JP2012168367A

JP2012168367A - 再生装置とその方法と、プログラム

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Publication number: JP2012168367A
Application number: JP2011029546A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Furuya; 賢一古家; Kenji Kiyohara; 健司清原; Yoichi Haneda; 陽一羽田; Akira Omoto; 章尾本; Kazuhiko Kawahara; 一彦河原
Original assignee: Kyushu University NUC; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Kyushu University NUC; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2012-09-06

Abstract

【課題】原音場の音を別の再生音場に再現する再生装置を提供する。
【解決手段】この発明の再生装置は、第１フィルタが原音場に設定したマイクロホンにより観測したインパルス応答から求めた第１のフィルタ係数に音源信号を畳み込むことで初期反響音を模擬する。そして、第２フィルタが上記マイクロホンと同じ位置関係となるように設置されたスピーカとそのスピーカと隣接する位置に配置されたマイクロホンとを用いて、そのスピーカで再生する信号として、上記マイクロホンで収音した再生音場の収音信号に上記インパルス応答から求めた第２のフィルタ係数を畳み込むことで後期残響音を模擬する。加算部は、その初期反響音と後期残響音を加えた再生信号を生成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばスタジオ等の音場を他の異なる場所で高い忠実度で再現する再生装置とその方法と、プログラムに関する。

これまでの音声再生システムは、単一のスピーカで音を再生するモノラルにはじまり、２台のスピーカを用いて再生するステレオ方式、また５台のスピーカによって受聴者を取り囲み、さらにサブウーファを用いて低音を再生する5.1サラウンド方式などが一般的に知られている。

また音場支援技術としては、非特許文献１に開示された方法が知られている。非特許文献１は、部屋の音をマイクロホンで収音してスピーカから残響を付加して残響時間を制御する考えである。ただ、残響信号のみを再生するものであって、音響信号を再生するものではない。

川上福司、「ホールにおける音場支援技術」日本音響学会誌53巻4号、pp.311-315, 1997.

これまでの再生方式、特にステレオ方式は、再生対象の「音」を高い忠実度で再生することに主眼がおかれている。的確に調整されたステレオ方式によって音楽を再生することで、演奏者の様子を高忠実度に再生することも出来る。しかし、例えば演奏が行われた「場」（ホールやスタジオ等）の雰囲気までを高い臨場感で再生することは難しい。

一方、受聴者を取り囲むサラウンド方式において、側方（後方）のスピーカより反射音を模擬した音を放射するなど、ある程度の雰囲気の再現も可能であるが、限界が存在する。

この発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、例えばスタジオ等の音場を他の再生音場に高い忠実度で再現する再生装置とその方法と、プログラムを提供することを目的とする。

この発明の再生装置は、第１フィルタと、第２フィルタと、加算部と、を具備する。第１フィルタは、原音場に設定したマイクロホンにより観測したインパルス応答から求めた第１のフィルタ係数に音源信号を畳み込む。第２フィルタは、上記マイクロホンと同じ位置関係となるように再生音場内に設置されたスピーカと、そのスピーカと隣接する位置に配置されたマイクロホンとを用いて、そのスピーカで再生する信号として、上記マイクロホンで収音した別の音場の収音信号に上記インパルス応答から求めた第２のフィルタ係数を畳み込む。加算部は、第１フィルタの出力信号と第２フィルタの出力信号を加算して再生信号を生成する。

この発明の再生装置は、音源信号を、原音場のインパルス応答から求めた第１のフィルタ係数に畳み込むことで原音場の初期反射音を再現し、再生音場で収音した収音信号を、原音場のインパルス応答から求めた第２のフィルタ係数に畳みこむことで後期残響音を再現する。したがって、この初期反射音と後期反射音は、原音場の音を、再生音場に高忠実度に再現することができる。

また、この発明の再生装置は、直接波音と初期反射音と後期残響音の３の音の組み合わせで原音場の音を再現する。特にその後期残響音に関しては任意性を持たせることが可能であり、音場の特性に応じて細かく調整することも可能であることから臨場感の演出を効果的に行うことができる。また、別の音場（再生音場）で現実に発生している音、例えば受聴者自身の声や拍手などの音に対して、原音場と同じ響きを持たせることが可能なため、さらに臨場感を高めることができる。

この発明の再生装置１００の機能構成例を示す図。再生装置１００の動作フローを示す図。原音場での音響測定の様子を示す図。原音場のインパルス応答の例を示す図。再生装置１００を用いた音響システム２００の機能構成例を示す図。この発明の再生装置３００の機能構成例を示す図。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。

図１に、この発明の再生装置１００の機能構成例を示す。その動作フローを図２に示す。再生装置１００は、第１フィルタ１１と、第２フィルタ１２と、加算部１３と、を具備する。第１フィルタ１１は、図示しない原音場に設定したマイクロホンにより観測したインパルス応答から求めた第１のフィルタ係数に音源信号を畳み込む（ステップＳ１１）。第２フィルタ１２は、原音場のマイクロホンと同じ位置関係となるように再生音場内に設置されたスピーカ１４とそのスピーカ１４と隣接する位置に配置されたマイクロホン１５とを用いて、スピーカ１４で再生する信号として、マイクロホン１５で収音した収音信号に上記インパルス応答から求めた第２のフィルタ係数を畳み込む（ステップＳ１２）。加算部１３は、第１フィルタ１１の出力信号と第２フィルタ１２の出力信号を加算して再生信号を生成する（ステップＳ１３）。再生装置１００は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等で構成されるコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて、ＣＰＵがそのプログラムを実行することで実現される。なお、図１では、アンプ等の構成は省略している。

原音場とインパルス応答について説明する。原音場とは、例えばホールやスタジオ等の音場である。図３に原音場１を平面的に見た図を示す。原音場１は、その音場を、他の別の再生音場で再現する際の対象とする音場である。原音場１の音響的な環境は、原音場１のインパルス応答４を測定することで把握することができる。

インパルス応答４は、原音場１内の例えばステージ上などに音源（スピーカ）を設置し、壁面近傍に配置されたマイクロホン３との間で測定する。図４にインパルス応答４の例を示す。図４の横軸は時間、縦軸は振幅である。

インパルス応答４の先頭部分の区間５は、音場内においていわゆる初期反射音を生成する「素」と考えることができ、この区間５のインパルス応答を再生音場で主要な反射音成分を生成するために用いる。つまり、再生音場で再生する音に初期反射成分を畳み込むことによって、原音場１の反射音を再生音場で再現する。

その後ろの部分の区間６は、その部屋の残響時間によって大きく変わる後期残響音の部分である。区間６の残響成分に関しては、詳細な波形情報は取り扱わず、残響時間などの全般的な情報を得るために用いる。全般的な情報とは、例えば、原音場１の音の拡散性、音の響き等の反射状況のことである。再生音場で再生する音に残響成分を畳み込むことによって、原音場１での残響音を再生音場で再現する。

このインパルス応答４の他に複数のマクロホン３において原音場１の暗騒音を長時間にわたって測定する。収音した暗騒音は、再生音場で再生したい音原信号に重み付け加算して、その一部とする。インパルス応答４と暗騒音を測定することで、原音場１の音響的な特性を把握することができる。

区間５と６の分け方については、所定の時間で分ける方法、振幅の大きさと実験によって設定した閾値とを比較することによって分ける方法などがある。区間５は、例えば５０〜８０ｍｓ程度の時間である。

第１フィルタ１１は、そのインパルス応答から求めた第１のフィルタ係数に外部から入力される音源信号を畳み込む。この第１のフィルタ係数は、上記した区間５の初期反射音を多く含む区間のインパルス応答から求めた係数とする。そうすると、音源信号は原音場１の初期反射音を模擬した信号を含む音源信号に変換される。

第２フィルタ１２は、原音場１のマイクロホン３と同じ位置関係となるように再生音場内に設置されたスピーカ１４と隣接する位置に配置されたマイクロホン１５で収音した収音信号に、上記したインパルス応答から求めた第２のフィルタ係数を畳み込む。この第２のフィルタ係数は、区間６のインパルス応答から求めた係数とする。そうすると、原音場１とは異なる再生音場で得られた収音信号は、原音場１の後期残響音を模擬した信号に変換される。

加算部１３は、音源信号を原音場１の初期反射音に模擬した第１フィルタ１１の出力信号と、再生音場で現に発生している収音信号を原音場１の後期残響音に模擬した第２フィルタ１２の出力信号と、を加算した再生信号を生成する。

音源信号を、例えば、原音場１で演奏された音源を録音したものとすると、再生装置１００は、原音場１と全く異なる別の再生音場に、原音場１の音場を高忠実度に再現することができる。この時、再生音場内に居る受聴者自身が出す音声や衣擦れや拍手等の音も、原音場１の残響音に模擬して出力されるので、より高い臨場感を演出することができる。

なお、スピーカ１４は、スピーカユニット１４０と、そのスピーカユニット１４０の前面を覆う吸音部１４１とで構成しても良い。吸音部１４１は吸音材で構成される。この場合、マイクロホン１５はその収音材の表面に配置される。その結果、マイクロホン１５は反射音の影響を少なくして、直接音を効果的に収音することができる。吸音材の音響透過率は一般的に高いため、スピーカユニット１４０から出た音は大きく減衰することなく吸音部１４１を通過する。なお、吸音部１４１は、スピーカユニット１４０全体を覆うように設けても良い。

この再生装置１００を部屋の壁に複数配置し、第２フィルタ１２の特性を長い減衰時間とすることで、デッドな空間においても長い残響を伴った反射音を生成することが可能になる。また、この再生装置１００を壁面の大部分の領域を覆うように配置することで、反射音の性質を自由に制御することが可能な壁面を形成することができる。

〔音響再生システム〕
図５に、この発明の再生装置１００を用いた音響再生システムの機能構成例を示す。図５は、５.１チャンネルの音響再生システムにこの発明の再生装置１００を組み合わせたものである。音源５１は、例えば上記した原音場１で演奏された楽曲音を録音したものである。スピーカ５２Ｃはセンターチャンネルを再生するスピーカ、スピーカ５２Ｌは左チャンネルを再生するスピーカ、スピーカ５２Ｒは右チャンネルを再生するスピーカであり、サラウンド配置される。

５２ＬＷは左チャンネルのサブウーファ、５２ＲＷは右チャンネルのサブウーファである。そして、部屋５０（再生音場）にサラウンド配置されたスピーカと対向する壁と、左右の壁にはこの発明の再生装置１００が配置されている。この例では、各壁に３個ずつ配置されている。

なお、各再生装置１００₁〜１００_９のスピーカユニットは、音場を再現したい原音場のインパルス応答を観測したマイクロホンの配置に対応して配置される。各再生装置１００₁〜１００_９の第１フィルタと第２フィルタのフィルタ係数は、実施例１で説明したのと同様に設定されている。第２フィルタのフィルタ係数は、基本的に原音場の残響成分に対応するようなリーバブルエフェクタを用いるが、再生音場の特徴によって適宜修正できるものとする。そうすることで、後期残響成分の再生に関しては、任意性を有するシステムとすることができる。

また、各再生装置１００₁〜１００_９の間に隙間があるように記載しているが、再生装置１００（図１）の個数を分かり易く記載しているためであり、実際には隙間は必要がない。また、壁面の３面だけでなく、天井や床面、及びサラウンドスピーカが配置された側の壁面にも、再生装置１００を配置しても良い。また、各面には再生装置１００を１個以上配置すれば良い。

図６に、この発明の再生装置２００の機能構成例を示す。再生装置２００は、再生装置１００から第１フィルタ１１と加算部１３を削除した構成である。このように、再生音場での残響音のみを、原音場の残響音に模擬する構成も考えられる。

以上説明したように、この発明の再生装置１００は、音場の主観的評価に対して重要な役割を持つ初期反射音成分を、音源信号に模擬して再生すると共に、音場全体の印象に寄与する残響成分に関しては受聴者自身が出す音に対しても原音場と同等な響きを持たせることができる。その結果、この発明の再生装置１００は、これまでにない高い臨場感を提供することができる。

また、上記方法及び装置において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。

上記装置における処理手段をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムとして記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、各装置における処理手段がコンピュータ上で実現される。

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な任意の記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリがある。より具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、DVD（Digital Versatile Disc）、DVD-RAM（Random Access Memory）、CD-ROM（Compact Disc Read Only Memory）、CD-R（Recordable）/RW（ReWritable）等を、光磁気記録媒体として、MO（Magneto Optical disc）等を、半導体メモリとしてEEP-ROM（Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory）等を用いることができる。

また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD-ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記録装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。

また、各手段は、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより構成することにしてもよいし、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェアとして実現することとしてもよい。

Claims

原音場に設定したマイクロホンにより観測したインパルス応答から求めた第１のフィルタ係数に音源信号を畳み込む第１フィルタと、
上記マイクロホンと同じ位置関係となるように再生音場内に設置されたスピーカと、そのスピーカと隣接する位置に配置されたマイクロホンとを用いて、当該スピーカで再生する信号として、上記マイクロホンで収音した収音信号に上記インパルス応答から求めた第２のフィルタ係数を畳み込む第２フィルタと、
上記第１フィルタの出力信号と上記第２フィルタの出力信号を加算して再生信号を生成する加算部と、
を具備する再生装置。
請求項１に記載した再生装置において、
更に、
上記再生信号を音響信号に変換するスピーカと、
そのスピーカの前面若しくは全体を吸音材で覆う吸音部と、
上記吸音部の表面に配置されたマイクロホンと、
を具備したことを特徴とする再生装置。
原音場に設定したマイクロホンにより観測したインパルス応答から求めた第１のフィルタ係数に原音場の音源信号を畳み込む第１フィルタ過程と、
上記マイクロホンと同じ位置関係となるように再生音場内に設置されたスピーカと、そのスピーカと隣接する位置に配置されたマイクロホンとを用いて、当該スピーカで再生する信号として、上記マイクロホンで収音した上記別の音場の音に上記インパルス応答から求めた第２のフィルタ係数を畳み込む第２フィルタ過程と、
上記第１フィルタの出力信号と上記第２フィルタの出力信号を加算して再生信号を生成する加算過程と、
を備える再生方法。
請求項１又は２に記載した再生装置としてコンピュータを機能させるための装置プログラム。