オーディオ信号処理装置、スピーカボックス、スピーカシステム及び映像音声出力装置
【課題】 離散ＯＳＤ技術を実際の製品に適用する際に発生する問題点を解決する。
【解決手段】 ３ウェイの離散ＯＳＤシステムを構成する、相対的に高域の音が割り当てられた一対の第１のスピーカと、相対的に中域の音が割り当てられた一対の第２のスピーカと、相対的に低域の音が割り当てられた任意の一対の第３のスピーカと、に供給される、離散ＯＳＤ（discrete Optimal Sound Distribution）処理を施したオーディオ信号を生成するオーディオ信号処理装置。一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカは、共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置され、該装置は、聴取位置を中心とした離散ＯＳＤ原理に基づく理想的な前記第１のスピーカの位置と前記エンクロージャに収容される実際の前記第１のスピーカの位置との距離のずれを補整したオーディオ信号を生成する。
【解決手段】 ３ウェイの離散ＯＳＤシステムを構成する、相対的に高域の音が割り当てられた一対の第１のスピーカと、相対的に中域の音が割り当てられた一対の第２のスピーカと、相対的に低域の音が割り当てられた任意の一対の第３のスピーカと、に供給される、離散ＯＳＤ（discrete Optimal Sound Distribution）処理を施したオーディオ信号を生成するオーディオ信号処理装置。一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカは、共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置され、該装置は、聴取位置を中心とした離散ＯＳＤ原理に基づく理想的な前記第１のスピーカの位置と前記エンクロージャに収容される実際の前記第１のスピーカの位置との距離のずれを補整したオーディオ信号を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高品質の民生用音響再生のための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、立体的音響再生のため、マルチチャンネルサラウンド技術が各種開発されており、その１つとして仮想サラウンド方式がある。仮想サラウンド技術では、頭部伝達関数（Head Related Transfer Functions：ＨＲＴＦ）を用いることにより、聴取者に実際のスピーカの位置とは異なる仮想的な位置から音声が来るように感じさせて仮想的立体音響環境を構築する。
【０００３】
このような仮想サラウンド技術を用いた音響再生方式として、近年、バイノーラルの離散立体音響再生（discrete Optimal Sound Distribution：ＯＳＤ）方式が考えられている（下記非特許文献１及び下記特許文献１参照）。この離散ＯＳＤ方式は、２以上の複数チャンネルの音源から得られたバイノーラル信号を用いて仮想サラウンド環境を構築する。離散ＯＳＤシステムでは、逆フィルタにより信号間のクロストークをキャンセルし、クロスオーバー・フィルタ（分周器）により異なる周波数帯域に分けられたバイノーラル信号により、所定離散間隔毎に配置された複数の音響放射器（スピーカ）対をそれぞれ励震させる。このような離散ＯＳＤシステムによれば、低いダイナミックレンジ損失、高い制御効果（低誤差）、ならびに、ほぼ全帯域の、低い歪かつ広いスイートスポットでの音響再生が実現される。
【０００４】
【非特許文献１】武内 隆、フィリップ・エー・ネルソン、"スピーカを利用したバイノーラル音場制御による立体音響合成"（２００２年１２月２０日応用（電気）音響研究会プログラム、チュートリアル講演資料）、信学技報、社団法人 電子情報通信学会、ＥＡ２００２−１０１（２００２−１２）、２９〜３４頁
【特許文献１】特表２００４−５１１１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記で説明した離散ＯＳＤ技術は、あくまでも理論的なものであり、現実の民生用（家庭用）音響再生システムに適用されたことはこれまで無かった。本発明は、離散ＯＳＤ技術を実際の民生用製品に適用する際に発生する問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の態様におけるオーディオ信号処理装置は、
３ウェイの離散ＯＳＤシステムを構成する、相対的に高域の音が割り当てられた一対の第１のスピーカと、相対的に中域の音が割り当てられた一対の第２のスピーカと、相対的に低域の音が割り当てられた任意の一対の第３のスピーカと、に供給される、離散ＯＳＤ処理を施したオーディオ信号を生成するオーディオ信号処理装置であって、
一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカは、共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置され、
聴取位置を中心とした離散ＯＳＤ原理に基づく理想的な前記第１のスピーカの位置と前記エンクロージャに収容される実際の前記第１のスピーカの位置との距離のずれを補整したオーディオ信号を生成する。
【０００７】
上記構成のオーディオ信号処理装置は、例えば、前記距離のずれを処理すべきオーディオ信号のサンプリング周波数の波長で割った分、前記第１のスピーカ用のインパルス応答を遅らせて、前記第２及び第３のスピーカ用のインパルス応答と合成することにより得られたフィルタ係数を記憶するフィルタ係数記憶部と、前記フィルタ係数記憶部に記憶されたフィルタ係数を用いて、オーディオ信号に離散ＯＳＤ処理を施す離散ＯＳＤフィルタと、を備える。
【０００８】
上記構成のオーディオ信号処理装置は、処理すべきオーディオ信号のサンプリング周波数を判別する周波数判別部をさらに備えてもよく、前記周波数判別部が判別したサンプリング周波数に基づき、該サンプリング周波数に応じた量を補整したオーディオ信号を生成してもよい。
【０００９】
上記構成のオーディオ信号処理装置は、生成されたオーディオ信号を増幅する増幅器をさらに備えてもよい。すなわち、本発明は、アンプ製品に適用可能である。
【００１０】
上記構成のオーディオ信号処理装置は、処理すべきオーディオ信号を記録媒体から再生する再生部をさらに備えてもよい。すなわち、本発明は、ＤＶＤプレーヤ等の製品に適用可能である。
【００１１】
本発明の他の態様では、上記構成のオーディオ信号処理装置が生成するオーディオ信号が供給される、一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカが共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置されたスピーカボックスとして構成してもよい。
【００１２】
本発明の他の態様では、上記構成のオーディオ信号処理装置を備え、一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカが共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置されたスピーカボックスとして構成してもよい。
本発明の他の態様では、かかるスピーカボックスと、オーディオ信号とともに入力される映像信号に基づく映像を表示する表示部と、から構成される映像音声出力装置として構成してもよい。特に、ホームシアター用の大画面テレビジョンと、かかるスピーカボックスとを一体化した製品とすることができる。
【００１３】
本発明の他の態様では、上記構成のスピーカボックスと、前記第３のスピーカと、よりなるスピーカシステムとして構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、離散ＯＳＤ技術を用いて、高品質の立体音響再生を可能とする民生用オーディオ信号処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る実施の形態について、以下、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、本発明をアンプに適用した例について説明する。ただし、以下に示す実施の形態は一例であり、これに限定されない。
【００１６】
本発明の実施の形態に係るオーディオ信号処理装置の構成を図１に示す。図１に示すオーディオ信号処理装置１０は、プロセッサ１２と、入力インタフェース１４と、デコーダ１６と、ＯＳＤフィルタ１８と、増幅部２０と、出力インタフェース２２と、を備える。
【００１７】
プロセッサ１２は、以下で説明する本実施の形態のオーディオ信号処理装置１０全体の動作を制御する。
【００１８】
入力インタフェース１４には、ステレオ２チャンネル又は５．１チャンネル等のマルチチャンネル用デジタルオーディオ信号が入力される。入力インタフェース１４には、例えば、記録媒体に記録されたデジタル音声データを再生する再生装置が接続される。記録媒体としては、ＤＡＴ（Digital Audio Tape）、ＭＤ（Mini Disc）、ＣＤ（Compact Disc）、ＳＡＣＤ（Super Audio CD）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ブルーレイディスク（Blu-Ray Disc）、ＨＤ（Hard Disk）、フラッシュメモリ、バッファメモリ等が挙げられる。バッファメモリを備えた再生装置が入力インタフェース１４接続された場合には、ＢＳ（衛星放送）、ＣＳ（通信衛星）、ＣＡＴＶ（ケーブルＴＶ）により放送されたまたはストリーミング配信されたデジタルオーディオ信号が入力されてもよい。
勿論、入力インタフェース１４にはアナログオーディオ信号が入力されてもよく、この場合、入力されたアナログ信号をＡＤＣ（Analog to Digital Converter）でデジタル変換することにより、デジタルオーディオ信号と同様に処理可能である。
入力インタフェース１４には、入力される信号に応じて、同軸ケーブル、光学ケーブル等の有線接続、或いは、放送信号、パケット送信等による無線接続を受け入れ可能な一般的なインタフェースを用いることができる。
【００１９】
デコーダ１６は、ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）フォーマット等で圧縮されたデジタルオーディオ信号をデコードして、例えば、Ｉ2Ｓ（Inter-IC Sound）フォーマットで出力する。アナログ信号をデジタル変換して得られた信号については、デコードせず、単に所定のフォーマットに変換する。
【００２０】
ＯＳＤフィルタ１８は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ或いはＩＩＲ（Infinite-duration Impulse Response）フィルタから構成される。ＯＳＤフィルタ１８の係数は、フィルタ係数メモリ２４に記憶されており、実測データの解析によって予め定められている。ＯＳＤフィルタ１８は、プロセッサの制御の下、フィルタ係数メモリ２４のアドレスから必要な係数を読み込む。
【００２１】
増幅部２０は、ＯＳＤフィルタ１８からの信号を増幅し、出力インタフェース２２に送る。
出力インタフェース２２はスピーカシステム２６に接続され、増幅信号をスピーカシステム２６に送る。スピーカシステム２６は、以下で詳述するように、１個のスピーカボックスと、任意の２本のウーハ（及び／又は１又は２のサブウーハ）から構成されている。なお、アナログの増幅器を用いる場合には、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）を用いて信号を変換すればよい。
【００２２】
ＯＳＤフィルタ１８は、入力されたデジタルオーディオ信号に、離散立体音響再生（discrete Optimal Sound Distribution：ＯＳＤ）処理を施す。ここで、離散ＯＳＤ処理とは、２以上の複数チャンネルの音源から、バイノーラル信号を合成して高品質の仮想サラウンド環境を構築するための処理である。
具体的には、離散ＯＳＤ処理を行うＯＳＤフィルタ１８は、１）入力された複数チャンネルのオーディオ信号をバイノーラル信号に変換し、２）バイノーラル信号間のクロストークをキャンセルし、３）各バイノーラル信号を複数の周波数帯域に分けて出力する。また、ＯＳＤフィルタ１８は、頭部伝達関数（Head Related Transfer Functions：ＨＲＴＦ）を用いて信号を処理し、出力されるオーディオ信号は所定の聴取位置近傍に仮想サラウンド環境を構築する。
【００２３】
ここで、仮想サラウンド環境とは、入力インタフェース１４に入力された複数チャンネルのオーディオ信号を、音源の記録時とは異なる数及び／又は異なって配置されたスピーカを用いて、所定の聴取位置に形成される音源と同等の複数チャンネルのサラウンド環境をいう。ＩＴＵ（International Telecommunications Union）−Ｒ勧告により推奨される５．１チャンネルサラウンドシステムを図２に示す。図に示すように、この推奨システムでは、聴取者を中心として０°の位置にセンタスピーカが配置され、フロントＬ／ＲスピーカＬ、Ｒは、それぞれ、−３０°又は＋３０°の位置に配置される。また、サラウンドＬ／ＲスピーカＳＬ、ＳＲは、それぞれ、−１００°〜−１２０°の間又は＋１００°〜＋１２０°の間に配置される。ＤＶＤ等の記録媒体には、このようなシステムで録音された音源がマルチチャンネルオーディオ信号として記録されており、ＯＳＤ技術によれば、この音源の立体音響環境が高忠実度、高品質で再現可能である。
【００２４】
ＯＳＤ原理については、特表２００４−５１１１１８等に詳述されている。これによれば、聴取者の正面方向から周波数のより高いＯＳＤ処理オーディオ信号が放音され、側方から周波数のより低いオーディオ信号が放音される。すなわち、理想的なＯＳＤシステムでは、聴取者の正面０°から±１８０°にかけて次第に低い周波数のオーディオ信号が放音される。しかし、このような環境の実現は現実的ではないため、所定離散間隔毎に対照的に配置されたスピーカ対に周波数帯域をそれぞれに割り当てる、離散ＯＳＤシステムが考えられている。
【００２５】
離散ＯＳＤシステムにおいて、理論的には、周波数帯域を細かく細分化し、スピーカ対の数を増やせば増やすほど、高品質の立体音響環境を構築可能である。しかし、図３に示すような３ウェイ（３対のスピーカ）システムで十分に高い品質（低ダイナミックレンジ損失等）の立体音響環境を実現可能であり、かつ、コスト的にも実用的であることが上記公報等において説明されている。
【００２６】
図３に示すように、３ウェイの離散ＯＳＤシステムは、高域（例えば３ｋＨｚ以上）が割り当てられた第１のスピーカ対（ツイータ）ＴＷと、中域（例えば３ｋＨｚ〜１５０Ｈｚ）が割り当てられた第２のスピーカ対（ミッド）Ｍと、低域（例えば１５０Ｈｚ以下）が割り当てられた第３のスピーカ対（ウーハ）Ｗと、から構成される。
ツイータＴＷは、互いの間隔が６．４°で、聴取位置の正面を０°としてそれぞれ±３．２°で配置される。ミッドＭは、互いの間隔が３２°で、聴取位置の正面を０°としてそれぞれ±１６°で配置される。ウーハＷは、互いの間隔が１８０°で、聴取位置の正面を０°としてそれぞれ±９０°で配置される。
【００２７】
このような３ウェイの離散ＯＳＤシステムにおいて、低周波数帯域が割り当てられたウーハＷは、指向性が低く、それほど厳密に配置されなくともよい。しかし、再生周波数が高くなるほどスピーカの配置には非常に高い精度が要求され、したがって高周波数帯域を割り当てられたツイータＴＷ及びミッドＭの配置は厳密に正確であることが望ましい。
【００２８】
例えば、ツイータＴＷの受け持つ１０ｋＨｚの音波は、標準状態での音速は約３４０ｍ／ｓであるので、その１波長は約３４ｍｍである。ＯＳＤ原理によれば、聴取者の片方の耳と左右のスピーカ対の距離による位相のずれがπ／２となるようにスピーカ対が配置される。よって、互いの位置がわずか約４．２５ｍｍ（＝３４／４／２）ずれるだけでクロストークのキャンセル効果が半減してしまう。これはミッドＭのスピーカ対についても同様であり、わずか約２８ｍｍ相対位置がずれただけでも効果が半減してしまう。このように、ＯＳＤシステムの効果が十分発揮されるように、ツイータＴＷおよびミッドＭの各スピーカ対をユーザ自らが厳密に高精度に配置し、またこれを維持し続けることは極めて困難である。
【００２９】
このため、この３ウェイ離散ＯＳＤシステムを実際に製品化する際には、ツイータＴＷとミッドＭとを一体のエンクロージャに収めることが、正確な配置及びその結果としての高品質の音響環境構築の観点から、好ましい。また、このような一体構造は、製品形態としてもユーザ及び製造者のいずれにとっても扱いやすい。これらのことから、３ウェイ離散ＯＳＤシステムは、ツイータＴＷ及びミッドＭを共通エンクロージャに収めたスピーカボックスと、ウーハＷを構成する２つのスピーカと、からなる３ボックスとして製品化されることが現実的である。さらに、指向性の低い２本のウーハＷを１本のサブウーハとして２ボックス製品とし、或いは、それほど高い忠実度が求められない場合には、ウーハＷを除いて１ボックス製品とすることができる。
【００３０】
しかし、ツイータＴＷとミッドＭとを共通のエンクロージャに収める構成とした場合には、次のような問題が生じる。すなわち、ツイータＴＷとミッドＭとは聴取者を中心とした円周上に配置されなくてはならず、共通のエンクロージャに収めた場合にはその放音面に凹凸を形成する必要がある。このような凹凸のあるエンクロージャは、通常の平坦なエンクロージャと比較して生産性が低く高コストとなり、また、放音面の凹みの分奥行きが必要となり、さらに製造コストを押し上げる。
【００３１】
さらに、高域の音声を放音するツイータＴＷは、中域の音声を放音するミッドＭと比較してより一般に小さい口径で構成される。このため、より大口径のミッドＭに挟まれ、奥まった位置に配置された小口径のツイータＴＷからの放音が妨げられ或いは好ましくない反射、クロストークが発生するおそれがあり、これを回避するため共通のエンクロージャに特別な工夫、形状が求められる。このことは、コスト増加要因となるとともに、用いるエンクロージャの形状を実質的に制限し、搭載モデルのデザインの自由度を低下させ開発作業を困難とする。さらにまた、聴取時に真正面に凹凸があるため、このようなデザインを好まないユーザも考えられ、商品としての訴求力が損なわれるおそれがある。
【００３２】
このように、離散ＯＳＤ技術をそのまま製品に適用した場合には、ツイータＴＷとミッドＭを収容するエンクロージャの形状により、コスト高、デザインの制限などがもたらされるといった問題が生じる。
【００３３】
本実施の形態では、ツイータＴＷを構成するスピーカ対とミッドＭを構成するスピーカ対とを共通の平板（バッフル板）に取り付け、これらの放音面を実質的に同一平面上に配置し、これらの問題を解決する。そのための手段として、本実施の形態に係るＯＳＤフィルタ１８は、ツイータＴＷの理想位置とこの共通平面上の位置とのずれを補整してオーディオ信号を処理する。
【００３４】
以下、この補整方法について図面を参照して説明する。図４に、ツイータＴＷをミッドＭと同一平面（平板）上に配置した場合と、ツイータＴＷを理想的な円周上に配置した場合との、聴取位置に対する距離の差Δを説明する図を示す。なお、理解を容易なものとするため、図は概念的なものであり、実際の角度、縮尺に対応したものではない。
ここで、理想的なツイータＴＷ及びミッドＭが聴取者を中心として半径ａ（ｍ）の円周上に配置され、実際のツイータＴＷとミッドＭとは聴取者から距離ｘにある平板３０に設けられるとする。ここで、図より、ｘ＝ａ・ｃｏｓ１６であり、実際のツイータＴＷの距離ｙはｙ＝ｘ／ｃｏｓ３．１であるので、実際のツイータＴＷの位置と理想位置とのずれΔは、Δ＝ａ−ｙ＝ａ（１−（ｃｏｓ１６／ｃｏｓ３．１））≒０．０３７３ａ（ｍ）と表すことができる。
【００３５】
標準状態での音波の伝播速度をｖ0（ｍ／ｓ）とすると、サンプリング周波数ｆs（Ｈｚ）の１サンプリング分の音波が進む距離は、ｖ0／ｆs（ｍ）で表される。よって、ずれΔをサンプリング周波数の波長で割った遅延量ｄsは、ｄs＝Δ／（ｖ0／ｆs）＝Δ・ｆs／ｖ0＝０．０３７３ａ・ｆs／ｖ0となる。
【００３６】
標準状態での音速ｖ0は約３４０ｍ／ｓであるので、サンプリング周波数ｆsを４４．１ｋＨｚ、聴取距離ａを１．５ｍ（通常の家庭内における聴取距離）とすると、遅延量ｄsは、約７．２６である。したがって、この場合、ツイータＴＷのインパルス応答を、ミッドＭおよびウーハＷのインパルス応答と併せて合成する際に、ツイータＴＷのインパルス応答を約７サンプリング分遅延させて合成して得られたフィルタ係数を用いてオーディオ信号を処理すれば、クロストークキャンセル効果を十分に実現しつつ、理想的なスピーカ配置と同等の高品質の立体音響環境を構築可能である。
【００３７】
フィルタ係数メモリ２４には、上記のように実測したツイータＴＷのインパルス応答を所定サンプリング分遅らせてミッドＭおよびウーハＷのインパルス応答と合成して得られたフィルタ係数が保存される。例えば、実測のインパルス応答データから離散ＯＳＤ原理に基づいてフィルタ係数を生成する専用プログラムに当該実測値を入力する際に、ツイータＴＷのインパルス応答のみ所定サンプリング量遅らせたデータを入力することにより、フィルタ係数を簡単に得ることができる。
【００３８】
上述したように、サンプリング周波数ｆsが４４．１ｋＨｚ、聴取距離が１．５ｍの場合には、ツイータＴＷのインパルス応答を約７サンプリング分遅らせる。この場合、例えば、下記表１に示すようにインパルス応答を合成してフィルタ係数を得る。表１において、合成されたインパルス応答（ＳＵＭ）はフィルタ係数メモリ２４に記憶される係数を示し、ＯＳＤフィルタ１８をタップ数５１２のＦＩＲフィルタから構成する場合には、５１２個の係数が用いられる。専用プログラムの内部には表１に示すようなテーブルに基づき、各インパルス応答からの合成値ＳＵＭが導出される。このとき、表に示されるように、ツイータのインパルス応答は７サンプリング分遅れたものが、他のインパルス応答と合成される。このようにして、ツイータのインパルス応答が所定サンプリング分遅れたフィルタ係数が得られる。
【００３９】
【表１】
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態では、ツイータＴＷの理想位置からのずれを、処理するオーディオ信号のサンプリング周波数で換算し、そのずれ量（サンプリング量）を考慮してフィルタ係数を導出することにより、ずれが補整されたオーディオ信号を生成する。これにより、高精度の位置合わせが必要なミッドＭとツイータＴＷとを共通の平板３０に固定して構成された民生用スピーカボックスを用いて、離散ＯＳＤ原理に基づく理想的なツイータＴＷ配置と同等の、クロストークキャンセル効果が十分に得られる高品質の立体音響環境を実現できる。
【００４１】
このように、ツイータＴＷとミッドＭとを共通の平板３０に固定できることにより、これらを収容するエンクロージャを凹凸の少ない、すなわち、生産性の高い、低コストのものとすることができる。また、スピーカボックスの奥行きを小さくすることができ、製品を小型化し、より低コストかつ取り扱いやすいものとすることができる。さらに、エンクロージャの形状はツイータＴＷとミッドＭの位置関係に制限されないので、デザインの自由度が増大し、ユーザへの訴求性をさらに向上させることができる。
【００４２】
（他の実施の形態）
デジタル技術の発達した昨今、民生用オーディオ製品には、複数種のサンプリング周波数のオーディオ信号を受け付け可能であることが求められる。例えば、サンプリング周波数はＤＡＴ、デジタルＢＳ用で３２ｋＨｚ、ＣＤ用で４４．１ｋＨｚであり、ＤＶＤ用で４８ｋＨｚである。このため、たとえ、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚのオーディオ信号に適したフィルタ係数を用意していたとしても、他の周波数のオーディオ信号を処理した場合には、所望の効果が得られず、ユーザに十分なサービスを提供できない可能性がある。
【００４３】
このような市場の要請に対処できるよう、入力されるオーディオ信号のサンプリング周波数に応じて異なるフィルタ係数をＯＳＤフィルタ１８に読み込ませるようにしてもよい。図５にこのようなオーディオ信号処理装置１０のブロック図を例示する。なお、理解を容易なものとするため、図１と同様の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
図５に示すオーディオ信号処理装置１０は、デコーダ１６から出力されたオーディオ信号を受け取り、デジタルオーディオ信号のサンプリング周波数を判別する周波数判別部４０を備える。周波数判別部４０は、判別結果をプロセッサに送る。プロセッサ１２は、ＯＳＤフィルタ１８が処理するオーディオ信号のサンプリング周波数に応じてそれぞれに適した係数をＯＳＤフィルタ１８に読み込ませる。
【００４５】
フィルタ係数メモリ２４には、入力されるオーディオ信号が持ちうるサンプリング周波数に応じた複数のフィルタ係数が保存されている。例えば、聴取距離を１．５ｍとした場合、サンプリング周波数４４．１ｋＨｚの信号用に約７サンプリング分（ｄs＝７．２５）、３２ｋＨｚの信号用に約５サンプリング分（ｄs＝５．２６）、４８ｋＨｚの信号用に約８サンプリング分（ｄs＝７．８９）、実測のツイータＴＷのサンプリング周波数毎にインパルス応答を遅延させて得られた複数の係数が記憶されている。
【００４６】
プロセッサ１２の指示の下、ＯＳＤフィルタ１８は、処理すべきオーディオ信号のサンプリング周波数に応じた係数を読み込み、ツイータＴＷの位置ずれが補整された離散ＯＳＤ処理信号を生成する。したがって、異なるサンプリング周波数のオーディオ信号用の係数を用いることによるクロストークキャンセル効果の低減を防ぐことができ、複数種の周波数のオーディオ信号からそれぞれに最適のＯＳＤ立体音響環境を一般家庭においても構築することができる。
【００４７】
上記実施の形態では、本発明をアンプに適用した例について説明した。しかし、これに限らず、アンプ以外の他のオーディオ信号処理装置に適用することができる。例えば、ＣＤプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ等の再生装置に適用してもよい。図６に示す再生装置６０は、ＣＤ、ＤＶＤ等の記録媒体からデジタルオーディオ信号を再生する再生部６２を備える。再生部６２が再生した再生信号には離散ＯＳＤ処理が施され、アンプを介して或いは直接ツイータＴＷとミッドＭとを有するボックスに送られる。このように、本発明を再生装置に適用しても、上記したアンプに適用した場合と同様の効果が得られる。
【００４８】
さらにまた、本発明をツイータＴＷとミッドＭとを備えるスピーカボックスのみで構成することも可能である。図７に、このようなスピーカボックス７０の一例を示す。図に示すスピーカボックス７０は、例えば、ＤＶＤプレーヤ用の再生装置から入力インタフェース１４に入力されたオーディオ信号に離散ＯＳＤ処理を施し、得られる信号に基づいてドライバ７２がツイータＴＷ、ミッドＭ、有る場合にはウーハＷ（或いはサブウーハ）をドライブする。このような構成によっても、上記した本発明の効果が得られる。
【００４９】
さらにまた、本発明は、ツイータＴＷとミッドＭとを有するスピーカボックスを備えたテレビジョン等の映像音声出力装置に適用することができる。図８に、このような映像音声出力装置８０のブロック図の一例を示す。図に示す映像音声出力装置８０は、入力インタフェース１４を介してデジタル映像信号とデジタルオーディオ信号とを受け付ける。勿論、アナログ信号を受信する場合には、ＡＤＣを用いてデジタル信号に変換する。デコーダ１６によりデコードされた映像信号は、映像信号処理部８２により所定の方式に基づいて処理され、表示部８４に出力される。表示部８４は、液晶表示パネル、プラズマ表示パネル等から構成される。一方、音声信号は、上述したように離散ＯＳＤ処理が施され、ドライバ７２を介して各スピーカに送られる。
【００５０】
このような映像音声出力装置８０は、例えば、図９に示すような製品として構成される。図に示す例では、表示部８４を構成するパネル９０の下部に、ツイータＴＷとミッドＭとが共通の平板に固定されたスピーカボックス９２が一体化されて設けられている。勿論、オプションとして、ウーハＷ（サブウーハ）が設けられていてもよい。上述したように、聴取距離を１．５ｍとする家庭用の離散ＯＳＤシステムにおいては、スピーカボックス９２の横幅は１ｍ程度として構成することができ、比較的大画面の、例えば、３２インチ以上のパネル９０と一体化することに非常に適している。平坦なパネル９０の下には平坦なスピーカボックス９２を設けることが好ましく、この点で、平坦なスピーカボックスを用いてＯＳＤ原理に基づく高品質の立体音響環境を構築できる本発明は、このような映像音声出力装置８０に特に好適に適用することができる。また、このような大画面かつ高品質の立体音響環境を構築可能な映像音声出力装置は、特に、ホームシアター用機器として非常に商品性に優れているといえる。
【００５１】
勿論、図１０に示すように、アンプや再生装置と別体の、離散ＯＳＤ処理用オーディオ信号処理装置（回路）１０として構成されてもよい。このような独立した装置は、例えば、再生装置と上記スピーカボックスとの間に設置され、再生装置から出力された信号に離散ＯＳＤ処理を施すとともに、ツイータＴＷへの出力に所定量の遅延を加えてスピーカボックスに送る。このようにして、上記と同様の効果が実現される。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、高品質の立体音響環境を構築可能な民生用電子機器に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＩＴＵ−Ｔ勧告に推奨される５．１チャンネルサラウンドシステムを説明する図である。
【図３】理想的な離散ＯＳＤシステムを説明する図である。
【図４】ツイータとミッドとが共通の平板に固定された離散ＯＳＤシステムと、理想的な離散ＯＳＤシステムとのツイータ配置のずれを説明する図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る再生装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係るスピーカボックスの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る映像音声出力装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る映像音声出力装置の機械的構成例を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０：オーディオ信号処理装置、１２：プロセッサ、１４：入力インタフェース、１６：デコーダ、１８：ＯＳＤフィルタ、２０：増幅部、２２：出力インタフェース、２４：フィルタ係数メモリ、２６：スピーカシステム、ＴＷ：ツイータ、Ｍ：ミッド、Ｗ：ウーハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高品質の民生用音響再生のための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、立体的音響再生のため、マルチチャンネルサラウンド技術が各種開発されており、その１つとして仮想サラウンド方式がある。仮想サラウンド技術では、頭部伝達関数（Head Related Transfer Functions：ＨＲＴＦ）を用いることにより、聴取者に実際のスピーカの位置とは異なる仮想的な位置から音声が来るように感じさせて仮想的立体音響環境を構築する。
【０００３】
このような仮想サラウンド技術を用いた音響再生方式として、近年、バイノーラルの離散立体音響再生（discrete Optimal Sound Distribution：ＯＳＤ）方式が考えられている（下記非特許文献１及び下記特許文献１参照）。この離散ＯＳＤ方式は、２以上の複数チャンネルの音源から得られたバイノーラル信号を用いて仮想サラウンド環境を構築する。離散ＯＳＤシステムでは、逆フィルタにより信号間のクロストークをキャンセルし、クロスオーバー・フィルタ（分周器）により異なる周波数帯域に分けられたバイノーラル信号により、所定離散間隔毎に配置された複数の音響放射器（スピーカ）対をそれぞれ励震させる。このような離散ＯＳＤシステムによれば、低いダイナミックレンジ損失、高い制御効果（低誤差）、ならびに、ほぼ全帯域の、低い歪かつ広いスイートスポットでの音響再生が実現される。
【０００４】
【非特許文献１】武内 隆、フィリップ・エー・ネルソン、"スピーカを利用したバイノーラル音場制御による立体音響合成"（２００２年１２月２０日応用（電気）音響研究会プログラム、チュートリアル講演資料）、信学技報、社団法人 電子情報通信学会、ＥＡ２００２−１０１（２００２−１２）、２９〜３４頁
【特許文献１】特表２００４−５１１１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記で説明した離散ＯＳＤ技術は、あくまでも理論的なものであり、現実の民生用（家庭用）音響再生システムに適用されたことはこれまで無かった。本発明は、離散ＯＳＤ技術を実際の民生用製品に適用する際に発生する問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の態様におけるオーディオ信号処理装置は、
３ウェイの離散ＯＳＤシステムを構成する、相対的に高域の音が割り当てられた一対の第１のスピーカと、相対的に中域の音が割り当てられた一対の第２のスピーカと、相対的に低域の音が割り当てられた任意の一対の第３のスピーカと、に供給される、離散ＯＳＤ処理を施したオーディオ信号を生成するオーディオ信号処理装置であって、
一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカは、共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置され、
聴取位置を中心とした離散ＯＳＤ原理に基づく理想的な前記第１のスピーカの位置と前記エンクロージャに収容される実際の前記第１のスピーカの位置との距離のずれを補整したオーディオ信号を生成する。
【０００７】
上記構成のオーディオ信号処理装置は、例えば、前記距離のずれを処理すべきオーディオ信号のサンプリング周波数の波長で割った分、前記第１のスピーカ用のインパルス応答を遅らせて、前記第２及び第３のスピーカ用のインパルス応答と合成することにより得られたフィルタ係数を記憶するフィルタ係数記憶部と、前記フィルタ係数記憶部に記憶されたフィルタ係数を用いて、オーディオ信号に離散ＯＳＤ処理を施す離散ＯＳＤフィルタと、を備える。
【０００８】
上記構成のオーディオ信号処理装置は、処理すべきオーディオ信号のサンプリング周波数を判別する周波数判別部をさらに備えてもよく、前記周波数判別部が判別したサンプリング周波数に基づき、該サンプリング周波数に応じた量を補整したオーディオ信号を生成してもよい。
【０００９】
上記構成のオーディオ信号処理装置は、生成されたオーディオ信号を増幅する増幅器をさらに備えてもよい。すなわち、本発明は、アンプ製品に適用可能である。
【００１０】
上記構成のオーディオ信号処理装置は、処理すべきオーディオ信号を記録媒体から再生する再生部をさらに備えてもよい。すなわち、本発明は、ＤＶＤプレーヤ等の製品に適用可能である。
【００１１】
本発明の他の態様では、上記構成のオーディオ信号処理装置が生成するオーディオ信号が供給される、一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカが共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置されたスピーカボックスとして構成してもよい。
【００１２】
本発明の他の態様では、上記構成のオーディオ信号処理装置を備え、一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカが共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置されたスピーカボックスとして構成してもよい。
本発明の他の態様では、かかるスピーカボックスと、オーディオ信号とともに入力される映像信号に基づく映像を表示する表示部と、から構成される映像音声出力装置として構成してもよい。特に、ホームシアター用の大画面テレビジョンと、かかるスピーカボックスとを一体化した製品とすることができる。
【００１３】
本発明の他の態様では、上記構成のスピーカボックスと、前記第３のスピーカと、よりなるスピーカシステムとして構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、離散ＯＳＤ技術を用いて、高品質の立体音響再生を可能とする民生用オーディオ信号処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る実施の形態について、以下、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、本発明をアンプに適用した例について説明する。ただし、以下に示す実施の形態は一例であり、これに限定されない。
【００１６】
本発明の実施の形態に係るオーディオ信号処理装置の構成を図１に示す。図１に示すオーディオ信号処理装置１０は、プロセッサ１２と、入力インタフェース１４と、デコーダ１６と、ＯＳＤフィルタ１８と、増幅部２０と、出力インタフェース２２と、を備える。
【００１７】
プロセッサ１２は、以下で説明する本実施の形態のオーディオ信号処理装置１０全体の動作を制御する。
【００１８】
入力インタフェース１４には、ステレオ２チャンネル又は５．１チャンネル等のマルチチャンネル用デジタルオーディオ信号が入力される。入力インタフェース１４には、例えば、記録媒体に記録されたデジタル音声データを再生する再生装置が接続される。記録媒体としては、ＤＡＴ（Digital Audio Tape）、ＭＤ（Mini Disc）、ＣＤ（Compact Disc）、ＳＡＣＤ（Super Audio CD）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ブルーレイディスク（Blu-Ray Disc）、ＨＤ（Hard Disk）、フラッシュメモリ、バッファメモリ等が挙げられる。バッファメモリを備えた再生装置が入力インタフェース１４接続された場合には、ＢＳ（衛星放送）、ＣＳ（通信衛星）、ＣＡＴＶ（ケーブルＴＶ）により放送されたまたはストリーミング配信されたデジタルオーディオ信号が入力されてもよい。
勿論、入力インタフェース１４にはアナログオーディオ信号が入力されてもよく、この場合、入力されたアナログ信号をＡＤＣ（Analog to Digital Converter）でデジタル変換することにより、デジタルオーディオ信号と同様に処理可能である。
入力インタフェース１４には、入力される信号に応じて、同軸ケーブル、光学ケーブル等の有線接続、或いは、放送信号、パケット送信等による無線接続を受け入れ可能な一般的なインタフェースを用いることができる。
【００１９】
デコーダ１６は、ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）フォーマット等で圧縮されたデジタルオーディオ信号をデコードして、例えば、Ｉ2Ｓ（Inter-IC Sound）フォーマットで出力する。アナログ信号をデジタル変換して得られた信号については、デコードせず、単に所定のフォーマットに変換する。
【００２０】
ＯＳＤフィルタ１８は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ或いはＩＩＲ（Infinite-duration Impulse Response）フィルタから構成される。ＯＳＤフィルタ１８の係数は、フィルタ係数メモリ２４に記憶されており、実測データの解析によって予め定められている。ＯＳＤフィルタ１８は、プロセッサの制御の下、フィルタ係数メモリ２４のアドレスから必要な係数を読み込む。
【００２１】
増幅部２０は、ＯＳＤフィルタ１８からの信号を増幅し、出力インタフェース２２に送る。
出力インタフェース２２はスピーカシステム２６に接続され、増幅信号をスピーカシステム２６に送る。スピーカシステム２６は、以下で詳述するように、１個のスピーカボックスと、任意の２本のウーハ（及び／又は１又は２のサブウーハ）から構成されている。なお、アナログの増幅器を用いる場合には、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）を用いて信号を変換すればよい。
【００２２】
ＯＳＤフィルタ１８は、入力されたデジタルオーディオ信号に、離散立体音響再生（discrete Optimal Sound Distribution：ＯＳＤ）処理を施す。ここで、離散ＯＳＤ処理とは、２以上の複数チャンネルの音源から、バイノーラル信号を合成して高品質の仮想サラウンド環境を構築するための処理である。
具体的には、離散ＯＳＤ処理を行うＯＳＤフィルタ１８は、１）入力された複数チャンネルのオーディオ信号をバイノーラル信号に変換し、２）バイノーラル信号間のクロストークをキャンセルし、３）各バイノーラル信号を複数の周波数帯域に分けて出力する。また、ＯＳＤフィルタ１８は、頭部伝達関数（Head Related Transfer Functions：ＨＲＴＦ）を用いて信号を処理し、出力されるオーディオ信号は所定の聴取位置近傍に仮想サラウンド環境を構築する。
【００２３】
ここで、仮想サラウンド環境とは、入力インタフェース１４に入力された複数チャンネルのオーディオ信号を、音源の記録時とは異なる数及び／又は異なって配置されたスピーカを用いて、所定の聴取位置に形成される音源と同等の複数チャンネルのサラウンド環境をいう。ＩＴＵ（International Telecommunications Union）−Ｒ勧告により推奨される５．１チャンネルサラウンドシステムを図２に示す。図に示すように、この推奨システムでは、聴取者を中心として０°の位置にセンタスピーカが配置され、フロントＬ／ＲスピーカＬ、Ｒは、それぞれ、−３０°又は＋３０°の位置に配置される。また、サラウンドＬ／ＲスピーカＳＬ、ＳＲは、それぞれ、−１００°〜−１２０°の間又は＋１００°〜＋１２０°の間に配置される。ＤＶＤ等の記録媒体には、このようなシステムで録音された音源がマルチチャンネルオーディオ信号として記録されており、ＯＳＤ技術によれば、この音源の立体音響環境が高忠実度、高品質で再現可能である。
【００２４】
ＯＳＤ原理については、特表２００４−５１１１１８等に詳述されている。これによれば、聴取者の正面方向から周波数のより高いＯＳＤ処理オーディオ信号が放音され、側方から周波数のより低いオーディオ信号が放音される。すなわち、理想的なＯＳＤシステムでは、聴取者の正面０°から±１８０°にかけて次第に低い周波数のオーディオ信号が放音される。しかし、このような環境の実現は現実的ではないため、所定離散間隔毎に対照的に配置されたスピーカ対に周波数帯域をそれぞれに割り当てる、離散ＯＳＤシステムが考えられている。
【００２５】
離散ＯＳＤシステムにおいて、理論的には、周波数帯域を細かく細分化し、スピーカ対の数を増やせば増やすほど、高品質の立体音響環境を構築可能である。しかし、図３に示すような３ウェイ（３対のスピーカ）システムで十分に高い品質（低ダイナミックレンジ損失等）の立体音響環境を実現可能であり、かつ、コスト的にも実用的であることが上記公報等において説明されている。
【００２６】
図３に示すように、３ウェイの離散ＯＳＤシステムは、高域（例えば３ｋＨｚ以上）が割り当てられた第１のスピーカ対（ツイータ）ＴＷと、中域（例えば３ｋＨｚ〜１５０Ｈｚ）が割り当てられた第２のスピーカ対（ミッド）Ｍと、低域（例えば１５０Ｈｚ以下）が割り当てられた第３のスピーカ対（ウーハ）Ｗと、から構成される。
ツイータＴＷは、互いの間隔が６．４°で、聴取位置の正面を０°としてそれぞれ±３．２°で配置される。ミッドＭは、互いの間隔が３２°で、聴取位置の正面を０°としてそれぞれ±１６°で配置される。ウーハＷは、互いの間隔が１８０°で、聴取位置の正面を０°としてそれぞれ±９０°で配置される。
【００２７】
このような３ウェイの離散ＯＳＤシステムにおいて、低周波数帯域が割り当てられたウーハＷは、指向性が低く、それほど厳密に配置されなくともよい。しかし、再生周波数が高くなるほどスピーカの配置には非常に高い精度が要求され、したがって高周波数帯域を割り当てられたツイータＴＷ及びミッドＭの配置は厳密に正確であることが望ましい。
【００２８】
例えば、ツイータＴＷの受け持つ１０ｋＨｚの音波は、標準状態での音速は約３４０ｍ／ｓであるので、その１波長は約３４ｍｍである。ＯＳＤ原理によれば、聴取者の片方の耳と左右のスピーカ対の距離による位相のずれがπ／２となるようにスピーカ対が配置される。よって、互いの位置がわずか約４．２５ｍｍ（＝３４／４／２）ずれるだけでクロストークのキャンセル効果が半減してしまう。これはミッドＭのスピーカ対についても同様であり、わずか約２８ｍｍ相対位置がずれただけでも効果が半減してしまう。このように、ＯＳＤシステムの効果が十分発揮されるように、ツイータＴＷおよびミッドＭの各スピーカ対をユーザ自らが厳密に高精度に配置し、またこれを維持し続けることは極めて困難である。
【００２９】
このため、この３ウェイ離散ＯＳＤシステムを実際に製品化する際には、ツイータＴＷとミッドＭとを一体のエンクロージャに収めることが、正確な配置及びその結果としての高品質の音響環境構築の観点から、好ましい。また、このような一体構造は、製品形態としてもユーザ及び製造者のいずれにとっても扱いやすい。これらのことから、３ウェイ離散ＯＳＤシステムは、ツイータＴＷ及びミッドＭを共通エンクロージャに収めたスピーカボックスと、ウーハＷを構成する２つのスピーカと、からなる３ボックスとして製品化されることが現実的である。さらに、指向性の低い２本のウーハＷを１本のサブウーハとして２ボックス製品とし、或いは、それほど高い忠実度が求められない場合には、ウーハＷを除いて１ボックス製品とすることができる。
【００３０】
しかし、ツイータＴＷとミッドＭとを共通のエンクロージャに収める構成とした場合には、次のような問題が生じる。すなわち、ツイータＴＷとミッドＭとは聴取者を中心とした円周上に配置されなくてはならず、共通のエンクロージャに収めた場合にはその放音面に凹凸を形成する必要がある。このような凹凸のあるエンクロージャは、通常の平坦なエンクロージャと比較して生産性が低く高コストとなり、また、放音面の凹みの分奥行きが必要となり、さらに製造コストを押し上げる。
【００３１】
さらに、高域の音声を放音するツイータＴＷは、中域の音声を放音するミッドＭと比較してより一般に小さい口径で構成される。このため、より大口径のミッドＭに挟まれ、奥まった位置に配置された小口径のツイータＴＷからの放音が妨げられ或いは好ましくない反射、クロストークが発生するおそれがあり、これを回避するため共通のエンクロージャに特別な工夫、形状が求められる。このことは、コスト増加要因となるとともに、用いるエンクロージャの形状を実質的に制限し、搭載モデルのデザインの自由度を低下させ開発作業を困難とする。さらにまた、聴取時に真正面に凹凸があるため、このようなデザインを好まないユーザも考えられ、商品としての訴求力が損なわれるおそれがある。
【００３２】
このように、離散ＯＳＤ技術をそのまま製品に適用した場合には、ツイータＴＷとミッドＭを収容するエンクロージャの形状により、コスト高、デザインの制限などがもたらされるといった問題が生じる。
【００３３】
本実施の形態では、ツイータＴＷを構成するスピーカ対とミッドＭを構成するスピーカ対とを共通の平板（バッフル板）に取り付け、これらの放音面を実質的に同一平面上に配置し、これらの問題を解決する。そのための手段として、本実施の形態に係るＯＳＤフィルタ１８は、ツイータＴＷの理想位置とこの共通平面上の位置とのずれを補整してオーディオ信号を処理する。
【００３４】
以下、この補整方法について図面を参照して説明する。図４に、ツイータＴＷをミッドＭと同一平面（平板）上に配置した場合と、ツイータＴＷを理想的な円周上に配置した場合との、聴取位置に対する距離の差Δを説明する図を示す。なお、理解を容易なものとするため、図は概念的なものであり、実際の角度、縮尺に対応したものではない。
ここで、理想的なツイータＴＷ及びミッドＭが聴取者を中心として半径ａ（ｍ）の円周上に配置され、実際のツイータＴＷとミッドＭとは聴取者から距離ｘにある平板３０に設けられるとする。ここで、図より、ｘ＝ａ・ｃｏｓ１６であり、実際のツイータＴＷの距離ｙはｙ＝ｘ／ｃｏｓ３．１であるので、実際のツイータＴＷの位置と理想位置とのずれΔは、Δ＝ａ−ｙ＝ａ（１−（ｃｏｓ１６／ｃｏｓ３．１））≒０．０３７３ａ（ｍ）と表すことができる。
【００３５】
標準状態での音波の伝播速度をｖ0（ｍ／ｓ）とすると、サンプリング周波数ｆs（Ｈｚ）の１サンプリング分の音波が進む距離は、ｖ0／ｆs（ｍ）で表される。よって、ずれΔをサンプリング周波数の波長で割った遅延量ｄsは、ｄs＝Δ／（ｖ0／ｆs）＝Δ・ｆs／ｖ0＝０．０３７３ａ・ｆs／ｖ0となる。
【００３６】
標準状態での音速ｖ0は約３４０ｍ／ｓであるので、サンプリング周波数ｆsを４４．１ｋＨｚ、聴取距離ａを１．５ｍ（通常の家庭内における聴取距離）とすると、遅延量ｄsは、約７．２６である。したがって、この場合、ツイータＴＷのインパルス応答を、ミッドＭおよびウーハＷのインパルス応答と併せて合成する際に、ツイータＴＷのインパルス応答を約７サンプリング分遅延させて合成して得られたフィルタ係数を用いてオーディオ信号を処理すれば、クロストークキャンセル効果を十分に実現しつつ、理想的なスピーカ配置と同等の高品質の立体音響環境を構築可能である。
【００３７】
フィルタ係数メモリ２４には、上記のように実測したツイータＴＷのインパルス応答を所定サンプリング分遅らせてミッドＭおよびウーハＷのインパルス応答と合成して得られたフィルタ係数が保存される。例えば、実測のインパルス応答データから離散ＯＳＤ原理に基づいてフィルタ係数を生成する専用プログラムに当該実測値を入力する際に、ツイータＴＷのインパルス応答のみ所定サンプリング量遅らせたデータを入力することにより、フィルタ係数を簡単に得ることができる。
【００３８】
上述したように、サンプリング周波数ｆsが４４．１ｋＨｚ、聴取距離が１．５ｍの場合には、ツイータＴＷのインパルス応答を約７サンプリング分遅らせる。この場合、例えば、下記表１に示すようにインパルス応答を合成してフィルタ係数を得る。表１において、合成されたインパルス応答（ＳＵＭ）はフィルタ係数メモリ２４に記憶される係数を示し、ＯＳＤフィルタ１８をタップ数５１２のＦＩＲフィルタから構成する場合には、５１２個の係数が用いられる。専用プログラムの内部には表１に示すようなテーブルに基づき、各インパルス応答からの合成値ＳＵＭが導出される。このとき、表に示されるように、ツイータのインパルス応答は７サンプリング分遅れたものが、他のインパルス応答と合成される。このようにして、ツイータのインパルス応答が所定サンプリング分遅れたフィルタ係数が得られる。
【００３９】
【表１】
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態では、ツイータＴＷの理想位置からのずれを、処理するオーディオ信号のサンプリング周波数で換算し、そのずれ量（サンプリング量）を考慮してフィルタ係数を導出することにより、ずれが補整されたオーディオ信号を生成する。これにより、高精度の位置合わせが必要なミッドＭとツイータＴＷとを共通の平板３０に固定して構成された民生用スピーカボックスを用いて、離散ＯＳＤ原理に基づく理想的なツイータＴＷ配置と同等の、クロストークキャンセル効果が十分に得られる高品質の立体音響環境を実現できる。
【００４１】
このように、ツイータＴＷとミッドＭとを共通の平板３０に固定できることにより、これらを収容するエンクロージャを凹凸の少ない、すなわち、生産性の高い、低コストのものとすることができる。また、スピーカボックスの奥行きを小さくすることができ、製品を小型化し、より低コストかつ取り扱いやすいものとすることができる。さらに、エンクロージャの形状はツイータＴＷとミッドＭの位置関係に制限されないので、デザインの自由度が増大し、ユーザへの訴求性をさらに向上させることができる。
【００４２】
（他の実施の形態）
デジタル技術の発達した昨今、民生用オーディオ製品には、複数種のサンプリング周波数のオーディオ信号を受け付け可能であることが求められる。例えば、サンプリング周波数はＤＡＴ、デジタルＢＳ用で３２ｋＨｚ、ＣＤ用で４４．１ｋＨｚであり、ＤＶＤ用で４８ｋＨｚである。このため、たとえ、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚのオーディオ信号に適したフィルタ係数を用意していたとしても、他の周波数のオーディオ信号を処理した場合には、所望の効果が得られず、ユーザに十分なサービスを提供できない可能性がある。
【００４３】
このような市場の要請に対処できるよう、入力されるオーディオ信号のサンプリング周波数に応じて異なるフィルタ係数をＯＳＤフィルタ１８に読み込ませるようにしてもよい。図５にこのようなオーディオ信号処理装置１０のブロック図を例示する。なお、理解を容易なものとするため、図１と同様の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
図５に示すオーディオ信号処理装置１０は、デコーダ１６から出力されたオーディオ信号を受け取り、デジタルオーディオ信号のサンプリング周波数を判別する周波数判別部４０を備える。周波数判別部４０は、判別結果をプロセッサに送る。プロセッサ１２は、ＯＳＤフィルタ１８が処理するオーディオ信号のサンプリング周波数に応じてそれぞれに適した係数をＯＳＤフィルタ１８に読み込ませる。
【００４５】
フィルタ係数メモリ２４には、入力されるオーディオ信号が持ちうるサンプリング周波数に応じた複数のフィルタ係数が保存されている。例えば、聴取距離を１．５ｍとした場合、サンプリング周波数４４．１ｋＨｚの信号用に約７サンプリング分（ｄs＝７．２５）、３２ｋＨｚの信号用に約５サンプリング分（ｄs＝５．２６）、４８ｋＨｚの信号用に約８サンプリング分（ｄs＝７．８９）、実測のツイータＴＷのサンプリング周波数毎にインパルス応答を遅延させて得られた複数の係数が記憶されている。
【００４６】
プロセッサ１２の指示の下、ＯＳＤフィルタ１８は、処理すべきオーディオ信号のサンプリング周波数に応じた係数を読み込み、ツイータＴＷの位置ずれが補整された離散ＯＳＤ処理信号を生成する。したがって、異なるサンプリング周波数のオーディオ信号用の係数を用いることによるクロストークキャンセル効果の低減を防ぐことができ、複数種の周波数のオーディオ信号からそれぞれに最適のＯＳＤ立体音響環境を一般家庭においても構築することができる。
【００４７】
上記実施の形態では、本発明をアンプに適用した例について説明した。しかし、これに限らず、アンプ以外の他のオーディオ信号処理装置に適用することができる。例えば、ＣＤプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ等の再生装置に適用してもよい。図６に示す再生装置６０は、ＣＤ、ＤＶＤ等の記録媒体からデジタルオーディオ信号を再生する再生部６２を備える。再生部６２が再生した再生信号には離散ＯＳＤ処理が施され、アンプを介して或いは直接ツイータＴＷとミッドＭとを有するボックスに送られる。このように、本発明を再生装置に適用しても、上記したアンプに適用した場合と同様の効果が得られる。
【００４８】
さらにまた、本発明をツイータＴＷとミッドＭとを備えるスピーカボックスのみで構成することも可能である。図７に、このようなスピーカボックス７０の一例を示す。図に示すスピーカボックス７０は、例えば、ＤＶＤプレーヤ用の再生装置から入力インタフェース１４に入力されたオーディオ信号に離散ＯＳＤ処理を施し、得られる信号に基づいてドライバ７２がツイータＴＷ、ミッドＭ、有る場合にはウーハＷ（或いはサブウーハ）をドライブする。このような構成によっても、上記した本発明の効果が得られる。
【００４９】
さらにまた、本発明は、ツイータＴＷとミッドＭとを有するスピーカボックスを備えたテレビジョン等の映像音声出力装置に適用することができる。図８に、このような映像音声出力装置８０のブロック図の一例を示す。図に示す映像音声出力装置８０は、入力インタフェース１４を介してデジタル映像信号とデジタルオーディオ信号とを受け付ける。勿論、アナログ信号を受信する場合には、ＡＤＣを用いてデジタル信号に変換する。デコーダ１６によりデコードされた映像信号は、映像信号処理部８２により所定の方式に基づいて処理され、表示部８４に出力される。表示部８４は、液晶表示パネル、プラズマ表示パネル等から構成される。一方、音声信号は、上述したように離散ＯＳＤ処理が施され、ドライバ７２を介して各スピーカに送られる。
【００５０】
このような映像音声出力装置８０は、例えば、図９に示すような製品として構成される。図に示す例では、表示部８４を構成するパネル９０の下部に、ツイータＴＷとミッドＭとが共通の平板に固定されたスピーカボックス９２が一体化されて設けられている。勿論、オプションとして、ウーハＷ（サブウーハ）が設けられていてもよい。上述したように、聴取距離を１．５ｍとする家庭用の離散ＯＳＤシステムにおいては、スピーカボックス９２の横幅は１ｍ程度として構成することができ、比較的大画面の、例えば、３２インチ以上のパネル９０と一体化することに非常に適している。平坦なパネル９０の下には平坦なスピーカボックス９２を設けることが好ましく、この点で、平坦なスピーカボックスを用いてＯＳＤ原理に基づく高品質の立体音響環境を構築できる本発明は、このような映像音声出力装置８０に特に好適に適用することができる。また、このような大画面かつ高品質の立体音響環境を構築可能な映像音声出力装置は、特に、ホームシアター用機器として非常に商品性に優れているといえる。
【００５１】
勿論、図１０に示すように、アンプや再生装置と別体の、離散ＯＳＤ処理用オーディオ信号処理装置（回路）１０として構成されてもよい。このような独立した装置は、例えば、再生装置と上記スピーカボックスとの間に設置され、再生装置から出力された信号に離散ＯＳＤ処理を施すとともに、ツイータＴＷへの出力に所定量の遅延を加えてスピーカボックスに送る。このようにして、上記と同様の効果が実現される。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、高品質の立体音響環境を構築可能な民生用電子機器に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＩＴＵ−Ｔ勧告に推奨される５．１チャンネルサラウンドシステムを説明する図である。
【図３】理想的な離散ＯＳＤシステムを説明する図である。
【図４】ツイータとミッドとが共通の平板に固定された離散ＯＳＤシステムと、理想的な離散ＯＳＤシステムとのツイータ配置のずれを説明する図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る再生装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係るスピーカボックスの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る映像音声出力装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る映像音声出力装置の機械的構成例を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０：オーディオ信号処理装置、１２：プロセッサ、１４：入力インタフェース、１６：デコーダ、１８：ＯＳＤフィルタ、２０：増幅部、２２：出力インタフェース、２４：フィルタ係数メモリ、２６：スピーカシステム、ＴＷ：ツイータ、Ｍ：ミッド、Ｗ：ウーハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３ウェイの離散ＯＳＤ（discrete Optimal Sound Distribution）システムを構成する、相対的に高域の音が割り当てられた一対の第１のスピーカと、相対的に中域の音が割り当てられた一対の第２のスピーカと、相対的に低域の音が割り当てられた任意の一対の第３のスピーカと、に供給される、離散ＯＳＤ処理を施したオーディオ信号を生成するオーディオ信号処理装置であって、
一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカは、共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置され、
聴取位置を中心とした離散ＯＳＤ原理に基づく理想的な前記第１のスピーカの位置と前記エンクロージャに収容される実際の前記第１のスピーカの位置との距離のずれを補整したオーディオ信号を生成する、ことを特徴とするオーディオ信号処理装置。
【請求項２】
前記距離のずれを処理すべきオーディオ信号のサンプリング周波数の波長で割った分、前記第１のスピーカ用のインパルス応答を遅らせて、前記第２及び第３のスピーカ用のインパルス応答と合成することにより得られたフィルタ係数を記憶するフィルタ係数記憶部と、
前記フィルタ係数記憶部に記憶されたフィルタ係数を用いて、オーディオ信号に離散ＯＳＤ処理を施す離散ＯＳＤフィルタと、
を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項３】
処理すべきオーディオ信号のサンプリング周波数を判別する周波数判別部をさらに備え、
前記周波数判別部が判別したサンプリング周波数に基づき、該サンプリング周波数に応じた量を補整したオーディオ信号を生成する、ことを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項４】
生成されたオーディオ信号を増幅する増幅器をさらに備える、ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項５】
処理すべきオーディオ信号を記録媒体から再生する再生部をさらに備える、ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至３に記載のオーディオ信号処理装置が生成するオーディオ信号が供給される、一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカが共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置されたスピーカボックス。
【請求項７】
請求項１乃至３に記載のオーディオ信号処理装置を備え、一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカが共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置されたスピーカボックス。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のスピーカボックスと、前記第３のスピーカと、よりなるスピーカシステム。
【請求項９】
請求項６に記載のスピーカボックスと、オーディオ信号とともに入力される映像信号に基づく映像を表示する表示部と、から構成される映像音声出力装置。
【請求項１】
３ウェイの離散ＯＳＤ（discrete Optimal Sound Distribution）システムを構成する、相対的に高域の音が割り当てられた一対の第１のスピーカと、相対的に中域の音が割り当てられた一対の第２のスピーカと、相対的に低域の音が割り当てられた任意の一対の第３のスピーカと、に供給される、離散ＯＳＤ処理を施したオーディオ信号を生成するオーディオ信号処理装置であって、
一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカは、共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置され、
聴取位置を中心とした離散ＯＳＤ原理に基づく理想的な前記第１のスピーカの位置と前記エンクロージャに収容される実際の前記第１のスピーカの位置との距離のずれを補整したオーディオ信号を生成する、ことを特徴とするオーディオ信号処理装置。
【請求項２】
前記距離のずれを処理すべきオーディオ信号のサンプリング周波数の波長で割った分、前記第１のスピーカ用のインパルス応答を遅らせて、前記第２及び第３のスピーカ用のインパルス応答と合成することにより得られたフィルタ係数を記憶するフィルタ係数記憶部と、
前記フィルタ係数記憶部に記憶されたフィルタ係数を用いて、オーディオ信号に離散ＯＳＤ処理を施す離散ＯＳＤフィルタと、
を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項３】
処理すべきオーディオ信号のサンプリング周波数を判別する周波数判別部をさらに備え、
前記周波数判別部が判別したサンプリング周波数に基づき、該サンプリング周波数に応じた量を補整したオーディオ信号を生成する、ことを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項４】
生成されたオーディオ信号を増幅する増幅器をさらに備える、ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項５】
処理すべきオーディオ信号を記録媒体から再生する再生部をさらに備える、ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至３に記載のオーディオ信号処理装置が生成するオーディオ信号が供給される、一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカが共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置されたスピーカボックス。
【請求項７】
請求項１乃至３に記載のオーディオ信号処理装置を備え、一対の前記第１のスピーカ及び一対の前記第２のスピーカが共通のエンクロージャ内にそれぞれの放音面が実質的に同一平面上にあるように配置されたスピーカボックス。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のスピーカボックスと、前記第３のスピーカと、よりなるスピーカシステム。
【請求項９】
請求項６に記載のスピーカボックスと、オーディオ信号とともに入力される映像信号に基づく映像を表示する表示部と、から構成される映像音声出力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１８７２１３（Ｐ２００８−１８７２１３Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４６１１０（Ｐ２００５−１４６１１０）
【出願日】平成１７年５月１９日（２００５．５．１９）
【出願人】（３０３００９４６７）株式会社ディーアンドエムホールディングス (274)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１９日（２００５．５．１９）
【出願人】（３０３００９４６７）株式会社ディーアンドエムホールディングス (274)
【Ｆターム（参考）】
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