JP5239670B2 - 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特性をベースとし、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等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、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関数（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こ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測定し、測定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

特許文献１に開示された手順により得たフィルタ係数列を残響効果付与のためのＦＩＲフィルタに設定すれば、そのフィルタ係数列を収音信号へ畳み込むことによって得られる残響音信号の周波数軸上に鋭いピークは発生し難くなる。しかし、本来であれば所望の音響空間のインパルス応答をサンプリングしたフィルタ係数列を設定するＦＩＲフィルタにこのような全く異なる手順で得たフィルタ係数列を設定した場合、そのフィルタ係数列を入力信号に畳み込んで得られる残響音信号が狙いとするものから乖離してしまい、意図した通りの残響効果が得られない。
このため、音場支援装置の多くは、所望の音響空間のインパルス応答をサンプリングしたフィルタ係数列を入力信号に畳み込んで残響音信号を出力するＦＩＲフィルタの後段に、ＰＥＱ（Parametric Equalizer）を設け、ＰＥＱにおいて、ＦＩＲフィルタから出力される残響音信号における鋭いピークを含む帯域のゲインを低下させる、という構成をとっているのが実情である。
ここで、ＦＩＲフィルタによる畳み込みを経た出力信号に現れるピークは、細く急峻なものであることも多い。しかしながら、ＰＥＱによってこのような細く急峻なピークを除去しようとすると、残響音信号における他の重要な帯域の成分の振幅まで減衰させてしまい、十分な残響効果が得られないという問題があった。また、そのピークを含む狭帯域の成分だけをノッチフィルタを用いて減衰させるという方策も採り得るところであるが、この場合、音響空間の環境変動（空気の伝搬特性や観客等の吸音特性の変動）によりピークの周波数が僅かでも変動すると効果が半減するため、有効な解決策とは言い難い。
本発明は、このような背景の下に案出されたものであり、ＦＩＲフィルタによる残響効果を損なうことなく、カラーレーションを引き起こすような細く急峻なピークの発生を抑えることを目的とする。

本発明は、音響空間の伝達関数の振幅特性を取得する振幅特性取得手段と、前記音響空間において収音された音を示す収音信号を遅延させた複数の遅延オーディオ信号を発生し、発生した複数の遅延オーディオ信号と前記音響空間の音響特性を制御するためのフィルタ係数列との積和演算を行い、前記積和演算の結果を示す残響音信号を生成するディジタルフィルタ処理手段と、前記フィルタ係数列から求められる伝達関数の振幅特性と前記音響空間の伝達関数の振幅特性との和がフラットな特性となるように、前記フィルタ係数列における少なくとも一部のフィルタ係数について、当該フィルタ係数を乗算する遅延オーディオ信号の前記収音信号からの遅延時間を調整するフィルタ係数列調整手段とを具備する音場支援装置を提供する。
この発明によると、フィルタ係数列調整手段は、フィルタ係数列との積和演算を行うための複数の遅延オーディオ信号を得るための遅延時間を、そのフィルタ係数列から求められる伝達関数の振幅特性と音響空間の伝達関数の振幅特性の和がフラットな特性となるように調整する。よって、音響空間内における残響効果を損なうことなく、カラーレーションを引き起こすような細く急峻なピークの発生を抑えることができる。

以下、図面を参照し、この発明の実施形態を説明する。
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。この信号処理の詳細は、後述する。

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）には、残響パターンが設定される。残響パターンは、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。
以降は、ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）に予め設定されている残響パターンを適宜「デフォルト残響パターン」と呼ぶ。

図３（Ａ）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。ここで、デフォルト残響パターンは、目標音響空間のインパルス応答波形から振幅値のより大きなｇ個のローカルピークｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を検出し、その検出結果を用いて以下のように決定する。まず、目標音響空間のインパルス応答波形におけるローカルピークｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の各々の振幅値を求め、それらの振幅値を、フィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）におけるフィルタ係数値ｈ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）とする。次に、上述のローカルピークｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の各々の発生時刻を求め、それらの発生時刻を、フィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）における遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）とする。より具体的には、目標音響空間内の音源位置で単位インパルスを発生させたときの単位インパルスの発生時刻を、その目標音響空間のインパルス応答波形における時間軸の基準時（ｔ＝０）とし、その基準時からローカルピークｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の各々までの時間を、遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）とする。

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。このノイズジェネレータ６４の出力信号については、後述する。

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。制御プログラムは、デフォルト残響パターンであるフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を調整する処理をＣＰＵ６１に実行させるプログラムである。ノイズジェネレータ６４は、ＣＰＵ６１による指示に従い、テスト音であるピンクノイズの信号を発生する。操作部６５は、各種入力操作を受け付けるタッチパネルである。

次に、本実施形態の動作を説明する。図４は、本実施形態の処理を示すフローチャートである。図４に示す一連の処理は、制御プログラムの働きによりＣＰＵ６１が実行する処理である。ＣＰＵ６１は、フィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の設定の指示が操作部６５によって下されると、ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）の各々を残響パターンの設定対象として１つずつ選択し、残響パターンの設定対象としたＦＩＲフィルタ５３−ｉについて図４に示す一連の処理を実行する。

図４において、ＣＰＵ６１は、スイッチ５６−ｉ（ｉ＝１〜４）をオフ状態に切り換え（Ｓ１００）、音響帰還状態を解消する。
ＣＰＵ６１は、ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）を、その入力信号が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」という）に切り換える（Ｓ１１０）。

ＣＰＵ６１は、ノイズジェネレータ６４によるピンクノイズの信号の発生を開始させる（Ｓ１２０）。このピンクノイズの信号は、音響空間１の伝達関数（周波数応答）を計測するための信号である。ノイズジェネレータ６４の出力信号は、ＣＰＵ６１へ供給されるとともに、加算器５７−ｉ（ｉ＝１〜４）、レベル・ディレイマトリックス５８、およびパワーアンプ部３２を経由し、スピーカ２０−ｍ（ｍ＝１，２…Ｍ）から音響空間１へテスト音として放射される。そして、その音響空間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へ供給される。

ＣＰＵ６１は、予め設定されたピンクノイズの出力時間（たとえば、２秒間）が経過すると（Ｓ１３０：Ｙｅｓ）、ピンクノイズの信号の発生を停止させる（Ｓ１４０）。
ステップＳ１２０においてピンクノイズの信号の発生が始まってからステップＳ１４０においてその発生が停止されるまでの間に、ＣＰＵ６１は、テスト音であるピンクノイズそのものの信号（「テスト信号」という）と、音響空間１におけるそのテスト音の応答音の収音信号（「応答信号」という）とを取得する。

ＣＰＵ６１は、このテスト信号と応答信号とを用いて、音響空間１の伝達関数（周波数応答）の振幅特性（「振幅特性Ｒ（ω）」と記す）を求める（Ｓ１５０）。より詳細に説明すると、まず、テスト信号に対して、窓幅を３２７６８サンプル、オーバーラップ率を９５％とするＦＦＴ（Finite Fourier Transform）処理を施し、パワースペクトル（分布の時間平均）を求める。次に、応答信号に対しても同様のＦＦＴ処理を施し、パワースペクトル（分布の時間平均）を求める。そして、前者のパワースペクトルから後者のパワースペクトルを減算した結果を振幅特性Ｒ（ω）とする。

次に、ＣＰＵ６１は、振幅特性簡略化処理を行う（Ｓ１６０）。振幅特性簡略化処理は、ステップＳ１５０で求めた振幅特性Ｒ（ω）を、その特徴をより起伏の少ない包絡曲線によって簡略化した振幅特性（「簡略振幅特性Ｒ’（ω）」という）へと変換する処理である。図５は、ある振幅特性Ｒ（ω）に、振幅特性簡略化処理を経てその振幅特性Ｒ（ω）から得られる簡略振幅特性Ｒ’（ω）を重ね合わせた図である。

図６は、振幅特性簡略化処理のサブルーチンを示すフローチャートである。振幅特性簡略化処理を実行するにあたり、ＣＰＵ６１は、次式に示すガウス関数ＧＦの形状を決定づけるパラメータａおよびｂのセットを記憶するための領域（「ガウス関数記憶領域」という）と変換途中の振幅特性を記憶するための領域（「振幅特性記憶領域」という）とをＲＡＭ６２に確保し、これらの記憶領域の記憶内容を更新しつつ、図６に示す一連の処理を実行する。
ＧＦ＝ｂ・ｅｘｐ（−（ｘ−ａ）^２／２ｃ^２）…（１）
この式におけるパラメータａはガウス関数ＧＦのピーク周波数を示し、パラメータｂはそのピーク周波数における振幅を示す。また、ｃはガウス関数の幅を示す定数である。

振幅特性簡略化処理において、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１５０で求めた振幅特性Ｒ（ω）を振幅特性記憶領域に記憶した後、その振幅特性記憶領域から最大ピークの周波数を検出する（Ｓ１６１）。ＣＰＵ６１は、最大ピークの周波数をパラメータａにするとともに、その周波数における振幅をパラメータｂとし、両パラメータａ，ｂのセットをガウス関数記憶領域に記憶する（Ｓ１６２）。ＣＰＵ６１は、それまでにガウス関数記憶領域にセットとして記憶したパラメータａ，ｂを上記式に入力し、その入力によって得られるガウス関数ＧＦを重ね合わせた曲線（「フィット曲線」という）を求める（Ｓ１６３）。
さらに、ＣＰＵ６１は、振幅特性記憶領域に記憶されている振幅特性からステップＳ１６３で求めたフィット曲線を減算し、その残りの振幅特性における各周波数の振幅の最大値が閾値ＴＨを下回るか否かを判断する（Ｓ１６４）。この閾値ＴＨは０よりも僅かに大きな値とする。そして、閾値ＴＨを下回らない場合（Ｓ１６４：Ｎｏ）、その残りの振幅特性によって振幅特性記憶領域を更新し（Ｓ１６５）、ステップＳ１６１以降の処理を繰り返す。
ＣＰＵ６１は、ステップＳ１６４において、振幅特性における各周波数の振幅の最大値が閾値ＴＨを下回ると判断した場合（Ｓ１６４：Ｙｅｓ）、それまでにガウス関数記憶領域に記憶したパラメータａ，ｂの各セットにより得られるフィット曲線を、簡略振幅特性Ｒ’（ω）とする（Ｓ１６６）。

この一連の処理について、図７を参照してさらに具体的に説明する。図７は、ステップＳ１６１からステップＳ１６５のループのｎ回の繰り返しによって、簡略振幅特性Ｒ’（ω）が求まるまでの様子を示す図である。図７の例では、ステップＳ１５０で求めた振幅特性Ｒ（ω）を振幅特性Ｒ_０（ω）と記す。この例における１回目のループでは、振幅特性Ｒ_０（ω）からフィット曲線Ｆｃ_１を減算することにより、振幅特性Ｒ_１（ω）が得られる。このフィット曲線Ｆｃ_１は、振幅特性Ｒ_０（ω）の最大ピークＰ_０の周波数をパラメータａとし、最大ピークＰ_０の振幅をパラメータｂとして上記式に入力したガウス関数ＧＦ_０である。振幅特性Ｒ_１（ω）における各周波数の振幅の最大値が閾値ＴＨを上回る場合、２回目のループに入る。２回目のループでは、振幅特性Ｒ_０（ω）からフィット曲線Ｆｃ_２を減算することにより、振幅特性Ｒ_２（ω）が得られる。フィット曲線Ｆｃ_２は、振幅特性Ｒ_１（ω）の最大ピークＰ_１の周波数をパラメータａとし、最大ピークＰ_１の振幅をパラメータｂとして上記式に入力したガウス関数ＧＦ_１を、１回目のループで求めたガウス関数ＧＦ_０に重ね合わせたものである。このようなループをｎ回繰り返し、そのｎ回の繰り返しを経て得られた振幅特性Ｒ_ｎ（ω）における各周波数の振幅の最大値が閾値ＴＨを下回ると、それまでのｎ個のガウス関数ＧＦを重ね合わせたフィット曲線Ｆｃ_ｎを簡略振幅特性Ｒ’（ω）とする。
この振幅特性簡略化処理を実行するＣＰＵ６１は、「音響空間の伝達関数の振幅特性を取得する振幅特性取得手段」を構成する。

図４において、ＣＰＵ６１は、フィルタ係数列調整処理を実行する（Ｓ１７０）。
フィルタ係数列調整処理は、ステップＳ１６０で求めた簡略振幅特性Ｒ’（ω）とＦＩＲフィルタ５３−ｉの伝達関数（周波数応答）の振幅特性（「振幅特性Ｇ（ω）」と記す）の和がフラットな特性となるように、ＦＩＲフィルタ５３−ｉにデフォルト残響パターンとして設定されているフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）における少なくとも一部の遅延時間ｔ_ｊを調整する処理である。ここで、振幅特性がフラットであるとは、その振幅特性における振幅値の最大値と平均値の差が十分に小さいことを意味する。
図８（Ａ）は、フラットでない振幅特性の一例を示す図であり、図８（Ｂ）はフラットな振幅特性の一例を示す図である。両図における振幅特性の振幅値（ｄＢ）の平均値Ｌ_AVEとその最大値Ｌ_MAXの差を比較すると、前者より後者のほうがその差が４ｄＢ程度小さくなっていることが分かる。これは、前者よりも後者のほうがカラレーションを発生させにくい特性であることを意味する。

図９は、フィルタ係数列調整処理のサブルーチンを示すフローチャートである。このフィルタ係数列調整処理では、デフォルト残響パターンをなすフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を調整対象として１つずつ選択し、調整対象としたフィルタ係数ｈｔ_ｊにおける遅延時間ｔ_ｊを時間軸の正負方向の所定範囲内（例えば、±１０ｍｓとする）で所定時間長（例えば、１ｍｓとする）ずつ伸縮した場合における振幅特性Ｇ（ω）を個別に求め、この求めた振幅特性Ｇ（ω）とステップＳ１６６で求めた簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和がフラットな特性に最も近づくような遅延時間ｔ_ｊをフィルタ係数ｈｔ_ｊごとに決定していく。
フィルタ係数列調整処理を実行するにあたり、ＣＰＵ６１は、フィルタ係数列調整処理を終えるまでの間にその調整途中のフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を記憶しておくための領域（「残響パターン記憶領域」という）と、その間に算出される振幅特性Ｇ（ω）と簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和の特性を一時的に記憶しておくための領域（「振幅特性記憶領域」という）とをＲＡＭ６２に確保し、これらの記憶領域の記憶内容を更新しつつ、図９に示す一連の処理を実行する。

フィルタ係数列調整処理において、ＣＰＵ６１は、残響パターンの設定対象として選択しているＦＩＲフィルタ５３−ｉから、そのＦＩＲフィルタ５３−ｉにデフォルト残響パターンとして設定されているフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を読み出し、読み出したフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を残響パターン記憶領域に記憶する（Ｓ１７１）。
ＣＰＵ６１は、残響パターン記憶領域に記憶されているフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）のうち、最も大きなフィルタ係数値ｈ_ｊを有するフィルタ係数ｈｔ_ｊを調整対象として選択する（Ｓ１７２）。
ＣＰＵ６１は、調整対象としたフィルタ係数ｈｔ_ｊの遅延時間ｔ_ｊを±１０ｍｓの範囲で１ｍｓずつ短くしまたは長くした場合におけるフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の振幅特性Ｇ_１（ω）〜Ｇ₂₀（ω）を算出する（Ｓ１７３）。

ＣＰＵ６１は、ステップＳ１７３で求めた２０通りの振幅特性Ｇ_１（ω）〜Ｇ₂₀（ω）の各々と簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和を求め、それらの振幅特性Ｇ_１（ω）〜Ｇ₂₀（ω）のなかに簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和がフラットな振幅特性になるものがあるかを判定する（Ｓ１７４）。より具体的には、振幅特性Ｇ_１（ω）〜Ｇ₂₀（ω）の各々と簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和の特性に現れる振幅値の最大値と平均値の差を求め、振幅値の最大値と平均値の差が閾値ＴＨ以内に収まる場合はフラットであるとみなし、閾値ＴＨ以内に収まらない場合はフラットでないとみなす。
ＣＰＵ６１は、ステップＳ１７４において、振幅特性Ｇ_１（ω）〜Ｇ₂₀（ω）のなかに簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和である振幅特性がフラットになるものが１つもないと判定した場合（Ｓ１７４：Ｎｏ）、それらの振幅特性Ｇ_１（ω）〜Ｇ₂₀（ω）のうち簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和の特性がフラットに最も近い振幅特性Ｇ（ω）を選択する（Ｓ１７５）。

次に、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１７５で選択した振幅特性Ｇ（ω）と簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和である振幅特性が、振幅特性記憶領域に記憶されている振幅特性よりもフラットに近づいたかを判定する（Ｓ１７６）。ここで、当該フィルタ係数列調整処理が開始された当初は、振幅特性記憶領域に比較対象となる振幅特性が記憶されていない。この場合、ステップＳ１７６では、ステップＳ１７５で選択した振幅特性Ｇ（ω）と簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和である振幅特性が、振幅特性記憶領域に記憶されている振幅特性よりもフラットに近づいたとみなす。

ＣＰＵ６１は、ステップＳ１７６において、ステップＳ１７５で選択した振幅特性Ｇ（ω）と簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和である振幅特性が振幅特性記憶領域に記憶されている振幅特性よりもフラットに近づいたと判定した場合（Ｓ１７６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１７５で選択した振幅特性Ｇ（ω）と簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和の振幅特性を振幅特性記憶領域に上書きした後（Ｓ１７７）、残響パターン記憶領域に記憶されたフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の振幅特性がステップＳ１７５で選択した振幅特性Ｇ（ω）となるように、調整対象のフィルタ係数ｈｔ_ｊを書き換える（Ｓ１７８）。

より詳細に説明すると、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１７５で選択した振幅特性Ｇ（ω）が、残響パターン記憶領域のフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）における調整対象のフィルタ係数ｈｔ_ｊの遅延時間ｔ_ｊをある時間Ｔ（−１０≦Ｔ≦＋１０）だけ長くしたものの振幅特性Ｇ（ω）であった場合、調整対象のフィルタ係数ｈｔ_ｊの遅延時間ｔ_ｊを、その遅延時間ｔ_ｊに時間Ｔを加えた値に書き換える。また、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１７５で選択した振幅特性Ｇ（ω）が、フィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）における調整対象のフィルタ係数ｈｔ_ｊの遅延時間ｔ_ｊをある時間Ｔ（−１０≦Ｔ≦＋１０）だけ短くしたものの振幅特性Ｇ（ω）であった場合、調整対象のフィルタ係数ｈｔ_ｊの遅延時間ｔ_ｊを、その遅延時間ｔ_ｊから時間Ｔを減じた値に書き換える。

ＣＰＵ６１は、ステップＳ１７６において、ステップＳ１７５で選択した振幅特性Ｇ（ω）と簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和である振幅特性が振幅特性記憶領域に記憶されている振幅特性よりもフラットに近づいていないと判定した場合（Ｓ１７６：Ｎｏ）、ステップＳ１７７およびステップＳ１７８を実行することなく、次のステップに進む。
次に、ＣＰＵ６１は、残響パターン記憶領域におけるフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）のすべてを調整対象としたかを判定する（Ｓ１７９）。具体的には、それまでに調整対象としたフィルタ係数ｈｔ_ｊの数がｇ個になった場合には、フィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）のすべてを調整対象としたとみなし、ｇ個未満である場合は、未だ調整対象となっていないものがあるとみなす。

ステップＳ１７９において、未だ調整対象となっていないフィルタ係数ｈｔ_ｊがあると判定した場合（Ｓ１７９：Ｎｏ）、未だ調整対象となっていないフィルタ係数ｈｔ_ｊのうち最も大きなフィルタ係数値ｈ_ｊを有するフィルタ係数ｈｔ_ｊを新たな調整対象として選択した後（Ｓ１８０）、ステップＳ１７３に戻り、その新たな調整対象となったフィルタ係数ｈｔ_ｊについて、以降の処理を行う。
ＣＰＵ６１は、ステップＳ１７９において、残響パターン記憶領域におけるフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）のすべてを調整対象としたと判定した場合（Ｓ１７９：Ｙｅｓ）、フィルタ係数列調整処理を終了する。

また、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１７４において、振幅特性Ｇ_１（ω）〜Ｇ₂₀（ω）のなかに簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和である振幅特性がフラットになるものがあると判定した場合（Ｓ１７４：Ｙｅｓ）、簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和がフラットになると判定した振幅特性Ｇ（ω）を選択する（Ｓ１８１）。ここで、ステップＳ１７４の判定において、簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和がフラットになる振幅特性Ｇ（ω）が複数に及ぶ場合がある。この場合、ＣＰＵ６１は、それらの複数の振幅特性Ｇ（ω）のなかから、簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和である振幅特性に現れる振幅値の最大値と平均値の差が最も小さい１つを選択する。

さらに、ＣＰＵ６１は、フィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の振幅特性がステップＳ１８１で選択した振幅特性Ｇ（ω）となるように、調整対象のフィルタ係数ｈｔ_ｊを書き換え（Ｓ１８２）、フィルタ係数列調整処理を終了する。ステップＳ１８２におけるフィルタ係数ｈｔ_ｊの書き換えの手順の詳細は、ステップＳ１７８において説明したところと同様である。

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示すフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）のうちの一部のフィルタ係数ｈｔ_ｊの遅延時間ｔ_ｊをフィルタ係数列調整処理により調整したものを示した図である。図３（Ａ）と図３（Ｂ）とを比較すると、フィルタ係数値ｈ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の個数および順序は両者とも同じであるのに対し、一部のフィルタ係数値ｈ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）と対をなす遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）が異なっている。
このフィルタ係数列調整処理を実行するＣＰＵ６１は、「フィルタ係数列から求められる伝達関数の振幅特性と音響空間の伝達関数の振幅特性との和がフラットな特性となるように、フィルタ係数列における少なくとも一部のフィルタ係数について、当該フィルタ係数を乗算する遅延オーディオ信号の収音信号からの遅延時間を調整するフィルタ係数列調整手段」を構成する。

図４において、ＣＰＵ６１は、フィルタ係数列調整処理を終えると、その時点において残響パターン記憶領域に記憶されているフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を、デフォルト残響パターンに代わる新たな残響パラメータとして該当のＦＩＲフィルタ５３−ｉに設定する（Ｓ１９０）。
ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）の各々は、当該ＦＩＲフィルタ５３−ｉに新たな音響パラメータが設定され、当該ＦＩＲフィルタ５３−ｉと同じ信号線上のスイッチ５６−ｉがオン状態に切り換えられると、以後にＥＭＲ５２から入力される収音信号を新たな残響パラメータの遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）だけ遅延させた遅延オーディオ信号ｓ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を発生し、発生した遅延オーディオ信号ｓ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）とフィルタ係数値ｈ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を積和演算し、その積和演算結果である残響音信号を出力する。

以上説明した本実施形態によると、音場支援装置４０のＣＰＵ６１は、ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）にデフォルト残響パターンとして設定されているフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を、そのＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）の伝達関数の振幅特性Ｇ（ω）と音響空間１の伝達関数の簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和がフラットな振幅特性となるように調整する。よって、ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）の信号処理によって音響空間１内に与えられる残響効果を損なうことなく、カラーレーションを引き起こすような細く急峻なピークの発生を抑えることをができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態があり得る。例えば、以下の通りである。
（１）上記実施形態の振幅特性簡略化処理において、音場支援装置４０のＣＰＵ６１は、ガウス関数ＧＦの形状を決定づける３つのパラメータａ，ｂ，ｃのうちのパラメータｃを固定値とし、音響空間１の伝達関数の振幅特性Ｒ（ω）の最大ピークの周波数をパラメータａとし、その周波数における振幅をパラメータｂとしたガウス関数ＧＦの重ね合わせによってフィット曲線を表現した。しかし、操作部６５によってこのパラメータｃの値を任意に設定できるようにしてもよい。振幅特性Ｒ（ω）は、温度や湿度などの空間環境によって変化する。このため、フィルタ係数列調整処理によってデフォルト残響パターンをなすフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を調整したとしても、以降の空間環境の僅かな変化の影響によって振幅特性Ｒ（ω）に予期しないピークが発生することがある。周知のように、ガウス関数ＧＦは、このパラメータｃを小さくするほと幅の狭い形状になる一方、大きくするほど幅の広い形状になる。よって、急峻なピークの発生の抑制を重視する場合はパラメータｃを小さくし、空間環境の変化への対応を重視する場合はパラメータｃを大きくするとよい。

（２）上記実施形態の振幅特性簡略化処理において、音場支援装置４０のＣＰＵ６１は、ガウス関数ＧＦの重ね合わせによってフィット曲線を表現した。しかし、上に凸の２次曲線や三角波といったような、上に凸（１つの極大をもつ）の別の関数の重ね合わせによってフィット曲線を表現してもよい。

（３）上記実施形態のフィルタ係数列調整処理において、音場支援装置４０のＣＰＵ６１は、調整対象となったフィルタ係数ｈｔ_ｊにおける遅延時間ｔ_ｊを時間軸の正負方向の所定範囲内（±１０ｍｓ）で所定時間長（１ｍｓ）ずつ伸縮した場合における２０通りの振幅特性Ｇ_１（ω）〜Ｇ₂₀（ω）を求め、これらの振幅特性Ｇ_１（ω）〜Ｇ₂₀（ω）の各々と簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和がフラットであるかを判定した。しかし、「遅延時間の伸縮範囲を設定する設定手段」としての役割を操作部６５に与え、ＣＰＵ６１は、調整対象となったフィルタ係数ｈｔ_ｊにおける遅延時間ｔ_ｊをこの操作部６５により設定された伸縮範囲内で伸縮した場合における複数の振幅特性Ｇ（ω）を求めるようにしてもよい。この実施形態において、たとえば、操作部６５によって設定される遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の伸縮範囲の時間長をＴとした場合、Ｔを大きくすると、急峻なピークをより確実に抑制することができるものの、ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）が出力する残響音信号の波形は狙いとする残響音のものから遠ざかる。よって、狙いとする残響音のものに近い残響音信号を出力することにより急峻なピークの発生の抑制を重視する場合（物理特性重視）はＴを大きくし、急峻なピークの発生の抑制を重視することにより狙いとする残響音のものに近い残響音信号を出力することを重視する場合（聴感特性重視）はＴを小さくするとよい。

（４）上記実施形態のフィルタ係数列調整処理において、音場支援装置４０のＣＰＵ６１は、調整対象となったフィルタ係数ｈｔ_ｊにおける遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の調整後の振幅特性Ｇ（ω）と簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和である振幅特性がフラットになり、またはフラットに近づくように、その遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を調整した。しかし、フラットでない所望の振幅特性Ｃ（ω）を目標特性とし、簡略振幅特性Ｒ’（ω）−振幅特性Ｃ（ω）＋振幅特性Ｇ（ω）がフラットになるようにフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を調整してもよい。たとえば、音響空間１内の伝達関数の振幅特性を低音が強調されるようなものにした場合、高域になるほどゲインが小さくなるような振幅特性Ｃ（ω）を目標特性として上述した調整を行うとよい。また、このような遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の調整において、目標とする振幅特性Ｃ（ω）を数パターン用意し、操作部６５の操作を通じてそれらのうち１つを選択できるようにしてもよい。

（５）上記実施形態において、音場支援装置４０のＣＰＵ６１は、音響空間１へテスト音を放射させ、そのテスト音そのものの信号であるテスト信号と、音響空間１におけるそのテスト音の応答音の収音信号である応答信号とを取得し、テスト信号と応答信号のパワースペクトルの差を基に簡略振幅特性Ｒ’（ω）を算出した。しかし、このような実測結果を用いた算出に代えて、所望の音響空間の形状からその音響空間のインパルス応答を割り出すシミュレータを用いて簡略振幅特性Ｒ’（ω）を求めてもよい。また、ＲＯＭ６３に記憶された制御プログラムをそのようなシミュレータにインストールし、簡略振幅特性Ｒ’（ω）と振幅特性Ｇ（ω）の和がフラットな振幅特性になるような遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の調整をそのシミュレータが行い、調整後のフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を画面に表示させてもよい。

（６）上記実施形態において、音場支援装置４０のＣＰＵ６１は、ＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）に設定されているフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の伝達関数（周波数応答）の振幅特性や、フィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）うちの一部のフィルタ係数ｈｔ_ｊの遅延時間ｔ_ｊを伸縮した場合における伝達関数（周波数応答）の振幅特性を算出せず、当該音場支援装置４０とは別の装置にその算出を行わせてもよい。たとえば、フィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）の伝達関数（周波数応答）の振幅特性を算出するプログラムを実装したコンピュータと音場支援装置４０をネットワークを介して接続し、音場支援装置４０のＣＰＵ６１が、フィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）をこの通信インターフェースを介して送信し、コンピュータから返信されてくる振幅特性の算出結果のデータを用いて、フィルタ係数列調整処理を行うようにするとよい。

（７）上記実施形態のフィルタ係数調整処理では、音場支援装置４０のＣＰＵ６１は、フィルタ係数ｈｔ_ｊの遅延時間ｔ_ｊを伸縮させた場合における振幅特性Ｇ（ω）と簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和である振幅特性の最大ピークの振幅値と閾値ＴＨを比較し、最大ピークの振幅値が閾値ＴＨ以内に収まる場合には、その振幅特性Ｇと簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和である振幅特性がフラットであるとみなした。しかし、遅延時間ｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）を伸縮させた場合における振幅特性Ｇ（ω）と簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和である振幅特性がフラットか否かの判定に用いる閾値ＴＨを、可変としてもよい。たとえば、残響パラメータ記憶領域に記憶されたフィルタ係数ｈｔ_ｊ（ｊ＝１，２…ｇ）のうちから調整対象として選択したフィルタ係数ｈｔ_ｊにおけるフィルタ係数値ｈ_ｊが大きいほど、その遅延時間ｔ_ｊを伸縮させた場合における振幅特性Ｇと簡略振幅特性Ｒ’（ω）との和がフラットであるか否かの判定に用いる閾値ＴＨを大きくしてもよい。

（８）上記実施形態では、音場支援装置４０のＦＩＲフィルタ５３−ｉ（ｉ＝１〜４）にデフォルト残響パターンが設定されており、ＣＰＵ６１は、このデフォルト残響パターンにおける一部のＦＩＲフィルタ５３−ｉの遅延時間ｔ_ｊを調整してから該当のＦＩＲフィルタ５３−ｉに設定し直した。しかし、ＣＰＵ６１は、残響パターンを外部の装置から受信し、その残響パターンにおける一部のＦＩＲフィルタ５３−ｉの遅延時間ｔ_ｊを調整した上で該当のＦＩＲフィルタ５３−ｉに設定するようにしてもよい。

本発明の一実施形態である音場支援装置を含む音場支援システムの全体構成を示す図である。 図１の音場支援システムにおける音場支援装置の構成を示す図である。 図２の音場支援装置のＦＩＲフィルタに設定される音響パターンの一例を示す図である。 図２の音場支援装置のＣＰＵが実行する処理を示すフローチャートである。 振幅特性Ｇ（ω）の包絡曲線を示す図である。 図２の音場支援装置のＣＰＵが実行する振幅特性簡略化処理を示すフローチャートである。 簡易振幅特性Ｇ’（ω）を特定するまでの振幅特性簡略化処理の具体的な内容を示す図である。 フラットでない振幅特性とフラットである振幅特性の一例を示す図である。 図２の音場支援装置のＣＰＵが実行するフィルタ係数列調整処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…音響空間、１０…マイクロホン、２０…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…ＦＩＲフィルタ、５４…ＰＥＱ、５５…コンプレッサ、５６…スイッチ、５７…加算器、５８…レベル・ディレイマトリックス、６１…ＣＰＵ、６２…ＲＡＭ、６３…ＲＯＭ、６４…ノイズジェネレータ、６５…操作部。

Claims (6)

1. 音響空間の伝達関数の振幅特性を取得する振幅特性取得手段と、
   前記音響空間において収音された音を示す収音信号を遅延させた複数の遅延オーディオ信号を発生し、発生した複数の遅延オーディオ信号と前記音響空間の音響特性を制御するためのフィルタ係数列との積和演算を行い、前記積和演算の結果を示す残響音信号を生成するディジタルフィルタ処理手段と、
   前記フィルタ係数列から求められる伝達関数の振幅特性と前記音響空間の伝達関数の振幅特性との和がフラットな特性となるように、前記フィルタ係数列における少なくとも一部のフィルタ係数について、当該フィルタ係数を乗算する遅延オーディオ信号の前記収音信号からの遅延時間を調整するフィルタ係数列調整手段と
   を具備することを特徴とする音場支援装置。
2. 前記振幅特性取得手段は、スピーカから前記音響空間にテスト信号をテスト音として放射させ、マイクにより前記音響空間から前記テスト音の応答音を応答信号として取得し、前記テスト信号のパワースペクトルと前記応答信号のパワースペクトルとから前記音響空間の伝達関数の振幅特性を求めることを特徴とする請求項１に記載の音場支援装置。
3. 前記フィルタ係数列調整手段は、前記フィルタ係数列の中から値の大きい順にフィルタ係数を選択し、前記遅延時間の調整を行う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. 前記フィルタ係数列調整手段は、前記音響空間の伝達関数の振幅特性と前記フィルタ係数列の伝達関数の振幅特性との和である特性に表れる振幅値の最大値と平均値との差が閾値以内に収まるか否かにより前記フラットな特性か否かの判定を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の音場支援装置。
5. 音響空間の伝達関数の振幅特性を取得する振幅特性取得過程と、
   前記音響空間において収音された音を示す収音信号を遅延させた複数の遅延オーディオ信号を発生し、発生した複数の遅延オーディオ信号と前記音響空間の音響特性を制御するためのフィルタ係数列との積和演算を行い、前記積和演算の結果を示す残響音信号を生成するディジタルフィルタ処理過程と、
   前記フィルタ係数列から求められる伝達関数の振幅特性と前記音響空間の伝達関数の振幅特性との和がフラットな特性となるように、前記フィルタ係数列における少なくとも一部のフィルタ係数について、当該フィルタ係数を乗算する遅延オーディオ信号の前記収音信号からの遅延時間を調整するフィルタ係数列調整過程と
   を有する音場支援方法。
6. コンピュータを、
   音響空間の伝達関数の振幅特性を取得する振幅特性取得手段と、
   前記音響空間において収音された音を示す収音信号を遅延させた複数の遅延オーディオ信号を発生し、発生した複数の遅延オーディオ信号と前記音響空間の音響特性を制御するためのフィルタ係数列との積和演算を行い、前記積和演算の結果を示す残響音信号を生成するディジタルフィルタ処理手段と、
   前記フィルタ係数列から求められる伝達関数の振幅特性と前記音響空間の伝達関数の振幅特性との和がフラットな特性となるように、前記フィルタ係数列における少なくとも一部のフィルタ係数について、当該フィルタ係数を乗算する遅延オーディオ信号の前記収音信号からの遅延時間を調整するフィルタ係数列調整手段と
   を実現させるプログラム。

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