JPS62501105A - 空間残響 - Google Patents

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】 空間残響 本発明は全体として音響の分野に関するものであり、更に詳しくいえば三次元固 有残響環境の時間的次元と空間的次元の両方を捕える、残響音響処理および再生 のための方法および装置に関するものである。

固有音響環境は、音源の場所からの直接信号と、周囲の環境から反射された間接 残響信号とを含む音源場所の連続体を構成する。内部の程々の表面から反射され たエコーが聴衆に空間の印象を生じさせる演奏会場の環境においては反射音は最 も注目すべきである。この効果は呼び起された主観的な反応において変わること があり、たとえば聴衆席の環境においては、それは音楽により囲まれている人に 感動を生じさせる。最近聴かれるほとんどの音楽は家庭または聴衆席においてで あり、この理由から最近の録音された音楽には、自然のプロセス（すなわち、演 奏会場内で行われる録音）により、または人工的なプロセス（電子的残響技術の ような）により流通前にいくらかの残響が付加されている。

ある音響事象が電気信号に変換され、スピーカまたはヘッドホンを介して再生さ れる場合には、音響事象の空間的場所を決定するために音響装置により利用され る情報（すなわち、方向と距離のキュー）が失われるため、および反射された（ すなわち、残響）音の方向性の面が失われるために、音響事象の体験が劇的に変 えられる。従来の技術においては、自然環境からの残響を含むマルチチャネル録 音技術およびマルチチャネル再生技術がいくらかの空間情報を含んでいるが、そ れらの技術は自然環境の空間音場を再構成しないから空間的な拡がりに乏しい聴 取体験を創造する。

自然に起きる残響の寄与のいくらかを人工的に作ることにより、ある距離キュー と部屋の情報（すなわち、寸法、形、材質等）を与える従来の残響装置のいくつ かを利用できる。それら従来の残響技術は遅延回路により多数の遅延されたエコ ーを発生する。それらの遅延回路の多くは帰還ループを用いて循環遅延を行う。

音源の知覚される距離についての現実的なキューを鑑賞者に与えるために、直接 音と反響音の間の平衡を操作することにより、残響空間内での音源の動きを摸す ための技術を含むいくつかの改良が開発されている。

別のやり方は、空気および反射面による高い周波数の音の吸収の結果として、自 然の残響時間とともにしだいに低域通過となるようなやり方を模したものである 。

この技術は低域通過効果を生じさせるために、残響装置の帰還ループ中に低域フ ィルタを使用するものである。

それらの改良技術にもかかわらず、従来の残響装置は実際の部屋を摸することは できず、その結果として実際の部屋に似た音を生じない模された部屋残響が生ず る。その理由の一部は、それらの技術が広い残響室に典型的な全体的残響をそっ くり似せようとすることにより、多様な音楽環境および自然環境に適用する音響 処理の可能な全適用範囲を利用する機会を断っていることにある。また、それら 従来のやり方は、１つの部屋を別の部屋と区別する正確な特徴のいずれもそのま ま似せようとすることなしに、広い部屋における残響の全体的な特徴をとらえる ことだけを試みようとし、音源または鑑賞者の場所の動的な変化に対する備えを 行おうとはせず、したがって自然の部屋の環境の動的な可能性を効果的に模して いない。更に、それらの方法は通常のステレオ再生に使用することを意図してい るものがあって、残響音を局限する、すなわち残響音を空間的に分離しようとは していない。１つの改良された残響技術は、残響室の一部から来る残響に統計的 に類似する残響を各出力チャネルに持たせることにより、実際の部屋における反 射音の分布を捕えようと試みている。残響を模するためのそれらの現在の技術の ほとんどは、残響を部屋内での音源の場所とは全く独立しているものとして取扱 っているから、広い部屋を模するのに適するだけである。更に、それらの技術は 非現実的な幻想的環境を生ずる不完全な空間的キューを与える。

空間的なキューと距離キューの重要な要素を与える残響に加えて、耳間時間差（ すなわち、両耳に到達する異なる時間）、頭の低減陰影効果、耳翼伝達機能、お よび頭と胴に関連する伝達機能を主として含む方向性キューに多くの心理−音響 的開発研究が向けられていた。この研究は、空間的な聴取のための聴覚システム の機構を理解しようとする努力において、それらの各キューを独立した機構とし て研究しようという努力に大きく限られていた。

耳翼キューは方向性を決定するためにとくに重要なキューである。頭が制限され 、かつ反射が制限されている管理された諸条件の下においては、一方の耳で音を ローカライズするための情報を得ることができ、かつ音源の高さでさえも決定で きることが見出されている。外耳の露出している部分である耳翼はそれらのキュ ーの源であることが示されている。耳翼は入射音に対する物理的作用により音に 対する変換を行って、各方向に独特の特別なスペクトル修正を行わせる。それに より方向についての情報が鼓膜に達する信号に符号化される。そうすると聴覚系 はそれらの修正の検出および認識ができ、したがって方向の情報を復号する。

耳翼の伝達関数を音の流れに重ねることにより、無響室において方向情報が鑑賞 者へ伝えられることが示されている。耳翼キューと他の方向キューをしよう使用 という従来の試みは、音源の方向を知ることだけは成功しているが、三次元空間 での音源をローカライズする（すなわち、方向と距離）ことは成功していない。

しかし、自然環境内で再生された音の流れに耳翼伝達関数を重ね合わせると、投 射された音響路が変形させられる。これは、聴取環境の音響により方向キューが 変更されるという事実、とくに反響音のパターンの結果である。聴取環境の反射 音は衝突する場所キューを生じ、したがって知覚される方向および音像の質を変 える。これは、利用できる全ての聴覚情報を評価する衝突するキューと自然のキ ューを一緒に組合せて、複合空間像を形成しようとする傾向が聴覚系にあるとい う事実によるものである。

したがって、本発明の目的は、反射音の選択された空間的一時間的分布を形成す るために実際の聴取環境の特徴をくじくようにして、反射音に重ね合わされた耳 翼キューとともに反射音を模するための方法と装置を得ることである。

本発明の別の目的は、三次元聴取環境の知覚特徴を捕えるようにして、直接音源 とそれの残響をローカライズするためにスペクトルキューを利用する方法と装置 を得ることである。

本発明の別の目的は、方向キューと制御された残響の組合わせを利用して音源の 三次元ロー力うイゼーションの現実的な幻想を生ずる方法と装置を得ることであ る。

本発明の更に別の目的は、音の存在と明瞭度を独立に制御できる新規な音響処理 法と装置を得ることである。

要約すれば、本発明の一実施例に従って、反射音の希望の構成を模するオーディ 信号の少なくとも１の残響流を発生する過程と、少なくとも１つの耳翼方向キュ ーを１つの残響流の少くとも１つの部分に重ね合わせる過程とを備えるオーディ オ信号処理方法が得られる。また、三次元空間内に幻覚的な音源を形成する音響 処理装置が得られる。この装置は入力オーディオ信号を受けるための入力端子と 、それらの入力オーディオ信号からオーディオ信号の少くとも１も残響流を発生 して、反射音の希望の構成を模する残響手段とを備える。１つの残響流の少くと も一部に耳翼伝達関数を与えて少くとも１つの出力信号を発生する方向性付与手 段も設けられる。

図面の簡単な説明 発明と、この発明の別の目的および発明の利点は、添付図面を参照して行う以下 の説明を参照することより理解できる。

第１図は本発明の空間残響装置の特定の実施例を示す一般化したブロック図、 第２Ａ図はＭ個の残響流を有する本発明のモジュール空間残響器の特定の実施例 を示すブロック図、第２Ｂ図は信号を処理するためにコンピュータを利用する空 間残響装置の特定の実施例を示すブロック図、第３Ａ図は残響サブステムとして 使用される帰還遅延バッファの特定の実施例を示すブロック図、第３Ｂ図は本発 明により利用される第２の遅延帰還残響サブシステムの特定の実施例を示すブロ ック図、第３Ｃ図は帰還を利用する並列残響器を示すブロック図、 第４Ａ図は長方形の部屋の水平平面の上方から見た映像モデル、 第４Ｂ図は長方形の部屋の垂直平面の側方面から見た映像モデル、 第４Ｃ図は長方形の部屋の垂直平面の後方から見た映像モデル、 第５図は長方形の部屋の音響状況を模す本発明の空間残響器を示す詳しいブロッ ク図、 第６図は第５図に示されている内部残響ネットワークを示す詳しいブロック図で ある。

好適な実施例の詳細な説明 第１図は本発明の空間残響装置１０を示す一般化されたブロック図である。入力 オーディオ信号が入力端子１２を介して空間残響装置へ供給され、入力端子１４ を介して空間残響装置１０に与えられた制御パラメータに応答して、空間残響装 置の制御の下に処理される。空間残響装置１０は、図示のように、オーディオ再 生または録音のための１組の出力信号を空間残響装置の出力端子１６に発生する ために、音響入力信号を処理する。出力信号が再生された時に、あらゆる方向か ら自然のようにして来る反射された音の知覚を作ることにより、自然音響環境内 で幻想的な体験が創り出されるように、空間残響装置１０は入力端子１２に与え られた音響入力信号を処理する。したがって、空間残響装置は三次元空間内の多 くの方向から来る音の幻想を創る。これは、残響音に重ね合わされて多くの方向 からの反射の幻想を創り出す合成された方向キューを用いて行われる。

この分野において一般的に知られているように、スペクトルを変化させて音の方 向に対してスペクトルキューを与えるように、外耳の耳翼がそれに入射する音を 修正する。また、音波長が頭の直径より短いような周波数に対して、頭の一方の 側における音が頭の他方の側の耳に対して隠される時に起きる頭の陰影効果のよ うな、音源の方向の決定をたすけるために他のキューが情報を聴覚系へ与える。

方向キューを与える他の類似効果は、上体、肩、頭などからの音の反射によりひ き起される効果、および一方の耳と他の耳に音が到達する時刻の差である。それ らの自然方向キューを模すことにより、音がスピーカの場所から来るという事゛ 実に対して聴覚系を馬鹿にして無視させ、かつ三次元音響室空間の幻覚を創るこ とができる。これが可能である理由は、聴覚系が音の方向に対してスペクトルキ ューを積分し、場所キューが反射音により発生される。

このようにして、残響を方向づけするため、および三次元の部屋の音を模し、自 然でない衝突する空間キューを作ることを避けるようにしてそれを分布するため にスペクトルキューが用いられる。

残響にスペクトルキュー（すなわち、方向キュー）を重ね合わせることにより音 源の場所のシミュレーションが改善され、音源の場所に関連するいくつかの主観 的音質を場所とは独立に制御する機構が与えられる。

部屋の音に関連する最も重要なそのような主観的音質のうちの２つは「臨場感」 と「明瞭度」である。一般的にいえば、明瞭度は音源の知覚質であり、臨場感は 聴取環境の質を示す。音源が良く集束され、空間内に配置されているときに高明 瞭度が得られる。また、鑑賞者が音により囲まれていること、および残響があら れれる方向から来るようであることを自信で知覚する時に良い臨場感が得られる 。

それら２つの主観的な質は音響再生の審美的な値に大きい関係を何する。しかし 、最適な臨場感と最適な明瞭度とは互いに排他的である、すなわち・臨場感を高 くすると位置明瞭度が低くなることをほとんどの研究が見出している。空間残響 装置１０は臨場感と明瞭度を独立に制御する。それが可能である理由は、反射さ れた音の必ずしも全てが臨場感の質に同じように寄与しないからである。良い臨 場感を発生するためには横方向の反射が必要であるが、明瞭度は横方向の反射に より低下させられる。横方向でない反射のみが存在すると明瞭度の印象が改善さ れる。すなわち、横方向の反射は低い耳の間の相互相関を生じて、良い臨場感を 支持するのに対して、天井からの反射は高い耳の間の相互相関を保持して、良い 明瞭度を支持する。したがって、横壁からの早い反射が優勢である残響質を模す るために空間残響装置１０を用いることにより、高い明瞭度をぎせいにして良い 臨場感が得られる。天井反射に重点をおくと、高い明瞭度を強めることができる 。高い明瞭度と良い臨場感を同時に強調することもできる。たとえば、横方向の 反射を低域濾波して良い臨場感を与えることができるとともに、濾波されない天 井反射も高明瞭度を支持する。これにより自然の物理的環境では達成できない審 美的な値をもって音を再生できる。

また、残響を模する現在の技術は、部屋の中の音源の場所とは全く独立している ものとして残響を一般に取扱い、したがってこの仮定がほぼ真実であるような非 常に広い部屋を模するのに適する。空間残響装置１０は音源の場所と鑑賞者の場 所を考慮に入れ、全ての聴取環境を模すことができる。

耳翼キューのような方向キューは、知覚される方向が信号の場所的映像を発生す るために利用できる全てのキューを組合わせる聴覚系の結果であるために、知覚 される方向を全面的に制御することを単独で行うことができないから、空間残響 装置は聴取環境内に存在する反射された音を克服すなわち制御しなければならな い。これは、自然環境の知覚効果を圧倒するようにして、耳翼キューのような方 向キューとともに反射音を模することにより行われる。空間残響装置１０は、実 際の聴取環境内の反射をマスクするように、第１種の反射を強調できる（たとえ ば、振幅を大きくし、ある波長数を強めること、など）。

部屋の壁から反射された音により形成されるパターンを決定するために、各反射 音映像は部屋の外部の独特な仮想音源から出たものと見られる。これは映像モデ ルと呼ばれる。反射音により形成される特定のパターンは、と（に音源が動き始 める時に、環境内の音源の位置についての場所情報を与える。環境からのこのダ イナミックな場所情報は、静的な場所キューが弱い時に特に重要である。更に、 空間残響装置１０内のシミュレーション・パラメータは動的に変えることができ るから、動く音源、動く鑑賞者または変化する部屋に関°連する残響の空間的一 時間的分布の正確な変化を模することが可能である。したがって、空間残響装置 １０は実際の部屋を正確に模することができ、かつ動く音源または動く鑑賞者の 知覚品質を正確に構成できる。

第１次、第２次、および第３次の反射の到達時刻の正確な写しを与えるように、 模された反射音を決定するための遅延路の長さを部屋の寸法と部屋の内部の鑑賞 者の位置から決定できる。残響の放出が捕えられるように、後の反射が空間的な 場所および時間的な場所の両方に関して統計的に決定される。空間的に位置させ られる残響流を発生するように、他の方向キューはもちろん耳翼伝達関数を用い て各残響チャネルが分離できるようにして方向づけされる。

次に第２Ａ図を参照する。この図には空間残響装置１０の特定のサブシステムの 構成を示すブロック図が示されている。そのサブシステムはモジュール・サブシ ステム構成または第２Ｂ図に示すようにソウトウエアをベースとするデジタル処 理を用いる中央コンピュータ内で実現される構成を含めて、多くの可能な構成で 実現できる。空間残響装置１０により処理すべきオーディ信号は入力端子１２か ら振幅スケーラ−２３を介して残響装置サブシステム２２と第１の方向づけ器２ ２へ図示のように結合される。振幅スケーラ−２３は自然環境の単純な吸収特性 を模する直線スケーラ−とすることができ、またはスケーラ−２３は自然音響環 境の低域濾波性質を模する低域濾波を含むことができる。

残響装置サブシステム２０は多数（図示の実施例では１−Ｍ、Ｍは零でない任意 の整数とすることができる）の出力を発生するために入力信号を処理する。各出 力は、異なる空間領域から鑑賞者まで来る反射音を模する異なる残響流である。

入力信号は方向づけ器２２によっても処理される。その方向づけ器は方向キュー 、なるべく耳翼キューを含むようにする、を入力オーディオ信号に重ね合わせて 、直接（すなわち、反射されない）音響信号を表す出力を装置の各出力チャネル に生ずる。好適な実施例においてはそれらの方向キューは、オーディオ信号を方 向づけるために合成された耳翼伝達関数を使用することを含む。残響装置２０に より発生される残響流は、反射音の選択された構成のシミュレーションを表す多 数の遅延させられた信号を含むオーディオ信号流である。合流は異なり、図示の ように別々の方向づけ器２４へ接続される。残響装置２０は残響流を発生するの に公知の技術を用いる。適当な方向づけ器が１９８０年８月２６日にコグレ（ｋ ｏｇｕｒｅ）他へ発行された特許番号第４，２１９゜６９６号に記載されている 。参考のためにそれをここに含ませる。

方向づけ器２２．２４からの方向づけられた出力信号が、図示のように、Ｎ個の 混合回路２６へ結合される。各混合回路２６はそれらに結合された信号を加え合 わせて、スピーカまたはヘッドホンのような音響再生トランスデユーサへ与える べき１個の残響オーディオ出力を発生する。あるいは、強められた臨場感および 強められた明瞭度のような効果を発生できるように、方向づけ器の入力端子また は出力端子にフィルタ回路２５を選択的に付加できる。この一般的な構造の多く の構成を単一の出力から任意の数の出力チャネルまで変えて実現できる。ステレ オ装置すなわちパイノーラル装置においては、ただ２つの出力チャネルがある。

音響環境の特徴と、空間残響装置１０により構成される音響幻想の特徴は制御パ ネル３０を介して制御される。部屋の寸法、吸収係数、鑑賞者および音源の位置 などのような制御引数および制御パラメータは制御パネル３０を介して引れるこ とができる。また、知覚した残響の量に対する臨場感および明瞭度の指数などの ような他の心理学的パラメータを制御パネル３０を介して指定できる。制御パネ ル３０はキーボード、ジョイスティック、マウス、ＣＲＴなどのような、希望の パラメータを入力するためにユーザーが操作できる通常の端末装置を制御パネル ３０は有する。制御パネルの装置の操作に応じて発生される制御信号は、図示の ように、残響装置２０と、方向づけ器２２．２４と、スケーラ−２３と、フィル タ２５とへ結合されることによりそれらのサブシステムを制御する。残響装置２ ０のための制御信号はスケール係数と、遅延パラメータおよびフィルタ・パラメ ータを含むことができ、方向づけ器２２．２４のための制御信号は方位角と高さ を含むことができ、スケーラ−２３およびフィルタ２５のための信号はスケール 係数パラメータとフィルタ・パラメータを含むことができる。

第１の方向づけサブシステム２２へ結合された入力信号は、振幅がスケールされ たか、低域濾波されたかの少くとも一方の操作を受けた非残響入力信号の幻想の 向きを決定するために修正される。残響サブシステム２０は人力信号を処理して 、異なる方向（すなわち、異なる空間領域）から鑑賞者への所にくる反射音の異 なる時間的パターンをおのおのが模す多数のオーディオ残響流を発生する。それ らの流れは、各残響流の幻想の向きを決定する種々の方向づけ器へ結合される。

各方向づけ器からの出力信号は一緒に混合されて入力信号と方向づけされた残響 流の複合されたものを形成する。方向づけされた残響流は一緒になって三次元の 音場をシミュレートする。方向づけ器の出力は直接使用できる。たとえば、それ らの出力は、後になって各種の混合計画で実験するための操作を行えるようにす るために、多重トラック音響装置に個々に録音できる。

別々の出力オーディオ・チャネルの数は、音響再生（または録音）のために利用 できるチャネルの数により決定されるが、パイノーラル聴取のためには、鑑賞者 の左耳と右耳へ異なる音響信号を与えるために出力オーディオ・チャネルの数は 少くとも２個でなければならない。ステレオ装置の場合には、各方向づけ器２３ ．２４は、それらの方向づけられたオーディオ音響流の右耳成分および左耳成分 の２つの出力を有する。

それから、全ての右耳成分が第１の混合器により一緒に混合され、全ての左耳成 分が第２の混合器により一緒に混合されて２つの複合出力チャネルを生ずる。

第２Ｂ図に示されている実施例においては、第２Ａ図の各サブシステムが、従来 のデジタル濾波技術、デジタル遅延技術およびその他のデジタル処理技術を用い てソフトウェアで実現されている。長方形の部屋を模すための装置で使用するた めにＣプログラミング言語で書かれているコンピュータ・プログラムをこの明細 書の一部として附表Ａで示した。第２Ｂ図の構成は、入力端子１２に結合された 入力オーディオ信号を中央処理装置（ＣＰＵ）４０で処理できるようにするため に、その入力信号をデジタル形式に変換するアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換 器３２を含む。ＣＰＵ４０は第１図と第２Ａ図を参照して先に説明したように信 号を処理して出力信号を発生する。それらの出力信号は図示のようにデジタル− アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３２によりアナログ形式に変換される。ＣＰＵ４０の ための出力は、後での混合のために多重トラック録音図示の空間残響音１０を制 御する制御信号の入力のために、第２Ａ図を参照して先に述べた制御パネルが設 けられる。

次に、残響サブシステム２０を実現するために用いられる２種類の残響装置のフ ロック図が示されている第３Ａ、３Ｂ図を参照する。第３Ａ図に示す残響装置５ ０（以後「タイプ１」装置とよぶ）が入力信号を加算回路５２を介して遅延バッ ファ５４と帰還制御回路５６へ結合する。その帰還制御回路は図示のように遅延 バッファ５４の端部に置かれる。出力信号は加算回路５２へ帰還され、図示のよ うに出力端子５８に結合される。この回路の一実施例においては、空気中を伝わ る音の低域通過濾波効果を模するために、循環帰還を連続して修正する単極低域 フィルタにより帰還係数が決定される。

第３Ｂ図に示す残響装置（以後「タイプ２」装置と呼ぶ）が、入力オーディオ信 号を混合器６２を介して遅延バッフ７６４と帰還回路６６へ結合する。帰還回路 ６６の出力が図示のように第２の遅延バッファ６８と混合器７２へ結合される。

遅延バッファ６８の出力か帰還制御器７０へ結合される。その制御器の出力が混 合器７２と混合器６２へ図示のように結合される。

この種の残響装置６０においては、実際の帰還は第２ノ遅延バ、ファ６８および それの帰還制御器７０を介して起きる。したがって、残響装置５０の出力は各遅 延バッファ制御器対の出力の和である。タイプ２装置は、２種類の遅延の繰り返 しパターンが存在するしばしば起きる残響条件を模するために最も適当である。

それらの残響装置５０．６０の帰還制御は単一帰還係数による乗算の形をとるこ とができ、単極低域フィルタ、または制限されないオーダーのフィルタによる濾 波の形をとることができる。それらの帰還制御装置は、音の空気中伝播の吸収特 性と壁からの反射を効果的に模する。単一の乗算を用いると音の全吸収を捕え、 低域フィルタは吸収の周波数依存性を捕える。より複雑な構成においては、制限 されないオーダーのフィルタを用いて、音の吸収、反射および伝達の他の時間お よび周波数に依存する特性を捕えることができる。

残響サブシステム２０を形成するために、タイプ１とタイプ２の残響装置を組合 わせて、多数の残響流を並列に発生できる装置を作る。そのような並列残響流を 発生するために、残響装置の入力端子へ帰還される他の個々の残響装置の出力端 子にタイプ１とタイプ２の残響装置が並列に結合される。そうすると、個々の並 列残響装置の出力を残響流として使用できる。第３Ｃ図は、タイプ２装置７４と 並列のタイプ１装置７３を示すこの概念を示すものである。各装置７４．７３の 出力は他の装置の入力端子へ帰還されて２つの残響流を発生する。残響流の１つ またはそれ以上のチャネルを発生するために並列残響装置の出力を一緒に混合す ると、反射の急速に高くなる時間的密度を有する復号残響信号が発生される。こ れにより、完全な空間的残響装置におけるように方向キューが重ね合わされない 場合でも、直列組合わせを用いる残響装置により発生される音響結果よりも一層 自然な音響効果が生ずる。

この一般的なやり方を用いて空間的残響装置は、シミュレートされた部屋の早期 反射を摸し、かつそれらを残響装置への入力として処理することにより、選択さ れた部屋の形状を基にして構成でき、早期の反射を模された部屋の正確な形状を 基にして前記残響装置の循環遅延が構成される。また、模された反射が到達する 時の入射角に関する情報が保持される。

長方形の部屋の空間的一時間的な残響パターンを正確に模するパイノーラル空間 残響装置のシステム構成−が第５，６図に示されている。この装置は長方形の部 屋を摸する。その部屋は、第４Ａ、４Ｂ、４Ｃ図に示すように、その部屋に対す る映像モデルを用いて型づくられる。映像のモデリングは部屋の中での音響効果 をモデリングするための公知技術である。その技術は、反射された各音が実際の 物理的な部屋の外側の仮想音源から生ずると見ることができるものと仮定してい る。

各仮想音源は物理的な部屋を復製した（すなわち、物理的な部屋の鏡像である） 仮想の部屋の内部に含まれる。

第４Ａ、４Ｂ図においては、整数ｘ、ｙ、ｚ座標が仮想部屋を指定するために用 いられる。すなわち、第４Ａ図はモデルである長方形の部ｆｆ１８０のための水 平面に対する映像モデルを示し、第１次の反射（番号１がつけられている仮想音 源により示されている）が仮想の部屋８０，８４，８６．８８によりモデルにさ れ、実際の音源室８０を囲む仮想部屋（すなわち、音源）の格子により高次の反 射（番号２，３．４の仮想音源により示されている）が表わされる。第４Ｂ、４ Ｃ図に示されている類似の仮想部屋格子が、垂直平面の背面図に対する映像モデ ルと、垂直平面の背面図に対する映像モデルをそれぞれ示す。

第４Ａ、４Ｂ、４Ｃ図に各垂直音源に対する仮想部屋座標が示されている。それ らの座標が、残響ネットワークと各仮想音源の間の一致を示すために第５，６図 に示されている。第５．６図の結果として得られた空間残響装置は、第１次およ び第２次の反射と、ある第３次の反射に対して空間および時間において正確であ ることがわかる。第３次をこえる反射は統計的に正確であり、それらの反射の正 確な空間的一時間的位置に近いだけである。

長方形の部屋を模するめのパイノーラル残響装置の詳しいブロック図（これは第 ２Ａ図の全体的なブロック図の特定の′！施例であって、制御装置は示されてい ない）が第５図に示されている。処理すべき入力オーディオ信号が入力端子１２ へ与えられ、振幅スケーラ−２３に直接結合されて信号の振幅を調整することに より音の吸収を模する。その振幅スケーラ−２３は希望によっては低域フィルタ で構成できる。そのオーディオ信号は方向づけ器９０に接合される。その方向づ け器は直接（すなわち、反射されない）音響を模する方向づけられたオーディオ 信号の２種類の出力を発生される。それらの方向づけられたオーディオ信号は、 第５図に示すように、混合器１０２，１０４に接合される。されら２つの信号は 方向づけられた信号の右耳成分と左耳成分を表す。

入力信号は残響サブシステム２０内の多タップ遅延回路９２にも接合される。こ の遅延回路９２は６個の第１次遅延されたオーディオ信号を発生する。それらの 信号の別々の遅延は部屋内の鑑賞者の場所と、部屋内の音源の場所と、部屋の寸 法とにより決定される。

したがって、それら６個の信号は、第４Ａ図の水平面上に示されている４個の第 １次反射とを表す。それら６個の第１次反射信号は、６個の方向づけ回路９２１ ；接合されているのが示されているスケーラ−（またはフィルタ）９３により減 衰させられる。方向づけ回路９２は減衰された各第１次反射の方向づけを行う。

第４Ａ、４Ｂ、４Ｃ図に示すように、各反射の正確な方向はモデル部屋の内部の 鑑賞者の位置と、仮想音源の位置とから計算される。したがって、多くのタップ を有する単一遅延バッファ９２はそれらの反射を時間的に正しく置く。模された 反射の遅延時間と振幅を計算するために、鑑賞者の位置と第１次仮想音源（第４ Ａ。

４Ｂ、４Ｃ図参照）の位置の間の距離が用いられる。

第４Ａ、４Ｂ、４Ｃ図を参照することにより、第１次仮想音源が座標（１，０， ０）、（０，１，０）。

（−１，０，０）、（０，−１，０）、（０，０，１）、（０，０，−１）を有 する仮想部屋の中に含まれていることがわかる。

乗算係数を用いて、または信号吸収を表す低域フィルタを用いて、各反射を正し い振幅スケーリング（あるいは濾波、あるいはスケーリングと濾波の両方）する ことにより、各反射に対する音響の全吸収を考慮に入れるために、振幅スケーリ ングと１点波の少くとも一方か用いられる。その結果として得られた信号が方向 づけ器９２へ与えられ、そこでその信号は処理されて、耳翼キューを含めた方向 キューを重畳して各残響流へ方向特性を与える。各方向づけ器９２は２つの出力 信号（すなわち、一方の耳へ１つ）を発生する。その出力信号の１つが図示のよ うに混合器１０２へ結合され、他方の出力信号が混合器１０４に結合される。

多タップ遅延バッファ９２は１２個の第２次反射のための１２個のタップを有す る。それらの反射は振幅スケーラ−９５およびバス９６を介して内部残響ネット ワーク９４へ結合される。それら第２次反射には、第４Ａ、４Ｂ、４Ｃ図に示す ように、仮想部屋の内部に含まれてモデル部屋の２つの壁に接触している仮想光 源に組合わされる。各第２次反射の方向、遅延時間および振幅は、第１次反射に おいてそれらを計算したものと同じやり方で計算される。遅延時間は第１次の遅 延と同じ遅延バッファ９２において与えられ、振幅は振幅スケーラ−９２により 適切な量だけスケールされる。第４Ａ、４Ｂ、４Ｃ図に示されている第２次仮想 音源は番号２がつけられている仮想音源を有するものである。それらの第２次仮 想音源の仮想部屋座標は次の通りである（第４Ａ、４Ｂ、４Ｃ図参照）：　（１ ゜０．１）、０，１．１）、（−１，０，１）、（０゜−１，１）、（１，−１ ，０）、（１，０，−１）。

（０，１，−１）、（−１，Ｏ，−１）、（０，−１゜−１）。

内部残響ネットワーク９４は多くの構成で実現できるが、第６図に示す実施例は 第１のタイプの残響装置を１２個含み、第２のタイプの残響装置を６個含む。

各タイプ２装置は第１次部屋（すなわち、合壁の中心からの重線に沿って整列さ せられた部屋）のすぐうしろの第２次の仮想部屋からでる残響流に組合わされる 。

たとえば、第４Ａ図を参照して、座標が（２，０，０）である第２次の部屋が第 １次の部屋（１，０，０）のまうしろである。各タイプ１装置は第２次の部屋（ すなわち、２つの壁の交差により形成された隅からの対角線に沿って整列させら れた部屋）のまうしろの第４次の仮想部屋から出た残響流に組合わされる。たと えば、第４Ａ図に示され、座標（２，２，０）を有する第４次の部屋は座標が（ １，１，０）である第２次の部屋のまうしろである。したがって、全部で１８個 の残響装置が正しい残響流を発生する空間の領域にそれら１８個の残響装置が組 合わされる。各装置には４個の装置が隣接する。たとえば、タイプ２装置１１２ （第６図）により実現され、座標が（２，０，０）である第２次仮想部屋から出 る残響流は、タイプ１装置１１３．１１４，１１５．１１６で実現された４つの 残響流に空間的に隣接する（したがって帰還する）。

それらのタイプ１装置は座標が（２，２，０）、（２゜０．２）、（２，−２， ０）、（２，０，−２）である第４次の仮想部屋に組合わされる。第６図に示す ように、各タイプ２装置（たとえば、装置１１２）は４個の空間的に隣接するタ イプ１装置に帰還させられる。

この帰還により、垂線に沿う部屋と対象線に沿う部屋の間の仮想部屋に対する反 射が発生される。

各装置に対する遅延時間はモデル部屋の寸法と、音源の幻想的な空間位置と、模 されている環境内の鑑賞者の幻想的な位置とを基にして計算される。タイプ２残 響装置内の２つの遅延バッファの長さは、第１次の反射および第２次の反射の到 達時刻の差と、第２次の反射と第３次の反射の到達時刻の差から得られる。たと えば、座標が（２，０，０）である部屋に関連する装置に対して、Ｔ　（２，０ ，０）が仮想部屋からの仮想音源に対する予測到達時刻であるとすると、遅延バ ッファの長さは次のようにしてめることができる。

遅延１−Ｔ　（２，０，０）−Ｔ　（１，０，０）遅延２−Ｔ　（３，０，０） −Ｔ　（２，０，Ｏ）タイプ１残響装置の遅延時間は、第２次と第４次の反射の 到達時刻の差から決定される。座標が（１，１゜０）である仮想部室に関連する 装置に対しては、遅延時間の長さは次のようにして計算できる。

遅延−Ｔ　（２，２，０）−Ｔ　（１，１，Ｏ）帰還を制御するために装置内で 用いられる係数の値は、計算された遅延時間の間に反射音が進む距離と、その音 の経路」二で遭遇する壁の音吸収と、模されている環境の吸収／′反射／拡散の 各性質とを基にして計算される。

その結果として内部残響ネットワーク９４から得られる各出力流は方向づけ器９ ８に結合される。各方向づけ器は２つの出力を有し、第５図に示すように、一方 の出力は混合回路１０４へ結合される。各残響流に関連する各方向づけ器９８に 対して、仮想音源の位置（第６図中の出力端子における座標で示されている）に より正しい方向が決定される。混合器１．０２，１０４からの全混合信号は２つ の出力音響信号であって、各信号は再生トランスデユーサまたはレコーダへ結合 される。

第２Ｂ図に示す全コンピユータ化実施例は、第５゜６図に示す前記したサブシス テムの公知のデジタル・ソフトウェア実現を用いる。プログラミング言語Ｃで書 かれたプログラムが、スケーリング係数と、方位と、高さと、遅延とを、部屋の 寸法と鑑賞者の位置および音源の位置を指定する入力パラメータを基にして決定 するために、附表Ａに与えられている。附表Ｂはこの長方形の部屋の装置に対し てプログラムにより発生された方位、高さ、遅延およびスケールの各値を示す表 で、この場合の鑑賞者の位置は（０，０，０）　、音源の位置は４５度方位、３ ０度高さ、および鑑賞者がらの距離は２メートルである。

本発明を行い、かつ使用する態様を示す目的で新規な空間残響装置の特定の実施 例について説明した。本発明の種々の面における本発明の他の変更の実現は当業 者にとっては明らがであろうこと、および本発明は説明した特定の実施例により それに限定されるものではないことを理解すべきである。したがって、ここに開 示し、かつ請求した基本となる諸原理の真の要旨範囲内に含まれるいがなる、お よび全ての変更、改変および均等なものは本発明によりカバーされることを意図 するものである。

ヱニニゴ二一 国際調査報告 、。ｌ−エ。Ｔｌ１ｌ　Ａ１１１１１゜、１０、。ＰＣＴ／ＵＳ８５１０１９８ ７

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. １．オーディオ信号を与える手段と、 反射された音の希望の構成を模すためにオーディオ信号から少くとも１つの残響 信号の流れを発生する残響手段と、 少くとも１つの出力信号を発生するために、所定の方向化耳翼伝達関数を１つの 残響流の少くとも一部へ与える方向づけ手段と、 を備える三次元空間内に幻覚音源を形成する音響処理装置。
2. ２．請求の範囲第１項記載の装置であって、残響手段により複数の残響流が発生 され、各残響流から複数の方向づけされた残響流を発生するために、方向づけ手 段が方向化伝達係数を各残響流に加え、複数の出力信号を発生する出力手段を更 に備え、各出力信号は、異なる残響流からそれぞれとり出された複数の方向づけ された残響流の和を含む装置。
3. ３．請求の範囲第１項記載の装置であって、残響流は少くとも１つの直接音成分 を含み、耳翼方向キューはその直接成分に重ね合わされる装置。
4. ４．請求の範囲第２項記載の装置であって、少くとも１つの方向化された残響流 を濾波するフィルタ手段を更に備える装置。
5. ５．請求の範囲第３項記載の装置であって、１つの残響流の少くとも１つの部分 が強調される装置。
6. ６．請求の範囲第２項記載の装置であって、音の吸収を模するためにオーディオ 信号をスケーリングするスケーリング手段を更に備える装置。
7. ７．請求の範囲第２項記載の装置であって、音の吸収制を模するためにオーディ オ信号を濾波するフィルタ手段を更に備える装置。
8. ８．請求の範囲第２項記載の装置であって、残響手段は残響音反射の音の吸収を 模すためのスケーリング・フィルタ手段を備える装置。
9. ９．請求の範囲第２項記載の装置であって、残響手段は、オーディオ信号から残 響信号を発生するために、遅延バッファと帰還制御器を有する第１の循環遅延手 段を備える装置。
10. １０．請求の範囲第９項記載の装置であって、残響手段は、オーディオ信号から 残響信号を発生するために、２つの遅延バッファと２つの帰還制御器を有する第 ２の循環遅延手段を備える装置。
11. １１．請求の範囲第１０項記載の装置であって、並列に構成された複数の第１お よび第２の循環遅延手段を更に備え、少くとも１つの第２の循環遅延手段は少く とも１つの第１の循環遅延手段へ帰還する装置。
12. １２．請求の範囲第１項記載の装置であって、入力制御信号に応答して残響手段 と方向化手段を制御する手段を更に備え、この手段は臨場感と明瞭度を独立に制 御する手段を含む装置。
13. １３．請求の範囲第１項記載の装置であって、方向づけ手段は、音源の動きと聴 取者の動きを模すために、耳翼の伝達係数をダイナミックに変化させる手段を更 に備える装置。
14. １４．請求の範囲第２項記載の装置であって、各残響流は選択された空間領域か らの反射を模し、前記選択された領域から出る幻覚を与えるために各前記残響流 は方向化される装置。
15. １５．反射された音の希望の模成を模すオーディオ信号の少くとも１つの残響流 を発生する過程と、少くとも１つの耳翼方向キューを１つの残響の少くとも部分 に重ね合わせる過程と、 を備える音声信号処理方法。
16. １６．請求の範囲第１５項記載の方法であって、発生する過程は、少くとも１つ の直接音成分を少くとも１つの残響流の部分として発生する過程を備える方法。
17. １７．請求の範囲第１５項記載の方法であって、少くとも１つの残響流を濾波す る過程を更に備える方法。
18. １８．請求の範囲第１５項記載の方法であって、１つの残響の少くとも一部を強 調する過程を更に備える方法。
19. １９．請求の範囲第１５項記載の方法であって、発生する過程は、音の吸収を模 すために、残響流の発生中に濾波する過程を更に備える方法。
20. ２０．請求の範囲第１５項記載の方法であって、音源の動きと聴取者の動きを模 すために耳翼の伝達係数をダイナミックに変える過程を更に備える方法。
21. ２１．幻覚的な反射された音の選択された空間的一時間的分布を与える残響オー ディオ信号を含む少くとも１つの方向化されたオーディオ流を発生するためにオ ーディオ信号を処理する手段と、 オーディオ流を出力する手段と、 を備える残響音の空間的な次元と時間的な次元を模す空間残響装置。
22. ２２．請求の範囲第２１項記載の空間残響装置であって、処理手段は方向づけさ れたオーディオ流を発生するために耳翼伝達係数を利用する空間残響装置。
23. ２３．請求の範囲第２１項記載の空間残響装置であって、処理手段は空間的一時 間的な分布をダイナミックに変化する手段を更に備える空間残響装置。
24. ２４．請求の範囲第２１項記載の空間残響装置であって、処理手段は音の明瞭度 と臨場感を独立に制御する手段を更に備える空間残響装置。
25. ２５．オーディオ信号を与える手段と、オーディオ信号に応答して複数の独特な 並列残響流を発生し、出力する手段と、 を備なえ、異なる１つの前記並列残響流を発生するために少くとも１つの残響流 が帰還および利用される残響装置。
26. ２６．請求の範囲第２５項記載の装置であって、発生する手段は残響流を発生す るために遅延および帰還する手段を更に備える装置。