音響信号再生装置及び方法
【課題】従来に対して、個人差、音響特性、視聴位置の影響を受けずに、２ｃｈ音声信号でありながら、更に、スピーカの間隔が狭くても、広がり感のある再生音の提供が可能である。
【解決手段】２ｃｈオーディオ信号は、入力端子１，２よりそれぞれ入力され、差信号生成器３にて、差信号（Ｌ−Ｒ）及び（Ｒ−Ｌ）が生成される。そして、この差信号は、フィルタ４〜７にて、所定の方向に音像定位するようにフィルタ処理を受け、遅延器８〜１１および係数器１２〜１５にて所定の遅延時間及び振幅レベルを調整されて、加算器１７，１８で元のオーディオ信号に加算されて、出力端子１８，１９を介して出力される。フィルタ４〜７の伝達特性は、音像定位方向制御手段２０により、２５ｍｓ〜７０ｍｓの間隔で、音像定位方向が切替わるように制御される。
【解決手段】２ｃｈオーディオ信号は、入力端子１，２よりそれぞれ入力され、差信号生成器３にて、差信号（Ｌ−Ｒ）及び（Ｒ−Ｌ）が生成される。そして、この差信号は、フィルタ４〜７にて、所定の方向に音像定位するようにフィルタ処理を受け、遅延器８〜１１および係数器１２〜１５にて所定の遅延時間及び振幅レベルを調整されて、加算器１７，１８で元のオーディオ信号に加算されて、出力端子１８，１９を介して出力される。フィルタ４〜７の伝達特性は、音像定位方向制御手段２０により、２５ｍｓ〜７０ｍｓの間隔で、音像定位方向が切替わるように制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２ｃｈ音声信号でありながら、また、スピーカの間隔が狭くても、広がり感のある再生音を提供できる音響信号再生装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
音響再生装置に於いて、簡単な構成で臨場感の高い再生音を再現することを目的とした音場信号再生装置が、特許文献１において開示されており、その音場信号再生装置の構成を図８に示す。図８に於いて、音場信号再生装置は、入力端子１０１，１０２と、差信号抽出器１０３と、演算回路１０４，１０５，１０６，１０７と、遅延器１０８，１０９，１１０，１１１と、加算器１１２，１１３とスピーカ１１４，１１５とを備えて構成される。
【０００３】
まず、差信号抽出器１０３において入力された２つの信号ＭＲ（ｔ）、ＭＬ（ｔ）の差が求められ、その出力信号は演算回路１０４〜１０７においてＦＩＲフィルタリング処理により受聴者１１６の左右側方、又は左右後方に音像が定位させられる。演算回路１０４〜１０７の出力は、遅延器１０８〜１１１で、それぞれ遅延時間τ１、τ２だけ時間遅延して、加算器１１２，１１３に与えられる。加算器１１２は入力端子１０２、遅延器１０８、遅延器１１０の出力信号を任意の割合で加算し、加算器１１３は入力端子１０１、遅延器１０９、遅延器１１１の出力信号を任意の割合で加算し、その出力はそれぞれスピーカ１１４，１１５に出力させる。
【特許文献１】特開平７−３３６７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上説明したように、入力信号の差又は和を求め、演算手段により、任意の方向に音像を定位させるための畳み込み演算を行い、任意の時間遅延のあと、任意の加算割合で入力信号に加算し、再生することで、簡単なシステム構成で臨場感のある自然な広がりが再生可能な音場信号再生装置を提供できる。
【０００５】
しかしながら、上述の従来技術の音場信号再生装置においては、任意の方向に音像を定位させるための処理が固定の処理であるため、受聴者が物理的に固定されていないと効果が発揮できない、また、その効果が受聴者により異なる、所謂個人差が大きいと言う問題点を有していた。
【０００６】
本発明の目的は、以上の問題点を解決し、受聴者の動きや個人差があっても、簡単なシステム構成で、臨場感のある自然な広がりが再生可能な音場信号再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る音響信号再生装置は、入力音声信号に対して、前記入力音声信号の音像を所定の方向に定位させるための信号処理を施し、２チャンネルの出力音声信号として出力する信号処理手段と、前記信号処理手段が前記音像を定位させる方向を制御する音像定位方向制御手段とを備え、前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向を所定の時間間隔で変化させるように制御することを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記信号処理手段が前記入力音声信号の音像を定位可能な方向は複数存在し、前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向を、前記複数の方向の中から前記所定の時間間隔で順次選択することにより変化させるように制御することを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記所定の時間間隔が、ハース効果の持続時間を少し越える時間間隔であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記所定の時間間隔が、２５ｍｓ〜７０ｍｓであることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向をランダムな時間間隔で変化させるように制御することを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向を、前記入力音声信号のエンベロープが所定のレベル以下のときに変化させるように制御することを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記入力音声信号は、２チャンネルの音声信号の差信号であり、前記信号処理手段は、前記差信号を所定の伝達特性で処理して前記２チャンネルの音声信号の夫々に加算することにより、前記差信号の音像を所定の方向に定位させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記入力音声信号は、５．１チャンネルコンテンツのサラウンド信号、もしくは７．１チャンネルコンテンツのサラウンド信号であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の音響信号再生方法は、入力音声信号に対して、前記入力音声信号の音像を所定の方向に定位させるための信号処理を施し、２チャンネルの出力音声信号として出力する信号処理ステップと、前記信号処理ステップにおける前記音像を定位させる方向を制御する音像定位方向制御ステップとを備え、前記音像定位方向制御ステップにおいて、前記音像を定位させる方向を所定の時間間隔で変化させるように制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上詳述したように本発明に係る音響装置によれば、各ｃｈ間の差信号に複数の角度に対応したスペクトルキュー特性を選択して処理を施して、再生することで、２ｃｈ音声信号でありながら、更に、スピーカの間隔が狭くても、また、受聴者の動きや個人差があっても、広がり感のある再生音を提供できる効果を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における音響装置の構成ブロック図である。図１において、１、２は入力端子、３は差信号生成器、４，５，６，７はフィルタ、８，９，１０，１１は遅延器、１２，１３，１４，１５は係数器、１６，１７は加算器、１８，１９は出力端子、２０はフィルタ４〜７の特性を切り換えるための音像定位方向制御手段である。
【００１９】
図２は、実施の形態１の動作を説明するための、音源から受聴者への経路を示す図であり、図３、図４は、実施の形態１の動作を説明するための、音源の角度に対する音源から受聴者の耳介部への音圧周波数特性を示すグラフであり、図５は、実施の形態１におけるフィルタの動作を説明する説明図である。以上の図面を用いて、本発明の実施の形態１の動作を説明する。
【００２０】
図１に於いて、２ｃｈオーディオ信号であるＬｃｈ入力信号およびＲｃｈ入力信号は、入力端子１及び２よりそれぞれ入力され、差信号生成器３にて、差信号（Ｌ−Ｒ）及び（Ｒ−Ｌ）が生成される。そして、この差信号は、フィルタ４〜７にて、所定の方向に音像定位するようにフィルタ処理を受け、遅延器８〜１１にて所定の遅延時間遅延され、係数器１２〜１５で振幅レベルを調整されて、加算器１６，１７でＬｃｈ入力信号およびＲｃｈ入力信号に加算されて、出力端子１８，１９を介して出力される。
【００２１】
２ｃｈのオーディオ信号の差を取ることで、両ｃｈに同相同レベルで加えられた成分（両ｃｈの中央に定位する成分、例えば、ポップス音楽ではボーカルが該当する）が相殺され、また両ｃｈで相関の高い成分が弱くなり、各ｃｈに固有の成分が残る。このような成分は、残響成分が主であるケースが多いことが知られている。
【００２２】
一方、フィルタ４〜７は、音像を特定の方向に定位させるためのものである。図２は、受聴者と音源間の距離は同一にし、受聴者から見た音源の提示角度を違えたときの受聴者の耳介部における音源から到達する信号の経路が異なることを示している。真横に音源がある場合は、音源のある側と正反対の耳には、人体を迂回した（人体に沿った）形で、音波が耳に到達することになる。尚、図２では、部屋（壁、床、天井）で発生する反射波を含めない形で描画している。
【００２３】
図３、４は、図２のように種々の角度に音源を置いて、実際に受聴点での受聴者の耳介部（右耳）に到来する音波の伝達特性（周波数特性）を測定した測定結果の一例を示している。図３からわかるように、受聴者の体（特に頭部と耳介形状及びその位置）の影響により、音源の提示角度によって周波数特性が大きく変化することがわかる。
【００２４】
図３に示すような音源の提示角度により周波数特性が異なることを活用して、音源にある角度の周波数特性を持つようにフィルタリング（本周波数特性をもとにインパルス応答を求めて、音源に畳み込み演算することでも実現することが可能）することで、音源の実提示位置とは異なる角度から、あたかも音源が存在するように音像が定位する。
【００２５】
本実施の形態では、２ｃｈオーディオ信号から音場感を形成する成分を含む差信号を生成し、この差信号に対して、前方左右（２ｃｈステレオ信号を通常提示する角度：通常両ｃｈのスピーカの開き角である４５度〜６０度程度）よりも広がり感を強調する方向（例えば、横方向〜横後方方向：１１０度〜１３５度程度）に音像定位するための周波数特性を施す。
【００２６】
具体的には、図５に示すように、定位方向を斜め後方とし、左右の音像定位位置を音源Ｌ及び音源Ｒとする。音源Ｌから右耳に到達する伝達特性をフィルタＬＲ、音源Ｌから左耳に到達する伝達特性をフィルタＬＬ、音源Ｒから右耳に到達する伝達特性をフィルタＲＲ、音源Ｒから左耳に到達する伝達特性をフィルタＲＬとし、各音源から両耳までの行路差による到達時間差を制御するための遅延特性を遅延器ＬＬ、遅延器ＬＲ、遅延器ＲＬ、遅延器ＲＲとし、各係数器の係数を係数１、係数２、係数３、係数４とすると、各ｃｈの出力は以下の様になる。
【００２７】
Ｌｃｈ出力＝Ｌｃｈ＋（フィルタＬＬ・遅延器ＬＬ・係数１−フィルタＲＬ・遅延器ＲＬ・係数２）・（Ｌ−Ｒ）
Ｒｃｈ出力＝Ｒｃｈ＋（フィルタＲＲ・遅延器ＲＲ・係数３−フィルタＬＲ・遅延器ＬＲ・係数４）・（Ｒ−Ｌ）
このようにして、残響成分を含む両ｃｈの差信号を実際のスピーカとは異なる位置に定位させて、もとの信号に加算して再生することで、２ｃｈ信号に係らず、広がり感のある臨場感の高い再生音を提供できる。
【００２８】
ところで、受聴点で再生された楽音を視聴するのは人間である。そのため、受聴点で固定された姿勢で長時間視聴することが基本的にはできない。更に実際のテレビ等の視聴スタイルを想定すると、受聴点付近から大きく外れて視聴することが一般的であると考えられる（例えば、最初は、椅子に腰掛けて視聴するという、ある意味受聴点に固定された状態から、姿勢を崩す、寝転ぶ等、大きく当初の受聴点からずれることを指す。）。
【００２９】
もし、フィルタ４〜７が、固定された受聴点における伝達特性である場合は、このように、当初の受聴点から外れることは、広がり感を付加したときに与えた方向感からずれることになり、本来提供したかった広がり感が得られない、更に広がり感を与えるために付加した周波数特性による音質違和感が強調される等の副作用が強くなることが考えられる。また、フィルタ４〜７の特性は、人体の物理形状の影響を受けるため、個人差による影響がある。更に、再生空間は、その形状及び定在波や反射波他により音響特性は千差万別であるため、広がり感の効果にも影響がある。
【００３０】
そこで、本実施の形態では、広がり感を生成する特定方向の音像定位処理に用いるフィルタ特性を一つに固定するのではなく、ある条件の下に、複数のフィルタ特性から切替え選択することで、個人差、再生空間の音響特性、受聴スタイルの違いにより発生する広がり感の効果減少を抑制している。音像定位方向制御手段２０は、この切替えを制御する。
【００３１】
具体的には、広がり感を増すための設計ターゲットの方向のフィルタ特性とその方向の周辺のフィルタ特性を用意する。即ち、設計ターゲットが例えば１２０度であれば、１２０度を中心に±２０度程度の幅を持たせた方向から数点分（例えば５度刻み）に該当する方向に対応したフィルタ特性を準備する。
【００３２】
そして、準備した複数のフィルタ特性から所定の条件に応じて選択切替する。その切替えの条件に関して説明する。
【００３３】
実施の形態１では、所定の時間間隔（２５〜７０ｍｓ）毎に選択切替する。人間には、ハース効果（先行音効果）と言うものがあり、その効果が２５〜３５ｍｓほど持続すると言われている。そのため、本実施の形態では、ハース効果の持続時間を越える時間間隔（たとえば４０ｍｓ）でフィルタ特性を選択切替することで、切り替えることによる違和感が無く、フィルタ特性を選択切替することで、一つのフィルタ特性と比較して、個人差、再生空間の音響特性、受聴スタイルの違いによる広がり感の効果減少が抑制できる。
【００３４】
（ハース効果）
ハース効果は、先行音効果とも呼ばれ、異なるタイミングで両耳に届く音源の方向を正しく見分ける人間音響心理学的現象の一つである。人間は、頭部の幾何学的構造（二つの耳が間隔を隔ててあり、障壁によって分離されている）により、任意の音源からの音は、音源に近い方の耳に先に到達し、遠い方の耳はレベルが小さくなったり、到達時間が遅れる。そして、人間は、音源の提示位置を最初に耳に到達した音の方向で認識する。しかし、方向を認識した後の２５〜３５ｍｓｅｃ（個人差がある）以内に、異なる方向から音源を提示しても、その方向に音源（音量レベルが１０ｄＢ大きくても）があることを認識しない現象がある。これがハース効果である。
【００３５】
以上説明したように、本発明に係る実施の形態１によれば、入力された信号の差信号を生成し、各ｃｈ間の差信号に複数の角度に対応した伝達特性を、ハース効果の持続時間を少し越える時間間隔で選択して処理を施して、再生することで、２ｃｈ音声信号でありながら、更に、スピーカの間隔が狭くても、また、受聴者の動きや個人差があっても、広がり感のある再生音を提供できる効果を有している。
【００３６】
尚、本発明の実施の形態１では、両ｃｈの差信号を実際のスピーカとは異なる位置に定位させて、もとの信号に加算して再生（スピーカにて）したが、別々に再生（スピーカにて）して、音響空間で合成（加算）しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３７】
また、本発明の実施の形態１では、２ｃｈ信号に関して説明したが、２ｃｈ信号の差信号の代わりに、５．１ｃｈコンテンツのサラウンド信号を入力すれば、５．１ｃｈのコンテンツが、サラウンド用のスピーカを別途設けることなく、５．１ｃｈのサラウンド効果が得られることは言うまでもない。
【００３８】
更に、７．１ｃｈコンテンツの場合は、2組あるサラウンド信号（５．１ｃｈのサラウンド信号に加えて、より後方のサラウンドバック信号が付加されているのが通常である。）を夫々、２ｃｈ信号の差信号代わりに処理することで、サラウンド用のスピーカを別途設けることなく、７．１ｃｈのサラウンド効果が得られることは言うまでもない。
【００３９】
（実施の形態２）
次に実施の形態２に関してその動作を説明する。実施の形態２は広がり感を形成するフィルタ特性をランダムな時間（２５〜７０ｍｓｅｃの範囲で）で切り替えることが、実施の形態１との相違点である。
【００４０】
実施の形態１と同じく、ハース効果の持続時間を少し越えたところでフィルタ特性を選択切替するのであるが、より切替の効果を有効にするため、フィルタ特性を選択切替するタイミングを、固定ではなく、ランダムにする。ランダムにすることで、ハース効果の個人差の吸収、再生信号のレベル変動によるハース効果持続時間の変化の吸収ができる効果が得られる。
【００４１】
以上説明したように、本発明の実施の形態２によれば、入力された信号の差信号を生成し、各ｃｈ間の差信号に複数の角度に対応した伝達特性をランダムな時間間隔で選択して処理を施して、再生することで、２ｃｈ音声信号でありながら、更に、スピーカの間隔が狭くても、また、受聴者の動きや個人差があっても、広がり感のある再生音を提供できる効果を有している。
【００４２】
（実施の形態３）
次に実施の形態３に関してその動作を説明する。実施の形態３は、広がり感を形成するフィルタ特性を、差信号生成手段の出力信号のエンベロープのレベル変化に応じて選択して処理することが、実施の形態１との相違点である。
【００４３】
図６に実施の形態１における音響装置の構成ブロック図を示す。図１と比較して、音像定位方向制御手段２０が差信号生成器３の出力によって制御されるところが異なる。
【００４４】
図７は、本実施の形態３の動作を説明する説明図である。フィルタの切替タイミングの動作は、フィルタの入力信号のエンベロープが所定レベル以上か以下かを判定し、所定レベル以下であれば、実施の形態１と同様に、例えば４０ｍｓｅｃ毎のタイミングで、フィルタをＡ→Ｂ→Ｃ→Ｂ→Ａ→Ｂ・・・というような順で切り替える。エンベロープが所定レベル以上の期間では、フィルタを切り替えない。
【００４５】
上記のようにフィルタ特性を切り替えることで、再生信号のレベル変動によるハース効果持続時間の変化の吸収ができる効果が得られる。
【００４６】
以上説明したように、本発明に係る実施の形態３によれば、入力された信号の差信号を生成し、各ｃｈ間の差信号に複数の角度に対応した伝達特性を、差信号のレベルに応じて選択して処理を施して、再生することで、２ｃｈ音声信号でありながら、更に、スピーカの間隔が狭くても、また、受聴者の動きや個人差があっても、広がり感のある再生音を提供できる効果を有している。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明にかかる音響装置は、２ｃｈ音声信号でありながら、更に、スピーカの間隔が狭くても、また、受聴者の動きや個人差があっても、広がり感のある再生音の提供として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態１における音響信号再生装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の動作を説明するための、音源から受聴者への経路を示す図
【図３】本発明の実施の形態１の動作を説明するための、音源の角度（４５度〜１８０度）に対する音源から受聴者の耳介部への音圧周波数特性を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態１の動作を説明するための、音源の角度（１８０度〜３１５度）に対する音源から受聴者の耳介部への音圧周波数特性を示すグラフ
【図５】本発明の実施の形態１におけるフィルタの動作を説明する説明図
【図６】本発明の実施の形態３における音響信号再生装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態３における音響装置の動作の説明図
【図８】従来技術の音場信号再生装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００４９】
１，２ 入力端子
３ 差信号生成器
４〜７ フィルタ
８〜１１ 遅延器
１２〜１５ 係数器
１６，１７ 加算器
１８，１９ 出力端子
２０ 音像定位方向制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２ｃｈ音声信号でありながら、また、スピーカの間隔が狭くても、広がり感のある再生音を提供できる音響信号再生装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
音響再生装置に於いて、簡単な構成で臨場感の高い再生音を再現することを目的とした音場信号再生装置が、特許文献１において開示されており、その音場信号再生装置の構成を図８に示す。図８に於いて、音場信号再生装置は、入力端子１０１，１０２と、差信号抽出器１０３と、演算回路１０４，１０５，１０６，１０７と、遅延器１０８，１０９，１１０，１１１と、加算器１１２，１１３とスピーカ１１４，１１５とを備えて構成される。
【０００３】
まず、差信号抽出器１０３において入力された２つの信号ＭＲ（ｔ）、ＭＬ（ｔ）の差が求められ、その出力信号は演算回路１０４〜１０７においてＦＩＲフィルタリング処理により受聴者１１６の左右側方、又は左右後方に音像が定位させられる。演算回路１０４〜１０７の出力は、遅延器１０８〜１１１で、それぞれ遅延時間τ１、τ２だけ時間遅延して、加算器１１２，１１３に与えられる。加算器１１２は入力端子１０２、遅延器１０８、遅延器１１０の出力信号を任意の割合で加算し、加算器１１３は入力端子１０１、遅延器１０９、遅延器１１１の出力信号を任意の割合で加算し、その出力はそれぞれスピーカ１１４，１１５に出力させる。
【特許文献１】特開平７−３３６７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上説明したように、入力信号の差又は和を求め、演算手段により、任意の方向に音像を定位させるための畳み込み演算を行い、任意の時間遅延のあと、任意の加算割合で入力信号に加算し、再生することで、簡単なシステム構成で臨場感のある自然な広がりが再生可能な音場信号再生装置を提供できる。
【０００５】
しかしながら、上述の従来技術の音場信号再生装置においては、任意の方向に音像を定位させるための処理が固定の処理であるため、受聴者が物理的に固定されていないと効果が発揮できない、また、その効果が受聴者により異なる、所謂個人差が大きいと言う問題点を有していた。
【０００６】
本発明の目的は、以上の問題点を解決し、受聴者の動きや個人差があっても、簡単なシステム構成で、臨場感のある自然な広がりが再生可能な音場信号再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る音響信号再生装置は、入力音声信号に対して、前記入力音声信号の音像を所定の方向に定位させるための信号処理を施し、２チャンネルの出力音声信号として出力する信号処理手段と、前記信号処理手段が前記音像を定位させる方向を制御する音像定位方向制御手段とを備え、前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向を所定の時間間隔で変化させるように制御することを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記信号処理手段が前記入力音声信号の音像を定位可能な方向は複数存在し、前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向を、前記複数の方向の中から前記所定の時間間隔で順次選択することにより変化させるように制御することを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記所定の時間間隔が、ハース効果の持続時間を少し越える時間間隔であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記所定の時間間隔が、２５ｍｓ〜７０ｍｓであることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向をランダムな時間間隔で変化させるように制御することを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向を、前記入力音声信号のエンベロープが所定のレベル以下のときに変化させるように制御することを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記入力音声信号は、２チャンネルの音声信号の差信号であり、前記信号処理手段は、前記差信号を所定の伝達特性で処理して前記２チャンネルの音声信号の夫々に加算することにより、前記差信号の音像を所定の方向に定位させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記入力音声信号は、５．１チャンネルコンテンツのサラウンド信号、もしくは７．１チャンネルコンテンツのサラウンド信号であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の音響信号再生方法は、入力音声信号に対して、前記入力音声信号の音像を所定の方向に定位させるための信号処理を施し、２チャンネルの出力音声信号として出力する信号処理ステップと、前記信号処理ステップにおける前記音像を定位させる方向を制御する音像定位方向制御ステップとを備え、前記音像定位方向制御ステップにおいて、前記音像を定位させる方向を所定の時間間隔で変化させるように制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上詳述したように本発明に係る音響装置によれば、各ｃｈ間の差信号に複数の角度に対応したスペクトルキュー特性を選択して処理を施して、再生することで、２ｃｈ音声信号でありながら、更に、スピーカの間隔が狭くても、また、受聴者の動きや個人差があっても、広がり感のある再生音を提供できる効果を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における音響装置の構成ブロック図である。図１において、１、２は入力端子、３は差信号生成器、４，５，６，７はフィルタ、８，９，１０，１１は遅延器、１２，１３，１４，１５は係数器、１６，１７は加算器、１８，１９は出力端子、２０はフィルタ４〜７の特性を切り換えるための音像定位方向制御手段である。
【００１９】
図２は、実施の形態１の動作を説明するための、音源から受聴者への経路を示す図であり、図３、図４は、実施の形態１の動作を説明するための、音源の角度に対する音源から受聴者の耳介部への音圧周波数特性を示すグラフであり、図５は、実施の形態１におけるフィルタの動作を説明する説明図である。以上の図面を用いて、本発明の実施の形態１の動作を説明する。
【００２０】
図１に於いて、２ｃｈオーディオ信号であるＬｃｈ入力信号およびＲｃｈ入力信号は、入力端子１及び２よりそれぞれ入力され、差信号生成器３にて、差信号（Ｌ−Ｒ）及び（Ｒ−Ｌ）が生成される。そして、この差信号は、フィルタ４〜７にて、所定の方向に音像定位するようにフィルタ処理を受け、遅延器８〜１１にて所定の遅延時間遅延され、係数器１２〜１５で振幅レベルを調整されて、加算器１６，１７でＬｃｈ入力信号およびＲｃｈ入力信号に加算されて、出力端子１８，１９を介して出力される。
【００２１】
２ｃｈのオーディオ信号の差を取ることで、両ｃｈに同相同レベルで加えられた成分（両ｃｈの中央に定位する成分、例えば、ポップス音楽ではボーカルが該当する）が相殺され、また両ｃｈで相関の高い成分が弱くなり、各ｃｈに固有の成分が残る。このような成分は、残響成分が主であるケースが多いことが知られている。
【００２２】
一方、フィルタ４〜７は、音像を特定の方向に定位させるためのものである。図２は、受聴者と音源間の距離は同一にし、受聴者から見た音源の提示角度を違えたときの受聴者の耳介部における音源から到達する信号の経路が異なることを示している。真横に音源がある場合は、音源のある側と正反対の耳には、人体を迂回した（人体に沿った）形で、音波が耳に到達することになる。尚、図２では、部屋（壁、床、天井）で発生する反射波を含めない形で描画している。
【００２３】
図３、４は、図２のように種々の角度に音源を置いて、実際に受聴点での受聴者の耳介部（右耳）に到来する音波の伝達特性（周波数特性）を測定した測定結果の一例を示している。図３からわかるように、受聴者の体（特に頭部と耳介形状及びその位置）の影響により、音源の提示角度によって周波数特性が大きく変化することがわかる。
【００２４】
図３に示すような音源の提示角度により周波数特性が異なることを活用して、音源にある角度の周波数特性を持つようにフィルタリング（本周波数特性をもとにインパルス応答を求めて、音源に畳み込み演算することでも実現することが可能）することで、音源の実提示位置とは異なる角度から、あたかも音源が存在するように音像が定位する。
【００２５】
本実施の形態では、２ｃｈオーディオ信号から音場感を形成する成分を含む差信号を生成し、この差信号に対して、前方左右（２ｃｈステレオ信号を通常提示する角度：通常両ｃｈのスピーカの開き角である４５度〜６０度程度）よりも広がり感を強調する方向（例えば、横方向〜横後方方向：１１０度〜１３５度程度）に音像定位するための周波数特性を施す。
【００２６】
具体的には、図５に示すように、定位方向を斜め後方とし、左右の音像定位位置を音源Ｌ及び音源Ｒとする。音源Ｌから右耳に到達する伝達特性をフィルタＬＲ、音源Ｌから左耳に到達する伝達特性をフィルタＬＬ、音源Ｒから右耳に到達する伝達特性をフィルタＲＲ、音源Ｒから左耳に到達する伝達特性をフィルタＲＬとし、各音源から両耳までの行路差による到達時間差を制御するための遅延特性を遅延器ＬＬ、遅延器ＬＲ、遅延器ＲＬ、遅延器ＲＲとし、各係数器の係数を係数１、係数２、係数３、係数４とすると、各ｃｈの出力は以下の様になる。
【００２７】
Ｌｃｈ出力＝Ｌｃｈ＋（フィルタＬＬ・遅延器ＬＬ・係数１−フィルタＲＬ・遅延器ＲＬ・係数２）・（Ｌ−Ｒ）
Ｒｃｈ出力＝Ｒｃｈ＋（フィルタＲＲ・遅延器ＲＲ・係数３−フィルタＬＲ・遅延器ＬＲ・係数４）・（Ｒ−Ｌ）
このようにして、残響成分を含む両ｃｈの差信号を実際のスピーカとは異なる位置に定位させて、もとの信号に加算して再生することで、２ｃｈ信号に係らず、広がり感のある臨場感の高い再生音を提供できる。
【００２８】
ところで、受聴点で再生された楽音を視聴するのは人間である。そのため、受聴点で固定された姿勢で長時間視聴することが基本的にはできない。更に実際のテレビ等の視聴スタイルを想定すると、受聴点付近から大きく外れて視聴することが一般的であると考えられる（例えば、最初は、椅子に腰掛けて視聴するという、ある意味受聴点に固定された状態から、姿勢を崩す、寝転ぶ等、大きく当初の受聴点からずれることを指す。）。
【００２９】
もし、フィルタ４〜７が、固定された受聴点における伝達特性である場合は、このように、当初の受聴点から外れることは、広がり感を付加したときに与えた方向感からずれることになり、本来提供したかった広がり感が得られない、更に広がり感を与えるために付加した周波数特性による音質違和感が強調される等の副作用が強くなることが考えられる。また、フィルタ４〜７の特性は、人体の物理形状の影響を受けるため、個人差による影響がある。更に、再生空間は、その形状及び定在波や反射波他により音響特性は千差万別であるため、広がり感の効果にも影響がある。
【００３０】
そこで、本実施の形態では、広がり感を生成する特定方向の音像定位処理に用いるフィルタ特性を一つに固定するのではなく、ある条件の下に、複数のフィルタ特性から切替え選択することで、個人差、再生空間の音響特性、受聴スタイルの違いにより発生する広がり感の効果減少を抑制している。音像定位方向制御手段２０は、この切替えを制御する。
【００３１】
具体的には、広がり感を増すための設計ターゲットの方向のフィルタ特性とその方向の周辺のフィルタ特性を用意する。即ち、設計ターゲットが例えば１２０度であれば、１２０度を中心に±２０度程度の幅を持たせた方向から数点分（例えば５度刻み）に該当する方向に対応したフィルタ特性を準備する。
【００３２】
そして、準備した複数のフィルタ特性から所定の条件に応じて選択切替する。その切替えの条件に関して説明する。
【００３３】
実施の形態１では、所定の時間間隔（２５〜７０ｍｓ）毎に選択切替する。人間には、ハース効果（先行音効果）と言うものがあり、その効果が２５〜３５ｍｓほど持続すると言われている。そのため、本実施の形態では、ハース効果の持続時間を越える時間間隔（たとえば４０ｍｓ）でフィルタ特性を選択切替することで、切り替えることによる違和感が無く、フィルタ特性を選択切替することで、一つのフィルタ特性と比較して、個人差、再生空間の音響特性、受聴スタイルの違いによる広がり感の効果減少が抑制できる。
【００３４】
（ハース効果）
ハース効果は、先行音効果とも呼ばれ、異なるタイミングで両耳に届く音源の方向を正しく見分ける人間音響心理学的現象の一つである。人間は、頭部の幾何学的構造（二つの耳が間隔を隔ててあり、障壁によって分離されている）により、任意の音源からの音は、音源に近い方の耳に先に到達し、遠い方の耳はレベルが小さくなったり、到達時間が遅れる。そして、人間は、音源の提示位置を最初に耳に到達した音の方向で認識する。しかし、方向を認識した後の２５〜３５ｍｓｅｃ（個人差がある）以内に、異なる方向から音源を提示しても、その方向に音源（音量レベルが１０ｄＢ大きくても）があることを認識しない現象がある。これがハース効果である。
【００３５】
以上説明したように、本発明に係る実施の形態１によれば、入力された信号の差信号を生成し、各ｃｈ間の差信号に複数の角度に対応した伝達特性を、ハース効果の持続時間を少し越える時間間隔で選択して処理を施して、再生することで、２ｃｈ音声信号でありながら、更に、スピーカの間隔が狭くても、また、受聴者の動きや個人差があっても、広がり感のある再生音を提供できる効果を有している。
【００３６】
尚、本発明の実施の形態１では、両ｃｈの差信号を実際のスピーカとは異なる位置に定位させて、もとの信号に加算して再生（スピーカにて）したが、別々に再生（スピーカにて）して、音響空間で合成（加算）しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３７】
また、本発明の実施の形態１では、２ｃｈ信号に関して説明したが、２ｃｈ信号の差信号の代わりに、５．１ｃｈコンテンツのサラウンド信号を入力すれば、５．１ｃｈのコンテンツが、サラウンド用のスピーカを別途設けることなく、５．１ｃｈのサラウンド効果が得られることは言うまでもない。
【００３８】
更に、７．１ｃｈコンテンツの場合は、2組あるサラウンド信号（５．１ｃｈのサラウンド信号に加えて、より後方のサラウンドバック信号が付加されているのが通常である。）を夫々、２ｃｈ信号の差信号代わりに処理することで、サラウンド用のスピーカを別途設けることなく、７．１ｃｈのサラウンド効果が得られることは言うまでもない。
【００３９】
（実施の形態２）
次に実施の形態２に関してその動作を説明する。実施の形態２は広がり感を形成するフィルタ特性をランダムな時間（２５〜７０ｍｓｅｃの範囲で）で切り替えることが、実施の形態１との相違点である。
【００４０】
実施の形態１と同じく、ハース効果の持続時間を少し越えたところでフィルタ特性を選択切替するのであるが、より切替の効果を有効にするため、フィルタ特性を選択切替するタイミングを、固定ではなく、ランダムにする。ランダムにすることで、ハース効果の個人差の吸収、再生信号のレベル変動によるハース効果持続時間の変化の吸収ができる効果が得られる。
【００４１】
以上説明したように、本発明の実施の形態２によれば、入力された信号の差信号を生成し、各ｃｈ間の差信号に複数の角度に対応した伝達特性をランダムな時間間隔で選択して処理を施して、再生することで、２ｃｈ音声信号でありながら、更に、スピーカの間隔が狭くても、また、受聴者の動きや個人差があっても、広がり感のある再生音を提供できる効果を有している。
【００４２】
（実施の形態３）
次に実施の形態３に関してその動作を説明する。実施の形態３は、広がり感を形成するフィルタ特性を、差信号生成手段の出力信号のエンベロープのレベル変化に応じて選択して処理することが、実施の形態１との相違点である。
【００４３】
図６に実施の形態１における音響装置の構成ブロック図を示す。図１と比較して、音像定位方向制御手段２０が差信号生成器３の出力によって制御されるところが異なる。
【００４４】
図７は、本実施の形態３の動作を説明する説明図である。フィルタの切替タイミングの動作は、フィルタの入力信号のエンベロープが所定レベル以上か以下かを判定し、所定レベル以下であれば、実施の形態１と同様に、例えば４０ｍｓｅｃ毎のタイミングで、フィルタをＡ→Ｂ→Ｃ→Ｂ→Ａ→Ｂ・・・というような順で切り替える。エンベロープが所定レベル以上の期間では、フィルタを切り替えない。
【００４５】
上記のようにフィルタ特性を切り替えることで、再生信号のレベル変動によるハース効果持続時間の変化の吸収ができる効果が得られる。
【００４６】
以上説明したように、本発明に係る実施の形態３によれば、入力された信号の差信号を生成し、各ｃｈ間の差信号に複数の角度に対応した伝達特性を、差信号のレベルに応じて選択して処理を施して、再生することで、２ｃｈ音声信号でありながら、更に、スピーカの間隔が狭くても、また、受聴者の動きや個人差があっても、広がり感のある再生音を提供できる効果を有している。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明にかかる音響装置は、２ｃｈ音声信号でありながら、更に、スピーカの間隔が狭くても、また、受聴者の動きや個人差があっても、広がり感のある再生音の提供として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態１における音響信号再生装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の動作を説明するための、音源から受聴者への経路を示す図
【図３】本発明の実施の形態１の動作を説明するための、音源の角度（４５度〜１８０度）に対する音源から受聴者の耳介部への音圧周波数特性を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態１の動作を説明するための、音源の角度（１８０度〜３１５度）に対する音源から受聴者の耳介部への音圧周波数特性を示すグラフ
【図５】本発明の実施の形態１におけるフィルタの動作を説明する説明図
【図６】本発明の実施の形態３における音響信号再生装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態３における音響装置の動作の説明図
【図８】従来技術の音場信号再生装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００４９】
１，２ 入力端子
３ 差信号生成器
４〜７ フィルタ
８〜１１ 遅延器
１２〜１５ 係数器
１６，１７ 加算器
１８，１９ 出力端子
２０ 音像定位方向制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音声信号に対して、前記入力音声信号の音像を所定の方向に定位させるための信号処理を施し、２チャンネルの出力音声信号として出力する信号処理手段と、
前記信号処理手段が前記音像を定位させる方向を制御する音像定位方向制御手段とを備え、
前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向を所定の時間間隔で変化させるように制御することを特徴とする音響信号再生装置。
【請求項２】
前記信号処理手段が前記入力音声信号の音像を定位可能な方向は複数存在し、
前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向を、前記複数の方向の中から前記所定の時間間隔で順次選択することにより変化させるように制御することを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項３】
前記所定の時間間隔が、ハース効果の持続時間を少し越える時間間隔であることを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項４】
前記所定の時間間隔が、２５ｍｓ〜７０ｍｓであることを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項５】
前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向をランダムな時間間隔で変化させるように制御することを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項６】
前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向を、前記入力音声信号のエンベロープが所定のレベル以下のときに変化させるように制御することを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項７】
前記入力音声信号は、２チャンネルの音声信号の差信号であり、
前記信号処理手段は、前記差信号を所定の伝達特性で処理して前記２チャンネルの音声信号の夫々に加算することにより、前記差信号の音像を所定の方向に定位させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項８】
前記入力音声信号は、５．１チャンネルコンテンツのサラウンド信号、もしくは７．１チャンネルコンテンツのサラウンド信号であることを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項９】
入力音声信号に対して、前記入力音声信号の音像を所定の方向に定位させるための信号処理を施し、２チャンネルの出力音声信号として出力する信号処理ステップと、
前記信号処理ステップにおける前記音像を定位させる方向を制御する音像定位方向制御ステップとを備え、
前記音像定位方向制御ステップにおいて、前記音像を定位させる方向を所定の時間間隔で変化させるように制御することを特徴とする音響信号再生方法。
【請求項１】
入力音声信号に対して、前記入力音声信号の音像を所定の方向に定位させるための信号処理を施し、２チャンネルの出力音声信号として出力する信号処理手段と、
前記信号処理手段が前記音像を定位させる方向を制御する音像定位方向制御手段とを備え、
前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向を所定の時間間隔で変化させるように制御することを特徴とする音響信号再生装置。
【請求項２】
前記信号処理手段が前記入力音声信号の音像を定位可能な方向は複数存在し、
前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向を、前記複数の方向の中から前記所定の時間間隔で順次選択することにより変化させるように制御することを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項３】
前記所定の時間間隔が、ハース効果の持続時間を少し越える時間間隔であることを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項４】
前記所定の時間間隔が、２５ｍｓ〜７０ｍｓであることを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項５】
前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向をランダムな時間間隔で変化させるように制御することを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項６】
前記音像定位方向制御手段は、前記音像を定位させる方向を、前記入力音声信号のエンベロープが所定のレベル以下のときに変化させるように制御することを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項７】
前記入力音声信号は、２チャンネルの音声信号の差信号であり、
前記信号処理手段は、前記差信号を所定の伝達特性で処理して前記２チャンネルの音声信号の夫々に加算することにより、前記差信号の音像を所定の方向に定位させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項８】
前記入力音声信号は、５．１チャンネルコンテンツのサラウンド信号、もしくは７．１チャンネルコンテンツのサラウンド信号であることを特徴とする請求項１記載の音響信号再生装置。
【請求項９】
入力音声信号に対して、前記入力音声信号の音像を所定の方向に定位させるための信号処理を施し、２チャンネルの出力音声信号として出力する信号処理ステップと、
前記信号処理ステップにおける前記音像を定位させる方向を制御する音像定位方向制御ステップとを備え、
前記音像定位方向制御ステップにおいて、前記音像を定位させる方向を所定の時間間隔で変化させるように制御することを特徴とする音響信号再生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−４４３０（Ｐ２０１０−４４３０Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６２９０５（Ｐ２００８−１６２９０５）
【出願日】平成２０年６月２３日（２００８．６．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２３日（２００８．６．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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