(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカ再生又はヘッドホン再生の何れを行うかを選択する選択手段と、
該選択手段による選択に応じてスピーカ再生用の係数又はヘッドホン再生用の係数の何れかを出力する係数出力手段と、
該係数出力手段から送られてきた係数がスピーカ再生用である場合にクロストークキャンセルを行うための処理部が形成され、ヘッドホン再生用である場合に頭部音響伝達関数付与を行うための処理部が形成される信号処理手段であって、外部からの２チャンネルのステレオ入力信号を該処理部で処理することにより２チャンネルのステレオ中間信号を生成する信号処理手段と、
該係数出力手段から送られてきた係数がスピーカ再生用である場合に、一方のチャンネルのステレオ入力信号に他方のチャンネルのステレオ入力信号の位相を反転した信号を加算することにより２チャンネルのステレオ逆相信号を生成し、ヘッドホン再生用である場合に該２チャンネルのステレオ逆相信号の生成を抑止する逆相信号生成手段と、
該信号処理手段からの２チャンネルのステレオ中間信号と該逆相信号生成手段からの２チャンネルのステレオ逆相信号とを各チャンネル毎にミキシングし、以て２チャンネルのステレオ出力信号を生成するミキシング手段、
とを備えたステレオ拡大装置。
【請求項２】
前記選択手段はヘッドホンに接続されたプラグを有し、前記係数出力手段は、該プラグの挿入の有無に応じて、スピーカ再生用の係数又はヘッドホン再生用の係数の何れかを出力する請求項１に記載のステレオ拡大装置。
【請求項３】
前記ミキシング手段からの２チャンネルのステレオ出力信号を補正する音質補正手段を更に備えた請求項１又は請求項２に記載のステレオ拡大装置。
【請求項４】
前記信号処理手段、逆相信号生成手段、ミキシング手段及び音質補正手段はデジタルシグナルプロセッサの処理により構成される請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のステレオ拡大装置。
【請求項５】
外部からの２チャンネルのステレオ入力信号に基づき残響音信号を生成する残響音生成手段と、
該残響音生成手段からの残響音信号と該２チャンネルのステレオ入力信号とをミキシングする第１のミキシング手段と、
該第１のミキシング手段からの出力信号に対してステレオ拡大処理を施すステレオ拡大手段と、
該ステレオ拡大手段からの出力信号と該２チャンネルのステレオ入力信号とをミキシングする第２のミキシング手段、
とを備えた音場拡大装置。
【請求項６】
前記残響音生成手段は、前記２チャンネルのステレオ入力信号に基づきステレオの残響音信号を生成する請求項５に記載の音場拡大装置。
【請求項７】
前記第１のミキシング手段における前記２チャンネルのステレオ入力信号と前記残響音信号とのミキシング比率が、前記第２のミキシング手段における前記２チャンネルのステレオ入力信号と前記ステレオ拡大手段からの出力信号とのミキシング比率に連動して変化する請求項５又は請求項６に記載の音場拡大装置。
【請求項８】
前記ステレオ拡大手段は、
スピーカ再生又はヘッドホン再生の何れを行うかを選択する選択手段と、
該選択手段による選択に応じてスピーカ再生用の係数又はヘッドホン再生用の係数の何れかを出力する係数出力手段と、
該係数出力手段から送られてきた係数がスピーカ再生用である場合にクロストークキャンセルを行うための処理部が形成され、ヘッドホン再生用である場合に頭部音響伝達関数付与を行うための処理部が形成される信号処理手段であって、外部からの２チャンネルのステレオ入力信号を該処理部で処理することにより２チャンネルのステレオ中間信号を生成する信号処理手段と、
該係数出力手段から送られてきた係数がスピーカ再生用である場合に、一方のチャンネルのステレオ入力信号に他方のチャンネルのステレオ入力信号の位相を反転した信号を加算することにより２チャンネルのステレオ逆相信号を生成し、ヘッドホン再生用である場合に該２チャンネルのステレオ逆相信号の生成を抑止する逆相信号生成手段と、
該信号処理手段からの２チャンネルのステレオ中間信号と該逆相信号生成手段からの２チャンネルのステレオ逆相信号とを各チャンネル毎にミキシングし、以て２チャンネルのステレオ出力信号を生成するミキシング手段、
とを備えた請求項５乃至請求項７の何れか１項に記載の音場拡大装置。
【請求項９】
前記残響音生成手段、第１のミキシング手段、ステレオ拡大手段及び第２のミキシング手段はデジタルシグナルプロセッサの処理により構成される請求項５乃至請求項８の何れか１項に記載の音場拡大装置。
【請求項１０】
外部からの２チャンネルのステレオ入力信号に基づき残響音信号を生成する残響音生成手段と、
該残響音生成手段からの残響音信号と該２チャンネルのステレオ入力信号とをミキシングする第１のミキシング手段と、
該第１のミキシング手段からの出力信号に対して、頭部音響伝達関数を付与する頭部音響伝達関数付与手段と、
該第１のミキシング手段からの出力信号と、該頭部音響伝達関数付与手段からの出力信号をミキシングする第２のミキシング手段と、
該第２のミキシング手段からの出力信号に対してスピーカ再生用のステレオ拡大処理を施すスピーカ再生用ステレオ拡大手段と、
該第２のミキシング手段からの出力信号と、該スピーカ再生用ステレオ拡大手段からの出力信号とをミキシングする第３のミキシング手段と、
該第３のミキシング手段からの出力信号と該２チャンネルのステレオ入力信号とをミキシングする第４のミキシング手段と、
ヘッドホン再生かスピーカ再生かに応じて、該残響音生成手段、該第２のミキシング手段及び該第３のミキシング手段に、それぞれ係数を転送する係数出力手段、
とを備えた音場拡大装置。
【請求項１１】
前記第１のミキシング手段における前記ステレオ入力信号と前記残響音信号とのミキシング比率が、前記第４のミキシング手段における前記ステレオ入力信号と前記第３のミキシング手段からの出力信号とのミキシング比率に連動して変化する請求項１０に記載の音場拡大装置。
【請求項１２】
前記頭部音響伝達関数付与手段は、前記第１のミキシング手段からの出力信号に対し、少なくとも２方向に対応する頭部音響伝達関数を付与する処理を行い、各処理結果をミキシングして出力する請求項１０又は請求項１１に記載の音場拡大装置。
【請求項１３】
ヘッドホンを接続するヘッドホン接続機構を更に有し、前記係数出力手段は、該ヘッドホン接続機構にヘッドホンが接続されているかどうかに応じて、ヘッドホン再生用又はスピーカ再生用の係数を前記残響音生成手段、前記第２のミキシング手段及び前記第３のミキシング手段に転送する請求項１０乃至請求項１２の何れか１項に記載の音場拡大装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２チャンネルのステレオ入力信号に基づいて形成される音場を拡大するステレオ拡大装置及び音場拡大装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、左右２チャンネルのステレオ再生（以下、単に「ステレオ」というときは左右２チャンネルのステレオをいう）をスピーカで行う場合において、一方のチャンネルの音に他方のチャンネルの音の逆相の音を混合することにより、音像を左右のスピーカの外側に定位させる技術が知られている。この種の技術は、例えば、ＷＯ９４／１６５３８（ＰＣＴ／ＵＳ９３／１２６８８）号に、「音像操作装置及び音像拡大方法（ＳＯＵＮＤ  ＩＭＡＧＥ  ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＩＯＮ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＳＯＵＮＤ  ＩＭＡＧＥ  ＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴ）」として開示されている。この技術によれば、音像を左右両スピーカの外側に定位させることができるので、音場を拡大させることができる。しかし、この技術では、スピーカに近接した位置で受聴すると音像が定位する位置が不明確になるという問題がある。
【０００３】
また、ダミーヘッドを用いて録音されたソースをヘッドホンで受聴すると、恰も現実の演奏を聞いているような臨場感が得られることが知られている（例えば、株式会社リットーミュージック発行、キーボードマガジン９３年３月号特集「立体音響の世界」）。一般に、音が音源から人の両耳（鼓膜）に到達する経路は、壁の反射、回折、散乱等の室の伝達系と、頭部や耳介による反射、回折、共振等の伝達系に分けることができる。上記ダミーヘッドを用いて録音するということは、前者の伝達系のみならず後者の伝達系をも考慮して録音するということに等しい。本明細書では、後者のみならず前者をも含めた伝達系を表す関数を「頭部音響伝達関数」と呼ぶ。
【０００４】
そこで、頭部音響伝達関数を予め測定しておき、入力された音信号をこの頭部音響伝達関数を用いて処理することにより臨場感に優れた楽音が得られる装置が開発されている。例えばステレオ再生を行う場合において、右チャンネル入力信号に右方向の頭部音響伝達関数を乗じ、左チャンネル入力信号に左方向の頭部音響伝達関数を乗じ、これらをミキシングしてヘッドホンで受聴すれば、音場が拡大されると共に臨場感に優れた楽音が得られる。しかし、この技術では、スピーカ受聴で臨場感が得られないという問題がある。
【０００５】
更に、シュレーダー方式と呼ばれる音像定位技術が広く知られている。このシュレーダー方式では、左スピーカから右耳に到達する音及び右スピーカから左耳に到達する音（これらを「クロストーク音」という）がキャンセルされることにより、恰もヘッドホン受聴のような状況が作り出される。これを以下「クロストークキャンセル」と呼ぶ。これにより、左右両スピーカの間のみならず、例えば受聴者の真横、その他の任意の位置に音像を定位させることができる。しかし、この音像定位装置は、これをハードウェアで実現しようとすると膨大なハードウェア量を必要とし、ソフトウェアで実現しようとすると膨大な処理量が必要となるという問題がある。
【０００６】
更に、頭部音響伝達関数の付与とクロストークキャンセル処理を畳み込み演算によって行うことにより音像を任意の位置に定位させる技術が知られている（例えば、「ＲＳＳについて」、ローランド（株）、日本音響学会誌４８巻９号）。この技術によれば、ヘッドホン受聴のみならずスピーカ受聴においても、ダミーヘッドを用いて録音されたソースをヘッドホンで受聴する場合と同様の臨場感に優れた楽音が得られる。しかし、この技術では、非常に長い畳み込み段数が必要となり、ハードウエアの規模が大きくなるという問題がある。この問題を解消するために畳み込み段数を少なくすると頭部音響伝達関数の低域の精度が低下すると共に、クロストークキャンセルの精度が著しく低下するという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来技術の諸問題点を解消するために、本出願人は、シュレーダー方式のクロストークキャンセル理論を簡略化し、この簡略化されたクロストークキャンセル理論に基づいて処理された音信号と、上記一方のチャンネルの音信号に他方のチャンネルの音信号の逆相の信号を混合することにより得られた逆相信号とをミキシングし、以て音像を左右両スピーカの外側に定位させることによりステレオ音場を拡大するステレオ音像拡大装置及び音像制御装置を考えている（例えば特願平８−２３８５９１号参照）。
【０００８】
これらの装置によれば、スピーカ受聴においては、クロストークキャンセル効果によって音像を任意の位置に定位させることができるのでステレオ音場が拡大される。しかし、ヘッドホン受聴においては、このような効果は得られない。これは、クロストークキャンセルでは、空間でクロストーク音が打ち消されることによってステレオ音場が拡大されるが、ヘッドホン受聴ではクロストーク音を打ち消すための空間が存在しないことに起因する。このヘッドホン受聴の場合、ステレオ音場が拡大されないばかりか、却って音質の変化のみが目立つという問題がある。
【０００９】
一方、上述した頭部音響伝達関数を用いる装置では、ヘッドホン受聴の場合はステレオ音場が拡大された臨場感に優れた楽音が得られるが、スピーカ受聴の場合は、クロストーク音が受聴者の耳に入るためにステレオ音場は拡大されない。この問題を解消するためには、更にクロストークキャンセルを行えばよい。しかし、頭部音響伝達関数の付与とクロストークキャンセルとを同時に行うには、該装置をハードウェアで実現する場合は膨大なハードウェア量を必要とし、ソフトウェアで実現する場合は膨大な処理量が必要となるという新たな問題が発生する。上記簡略化されたクロストークキャンセル理論を採用したとしても、ヘッドホン受聴に対応するためには頭部音響伝達関数付与処理を行う必要があるので、この問題は完全には解決されない。
【００１０】
ところで、このようなステレオ音場を拡大するための装置は、例えばデジタルシグナルプロセッサ（以下、「ＤＳＰ」という）で構成することができる。この場合、スピーカ再生時は、クロストークキャンセル処理を主体としたプログラム及び係数のみをＤＳＰへ転送し、ヘッドホン再生時は頭部音響伝達関数付与処理を主体としたプログラム及び係数のみをＤＳＰへ転送するように構成することができる。この構成によれば、頭部音響伝達関数付与処理及びクロストークキャンセル処理を同時に行う必要がなくなるので、膨大な処理量を必要とせず、それぞれスピーカ再生及びヘッドホン再生に適した方法で処理を行うことができる。
【００１１】
一般に、ＤＳＰはソフトウェアで動作するので、ステレオ音場を拡大する処理をＤＳＰに行わせる場合、他のエフェクト（例えばコーラス、リバーブ等）処理と同時に行うことが考えられる。例えば、このエフェクト処理の後にステレオ音場拡大処理を行うといった具合である。ところが、この場合、エフェクト処理は、スピーカ再生の場合とヘッドホン再生の場合とで同じ処理でよいのにも拘わらず、ステレオ音場拡大処理がヘッドホン再生の場合とスピーカ再生の場合とで異なる処理を必要とするたため、入れ替える必要のないエフェクト処理用のプログラムまで同時に入れ替えざるを得ない。この入れ替えの間は音がミュートされるので、プログラムの入れ替えはなるべくなら行わない方が望ましい。また、プログラムは係数に比べて膨大な量であるため、係数を転送する場合に比べて多くの転送時間を必要とする。
【００１２】
このようにステレオ音場拡大処理のためのプログラムをヘッドホン再生の場合とスピーカ再生の場合とで入れ替えることは問題が多い。従って、ＤＳＰによってステレオ音場拡大処理を行うために、簡潔な構成で、プログラムを入れ替えることなく、スピーカ再生及びヘッドホン再生の切り換えができる方法が望まれている。
【００１３】
また、従来、モノラル音をステレオ化する手法として、パンニングを利用する方法が知られている。この方法によれば、２チャンネルのスピーカ再生の場合、左右両スピーカの間の任意の位置に音像を定位させることができる。しかしながら、この場合、音場が形成される範囲は左右両スピーカの間に限られる。
【００１４】
一方、上述した特願平８−２３８５９１号に記載のステレオ音像拡大装置及び音像制御装置では、左右端にパンしてある音を横方向へ定位させることで、ステレオ拡大を行っている。これらの装置では、多種の楽音が適当なパンをつけてミキシングされたような入力ソースに対して、非常に大きなステレオ拡大効果が発揮される。
【００１５】
また、上記とは別に、直接音に残響音を付加する装置として、リバーブ装置が一般に知られている。このリバーブ装置によれば、直接音に残響音が付加されるので、実音場で発生する反射、残響を模擬することが可能である。
【００１６】
例えば、単一の楽器音を出力するソースとして、電子ピアノが知られている。この電子ピアノで発生される音には、一般に音程に応じたパンが付されている。即ち、低い音程の音は左側から、高い音程の音は右側から聴こえるようにパンニングされている。これは、アコースティックピアノを弾いたときの直接音の定位が、横方向では、大まかには鍵盤の押鍵された位置に対応していることを模擬したものである。
【００１７】
このようにパンニングされた電子ピアノの音に対し、ステレオ拡大処理を行うと横方向に拡がった音場が形成され、低い音程の音と高い音程の音が横方向から聴こえるようになる。ところが、アコースティックピアノの直接音によれば、横方向にはあまり拡がらず、縦（奥行き）方向に拡がる音場が形成される傾向がある。従って、ステレオ拡大処理によって形成される音場は、アコースティックピアノの直接音によって形成される音場とは異質のものとなる。これに対し、パンニングのみの定位ではアコースティックピアノの持つ音場に遠く及ばない貧弱な音場となってしまう。このように、パンニングのみで形成される音場も、ステレオ拡大により形成される音場も、どちらもアコースティックピアノの音場とは、かけ離れているという欠点がある。
【００１８】
一方、アコースティックピアノによって形成される音場を模擬するためにリバーブが利用される。これは、部屋の反射音、残響音等を直接音に混ぜることによって実現されている。残響レベル、残響時間を変えることによって、ルーム、ステージ、ホール等の音場を模擬することが可能である。この方法によれば、直接音だけでは貧弱だった音場感を向上させることができる。しかし、リバーブ音は、ステレオリバーブであっても、２チャンネルのスピーカ間に限られた音場であり、実際のホール等の音場で感じられる横方向からの反射を模擬するまでには至っていない。
【００１９】
また、上記特願平８−２３８５９１号に記載のステレオ音像拡大装置及び音像制御装置によって音場を拡大することができるが、これらの装置は２チャンネルスピーカ再生のみに対応しており、ヘッドホン再生には対応していない。
【００２０】
そこで、本発明の第１の目的は、簡単な構成であるにも拘わらずスピーカ再生及びヘッドホン再生を切り換えることが可能であり、且つ何れの場合もステレオ音場を拡大することのできるステレオ拡大装置を提供することにある。
【００２１】
また、本発明の第２の目的は、２チャンネルのスピーカ再生であるとヘッドホン再生であるとに拘わらず、残響音は横方向から聴こえ、直接音は横方向に広がり過ぎないように調整できる音場拡大装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に係るステレオ拡大装置は、上記第１の目的を達成するために、図１に示すように、
スピーカ再生又はヘッドホン再生の何れを行うかを選択する選択手段と、
該選択手段による選択に応じてスピーカ再生用の係数又はヘッドホン再生用の係数の何れかを出力する係数出力手段と、
該係数出力手段から送られてきた係数がスピーカ再生用である場合にクロストークキャンセルを行うための処理部が形成され、ヘッドホン再生用である場合に頭部音響伝達関数付与を行うための処理部が形成される信号処理手段であって、外部からの２チャンネルのステレオ入力信号を該処理部で処理することにより２チャンネルのステレオ中間信号を生成する信号処理手段と、
該係数出力手段から送られてきた係数がスピーカ再生用である場合に、一方のチャンネルのステレオ入力信号に他方のチャンネルのステレオ入力信号の位相を反転した信号を加算することにより２チャンネルのステレオ逆相信号を生成し、ヘッドホン再生用である場合に該２チャンネルのステレオ逆相信号の生成を抑止する逆相信号生成手段と、
該信号処理手段からの２チャンネルのステレオ中間信号と該逆相信号生成手段からの２チャンネルのステレオ逆相信号とを各チャンネル毎にミキシングし、以て２チャンネルのステレオ出力信号を生成するミキシング手段、とを備えている。
【００２３】
ここで、スピーカとは、電気信号を耳に聞こえる音に変換する装置のうち、外部に広く音を放出するものをいう。一方、ヘッドホンとは、上記装置のうち、耳の近くで鳴り、すぐそばにある鼓膜に向けて音を出す機能を有するものをいう。ヘッドホンには、密閉型及びオープンエア型の他に、インナーイア型（イアホンタイプ）が含まれる。
【００２４】
前記選択手段はヘッドホンに接続されたプラグで構成し、前記係数出力手段は、このプラグが挿入されているかどうかに応じて、スピーカ再生用の係数又はヘッドホン再生用の係数の何れかを出力するように構成できる。例えば、上記プラグが本ステレオ拡大装置に設けられたヘッドホン端子（ジャック）に挿入されていない場合は、係数出力手段は、スピーカ再生用の係数を出力し、そうでない場合はヘッドホン再生用の係数を出力するように構成できる。この場合、プラグの挿入の有無は、例えばプラグの挿入によりオンにされるマイクロスイッチ、プラグの挿入により遮光される光検出器等を用いることができる。この構成によれば、ヘッドホン再生又はスピーカ再生の何れかを選択するための操作子、例えば切換スイッチが不要となる。なお、切換スイッチによってヘッドホン再生又はスピーカ再生の何れかを選択するように構成できることは勿論である。
【００２５】
上記係数出力手段は、選択手段による選択に応じて、例えばメモリに予め記憶されているスピーカ再生用の係数又はヘッドホン再生用の係数の何れかを選択し、信号処理手段及び逆相信号生成手段に供給する。スピーカ再生用の係数及びヘッドホン再生用の係数には、それぞれ、増幅器の増幅率を規定する増幅係数、遅延器の遅延量を規定する遅延係数及びフィルタの特性を規定するフィルタ係数が含まれる。
【００２６】
上記増幅係数、遅延係数及びフィルタ係数にはゼロが含まれる。ここで、係数がゼロであるということは、次のような意味を有する。例えば、増幅係数がゼロであるということは、該増幅係数に係る増幅器の出力信号がゼロにされ、該増幅器の後段の回路は、場合によっては存在しないことと等価であることを意味する。また、遅延係数がゼロであることは、該遅延器の遅延時間はゼロ、つまり該遅延器は存在しないのと等価であることを意味する。更に、フィルタ係数を形成する増幅係数及び遅延係数も上記と同様の意味を有する。従って、信号処理手段を構成する増幅器、遅延器等のうち所定のものにゼロの係数を供給することにより、この信号処理手段の構成、換言すれば信号処理手段の機能を変更することができる。
【００２７】
上記信号処理手段は、係数出力手段からスピーカ再生用の係数を受け取ることにより、クロストークキャンセル処理を行う構成に変更される。この変更された構成でクロストークキャンセル処理が行われることにより、スピーカ再生において、音像が耳元に存在するような音場が得られる。一方、該信号処理手段は、係数出力手段からヘッドホン再生用の係数を受け取ることにより、頭部音響伝達関数付与処理を行う構成に変更される。この変更された構成で頭部音響伝達関数付与処理が行われることにより、ヘッドホン再生において、音像がヘッドホンの外まで拡大された音場が得られる。
【００２８】
また、上記逆相信号生成手段は、係数出力手段からスピーカ再生用の係数を受け取ることにより、２チャンネルの逆相信号を生成する構成に変更される。この変更された構成により、スピーカ再生時に、スピーカの外側まで広楽音ルート音像が得られる。一方、係数出力手段からヘッドホン再生用の係数を受け取ることにより、２チャンネルの逆相信号の生成を抑止する構成、例えば該逆相信号生成手段からゼロの信号を出力する構成に変更される。この変更により、ヘッドホン再生時は、該逆相信号生成手段が存在しないのと等価な構成となる。
【００２９】
上記ミキシング手段は、上記信号処理手段の出力と逆相信号生成手段の出力とをミキシングする。これにより、スピーカ再生時に、音像を受聴者の真横方向から正面方向までの広い方向であって、且つ受聴者から離れた位置に定位させることができる。なお、ヘッドホン再生時は、このミキシング手段には、逆相信号生成手段から逆相信号が供給されない（例えばゼロが供給される）。従って、ミキシング手段は、信号処理手段からの頭部音響伝達関数が付与された信号をそのまま出力する。
【００３０】
また、本ステレオ拡大装置は、前記ミキシング手段からのステレオ出力信号を補正する音質補正手段を更に備えて構成できる。この音質補正手段は、例えばローパスフィルタで構成できる。この音質補正手段がない場合は、逆相信号を混入することによるモノラル成分の周波数特性の乱れが生じる。より具体的には、モノラル成分が櫛形フィルタを形成し、これによって低域の減少が目立つ。このため、ステレオ拡大効果を大きくするに連れて（逆相信号の増幅係数が大きくなるに連れて）音質が軽くなるように聞こえる。この音質補正手段は、ステレオ拡大効果を大きくするに連れてローパスフィルタのかかり具合を大きくすることにより上記現象を抑えるように作用する。なお、この音質補正手段の詳細は、上掲した特願平８−２３８５９１号に記載されているので参照されたい。
【００３１】
上記信号処理手段、逆相信号生成手段、ミキシング手段及び音質補正手段は、ＤＳＰによるソフトウェア処理で構成することができる。なお、これら各手段は、中央処理装置（以下、「ＣＰＵ」という）によるソフトウェア処理で実現してもよいし、ハードウェア回路で実現してもよい。
【００３２】
以上のように、このステレオ拡大装置によれば、選択手段によってスピーカ再生が選択された時は、スピーカ再生用の係数が信号処理手段と逆相信号生成手段へ転送される。これにより、信号処理手段ではクロストークキャンセル処理が実行される。このクロストークキャンセル処理された右チャンネルの信号に基づく音は受聴者の右耳のみに入射し、左チャンネルの信号に基づく音は左耳のみに入射する。即ち、恰もヘッドホン受聴のような状態が作り出される。このクロストークキャンセル処理された信号に、逆相信号生成手段によって生成された信号をミキシング手段によってミキシングした信号が最終的なステレオ出力信号となる。このステレオ出力信号に基づきスピーカ再生すれば、ステレオ音場が拡大される。
【００３３】
一方、選択手段によってヘッドホン再生が選択された時は、ヘッドホン再生用の係数が信号処理手段と逆相信号生成手段へ転送される。これにより、信号処理手段によって頭部音響伝達関数付与処理が実行され、右チャンネルに入力された信号に右方向の頭部音響伝達関数が付与され、左チャンネルに入力された信号に左方向の頭部音響伝達関数が付与される。この際、逆相信号生成手段の出力は抑止されるので信号処理手段からの信号はミキシング手段を通過し、ステレオ出力信号として外部に出力される。これにより、ヘッドホン再生で、ステレオ音場がヘッドホンの外へ拡大される。
【００３４】
本発明の第２の態様に係る音場拡大装置は、上記第２の目的を達成するために、図１７に示すように、
外部からの２チャンネルのステレオ入力信号に基づき残響音信号を生成する残響音生成手段と、
該残響音生成手段からの残響音信号と該２チャンネルのステレオ入力信号とをミキシングする第１のミキシング手段と、
該第１のミキシング手段からの出力信号に対してステレオ拡大処理を施すステレオ拡大手段と、
該ステレオ拡大手段からの出力信号と該２チャンネルのステレオ入力信号とをミキシングする第２のミキシング手段、とを備えている。
【００３５】
前記残響音生成手段は、前記２チャンネルのステレオ入力信号に基づきステレオの残響音信号を生成するように構成できる。これにより、残響音もステレオで発生されるので、実際の音場に近い音場を形成することができる。
【００３６】
また、前記第１のミキシング手段における前記２チャンネルのステレオ入力信号と前記残響音信号とのミキシング比率が、前記第２のミキシング手段における前記２チャンネルのステレオ入力信号と前記ステレオ拡大手段からの出力信号とのミキシング比率に連動して変化するように構成できる。この構成によれば、直接音に対するステレオ拡大効果の深さを調整することができる。
【００３７】
また、前記ステレオ拡大手段は、
スピーカ再生又はヘッドホン再生の何れを行うかを選択する選択手段と、
該選択手段による選択に応じてスピーカ再生用の係数又はヘッドホン再生用の係数の何れかを出力する係数出力手段と、
該係数出力手段から送られてきた係数がスピーカ再生用である場合にクロストークキャンセルを行うための処理部が形成され、ヘッドホン再生用である場合に頭部音響伝達関数付与を行うための処理部が形成される信号処理手段であって、外部からの２チャンネルのステレオ入力信号を該処理部で処理することにより２チャンネルのステレオ中間信号を生成する信号処理手段と、
該係数出力手段から送られてきた係数がスピーカ再生用である場合に、一方のチャンネルのステレオ入力信号に他方のチャンネルのステレオ入力信号の位相を反転した信号を加算することにより２チャンネルのステレオ逆相信号を生成し、ヘッドホン再生用である場合に該２チャンネルのステレオ逆相信号の生成を抑止する逆相信号生成手段と、
該信号処理手段からの２チャンネルのステレオ中間信号と該逆相信号生成手段からの２チャンネルのステレオ逆相信号とを各チャンネル毎にミキシングし、以て２チャンネルのステレオ出力信号を生成するミキシング手段、とを備えて構成できる。
【００３８】
即ち、上記ステレオ拡大手段として、上述した本発明の第１の態様に係るステレオ拡大装置を用いることができる。この構成により、上述した本発明の第１の態様に係るステレオ拡大装置が有する種々の効果を奏する。
【００３９】
また、前記残響音生成手段、第１のミキシング手段、ステレオ拡大手段及び第２のミキシング手段はデジタルシグナルプロセッサの処理により構成することができる。なお、これら各手段は、ＣＰＵによるソフトウェア処理で実現してもよいし、ハードウェア回路で実現してもよい。
【００４０】
本発明の第３の態様に係る音場拡大装置は、上記第２の目的を達成するために、図２２に示すように、
外部からの２チャンネルのステレオ入力信号に基づき残響音信号を生成する残響音生成手段と、
該残響音生成手段からの残響音信号と該２チャンネルのステレオ入力信号とをミキシングする第１のミキシング手段と、
該第１のミキシング手段からの出力信号に対して、頭部音響伝達関数を付与する頭部音響伝達関数付与手段と、
該第１のミキシング手段からの出力信号と、該頭部音響伝達関数付与手段からの出力信号をミキシングする第２のミキシング手段と、
該第２のミキシング手段からの出力信号に対してスピーカ再生用のステレオ拡大処理を施すスピーカ再生用ステレオ拡大手段と、
該第２のミキシング手段からの出力信号と、該スピーカ再生用ステレオ拡大手段からの出力信号とをミキシングする第３のミキシング手段と、
該第３のミキシング手段からの出力信号と該２チャンネルのステレオ入力信号とをミキシングする第４のミキシング手段と、
ヘッドホン再生かスピーカ再生かに応じて、該残響音生成手段、該第２のミキシング手段及び該第３のミキシング手段に、それぞれ係数を転送する係数出力手段、とを備えている。
【００４１】
この音場拡大装置によれば、スピーカ再生時は、クロストークキャンセル処理によって拡大された音場と、頭部音響伝達関数が付与された信号にクロストークキャンセル処理を行ったことによって拡大された音場が、適度な割合でミキシングされることにより、横方向で音が鳴っている感じを強調させることができる。また、ヘッドホン再生時は、クロストークキャンセル処理を行わないようにミキシングすることにより、頭部音響伝達関数のみが付与された信号が生成されるので、耳元にこびりつかない、自然な音場感が得られる。
【００４２】
前記第１のミキシング手段における前記ステレオ入力信号と前記残響音信号とのミキシング比率が、前記第４のミキシング手段における前記ステレオ入力信号と前記第３のミキシング手段からの出力信号とのミキシング比率に連動して変化するように構成できる。この構成によれば、直接音に対するステレオ拡大効果の深さを制御できるので、直接音が横にいき過ぎるのを抑えることができる。
【００４３】
また、前記頭部音響伝達関数付与手段は、前記第１のミキシング手段からの出力信号に対し、少なくとも２方向に対応する頭部音響伝達関数を付与する処理を行い、各処理結果をミキシングして出力するように構成できる。
【００４４】
また、ヘッドホンを接続するヘッドホン接続機構を更に有し、前記係数出力手段は、該ヘッドホン接続機構にヘッドホンが接続されているかどうかに応じて、ヘッドホン再生用又はスピーカ再生用の係数を前記残響音生成手段、前記第２のミキシング手段及び前記第３のミキシング手段に転送するように構成できる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のステレオ拡大装置及び音場拡大装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４６】
（実施の形態１）
この実施の形態１はステレオ拡大装置に関する。このステレオ拡大装置の主な機能は、ＤＳＰによるソフトウェア処理により実現されている。より具体的には、図１に示されている信号処理手段３、逆相信号生成手段４、ミキシング手段５及び音質補正手段６はＤＳＰによるソフトウェア処理で実現されている。
【００４７】
先ず、信号処理手段３の一例について、図２を参照しながら説明する。この信号処理手段３では、ステレオ入力信号（右チャンネル入力信号Ｒｉｎと左チャンネル入力信号Ｌｉｎとで構成されている。以下においても同じ）に対するクロストークキャンセル処理又は頭部音響伝達関数付与処理の何れかが行われる。いずれの処理が行われるかは、この信号処理手段３に送られてくる増幅係数Ａ、遅延係数ｎ及びフィルタ係数Ｂ〜Ｌによって決定される。
【００４８】
この信号処理手段３は、増幅器１０及び２０、遅延器１１及び２１、フィルタ１２及び２２、加算器１３及び２３並びにフィルタ１４及び２４により構成されている。増幅器１０及び２０は、入力信号に係数Ａを乗算する乗算器で構成されている。遅延器１１及び２１は、入力信号を遅延係数ｎに応じて遅延させる遅延器で構成されている。フィルタ１２及び２２は、入力信号をフィルタ係数Ｂ、Ｃ及びＤによって決定されるフィルタ特性でフィルタリングする一次フィルタで構成されている。加算器１３及び２３は、入力信号とフィルタ１２及び２２からの信号とを演算する演算器で構成されている。更に、フィルタ１４及び２４は、入力信号をフィルタ係数Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬによって決定されるフィルタ特性でフィルタリングする高次フィルタで構成されている。
【００４９】
これら各構成要素により実現される機能は、スピーカ再生が行われるかヘッドホン再生が行われるか、即ち、この信号処理手段３でクロストークキャンセル処理が行われるか頭部音響伝達関数付与処理が行われるかによって異なる。以下、場合を分けて説明する。
【００５０】
先ず、スピーカ再生が行われる場合、つまり信号処理手段３がクロストークキャンセラーとして機能する場合について説明する。この場合に行われるクロストークキャンセル処理については、上述した特願平８−２３８５９１号に詳細に説明してあるので、ここでは、簡単な説明にとどまる。
【００５１】
図２において、増幅器１０、遅延器１１及びフィルタ１２で成るブロックは、右スピーカから受聴者の左耳に到達するクロストーク音を模擬する。増幅器１０は、右チャンネル入力信号Ｒｉｎに係数Ａを乗算することにより、クロストーク音の音量を決定する。この係数Ａは、クロストークキャンセルを行うために、負の値となる。遅延器１１は、増幅器１０からの信号を遅延係数ｎに対応する時間だけ遅延させることにより、直接音に対するクロストーク音の時間遅れを模擬する。フィルタ１２は、遅延器１２からの信号をフィルタ係数Ｂ、Ｃ及びＤにより決定されるフィルタ特性でフィルタリングすることにより、右スピーカからのクロストーク音の受聴者の頭による回折を模擬する。
【００５２】
更に、フィルタ１４は、加算器１３からの信号をフィルタ係数Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬにより決定されるフィルタ特性でフィルタリングする。フィルタ係数Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬは、シュレーダーのクロストークキャンセル理論に基づき、係数Ａ並びにフィルタ係数Ｂ、Ｃ及びＤにより導かれる値である。今、Ａ＝ａ、Ｂ＝ｂ、Ｃ＝ｃ、Ｄ＝ｄとすると、フィルタ係数Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬはそれぞれ、Ｅ＝１、Ｆ＝−２ｄ、Ｇ＝ｄ２、Ｈ＝２ｄ、Ｉ＝−ｄ２、Ｊ＝ａ２ｂ２、Ｋ＝２ａ２ｂｃ及びＬ＝ａ２ｃ２で表すことができる。
【００５３】
同様に、増幅器２０、遅延器２１及びフィルタ２２で成るブロックは、左スピーカから受聴者の右耳に到達するクロストーク音を模擬する。増幅器２０は、左チャンネル入力信号Ｌｉｎに係数Ａを乗算することにより、クロストーク音の音量を決定する。遅延器２１は、増幅器２０からの信号を遅延係数ｎに対応する時間だけ遅延させることにより、直接音に対するクロストーク音の時間遅れを模擬する。フィルタ２２は、遅延器２２からの信号をフィルタ係数Ｂ、Ｃ及びＤにより決定されるフィルタ特性でフィルタリングすることにより、左スピーカからのクロストーク音の受聴者の頭による回折を模擬する。更に、フィルタ２４は、加算器２３からの信号をフィルタ係数Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬにより決定されるフィルタ特性でフィルタリングする。これら係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬは、上述したものと同じである。
【００５４】
次に、ヘッドホン再生が行われる場合、つまり信号処理手段３で頭部音響伝達関数付与処理が行われる場合について説明する。図３は、頭部音響伝達関数を説明するための図である。音源で発生された音は、受聴者（ダミーヘッド）の頭部を含む空間の影響を受けて受聴者の両耳（厳密には鼓膜）に入射される。このことは、音源で発生された音は頭部音響伝達関数によって処理されて受聴者の両耳に入射されると考えることができる。
【００５５】
以下においては、図３に示すように、音源から受聴者の左耳に至る伝達系を頭部音響伝達関数Ｈｍ、音源から受聴者の右耳に至る伝達系を頭部音響伝達関数Ｈｓで表す。また、この実施の形態１では、図４に示すような、真横方向の頭部音響伝達関数Ｈｍ及びＨｓを用いて説明する。
【００５６】
先ず、頭部音響伝達関数を付与するための構成の最も簡単な例として、モノラル入力信号に頭部音響伝達関数を付与する場合について図５を参照しながら説明する。右チャンネル中間信号Ｒｏｕｔ１は、モノラル入力信号Ｍｉｎを頭部音響伝達関数Ｈｍを用いて処理する、例えばモノラル入力信号Ｍｉｎに頭部音響伝達関数Ｈｍを乗算することにより生成される。同様に、左チャンネル出力信号Ｌｏｕｔ１は、モノラル入力信号Ｍｉｎを頭部音響伝達関数Ｈｓを用いて処理する、例えばモノラル入力信号Ｍｉｎに頭部音響伝達関数Ｈｓを乗算することにより生成される。従って、頭部音響伝達関数Ｈｍ及びＨｓが、図４に示すような真横方向の頭部音響伝達関数であれば、上記右チャンネル中間信号Ｒｏｕｔ１及び左チャンネル中間信号Ｌｏｕｔ１をヘッドホンで受聴することにより、モノラル入力信号Ｍｉｎに基づく音が受聴者の右側真横方向に頭外定位して聞こえる。
【００５７】
次に、ステレオ入力信号に頭部音響伝達関数を付与する場合について、図６を参照しながら説明する。右チャンネル中間信号Ｒｏｕｔ１は、右チャンネル入力信号Ｒｉｎを頭部音響伝達関数Ｈｍを用いて処理した結果と、左チャンネル入力信号Ｌｉｎを頭部音響伝達関数Ｈｓを用いて処理した結果とを加算することにより生成される。同様に、左チャンネル中間信号Ｌｏｕｔ１は、右チャンネル入力信号Ｒｉｎを頭部音響伝達関数Ｈｓを用いて処理した結果と、左チャンネル入力信号Ｌｉｎを頭部音響伝達関数Ｈｍを用いて処理した結果とを加算することにより生成される。
【００５８】
ここで、頭部音響伝達関数Ｈｍ及びＨｓは、図４に示すような真横方向の頭部音響伝達関数とする。今、仮に右チャンネル入力信号Ｒｉｎのみが入力され、左チャンネル入力信号Ｌｉｎは入力されない（左チャンネル入力信号Ｌｉｎがゼロである）とすると、図６に示した構成は図５に示した構成と等価になる。従って、上記右チャンネル中間信号Ｒｏｕｔ１及び左チャンネル中間信号Ｌｏｕｔ１をヘッドホンで受聴すれば、右チャンネル入力信号Ｒｉｎに基づく音が受聴者の右側真横方向に頭外定位して聞こえる。
【００５９】
上記とは逆に、仮に左チャンネル入力信号Ｌｉｎのみが入力され、右チャンネル入力信号Ｒｉｎは入力されない（右チャンネル入力信号Ｒｉｎがゼロである）とすると、図６に示した構成は、図５において頭部音響伝達関数Ｈｍと頭部音響伝達関数Ｈｓとを入れ替えた構成と等価になる。従って、上記右チャンネル中間信号Ｒｏｕｔ１及び左チャンネル中間信号Ｌｏｕｔ１をヘッドホンで受聴すれば、左チャンネル入力信号Ｌｉｎに基づく音が受聴者の左側真横方向に頭外定位して聞こえる。このように、ステレオ入力信号にパン情報（上述した例では真横方向）が含まれていると、ヘッドホン受聴において、このステレオ入力信号に基づく音が左右方向へ頭外定位するので、ステレオ拡大効果が得られる。なお、ステレオ入力信号にパン情報が含まれていない場合は、右チャンネル入力信号Ｒｉｎ及び左チャンネル入力信号Ｌｉｎに基づく音は双方とも受聴者の正面に定位するので、ステレオ拡大効果は得られない。
【００６０】
上記図６に示した構成は、図７に示すように変形できる。この図７に示した構成における入出力の関係は、図６に示した構成のそれと全く等価である。ここで、Ｈｍは真横方向の頭部音響伝達関数の音源側の特性で、Ｈｓ／Ｈｍは、真横方向の頭部音響伝達関数の音源側の特性を「１」としたときの、音源とは逆側の真横方向の頭部音響伝達関数の特性である。ＨｍとＨｓとでは、周波数特性、遅延量及びゲインがそれぞれ異なっている。従って、ＨｓとＨｍの差がわかっていれば、Ｈｓ／Ｈｍは、フィルタ、増幅器及び遅延器によって構成できる。また、Ｈｍはフィルタによって構成できる。従って、頭部音響伝達関数を付与するための構成は、図８のように表すことができる。
【００６１】
即ち、右チャンネル入力信号Ｒｉｎは、加算器１３に供給されると共に、増幅器１０、遅延器１１及びフィルタ１２で順次処理されて加算器２３に供給される。同様に、左チャンネル入力信号Ｌｉｎは、加算器２３に供給されると共に、増幅器２０、遅延器２１及びフィルタ２２で順次処理されて加算器１３に供給される。加算器１３の出力は、フィルタ１４でフィルタ処理が行われた後に、右ステレオ中間信号Ｒｏｕｔ１として外部に出力される。同様に、加算器２３の出力は、フィルタ２４でフィルタ処理が行われた後に、左ステレオ中間信号Ｌｏｕｔ１として外部に出力される。
【００６２】
この図８の構成を更に詳細に示すと図９のようになる。図９において、増幅器１０及び２０は、ＨｍとＨｓとの音量レベル差を模擬する。遅延器１１及び２１は、ＨｍとＨｓとの時間差を模擬する。また、フィルタ１２及び２２は、ＨｍとＨｓとの周波数特性の差を模擬する。更に、フィルタ１４及び２４は、Ｈｍの特性を模擬する。
【００６３】
ところで、この図９に示した構成を、図２に示した構成と比較すると、両者はフィルタ１４及び２４の構成を除けば同じである。従って、図２に示したフィルタ１４及び２４のフィルタ係数Ｊ、Ｋ及びＬをゼロとすれば、両者は全く同じ構成になる。このことは、図２に示した信号処理手段３は、その構成を変更することなく係数だけを入れ替えることにより、クロストークキャンセル処理又は頭部音響伝達関数付与処理の何れかを行わせることができることを意味する。
【００６４】
そこで、本発明の実施の形態１のステレオ拡大装置では、信号処理手段３に供給する係数を変更することにより、該信号処理手段３にスピーカ再生のためのクロストークキャンセル処理又はヘッドホン再生のための頭部音響伝達関数付与処理の何れかを行わせるようになっている。
【００６５】
次に、逆相信号生成手段４の例について、図１０を参照しながら説明する。逆相信号生成手段４は、増幅器３０及び４０、遅延器３１及び４１並びに加算器３２及び４２で構成されている。この逆相信号生成手段４は、スピーカ再生の場合にのみアクティブにされる。この場合の増幅器３０及び４０のゲインをｅ、遅延器３１及び４１の遅延量をｍとする。ｍはアナログ信号を４８ＫＨｚでサンプリングしてデジタル信号を生成する場合におけるサンプリングポイントの数であり、例えばｍ＝６程度とすることができる。一方、ヘッドホン再生の場合は、上記ゲインｅがゼロにされる。従って、この場合は逆相信号生成手段４から出力される右チャンネル逆相信号Ｒｏｕｔ２及び左チャンネル出力信号Ｌｏｕｔ２は、何れもゼロになる。なお、この逆相信号生成手段４については、上述した特願平８−２３８５９１号に詳細に説明してあるので参照されたい。
【００６６】
次に、ミキシング手段５の例について図１１を参照しながら説明する。ミキシング手段５は、右チャンネル用の加算器５０及び左チャンネル用の加算器５１で構成されている。加算器５０は、信号処理手段３からの右チャンネル中間信号Ｒｏｕｔ１と逆相信号生成手段４からの右チャンネル逆相信号Ｒｏｕｔ２とを加算し、結果を右チャンネル出力信号Ｒｏｕｔとして出力する。同様に、加算器５１は、信号処理手段３からの左チャンネル中間信号Ｌｏｕｔ１と逆相信号生成手段４からの左チャンネル逆相信号Ｌｏｕｔ２とを加算し、結果を左チャンネル出力信号Ｌｏｕｔとして出力する。
【００６７】
このミキシング手段５におけるミキシング比率は、信号処理手段３の増幅器１０及び２０のゲインａ及び逆相信号生成手段４の増幅器３０及び４０のゲインｅの各大きさによって調整される。即ち、ゲインａの大きさによってクロストークキャンセル量が決定され、ゲインｅによって逆相信号の混合量が決定される。このミキシング比率によって種々の音場の形成が可能となる。かかる音場の幾つかの例が、上述した特願平８−２３８５９１号に詳細に説明してあるので参照されたい。このミキシング手段５から出力されるステレオ出力信号（右チャンネル出力信号Ｒｏｕｔと左チャンネル出力信号Ｌｏｕｔとで構成される。以下においても同じ）をスピーカ又はヘッドホンに供給すれば、ステレオ音場が拡大された楽音が得られる。
【００６８】
次に、音質補正手段６の例について図１２を参照しながら説明する。この音質補正手段６は、増幅器６０及び７０、ローパスフィルタ６１及び７１、増幅器６２及び７２並びに加算器６３及び７３で構成されている。ミキシング手段５を構成する加算器５０からの出力信号は、増幅器６０においてゲイン（１−ｅ）で増幅され、加算器６３に供給される。また、上記加算器５０からの出力信号は、ローパスフィルタ６１でフィルタリングされ、増幅器６２に供給される。そして、この増幅器６２においてゲインｅで増幅され、加算器６３に供給される。加算器６３においては、増幅器６０からの出力信号と増幅器６２からの出力信号とが加算され、この加算結果が右チャンネル出力信号Ｒｏｕｔとして外部に出力される。
【００６９】
同様に、ミキシング手段５を構成する加算器５１からの出力信号は、増幅器７０においてゲイン（１−ｅ）で増幅され、加算器７３に供給される。また、上記加算器５１からの出力信号は、ローパスフィルタ７１でフィルタリングされ、増幅器７２に供給される。そして、この増幅器７２においてゲインｅで増幅され、加算器７３に供給される。加算器７３においては、増幅器７０からの出力信号と増幅器７２からの出力信号とが加算され、この加算結果が左チャンネル出力信号Ｌｏｕｔとして外部に出力される。
【００７０】
この音質補正手段６におけるゲインｅは、上述した逆相信号生成手段４におけるゲインｅと同じものであり、ステレオ拡大効果の大きさを調整するために使用される。また、ｈ〜ｊはローパスフィルタ６１及び７１のフィルタ係数である。このローパスフィルタ６１及び７１は、逆相信号混入によるモノラル成分の周波数特性の乱れ、より具体的にはモノラル成分が櫛形フィルタを形成し、特に低域の減少が目立つのを補正するために使用される。
【００７１】
即ち、ステレオ拡大効果を大きくするに連れて（ｅの値が大きくなるに連れて）音質が軽くなるように聞こえるので、ステレオ拡大効果を大きくするに連れてローパスフィルタのかかり具合を大きくして音質補正をすることにより上記現象を抑えるようにしている。この音質補正手段６についても、上述した特願平８−２３８５９１号に詳細に説明してあるので参照されたい。
【００７２】
次に、上述したステレオ拡大装置を利用したステレオ拡大システムの例について、図１３〜図１６を参照しながら説明する。
【００７３】
図１４は、ステレオ拡大システムの外観斜視図である。このステレオ拡大システムの操作パネル８１には、ライン入力端子８２、ライン出力端子８３、ヘッドホン端子８４並びにボリューム８５ａ及び８５ｂが設けられている。このステレオ拡大システムは、右チャンネル入力信号Ｒｉｎ及び左チャンネル入力信号Ｌｉｎをライン入力端子８２から入力し、これにステレオ拡大処理を加えた後に、右チャンネル出力信号Ｒｏｕｔ及び左チャンネル出力信号Ｌｏｕｔとしてライン出力端子８３から出力する。
【００７４】
操作パネル８１に設けられたボリューム８５ａは、クロストークキャンセル量を指定するために使用される。このボリューム８５ａからの信号によりゲインａが決定される。また、ボリューム８５ｂは、逆相信号の混合量を指定するために使用される。このボリューム８５ｂからの信号によりゲインｅが決定される。
【００７５】
図１３は、ステレオ拡大システムの電気回路の構成を示すブロック図である。このステレオ拡大システムは、操作パネル８１（図示しないボリューム８５ａ及び８５ｂを含む）、ライン入力端子８２、ライン出力端子８３、ヘッドホン端子８４、ＣＰＵ８６、メモリ８７、Ａ／Ｄ変換器８８ａ、Ｄ／Ａ変換器８８ｂ及びＤＳＰ８９により構成されている。
【００７６】
ＣＰＵ８６は、メモリ８７に記憶されているプログラムに従って、このステレオ拡大システムの全体を制御する。このＣＰＵ８６が行う具体的な処理については、以下において必要な都度説明する。このＣＰＵ８６に接続されているメモリ８７は、上記プログラムの他に、ヘッドホン再生用の係数、スピーカ再生用の係数及びその他の各種データを記憶している。ＣＰＵ８６は、このメモリ８７から係数を読み出して、制御データとしてＤＳＰ８９に送る。これにより、上述したように、ＤＳＰ８９は、頭部音響伝達関数付与処理又はクロストークキャンセル処理及び逆相信号生成処理の何れかを行うことになる。
【００７７】
また、ＣＰＵ８６は、ボリューム８５ａ及びボリューム８５ｂの設定状態を示す信号を受け取り、これらをゲインａ及びゲインｅを示す値に変換し、制御データとしてＤＳＰ８９に供給する。ＤＳＰ８９は、上記フィルタ係数及びゲインａ及びゲインｅを示す値に基づいて、上述したクロストークキャンセル処理及び逆相信号混合処理を行う。
【００７８】
また、このＣＰＵ８６に接続されているヘッドホン端子８４には、プラグ挿入の有無を検出する検出機構（図示しない）が備えられている。この検出機構としては、例えばプラグの挿入によりオンにされるマイクロスイッチ、プラグの挿入により遮光される光検出器等を用いることができる。この検出機構で検出されたプラグ挿入の有無を示す検出信号はＣＰＵ８６に送られる。ＣＰＵ８６は、この検出信号を調べることによりプラグが挿入されていることを判断した場合はヘッドホン再生用の係数をＤＳＰ８９に送り、プラグが挿入されていないことを判断した場合はスピーカ再生用の係数をＤＳＰ８９に送る。
【００７９】
なお、この実施の形態１では、プラグの挿入の有無により再生モード、つまりヘッドホン再生とスピーカ再生とを切り換えるように構成しているが、再生モードスイッチを設け、この再生モードスイッチにより再生モードを切り換えるように構成してもよい。更に、自動と手動とを切り換える切換スイッチを設け、この切換スイッチにより自動が選択された場合はプラグの挿入の有無により再生モードを切り換え、手動が選択された場合は再生モードスイッチにより再生モードを切り換えるように構成できる。この場合、切換スイッチとして、自動→スピーカ→ヘッドホン→自動→・・・と巡回するスイッチを用いることができる。この構成によれば、本ステレオ拡大システムのヘッドホン端子８４を用いることなく、後段に接続される増幅器のヘッドホン端子が使用される場合も本発明によるステレオ拡大効果が得られる。
【００８０】
Ａ／Ｄ変換器８８ａは、アナログ信号である右チャンネル入力信号Ｒｉｎ及び左チャンネル入力信号Ｌｉｎをデジタルデータに変換する。このデジタルデータは、ＤＳＰ８９に供給される。ＤＳＰ８９は、ＣＰＵ８６からの制御データに従って、上述したようなクロストークキャンセル処理及び逆相信号混合処理、又は頭部音響伝達関数付与処理を行う。そして、処理済みのデジタルデータをＤ／Ａ変換器８８ｂに送る。Ｄ／Ａ変換器８８ｂは受け取ったデジタルデータをアナログデータに変換し、右チャンネル出力信号Ｒｏｕｔ及び左チャンネル出力信号Ｌｏｕｔとして出力する。なお、図中には示されていないが、Ｄ／Ａ変換器８８ｂからの右チャンネル出力信号Ｒｏｕｔ及び左チャンネル出力信号Ｌｏｕｔは、ヘッドホン端子８４にプラグが接続されている場合は、このヘッドホン端子８４からヘッドホンに供給され、そうでない場合は、ライン出力端子８３からスピーカに供給される。
【００８１】
なお、本ステレオ拡大システムに入力される右チャンネル入力信号Ｒｉｎ及び左チャンネル入力信号Ｌｉｎはデジタル信号であってもよい。この場合は、Ａ／Ｄ変換器８８ａは不要である。また、本ステレオ拡大システムから出力される右チャンネル出力信号Ｒｏｕｔ及び左チャンネル出力信号Ｌｏｕｔはデジタル信号であってもよい。この場合は、Ｄ／Ａ変換器８８ｂは不要である。
【００８２】
図１５は、本発明のステレオ拡大装置が適用されたスピーカ内蔵型のシングルキーボードの例を示す。同様に、図１６は、本発明のステレオ拡大装置が適用された電子ピアノの例を示す。これらの装置の場合は、例えばリバーブやコーラスといったエフェクトを実現するためにＤＳＰを搭載している場合が多い。従って、このＤＳＰでエフェクトの処理とステレオ拡大処理とを行うように構成すれば、コストを増加させることなくステレオ拡大された楽音を得ることができる。なお、上記シングルキーボード及び電子ピアノにおけるスピーカは外付けすることもできる。
【００８３】
本発明のステレオ拡大装置は、上記以外に、音源モジュール、デジタルマルチエフェクタ、電子ピアノ、シンセサイザ、ゲーム機、テレビジョン、コンピュータ用のサウンドボード、ＤＳＰ内蔵スピーカ、ミキサー等といったＤＳＰを搭載したオーディオ関連機器に、簡単且つ低コストで適用することができる。
【００８４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２は音場拡大装置に関する。この音場拡大装置の主な機能は、ＤＳＰによるソフトウェア処理により実現されている。より具体的には、図１８に示されている残響音生成手段１００、第１のミキシング手段１０１、ステレオ拡大手段１０２及び第２のミキシング手段１０３はＤＳＰによるソフトウェア処理で実現されている。
【００８５】
先ず、本実施の形態２の音場拡大装置の全体的な構成を、図１８に示したブロック図を参照しながら説明する。この音場拡大装置には、ステレオ入力信号が入力される。そして、これらの信号に対して所定の処理が行われた後に、ステレオ出力信号として出力される。
【００８６】
図１８において、第１のミキシング手段１０１は、増幅器１１０及び１１１並びに加算器１１２及び１１３により構成されている。増幅器１１０は右ステレオ入力信号Ｒｉｎをゲインαで増幅する。この増幅器１１０からの出力信号は加算器１１２に供給される。加算器１１２は、増幅器１１０からの出力信号と残響音生成手段１００からの残響音が付与された信号とを加算する。この加算器１１２からの出力信号は、右チャンネル用の信号として、ステレオ拡大手段１０２に供給される。
【００８７】
同様に、増幅器１１１は左ステレオ入力信号Ｌｉｎをゲインαで増幅する。この増幅器１１１からの出力信号は加算器１１３に供給される。加算器１１３は、増幅器１１１からの出力信号と残響音生成手段１００からの残響音が付与された信号とを加算する。この加算器１１３からの出力信号は、左チャンネル用の信号として、ステレオ拡大手段１０２に供給される。
【００８８】
第２のミキシング手段１０３は、増幅器１１４及び１１５並びに加算器１１６及び１１７により構成されている。増幅器１１４は右ステレオ入力信号Ｒｉｎをゲイン（１−α）で増幅する。この増幅器１１４からの出力信号は加算器１１６に供給される。加算器１１６は、増幅器１１４からの出力信号とステレオ拡大手段１０２からのステレオ拡大された信号とを加算する。この加算器１１６からの出力信号は、右チャンネル出力信号Ｒｏｕｔとして、外部に出力される。
【００８９】
同様に、増幅器１１５は左ステレオ入力信号Ｌｉｎをゲイン（１−α）で増幅する。この増幅器１１５からの出力信号は加算器１１７に供給される。加算器１１７は、増幅器１１５からの出力信号とステレオ拡大手段１０２からのステレオ拡大された信号とを加算する。この加算器１１７からの出力信号は、左チャンネル出力信号Ｌｏｕｔとして、外部に出力される。
【００９０】
上記の構成において、外部からのステレオ入力信号と残響音生成手段１００からの残響音が付与された信号との各増幅率とが、αの値により連動して変化する。ここで、αは直接音に対するステレオ拡大の深さを制御するために使用される係数である。このαは、「０〜１」の範囲の値をとることができる。αがゼロのときは、ステレオ拡大処理とは無関係に、ステレオ入力信号がそのままステレオ出力信号として外部に出力される。一方、αが「１」のときは、ステレオ入力信号にステレオ拡大処理が行われ信号のみがステレオ出力信号として外部に出力される。更に、αを適当な値にすることで、パンニングのみの貧弱な音場と、ステレオ拡大によって横方向まで拡がった音場の中間的な音場が形成され、アコースティックピアノによって形成される音場に近い音場を形成することができる。また、ステレオ入力信号に対してのみならず残響音生成手段１００の出力に対してもステレオ拡大処理が行われるので、横方向まで拡がった残響音が得られる。
【００９１】
次に、残響音生成手段１００の構成の一例について、図１９のブロック図を参照しながら説明する。この残響音生成手段１００は、ステレオリバーブ音を生成するように構成されている。但し、この残響音生成手段１００からの出力信号Ｒｏｕｔｒｅｖ及びＬｏｕｔｒｅｖには、直接音に対応する信号（右ステレオ入力信号Ｒｉｎ及び左ステレオ入力信号Ｌｉｎに対応する信号）は含まれない。
【００９２】
残響音生成手段１００は、初期遅延手段１２０及び１３０、初期反射生成手段１２１及び１３１、後部残響生成手段１２２及び１３２並びに増幅器１２３及び１３３により構成されている。
【００９３】
初期遅延手段１２０は、右ステレオ入力信号Ｒｉｎを遅延させて出力する。この初期遅延手段１２０で遅延された信号の１つ（これを「第１右遅延信号」という）は初期反射生成手段１２１に供給され、他の１つ（これを「第２右遅延信号」という）は増幅器１２３に供給される。第１右遅延信号の遅延量は、右初期反射音の遅延時間に相当する。ここで「右初期反射音」とは、音源（例えばピアノ）から発生された音が例えば壁、天井、家具等で最初に反射されて受聴者の右耳に到達する音をいう。第２右遅延信号は、上記第１右遅延信号遅延量と異なる遅延量を有する。増幅器１２３は、第２右遅延信号をゲインβで増幅して後述する初期反射生成手段１３１に供給する。
【００９４】
初期反射生成手段１２１は、上記初期遅延手段１２０からの第１右遅延信号及び後述する増幅器１３３からの出力信号に基づき右初期反射音に対応する信号を生成する。この初期反射生成手段１２１からの出力信号は後部残響生成手段１２２に供給される。後部残響生成手段１２２は、右後部残響音に対応する信号を生成する。ここで右後部残響音とは、上述した右初期反射音と、この右初期反射音が更に例えば壁、天井、家具等で反射されて受聴者の右耳に到達する右後部反射音とが混合された音をいう。この後部残響成手段１２２からの右後部残響音に対応する信号が、右チャンネルの残響音信号Ｒｏｕｔｒｅｖとして、外部に出力される。
【００９５】
同様に、初期遅延手段１３０は、左ステレオ入力信号Ｌｉｎを遅延させて出力する。この初期遅延手段１３０で遅延された信号の１つ（これを「第１左遅延信号」という）は初期反射生成手段１３１に供給され、他の１つ（これを「第２左遅延信号」という）は増幅器１３３に供給される。第１左遅延信号の遅延量は、左初期反射音の遅延時間に相当する。ここで「左初期反射音」とは、音源（例えばピアノ）から発生された音が例えば壁、天井、家具等で最初に反射されて受聴者の左耳に到達する音をいう。第２左遅延信号は、上記第１左遅延信号遅延量と異なる遅延量を有する。増幅器１２３は、第２左遅延信号をゲインβで増幅して上述した初期反射生成手段１２１に供給する。
【００９６】
初期反射生成手段１３１は、上記初期遅延手段１３０からの第１左遅延信号及び上述した増幅器１２３からの出力信号に基づき左初期反射音に対応する信号を生成する。この初期反射生成手段１３１からの出力信号は後部残響生成手段１３２に供給される。後部残響生成手段１３２は、左後部残響音に対応する信号を生成する。ここで左後部残響音とは、上述した左初期反射音と、この左初期反射音が更に例えば壁、天井、家具等で反射されて受聴者の左耳に到達する左後部反射音とが混合された音をいう。この後部残響生成手段１３２からの左後部残響音に対応する信号が、左チャンネルの残響音信号Ｌｏｕｔｒｅｖとして、外部に出力される。
【００９７】
この残響音生成手段１００によれば、右チャンネルの残響音信号Ｒｏｕｔｒｅｖには右ステレオ入力信号Ｒｉｎのみならず左ステレオ入力信号Ｌｉｎが含まれており、また、左チャンネルの残響音信号Ｌｏｕｔｒｅｖには左ステレオ入力信号Ｌｉｎのみならず右ステレオ入力信号Ｒｉｎが含まれているので、より広がり感を有する残響音を生成できる。また、広がり感の程度は、ゲインβによって調整できる。
【００９８】
また、この残響音生成手段１００においては、例えばルーム、ステージ、ホール等といったリバーブの種類を切り換えることができるようになっている。リバーブの種類は、残響レベル、残響時間等によって決定される。これら残響レベル、残響時間等の変更は、残響音生成手段１００の係数を入れ替えることにより実現されている。
【００９９】
次に、ステレオ拡大手段１０２としては、上述した実施の形態１のステレオ拡大装置をそのまま用いることができる。このステレオ拡大手段１０２の構成を図２０に再掲する。このステレオ拡大手段１０２を簡単に説明する。このステレオ拡大手段１０２は、信号処理手段３、逆相信号生成手段４、ミキシング手段５及び音質補正手段６で構成されている。なお、図２０では、実施の形態１で使用した符号と同一の符号が付してある。
【０１００】
このステレオ拡大手段１０２には、第１のミキシング手段１０１からの出力信号が入力される。信号処理手段３は、スピーカ再生の場合とヘッドホン再生の場合とで、係数が入れ替えられて用いられる。ゲインｅは「０〜１」の範囲の値であり、スピーカ再生の場合にステレオ拡大効果の深さを調整する役割をする。ヘッドホン再生の場合はゲインｅは「０」にする。スピーカ再生の場合、ゲインｅの値を大きくするとステレオ拡大効果は増すが、同時に低域音の減衰が目立つようになる。これを防ぐために、ゲインｅの値と連動して音質補正がかかるように、フィルタ６１及び７１が含まれた音質補正手段６が設けられている。信号処理手段３の詳細は、実施の形態１で図２を参照して説明したとおりであり、ヘッドホン再生とスピーカ再生との切り換えは係数Ａ〜Ｌ及びｎの入れ替えによって行われる。
【０１０１】
なお、ステレオ拡大手段１０２で、ヘッドホン再生とスピーカ再生とを係数変更によって切り換えるとき、残響音生成手段１００の係数も、ヘッドホン用とスピーカ用とで切り換えれば、聴きやすい音質の楽音を得ることができる。
【０１０２】
次に、この音場拡大装置を利用した音場拡大システムの例について説明する。この音場拡大システムは、実施の形態１の図１４に示したと同様に構成できる。但し、操作パネル８１には、ライン入力端子８２、ライン出力端子８３、ヘッドホン端子８４並びにボリューム８５ａ及び８５ｂの他に、直接音に残響音を混合する割合を制御する、つまりゲインαを決定するための図示しないボリューム、及び残響音の広がり感を制御する、つまりゲインβを決定するための図示しないボリュームが設けられている。音場拡大システムは、右チャンネル入力信号Ｒｉｎ及び左チャンネル入力信号Ｌｉｎをライン入力端子８２から入力し、これに所定の処理を加えた後に、右チャンネル出力信号Ｒｏｕｔ及び左チャンネル出力信号Ｌｏｕｔをライン出力端子８３から出力する。
【０１０３】
この音場拡大システムの電気回路は、実施の形態１の図１３に示したと同様に構成できる。ＣＰＵ８６は、実施の形態１における処理に加え、直接音に残響音を混合する割合を制御するためのボリューム、及び残響音の広がり感を制御するためのボリュームの設定状態に応じて、ゲインα及びβを決定するための係数をＤＳＰ８９に供給する処理を行う。これにより、ＤＳＰ８９は、音場拡大装置としての機能を発揮するように動作する。
【０１０４】
なお、この実施の形態２においても、右チャンネル入力信号Ｒｉｎ及び左チャンネル入力信号Ｌｉｎはデジタル信号であってもよい。この場合は、Ａ／Ｄ変換器８８ａは不要である。同様に、右チャンネル出力信号Ｒｏｕｔ及び左チャンネル出力信号Ｌｏｕｔはデジタル信号であってもよい。この場合は、Ｄ／Ａ変換器８８ｂは不要である。
【０１０５】
図２１は、本発明の音場拡大装置が適用されたスピーカ内蔵型のシングルキーボードの例を示す。この例では、音場拡大スイッチ、バーブ選択スイッチ、スライドボリューム、ヘッドホン端子を備えている。
【０１０６】
音場拡大スイッチは、音場拡大効果を発揮させるかどうかを指定する。常に音場拡大効果を発揮させるようにすればこの音場拡大スイッチは省略できる。リバーブ選択スイッチはバーブの種類を指定するために使用される。このリバーブ選択スイッチは、押す度に例えばオフ→ルーム→ステージ→ホール→オフ・・・と変化し、複数種類のリバーブの中から所望のリバーブを選択できるようになっている。常に１種類のリバーブがかかるように構成すればこのリバーブ選択スイッチは省略できる。
【０１０７】
スライドボリュームは、直接音に対するステレオ拡大量を与えるために使用される。このスライドボリュームの設定位置に応じて、係数ａ、ｅ、α及びβが決定される。なお、直接音に対するステレオ拡大量を固定にすればこのスライドボリュームは省略できる。また、上記各係数を各別に設定できるように複数のスライドボリュームを設けてもよい。スライドボリュームの代わりに回転式のボリュームを用いてもよい。
【０１０８】
また、ヘッドホン端子は、上述した実施の形態１の場合と同様に、ヘッドホンのプラグの挿入の有無を識別可能になっている。なお、ヘッドホン端子としては、通常のヘッドホン端子を用いることもできる。この場合、再生モードスイッチを設け、この再生モードスイッチにより再生モードを切り換えるように構成できる。更に、自動と手動とを切り換えるスイッチを設け、この切換スイッチにより自動が選択された場合はプラグの挿入の有無により再生モードを切り換え、手動が選択された場合は再生モードスイッチにより再生モードを切り換えるように構成してもよい。この場合、切換スイッチとして、自動→スピーカ→ヘッドホン→自動→・・・と巡回するスイッチを用いることができる。
【０１０９】
本発明の音場拡大装置は、上述した単体、シングルキーボード以外に、音源モジュール、デジタルマルチエフェクタ、電子ピアノ、シンセサイザ、ゲーム機、テレビジョン、コンピュータ用のサウンドボード、ＤＳＰ内蔵スピーカ、ミキサー等といったＤＳＰを搭載したオーディオ関連機器に、簡単且つ低コストで適用することができる。
【０１１０】
以上説明したように、この実施の形態２に係る音場拡大装置によれば、ステレオリバーブと、ステレオ拡大処理を、適当に組み合わせることにより、実際の音場に近い、音に包み込まれるような音場感を出すことができる。また、スピーカ再生の場合でも、ヘッドホン再生の場合でも、音場拡大ができるので、再生系によって効果がなくなるといった不都合が解消される。
【０１１１】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３は音場拡大装置に関する。この音場拡大装置は、図２２に示すように、残響音生成手段２００、第１のミキシング手段２０１、頭部音響伝達関数付与手段２０２、第２のミキシング手段２０３、スピーカ再生用ステレオ拡大手段２０４，第３のミキシング手段２０５、第４のミキシング手段２０６及び係数出力手段２０７で構成されている。
【０１１２】
この音場拡大装置は、実施の形態１のステレオ拡大装置で使用した図１３に示す構成と同様のハードウェア構成により実現されている。具体的には、係数出力手段２０７は、ヘッドホン端子８４、ＣＰＵ８６及びメモリ８７で構成されている。また、残響音生成手段２００、第１のミキシング手段２０１、頭部音響伝達関数付与手段２０２、第２のミキシング手段２０３、スピーカ再生用ステレオ拡大手段２０４，第３のミキシング手段２０５及び第４のミキシング手段２０６はＤＳＰ８９によるソフトウェア処理で実現されている。なお、これら各手段はハードウェアで構成してもよい。
【０１１３】
先ず、本実施の形態３の音場拡大装置の全体的な構成を、図２３に示したブロック図を参照しながら説明する。この音場拡大装置には、ステレオ入力信号が入力される。そして、これらの信号に対して所定の処理が行われた後に、ステレオ出力信号として出力される。なお、図２３では、図面の煩雑さを回避するために、信号線は１本の線で示されているが、実際は、例えば図１８に示すように、右チャンネル用と左チャンネル用との２本の信号線で構成されている。
【０１１４】
図２３において、残響音生成手段２００としては、実施の形態２で説明した残響音生成手段１００と同じものが用いられる。この残響音生成手段２００からの出力信号は第１のミキシング手段２０１に供給される。
【０１１５】
第１のミキシング手段２０１は、増幅器２１０及び加算器２１１により構成されている。増幅器２１０はステレオ入力信号Ｒｉｎ及びＬｉｎをゲインγで増幅する。この増幅器２１０からの出力信号は加算器２１１に供給される。加算器２１１は、増幅器２１０からの出力信号と残響音生成手段２００からの残響音が付与された信号とを加算する。この加算器２１１の出力信号は、頭部音響伝達関数付与手段及び第２のミキシング手段２０３に供給される。
【０１１６】
頭部音響伝達関数付与手段２０２の概略的な構成を図２４に示す。頭部音響伝達関数付与手段２０２は、複数の頭部音響伝達関数付与部セット２２０、２３０及び２４０で構成されている。なお、本実施の形態３では、３個の頭部音響伝達関数付与部セットを有する構成であるが、少なくとも１個の頭部音響伝達関数付与部セットを有すれば十分である。
【０１１７】
頭部音響伝達関数付与部セット２２０は、３００度方向頭部音響伝達関数付与部２２１、６０度方向頭部音響伝達関数付与部２２２、加算器２２３及び加算器２２４で構成されている。ここで、方向は頭部音響伝達関数を測定したときの音源の方向である。方向は、正面を０度、左を９０度、後ろを１８０度、右を２７０度としている。従って、３００度方向頭部音響伝達関数付与部２２１は、正面に音源がある場合の頭部音響伝達関数を入力信号に付与する。同様に、６０度方向頭部音響伝達関数付与部２２２は、正面から左方向６０度に音源がある場合の頭部音響伝達関数を入力信号に付与する。
【０１１８】
従って、各頭部音響伝達関数付与部では、ヘッドホン受聴時に、入力信号に基づく音像が該頭部音響伝達関数に応じた方向に定位するように処理されることになる。例えば、６０度方向頭部音響伝達関数付与部２２２に入力される入力信号Ｌｉｎ０は、ヘッドホン受聴時に、６０度方向に音像を定位させるステレオ信号に変換される。この実施の形態３では、入力信号Ｒｉｎ０は３００度、２７０度、２４０度に音像を定位させる信号に変換され、入力信号Ｌｉｎ０は６０度、９０度、１２０度に音像を定位させる信号に変換される。
【０１１９】
次に、頭部音響伝達関数付与部セット２２０の詳細な構成を図２５に示す。これは、６０度方向と３００度方向の頭部音響伝達関数を用いた部分で、入力信号Ｒｉｎ０に基づく音像を３００度方向に定位させ、入力信号Ｌｉｎ０に基づく音像を６０度方向へ定位させるように機能する。なお、他の頭部音響伝達関数付与部セット２３０及び２４０は、音像を定位させる方向が異なることを除けば、構成は上記頭部音響伝達関数付与部セット２２０と同じである。
【０１２０】
このような構成によって、ヘッドホン受聴時に、所望の方向に音像が定位する理由は、実施の形態１において図３〜図６を参照しながら既に説明した。この場合、上記図６の構成は、図７に示した構成のみならず、図２６に示すように変形することもできる。この図２６に示した構成における入出力の関係は、図６に示した構成のそれと全く等価である。ここで、ここで、Ｈｓはフィルタで構成することができる。また、Ｈｍ／Ｈｓはフィルタで構成できる。但し、図６に示した構成では遅延量がマイナスになり、現実には実現不可能である。そこで、逆チャンネルへ供給される信号を遅延させ、相対的に進んだように構成する。従って、頭部音響伝達関数を付与するための構成は、図２７のように表すことができる。
【０１２１】
この図２７に示した構成により、２方向の頭部音響伝達関数を付与することができ、頭部音響伝達関数の方向が左右方向のペアを用いることで、ヘッドホン受聴で、ステレオ拡大された音場が得られる。この図２７のフィルタを１次のフィルタで構成したものが、図２５に示した頭部音響伝達関数付与部の構成の詳細である。なお、図２５ではフィルタとして１次のフィルタを用いているが、フィルタの次数は２次以上であってもよい。この頭部音響伝達関数付与手段２０２からの出力信号Ｒｏｕｔ１０、Ｌｏｕｔ１０、Ｒｏｕｔ２０、Ｌｏｕｔ２０、Ｒｏｕｔ３０及びＬｏｕｔ３０は第２のミキシング手段２０３に供給される。なお、信号名Ｒｏｕｔ＊（＊は任意の値）は信号名Ｒｉｎ＊に対応しており、信号名ｌｏｕｔ＊は信号名ｌｉｎ＊に対応している。以下においても同じである。
【０１２２】
次に、第２のミキシング手段２０３について図２８を参照しながら説明する。この第２のミキシング手段２０３は、増幅器２５０〜２５７並びに加算器２５８及び２５９により構成されている。増幅器２５０は、第１のミキシング手段２０１からの信号Ｒｉｎ０をゲインｉ１で増幅して加算器２５８に供給する。増幅器２５１は、第１のミキシング手段２０１からの信号Ｌｉｎ０をゲインｉ１で増幅して加算器２５９に供給する。
【０１２３】
増幅器２５２は、頭部音響伝達関数付与手段２０２からの信号Ｒｉｎ１０をゲインｊ１で増幅して加算器２５８に供給する。増幅器２５３は、頭部音響伝達関数付与手段２０２からの信号Ｌｉｎ１０をゲインｊ１で増幅して加算器２５９に供給する。増幅器２５４は、頭部音響伝達関数付与手段２０２からの信号Ｒｉｎ２０をゲインｋ１で増幅して加算器２５８に供給する。増幅器２５５は、頭部音響伝達関数付与手段２０２からの信号Ｌｉｎ２０をゲインｋ１で増幅して加算器２５９に供給する。増幅器２５６は、頭部音響伝達関数付与手段２０２からの信号Ｒｉｎ２０をゲインｌ１で増幅して加算器２５８に供給する。増幅器２５７は、頭部音響伝達関数付与手段２０２からの信号Ｌｉｎ３０をゲインｌ１で増幅して加算器２５９に供給する。
【０１２４】
加算器２５８は、増幅器２５０、２５２、２５４及び２５６からの各信号を加算し、出力信号Ｒｏｕｔ４として出力する。加算器２５９は、増幅器２５１、２５３、２５５及び２５７からの各信号を加算し、出力信号Ｒｏｕｔ４として出力する。上記ゲインｉ１〜ｌ１は、ヘッドホン再生時と、スピーカ再生時で異なる値となる。このゲインｉ１〜ｌ１の詳細は後述する。
【０１２５】
次に、スピーカ再生用ステレオ拡大手段２０４について説明する。このスピーカ再生用ステレオ拡大手段２０４は、実施の形態２で使用したステレオ拡大手段（図２０参照）をそのまま用いることができる。但し、このスピーカ再生用ステレオ拡大手段２０４は、スピーカ再生時にのみ使用され、ヘッドホン再生時は使用されない。従って、図２０に示した信号処理手段３はクロストークキャンセル処理を行うように係数がセットされ、逆相信号生成手段は常にアクティブになるように係数がセットされる。なお、ヘッドホン再生時は、このスピーカ再生用ステレオ拡大手段２０４はゼロを出力するように係数がセットされる。
【０１２６】
第２のミキシング手段２０３からの信号Ｒｉｎ４０及びＬｉｎ４０は、このスピーカ再生用ステレオ拡大手段２０４で、スピーカ再生用のステレオ拡大処理されて、信号Ｒｏｏｕｔ５０及びＬｏｕｔ５０として出力される。
【０１２７】
次に、第３のミキシング手段２０５について図２９を参照しながら説明する。この第３のミキシング手段２０５は、増幅器２６０〜２６３並びに加算器２６４及び２６５により構成されている。増幅器２６０は、第２のミキシング手段２０３からの信号Ｒｉｎ４０をゲインｍ１で増幅して加算器２６４に供給する。増幅器２６１は、第２のミキシング手段２０３からの信号Ｌｉｎ４０をゲインｍ１で増幅して加算器２６５に供給する。増幅器２６２は、スピーカ再生用ステレオ拡大手段２０４からの信号Ｒｉｎ５０をゲインｎ１で増幅して加算器２６４に供給する。増幅器２６３は、スピーカ再生用ステレオ拡大手段２０４からの信号Ｌｉｎ５０をゲインｎ１で増幅して加算器２６５に供給する。
【０１２８】
加算器２６４は、増幅器２６０及び２６２からの各信号を加算し、出力信号Ｒｏｕｔ６０として出力する。加算器２６５は、増幅器２６１及び２６３からの各信号を加算し、出力信号Ｒｏｕｔ６０として出力する。上記ゲインｍ１及びｎ１は、ヘッドホン再生時と、スピーカ再生時で異なる値となる。このゲインｍ１及びｎ１の詳細は後述する。
【０１２９】
次に、係数出力手段２０７について説明する。係数出力手段２０７は、上述したように、ヘッドホン端子８４、ＣＰＵ８６及びメモリ８７で構成されている。そして、スピーカ再生を行うかヘッドホン再生を行うかは、ＤＳＰ８９への係数転送によって決定される。即ち、ヘッドホン端子８４に、ヘッドホンのプラグが挿入されているかどうかに応じてヘッドホン用係数又はスピーカ用係数がＤＳＰ８９へ転送される。なお、スピーカ再生を行うかヘッドホン再生を行うかは、ヘッドホン端子ではなく、スイッチにより決定するように構成できることは上述したとおりである。
【０１３０】
図３０は、係数出力手段２０７の具体的動作を説明するための図である。係数出力手段２０７は、係数βを残響音生成手段２００へ、係数ｉ１、ｊ１、ｋ１及びｌ１を第２のミキシング手段２０３へ、係数ｍ１及びｎ１を第３のミキシング手段２０５へそれぞれ転送する。
【０１３１】
係数βは、一方のチャンネルのリバーブ音に混合される他方のチャンネルのリバーブ音の割合を決定するために使用される。スピーカ再生時に用いられる係数βをそのままヘッドホン再生時に用いると、一方のチャンネルのリバーブ音に対する他方のチャンネルのリバーブ音の割合が大きくなりすぎるので、音質の劣化が生じ、音が汚くなる。逆に、ヘッドホン再生時に用いられる係数βをそのままスピーカ再生時に用いると、拡がり感が弱くなる。従って、係数出力手段２０７は、ヘッドホン再生時とスピーカ再生時で異なる値の係数βを残響音生成手段２００に転送するように構成されている。
【０１３２】
係数ｉ１、ｊ１、ｋ１及びｌ１は、第１のミキシング手段２０１からの出力信号、この出力信号に対して６０−３００度方向の頭部音響伝達関数を付与した信号、９０〜２７０度方向の頭部音響伝達関数を付与した信号及び１２０〜２４０度方向の頭部音響伝達関数を付与した信号の各ミキシング量を制御するために使用される。
【０１３３】
ヘッドホン再生時は、頭部音響伝達関数が付与されていない信号は、頭外感を薄れさせるように作用する。従って、この場合は、頭部音響伝達関数が付与された信号のみをステレオ出力信号としたほうが好ましい。一方、スピーカ再生時は、頭部音響伝達関数を付与しなくても、次段のスピーカ再生用ステレオ拡大手段２０４によって、ある程度、音に包み込まれるような音場感が得られる。しかしながら、ステレオ出力信号に頭部音響伝達関数が付与された信号を若干混ぜると、横方向の反射が明瞭になる。
【０１３４】
そこで、係数出力手段２０７は、ヘッドホン再生時は、頭部音響伝達関数が付与された信号のみを出力するように設定された係数ｉ１、ｊ１、ｋ１及びｌ１を第２のミキシング手段２０３に転送する。一方、スピーカ再生時は、頭部音響伝達関数が付与されていない信号に頭部音響伝達関数が付与された信号が少し混ざるように設定された係数ｉ１、ｊ１、ｋ１及びｌ１を第２のミキシング手段２０３に転送する。
【０１３５】
係数ｍ１、ｎ１は、スピーカ再生用ステレオ拡大処理を行うかどうかを選択するためのスイッチとして使用される。即ち、係数出力手段２０７は、スピーカ再生時は、スピーカ再生用ステレオ拡大手段２０４からの信号を選択し、ヘッドホン再生時は、スピーカ再生用ステレオ拡大処理されてない第２のミキシング手段２０３からの信号を選択するように、係数ｍ１及びｎ１を第３のミキシング手段２０５に転送する。
【０１３６】
ヘッドホン再生時と、スピーカ再生時の各係数β、ｉ１、ｊ１、ｋ１及びｌ１の一例を図３１に示す。この例は、一方向の頭部音響伝達関数に対する例であるが、方向別に各係数β、ｉ１、ｊ１、ｋ１及びｌ１を設けてもよい。
【０１３７】
次に、第４のミキシング手段２０６について図２３を参照しながら説明する。第４のミキシング手段２０６は、増幅器２１２及び加算器２１３により構成されている。増幅器２１２はステレオ入力信号Ｒｉｎ及びＬｉｎをゲイン（１−γ）で増幅する。この増幅器２１２からの出力信号は加算器２１３に供給される。加算器２１３は、増幅器２１２からの出力信号と第３のミキシング手段２０５からの出力信号とを加算する。この加算器２１１の出力信号は、ステレオ出力信号Ｒｏｕｔ及びＬｏｕｔとして外部に出力される。
【０１３８】
図２３からも明らかなように、第１のミキシング手段２０１と第４のミキシング手段２０６とは連動して動作する。即ち、外部からのステレオ入力信号と残響音生成手段２００からの残響音が付与された信号との各増幅率とが、γの値により連動して変化する。ここで、γは直接音に対するステレオ拡大の深さを制御するために使用される係数である。このγは、「０〜１」の範囲の値をとることができる。γがゼロのときは、ステレオ拡大処理とは無関係に、ステレオ入力信号がそのままステレオ出力信号として外部に出力される。一方、γが「１」のときは、ステレオ入力信号にステレオ拡大処理が行われた信号のみがステレオ出力信号として外部に出力される。更に、γを適当な値にすることで、パンニングのみの貧弱な音場と、ステレオ拡大によって横方向まで拡がった音場の中間的な音場が形成され、アコースティックピアノによって形成される音場に近い音場を形成することができる。また、ステレオ入力信号に対してのみならず残響音生成手段２００の出力に対してもステレオ拡大処理が行われるので、横方向まで拡がった残響音が得られる。
【０１３９】
次に、第２のミキシング手段２０３の他の構成例について図３２を参照しながら説明する。この第２のミキシング手段２０３は、音像移動感のある残響を得るための構成である。この第２のミキシング手段２０３は、図２８に示した構成において、各増幅器２５０〜２５７の前段に遅延器２７０〜２７７が追加されて構成されている。遅延器２７０及び２７１の遅延量Ｐ、遅延器２７２及び２７３の遅延量Ｑ、遅延器２７４及び２７５の遅延量Ｒ、遅延器２７６及び２７７の遅延量Ｓは、それぞれ異なるように設定する。
【０１４０】
この構成において、例えば、遅延量Ｐをゼロ、遅延量Ｑを１０ｍｓ、遅延量Ｒを２５ｍｓ、遅延量Ｓを３３ｍｓというように設定すれば、残響音が、斜め前、真横、斜め後ろの順に移動するように聴こえ、特殊な残響音が得られる。この場合、第１のミキシング手段２０１で、直接音が混入されていれば、その直接音も移動する。このように、かかる構成の第２のミキシング手段２０３を用いれば、残響音を移動させることができる。
【０１４１】
次に、この音場拡大装置を利用した音場拡大システムの例について説明する。この音場拡大システムは、実施の形態１の図１４に示したと同様に構成できる。但し、操作パネル８１には、ライン入力端子８２、ライン出力端子８３、ヘッドホン端子８４並びにボリューム８５ａ及び８５ｂの他に、直接音に残響音を混合する割合を制御する、つまりゲインγを決定するための図示しないボリューム、及び残響音の広がり感を制御する、つまりゲインβを決定するための図示しないボリュームが設けられている。音場拡大システムは、右チャンネル入力信号Ｒｉｎ及び左チャンネル入力信号Ｌｉｎをライン入力端子８２から入力し、これに所定の処理を加えた後に、ライン出力端子８３から右チャンネル出力信号Ｒｏｕｔ及び左チャンネル出力信号Ｌｏｕｔとして出力する。
【０１４２】
この音場拡大システムの電気回路は、実施の形態１の図１３に示したと同様に構成できる。ＣＰＵ８６は、実施の形態１における処理に加え、直接音に残響音を混合する割合を制御するためのボリューム、及び残響音の広がり感を制御するためのボリュームの設定状態に応じて、ゲインγ及びβを決定ための係数をＤＳＰ８９に供給する処理を行う。これにより、ＤＳＰ８９は、音場拡大装置としての機能を発揮するように動作する。
【０１４３】
この実施の形態３の音場拡大装置は、上述した実施の形態２の場合と同様の種々の変形が可能である。また、上述した実施の形態２で示したと同様の種々の装置に適用できる。
【０１４４】
以上説明したように、この実施の形態３に係る音場拡大装置によれば、２チャンネルのスピーカ再生で、クロストークキャンセルによって拡大した音場と、頭部音響伝達関数とクロストークキャンセルとの連結によって拡大した音場が、適度な割合でミキシングされることによって、横方向にはっきりと残響を感じさせるように音場を拡大できる。また、ヘッドホン再生でも同様の効果を得ることができる。更に、また、直接音に対して、横方向に行き過ぎないようにミキシングすることで、より現実に近い音場感が得られる。
【０１４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のステレオ拡大装置によれば、簡単な構成であるにも拘わらずスピーカ再生及びヘッドホン再生を切り換えることが可能であり、且つ何れの場合もステレオ音場を拡大することのできるステレオ拡大装置を提供できる。
【０１４６】
また、本発明の音場拡大装置によれば、２チャンネルのスピーカ再生であるとヘッドホン再生であるとに拘わらず、残響音は横方向から聴こえ、直接音は横方向に広がり過ぎないように調整できる音場拡大装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の態様に係るステレオ拡大装置を原理的に示す図である。
【図２】図１における信号処理手段の構成を示す図である。
【図３】本発明で使用される頭部音響伝達関数を説明するための図である。
【図４】本発明で使用される真横方向の頭部音響伝達関数を説明するための図である。
【図５】本発明で使用される頭部音響伝達関数をモノラル入力信号に付与する構成を説明するための図である。
【図６】本発明で使用される頭部音響伝達関数をステレオ入力信号に付与する構成を説明するための図である。
【図７】図６の構成を変形して示した図である。
【図８】本発明の実施の形態１で使用される頭部音響伝達関数付与のための概略的な構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１で使用される頭部音響伝達関数付与のための詳細な構成を示す図である。
【図１０】図１における逆相信号生成手段の構成を示す図である。
【図１１】図１におけるミキシング手段の構成を示す図である。
【図１２】図１における音質補正手段の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１のステレオ拡大装置を用いたステレオ拡大システムの構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態１のステレオ拡大装置を用いたステレオ拡大システムの外観斜視図である。
【図１５】本発明の実施の形態１のステレオ拡大装置が適用されたシングルキーボードの斜視図である。
【図１６】本発明の実施の形態１のステレオ拡大装置が適用された電子ピアノの斜視図である。
【図１７】本発明の第２の態様に係る音場拡大装置を原理的に示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態２の音場拡大装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】図１７における残響音生成手段の構成を示すブロック図である。
【図２０】図１７におけるステレオ拡大手段の構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明の実施の形態２の音場拡大装置が適用されたシングルキーボードの斜視図である。
【図２２】本発明の第３の態様に係る音場拡大装置を原理的に示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態３の音場拡大装置の構成を示すブロック図である。
【図２４】図２２における頭部音響伝達関数付与手段の構成を示す図である。
【図２５】図２２における頭部音響伝達関数付与手段の一部を詳細に示す図である。
【図２６】本発明で使用される頭部音響伝達関数をステレオ入力信号に付与する構成を説明するための図である。
【図２７】本発明の実施の形態３で使用される頭部音響伝達関数付与のための概略的な構成を示す図である。
【図２８】図２２における第２のミキシング手段の構成を示す図である。
【図２９】図２２における第３のミキシング手段の構成を示す図である。
【図３０】図２２における係数手段手段を説明するための図である。
【図３１】図２２における係数手段手段で使用される係数の具体例を示す図である。
【図３２】図２２における第２のミキシング手段の他の構成を示す図である。
【符号の説明】
１      選択手段
２      係数出力手段
３      信号処理手段
４      逆相信号生成手段
５      ミキシング手段
６      音質補正手段
１００      残響音生成手段
１０１      第１のミキシング手段
１０２      スピーカ拡大手段
１０３      第２のミキシング手段
２００      残響音生成手段
２０１      第１のミキシング手段
２０２      頭部音響伝達関数付与手段
２０３      第２のミキシング手段
２０４      スピーカ再生王ステレオ拡大手段
２０５      第３のミキシング手段
２０６      第４のミキシング手段
２０７      係数出力手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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