(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ（＞５）チャンネルステレオのＮ本の信号のうち、正面を除く右９０度から左９０度までの前方に対応する信号を、その方向を模擬した頭部伝達関数フィルタあるいはレベル差を用いて５チャンネルステレオ信号の左右２本のチャンネルに分配する音声信号分配回路を備え、右１２０度から左１２０度までの後方の信号を、その方向に音像が定位するように５チャンネルステレオの右後方及び左後方に適当なレベル差をつけて分配し、正面方向に対応する信号はセンターチャンネルに供給することを特徴とするマルチチャンネルステレオ音声信号ミキシング回路。
【請求項２】
Ｎ（＞５）チャンネルステレオのＮ本の信号のうち、正面を除く右９０度から左９０度までの前方に対応する信号を、その方向を模擬した頭部伝達関数フィルタあるいはレベル差を用いて５チャンネルステレオ信号の左右２本のチャンネルに分配する音声信号分配回路を備え、右１２０度から左１２０度までの後方の信号を、その方向に音像が定位するように５チャンネルステレオの右後方及び左後方に適当なレベル差をつけて分配し、正面方向に対応する信号はセンターチャンネルに供給するマルチチャンネルステレオ音声信号ミキシング回路に、１入力Ｎ（＞５）出力のエネルギー和が一定に保たれる音声信号分配回路の出力を、当該マルチチャンネルステレオ音声信号ミキシング回路に入力して５チャンネルステレオで３６０度方向の音像定位を設定することを特徴とするパンポット回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声調整卓用回路とステレオ方式変換回路に関し、特に、左右のスピーカのみを用いてその外側に音像を定位させる頭部伝達関数を模擬するフィルタ回路と、１つの信号をレベル差をつけて２つの信号に分岐し、２つのスピーカの中間に音像定位させるパン回路の両方を用いて、５チャンネルステレオにおける５つのスピーカで３６０度全周の方向の音源定位を高精度に実現することを可能にしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
立体音響制作においてモノの信号を空間の任意の方向に音像定位させるために、従来最もよく用いられてきた方式として、４つのスピーカとパンポッド回路を組み合わた図５に示す方式が知られている。入力端子３４に入力したモノの信号は、逆連動可変抵抗器３５によって２つの信号に分岐される。片方の信号は出力端子３６、３８のいずれか１つに接続される。もう１つの信号は出力端子３７、３９のいずれか１つに接続される。前記逆連動可変抵抗器３５はモノの音声信号の電力和が一定になるように保ちつつ、レベル差をつけて２チャンネルに分岐する回路である。この回路により、モノの信号は２つのスピーカに分岐され、２つのスピーカの間に音像が定位する。さらに、４つのスピーカの中間にも音像を定位させることを目的に、図６に示すように逆連動可変抵抗器４５と４６、逆連動可変抵抗器４５と４７を縦列に接続して４個のチャンネルに分岐するジョイスティック回路と呼ばれる分岐回路である。
【０００３】
音像定位を与えるもう１つの方法は、図７に示すように２チャンネルステレオにおいてレベル差のみならず位相差もつけて分岐するもので、モノの音声を所望の方向の音源から両耳までの頭部伝達関数を模擬するフィルタ４８，４９を経由してそのフィルタ出力５０，５１をステレオの左右２チャンネルに分岐する。この方法によると、パンと異なりフィルタの係数を変更することで２つのスピーカの外側にも音像を合成可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
パン回路によれば、前方左右のスピーカの間、あるいは後方の２つのスピーカの間には聴感上も明確な音像が知覚される。しかし、右前スピーカと右後スピーカの間、及び左前スピーカと左後スピーカの間は、聴覚の性質上、明確な音像定位は得られない。原理的に左右のスピーカの中間に音像を合成する場合は有効であるが、前後のスピーカの中間には合成不可能である。そのためマルチチャンネルステレオとして標準的な、左右３０度、正面、側後方の左右１００〜１２０度にスピーカを配する５チャンネルステレオ（以下、５チャンネルステレオと言えば、この配置を指す）においては、パン回路やジョイスティック回路では聴取者の横方向３０度から１２０度の範囲は、音像を合成することができない。結果として前方と後方のつながりが悪いミキシングとなりやすい。パンだけで水平面の３６０度任意の方向に音像を合成するためには、横方向にもスピーカを配置し、かつ８チャンネル程度のチャンネル数が必要になると言われている。
【０００５】
一方、頭部伝達関数による制御は精密に行った場合には、前方左右２個のスピーカで３６０度の定位が可能と言われている。しかし、頭部伝達関数には個人差があるために、微妙な音色を手がかりとしている後方の音像を合成することは一般的に困難である。さらに音像を移動させるためにはフィルタ係数の逐次更新が必要であるため、単なる可変抵抗器であるパンポッド回路と比べると回路が複雑になる。さらに音源の数だけフィルタが必要であり、多数の音源を定位させたい場合には装置のコストが高くなる。
【０００６】
本発明の目的は、５チャンネルステレオ制作のために簡便な回路で３６０度方向の音像定位を実現することが可能な技術を提供することにある。
【０００７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明の概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【０００９】
第１の発明は、Ｎ（＞５）チャンネルステレオのＮ本の信号のうち、正面を除く右９０度から左９０度までの前方に対応する信号を、その方向を模擬した頭部伝達関数フィルタあるいはレベル差を用いて５チャンネルステレオ信号の左右２本のチャンネルに分配する音声信号分配回路を備え、右１２０度から左１２０度までの後方の信号を、その方向に音像が定位するように５チャンネルステレオの右後方及び左後方に適当なレベル差をつけて分配し、正面方向に対応する信号はセンターチャンネルに供給するマルチチャンネルステレオ音声信号ミキシング回路である。
【００１０】
第２の発明は、Ｎ（＞５）チャンネルステレオのＮ本の信号のうち、正面を除く右９０度から左９０度までの前方に対応する信号を、その方向を模擬した頭部伝達関数フィルタあるいはレベル差を用いて５チャンネルステレオ信号の左右２本のチャンネルに分配する音声信号分配回路を備え、右１２０度から左１２０度までの後方の信号を、その方向に音像が定位するように５チャンネルステレオの右後方及び左後方に適当なレベル差をつけて分配し、正面方向に対応する信号はセンターチャンネルに供給するマルチチャンネルステレオ音声信号ミキシング回路に、１入力Ｎ（＞５）出力のエネルギー和が一定に保たれる音声信号分配回路の出力を、当該マルチチャンネルステレオ音声信号ミキシング回路に入力して５チャンネルステレオで３６０度方向の音像定位を設定するパンポット回路である。
【００１１】
本発明のポイントは、パンのみにて水平面３６０度の方向の音像を合成するためには８チャンネルは必要であることから、４５度間隔に均等にスピーカを配した８チャンネルを基準として考え、この８個のスピーカ位置を５チャンネルステレオで仮想的に合成することを考える。５チャンネルステレオにおいてパンだけでは合成できない方向（８チャンネルの左右４５度及び左右９０度の４方向）の信号は、頭部伝達関数を模擬したフィルタを用いて左右のスピーカによる虚音源として合成する。実際にスピーカの存在する正面（０度方向）はそのまま５チャンネルのセンターチャンネルに供給する。左右のスピーカと頭部伝達関数フィルタでは合成できない後方の左右１３５度及び１８０度の３方向については、５チャンネルステレオの右後１２０度、左後１２０度のスピーカ用の信号の間のパンにより虚音源として合成する。
【００１２】
以下に、本発明について実施形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の８チャンネルステレオから５チャンネルステレオヘの変換回路の概略構成を示す回路図である。
【００１４】
本実施形態１の８チャンネルステレオは、水平面に４５度おきにスピーカが配置されているものと仮定する。スピーカの方向は、図２に示す１ａ〜８ａとなる。５チャンネルステレオは、ＩＴＵ−Ｒ勧告７７５に基づく標準的なスピーカ配置とする。チャンネルはＬ（左）、Ｒ（右）、Ｃ（正面）、ＳＬ（左後）、ＳＲ（右後）とする。８チャンネルと５チャンネルステレオのスピーカ配置の関係を図２に示す。
【００１５】
本実施形態１の８チャンネルステレオから５チャンネルステレオヘの変換回路は、図１及び図２に示すように、方向２ａ、３ａ（左右４５度）に対応する８チャンネルステレオの信号を入力端子２、３に、及び方向４ａ、５ａ（左右９０度）に対応する信号を入力端子４、５に入力し、頭部伝達関数を模擬したフィルタ１４、１６、１８、２０を介した後、加算し５チャンネルステレオのＬチャンネル用信号を得る。また、フィルタ１５、１７、１９、２１を介した後、加算してＲチャンネル用信号を得る。８チャンネルステレオの信号１（正面方向）はそのまま５チャンネルステレオのＣチャンネルに供給する。８チャンネルステレオの信号６、７、８は５チャンネルステレオのＳＬ及びＳＲチャンネルにパン２２、２３、２４により分配する。パンの設定は、図２のスピーカ方向６ａ、７ａ、８ａに音像が定位するようにする。合成されたＬ、Ｒ、Ｃ、ＳＬ、ＳＲ信号はそれぞれ出力端子９〜１３に出力される。
【００１６】
頭部伝達関数を模擬したフィルタの設計法の一例を示す。厳密には頭部伝達関数は聴取者個人ごとに異なるが、本発明の目的には一般的によく用いられるKemarダミーヘッドの頭部伝達関数で十分である。前方左右の２スピーカで右９０度方向のの音像を合成することを考える。Kemarダミーヘッドの右９０度方向、右３０度方向、左３０度方向の音源から右耳までの頭部伝達関数をそれぞれ、Ｒ90（ω），Ｒ30（ω），Ｒ-30（ω）とし、左耳までの頭部伝達関数をそれぞれＬ90（ω），Ｌ30（ω），Ｌ-30（ω）とする。右チャンネルに挿入する「頭部伝達関数模擬フィルタ」をＧr（ω）、左チャンネルに挿入する「頭部伝達関数模擬フィルタ」をＧl（ω）とすると、これらの間には次の関係が成立する。
【００１７】
【数１】
0004101452.tif 000002
従って、Ｇr（ω），Ｇl（ω）は次式で与えられる。
【００１８】
【数２】
0004101452.tif 000003
この逆行列の部分は有限次数のデジタルフィルタでは実現できないが、一般に最小二乗誤差近似で求められた近似解で実用上十分である。具体的なアルゴリズムは例えば次の文献に記述されている(Kirkeby and Nelson,“Digital filter design for invertion problems in sound reproduction,”J.Audio Eng. Soc.,47,7/8,1999)。
【００１９】
（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２の５チャンネルステレオ用パン回路の概略構成を示す回路図である。
【００２０】
本実施形態２の８チャンネルステレオから５チャンネルステレオヘの変換回路を用いた５チャンネルステレオ用パン回路においては、図３に示すように、音声信号２５を分配器２６と抵抗器２７により全体のパワーは一定に保ったまま８本の信号に分配する。８本の信号を図１の入力端子１〜８に供給し５チャンネルの信号を得る。例えば、方向４ａと６ａの中間の方向に音像を定位させたい場合は、入力端子４及び６に接続された抵抗器のみ３ｄＢ減衰させ、他を無限大減衰させる。
【００２１】
８チャンネルの方向の取り方は１つに限定されない。図４は、正面にスピーカのない配置例であり、方向２６'〜３３'は８チャンネルステレオのスピーカ方向２である。この場合は、方向２８'、２９'のみ頭部伝達関数を模擬した逆フィルタを通し、方向２６'、２７'はＬ、Ｒ間のパンを用いることができる。
【００２２】
また、８以外の数のチャンネルから５チャンネルステレオに変換する回路も、全く同じ考え方によって実現できることは明らかである。さらに、映画音響で用いられる６チャンネルステレオ（後方センターを含む）への変換も、図１の入力８を後方センターチャンネルにそのまま出力することで可能である。
【００２３】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、わずか４方向の頭部伝達関数模擬フィルタとパン回路３６０度の音源定位が実現する。
【００２５】
また、従来のパンのみによる５チャンネル（ｃｈ）サラウンドでは調整が困難であった横方向の音像定位の調整が、容易かつ自由に行える。
【００２６】
また、頭部伝達関数模擬フィルタ係数は固定であるため、音声制作者はその存在を意識せず、パン操作のみにて３６０度の音像定位が実現しているかのように感じられ、音に取り囲まれた印象などを生成することがきわめて容易になる。
【００２７】
また、２スピーカとフィルタの係数更新で３６０度定位を得ようとする方法に比べ、後方の音像定位が確実に実現する。さらに、フィルタの係数が固定であるため回路が安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の８チャンネルステレオから５チャンネルステレオヘの変換回路の概略構成を示す回路図である。
【図２】スピーカの方向を示す図である。
【図３】本発明の実施形態２の５チャンネルステレオ用パンポッド回路の概略構成を示す回路図である。
【図４】別のスピーカの方向を示す図である。
【図５】従来のステレオ用パンポッド回路を示す図である。
【図６】従来のジョイスティック回路を示す図である。
【図７】頭部伝達関数を用いた従来の３６０度音像定位回路を示す図である。
【符号の説明】
１〜８…入力端子
１ａ〜８ａ…８チャンネルステレオのスピーカ方向
９〜１３…出力端子
１４〜２１…頭部伝達関数を模擬するフィルタ
２２〜２４…パンポッド回路
２５…音声信号
２６…分配器
２７…抵抗器
２６'〜３３'…８チャンネルステレオのスピーカ方向２
３４，４０…入力端子
３５…逆連動可変抵抗器
３６〜３９…音声信号バス回路
４１〜４４…ジョイスティックの出力端子
４５〜４７…逆連動可変抵抗器
４８，４９…頭部伝達関数を模擬するフィルタ
５０，５１…フィルタ出力（チャンネル）
【図１】
0004101452.tif 000004
【図２】
0004101452.tif 000005
【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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