JP2005266681A - 残響付与装置、残響付与方法及び残響付与プログラム。 - Google Patents

Abstract

【課題】 自然な残響音を発生することができる残響付与装置等を提供する。
【解決手段】 コムフィルタ２３１と同数の変調回路２３２をコムフィルタ部２３０に設ける。変調回路２３２は、低周波信号を発生する低周波発振器（ＬＦＯ）等から構成され、遅延回路２３１ｃの遅延時間をＬＦＯの出力に応じて変調する役割を担っている。各変調回路２３２は、対応する各段のコムフィルタ２３１に異なる変調を掛け、これにより、コムフィルタ部２３０から特定周波数の強調度合いが緩和された減衰信号が出力される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、音響信号に対し音響空間の残響効果を付与するための技術に関する。

ホールや教会などの音響空間におけるインパルス応答波形を記録しておき、このインパルス応答波形のサンプリングデータを音響信号に畳み込むことにより、当該音響空間における初期反射音やその後の残響音の効果を付与する残響付与装置が広く知られている。

図８は、かかる残響付与装置の構成を例示した図である。
残響付与装置１００は、第１畳み込み演算部１１０、第２畳み込み演算部１２０、コムフィルタ部１３０、オールパスフィルタ部１４０を備えている。
第１畳み込み演算部１１０は、音響信号のサンプリングデータに対し、例えば初期反射音用のデータを畳み込む演算処理を行い、演算結果を加算器１１５に出力する一方、第２畳み込み演算部１２０は、音響信号のサンプリングデータに対し、例えば後部残響音用のデータを畳み込む演算処理を行い、演算結果を遅延回路１１３及びコムフィルタ部１３０に出力する。遅延回路１１３は、第１畳込み演算部１１０による演算処理結果の後に、第２畳み込み演算部１２０による演算処理結果を間断なく繋げる役割を担っており、所定期間だけデータを遅延させた後、加算器１１５に出力する。

コムフィルタ部１３０は、遅延回路やフィルタ（例えば、シェルビングフィルタ）等を有する帰還ループを備えたコムフィルタによって構成されている。コムフィルタは、周波数特性としてくしの歯のようなディップ（谷）があらわれるようなフィルタである。コムフィルタ部１３０は、第２畳み込み演算部１２０から出力される音響信号について、帰還ループ内を繰り返し循環させることにより、振幅が徐々に減衰してゆく減衰信号を生成し、これをオールパスフィルタ部１４０に供給する。

オールパスフィルタ部１４０は、遅延回路を有する帰還ループを備えたオールパスフィルタによって構成されている。オールパスフィルタは、入力信号を時間方向に散乱させるためのフィルタである。このオールパスフィルタ部１４０は、コムフィルタ部１３０から供給される減衰信号を時間方向に拡散させることにより、残響信号を生成する。
加算器１１５は、各畳み込み演算部１１０、１２０から供給される信号を加算し、加算結果を加算器１４５に供給する。一方、加算器１４５は、加算器１１５から供給される音響信号とオールパスフィルタ部１４０から出力される残響信号とを加算（合成）することにより、残響が付与された音響信号を生成し、スピーカ（図示略）等を介して外部に出力する。

以上説明した残響付与装置においては、コムフィルタやオールパスフィルタにおける帰還ループによって定期的な特定周波数の重なり（繰り返し）が生じるため、特定周波数の強調度合いが強くなる傾向にある。ところが、実際のホールなどでの残響は、時間が経過するにつれ、壁の吸収等によって様々な周波数帯域の周波数成分が失われるとともに、様々な反射を繰り返すことによってパルスの時間方向の散乱（拡散）が増してゆく。従って、上記の如く特定周波数が定期的な帰還ループの重なりによって強調されると、実際のホールなどの残響特性とずれてしまい、自然な音場再生が実現できない等の問題があった。

かかる事情に鑑み、オールパスフィルタにおける帰還ループを構成する遅延回路の遅延時間に変調処理を施すことにより、自然な音場再生を実現する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２５９０８７号公報（第６頁）

しかしながら、コムフィルタの後段に設けられているオールパスフィルタの遅延時間に変調処理を施したとしても、コムフィルタから出力される減衰信号において既に特定周波数が強調されている場合には、該特定周波数の重なり部分を拡散するのは難しいという問題があった。

本発明は、以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、実際のホール等での残響音であるかのような自然な残響音を発生することができる残響付与装置、残響付与方法及び残響付与プログラムを提供することを目的とする。

上述した問題を解決するため、本発明に係る残響付与装置は、処理対象となる音響信号に対し、所定のサンプリングデータを畳み込む畳み込み演算手段と、前記畳み込み演算手段から出力される音響信号について、遅延手段とフィルタ手段とを有する帰還ループ内を繰り返し循環させることにより減衰信号を生成する櫛形フィルタ手段と、前記遅延手段によって与えられる遅延時間に変調処理を施す遅延変調手段と、前記減衰信号を時間方向に散乱させることにより残響信号を生成する全帯域通過型フィルタ手段と、前記畳み込み演算手段から出力される音響信号と前記残響信号とを合成する合成手段とを具備することを特徴とする。

かかる構成によれば、遅延変調手段によって全体域通過型フィルタ手段（オールパスフィルタ）の前段に設けられている櫛形フィルタ手段（コムフィルタ）の遅延時間に変調が施されるため、全体域通過型フィルタ手段の遅延時間にのみ変調が施される場合と比較して、より確実に特定周波数の重なり部分を拡散することが可能となる。

ここで、上記構成にあっては、前記櫛形フィルタ手段を複数備え、前記遅延変調手段は、前記各遅延手段によって与えられる遅延時間の各々について異なる変調処理を施し、前記全体域通過型フィルタ手段は、各櫛形フィルタ手段によって生成される各減衰信号を時間方向に散乱させることにより残響信号を生成する態様が望ましい。

また、前記遅延変調手段は、変調波の位相をそれぞれ変えることにより、前記各遅延手段によって与えられる遅延時間の各々について異なる変調処理を施す態様がさらに望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、実際のホール等での残響音であるかのような自然な残響音を発生させることが可能となる。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。

Ａ．本実施形態
図１は、本実施形態に係る残響付与装置２００の構成を示すブロック図である。なお、図１に示す第１畳み込み演算部（畳み込み演算手段）２１０、第２畳み込み演算部（畳み込み演算手段）２２０及び遅延回路２２５の構成等は、前掲図８に示す第１畳み込み演算部１１０、第２畳み込み演算部１２０及び遅延回路１１３の構成等と同様であるため、詳細な説明は割愛する。

＜コムフィルタ部２３０＞
コムフィルタ部２３０は、並列接続されたｎ段のコムフィルタ（櫛形フィルタ手段）２３１と、このコムフィルタ２３１と同数のｎ段の変調回路（遅延変調手段）２３２とを備えている。なお、本実施形態では、ｎ＝５段程度のコムフィルタ２３１及び変調回路２３２を想定するが、これに限定する趣旨でないのはもちろんである。

コムフィルタ２３１は、増幅器２３１ａ、加算器２３１ｂ、遅延回路２３１ｃ、ローシェルビングフィルタ２３１ｄ、ハイシェルビングフィルタ２３１ｅを備え、このうち加算器２３１ｂ、遅延回路２３１ｃ、ローシェルビングフィルタ２３１ｄ、ハイシェルビングフィルタ２３１ｅによって帰還ループが形成されている。なお、コムフィルタ２３１の基本的な動作等については従来技術の項において説明したため省略する。

増幅器２３１ａは、コムフィルタ２３１の出力信号のレベルを調整する役割を担う一方、遅延回路２３１ｃは、コムフィルタ２３１の入力信号に対し、所定遅延を与える役割を担っている。なお、遅延回路２３１ｃによって与えられる遅延時間は、変調回路２３２によって所定周期で変調される（詳細は後述）。

帰還ループ内のローシェルビングフィルタ２３１ｄは、低周波数領域の残響時間をコントロールする役割を担う一方、帰還ループ内のハイシェルビングフィルタ２３１ｅは、高周波数領域の残響時間をコントロールする役割を担っている。なお、本実施形態では、ローシェルビングフィルタ２３１ｄ及びハイシェルビングフィルタ２３１ｅを具備する態様を例示したが、これらシェルビングフィルタの代わりにローパスフィルタ等を設けても良い。

変調回路（遅延変調手段）２３２は、低周波信号（サイン波等）を発生する低周波発振器（ＬＦＯ）等から構成され、ＬＦＯの出力に応じて遅延回路２３１ｃの遅延時間を変調（以下、「ディレイ変調」と略称する）する役割を担っている。各変調回路２３２は、対応する各段のコムフィルタ２３１に異なるディレイ変調を掛けている。ここで、異なるディレイ変調を掛ける方法としては、変調周波数（例えば、０．１Hz位〜１Hz位など）を変える方法、変調波の位相（例えば、０度、６０度、９０度など）を変える方法、変調波の振れ幅（０msec〜１０msecなど）を変える方法等があげられる。なお、本実施形態では、処理量の削減等に鑑み、変調周波数、変調波の振れ幅を固定し、変調波の位相だけを異なった値に設定する方法を採用するが、どのように設定するかは残響付与装置２００の設計等に応じて適宜変更可能である。また、本実施形態では、低周波信号を出力するＬＦＯを想定するが、例えば三角波を発生する発振器など、連続性ある波形を発生する全ての発振器に適用可能である。

このように、変調回路２３２によってディレイ変調が掛けられる結果、コムフィルタ部２３０から特定周波数の強調度合いが緩和された減衰信号が出力されることになる。
図２は、ディレイ変調が掛けられていない場合の１段のコムフィルタの減衰信号を例示した図であり、図３は、ディレイ変調が掛けられている場合の１段のコムフィルタの減衰信号を例示した図である。図２と図３とを比較して明らかなように、帰還ループ内を繰り返し循環して得られる減衰信号の周期は、ディレイ変調が掛けられることにより、ゆっくりと変化してゆく。このディレイ変調の大きさは、各段のコムフィルタ２３１毎にそれぞれ異なるため、前述したように、コムフィルタ部２３０からは特定周波数の強調度合いが緩和された減衰信号が出力されることになる。

＜オールパスフィルタ部２４０＞
図４は、オールパスフィルタ部２４０の構成を示す図である。
オールパスフィルタ部２４０は、直列接続された２段のオールパスフィルタ（全体域通過型フィルタ手段）２４１によって構成されている。
各オールパスフィルタ２４１は、それぞれ加算器２４１ａ、２４１ｂ、遅延回路２４１ｃ、増幅器２４１ｄ、２４１ｅを備え、このうち加算器２４１ｂ、遅延回路２４１ｃ、増幅器２４１ｄによって帰還ループが形成されている。なお、このオールパスフィルタ２４１の基本的な動作等については従来技術の項において説明したため省略する。

コムフィルタ部２３０から出力される減衰信号は、加算器２４１ｂ、増幅器２４１ｅに入力される。加算器２４１ｂから出力される信号は、遅延回路２４１ｃから所定の遅延時間経過後に加算器２４１ａに出力されるとともに、増幅器２４１ｄに出力される。加算器２４１ａは、増幅器２４１ｅから出力される所定の乗数が乗算された信号と遅延回路２４１ｃから出力される信号とを加算する。一方、加算器２４１ｂは、上記減衰信号と増幅器２４１ｄから出力される所定の乗数が乗算された信号とを加算する。

かかる構成を有するオールパスフィルタ２４１は、各コムフィルタ２３１から供給される減衰信号について帰還ループを循環させる毎に時間軸方向に散乱させ、これにより図５に示すような残響信号（図５の実線で示す部分参照）を生成する。なお、本実施形態では、残響感を高めるべく、オールパスフィルタ部２４０を２段のオールパスフィルタ２４１によって構成したが、３段以上のオールパスフィルタ２４１によって構成しても良く、また、これとは逆に１段のオールパスフィルタ２４１によって構成しても良い。

一方、図１に示す加算器２５０、２６０は、それぞれ供給される信号を合成（加算）したものを出力する。詳述すると、加算器２５０は、第１畳み込み演算部２１０から出力される音響信号と第２畳み込み演算部２２０から遅延回路２２５を介して出力される音響信号を合成する。一方、加算器（合成手段）２６０は、加算器２５０から出力される音響信号とコムフィルタ部２３０からオールパスフィルタ部２４０を介して出力される残響信号を合成し、これを残響が付与された楽音として外部に出力する。

以上説明したように、本実施形態に係る音響付与装置によれば、オールパスフィルタの前段に設けられた各コムフィルタ２３１に異なるディレイ変調を掛けているため、定期的な帰還ループの重なりによって特定周波数が強調されることを未然に防止することができ、より自然な残響音を発生することが可能となる。

また、従来構成（すなわち各コムフィルタにディレイ変調を掛けない構成）において上記問題を抑制するためには、各コムフィルタの遅延時間が「素数」の関係となるように設定するのが好ましかったが、本実施形態に係る構成によれば、各コムフィルタに異なるディレイ変調が掛けられているため、このような設定は不要となる。詳述すると、従来構成において各コムフィルタの遅延時間が「同一」の関係にある場合には、各コムフィルタから出力される減衰信号は同じ周期で重なってしまい、また、各段のコムフィルタの遅延時間の関係が「整数倍」の関係にある場合も、各コムフィルタから出力される減衰信号はその最小公倍数の周期で重なってしまう。よって、従来構成において遅延時間が重ならないようにするためには、各コムフィルタの遅延時間が「素数」の関係となるように設定するのが好ましかったが、本実施形態に係る構成によれば、各コムフィルタの遅延時間についてそれぞれ異なる変調が掛けられているため、各コムフィルタの遅延時間が「素数」の関係となるように設定することなく、各コムフィルタから出力される減衰信号が同じ周期で重なってしまうといった問題を未然に防止することが可能となる。

Ｂ．変形例
以上この発明の実施例について説明したが、上記実施例はあくまで例示であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な変形を加えることができる。変形例としては、例えば以下のようなものが考えられる。

＜変形例１＞
図６は、変形例１に係るオールパスフィルタ部２４０’の構成を示す図であり、前掲図４に対応する図である。なお、図６において前掲図４と対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
変調回路２４２は、例えばＬＦＯ等から構成され、後段のオールパスフィルタ２４１の遅延回路２４１ｃの遅延時間に変調を掛ける（すなわち、オールパスフィルタ２４１にディレイ変調を掛ける）役割を担っている。変調回路２４２は、ＬＦＯ等の出力に応じてオールパスフィルタ２４１にディレイ変調を掛け、これにより、オールパスフィルタ部２４０から出力される残響信号の周期は図７に示すようにゆっくりと変化してゆく。なお、後段のオールパスフィルタ２４１にディレイ変調を掛けるのではなく、前段のオールパスフィルタ２４１若しくは両オールパスフィルタ２４１にディレイ変調を掛けても良い。
以上説明したように、コムフィルタ２３１にディレイ変調を掛けるのみならず、オールパスフィルタ２４１にディレイ変調を掛けるようにしても良い。かかる構成によれば、コムフィルタ２３１にのみディレイ変調を掛ける場合と比較して、定期的な帰還ループの重なりによって特定周波数が強調されるといった問題をより確実に防止することが可能となる。

＜変形例２＞
なお、以上説明した本実施形態及び変形例に係る残響付与装置の諸機能は、ＣＰＵ（若しくはＤＳＰ）がメモリに格納されたプログラムを実行することによって実現されるため、かかるプログラムについてＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録して頒布したり、インターネット等の通信ネットワークを介して頒布しても良い。

本実施形態に係る残響付与装置の構成を示す図である。 同実施形態に係るディレイ変調が掛けられていない場合の減衰信号を例示した図である。 同実施形態に係るディレイ変調が掛けられている場合の減衰信号を例示した図である。 同実施形態に係るオールパスフィルタ部の構成を示す図である。 同実施形態に係る残響信号を例示した図である。 変形例１に係るオールパスフィルタ部の構成を例示した図である。 同変形例に係る残響信号を例示した図である。 従来の残響付与装置の構成を示す図である。

符号の説明

２００・・・残響付与装置、２１０・・・第１畳み込み演算部、２２０・・・第２畳み込み演算部、２３０・・・コムフィルタ部、２３１・・・コムフィルタ、２３１ａ・・・増幅器、２３１ｂ・・・加算器、２３１ｃ・・・遅延回路、２３１ｄ・・・ローシェルビングフィルタ、２３１ｅ・・・ハイシェルビングフィルタ、２３２・・・変調回路、２４０、２４０’・・・オールパスフィルタ部、２４１ａ、２４１ｂ・・・加算器、２４１ｃ・・・遅延回路、２４１ｄ、２４１ｅ・・・増幅器、２４２・・・変調回路、２５０、２６０・・・加算器。

Claims (5)

1. 処理対象となる音響信号に対し、所定のサンプリングデータを畳み込む畳み込み演算手段と、
   前記畳み込み演算手段から出力される音響信号について、遅延手段とフィルタ手段とを有する帰還ループ内を繰り返し循環させることにより減衰信号を生成する櫛形フィルタ手段と、
   前記遅延手段によって与えられる遅延時間に変調処理を施す遅延変調手段と、
   前記減衰信号を時間方向に散乱させることにより残響信号を生成する全帯域通過型フィルタ手段と、
   前記畳み込み演算手段から出力される音響信号と前記残響信号とを合成する合成手段と
   を具備することを特徴とする残響付与装置。
2. 前記櫛形フィルタ手段を複数備え、
   前記遅延変調手段は、前記各遅延手段によって与えられる遅延時間の各々について異なる変調処理を施し、
   前記全体域通過型フィルタ手段は、各櫛形フィルタ手段によって生成される各減衰信号を時間方向に散乱させることにより残響信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の残響付与装置。
3. 前記遅延変調手段は、変調波の位相をそれぞれ変えることにより、前記各遅延手段によって与えられる遅延時間の各々について異なる変調処理を施すことを特徴とする請求項２に記載の残響付与装置。
4. 処理対象となる音響信号に対し、所定のサンプリングデータを畳み込む畳み込み演算過程と、
   前記畳み込み演算過程後の音響信号について、遅延手段とフィルタ手段とを有する帰還ループ内を繰り返し循環させることにより減衰信号を生成する第１のフィルタリング過程と、
   前記遅延手段によって与えられる遅延時間に変調処理を施す遅延変調過程と、
   前記減衰信号を時間方向に散乱させることにより残響信号を生成する第２のフィルタリング過程と、
   前記畳み込み演算過程後の音響信号と前記残響信号とを合成する合成過程と
   を具備することを特徴とする残響付与方法。
5. コンピュータを、
   処理対象となる音響信号に対し、所定のサンプリングデータを畳み込む畳み込み演算手段と、
   前記畳み込み演算手段から出力される音響信号について、遅延手段とフィルタ手段とを有する帰還ループ内を繰り返し循環させることにより減衰信号を生成する櫛形フィルタ手段と、
   前記遅延手段によって与えられる遅延時間に変調処理を施す遅延変調手段と、
   前記減衰信号を時間方向に散乱させることにより残響信号を生成する全帯域通過型フィルタ手段と、
   前記畳み込み演算手段から出力される音響信号と前記残響信号とを合成する合成手段として機能させるための残響付与プログラム。

Images