JP2005072676A - 自動音場補正装置及びそのためのコンピュータプログラム - Google Patents
自動音場補正装置及びそのためのコンピュータプログラム Download PDFInfo
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Abstract
【課題】残響音の影響を受けることなく、主として直接音について所望の周波数特性が得られるような補正を行うことが可能な自動音場補正システム及びそのためのコンピュータプログラムを提供する。
【解決手段】自動音場補正装置は、複数チャンネルのオーディオ信号を対応する信号伝送路上で処理し、複数のスピーカを介して再生する。各信号伝送路の周波数特性の調整時には、各信号伝送路に対して測定用信号が供給され、対応するスピーカから測定用信号音が放射される。この測定用信号音は直接音期間において例えばマイクロホンなどを含む検出手段により検出信号として検出される。検出信号に基づいて、イコライザ利得値を適切に設定することにより、各信号伝送路の周波数特性が調整される。測定用信号音を検出する期間である直接音期間は、測定用信号音が残響音成分を含まない期間であるので、直接音を主対象として、各信号伝送路の周波数特性を調整することが可能となる。
【選択図】 図１０
【解決手段】自動音場補正装置は、複数チャンネルのオーディオ信号を対応する信号伝送路上で処理し、複数のスピーカを介して再生する。各信号伝送路の周波数特性の調整時には、各信号伝送路に対して測定用信号が供給され、対応するスピーカから測定用信号音が放射される。この測定用信号音は直接音期間において例えばマイクロホンなどを含む検出手段により検出信号として検出される。検出信号に基づいて、イコライザ利得値を適切に設定することにより、各信号伝送路の周波数特性が調整される。測定用信号音を検出する期間である直接音期間は、測定用信号音が残響音成分を含まない期間であるので、直接音を主対象として、各信号伝送路の周波数特性を調整することが可能となる。
【選択図】 図１０
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のスピーカを備えるオーディオシステムにおいて音場特性を自動的に補正する自動音場補正システム及び音場補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のスピーカを備えて高品位の音場空間を提供するオーディオシステムでは、臨場感の得られる適切な音場空間を自動的に作り出すことが要求されている。即ち、受聴者自らが適切な音場空間を得ようとしてオーディオシステムを操作しても、複数のスピーカで再生される再生音の位相特性、周波数特性、音圧レベル等を適切に調節することは極めて困難であるため、オーディオシステム側で自動的に音場特性を補正することが要求されている。
【０００３】
従来、この種の自動音場補正システムとして、特許文献１に記載されたものが知られている。このシステムでは、複数のチャンネルに対応する信号伝送路毎に、スピーカから出力したテスト信号を集音してその周波数特性を分析し、当該信号伝送路内に配置されたイコライザの係数を設定することにより、各信号伝送路を所望の周波数特性に調整している。テスト信号としては、例えばピンクノイズなどが使用されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３０４９９号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の自動音場補正システムでは、スピーカから出力されたテスト信号が分析部に届いた後、どのようなタイミングでテスト信号を取り込んで周波数特性の分析に使用するかについては、特に考察されてはいなかった。また、一般的には、テスト信号が分析部に届いてからある程度の時間が経過した後、即ち残響音が十分に鳴り響いている状態でテスト信号を取り込み、周波数特性の分析を行なっていた。
【０００５】
しかし、このようにテスト信号の残響音成分を含めて各信号伝送路の周波数特性を分析すると、音源信号の再生時においても、残響音が十分に鳴り響いた後に目標の周波数特性が得られるように、各信号伝送路の周波数特性が調整されることになる。その結果、臨場感や定位感など、聴感上の音質を大きく左右するスピーカからの直接音が目標の周波数特性にならないように各信号伝送路の周波数特性が調整されてしまうことがあった。また、複数のチャンネル毎に残響特性が異なる場合には、音源信号再生時のスピーカからの直接音の聞こえ方がチャンネル毎に異なってしまうという不具合もあった。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題としては、上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、残響音の影響を受けることなく、主として直接音について所望の周波数特性が得られるような補正を行うことが可能な自動音場補正システム及びそのためのコンピュータプログラムを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、複数のオーディオ信号に対して、各々に対応する信号伝送路上で信号処理を施し、対応する複数のスピーカへ出力する自動音場補正装置において、各信号伝送路のオーディオ信号の周波数特性を調整するイコライザと、各信号伝送路に測定用信号を供給する測定用信号供給手段と、直接音期間において前記スピーカから放射される測定用信号音を検出信号として出力する検出手段と、前記検出信号に基づいて、前記イコライザが周波数特性の調整に使用するイコライザ利得値を決定し、前記イコライザへ供給する利得値決定手段と、を備え、前記直接音期間は、前記集音手段に到達した前記測定用信号音が残響音成分を含まない期間であることを特徴とする。
【０００８】
請求項６に記載の発明は、コンピュータを、複数のオーディオ信号に対して各々に対応する信号伝送路上で信号処理を施し、対応する複数のスピーカへ出力する自動音場補正装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、前記自動音場補正装置は、各信号伝送路のオーディオ信号の周波数特性を調整するイコライザと、各信号伝送路に測定用信号を供給する測定用信号供給手段と、直接音期間において前記スピーカから放射される測定用信号音を検出信号として出力する検出手段と、前記検出信号に基づいて、前記イコライザが周波数特性の調整に使用するイコライザ利得値を決定し、前記イコライザへ供給する利得値決定手段と、を備え、前記直接音期間は、前記集音手段に到達した前記測定用信号音が残響音成分を含まない期間であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の１つの観点では、複数のオーディオ信号に対して、各々に対応する信号伝送路上で信号処理を施し、対応する複数のスピーカへ出力する自動音場補正装置は、各信号伝送路のオーディオ信号の周波数特性を調整するイコライザと、各信号伝送路に測定用信号を供給する測定用信号供給手段と、直接音期間において前記スピーカから放射される測定用信号音を検出信号として出力する検出手段と、前記検出信号に基づいて、前記イコライザが周波数特性の調整に使用するイコライザ利得値を決定し、前記イコライザへ供給する利得値決定手段と、を備え、前記直接音期間は、前記検出手段に到達した前記測定用信号音が残響音成分を含まない期間であることを特徴とする。
【００１０】
上記の自動音場補正装置は、複数チャンネルのオーディオ信号を対応する信号伝送路上で処理し、複数のスピーカを介して再生する。各信号伝送路の周波数特性の調整時には、各信号伝送路に対して測定用信号が供給され、対応するスピーカから測定用信号音が放射される。そして、直接音期間における測定用信号音が例えばマイクロホンなどを含む検出手段により検出信号として検出される。検出信号に基づいて、イコライザ利得値を適切に設定することにより、各信号伝送路の周波数特性が調整される。測定用信号音を検出する期間である直接音期間は、測定用信号音が残響音成分を含まない期間であるので、直接音を主対象として、各信号伝送路の周波数特性を調整することが可能となる。
【００１１】
上記の自動音場補正装置の一態様では、前記直接音期間は、前記検出手段に到達した前記測定用信号音が直接音成分及び初期反射音成分を含む期間とすることができる。信号伝送路の周波数特性の調整後には音源信号の再生が行われるが、通常の環境では、利用者はスピーカなどから再生される音源信号の直接音成分及び初期反射音成分を聴くことになる。よって、周波数特性の調整において、初期反射音成分が考慮されるようにすることは有益となる。
【００１２】
好適な実施例では、前記直接音期間は、前記測定用信号音が前記集音手段により最初に検出された時点から所定の時間範囲内、例えば２０〜４０ｍｓｅｃとすることが好ましい。
【００１３】
上記の自動音場補正装置の他の一態様は、各信号伝送路の信号遅延時間を測定する遅延測定手段を備え、前記検出手段は、前記測定用信号音が前記スピーカから放射された時点と、前記信号伝送路の信号遅延時間と、前記所定の時間範囲とに基づいて、前記直接音期間を決定することができる。これにより、各信号伝送路毎の信号遅延時間の測定結果に基づいて、直接音期間の測定用信号音を正確に検出することが可能となる。
【００１４】
本発明の他の観点では、複数のオーディオ信号に対して各々に対応する信号伝送路上で信号処理を施し、対応する複数のスピーカへ出力する自動音場補正装置として機能させるためのコンピュータプログラムは、コンピュータを、各信号伝送路のオーディオ信号の周波数特性を調整するイコライザと、各信号伝送路に測定用信号を供給する測定用信号供給手段と、直接音期間において前記スピーカから放射される測定用信号音を検出信号として出力する検出手段と、前記検出信号に基づいて、前記イコライザが周波数特性の調整に使用するイコライザ利得値を決定し、前記イコライザへ供給する利得値決定手段と、を備える自動音場補正装置として機能させ、前記直接音期間は、前記検出手段に到達した前記測定用信号音が残響音成分を含まない期間であることを特徴とする。
【００１５】
上記プログラムをコンピュータに読み込んで実行することにより、該コンピュータを上記の自動音場制御装置として機能させることができる。
【００１６】
【実施例】
［１］システム構成
以下、本発明による自動音場補正システムの実施例を図面を参照して説明する。図１は、本実施例の自動音場補正システムを備えたオーディオシステムの構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１において、本オーディオシステム１００には、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ）プレーヤやＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｄｉｓｃ又はＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）プレーヤ等の音源１から複数チャンネルの信号伝送路を通じてデジタルオーディオ信号ＳＦＬ，ＳＦＲ，ＳＣ，ＳＲＬ，ＳＲＲ，ＳＷＦ，ＳＳＢＬ及びＳＳＢＲが供給される信号処理回路２と、測定用信号発生器３とが設けられている。
【００１８】
なお、本オーディオシステムは複数チャンネルの信号伝送路を含むが、以下の説明では各チャンネルをそれぞれ「ＦＬチャンネル」、「ＦＲチャンネル」などと表現することがある。また、信号及び構成要素の表現において複数チャンネルの全てについて言及する時は参照符号の添え字を省略する場合がある。また、個別チャンネルの信号及び構成要素に言及する時はチャンネルを特定する添え字を参照符号に付す。例えば、「デジタルオーディオ信号Ｓ」と言った場合は全チャンネルのデジタルオーディオ信号ＳＦＬ〜ＳＳＢＲを意味し、「デジタルオーディオ信号ＳＦＬ」と言った場合はＦＬチャンネルのみのデジタルオーディオ信号を意味するものとする。
【００１９】
更に、オーディオシステム１００は、信号処理回路２によりチャンネル毎に信号処理されたデジタル出力ＤＦＬ〜ＤＳＢＲをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器４ＦＬ〜４ＳＢＲと、これらのＤ／Ａ変換器４ＦＬ〜４ＳＢＲから出力される各アナログオーディオ信号を増幅する増幅器５ＦＬ〜５ＳＢＲとを備えている。これらの増幅器５で増幅した各アナログオーディオ信号ＳＰＦＬ〜ＳＰＳＢＲを、図６に例示するようなリスニングルーム７等に配置された複数チャンネルのスピーカ６ＦＬ〜６ＳＢＲに供給して鳴動させるようになっている。
【００２０】
また、オーディオシステム１００は、受聴位置ＲＶにおける再生音を集音するマイクロホン８と、マイクロホン８から出力される集音信号ＳＭを増幅する増幅器９と、増幅器９の出力をデジタルの集音データＤＭに変換して信号処理回路２に供給するＡ／Ｄ変換器１０とを備えている。
【００２１】
ここで、オーディオシステム１００は、オーディオ周波数帯域のほぼ全域にわたって再生可能な周波数特性を有する全帯域型のスピーカ６ＦＬ，６ＦＲ，６Ｃ，６ＲＬ，６ＲＲと、所謂重低音だけを再生するための周波数特性を有する低域再生専用のスピーカ６ＷＦと、受聴者の背後に配置されるサラウンドスピーカ６ＳＢＬ及び６ＳＢＲを鳴動させることで、受聴位置ＲＶにおける受聴者に対して臨場感のある音場空間を提供する。
【００２２】
各スピーカの配置としては、例えば、図６に示すように、受聴者が好みに応じて、受聴位置ＲＶの前方に、左右２チャンネルのフロントスピーカ（前方左側スピーカ、前方右側スピーカ）６ＦＬ，６ＦＲとセンタースピーカ６Ｃを配置する。また、受聴位置ＲＶの後方に、左右２チャンネルのスピーカ（後方左側スピーカ、後方右側スピーカ）６ＲＬ，６ＲＲと左右２チャンネルのサラウンドスピーカ６ＳＢＬ，６ＳＢＲを配置し、更に、任意の位置に低域再生専用のサブウーハ６ＷＦを配置する。オーディオシステム１００に備えられた自動音場補正システムは、周波数特性、各チャンネルの信号レベル及び信号到達遅延特性を補正したアナログオーディオ信号ＳＰＦＬ〜ＳＰＳＢＲをこれら８個のスピーカ６ＦＬ〜６ＳＢＲに供給して鳴動させることで、臨場感のある音場空間を実現する。
【００２３】
信号処理回路２は、デジタルシグナルプロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ＤＳＰ）等で形成されており、図２に示すように、大別して信号処理部２０と、係数演算部３０とから構成される。信号処理部２０は、ＣＤ、ＤＶＤ、その他の各種音楽ソースを再生する音源１から複数チャンネルのデジタルオーディオ信号を受け取り、各チャンネル毎に周波数特性補正、レベル補正及び遅延特性補正を施してデジタル出力信号ＤＦＬ〜ＤＳＢＲを出力する。係数演算部３０は、マイクロホン８で集音された信号をデジタルの集音データＤＭとして受け取り、周波数特性補正、レベル補正及び遅延特性補正のための係数信号ＳＦ１〜ＳＦ８、ＳＧ１〜ＳＧ８、ＳＤＬ１〜ＳＤＬ８をそれぞれ生成して信号処理部２０へ供給する。マイクロホン８からの集音データＤＭに基づいて信号処理部２０が適切な周波数特性補正、レベル補正及び遅延特性補正を行うことにより、各スピーカ６から最適な信号が出力される。
【００２４】
信号処理部２０は、図３に示すようにグラフィックイコライザＧＥＱと、チャンネル間アッテネータＡＴＧ１〜ＡＴＧ８と、遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８とを備えている。一方、係数演算部３０は、図４に示すように、システムコントローラＭＰＵと、周波数特性補正部１１と、チャンネル間レベル補正部１２と、遅延特性補正部１３とを備えている。周波数特性補正部１１、チャンネル間レベル補正部１２及び遅延特性補正部１３はＤＳＰを構成している。
【００２５】
周波数特性補正部１１がグラフィックイコライザＧＥＱの各チャンネルに対応するイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数特性を調整し、チャンネル間レベル補正部１２がチャンネル間アッテネータＡＴＧ１〜ＡＴＧ８の減衰率を調整し、遅延特性補正部１３が遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８の遅延時間を調整することで、適切な音場補正を行うように構成されている。
【００２６】
ここで、各チャンネルのイコライザＥＱ１〜ＥＱ５、ＥＱ７及びＥＱ８は、それぞれ複数の帯域毎に周波数特性補正を行うように構成されている。即ち、オーディオ周波数帯域を例えば９つの帯域（各帯域の中心周波数をｆ１〜ｆ９とする。）に分割し、帯域毎にイコライザＥＱの係数を決定して周波数特性補正を行う。なお、イコライザＥＱ６は、低域の周波数特性を調整するように構成されている。
【００２７】
オーディオシステム１００は、動作モードとして自動音場補正モードと音源信号再生モードの２つのモードを有する。自動音場補正モードは、音源１からの信号再生に先だって行われる調整モードであり、システム１００の設置された環境について自動音場補正を行う。その後、音源信号再生モードでＣＤなどの音源１からの音響信号が再生される。本発明は、主として自動音場補正モードにおける補正処理に関するものである。
【００２８】
図３を参照すると、ＦＬチャンネルのイコライザＥＱ１には、音源１からのデジタルオーディオ信号ＳＦＬの入力をオン／オフ制御するスイッチ素子ＳＷ１２と、測定用信号発生器３からの測定用信号ＤＮの入力をオン／オフ制御するスイッチ素子ＳＷ１１が接続され、スイッチ素子ＳＷ１１はスイッチ素子ＳＷＮを介して測定用信号発生器３に接続されている。
【００２９】
スイッチ素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷＮは、図４に示すマイクロプロセッサで形成されたシステムコントローラＭＰＵによって制御され、音源信号再生時には、スイッチ素子ＳＷ１２がオン（導通）、スイッチ素子ＳＷ１１とＳＷＮがオフ（非導通）となり、音場補正時には、スイッチ素子ＳＷ１２がオフ、スイッチ素子ＳＷ１１とＳＷＮがオンとなる。
【００３０】
また、イコライザＥＱ１の出力接点には、チャンネル間アッテネータＡＴＧ１が接続され、チャンネル間アッテネータＡＴＧ１の出力接点には遅延回路ＤＬＹ１が接続されている。そして、遅延回路ＤＬＹ１の出力ＤＦＬが、図１中のＤ／Ａ変換器４ＦＬに供給される。
【００３１】
他のチャンネルもＦＬチャンネルと同様の構成となっており、スイッチ素子ＳＷ１１に相当するスイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ８１と、スイッチ素子ＳＷ１２に相当するスイッチ素子ＳＷ２２〜ＳＷ８２が設けられている。そして、これらのスイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ８２に続いて、イコライザＥＱ２〜ＥＱ８と、チャンネル間アッテネータＡＴＧ２〜ＡＴＧ８と、遅延回路ＤＬＹ２〜ＤＬＹ８が備えられ、遅延回路ＤＬＹ２〜ＤＬＹ８の出力ＤＦＲ〜ＤＳＢＲが図１中のＤ／Ａ変換器４ＦＲ〜４ＳＢＲに供給される。
【００３２】
更に、各チャンネル間アッテネータＡＴＧ１〜ＡＴＧ８は、チャンネル間レベル補正部１２からの調整信号ＳＧ１〜ＳＧ８に従って０ｄＢからマイナス側の範囲で減衰率を変化させる。また、各チャンネルの遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８は、位相特性補正部１３からの調整信号ＳＤＬ１〜ＳＤＬ８に従って入力信号の遅延時間を変化させる。
【００３３】
周波数特性補正部１１は、各チャンネルの周波数特性を所望の特性となるように調整する機能を有する。図５（Ａ）に示すように、周波数特性補正部１１は、バンドパスフィルタ１１ａ、係数テーブル１１ｂ、利得演算部１１ｃ、係数決定部１１ｄ、及び係数テーブル１１ｅを備えて構成される。
【００３４】
バンドパスフィルタ１１ａは、イコライザＥＱ１〜ＥＱ８に設定されている９個の帯域を通過させる複数の狭帯域デジタルフィルタで構成されており、Ａ／Ｄ変換器１０からの集音データＤＭを周波数ｆ１〜ｆ９と中心とする９つの周波数帯域に弁別することにより、各周波数帯域のレベルを示すデータ［ＰｘＪ］を利得演算部１１ｃに供給する。なお、バンドパスフィルタ１１ａの周波数弁別特性は、係数テーブル１１ｂに予め記憶されているフィルタ係数データによって設定される。
【００３５】
利得演算部１１ｃは、帯域毎のレベルを示すデータ［ＰｘＪ］に基づいて、自動音場補正時のイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の利得（ゲイン）を周波数帯域毎に演算し、演算した利得データ［ＧｘＪ］を係数決定部１１ｄに供給する。即ち、予め既知となっているイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の伝達関数にデータ［ＰｘＪ］を適用することで、イコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数帯域毎の利得（ゲイン）を逆算する。
【００３６】
係数決定部１１ｄは、図４に示すシステムコントローラＭＰＵの制御下でイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数特性を調節するためのフィルタ係数調整信号ＳＦ１〜ＳＦ８を生成する。（なお、音場補正の際に、受聴者の指示する条件に応じて、フィルタ係数調整信号ＳＦ１〜ＳＦ８を生成するように構成されている。）
受聴者が音場補正の条件を指示せず、本音場補正システムに予め設定されている標準の音場補正を行う場合には、利得演算部１１ｃから供給される周波数帯域毎の利得データ［ＧｘＪ］によって係数テーブル１１ｅからイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数特性を調節するためのフィルタ係数データを読み出し、このフィルタ係数データのフィルタ係数調整信号ＳＦ１〜ＳＦ８によりイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数特性を調節する。
【００３７】
即ち、係数テーブル１１ｅには、イコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数特性を様々に調節するためのフィルタ係数データが予めルックアップテーブルとして記憶されており、係数決定部１１ｄが利得データ［ＧｘＪ］に対応するフィルタ係数データを読み出し、その読み出したフィルタ係数データをフィルタ係数調整信号ＳＦ１〜ＳＦ８として各イコライザＥＱ１〜ＥＱ８に供給することで、チャンネル毎に周波数特性を調整する。
【００３８】
本実施例では、周波数特性補正部１１が周波数特性の調節のために使用する集音データが残響音成分を含まないようにする点に特徴を有する。図８に、周波数特性補正部１１による周波数特性の調整方法を模式的に示す。図８に示すように、周波数特性補正では、測定用信号発生器３から出力されたピンクノイズなどの測定用信号が信号処理回路２から出力され、Ｄ／Ａ変換器４を通ってスピーカ６から測定用信号音として出力される。この測定用信号音はマイク８により集音され、Ａ／Ｄ変換器１０を介して信号処理回路２へ集音データとして供給される。
【００３９】
ここで、スピーカ６から出力された測定用信号音は、大別して直接音成分３５、初期反射音成分３３及び残響音成分３７の３種類の音としてマイク８へ到達する。直接音成分３５は、スピーカ６から出力され、壁、床などを含む障害物などの影響を受けることなく、直接的にマイク８へ至る音成分である。初期反射音（一次反射音とも呼ばれる。）成分３３は、部屋の壁や床などにより１回反射してマイク８へ到達する音成分である。また、残響音成分３７は、部屋の壁、床その他の障害物などにより複数回の反射を繰り返した後にマイク８へ到達する音成分である。
【００４０】
図９に、測定用信号音の出力後の音圧レベル変化を示す。なお、測定用信号音としては、ピンクノイズを一定レベルで継続的に出力するものとする。時刻ｔ０で測定用信号音を出力した場合、遅延時間Ｔｄ経過後の時刻ｔ１において、測定用信号音が信号処理回路２により受信される。なお、遅延時間Ｔｄは測定用信号が信号処理回路２から出力された後、図８に示すループを一周して信号処理回路２へ戻るまでに要する時間であり、具体的には、測定用信号が信号処理回路２からＤ／Ａ変換器４を通ってスピーカ６まで送られるのに要する時間と、測定用信号音がスピーカ６からマイク８へ伝搬するのに要する時間と、マイク８により集音された音信号がＡ／Ｄ変換器１０を通って信号処理回路２まで送られるのに要する時間の合計に相当する。即ち、測定用信号音の伝搬時間と、測定用信号及び収集された信号の電気的な処理時間の和となる。
【００４１】
図９に示されるように、最初に信号処理回路２により受信されるのは測定用信号音の直接音成分であり、直接音成分はその後も一定のレベルで受信される。また、その後、直接音成分が受信された時刻ｔ１の直後から初期反射音成分が受信され始め、さらに時刻ｔ１から数十ｍｓｅｃが経過すると、残響音成分が増大する。残響音成分は、その後一定のレベルＬ１で飽和する。
【００４２】
本実施例では、測定用信号音の直接音成分及び初期反射音成分が信号処理回路２に到達しているが、残響音成分が未だほとんど到達していない時間（以下、「直接音期間」と呼ぶ。）４０に測定用信号音を検出し、その検出結果に基づいて、各チャンネルの信号伝送路の周波数特性の調整を行う。これにより、周波数特性の調節において、測定用信号音の残響音成分の影響を排除することができる。直接音期間は４０は、スピーカから出力された測定用信号音が信号処理回路２に到達した直後の期間となり、本システムを配置する部屋や空間の大きさや構造などに依存する。一般的な家庭の部屋などの場合、直接音期間は、測定用信号音が最初に受信された時刻ｔ１から２０〜４０ｍｓｅｃ程度の範囲であることがわかっている。よって、直接音期間を、測定用信号音の直接音成分が最初に受信された時刻ｔ１から２０〜４０ｓｅｃの範囲内で例えば１０ｍｓｅｃ程度の期間に設定し、その期間にわたって測定用信号音を検出し、それを分析して周波数特性の調整を行えばよい。
【００４３】
このように、直接音期間における測定用信号音を集音し、その集音データに基づいて周波数特性の調節を行うことにより、残響音の悪影響を受けることなく、直接音を対象として各チャンネルの信号伝送路の周波数特性を目標の特性となるように調整することが可能となる。なお、直接音期間には、残響音は極力含まれないことが好ましいが、初期反射音が含まれていても構わない。これは、周波数特性の調節後に音源信号を再生した場合、利用者は通常直接音のみでなく、床や壁などからの初期反射音も同時に聴くことになるので、初期反射音も考慮して周波数特性を調節しておくことは有益であるからである。よって、「直接音期間」は、測定用信号音の直接音のみを含む期間のみならず、初期反射音を含む期間であってもよい。
【００４４】
また、上記のように、チャンネル毎に直接音に関して目標の周波数特性を設定できるという利点に加え、複数のチャンネル間における残響特性がまちまちであるような環境においても、それに影響されることなく、チャンネル間の特性を揃えることができるという利点もある。
【００４５】
なお、実際に直接音期間における集音データを検出する方法としては、いくつかの方法がある。１つの方法では、図５（ａ）に示す周波数特性補正部１１において、バンドパスフィルタ１１ａが直接音期間においてのみ集音データＤＭをフィルタリングして利得演算部１１ｃへフィルタ処理後のレベルデータ［ＰｘＪ］を供給するように構成すればよい。また、別の方法では、バンドパスフィルタ１１ａは期間を問わずフィルタリング処理を行うこととし、利得演算部１１ｃが直接音期間のみにおけるレベルデータ［ＰｘＪ］に基づいて利得データ［ＧｘＪ］を生成するように構成してもよい。
【００４６】
次に、チャンネル間レベル補正部１２について説明する。チャンネル間レベル補正部１２は、各チャンネルを通じて出力される音響信号の音圧レベルを均一にする役割を有する。具体的には、測定用信号発生器３から出力される測定用信号（ピンクノイズ）ＤＮによって各スピーカ６ＦＬ〜６ＳＢＲを個別に鳴動させたときに得られる集音データＤＭを順に入力し、その集音データＤＭに基づいて、受聴位置ＲＶにおける各スピーカの再生音のレベルを測定する。
【００４７】
チャンネル間レベル補正部１２の概略構成を図５（Ｂ）に示す。Ａ／Ｄ変換器１０から出力される集音データＤＭはレベル検出部１２ａに入力される。なお、チャンネル間レベル補正部１２は、基本的に各チャンネルの信号の全帯域に対して一律にレベルの減衰処理を行うので帯域分割は不要であり、よって図５（Ａ）の周波数特性補正部１１に見られるようなバンドバスフィルタを含まない。
【００４８】
レベル検出部１２ａは集音データＤＭのレベルを検出し、各チャンネルについての出力オーディオ信号レベルが一定となるように利得調整を行う。具体的には、レベル検出部１２ａは検出した集音データのレベルと基準レベルとの差を示すレベル調整量を生成し、調整量決定部１２ｂへ出力する。調整量決定部１２ｂはレベル検出部１２ａから受け取ったレベル調整量に対応する利得調整信号ＳＧ１〜ＳＧ８を生成して各チャンネル間アッテネータＡＴＧ１〜ＡＴＧ８へ供給する。各チャンネル間アッテネータＡＴＧ１〜ＡＴＧ８は、利得調整信号ＳＧ１〜ＳＧ８に応じて各チャンネルのオーディオ信号の減衰率を調整する。このチャンネル間レベル補正部１２の減衰率調整により、各チャンネル間のレベル調整（利得調整）が行われ、各チャンネルの出力オーディオ信号レベルが均一となる。
【００４９】
遅延特性補正部１３は、各スピーカの位置と受聴位置ＲＶとの間の距離差に起因する信号遅延を調整する、即ち、本来同時に受聴者が聴くべき各スピーカ６からの出力信号が受聴位置ＲＶに到達する時刻がずれることを防止する役割を有する。よって、遅延特性補正部１３は、測定用信号発生器３から出力される測定用信号（ピンクノイズ）ＤＮによって各スピーカ６を個別に鳴動させたときに得られる集音データＤＭに基づいて各チャンネルの遅延特性を測定し、その測定結果に基づいて音場空間の位相特性を補正する。
【００５０】
具体的には、図３に示すスイッチＳＷ１１〜ＳＷ８２を順次切り換えることにより、測定用信号発生器３から発生された測定用信号ＤＮを各チャンネル毎に各スピーカ６から出力し、これをマイクロホン８により集音して対応する集音データＤＭを生成する。測定用信号を例えばインパルスなどのパルス性信号とすると、スピーカ８からパルス性の測定用信号を出力した時刻と、それに対応するパルス信号がマイクロホン８により受信された時刻との差は、各チャンネルのスピーカ６とマイクロホン８との距離に比例することになる。よって、測定より得られた各チャンネルの遅延時間のうち、最も遅延量の大きいチャンネルの遅延時間に残りのチャンネルの遅延時間を合わせることにより、各チャンネルのスピーカ６と受聴位置ＲＶとの距離差を吸収することができる。よって、各チャンネルのスピーカ６から発生する信号間の遅延を等しくすることができ、複数のスピーカ６から出力された時間軸上で一致する時刻の音響が同時に受聴位置ＲＶに到達することになる。
【００５１】
図５（Ｃ）に遅延特性補正部の構成を示す。遅延量演算部１３ａは集音データＤＭを受け取り、パルス性測定用信号と集音データとの間のパルス遅延量に基づいて、各チャンネル毎に音場環境による信号遅延量を演算する。遅延量決定部１３ｂは遅延量演算部１３ａから各チャンネル毎に信号遅延量を受け取り、一時的にメモリ１３ｃに記憶する。全てのチャンネルについての信号遅延量が演算され、メモリ１３ｃに記憶された状態で、調整量決定部１３ｂは最も大きい信号遅延量を有するチャンネルの再生信号が受聴位置ＲＶに到達するのと同時に他のチャンネルの再生信号が受聴位置ＲＶに到達するように、各チャンネルの調整量を決定し、調整信号ＳＤＬ１〜ＳＤＬ８を各チャンネルの遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８に供給する。各遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８は調整信号ＳＤＬ１〜ＳＤＬ８に応じて遅延量を調整する。こうして、各チャンネルの遅延特性の調整が行われる。なお、上記の例では遅延調整のための測定用信号としてパルス性信号を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の測定用信号を用いてもよい。
［２］自動音場補正処理
次に、かかる構成を有する自動音場補正システムによる自動音場補正の動作について説明する。
【００５２】
まず、オーディオシステム１００を使用する環境としては、受聴者が、例えば図６に示したように複数のスピーカ６ＦＬ〜６ＳＢＲをリスニングルーム７等に配置し、図１に示すようにオーディオシステム１００に接続する。そして、受聴者がオーディオシステム１００に備えられているリモートコントローラ（図示省略）等を操作して自動音場補正開始の指示をすると、システムコントローラＭＰＵがこの指示に従って自動音場補正処理を実行する。
【００５３】
次に、本発明の自動音場補正における基本的な原理を説明する。先に述べたように、自動音場補正において行う処理は、各チャンネルの周波数特性補正、音圧レベルの補正及び遅延特性補正がある。ここで本発明においては、周波数特性補正において、直接音（初期反射音を含む）を主対象として、所望の周波数特性が得られるように各チャンネルの周波数特性の調整を行う点に特徴を有する。
【００５４】
次に、このような周波数特性補正を含む自動音場補正処理の概要を図７のフローチャートを参照して説明する。
【００５５】
始めに、ステップＳ１０で、周波数特性補正部１１がイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数特性を調整する処理が行われる。次に、ステップＳ２０のチャンネル間レベル補正処理で、チャンネル間レベル補正部１２により、各チャンネルに設けられているチャンネル間アッテネータＡＴＧ１〜ＡＴＧ８の減衰率を調節する処理が行われる。次に、ステップＳ３０の遅延特性補正処理で、遅延特性補正部１３により、全チャンネルの遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８の遅延時間を調整する処理が行われる。この順序で本発明による自動音場補正が行われる。
【００５６】
次に、各処理段階の動作を順に詳述する。まず、ステップＳ１０の周波数特性補正処理について、図１０を参照して説明する。図１０は本実施例による周波数特性補正処理のフローチャートである。なお、図１０に示す周波数特性補正処理は、各チャンネルの周波数特性補正処理に先だって、各チャンネルの遅延測定を行うものである。ここで、遅延測定とは、測定用信号を信号処理回路２が出力してから、それに対応する集音データが信号処理回路２に到達するまでの遅延時間、即ち、図８に示した遅延時間Ｔｄを各チャンネル毎に事前に測定する処理である。図９に示されるように、直接音期間４０は、測定用信号音が信号処理回路２に到達した時刻ｔ１から所定の時間範囲に設定されるので、各チャンネル毎に遅延時間Ｔｄを測定しておくことにより、信号処理回路２は時刻ｔ１を正確に把握することができ、正確に直接音期間４０内の集音データＤＭを検出することが可能となる。図１０においては、ステップＳ１００〜Ｓ１０６がこの遅延測定処理に対応し、ステップＳ１０８〜Ｓ１１６が実際の周波数特性補正処理に対応している。
【００５７】
図１０において、信号処理回路２は、まず複数のチャンネルのうちの１つのチャンネルについて例えばパルス性の遅延測定用信号を出力し、これがスピーカ６から測定用信号音として出力される（ステップＳ１００）。この測定用信号音は、マイクロホン８により集音され、集音データＤＭが信号処理回路２へ供給される（ステップＳ１０２）。信号処理回路２内の周波数特性補正部１１は遅延時間Ｔｄを演算し、内部メモリなどに記憶する（ステップＳ１０４）。これらステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理を全てのチャンネルについて行うことにより（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、全てのチャンネルについての遅延時間Ｔｄがメモリに格納されたことになる。こうして、遅延時間測定が完了する。
【００５８】
次に、各チャンネルについて、周波数特性補正を行う。即ち、信号処理回路２は１つのチャンネルについてピンクノイズなどの周波数特性測定用信号を出力し、これがスピーカ６から測定用信号音として出力される（ステップＳ１０８）。この測定用信号音はマイクロホン８により集音され、先に例示した方法により、直接音期間に対応する集音データのみが信号処理回路２の周波数特性補正部１１内で取得される（ステップＳ１１０）。そして、周波数特性補正部１１内の利得演算部１１ｃが集音データを分析し、係数決定部１１ｄがイコライザ係数を設定し（ステップＳ１１２）、そのイコライザ係数に基づいてイコライザが調整される（ステップＳ１１４）。こうして、１つのチャンネルについて、直接音期間内に得られた集音データに基づいて周波数特性の調節が完了する。この処理を全てのチャンネルについて行い（ステップＳ１１６；Ｙｅｓ）、周波数特性補正処理が終了する。
【００５９】
次に、ステップＳ２０のチャンネル間レベル補正処理が行われる。チャンネル間レベル補正処理は、図１１に示すフローに従って行われる。なお、チャンネル間レベル補正処理では、先の周波数特性補正処理により設定されたグラフィックイコライザＧＥＱの周波数特性を上記周波数特性補正処理で調整した状態に維持して行う。
【００６０】
図３に示す信号処理部２０において、まずスイッチＳＷ１１をオンにすると同時にスイッチＳＷ１をオフとすることにより、１つのチャンネル（例えばＦＬチャンネル）に測定用信号ＤＮ（ピンクノイズ）が供給され、その測定用信号ＤＮがスピーカ６ＦＬから出力される（ステップＳ１２０）。マイクロホン８はその信号を集音し、増幅器９及びＡ／Ｄ変換器１０を通じて集音データＤＭが係数演算部３０内のチャンネル間レベル補正部１２へ供給される（ステップＳ１２２）。チャンネル間レベル補正部１２では、レベル検出部１２ａが集音データＤＭの音圧レベルを検出し、調整量決定部１２ｂへ送る。調整量決定部１２ｂは、目標レベルテーブル１２ｃに予め設定されている所定の音圧レベルと一致するようにチャンネル間アッテネータＡＴＧ１の調整信号ＳＧ１を生成し、チャンネル間アッテネータＡＴＧ１へ供給する（ステップＳ１２４）。こうして、１つのチャンネルのレベルが所定のレベルと一致するように補正される。この処理を、各チャンネルに対して順に行い、全てのチャンネルについてレベル補正が完了した時点で（ステップＳ１２６：Ｙｅｓ）、処理は図７のメインルーチンへ戻る。
【００６１】
次に、ステップＳ３０の遅延特性補正処理が図１２に示すフローに従って行われる。まず、１つのチャンネル（例えばＦＬチャンネル）について、ＳＷ１１をオンにすると同時にＳＷ１２をオフとして、測定用信号ＤＮをスピーカ６から出力する（ステップＳ１３０）。次に、出力された測定用信号ＤＮをマイクで集音し、集音データＤＭが係数演算部３０内の遅延特性補正部１３に入力される（ステップＳ１３２）。遅延特性補正部１３内では、遅延量演算部１３ａがそのチャンネルの遅延量を演算により求め、一時的にメモリ１３ｃに記憶する（ステップＳ１３４）。この処理が他の全てのチャンネルについて実行される。全てのチャンネルについて処理が完了した時点で（ステップＳ１３６：Ｙｅｓ）、メモリ１３ｃには全てのチャンネルの遅延量が記憶されることになる。次に、係数演算部１３ｂはメモリ１３ｃの記憶内容に基づいて、全てのチャンネルのうち最大遅延量を有するチャンネルを基準とし、他の全てのチャンネルの信号が同時に受聴位置ＲＶに到達するように各チャンネルの遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８の係数を決定し、各遅延回路ＤＬＹに供給する（ステップＳ１３８）。これにより、遅延特性補正が完了する。
【００６２】
こうして、周波数特性、チャンネル間レベル及び遅延特性が補正され、自動音場補正が完了する。
［３］変形例
図１０に示した周波数特性補正処理においては、各チャンネル毎に遅延時間Ｔｄを事前に測定することにより、信号処理回路２が直接音期間を正確に把握できるように構成した。しかし、ある程度の誤差を許容できるシステムにおいては、チャンネル毎に遅延測定を行うことなく、予め決められた遅延時間を全て又は一部のチャンネルに適用することとしてもよい。例えば、家庭用のシステムなどにおいては、通常、スピーカ８とマイクロホン８との距離にそれほど大きな相違はないと考えられるので、標準的な大きさのリビングルームにおける標準的な遅延時間を予め実験的に決定しておき、それを利用することとしてもよい。また、システム上、そのように予め用意された遅延時間を使用して周波数特性補正を行うモードと、上記の実施例のように遅延測定を行った上で周波数特性補正を行うモードとを用意し、利用者が任意に選択できるように構成してもよい。
【００６３】
なお、上記実施形態においては本発明に係る信号処理を信号処理回路により実現する例を示したが、その代わりに、同一の信号処理をコンピュータ上で実行されるプログラムとして構成し、コンピュータ上で実行することにより実現することも可能である。この場合、該プログラムはＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの記録媒体の形態で、又はネットワークなどを利用した通信により供給される。コンピュータとしては、例えばパーソナルコンピュータなどを利用することができ、周辺機器として複数のチャンネルに対応するオーディオインターフェース、複数のスピーカ及びマイクなどを接続する。パーソナルコンピュータ上で上記プログラムを実行することにより、コンピュータ内部又は外部に設けた音源を利用して測定用信号を発生し、これをオーディオインターフェース及びスピーカを介して出力し、マイクで集音することにより、コンピュータを使用して図１に示すのと同様の自動音場補正装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の自動音場補正システムを備えるオーディオシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す信号処理回路の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図４】図２に示す係数演算部の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す周波数特性補正部、チャンネル間レベル補正部及び遅延特性補正部の構成を示すブロック図である。
【図６】ある音場環境におけるスピーカの配置例を示す図である。
【図７】自動音場補正処理のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図８】周波数特性補正を行うための構成を模式的に示す。
【図９】周波数特性補正の測定用信号音の音圧レベル変化を示すグラフである。
【図１０】周波数特性補正処理を示すフローチャートである。
【図１１】チャンネル間レベル補正処理を示すフローチャートである。
【図１２】遅延補正処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…音源
２…信号処理回路
３…測定用信号発生器
８…マイクロホン
９…増幅器
１０…Ａ／Ｄ変換器
１１…周波数特性補正部
１２…チャンネル間レベル補正部
１３…遅延特性補正部
６…スピーカ
ＧＥＱ…グラフィックイコライザ
ＥＱ１〜ＥＱ８…イコライザ
ＡＴＧ１〜ＡＴＧ８…チャンネル間アッテネータ
ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８…遅延回路
ＳＷ１１〜ＳＷ８２，ＳＷＮ…スイッチ素子
ＭＰＵ…システムコントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のスピーカを備えるオーディオシステムにおいて音場特性を自動的に補正する自動音場補正システム及び音場補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のスピーカを備えて高品位の音場空間を提供するオーディオシステムでは、臨場感の得られる適切な音場空間を自動的に作り出すことが要求されている。即ち、受聴者自らが適切な音場空間を得ようとしてオーディオシステムを操作しても、複数のスピーカで再生される再生音の位相特性、周波数特性、音圧レベル等を適切に調節することは極めて困難であるため、オーディオシステム側で自動的に音場特性を補正することが要求されている。
【０００３】
従来、この種の自動音場補正システムとして、特許文献１に記載されたものが知られている。このシステムでは、複数のチャンネルに対応する信号伝送路毎に、スピーカから出力したテスト信号を集音してその周波数特性を分析し、当該信号伝送路内に配置されたイコライザの係数を設定することにより、各信号伝送路を所望の周波数特性に調整している。テスト信号としては、例えばピンクノイズなどが使用されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３０４９９号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の自動音場補正システムでは、スピーカから出力されたテスト信号が分析部に届いた後、どのようなタイミングでテスト信号を取り込んで周波数特性の分析に使用するかについては、特に考察されてはいなかった。また、一般的には、テスト信号が分析部に届いてからある程度の時間が経過した後、即ち残響音が十分に鳴り響いている状態でテスト信号を取り込み、周波数特性の分析を行なっていた。
【０００５】
しかし、このようにテスト信号の残響音成分を含めて各信号伝送路の周波数特性を分析すると、音源信号の再生時においても、残響音が十分に鳴り響いた後に目標の周波数特性が得られるように、各信号伝送路の周波数特性が調整されることになる。その結果、臨場感や定位感など、聴感上の音質を大きく左右するスピーカからの直接音が目標の周波数特性にならないように各信号伝送路の周波数特性が調整されてしまうことがあった。また、複数のチャンネル毎に残響特性が異なる場合には、音源信号再生時のスピーカからの直接音の聞こえ方がチャンネル毎に異なってしまうという不具合もあった。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題としては、上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、残響音の影響を受けることなく、主として直接音について所望の周波数特性が得られるような補正を行うことが可能な自動音場補正システム及びそのためのコンピュータプログラムを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、複数のオーディオ信号に対して、各々に対応する信号伝送路上で信号処理を施し、対応する複数のスピーカへ出力する自動音場補正装置において、各信号伝送路のオーディオ信号の周波数特性を調整するイコライザと、各信号伝送路に測定用信号を供給する測定用信号供給手段と、直接音期間において前記スピーカから放射される測定用信号音を検出信号として出力する検出手段と、前記検出信号に基づいて、前記イコライザが周波数特性の調整に使用するイコライザ利得値を決定し、前記イコライザへ供給する利得値決定手段と、を備え、前記直接音期間は、前記集音手段に到達した前記測定用信号音が残響音成分を含まない期間であることを特徴とする。
【０００８】
請求項６に記載の発明は、コンピュータを、複数のオーディオ信号に対して各々に対応する信号伝送路上で信号処理を施し、対応する複数のスピーカへ出力する自動音場補正装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、前記自動音場補正装置は、各信号伝送路のオーディオ信号の周波数特性を調整するイコライザと、各信号伝送路に測定用信号を供給する測定用信号供給手段と、直接音期間において前記スピーカから放射される測定用信号音を検出信号として出力する検出手段と、前記検出信号に基づいて、前記イコライザが周波数特性の調整に使用するイコライザ利得値を決定し、前記イコライザへ供給する利得値決定手段と、を備え、前記直接音期間は、前記集音手段に到達した前記測定用信号音が残響音成分を含まない期間であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の１つの観点では、複数のオーディオ信号に対して、各々に対応する信号伝送路上で信号処理を施し、対応する複数のスピーカへ出力する自動音場補正装置は、各信号伝送路のオーディオ信号の周波数特性を調整するイコライザと、各信号伝送路に測定用信号を供給する測定用信号供給手段と、直接音期間において前記スピーカから放射される測定用信号音を検出信号として出力する検出手段と、前記検出信号に基づいて、前記イコライザが周波数特性の調整に使用するイコライザ利得値を決定し、前記イコライザへ供給する利得値決定手段と、を備え、前記直接音期間は、前記検出手段に到達した前記測定用信号音が残響音成分を含まない期間であることを特徴とする。
【００１０】
上記の自動音場補正装置は、複数チャンネルのオーディオ信号を対応する信号伝送路上で処理し、複数のスピーカを介して再生する。各信号伝送路の周波数特性の調整時には、各信号伝送路に対して測定用信号が供給され、対応するスピーカから測定用信号音が放射される。そして、直接音期間における測定用信号音が例えばマイクロホンなどを含む検出手段により検出信号として検出される。検出信号に基づいて、イコライザ利得値を適切に設定することにより、各信号伝送路の周波数特性が調整される。測定用信号音を検出する期間である直接音期間は、測定用信号音が残響音成分を含まない期間であるので、直接音を主対象として、各信号伝送路の周波数特性を調整することが可能となる。
【００１１】
上記の自動音場補正装置の一態様では、前記直接音期間は、前記検出手段に到達した前記測定用信号音が直接音成分及び初期反射音成分を含む期間とすることができる。信号伝送路の周波数特性の調整後には音源信号の再生が行われるが、通常の環境では、利用者はスピーカなどから再生される音源信号の直接音成分及び初期反射音成分を聴くことになる。よって、周波数特性の調整において、初期反射音成分が考慮されるようにすることは有益となる。
【００１２】
好適な実施例では、前記直接音期間は、前記測定用信号音が前記集音手段により最初に検出された時点から所定の時間範囲内、例えば２０〜４０ｍｓｅｃとすることが好ましい。
【００１３】
上記の自動音場補正装置の他の一態様は、各信号伝送路の信号遅延時間を測定する遅延測定手段を備え、前記検出手段は、前記測定用信号音が前記スピーカから放射された時点と、前記信号伝送路の信号遅延時間と、前記所定の時間範囲とに基づいて、前記直接音期間を決定することができる。これにより、各信号伝送路毎の信号遅延時間の測定結果に基づいて、直接音期間の測定用信号音を正確に検出することが可能となる。
【００１４】
本発明の他の観点では、複数のオーディオ信号に対して各々に対応する信号伝送路上で信号処理を施し、対応する複数のスピーカへ出力する自動音場補正装置として機能させるためのコンピュータプログラムは、コンピュータを、各信号伝送路のオーディオ信号の周波数特性を調整するイコライザと、各信号伝送路に測定用信号を供給する測定用信号供給手段と、直接音期間において前記スピーカから放射される測定用信号音を検出信号として出力する検出手段と、前記検出信号に基づいて、前記イコライザが周波数特性の調整に使用するイコライザ利得値を決定し、前記イコライザへ供給する利得値決定手段と、を備える自動音場補正装置として機能させ、前記直接音期間は、前記検出手段に到達した前記測定用信号音が残響音成分を含まない期間であることを特徴とする。
【００１５】
上記プログラムをコンピュータに読み込んで実行することにより、該コンピュータを上記の自動音場制御装置として機能させることができる。
【００１６】
【実施例】
［１］システム構成
以下、本発明による自動音場補正システムの実施例を図面を参照して説明する。図１は、本実施例の自動音場補正システムを備えたオーディオシステムの構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１において、本オーディオシステム１００には、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ）プレーヤやＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｄｉｓｃ又はＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）プレーヤ等の音源１から複数チャンネルの信号伝送路を通じてデジタルオーディオ信号ＳＦＬ，ＳＦＲ，ＳＣ，ＳＲＬ，ＳＲＲ，ＳＷＦ，ＳＳＢＬ及びＳＳＢＲが供給される信号処理回路２と、測定用信号発生器３とが設けられている。
【００１８】
なお、本オーディオシステムは複数チャンネルの信号伝送路を含むが、以下の説明では各チャンネルをそれぞれ「ＦＬチャンネル」、「ＦＲチャンネル」などと表現することがある。また、信号及び構成要素の表現において複数チャンネルの全てについて言及する時は参照符号の添え字を省略する場合がある。また、個別チャンネルの信号及び構成要素に言及する時はチャンネルを特定する添え字を参照符号に付す。例えば、「デジタルオーディオ信号Ｓ」と言った場合は全チャンネルのデジタルオーディオ信号ＳＦＬ〜ＳＳＢＲを意味し、「デジタルオーディオ信号ＳＦＬ」と言った場合はＦＬチャンネルのみのデジタルオーディオ信号を意味するものとする。
【００１９】
更に、オーディオシステム１００は、信号処理回路２によりチャンネル毎に信号処理されたデジタル出力ＤＦＬ〜ＤＳＢＲをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器４ＦＬ〜４ＳＢＲと、これらのＤ／Ａ変換器４ＦＬ〜４ＳＢＲから出力される各アナログオーディオ信号を増幅する増幅器５ＦＬ〜５ＳＢＲとを備えている。これらの増幅器５で増幅した各アナログオーディオ信号ＳＰＦＬ〜ＳＰＳＢＲを、図６に例示するようなリスニングルーム７等に配置された複数チャンネルのスピーカ６ＦＬ〜６ＳＢＲに供給して鳴動させるようになっている。
【００２０】
また、オーディオシステム１００は、受聴位置ＲＶにおける再生音を集音するマイクロホン８と、マイクロホン８から出力される集音信号ＳＭを増幅する増幅器９と、増幅器９の出力をデジタルの集音データＤＭに変換して信号処理回路２に供給するＡ／Ｄ変換器１０とを備えている。
【００２１】
ここで、オーディオシステム１００は、オーディオ周波数帯域のほぼ全域にわたって再生可能な周波数特性を有する全帯域型のスピーカ６ＦＬ，６ＦＲ，６Ｃ，６ＲＬ，６ＲＲと、所謂重低音だけを再生するための周波数特性を有する低域再生専用のスピーカ６ＷＦと、受聴者の背後に配置されるサラウンドスピーカ６ＳＢＬ及び６ＳＢＲを鳴動させることで、受聴位置ＲＶにおける受聴者に対して臨場感のある音場空間を提供する。
【００２２】
各スピーカの配置としては、例えば、図６に示すように、受聴者が好みに応じて、受聴位置ＲＶの前方に、左右２チャンネルのフロントスピーカ（前方左側スピーカ、前方右側スピーカ）６ＦＬ，６ＦＲとセンタースピーカ６Ｃを配置する。また、受聴位置ＲＶの後方に、左右２チャンネルのスピーカ（後方左側スピーカ、後方右側スピーカ）６ＲＬ，６ＲＲと左右２チャンネルのサラウンドスピーカ６ＳＢＬ，６ＳＢＲを配置し、更に、任意の位置に低域再生専用のサブウーハ６ＷＦを配置する。オーディオシステム１００に備えられた自動音場補正システムは、周波数特性、各チャンネルの信号レベル及び信号到達遅延特性を補正したアナログオーディオ信号ＳＰＦＬ〜ＳＰＳＢＲをこれら８個のスピーカ６ＦＬ〜６ＳＢＲに供給して鳴動させることで、臨場感のある音場空間を実現する。
【００２３】
信号処理回路２は、デジタルシグナルプロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ＤＳＰ）等で形成されており、図２に示すように、大別して信号処理部２０と、係数演算部３０とから構成される。信号処理部２０は、ＣＤ、ＤＶＤ、その他の各種音楽ソースを再生する音源１から複数チャンネルのデジタルオーディオ信号を受け取り、各チャンネル毎に周波数特性補正、レベル補正及び遅延特性補正を施してデジタル出力信号ＤＦＬ〜ＤＳＢＲを出力する。係数演算部３０は、マイクロホン８で集音された信号をデジタルの集音データＤＭとして受け取り、周波数特性補正、レベル補正及び遅延特性補正のための係数信号ＳＦ１〜ＳＦ８、ＳＧ１〜ＳＧ８、ＳＤＬ１〜ＳＤＬ８をそれぞれ生成して信号処理部２０へ供給する。マイクロホン８からの集音データＤＭに基づいて信号処理部２０が適切な周波数特性補正、レベル補正及び遅延特性補正を行うことにより、各スピーカ６から最適な信号が出力される。
【００２４】
信号処理部２０は、図３に示すようにグラフィックイコライザＧＥＱと、チャンネル間アッテネータＡＴＧ１〜ＡＴＧ８と、遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８とを備えている。一方、係数演算部３０は、図４に示すように、システムコントローラＭＰＵと、周波数特性補正部１１と、チャンネル間レベル補正部１２と、遅延特性補正部１３とを備えている。周波数特性補正部１１、チャンネル間レベル補正部１２及び遅延特性補正部１３はＤＳＰを構成している。
【００２５】
周波数特性補正部１１がグラフィックイコライザＧＥＱの各チャンネルに対応するイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数特性を調整し、チャンネル間レベル補正部１２がチャンネル間アッテネータＡＴＧ１〜ＡＴＧ８の減衰率を調整し、遅延特性補正部１３が遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８の遅延時間を調整することで、適切な音場補正を行うように構成されている。
【００２６】
ここで、各チャンネルのイコライザＥＱ１〜ＥＱ５、ＥＱ７及びＥＱ８は、それぞれ複数の帯域毎に周波数特性補正を行うように構成されている。即ち、オーディオ周波数帯域を例えば９つの帯域（各帯域の中心周波数をｆ１〜ｆ９とする。）に分割し、帯域毎にイコライザＥＱの係数を決定して周波数特性補正を行う。なお、イコライザＥＱ６は、低域の周波数特性を調整するように構成されている。
【００２７】
オーディオシステム１００は、動作モードとして自動音場補正モードと音源信号再生モードの２つのモードを有する。自動音場補正モードは、音源１からの信号再生に先だって行われる調整モードであり、システム１００の設置された環境について自動音場補正を行う。その後、音源信号再生モードでＣＤなどの音源１からの音響信号が再生される。本発明は、主として自動音場補正モードにおける補正処理に関するものである。
【００２８】
図３を参照すると、ＦＬチャンネルのイコライザＥＱ１には、音源１からのデジタルオーディオ信号ＳＦＬの入力をオン／オフ制御するスイッチ素子ＳＷ１２と、測定用信号発生器３からの測定用信号ＤＮの入力をオン／オフ制御するスイッチ素子ＳＷ１１が接続され、スイッチ素子ＳＷ１１はスイッチ素子ＳＷＮを介して測定用信号発生器３に接続されている。
【００２９】
スイッチ素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷＮは、図４に示すマイクロプロセッサで形成されたシステムコントローラＭＰＵによって制御され、音源信号再生時には、スイッチ素子ＳＷ１２がオン（導通）、スイッチ素子ＳＷ１１とＳＷＮがオフ（非導通）となり、音場補正時には、スイッチ素子ＳＷ１２がオフ、スイッチ素子ＳＷ１１とＳＷＮがオンとなる。
【００３０】
また、イコライザＥＱ１の出力接点には、チャンネル間アッテネータＡＴＧ１が接続され、チャンネル間アッテネータＡＴＧ１の出力接点には遅延回路ＤＬＹ１が接続されている。そして、遅延回路ＤＬＹ１の出力ＤＦＬが、図１中のＤ／Ａ変換器４ＦＬに供給される。
【００３１】
他のチャンネルもＦＬチャンネルと同様の構成となっており、スイッチ素子ＳＷ１１に相当するスイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ８１と、スイッチ素子ＳＷ１２に相当するスイッチ素子ＳＷ２２〜ＳＷ８２が設けられている。そして、これらのスイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ８２に続いて、イコライザＥＱ２〜ＥＱ８と、チャンネル間アッテネータＡＴＧ２〜ＡＴＧ８と、遅延回路ＤＬＹ２〜ＤＬＹ８が備えられ、遅延回路ＤＬＹ２〜ＤＬＹ８の出力ＤＦＲ〜ＤＳＢＲが図１中のＤ／Ａ変換器４ＦＲ〜４ＳＢＲに供給される。
【００３２】
更に、各チャンネル間アッテネータＡＴＧ１〜ＡＴＧ８は、チャンネル間レベル補正部１２からの調整信号ＳＧ１〜ＳＧ８に従って０ｄＢからマイナス側の範囲で減衰率を変化させる。また、各チャンネルの遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８は、位相特性補正部１３からの調整信号ＳＤＬ１〜ＳＤＬ８に従って入力信号の遅延時間を変化させる。
【００３３】
周波数特性補正部１１は、各チャンネルの周波数特性を所望の特性となるように調整する機能を有する。図５（Ａ）に示すように、周波数特性補正部１１は、バンドパスフィルタ１１ａ、係数テーブル１１ｂ、利得演算部１１ｃ、係数決定部１１ｄ、及び係数テーブル１１ｅを備えて構成される。
【００３４】
バンドパスフィルタ１１ａは、イコライザＥＱ１〜ＥＱ８に設定されている９個の帯域を通過させる複数の狭帯域デジタルフィルタで構成されており、Ａ／Ｄ変換器１０からの集音データＤＭを周波数ｆ１〜ｆ９と中心とする９つの周波数帯域に弁別することにより、各周波数帯域のレベルを示すデータ［ＰｘＪ］を利得演算部１１ｃに供給する。なお、バンドパスフィルタ１１ａの周波数弁別特性は、係数テーブル１１ｂに予め記憶されているフィルタ係数データによって設定される。
【００３５】
利得演算部１１ｃは、帯域毎のレベルを示すデータ［ＰｘＪ］に基づいて、自動音場補正時のイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の利得（ゲイン）を周波数帯域毎に演算し、演算した利得データ［ＧｘＪ］を係数決定部１１ｄに供給する。即ち、予め既知となっているイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の伝達関数にデータ［ＰｘＪ］を適用することで、イコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数帯域毎の利得（ゲイン）を逆算する。
【００３６】
係数決定部１１ｄは、図４に示すシステムコントローラＭＰＵの制御下でイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数特性を調節するためのフィルタ係数調整信号ＳＦ１〜ＳＦ８を生成する。（なお、音場補正の際に、受聴者の指示する条件に応じて、フィルタ係数調整信号ＳＦ１〜ＳＦ８を生成するように構成されている。）
受聴者が音場補正の条件を指示せず、本音場補正システムに予め設定されている標準の音場補正を行う場合には、利得演算部１１ｃから供給される周波数帯域毎の利得データ［ＧｘＪ］によって係数テーブル１１ｅからイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数特性を調節するためのフィルタ係数データを読み出し、このフィルタ係数データのフィルタ係数調整信号ＳＦ１〜ＳＦ８によりイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数特性を調節する。
【００３７】
即ち、係数テーブル１１ｅには、イコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数特性を様々に調節するためのフィルタ係数データが予めルックアップテーブルとして記憶されており、係数決定部１１ｄが利得データ［ＧｘＪ］に対応するフィルタ係数データを読み出し、その読み出したフィルタ係数データをフィルタ係数調整信号ＳＦ１〜ＳＦ８として各イコライザＥＱ１〜ＥＱ８に供給することで、チャンネル毎に周波数特性を調整する。
【００３８】
本実施例では、周波数特性補正部１１が周波数特性の調節のために使用する集音データが残響音成分を含まないようにする点に特徴を有する。図８に、周波数特性補正部１１による周波数特性の調整方法を模式的に示す。図８に示すように、周波数特性補正では、測定用信号発生器３から出力されたピンクノイズなどの測定用信号が信号処理回路２から出力され、Ｄ／Ａ変換器４を通ってスピーカ６から測定用信号音として出力される。この測定用信号音はマイク８により集音され、Ａ／Ｄ変換器１０を介して信号処理回路２へ集音データとして供給される。
【００３９】
ここで、スピーカ６から出力された測定用信号音は、大別して直接音成分３５、初期反射音成分３３及び残響音成分３７の３種類の音としてマイク８へ到達する。直接音成分３５は、スピーカ６から出力され、壁、床などを含む障害物などの影響を受けることなく、直接的にマイク８へ至る音成分である。初期反射音（一次反射音とも呼ばれる。）成分３３は、部屋の壁や床などにより１回反射してマイク８へ到達する音成分である。また、残響音成分３７は、部屋の壁、床その他の障害物などにより複数回の反射を繰り返した後にマイク８へ到達する音成分である。
【００４０】
図９に、測定用信号音の出力後の音圧レベル変化を示す。なお、測定用信号音としては、ピンクノイズを一定レベルで継続的に出力するものとする。時刻ｔ０で測定用信号音を出力した場合、遅延時間Ｔｄ経過後の時刻ｔ１において、測定用信号音が信号処理回路２により受信される。なお、遅延時間Ｔｄは測定用信号が信号処理回路２から出力された後、図８に示すループを一周して信号処理回路２へ戻るまでに要する時間であり、具体的には、測定用信号が信号処理回路２からＤ／Ａ変換器４を通ってスピーカ６まで送られるのに要する時間と、測定用信号音がスピーカ６からマイク８へ伝搬するのに要する時間と、マイク８により集音された音信号がＡ／Ｄ変換器１０を通って信号処理回路２まで送られるのに要する時間の合計に相当する。即ち、測定用信号音の伝搬時間と、測定用信号及び収集された信号の電気的な処理時間の和となる。
【００４１】
図９に示されるように、最初に信号処理回路２により受信されるのは測定用信号音の直接音成分であり、直接音成分はその後も一定のレベルで受信される。また、その後、直接音成分が受信された時刻ｔ１の直後から初期反射音成分が受信され始め、さらに時刻ｔ１から数十ｍｓｅｃが経過すると、残響音成分が増大する。残響音成分は、その後一定のレベルＬ１で飽和する。
【００４２】
本実施例では、測定用信号音の直接音成分及び初期反射音成分が信号処理回路２に到達しているが、残響音成分が未だほとんど到達していない時間（以下、「直接音期間」と呼ぶ。）４０に測定用信号音を検出し、その検出結果に基づいて、各チャンネルの信号伝送路の周波数特性の調整を行う。これにより、周波数特性の調節において、測定用信号音の残響音成分の影響を排除することができる。直接音期間は４０は、スピーカから出力された測定用信号音が信号処理回路２に到達した直後の期間となり、本システムを配置する部屋や空間の大きさや構造などに依存する。一般的な家庭の部屋などの場合、直接音期間は、測定用信号音が最初に受信された時刻ｔ１から２０〜４０ｍｓｅｃ程度の範囲であることがわかっている。よって、直接音期間を、測定用信号音の直接音成分が最初に受信された時刻ｔ１から２０〜４０ｓｅｃの範囲内で例えば１０ｍｓｅｃ程度の期間に設定し、その期間にわたって測定用信号音を検出し、それを分析して周波数特性の調整を行えばよい。
【００４３】
このように、直接音期間における測定用信号音を集音し、その集音データに基づいて周波数特性の調節を行うことにより、残響音の悪影響を受けることなく、直接音を対象として各チャンネルの信号伝送路の周波数特性を目標の特性となるように調整することが可能となる。なお、直接音期間には、残響音は極力含まれないことが好ましいが、初期反射音が含まれていても構わない。これは、周波数特性の調節後に音源信号を再生した場合、利用者は通常直接音のみでなく、床や壁などからの初期反射音も同時に聴くことになるので、初期反射音も考慮して周波数特性を調節しておくことは有益であるからである。よって、「直接音期間」は、測定用信号音の直接音のみを含む期間のみならず、初期反射音を含む期間であってもよい。
【００４４】
また、上記のように、チャンネル毎に直接音に関して目標の周波数特性を設定できるという利点に加え、複数のチャンネル間における残響特性がまちまちであるような環境においても、それに影響されることなく、チャンネル間の特性を揃えることができるという利点もある。
【００４５】
なお、実際に直接音期間における集音データを検出する方法としては、いくつかの方法がある。１つの方法では、図５（ａ）に示す周波数特性補正部１１において、バンドパスフィルタ１１ａが直接音期間においてのみ集音データＤＭをフィルタリングして利得演算部１１ｃへフィルタ処理後のレベルデータ［ＰｘＪ］を供給するように構成すればよい。また、別の方法では、バンドパスフィルタ１１ａは期間を問わずフィルタリング処理を行うこととし、利得演算部１１ｃが直接音期間のみにおけるレベルデータ［ＰｘＪ］に基づいて利得データ［ＧｘＪ］を生成するように構成してもよい。
【００４６】
次に、チャンネル間レベル補正部１２について説明する。チャンネル間レベル補正部１２は、各チャンネルを通じて出力される音響信号の音圧レベルを均一にする役割を有する。具体的には、測定用信号発生器３から出力される測定用信号（ピンクノイズ）ＤＮによって各スピーカ６ＦＬ〜６ＳＢＲを個別に鳴動させたときに得られる集音データＤＭを順に入力し、その集音データＤＭに基づいて、受聴位置ＲＶにおける各スピーカの再生音のレベルを測定する。
【００４７】
チャンネル間レベル補正部１２の概略構成を図５（Ｂ）に示す。Ａ／Ｄ変換器１０から出力される集音データＤＭはレベル検出部１２ａに入力される。なお、チャンネル間レベル補正部１２は、基本的に各チャンネルの信号の全帯域に対して一律にレベルの減衰処理を行うので帯域分割は不要であり、よって図５（Ａ）の周波数特性補正部１１に見られるようなバンドバスフィルタを含まない。
【００４８】
レベル検出部１２ａは集音データＤＭのレベルを検出し、各チャンネルについての出力オーディオ信号レベルが一定となるように利得調整を行う。具体的には、レベル検出部１２ａは検出した集音データのレベルと基準レベルとの差を示すレベル調整量を生成し、調整量決定部１２ｂへ出力する。調整量決定部１２ｂはレベル検出部１２ａから受け取ったレベル調整量に対応する利得調整信号ＳＧ１〜ＳＧ８を生成して各チャンネル間アッテネータＡＴＧ１〜ＡＴＧ８へ供給する。各チャンネル間アッテネータＡＴＧ１〜ＡＴＧ８は、利得調整信号ＳＧ１〜ＳＧ８に応じて各チャンネルのオーディオ信号の減衰率を調整する。このチャンネル間レベル補正部１２の減衰率調整により、各チャンネル間のレベル調整（利得調整）が行われ、各チャンネルの出力オーディオ信号レベルが均一となる。
【００４９】
遅延特性補正部１３は、各スピーカの位置と受聴位置ＲＶとの間の距離差に起因する信号遅延を調整する、即ち、本来同時に受聴者が聴くべき各スピーカ６からの出力信号が受聴位置ＲＶに到達する時刻がずれることを防止する役割を有する。よって、遅延特性補正部１３は、測定用信号発生器３から出力される測定用信号（ピンクノイズ）ＤＮによって各スピーカ６を個別に鳴動させたときに得られる集音データＤＭに基づいて各チャンネルの遅延特性を測定し、その測定結果に基づいて音場空間の位相特性を補正する。
【００５０】
具体的には、図３に示すスイッチＳＷ１１〜ＳＷ８２を順次切り換えることにより、測定用信号発生器３から発生された測定用信号ＤＮを各チャンネル毎に各スピーカ６から出力し、これをマイクロホン８により集音して対応する集音データＤＭを生成する。測定用信号を例えばインパルスなどのパルス性信号とすると、スピーカ８からパルス性の測定用信号を出力した時刻と、それに対応するパルス信号がマイクロホン８により受信された時刻との差は、各チャンネルのスピーカ６とマイクロホン８との距離に比例することになる。よって、測定より得られた各チャンネルの遅延時間のうち、最も遅延量の大きいチャンネルの遅延時間に残りのチャンネルの遅延時間を合わせることにより、各チャンネルのスピーカ６と受聴位置ＲＶとの距離差を吸収することができる。よって、各チャンネルのスピーカ６から発生する信号間の遅延を等しくすることができ、複数のスピーカ６から出力された時間軸上で一致する時刻の音響が同時に受聴位置ＲＶに到達することになる。
【００５１】
図５（Ｃ）に遅延特性補正部の構成を示す。遅延量演算部１３ａは集音データＤＭを受け取り、パルス性測定用信号と集音データとの間のパルス遅延量に基づいて、各チャンネル毎に音場環境による信号遅延量を演算する。遅延量決定部１３ｂは遅延量演算部１３ａから各チャンネル毎に信号遅延量を受け取り、一時的にメモリ１３ｃに記憶する。全てのチャンネルについての信号遅延量が演算され、メモリ１３ｃに記憶された状態で、調整量決定部１３ｂは最も大きい信号遅延量を有するチャンネルの再生信号が受聴位置ＲＶに到達するのと同時に他のチャンネルの再生信号が受聴位置ＲＶに到達するように、各チャンネルの調整量を決定し、調整信号ＳＤＬ１〜ＳＤＬ８を各チャンネルの遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８に供給する。各遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８は調整信号ＳＤＬ１〜ＳＤＬ８に応じて遅延量を調整する。こうして、各チャンネルの遅延特性の調整が行われる。なお、上記の例では遅延調整のための測定用信号としてパルス性信号を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の測定用信号を用いてもよい。
［２］自動音場補正処理
次に、かかる構成を有する自動音場補正システムによる自動音場補正の動作について説明する。
【００５２】
まず、オーディオシステム１００を使用する環境としては、受聴者が、例えば図６に示したように複数のスピーカ６ＦＬ〜６ＳＢＲをリスニングルーム７等に配置し、図１に示すようにオーディオシステム１００に接続する。そして、受聴者がオーディオシステム１００に備えられているリモートコントローラ（図示省略）等を操作して自動音場補正開始の指示をすると、システムコントローラＭＰＵがこの指示に従って自動音場補正処理を実行する。
【００５３】
次に、本発明の自動音場補正における基本的な原理を説明する。先に述べたように、自動音場補正において行う処理は、各チャンネルの周波数特性補正、音圧レベルの補正及び遅延特性補正がある。ここで本発明においては、周波数特性補正において、直接音（初期反射音を含む）を主対象として、所望の周波数特性が得られるように各チャンネルの周波数特性の調整を行う点に特徴を有する。
【００５４】
次に、このような周波数特性補正を含む自動音場補正処理の概要を図７のフローチャートを参照して説明する。
【００５５】
始めに、ステップＳ１０で、周波数特性補正部１１がイコライザＥＱ１〜ＥＱ８の周波数特性を調整する処理が行われる。次に、ステップＳ２０のチャンネル間レベル補正処理で、チャンネル間レベル補正部１２により、各チャンネルに設けられているチャンネル間アッテネータＡＴＧ１〜ＡＴＧ８の減衰率を調節する処理が行われる。次に、ステップＳ３０の遅延特性補正処理で、遅延特性補正部１３により、全チャンネルの遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８の遅延時間を調整する処理が行われる。この順序で本発明による自動音場補正が行われる。
【００５６】
次に、各処理段階の動作を順に詳述する。まず、ステップＳ１０の周波数特性補正処理について、図１０を参照して説明する。図１０は本実施例による周波数特性補正処理のフローチャートである。なお、図１０に示す周波数特性補正処理は、各チャンネルの周波数特性補正処理に先だって、各チャンネルの遅延測定を行うものである。ここで、遅延測定とは、測定用信号を信号処理回路２が出力してから、それに対応する集音データが信号処理回路２に到達するまでの遅延時間、即ち、図８に示した遅延時間Ｔｄを各チャンネル毎に事前に測定する処理である。図９に示されるように、直接音期間４０は、測定用信号音が信号処理回路２に到達した時刻ｔ１から所定の時間範囲に設定されるので、各チャンネル毎に遅延時間Ｔｄを測定しておくことにより、信号処理回路２は時刻ｔ１を正確に把握することができ、正確に直接音期間４０内の集音データＤＭを検出することが可能となる。図１０においては、ステップＳ１００〜Ｓ１０６がこの遅延測定処理に対応し、ステップＳ１０８〜Ｓ１１６が実際の周波数特性補正処理に対応している。
【００５７】
図１０において、信号処理回路２は、まず複数のチャンネルのうちの１つのチャンネルについて例えばパルス性の遅延測定用信号を出力し、これがスピーカ６から測定用信号音として出力される（ステップＳ１００）。この測定用信号音は、マイクロホン８により集音され、集音データＤＭが信号処理回路２へ供給される（ステップＳ１０２）。信号処理回路２内の周波数特性補正部１１は遅延時間Ｔｄを演算し、内部メモリなどに記憶する（ステップＳ１０４）。これらステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理を全てのチャンネルについて行うことにより（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、全てのチャンネルについての遅延時間Ｔｄがメモリに格納されたことになる。こうして、遅延時間測定が完了する。
【００５８】
次に、各チャンネルについて、周波数特性補正を行う。即ち、信号処理回路２は１つのチャンネルについてピンクノイズなどの周波数特性測定用信号を出力し、これがスピーカ６から測定用信号音として出力される（ステップＳ１０８）。この測定用信号音はマイクロホン８により集音され、先に例示した方法により、直接音期間に対応する集音データのみが信号処理回路２の周波数特性補正部１１内で取得される（ステップＳ１１０）。そして、周波数特性補正部１１内の利得演算部１１ｃが集音データを分析し、係数決定部１１ｄがイコライザ係数を設定し（ステップＳ１１２）、そのイコライザ係数に基づいてイコライザが調整される（ステップＳ１１４）。こうして、１つのチャンネルについて、直接音期間内に得られた集音データに基づいて周波数特性の調節が完了する。この処理を全てのチャンネルについて行い（ステップＳ１１６；Ｙｅｓ）、周波数特性補正処理が終了する。
【００５９】
次に、ステップＳ２０のチャンネル間レベル補正処理が行われる。チャンネル間レベル補正処理は、図１１に示すフローに従って行われる。なお、チャンネル間レベル補正処理では、先の周波数特性補正処理により設定されたグラフィックイコライザＧＥＱの周波数特性を上記周波数特性補正処理で調整した状態に維持して行う。
【００６０】
図３に示す信号処理部２０において、まずスイッチＳＷ１１をオンにすると同時にスイッチＳＷ１をオフとすることにより、１つのチャンネル（例えばＦＬチャンネル）に測定用信号ＤＮ（ピンクノイズ）が供給され、その測定用信号ＤＮがスピーカ６ＦＬから出力される（ステップＳ１２０）。マイクロホン８はその信号を集音し、増幅器９及びＡ／Ｄ変換器１０を通じて集音データＤＭが係数演算部３０内のチャンネル間レベル補正部１２へ供給される（ステップＳ１２２）。チャンネル間レベル補正部１２では、レベル検出部１２ａが集音データＤＭの音圧レベルを検出し、調整量決定部１２ｂへ送る。調整量決定部１２ｂは、目標レベルテーブル１２ｃに予め設定されている所定の音圧レベルと一致するようにチャンネル間アッテネータＡＴＧ１の調整信号ＳＧ１を生成し、チャンネル間アッテネータＡＴＧ１へ供給する（ステップＳ１２４）。こうして、１つのチャンネルのレベルが所定のレベルと一致するように補正される。この処理を、各チャンネルに対して順に行い、全てのチャンネルについてレベル補正が完了した時点で（ステップＳ１２６：Ｙｅｓ）、処理は図７のメインルーチンへ戻る。
【００６１】
次に、ステップＳ３０の遅延特性補正処理が図１２に示すフローに従って行われる。まず、１つのチャンネル（例えばＦＬチャンネル）について、ＳＷ１１をオンにすると同時にＳＷ１２をオフとして、測定用信号ＤＮをスピーカ６から出力する（ステップＳ１３０）。次に、出力された測定用信号ＤＮをマイクで集音し、集音データＤＭが係数演算部３０内の遅延特性補正部１３に入力される（ステップＳ１３２）。遅延特性補正部１３内では、遅延量演算部１３ａがそのチャンネルの遅延量を演算により求め、一時的にメモリ１３ｃに記憶する（ステップＳ１３４）。この処理が他の全てのチャンネルについて実行される。全てのチャンネルについて処理が完了した時点で（ステップＳ１３６：Ｙｅｓ）、メモリ１３ｃには全てのチャンネルの遅延量が記憶されることになる。次に、係数演算部１３ｂはメモリ１３ｃの記憶内容に基づいて、全てのチャンネルのうち最大遅延量を有するチャンネルを基準とし、他の全てのチャンネルの信号が同時に受聴位置ＲＶに到達するように各チャンネルの遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８の係数を決定し、各遅延回路ＤＬＹに供給する（ステップＳ１３８）。これにより、遅延特性補正が完了する。
【００６２】
こうして、周波数特性、チャンネル間レベル及び遅延特性が補正され、自動音場補正が完了する。
［３］変形例
図１０に示した周波数特性補正処理においては、各チャンネル毎に遅延時間Ｔｄを事前に測定することにより、信号処理回路２が直接音期間を正確に把握できるように構成した。しかし、ある程度の誤差を許容できるシステムにおいては、チャンネル毎に遅延測定を行うことなく、予め決められた遅延時間を全て又は一部のチャンネルに適用することとしてもよい。例えば、家庭用のシステムなどにおいては、通常、スピーカ８とマイクロホン８との距離にそれほど大きな相違はないと考えられるので、標準的な大きさのリビングルームにおける標準的な遅延時間を予め実験的に決定しておき、それを利用することとしてもよい。また、システム上、そのように予め用意された遅延時間を使用して周波数特性補正を行うモードと、上記の実施例のように遅延測定を行った上で周波数特性補正を行うモードとを用意し、利用者が任意に選択できるように構成してもよい。
【００６３】
なお、上記実施形態においては本発明に係る信号処理を信号処理回路により実現する例を示したが、その代わりに、同一の信号処理をコンピュータ上で実行されるプログラムとして構成し、コンピュータ上で実行することにより実現することも可能である。この場合、該プログラムはＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの記録媒体の形態で、又はネットワークなどを利用した通信により供給される。コンピュータとしては、例えばパーソナルコンピュータなどを利用することができ、周辺機器として複数のチャンネルに対応するオーディオインターフェース、複数のスピーカ及びマイクなどを接続する。パーソナルコンピュータ上で上記プログラムを実行することにより、コンピュータ内部又は外部に設けた音源を利用して測定用信号を発生し、これをオーディオインターフェース及びスピーカを介して出力し、マイクで集音することにより、コンピュータを使用して図１に示すのと同様の自動音場補正装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の自動音場補正システムを備えるオーディオシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す信号処理回路の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図４】図２に示す係数演算部の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す周波数特性補正部、チャンネル間レベル補正部及び遅延特性補正部の構成を示すブロック図である。
【図６】ある音場環境におけるスピーカの配置例を示す図である。
【図７】自動音場補正処理のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図８】周波数特性補正を行うための構成を模式的に示す。
【図９】周波数特性補正の測定用信号音の音圧レベル変化を示すグラフである。
【図１０】周波数特性補正処理を示すフローチャートである。
【図１１】チャンネル間レベル補正処理を示すフローチャートである。
【図１２】遅延補正処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…音源
２…信号処理回路
３…測定用信号発生器
８…マイクロホン
９…増幅器
１０…Ａ／Ｄ変換器
１１…周波数特性補正部
１２…チャンネル間レベル補正部
１３…遅延特性補正部
６…スピーカ
ＧＥＱ…グラフィックイコライザ
ＥＱ１〜ＥＱ８…イコライザ
ＡＴＧ１〜ＡＴＧ８…チャンネル間アッテネータ
ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８…遅延回路
ＳＷ１１〜ＳＷ８２，ＳＷＮ…スイッチ素子
ＭＰＵ…システムコントローラ
Claims (6)
- 複数のオーディオ信号に対して、各々に対応する信号伝送路上で信号処理を施し、対応する複数のスピーカへ出力する自動音場補正装置において、
各信号伝送路のオーディオ信号の周波数特性を調整するイコライザと、
各信号伝送路に測定用信号を供給する測定用信号供給手段と、
直接音期間において前記スピーカから放射される測定用信号音を検出信号として出力する検出手段と、
前記検出信号に基づいて、前記イコライザが周波数特性の調整に使用するイコライザ利得値を決定し、前記イコライザへ供給する利得値決定手段と、を備え、
前記直接音期間は、前記検出手段に到達した前記測定用信号音が残響音成分を含まない期間であることを特徴とする自動音場補正装置。 - 前記直接音期間は、前記検出手段に到達した前記測定用信号音が直接音成分及び初期反射音成分を含む期間であることを特徴とする請求項１に記載の自動音場補正装置。
- 前記直接音期間は、前記測定用信号音が前記検出手段により最初に検出された時点から所定の時間範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動音場補正装置。
- 前記所定の時間範囲は、２０〜４０ｍｓｅｃであることを特徴とする請求項３に記載の自動音場補正装置。
- 各信号伝送路の信号遅延時間を測定する遅延測定手段を備え、前記検出手段は、前記測定用信号音が前記スピーカから放射された時点と、前記信号伝送路の信号遅延時間と、前記所定の時間範囲とに基づいて、前記直接音期間を決定することを特徴とする請求項３に記載の自動音場補正装置。
- コンピュータを、複数のオーディオ信号に対して各々に対応する信号伝送路上で信号処理を施し、対応する複数のスピーカへ出力する自動音場補正装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、前記自動音場補正装置は、
各信号伝送路のオーディオ信号の周波数特性を調整するイコライザと、
各信号伝送路に測定用信号を供給する測定用信号供給手段と、
直接音期間において前記スピーカから放射される測定用信号音を検出信号として出力する検出手段と、
前記検出信号に基づいて、前記イコライザが周波数特性の調整に使用するイコライザ利得値を決定し、前記イコライザへ供給する利得値決定手段と、を備え、
前記直接音期間は、前記集音手段に到達した前記測定用信号音が残響音成分を含まない期間であることを特徴とするコンピュータプログラム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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