(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数チャンネルの音声信号を入力する入力部と、
所定角度以上の仰角差を有する方向にそれぞれ音像を定位させる複数の頭部伝達関数の差分特性を前記複数チャンネルの音声信号に付与する特性付与部と、
前記特性付与部が差分特性を付与した複数チャンネルの音声信号を合成して出力する出力部と、
を備え、
前記特性付与部は、チャンネル毎に異なる差分特性を付与する信号処理装置。
【請求項２】
前記所定角度は１５度である請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記入力部が入力した複数チャンネルの音声信号を加算し、当該加算した音声信号から所定帯域以下の音声信号を分離する分離部を備え、
前記出力部は、前記特性付与部が差分特性を付与した複数チャンネルの音声信号、および前記分離した音声信号を合成して出力する請求項１または請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記所定帯域は、定位感に影響しない周波数帯域である請求項３に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記特性付与部は、前記差分特性におけるピークまたはディップを緩和する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、仮想音像定位処理を行う信号処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、モノラルスピーカで音の広がり感を与えるものとして、例えば特許文献１や特許文献２に示すような処理が知られている。
【０００３】
特許文献１では、Ｌチャンネル入力信号とＲチャンネル入力信号の差成分から低域成分のみ抽出して所定のゲインでＬ＋Ｒ信号に加算し、定位に寄与しない成分を強調することで、広がり感を与えるものが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２では、Ｌチャンネル入力信号とＲチャンネル入力信号の差成分に所定の遅延（人が知覚できる程度の遅延）を付与し、Ｌ＋Ｒ信号に加算することで音場を与えるものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５２６７５７号公報
【特許文献２】特開平３−２６６５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方式では、非同相成分の低域を強調するものであるため、ＬチャンネルとＲチャンネルが分離するものではない。
【０００７】
また、特許文献２の方式でも、音像はモノラルのままで、ＬチャンネルとＲチャンネルが明瞭に定位するわけではない。
【０００８】
そこで、本発明は、複数チャンネルの音声信号を合成してスピーカから出力する場合であっても、複数の信号入力チャンネルに個別の明瞭な定位を与えることで広がりを感じさせることができる信号処理装置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】
【０００９】
この発明の信号処理装置は、複数チャンネルの音声信号を入力する入力部と、所定角度以上の仰角差を有する方向にそれぞれ音像を定位させる複数の頭部伝達関数の差分特性を前記複数チャンネルの音声信号に付与する特性付与部と、前記特性付与部が差分特性を付与した複数チャンネルの音声信号を合成して出力する出力部と、を備え、前記特性付与部は、チャンネル毎に異なる差分特性を付与する。
【００１０】
例えば、正面、仰角０度の方向に音像定位する頭部伝達関数と、正面、仰角＋３０度に音像定位する頭部伝達関数と、の差分特性をいずれか１つのチャンネル（例えばＬチャンネル）に付与し、正面、仰角０度の方向に音像定位する頭部伝達関数と、正面、仰角−３０度に音像定位する頭部伝達関数と、の差分特性を他のチャンネル（例えばＲチャンネル）に付与する。差分特性を付与することにより、音源定位のうち仰角に寄与する成分だけが抽出され、正面の仰角（例えば＋３０度）の頭部伝達関数を付与する場合よりも定位を与えることができる。したがって、モノラルスピーカであっても複数の信号入力チャンネルに個別の明瞭な定位を与えることができる。なお、仰角差は、１５度未満であると各チャンネルが明瞭に分離していると認識することが困難となるため、１５度以上であることが望ましい。
【００１１】
なお、差分特性は、頭部伝達関数に基づくものであるため、所定の周波数にピークまたはディップを有する。これらピークまたはディップは、フラット特性からの偏差が大きく、そのままでは音質への影響が大きいため、音源定位に影響しない程度に（例えば±６ｄＢ程度のゲインに）緩和することが望ましい。
【００１２】
また、本発明の信号処理装置は、入力部が入力した複数チャンネルの音声信号を加算し、当該加算した音声信号から所定帯域以下の音声信号を分離する分離部を備え、前記出力部は、前記特性付与部が差分特性を付与した複数チャンネルの音声信号、および前記分離した音声信号を合成して出力する態様であることが望ましい。また、前記所定帯域は、定位に影響しない周波数帯域であることが望ましい。
【００１３】
このように、定位に影響しない周波数帯域は、分離して差分特性を付与せずに合成することで、音質への影響を緩和することができる。特に、分離した音声信号は、差分特性を付与する音声信号とは別にゲインを制御することが可能となるため、ソースや聴取者の好みに合わせた調整を行うことができる。例えば、ソースに人の音声が含まれたものであれば、分離した音声信号のゲインを高くしてモノラル成分（Ｌチャンネル＋Ｒチャンネル）を強くすることで相対的に同相（センタ定位）成分を強調することができる。逆に、ソースがＢＧＭであれば、分離した音声信号のゲインを相対的に低くして、ＬチャンネルとＲチャネルの定位感を強くすることができる。
【００１４】
なお、定位に影響しない周波数帯域は、概ね７００〜１．５ｋＨｚ以下の周波数帯域であり、実際にはスピーカの特性に依存する。例えば指向性の鋭いスピーカのときは、スピーカそのものが音源として定位を与えやすいため、分離する周波数を低くし、音像の定位感は差分特性にゆだねるものとする。逆に、無指向性のスピーカであれば、スピーカそのものの定位感は弱くなるため、分離する周波数を高くしても各チャンネルの音像の定位感を保つことができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、複数チャンネルの音声信号を合成してスピーカから出力する場合であっても、複数の信号入力チャンネルに個別の明瞭な定位を与えることで広がりあるサラウンド感を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】仮想音像定位システムの構成を示すブロック図である。
【図２】信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】仰角±３０度、および差分の周波数特性を示す図である。
【図４】仰角±１５度、および差分の周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の信号処理装置を備えた仮想音像定位システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の仮想音像定位システムは、モノラルスピーカを用いてマルチチャンネル再生を行うものである。図１に示すように、本実施形態における仮想音像定位システムは、信号処理装置１と、スピーカ２と、を備えている。なお、本実施形態において、特に記載なき場合、音声信号は、全てデジタル信号として説明し、ＤＡコンバータやパワーアンプの構成は省略する。
【００１８】
信号処理装置１は、ある位置に設置した複数のスピーカから聴取者の耳に至る音の大きさ、到達時間、および周波数特性の差を表現した頭部伝達関数（以下、ＨＲＴＦと言う。）に基づく信号処理を音声信号に施してスピーカ２に供給することで、正中面（聴取者の正面）に設置したモノラルスピーカでありながら、複数の信号入力チャンネルに個別の明瞭な定位を与えることで広がりあるサラウンド感を与えることができるものである。
【００１９】
図２に示すように、信号処理装置１は、入力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１１、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１２、ＦＩＲフィルタ１３、ＨＰＦ１４、ＦＩＲフィルタ１５、レベル調整器１６、レベル調整器１７、加算器１８、ＬＰＦ１９、レベル調整器２０、加算器２１、および出力Ｉ／Ｆ２２を備えている。
【００２０】
入力Ｉ／Ｆ１１は、他装置や自装置内のコンテンツ再生部（不図示）から音声信号を取得する。取得した音声信号のうち、左チャンネル（Ｌ）信号はＨＰＦ１２およびレベル調整器１６に供給され、右チャンネル（Ｒ）信号はＨＰＦ１４およびレベル調整器１７に供給される。
【００２１】
ＨＰＦ１２に入力されたＬ信号は、ＦＩＲフィルタ１３を経て、加算器２１に出力される。ＨＰＦ１４に入力されたＬ信号は、ＦＩＲフィルタ１５を経て、加算器２１に出力される。
【００２２】
ＦＩＲフィルタ１３およびＦＩＲフィルタ１５は、本発明の特性付与部に相当し、それぞれＬ信号およびＲ信号に所定の伝達特性を付与する。ＦＩＲフィルタ１３は、図１に示した正面仰角＋３０度に設置したＶＳＬに音像定位させるＨＲＴＦと、正面仰角０度に設置したＶＳＣに音像定位させるＨＲＴＦと、の差分特性を実現するためのフィルタ係数が設定されている。ＦＩＲフィルタ１５は、図１に示した正面仰角−３０度に設置したＶＳＲに音像定位させるＨＲＴＦと、正面仰角０度に設置したＶＳＣに音像定位させるＨＲＴＦと、の差分特性を実現するためのフィルタ係数が設定されている。これにより、Ｌチャンネル信号を仰角プラス方向に定位させ、Ｒチャンネル信号を仰角マイナス方向に定位させることができる。詳細な特性については、図３を参照して後述する。
【００２３】
一方、レベル調整器１６に入力されたＬ信号、およびレベル調整器１７に入力されたＲ信号は、加算器１８で加算され、Ｌ＋Ｒ信号としてＬＰＦ１９に入力される。レベル調整器１６およびレベル調整器１７のゲインは、それぞれ０．５に設定され、同相成分の加算前後のレベルを維持する態様とする。
【００２４】
ＬＰＦ１９から出力されたＬ＋Ｒ信号は、レベル調整器２０でレベル調整がなされ、加算器２１に出力される。レベル調整器２０のゲインは、０以上の任意の値である。このレベル調整器２０のゲインは、ＦＩＲフィルタ１３およびＦＩＲフィルタ１５の出力信号であるＬ信号およびＲ信号との相対的なレベル調整のために設定されるものである。レベル調整器２０のゲインを大きくすれば、Ｌ＋Ｒ信号が強調され、同相成分が強調されることになる。例えば、入力音声信号（ソース）に人の音声が含まれたものであれば、レベル調整器２０のゲインを高くして人の音声を強調するようにしてもよいし、逆に、ソースがＢＧＭであれば、レベル調整器２０のゲインを低くして、Ｌ信号およびＲ信号（ＦＩＲフィルタの出力信号）を強調し、定位感を強調するようにしてもよい。あるいは聴取者の好みに合わせた設定を行ってもよい。
【００２５】
加算器２１は、ＦＩＲフィルタ１３から出力されたＬ信号、ＦＩＲフィルタ１５から出力されたＲ信号、およびレベル調整器２０から出力されたＬ＋Ｒ信号を合成し、出力Ｉ／Ｆ２２に出力する。出力Ｉ／Ｆ２２は、この合成後の信号をスピーカ２に出力する（図示は省略するが、合成後の信号は、Ｄ／Ａ変換され、パワーアンプで増幅されてから出力される）。これにより、スピーカ２からは、正面仰角０度と正面仰角＋３０度との差分特性が付与されたＬ信号、正面仰角０度と正面仰角−３０度との差分特性が付与されたＲ信号、ゲイン調整がなされたＬ＋Ｒ信号が出力される。
【００２６】
なお、ＦＩＲフィルタ１３およびＦＩＲフィルタ１５の後段にもレベル調整器を設け、個別にゲイン調整を行ってもよい。
【００２７】
ＨＰＦ１２およびＨＰＦ１４は、同じ特性であり、同じカットオフ周波数が設定されている。また、ＬＰＦ１９のカットオフ周波数はＨＰＦ１２およびＨＰＦ１４に対応して設定されている。本実施形態では、ＨＰＦ１２、ＨＰＦ１４、およびＬＰＦ１９のカットオフ周波数を全て１．５ｋＨｚとし、定位に影響がある周波数帯域についてのみＦＩＲフィルタ１３およびＦＩＲフィルタ１５で差分特性を付与し、定位に影響がない周波数帯域を分離して差分特性を付与せずにゲイン調整して合成することで、音質への影響を緩和する。特に、上述したように、分離したＬ＋Ｒ信号は、差分特性を付与するＬ信号およびＲ信号とは別にゲインを制御することが可能となるため、ソースや聴取者の好みに合わせたゲイン調整を行うことができる。ただし、ＨＰＦ１２およびＨＰＦ１４のカットオフ周波数を低くし、ＬＰＦ１９のカットオフ周波数は高くする等して、帯域が重複するようにしてもよいし、逆にＨＰＦ１２およびＨＰＦ１４のカットオフ周波数を高くし、ＬＰＦ１９のカットオフ周波数を低くする等して、帯域が離れていてもよい。
【００２８】
なお、周波数レベル特性差による定位に影響がない周波数帯域は、概ね７００〜１．５ｋＨｚ以下の周波数帯域であり、実際にはスピーカの特性に依存する。例えば指向性の鋭いスピーカのときは、スピーカそのものが音源として定位を与えやすいため、分離する周波数を低くし、音像の定位は差分特性の影響にゆだねる。逆に、無指向性のスピーカであれば、スピーカそのものの定位は弱くなるため、分離する周波数を高くしても各チャンネルの音像の定位感を保つことができる。
【００２９】
次に、図３を参照して、ＦＩＲフィルタ１３およびＦＩＲフィルタ１５により実現する周波数特性について説明する。図３（Ａ）は、正面仰角０度のＨＲＴＦ（周波数特性）、正面仰角＋３０度のＨＲＴＦ、および差分特性を示す図であり、同図（Ｂ）は正面仰角０度のＨＲＴＦ、正面仰角−３０度のＨＲＴＦ、および差分特性を示す図である。
【００３０】
これらの図に示すように、正面仰角０度のＨＲＴＦは、１０ｋＨｚ付近に−２０〜−２５ｄＢ程度の大きなディップを有するとともに、他の周波数においてもゲインの上昇や落ち込みを有する。正面仰角＋３０度のＨＲＴＦは、７ｋＨｚ付近に−５〜−１０ｄＢ程度、および１０数ｋＨｚに−１０ｄＢ程度の大きなディップを有するとともに、他の周波数においてもゲインの上昇や落ち込みを有する。同様に、正面仰角−３０度のＨＲＴＦは、８〜９ｋＨｚ付近に−１５〜−２０ｄＢ程度、および２０ｋＨｚ弱にも−１５〜−２０ｄＢ程度の大きなディップを有するとともに、他の周波数においてもゲインの上昇や落ち込みを有する。
【００３１】
これらの複雑な特性は、例えばＨＲＴＦを測定したときに用いたダミーヘッド固有の影響を受けたものが含まれている。つまり、各種仰角に音像を定位させるＨＲＴＦには、仰角定位に影響するピークやディップ以外にも様々な特性を有することになる。本実施形態の信号処理装置１では、正面仰角０度のＨＲＴＦと正面仰角＋３０度のＨＲＴＦとの差分特性、および正面仰角０度のＨＲＴＦと正面仰角−３０度のＨＲＴＦとの差分特性、をそれぞれＬ信号およびＲ信号に付与することにより、仰角定位に影響する成分だけを抽出することで、同じ仰角を持つＨＲＴＦを付与するだけよりも効果的に定位感を与えることができる。よって、モノラルスピーカであってもＬチャンネルおよびＲチャンネルに明瞭な定位を与えることができ、広がりあるサラウンド感を与えることができる。
【００３２】
なお、Ｌ信号に付与する差分特性は、１０ｋＨｚ付近に１５〜２０ｄＢ程度のピークを有し、Ｒ信号に付与する差分特性は１０ｋＨｚ付近に１５〜２０ｄＢ程度のピークを有するとともに８〜９ｋＨｚに（１８ｋＨｚ程度にも）−１５ｄＢ程度のディップを有する。これらピークまたはディップは、そのままでは音質への影響が大きいため、音源定位に影響しない程度に（例えば±６ｄＢ程度のゲインに）緩和することが望ましい。
【００３３】
なお、本実施形態では、Ｌ信号を仰角プラス方向に、Ｒ信号を仰角マイナス方向に定位させて分離感を与える態様としているが、無論Ｒ信号を仰角プラス方向に、Ｌ信号を仰角マイナス方向に定位させて分離感を与える態様としてもよい。
【００３４】
なお、仰角差は、１５度未満であるとスピーカの視覚的影響を受け易くなり、各チャンネルが明瞭に分離していると認識することが難しくなるため、１５度以上であることが望ましい。図４（Ａ）は、正面仰角０度のＨＲＴＦ（周波数特性）、正面仰角１５度のＨＲＴＦ、および差分特性を示す図であり、同図（Ｂ）は正面仰角０度のＨＲＴＦ、正面仰角−１５度のＨＲＴＦ、および差分特性を示す図である。
【００３５】
これらの図に示すように、正面仰角１５度のＨＲＴＦは、１０数ｋＨｚ付近に−１５ｄＢ程度の大きなディップを有するとともに、他の周波数においてもゲインの上昇や落ち込みを有する。同様に、正面仰角−１５度のＨＲＴＦは、９ｋＨｚ付近に−３０ｄＢ超の大きなディップを有するとともに、他の周波数においてもゲインの上昇や落ち込みを有する。
【００３６】
この場合も、図３の例と同様に、正面仰角０度のＨＲＴＦと正面仰角１５度のＨＲＴＦとの差分特性、および正面仰角０度のＨＲＴＦと正面仰角−１５度のＨＲＴＦとの差分特性、をそれぞれＬ信号およびＲ信号に付与することにより、仰角定位に影響する成分だけを抽出し、同じ仰角を持つＨＲＴＦを付与するだけよりも効果的に定位を与えることができる。よって、１５度程度の仰角差を有する差分特性を付与する場合であっても、ＬチャンネルおよびＲチャンネルに明瞭な定位を与えることができ、広がりあるサラウンド感を与えることができる。
【００３７】
なお、図４の例においても、Ｌ信号に付与する差分特性は、１０ｋＨｚ付近に１０〜１５ｄＢ程度のピークを有し、Ｒ信号に付与する差分特性は１０ｋＨｚ付近に１５ｄＢ程度のピークを有するとともに、９ｋＨｚに−２０ｄＢ超のディップを有する。これらピークまたはディップについても、そのままでは音質への影響が大きいため、音源定位に影響しない程度に（例えば±６ｄＢ程度のゲインに）緩和することが望ましい。
【００３８】
なお、本実施形態では、モノラルスピーカを用いてＬチャンネルおよびＲチャンネルの２チャンネル再生を行う例を示したが、さらに多数チャンネル再生を行う場合も可能である。例えば、リアＬチャンネルおよびリアＲチャンネルの音声信号を聴取者の背面に設置した１つのスピーカから出力する場合も、本実施形態に示した差分特性を付与することで、リアＬチャンネルおよびリアＲチャンネルに明瞭な定位を与えることができ、広がりあるサラウンド感を与えることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…信号処理装置
２…スピーカ
１１…入力Ｉ／Ｆ
１２…ＨＰＦ
１３…ＦＩＲフィルタ
１４…ＨＰＦ
１５…ＦＩＲフィルタ
１６…レベル調整器
１７…レベル調整器
１８…加算器
１９…ＬＰＦ
２０…レベル調整器
２１…加算器
２２…出力Ｉ／Ｆ
【図１】
0005757093.tif 000002
【図２】
0005757093.tif 000003
【図３】
0005757093.tif 000004
【図４】
0005757093.tif 000005