JPH0229280B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は相関係数に着目した音像制御装置に関
し、さらに詳言すれば相関関数制御装置を用いて
伝送周波数特性を平坦に維持しつつ、また残響信
号を極力付加することなしに、音像に対する拡が
り感や奥行感を制御する音像制御装置に関する。 従来、音像の質を制御する方法としては、(イ)ス
テレオ収音時に行なう方法と、(ロ)スピーカ再生時
に行なう方法とがあつた。 まず(イ)に関する最も簡単な方法は、通称ペアマ
イクと云われる一対のマイクロホンを用い、音源
からマイクロホンまでの距離、マイクロホンヘツ
ドの間隔とその方向を変えるものであり、再生時
のステレオ感を制御することができるため便利な
方法である。しかし、この方法によるときは、音
像の拡がり感を増すためにマイクロホンヘツドの
間隔を大きく取り過ると、中央の音像が不明確と
なつて、所謂中抜けの状態になつたりする。 また、ペアマイクロホンによる収音がより手軽
にできるように一対の単一指向性マイクロホンを
一体化した通称ステレオマイクロホンなるものも
各種考案されている。これによれば未経験者でも
定位の安定したステレオ録音ができるが、音源の
種類によつては音像の拡がりや、奥行を十分に再
現できない場合がある。 また(ロ)の方法は基本的に次の３種類がある。 (i)一方のチヤンネルの信号には手を加えず、他
方のチヤンネルの信号のみに音圧レベル差と位相
差とを与える方法、(ii)両方のチヤンネルの信号に
音圧レベル差、位相差を加え、反転して相手側の
チヤンネルの信号に加える方法、(iii)遅延素子を使
用して電気的に残響成分を作り出して両チヤンネ
ルの信号に加える方法がこれである。 しかしこれらの各種方法は何れも系の振幅周波
数特性が平坦でないために音質の劣化が避けられ
ない。 さらに、エコールームや特殊な残響装置を使用
して音像の拡がり感を得る方法もあるが、この方
法によるときは音像の拡がり感とともに残響感も
変化する。 本発明は上記にかんがみなされたもので、ペア
マイクロホンを用いてステレオ信号を収音した
り、スピーカ間隔の狭い状態でステレオ信号を再
生する場合に、マイクロホンヘツドや、スピーカ
の間隔を変えることなく音像の拡がりや、奥行を
制御することができる音像制御装置を提供するこ
とを目的とするものである。 この目的は本発明によれば、入出力信号間の伝
送振幅周波数特性を変化させることなく、出力信
号間の位相の進遅関係が周波数の変化にともなつ
て交互に反転し、かつ出力信号間の相関係数が−
１〜＋１まで任意に可変できるとともに、相関係
数の周波数特性も可変できる相関関数制御装置を
多チヤンネル音響収音系路内または再生系路内に
挿入して、少なくとも２信号を出力することによ
り達成される。 以下、本発明を実施例により説明する。 第１図は本発明の一実施例の音像制御装置のブ
ロツク図である。 本実施例の音像制御装置は、ゲインが１以下で
あつて同一の周波数特性を有するフイルタ１，
２，１′および２′、同一遅延時間特性を有する遅
延回路３および３′、フイルタ１，２，１′および
２′の伝達関数の位置項の２倍の位相項を有する
移相回路４および４′、減算器５および８、加算
器６および７とからなり、入力１チヤンネル、出
力２チヤンネルの相関関数制御装置を、２チヤン
ネル音響収音系路内または再生系路内に挿入して
構成する。 前記の相関係数制御装置は入力端子INに印加
された信号からフイルタ２の出力信号を減算器５
で減算し、減算器５の出力信号はフイルタ１を通
して加算器６に入力するとともに減算器５の出力
信号を遅延回路３に入力し、遅延回路３の出力信
号はフイルタ２を通して減算器５に減算入力とし
て印加し、遅延回路３の出力信号は移相回路４を
通して加算器６に入力して、加算器６によつてフ
イルタ１の出力信号と加算して出力端子OUT₁に
導出する。一方、入力端子IN₁に印加された信号
とフイルタ２′の出力信号とを加算器７によつて
加算し、この加算信号はフイルタ１′をおよび遅
延回路３′に入力し、遅延回路３′の出力信号はフ
イルタ２′に入力するとともに移相回路４′に入力
し、フイルタ２′の出力信号は加算器７に加算信
号として入力し、移相回路４′の出力信号からフ
イルタ１′の出力信号を減算器８によつて減算し
てこの減算出力信号を出力端子OUT₂に導出する
ように構成してある。 上記の音像制御装置において、入力端子INか
ら出力端子OUT₁までの第１チヤンネルの伝達関
数G₁（jω）、入力端子INから出力端子OUT₂まで
の第２チヤンネルの伝達関数G₂（jω）はそれぞれ
下の(1)および(2)式で表わされる。 以下、フイルタ１，２，１′および２′の伝達関
数をｇ（jω）、遅延回路３および３′の遅延時間を
τとしその伝達関数はe^-j〓〓、移相回路４および
４′の伝達関数はｅ2j∠ｇ（jω） で表わす。 G₁（jω） ＝ｇ（jω）＋exp（−jωτ）・exp（2j∠ｇ（jω）
）／１＋ｇ（jω）・exp（−jωτ） …(1) G₂（jω） ＝−ｇ（jω）＋exp（−jωτ）・exp（2j∠ｇ（jω
））／１−ｇ（jω）・exp（−jωτ） …(2) また、振幅伝達率｜G₁（jω）｜およびG₂（jω）は となり、何れのチヤンネルも伝送振幅周波数特性
は平坦でありゲインを持たず、入力信号と出力信
号のスペクトルが同一である。 つぎに第１チヤンネル、第２チヤンネルの位相
特性については次の如くである。 第１チヤンネルによる入力信号と出力信号との
位相遅れ₁は ₁＝∠G₁（jω）＝−ωτ＋２∠ｇ（jω） ＋2tan^-1〔｜ｇ（jω）｜sin｛ωτ−∠ｇ（
jω）｝／１＋｜ｇ（jω）cos｛ωτ−∠ｇ（jω）｝〕
…(4) 第２チヤンネルによる入力信号と出力信号との
位相遅れ₂は ₂＝∠（jω）＝−ωτ＋２∠ｇ（jω） −2tan^-1〔｜ｇ（jω）｜sin｛ωτ−∠ｇ（
jω）｝／１＋｜ｇ（jω）cos｛ωτ−∠ｇ（jω）｝〕
…(5) となり、２チヤンネル出力信号間の位相差₁₂は ₁₂＝₁−₂＝2tan^-1〔｜ｇ（jω）｜sin｛
ωτ−∠ｇ（jω）｝／１−｜ｇ（jω）｜²〕…(6) となる。 (6)式から明らかな如く、位相差₁₂は０＜ω＜
∞で振動し、ωτ−∠ｇ（jω）＝π／２＋2nπを満す
角 周波数で極大値を、ωτ−∠ｇ（jω）＝−π／２＋2n
π を満す角周波数で極小値をとる。 また −π＜2tan^-1−２｜ｇ（jω）｜²／１−｜ｇ（jω）｜²
＜π ＜12＜2tan^-1２｜ｇ（jω）｜²／１−｜ｇ（jω）
｜²＜π となり、振動の振幅は｜ｇ（jω）｜によつて規定
される。 すなわち、位相差₁₂の変動振幅は第１図の回
路中フイルタ１，２，１′および２′の伝達関数ｇ
（jω）の振幅特性に依存して決まる周波数特性を
有する。たとえば｜ｇ（jω）｜が角周波数ωに対
し単調増加（減少）するとき位相差₁₂の振動振
幅は、角周波数ωに対して単調増加（減少）す
る。その一特性例を第２図に示す。 第２図においてａは単調減少の場合の特性例
を、ｂは単調増大の場合の特性例を示している。 上記の位相差特性から容易に推察できるよう
に、帯域ランダムノイズを入力端子INに印加し
たときの出力端子OUT₁、OUT₂から出力される
出力信号の相関係数は、フイルタ１，２，１′お
よび２′の振幅特性｜ｇ（jω）に依存した周波数
特性を持つことになる。 実際、中心周波数ω₀、帯域幅Δωの帯域ランダ
ムノイズを入力端子INに印加したときの出力信
号間の相関係数Φ5（ω₀）は出力信号の電圧密度を
Ｖ（ω）としたとき次式で表わされる。 (3)式より明らかなようにＶ（ω）＝（周波数に依
存しない定数）であるから(7)式は となり、Δω≫１／τの条件では Φ（ω₀）＝１−３｜ｇ（jω）｜²／１＋｜ｇ（j
ω）｜²…(8) となる。 すなわち、上記から明らかな如く相関係数Φ
（φ₀）はフイルタ１，２，１′および２′の振幅周
波数特性｜ｇ（jω）｜から(8)式によつて定まる。
したがつてフイルタ、１，２，１′および２′の特
性を連動して変化させることにより、相関係数の
値およびその周波数特性までも任意に可変するこ
とができ、音像の質を制御することができる。ま
た、相関係数値の最大値はτ＝０の位置において
生じ、音像は偏奇しない。 たとえばフイルタ１，２，１′，２′の伝達関数
を種々変えて構成した場合の相関係数の周波数特
性のパターンは第１表の如くになる。

【表】 つぎに、以上説明した原理にもとづく音像制御
装置の具体的実施例について説明する。 第３図はこの具体的実施例を示すブロツク図で
ある。 本具体的実施例の音像制御装置は、ゲインg′の
減衰器１０，１１，１２および１３、時定数T₁
を有する１次ローパスフイルタ１４，１５，１６
および１７、時定数T₂を有する１次ハイパスフ
イルタ１８，１９，２０および２１、１次ローパ
スフイルタと同一時定数T₁を有する１次移相回
路２２および２３、１次ハイパスフイルタと同一
時定数T₂を有する１次移相回路２４および２５、
遅延時間がτの遅延回路２６および２７、減算器
５および８、加算器６および７とからなる相関関
数制御装置からなつている。 第３図に示した具体的実施例の音像制御装置は
第１図に示した実施例の音像制御装置の構成要件
を総て満足している。 実際に、減衰器、１次ローパスフイルタおよび
１次ハイパスフイルタの直列接続された１０と１
４と１８，１２と１６と２０，１１と１５と１９
および１３と１７と２１とからなる回路の伝達関
数は となる。これをｇ（jω）とおけば１次移相回路が
縦続接続された２２と２４、２３と２５とからな
る回路の伝達関数は １−jωT₁／１＋jωT₁＋jωT₂−１／１＋jωT₂ ＝ｅ−2j（tan−1ωT₁＋tan^-1ωT₂−π／２） となり、これはｅ−2j∠ｇ（jω）に他ならない。 したがつて第３図の音像制御装置は第１図の音
像制御装置と等価な装置である。 そこで、第３図に示した音像制御装置の伝送振
幅周波数特性は平坦であり、相関係数Φは、 Φ＝１−３（g′）²ε²T₂ ²／（１＋ε²T₁ ²）（１＋ε
²T₂ ²）／１＋（g′）²ε²T₂ ²／（１＋ε²T₁ ²）（１＋ε
²T₂ ²）…(9) となる。(9)式から明らかな如く、相関係数Φは減
衰器１０，１１，１２および１３のゲインg′、１
次ローパスフイルタ１４，１５，１６および１７
の時定数T₁、１次ハイパスフイルタ１８，１９，
２０および２１の時定数T₂に依存して決まる。 したがつて減衰器１０，１１，１２および１３
の回路定数を適当に連動して可変することによ
り、１次ローパスフイルタ１４，１５，１６，１
７および１次移相回路２２，２３の回路定数を連
動して可変することにより、および／または１次
ハイパスフイルタ１８，１９，２０，２１および
１次移相回路２４，２５の回路定数を連動して可
変することにより相関係数Φの周波数特性を変化
させることができる。 相関係数Φの代表的な周波数特性の例を回路定
数と対応してまとめると次の如くになる。 (i) T₁→０、T₂→∞にすると相関係数は平坦特
性を示し、Φ＝〔１−３（g′）²〕／〔１＋（g′）²〕
で与えられる。 (ii) T₁→０にすると相関係数は高域下降特性を
示し、最低相関係数値Φminは〔１−３
（g′）²〕／〔１＋（g′）²〕で与えられる。g′＝
0.55としたときの特性例を第４図の曲線ａに示
す。 (iii) T₂→０にすると相関係数は低域下降特性を
示し、最低相関数値Φminは〔１−３（g′）²〕／
〔１＋（g′）²〕で与えられる。g′＝0.55としたと
きの特性例を第４図の曲線ｂに示す。 (iii) T₁＝kT、T₂＝Ｔ／ｋとすると、相関係数は
ω₀＝１／Ｔを中心とするピーク・デイツプ特
性を示し、ｋ＝２、ｇ＝0.7とした場合の特性
例を第４図の曲線Ｃで示す。 なお、(i)〜(iii)の周波数特性のパターンの変更は
簡単なスイツチング操作により選択可能である。
さらに時定数を変化させることにより周波数特性
のパターンを保持しつつ周波数軸上で左右に移動
することもできる。 また、相関係数値は減衰器１０，１１，１２，
１３を連動して変化させてそのゲインg′を変化さ
せることにより任意に可変することができる。 ここで、相関係数値を１とすると、正相関にな
り、両出力信号は等しくなるから、音像は中央に
定位する。さらに、相関係数値を、１から小さく
していくと、両出力信号は互いに相関が無くなつ
ていき、音像は広がつていく。 以上説明した如く本発明によれば相関係数を変
えることにより音像の質を制御することができ、
次の効果を得ることができる。 (i) ステレオ信号収音の場合に利用するときは、
通常ペアマイクロホンまたはステレオマイクロ
ホンの出力信号を増幅器を介して本発明の音像
制御装置に印加し、減衰器の減衰量を変えるこ
とにより両チヤンネルの信号間の相関係数を＋
１から−１まで簡単に変えることができ、相関
係数が０の場合でも加えられる残響信号の時間
はたかだか約0.1秒である。従つて音源から収
音点までの距離、マイクロホンヘツドの間隔、
マイクロホンヘツドの向きを変えることなくま
た残響感や音色を変化させるほどに残響信号を
加えることなくスレオ再生音々像の拡がりや、
奥行に対する心理的な印象を制御することがで
きる。またこの際に音質が劣化したり、原信号
の有する方向定位に関する物理情報が変化した
りすることはない。 (ii) 従来の音声多重型テレビジヨン受像機または
ステレオラジオ付テープレコーダの様に通常の
スレオ再生装置の場合、左右両チヤンネル用の
スピーカの間隔が狭いため臨場感の豊かな音場
を再現することができなかつたが、本発明の音
像制御装置をスピーカ再生の場合に使用するこ
とによりスピーカの間隔を変更することなし
に、かつ音質を劣化させたり残響成分を付加す
ることなしに、音像の拡がり感や、奥行感を音
源の種類、聴取者の好みに応じて変えることが
できる。 また自動車室内のように容積が小さく、音の拡
散性が良くない場所において使用することにより
効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の音像制御装置のブ
ロツク図。第２図は第１図に示した音像制御装置
の出力信号間の位相差を示す特性図。第３図は本
発明の一実施例の具体的実施例のブロツク図。第
４図は第３図に示した本発明の一実施例の具体的
実施例の相関係数の特性図。 １，２，１′および２′……フイルタ、３および
３′……遅延回路、４および４′……移相回路、５
および８……加算器、６および７……減算器、１
０，１１，１２および１３……減衰器、１４，１
５，１６および１７……１次ローパスフイルタ、
１８，１９，２０および２１……１次ハイパスフ
イルタ、２２，２３，２４および２５……１次移
相回路、２６および２７……遅延回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 相関関数制御装置が同一の特性を有するゲイ
   ンが１以下の第１、第２、第３および第４のフイ
   ルタと、同一の遅延時間を有する第１および第２
   の遅延回路と、第１、第２、第３および第４のフ
   イルタの伝達関数の位相角の２倍の位相角を有す
   る第１および第２の移相回路とを備え、第１のフ
   イルタの出力信号を減算信号として入力端子に印
   加された入力信号により減算して得た第１の信号
   を第１の遅延回路および第２のフイルタに入力
   し、第１の遅延回路の出力信号を第１のフイルタ
   および第１の移相回路に入力し、第２のフイルタ
   の出力信号と第１の移相回路の出力信号とを加算
   して第１の出力端子より導出し、第３のフイルタ
   の出力信号と前記入力端子に印加された入力信号
   とを加算して得た第２の信号を第２の遅延回路お
   よび第４のフイルタに入力し、第２の遅延回路の
   出力信号を第３のフイルタおよび第２の移相回路
   に入力し、第４のフイルタの出力信号を減算信号
   として第２の移相回路の出力信号から減算して第
   ２の出力端子より導出するようにしてなることを
   特徴とする音像制御装置。