JP2997665B2 - 音場再生装置 - Google Patents

音場再生装置

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JP2997665B2 JP10142978A JP14297898A JP2997665B2 JP 2997665 B2 JP2997665 B2 JP 2997665B2 JP 10142978 A JP10142978 A JP 10142978A JP 14297898 A JP14297898 A JP 14297898A JP 2997665 B2 JP2997665 B2 JP 2997665B2
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克明 関口
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    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K15/00Acoustics not otherwise provided for
    • G10K15/08Arrangements for producing a reverberation or echo sound
    • G10K15/12Arrangements for producing a reverberation or echo sound using electronic time-delay networks

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  • Acoustics & Sound (AREA)
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  • Reverberation, Karaoke And Other Acoustics (AREA)
  • Building Environments (AREA)
  • Stereophonic System (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、音楽ホール、劇
場等において残響可変、または音場を改善するのに有効
な残響音音場再生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、音楽ホールなどで、音場の立体感
を得るのに音響信号を残響音生成回路に通して、残響音
信号を生成し、スピーカより出力する技術がある。図7
には、残響音信号を生成する従来の回路を示している。
この回路は、I IRフィルタ部を有する。入力端子11
より音楽ソース信号が入力し、加算器12、増幅器1
3、加算器14に供給される。加算器14の出力は、遅
延素子15を介して巡回用の増幅器16に供給されると
共に、増幅器17に供給される。増幅器16の出力は、
加算器14にフィードバックされている。増幅器17の
出力は、加算器18において、増幅器14の出力と加算
される。
【0003】加算器18の出力信号は、残響音信号とし
て加算器12に入力され、入力端子11からの直接音信
号と加算され、この加算器12の出力がスピーカ19に
供給され、残響音を有する音として出力される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の残響音
生成回路によると、帰還ループを用いて残響音信号を生
成している。このために周波数特性においてピークを生
じ、電気的で不自然な音色の残響音になってしまうと言
う問題がある。また、直接音と残響音とを同じスピーカ
で再生するために距離感(残響音を聞いたときの立体的
間隔)の制御を行うことが困難であり、広がり感のある
残響音を再生できないと言う問題がある。
【0005】そこで、この発明は、帰還ループなどによ
る音質劣化の影響を受けず、自然な音色で広がり感のあ
る残響音を得ることが可能な残響音と音場生成装置を提
供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、反射次数別に設けられた複数の残響
音声生成手段、反射次数選択手段、残響音合成手段、畳
み込み装置を備える音場生成装置であって、前記残響音
生成手段は、反射次数毎の平均自由行程をパラメータと
して正規分布を作成し、正規分布を反射次数毎の平均吸
音率と反射次数をパラメータとして補正すると共に、空
気吸収データに基づいて補正して残響音データを作成
し、前記反射次数選択手段は、任意の残響音生成手段の
残響音データを選択して出力し、前記残響音合成手段
は、反射次数選択手段が選択した残響音データを合成
し、前記畳み込み装置は、残響音合成手段の出力と、音
源ソースからの信号を畳み込んで残響音信号を出力する
ことを特徴とするものである。
【0007】またこの発明は、直接音信号を再生するた
めの直接音再生スピーカと、残響音信号を再生するため
の2つの残響音再生スピーカと、前記直接音再生スピー
カに入力する直接音信号と、前記2つの残響音再生スピ
ーカに入力する残響音信号を位相制御する位相制御手段
とを具備し、前記直接音再生スピーカと2つの残響音再
生スピーカによって合成された音の残響音効果を制御す
るために、前記残響音信号の位相制御を行えるようにし
ことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図1において、100aは、反
射次数別残響音生成手段であり、複数の反射次数別残響
音生成手段100b,100c,100d,100e,
…が用意されている。各反射次数別残響音生成手段は、
それぞれ同じ構成であるために、1つの反射次数別残響
音生成手段100aについて構成を示し説明を行う。
【0009】反射次数別残響音生成手段100aは、正
規分布生成手段101を有する。この正規分布生成手段
101は、平均自由行程と反射次数をパラメータとした
正規分布に基づく音波の自由行程の確率密度関数を生成
する。
【0010】この自由行程の確率密度関数は、エネルギ
ー補正手段102に入力される。エネルギー補正手段1
02は、平均吸音率と反射次数を用いて自由行程の確率
密度関数のエネルギー(レベル)の補正を行う。このエ
ネルギー補正手段102の出力は、空気吸収補正手段1
03に供給される。この空気吸収補正手段103は、エ
ネルギー補正手段102からの出力を更に空気吸収デー
タを用いて補正して出力する。
【0011】上記の平均自由行程と反射次数は、例えば
メモリ111に格納されており、また平均吸音率反射係
数は、メモリ112に格納されており、また空気吸収デ
ータはメモリ113に格納されている。
【0012】空気吸収補正手段103から出力された反
射次数別残響音情報は、反射次数選択手段221に供給
される。この反射次数選択手段221は、例えばコント
ロール部300からの制御に基づいて、各反射次数別残
響音生成手段100a、100b,100c、…からの
反射次数別残響音情報を任意に選択することができる。
この反射次数選択手段221で選択された反射次数別残
響音情報は、残響音合成手段222において合成され、
残響音時系列データとして出力される。
【0013】残響音時系列データは、畳み込み装置30
1のFIRフィルタの係数として用いられる。一方、音
源ソース300からの直接音信号は、畳み込み装置30
1に供給されるとともに、位相制御手段304によって
位相制御され、音場再生スピーカ310の直接音再生ス
ピーカ311に供給される。音源ソースは、例えば、マ
イクロホンからの出力、CDプレーヤの出力などであ
る。
【0014】畳み込み装置301では、直接音信号が、
先の残響音時系列データにより処理されて、残響音信号
として出力される。この残響音信号は、位相制御手段3
02、303に入力される。位相制御手段302,30
3,304は、コントロール部からの制御にもとづい
て、直接音再生スピーカ311と、残響音再生スピーカ
312,313によって合成出力された音波面の曲率を
調整するために直接音と残響音の位相制御を行う。これ
により、スピーカが受聴点近傍にある場合でも距離感の
ある立体的な音場再生が可能となる。
【0015】上記の装置は、反射次数選択手段221以
降の系統として1系統を示しているが、劇場や音楽ホー
ルにおいて更に複数の系統が用いられる。更に、上記の
装置の動作を説明する。
【0016】まず正規分布生成手段101によって平均
自由行程と反射次数をパラメータとする正規分布p0
(ι)を式(1)に基づいて生成する。図2は、室固有
の自由行程分布p0(ι)の概念を示している。また式
(1)において、mは平均自由行程、Lは室の最大自由
行程、またt=ι/c(c;音速)と置くと、反射音の
自由行程の時間分布p0(t)を得ることができる。こ
れが式(2)である。さらに式(3)となるように正規
化することにより、自由行程の確率密度関数を得ること
ができる。
【0017】図3には、反射次数毎の自由行程の確率密
度関数の概念を示している。図3には、概念をわかりや
すくするために、1次反射、2次反射、3次反射におけ
る自由行程の確率密度関数を示している。このような自
由行程の確率密度関数が、それぞれ図1に示した反射次
数別残響音生成手段100a,100b,100cによ
り生成される。図3ではこれらの自由行程の確率密度関
数が反射次数選択手段221ですべて選択されて、残響
音合成手段222により合成された様子を示している。
なお図3では、エネルギー補正手段102、空気吸収補
正手段103による補正量は、省略している。
【0018】実際には、上記の各自由行程の確率密度関
数はエネルギー補正手段102において、平均吸音率と
反射次数をパラメータとする式(4)により、反射係数
別の残響音エネルギーの補正が行われる。
【0019】図4には、上記の式(4)が示されてい
る。次に、このエネルギー補正手段102から出力され
た信号は、空気吸収補正手段103に入力されて空気吸
収データをパラメータにして、空気吸収の補正を、図4
に示す式(5)に基づいて行い、反射次数別残響音信号
を得ることができる。βは空気の吸収率である。
【0020】次に、これを反射次数毎に行い、反射次数
選択手段221により、任意の範囲の反射次数別残響音
信号を複数選択し、それらを残響音合成手段222によ
り、式(6)のように合成することにより、残響音時系
列データを生成することができる。
【0021】得られた残響データは、畳み込み装置30
1のFIRフィルタの係数として用いられ、音源ソース
からの信号と畳み込み再生が行われる。これにより、自
然に極めて近い残響音を再生することができる。畳み込
み再生手段としては、例えばトランスバーサルフィルタ
がある。トランスバーサルフィルタの各タップ係数とし
て上記の反射次数の補正されたデータを与えることで残
響を得ることができる。
【0022】残響音と直接音信号を用いた音波を得るに
は、次のような処理となる。即ち、残響音は、2台の残
響音再生スピーカ321、321にそれぞれ位相制御手
段302、303を介して入力され、直接音は直接音再
生スピーカ310に位相制御手段304を介して入力さ
れる。これらのスピーカは、音場再生スピーカ310と
して一体化されており、緊密に関連して制御される。
【0023】そして直接音に対して、位相制御手段30
2,303で残響音の位相を制御することにより、直接
音再生スピーカと残響音再生スピーカによって合成され
た音波面の曲率を変化させ、スピーカが受聴点近傍にあ
る場合でも距離感のある立体的な音場再生を可能として
いる。
【0024】図5には、本発明の残響音と音場生成装置
の全体的な概要を示している。音源ソースとしては、マ
イクロホン401、CDプレーヤ402、DATプレー
ヤ403、MDプレーヤ404、テープ405、これら
の出力を混合するミキサ407などがある。ミキサ40
7の出力は、残響音生成回路408に入力される。この
場合残響音生成回路408は、図1で説明した複数の反
射次数別残響音生成手段と、反射次数選択手段と、残響
音合成手段と、畳み込み装置と、コントロール部を含
む。残響音生成回路407からの残響音信号と、ミキサ
407からの直接音信号は、位相制御装置409に入力
される。ここで調整された残響音信号は、音場再生スピ
ーカ411の残響音再生スピーカに供給され、直接音信
号は直接音信号再生スピーカに供給される。
【0025】図6には、本発明の残響音と音場生成装置
をホールあるいは劇場に設置した場合の概念を示してい
る。ホール500には、マイクロホン501、502、
503が設置されており、マイクロホンで収録された信
号は、残響音および音場生成部504に導かれる。ここ
で生成された直接音信号および残響音信号は、増幅装置
505にて増幅され、ホール内に設置されている音場再
生スピーカ部506、507、508、509、51
0、511に導かれる。
【0026】上記したように本発明の装置によると、正
規分布生成手段と、エネルギー補正手段と空気吸収補正
手段とからなる反射次数別残響音生成手段と、生成され
た反射次数別残響音信号から任意の範囲の反射次数別残
響音信号を複数選択する反射次数選択手段と、それらを
合成する残響音合成手段とを具備し、上記残響音合成手
段の出力に任意の反射次数を含む残響音時系列データを
得るようにし、そのデータをFIRフィルタの係数と
し、楽音と畳み込み再生を行うことで自然な残響音を生
成でき、その残響音を再生するための残響音再生スピー
カと直接音を再生するための直接音再生スピーカから構
成される、音場再生スピーカを用い、位相制御手段によ
って直接音再生スピーカと2つの残響音再生スピーカに
よって合成された音波面の曲率を制御し、スピーカが受
聴点近傍にある場合でも距離感のある立体的な音場再生
ができる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
帰還ループなどによる音質劣化の影響を受けず、自然な
音色で広がり感のある残響音を得ることが可能な残響音
と音場生成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態を示す図。
【図2】この発明の装置の動作を説明するために音波の
平均自由工程の正規分布と、自由工程の確率密度関数を
得る過程を示す説明図。
【図3】反射係数毎の自由工程の確率密度関数の概念を
示す説明図。
【図4】反射次数別残響音エネルギーの時間分布の概念
を示す図。
【図5】本発明の装置の使用時の基本的な概要を示す
図。
【図6】本発明の装置をホールに設置したときの概要を
示す図。
【図7】図7は巡回型フィルタを用いた従来の残響音生
成回路の例を示す図。
【符号の説明】
100a、100b、100c…反射次数別残響音生成
手段、101…正規分布生成手段、102…エネルギー
補正手段、103…空気吸収補正手段、111…平均自
由工程反射次数、112…平均吸音率反射次数、113
…空気吸収データ、221…反射次数選択手段、222
…残響音合成手段、301…畳み込み装置、302、3
03…位相制御手段、310…音場再生スピーカ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10K 15/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反射次数別に設けられた複数の残響音声生
    成手段、反射次数選択手段、残響音合成手段、畳み込み
    装置を備える音場生成装置であって、 前記残響音生成手段は、反射次数毎の平均自由行程をパ
    ラメータとして正規分布を作成し、正規分布を反射次数
    毎の平均吸音率と反射次数をパラメータとして補正する
    と共に、空気吸収データに基づいて補正して残響音デー
    タを作成し、 前記反射次数選択手段は、任意の残響音生成手段の残響
    音データを選択して出力し、 前記残響音合成手段は、反射次数選択手段が選択した残
    響音データを合成し、 前記畳み込み装置は、残響音合成手段の出力と、音源ソ
    ースからの信号を畳み込んで残響音信号を出力すること
    を特徴とする音場再生装置。
  2. 【請求項2】前記畳み込み装置の残響音信号の位相を制
    御して残響音再生スピーカに出力する位相制御手段を備
    えることを特徴とする請求項1に記載の音場再生装置。
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