JPS6136440B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、モノーラルまたは２チヤンネル以
上のステレオ信号を２つの音響変換機器により再
生受聴する場合の音像までの心理的距離感を制御
する音像制御装置に関するものである。

従来、スピーカやヘツドフオンでモノーラルあ
るいはステレオの音響再生用信号を再生受聴する
と、聴取者から音像までの心理的距離は、音響変
換機器およびその配置状態によつて規制されてし
まつた。たとえば、スピーカ再生の場合、通常音
像は、スピーカシステムの位置および各スピーカ
を結ぶ線上に生じた。また、ヘツドフオン再生の
場合は、聴取者の頭内もしくは頭部のごく近傍に
音像が定位するものであつた。

この発明は上記の点に鑑みなされたもので、モ
ノラールまたは２チヤンネル以上のステレオ信号
を２つの音響変換機器により再生受聴する場合の
音像までの心理的距離感を音響変換機器の状態に
かかわらず自由に制御することができる音像制御
装置を提供することを目的とする。

以下この発明について説明するが、その前に、
まず音源と受音点間の距離に関連して変化する物
理量について述べる。

第１図は通常の実音場における音の受聴状態を
示す図で、１は音源、２，３は受音点（聴取者の
両耳位置）である。この図に示すように受聴状態
を想定すると、一般に受音点２，３には音源１か
らの直接音ならびにレベル、到来時間、到来方向
などを異にする無数の反射音群が到来する。この
場合、受音点２，３における直接音のエネルギ密
度が音源１からの距離の２乗に反比例するのに対
して、反射音のエネルギ密度は距離の変化に応じ
てあまり変化しない。したがつて、上記物理量の
第１点は反射音の対直接音エネルギ密度比であ
り、これは受音点２，３が音源１より遠ざかるに
つれ増大する。

次に、反射音の方向構造がマクロ的にみれば距
離に応じてさほど変化しないと考えられているの
で、受音点２，３に入射する音響エネルギの方向
性については、受音点２，３が音源１から遠ざか
る程、直接音方向に対する直接音以外の方向の入
射エネルギが増大するということができる。そし
て、一般に反射音があらゆる方向からランダムに
受音点２，３に入射していると考えられるので、
上記の点については次のように言い換えることが
できる。すなわち、受音点２，３の音源１からの
距離が増大すれば２つの受音点２と３の間つまり
両耳間における音圧信号の類似性が低くなると換
言できる。したがつて、物理量の第２点は２つの
受音点２，３間における音圧信号の類似性であ
る。なお、音源１から距離ｌの２つの受音点２，
３における音圧レスポンスをそれぞれＲ_l（ｔ）、
Ｌ_l（ｔ）とし、インパルスレスポンス間の相互
相関係数をΦ_lとすれば、第２点に関しては、数
学的には l₁〓l₂←→Φl₁〓Φl₂ が成立する。ただし、相互相関係数Φｌは次式で
定義するものとする。

音源１と受音点２，３間の距離に関連して変化
する物理量は以上の通りである。聴取者は上記の
物理量を手掛りとして音の距離感を判断している
ものと思われる。この点を確認し、心理的距離感
と物理量との関連を明らかにするために、本発明
者はさらに以下の官能実験を試みた。

実験１ この実験は第２図に示すようにして行つた。す
なわち、あらかじめ無響室録音されたモノーラル
楽音信号を信号源１１とし、これを分岐して２チ
ヤンネルの電子式残響合成装置１２および増幅器
１３を介してヘツドフオン１４で再生受聴した。
そして、この時の音像の距離感の評価を行つた。
特に、両耳位置における音響特性として上述の音
場における推察により影響をおよぼすものと考え
られる２つの物理量つまり反射音成分の直接音
成分に対する音響エネルギ比、両耳間における
音圧信号の類似性（相関度）に着目し、これら物
理量と音像距離感との対応関係を求めた。なお、
これら２種の物理量は、残響合成装置１２の反射
音信号の対直接音信号エネルギ比、およびインパ
ルスレスポンスの相互相関係数を制御することに
より変化させた。

この実験結果以下のことが明らかとなつた。

両耳信号の時系列が両耳間で全く同一の場合
（両耳間音圧信号相互相関係数が１の場合）に
は反射音エネルギの大小によらず音像が頭内に
定位する。

第３図および第４図に示すように、音像の距
離感には反射音エネルギ比および両耳間におけ
る音圧信号相関度がともに寄与し、距離感は反
射音エネルギ比が大きい程、また両耳間におけ
る音圧信号相関度が低い程増大する傾向にあ
る。

第５図に示すように、反射音エネルギ比を大
きくするとともに、両耳間音圧信号相関度を低
くすると、音像の距離感が著しく増大する。

なお、第３図ないし第５図において、Ｅ_R/Dは
反射音対直接音エネルギ比〓
反射音成分のエネルギー密度／直接音成分のエネルギー
密度〓、Ｔは残響時間、 Φは両耳間音圧信号相互相関係数である。

実験２ この実験は第６図に示すようにして行つた。す
なわち、上述と同一の信号源１１および２チヤン
ネルの残響合成装置１２と２つのスピーカ１５，
１６を使用して上述実験１と同様の評価実験を行
つた。

その結果、残響合成装置１２と２チヤンネル間
でのインパルスレスポンス相互相関係数が１の場
合（同一の残響音をスピーカ１５，１６で再生し
た場合）はスピーカ１５，１６を結ぶ線上中央に
音像が定位した。次に、相互相関係数を１よりも
小さくしたところ音像が後退し、スピーカ１５，
１６までの距離よりも遠方に感じられた。そし
て、この時の音像距離感は反射音エネルギが多い
程、また２チヤンネル間でのインパルスレスポン
スの相互相関係数が低い程増大する傾向にあつ
た。

以上の実験から、音像までの距離感は聴取者
の両耳に供給される反射音エネルギおよび両耳間
における音圧信号の相関度を制御することにより
変化させられる、音像までの距離感をより増大
させるには反射音エネルギを増加させるとともに
両耳間音圧信号相関数を減少させる必要があるこ
とが確認された。

この発明の音像制御装置は、上述確認事項に基
づいて完成された。この発明の音像制御装置は、
直接音信号としての入力信号に、これを遅延減衰
させて得た反射音信号系列を付加するように動作
し、インパルスレスポンス間の相互相関係数が１
より小の第１組の２系統の反射音信号合成回路
と、同様に動作するが、インパルスレスポンス間
の相互相関係数が１であり、第１組の２系統の回
路に縦続接続される第２組の２系統の反射音信号
合成回路とを具備し、第１組の回路の定数を変化
させることにより、縦続接続の各一対の回路から
なる２系統間においてインパルスレスポンスの相
互相関係数を変化させ、第２組の回路の定数を変
化させることにより反射音信号の対直接音信号エ
ネルギ密度比を変化させるようにしたものであ
る。

次に、この発明の実施例を図面を参照して説明
する。第７図はこの発明の音像制御装置の第１の
実施例を示すブロツク図である。この図に示すよ
うに、音像制御装置は、２つの前段反射音信号合
成回路２１_F，２２_Fと２つの後段反射音信号合成
回路２１_B，２２_Bを有し、この前段反射合成回路
２１_F，２２_Fと後段反射音合成回路２１_B，２２_B
を１つずつ縦続接続して右チヤンネルと左チヤン
ネルの反射音信号合成装置２３_R，２３_Lを構成し
てなる。

ここで、反射音信号合成回路２１_F，２２_F，２
１_B，２２_Bは、直接音信号としての入力信号に、
これを遅延させて反射音信号系列を付加するもの
で、以下のように構成されている。

まず、右チヤンネル反射音信号合成装置２３_R
の前段反射音信号合成回路２１_Fは加算器２４，
２５、可変式アツテネータ２６，２７および遅延
回路２８からなり、次のように接続されている。
すなわち、加算器２４のプラス入力が右チヤンネ
ル入力端子２９_Rに接続され、この加算器２４の
プラス入力と加算器２５の一方のプラス入力間に
アツテネータ２６が接続される。また、加算器２
４の出力と加算器２５の他方のプラス入力間に遅
延回路２８が接続されるとともに、加算器２５の
出力と加算器２４のマイナス入力間にアツテネー
タ２７が接続されるものである。

次に、右チヤンネル反射音信号合成装置２３_R
の後段反射音信号合成回路２１_Bは加算器３０，
３１、アツテネータ３２，３３および遅延回路３
４からなり、以下のように接続される。すなわ
ち、加算器３０のプラス入力が前段残響合成回路
２１_Fの加算器２５の出力に接続される。また、
加算器３０のプラス入力と加算器３１の一方のプ
ラス入力間にアツテネータ３２が接続されてお
り、加算器３１の出力は右チヤンネル出力端子３
５_Rに接続される。さらに、加算器３０の出力と
加算器３１の他方のプラス入力間に遅延回路３４
が接続されるとともに、加算器３１の出力と加算
器３０のマイナス入力間にアツテネータ３３が接
続されるものである。

右チヤンネル反射音信号合成装置２３_Rの前後
段反射音信号合成回路２１_F，２１_Bは上述のよう
に構成されるが、左チヤンネル反射音信号合成装
置２３_Lの前後段反射音信号合成回路２２_F，２２
_Bも同様に構成される。そこで、左チヤンネル側
においては、右チヤンネル側と同一部分にダツシ
ユを付加した同一番号を付してその詳細な説明を
省略する。ただし、左チヤンネル側においては、
前段反射音信号合成回路２２_F中の加算器２５′の
他方の入力がマイナスになつている。また、入力
端子が左チヤンネル入力端子２９_R、出力端子が
左チヤンネル出力端子３５_Lである。

このように構成された音像制御装置において、
アツテネータ２６，２７，２６′，２７′のゲイン
をg₁、アツテネータ３２，３３，３２′，３３′の
ゲインをg₂、遅延回路２８，２８′の遅延時間を
τ_１、遅延回路３４，３４′の遅延時間をτ_２と
すると、この音像制御装置の諸特性（理論値）は
次のようになる。

１ 両チヤンネル（反射音信号合成装置２３_R，
２３_L）の前段反射音信号合成回路２１_F，２２
_F間におけるインパルスレスポンスの相互相関
係数：Φ_F 定義式(1)より ２ 両チヤンネル（反射音信号合成装置２３Ｒ，
２３Ｌ）の後段反射音信号合成回路２１Ｂ，２
２Ｂ間におけるインパルスレスポンスの相互相
関係数：φＢ １と同様に ３ インパレス応答 右チヤンネル反射音信号合成装置２３Ｒ ｆ_R（ｔ）＝g₂｛g₁δ（ｔ）＋（１−ｇ^２ _１）δ（ｔ−τ_１）−g₁（１−ｇ^２ _１）δ（ｔ−２τ_１） ＋ｇ^２ _１（１−ｇ^２ _１）δ（ｔ−３τ_１）＋……＋（−１）^n-1ｇ^ｎ−１ _１（１−ｇ^２ _１）δ（ｔ−ｎτ_１）＋…
…｝ ＋（１−ｇ^２ _２）｛……（−１）^n-1ｇ^ｎ−１ _１（１−ｇ^２ _１）δ（ｔ−ｎτ_１−τ_２）＋……｝ ＋……（−１）^n-1ｇ^ｎ−１ _２（１−ｇ^２ _２）｛…… ＋（１−）^n-1ｇ^ｎ−１ _１（１−ｇ^２ _１）δ（ｔ−ｎτ_１−ｎτ_２）＋……｝ ……(4) 左チヤンネル反射音信号合成装置２３Ｌ ｆ_L（ｔ）＝g₂｛g₁δ（ｔ）−（１−ｇ^２ _１）δ（ｔ−τ_１）−g₁（１−ｇ^２ _１）δ（ｔ−２τ_１） −ｇ^２ _１（１−ｇ^２ _１）δ（ｔ−３τ_１）−……−ｇ^ｎ−１ _１（１−ｇ^２ _１）δ（ｎτ_１）−……｝ ＋（１−ｇ^２ _２｛……−ｇ^ｎ−１ _１（１−ｇ^２ _１）δ（ｔ−ｎτ_１−τ_２）−……｝＋ ……（−１）^n-1g₂ ^n-2（１−ｇ^２ _２）｛……−ｇ^ｎ−１ _１（１−ｇ^２ _１）δ（ｔ−ｎτ_１−ｎτ_２）−……｝……
(5) ただし、δ（ｔ）は、デルタ関数 ４ 伝達関数および振幅伝達率 右チヤンネル反射音信号合成装置２３Ｒ Ｆ〔ｆ_R（ｔ）〕＝ｇ＋ｅｘｐ（−ｊωΔτ_１）／１＋ｇｅｘｐ（−ＪωΔτ_１）×ｇ＋ｅｘｐ（−ＪωΔτ_２）
／１＋ｇｅｘｐ（−ｊωΔτ_２） ｜Ｆ〔fR（ｔ）〕｜＝〓（ｇ＋ｃｏｓωΔτ_１）^２＋ｓｉｎ^２ωΔτ_１／（１＋ｇｃｏｓωΔτ_１）^２＋ｇ^２ｓｉｎ
^２ωΔτ_１ ×（ｇ＋ｃｏｓωΔτ_２）^２＋ｓｉｎ^２ωΔτ_２／（１−ｇｃｏｓωΔτ_２）^２＋ｇ^２ｓｉｎ^２ωΔτ_２〓^1/2＝
１……(6) 左チヤンネル反射音信号合成装置２３Ｌ 右チヤンネル側と同様であつて、結局 ｜Ｆ〔fL（ｔ）〕｜＝１ ……(7) ５ インパルス応答の２チヤンネル間（反射音信
号合成装置２３Ｒ，２３Ｌ間）相互相関係数：
φ ６ 各チヤンネル（反射音信号合成装置２３_R，
２３_L各々）における反射音信号成分の直接音
信号に対するエネルギ密度比：Ｅ_R/D したがつて、以上の算出結果より上述した音像
制御装置の特徴を列記すると次のようになる。

(i) 各チヤンネル（反射音信号合成装置２３_R，
２３_L各々）の振幅伝達率は周波数や回路定数
（τ、ｇ）によらず一定であり、オールパス性
を備えている。

(ii) ２チヤンネル間（反射音信号合成装置２３
_R，２３_L間）の相互相関係数Φはアツテネータ
２６，２７，２６′，２７′（この４つのアツテ
ネータは連動している）のゲインg₁にのみ依存
して決まる。

(iii) 両チヤンネル（反射音信号合成装置２３_R，
２３_L）における反射音信号の対直接音信号エ
ネルギ密度比は、アツテネータ２６，２７，２
６′，２７′のゲインg₁と、アツテネータ３２，
３３，３２′，３３′（この４つのアツテネータ
も連動する）のゲインg₂に依存して決まる。

すなわち、この音像制御装置においては、アツ
テネータ２６，２７，２６′，２７′（連動してい
る）により２チヤンネル間の相互相関係数を設定
し、次にアツテネータ３２，３３，３２′，３３
（連動している）によつて、相互相関係数を一定
にした状態で両チヤンネルともに反射音対直接音
エネルギ密度比を設定することができる。。たと
えば、アツテネータ２６，２７，２６′，２７′の
ゲインg₁を0.7としてアツテネータ３２，３３，
３２′，３３′のゲインg₂を0.5〜0.8と変化させる
と、２チヤンネル間の相互相関係数を0.32に保つ
た状態で反射音対直接音エネルギ密度比を7.2か
ら2.2まで可変することができる。その場合、電
気的反射音信号付加時に伴ないがちなスペクトル
変化（カラーレーシヨン）は一さい生じないとい
う特徴がある。

このように、この音像制御装置は、音像の心理
的距離感を支配する２種の物理量（反射音対直接
音エネルギ密度比、２チヤンネル間相互相関係
数）を任意にしかも独立に可変することができ
る。

そこで、この音像制御装置を第２図および第６
図のごとくヘツドフオン再生系やスピーカ再生系
に挿入して音響再生することにより、再生時の音
像の心理的距離感を制御することが可能となる。

第８図はこの発明の第２の実施例を示すブロツ
ク図である。この実施例においては、加算器２
５′の両入力がプラスとなつている。つまり、加
算器２５′は加算器２５と同一である。また、遅
延回路２８の遅延時間がτ_１、遅延回路２８′の
遅延時間がτ_２、遅延回路３４，３４′の遅延時
間がτ_３となつている。その他は第１の実施例と
同一である。

このように構成された第２の実施例の諸特性
を、第１の実施例と同様の計算（計算式は省略す
る）により求めると次のようになる。

両チヤンネル（反射音信号合成装置２３_R，
２３_L）の前段反射音信号合成回路２１_F，２２
_F間におけるインパルスレスポンスの相互相関
係数：Φ_Fは Φ_F＝ｇ^２ _１ ……(10) 両チヤンネル（反射音信号合成装置２３_R，
２３_L）の後段反射音信号合成回路２１_B，２２
_B間におけるインパルスレスポンスの相互相関
係数：Φ_Bは Φ_B＝１ ……(11) 両チヤンネル（反射音信号合成装置２３_R，
２３_L）とも振幅伝達率は１ ２チヤンネル（反射音信号合成装置２３_R，
２３_L）間におけるインパルスレスポンスの相
互相関係数：Φ Φ＝ｇ^２ _１ ……(12) 各チヤンネル（反射音信号合成装置２３_R，
２３_L各々）における反射音信号成分の対直接
音エネルギ密度比：Ｅ_R/D Ｅ_R/D＝１−（ｇ_１ｇ_２）^２／（ｇ_１ｇ_２）^２
……（13） したがつて、この第２の実施例においても上述
した第１の実施例と同一の特徴を有し、同様にし
て両チヤンネルの反射音対直接音エネルギ密度比
および２チヤンネル間の相互相関係数を制御する
ことが可能となり、ヘツドホーン再生系やスピー
カ再生系に挿入して音響再生することにより再生
時の音像の心理的距離感を制御することができ
る。

以上詳述したように、この発明の音像制御装置
は、直接音信号としての入力信号に、これを遅延
減衰させて反射音信号系列を付加するように動作
し、インパルスレスポンス間の相互相関係数が１
より小の第１組の２系統の反射音信号合成回路
と、同様に動作するが、インパルスレスポンス間
の相互相関係数が１であり、第１組の２系統の回
路に縦続接続されるが第２組の２系統の反射音信
号合成回路とを具備し、第１組の回路の定数を変
化させることにより、縦続の各一対の回路からな
る２系続間においてインパルスルスポンプの相互
相関係数を変化させ、第２組の回路の定数を変化
させることにより反射音信号の対値接音信号エネ
ルギ密度比を変化させるものであるから、ヘツフ
オン再生系やスピーカ再生系に挿入することによ
り再生時の音像までの心理的距離感を制御するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常の実音場における音の受聴状態を
示す図、第２図は音源と受音点間の距離により変
化する物理量と心理的距離感との関連を明らかに
する実験例を説明するための構成図、第３図ない
し第５図は上記実験結果を示す特性図、第６図は
上述と同様の他の実験例を説明するための構成
図、第７図はこの発明による音像制御装置の第１
の実施例を示すブロツク図、第８図はこの発明の
第２の実施例を示すブロツク図である。 ２１_F，２２_F……前段反射音信号合成回路、２
１_B，２２_B……後段反射音信号合成回路、２３
_R，２３_L……反射音信号合成装置、２４，２５，
３０，３１，２４′，２５′，３０′，３１′……加
算器、２６，２７，３２，３３，２６′，２７′，
３２′，３３′……アツテネータ、２８，３１，２
８′，３１′……遅延回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直接音信号としての入力信号に、これを遅延
   減衰させて得た反射音信号系列を付加するように
   動作し、インパルスレスポンス間の相互相関係数
   が１より小の第１組の２系統の反射音信号合成回
   路と、同様に動作するが、インパルスレスポンス
   間の相互相関係数が１であり、第１組の２系統の
   反射音合成回路に縦続接続される第２組の２系統
   の反射音信号合成回路とを具備し、第１組の回路
   の定数を変化させることにより、縦続接続の各一
   対の回路からなる２系統間においてインパルスレ
   スポンス間の相互相関係数を変化させ、第２組の
   回路の定数を変化させることにより反射音信号の
   対直接音信号エネルギ密度比を変化させるように
   してなる音像制御装置。