(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノラルの音声信号を疑似ステレオ化する方法であって、
前記音声信号の周波数を、１／ｆゆらぎにより変化させ、
元の前記音声信号と周波数を変化させた音声信号とを互いに別のチャネルの音声信号として用いる、
ことを特徴とする疑似ステレオ化方法。
【請求項２】
モノラルの音声信号を疑似ステレオ化する装置であって、
前記モノラルの音声信号を周波数領域に変換するフーリエ変換手段と、
周波数領域に変換された音声信号の周波数を１／ｆゆらぎにより変化するようにシフトさせる周波数シフト手段と、
シフトされた音声信号を時間領域に変換する逆フーリエ変換手段と、
を有してなることを特徴とする疑似ステレオ化装置。
【請求項３】
アナログ信号であるモノラルの音声信号を疑似ステレオ化する装置であって、
前記モノラルの音声信号を所定のサンプリング周波数Ｆｓでサンプリングしてディジタル信号の音声データに変換するＡＤ変換手段と、
前記音声データを、前記サンプリング周波数Ｆｓを中心として１／ｆゆらぎにより変化するゆらぎ周波数Ｆｆによってアナログ信号である音声信号に変換する第１のＤＡ変換手段と、
前記音声データを、前記サンプリング周波数Ｆｓによってアナログ信号である音声信号に変換する第２のＤＡ変換手段と、
を有してなることを特徴とする疑似ステレオ化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、モノラルの音声信号を疑似ステレオ化する方法及び装置に関し、テレビジョン放送及びラジオ放送の受信機、ビデオテープ、オーディオテープ、及びコンパクトディスクなどを再生するオーディオ機器などに利用される。なお、本明細書において、音声信号とは、映像信号に対する語句であって、いわゆる音声のみならず音楽や自然音など全ての音の信号又はデータを含む概念で用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
近年のオーディオ・ビジュアルの世界において、テレビ画面の大型化、音声のステレオ化、サラウンドシステムの採用などによって、より豊かな臨場感と迫力を生み出すような工夫がなされている。しかしながら、オーディオソフト、ビジュアルソフト、その他の各種音源が必ずしもマルチチャネルで供給されるものではなく、現状ではむしろモノラルの音源であることの方が多い。そのため、モノラルの音源、つまりモノラルの音声信号の再生の音場に臨場感を与えるために、モノラルの音声信号の疑似ステレオ化が注目されている。
【０００３】
通常、疑似ステレオ化は、モノラルの音声信号から相関の小さい２つの音声信号を作成することにより行われる。そのための従来の方法として、位相制御による方法、櫛形フィルタを用いる方法などがある。
【０００４】
前者の方法では、元の音声信号に対して位相のずれた音声信号を作成し、それら互いに位相のずれた２つの音声信号を左右のスピーカーから再生する。また後者の方法では、モノラルの音声信号を通過周波数帯域の互いに異なる２つのフィルタを通過させ、周波数帯域によって分別された２つの音声信号を左右のスピーカーから再生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の方法では、左右の音声信号の相関を余り小さくすることができないため充分な拡がり感が得られず、また、逆位相感によって音が耳についたりするような不自然さがあるという問題がある。
【０００６】
後者の方法では、元の音声信号に対して周波数特性が大きく変化し、例えば同一の楽器が音程によって左右に別れて聞こえることとなり、音像の極端な移動が生じてしまって自然な再生音が得られないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、充分な拡がり感を得ることが可能であり、しかも自然な再生音を得ることのできる疑似ステレオ化方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る方法は、モノラルの音声信号を疑似ステレオ化する方法であって、前記音声信号の周波数を、１／ｆゆらぎにより変化させ、元の前記音声信号と周波数を変化させた音声信号とを互いに別のチャネルの音声信号として用いる方法である。
【０００９】
請求項２の発明に係る装置は、前記モノラルの音声信号を周波数領域に変換するフーリエ変換手段と、周波数領域に変換された音声信号の周波数を１／ｆゆらぎにより変化するようにシフトさせる周波数シフト手段と、シフトされた音声信号を時間領域に変換する逆フーリエ変換手段と、を有してなる。
【００１０】
請求項３の発明に係る装置は、アナログ信号であるモノラルの音声信号を疑似ステレオ化する装置であって、前記モノラルの音声信号を所定のサンプリング周波数Ｆｓでサンプリングしてディジタル信号の音声データに変換するＡＤ変換手段と、前記音声データを、前記サンプリング周波数Ｆｓを中心として１／ｆゆらぎにより変化するゆらぎ周波数Ｆｆによってアナログ信号である音声信号に変換する第１のＤＡ変換手段と、前記音声データを、前記サンプリング周波数Ｆｓによってアナログ信号である音声信号に変換する第２のＤＡ変換手段と、を有してなる。
【００１１】
【作用】
本発明の原理を図１に基づいて説明すると、モノラルの音声信号ＭＳを、周波数シフト手段Ａによって、周波数が１／ｆゆらぎにより変化するように変化させ、それを第１チャネルの音声信号Ｓ２Ｒとする。第２チャネルの音声信号Ｓ２Ｌは、元の音声信号ＭＳを用いる。その場合に、必要に応じて遅延手段Ｂによって周波数シフト手段Ａの処理による信号遅れと同じだけ音声信号Ｓ２Ｌを遅延させ、第１チャネルと第２チャネルの音声信号Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌが同時に再生されるように同期をとる。
【００１２】
第１チャネル及び第２チャネルの音声信号Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌを、例えば左右に配置したスピーカによって再生することにより、左右の再生音は互いに相関が小さいので、聴取者は拡がり感を得ることができる。周波数が１／ｆゆらぎにより変化し自然な拡がり感が得られる。
【００１３】
なお、１／ｆゆらぎによる変化とは、音の振幅、周波数などのエネルギーが大きいときには変動（ゆらぎ）の周波数が小さくなるように制御パラメータが変化することである。
【００１４】
【実施例】
図２は本発明の第１実施例に係る疑似ステレオ装置１のブロック図、図３は音声データＤａを区間ＳＣ毎に切り出す様子を示す図、図４は音声データＤｆのシフトの様子を示す図である。
【００１５】
図２において、疑似ステレオ装置１は、音声入力端子Ｔａ、ＡＤ変換部１１、切出し部１２、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）部１３、周波数シフト部１４、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）部１５、遅延部１６、ＤＡ変換部１７Ｒ，１７Ｌ、パワー増幅部１８Ｒ，１８Ｌ、及びスピーカＳＰＲ，ＳＰＬから構成されている。
【００１６】
ＡＤ変換部１１は、音声入力端子Ｔａに入力されたアナログ信号であるモノラルの音声信号Ｓ１を、サンプリングクロックＣＬＫ１に合わせてデジタル信号である音声データＤａに変換する。サンプリング周波数Ｆｓは例えば４４．１ＫＨｚである。
【００１７】
切出し部１２は、図３に示すように、音声データＤａを窓関数によって切り出して一定の時間幅の区間ＳＣ毎の音声データＤａとするものである。窓関数として、例えばハニング窓が使用される。区間ＳＣは、例えば１つの区間ＳＣに５００個の音声データＤａが含まれるように設定する。その場合には、１つの区間ＳＣの時間幅は、約１１．３ｍｓｅｃ（＝５００／４４１００）となる。
【００１８】
ＦＦＴ部１３は、各区間ＳＣの音声データＤａに対して高速フーリエ変換を行い、時間領域の音声データＤａを周波数領域の音声データＤｆに変換する。
周波数シフト部１４は、周波数領域の音声データＤｆを１／ｆゆらぎにより変化するようにシフトさせる。周波数シフト部１４には、メモリ３１ａ，３１ｂ、シフト処理部３２、及び１／ｆゆらぎ発生部３３が設けられている。ＦＦＴ部１３から出力される１つの区間ＳＣ分の音声データＤｆは、メモリ３１ａに格納される。メモリ３１ａに格納された音声データＤｆは、区間ＳＣ毎に、シフト処理部３２により１／ｆゆらぎに応じて決定される周波数だけシフトされ、シフト後の音声データＤｆｓはメモリ３１ｂに格納される。メモリ３１ａ内の音声データＤｆはシフト処理が行われる毎に消去される。
【００１９】
シフト処理部３２における１つの区間ＳＣの音声データＤｆに対するシフトは、シフト前の音声データＤｆの周波数をｆとすると、シフト後の音声データＤｆｓの周波数Ｆは、対数グラフ上に表すことを考慮に入れて次の（１）式で表される。
【００２０】
ｌｏｇ（Ｆ）＝ｌｏｇ（ｆ×ｐ）  ……（１）
ここで、ｐはシフト量及びシフト方向を定める定数であり、定数ｐが１よりも大きい場合には高域側へ、１よりも小さい場合には低域側へ、それぞれシフトする。定数ｐは、１／ｆゆらぎ発生部３３によって決定される。但し、１／ｆゆらぎ発生部３３の発生するゆらぎは近似的なものでよい。
【００２１】
図４に示すように、横軸をログスケール（対数目盛）とした対数グラフ上に音声データＤｆ，Ｄｆｓを表すと、シフト後の音声データＤｆｓは、元の音声データＤｆをその形状を維持した状態でプラス側又はマイナス側へシフト量Ｑｓだけ平行移動したものとなる。対数グラフ上でのシフト量ＱｓはＬｏｇ（ｐ）である。このようにログスケールでのシフトを行うことによって、後述するＩＦＦＴ部１５によって時間領域に逆変換された後の音声データＤａＲは、元の音声データＤａに対して音程のみが変化し音色及び音圧は変化しない。
【００２２】
ＩＦＦＴ部１５は、メモリ３１ｂから読み出された音声データＤｆｓを逆フーリエ変換し、時間領域の音声データＤａＲに戻す。
遅延部１６は、ＡＤ変換部１１から出力される音声データＤａを、切出し部１２からＩＦＦＴ部１５までの各部での処理時間の合計と同じ時間だけ遅延させ、音声データＤａＲとの同期をとる。
【００２３】
ＤＡ変換部１７Ｒ，１７Ｌは、サンプリングクロックＣＬＫ１と同じ周期で出力される音声データＤａＲ，ＤａＬをＤＡ変換し、アナログ信号である音声信号Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌに変換する。
【００２４】
パワー増幅部１８Ｒ，１８Ｌは、音声信号Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌを増幅して右側及び左側のスピーカＳＰＲ，ＳＰＬをそれぞれ駆動する。これによって、右側のスピーカＳＰＲからは、元の音声信号Ｓ１の周波数を１／ｆゆらぎにより変化させた音声信号Ｓ２Ｒが再生され、左側のスピーカＳＰＬからは、元の音声信号Ｓ１と同じ音声信号Ｓ２Ｌが再生される。つまり、元の音声信号Ｓ２Ｌと周波数を変化させた音声信号Ｓ２Ｒとが、２つのスピーカＳＰＲ，ＳＰＬから再生される。元の音声信号Ｓ２Ｌと周波数を変化させた音声信号Ｓ２Ｒとは相関が小さいので、聴取者には充分に拡がりのあるステレオ感が得られるとともに、周波数を変化させた右側の音声信号Ｓ２Ｒは音色及び音圧が変化しないので聴取者に違和感がなく、自然な拡がり感が得られる。また、位相制御による方法のような逆位相感による不自然さがなく、櫛型フィルタを用いた場合のように周波数特性の変化がなく、音像の定位が良好である。定数ｐが１／ｆゆらぎにより変化し、周波数のシフト量Ｑｓが１／ｆゆらぎによって可変されるので、極めて自然な拡がり感が得られる。
【００２５】
上述の実施例において、切出し部１２、ＦＦＴ部１３、シフト処理部３２、ＩＦＦＴ部１５、遅延部１６などは、例えばＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）を用いて実現することができる。メモリ３１ａ，３１ｂは、ＤＳＰに内蔵されたメモリ領域を使用してもよいし、外部に接続したメモリを使用してもよい。
【００２６】
上述の実施例においては、アナログ信号である音声信号Ｓ１を入力するようにしたが、例えばＤＡＴなどのデジタル機器から出力されるデジタル信号を入力するときはＡＤ変換部１１は不要である。周波数シフト部１４は種々の構成とすることができる。遅延部１６によって音声データＤａを遅延させ、左右の音声信号Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌが同時に再生されるようにしたが、適当な時間だけずれるようにしてもよい。また、遅延部１６を省略することも可能である。区間ＳＣの時間幅は適当な値に設定することができる。
【００２７】
次に、本発明の第２実施例を説明する。図５は本発明の第２実施例に係る疑似ステレオ装置１ａのブロック図である。
図５において、疑似ステレオ装置１ａは、ＡＤ変換部２１、メモリ２２Ｒ，２２Ｌ、ＤＡ変換部２３Ｒ，２３Ｌ、パワー増幅部２４Ｒ，２４Ｌ、スピーカＳＰＲ，ＳＰＬ、ゆらぎクロック発生部４１、及び１／ｆゆらぎ発生部４２から構成されている。
【００２８】
ＡＤ変換部２１は、音声入力端子Ｔａに入力されたアナログ信号であるモノラルの音声信号Ｓ１を、サンプリングクロックＣＬＫ１に合わせてデジタル信号である音声データＤａに変換する。サンプリング周波数Ｆｓは例えば４４．１ＫＨｚである。
【００２９】
ＡＤ変換部２１から出力される音声データＤａは２つのメモリ２２Ｒ，２２Ｌに格納される。一方のメモリ２２Ｒからは、サンプリング周波数Ｆｓを中心周波数として１／ｆゆらぎにより変化するゆらぎクロックＣＬＫｆによって音声データＤａが読み出され、それがＤＡ変換部２３Ｒによってアナログ信号である音声信号Ｓ２Ｒに変換される。
【００３０】
ゆらぎクロック発生部４１は、１／ｆゆらぎ発生部４２からのゆらぎ信号Ｓ３に基づいて、サンプリング周波数Ｆｓを中心として１／ｆゆらぎにより変化する周波数ＦｆのゆらぎクロックＣＬＫｆを生成する。ゆらぎ周波数Ｆｆは、例えば４３．８〜４４．４ＫＨｚの範囲内で変化する。ゆらぎ周波数Ｆｆの範囲は図示しない設定部によって、違和感のないような種々の値に設定可能である。これによって、音声信号Ｓ２Ｒは、元の音声信号Ｓ１の周波数が１／ｆゆらぎにより変化したものとなる。
【００３１】
他方のメモリ２２Ｌからは、サンプリング周波数ＦｓのクロックＣＬＫｓによって音声データＤａが読み出され、それがＤＡ変換部２３Ｌによってアナログ信号である音声信号Ｓ２Ｌに変換される。
【００３２】
パワー増幅部２４Ｒ，２４Ｌは、音声信号Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌを増幅して右側及び左側のスピーカＳＰＲ，ＳＰＬをそれぞれ駆動する。これによって、右側のスピーカＳＰＲからは、元の音声信号Ｓ１の周波数を１／ｆゆらぎにより変化させた音声信号Ｓ２Ｒが再生され、左側のスピーカＳＰＬからは、元の音声信号Ｓ１と同じ周波数の音声信号Ｓ２Ｌが再生される。
【００３３】
したがって、第１実施例と同様に、聴取者は充分に拡がりのあるステレオ感を得ることができるとともに、周波数をシフトさせた右側の音声信号Ｓ２Ｒは音色及び音圧が変化しないので聴取者に違和感がなく、自然な拡がり感が得られる。周波数が１／ｆゆらぎによって変化するので、聴取者にとって心地よく極めて自然な拡がり感が得られる。また、第２実施例の疑似ステレオ装置１ａは構成が簡単であり、低コストである。左右両チャネルの信号処理に要する時間は互いに同一であるから、遅延回路を設けなくても音声信号Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌが同時に再生される。
【００３４】
上述の実施例においては、音声信号Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌを左右のスピーカＳＰＲ，ＳＰＬによって再生したが、音声信号Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌをサラウンドシステムのリア側の音声信号に加えて再生してもよい。サンプリング周波数Ｆｓ、ゆらぎ周波数Ｆｆの範囲、ＡＤ変換のビット数などは種々変更することができる。その他、疑似ステレオ装置１，１ａの全体又は各部の構成、処理内容、処理順序、処理タイミングなどは、本発明の主旨に沿って種々変更することができる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項３の発明によると、充分な拡がり感を得ることが可能であり、しかも自然な再生音を得ることのできる疑似ステレオ化方法及び装置を提供することができる。
【００３６】
請求項３の発明によると、構成が簡単であり低コストである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための図である。
【図２】本発明に係る第１実施例の疑似ステレオ装置のブロック図である。
【図３】音声データＤａを区間毎に切り出す様子を示す図である。
【図４】音声データＤｆのシフトの様子を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る疑似ステレオ装置のブロック図である。
【符号の説明】
１，１ａ  疑似ステレオ装置（疑似ステレオ化装置）
１２  切出し部（切出し手段）
１３  ＦＦＴ部（フーリエ変換手段）
１４  周波数シフト部（周波数シフト手段）
１５  ＩＦＦＴ部（逆フーリエ変換手段）
２１  ＡＤ変換部（ＡＤ変換手段）
２３Ｒ  ＤＡ変換部（第１のＤＡ変換手段）
２３Ｌ  ＤＡ変換部（第２のＤＡ変換手段）
Ａ  周波数シフト手段
【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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