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【発明の名称】 サラウンド再生装置
【発明者】 【氏名】佐藤 宏

【要約】 【課題】本発明はサラウンド再生装置に関し、違和感の少ない再生音を提供することを目的としている。

【構成】入力されたL信号、R信号のステレオ信号をそれぞれ、バッファアンプ3及び4に通し、S1を正側入力、S2を負側入力としてS1とS2の差信号S3を取り出す加算器5と、その差信号S3を入力信号とするハイパスフィルタ6と、そのハイパスフィルタ6の出力信号S4を入力するローパスフィルタ7と、差信号S3を入力するローパスフィルタ8を備え、ローパスフィルタ7の出力信号S5とローパスフィルタ8の出力信号S6を加算器9により加算して得られた信号S7を信号S1と加算器10で加算することによりL側のサラウンド信号S9を得、信号S7を利得1で反転する反転器11に入力し、その得られた出力信号S8を信号S2と加算器12により加算し、R側のサラウンド信号S10を得るように構成する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力されたL信号、R信号のステレオ信号をそれぞれ、バッファアンプ3及び4に通し、L信号が入力されたバッファアンプ3の出力をS1、R信号が入力されたバッファアンプ4の出力をS2とする時、S1を正側入力、S2を負側入力としてS1とS2の差信号S3を取り出す差動演算器5と、その差信号S3を入力信号とするハイパスフィルタ6と、そのハイパスフィルタ6の出力信号S4を入力する第1のローパスフィルタ7と、差信号S3を入力する第2のローパスフィルタ8を備え、第1のローパスフィルタ7の出力信号S5と第2のローパスフィルタ8の出力信号S6を加算器9により加算して得られた信号S7を信号S1と加算器10で加算することによりL側のサラウンド信号S9を得、信号S7を利得1で反転する反転器11に入力し、その得られた出力信号S8を信号S2と加算器12により加算し、R側のサラウンド信号S10を得ることを特徴とするサラウンド再生装置。
【請求項2】
前記ハイパスフィルタ6は遮断周波数fc1が5kHzから20kHzでかつ−12dB/octから−18dB/octの減衰特性を有し、第1のローパスフィルタ7の遮断周波数fc2は5kHzから20kHzでかつ−6dB/octの減衰特性を有し、fc1はfc2以下に設定されることを特徴とする請求項1記載のサラウンド再生装置。
【請求項3】
前記第2のローパスフィルタ8の遮断周波数は600Hzから5kHzで−6dB/octから−12dB/octの減衰特性を有することを特徴とする請求項1又は2記載のサラウンド再生装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明はサラウンド再生装置に関し、更に詳しくはL信号(左信号)とR信号(右信号)を入力し、2つのスピーカでステレオ再生を行なう際、ステレオ感を強調するためのサラウンド再生装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、左右の音の方向弁別は約1300Hz以下の低い音は左右の耳に到達する音波の位相差が主体となり判別され、約1300Hz以上の高い音は両耳間のレベル差が手がかりとなって音の方向が判別されるというように、人の音の方向知覚に関する特性がある(例えば非特許文献1参照)。
【0003】
小型のテレビジョンや携帯オーディオ装置に付属したスピーカは、スピーカの間隔が10cmから50cm程度と狭く、スピーカから聴取者までの距離は1m以内の非常に近い距離で聞く場合が多いため、十分なステレオ感を得ることが難しい。このような狭い音場空間においてステレオ感を得るためには、従来よりサラウンド回路を用いている。
【0004】
図6は従来のサラウンド回路の構成例を示す図である。ステレオ信号のLチャネルとRチャネルの信号をそれぞれS1,S2とした時、入力信号S1をバッファアンプU1を経て差動演算器U3の正側入力に、入力信号S2をバッファアンプU2を経て差動演算器U3の負側入力にそれぞれ入力し、差信号S12を取り出し移相回路25を複数段通して得られた信号S13を信号S1と加算器U4で加算した信号S15と、信号S13を反転器(インバータ)U5に通して得られた信号S14と信号S2を加算器U6で加算した信号S16を作り出す。
【0005】
そして、それぞれの信号S15とS16をそれぞれパワーアンプU7,U8を通してスピーカ26,27で再生することで、約1kHz以下の周波数において左右の耳に達する音波の位相差が大きくなり、約1kHzから10kHzに対して左右の耳にレベル差を生じさせ、ステレオ感を強調したサラウンド発生装置を実現している。
【0006】
図7は移相回路の構成例を示す図である。信号INは抵抗R13を介してオペアンプU10の負入力に入っている。一方オペアンプU10の入力側と出力側には帰還抵抗R15が接続されている。一方、信号INは抵抗R14とコンデンサC1よりなるRC回路を介して、抵抗R14とコンデンサC1の接続点の信号がオペアンプU10の正側入力に入っている。入力周波数を変化させると、コンデンサC1のインピーダンスが変化することから、移相回路の出力の移相は入力位相からずれる。このような移相回路を複数個直列に接続することで、所望の位相特性を得るようにしている。
【0007】
図8は耳の位置での周波数特性を示す図である。横軸は周波数(Hz)、縦軸は音圧(dB)である。f1は左耳の特性を、f2は右耳の特性をそれぞれ示している。この特性は、図7の移相回路を2段使用し、左チャネルに信号を入力し、右チャネルには信号を入力しない場合の耳の位置での周波数特性を計算したものである。以下、「左」をL、「右」をRとして示す。スピーカ間隔20cm、スピーカから聴取者までの距離を50cm、両耳間の間隔を16cmとし、音源は理想的な点音源として計算した。LチャネルとRチャネルの差信号と移相回路を利用することにより、左右の耳に到達した時の音波のレベルが1kHzから約10kHzにおいて、レベル差が生じている。特に、Rチャネルの10kHz近辺におけるゲインの落ち込みが激しくなっている。
【0008】
図9は左右の耳の位置での位相差を示す図である。横軸は周波数(Hz)、縦軸は音圧(dB)である。図において、f3はPH1を、f4はPH2をそれぞれ示す。
PH1は前述した従来のサラウンド回路を使用した場合の左右の耳の位置での位相差である。PH2はサラウンド回路を使用しない場合の位相差を示す。図6に示したサラウンド回路により、約100Hzから1kHzにわたり位相差が大きくなることが分かる。
【0009】
従来のこの種の技術としては、入力するL信号とR信号の位相差を生成して、その出力側に接続されるローパスフィルタと、該ローパスフィルタの出力信号をL信号及びR信号に各々ミキシングする加算器を具備する回路が知られている(例えば特許文献1参照)。
【非特許文献1】境 久雄・中山 剛、 「聴覚と音響心理」、第5版、コロナ社、昭和59年7月10日、p185−p193
【特許文献1】特開2002−354595号公報(段落0027〜段落0033、図1〜図3)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、サラウンド効果が期待できる聴取者の位置は、前述したように聴取者の耳の位置を決めて、良好な効果を得ることができるように周波数特性や移相量を調整し、計算を行なって決めた一点で確認できるものであり、一般にスイートスポットと言われる場所である。
【0011】
図6、図7で説明した従来の差信号と移相回路を組み合わせたサラウンド技術では、アンプ出力の周波数特性に図10に示すような周波数特性があり、サラウンド効果が発揮されるスイートスポットから離れた場合、サラウンド回路の周波数特性が1kHzから10kHzの聴感上良く聞こえる帯域において、急峻に変化するディップが存在しているため、聴取者の耳が移動した時、非常に違和感のある再生音を聴取者は聞くことになる。
【0012】
図10は従来型サラウンド回路の周波数特性を示す図である。横軸は周波数(Hz)、縦軸はゲイン(dB)である。f5がRチャネルを、f6がLチャネルの特性をそれぞれ示す。Lチャネルが周波数3000Hzから10kHzの範囲で急激にゲインが減少していることが分かる。
【0013】
また、この違和感を生じさせないために前記移相回路を複数段使用する代わりに図11に示すような遮断周波数を1kHz付近に設定した1次のローパスフィルタを1段用いることがある。図11は従来型サラウンド回路の他の構成例を示す図である。図6と同一のものは、同一の符号を付して示す。図に示す回路は、図6の移相回路25として1次のRCローパスフィルタを用いたものである。U9は1次ローパスフィルタ1の出力を受けるインピーダンス整合用のバッファアンプであり、該バッファアンプU9の出力が信号S13となっている。その他の回路は、図6と同じである。
【0014】
このような回路を用いると図10に示すような特性が改善され、ディップは生じない。しかしながら、この回路では、移相が0度から90度までしか変化しないため、約1kHzから10kHzの間において、図8に示すような両耳間の音圧差を得ることが困難であるという問題がある。
【0015】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、聴取者にとってスイートスポットにおいて、良好なサラウンド感が得られ、スイートスポットから離れた場合でも違和感の少ない再生音を提供することを目的としている。そして、ステレオ再生用のスピーカの位置が極めて近くに配置された場合でもステレオ効果が十分に発揮されるサラウンド再生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0016】
(1)請求項1記載の発明は、入力されたL信号、R信号のステレオ信号をそれぞれ、バッファアンプ3及び4に通し、L信号が入力されたバッファアンプ3の出力をS1、R信号が入力されたバッファアンプ4の出力をS2とする時、S1を正側入力、S2を負側入力としてS1とS2の差信号S3を取り出す差動演算器5と、その差信号S3を入力信号とするハイパスフィルタ6と、そのハイパスフィルタ6の出力信号S4を入力する第1のローパスフィルタ7と、差信号S3を入力する第2のローパスフィルタ8を備え、第1のローパスフィルタ7の出力信号S5と第2のローパスフィルタ8の出力信号S6を加算器9により加算して得られた信号S7を信号S1と加算器10で加算することによりL側のサラウンド信号S9を得、信号S7を利得1で反転する反転器11に入力し、その得られた出力信号S8を信号S2と加算器12により加算し、R側のサラウンド信号S10を得ることを特徴とする。
(2)請求項2記載の発明は、前記ハイパスフィルタ6は遮断周波数fc1が5kHzから20kHzでかつ−12dB/octから−18dB/octの減衰特性を有し、第1のローパスフィルタ7の遮断周波数fc2は5kHzから20kHzでかつ−6dB/octの減衰特性を有し、fc1はfc2以下に設定されることを特徴とする。
(3)請求項3記載の発明は、前記第2のローパスフィルタ8の遮断周波数は600Hzから5kHzで−6dB/octから−12dB/octの減衰特性を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
(1)請求項1記載の発明によれば、サラウンド回路で周波数特性に急峻なディップが発生しないため、スイートスポットから離れた場合でも違和感のない良好な再生音を聴取者に提供することができる。
(2)請求項2記載の発明によれば、良好なサラウンド特性を得ることができる。
(3)請求項3記載の発明によれば、良好なサラウンド特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図1は本発明の原理回路図である。図において、1はLチャネル信号、2はRチャネル信号、3はLチャネル信号を受けるバッファアンプ、4はRチャネル信号を受けるバッファアンプである。5はLチャネル信号S1とRチャネル信号S2を入力し、その差信号を取り出す差動演算器としての機能を果たす加算器、6は該加算器5の出力S3を受けるハイパスフィルタ(HPF)、7は該ハイパスフィルタ6の出力を受けるローパスフィルタ(LPF)、8は加算器5の出力であるS3を受けるローパスフィルタ(LPF)である。
【0019】
9はローパスフィルタ7の出力S5とローパスフィルタ8の出力S6を受ける加算器、10は該加算器9の出力S7とLチャネル信号S1を受ける加算器、11は加算器9の出力S7を反転する反転器、12は該反転器11の出力S8とRチャネル信号S2を受ける加算器、13は加算器10の出力S9を受けるパワーアンプ、15は該パワーアンプ13出力で駆動されるスピーカ、14は加算器12の出力S10を受けるパワーアンプ、16は該パワーアンプ14で駆動されるスピーカである。このように構成された回路の動作を説明すれば、以下の通りである。
【0020】
Lチャネルの信号1はバッファアンプ3に入ってバッファリングされた後、信号S1として出力される。一方、Rチャネルの信号2はバッファアンプ4に入ってバッファリングされた後、信号S2として出力される。加算器5は、バッファアンプ3の出力S1とバッファアンプ4の出力S2の差分をとり、その出力S3はそれぞれハイパスフィルタ6とローパスフィルタ8に入る。
【0021】
この信号S3はハイパスフィルタ6に入り、その出力は信号S4となり、この信号S4は続くローパスフィルタ7に入る。一方、信号S3はローパスフィルタ8にも入る。加算器9は、ローパスフィルタ7の出力S5とローパスフィルタ8の出力S6を加算する。該加算器9の出力S7は、加算器10の一方の入力に入る。該加算器10の他方の入力には、Lチャネル信号S1が入っている。従って、加算器10はLチャネル信号S1と加算器9の出力S7を加算する。
【0022】
一方、加算器9の出力は、反転器11に入り、その出力が反転される。この反転された信号S8は加算器12の一方の入力に入る。該加算器12の他方の入力にはRチャネル信号S2が入っている。従って、加算器12はRチャネル信号S2と反転器11の出力S8を加算する。加算器10の出力であるサラウンド信号S9はパワーアンプ13に入り、スピーカ15を駆動する。また、加算器12の出力であるサラウンド信号S10はパワーアンプ14に入り、スピーカ16を駆動する。
【0023】
このような構成の回路において、ハイパスフィルタ6は遮断周波数fc1が5kHzから20kHzでかつ−12dB/octから−18dB/octの減衰特性を有し、ローパスフィルタ7の遮断周波数fc2は5kHzから20kHzでかつ−6dB/octの減衰特性を示し、fc1はfc2以下に設定され、ハイパスフィルタ6とローパスフィルタ7で5kHzから20kHzの間でバンドパスフィルタを形成している。一方、ローパスフィルタ8の遮断周波数が600Hzから5kHzで−6dB/octから−12dB/octの減衰特性を有している。
【0024】
このような減衰特性のフィルタを用いることにより、サラウンド回路で周波数特性に急峻なディップが発生しないため、スイートスポットから離れた場合でも違和感のない良好な再生音を聴取者に提供することができる。また、良好なサラウンド特性を得ることができる。
【0025】
図2は本発明の一実施の形態例を示す回路図である。図1と同一のものは、同一の符号を付して示す。以下の説明では、各素子(抵抗とコンデンサ)の値の説明は省略する。Lチャネル信号S1と、Rチャネル信号S2の差信号を取り出す加算器5は、入力信号を受ける抵抗R20,R22と、オペアンプ30と、帰還抵抗R23と分圧抵抗R21とから構成されている。この回路によれば、その出力からS1とS2との差信号が信号S3として出力される。
【0026】
この差信号S3を受けるハイパスフィルタ6は、抵抗R23,R24と、コンデンサC20,C21とオペアンプ31から構成されている。ハイパスフィルタ6の出力S4を受けるローパスフィルタ7は、抵抗R26とコンデンサC22とから構成されるRCフィルタである。20は該ローパスフィルタ7の出力を受けているバッファアンプである。従って、ローパスフィルタ7の出力S5とバッファアンプ20の出力S5´は等しくなる。前記差信号S3を受けるローパスフィルタ8は、抵抗R27,R28と、コンデンサC23,C24と、オペアンプ32から構成されている。
【0027】
加算器10は入力抵抗R29,R30,R31と、帰還抵抗R32とオペアンプ33から構成されている。この出力は、Lチャネル信号S1と、ローパスフィルタ7の出力S5と、ローパスフィルタ8の出力S6とを加算している。この回路図では、加算回路を3入力構成として、図1の加算器9を省略している。
【0028】
反転器11は、抵抗R33,R34,R35とオペアンプ34から構成され、ローパスフィルタ7の出力S5とローパスフィルタ8の出力S6の和を反転して出力S8を得ている。この回路も、2入力構成の加算器とすることで、図1の加算器9を省略している。加算器12は入力抵抗R36,R37と、帰還抵抗R38とオペアンプ35から構成される加算器であり、ローパスフィルタ7とローパスフィルタ8の出力をインバータ11で反転した信号S8とRチャネル信号S2とを加算している。加算器10の出力はパワーアンプ13に入り、該パワーアンプ13はスピーカ15を駆動し、加算器12の出力はパワーアンプ14に入り、該パワーアンプ14はスピーカ16を駆動している。このように構成された回路の動作を説明すれば、以下の通りである。
【0029】
L側の信号源1から入力された信号と、R側信号源2から入力された信号は、それぞれバッファアンプ3の出力をS1、バッファアンプ4の出力をS2とする時、S1を正側入力、S2側を負側入力としてS1とS2の差信号S3を取り出す差動演算器5に入力し差信号S3を得る。次に、その差信号S3を入力信号とする2次のハイパスフィルタ6に入力し、出力信号S4を得る。ハイパスフィルタ6の遮断周波数fc1は以下のように与えられる。
【0030】
fc1=1/(2π・C20・√(R24・R25))
=12.2(kHz)
ここで、それぞれの値として識別符号をそのまま用いた。例えばR24は3.3kΩを用いるようにした。以下、同様である。ハイパスフィルタ6のクオリティファクタQ1は以下のように与えられる。
【0031】
Q1=(1/2)・√(R25/R24)
=0.6
このようにQ1を低く設定することで、遮断周波数帯域において穏やかな位相変化が得られ、入力信号と加算した際、急峻な周波数特性にならないようにすることができる。
【0032】
ハイパスフィルタ6の出力S4を入力する1次のローパスフィルタ7を通し出力信号S5を得る。ローパスフィルタ7の遮断周波数fc2は以下のように与えられる。
fc2=1/(2π・C22・R26)
=13.0(kHz)
この時、fc1とfc2は以下の関係を満足する。
【0033】
fc1≦fc2
入力信号の差信号S3を2次のローパスフィルタ8に入力し、その出力信号S6を得る。該ローパスフィルタ8の遮断周波数fc3は以下のように与えられる。
【0034】
fc3=1/(2π・R27・√(C23・C24))
=1.8(kHz)
ローパスフィルタ8のクオリティファクタQ2は以下のように与えられる。
【0035】
Q2=(1/2)・√(C23/C24)
=0.55
このように、Q2もQ1と同様低く設定することで、遮断周波数帯域において穏やかな位相変化が得られ、入力信号と加算した際、急峻な周波数特性にならないようにすることができる。
【0036】
ローパスフィルタ7の出力インピーダンスは低域においてR26に等しくなり、後の加算演算に誤差を生じるため、出力信号S5をバッファアンプ20に通し、インピーダンスを下げた信号S5´を得る。信号S5´とS6とS1を加算器10に入力することによりLチャネル側のサラウンド信号S9を得ることができる。
【0037】
信号S5´とS6を加算器11に入力しその出力信号S8を得る。加算器11は反転加算器であるため、図1の原理図に示す加算器9とインバータ11の役割を果たしている。信号S8とS2を加算器12に入力することにより、Rチャネル側のサラウンド信号S10を得ることができる。
【0038】
図3と図4は図2の回路のLチャネルに信号を入力し、Rチャネルには信号を入力しない場合の耳の位置での周波数特性を計算したものである。スピーカ間隔20cm、スピーカから聴取者までの距離を50cm、両耳間の距離を16cmとし、音源は理想的な点音源として計算した。
【0039】
図3は実施の形態例における耳の位置での周波数特性を示す図である。横軸は周波数(Hz)、縦軸音圧(dB)である。f7はLチャネルの特性を、f8はRチャネルの特性をそれぞれ示す。図4は実施の形態例におけるサラウンド回路の周波数特性例を示す図である。横軸は周波数(Hz)、縦軸はゲイン(dB)である。f9はLチャネルの特性を、f10はRチャネルの特性をそれぞれ示す。図4において、Lチャネルの曲線は図2の加算器10の出力S9に相当し、Rチャネルの曲線は図2の加算器12の出力S10に相当する。図3に示す特性と図8に示す特性を比較すると、図3に示す特性が穏やかな特性となっていることが分かる。
【0040】
図5は実施の形態例における左右の耳の位置での位相差を示す図である。横軸は周波数(Hz)、縦軸は音圧(dB)である。f11はPH1を、f12はPH2をそれぞれ示す。図において、PH1は実施の形態例におけるサラウンド回路を使用した場合の左右の耳の位置での位相差である。PH2はサラウンド回路を使用しない場合の位相差を示す。サラウンド回路を使用した方が位相差が大きくなっていることが分かる。
【0041】
本発明によれば、サラウンド信号は、従来技術における図10に示す5kHz付近の急峻なディップが緩やかになっていることが、図4の特性より確認することができる。また、耳の位置での周波数特性と1kHzまでの位相差の特性も図3と図5により従来の方式のサラウンド回路と同じような効果が得られることが確認できた。
【0042】
以上、説明したように、本発明によれば、サラウンド回路で周波数特性に急峻なディップが発生しないため、スイートスポットから離れた場合でも良好な再生音を聴取者に提供することができる。また、本発明はLチャネル信号とRチャネル信号の差信号を用いることから、音楽ソースの中でセンターに配置されることが多いボーカルの成分は差信号が少ないので周波数特性を変更することなく再生される。従って、音楽的に違和感の少ない自然な再生音を聴取者に提供することができる。
【0043】
実際に予め録音してあるステレオ信号をサラウンド回路をオフにした時とオンにした時とで聴き比べたところ、サラウンド回路をオンにした時には、スピーカの間隔が20cm程度しか離れていないにも関わらず、極めて良好なサラウンド効果があることを確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】本発明の原理回路図である。
【図2】本発明の一実施の形態例を示す回路図である。
【図3】実施の形態例における耳の位置での周波数特性を示す図である。
【図4】実施の形態例におけるサラウンド回路の周波数特性例を示す図である。
【図5】実施の形態例における左右の耳の位置での位相差を示す図である。
【図6】従来のサラウンド回路の構成例を示す図である。
【図7】移相回路の構成例を示す図である。
【図8】耳の位置での周波数特性を示す図である。
【図9】左右の耳の位置での位相差を示す図である。
【図10】従来型サラウンド回路の周波数特性を示す図である。
【図11】従来型サラウンド回路の他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【0045】
1 Lチャネル信号
2 Rチャネル信号
3 バッファアンプ
4 バッファアンプ
5 加算演算器
6 ハイパスフィルタ
7 ローパスフィルタ
8 ローパスフィルタ
9 加算器
10 加算器
11 インバータ
12 加算器
13 パワーアンプ
14 パワーアンプ
15 スピーカ
16 スピーカ
【出願人】 【識別番号】000112565
【氏名又は名称】フォスター電機株式会社
【出願日】 平成18年6月27日(2006.6.27)
【代理人】 【識別番号】100085187
【弁理士】
【氏名又は名称】井島 藤治

【識別番号】100090424
【弁理士】
【氏名又は名称】鮫島 信重


【公開番号】 特開2008−10917(P2008−10917A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2006−176219(P2006−176219)