JP2007225482A

JP2007225482A - 音場測定装置および音場測定方法

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Publication number: JP2007225482A
Application number: JP2006048205A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Date; 俊彦伊達; Kazuhide Sato; 和栄佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】リスニングルームなどの有響空間の音場測定においては、部屋の反射音成分を考慮しなければ音場の拡がり感や残響感、音像の定位感など音場の空間性に関する特性の評価はできない。ところが従来技術の音場測定装置では、音場の空間性に関する特性を考慮していなかったりその評価のために膨大なリソースを必要とするものであった。
【解決手段】本発明の音場測定装置は、測定音場に再生された測定信号を複数の指向軸を有する指向性マイクで収音し、その応答をマイクの指向特性に従った方向毎に分析することによって、受聴位置へ到来する音波のエネルギー分布を容易に測定することが可能で、さらにその測定結果に基づいて音場の空間性に関する拡がり感や残響感、音像の定位感などを評価することが可能となるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、音場空間に置かれたスピーカと受聴位置間の音場特性を測定するための音場測定装置に関するものである。

従来のスピーカ再生によるファンタム音像定位装置として、特許文献１がある。

これは、各スピーカへの入力レベルを決定するパンポットを調整することによって、受聴者の周囲にファンタム音像を定位させるものである。

また一般に水平面内における音像の定位方向は、受聴者の両耳に与えられる時間差、レベル差によって決定されるので、反射音が存在しない無響室であれば比較的容易に音像の定位方向を制御できる。ところが、リスニングルーム等通常の音場空間では反射音成分が存在するために、単純に両耳の時間差、レベル差から音像の定位方向を求めることは困難になる。従って、有響室においてはこれらの反射音成分を含めて評価しなければならない。

そこで音場空間における反射音成分の測定方法として、非特許文献１がある。

図４は、非特許文献１で示される反射音成分の測定方法を示すものである。

非特許文献１では、測定の原点位置Ｏと近接して３軸方向に直交しておかれたＸ、Ｙ、Ｚ位置の計４つのマイク出力を用いる。凡その測定方法としては、まず４つの時間波形上においてある反射音に着目し、ＯとＸ、Ｙ、Ｚ間の時間波形の相互相関値を計算することによって、４つの時間波形上でその反射音の時間軸での位置を特定する。次に、それぞれの時間波形において直接波とその反射音との到達時間差から４つのマイク位置からその反射音の音源位置までの距離が算出できるので、４つのマイク位置からそれぞれの距離を半径とする４つの球面上の交点より３次元空間内における反射音の仮想的な音源位置を求め、さらに鏡像法によって測定空間内における音源位置を算出するものである。

また、有響室である車室の音場特性を測定し、その測定結果に基づいて音場特性を補正するものとして、特許文献２がある。

図５は、特許文献２で示される音場補正装置の構成を示すものである。

特許文献２では、図５に示すインパルス発生器１３やピンクノイズ発生器１５により作成した測定信号を第１セレクタ１４及び第２セレクタ１８を切り替えてアンプ１９に接続し、複数のスピーカ２０によって測定空間に再生された応答をマイク２１で収音する。そしてその応答をインパルス及びピンクノイズ検出回路２２によって分析することによって、マルチチャンネル再生を行う複数の各スピーカの音量レベルと周波数特性と到達時間（距離）をパラメトリックイコライザ部１６と遅延部１７によって補正するものである。この技術が理想的に機能した場合は、周波数特性が同じ複数のスピーカを等距離に配置し、同じ音量で再生された場合と等価になるような音場補正が行われることになる。
特開昭５６−１３２１００号公報実開平６−１３２９２号公報ＪＡＳＪｏｕｒｎａｌ８７．１０Ｐ２８−３８（図４）

特許文献１の音像定位装置は、前述の通り各スピーカへの入力レベルを決定するパンポットを調整することによって、受聴者の周囲にファンタム音像を定位させることができるが、受聴者にファンタム音像の定位方向を提示したり、所望の方向に定位させるためのパンポットの設定値を算出する構成は存在しない。そこで、予め方向別に決められたパンポットの設定値を保持することも考えられるが、これも前述の通りスピーカが置かれる音場空間の特性によって決まる反射音の影響があるためにパンポットの設定値は方向別に一義的に決められず、またあらゆる音場特性毎に対応した設定値を全て保持することも現実的でない。そのため実際に定位方向を設定するためには何らかの音を再生しながら受聴位置において手動でパンポットを調整しなければならないという問題点がある。

次に音場空間における反射波を測定できる非特許文献１に示された技術は、４つのマイク出力の時間波形の相互相関を計算することによって、ある特定の反射波の応答のそれぞれの時間波形上の位置を特定し、それを基にして反射波毎にそれぞれの仮想的な音源位置と音量レベル及びその到来時刻を算出するものである。この技術によれば、音場空間における反射音特性を極めて詳細に測定、分析することが可能であるが、一方では算出には膨大な計算量が必要であるため、計算時間や計算のためのリソースが限られる場合には適切な手法ではないとう問題点がある。

また特許文献２の音場補正装置は、前述の通り反射音成分を含む音場空間の特性を比較的少ないリソースで測定、分析を行い、その結果を用いて音場特性の補正を行うものであるが、音像の定位方向を測定、分析し補正する構成は含まれていない。従って車室のレイアウトの制約で所定の方向にスピーカを設置できない場合でも音像の定位方向はスピーカの置かれた方向に限られてしまうという問題点がある。

そこで本発明は、反射波を含む音波の到来方向を容易に測定することができる音場測定装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明の音場測定装置は、測定信号を再生する再生部と、前記測定信号の音波を到来方向別に収音する指向性収音部と、前記到来方向別に収音された音波のエネルギー分布を算出するエネルギー分布算出部と、前記エネルギー分布をベクトル量として複数のベクトルを合成する合成ベクトル算出部と、を含む。

本発明の音場測定信号及び音場測定装置によれば、受聴位置へ到来する音波のエネルギー分布を容易に測定することが可能となる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の音場測定装置の構成を示す略図である。図１において、１は汎用ＰＣ、２はＣＰＵ、３は内部メモリ、４はハードディスクドライブ、５はサウンドカード、６はマウス、７はキーボード、８はディスプレイ、９はインパルス応答を測定する音場空間、１０は測定信号を増幅するアンプ、１１は測定信号を再生するスピーカ、１２は音場空間９の応答を測定する指向性マイクである。

また図６は、本発明の実施の形態１において、汎用ＰＣ１上で動作する音波の到来方向のエネルギー分布及び、そのエネルギー分布の合成ベクトルを算出する測定プログラムの動作フロー図である。

さらに図７は、図６の動作フローによって算出される到来方向別のインパルス応答及び到来方向のエネルギー分布とその合成ベクトルを示す。

以下、図１と図６及び図７を参照しながら本発明の音場測定装置の動作について説明する。

本実施の形態の音場測定装置では、汎用ＰＣ１を構成要素の１つとして用い、その汎用ＰＣ１上で動作する測定プログラムによって、図７の右側に示す音波の到来方向のエネルギー分布などが算出される。なお汎用ＰＣ１は、一般的な仕様、性能を持つものであれば本発明の音場測定装置を構成するのに十分である。

汎用ＰＣ１内のハードディスク４には、前述の測定プログラムが保存されており、測定を開始する際にはＣＰＵ２の制御の元に測定プログラムが内部メモリ３に読み込まれて実行される（Ｓｔｅｐ０）。なお、測定プログラムの呼び出しと実行や、以下で説明する測定プログラムにおける動作の実行や選択には、汎用ＰＣ１の一般的な入出力装置であるマウス６、キーボード７、ディスプレイ８が利用できるものとする。

測定プログラムが実行されると、まず最初にハードディスク４に保存されている測定信号のデータが読み出され、サウンドカード５よりオーディオ信号としてアンプ１０に供給される。ここで測定信号は予めハードディスク４に保存されているものとして説明するが、前記ＰＣ１の接続されたネットワーク経由でダウンロードされる等必ずもＰＣ１に予め記憶されている必要はない。又、測定信号の特性は帯域ノイズやチャープ信号など音場空間のインパルス応答を測定するための一般的なものとし、その周波数特性や時間特性において特定の特性を必要とするものではない。

アンプ１０で増幅された測定信号はスピーカ１１によってインパルス応答を測定する音場空間に再生される（Ｓｔｅｐ１）。再生された測定信号の応答信号は指向性マイク１２によって収録され、再びサウンドカード５より汎用ＰＣ１内の内部メモリ３に取り込まれる（Ｓｔｅｐ２）。指向性マイク１２は、到来する音波を方向別に分けて収録し、方向別の時間応答を出力できるものとするが、物理的に単数又は複数の収音手段であってもよく、その詳しい構成及び動作については、後述するものとする。

取り込まれた方向別の応答信号は、測定プログラムによって、音場空間９に再生された測定信号の逆特性をもつフィルタによって畳み込み処理されて到来方向別にインパルス応答が求められる。図７の左側に算出された受聴者の前後左右の到来方向別のインパルス応答を示す。

次に、方向別に求められた各インパルス応答について、各々のエネルギー成分を累積加算することによって、方向別の到来エネルギー量を求めることができる（Ｓｔｅｐ３）。さらにこの到来方向別のエネルギー量をそれぞれベクトル量と考え、これら複数のベクトルを合成することによって、到来方向分布の重心に相当する合成ベクトルを求めることができる（Ｓｔｅｐ４）。

合成ベクトル

は、複数の到来方向θｋからの到来エネルギー量をＥθｋとすれば、

のように表され、そのベクトル方向Θは、

となり、以上のようにして求めた到来方向別の音響エネルギーと合成ベクトルは、受聴位置における音場特性を表現するものとしてディスプレイ８に表示される（Ｓｔｅｐ５）。

測定プログラムは、ディスプレイ８に表示される動作をもって終了する。図７の右側にディスプレイ８に実際に表示される到来方向別のエネルギー分布と合成ベクトルの算出結果を示す。この図は、図の右左方向が受聴者の前後方向、図の上下方向が受聴者の左右方向として表示しているもので、受聴者の正面から左３０度方向に存在するスピーカから放射された音波の到来方向のエネルギー分布図である。

図７の右側のエネルギー分布図において、凡そ３０度間隔で放射状に広がっているものが方向別の到来エネルギー量を示していて、実際にスピーカが存在する方向のエネルギー量が最も多いが、それ以外の方向においてもエネルギー成分が存在していることが表示されており、これらがそれぞれの方向から到来する反射音のエネルギー成分であることは容易に理解できる。

また図７には、放射状に表示されている全ての方向に対するベクトル量を（数１）に従って合成し、そのベクトル方向として（数２）で計算されたものが太線の矢印で表示されている。図７において合成ベクトルの角度は３６度であって実際のスピーカ位置とは６度離れているが、これは測定音場の反射音成分の分布状況を反映しているものと考えられる。

この反射音成分の分布状況は、測定音場を形成する壁面の音響条件、大きさ、形状によって変化するものであるので、測定音場の音場特性を評価するにおいて重要な要因といえる。

次に、この反射音成分の分布状況によって評価できる測定音場の音場特性について具体例を挙げて説明する。

図８は、ある音場空間の壁面の音響条件を変化させた場合の到来音波のエネルギー分布状況を比較したものである。図８において、左側の図は壁面を吸音性のものとした場合であり、右側の図は同じ音場空間において壁面の反射特性のみを反射性のものとした場合である。図８より明らかなように、壁面を反射性にした方が反射音成分のエネルギー量が増大し、かつその分布は前述の到来エネルギーの分布ベクトルの合成方向に示される通り、受聴者の前方方向に少し偏っていることがわかる。これは２つの音場条件で比較した場合に、音源と音源に対する壁面の位置関係で受聴位置からみて前方の壁面からの反射音のエネルギーが多く、その結果音像が少し前方に拡がって感じられることに対応している。

従って図８の例では、測定音場の壁面の音響条件によって音像の拡がり感が変化することを評価できることが理解できる。このように、測定信号の再生方向と反射音の合成方向とを表示することにより、その角度の差から反射音成分の分布状況を確認することが容易になる。

また別の具体例として、図９に音波が到来する時間を限定して評価した例を示す。

図９は、ある音場空間において受聴者の正面から左３０度方向に存在するスピーカから到来する音波の分布及び分布の合成ベクトルを示したものであり、左側の図は、音波が到来する時間を限定せずに取り込み時間全体である２７３０ｍｓｅｃの区間に到来した音波全てのエネルギー分布を示したもので、中央と右側の図は、同じ音場の同じ測定データにおいて音波が到来する時間を限定して評価した結果で、測定信号が発せられてから３０ｍｓｅｃの時間位置を境界として、中央の図は３０ｍｓｅｃ以前の区間を、右側の図は３０ｍｓｅｃ以降の区間に限定して評価した結果である。

図９の左側の図においては、音波は様々な方向から到来していることが示されていて、左３０度方向に存在するスピーカ位置との関連は読み取れない。これは、到来する音波を直接波及びそれに続く全ての反射音を一括して評価しているためである。

一般に音像の定位に寄与する音波は、受聴位置に最初に到来する直接波とその直接波に近い時間に到来する初期反射波であることが知られているので、本発明の音場測定装置においても評価する時間領域を限定することによって、音像の定位感に関して評価することができる。

つまり、図９の中央の図に示すように直接波と初期反射波のみの音波の到来方向のエネルギー分布とその合成ベクトルを算出することによって、音像の定位と強く関連するエネルギー成分の分布状況が示され、さらにその合成ベクトルが示す方向は、ほぼ音像が定位する方向を示すものとなる。

また一方、直接波から離れた時間に到来する後期反射波は、音場の残響感に関連するものであるので、図９の右側の図において到来方向がほぼ均一に分布していることから、一様に包まれた残響感のある音場であることが読み取れる。

なお、上記の評価領域を決定する時間境界の値は、予め音場測定装置に記憶された固定値であってもよいし、本発明の音場測定装置を構成する汎用ＰＣ１の一般的な入出力装置であるマウス６、キーボード７、ディスプレイ８を利用して適切な値を手動で入力するものであってもよいし、前述のＳｔｅｐ３で方向別の到来エネルギー量を求める際に、最もエネルギー量の大きい方向のインパルス応答において、全エネルギー量に対する時刻０からの累積エネルギー量の比率が規定値を超える時刻を算出することによって自動的に決定されるものであってもいづれでもよいものとする。

以上のことから、到来音波の到達時間を分けて評価することによって、測定音場における音像の定位感や残響感を評価することができることになる。

次に、本発明の指向性マイク１２の詳細な構成及び動作について説明する。本発明において指向性マイクとは、必ずしも1つの収音手段で感度に指向性を有するものに限らず、複数の無指向性マイクの出力によって結果として指向性を形成できるものであれば良い。

図２は、この場合の本発明の指向性マイク１２の詳細な構成を示すものである。図２において、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は、正三角形の各頂点位置におかれた無指向性のマイクユニット、Ｍ１２、Ｍ２３、Ｍ３１は前記Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の２点間の中点位置であって、ここに仮想的に無指向性マイクユニットが置かれていると想定する。Ｄ０、Ｄ３０、Ｄ６０、、、、、Ｄ３３０は、Ｍ２からＭ３に向かう方向を０度として、反時計回りに３０度間隔で示される１２の方向を示す。

一般に、２つの無指向性マイクユニットの出力に時間差を与えて減算することによって１次の音圧傾度型として収音特性に指向性を持たせることが可能であることが知られている。

図３は、本実施の形態において２つの無指向性マイクユニットの出力から指向特性を持たせた出力を算出する構成について示している。

図３において、２つの無指向性マイクユニットＭ２とＭ３に関して、２つのマイクユニットの間隔をｄ、音速をｃ、Ｍ２での音圧をＰ_２、Ｍ３での音圧をＰ_３、ｋを波定数（２π／λ）とする。そして図３の構成において、Ｍ２の出力に時間差τを与えてＭ３の出力から減算することは、１次音圧傾度型の指向性マイクと等価なものと考えられるので、Ｐ_２とＰ_３の音圧勾配（音圧差）Ｐは、図３のＤ０方向に対してθの角度で入射する音波に対して、

で与えられ、ｄが波長に対して充分に短いとすれば（数３）は、

となる。ここで、

の時、つまりＭ２の出力に２つのマイクユニット間の距離ｄを音波が伝播するに相当する遅延を与えた場合は、図３におけるＤ１８０方向から到来する音波の出力がキャンセルされて零になる所謂カーディオイド型の単一指向性マイクの特性が２つの無指向性マイクＭ２とＭ３の出力により実現される。

また上記の指向特性は、τの値が（数５）の条件より小さい値の時、ハイパーカーディオイドと呼ばれるより狭指向な特性となるので、τに与える時間差は（数５）の条件に限るものではない。

ここで図３の構成に示すように、２つのマイクを使用して１２方向の指向特性を持つマイクを構成しようとする場合を考える。例えば０度と１８０度は同じ２つのマイクで時間差を与えて減算するマイクを入れ替えて実現するとなると1つの方向軸に対し１組２つのマイクユニットが必要となるため、６組１２個のマイクユニットが必要となる。

ここで、本実施の形態の指向性マイクは、図２に示すようなマイクユニットの配置によって、３つのユニットで１２方向の指向特性を持つマイクを構成している。従って極めて簡単な構成で多方向に指向特性を有する構成を備えた指向性マイクであると言える。

具体的な構成としては、図２に示すＭ２とＭ３のマイクの出力によって、Ｄ０とＤ１８０方向を指向軸とする指向性マイクが構成でき、同様にＭ３とＭ１及びＭ１とＭ２の組み合わせで、Ｄ１２０とＤ３００及びＤ６０とＤ２４０の指向軸が実現できる。

さらに、Ｍ２とＭ３の加算平均出力をＭ２とＭ３の中点位置に置かれた仮想的なマイクＭ２３の出力と見なすことによって、Ｍ１とＭ２３のマイク出力によってＤ９０とＤ２７０方向の指向軸が実現でき、同様にＭ２とＭ３１及びＭ３とＭ１２の組み合わせでＤ３０とＤ２１０及びＤ１５０とＤ３３０の指向軸がそれぞれ実現できるので、結果的に３つの無指向性マイクユニットで１２方向の指向特性を持つマイクが実現できることになる。

以上の様にして３個のマイクにユニットによって、多数の方向別（図２の例では１２方向別）の時間応答が指向性マイク１２から出力される。

尚、Ｍ２とＭ３の加算平均出力を中点位置に置かれた仮想的なマイクＭ２３の出力とみなすこととしたが、必ずしも加算平均出力とする必要はなく、Ｍ２とＭ３との出力を内分することにより、Ｍ２とＭ３の内分点位置に置かれた仮想的なマイクＭ２３の出力とみなすこともできる。この場合、仮想的なマイクＭ２３と実在するマイクＭ１との出力によって、Ｍ２３の位置とＭ１の位置とを結ぶ方向へ新たな指向性軸を形成することができる。

この構成の場合、内分の比率を変更することで、Ｄ０−Ｄ１８０方向軸、Ｄ６０−Ｄ２４０方向軸、又は、Ｄ１２０−Ｄ３００方向軸のいずれの方向とも異なる方向への指向性軸を形成することができる。又、この構成を３組同じように利用することにより、多方向へ指向性軸を形成することができる。

この構成によって取り込まれた各々の方向に対する時間応答のデータは、サウンドカード５より汎用ＰＣ１内の内部メモリ３に取り込まれ、のインパルス応答が算出される図６のＳｔｅｐ３以降の動作は上述の通りである。

尚、上記実施の形態の説明では、測定プログラムが予めハードディスクドライブ４に記憶されているとしたが、これらはＰＣ１が接続されたネットワーク経由で取得しても、記録メディアに記録されていても良い。

尚、また、前記測定プログラムは単一のＰＣ１上で動作するものとしたが、測定プログラムのステップの一部を他のＰＣ上で動作させ、複数ＰＣ間で情報を交換することにより前記測定プログラムを動作させることができることは言うまでもない。

尚、また、前記測定プログラムにおける各ステップの一部又は全部は、集積回路であるＬＳＩとして実現されてもよい。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部又は全部を含むように１チップ化されても良い。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。

このように、本発明では、音場空間に置かれたスピーカと受聴位置間の音場特性を測定するための音場測定において、音場の拡がり感、音像の定位感など音場の空間性における特性を評価できる。

（実施の形態２）
次に、本発明の音場測定装置の実施の形態２の動作について説明する。実施の形態２は、実施の形態１の構成によって測定位置における到来音波のエネルギー分布及びその合成ベクトル方向が求まることを利用し、２つのスピーカからの放射エネルギーにより形成されるファンタム音像の定位方向を設定できる構成を有している点において、実施の形態１と異なるものである。

図１０は、本実施の形態におけるスピーカ配置図である。図１０は、受聴位置を中心として上方から見た図になっており、受聴者に対して前方にあるＬ及びＲスピーカは、受聴者に対して左右対称の位置に置かれているが、後方にあるＬｓ及びＲｓスピーカは、スピーカが置かれる部屋のレイアウトの都合などの理由によって受聴者に対して左右対称の位置に置くことができず、左右非対称の位置に置かれている状況を表している。

図１０のスピーカ配置の場合、受聴者に対して前方にあるＬ及びＲスピーカによって受聴者の正面方向にファンタム音像を生じさせるためには、単純にＬ及びＲスピーカに等しいエネルギーバランスを与えるだけでよいことは明らかであるが、受聴者に対して後方におかれたＬｓ及びＲｓスピーカによって、受聴者の真後ろ方向にファンタム音像を生じさせるためには、Ｌｓ及びＲｓスピーカが受聴者に対して左右非対称の位置に置かれているので、２つのスピーカに適切な比率のエネルギーバランスを与えてやる必要がある。

図１１の左側の上下の２つの図は、図１０のＬｓ及びＲｓのスピーカ配置において、２つのスピーカをそれぞれ単独に再生した場合に、受聴位置に到達する音波の到来方向別のエネルギー分布とその合成ベクトル方向を示したものであって、Ｌｓ及びＲｓスピーカ単独での到来方向θｋでのエネルギー量をＥＬｓ_θｋ及びＥＲｓ_θｋ、また各々の合成ベクトル方向をそれぞれΘＬｓ及びΘＲｓとすれば、（数１）と（数２）より

となり、図１１において太線の矢印で示されるこれらの合成ベクトル方向は、部屋の形状や壁の音響条件によって決定されるものであることは、先の実施の形態１で述べた通りである。

次に、２つのスピーカに与える入力エネルギーレベルを調整して、この２つのエネルギー分布をさらに合成する。Ｌｓに対してＲｓに与えるエネルギー比をαとすれば、２つのスピーカから受聴位置に到来する音波の合成ベクトル方向ΘＲｃは、

と表されるので、２つのスピーカに与えるエネルギー比αを調整することによって、２つのスピーカからの合成ベクトル方向は、２つのスピーカ間の任意の方向に設定することができることになる。

さらにこのことは、ファンタム音像が２つのスピーカ出力のエネルギーバランスによって形成されることを考慮すれば、本実施の形態の構成によってファンタム音像を２つのスピーカ間の任意の方向に定位させるための２つのスピーカへの入力エネルギー比の設定値を算出できることになる。

図１１右側の上図は、ＬｓとＲｓに与えるエネルギー比αを１とした場合であり、下図はＬｓに対してＲｓを２．１ｄＢ高いエネルギー比を与えて合成した場合の到来音波のエネルギー分布とその合成ベクトル方向を示すものである。

特に下図は、図１０に示すスピーカ配置で受聴者に対して非対称位置におかれたＬｓとＲｓのスピーカ出力で受聴者の真後ろ方向にＲｃチャンネルの音を定位させたい場合に、Ｌｓ及びＲｓスピーカ単独での到来方向θｋでのエネルギー量をＥＬｓ_θｋ及びＥＲｓ_θｋを測定し、（数８）においてΘ_Ｒｃを真後ろ方向としてαを求め、そのエネルギー比でＲｃチャンネルの信号をＬｓ及びＲｓスピーカに入力してやることで実現できることを示している。

図１２は、上記のエネルギー比の設定値を算出するための本実施の形態における音場測定装置の測定プログラムの動作フロー図である。

測定プログラムが実行されてからスピーカから測定位置に到達する到来方向別の音響エネルギーの分布とそれらの合成ベクトルが算出され、ディスプレイ８に表示されるまでの動作は実施の形態１と同様である（Ｓｔｅｐ０からＳｔｅｐ５まで）。

ただし本実施の形態においては、図１０のＬｓとＲｓの２つのスピーカに対して各々上記測定が繰り返して実行され（Ｓｔｅｐ６）、各々の測定結果が汎用ＰＣ１のメモリー内に取り込まれる。

次に、２つのスピーカによって生じるファンタム音像について定位させたい所望の方向を入力する（Ｓｔｅｐ７）。入力操作は、汎用ＰＣ１の一般的な入出力装置であるマウス６、キーボード７、ディスプレイ８等が利用できるものとする。

以上でファンタム音像を形成するためのスピーカ個々からの到来エネルギー分布とファンタム音像を定位させるべき方向の情報が汎用ＰＣ１のメモリー上に蓄積されたので、それらの情報を用いて、（数８）によって２つのスピーカに与えるべき入力エネルギー比αを算出し（Ｓｔｅｐ８）、その比率に従って２つのスピーカに対してレベルバランスを設定して測定プログラムは終了する（Ｓｔｅｐ９）。

図１３は、図１０におけるスピーカ配置よりさらに後方にスピーカを２つ追加したものである。

本発明の実施の形態２における動作を応用し、Ｌ１とＬ２のスピーカからの到来エネルギー分布よりＬｓの位置にファンタム音像が定位するようにレベルバランサＰ１を調整し、同様にしてＬ２とＲ２のスピーカからの到来エネルギー分布よりＲｃの位置にファンタム音像が定位するようにレベルバランサＰ２を、Ｒ１とＲ２のスピーカからの到来エネルギー分布よりＲｓの位置にファンタム音像が定位するようにレベルバランサＰ３をそれぞれ調整する。

以上のようにレベルバランサＰ１，Ｐ２，Ｐ３を設定することにより、部屋のレイアウト等の都合でスピーカを規定の位置におけない場合でもＬｓとＲｃとＲｓチャンネルの信号がファンタム音像によって適切な位置に定位するようになる。

本発明にかかる音場測定装置は、受聴位置へ到来する音波のエネルギー分布を容易に測定することが可能である。さらに実施形態で述べた構成を含むことによりその測定結果に基づいて音場の空間性に関する拡がり感や残響感、音像の定位感などを評価することができる音場測定装置として有用である。

本発明の音場測定装置の構成を示す略図本発明の指向性マイクの構成図本発明の指向性マイクの指向特性を算出する構成図非特許文献１で示される従来技術の音源位置算出方式の原理図特許文献２で示される従来技術の音場補正装置の構成図本発明の音場測定装置における実施の形態１の動作フロー図本発明の音場測定装置による方向別の時間応答波形と音波到来方向の分布図本発明の音場測定装置による残響特性が異なる音場空間での測定結果の比較図本発明の音場測定装置において、分析時間を制限することによる測定結果の比較図受聴位置に対するスピーカ配置とファンタム音像の定位位置とを示す略図スピーカへの入力バランスの違いによるファンタム音像位置の比較図本発明の音場測定装置における実施の形態２の動作フロー図本発明の音場測定装置における実施の形態２のスピーカ配置図

符号の説明

１汎用ＰＣ
２ＣＰＵ
３内部メモリ
４ハードディスクドライブ
５サウンドカード
６マウス
７キーボード
８ディスプレイ
９音場空間
１０アンプ
１１スピーカ
１２指向性マイク
１３インパルス発生器
１４第１セレクタ
１５ピンクノイズ発生器
１６パラメトリックイコライザ部
１７遅延部
１８第２セレクタ
１９アンプ
２０スピーカ
２１マイク
２２インパルス及びピンクノイズ検出回路

Claims

測定信号を再生する再生部と、
前記測定信号の音波を到来方向別に収音する指向性収音部と、
前記到来方向別に収音された音波のエネルギー分布を算出するエネルギー分布算出部と、
前記エネルギー分布をベクトル量として複数のベクトルを合成する合成ベクトル算出部と、
を含む音場測定装置。
前記指向性収音部は、複数の前記到来方向毎に配列された少なくとも２つの無指向性マイクユニットを備え、同一配列内にある前記複数の無指向性マイクユニットの出力毎に適切な時間遅延を与えて足し合わせることにより受聴位置に到来する音波を方向別に収音するものであることを特徴とする請求項１に記載の音場測定装置。
前記指向性収音部は、三角形を形成するように配置された無指向性の、第１収音手段、第２収音手段、及び第３収音手段と、
前記第１収音手段の出力及び前記第２収音手段の出力、並びに前記第３収音手段の出力に基づいて指向性を形成する指向性制御手段とを含み、
前記指向性制御手段は、前記第１収音手段と前記第２収音手段とを結ぶ軸、前記第１収音手段と前記第３収音手段とを結ぶ軸、又は前記第２収音手段と前記第３収音手段とを結ぶ軸のいずれの軸とも異なる軸方向に前記指向性の方向軸を形成すること、
を特徴とする請求項１記載の音場測定装置。
前記指向性制御手段は、前記第１収音手段の出力と前記第２収音手段の出力とを所定の比率で内分し、内分結果と前記第３収音手段の出力とに基づいて、前記第１収音手段の位置及び前記第２収音手段の位置の内分点と前記第３収音手段の位置とを結ぶ軸の方向に前記指向性を形成すること、を特徴とする請求項３記載の音場測定装置。
前記比率を１：１として加算平均し、加算平均結果と第３収音手段の出力とに基づいて、前記第１収音手段及び前記第２収音手段の中点と前記第３収音手段とを結ぶ方向に指向性特性を形成すること、を特徴とする請求項３記載の音場測定装置。
前記エネルギー分布算出部は、前記測定信号の音波の取り込み時間長を限定してエネルギー分布を算出するものであることを特徴とする請求項１に記載の音場測定装置。
音場空間におかれたスピーカと受聴位置間の音場特性を測定する音場測定装置であって、
前記音場測定装置は、前記音場特性を測定するための測定信号を再生するための２つ以上のスピーカを有する再生部と、
前記再生部のそれぞれのスピーカ毎に受聴位置に到来する測定信号の音波を到来方向別に収音する指向性収音部と、
前記指向性収音部の出力より、それぞれのスピーカ毎に複数方向から到来する音波のエネルギー分布を算出するエネルギー分布算出部と、
前記それぞれのスピーカ毎のエネルギー分布をベクトル量として複数のベクトルを合成し、さらに前記スピーカ毎に算出された合成ベクトルを再合成する合成ベクトル算出部と、
前記エネルギー分布と前記合成ベクトルと前記再合成された合成ベクトルの一部または全部を表示する表示部とを備え、
さらに、受聴者が前記再合成ベクトルに対して所望の方向を入力できるようなユーザーインターフェイス部と、
前記再合成ベクトルの方向が前記ユーザーインターフェイス部で受聴者が入力した所望の方向になるための前記再生部のそれぞれのスピーカに対する入力バランスを算出する入力バランス算出部と、
前記入力バランス算出部の出力に基づいて前記再生部のそれぞれのスピーカへの入力バランスを設定する入力バランス設定部
からなることを特徴とする音場測定装置。
前記指向性収音部は、複数の方向毎に配列された少なくとも２つの無指向性マイクユニットを備え、同一配列内にある前記複数の無指向性マイクユニットの出力毎に適切な時間遅延を与えて足し合わせることにより受聴位置に到来する音波を方向別に収音するものであることを特徴とする請求項４に記載の音場測定装置。
前記エネルギー分布算出部は、前記測定信号の音波の取り込み時間長を限定してエネルギー分布を算出するものであることを特徴とする請求項４に記載の音場測定装置。
音場特性を測定する音場測定方法であって、
前記音場特性を測定するための測定信号を再生し、
前記再生部から受聴位置に到来する測定信号の音波を到来方向別に収音し、
前記指向性収音部の出力より、複数方向から到来する音波のエネルギー分布を算出し、
前記エネルギー分布をベクトル量として複数のベクトルを合成し、
前記エネルギー分布と前記合成ベクトルの一部または全部を表示する、工程を含む音場測定方法。
コンピュータに、
インパルス応答の測定データに基づいて、複数方向から到来する音波のエネルギー分布を算出するステップと、
前記エネルギー分布をベクトル量として複数のベクトルを合成するステップと、
前記合成ベクトルを表示するための画像を生成するステップと、
を実行させるためのプログラム。
さらに、コンピュータに、
測定信号の再生位置を入力し、前記再生位置と前記合成ベクトルとの両方を表示させるための画像を生成するステップ、を実行させるためのプログラムをさらに含む、
請求項１１記載のプログラム。
コンピュータに、
方向を入力するためのユーザーインターフェイス画像を生成するステップと、
入力された前記方向に基づいて、複数のスピーカに対する入力バランスを算出するステップと、
前記算出された入力バランスに基づいて、複数のスピーカへの入力バランスを設定するための信号を生成するステップと、
を実行させるためのプログラム。
コンピュータに、
測定データに基づいて複数方向から到来する音波のエネルギー分布を算出するステップと、
前記エネルギー分布をベクトル量として複数のベクトルを合成するステップと、
前記合成ベクトルを表示するための画像を生成するステップと、
を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。