JP4427937B2 - 音響信号処理回路および音響再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチチャンネルの音響信号を処理するための音響信号処理回路および音響再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチチャンネルの音響信号を処理するための音響信号処理回路を有する音声再生装置によって、家庭でも臨場感あふれるマルチチャンネル音声体験が可能になってきている。通常、マルチチャンネル音声を実現するためには、リスナーの前方に３個のフロントスピーカを配置し、リスナーの両横もしくは両横後方に２個のサラウンドスピーカを配置することが必要とされる。最近では、リスナーの前方に置かれる２個のフロントスピーカだけで、マルチチャンネル音声体験をリスナーに与えることのできる、いわゆるバーチャルサラウンドシステムが開発されている。
【０００３】
このバーチャルサラウンドシステムでは、前方中央のチャンネル音声に関して、中央チャンネル信号を前方左右のチャンネル信号に等分に割り振ることにより、ファントムセンター音像が得られるので、中央のチャンネル音声を容易に実現することができる。
【０００４】
本来、リスナーの両横もしくは両横後方において音声を定位する左右サラウンドチャンネル信号を、左右のフロントスピーカで再生表現するには、仮想音像定位処理と呼ばれる特別な処理を必要とする。仮想音像定位処理は、人間の聴覚メカニズムを利用した処理によって、前方に配置された２つのスピーカから出力された音声をリスナーの耳の位置において、あたかも実際には配置されていない左右のサラウンドスピーカから出力された音声の特性に擬似することで実現している。この仮想音像定位処理によって処理された左右サラウンドチャンネル信号は、前方左右チャンネル信号に混合され、左右のフロントスピーカによって再生することができる。
【０００５】
この仮想音像定位処理を用いた方式では、左右フロントスピーカとリスナーとの位置関係において、聴覚メカニズムが成立する場所でしか効果を得ることができないため、リスナーは、スイートスポットと呼ばれる比較的狭いリスニングエリアでしか効果を体験することができなくなる。しかし、個人的試聴には充分な効果が期待できること、これまでのステレオ試聴と同じ２つのスピーカだけでシステムが構成できること等といった複数の利点から、１つのフィーチャーとして普及している。
【０００６】
このサラウンドチャンネル信号の仮想音像定位処理は、もともと入力される左右サラウンドチャンネル信号に相関のない場合、つまりサラウンドチャンネル信号がステレオ信号である場合は、特に問題とならない。しかし、マトリクス型のドルビーサラウンドのようにサラウンドチャンネル信号がモノラルである場合、および前方３チャンネル、サラウンド２チャンネルのディスクリート音声であっても、事実上、左右サラウンドチャンネル信号がモノラルソースとなっている場合には、左右サラウンドチャンネル信号の相関が非常に大きくなり、よい効果が得られないことが多い。
【０００７】
リスナーの両横もしくは両横後方に置かれた実際のサラウンドスピーカで再生する場合は、リスナーの両耳まで音声が到達するまでに壁や床等における反射音が加わり、それらの到達時間が微妙に異なるので、リスナーの耳の位置では、信号の相関度が低下し、やや拡散した音声となる。しかし、仮想音像定位処理の場合は、直接音のみであるとともに、前方左右のスピーカからリスナーまでの到達時間も同一であるので、モノラル音声は相関度が高いままである。
【０００８】
人間の聴覚においては、正中面上では音像定位が誤認されやすく、スピーカが前方に配置された場合は視覚効果も手伝って音像が前方に認識される場合が多くなる。したがって、モノラルのサラウンドチャンネル信号に対して仮想音像定位処理を施した場合も、音像はリスナーの頭の中もしくは前方に認識されやすく、実際のサラウンドスピーカによる再生のような、リスナーの後方もしくは頭の周りに拡散されたような音場とはならない。
【０００９】
この問題を回避するため、仮想音像定位処理ではサラウンドチャンネル信号を予め非相関化しておく方法が採られるのが一般的である。非相関化するには、ステレオ入力時との互換性を維持するため、移相処理を用いるのが普通である。
【００１０】
数学的には、左右サラウンドチャンネル信号間に９０°の位相差をつけると相関度が「０」となるが、試聴の結果、９０°の場合は相対的に位相が進んでいるチャンネル方向に音像が引っ張られる傾向が見られる。また、位相差を１８０°（相関度：−１）にすると、拡がり感は得られるが、逆相感が強く、不自然な音像となり、長時間の試聴で疲労感を与える結果となる。
【００１１】
また、位相差を１５０°にすると、逆相感もそれほど感じられず、拡がり感もあり、一方へ音像が引っ張られる傾向も少なくなる。そこで、このようなサラウンドチャンネル信号の相対的な位相差を１５０°程度にする方式が提案されている。
【００１２】
図１２は、上記方式を実現するための音響信号処理回路の一例を示す図である。この図によれば、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳは、移相回路３１，３２によって互いに相対的な位相差が１５０°程度にされ、仮想音像定位処理回路３３によって仮想音像定位処理が行われている。そして、前方チャンネル信号Ｌ，Ｒと加算回路３４Ｌ，３４Ｒによって加算され、定数積算回路３５によって定数が乗算された前方中央チャンネル信号Ｃと加算回路３６Ｌ，３６Ｒによって加算された後、たとえば増幅器を介してスピーカ（ともに図示せず）から出力される。この音響信号処理回路によって、図１３に示す位相−周波数特性が得られる。
【００１３】
ところで、いわゆるドルビーサラウンドは、映画におけるドルビーステレオを民生用にモデファイしたものである。そして、ドルビーサラウンドおよびドルビーステレオともモノラルのサラウンドチャンネル信号は、互いに逆相となるように前方左右チャンネルにマトリクスエンコードされている。
【００１４】
ドルビーステレオを用いた映画は、ドルビーステレオ対応の映画館で上映する場合には、マトリクスデコードされて、もとの４チャンネルに復元された上でサラウンドチャンネル信号も取り出される。しかし、ドルビーステレオを用いた映画が上映されるのはドルビーステレオ対応映画館だけとは限らず、ステレオ音声の映画館やモノラル音声の映画館でも上映されることがある。
【００１５】
ドルビーステレオにおいてエンコードされた音声は、もともとステレオ再生と互換性を有するように考慮されているので、ステレオ音声の映画館でも問題なく再生することができる。しかし、モノラル音声の映画館ではエンコードされた２チャンネル信号をミックスしてモノラル音声として再生するので、もともと逆相でエンコードされているサラウンドチャンネル信号は、キャンセルされて再生されなくなってしまう。
【００１６】
したがって、信号ミックス時にサラウンドチャンネル信号だけに対して、重要な音声情報をミックスせずに、前方のいずれかのチャンネル信号にその一部をミックスするように一定のガイドラインが設けられている。こうすることで、重要な音声情報がモノラル映画館において消失してしまうといった問題点を回避することができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示した音響信号処理回路による方式では、左右サラウンドチャンネル信号間の相対的な位相のみを操作しているので、図１３に示すように、前方チャンネル信号とサラウンドチャンネル信号間の相対的な位相差が周波数によって大きく変化することになる。
【００１８】
この場合、前方チャンネル信号のうちのいずれかの前方チャンネル信号とサラウンドチャンネル信号との間に相関のない場合は問題がない。しかし、特定の映画館における再生のように、サラウンドチャンネル信号を前方チャンネル信号のいずれかに一部ミックスしているような場合には、サラウンドチャンネル信号と前方チャンネル信号のいずれかのチャンネル信号に相関のある信号成分が存在することになる。
【００１９】
そうすると、移相処理されたサラウンドチャンネル信号が仮想音像定位処理され、前方チャンネル信号にミックスされたときに、もともと前方チャンネル信号にミキシングされているサラウンドチャンネル情報との間で干渉することがある。この場合、櫛形フィルターの効果によってある周波数帯域では強調されたり、別の周波数帯域ではキャンセルを生じたりするおそれがある。
【００２０】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、前方チャンネル信号とサラウンドチャンネル信号との間で相関がある場合の不具合を解消することのできる音響信号処理回路、およびそれを備えた音響再生装置を提供することを、その課題としている。
【００２１】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００２２】
本発明の第１の側面によって提供される音響信号処理回路は、リスナーの前方左右において配置されたスピーカに対して出力させるべき前方左右チャンネル信号に、左右サラウンドチャンネル信号をそれぞれ混合させるための音響信号処理回路であって、上記前方左右チャンネル信号に基準角度の位相シフトをそれぞれ与える第１移相手段と、上記左右サラウンドチャンネル信号のうち一方のサラウンドチャンネル信号に、上記第１移相手段によって上記前方左右チャンネル信号に与えられた位相シフトの基準角度に対して＋７５°程度の第１偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える第２移相手段と、上記左右サラウンドチャンネル信号のうち他方のサラウンドチャンネル信号に、上記第１移相手段によって上記前方左右チャンネル信号に与えられた位相シフトの基準角度に対して−７５°程度の第２偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える第３移相手段とを備え、上記第１ないし第３移相手段は、少なくとも２００Ｈｚから２ｋＨｚの周波数帯域において各チャンネル信号に対して位相シフトを与えることを特徴としている。
【００２３】
好ましい実施の形態によれば、上記第２移相手段および第３移相手段によって位相シフトが与えられた上記左右サラウンドチャンネル信号に対して、仮想音像定位処理を施す仮想音像定位処理手段と、上記仮想音像定位処理手段によって仮想音像定位処理された上記一方のサラウンドチャンネル信号と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記前方左右チャンネル信号の一方とをそれぞれ加算する第１加算手段と、上記仮想音像定位処理手段によって仮想音像定位処理された上記他方のサラウンドチャンネル信号と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記前方左右チャンネル信号の他方とをそれぞれ加算する第２加算手段とを備える。
【００２５】
本発明によれば、前方左右チャンネル信号は、サラウンド左右チャンネル信号と混合されて、リスナーの前方左右において配置されたスピーカから出力される。この場合に、前方左右チャンネル信号には、基準角度の位相シフトが与えられ、サラウンド左右チャンネル信号には、基準角度に対して第１偏移角度（＋７５°程度）または第２偏移角度（−７５°程度）の位相差を有するように、位相シフトが与えられるといった移相処理が行われる。そのため、サラウンド左右チャンネル信号間では、たとえば１５０°の相対位相差が得られるので、サラウンド左右チャンネル信号がモノラルであっても、サラウンド左右チャンネル信号が仮想音像定位処理されれば、リスナーの頭部周辺に広がった音場を提供することができる。それに加えて、サラウンド前方チャンネル信号と前方左右チャンネル信号との間には、たとえば所定の周波数範囲にわたって±７５°の固定の相対位相差が得られるので、両信号の間に相関がある場合でも、それによって生じる干渉による周波数特性上の不具合を解消することができる。
【００２６】
本発明の第２の側面によって提供される音響再生装置は、リスナーの前方左右において配置されたスピーカに対して出力させるべき前方左右チャンネル信号に、左右サラウンドチャンネル信号をそれぞれ混合させるための音響信号処理回路であって、上記前方左右チャンネル信号および左右サラウンドチャンネル信号に基準角度の位相シフトをそれぞれ与える第１移相手段と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記左右サラウンドチャンネル信号のうち一方のサラウンドチャンネル信号とは別経路で、上記一方のサラウンドチャンネル信号に、上記第１移相手段によって上記前方左右チャンネル信号に与えられた位相シフトの基準角度に対して第１偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える第２移相手段と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記左右サラウンドチャンネル信号のうち他方のサラウンドチャンネル信号とは別経路で、上記他方のサラウンドチャンネル信号に、上記第１移相手段によって上記前方左右チャンネル信号に与えられた位相シフトの基準角度に対して上記第１偏移角度とは逆方向に偏移した第２偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える第３移相手段と、上記左右サラウンドチャンネル信号の和および差のレベル比に基づいて、所定の偏移角度を設定する設定手段と、上記設定手段によって設定された偏移角度に基づいて、係数を算出する係数算出手段と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記一方のサラウンドチャンネル信号と、上記第２移相手段によって他の位相シフトが与えられた上記一方のサラウンドチャンネル信号とに対して、上記係数算出手段によって算出された係数をそれぞれ乗算する第１係数乗算手段と、上記第１係数乗算手段によって乗算された上記一方のサラウンドチャンネル信号同士を加算する第１加算手段と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記他方のサラウンドチャンネル信号と、上記第３移相手段によって他の位相シフトが与えられた上記他方のサラウンドチャンネル信号とに対して、上記係数算出手段によって算出された係数をそれぞれ乗算する第２係数乗算手段と、上記第２係数乗算手段によって乗算された上記他方のサラウンドチャンネル信号同士を加算する第２加算手段とを備え、上記第１ないし第３移相手段は、少なくとも２００Ｈｚから２ｋＨｚの周波数帯域において各チャンネル信号に対して位相シフトを与える。
【００２７】
他の好ましい実施の形態によれば、上記設定手段は、上記左右サラウンドチャンネル信号の和が上記左右サラウンドチャンネル信号の差より大のとき、上記偏移角度を上記第１偏移角度または第２偏移角度に近づけるように設定し、上記左右サラウンドチャンネル信号の和が上記左右サラウンドチャンネル信号の差より小のとき、上記偏移角度を上記基準角度に近づけるように設定する。
【００２８】
他の好ましい実施の形態によれば、上記第１加算手段および第２加算手段によって加算された左右サラウンドチャンネル信号に対して、仮想音像定位処理を施す仮想音像定位処理手段と、上記仮想音像定位処理手段によって仮想音像定位処理された上記一方のサラウンドチャンネル信号と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記前方左右チャンネル信号の一方とをそれぞれ加算する第３加算手段と、上記仮想音像定位処理手段によって仮想音像定位処理された上記他方のサラウンドチャンネル信号と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記前方左右チャンネル信号の他方とをそれぞれ加算する第４加算手段とを備える。
【００３０】
本発明によれば、左右サラウンドチャンネル信号がモノラル信号に近い場合は、左右サラウンドチャンネル信号の和が左右サラウンドチャンネル信号の差より大となり、そのような場合には、左右サラウンドチャンネル信号と前方チャンネル信号間との間の相対位相差をたとえば約１５０°に近くなるようにする。一方、左右サラウンドチャンネル信号が互いに無相関あるいは逆相の場合は、左右サラウンドチャンネル信号の和が左右サラウンドチャンネル信号の差より小となり、そのような場合には、左右サラウンドチャンネル信号と前方チャンネル信号間の相対位相差が小さくなるようにする。そのため、左右サラウンドチャンネル信号に音源ソース側において予め位相差が付加されていても、左右サラウンドチャンネル信号と前方左右チャンネル信号間との間の相対位相差を適度な位相差になるように設定変更することにより、仮想音像定位処理された左右サラウンドチャンネル信号によって、拡がり感のある音場を提供することができ、映画や音楽を問わず、様々な信号形態を有するマルチチャンネルソースに対して最適な仮想サラウンド再生を実現することができる。
【００３１】
本発明の第３の側面によって提供される音響再生装置は、本発明の第１の側面または第２の側面によって提供される音響信号処理回路を備えることを特徴としている。
【００３２】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態に係る音響信号処理回路が適用される音響再生装置の要部のブロック構成を示す図である。音響再生装置Ａは、いわゆるホームシアターが実現可能な装置とされ、たとえば音声を出力する一対のスピーカ装置Ｂが接続可能とされている。なお、一対のスピーカ装置Ｂは、リスナーの前方左右に対称的にそれぞれ配置される。
【００３５】
音響再生装置Ａは、ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、インターフェイス回路４、ＤＶＤ（digital versatile disc）再生装置５、音響信号処理回路６、および増幅器７Ｒ，７Ｌを備えており、ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、およびインターフェイス回路４は、相互にバス接続されている。
【００３６】
ＣＰＵ１は、ＤＶＤ再生装置５、音響信号処理回路６、および増幅器７Ｒ，７Ｌを含む音響再生装置Ａの全体を制御する。すなわち、図示していないが、音響再生装置Ａには操作部、表示部および各種のセンサ等が設けられており、ＣＰＵ１は、操作部やセンサ等からの信号に応じて、表示部等を制御する。
【００３７】
ＲＯＭ２は、ＣＰＵ１を動作させるためのプログラムや固定のデータ等を格納している。
【００３８】
ＲＡＭ３は、ＣＰＵ１にワークエリアを提供し、各種のデータを記憶する。
【００３９】
インターフェイス回路４は、ＣＰＵ１とＤＶＤ再生装置５や音響信号処理回路６等との間の通信を制御する。
【００４０】
ＤＶＤ（digital versatile disc）再生装置５は、ＤＶＤを再生するものであり、ＣＰＵ１からの制御信号により制御され、ＤＶＤを回転させてＤＶＤに記憶されている楽曲等の音響データを出力する。なお、音響データを出力させる装置としては、ＤＶＤ再生装置に限るものではない。
【００４１】
音響信号処理回路６は、詳細は後述するが、ＣＰＵ１により制御されて、ＤＶＤ再生装置５からの音響データに各種の処理を施す。
【００４２】
増幅器７Ｒ，７Ｌは、ＣＰＵ１により制御されて、音響信号処理回路６からの音響信号を増幅する。
【００４３】
スピーカ装置Ｂは、左右一対に独立した複数の箱状部材によって構成され、たとえば左チャンネル再生用スピーカ８Ｌと右チャンネル再生用スピーカ８Ｒとをそれぞれ内装している。これら一対のスピーカ８Ｒ，８Ｌは、増幅器７Ｒ，７Ｌからの音響信号を音響に変換する。スピーカ８Ｒ，８Ｌは、音響的な特性が相互にほぼ同一である。
【００４４】
図２は、音響信号処理回路６の回路構成を示す図である。この音響信号処理回路６は、前方左右チャンネル信号Ｌ，Ｒに、左右サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳを混合させるための回路であって、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒ、第２移相回路１２、第３移相回路１３、仮想音像定位処理回路１４、加算回路１５Ｌ，１５Ｒ，１６Ｌ，１６Ｒ、および定数積算回路１７を備えている。
【００４５】
第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒは、前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒに対して、同一の基準角度φの位相シフトを与える移相処理を施す回路である。ここで、基準角度φは、任意な値に設定することができる。
【００４６】
第２移相回路１２は、左サラウンドチャンネル信号ＬＳに、基準角度φに対して第１偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える移相処理を施す回路である。具体的には、第１偏移角度は、基準角度φに対して＋７５°程度（＋７０°〜＋８０°）とされる。
【００４７】
第３移相回路１３は、右サラウンドチャンネル信号ＲＳに、基準角度φに対して第１偏移角度とは逆方向に偏移した第２偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える移相処理を施す回路である。具体的には、第２偏移角度は、基準角度φに対して−７５°程度（−７０°〜−８０°）とされる。なお、上記とは逆に、左サラウンドチャンネル信号ＬＳに対して、第２偏移角度の位相差を有するように位相シフトが与えられ、右サラウンドチャンネル信号ＲＳに対して、第１偏移角度の位相差を有するように位相シフトが与えられてもよい。要は、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに対して、同一の偏移角度の位相差を有するように位相シフトが与えられないようにすればよい。
【００４８】
第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒ、第２移相回路１２、第３移相回路１３は、たとえば図３に示すアナログ回路によって実現することができる。あるいは、図４に示すディジタルフィルターであるオールパスフィルター（ＡＰＦ）を有するディジタル回路によって実現することができる。なお、次数が必要となる場合には、たとえば図５に示すように、必要な次数だけ縦続接続するようにすればよい。
【００４９】
図２に戻り、仮想音像定位処理回路１４は、第２および第３回路１２，１３によって位相シフトが与えられたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに対して、たとえばリスナーの側方に仮想的に音像を定位させるための仮想音像定位処理を行う回路である。
【００５０】
加算回路１５Ｌ，１５Ｒは、第１回路１１Ｌ，１１Ｒによって位相シフトが与えられた前方チャンネル信号Ｌ，Ｒと、仮想音像定位処理が施されたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳとを加算する回路である。
【００５１】
また、加算回路１６Ｌ，１６Ｒは、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが加味された前方チャンネル信号Ｌ，Ｒと、前方中央チャンネル信号Ｃとを加算する回路である。すなわち、前方中央チャンネル信号Ｃは、定数積算回路１７によって定数が積算された後、分岐され、分岐された各前方中央チャンネル信号Ｃは、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが加味された前方チャンネル信号Ｌ，Ｒとそれぞれ加算される。
【００５２】
定数積算回路１７は、入力信号に所定の定数を乗算する。この定数は、ＣＰＵ１により設定され、変更可能である。
【００５３】
上記の構成により、前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒは、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒにそれぞれ入力されると、それらの信号に対して同一の基準角度φの位相シフトが与えられる。
【００５４】
一方、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳは、第２および第３移相回路１２，１３に入力されると、たとえば左サラウンドチャンネル信号ＬＳは、基準角度φに対して第１偏移角度（約＋７５°）の位相差を有するように位相シフトが与えられる。また、たとえば右サラウンドチャンネル信号ＲＳは、基準角度φに対して第２偏移角度（約−７５°）の位相差を有するように位相シフトが与えられる。
【００５５】
なお、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒ、第２および第３移相回路１２，１３における、前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒ、およびサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに対する位相シフトは、音声帯域全体で実現されなくてもよく、たとえば、音源定位に重要な役割をはたす２００Ｈｚ程度から２ｋＨｚ程度の間で実現されればよい。つまり、音源定位に関係のない、２００Ｈｚ以下および２ｋＨｚ以上では、相対的な位相差が漸減してもかまわない。
【００５６】
第２および第３移相回路１２，１３において移相処理が施されたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳは、仮想音像定位処理回路１４に入力され、仮想音像定位処理が施される。
【００５７】
仮想音像定位処理回路１４において仮想音像定位処理が施されたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳは、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｒにおいて移相処理が施された前方チャンネル信号Ｌ，Ｒと、加算回路１５Ｌ，１５Ｒにおいて左チャンネル同士および右チャンネル同士がそれぞれ加算される。
【００５８】
一方、第１移相回路１１Ｃにおいて移相処理が施された前方中央チャンネル信号Ｃは、定数積算回路１７において、たとえば「０．７０７」といった定数が乗算される。その後、前方中央チャンネル信号Ｃは、分岐され、加算回路１６Ｌ，１６Ｒにそれぞれ供給される。加算回路１６Ｌ，１６Ｒでは、それぞれ供給された前方チャンネル信号Ｃが、加算回路１５Ｌ，１５Ｒにおいてサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが加味された前方チャンネル信号Ｌ，Ｒとさらに加算され、前方中央チャンネル信号Ｃが加味された前方チャンネル信号Ｌv，Ｒvが出力端子から出力される。
【００５９】
そして、上記前方チャンネル信号Ｌv，Ｒvは、増幅器７Ｒ，７Ｌ（図１参照）によって増幅され、スピーカ装置Ｂから音響としてそれぞれ出力される。
【００６０】
このような処理により、図６に示すように、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳ間では、ほぼ１５０°の相対位相差を得ることができる。そのため、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳがモノラルのサラウンドチャンネル信号であっても、仮想音像定位処理されることにより、リスナーの頭部周辺に広がった音場を提供することができる。
【００６１】
また、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒとの間にも広い周波数範囲（たとえば２００Ｈｚ〜２ｋＨｚ）にわたってほぼ±７５°に固定した相対位相差が保たれる。そのため、もともと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒにミキシングされているサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳとの間で櫛形フィルタ効果による周波数特性上のピ−ク／ディップを示すことがなくなる。したがって、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒとの間で相関がある場合でも、それによって生じる干渉による周波数特性上の不具合を回避することができる。
【００６２】
ところで、マルチチャンネルのコンテンツは、上記した映画ソースだけでなく、音楽録音にも拡張され、マルチチャンネルの音楽ソースも増加してきている。映画における音声の場合は、アンビエンス効果を具備させるためにサラウンドチャンネル信号を拡散音像として使用することが多く、ミキシングにも一定のガイドラインが設けられているのに対し、音楽録音の場合は、そのようなガイドラインもなく、ミキサーによって比較的自由に使用される。このため、左右サラウンドチャンネル信号に対して位相差を有する同一信号がミキシングされることが多い。
【００６３】
たとえば、上記した図２に示す音響信号処理回路６では、第２および第３移相回路１２，１３においてサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに対して相対的な位相差が付加される。そのため、たとえば音響信号処理回路６の前段階の回路において、つまり音源ソース側（ＤＶＤ再生装置５）において予め位相差が付加されたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが音響信号処理回路６に入力されると、結果的にミキサーの意図した位相差が得られなくなってしまう。
【００６４】
すなわち、音源ソース側で予めサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに互いに逆相となるように、ある信号がミキシングされていたとすると、第２および第３移相回路１２，１３によって、仮想音像定位処理されるサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳ間には、約３０°の位相差しかつけられなくなってしまう。したがって、オリジナルのソースを実際のサラウンドスピーカで聞いた場合は、拡がり感があるのに対し、仮想音像定位処理を施して聞いた場合は、ほとんどモノラルのサラウンド信号に近く、拡がり感のない音場になってしまう。
【００６５】
そこで、以下に示す音響信号処理回路を用いることにより、音源ソース側においてサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに予め位相差がつけられた場合であっても、拡がり感のある音場を実現するようにしている。
【００６６】
図７は、図２に示す音響信号処理回路６とは異なる他の音響信号処理回路６０を示す図である。この音響信号処理回路６０は、先に示した音響信号処理回路６における構成に加え、第１移相回路１１ＬＳ，１１ＲＳ、定数積算回路２１，２２，２３，２４，２５、加算回路２６Ｌ，２６Ｒ，２７Ｌ，２７Ｒ、およびレベル比較回路２８がさらに備えられている。
【００６７】
第１位相回路１１ＬＳ，１１ＲＳは、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒと同様に、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに対して、同一の基準角度φの位相シフトを与える移相処理を施す回路である。
【００６８】
定数積算回路２１，２２，２３，２４は、基準角度φに対して第１偏移角度（たとえば＋７５°）の位相差を有するように位相シフトが与えられた左サラウンドチャンネル信号ＬＳ、基準角度φに位相シフトが与えられた左サラウンドチャンネル信号ＬＳ、基準角度φに対して第２偏移角度（たとえば−７５°）の位相差を有するように位相シフトが与えられた右サラウンドチャンネル信号ＲＳ、および基準角度φに位相シフトが与えられた左サラウンドチャンネル信号ＬＳのそれぞれに対し、レベル比較回路２８からの係数ｘ，ｙを乗算する。
【００６９】
加算回路２６Ｌ，２６Ｒは、係数ｘ，ｙが乗算された左サラウンドチャンネル信号ＬＳ同士、および係数ｘ，ｙが乗算された右サラウンドチャンネル信号ＲＳ同士をそれぞれ加算する。
【００７０】
定数積算回路２５は、ＤＶＤ再生装置５から供給された右サラウンドチャンネル信号ＲＳに対して、定数「−１」を乗算する。
【００７１】
加算回路２７Ｌは、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと右サラウンドチャンネル信号ＲＳとを加算する。加算回路２７Ｒは、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと、定数積算回路２５によって定数「−１」が乗算された右サラウンドチャンネル信号ＲＳとを加算する。
【００７２】
レベル比較回路２８は、加算回路２７Ｌによって加算された、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと右サラウンドチャンネル信号ＲＳとの和の絶対値｜ＬＳ＋ＲＳ｜と、加算回路２７Ｒによって加算された、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと右サラウンドチャンネル信号ＲＳとの差の絶対値｜ＬＳ−ＲＳ｜とを入力し、適当な演算を行って係数ｘ，ｙを算出し、定数積算回路２１，２２，２３，２４に対して係数ｘ，ｙを与える。
【００７３】
動作を説明すると、左サラウンドチャンネル信号ＬＳは、第２移相回路１２に供給されるとともに、第１移相回路１１ＬＳに供給される。第２移相回路１２に供給された左サラウンドチャンネル信号ＬＳは、基準角度φに対して第１偏移角度の位相差を有するように位相シフトが与えられ、定数積算回路２１に供給される。一方、第１移相回路１１ＬＳに供給された左サラウンドチャンネル信号ＬＳは、基準角度φに位相シフトが与えられ、定数積算回路２２に供給される。
【００７４】
また、右サラウンドチャンネル信号ＲＳは、第３移相回路１３に供給されるとともに、第１移相回路１１ＲＳに供給される。第３移相回路１３に供給された右サラウンドチャンネル信号ＲＳは、基準角度φに対して第２偏移角度の位相差を有するように位相シフトが与えられ、定数積算回路２３に供給される。一方、第１移相回路１１ＲＳに供給された右サラウンドチャンネル信号ＲＳは、基準角度φに位相シフトが与えられ、定数積算回路２４に供給される。
【００７５】
各定数積算回路２１〜２４では、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳは、レベル比較回路２８から与えられる係数ｘ，ｙによって乗算される。レベル比較回路２８から与えられる係数ｘ，ｙは、以下の手順によって求められ、ここでは、図８に示すフローチャートをも参照して説明する。
【００７６】
ＤＶＤ再生装置５からサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが入力されると（Ｓ１）、両者の加算処理および減算処理が行われる。すなわち、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと、右サラウンドチャンネル信号ＲＳとは、加算回路２７Ｌにおいて加算されることにより加算処理される。また、右サラウンドチャンネル信号ＲＳは、定数積算回路２５によって「−１」の定数が積算され、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと、加算回路２７Ｒにおいて加算されることにより減算処理される。
【００７７】
次いで、レベル比較回路２８において、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと右サラウンドチャンネル信号ＲＳとの和の絶対値｜ＬＳ＋ＲＳ｜、および加算回路２７Ｒによって加算された、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと右サラウンドチャンネル信号ＲＳとの差の絶対値｜ＬＳ−ＲＳ｜が求められる（Ｓ２）。そして、｜ＬＳ＋ＲＳ｜をａ、｜ＬＳ−ＲＳ｜をｂとおき、両者ａ，ｂを比較する（Ｓ３）。
【００７８】
そして、両者の比較結果に基づいて、偏移角度θを割り付ける（Ｓ４）。ただし、偏移角度θは、０°〜７５°の範囲内に設定される。たとえば、図９に示すように、ａ≫ｂの場合、具体的には、（ａ／ｂ）≧８〜１０の場合、偏移角度θを大きく（７５°に近く）なるように割り付ける。一方、ａ≪ｂの場合、具体的には、（ａ／ｂ）≦１〜１．５の場合、偏移角度θを小さく（０°に近く）なるように割り付ける。また、（ａ／ｂ）の値が、上記以外の場合、適当な偏移角度θを割り付ける。
【００７９】
次いで、偏移角度θが割り付けられると、係数ｘ，ｙを下記数式１によりそれぞれ算出する（Ｓ５）。図９に、偏移角度θと係数ｘ，ｙとの関係を示す。
【００８０】
【数１】
【００８１】
なお、上記係数ｘ，ｙの算出方法において、偏移角度θの割り付けが困難な場合、上記算出方法に代わり、｜ＬＳ＋ＲＳ｜／｜ＬＳ−ＲＳ｜、あるいは｜ＬＳ−ＲＳ｜／｜ＬＳ＋ＲＳ｜の値から所定の近似式を求め、それを用いて係数ｘ，ｙを算出するようにしてもよい。
【００８２】
また、上記係数ｘ，ｙの算出方法において、ＤＳＰ（digital signal processor）が用いられる場合、一般に割り算に多くのステップを必要とするので、（ＬＳ＋ＲＳ）および（ＬＳ−ＲＳ）のそれぞれのレベルを、図１０に示すような左右シフト処理を用いて直接的な比較を行い、必要とするシフト数に応じてステップ的にθを割り当てる方法を用いてもよい。なお、図１０に示す左右シフト処理では、ａ＞ｂの場合、最初に現れる「１」がａと同じ桁になるまでｂの値を左にシフトしていき、必要となるシフト数に応じてステップ的にθを割り付ける。また、ａ≦ｂの場合は逆に右シフトを行う。また、シフト数に対応する係数ｘ，ｙのテーブルを用意しておいて、直接、係数ｘ，ｙを算出する方法を用いてもよい。さらには、係数ｘ，ｙが１サンプル期間でステップ的に変化するのが音声再生に不具合を生じるようであるなら、現在の係数ｘ，ｙから目的とする係数ｘ，ｙまで漸増および漸減処理を利用する方法を用いてもよい。
【００８３】
図７に戻り、レベル比較回路２８において算出された係数ｘ，ｙは、それぞれ定数積算回路２１〜２４において用いられる。すなわち、係数ｘは、定数積算回路２１，２３において用いられ、係数ｙは、定数積算回路２２，２４において用いられる。
【００８４】
定数積算回路２１，２２において係数ｘ，ｙが乗算された左サラウンドチャンネル信号ＬＳ同士は、その後、加算回路２６Ｌで加算され、仮想音像定位処理回路１４に供給される。また、定数積算回路２３，２４において係数ｘ，ｙが乗算された右サラウンドチャンネル信号ＲＳ同士は、加算回路２６Ｒで加算され、仮想音像定位処理回路１４に供給される。
【００８５】
このような処理によれば、図１１に示すように、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳがモノラル信号に近い場合は、上記した（ａ／ｂ）の値が大きくなり、拡散効果を付加するために、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒ間との間の相対位相差を約１５０°に近くなるようにする。一方、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが互いに無相関あるいは逆相の場合は、（ａ／ｂ）の値が小さくなり、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒ間との間の相対位相差が小さくなるようにする。
【００８６】
したがって、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに音源ソース側において予め位相差が付加されていても、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒ間との間の相対位相差を適度な位相差になるように設定変更することにより、仮想音像定位処理されたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳによって、拡がり感のある音場を提供することができる。
【００８７】
図７に戻り、仮想音像定位処理回路１４において仮想音像定位処理が施されたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳは、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｒにおいて移相処理が施された前方チャンネル信号Ｌ，Ｒと、加算回路１５Ｌ，１５Ｒにおいてそれぞれ加算される。加算回路１５Ｌ，１５Ｒにおいてサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが加味された前方チャンネル信号Ｌ，Ｒは、第１移相回路１１Ｃにおいて移相処理が施され、かつ定数積算回路１７において定数が乗算された前方チャンネル信号Ｃと、加算回路１６Ｌ，１６Ｒでさらに加算され、前方中央チャンネル信号Ｃが加味された前方チャンネル信号Ｌv，Ｒvが出力端子から出力される。そして、上記前方チャンネル信号Ｌv，Ｒvは、増幅器７Ｒ，７Ｌによって増幅され、スピーカ装置Ｂから音響として出力される。
【００８８】
上記処理により、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳ同士の関係や、前方チャンネル信号との関係に左右されることなく、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒ間との間の相対位相差を適度な位相差にすることができるので、映画や音楽を問わず、様々な信号形態を有するマルチチャンネルソースに対して最適な仮想サラウンド再生を実現することができる。
【００８９】
なお、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒ，１１ＬＳ，１１ＲＳ、第２および第３移相回路１２，１３における、前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒ、およびサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに対する位相シフトは、上記したのと同様に、２００Ｈｚ程度から２ｋＨｚ程度の間で実現されればよい。
【００９０】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。たとえば、音響信号処理回路は、上記実施形態における音響再生装置Ａに適用されることに限らず、たとえば車載用音響装置等、音響を出力するあらゆる装置に採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る音響信号処理回路が適用される音響再生装置のブロック図である。
【図２】図１に示す音響信号処理回路のブロック図である。
【図３】オールパスフィルタの回路図である。
【図４】オールパスフィルタの回路図である。
【図５】オールパスフィルタの回路図である。
【図６】図１に示す音響信号処理回路における位相−周波数特性を示す図である。
【図７】他の音響信号処理回路のブロック図である。
【図８】係数算出処理を示すフローチャートである。
【図９】係数と偏移角度との関係を示す図である。
【図１０】係数の算出方法の一例を説明するための図である。
【図１１】図７に示す音響信号処理回路における位相−周波数特性を示す図である。
【図１２】従来の音響信号処理回路のブロック図である。
【図１３】従来の音響信号処理回路における位相−周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
６ 音響信号処理回路
８Ｌ，８Ｒ スピーカ
１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒ 第１移相回路
１２ 第２移相回路
１３ 第３移相回路
１４ 仮想音像定位処理回路
１５Ｌ，１５Ｒ 加算回路
Ａ 音響再生装置
Ｌ 前方左チャンネル信号
Ｒ 前方右チャンネル信号
ＬＳ 左サラウンドチャンネル信号
ＲＳ 右サラウンドチャンネル信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチチャンネルの音響信号を処理するための音響信号処理回路および音響再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチチャンネルの音響信号を処理するための音響信号処理回路を有する音声再生装置によって、家庭でも臨場感あふれるマルチチャンネル音声体験が可能になってきている。通常、マルチチャンネル音声を実現するためには、リスナーの前方に３個のフロントスピーカを配置し、リスナーの両横もしくは両横後方に２個のサラウンドスピーカを配置することが必要とされる。最近では、リスナーの前方に置かれる２個のフロントスピーカだけで、マルチチャンネル音声体験をリスナーに与えることのできる、いわゆるバーチャルサラウンドシステムが開発されている。
【０００３】
このバーチャルサラウンドシステムでは、前方中央のチャンネル音声に関して、中央チャンネル信号を前方左右のチャンネル信号に等分に割り振ることにより、ファントムセンター音像が得られるので、中央のチャンネル音声を容易に実現することができる。
【０００４】
本来、リスナーの両横もしくは両横後方において音声を定位する左右サラウンドチャンネル信号を、左右のフロントスピーカで再生表現するには、仮想音像定位処理と呼ばれる特別な処理を必要とする。仮想音像定位処理は、人間の聴覚メカニズムを利用した処理によって、前方に配置された２つのスピーカから出力された音声をリスナーの耳の位置において、あたかも実際には配置されていない左右のサラウンドスピーカから出力された音声の特性に擬似することで実現している。この仮想音像定位処理によって処理された左右サラウンドチャンネル信号は、前方左右チャンネル信号に混合され、左右のフロントスピーカによって再生することができる。
【０００５】
この仮想音像定位処理を用いた方式では、左右フロントスピーカとリスナーとの位置関係において、聴覚メカニズムが成立する場所でしか効果を得ることができないため、リスナーは、スイートスポットと呼ばれる比較的狭いリスニングエリアでしか効果を体験することができなくなる。しかし、個人的試聴には充分な効果が期待できること、これまでのステレオ試聴と同じ２つのスピーカだけでシステムが構成できること等といった複数の利点から、１つのフィーチャーとして普及している。
【０００６】
このサラウンドチャンネル信号の仮想音像定位処理は、もともと入力される左右サラウンドチャンネル信号に相関のない場合、つまりサラウンドチャンネル信号がステレオ信号である場合は、特に問題とならない。しかし、マトリクス型のドルビーサラウンドのようにサラウンドチャンネル信号がモノラルである場合、および前方３チャンネル、サラウンド２チャンネルのディスクリート音声であっても、事実上、左右サラウンドチャンネル信号がモノラルソースとなっている場合には、左右サラウンドチャンネル信号の相関が非常に大きくなり、よい効果が得られないことが多い。
【０００７】
リスナーの両横もしくは両横後方に置かれた実際のサラウンドスピーカで再生する場合は、リスナーの両耳まで音声が到達するまでに壁や床等における反射音が加わり、それらの到達時間が微妙に異なるので、リスナーの耳の位置では、信号の相関度が低下し、やや拡散した音声となる。しかし、仮想音像定位処理の場合は、直接音のみであるとともに、前方左右のスピーカからリスナーまでの到達時間も同一であるので、モノラル音声は相関度が高いままである。
【０００８】
人間の聴覚においては、正中面上では音像定位が誤認されやすく、スピーカが前方に配置された場合は視覚効果も手伝って音像が前方に認識される場合が多くなる。したがって、モノラルのサラウンドチャンネル信号に対して仮想音像定位処理を施した場合も、音像はリスナーの頭の中もしくは前方に認識されやすく、実際のサラウンドスピーカによる再生のような、リスナーの後方もしくは頭の周りに拡散されたような音場とはならない。
【０００９】
この問題を回避するため、仮想音像定位処理ではサラウンドチャンネル信号を予め非相関化しておく方法が採られるのが一般的である。非相関化するには、ステレオ入力時との互換性を維持するため、移相処理を用いるのが普通である。
【００１０】
数学的には、左右サラウンドチャンネル信号間に９０°の位相差をつけると相関度が「０」となるが、試聴の結果、９０°の場合は相対的に位相が進んでいるチャンネル方向に音像が引っ張られる傾向が見られる。また、位相差を１８０°（相関度：−１）にすると、拡がり感は得られるが、逆相感が強く、不自然な音像となり、長時間の試聴で疲労感を与える結果となる。
【００１１】
また、位相差を１５０°にすると、逆相感もそれほど感じられず、拡がり感もあり、一方へ音像が引っ張られる傾向も少なくなる。そこで、このようなサラウンドチャンネル信号の相対的な位相差を１５０°程度にする方式が提案されている。
【００１２】
図１２は、上記方式を実現するための音響信号処理回路の一例を示す図である。この図によれば、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳは、移相回路３１，３２によって互いに相対的な位相差が１５０°程度にされ、仮想音像定位処理回路３３によって仮想音像定位処理が行われている。そして、前方チャンネル信号Ｌ，Ｒと加算回路３４Ｌ，３４Ｒによって加算され、定数積算回路３５によって定数が乗算された前方中央チャンネル信号Ｃと加算回路３６Ｌ，３６Ｒによって加算された後、たとえば増幅器を介してスピーカ（ともに図示せず）から出力される。この音響信号処理回路によって、図１３に示す位相−周波数特性が得られる。
【００１３】
ところで、いわゆるドルビーサラウンドは、映画におけるドルビーステレオを民生用にモデファイしたものである。そして、ドルビーサラウンドおよびドルビーステレオともモノラルのサラウンドチャンネル信号は、互いに逆相となるように前方左右チャンネルにマトリクスエンコードされている。
【００１４】
ドルビーステレオを用いた映画は、ドルビーステレオ対応の映画館で上映する場合には、マトリクスデコードされて、もとの４チャンネルに復元された上でサラウンドチャンネル信号も取り出される。しかし、ドルビーステレオを用いた映画が上映されるのはドルビーステレオ対応映画館だけとは限らず、ステレオ音声の映画館やモノラル音声の映画館でも上映されることがある。
【００１５】
ドルビーステレオにおいてエンコードされた音声は、もともとステレオ再生と互換性を有するように考慮されているので、ステレオ音声の映画館でも問題なく再生することができる。しかし、モノラル音声の映画館ではエンコードされた２チャンネル信号をミックスしてモノラル音声として再生するので、もともと逆相でエンコードされているサラウンドチャンネル信号は、キャンセルされて再生されなくなってしまう。
【００１６】
したがって、信号ミックス時にサラウンドチャンネル信号だけに対して、重要な音声情報をミックスせずに、前方のいずれかのチャンネル信号にその一部をミックスするように一定のガイドラインが設けられている。こうすることで、重要な音声情報がモノラル映画館において消失してしまうといった問題点を回避することができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示した音響信号処理回路による方式では、左右サラウンドチャンネル信号間の相対的な位相のみを操作しているので、図１３に示すように、前方チャンネル信号とサラウンドチャンネル信号間の相対的な位相差が周波数によって大きく変化することになる。
【００１８】
この場合、前方チャンネル信号のうちのいずれかの前方チャンネル信号とサラウンドチャンネル信号との間に相関のない場合は問題がない。しかし、特定の映画館における再生のように、サラウンドチャンネル信号を前方チャンネル信号のいずれかに一部ミックスしているような場合には、サラウンドチャンネル信号と前方チャンネル信号のいずれかのチャンネル信号に相関のある信号成分が存在することになる。
【００１９】
そうすると、移相処理されたサラウンドチャンネル信号が仮想音像定位処理され、前方チャンネル信号にミックスされたときに、もともと前方チャンネル信号にミキシングされているサラウンドチャンネル情報との間で干渉することがある。この場合、櫛形フィルターの効果によってある周波数帯域では強調されたり、別の周波数帯域ではキャンセルを生じたりするおそれがある。
【００２０】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、前方チャンネル信号とサラウンドチャンネル信号との間で相関がある場合の不具合を解消することのできる音響信号処理回路、およびそれを備えた音響再生装置を提供することを、その課題としている。
【００２１】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００２２】
本発明の第１の側面によって提供される音響信号処理回路は、リスナーの前方左右において配置されたスピーカに対して出力させるべき前方左右チャンネル信号に、左右サラウンドチャンネル信号をそれぞれ混合させるための音響信号処理回路であって、上記前方左右チャンネル信号に基準角度の位相シフトをそれぞれ与える第１移相手段と、上記左右サラウンドチャンネル信号のうち一方のサラウンドチャンネル信号に、上記第１移相手段によって上記前方左右チャンネル信号に与えられた位相シフトの基準角度に対して＋７５°程度の第１偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える第２移相手段と、上記左右サラウンドチャンネル信号のうち他方のサラウンドチャンネル信号に、上記第１移相手段によって上記前方左右チャンネル信号に与えられた位相シフトの基準角度に対して−７５°程度の第２偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える第３移相手段とを備え、上記第１ないし第３移相手段は、少なくとも２００Ｈｚから２ｋＨｚの周波数帯域において各チャンネル信号に対して位相シフトを与えることを特徴としている。
【００２３】
好ましい実施の形態によれば、上記第２移相手段および第３移相手段によって位相シフトが与えられた上記左右サラウンドチャンネル信号に対して、仮想音像定位処理を施す仮想音像定位処理手段と、上記仮想音像定位処理手段によって仮想音像定位処理された上記一方のサラウンドチャンネル信号と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記前方左右チャンネル信号の一方とをそれぞれ加算する第１加算手段と、上記仮想音像定位処理手段によって仮想音像定位処理された上記他方のサラウンドチャンネル信号と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記前方左右チャンネル信号の他方とをそれぞれ加算する第２加算手段とを備える。
【００２５】
本発明によれば、前方左右チャンネル信号は、サラウンド左右チャンネル信号と混合されて、リスナーの前方左右において配置されたスピーカから出力される。この場合に、前方左右チャンネル信号には、基準角度の位相シフトが与えられ、サラウンド左右チャンネル信号には、基準角度に対して第１偏移角度（＋７５°程度）または第２偏移角度（−７５°程度）の位相差を有するように、位相シフトが与えられるといった移相処理が行われる。そのため、サラウンド左右チャンネル信号間では、たとえば１５０°の相対位相差が得られるので、サラウンド左右チャンネル信号がモノラルであっても、サラウンド左右チャンネル信号が仮想音像定位処理されれば、リスナーの頭部周辺に広がった音場を提供することができる。それに加えて、サラウンド前方チャンネル信号と前方左右チャンネル信号との間には、たとえば所定の周波数範囲にわたって±７５°の固定の相対位相差が得られるので、両信号の間に相関がある場合でも、それによって生じる干渉による周波数特性上の不具合を解消することができる。
【００２６】
本発明の第２の側面によって提供される音響再生装置は、リスナーの前方左右において配置されたスピーカに対して出力させるべき前方左右チャンネル信号に、左右サラウンドチャンネル信号をそれぞれ混合させるための音響信号処理回路であって、上記前方左右チャンネル信号および左右サラウンドチャンネル信号に基準角度の位相シフトをそれぞれ与える第１移相手段と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記左右サラウンドチャンネル信号のうち一方のサラウンドチャンネル信号とは別経路で、上記一方のサラウンドチャンネル信号に、上記第１移相手段によって上記前方左右チャンネル信号に与えられた位相シフトの基準角度に対して第１偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える第２移相手段と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記左右サラウンドチャンネル信号のうち他方のサラウンドチャンネル信号とは別経路で、上記他方のサラウンドチャンネル信号に、上記第１移相手段によって上記前方左右チャンネル信号に与えられた位相シフトの基準角度に対して上記第１偏移角度とは逆方向に偏移した第２偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える第３移相手段と、上記左右サラウンドチャンネル信号の和および差のレベル比に基づいて、所定の偏移角度を設定する設定手段と、上記設定手段によって設定された偏移角度に基づいて、係数を算出する係数算出手段と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記一方のサラウンドチャンネル信号と、上記第２移相手段によって他の位相シフトが与えられた上記一方のサラウンドチャンネル信号とに対して、上記係数算出手段によって算出された係数をそれぞれ乗算する第１係数乗算手段と、上記第１係数乗算手段によって乗算された上記一方のサラウンドチャンネル信号同士を加算する第１加算手段と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記他方のサラウンドチャンネル信号と、上記第３移相手段によって他の位相シフトが与えられた上記他方のサラウンドチャンネル信号とに対して、上記係数算出手段によって算出された係数をそれぞれ乗算する第２係数乗算手段と、上記第２係数乗算手段によって乗算された上記他方のサラウンドチャンネル信号同士を加算する第２加算手段とを備え、上記第１ないし第３移相手段は、少なくとも２００Ｈｚから２ｋＨｚの周波数帯域において各チャンネル信号に対して位相シフトを与える。
【００２７】
他の好ましい実施の形態によれば、上記設定手段は、上記左右サラウンドチャンネル信号の和が上記左右サラウンドチャンネル信号の差より大のとき、上記偏移角度を上記第１偏移角度または第２偏移角度に近づけるように設定し、上記左右サラウンドチャンネル信号の和が上記左右サラウンドチャンネル信号の差より小のとき、上記偏移角度を上記基準角度に近づけるように設定する。
【００２８】
他の好ましい実施の形態によれば、上記第１加算手段および第２加算手段によって加算された左右サラウンドチャンネル信号に対して、仮想音像定位処理を施す仮想音像定位処理手段と、上記仮想音像定位処理手段によって仮想音像定位処理された上記一方のサラウンドチャンネル信号と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記前方左右チャンネル信号の一方とをそれぞれ加算する第３加算手段と、上記仮想音像定位処理手段によって仮想音像定位処理された上記他方のサラウンドチャンネル信号と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記前方左右チャンネル信号の他方とをそれぞれ加算する第４加算手段とを備える。
【００３０】
本発明によれば、左右サラウンドチャンネル信号がモノラル信号に近い場合は、左右サラウンドチャンネル信号の和が左右サラウンドチャンネル信号の差より大となり、そのような場合には、左右サラウンドチャンネル信号と前方チャンネル信号間との間の相対位相差をたとえば約１５０°に近くなるようにする。一方、左右サラウンドチャンネル信号が互いに無相関あるいは逆相の場合は、左右サラウンドチャンネル信号の和が左右サラウンドチャンネル信号の差より小となり、そのような場合には、左右サラウンドチャンネル信号と前方チャンネル信号間の相対位相差が小さくなるようにする。そのため、左右サラウンドチャンネル信号に音源ソース側において予め位相差が付加されていても、左右サラウンドチャンネル信号と前方左右チャンネル信号間との間の相対位相差を適度な位相差になるように設定変更することにより、仮想音像定位処理された左右サラウンドチャンネル信号によって、拡がり感のある音場を提供することができ、映画や音楽を問わず、様々な信号形態を有するマルチチャンネルソースに対して最適な仮想サラウンド再生を実現することができる。
【００３１】
本発明の第３の側面によって提供される音響再生装置は、本発明の第１の側面または第２の側面によって提供される音響信号処理回路を備えることを特徴としている。
【００３２】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態に係る音響信号処理回路が適用される音響再生装置の要部のブロック構成を示す図である。音響再生装置Ａは、いわゆるホームシアターが実現可能な装置とされ、たとえば音声を出力する一対のスピーカ装置Ｂが接続可能とされている。なお、一対のスピーカ装置Ｂは、リスナーの前方左右に対称的にそれぞれ配置される。
【００３５】
音響再生装置Ａは、ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、インターフェイス回路４、ＤＶＤ（digital versatile disc）再生装置５、音響信号処理回路６、および増幅器７Ｒ，７Ｌを備えており、ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、およびインターフェイス回路４は、相互にバス接続されている。
【００３６】
ＣＰＵ１は、ＤＶＤ再生装置５、音響信号処理回路６、および増幅器７Ｒ，７Ｌを含む音響再生装置Ａの全体を制御する。すなわち、図示していないが、音響再生装置Ａには操作部、表示部および各種のセンサ等が設けられており、ＣＰＵ１は、操作部やセンサ等からの信号に応じて、表示部等を制御する。
【００３７】
ＲＯＭ２は、ＣＰＵ１を動作させるためのプログラムや固定のデータ等を格納している。
【００３８】
ＲＡＭ３は、ＣＰＵ１にワークエリアを提供し、各種のデータを記憶する。
【００３９】
インターフェイス回路４は、ＣＰＵ１とＤＶＤ再生装置５や音響信号処理回路６等との間の通信を制御する。
【００４０】
ＤＶＤ（digital versatile disc）再生装置５は、ＤＶＤを再生するものであり、ＣＰＵ１からの制御信号により制御され、ＤＶＤを回転させてＤＶＤに記憶されている楽曲等の音響データを出力する。なお、音響データを出力させる装置としては、ＤＶＤ再生装置に限るものではない。
【００４１】
音響信号処理回路６は、詳細は後述するが、ＣＰＵ１により制御されて、ＤＶＤ再生装置５からの音響データに各種の処理を施す。
【００４２】
増幅器７Ｒ，７Ｌは、ＣＰＵ１により制御されて、音響信号処理回路６からの音響信号を増幅する。
【００４３】
スピーカ装置Ｂは、左右一対に独立した複数の箱状部材によって構成され、たとえば左チャンネル再生用スピーカ８Ｌと右チャンネル再生用スピーカ８Ｒとをそれぞれ内装している。これら一対のスピーカ８Ｒ，８Ｌは、増幅器７Ｒ，７Ｌからの音響信号を音響に変換する。スピーカ８Ｒ，８Ｌは、音響的な特性が相互にほぼ同一である。
【００４４】
図２は、音響信号処理回路６の回路構成を示す図である。この音響信号処理回路６は、前方左右チャンネル信号Ｌ，Ｒに、左右サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳを混合させるための回路であって、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒ、第２移相回路１２、第３移相回路１３、仮想音像定位処理回路１４、加算回路１５Ｌ，１５Ｒ，１６Ｌ，１６Ｒ、および定数積算回路１７を備えている。
【００４５】
第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒは、前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒに対して、同一の基準角度φの位相シフトを与える移相処理を施す回路である。ここで、基準角度φは、任意な値に設定することができる。
【００４６】
第２移相回路１２は、左サラウンドチャンネル信号ＬＳに、基準角度φに対して第１偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える移相処理を施す回路である。具体的には、第１偏移角度は、基準角度φに対して＋７５°程度（＋７０°〜＋８０°）とされる。
【００４７】
第３移相回路１３は、右サラウンドチャンネル信号ＲＳに、基準角度φに対して第１偏移角度とは逆方向に偏移した第２偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える移相処理を施す回路である。具体的には、第２偏移角度は、基準角度φに対して−７５°程度（−７０°〜−８０°）とされる。なお、上記とは逆に、左サラウンドチャンネル信号ＬＳに対して、第２偏移角度の位相差を有するように位相シフトが与えられ、右サラウンドチャンネル信号ＲＳに対して、第１偏移角度の位相差を有するように位相シフトが与えられてもよい。要は、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに対して、同一の偏移角度の位相差を有するように位相シフトが与えられないようにすればよい。
【００４８】
第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒ、第２移相回路１２、第３移相回路１３は、たとえば図３に示すアナログ回路によって実現することができる。あるいは、図４に示すディジタルフィルターであるオールパスフィルター（ＡＰＦ）を有するディジタル回路によって実現することができる。なお、次数が必要となる場合には、たとえば図５に示すように、必要な次数だけ縦続接続するようにすればよい。
【００４９】
図２に戻り、仮想音像定位処理回路１４は、第２および第３回路１２，１３によって位相シフトが与えられたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに対して、たとえばリスナーの側方に仮想的に音像を定位させるための仮想音像定位処理を行う回路である。
【００５０】
加算回路１５Ｌ，１５Ｒは、第１回路１１Ｌ，１１Ｒによって位相シフトが与えられた前方チャンネル信号Ｌ，Ｒと、仮想音像定位処理が施されたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳとを加算する回路である。
【００５１】
また、加算回路１６Ｌ，１６Ｒは、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが加味された前方チャンネル信号Ｌ，Ｒと、前方中央チャンネル信号Ｃとを加算する回路である。すなわち、前方中央チャンネル信号Ｃは、定数積算回路１７によって定数が積算された後、分岐され、分岐された各前方中央チャンネル信号Ｃは、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが加味された前方チャンネル信号Ｌ，Ｒとそれぞれ加算される。
【００５２】
定数積算回路１７は、入力信号に所定の定数を乗算する。この定数は、ＣＰＵ１により設定され、変更可能である。
【００５３】
上記の構成により、前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒは、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒにそれぞれ入力されると、それらの信号に対して同一の基準角度φの位相シフトが与えられる。
【００５４】
一方、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳは、第２および第３移相回路１２，１３に入力されると、たとえば左サラウンドチャンネル信号ＬＳは、基準角度φに対して第１偏移角度（約＋７５°）の位相差を有するように位相シフトが与えられる。また、たとえば右サラウンドチャンネル信号ＲＳは、基準角度φに対して第２偏移角度（約−７５°）の位相差を有するように位相シフトが与えられる。
【００５５】
なお、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒ、第２および第３移相回路１２，１３における、前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒ、およびサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに対する位相シフトは、音声帯域全体で実現されなくてもよく、たとえば、音源定位に重要な役割をはたす２００Ｈｚ程度から２ｋＨｚ程度の間で実現されればよい。つまり、音源定位に関係のない、２００Ｈｚ以下および２ｋＨｚ以上では、相対的な位相差が漸減してもかまわない。
【００５６】
第２および第３移相回路１２，１３において移相処理が施されたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳは、仮想音像定位処理回路１４に入力され、仮想音像定位処理が施される。
【００５７】
仮想音像定位処理回路１４において仮想音像定位処理が施されたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳは、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｒにおいて移相処理が施された前方チャンネル信号Ｌ，Ｒと、加算回路１５Ｌ，１５Ｒにおいて左チャンネル同士および右チャンネル同士がそれぞれ加算される。
【００５８】
一方、第１移相回路１１Ｃにおいて移相処理が施された前方中央チャンネル信号Ｃは、定数積算回路１７において、たとえば「０．７０７」といった定数が乗算される。その後、前方中央チャンネル信号Ｃは、分岐され、加算回路１６Ｌ，１６Ｒにそれぞれ供給される。加算回路１６Ｌ，１６Ｒでは、それぞれ供給された前方チャンネル信号Ｃが、加算回路１５Ｌ，１５Ｒにおいてサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが加味された前方チャンネル信号Ｌ，Ｒとさらに加算され、前方中央チャンネル信号Ｃが加味された前方チャンネル信号Ｌv，Ｒvが出力端子から出力される。
【００５９】
そして、上記前方チャンネル信号Ｌv，Ｒvは、増幅器７Ｒ，７Ｌ（図１参照）によって増幅され、スピーカ装置Ｂから音響としてそれぞれ出力される。
【００６０】
このような処理により、図６に示すように、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳ間では、ほぼ１５０°の相対位相差を得ることができる。そのため、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳがモノラルのサラウンドチャンネル信号であっても、仮想音像定位処理されることにより、リスナーの頭部周辺に広がった音場を提供することができる。
【００６１】
また、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒとの間にも広い周波数範囲（たとえば２００Ｈｚ〜２ｋＨｚ）にわたってほぼ±７５°に固定した相対位相差が保たれる。そのため、もともと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒにミキシングされているサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳとの間で櫛形フィルタ効果による周波数特性上のピ−ク／ディップを示すことがなくなる。したがって、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒとの間で相関がある場合でも、それによって生じる干渉による周波数特性上の不具合を回避することができる。
【００６２】
ところで、マルチチャンネルのコンテンツは、上記した映画ソースだけでなく、音楽録音にも拡張され、マルチチャンネルの音楽ソースも増加してきている。映画における音声の場合は、アンビエンス効果を具備させるためにサラウンドチャンネル信号を拡散音像として使用することが多く、ミキシングにも一定のガイドラインが設けられているのに対し、音楽録音の場合は、そのようなガイドラインもなく、ミキサーによって比較的自由に使用される。このため、左右サラウンドチャンネル信号に対して位相差を有する同一信号がミキシングされることが多い。
【００６３】
たとえば、上記した図２に示す音響信号処理回路６では、第２および第３移相回路１２，１３においてサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに対して相対的な位相差が付加される。そのため、たとえば音響信号処理回路６の前段階の回路において、つまり音源ソース側（ＤＶＤ再生装置５）において予め位相差が付加されたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが音響信号処理回路６に入力されると、結果的にミキサーの意図した位相差が得られなくなってしまう。
【００６４】
すなわち、音源ソース側で予めサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに互いに逆相となるように、ある信号がミキシングされていたとすると、第２および第３移相回路１２，１３によって、仮想音像定位処理されるサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳ間には、約３０°の位相差しかつけられなくなってしまう。したがって、オリジナルのソースを実際のサラウンドスピーカで聞いた場合は、拡がり感があるのに対し、仮想音像定位処理を施して聞いた場合は、ほとんどモノラルのサラウンド信号に近く、拡がり感のない音場になってしまう。
【００６５】
そこで、以下に示す音響信号処理回路を用いることにより、音源ソース側においてサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに予め位相差がつけられた場合であっても、拡がり感のある音場を実現するようにしている。
【００６６】
図７は、図２に示す音響信号処理回路６とは異なる他の音響信号処理回路６０を示す図である。この音響信号処理回路６０は、先に示した音響信号処理回路６における構成に加え、第１移相回路１１ＬＳ，１１ＲＳ、定数積算回路２１，２２，２３，２４，２５、加算回路２６Ｌ，２６Ｒ，２７Ｌ，２７Ｒ、およびレベル比較回路２８がさらに備えられている。
【００６７】
第１位相回路１１ＬＳ，１１ＲＳは、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒと同様に、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに対して、同一の基準角度φの位相シフトを与える移相処理を施す回路である。
【００６８】
定数積算回路２１，２２，２３，２４は、基準角度φに対して第１偏移角度（たとえば＋７５°）の位相差を有するように位相シフトが与えられた左サラウンドチャンネル信号ＬＳ、基準角度φに位相シフトが与えられた左サラウンドチャンネル信号ＬＳ、基準角度φに対して第２偏移角度（たとえば−７５°）の位相差を有するように位相シフトが与えられた右サラウンドチャンネル信号ＲＳ、および基準角度φに位相シフトが与えられた左サラウンドチャンネル信号ＬＳのそれぞれに対し、レベル比較回路２８からの係数ｘ，ｙを乗算する。
【００６９】
加算回路２６Ｌ，２６Ｒは、係数ｘ，ｙが乗算された左サラウンドチャンネル信号ＬＳ同士、および係数ｘ，ｙが乗算された右サラウンドチャンネル信号ＲＳ同士をそれぞれ加算する。
【００７０】
定数積算回路２５は、ＤＶＤ再生装置５から供給された右サラウンドチャンネル信号ＲＳに対して、定数「−１」を乗算する。
【００７１】
加算回路２７Ｌは、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと右サラウンドチャンネル信号ＲＳとを加算する。加算回路２７Ｒは、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと、定数積算回路２５によって定数「−１」が乗算された右サラウンドチャンネル信号ＲＳとを加算する。
【００７２】
レベル比較回路２８は、加算回路２７Ｌによって加算された、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと右サラウンドチャンネル信号ＲＳとの和の絶対値｜ＬＳ＋ＲＳ｜と、加算回路２７Ｒによって加算された、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと右サラウンドチャンネル信号ＲＳとの差の絶対値｜ＬＳ−ＲＳ｜とを入力し、適当な演算を行って係数ｘ，ｙを算出し、定数積算回路２１，２２，２３，２４に対して係数ｘ，ｙを与える。
【００７３】
動作を説明すると、左サラウンドチャンネル信号ＬＳは、第２移相回路１２に供給されるとともに、第１移相回路１１ＬＳに供給される。第２移相回路１２に供給された左サラウンドチャンネル信号ＬＳは、基準角度φに対して第１偏移角度の位相差を有するように位相シフトが与えられ、定数積算回路２１に供給される。一方、第１移相回路１１ＬＳに供給された左サラウンドチャンネル信号ＬＳは、基準角度φに位相シフトが与えられ、定数積算回路２２に供給される。
【００７４】
また、右サラウンドチャンネル信号ＲＳは、第３移相回路１３に供給されるとともに、第１移相回路１１ＲＳに供給される。第３移相回路１３に供給された右サラウンドチャンネル信号ＲＳは、基準角度φに対して第２偏移角度の位相差を有するように位相シフトが与えられ、定数積算回路２３に供給される。一方、第１移相回路１１ＲＳに供給された右サラウンドチャンネル信号ＲＳは、基準角度φに位相シフトが与えられ、定数積算回路２４に供給される。
【００７５】
各定数積算回路２１〜２４では、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳは、レベル比較回路２８から与えられる係数ｘ，ｙによって乗算される。レベル比較回路２８から与えられる係数ｘ，ｙは、以下の手順によって求められ、ここでは、図８に示すフローチャートをも参照して説明する。
【００７６】
ＤＶＤ再生装置５からサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが入力されると（Ｓ１）、両者の加算処理および減算処理が行われる。すなわち、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと、右サラウンドチャンネル信号ＲＳとは、加算回路２７Ｌにおいて加算されることにより加算処理される。また、右サラウンドチャンネル信号ＲＳは、定数積算回路２５によって「−１」の定数が積算され、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと、加算回路２７Ｒにおいて加算されることにより減算処理される。
【００７７】
次いで、レベル比較回路２８において、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと右サラウンドチャンネル信号ＲＳとの和の絶対値｜ＬＳ＋ＲＳ｜、および加算回路２７Ｒによって加算された、左サラウンドチャンネル信号ＬＳと右サラウンドチャンネル信号ＲＳとの差の絶対値｜ＬＳ−ＲＳ｜が求められる（Ｓ２）。そして、｜ＬＳ＋ＲＳ｜をａ、｜ＬＳ−ＲＳ｜をｂとおき、両者ａ，ｂを比較する（Ｓ３）。
【００７８】
そして、両者の比較結果に基づいて、偏移角度θを割り付ける（Ｓ４）。ただし、偏移角度θは、０°〜７５°の範囲内に設定される。たとえば、図９に示すように、ａ≫ｂの場合、具体的には、（ａ／ｂ）≧８〜１０の場合、偏移角度θを大きく（７５°に近く）なるように割り付ける。一方、ａ≪ｂの場合、具体的には、（ａ／ｂ）≦１〜１．５の場合、偏移角度θを小さく（０°に近く）なるように割り付ける。また、（ａ／ｂ）の値が、上記以外の場合、適当な偏移角度θを割り付ける。
【００７９】
次いで、偏移角度θが割り付けられると、係数ｘ，ｙを下記数式１によりそれぞれ算出する（Ｓ５）。図９に、偏移角度θと係数ｘ，ｙとの関係を示す。
【００８０】
【数１】
なお、上記係数ｘ，ｙの算出方法において、偏移角度θの割り付けが困難な場合、上記算出方法に代わり、｜ＬＳ＋ＲＳ｜／｜ＬＳ−ＲＳ｜、あるいは｜ＬＳ−ＲＳ｜／｜ＬＳ＋ＲＳ｜の値から所定の近似式を求め、それを用いて係数ｘ，ｙを算出するようにしてもよい。
【００８２】
また、上記係数ｘ，ｙの算出方法において、ＤＳＰ（digital signal processor）が用いられる場合、一般に割り算に多くのステップを必要とするので、（ＬＳ＋ＲＳ）および（ＬＳ−ＲＳ）のそれぞれのレベルを、図１０に示すような左右シフト処理を用いて直接的な比較を行い、必要とするシフト数に応じてステップ的にθを割り当てる方法を用いてもよい。なお、図１０に示す左右シフト処理では、ａ＞ｂの場合、最初に現れる「１」がａと同じ桁になるまでｂの値を左にシフトしていき、必要となるシフト数に応じてステップ的にθを割り付ける。また、ａ≦ｂの場合は逆に右シフトを行う。また、シフト数に対応する係数ｘ，ｙのテーブルを用意しておいて、直接、係数ｘ，ｙを算出する方法を用いてもよい。さらには、係数ｘ，ｙが１サンプル期間でステップ的に変化するのが音声再生に不具合を生じるようであるなら、現在の係数ｘ，ｙから目的とする係数ｘ，ｙまで漸増および漸減処理を利用する方法を用いてもよい。
【００８３】
図７に戻り、レベル比較回路２８において算出された係数ｘ，ｙは、それぞれ定数積算回路２１〜２４において用いられる。すなわち、係数ｘは、定数積算回路２１，２３において用いられ、係数ｙは、定数積算回路２２，２４において用いられる。
【００８４】
定数積算回路２１，２２において係数ｘ，ｙが乗算された左サラウンドチャンネル信号ＬＳ同士は、その後、加算回路２６Ｌで加算され、仮想音像定位処理回路１４に供給される。また、定数積算回路２３，２４において係数ｘ，ｙが乗算された右サラウンドチャンネル信号ＲＳ同士は、加算回路２６Ｒで加算され、仮想音像定位処理回路１４に供給される。
【００８５】
このような処理によれば、図１１に示すように、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳがモノラル信号に近い場合は、上記した（ａ／ｂ）の値が大きくなり、拡散効果を付加するために、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒ間との間の相対位相差を約１５０°に近くなるようにする。一方、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが互いに無相関あるいは逆相の場合は、（ａ／ｂ）の値が小さくなり、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒ間との間の相対位相差が小さくなるようにする。
【００８６】
したがって、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに音源ソース側において予め位相差が付加されていても、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒ間との間の相対位相差を適度な位相差になるように設定変更することにより、仮想音像定位処理されたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳによって、拡がり感のある音場を提供することができる。
【００８７】
図７に戻り、仮想音像定位処理回路１４において仮想音像定位処理が施されたサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳは、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｒにおいて移相処理が施された前方チャンネル信号Ｌ，Ｒと、加算回路１５Ｌ，１５Ｒにおいてそれぞれ加算される。加算回路１５Ｌ，１５Ｒにおいてサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳが加味された前方チャンネル信号Ｌ，Ｒは、第１移相回路１１Ｃにおいて移相処理が施され、かつ定数積算回路１７において定数が乗算された前方チャンネル信号Ｃと、加算回路１６Ｌ，１６Ｒでさらに加算され、前方中央チャンネル信号Ｃが加味された前方チャンネル信号Ｌv，Ｒvが出力端子から出力される。そして、上記前方チャンネル信号Ｌv，Ｒvは、増幅器７Ｒ，７Ｌによって増幅され、スピーカ装置Ｂから音響として出力される。
【００８８】
上記処理により、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳ同士の関係や、前方チャンネル信号との関係に左右されることなく、サラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳと前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒ間との間の相対位相差を適度な位相差にすることができるので、映画や音楽を問わず、様々な信号形態を有するマルチチャンネルソースに対して最適な仮想サラウンド再生を実現することができる。
【００８９】
なお、第１移相回路１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒ，１１ＬＳ，１１ＲＳ、第２および第３移相回路１２，１３における、前方チャンネル信号Ｌ，Ｃ，Ｒ、およびサラウンドチャンネル信号ＬＳ，ＲＳに対する位相シフトは、上記したのと同様に、２００Ｈｚ程度から２ｋＨｚ程度の間で実現されればよい。
【００９０】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。たとえば、音響信号処理回路は、上記実施形態における音響再生装置Ａに適用されることに限らず、たとえば車載用音響装置等、音響を出力するあらゆる装置に採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る音響信号処理回路が適用される音響再生装置のブロック図である。
【図２】図１に示す音響信号処理回路のブロック図である。
【図３】オールパスフィルタの回路図である。
【図４】オールパスフィルタの回路図である。
【図５】オールパスフィルタの回路図である。
【図６】図１に示す音響信号処理回路における位相−周波数特性を示す図である。
【図７】他の音響信号処理回路のブロック図である。
【図８】係数算出処理を示すフローチャートである。
【図９】係数と偏移角度との関係を示す図である。
【図１０】係数の算出方法の一例を説明するための図である。
【図１１】図７に示す音響信号処理回路における位相−周波数特性を示す図である。
【図１２】従来の音響信号処理回路のブロック図である。
【図１３】従来の音響信号処理回路における位相−周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
６ 音響信号処理回路
８Ｌ，８Ｒ スピーカ
１１Ｌ，１１Ｃ，１１Ｒ 第１移相回路
１２ 第２移相回路
１３ 第３移相回路
１４ 仮想音像定位処理回路
１５Ｌ，１５Ｒ 加算回路
Ａ 音響再生装置
Ｌ 前方左チャンネル信号
Ｒ 前方右チャンネル信号
ＬＳ 左サラウンドチャンネル信号
ＲＳ 右サラウンドチャンネル信号
Claims (6)
- リスナーの前方左右において配置されたスピーカに対して出力させるべき前方左右チャンネル信号に、左右サラウンドチャンネル信号をそれぞれ混合させるための音響信号処理回路であって、
上記前方左右チャンネル信号に基準角度の位相シフトをそれぞれ与える第１移相手段と、
上記左右サラウンドチャンネル信号のうち一方のサラウンドチャンネル信号に、上記第１移相手段によって上記前方左右チャンネル信号に与えられた位相シフトの基準角度に対して＋７５°程度の第１偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える第２移相手段と、
上記左右サラウンドチャンネル信号のうち他方のサラウンドチャンネル信号に、上記第１移相手段によって上記前方左右チャンネル信号に与えられた位相シフトの基準角度に対して−７５°程度の第２偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える第３移相手段とを備え、
上記第１ないし第３移相手段は、少なくとも２００Ｈｚから２ｋＨｚの周波数帯域において各チャンネル信号に対して位相シフトを与えることを特徴とする、音響信号処理回路。 - 上記第２移相手段および第３移相手段によって位相シフトが与えられた上記左右サラウンドチャンネル信号に対して、仮想音像定位処理を施す仮想音像定位処理手段と、
上記仮想音像定位処理手段によって仮想音像定位処理された上記一方のサラウンドチャンネル信号と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記前方左右チャンネル信号の一方とをそれぞれ加算する第１加算手段と、
上記仮想音像定位処理手段によって仮想音像定位処理された上記他方のサラウンドチャンネル信号と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記前方左右チャンネル信号の他方とをそれぞれ加算する第２加算手段とを備える、請求項１に記載の音響信号処理回路。 - リスナーの前方左右において配置されたスピーカに対して出力させるべき前方左右チャンネル信号に、左右サラウンドチャンネル信号をそれぞれ混合させるための音響信号処理回路であって、
上記前方左右チャンネル信号および左右サラウンドチャンネル信号に基準角度の位相シフトをそれぞれ与える第１移相手段と、
上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記左右サラウンドチャンネル信号のうち一方のサラウンドチャンネル信号とは別経路で、上記一方のサラウンドチャンネル信号に、上記第１移相手段によって上記前方左右チャンネル信号に与えられた位相シフトの基準角度に対して第１偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える第２移相手段と、
上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記左右サラウンドチャンネル信号のうち他方のサラウンドチャンネル信号とは別経路で、上記他方のサラウンドチャンネル信号に、上記第１移相手段によって上記前方左右チャンネル信号に与えられた位相シフトの基準角度に対して上記第１偏移角度とは逆方向に偏移した第２偏移角度の位相差を相対的に有するように、位相シフトを与える第３移相手段と、
上記左右サラウンドチャンネル信号の和および差のレベル比に基づいて、所定の偏移角度を設定する設定手段と、
上記設定手段によって設定された偏移角度に基づいて、係数を算出する係数算出手段と、
上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記一方のサラウンドチャンネル信号と、上記第２移相手段によって他の位相シフトが与えられた上記一方のサラウンドチャンネル信号とに対して、上記係数算出手段によって算出された係数をそれぞれ乗算する第１係数乗算手段と、
上記第１係数乗算手段によって乗算された上記一方のサラウンドチャンネル信号同士を加算する第１加算手段と、
上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記他方のサラウンドチャンネル信号と、上記第３移相手段によって他の位相シフトが与えられた上記他方のサラウンドチャンネル信号とに対して、上記係数算出手段によって算出された係数をそれぞれ乗算する第２係数乗算手段と、
上記第２係数乗算手段によって乗算された上記他方のサラウンドチャンネル信号同士を加算する第２加算手段とを備え、
上記第１ないし第３移相手段は、少なくとも２００Ｈｚから２ｋＨｚの周波数帯域において各チャンネル信号に対して位相シフトを与えることを特徴とする、音響信号処理回路。 - 上記設定手段は、上記左右サラウンドチャンネル信号の和が上記左右サラウンドチャンネル信号の差より大のとき、上記偏移角度を上記第１偏移角度または第２偏移角度に近づけるように設定し、上記左右サラウンドチャンネル信号の和が上記左右サラウンドチャンネル信号の差より小のとき、上記偏移角度を上記基準角度に近づけるように設定する、請求項３に記載の音響信号処理回路。
- 上記第１加算手段および第２加算手段によって加算された左右サラウンドチャンネル信号に対して、仮想音像定位処理を施す仮想音像定位処理手段と、
上記仮想音像定位処理手段によって仮想音像定位処理された上記一方のサラウンドチャンネル信号と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記前方左右チャンネル信号の一方とをそれぞれ加算する第３加算手段と、
上記仮想音像定位処理手段によって仮想音像定位処理された上記他方のサラウンドチャンネル信号と、上記第１移相手段によって位相シフトが与えられた上記前方左右チャンネル信号の他方とをそれぞれ加算する第４加算手段とを備える、請求項３または４に記載の音響信号処理回路。 - 請求項１ないし５のいずれかに記載の音響信号処理回路を備えることを特徴とする、音響再生装置。
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