(57)【要約】  【目的】サラウンド音場再生システムにおける適応性の高い音像上方拡大回路を提供する。  【構成】音像上方拡大回路２０は、左右チャンネルＬｃｈ、Ｒｃｈの各オーディオ信号ＬＩＮ、ＲＩＮに対して、高周波数帯域で１を超える増幅度のオールパスフィルタとして、高周波数帯域の位相シフトと増幅度低下との補正を行う左／右チャンネル用位相遅延回路１ａ／１ｂからなる位相遅延回路１と、その左右チャンネル出力信号Ｌ／Ｒの和信号（Ｌ＋Ｒ）が入力される中音域補正フィルタ回路１７と、差信号（Ｌ−Ｒ）を入力して補正された高周波数帯域を除去するＣＲフィルタ回路３、その出力が入力される位相遅延器１５、左右チャンネル出力信号Ｌ／Ｒと中音域補正フィルタ回路１７の出力信号Ｖｍと位相遅延器１５の出力信号Ｖｐとが入力されて左／右チャンネルのサラウンド出力信号Ｌｏ／Ｒｏとする第１／第２の混合器１８、１９を有するサラウンド回路８と、を備える。【選択図】  図１１
2006042316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカユニットにより再生されてサラウンド音場を創生するためのサラウンド出力信号を得るための演算処理を、オーディオ信号源からの左右チャンネルの各オーディオ信号に対して行う音像上方拡大回路であって、
前記左右チャンネルの各オーディオ信号に対して、高周波数帯域で１を超える増幅度のオールパスフィルタとして、前記スピーカユニットに起因する高周波数帯域の位相シフトと増幅度低下との補正を行う左チャンネル用位相遅延回路及び右チャンネル用位相遅延回路からなる位相遅延回路と、
前記左チャンネル用位相遅延回路の左チャンネル出力信号と前記右チャンネル用位相遅延回路の右チャンネル出力信号との和信号が入力される中音域補正フィルタ回路と、
前記左／右チャンネル出力信号の差信号が入力されて前記左／右チャンネル用位相遅延回路で補正された高周波数帯域を除去するフィルタ回路と、前記フィルタ回路の出力が入力される位相遅延器と、前記左チャンネル用位相遅延回路の左チャンネル出力信号と前記中音域補正フィルタ回路の出力信号と前記位相遅延器の出力信号とが入力されて左チャンネルのサラウンド出力信号を出力する第１の混合器と、前記右チャンネル用位相遅延回路の右チャンネル出力信号と前記中音域補正フィルタ回路の出力信号と前記位相遅延器の出力信号とが入力されて右チャンネルのサラウンド出力信号を出力する第２の混合器と、を有するサラウンド回路と、
を備えることを特徴とする音像上方拡大回路。
【請求項２】
請求項１記載の音像上方拡大回路における前記左チャンネル用位相遅延回路及び右チャンネル用位相遅延回路からなる位相遅延回路が、前記左右チャンネルの各オーディオ信号に対して直列に２段接続されていることを特徴とする音像上方拡大回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サラウンド音場再生システムにおける音像定位回路の技術分野に関し、特に、左右チャンネルのスピーカの正面側上方に音像が定位するように信号処理する音像上方拡大回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スピーカを床面などに置いて、その上方向で聴いた場合に聴き苦しい音質となる場合があり、このような場合にても最良な音像定位と音質が得られることを目的として、オーディオ再生装置のステレオスピーカから出力される音像の上方拡大／定位を意図した回路、方法が多々案出されている。
【０００３】
例えば、マルチチャンネル対応の高級オーディオ機器では、サラウンド音場の創生手段としてデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いた方式が概ね採用されている。即ち、頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を応用して、その逆関数をインパルス応答にて求め、ＤＳＰで具現化する方式である。また、アナログ回路にて、頭部伝達関数理論を応用して音像の上方拡大を行っている例もある。
【０００４】
また、所謂ラジカセタイプのような比較的低価格の左右２チャンネルのステレオ再生装置の音像定位回路の一方式として、図１８の回路図に示されるような、オーディオ信号源からの左右チャンネルＬｃｈ、Ｒｃｈのオーディオ信号ＬＩＮ、ＲＩＮをそれぞれ入力するバッファアンプ１３、１４と、中音域補正フィルタ回路１７と、２つの位相遅延器１５、１５と、第１／第２の混合器（ＭＩＸ回路）１８、１９と、を備えて、前記バッファアンプ１３を介した後の左チャンネル信号Ｌを前記第１の混合器１８に入力させ、前記バッファアンプ１４を介した後の右チャンネル信号Ｒを前記第２の混合器１９に入力させ、前記左／右チャンネル信号Ｌ、Ｒの和信号（Ｌ＋Ｒ）を前記中音域補正フィルタ回路１７を介して前記第１及び第２の混合器１８、１９に入力させ、前記左チャンネル信号Ｌと右チャンネル信号Ｒの差信号（Ｌ−Ｒ）または（Ｒ−Ｌ）を２段に連結した前記位相遅延器１５、１５を介して前記第１及び第２の混合器１８、１９にそれぞれ入力させ、前記第１及び第２の混合器１８、１９の出力をそれぞれ左右チャンネルのサラウンド出力信号Ｌｏ、Ｒｏとする回路構成のサラウンド回路１０と、図示されないグラフィックイコライザ回路と、を組み合わせて音像の上方拡大を狙った方式が考案されている。
【０００５】
なお、サラウンド音場再生システムの音像上方定位に関する公知技術文献としては、下記［特許文献１］に音場制御装置として、音響信号源からの基本音の音響信号を演算処理して、初期反射音および残響音を含む効果音の音響信号を作成し、前記基本音の音響信号に付加する音場制御装置において、前記効果音の音響信号のうち、聴取者の聴感上、頭上に音源方向を感じる予め定める周波数帯域（８ｋＨｚ付近）の成分を強調することを特徴とする音場制御装置の詳細が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】実開平５−４３７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述の頭部伝達関数理論を応用するＤＳＰ方式の音像上方拡大回路やアナログ回路による音像上方拡大回路は、頭部伝達関数及び耳朶の反射、干渉の個人差が大きいために万人に効果のある定数化が困難であり、信号処理も複雑となって歪率増大やＳ／Ｎ比の悪化などの音質面への悪影響が出てくる。また、価格も高額となるので、低価格化の要請が強い所謂ラジカセタイプ等の左右２チャンネルのオーディオ再生装置では普及していない。
【０００８】
また、前述の前記サラウンド回路１０とグラフィックイコライザ回路とを組み合わせて音像の上方拡大を狙う方式では、その音像上方拡大の効果が乏しいものであり、複雑な信号処理のために音歪みの発生やＳ／Ｎ比の低下といった問題が生じる場合が多い。
【０００９】
なお、前記［特許文献１］の音場制御装置は、特定の周波数帯域（特に、８ｋＨｚ付近）が聴感上、上方に音像が定位することに着目して、これを強調する音場制御装置であるが、強調する手段としてＤＳＰを利用することが記載されていて、これも従来のＤＳＰ方式に分類される技術であってコストパフォーマンスの点で難がある。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ＤＳＰを用いない低コストでシンプルなアナログ回路構成ながら、左右２チャンネルのステレオオーディオ再生装置において必要に応じた効果的な音像の上方定位拡大が可能であり、同時に低歪で違和感の少ない自然な音質が得られる適応性の高いコストパフォーマンスに優れた音像上方拡大回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、
（１）スピーカユニットにより再生されてサラウンド音場を創生するためのサラウンド出力信号Ｌｏ、Ｒｏを得るための演算処理を、オーディオ信号源からの左右チャンネルＬｃｈ、Ｒｃｈの各オーディオ信号ＬＩＮ、ＲＩＮに対して行う音像上方拡大回路であって、
前記左右チャンネルＬｃｈ、Ｒｃｈの各オーディオ信号ＬＩＮ、ＲＩＮに対して、高周波数帯域で１を超える増幅度のオールパスフィルタとして、前記スピーカユニットに起因する高周波数帯域の位相シフトと増幅度低下との補正を行う左チャンネル用位相遅延回路１ａ及び右チャンネル用位相遅延回路１ｂからなる位相遅延回路１と、
前記左チャンネル用位相遅延回路１ａの左チャンネル出力信号Ｌと前記右チャンネル用位相遅延回路１ｂの右チャンネル出力信号Ｒとの和信号（Ｌ＋Ｒ）が入力される中音域補正フィルタ回路１７と、
前記左／右チャンネル出力信号Ｌ／Ｒの差信号（Ｌ−Ｒ）または（Ｒ−Ｌ）が入力されて前記左／右チャンネル用位相遅延回路１ａ、１ｂで補正された高周波数帯域を除去するフィルタ回路３と、前記フィルタ回路３の出力が入力される位相遅延器１５と、前記左チャンネル用位相遅延回路１ａの左チャンネル出力信号Ｌと前記中音域補正フィルタ回路１７の出力信号Ｖｍと前記位相遅延器１５の出力信号Ｖｐとが入力されて左チャンネルのサラウンド出力信号Ｌｏを出力する第１の混合器１８と、前記右チャンネル用位相遅延回路１ｂの右チャンネル出力信号Ｒと前記中音域補正フィルタ回路１７の出力信号Ｖｍと前記位相遅延器１５の出力信号Ｖｐとが入力されて右チャンネルのサラウンド出力信号Ｒｏを出力する第２の混合器１９と、を有するサラウンド回路８と、
を備えることを特徴とする音像上方拡大回路２０または４０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）また、上記（１）に記載の音像上方拡大回路２０における前記左チャンネル用位相遅延回路１ａ及び右チャンネル用位相遅延回路１ｂからなる位相遅延回路１が、前記左右チャンネルＬｃｈ、Ｒｃｈの各オーディオ信号ＬＩＮ、ＲＩＮに対して直列に２段接続されていることを特徴とする音像上方拡大回路３０を提供することにより、上記課題を解決する。
【００１２】
以下、上記解決手段に至る本発明の着眼点と解決の理由付けについての考察を詳述する。
【００１３】
（ａ）スピーカの特性変換による仮想音源形成について
比較的低価格な左右２チャンネルのステレオ再生装置に使用されている一般的なフルレンジスピーカは、図１に示される振幅特性・位相特性のシミュレーション図と、図２に示されるインピーダンス特性・位相特性のシミュレーション図から判るように、高周波数再生限界は低く、位相は周波数増加に伴い進んでいき、インピーダンスは周波数増加に伴い高くなる。
【００１４】
一方、図３に示される２ウェイスピーカの振幅特性・位相特性のシミュレーション図から判るように、高級ステレオ再生装置に使用されている２ウェイスピーカの高周波数再生限界は高いものの、位相特性はウーハーとツィータのクロスオーバーポイントの前後でネットワーク回路の影響で大きく変化し、更に、周波数増加に伴い遅れていく。このように両者の静特性はそれぞれ難点があり、図４に示されるような高周波数再生限界が２０ＫＨｚ以上で、且つ、位相特性は全域に亘ってフラットとなるような理想的スピーカシステムの振幅特性と位相特性とは大分異なるのが実情である。
【００１５】
一般論では、人の聴覚は１ＫＨｚ以上の高周波数帯域では、その指向性を捉え易く、逆に低周波数帯域では、指向性を認識しずらいと言われている。つまり、フルレンジスピーカに比べて２ウェイスピーカの再生帯域は広く指向性は広いため、人の聴覚では認識され易い。
【００１６】
この点に着目して、フルレンジスピーカの振幅と位相を同時に特性変換して理想的スピーカシステムの特性を擬似再生（換言すれば、スピーカのボイスコイルによって生じる位相進みに対する改善と上方向での高周波数帯域落ちの解消である。）できるならば、音質の改善と音像拡大が可能と考えられる。
【００１７】
この点、前記位相遅延回路１を利用した振幅と位相の同時処理によって、スピーカの特性変換（高周波数帯域の位相シフトと増幅度の補正）を行うことで、フルレンジスピーカの高周波数再生限界が上に延び、且つ、位相特性がフラットになることで、高周波数帯域の時間ズレが改善されて原音に近い再生音が得られるであろう。
【００１８】
この結果として、図５の上から垂直に見下ろした音源中心と音源再生範囲の概念図に示されるように、中高周波数帯域の音源再生エリアが拡大することにより、全体としての音像拡大（拡大音源）が期待される。
【００１９】
次に、上記拡大音源を一般的な使用状態である床面などの設置面の影響を考慮して考察する。
【００２０】
一般に、低周波数帯域は設置面の反射率が高いため、エネルギーは増強されるが、高周波数帯域はその逆で設置面に吸収され、エネルギーが低下する場合が多い。つまり、スピーカを平面である机や床面に設置した場合には、図６の横から水平に見た音源中心と音源再生範囲の概念図に示されるように、拡大音源は下方向には拡大せずにそれ以外の方向に拡大して、全体のスペクトルを合成した仮想音源中心は上方へシフトした格好となる。よって、これら現象を人の聴覚で捉えると、音像全体が上方向へ定位拡大して感じることができる。これは聴覚により高周波数帯域を認識して仮想音源を造っているためである。
【００２１】
（ｂ）サラウンド回路を利用した音像上方拡大の形成について
前記（ａ）のスピーカ特性変換による拡大音源／仮想音源を（２チャンネル）ステレオ音源にて考えて見る。
【００２２】
図７のリスナーから見た正面側の左右スピーカの音源中心と音源再生範囲の変化の概念図に示すように、ステレオ音源（Ｌ／Ｒチャンネル）の場合は、スピーカ特性変換にて再生範囲が拡大されると、左右チャンネルが近接してステレオ感が減少してしまうという好ましからざる状態となる。これを解決する手段としては、サラウンド回路が適していると考えられる。蓋し、図７から判るように、サラウンド処理された後の仮想音源は左右離れた位置に拡がり、拡大音源のＬＲ差（音源間の距離）は大きくなるからである。
【００２３】
而して、前述の（ａ）位相遅延回路によるスピーカ特性変換及び（ｂ）サラウンド信号処理の結果、オリジナル音源の外側上方向に効果的なステレオ感を与える左右それぞれの仮想音源が形成されることが解る。以上がサラウンド回路を利用する一つの目的である。
【００２４】
次に、空間上での音像上方拡大の仕組みを図８のベクトルで表した模式図で人間の聴覚を基に考察してみる。
【００２５】
図８において、原音Ｒ／Ｌはステレオ音源とする。ダミーヘッドＭの両耳間時間差はΔｔ１とすると、左右サラウンド信号は、Ｌ＋Δｔ１（Ｌ−Ｒ）、Ｒ＋Δｔ１（Ｌ−Ｒ）で表せる。また、上方向変移距離をΔｄ２とすると、相関関係は、
【００２６】
【数１】
2006042316.tif 000003
【００２７】
【数２】
2006042316.tif 000004
【００２８】
【数３】
2006042316.tif 000005
【００２９】
【数４】
2006042316.tif 000006
【００３０】
【数５】
2006042316.tif 000007
と表せる。
【００３１】
これらより、原音ＬをΔｄ２だけ変移させた場合には、Θ１の位相角度が発生することが判る。また、原音を左方向に拡大した信号Ｌ＋Δｔ１（Ｌ−Ｒ）を更にΔｄ２の上方向へ変移させた場合には、Θ２の位相角度が発生することが判る。
【００３２】
上記［数５］式より、サラウンド信号は必ず原音より拡大することが確かであるならば、Θ２はΘ１より必ず小さい値となる（図８参照）。即ち、サラウンド信号処理した音源を上方向拡大した場合の方が、耳の反射干渉を受けづらく違和感の少ない音質が聴覚的に得られるのである。逆の視点で言うならば、サラウンド信号処理した時の方が、少ない位相変移で音像上方拡大が可能とも言える。
【００３３】
ここで上記［数２］式において、Ｌ＋Δｔ１（Ｌ−Ｒ）の長さを３０ｃｍ、Θ２を２０°とすると、Δｄ２＝３０・ｔａｎ２０°＝１０．９ｃｍという結果が得られる。時間に変換すると３２１μｓである。
【００３４】
即ち、仮想音源ＳＬ２は原音に対して１０．９ｃｍの音像上方拡大が可能であることを示している。以上が本発明でサラウンド回路を利用するもう一つの目的である。
【００３５】
以上述べたように、本発明に係る音場上方拡大回路における位相遅延回路１を用いたスピーカ特性変換とサラウンド回路８にてサラウンド処理された２チャンネル信号はステレオ感を損なう事無く左右方向に定位し、同時に上方向へも定位拡大するため、その音質は自然であり原音の品位が維持されるのである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係る音場上方拡大回路は、上記のように構成されているため、
（１）低コスト且つシンプルな回路構成にて音像の上方定位拡大が可能となり、同時に低歪で違和感の少ない音質が得られる。
（２）また、位相遅延回路の調整により容易に音場上方定位の特性の変更が可能であり、適応性が高い。
（３）特に、スピーカが床面などの低位置に設置される場合が多いオーディオ再生システムの場合に、高い音場、音質改善効果が得られる。
（４）さらに、位相遅延回路を左右チャンネルの各オーディオ信号に対して直列に２段接続した場合には、遅延量の調整幅が広がり、様々な条件下において、より効果的な上方定位拡大が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明に係る音像上方拡大回路の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００３８】
図９は本発明の構成要素である位相遅延回路の回路図である。図１０は本発明の構成要素である位相遅延回路による特性変換の改善効果を表すフルレンジスピーカの振幅特性と位相特性を示すシミュレーション図である。図１１は本発明に係る音像上方拡大回路の第１の実施の形態の回路図である。図１２は第１の実施の形態の音像上方拡大回路の振幅特性及び位相特性を示すシミュレーション図である。図１３は本発明に係る第２の実施の形態の音場上方拡大回路のブロック図である。図１４は本発明に係る第３の実施の形態の簡略化された音場上方拡大回路の回路図である。図１５、図１６、図１７はそれぞれ本発明に係る音像上方拡大回路の第１の実施の形態における振幅特性の（１）スピーカ正面０°／同軸上、（２）スピーカ正面０°／高さ１．５ｍ、（３）スピーカ正面４５°／高さ１．５ｍの位置での実測図である。
【００３９】
先の［課題を解決するための手段］で述べた考察から、好ましいスピーカの音像上方拡大を行うためには、位相遅延回路とサラウンド回路の組み合わせが肝要である。
【００４０】
そこで、図１１に示される第１の実施の形態の音像上方拡大回路２０は、図示されないスピーカユニットにより再生されてサラウンド音場を創生するためのサラウンド出力信号Ｌｏ、Ｒｏを得るための演算処理を、オーディオ信号源からの左右チャンネルＬｃｈ、Ｒｃｈの各オーディオ信号ＬＩＮ、ＲＩＮに対して行う音像上方拡大回路であって、特に、前記左右チャンネルＬｃｈ、Ｒｃｈの各オーディオ信号ＬＩＮ、ＲＩＮに対して、高周波数帯域で１を超える増幅度のオールパスフィルタとして、前記スピーカユニットに起因する高周波数帯域の位相シフトと増幅度低下との補正を行う左チャンネル用位相遅延回路１ａ及び右チャンネル用位相遅延回路１ｂからなる位相遅延回路１と、前記左チャンネル用位相遅延回路１ａの左チャンネル出力信号Ｌと前記右チャンネル用位相遅延回路１ｂの右チャンネル出力信号Ｒとの和信号（Ｌ＋Ｒ）が入力される中音域補正フィルタ回路１７と、更に、前記左／右チャンネル出力信号Ｌ／Ｒの差信号（Ｌ−Ｒ）または（Ｒ−Ｌ）が入力されて前記左／右チャンネル用位相遅延回路１ａ、１ｂで補正された高周波数帯域を除去するコンデンサＣ６と抵抗Ｒ１４からなるフィルタ回路３と、前記フィルタ回路３の出力が入力される位相遅延器１５、１５と、前記左チャンネル用位相遅延回路１ａの左チャンネル出力信号Ｌと前記中音域補正フィルタ回路１７の出力信号Ｖｍと前記位相遅延器１５の出力信号Ｖｐとが入力されて左チャンネルのサラウンド出力信号Ｌｏを出力する第１の混合器（オペアンプＯＰ３で構成されるＭＩＸ回路）１８と、前記右チャンネル用位相遅延回路１ｂの右チャンネル出力信号Ｒと前記中音域補正フィルタ回路１７の出力信号Ｖｍと前記位相遅延器１５の出力信号Ｖｐとが入力されて右チャンネルのサラウンド出力信号Ｒｏを出力する第２の混合器１９と、を有するサラウンド回路８と、を備える回路構成となっている。
【００４１】
上記位相遅延回路１の目的は、先に述べた仮想音源である高周波数帯域の振幅補正と位相補正を同時に行うことである。
【００４２】
この点、従来方式では、イコライザ回路にて振幅補正を行い、位相遅延回路にて位相の補正を行う方式が一般的であったが、この方式ではイコライザにても位相が変化してしまうため位相遅延回路にてそれを補正し、且つ、所望の位相遅延を行うことが困難となっていた。
【００４３】
上記第１の実施の形態の音像上方拡大回路２０では、前記位相遅延回路１を特性改善及び回路段数削減、音質劣化防止を図るために、１つの回路段にて行う方式としている。
【００４４】
先に述べたように、一般的なフルレンジスピーカは、周波数の増加に伴い、ボイスコイルの誘導性成分の影響で位相は進む。これを振幅補正並びに位相補正することで、理想的スピーカシステムの擬似再生を可能とする。
【００４５】
これを実現する位相遅延回路１を図９に示す。この回路はオペアンプで構成されたインバータ回路とコンデンサＣ１、抵抗Ｒ１で構成されたフィルタを接続することで構成されている。即ち、増幅度は１を超えるＲ３／Ｒ２で表せる。
ここで抵抗Ｒ２の値を抵抗Ｒ３より小さい値に設定すると、その伝達関数Ｇ１は次のようになる。
【００４６】
周波数が０からＦｃ＝１／２π・Ｃ１・Ｒ１で決まるカットオフ周波数までの間は、
【００４７】
【数６】
2006042316.tif 000008
となり、この回路はオ−ルパスフィルタとして働き、Ｇ１＝１で固定である。また、この帯域での位相は変化しない。
【００４８】
周波数がＦｃ＝１／２π・Ｃ１・Ｒ１のカットオフ周波数以上の帯域では、Ｃ１のインピーダンスが減少するため、回路は反転増幅回路として働き、
【００４９】
【数７】
2006042316.tif 000009
【００５０】
【数８】
2006042316.tif 000010
となる。即ち、Ｆｃ＝１／２π・Ｃ１・Ｒ１を変極点として振幅特性が変化することを表している。
【００５１】
上記抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の値を適宜設定することで、０〜−１８０°の位相遅延量の調整が可能である。而して、上記回路素子の回路定数Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ１の適当な選択によって対象とするスピーカ、セットサイズ等に対して、所望の位相遅延量と増幅度を設定することができる。
【００５２】
例えば、図９で示される位相遅延回路１の定数をそれぞれＲ１＝１０ＫΩ、Ｒ２＝４．７ＫΩ、Ｒ３＝１ＯＫΩ、Ｃ１＝０．００４７μＦとすると、Ｆｃ＝３３８３Ｈｚとなる。この回路を用いてフルレンジスピーカの音質補正を行った場合の静特性の変化を図１０に示す。図１０と理想的スピーカシステムの特性を表す図３を比較すると、前記位相遅延回路１にて補正されたフルレンジスピーカの特性は理想的スピーカの特性に近似することが解る。即ち、フルレンジスピーカで不足している高周波数帯域の振幅が補われると同時に、中高周波数帯域の位相進みが改善されることで原音に近い再生音が得られる訳である。
【００５３】
勿論、上記位相遅延回路１のみで本発明の主眼とする音像上方拡大が実現するのではなく、図１１のように前記位相遅延回路１にサラウンド回路８が接続されることで本発明は成立する。
【００５４】
前記サラウンド回路８を利用する目的は、音場の左右拡大により少ない位相遅延量にて音像上方拡大を可能とするためである。以下、図１１の音像上方拡大回路２０の回路原理をサラウンド回路８を主体に説明する。
【００５５】
先ず、前段の位相遅延回路１を通った信号Ｌ、Ｒは各々３つの信号に分割される。１つは直接、後段の第１／第２の混合器１８、１９（ＭＩＸ回路）へ入力される。もう一つはＬ、Ｒの差信号（Ｌ−Ｒ）の生成回路のオペアンプに入力される。ここでは、特定帯域（位相遅延回路１ａ、１ｂにて補正された帯域）を除去するための抵抗Ｒ１４、コンデンサＣ６で構成されたＣＲフィルタ３が設けられている。更にこの差信号（Ｌ−Ｒ）は位相遅延器１５を２段通り、後段の第１／第２の混合器１８、１９へそれぞれ加算される。
【００５６】
更に、もう一つの信号はＬ、Ｒの和信号（Ｌ＋Ｒ）となり、中音域補正フィルタ回路１７に入力されて、サラウンド回路８で抜け落ちる音声帯域の補正を行う。
【００５７】
このように、第１の実施の形態の音像上方拡大回路２０では、回路構成を簡潔とするためにシンプルな最低限のアナログ回路で成立している。また、前記位相遅延回路１に設けられたＱ１、Ｑ２のトランジスタにより、音像上方拡大の選択を可能としている。つまりコンデンサＣ２、Ｃ３が未接続であるならばオペアンプＯＰ１、ＯＰ２は単にバッファアンプとして働き、信号の変化は起こらない。また、使用セットの配置及び構造などの条件に応じて中音域補正フィルタ回路１７の使用・不使用の選択もＳＷ１の設定で可能である。
【００５８】
ここで、図１１の音像上方拡大回路２０で得られる左右チャンネルの出力Ｌｏ、Ｒｏは以下の式で表せる。なお、Ｇ１は前段の位相遅延回路の伝達関数、Δｔはサラウンド回路の位相遅延量、Ｋは中音域補正係数である。
【００５９】
【数９】
2006042316.tif 000011
【００６０】
【数１０】
2006042316.tif 000012
上記［数９］式、［数１０］式の第１項は、それぞれ左右信号Ｌ、Ｒが位相遅延回路１により伝達関数Ｇ１で信号変換されることを示している。これにより、原音Ｌ、Ｒは前記［数７］式の伝達関数Ｇ１にて、振幅の増加と位相遅延が行われる。
【００６１】
第２項も同様に、サラウンド差信号成分（Ｌ−Ｒ）または（Ｒ−Ｌ）が位相遅延回路１によりＧ１で信号変換されることを示している。これにより間接音である差信号成分（Ｌ−Ｒ）または（Ｒ−Ｌ）についても振幅の増加と更に位相遅延が行われる。
【００６２】
第３項についても、同様に中音域補正成分が位相遅延回路１によりＧ１で信号変換されることを示している。
【００６３】
これらの信号処理の結果、高周波数帯域の振幅は増加し、位相の進みは改善されてフラットとなり、更に左右方向の音場拡大が行われるため、図８で示した仮想音源ＳＬ２、ＳＲ２が形成される。ここで得られる音像は違和感の無い明瞭な音質である。また、その音質特性は帯域ごとの分割した信号処理をしているため低歪、且つ、高Ｓ／Ｎ比を維持している。
【００６４】
ここで述べた図１１の音像上方拡大回路２０で得られる左右チャンネルの出力Ｌｏ、Ｒｏの振幅特性と位相特性のシミュレーションを図１２に示す。図１２から判るように、１ＫＨｚ〜３ＫＨｚの帯域ではサラウンド回路８により振幅特性は谷間が発生している。同様に位相もこの帯域で大きく変化している。更に、３ＫＨｚ以上より上の帯域では位相が遅延していく様子が判る。
【００６５】
次に、２チャンネルオーディオシステムの左右スピーカ間隔或いはエンクロージャーサイズによっては、図１１の音像上方拡大回路２０のような位相遅延回路１の１段のみの構成では遅延量が不足する場合が考えられる。そのような場合は図１３のブロック図に示される第２の実施の形態のように、位相遅延回路１が、前記左右チャンネルＬｃｈ、Ｒｃｈの各オーディオ信号ＬＩＮ、ＲＩＮに対して直列に２段接続とすることで最大−３６０°の遅延量が得られる構成とするのが望ましい。これとサラウンド回路８を接続することで所望する音像上方拡大が可能となる。
【００６６】
また、前述の第１の実施の形態の図１１の音像上方拡大回路２０におけるサラウンド回路８の入力バッファアンプＯＰ３、ＯＰ４を位相遅延回路１の素子として利用することも可能である。これにより、回路の簡素化が図れてコストパフォーマンスが一層向上するが、得られる効果は先述のオリジナル方式とほぼ同一である。この第１の実施の形態の簡素化した回路例を図１４に示す。
【００６７】
次に、図１１の音像上方拡大回路２０のフルレンジスピーカの振幅−周波数特性に与える具体的効果をその有無（ＯＮ／ＯＦＦ）で比較測定した結果を述べる。ここで、前段の位相遅延回路１の定数は、Ｒ４＝Ｒ７＝１０ＫΩ、Ｒ６＝Ｒ９＝１０ＫΩ、Ｒ５＝Ｒ８＝４．７ＫΩ、Ｃ２＝Ｃ３＝０．００６８μＦとした。測定方法は、想定される視聴範囲を想定して、（１）スピーカ正面０°／同軸上、（２）スピーカ正面０°／高さ１．５ｍ、（３）スピーカ正面４５°／高さ１．５ｍのそれぞれの位置でのマイクロフォンによる音圧測定である。
【００６８】
（１）図１５のデータより、スピーカ正面の同軸の位置では、中音域から高音域までの振幅が増加している様子が判る。即ち、中高域周波数帯域で構成された仮想音源が形成される事を示している。
【００６９】
（２）図１６のデータより、スピーカから１．５ｍ上方位置にて、中高域周波数帯域の振幅はほぼフラットになることが判る。即ち、上方向位置にて最良の音像、音質が得られることを示している。
【００７０】
（３）図１７のデータより、スピーカから４５°離れた位置では、中音域から高音域にかけて大きな範囲にて振幅が増加していることが解る。これは、本発明の最大の特徴である位相遅延回路１とサラウンド回路８を接続した方式の特性を象徴的に表したものと言える。即ち、左右方向に離れた位置にて中高域周波数帯域の音像上方拡大が形成されていることを示している。
【００７１】
以上、詳述してきた本発明に係る音像上方拡大回路２０、３０、４０では、シンプルなアナログ回路構成（位相遅延回路１＋サラウンド回路８）にて効果的な音像の上方拡大が得られる。その音質は、帯域毎の分割した信号処理をしているため低歪且つ高Ｓ／Ｎ比であり、違和感の少ない自然なものとなる。
【００７２】
また、前記位相遅延回路１の回路定数の調整により容易に特性の変更が可能であり適応性は高い。特に、機器を床面などの低位置に設置するようなＣＤ／ＭＤラジカセ等のオーディオ機器の場合に著しい音質改善効果が得られる。蓋し、スピーカ一体型のラジカセの多くはスピーカがセットの正面に設置しているため音像は当然その正面に定位する。すなわち、その上方向で聴いた場合に音質は聴き苦しい。このような場合にでも最良な音質を得られるのである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】フルレンジスピーカの振幅特性・位相特性のシミュレーション図である。
【図２】フルレンジスピーカのインピーダンス特性・位相特性のシミュレーション図である。
【図３】２ウェイスピーカの振幅特性・位相特性のシミュレーション図である。
【図４】理想的スピーカシステムの振幅特性と位相特性の図である。
【図５】上から垂直に見下ろした音源中心と音源再生範囲の概念図である。
【図６】横から水平に見た音源中心と音源再生範囲の概念図である。
【図７】リスナーから見た正面側の左右スピーカの音源中心と音源再生範囲の変化の概念図である。
【図８】空間上での音像上方拡大の仕組みをベクトルで表した模式図である。
【図９】本発明に係る位相遅延回路の回路図である。
【図１０】位相遅延回路による特性変換の改善効果を表すフルレンジスピーカの振幅特性と位相特性を示すシミュレーション図である。
【図１１】本発明に係る音像上方拡大回路の第１の実施の形態の回路図である。
【図１２】第１の実施の形態の音像上方拡大回路の振幅特性及び位相特性を示すシミュレーション図である。
【図１３】本発明に係る第２の実施の形態の音場上方拡大回路のブロック図である。
【図１４】本発明に係る第３の実施の形態の簡略化された音場上方拡大回路の回路図である。
【図１５】本発明に係る音像上方拡大回路の第１の実施の形態における振幅特性のスピーカ正面０°／同軸上での実測図である。
【図１６】本発明に係る音像上方拡大回路の第１の実施の形態における振幅特性のスピーカ正面０°／高さ１．５ｍでの実測図である。
【図１７】本発明に係る音像上方拡大回路の第１の実施の形態における振幅特性のスピーカ正面４５°／高さ１．５ｍの位置での実測図である。
【図１８】左右２チャンネルのステレオ再生装置の音像定位回路の一方式として提案されているサラウンド回路の回路図である。
【符号の説明】
【００７４】
１、１ａ、１ｂ    位相遅延回路
３      ＣＲフィルタ回路
８、９、１０      サラウンド回路
１３、１４      バッファアンプ
１５      位相遅延器
１７      中音域補正フィルタ回路
１８      第１の混合器
１９      第２の混合器
２０、３０、４０      音場上方拡大回路
Ｌ      左チャンネル出力信号
Ｒ      右チャンネル出力信号
Ｌｃｈ      左チャンネル
Ｒｃｈ      右チャンネル
Ｌｏ、Ｒｏ      サラウンド出力信号
ＬＩＮ      左チャンネルオーディオ信号
ＲＩＮ      右チャンネルオーディオ信号
【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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