JP2011176566A - 残響付加装置、プログラム、及び残響付加方法 - Google Patents

Abstract

【課題】残響音の効果が高音域に偏ることのない簡便な構成の残響付加装置を提供する。
【解決手段】１つの音声信号を構成する第１チャンネル信号Ｌｃｈ及び第２チャンネル信号Ｒｃｈの差分を残響信号として出力する残響信号出力部１１〜１３、１６〜１８を備えた残響付加装置において、前記差分の出力に供される第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号のレベル比（α１１：α１２、α２１：α２２）を変更するレベル比変更部１１、１２、１６、１７と、残響信号出力部が出力する残響信号を第１チャンネル信号又は第２チャンネル信号に加算する加算部１５、２０とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステレオ信号などに残響音の信号を付加して音の広がり感を付与する残響付加装置、コンピュータを該残響付加装置として機能させるプログラム、及び該残響付加装置に適した残響付加方法に関する。

従来、サラウンドシステムによれば、たとえば５個のスピーカをチャンネル毎に周囲に配置して再生を行うことにより、周囲からの各チャンネルの音によって包まれるようなサラウンド効果を得ることができる。そして近年、スピーカを左右チャンネル用の２個のみ配置したステレオシステムにおいても、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）などの処理によって音の広がり感を得ることができるようになっている。

このような音場調整を行う技術として、種々の音場を再現し、狭い空間での音をライブ演奏のように響かせることもできるようにしたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。この技術においては、各遅延要素から、任意の反射波のレベルを乗じた信号を取り出し、それぞれを加算することによって、残響音の信号を生成するようにしている。

一方、テレビジョンや携帯電話などのように、スピーカの配置が制限されているものの場合、コンテンツをそのまま再生しても、音の広がり感が少ない。そこで、左右２チャンネルの音声信号を再生する場合に、左チャンネル及び右チャンネルの相関性がない残響音を元の音に加算し、残響効果を高めた再生を行うことによって、スピーカの配置よりも音場を広げる効果を生じさせるようにした技術も知られている（たとえば、特許文献２参照）。特許文献２の技術においては、この残響効果の向上を、左チャンネル信号Ｌ及び右チャンネル信号Ｒの差分信号（Ｌ−Ｒ）に遅延処理を施した信号と、左チャンネル信号Ｌ及び右チャンネル信号Ｒの和信号（Ｌ＋Ｒ）とを加算することにより実現している。

図６はこのように残響音を付加して音の広がり感を得るようにした従来の残響付加装置の一般的な構成を示すブロック図である。同図に示すように、この装置は、左チャンネル信号Ｌｃｈにゲイン係数を乗算する乗算器６１、右チャンネル信号Ｒｃｈにゲイン係数を乗算する乗算器６２、乗算器６１及び６２の出力を加算する加算器６３、加算器６３の出力に対して帯域制限を施す帯域制限フィルタ６４、帯域制限フィルタ６４が出力する信号についての特性や遅延を制御する残響フィルタ６５、残響フィルタ６５の出力に対してゲイン係数を乗算する乗算器６６及び６７、左チャンネル信号Ｌｃｈに対して乗算器６６の出力を加算する加算器６８、及び右チャンネル信号Ｒｃｈに対して乗算器６７の出力を加算する加算器６９を備える。

この構成において、左チャンネル信号Ｌｃｈと、右チャンネル信号Ｒｃｈとの差分信号を得るために、乗算器６１及び６２の各ゲイン係数は符号が反転した同じ値とされる。たとえば各ゲイン係数は「１」及び「−１」とされる。加算器６３から出力される差分信号は、帯域制限フィルタ６４によって所定の帯域制限が施され、残響フィルタ６５によって遅延特性が制御され、残響信号として出力される。残響フィルタ６５の出力は、乗算器６６を経てから、加算器６８により左チャンネル信号Ｌｃｈに加算される。残響フィルタ６５の出力はまた、乗算器６７を経てから、加算器６８により左チャンネル信号Ｌｃｈに加算される。その際、乗算器６６のゲイン係数はα、乗算器６７のゲイン係数は−αとされる。αは付加する残響信号のレベルを表す。

特開２００１−３３９７９８号公報 特開２０００−１０２１００号公報

しかしながら、このような従来の残響付加装置によれば、残響信号を生成するために、多くの遅延メモリを備えた残響フィルタによる処理を行う必要があるので、装置の回路が大規模なものとなる。このため、処理能力が高いＤＳＰなどが必要となり、装置が高価なものとなる。さらに、従来の残響付加装置によれば、高音域における残響音が大きくなり過ぎてしまい、低音域に比べ、高音域がうるさく感じるという問題がある。

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、残響音の効果が高音域に偏ることのない、簡便な構成の残響付加装置を提供することにある。

この目的を達成するため、第１の発明に係る残響付加装置は、１つの音声信号を構成する第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号のレベル比を変更する第１レベル比変更部（１１、１２）と、前記第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号のレベル比を別途変更する第２レベル比変更部（１６、１７）と、前記第１レベル比変更部によりレベル比が変更された第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号の差分を第１残響信号として出力する第１残響信号出力部（１１〜１３）と、前記第２レベル比変更部によりレベル比が変更された第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号の差分を第２残響信号として出力する第２残響信号出力部（１６〜１８）と、前記第１残響信号を前記第１チャンネル信号に加算する第１加算部（１５）と、前記第２残響信号を前記第２チャンネル信号に加算する第２加算部（２０）とを具備することを特徴とする。

第２の発明に係る残響付加装置は、第１発明において、前記第１レベル比変更部は、前記第１チャンネル信号のレベルが前記第２チャンネル信号のレベルより大きくなるように前記レベル比の変更を行うものであり、前記第２レベル比変更部は、前記第２チャンネル信号のレベルが前記第１チャンネル信号のレベルより大きくなるように前記レベル比の変更を行うものであることを特徴とする。

第３の発明に係る残響付加装置は、第１又は第２の発明において、前記第１残響信号のレベルを変更する第１レベル変更部（１４）と、前記第２残響信号のレベルを変更する第２レベル変更部（１９）とを備えることを特徴とする。

第４の発明に係る残響付加装置は、第１〜第３のいずれかの発明において、前記第１残響信号出力部及び第１加算部間に設けられ、前記第１残響信号の周波数帯域を制限する第１帯域制限フィルタ（２１）、及び記第２残響信号出力部及び第２加算部間に設けられ、前記第２残響信号の周波数帯域を制限する第２帯域制限フィルタ（２１）、又は、前記第１残響信号出力部及び第１加算部間に設けられ、前記第１残響信号の遅延特性を制御する第１残響フィルタ（３１）、及び前記第２残響信号出力部及び第２加算部間に設けられ、前記第２残響信号の遅延特性を制御する第２残響フィルタ（３２）を備えることを特徴とする。

第５の発明に係るプログラムは、コンピュータを、第１〜第４のいずれかの発明に係る残響付加装置として機能させることを特徴とする。

第６の発明に係る残響付加方法は、１つの音声信号を構成する第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号のレベル比を変更する第１レベル比変更工程（１１）と、前記第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号のレベル比を別途変更する第２レベル比変更工程（１１）と、前記第１レベル比変更工程によりレベル比が変更された第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号の差分を第１残響信号として出力する第１残響信号出力工程（１１〜１３）と、前記第２レベル比変更工程によりレベル比が変更された第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号の差分を第２残響信号として出力する第２残響信号出力工程（１６〜１８）と、前記第１残響信号を前記第１チャンネル信号に加算する第１加算工程（１５）と、前記第２残響信号を前記第２チャンネル信号に加算する第２加算工程（２０）とを具備することを特徴とする。

第７の発明に係る残響付加方法は、第６発明において、前記第１残響信号のレベルを変更する第１レベル変更工程（１４）と、前記第２残響信号のレベルを変更する第２レベル変更工程と（１９）を備えることを特徴とする。

本発明によれば、残響音の効果が高音域に偏ることのない、簡便な構成の残響付加装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る残響付加装置の構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る残響付加装置の構成を示すブロック図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る残響付加装置の構成を示すブロック図である。 図３の装置における残響フィルタの作用を示す図である。 図３の装置における残響フィルタとして用いることができるコムフィルタの一例を示すブロック図である。 従来の残響付加装置の一般的な構成を示すブロック図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る残響付加装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、この装置は、ステレオ信号を構成する左チャンネル信号Ｌｃｈにゲイン係数を乗算する乗算器１１、前記ステレオ信号を構成する右チャンネル信号Ｒｃｈにゲイン係数を乗算する乗算器１２、乗算器１１及び１２の出力を加算する加算器１３、加算器１３の出力に対しゲイン係数を乗算する乗算器１４、乗算器１４の出力を左チャンネル信号Ｌｃｈに加算する加算器１５を備える。また、右チャンネル信号Ｒｃｈにゲイン係数を乗算する乗算器１６、左チャンネル信号Ｌｃｈにゲイン係数を乗算する乗算器１７、乗算器１６及び１７の出力を加算する加算器１８、加算器１８の出力に対しゲイン係数を乗算する乗算器１９、乗算器１９の出力を右チャンネル信号Ｒｃｈに加算する加算器２０を備える。構成要素１１〜１５により左チャンネル用の残響付加経路が形成され、構成要素１６〜２０により右チャンネル用の残響付加経路が形成される。

乗算器１１のゲイン係数は正の値であるα１１とされ、乗算器１２のゲイン係数は負の値である−α１２とされる。ただし、α１１＞α１２である。乗算器１６のゲイン係数は正の値であるα２１とされ、乗算器１７のゲイン係数は負の値である−α２２とされる。ただし、α２１＞α２２である。乗算器１４及び１９のゲイン係数はそれぞれβ１及びβ２とされる。なお、これとは逆に、α１１＜α１２、及びα２１＜α２２としてもよい。

この構成において、左チャンネル信号Ｌｃｈに対して、乗算器１１によりゲイン係数α１１が乗じられる。一方、右チャンネル信号Ｒｃｈに対して、乗算器１２によりゲイン係数−α１２が乗じられる。乗算器１１及び１２の出力は加算器１３により加算される。これにより、左右チャンネルの信号Ｌｃｈ及びＲｃｈの差分信号として、左チャンネル用の残響信号が得られる。この残響信号は乗算器１４によってゲイン係数β１が乗じられ、レベルが調整される。調整された左チャンネル用の残響信号は加算器１５によって左チャンネル信号Ｌｃｈに加算される。

また、左チャンネル信号Ｌｃｈに対し、乗算器１７によりゲイン係数−α２２が乗じられ、右チャンネル信号Ｒｃｈに対し、乗算器１６によりゲイン係数α２１が乗じられる。乗算器１６及び１７の出力は加算器１８により加算される。これにより、左右チャンネルの信号Ｌｃｈ及びＲｃｈの差分信号として、右チャンネル用の残響信号が得られる。この残響信号は乗算器１９によってゲイン係数β２が乗じられ、レベルが調整される。調整された右チャンネル用の残響信号は加算器２０によって右チャンネル信号Ｒｃｈに加算される。

これにより、出力側における左チャンネル信号Ｌｃｈ及び右チャンネル信号Ｒｃｈは次式で表したものとなる。

ここで、左チャンネル信号Ｌｃｈ及び右チャンネル信号Ｒｃｈの低音域成分においては波長が長く、高音域成分においては波長が短い。そして、ステレオマイクで録音することにより左右チャンネルの信号Ｌｃｈ及びＲｃｈを取得する場合、左チャンネル用のマイクと右チャンネル用のマイクとの間には物理的な一定の距離が存在する。この場合、低音域成分については、波長が長いため、左右のマイクには、音源のうちの１つから発した同じ波がほぼ同じ位相で入射する。しかしながら、高音域成分については、波長が短いため、音源のうちの１つから異なるタイミングで発した異なる波が同時に入射する。したがって左チャンネル信号Ｌｃｈ及び右チャンネル信号Ｒｃｈの相関は、低音域成分においては高いが、高音域成分においては低い。

このとき、左チャンネル信号Ｌｃｈ及び右チャンネル信号Ｒｃｈについて何ら重み付けを行わない場合、すなわちゲイン係数α１１、α１２、α２１、及びα２２のいずれもが「１」である場合、左チャンネル信号Ｌｃｈ及び右チャンネル信号Ｒｃｈの差分信号として、相関性が低い高音域成分における残響信号が多く抽出される。たとえば、左チャンネル信号Ｌｃｈ及び右チャンネル信号Ｒｃｈとして、いずれもレベル値が０．８のデータが入力された場合、つまり相関性がある場合、加算器１３又は１８が出力する差分信号の値は０（＝０．８−０．８）となるので、残響成分を抽出することができない。このため、差分信号においては、相関性の高い低音域での残響成分は少なく、相関性の低い高音域での残響成分が多く含まれることになる。したがって、上述図６の従来の残響付加装置の場合のように、差分信号に基づく残響信号を、そのまま元の左右チャンネルの信号Ｌｃｈ及びＲｃｈに加算すると、高音域における残響成分が多すぎて、高音域がうるさく感じることになる。

これに対し、たとえば乗算係数α１１及びα２１を「１」、乗算係数α１２及びα２２を「０．５」とする重み付けを行なうことにより、上記例のような相関性がある場合においても、差分信号のレベルは０．４（＝１×０．８−０．５×０．８）となり、残響成分を抽出することができる。本実施形態においては、このように、乗算係数α１１及びα１２として異なる値を採用し、乗算係数α２１及びα２２としても異なる値を採用し、左チャンネル信号Ｌｃｈ及び右チャンネル信号Ｒｃｈに対して異なる重み付けを行ってから差分信号を取得するようにしているので、差分信号として、相関性が低い高音域については過大とならない程度に残響成分を含み、相関性の高い低音域についても残響成分を含むような残響信号を抽出することができる。すなわち、残響成分が高音域に偏ることなく、全周波数帯域にわたって残響成分を含む残響信号を、残響フィルタなどを用いる必要なく、簡便な構成により抽出することができる。

図２は本発明の第２の実施形態に係る残響付加装置の構成を示すブロック図である。同図において、図１中の要素と同一の要素については、図１の場合と同一の符号が付されている。すなわち、図２の装置は、図１の装置に対し、加算器１３及び乗算器１４の間、並びに加算器１８及び乗算器１９の間にそれぞれ帯域制限フィルタ２１及び２２を設けたものとなっている。その他の構成は図１の場合と同様である。

この構成において、加算器１３及び１８からの各差分信号は、それぞれ帯域制限フィルタ２１及び２２によって所定の帯域に制限されてから、乗算器１４及び１９に出力される。他の点については、図１の装置の場合と同様である。

これによれば、加算器１３及び１８からの各差分信号に対し、帯域制限フィルタ２１及び２２により、所望の特性を付与することができる。たとえば、帯域制限フィルタ２２の特性をより低音域を通過させるように調整することによって、右チャンネルのベースの音についての残響音を増大させることができる。

図３は、本発明のさらに他の実施形態に係る残響付加装置の構成を示すブロック図である。同図において、図１中の要素と同一の要素については図１の場合と同一の符号を付している。すなわち、図３の装置は、図１の装置に対し、加算器１３及び乗算器１４の間、並びに加算器１８及び乗算器１９の間にそれぞれ残響フィルタ３１及び３２を設けたものとなっている。その他の構成は図１の場合と同様である。

この構成において、加算器１３及び１８からの各差分信号は、それぞれ残響フィルタ３１及び３２によって所定の残響特性及び遅延が付与され、乗算手段１４及び１９に出力される。他の点については、図１の装置の場合と同様である。

図４は残響フィルタ３１及び３２の作用を示す。図４（ａ）に示すように、音源から直接マイクに入力される直接音（基本波）４１に対し、音源から反射してマイクに入力される反射音（反射波）４２が付随し、この信号が左チャンネル信号Ｌｃｈ又は右チャンネル信号Ｒｃｈとして入力されるとすれば、反射音４２の成分は加算器１３又は１８の出力として抽出される。反射音４２の成分はさらに、残響フィルタ３１又は３２によって、図４（ｂ）に示すような残響成分４３とされ、元の信号Ｌｃｈ又はＲｃｈに付加される。すなわち、残響フィルタ３１又は３２によって、残響音の存在が長期化してリバーブ効果が高まり、より大きな空間における音の響きを擬似的に表現することができる。

図５は残響フィルタ３１及び３２として用いることができるコムフィルタの一例を示すブロック図である。このコムフィルタは直列に接続された４つの遅延素子５１〜５４、及び各遅延素子５１〜５４のタップに接続された乗算器５５〜５８、各乗算器５５〜５８の出力を加算する加算器５９を備える。遅延素子５１〜５４はそれぞれ入力信号に対しｎサンプル周期分の遅延を付与するものである。乗算器５５〜５８にはそれぞれ所定のフィルタ係数が設定される。コムフィルタに入力される信号は各遅延素子５１〜５４により順次ｎサンプル周期分の遅延が付与され、各遅延素子５１〜５４のタップには遅延量がｎサンプル周期分ずつ異なる信号が出力される。各タップ出力は乗算器５５〜５８によりそれぞれのフィルタ係数が乗算され、加算器５９により加算され、出力される。これにより、フィルタへの入力信号に対し、図４で示したような残響フィルタとしての効果を付与することができる。また、乗算器５５〜５８に設定されるフィルタ係数を適宜変更することによって、加算器１３又は１８（図３）から入力される残響信号の特性を任意に制御することができる。

なお、本発明は、上述実施形態に限定されることなく適宜変形して実施することができる。たとえば、上述においては言及しなかったが、乗算器１１、１２、１４、１６、１７、１８、加算器１３、１５、１８、２０、帯域制限フィルタ２１、２２、残響フィルタ３１、３２等を、コンピュータ及びプログラムを用いて構成するようにしてもよい。

また、上述においては、デジタル音声信号をデジタル処理する場合について述べたが、アナログ音声信号をアナログ回路で処理する場合についても、同様にして処理を行うことができる。

また、上述においては、ステレオ信号を構成する左右チャンネルの信号に対して残響信号を付加する場合について述べたが、他の音声信号を構成する第１チャンネル及び第２チャンネルの信号に対して残響信号を付加する場合についても、本発明を同様にして適用することができる。

１１，１２，１４，１６，１７，１９，５５〜５８，６１，６２，６６，６７：乗算器、１３，１５，１８，２０，５９，６８，６９：加算器、２１，２２，６４：帯域制限フィルタ、３１，３２，６５：残響フィルタ、５１〜５４：遅延素子、４１：直接音、４２：反射音、４３：残響成分。

Claims (7)

1. １つの音声信号を構成する第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号のレベル比を変更する第１レベル比変更部と、
   前記第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号のレベル比を別途変更する第２レベル比変更部と、
   前記第１レベル比変更部によりレベル比が変更された第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号の差分を第１残響信号として出力する第１残響信号出力部と、
   前記第２レベル比変更部によりレベル比が変更された第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号の差分を第２残響信号として出力する第２残響信号出力部と、
   前記第１残響信号を前記第１チャンネル信号に加算する第１加算部と、
   前記第２残響信号を前記第２チャンネル信号に加算する第２加算部とを具備することを特徴とする残響付加装置。
2. 前記第１レベル比更部は、前記第１チャンネル信号のレベルが前記第２チャンネル信号のレベルより大きくなるように前記レベル比の変更を行うものであり、
   前記第２レベル比変更部は、前記第２チャンネル信号のレベルが前記第１チャンネル信号のレベルより大きくなるように前記レベル比の変更を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の残響付加装置。
3. 前記第１残響信号のレベルを変更する第１レベル変更部と、
   前記第２残響信号のレベルを変更する第２レベル変更部とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の残響付加装置。
4. 前記第１残響信号出力部及び第１加算部間に設けられ、前記第１残響信号の周波数帯域を制限する第１帯域制限フィルタ、及び記第２残響信号出力部及び第２加算部間に設けられ、前記第２残響信号の周波数帯域を制限する第２帯域制限フィルタ、
   又は前記第１残響信号出力部及び第１加算部間に設けられ、前記第１残響信号の遅延特性を制御する第１残響フィルタ、及び前記第２残響信号出力部及び第２加算部間に設けられ、前記第２残響信号の遅延特性を制御する第２残響フィルタを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の残響付加装置。
5. コンピュータを、請求項１〜４のいずれかの残響付加装置として機能させることを特徴とするプログラム。
6. １つの音声信号を構成する第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号のレベル比を変更する第１レベル比変更工程と、
   前記第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号のレベル比を別途変更する第２レベル比変更工程と、
   前記第１レベル比変更工程によりレベル比が変更された第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号の差分を第１残響信号として出力する第１残響信号出力工程と、
   前記第２レベル比変更工程によりレベル比が変更された第１チャンネル信号及び第２チャンネル信号の差分を第２残響信号として出力する第２残響信号出力工程と、
   前記第１残響信号を前記第１チャンネル信号に加算する第１加算工程と、
   前記第２残響信号を前記第２チャンネル信号に加算する第２加算工程とを具備すること
   を特徴とする残響付加方法。
7. 前記第１残響信号のレベルを変更する第１レベル変更工程と、
   前記第２残響信号のレベルを変更する第２レベル変更工程とを備えることを特徴とする請求項６に記載の残響付加方法。

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