JP3107599B2 - 音場制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所望の音場を生成する
ため、直接音に相当する音響信号より反響音に相当する
効果音信号を生成し、所定のスピーカシステムに出力す
る音場制御装置に関し、特に効果音を生成するパターン
があらかじめ記憶された複数の固定パターンに限られ
ず、使用者が効果音信号のレベルを任意に調整可能な音
場制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンサート会場等で演奏を聞く時には、
楽器等から直接発っせられる音の他に、コンサート会場
の周囲の壁で反射された音も聞いており、これが臨場感
を与える大きな要因になっている。この反射音はコンサ
ート会場固有のものであり、これがコンサート会場を特
徴づけているといえる。

【０００３】図５はコンサート会場で舞台上の音源から
発っしたパルス状の音をある聴取点で検出した時の時間
変化を示す例である。図示のように聴取点で検出される
音には、舞台から真直ぐに到来する直接音と、周囲の壁
や天井などに反射して長い行程を通るため時間的に遅れ
て到来する反射波群とがある。この反射波群は、更に左
右の両側壁面を主とする最初の反射による初期反射音と
何回となく反射を繰り返しながら全方向から到来し除々
に減衰する残響音に分類される。

【０００４】周囲に配置した複数のスピーカから上記の
ような反射音に相当する音を出力することでコンサート
会場にいるが如き臨場感が得られるようにする音場制御
装置と呼ばれるものが実用に供されている。音場制御シ
ステムの構成例を図６に示す。図６はステレオ方式の音
響装置であり、音響信号源１００からの左右チャンネル
の音響信号は増幅器１０４を介して対応するスピーカ１
１１と１１２から出力される。１０２は前述の初期反射
音に相当する信号を生成する部分であり、その信号はス
ピーカ１１３から出力される。同様に１０３は残響音信
号生成部であり、その信号はスピーカ１１５と１１６か
ら出力される。出力される初期反射音と残響音を総称し
て効果音と称し、その信号を効果音信号と呼んでいる。

【０００５】初期反射音信号部１０２及び残響音信号生
成部を合せて音場制御装置を構成するが、直接音の制御
機能もこれに含まれることが多い。初期反射音信号と残
響音信号は、あらかじめ著名なコンサートホール等を模
した複数の生成パターンに従って作り出される。このよ
うな信号は、アナログ信号回路によって実現することも
可能であるが、生成パターンが複雑であったり種類が増
加すると対応するのが難しいため、実際にはディジタル
シグナルプロセッサ（以下ＤＳＰと称する。）を用いた
ディジタル処理によって実現されるのが一般的である。

【０００６】図７はＤＳＰを用いてディジタル処理によ
り効果音信号を生成する音場制御装置の構成例を示した
図である。図７においては音響信号はアナログ信号であ
り、この音響信号は直接音に相当する信号である。ステ
レオ方式の場合は左右の２チャンネルの信号が必要であ
るがここでは一方のみを示す。この音響信号は増幅器３
５を介して直接音用のスピーカから出力される。またこ
の音響信号はＡ／Ｄ変換器３５でアナログ信号に変換さ
れた後、ＤＳＰ１０に入力される。ＤＳＰ１０はマイク
ロコンピュータ（以下マイコンと称する。）９により制
御され、初期反射音用のディジタルフィルタ１２と残響
音用のディジタルフィルタ１３を備えており、それらの
信号をディジタル処理により増幅する増幅器１５と１７
も備えている。増幅器１５と１７を出力された初期反射
音信号と残響音信号はＤ／Ａ変換器３３と３４でアナロ
グ信号に変換された後、増幅器３７と３８を介して所定
のスピーカより出力される。

【０００７】図７は音響信号としてアナログ信号が出力
される場合の例であるが、ＣＤプレーヤ等からのディジ
タル信号を用いる場合にはＡ／Ｄ変換器３５は必要なく
なり、替りに直接音信号をアナログ信号に変換するＤ／
Ａ変換器が必要になる。また図７に示したのは一例であ
り、スピーカシステムとの関係で、一つのスピーカより
初期反射音と直接音とを一緒に出力するためディジタル
処理によりこれらの信号を合成する等の処理を行なうこ
ともあり、システム構成に応じて各種の変型がありえ
る。

【０００８】前述のように初期反射音信号や残響音信号
の効果音信号は、あらかじめ著名なコンサートホール等
で測定し記憶した複数のパターンから使用者が選択した
パターンに従って生成される。しかし音場制御装置を使
用する実際の部屋の構造やスピーカ配置により、既定の
パターンでは良好な音場が再現できないことが多い。ま
た使用者が自分の意志で調整したいという要望もあり、
使用者が効果音信号の生成パターンを調整できるように
している。生成パターンの調整は、パターン形状そのも
のを調整することも考えられるが、このような調整はか
なり難しく、一般的には減衰時間と効果音の直接音に対
する強度レベルの比率を調整することが行なわれる。図
７の構成で強度レベルの比率を調整するには、図中の増
幅器１５と１７の増幅率を調整することで行なえる。も
ちろんアナログ増幅器３７と３８で増幅することも可能
であるが、通常増幅器３５，３７及び３８は全体の音量
調整用ボリュームに連動して変化する必要があり、ディ
ジタル的に行なうのが望ましい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】アナログ処理とディジ
タル処理にかかわらず、効果音信号を生成する場合、効
果音信号生成回路のダイナミックレンジに対して直接音
信号の強度レベルが適切なレベルになるように設定して
いる。これはダイナミックレンジを越えた場合には出力
が飽和して信号が歪むという問題があり、また逆に信号
レベルが小さすぎると良好な信号生成が行なえないため
である。ディジタル処理において信号が飽和するという
ことは、演算時にオーバーフロが生じるということであ
る。

【００１０】既定の効果音生成パターンに従って効果音
信号を生成する場合には、上記のようなことを考慮して
各係数や回路定数が定められているため、直接音信号の
効果音信号生成回路に対する強度レベルは適切になるよ
うに設定されている。しかし使用者が効果音信号の強度
レベルを調整した場合には、適切な強度レベルからはず
れてしまう場合がある。特に強度レベルが高くなり過ぎ
た場合には、出力が飽和して信号に歪みが生じる。

【００１１】このため使用者により調整できる範囲を制
限することが行なわれるが、例えば初期反射音信号の強
度レベルを上げてこの範囲の上限に達した時に更に初期
反射音信号の強度レベルを上げたくてもできず、所望の
音場が得られないという問題がある。この時には初期反
射音の強度レベルは上限で固定し、直接音信号及び必要
ならば残響音信号の強度レベルを低下させて初期反射音
信号の相対レベルを上げ、必要に応じて全体の音量をボ
リュームで調整することが考えられる。しかしこのよう
な操作は煩雑であり、調整も難しいという問題がある。

【００１２】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、使用者が効果音信号の強度レベルを調整した場
合にも信号に歪みを生じることが無く、効果音信号の強
度レベルの調整範囲を制限せずに容易な操作で所望の音
場が得られる音場制御装置の実現を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の音場制御装置
は、上記問題点を解決するため、効果音信号の強度レベ
ルが調整された所定値に達した時には、それ以上の調整
に対しては直接音信号の強度レベルを低下させるような
調整補正手段を備える。図１は本発明の音場制御装置の
基本構成を示す図である。

【００１４】すなわち本発明の音場制御装置は、所望の
音場を形成するため、複数のスピーカで構成されるスピ
ーカシステムに、音源からの音響信号と音響信号より生
成する反射音に相当する効果音信号を出力する音場制御
装置であって、所定の生成パターンに従って効果音信号
を生成する効果音信号生成手段１、及び使用者が効果音
信号の強度レベルを調整するための効果音レベル調整手
段２を備える音場制御装置において、直接音信号の強度
レベルを変化させる直接音レベル調整手段３、及び使用
者が調整することで効果音信号の強度レベルが所定値以
上になった時には、効果音信号の強度レベルの調整量に
応じて直接音信号の強度レベルを下げるように変化させ
る調整補正手段４を備える。

【００１５】

【作用】効果音信号は、初期反射音信号でも、残響音信
号でも、又はこれらを合せた信号でも良く、音場を形成
するため直接音信号より生成される反射音に相当する信
号ならば良い。この効果音信号の強度レベルを効果音レ
ベル調整手段２で調整するが、強度レベルが所定値以下
の時には信号に歪みを生じないようにこの所定値を設定
しておく。もし強度レベルをこの所定値を越えて大きく
する場合には、直接音信号の強度レベルを低下させるこ
とで効果音信号の直接音信号に対する相対強度を上げる
ようにする。

【００１６】

【実施例】音響信号源より供給される音響信号がディジ
タル信号であり、効果音信号の生成もディジタル処理に
より行なわれる実施例について説明する。この実施例の
構成を図２に示す。図２において音響信号はステレオ方
式の音源であり、ＬチャンネルとＲチャンネルの２つの
信号が供給される。本実施例では、対象となるスピーカ
システムは、部屋１０５に配置された４個のスピーカ１
１１から１１４で構成されており、スピーカ１１１と１
１２はそれぞれＬチャンネルとＲチャンネルの直接音用
であり、スピーカ１１３からは初期反射音と左右の直接
音を合せた音が出力され、スピーカ１１４からは残響音
と左右の直接音を合せた音が出力される。３１から３４
はディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換
器であり、そのアナログ出力はそれぞれ増幅器３５から
３８で増幅された後、所定のスピーカより出力される。
増幅器３５から３８は、全体の音量を調整するボリュー
ムと連動して増幅率が変化するが、個々の増幅器毎に調
整することもできる。またボリュームは増幅器３５を構
成する可変抵抗器に直接作用することも可能であるが、
マイコン９がボリューム部の操作を検出して各増幅器を
変化させるようにしても良い。

【００１７】１０はＤＳＰであり、内部に図示のような
ディジタル信号処理回路が構成されており、これらはマ
イコン９により制御される。増幅器２０と２１は、直接
音信号に相当するＬチャンネルとＲチャンネルの音響信
号を増幅する増幅器であり、Ｄ／Ａ変換器３１と３２に
対して適切な強度レベルとなるように増幅される。１１
はＬチャンネルとＲチャンネルの直接音信号の和を算出
する加算器であり、初期反射音信号生成用のディジタル
フィルタ１２と残響音信号生成用のディジタルフィルタ
１３に入力され、加算された直接音信号に基づいて初期
反射音信号と残響音信号が生成される。これらの初期反
射音信号と残響音信号は、増幅器１５と１６に出力さ
れ、加算された直接音信号を増幅する増幅器１４と１６
の出力と加算器１８と１９でそれぞれ加算される。そし
て増幅器２２と２３で増幅された後に、Ｄ／Ａ変換器３
３と３４に出力される。

【００１８】初期反射音用ディジタルフィルタ１２と残
響音用ディジタルフィルタ１３の回路例を図３に示す。
図中の各係数を適当な値に設定することにより所望の音
場を形成するための信号が得られる。ここでは詳しい説
明は省略するが、図３のａｘとａｐの増幅器が図２の増
幅器１５と１７に対応する。次に使用者が効果音の強度
レベルを調整する場合について説明する。初期反射音信
号のレベル、すなわち図２における増幅器１５の増幅率
を、使用者の調整操作をマイコン９が読み取って変化さ
せるとする。増幅率が大きくなると、加算器１８とＤ／
Ａ変換器３３でオーバーフロを生じることが考えられ
る。加算器１８でオーバーフロを生じる場合には、増幅
器１５の増幅率が所定値に達した後は、増幅器１４の増
幅率を低下させ、加算器１８から出力される信号におけ
る初期反射音信号の直接音信号に対する比率を高められ
るようにする。

【００１９】スピーカ１１３から出力される信号中の初
期反射音信号の比率が高まるだけで充分な場合は、上記
のように増幅器１４の増幅率を低下させるだけで良い
が、他のスピーカから出力される信号に対しても初期反
射音信号の比率を高める必要がある場合には、増幅器２
２の増幅率を上げる必要がある。但しこの場合には、Ｄ
／Ａ変換器３３に対してオーバーフロが発生することが
あり、以下の説明を参考にする必要がある。

【００２０】増幅器１５の増幅率を上げることによりＤ
／Ａ変換器３３に対してオーバーフロが発生する場合に
は、前述のように単にスピーカ１１３から出力される初
期反射音信号の比率を高める場合には、増幅器１４の増
幅率を低下させるだけで良い。しかし他のスピーカから
出力される音に対しても強度を高める必要がある場合に
は、増幅器１５の増幅率の増加は所定値で停止し、それ
以後の増加に対しては増幅率１４の増幅率を低下させ、
同時に増幅器２０，２１及び２２の増幅率を低下させ
る。これにより信号は歪まず、初期反射音信号の相対レ
ベルは高まる。しかしこの時全体の音量レベルが低下す
るので使用者がボリュームを調整するか、マイコン制御
により増幅器３５から３８の増幅率を増加させる。

【００２１】上記の他に増幅器１５の増幅率はそのまま
増加させるが、増幅器２０から２３の増幅率を低下させ
ることでオーバーフロを防止して初期反射音信号の相対
強度が増加する。この場合も全体の音量レベルは変化す
る。以上は初期反射音信号の強度レベルを調整する場合
の例であるが、残響音信号についても同様であり、２つ
の信号を同時に調整する場合も同様である。

【００２２】次に音響信号としてアナログ信号が出力さ
れる場合の音場制御装置に本発明を適用した実施例を図
４に示す。この実施例では、効果音の生成のみディジタ
ル処理により行なわれ、直接音信号はアナログ信号のま
ま処理される。図示の通り残響音信号は、前述の実施例
と異なり、直接音信号と合成されることなくそのまま出
力される。また音響信号の初段にマイコンにより制御可
能なアナログ増幅器が備わっている。

【００２３】この実施例において、使用者が残響音信号
の強度レベルを調整した場合について説明する。この場
合使用者のスイッチ操作をマイコンが読み取って、増幅
器１７の増幅率を変化させる。ここで増幅器３８で調整
することは、前述の通り全体の音量レベルを行なう上で
好ましくなく、また調整して得た効果音生成パターンを
記憶して再現できないという点で好ましくない。

【００２４】増幅器１７の増幅率が増加して、Ｄ／Ａ変
換器３４に対してオーバーフロを生じる恐れのある所定
値まで達した後は、増幅器１７の増幅率はそのまま増加
させるが、同時に増幅器４１の増幅率を同じ比率で低下
させる。これによりＤ／Ａ変換器３４に対する入力レベ
ルは所定値に維持されると同時に、残響音信号の他の信
号に対する相対レベルは増加する。もちろん全体の音量
レベルの維持には増幅器４１の増幅率の低下に対応して
増幅器３５から３８の増幅率の増加が必要である。

【００２５】以上の説明において最終段のアナログ増幅
器は充分な増幅率の余裕があるものとして説明したが、
一般にこの部分の増幅器は充分な増幅率の余裕を有して
いる。またアナログ処理により効果音信号を生成する場
合には、アナログ演算回路でもダイナミックレンジと信
号レベルとの関係で飽和が生じることがあり、本発明は
適用可能である。

【００２６】音場制御装置はスピーカシステムとの関係
で各種の変形例があり得る。そのいずれの場合において
も、調整により効果音信号の強度レベルが大きくなり過
ぎて飽和により信号の歪みが生じる恐れのある時には、
すくなくとも直接音信号の強度レベルを低下させること
で飽和すること無しに効果音信号の相対強度を連続的に
高めることが可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明により初期反射音信号及び残響音
信号のような効果音信号の強度レベルを調整できる音場
制御装置において、信号処理段階で信号の飽和が発生し
て信号の歪みを生じることがなく連続的に強度レベルの
調整が行なえる音場制御装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音場制御装置の基本構成を示す図であ
る。

【図２】音響信号としてディジタル信号を出力する場合
に本発明を適用した実施例の構成を示す図である。

【図３】ディジタルフィルタ回路の例を示す図である。

【図４】アナログ音響信号に対する音場制御装置での実
施例を示す図である。

【図５】音場におけるパルス状の音に対する時間変化の
パターンを示す図である。

【図６】音場制御システムの構成例を示す図である。

【図７】ＤＳＰを用いた音場制御装置の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…効果音信号生成手段 ２…効果音レベル調整手段 ３…直接音レベル調整手段 ４…調整補正手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所望の音場を形成するため、複数のスピ
   ーカで構成されるスピーカシステムに、音源からの音響
   信号と該音響信号より生成する反射音に相当する効果音
   信号を出力する音場制御装置であって、 所定の生成パターンに従って該効果音信号を生成する効
   果音信号生成手段（１）、及び使用者が該効果音信号の
   強度レベルを調整するための効果音レベル調整手段
   （２）を備える音場制御装置において、 該直接音信号の強度レベルを変化させる直接音レベル調
   整手段（３）、及び使用者が調整することで該効果音信
   号の強度レベルが所定値以上になった時には、該効果音
   信号の強度レベルの調整量に応じて該直接音信号の強度
   レベルを下げるように変化させる調整補正手段（４）を
   備えることを特徴とする音場制御装置。