JPH09307999A

JPH09307999A - 音場拡大装置

Info

Publication number: JPH09307999A
Application number: JP8122965A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Sueyoshi; 雅弘末吉; Takashi Katayama; 崇片山; Masaharu Matsumoto; 正治松本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】小さな回路規模でも音質の劣化を生じさせる
ことなく音の広がり感を受聴者に感じさせる。【解決手段】受聴者１３のまわりに配置した２個のス
ピーカ３、４を使用し、入力端子１、２から入力される
ステレオ２ｃｈ信号に対して、ＦＩＲフィルタ５、６、
７、８にて畳み込み演算を行うことで音場拡大を行い、
ＦＩＲフィルタ５、６、７、８によって劣化した音質を
ＩＩＲフィルタ（特性補正手段）１６、１７によって補
償し改善することができる。この構成を採用することに
よって、小さな回路規模でありながら、従来の音場拡大
装置のような音質の劣化を引き起こすことなく音の広が
りを提供することができ、受聴者に臨場感のある音場を
提供することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＡＶ（オーディオ
・ビジュアル）機器において、臨場感のある音響再生を
行うために、再生音場に左右の広がった感覚を与える音
場拡大装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、映像・音響分野においては、ＶＴ
Ｒの普及により映画ソフトを家庭で楽しむことが可能と
なり、これに伴い大画面及び臨場感のある音響再生が望
まれ、また映画に限らず、音楽ソフトを楽しむためにも
臨場感のある音響再生が望まれ、これに対応するハード
ウェアの開発が必要となっている。

【０００３】以下、従来の音場拡大装置について図面を
参照しながら説明する。図４は、従来の音場拡大装置の
構成例を示すハードウェアブロック図である。図４にお
いて、１、２は信号を入力する入力端子、３、４は信号
を外部に音響再生するスピーカ、５、６、７、８は臨場
感のある音響再生を行なうためのＦＩＲフィルタ（伝達
特性演算手段に相当）であり、h11(t)、h12(t)、h21
(t)、h22(t)（ｔは時間領域で連続的な信号を表し、こ
れらが時間の関数であることを表している。以下同様）
は音場を拡大するためのインパルス応答（ＦＩＲフィル
タのタップ係数）に相当する。９はＦＩＲフィルタ５お
よび７の出力を加算する加算器であり、１０はＦＩＲフ
ィルタ６および８の出力を加算するための加算器であ
る。加算器９からの出力信号をS1(t)とし、加算器１０
からの出力信号をS2(t)とする。１３はスピーカ３およ
び４に対面した受聴者であり、１４および１５は従来の
音場拡大装置によって定位される音像である。また、I1
(t)はステレオオーディオ信号のＬｃｈ信号であり、I2
(t)はステレオオーディオ信号のＲｃｈ信号である。

【０００４】以上のように構成された従来の音場拡大装
置について、その動作を図４を用いて説明する。

【０００５】ステレオオーディオ信号のＬｃｈであるI1
(t)が入力端子１からＦＩＲフィルタ５および６に入力
され、h11(t)とI1(t)、およびh12(t)とI1(t)の畳み込み
演算が行われ、I1(t)に対して音像１４を作成してい
る。また、ステレオオーディオ信号のＲｃｈであるI2
(t)が入力端子２からＦＩＲフィルタ７、８に入力さ
れ、h21(t)とI2(t)、およびh22(t)とI2(t)の畳み込み演
算が行われ、I2(t)に対して音像１５を作成している。
これらの音像１４および１５によって、ステレオ音場を
拡大している訳である。

【０００６】次に、音像１４および１５を作成する原理
について図５を参照しながら説明する。図５中におい
て、図４と同一機能を有する部分は図４と同一の番号を
付しており、その詳細な説明は省略する。

【０００７】図５において、h1(t)はスピーカ３から受
聴者１３の左耳までのインパルス応答であり、h2(t)は
スピーカ３から受聴者１３の右耳までのインパルス応答
であり、また、h3(t)はスピーカ４から受聴者１３の左
耳までのインパルス応答であり、h4(t)はスピーカ４か
ら受聴者１３の右耳までのインパルス応答である。また
１６は受聴者１３の左側方におかれたスピーカ、h5(t)
はスピーカ１６の位置から受聴者１３の左耳までのイン
パルス応答を表しており、h6(t)はスピーカ１６から受
聴者１３の右耳までのインパルス応答である。

【０００８】図５のような系において、スピーカ１６に
I1(ｔ)の信号が入力されたとき、受聴者１３の左耳に生
じる信号をL'(t)、右耳に生じる信号をR'(t)とすると、
L'(t)およびR'(t)は式（１）および式（２）で表され
る。

【０００９】L'(t)=I1(t)*h5(t) ・・・（１） R'(t)=I1(t)*h6(t) ・・・（２）ただし、* は畳み込み演算を表す。

【００１０】また、入力端子１にI1(t)が入力された場
合、スピーカ３および４を経由して受聴者１３の左耳に
生じる信号をL(t)、受聴者１３の右耳に生じる信号をR
(t)とすると、L(t)およびR(t)は式（３）および式
（４）のように表される。

【００１１】 L(t)=I1(t)*h11(t)*h1(t)+I1(t)*h12(t)*h3(t) ・・・（３） R(t)=I1(t)*h11(t)*h2(t)+I1(t)*h12(t)*h4(t) ・・・（４）このような系において、L(t)とL'(t)およびR(t)とR'(t)
が等しくなるようなＦＩＲフィルタh11(t)およびh12(t)
を設定することができれば、受聴者１３の前方に配置さ
れたスピーカ３および４によって、図５に示した音像１
４に定位させることが可能である。

【００１２】そこで、L(t)とL'(t)およびR(t)とR'(t)が
等しいとおくと、式（５）および式（６）のようにな
る。

【００１３】 h5(t)=h1(t)*h11(t)+h3(t)*h12(t) ・・・（５） h6(t)=h2(t)*h11(t)+h4(t)*h12(t) ・・・（６）ここで、h1(t)〜h6(t)、h11(t)およびh12(t)をフーリエ
変換し周波数領域の表現で書き直すと式（７）〜式（１
４）のようになる。

【００１４】H1(ω)=FFT(h1(t)) ・・・（７） H2(ω)=FFT(h2(t)) ・・・（８） H3(ω)=FFT(h3(t)) ・・・（９） H4(ω)=FFT(h4(t)) ・・・（１０） H5(ω)=FFT(h5(t)) ・・・（１１） H6(ω)=FFT(h6(t)) ・・・（１２） H11(ω)=FFT(h11(t)) ・・・（１３） H12(ω)=FFT(h12(t)) ・・・（１４）ただし、FFT()はフーリエ変換を表す関数である。式
（５）および式（６）は、以下のように書き直すことが
できる。

【００１５】 H5(ω)=H1(ω)・H11(ω)+H3(ω)・H12(ω) ・・・（１５） H6(ω)=H2(ω)・H11(ω)+H4(ω)・H12(ω) ・・・（１６）これらをH11(ω)およびH12(ω)について解くことによっ
て、音場を拡大するためのＦＩＲフィルタの係数を求め
ることができる（実際は、求まった結果を逆ＦＦＴし
て、時間領域に直す必要がある）。

【００１６】以上のようにして求めた特性を持つＦＩＲ
フィルタ５、６とスピーカ３、４を介して音を放射する
と受聴者１３は、スピーカ１６が現実に存在しなくて
も、音像をスピーカ１６の位置に感じることができる。
なぜならば、受聴者１３の左右の耳に生じる音圧は、ス
ピーカ１６から音を放射した場合の音圧と等しいからで
ある。従って、このようにＦＩＲフィルタ５、６および
スピーカ３、４を使用することにより、音像をスピーカ
１６の方向に定位させることが可能である。

【００１７】以上の原理は音像を受聴者の左側方に定位
させる場合を説明したが、音像を右側方に定位させる場
合も同様であり、このような原理により、図４の例では
１４、１５の位置に音像を定位させる（虚音源を感じ
る）ことができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成の装置を実機に搭載する場合には、コストと
の関係でハードウェア規模を小さくすることが要求され
るために、ＦＩＲフィルタの次数（タップ数）を少なく
する必要があり、この次数減少のために、音質の劣化が
発生する場合が生じる。

【００１９】本発明の目的は、このような従来の課題を
考慮し、小さな回路規模であっても音質の劣化を起こす
ことなく音の広がり感を受聴者に感じさせることが可能
な音場拡大装置を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願の請求項１記載の発明は、信号を入力する入力
手段と、前記入力手段からの信号を入力し、２個以上の
スピーカを用いて任意の位置に音像を定位させ、左右に
広がった感覚を受聴者に与える信号処理を施す伝達関数
演算手段と、前記伝達関数演算手段からの出力信号の振
幅周波数特性を補正する特性補正手段と、前記特性補正
手段からの出力信号を受聴者に音として放射する２個以
上のスピーカとを有することを特徴とする。

【００２１】本願の請求項２記載の発明は、請求項１記
載の伝達関数演算手段を、単位時間遅延素子と乗算器と
の組み合わせより成るＦＩＲフィルタで構成したことを
特徴とする。

【００２２】本願の請求項３記載の発明は、請求項２記
載の特性補正手段を、単位時間遅延素子と乗算器との組
み合わせより成るＩＩＲフィルタで構成し、かつ伝達関
数演算手段を構成するＦＩＲフィルタの振幅周波数特性
の逆特性としたことを特徴とする。

【００２３】本願の請求項４記載の発明は、請求項１記
載の伝達関数演算手段を、単位時間遅延素子と乗算器と
の組み合わせより成るＦＩＲフィルタで構成し、特性補
正手段を、単位時間遅延素子と乗算器との組み合わせよ
り成るＩＩＲフィルタで構成し、かつ前記ＩＩＲフィル
タの特性を、前記伝達関数演算手段を構成するＦＩＲフ
ィルタの振幅周波数特性の逆特性としたたことを特徴と
する。

【００２４】本発明は、上記構成を採用することによっ
て、従来手法を実機に適用した場合にＦＩＲフィルタの
次数の制限から生じる音質の劣化を、特性補正手段を用
いることで改善することが可能になり、従来手法による
音場拡大装置の構成を用いた場合と比較して、小さな回
路規模で音質の良い広がり感を感じさせることができる
ようになる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態におけ
る音場拡大装置について図面を参照しながら説明する。

【００２６】図１は本発明の実施形態における音場拡大
装置の構成を示すブロック図である。なお、上述した従
来例と同一機能を有する部分は同一の符号をつけて詳細
な説明を省略する。

【００２７】図１において、入力端子１に入力されたス
テレオオーディオ信号のＬｃｈの信号I1(t)と、入力端
子２に入力されたステレオオーディオ信号のＲｃｈの信
号I2(t)は、それぞれ２つに分岐される。I1(t)は、伝達
特性演算手段であるＦＩＲフィルタ５および６に入力さ
れる。またI2(t)は、伝達特性演算手段であるＦＩＲフ
ィルタ７および８に入力される。ＦＩＲフィルタ５およ
び７の出力は加算器９によって加算されS1(t)として出
力され、ＦＩＲフィルタ６および８の出力は加算器１０
によって加算されS2(t)として出力される。S1(t)は、Ｉ
ＩＲフィルタで構成された特性補正手段１６へ入力さ
れ、S2(t)は、ＩＩＲフィルタで構成された特性補正手
段１７へ入力される。特性補正手段１６の出力はスピー
カ３を介して実音場へ伝達され、特性補正手段１７の出
力はスピーカ４を介して実音場へ伝達される。

【００２８】以上のように構成された本実施形態の音場
拡大装置について、その動作を図１を用いて説明する。

【００２９】ステレオオーディオ信号のＬｃｈであるI1
(t)が入力端子１からＦＩＲフィルタ５および６に入力
される。ステレオオーディオ信号のＲｃｈであるI2(t)
が入力端子２からＦＩＲフィルタ７および８に入力され
る。

【００３０】本実施形態で用いるＦＩＲフィルタ５〜８
の構成例を図２に示す。図２において、２１は信号を入
力する入力端子、２２は各々時間τだけ信号を遅延させ
る遅延素子、２３は入力端子２１からの入力信号あるい
は遅延素子２２の出力信号にタップ係数と呼ばれる値を
乗算する乗算器、２４は乗算器２３からの各出力を加算
する加算器、２５は加算器２４からの信号を出力する出
力端子である。

【００３１】乗算器２３には図２のようにインパルス応
答b(0)、b(1)、・・・、b(n-1)（nはＦＩＲフィルタの
次数を示す有限の値である）がタップ係数として設定さ
れており、遅延素子２２にはアナログ信号をディジタル
信号に変換する際のサンプリング周波数に対応した遅延
時間が設定されている。従って、入力されたディジタル
信号に対して、乗加算と遅延を繰り返すことによって、
従来例で説明した畳み込み演算を実行する。実際には、
図２のＦＩＲフィルタの前にアナログ信号をディジタル
信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータ、および図２の
ＦＩＲフィルタの後に、ディジタル信号をアナログ信号
に変換するためのＤ／Ａコンバータが必要であるが図２
では省略している。

【００３２】ＦＩＲフィルタ５および７からの出力を加
算器９で加算した信号S1(t)は、ＩＩＲフィルタで構成
された特性補正手段１６へ入力され、この特性補正手段
１６にて乗加算を行うことにより、ＦＩＲフィルタ５お
よび７の処理によって劣化した音質を補正し、補正信号
をスピーカ３へ出力する。また、ＦＩＲフィルタ６およ
び８からの出力を加算器１０で加算した出力S2(t)は、
ＩＩＲフィルタで構成された特性補正手段１７へ入力さ
れ、この特性補正手段１６にて乗加算を行うことによ
り、ＦＩＲフィルタ６および８の処理によって劣化した
音質を補正し、補正信号をスピーカ４へ出力する。

【００３３】ここで、ＦＩＲフィルタでの処理によって
音質が劣化する理由を以下に説明する。例えば、ＦＩＲ
フィルタ５、６のタップ係数の次数が１２８でサンプリ
ング周波数が４４．１ｋＨｚであった場合を例にとる
と、この場合、ＦＩＲフィルタ５、６の処理可能な周波
数分解能は、４４．１／１２８≒３４４Ｈｚである。従
って、この場合には特に低域での音質が意図したものと
は異なり、これにより音質が悪くなってしまう。

【００３４】図６は音質の劣化を示すＦＩＲフィルタ
５、７の典型的な振幅周波数関数の模式図である。図６
において点線が意図した特性であり、実線が実際に得ら
れる特性である。音質を考慮して改善した特性をＦＩＲ
フィルタで実現しようとした場合には、ＦＩＲフィルタ
の次数を上げることで可能となる。例えば、図６の１ｋ
Ｈｚ付近の凹みが、３４４Ｈｚの間隔で生じていた場
合、次数を倍にする（２５６にする）ことにより周波数
分解能を１７２Ｈｚにでき、改善が可能となる。しかし
ながら、次数を倍にすると回路規模は倍になってしま
い、ハードウェア規模が大きくなるという課題がある。

【００３５】したがって、本実施形態では回路規模をそ
れほど大きくせずして、このような特性補正を行なうた
めに、特性補正手段１６、１７を用いる。特性補正手段
１６、１７の特性は、図７に示すようなＦＩＲフィルタ
（図６）の逆の特性を設定する。この特性補正手段は次
に示すＩＩＲフィルタで構成でき、これにより上記した
ＦＩＲフィルタの次数を倍にする場合より回路規模も小
さく抑えれる。

【００３６】特性補正手段として用いるＩＩＲフィルタ
の構成例を図３に示す。図３において、３１は信号を入
力する入力端子、３２は時間τだけ信号を各々遅延させ
る遅延素子、３３および３４は入力された信号に対して
タップ係数と呼ばれる値を乗算する乗算器、３５は乗算
器からの各出力を加算する加算器、３６は加算器３５か
らの信号を出力する出力端子である。乗算器３３の各々
には図３のようにa(1)、a(2)が係数として設定されてお
り、乗算器３４の各々には図３のようにc(0)、c(1)、c
(2)が係数として設定されている。遅延素子３２の各々
には、アナログ信号をディジタル信号に変換する際のサ
ンプリング周波数に対応した遅延時間が設定されてい
る。このような構成により図７の特性を実現している。
なお、実際には、図３に示したＩＩＲフィルタの前にア
ナログ信号をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄコ
ンバータ、および図３のＩＩＲフィルタの後に、ディジ
タル信号をアナログ信号に変換するためのＤ／Ａコンバ
ータが必要であるが、図３では省略している。

【００３７】このような図３に示した構成で実現される
ＩＩＲフィルタ（特性補正手段）１６からスピーカ３へ
入力された信号はスピーカ３によって実音場へ放射さ
れ、また、ＩＩＲフィルタ（特性補正手段）１７からス
ピーカ４へ入力された信号はスピーカ４によって実音場
へ放射される。このスピーカ３および４から放射される
信号によって、図１に示した１４および１５の位置に音
像（虚音源）をつくることができ、音場の拡大をおこな
うことが可能となる。

【００３８】なお、本実施形態の説明は、２入力のステ
レオオーディオ信号に対して、２出力の構成をもつ音場
拡大装置を例にとったが、本発明はこのような構成に限
定されるものではなく、同様の技術思想をもってすれば
２入力２出力以外の構成、例えば２入力４出力などに対
しても同様に扱うことができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
音場拡大装置では実機に搭載した場合に、ハード面から
の制約上避けられなかった音質の劣化を低減することが
可能になり、小さな回路規模でも受聴者に対してより音
質の良い音の広がりを感じさせることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における音場拡大装置のブ
ロック図

【図２】本発明の実施形態で用いるＦＩＲフィルタの構
成を示すブロック図

【図３】本発明の実施形態で用いるＩＩＲフィルタの構
成を示すブロック図

【図４】従来の音場拡大装置のブロック図

【図５】音場拡大装置の動作原理を説明するための装置
の要部ブロック図

【図６】音質の劣化を生じさせるＦＩＲフィルタの特性
の模式図

【図７】音質の劣化を補正するＩＩＲフィルタ（特性補
正手段）の特性の模式図

【符号の説明】

１Ｌｃｈ信号の入力端子２Ｒｃｈ信号の入力端子３，４，１６スピーカ５，６，７，８ＦＩＲフィルタ（伝達特性演算手段）９，１０加算器１３受聴者１４，１５音場拡大装置によって定位される音像（虚
音源）１６，１７特性補正手段２１，３１入力端子２２，３２遅延素子２３，３３，３４乗算器２４，３５加算器２５，３６出力端子

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｒ 3/04 Ｇ１０Ｋ 15/00 Ｍ 3/12 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】信号を入力する入力手段と、前記入力手段からの信号を入力し、２個以上のスピーカ
を用いて任意の位置に音像を定位させ、左右に広がった
感覚を受聴者に与える信号処理を施す伝達関数演算手段
と、前記伝達関数演算手段からの出力信号の振幅周波数特性
を補正する特性補正手段と、前記特性補正手段からの出力信号を受聴者に音として放
射する２個以上のスピーカとを有する音場拡大装置。
【請求項２】伝達関数演算手段は、単位時間遅延素子と
乗算器との組み合わせより成るＦＩＲフィルタで構成さ
れたことを特徴とする請求項１記載の音場拡大装置。
【請求項３】特性補正手段は、単位時間遅延素子と乗算
器との組み合わせより成るＩＩＲフィルタで構成され、
かつ伝達関数演算手段を構成するＦＩＲフィルタの振幅
周波数特性の逆特性としたことを特徴とする請求項２記
載の音場拡大装置。
【請求項４】伝達関数演算手段は、単位時間遅延素子と
乗算器との組み合わせより成るＦＩＲフィルタで構成さ
れ、特性補正手段は、単位時間遅延素子と乗算器との組み合
わせより成るＩＩＲフィルタで構成され、かつ前記伝達
関数演算手段を構成するＦＩＲフィルタの振幅周波数特
性の逆特性としたたことを特徴とする請求項１記載の音
場拡大装置。