(57)【要約】  【課題】  左右のステレオスピーカの正面位置から外れた聴取位置においても音像定位の効果を発揮する。  【解決手段】  音源から左右一対のスピーカ２Ｌ，２Ｒへ出力する音響信号から特定の音場特性を付与する音場調整信号を生成する音場調整フィルタ５Ｌ，５Ｒは、音響信号の所望の周波数帯域を複数の周波数帯域に分割する複数のバンドパスフィルタと、音響信号の周波数帯域ごとにそれぞれ所定の追加時間遅れを付加する時間遅れ設定手段と、所定の追加ゲインを付加するゲイン設定手段とを具備させる。所定位置に固定された一対のスピーカ２Ｌ，２Ｒ間に配置したマイクで特定の聴取位置からの音声信号を収音し、両スピーカ２Ｌ，２Ｒに到達する音声信号間の到達時間差及び減衰レベル差に基づいて、スピーカ２Ｌ，２Ｒに入力される音響信号の遅延時間及び減衰レベルを補正する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音源から左右一対のステレオスピーカへ出力する音響信号から特定の音場特性を付与する音場調整信号を生成し、音響信号に付加することにより再生音場の聴取者に良好な受聴感を提供する音響信号処理装置において、
前記音響信号の所望の周波数帯域を複数の周波数帯域に分割し、前記音場調整信号を各分割周波数帯域ごとに時間遅れ及びレベルを調整して通過特性を割り当て、音響信号の周波数帯域全体に対し協働して所望のインパルス応答を設定することにより、音場特性を付与する複数のバンドパスフィルタを備えた音場調整フィルタと、
これらの音場調整フィルタにおける音場調整信号の生成のための処理時間の時間遅れをもって音響信号を通過させる遅延回路と、
前記時間遅れをもった音響信号に前記音場調整信号を付加する演算出力器と、
所定位置に固定された前記一対のステレオスピーカ間に配置したマイクで特定の聴取位置からの音声信号を収音し、両スピーカから特定の聴取位置に到達する音声信号間の到達時間差及び減衰レベル差に基づいて、スピーカに入力される音響信号にさらに遅れ時間を付加すると共にレベルを減衰する位置補正回路とを具備し、
聴取位置から等距離に配置した仮想スピーカを知覚させた上で、良好な受聴感を提供することを特徴とする音響信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、左右一対のスピーカが提供する音場の特定の聴取位置であたかも両スピーカから等距離において聴取するように知覚させる音像定位フィルタとこれを用いた音響信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載の音声出力回路は、左右チャンネル系音声信号を互いの付加信号として夫々取り出し、その信号のレベル及び位相を夫々制御し、レベル減衰量と位相シフト量を左右チャンネル系スピーカに対する聴取位置情報に基づいてマイコンで夫々制御し、位相反転して互いに他方のチャンネルに夫々加え、前記聴取位置情報に基づいて遅延量を遅延回路で供給することによって、音響機器や映像機器等に対し聴取者が前後及び左右のどの位置で聞いても、最適なステレオ効果が得られるとするものである。この音声出力回路における聴取位置情報は、聴取位置を聴取者によるリモートコントローラの操作により発した超音波や赤外線により遅延時間や距離を求め、チャンネル付加信号のレベルと位相を制御している。
また、特許文献２に記載の仮想音源定位装置は、聴取者の聴取位置に応じて、オーディオ信号の音量レベルと遅延量を補正することにより、２つのスピーカに対する聴取位置に応じた周波数特性の補正を行わずに、仮想音源の定位位置を調整してサラウンド感を聴取者に十分感じさせるものである。この装置の操作部は、バランス調整ボタンや音量調整ボタンを備え、装置に対してユーザが各種の操作・設定などの入力を行い、スピーカ間距離Ｄや受聴距離Ｈの入力を受け付け、バランス調整ボタンがセンタチャンネルの音源位置を２つのスピーカ間のほぼ中央に位置するように調整する。
特許文献３に記載された音響信号処理装置は、左右のチャンネルに共通に設けられた単一の振動板で構成されるスピーカを、左右各チャンネルの信号に対応した加振器で加振して音を再生する音響信号処理装置である。この音響信号処理装置においては、入力された各チャンネルの音響信号を遅延回路により所定の時間遅れをもって夫々通過させると共に、入力された左右チャンネルの信号を一対の音場調整フィルタを通して互いに他チャンネル側へ夫々通過させ、演算出力器が遅延回路を経て入力された左右各チャンネルの信号から、音場調整フィルタを経て入力された他チャンネルの信号を減算処理して各加振器へ出力する。音場調整フィルタは、協働して所望の周波数帯域をカバーし同一の遅延時間を持つように設定された複数のバンドパスフィルタと、これら各バンドパスフィルタにそれぞれ所定の追加時間遅れを付加する時間遅れ設定手段と、所定の追加ゲインを付加するゲイン設定手段とを含み、遅延回路の遅延時間は、複数のバンドパスフィルタの遅延時間に対応するように設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開H07-87597号公報
【特許文献２】特開2009-124395号公報
【特許文献３】特許第3909065号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の音声出力回路においては、聴取位置情報が聴取位置でのリモートコントローラから発した超音波や赤外線により、左右スピーカの遅延時間や距離を求め、チャンネル付加信号のレベルと位相を制御するので、聴取位置の検出にリモートコントローラを必要とする。
また、特許文献２に記載の仮想音源定位装置においては、定位装置に対してユーザが各種の操作・設定などの入力を行うための操作部でのスピーカ間距離や受聴距離の入力操作を必要とする。
特許文献３の音響信号処理装置においては、左右のスピーカの中間の正面位置の聴取者に対して音像を設定するので、スピーカの正面位置から外れた位置での調整を考慮に入れてない。
そこで、本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、左右のスピーカの音場のうち左右のスピーカから等距離にない偏った聴取位置においても音像定位の効果を発揮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明においては、音源から左右一対のステレオスピーカ２Ｌ，２Ｒへ出力する音響信号から特定の音場特性を付与する音場調整信号を生成し、音響信号に付加することにより再生音場において聴取者に良好な受聴感を提供する音響信号処理装置において、音響信号の所望の周波数帯域を複数の周波数帯域に分割し、音場調整信号を各分割周波数帯域ごとに時間遅れ及びレベルを調整して通過特性を割り当て、再生音響信号の周波数帯域全体に対し協働して所望のインパルス応答を設定することにより、音場特性を付与する複数のバンドパスフィルタ５１ａ，５１ｂ・・・５１ｎを備えた音場調整フィルタ５Ｌ，５Ｒと、これらの音場調整フィルタ５Ｌ，５Ｒにおける音場調整信号の生成のための処理時間の時間遅れをもって音響信号を通過させる遅延回路６Ｌ，６Ｒと、この時間遅れをもった音響信号に音像調整信号を付加する演算出力器４Ｌ，４Ｒと、所定位置に固定された一対のステレオスピーカ２Ｌ，２Ｒ間に配置したマイクＭ１，Ｍ２で特定の聴取位置からの音声信号を収音し、両スピーカ２Ｌ，２Ｒから特定の聴取位置に到達する音声信号間の到達時間差及び減衰レベル差に基づいて、スピーカに入力される音響信号にさらに遅れ時間を付加すると共にレベルを減衰する位置補正回路とを具備させて、聴取位置から等距離に配置した仮想スピーカを知覚させた上で、良好な受聴感を提供するように構成した。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、音響信号の周波数帯域ごとに左右のスピーカの比較的広範囲の音場の特定の聴取位置に応じた音像調整信号を生成するので、スピーカに対して偏った聴取位置においても広い範囲で音像定位を知覚させることができ、聴取者に臨場感のある音場を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る音響信号処理装置のブロック図である。
【図２】音場調整フィルタの説明図である。
【図３】スピーカに対して偏った聴取位置の距離を示す説明図である。
【図４】スピーカに対して偏った聴取位置の方向角を示す説明図である。
【図５】仮想音像を示す説明図である。
【図６】左右一対の両マイクが収音した音声の波形図である。
【図７】左右一対の両マイクが収音した音声のエンベローブの波形図である。
【図８】従来の音像定位効果を有する音場を示す説明図である。
【図９】スピーカに対する偏った聴取位置を有する音場を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施の一形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、左右一対のステレオスピーカ２Ｌ，２Ｒに再生音響信号を出力する音場調整装置１は、左右各チャンネルに対応する入力端子３Ｌ，３Ｒ、演算出力器４Ｌ，４Ｒ、音場調整フィルタ５Ｌ，５Ｒ、遅延回路６Ｌ，６Ｒ及び位置補正回路７Ｌ，７Ｒを備えている。入力端子３Ｌ，３Ｒにはデジタル化された再生音響信号が入力される。ただし、音響信号処理装置１がＡＤ変換器を内蔵し、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する構成としてもよい。
【０００９】
音場調整フィルタ５Ｌは、左チャンネルの入力端子３Ｌに入力された再生音響信号から音場調整信号を生成し、右チャンネルの演算出力器４Ｒに出力する。演算出力器４Ｒは、遅延回路６Ｒを通過した右チャンネルの再生音響信号と、音場調整フィルタ５Ｌにより生成した音場調整信号とを加算して出力する。同様に、音場調整フィルタ５Ｒは、右チャンネルの入力端子３Ｒに入力された再生音響信号から音場調整信号を生成し、左チャンネルの演算出力器４Ｌに出力する。演算出力器４Ｌは、遅延回路６Ｌを通過した左チャンネルの再生音響信号と、音場調整フィルタ５Ｒにより生成した音場調整信号とを加算して出力する。遅延回路６Ｌ，６Ｒは、音場調整フィルタ５Ｌ，５Ｒの音場調整信号の生成による遅延時間を再生音響信号に付加する。
【００１０】
音場調整フィルタ５Ｌ，５Ｒは、図２に示すように、協働して所望の周波数帯域をカバーする複数のバンドパスフィルタ５１ａ，５１ｂ・・・５１ｎと、各バンドパスフィルタ５１ａ，５１ｂ・・・５１ｎの通過特性に所定の追加時間遅れτ１，τ２・・・τｎを付加する時間遅れ設定手段５２ａ，５２ｂ・・・５２ｎと、所定の追加ゲインｋ１・・・ｋｎを付加するゲイン設定手段５３ａ，５３ｂ・・・５３ｎと、各周波数帯域の合成出力の位相を反転させる反転器５４とを有する。音場調整フィルタ５Ｌ，５Ｒのインパルス応答は、時間遅れ設定手段５２ａ，５２ｂ・・・５２ｎ、及びゲイン設定手段５３ａ，５３ｂ・・・５３ｎを介して各バンドパスフィルタ５１ａ，５１ｂ・・・５１ｎの周波数帯域ごとに調整された通過特性が合算されて全体の音場調整信号として統合される。
なお、音場調整フィルタ５Ｌ，５Ｒは、上記と同様なインパルス応答を有するＦＩＲフィルタを適用してもよい。
【００１１】
一般に左右一対のスピーカから出力される左右のステレオ音声は、互いに聴取者の反対側の耳に入る音が存在するために音場の拡がりが狭く知覚され、また、両耳にそれぞれ届くまでの伝達特性が周波数帯域によって異なる。これに対して音響信号処理装置１は、左右各チャンネルの音響信号を複数の周波数帯域に分割し、個々の周波数帯域毎にインパルス応答が設定される音場調整フィルタ５Ｌ，５Ｒに通過させて音像調整信号を生成し、他チャンネルの音響信号から減算（位相を反転して加算）することにより、図８に示すように、スピーカＳＰ１，ＳＰ２の外側への音像Ｓｉｌ，Ｓｉｒの定位が可能となり、拡がりのある音場を実現する。
【００１２】
位置補正回路７Ｌ，７Ｒは、遅れ時間を付加する補正用遅延器８Ｌ，８Ｒと、レベルを減衰する補正用減衰器９Ｌ，９Ｒとを具備する。補正用遅延器８Ｌ，８Ｒは、各スピーカ２Ｌ，２Ｒに入力される音響信号に遅れ時間をそれぞれ付加する。補正用減衰器９Ｌ，９Ｒは、各スピーカ２Ｌ，２Ｒに入力される音響信号のレベルをそれぞれ減衰させる。
【００１３】
上記のように、左右のスピーカＳＰ１，ＳＰ２から出力される左右のステレオ音声は、両スピーカ２Ｌ，２Ｒから等距離線（図８中縦の破線）上に位置する聴取者Ｐに対して音像定位の効果を発揮するが、図９に示すように、左右両スピーカ２Ｌ，２Ｒから等距離線（同図中縦の破線）から外れた位置にいる聴取者Ｐに知覚される各音像Ｓｉｌ，Ｓｉｃ，Ｓｉｒは音像定位の効果が失われ、中央の音像Ｓｉｃが聴取位置に近いスピーカ２Ｒ側に偏ってしまう。そこで、位置補正回路７Ｒは、音像Ｓｉｃの偏り側のスピーカ２Ｒに入力される音響信号について遅延時間及びレベル減衰分を付加して、図５に示すように、あたかも左右のスピーカ２Ｌ，２Ｒ’が頭部中心から等距離にあるかのように、各音像Ｓｉｌ’，Ｓｉｃ’，Ｓｉｒ’を知覚させる。すなわち、位置補正回路７Ｒの補正用遅延器８Ｒは、聴取位置から左右スピーカ２Ｌ，２Ｒまでの距離差Ｌｓ１−Ｌｓ２を音速ｃで割った時間の差分だけ偏り側のスピーカ２Ｒへの音響信号に遅延時間を付加する。補正用減衰器９Ｒは、左右スピーカ２Ｌ，２Ｒまでの距離差のために生ずるレベル差に応じたゲインの減衰分を偏り側のスピーカ２Ｒへの音響信号に付加する。
【００１４】
位置補正回路７Ｌ，７Ｒによる遅延時間及びゲインの補正分を設定するための聴取位置から左右スピーカ２Ｌ，２Ｒまでの距離Ｌｓ１，Ｌｓ２及びスピーカ２Ｌ，２Ｒの並び方向に対する聴取者Ｐの方向θpは、図３及び図４に示すように、スピーカ２Ｌ，２Ｒ間の中央位置を挟んで互いに間隔を置いた両側の二つのマイクＭ１，Ｍ２で聴取者Ｐの位置から発する音声を収録して推定する。すなわち、図６（ａ）のマイクＭ１で収音した音声波形と、同図（ｂ）のマイクＭ２で収音した音声波形との相互相関関数のピーク位置の時間遅れ、又は図７（ａ）（ｂ）の音声波形のエンベロープの相互相関関数のピーク位置の時間遅れから遅延時間ｔｓを検出し、また両マイクＭ１，Ｍ２のレベル差Ｌｓを検出する。ここで、マイクＭ１，Ｍ２で収音された音声のレベル差Ｌｓは、  
Ｌｓ＝２０Ｌｏｇ10（Ｌｍ１／Ｌｍ２）
マイクＭ１，Ｍ２の距離差は、Ｌｍ１−Ｌｍ２＝ｃｔｓ    （ｃ：音速）
であるから、Ｌｍ１＝ｃｔｓ｛１／（１０Ｌｓ／２０−１）＋１｝
Ｌｍ２＝ｃｔｓ／（１０Ｌｓ／２０−１）  となる。また、マイクＭ１，Ｍ２の間隔は既知であるから、これらからＬｓ１，Ｌｓ２，θp。を算出できる。
以上の位置補正回路７Ｒにおける遅延時間及びゲインの補正分の設定は、スピーカ２Ｒに近い聴取位置の場合の説明であるが、スピーカ２Ｌに近い聴取位置の場合の位置補正回路７Ｌにおいても同様である。
なお、補正用遅延器８Ｌ，８Ｒは、これに設定される遅延時間を遅延回路６Ｌ，６Ｒ又は音場調整フィルタ５Ｌ，５Ｒの時間遅れ設定手段５２ａ，５２ｂ・・・５２ｎに含めることにより兼用させてもよい。
【符号の説明】
【００１５】
１    音響信号処理装置
２Ｌ  スピーカ
２Ｒ  スピーカ
３Ｌ  入力端子
３Ｒ  入力端子
４Ｌ  演算出力器
４Ｒ  演算出力器
５Ｌ  音場調整フィルタ
５Ｒ  音場調整フィルタ
６Ｌ  遅延回路
６Ｒ  遅延回路
７Ｌ  位置補正回路
７Ｒ  位置補正回路
８Ｌ  補正用遅延器
８Ｒ  補正用遅延器
９Ｌ  減衰器
９Ｒ  減衰器
５１ａ，５１ｂ・・・５１ｎ  バンドパスフィルタ
５２ａ，５２ｂ・・・５２ｎ  時間遅れ設定手段
５３ａ，５３ｂ・・・５３ｎ  ゲイン設定手段
５４    反転器 
【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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