JPH0562752B2

JPH0562752B2 -

Info

Publication number: JPH0562752B2
Application number: JP60099244A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Ando; Hiromi Saotome
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1985-05-10
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1993-09-09
Also published as: JPS61257099A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕この発明は、通常のリスニングルームや部屋等
のいながらにして、あたかも別の音響空間、例え
ば広いホール等にいるような臨場感をかもし出す
ことのできる音響制御装置に関する。〔従来の技術〕通常のリスニングルームや部屋において音楽を
聴く場合、ソースに何らかの残響音を付加するこ
とにより、臨場感を変化させることができる。残
響音を付加する装置として、従来はソース自体に
含まれる残響成分を、例えば左右のチヤンネル信
号を引算することにより抽出して、これを適当に
強調したり、遅延したり、位相を変えたりする、
いわゆるサウンドプロセツサがあつた。第２図は、このような従来のシステムを概念図
で示したものである。すなわち、従来はコントロ
ールフアクタ１０として、レコードやテープ等の
ソース１２自体に含まれる残響成分を利用して、
この残響成分をプロセツサ１４で抽出し、増強、
遅延、移相等の処理をして、アンプ１６，１８を
介してスピーカ２０，２２に供給するようにして
いた。ところが、ソース１２に含まれる残響成分は、
録音時にミキシングやエコー付けなどの処理によ
り付与された人工的なものであり、当然自然な残
響音とは異なり、これをいくら増強したり遅延さ
せたり、位相変化させたりしたところで、到底、
実際のホールの臨場感を得るまでには至らなかつ
た。また、ソース自体に含まれている残響成分し
か利用できないので、残響感が固定的であり、リ
スナーが各種のホール空間を自由自在に再現させ
ることなど全く不可能であつた。〔発明が解決しようとする問題点〕この発明は、前記従来の技術における問題点を
解決して、実際のホール等の自然な臨場感を忠実
に再現することができる音響制御装置を提供しよ
うとするものである。〔問題点を解決するための手段〕この発明は、受聴点の全周囲を取り囲むように
少なくとも４個以上のスピーカ再生手段を配置
し、ホール等の音響空間における反射音の各仮想
音源位置に対応して求められる反射音データに基
づき、前記各スピーカ再生手段を用いて前記受聴
点の周囲に前記音響空間またはこれに類似したモ
デル空間における多数の反射音を再生するため
に、前記各スピーカ再生手段で発すべき反射音群
のインパルス応答特性を反射音パラメータとして
それぞれ記憶し、これら記憶された各反射音パラ
メータに基づき、共通のソース信号に対して畳込
み演算することにより、各スピーカ再生手段で発
すべき多数の反射音群の信号をそれぞれ生成する
とともに、前記各スピーカ再生手段の対応する位
置のものにそれぞれ供給するようにしたもので、
これにより前記音響空間またはこれに類似したモ
デル空間で前記ソース信号を再生したときに得ら
れる多数の反射音の生成状態を、各反射音の方向
性まで含めほぼ同等に再現できるようにしたもの
である。なお、ここでいう「反射音データ」とは、音響
空間において反射音を構成する要素となるデータ
であり、具体的には仮想音源分布等から求められ
る反射音の到来方向、距離（＝遅れ時間）および
振幅レベル等のデータである。また、「反射音パラメータ」とは、反射音デー
タで特定される反射音を、リスニングルーム等に
おいて受聴点（リスナーが聴く位置）の周囲に配
した複数のスピーカでシミユレートするために、
各スピーカから発すべき反射音を生成するための
パラメータであり、具体的には遅れ時間とゲイン
のパラメータである。この反射音パラメータは、
反射音データと、受聴点に対するスピーカの位置
等の関係で求められる。〔作用〕この発明の前記解決手段によれば、実際のホー
ル等の反射音データに基づき反射音をシミユレー
トするので、そのホール等の臨場感を忠実に再現
することができる。〔発明の原理〕この発明で利用される反射音データとしては、
反射音の到来方向、遅れ時間、振幅レベル等があ
る。これらの反射音データは、例えばホール等の
音響空間における仮想音源分布により求めること
ができる。ここで、仮想音源とは、ホール等の音
響空間において、特定の受音点から見た実効的な
反射音の音源をいう。すなわち、実音源（実際の
音源をいう。）から発せられた音は、直接音とし
て受音点に直接到達するほか、壁、天井、床、座
席等音響空間内のあらゆる反射性部分にて反射
し、受音点に到達する。この場合、受音点では、
反射音は受音点と壁面等の反射点とを結ぶ線の延
長上にある音源から発せられてきた音として見な
すことができるから、これをその受音点における
仮想の音源すなわち仮想音源として把えることが
できる。したがつて、ある受音点における音響空間は、
その受音点での仮想音源の分布として把握するこ
とができ、通常のリスニングルームや部屋等にお
いても、各仮想音源からの反射音をシミユレート
すれば、その音響空間を再現し得て、実際にその
音響空間内にいるかのような臨場感を味わうこと
ができる。仮想音源の位置は、受音点からの方向と距離で
決定されるから、その仮想音源からの反射音をシ
ミユレートするには、直接音を仮想音源の方向か
ら、その距離に対応した時間遅れで、かつ反射音
の振幅レベルに応じた音量で発すればよい。そし
て、これを音響空間における各仮想音源１つ１つ
についてそれぞれ行なえば、その音響空間を再現
することができる。仮想音源の求め方としては、再現しようとする
ホール等の音響空間で実際にインパルス応答を測
定して求める方法とか、ホール等の音響空間の形
状から計算により求める方法とがある。測定により求める方法前者の測定による方法としては、いわゆる４点
法と呼ばれるものがある。これは、音響空間内の
近接した４点のインパルス応答の時間差を利用し
て、その点から見た仮想音源の座標を求めるもの
である。インパルス応答は、実音源と仮想音源から同時
にインパルスを発したときの受音点での収音信号
であると考えられ、応答の初期部分では反射音が
重ならず個々に識別できるので、これを利用して
仮想音源の分布を得る。４点法による測定は、第３図に示すように、対
象とする音響空間２４内の音源２６によるインパ
ルス応答をごく近接した４つの受音点ｏ，ｘ，
ｙ，ｚで測定する。これらの受音点ｏ，ｘ，ｙ，
ｚは一平面上にないことが必要条件であるが、後
の処理を容易にするため、第４図に示すように、
１つの受音点ｏを基準の原点として、他の３つの
受音点ｘ，ｙ，ｚが直交座標を形成するように配
置する。原点ｏとの距離は等しくｄとする。無響室内に反射板を１枚設置した簡単な実験を
例に説明する。各受音点ｏ，ｘ，ｙ，ｚにおけるマイクロホン
MIC_p，MIC_x，MIC_y，MIC_z，の出力は、第５図
に示すようになる。これは、直接音が各マイクロ
ホンMIC_p，MIC_x，MIC_y，MIC_zにそれぞれ時刻
to₀，tx₀，ty₀，tz₀，に入射し、反射板からの反
射音がto₁，tx₁，ty₁，tz₁に入射したことを示し
ている。第６図は、反射音の工程を模式的に示したもの
である。音源２６は受音点ｏ，ｘ，ｙ，ｚから見
てｙ軸の方向にあるので、直接音はまずマイクロ
ホンMIC_yに入射し、次にマイクロホンMIC_p，
MIC_x，MIC_zにほぼ同時に入射する。このため、
第５図のように、 ty₀＜to₀≒tx₀≒tz₀ が直接音について成立し、反射音については、 ty₁＜to₁≒tz₁≒tx₁ が成立する。各受音点ｏ，ｘ，ｙ，ｚから仮想音源２６′ま
での距離ro₁，rx₁，ry₁，rz₁は音速をｖとすると
次式で表わされる。 ro₁＝ｖ・to₁ rx₁＝ｖ・tx₁ ry₁＝ｖ・ty₁ rz₁＝ｖ・tz₁ 任意の仮想音源の座標を（X_o，Y_o，Z_o）、その
仮想音源から各受音点ｏ，ｘ，ｙ，ｚまでの距離
をそれぞれro_o，rx_o，ry_o，rz_oとして、各受音点
ｏ，ｘ，ｙ，ｚを中心とし、仮想音源を表面上に
もつ球の方程式は、 Xn²＋Yn²＋Zn²＝ro_o ² （Xn−ｄ）²＋Yn²＋Zn²＝rx_o ² Xn²＋（Yn−ｄ）²＋Zn²＝ry_o ² Xn²＋Yn²＋（Zn−ｄ）²＝rz_o ² となる。この式を解くと、 Xn＝d²＋ro_o ²−rx_o ²／2d Yn＝d²＋ro_o ²−ry_o ²／2d Zn＝d²＋ro_o ²−rz_o ²／2d となる。以上のようにして、各反射音に対応する仮想音
源の座標を決定することができる。一般に、インパルス応答は第５図のように単純
ではなく、多くの反射音が集まつて複雑な形をし
ている。特定の反射音が作り出したピークを各受
音点のインパルス応答から選び出すには、短い区
間の相互相関を用いる。すなわち、マイクロホン
MIC_pの出力のある区間と最も相互相関係数が大
きくなるような区間をマイクロホンMIC_x，
MIC_y，MIC_zの出力の中から選び出して、反射音
の到来時間to_o，tx_o，ty_o，tz_oを決定する。以上説明した４点法によりあるホールの仮想音
源分布を測定した一例を第７図〜第９図に示す。
第７図はＸ−Ｙ平面（水平面）への投影図、第８
図はＹ−Ｚ平面への投影図、第９図はＸ−Ｚ平面
の投影図である。図中ｏの大きさは反射音のレベ
ルを表わし、これは例えばマイクロホンMIC_pで
代表して測定される。計算により仮想音源を求める方法仮想音源を測定によらず計算により求める方法
としては、鏡像法がある。これら第１０図に示す
ように、壁面２４を鏡にたとえ、実音源２７から
音を発し、受音点２８で音を受ける場合に壁面２
４での反射音を鏡でいう虚像位置にある音源３０
から仮想的に発せられたものとみなし、これら仮
想音源３０を音響空間の壁面形状に応じて求めて
いくものである。鏡像法によりあるホールの仮想音源分布を求め
た一例を第１１図、第１２図に示す。第１１図は
Ｘ−Ｙ平面（水平面）への投影図、第１２図はＹ
−Ｚ平面への投影図である。鏡像法の場合、振幅
レベルは、受音点２８から仮想音源までの距離に
応じてそれぞれ設定する。以上のようにして測定あるいは計算により求め
られた仮想音源分布のデータに基づいて、各仮想
音源からのソース信号の反射音をリスニングルー
ム等でシミユレートする場合、リスニングルーム
等内の四方に複数のスピーカを配置し、ソース信
号を適宜のスピーカ（仮想音源の方向に対応）か
ら適宜の時間遅れ（仮想音源までの距離に対応）
と適宜の音量（反射音の振幅レベルに対応）で発
することにより、ソース信号の反射音をシミユレ
ートすることができる。この場合、リスニングルーム等内における受聴
点すなわちリスナーが聴く位置と各スピーカとの
位置によつて受聴点で聴く反射音の方向、距離、
レベルが変動するから、受聴点に対するスピーカ
の位置（方向および必要に応じて距離）も考慮し
て、いずれの方向のスピーカからどの程度の音量
と遅れ時間で反射音を発するかを算出する。また、スピーカは理想的にはすべての仮想音源
の方向に配置する必要がある。しかし、それを実
現するには、受聴点を中心にリスニングルーム等
の少なくとも上半球面に漏れなくスピーカを配置
することになり、現実には実現不可能である。経
済的には４個〜10個程度が限度であるから、その
程度の数のスピーカをリスニングルーム等内の周
囲に配置して、各スピーカの分担領域を定め、各
領域内に含まれる仮想音源の反射音をそれぞれ対
応するスピーカで代表してシミユレートするよう
にする。この方法によれば、隣接するスピーカの
中間にある仮想音源からの反射音はそのいずれか
１つのスピーカで代表して発せられるので、厳密
に言えば、仮想音源の方向を正確にシミユレート
することにはならないが、スピーカ個数がある程
度多ければ、実用上は問題ないし、人の聴覚の方
向判別能力に限界があることを考えれば、これで
も十分である。あるいは、隣接するスピーカの中間にある仮想
音源の方向を正確にシミユレートする必要がある
場合には、これらのスピーカ間の音量配分によ
り、それが実現可能である。このようにスピーカの中間にある仮想音源から
の反射音をいずれか１つのスピーカで代表してシ
ミユレートする場合と、スピーカ相互間の音量配
分によりシミユレートする場合において、各スピ
ーカから発すべき音量および遅れ時間についてそ
れぞれ説明する。１つのスピーカで代表してシミユレートする
場合第１３図は、受聴点３４を中心に８個のスピー
カSP１〜SP８を配置したものである。ここで
は、音響空間を、隣接するスピーカの中央位置と
受聴点３４とを結ぶ線で区切つて、水平面で８つ
の領域ｄ１〜ｄ８に分割する。各領域ｄ１〜ｄ８
にある反射音をP_Moとすると、受聴点３４でこれ
ら反射音P_Moを得るに必要な各スピーカSP１〜
SP８の再生音P_Ms（Ｍ＝１〜８）は次式で表わさ
れる。

【表】 ^ｎ＝１〓
但し NM（Ｍ＝１〜８）：各領域ｄ８〜ｄ８にある仮
想音源数（＝反射音数）Ｕ：ユニツト関数ｔ：時間 τ_o：反射音の遅れ時間隣接するスピーカ相互間の音量配分によりシ
ミユレートする場合。第１４図に示すように、リスニングルーム等３
６内の例えば四隅に４個のスピーカSP１〜SP４
を配置し、受音点３８と各スピーカSP１〜SP４
を結ぶ線で４つの象限ｎ，ｍ，ｌ，ｋに区分し、
各スピーカSP１〜SP４でそれぞれの左右の象限
にある仮想音源からの反射音をシミユレートす
る。すなわち、スピーカSP４，SP１の音量比で
象限ｎ内の反射音をシミユレートし、スピーカ
SP１，SP２の音量比で象限ｍ内の反射音をシミ
ユレートし、スピーカSP２，SP３の音量比で象
限ｌ内の反射音をシミユレートし、スピーカSP
３，SP４の音量比で象限ｋ内の反射音をシミユ
レートする。各反射音をシミユレートするのに必
要な各スピーカSP１〜SP４の再生音P_Ms（Ｍ＝１
〜４）とすると

〔実施例〕

これをリスニングルーム等におけるステレオ装
置やビデオ装置の再生に利用する場合の一実施例
を第１９図に示す。ここでは、リスニングルーム
５０の前方左右にメインスピーカ６４，６６を配
置し、四隅に反射音用スピーカ５６，５８，６
０，６２，を配置している。ソース４４からの信
号はプリアンプ６８、パワーアンプ７０を介し
て、直接音としてメインスピーカ６６から発生さ
れる。また、プロセツサ４６では各チヤンネルの
反射音パラメータに基づき、ソース４４の信号の
反射音信号を各チヤンネルごとに生成して、４チ
ヤンネルアンプ７２（第１図のアンプ４８，５
０，５２，５４を合わせたもの）を介して各反射
音用スピーカ５６，５８，６０，６２に供給す
る。反射音パラメータは、リスナー７４がその受
聴位置においてリモートコントローラ７６の操作
により可変可能である。なお、実際のホールでは、音源と受音点との距
離により直接音にも時間の遅れが生じるが、ここ
では直接音が到来した時刻をＯとして、その時点
を基準に遅れ時間の反射音パラメータを定めてい
るから、直接音は時間遅れを持たせずにそのまま
メインスピーカ６４，６６から発しても、直接音
と反射音のタイミングはうまく取られる。ところで、この発明ではホール等の反射音をシ
ミユレートするため、リスニングルーム５０自体
での反射はできるだけ少ないほうが望ましい。し
たがつて、リスニングルーム５０は、適度な吸音
処理を施してデツドな特性とする。第１９図におけるプロセツサ４６の具体例を第
２０図に示す。第２０図において、前記プリアン
プ６８からの左右のチヤンネルのオーデイオ入力
はミキシング回路１００でミキシングされ、入力
ボリウム１０２でレベル調整される。そして、ロ
ーパスフイルタ（Ａ／Ｄ変換の際の折り返し防止
用）およびサンプル・ホールド回路１０４を介し
て、Ａ／Ｄ変換器１０６でＡ／Ｄ変換される。そ
して更に、反射音に周波数特性を付与するため
に、各チヤンネルごとにデイジタルフイルタ１０
８，１１０，１１２，１１４に通される。デイジタルフイルタ１０８，１１０，１１２，
１１４から出力されたソース信号は、各チヤンネ
ルの反射音生成回路１１６，１１８，１２０，１
２２に入力される。反射音生成回路１１６，１１
８，１２０，１２２では、マイクロコンピユータ
１２４の指令により、メモリ１２６に記憶されて
いる各チヤンネルの反射音パラメータ（遅れ時間
データとゲインデータ）に基づき、各チヤンネル
ごとにソース信号の反射音信号をそれぞれ生成す
る。生成されたこれらの反射音信号は、Ｄ／Ａ変
換器１２４において時分割多重的にＤ／Ａ変換さ
れる。Ｄ／Ａ変換器１２４の出力信号は、各チヤ
ンネルごとに時分割して振り分けられて、サンプ
ル・ホールド回路およびローパスフイルタ１２
６，１２８，１３０，１３２でそれぞれ、平滑さ
れ、アナログ信号に戻される。そして、出力ボリ
ウム１３４，１３６，１３８，１４０およびパワ
ーアンプ４８，５０，５２，５４を介して各チヤ
ンネルスピーカ５６，５８，６０，６２にそれぞ
れ供給される。これにより、各チヤンネルスピー
カ５６，５８，６０，６２からは、各対応する方
向の仮想音源からの反射音が発生され、その仮想
音源の分布で特定されるホール等の音響空間が再
現される。なお、メモリ（ROM）１２６にはホール等各
種音響空間の反射音パラメータおよびデイジタル
フイルタ１０８，１１０，１１２，１１４の周波
数特性のパラメータが各チヤンネルごとに記憶さ
れており、ワイヤレスリモコン７６の操作に基づ
き、リモコンセンサインターフエイス１４２を介
して、マイクロコンピユータ１２４の指令により
そのいずれかのホールのパラメータが読み出され
る。読み出された周波数特性のパラメータはRAM
に一旦転送され、このRAMに保持されたパラメ
ータに基づきデイジタルフイルタ１０８，１１
０，１１２，１１４の周波数特性が制御される。
RAMに保持された周波特性のパラメータは、ワ
イヤレスリモコン７６の操作により好みに応じて
調整が可能である。また、読み出された各チヤンネルの反射音パラ
メータ（遅延時間データおよびゲインデータ）
は、各チヤンネルの反射音生成回路１１６，１１
８，１２０，１２２内に設けられたRAM（後述
する第２３図のパラメータメモリ１６０）に一旦
転送され、このRAMに保持された反射音パラメ
ータに基づき、反射音生成回路１１６，１１８，
１２０，１２２で各チヤンネルごとにソース信号
の反射音が生成される。RAMに保持された反射
音パラメータは、ワイヤレスリモコン７６の操作
により微調整が可能であり、これにより残響感を
自分の好みに応じて変更することができる。ところで、反射音生成回路１１６，１１８，１
２０，１２２は、それらの入力信号（ソース信
号）を遅延した信号の重ね合せ（たたみ込み演
算）により反射音信号を生成することができる。
このたたみ込み演算による反射音生成について以
下説明する。たたみ込み演算による反射音生成は、前記第１
８図に示した各チヤンネルの反射音パラメータ列
に基づき、ソース信号（直接音）から種々の時間
遅れと振幅レベルを持つ信号を作り、それらを重
ね合せるものである。すなわち、１つのチヤンネ
ルについて説明すると、そのチヤンネルで利用す
べき反射音パラメータ列が、第２１図に示すよう
に入力信号（直接音）を基準として、遅れ時間τ_i
（ｉ＝１，２，…，ｎ）とゲイン（振幅レベル）
giのパラメータの組み合せで構成されているとす
ると、第２２図に示すように、マルチタツプを有
するデイレイメモリ１６３を用いて、遅れ時間τ_i
に対応する各タツプからそれぞれ遅延信号を取り
出して、振幅調整器１５２−１乃至１５２−ｎで
ゲインg_iをそれぞれ付与して、加算器１５３で合
成する。これにより、加算器１５３からは、 X_put＝_o 〓ⁱ⁼¹ X_i・g_i (3) なる反射音信号が出力される。第２２図の反射音生成回路１１６（１１８，１
２０，１２２も同じ）の具体例を第２３図に示
す。なお、デイレイメモリ１６３の構成について
は、アナログ信号の場合はBBDやCCD等の電荷
転送素子を用いたもの、デイジタル信号の場合は
シフトレジスタあるいはRAMを用いてプログラ
ム制御したデイジタルメモリ等を用いることがで
きるが、以下の実施例では構成的に自由度が大き
く、パラメータ（遅延時間およびゲイン）の設
定、変更が容易なRAMを用いた場合について説
明する。第２３図において、パメメータメモリ
（RAM）１６０は、ワイヤレスリモコン７６の
操作によりメモリROM１２６（第２０図）から
読み出された反射音パラメータのうち、該当する
チヤンネル（反射音生成回路１１６であれば前方
左チヤンネル）の反射音パラメータを各アドレス
に記憶する。記憶された反射音パラメータを下表
に示す。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１受聴点の全周囲を取り囲むように配置される
少なくとも４個以上のスピーカ再生手段と、音響空間における反射音の各仮想音源位置に対
応して求められる各反射音の到来方向と遅れ時間
と振幅レベルからなる反射音データに基づき、前
記各スピーカ再生手段を用いて前記受聴点の周囲
に前記音響空間またはこれに類似したモデル空間
における多数の反射音を再生するために、前記各
スピーカ再生手段の配置位置と前記反射音データ
のうち各到来方向データとの関係から求めた、前
記各スピーカ再生手段で発すべき反射音群の遅れ
時間とゲインとからなるインパルス応答特性を、
各スピーカ再生手段の反射音パラメータとしてそ
れぞれ記憶するパラメータ記憶手段と、前記パラメータ記憶手段に記憶された各反射音
パラメータに基づき、共通のソース信号に対して
畳込み演算することにより、前記各スピーカ再生
手段で発すべき反射音群の信号をそれぞれ生成す
るとともに、前記各スピーカ再生手段の対応する
位置のものにそれぞれ供給する反射音生成手段とを具備してなり、前記音響空間またはこれに類似したモデル空間
で前記ソース信号を再生したときに得られる多数
の反射音の生成状態を、各反射音の方向性まで含
めほぼ同等に再現できるようにしたことを特徴とする音響制御装置。２前記反射音の仮想音源位置が前記スピーカ再
生手段の配置位置の中間方向にあるときは、その
方向の両側に配置された２つのスピーカ再生手段
の双方から当該反射音を再生するとともに、その
仮想音源位置に応じて当該双方のスピーカ再生手
段から発する各反射音の音量配分を変化させるよ
うに制御し、前記受聴点から見た当該反射音の再
生音到来方向を前記仮想音源の位置する方向にほ
ぼ近似させるようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の音響制御装置。３前記パラメータ記憶手段に記憶された各反射
音パラメータが外部操作により調整可能に構成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
または第２項記載の音響制御装置。