JP3369200B2 - 多チャンネルステレオ再生方式 - Google Patents

多チャンネルステレオ再生方式

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JP3369200B2 JP25231591A JP25231591A JP3369200B2 JP 3369200 B2 JP3369200 B2 JP 3369200B2 JP 25231591 A JP25231591 A JP 25231591A JP 25231591 A JP25231591 A JP 25231591A JP 3369200 B2 JP3369200 B2 JP 3369200B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、多チャンネルステレ
オ再生方式に関する。 【0002】[発明の概要]この発明は、多チャンネル
ステレオ方式に関するものであり、再生音場の壁面に設
置した複数のスピーカを駆動することにより、実音場の
空間の一部において受聴する音をリアルに再現できるよ
うにするものである。 【0003】 【従来の技術】従来、多チャンネルステレオ再生方式と
して音場創造システムの概念は、M.Camras(1967.1)H.F.
Olson(1968.10)によって提案されている。彼等の提案し
た音場創造システムは、原音場の仮想壁面上に設置した
マイクロホン出力を、このマイクロホンと対応する再生
音場においてスピーカに接続して再生する方式のもので
ある。 【0004】また、建築関係の研究機関の音場シミュレ
ーションシステムには、模擬しようとする部屋の音源か
ら受音点までの反射音構造を予め求めておき、再生音場
の周囲に設置した複数のスピーカから反射音の時系列を
響きのない音源信号に畳み込んで再生する方式がある
(例えば、是永雄二、「音場シミュレータ」センサ技
術、Vol.9(11)PP17 〜23.1989)。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のM.Ca
mrasらの提案した方式は、(1) 再生に用いる音が原音場
における仮想壁面上に設置したマイクロホンで収音した
ものに限定されること、(2) 原音場、仮想壁面の条件が
限定されるために、他の音場への応用性、拡張性に欠け
ること、(3) 原音場に用いるマイクロホン及び再生音場
でこれと対応する位置においたスピーカの指向性制御が
困難なこと、(4) 原音場、再生音場間を伝送するチャン
ネル数がマイクロホンの数だけ必要であり、実現が非常
に困難であること、等の問題点があり、実用化するには
至らなかった。 【0006】また、建築関係の研究機関による音場シミ
ュレーションシステムでは、(1) スピーカの個数が少な
いために、スピーカ間の音の繋りが連続的にならないこ
と、(2) 本質的に再生音場内の一点再生であり、広い聴
取範囲に亘っての再現性ができないこと、等の問題点が
あった。 【0007】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みてなされたものであって、多数の小型スピーカを再生
音場の壁面に配置することにより、再生音の空間的な連
続性、指向性の自由な制御ができ、原音場の設計図面を
基にしたシミュレーション技術を利用することによっ
て、任意の原音場を忠実に再生音場で再現でき、再生音
場の壁面全体に配置したスピーカの指向性を制御するこ
とによって広い範囲に亘って良好な音場の再現性能が得
られ、さらに原音場において異なる音源音のみを伝送す
ることによって忠実に反射音の再現を行なうことがで
き、伝送チャンネル数を少なくすることができる多チャ
ンネルステレオ再生方式を提供することを目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の多チャンネルステレオ再生方式は、
音場をある割合で縮小した再生音場の壁面に配列された
多数のスピーカと、これらのスピーカに接続されるとと
もに、原音場の壁面における反射音のパラメータが再生
音場の壁面と1対1に対応するように設定され、供給さ
れる音源信号を当該パラメータによって処理する信号処
理装置と、これらの信号処理装置に前記パラメータを供
給して当該信号処理装置を駆動する信号処理装置駆動装
置とを備えたことを特徴としている。 【0009】 【0010】 【作用】この発明の多チャンネルステレオ再生方式で
は、再生音場の壁面に多数のスピーカを配列し、各スピ
ーカ毎に、原音場の壁面における反射音を電子的に加工
し、制御する音信号処理装置を接続し、この音信号処理
装置各々に直接音源信号を入力することにより、原音場
における仮想空間内において実際に音源からの音が反射
して到達するときに聴取することができる音を忠実に再
現する。 【0011】 【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。 【0012】図1はこの発明の一実施例の構成を示すブ
ロック図であり、図2は信号処理装置の詳しい内部構成
を示すブロック図である。 【0013】この実施例の多チャンネルステレオ再生方
式は、これらの図1、図2に示すように、再生音場の壁
面Wの前面に亘って配列された多数のスピーカ群1,
1,…それぞれに対して接続される信号処理装置2,
2,…と、この信号処理装置2,2,…各々の動作を制
御する信号処理装置駆動装置3,3,…とから構成さ
れ、各信号処理装置2,2,…に同一の音源信号が入力
され、信号処理装置2,2,…それぞれによって信号処
理された再生信号が担当する各スピーカ群1,1,…に
与えられ音の再生を行なうようにしている。 【0014】各信号処理装置2は、図2に示すように音
源信号Sに対して反射音の遅延時間を設定し、また方向
を調節するディジタル遅延回路21,21,…、反射音
及び残響音の大きさを設定する利得調節回路22,2
2,…、入力に対してある残響時間−周波数特性(残響
時間の周波数特性)を持った残響波形をつけて出力する
残響付加回路23、及び残響付加回路23の入力の遅延
時間を設定するディジタル遅延回路24から構成されて
いる。 【0015】次に、上記実施例の多チャンネルステレオ
再生方式の動作について説明する。 【0016】図3はコンサートホールBのステージSt
上に音源Sが1個ある場合について、この音源Sからの
音の仮想空間PSの壁面Wの位置で得られる音を再生音
場の壁面Wにおいて忠実に再生する場合のシステムの動
作について説明する。尚、音源数が複数個ある場合で
も、以下に述べる説明を拡張することによって容易に実
現することができるものである。また、図2に示す音源
信号Sに用いるための音は、オンマイク等の収音方法に
よって得られた残響音のない直接音を利用する。 【0017】再生音場の壁面Wに設置したスピーカ1,
1,…は、図4に示すように配列し、その基本構成とし
ては、スピーカ間隔D、横にM個、縦にN個配列の総数
をM×N個のスピーカユニットを採用する。 【0018】このような配列にすることにより、共通に
使用できるスピーカユニットを使ってスピーカ群1,
1,…各々の指向性制御の自由度を増すと共に、スピー
カ群1,1,…全体の効率的な使用が可能になる。 【0019】図2に示す信号処理装置2のディジタル遅
延回路21は、入力信号を一定時間遅らせて出力するも
のであり、これによってM×N個のスピーカ群1,1,
…の主ビームを天頂角θ0、方位角φ0に向けた場合、
(θ,φ)方向の合成指向性は、次式で表わされること
になる。 【0020】 【数1】 【0021】であり、aklは(kD,lD)の位置のス
ピーカ群に対するアンプの利得を表わすものとする。 【0022】そこで、図3に示すように、原音場Dを再
生音場と同じ大きさ、形状の仮想空間PSで切り、この
仮想空間の壁面Wを通過する反射音のうち、音像定位、
音像の広がり等の聴感上重要な直接音到来後80ミリ秒
までの初期の反射音を、それらの遅延時間、大きさ、方
向をそれぞれディジタル遅延回路21、利得調節回路2
2によって一致させて再生音場PSのスピーカ群1,
1,…を用いて再現する。 【0023】この際の反射音の遅延時間、大きさ、方向
については、予めコンサートホールBの設計図面を基に
算出した音場シミュレーションの結果を用いる。 【0024】この音場シミュレーションの方式として
は、基本的には鏡像法と呼ばれる手法を利用し、一つの
点音源Sから発する音が壁面のような平面によって反射
された音を、その平面について、点音源と対称な位置に
ある仮想音源(これを、鏡像音源と呼ぶ)S′から発す
る音に置き換え、コンサートホールB内での複数の壁面
による反射音を、それぞれの壁面について音源と対称な
位置にある鏡像音源S′から発する音の和として求め
る。 【0025】ここで、1つの反射音に注目すると、まず
鏡像音源の位置を求め、この位置より反射音の音源から
の伝搬経路を求め、これにより、反射音の音源Sからの
到達時間、反射音のレベルを知ることができる。また、
直接音の音源Sからの伝搬時間も容易に求めることがで
きるので、反射音が直接音からどれだけ遅れて到来する
かを、それぞれの経路の長さの差を音速で割ることによ
り容易に知ることができる。また、鏡像音源の位置よ
り、反射音の方向も知ることができる。 【0026】従って、直接音が到来した後80ミリ秒ま
での反射音(これを初期反射音と称する)を再生するに
は、シミュレーションによって求められた仮想空間PS
の壁面Wに直接音が到来してから後80ミリ秒までの間
に到来する1つ1つの反射音に対して、それぞれディジ
タル遅延回路、利得調節回路によりスピーカ群1,1,
…毎に予めシミュレーションによって求められた遅延時
間、大きさ、方向を設定し、これに反射音のない原音源
信号Sを同時に入力することにより、各スピーカ1,
1,…群から再生音場PS内において初期反射音の忠実
な再生ができるのである。 【0027】さらに、80ミリ秒以降の反射音(これを
後部残響音と呼ぶ)は、仮想空間PSの壁面Wに到来す
る反射音の単位時間当たりの本数が級数的に増大するた
め、それらを忠実に再現することは物理的に困難である
ばかりでなく、聴感的にも1本1本の反射音を弁別でき
なくなるため、厳密に再現する必要がないので、ディジ
タル遅延回路により原音源信号に80ミリ秒の遅延を加
えた後、残響時間−周波数特性が原音場に一致したもの
を残響付加回路23及び利得調節回路22によって付加
して再生する。 【0028】このようにして、再生音場と同一の空間を
持つ仮想空間PSを原音場Bの中においた場合、その壁
面Wの各位置において受音する反射音に対して、シミュ
レーションによって得たその反射音の遅延時間、大き
さ、方向のパラメータを予め信号処理装置駆動装置3か
ら自分の受け持つ信号処理装置2のディジタル遅延回路
21,21,…、利得調節回路22,22,…、残響付
加回路23、及びディジタル遅延回路24に予め転送
し、残響音、反射音の殆ど混っていない音源信号Sをこ
れらの信号処理装置2,2,…を通して各スピーカ群
1,1,…に与えることによって、各スピーカ群1,
1,…が図3に示す原音場Bの仮想空間PSの壁面W上
で得られる反射音を、再生音場の壁面Wにおいて忠実に
再現し、それによって再生音場内で原音場を忠実に再現
できるのである。 【0029】なお、この発明で用いる音場シミュレーシ
ョン方式は鏡像方式に限定されず、他に提案されている
種々の方式を任意に用いることができる。また、この発
明で、初期反射音と後部残響音とを区別する時刻は直接
音到来後80ミリ秒に限定されず、任意の時刻を用いる
ことができる。 【0030】次に、請求項1に対応した実施例について
説明する。この実施例における多チャンネル再生方式の
構成ブロック図、及び信号処理装置の内部構成を示すブ
ロック図は、図1及び図2に示すものと同一であるた
め、その説明は省略し、実施例の動作のみを説明する。 【0031】 【0032】図5は、コンサートホールBのステージS
t上に音源Sが1個ある場合について、この音源Sから
の音を再生音場で再生する場合のシステムの動作につい
て説明するものである。尚、音源数が複数個ある場合で
も、以下に述べる説明を拡張することによって容易に実
現することができる。 【0033】再生音場PSは、原音場Bをある割合で縮
小したものとする。このとき、原音場の壁面と再生音場
の壁面とは、1対1に対応する。例えば、原音場の壁面
の一領域B1 は再生音場の壁面の一領域W1 に対応して
いる。そこで、原音場の壁面の各点における反射音を計
算によって求め、再生音場の対応する壁面の各点のスピ
ーカでこれを忠実に再生するように、ディジタル遅延回
路21,21,…、利得調節回路22,22,…、残響
付加回路23、ディジタル遅延回路24を設定する。こ
のようにパラメータを設定した信号処理回路2,2,…
を通して音源信号Sを再生音場の各スピーカ1,1,…
に与えることによって、再生音場内で原音場を忠実に再
現する。なお、再生音場は原音場を縮小させたものに限
定されず、類似した形状のものも用いることができる。 【0034】 【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、原音場
の中に設定した仮想空間の壁面の各位置において得られ
る反射音の遅延時間、大きさ、方向のパラメータを音場
シミュレーションによって得、この仮想空間と同一の大
きさの再生音場においてその壁面に多数配列したスピー
カ群各々から再生するか、または、原音場の壁面の各点
における反射音を計算によって求め、再生音場の対応す
る壁面の各点のスピーカによってこれを再生するように
しているため、原音場の忠実な再現が可能であり、特に
反射音の方向までも含み、自由度の大きな音場再生が可
能である。なお、複数のスピーカユニットを効率的にま
とめたスピーカ群を再生音場の壁面に配列することによ
り、壁面の各部での指向性を忠実に再現しつつ、一層効
率的な音場再生が可能となる。
【図面の簡単な説明】 【図1】この発明の一実施例の機能ブロック図。 【図2】上記実施例における信号処理装置の内部構成を
示すブロック図。 【図3】上記実施例の再生音場と原音場との関係を示す
説明図。 【図4】上記実施例における再生音場のスピーカの配列
を示す説明図。 【図5】この発明の他の実施例の再生音場と原音場との
関係を示す説明図。 【符号の説明】 1 スピーカ群 2 信号処理装置 3 信号処理装置駆動装置 B 原音場 B1 原音場の壁面の一領域 PS 再生音場(かつ、仮想空間) W 再生音場の壁面 W1 再生音場の壁面の一領域 St コンサートホール(原音場)のステージ S 音源 21 ディジタル遅延回路 22 利得調節回路 23 残響付加回路 24 ディジタル遅延回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−261997(JP,A) 特開 平2−224600(JP,A) 特開 平3−254298(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04S 1/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 原音場をある割合で縮小した再生音場の
    壁面に配列された多数のスピーカと、 これらのスピーカに接続されるとともに、原音場の壁面
    における反射音のパラメータが再生音場の壁面と1対1
    に対応するように設定され、供給される音源信号を当該
    パラメータによって処理する信号処理装置と、 これらの信号処理装置に前記パラメータを供給して当該
    信号処理装置を駆動する信号処理装置駆動装置と、 を備えたことを特徴とする多チャンネルステレオ再生方
    式。
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