相関低減方法、音声信号変換装置および音響再生装置
【課題】処理量を削減しつつ相関成分を精度良く抽出すること。
【解決手段】相関係数計算部が、左右のチャネル信号の平方和および積を算出するとともに、算出した平方和および積を用いてチャネル信号間の相関を示す相関係数を算出する。また、センター成分生成部が、算出された相関係数を用いてチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出し、センター成分減算部が、抽出された相関成分をチャネル信号から減算する。また、直交化部が、左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換し、相関係数計算部が、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分およびベクトルの内積を算出し、算出した平方和のうちの実部の成分および内積を用いて相関係数を算出するように音声信号変換装置を構成する。
【解決手段】相関係数計算部が、左右のチャネル信号の平方和および積を算出するとともに、算出した平方和および積を用いてチャネル信号間の相関を示す相関係数を算出する。また、センター成分生成部が、算出された相関係数を用いてチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出し、センター成分減算部が、抽出された相関成分をチャネル信号から減算する。また、直交化部が、左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換し、相関係数計算部が、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分およびベクトルの内積を算出し、算出した平方和のうちの実部の成分および内積を用いて相関係数を算出するように音声信号変換装置を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音声信号の相関低減方法、音声信号変換装置および音響再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、楽曲中のセンター成分を低減させて主に伴奏成分だけを出力するセンター成分低減処理が知られている。かかるセンター成分低減処理では、左右のチャネル信号に共通して含まれる成分（以下、「相関成分」とも記載する）をセンター成分として抽出し、抽出したセンター成分を各チャネル信号から減算する処理が行われる。
【０００３】
ここで、センター成分の抽出手法の一つとして、たとえば特許文献１には、音声信号をフーリエ変換し、これによって得られる複素信号に基づいてセンター成分を抽出する手法が開示されている。なお、複素信号とは、実部と虚部とによって表現される信号のことである。
【０００４】
また、相関成分の簡易的な抽出手法として、左右のチャネル信号の相関が強いと思われる帯域をあらかじめ決めておき、かかる帯域の信号をＰＥＱ（Parametric Equalizer）等を用いて抽出する手法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−５０２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フーリエ変換を用いた相関成分の抽出手法は、相関成分の抽出精度が高いものの、処理量が多いためリアルタイム性に欠けるという問題があった。また、あらかじめ決められた帯域の信号を相関成分として抽出する手法は、処理量が少ないものの、固定的な制御であるため相関成分の抽出精度が低いという問題があった。
【０００７】
これらのことから、処理量を削減しつつ相関成分を精度良く抽出することができる相関低減方法、音声信号変換装置あるいは音響再生装置をいかにして実現するかが大きな課題となっている。
【０００８】
開示の技術は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、処理量を削減しつつ相関成分を精度良く抽出することができる相関低減方法、音声信号変換装置および音響再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の開示する相関低減方法は、一つの態様において、左右チャネルの音声信号の平方和および積を算出し、算出した平方和および積を用いて前記音声信号における左右のチャネル信号間の相関を示す相関係数を算出する算出工程と、前記算出工程において算出した相関係数を用いて前記左右のチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出し、抽出した相関成分を前記左右のチャネル信号から減算する減算工程と、前記左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換する変換工程とを含み、前記算出工程は、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分および前記ベクトルの内積を算出し、算出した前記平方和のうちの実部の成分および前記内積を用いて前記相関係数を算出することを特徴とする。
【００１０】
また、本願の開示する音声信号変換装置は、一つの態様において、左右チャネルの音声信号の平方和および積を算出し、算出した平方和および積を用いて前記音声信号における左右のチャネル信号間の相関を示す相関係数を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された相関係数を用いて前記左右のチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出し、抽出した相関成分を前記左右のチャネル信号から減算する減算手段と、前記左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換する変換手段とを備え、前記算出手段は、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分および前記ベクトルの内積を算出し、算出した前記平方和のうちの実部の成分および前記内積を用いて前記相関係数を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、本願の開示する音響再生装置は、一つの態様において、左右チャネルの音声信号から該左右チャネルの音声信号間の相関成分を抽出する相関成分抽出手段と、前記左右チャネルの音声信号における前記相関成分および非相関成分の割合を調整する相関成分割合調整手段と、前記相関成分割合調整手段により調整された左右チャネルの音声信号を各々左右スピーカから再生させる再生手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本願の開示する相関低減方法、音声信号変換装置および音響再生装置の一つの態様によれば、処理量を削減しつつ相関成分を精度良く抽出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】図１Ａは、実施例１に係る音声信号変換装置の適用例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、相関低減処理の概念図である。
【図２】図２は、実施例１に係る音声信号変換装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、左右のチャネル信号に対応する複素平面上のベクトルの一例を示す図である。
【図４】図４は、相関係数の変動をあらわすグラフ（その１）である。
【図５】図５は、ハイブリッド型のパワーの内容を示す図である。
【図６】図６は、相関係数の変動をあらわすグラフ（その２）である。
【図７】図７は、ＬＰＦの構成例を示す図である。
【図８】図８は、実施例１に係る制御部の回路構成例である。
【図９】図９は、実施例２に係る制御部の回路構成例である。
【図１０】図１０は、実施例２に係る制御部が実行する処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、相関係数の変動をあらわすグラフ（その３）である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、車載用音場制御システムの構成例（その１）を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、車載用音場制御システムの構成例（その２）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る相関低減方法、音声信号変換装置および音響再生装置の好適な実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
まず、実施例１に係る音声信号変換装置の適用例および相関低減方法の概念について図１を用いて説明する。図１Ａは、実施例１に係る音声信号変換装置の適用例を示す図である。また、図１Ｂは、相関低減処理の概念図である。
【００１６】
なお、以下では、左右のチャネル信号から成るステレオ信号を処理対象とする場合について説明するが、本発明に係る相関低減方法は、３つ以上のチャネル信号から成る音声信号に対して適用してもよい。
【００１７】
図１Ａに示すように、実施例１に係る音声信号変換装置１０は、音源２０から入力された左右のチャネル信号から各チャネル信号に共通して含まれる相関成分を減算することで、相関が低減されたチャネル信号を出力する装置である。
【００１８】
ここで、センター成分および伴奏成分を含んだ楽曲においては、センター成分が中央に定位するのが通常である。このため、音声信号変換装置１０は、音声信号が楽曲である場合には、左右のチャネル信号に共通して含まれるセンター成分を相関成分として減算することとなる。
【００１９】
そこで、音声信号変換装置１０は、たとえば図１Ａに示すようなサラウンドシステムにおいてボーカルリデューサとして利用することができる。たとえば、図１Ａに示したサラウンドシステムでは、音源２０からの音声信号を、リスナーの前方へ配置したスピーカから出力するとともに、音声信号変換装置１０によってセンター成分が減算された音声信号を、リスナーの後方へ配置したスピーカから出力する。
【００２０】
このように、センター成分を減算することによって相関が低減された左右のチャネル信号を出力することで、リスナーに対して音の拡がり感を与えることができる。また、センター成分を含んだ音声信号をリスナー前方から出力し、センター成分を含まない音声信号をリスナー後方から出力することで、センター成分がリスナーの前方で定位するため、リスナーに対してより自然な音場を提供することができる。
【００２１】
ここで、音声信号変換装置１０が実行する相関低減処理を概略的に説明する。図１Ａに示したように、音声信号変換装置１０は、まず、音源２０から入力された左右のチャネル信号に基づいてパワー（Ｐ）および内積（Ｃ）を算出する。
【００２２】
具体的には、音声信号変換装置１０は、音声信号に含まれる左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換する。ここで、複素信号への変換は、ヒルベルト変換やＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等を用いて行うことができるが、特に、ヒルベルト変換を用いることとすれば、ＦＦＴを用いた場合と比較して複素信号への変換処理の処理量を低減することができる。
【００２３】
つづいて、音声信号変換装置１０は、実部および虚部を座標軸とする複素平面における、各チャネル信号に対応するベクトルを用いてパワー（Ｐ）および内積（Ｃ）を算出する。
【００２４】
つづいて、音声信号変換装置１０は、算出したパワー（Ｐ）および内積（Ｃ）を用いて相関係数（α）を算出する。ここで、相関係数（α）とは、左右のチャネル信号間の相関の度合を示す値、言い換えれば、音声信号に対する相関成分の割合を示す値である。かかる相関係数（α）が大きいほど、各チャネル信号に含まれる相関成分が多いといえる。
【００２５】
つづいて、音声信号変換装置１０は、算出した相関係数（α）に基づいて相関成分を生成し、生成した相関成分を元のチャネル信号からそれぞれ減算する。そして、音声信号変換装置１０は、相関成分が減算された各チャネル信号をリスナー後方のスピーカから出力する。
【００２６】
ここで、実施例１に係る音声信号変換装置１０は、相関係数（α）の算出処理において、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分だけをパワー（Ｐ）として用いて相関係数（α）を算出することとした点を特徴の一つとする。
【００２７】
具体的には、図１Ｂに示したように、左のチャネル信号に対応するベクトルをベクトルＬ＝（ＬＲＥ，ＬＩｍ）、右のチャネル信号に対応するベクトルをベクトルＲ＝（ＲＲＥ，ＲＩｍ）とすると、パワー（Ｐ）は、通常、
Ｐ＝Ｌ２ＲＥ＋Ｒ２ＲＥ＋Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ
であらわされる。ここで、パワー（Ｐ）のうち、「Ｌ２ＲＥ＋Ｒ２ＲＥ」は実部の成分に相当し、「Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ」は虚部の成分に相当する。すなわち、通常算出されるパワー（Ｐ）には、実部および虚部が含まれる。
【００２８】
一方、実施例１に係る音声信号変換装置１０では、ベクトルＬおよびベクトルＲの平方和のうちの実部の成分「Ｌ２ＲＥ＋Ｒ２ＲＥ」のみを算出する。そして、音声信号変換装置１０は、かかる実部の成分「Ｌ２ＲＥ＋Ｒ２ＲＥ」をパワー（Ｐ）として採用し、かかるパワー（Ｐ）と、ベクトルＬおよびベクトルＲの内積（Ｃ）とを用いて相関係数（α）を算出する。
【００２９】
このように、実部の成分のみを含んだパワー（Ｐ）を用いることとすれば、虚部の算出処理を省略することができるため、処理量を削減することができる。しかも、実部の成分のみを含んだパワー（Ｐ）を用いた場合には、実部および虚部の成分をパワー（Ｐ）とした場合と比較して、特に、相関成分の割合が多い音声信号に対して高い相関成分抽出精度を示すことがわかった（後述する図４参照）。
【００３０】
すなわち、実施例１では、左右のチャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分およびベクトルの内積に基づいて相関係数を算出し、算出した相関係数を用いてチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出して各チャネル信号から減算することで、処理量を削減しつつ相関成分を精度良く抽出することができる。
【００３１】
ところで、実部の成分および虚部の成分を含んだパワー（Ｐ）を用いて相関係数（α）を算出した場合には、実部の成分のみを含んだパワー（Ｐ）を用いた場合と比較して、相関成分の割合が少ない音声信号に対して高い相関成分抽出精度を示すことがわかった。
【００３２】
そこで、音声信号変換装置１０は、実部の成分のみを含んだパワー（Ｐ）の特長と実部の成分および虚部の成分を含んだパワー（Ｐ）の特長とを兼ね備えたハイブリッド型のパワー（Ｐ）を用いて相関係数（α）を算出することもできる。すなわち、相関成分の割合が少ない場合には虚部の成分の割合が多くなり、相関成分の割合が多い場合には虚部の成分の割合が少なくなるようなパワー（Ｐ）を用いて相関係数（α）を算出する。
【００３３】
これにより、音声信号に含まれる相関成分の割合に関わりなく、相関成分を精度良く抽出することが可能となる。なお、かかるハイブリッド型のパワー（Ｐ）の詳細な内容については、後述する。
【００３４】
以下では、ハイブリッド型のパワー（Ｐ）（以下、「パワー（Ｐ２）」と記載する）を用いて相関係数（α）（以下、「相関係数（α１）」と記載する）を算出する音声信号変換装置１０について具体的に説明する。図２は、実施例１に係る音声信号変換装置１０の構成を示すブロック図である。なお、以下では、上記した「相関成分」を「センター成分」と呼ぶこととする。
【００３５】
図２に示すように、音声信号変換装置１０は、信号取得部１１と、信号出力部１２と、制御部１３とを備えている。また、制御部１３は、ヒルベルト変換部１３ａと、相関係数概算部１３ｂと、相関係数決定部１３ｃと、フィルタリング部１３ｄと、センター成分減算部１３ｅとを備えている。
【００３６】
信号取得部１１は、外部機器（たとえば、音源２０）から音声信号を取得し、取得した音声信号を左右のチャネル信号ごとにヒルベルト変換部１３ａへ渡す処理部である。なお、音源２０は、たとえば、ＣＤプレーヤーのような音声再生装置でもよいしＤＶＤプレーヤーやＴＶチューナのような映像・音声再生装置でもよい。また、信号取得部１１は、取得した音声信号がアナログ信号である場合は、かかるアナログ信号をデジタル信号へ変換したうえでヒルベルト変換部１３ａへ渡す。
【００３７】
信号出力部１２は、センター成分減算部１３ｅからの出力信号を外部機器（たとえば、スピーカ）へ出力する処理部である。なお、かかる出力信号は、信号取得部１１によって取得された音声信号からセンター成分を減算して得られる無相関信号、すなわち、センター成分が低減された音声信号である。かかる出力信号は、アナログ信号でもよいしデジタル信号でもよい。
【００３８】
制御部１３は、音声信号変換装置１０の全体制御を行う制御部である。ヒルベルト変換部１３ａは、信号取得部１１から左右のチャネル信号を受け取ると、受け取ったチャネル信号を複素信号へ変換して相関係数概算部１３ｂへ出力する処理部である。
【００３９】
具体的には、ヒルベルト変換部１３ａは、受け取ったチャネル信号を実部の成分として出力するとともに、受け取ったチャネル信号の位相をＦＩＲ（Finite Impulse Response）型のヒルベルトフィルタを用いて９０度シフトさせた信号を虚部の成分として出力する。なお、ヒルベルト変換部１３ａは、左右のチャネル信号ごとに、複素信号への変換処理を行い、左右のチャネル信号にそれぞれ対応する複素信号を相関係数概算部１３ｂへ出力する。
【００４０】
このように、ヒルベルト変換を用いて複素信号を生成することで、ＦＦＴのように信号を一旦バッファに貯めたうえで演算を行うといった処理が不要となるため、逐次処理が可能となる。すなわち、ヒルベルト変換を用いることで、リアルタイム性の高い処理を行うことが可能となる。ただし、複素信号への変換手法は、ヒルベルト変換に限定されるものではなく、他の変換手法を用いて複素信号を生成してもよい。
【００４１】
相関係数概算部１３ｂは、ヒルベルト変換部１３ａから受け取った複素信号に基づいてパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を算出するとともに、算出したパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を用いて仮相関係数（α０）を算出する処理部である。具体的には、相関係数概算部１３ｂは、実部および虚部を座標軸とする複素平面において表現された各チャネル信号に対応するベクトルを用いてＰ０，Ｃ０およびα０を算出する。
【００４２】
ここで、各チャネル信号に対応する複素平面上のベクトルについて図３を用いて説明しておく。図３は、左右のチャネル信号に対応する複素平面上のベクトルの一例を示す図である。
【００４３】
図３に示すように、実部および虚部を座標軸とする複素平面において、左のチャネル信号に対応するベクトルＬは、ベクトルＬ＝（ＬＲｅ，ＬＩｍ）であらわされ、右のチャネル信号に対応するベクトルＲは、ベクトルＲ＝（ＲＲｅ，ＲＩｍ）であらわされる。
【００４４】
また、これらのベクトルＬおよびベクトルＲは、センター成分に対応するベクトルＣｅを含む。かかるベクトルＣｅは、ベクトルＬおよびベクトルＲの和に対して相関係数（α１）を乗じることによって割り出されるものである。
【００４５】
なお、ベクトルａＬ・ｌは、ベクトルＬからベクトルＣｅを差し引いたベクトルであり、ベクトルａＲ・ｒは、ベクトルＲからベクトルＣｅを差し引いたベクトルである。ここで、ベクトルｌおよびベクトルｒは、単位ベクトルであり、ａＲおよびａＬは、所定の係数である。これらベクトルａＬ・ｌおよびベクトルａＲ・ｒは、互いに相関がないため直交する。
【００４６】
つづいて、相関係数概算部１３ｂによるパワー（Ｐ０）、内積（Ｃ０）および仮相関係数（α０）の算出手法について説明する。相関係数概算部１３ｂは、まず、ベクトルＬ＝（ＬＲｅ，ＬＩｍ）およびベクトルＲ＝（ＲＲｅ，ＲＩｍ）を用いてパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を算出する。
【００４７】
具体的には、パワー（Ｐ０）は、
【数１】
式（１）のようにあらわされる。また、内積（Ｃ０）は、
【数２】
式（２）のようにあらわされる。
【００４８】
そして、相関係数概算部１３ｂは、算出したパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を用いて仮相関係数（α０）を算出する。具体的には、仮相関係数（α０）は、
【数３】
式（３）のようにあらわされる。
【００４９】
なお、仮相関係数（α０）は、ハイブリッド型のパワー（Ｐ２）を算出する際に、チャネル信号間の相関の強弱を概括的に特定するために用いられることとなるが、かかる点については後述する。
【００５０】
また、相関係数概算部１３ｂは、仮相関係数（α０）を算出すると、算出した仮相関係数（α０）をパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）とともに相関係数決定部１３ｃへ出力する。なお、相関係数概算部１３ｂは、パワー（Ｐ０）を実部と虚部に分けて算出するとともに、実部と虚部に分けて相関係数決定部１３ｃへ出力する。
【００５１】
図２に戻り、音声信号変換装置１０の説明を続ける。相関係数決定部１３ｃは、相関係数概算部１３ｂから仮相関係数（α０）、パワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を受け取ると、これらの値に基づいて相関係数（α１）を決定する処理部である。
【００５２】
具体的には、相関係数決定部１３ｃは、まず、
【数４】
式（４）に示す式を用いてパワー（Ｐ２）を算出する。かかるパワー（Ｐ２）は、パワー（Ｐ0）のうち、虚部の成分（Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ）に対して仮相関係数（α０）を含んだ重み付け係数（１−２α０）を乗じたものである。
【００５３】
そして、相関係数決定部１３ｃは、かかるパワー（Ｐ２）および相関係数概算部１３ｂから受け取った内積（Ｃ０）を用いて相関係数（α１）を決定する。具体的には、相関係数（α１）は、
【数５】
式（５）のようにあらわされる。
【００５４】
ここで、パワー（Ｐ２）は、実部の成分および虚部の成分を含んだパワー（Ｐ０）の特長および実部の成分のみを含んだパワー（以下、「パワー（Ｐ１）」と記載する）の特長を兼ね備えたハイブリッド型のパワー（Ｐ２）である。以下では、かかる点について図４〜６を用いて説明する。
【００５５】
まず、実部および虚部を含んだパワー（Ｐ０）を用いて算出される相関係数の特長および実部のみを含んだパワー（Ｐ１）（Ｐ１＝Ｌ２ＲＥ＋Ｒ２ＲＥ）を用いて算出される相関係数の特長について図４を用いて説明する。図４は、相関係数の変動をあらわすグラフ（その１）である。
【００５６】
なお、図４は、相関のない２つの音声信号を混合することによってこれらの音声信号の相関を徐々に強くしていった場合における相関係数の変動を示している。ここでは、２つの音声信号の混合割合（以下、「ミックス割合」と記載する）を横軸とし、相関係数を縦軸としている。
【００５７】
図４に示したグラフＡは、音声信号に対して相関低減処理を施さない場合の（すなわち、未処理の）相関係数の変動を示したグラフである。グラフＡに示したように、２つの音声信号は、ミックス割合が小さい（すなわち、相関が弱い）場合には相関係数が０に近く、ミックス割合が大きい（すなわち、相関が強い）場合には相関係数が１に近くなる。なお、相関係数が１である音声信号とは、モノラル信号のことである。
【００５８】
このように、相関係数が小さいほどステレオで再生された状態に近づくことから、再生される音声に臨場感をもたらすためには、いかなるミックス割合の場合であっても相関低減処理によって相関係数を可能な限り低減させる必要がある。具体的には、相関係数は、ミックス割合が１となる（すなわち、モノラル信号となる）直前まで０であることが好ましい。
【００５９】
グラフＢは、実部の成分および虚部の成分を含んだパワー（Ｐ０）を用いて相関係数を算出した場合における相関係数の変動を示したグラフである。また、グラフＣは、実部の成分のみを含んだパワー（Ｐ１）を用いて相関係数を算出した場合における相関係数の変動を示したグラフである。
【００６０】
図４に示したように、グラフＢは、ミックス割合が小さい領域（たとえば、ミックス割合０〜０．４の領域）において相関係数が小さい値で変動している。したがって、パワー（Ｐ０）を用いて相関係数を算出する手法によれば、左右のチャネル信号間の相関が弱い場合に理想的な相関係数を算出できることがわかる。
【００６１】
また、グラフＣは、ミックス割合が大きい領域（たとえば、ミックス割合が０．８以上の領域）において相関係数が急激に増加している。したがって、パワー（Ｐ１）を用いて相関係数を算出する手法によれば、左右のチャネル信号間の相関が強い場合に理想的な相関係数を算出できることがわかる。また、パワー（Ｐ１）を用いて相関係数を算出することとすれば、虚部の成分の算出工程を省略することができるため、処理量を削減することができる。
【００６２】
ところが、図４に示すように、グラフＢは、ミックス割合が中〜大程度の領域において、グラフＣは、ミックス割合が小〜中程度の領域において、理想的な相関係数からずれた値が算出されていることがわかる。
【００６３】
すなわち、パワー（Ｐ０）を用いて相関係数を算出した場合には、相関が比較的弱い音声信号については相関係数を精度良く算出することができるものの、相関が比較的強い音声信号については相関係数の算出精度が不十分であることがわかる。また、パワー（Ｐ１）を用いて相関係数を算出した場合には、相関が比較的強い音声信号については相関係数を精度良く算出することができるものの、相関が比較的弱い音声信号については相関係数の算出精度が不十分であることがわかる。
【００６４】
そこで、実施例１では、相関の強弱に関わりなく相関係数を精度良く算出することを目的として、パワー（Ｐ０）およびパワー（Ｐ１）の双方の特長を兼ね備えたハイブリッド型のパワー（Ｐ２）を用いて相関係数（α１）を算出することとした。
【００６５】
ここで、ハイブリッド型のパワー（Ｐ２）の内容について図５を用いて説明する。図５は、ハイブリッド型のパワー（Ｐ２）の内容を示す図である。なお、同図に示したように、仮相関係数（α０）は、０≦α０≦１／２の値を取りうるが、かかる点の詳細については後述することとする。
【００６６】
図５に示したように、パワー（Ｐ２）は、虚部の成分（Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ）が仮相関係数（α０）の値に応じて０〜（Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ）の範囲で変化するように重み付けされている。たとえば、仮相関係数（α０）が「０」である場合には、パワー（Ｐ２）は「Ｌ２Ｒｅ＋Ｒ２Ｒｅ＋Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ」となり、仮相関係数（α０）が「１／２」である場合には、パワー（Ｐ２）は「Ｌ２Ｒｅ＋Ｒ２Ｒｅ」となる。
【００６７】
すなわち、パワー（Ｐ２）は、チャネル信号間の相関が弱い場合にはパワー（Ｐ０）の式に近づき、チャネル信号間の相関が強い場合にはパワー（Ｐ１）の式に近づくこととなる。
【００６８】
つづいて、かかるハイブリッド型のパワー（Ｐ２）を用いて算出される相関係数（α１）の変動について図６を用いて説明する。図６は、相関係数の変動をあらわすグラフ（その２）である。
【００６９】
図６に示したグラフＤは、ハイブリッド型のパワー（Ｐ２）を用いて相関係数を算出した場合における相関係数の変動を示したグラフである。グラフＤによれば、ミックス割合の小さい領域（たとえば、ミックス割合０〜０．８の領域）では相関係数が比較的小さい値で変動し、ミックス割合が大きい領域（たとえば、ミックス割合０．８以上の領域）において急激に増加するのがわかる。
【００７０】
これは、ミックス割合が小さい場合（すなわち、仮相関係数（α０）が小さい場合）には、パワー（Ｐ２）に含まれる虚部の成分の重み付けが大きくなる結果、パワー（Ｐ２）が、ミックス割合が小さい場合に有効なパワー（Ｐ０）に近づくためである。また、ミックス割合が大きい場合（すなわち、仮相関係数（α０）が大きい場合）には、パワー（Ｐ２）に含まれる虚部の成分の重み付けが小さくなる結果、パワー（Ｐ２）が、ミックス割合が大きい場合に有効なパワー（Ｐ１）に近づくためである。
【００７１】
このように、相関係数決定部１３ｃは、仮相関係数（α０）を用いてチャネル信号間の相関の強弱を概括的に特定したうえで、かかる相関の強弱に応じてパワー（Ｐ２）に含まれる虚部の成分の重み付けを変更することとした。
【００７２】
すなわち、音声信号変換装置１０では、相関係数概算部１３ｂが、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和であるパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を用いて仮相関係数（α０）を算出するとともに、相関係数決定部１３ｃが、パワー（Ｐ０）に含まれる虚部の成分に対して仮相関係数（α０）に基づく重み付けを施したパワー（Ｐ２）を算出し、かかるパワー（Ｐ２）および内積（Ｃ０）を用いて相関係数（α１）を算出することとした。したがって、相関係数の算出精度を更に高めることができ、延いては、相関成分の抽出精度を高めることが可能となる。
【００７３】
なお、ここでは、相関係数概算部１３ｂによって算出されたパワー（Ｐ０）に含まれる虚部の成分に対して乗じる重み付け係数を（１−２α０）としたが、重み付け係数は、この値に限定されるものではなく、たとえば、仮相関係数（α０）の２次式であってもよい。
【００７４】
また、相関係数決定部１３ｃは、相関係数（α１）を算出すると、算出した相関係数（α１）をフィルタリング部１３ｄへ出力する処理を行う。
【００７５】
図２に戻り、音声信号変換装置１０の構成についての説明を続ける。フィルタリング部１３ｄは、相関係数決定部１３ｃから受け取った相関係数（α１）を平滑化する処理部である。
【００７６】
具体的には、音声信号をヒルベルト変換した場合には、ＦＦＴの場合と比較して、音の切り替わりへの追従性も高く、処理速度も速くなる。ところが、追従性が高いことによって、相関係数（α１）が頻繁に変更されるため、最終的に生成される出力信号に不要なピークが現れ、利用者にとってノイズとして聞こえてしまうこととなる。
【００７７】
そこで、フィルタリング部１３ｄは、相関係数（α１）に対してＬＰＦ（Low Pass Filter）を用いてフィルタリングすることで、相関係数（α１）に含まれる高周波成分を除去することとした。具体的には、フィルタリング部１３ｄは、相関係数（α１）を、所定の閾値よりも高い周波数信号を減衰させて遮断し、低域周波数のみを信号として通過させる。
【００７８】
ここで、フィルタリング部１３ｄとしてのＬＰＦの構成について図７を用いて説明しておく。図７は、ＬＰＦの構成例を示す図である。
【００７９】
図７に示すように、フィルタリング部１３ｄは、２次のＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを直列に２つ従属させる構成とした。ここで、ＩＩＲフィルタとは、次の出力がフィードバックされ、無限長の時間においてゼロでない値を返すインパルス応答関数を持つ、すなわちインパルス応答が無限に続くフィルタ回路である。ＩＩＲフィルタの特長としては、低次数であっても遮断率が高いため、フィルタリング部１３ｄは、精度良くノイズを低減することができる。
【００８０】
なお、このようなフィルタの構成で、遮断周波数（ｆｃ）が１００Ｈｚであるようなフィルタを形成するために各増幅器の係数ａ０、ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１およびｂ２を図７に示すような値とした。
【００８１】
なお、ここでは、フィルタリング部１３ｄが、相関係数（α１）に対しＬＰＦをかけることとしたが、ＬＰＦに限定されるものではなく、移動平均手法や法絡線処理等によって相関係数（α１）の変動を抑制することとしてもよい。また、平滑化後の相関係数（α１’）は、センター成分減算部１３ｅへ出力される。
【００８２】
図２に戻り、音声信号変換装置１０の説明を続ける。センター成分減算部１３ｅは、平滑化後の相関係数（α１’）に基づいてセンター成分を抽出するとともに、抽出したセンター成分を左右のチャネル信号から減算する処理部である。
【００８３】
具体的には、センター成分減算部１３ｅは、
【数６】
式（６）を用いてセンター成分（Ｃｅ）を算出する。また、センター成分減算部１３ｅは、
【数７】
式（７−１）および式（７−２）を用いて元のチャネル信号からセンター成分（Ｃｅ）をそれぞれ減算することで、出力信号Ｌ’およびＲ’を算出する。これらの出力信号Ｌ’およびＲ’は、信号出力部１２へ出力される。
【００８４】
次に、音声信号変換装置１０の制御部１３を回路へ適用した場合について図８を用いて説明する。図８は、実施例１に係る制御部１３の回路構成例である。
【００８５】
図８に示すように、制御部１３は、直交化部１０１ａ，１０１ｂと、相関係数計算部１０２と、ＬＰＦ１０３と、センター成分生成部１０４と、センター成分減算部１０５とを含んで構成される。
【００８６】
なお、直交化部１０１ａ，１０１ｂは、図２に示したヒルベルト変換部１３ａに相当し、相関係数計算部１０２は、相関係数概算部１３ｂおよび相関係数決定部１３ｃに相当する。また、ＬＰＦ１０３は、フィルタリング部１３ｄに相当し、センター成分生成部１０４およびセンター成分減算部１０５は、センター成分減算部１３ｅに相当する。
【００８７】
図８に示したように、直交化部１０１ａは、左のチャネル信号が入力されると、かかるチャネル信号をヒルベルトフィルタを用いて複素信号へ変換する。また、直交化部１０１ａは、変換した複素信号の実部の成分および虚部の成分をそれぞれ相関係数計算部１０２へ出力するとともに、実部の成分をセンター成分生成部１０４およびセンター成分減算部１０５へ出力する。
【００８８】
同様に、直交化部１０１ｂは、右のチャネル信号をヒルベルトフィルタによって複素信号へ変換し、変換した複素信号を実部の成分および虚部の成分ごとに相関係数計算部１０２へ出力するとともに、実部の成分をセンター成分生成部１０４およびセンター成分減算部１０５へ出力する。
【００８９】
相関係数計算部１０２は、直交化部１０１ａ，１０１ｂから受け取った各チャネル信号の実部の成分および虚部の成分を用いて仮相関係数（α０）を算出したうえで、仮相関係数（α０）を用いて相関係数（α１）を算出する。なお、算出された相関係数（α１）は、ＬＰＦ１０３によって平滑化され、平滑化後の相関係数（α１’）がセンター成分生成部１０４へ出力される。
【００９０】
センター成分生成部１０４は、直交化部１０１ａ，１０１ｂから受け取った各チャネル信号の実部の成分（すなわち、元のチャネル信号）およびＬＰＦ１０３から受け取った平滑化後の相関係数（α１’）を用いてセンター成分（Ｃｅ）を生成する。また、センター成分生成部１０４は、生成したセンター成分（Ｃｅ）をセンター成分減算部１０５および信号出力部１２へ出力する。
【００９１】
そして、センター成分減算部１０５は、直交化部１０１ａ，１０１ｂから受け取った各チャネル信号の実部の成分（すなわち、元のチャネル信号）からセンター成分（Ｃｅ）を減算し、これによって得られた出力信号Ｌ’およびＲ’を信号出力部１２へ出力する。
【００９２】
なお、ここでは、センター成分生成部１０４によって生成されたセンター成分（Ｃｅ）も信号出力部１２へ出力できるが、その成分は使用しない構成例となっている。このセンター成分は、ボーカル音声だけを明瞭に視聴したい場合、例えばステレオラジオ放送におけるニュース番組等でアナウンサーの発話内容を他の周囲音の影響を受けることなく、正確に聞き取りたい場合等に再生することで効果を発揮する。
【００９３】
上述してきたように、実施例１では、相関係数計算部が、左右のチャネル信号の平方和および積を算出するとともに、算出した平方和および積を用いてチャネル信号間の相関を示す相関係数を算出する。また、センター成分生成部が、算出された相関係数を用いてチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出し、センター成分減算部が、抽出された相関成分をチャネル信号から減算する。また、直交化部が、左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換し、相関係数計算部が、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分およびベクトルの内積を算出し、算出した平方和のうちの実部の成分および内積を用いて相関係数を算出することとした。
【００９４】
すなわち、実施例１では、ヒルベルト変換部が、音声信号に含まれる左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換し、相関係数概算部が、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和であるパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を用いて仮相関係数（α０）を算出し、相関係数決定部が、パワー（α０）に含まれる虚部の成分に対して仮相関係数（α０）に基づく重み付けを施したパワー（Ｐ２）を算出し、かかるパワー（Ｐ２）および内積（Ｃ０）を用いて相関係数（α１）を算出する。そして、実施例１では、センター成分減算部が、算出した相関係数（α１）を用いてチャネル信号に共通して含まれるセンター成分（Ｃｅ）を抽出し、抽出したセンター成分（Ｃｅ）をチャネル信号から減算することとした。したがって、実施例１によれば、処理量を削減しつつセンター成分を精度良く抽出することができる。
【００９５】
なお、図４のグラフＣに示したように、実部の成分のみを含んだパワー（Ｐ１）を用いて相関係数を算出した場合には、特に、チャネル信号間の相関が強い音声信号に対して有効な相関係数を算出することができる。すなわち、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分をパワー（Ｐ１）とし、かかるパワー（Ｐ１）に基づいて相関係数を算出することとした場合であっても、処理量を削減しつつセンター成分を精度良く抽出することができる。ただし、ハイブリッド型のパワー（Ｐ２）を用いて算出される相関係数（α１）のほうが、パワー（Ｐ１）を用いて算出される相関係数よりもセンター成分の抽出精度は高い。
【００９６】
次に、仮相関係数（α０）の具体的な導出過程について説明しておく。図３に示したベクトルａＬ・ｌ、ベクトルａＲ・ｒおよびセンター成分のベクトル（Ｃｅ）を用いてベクトルＬおよびベクトルＲをあらわすと、それぞれ、
【数８】
式（８−１）および式（８−２）のようにあらわされる。
【００９７】
また、式（８−１）および式（８−２）に示したベクトルＬおよびベクトルＲの式および式（６）に示したベクトルＣｅの式を用いてベクトルＣｅを求めると、
【数９】
式（９）のようにあらわされる。
【００９８】
そして、式（９）を式（８−１）および式（８−２）へ代入すると、ベクトルＬおよびベクトルＲは、それぞれ、
【数１０】
式（１０−１）および式（１０−２）のようにあらわされる。
【００９９】
ここで、ベクトルＬおよびベクトルＲの平方和で表現されるパワー（Ｐ０）と、ベクトルＬおよびベクトルＲの内積（Ｃ０）とは、それぞれ、
【数１１】
式（１１−１）および式（１１−２）のようにあらわされる。
【０１００】
そして、式（１１−１）および式（１１−２）を用いて仮相関係数（α０）を求めると、
【数１２】
式（１２）のようにあらわされる。
【０１０１】
ここで、ベクトルＬとベクトルＲとが直交する場合、Ｃ０＝０となり、仮相関係数（α０）は１または０となる。また、ベクトルＬとベクトルＲとが直交する場合、Ｃｅ＝０となる。これらを式（９）へ代入するとα０＝０となる。したがって、式（１２）は、
【数１３】
式（１３）のように限定される。
【０１０２】
ただし、式（１３）は、０≦Ｃ０＜Ｐ０／２および０≦α０≦１／２の場合に限る。また、内積（Ｃ０）は、−Ｐ０／２≦Ｃ０＜Ｐ０／２の範囲を取るため、Ｃ０＜０の場合を想定し、仮相関係数（α０）を式（３）のように設定することとする。
【実施例２】
【０１０３】
ところで、上述した実施例１では、ベクトルＬおよびベクトルＲの平方和であるパワー（Ｐ０）のうちの虚部の成分を使用しない、あるいは、部分的に使用することとしたが、これに限ったものではない。すなわち、複素信号のうち実部の成分がチャネル信号そのものであり、かかるチャネル信号から虚部の成分が算出されることからわかる通り、左右のチャネル信号を複素信号へ変換する場合には、実部の成分の算出と比較して虚部の成分の算出に多くの処理を要する。
【０１０４】
そこで、算出に要する処理量が多い虚部の成分を一切用いることなくパワーおよび内積を算出することとしてもよい。このように虚部の成分を一切用いないこととした場合には、虚部の成分を用いる場合（たとえば、図６に示したグラフＤ）と比較して、センター成分の抽出精度は多少低下するものの、相関低減処理に要する処理量を大幅に削減することができる。
【０１０５】
以下では、虚部の成分を用いることなく、すなわち、複素信号への変換を行うことなくパワーおよび内積を算出し、かかるパワーおよび内積から相関係数を算出する場合の実施例２について説明する。
【０１０６】
図９は、実施例２に係る制御部１３’の回路構成例を示す図である。図９に示すように、制御部１３’は、相関係数計算部１１１と、ＬＰＦ１１２と、センター成分生成部１１３と、センター成分減算部１１４とを含んで構成される。ここで、図９に示したように、信号取得部１１（図２参照）から出力された左右のチャネル信号は、相関係数計算部１１１、センター成分生成部１１３およびセンター成分減算部１１４へ入力される。
【０１０７】
相関係数計算部１１１は、信号取得部１１から左右のチャネル信号を受け取ると、受け取ったチャネル信号を用いて相関係数（α２）を算出する処理部である。
【０１０８】
具体的には、相関係数計算部１１１は、まず、
【数１４】
式（１４−１）に示した式を用いてパワー（Ｐ３）を算出する。ここで、式（１４−１）に示した式は、式（１）に示した式から虚部の成分（Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ）を削除したものである。
【０１０９】
また、相関係数計算部１１１は、式（１４−２）に示した式を用いて内積（Ｃ１）を算出する。ここで、式（１４−２）に示した式は、式（２）に示した式から虚部の成分（Ｌ２Ｉｍ×Ｒ２Ｉｍ）を削除したものである。
【０１１０】
そして、相関係数計算部１１１は、式（１４−３）に示した式を用いて相関係数（α２）を算出する。
【０１１１】
このように、実施例２では、チャネル信号を複素信号へ変換することなく、元のチャネル信号のみを用いて相関係数（α２）を算出するため、相関係数（α２）の算出に要する処理量を大幅に削減できる。
【０１１２】
相関係数計算部１１１によって算出された相関係数（α２）は、ＬＰＦ１１２を介してセンター成分生成部１１３へ出力される。ＬＰＦ１１２の構成は、図８に示したＬＰＦ１０３と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１１３】
センター成分生成部部１１３は、ＬＰＦ１１２によって平滑化された相関係数（α２）および信号取得部１１から受け取った左右のチャネル信号を用いてセンター成分（Ｃｅ’）を生成する処理部である。なお、かかる処理は、図８に示したセンター成分生成部１０４が実行する処理と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１１４】
センター成分減算部１１４は、センター成分生成部１１３から出力されたセンター成分（Ｃｅ’）および信号取得部１１から受け取った各チャネル信号からセンター成分を減算し、これによって得られた出力信号Ｌ''，Ｒ''を信号出力部１２へ出力する処理部である。なお、かかる処理は、図８に示したセンター成分減算部１０５が実行する処理と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１１５】
次に、実施例２に係る制御部１３’の具体的な動作について図１０を用いて説明する。図１０は、実施例２に係る制御部１３’が実行する処理手順を示すフローチャートである。
【０１１６】
図１０に示したように、制御部１３’では、相関係数計算部１１１が、パワー（Ｐ３）および内積（Ｃ１）を算出し（ステップＳ１０１）、算出したパワー（Ｐ３）および内積（Ｃ１）を用いて相関係数（α２）を算出する（ステップＳ１０２）。つづいて、制御部１３’では、ＬＰＦ１１２を用いて相関係数（α２）を平滑化し（ステップＳ１０３）、センター成分生成部１１３が、平滑化後の相関係数（α２）を用いてセンター成分（Ｃｅ’）を算出する（ステップＳ１０４）。
【０１１７】
そして、制御部１３’では、センター成分減算部１１４が、各チャネル信号からセンター成分（Ｃｅ’）を減算することによって出力信号Ｌ''およびＲ''を生成し（ステップＳ１０５）、生成した出力信号Ｌ''およびＲ''を信号出力部１２へ出力する（ステップＳ１０６）。
【０１１８】
次に、パワー（Ｐ３）および内積（Ｃ１）を用いて算出される相関係数（α２）の特長について図１１を用いて説明する。図１１は、相関係数の変動をあらわすグラフ（その３）である。
【０１１９】
図１１に示したグラフＥは、あらかじめ決められた帯域の信号をセンター成分として抽出した場合における相関係数の変動をあらわすグラフである。グラフＥは、ミックス割合が小〜中程度の領域において相関係数が高い値を示しており、理想的な相関係数の変動から大きくずれていることがわかる。
【０１２０】
また、図１１に示したグラフＦは、ＦＦＴを用いて相関係数を算出した場合における相関係数の変動をあらわすグラフである。かかるグラフＦは、ミックス割合が小さい領域において相関係数が高い値を示しているが、全体的には理想的な相関係数の変動に近いものとなっている。ただし、ＦＦＴを用いた場合、処理量が多くなるため逐次的な処理ができなくなるという問題がある。
【０１２１】
一方、図１１に示したグラフＧは、実施例２に係る相関係数（α２）の変動をあらわすグラフである。図１１に示したように、グラフＧは、ＦＦＴを用いて相関係数を算出した場合と比較すると、ミックス割合が小〜中程度の領域において精度が若干劣るものの、ミックス割合が大きい領域では同等の精度を示すことがわかる。
【０１２２】
また、虚部の成分を用いることなく相関係数（α２）を算出することで、相関低減処理に要する処理量が、ＦＦＴを用いる場合と比較して大幅に小さくなった。具体的には、ＦＦＴを用いた場合の処理量を１００とすると、実施例２に係る相関低減処理の処理量は１．５程度である。
【０１２３】
上述してきたように、実施例２では、音声信号に含まれる左右のチャネル信号の平方和であるパワー（Ｐ３）および積である内積（Ｃ１）を算出し、算出したパワー（Ｐ３）および内積（Ｃ１）を用いて相関係数（α２）を算出することとした。したがって、センター成分の抽出精度の低下を抑えつつ、相関低減処理に要する処理量を大幅に削減することができる。
【０１２４】
ところで、実施例１に係る音声信号変換装置１０および実施例２に係る音声信号変換装置（以下、「音声信号変換装置１０’」と記載する）は、たとえば、車載用の音場制御システムに対して適用することができる。
【０１２５】
以下では、実施例１に係る音声信号変換装置１０を車載用の音場制御システムに対して適用した場合について説明する。なお、以下に示す車載用音場制御システムは、実施例２に係る音声信号変換装置１０’を適用することも可能である。
【０１２６】
まず、車載用音場制御システムの構成例について図１２Ａを用いて説明する。図１２Ａは、車載用音場制御システムの構成例（その１）を示す図である。
【０１２７】
図１２Ａに示したように、車載用音場制御システムは、音源２０と、音場制御装置３０（音響再生装置の一例に相当）と、パワーアンプ４０と、スピーカ５０ａ，５０ｂとを含んで構成される。これらは、車両２００内に搭載されるものとする。なお、音源２０は、図１に示した音源２０と同様である。
【０１２８】
音場制御装置３０は、音声信号変換装置１０と、遅延部３１ａ，３１ｂと、乗算部３２ａ，３２ｂと、加算部３３ａ，３３ｂと、乗算部３４ａ，３４ｂとを備える。ここで、音源２０から出力された音声信号は、音声信号変換装置１０および加算部３３ａ，３３ｂへ入力される。また、音声信号変換装置１０へ入力された音声信号は、音声信号変換装置１０によってセンター成分（Ｃｅ）が減算されてそれぞれ遅延部３１ａ，３１ｂへ出力される。
【０１２９】
つづいて、音声信号変換装置１０から出力された左のチャネル信号は、遅延部３１ａによって所定時間遅延されるとともに、乗算部３２ａによってゲインが調整されて加算部３３ａへ出力される。同様に、音声信号変換装置１０から出力された右のチャネル信号は、遅延部３１ｂによって所定時間遅延されるとともに、乗算部３２ｂによってゲインが調整されて加算部３３ｂへ出力される。
【０１３０】
つづいて、加算部３３ａでは、音源２０から入力された左のチャネル信号と乗算部３２ａから出力された左のチャネル信号とが加算されて乗算部３４ａへ出力される。同様に、加算部３３ｂでは、音源２０から入力された右のチャネル信号と乗算部３２ｂから出力された右のチャネル信号とが加算されて乗算部３４ｂへ出力される。
【０１３１】
このように、音場制御装置３０では、センター成分が低減された音声信号（無相関信号）を元の音声信号へ足し込むことで、リスナーに対して音の拡がり感を与えることができる。また、無相関信号を所定時間遅らせて元の音声信号へ足し込むことで、スピーカ５０ａ，５０ｂからはエコーがかかったような音が出力されるようになるため、リスナーに対して更なる音の拡がり感を与えることができる。また、遅延部３１ａ，３１ｂおよび加算部３３ａ，３３ｂの間にそれぞれ乗算部３２ａ，３２ｂを設けることとしたため、元の音声信号へ足しこむ無相関信号の割合を調整することができる。
【０１３２】
つづいて、加算部３３ａから出力された音声信号は、乗算部３４ａにおいてゲイン調整されたうえでパワーアンプ４０へ出力されるとともに、パワーアンプ４０において増幅されて左スピーカ５０ａから出力される。また、加算部３３ｂから出力された音声信号は、乗算部３４ｂにおいてゲイン調整されたうえでアンプ４０へ出力されるとともに、パワーアンプ４０において増幅されて右スピーカ５０ｂから出力される。
【０１３３】
なお、図１２Ａでは、車両２００の前席側だけにスピーカを設けることとしたが、これに限らず、後席側にもスピーカを設けることとしてもよい。以下では、車両２００に対して左右スピーカを２セット配置した場合における車両用音場制御システムの構成例について図１２Ｂを用いて説明する。図１２Ｂは、車載用音場制御システムの構成例（その２）を示す図である。
【０１３４】
図１２Ｂに示したように、かかる場合の車両用音場制御システムは、左右スピーカ５０ｃ，５０ｄをさらに含むとともに、音場制御装置３０に代えて音場制御装置３０’（音響再生装置の一例に相当）を含む。なお、スピーカ５０ａ，５０ｂは、車両２００の前席側に設けられ、スピーカ５０ｃ，５０ｄは、車両２００の後席側に設けられるものとする。
【０１３５】
音場制御装置３０’は、音場制御装置３０が備える構成要素に加え、遅延部３１ｃ，３１ｄ、乗算部３２ｃ，３２ｄ、加算部３３ｃ，３３ｄ、乗算部３４ｃ，３４ｄをさらに備える。すなわち、音場制御装置３０’は、乗算部３４ａからパワーアンプ４０経由で左スピーカ５０ａへ出力される音声信号と同じ音声信号を、乗算部３４ｃからパワーアンプ４０経由で左スピーカ５０ｃへも出力する。同様に、音場制御装置３０’は、乗算部３４ｂからパワーアンプ４０経由で右スピーカ５０ｂへ出力される音声信号と同じ音声信号を、乗算部３４ｄからパワーアンプ４０経由で右スピーカ５０ｄへも出力することとしている。
【０１３６】
なお、乗算部３４ｃは、音声信号変換装置１０、遅延部３１ｃおよび乗算部３２ｃ経由で出力された左の無相関信号と音源２０から出力された左のチャネル信号とを加算した信号を加算部３３ｃから受け取る。また、乗算部３４ｄは、音声信号変換装置１０、遅延部３１ｄおよび乗算部３２ｄ経由で出力された右の無相関信号と音源２０から出力された右のチャネル信号とを加算した信号を加算部３３ｄから受け取る。
【０１３７】
このように、音場制御装置は、音声信号変換装置を用いて、左右チャネルの音声信号から該左右チャネルの音声信号間の相関成分を抽出し、乗算部や加算部を用いて、左右チャネルの音声信号における相関成分および非相関成分の割合を調整し、図示しないオーディオインタフェースを用いて、調整された左右チャネルの音声信号を各々左右スピーカから再生させることとしたため、車室内に快適な音場を形成することができる。また、実施例１や２に係る音声信号変換装置を用いるため、処理量を削減しつつ相関成分を精度良く抽出することもできる。
【０１３８】
なお、図１２Ｂでは、前席側に設けられた一組のスピーカ５０ａ，５０ｂおよび後席側に設けられた一組のスピーカ５０ｃ，５０ｄから同一の音声信号を出力する場合について説明した。しかし、出力する音声信号の組合せは、これに限ったものではない。
【０１３９】
たとえば、車載用音場制御システムでは、無相関信号を足し込んでセンター成分を低減させた音声信号を後席側のスピーカ５０ｃ，５０ｄのみから出力することとしてもよい。かかる場合、車載用音場制御システムでは、無相関信号を足し込んでいない音声信号を前席側のスピーカ５０ａ，５０ｂから出力するものとする。
【０１４０】
これにより、センター成分が車両２００の中央よりも前方側に定位することとなるため、各乗車者に対してより自然な音場を提供することができる。また、車載用音場制御システムでは、逆に、無相関信号を足し込んでセンター成分を低減させた音声信号を前席側のスピーカ５０ａ，５０ｂのみから出力することとしてもよい。
【０１４１】
また、図１２Ｂでは、残響効果を得るために無相関信号を遅延させることとしたが、無相関信号を遅延させることなく元の音声信号と足し合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
以上のように、本発明に係る相関低減方法、音声信号変換装置および音響再生装置は、処理量を削減しつつ相関成分を精度良く抽出したい場合に有効であり、特に、車載用音場制御システムへの適用が考えられる。
【符号の説明】
【０１４３】
１０，１０’ 音声信号変換装置
１１ 信号取得部
１２ 信号出力部
１３，１３’ 制御部
１３ａ ヒルベルト変換部
１３ｂ 相関係数概算部
１３ｃ 相関係数決定部
１３ｄ フィルタリング部
１３ｅ センター成分減算部
２０ 音源
３０，３０’ 音場制御装置
３１ａ〜３１ｄ 遅延部
３２ａ〜３２ｄ 乗算部
３３ａ〜３３ｄ 加算部
３４ａ〜３４ｄ 乗算部
４０ パワーアンプ
５０ａ〜５０ｄ スピーカ
１０１ａ，１０１ｂ 直交化部
１０２，１１１ 相関係数計算部
１０３，１１２ ＬＰＦ
１０４，１１３ センター成分生成部
１０５，１１４ センター成分減算部
２００ 車両
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音声信号の相関低減方法、音声信号変換装置および音響再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、楽曲中のセンター成分を低減させて主に伴奏成分だけを出力するセンター成分低減処理が知られている。かかるセンター成分低減処理では、左右のチャネル信号に共通して含まれる成分（以下、「相関成分」とも記載する）をセンター成分として抽出し、抽出したセンター成分を各チャネル信号から減算する処理が行われる。
【０００３】
ここで、センター成分の抽出手法の一つとして、たとえば特許文献１には、音声信号をフーリエ変換し、これによって得られる複素信号に基づいてセンター成分を抽出する手法が開示されている。なお、複素信号とは、実部と虚部とによって表現される信号のことである。
【０００４】
また、相関成分の簡易的な抽出手法として、左右のチャネル信号の相関が強いと思われる帯域をあらかじめ決めておき、かかる帯域の信号をＰＥＱ（Parametric Equalizer）等を用いて抽出する手法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−５０２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フーリエ変換を用いた相関成分の抽出手法は、相関成分の抽出精度が高いものの、処理量が多いためリアルタイム性に欠けるという問題があった。また、あらかじめ決められた帯域の信号を相関成分として抽出する手法は、処理量が少ないものの、固定的な制御であるため相関成分の抽出精度が低いという問題があった。
【０００７】
これらのことから、処理量を削減しつつ相関成分を精度良く抽出することができる相関低減方法、音声信号変換装置あるいは音響再生装置をいかにして実現するかが大きな課題となっている。
【０００８】
開示の技術は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、処理量を削減しつつ相関成分を精度良く抽出することができる相関低減方法、音声信号変換装置および音響再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の開示する相関低減方法は、一つの態様において、左右チャネルの音声信号の平方和および積を算出し、算出した平方和および積を用いて前記音声信号における左右のチャネル信号間の相関を示す相関係数を算出する算出工程と、前記算出工程において算出した相関係数を用いて前記左右のチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出し、抽出した相関成分を前記左右のチャネル信号から減算する減算工程と、前記左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換する変換工程とを含み、前記算出工程は、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分および前記ベクトルの内積を算出し、算出した前記平方和のうちの実部の成分および前記内積を用いて前記相関係数を算出することを特徴とする。
【００１０】
また、本願の開示する音声信号変換装置は、一つの態様において、左右チャネルの音声信号の平方和および積を算出し、算出した平方和および積を用いて前記音声信号における左右のチャネル信号間の相関を示す相関係数を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された相関係数を用いて前記左右のチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出し、抽出した相関成分を前記左右のチャネル信号から減算する減算手段と、前記左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換する変換手段とを備え、前記算出手段は、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分および前記ベクトルの内積を算出し、算出した前記平方和のうちの実部の成分および前記内積を用いて前記相関係数を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、本願の開示する音響再生装置は、一つの態様において、左右チャネルの音声信号から該左右チャネルの音声信号間の相関成分を抽出する相関成分抽出手段と、前記左右チャネルの音声信号における前記相関成分および非相関成分の割合を調整する相関成分割合調整手段と、前記相関成分割合調整手段により調整された左右チャネルの音声信号を各々左右スピーカから再生させる再生手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本願の開示する相関低減方法、音声信号変換装置および音響再生装置の一つの態様によれば、処理量を削減しつつ相関成分を精度良く抽出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】図１Ａは、実施例１に係る音声信号変換装置の適用例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、相関低減処理の概念図である。
【図２】図２は、実施例１に係る音声信号変換装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、左右のチャネル信号に対応する複素平面上のベクトルの一例を示す図である。
【図４】図４は、相関係数の変動をあらわすグラフ（その１）である。
【図５】図５は、ハイブリッド型のパワーの内容を示す図である。
【図６】図６は、相関係数の変動をあらわすグラフ（その２）である。
【図７】図７は、ＬＰＦの構成例を示す図である。
【図８】図８は、実施例１に係る制御部の回路構成例である。
【図９】図９は、実施例２に係る制御部の回路構成例である。
【図１０】図１０は、実施例２に係る制御部が実行する処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、相関係数の変動をあらわすグラフ（その３）である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、車載用音場制御システムの構成例（その１）を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、車載用音場制御システムの構成例（その２）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る相関低減方法、音声信号変換装置および音響再生装置の好適な実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
まず、実施例１に係る音声信号変換装置の適用例および相関低減方法の概念について図１を用いて説明する。図１Ａは、実施例１に係る音声信号変換装置の適用例を示す図である。また、図１Ｂは、相関低減処理の概念図である。
【００１６】
なお、以下では、左右のチャネル信号から成るステレオ信号を処理対象とする場合について説明するが、本発明に係る相関低減方法は、３つ以上のチャネル信号から成る音声信号に対して適用してもよい。
【００１７】
図１Ａに示すように、実施例１に係る音声信号変換装置１０は、音源２０から入力された左右のチャネル信号から各チャネル信号に共通して含まれる相関成分を減算することで、相関が低減されたチャネル信号を出力する装置である。
【００１８】
ここで、センター成分および伴奏成分を含んだ楽曲においては、センター成分が中央に定位するのが通常である。このため、音声信号変換装置１０は、音声信号が楽曲である場合には、左右のチャネル信号に共通して含まれるセンター成分を相関成分として減算することとなる。
【００１９】
そこで、音声信号変換装置１０は、たとえば図１Ａに示すようなサラウンドシステムにおいてボーカルリデューサとして利用することができる。たとえば、図１Ａに示したサラウンドシステムでは、音源２０からの音声信号を、リスナーの前方へ配置したスピーカから出力するとともに、音声信号変換装置１０によってセンター成分が減算された音声信号を、リスナーの後方へ配置したスピーカから出力する。
【００２０】
このように、センター成分を減算することによって相関が低減された左右のチャネル信号を出力することで、リスナーに対して音の拡がり感を与えることができる。また、センター成分を含んだ音声信号をリスナー前方から出力し、センター成分を含まない音声信号をリスナー後方から出力することで、センター成分がリスナーの前方で定位するため、リスナーに対してより自然な音場を提供することができる。
【００２１】
ここで、音声信号変換装置１０が実行する相関低減処理を概略的に説明する。図１Ａに示したように、音声信号変換装置１０は、まず、音源２０から入力された左右のチャネル信号に基づいてパワー（Ｐ）および内積（Ｃ）を算出する。
【００２２】
具体的には、音声信号変換装置１０は、音声信号に含まれる左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換する。ここで、複素信号への変換は、ヒルベルト変換やＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等を用いて行うことができるが、特に、ヒルベルト変換を用いることとすれば、ＦＦＴを用いた場合と比較して複素信号への変換処理の処理量を低減することができる。
【００２３】
つづいて、音声信号変換装置１０は、実部および虚部を座標軸とする複素平面における、各チャネル信号に対応するベクトルを用いてパワー（Ｐ）および内積（Ｃ）を算出する。
【００２４】
つづいて、音声信号変換装置１０は、算出したパワー（Ｐ）および内積（Ｃ）を用いて相関係数（α）を算出する。ここで、相関係数（α）とは、左右のチャネル信号間の相関の度合を示す値、言い換えれば、音声信号に対する相関成分の割合を示す値である。かかる相関係数（α）が大きいほど、各チャネル信号に含まれる相関成分が多いといえる。
【００２５】
つづいて、音声信号変換装置１０は、算出した相関係数（α）に基づいて相関成分を生成し、生成した相関成分を元のチャネル信号からそれぞれ減算する。そして、音声信号変換装置１０は、相関成分が減算された各チャネル信号をリスナー後方のスピーカから出力する。
【００２６】
ここで、実施例１に係る音声信号変換装置１０は、相関係数（α）の算出処理において、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分だけをパワー（Ｐ）として用いて相関係数（α）を算出することとした点を特徴の一つとする。
【００２７】
具体的には、図１Ｂに示したように、左のチャネル信号に対応するベクトルをベクトルＬ＝（ＬＲＥ，ＬＩｍ）、右のチャネル信号に対応するベクトルをベクトルＲ＝（ＲＲＥ，ＲＩｍ）とすると、パワー（Ｐ）は、通常、
Ｐ＝Ｌ２ＲＥ＋Ｒ２ＲＥ＋Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ
であらわされる。ここで、パワー（Ｐ）のうち、「Ｌ２ＲＥ＋Ｒ２ＲＥ」は実部の成分に相当し、「Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ」は虚部の成分に相当する。すなわち、通常算出されるパワー（Ｐ）には、実部および虚部が含まれる。
【００２８】
一方、実施例１に係る音声信号変換装置１０では、ベクトルＬおよびベクトルＲの平方和のうちの実部の成分「Ｌ２ＲＥ＋Ｒ２ＲＥ」のみを算出する。そして、音声信号変換装置１０は、かかる実部の成分「Ｌ２ＲＥ＋Ｒ２ＲＥ」をパワー（Ｐ）として採用し、かかるパワー（Ｐ）と、ベクトルＬおよびベクトルＲの内積（Ｃ）とを用いて相関係数（α）を算出する。
【００２９】
このように、実部の成分のみを含んだパワー（Ｐ）を用いることとすれば、虚部の算出処理を省略することができるため、処理量を削減することができる。しかも、実部の成分のみを含んだパワー（Ｐ）を用いた場合には、実部および虚部の成分をパワー（Ｐ）とした場合と比較して、特に、相関成分の割合が多い音声信号に対して高い相関成分抽出精度を示すことがわかった（後述する図４参照）。
【００３０】
すなわち、実施例１では、左右のチャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分およびベクトルの内積に基づいて相関係数を算出し、算出した相関係数を用いてチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出して各チャネル信号から減算することで、処理量を削減しつつ相関成分を精度良く抽出することができる。
【００３１】
ところで、実部の成分および虚部の成分を含んだパワー（Ｐ）を用いて相関係数（α）を算出した場合には、実部の成分のみを含んだパワー（Ｐ）を用いた場合と比較して、相関成分の割合が少ない音声信号に対して高い相関成分抽出精度を示すことがわかった。
【００３２】
そこで、音声信号変換装置１０は、実部の成分のみを含んだパワー（Ｐ）の特長と実部の成分および虚部の成分を含んだパワー（Ｐ）の特長とを兼ね備えたハイブリッド型のパワー（Ｐ）を用いて相関係数（α）を算出することもできる。すなわち、相関成分の割合が少ない場合には虚部の成分の割合が多くなり、相関成分の割合が多い場合には虚部の成分の割合が少なくなるようなパワー（Ｐ）を用いて相関係数（α）を算出する。
【００３３】
これにより、音声信号に含まれる相関成分の割合に関わりなく、相関成分を精度良く抽出することが可能となる。なお、かかるハイブリッド型のパワー（Ｐ）の詳細な内容については、後述する。
【００３４】
以下では、ハイブリッド型のパワー（Ｐ）（以下、「パワー（Ｐ２）」と記載する）を用いて相関係数（α）（以下、「相関係数（α１）」と記載する）を算出する音声信号変換装置１０について具体的に説明する。図２は、実施例１に係る音声信号変換装置１０の構成を示すブロック図である。なお、以下では、上記した「相関成分」を「センター成分」と呼ぶこととする。
【００３５】
図２に示すように、音声信号変換装置１０は、信号取得部１１と、信号出力部１２と、制御部１３とを備えている。また、制御部１３は、ヒルベルト変換部１３ａと、相関係数概算部１３ｂと、相関係数決定部１３ｃと、フィルタリング部１３ｄと、センター成分減算部１３ｅとを備えている。
【００３６】
信号取得部１１は、外部機器（たとえば、音源２０）から音声信号を取得し、取得した音声信号を左右のチャネル信号ごとにヒルベルト変換部１３ａへ渡す処理部である。なお、音源２０は、たとえば、ＣＤプレーヤーのような音声再生装置でもよいしＤＶＤプレーヤーやＴＶチューナのような映像・音声再生装置でもよい。また、信号取得部１１は、取得した音声信号がアナログ信号である場合は、かかるアナログ信号をデジタル信号へ変換したうえでヒルベルト変換部１３ａへ渡す。
【００３７】
信号出力部１２は、センター成分減算部１３ｅからの出力信号を外部機器（たとえば、スピーカ）へ出力する処理部である。なお、かかる出力信号は、信号取得部１１によって取得された音声信号からセンター成分を減算して得られる無相関信号、すなわち、センター成分が低減された音声信号である。かかる出力信号は、アナログ信号でもよいしデジタル信号でもよい。
【００３８】
制御部１３は、音声信号変換装置１０の全体制御を行う制御部である。ヒルベルト変換部１３ａは、信号取得部１１から左右のチャネル信号を受け取ると、受け取ったチャネル信号を複素信号へ変換して相関係数概算部１３ｂへ出力する処理部である。
【００３９】
具体的には、ヒルベルト変換部１３ａは、受け取ったチャネル信号を実部の成分として出力するとともに、受け取ったチャネル信号の位相をＦＩＲ（Finite Impulse Response）型のヒルベルトフィルタを用いて９０度シフトさせた信号を虚部の成分として出力する。なお、ヒルベルト変換部１３ａは、左右のチャネル信号ごとに、複素信号への変換処理を行い、左右のチャネル信号にそれぞれ対応する複素信号を相関係数概算部１３ｂへ出力する。
【００４０】
このように、ヒルベルト変換を用いて複素信号を生成することで、ＦＦＴのように信号を一旦バッファに貯めたうえで演算を行うといった処理が不要となるため、逐次処理が可能となる。すなわち、ヒルベルト変換を用いることで、リアルタイム性の高い処理を行うことが可能となる。ただし、複素信号への変換手法は、ヒルベルト変換に限定されるものではなく、他の変換手法を用いて複素信号を生成してもよい。
【００４１】
相関係数概算部１３ｂは、ヒルベルト変換部１３ａから受け取った複素信号に基づいてパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を算出するとともに、算出したパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を用いて仮相関係数（α０）を算出する処理部である。具体的には、相関係数概算部１３ｂは、実部および虚部を座標軸とする複素平面において表現された各チャネル信号に対応するベクトルを用いてＰ０，Ｃ０およびα０を算出する。
【００４２】
ここで、各チャネル信号に対応する複素平面上のベクトルについて図３を用いて説明しておく。図３は、左右のチャネル信号に対応する複素平面上のベクトルの一例を示す図である。
【００４３】
図３に示すように、実部および虚部を座標軸とする複素平面において、左のチャネル信号に対応するベクトルＬは、ベクトルＬ＝（ＬＲｅ，ＬＩｍ）であらわされ、右のチャネル信号に対応するベクトルＲは、ベクトルＲ＝（ＲＲｅ，ＲＩｍ）であらわされる。
【００４４】
また、これらのベクトルＬおよびベクトルＲは、センター成分に対応するベクトルＣｅを含む。かかるベクトルＣｅは、ベクトルＬおよびベクトルＲの和に対して相関係数（α１）を乗じることによって割り出されるものである。
【００４５】
なお、ベクトルａＬ・ｌは、ベクトルＬからベクトルＣｅを差し引いたベクトルであり、ベクトルａＲ・ｒは、ベクトルＲからベクトルＣｅを差し引いたベクトルである。ここで、ベクトルｌおよびベクトルｒは、単位ベクトルであり、ａＲおよびａＬは、所定の係数である。これらベクトルａＬ・ｌおよびベクトルａＲ・ｒは、互いに相関がないため直交する。
【００４６】
つづいて、相関係数概算部１３ｂによるパワー（Ｐ０）、内積（Ｃ０）および仮相関係数（α０）の算出手法について説明する。相関係数概算部１３ｂは、まず、ベクトルＬ＝（ＬＲｅ，ＬＩｍ）およびベクトルＲ＝（ＲＲｅ，ＲＩｍ）を用いてパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を算出する。
【００４７】
具体的には、パワー（Ｐ０）は、
【数１】
式（１）のようにあらわされる。また、内積（Ｃ０）は、
【数２】
式（２）のようにあらわされる。
【００４８】
そして、相関係数概算部１３ｂは、算出したパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を用いて仮相関係数（α０）を算出する。具体的には、仮相関係数（α０）は、
【数３】
式（３）のようにあらわされる。
【００４９】
なお、仮相関係数（α０）は、ハイブリッド型のパワー（Ｐ２）を算出する際に、チャネル信号間の相関の強弱を概括的に特定するために用いられることとなるが、かかる点については後述する。
【００５０】
また、相関係数概算部１３ｂは、仮相関係数（α０）を算出すると、算出した仮相関係数（α０）をパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）とともに相関係数決定部１３ｃへ出力する。なお、相関係数概算部１３ｂは、パワー（Ｐ０）を実部と虚部に分けて算出するとともに、実部と虚部に分けて相関係数決定部１３ｃへ出力する。
【００５１】
図２に戻り、音声信号変換装置１０の説明を続ける。相関係数決定部１３ｃは、相関係数概算部１３ｂから仮相関係数（α０）、パワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を受け取ると、これらの値に基づいて相関係数（α１）を決定する処理部である。
【００５２】
具体的には、相関係数決定部１３ｃは、まず、
【数４】
式（４）に示す式を用いてパワー（Ｐ２）を算出する。かかるパワー（Ｐ２）は、パワー（Ｐ0）のうち、虚部の成分（Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ）に対して仮相関係数（α０）を含んだ重み付け係数（１−２α０）を乗じたものである。
【００５３】
そして、相関係数決定部１３ｃは、かかるパワー（Ｐ２）および相関係数概算部１３ｂから受け取った内積（Ｃ０）を用いて相関係数（α１）を決定する。具体的には、相関係数（α１）は、
【数５】
式（５）のようにあらわされる。
【００５４】
ここで、パワー（Ｐ２）は、実部の成分および虚部の成分を含んだパワー（Ｐ０）の特長および実部の成分のみを含んだパワー（以下、「パワー（Ｐ１）」と記載する）の特長を兼ね備えたハイブリッド型のパワー（Ｐ２）である。以下では、かかる点について図４〜６を用いて説明する。
【００５５】
まず、実部および虚部を含んだパワー（Ｐ０）を用いて算出される相関係数の特長および実部のみを含んだパワー（Ｐ１）（Ｐ１＝Ｌ２ＲＥ＋Ｒ２ＲＥ）を用いて算出される相関係数の特長について図４を用いて説明する。図４は、相関係数の変動をあらわすグラフ（その１）である。
【００５６】
なお、図４は、相関のない２つの音声信号を混合することによってこれらの音声信号の相関を徐々に強くしていった場合における相関係数の変動を示している。ここでは、２つの音声信号の混合割合（以下、「ミックス割合」と記載する）を横軸とし、相関係数を縦軸としている。
【００５７】
図４に示したグラフＡは、音声信号に対して相関低減処理を施さない場合の（すなわち、未処理の）相関係数の変動を示したグラフである。グラフＡに示したように、２つの音声信号は、ミックス割合が小さい（すなわち、相関が弱い）場合には相関係数が０に近く、ミックス割合が大きい（すなわち、相関が強い）場合には相関係数が１に近くなる。なお、相関係数が１である音声信号とは、モノラル信号のことである。
【００５８】
このように、相関係数が小さいほどステレオで再生された状態に近づくことから、再生される音声に臨場感をもたらすためには、いかなるミックス割合の場合であっても相関低減処理によって相関係数を可能な限り低減させる必要がある。具体的には、相関係数は、ミックス割合が１となる（すなわち、モノラル信号となる）直前まで０であることが好ましい。
【００５９】
グラフＢは、実部の成分および虚部の成分を含んだパワー（Ｐ０）を用いて相関係数を算出した場合における相関係数の変動を示したグラフである。また、グラフＣは、実部の成分のみを含んだパワー（Ｐ１）を用いて相関係数を算出した場合における相関係数の変動を示したグラフである。
【００６０】
図４に示したように、グラフＢは、ミックス割合が小さい領域（たとえば、ミックス割合０〜０．４の領域）において相関係数が小さい値で変動している。したがって、パワー（Ｐ０）を用いて相関係数を算出する手法によれば、左右のチャネル信号間の相関が弱い場合に理想的な相関係数を算出できることがわかる。
【００６１】
また、グラフＣは、ミックス割合が大きい領域（たとえば、ミックス割合が０．８以上の領域）において相関係数が急激に増加している。したがって、パワー（Ｐ１）を用いて相関係数を算出する手法によれば、左右のチャネル信号間の相関が強い場合に理想的な相関係数を算出できることがわかる。また、パワー（Ｐ１）を用いて相関係数を算出することとすれば、虚部の成分の算出工程を省略することができるため、処理量を削減することができる。
【００６２】
ところが、図４に示すように、グラフＢは、ミックス割合が中〜大程度の領域において、グラフＣは、ミックス割合が小〜中程度の領域において、理想的な相関係数からずれた値が算出されていることがわかる。
【００６３】
すなわち、パワー（Ｐ０）を用いて相関係数を算出した場合には、相関が比較的弱い音声信号については相関係数を精度良く算出することができるものの、相関が比較的強い音声信号については相関係数の算出精度が不十分であることがわかる。また、パワー（Ｐ１）を用いて相関係数を算出した場合には、相関が比較的強い音声信号については相関係数を精度良く算出することができるものの、相関が比較的弱い音声信号については相関係数の算出精度が不十分であることがわかる。
【００６４】
そこで、実施例１では、相関の強弱に関わりなく相関係数を精度良く算出することを目的として、パワー（Ｐ０）およびパワー（Ｐ１）の双方の特長を兼ね備えたハイブリッド型のパワー（Ｐ２）を用いて相関係数（α１）を算出することとした。
【００６５】
ここで、ハイブリッド型のパワー（Ｐ２）の内容について図５を用いて説明する。図５は、ハイブリッド型のパワー（Ｐ２）の内容を示す図である。なお、同図に示したように、仮相関係数（α０）は、０≦α０≦１／２の値を取りうるが、かかる点の詳細については後述することとする。
【００６６】
図５に示したように、パワー（Ｐ２）は、虚部の成分（Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ）が仮相関係数（α０）の値に応じて０〜（Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ）の範囲で変化するように重み付けされている。たとえば、仮相関係数（α０）が「０」である場合には、パワー（Ｐ２）は「Ｌ２Ｒｅ＋Ｒ２Ｒｅ＋Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ」となり、仮相関係数（α０）が「１／２」である場合には、パワー（Ｐ２）は「Ｌ２Ｒｅ＋Ｒ２Ｒｅ」となる。
【００６７】
すなわち、パワー（Ｐ２）は、チャネル信号間の相関が弱い場合にはパワー（Ｐ０）の式に近づき、チャネル信号間の相関が強い場合にはパワー（Ｐ１）の式に近づくこととなる。
【００６８】
つづいて、かかるハイブリッド型のパワー（Ｐ２）を用いて算出される相関係数（α１）の変動について図６を用いて説明する。図６は、相関係数の変動をあらわすグラフ（その２）である。
【００６９】
図６に示したグラフＤは、ハイブリッド型のパワー（Ｐ２）を用いて相関係数を算出した場合における相関係数の変動を示したグラフである。グラフＤによれば、ミックス割合の小さい領域（たとえば、ミックス割合０〜０．８の領域）では相関係数が比較的小さい値で変動し、ミックス割合が大きい領域（たとえば、ミックス割合０．８以上の領域）において急激に増加するのがわかる。
【００７０】
これは、ミックス割合が小さい場合（すなわち、仮相関係数（α０）が小さい場合）には、パワー（Ｐ２）に含まれる虚部の成分の重み付けが大きくなる結果、パワー（Ｐ２）が、ミックス割合が小さい場合に有効なパワー（Ｐ０）に近づくためである。また、ミックス割合が大きい場合（すなわち、仮相関係数（α０）が大きい場合）には、パワー（Ｐ２）に含まれる虚部の成分の重み付けが小さくなる結果、パワー（Ｐ２）が、ミックス割合が大きい場合に有効なパワー（Ｐ１）に近づくためである。
【００７１】
このように、相関係数決定部１３ｃは、仮相関係数（α０）を用いてチャネル信号間の相関の強弱を概括的に特定したうえで、かかる相関の強弱に応じてパワー（Ｐ２）に含まれる虚部の成分の重み付けを変更することとした。
【００７２】
すなわち、音声信号変換装置１０では、相関係数概算部１３ｂが、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和であるパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を用いて仮相関係数（α０）を算出するとともに、相関係数決定部１３ｃが、パワー（Ｐ０）に含まれる虚部の成分に対して仮相関係数（α０）に基づく重み付けを施したパワー（Ｐ２）を算出し、かかるパワー（Ｐ２）および内積（Ｃ０）を用いて相関係数（α１）を算出することとした。したがって、相関係数の算出精度を更に高めることができ、延いては、相関成分の抽出精度を高めることが可能となる。
【００７３】
なお、ここでは、相関係数概算部１３ｂによって算出されたパワー（Ｐ０）に含まれる虚部の成分に対して乗じる重み付け係数を（１−２α０）としたが、重み付け係数は、この値に限定されるものではなく、たとえば、仮相関係数（α０）の２次式であってもよい。
【００７４】
また、相関係数決定部１３ｃは、相関係数（α１）を算出すると、算出した相関係数（α１）をフィルタリング部１３ｄへ出力する処理を行う。
【００７５】
図２に戻り、音声信号変換装置１０の構成についての説明を続ける。フィルタリング部１３ｄは、相関係数決定部１３ｃから受け取った相関係数（α１）を平滑化する処理部である。
【００７６】
具体的には、音声信号をヒルベルト変換した場合には、ＦＦＴの場合と比較して、音の切り替わりへの追従性も高く、処理速度も速くなる。ところが、追従性が高いことによって、相関係数（α１）が頻繁に変更されるため、最終的に生成される出力信号に不要なピークが現れ、利用者にとってノイズとして聞こえてしまうこととなる。
【００７７】
そこで、フィルタリング部１３ｄは、相関係数（α１）に対してＬＰＦ（Low Pass Filter）を用いてフィルタリングすることで、相関係数（α１）に含まれる高周波成分を除去することとした。具体的には、フィルタリング部１３ｄは、相関係数（α１）を、所定の閾値よりも高い周波数信号を減衰させて遮断し、低域周波数のみを信号として通過させる。
【００７８】
ここで、フィルタリング部１３ｄとしてのＬＰＦの構成について図７を用いて説明しておく。図７は、ＬＰＦの構成例を示す図である。
【００７９】
図７に示すように、フィルタリング部１３ｄは、２次のＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを直列に２つ従属させる構成とした。ここで、ＩＩＲフィルタとは、次の出力がフィードバックされ、無限長の時間においてゼロでない値を返すインパルス応答関数を持つ、すなわちインパルス応答が無限に続くフィルタ回路である。ＩＩＲフィルタの特長としては、低次数であっても遮断率が高いため、フィルタリング部１３ｄは、精度良くノイズを低減することができる。
【００８０】
なお、このようなフィルタの構成で、遮断周波数（ｆｃ）が１００Ｈｚであるようなフィルタを形成するために各増幅器の係数ａ０、ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１およびｂ２を図７に示すような値とした。
【００８１】
なお、ここでは、フィルタリング部１３ｄが、相関係数（α１）に対しＬＰＦをかけることとしたが、ＬＰＦに限定されるものではなく、移動平均手法や法絡線処理等によって相関係数（α１）の変動を抑制することとしてもよい。また、平滑化後の相関係数（α１’）は、センター成分減算部１３ｅへ出力される。
【００８２】
図２に戻り、音声信号変換装置１０の説明を続ける。センター成分減算部１３ｅは、平滑化後の相関係数（α１’）に基づいてセンター成分を抽出するとともに、抽出したセンター成分を左右のチャネル信号から減算する処理部である。
【００８３】
具体的には、センター成分減算部１３ｅは、
【数６】
式（６）を用いてセンター成分（Ｃｅ）を算出する。また、センター成分減算部１３ｅは、
【数７】
式（７−１）および式（７−２）を用いて元のチャネル信号からセンター成分（Ｃｅ）をそれぞれ減算することで、出力信号Ｌ’およびＲ’を算出する。これらの出力信号Ｌ’およびＲ’は、信号出力部１２へ出力される。
【００８４】
次に、音声信号変換装置１０の制御部１３を回路へ適用した場合について図８を用いて説明する。図８は、実施例１に係る制御部１３の回路構成例である。
【００８５】
図８に示すように、制御部１３は、直交化部１０１ａ，１０１ｂと、相関係数計算部１０２と、ＬＰＦ１０３と、センター成分生成部１０４と、センター成分減算部１０５とを含んで構成される。
【００８６】
なお、直交化部１０１ａ，１０１ｂは、図２に示したヒルベルト変換部１３ａに相当し、相関係数計算部１０２は、相関係数概算部１３ｂおよび相関係数決定部１３ｃに相当する。また、ＬＰＦ１０３は、フィルタリング部１３ｄに相当し、センター成分生成部１０４およびセンター成分減算部１０５は、センター成分減算部１３ｅに相当する。
【００８７】
図８に示したように、直交化部１０１ａは、左のチャネル信号が入力されると、かかるチャネル信号をヒルベルトフィルタを用いて複素信号へ変換する。また、直交化部１０１ａは、変換した複素信号の実部の成分および虚部の成分をそれぞれ相関係数計算部１０２へ出力するとともに、実部の成分をセンター成分生成部１０４およびセンター成分減算部１０５へ出力する。
【００８８】
同様に、直交化部１０１ｂは、右のチャネル信号をヒルベルトフィルタによって複素信号へ変換し、変換した複素信号を実部の成分および虚部の成分ごとに相関係数計算部１０２へ出力するとともに、実部の成分をセンター成分生成部１０４およびセンター成分減算部１０５へ出力する。
【００８９】
相関係数計算部１０２は、直交化部１０１ａ，１０１ｂから受け取った各チャネル信号の実部の成分および虚部の成分を用いて仮相関係数（α０）を算出したうえで、仮相関係数（α０）を用いて相関係数（α１）を算出する。なお、算出された相関係数（α１）は、ＬＰＦ１０３によって平滑化され、平滑化後の相関係数（α１’）がセンター成分生成部１０４へ出力される。
【００９０】
センター成分生成部１０４は、直交化部１０１ａ，１０１ｂから受け取った各チャネル信号の実部の成分（すなわち、元のチャネル信号）およびＬＰＦ１０３から受け取った平滑化後の相関係数（α１’）を用いてセンター成分（Ｃｅ）を生成する。また、センター成分生成部１０４は、生成したセンター成分（Ｃｅ）をセンター成分減算部１０５および信号出力部１２へ出力する。
【００９１】
そして、センター成分減算部１０５は、直交化部１０１ａ，１０１ｂから受け取った各チャネル信号の実部の成分（すなわち、元のチャネル信号）からセンター成分（Ｃｅ）を減算し、これによって得られた出力信号Ｌ’およびＲ’を信号出力部１２へ出力する。
【００９２】
なお、ここでは、センター成分生成部１０４によって生成されたセンター成分（Ｃｅ）も信号出力部１２へ出力できるが、その成分は使用しない構成例となっている。このセンター成分は、ボーカル音声だけを明瞭に視聴したい場合、例えばステレオラジオ放送におけるニュース番組等でアナウンサーの発話内容を他の周囲音の影響を受けることなく、正確に聞き取りたい場合等に再生することで効果を発揮する。
【００９３】
上述してきたように、実施例１では、相関係数計算部が、左右のチャネル信号の平方和および積を算出するとともに、算出した平方和および積を用いてチャネル信号間の相関を示す相関係数を算出する。また、センター成分生成部が、算出された相関係数を用いてチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出し、センター成分減算部が、抽出された相関成分をチャネル信号から減算する。また、直交化部が、左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換し、相関係数計算部が、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分およびベクトルの内積を算出し、算出した平方和のうちの実部の成分および内積を用いて相関係数を算出することとした。
【００９４】
すなわち、実施例１では、ヒルベルト変換部が、音声信号に含まれる左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換し、相関係数概算部が、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和であるパワー（Ｐ０）および内積（Ｃ０）を用いて仮相関係数（α０）を算出し、相関係数決定部が、パワー（α０）に含まれる虚部の成分に対して仮相関係数（α０）に基づく重み付けを施したパワー（Ｐ２）を算出し、かかるパワー（Ｐ２）および内積（Ｃ０）を用いて相関係数（α１）を算出する。そして、実施例１では、センター成分減算部が、算出した相関係数（α１）を用いてチャネル信号に共通して含まれるセンター成分（Ｃｅ）を抽出し、抽出したセンター成分（Ｃｅ）をチャネル信号から減算することとした。したがって、実施例１によれば、処理量を削減しつつセンター成分を精度良く抽出することができる。
【００９５】
なお、図４のグラフＣに示したように、実部の成分のみを含んだパワー（Ｐ１）を用いて相関係数を算出した場合には、特に、チャネル信号間の相関が強い音声信号に対して有効な相関係数を算出することができる。すなわち、各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分をパワー（Ｐ１）とし、かかるパワー（Ｐ１）に基づいて相関係数を算出することとした場合であっても、処理量を削減しつつセンター成分を精度良く抽出することができる。ただし、ハイブリッド型のパワー（Ｐ２）を用いて算出される相関係数（α１）のほうが、パワー（Ｐ１）を用いて算出される相関係数よりもセンター成分の抽出精度は高い。
【００９６】
次に、仮相関係数（α０）の具体的な導出過程について説明しておく。図３に示したベクトルａＬ・ｌ、ベクトルａＲ・ｒおよびセンター成分のベクトル（Ｃｅ）を用いてベクトルＬおよびベクトルＲをあらわすと、それぞれ、
【数８】
式（８−１）および式（８−２）のようにあらわされる。
【００９７】
また、式（８−１）および式（８−２）に示したベクトルＬおよびベクトルＲの式および式（６）に示したベクトルＣｅの式を用いてベクトルＣｅを求めると、
【数９】
式（９）のようにあらわされる。
【００９８】
そして、式（９）を式（８−１）および式（８−２）へ代入すると、ベクトルＬおよびベクトルＲは、それぞれ、
【数１０】
式（１０−１）および式（１０−２）のようにあらわされる。
【００９９】
ここで、ベクトルＬおよびベクトルＲの平方和で表現されるパワー（Ｐ０）と、ベクトルＬおよびベクトルＲの内積（Ｃ０）とは、それぞれ、
【数１１】
式（１１−１）および式（１１−２）のようにあらわされる。
【０１００】
そして、式（１１−１）および式（１１−２）を用いて仮相関係数（α０）を求めると、
【数１２】
式（１２）のようにあらわされる。
【０１０１】
ここで、ベクトルＬとベクトルＲとが直交する場合、Ｃ０＝０となり、仮相関係数（α０）は１または０となる。また、ベクトルＬとベクトルＲとが直交する場合、Ｃｅ＝０となる。これらを式（９）へ代入するとα０＝０となる。したがって、式（１２）は、
【数１３】
式（１３）のように限定される。
【０１０２】
ただし、式（１３）は、０≦Ｃ０＜Ｐ０／２および０≦α０≦１／２の場合に限る。また、内積（Ｃ０）は、−Ｐ０／２≦Ｃ０＜Ｐ０／２の範囲を取るため、Ｃ０＜０の場合を想定し、仮相関係数（α０）を式（３）のように設定することとする。
【実施例２】
【０１０３】
ところで、上述した実施例１では、ベクトルＬおよびベクトルＲの平方和であるパワー（Ｐ０）のうちの虚部の成分を使用しない、あるいは、部分的に使用することとしたが、これに限ったものではない。すなわち、複素信号のうち実部の成分がチャネル信号そのものであり、かかるチャネル信号から虚部の成分が算出されることからわかる通り、左右のチャネル信号を複素信号へ変換する場合には、実部の成分の算出と比較して虚部の成分の算出に多くの処理を要する。
【０１０４】
そこで、算出に要する処理量が多い虚部の成分を一切用いることなくパワーおよび内積を算出することとしてもよい。このように虚部の成分を一切用いないこととした場合には、虚部の成分を用いる場合（たとえば、図６に示したグラフＤ）と比較して、センター成分の抽出精度は多少低下するものの、相関低減処理に要する処理量を大幅に削減することができる。
【０１０５】
以下では、虚部の成分を用いることなく、すなわち、複素信号への変換を行うことなくパワーおよび内積を算出し、かかるパワーおよび内積から相関係数を算出する場合の実施例２について説明する。
【０１０６】
図９は、実施例２に係る制御部１３’の回路構成例を示す図である。図９に示すように、制御部１３’は、相関係数計算部１１１と、ＬＰＦ１１２と、センター成分生成部１１３と、センター成分減算部１１４とを含んで構成される。ここで、図９に示したように、信号取得部１１（図２参照）から出力された左右のチャネル信号は、相関係数計算部１１１、センター成分生成部１１３およびセンター成分減算部１１４へ入力される。
【０１０７】
相関係数計算部１１１は、信号取得部１１から左右のチャネル信号を受け取ると、受け取ったチャネル信号を用いて相関係数（α２）を算出する処理部である。
【０１０８】
具体的には、相関係数計算部１１１は、まず、
【数１４】
式（１４−１）に示した式を用いてパワー（Ｐ３）を算出する。ここで、式（１４−１）に示した式は、式（１）に示した式から虚部の成分（Ｌ２Ｉｍ＋Ｒ２Ｉｍ）を削除したものである。
【０１０９】
また、相関係数計算部１１１は、式（１４−２）に示した式を用いて内積（Ｃ１）を算出する。ここで、式（１４−２）に示した式は、式（２）に示した式から虚部の成分（Ｌ２Ｉｍ×Ｒ２Ｉｍ）を削除したものである。
【０１１０】
そして、相関係数計算部１１１は、式（１４−３）に示した式を用いて相関係数（α２）を算出する。
【０１１１】
このように、実施例２では、チャネル信号を複素信号へ変換することなく、元のチャネル信号のみを用いて相関係数（α２）を算出するため、相関係数（α２）の算出に要する処理量を大幅に削減できる。
【０１１２】
相関係数計算部１１１によって算出された相関係数（α２）は、ＬＰＦ１１２を介してセンター成分生成部１１３へ出力される。ＬＰＦ１１２の構成は、図８に示したＬＰＦ１０３と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１１３】
センター成分生成部部１１３は、ＬＰＦ１１２によって平滑化された相関係数（α２）および信号取得部１１から受け取った左右のチャネル信号を用いてセンター成分（Ｃｅ’）を生成する処理部である。なお、かかる処理は、図８に示したセンター成分生成部１０４が実行する処理と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１１４】
センター成分減算部１１４は、センター成分生成部１１３から出力されたセンター成分（Ｃｅ’）および信号取得部１１から受け取った各チャネル信号からセンター成分を減算し、これによって得られた出力信号Ｌ''，Ｒ''を信号出力部１２へ出力する処理部である。なお、かかる処理は、図８に示したセンター成分減算部１０５が実行する処理と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１１５】
次に、実施例２に係る制御部１３’の具体的な動作について図１０を用いて説明する。図１０は、実施例２に係る制御部１３’が実行する処理手順を示すフローチャートである。
【０１１６】
図１０に示したように、制御部１３’では、相関係数計算部１１１が、パワー（Ｐ３）および内積（Ｃ１）を算出し（ステップＳ１０１）、算出したパワー（Ｐ３）および内積（Ｃ１）を用いて相関係数（α２）を算出する（ステップＳ１０２）。つづいて、制御部１３’では、ＬＰＦ１１２を用いて相関係数（α２）を平滑化し（ステップＳ１０３）、センター成分生成部１１３が、平滑化後の相関係数（α２）を用いてセンター成分（Ｃｅ’）を算出する（ステップＳ１０４）。
【０１１７】
そして、制御部１３’では、センター成分減算部１１４が、各チャネル信号からセンター成分（Ｃｅ’）を減算することによって出力信号Ｌ''およびＲ''を生成し（ステップＳ１０５）、生成した出力信号Ｌ''およびＲ''を信号出力部１２へ出力する（ステップＳ１０６）。
【０１１８】
次に、パワー（Ｐ３）および内積（Ｃ１）を用いて算出される相関係数（α２）の特長について図１１を用いて説明する。図１１は、相関係数の変動をあらわすグラフ（その３）である。
【０１１９】
図１１に示したグラフＥは、あらかじめ決められた帯域の信号をセンター成分として抽出した場合における相関係数の変動をあらわすグラフである。グラフＥは、ミックス割合が小〜中程度の領域において相関係数が高い値を示しており、理想的な相関係数の変動から大きくずれていることがわかる。
【０１２０】
また、図１１に示したグラフＦは、ＦＦＴを用いて相関係数を算出した場合における相関係数の変動をあらわすグラフである。かかるグラフＦは、ミックス割合が小さい領域において相関係数が高い値を示しているが、全体的には理想的な相関係数の変動に近いものとなっている。ただし、ＦＦＴを用いた場合、処理量が多くなるため逐次的な処理ができなくなるという問題がある。
【０１２１】
一方、図１１に示したグラフＧは、実施例２に係る相関係数（α２）の変動をあらわすグラフである。図１１に示したように、グラフＧは、ＦＦＴを用いて相関係数を算出した場合と比較すると、ミックス割合が小〜中程度の領域において精度が若干劣るものの、ミックス割合が大きい領域では同等の精度を示すことがわかる。
【０１２２】
また、虚部の成分を用いることなく相関係数（α２）を算出することで、相関低減処理に要する処理量が、ＦＦＴを用いる場合と比較して大幅に小さくなった。具体的には、ＦＦＴを用いた場合の処理量を１００とすると、実施例２に係る相関低減処理の処理量は１．５程度である。
【０１２３】
上述してきたように、実施例２では、音声信号に含まれる左右のチャネル信号の平方和であるパワー（Ｐ３）および積である内積（Ｃ１）を算出し、算出したパワー（Ｐ３）および内積（Ｃ１）を用いて相関係数（α２）を算出することとした。したがって、センター成分の抽出精度の低下を抑えつつ、相関低減処理に要する処理量を大幅に削減することができる。
【０１２４】
ところで、実施例１に係る音声信号変換装置１０および実施例２に係る音声信号変換装置（以下、「音声信号変換装置１０’」と記載する）は、たとえば、車載用の音場制御システムに対して適用することができる。
【０１２５】
以下では、実施例１に係る音声信号変換装置１０を車載用の音場制御システムに対して適用した場合について説明する。なお、以下に示す車載用音場制御システムは、実施例２に係る音声信号変換装置１０’を適用することも可能である。
【０１２６】
まず、車載用音場制御システムの構成例について図１２Ａを用いて説明する。図１２Ａは、車載用音場制御システムの構成例（その１）を示す図である。
【０１２７】
図１２Ａに示したように、車載用音場制御システムは、音源２０と、音場制御装置３０（音響再生装置の一例に相当）と、パワーアンプ４０と、スピーカ５０ａ，５０ｂとを含んで構成される。これらは、車両２００内に搭載されるものとする。なお、音源２０は、図１に示した音源２０と同様である。
【０１２８】
音場制御装置３０は、音声信号変換装置１０と、遅延部３１ａ，３１ｂと、乗算部３２ａ，３２ｂと、加算部３３ａ，３３ｂと、乗算部３４ａ，３４ｂとを備える。ここで、音源２０から出力された音声信号は、音声信号変換装置１０および加算部３３ａ，３３ｂへ入力される。また、音声信号変換装置１０へ入力された音声信号は、音声信号変換装置１０によってセンター成分（Ｃｅ）が減算されてそれぞれ遅延部３１ａ，３１ｂへ出力される。
【０１２９】
つづいて、音声信号変換装置１０から出力された左のチャネル信号は、遅延部３１ａによって所定時間遅延されるとともに、乗算部３２ａによってゲインが調整されて加算部３３ａへ出力される。同様に、音声信号変換装置１０から出力された右のチャネル信号は、遅延部３１ｂによって所定時間遅延されるとともに、乗算部３２ｂによってゲインが調整されて加算部３３ｂへ出力される。
【０１３０】
つづいて、加算部３３ａでは、音源２０から入力された左のチャネル信号と乗算部３２ａから出力された左のチャネル信号とが加算されて乗算部３４ａへ出力される。同様に、加算部３３ｂでは、音源２０から入力された右のチャネル信号と乗算部３２ｂから出力された右のチャネル信号とが加算されて乗算部３４ｂへ出力される。
【０１３１】
このように、音場制御装置３０では、センター成分が低減された音声信号（無相関信号）を元の音声信号へ足し込むことで、リスナーに対して音の拡がり感を与えることができる。また、無相関信号を所定時間遅らせて元の音声信号へ足し込むことで、スピーカ５０ａ，５０ｂからはエコーがかかったような音が出力されるようになるため、リスナーに対して更なる音の拡がり感を与えることができる。また、遅延部３１ａ，３１ｂおよび加算部３３ａ，３３ｂの間にそれぞれ乗算部３２ａ，３２ｂを設けることとしたため、元の音声信号へ足しこむ無相関信号の割合を調整することができる。
【０１３２】
つづいて、加算部３３ａから出力された音声信号は、乗算部３４ａにおいてゲイン調整されたうえでパワーアンプ４０へ出力されるとともに、パワーアンプ４０において増幅されて左スピーカ５０ａから出力される。また、加算部３３ｂから出力された音声信号は、乗算部３４ｂにおいてゲイン調整されたうえでアンプ４０へ出力されるとともに、パワーアンプ４０において増幅されて右スピーカ５０ｂから出力される。
【０１３３】
なお、図１２Ａでは、車両２００の前席側だけにスピーカを設けることとしたが、これに限らず、後席側にもスピーカを設けることとしてもよい。以下では、車両２００に対して左右スピーカを２セット配置した場合における車両用音場制御システムの構成例について図１２Ｂを用いて説明する。図１２Ｂは、車載用音場制御システムの構成例（その２）を示す図である。
【０１３４】
図１２Ｂに示したように、かかる場合の車両用音場制御システムは、左右スピーカ５０ｃ，５０ｄをさらに含むとともに、音場制御装置３０に代えて音場制御装置３０’（音響再生装置の一例に相当）を含む。なお、スピーカ５０ａ，５０ｂは、車両２００の前席側に設けられ、スピーカ５０ｃ，５０ｄは、車両２００の後席側に設けられるものとする。
【０１３５】
音場制御装置３０’は、音場制御装置３０が備える構成要素に加え、遅延部３１ｃ，３１ｄ、乗算部３２ｃ，３２ｄ、加算部３３ｃ，３３ｄ、乗算部３４ｃ，３４ｄをさらに備える。すなわち、音場制御装置３０’は、乗算部３４ａからパワーアンプ４０経由で左スピーカ５０ａへ出力される音声信号と同じ音声信号を、乗算部３４ｃからパワーアンプ４０経由で左スピーカ５０ｃへも出力する。同様に、音場制御装置３０’は、乗算部３４ｂからパワーアンプ４０経由で右スピーカ５０ｂへ出力される音声信号と同じ音声信号を、乗算部３４ｄからパワーアンプ４０経由で右スピーカ５０ｄへも出力することとしている。
【０１３６】
なお、乗算部３４ｃは、音声信号変換装置１０、遅延部３１ｃおよび乗算部３２ｃ経由で出力された左の無相関信号と音源２０から出力された左のチャネル信号とを加算した信号を加算部３３ｃから受け取る。また、乗算部３４ｄは、音声信号変換装置１０、遅延部３１ｄおよび乗算部３２ｄ経由で出力された右の無相関信号と音源２０から出力された右のチャネル信号とを加算した信号を加算部３３ｄから受け取る。
【０１３７】
このように、音場制御装置は、音声信号変換装置を用いて、左右チャネルの音声信号から該左右チャネルの音声信号間の相関成分を抽出し、乗算部や加算部を用いて、左右チャネルの音声信号における相関成分および非相関成分の割合を調整し、図示しないオーディオインタフェースを用いて、調整された左右チャネルの音声信号を各々左右スピーカから再生させることとしたため、車室内に快適な音場を形成することができる。また、実施例１や２に係る音声信号変換装置を用いるため、処理量を削減しつつ相関成分を精度良く抽出することもできる。
【０１３８】
なお、図１２Ｂでは、前席側に設けられた一組のスピーカ５０ａ，５０ｂおよび後席側に設けられた一組のスピーカ５０ｃ，５０ｄから同一の音声信号を出力する場合について説明した。しかし、出力する音声信号の組合せは、これに限ったものではない。
【０１３９】
たとえば、車載用音場制御システムでは、無相関信号を足し込んでセンター成分を低減させた音声信号を後席側のスピーカ５０ｃ，５０ｄのみから出力することとしてもよい。かかる場合、車載用音場制御システムでは、無相関信号を足し込んでいない音声信号を前席側のスピーカ５０ａ，５０ｂから出力するものとする。
【０１４０】
これにより、センター成分が車両２００の中央よりも前方側に定位することとなるため、各乗車者に対してより自然な音場を提供することができる。また、車載用音場制御システムでは、逆に、無相関信号を足し込んでセンター成分を低減させた音声信号を前席側のスピーカ５０ａ，５０ｂのみから出力することとしてもよい。
【０１４１】
また、図１２Ｂでは、残響効果を得るために無相関信号を遅延させることとしたが、無相関信号を遅延させることなく元の音声信号と足し合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
以上のように、本発明に係る相関低減方法、音声信号変換装置および音響再生装置は、処理量を削減しつつ相関成分を精度良く抽出したい場合に有効であり、特に、車載用音場制御システムへの適用が考えられる。
【符号の説明】
【０１４３】
１０，１０’ 音声信号変換装置
１１ 信号取得部
１２ 信号出力部
１３，１３’ 制御部
１３ａ ヒルベルト変換部
１３ｂ 相関係数概算部
１３ｃ 相関係数決定部
１３ｄ フィルタリング部
１３ｅ センター成分減算部
２０ 音源
３０，３０’ 音場制御装置
３１ａ〜３１ｄ 遅延部
３２ａ〜３２ｄ 乗算部
３３ａ〜３３ｄ 加算部
３４ａ〜３４ｄ 乗算部
４０ パワーアンプ
５０ａ〜５０ｄ スピーカ
１０１ａ，１０１ｂ 直交化部
１０２，１１１ 相関係数計算部
１０３，１１２ ＬＰＦ
１０４，１１３ センター成分生成部
１０５，１１４ センター成分減算部
２００ 車両
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右チャネルの音声信号の平方和および積を算出し、算出した平方和および積を用いて前記音声信号における左右のチャネル信号間の相関を示す相関係数を算出する算出工程と、
前記算出工程において算出した相関係数を用いて前記左右のチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出し、抽出した相関成分を前記左右のチャネル信号から減算する減算工程と、
前記左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換する変換工程と
を含み、
前記算出工程は、
各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分および前記ベクトルの内積を算出し、算出した前記平方和のうちの実部の成分および前記内積を用いて前記相関係数を算出することを特徴とする相関低減方法。
【請求項２】
前記算出工程は、
前記ベクトルの平方和である第１のパワーおよび前記内積を用いて仮の相関係数を算出するとともに、前記第１のパワーに含まれる虚部の成分に対して前記仮の相関係数に基づく重み付けを施した第２のパワーを算出し、算出した前記第２のパワーおよび前記内積を用いて前記相関係数を算出することを特徴とする請求項１に記載の相関低減方法。
【請求項３】
前記算出工程は、
前記仮の相関係数の値が大きい場合に前記第２のパワーに含まれる虚部の成分が小さくなり、前記仮の相関係数の値が小さい場合に前記第２のパワーに含まれる虚部の成分が大きくなる重み付けを前記虚部の成分に対して施すことを特徴とする請求項２に記載の相関低減方法。
【請求項４】
前記変換工程は、
前記チャネル信号を実部とするとともに当該チャネル信号の位相を９０度シフトさせた信号を虚部とする複素信号への変換を行うことを特徴とする請求項１，２または３に記載の相関低減方法。
【請求項５】
前記算出工程において算出した相関係数を平滑化する平滑化工程
をさらに含み、
前記減算工程は、
前記平滑化工程において平滑化した相関係数を用いて前記相関成分を抽出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の相関低減方法。
【請求項６】
左右チャネルの音声信号の平方和および積を算出し、算出した平方和および積を用いて前記音声信号における左右のチャネル信号間の相関を示す相関係数を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された相関係数を用いて前記左右のチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出し、抽出した相関成分を前記左右のチャネル信号から減算する減算手段と、
前記左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換する変換手段と
を備え、
前記算出手段は、
各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分および前記ベクトルの内積を算出し、算出した前記平方和のうちの実部の成分および前記内積を用いて前記相関係数を算出することを特徴とする音声信号変換装置。
【請求項７】
左右チャネルの音声信号から該左右チャネルの音声信号間の相関成分を抽出する相関成分抽出手段と、
前記左右チャネルの音声信号における前記相関成分および非相関成分の割合を調整する相関成分割合調整手段と、
前記相関成分割合調整手段により調整された左右チャネルの音声信号を各々左右スピーカから再生させる再生手段と
を備えることを特徴とする音響再生装置。
【請求項１】
左右チャネルの音声信号の平方和および積を算出し、算出した平方和および積を用いて前記音声信号における左右のチャネル信号間の相関を示す相関係数を算出する算出工程と、
前記算出工程において算出した相関係数を用いて前記左右のチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出し、抽出した相関成分を前記左右のチャネル信号から減算する減算工程と、
前記左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換する変換工程と
を含み、
前記算出工程は、
各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分および前記ベクトルの内積を算出し、算出した前記平方和のうちの実部の成分および前記内積を用いて前記相関係数を算出することを特徴とする相関低減方法。
【請求項２】
前記算出工程は、
前記ベクトルの平方和である第１のパワーおよび前記内積を用いて仮の相関係数を算出するとともに、前記第１のパワーに含まれる虚部の成分に対して前記仮の相関係数に基づく重み付けを施した第２のパワーを算出し、算出した前記第２のパワーおよび前記内積を用いて前記相関係数を算出することを特徴とする請求項１に記載の相関低減方法。
【請求項３】
前記算出工程は、
前記仮の相関係数の値が大きい場合に前記第２のパワーに含まれる虚部の成分が小さくなり、前記仮の相関係数の値が小さい場合に前記第２のパワーに含まれる虚部の成分が大きくなる重み付けを前記虚部の成分に対して施すことを特徴とする請求項２に記載の相関低減方法。
【請求項４】
前記変換工程は、
前記チャネル信号を実部とするとともに当該チャネル信号の位相を９０度シフトさせた信号を虚部とする複素信号への変換を行うことを特徴とする請求項１，２または３に記載の相関低減方法。
【請求項５】
前記算出工程において算出した相関係数を平滑化する平滑化工程
をさらに含み、
前記減算工程は、
前記平滑化工程において平滑化した相関係数を用いて前記相関成分を抽出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の相関低減方法。
【請求項６】
左右チャネルの音声信号の平方和および積を算出し、算出した平方和および積を用いて前記音声信号における左右のチャネル信号間の相関を示す相関係数を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された相関係数を用いて前記左右のチャネル信号に共通して含まれる相関成分を抽出し、抽出した相関成分を前記左右のチャネル信号から減算する減算手段と、
前記左右のチャネル信号を実部および虚部を含んだ複素信号へ変換する変換手段と
を備え、
前記算出手段は、
各チャネル信号に対応するベクトルの平方和のうちの実部の成分および前記ベクトルの内積を算出し、算出した前記平方和のうちの実部の成分および前記内積を用いて前記相関係数を算出することを特徴とする音声信号変換装置。
【請求項７】
左右チャネルの音声信号から該左右チャネルの音声信号間の相関成分を抽出する相関成分抽出手段と、
前記左右チャネルの音声信号における前記相関成分および非相関成分の割合を調整する相関成分割合調整手段と、
前記相関成分割合調整手段により調整された左右チャネルの音声信号を各々左右スピーカから再生させる再生手段と
を備えることを特徴とする音響再生装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−１２０１３３（Ｐ２０１２−１２０１３３Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７０９０１（Ｐ２０１０−２７０９０１）
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
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