.
  • 001 is a logical method for reproducing sound by a speaker provided in common to the left and right channels, and corresponding to the left and right channels to which the above is added according to the left and right channels.
  • the right and left channel signals are passed through to the ones with the characteristics determined by the multiple constant frequency bands. From the Jiangne's number, the Jiangne's number that has passed through the above i is the result of this calculation, and is the channel's number corresponding to the above spin.
  • the sound system according to the present invention is provided in common to the left and right channels, and corresponds to the left and right channels to which the above is added according to the number of the left and right channels.
  • a pair of adjustments that have a fixed characteristic in a plurality of constant frequency bands and that are input to the left and right channels, and a channel that passes through the input and the left and right channels. Is subtracted and the result is used as the channel number corresponding to the spin.
  • the step of obtaining the sound as a reference SS by setting the sound generated when the sound corresponding to the S or the 2 Sc is generated at the position on the left side and the right side of the above-mentioned spin as the reference SS, Adjusting the delay by the delay adjuster and by so that Adjust the adjusted time delay. And a step for setting the gain for S of the adjusted to be an adjustment gain,
  • This ins is summed up in the wavenumber band to obtain the above. And a step of determining.
  • a method comprising :. Of Ming
  • Reference numeral 0017 is the stem of the acoustic stem in the clear state.
  • the system of this embodiment includes a speaker 2 and an acoustic processing device 3.
  • Spica 2 is explained.
  • 00182 is a front view of the speaker 2.
  • the spica 2 in the embodiment is, for example, integrated with a son display, and as shown in FIG. 2, a sponge 24, for example, made of Ak, which covers 22 faces, and a pad 22 are provided.
  • the SPI 2 of this embodiment has a common structure (ie, 24) in the left and right channels.
  • the direction of the spin 2 can be expanded by perceiving the processing by the acoustic processing device 3 to perceive a wide range of listening.
  • the audio processing device 3 will be described below.
  • the audio processor 3 has an input 32 (32 32), to which the left and right channel signals are input, a delay circuit 34 (34 34), a calculation output 36 (36 36), and a sound adjustment eater 38 ( 38 38).
  • the digitized audio signal is input to 32.
  • the audio processor 3 It may also be configured to convert the stored analog signal into a digital signal. It is supplied to the operation output 36 through the delay circuit 34 of the channel.
  • 002 is also supplied to the calculation value 36 of the channel through the adjustment unit 38 of the channel, and the operation output is subtracted from the number of the channel that has passed through the delay circuit 34 (or the number of the channel that has passed through the adjustment unit 38). , Invert the phase and output). In this way, it is supplied to the calculation power 36 of the channel through the adjustment circuit 38 of the channel, and the calculation output 36 subtracts the signal of the channel which passed the adjustment circuit 38 from the signal of the channel which passed the delay circuit 34 (or , Invert the phase and output.
  • the calculated power 36 36 is converted and supplied to 26 26 of Speaker 2.
  • the adjustment tune 38 has a characteristic that a plurality of wavenumber bands are combined with an index for which an answer as a band characteristic is set.
  • the delay circuit 34 adjusts the phase of the signal of the channel to the time delay by the adjusting unit 38. This allows the phases of the signals produced by the computation output 36 to be combined.
  • the sound is emitted from the left and right speakers.
  • the left and right channel signals are passed to the adjustment unit 38 where the frequency band answer is set, and subtracted (inverting the phase) from the channel signal, so that It is possible to realize a wide range.
  • 3 is a chart showing the procedure for designing the adjustment unit 38. In addition, it is a diagram for explaining the order of 4 to 3.
  • the index P in the range of 4 octaves represents the range, and ) Of the system and calculate the
  • the wave number fc and bandwidth fA of the frequency band P are set so that the frequency (eg, ⁇ 3) that is the target of acoustics can be controlled.
  • the frequency eg, ⁇ 3
  • a straight-line type is used as the type P.
  • step 2 As shown in step 5, S is phase-inverted to a phase and becomes 2 Sc.
  • step 4 as shown in 6, S is set to 26 of the channel 2 of the speaker 2, and 2 Sc is adjusted to the time delay 5
  • the dud icon 54 is an icon that can measure both the left and right positions of a person.
  • Step 6 the difference and difference between the SS on the left and right sides by the Dud Icon 54 is determined when the single speaker is installed on the left side of the left side 24. (Below, with reference number) SS delay and time delay adjustment to best approximate the difference.
  • () with the large value of S be the adjustment gain.
  • a reference speaker 56 which is a normal type speaker with independent left and right channels, is installed next to the dust icon 54, and S is attached to this speaker 56. It will be decided according to the circumstances. You can also input 2 Sc to the reference speaker 56 and measure the reference S S.
  • step 8 delay the wave number band obtained in steps 4 and 6 above.
  • the time delay gains in two adjacent upper frequency bands are the same, or if there is a predetermined tolerance (for example), these frequency bands are integrated to form a single region with a common delay.
  • each area of each s (s) before integration is set as a characteristic of the characteristics that can be controlled.
  • the bands are integrated in this way, the combined area is reassigned as.
  • step P install
  • phase delay time O 2 and the appropriate area delay time O 2 are defined as, respectively.
  • step 2 the phase delay time obtained as described above is set as the delay time of the delay circuit 34.
  • step 4 a delay of hitting area 6 as shown in. Then, apply the adjustment gay and make an issue.
  • step 6 add all the instances as shown. Find one ins and use this ins as the characteristic of adjuster 38.
  • the character of the adjustment unit 38 is set based on the sound generated from the speaker 2, so the optimum tone adjustment unit according to the characteristic of the speaker 2 is set. 38 can be designed. By designing the characteristics using the frequency band response, it is possible to make a more accurate meter by considering the conductivity according to the frequency. Further, since the orientation of the adjuster 38, which is determined by the position of the speaker 56 for measuring the reference SS, can be obtained, the orientation can be adjusted by adjusting the position of the speaker 56. It is possible.
  • the left and right channel signals are passed through the adjustment unit 38 to be subtracted from the channel signal, and division is not performed by the channel signal as in the above method 2. For this reason, as shown in 3, it is possible to significantly expand the direction by using a speaker 2 that has a large number of gaps in frequency characteristics.
  • 00362 shows the wavenumber characteristics of ((a)) and ((b)) in the left-hand side when the sound generated by the stem of the present embodiment is processed by the Dud-on 54. When placed next to the Dud-equon 54, it is indicated by the difference and on the right. Note that (a) shows the ratio of Cjanne's issues to Cjanne's issues.
  • b shows the number of Cjanne's issues relative to Cjanne's issues, indicating that the more Cyananne's issues are, the greater Inus is.
  • the adjustment unit 38 having the combination of the obtained bandwidths is provided.
  • the present invention is not limited to this, and a distribution unit having an installation e is provided in the bandwidth. It is also possible to add the signals that have passed through the above and subtract from the signal of Cjanne, and such a structure is also included in the scope of this invention.
  • FIG. 2 is a front view of a spiker having a stem in an embodiment.
  • 3 This is a chart showing the procedure for designing the adjusting blade that the stem of the embodiment is designed for.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the procedure for obtaining an answer from a local Indonesian method under the method of adjustment b.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a delay time.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a procedure for obtaining an insert, which is the property of adjustment from 11 inserts.
  • 12 is a diagram showing the wave number characteristic of the stem in the embodiment, 2 (a) shows the difference between the left and right signals and b between the left and right signals.
  • FIG. 13 is a diagram showing the wave number characteristics of a spiker having a common thing in 13 channels.

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Abstract

【課題】左右チャンネルに共通の振動板を有するスピーカにより音を再生させるにあたり、聴取者に広がりのある音場を知覚させることができる。 【解決手段】液晶表示装置の透明パネル２４と、左右各チャンネルの信号に応じて透明パネル２４を加振する加振器２６とを備えるスピーカ２０により音を再生させるための音響再生システム１０は、左右チャンネルの信号が入力される―対の入力端子３２と、複数の所定の周波数帯域の夫々について予め設定された帯域通過特性を有し、入力された左右チャンネルの信号を夫々通過させる一対の音場調整フィルタ３８と、入力された左右各チャンネルの信号から、音場調整フィルタ３８を通過した他チャンネルの信号を減算し、その結果をスピーカ２０の対応するチャンネルの信号として出力する演算出力器３６と、演算出力器３６の前段に設けられた遅延回路３４とを備える。

Description

明 細 書
音響信号処理装置、音響信号処理方法、音響再生システム、音響信号 処理装置の設計方法
技術分野
[0001] 本発明は、左右チャンネルに共通の振動板を有するスピーカにより音を再生させる ための音響信号処理装置及び方法、音響再生システム、及び、音響処理装置の設 計方法に関する。
背景技術
[0002] 従来より、音響再生システムにおいて左右のスピーカに供給する音響信号に信号 処理を加えることにより、音像定位方向（聴取者が音源を感じる方向）を左右のスピー 力位置よりも拡げることができるようにする音場拡大技術が知られている。例えば、非 特許文献 1に開示される技術では、左右各チャンネルの音響信号に、音源から聴取 者の左右の耳の位置までの伝達関数 (HRTF)を畳み込むことにより、聴取者にあた 力もその音源位置力 音が出ているかのような音場を知覚させることができる。
[0003] また、非特許文献 2には、スピーカで音響を再生する場合に、左右チャンネル間の クロストークをキャンセルする技術が開示されて 、る。このようなクロストークキャンセル 技術を非特許文献 1に開示される技術と組み合わせて、左右スピーカのクロストーク をキャンセルしながら、非特許文献 1の音場拡大技術を用いることにより、より効果的 に音像定位方向を拡げることができる。
[0004] ところで、非特許文献 3には、液晶表示装置の表面をカバーする透明パネルの左 右に加振器を設け、この加振器で液晶パネルを振動させることにより、この透明パネ ルを振動板として音響を発生させる構成のスピーカが開示されている。このようなスピ 一力によれば、液晶表示装置とスピーカとの一体ィ匕により省スペース化を図れると共 に、音と映像が同じ場所力も発生することにより臨場感を高めることができる。
非特許文献 1 : D.B.Anderson et al, "The sound dimension", IEEE SPECTRUM, Marc h 1997.
特許文献 2 : M.R.Shcroeder et ai, Comparative study of European concert halls: correlation of subjective preference with geometric and acoustic parameters", J. Ac coust. Soc. Am., V01.55, No.4, October 1974.
非特許文献 3 : "The NXT Technology ReviewOl", [online] , [平成 16年 5月 18日検 索]、インタ ~~ネットく URL:http://www.flatspeaker.com/nxtsound/technology /techRe view.phpノ
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 図 13は、非特許文献 3に開示されるように左右チャンネルに共通の振動板を有す るスピーカの周波数特性の一例を示す。同図に示す周波数特性は、左右の一方の チャンネルのみに音響信号を与えてスピーカ前方位置で音圧を測定したものである 。同図に丸印を付して示すように、このスピーカの周波数特性には、レベルが大きく 落ち込む点が多数表れる。このような特性になるのは、振動板の振動姿態が部分的 に逆位相で振動することによる放射音の打消しが発生しているためと考えられる。
[0006] ところで、上記非特許文献 2に開示される技術では、同文献の FIG. 2に示すように 、各チャンネルの音響信号に 1ZS及び 1Z(1— C2)を乗ずる処理 (C=AZS、 Sは 、左右のスピーカ力 聴取者の同じ側の耳までの夫々の伝達関数、 Aは左右のスピ 一力から聴取者の反対側の耳までの夫々の伝達関数）が行われる。したがって、この 技術を非特許文献 3に開示される構成のスピーカに適用した場合、図 13に示すよう にレベルが大きく落ち込む周波数では Sの値がゼロに近ぐこの値による割り算が行 われることになつて応答の収束性が悪くなり、実用的な範囲で所望の音響特性を得 ることが難し!/、と 、う問題がある。
[0007] 本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、左右チャンネルに共通の振動板 を有するスピーカにより音を再生させるにあたり、聴取者に広がりのある音場を知覚さ せることがでさるよう〖こすることを目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] 上記の目的を達成するため、本発明は、左右のチャンネルに共通に設けられた振 動板と、左右各チャンネルの信号に応じて前記振動板を加振する左右各チャンネル に対応した加振器とを備えるスピーカにより音を再生させるための音響信号処理装 置であって、
左右チャンネルの信号が夫々入力される一対の入力端子と、
複数の所定の周波数帯域の夫々につ 、て予め設定された帯域通過特性を有し、 前記入力された左右チャンネルの信号を夫々通過させる一対の音場調整フィルタと 前記入力された左右各チャンネルの信号から、前記フィルタを通過した他チャンネ ルの信号を減算し、その結果を前記スピーカの対応するチャンネルの信号として出 力する演算出力部と、を備えることを特徴とする。
[0009] また、本発明の一態様において、前記音場調整フィルタは、前記複数の所定の周 波数帯域の夫々につ 、て予め設定された帯域通過特性を有する帯域通過フィルタ を、それら複数の周波数帯域全体につ!/ヽて足し合わせた通過特性を有するデジタル フィルタであり、この帯域通過フィルタとして直線位相形 FIRフィルタを用いれば、周 波数帯域毎の位相遅延時間が同じ値となり、各帯域の特性を足し合わせる際に時間 軸をずらす必要がなぐフィルタの設計が容易となる。
[0010] また、本発明の一態様において、前記演算出力部の前段に、前記音場調整フィル タの位相遅延時間に対応する遅延時間を有する遅延回路を備える。このような遅延 回路を設けることで、各チャンネルの信号と、他チャンネルから音場調整フィルタを通 して供給される信号の位相を合わせることができ、これにより、音場拡大のための音 響処理をより効果的に行える。
[0011] また、本発明の別の態様では、前記音場調整フィルタは、複数の所定の周波数帯 域の夫々に対応して設けられた複数のバンドパスフィルタよりなり、
前記演算出力部は、左右各チャンネルの入力信号から、前記複数のバンドパスフィ ルタを夫々通過した他チャンネルの音響信号を減算することとしてもよ!/、。
[0012] また、本発明は、左右のチャンネルに共通に設けられた振動板と、左右各チャンネ ルの信号に応じて前記振動板を加振する左右各チャンネルに対応した加振器とを備 えるスピーカにより音を再生させるための音響信号処理方法であって、
左右チャンネルの入力信号を、複数の所定の周波数帯域の夫々について予め設 定された帯域通過特性を有するフィルタに通過させ、 左右各チャンネルの入力信号から、前記フィルタを通過した他チャンネルの信号を 減算し、
この減算した結果の信号を前記スピーカの対応するチャンネルの信号として出力 する、
ことを特徴とする。
[0013] また、本発明に係る音響再生システムは、左右のチャンネルに共通に設けられた振 動板と、左右各チャンネルの信号に応じて前記振動板を加振する左右各チャンネル に対応した加振器とを備えるスピーカと、
左右チャンネルの信号が夫々入力される一対の入力端子と、
複数の所定の周波数帯域の夫々につ 、て予め設定された帯域通過特性を有し、 前記入力された左右チャンネルの信号を夫々通過させる一対の音場調整フィルタと 前記入力された左右各チャンネルの信号から、前記フィルタを通過した他チャンネ ルの信号を減算し、その結果を前記スピーカの対応するチャンネルの信号として出 力する演算出力部と、を備えることを特徴とする。
[0014] また、本発明の音響信号処理装置の設計方法は、
複数の周波数帯域 i (i= l, · · · , N ;Nは帯域の数)の夫々に対応したバンドパスフ ィルタ BPのインパルス応答を測定して第 1試験信号 Smとするステップと、
前記第 1試験信号 Smの位相を反転して第 2試験信号 Scとするステップと、 前記第 1試験信号 Smを前記スピーカの一方のチャンネルに入力すると共に、前記 第 2試験信号 Scを、時間遅れ調整器及びレベル調整器を通して前記スピーカの他 方のチャンネルに入力し、前記スピーカが発生する音をステレオマイクロフォンで収 音してその測定信号 SRを取得するステップと、
前記第 1試験信号 Sm又は前記第 2試験信号 Scに応じた音を発生する音源を前 記スピーカよりも左側又は右側の位置に設置した時の音をステレオマイクロフォンで 収音してその測定信号を基準信号 SL* , SR*として取得するステップと、
前記測定信号 SL , SRが前記基準信号 SL* , SR*に近似するように前記時間遅 れ調整器及びレベル調整器により夫々時間遅れ及びレベルを調整するステップと、 前記調整した時間遅れを調整時間遅れ τ iとするステップと、 前記調整したレベルの前記第 1試験信号 Smに対するゲインを調整ゲイン とする ステップと、
前記インパルス応答 δに前記調整ゲイン kを掛けると共に前記調整時間遅れ τだ け遅らせてインノルス応答 heとするステップと、
このインパルス応答 heを全周波数帯域につ!ヽて足し合わせて前記フィルタの応答 heを決定するステップと、を備えることを特徴とする。
また、本発明の音響信号処理装置の設計方法は、
複数の周波数帯域 i (i= l, · · · , N ;Nは帯域の数)の夫々に対応したバンドパスフ ィルタ BPのインパルス応答を測定して第 1試験信号 Smとするステップと、
前記第 1試験信号 Smを前記スピーカの一方のチャンネルに入力すると共に、前記 第 2試験信号 Scを、時間遅れ調整器及びレベル調整器を通して前記スピーカの他 方のチャンネルに入力し、前記スピーカが発生する音をステレオマイクロフォンで収 音してその測定信号 SL , SRを取得するステップと、
前記第 1試験信号 Sniiと、当該周波数帯域 iに対応する周波数帯域についての前 記スピーカよりも左側又は右側の位置力 聴取者の頭部までの伝達関数 HRTFのフ 一リエ逆変換である両耳のインパルス応答とを畳み込んだ信号を基準信号 SL* = S R*として取得するステップと、
前記測定信号 SL , SRが前記基準信号 SL* , SR*に近似するように前記時間遅 れ調整器及びレベル調整器により夫々時間遅れ及びレベルを調整するステップと、 前記調整した時間遅れを調整時問遅れ τ iとするステップと、
前記調整したレベルの前記第 1試験信号 Smに対するゲインを調整ゲイン とする ステップと、
前記インパルス応答 δに前記調整ゲイン kを掛けると共に前記調整時間遅れ τだ け遅らせてインノルス応答 heとするステップと、
このインパルス応答 heを全周波数帯域につ!ヽて足し合わせて前記フィルタの応答 heを決定するステップと、
を備えることを特徴とする方法。 発明の効果
[0016] 本発明によれば、左右チャンネルに共通の振動板を有するスピーカにより音を再生 させるにあたり、聴取者に広がりのある音場を知覚させることができる。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 図 1は、本発明の一実施形態である音響再生システム 10のシステム構成図である。
図 1に示すように、本実施形態の音響再生システム 10は、スピーカ 20と、音響信号 処理装置 30とを備えている。先ず、スピーカ 20の構成について説明する。
[0018] 図 2は、スピーカ 20の断面図である。本実施形態におけるスピーカ 20は、例えばパ ソコン用等の液晶ディスプレイ装置と一体ィ匕されており、図 2に示すように、液晶ュ- ット 22の表面をカバーする例えばアクリル製の透明パネル 24と、液晶ユニット 22を保 持する支持枠 25と透明パネル 24との間に設けられた左右各チャンネルの加振器 26 (26L, 26R)とを備えている。加振器 26は例えばボイスコイルあるいは圧電素子によ り構成され、各チャンネルの加振器 26L, 26Rが夫々供給された音響信号に応じて 透明パネル 24を加振することにより、音響を発生させる。このように、本実施形態のス ピー力 20は左右チャンネルで共通の振動板 (すなわち透明パネル 24)を有する構成 となっている。なお、加振器 26L, 26Rは各チャンネルに複数個ずつ設けられてもよ い。
[0019] 上記図 13を参照して説明した通り、スピーカ 20のように左右チャンネルに共通の振 動板を有する構成では、周波数特性にレベルが落ち込む点が多数現れるため、スピ 一力 20が発生する音の音像定位方向を拡大しょうとした場合に、従前の音響処理技 術を適用したのでは十分な効果を得ることができない。これに対して、本実施形態で は、音響信号処理装置 30によって信号処理を行うことにより、スピーカ 20の再生音 の音像定位方向を拡大して、聴取者に拡がりのある音場を知覚させることができる。 以下、音響信号処理装置 30について説明する。
[0020] 図 1に示すように、音響信号処理装置 30は、左右各チャンネルの音響信号が入力 される入力端子 32 (32L, 32R)、遅延回路 34 (34L, 34R)、演算出力器 36 (36L, 36R)、及び音場調整フィルタ 38 (38L, 38R)を備えている。入力端子 32にはデジ タル化された音響信号が入力される。ただし、音響信号処理装置 30が AD変換器を 内蔵し、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する構成としてもよい。各チ ヤンネルの入力信号は、遅延回路 34を通して演算出力器 36に供給される。
[0021] また、左チャンネルの入力信号は音場調整フィルタ 38Lを通して右チャンネルの演 算出力器 36Rに供給され、演算出力器 36Rは、遅延回路 34Rを通過した右チャン ネルの信号から、音場調整フィルタ 38Lを通過した左チャンネルの信号を減算（ある いは、位相を反転して加算）した信号を出力する。同様に、右チャンネルの入力信号 は音場調整フィルタ 38Rを通して左チャンネルの演算出力器 36Lに供給され、演算 出力器 36Lは、遅延回路 34Lを通過した左チャンネルの信号から、音場調整フィル タ 38Rを通過した右チャンネルの信号を減算（あるいは、位相を反転して加算）して 出力する。各演算出力器 36L, 36Rからの出力信号は DA変換されてスピーカ 20の 加振器 26L, 26Rに供給される。
[0022] 音場調整フィルタ 38は、後に詳述するように、複数の周波数帯域の夫々について、 帯域通過特性としてのインパルス応答が設定されたバンドパスフィルタを足し合わせ た特性を有している。また、遅延回路 34は、各チャンネルの入力信号の位相を、音 場調整フィルタ 38による時間遅れに合わせて遅らせる。これにより、演算出力器 36 により加減される信号の位相を合わせることができる。
[0023] 一般に、音響再生システムにおいては、左右の各スピーカから出て聴取者の反対 側の耳に入る音が存在するために音場の拡がりが小さくなり、また、左右のスピーカ 力 反対側の耳までの音の伝達特性は周波数帯域によって異なる。これに対して、 本実施形態では、左右各チャンネルの音響信号を、周波数帯域毎にインパルス応答 が設定された音場調整フィルタ 38に通過させて、他チャンネルの音響信号力も減算 (位相を反転して加算)することにより、拡がりのある音場を実現することが可能となる
[0024] 次に、音場調整フィルタ 38の設計方法について説明する。
図 3は、音場調整フィルタ 38を設計する手順を示すフローチャートである。また、図
4〜図 11は、図 3の各手順を説明するための図である。
[0025] 先ず、図 3のステップ 100において、図 4に示すように、例えば 1Z4オクターブ程度 の狭帯域のバンドパスフィルタ BP (iは帯域を表す番号であり、 i= l〜N ;Nはバンド パスフィルタの個数)のインパルス応答を計算し、それらインパルス応答を第 1試験信 号 Smとする。各バンドパスフィルタ BPの中心周波数 fc、帯域幅 ί Δ、及び個数 Νは 、音響信号処理の対象となる周波数領域 (例えば 1000Ηζ〜3000Ηζ)をカバーで きるように設定する。なお、本実施形態では、バンドパスフィルタ BPとして例えば直 線位相形 FIRバンドパスフィルタを用いるものとする。
[0026] 次にステップ 102において、図 5に示すように、各第 1試験信号 Smを逆位相に位 相反転して、第 2試験信号 Scとする。
[0027] 次に、ステップ 104において、図 6に示すように、第 1試験信号 Smをスピーカ 20の 左チャンネルの加振器 26Lに入力すると共に、第 2試験信号 Scを時間遅れ調整器 5 0及びレベル調整器 52を通して右チャンネルの加振器 26Rに入力し、スピーカ 20か ら発生する音をその前方に設置したダミーヘッドマイクロフォン 54で収音して、その 測定信号を SL , SRとする。なお、ダミーヘッドマイクロフォン 54は、人の左右両耳の 位置の音圧を測定可能なマイクロフォンである。
[0028] 次にステップ 106において、ダミーヘッドマイクロフォン 54による左右両耳の測定信 号 SL SRの時間差及びレベル差力 左側の加振器 24Lよりも更に左側の位置に 単独のスピーカを設置した場合に測定される左右の信号 (以下、基準信号と 、う） SL * , SR*の時間差及びレベル差に最も近似するように、時間遅れ調整器 50及びレべ ル調整器 52で第 2試験信号 Scの時間遅れ及びレベルを調整する。こうして調整した 時間遅れを調整時間遅れ τとし、また、調整した第 2試験信号 Scの最大値 Mcと、 第 1試験信号 Smの最大値 Mmとの比率 (Mc /Mm )を調整ゲイン kとする。なお、 基準信号 SL*、 SR*は、図 7に示すように、例えばダミーヘッドマイクロフォン 54の左 真横に、左右チャンネルが独立した通常タイプのスピーカである基準スピーカ 56を 設置し、この基準スピーカ 56に第 1試験信号 Smを入力することにより予め測定して おくものとする。なお、基準スピーカ 56に第 2試験信号 Scを入力して基準信号 SL* 、 SR*を測定してもよい。
[0029] なお、第 1試験信号 Smと、該当する周波数帯域についての聴取者の左真横の位 置力 聴取者の頭部までの伝達関数 HRTFのフーリエ逆変換である両耳のインパル ス応答とを畳み込むことにより、音源を左真横に置いたときと同様の信号を得ることが でき、この信号を基準信号 SL SR としてもよい。
[0030] また、上記の説明では、音源を左真横に配置するものとした力 これに限らず、拡 げた 、音像定位方向に応じてスピーカ 20よりも左側又は右側の位置に配置すれば よい。
[0031] 次にステップ 108において、上記ステップ 104, 106で求めた各周波数帯域 iの調 整時間遅れ τ及び調整ゲイン kについて、隣接する 2つ以上の周波数帯域で時間 遅れ及びゲインが共に一致しあるいは所定の許容誤差範囲（例えば士 10%)である 場合には、それら周波数帯域を統合して一つの帯域とし共通の調整時間遅れ及び 調整ゲインの値を用いる。例えば、帯域 sと帯域 (s+ 1)とで調整時間遅れ τ , τ s s + 1 及び調整ゲイン k , k が夫々一致した場合、図 8に示すように、これら帯域を統合し s s+ 1
て、統合前の各帯域 s, (s+ 1)のバンドパスフィルタの通過帯域をカバーできる特性 のバンドパスフィルタとする。このように帯域を統合した場合は、統合後の帯域を 1つ の帯域として帯域番号 iを振り直す。
[0032] 次にステップ 110において、各帯域 iのバンドパスフィルタ BPにっぃてィンパルス 応答 δを計算し、その位相遅延時間 Τ (つまり、インパルス応答がピーク値に達する までの時間）を求める。例えば、インパルス応答が図 9に示すように得られたとすれば 、位相遅延時間 Τは Τとなる。なお、バンドパスフィルタ BPとして直線位相 FIR形バ
0 i
ンドパスフィルタを用いた場合は、フィルタのタップ数を Mとすると位相遅延時間 Tは NZ2タップ相当となって各帯域の位相遅延時間 Tは同じ値となる。一方、直線位相 FIR形以外のバンドパスフィルタを用いると、帯域によって位相遅延時間 Tは異なる 値となる。その場合には、位相遅延時間が各帯域で同じ値となるように、位相遅延時 間が最も大きい帯域に合わせて他の帯域のインパルス応答を遅らせる処理を行う。
[0033] 次にステップ 112において、上記のように求めた位相遅延時間 Tを遅延回路 34の 遅延時間とする。
次にステップ 114において、図 10に示すように、各帯域のインパルス応答 δを該当 する帯域 iの調整時間遅れ τだけ遅らせると共に調整ゲイン kを掛けて、インパルス 応答 heとする。
そしてステップ 116において、図 11に示すように、インパルス応答 heを全て足し合 わせて一つのインパルス応答 heを求め、このインパルス応答 heを音場調整フィルタ 3 8の通過特性とする。
[0034] このように、図 3に示すフィルタ設計手順では、スピーカ 20から発生する音に基づ いて、音場調整フィルタ 38の特性を設定するので、当該スピーカ 20の音響特性に応 じた最適な音場調整フィルタ 38を設計することができる。その際、周波数帯域毎のィ ンパルス応答を用いてフィルタ特性を設計するので、周波数の相違に応じた音の伝 達特性の変化を考慮してより適切なフィルタ設計を行うことができる。さらに、音場調 整フィルタ 38の特性設定の際、基準信号 SL*， SR*を測定するための基準スピーカ 56の位置に応じた音像定位方向が得られるので、この基準スピーカ 56の位置を適 宜設定することで、音像定位方向を調整することも可能である。
[0035] また、本実施形態では、左右各チャンネルの音響信号を音場調整フィルタ 38に通 して、他チャンネルの音響信号力 減算する構成であり、上記非特許文献 2の技術の ように、各チャンネルの信号で除算する処理は行われない。このため、図 13に示すよ うに、周波数特性に大きな落ち込みが多数存在するスピーカ 20を用いて、音像定位 方向を効果的に拡大することが可能となっている。
[0036] 図 12は、本実施形態のシステムで生成される音をダミーヘッドマイクロフォン 54で 収音した際の左右信号のレベル差 (同図 (a) )及び位相差 (同図 (b) )の周波数特性 を波形 Aで示し、また、単一の音源をダミーヘッドマイクロフォン 54の左真横に置いた 場合の左右のレベル差及び位相差を波形 Bで示している。なお、図 12 (a)の縦軸は 、左チャンネルの信号に対する右チャンネルの信号の比率をデシベル表示したもの である。
また、図 12 (b)の縦軸は、左チャンネルの信号に対する右チャンネルの信号の遅れ をラジアン表示したものであり、マイナスの値ほど右チャンネルの信号の遅れが大き いことを表す。
[0037] 図 12 (a) , (b)の波形 A, Bを比較して分るように、本実施形態のシステムによれば 、音源を左真横に置 ヽた場合によく近似した左右信号のレベル差及び位相差が得ら れており、左真横に音源がある場合と同様の音場 (つまり実際のスピーカ 20の位置よ りも拡がりのある音場)を再現できていることがわかる。本実施形態のシステムによる 再生音を実際に人が聴いても、あた力も音源が左真横にあるような音場を知覚でき、 音像定位方向が効果的に拡大することが確認できた。
[0038] なお、上記実施形態では、帯域毎に求めたインパルス応答 を足し合わせたイン パルス応答 heを有する音場調整フィルタ 38を設ける構成としたが、これに限らず、各 インパルス応答 heを有するバンドパスフィルタを帯域別に設け、これらのフィルタを通 つた信号を足し合わせて他チャンネルの信号力 減算する構成としてもよぐそのよう な構成も本発明の範囲に含まれる。
図面の簡単な説明
[0039] [図 1]本発明の一実施形態である音響再生システムのシステム構成図である。
[図 2]本実施形態の音響再生システムが備えるスピーカの断面図である。
[図 3]本実施形態の音響再生システムが備える音場調整フィルタを設計する手順を 示すフローチャートである。
[図 4]音場調整フィルタの設計方法において各帯域のバンドパスフィルタのインパル ス応答力 第 1試験信号を得る手順を説明するための図である。
[図 5]第 1試験信号力 第 2試験信号を得る手順を説明するための図である。
[図 6]測定信号 SL , SRの測定手順を説明するための図である。
[図 7]基準信号 SL*、 SR*の測定手順を説明するための図である。
[図 8]帯域の統合処理を説明するための図である。
[図 9]位相遅延時間を説明するための図である。
[図 10]各帯域 iについてバンドパスフィルタのインパルス応答 δ力もインノ ルス応答 h cを求める手順を説明するための図である。
[図 11]インパルス応答 he力ゝら音場調整フィルタの特性であるインパルス応答 heを求 める手順を説明するための図である。
[図 12]本実施形態の音響再生システムの再生音の周波数特性を示す図であり、図 1
2 (a)は左右信号のレベル差を、図 12 (b)は左右信号の位相差を示す。
[図 13]左右チャンネルに共通の振動板を有するスピーカの音圧の周波数特性を示 す図である。
符号の説明 BP バンドパスフィルタ
Sm. 第 1試験信号
Sc 第 2試験信号
SL， SR 測定信号
SL* , SR* 基準信号
て 調整時間遅れ
k 調整ゲイン
δ , he, he インノ ノレス J¾C 10 音響再生システム
20 スピーカ
22 液晶ユニット
24 透明パネル
26(26L, 26R) 加振器
30 音響信号処理装置
32(32L, 32R) 入力瑞子 34(34L, 34R) 遅延回路 36(36L, 36R) 演算出力器 38(38L, 38R) 音場調整フィルタ

Claims

請求の範囲
[1] 左右のチャンネルに共通に設けられた振動板と、左右各チャンネルの信号に応じ て前記振動板を加振する左右各チャンネルに対応した加振器とを備えるスピーカに より音を再生させるための音響信号処理装置であって、
左右チャンネルの信号が夫々入力される一対の入力端子と、
複数の所定の周波数帯域の夫々につ 、て予め設定された帯域通過特性を有し、 前記入力された左右チャンネルの信号を夫々通過させる一対の音場調整フィルタと 前記入力された左右各チャンネルの信号から、前記フィルタを通過した他チャンネ ルの信号を減算し、その結果を前記スピーカの対応するチャンネルの信号として出 力する演算出力部と、
を備えることを特徴とする音響信号処理装置。
[2] 前記音場調整フィルタは、前記複数の所定の周波数帯域の夫々につ 、て予め設 定された帯域通過特性を有する帯域通過フィルタを、それら複数の周波数帯域全体 について足し合わせた通過特性を有するデジタルフィルタであることを特徴とする請 求項 1記載の音響信号処理装置。
[3] 前記帯域通過フィルタは直線位相形 FIRフィルタであることを特徴とする請求項 2 記載の音響信号処理装置。
[4] 前記演算出力部の前段に、前記音場調整フィルタの遅延時間に対応する遅延時 間を有する遅延回路を備えることを特徴とする請求項 2または 3記載の音響信号処理 装置。
[5] 前記音場調整フィルタは、複数の所定の周波数帯域の夫々に対応して設けられた 複数のバンドパスフィルタよりなり、
前記演算出力部は、左右各チャンネルの入力信号から、前記複数のバンドパスフィ ルタを夫々通過した他チャンネルの音響信号を減算することを特徴とする請求項 1記 載の音響信号処理装置。
[6] 左右のチャンネルに共通に設けられた振動板と、左右各チャンネルの信号に応じ て前記振動板を加振する左右各チャンネルに対応した加振器とを備えるスピーカに より音を再生させるための音響信号処理方法であって、
左右チャンネルの入力信号を、複数の所定の周波数帯域の夫々について予め設 定された帯域通過特性を有するフィルタに通過させ、
左右各チャンネルの入力信号から、前記フィルタを通過した他チャンネルの信号を 減算し、
この減算した結果の信号を前記スピーカの対応するチャンネルの信号として出力 する、
ことを特徴とする音響信号処理方法。
[7] 左右のチャンネルに共通に設けられた振動板と、左右各チャンネルの信号に応じ て前記振動板を加振する左右各チャンネルに対応した加振器とを備えるスピーカと、 左右チャンネルの信号が夫々入力される一対の入力端子と、
複数の所定の周波数帯域の夫々につ 、て予め設定された帯域通過特性を有し、 前記入力された左右チャンネルの信号を夫々通過させる一対の音場調整フィルタと 前記入力された左右各チャンネルの信号から、前記フィルタを通過した他チャンネ ルの信号を減算し、その結果を前記スピーカの対応するチャンネルの信号として出 力する演算出力部と、
を備えることを特徴とする音響再生システム。
[8] 前記音場調整フィルタは、前記複数の所定の周波数帯域の夫々につ 、て予め設 定された帯域通過特性をそれら複数の周波数帯域全体について足し合わせた通過 特性を有するデジタルフィルタであることを特徴とする請求項 7記載の音響再生シス テム。
[9] 請求項 1記載の音響信号処理装置の設計方法であって、
複数の周波数帯域 i (i= l, · · · , N ;Nは帯域の数)の夫々に対応したバンドパスフ ィルタ BPのインパルス応答を測定して第 1試験信号 Smとするステップと、
前記第 1試験信号 Smの位相を反転して第 2試験信号 Scとするステップと、 前記第 1試験信号 Smを前記スピーカの一方のチャンネルに入力すると共に、前記 第 2試験信号 Scを、時間遅れ調整器及びレベル調整器を通して前記スピーカの他 方のチャンネルに入力し、前記スピーカが発生する音をステレオマイクロフォンで収 音してその測定信号 SL , SRを取得するステップと、
前記第 1試験信号 Sm又は前記第 2試験信号 Scに応じた音を発生する音源を前 記スピーカよりも左側又は右側の位置に設置した時の音を表す信号を基準信号 SL* ., SR*として取得するステップと、
前記測定信号 SL , SRが前記基準信号 SL* , SR*に近似するように前記時間遅 れ調整器及びレベル調整器により夫々時間遅れ及びレベルを調整するステップと、 前記調整した時間遅れを調整時間遅れ τ iとするステップと、
前記調整したレベルの前記第 1試験信号 Smに対するゲインを調整ゲイン とする ステップと、
前記インパルス応答 δに前記調整ゲイン kを掛けると共に前記調整時間遅れ τだ け遅らせてインノ ルス応答 heとするステップと、
このインパルス応答 heを全周波数帯域につ!ヽて足し合わせて前記フィルタの応答 heを決定するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
請求項 1記載の音響信号処理装置の設計方法であって、
複数の周波数帯域 i (i= l, · · · , N ;Nは帯域の数)の夫々に対応したバンドパスフ ィルタ BPのインパルス応答を測定して第 1試験信号 Smとするステップと、
前記第 1試験信号 Smの位相を反転して第 2試験信号 Scとするステップと、 前記第 1試験信号 Smを前記スピーカの一方のチャンネルに入力すると共に、前記 第 2試験信号 Scを、時間遅れ調整器及びレベル調整器を通して前記スピーカの他 方のチャンネルに入力し、前記スピーカが発生する音をステレオマイクロフォンで収 音してその測定信号 SL , SRを取得するステップと、
前記第 1試験信号 Sniiと、当該周波数帯域 iに対応する周波数帯域についての前 記スピーカよりも左側又は右側の位置力 聴取者の頭部までの伝達関数 HRTFのフ 一リエ逆変換である両耳のインパルス応答とを畳み込んだ信号を基準信号 SL* , SR *として取得するステップと、
前記測定信号 SL , SRが前記基準信号 SL* , SR*に近似するように前記時間遅 れ調整器及びレベル調整器により夫々時間遅れ及びレベルを調整するステップと、 前記調整した時間遅れを調整時間遅れ τ iとするステップと、
前記調整したレベルの前記第 1試験信号 Smに対するゲインを調整ゲイン とする ステップと、
前記インパルス応答 δに前記調整ゲイン kを掛けると共に前記調整時間遅れ τだ け遅らせてインノ ルス応答 heとするステップと、
このインパルス応答 heを全周波数帯域につ!ヽて足し合わせて前記フィルタの応答 heを決定するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
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