JP5467305B2

JP5467305B2 - 反射音生成装置

Info

Publication number: JP5467305B2
Application number: JP2008145501A
Authority: JP
Inventors: 博文柳川
Original assignee: Chiba Institute of Technology
Current assignee: Chiba Institute of Technology
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2028-06-03
Also published as: JP2009296111A

Description

本発明は、スピーカによる再生音場に反射音を付加して残響特性を向上させ、拡がりのある音場を提供する反射音生成装置に関する。

従来、原音場と再生音場の残響特性を測定し、その残響特性の差から再生音場の残響特性を原音場の残響特性に近似させるように、再生音に反射音パターンを付加し、再生音場で再生することが提案されている（特許文献１）。

また、左右のチャンネルに共通に設けられた単一の振動板で構成されるスピーカを、左右各チャンネルの信号に対応した加振器で加振して音を再生する音響再生システムにおいて、スピーカに供給する音響信号を加工処理して、音像定位方向（聴取者が音源を感じる方向）を調整する音響信号処理装置が知られている（特許文献２）。この音響信号処理装置は、入力された左右の各チャンネルの再生信号を音場調整フィルタを通して互いに他方のチャンネル側へ夫々通過させて、再生信号に音像定位の特性を付与するように時間遅れ及びレベルを調整する一方、遅延回路により所定の時間遅れをもって夫々通過させた各チャンネルの再生信号から、音像調整フィルタを通した他チャンネルの信号を演算出力器により減算処理して、各加振器へ出力するものである。
特開２００３−２５５９５５号公報特許第３９０９０６５号公報

上記従来のもののうち、前者においては、再生音場の残響特性を原音場の残響特性に近似させるものであるが、音像定位によるさらに広がりのある音響効果を得ることができない。後者においては、スピーカ出力による再生音場で音像定位を知覚できるが、音像定位させる対象の音は任意の音源から発生された直接音を想定しており、特に反射音を対象としていないので、再生音場の拡がり感を知覚させることを意図していない。
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、スピーカから出力される再生音場での環境に影響される音場の拡がりを向上させると共に、反射音に音像定位の効果を付加する反射音生成装置の提供を課題とする。

本発明においては、上記課題を解決するため、音源の再生信号から反射音信号を生成して左右のスピーカ２ａに供給することにより残響効果を向上させる反射音生成装置１において、所望の音響環境において得られる反射音を再生音場において再現するために、反射音生成手段４が音源の再生信号に反射音が有する複数の異なる時間遅れを付加する。これらの時間遅れが付加された反射音信号を音像定位フィルタ６にそれぞれ通過させ、反射音に音像定位の特性を付与する。音像定位フィルタ６を通過した複数の反射音信号を混合手段５が合成する。音像定位フィルタ６は、各再生信号を複数の周波数帯域に分け、各周波数帯域ごとに時間遅れ及びレベルを調整する所定の通過特性を割り当てられた複数のバンドパスフィルタＢＰ_１１・・・ＢＰ_Ｎｎ，ＢＰ'_１１・・・ＢＰ'_Ｍｎ、で構成し、周波数帯域に応じた音像定位の特性を付与することとする。
また、バンドパスフィルタＢＰ_１１・・・ＢＰ_Ｎｎ，ＢＰ'_１１・・・ＢＰ'_Ｍｎには、反射音信号の周波数帯域ごとにそれぞれ所定の追加時間遅れτ_１１・・・τ_Ｎｎ，τ'_１１・・・τ'_Ｍｎを付加する時間遅れ設定手段と、所定の追加ゲインｋ_１１・・・ｋ_Ｎｎ，ｋ_１１・・・ｋ'_Ｍｎを付加するゲイン設定手段とを設ける。
さらに、時間遅れ設定手段及びゲイン設定手段は、複数のバンドパスフィルタＢＰ_１１・・・ＢＰ_Ｎｎ，ＢＰ'_１１・・・ＢＰ'_Ｍｎを通じて調整された反射音信号を受けてスピーカ２ａが発生する音を、音源を所望の位置に設置した時の音に近似させるように時間遅れτ_１１・・・τ_Ｎｎ，τ'_１１・・・τ'_Ｍｎ及びレベルｋ_１１・・・ｋ_Ｎｎ，ｋ_１１・・・ｋ'_Ｍｎを調整するように設定する。

本発明によれば、音源の再生信号に反射音を付加することによって、スピーカが設置された再生音場の音響環境に関わらず、所望の良好な残響効果を得ることができ、拡がりのある音場を提供することができると共に、音像定位を知覚させてより臨場感に富む音場を提供することできる。

本発明の実施の一形態を図面について説明する。
図１において、パワーアンプ２ｂを通じて左右のスピーカ２ａに再生信号を出力する反射音生成装置１は、左右各チャンネルに対応する入力端子３Ｌ，３Ｒ、反射音生成回路４Ｌ，４Ｒ、混合器５Ｌ，５Ｒ及び音像定位フィルタ群６を備えている。入力端子３Ｌ，３Ｒにはデジタル化された音響信号が入力される。ただし、反射音生成装置１がＡＤ変換器を内蔵し、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する構成としてもよい。各チャンネルの入力端子３Ｌ，３Ｒに入力された信号は、反射音生成回路４Ｌ，４Ｒ及び音像定位フィルタ群６を通して混合器５Ｌ，５Ｒに供給される。

反射音生成回路４Ｌ，４Ｒは、原音場の再生信号に再生音場における残響効果を生む反射音を付加するために再生信号に複数の異なる時間遅れｔ_１・・・ｔ_Ｎ，ｔ'_１・・・ｔ'_Ｍをそれぞれ付加し順次出力する。

反射音生成回路４Ｌ，４Ｒから出力された反射音信号は、音像定位フィルタ群６を通して左右のチャンネルの混合器５Ｌ，５Ｒに供給される。左右の各チャンネルの混合器５Ｌ，５Ｒは、音像定位フィルタ群６を通過したそれぞれのチャンネルの信号と、互いに他方のチャンネルの信号とを混合して出力する。

音像定位フィルタ群６は、左右の各チャンネルについて複数の音像定位フィルタＨ₁，・・・Ｈ_Ｎ，Ｈ'₁・・・Ｈ'_Ｍを備えている。音像定位フィルタＨ₁，・・・Ｈ_Ｎは、左チャンネルの入力信号のＮ個の反射音をＮ個の方向に音像定位させるフィルタである。音像定位フィルタＨ'₁・・・Ｈ'_Ｍは、右チャンネルの入力信号のＭ個の反射音をＭ個の方向に音像定位させるフィルタである。これらの音像定位フィルタは、図３，図４に示すように、複数の異なる時間遅れの各反射音信号を所定の周波数帯域に分けて通過させる複数のバンドパスフィルタＢＰ_１１ｎ・・・ＢＰ_Ｎｎ，ＢＰ'_１１・・・ＢＰ'_Ｍｎをそれぞれ有する。これらのバンドパスフィルタは周波数帯域ごとに音像定位方向を調整し、協働して周波数帯域全体をカバーする。各バンドパスフィルタＢＰ_１１・・・ＢＰ_Ｎｎ，ＢＰ'_１１・・・ＢＰ'_Ｍｎには、それらのインパルス応答δ_１１・・・δ_Ｎｎ，δ'_１１・・・δ'_Ｍｎに所定の追加時間遅れτ_１１・・・τ_Ｎｎ，τ'_１１・・・τ'_Ｍｎを付加する時間遅れ設定手段と、所定の追加ゲインｋ_１・・・ｋ_Ｎ（ｋ'_１・・・ｋ'_Ｎ）を付加するゲイン設定手段とを有する。

一般に、音響システムにおいては、左右のスピーカから聴取者の互いに反対側の耳に入る音が存在するために音場の拡がりが小さく知覚され、さらに、左右のスピーカから反対側の耳までの音の伝達特性は周波数帯域によって異なる。このため、本実施形態の反射音生成装置１では、各反射音信号を複数の帯域に分けて周波数帯域ごとにインパルス応答がそれぞれ設定された音像定位フィルタＨ₁，・・・Ｈ_Ｎ，Ｈ'₁・・・Ｈ'_Ｍに通過させて反射音に音像定位の特性を付加する。

音像定位フィルタＨ₁・・・Ｈ_Ｎ，Ｈ'₁・・・Ｈ'_Ｍの設計方法ついて図５のフローチャートを参照して説明する。なお、各音像定位フィルタＨ₁・・・Ｈ_Ｎ，Ｈ'₁・・・Ｈ'_Ｍは同一の設計方法によるため、説明上一つの音像調整フィルタにモデル化し、各音像調整フィルタを識別する符号の添字は省略する。

先ず、図５のステップＳ１において、図６に示すように、分割帯域の試験用バンドパスフィルタＢＰ_ｉ（ｉは帯域を表す番号であり、ｉ＝１〜ｎ；ｎはバンドパスフィルタの個数）にインパルスを入力したときの各インパルス応答を第１試験信号Ｓｍ_ｉとする。各バンドパスフィルタＢＰ_ｉの中心周波数ｆｃ_ｉ、帯域幅ｆΔ_ｉ、及び個数Ｎは、処理の対象となる各反射音信号の周波数領域（例えば１０００Ｈｚ〜３０００Ｈｚ）をカバーできるように設定する。本実施形態では、バンドパスフィルタＢＰ_ｉとして例えば直線位相形ＦＩＲバンドパスフィルタを用いるものとする。

次にステップＳ２において、図７に示すように、各第１試験信号Ｓｍ_ｉを逆位相に位相反転して、第２試験信号Ｓｃ_ｉとする。

次に、ステップＳ３において、図８に示すように、第１試験信号Ｓｍ_ｉを左のスピーカ２ａに入力すると共に、第２試験信号Ｓｃ_ｉを時間遅れ調整器１１及びレベル調整器１２を通して右のスピーカ２ａに入力し、スピーカ２ａから発生する音をその前方に設置したダミーヘッドマイクロフォン１３で収音して、その測定信号をＳＬ_ｉ，ＳＲ_ｉとする。なお、ダミーヘッドマイクロフォン１３は、人の左右両耳の位置の音圧を測定可能なマイクロフォンである。

次にステップＳ４において、ダミーヘッドマイクロフォン１３による左右両耳の測定信号ＳＬ_ｉ，ＳＲ_ｉの時間差及びレベル差が、左のスピーカ２ａよりも更に左側の位置に単独のスピーカを設置した場合に測定される左右の信号（以下、基準信号という）ＳＬ^＊ _ｉ，ＳＲ^＊ _ｉの時間差及びレベル差に最も近似するように、時間遅れ調整器１０及びレベル調整器１１で第２試験信号Ｓｃ_ｉの時間遅れ及びレベルを調整する。こうして調整した時間遅れを調整時間遅れτ_ｉとし、また、調整した第２試験信号Ｓｃ_ｉの最大値Ｍｃｉと、第１試験信号Ｓｍ_ｉの最大値Ｍｍ_ｉとの比率（Ｍｃ_ｉ／Ｍｍ_ｉ）を調整ゲインｋ_ｉとする。なお、基準信号ＳＬ^＊ _ｉ、ＳＲ^＊ _ｉは、図９に示すように、例えばダミーヘッドマイクロフォン１３の左真横に、左右チャンネルが独立した通常タイプのスピーカである基準スピーカ１４を設置し、この基準スピーカ１４に第１試験信号Ｓｍ_ｉを入力することにより予め測定しておくものとする。なお、基準スピーカ１４に第２試験信号Ｓｃ_ｉを入力して基準信号ＳＬ^＊ _ｉ、ＳＲ^＊ _ｉを測定してもよい。

また、第１試験信号Ｓｍ_ｉと、該当する周波数帯域についての聴取者の左真横の位置から聴取者の頭部までの伝達関数ＨＲＴＦのフーリエ逆変換である両耳のインパルス応答とを畳み込むことにより、音源を左真横に置いたときと同様の信号を得ることができ、この信号を基準信号ＳＬ^＊ _ｉ，ＳＲ^＊ _ｉとしてもよい。

上記の説明では、スピーカ２ａからの測定信号ＳＬ_ｉ，ＳＲ_ｉを基準信号ＳＬ^＊ _ｉ、ＳＲ^＊ _ｉに厳密に近似させることとしたが、これに限らず、時間遅れ調整器１０及びレベル調整器１１で調整しながら実際に聴取して感覚的に音像位置を自由に決定できる。

次にステップＳ５において、図１０に示すように、音像調整フィルタにおける各帯域のバンドパスフィルタＢＰ_ｉ（ＢＰ_１・・・ＢＰ_Ｎ）の時間遅れ設定手段の追加時間遅れτ_１・・・τ_Ｎ及びゲイン設定手段の追加ゲインｋ_１・・・ｋ_Ｎを、それぞれ先にステップＳ４で得た該当する帯域ｉの調整時間遅れτ_ｉ及び調整ゲインｋ_ｉに設定することにより、インパルス応答δ_ｉを調整時間遅れτ_ｉだけ遅らせると共に、インパルス応答δ_ｉに調整ゲインｋ_ｉを掛けて、インパルス応答ｈｃ_ｉ（ｈｃ_１・・・ｈｃ_Ｎ）とする。
そしてステップＳ６において、図１１に示すように、インパルス応答ｈｃ_ｉ（ｈｃ_１・・・ｈｃ_Ｎ）を全て足し合わせて一つのインパルス応答ｈｃとし、このインパルス応答ｈｃを音像定位フィルタＨの通過特性とする。

このように、図６に示すフィルタ設計手順では、スピーカ２ａから発生する音に基づいて、音像調整フィルタの特性を設定するので、当該スピーカ２ａの音響特性に応じた最適な音像定位フィルタを設計することができる。その際、周波数帯域毎のインパルス応答を用いてフィルタ特性を設計するので、周波数の相違に応じた音の伝達特性の変化を考慮してより適切なフィルタ設計を行うことができる。さらに、音像定位フィルタの特性設定の際、基準信号ＳＬ^＊ _ｉ，ＳＲ^＊ _ｉを測定するための基準スピーカ１４の位置に応じた音像定位方向が得られるので、この基準スピーカ１４の位置を適宜設定することで、音像定位方向を調整することが可能である。

このように構成した反射音生成装置１においては、反射音生成回路４Ｌ，４Ｒを通じて再生信号に複数の異なる時間遅れｔ_１・・・ｔ_Ｎ（ｔ'_１・・・ｔ'_Ｍ）をそれぞれ付加することにより順次反射音信号を生成する。さらに音像定位フィルタ群６において、バンドパスフィルタＢＰ_１１ｎ・・・ＢＰ_Ｎｎ，ＢＰ'_１１・・・ＢＰ'_Ｍｎが各反射音信号を分割帯域ごとに通過させ、時間遅れ設定手段により設定された所定の追加時間遅れτ_１１・・・τ_Ｎｎ，τ'_１１・・・τ'_Ｍｎを付加すると共に、ゲイン設定手段により設定された所定の追加ゲインｋ_１１・・・ｋ_Ｎｎ（ｋ'_１１・・・ｋ'_Ｎｎ）を付加して、反射音信号に音像定位の特性を付与する。そして、音像定位フィルタ群６を通過した各反射音信号は混合器５Ｌ，５Ｒにより混合してパワーアンプ２ｂを介し左右のスピーカ２ａから出力される。これによって形成される再生音場は、図２に示すように、反射音信号を含まない通常の再生信号であれば同図（Ａ）のハッチングで示す範囲に知覚される聴取環境であっても、同図（Ｂ）のハッチングで示すより広い範囲に知覚される良好な残響効果をもたらすと共に、音像定位の効果をもたらす。

本発明に係る反射音生成装置の構成図である。音場を比較する説明図である。左チャンネルの信号に対する各音像定位フィルタにおけるバンドパスフィルタのインパルス応答の説明図である。右チャンネルの信号に対する各音像定位フィルタにおけるバンドパスフィルタのインパルス応答の説明図である。音像定位フィルタを設計する手順を示すフローチャートである。音像定位フィルタの設計方法において各帯域のバンドパスフィルタのインパルス応答から第１試験信号を得る手順の説明図である。第１試験信号から第２試験信号を得る手順の説明図である。測定信号ＳＬ_ｉ，ＳＲ_ｉの測定手順の説明図である。基準信号ＳＬ^＊ _ｉ、ＳＲ^＊ _ｉの測定手順の説明図である。各音像定位フィルタにおけるバンドパスフィルタのインパルス応答δ_ｉからインパルス応答ｈｃ_ｉを求める手順の説明図である。インパルス応答ｈｃ_ｉから各音像定位フィルタの特性であるインパルス応答ｈｃを求める手順の説明図である。

符号の説明

１反射音生成装置
２ａスピーカ
３Ｌ，３Ｒ入力端子
４Ｌ，４Ｒ反射音信号生成回路
５Ｌ，５Ｒ混合器
６音像定位フィルタ
ＢＰ_１１・・・ＢＰ_Ｎｎバンドパスフィルタ
ＢＰ'_１１・・・ＢＰ'_Ｍｎバンドパスフィルタ
δ_１１・・・δ_Ｎｎインパルス応答
δ'_１１・・・δ'_Ｍｎインパルス応答
τ_１１・・・τ_Ｎｎ追加時間遅れ
τ'_１１・・・τ'_Ｍｎ追加時間遅れ
ｋ_１１・・・ｋ_Ｎｎ追加ゲイン
ｋ_１１・・・ｋ'_Ｍｎ追加ゲイン

Claims

音源の再生信号から反射音信号を生成して左右のスピーカに供給することにより残響効果を向上させる反射音生成装置において、
所望の音響環境において得られる反射音を再生音場において再現するために、前記音源の再生信号に当該反射音が有する複数の異なる時間遅れを付加して複数の反射音信号を生成する反射音生成手段と、
これらの反射音信号をそれぞれ通過させ、反射音信号ごとに音像定位の特性を付与するように反射音信号に対応する複数の音像定位フィルタを備えた音像定位フィルタ群と、
前記音像定位フィルタを通過した反射音信号を合成する混合手段とを具備し、
前記音像定位フィルタは、前記反射音信号を複数の周波数帯域に分けて通過させ、当該反射音信号に応じて周波数帯域ごとに個別に設定した音像定位の特性を付与する複数のバンドパスフィルタを具備し、
これらのバンドパスフィルタには、周波数帯域に応じて個別に所定の追加時間遅れを付加する時間遅れ設定手段と、所定の追加ゲインを付加するゲイン設定手段とを備えることを特徴とする反射音生成装置。
前記時間遅れ設定手段及びゲイン設定手段は、前記複数のバンドパスフィルタを通じて調整された前記反射音信号を受けて前記スピーカが発生する音を、音源を所望の位置に設置した時の音に近似させるように時間遅れ及びレベルを調整するように設定されることを特徴とする請求項１に記載の反射音生成装置。