JP2009044261A - 音場形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の音場を形成する際に、複数のスピーカを推奨配置できない場合でも、設計者が意図したような音場効果が得られる音場形成装置を提供する。
【解決手段】音場形成装置では、複数のスピーカの設置位置情報、聴取位置の情報、及び前記複数の音場を形成する仮想音源の定位位置情報に基づいて、聴取位置に対する各仮想音源と各スピーカの位置関係に基づいて、各スピーカに供給する音声信号の分配比を仮想音源毎に算出するので、複数のスピーカが推奨配置でない場合にでも、複数の仮想音源をユーザの周囲に定位させて、問題なく音場を形成することができるので、ユーザはスピーカの配置にかかわらず複数の音場による立体感を楽しむことができる。
【選択図】図５

Description

この発明は、利用者の周囲に音場を形成する音場形成装置に関する。

近時、マルチチャンネルサラウンドサウンドを再生できるＡＶシステムをリビングルームやリスニングルームなどに設けて、家の中で映画や音楽等のコンテンツを楽しむユーザが増加している。映画や音楽等のＤＶＤをこのＡＶシステムで再生すると、複数のスピーカからマルチチャンネルのサラウンドサウンドが再生されるので、ユーザは周囲から音に包まれる感覚を体感しながら映画や音楽等を楽しむことができる。

また、従来のＡＶシステムには、単にマルチチャンネルサラウンドサウンドを再生するだけでなく、マルチチャンネルサラウンドサウンドから複数の反射音を生成して複数の音場を形成することで、さらに立体感のあるサウンドを再生する音場制御装置があった（例えば、特許文献１参照。）。
特許第２７５５２０８号公報

図１は、従来の仮想音源の定位処理を説明するための概念図である。従来の音場制御装置では、音場制御用スピーカの推奨配置が決められている。例えば、図１（Ａ）に示すように、音場制御用スピーカを部屋の四隅に設置するように推奨されている場合、音場制御装置は、音場形成用の仮想音源Ｙをスピーカｓ２の後ろ側に定位させるために、スピーカｓ１とｓ２に対して音声を一定の出力レベル比で配分していた。すなわち、図１（Ａ）に示すように、聴取位置Ｕに対するスピーカｓ１とスピーカｓ２の間の角度をａ、聴取位置に対するスピーカｓ１と仮想音源Ｙの間の角度をｂとすると、スピーカｓ１，ｓ２への出力係数ｃ１，ｃ２は、
ｃ１＝ｃｏｓ（（ａ／ｂ）＊９０），ｃ２＝ｓｉｎ（（ａ／ｂ）＊９０）
となる。このｃ１，ｃ２に仮想音源の大きさに応じた係数を乗じたものを出力レベルとしている。

このようにして仮想音源を分解することで、音場制御用のスピーカが推奨配置の場合には、適正な音場環境が得られる。

しかしながら、ユーザによっては、家具の配置や部屋の間取りの関係で、必ずしも推奨配置位置に全スピーカを設置できない場合があった。

一方、従来の音場制御装置では、スピーカは推奨配置の位置に取り付けられているものとして、仮想音源の設定を行っていた。

そのため、図１（Ｂ）に示すように、音場制御用のスピーカの配置が推奨配置と異なる場合でも、従来の音場制御装置は、図１（Ｃ）に示すように推奨配置に各音場制御用スピーカが設置されているものとして、出力係数を演算していた。

しかし、このように演算を行うと、図１（Ｄ）に示すように、仮想音源を、本来あるべき位置Ｙ１ではなく、不適切な位置Ｙ２に定位させてしまうという問題があった。

また、音場制御装置では、複数の音場を形成するために、複数の仮想音源を聴取位置の周囲に定位させる。図２は、スピーカ配置に応じた複数の仮想音源の配置状態を示す図である。音場制御用のスピーカが推奨配置の場合には、図２（Ａ）に示すように、一部に密集することなく、設定通りに複数の仮想音源が定位する。しかし、上記のように、従来の音場制御装置では、推奨配置に各音場制御用スピーカが設置されているものとして、出力係数を演算していた。そのため、図２（Ｂ）に示すように、前方のスピーカｓ１，ｓ２の角度（間隔）が狭まり、後方のスピーカｓ３，ｓ４の角度（間隔）が広がった場合には、前方のスピーカｓ１，ｓ２の間の仮想音源の密度が高くなり、後方のスピーカｓ３，ｓ４の間の仮想音源の密度が低くなり、真横に設定した仮想音源は前方に移動する。また、図２（Ｃ）に示すように、後方のスピーカｓ３，ｓ４の角度（間隔）をさらに広げた場合には、後方の仮想音源はまばらになる。この場合には、多くの反射音が前方に偏り、後方の包囲感の薄い響きとなり、設計者の意図した音場とは異なるものになってしまう。

そこで、本発明は、複数の音場を形成する際に、複数のスピーカを推奨配置できない場合でも、設計者が意図したような音場効果が得られる音場形成装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。

（１）複数チャンネルの音声信号から生成した反射音及び残響音の信号を、聴取位置の周囲に配置した複数のスピーカに供給し、聴取位置の周囲に複数の仮想音源を定位させて、複数の音場を形成する音場形成装置であって、
複数の音場の生成指示を受け付ける操作手段と、
前記複数のスピーカの設置位置情報、前記聴取位置の情報、及び前記複数の音場を形成する各仮想音源の定位位置情報を記憶する記憶手段と、
前記操作手段が複数の音場の生成指示を受け付けると、前記記憶手段から各情報を読み出して、聴取位置に対する各仮想音源とスピーカの位置関係に基づいて、各スピーカに供給する反射音及び残響音の信号の分配比を仮想音源毎に算出する演算手段と、
前記複数チャンネルの音声信号から各仮想音源に対応する反射音及び残響音の信号を生成して前記分配比で分配し、分配した各信号をスピーカ毎に加算して各スピーカに供給する反響音生成手段と、
を備えたことを特徴とする。

この構成においては、音場形成装置は、複数のスピーカの設置位置情報、聴取位置の情報、及び前記複数の音場を形成する仮想音源の定位位置情報に基づいて、聴取位置に対する各仮想音源と各スピーカの位置関係に基づいて、各スピーカに供給する音声信号の分配比を算出する。したがって、複数のスピーカが推奨配置でない場合にでも、複数の仮想音源をユーザの周囲に定位させて、問題なく音場を形成することができる。これにより、ユーザは、スピーカの配置にかかわらず複数の音場による立体感を楽しむことができる。

（２）前記複数のスピーカに放音させるテスト音信号を生成するテスト音源手段と、
ユーザの聴取位置における少なくとも異なる３カ所で、前記スピーカが放音したテスト音を収音してテスト収音信号を出力するマイクロフォンが接続されるマイク端子と、
前記マイク端子から入力されたテスト音信号を解析し、その結果に基づいて前記複数のスピーカの設置位置情報、及び前記聴取位置の情報を算出して、前記記憶手段に記憶させる解析手段と、
を備えたことを特徴とする。

この構成においては、テスト音源手段により生成されたテスト音声をマイクロフォンで収音して解析することで、複数のスピーカの設置位置情報、及び聴取位置の情報を算出できる。また、ユーザの聴取位置における少なくとも異なる３カ所でテスト音声を収音することで、聴取位置に対するスピーカの方向（角度）を算出できる。したがって、ユーザの聴取位置にマイクロフォンを設置することで、容易に複数のスピーカの設置位置情報、及び聴取位置の情報を得ることができる。

この発明によれば、音場形成装置では、複数のスピーカの設置位置情報、聴取位置の情報、及び前記複数の音場を形成する仮想音源の定位位置情報に基づいて、聴取位置に対する各仮想音源と各スピーカの位置関係に基づいて、各スピーカに供給する音声信号の分配比を算出するので、複数のスピーカが推奨配置でない場合にでも、複数の仮想音源をユーザの周囲に定位させて、問題なく音場を形成することができるので、ユーザはスピーカの配置にかかわらず複数の音場による立体感を楽しむことができる。

図３は、音場形成装置の概略構成及びリスニングルームでのスピーカの配置状態を示す図である。図４は、音場形成装置により４つの音場を形成した状態のイメージを示す斜視図、及び仮想音源の定位方法を説明するための図である。

音場形成装置１は、一例として、５チャンネルのサラウンド音を出力するとともに、図４に示すように、プレゼンス音場９３、左サラウンド（ＬＳ）音場９５、右サラウンド（ＲＳ）音場９７、及び背面サラウンド（ＢＳ）音場９９の４つの音場を形成する。プレゼンス音場９３は、聴取位置９０のユーザＵの前方に奥行き感及び立体感を与え、ユーザＵを前方から包み込む音場である。左サラウンド音場９５及び右サラウンド音場９７は、聴取位置９０のユーザＵの左右に奥行き感及び立体感を与え、ユーザＵを側方から包み込む音場である。背面サラウンド音場９９は、聴取位置９０のユーザＵの後方にサラウンド感を与え、ユーザＵを後方から包み込む音場である。

図３に示すように、音場形成装置１は、信号入力端子３１、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）デコーダ３９、テスト音生成部４１、パラメータメモリ４３、信号処理部４５、遅延処理部４６、パラメトリックイコライザ４７、Ｄ／Ａコンバータ４９、電子ボリューム５１、パワーアンプ５３、スピーカ端子５５、マイク端子５７、マイクアンプ５９、Ａ／Ｄコンバータ６１、制御部６３、メモリ６５、操作部６７、及び表示部６９を備えている。また、音場形成装置１の信号入力端子３１には、デジタルテレビチューナ５及びＣＤプレーヤ７が接続され、スピーカ端子５５には、スピーカ１１〜１８が接続されている。マイク端子５７には、オプティマイザマイク３（以下、単にマイク３と称する。）が接続されている。

また、リスニングルーム９１内には、聴取位置９０の前方左・前方中央・前方右に、それぞれ左チャンネル（Ｌｃｈ）用のスピーカ１１・センタチャンネル（Ｃｃｈ）用のスピーカ１２・右チャンネル（Ｒｃｈ）用のスピーカ１３が設置されている。また、聴取位置９０の前方に、低音用のスピーカとしてサブウーハチャンネル（ＬＦＥｃｈ）用のスピーカ１８が設置されている。さらに、聴取位置９０の前左右上方に音場制御用スピーカとして、それぞれプレゼンス左チャンネル（ＰＬｃｈ）用のスピーカ１４・プレゼンス右チャンネル（ＰＲｃｈ）用のスピーカ１５が設置されている。加えて、聴取位置９０の後左右にサラウンド左チャンネル（ＳＬｃｈ）用のスピーカ１６・サラウンド右チャンネル（ＳＲｃｈ）用のスピーカ１７が設置されている。また、聴取位置９０には、マイク３が設置されている。

ＤＳＰデコーダ３９は、信号入力端子３１を介して接続されたデジタルテレビチューナ５やＣＤプレーヤ７などのＡＶ機器から出力されたアナログ音信号やデジタルビットストリームを、Ｌｃｈ、Ｒｃｈ、Ｃｃｈ、ＳＬｃｈ、及びＳＲｃｈの５チャンネルのデジタル音信号（ＰＣＭ信号）に変換して、信号処理部４５へ出力する。また、ＤＳＰデコーダ３９は、例えばデジタルテレビチューナ５から５チャンネルのデジタル音信号（ＰＣＭ信号）が直接入力された場合には、これらの信号をそのまま信号処理部４５へ出力する。

信号処理部４５は、主信号線７１、反響音生成部７３、テスト音解析部７５、係数演算部７６、及び加算器７７・７９を備えている。また、反響音生成部７３は、プレゼンス（Ｐ）反射音生成部８０、左サラウンド（ＬＳ）反射音生成部８１、右サラウンド（ＲＳ）反響音生成部８２、背面サラウンド（ＢＳ）反響音生成部８３、及びリバーブ音生成部８４を備えている。

主信号線７１は、ＤＳＰデコーダ３９が出力した５．１チャンネルのデジタル音信号をパラメトリックイコライザ４７へ送出するラインであり、途中に設けた加算器７７・７９で、反射音生成部７３で生成されたＥＢＬ信号・ＥＢＲ信号が加算される。

反響音生成部７３は、ユーザＵが選択した音場プログラムに応じたパラメータをパラメータメモリ４３から読み出して、プレゼンス音場９３、左サラウンド音場９５、右サラウンド音場９７、及び背面サラウンド音場９９を形成するための反射音及び残響音の信号を仮想音源毎に生成し、さらに、これらの反射音及び残響音の信号を出力するスピーカ毎に加算してＥＦＬ信号・ＥＦＲ信号・ＥＢＬ信号・ＥＢＲ信号を生成する。このとき、反射音生成部７３は、仮想音源が音場を形成するのに最適な位置に各仮想音源が定位するように、係数演算部７６の演算結果に基づいて、各信号の出力レベル比を調整する。そして、反響音生成部７３は、ＥＦＬ信号をＰＬｃｈ用のスピーカ１４から放音させる信号として遅延処理部４６に出力し、ＥＦＲ信号をＰＲｃｈ用のスピーカ１５から放音させる信号して遅延処理部４６に出力し、ＥＢＬ信号をＳＬｃｈ用のスピーカ１６から放音させる信号として加算器７７に出力し、ＥＢＲ信号をＳＲｃｈ用のスピーカ１７から放音させる信号として加算器７９に出力する。さらに、詳細な構成は後述する。

パラメータメモリ４３は、複数の音場プログラムに応じた音場を反射音及び残響音により形成するためのパラメータを記憶している。また、パラメータメモリ４３は、各音場プログラムにおいて反射音や残響音の仮想音源の定位位置情報等を記憶している。パラメータメモリ４３は、例えば、コンサートホールやライブハウスや教会等で実測したデータに基づいて世界の著名なコンサートホールやライブハウスや教会等の音場がリアルに再現される音楽再生用の音場プログラムや、映画のジャンル毎に異なる音響効果が得られるできる映画再生用の音場プログラムを複数記憶している。これらの音場プログラムのパラメータは、４つの音場制御用のスピーカ１４〜１７から反射音を放音してリスニングルーム９１内に４つの音場９３・９５・９７・９９を形成するように、遅れ時間とゲインの組み合わせにより構成されている。

加算器７７は、反響音生成部７３が出力したＥＢＬ信号と、入力信号であるＳＬｃｈ用の音声信号と、を加算して遅延処理部４６へ出力する。

加算器７９は、反響音生成部７３が出力したＥＢＲ信号と、入力信号であるＳＲｃｈ用の音声信号と、を加算して遅延処理部４６へ出力する。

遅延処理部４６は、後述する視聴空間自動設定モードによる設定に基づいて、信号処理部４５が出力したＬＦＥｃｈ、Ｌｃｈ、Ｒｃｈ、Ｃｃｈ、ＳＬｃｈ、ＳＲｃｈ、ＰＬｃｈ、ＰＲｃｈの合計８（７．１）チャンネルの音声信号を遅延させる。

パラメトリックイコライザ４７は、周波数、レベル、Ｑファクタの３つのパラメータをそれぞれ独立して可変することで、遅延処理部４６が出力した８チャンネルの各音声信号の周波数特性を補正する。

Ｄ／Ａコンバータ４９は、パラメトリックイコライザ４７が出力した８チャンネルの各デジタル音信号をそれぞれアナログ音信号に変換する。

電子ボリューム５１は、操作部６７で設定されたボリューム量に応じてパワーアンプ５３の増幅量を調整する。また電子ボリューム５１は、現在設定されているボリューム値を出力する。

パワーアンプ５３は、Ｄ／Ａコンバータ４９が出力した８チャンネルの各アナログ音信号を増幅して各スピーカ１１〜１８へ出力する。

スピーカ１１〜１８は、パワーアンプ５３から出力されたアナログ音信号に応じた音を放音する。すなわち、スピーカ１１はＬｃｈ、スピーカ１２はＣｃｈ、スピーカ１３はＲｃｈ、スピーカ１４はＰＬｃｈ、スピーカ１５はＰＲｃｈ、スピーカ１６はＳＬｃｈ、スピーカ１７はＳＲｃｈ、及びスピーカ１８はＬＦＥｃｈの音をそれぞれ放音する。

制御部６３は、操作部６７で行われた操作に応じて各部を制御する。例えば、操作部６７で音量の調整操作が行われると、制御部６３はこの操作に応じた制御信号を電子ボリューム５１に出力して、各スピーカ１１〜１８から放音する音の音量を変更する。制御部６３としては、ＣＰＵやＭＰＵが好適である。

メモリ６５は、制御部６３で行うプログラムや、聴取位置情報や、スピーカ１１〜１８の設置位置情報等を記憶している。

操作部６７は、音場形成装置１に対してユーザが各種の操作・設定などの入力を行うためのものである。

表示部６９は、音場形成装置１からユーザに対する伝達事項等を表示するためのものである。

また、音場形成装置１は、テスト音生成部４１で生成して各スピーカ１１〜１８から放音させたテスト音をマイク３で収音し、このテスト音を放音してからマイク３で収音するまでの時間を計測したり、マイク３で収音したテスト音の音圧や周波数特性等を測定・解析したりすることで、各スピーカ１１〜１８の配置、能力、リスニングルーム９１の音響特性を測定し、最適な視聴空間を自動的に設定する機能を備えている。

テスト音生成部４１は、操作部６７が操作されて、視聴空間自動設定モードが設定されると、テスト音信号を生成してＤＳＰデコーダ３９に出力する。このテスト音信号は、信号処理部４５、パラメトリックイコライザ４７、Ｄ／Ａコンバータ４９、パワーアンプ５３、スピーカ端子５５を介して、各スピーカ１１〜１８に出力されて、各スピーカ１１〜１８からテスト音が放音される。

マイク３は、各スピーカ１１〜１８から放音されたテスト音を収音して、マイク端子５７を介してマイクアンプ５９に収音信号を出力する。

マイク端子５７は、マイク３を接続するための端子である。

マイクアンプ５９は、マイク３が出力した収音信号を増幅する。

Ａ／Ｄコンバータ６１は、マイクアンプ５９が出力したアナログ収音信号をデジタル収音信号に変換する。

テスト音解析部７５は、各スピーカ１１〜１８からテスト音を放音してからマイク３で収音するまでの時間を計測したり、マイク３で収音したテスト音の音圧や周波数特性等を測定したりして、測定結果を制御部６３に出力する。

係数演算部７６は、制御部６３を介してメモリ６５から読み出した聴取位置情報、スピーカ１１〜１８の設置位置情報と、パラメータメモリ４３から読み出した仮想音源の定位位置情報に基づいて、聴取位置の周囲の適正な位置に各仮想音源を定位させるための出力係数（パラメータ）の演算を行い、演算結果を反響音生成部７３に出力する。

制御部６３は、テスト音解析部７５が出力した解析結果に基づいて、遅延処理部４６及びパラメトリックイコライザ４７に対して、各チャンネルの信号に対するパラメータを設定する。

ユーザＵは、音楽を聴取したり映画を視聴したりする際に、操作部６７を操作して好みの音場プログラムを選択・設定することで、図３（Ａ）に示すように、音場形成装置１は、ユーザＵの周囲にプレゼンス音場９３・左サラウンド音場９５・右サラウンド音場９７・背面サラウンド音場９９を形成するので、ユーザＵは、立体的に音場に包まれるような感覚を味わいながら、音楽や映画を楽しむことができる。

次に、音場形成装置１における仮想音源の設定動作について図３、４を参照して説明する。音場形成装置１は、視聴環境を自動的に最適化する視聴空間自動設定モードを備えている。ユーザＵは、リスニングルーム９１に音場形成装置１や各スピーカ１１〜１８を設置した後に、図３に示すように、聴取位置９０の周囲の異なる３点に対して順番にマイク３を設置する。この際、マイク３は、ユーザＵの耳の高さに設置する。そして、操作部６７を操作して、視聴空間自動設定モードを選択する。音場形成装置１は、視聴空間自動設定モードが選択されると、各スピーカ１１〜１８から順番にテスト音声を放音して、マイク３でこのテスト音声を収音して、テスト音解析部７５及び制御部６３で、解析を行って、各スピーカ１１〜１８の結線、位相、サイズ、距離、周波数特性、チャンネル間レベル等を調整して、リスニングルーム９１の音響特性に合った再生環境を自動的に設定する。また、音場形成装置１は、上記のように異なる３点にマイク３を設置して視聴空間自動設定モードを実行するので、解析の際に、聴取位置９０の位置情報や各スピーカ１１〜１８の位置情報を算出することができ、これらの情報をメモリ６５に記憶させる。

続いて、ユーザＵが、操作部６７を操作して好みの音場プログラムを選択すると、制御部６３は、聴取位置９０の位置情報や各スピーカ１１〜１８の位置情報をメモリ６５から読み出して、係数演算部７６にこれらの位置情報を出力する。また、制御部６３は、選択された音場プログラム情報を信号処理部４５に出力する。

係数演算部７６は、制御部６３から位置情報を取得すると、音場プログラム情報に基づいて、パラメータメモリから、仮想音源の定位位置情報を読み出す。そして、仮想音源の定位位置情報と、聴取位置９０の位置情報や各スピーカ１１〜１８の位置情報に基づいて、聴取位置の周囲の適正な位置に各仮想音源を定位させるための出力係数（パラメータ（分配比））の演算を仮想音源毎に行い、演算結果を反響音生成部７３に出力する。

図３、図４（Ａ）に示したように、音場制御用のスピーカが４つの場合には、図３に示したように、各スピーカを平面（底面）に投影することで、設置高さをパラメータに含めずに、聴取位置に対する仮想音源の方向、聴取位置に対する各スピーカ１４〜１７の方向を求める。そして、仮想音源がどの２つのスピーカの間に位置するかを確認する。

例えば、図４（Ｂ）に示すように、各音場制御用スピーカが推奨配置ではなく、前方のスピーカｓ１，ｓ２の角度（間隔）が狭まり、後方のスピーカｓ３，ｓ４の角度（間隔）が広がった配置の場合に、仮想音源Ｙはスピーカｓ２とスピーカｓ３の間に位置する。そのため、係数演算部７６は、聴取位置Ｕに対するスピーカｓ２とスピーカｓ３の間の角度をａ、聴取位置に対するスピーカｓ２と仮想音源Ｙの間の角度をｂとして、スピーカｓ１，ｓ２の出力係数ｃ１，ｃ２は、
ｃ１＝ｃｏｓ（（ａ／ｂ）＊９０），ｃ２＝ｓｉｎ（（ａ／ｂ）＊９０）
により求める。そして、係数演算部７６は、このｃ１，ｃ２に仮想音源の大きさに応じた係数を乗じたものを出力レベルとして反射音生成部７３に出力する。これにより、音場を形成する際には、図４（Ｂ）に示した位置に仮想音源Ｙを定位させることができる。

また、音場形成装置１は、音場を形成する複数の仮想音源について、図４（Ｂ）に基づいて説明した手順と同様の手順で処理を行うことで、音場制御用スピーカの配置にかかわらず、各仮想音源を決められた位置に定位させることができる。

図５は、音場制御用スピーカを図２と同様に配置した場合の複数の仮想音源の配置状態を示す図である。音場形成装置１では、前記のように、複数の音場を形成する仮想音源毎に各スピーカに供給する音声信号の分配比を係数演算部７６で演算して、仮想音源毎に演算した分配比で音声信号を各スピーカに供給する。したがって、図５（Ａ）に示すように、推奨配置に音場制御用スピーカｓ１〜ｓ４を設置した場合には、当然、複数の仮想音源は、一部に密集することなく設定通りに定位する。一方、図５（Ｂ）に示すように、前方のスピーカｓ１，ｓの角度（間隔）が狭まり、後方のスピーカｓ３，ｓ４の角度（間隔）が広がった場合や、図５（Ｃ）に示すように、後方のスピーカｓ３，ｓ４の角度（間隔）をさらに広げた場合でも、複数の仮想音源は、一部に密集することなく設定通りに定位する。

次に、以上の説明では、音場制御用のスピーカが４つの場合について説明したが、これに限るものではなく、さらに複数のスピーカにより音場を形成した場合でも、本願発明を適用することができる。

図６は、音場形成装置の概略構成を示すブロック図である。図７は、図６に示した音場形成装置により４つの音場を形成した状態のイメージを示す斜視図である。音場形成装置１Ａは、図６，図７に示すように、８つの音場制御用スピーカ１４ｈ（ＦＬｈ）、１４ｌ（ＦＬｌ）、１５ｈ（ＦＲｈ）、１５ｌ（ＦＲｌ）、１６ｈ（ＢＬｈ）、１６ｌ（ＢＬｌ）、１７ｈ（ＢＲｈ）、１７ｌ（ＢＲｌ）により、複数の音場を形成する構成であり、音場を形成するための仮想音源を三次元で定位させることができる。

音場形成装置１Ａは、反響音生成部７３Ａのプレゼンス（Ｐ）反射音生成部８０、左サラウンド（ＬＳ）反射音生成部８１、右サラウンド（ＲＳ）反響音生成部８２、背面サラウンド（ＢＳ）反響音生成部８３、及びリバーブ音生成部８４（不図示）において、ＥＦＬｈ、ＥＦＬｌ、ＥＦＲｈ、ＥＦＲｌ、ＥＢＬｈ、ＥＢＬｌ、ＥＢＲｈ、ＥＢＲｌの８つの信号を生成して出力する。そして、ＥＢＬｈ信号を加算器７７に出力し、ＥＢＲｈ信号を加算器７９に出力する。また、反響音生成部７３Ａは、ＥＦＬｌ、ＥＦＲｌ、ＥＢＬｌ、ＥＢＲｌの４つの信号を、遅延処理部４６等を経由してスピーカ１４ｌ、１５ｌ、１６ｌ、１７ｌへ出力する。

音場形成装置１Ａは、これ以外の基本的な処理は音場形成装置１と同様であり、また各部の構成も同様であるため、詳細な説明を省略する。

次に、音場形成装置１Ａにおける仮想音源の定位処理について説明する。図８は、音場制御用スピーカのレイアウトを線図化して方向領域を説明するための図である。図９は、各スピーカのレベル比を算出するための各種の角度を示す図である。

音場形成装置１Ａでは、音場形成装置１と同様に、リスニングルーム９１に音場形成装置１Ａや各スピーカを設置した後に、視聴空間自動設定モードを実行することで、８つの音場制御用スピーカ１４ｈ（ＦＬｈ）、１４ｌ（ＦＬｌ）、１５ｈ（ＦＲｈ）、１５ｌ（ＦＲｌ）、１６ｈ（ＢＬｈ）、１６ｌ（ＢＬｌ）、１７ｈ（ＢＲｈ）、１７ｌ（ＢＲｌ）の設置位置情報、及び聴取位置情報を取得して、メモリに記憶させておくことができる。音場形成装置１Ａで、視聴空間自動設定モードを実行する際には、異なる４点であって、少なくとも１点は他の３点と高さが異なる４点に対して、順番にマイク３を設置する。これにより、各スピーカの三次元の設置位置情報を取得できる。

図８において隣接するスピーカ位置を直線でつなぐと、８個のスピーカを頂点とする六面体に類似した形状の立体となる。ここで、六面体（多面体）は各面が平面で構成される立体を言うが，図８に示した８個のスピーカを直線で結んだ立体の各面は平面であるとは限らないため，六面体類似の立体となる。この立体の内部に受音点（聴取位置）Ｕが設定されている。

この空間において、図８の六面体類似の立体の一辺の両端の２つのスピーカと受音点Ｕとを含み、これらを直線で結んだ三角形を境界とする平面を想定する。六面体類似の立体には辺が１２あるため、１２の平面が想定される。

なお、この２つのスピーカの選択は、そのスピーカに付されている記号のうち２文字が共通のものを抽出すればよい。すなわち、スピーカには、例えばＦＬｈのように３つの文字からなる記号が付されているが、１文字目が前後（Ｆ／Ｂ）を表し、２文字目が左右（Ｌ／Ｒ）を表し、３文字目が上下（ｈ／ｌ）を表している。

このうち２文字が共通な２つを選択すると１２の組み合わせが得られ、以下の１２の平面が想定される。

平面ｐ１： ＦＬｈ，ＦＲｈ，Ｕ（受音点）
平面ｐ２： ＦＲｈ，ＢＲｈ，Ｕ
平面ｐ３： ＢＲｈ，ＢＬｈ，Ｕ
平面ｐ４： ＢＬｈ，ＦＬｈ，Ｕ
平面ｐ５： ＦＬｌ，ＦＲｌ，Ｕ
平面ｐ６： ＦＲｌ，ＢＲｌ，Ｕ
平面ｐ７： ＢＲｌ，ＢＬｌ，Ｕ
平面ｐ８： ＢＬｌ，ＦＬｌ，Ｕ
平面ｐ９： ＦＬｈ，ＦＬｌ，Ｕ
平面ｐ１０： ＦＲｈ，ＦＲｌ，Ｕ
平面ｐ１１： ＢＲｈ，ＢＲｌ，Ｕ
平面ｐ１２： ＢＬｈ，ＢＬｌ，Ｕ
そして、これら１２の平面で区切られた６つの方向領域を設定する。

平面ｐ１、平面ｐ２、平面ｐ３及び平面ｐ４で囲まれる方向領域「上」
平面ｐ５、平面ｐ６、平面ｐ７及び平面ｐ８で囲まれる方向領域「下」
平面ｐ９、平面ｐ１、平面ｐ１０及び平面ｐ５で囲まれる方向領域「前」
平面ｐ１１、平面ｐ７、平面ｐ１２及び平面ｐ３で囲まれる方向領域「後」
平面ｐ４、平面ｐ９、平面ｐ８及び平面ｐ１２で囲まれる方向領域「左」
平面ｐ２、平面ｐ１０、平面ｐ６及び平面ｐ１１で囲まれる方向領域「右」
仮想音源Ｙの音声信号を出力するとき、受音点Ｕから見た仮想音源Ｙの方向、すなわち、受音点Ｕから仮想音源Ｙに向けた方向線ｙが、これら方向領域「前、後、右、左上、下」のうち、どの領域を通過するかによって、この仮想音源Ｙの音声信号を出力するためのスピーカを選択する。すなわち、各方向領域はそれぞれ４つのスピーカで区切られており、前記方向線ｙが含まれる方向領域を区切る４つのスピーカを、その仮想音源の音声信号を振り分けるスピーカとして選択する。図８の例では、方向線ｙは方向領域「右」を通過しているため、スピーカＦＲｈ、ＦＲＩ、ＢＲｈ、ＢＲＩが音声信号を出力するスピーカとして選択される。

なお、上記方向領域「前、後、右、左、上、下」は、８個のスピーカで形成される略六面体形状の立体のそれぞれの面で区切られた領域とも言えるものであり、ある方向領域を通過する方向線は、対応する面に向かう線とも言える。例えば、方向領域「前」を通過する方向線は、ＦＬｈ、ＦＲｈ、ＦＲＩ、ＦＬＩを頂点とする面に向かう方向線とも言えるものである。

音声信号を振り分ける４つのスピーカが決定されると、受音点Ｕから見た各スピーカと仮想音源Ｙとの角度比に基づき、各スピーカに割り当てる信号レベルを決定する。これにより、受音点Ｕにおいて、仮想音源位置情報に従った位置に仮想音源の音像を定位させる。

以下、図９（Ａ）、（Ｂ）を参照して、このレベル比の決定方式すなわち信号パワーの配分方式について詳細に説明する。ここでは、前記方向線ｙを含む方向領域を区切る４つの平面をそれぞれ以下のように呼ぶ。

Ｐｆ：受音点Ｕから仮想音源Ｙを見て、領域の上方（前方）を区切る平面
Ｐｂ：受音点Ｕから仮想音源Ｙを見て、領域の下方（後方）を区切る平面
Ｐｌ：受音点Ｕから仮想音源Ｙを見て、領域の左方を区切る平面
Ｐｒ：受音点Ｕから仮想音源Ｙを見て、領域の右方を区切る平面
図８の例では、平面ｐ２を三角形の境界を越えて拡張したものがＰｆであり、平面６を拡張したものがＰｂであり、平面１０を拡張したものＰｌであり、平面１１を拡張したものがＰｒである。

また、この領域を区切る４つのスピーカ、すなわち、音声信号を出力するべく選択された４つのスピーカを図９に示すようにＳ１〜Ｓ４と呼ぶ。図８の例では、スピーカＦＲｈがＳ１、スピーカＢＲｈがＳ２、スピーカＦＲｌがＳ３、スピーカＢＲｌがＳ４となる。

図９（Ａ）は、受音点Ｕから仮想音源Ｙを見て領域の上方を区切る平面Ｐｆと、受音点Ｕから仮想音源Ｙを見て領域の下方を区切る平面Ｐｂを示す図である。この図において、ＰｆとＰｂとの交線と仮想音源Ｙとを含む平面ＰＶを想定し、
ａｖ１：ＰｆとＰＶの間の角度
ａｖ２：ＰｂとＰＶの間の角度
を求める。

図９（Ｂ）は、受音点Ｕから仮想音源Ｙを見て領域の左方を区切る平面Ｐｌと、受音点Ｕから仮想音源Ｙを見て領域の右方を区切る平面Ｐｒを示す図である。この図において、ＰｌとＰｒとの交線と仮想音源Ｙとを含む平面Ｐｈを想定し、
ａｈ１：ＰｌとＰｈの間の角度
ａｈ２：ＰｒとＰｈの間の角度
を求める。

このレベル比算出処理において、ａｖ１は受音点Ｕから見た仮想音源Ｙの方向とスピーカＳ１、Ｓ２の方向との縦方向の角度成分とされる。ａｖ２は受音点Ｕから見た仮想音源Ｙの方向とスピーカＳ３、Ｓ４の方向との縦方向の角度成分とされる。ａｈ１は受音点Ｕから見た仮想音源Ｙの方向とスピーカＳ１、Ｓ３の方向との横方向の角度成分とされる。ａｈ２は受音点Ｕから見た仮想音源Ｙの方向とスピーカＳ２、Ｓ４の方向との横方向の角度成分とされる。このようにして求めた角度成分に基づいて各スピーカＳ１〜Ｓ４に分配する信号のレベル比であるレベル係数ＳＳ１〜ＳＳ４を求める。

SS1 = cos((av1/(av1+av2))*90)*cos((ah1/(ah1+ah2))*90)
SS2 = cos((av1/(av1+av2))*90)*cos((ah2/(ah1+ah2))*90)
SS3 = cos((av2/(av1+av2))*90)*cos((ah1 /(ah1+ah2))*90)
SS4 = cos((av2/(av1+av2))*90)*cos((ah2 /(ah1+ah2))*90)
入力された音声信号にこれらのレベル係数SS1〜SS4を乗じたものを各スピーカＳ１〜Ｓ４に供給することにより、仮想音源定位情報で指示される方向に仮想音源を定位させることができる。仮想音源の受音点Ｕからの距離感は、後段の遅延部１６やアンプ１７によって制御される。

ここで、レベル係数SS1〜SS4を全て２乗して加算した値は常に１であるため、入力された音声信号のパワーが保存され、仮想音源の定位方向によって音量が大きくなったり小さくなったりすることがない。

ここで、これらの算出式は、ａｖ１十ａｖ２及びａｈ１十ａｈ２をともに９０度に正規化して、信号レベルを分配する式である。すなわち、「ａｖ１／（ａｖ１十ａｖ２）＊９０」の演算により、ａｖ１とａｖ２の角度比を保存しつつａｖ１十ａｖ２が９０度であった場合のｃｏｓ値を求めている。これは、ａｖ１十ａｖ２、ａｈ１十ａｈ２が９０度以外であった場合に音声信号の全体パワーを保存しつつ分配する演算が複雑であるため、若干の誤差を生じるが、９０度に正規化して計算を容易にしている。

以上のように、音場形成装置１では、音場形成用のスピーカの設置位置にかかわらず、音場を形成するための複数の仮想音源の定位位置を設計者が意図した位置に定位させることができるので、家具の配置や部屋の間取りを気にせずにスピーカを配置して、音場プログラムを選択・設定して、複数の音場によるサラウンドサウンドを楽しむことができる。

なお、以上の説明では、視聴空間自動設定モードにより、各スピーカの位置情報や聴取位置情報を算出する構成としたが、これに限るものではなく、例えば、ユーザは、聴取位置から各スピーカに対する方向（角度）を分度器等で測定し、操作部を操作してこれらの値を入力することも可能である。

従来の仮想音源の定位処理を説明するための概念図である。 スピーカ配置に応じた複数の仮想音源の配置状態を示す図である。 音場形成装置の概略構成及びリスニングルームでのスピーカの配置状態を示す図である。 音場形成装置により４つの音場を形成した状態のイメージを示す斜視図、及び仮想音源の定位方法を説明するための図である。 音場制御用スピーカを図２と同様に配置した場合の複数の仮想音源の配置情報を示す図である。 音場形成装置の概略構成を示すブロック図である。 図６に示した音場形成装置により４つの音場を形成した状態のイメージを示す斜視図である。 音場制御用スピーカのレイアウトを線図化して方向領域を説明するための図である。 各スピーカのレベル比を算出するための各種の角度を示す図である。

符号の説明

１…音場形成装置 ３…オプティマイザマイク（マイク） ９…操作部 １１〜１８…スピーカ ３１…信号入力端子 ３９…ＤＳＰデコーダ ４１…テスト音生成部 ４３…パラメータメモリ ４５…信号処理部 ４６…遅延処理部 ４７…パラメトリックイコライザ ４９…Ｄ／Ａコンバータ ５１…電子ボリューム ５３…パワーアンプ ５５…スピーカ端子 ５７…マイク端子 ５９…マイクアンプ ６１…Ａ／Ｄコンバータ ６３…制御部 ６５…メモリ ６７…操作部 ６９…表示部 ７１…主信号線 ７３…反響音生成部 ７５…テスト音解析部 ７６…係数演算部 ８０…プレゼンス反射音生成部 ８１…左サラウンド反射音生成部 ８２…右サラウンド反響音生成部 ８３…背面サラウンド反響音生成部 ８４…リバーブ音生成部

Claims (2)

1. 複数チャンネルの音声信号から生成した反射音及び残響音の信号を、聴取位置の周囲に配置した複数のスピーカに供給し、聴取位置の周囲に複数の仮想音源を定位させて、複数の音場を形成する音場形成装置であって、
   複数の音場の生成指示を受け付ける操作手段と、
   前記複数のスピーカの設置位置情報、前記聴取位置の情報、及び前記複数の音場を形成する各仮想音源の定位位置情報を記憶する記憶手段と、
   前記操作手段が複数の音場の生成指示を受け付けると、前記記憶手段から各情報を読み出して、聴取位置に対する各仮想音源とスピーカの位置関係に基づいて、各スピーカに供給する反射音及び残響音の信号の分配比を仮想音源毎に算出する演算手段と、
   前記複数チャンネルの音声信号から各仮想音源に対応する反射音及び残響音の信号を生成して前記分配比で分配し、分配した各信号をスピーカ毎に加算して各スピーカに供給する反響音生成手段と、
   を備えたことを特徴とする音場形成装置。
2. 前記複数のスピーカに放音させるテスト音信号を生成するテスト音源手段と、
   ユーザの聴取位置における少なくとも異なる３カ所で、前記スピーカが放音したテスト音を収音してテスト収音信号を出力するマイクロフォンが接続されるマイク端子と、
   前記マイク端子から入力されたテスト音信号を解析し、その結果に基づいて前記複数のスピーカの設置位置情報、及び前記聴取位置の情報を算出して、前記記憶手段に記憶させる解析手段と、
   を備えた請求項１に記載の音場形成装置。

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