JP3671756B2 - 音場再生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実際のコンサートホールやライブスタジオなどに近い自然な臨場感のある音場をシミュレートして室内において再生するための音場再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
聴取者が自己のリスニングルームや通常の部屋にいながら、あたかも実際のコンサートホールやライブスタジオなどの別の音響空間にいるような臨場感をシミュレートして生成する音場再生方法が知られている。この方法によれば、デジタル処理プロセッサによりコンパクトディスクやコンパクトディスクなどのステレオ２チャネル信号Ｌ、Ｒに対して種々の反射音や残響音などを付加することができ、また、近年のデジタル信号処理技術（ＤＳＰ）の進歩に伴って、ドルビー・デジタルに代表されるようなマルチチャネルに対しても臨場感のある音場を生成することができる。
【０００３】
図６を参照して音場再生の原理について説明する。図６は、あるホール内のフロントライトの音源位置ＦＲから聴取者ＬＬに到達する音のみを示し、フロントライトの音源位置ＦＲからの直接音１１が聴取者ＬＬに到達し、その後、左壁面を１回反射した音（１次反射音）１２が到達する。なお、この１次反射音１２は図に示した以外にも右壁面、後ろの壁面、床などのあらゆる方向から聴取者ＬＬに到達し、また、２次以降の反射音も到達するが、ここでは説明を簡略化するために左壁面からの１次反射音１２のみについて説明する。
【０００４】
１次反射音１２と直接音１１の各光路長をそれぞれＤ（ｍ）、Ｓ（ｍ）とすると、１次反射音１２は直接音１１より（Ｄ−Ｓ）／３４０（ｍ）だけ遅れて聴取者ＬＬに到達する。したがって、１次反射音１２の虚音源ＩＳを実現するためには、直接音１１を遅延して音量の減衰係数ｇを乗算することにより１次反射音１２に相当する音を生成し、これを図６に示すフロントレフトＬとリアレフトＳｌの各スピーカにより再生することにより１次反射音１２を再生することができる。
【０００５】
１次反射音１２の到来方向を正確に表現するには、フロントレフト信号Ｌとリアレフト信号Ｓｌに対して、フロントレフトスピーカＬと１次反射音１２の到来方向の角度Ｘ°、リアレフトスピーカＳｌと１次反射音１２の到来方向の角度Ｙ°に対応するレベル配分の係数ｇを設定し、また、他のフロントライト信号Ｒとリアライト信号Ｓｒの係数ｇはともに「０」とする。この手法を他の方向の音線に対しても計算し、更に各音源に対しても処理して最終的に加算することにより、図６に示すホールの音場を再生することができる。
【０００６】
図７は従来例として、Ｌ、Ｃ、Ｒ、Ｓｌ、Ｓｒ、ＬＦＥの６チャネル（５．１チャネルとも言う）に対して４系統Ｌ、Ｒ、Ｓｌ、Ｓｒの１次反射音１２を生成して各チャネルに加算する音場再生装置を示している。この回路は上記反射音１２の時間遅れを得るための遅延メモリを節約するためにフロントの合成信号（Ｌ＋Ｒ＋Ｃ）とリアの合成信号（Ｓｌ＋Ｓｒ）の２系統に基づいて生成するように構成されている。詳しく説明すると、合成信号（Ｌ＋Ｒ＋Ｃ）、合成信号（Ｓｌ＋Ｓｒ）はそれぞれ、ＬＰＦ１（Ｌ＋Ｒ＋Ｃ）、ＬＰＦ１（Ｓｌ＋Ｓｒ）を介して遅延メモリ２（Ｌ＋Ｒ＋Ｃ）、遅延メモリ２（Ｓｌ＋Ｓｒ）に印加される。この遅延メモリ２（Ｌ＋Ｒ＋Ｃ）、遅延メモリ２（Ｓｌ＋Ｓｒ）には上記の時間遅れを得るのに必要な数のサンプルが格納され、また、上記の時間遅れに応じた時点のサンプルが読み出される。
【０００７】
また、遅延メモリ２から読み出されたサンプルに対して上記反射音１２の減衰量に応じた係数ｇを乗算する場合、可能な限り多くの音響空間を生成するためにこの例では１６×２＝３２個の係数乗算器３が設けられている。そして、チャネルＬの１次反射音１２を生成するために、遅延メモリ２（Ｌ＋Ｒ＋Ｃ）から４サンプルが読み出されて４つの係数乗算器３により各係数ｇが乗算されるとともに、遅延メモリ２（Ｓｌ＋Ｓｒ）から４サンプルが読み出されて各係数ｇが４つの係数乗算器３により乗算される。この各乗算結果は加算器４により加算され、この加算結果がＬＰＦ５Ｌを介して原信号Ｌに加算される。また、他のチャネルＲ、Ｓｌ、Ｓｒについても同様な処理を行う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６において説明したように、例えばフロントライトの音源位置ＦＲの１次反射音１２を生成する場合には、フロントレフト信号Ｌとリアレフト信号Ｓｌに対して、フロントレフトスピーカＬと１次反射音１２の到来方向の角度Ｘ°、リアレフトスピーカＳｌと１次反射音１２の到来方向の角度Ｙ°に対応するレベル配分の係数ｇを設定すればよく、他のフロントライト信号Ｒとリアライト信号Ｓｒの係数ｇはともに「０」とするので後者の２チャネル分の係数乗算器３は不要である。
【０００９】
しかしながら、上記従来例では、４チャネル分の１次反射音１２を生成するために合計３２個の係数乗算器３が設けられているが、実際には係数ｇ＝０の係数乗算器３が多く、無駄な乗算を行っている。また、係数ｇ＝０の係数乗算器３が全て又はほとんどの場合もある。このため、演算効率が悪く、また、回路構成が複雑であるという問題点がある。また、上記従来例では、遅延メモリを節約するためにフロントの合成信号（Ｌ＋Ｒ＋Ｃ）とリアの合成信号（Ｓｌ＋Ｓｒ）の２系統で構成し、この２系統に基づいて１次反射音１２を生成するので、１次反射音１２が余分にミックスした信号となり、このため再生音が分離した信号とならないという問題点がある（第１の問題点）。
【００１０】
ここで、上記第１の問題点を解決する方法として、元のチャネルの数を増加すれば係数乗算器３の数を減少することができるが、この方法ではチャネルの数だけ遅延メモリ２を必要とし、遅延メモリ２の容量が増加する（第２の問題点）。
【００１１】
本発明は上記第１、第２の問題点に鑑み、遅延メモリの容量が増加することなく積和演算の演算効率を向上させて回路構成を簡略化することができる音場再生装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、独立したチャネル毎に遅延メモリを設けてサンプルデータの下位ビットをマスクして上位ビットを書き込み、反射音の時間遅れに対応する２チャネルのサンプルデータを選択的に読み出してそれぞれ各係数を乗算するようにしたものである。
【００１３】
すなわち本発明によれば、マルチチャネル信号の複数の独立した各チャネルのサンプルデータをそれぞれ、その反射音の時間遅れを得るために記憶するための複数の遅延メモリと、
前記遅延メモリに対してサンプルデータの下位ビットをマスクして上位ビットを書き込み、反射音の時間遅れに対応する２チャネルのサンプルデータを選択的に読み出すメモリ制御手段と、
前記複数の遅延メモリから選択的に読み出された２チャネルのサンプルデータに対してそれぞれ反射音の減衰量に応じた各係数を乗算する乗算手段とを、
備えた音場再生装置が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る音場再生装置の一実施形態を示すブロック図、図２は図１の遅延メモリに格納されるサンプルデータを示す説明図、図３は図１における積和演算の設定パラメータを示す説明図、図４は図３の読み出しアドレスデータによる読み出し処理を示す説明図、図５は図１の音場再生装置の積和演算処理を示す説明図である。
【００１５】
図１は一例として、Ｌ、Ｃ、Ｒ、Ｓｌ、Ｓｒ、ＬＦＥの６チャネルを入力信号として、４チャネルＬ、Ｒ、Ｓｌ、Ｓｒの１次反射音１２を生成するためにフロントの合成信号（Ｌ＋Ｃ）及び（Ｒ＋Ｃ）とリア信号Ｓｌ、Ｓｒの４系統に基づいて生成するように構成されている。なお、合成信号（Ｌ＋Ｃ）及び（Ｒ＋Ｃ）を用いる代わりに、Ｌ、Ｃ、Ｒ、Ｓｌ、Ｓｒの５チャネルやＬ、Ｒ、Ｓｌ、Ｓｒの４チャネルを用いるようにしてもよい。
【００１６】
図１において、信号（Ｌ＋Ｃ）、（Ｒ＋Ｃ）、Ｓｌ、Ｓｒはそれぞれ、ＬＰＦ１（Ｌ＋Ｃ）、ＬＰＦ１（Ｒ＋Ｃ）、ＬＰＦ１Ｓｌ、ＬＰＦ１Ｓｒを介して遅延メモリ２（Ｌ＋Ｃ）、遅延メモリ２（Ｒ＋Ｃ）、遅延メモリ２Ｓｌ、遅延メモリ２Ｓｒに印加される。ここで、図６に示した１次反射音１２は、一般に直接音１１と異なり、空間内の壁面や天井、客席、床などにより反射されて到達し、このため高音域が減衰した周波数特性であるので、これを再現するためにＬＰＦ１が設けられ、このＬＰＦ１によりデータ量が１／２に削減される。
【００１７】
遅延メモリ２はリングバッファであって最新の複数のサンプルが格納され、読み出しアドレスに基づいて任意の時点のサンプルが読み出し可能である。ここで、サンプルのビット数＝２４ビット、この回路（ＤＳＰ）が２４ビット固定小数点ＤＳＰとして２４ビット長を有効に利用するために、遅延メモリ２の２４ビット入力データの上位１２ビットを取り出し、下位１２ビットをマスクする（切り捨てる）。このとき、図２に示すように１サンプル目の上位１２ビットデータと２サンプル目の上位１２ビットデータをそれぞれ、２４ビットデータの上位１２ビットデータと下位１２ビットとして結合して外部データメモリ６に格納する。そして、外部データメモリ６からこの２４ビットデータを遅延メモリ２に戻し、演算時には１サンプルが１２ビットのデータを読み出す。これによりデータ量が１／２に削減され、このためＬＰＦ１による１／２と合わせて１／４に削減される。したがって、従来例（図７参照）の２系統の遅延メモリに対して４系統にしても遅延メモリの容量が増加しない（同一になる）。
【００１８】
また、遅延メモリ２から読み出されたサンプルに対して上記反射音の減衰量に応じた係数ｇを乗算する場合、必要な音響空間のみを生成するために、この例では１系統当たり２種類（ｇ１、ｇ２）、（ｇ３、ｇ４）、（ｇ５、ｇ６）、（ｇ７、ｇ８）、合計２×４種類の係数ｇ１〜ｇ８が用いられる。そして、チャネルＬ、Ｒ、Ｓｌ、Ｓｒの１次反射音１２を生成する場合には、遅延メモリ２から２チャネルのサンプルデータを選択的に読み出して係数乗算器３と加算器４により次のように積和演算が行われる。
Ｌ＝ｇ１（Ｌ＋Ｃ）＋ｇ２（Ｒ＋Ｃ）
Ｒ＝ｇ３（Ｌ＋Ｃ）＋ｇ４・Ｓｌ
Ｓｌ＝ｇ５（Ｒ＋Ｃ）＋ｇ６・Ｓｒ
Ｓｒ＝ｇ７・Ｓｌ＋ｇ８・Ｓｒ …（１）
そして、このチャネルＬ、Ｒ、Ｓｌ、Ｓｒの１次反射音１２は、それぞれＬＰＦ５Ｌ、５Ｒ、５Ｓｌ、５Ｓｒを介して元のチャネルＬ、Ｒ、Ｓｌ、Ｓｒに加算される。
【００１９】
ここで、上記の積和演算式（１）において設定されるパラメータは、遅延メモリ２から反射音１２の時間遅れに対応する時点のサンプルを読み出すアドレスデータと、反射音の減衰量に対応する第１、第２の係数データにより構成され、これらのデータは共に図３に示すように２４ビットで構成されている。そして、２４ビットの読み出しアドレスデータは、図３（ａ）に示すように４系統の遅延メモリ２（Ｌ＋Ｃ）、２（Ｒ＋Ｃ）、２Ｓｌ、２Ｓｒの１つを選択するための上位４ビットのフラグと、下位２０ビットの実際の読み出しアドレスにより構成されている。第１、第２の係数データはともに、それぞれ図３（ｂ）、（ｃ）に示すように１次反射音１２のチャネルＬ、Ｒ、Ｓｌ、Ｓｒの１つを選択するための上位４ビットのフラグと、下位２０ビットの実際の係数ｇにより構成されている。
【００２０】
上記の読み出しアドレスデータにより、図４に示すように各種のホールの反射音の時間遅れに対応する各チャネルのサンプルを読み出すことができ、また、この読み出したサンプルを上記の係数データにより、どのチャネルにどの割合で配分するかを実現することができるので、無駄なメモリ空間が発生することを防止することができる。また、ＤＳＰのプログラムとは無関係に、係数ｇにより特性を変更することができるので、各種のホールに対して非常に汎用的な構成を実現することができる。さらに、図５に示すようにこの積和演算を何回繰り返すかによって反射音の数を決定することができるので、ＤＳＰの処理能力の範囲で積和演算を繰り返すことにより豊かな音場を実現することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、独立したチャネル毎に遅延メモリを設けてサンプルデータの下位ビットをマスクして上位ビットを書き込み、反射音の時間遅れに対応する２チャネルのサンプルデータを選択的に読み出して、それぞれ各係数を乗算するようにしたので、遅延メモリの容量が増加することなく積和演算の演算効率を向上させて回路構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る音場再生装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の遅延メモリに格納されるサンプルデータを示す説明図である。
【図３】図１における積和演算の設定パラメータを示す説明図である。
【図４】図３の読み出しアドレスデータによる読み出し処理を示す説明図である。
【図５】図１の音場再生装置の積和演算処理を示す説明図である。
【図６】音場再生の原理を示す説明図である。
【図７】従来の音場再生装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，５ ＬＰＦ
２ 遅延メモリ
３ 係数乗算器（乗算手段）
４ 加算器

Claims (2)

1. マルチチャネル信号の複数の独立した各チャネルのサンプルデータをそれぞれ、その反射音の時間遅れを得るために記憶するための複数の遅延メモリと、
   前記遅延メモリに対してサンプルデータの下位ビットをマスクして上位ビットを書き込み、反射音の時間遅れに対応する２チャネルのサンプルデータを選択的に読み出すメモリ制御手段と、
   前記複数の遅延メモリから選択的に読み出された２チャネルのサンプルデータに対してそれぞれ反射音の減衰量に応じた各係数を乗算する乗算手段とを、
   備えた音場再生装置。
2. 前記遅延メモリの読み出しアドレスデータは、前記複数の遅延メモリの１つを選択するチャネル識別データと実際の読み出しアドレスを含み、前記係数データは、どのチャネルに反射音を加算するかを示すチャネル識別データと実際の係数データを含むことを特徴とする請求項１記載の音場再生装置。

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