(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
後方左のスピーカのための音声信号を入力し高域および低域をそれぞれ抽出した後に高域と低域にそれぞれの係数を乗じて聴取者の前方左に配置したスピーカに与えて再生し、
後方右のスピーカのための音声信号を入力し高域および低域をそれぞれ抽出した後に高域と低域にそれぞれの係数を乗じて聴取者の前方右に配置したスピーカに与えて再生し、
後方左のスピーカのための音声信号と後方右のスピーカのための音声信号とを混合し、中域を抽出してこれを位相差を設けた２つの信号に分割してそれぞれ係数を乗じた後に前記聴取者の前方左および右に配置したスピーカにそれぞれ与えて再生させることにより後方定位を生じさせることを特徴とする音場再生装置。
【請求項２】
高域に乗じる係数は他の音域に乗じる係数より低いことを特徴とする請求項１記載の音場再生装置。
【請求項３】
後方左のスピーカのための第１の音声信号入力端子と、
前記第１の音声信号入力端子の入力信号より所定周波数以下を抽出するための第１の低域信号抽出手段と、
前記第１の音声信号入力端子の入力信号より所定周波数以上を抽出するための第１の高域信号抽出手段と、
前記第１の低域信号抽出手段の出力に所定の係数を乗ずる第１の係数手段と、
前記第１の高域信号抽出手段の出力に所定の係数を乗ずる第３の係数手段と、
後方右のスピーカのための第２の音声信号入力端子と、
前記第２の音声信号入力端子の入力信号より所定周波数以下を抽出するための第２の低域信号抽出手段と、
前記第２の音声信号入力端子の入力信号より所定周波数以上を抽出するための第２の高域信号抽出手段と、
前記第２の低域信号抽出手段の出力に所定の係数を乗ずる第２の係数手段と、
前記第２の高域信号抽出手段の出力に所定の係数を乗ずる第４の係数手段と、
前記第１の音声信号入力端子の入力信号と前記第２の音声信号入力端子の入力信号とを加算する第１の加算手段と、
前記第１の加算手段の出力から所定周波数範囲を抽出するための中域信号抽出手段と、
前記中域信号抽出手段の出力を入力してこれを２分割してそれぞれの出力信号に位相差を与える位相手段と、
前記位相手段のそれぞれの出力に所定の係数を乗ずる第５および第６の係数手段と、
前記第１、第３、および第５の係数手段の出力を加算する第２の加算手段と、
前記第２、第４、および第６の係数手段の出力を加算する第３の加算手段と、
前記第２および第３の加算手段の加算結果をそれぞれ聴取者の前方左右で再生する第１および第２の再生手段とを備えた音場再生装置。
【請求項４】
第３および第４の係数手段の係数は他の係数手段の係数より低いことを特徴とする請求項３記載の音場再生装置。
【請求項５】
後方左のスピーカのための音声信号を入力し高域および低域をそれぞれ抽出した後に高域と低域にそれぞれの係数を乗じて聴取者の前方左に配置したスピーカに与えて再生し、
後方右のスピーカのための音声信号を入力し高域および低域をそれぞれ抽出した後に高域と低域にそれぞれの係数を乗じて聴取者の前方右に配置したスピーカに与えて再生し、
後方左のスピーカのための音声信号と後方右のスピーカのための音声信号とを混合し、中域を抽出してこれを位相差を設けた２つの信号に分割してそれぞれ係数を乗じた後に前記聴取者の前方左および右に配置したスピーカにそれぞれ与えて再生させることにより後方定位を生じさせることを特徴とする音場再生方法。
【請求項６】
高域に乗じる係数は他の音域に乗じる係数より低いことを特徴とする請求項５記載の音場再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は聴取者の後方にスピーカを置かずに前方に配置したスピーカにより後方定位を実現できる音場再生装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年広いホールなどの音場空間を再現しようとする試みが種々なされており、サラウンド信号デコーダを用いて４チャンネル、５チャンネル等の多チャンネルの信号再生が行われている。これらの方式は前面に左、右、中央のスピーカを配置し、後方に１または２個のスピーカを配置することにより聴取者にたとえば劇場内で聴取しているような音場感覚を与えるものである。
【０００３】
また後方のスピーカなしにサラウンド効果を得るためにインパルス応答をたたみ込んで前方のスピーカから再生し、後方に音像を定位しようとする提案も行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来の方式には種々の課題がある。上記のようにサラウンド信号デコーダを用いた４チャンネル、５チャンネル等の多チャンネルの方式においてはサラウンド効果を出すために聴取者の後方にもスピーカを配置しなければならず、スピーカ配置のスペースが必要であり、またスピーカコードを引き回さなければならないなど設置が面倒なものであった。
【０００５】
また後方にスピーカを配置せず前方のスピーカにインパルス応答をたたみ込んで後方に音像を定位しようとする方式では信号処理が複雑となり、コストが高くなるという課題があった。
【０００６】
本発明は簡単な回路方式で後方にスピーカを配置することなく後方定位を得ることができる音場再生装置およびその方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の音場再生装置は、請求項１において後方左のスピーカのための音声信号を入力し高域および低域をそれぞれ抽出した後に高域と低域にそれぞれの係数を乗じて聴取者の前方左に配置したスピーカに与えて再生し、後方右のスピーカのための音声信号を入力し高域および低域をそれぞれ抽出した後に高域と低域にそれぞれの係数を乗じて聴取者の前方右に配置したスピーカに与えて再生し、 後方左のスピーカのための音声信号と後方右のスピーカのための音声信号とを混合し、中域を抽出してこれを位相差を設けた２つの信号に分割してそれぞれ係数を乗じた後に前記聴取者の前方左および右に配置したスピーカにそれぞれ与えて再生させることにより後方定位を生じさせる、構成である。
【００１２】
また請求項３において、後方左のスピーカのための第１の音声信号入力端子と、第１の音声信号入力端子の入力信号より所定周波数以下を抽出するための第１の低域信号抽出手段と、第１の音声信号入力端子の入力信号より所定周波数以上を抽出するための第１の高域信号抽出手段と、第１の低域信号抽出手段の出力に所定の係数を乗ずる第１の係数手段と、第１の高域信号抽出手段の出力に所定の係数を乗ずる第３の係数手段と、後方右のスピーカのための第２の音声信号入力端子と、第２の音声信号入力端子の入力信号より所定周波数以下を抽出するための第２の低域信号抽出手段と、第２の音声信号入力端子の入力信号より所定周波数以上を抽出するための第２の高域信号抽出手段と、第２の低域信号抽出手段の出力に所定の係数を乗ずる第２の係数手段と、第２の高域信号抽出手段の出力に所定の係数を乗ずる第４の係数手段と、第１の音声信号入力端子の入力信号と第２の音声信号入力端子の入力信号とを加算する第１の加算手段と、第１の加算手段の出力から所定周波数範囲を抽出するための中域信号抽出手段と、中域信号抽出手段の出力を入力してこれを２分割してそれぞれの出力信号に位相差を与える位相手段と、位相手段のそれぞれの出力に所定の係数を乗ずる第５および第６の係数手段と、第１、第３、および第５の係数手段の出力を加算する第２の加算手段と、第２、第４、および第６の係数手段の出力を加算する第３の加算手段と、第２および第３の加算手段の加算結果をそれぞれ聴取者の前方左右で再生する第１および第２の再生手段とを備えた構成である。
【００１３】
また本発明の音場再生方法は、請求項５において、後方左のスピーカのための音声信号を入力し高域および低域をそれぞれ抽出した後に高域と低域にそれぞれの係数を乗じて聴取者の前方左に配置したスピーカに与えて再生し、後方右のスピーカのための音声信号を入力し高域および低域をそれぞれ抽出した後に高域と低域にそれぞれの係数を乗じて聴取者の前方右に配置したスピーカに与えて再生し、後方左のスピーカのための音声信号と後方右のスピーカのための音声信号とを混合し、中域を抽出してこれを位相差を設けた２つの信号に分割してそれぞれ係数を乗じた後に聴取者の前方左および右に配置したスピーカにそれぞれ与えて再生させるものである。
【００１４】
これらの構成または方法によって、本来聴取者の後方の左右に配置するスピーカから再生するための信号を入力し、聴取者の前方左右に配置したスピーカから再生させて後方に音像定位を生じさせ、あたかも仮想の音源が聴取者後方にあるように感じさせるように作用する。
【００１５】
さらに本発明の音場再生装置は、請求項２では、請求項１の音場再生装置において高域に乗じる係数は他の音域に乗じる係数より低いように構成したものであり、請求項４では、請求項３の音場再生装置において、第３および第４の係数手段の係数は他の係数手段の係数より低いように構成したものであり、また本発明の音場再生方法は、請求項６では、請求項５の音場再生方法において高域に乗じる係数は他の音域に乗じる係数より低くするようにしたものであり、これらの構成または方法により、人間の耳の聴感に合わせることにより音像の後方定位感をさらに高めるように作用する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の説明に先立ち、まず耳の位相特性について考察する。図１において（ａ）は左右同相の場合の耳の音像定位を示す説明図、（ｂ）は左右の位相差による耳の音像定位を示す説明図、（ｃ）は音の方向による耳の周波数特性図である。図１（ａ）のように左チャンネルスピーカ１と右チャンネルスピーカ２とを聴取者３の前方に２等辺３角形になるように配置してこれに同一位相、同一レベルの音声信号を与えると各スピーカから発生する音圧により左チャンネルスピーカ１と右チャンネルスピーカ２の中間の４に音像が定位する。そこで図１（ｂ）のように左チャンネルスピーカ１と右チャンネルスピーカ２に与える音声信号にΔφ１の位相差をつけると、左チャンネルスピーカ１と右チャンネルスピーカ２の外側の５と６に定位する。この位相差Δφを大きくして行き、Δφ２にすれば聴取者の左右の７，８に定位する。しかしこの音像移動は最大でも聴取者の側方までで位相差をどんどん大きくして行くとまた音像は前方に戻ってしまう。
【００１７】
そこで人間に前方と後方からフラットな周波特性の音を聞かせて耳がどのように聞き分けるかを調べると、図１（ｃ）のように後方からの音は約４キロヘルツから上の音の聞こえ方は低下していく。これは高音は直進性があり耳介に遮られて鼓膜に達しなくなるためである。本発明はこの現象を利用し、さらに方向感の強い中音域を分離してこれに位相処理を行い、また方向感の弱い低音域も分離して処理することによって後方定位を実現する。
【００１８】
以下図面に基づいて本発明の実施の形態の音場再生装置について説明する。
（実施の形態１）
図２において（ａ）は本発明の実施の形態１の音場再生装置のブロック図、（ｂ）は（ａ）のスピーカ前の聴取者に対する音像定位を示す概要図、図３はフィルタ回路および位相回路による処理方法を示す概略特性図、図４は本発明による音像定位の説明図である。図２（ａ）において１０はサラウンドデコーダ回路であり、その出力端子として左のＬチャンネル出力端子１１、右のＲチャンネル出力端子１２、中央のＣチャンネル出力端子１３、後方左のＳＬチャンネル出力端子１４、後方右のＳＲチャンネル出力端子１５から各対応位置のスピーカのための音声信号が取り出せるようになっており、この方式は従来公知のものであるから詳細な説明を省略する。
【００１９】
Ｌチャンネル出力端子１１の出力はそのままＬチャンネル増幅器２１で増幅されＬチャンネルスピーカ２２から出力される。Ｒチャンネル出力端子１２の出力もそのままＲチャンネル増幅器２３で増幅されＲチャンネルスピーカ２４から出力される。Ｃチャンネル出力端子１３の出力もそのままＣチャンネル増幅器２５で増幅されＣチャンネルスピーカ２６から出力される。
【００２０】
後方左チャンネルスピーカのための信号を出力するＳＬチャンネル出力端子１４の出力は音場回路１６に入力されて３分され、その１はローパスフィルタＬＰＦ１で図３のように約１５０ヘルツ以下を抽出され、係数Ｋ１の増幅器を介して加算器２７に入力される。ＳＬチャンネル出力端子１４の出力の２はハイパスフィルタＨＰＦ１で図３のように約４キロヘルツ以上を抽出され、係数Ｋ３の増幅器を介して加算器２７に入力される。ＳＬチャンネル出力端子１４の出力の３は加算器２８に入力される。
【００２１】
同様に後方右チャンネルスピーカのための信号を出力するＳＲチャンネル出力端子１５の出力は音場回路１６に入力されて３分され、その１はローパスフィルタＬＰＦ２で約１５０ヘルツ以下を抽出され、係数Ｋ２の増幅器を介して加算器２９に入力される。ＳＲチャンネル出力端子１５の出力の２はハイパスフィルタＨＰＦ２で約４キロヘルツ以上を抽出され、係数Ｋ４の増幅器を介して加算器２９に入力される。ＳＲチャンネル出力端子１５の出力の３は加算器２８に入力される。
【００２２】
加算器２８で加算された信号はバンドパスフィルタＢＰＦで図３のように約１５０ヘルツから約４キロヘルツの範囲が抽出され、位相回路３０において位相差をもった２つの信号φＬとφＲが発生され、この位相差は固定または任意に調整できるようにする。φＬは係数Ｋ５の増幅器を介して加算器２７に入力され、φＲは係数Ｋ６の増幅器を介して加算器２９に入力される。
【００２３】
加算器２７の加算出力は増幅器３１に入力され増幅されて後方左チャンネル対応のスピーカ３２から出力される。加算器２９の加算出力は増幅器３３に入力され増幅されて後方右チャンネル対応のスピーカ３４から出力される。そして上記の各スピーカ２２，２４，２６，３２，および３４は聴取者の前方に配列される。
【００２４】
このような配置において後方定位を生じるポイントは図３のように約４キロヘルツ以上のレベルを下げてやることと、約１５０ヘルツから約４キロヘルツの範囲の中音域を２分配し互いの位相をずらしてやることである。そのために増幅器Ｋ３とＫ４の増幅度を下げて係数を下げて高域を低下させ、その他の増幅器の増幅度も調整して図３の特性になるようにする。
【００２５】
このような構成において本実施形態による音像定位の説明図の図４を用いて説明する。後方左の信号再生用のＳＬチャンネルスピーカ３２と後方右の信号再生用のＳＲチャンネルスピーカ３４とを聴取者４１の前方に２等辺３角形になるように配置して上記のような加算器２７，２９を経由した信号を加えると、高・低高域の音像は範囲４２に定位するが、中域の音像は高域のレベルが低下していることにより聴覚的に後方から聞こえる音として認識される効果が加わって総合的に位相差が小さいΔφ１のときは範囲４３，４４に定位する。ＳＬチャンネルとＳＲチャンネルの位相差を調整して位相差が大きいΔφ２のときは音像は範囲４５，４６に定位して後方定位が得られる。
【００２６】
図２（ｂ）は図２（ａ）の各スピーカ２２，２４，２６，３２，３４の前に聴取者３５がいた場合の音像定位を示す。この図は図２（ａ）と対応させるため便宜上底面図として示す。聴取者３５に対してＣチャンネルの音像３６ＣはＣチャンネルスピーカ２６付近に定位し、Ｌチャンネルの音像３６ＬはＬチャンネルスピーカ２２とＳＬチャンネルスピーカ３２付近に定位し、Ｒチャンネルの音像３６ＲはＲチャンネルスピーカ２４とＳＲチャンネルスピーカ３４付近に定位し、ＳＬチャンネルの音像３６ＳＬは仮想のスピーカ３７から発するように聴取者３５の左後方に定位し、ＳＲチャンネルの音像３５ＳＲは仮想のスピーカ３８から発するように聴取者３５の右後方に定位する。
【００２７】
このように本実施の形態においては後方左チャンネルから再生すべき信号と後方右チャンネルから再生すべき信号とはそれぞれ高域、中域、低域に分離し、高域および低域はそれぞれ係数を掛けた後に聴取者の前方に左右に配列した後方左チャンネル用スピーカと後方右チャンネル用スピーカから再生し、中域に関しては左右混合した後に２分配しそれぞれの位相を互いにずらして後方左チャンネル用スピーカと後方右チャンネル用スピーカとに印加することによって聴取者の前方に配置したスピーカによって後方定位を得ることができる。
（実施の形態２）
実施の形態１では後方チャンネル用の入力信号が２チャンネルの場合を示したが以下に後方チャンネル用の入力信号がモノラルの場合を示す。図５において（ａ）は本発明の実施の形態２の音場再生装置のブロック図、（ｂ）は（ａ）のスピーカ前の聴取者に対する音像定位を示す概要図である。図５（ａ）においてサラウンドデコーダ回路５０の出力端子として左のＬチャンネル出力端子５１、右のＲチャンネル出力端子５２、中央のＣチャンネル出力端子５３、後方チャンネル出力端子５４から各対応位置のスピーカのための音声信号が取り出せるようになっており、この方式も従来公知のものであるから詳細な説明を省略する。
【００２８】
Ｌチャンネル出力端子５１の出力はそのままＬチャンネル増幅器６１で増幅されＬチャンネルスピーカ６２から出力される。Ｒチャンネル出力端子５２の出力もそのままＲチャンネル増幅器６３で増幅されＲチャンネルスピーカ６４から出力される。Ｃチャンネル出力端子５３の出力もそのままＬチャンネル増幅器６５で増幅されＣチャンネルスピーカ６６から出力される。
【００２９】
Ｓチャンネル出力端子５４の出力は音場回路５６に入力されて５分され、その１はローパスフィルタＬＰＦ１で図３と同様に約１５０ヘルツ以下を抽出され、係数Ｋ１の増幅器を介して加算器６７に入力される。
【００３０】
Ｓチャンネル出力端子５４の出力の２はハイパスフィルタＨＰＦ１で図３同様に約４キロヘルツ以上を抽出され、係数Ｋ３の増幅器を介して加算器６７に入力される。Ｓチャンネル出力端子５４の出力の３はバンドパスフィルタＢＰＦで図３のＢＰＦ１，２と同様に約１５０ヘルツから約４キロヘルツの範囲が抽出され、位相回路６８において位相差をもった２つの信号φＬとφＲを発生され、この位相差は固定または任意に調整できるようにする。φＬは係数Ｋ５の増幅器を介して加算器６７に入力され、φＲは係数Ｋ６の増幅器を介して加算器６９に入力される。
【００３１】
同様にＳチャンネル出力端子５４の出力の４はハイパスフィルタＨＰＦ２で約４キロヘルツ以上を抽出され、係数Ｋ４の増幅器を介して加算器６９に入力され、Ｓチャンネル出力端子５４の出力の５はローパスフィルタＬＰＦ２で約１５０ヘルツ以下を抽出され、係数Ｋ２の増幅器を介して加算器６９に入力される。
【００３２】
加算器６７の加算出力は増幅器７０に入力され増幅されて後方左チャンネル対応のスピーカ７１から出力される。加算器６９の加算出力は増幅器７２に入力され増幅されて後方右チャンネル対応のスピーカ７３から出力される。そして上記の各スピーカ６２，６４，６６，７１，および７３は聴取者の前方に配列される。
【００３３】
このような配置において後方定位を生じるポイントは実施の形態１と同様に約４キロヘルツ以上のレベルを下げてやることと、約１５０ヘルツから約４キロヘルツの範囲の中音域を２分配し互いの位相をずらしてやることである。そのために増幅器Ｋ３とＫ４の増幅度を下げて係数を下げ、その他の増幅器の増幅度も調整して図３の特性になるようにする。
【００３４】
このような構成において後方低位を得られる過程は実施の形態１で説明した図４と同様である。
【００３５】
図５（ｂ）は図５（ａ）の各スピーカ６２，６４，６６，７１，７３の前に聴取者７４がいた場合の音像定位を示す。この図は図５（ａ）と対応するため便宜上底面図として示す。聴取者７４に対してＣチャンネルの音像７５ＣはＣチャンネルスピーカ６６付近に定位し、Ｌチャンネルの音像７５ＬはＬチャンネルスピーカ６２とＳＬチャンネルスピーカ７１付近に定位し、Ｒチャンネルの音像７５ＲはＲチャンネルスピーカ６４とＳＲチャンネルスピーカ７３付近に定位し、ＳＬチャンネルの音像７５ＳＬは仮想のスピーカ７６から発するように聴取者７４の左後方に定位し、ＳＲチャンネルの音像７５ＳＲは仮想のスピーカ７７から発するように聴取者７４の右後方に定位する。
【００３６】
このように本実施の形態においては後方チャンネルから再生すべき信号はそれぞれ高域、中域、低域に分離し、高域および低域はそれぞれ係数を掛けた後に聴取者の前方に左右に配列した後方左チャンネル用スピーカと後方右チャンネル用スピーカから再生し、中域に関しては２分配しそれぞれの位相を互いにずらして後方左チャンネル用スピーカと後方右チャンネル用スピーカとに印加することによって聴取者の前方に配置したスピーカによって後方定位を得ることができる。
【００３７】
なお図５においてはＬＰＦ１とＬＰＦ２は１個で共用し、その出力を増幅器Ｋ１とＫ２に分配してもよく、またＨＰＦ１とＨＰＦ２に関しても同様に共用することができる。また増幅器Ｋ１とＫ２も共用することができ、増幅器Ｋ３とＫ４も共用できる。
【００３８】
なお上記各実施形態における周波数等の数値は一例であり自由に変更設定できるものであり、また回路構成も請求項に示された範囲内で組み合せを変えることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の音場再生装置またはその方法によれば、請求項１の構成、請求項３の構成、または請求項５の方法によって、本来聴取者の後方の左右に配置するスピーカから再生するための信号を入力し、聴取者の前方左右に配置したスピーカから再生させて後方に音像定位を生じさせ、あたかも仮想の音源が聴取者後方にあるように感じさせることができる。
【００４１】
さらに請求項２の構成、請求項４の構成、または請求項６の方法によって、人間の耳の聴感に合わせることにより音像の後方定位感をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）左右同相の場合の耳の音像定位を示す説明図
（ｂ）左右の位相差による耳の音像定位を示す説明図
（ｃ）音の方向による耳の周波数特性図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１の音場再生装置のブロック図
（ｂ）スピーカ前の聴取者に対する音像定位を示す概要図
【図３】フィルタ回路および位相回路による処理方法を示す概略特性図
【図４】本発明による音像定位の説明図
【図５】本発明の実施の形態２の音場再生装置のブロック図
【符号の説明】
１４  ＳＬチャンネル出力端子
１５  ＳＲチャンネル出力端子
１６，５６  音場回路
２７，２８，２９，６７，６９  加算器
３０，６８  位相回路
３１，３３，７０，７２  増幅器
３２，３４，７１，７３  スピーカ
３５，７４  聴取者
５４  Ｓチャンネル出力端子
ＢＰＦ  バンドパスフィルタ
ＨＰＦ１，ＨＰＦ２  ハイパスフィルタ
Ｋ１〜Ｋ６  係数を持った増幅器
ＬＰＦ１，ＬＰＦ２    ローパスフィルタ
【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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