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技術 周波数選択的空間感向上システム

出願人 スリーエステックカンパニーリミテッド
発明者 ピュンチョイ
出願日 1997年8月28日 (23年0ヶ月経過) 出願番号 1997-245996
公開日 1998年10月9日 (21年10ヶ月経過) 公開番号 1998-271600
状態 特許登録済
技術分野 ステレオ方式
主要キーワード 立体処理 向上システム チャンネルバッファ 最終マトリックス 適用状況 遮断域 高域通過特性 信号入力ライン
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図面 (11)

課題

原音損失を最小限に抑え、ステレオ感や音の明瞭性を失うことなく、立体感のあるサウンド再現できる空間感向上システムを提供する。

解決手段

ステレオ信号を入力して3次元イメージステレオ信号を作るシステムにおいて、主チャンネル信号を入力して音の空間性と方向性を強調する空間性助成部と、主チャンネル信号を入力して所定の周波数帯域補強し維持するための帯域補強部と、前記空間性助成部の出力信号と、前記帯域補強部の出力信号と、前記主チャンネル信号をマトリックス演算するチャンネルマトリックス部とを、左右の信号ラインにそれぞれ具える周波数選択的空間感向上システムであり、ステレオ信号を処理するのに適した相互に対称的な回路構成を有し、左右のチャンネルの音の差を利用して音の空間性を上げるとともに、回路構成を簡潔にして信号対雑音特性劣化を防止して、価格に対する装置の性能を大きくし向上させた。

概要

背景

ステレオサウンド信号の空間感を拡大するための従来の技術としては、米国特許第4,748,669号に提示された「STEREO ENHANCEMENTSYSTEMステレオエンハンスメントシステム)」や、米国特許第4,866,774号に提示された「STEREO ENHANCEMENT AND DIRECTIVITY(ステレオエンハンスメントアンドディレクティヴィティ)」などがある。上記米国特許第4,748,669号および第4,866,774号には、ステレオイメージ拡張及び音の方向性と空間性を拡大するための技術が開示されている。これらの従来技術では、左側チャンネル信号(L)と右側チャンネル信号(R)からL+R信号及びL−R信号を得て、これらの信号の周波数位相、利得(GAIN)を適切に変化させた後、最終的に左右のマトリックス段で演算して、結果的に音の空間感と方向性と強調するようにしている。

この先行技術では、L+R信号およびL−R信号を処理する処理手段が必ず必要であり、ステレオイメージを形成するためのL−R信号をフィルタ利得調整回路及び各種の演算回路に通し、その結果として立体感のあるサウンドを得るようにしている。しかしながら、この従来の方法ではL−R信号を周波数的に処理して、左側と右側のチャンネルでそれぞれ演算処理するように構成されているため、ステレオ信号の差成分の量が極めて小さくなってしまう。また、主に高域帯に信号が分布するため、音声帯域や低域の信号が抜けた状態になるという問題がある。

ここで、L+Rの信号を別の経路を介して最終マトリックス段に追加することによって、左、右のスピーカの中心位置で音が再生されるようになり、均衡のとれたサウンドが再現できる。しかし、このような信号処理方式では、元のステレオ信号の左右の音をL+R、及びL−Rの信号処理を行った上で、周波数的に補強して最終マトリックス段で再配置するようにしているため、音の立体感は多少得られるが、原音損失の影響が大きくなる。特にL+R信号(モノフォニック信号)を付加することによって、ソフト(SOFT)によってはステレオ感をなくしてしまうといった逆効果が生じる。また、元のステレオ信号が左右に分離されなくなり、音の明瞭性劣化し、既存のステレオ効果に比べて、音質や左右の音の分離の度合いが劣るといった現象が起こる。

一般的な3次元イメージ回路の特性上、立体処理回路に信号を通すと、音声帯域の信号が減衰する。また、元のステレオ信号を再処理することによって原信号に損失が生じるため、このような音を長時間聴取すると不快感が生じることがある。また、各種のフィルタや位相シフト等によって原音が再処理される過程で、信号間の相互干渉歪曲が起こるため、上述した従来の技術では、臨場感のある音は再現できるが、原音の損失は避けることができず、したがって、クラシック音楽などを再生する場合、ほとんどその原音を利用することができない状態になる。

概要

原音の損失を最小限に抑え、ステレオ感や音の明瞭性を失うことなく、立体感のあるサウンドを再現できる空間感向上システムを提供する。

ステレオ信号を入力して3次元イメージステレオ信号を作るシステムにおいて、主チャンネル信号を入力して音の空間性と方向性を強調する空間性助成部と、主チャンネル信号を入力して所定の周波数帯域を補強し維持するための帯域補強部と、前記空間性助成部の出力信号と、前記帯域補強部の出力信号と、前記主チャンネル信号をマトリックス演算するチャンネルマトリックス部とを、左右の信号ラインにそれぞれ具える周波数選択的空間感向上システムであり、ステレオ信号を処理するのに適した相互に対称的な回路構成を有し、左右のチャンネルの音の差を利用して音の空間性を上げるとともに、回路構成を簡潔にして信号対雑音特性の劣化を防止して、価格に対する装置の性能を大きくし向上させた。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

ステレオ信号を入力して3次元イメージステレオ信号を作るシステムにおいて、チャンネル信号を入力して音の空間性と方向性を強調する空間性助成部と、チャンネル信号を入力して所定の周波数帯域補強し維持するための帯域補強部と、前記空間性助成部の出力信号と、前記帯域補強部の出力信号と、前記チャンネル信号をマトリックス演算するチャンネルマトリックス手段とを、左右の信号ラインにそれぞれ具えることを特徴とする周波数選択的空間感向上システム

請求項2

請求項1に記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、前記空間性助成部が低域帯遮断周波数を持つ高域通過フィルタ特性を有しており、左右の音の空間性及び方向性を上げると共に、中域信号を維持するように作用することを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項3

請求項1に記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、前記周波数帯域補強部が高域帯に遮断周波数を持つ低域通過フィルタ特性を有しており、原信号の低域を補強するとともに中域を維持するように作用することを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項4

請求項2または3に記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、前記チャンネルマトリックス部が、左側チャンネルマトリックス部の出力がαL+βL”−γR’であり、右側チャンネルマトリックス手段の出力がαR+βR”−γL’である特性を持つように構成されており、ここで信号L”と信号R”が低域通過特性を、L’とR’が高域通過特性を持ち、α、β、γの各因数は用途に応じて任意に設定することができることを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項5

請求項1ないし4のいずれかに記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、当該システムが更に前記マトリックス手段の出力の特定の周波数帯域を補強する第2の帯域補強部を、左右の信号ラインにそれぞれ具えることを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項6

ステレオ信号を入力して3次元イメージステレオ信号を作るシステムにおいて、チャンネル信号を入力して音の空間性と方向性を強調する空間性助成部と、チャンネル信号を入力して所定の周波数帯域を補強し維持するための帯域補強部と、前記空間性助成部の出力信号と、前記帯域補強部の出力信号と、前記チャンネル信号をマトリックス演算するチャンネルマトリックス手段とを、左右の信号ラインにそれぞれ具えるとともに、前記空間性助成手段の出力信号と、前記周波数帯域補強手段の出力信号と、チャンネル信号との相互利得を調整する利得調整手段を具えることを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項7

請求項6に記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、前記空間性助成部が低域帯に遮断周波数を持つ高域通過フィルタ特性を有しており、左右の音の空間性及び方向性を上げると共に、中域信号を維持するように作用することを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項8

請求項6に記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、前記周波数帯域補強部が高域帯に遮断周波数を持つ低域通過フィルタ特性を有しており、原信号の低域を補強するとともに中域を維持するように作用することを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項9

請求項7または8に記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、前記チャンネルマトリックス部が、左側チャンネルマトリックス部の出力がαL+βL”−γR’であり、右側チャンネルマトリックス手段の出力がαR+βR”−γL’である特性を持つように構成されており、ここで信号L”と信号R”が低域通過特性を、L’とR’が高域通過特性を持つことを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項10

請求項6ないし9のいずれかに記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、当該システムが更に、前記マトリックス手段の出力の特定の周波数帯域を補強する第2の帯域補強部を、左右の信号ラインにそれぞれ具えることを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項11

請求項6ないし10のいずれかに記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、前記利得調整手段によって、左右のステレオ信号の共通成分に対しては、低域で利得が大きく、中域ではその信号成分をそのまま維持する特性を持ち、左右のステレオ信号の差成分に対しては高域で利得が大きく、中域ではその信号成分をそのまま維持する特性を持つように各信号の相互利得が調整されていることを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項12

ステレオ入力信号を3次元イメージステレオ信号に変換して記録する装置に適用する周波数選択的空間感向上システムにおいて、チャンネル信号から空間性及び方向性を強調する成分を導出するための空間性助成手段と、チャンネル信号の特定周波数帯域を補強し維持するための周波数帯域補強手段と、前記空間性助成手段の出力信号と、前記周波数帯域補強手段の出力信号と、前記チャンネル信号とをマトリックス演算するチャンネルマトリックス手段とを、左右の信号ラインにそれぞれ具えることを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項13

請求項12に記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、前記空間性助成部が低域帯に遮断周波数を持つ高域通過フィルタ特性を有しており、左右の音の空間性及び方向性を上げると共に、中域信号を維持するように作用することを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項14

請求項12に記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、前記周波数帯域補強部が高域帯に遮断周波数を持つ低域通過フィルタ特性を有しており、原信号の低域を補強するとともに中域を維持するように作用することを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項15

請求項13または14に記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、前記チャンネルマトリックス部が、左側チャンネルマトリックス部の出力がαL+βL”−γR’であり、右側チャンネルマトリックス手段の出力がαR+βR”−γL’である特性を持つように構成されており、ここで信号L”と信号R”が低域通過特性を、L’とR’が高域通過特性を持ち、α、β、γの各因数は用途に応じて任意に設定することができることを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項16

請求項13または14に記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、当該システムが更に、前記マトリックス手段の出力の特定の周波数帯域を補強する第2の帯域補強部を、左右の信号ラインにそれぞれ具えることを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項17

ステレオ信号を入力して3次元イメージステレオ信号を作るシステムにおいて、チャンネル信号を入力して音の空間性と方向性を強調する空間性助成部と、上記空間性助成部の出力信号とチャンネル信号をマトリックス演算するチャンネルマトリックス手段とを、左右の信号ラインにそれぞれ具えることを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項18

請求項17に記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、前記チャンネルマトリックス手段の後段に、周波数帯域を選択的に補強できる帯域補強部を設けたことを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

請求項19

請求項1ないし18のいずれかに記載の周波数選択的空間感向上システムにおいて、左右の信号ラインのステレオ信号に立体感を出す処理をする構成要素の前段チャンネルバッファをそれぞれ設けたことを特徴とする周波数選択的空間感向上システム。

技術分野

0001

本発明は、左、右のスピーカを利用してステレオ信号から3次元イメージの音を再現するにあたって、音の空間感を拡大すると共に、背景音を強調してライブ効果を導出する3次元ステレオイメージプロセッシングに関する技術である。

背景技術

0002

ステレオサウンド信号の空間感を拡大するための従来の技術としては、米国特許第4,748,669号に提示された「STEREO ENHANCEMENTSYSTEMステレオエンハンスメントシステム)」や、米国特許第4,866,774号に提示された「STEREO ENHANCEMENT AND DIRECTIVITY(ステレオエンハンスメントアンドディレクティヴィティ)」などがある。上記米国特許第4,748,669号および第4,866,774号には、ステレオイメージの拡張及び音の方向性と空間性を拡大するための技術が開示されている。これらの従来技術では、左側チャンネル信号(L)と右側チャンネル信号(R)からL+R信号及びL−R信号を得て、これらの信号の周波数位相、利得(GAIN)を適切に変化させた後、最終的に左右のマトリックス段で演算して、結果的に音の空間感と方向性と強調するようにしている。

0003

この先行技術では、L+R信号およびL−R信号を処理する処理手段が必ず必要であり、ステレオイメージを形成するためのL−R信号をフィルタ利得調整回路及び各種の演算回路に通し、その結果として立体感のあるサウンドを得るようにしている。しかしながら、この従来の方法ではL−R信号を周波数的に処理して、左側と右側のチャンネルでそれぞれ演算処理するように構成されているため、ステレオ信号の差成分の量が極めて小さくなってしまう。また、主に高域帯に信号が分布するため、音声帯域や低域の信号が抜けた状態になるという問題がある。

0004

ここで、L+Rの信号を別の経路を介して最終マトリックス段に追加することによって、左、右のスピーカの中心位置で音が再生されるようになり、均衡のとれたサウンドが再現できる。しかし、このような信号処理方式では、元のステレオ信号の左右の音をL+R、及びL−Rの信号処理を行った上で、周波数的に補強して最終マトリックス段で再配置するようにしているため、音の立体感は多少得られるが、原音損失の影響が大きくなる。特にL+R信号(モノフォニック信号)を付加することによって、ソフト(SOFT)によってはステレオ感をなくしてしまうといった逆効果が生じる。また、元のステレオ信号が左右に分離されなくなり、音の明瞭性劣化し、既存のステレオ効果に比べて、音質や左右の音の分離の度合いが劣るといった現象が起こる。

0005

一般的な3次元イメージ回路の特性上、立体処理回路に信号を通すと、音声帯域の信号が減衰する。また、元のステレオ信号を再処理することによって原信号に損失が生じるため、このような音を長時間聴取すると不快感が生じることがある。また、各種のフィルタや位相シフト等によって原音が再処理される過程で、信号間の相互干渉歪曲が起こるため、上述した従来の技術では、臨場感のある音は再現できるが、原音の損失は避けることができず、したがって、クラシック音楽などを再生する場合、ほとんどその原音を利用することができない状態になる。

0006

本発明によれば、原音の損失を最小限に抑えることができると共に、3次元イメージ感を向上させることができる。また、音盤製作時の最初のミキシング過程で不可避的に生じる背景音の量の減少を、再生過程で補強してライブな生動感のある音を再生することができる。本発明の技術では、上述の先行技術のようにL+R信号とL−R信号を様々な回路で処理することなく、チャンネル信号重視して再処理する回路構成が採用されている。したがって、音場の変化を最小限に抑えると共に信号対雑音比およびTHD(Total Harmonic Distortion)を減らして原音の損失を少なくし、更に音の方向性と空間性、および生動感を拡大することができる。

0007

通常、中低価格のオーディオ機器音響信号を再生する場合、アンプやスピーカの品質あるいは性能が制限されるため、低域、中域、高域の全周波数帯にかけて美麗な音を再生することは不可能である。しかし、本発明を適用することによって、このようなアンプやスピーカなどの性能上の制約をある程度解消することができる。すなわち、本発明では、低域帯では原信号を中心として利得特性をあげるようにし、中域帯は元信号と差信号を50対50程度で構成し、音の方向性と空間感を表現する領域である高域帯では差信号を中心に利得を上げることによって、自然な音を再構成するようにしている。したがって、性能上の制限を受けざるを得ないような中、低級機でも音響信号の再現特性を改善することができる。

0008

すなわち、本発明のシステムは、ステレオ信号を処理するのに適した相互に対称的な回路構成を有し、左右のチャンネルの音の差を利用して音の空間性を上げると共に、回路構成を簡潔にして信号対雑音特性の劣化を防止して、価格に対する装置の性能を大きくし向上させた新しい概念サラウンドシステムである。

0009

後述する通り、本発明では、左右のチャンネル信号から空間性イメージを周波数的側面で抽出する空間性助成部と、元の音の中域と低域を補強するための周波数帯域補強部と、チャンネルマトリックス手段とを主要構成とする。

発明を実施するための最良の形態

0010

図1は、本発明にかかる周波数選択的空間感向上システムの基本的な構成(第1の実施形態)を示すブロックダイアグラムである。尚、このシステムは、ステレオ入力信号から3次元イメージステレオ信号を作るプロセッサに適用する。図1に示すように、本実施形態のシステムは、左右の入力信号(L−in)(R−in)をそれぞれ入力して音の空間性と方向性を強調する空間性助成部(30)(40)と、左右の入力信号をそれぞれ入力して元音の中域と低域を補強する帯域補強部(50)(60)と、上記空間性助成部(30)(40)の出力信号と、帯域補強部(50)(60)の出力信号、及び左右のチャンネル信号をマトリックス処理するチャンネルマトリックス段(70)(80)とを、左右の信号ラインにそれぞれ具えている。

0011

このような構成を持つ本発明のシステムでは、左右の入力信号(L−in)(R−in)がバッファ(10)(20)を通って各回路に入力されるように構成されている。ここで信号入力ラインにバッファ(10)(20)を設けた理由は、入力側のインピーダンスを高くして信号伝達間における信号の減衰を減らして、周波数特性面における信号の劣化を補強すると共に、次段の信号がいろんな経路で処理されることによって信号が劣化することを防止するためである。

0012

図1に示すように、入力信号(L−in)(R−in)は、バッファ(10)(20)を経て、音の空間性及び方向性を強調する左右の空間性助成部(30)(40)と、元の主チャンネル信号の中域帯と低域帯を補強する帯域補強部(50)(60)にそれぞれ入力される。これらの空間性助成部(30)(40)の出力と帯域補強部(50)(60)の出力は、更に左右のチャンネルマトリックス部(70)(80)に入力される。また、入力信号(L−in)(R−in)の一部をチャンネルマトリックス部(70)(80)に直接入力させるようにしている。

0013

空間性助成部(30)(40)では音の方向性と空間性を作り出すためのL’とR’信号を形成する。ここで空間性助成部(40)の出力信号L’を右側のマトリックス部(80)へ、また空間性助成部(30)の出力信号R’を左チャンネルマトリックス(70)に入力し、ここでL−R’とR−L’の演算がそれぞれ行われる。

0014

帯域補強部(50)(60)は元のチャンネル信号の中域と低域を補強するためのものであり、ここで信号L”とR”が形成される。このL”とR”信号は、左右のチャンネルマトリックス(70)(80)にそれぞれ入力され、上述のL−R’とR−L’の演算結果に加算される。すなわち、左右のチャンネルマトリックス(70)(80)は前段の空間性助成部(30)(40)の出力(L’)(R’)と帯域補強部(50)(60)の出力(L”)(R”)と、主チャンネル信号(L)(R)とをマトリックス演算するよう構成されており、左側チャンネル(L−OUT)ではL−R’+L”の形態の信号を、右側チャンネル(R−OUT)ではR−L’+R”形態の信号が最終的に、出力される。

0015

ここで空間性助成部(30)(40)は高域通過フィルタの特性を持ち、帯域補強部(50)(60)は低域通過フィルタの特性を持つ。これらのフィルタが中域帯でほとんど1に近い利得を持つように構成することによって、中域帯の信号が左右完全に同一である場合は、L=L’=L”=R=R’=R”となる。したがって、マトリックス部(70)(80)でL−R’+L”、R−L’+R”の演算を行うことによって、左側チャンネル(L−OUT)にL=R=1が出力し、右側チャンネル(R−OUT)にR=L=1が出力する。また、左右の中域帯の信号に差がある場合は、左側チャンネル(L−OUT)にL+(L”−R’)が出力し、右側チャンネル(R−OUT)にR+(R”−L’)が出力する特性を持つ。このように構成することによって、中域帯では左右の信号がどんな形態であっても、その信号がそのまま維持されて出力されることになる。

0016

また、低域帯では、R'とL'成分が低い利得を持つことになるため、上記のL+(L”−R’)とR+(R”−L’)の演算を行うにあたって、信号の主成分であるL+L”とR+R”成分が相対的に大きくなる。従って、低域帯では元のチャンネル信号が強調されて出力される特性を持つ。

0017

一方、音の空間感と方向性を左右する高域帯では、帯域補強部(50)(60)の出力であるL”とR”の利得が小さく、空間性助成部(30)(40)の出力であるR’とL’の利得が1に近い。したがって、L+(L”−R’)とR+(R”−L’)の演算を行うにあたって、L−R’とR−L’が中心成分になるので結果的に音の空間感と方向性が増大される。

0018

すなわち、本発明では、音の周波数帯域を大きく3等分して、低域帯信号では主チャンネルの信号を補強して、中域帯では主チャンネルの信号をそのまま維持し、高域帯では相互の減算量を大きくすることによって、低、中、高域帯のすべての領域に亘って音の均衡を取りながら、全体的に音の空間感と方向性が向上するように構成されている。

0019

図2は、本発明の周波数選択的空間感向上システムの空間性助成部の詳細な構成を示す図であり、図2(a)は空間性助成部の回路構成を示す図、図2(b)はその特性グラフである。空間性助成部は左右のチャンネルにそれぞれ設けられており、音の空間性と方向性および背景音を強調するためのR’とL’信号を作る回路構成を有する。

0020

その基本的な概念は、各チャンネル信号の音声周波数を中心にして高域側に該当する信号成分を周波数選択的に通過させてR’、L’信号を作り、マトリックス段にて相対する主チャンネル信号からこれを減算することで音の3次元イメージ成分の信号を導出することである。一般的なステレオ信号は、中域帯及び低域帯では、左右のチャンネル信号に共通成分が多く、実際に音を左右に分離するステレオ成分、及び三次元イメージ成分は高域帯に多く含まれている。したがって、各チャンネルにおいて音性周波数を中心として高域側に該当する信号を周波数選択的に通過させて相対する主チャンネル信号からこれを減算することで3次元イメージ成分の信号を導出することができる。

0021

図2(a)に示す通り、空間性助成部(40)はコンデンサ(C41)と抵抗(R41)でできた回路構成を持ち、高域通過フィルタを構成している。ここでコンデンサ(C41)と抵抗(R41)の時定数に応じて通過域遮断域周波数帯の利得特性を調整することができる。また、この時定数に応じて臨場感と中域音も調整することができる。この回路は後段マトリックス回路で主チャンネル信号から減算するためのR’成分とL’成分を作るために設けられており、中、高域帯での利得を1にして、低域帯で遮断周波数を持つ高域通過フィルタを構成する。図2(b)に、空間性助成部40の出力の一例の周波数特性を示す。

0022

図2(a)に示す空間性助成部40の回路を構成する抵抗(R41)とコンデンサ(C41)の時定数を調整することで3次元ステレオイメージ信号の量を自由に調整することができる。また、これらの素子の時定数を調整することによって音の空間性を調整して各種の3次元イメージの形態を構築することができる。

0023

空間性助成部(40)後段に設けられている抵抗(R42)は右チャンネルマトリックス(80)のマトリックス演算回路の因数を決定して、右チャンネルマトリックス(80)でR−L’+R”を演算する際の−L’演算機能を実行するためのものである。

0024

図3は、本発明のシステムに用いる帯域補強部の詳細を示す図であり、図3(a)は帯域補強部の回路の構成を示す図、(b)はその特性を示すグラフである。帯域補強部は、マトリックス段で行われる減算作用(L−R’)によって減衰する主チャンネル信号の中、低域の成分を補強する機能を有し、低域通過フィルタ特性を持つ。前述のR’信号成分は中域、高域帯で利得が1に近いため、(L−R’)の演算を行うと相対的に中音が減衰するので、これを補強して音の中心成分をなくさないようにするための構成である。

0025

図3(a)に示すように、帯域補強部50は、抵抗(R51)とコンデンサ(C51)とで構成されている。この抵抗(R51)とコンデンサ(C51)の時定数に応じて低域通過フィルタの遮断周波数が決定される。本発明では、高域帯で遮断周波数を持つ低域通過フィルタを構成するようにした。音声帯域が1kHZ帯なので、ここで、音声帯域すなわち中域帯で約1の利得をもたせ、低域帯でも1の利得を持たせるようにすることによって主チャンネル信号の音声帯及び低域帯を補強することができる。

0026

回路構成上、抵抗(R51)とコンデンサ(C51)は、中域、低域を補強するための低域通過フィルタである。帯域補強部50の後段に左チャンネルマトリックス(70)に接続させて設けた抵抗(R52)は、左チャンネルマトリックス(70)でL−R’+L”を演算する際のL”信号成分の演算因数を決定するためのものである。図3(b)に、帯域補強部50の出力の一例の周波数特性を示す。

0027

図4は、本発明のシステムに用いるマトリックス手段の詳細な構成を示す回路図である。このマトリックス回路では、オペアンプ(U71)の加算及び減算機能をすべて利用して、主チャンネル信号と帯域補強部(50)の出力信号、そして空間性助成部(30)の出力信号を加算及び減算するようにした。すなわち、主チャンネル信号Lと帯域補強部(50)の出力信号である信号L”をオペアンプ(U71)の非反転入力(+)に入力させ、空間性助成部(30)の出力信号R’を反転入力(−)に入力させている。

0028

この左チャンネルマトリックス(70)の演算因数は抵抗(R71)(R72)(R73)(R74)で決まる。これらの抵抗をすべて同じ値にするとオペアンプ(U71)の加減算構造式によってチャンネルマトリックス(70)の出力はL+L”−R’になる。また、マトリックス(70)と同じ構成を持つ右チャンネルマトリックス(80)の出力はR+R”−L’になる。すなわち、各信号の加減算因数はすべて1に設定される。また、用途に応じて抵抗(R71)(R72)(R73)(R74)の値を変えて設定すれば適切な因数を構成することができる。

0029

このマトリックスの加減算の因数の最適値は、 実際のステレオ装置を動作させたときの人間の聴取特性等によって異なり、本発明の左側出力L+L”−R’と右側出力R+R”−L’はその一例として見ることができる。すなわち、上記、マトリックス関係式供給電源やその他の適用条件に応じて様々な因数の配列が考えられ、状況に応じて上記の配列以外の値をとることができる。また、マトリックス回路(70)(80)に抵抗を追加したり削除することで、同様に利得因数を調整することもできる。

0030

尚、空間性の効果を一層上げるために、図5に示すように空間性助成部(40)と帯域補強部(50)の後段とチャンネル信号ライン利得調整用回路(110a、110b、110c)を設けて、空間性助成部(40)の出力、帯域補強部(50)の出力と、チャンネル信号との相互利得を外から調整できるようにしても良い。あるいは、この構成に替えて、図6に示すように、マトリックス回路(70)(80)に可変抵抗(R75)を設けて相互利得を外から調整するようにしても良い。このように、マトリックス回路(70)(80)の前段に利得調整素子を設けたり、マトリックス回路の抵抗を調整することによって、空間性助成部(40)および帯域補強部(50)の出力と、各チャンネル信号との相互利得を外から調整できるようにすれば、聴音の状況、あるいは電源等の周辺機器の状態などに応じて、各帯域の利得を適宜調整することによってより高品質の音を得ることができる。

0031

図7は、本発明のシステム全体の動作を各信号の周波数−利得特性によって示すグラフである。ここでは、左チャンネルマトリックス(70)で行われる演算を例にとって説明する。

0032

図7(a)は、主信号である左チャンネル信号(L)の周波数特性を示すグラフである。この信号Lはバッファ(10)を通過して帯域補強部50とマトリックス部70へそのまま入力される。この信号Lは可聴周波数全帯域に亘って利得が1である信号特性を持つ。

0033

図7の(b)は帯域補強部(50)、すなわち低域通過フィルタの出力信号L”の周波数特性を示すグラフである。この信号は中域及び低域帯では1の利得を持ち、10kHZ以上で漸次利得が減少する特性を持つ。

0034

そして図7(c)は空間性助成部(30)の出力信号R'の周波数特性を示すグラフである。この信号R’は主チャンネル信号の右チャンネル信号から中高域帯以上の周波数成分を取り出して、後段の左マトリックス部(70)で主チャンネルの左チャンネル信号から減算するためのものである。空間性助成部(30)は、約100HZ以上を通過域とする高域通過特性を持っており、したがって、この信号R’は100HZ以上の帯域で利得が約1である周波数特性を持つ。

0035

なお、上記空間性助成部(30)と帯域補強部(50)は外部から抵抗値可変にできるように構成して、フィルタの時定数を変えて遮断周波数を任意に調整できるようにしてもよい。また、大量に生産する場合は、時定数を固定にすることもできる。

0036

図7(d)は、左右のチャンネルの信号の共通成分の周波数特性を示すグラフである。図7(d)に示すように、左右のチャンネル信号の共通成分には音声帯域すなわち中域帯を含んだ低域帯の信号成分が多く含まれている。すなわち、一般的なステレオ音源の特性上、音声帯域と低域では左右チャンネルともに共通成分が多く分布しているので、この帯域ではL=Rの性格を持つことが多い。左チャンネルマトリックス(70)の最終演算式がL+L”−R’なので、ここにL=R=1を代入すると低域ではL=L”=1であり、R'信号の分布が小さくなる。その結果、低域では利得が2となり、漸次小さくなる構成となる。また、中域ではL=L”=R’=1なのでほとんど利得1の値を維持することができる。

0037

このように構成することによって、低域では元のチャンネル信号を強調して音を再現し、中域帯では左、右側チャンネル信号の類似性の有無によって多少の利得差はあるが、中域帯すなわち音声信号成分の利得を維持することができるようになる。すなわち、元のチャンネルの低域を強調して再現するとともに、中域帯の音はそのまま維持する効果を同時に成し遂げられる。

0038

図7(e)は空間性の領域を左右する中、高域帯の信号の出力特性、すなわち左右のステレオ信号の差成分の周波数特性図である。一般的に、ステレオ音源の特性や、聴覚特性上、音の空間感とか方向性を認識する領域は、中、高域帯にある。ここでマトリックス段の最終演算式がL+L”−R’であり、上述した通り、中域帯では共通成分が多いのでL=L”=R’=1と仮定すると、その演算結果はほとんど1に近くなり中域すなわち音声域はそのまま維持される。一方、高域帯では、帯域補強部の出力のL”成分が少ないため、信号成分は主にチャンネル信号Lと空間性助成部の出力R’との差成分、L−R’成分によって構成されるようになる。したがって、中域すなわち音の中心部分をそのまま維持しながら、音の空間感とか方向性を決定する領域である高域帯で差成分が占める割合が大きくなるので、空間感あるいは背景音を拡大した効果を導出できる。

0039

本発明では、結果的に、中、低域では元の音(音声域)維持し、補強すべく作用して、中、高域では音の空間感を拡大すると共に、元の音(音声域)は維持するようにして、全周波数帯域に亘って均衡を取ると同時に音場感を拡大するといった理想的な結合を得ることができる。

0040

図8は、本発明にかかるシステムの第2の実施形態の全体の構成を示すブロックダイアグラムである。図8に示すように、第2の実施形態ではマトリックス段(70)(80)でシステム全体の利得を上げた後、このマトリックス段(70)(80)後段に帯域補強部(90)(100)を設けて特定の周波数帯域を補強するようにした。

0041

図9は、本発明にかかるシステムの第2の実施形態のマトリックス段の後段の構成を示すブロック図である。図9(a)はこの帯域補強部の詳細な回路構成を示す図、及び図9(b)はその特性を示すグラフである。マトリックス段70,80で行われるマトリックス演算により、低、中、高域に亘って適切な音の均衡をとりつつ臨場感のある音の再生処理を行うことができるが、本例では、例えば、映画のソフトと共に用いられ、低域が重視される特定のソフトにも対応できるように、マトリックスの後段に更に第2の帯域補強部(90)を設け、マトリックス段での信号処理結果に再度フィルタリング処理をすることによって特定の周波数帯域を補強するようにしたものである。この第2の帯域補強部(90)(100)にはいろんな回路を適用することができる。図9(a)に示すような抵抗とコンデンサで構成された受動回路や、またはオペアンプと受動素子で構成された能動回路で構成することもできる。

0042

本発明の第2の実施の形態では、第2の帯域補強部(90)を、抵抗(R91)(R92)とコンデンサ(C91)でなる受動フィルタで構成している。右側チャンネルの帯域補強部(100)の構成も同一である。図9(b)に示す特性グラフからわかるように、このフィルタ構成によれば、通過域の利得が1であり遮断域の利得がR92/(R91+R92)になるので、前段のマトリックス回路の出力の利得因数を上げた後、この帯域補強部(90)(100)を通して出力するようにすれば低域帯を補強することができ、また中域及び高域帯の利得を調整することもできる。また、必要に応じて能動回路を構成して特定の帯域の利得特性を独立して調整することもできる。

0043

図10は、本発明にかかるシステムの第3の実施の形態の構成を示す図である。この第3の実施の形態では、回路の簡略化を図るため帯域補強部(50)(60)を設けずに左右の各チャンネルからの信号をチャンネルマトリックス(70)(80)に入力させて利得を上げて帯域補強部(50)(60)の代わりをするように全体の回路を構成した。ただし、空間性助成部(30)(40)の回路的役割は他の例と同様である。

0044

本発明のシステムの全体的な動作において、低域では元のチャンネル信号を強調するとともに、中域帯では元の信号をそのまま維持する効果をあげ、更に高域帯で臨場感及び方向性を上げる効果を同時に得ることができる。なお、必要があれば、原音の種類に応じて特定帯域を補強するように構成することもできる。本発明は、ステレオ信号から3次元イメージの音を再現するものであればどのような装置にも適用することが可能である。また、音響信号の再生時のみならず、記録時にも本発明のシステムを適用することができる。

発明の効果

0045

本発明によれば、元のステレオ信号に対して適切に回路を設けることによって、最適な3次元立体音響を得ることができる。本発明のサラウンド回路方式によれば、特定帯域の音を維持すると同時に、空間感を拡大することができる。さらに今までサラウンド方式で見られなかった背景音を再生する効果が得られるとともに、フィルタカーブ特性に従って信号再生ダイナミックレンジを増強できるようにした。上記の標準的な回路を用いて、適用状況に応じて回路を構成する素子の時定数をわずかに調整することによって、音源の様々な条件に合致した音場効果及び背景音拡大効果を得ることができる。

図面の簡単な説明

0046

図1本発明の基本構成(第1の実施形態)を示すブロックダイアグラムである。
図2図2(a)は本発明の空間性助成部の構成を示す詳細な回路図、及び(b)はその特性グラフである。
図3図3(a)は本発明の帯域補強部の構成を示す詳細な回路図、及び(b)はその特性グラフである。
図4本発明のマトリックス部の構成を示す詳細な回路図である。
図5図1に示す本発明のシステムの変形例を示す図である。
図6図1に示す本発明のシステムの他の変形例を示す図である。
図7本発明のシステムの周波数特性利得を示す図である。
図8本発明の第2の実施の形態の全体の構成を示す回路図である。
図9図7(a)は本発明の第2の実施の形態を示す詳細な回路図、及び(b)はその特性グラフである。
図10本発明の第3の実施の形態の構成を示す図である。

--

0047

10,20バッファ
30,40 空間性助成部
50,60帯域補強部
70左チャンネルマトリックス
80右チャンネルマトリックス
90,100 帯域増強部

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