JP5217875B2 - 音場支援装置、音場支援方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、音響空間の音響特性を制御する技術に関する。

音響空間における既存の音響環境をベースとし、その音響空間における残響効果や初期反射音を含む反射音特性を増強、補正して音響特性を制御する音場支援システムがある。この音場支援システムは、音響空間の天井や側壁に固定されたマイクロホンおよびスピーカとそれらに接続された音場支援装置とにより構成される。
この種の音場支援システムの音場支援装置は、マイクロホンから収音信号が入力されると、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタによってその収音信号へ所望の音響空間の残響効果を付与するためのフィルタ係数列を畳み込み、この結果得られた信号をスピーカから放音するとともに放音した音の一部をマイクロホンへ帰還する、という処理を繰り返すことにより、音響空間における残響効果などを増強する。ＦＩＲフィルタに用いるフィルタ係数列の設定の如何によっては、狭小な音響空間でありながらあたかもコンサートホールなどの大きな音響空間で演奏しているかのような残響効果を創出することができる。
ところで、この種の音場支援システムにおいては、図９に示すように、音響空間→マイクロホン→音場支援装置→スピーカ→音響空間という閉ループを音が循環する。そして、この閉ループの伝達関数（周波数応答）の振幅特性に鋭いピークが表れると、カラーレーションなどの聴感上の問題を引き起こすことがある。このような音響空間を含む閉ループの伝達特性（周波数応答）の振幅特性に鋭いピークが発生するのを抑え込むための仕組みを開示した文献として、たとえば、特許文献１が挙げられる。同文献に開示された音場支援装置は、当該音場支援装置を経由して音を帰還させる前の状態において、音響空間そのものの伝達関数である開ループ伝達関数を計測し、計測した開ループ伝達関数の逆特性を求める。そして、この逆特性のインパルス応答をサンプリングし、ＦＩＲフィルタに用いるフィルタ係数列を得る。
特開平０７−２４０９９３号公報

しかし、真に適切なフィルタ係数列が設定されているか否かについては、音場支援装置の利用者（例えば、音響技術者等）が聴感上の問題がないかを、スピーカの再生音を実際に聴き取って確かめる必要がある、といった問題があった。何故ならば、パルス状の音が入力された場合に、ファイルタ係数列の設定内容によっては、スピーカから再生される音においてＦＩＲタップが分離した特性により、パラパラと分離した不自然な音が聞こえる場合がある。また、タップの振幅の大きさやタップの密集度合いによっては、スピーカから再生される音がジャリジャリとした耳障りなひずんだ音に聞こえる場合がある、といった不具合が生じ得るからである。
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、音場支援システムにおいて、ハウリングや音のカラーレーションなどの不具合の発生の回避のみならず、音響技術者等が再生音を実際に聞き取って確かめることなくスピーカの再生音の音質を向上させることを可能にする技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、音響空間のインパルス応答の減衰曲線を表わす第１のデータを取得する一方、前記音響空間内に配置されるスピーカと前記スピーカから出力される音を収音するマイクロホンとに接続されて閉ループを形成するＦＩＲフィルタに各々設定される複数種のフィルタ係数列が格納されたＦＩＲライブラリから前記複数種のフィルタ係数列の各々を選択し、そのフィルタ係数列についての減衰曲線を表す第２のデータを取得する減衰曲線データ取得手段と、前記第２のデータの各々について、当該第２のデータの表す減衰曲線と前記第１のデータの表す減衰曲線とをピーク位置を重ね合わせて描いた場合に、後者の減衰曲線から突出している前者の減衰曲線の部分の各々におけるその突出の程度にその部分が占める時間軸上での位置に応じた重みを乗算して得られる第１の指標と、前記第１のデータの表す減衰曲線との類似度を示す第２の指標と、を前記第１および第２のデータから算出する指標算出手段と、前記複数種のフィルタ係数列のうち、前記第１の指標が予め定められた第１の閾値の近傍の値であり、かつ、前記第２の指標の示す類似度が予め定められた第２の閾値以上であるものを選択して前記ＦＩＲフィルタに設定するフィルタ係数列設定手段とを有することを特徴とする音場支援装置、上記各手段により実行される処理を順次実行することを特徴とする音場支援方法、およびコンピュータ装置を上記各手段として機能させるプログラムを提供する。

このような音場支援装置、音場支援方法およびプログラムによれば、音響空間内に配置されるマイクロホンおよびスピーカとともに閉ループを形成するＦＩＲフィルタに、ＦＩＲライブラリに格納されている複数種のフィルタ係数列のうち、以下の条件（Ａ）および（Ｂ）の両方を満たすものが設定される。
条件（Ａ）フィルタ係数列のインパルス応答の減衰曲線と上記音響空間のインパルス応答の減衰曲線とをピーク位置を重ね合わせて描いた場合に、後者の減衰曲線から突出している前者の減衰曲線の部分の各々におけるその突出の程度にその部分が占める時間軸上での位置に応じた重みを乗算して得られる第１の指標が予め定められた第１の閾値の近傍の値であること。
条件（Ｂ）両減衰曲線の類似度が予め定められた第２の閾値以上となること。
ここで、上記第１および第２の指標については種々のものを用いることが考えられ、また、それら指標の種類に応じて上記第１および第２の閾値としてどのような値が好適であるかが定まる。

例えば、各々のピーク位置を重ね合わせて描かれた音響空間についてのインパルス応答の減衰曲線をｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲとし、同フィルタ係数列の減衰曲線をｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲとして以下の数１にしたがって算出される値Ｘを第１の指標として用いる場合、上記第１の閾値としては４５０またはその近傍の値を用いるようにすれば良い。

ただし、数１のΣ演算は、以下の数２を満たす時刻ｔに関してのみ実行し、数１にてｔｍａｘは、減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲについて、そのピーク位置の時刻とその振幅が略ゼロになる時刻との時間差である。

ここで、数１にしたがって算出される第１の指標（以下、第１の指標Ｘ）と比較する第１の閾値として４５０またはその近傍の値を用いる理由は以下の通りである。本出願人の行った実験によれば、数１および数２にしたがって算出される第１の指標Ｘが４５０を超えて大きくなるほど、スピーカの再生音におけるジャリジャリとした耳障りなひずみ（以下、「ジャリジャリ感」と呼ぶ）が強くなり、逆に、第１の指標Ｘが４５０を大きく下回るとＦＩＲフィルタによるフィルタ処理で付与した反射音や残響音が音響空間のインパルス応答に埋もれてしまい、ＦＩＲフィルタ処理の効果を体感できなくなることが判明した。よって、第１の指標Ｘを数１および数２したがって算出する態様においては、その第１の指標Ｘと比較する値として４５０またはその近傍の値を用いることが望ましいのである。

一方、２つの曲線の類似度を表す指標の一例としては相関係数が挙げられる。例えば、各々のピーク位置を重ね合わせて描かれたフィルタ係数例の減衰曲線と音響空間１のインパルス応答の減衰曲線とについて算出される相関係数ρ_ｘｙを前記第２の指標として用いる態様においては、前記フィルタ係数列設定手段にて当該第２の指標と比較する第２の閾値として０．７５以上の値を用いるようにすれば良い。ここで、相関係数ρ_ｘｙは、音響空間のインパルス応答の減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲおよびフィルタ係数列の減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲに関して以下の数３および数４にしたがって算出される値であり、本出願人の行った実験によれば、その相関係数ρ_ｘｙの値が０．７５以上である場合に、スピーカの再生音においてＦＩＲタップが分離した特性により、パラパラと分離した不自然な感じ（以下、「パラパラ感」と呼ぶ）の抑制が顕著であることが判明した。

以下、本発明を実施する際の最良の形態について図面を参照しつつ説明する。
（Ａ：第１実施形態）
図１は、この発明の一実施形態である音場支援装置４０を含む音場支援システムの全体構成を示す図である。この音場支援システムは、音響空間１内における音響特性を制御する。本実施形態における音響特性の制御とは、初期反射音のレベル、時間構造、到来方向などの特性を含む反射音特性や、残響特性を制御することを意味する。この音場支援システムは、マイクロホン１０−ｋ（ｋ＝１〜８）、スピーカ２０−ｍ（ｍ＝１，２…Ｍ）、マイクアンプ部３１、パワーアンプ部３２、および音場支援装置４０を有する。マイクロホン１０−ｋ（ｋ＝１〜８）とスピーカ２０−ｍ（ｍ＝１，２…Ｍ）は、音響空間１の側壁や天井に間隔を空けて固定される。

音場支援装置４０は、音響空間１内で楽器などにより発生した音が、マイクロホン１０−ｋ（ｋ＝１〜８）、当該音場支援装置４０、およびスピーカ２０−ｍ（ｍ＝１，２…Ｍ）を経由して音響空間１へ帰還する状態（「音響帰還状態」という）を作り出し、音が当該音場支援装置４０を経由する際に、音響空間１の残響や初期反射音に関する音響特性を目標とする別の音響空間（「目標音響空間」という）の音響特性に近づけるような信号処理を施す。

図２は、音場支援装置４０の構成を示す図である。この音場支援装置４０において、音を収音したマイクロホン１０−ｋ（ｋ＝１〜８）からマイクアンプ部３１を介して入力される８チャネルのアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器（不図示）にてディジタル形式に変換され、ミキサ５１およびＥＭＲ（Electronic Microphone Rotator）５２を経由した後、４系統の収音信号としてＦＩＲ（Finite impulse response）フィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）へ入力される。ここで、ＥＭＲ５２は、当該ＥＭＲ５２に入力される４系統の信号と当該ＥＭＲ５２から出力される４系統の信号との接続関係を電気的に時々刻々切り換えることにより、システムの周波数特性を平坦化する役割を果たす。

ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）は、ＥＭＲ５２から入力された収音信号を遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）だけ遅延させた信号（「遅延オーディオ信号ｓ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）」という）を発生し、これらの遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の各々に対応したフィルタ係数値ｈ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を遅延オーディオ信号ｓ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）に乗算し、その乗算結果の各々を加算する積和演算を行い、その積和演算結果を残響効果等の付与された信号（「残響音信号」という）として出力する。

ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）の各々には、残響パターンが設定される。残響パターンとは、目標音響空間のインパルス応答（時間応答）に相当するフィルタ係数値ｈ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）と遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の各対をフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）とし、これらのフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を時間軸順に並べたものである。フィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）におけるインパルス応答（時間応答）をフーリエ変換すると、目標音響空間の周波数応答が求められる。そして、このフーリエ変換によって求められる周波数応答は、目標音響空間における振幅特性と位相特性とを含む。図３（Ａ）および（Ｂ）は、残響パターンのフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）をなすフィルタ係数値ｈ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）と遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の一例を示す図である。図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、ＦＩＲフィルタ５２−ｉ（ｉ＝１〜４）の各々に設定される残響パターンとしては、図３（Ａ）に示すように時間の経過とともに急激に減衰するものや、図３（Ｂ）に示すように比較的緩やかに減衰するものなど種々のものが考えられる。

図２において、ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）が出力した残響音信号は、ＰＥＱ（Parametric Equalizer）５４−ｉ（ｉ＝１〜４）によるイコライジングとコンプレッサ５５−ｉ（ｉ＝１〜４）によるダイナミックレンジ圧縮とを経た後、スイッチ５６−ｉ（ｉ＝１〜４）および加算器５７−ｉ（ｉ＝１〜４）を経由してレベル・ディレイマトリックス５８へ入力される。スイッチ５６−ｉ（ｉ＝１〜４）は、音響帰還状態のオンとオフとを切り換える役割を果たす。また、加算器５７−ｉ（ｉ＝１〜４）は、ノイズジェネレータ６４から信号が出力されている場合に、その出力信号をレベル・ディレイマトリックス５８へ供給する役割を果たす。詳細については後述するが、ノイズジェネレータ６４の出力信号は、音響空間１のインパルス応答を計測する際に利用される。

レベル・ディレイマトリックス５８は、加算器５７−ｉ（ｉ＝１〜４）に繋がる４本の入力信号線（不図示）の各々とパワーアンプ部３２へ繋がるＭチャネル分の出力信号線（不図示）の各々とを交差させ、交差位置の各々にゲイン調整用可変抵抗（不図示）と遅延素子（不図示）とを配した装置である。このレベル・ディレイマトリックス５８に入力される４系統の残響音信号は、各々の入力信号線と１〜Ｍの各チャネルの出力信号線との交差位置においてゲイン調整や位相調整が施され、Ｍチャネルに分割される。そして、分割されたＭチャネルの残響音信号の各々は、Ｄ／Ａ変換器（不図示）にてアナログ信号に変換され、変換されたアナログ信号はパワーアンプ部３２による増幅を経てスピーカ２０−ｍ（ｍ＝１，２…Ｍ）へ出力される。

ＣＰＵ６１は、当該音場支援装置４０の制御中枢であり、ＲＡＭ６２をワークエリアとして利用しつつ、ＲＯＭ６３に記憶された制御プログラムを実行する。ＲＯＭ６３には、複数種の残響パターンを格納したＦＩＲライブラリ（図示省略）が格納されており、制御プログラムにしたがって作動しているＣＰＵ６１は、このＦＩＲライブラリに格納されている残響パターンのうちから音響空間１のインパルス応答の減衰特性に応じたものを選択してＦＩＲフィルタ５３−ｉの各々に設定する処理（以下、フィルタ係数列最適化処理）を実行する。なお、本実施形態では、ＲＯＭ６３にＦＩＲライブラリを予め格納しておいたが、例えばＵＳＢメモリなどの外部メモリにＦＩＲライブラリを格納しておき、ＵＳＢインターフェイスなどを介してこの外部メモリを音場支援装置４０に接続し、その外部メモリに格納されているＦＩＲライブラリから残響パターンを読み出す処理をＣＰＵ６１に実行させても良い。そして、図２の操作部６５は、複数の操作子を備えた入力装置であり、上記プログラムの実行開始指示の入力などの各種入力操作を利用者に行わせるためのものである。
以下、本実施形態の特徴であるフィルタ係数列最適化処理について詳細に説明する。

図４は、フィルタ係数列最適化処理の流れを説明するための図である。このフィルタ係数列最適化処理は、概ね３つのステップに大別される。第１のステップは、音響空間１のインパルス応答の減衰曲線、およびＦＩＲライブラリに格納されている複数種の残響パターンの各々についてそのフィルタ係数列の減衰曲線を表わすデータを取得する処理（図４：第１の減衰曲線データ取得処理Ｓ０１ａおよび第２の減衰曲線データ取得処理Ｓ０１ｂ）である。これら第１の減衰曲線データ取得処理Ｓ０１ａおよび第２の減衰曲線データ取得処理Ｓ０１ｂについてはどちらを先に実行しても良く、また、両者を並列に実行しても良い。第２のステップは、ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）の各々に設定する残響パターンの選択を行うための指標となるデータを上記各減衰曲線を表わすデータから算出する処理（図４：第１の指標算出処理Ｓ０２ａおよび第２の指標算出処理Ｓ０２ｂ）である。これら第１の指標算出処理Ｓ０２ａおよび第２の指標算出処理Ｓ０２ｂについても、どちらを先に実行しても良く、また、両者を並列に実行しても良い。そして、第３のステップは、ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）の各々について、上記第２のステップで算出した指標に基づいてフィルタ係数列（残響パターン）を選択し、その残響パターンを設定するフィルタ係数列設定処理Ｓ０３である。

図４の第１の減衰曲線データ取得処理Ｓ０１ａは、音響空間１のインパルス応答の減衰曲線ｅ（ｔ）_ＩＲを表す第１の減衰曲線データを取得する処理である。より詳細に説明すると、ＣＰＵ６１は、まず、音響空間１のインパルス応答の波形を示すデータを以下の要領で取得する。ＣＰＵ６１は、まず、スイッチ５６−ｉ（ｉ＝１〜４）をオフ状態に切り換えるとともに、ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）の各々を、入力信号がＦＩＲフィルタ５３−ｉの内部を経由せずに出力される状態（「バイパススルー状態」）に切り換える。次いで、ＣＰＵ６１は、ノイズジェネレータ６４にインパルス応答計測用の信号（例えば、ピンクノイズ信号など）を所定時間（例えば、２秒間）だけ発生させる。このようにしてノイズジェネレータ６４から出力される信号は、ＣＰＵ６１へ供給されるとともに、加算器５７−ｉ（ｉ＝１〜４）、レベル・ディレイマトリクス５８およびパワーアンプ部３２を経由してスピーカ２０−ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）から音響空間１へテスト音として放射される。そして、音響空間１におけるテスト音の応答音がマイクロホン１０−ｋ（ｋ＝１〜８）によって収音され、その収音信号がマイクアンプ部３１、ミキサ５１、ＥＭＲ５２を介してＣＰＵ６１へ入力される。ＣＰＵ６１は、上記収音信号を表すサンプリングデータｇ（ｓ）について以下の数５に示す演算を施すことにより、音響空間１のインパルス応答の減衰曲線ｅ（ｔ）_ＩＲを表す第１の減衰曲線データを取得する。なお、本実施形態ではτ＝２５ミリ秒として数５に示す演算を行ったが、このτについてどのような値を用いるかについては適宜実験を行って定めれば良い。

図４の第２の減衰曲線データ取得処理Ｓ０１ｂは、ＦＩＲライブラリに格納されている複数種の残響パターンの各々におけるフィルタ係数列の減衰曲線ｅ(ｔ)_ＦＩＲを表す第２の減衰曲線データを取得する処理である。より詳細に説明すると、ＣＰＵ６１は、ＦＩＲライブラリに格納されている複数種の残響パターンの各々におけるフィルタ係数値と遅延時間の組み合わせに対して上記数５に示す演算（より詳細には、数５における積分を遅延時間ｔ_ｊについての総和に置き換え、ｇ（ｓ）をフィルタ係数値ｈｔ_ｊに置き換えた演算）を行うことにより、上記インパルス応答の減衰曲線ｅ（ｔ）_ＦＩＲを表す第２の減衰曲線データを取得する。
上記のようにして取得された第１および第２の減衰曲線データ（図４では、これらデータをｅ（ｔ）_ＩＲおよびｅ（ｔ）_ＦＩＲと表記）は、第１の指標算出処理Ｓ０２ａおよび第２の指標算出処理Ｓ０２ｂの入力データとなる。

図４の第１の指標算出処理Ｓ０２ａは、スピーカ再生音のジャリジャリ感に関連する指標を第１および第２の減衰曲線データから算出する処理である。このようなジャリジャリ感を示す指標としては種々のものを用いることが考えられるが、本実施形態では、以下の数６を満たす時刻ｔを対象に以下の数７に示す演算を行って得られる値Ｘが上記第１の指標として用いられている。これら数６および数７において、ｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲおよびｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲの各々は、音響空間１のインパルス応答の減衰曲線ｅ（ｔ）_ＩＲとフィルタ係数例の減衰曲線ｅ(ｔ)_ＦＩＲの各々にピーク位置が互いに重なる様に時間軸方向のオフセットを施して得られる減衰曲線である。例えば、音響空間１のインパルス応答の減衰曲線ｅ（ｔ）_ＩＲが図５（Ａ）に示す波形であり、フィルタ係数列の減衰曲線ｅ（ｔ）_ＦＩＲが図５（Ｂ）に示す波形である場合、ＣＰＵ６１は、図５（Ｃ）に示すように、ｅ（ｔ）_ＩＲについてはｔ_ｉ´＝ｔ_ｉ＋２（ｉ＝０、１、２…）と時間軸方向のオフセットを施すことにより減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲを取得し、ｅ（ｔ）_ＦＩＲについては、ｔ_ｉ´＝ｔ_ｉ＋４（ｉ＝０、１、２…）と時間軸方向のオフセットを施すことにより減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲを取得する。また、ＣＰＵ６１は、上記のようにして得られた減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲについて、そのピーク位置の時刻とその振幅が略ゼロになる時刻の時間差ｔｍａｘ（図５（Ｃ）参照）を算出する。このｔｍａｘは数７に示す演算を行う際に利用される。

数７にしたがって演算されるＸは、音響空間１のインパルス応答の減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲから突出しているフィルタ係数列の減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲの部分（図６にてハッチングで示した部分）の面積にそれら各部分の時間軸上での位置（すなわち、時刻ｔ）の応じた重み（数７におけるｔ／ｔｍａｘ）を乗じて得られる値である。上記数７に示す演算により求まる値Ｘを上記ジャリジャリ感を評価するための指標として用いる理由は、上記突出している部分の面積が大きいほど、また、かかる部分がｔｍａｘの近くに位置するほど、スピーカ再生音におけるジャリジャリ感が強くなるといった実験結果が得られたことによる。なお、本実施形態では、スピーカ再生音のジャリジャリ感を表す指標として数７にしたがって演算される値Ｘを用いたが、以下の数８に示す演算により求まる値Ｘ´を用いても良い。要は、フィルタ係数列の減衰曲線と音響空間１のインパルス応答の減衰曲線とをピーク位置を重ね合わせて描いた場合に、後者の減衰曲線から突出している前者の減衰曲線の部分の各々におけるその突出の程度にそれらの部分が占める時間軸上での位置に応じた重みを乗算して得られる値であれば良い。

数８においてｍおよびｎは任意の自然数（ただし、ｍ＝１のときはｎ≠１、ｎ＝１のときはｍ≠１）

図４の第２の指標算出処理Ｓ０２ｂは、スピーカ再生音のパラパラ感に関連する指標を第１および第２の減衰曲線データから算出する処理である。このようなパラパラ感を示す指標としては種々のものを用いることが考えられるが、本実施形態では、以下の数９に示す演算により得られる値ρ_ｘｙを用いた。この数９においてσ_ｘはｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲについての標準偏差であり、σ_ｙはｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲについての標準偏差である。また、数９のσ_ｘｙは、以下の数１０にしたがって算出される値であり、数１０の＜ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲ＞はｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲの平均値、＜ｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲ＞はｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲの平均値である。つまり、数９にしたがって演算される値ρ_ｘｙは、減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲと減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲの相関係数であり、両減衰曲線の類似度を表す。

ここで、減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲの波形と減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲの波形の類似度を示す値をフィルタ係数列選択のための指標として用いるのは以下の理由による。図７は、減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲと、あるフィルタ係数列の減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲとを描いたグラフであり、両者の波形は図７にて点線で囲った部分で大きく異なっている。この波形の相違が前述したパラパラ感として知覚されていることが本出願人の行った実験により判明した。つまり、スピーカ再生音におけるパラパラ感を抑止するためには、音響空間１のインパルス応答の減衰曲線との類似度が高い減衰曲線を有するフィルタ係数列をＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）の各々に設定すれば良い。これが、減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲの波形と減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲの波形の類似度を示す値をフィルタ係数列選択のための指標として用いる理由である。なお、本実施形態では、減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲの波形と減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲの波形の類似度を示す指標として相関係数を用いたが他の指標を用いても勿論良い。このような指標の一例としては、例えば減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲと減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲを多次元空間内の座標点として表現した場合におけるこれら２点間の距離（例えば、ユークリッド距離：これら２点間の距離が短いほど両減衰曲線は類似する）を用いることが考えられる。

図４のフィルタ係数列設定処理Ｓ０３は、第１の指標算出処理Ｓ０２ａにより算出された第１の指標（本実施形態では、Ｘ）と第２の指標算出処理Ｓ０２ｂにより算出された第２の指標（本実施形態では、ρ_ｘｙ）とに基づいて、ＦＩＲライブラリに格納されている複数種の残響パターンのうちから、ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）の各々に設定するものを選択し、その設定を行う処理である。より詳細に説明すると、このフィルタ係数列設定処理Ｓ０３においてＣＰＵ６１は、ＦＩＲライブラリに格納されている複数種の残響パターンのうち、そのフィルタ係数列の減衰曲線について算出される第１の指標が予め定められた第１の閾値の近傍の値であり、かつ、第２の指標の示す類似度が予め定められた第２の閾値以上であるものを選択して設定する。

ここで、第１の指標についての評価を行うための第１の閾値、および第２の指標についての評価を行うための第２の閾値については、上記第１および第２の指標としてどのような種類のものを用いるかに応じて適宜定める必要がある。ただし、上記第１の閾値については、小さくなりすぎないように留意する必要がある。上記第１の閾値を小さくしすぎると、フィルタ係数列設定処理Ｓ０３において、例えば減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲの大半が減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲを下回るようなフィルタ係数列（すなわち、ＦＩＲフィルタの周波数特性が音響空間の周波数特性に埋もれてしまうようなフィルタ係数列）がＦＩＲフィルタ５３−ｉに設定され、ＦＩＲフィルタ５３−ｉが残響音や反射音の生成といった本来の機能を果たさなくなる虞があるからである。例えば、第１の指標として前掲数７にしたがって演算されるＸを用いる場合には、上記第１の閾値として４５０またはその近傍の値を用いることが好ましく、上記第２の指標として前掲数９にしたがって演算されるρ_ｘｙを用いる場合には、上記第２の閾値として０．７５以上の値を用いることが好ましいことが本出願人の行った実験により判明した。

さて、ＦＩＲフィルタ５３−ｉに設定するフィルタ係数列を上記第１および第２の指標に基づいて決定する態様としては、種々のものが考えられるがその一例を挙げると以下の通りである。第１に、第２の指標の値が予め定められた第２の閾値以上であるフィルタ係数列のうちで、第１の指標の値が予め定められた第１の閾値に最も近いものをＦＩＲフィルタ５３−ｉに設定する態様や、第１の指標の値が予め定められた第１の閾値を中心とする所定範囲に収まっているフィルタ係数列のうちで、第２の指標の表す類似度が最大のものをＦＩＲフィルタ５３−ｉに設定する態様である。これらの態様によれば、利用者に特段の操作を行わせることなく、音響空間１の音響特性に適したフィルタ係数列を自動的にＦＩＲフィルタ５３−ｉに設定することが可能になる。

第２の態様は、第１の指標の値が上記第１の閾値を中心とする所定範囲（例えば、第１の閾値が４５０である場合には、この値を中心とする±５０の範囲など）に属し、かつ、第２の指標の表す類似度が上記第２の閾値以上であるフィルタ係数列に関し、そのフィルタ係数列を一意に識別する識別子（例えば、ＦＩＲライブラリに格納されている複数種の残響パターンの各々に付与された一連番号など）と、そのフィルタ係数列に関して算出された第１および第２の指標と、ｔｍａｘとを図８に示す要領で表示装置（図示省略）にリスト表示させ、操作部６５に対する操作によりＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）の各々に設定するフィルタ係数列を利用者に選択させる態様である。この態様によれば、例えばｔｍａｘの値が最も大きい（すなわち、残響時間が最も長い）ものを選択する等、ＦＩＲフィルタ５３−ｉに設定するフィルタ係数列を柔軟に選択することが可能になる。なお、このようにｔｍａｘの値に基づいてフィルタ係数列の選択を行ったとしても、上記リスト表示されるフィルタ係数列は、何れも第１および第２の指標に関して一定の条件を満たしているものであるから、そのフィルタ係数列をＦＩＲフィルタ５３−ｉに設定した場合におけるスピーカ再生音のジャリジャリ感やパラパラ感が抑止されることは言うまでも無い。

以上説明したように、本実施形態によれば、音場支援システムにおいて、ハウリングや音のカラーレーションなどの不具合の発生を回避することは勿論、音響技術者等がスピーカ２０−ｍの各々の再生音を実際に聞き取って確かめることなく、再生音の音質を向上させることが可能になる、といった効果を奏する。

（Ｂ：他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、他にも以下の実施形態が考えられる。
（１）上述した実施形態では、音響空間１についてのインパルス応答を計測し、その計測結果からその減衰曲線を表す減衰曲線データを算出して取得した。しかし、音響空間１のインパルス応答の計測結果を示すデータが格納された外部メモリを音場支援装置４０に接続し、この外部メモリに格納されているデータから上記減衰曲線を表す減衰曲線データを算出しても良い。また、音響空間１のインパルス応答の減衰曲線を表す減衰曲線データが格納された外部メモリを音場支援装置４０に接続し、この外部メモリに格納されている減衰曲線データを読み出しても良い。同様に、各フィルタ係数列の減衰曲線を表すデータを予め算出しておき、フィルタ係数値と遅延時間の対および上記減衰曲線を表すデータを残響パターンとしても勿論良い。

（２）上述した実施形態では、本発明に特徴的なフィルタ係数列最適化処理（図４参照）をＣＰＵ６１に実行させる制御プログラムがＲＯＭ６３に予め格納されていた。しかし、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）などのコンピュータ装置読み取り可能な記録媒体に上記プログラムを書き込んで配布しても良く、また、インターネットなどの電気通信回線経由のダウンロードにより上記プログラムを配布しても良い。これらのようにして配布されるプログラムを一般的なコンピュータ装置（例えば、パーソナルコンピュータなど）に記憶させ、そのコンピュータ装置の制御部（ＣＰＵ）をそのプログラムにしたがって作動させることによって、これら一般的なコンピュータ装置に上記実施形態に係る音場支援装置４０と同一の機能を付与することができるからである。

（３）上述した実施形態では、本発明に特徴的なフィルタ係数列最適化処理（図４）をソフトウェアで実現したが、ハードウェアで実現しても勿論良い。具体的には、音場制御の対象となる音響空間（例えば、上記実施形態における音響空間１）のインパルス応答の減衰曲線を表す第１の減衰曲線データ、および各フィルタ係数列の減衰曲線を表す第２の減衰曲線データを取得する減衰曲線データ取得手段、フィルタ係数列の選択を行うための指標となるデータを算出する算出手段、その指標に基づいてフィルタ係数列の選択およびＦＩＲフィルタへの設定を行うフィルタ係数列設定手段の各々を電子回路で構成し、これら各手段を組み合わせて音場支援装置を構成しても良い。

本発明の一実施形態に係る音場支援装置４０を含む音場支援システムの構成例を示す図である。 同音場支援装置４０の構成例を示す図である。 同音場支援装置４０のＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）に設定される残響パターンの一例を示す図である。 同音場支援装置４０のＣＰＵ６１が実行するフィルタ係数列最適化処理の流れを示す図である。 同ＣＰＵ６１が第１および第２の指標算出処理で実行するオフセット付与処理を説明するための図である。 同フィルタ係数列最適化処理に含まれる第１の指標算出処理Ｓ０２ａで算出される第１の指標Ｘの意味を説明するための図である。 同フィルタ係数列最適化処理に含まれる第２の指標算出処理Ｓ０２ｂで算出される第２の指標ρ_ｘｙの意味を説明するための図である。 第１の指標Ｘおよび第２の指標ρ_ｘｙに基づいて絞り込まれた設定候補のうちから、ＦＩＲフィルタに設定するフィルタ係数列をユーザに選択させるためのＵＩ画面の一例を示す図である。 音場支援システムの動作を説明するための図である。

符号の説明

１…音響空間、１０−ｋ（ｋ＝１〜８）…マイクロホン、２０−ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）…スピーカ、３１…マイクアンプ部、３２…パワーアンプ部、４０…音場支援装置、５１…ミキサ、５２…ＥＭＲ、５３−ｉ（ｉ＝１〜４）…ＦＩＲフィルタ、５４−ｉ（ｉ＝１〜４）…ＰＥＱ、５５−ｉ（ｉ＝１〜４）…コンプレッサ、５６−ｉ（ｉ＝１〜４）…スイッチ、５７−ｉ（ｉ＝１〜４）…加算器、５８…レベル・ディレイマトリクス、６１…ＣＰＵ、６２…ＲＡＭ、６３…ＲＯＭ、６４…ノイズジェネレータ、６５…操作部。

Claims (5)

1. 音響空間のインパルス応答の減衰曲線を表わす第１のデータを取得する一方、前記音響空間内に配置されるスピーカと前記スピーカから出力される音を収音するマイクロホンとに接続されて閉ループを形成するＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタに各々設定される複数種のフィルタ係数列が格納されたＦＩＲライブラリから前記複数種のフィルタ係数列の各々を選択し、そのフィルタ係数列についての減衰曲線を表す第２のデータを取得する減衰曲線データ取得手段と、
   前記第２のデータの各々について、当該第２のデータの表す減衰曲線と前記第１のデータの表す減衰曲線とをピーク位置を重ね合わせて描いた場合に、後者の減衰曲線から突出している前者の減衰曲線の部分の各々におけるその突出の程度にその部分が占める時間軸上での位置に応じた重みを乗算して得られる第１の指標と、前記第１のデータの表す減衰曲線との類似度を示す第２の指標と、を前記第１および第２のデータから算出する指標算出手段と、
   前記複数種のフィルタ係数列のうち、前記第１の指標が予め定められた第１の閾値の近傍の値であり、かつ、前記第２の指標の示す類似度が予め定められた第２の閾値以上であるものを選択して前記ＦＩＲフィルタに設定するフィルタ係数列設定手段と
   を有することを特徴とする音場支援装置。
2. 前記第１の指標は、各々のピーク位置を重ね合わせて描かれた前記音響空間のインパルス応答の減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＩＲと前記フィルタ係数列の減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲとについて、以下の数１にしたがって算出される値Ｘであり、前記第１の閾値は４５０またはその近傍の値であることを特徴とする請求項１に記載の音場支援装置。
   

   

   
   ただし、数１におけるΣ演算は、以下の数２を満たす時刻ｔに関してのみ実行し、数１におけるｔｍａｘは、減衰曲線ｅ_ｏ（ｔ）_ＦＩＲについてそのピーク位置の時刻とその振幅が略ゼロになる時刻との時間差である。
   

   
3. 前記第２の指標は、各々のピーク位置を重ね合わせて描かれた前記音響空間のインパルス応答の減衰曲線と前記フィルタ係数列の減衰曲線とについて算出される相関係数であり、前記第２の閾値は０．７５以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の音場支援装置。
4. 音響空間のインパルス応答の減衰曲線を表わす第１のデータを取得する一方、前記音響空間内に配置されるスピーカと前記スピーカから出力される音を収音するマイクロホンとに接続されて閉ループを形成するＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタに各々設定される複数種のフィルタ係数列が格納されたＦＩＲライブラリから前記複数種のフィルタ係数列の各々を選択し、そのフィルタ係数列についての減衰曲線を表す第２のデータを取得する第１のステップと、
   前記第２のデータの各々について、当該第２のデータの表す減衰曲線と前記第１のデータの表す減衰曲線とをピーク位置を重ね合わせて描いた場合に、後者の減衰曲線から突出している前者の減衰曲線の部分の各々におけるその突出の程度にその部分が占める時間軸上での位置に応じた重みを乗算して得られる第１の指標と、前記第１のデータの表す減衰曲線との類似度を示す第２の指標と、を前記第１および第２のデータから算出する第２のステップと、
   前記複数種のフィルタ係数列のうち、前記第１の指標が予め定められた第１の閾値の近傍の値であり、かつ、前記第２の指標の示す類似度が予め定められた第２の閾値以上であるものを選択して前記ＦＩＲフィルタに設定する第３のステップと
   を含むことを特徴とする音場支援方法。
5. コンピュータ装置を、
   音響空間のインパルス応答の減衰曲線を表わす第１のデータを取得する一方、前記音響空間内に配置されるスピーカと前記スピーカから出力される音を収音するマイクロホンとに接続されて閉ループを形成するＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタに各々設定される複数種のフィルタ係数列が格納されたＦＩＲライブラリから前記複数種のフィルタ係数列の各々を選択し、そのフィルタ係数列についての減衰曲線を表す第２のデータを取得する減衰曲線データ取得手段と、
   前記第２のデータの各々について、当該第２のデータの表す減衰曲線と前記第１のデータの表す減衰曲線とをピーク位置を重ね合わせて描いた場合に、後者の減衰曲線から突出している前者の減衰曲線の部分の各々におけるその突出の程度にその部分が占める時間軸上での位置に応じた重みを乗算して得られる第１の指標と、前記第１のデータの表す減衰曲線との類似度を示す第２の指標と、を前記第１および第２のデータから算出する指標算出手段と、
   前記複数種のフィルタ係数列のうち、前記第１の指標が予め定められた第１の閾値の近傍の値であり、かつ、前記第２の指標の示す類似度が予め定められた第２の閾値以上であるものを選択して前記ＦＩＲフィルタに設定するフィルタ係数列設定手段
   として機能させることを特徴とするプログラム。
   

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