(57)【要約】【課題】リスナーだけに低音を感じさせ、歪を殆ど生じさせないことが可能な定位制御装置及び定位制御方法等を提供する。【解決手段】入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分の定位制御を行うＤＳＰ２は、入力された音響信号における低音成分を抽出する低音成分抽出部２０と、抽出された低音成分のパワーを算出する低音成分パワー計算部２１と、入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分を抽出する倍音成分抽出部２２と、算出された低音成分のパワーに応じて、抽出された倍音成分の定位制御を行う定位制御部２３と、を備えるように構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分の定位制御を行う定位制御装置であって、
前記入力された音響信号における低音成分を抽出する低音成分抽出手段と、
前記抽出された低音成分のパワーを算出するパワー算出手段と、
前記入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分を抽出する倍音成分抽出手段と、
前記算出された低音成分のパワーに応じて、前記抽出された倍音成分の定位制御を行う定位制御手段と、
を備えることを特徴とする定位制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定位制御装置において、
前記定位制御手段は、前記算出された低音成分のパワーに応じて、２つのスピーカのうちの一方のスピーカから出力される音響信号における前記倍音成分が強調されるように制御することを特徴とする定位制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の定位制御装置において、
前記定位制御手段は、前記一方のスピーカから出力される音響信号における前記倍音成分に係る信号を打ち消すための打消成分に係る信号を、他方のスピーカから出力させることを特徴とする定位制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の定位制御装置において、
前記定位制御手段は、前記算出された低音成分のパワーに応じて前記打消成分の大きさを制御することを特徴とする定位制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の定位制御装置において、
前記定位制御手段は、前記算出された低音成分のパワーに応じて前記打消成分を大きくした分だけ、前記音響信号における前記倍音成分を小さくするように制御することを特徴とする定位制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の音響信号処理装置において、
前記倍音成分は、２キロヘルツ以下であることを特徴とする定位制御装置。
【請求項７】
請求項２乃至６の何れか一項に記載の音響信号処理装置において、
前記低音成分は、前記スピーカが再生困難な周波数であることを特徴とする定位制御装置。
【請求項８】
請求項２乃至６の何れか一項に記載の音響信号処理装置において、
前記低音成分は、前記スピーカが再生困難な一定幅の周波数帯域であることを特徴とする定位制御装置。
【請求項９】
前記低音成分の再生困難なスピーカと、
請求項１乃至８の何れか一項に記載の定位制御装置と、
を備えることを特徴とする音響再生装置。
【請求項１０】
入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分の定位制御を行う定位制御方法であって、
前記入力された音響信号における低音成分を抽出する倍音成分抽出工程と、
前記抽出された低音成分のパワーを算出するパワー算出工程と、
前記入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分を抽出する低音成分抽出工程と、
前記算出された低音成分のパワーに応じて、前記抽出された倍音成分の定位制御を行う定位制御工程と、
を備えることを特徴とする定位制御方法。
【請求項１１】
入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分の定位制御を行うコンピュータを、
前記入力された音響信号における低音成分を抽出する低音成分抽出手段、
前記抽出された低音成分のパワーを算出するパワー算出手段、
前記入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分を抽出する倍音成分抽出手段、及び、
前記算出された低音成分のパワーに応じて、前記抽出された倍音成分の定位制御を行う定位制御手段として機能させることを特徴とする定位制御プログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の定位制御プログラムが、コンピュータに読み取り可能に記録されていることを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力された音響信号に含まれる低音成分に対応する倍音成分の定位制御を行う定位制御装置等の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、携帯電話機、携帯型（ポータブル）音楽プレーヤ、携帯型テレビ、携帯型パーソナルコンピュータ等の小型の音響再生機器に搭載されている小型のスピーカは、一般に、低音域の再生が困難である。この解決方法として、バーチャル・ピッチ（又はミッシング・ファンダメンタル）という現象を利用して、再生困難な低音の代わりに、その倍音を再生させ聴感的な低音感を向上させる方法が知られている。かかるバーチャル・ピッチという現象は、例えば、低音成分ｆ0に対応する倍音成分２ｆ0，３ｆ0・・・が含まれる音が耳元で再生されると、再生されていないはずの低音成分ｆ0がリスナー（聴取者）の脳内で認識され、あたかも鳴っているかのように錯覚する現象である。
【０００３】
特許文献１には、音源に含まれていない倍音成分を、入力音響信号における低音成分から擬似的に生成し、これを入力音響信号と合成して出力することにより、低音感向上効果が高く、しかも歪み感が少ない倍音生成技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３２０５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の倍音生成技術において、倍音を合成する操作は、非線形な操作であるため、音の歪が出やすいと考えられ、また、リスナー以外の周囲の人にも低音を感じさせ（つまり、低音が漏れ聴こえるというイメージ）、不快にさせる可能性がある。
【０００５】
そこで、本願は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その課題の一例は、リスナーだけに低音を感じさせ、歪を殆ど生じさせないことが可能な定位制御装置及び定位制御方法等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分の定位制御を行う定位制御装置であって、前記入力された音響信号における低音成分を抽出する低音成分抽出手段と、前記抽出された低音成分のパワーを算出するパワー算出手段と、前記入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分を抽出する倍音成分抽出手段と、前記算出された低音成分のパワーに応じて、前記抽出された倍音成分の定位制御を行う定位制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項９に記載の音響再生装置の発明は、前記低音成分の再生困難なスピーカと、請求項１乃至８の何れか一項に記載の定位制御装置と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項１０に記載の発明は、入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分の定位制御を行う定位制御方法であって、前記入力された音響信号における低音成分を抽出する倍音成分抽出工程と、前記抽出された低音成分のパワーを算出するパワー算出工程と、前記入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分を抽出する低音成分抽出工程と、前記算出された低音成分のパワーに応じて、前記抽出された倍音成分の定位制御を行う定位制御工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項１１に記載の定位制御プログラムの発明は、入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分の定位制御を行うコンピュータを、前記入力された音響信号における低音成分を抽出する低音成分抽出手段、前記抽出された低音成分のパワーを算出するパワー算出手段、前記入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分を抽出する倍音成分抽出手段、及び、前記算出された低音成分のパワーに応じて、前記抽出された倍音成分の定位制御を行う定位制御手段として機能させることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項１２に記載の記録媒体の発明は、請求項１１に記載の定位制御プログラムが、コンピュータに読み取り可能に記録されていることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本願の最良の実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
先ず、本願の一実施形態に係る音響再生装置の構成及び機能について、図１を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る音響再生装置の概要構成例を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態に係る音響再生装置Ｓは、音響再生部１、定位制御装置の一例としてのＤＳＰ（Digital Signal Processor）２、ＤＡＣ（Digital/Analog Converter）３ａ，３ｂ、アンプ４ａ，４ｂ、及びスピーカ５ａ，５ｂ、及び制御部６等を含んで構成されている。なお、この音響再生装置Ｓとして、低音域の再生が困難なスピーカを有する携帯電話機、携帯型（ポータブル）音楽プレーヤ、携帯型テレビ、又は携帯型パーソナルコンピュータ等の小型の音響再生機器を適用することが望ましい。
【００１５】
音響再生部１は、制御部６の制御の下、音源である記録媒体（メモリカード（例えば、ＳＤカード），ＨＤ（Hard Disk），ＣＤ（Compact Disc），ＤＶＤ（Digital Versatile Disc），ＭＤ（Mini Disc）等）に記録された音データを音響信号（２チャンネルのステレオ信号ＳＲ，ＳＬ）として再生しＤＳＰ２に出力するようになっている。なお、音響信号として、上記記録媒体から１チャンネルのモノラル信号が再生されるものであっても良い。
【００１６】
ＤＳＰ２は、制御部６の制御の下、音響処理プログラム（本願の定位制御プログラムを含む）を実行することにより、音響再生部１からの音響信号（ステレオ信号ＳＲ，ＳＬ）を入力し、当該音響信号に対して予め設定された音響処理（後述する定位制御に関わる音響処理を含む）を施しＤＡＣ３ａ，３ｂに出力するようになっている。なお、詳細は後述するが、ＤＡＣ３ａには制御用音響信号Ｓｃが出力され、ＤＡＣ３ｂには通常再生用音響信号Ｓｒが出力されることになる。また、音響処理プログラムは図示しないメモリ（記録媒体の一例）に記憶されている。
【００１７】
ＤＡＣ３ａは、制御用音響信号Ｓｃをディジタル／アナログ変換してアンプ４ａに出力し、ＤＡＣ３ｂは、通常再生用音響信号Ｓｒをディジタル／アナログ変換してアンプ４ｂに出力するようになっている。
【００１８】
アンプ４ａは、ＤＡＣ３ａからの制御用音響信号Ｓｃａを増幅しスピーカ５ａに出力し、アンプ４ｂは、ＤＡＣ３ｂからの通常再生用音響信号Ｓｒａを増幅しスピーカ５ｂに出力するようになっている。
【００１９】
スピーカ５ａは、Ｒ（右）チャンネル用スピーカとして備えられたものであるが、本実施形態においては制御用スピーカとして使用され、アンプ４ａからの制御用音響信号Ｓｃａａが音波として出力される。一方、スピーカ５ｂは、Ｌ（左）チャンネル用スピーカとして備えられたものであるが、本実施形態においては通常再生用スピーカとして使用され、アンプ４ｂからの通常再生用音響信号Ｓｒａａが音波として出力される。
【００２０】
これらのスピーカ５ａ，５ｂは、低音域の再生が困難な（言い換えれば、低音再生能力の無い）小型のスピーカとなっている。なお、Ｒ（右）チャンネル用スピーカであるスピーカ５ａを通常再生用スピーカとし、Ｌ（左）チャンネル用スピーカであるスピーカ５ｂを制御用スピーカとしても良い。
【００２１】
制御部６は、ＣＰＵを主体として構成されており、音響再生装置Ｓ全体を統括制御し、リスナーからの操作部（図示せず）を介した指示に基づき、音響信号の再生出力制御等を行うようになっている。
【００２２】
次に、ＤＳＰ２の機能の詳細について、図２を用いて説明する。
【００２３】
図２は、ＤＳＰ２における定位制御に関わる音響処理部分の機能ブロック例を示す図である。なお、入力されたステレオ信号ＳＲとＳＬに対する音響処理部分の機能ブロックについては、基本的に同一であるため、図２の例においては、ステレオ信号ＳＲに対する音響処理部分の機能ブロックを図示し、ステレオ信号ＳＬに対する音響処理部分の機能ブロックについては図示を省略している。
【００２４】
図２に示すように、ＤＳＰ２は、低音成分抽出手段としての低音成分抽出部２０、パワー算出手段としての低音成分パワー計算部２１、倍音成分抽出手段としての倍音成分抽出部２２、定位制御手段としての定位制御部２３、倍音成分除去部２７、及び加算部２８等を有する。また、定位制御部２３は、アッテネータ（減衰器、１以上の値をとらない）２４，２５、及び位相シフト部２６等を備えて構成されている。
【００２５】
このような構成により、ＤＳＰ２は、入力された音響信号（ステレオ信号ＳＲ，ＳＬ）における低音成分のパワーに応じて、当該低音成分に対応する倍音成分（低音の倍音成分）を、リスナーの一方の耳元（本実施形態においては、左耳元）付近（近傍）に定位させる定位制御を行うようになっている。
【００２６】
より具体的には、低音成分抽出部２０は、入力された音響信号における低音成分ｆ0（例えば、（スピーカ５ａ，５ｂが再生困難な周波数成分（例えば、２００Ｈｚ））を抽出し、低音成分パワー計算部２１は、当該抽出された低音成分のパワー（例えば、単位時間あたりの信号レベルの２乗和）を算出する。
【００２７】
倍音成分抽出部２２は、入力された音響信号における低音成分ｆ0に対応する倍音成分２ｆ0，３ｆ0・・・（例えば、低音成分に対し、自然数倍（２倍，３倍・・・）の周波数成分（例えば、４００Ｈｚ，６００Ｈｚ・・・））を抽出する。
【００２８】
なお、倍音成分は、２ｋＨｚ（キロヘルツ）以下になるように設定されることが望ましい。これは、これ以上の帯域では波長が、一般に、リスナーの頭サイズより短く、当該頭の動きで定位が動いてしまうからである。
【００２９】
定位制御部２３においては、上記抽出された倍音成分に係る信号をアッテネータ２４，２５に同じ量供給する。アッテネータ２４，２５は、上記算出された低音成分のパワーに応じて、ゲイン調整するようになっている。これにより、倍音成分をリスナーの耳元に定位させる配分が決まることになる。
ここで、アッテネータ２４を“ＡＴＴ１”、アッテネータ２５を“ＡＴＴ２”とすると、ＡＴＴ１とＡＴＴ２は帯域によらず２乗和が常に１になるように動作するようになっている。これは、音源に入っている音響信号のエネルギーをどの帯域も劣化させないためであり、これにより、音質劣化が無い。
【００３０】
また、低音成分のパワーを“ｐ”とすると、ＡＴＴ１は、下記（１）式に表すように、ｐに常に比例（αは比例定数（１以上））するように設定される。
【００３１】
ＡＴＴ１＝α・ｐ・・・（１）
このとき、ＡＴＴ１とＡＴＴ２は２乗和が１であることから、ＡＴＴ２は、下記（２）式に表すように、一意に決められる。
【００３２】
ＡＴＴ２＝√（１−α２・ｐ２）・・・（２）
そして、アッテネータ２５を通過した倍音成分に係る信号は加算部２８に供給され、当該加算部２８で、当該倍音成分に係る信号と、倍音成分が除去された音響信号（例えばバンドパスフィルタを有する倍音成分除去部２７により倍音成分２ｆ0，３ｆ0・・・が除去）とが加算され、通常再生用音響信号Ｓｒとして出力される（なお、倍音成分除去部２７を無くし、加算部２８を減算部とし、入力された音響信号にアッテネータ２５を通過した倍音成分だけが加算されるように、当該入力された音響信号から所定量の倍音成分に係る信号分を減算するように構成しても良い）。
【００３３】
そして、ＤＡＣ３ｂ及びアンプ４ｂを介して、最終的にスピーカ５ｂから通常再生用音響信号Ｓｒａａが出力されることになる。
【００３４】
一方、アッテネータ２４を通過した倍音成分に係る信号は、位相シフト部２６に供給され、当該位相シフト部２６で、当該倍音成分に係る信号の位相が、上記アッテネータ２５を通過した倍音成分に係る信号と右耳付近にて逆位相になるように、シフト（言い換えれば、所定時間遅延）され、制御用音響信号Ｓｃとして出力される。そして、ＤＡＣ３ａ及びアンプ４ａを介して、最終的にスピーカ５ａから制御用音響信号Ｓｃａａが出力されることになる。
【００３５】
つまり、制御用音響信号Ｓｃａａは、通常再生用音響信号Ｓｒａａにおける倍音成分を打ち消すための打消成分に係る信号である。この打消成分は、どちらか一方（本実施形態においては、右耳）に届く音を打ち消す成分であり、このことにより、スピーカ５ｂから出力される通常再生用音響信号Ｓｒａａにおける倍音成分が強調され、リスナーの左耳だけに倍音成分の音圧が集中することになる。
【００３６】
このような制御用音響信号Ｓｃａａの大きさ（打消成分の大きさ）は、上記算出された低音成分のパワーに応じてアッテネータ２４により制御される。具体的には、上記（１）式で表すように、算出された低音成分のパワーが大きければ制御用音響信号Ｓｃａａが大きくなる（通常再生用音響信号Ｓｒａａにおける倍音成分の強調量が増す）ように制御（アッテネータ２４，２５によりゲイン調整）され、当該制御用音響信号Ｓｃａａを大きくした分だけ、通常再生用音響信号Ｓｒａａにおける倍音成分が小さくなるように制御（アッテネータ２４，２５によりゲイン調整）される。制御用音響信号Ｓｃａａが大きければ大きいほど、リスナーの右耳における倍音成分が打ち消される量が大きくなり、よりリスナーの左耳元近くに倍音成分が定位されることになる。なお、算出された低音成分のパワーが小さければ制御用音響信号Ｓｃａａが小さくなるように制御される。
【００３７】
図３は、定位制御イメージを示す図である。図３では、周波数２ｆ0の信号（音波）Ｓf1がスピーカ５ｂから出力されるとき、スピーカ５ａから位相をシフト（反転）した信号（音波）Ｓf2を出力することで、リスナーの左耳に届く音が大きくなり、強調される様子を示している。スピーカ５ａから出力された信号Ｓf2の波の振幅が大きくなるほど、リスナーの右耳で打ち消される音の量が増えるため、左耳における音（周波数２ｆ0）の量は大きくなり、音が近づき強調される。
【００３８】
このように倍音成分が強調され、リスナーの左耳元近くに倍音成分が定位されると、出力された通常再生用音響信号Ｓｒａａに低音成分が含まれていないにも関わらず、当該低音成分がリスナーの脳内で強調され、リスナーに低音感を与えることになる。このとき、例えば、図４に示すように、周囲の人（リスナーの左側（スピーカ５ａ側）の人）に対して低音は感じさせない（上記倍音成分の強調は全く気づかれない）。
【００３９】
なお、上記においては、ＤＳＰ２におけるステレオ信号ＳＲに対する音響処理について説明したが、ステレオ信号ＳＬについても、ステレオ信号ＳＲに対する音響処理と同様の処理が行われる。そして、図示しないが、例えば、ステレオ信号ＳＲの処理後の通常再生用音響信号Ｓｒは、ステレオ信号ＳＬの処理後の通常再生用音響信号ＳｒとＤＳＰ２内で加算されて出力され、ステレオ信号ＳＲの処理後の制御用音響信号Ｓｃは、ステレオ信号ＳＬの処理後の制御用音響信号ＳｃとＤＳＰ２内で加算され出力されることになる。
【００４０】
以上説明したように、上記実施形態によれば、入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分の定位制御を行うＤＳＰ２は、入力された音響信号における低音成分を抽出する低音成分抽出部２０と、抽出された低音成分のパワーを算出する低音成分パワー計算部２１と、入力された音響信号における低音成分に対応する倍音成分を抽出する倍音成分抽出部２２と、算出された低音成分のパワーに応じて、抽出された倍音成分の定位制御を行う定位制御部２３と、を備えるように構成したので、リスナーの一方の耳元付近に倍音成分を定位させることができ、したがって、リスナーだけに低音を感じさせ、また、音源に入っている低音成分のパワーに応じて倍音成分を定位させるため、歪を殆ど生じさせないことができる。つまり、音源に入っている低音成分そのものを利用するため、信号の形状は殆ど崩れず、歪音は生じない。
【００４１】
また、ＤＳＰ２は、算出された低音成分のパワーに応じて、２つのスピーカ５ａ，５ｂのうちの一方のスピーカから出力される通常再生用音響信号Ｓｒａａにおける倍音成分が強調されるように制御、例えば、一方のスピーカから出力される通常再生用音響信号Ｓｒａａにおける倍音成分に係る信号を打ち消すための制御用音響信号Ｓｃａａを、他方のスピーカから出力させるように構成したので、制御用音響信号Ｓｃａａが出力されるスピーカ側の人に対して低音を感じさせずに（この人には通常再生と変わらない）リスナーだけに低音を感じさせることができる。
【００４２】
また、ＤＳＰ２は、算出された低音成分のパワーに応じて打消成分の大きさをアッテネータ２４，２５のゲイン調整により制御し、打消成分を大きくした分だけ音響信号における倍音成分を小さくするように制御する（スピーカへの割り振り関係をアッテネータ２４，２５により調整）ように構成したので、音響信号のトータルのエネルギーは変わらず、したがって、音質劣化を生じさせないことができる。
【００４３】
なお、上記実施形態においては、スピーカ５ａ，５ｂが再生困難な低音成分が特定の周波数ｆ0である場合を例にとって説明したが、スピーカ５ａ，５ｂが再生困難な低音成分が一定幅の周波数帯域（ｆ(1)〜ｆ(n)）である場合、この帯域全体（低域）をカバーする必要がある。
【００４４】
図５は、スピーカが再生困難な低音成分が一定幅の周波数帯域である場合の、ＤＳＰ２における定位制御に関わる音響処理部分の機能ブロック例を示す図である。図５における機能ブロックは、基本的には、図２における機能ブロックと同じであるが、図５においては、低音成分の各周波数ｆ(1), ｆ(2)・・・ｆ(n)及びその各倍音成分（２ｆ(1)，３ｆ(1)・・・）毎に音響処理部分が設けられており、計ｎバンドの帯域について例えば並列的に、低音成分の抽出及びパワー算出、倍音成分の抽出、並びに定位制御が行われることになる。そして、計ｎバンドの帯域について処理された結果として得られた倍音成分の係る信号の総和が算出（符号３１，３２部）され、出力されることになる。このような構成によれば、スピーカが再生困難な低音成分が一定幅の周波数帯域である場合であっても、上述したスピーカが再生困難な低音成分が特定の周波数である場合と同様の効果を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態に係る音響再生装置の概要構成例を示す図である。
【図２】ＤＳＰ２における定位制御に関わる音響処理部分の機能ブロック例を示す図である。
【図３】定位制御イメージを示す図である。
【図４】リスナーに低音感を与える様子を示す概念図である。
【図５】スピーカが再生困難な低音成分が一定幅の周波数帯域である場合の、ＤＳＰ２における定位制御に関わる音響処理部分の機能ブロック例を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  音響再生部
２  ＤＳＰ
３ａ，３ｂ  ＤＡＣ
４ａ，４ｂ  アンプ
５ａ，５ｂ  スピーカ
６  制御部
２０  低音成分抽出部
２１  低音成分パワー計算部
２２  倍音成分抽出部
２３  定位制御部
２４，２５  アッテネータ
２６  位相シフト部
２７  倍音成分除去部
２８  加算部
Ｓ  音響再生装置
【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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