JP3485597B2 - デジタル音声信号処理装置 - Google Patents

デジタル音声信号処理装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば映画館、劇場あ
るいはホームシアター等に用いられ、ステレオ音声信号
に基づき推定された音像定位位置に対応するスピーカを
駆動するデジタル音声信号処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に2つのスピーカによる音声信号の
ステレオ再生方式では、左右のスピーカを底辺とする2
等辺三角形の頂点となるような位置、即ち左右のスピー
カから等距離となるような位置でしか正常な音像定位を
得ることができないとされている。そして特に2つのス
ピーカを底辺とする正三角形の頂点付近で聴取するのが
良いといわれている。即ち2つのスピーカによる音声信
号のステレオ再生方式では、正常な音像定位を得ること
ができる聴取位置は限られた範囲に限定されることにな
る。
【0003】例えば日本音響学会講演論文集第357 〜35
8 頁、「1−5−14車室内における非対称音場の改善
方法」(昭和63年 3月)に開示されているように聴取者
に対する前方の左右スピーカ取付位置が非対称である場
合には左右スピーカ間の音の分布が聴取者に近いスピー
カ方向に偏り、本来のステレオ再生効果が得られないと
いう問題が生じるので、これを解決すべく左右スピーカ
から聴取位置までの距離を合わせるように見かけ上の音
源を作り出す方法が提案されている。
【0004】また本願出願人は、特願平4−97830
号の明細書及び図面において、上記左右スピーカ間の音
の分布が聴取者に近いスピーカ方向に偏り、ステレオ再
生効果が得られないという問題点を解決すべく、入力さ
れた音声信号を複数の周波数帯域に分割し、分割された
周波数帯域の音声信号の音像定位位置に対応した位置に
配置されているスピーカを駆動する手段を有する音声信
号再生装置を先に提案した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、特願平4−
97830号の音声信号再生装置では、音像定位位置に
対応したスピーカを選択するためのスピーカ選択部にお
いて切り換えスイッチが動作する度に音切れやノイズが
発生するという問題点があった。
【0006】本発明は斯かる従来技術における音切れや
ノイズを低減することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の第1発明は、ス
テレオ音声信号が入力される音声信号処理装置であっ
て、入力された左右の音声信号を夫々デジタル信号に変
換するA/D変換部と、該A/D変換部からの各デジタ
ル信号を複数の周波数帯域に分割する周波数帯域分割部
と、前記分割された周波数帯域の左右のデジタル音声信
号を所定の演算により合成する音声信号合成部と、前記
分割された周波数帯域の左右のデジタル音声信号から所
定の演算により音像定位位置を推定する音像定位位置推
定部と、前記音声信号合成部並びに音像定位位置推定部
からのデータを所定のフォーマットに変換するデータ変
換部と、該データ変換部からの出力信号に基づいて前記
分割された周波数帯域の音声信号の音像定位位置に対応
した位置に配置されているスピーカを駆動するスピーカ
駆動部とを有する。
【0008】また本発明の第2発明は、ステレオ音声信
号が入力される音声信号処理装置であって、入力された
左右の音声信号を夫々デジタル信号に変換するA/D変
換部と、該A/D変換部からの各デジタル信号を複数の
周波数帯域に分割しこの分割された周波数帯域の左右の
デジタル音声信号を所定の演算により合成するとともに
前記分割された周波数帯域の左右のデジタル音声信号か
ら所定の演算により音像定位位置を推定するデジタル信
号処理部と、該デジタル信号処理部からの出力信号に基
づいて前記分割された周波数帯域の音声信号の音像定位
位置に対応した位置に配置されているスピーカを駆動す
るスピーカ駆動部とよりなり、前記スピーカ駆動部は前
記合成された音声信号をD/A変換するD/A変換部を
有し、且つこのD/A変換部は入力されたデジタル音声
信号を記憶する第1の記憶手段と、該第1記憶手段で記
憶されたデジタル信号を第2記憶手段からの出力信号に
順次加算する加算手段と、該加算手段の加算演算後の出
力信号を記憶するとともにデジタル信号をアナログ信号
に復元するD/A変換手段に対して前記記憶された加算
演算後のデジタル信号を出力する第3記憶手段とを有す
る。
【0009】
【作用】音声を周波数帯域に分割し、各周波数帯域の音
像定位位置に対応する位置に配置されたスピーカを駆動
し、正常な音像定位位置をスピーカ上に持ってくること
により、どの位置にいる聴取者に対しても音像定位位置
は一定となる。
【0010】またスピーカ選択スイッチが不要であるた
め音切れやノイズを抑制することが可能となる。
【0011】
【実施例】以下本発明のデジタル音声処理装置の2つの
実施例について図面に基づき詳細に説明する。
【0012】[第1実施例]図1は第1実施例のデジタ
ル音声信号処理装置の概要を説明する回路ブロック図で
あり、1L、1Rは左右のアナログ信号即ちLch音声
信号とRch音声信号とを夫々入力するローパスフィル
タ、2L、2Rは該ローパスフィルタ1L、1Rからの
アナログ信号を夫々入力しデジタル信号LD[n−1,
0]、RD[n−1,0]に変換するA/D変換部、3
はこれらA/D変換部2L、2Rの出力LD[n−1,
0]、RD[n−1,0]を用いて演算しスピーカ駆動
用の信号D[2n−1,0]を出力するデジタル信号処
理部、4はスピーカ駆動部、5は該スピーカ駆動部4の
出力DA1〜DApにより分離された周波数帯域に対応
したスピーカが駆動されるスピーカアレイである。
【0013】なお、以下図中細い信号線はアナログ信号
を、太い信号線はデジタル信号を表すものとする。
【0014】次に図2は前記デジタル信号処理部3の中
身を示す回路ブロック図であり、6L、6Rは前記A/
D変換部2L、2Rからのデジタル信号LD[n−1,
0]、RD[n−1,0]を入力し周波数帯域に分割す
る周波数帯域分割部、7は前記周波数帯域分割部6L、
6Rから出力される各周波数帯域毎の信号LDi[n−
1,0]、RDi[n−1,0](1≦i≦m)を入力
し所定の演算を行うデータ演算処理部、8はこのデータ
演算処理部7の出力DDi[2n−1,0](1≦i≦
m)を所定の方法で加算し出力D[2n−1,0]を得
るデータ加算部である。
【0015】更に図3は前記周波数帯域分割部6L、6
Rの中身、図4は前記データ演算処理部7の中身、図5
は前記スピーカ駆動部4の中身を夫々示すブロック図で
ある。
【0016】前記図3において各周波数帯域分割部6
L、6Rは分割しようとする周波数帯域の数に一致した
バンドパスフィルタ9L(R)i(1≦i≦m)から構
成される。
【0017】前記図4においてデータ演算処理部7は前
記周波数帯域分割部6L、6Rからの各出力LDi[n
−1,0]、RDi[n−1,0]を用いて加算を行う
音声信号合成部10iと、減算を行う音像定位位置推定
部11iと,これら音声信号合成部10iと音像定位位
置推定部11iの出力ADi[n−1,0]、SDi
[n−1,0](1≦i≦m)をデータ変換し音像定位
位置情報及び音声信号情報を表現するデータ変換し音像
定位位置情報及び音声信号情報を表現するデータDDi
[2n−1,0](1≦i≦m)を出力するデータ変換
部12iから構成される。
【0018】前記図5においてスピーカ駆動部4は前記
データ加算部8によってデータ処理部7の各出力DDi
[2n−1,0]を加算した結果得られたD[2n−
1,0]のうちの上位nビットの出力をデコードしてセ
レクト信号CSk(1≦k≦p)を出力するデコード部
13と、前記セレクト信号CSkによって選択され前記
データ加算部8からの下位nビットのデジタルデータD
[n−1,0]を入力されるD/A変換部14k(1≦
k≦p)と、このD/A変換部14kの出力を通すロー
パスフィルタ15k(1≦k≦p)と、アンプ16k
(1≦k≦p)とよりなり、該アンプ16kからスピー
カアレイ5に対して駆動信号DAk(1≦k≦p)が出
力される。
【0019】図6は前記スピーカアレイ5を構成する一
つの素スピーカ17を示す概観斜視図であり、この素ス
ピーカは角型平面スピーカであり、その振動板18はス
クリーンの機能を持つものである。そしてこの素スピー
カ17を図7に示すように横一列に所定数(ここではp
個)並べてアレイ5を構成している。この時の横一列の
各素スピーカ17の配線は図7に示すように各スピーカ
17の+端子k(1≦k≦p)が夫々スピーカ駆動部4
と接続され、−端子はすべて一本の線に接続されてスピ
ーカ駆動部4と接続されている。
【0020】次に斯かる構成を有するデジタル音声信号
処理装置の動作について説明する。まずA/D変換部2
L、2Rに夫々ローパスフィルタ1L、1Rを通してL
ch音声信号、Rch音声信号が入力される。入力され
た音声信号は夫々デジタル信号に変換され、図8に示す
フォーマット19でLD[n−1,0]、RD[n−
1,0]として出力される。
【0021】続いてデジタル信号処理部3に夫々LD
[n−1,0]、RD[n−1,0]が入力される。入
力されたデジタル信号は夫々周波数帯域分割部6L、6
Rに入力される。
【0022】周波数帯域分割部6L、6Rでは入力信号
をバンドパスフィルタ9L(R)iで所定のバンド数m
に分割し、L(R)Di[n−1,0]に対し、音声信
号合成部10iにおいてはLDi[n−1,0]+RD
i[n−1,0]という演算を、音像定位位置推定部1
1iにおいてはLDi[n−1,0]−RDi[n−
1,0]という演算を行い、夫々音声信号情報を表現す
るデータADi[n−1,0]、音像定位位置情報を表
現するデータSDi[n−1,0]として出力する。
【0023】斯かるデータは、続くデータ変換部12i
において図9に示すフォーマット20の上位nビットに
SDi[n−1,0]を、下位nビットにADi[n−
1,0]といった形に変換され、音像定位位置情報及び
音声信号情報を表現するデータDDi[2n−1,0]
として出力される。このデータは、更にデータ加算部8
に入力され、入力された全データに対して上位nビット
の値が等しいもの、即ち同一の音像定位位置情報を持つ
データについて、下位nビットの値が加算され、D[2
n−1,0]として出力される。
【0024】次にスピーカ駆動部4にD[2n−1,
0]が入力される。D[2n−1,0]の上位nビット
であるD[2n−1,n]はデコード部13へ、下位n
ビットであるD[n−1,0]はD/A変換部14kに
入力される。デコード部13では予め用意された変換テ
ーブルに基づき入力されたD[2n−1,n]の値をk
(1≦k≦p)に変換し、kに対応したセレクト信号C
Skを出力する。従って変換テーブルを変更することで
任意のパターンでセレクト信号CSkを出力することが
可能である。
【0025】上記セレクト信号CSkによりA/D変換
部14kが選択され、D[n−1,0]がアナログ信号
に変換され、ローパスフィルタ15k、アンプ16kを
経て、スピーカ駆動信号DAkとして出力される。この
スピーカ駆動信号DAkによりスピーカアレイ5を駆動
する。
【0026】以上のようにしてローパスフィルタ1L、
1Rを通してA/D変換部2L、2Rでデジタル信号に
変換されてデジタル信号処理部3に入力されたデジタル
信号L(R)D[n−1,0]は、周波数帯域分割部6
L、6Rにより複数の帯域に分割され、データ演算処理
部7において夫々の帯域のデジタル信号LDi[n−
1,0]、RDi[n−1,0]を演算処理することで
音像定位位置情報及び音声信号情報を表現するデータD
Di[2n−1,0]として出力され、データ加算部8
において同一な音像定位位置情報を持ったデータ毎に加
算され、D[2n−1,0]として出力され、スピーカ
駆動部4に入力される。
【0027】そしてスピーカ駆動部4では、デコード部
13で音像定位位置情報D[2n−1,n]を変換テー
ブルに基づきデコードすることでセレクト信号CSkを
出力し、セレクト信号CSkで選択されたD/A変換部
14kにデジタル信号D[n−1,0]が入力され、ア
ナログ信号に変換後、ローパスフィルタ15kを通して
アンプ16kで増幅され、音像定位位置に対応する素ス
ピーカ17を駆動し、その素スピーカ17から音声が再
生される。
【0028】従って、音像は常に音像定位位置に対応す
るスピーカ上に定位しているので、聴取者の聴取位置が
変化しても音像定位位置は変化しない。また上記構成と
したためスピーカ選択スイッチが不要となり、従来問題
であった音切れやノイズを低減することができる。
【0029】なお本第1実施例では平面角型スピーカと
したが、他の方式のスピーカとし、聴取者を取り囲むよ
うに配置しても良い。
【0030】[第2実施例]次に本発明デジタル音声処
理装置の第2実施例について図面に基づき詳細に説明す
る。但し第1実施例と同一構成要素については同一符号
を付し、詳細な説明は割愛する。本第2実施例は、第1
実施例に使用した汎用のD/A変換部14iを改良し、
該第1実施例においてデジタル信号処理部3内のデータ
加算部8及びデータ演算処理部7内のデータ変換部12
iを不要としたことを特徴とし、回路構成をより簡潔に
したものである。
【0031】まず改良されたD/A変換部について図1
0の回路ブロック図及び図11の動作タイミングチャー
トに基づき詳細に説明する。
【0032】図10の回路ブロック図において、21は
INPUT REGISTER、22はADDER、2
3はOUTPUT REGISTER、24はDAC
REGISTER、25はDAC(Desital Analog Con
verter) 、26は第1DELAY、27は第2DELA
Y、28はAND回路、29はバッファアンプ、A〜D
は内部データバスである。
【0033】次に、図10の各構成要素についての動作
図12のタイミングチャートを参照しながら説明す
る。但し図中RESET等の信号の上に付けいているバ
ーは省略する。まずRESET信号が入力されると、こ
のRESET信号の立ち上がり30でINPUT RE
GISTER21、OUTPUT REGISTER2
3及びDAC REGISTER24が0にクリアさ
れ、内部データバスA[n−1,0]、B[n−1,
0]、D[n−1,0]へφ(NULL)が出力され
る。但し、φはnbitのデータがすべて0である信号
でを表している。
【0034】外部からデータを入力する時には外部デー
タバスDATA[n−1,0]のデータα0 が確定した
後に、チップセレクト信号CSをHIGHにセットす
る。このチップセレクト信号CSの立ち上がり31でI
NPUT REGISTER21に外部データバスDA
TA[n−1,0]のデータα0 が取り込まれ、内部デ
ータバスA[n−1,0]にα0 が出力される。
【0035】その後前記チップセレクト信号CSを第1
DELAY26により遅延させて演算開始信号OPSと
する。この時の遅延時間は、先のINPUT REGI
STER21に外部データバスDATA[n−1,0]
のデータα0 が取り込まれ、内部データバスA[n−
1,0]上にデータα0 が確定するのに必要な時間とす
る。
【0036】前記演算開始信号OPSの立ち上がり32
により内部データバスA[n−1,0]のデータα0
内部データバスB[n−1,0]のデータφがADDE
R22に取り込まれる。ADDER2ではβ=φ+α0
という演算が行われ、演算終了信号OPEが出力される
と同時に、内部データバスC[n−1,0]にβ0 が出
力される。そして演算終了信号OPEの立ち上がり33
によりOUTPUTREGISTER23に内部データ
バスC[n−1,0]上のデータβ0 が取り込まれ、内
部データバスB[n−1,0]にβ0 が出力される。
【0037】これと同様にk番目のデータαk が入力さ
れた場合の動作は次のとおりである。まずチップセレク
ト信号CSをLOWにし、外部データバスDATA[n
−1,0]にデータを入力する。そして外部データバス
DATA[n−1,0]のデータαk が確定した後に、
チップセレクト信号CSをHIGHにする。
【0038】このチップセレクト信号CSの立ち上がり
34でINPUT REGISTER21に外部データ
DATA[n−1,0]のデータαk が取り込まれ、内
部データバスA[n−1,0]にαk が出力される。
【0039】次にチップセレクト信号CSを第1DEL
AY26により遅延させて演算開始信号OPSとする。
この時の遅延時間は、先のINPUT REGISTE
R21に外部データバスDATA[n−1,0]のデー
タαk が取り込まれ、内部データバスA[n−1、0]
上にデータバスA[n−1,0]のデータαk が確定す
るのに必要な時間とする。
【0040】演算開始信号OPSの立ち上がり35によ
り内部データバスA[n−1,0]のデータαk と内部
データバスB[n−1,0]のデータβk-1 がADDE
R22に取り込まれる。そして前記ADDER22では
βk =βk-1 +αk という演算が行われ、演算終了信号
OPEが出力されると同時に内部データバスC[n−
1,0]にβk が取り込まれ、内部データバスB[n−
1,0]にデータβk が出力される。
【0041】このようにして一連のデータα0 〜αk
処理された後にD/A変換開始信号LDACを入力する
と、D/A変換開始信号LDACの立ち上がり37で内
部データバスB[n−1,0]のデータβkがDAC
REGISTER24に取り込まれ、内部データバスD
[n−1,0]にβk が出力される。
【0042】DAC25は送られてきたデータβk をア
ナログ信号に変換する。このアナログ信号はバッファア
ンプ29を通してVout として外部に出力される。また
D/A変換開始信号LDACは第2DELAY27で遅
延され、D/A変換終了信号CVEとなり、さらにAN
D回路28でD/A変換周力信号CVEとRESET信
号の論理積をとることでOUTPUT REGISTE
R23をクリアするための制御信号CLEARとなる。
そしてOUTPUT REGISTER23は制御信号
の立ち上がり39でクリアされ、内部データバスB[n
−1,0]へが出力される。
【0043】斯かるD/A変換部を前記第1実施例のデ
ジタル音声信号処理装置に適用すると、前記図2に示す
デジタル信号処理部3においてデータ加算部8が不要と
なり、図12に示されるような構成及び各データ信号の
入出力状態となる。
【0044】また前記図4に示されるデータ演算処理部
7において、データ変換部12iが不要となり、図13
に示されるような構成及び各データ信号の入出力状態と
なる。
【0045】更に図5に示されるスピーカ駆動部4は図
14に示されるように入力データがアドレスバスSDi
[n−1,0]とデータバスADi[n−1,0]とに
分離された形となる。したがって図1に示されるデジタ
ル音声信号処理装置の構成図は図15に示されるように
入出力データの値が変わることになる斯かる第2実施例
の構成により、デジタル信号処理部3での処理量を軽減
し、第1実施例の構成よりも処理時間を短くすることが
できる。
【0046】
【発明の効果】以上の説明のように本発明によれば、従
来問題であった音切れやノイズを低減することができ、
聴取者の位置にかかわらず、音像定位位置が変化しない
ので聴取者の聴取位置の自由度が高く、聴取者がどのよ
うな位置にいようとも十分な音響効果が期待できる。
【0047】またD/A変換部を本発明のように改良す
ることによりデジタル信号処理量が軽減され、装置とし
ての処理能力が向上する効果が期待できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】デジタル音声信号処理装置の第1実施例の構成
を示す回路ブロック図である。
【図2】図1のデジタル信号処理部の詳細を示す回路ブ
ロック図である。
【図3】図2の周波数帯域分割部の詳細を示す回路ブロ
ック図である。
【図4】図2のデータ演算処理部の詳細を示す回路ブロ
ック図である。
【図5】図1のスピーカ駆動部の詳細を示す回路ブロッ
ク図である。
【図6】図1のスピーカアレイを構成する素スピーカの
概観斜視図である。
【図7】図1のスピーカアレイの結線状態を示す概観斜
視図である。
【図8】nビットのデジタル信号のフォーマットを示す
概念図である。
【図9】2nビットのデジタル信号のフォーマットを示
す概念図である。
【図10】デジタル音声信号処理装置の第2実施例で用
いられるD/A変換部の構成を示す回路ブロック図であ
る。
【図11】図10のD/A変換部の各構成におけるデー
タ信号入出力のタイミングチャートである。
【図12】図2に相当する第2実施例のデジタル信号処
理部の回路ブロック図である。
【図13】図4に相当する第2実施例のデータ演算処理
部の回路ブロック図である。
【図14】図5に相当する第2実施例のスピーカ駆動部
の回路ブロック図である。
【図15】図1に相当する第2実施例のデジタル信号処
理部の回路ブロック図である。
【符号の説明】
1L、1R ローパスフィルタ 2L、2R A/D変換部 3 デジタル信号処理部 4 スピーカ駆動部 5 スピーカアレイ 6L、6R 周波数帯域分割部 7 データ処理部 8 データ加算部 10i 音声信号合成部 11i 音像定位位置推定部 12i データ変換部 21 INPUT REGISTER 22 ADDER 23 OUTPUT REGISTER 24 DAC REGISTER 25 DAC 26、27 DELAY1、2 28 AND回路 29 バッファアンプ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステレオ音声信号が入力される音声信号
    処理装置であって、入力された左右の音声信号を夫々デ
    ジタル信号に変換するA/D変換部と、該A/D変換部
    からの各デジタル信号を複数の周波数帯域に分割する周
    波数帯域分割部と、前記分割された周波数帯域の左右の
    デジタル音声信号を所定の演算により合成する音声信号
    合成部と、前記分割された周波数帯域の左右のデジタル
    音声信号から所定の演算により音像定位位置を推定する
    音像定位位置推定部と、前記音声信号合成部並びに音像
    定位位置推定部からのデータを所定のフォーマットに変
    換するデータ変換部と、該データ変換部からの出力信号
    に基づいて前記分割された周波数帯域の音声信号の音像
    定位位置に対応した位置に配置されているスピーカを駆
    動するスピーカ駆動部とを有することを特徴とするデジ
    タル音声信号処理装置。
  2. 【請求項2】 ステレオ音声信号が入力される音声信号
    処理装置であって、入力された左右の音声信号を夫々デ
    ジタル信号に変換するA/D変換部と、該A/D変換部
    からの各デジタル信号を複数の周波数帯域に分割しこの
    分割された周波数帯域の左右のデジタル音声信号を所定
    の演算により合成するとともに前記分割された周波数帯
    域の左右のデジタル音声信号から所定の演算により音像
    定位位置を推定するデジタル信号処理部と、該デジタル
    信号処理部からの出力信号に基づいて前記分割された周
    波数帯域の音声信号の音像定位位置に対応した位置に配
    置されているスピーカを駆動するスピーカ駆動部とより
    なり、前記スピーカ駆動部は前記合成された音声信号を
    D/A変換するD/A変換部を有し、且つこのD/A変
    換部は入力されたデジタル音声信号を記憶する第1の記
    憶手段と、該第1記憶手段で記憶されたデジタル信号を
    第2記憶手段からの出力信号に順次加算する加算手段
    と、該加算手段の加算演算後の出力信号を記憶するとと
    もにデジタル信号をアナログ信号に復元するD/A変換
    手段に対して前記記憶された加算演算後のデジタル信号
    を出力する第3記憶手段とを有することを特徴とするデ
    ジタル音声信号処理装置。
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