JP4118447B2

JP4118447B2 - 音場再生装置

Info

Publication number: JP4118447B2
Application number: JP13386799A
Authority: JP
Inventors: 一穂小野; 摂小宮山; 章盛田
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2019-05-14
Also published as: JP2000322068A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音場再生装置に係り、特に、音場再生におけるスピーカーの配置および駆動に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リスニングルームにおいてコンサートホール等の音場を再生・創造する方法は大別して以下の２通りの方法、すなわち、
１．再生する空間内の１点で、再生すべき目標となる原音場の反射音を方向別に再生する
２．広い聴取範囲での良好な音場の再生を行う
の各方法がある。
【０００３】
まず、上記１．の方法は、主に建築音響関係のシミュレーションシステムで用いられているもので、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あらかじめ求めておき、音場再生空間の周囲に設置した１０個程度のスピーカー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法をとるものである。
【０００４】
次に、上記２．の方法としては、さらにスピーカーウォールによる方法、キルヒホッフの方程式に基づく方法などがあげられる。
これらのうち、スピーカーウォールによる方法は、壁面状に設置した数百個の小型スピーカーを使ってホールの響きの成分を再生するものである。ここでは、響きの成分もマイクロホンで録るのでなく、ホールでの測定をもとに計算機を使って人工的に作り出す。このようにして、壁一面のスピーカーから純粋に響きの成分のみを再生すると、１．の方法におけるほどに反射音の方向別の特性を完全に再現することはできないが、再生空間内の音圧分布を平坦にすることができ、たとえスピーカーの近くにいても、スピーカーの存在が意識されず、快適に音を楽しむことができる（例えば、Ono et al.“ A Method of Reproducing Concert Hall Sounds by “Loudspeaker Walls"”,Journal of the Audio Engineering Society ,vol.46 No.11 pp.988-995 1998 Nov.参照) 。
【０００５】
一方、上記２．の方法の一つであるキルヒホッフの方程式に基づく方法は、波動方程式に基づくヘルムホルツ−キルヒホッフの方程式によって、原音場内のある閉空間の境界面上の音圧と粒子速度を音場再生空間内の同じ形の閉空間内の境界面上で全く同じに再現することにより、ある聴取範囲内の音場を原音場と全く同じに再現しようとするものである（例えば、伊勢「キルヒホッフ−ヘルムホルツ積分方程式と逆システム理論に基づく音場制御の原理」、日本音響学会誌５３巻９号、pp.706-713、 1997 参照)。
【０００６】
なお、映画等で用いられているサラウンドシステムは、チャンネル数が少ないため、上記の音場再生システムと直接比較することはできないが、聴取範囲を広くとる方法として、側壁の上部にのみスピーカーを設置する方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の音場再生方法のうち、上記１．の１点再生の方法では、聴取者が少しでもその点から外れると、ある特定のスピーカーの影響が大きくなり、音の響きのバランスが崩れてしまうという欠点がある。また、方向別の反射音を収音するためには、きわめて狭角度の指向性マイクロホンが必要であるという実現上の問題もある。そのため、スピーカーの置き場所という点を抜きにしても、オーディオとしては非現実的ある。
【０００８】
また、上記２．の再生方法のうち、スピーカーウォールによるものは、スピーカーの使用数が大変多くなり、現実的なシステムとはいえない。また、キルヒホッフの方程式に基づく方法は、数式上は理想的な方法であるが、未だシステムとして実現していない。また、実現のためには無数の音源を必要とするため、スピーカーウォールによるものと同様、現実的なシステムとはいえない。
【０００９】
また、上記サラウンドシステムでは、音場再生空間の側壁上部にのみスピーカーを設置するため、側壁近くの聴取位置で音源が聴取者の上方に位置し、側壁近くの聴取者にとって音の横方向成分が不足することが問題である。
【００１０】
本発明の目的は、音場再生空間であるリスニングルームの中央付近においても、また同ルームの壁際においても良好な音場再生が可能で、しかも使用するスピーカーの数もそれ程多くならない現実的な音場再生装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明音場再生装置は、音場再生空間の側壁または天井にて、所定の位置に設置された主要な音響エネルギーを再生するための複数の音場再生用の主スピーカーと、前記音場再生空間の側壁にて、前記複数の主スピーカーのそれぞれと対をなすように、当該主スピーカーの各々の下部の所定の高さの位置に設置され、該対をなす主スピーカーの駆動信号に対して時間遅延処理および振幅減衰処理を行った信号で駆動される複数の補助スピーカーとを備え、前記振幅減衰処理は、前記複数の主スピーカーの各々に最も接近した聴取位置で該最も近接の主スピーカーからの音圧と当該対をなす補助スピーカーからの音圧とをほぼ同一とするように、当該対をなす補助スピーカーからの音の振幅を減衰させて調整する処理であり、前記時間遅延処理は、前記複数の主スピーカーの各々に最も接近した聴取位置で該最も近接の主スピーカーからの距離と当該対をなす補助スピーカーからの距離との差を補償するように、当該対をなす補助スピーカーからの音を時間遅延させる処理であり、前記聴取位置と当該対をなす補助スピーカーとの間の距離は、前記聴取位置と当該最も近接の主スピーカーとの間の距離よりも短いことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明音場再生装置は、前記複数の補助スピーカーが、対をなす主スピーカーの駆動信号に対する時間遅延処理および振幅減衰に加えて低減通過フィルター処理を行った信号で駆動されることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明音場再生装置の一実施形態を示している。
図１において、Ｌはリスニングルーム、Ｓは響きのない音源、ＦＬ，ＦＲは直接音再生用のスピーカー、Ｍ１，Ｍ２，・・・，Ｍ８は音場再生用の主スピーカー、Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓ８は音場再生用の補助スピーカー、ＣＬ，ＣＲは音源Ｓからの信号源に対して直接音の定位の制御と響きの付加を行う畳み込み装置、Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃ８は音源Ｓからの信号に対して響きを加える畳み込み装置、Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄ８は音場再生用の補助スピーカーを駆動する信号に対して時間遅延を加える時間遅延装置、Ｆ１，Ｆ２，・・・，Ｆ８は音場再生用の補助スピーカーを駆動する信号に対して周波数帯域を制限する低域通過フィルター、Ａ１，Ａ２，・・・，Ａ８は音場再生用の補助スピーカーを駆動する信号に対して振幅を調整するアッテネーターである。
【００１４】
動作につき説明する。
図１中、系統Ｓ−ＣＬ−ＦＬおよびＳ−ＣＲ−ＦＲで示される直接音の再生は、従来の技術で容易になされるので、これ以上の説明は行わない。
まず、音源Ｓは畳み込み装置Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃ８に送られる。これら畳み込み装置Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃ８は、音源Ｓを入力とし、再現すべき音場のインパルス応答を畳み込んだ信号を出力し、それぞれ音場再生用の主スピーカーＭ１，Ｍ２，・・・，Ｍ８および音場再生用の補助スピーカーのための時間遅延装置Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄ８に送られる。
【００１５】
時間遅延装置Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄ８はそれら装置への入力信号に対して、時間遅延を加えた信号を出力する。低域通過フィルターＦ１，Ｆ２，・・・，Ｆ８は、時間遅延装置Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄ８の出力信号を入力し、周波数帯域の高域成分をカットして出力する。さらにアッテネーターＡ１，Ａ２，・・・，Ａ８は低域通過フィルターＦ１，Ｆ２，・・・，Ｆ８の出力信号を入力し、信号レベルが低下した信号を出力する。このアッテネーターＡ１，Ａ２，・・・，Ａ８の出力が、音場再生用の補助スピーカーＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓ８に送られる。
【００１６】
ここで、時間遅延装置Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄ８、低域通過フィルターＦ１，Ｆ２，・・・，Ｆ８、およびアッテネーターＡ１，Ａ２，・・・，Ａ８の各設定量の調整は、以下により行う。
まず、アッテネーターＡ１，Ａ２，・・・，Ａ８の設定を最初に行う。これは、壁際のスピーカーに最も接近した聴取位置において、最も近接した音場再生用の主スピーカーＭ１，Ｍ２，・・・，Ｍ８からの音圧と、音場再生用の補助スピーカーＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓ８からの音圧がほぼ同じになるように調整することで設定が完了する。
【００１７】
次いで、時間遅延装置Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄ８の設定は、音場再生用の主スピーカーＭ１，Ｍ２，・・・，Ｍ８と音場再生用の補助スピーカーＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓ８からの音が先行音効果により音場再生用の補助スピーカーＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓ８に定位しないように、かつ、この聴取位置における聴取者の頭の位置から音場再生用の主スピーカーＭ１，Ｍ２，・・・，Ｍ８までの距離と、音場再生用の補助スピーカーＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓ８までの距離の差を補償するような遅延量に設定する。この時間遅延装置Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄ８の効果が有効でない５ｋＨｚ以上の周波数帯域の音は、時間遅延をかけた後でも音場再生用の補助スピーカーＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓ８に定位するので、この周波数帯域の音が補助スピーカーから出力されないように低域通過フィルターＦ１，Ｆ２，・・・，Ｆ８で帯域制限を行う。
【００１８】
なお、上述の実施形態においては、時間遅延装置Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄ８、低域通過フィルターＦ１，Ｆ２，・・・，Ｆ８、およびアッテネータＡ１，Ａ２，・・・，Ａ８を、音源Ｓに近い側からこの順に配置しているが、この配置順は、任意に入れ替わっていてもよい。また、上述の実施形態においては、補助スピーカーの駆動信号を低域通過フィルター処理する例を説明したが、低域通過フィルターなしでもある程度の音場再生効果を期待することができる。
【００１９】
また、上記において、音場再生用の主および補助スピーカーの数は、システム（装置）の規模によって増減させることが可能であり、上述の８個に限るものではない（ただし、主スピーカーと補助スピーカーは対をなすので、同数であることが前提である。）。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、リスニングルームの中央付近においては音場再生用の主のスピーカーの効果により良好な音場再生が可能となり、またリスニングルームの壁際においては、音場再生用の主スピーカーおよび壁際の音場再生用の補助スピーカーの効果により良好な音場再生が可能となる。すなわち、本発明によれば、従来行われていたように、スピーカーを壁面全体に設置しなくても、リスニングルーム全体を良好な聴取範囲とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明音場再生装置の一実施形態を示している。
【符号の説明】
Ｌリスニングルーム
Ｓ響きのない音源
ＦＬ，ＦＲ直接音再生用のスピーカー
Ｍ１，Ｍ２，・・・，Ｍ８音場再生用の主スピーカー
Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓ８音場再生用の補助スピーカー
ＣＬ，ＣＲ音源Ｓからの信号に対して直接音の定位の制御と響きの付加を行う畳み込み装置
Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃ８音源Ｓからの信号に対して響きを加える畳み込み装置Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄ８時間遅延装置
Ｆ１，Ｆ２，・・・，Ｆ８低域通過フィルター
Ａ１，Ａ２，・・・，Ａ８アッテネーター

Claims

音場再生空間の側壁または天井にて、所定の位置に設置された主要な音響エネルギーを再生するための複数の音場再生用の主スピーカーと、
前記音場再生空間の側壁にて、前記複数の主スピーカーのそれぞれと対をなすように、当該主スピーカーの各々の下部の所定の高さの位置に設置され、該対をなす主スピーカーの駆動信号に対して時間遅延処理および振幅減衰処理を行った信号で駆動される複数の補助スピーカーとを備え、
前記振幅減衰処理は、前記複数の主スピーカーの各々に最も接近した聴取位置で該最も近接の主スピーカーからの音圧と当該対をなす補助スピーカーからの音圧とをほぼ同一とするように、当該対をなす補助スピーカーからの音の振幅を減衰させて調整する処理であり、
前記時間遅延処理は、前記複数の主スピーカーの各々に最も接近した聴取位置で該最も近接の主スピーカーからの距離と当該対をなす補助スピーカーからの距離との差を補償するように、当該対をなす補助スピーカーからの音を時間遅延させる処理であり、
前記聴取位置と当該対をなす補助スピーカーとの間の距離は、前記聴取位置と当該最も近接の主スピーカーとの間の距離よりも短いことを特徴とする音場再生装置。
請求項１記載の音場再生装置において、前記複数の補助スピーカーは、対をなす主スピーカーの駆動信号に対する時間遅延処理および振幅減衰に加えて低減通過フィルター処理を行った信号で駆動されることを特徴とする音場再生装置。