JP4306029B2 - 音場再生システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間内に複数の実スピーカと仮想スピーカを配置して音場の再生を行う音場再生システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、マルチチャネルのＡＶシステムにおいて、コンサートホールのような音場をシミュレーションする場合、主に以下のような２つの方法が一般的である。
（Ａ）フロント側の左右一対（Ｌ−Ｒ）とリア側の左右一対（ＳＬ−ＳＲ）の合計４方向のスピーカを用いる方法
（Ｂ）４方向のスピーカに加えて、さらに高い位置のスピーカを用いことにより、高さ感を表現する方法
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（Ａ）の方法では、フロント側の各スピーカの間、及びリア側の各スピーカの間では、インテンシティにより定位をコントロールできるが、前後、すなわちフロント側のＬスピーカとリア側のＳＬスピーカとの間、及びフロント側のＲスピーカとリア側のＳＲスピーカとの間は、その効果が得づらいものとなっていた。例えばリスナーの真横の音は表現できない。また、高さ感も表現できない。さらに、コンサートホールでは、反射音があらゆる方向から到来するため、音場の再現は不可能である。
一方、上記（Ｂ）の方法では、高さ感を表現できるものの、リスナーの真上からの音や後側の上方からの音は表現できない。また、この方法では、新たにスピーカ（及びアンプ）を設置する必要がある。
【０００４】
そこで本発明の目的は、仮想スピーカを用いて予想される任意の角度の反射音を自在に再現でき、臨場感の高い音場再生を可能とした音場再生システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、空間内に複数の実スピーカを配置して音場の再生を行う音場再生システムにおいて、前記複数の実スピーカに入力される各音響信号に基づいて、実スピーカ用の反射音を生成して前記実スピーカに出力する実スピーカ用反射音生成部と、前記複数の実スピーカに入力される各音響信号に基づいて、仮想スピーカ用の反射音を生成する仮想スピーカ用反射音生成部と、前記仮想スピーカ用反射音生成部によって生成された仮想スピーカ用の反射音を入力して３次元処理した後、前記実スピーカに出力する仮想スピーカ用３次元処理部とを有し、前記仮想スピーカ用３次元処理部の３次元処理により、反射音の到来位置に仮想スピーカを設定して反射音を再生するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の音場再生システムにおいて、実スピーカ用反射音生成部は、複数の実スピーカに入力される各音響信号に基づいて、実スピーカ用の初期反射音や残響音等の反射音を生成して前記実スピーカに出力する。
また、仮想スピーカ用反射音生成部は、前記複数の実スピーカに入力される各音響信号に基づいて、仮想スピーカ用の反射音を生成し、仮想スピーカ用３次元処理部は、仮想スピーカ用反射音生成部によって生成された仮想スピーカ用の反射音を入力して３次元処理した後、前記実スピーカに出力する。
このようにして、仮想スピーカ用３次元処理部の３次元処理により、反射音の到来位置に仮想スピーカを設定して反射音を再生することから、反射音の到来位置に実スピーカを増設することなく、仮想スピーカを用いて予想される任意の角度の反射音を自在に再現し、臨場感の高い音場再生を可能とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による音場再生システムの実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態による音場再生システムの実スピーカと仮想スピーカの配置を示す音響室の斜視図である。また、図２は、図１に示す音場再生システムにおける反射音処理部の構成を示すブロック図である。
【０００８】
図１に示すように、本システムの実スピーカは、フロント側に左（Ｌ）、中央（Ｃ）、右（Ｒ）の３つのスピーカ１０、１２、１４を有し、リア側に左（ＳＬ）、右（ＳＲ）の２つのスピーカ１６、１８を有し、さらにサブウーハ（ＳＷ）２０を有する５．１チャネルシステムである。
従来のＡＶシステムでは、この５．１チャネルの実スピーカによって音響信号の再生を行う。
しかし、このような実スピーカだけのシステムでは、水平面内に置かれた各スピーカから初期反射音及び残響音を生成するので、上方からの反射音は表現できない。
【０００９】
そこで、本例では、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）による３次元（３Ｄ）処理により、仮想スピーカをリスナーＰよりも上方に複数組み生成し、ここから出力されるべき反射音を出力させる。
すなわち、図１に示す例では、フロント側の上方に左右に２つの仮想スピーカ（仮想ＦＬ、仮想ＦＲ）３０、３２を設け、前後方向の中間部の上方に左右に２つの仮想スピーカ（仮想ＭＬ、仮想ＭＲ）３４、３６を設け、リア側の上方に左右に２つの仮想スピーカ（仮想ＳＬ、仮想ＳＲ）３８、４０を設ける。
なお、各仮想スピーカは、実スピーカからの音響出力によって生成するものであるが、フロント側の実スピーカから出力してもよいし、リア側の実スピーカから出力してもよい。
【００１０】
図２に示す反射音処理部の構成例では、フロント側の仮想スピーカ３０、３２をフロント側の実スピーカ１０、１４から生成し、リア側の仮想スピーカ３８、４０及び中間の仮想スピーカ３４、３６をリア側の実スピーカ１６、１８から生成する。
一般に、反射音は空間上のあらゆる方向から到来する。そこで、図１に示すように、複数の仮想スピーカ３０〜４０を空間配置することにより、空間上のあらゆる場所からの反射音を自在に表現することが可能なシステムを構成できる。
すなわち、左右に配置した各対の仮想スピーカ間の音源は、各対の仮想スピーカ間におけるインテンシティ配分によって表現でき、実スピーカと仮想スピーカとの間の音源は、実スピーカと仮想スピーカとの間におけるインテンシティ配分によって表現できる。
【００１１】
次に、本形態における反射音処理部の構成について説明する。
図２において、Ｌ、Ｃ、Ｒ、ＳＬ、ＳＲは、上述した５つの実スピーカ１０〜１８に対応する信号線であり、図中左側に示す入力端から５チャネルの音響信号が入力される。
そして、図２に示す反射音処理部では、実スピーカ用初期反射音／残響生成部１００と、仮想ＦＬ／ＦＲスピーカ用反射音生成部２００と、仮想ＭＬ／ＭＲスピーカ用反射音生成部３００と、仮想ＳＬ／ＳＲスピーカ用反射音生成部４００と、各仮想スピーカ用の反射生成部２００、３００、４００に対応した３Ｄ化処理部２００Ａ、３００Ａ、４００Ａを有する。
【００１２】
実スピーカ用初期反射音／残響生成部１００は、Ｌ、Ｃ、Ｒ、ＳＬ、ＳＲの入力端から入力した音響信号に基づいて、４つの実スピーカ１０、１４、１６、１８用の初期反射音と残響音の各信号を生成し、Ｌ、Ｒ、ＳＬ、ＳＲの各信号線に重畳するものである。
仮想ＦＬ／ＦＲスピーカ用反射音生成部２００は、Ｌ、Ｃ、Ｒ、ＳＬ、ＳＲの入力端から入力した音響信号に基づいて、フロント側の各仮想スピーカ（仮想ＦＬ、仮想ＦＲ）３０、３２用の反射音の信号を生成するものである。
３Ｄ化処理部２００Ａは、仮想ＦＬ／ＦＲスピーカ用反射音生成部２００の反射音の信号を入力し、フロント側の各仮想スピーカ（仮想ＦＬ、仮想ＦＲ）３０、３２の音源位置に合わせた３次元化処理を行い、その３次元化した信号をＬ、Ｒの各信号線に重畳するものである。
【００１３】
仮想ＭＬ／ＭＲスピーカ用反射音生成部３００は、Ｌ、Ｃ、Ｒ、ＳＬ、ＳＲの入力端から入力した音響信号に基づいて、中間部の各仮想スピーカ（仮想ＭＬ、仮想ＭＲ）３８、４０用の反射音の信号を生成するものである。
３Ｄ化処理部３００Ａは、仮想ＭＬ／ＭＲスピーカ用反射音生成部３００の反射音の信号を入力し、中間部の各仮想スピーカ（仮想ＭＬ、仮想ＭＲ）３８、３２の音源位置に合わせた３次元化処理を行い、その３次元化した信号をＳＬ、ＳＲの各信号線に重畳するものである。
仮想ＳＬ／ＳＲスピーカ用反射音生成部４００は、Ｌ、Ｃ、Ｒ、ＳＬ、ＳＲの入力端から入力した音響信号に基づいて、リア側の各仮想スピーカ（仮想ＳＬ、仮想ＳＲ）３４、３６用の反射音の信号を生成するものである。
３Ｄ化処理部４００Ａは、仮想ＳＬ／ＳＲスピーカ用反射音生成部４００の反射音の信号を入力し、リア側の各仮想スピーカ（仮想ＳＬ、仮想ＳＲ）３４、３６の音源位置に合わせた３次元化処理を行い、その３次元化した信号をＳＬ、ＳＲの各信号線に重畳するものである。
以上のように本形態では、各仮想スピーカについてＤＳＰの３次元化処理機能を用いることにより、各仮想スピーカによる音源位置に合わせて３次元化処理した反射音の信号を生成し、これを実スピーカより出力するものである。
【００１４】
図３及び図４は、図２に示す反射音処理部の具体例を示すブロック図であり、図３は実スピーカ用初期反射音／残響生成部１００の構成例を示し、図４は仮想ＦＬ／ＦＲスピーカ用反射音生成部２００、仮想ＳＬ／ＳＲスピーカ用反射音生成部４００及び３Ｄ化処理部２００Ａ、４００Ａの構成例を示している。なお、仮想ＭＬ／ＭＲスピーカ用反射音生成部３００及び３Ｄ化処理部３００Ａも同様に構成できるため省略している。
【００１５】
図３において、上段はフロント側の実スピーカ用の処理部であり、前段は初期反射音の生成部１１０Ａ、後段が残響の生成部１２０Ａである。また、下段はリア側の実スピーカ用の処理部であり、前段は初期反射音の生成部１１０Ｂ、後段が残響の生成部１２０Ｂである。
各初期反射音生成部１１０Ａ、１１０Ｂでは、ハイダンプフィルタ１１２で音域を落した音響信号を順次データＲＡＭ１１４に入力し、このデータＲＡＭ１１４に入力したデータをマルチタップ１１６によって所定の係数をかけて反射音として出力するものである。
【００１６】
また、各残響生成部１２０Ａ、１２０Ｂでは、データＲＡＭ１１４の末尾ビットの信号をフィルタ１２２、データＲＡＭ１２４及びマルチタップ１２６のフィードバックループを構成したリバーブブロックにより、反射音を徐々に減衰して残響を生成する。そして、４つのデータＲＡＭ１２８等よりなるオールパスフィルタによって残響音の密度を上げて拡張する。
このようにして生成した実スピーカ用の初期反射音と残響を適宜重畳して実スピーカに出力する。
【００１７】
また、図４において、上段はフロント側の仮想スピーカ用の処理部であり、前段は反射音生成部５１０Ａ、後段が３Ｄ処理部５２０Ａである。また、下段はリア側の仮想スピーカ用の処理部であり、前段は反射音生成部５１０Ｂ、後段が３Ｄ処理部５２０Ｂである。
各反射音生成部５１０Ａ、５１０Ｂでは、ＦＩＲフィルタ５１２によってサンプリング毎の反射音の値を出力する。
また、各３Ｄ化処理部５２０Ａ、５２０Ｂでは、データＲＡＭ５２２、マルチタップ５２４等を用いて、仮想スピーカの位置に対応してリスナーから見た反射音の角度を付加する３Ｄ化処理を行い、この３Ｄ化処理したデータを適宜重畳して実スピーカに出力する。
なお、以上のような構成は、仮想音源を得るための一例であり、具体的な回路構成としては、種々変形が可能なものである。
【００１８】
また、どれだけ多くの仮想スピーカを生成させることができるかは、ＤＳＰの処理能力に依存するものであるが、図５に示すように、生成させる仮想スピーカが仮にフロント側の左右とリア側の左右に二対設けた場合や、図６に示すように、リスナーの頭上近くの左右両側に一対設けた場合にも、上述した例と同様の手法により、空間的な反射音の表現が可能である。
また、ＤＳＰの能力が限られている中で、最も簡易的に縦方向の音場の広がりを表現するためには、図７に示すように、リスナーの頭の真上に１個の仮想スピーカ４２を生成させ、ここから疑似的に反射音を出力させるようにすればよい。このように構成することで、実際のコンサートホールのように、天井から反射音が降ってくるような音場の表現が可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の音場再生システムでは、空間内に複数の実スピーカを配置して音場の再生を行う音場再生システムにおいて、複数の実スピーカに入力される各音響信号に基づいて、仮想スピーカ用の反射音を生成する仮想スピーカ用反射音生成部と、この仮想スピーカ用反射音生成部によって生成された仮想スピーカ用の反射音を入力して３次元処理した後、実スピーカに出力する仮想スピーカ用３次元処理部とを設けることにより、仮想スピーカ用３次元処理部の３次元処理により、反射音の到来位置に仮想スピーカを設定して反射音を再生するようにした。
このため、仮想スピーカ用３次元処理部の３次元処理により、反射音の到来位置に仮想スピーカを設定して反射音を再生することから、反射音の到来位置に実スピーカを増設することなく、仮想スピーカを用いて予想される任意の角度の反射音を自在に再現し、臨場感の高い音場再生を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による音場再生システムの実スピーカと仮想スピーカの配置を示す音響室の斜視図である。
【図２】図１に示す音場再生システムにおける反射音処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す反射音処理部の具体例を示すブロック図である。
【図４】図２に示す反射音処理部の具体例を示すブロック図である。
【図５】本発明の他の実施の形態による音場再生システムの実スピーカと仮想スピーカの配置を示す斜視図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態による音場再生システムの実スピーカと仮想スピーカの配置を示す斜視図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態による音場再生システムの実スピーカと仮想スピーカの配置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０、１２、１４、１６、１８……実スピーカ、２０……サブウーハ、３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２……仮想スピーカ、１００……実スピーカ用初期反射音／残響生成部、２００、３００、４００……仮想スピーカ用反射音生成部、２００Ａ、３００Ａ、４００Ａ……３Ｄ化処理部。

Claims (2)

1. 聴取者のフロント側に配置される、フロント左、フロント中央、フロント右、の各スピーカと、
   聴取者のリア側に配置される、リア左、リア右、の各スピーカと、
   フロント左チャネル信号、フロント右チャネル信号、フロントセンターチャネル信号、リア左チャネル信号、リア右チャネル信号が入力される各入力端、および、前記フロント左、前記フロント中央、前記フロント右、前記リア左、前記リア右、の各スピーカに信号を供給する各出力端を有する処理回路と、を備え、
   前記処理回路は、
   フロント実スピーカ用初期反射／残響生成部とリア実スピーカ用初期反射／残響生成部とを有する、実スピーカ用初期反射／残響生成部と、
   フロント仮想スピーカ用反射音生成部および仮想スピーカ生成部と、
   信号加算部と、を具備し、
   前記フロント実スピーカ用初期反射／残響生成部は、
   前記フロント左チャネル信号と前記フロントセンターチャネル信号とを加算して、ハイダンプフィルタを介してフロント左反射音用データラムに入力し、前記フロント左反射音用データラムの各タップから得られる各信号にタップ係数を掛けて加算して反射音に応じたフロント左反射信号を出力するフロント左チャネル用初期反射音生成部と、
   前記フロント右チャネル信号と前記フロントセンターチャネル信号とを加算して、ハイダンプフィルタを介してフロント右反射音用データラムに入力し、前記フロント右反射音用データラムの各タップから得られる各信号にタップ係数を掛けて加算して反射音に応じたフロント右反射信号を出力するフロント右チャネル用初期反射音生成部と、
   前記フロント左反射音用データラムの最終段のタップからの信号と前記フロント右反射音用データラムの最終段のタップからの信号とを加算して、フロントＩＩＲフィルタを介してフロント残響用データラムに入力して、前記フロント残響用データラムの最終段のタップからの信号を前記フロントＩＩＲフィルタの入力側に戻し、前記フロント残響用データラムの各タップから得られる各信号にタップ係数を掛けて加算して、フロント左オールパスフィルタおよびフロント右オールパスフィルタを通過させ、前記フロント左オールパスフィルタから残響に応じたフロント左残響信号を出力し、前記フロント右オールパスフィルタから残響に応じたフロント右残響信号を出力するフロント残響生成部と、
   前記フロント左反射信号と前記フロント左残響信号とを加算するとともに、前記フロント右反射信号と前記フロント右残響信号とを加算する加算部とを有し、
   前記リア実スピーカ用初期反射／残響生成部は、
   前記リア左チャネル信号を、ハイダンプフィルタを介してリア左反射音用データラムに入力し、前記リア左反射音用データラムの各タップから得られる各信号にタップ係数を掛けて加算して反射音に応じたリア左反射信号を出力するリア左チャネル用初期反射音生成部と、
   前記リア右チャネル信号を、ハイダンプフィルタを介してリア右反射音用データラムに入力し、前記リア右反射音用データラムの各タップから得られる各信号にタップ係数を掛けて加算して反射音に応じたリア右反射信号を出力するリア右チャネル用初期反射音生成部と、
   前記リア左反射音用データラムの最終段のタップからの信号と前記リア右反射音用データラムの最終段のタップからの信号とを加算して、リアＩＩＲフィルタを介してリア残響用データラムに入力して、前記リア残響用データラムの最終段のタップからの信号を前記リアＩＩＲフィルタの入力側に戻し、前記リア残響用データラムの各タップから得られる各信号にタップ係数を掛けて加算して、リア左オールパスフィルタおよびリア右オールパスフィルタを通過させ、前記リア左オールパスフィルタから残響に応じたリア左残響信号を出力し、前記リア右オールパスフィルタから残響に応じたリア右残響信号を出力するリア残響生成部と、
   前記リア左反射信号と前記リア左残響信号とを加算するとともに、前記リア右反射信号と前記リア右残響信号とを加算する加算部とを有し、
   前記フロント仮想スピーカ用反射音生成部および仮想スピーカ生成部は、
   前記フロント左チャネル信号と前記フロントセンターチャネル信号とが加算されて入力される第１フロントＦＩＲフィルタと、
   前記フロント右チャネル信号と前記フロントセンターチャネル信号とが加算して入力される第２フロントＦＩＲフィルタと、
   前記リア左チャネル信号が入力される第１リアＦＩＲフィルタと、
   前記リア右チャネル信号が入力される第２リアＦＩＲフィルタと、
   前記第１フロントＦＩＲフィルタからの信号と前記第１リアＦＩＲフィルタからの信号とを加算した信号と、前記第２フロントＦＩＲフィルタからの信号と前記第２リアＦＩＲフィルタからの信号とを加算した信号との和信号が入力される仮想スピーカ生成部フロント第１ラムと、前記仮想スピーカ生成部フロント第１ラムに接続されるマルチタップとからなる仮想スピーカ生成部フロント第１フィルタと、
   前記第１フロントＦＩＲフィルタからの信号と前記第１リアＦＩＲフィルタからの信号とを加算した信号と、前記第２フロントＦＩＲフィルタからの信号と前記第２リアＦＩＲフィルタからの信号とを加算した信号との差信号が入力される仮想スピーカ生成部フロント第２ラムと、前記仮想スピーカ生成部フロント第２ラムに接続されるマルチタップとからなる仮想スピーカ生成部フロント第２フィルタと、
   前記仮想スピーカ生成部フロント第１フィルタからの信号と前記仮想スピーカ生成部フロント第２フィルタからの信号との差信号をフロント左仮想スピーカ用信号として得る差信号出力部と、
   前記仮想スピーカ生成部フロント第１フィルタからの信号と前記仮想スピーカ生成部フロント第２フィルタからの信号との和信号をフロント右仮想スピーカ用信号として得る和信号出力部と、を有し、
   前記信号加算部は、
   前記フロント左チャネル信号と、前記フロント実スピーカ用初期反射／残響生成部の加算部で加算された前記フロント左反射信号と前記フロント左残響信号との加算信号と、前記フロント左仮想スピーカ用信号と、を加算して前記フロント左スピーカに供給するように形成し、
   前記フロント右チャネル信号と、前記フロント実スピーカ用初期反射／残響生成部の加算部で加算された前記フロント右反射信号と前記フロント右残響信号との加算信号と、前記フロント右仮想スピーカ用信号と、を加算して前記フロント右スピーカに供給するように形成し、
   前記リア左チャネル信号と、前記リア実スピーカ用初期反射／残響生成部の加算部で加算された前記リア左反射信号と前記リア残響信号と、を加算して前記リア左スピーカに供給するように形成し、
   前記リア右チャネル信号と、前記リア実スピーカ用初期反射／残響生成部の加算部で加算された前記リア右反射信号と前記リア残響信号と、を加算して前記リア右スピーカに供給するように形成する、音場再生システム。
2. さらに、リア仮想スピーカ用反射音生成部および仮想スピーカ生成部を具備し、
   前記リア仮想スピーカ用反射音生成部および仮想スピーカ生成部は、
   前記第１フロントＦＩＲフィルタからの信号と前記第１リアＦＩＲフィルタからの信号とを加算した信号と、前記第２フロントＦＩＲフィルタからの信号と前記第２リアＦＩＲフィルタからの信号とを加算した信号との和信号が入力される仮想スピーカ生成部リア第１ラムと、前記仮想スピーカ生成部リア第１ラムに接続されるマルチタップとからなる仮想スピーカ生成部リア第１フィルタと、
   前記第１フロントＦＩＲフィルタからの信号と前記第１リアＦＩＲフィルタからの信号とを加算した信号と、前記第２フロントＦＩＲフィルタからの信号と前記第２リアＦＩＲフィルタからの信号とを加算した信号との差信号が入力される仮想スピーカ生成部リア第２ラムと、前記仮想スピーカ生成部リア第２ラムに接続されるマルチタップとからなる仮想スピーカ生成部リア第２フィルタと、
   前記仮想スピーカ生成部リア第１フィルタからの信号と前記仮想スピーカ生成部リア第２フィルタからの信号との差信号をリア左仮想スピーカ用信号として得る差信号出力部と、
   前記仮想スピーカ生成部リア第１フィルタからの信号と前記仮想スピーカ生成部リア第２フィルタからの信号との和信号をリア右仮想スピーカ用信号として得る和信号出力部と、を有し、
   前記信号加算部は、
   さらに、前記リア左仮想スピーカ用信号を加算して前記リア左スピーカに供給するように形成し、
   さらに、前記リア右仮想スピーカ用信号を加算して前記リア右スピーカに供給するように形成する、請求項１に記載の音場再生システム。

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