JP2005215250A - 音場制御システム及び音場制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば、音場制御システムにおいて、処理時間を短縮すると共に処理負荷を軽減する。
【解決手段】 音場制御システム１００において、信号処理部３００は、音響信号を複数の周波数帯域に分割するＢＰＦ３１０と、分割された帯域毎に、音響信号に反射音パターンを付加することによって音響信号を補正するＡＰＦ３２０を備える。ＡＰＦ３２０は無限インパルス応答型フィルタであり、遅延量と利得とが係数として可変に構成されている。音場制御処理が実行されると、再生音場においてＢＰＦ３１０及びＡＰＦ３２０を通過した音響信号による残響特性が測定され、予め測定されている原音場の残響特性と比較される。比較の結果、最も原音場の残響特性に近い特性を与える係数が、その帯域に対応するＡＰＦ３２０に設定される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、再生音場における残響特性を原音場に近似させるための音場制御システム及び音場制御方法の技術分野に関する。

この様な音場制御は、目標とする原音場の残響特性を、受聴する再生音場で実現するために行われ、本出願人によって、有限インパルス応答型フィルタ、即ちＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを使用した方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

係る音場制御方法によれば、先ず、原音場と再生音場の残響特性が測定され、その差異が求められる。求められた残響特性の差異から、ＦＩＲフィルタによって、再生音場の残響特性が原音場の残響特性に近似するような反射音パターンが算出され、再生音に付加されて再生音場で再生される。従って、再生音場において原音場と近い臨場感を得ることが可能であるとされている。

特開２００３−２５５９５５号公報

しかしながら、係る従来の音場制御システムは、例えば、以下に例示する問題を有する。

即ち、係る方法において、反射音パターンを生成するＦＩＲフィルタは、そのフィルタ係数を同定する処理に膨大な時間が必要であると共に、特性を調整するためのパラメータはフィルタ係数の数だけあり、効率的且つ効果的な調整は容易ではない。

即ち、従来における音場制御方法では、小さい処理負荷で迅速に所望の残響特性を得ることが事実上不可能であるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば、上述した課題を解決するためになされたものであって、処理時間を短縮すると共に処理負荷を軽減することが可能な音場制御システム及び音場制御方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するため、請求項１に記載の音場制御システムは、予め複数の周波数帯域毎に測定された、基準とする第１音場の残響特性の測定結果に基づいて、受聴する第２音場における残響特性を制御する音場制御システムであって、音響信号を前記複数の周波数帯域に分割する周波数分割手段と、前記第２音場の残響特性を前記複数の周波数帯域毎に取得する残響特性取得手段と、前記取得された第２音場の残響特性と前記基準とする第１音場の残響特性との差異を、前記複数の周波数帯域毎に検出する検出手段と、前記検出された残響特性の差異に基づき、前記複数の周波数帯域毎に、前記複数の周波数帯域に分割された音響信号に付加すべき反射音情報を生成すると共に、該生成された反射音情報を前記音響信号に付加することによって前記音響信号を補正する無限インパルス応答型フィルタと、前記補正された音響信号を、前記複数の周波数帯域について合成する合成手段とを具備することを特徴としている。

上述した課題を解決するため、請求項１１に記載の音場制御方法は、予め複数の周波数帯域毎に測定された、基準とする第１音場の残響特性の測定結果に基づいて、受聴する第２音場における残響特性を制御する音場制御方法であって、音響信号を前記複数の周波数帯域に分割する周波数分割工程と、前記第２音場の残響特性を前記複数の周波数帯域毎に取得する残響特性取得工程と、前記取得された第２音場の残響特性と前記基準とする第１音場の残響特性との差異を、前記複数の周波数帯域毎に検出する検出工程と、前記検出された残響特性の差異に基づき、無限インパルス応答型フィルタによって前記複数の周波数帯域に分割された音響信号に付加すべき反射音情報を生成すると共に該生成された反射音情報を前記音響信号に付加することによって前記音響信号を補正する音響信号補正工程と、前記補正された音響信号を前記複数の周波数帯域について合成する合成工程とを具備することを特徴としている。

＜音場制御システムの実施形態＞
音場制御システムの実施形態は、予め複数の周波数帯域毎に測定された、基準とする第１音場の残響特性の測定結果に基づいて、受聴する第２音場における残響特性を制御する音場制御システムであって、音響信号を前記複数の周波数帯域に分割する周波数分割手段と、前記第２音場の残響特性を前記複数の周波数帯域毎に取得する残響特性取得手段と、前記取得された第２音場の残響特性と前記基準とする第１音場の残響特性との差異を、前記複数の周波数帯域毎に検出する検出手段と、前記検出された残響特性の差異に基づき、前記複数の周波数帯域毎に、前記複数の周波数帯域に分割された音響信号に付加すべき反射音情報を生成すると共に、該生成された反射音情報を前記音響信号に付加することによって前記音響信号を補正する無限インパルス応答型フィルタと、前記補正された音響信号を、前記複数の周波数帯域について合成する合成手段とを具備する。

ここで述べる、「無限インパルス応答型フィルタ」とは、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）形式を有するフィルタのことであり、離散時間系において、入力信号に対し理論的には無限に応答を続けるフィルタである。

係る音場制御システムによれば、無限インパルス応答型フィルタによって、音響信号に付加すべき反射音情報が速やかに生成される。従って、処理時間を短縮すると共に処理負荷を軽減することが可能である。

音場制御システムの実施形態の一態様では、前記無限インパルス応答型フィルタは、遅延量が可変な遅延手段及び利得が可変な利得手段を具備し、前記遅延量及び利得に基づいて前記反射音情報を生成する。

この態様によれば、遅延手段の遅延量及び利得手段の利得に基づいて反射音情報が生成されるから、処理時間を短縮すると共に処理負荷を軽減することが可能である。

また、前記遅延手段及び利得手段を有する音場制御システムの実施形態の他の態様では、前記遅延量及び該遅延量に対応する前記利得からなる係数組を予め複数組について保持する係数保持手段を更に具備する。

この態様によれば、無限インパルス応答型フィルタにおける可変な遅延量及び利得は、予め係数組として複数保持される。従って、反射音情報生成に要する処理時間を更に短縮可能であると共に、処理負荷を更に軽減し得る。

更に、前記係数組を予め保持する音場制御システムの実施形態の他の態様では、前記無限インパルス応答型フィルタは、前記残響特性の差異に基づき、前記係数保持手段によって保持される前記係数組の中からいずれか一つの係数組を選択すると共に、該選択された係数組に対応する前記遅延量及び前記利得に基づいて前記反射音情報を生成する。

この態様によれば、予め保持される係数組の中から適切な係数組が選択されると共に、該選択された係数組に基づいて反射音情報が生成されるから、適切な反射音情報の生成が可能となる。

音場制御システムの実施形態の他の態様では、前記無限インパルス応答型フィルタは全域通過型のフィルタである。

ここで述べる「全域通過型」とは、原音場の残響特性を規定する周波数帯域において、フィルタの周波数特性がフラットであるか、又はそれに近い特性を有するという概念である。

この態様によれば、無限インパルス応答型フィルタは全域通過型のフィルタであるから、分割された周波数帯域毎にフィルタの通過特性に差が生じにくい。従って、周波数歪みのない良好な残響特性を得ることが可能である。

音場制御システムの実施形態の他の態様では、前記周波数分割手段は、分割された周波数帯域の夫々が、隣接する帯域との間に共有帯域を有するように、前記音響信号を分割する。

この態様によれば、分割された周波数帯域の夫々が隣接する周波数帯域と共有部分を有する様に、周波数帯域が分割される。従って、聴覚的に自然な残響音の生成が可能となる。

音場制御システムの実施形態の他の態様では、前記残響特性取得手段は、基準信号を発生させる基準信号発生手段と、前記帯域分割手段及び前記無限インパルス応答型フィルタを通過した後に前記第２音場に音波として出力される前記基準信号を前記第２音場において集音する集音手段とを具備し、前記集音された基準信号に基づいて、前記第２音場における残響特性を取得する。

この態様によれば、帯域分割手段及び無限インパルス応答型フィルタに通過した後に第２音場に出力される基準信号を集音手段によって集音することが可能であるから、正確に第２音場における残響特性を取得することが可能である。

音場制御システムの実施形態の他の態様では、前記無限インパルス応答型フィルタは、複数の前記無限インパルス応答型フィルタが従続接続されてなる。

この態様によれば、無限インパルス応答型フィルタが、複数の無限インパルス応答型フィルタを従続接続することによって構成されるから、反射音情報を一層詳細に生成することが可能である。

音場制御システムの実施形態の他の態様では、前記遅延手段は、前記無限インパルス応答型フィルタである。

この態様によれば、無限インパルス応答型フィルタの一構成要素である遅延手段が、無限インパルス応答型フィルタで構成されるから、反射音情報を一層詳細に生成することが可能である。

また、前記遅延手段が前記無限インパルス応答型フィルタで構成される態様の一の態様において、前記無限インパルス応答型フィルタは、固定された遅延量を有する第２の遅延手段と、前記無限インパルス応答型フィルタとを具備する。

この態様によれば、固定された遅延量を有する第２の遅延手段によって、遅延量が可変な遅延手段を簡便に構成することが可能である。

＜音場制御方法の実施形態＞
音場制御方法の実施形態は、予め複数の周波数帯域毎に測定された、基準とする第１音場の残響特性の測定結果に基づいて、受聴する第２音場における残響特性を制御する音場制御方法であって、音響信号を前記複数の周波数帯域に分割する周波数分割工程と、前記第２音場の残響特性を前記複数の周波数帯域毎に取得する残響特性取得工程と、前記取得された第２音場の残響特性と前記基準とする第１音場の残響特性との差異を、前記複数の周波数帯域毎に検出する検出工程と、前記検出された残響特性の差異に基づき、無限インパルス応答型フィルタによって前記複数の周波数帯域に分割された音響信号に付加すべき反射音情報を生成すると共に該生成された反射音情報を前記音響信号に付加することによって前記音響信号を補正する音響信号補正工程と、前記補正された音響信号を前記複数の周波数帯域について合成する合成工程とを具備する。

係る音場制御方法によれば、無限インパルス応答型フィルタを使用することによって、音響信号に付加するための反射音情報が速やかに生成される。従って、処理時間を短縮すると共に処理負荷を軽減することが可能である。

音場制御方法の実施形態の一態様では、前記無限インパルス応答型フィルタは、遅延量が可変な遅延手段及び利得が可変な利得手段を具備し、前記音響信号補正工程は、前記検出された残響特性の差異に基づいて、前記遅延量及び利得を決定する工程を含んでなる。

この態様によれば、遅延量及び利得を決定することによって、反射音情報を生成することが可能であるから、処理時間を短縮すると共に、処理負荷を軽減することが可能である。

音場制御方法の実施形態の他の態様では、前記音響信号補正工程において、前記遅延量が決定された後に前記利得が決定される。

この態様によれば、遅延量が利得に先立って決定されるから、反射音情報の生成に要する時間を短縮することが可能である。

音場制御方法の実施形態の他の態様では、前記音響信号補正工程において、前記遅延量は、前記複数の周波数帯域の少なくとも一部において異なるように与えられる。

この態様によれば、分割された周波数帯域の全てで遅延手段の遅延量が等しくなることが回避されるから、聴覚的に自然な残響音の生成が可能である。

音場制御方法の実施形態の他の態様において、前記残響特性取得工程は、基準信号を前記第２音場において出力手段により音波として出力する工程と、前記出力された基準信号を集音手段により集音する工程とを具備し、前記残響特性は、前記集音された基準信号に基づいて取得される。

前記残響特性が前記集音された基準信号に基づいて取得される音場制御方法の実施形態の一の態様において、前記基準信号はインパルス信号であり、前記残響特性は、前記出力手段と前記集音手段との間のインパルス応答に基づいて取得される。

この態様では、簡便に残響特性を取得することが可能である。

前記残響特性が前記インパルス応答に基づいて取得される音場制御方法の実施形態の他の態様において、前記残響特性取得工程は、前記インパルス応答に基づくシミュレーションによって前記残響特性を取得する工程を含む。

この態様では、残響特性の一部を前記インパルス応答に基づくシミュレーションによって取得することが可能となるから、残響特性の取得に要する時間を大幅に短縮可能である。

前記残響特性が前記集音された基準信号に基づいて取得される音場制御方法の実施形態の他の態様において、前記基準信号は、ランダムノイズであり、前記残響特性は、複数回集音された前記ランダムノイズに基づいて取得される。

この態様では、ランダムノイズから残響特性を取得可能であるから、残響特性を簡便に取得可能である。

以上説明したように、音場制御システムの実施形態によれば、周波数分割手段、残響特性取得手段、検出手段、無限インパルス応答型フィルタ及び合成手段を具備するので、処理時間を短縮すると共に処理負荷を軽減することが可能である。音場制御方法の実施形態によれば、周波数分割工程、残響特性取得工程、検出工程、音響信号補正工程及び合成工程を具備するので、処理時間を短縮すると共に処理付加を軽減することが可能である。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施例から明らかにされる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

＜第１実施例＞
＜実施例の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施例に係る音場制御システムの構成について説明する。ここに、図１は、音場制御システム１００のブロック図である。

図１において、音場制御システム１００は、制御部２００、信号処理部３００及び合成部３３０を備えており、前段から供給される音響信号を制御部２００及び信号処理部３００で処理すると共に、後段の、本発明に係る「出力手段」の一例たるスピーカ１０へと供給するシステムである。

制御部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１０、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２０、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３０、テスト信号発生部２４０及びマイクロフォン２５０から構成されている。

ＣＰＵ２１０は、本発明に係る「無限インパルス応答型フィルタ」、「残響特性取得手段」及び「検出手段」の一例を構成しており、或いは本発明に係る「残響特性取得工程」、「検出工程」及び「音響信号補正工程」の一例を実行する様に構成されており、制御部２００及び信号処理部３００の各構成要素を制御して、後述する音場制御処理を実行する。

ＲＯＭ２２０には、予めＮ個の周波数帯域に分割されて測定された、目標とする原音場（即ち、本発明に係る「第１音場」）の残響特性Ｒ_０（Ｒ_０＝[Ｒ_００，Ｒ_０１，・・・，Ｒ_０Ｎ]）が記憶されている。また、ＲＯＭ２２０は、後述する係数テーブルを記憶しており、本発明に係る「保持手段」の一例として機能する。ＲＡＭ２３０は、音場制御処理において、後述するＡＰＦ３２０の係数が一時格納されると共に、ＣＰＵ２１０の作業領域として機能する。テスト信号発生部２４０は、本発明に係る「基準信号発生手段」の一例であり、又、マイクロフォン２５０は、本発明に係る「集音手段」の一例であって、夫々、音場制御処理において、再生音場（即ち、本発明に係る「第２音場」）の残響特性測定に使用される。

信号処理部３００は、ＢＰＦ３１０、ＡＰＦ３２０から構成されている。ＢＰＦ３１０はＢＰＦ（Band Pass Filter：帯域通過フィルタ）であり、本発明における周波数分割手段の一例として機能する。ＢＰＦ３１０は、夫々フィルタ係数が異なるＮ個のＢＰＦ３１０１，ＢＰＦ３１０２，・・・，ＢＰＦ３１０Ｎからなり、夫々通過させる周波数帯域が異なっている。尚、ＢＰＦ３１０によって分割されるＮ個の周波数帯域は、原音場における残響特性の周波数帯域と同等である。

尚、本実施例において、ＢＰＦ３１０のフィルタ係数は、ＢＰＦ３１０の夫々が通過させる帯域が、その両端部で、隣接する周波数帯域と一部重なり合うように決定されている。

ＡＰＦ３２０はＡＰＦ３２０１，ＡＰＦ３２０２，・・・，ＡＰＦ３２０ＮからなるＮ個のＩＩＲ形式を有するＡＰＦ(All Pass Filter：全域通過型フィルタ)であり、ＣＰＵ２１０と共に、本発明に係る「無限インパルス応答型フィルタ」の一例を構成する。ＡＰＦ３２０は、ＢＰＦ３１０の後段に夫々接続され、ＢＰＦ３１０によって分割された周波数帯域毎に、音響信号に付加すべき反射音パターン、（即ち、本発明に係る「反射音情報」）を生成すると共に、この反射音パターンを当該音響信号に付加することによって音響信号を補正する。

ここで、図２を参照して、ＡＰＦ３２０の詳細構成について説明する。ここに、図２は、ＡＰＦ３２０のブロック図である。

図２において、ＡＰＦ３２０は、入力端子３２１、遅延回路３２２、第１利得器３２３、第２利得器３２４及び出力端子３２５から構成されている。

入力端子３２１には、ＡＰＦ３２０の前段であるＢＰＦ３１０から各帯域に分割された音響信号が入力される。また、出力端子３２５からは、ＡＰＦ３２０の出力信号が出力される。

遅延回路３２２は、帯域毎に反射音を付加する時間周期を規定するオールパスパラメータである遅延量「Ｍ」を有する遅延回路であり、本発明に係る「遅延手段」の一例である。遅延回路３２２は、入力端子３２１に入力される入力信号を、Ｍサンプル分遅延させて出力端子３２５に出力する。第１利得器３２３は利得「Ｇ」を有する利得器であり、入力信号に対し利得「Ｇ」を与えると共に、入力信号を、遅延回路３２２を介さずに出力端子３２５に出力する。第２利得器３２４は、利得「−Ｇ」を有する利得器であり、出力端子に現れる出力信号に利得「−Ｇ」を与えると共に、再び遅延回路３２２にフィードバックする。尚、第１利得器３２３及び第２利得器３２４は、本発明に係る「利得手段」の夫々一例である。ＡＰＦ３２０において、遅延量「Ｍ」及び利得「Ｇ」は可変に構成されている。

ここで、ＡＰＦ３２０の動作について、図３を参照して説明する。ここに、図３は、ＡＰＦ３２０の出力信号の例示図である。

図３において、入力信号として「１」なる単位信号が与えられている。この場合、最初に出力端子３２５に現れる信号は、第１利得器３２３を通過した信号である。即ち、時刻Ｔ_０において信号「Ｇ」が出力される。次に、この信号「Ｇ」は、第２利得器３２４によって利得「−Ｇ」与えられた後、遅延回路３２２に入力される。従って、時刻Ｔ_Ｍ、即ち時刻Ｔ_０からＭサンプル分遅延した時刻において、出力端子３２５には信号「（１−Ｇ^２）」が現れる。以降、第２利得器３２４を通過するフィードバックが繰り返され、時刻Ｔ_２Ｍにおいて信号「−Ｇ（１−Ｇ^２）」、時刻Ｔ_３Ｍにおいて信号「Ｇ^２（１−Ｇ^２）」が出力端子に現れる。この様に、ＡＰＦ３２０に一旦入力された信号は、Ｍサンプル分の遅延と共に徐々に減衰しつつ、出力端子３２５に無限時間に渡って現れ続ける。

また、図３に示す様に、ＡＰＦ３２０は、遅延回路３２２、第１利得器３２３及び第２利得器３２４等、周波数通過特性がフラットな要素のみで構成されている。従って、ＡＰＦ３２０は、入力信号の周波数特性が保存される全域通過型フィルタである。

図１に戻る。合成部３３０は、本発明に係る「合成手段」の一例であり、ＢＰＦ３１０及びＡＰＦ３２０からなる信号処理部３００によって補正された音響信号を全ての周波数帯域について合成する回路である。合成部３３０によって合成された補正後の音響信号は、最終的に、原音場の残響特性に近似した残響特性を有する音響信号としてスピーカ１０から出力される。

＜実施例の動作＞
次に、音場制御システム１００の動作、即ち、本発明に係る音場制御方法の実施例について、図４及び図５を参照して説明する。ここに、図４は、ＣＰＵ２１０が実行する音場制御処理のフローチャートであり、図５は、図４におけるＡＰＦ３２０の係数算出処理のフローチャートである。ここで、「音場制御処理」とは、原音場の残響特性に近似した残響特性を、原音場の残響特性に基づき再生音場において実現する処理である。

図４において、始めにＣＰＵ２１０は、カウンタ「ｉ」を「０」にリセットする（ステップＳ５０１）。次に、ＣＰＵ２１０は、ＲＯＭ２２０から、カウンタ「ｉ」の値で特定される周波数帯域ｉに対応する原音場の残響特性Ｒ_０ｉを読み出し、ＲＡＭ２３０に格納する（ステップＳ５０２）。続いて、ＣＰＵ２１０は、周波数帯域ｉに対応するＡＰＦ３２０の係数算出処理を実行する（ステップＳ６００）。ＡＰＦ３２０の係数とは、即ち、遅延量「Ｍ」及び利得「Ｇ」であり、これらの値は、この係数算出処理によって決定される。

図５において、係数算出処理が始まると、ＣＰＵ２１０は、最初に、周波数帯域ｉに対応したＢＰＦ３１０、即ちＢＰＦ３１０ｉと、周波数帯域ｉに対応するＡＰＦ３２０、即ちＡＰＦ３２０ｉとを選択する（ステップＳ６０１）。次に、ＣＰＵ２１０は、周波数帯域ｉに対応する係数テーブルをＲＯＭ２２０から読み出す（ステップＳ６０２）。

ここで、係数テーブルについて、図６を参照して説明する。ここに図６は、係数テーブルの模式図である。係数テーブルは、変数「ｋ」をインデックスとして本発明に係る「係数組」の一例たる遅延量「Ｍ」及び利得「Ｇ」の組が定められてなるテーブルである。ここで、変数「ｋ」は、係数テーブルのサイズを規定する値であり、本実施例では「０」〜「Ｌ−１」（Ｌ：自然数）のＬ個の値をとる。従って、一つの係数テーブルに対し、予め遅延量「Ｍ」及び利得「Ｇ」の組がＬ個用意されることになる。この「Ｌ」の値は、再生音場のサイズに応じて、予め経験的、実験的又はシミュレーション等により決定されている。

再び、図５において、ＣＰＵ２１０は、変数「ｋ」に「０」をセットする（ステップＳ６０３）。続いて、ＣＰＵ２１０は、変数「ｋ」に対応する係数を係数テーブルから読み出し、ＲＡＭ２３０に格納する（ステップＳ６０４）。次に、ＣＰＵ２１０は、ＲＡＭ２３０に格納した係数をＡＰＦ３２０ｉに設定する（ステップＳ６０５）。以上の処理が完了すると、ＢＰＦ３１０ｉ及びＡＰＦ３２０ｉが夫々フィルタとして機能するようになる。

次に、ＣＰＵ２１０は、テスト信号発生部２４０を制御して、本発明に係る「基準信号」の一例たるテスト信号をＢＰＦ３１０ｉに供給する（ステップＳ６０６）。ここでは、このテスト信号はインパルス信号であるとする。ＢＰＦ３１０ｉを通過したテスト信号は、周波数帯域ｉの信号成分が抽出され、ＡＰＦ３２０ｉに供給される。ＡＰＦ３２０ｉでは、図３に例示した如き無限インパルス応答が行われ、反射音パターンが生成される。この反射音パターンが付加された周波数帯域ｉのテスト信号は、本発明に係る「補正された音響信号」の一例であり、スピーカ１０によって再生音場に放音される。

ＢＰＦ３１０ｉ及びＡＰＦ３２０ｉを通過し、スピーカ１０より放音されたテスト信号は、マイクロフォン２５０により集音される。ＣＰＵ２１０は、この集音された信号から得られるインパルス応答に基づいて再生音場における残響特性を算出する（ステップＳ６０７）。

尚、テスト信号発生部２４０が発生するテスト信号としては、インパルス信号の他に、M系列雑音及びタイムストレッチドパルス等が使用されてもよい。更には、集音された信号から残響特性を算出可能な信号が、係る「テスト信号」の範疇であって、この概念が担保される限りにおいて、係るテスト信号の形態はこれら例示した形態に限定されない。

また、残響特性の算出は、上述のインパルス応答に限定されない。例えば、テスト信号としてランダムノイズを使用し、このランダムノイズから残響特性を取得することも可能である。この場合には、スピーカ１０からのランダムノイズの出力が停止した時点から始まる減衰過程をマイクロフォン２５０により測定し、係る測定を複数回繰り返した上で測定結果を平均する等して残響特性が取得される。

再生音場の残響特性が算出されると、ＣＰＵ２１０は、ＲＡＭ２３０に読み出し済みの、周波数帯域ｉに対応する原音場の残響特性「Ｒ_０ｉ」と、算出された再生音場の残響特性とを比較し、その誤差「Ｅｋ」を算出する（ステップＳ６０８）。算出された誤差「Ｅｋ」は、ＲＡＭ２３０に一時的に格納される。尚、ＣＰＵ２１０は、原音場の残響特性Ｒ_０ｉと比
較するに適した形式で再生音場の残響特性を算出している。この比較が行える限りにおいて、ＲＯＭ２２０に格納される原音場の残響特性及びＲＡＭ２３０に格納される再生音場の残響特性は、如何なる形式を有していてもよい。

変数「ｋ」（現在は「０」）に対応する残響特性の誤差「Ｅｋ」をＲＡＭ２３０に格納すると、ＣＰＵ２１０は、変数「ｋ」を「１」だけインクリメントする（ステップＳ６０９）。続いて、ＣＰＵ２１０は、現在の変数「ｋ」が、「Ｌ−１」であるか否かを確認する（ステップＳ６１０）。即ち、ステップＳ６１０は、係数テーブルに用意された全ての係数について、誤差「Ｅｋ」が算出されたか否かを確認する処理である。

全ての係数について誤差「Ｅｋ」の算出が終了していない場合（ステップＳ６１０：ＮＯ）、ＣＰＵ２１０は、処理を再びステップＳ６０４に戻し、同様にステップＳ６０４からステップＳ６１０までの処理を繰り返す。

最終的に、係数テーブルに用意された全ての係数組について残響特性の誤差「Ｅｋ」の算出が終了すると（ステップＳ６１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１０は、ＲＡＭ２３０に一時的に格納されたＬ個の「Ｅｋ」の内、最も小さい値、即ち最も原音場と近い残響特性を与える値を選択し、その「Ｅｋ」を与える係数、即ち、遅延量「Ｍ」及び利得「Ｇ」を、周波数帯域ｉに対応するＡＰＦ３２０ｉの係数として、ＲＡＭ２３０に格納する（ステップＳ６１１）。周波数帯域ｉに対応するＡＰＦ３２０ｉの係数がＲＡＭ２３０に格納されると、係数算出処理は終了し、処理は再び音場制御処理に復帰する。

尚、本実施例において、変数「ｋ」に対応する係数が設定されたＡＰＦ３２０ｉに対し、毎回インパルス信号が発生され、マイクロフォン２５０によって集音されるが、係数テーブルのサイズが大きい場合には、この様に毎回測定を行うとＣＰＵ２１０の処理負担が大きくなる場合がある。この様な場合には、ＣＰＵ２１０が、周波数帯域ｉ毎に、即ち、ＡＰＦ３２０ｉの係数算出処理1回につき1回の割合で、スピーカ１０とマイクロフォン２５０との間のインパルス応答を測定し、ＲＡＭ２３０に格納してもよい。この様にして格納されたインパルス応答に基づいて、変数「ｋ」に対応して係数が変更された時の再生音場の残響特性を、ＣＰＵ２１０が、シミュレーション等により実測を伴わずに算出してもよい。

再び、図４において、周波数帯域ｉに対応するＡＰＦ３２０ｉの係数算出処理が終了すると、ＣＰＵ２１０は、カウンタ「ｉ」を「１」だけインクリメントする（ステップＳ５０３）。続いて、ＣＰＵ２１０は、カウンタ「ｉ」が「Ｎ」であるか否かを判別する（ステップＳ５０４）。即ち、ステップＳ５０４は、全ての周波数帯域について、ＡＰＦ３２０の係数が決定されたかを確認する処理である。係数が決定されていないＡＰＦ３２０がある場合（ステップＳ５０４：ＮＯ）、ＣＰＵ２１０は、処理を再びステップＳ５０２に戻し、全ての周波数帯域についてＡＰＦ３２０の係数が決定されるまでステップＳ５０２からステップＳ５０４を繰り返す。全ての周波数帯域について、ＡＰＦ３２０の係数が決定された場合（ステップＳ５０４：ＹＥＳ）、音場制御処理は終了する。

音場制御処理が終了すると、音場制御システム１００は、全Ｎ個の周波数帯域全てについて、原音場の残響特性に近似された残響特性を実現することが可能となる。この状態で、
信号処理部３００に供給される音響信号は、信号処理部３００によって原音場と同様の残響特性を有するような補正信号となり、合成部３３０によって合成された後、スピーカ１０に供給されて再生音場に放音される。

以上説明した様に、本実施例に係る音場制御システム１００によれば、再生音場において、原音場に近似された残響特性を遅延量「Ｍ」及び利得「Ｇ」の２つのフィルタ係数を決定するのみによって良好に取得することができる。従って、音場制御処理に要する時間を短縮すると共に、ＣＰＵ２１０の処理負荷を軽減することが可能である。また、ＡＰＦ３２０は、周波数依存性を有さないから、音場制御システム１００は周波数歪みのない良好な周波数特性を実現することが可能である。更に、音響信号を各周波数帯域に分割するＢＰＦ３１０は、夫々隣接する帯域の一部を含む様に周波数帯域を分割するから、各周波数帯域間で残響特性が不連続とならず、極めて自然な残響特性を得ることが可能である。

尚、上述した係数決定処理は、本発明に係る音場制御方法の一例を示すものであり、例えば、ＡＰＦ３２０の係数決定処理に際し、遅延量「Ｍ」が、利得「Ｇ」に先立って決定されてもよい。遅延量「M」は、離散時間系において入力信号をMサンプル分遅延させる意味をもつ。即ち、遅延量「M」は、付加すべき反射音情報の付加周期を規定するパラメータであり、再生音場における部屋の広さに関係するパラメータである。一方、利得「G」は、大きい程減衰時間が長くなるから、再生音場における壁面の吸音率を規定するパラメータと言うことができる。従って、遅延量「Ｍ」を先に決定するということは、再生音場の広さを決定することと等価であり、この様に再生音場を大略的に原音場に近似した上で、利得「Ｇ」によって調整を行うことにより、音場制御処理に要する時間を短縮することが可能となる。尚、この様に、遅延量「Ｍ」を先に決定する場合には、係数テーブルがそれに適した形態を有していれば好適である。

尚、例えば、再生音場における残響特性と原音場における残響特性を比較した結果、再生音場における残響特性の方が高い音圧レベルを有するサンプル点においては、ＣＰＵ２１０が、反射音パターンの生成を行わない様に信号処理部３００を制御することも可能である。逆特性の反射音による消音は、再生音場の限られた空間にしか効果がなく、聴覚的な違和感を生じさせる場合が多いが、この様な制御によれば、この様な事態の発生が防止される。

尚、遅延量「Ｍ」が、全ての周波数帯域で等しくなる場合には、ＣＰＵ２１０が、一部の遅延量「Ｍ」を変更する様に係数算出処理を実行してもよい。遅延量「Ｍ」が全ての周波数帯域で等しい場合、反射音パターンの付加周期が全ての周波数帯域で等しくなって、反射音パターンの周期性が強調される。この場合、受聴者に人工的な残響音と知覚され易い。従って、この様に、敢えて遅延量「Ｍ」が一様にならない様な制御を行うことによって、再生音場において自然な残響特性を実現することが可能である。

本発明の実施例に係る音場制御システムにおいて、ＡＰＦの構成は第１実施例のものに限定されない。例えば、以下第２実施例及び第３実施例の様な構成とすることも可能である。尚、以下に説明する本発明の第２実施例及び第３実施例において、音場制御システムの構成は、基本的に図１と同等であり、信号処理部３３０内のＡＰＦの構成が異なっている。

＜第２実施例＞
本発明の第２実施例に係るＡＰＦついて、図７を参照して説明する。ここに、図７は、ＡＰＦ７００のブロック図である。

図７において、ＡＰＦ７００は、係数「Ｍ_１」及び「Ｇ_１」を有するＡＰＦ７０１，係数「Ｍ_２」及び「Ｇ_２」を有するＡＰＦ７０２，・・・，係数「Ｍｘ」及び「Ｇｘ」を有するＡＰＦ７０Ｘからなり、前段のＡＰＦの出力が後段のＡＰＦの入力端子に接続されている。各ＡＰＦの構成は、図２に示す第１実施例のＡＰＦ３２０の構成と同等である。

係る構成を有するＡＰＦ７００の動作時には、図３に例示した如き反射音パターンが、ＡＰＦ７００内の各ＡＰＦによって追加され、反射音パターンの密度が、接続されるＡＰＦの段数に応じて高くなる。従って、詳細な音場制御が可能であり、再生音場において、一層自然な残響音特性を実現することが可能である。

＜第３実施例＞
本発明の第３実施例に係る音場制御システムにおいて、図８を参照して説明する。ここに、図８は、ＡＰＦ８００のブロック図である。尚、図８において、図２と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。

図８（ａ）において、ＡＰＦ８００は、遅延回路としてＡＰＦ８１０を有する。即ち、図２における遅延回路３２２がＡＰＦ８１０で置換されている。図８（ｂ）は、ＡＰＦ８１０の内部構成を説明するブロック図である。ＡＰＦ８１０は、本発明に係る「第２の遅延回路」の一例たるＭ個の１次遅延回路８２０と、ＡＰＦ８１１，ＡＰＦ８１２，・・・，ＡＰＦ８１Ｍとの組が従続接続されてなる。尚、「１次遅延回路」とは、遅延量が「１」の遅延回路である。

係る構成において、ＡＰＦ８００に入力される入力信号は、ＡＰＦ８１０によって遅延量が「Ｍ」に制御されるが、ＡＰＦ８１０を構成する各ＡＰＦによって、信号の位相に変化が与えられる。従って、例えば、全ての周波数帯域で遅延量が「Ｍ」となる場合にも、聴覚的な不自然さが軽減され、自然な残響特性を得ることが可能である。

本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う音場制御システム及び音場制御方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の第１実施例に係る音場制御システム１００のブロック図である。 音場制御システム１００におけるＡＰＦ３２０のブロック図である。 ＡＰＦ３２０の動作例を示す図である。 音場制御システム１００においてＣＰＵ２１０が実行する音場制御処理のフローチャートである。 図４における係数算出処理のフローチャートである。 係数算出処理に使用される係数テーブルの模式図である。 本発明の第２実施例に係るＡＰＦ７００のブロック図である。 本発明の第３実施例に係るＡＰＦ８００のブロック図である。

符号の説明

１０…スピーカ、１００…音場制御システム、２００…制御部、２１０…ＣＰＵ、２２０…ＲＯＭ、２３０…ＲＡＭ、２４０…テスト信号発生部、２５０…マイクロフォン、３００…信号処理部、３１０…ＢＰＦ、３２０…ＡＰＦ、３２１…入力端子、３２２…遅延回路、３２３…第１利得器、３２４…第２利得器、３２５…出力端子、３３０…合成部、７００…ＡＰＦ、８００…ＡＰＦ、８１０…ＡＰＦ。

Claims (18)

1. 予め複数の周波数帯域毎に測定された、基準とする第１音場の残響特性の測定結果に基づいて、受聴する第２音場における残響特性を制御する音場制御システムであって、
   音響信号を前記複数の周波数帯域に分割する周波数分割手段と、
   前記第２音場の残響特性を前記複数の周波数帯域毎に取得する残響特性取得手段と、
   前記取得された第２音場の残響特性と前記基準とする第１音場の残響特性との差異を、前記複数の周波数帯域毎に検出する検出手段と、
   前記検出された残響特性の差異に基づき、前記複数の周波数帯域毎に、前記複数の周波数帯域に分割された音響信号に付加すべき反射音情報を生成すると共に、該生成された反射音情報を前記音響信号に付加することによって前記音響信号を補正する無限インパルス応答型フィルタと、
   前記補正された音響信号を、前記複数の周波数帯域について合成する合成手段と
   を具備することを特徴とする音場制御システム。
2. 前記無限インパルス応答型フィルタは、遅延量が可変な遅延手段及び利得が可変な利得手段を具備し、
   前記遅延量及び利得に基づいて前記反射音情報を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の音場制御システム。
3. 前記遅延量及び該遅延量に対応する前記利得からなる係数組を予め複数組について保持する係数保持手段を更に具備する
   ことを特徴とする請求項２に記載の音場制御システム。
4. 前記無限インパルス応答型フィルタは、
   前記残響特性の差異に基づき、前記係数保持手段によって保持される前記係数組の中からいずれか一つの係数組を選択すると共に、該選択された係数組に対応する前記遅延量及び前記利得に基づいて前記反射音情報を生成する
   ことを特徴とする請求項３に記載の音場制御システム。
5. 前記無限インパルス応答型フィルタは全域通過型のフィルタである
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の音場制御システム。
6. 前記周波数分割手段は、分割された周波数帯域の夫々が、隣接する帯域との間に共有帯域を有するように、前記音響信号を分割する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の音場制御システム。
7. 前記残響特性取得手段は、基準信号を発生させる基準信号発生手段と、前記帯域分割手段及び前記無限インパルス応答型フィルタを通過した後に前記第２音場に音波として出力される前記基準信号を前記第２音場において集音する集音手段とを具備し、前記集音された基準信号に基づいて、前記第２音場における残響特性を取得する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の音場制御システム。
8. 前記無限インパルス応答型フィルタは、複数の前記無限インパルス応答型フィルタが従続接続されてなる
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の音場制御システム。
9. 前記遅延手段は、前記無限インパルス応答型フィルタである
   ことを特徴とする請求項２から７のいずれか一項に記載の音場制御システム。
10. 前記無限インパルス応答型フィルタは、
    固定された遅延量を有する第２の遅延手段と、前記無限インパルス応答型フィルタとを具備する
    ことを特徴とする請求項９に記載の音場制御システム。
11. 予め複数の周波数帯域毎に測定された、基準とする第１音場の残響特性の測定結果に基づいて、受聴する第２音場における残響特性を制御する音場制御方法であって、
    音響信号を前記複数の周波数帯域に分割する周波数分割工程と、
    前記第２音場の残響特性を前記複数の周波数帯域毎に取得する残響特性取得工程と、
    前記取得された第２音場の残響特性と前記基準とする第１音場の残響特性との差異を、前記複数の周波数帯域毎に検出する検出工程と、
    前記検出された残響特性の差異に基づき、無限インパルス応答型フィルタによって、前記複数の周波数帯域に分割された音響信号に付加すべき反射音情報を生成すると共に該生成された反射音情報を前記音響信号に付加することによって前記音響信号を補正する音響信号補正工程と、
    前記補正された音響信号を前記複数の周波数帯域について合成する合成工程と
    を具備することを特徴とする音場制御方法。
12. 前記無限インパルス応答型フィルタは、遅延量が可変な遅延手段及び利得が可変な利得手段を具備し、
    前記音響信号補正工程は、前記検出された残響特性の差異に基づいて、前記遅延量及び利得を決定する工程を含んでなる
    ことを特徴とする請求項１１に記載の音場制御方法。
13. 前記音響信号補正工程において、前記遅延量が決定された後に前記利得が決定される
    ことを特徴とする請求項１２に記載の音場制御方法。
14. 前記音響信号補正工程において、前記遅延量は、前記複数の周波数帯域の少なくとも一部において異なるように与えられる
    ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の音場制御方法。
15. 前記残響特性取得工程は、
    基準信号を前記第２音場において出力手段により音波として出力する工程と、
    前記出力された基準信号を集音手段により集音する工程と
    を具備し、
    前記残響特性は、前記集音された基準信号に基づいて取得される
    ことを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一項に記載の音場制御方法。
16. 前記基準信号はインパルス信号であり、
    前記残響特性は、前記出力手段と前記集音手段との間のインパルス応答に基づいて取得される
    ことを特徴とする請求項１５に記載の音場制御方法。
17. 前記残響特性取得工程は、
    前記インパルス応答に基づくシミュレーションによって前記残響特性を取得する工程を含む
    ことを特徴とする請求項１６に記載の音場制御方法。
18. 前記基準信号は、ランダムノイズであり、
    前記残響特性は、複数回集音された前記ランダムノイズに基づいて取得される
    ことを特徴とする請求項１５に記載の音場制御方法。
    
    

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