JP2567464B2

JP2567464B2 - 立体音像の採取装置と再生装置、立体音像情報の送出方法と再生装置、立体音像情報の記録方法と再生装置

Info

Publication number: JP2567464B2
Application number: JP63267150A
Authority: JP
Inventors: 忠洋長山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1988-10-25
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1996-12-25
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JPH02114799A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、立体音像情報の採取および再生にホログ
ラフィに類似した技術を適用し、より現実に近い立体音
像を再生するための立体音像の採取装置と再生装置、立
体音像情報の送出方法と再生装置および立体音像情報の
記録方法と再生装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の立体音像再生方法には、レコードやテープレコ
ーダなどの再生に使用されているいわゆるステレオ再生
方法がある。これは、原理的には音を左右２個のマイク
ロフォン（以下マイクと記載する）で採取し、マイクの
位置に対応した左右２個のスピーカで再生する方法であ
る。この方法によると再生音に方向性が出るため、ある
程度立体感のある音場が再生できる。しかし、この方法
では完全に元の音の立体性を再現することは不可能であ
り、立体感をさらに強く出すため、スピーカを後部にも
２個配置する方法や、前部に３個後部に１個配置する方
法などがあり、劇場などで使われる方法としてさらに多
くのスピーカを前後、左右、上部などに配置する方法な
どもある。

しかし、従来の立体音像再生方法では、雰囲気を高め
るのに役立つ擬似的な立体感が得られるだけであり、音
源の位置を正確に聞き分ける（定位）ことができるよう
な本当の意味の立体的再生は困難である。

第18図に従来の立体音像再生方法の例としてマイクを
２個使用して音を採取し、２個のスピーカにより再生す
る場合の例を示す。この図において、60は音源群、61,6
2はマイク、63,64は増幅器、65,66はスピーカ、67乃至6
9は聴取者である。聴取者68は両スピーカ65,66までの距
離が等しい位置にある。マイク61,62には各音源からの
音が各音源までの距離に応じた強さで到達し、各マイク
61,62はその強さに応じた電気信号を発生する。スピー
カ65,66はそれぞれマイク61,62で発生した信号に対応し
た音、すなわち、それぞれマイク61,62の位置で聞こえ
る音に対応した音を発する。音源群60による音場とスピ
ーカ65,66が発する音による音場とは隔壁70により隔離
されており、それぞれに音場は独立である。

この場合重要なことは、マイク61,62の位置に存在す
る音には、音の強さと音源の方向に関する情報とが含ま
れているのに対し、各マイク61,62が発生する電気信号
は、そのマイク61,62の位置に存在する音の強さに対応
した情報は含むが、音源の方向に関する情報は含まれて
いないことである。したがって、スピーカ65,66が発す
る音には音源までの距離に対応した情報は含まれている
が、音源の方向に関する情報は失われており、上記の方
法によって音源の方向まで再生することは本質的に不可
能である。再生音における音源の方向はあくまでスピー
カ65,66であり、聴取者67乃至69が聞く音における方向
感はスピーカ65,66までの距離によって変化する。した
がって、聴取者67乃至69が聞く音は音源群60の各音源の
位置が異なり、僅かに各スピーカ65,66までの距離が等
しい聴取者68だけが原音場に比較的類似した方向性を持
った音を聞くことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上説明したように、第18図に示した従来のステレオ
では、音源の位置を正確に聞き分けることは不可能であ
る。テレビ会議システムなどにおいては、どの席に座っ
ている出席者が発言しているかが声の聞こえてくる方向
で聞き分けられれば、自然な雰囲気で会議を進める上で
効果が大きいが、従来のステレオでは出席者の位置を定
位することは困難である。また、音楽を鑑賞する場合は
具体的な個々の音源（すなわち楽器）が正確に定位でき
ることは必ずしも必要ではないが、スピーカの前のどの
鑑賞者も同じように定位でき、同じような立体感で鑑賞
できるためには音楽であっても定位は正確であることが
重要である。そこで、より音源の位置が正確に再現でき
る音場の再生方法の出現が望まれていた。

この発明の目的は、音源の位置を正確に再現するため
の立体音像の採取装置と再生装置、立体音像情報の送出
方法と再生装置、立体音像情報の記録方法と再生装置等
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明にかかる立体音像の採取装置は、マイクロホ
ンが配列されている面内における音波の振幅の分布にお
ける空間周波数の採取対象とする最大空間周波数成分の
波長の1/2の長さ以下の間隔で配列されたマイクロホン
群を有するものである。

また、この発明にかかる立体音像の再生装置は、前記
採取装置に記載のマイクロホン群と同じ位置関係で配列
し、各マイクロホンに対応した位置のスピーカにより対
応したマイクロホンが採取した音を再生する接続とした
ものである。

また、この発明にかかる立体音像情報の送出方法は、
マイクロホンが配列されている面内における音波の振幅
の分布における空間周波数の採取対象とする最大空間周
波数成分の波長の1/2の長さ以下の間隔で配列されたマ
イクロホン群を用いて採取した音に対応した信号を、各
マイクロホンの位置を識別するための情報とともに通信
装置により送出するものである。

そして、この発明にかかる立体音像情報の再生装置
は、前記立体音像情報の送出方法によって送出された立
体音像情報に対応した信号を再生する受信回路と、上記
立体音像情報の送出方法において送出する音を採取する
ために使用したマイクロホン群の各マイクロホンが採取
した音声信号と各マイクロホンの位置に対応した位置の
スピーカに各マイクロホンが採取した音に対応した信号
を供給するために必要なスピーカ位置識別信号とを発生
する回路とを有するものである。

さらに、この発明にかかる立体音像情報の記録方法
は、マイクロホンが配列されている面内における音波の
振幅の分布における空間周波数の採取対象とする最大空
間周波数成分の波長の1/2の長さ以下の間隔で配列され
たマイクロホン群を用いて採取した音に対応した信号
を、各マイクロホンの位置を識別するための情報ととも
に録音媒体に記録するものである。

そして、この発明にかかる立体音像情報の再生装置
は、前記立体音像情報の記録方法によって記録された記
録媒体から立体音像情報に対応した電気信号を再生する
装置と、上記立体音像情報の記録方法において記録する
音を採取するために使用したマイクロホン群の各マイク
ロホンが採取した音声信号と各マイクロホンの位置に対
応した位置のスピーカに各マイクロホンが採取した音に
対応した信号を供給するために必要なスピーカ位置識別
信号とを発生する回路とを有するものである。

〔作用〕

この発明では、マイクが配列されている面内における
音波の振幅の分布を画像として扱った場合の空間周波数
の最大空間周波数成分に相当する長さの1/2以下の間隔
でマイクが配列されているため、情報理論の標本化定理
から明らかなように、このマイク群で採取した音の情報
には、採取の対象となった音波振幅分布を完全に復元で
きる情報量が確保されている。各マイクは各マイクの位
置における振幅に比例した情報を採取するが、時間的に
継続した音を採取するので位相情報も同時に採取され
る。

スピーカ群はマイク群と同じ位置関係で配列され、各
マイクによって採取された音の再生は各マイクの位置に
対応する位置のスピーカによって行われる。スピーカ群
の各スピーカが再生した音は周囲に拡散し互いに干渉し
合って全体で一つの波面を形成するが、この波面は原音
場がマイク群の後方に作る波面とほぼ等しくなり、スピ
ーカの前にいる聴取者はマイク群の後方の位置でマイク
群がなかったときの原音場で音を聞くのと等価となる。
空間的に標本化された多数の個別情報から空間的に連続
した原情報を再生するためには、一般的にいえば低域濾
波器（以下においてはLPFと記す）により空間周波数に
関する高調波の除去を行う必要があるが、この発明のよ
うに各点において再生された情報が周囲に拡散し互いに
干渉しあう場合は、低域濾波されたのと等価となり特別
なLPF無しで連続情報が得られる。マイクの音波入射面
の寸法が適度に小さく、マイク群による音場の擾乱が少
なく、マイクからスピーカに至る系の直線性が良く、ま
た、スピーカの音波放射面の寸法が適度に小さい場合は
再生音場は原音場に近くなる。

そして、立体音像の採取装置で採取された立体音像
は、そのまま再生するか通信装置で伝送してから再生す
るか、あるいは一旦記録してから再生して立体音像を得
る。

〔実施例〕

第１図はこの発明にかかる立体音像の採取装置と再生
装置の一実施例を示す図である。第１図において、１は
ｊ個の音源1₁〜1_jからなる音源群である（なお、不特定
の音源を示すときは１′とする。他の符号についても同
様である。）、２はｎ個のマイク2₁〜2_nからなるマイク
群である。マイク群２の各マイク２′は採取の対象とす
る音波の最大空間周波数成分の波長の1/2以下に対応す
る位相差が検出できる間隔で配列されている。マイク群
２が配列されている面における音波の振幅の分布を画像
として把握すると、このマイク２′の間隔はその画像に
おける空間周波数の採取の対象とする最大空間周波数成
分の波長の1/2以下の長さ（以下においてこの長さを（1
/2）Ｗと記すことがある）に対応する。したがって、情
報理論の標本化定理によりマイク群２の配列面における
音波振幅分布を再現するのに十分な情報を、マイク群２
が空間的に標本化して採取することが保証される。各マ
イク２′は各位置において瞬間的には音の振幅を採取す
るが、時間的に継続的に音を採取するため同時に位相情
報も採取する。この発明において、採取の対象とする音
波の最大周波数とは、特に回路動作上制限が無いときの
音源群１が発する音の周波数の最大値を意味する場合
と、例えば後述する第３図の実施例のように時間的に標
本化する場合は、標本化周波数の1/2の周波数を意味す
る場合との両方の場合を含むものとする。最大空間周波
数はこの最大周波数に対応する。

マイク群２の各マイク２′により採取された音はｎ個
の増幅器からなる増幅器群３の各増幅器３′により増幅
された後、ｎ個の電力増幅器からなる電力増幅器群４の
各電力増幅器４′に接続され、ｎ個のスピーカからなる
スピーカ群５の各スピーカ５′によって再生される。ス
ピーカ群５の各スピーカ５′の配列はマイク群２の各マ
イク２′の配列と同一であり、各マイク２′によって採
取された音の再生は、各マイク２′の位置に対応する位
置のスピーカ５′によって行われる。スピーカ群５は隔
壁６により音源群１から隔離され、スピーカ群５により
再生される音場は原音場と完全に分離されている。

各スピーカ５′から個別に再生された音は周囲に拡散
し、互いに干渉しあって一つの連続した波面を形成す
る。前記のように、空間的に標本化された個別情報から
空間的に連続した原音場を再現するには空間周波数の高
調波を除去するLPFが必要であるが、この発明では、空
間的に標本化された情報の拡散および相互干渉がLPFの
役割をする。マイク２′およびスピーカ５′の大きさが
空間周波数成分の波長に比べて十分に小さく（例えば1/
10以下）、増幅器群３および電力増幅器群４の増幅器
３′，電力増幅器４′の増幅率が増幅器群3,電力増幅器
群４内で等しく、各スピーカ５′の効率が等しく、ま
た、マイク２′，増幅器３′，電力増幅器４′，スピー
カ５′からなる回路を経由したときの位相のずれが各回
路とも等しくなるように設定すれば、上記の干渉によっ
て生成される音の波面は、音源１′が持つ波面と極めて
近くなる。したがって、スピーカ群５から発生する音
は、音源１′の方向も含めて原音源から直接発生する音
と極めて類似しており、スピーカ群５の前にいる聴取者
にはあたかも原音源の前にいるかのように聞こえる。原
音源の前にいるのと同じであるから音は立体的に聞こ
え、音の聞こえてくる方向や奥行きは原音源の方向や奥
行きと同じであり、音源１′の定位は極めて良好とな
る。聞こえてくる音の方向や奥行きの感覚は、スピーカ
５′が存在している面を窓とみなしたとき、その窓を通
して全ての音源群１に対応した音源群が見通せる範囲内
にいれば、聴取者の位置によらず原音源の音を直接聞く
場合と同じである。すなわち、マイク群２により原立体
音像が採取され、スピーカ群５により原立体音像が再生
される。

マイク群２が音の振幅と位相の情報を採取し、かつ原
波面を再生するのに必要な質と量の情報を採取する点
で、マイク群２による音の採取はホログラムの記録に類
似している。光のホログラムの場合は、参照波と物体波
を乾板上で干渉させて（変調）乾板の各点に原波面に関
する強度と位相の情報を記録する。ホログラムの場合に
各点において位相情報も記録する必要があるのは、時間
的には一瞬の情報しか採取しないためである。この発明
ではマイク群２の各マイク２′は時間的に継続的に音を
採取するため、各マイク２′によって採取された各々の
情報には必然的に位相情報が包含される。したがって、
この発明では各瞬間においては振幅のみを採取すればよ
く、ホログラムのように参照波と干渉させて各瞬間にお
いて位相を採取する過程は必要としない。

また、光のホログラフィにおける再生は記録した乾板
に参照波を照射させ、乾板上の各記録点から発せられる
振幅と位相の情報を持った光を互いに干渉させ合って
（復調）原波面を再生させる。したがって、この発明に
おける各スピーカ５′から再生された音を干渉させ合っ
て原波面を再生させる過程は、ホログラフィにおける再
生に類似したものと考えることができる。スピーカ群５
による音の再生は、ホログラムの乾板に参照波を照射す
るのに対応し、スピーカ群５により再生される波面は参
照波を照射したときにホログラムの乾板から再生される
光の波面に対応する。

光学的なホログラフィなどの通常のホログラフィで
は、波面の再生のためにホログラムに参照波の照射を行
うことが必要であるのに対し、この発明では再生は単に
採取した音をスピーカ群５で再生するだけで原波面を再
生でき、参照波の照射は必要ない。これはホログラムに
対応するスピーカ群５が自分自身で原波面の再生に必要
な振幅と位相の情報を発生するからである。

この発明の技術はホログラフィと類似しているが、上
記説明のように情報の採取および再生に参照波を使用す
る必要がない点、時間的に継続した情報を扱う点、各情
報採取点（この発明では各マイク２′）における情報の
記録が必須でない点が、従来利用されているホログラフ
ィ技術と根本的に異なるところである。しかし表現を変
えると、この発明の技術は情報採取のための媒体、記録
のための媒体および再生のための媒体とが分離され、参
照波を物体波で変調する過程と、参照波の照射により復
調する過程とを省略し、時間的に継続した情報を扱う音
波ホログラフィ技術とみることもできる。この発明では
参照波を使用しないため、参照波を必要とするホログラ
フィと比べると、採取および再生の過程や装置が簡単で
あるだけでなく、品質の良い再生波が得られる特徴があ
る。

以上においては、マイク群２で採取した音は記録する
ことなしに直接スピーカ群５の各スピーカ５′で再生す
る実施例を示したが、第２図に示すように、マイク群２
で採取した音に対応した電気信号を、一旦ｎ個の記録部
7₁〜7_nからなる記録部群７（またはｎチャネルの記録能
力がある記録部）により記録し、ｎ個の再生部8₁〜8_nか
らなる再生部群８（またはｎチャネルの再生能力がある
再生部）により再生した電気信号をスピーカ群５で音と
して再生してもよい。採取した音に対応した電気信号の
記録および記録した情報から電気信号への再生には、例
えばテープレコーダや光学式記録再生装置などの記録再
生装置および記録媒体が使用できる。記録部群７または
再生部群８は独立させてもよい。この場合、記録された
媒体はホログラフィ技術におけるホログラムに対応す
る。第１図，第２図の実施例では２〜３で立体音像の採
取装置が構成され、４〜５で立体音像の再生装置が構成
されている。

第３図はこの発明にかかる立体音像情報の送出方法と
再生装置の実施例を示す回路図である。サンプルアンド
ホールド回路群10の構成要素であるｎ個のサンプルアン
ドホールド回路10₁〜10_nはコントローラ11によって制御
され、マイク群２の各マイク２′の出力信号を一斉にサ
ンプリングして保持する。12は前記コントローラ11によ
って制御されるアナログマルチプレクサであり、構成要
素であるｎ個のスイッチ12₁〜12_nのｉ番目のスイッチ12
_iが導通したとき、ｉ番目のサンプルアンドホールド回
路10_iに保持された信号が選択される。アナログマルチ
プレクサ12の各スイッチ12′は順次導通状態となり、サ
ンプルアンドホールド回路群10に保持された信号は順次
選択（走査）される。アナログマルチプレク12によって
選択された信号は、伝送線13を経てアナログデマルチプ
レクサ14に伝達される。アナログデマルチプレクサ14は
伝送線15を通って伝達されるコントローラ11からの制御
信号に基づいて動作するコントローラ16によって制御さ
れ、アナログマルチプレクサ12から伝達された音声信号
をｎ個のラッチ回路17₁〜17_nからなるラッチ回路群17に
分配する。ラッチ回路群17に保持された信号は全ラッチ
回路17′に信号が蓄えられた後、コントローラ16の制御
によって一斉に解放され、電力増幅器群４を経てスピー
カ群５の各スピーカ５′を駆動する。

上記の過程は所定の頻度で繰り返して行われる。この
頻度は、情報論理の標本化定理に基づき採取したい周波
数範囲の最大周波数の２倍以上の繰り返し周波数とす
る。

標本化された情報から時間的に連続な元の波形を再現
するにはLPFが必要となるが、例えば第４図（要部の
み）に示すように、LPF群18を挿入すればよい。しか
し、標本化の周波数を可聴周波数領域外に設定すればLP
F群18は必ずしも必要でなく、第３図の回路でも使用が
可能である。標本化の頻度およびLPF18′については以
下の時間的に標本化する方法を用いる全ての実施例に共
通である。以下においては説明を省略する。

第３図および第４図の回路において、サンプルアンド
ホールド回路群10は一斉ではなく、アナログマルチプレ
クサ12のｉ番目のスイッチ12_iが導通状態になる直前に
ｉ番目のサンプルアンドホールド回路10_iが対応するマ
イク2_iの信号をサンプリングするようにしてもよい。こ
の場合は、ラッチ回路群17の各ラッチ回路17′も一斉で
はなく、サンプルアンドホールド回路10′の動作に対応
した順序と早さで順次解放するようにする。ラッチ回路
群17は無くてもよい。

第５図の回路は第３図の回路においてサンプルアンド
ホールド回路群10およびラッチ回路群17を除去した回路
であり、この発明の実施例の一つである。第５図の回路
において、アナログマルチプレクサ12はコントローラ11
の制御によりマイク群２の各マイク２′の出力電圧を順
次ストローブしサンプリングする。アナログマルチプレ
クサ12の出力情報は、伝送線13を経てアナログデマルチ
プレクサ14に伝達される。アナログデマルチプレクサ14
は受け取った情報を順次スピーカ群５の各スピーカ５′
に分配する。

第３図の回路でサンプルアンドホールド回路10′が順
次サンプリングする場合の実施例および第５図で説明し
た実施例の場合は、マイク群２は第１図の実施例の場合
とは異なる波面の音を採取する。すなわち、あるマイク
２′で音の採取をはじめてから次のマイク２′で採取を
はじめるまでに要する時間をｔとすると、ｎ番目のマイ
ク2_nから音の情報を採取する時刻は１番目のマイク２′
で採取してから（ｎ−１）ｔ後となり、順番が後のマイ
ク２′ほど遅れた波面の音を採取することになる。しか
し、この場合であってもマイク群２が存在する場合とス
ピーカ群５の存在する場所の気温が同一なときは、マイ
ク２′の位置に対応するスピーカ５′をマイク２′と同
じ順番、同じ速度で選択して駆動すれば、スピーカ配列
面から放射される波面の向きは、マイク群２に対する原
音場の波面の向きと同じになる。上記気温が異なるとき
は音波の伝達速度が異なるため、マイク２′の配列が周
期的で、かつ音の採取順序が隣接するマイク２′の順で
ある場合は、マイク群２に対する原音場の波面の向きと
は異なる向きにスピーカ配列面から再生波面が放射され
る。しかし、この場合でも原波面の情報は保存され、原
音場に極めて類似した音場の再生が可能である。再生音
の放射の向きは、各スピーカ５′からの放射の遅れまた
は進みを補正するだけ各スピーカ５′の位置を前後させ
ることによって補正できる。

第６図は、第３図の実施例において、複数のアナログ
マルチプレクサ12と複数のアナログデマルチプレクサ14
を使用する場合の実施例である。第６図において説明を
簡単にするため２個ずつのアナログマルチプレクサ12a,
12bとアナログデマルチプレクサ14a,14bを使用する場合
について示す。ｐ個のスイッチからなるアナログマルチ
プレクサ12aと、ｑ個のスイッチからなるアナログマル
チプレクサ12bは、コントローラ11によって制御されマ
イク群２のマイク２′を２個のグループに分けてそれぞ
れを分担する。アナログデマルチプレクサ14a,14bはそ
れぞれアナログマルチプレクサ12aと12bからの信号を受
けてスピーカ群５の各スピーカ５′を駆動する。アナロ
グマルチプレクサおよびアナログデマルチプレクサは必
要に応じて３個以上使用することが可能である。

第３図乃至第６図の実施例においては、各マイク２′
が採取した音は前記のように所定の頻度で標本化される
が、原音場に標本化周波数の1/2以上の周波数の成分が
あるときはノイズの原因となるので、標本化周波数の1/
2以上の周波数の成分を除去するためのLPF群24を第７図
に示すように増幅器群３の各増幅器３′の後段に接続し
てもよい。このLPF群24は増幅器３′の前段にあっても
よいし、増幅器群３のLPF24′の機能を持ってもよいこ
とは当然である。

この他、LPF群24は、アナログデマルチプレクサ14と
スピーカ群５の間に接続することもできる。

第３図乃至第５図の実施例において、アナログマルチ
プレクサ12のアナログデマルチプレクサ14に音声情報を
送る場合、直接送ってもよいし、何らかの変調をかけて
送りアナログデマルチプレクサ14の前段で復調する方法
をとってもよい。変調された情報にはコントローラ11か
らのアナログデマルチプレクサ14を制御するための信号
を含めるようにしてもよい。この場合の実施例の要部を
第８図に示す。

第８図において、25は送信用通信インタフェースとし
て使用する変調器であり、アナログマルチプレクサ12か
らの音声情報とコントローラ11からの信号との両方を合
せて変調する。26は受信用通信インタフェースとして作
用する復調器であり、復調された音声情報をデマルチプ
レクサに送るとともにアナログデマルチプレクサ14を制
御するための信号をコントローラ16に送る。コントロー
ラ16はこの信号に基づいてアナログデマルチプレクサ14
を制御する。第６図および第７図の実施例の場合も同様
である。第６図の実施例の場合はアナログマルチプレク
サ12a,12bおよびアナログデマルチプレクサ14a,14bのグ
ループ毎に変調器25および復調器26を接続してもよい
し、一括して１個の変調器25および復調器26を接続する
ようにしてもよい。

また、第９図の例に要部を示すように、無線で送受し
てもよい。第９図において28はアンテナを含めた送信回
路、29はアンテナを含めた受信回路である。

第10図はこの発明にかかる立体音像情報の記録方法と
再生装置の一実施例を示すもので、前述した第３図乃至
第７図の実施例にも適用するものである。すなわち、ア
ナログマルチプレクサ12の出力である立体音像情報を記
録装置30で記録し、記録された媒体を再生装置31で再生
する。この場合、各マイク２′の位置を識別するための
情報としてコントローラ11からのアナログデマルチプレ
クサ12を制御するための信号11aも合わせて記録する。
再生装置31は各マイク２′が採取した立体音像情報を再
生するとともに、どのスピーカ５′に立体音像情報を供
給するかを識別するための情報であるアナログデマルチ
プレクサ14を制御するための信号も合わせて再生し、コ
ントローラ16に送る。コントローラ16はこの信号に基づ
きアナログデマルチプレクサ14を制御する。アナログデ
マルチプレクサ14はコントローラ16に制御され、再生装
置31が再生した立体音像情報を分配する。

なお、第６図の実施例の場合は、アナログマルチプレ
クサ12のグループ毎に異なる記録装置30を使用するか、
または異なるチャネルを使用する。再生もこれに準じ
る。

以上、第１図〜第10図においては、マイク群２で採取
した立体音像情報をアナログ量のまま処理する実施例に
ついて説明したが、ディジタル量に変換して処理する方
法をとってもよい。第11図にディジタル量に変換する場
合の一実施例について説明する。

第11図において、32は前記コントローラ11によって制
御されるアナログ・ディジタル変換器（以下Ａ−Ｄ変換
器と記す）であり、アナログマルチプレクサ12の出力を
ディジタル量に変換する。送信用の通信インタフェース
ユニット33はコントローラ16を介してアナログデマルチ
プレクサ14とディジタル・アナログ変換器34（以下Ｄ−
Ａ変換器と記す）を制御するために、コントローラ11か
ら発せられる信号とＡ−Ｄ変換器32の出力とを伝送線35
に載せて受信用の通信インタフェースユニット36に伝達
する。通信インタフェースユニット36はアナログデマル
チプレクサ14とＤ−Ａ変換器34を制御するための信号11
aをコントローラ16に送出するとともに、立体音像情報
をＤ−Ａ変換器34に伝達する。Ｄ−Ａ変換器34はコント
ローラ16に制御されてディジタル量の立体音像情報をア
ナログ量に変換し、アナログデマルチプレクサ14はコン
トローラ16に制御されてアナログ量に変換された音声情
報を電力増幅器群４の各電力増幅器４′に伝達する。

第12図はディジタル量に変換する場合の他の実施例を
示す。37は帯域圧縮機能を有する符号器であり、Ａ−Ｄ
変換器32から受けた立体音像情報の符号化を行う。通信
インタフェースユニット36が受けた帯域圧縮された符号
化立体音像情報は、まず帯域延伸機能を有する復号器38
により元の音声情報に戻され、Ｄ−Ａ変換器34に伝達さ
れる。その他の処理については第11図の場合と同じであ
る。マイク群２が採取する音波の振幅の分布は一種の画
像と考えることができ、符号器37および復号器38に使用
される帯域圧縮・延伸技術には従来の各種の画像用帯域
圧縮延伸技術が使用できる。

Ａ−Ｄ変換器32,D−Ａ変換器34の処理速度が十分に速
くない場合は、複数個使用して並列処理することができ
る。第13図はＡ−Ｄ変換器32,D−Ａ変換器34を複数個使
用する場合の実施例の回路図である。

第13図においては、図を簡単にするため２個ずつ有す
る場合について示してある。第13図において、39,40は
Ａ−Ｄ変換器であり、マイク群２やマルチプレクサ12,1
4が２個のグループ12a,12b,14a,14bに分けられ、それぞ
れのグループが各Ａ−Ｄ変換器39,40に接続されてい
る。各マルチプレクサ12a,12b,14a,14b,各Ａ−Ｄ変換器
39,40はコントローラ11によって制御される。42は符号
器であり、Ａ−Ｄ変換器39,40の出力情報を帯域圧縮し
て符号化する。通信インタフェースユニット33はコント
ローラ16を介してＤ−Ａ変換器44,45とアナログデマル
チプレクサ14a,14bとを制御するために、コントローラ1
1から発せられる制御信号と符号器42で帯域圧縮された
立体音像情報とを通信インタフェース36に送信する。通
信インタフェース36は、アナログデマルチプレクサ14a,
14bとＤ−Ａ変換器44,45を制御するための信号をコント
ローラ16に送出するとともに、立体音像情報を復号器46
に送出する。復号化された立体音像情報はＤ−Ａ変換器
44,45に送出される。Ｄ−Ａ変換器44,45はコントローラ
16の制御を受けてディジタル量の立体音像情報をアナロ
グ量に変換し、アナログデマルチプレクサ14aはコント
ローラ16に制御されたアナログ量に変換された立体音像
情報を電力増幅器群４に伝達する。Ａ−Ｄ変換器39,40
およびＤ−Ａ変換器44,45等は必要に応じてそれぞれ３
個以上使用することができる。

ディジタル化する場合も標本化周波数の1/2以上の周
波数の成分を除去するため、第７図のLPF群24のように
アナログ式のLPF24′を挿入してもよい。しかし、ディ
ジタル化した場合はこの他の方法としてＡ−Ｄ変換した
後にディジタルフィルタを使用する方法も使用できる。
ディジタルフィルタには遅延，乗算，加算などの演算を
行う従来からよく使用されている種々の方法が適用でき
る。

通信インタフェースユニット33,36は無線による送信
または受信の機能を持たせてもよい。この場合は、伝送
線35は当然不要となる。これら有線および無線の通信機
能は独立させることもできる。この場合は立体音像情報
の再生装置など他のメディアからの立体音像情報を送出
できるし、また、受信した立体音像情報は立体音像情報
の記録装置など他のメディアに送出できることは当然で
ある。

ディジタル化する場合もアナログ式の場合と同様に、
マイク群２で採取した音をスピーカ群５によりリアルタ
イムで再生する代わりに、一度記録再生部を通すことも
可能である。すなわち、第11図乃至第13図において、通
信インタフェースユニット33の代わりに記録装置を接続
し、通信インタフェースユニツト36の代わりに再生装置
を接続する。この場合、第10図の実施例の場合と同様
に、記録装置には各マイク２′が採取した音声情報とと
もに、各マイク２′の位置を識別するための情報として
コントローラ11からの信号でアナログデマルチプレクサ
14を制御する信号も合わせて記録し、再生装置は各マイ
ク２′が採取した立体音像情報とともに、各マイク２′
の位置に対応した位置のスピーカ５′に各マイク２′が
採取した音に対応した信号を分配するために必要な信号
として、アナログデマルチプレクサ14を制御する信号も
合わせて再生する。この場合の記録再生にもテープレコ
ーダや光学式記録再生装置およびそれらに対応した記録
媒体が使用できる。記録装置または再生装置は独立させ
てもよいことは当然である。

以上の実施例におけるアナログマルチプレクサ12に
は、パラレル・シリアル変換ができるその他の回路を含
み、また、アナログデマルチプレクサ14にはシリアル・
パラレル変換ができるその他の回路を含む。例えば、デ
ィジタル信号のまま音声情報を受けて音声を再生できる
スピーカ５′があるが、この種のスピーカを使用すると
きはデマルチプレクサはディジタルデマルチプレクサを
使用することができる（この場合にはＤ−Ａ変換器は不
要となる）。

以上の説明においては、マイク群２およびスピーカ群
５は説明を容易にするため１次元に配列した図で説明し
たが、実際には以下に説明するように２次元に配列す
る。

第14図はこの発明で使用するマイク群２あるいはスピ
ーカ群５の配列法の例を示す図である。47はマイクまた
はスピーカである。この配列の場合は、ある１個のマイ
クまたはスピーカからその周辺の直近の６個までのそれ
ぞれの距離が等しく、均一に配列するのに適する。第15
図のように基盤の目のような直交格子状に並べてもよ
い。第14図の場合は、d₁を、第15図の場合はd₂を（1/2
W）に設定する。この他のランダムな配列も不可能では
ない。

マイク群２とスピーカ群５の配列の形は同一でなけれ
ばならない。ここでいう同一とは完全な合同を意味する
のではなく、相似であれば立体感の再現ができるが、ス
ピーカ群５の配置は標本化定理からはずれるような大き
さへの拡大はできない。なお、第14図および第15図にお
いて示されている○印は、マイクまたはスピーカの大き
さを示すものではなく、単にそれらか存在する位置を示
すだけである。

第16図はマイク群２の構成例を示す図である。48はマ
イク群であり、49はマイク群48を固定する支持体であ
る。支持体49は音場を乱さないよう吸音体で構成する
か、または表面に吸音体を張った材料を使用するのがよ
い。マイク群48の各マイクは、高精度の再生音を得るた
めにはできるだけ直径が小さいことが望ましい。マイク
の直径は、例えば再現しようとする音波の最大周波数成
分の波長の1/10以下に相当する長さとする。

第17図はスピーカ群の構成例を示す図である。50はス
ピーカ群であり、密閉箱51の全面に支持されている。元
の音場を正しく再現するためには、スピーカ群50の各ス
ピーカ50′から発せられる音だけの合成音を得る必要が
あり、スピーカ群50の各スピーカ50′から発した音波の
密閉箱51の全面における反射はできるだけ少なくするこ
とが重要である。このため、密閉箱51の全面は吸音体52
が張られている。高精度で音場を再現するためにはスピ
ーカ群50の各スピーカ50′の直径はできるだけ小さいこ
とが必要である。スピーカ50′の直径は、例えば上記の
マイクの直径の選び形に準拠する。スピーカ50′が小さ
くなると単独のスピーカでは大きな音の再生、特に低温
の再生が困難になるが、この発明では多数のスピーカ5
0′を使用し合成音として再生音場を得るので、大きな
音の再生や低音の再生も可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明では標本化
定理に基づく十分な数のマイク群を使用して立体音像の
採取装置を構成し、同じく十分な数のスピーカ群を使用
して立体音像の再生装置を構成したので、このスピーカ
群の各スピーカにより再生した音は互いに干渉してホロ
グラフィ技術と類似の方法により原音の波面を再生する
ため、原音場と極めて近い音場、すなわち立体音像の再
現ができる。このため、原音源の配置に極めて近い立体
感が感じられる音を聞くことができ、音楽再生装置や音
源の定位が要求されるような通信会議装置に適用すると
高い臨場感を得ることができる。

また、立体音像情報を各マイクロホンの位置を識別す
るための情報とともに通信装置から送出するので、再生
装置側が遠隔地であっても原音場と極めて近い音場の再
現が可能である。

さらに、立体音像情報を各マイクロホンの位置を識別
するための情報とともに録音媒体に記録するので、必要
な場所においていつでも原音場と極めて近い音場の再現
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第13図はこの発明の実施例をそれぞれ示す回
路のブロック図、第14図，第15図はこの発明におけるマ
イク群またはスピーカ群の配列の例を示す図、第16図は
マイク群の構成例を示す図、第17図はスピーカ群の構成
例を示す図、第18図は従来の立体音像再生方法の例を説
明する図である。図中、１は音源群、２はマイク群、３は増幅器群、４は
電力増幅器群、５はスピーカ群、６は隔壁、７は記録部
群、８は再生部群、10はサンプルアンドホールド回路
群、11はコントローラ、12はアナログマルチプレクサ、
13,15は伝送線、14はアナログデマルチプレクサ、16は
コントローラ、17はラッチ回路群、18,24はLPF群、25は
変調器、26は復調器、28は送信回路、29は受信回路、30
は記録装置、31は再生装置、32はＡ−Ｄ変換器、33,36
は通信インタフェースユニット、34はＤ−Ａ変換器、35
は伝送線、37は符号器、38は復号器、39,40はＡ−Ｄ変
換器、42は符号器、44,45はＤ−Ａ変換器、46は復号
器、47はマイクまたはスピーカ、48はマイク群、49は支
持体、50はスピーカ群、51は密閉箱、52は吸音体、60は
音源群、61,62はマイク、63,64は増幅器、65,66はスピ
ーカ、67乃至69は聴取者、70は隔壁である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロホンが配列されている面内におけ
る音波の振幅の分布における空間周波数の採取対象とす
る最大空間周波数成分の波長の1/2の長さ以下の間隔で
配列されたマイクロホン群を有することを特徴とする立
体音像の採取装置。
【請求項２】請求項（１）に記載のマイクロホン群と同
じ位置関係で配列し、各マイクロホンに対応した位置の
スピーカにより対応したマイクロホンが採取した音を再
生する接続としたスピーカ群を有することを特徴とする
立体音像の再生装置。
【請求項３】マイクロホンが配列されている面内におけ
る音波の振幅の分布における空間周波数の採取対象とす
る最大空間周波数成分の波長の1/2の長さ以下の間隔で
配列されたマイクロホン群を用いて採取した音に対応し
た信号を、各マイクロホンの位置を識別するための情報
とともに通信装置により送出することを特徴とする立体
音像情報の送出方法。
【請求項４】請求項（３）に記載の立体音像情報の送出
方法によって送出された立体音像情報に対応した信号を
再生する受信回路と、上記立体音像情報の送出方法にお
いて送出する音を採取するために使用したマイクロホン
群の各マイクロホンが採取した音声信号と各マイクロホ
ンの位置に対応した位置のスピーカに各マイクロホンが
採取した音に対応した信号を供給するために必要なスピ
ーカ位置識別信号とを発生する回路とを有することを特
徴とする立体音像情報の再生装置。
【請求項５】マイクロホンが配列されている面内におけ
る音波の振幅の分布における空間周波数の採取対象とす
る最大空間周波数成分の波長の1/2の長さ以下の間隔で
配列されたマイクロホン群を用いて採取した音に対応し
た信号を、各マイクロホンの位置を識別するための情報
とともに録音媒体に記録することを特徴とする立体音像
情報の記録方法。
【請求項６】請求項（５）に記載の立体音像情報の記録
方法によって記録された記録媒体から立体音像情報に対
応した電気信号を再生する装置と、上記立体音像情報の
記録方法において記録する音を採取するために使用した
マイクロホン群の各マイクロホンが採取した音声信号と
各マイクロホンの位置に対応した位置のスピーカに各マ
イクロホンが採取した音に対応した信号を供給するため
に必要なスピーカ位置識別信号とを発生する回路とを有
することを特徴とする立体音像情報の再生装置。