(57)【要約】【課題】５．１ｃｈを超えるような複数の音声チャンネルの音声信号のチャンネル数を変換する際の不都合を改善するチャンネル数変換装置を提供する。【解決手段】複数の音声チャンネルの音声信号のチャンネル数を変換するチャンネル数変換装置１は、複数の音声チャンネルを所定数に分配した音声信号のチャンネル数を変換し、分配した音声信号のチャンネル数を変換する前後の信号レベルに基づいて、分配した音声信号のチャンネル数を変換した後の信号レベルを調整する制御部１０を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の音声チャンネルの音声信号のチャンネル数を変換するチャンネル数変換装置であって、
前記複数の音声チャンネルを所定数に分配した音声信号のチャンネル数を変換し、当該分配した音声信号のチャンネル数を変換する前後の信号レベルに基づいて、当該分配した音声信号のチャンネル数を変換した後の信号レベルを調整する制御部を備える、チャンネル数変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記所定数に分配した音声信号のうち少なくとも１つのチャンネル数を変換する前後の信号レベルに基づいて、前記分配した音声信号のチャンネル数を変換した後のそれぞれの信号レベルを調整する、請求項１に記載のチャンネル数変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記所定数に分配した音声信号のうち１つのチャンネル数を変換する前後の信号レベルに基づいて、前記分配した音声信号のチャンネル数を変換した後のそれぞれの信号レベルを調整する、請求項２に記載のチャンネル数変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記所定数に分配した音声信号のうち全てのチャンネル数を変換する前後の信号レベルに基づいて、前記分配した音声信号のチャンネル数を変換した後のそれぞれの信号レベルを調整する、請求項２に記載のチャンネル数変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記分配した音声信号のチャンネル数を変換する前の信号レベル、および当該分配した音声信号のチャンネル数を変換した後の信号レベルの少なくとも一方を測定するように構成した、請求項１〜４のいずれか１項に記載のチャンネル数変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記分配した音声信号のチャンネル数を変換する前の信号レベルの情報、および当該分配した音声信号のチャンネル数を変換した後の信号レベルの情報の少なくとも一方を、前記チャンネル数変換装置の外部から供給されるように構成した、請求項１〜４のいずれか１項に記載のチャンネル数変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンネル数変換装置に関するものである。より詳細には、本発明は、例えば５．１ｃｈを超えるようなマルチチャンネルの音声信号（音響信号）のチャンネル数を変換する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、多数の音声チャンネルを用いることにより、三次元音響のような高い臨場感の音響再生を実現する音響システムが提案されている（特許文献１および非特許文献１参照）。例えば、５．１ｃｈサラウンドのような音響システムによるホームシアターシステムが、家庭用として登場している。また、例えばスーパーハイビジョン（ＳＨＶ）放送においては、２２．２ｃｈというマルチチャンネルの音響が採用される。
【０００３】
しかしながら、家庭における使用を想定した場合、各家庭に設置されるスピーカの数は、２２．２ｃｈのマルチチャンネル音響システムを構成するチャンネル数よりも少ないことがほとんどであると想定される。
【０００４】
このため、２２．２ｃｈのようなマルチチャンネルの音響を家庭で再現するには、ダウンミックスのような、チャンネル数を少なく変換する手法が必要になる。従来、５．１ｃｈサラウンドを２ｃｈのステレオに変換する手法は既に提案されている（例えば非特許文献２参照）。しかしながら、５．１ｃｈを超えるようなマルチチャンネルの音響システムのチャンネル数を変換する方法については、その実用化が依然として望まれている。
【０００５】
一般的に、各家庭に設置されているスピーカの数は決まっていない。また、上述したように、各家庭に設置されるスピーカの数は、２２．２ｃｈのマルチチャンネル音響システムに対応していないことが通常である。このため、例えば５．１ｃｈを超えるようなマルチチャンネルの音声信号に基づく音声（音響）を再生する場合、設置されているスピーカの数に合わせて、音声信号のチャンネル数を変換する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−７７３７９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】IEICE Fundamentals Review Vol.3，No.4 (2010)，pp.33-46「高臨場感音響技術とその理論」安藤彰男
【非特許文献２】ARIB STD-B21「デジタル放送用受信装置（望ましい仕様）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、提供するコンテンツに依存せずに一意にチャンネル数の変換を行うと、種々の不都合が想定される。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、例えば５．１ｃｈを超えるような複数の音声チャンネルの音声信号のチャンネル数を変換する際の不都合を改善するチャンネル数変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する第１の観点に係る発明は、
複数の音声チャンネルの音声信号のチャンネル数を変換するチャンネル数変換装置であって、
前記複数の音声チャンネルを所定数に分配した音声信号のチャンネル数を変換し、当該分配した音声信号のチャンネル数を変換する前後の信号レベルに基づいて、当該分配した音声信号のチャンネル数を変換した後の信号レベルを調整する制御部を備えるものである。
【００１１】
また、前記制御部は、前記所定数に分配した音声信号のうち少なくとも１つのチャンネル数を変換する前後の信号レベルに基づいて、前記分配した音声信号のチャンネル数を変換した後のそれぞれの信号レベルを調整してもよい。
【００１２】
また、前記制御部は、前記所定数に分配した音声信号のうち１つのチャンネル数を変換する前後の信号レベルに基づいて、前記分配した音声信号のチャンネル数を変換した後のそれぞれの信号レベルを調整してもよい。
【００１３】
また、前記制御部は、前記所定数に分配した音声信号のうち全てのチャンネル数を変換する前後の信号レベルに基づいて、前記分配した音声信号のチャンネル数を変換した後のそれぞれの信号レベルを調整してもよい。
【００１４】
また、前記制御部は、前記分配した音声信号のチャンネル数を変換する前の信号レベル、および当該分配した音声信号のチャンネル数を変換した後の信号レベルの少なくとも一方を測定するように構成してもよい。
【００１５】
また、前記制御部は、前記分配した音声信号のチャンネル数を変換する前の信号レベルの情報、および当該分配した音声信号のチャンネル数を変換した後の信号レベルの情報の少なくとも一方を、前記チャンネル数変換装置の外部から供給されるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、例えば５．１ｃｈを超えるような複数の音声チャンネルの音声信号のチャンネル数を変換する際の不都合を改善するチャンネル数変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るチャンネル数変換装置の概略構成を説明する機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態におけるチャンネル数の変換を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
上述したように、例えば５．１ｃｈを超えるような複数の音声チャンネルの音声信号のチャンネル数を、提供するコンテンツに依存せずに一意に変換すると、種々の不都合が想定される。
【００２０】
例えば、このようなチャンネル数の変換を行うと、音声信号におけるダイアログなどのオブジェクト成分の信号レベルまたはラウドネスに変化が生じる。特に影響が顕著になる例として、以下のような場合が挙げられる。すなわち、
（１）音声信号のオブジェクト成分の信号レベルが変化する場合、
（２）オブジェクト成分を含む音声信号を出力するチャンネルの信号レベルが変化する場合、
（３）音声信号のオブジェクト成分とその他のバックグラウンド成分との信号レベル比が変化する場合、である。
【００２１】
提供するコンテンツに依存せずに一意にチャンネル数変換を行うと、これに伴って、方向別ラウドネス値および方向別マスキング効果が変化する。この変化に起因して、チャンネル数変換前の音声信号が有していた特定のオブジェクト成分のバランスおよび明瞭度が損なわれてしまう。このように、チャンネル数の変換を行うと、音声信号の特定のオブジェクト成分に基づく音声がダイアログである場合などに、再生される音声の明瞭度が著しく変化するおそれがある。したがって、ダイアログなどのオブジェクト成分の信号レベルまたはラウドネスに変化があると、家庭での受聴を目的としたチャンネル数の変換を行う際に、不都合が生じる。
【００２２】
そこで、本実施形態においては、複数の音声チャンネルを有する音響システムのチャンネル数を変換する際に、変換前の音声信号におけるオブジェクト成分とバックグラウンド成分との信号レベル比が、変換後も維持されるようにする。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係るチャンネル数変換装置の概略構成を説明する機能ブロック図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態に係るチャンネル数変換装置１は、制御部１０、および記憶部２０を備えている。制御部１０は、複数のチャンネルの音声信号が入力されると、当該音声信号のチャンネル数を変換したものを出力する。図１においては、チャンネル数変換装置１の左側から２２．２ｃｈの音声信号が入力され、チャンネル数変換装置１の左側から、例えば５．１ｃｈのような、チャンネル数が変換された音声信号が出力される様子を示してある。
【００２５】
以下、制御部１０および記憶部２０を含んで本発明に係るチャンネル数変換装置１を構成するものとして説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。例えば、制御部１０が記憶部２０を内蔵するような構成としたり、チャンネル数変換装置１を制御部１０および記憶部２０の機能を有するシステムオンチップ（ＳｏＣ）として構成するなど、種々の構成態様を想定することができる。
【００２６】
制御部１０は、例えばプロセッサまたはマイコンなどの任意の処理装置を含んで構成することができる。本実施形態において、制御部１０は、音声信号を含む各種のデータの入力に基づいて、当該データを解析したり、各種の演算処理を施したりする。また、制御部１０は、必要に応じて各種の解析結果を記憶部２０に記憶させたり、必要に応じて記憶部２０に記憶された各種情報を読み出したりすることができる。特に、本実施形態において、制御部１０は、複数のチャンネルの音声信号が入力されると、当該音声信号のチャンネル数を変換する処理を行う。また、本実施形態において、制御部１０は、このようなチャンネル数の変換に関連する各種の処理も行う。本実施形態において制御部１０が行う処理については、さらに後述する。
【００２７】
記憶部２０は、任意のメモリ装置を含んで構成することができる。記憶部２０は、制御部１０が上述したようなデータ解析および各種の演算処理などを行う際のアルゴリズム、およびルックアップテーブル（ＬＵＴ）のような各種の参照テーブルなども記憶する。
【００２８】
上述したように、本実施形態に係るチャンネル数変換装置１は、複数のチャンネルの音声信号の入力に基づいて、当該音声信号のチャンネル数を変換してから出力する。ここで、チャンネル数変換装置１が扱う音声信号の複数のチャンネル数は特に限定されるものではなく、任意の複数のチャンネルとすることができる。しかしながら、本実施形態に係るチャンネル数変換装置１は、５．１ｃｈを超えるようなマルチチャンネルの音声信号を扱うのに特に好適である。以下の説明においては、チャンネル数変換装置１に入力される音声信号は、例として、ＳＨＶにおいて採用される２２．２ｃｈサラウンドの音声信号である場合について述べる。ここで、チャンネル数変換装置に入力する２２．２ｃｈの音声信号は、例えばＰＣＭ信号または圧縮符号化した信号など、種々の形式の信号とすることができる。
【００２９】
すなわち、本実施形態で２２．２ｃｈの音声信号に基づく音声の再生を行う音響システムにおいてスピーカが配置される位置は、規格ＳＭＰＴＥ  ＳＴ２０３６−２−２００８に規定されている。ＳＨＶの音響システムでは、聴取位置を中心とする三次元空間において、ｃｈ１〜１２の中層には１０個のスピーカを配置し、ｃｈ１３〜２１の上層（Ｔｏｐ）に９個のスピーカを配置し、ｃｈ２２〜２４の下層（Ｂｏｔｔｏｍ）に３個のスピーカを配置する。なお、ｃｈ４および１０は、低域効果音（ＬＦＥ）用のチャンネルである。このように、２２．２ｃｈの音響システムにおいては、合計２４ｃｈのチャンネルの音声信号に基づく音声を再生する。
【００３０】
次に、本実施形態に係るチャンネル数変換装置１において、複数のチャンネルの音声信号の入力に基づいて、チャンネル数を変換する際の処理について説明する。
【００３１】
図２は、本発明の一実施形態におけるチャンネル数の変換を説明する図である。図２は、チャンネル数変換装置１が、複数の音声チャンネルの音声信号を入力されて、当該音声信号のチャンネル数を変換してから出力する際の処理の流れを、左から右の方向に示している。
【００３２】
チャンネル数変換装置１に２２．２ｃｈの音声信号が入力されると、制御部１０は、入力された２２．２ｃｈ音声信号を、ダイアログ成分の１ｃｈと、その他のバックグラウンド成分の２１．２ｃｈとに分配する（ステップＳ１１）。本実施形態においては、複数の音声チャンネルを１ｃｈと２１．２ｃｈとで分配したが、本発明のチャンネル数変換はこのような分配に限定されるものではなく、要求される仕様などに応じて、任意に分配することができる。また、本実施形態においては、複数の音声チャンネルを２つに分配したが、本発明のチャンネル数変換はこのような分配に限定されるものではなく、任意の所定数に分配することができる。
【００３３】
ステップＳ１１においてチャンネルが分配されたら、制御部１０は、分配されたチャンネルの音声信号の信号レベルを、それぞれ測定する（ステップＳ１２）。本実施形態においては、信号レベルの測定として、それぞれの音声信号のラウドネス値を測定する。
【００３４】
ここで、複数の音声チャンネルを有する音響システムのラウドネスの測定方法は、現状の５．１ｃｈ用の測定方法または方向別のラウドネスを考慮した方法など、任意の手法とすることができる。従来の５．１ｃｈの音声信号からラウドネス値を算出する方法については、ＡＲＩＢ技術資料ＴＲ−Ｂ３２（社団法人電波産業会「デジタルテレビ放送番組におけるラウドネス運用規定」）に規定されている。
【００３５】
また、５．１ｃｈを超えるようなマルチチャンネルの音声信号のラウドネスを測定する際には、上述のＡＲＩＢ技術資料ＴＲ−Ｂ３２に規定された方法を単純に拡張することもできるが、各チャンネルからの音の到来方向を考慮したラウドネス値を算出してもよい。このように音の到来方向を考慮したラウドネス測定は、本出願人による先の特許出願（特願２０１４−３２１９０）の明細書に開示したため、ここではその詳細な説明は省略する。
【００３６】
ステップＳ１２においてそれぞれの音声信号のラウドネスが測定されたら、制御部１０は、ダイアログ成分およびバックグラウンド成分のチャンネル数を、それぞれ変換する（ステップＳ１３，ステップＳ１４）。
【００３７】
２２．２ｃｈの音声信号は、オブジェクト成分とバックグラウンド成分とが既に不可分な状態にミックスされている場合、以下の式（１）〜（６）を用いることにより、５．１ｃｈにダウンミックスすることができる。これらの式に示す固定ダウンミックス係数を用いることで、２２．２ｃｈ信号時の音声バランスを大幅に損なうことなく、チャンネル数を５．１ｃｈに変換することができる。なお、以下の変換式中の係数をｄＢに変換すると、１／２１／２は−３ｄＢに、１／２３／４は−４．５ｄＢに、１／２は−６ｄＢに対応する。この関係は、真数表示において完全には一致しないが、例えば±０．０１程度の範囲のような、ある程度の数値のズレは、本式に規定する関係に含まれるものとする。また、このようなチャンネル数変換において、各チャンネル間の係数比を維持したまま、全チャンネルのレベルをシフトさせることにより、全体のレベルを上げ下げしてもよい。
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【００３８】
また、上述のようにして２２．２ｃｈの音声信号を５．１ｃｈにダウンミックスする際は、上記の式（１）〜（６）に代えて、以下の式（７）〜（１２）を用いてもよい。これらの式に示す固定ダウンミックス係数を用いることで、２２．２ｃｈ信号時の音声バランスを損なうことなく、さらに好適にチャンネル数を５．１ｃｈに変換することができる。
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【００３９】
さらに、上述のようにして２２．２ｃｈの音声信号を５．１ｃｈにダウンミックスする際は、上記の式（１）〜（６）または式（７）〜（１２）に代えて、以下の式（１３）〜（１８）を用いてもよい。これらの式に示した係数ｇ１〜ｇ５およびｇＬＦＥの関係を維持してダウンミックスをおこなうことで、２２．２ｃｈ信号時の音声バランスを大きく損なうことなく、５．１ｃｈ信号のレベルやラウドネスの調整幅を拡大することができる。このため、さらに好適にチャンネル数を５．１ｃｈに変換することができる。なお、各係数はそれぞれ等しい値とすることも可能である。
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【００４０】
本実施形態においては、複数のチャンネルの音声信号を、ダイアログ成分の１ｃｈと、バックグラウンド成分の２１．２ｃｈとに分配して、チャンネル変換を行う態様を記載している。しかしながら、本発明は、例えば、オブジェクト（ダイアログ）成分のチャンネル数を１ｃｈとするのではなく、複数のチャンネルにまたがるオブジェクト成分、または複数個のオブジェクトに対しても適用することができる。
【００４１】
ステップＳ１３およびＳ１４においてチャンネル数が変換されたら、制御部１０は、チャンネル変換後のそれぞれの音声信号のレベル（本実施形態においてはラウドネス）を再び測定する（ステップＳ１５）。なお、ステップＳ１３およびＳ１４で用いられるチャンネル数変換は、５．１ｃｈと同様の固定されたダウンミックス係数によるチャンネル数変換の他、三次元的なチャンネル配置を所望のチャンネル配置・数にレンダリングする方法（例えば、A. Ando and K. Hamasaki, “Sound intensity based three-dimensional panning,” AES Convention, Convention Paper 7675 (2009)など参照）などを用いることができる。
【００４２】
ステップＳ１５においてそれぞれの音声信号のラウドネスが測定されたら、制御部１０は、ステップＳ１２およびステップＳ１５で測定したラウドネスに基づいて、それぞれの音声信号のレベルを調整する（ステップＳ１６）。
【００４３】
ステップＳ１６においては、例えば、ダイアログ成分とバックグラウンド成分とのチャンネル数変換前のラウドネス値の比率、および、これらのチャンネル数変換後のラウドネス値の比率に基づいて、チャンネル数変換後の音声信号のレベルをそれぞれ調整する。この際、ダイアログ成分のみの信号レベルの変化、バックグラウンド成分のみの信号レベルの変化、またはダイアログ成分およびバックグラウンド成分の両方の信号レベルの変化、によって調整することができる。
【００４４】
ステップＳ１６における信号レベル調整の精度は、例えば、モメンタリ値の精度に追随させたり、または、信号レベル差が１ＬＫＦＳを超えた場合に調整を行ったりするなど、コンテンツの要求精度に合わせた指標を採用することができる。
【００４５】
ステップＳ１６において信号レベルが調整されたら、制御部１０は、信号レベルを調整したダイアログ成分とバックグラウンド成分とを加算する（ステップＳ１７）。このステップＳ１７の後、チャンネル数変換装置１は、チャンネル数を変換した音声信号を出力することができる。
【００４６】
このように、本実施形態において、チャンネル数変換装置１は、複数の音声チャンネル（例えば２２．２ｃｈ）の音声信号のチャンネル数を（例えば５．１ｃｈなどの少ないチャンネル数に）変換する。ここで、制御部１０は、複数の音声チャンネルを所定数に分配した音声信号のチャンネル数を変換する。また、制御部１０は、分配した音声信号のチャンネル数を変換する前後の信号レベルに基づいて、当該分配した音声信号のチャンネル数を変換した後の信号レベルを調整する。
【００４７】
また、本実施形態において、制御部１０は、所定数に分配した音声信号のうち少なくとも１つのチャンネル数を変換する前後の信号レベルに基づいて、分配した音声信号のチャンネル数を変換した後のそれぞれの信号レベルを調整してもよい。ここで、所定数に分配した音声信号のうち少なくとも１つとは、所定数に分配した音声信号のうち１つ（ダイアログ成分のｃｈ）とすることができる。また、所定数に分配した音声信号のうち少なくとも１つとは、所定数に分配した音声信号のうち全てとすることもできる。
【００４８】
このように、本実施形態においては、複数の音声チャンネルを有する音響システム用の音声信号のオブジェクト成分とその他のバックグラウンド成分との信号レベル比またはラウドネス比などを測定する。この測定に基づいて、本実施形態においては、オブジェクト成分の音声信号およびバックグラウンド成分の音声信号のチャンネル数を個別に変換する。このチャンネル数変換後、本実施形態において、再度、音声信号のオブジェクト成分とバックグラウンド成分との信号レベル比またはラウドネス比などを測定する。この測定および先の測定に基づいて、本実施形態においては、チャンネル数変換後のオブジェクト成分およびバックグラウンド成分の信号レベルを調整することにより、チャンネル数変換を行う。
【００４９】
したがって、本実施形態に係るチャンネル数変換装置によれば、複数の音声チャンネルを有する音響システムのチャンネル数を変換する際に、変換前の音声信号におけるオブジェクト成分とバックグラウンド成分との信号レベル比を、変換後も維持することができる。
【００５０】
本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部やステップなどを１つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。また、上述した本発明の実施形態は、それぞれ説明した実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。
【００５１】
また、上述した実施形態においては、ＳＨＶに採用される２２．２ｃｈのマルチチャンネルの音声信号を少ないチャンネル数に変換する装置を説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されない。本発明は、ＳＨＶに採用される２２．２ｃｈのマルチチャンネルのみならず、その他のチャンネルベースの立体音響フォーマットにおいても実施することができる。また、本発明は、上述した２２．２ｃｈなどのチャンネルベース方式以外にも、Dolby ATMOSなどのオブジェクトベース方式、または高次アンビソニックスなどのシーンベース方式に適用することもできる。
【００５２】
また、上述した実施形態では、ステップＳ１２およびステップＳ１５の信号レベルの測定は、ラウドネス値を指標として用いてラウドネスを測定する態様を説明した。しかしながら、本発明におけるステップＳ１２およびステップＳ１５の信号レベル測定は、ラウドネス測定に限定されるものではない。例えば、ダイアログにとって重要であるホルマント成分の帯域に限定した信号レベル比、または聴覚心理上敏感な４ｋＨｚ付近のみに着目した信号レベル比など、使用の目的によって、基準とする指標を適宜変更することができる。
【００５３】
また、上述した実施形態では、制御部１０が、ステップＳ１２およびステップＳ１５における信号レベル（ラウドネス）測定を行う態様について説明した。しかしながら、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、各種の情報を適宜外部から供給されるように構成してもよい。例えば、分配した音声信号のチャンネル数を変換する前の信号レベル、および当該分配した音声信号のチャンネル数を変換した後の信号レベルの少なくとも一方は、制御部１０が測定するのではなく、これらの信号レベルの情報をチャンネル数変換装置１から供給されてもよい。すなわち、制御部１０は、分配した音声信号のチャンネル数を変換する前の信号レベル、および当該分配した音声信号のチャンネル数を変換した後の信号レベルの少なくとも一方を測定してもよい。また、制御部１０は、分配した音声信号のチャンネル数を変換する前の信号レベルの情報、および当該分配した音声信号のチャンネル数を変換した後の信号レベルの情報の少なくとも一方を、チャンネル数変換装置１の外部から供給されるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１  チャンネル数変換装置
１０  制御部
２０  記憶部
【図１】
2015195544.tif 000006
【図２】
2015195544.tif 000007