(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受聴者に対して略左右対称で前方に配設された１対のトランスジューサから、入力された１系統又は２系統のリア用サラウンド信号を再生して、受聴者に対して略左右対称の後方２カ所にリア用サラウンド信号を音像定位させるサラウンド信号処理装置であって、
前記２系統のリア用サラウンド信号の相関性を検出する相関性検出手段を含み、前記１系統のリア用サラウンド信号が入力される場合には当該リア用サラウンド信号及び当該リア用サラウンド信号を位相シフトさせたリア用サラウンド信号を出力し、前記２系統のリア用サラウンド信号が入力された場合には、前記相関性検出手段による相関性検出を実行し、相関性検出結果が無相関のとき当該２系統のサラウンド信号を出力し、前記相関性検出結果が有相関のとき前記２系統のリア用サラウンド信号のいずれか一方のリア用サラウンド信号及び前記一方のリア用サラウンド信号を位相シフトさせたリア用サラウンド信号を出力するように切り替える付加信号処理手段を備えるとともに、
前記付加信号処理手段から得られた２つの信号から和信号と差信号を生成する手段と、
前記和信号を処理する第１のフィルタと、
前記差信号を処理する第２のフィルタと、
前記第１及び第２のフィルタで処理された信号から和信号と差信号とを生成して前記１対のスピーカから再生させる手段と
からなるサラウンド定位処理手段を備え、
前記第１及び第２のフィルタの伝達特性Ｐ，Ｎを、
Ｐ＝（Ｆ＋Ｋ）／（Ｓ＋Ａ）
Ｎ＝（Ｆ−Ｋ）／（Ｓ−Ａ）
（ただし、Ｓは１対のスピーカから受聴者の同じ側の耳までの伝達特性、Ａは１対のスピーカから受聴者の反対側の耳までの伝達特性、Ｆは音像を定位させたい位置から受聴者の同じ側の耳までの伝達特性、Ｋは音像を定位させたい位置から受聴者の反対側の耳までの伝達特性）と設定したサラウンド信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響信号をスピーカにより再生する際の音像定位装置に係り、特に受聴者を取り囲むサラウンド再生のためのサラウンド信号処理装置に関するもので、例えばフロント用の１対のスピーカによりセンタ及びリア用のサラウンド信号を疑似的に再生して、２個のスピーカで５チャンネルのサラウンドシステムを構築できるようにしたサラウンド信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、受聴者の位置より後方までの音場又は音像定位を得ることができる立体音響の再生を行うには、ステレオ配置の前方２個のスピーカ（フロントスピーカ）とサラウンド用の後方配置のスピーカ（リアスピーカ）１個又は２個の合計最低３個のスピーカが必要であり、また、１系統のサラウンド用信号を用いるサラウンド再生やハイビジョンの３−１方式のようにセンタチャンネルまで再生する場合には、さらにセンタスピーカとして１個又は２個のスピーカが必要で、再生するチャンネル分のアンプとケーブルなどが必要である。
【０００３】
すなわち、サラウンド再生時に必要なスピーカのセッティングとしては、例えば図４（Ａ）に示すように、受聴者ＬＭの前方の左右に位置するＬ及びＲチャンネルのスピーカセットと、後方の左右に位置するＳＬ及びＳＲチャンネルのサラウンド用のリアスピーカセット、又はこれに加えて前方中央部のＣチャンネルのセンタスピーカが必要であった。
【０００４】
ところが、一般家庭においては、前記リアスピーカや前記センタスピーカを配置することはスペース的にも費用的にも困難であり、実際のスピーカセットとしては、図４（Ｂ）に示すように、受聴者ＬＭの前方の左右に位置するＬ及びＲチャンネルのスピーカセットを備えるのみで、その場合、十分なサラウンド効果を得ることはできなくなる。特に、モノラルのサラウンド用信号（１系統のリア用サラウンド信号）を用いるサラウンド再生方式では、受聴者後方での音場を表現することや音像の移動を表現することを特長としていたが、リアスピーカを設置しなければその効果を発揮できなかった。
【０００５】
しかしながら、最近では、前方左右のスピーカのみによる再生によっても、後方のスピーカセットを設けた場合と同様な立体音響効果を得ることができるサラウンド信号処理装置が考えられている。
これは、所定位置の受聴者の前方の２個のスピーカに対して、２チャンネルステレオの本来のＬとＲの各チャンネル信号に加えて、リアチャンネルの信号を変換して得られる音像定位信号を与えたり、あるいは前方に２対のスピーカを設けておき、１対には本来のＬとＲの各チャンネルの信号のみを与えておき、他の１対には上記音像定位信号をそれぞれ与えるものである。かかる音像定位を行うことにより、受聴者後方のリアスピーカが実在しなくても、あたかも後方から音が聞こえるようなサラウンド再生が可能となる。
【０００６】
上記リアチャンネルを変換して所望の音像定位信号を得るためには、実際に配置されている１対のスピーカから受聴者の左右両耳までのそれぞれの空間の伝達特性と、音像を定位させたい後方の２つの所定位置の一方に測定時のみに配置したスピーカから受聴者の左右両耳までのそれぞれの空間の伝達特性とを用いて演算が行われる。すなわち、コンボルバ（畳み込み演算処理回路）などを用いたフィルタ演算が行われる。
【０００７】
この音像定位信号を利用した従来のサラウンド信号処理装置の構成と原理を説明すると、以下の通りである。
図５は、音像定位技術を利用したサラウンド信号処理装置のシステム概説を説明する構成図である。
図５において、２２は、４チャンネルの例として、２チャンネルのステレオ信号Ｌ、Ｒ、ステレオ中央の定位を改善するためのセンタチャンネル信号Ｃ、及びサラウンド立体音響効果を得るためのリアチャンネル信号Ｓを受けて、受聴者ＬＭを取り囲むサラウンド再生を行うために、リアチャンネル信号Ｓとセンタチャンネル信号Ｃとを各々空間の意図した位置に定位させる音像定位信号に変換する、すなわち音像定位処理装置として動作するサラウンド信号処理装置である。
【０００８】
すなわち、サラウンド信号処理装置２２は、ステレオ信号Ｌ、Ｒと音像定位信号とを受聴者ＬＭの前方左右に配置するスピーカＳＰ１、ＳＰ２から再生することにより、本来、必要とする受聴者ＬＭの後方左右に配置するリアスピーカＳＰ３、ＳＰ４、受聴者ＬＭの前方中央部に配置するセンタスピーカＳＰ５、受聴者ＬＭの後方中央に配置するリアスピーカＳＰ６を不要にしてサラウンド立体音響効果を得るものである。
【０００９】
また、図６は、受聴者ＬＭに対して略左右対称で前方に配設された１対のトランスジューサ（実存するフロント用の１対のスピーカＳＰ１，ＳＰ２）から、入力された１系統のリア用サラウンド信号Ｓを再生して、受聴者ＬＭに対して略左右対称の後方２カ所にリア用サラウンド信号を音像定位させるサラウンド信号処理装置を示す構成図である。
【００１０】
すなわち、図６に示すサラウンド信号処理装置は、ドルビーデジタルデコーダ又はサラウンドデコーダＳＤから入力されたリア用サラウンド信号Ｓを振幅調整する振幅調整器１２と、前記振幅調整器１２を介して入力されたリア用サラウンド信号Ｓを処理するフィルタ５と、前記フィルタ５で処理された信号を反転させる反転器１３とを備える音像定位処理手段としてのサラウンド定位処理手段１’を有し、前記フィルタ５で処理された信号及び反転器１３を介した反転信号を、入力されたステレオ信号Ｌ，Ｒ及びセンタチャンネル信号Ｃと加算器８，９により加算して、前記１対のトランスジューサ（実存するフロント用の１対のスピーカＳＰ１，ＳＰ２）から再生するようになされており、ここで、前記フィルタ５の伝達特性を、
（Ｆ−Ｋ）／（Ｓ−Ａ）
（ただし、Ｓは１対のトランスジューサから受聴者の同じ側の耳までの伝達特性、Ａは１対のトランスジューサから受聴者の反対側の耳までの伝達特性、Ｆは音像を定位させたい位置から受聴者の同じ側の耳までの伝達特性、Ｋは音像を定位させたい位置から受聴者の反対側の耳までの伝達特性）と設定している。
【００１１】
また、図７は、受聴者ＬＭに対して略左右対称で前方に配設された１対のトランスジューサ（実存するフロント用の１対のスピーカＳＰ１，ＳＰ２）から、２系統のリア用サラウンド信号ＳＬ，ＳＲを再生して、受聴者に対して略左右対称の後方２カ所にリア用サラウンド信号を音像定位させるサラウンド信号処理装置を示す構成図である。
【００１２】
すなわち、図７に示すサラウンド信号処理装置は、サラウンドデコーダＳＤから振幅調整器１２を介して入力されたモノラル１系統のリア用サラウンド信号Ｓから無相関な第１及び第２の信号ＳＬ，ＳＲを生成する付加信号処理手段ＯＰを備えるとともに、前記第１及び第２の信号から和信号と差信号とを生成する加算器２及び差分器３と、前記和信号を処理する第１のフィルタ４と、前記差信号を処理する第２のフィルタ５と、前記第１及び第２のフィルタ４，５で処理された信号から和信号と差信号とを生成する加算器６及び差分器７とを備えるサラウンド定位処理手段１を有し、前記加算器６及び差分器７からの信号を、入力されたステレオ信号Ｌ，Ｒ及びセンタチャンネル信号Ｃとそれぞれ振幅調整器１２Ａ〜１２Ｅを介して加算器８，９により加算して、前記１対のトランスジューサ（実存するフロント用の１対のスピーカＳＰ１，ＳＰ２）から再生するようになされており、ここで、前記第１及び第２のフィルタ４，５の伝達特性Ｐ，Ｎを、
Ｐ＝（Ｆ＋Ｋ）／（Ｓ＋Ａ）
Ｎ＝（Ｆ−Ｋ）／（Ｓ−Ａ）
（ただし、Ｓは１対のトランスジューサから受聴者の同じ側の耳までの伝達特性、Ａは１対のトランスジューサから受聴者の反対側の耳までの伝達特性、Ｆは音像を定位させたい位置から受聴者の同じ側の耳までの伝達特性、Ｋは音像を定位させたい位置から受聴者の反対側の耳までの伝達特性）と設定している。
【００１３】
さらに、図８は、前述した図７の構成と同様に、受聴者ＬＭに対して略左右対称で前方に配設された１対のトランスジューサ（実存するフロント用の１対のスピーカＳＰ１，ＳＰ２）から、２系統のリア用サラウンド信号ＳＬ，ＳＲを再生して、受聴者に対して略左右対称の後方２カ所にリア用サラウンド信号を音像定位させるサラウンド信号処理装置を示す構成図である。
【００１４】
この図８に示すサラウンド信号処理装置は、図７に示す構成と異なる点は、ドルビーサラウンドデコーダＳＤから入力されるステレオ２系統のサラウンド信号ＳＬ，ＳＲを、サラウンド定位処理手段１により音像定位処理するようになされ、また、メモリを内蔵するＣＰＵ１４を備え、内蔵メモリに各音像定位位置に音像定位させるためのフィルタ用係数群を記録してＣＰＵにより制御するようになされている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ドルビーサラウンドではプロロジックデコーダで４チャンネル（Ｌ、Ｃ、Ｒ、Ｓ）の分離をすることができる。したがって、サラウンド信号は常にモノラルである。ドルビーデジタルではＢＳＩ(Bit Stream Information：ビット・ストリーム・インフォメーション)のａｃｍｏｄ(Audio Coding Mode：オーディオ・コーディング・モード)に、下表に示すようなソースのチャンネル情報が格納されている。それにより、サラウンド信号がモノラルかステレオであるかを判別できる。
【００１６】
【表１】
0003786337.tif 000002
【００１７】
例えばａｃｍｏｄが‘１００’又は‘１０１’、すなわちサラウンド信号がモノラル１系統のサラウンド信号Ｓの場合、又はプロロジックデコードによりモノラル１系統のサラウンド信号Ｓが得られたときは、図６あるいは図７に示す構成により、前方１対のトランスジューサで後方２カ所にサラウンド信号の音像定位が得られる。
【００１８】
他方、ａｃｍｏｄが‘１１０’又は‘１１１’、すなわちサラウンド信号がステレオ２系統のサラウンド信号ＳＬ、ＳＲの場合、図８に示す構成により、前方１対のトランスジューサで後方２カ所にサラウンド信号の音像定位が得られる。このように、入力リアサラウンド信号がモノラルかステレオかによってサラウンド定位処理手段を切り替えなければならなかった。
【００１９】
そこで、本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、入力リアサラウンド信号がモノラル又はステレオであっても、１つのサラウンド定位処理手段によって前方１対のトランスジューサで後方２カ所にサラウンド信号の音像定位が得られるサラウンド信号処理装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明に係るサラウンド信号処理装置は、受聴者に対して略左右対称で前方に配設された１対のトランスジューサから、入力された１系統又は２系統のリア用サラウンド信号を再生して、受聴者に対して略左右対称の後方２カ所にリア用サラウンド信号を音像定位させるサラウンド信号処理装置であって、
前記２系統のリア用サラウンド信号の相関性を検出する相関性検出手段を含み、前記１系統のリア用サラウンド信号が入力される場合には当該リア用サラウンド信号及び当該リア用サラウンド信号を位相シフトさせたリア用サラウンド信号を出力し、前記２系統のリア用サラウンド信号が入力された場合には、前記相関性検出手段による相関性検出を実行し、相関性検出結果が無相関のとき当該２系統のサラウンド信号を出力し、前記相関性検出結果が有相関のとき前記２系統のリア用サラウンド信号のいずれか一方のリア用サラウンド信号及び前記一方のリア用サラウンド信号を位相シフトさせたリア用サラウンド信号を出力するように切り替える付加信号処理手段を備えるとともに、
前記付加信号処理手段から得られた２つの信号から和信号と差信号を生成する手段と、
前記和信号を処理する第１のフィルタと、
前記差信号を処理する第２のフィルタと、
前記第１及び第２のフィルタで処理された信号から和信号と差信号とを生成して前記１対のスピーカから再生させる手段と
からなるサラウンド定位処理手段を備え、
前記第１及び第２のフィルタの伝達特性Ｐ，Ｎを、
Ｐ＝（Ｆ＋Ｋ）／（Ｓ＋Ａ）
Ｎ＝（Ｆ−Ｋ）／（Ｓ−Ａ）
（ただし、Ｓは１対のスピーカから受聴者の同じ側の耳までの伝達特性、Ａは１対のスピーカから受聴者の反対側の耳までの伝達特性、Ｆは音像を定位させたい位置から受聴者の同じ側の耳までの伝達特性、Ｋは音像を定位させたい位置から受聴者の反対側の耳までの伝達特性）と設定したものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るサラウンド信号処理装置を示す構成図である。
図１に示す実施の形態１に係るサラウンド信号処理装置において、図６ないし図８に示す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。
図１に示す構成において、新たな符号として、１５と１６は、付加信号処理手段ＯＰに設けられた位相シフト回路と切替器を示す。
この図１に示すサラウンド信号処理装置においては、サラウンド定位処理手段１の入力部としての付加信号処理手段ＯＰに位相シフト回路１５と切替器１６を設けて、メモリを内蔵するＣＰＵ１４からの制御により、サラウンド定位処理手段１へのサラウンド入力を、無相関な２つの信号（１系統のサラウンド信号Ｓと位相シフト回路１５を介したサラウンド信号Ｓ）又はステレオ（２系統のサラウンド信号ＳＬ，ＳＲ）にすることにより、入力リアサラウンド信号がモノラル又はステレオであっても、１つのサラウンド定位処理手段１によって前方１対のトランスジューサ（実存するフロント用の１対のスピーカＳＰ１，ＳＰ２）で後方２カ所にサラウンド信号の音像定位が得られるようにしている。
【００２３】
ここで、ドルビーデジタルデコーダ又はサラウンドデコーダＳＤの出力端子からは、モノラル（１系統のサラウンド信号Ｓと０）又はステレオ（２系統のサラウンド信号ＳＬ，ＳＲ）が出力されるようになされており、ＣＰＵ１４による切替器１６の切替制御により、モノラルの場合には、１系統のサラウンド信号Ｓと位相シフト回路１５を介して位相シフトされたサラウンド信号Ｓとがサラウンド定位処理手段１に入力され、ステレオの場合には、２系統のサラウンド信号、つまりＳＬとＳＲ信号とがサラウンド定位処理手段１に入力されるようになされている。
【００２４】
また、サラウンド定位処理手段１としては、図７及び図８と同様な、加算器２及び差分器３と、加算器２の出力を処理する第１のフィルタ４と、差分器３の出力を処理する第２のフィルタ５と、前記第１及び第２のフィルタ４，５で処理された信号から和信号と差信号とを生成する加算器６及び差分器７とを備え、第１及び第２のフィルタ４，５の伝達特性Ｐ，Ｎを、
Ｐ＝（Ｆ＋Ｋ）／（Ｓ＋Ａ）
Ｎ＝（Ｆ−Ｋ）／（Ｓ−Ａ）
（ただし、Ｓは１対のトランスジューサから受聴者の同じ側の耳までの伝達特性、Ａは１対のトランスジューサから受聴者の反対側の耳までの伝達特性、Ｆは音像を定位させたい位置から受聴者の同じ側の耳までの伝達特性、Ｋは音像を定位させたい位置から受聴者の反対側の耳までの伝達特性）と設定している。
【００２５】
そして、前記加算器６及び差分器７からの信号を、入力されたステレオ信号Ｌ，Ｒ及びセンタチャンネル信号Ｃと加算器８，９により加算して、１対のトランスジューサ（実存するフロント用の１対のスピーカＳＰ１，ＳＰ２）から再生するようになされている。
【００２６】
したがって、実施の形態１によれば、入力リアサラウンド信号がモノラル又はステレオであっても、１つのサラウンド定位処理手段１によって前方１対のトランスジューサで後方２カ所にサラウンド信号の音像定位が得られ、極めて簡易な構成で信号処理することにより、リアサラウンド信号がモノラルであっても１対のトランスジューサからの音響信号でその設置位置とは異なる位置にサラウンド信号を音像定位させることができる。そのため、フロント用の１対のスピーカによりリア用の１対のスピーカから再生されるサラウンド信号を疑似的に再生して、２個のスピーカで５チャンネルのサラウンドシステムを構築する場合でも、ハードウェア規模が小さく安価にできる。
【００２７】
＜実施の形態２＞
しかしながら、上述した実施の形態１によっても、解決できない問題がもう１つある。
すなわち、前述したａｃｍｏｄで、‘１１０’又は‘１１１’、すなわちサラウンドステレオと定義してあっても、実際には、リア用サラウンド信号ＳＬ，ＳＲが同一のデュアルモノラル信号である場合がある。その場合、図１の差分器３で音声信号が０となってしまい、そのまま後方の左右２カ所に音像定位させようとしても、無定位あるいは頭内定位してしまう。実施の形態２は、このような課題を解決するものである。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態２に係るサラウンド信号処理装置を示す構成図である。
図２に示す実施の形態２に係るサラウンド信号処理装置において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示す構成において、新たな符号として、１７は、付加信号処理手段ＯＰにさらに備えられた相関性検出器を示し、入力された２系統のリア用サラウンド信号ＳＬ，ＳＲの相関性を検出し、相関性の検出結果に応じて切替器１６を切り替え制御してサラウンド定位処理手段１への入力をステレオ信号又はデュアルモノラル信号に切り替えるようになされている。
【００２９】
すなわち、図２に示す実施の形態２に係るサラウンド信号処理装置においては、ａｃｍｏｄによってリア用サラウンド信号ＳＬ，ＳＲがステレオであると判断されても、相関性検出器１７により、リア用サラウンド信号ＳＬ，ＳＲ信号の相関性をチェックし、両信号がステレオ（相関性がない）又はデュアルモノラル（相関性がある）かを判別し、デュアルモノラルであった場合は、サラウンド定位処理手段１への入力をモノラルに切り替える。これにより、前方１対のトランスジューサで後方２カ所にサラウンド信号の音像定位を得ることができる。
【００３０】
図３は、前記相関性検出器１７の構成を示すブロック図である。
相関性検出器１７としては、図３に示すように、リア用サラウンド信号ＳＬとＳＲの差分を得る差分器１８と、その差分出力の絶対値を得る絶対値出力器（ＡＢＳ）１９と、振幅調整器２０ａないし２０ｃ、遅延器２０ｄ，２０ｅおよび加算器２０ｆを有する低域通過フィルタ２０と、比較器（ＣＯＭＰ）２１とで構成され、低域通過フィルタ２０の出力がしきい値を超えた場合に相関性がないと判断できる。低域通過フィルタ２０のカットオフ周波数は５Ｈｚ程度のものでよい。
【００３１】
したがって、実施の形態２によれば、リア用サラウンド信号ＳＬ，ＳＲが相関性のある同一のデュアルモノラル信号である場合であっても、無相関な信号としてサラウンド定位処理手段１へ入力し、無定位あるいは頭内定位してしまうことがないように処理できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のサラウンド信号処理装置によれば、極めて簡易な構成で信号処理することにより、入力リアサラウンド信号がモノラル又はステレオであっても、１つのサラウンド定位処理手段１によって前方１対のトランスジューサで後方２カ所にサラウンド信号の音像定位が得られる。
【００３３】
また、リア用サラウンド信号ＳＬ，ＳＲが同一のデュアルモノラル信号である場合であっても、無定位あるいは頭内定位してしまうことがないように処理できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るサラウンド信号処理装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るサラウンド信号処理装置を示す構成図である。
【図３】図２に示す相関性検出器１７の構成を示すブロック図である。
【図４】従来例のサラウンド信号再生時のスピーカセッティング及び実際の一般家庭におけるスピーカセッティングの説明図である。
【図５】音像定位技術を利用した従来例に係るサラウンド信号処理装置のシステム概説を説明する構成図である。
【図６】他の従来例に係るサラウンド信号処理装置を示す構成図である。
【図７】さらに他の従来例に係るサラウンド信号処理装置を説明する構成図で、モノラル１系統のリア用サラウンド信号Ｓをサラウンド定位処理手段により音像定位処理するための構成図である。
【図８】さらに他の従来例に係るサラウンド信号処理装置を説明する構成図で、ステレオ２系統のサラウンド信号ＳＬ，ＳＲをサラウンド定位処理手段により音像定位処理するための構成図である。
【符号の説明】
１、１’  音像定位処理手段（サラウンド定位処理手段）
２、６、８、９  加算器
３、７  差分器
４  第１のフィルタ（伝達特性Ｐ）
５  第２のフィルタ（伝達特性Ｎ）
１４  ＣＰＵ
１５  位相シフト回路
１６  切替器
１７  相関性検出器
ＬＭ  受聴者（視聴者）
ＳＰ１、ＳＰ２  １対のスピーカ（トランスジューサ）
ＳＤ  ドルビーデジタルデコーダ又はサラウンドデコーダ
ＯＰ  付加信号処理手段
Ｌ、Ｒ  フロント用のステレオ信号
Ｃ  センタ用信号
Ｓ  １系統のリア用サラウンド信号
ＳＬ、ＳＲ  リア用のステレオ信号（サラウンド信号）
【図１】
0003786337.tif 000003
【図２】
0003786337.tif 000004
【図３】
0003786337.tif 000005
【図４】
0003786337.tif 000006
【図５】
0003786337.tif 000007
【図６】
0003786337.tif 000008
【図７】
0003786337.tif 000009
【図８】
0003786337.tif 000010