JPH03290697A

JPH03290697A - 音場制御装置および音響信号記録物

Info

Publication number: JPH03290697A
Application number: JP2094364A
Authority: JP
Inventors: Kenji Muraki; 健司村木; Koichi Kido; 城戸　鉱一; Masako Sone; 曽根　昌子
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-04-09
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1991-12-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、リスニングルーム内で音場制御を行う音場制
御装置に間するものである。

従来の技術近年、音響分野においては、原音再生から原音場再生へ
と技術動向が変化しつつあり、コンサートホールなとの
音場を再生する音場制御装置が開発されている。

従来の技術としては、たとえば特開昭６１−２５７０９
９号公報に開示されている音響制御装置がある。以下、
図面を参照しながら従来の音場制御装置について説明す
る。

第５図は従来の音場制御装置の構成を示すブロック図で
ある。第５図において、５０１は音響信号入力端子、５
０２は音響信号入力端子５０１から入力された音響信号
を再生する音場データにしたがって処理する信号処理装
置、５０３〜５０６は信号処理装置Ｆ　５Ｇ２で処理さ
れた信号を再生するスピーカ、５０７は信号を再生する
りスニングルームである。

このように構成された従来の音場ｌ＃ｌ＃装置について
、以下その動作について説明する。音響信号入力端子５
０１から入力された音響信号は信号処理装置５０２で処
理される。処理内容については後で詳述する。信号処理
装置５０２で処理された信号はりスニングルーム５０７
のあらかじめ決められた位置に配置されたスピーカ５０
３〜５０Ｂにより再生される。受聴者はりスニングルー
ム５０７のあらかじめ決められた位置において再生され
た音場を聴くことができる。

音響信号入力端子５０１から入力される音響信号は通常
２チヤンネルである。また、この従来例では、信号処理
装Ｗ５０２で処理された信号は４チヤンネルになるもの
とする。しかし、処理によっては、出力チャンネル数が
４チャンネル以上あるいは以下になることもある。

次に、信号処理装置５０２が行う処理について説明する
。入力信号をｘｌ　、　ｘ２　、出力信号をｙ１３／２
　、　Ｖ３　、３’４とすると、入力信号と出力信号と
は（５０１）式の関係がある。

Ｙ＝Ｈ＊　Ｘ　　　　　　　　　　　　　　・・・＋５
０１）ここで、Ｙ＝（ｙｌ　　・　ｙ２　・　ｙ３．、Ｖ４　　）”　
　　・・・　５０２）Ｘ＝　（ｘｌ　　、　　ｘ２　　
）　”　　　　　　　　　　　−（５０３）Ｈ＝　（Ｈ
ｌ　、Ｈ２）　　　　　　　　　　　・・・１５０４）
Ｈｌ　−（ｈｔｌ　、ｈｔ２．ｈ日、ｈｉｄ）”　　　
　　　　・・・　５０５）Ｈ２＝　（ｈｚｌ、ｈ２２．
ｈ２３　、ｈ２４）”　　　　　　　・・・（５０６）
ただし、“ネ”は畳込みを、“７”は転置行列を示し、
（５０５）式、（５０６）式のｈｌＪはチャンネルｊに
出力されるチャンネルｉの入力信号に畳み込むインパル
ス応答を示す６畳み込むインパルス応答ｈｌＪは実際の
コンサートホールでの測定やコンサートホールの形状を
もとにした計算機シミュレーションから決定される。ハ
ードウェアで実現する場合には、たとえば、ｈｌＪを初
期反射音と残響音とに分けて、それぞれをＦＩＲフィル
タとＩＩＲオールパスフィルタによる残響発生器とに担
当させたりする。

発明が解決しようとする課題しかしながら従来の構成では、すでに初期反射音や残響
音が含まれている入力音響信号を使う場合、さらに信号
処理装置による初期反射音や残響音が加えられてしまい
、音場制御が正しく行われな〜）という問題がある。

本発明は、このような従来の音場制御装置の問題を解決
するもので、入力音響信号にすでに含まれている初期反
射音や残響音の影響を除去して音場を再現できるように
した音場制御装置を提供することを目的とするものであ
る。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために本発明の音響信号記録物は、
音響信号記録部と、音響信号を記録したときの音源と収
音装置との間の伝達関数に関する情報を記録する伝達関
数記録部とで構成されている。

さらに、本発明の音場制御装置は、音響信号記録物の情
報を読み取る読み取り装置と、音響信号記録物の伝達間
数記録部から読み取った伝達関数に関する情報をもとに
音響信号記録物の音響信号記録部から読み取った音響信
号を補正する音響信号補正装置と、再生する音場データ
にしたがって音響信号記録部！の出力信号を処理する信
号処理装置とを備えたものである。

また、本発明の音場制御装置は、音響信号記録物の情報
を読み取る読み取り装置と、前記音響信号記録物の伝達
関数記録部から読み取った伝達関数に関する情報をもと
に再生する音場データを補正する音場データ補正装置と
、補正された音場データにしたがって前記音響信号記録
物の音響信号記録部から読み取った音響信号を処理する
信号処理装置とを備えたものである。

作用上記の構成により、音響信号記録物の伝達関数記録部か
ら読み取った伝達関数に関する情報をもとに前記音響信
号記録物の音響信号記録部から読み取った音響信号を補
正したあとで、再生する音場データにしたがって音響信
号補正装置の出力信号を処理する。

また、上記の構成により、音響信号記録物の伝達関数記
録部から読み取った伝達関数に関する情報をもとに再生
する音場データを補正し、補正された音場データにした
がって前記音響信号記録物の音響信号記録部から読み取
った音響信号を処理する。

実施例以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する
。

第１図は本発明の一実施例の音場副脚装置の構成を示す
ブロック図である。本実施例の目的は、逆フィルタによ
り音響信号記録物の音響信号記録部から読み取った音響
信号にすでに含まれている初期反射音や残響音の影響を
除去した補正音響信号を作り出し、その後に、別途設け
た音場データ記憶装置（図示せず）から得られた音場デ
ータにしたがって、信号処理装置で音場制御を行うこと
により、再生しようとする音場を正確に再現することで
ある。

第１図において、１０１は音響信号記録物の情報を読み
取る読み取り装置、１０２は読み取り装置１０１で読み
取った音響信号を補正する音響信号記録部！であり、こ
の音響信号補正装置１０２は音響信号記録物の伝達関数
記録部から読み取った伝達関数をもとに逆フィルタを推
定する逆フイルタ推定装置１０３と、この逆フィルタ推
定装ｆ１０３の出力により制御され、音響信号記録物の
音響信号記録部から読み取った音響信号の逆フィルタリ
ングを行なう逆フィルタ１０４を備えている。１０５は
再生する音場データにしたがって逆フィルタ１０４の出
力信号を処理する信号処理装置、１０６は音場再生を行
なうリスニングルーム、１０７　、１０８　、１０９１
１０は信号処理装置１０５の出力を再生するようにリス
ニングルーム１０６に設けられたスピーカである。

また、音響信号記録物の伝達関数記録部には音響信号を
記録したときの音源と収音装置との間のインパルス応答
が記録されているものとする。

このように構成された音場副脚装置について、以下その
動作について説明する６本実施例における音響信号補正
装置１０２の動作は、逆フイルタ推定動作と、逆フィル
タリングとに大別できる。

まず、読み取り装置１０１は音響信号記録物のデータを
読み出し、伝達関数に関する情報を音響信号補正装置１
０２の逆フイルタ推定装置１０３に送る。

この逆フイルタ推定動作について説明する。逆フィルタ
とは、音響信号を記録したときの音源と収音装置との間
の伝達関数を持つ系に直列に接続することにより、全体
のインパルス応答を単位サンプルとするフィルタである
。実際に用いられる逆フィルタは、離散的フーリエ変換
から求めるものと、逆畳み込みによるものの２つが考え
られる。

離散的フーリエ変換から求める逆フィルタは、その時間
長が非常に長いものとなるため、本実施例では逆畳み込
みによる逆フィルタを採用する。

音響信号記録物から読みとった、音響信号を記録したと
きの音源と収音装置との間のインパルス応答をａｆｎ）
、求める逆フィルタのインパルス応答をｈ（ｎ）、単位
サンプル応答をδ（ｎ）、逆フィルタの長さをｍとすれ
ば、（１０１）式のような直線畳み込みの関係が成り立
つ。

ΣＱ（ｋ）−ｈ［ｎ−ｋ）＝δ（ｎ−ｎｏ）　　　　　
−１１０１）（１０１）式でｎｏは逆フィルタの入出力
の時間ずれを表わすもので、スパイクポイントと呼ばれ
る。

ここで、逆フィルタの長さをｍに制限したので、（１０
１）式の左辺は正確には単位サンプルとはならない、し
たがって、（１０１）式は等号の成り立たない不能の連
立１次方程式となる。そこで、（１０１）式の左辺と単
位サンプルとの差を残差として、この残差の２乗和を最
小にすることで逆フィルタを推定する。すなわち、（１
０１）式を連立１次方程式として、最小２乗法を用いて
解けば逆フィルタが推定できる。

逆フィルタは、音響信号を記録したときの音源と収音装
置との間のインパルス応答ｇ（ｎ）が一定であれば、変
化しない、したがって、同一条件で録音された音響信号
に対しては、逆フイルタ推定は逆フィルタ推定装置１０
３において音場再生を始める前に１回だけ行なっておけ
ばよい０以上が逆フイルタ推定動作である。

次に、逆フイルタリング動作について説明する。

読み取り装置１０１は音響信号記録物のデータを読み出
し、音響信号５（ｎ）を音響信号補正装置１０２の逆フ
ィルタ１０４に送る。

ここで、逆フイルタ推定動作により、逆フィルタのイン
パルス応答ｈ（ｎ）が求められているので、音響信号５
（ｎ）に対しく１０２）式に示す直線畳み込みを行なえ
ば逆フィルタリングができ、逆フィルタ１０４により補
正された音響信号ｓ’　（ｎ）が得られる。

Σｈ（ｋ）　−５（ｎ−ｋ）＝　ｓ’　（ｎ）　　　　
　　　・（１０２）（１Ｇ２）式の直線畳み込みは、ｈ
（ｎ）を係数とするｍ次のＦＩＲフィルタで実現できる
。逆フィルタ１０４により補正された音響信号ｓ’（ｎ
）は音響信号記録物の音響信号記録部から読み取った音
響信号にすでに含まれている初期反射音や残響音の影響
を除去した信号である。

第２図（ａ）に音響信号を記録したときの片源と収音装
置との間のインパルス応答ｇ（ｎ）の−例の波形図を、
第２図（ｂ）にａ（ｎ）に対する逆フィルタのインパル
ス応答ｈ（ｎ）の波形図を、第２図（Ｃ）に９（ｎ）と
ｈ（ｎ）との直線畳み込みの結果の単位サンプル応答δ
（ｎ）の波形図をそれぞれ示す。

信号処理装置１０５、リスニングルーム１０６、スピー
カ１０７　、１０８　、１０９　、１１０の動作は従来
例と同じである。

以上のように、本実施例によれば、逆フィルタ１０４に
より音響信号記録物の音響信号記録部から読み取った音
響信号にすでに含まれている初期反射音や残響音の影響
を除去した補正音響信号を作り出すことができ、信号処
理装置１０５による再生しようとする音場を正確に再現
することができる。

第２図は本発明の他の実施例の音響制御装置の構成を示
すブロック図である０本実施例の目的は、音響信号記録
物の音響信号に含まれる残響音に関わりなく、音場デー
タ記憶装置の音場データに設定した残響時間の残響音を
付加した音場制御を行うものであり、このために、音響
信号の再生を始める前に、信号処理装置で付加される残
響音の残響時間を調整する。すなわち、音響信号記録物
の音響信号を記録したときの音源と収音装置との間のイ
ンパルス応答を信号処理装置で処理して、その処理結果
の残響時間を測定し、測定結果に応じて信号処理装置で
付加される残響音の残響時間を調整するのである。

第３図において、３０１は音響信号記録物の情報を読み
取る読み取り装置、３０２は読み取り装置３０１または
信号処理装置３０６のどちらか一方のインパルス応答を
選択する信号切り替え装置、３０３は信号切り替え装置
３０２が選択するインパルス応答から残響時間を求める
残響時間測定装置、３０４は再生に用いる音場データを
記憶しておく音場データ記憶装置、３０５は残響時間測
定装置３０３から得られる残響時間をもとに音場データ
記憶装置３０４の音場データのうち残響時間に関するデ
ータを補正する音場データ補正装置、３０６は音場デー
タ補正装置３０５で補正された音場データにしたがって
音響信号記録物から読み出した音響信号を処理する信号
処理装置、３０７は音場再生を行なうリスニングルーム
、３０８　、３０９　、３１０　、３１１は、信号処理
装置３０６の出力を再生するスピーカである。

このように構成された音場制御装置について、以下その
動作について説明する。この音場制御装置の動作は、音
場データ補正と音場制御に分けることができ、まず、音
場データ補正について説明する。はじめに、おおまかな
処理について述べた後、それぞれの処理の詳細を説明す
る。

読み取り装置３０１は音響信号記録物のデータを読み出
し、インパルス応答を信号切り替え装置３０２を経由さ
せて残響時間測定装置３０３に送る。

残響時間測定装置３０３はこのインパルス応答から音響
信号を記録したときの残響時間を求め、音場データ補正
装置３０５へ送る。音場データ補正装置３０５は、測定
された残響時間をもとに音場データ記憶装置３０４の残
響時間に関するデータを補正し、信号処理装置３０６へ
送る。信号処理装置３０６は補正された音場データにし
たがって音響信号記録物から読み取り装置３０１により
読み出したインパルス応答を処理する。信号処理装置３
０６が出力するインパルス応答は信号切り替え装置３０
２を経由して残響時間測定装置３０３に送られる。以後
、信号処理装置３０６が出力するインパルス応答に対し
て同様の処理を行なう。以上の処理の繰り返しにより、
信号処理装ｆｉ　３０６の出力するインパルス応答が音
場データ記憶装置３０４に設定されている残響、時間と
同じになるように残響時間に関するデータを補正してゆ
く。

残響時間測定装置３０３の処理の詳細を説明する。

残響時間Ｔ６゜は、室内の音のエネルギーが定常状態の
１０−６、すなわち−６０［ｄＢ］減衰するのに要する
時間である。したがって、残響時間Ｔ６゜を知るために
は残響波形がわかればよく、これはインパルス積分法に
より得られる。音響信号記録物から読みとった、音譬信
号を記録したときの音源と、３！音装買との間のインパ
ルス応答をｇ（ｎ）とすると、残響波形の２乗平均＜３
２　（ｊ）：＋は［３０１）式で与えられる。

０ｃｓ２（ｔ）＞＝Ｎｆ［ｇ（ｔ）］２ｄｔ　　　　　　
・・・（３０１）ただし、Ｎは定常ランダム音の単位周
波数あたりのパワーを示す定数である。残響波形の２乗
平均＜５２（ｔ）＞から、室内のエネルギが定常状態の
１０−６すなわち−６０［ｄＢ］減衰するのに要する時
間を調べれば、残響時間Ｔ６゜が得られる。

次に、音場データ補正装置３０５の残響音付加処理の＃
細を説明する。従来例で述べたように、残響音はＩＩＲ
オールパスフィルタによる残響発生器で発生させる。こ
の残響発生器の構成の一例を第４図に示す。第４図にお
いて、４０１は信号入力端子、４０２は双１次型オール
バスフィルタを７段直列接続したオールパスフィルタ、
４０３はオールパスフィルタ４０２と乗算器４０５の出
力を加算する加算器、４０４は加算器４０３の出力をｎ
サンプル遅延させる遅延器、４０５は遅延器４０４の出
力に定数ａを掛ける乗算器、４０６は信号出力端子であ
る。

オールパスフィルタ４０２を構成する双１次型オールパ
スフィルタは＋４０１）式の伝達間数Ｈａ（７）で表わ
される。

ＨａｆＺ）＝−Ｑ＋（ｆｌ−ｇ２　Ｎ−”）／（１−ｇ
　−１−”）・・・＋４０１）ここで、ｎは遅延サンプル数を表わし、１段目から７段
目までそれぞれ１〜１００［ｍｓ］程度の互いに異なる
遅延時間を実現するように決められる０ｇは１より小さ
い値であれば良いが、ここでは０．６程度とする。この
オールパスフィルタ４０２で処理された信号には、エコ
ー密度の高い残響音が付加される。

次に、加算器４０３と遅延器４０４と乗算器４０５で構
成される１次のＩＩＲフィルタにより残響時間が調整さ
れる。この１次のＩＩＲフィルタのインパルス応答ｙ［
ｋ）は＋４０２）式で表わされる。

ｙ（ｋ）＝ａ”・　　　　　　　　　　　、（４０２）
ただし、ｋ　／　ｎが整数でないときはｙ（ｋ）の値は
〇とし、ｎは２００Ｉｎｓ］程度の遅延を実現する値と
する。ここでｇの値を大きくすれば残響時間は増加し、
小さくすれば残響時間は減少する。したがって、ｇの値
により残響時間を調整できることになる。

音響信号記録物のインパルス応答を信号処理装置３０６
で処理した場合の残響時間は、信号処理装置３０６に音
響信号記録物のインパルス応答を入力した後、この処理
結果を信号切り替え装置３０２を介して残響時間測定装
置３０３に入力して、インパルス積分法により求められ
る。音響信号記録物にすでに含まれている残響音のため
に信号処理装置３０６の出力の残響時間が、台場データ
記憶装置から呼び出された再生音場の残響時間設定値よ
りも長い場合には、音場データ補正装置３０５により、
（４０２）式のｇを小さくする。もしも、ｇを小さくし
過ぎて、信号処理装置１１Ｆ　３０６の出力の残響時間
が、音場データ記憶装置から呼び出された再生音場の残
響時間設定値よりも短くなってしまった場合には、ｇを
大きくすればよい０ｇの変化幅を小さくしながら、以上
の処理を繰り返して、信号処理装２３０６の出力の残響
時間が、音場データ記憶装置から呼び出された再生音場
の残響時間設定値と等しくなるように（４０２）式のｇ
に対応する音場データの値を調整していく。

以上が音場データ補正動作である。この、音場データ補
正は、読み取り装置３０１に音響信号記録物がセットさ
れたら、音響信号再生を行なう前に自動的に行なわれる
ようにしておく。

次に、音場制御について説明する。残響時間に関するデ
ータの補正が終了した後、音場制御が行なわれる。読み
取り装置３０１から信号処理装置３０６に音響信号が供
給される。信号処理装置３０６は、音場データ補正装置
３０５によりすでに補正されている音場データにより音
響信号を処理する。

そして、信号処理装置３０６の出力はりスニングルーム
３０？内に配置されたスピーカ３０８　、３０９　。

３１０　、３１１により再生される。なお、複数のスピ
ーカにより音場制御を行なう場合には、各スピーカに対
する音場データについて補正を行なえばよい。

以上のように、本実施例によれば、音響信号記録物の音
響信号を記録したときの音源と収音装置との間のインパ
ルス応答を信号処理装置３０６で処理し、その出力の残
響時間を残響時間測定装置３０３で測定して、音場デー
タ補正装置により信号処理装置３０６で付加される残響
音の残響時間を調整することにより、音響信号記録物の
音響信号に含まれる残響音に関わりなく、音響データ記
憶装置３０４に設定されている残響時間の残響音を付加
した音場制御を行なうことができる。

発明の効果以上のように、本発明の音場制御装置によれば、音響信
号記録部と、音響信号を記録したときの音源と収音装置
との間の伝達関数に関する情報を記録する伝達関数記録
部とで構成された音響信号記録物を用い、音響信号補正
装置により音響信号記録物の伝達関数記録部から読み取
った伝達関数に関する情報をもとに音響信号記録物の音
響信号記録部から読み取った音響信号を補正することに
より、再生しようとする音場を正確に再現できるという
効果が得られる。

また前記音響信号記録物の伝達関数記録部から読み取っ
た伝達関数に関する情報をもとに再生する音場データを
補正することにより、再生しようとする音場を正確に再
現できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の音場制御装置の構成を示す
ブロック図、第２図（ａ）は音響信号を記録したときの
音源と収音装置との間のインパルス応答ｇ（ｎ）の−例
を示す波形図、第２図（ｂ）はｇ［ｎ）に対する逆フィ
ルタのインパルス応答ｈ（ｎ）を示す波形図、第２図（
Ｃ）はｃ＋（ｎ）とｈ（ｎ）との直線畳み込みの結果を
示す波形図、第３図は本発明の他の実施例の音場制御装
置の構成を示すブロック図、第４図はＩＩＲオールパス
フィルタによる残響発生器の構成を示すブロック図、第
５図は従来の音場制御装置の構成を示すブロック図であ
る。１０１　、３０１・・・読み取り装置、１０２・・・音
響信号補正装置、１０３・・・逆フイルタ推定装置、１
０４・・・逆フィルタ、１０５　、３０６・・・信号処
理装置、１０６　、３０７・・・リスニングルーム、１
０７　、１０８　、１０９　、１１０　。３０８　、３０９　、３１０　、３１１・・・スピーカ
、３０２・・・信号切り替え装置、３０３・・・残響時
間測定装置、３０４・・・音場データ記憶装置、３０５
・・・音場データ補正装置。

Claims

【特許請求の範囲】１、音響信号記録物の情報を読み取る読み取り装置と、前記音響信号記録物の伝達関数記録部から読み取つた伝達関数に関する情報をもとに前記音響記録
物の音響信号記録部から読み取った音響信号を補正する
音響信号補正装置と、再生する音場データにしたがって
前記音響信号補正装置の出力信号を処理する信号処理装置とを備
えた音場制御装置。２、音響信号記録物の情報を読み取る読み取り装置と、前記音響信号記録物の伝達関数記録部から読み取った伝達関数に関する情報をもとに再生する音場
データを補正する音場データ補正装置と、補正された音場データにしたがって前記音響信号記録物の音響信号記録部から読み取つた音響信号
を処理する信号処理装置とを備えた音場制御装置。３、音響信号記録部と、音響信号を記録したときの音源
と収音装置との間の伝達関数に関する情報を記録する伝
達関数記録部とで構成された音響信号記録物。