JP2640987B2 - ステレオ方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ステレオ方式に関するもので、特に超音波
を使って疑似的にステレオを実現するものに関する。

［発明の背景］ 従来、疑似的にステレオを実現するものには、モノラ
ルな音響信号に対し、位相推移、時間遅れ、残響付加等
の加工処理を行うものが知られている。

本発明は、上記のような従来の疑似ステレオ方式と全
く異なる斬新な疑似ステレオ方式を提供するものであ
る。

一般に、人間の耳が音の方向を感じるときには、次の
４つの要素があると考えられている。

（１）左右の耳に入る音の強さの違い。

（２）左右の耳に音が到達するまでの時間の差。

（３）それぞれの耳に到達する音の位相の違い。

（４）頭の遮音特性のため同じ音でも来る方向が正中よ
り大きく偏ると左右の耳に入る音の周波数成分に違いが
起こり、音の性質が異なる。

このような理由によって聴覚は瞬間的に音源の方向を
判定する。

本発明は、この４つのうち、第４の原理に基づいて音
像定位を人工的につくるものである。

一方、第６図に示すように、人間の耳は、2kHz付近で
最も感度が高く、18Hz程度以下及び18kHz程度以上の音
は聞こえない。しかしながら、人間の耳の中にある蝸牛
殻の中の有毛細胞は、上記18kHzよりずっと大きい90kHz
付近までの感度を有しており、人間の脳にインパルスを
送っている。

これは、18kHz以上の人間の耳には聞こえない音は、
人間には聞こえる音の情報としてではなく、それ以外の
何らかの情報として送られていると考えられる。この情
報は音の方向性に関するものと判断されるのである。

本件特許出願人の実験によっても、このことが確認さ
れている。すなわち、モノラルな音響を聞いている人間
に対し、左右の耳に異なる振幅または異なる周波数の超
音波を送ると、音像定位が発生または変化するととも
に、立体感のある音響も得られるのである。

本発明は、このような事情に基づいて、新しい方式に
よるステレオ方式を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明は、音響を聞く者
に対し、この音響のほかに超音波も出力するようにした
ものである。超音波とは、第６図に示す、人間の可聴範
囲外の音を指し、18kHz以下であっても音の強さの小さ
いものも含む。

［作用］ これにより、人間の左右の耳に入る音の周波数成分が
異なり、音の方向感及び立体感を疑似的に感じとること
ができる。左右の耳に入る音の周波数成分が同じ場合
は、音像定位は正中に位置することになる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して
説明する。

1.システム概略 第１図は、本システムの全体概略図を示すものであ
り、この図は、電子楽器の演奏音をステレオ化するもの
である。

電子楽器１には、２つのスピーカ２、２がコード３に
よって接続され、電子楽器１の演奏者がスピーカ２、２
より放音出力されるようになっている。この２つのスピ
ーカ２、２より再生される音響は、ステレオ音、モノラ
ル音いずれでもよい。なお、スピーカ２、２は電子楽器
１に対し、有線ではなく、無線で接続されていてもよ
い。

電子楽器１の右奥部には、柱状の右赤外線送信部4r、
左赤外線送信部4l、後赤外線送信部4bが立設されてお
り、赤外線を伝送媒体とした超音波信号が出力される。
これら右赤外線送信部4r、左赤外線送信部4l、後赤外線
送信部4bは、電子楽器１に対して回動させて向きを変え
ることができるようになっている。

上記超音波信号は、右超音波スピーカ5rの右赤外線受
信部6r、左超音波スピーカ5lの左赤外線樹脂部6l、後超
音波スピーカ5bの後赤外線受信部6bに送られ、各超音波
スピーカ5r、5l、5bより超音波が再生される。各超音波
スピーカ5r、5l、5bは、第１図に示すように聴者に対
し、左右及び後方に位置するように設けられている。

この超音波スピーカ５…は、例えばセラミック振動板
タイプのものを用いることができ、ポスター、絵画等の
裏面に貼付しておくことができる。

2.パネルスイッチ群 第２図は上記電子楽器１上のパネルスイッチ群13内の
各スイッチを示すものである。

このパネルスイッチ群13内には、３つの超音波スピー
カ５…それぞれを使って、音像定位を移動させるための
３つのスライドスイッチ７…が設けられている。左右ス
ライドスイッチ7aは、音像定位を左右に移動させ、前後
スライドスイッチ7bは、音像定位を前後に移動させ、上
下スライドスイッチ7cは、音像定位を上下に移動させる
ものである。

また、パネルスイッチ群13には、AM/FMスイッチ８も
設けられている。このAM/FMスイッチ８は、後述する超
音波信号をAM変調したものと、FM変調したものに切り換
えるものである。

パネルスイッチ群13内には、他に、エフェクト、音
色、リズム等の選択のためのスイッチ群も設けられてい
る。

エフェクトスイッチ群には、コンプレッサ、リミッ
タ、ディストージョン、コーラス、フランジャ、エクス
キュータ、フェーザ、オートパン、ハーモニカ、ピッチ
シフタ等がある。これらのエフェクト付与により、後述
するアンプ９より出力される楽音信号の波形が種々変化
することになる。この変化は、楽音波形の振幅、周波
数、位相等におけるものである。

3.全体回路 第３図は、電子楽器の全体回路図を示すものである。

キーボード11の各キーは、キースキャン回路12によっ
てスキャンされ、キーオン、キーオフを示すデータが検
出され、RAM16に書き込まれる。そして、それまでRAM16
に記憶されていた各キーのオン、オフの状態を示すデー
タと比較され、各キーのオンイベント、オフイベントの
判別が行われる。

パネルスイッチ群13の各スイッチは、パネルスキャン
回路14によって、スキャンされる。このスキャンによ
り、各スイッチのオン、オフを示すデータが検出され、
RAM16に書き込まれる。そして、それまでRAM16に記憶さ
れていた各スイッチのオン、オフの状態を示すデータと
比較され、各スイッチのオンイベント、オフイベントの
判別が行われる。

なお、上記キーボード１は、電子弦楽器、電子吹奏
（管）楽器、電子打楽器（パッド等）等で代用してもよ
い。

トーンジェネレータ18は、上記キーボード11のオンキ
ーに応じた音高で、パネルスイッチ群13のオンスイッチ
に応じた音色等での楽音信号を生成する。このトータル
ジェネレータ18には、複数チャンネル分の楽音生成系が
形成されており、楽音をポリフォニックに発音させるこ
とができる。トータルジェネレータ18で生成された楽音
信号は、アンプ19、上記スピーカ２、２を経て発音され
る。

ROM17には、CPU15が各種処理を行うためのプログラム
等や波形データ等が記憶され、RAM16には、各種処理デ
ータが記憶される。

4.赤外線送信部４及び赤外線受信部６ 第４図において、上記アンプ19からの楽音信号は、３
つの右赤外線送信部4r、左赤外線送信部4l、後赤外線送
信部4bに入力され、赤外線を伝送媒体とする超音波信号
に変換されて出力され、上述の３つの右超音波スピーカ
5rの右赤外線受信部6r、左超音波スピーカ5lの左赤外線
受信部6l、後超音波スピーカ5bの後赤外線受信部6bに送
出される。

これら右、左、後の伝送系における各赤外線の波長は
異っており、各赤外線信号が混合しないようになってい
る。

各赤外線送信部4r、4l、4b、各赤外線受信部6r、6l、
6bは同じ構成となっており、このうち右赤外線送信部4
r、右赤外線受信部6rを例にとって以下説明する。

上記アンプ19からの楽音信号は、赤外線信号部４内の
アナログスイッチ21aまたはアナログスイッチ21bを介し
て、AM変調回路22またはFM変調回路23に与えられる。

一方、発振回路24からは、18kHz以上の周波数の超音
波信号が発振出力される。この超音波信号は、18kHz以
下に設定されることもある。発振回路24からの超音波信
号は、可変抵抗VR1を経て、アナログスイッチ21cまたは
アナログスイッチ21dを介して、上記AM変調回路22また
はFM変調回路23に与えられる。AM変調回路22またはFM変
調回路23では、上記超音波信号が、第５図に示すよう
に、上記楽音信号に応じたAM変調またはFM変調が行われ
る。この変調された超音波信号は、アナログスイッチ21
eまたはアナログスイッチ21fを介して、赤外線発光ダイ
オード25より赤外線を伝送媒体をして出力される。

上記AM/FMスイッチ８の切り換えに応じ、CPU15はフリ
ップフロップ26をセット、リセットする。このフリップ
フロップ26の出力は、そのまま上記アナログスイッチ21
a、21c、21eに与えられるとともに、インバータ27を介
して、上記アナログスイッチ21b、21d、21fに与えられ
る。これにより、AM/FMスイッチ８の切り換えにより、A
M変調とFM変調の切り換えが行われる。

上記赤外線発光ダイオード25より出力された、赤外線
を伝送媒体とする超音波信号は、上記超音波スピーカ５
…の赤外線受信部６…内の赤外線受光ダイオード31で受
光されて電気信号に変換される。この電気信号に変換さ
れた超音波信号は、復調回路32、アンプ30を介して超音
波スピーカ５…に送られ、超音波スピーカ５…を振動さ
せる。これにより、超音波スピーカ５…より、超音波信
号が出力され、聴く者にステレオ感を疑似的に感じさせ
る。

上記発振回路24内の発振周波数を決定する抵抗は可変
抵抗VR2となっており、この可変抵抗VR2の抵抗値を変え
ることにより超音波信号の発振周波数が変化するように
なっている。

また、上記発振回路24の出力側に接続されている、上
記可変抵抗VR1の抵抗値を変えることにより、発振回路2
4からの超音波信号の振幅レベルが変化するようになっ
ている。

これら、可変抵抗VR1、VR2は、３つの赤外線送信部４
内にそれぞれ設けられており、上記左右、前後、上下の
スライドスイッチ7a、7b、7cのスライドと連動してい
る。以下説明の都合上、右赤外線送信部4r内の可変抵抗
VR1、VR2を右可変抵抗VR1r、VR2rとし、左赤外線送信部
4l内の可変抵抗VR1、VR2を左可変抵抗VR1、VR2lと
し、後赤外線送信部4b内の可変抵抗VR1、VR2を後可変抵
抗VR1b、VR2bとする。

上記右可変抵抗VR1r及び左可変抵抗VR1は、上記左
右スライドスイッチ7aに連動している。左右スライドス
イッチ7aを左ポジションに移動させると、右可変抵抗VR
1rの抵抗値が大きくなるか、または左可変抵抗VR1の
抵抗値が小さくなり、右超音波スピーカ5rからの超音波
信号のレベルが小さくなるか、または左超音波スピーカ
5lからの超音波信号のレベルが大きくなり、音像定位が
左に移動する。左右スライドスイッチ7aを右ポジション
に移動させると、これらと逆の動作となり、音像定位が
右に移動する。

上記後可変抵抗VR1bは、上記前後スライドスイッチ7b
に連動している。前後スライドスイッチ7bを後ポジショ
ンに移動させると、後可変抵抗VR1bの抵抗値が小さくな
り、後超音波スピーカ5bからの超音波信号のレベルが大
きくなり、音像定位が後に移動する。前後スライドスイ
ッチ7bを前ポジションに移動させると、これらと逆の動
作となり、音像定位が前に移動する。

このように、超音波信号のレベルを各超音波スピーカ
5r、5l、5bで変えると、音像定位が前後左右に移動する
ことになる。これは、単なる左右前後の音の強弱だけで
はなく、音の強弱に加えて高調波成分の含有率の増減が
複雑にからみあって、聴く者に音像定位の変化を錯覚さ
せるものである。

上記右可変抵抗VR2r、左可変抵抗VR2l、後可変抵抗VR
2bは、上記上下スライドスイッチ7cに連動している。上
下スライドスイッチ7cを上ポジションに移動させると、
全可変抵抗VR2r、VR2l、VR2bの抵抗値が変わり、各発振
回路24…の発振周波数が高くなり、全超音波スピーカ5
r、5l、5bからの超音波信号の周波数が高くなって、音
像定位が上下に移動する。上下スライドスイッチ7cを下
ポジションに移動させると、これらと逆の動作となり、
音像定位が下方に移動する。この場合、後超音波スピー
カ5bからの超音波信号の周波数を変えないようにした
り、右超音波スピーカ5r、左超音波スピーカ5lいずれか
の超音波信号だけの周波数を変えてもよい。

このように、超音波信号の周波数を各超音波スピーカ
5r、5l、5bで変えると、音像定位が上下に移動すること
になる。人間の耳は、心理的に周波数の高い音は高い所
から発しているように聞こえ、周波数の低い音は低い所
から発しているように聞こえるものである。超音波信号
の周波数が変わると音像定位が変わるのは、このことと
関連があると考えられ、上下の変位を錯覚するのであ
る。

また、実験によれば、このような超音波の付加によ
り、音像定位の変化のほか立体感（移動感）すなわち音
像の幅の拡がりをもかもしだすことができる。言い換え
ると、スピーカ２、２からの楽音には、種々の周波数の
異なる楽器音が混在しているが、この各楽器音が一点で
はなく、ある幅をもった範囲から聞こえるように感じる
のである。これは上記超音波信号による各楽器音に対す
る作用が一律ではないと考えられる為である。これは特
に左右の超音波スピーカ5r、5lからの超音波信号を、同
じ内容の信号として同期させた場合に顕著に感じられ
る。

また、左右の超音波スピーカ5r、5lからの超音波信号
に加えて、後超音波スピーカ5bからの超音波信号を、同
じ信号として同期させた場合には、音像の幅の拡がりを
前方だけでなく後方にも拡げることができ、聴く者が各
楽器に囲まれたような感じ、すなわち囲繞感をかもしだ
すことができる。

なお、可変抵抗VR1は赤外線発光ダイオード25のカソ
ード側に設けてもよい、実験によれば、このような音像
定位の上方への変化は、超音波信号の周波数が５〜8kHz
付近になったときに顕著にみられ、下方への変化は、50
0Hz〜1kHz付近になったときに顕著にみられる。この周
波数は、人間の耳に聞こえる周波数であるが、音の強さ
を小さくすればそれほど問題はない。

なお、超音波スピーカ５を前方や真上にも設け、この
超音波スピーカ５からの超音波信号の振幅レベルや周波
数を変化させるようにしてもよいし、スピーカ２、２を
後方や真上等に設けてもよい。逆に、スピーカ２、超音
波スピーカ５をそれぞれ１つずつとしてもよい。

本実施例では、超音波信号を楽音信号に応じて変調し
ているので、超音波スピーカ５からの超音波を楽音信号
に対応させて変化させることができ、安定した音像定位
の変化と幅の広い立体感または囲繞感を実現することが
できる。特に、上述した楽音信号の振幅や周波数を変化
させるとエフェクトが付加させたときでも、この変化に
対応させて超音波信号を変化させることができる。むろ
ん、上述したAM変調、FM変調を行わない超音波信号を超
音波スピーカ５…から出力するようにしてもよい。

超音波スピーカ５…は、単体の円板状であるが、互い
に大きさの異なる複数の円板状のセラミック振動板を用
いてもよく、各セラミック振動板から異なる周波数の超
音波信号を出力されるようにしてもよい。この場合、ア
ナログスイッチ21a〜21f、AM変調回路22、FM変調回路2
3、発振回路24を超音波スピーカ５…側に設け、赤外線
信号は楽音信号のみを送り、変調した超音波信号は超音
波スピーカ５…側で行われることになる。そしてさら
に、発振回路24を複数として、異なる周波数の超音波信
号を上記各セラミック振動板に送出してもよいし、これ
らをスイッチ切り換えにより、任意の周波数の超音波信
号を出力するようにしてもよい。

本発明は上記実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸
脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した
音像定位を変化させるための可変抵抗VR1r、VR1、VR1
b、VR2r、VR2l、VR2bは、代わりにトランジスタ、FET、
VCA（電圧制御増幅器）、VCO（電圧制御発振器）等と
し、このトランジスタ等の導通抵抗をベース電流、ベー
ス電圧または印加電圧の変化により変えるようにしても
よい。この場合、ベース電流等を位相の少しずつずれた
正弦波とすれば、音像定位が回転するようになる。そし
て、このベース電流等を上記正弦波とスライドスイッチ
７…に連結された可変抵抗VRを通る電流とで切り換える
ようにしてもよい。

また、赤外線送信部４は１つとして、時分割処理によ
って各赤外線信号を出力するようにしてもよい。このほ
か、AM変調回路22、FM変調回路23への入力楽音信号をVC
F（電圧制御フィルタ）を通すようにして、特定の周波
数の楽音信号によって超音波信号を変調するようにして
もよい。この場合VCFへの印加電圧は上述した正弦波で
あってもよい。さらに、スライドスイッチ7a、7b、7c
は、各超音波スピーカ5r、5l、5bにそれぞれ対応したも
のとして、各スライドスイッチ7a、7b、7cによって、各
超音波スピーカ5r、5l、5bを個別にコントロールするよ
うにしてもよい。

このほか、赤外線信号で送る情報は、超音波信号に関
する周波数、振幅レベル等に関するコード化された情報
とし、超音波スピーカ５で超音波信号を生成して出力す
るようにしてもよい。また、超音波スピーカ５…は、ス
ピーカ２、２に隣接して設けてもよく、この場合、ヘッ
ドホンの両端に超音波スピーカ５…及びスピーカ２…を
設けるようにしてもよい。

このほか、スピーカ２、２より出力される音響信号と
しては、電子楽器１以外のテープレコーダ、レーザディ
スク再生機、テレビジョン受像機、チューナ等の他の音
源を用いてもよい。また電子楽器１と超音波スピーカ５
…との通信媒体は、レーザ、電磁波等でもよく、有線に
よるものであってもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明は、音響を聞く者に対
し、この音響のほかに超音波も出力するようにしたもの
である。これにより、人間の左右の耳に入る音の周波数
成分が異なり、音の方向感及び立体感を疑似的に感じと
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明の実施例を示すもので、第１
図はステレオシステムの概略図であり、第２図はパネル
スイッチ群13を示す図であり、第３図はステレオシステ
ム電子楽器１に適用した例の全体回路図であり、第４図
は赤外線送信部４及び赤外線受信部６の回路図であり、
第５図は第４図の各部の信号波形図であり、第６図は人
間の可聴範囲を示す図である。 １…電子楽器、２、２…スピーカ、３…コード、４…赤
外線送信部、4r…右赤外線送信部、4l…左赤外線送信
部、4b…後赤外線送信部、５…超音波スピーカ、5r…右
超音波スピーカ、5l…左超音波スピーカ、5b…後超音波
スピーカ、６…赤外線受信部、6r…右赤外線受信部、6l
…左赤外線受信部、6b…後赤外線受信部、7a、7b、7c…
スライドスイッチ、８…AM/FMスイッチ、11…キーボー
ド、13…パネルスイッチ群、15…CPU、21a〜21f…アナ
ログスイッチ、22…AM変調回路、23…FM変調回路、24…
発振回路、25…赤外線発光ダイオード、31…赤外線受光
ダイオード、32…復調回路、VR1、VR2…可変抵抗。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】人間の聴覚に反応する音響信号を発生する
   音響信号発生手段と、 この音響信号発生手段からの音響信号を聴く者に対し音
   響として、出力する音響出力手段と、 人間の聴覚に反応しない超音波信号を発生する超音波信
   号発生手段と、 この超音波信号発生手段からの超音波信号を聴く者に対
   し超音波として出力する超音波出力手段とを備えたこと
   を特徴とするステレオ方式。
2. 【請求項２】上記超音波信号は、上記音響信号によって
   変調されていることを特徴とする請求項１記載のステレ
   オ方式。
3. 【請求項３】上記音響出力手段は複数であることを特徴
   とする請求項１記載のステレオ方式。
4. 【請求項４】上記超音波出力手段は複数であることを特
   徴とする請求項１記載のステレオ方式。