JP3584800B2 - 音場再現方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホール等の任意の音場を別の空間で再現する音場再現方法および該方法を実施するための装置に関し、楽器等音源の指向特性や演奏者の向き等の演奏状況等による音の違いを再現可能にして、より臨場感のある音場再現を可能にしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホール等の任意の音場をリスニングルームや実験室等で再現する従来の手法を説明する。図２に示すように、再現対象のホール等の音場１０内のステージ１２上等に音源Ｓを設定し、客席１４等に受音点Ｒを設定する。受音点Ｒの周囲の空間を、図３に示すように、該受音点Ｒを中心とした適宜の立体角の受音要素領域Ｒ１，Ｒ２，……，Ｒｊ，……，Ｒｍに分割する。図３の例では水平面内を８分割、斜め上方を４分割の合計１２分割（ｍ＝１２）にした例を示す。図４に示すように（図４、図６の受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍは、図３の分割形態を模式的に図示している。）、音源Ｓとして無指向性音源を用い、該音源Ｓから放射されて音場１０内を通って受音点Ｒに到達する音を指向性マイクロホンにより方向別に測定または計算し、該測定または計算結果に基づき、音源Ｓから放射された音が音場１０内を通って各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍから入って受音点Ｒに到達する際のインパルス応答を、各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍごとに求める。
【０００３】
求められた各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍごとのインパルス応答ｈ１ 〜ｈｍ に基づき任意の実際の空間で音場１０を再現する場合のシステム構成を図５に示す。リスニングルームや実験室等の任意の実際の空間１６内で、リスナーや被験者が受聴を行う実際の受音点Ｒｒ（通常は空間１６の平面内中央部）の周りに、前記各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍ（図３）に対応する方向にスピーカＳＰ１〜ＳＰｍを配置する（図５ではスピーカＳＰ１〜ＳＰｍの配置位置を図４の受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの表示形態に合わせて模式的に図示している。）。ＤＡＴ（ディジタル・オーディオ・テープレコーダ）やＣＤ（コンパクト・ディスク）プレーヤ等の音源装置１８から再生される左右２チャンネル音響信号は１チャンネルに合成され、ヘッドアンプ１９を介してＦＩＲフィルタ２０−１乃至２０−ｍ（畳み込み演算器）に入力される。ＦＩＲフィルタ２０−１乃至２０−ｍには、前記求められたインパルス応答ｈ１ 〜ｈｍ が畳み込み演算のパラメータとして設定されている。１チャンネル音響信号はＦＩＲフィルタ２０−１乃至２０−ｍでそれぞれ畳み込み演算されて、各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍに対応した方向ごとの音響信号（反射音信号）が生成される。該生成された各音響信号は、アンプ２２−１乃至２２−ｍで増幅されて、各対応するスピーカＳＰ１〜ＳＰｍからそれぞれ再生される。また、音源装置１８から左右２チャンネルで再生される音響信号は、直接音として別途受音点Ｒｒの前方左右位置からそのまま再生される。このようにして、受音点Ｒｒにいる受聴者は、あたかも図２の音場１０の客席１４にいる雰囲気で音楽を鑑賞することができる。
【０００４】
以上は図２のステージ１２上で演奏している音楽を客席１４で聴く状態を再現したものであるが、ステージ１２上で演奏している音楽をステージ１２上で実時間で聴く状態を再現すれば、演奏者が音場１０にいる雰囲気でリハーサル等を行うことができる。その再現手法を説明する。図２の音場１０において、ステージ１２上の音源Ｓを同時に受音点Ｒとする。受音点Ｒ（＝音源Ｓ）の周囲の空間を前記図３と同様に、該受音点Ｒを中心とした適宜の立体角の受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍに分割する。図６に示すように、音源Ｓとして無指向性音源を用い、該音源Ｓから放射されて音場１０内を通って受音点Ｒ（＝音源Ｓ）に到達する音を指向性マイクロホンにより方向別に測定または計算し、該測定または計算結果に基づき、音源Ｓから放射された音が音場１０内を通って各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍから入って受音点Ｒに到達する際のインパルス応答を、各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍごとに求める。
【０００５】
求められた各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍごとのインパルス応答ｈ１ 〜ｈｍ に基づき任意の実際の空間で音場１０を再現する場合のシステム構成を図７に示す。リスニングルームや実験室等の任意の実際の空間１６内で、演奏者が演奏を行う位置（実際の音源Ｓｒおよび実際の受音点Ｒｒ。通常は空間１６の平面内中央部）の上方等にマイクロホン２４を配置し、該演奏位置の周りに、前記各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍ（図３）に対応する方向にスピーカＳＰ１〜ＳＰｍを配置する（図７ではスピーカＳＰ１〜ＳＰｍの配置位置を図６の受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの表示形態に合わせて模式的に図示している。）。マイクロホン２４で収音された１チャンネルの音響信号（演奏信号）はヘッドアンプ１９を介してＦＩＲフィルタ２０−１乃至２０−ｍ（畳み込み演算器）に入力される。ＦＩＲフィルタ２０−１乃至２０−ｍには、前記求められたインパルス応答ｈ１ 〜ｈｍ が畳み込み演算のパラメータとして設定されている。１チャンネル音響信号はＦＩＲフィルタ２０−１乃至２０−ｍでそれぞれ畳み込み演算されて、各方向ごとの音響信号（反射音信号）が生成される。該生成された各音響信号は、アンプ２２−１乃至２２−ｍで増幅されて、各対応するスピーカＳＰ１〜ＳＰｍからそれぞれ再生される。このようにして、音源Ｓｒおよび受音点Ｒｒにいる演奏者は、あたかも図２の音場１０のステージ１２上にいる雰囲気でリハーサルを行うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の音場再現方法によれば、音源Ｓを無指向性として求めた各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍごとのインパルス応答ｈ１ 〜ｈｍ を用いている。しかし、実際の音場１０内におけるインパルス応答は音源Ｓの指向特性の影響を受ける。例えば、トランペットのような指向性の強い楽器は、ステージ１２上で客席１４に対し正面を向いて演奏した場合と、横を向いて演奏した場合と、後ろを向いて演奏した場合では、客席１４で聴いている人にとっても演奏者にとっても聴感が大きく変化する。ところが、前記従来の音場再現方法では、例えば図７のシステム構成において、マイクロホン２４の真下にいる演奏者がトランペットを演奏しながら水平面内で向きを変えても、スピーカＳＰ１〜ＳＰｍから再生される音は変化しない。つまり、楽器の指向特性や演奏者の向きによる音の違いを再現することができなかった。
【０００７】
この発明は、前記従来の技術における問題点を解決して、楽器等音源の指向特性や演奏者の向き等の演奏状況等による音の違いを再現可能にして、より臨場感のある音場再現を可能にした音場再現方法およびその装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の音場再現方法は、再現対象の音場内に設定された音源の周囲の空間を該音源を中心とした適宜の立体角の音源要素領域に分割し、該音場内に設定された受音点の周囲の空間を該受音点を中心とした適宜の立体角の受音要素領域に分割し、前記音源から放射された音が前記各音源要素領域から出射されて前記音場内を通って前記各受音要素領域に入射されて前記受音点に到達する際のインパルス応答を前記各音源要素領域と前記各受音要素領域の組み合わせごとに計算または実測で求め、任意の実際の空間で実際の音源の周りの前記各音源要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置にマイクロホンを配置し、任意の実際の空間で実際の受音点の周りの前記各受音要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置にスピーカを配置し、該実際の音源から放射される音を前記各マイクロホンで収音し、該各収音信号をそれぞれ対応する方向の音源要素領域について求めたインパルス応答でそれぞれ畳み込み演算し、該演算により生成された各音響信号をそれぞれ対応する方向の受音要素領域に対応して配置されたスピーカからそれぞれ再生するものである。
【０００９】
これによれば、再現しようとする音場の音源の周囲の空間を分割した音源要素領域と受音点の周囲の空間を分割した受音要素領域の組み合わせごとにインパルス応答を求め、演奏等を行う実際の空間で音源要素領域に対応する方向ごとにマイクロホンを配置して該演奏等を収音し、再生を行う実際の空間で受音要素領域に対応する方向ごとにスピーカを配置し、マイクロホンで収音した信号を対応する音源要素領域のインパルス応答で畳み込み演算して、対応する受音要素領域のスピーカで再生するようにしたので、指向性を有する楽器を演奏すれば、その向きに応じて異なる音が再生される。例えば、演奏を行う実際の空間内で、再現しようとする音場のステージ上で客席に対し正面に相当する方向を向いて演奏すれば、客席を向いて演奏しているように聞こえ、客席に対し後ろ向きに相当する方向を向いて演奏すれば、客席に対し後ろを向いて演奏しているように聞こえる。このようにして、楽器等音源の指向特性や演奏者の向き等の演奏状況等による音の違いが再生され、より臨場感のある音場再現が可能になる。
【００１０】
この発明の音場再現方法では、マイクロホンによる収音、インパルス応答との畳み込み演算、スピーカによる再生の一連の動作を例えば実時間で行うことができる。また、マイクロホンで収音した信号を一旦録音し、その後該信号を再生して、インパルス応答との畳み込み演算をしてスピーカで再生することもできる。また、再現対象の音場内で、音源と受音点を例えば同一位置に設定してインパルス応答を求めることができる。また、再現対象の音場内で、音源と受音点を別々の位置に設定してインパルス応答を求めることもできる。また、演奏等を行う実際の音源と受聴を行う実際の受音点を、例えば同一空間内の同一位置に設定することができる。また、演奏等を行う実際の音源と受聴を行う実際の受音点を別々の空間内に設定することもできる。また、音源要素領域と受音要素領域の分割形態（分割数、分割パターン）は同一にまたは異ならせて設定することができる。演奏等を行う実際の音源と受聴を行う実際の受音点を同一空間の同一位置に設定し、かつ音源要素領域と前記受音要素領域の分割形態を等しく設定する場合には、前記マイクロホンと前記スピーカを該分割形態に合わせてそれぞれ対にして配置することができる。
【００１１】
この発明の音場再現方法によれば、例えば再現対象の音場（ホール等）内で音源と受音点をステージ上の同一位置に設定して各インパルス応答を求め、演奏を行う実際の空間（スタジオ、実験室等）内で実際の音源と実際の受音点を同一位置に設定してマイクロホンとスピーカを配置し、マイクロホンによる収音、インパルス応答との畳み込み演算、スピーカによる再生の一連の動作を実時間で行えば、演奏者はステージ上にいる雰囲気でリハーサルを行うことができる。また、再現対象の音場内で音源をステージ上に設定し受音点を客席に設定して各インパルス応答を求め、演奏を行う実際の空間内で実際の音源の周りにマイクロホンを配置して演奏を収音して録音し、録音後これを再生して各対応するインパルス応答と畳み込み演算して実際の受音点の周りのスピーカから再生すれば、演奏者自身が自分の演奏が客席でどのように聞こえるかを確かめることができる。また、再現対象の音場内で音源をステージ上に設定し受音点を客席に設定して各インパルス応答を求め、演奏を行う実際の空間内で実際の音源の周りにマイクロホンを配置して演奏を収音して録音し、実時間で各対応するインパルス応答と畳み込み演算して別の実際の空間で実際の受音点の周りのスピーカから再生すれば、遠隔地間でライブコンサート等を行うことができる。
【００１２】
この発明の音場再現装置は、再現対象の音場内に設定された音源の周囲の空間を該音源を中心とした適宜の立体角の音源要素領域に分割し、該音場内に設定された受音点の周囲の空間を該受音点を中心とした適宜の立体角の受音要素領域に分割し、前記音源から放射された音が前記各音源要素領域から出射されて前記音場内を通って前記各受音要素領域に入射されて前記受音点に到達する際のインパルス応答を畳み込み演算のパラメータとして前記各音源要素領域と前記各受音要素領域の組み合わせごとに設定した畳み込み演算器と、該各畳み込み演算器の出力信号を各対応する受音要素領域ごとに加算合成する加算器と、任意の実際の空間で実際の音源の周りの前記各音源要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたマイクロホンと、任意の実際の空間で実際の受音点の周りの前記各受音要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたスピーカとを具備し、前記実際の音源から放射される音を前記各マイクロホンで収音し、該各収音信号を前記畳み込み演算器にてそれぞれ対応する方向の音源要素領域に関するインパルス応答でそれぞれ畳み込み演算し、該演算により生成された各音響信号を前記加算器でそれぞれ対応する方向の受音要素領域ごとに加算合成し、該各受音要素領域に対応して配置されたスピーカからそれぞれ再生するものである。この音場再現装置によれば、この発明の音場再現方法を実施することができる。この場合、前記再現対象の音場内で前記音源と前記受音点が同一位置に設定され、前記実際の音源と前記実際の受音点が同一空間内の同一位置に設定され、前記マイクロホンによる収音、前記畳み込み演算および加算合成、前記スピーカによる再生の一連の動作を実時間で行うようにすれば、演奏者は例えばステージ上にいる雰囲気でリハーサルを行うことができる。
【００１３】
また、この発明の音場再現装置は、再現対象の音場内に設定された音源の周囲の空間を該音源を中心とした適宜の立体角の音源要素領域に分割し、該音場内の別の位置に設定された受音点の周囲の空間を該受音点を中心とした適宜の立体角の受音要素領域に分割し、前記音源から放射された音が前記各音源要素領域から出射されて前記音場内を通って前記各受音要素領域に入射されて前記受音点に到達する際のインパルス応答を畳み込み演算のパラメータとして前記各音源要素領域と前記各受音要素領域の組み合わせごとに設定した畳み込み演算器と、該各畳み込み演算器の出力信号を各対応する受音要素領域ごとに加算合成する加算器と、任意の実際の空間で実際の音源の周りの前記各音源要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたマイクロホンと、該マイクロホンで収音した信号を録音し再生する録音再生装置と、任意の実際の空間で実際の受音点の周りの前記各受音要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたスピーカとを具備し、前記実際の音源から放射される音を前記各マイクロホンで収音して前記録音再生装置で録音し、該録音後これを再生して、該再生されたマイクロホンごとの収音信号を前記畳み込み演算器にてそれぞれ対応する方向の音源要素領域に関するインパルス応答でそれぞれ畳み込み演算し、該演算により生成された各音響信号を前記加算器でそれぞれ対応する方向の受音要素領域ごとに加算合成し、該各受音要素領域に対応して配置されたスピーカからそれぞれ再生するものである。この音場再現装置によれば、演奏者自身が自分の演奏が例えば客席でどのように聞こえるかを確かめることができる。なお、実際の空間で実際の音源の周りの各音源要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたマイクロホンで収音して録音した信号が予め用意されている場合には、録音再生装置に代えて再生専用装置で音場再現を行うこともできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を説明する。ここでは、前記図２の音場１０を再現するものとする。
（実施の形態１）
ステージ１２上の音源Ｓで演奏して客席１４内の受音点Ｒで受聴する状態を再現する場合（客席モードという。）を説明する。音源Ｓの周囲の空間（床上のほぼ半球空間）を図８に示すように、該音源Ｓを中心とした適宜の立体角の音源要素領域Ｓ１，Ｓ２，……，Ｓｉ，……，Ｓｎに分割する。図８の例では水平面内を８分割、斜め上方を４分割の合計１２分割（ｎ＝１２）にした例を示す。また、受音点Ｒの周囲の空間（床上のほぼ半球空間）を図９に示すように、該受音点Ｒを中心とした適宜の立体角の受音要素領域Ｒ１，Ｒ２，……，Ｒｊ，……，Ｒｍに分割する。図９の例では図８の音源要素領域と同一の形態に１２分割した例（ｎ，ｍ＝１２）を示す。図１０に示すように（図１０の音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎ、受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍは、図８、図９の分割形態を模式的に図示している。）、音源Ｓから放射された音が音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎの１つから出て音場１０内を直接または反射して通って受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの１つから入って受音点Ｒに到達する際のインパルス応答を、すべての音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎとすべての受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの組み合わせについて計算または実測で求める。これにより、表１に示すｎ×ｍ通りのインパルス応答ｈｉ，ｊ （ｉ＝１，２，…，ｎ、ｊ＝１，２，…，ｍ）が得られる。
【００１５】
【００１６】
求められたインパルス応答ｈｉ，ｊ に基づき任意の実際の空間で音場を再現する場合のシステム構成例を図１に示す。演奏者が演奏を行う実際の空間２６の音響特性を、床面は所定の吸音率を持った反射性、床面以外は吸音性のデッドな特性（半無響室、スタジオ等の特性）にする。該空間２６内で実際の音源Ｓｒ（演奏位置）の周りに、前記各音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎ（図８）に対応する方向に指向性マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎを該音源Ｓｒに向けて配置する（図１ではマイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの配置位置を図１０の音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎの表示形態に合わせて模式的に図示している。）。受聴者が演奏音の受聴を行う実際の空間３２内の音響特性を望ましくはデッドな特性にする。該空間３２内で実際の受音点Ｒｒ（受聴位置）の周りに、前記各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍ（図９）に対応する方向にスピーカＳＰ１〜ＳＰｍを該受音点Ｒｒに向けて配置する（図１ではスピーカＳＰ１〜ＳＰｍの配置位置を図１０の受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの表示形態に合わせて模式的に図示している。）。
【００１７】
演奏者は演奏を行う空間２６内の音源Ｓｒの位置で演奏する。その演奏音はマイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎでそれぞれ収音され、ヘッドアンプ３８を介してＤＡＴ４０でマルチチャンネル録音される。演奏が終了したら録音した演奏を再生する。ＤＡＴ４０から再生される各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの収音信号は、ＦＩＲマトリクス回路４２に入力される。ＦＩＲマトリクス回路４２は各インパルス応答ｈｉ，ｊ がパラメータとして設定されたｎ×ｍ個のＦＩＲフィルタ（畳み込み演算器）と、各ＦＩＲフィルタの出力信号を受音要素領域が共通するものどうしを加算合成する加算器をマトリクス状に構成したものである。
【００１８】
ＦＩＲマトリクス回路４２の構成例を図１１に示す。ＦＩＲマトリクス回路４２は、各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの収音信号をそれぞれ入力するｎ本の入力ライン４４−１乃至４４−ｎと、各スピーカＳＰ１〜ＳＰｍへ供給する信号を出力するｍ本の出力ライン４６−１乃至４６−ｍを有し、これら入出力ラインのｎ×ｍ個の交点にイコライザ４８、ＦＩＲフィルタ５１（畳み込み演算器）、アッテネータ５２の直列接続回路がそれぞれ配置されて、入出力ライン間をそれぞれ接続している。ＦＩＲフィルタ５１には各対応する音源要素領域と受音要素領域の組み合わせについて求められたインパルス応答のパラメータが設定されている。イコライザ４８はスピーカの特性を補正するためものであり、アッテネータ５２は個別にレベル調整するものであり、通常は両者とも一度設定してしまえば同じシステム構成を使う限り変更する必要はない。入力ライン４４−１乃至４４−ｎから入力された各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの収音信号は、各対応する音源要素領域に関するインパルス応答で畳み込み演算されて音響信号（直接音、反射音、残響音）が生成され、各対応する受音要素領域の音響信号どうしが加算合成されて、各対応する出力ライン４６−１乃至４６−ｍから出力される。
【００１９】
図１において、ＦＩＲマトリクス回路４２の各出力ライン４６−１乃至４６−ｍから出力される音響信号はアンプ４７−１乃至４７−ｍで増幅されて、空間３２内の各対応するスピーカＳＰ１〜ＳＰｍに供給されて、再生される。収音に使用するマイクロホンと畳み込み演算に使用するインパルス応答と再生に使用するスピーカの組み合わせを表２に示す。
【００２０】
【００２１】
以上により、受聴者のいる空間３２内全体では、
【数１】
但し、Ｓｉ ：マイクロホンＭＣｉ（ｉ＝１，２，……，ｎ）による収音信号
ｒｉ ：スピーカＳＰｉ（ｉ＝１，２，……，ｍ）による再生信号
なる再生信号ｒが再生される。これにより、図２の音場１０においてステージ１２上で演奏している音楽を客席１４で聴いている状態が楽器の指向特性や演奏者の向きを含めて再現される。つまり、トランペットとバイオリン、フルートとピアノなど指向特性が異なる楽器の差が再生音場に現れる。また、演奏者が壁を向いたときはそちらからの返りが強く、壁に背を向けた時は返りが弱くなるといったように、演奏条件の違いを表現できる。
【００２２】
図１のシステム構成を用いれば、例えば演奏者が空間２６において演奏し、それをＤＡＴ４０に録音し、録音後これを空間３２内で再生して演奏者が聴くことにより、演奏者自身が自分の演奏が客席１４でどのように聞こえるかを確かめることができる。なお、演奏を行う空間２６と受聴を行う空間３２とは必ずしも別々である必要はなく、共通の空間を用いてマイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎとスピーカＳＰ１〜ＳＰｍを併せて配置することもできる。この場合、ｎ＝ｍとすれば各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎと各スピーカＳＰ１〜ＳＰｍをそれぞれ対にして配置することができる。また、図１では１台のＤＡＴ４０を録音および再生に用いたが、空間２６，３２で録音装置と再生装置を別々に用意して、空間２６において録音装置で録音した記録媒体を空間３２が存在する場所まで運んで再生装置で再生して音場再現することもできる。また、図１のシステム構成において、空間２６，３２を別々の空間とし、ＤＡＴ４０をなくして収音、畳み込み演算、再生を実時間で行い、空間２６での演奏を空間３２で聴取するように構成すれば、遠隔地の空間２６，３２間において通信回線を利用して図２の音場１０にいる雰囲気でライブコンサートを行うことができる。
【００２３】
（実施の形態２）
演奏者自身が図２の音場１０内のステージ１２上にいる雰囲気で演奏する状態を再現する場合（ステージモードという。）を説明する。この場合ステージ１２上の音源Ｓが受音点Ｒともなる。音源Ｓの周囲の空間を図８に示すように、該音源Ｓを中心とした適宜の立体角の音源要素領域Ｓ１，Ｓ２，……，Ｓｉ，……，Ｓｎに分割する。図８の例では水平面内を８分割、斜め上方を４分割の合計１２分割（ｎ＝１２）した例を示す。また、受音点Ｒの周囲の空間（ここでは音源Ｓの周囲の空間と共通である。）を図９に示すように、該受音点Ｒを中心とした適宜の立体角の受音要素領域Ｒ１，Ｒ２，……，Ｒｊ，……，Ｒｍに分割する。図９の例では図８の音源要素領域と同一の形態に１２分割した例（ｎ，ｍ＝１２）を示す。図１２に示すように（図１２の音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎ、受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍは、図８、図９の分割形態を模式的に図示している。）、音源Ｓから放射された音が音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎの１つから出て音場１０内を直接または反射して通って受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの１つから入って受音点Ｒに到達する際のインパルス応答を、すべての音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎとすべての受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの組み合わせについて計算または実測で求める。これにより、前記表１に示すｎ×ｍ通りのインパルス応答ｈｉ，ｊ （ｉ＝１，２，…，ｎ、ｊ＝１，２，…，ｍ）が得られる。
【００２４】
ところで、実際のホールでは客席内であれステージ上であれ、受音点Ｒに到達した音はさらに床等で反射して再び受音点Ｒに到達したりするような反射を繰り返す。客席モードではマイクロホンによる収音とスピーカによる再生を同時に行わない（あるいは別空間で行う）から、この受音点Ｒに到達した音の反射の繰り返しを含めてインパルス応答を作成すればよい。ところが、ステージモードではマイクロホンによる収音とスピーカによる再生が同時に行われるから、スピーカで再生された音がマイクロホンで収音されて帰還ループを形成する。この場合、受音点Ｒに到達した音の反射の繰り返しを含めてインパルス応答を作成すると、帰還ループによる反射音の増大分が加重されて、実際のステージ上で聞くよりも多くの反射音が生成されてしまう。そこで、ステージモードでは、帰還ループを無くすことはできないからそれに代えて、受音点Ｒに到達した音の反射の繰り返しのないインパルス応答を使用するのが望ましい。つまり、ステージモードでインパルス応答を計算で求める場合は、受音点Ｒに一旦到達した音線はそこで消滅させ、それ以上反射を繰り返さないものとする。
【００２５】
求められたインパルス応答ｈｉ，ｊ に基づき任意の実際の空間で音場を再現する場合のシステム構成を図１３に示す。演奏者が演奏を行いかつ実時間で受聴を行う実際の空間５０の音響特性を、床面は所定の吸音率を持った反射性、床面以外は吸音性のデッドな特性（半無響室、スタジオ等の特性）にする。空間５０内で実際の音源Ｓｒ（演奏位置）の周りに、前記各音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎ（図８）に対応する方向に指向性マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎを該音源Ｓｒに向けて配置する（図１３ではマイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの配置位置を図１２の音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎの表示形態に合わせて模式的に図示している。）。該空間５０内で実際の受音点Ｒｒ（受聴位置）の周りに、前記各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍ（図９）に対応する方向にスピーカＳＰ１〜ＳＰｍを該受音点Ｒｒに向けて配置する（図１３ではスピーカＳＰ１〜ＳＰｍの配置位置を図１２の受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの表示形態に合わせて模式的に図示している。）。ｎ＝ｍとすれば各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎと各スピーカＳＰ１〜ＳＰｍをそれぞれ対にして配置することができる。
【００２６】
演奏者は空間５０内の音源Ｓｒの位置で演奏する。その演奏音はマイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎでそれぞれ収音され、ヘッドアンプ３８を介してＦＩＲマトリクス回路４２に入力される。ＦＩＲマトリクス回路４２は各インパルス応答ｈｉ，ｊ がパラメータとして設定されたｎ×ｍ個のＦＩＲフィルタ（畳み込み演算器）と、各ＦＩＲフィルタの出力信号を受音要素領域が共通するものどうしを加算合成する加算器をマトリクス状に構成したもので、例えば前記図１１のように構成される。入力ライン４４−１乃至４４−ｎから入力された各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの収音信号は、各対応する音源要素領域に関するインパルス応答で畳み込み演算されて音響信号（直接音、反射音、残響音）が生成され、各対応する受音要素領域の音響信号どうしが加算合成されて、各対応する出力ライン４６−１乃至４６−ｍから出力される。
【００２７】
図１３において、ＦＩＲマトリクス回路４２の各出力ライン４６−１乃至４６−ｍから出力される音響信号はアンプ４７−１乃至４７−ｍで増幅されて、空間３２内の各対応するスピーカＳＰ１〜ＳＰｍに供給されて、再生される。収音に使用するマイクロホンと畳み込み演算に使用するインパルス応答と再生に使用するスピーカの組み合わせは前記表２で示したものと同じである。なお、ハウリングを防止するため、エコーキャンセラ５４を配置し、各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの収音信号からそれぞれ対にして配置されるスピーカＳＰ１〜ＳＰｍの出力信号分を差し引いた信号をＦＩＲマトリクス回路４２に入力する。
【００２８】
以上により、空間５０内全体では、前記式（１）で表される再生信号ｒが再生される。これにより、演奏者自身が図２の音場１０内のステージ１２上にいる雰囲気で演奏する状態が再現される。したがって、図１３のシステム構成を用いれば、演奏者はステージ１２上にいる雰囲気でリハーサルを行うことができる。
【００２９】
なお、前記各実施の形態では、各音源要素領域、各受音要素領域を、隣接する要素領域と相互に重ならないように分割したが、隣接する要素領域と部分的に重なり合うように分割することもできる。このようにすれば、隣接するスピーカの中間に位置すべき音を該両スピーカで同時に再生することにより再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の音場再現装置の実施の形態１を示す図で、図１０の手法により生成されるインパルス応答を用いた客席モードでの音場再現装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】再現しようとする音場の一例を示す縦断面側面図である。
【図３】従来の音場再現手法における受音要素領域の分割形態の一例を示す斜視図である。
【図４】従来の音場再現手法における客席モードでのインパルス応答の生成手法を説明する図である。
【図５】図４の手法により生成されるインパルス応答を用いた従来の客席モードでの音場再現装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図６】従来の音場再現手法におけるステージモードのインパルス応答の生成手法を説明する図である。
【図７】図６の手法により生成されるインパルス応答を用いた従来のステージモードでの音場再現装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の音場再現手法における音源要素領域の分割形態の一例を示す斜視図である。
【図９】この発明の音場再現手法における受音要素領域の分割形態の一例を示す斜視図である。
【図１０】この発明の音場再現手法における客席モードでのインパルス応答の生成手法を説明する図である。
【図１１】図１および図１３におけるＦＩＲマトリクス回路４２の構成例を示す回路図である。
【図１２】この発明の音場再現手法におけるステージモードでのインパルス応答の生成手法を説明する図である。
【図１３】この発明の音場再現装置の実施の形態２を示す図で、図１２の手法により生成されるインパルス応答を用いたステージモードでの音場再生装置のシステム構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…再現対象の音場、２６，３２，５０…任意の実際の空間、４０…ＤＡＴ（録音再生装置）、４２…ＦＩＲマトリクス回路（畳み込み演算器および加算器）、Ｓ…音源、Ｓ１〜Ｓｎ…音源要素領域、Ｒ…受音点、Ｒ１〜Ｒｍ…受音要素領域、Ｓｒ…実際の音源、Ｒｒ…実際の受音点、ＭＣ１〜ＭＣｎ…マイクロホン、ＳＰ１〜ＳＰｍ…スピーカ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホール等の任意の音場を別の空間で再現する音場再現方法および該方法を実施するための装置に関し、楽器等音源の指向特性や演奏者の向き等の演奏状況等による音の違いを再現可能にして、より臨場感のある音場再現を可能にしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホール等の任意の音場をリスニングルームや実験室等で再現する従来の手法を説明する。図２に示すように、再現対象のホール等の音場１０内のステージ１２上等に音源Ｓを設定し、客席１４等に受音点Ｒを設定する。受音点Ｒの周囲の空間を、図３に示すように、該受音点Ｒを中心とした適宜の立体角の受音要素領域Ｒ１，Ｒ２，……，Ｒｊ，……，Ｒｍに分割する。図３の例では水平面内を８分割、斜め上方を４分割の合計１２分割（ｍ＝１２）にした例を示す。図４に示すように（図４、図６の受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍは、図３の分割形態を模式的に図示している。）、音源Ｓとして無指向性音源を用い、該音源Ｓから放射されて音場１０内を通って受音点Ｒに到達する音を指向性マイクロホンにより方向別に測定または計算し、該測定または計算結果に基づき、音源Ｓから放射された音が音場１０内を通って各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍから入って受音点Ｒに到達する際のインパルス応答を、各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍごとに求める。
【０００３】
求められた各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍごとのインパルス応答ｈ１ 〜ｈｍ に基づき任意の実際の空間で音場１０を再現する場合のシステム構成を図５に示す。リスニングルームや実験室等の任意の実際の空間１６内で、リスナーや被験者が受聴を行う実際の受音点Ｒｒ（通常は空間１６の平面内中央部）の周りに、前記各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍ（図３）に対応する方向にスピーカＳＰ１〜ＳＰｍを配置する（図５ではスピーカＳＰ１〜ＳＰｍの配置位置を図４の受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの表示形態に合わせて模式的に図示している。）。ＤＡＴ（ディジタル・オーディオ・テープレコーダ）やＣＤ（コンパクト・ディスク）プレーヤ等の音源装置１８から再生される左右２チャンネル音響信号は１チャンネルに合成され、ヘッドアンプ１９を介してＦＩＲフィルタ２０−１乃至２０−ｍ（畳み込み演算器）に入力される。ＦＩＲフィルタ２０−１乃至２０−ｍには、前記求められたインパルス応答ｈ１ 〜ｈｍ が畳み込み演算のパラメータとして設定されている。１チャンネル音響信号はＦＩＲフィルタ２０−１乃至２０−ｍでそれぞれ畳み込み演算されて、各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍに対応した方向ごとの音響信号（反射音信号）が生成される。該生成された各音響信号は、アンプ２２−１乃至２２−ｍで増幅されて、各対応するスピーカＳＰ１〜ＳＰｍからそれぞれ再生される。また、音源装置１８から左右２チャンネルで再生される音響信号は、直接音として別途受音点Ｒｒの前方左右位置からそのまま再生される。このようにして、受音点Ｒｒにいる受聴者は、あたかも図２の音場１０の客席１４にいる雰囲気で音楽を鑑賞することができる。
【０００４】
以上は図２のステージ１２上で演奏している音楽を客席１４で聴く状態を再現したものであるが、ステージ１２上で演奏している音楽をステージ１２上で実時間で聴く状態を再現すれば、演奏者が音場１０にいる雰囲気でリハーサル等を行うことができる。その再現手法を説明する。図２の音場１０において、ステージ１２上の音源Ｓを同時に受音点Ｒとする。受音点Ｒ（＝音源Ｓ）の周囲の空間を前記図３と同様に、該受音点Ｒを中心とした適宜の立体角の受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍに分割する。図６に示すように、音源Ｓとして無指向性音源を用い、該音源Ｓから放射されて音場１０内を通って受音点Ｒ（＝音源Ｓ）に到達する音を指向性マイクロホンにより方向別に測定または計算し、該測定または計算結果に基づき、音源Ｓから放射された音が音場１０内を通って各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍから入って受音点Ｒに到達する際のインパルス応答を、各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍごとに求める。
【０００５】
求められた各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍごとのインパルス応答ｈ１ 〜ｈｍ に基づき任意の実際の空間で音場１０を再現する場合のシステム構成を図７に示す。リスニングルームや実験室等の任意の実際の空間１６内で、演奏者が演奏を行う位置（実際の音源Ｓｒおよび実際の受音点Ｒｒ。通常は空間１６の平面内中央部）の上方等にマイクロホン２４を配置し、該演奏位置の周りに、前記各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍ（図３）に対応する方向にスピーカＳＰ１〜ＳＰｍを配置する（図７ではスピーカＳＰ１〜ＳＰｍの配置位置を図６の受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの表示形態に合わせて模式的に図示している。）。マイクロホン２４で収音された１チャンネルの音響信号（演奏信号）はヘッドアンプ１９を介してＦＩＲフィルタ２０−１乃至２０−ｍ（畳み込み演算器）に入力される。ＦＩＲフィルタ２０−１乃至２０−ｍには、前記求められたインパルス応答ｈ１ 〜ｈｍ が畳み込み演算のパラメータとして設定されている。１チャンネル音響信号はＦＩＲフィルタ２０−１乃至２０−ｍでそれぞれ畳み込み演算されて、各方向ごとの音響信号（反射音信号）が生成される。該生成された各音響信号は、アンプ２２−１乃至２２−ｍで増幅されて、各対応するスピーカＳＰ１〜ＳＰｍからそれぞれ再生される。このようにして、音源Ｓｒおよび受音点Ｒｒにいる演奏者は、あたかも図２の音場１０のステージ１２上にいる雰囲気でリハーサルを行うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の音場再現方法によれば、音源Ｓを無指向性として求めた各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍごとのインパルス応答ｈ１ 〜ｈｍ を用いている。しかし、実際の音場１０内におけるインパルス応答は音源Ｓの指向特性の影響を受ける。例えば、トランペットのような指向性の強い楽器は、ステージ１２上で客席１４に対し正面を向いて演奏した場合と、横を向いて演奏した場合と、後ろを向いて演奏した場合では、客席１４で聴いている人にとっても演奏者にとっても聴感が大きく変化する。ところが、前記従来の音場再現方法では、例えば図７のシステム構成において、マイクロホン２４の真下にいる演奏者がトランペットを演奏しながら水平面内で向きを変えても、スピーカＳＰ１〜ＳＰｍから再生される音は変化しない。つまり、楽器の指向特性や演奏者の向きによる音の違いを再現することができなかった。
【０００７】
この発明は、前記従来の技術における問題点を解決して、楽器等音源の指向特性や演奏者の向き等の演奏状況等による音の違いを再現可能にして、より臨場感のある音場再現を可能にした音場再現方法およびその装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の音場再現方法は、再現対象の音場内に設定された音源の周囲の空間を該音源を中心とした適宜の立体角の音源要素領域に分割し、該音場内に設定された受音点の周囲の空間を該受音点を中心とした適宜の立体角の受音要素領域に分割し、前記音源から放射された音が前記各音源要素領域から出射されて前記音場内を通って前記各受音要素領域に入射されて前記受音点に到達する際のインパルス応答を前記各音源要素領域と前記各受音要素領域の組み合わせごとに計算または実測で求め、任意の実際の空間で実際の音源の周りの前記各音源要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置にマイクロホンを配置し、任意の実際の空間で実際の受音点の周りの前記各受音要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置にスピーカを配置し、該実際の音源から放射される音を前記各マイクロホンで収音し、該各収音信号をそれぞれ対応する方向の音源要素領域について求めたインパルス応答でそれぞれ畳み込み演算し、該演算により生成された各音響信号をそれぞれ対応する方向の受音要素領域に対応して配置されたスピーカからそれぞれ再生するものである。
【０００９】
これによれば、再現しようとする音場の音源の周囲の空間を分割した音源要素領域と受音点の周囲の空間を分割した受音要素領域の組み合わせごとにインパルス応答を求め、演奏等を行う実際の空間で音源要素領域に対応する方向ごとにマイクロホンを配置して該演奏等を収音し、再生を行う実際の空間で受音要素領域に対応する方向ごとにスピーカを配置し、マイクロホンで収音した信号を対応する音源要素領域のインパルス応答で畳み込み演算して、対応する受音要素領域のスピーカで再生するようにしたので、指向性を有する楽器を演奏すれば、その向きに応じて異なる音が再生される。例えば、演奏を行う実際の空間内で、再現しようとする音場のステージ上で客席に対し正面に相当する方向を向いて演奏すれば、客席を向いて演奏しているように聞こえ、客席に対し後ろ向きに相当する方向を向いて演奏すれば、客席に対し後ろを向いて演奏しているように聞こえる。このようにして、楽器等音源の指向特性や演奏者の向き等の演奏状況等による音の違いが再生され、より臨場感のある音場再現が可能になる。
【００１０】
この発明の音場再現方法では、マイクロホンによる収音、インパルス応答との畳み込み演算、スピーカによる再生の一連の動作を例えば実時間で行うことができる。また、マイクロホンで収音した信号を一旦録音し、その後該信号を再生して、インパルス応答との畳み込み演算をしてスピーカで再生することもできる。また、再現対象の音場内で、音源と受音点を例えば同一位置に設定してインパルス応答を求めることができる。また、再現対象の音場内で、音源と受音点を別々の位置に設定してインパルス応答を求めることもできる。また、演奏等を行う実際の音源と受聴を行う実際の受音点を、例えば同一空間内の同一位置に設定することができる。また、演奏等を行う実際の音源と受聴を行う実際の受音点を別々の空間内に設定することもできる。また、音源要素領域と受音要素領域の分割形態（分割数、分割パターン）は同一にまたは異ならせて設定することができる。演奏等を行う実際の音源と受聴を行う実際の受音点を同一空間の同一位置に設定し、かつ音源要素領域と前記受音要素領域の分割形態を等しく設定する場合には、前記マイクロホンと前記スピーカを該分割形態に合わせてそれぞれ対にして配置することができる。
【００１１】
この発明の音場再現方法によれば、例えば再現対象の音場（ホール等）内で音源と受音点をステージ上の同一位置に設定して各インパルス応答を求め、演奏を行う実際の空間（スタジオ、実験室等）内で実際の音源と実際の受音点を同一位置に設定してマイクロホンとスピーカを配置し、マイクロホンによる収音、インパルス応答との畳み込み演算、スピーカによる再生の一連の動作を実時間で行えば、演奏者はステージ上にいる雰囲気でリハーサルを行うことができる。また、再現対象の音場内で音源をステージ上に設定し受音点を客席に設定して各インパルス応答を求め、演奏を行う実際の空間内で実際の音源の周りにマイクロホンを配置して演奏を収音して録音し、録音後これを再生して各対応するインパルス応答と畳み込み演算して実際の受音点の周りのスピーカから再生すれば、演奏者自身が自分の演奏が客席でどのように聞こえるかを確かめることができる。また、再現対象の音場内で音源をステージ上に設定し受音点を客席に設定して各インパルス応答を求め、演奏を行う実際の空間内で実際の音源の周りにマイクロホンを配置して演奏を収音して録音し、実時間で各対応するインパルス応答と畳み込み演算して別の実際の空間で実際の受音点の周りのスピーカから再生すれば、遠隔地間でライブコンサート等を行うことができる。
【００１２】
この発明の音場再現装置は、再現対象の音場内に設定された音源の周囲の空間を該音源を中心とした適宜の立体角の音源要素領域に分割し、該音場内に設定された受音点の周囲の空間を該受音点を中心とした適宜の立体角の受音要素領域に分割し、前記音源から放射された音が前記各音源要素領域から出射されて前記音場内を通って前記各受音要素領域に入射されて前記受音点に到達する際のインパルス応答を畳み込み演算のパラメータとして前記各音源要素領域と前記各受音要素領域の組み合わせごとに設定した畳み込み演算器と、該各畳み込み演算器の出力信号を各対応する受音要素領域ごとに加算合成する加算器と、任意の実際の空間で実際の音源の周りの前記各音源要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたマイクロホンと、任意の実際の空間で実際の受音点の周りの前記各受音要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたスピーカとを具備し、前記実際の音源から放射される音を前記各マイクロホンで収音し、該各収音信号を前記畳み込み演算器にてそれぞれ対応する方向の音源要素領域に関するインパルス応答でそれぞれ畳み込み演算し、該演算により生成された各音響信号を前記加算器でそれぞれ対応する方向の受音要素領域ごとに加算合成し、該各受音要素領域に対応して配置されたスピーカからそれぞれ再生するものである。この音場再現装置によれば、この発明の音場再現方法を実施することができる。この場合、前記再現対象の音場内で前記音源と前記受音点が同一位置に設定され、前記実際の音源と前記実際の受音点が同一空間内の同一位置に設定され、前記マイクロホンによる収音、前記畳み込み演算および加算合成、前記スピーカによる再生の一連の動作を実時間で行うようにすれば、演奏者は例えばステージ上にいる雰囲気でリハーサルを行うことができる。
【００１３】
また、この発明の音場再現装置は、再現対象の音場内に設定された音源の周囲の空間を該音源を中心とした適宜の立体角の音源要素領域に分割し、該音場内の別の位置に設定された受音点の周囲の空間を該受音点を中心とした適宜の立体角の受音要素領域に分割し、前記音源から放射された音が前記各音源要素領域から出射されて前記音場内を通って前記各受音要素領域に入射されて前記受音点に到達する際のインパルス応答を畳み込み演算のパラメータとして前記各音源要素領域と前記各受音要素領域の組み合わせごとに設定した畳み込み演算器と、該各畳み込み演算器の出力信号を各対応する受音要素領域ごとに加算合成する加算器と、任意の実際の空間で実際の音源の周りの前記各音源要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたマイクロホンと、該マイクロホンで収音した信号を録音し再生する録音再生装置と、任意の実際の空間で実際の受音点の周りの前記各受音要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたスピーカとを具備し、前記実際の音源から放射される音を前記各マイクロホンで収音して前記録音再生装置で録音し、該録音後これを再生して、該再生されたマイクロホンごとの収音信号を前記畳み込み演算器にてそれぞれ対応する方向の音源要素領域に関するインパルス応答でそれぞれ畳み込み演算し、該演算により生成された各音響信号を前記加算器でそれぞれ対応する方向の受音要素領域ごとに加算合成し、該各受音要素領域に対応して配置されたスピーカからそれぞれ再生するものである。この音場再現装置によれば、演奏者自身が自分の演奏が例えば客席でどのように聞こえるかを確かめることができる。なお、実際の空間で実際の音源の周りの各音源要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたマイクロホンで収音して録音した信号が予め用意されている場合には、録音再生装置に代えて再生専用装置で音場再現を行うこともできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を説明する。ここでは、前記図２の音場１０を再現するものとする。
（実施の形態１）
ステージ１２上の音源Ｓで演奏して客席１４内の受音点Ｒで受聴する状態を再現する場合（客席モードという。）を説明する。音源Ｓの周囲の空間（床上のほぼ半球空間）を図８に示すように、該音源Ｓを中心とした適宜の立体角の音源要素領域Ｓ１，Ｓ２，……，Ｓｉ，……，Ｓｎに分割する。図８の例では水平面内を８分割、斜め上方を４分割の合計１２分割（ｎ＝１２）にした例を示す。また、受音点Ｒの周囲の空間（床上のほぼ半球空間）を図９に示すように、該受音点Ｒを中心とした適宜の立体角の受音要素領域Ｒ１，Ｒ２，……，Ｒｊ，……，Ｒｍに分割する。図９の例では図８の音源要素領域と同一の形態に１２分割した例（ｎ，ｍ＝１２）を示す。図１０に示すように（図１０の音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎ、受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍは、図８、図９の分割形態を模式的に図示している。）、音源Ｓから放射された音が音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎの１つから出て音場１０内を直接または反射して通って受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの１つから入って受音点Ｒに到達する際のインパルス応答を、すべての音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎとすべての受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの組み合わせについて計算または実測で求める。これにより、表１に示すｎ×ｍ通りのインパルス応答ｈｉ，ｊ （ｉ＝１，２，…，ｎ、ｊ＝１，２，…，ｍ）が得られる。
【００１５】
求められたインパルス応答ｈｉ，ｊ に基づき任意の実際の空間で音場を再現する場合のシステム構成例を図１に示す。演奏者が演奏を行う実際の空間２６の音響特性を、床面は所定の吸音率を持った反射性、床面以外は吸音性のデッドな特性（半無響室、スタジオ等の特性）にする。該空間２６内で実際の音源Ｓｒ（演奏位置）の周りに、前記各音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎ（図８）に対応する方向に指向性マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎを該音源Ｓｒに向けて配置する（図１ではマイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの配置位置を図１０の音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎの表示形態に合わせて模式的に図示している。）。受聴者が演奏音の受聴を行う実際の空間３２内の音響特性を望ましくはデッドな特性にする。該空間３２内で実際の受音点Ｒｒ（受聴位置）の周りに、前記各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍ（図９）に対応する方向にスピーカＳＰ１〜ＳＰｍを該受音点Ｒｒに向けて配置する（図１ではスピーカＳＰ１〜ＳＰｍの配置位置を図１０の受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの表示形態に合わせて模式的に図示している。）。
【００１７】
演奏者は演奏を行う空間２６内の音源Ｓｒの位置で演奏する。その演奏音はマイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎでそれぞれ収音され、ヘッドアンプ３８を介してＤＡＴ４０でマルチチャンネル録音される。演奏が終了したら録音した演奏を再生する。ＤＡＴ４０から再生される各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの収音信号は、ＦＩＲマトリクス回路４２に入力される。ＦＩＲマトリクス回路４２は各インパルス応答ｈｉ，ｊ がパラメータとして設定されたｎ×ｍ個のＦＩＲフィルタ（畳み込み演算器）と、各ＦＩＲフィルタの出力信号を受音要素領域が共通するものどうしを加算合成する加算器をマトリクス状に構成したものである。
【００１８】
ＦＩＲマトリクス回路４２の構成例を図１１に示す。ＦＩＲマトリクス回路４２は、各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの収音信号をそれぞれ入力するｎ本の入力ライン４４−１乃至４４−ｎと、各スピーカＳＰ１〜ＳＰｍへ供給する信号を出力するｍ本の出力ライン４６−１乃至４６−ｍを有し、これら入出力ラインのｎ×ｍ個の交点にイコライザ４８、ＦＩＲフィルタ５１（畳み込み演算器）、アッテネータ５２の直列接続回路がそれぞれ配置されて、入出力ライン間をそれぞれ接続している。ＦＩＲフィルタ５１には各対応する音源要素領域と受音要素領域の組み合わせについて求められたインパルス応答のパラメータが設定されている。イコライザ４８はスピーカの特性を補正するためものであり、アッテネータ５２は個別にレベル調整するものであり、通常は両者とも一度設定してしまえば同じシステム構成を使う限り変更する必要はない。入力ライン４４−１乃至４４−ｎから入力された各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの収音信号は、各対応する音源要素領域に関するインパルス応答で畳み込み演算されて音響信号（直接音、反射音、残響音）が生成され、各対応する受音要素領域の音響信号どうしが加算合成されて、各対応する出力ライン４６−１乃至４６−ｍから出力される。
【００１９】
図１において、ＦＩＲマトリクス回路４２の各出力ライン４６−１乃至４６−ｍから出力される音響信号はアンプ４７−１乃至４７−ｍで増幅されて、空間３２内の各対応するスピーカＳＰ１〜ＳＰｍに供給されて、再生される。収音に使用するマイクロホンと畳み込み演算に使用するインパルス応答と再生に使用するスピーカの組み合わせを表２に示す。
【００２０】
以上により、受聴者のいる空間３２内全体では、
【数１】
ｒｉ ：スピーカＳＰｉ（ｉ＝１，２，……，ｍ）による再生信号
なる再生信号ｒが再生される。これにより、図２の音場１０においてステージ１２上で演奏している音楽を客席１４で聴いている状態が楽器の指向特性や演奏者の向きを含めて再現される。つまり、トランペットとバイオリン、フルートとピアノなど指向特性が異なる楽器の差が再生音場に現れる。また、演奏者が壁を向いたときはそちらからの返りが強く、壁に背を向けた時は返りが弱くなるといったように、演奏条件の違いを表現できる。
【００２２】
図１のシステム構成を用いれば、例えば演奏者が空間２６において演奏し、それをＤＡＴ４０に録音し、録音後これを空間３２内で再生して演奏者が聴くことにより、演奏者自身が自分の演奏が客席１４でどのように聞こえるかを確かめることができる。なお、演奏を行う空間２６と受聴を行う空間３２とは必ずしも別々である必要はなく、共通の空間を用いてマイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎとスピーカＳＰ１〜ＳＰｍを併せて配置することもできる。この場合、ｎ＝ｍとすれば各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎと各スピーカＳＰ１〜ＳＰｍをそれぞれ対にして配置することができる。また、図１では１台のＤＡＴ４０を録音および再生に用いたが、空間２６，３２で録音装置と再生装置を別々に用意して、空間２６において録音装置で録音した記録媒体を空間３２が存在する場所まで運んで再生装置で再生して音場再現することもできる。また、図１のシステム構成において、空間２６，３２を別々の空間とし、ＤＡＴ４０をなくして収音、畳み込み演算、再生を実時間で行い、空間２６での演奏を空間３２で聴取するように構成すれば、遠隔地の空間２６，３２間において通信回線を利用して図２の音場１０にいる雰囲気でライブコンサートを行うことができる。
【００２３】
（実施の形態２）
演奏者自身が図２の音場１０内のステージ１２上にいる雰囲気で演奏する状態を再現する場合（ステージモードという。）を説明する。この場合ステージ１２上の音源Ｓが受音点Ｒともなる。音源Ｓの周囲の空間を図８に示すように、該音源Ｓを中心とした適宜の立体角の音源要素領域Ｓ１，Ｓ２，……，Ｓｉ，……，Ｓｎに分割する。図８の例では水平面内を８分割、斜め上方を４分割の合計１２分割（ｎ＝１２）した例を示す。また、受音点Ｒの周囲の空間（ここでは音源Ｓの周囲の空間と共通である。）を図９に示すように、該受音点Ｒを中心とした適宜の立体角の受音要素領域Ｒ１，Ｒ２，……，Ｒｊ，……，Ｒｍに分割する。図９の例では図８の音源要素領域と同一の形態に１２分割した例（ｎ，ｍ＝１２）を示す。図１２に示すように（図１２の音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎ、受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍは、図８、図９の分割形態を模式的に図示している。）、音源Ｓから放射された音が音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎの１つから出て音場１０内を直接または反射して通って受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの１つから入って受音点Ｒに到達する際のインパルス応答を、すべての音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎとすべての受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの組み合わせについて計算または実測で求める。これにより、前記表１に示すｎ×ｍ通りのインパルス応答ｈｉ，ｊ （ｉ＝１，２，…，ｎ、ｊ＝１，２，…，ｍ）が得られる。
【００２４】
ところで、実際のホールでは客席内であれステージ上であれ、受音点Ｒに到達した音はさらに床等で反射して再び受音点Ｒに到達したりするような反射を繰り返す。客席モードではマイクロホンによる収音とスピーカによる再生を同時に行わない（あるいは別空間で行う）から、この受音点Ｒに到達した音の反射の繰り返しを含めてインパルス応答を作成すればよい。ところが、ステージモードではマイクロホンによる収音とスピーカによる再生が同時に行われるから、スピーカで再生された音がマイクロホンで収音されて帰還ループを形成する。この場合、受音点Ｒに到達した音の反射の繰り返しを含めてインパルス応答を作成すると、帰還ループによる反射音の増大分が加重されて、実際のステージ上で聞くよりも多くの反射音が生成されてしまう。そこで、ステージモードでは、帰還ループを無くすことはできないからそれに代えて、受音点Ｒに到達した音の反射の繰り返しのないインパルス応答を使用するのが望ましい。つまり、ステージモードでインパルス応答を計算で求める場合は、受音点Ｒに一旦到達した音線はそこで消滅させ、それ以上反射を繰り返さないものとする。
【００２５】
求められたインパルス応答ｈｉ，ｊ に基づき任意の実際の空間で音場を再現する場合のシステム構成を図１３に示す。演奏者が演奏を行いかつ実時間で受聴を行う実際の空間５０の音響特性を、床面は所定の吸音率を持った反射性、床面以外は吸音性のデッドな特性（半無響室、スタジオ等の特性）にする。空間５０内で実際の音源Ｓｒ（演奏位置）の周りに、前記各音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎ（図８）に対応する方向に指向性マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎを該音源Ｓｒに向けて配置する（図１３ではマイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの配置位置を図１２の音源要素領域Ｓ１〜Ｓｎの表示形態に合わせて模式的に図示している。）。該空間５０内で実際の受音点Ｒｒ（受聴位置）の周りに、前記各受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍ（図９）に対応する方向にスピーカＳＰ１〜ＳＰｍを該受音点Ｒｒに向けて配置する（図１３ではスピーカＳＰ１〜ＳＰｍの配置位置を図１２の受音要素領域Ｒ１〜Ｒｍの表示形態に合わせて模式的に図示している。）。ｎ＝ｍとすれば各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎと各スピーカＳＰ１〜ＳＰｍをそれぞれ対にして配置することができる。
【００２６】
演奏者は空間５０内の音源Ｓｒの位置で演奏する。その演奏音はマイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎでそれぞれ収音され、ヘッドアンプ３８を介してＦＩＲマトリクス回路４２に入力される。ＦＩＲマトリクス回路４２は各インパルス応答ｈｉ，ｊ がパラメータとして設定されたｎ×ｍ個のＦＩＲフィルタ（畳み込み演算器）と、各ＦＩＲフィルタの出力信号を受音要素領域が共通するものどうしを加算合成する加算器をマトリクス状に構成したもので、例えば前記図１１のように構成される。入力ライン４４−１乃至４４−ｎから入力された各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの収音信号は、各対応する音源要素領域に関するインパルス応答で畳み込み演算されて音響信号（直接音、反射音、残響音）が生成され、各対応する受音要素領域の音響信号どうしが加算合成されて、各対応する出力ライン４６−１乃至４６−ｍから出力される。
【００２７】
図１３において、ＦＩＲマトリクス回路４２の各出力ライン４６−１乃至４６−ｍから出力される音響信号はアンプ４７−１乃至４７−ｍで増幅されて、空間３２内の各対応するスピーカＳＰ１〜ＳＰｍに供給されて、再生される。収音に使用するマイクロホンと畳み込み演算に使用するインパルス応答と再生に使用するスピーカの組み合わせは前記表２で示したものと同じである。なお、ハウリングを防止するため、エコーキャンセラ５４を配置し、各マイクロホンＭＣ１〜ＭＣｎの収音信号からそれぞれ対にして配置されるスピーカＳＰ１〜ＳＰｍの出力信号分を差し引いた信号をＦＩＲマトリクス回路４２に入力する。
【００２８】
以上により、空間５０内全体では、前記式（１）で表される再生信号ｒが再生される。これにより、演奏者自身が図２の音場１０内のステージ１２上にいる雰囲気で演奏する状態が再現される。したがって、図１３のシステム構成を用いれば、演奏者はステージ１２上にいる雰囲気でリハーサルを行うことができる。
【００２９】
なお、前記各実施の形態では、各音源要素領域、各受音要素領域を、隣接する要素領域と相互に重ならないように分割したが、隣接する要素領域と部分的に重なり合うように分割することもできる。このようにすれば、隣接するスピーカの中間に位置すべき音を該両スピーカで同時に再生することにより再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の音場再現装置の実施の形態１を示す図で、図１０の手法により生成されるインパルス応答を用いた客席モードでの音場再現装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】再現しようとする音場の一例を示す縦断面側面図である。
【図３】従来の音場再現手法における受音要素領域の分割形態の一例を示す斜視図である。
【図４】従来の音場再現手法における客席モードでのインパルス応答の生成手法を説明する図である。
【図５】図４の手法により生成されるインパルス応答を用いた従来の客席モードでの音場再現装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図６】従来の音場再現手法におけるステージモードのインパルス応答の生成手法を説明する図である。
【図７】図６の手法により生成されるインパルス応答を用いた従来のステージモードでの音場再現装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の音場再現手法における音源要素領域の分割形態の一例を示す斜視図である。
【図９】この発明の音場再現手法における受音要素領域の分割形態の一例を示す斜視図である。
【図１０】この発明の音場再現手法における客席モードでのインパルス応答の生成手法を説明する図である。
【図１１】図１および図１３におけるＦＩＲマトリクス回路４２の構成例を示す回路図である。
【図１２】この発明の音場再現手法におけるステージモードでのインパルス応答の生成手法を説明する図である。
【図１３】この発明の音場再現装置の実施の形態２を示す図で、図１２の手法により生成されるインパルス応答を用いたステージモードでの音場再生装置のシステム構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…再現対象の音場、２６，３２，５０…任意の実際の空間、４０…ＤＡＴ（録音再生装置）、４２…ＦＩＲマトリクス回路（畳み込み演算器および加算器）、Ｓ…音源、Ｓ１〜Ｓｎ…音源要素領域、Ｒ…受音点、Ｒ１〜Ｒｍ…受音要素領域、Ｓｒ…実際の音源、Ｒｒ…実際の受音点、ＭＣ１〜ＭＣｎ…マイクロホン、ＳＰ１〜ＳＰｍ…スピーカ。
Claims (13)
- 再現対象の音場内に設定された音源の周囲の空間を該音源を中心とした適宜の立体角の音源要素領域に分割し、該音場内に設定された受音点の周囲の空間を該受音点を中心とした適宜の立体角の受音要素領域に分割し、前記音源から放射された音が前記各音源要素領域から出射されて前記音場内を通って前記各受音要素領域に入射されて前記受音点に到達する際のインパルス応答を前記各音源要素領域と前記各受音要素領域の組み合わせごとに計算または実測で求め、任意の実際の空間で実際の音源の周りの前記各音源要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置にマイクロホンを配置し、任意の実際の空間で実際の受音点の周りの前記各受音要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置にスピーカを配置し、該実際の音源から放射される音を前記各マイクロホンで収音し、該各収音信号をそれぞれ対応する方向の音源要素領域について求めたインパルス応答でそれぞれ畳み込み演算し、該演算により生成された各音響信号をそれぞれ対応する方向の受音要素領域に対応して配置されたスピーカからそれぞれ再生する音場再現方法。
- 前記マイクロホンによる収音、前記インパルス応答との畳み込み演算、前記スピーカによる再生の一連の動作を実時間で行う請求項１記載の音場再現方法。
- 前記マイクロホンで収音した信号を一旦録音し、その後該信号を再生して、前記インパルス応答との畳み込み演算をして前記スピーカで再生する請求項１記載の音場再現方法。
- 前記再現対象の音場内で、前記音源と前記受音点を同一位置に設定してなる請求項１から３のいずれかに記載の音場再現方法。
- 前記再現対象の音場内で、前記音源と前記受音点を別々の位置に設定してなる請求項１から３のいずれかに記載の音場再現方法。
- 前記実際の音源と前記実際の受音点を、同一空間内の同一位置に設定してなる請求項１から５のいずれかに記載の音場再現方法。
- 前記実際の音源と前記実際の受音点を、別々の空間内に設定してなる請求項１から５のいずれかに記載の音場再現方法。
- 前記音源要素領域と前記受音要素領域の分割形態が等しく設定されている請求項１から７のいずれかに記載の音場再現方法。
- 前記音源要素領域と前記受音要素領域の分割形態が等しく設定され、前記マイクロホンと前記スピーカが該分割形態に合わせてそれぞれ対にして配置されている請求項６記載の音場再現方法。
- 再現対象の音場内に設定された音源の周囲の空間を該音源を中心とした適宜の立体角の音源要素領域に分割し、該音場内に設定された受音点の周囲の空間を該受音点を中心とした適宜の立体角の受音要素領域に分割し、前記音源から放射された音が前記各音源要素領域から出射されて前記音場内を通って前記各受音要素領域に入射されて前記受音点に到達する際のインパルス応答を畳み込み演算のパラメータとして前記各音源要素領域と前記各受音要素領域の組み合わせごとに設定した畳み込み演算器と、
該各畳み込み演算器の出力信号を各対応する受音要素領域ごとに加算合成する加算器と、
任意の実際の空間で実際の音源の周りの前記各音源要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたマイクロホンと、
任意の実際の空間で実際の受音点の周りの前記各受音要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたスピーカとを具備し、
前記実際の音源から放射される音を前記各マイクロホンで収音し、該各収音信号を前記畳み込み演算器にてそれぞれ対応する方向の音源要素領域に関するインパルス応答でそれぞれ畳み込み演算し、該演算により生成された各音響信号を前記加算器でそれぞれ対応する方向の受音要素領域ごとに加算合成し、該各受音要素領域に対応して配置されたスピーカからそれぞれ再生する音場再現装置。 - 前記再現対象の音場内で前記音源と前記受音点が同一位置に設定され、前記実際の音源と前記実際の受音点が同一空間内の同一位置に設定され、前記マイクロホンによる収音、前記畳み込み演算および加算合成、前記スピーカによる再生の一連の動作を実時間で行う請求項１０記載の音場再現装置。
- 再現対象の音場内に設定された音源の周囲の空間を該音源を中心とした適宜の立体角の音源要素領域に分割し、該音場内の別の位置に設定された受音点の周囲の空間を該受音点を中心とした適宜の立体角の受音要素領域に分割し、前記音源から放射された音が前記各音源要素領域から出射されて前記音場内を通って前記各受音要素領域に入射されて前記受音点に到達する際のインパルス応答を畳み込み演算のパラメータとして前記各音源要素領域と前記各受音要素領域の組み合わせごとに設定した畳み込み演算器と、
該各畳み込み演算器の出力信号を各対応する受音要素領域ごとに加算合成する加算器と、
任意の実際の空間で実際の音源の周りの前記各音源要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたマイクロホンと、
該マイクロホンで収音した信号を録音し再生する録音再生装置と、
任意の実際の空間で実際の受音点の周りの前記各受音要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたスピーカとを具備し、
前記実際の音源から放射される音を前記各マイクロホンで収音して前記録音再生装置で録音し、該録音後これを再生して、該再生されたマイクロホンごとの収音信号を前記畳み込み演算器にてそれぞれ対応する方向の音源要素領域に関するインパルス応答でそれぞれ畳み込み演算し、該演算により生成された各音響信号を前記加算器でそれぞれ対応する方向の受音要素領域ごとに加算合成し、該各受音要素領域に対応して配置されたスピーカからそれぞれ再生する音場再現装置。 - 再現対象の音場内に設定された音源の周囲の空間を該音源を中心とした適宜の立体角の音源要素領域に分割し、該音場内の別の位置に設定された受音点の周囲の空間を該受音点を中心とした適宜の立体角の受音要素領域に分割し、前記音源から放射された音が前記各音源要素領域から出射されて前記音場内を通って前記各受音要素領域に入射されて前記受音点に到達する際のインパルス応答を畳み込み演算のパラメータとして前記各音源要素領域と前記各受音要素領域の組み合わせごとに設定した畳み込み演算器と、
該各畳み込み演算器の出力信号を各対応する受音要素領域ごとに加算合成する加算器と、
任意の実際の空間で実際の音源の周りの前記各音源要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたマイクロホンで収音して録音した信号を再生する再生装置と、
任意の実際の空間で実際の受音点の周りの前記各受音要素領域に対応する方向の適宜の距離の位置に配置されたスピーカとを具備し、
前記再生装置で再生されるマイクロホンごとの収音信号を前記畳み込み演算器にてそれぞれ対応する方向の音源要素領域に関するインパルス応答でそれぞれ畳み込み演算し、該演算により生成された各音響信号を前記加算器でそれぞれ対応する方向の受音要素領域ごとに加算合成し、該各受音要素領域に対応して配置されたスピーカからそれぞれ再生する音場再現装置。
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