JPWO2006092995A1 - 音響再生装置 - Google Patents

Abstract

直接音成分と残響成分の相関を高くすることによって効果的な臨場感を提供することができる音響再生装置を提供すること。
信号処理部２００は、設定された残響制御係数に基づいて各チャンネル毎のオーディオ信号の残響成分を生成する残響制御回路２４０と、各チャンネルのオーディオ信号および生成された残響成分の各スピーカへの出力制御を行う出力制御部２５０と、システム制御部１２５の制御の下、信号処理部２００内の各部を制御する信号処理制御部２６０と、を有し、予め定められたスピーカの出力先に伴い、各チャンネルのオーディオ信号および各残響成分を、当該該当するスピーカに出力するようになっている。

Description

本発明は、入力された音信号に残響成分を生成して拡声制御する音響再生装置の技術分野に属する。

近年、音楽などの音源を再生する際に、当該音源が再生される音場空間の音場補正を行うＡＶアンプなどの再生装置が実用に供されており、また、最近では、音源が再生される音場空間の特性に基づいて当該音源の残響特性を補正し、音場空間の残響制御を行う技術が注目されている。

特に、このような残響特性を補正する技術としては、当該残響特性を補正するために理想的な残響特性、例えば、残響時間が設定されると、設定された残響特性に基づいて、有限インパルス応答型フィルタ、すなわち、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを用いて、リスニングルームに拡声され、任意の聴取位置で取得された拡声音の残響特性を近似させる方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平２００３−２５５９５５号公報

しかしながら、従来の音場補正システムにあっては、直接音成分として提供される残響成分の元になる音信号と、間接音成分として提供される当該残響成分を同じスピーカによって拡声するようになっていたため、拡声音における直接音成分と残響成分との相関が高くなり、効果的に臨場感を提供することができない場合がある。

本発明は、上記の課題の一例を解決するものとして、直接音成分と残響成分の相関を低くすることによって効果的な臨場感を提供することができる音響再生装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、入力された複数の音信号に基づいて当該各音信号の特性に応じた各スピーカである該当スピーカをそれぞれ拡声させる音響再生装置であって、音源として各音信号を取得する取得手段と、前記取得された各音信号における残響成分を生成する生成手段と、前記取得された各音信号を各該当スピーカから拡声させるとともに、前記生成された各残響成分を当該該当スピーカとは異なる非該当スピーカから出力させる出力制御手段と、を備える構成を有している。

本願に係るサラウンドシステムの第１実施形態の構成を示すブロック図である。 第１実施形態における信号処理部の構成を示すブロック図である。 各残響制御回路に入力されたオーディオ信号の該当するスピーカのチャンネルに対応させた出力先のスピーカを示す図である。 スピーカの決定方法を説明するための図である。 スピーカと（１−ＩＡＣＣ〔Ｅ３〕）の関係を示す図である。 スピーカと（１−ＩＡＣＣ〔Ｌ３〕）の関係を示す図である。 第１実施形態における信号処理部の残響制御回路の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００ … サラウンドシステム
１２０ … 信号処理装置
１３０ … スピーカシステム
１２８ … 操作部
１２９ … システム制御部
２００ … 信号処理部
２４０ … 残響制御回路
２５０ … 出力制御部 ２４１ … フィルタ処理部
２４２ … 残響成分生成部
２４３ … 第１周波数合成部
２４４ … 第２周波数合成部
２４５ … 第３周波数合成部
２４６ … 分配器
２４７ … 第１生成部
２４８ … 第２生成部
２４９ … 成分混合調整部

次に、本願に好適な実施の形態について、図面に基づいて説明する。

なお、以下に説明する実施形態は、５．１ｃｈのサラウンドシステム（以下、単に、サラウンドシステムという。）における信号処理装置に対して本願の音響再生装置を適用した場合の実施形態である。

まず、図１を用いて本実施形態におけるサラウンドシステムの構成について説明する。なお、図１は、本実施形態のサラウンドシステムの構成を示すブロック図である。

本実施形態のサラウンドシステム１００は、図１に示すように、リスニングルーム１０、すなわち、聴取者に対して再生される音を提供する音場空間に設置されるようになっており、音源の再生または取得を行うとともに、当該再生された音または取得された音に対して所定の信号処理を行うようになっている。そして、このサラウンドシステム１００は、５．１ｃｈのスピーカシステム１３０によって、信号処理された音を各スピーカ毎に拡声し、聴取者に対して臨場感（サラウンド感）のある音場空間を提供するようになっている。

このサラウンドシステム１００は、記録メディアなどの音源を再生することにより、または、テレビジョン信号などの外部から音源を取得することにより、各スピーカに対応するチャンネル（チャネルとも言う。）成分を有する一定の形式のビットストリームデータを出力する音源出力装置１１０と、当該音源出力装置１１０から出力されたビットストリームを各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードし、各チャンネルのオーディオ信号毎に信号処理を行うとともに、リスニングルーム１０の残響特性その他の空間特性を解析する信号処理装置１２０と、各チャンネルに対応する、すなわち、各特性を有する各種のスピーカからなるスピーカシステム１３０と、から構成される。

なお、チャンネルとは、各スピーカに出力されるオーディオ信号の信号伝送路をいい、各チャンネルは、他のチャンネルと基本的には異なる特性を有するオーディオ信号を伝送するようになっている。

音源出力装置１１０は、例えば、ＣＤ（Compact disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などのメディア再生装置またはデジタルテレビジョン放送を受信する受信装置から構成される。この音源出力装置１１０は、ＣＤなどの音源を再生することにより、または、放送された音源を取得し、５．１ｃｈに対応する各チャンネル成分を有するビットストリームデータを信号処理装置１２０に出力するようになっている。

信号処理装置１２０には、音源出力装置１１０から出力された各チャンネル成分を有するビットストリームデータが入力されるようになっており、この信号処理装置１２０は、入力されたビットストリームデータを各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードするようになっている。

また、この信号処理装置１２０は、
（１）デコードされた各オーディオ信号に対して周波数特性の調整、
（２）デコードされた各オーディオ信号に対して予め設定された周波数帯域毎に残響成分の生成および当該生成された残響成分における拡声するスピーカへの出力制御、
（３）デコードされた各オーディオ信号における信号レベルおよび遅延量の調整、
を行うようになっており、当該信号処理された各オーディオ信号をアナログ信号に変換して音量レベルを調整するようになっている。そして、この信号処理装置１２０は、音量レベルが調整された各オーディオ信号をスピーカシステム１３０の各スピーカに出力するようになっている。

なお、本実施形態における信号処理装置１２０の構成およびその動作の詳細については、後述する。

スピーカシステム１３０は、聴取者の前方正面に配置されるセンタースピーカ１３１と、聴取者の前方に配置されるとともにセンタースピーカ１３１の右側または左側に配置されるフロント左スピーカ（以下、ＦＬスピーカという。）１３２ＦＬおよびフロント右スピーカ（以下、ＦＲスピーカという。）１３２ＦＲと、聴取者の後方に配置されるとともに、ＦＬスピーカ１３２ＦＬおよびＦＲスピーカ１３２ＦＲのそれぞれの右側または左側に配置されるサラウンド左スピーカ（以下、ＳＬスピーカという。）１３３ＳＬおよびサラウンド右スピーカ（以下、ＳＲスピーカという。）１３３ＳＲと、任意の位置に配置される低域再生用スピーカ（以下、サブウーハという。）１３４と、を有している。

具体的には、センタースピーカ１３１、ＦＬスピーカ１３２ＦＬおよびＦＲスピーカ１３２ＦＲ、ＳＬスピーカ１３３ＳＬおよびＳＲスピーカ１３３ＳＲは、オーディオ信号を拡声する際の周波数帯域のほぼ全域にわたって再生可能な周波数特性を有する全帯域型のスピーカにより構成されるとともに、その放射軸を聴取位置に向けて各信号を拡声するようになっている。また、サブウーハ１３４は、所定の低域の周波数帯域を拡声する際に用いられるようになっている。

次に、本実施形態の信号処理装置１２０の構成およびその動作について説明する。

本実施形態の信号処理装置１２０は、図１に示すように、各チャンネル成分を有する所定の形式のビットストリームデータが入力され、各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードする際に用いる信号形式のオーディオデータに変換する入力処理部１２１と、変換されたオーディオデータを各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードするとともに、各チャンネル毎に信号処理を行う信号処理部２００と、各チャンネルのオーディオ信号に対してデジタル／アナログ（以下、Ｄ／Ａという。）変換を行うＤ／Ａ変換器１２２と、各チャンネル毎に各チャンネルの信号の再生レベルを増幅する電力増幅器１２３と、各部の設定およびその他の操作を行うための操作部１２４と、各部を制御するシステム制御部１２５と、を有している。

なお、例えば、本実施形態の入力処理部１２１は、本発明の取得手段を構成し、信号処理部２００は、本発明の生成手段および出力制御手段を構成する。

入力処理部１２１には、各チャンネル成分を有する所定の形式のビットストリームデータが入力されるようになっており、この入力処理部１２１は、入力されたビットストリームデータを所定形式のオーディオデータに変換し、当該変換されたオーディオデータを信号処理部２００に出力するようになっている。

信号処理部２００には、入力処理部１２１から出力されたオーディオデータが入力されるようになっており、この信号処理部２００は、入力されたオーディオデータを各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードするとともに、各チャンネル毎に所定の信号処理を行い、該当するチャンネルのオーディオ信号をそれぞれ各Ｄ／Ａ変換器１２２に出力するようになっている。

具体的には、信号処理部２００は、後述するように、入力された信号に対して、周波数特性の調整、遅延時間の制御、信号レベル制御、および、残響成分の生成などの各信号処理を行う際に必要となる係数を決定し、当該決定された各係数に基づいて各信号処理を行うとともに、入力された各信号および生成された各信号の残響成分の各スピーカへの出力制御を行い、各Ｄ／Ａ変換器１２２に出力するようになっている。

なお、本実施形態における信号処理部２００の構成およびその動作の詳細については、後述する。

Ｄ／Ａ変換器１２２には、各チャンネル毎にそれぞれ信号処理が行われた各オーディオ信号が入力されるようになっており、このＤ／Ａ変換器１２２は、入力されたデジタル信号である各オーディオ信号およびテスト信号をアナログ信号に変換して各電力増幅器１２３にそれぞれ出力するようになっている。

電力増幅器１２３には、各チャンネル毎に信号処理されたオーディオ信号が入力されるようになっており、この電力増幅器１２３は、システム制御部１２５の制御の下、操作部１２４によって指定された音量の指示に基づいて各チャンネル毎のオーディオ信号の再生レベルを増幅し、増幅された各オーディオ信号を各チャンネルに対応する各スピーカに出力するようになっている。

操作部１２４は、各種確認ボタン、選択ボタン及び数字キー等の多数のキーを含むリモートコントロール装置または各種キーボタンにより構成されており、所定の操作指示を入力するために用いられるようになっている。特に、本実施形態の操作部１２４は、各係数を直接設定することができるとともに、所定の残響時間に対応した後述する残響パラメータを設定することができるようになっている。

システム制御部１２５は、各スピーカよりオーディオ信号を拡声してオーディオ信号の拡声を行うための全般的な機能を総括的に制御するようになっている。特に、このシステム制御部１２５は、ユーザの操作に基づいてオーディオ信号を拡声する際の残響制御係数を設定する処理を行うようになっている。

例えば、本実施形態のシステム制御部１２５は、解析されたリスニングルーム１０の残響特性によって算出された、または、操作部１２４を介して設定された残響パラメータ（後述するα）のデータに基づいて、残響制御係数を算出し、当該算出された各残響制御係数を、それぞれ、各残響制御回路２４０に設定するようになっている。

特に、本実施形態のシステム制御部１２５は、各残響パラメータを算出する場合には、リスニングルーム１０の任意の聴取位置における各スピーカから拡声された拡声音を、図示しないマイクロホンなどの機器を用いて計測および解析させ、その残響減衰特性の近似直線からリスニングルーム１０の残響時間を算出するようになっている。そして、このシステム制御部１２５は、残響時間に基づいて、残響付加量に比例し、一対一に対応するパラメータ.（残響パラメータ）を算出するようになっている。さらに、このシステム制御部１２５は、後述するように、当該残響パラメータに基づいて残響制御係数を算出するようになっている。

なお、この残響減衰特性とは、リスニングルーム１０における任意の聴取位置において聴取する拡声音の振幅レベル（強度）の時間的な減衰を示す特性をいう。例えば、所定のテスト信号における集音信号に基づいて、各周波数帯域毎に、任意のスピーカから聴取位置において定常音の再生を停止させた時間を基準として、振幅レベルが６０ｄＢ減衰するまでの時間を残響時間という。

次に、図２および図３を用いて本実施形態の信号処理部２００の構成およびその動作について説明する。なお、図２は、本実施形態における信号処理部２００の構成を示すブロック図であり、図３は、各残響制御回路２４０に入力されたオーディオ信号の該当するスピーカのチャンネルに対応させた出力先のスピーカを示す図である。

信号処理部２００は、上述のように、入力されたオーディオデータを各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードするとともに、システム制御部１２５の制御の下、デコードされた各チャンネル毎のオーディオ信号に対して各チャンネル毎に所定の信号処理を行うようになっている。

具体的には、この信号処理部２００は、入力されたオーディオデータに基づいて各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードするデコーダ２１０と、各チャンネル毎のオーディオ信号の周波数特性を調整する周波数特性調整回路２２０と、他のチャンネルとのチャンネル間における信号レベルを調整するとともに、各チャンネル毎に入力された信号を遅延させる信号レベル／遅延調整部２３０と、後述するように設定された残響制御係数に基づいて各チャンネル毎のオーディオ信号の残響成分を生成する残響制御回路２４０と、各チャンネルのオーディオ信号および生成された残響成分の各スピーカへの出力制御を行う出力制御部２５０と、システム制御部１２５の制御の下、信号処理部２００内の各部を制御する信号処理制御部２６０と、を有している。

なお、この信号処理部２００は、各チャンネル毎に、周波数特性調整回路２２０、信号レベル／遅延調整部２３０および残響制御回路２４０を有しており、信号処理制御部２６０と各部は、バスＢにより接続されている。また、例えば、本実施形態の残響制御回路２４０は、本発明の生成手段を構成し、出力制御部２５０は、本発明の出力制御手段を構成する。

デコーダ２１０には、オーディオデータが入力されるようになっており、このデコーダ２１０は、入力されたオーディオデータを、各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードし、各チャンネル毎に周波数特性調整回路２２０に出力するようになっている。

各周波数特性調整回路２２０には、信号処理制御部２６０の制御の下、各周波数帯域毎に、信号成分の利得（ゲイン）を調整するためのフィルタ係数が設定されるようになっている。また、この各周波数特性調整回路２２０には、入力された各チャンネル毎のオーディオ信号が入力されるようになっており、設定された各フィルタ係数に基づいて入力された信号に対して周波数特性の調整を行い、各信号レベル／遅延調整部２３０に出力するようになっている。

各信号レベル／遅延調整部２３０には、信号処理制御部２６０の制御の下、各チャンネル毎に、チャンネル間における減衰率を調整するための係数（以下、減衰係数という。）と、各チャンネルに該当するオーディオ信号またはテスト信号における遅延量（遅延時間）を調整するための係数（以下、遅延制御係数という。）と、が設定されるようになっている。また、この各信号レベル／遅延調整部２３０には、各周波数帯域毎に周波数特性が調整されたオーディオ信号が入力されるようになっており、この各信号レベル／遅延調整部２３０は、設定された減衰係数および遅延制御係数に基づいて、入力されたオーディオ信号に対してチャンネル間における減衰率および遅延量を調整し、当該減衰率および遅延量が調整されたオーディオ信号を各残響制御回路２４０に出力するようになっている。

各残響制御回路２４０には、信号処理制御部２６０によって後述するように決定された残響制御係数がそれぞれ設定されるようになっており、当該各残響制御回路２４０は、信号レベルが調整されたオーディオ信号に対して残響成分を生成し、出力制御部２５０に出力するようになっている。

具体的には、各残響制御回路２４０には、信号レベルおよび遅延量が調整されたオーディオ信号が入力されるようになっており、この各残響制御回路２４０は、各チャンネル毎に入力されたオーディオ信号を複数の周波数帯域毎に分割するようになっている。また、この各残響制御回路２４０は、後述する残響制御係数に基づいて入力されたオーディオ信号に各周波数帯域毎の残響成分を生成し、当該生成された残響成分と入力されたオーディオ信号（以下、直接音成分という。）を出力制御部２５０に出力するようになっている。

なお、本実施形態における残響制御回路２４０の構成およびその動作の詳細は、後述する。

出力制御部２５０には、各残響制御回路２４０から出力された各チャンネルのオーディオ信号および当該各残響制御回路２４０にて生成された残響成分が入力されるようになっている。この出力制御部２５０は、直接音成分を各チャンネル毎に定められたスピーカ（以下、該当スピーカともいう。）に出力するとともに、残響成分を、後述するように、予め定められたスピーカの出力先に伴い、該当スピーカとは異なるスピーカ（以下、非該当スピーカという。）に出力するようになっている。すなわち、この出力制御部２５０は、残響成分については、直接音成分が出力されないスピーカに出力するようになっている。

通常、各チャンネルのオーディオ信号に残響成分を付加し、当該残響成分が付加された各オーディオ信号を各チャンネルのスピーカから拡声させる場合に、残響成分が当該残響成分の元になるオーディオ信号と同じスピーカから拡声される。したがって、聴取者においては、オーディオ信号の拡声によって生じる残響成分が一方向のみからしか聴取することができないので、自然な残響感を提供することができない場合が多い。すなわち、コンサートホールなどの所定のリスニング環境においては、任意の音によって生ずる残響成分は、様々な方向から聴取者に到達するため、当該リスニング環境を再現するためには、残響成分を様々な方向から聴取者に提供すればよいとされる。

一方、残響成分を様々な方向から聴取者に提供したとしても、高い臨場感が得られるものでなく、高い臨場感を提供するためには、聴取者に到達する際に残響成分の相関性を考慮した一定の基準に基づいて当該残響成分を提供することが必要となる。

本実施形態では、出力制御部２５０は、当該基準となる指標に、任意のリスニングルーム１０において聴取者に直接的に到達する直接音成分の指標となる（１−ＩＡＣＣ（Interaural Cross-Correlation Coefficient）〔Ｅ３〕）と、当該聴取者に間接的に到達する間接音成分の指標となる（１−ＩＡＣＣ〔Ｌ３〕）を用いて、残響成分を拡声するスピーカを予め決定し、当該決定されたスピーカ配置に基づいて、残響制御回路２４０にて生成された各チャンネルの残響成分の出力を制御するようになっている。

例えば、本実施形態では、所定の装置にて、この（１−ＩＡＣＣ〔Ｅ３〕）と（１−ＩＡＣＣ〔Ｌ３〕）との２つ指標の平均を予め算出し、図３に示すように、元のチャンネル、すなわち、各残響制御回路２４０に入力されたオーディオ信号の該当するスピーカのチャンネルに対応させた出力先のスピーカを決定するようになっている。そして、出力制御部２５０は、当該決定されたスピーカに対応するように、後述する第１残響成分および第２残響成分の各残響成分と、直接音成分と、を出力するようになっている。

ここで、各残響制御回路２４０に入力されたオーディオ信号の該当するスピーカのチャンネルに対応させた出力先のスピーカの決定方法について説明する。なお、図４は、スピーカの決定方法を説明するための図であり、図５は、スピーカと（１−ＩＡＣＣ［Ｅ３］）の関係を示す図である。また、図６は、スピーカと（１−ＩＡＣＣ［Ｌ３］）の関係を示す図である。

この（１−ＩＡＣＣ〔Ｅ３〕）とは、別名ＢＱＩ（Binaural Quality Index）といい、リスニングルーム１０の主観的プリファレンスと極めて相関が高いことを示す指標である。また、このＩＡＣＣ〔Ｅ３〕は、リスニングルーム１０において任意の場所における聴取者に直接音成分が届いてから８０ｍｓｅｃまでの（Ｅａｒｌｙ）成分において、中心周波数５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚの三バンドの両耳間相関係数を平均化したものである。一方、（１−ＩＡＣＣ〔Ｌ３〕）とは、聴取者における音の包まれ感を示し、ＬＥＶ（Listener Envelopment ）との関連性を示す指標である。また、このＩＡＣＣ〔Ｌ３〕は、リスニングルーム１０において任意の場所における聴取者に直接音成分が届いてから８０ｍｓｅｃから１０００ｍｓｅｃまでの成分において、中心周波数５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚの三バンドの両耳間相関係数を平均化したものである。

例えば、図４に示すように、基準となる任意のスピーカ（以下、基準スピーカという。）から直接音成分を出力した際に、残響成分を出力するＦＬスピーカとＦＲスピーカ、または、ＳＬスピーカとＳＲスピーカなど左右対象となるスピーカの配設位置を、聴取位置を中心に３６０度回転させてみると、スピーカ１の配置角度、スピーカ２の配置角度における各両耳相関係数は、図５および図６に示すように、（１−ＩＡＣＣ〔Ｅ３〕）と（１−ＩＡＣＣ〔Ｌ３〕）の指標とも、スピーカ１の配置角度１２０度、スピーカ２の配置角度２４０度としたとき、または、スピーカ１とスピーカ２の配置角度を逆、具体的には、スピーカ１の配置角度２４０度、スピーカ２の配置角度１２０度としたときに高くなる。

すなわち、基準となるスピーカから直接音成分が拡声され、両耳相関係数が低い配置角度にて残響成分が拡声されると、直接音成分とは相関が無くなり、同じ周波数成分を有する信号であっても異なる成分の音と認識するようになる。

したがって、任意のスピーカから直接音成分を拡声した場合に、左右対称となるスピーカから残響成分を拡声すると、スピーカの配置角度が１２０度、および、２５０度の角度で両耳相関係数が高くなるので、本実施形態では、各チャンネルのオーディオ信号である直接音成分を拡声するスピーカに対してスピーカの配置角度が１２０度、および、２５０度の配置位置に配置されるであろうスピーカから残響成分を拡声させるように各残響成分の出力先のスピーカが決定されるようになっている。

信号処理制御部２６０は、システム制御部１２５の指示の下、解析されたリスニングルーム１０の空間特性または操作部１２４を介して設定された値に基づいて、各周波数特性調整回路２２０、各信号レベル／遅延調整部２３０および各残響制御回路２４０のフィルタ係数、減衰係数、遅延制御係数の各係数の決定およびその設定を行うようになっている。また、この信号処理制御部２６０は、解析されたリスニングルーム１０の残響特性によって算出された、または、操作部１２４を介して設定された残響パラメータのデータに基づいて、各残響制御回路２４０における各残響成分の生成制御を行うための残響制御係数を各周波数帯域毎に算出し、当該算出された各残響制御係数を、それぞれ、各残響制御回路２４０に設定するようになっている。

例えば、本実施形態の信号処理制御部２６０２６０は、残響時間を示す残響付加量と一対一に対応する残響パラメータに基づいて残響制御係数ｇ１およびｇ２を各残響制御回路２４０毎に、かつ、各周波数帯域毎に算出するようになっている。

ここで、パラメータｇ１は、残響パラメータをαとすると、ｇ1＝α^（ｍ１）にて算出されるものである。また、パラメータｇ１は、ｇ1＜1を満足させる値であるとともに、パラメータ（ｍ１）は、予め定められた自然数を示す。ただし、（ｍ１）は各残響制御回路２４０毎および各周波数帯域毎に異なる値を用いることが望ましいが、各残響制御回路２４０毎または各周波数帯域毎に同一の値を示すようにしてもよい。

一方、パラメータｇ２は、パラメータｇ１と同様に、残響パラメータをαとすると、ｇ２＝α^（ｍ２）にて算出されるものである。また、パラメータｇ２は、ｇ２＜1を満足させる値であるとともに、パラメータ（ｍ２）は、予め定められた自然数を示す。ただし、（ｍ２）は各残響制御回路２４０毎および各周波数帯域毎に異なる値を示すことが望ましいが、各残響制御回路２４０毎または各周波数帯域毎に同一の値を示すようにしてもよい。

次に、図７を用いて本実施形態における各残響制御回路２４０の構成およびその動作について説明する。なお、図７は、本実施形態における残響制御回路２４０の構成を示すブロック図である。また、本実施形態における各残響制御回路２４０は同様の構成を有している。

各残響制御回路２４０には、信号レベルおよび遅延量が調整された各チャンネルのオーディオ信号が入力されるようになっている。この各残響制御回路２４０は、オーディオ信号が入力されると、当該入力されたオーディオ信号を複数の周波数帯域毎に分割するようになっており、信号処理制御部２６０によって設定された残響制御係数に基づいて入力されたオーディオ信号に対して各周波数帯域毎に残響成分を生成するようになっている。そして、各残響制御回路２４０は、周波数帯域毎に生成された残響成分と周波数帯域毎に分割されたオーディオ信号を合成して各Ｄ／Ａ変換器１２２に出力するようになっている。

また、各残響制御回路２４０には、信号処理制御部２６０の制御の下、当該信号処理制御部２６０によって上述のように算出された残響制御係数が設定されるようになっている。

具体的には、この各残響制御回路２４０は、図７に示すように、入力されたオーディオ信号を予め定められた周波数帯域毎に分割するフィルタ処理部２４１と、信号処理制御部２６０によって残響制御係数が設定されるとともに、当該設定された残響制御係数に基づいて分割された各周波数帯域毎に残響成分を生成する残響成分生成部２４２と、各周波数帯域毎に生成された残響成分を合成する第１周波数合成部２４３および第２周波数合成部２４４と、周波数帯域毎に分割されたオーディオ信号を合成する第３周波数合成部２４５と、を有している。

なお、この残響成分生成部２４２に設定される残響制御係数は、各チャンネル毎および各周波数帯域毎にそれぞれ設定されるようになっている。

フィルタ処理部２４１には、当該フィルタ処理部２４１に接続された信号レベル／遅延調整部２３０から出力された一のチャンネルにおけるオーディオ信号が入力されるようになっている。また、このフィルタ処理部２４１、一のチャンネルにおけるオーディオ信号が入力されると、入力されたオーディオ信号を予め定められた周波数帯域毎の信号成分に分割し、当該分割された各信号成分をそれぞれ各残響成分生成部２４２に出力するようになっている。

例えば、本実施形態のフィルタ処理部２４１は、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、４ｋＨｚ、８ｋＨｚおよび１６ｋＨｚの各周波数を中心周波数とする周波数帯域に分割するようになっており、分割された各信号成分をそれぞれ各残響成分生成部２４２に出力するようになっている。

各残響成分生成部２４２は、信号処理制御部２６０によって当該各残響成分生成部２４２に対応する残響制御係数が設定されるようになっている。また、各残響成分生成部２４２は、分割されたオーディオ信号の一の信号成分に対して、設定された残響制御係数に基づいて残響成分を生成するようになっており、生成された残響成分と入力された信号成分を第１周波数合成部２４３、第２周波数合成部２４４および第３周波数合成部２４５に出力するようになっている。

具体的には、各残響成分生成部２４２は、入力されたオーディオ信号に対して各周波数帯域毎に予め定められた周波数帯域の成分に複数に分配する分配器２４６と、残響制御係数が設定され、当該設定された残響制御係数に基づいて分配された一の成分に対して第１の残響成分である第１残響成分を生成する第１生成部２４７と、残響制御係数が設定され、当該設定された残響制御係数に基づいて分配された一の成分に対して第２の残響成分である第２残響成分を生成する第２生成部２４８と、第１残響成分と第２残響成分に基づいて第１生成部２４７及び第２生成部２４８に帰還させる残響成分（以下、帰還残響成分という。）を生成する成分混合調整部２４９と、を有している。

なお、図６には、各残響成分生成部２４２が周波数帯域毎に第１残響成分生成部２４２から第ｎ残響成分生成部２４２までの各残響成分生成部２４２が示されているが、例えば、本実施形態では、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、４ｋＨｚ、８ｋＨｚおよび１６ｋＨｚの各周波数を中心周波数とする周波数帯域毎に低域の周波数帯域から順に第１残響成分生成部２４２２５２から第６残響成分生成部２４２まで設けられている。また、例えば、本実施形態の残響成分生成部２４２は、本発明の生成手段を構成する。

各分配器２４６には、フィルタ処理部２４１から出力された該当する一の信号成分が入力されるようになっており、この各分配器２４６は、入力された信号成分を、第１生成部２４７、第２生成部２４８および第３周波数合成部２４５にそれぞれ分配するようになっている。

具体的には、この各分配器２４６は、入力された信号成分に対してそれぞれ異なる係数を乗算することによって、第１の信号成分（以下、第１信号成分という。）および第２の信号成分（以下、第２信号成分という。）を生成し、当該生成された第１信号成分および第２信号成分を第１生成部２４７または第２生成部２４８にそれぞれ出力するようになっている。一方、この各分配器２４６は、第１周波数合成部２４３に対しては、そのままの信号成分（上述の直接音成分）を直接出力するようになっている。

なお、この各分配器２４６は、第１生成部２４７および第２生成部２４８において残響成分を生成する際の帰還補償を行うために分配する信号成分に、それぞれ、予め設定された係数ｂ１またはｂ２（以下、初期係数という。）を乗算するようになっている。

第１生成部２４７には、信号処理制御部２６０によって当該残響制御回路２４０でかつ当該周波数帯域に該当する残響制御係数が設定されるようになっており、例えば、本実施形態では、第１生成部２４７の内部に設けられたメモリ（図示せず）に設定されるようになっている。

また、この第１生成部２４７には、分配器２４６から出力され、初期係数が乗算された第１信号成分と、後述するように、成分混合調整部２４９から出力され、予め定められた遅延時間を有する帰還残響成分と、が入力されるようになっている。そして、この第１生成部２４７は、入力された第１信号成分に予め定められた遅延時間を有する帰還残響成分を加算するとともに、設定された残響制御係数に基づいて、加算された第１信号成分における予め定められた遅延時間を有する残響成分を生成し、生成された残響成分を第１残響成分として第１周波数合成部２４３および成分混合調整部２４９に出力するようになっている。

例えば、この第１生成部２４７は、オーディオ信号の一の信号成分が残響制御回路２４０に入力されると、内部のメモリに設定された残響制御係数に基づいて第１信号成分に対して（式１）に示す演算を行い、第１残響成分を生成するようになっており、生成された第１残響成分を第１周波数合成部２４３および成分混合調整部２４９に出力するようになっている。

ただし、パラメータｇ１は、上述したように、信号処理制御部２６０にて算出され、設定された残響制御係数の一つである。また、（ｍ１）は各残響制御回路２４０毎および各第１生成部２４７毎に異なる値を示すことが望ましいが、各残響制御回路２４０毎または各第１生成部２４７毎に同一の値を示すようにしてもよい。

なお、第１生成部２４７において生成される第１残響成分は、（式１）に示すように、パラメータαが大きくなれば残響時間が増加し、パラメータαが減少すれば残響時間が減少するようになっている。また、成分混合調整部２４９から出力され、予め定められた遅延時間を有する帰還残響成分は、後述するように、第１残響成分および第２残響成分が混合されている残響成分である。

第２生成部２４８には、第１生成部２４７と同様に、信号処理制御部２６０によって当該残響制御回路２４０でかつ当該周波数帯域に該当する残響制御係数が設定されるようになっており、例えば、本実施形態では、第２生成部２４８の内部に設けられたメモリ（図示せず）に設定されるようになっている。

また、この第２生成部２４８には、分配器２４６から出力され、初期係数が乗算された第２信号成分と、後述するように、成分混合調整部２４９から出力され、予め定められた遅延時間を有する帰還残響成分と、が入力されるようになっている。そして、この第２生成部２４８は、入力された第２信号成分に予め定められた遅延時間を有する帰還残響成分を加算するとともに、設定された残響制御係数に基づいて、加算された第１信号成分における予め定められた遅延時間を有する残響成分を生成し、生成された残響成分を第２残響成分として第２周波数合成部２４４および成分混合調整部２４９に出力するようになっている。

例えば、この第２生成部２４８は、オーディオ信号の一の信号成分が残響制御回路２４０に入力されると、内部のメモリに設定された残響制御係数に基づいて第２信号成分に対して（式２）に示す演算を行い、第２残響成分を生成するようになっており、生成された第２残響成分を第２周波数合成部２４４および成分混合調整部２４９に出力するようになっている。

ただし、パラメータｇ２は、上述したように、パラメータｇ１と同様に、信号処理制御部２６０にて算出され、設定された残響制御係数の一つである。また、（ｍ２）は各残響制御回路２４０毎および各第２生成部２４８毎に異なる値を示すことが望ましいが、各残響制御回路２４０毎または各第２生成部２４８毎に同一の値を示すようにしてもよい。

なお、第１生成部２４７と同様に、第２生成部２４８において生成される第２残響成分は、（式２）に示すように、パラメータαが大きくなれば残響時間が増加し、パラメータαが減少すれば残響時間が減少するようになっている。また、成分混合調整部２４９から出力され、予め定められた遅延時間を有する帰還残響成分は、後述するように、第１残響成分および第２残響成分が混合されている残響成分である。

成分混合調整部２４９には、第１生成部２４７から出力された第１残響成分と第２生成部２４８から出力された第２残響成分とが入力されるようになっており、この成分混合調整部２４９は、入力された第１残響成分および第２残響成分に基づいて帰還残響成分を生成し、生成された帰還残響成分を第１生成部２４７および第２生成部２４８に出力、すなわち、帰還させるようになっている。

例えば、成分混合調整部２４９は、入力された第１残響成分と第２残響成分を用いて（式３）に示す演算をし、第１残響成分と第２残響成分を混合するようになっており、（式３）の行列式を用いて生成された残響成分を帰還残響成分として第１生成部２４７および第２生成部２４８に出力するようになっている。

ただし、Ｂ１およびＢ２は帰還残響成分を示し、成分混合調整部２４９は、第１帰還残響成分Ｂ１は第１生成部２４７２５５に帰還させ、第２帰還残響成分Ｂ２は第２生成部２４８２５６に帰還させる。また、（式３）に示す行列Ａは、（式４）によって示され、当該行列Ａはユニタリ行列である。

なお、行列Ａがユニタリ行列（Ａ^−１＝ＡＴ）であると、上述のｇ1＜1およびｇ2＜1の条件とともに、当該残響成分生成部２４２の帰還回路は安定することとなる。

第１周波数合成部２４３には、各残響成分生成部２４２において生成された第１残響成分が入力されるようになっており、この第１周波数合成部２４３は、入力された各第１残響成分を合成し、当該チャンネルの第１残響成分におけるオーディオ信号を再生成し、出力制御部２５０に出力するようになっている。

第２周波数合成部２４４には、各残響成分生成部２４２において生成された第２残響成分が入力されるようになっており、この第２周波数合成部２４４は、入力された各第２残響成分を合成し、当該チャンネルの第２残響成分におけるオーディオ信号を再生成し、出力制御部２５０に出力するようになっている。

第３周波数合成部２４５には、各周波数帯域に分割されたオーディオ信号の一信号成分が入力されるようになっており、この第３周波数合成部２４５は、入力された各周波数帯域に分割されたオーディオ信号の一信号成分を合成し、当該チャンネルのオーディオ信号を再生成し、出力制御部２５０に出力するようになっている。

なお、本実施形態の残響成分生成部２４２では、第１生成部２４７、第２生成部２４８および成分混合調整部２４９によって、フィードバックディレイネットワーク（ＦＤＮ：Feedback Delay Network）を構成するようになっており、本実施形態の残響成分生成部２４２は、当該フィードバックディレイネットワークを用いて残響成分を生成するようになっている。

以上本実施形態によれば、入力された複数のオーディオ信号に基づいて当該各オーディオ信号の特性に応じた各スピーカである該当スピーカをそれぞれ拡声させる信号処理装置１２０であって、音源として各オーディオ信号を取得する入力処理装置１２１と、取得された各オーディオ信号における残響成分を生成する残響制御回路２４０と、取得された各オーディオ信号を各該当スピーカから拡声させるとともに、生成された各残響成分を当該該当スピーカとは異なる非該当スピーカから出力させる出力制御部２５０と、を備える構成を有している。

この構成により、本実施形態の信号処理装置１２０は、得られた各オーディオ信号を各該当スピーカから拡声させるとともに、生成された各残響成分を当該該当スピーカとは異なる非該当スピーカから出力させるので、直接音成分と残響成分の相関を高くすることができるとともに、効果的な臨場感を提供することができる。

また、本実施形態の信号処理装置１２０は、残響制御回路２４０が、各オーディオ信号毎に少なくとも２種類の残響成分を生成するとともに、出力制御部２５０が、各オーディオ信号における各残響成分を、それぞれ、聴取者に対して対称的に配置されるスピーカから出力させる構成を有している。

この構成により、本実施形態の信号処理装置１２０は、各オーディオ信号における各残響成分を、それぞれ、聴取者に対して対称的に配置されるスピーカから出力させるので、直接音成分と残響成分の相関を低くすることができるとともに、効果的な臨場感を提供することができる。

また、本実施形態の信号処理装置１２０は、残響制御回路２４０が、パラメータαを変化させることによって、少なくとも２種類の残響成分の付加量を調整する。この構成により、容易にかつ的確にオーディオ信号に対して残響成分を生成することができるとともに、直接音成分と残響成分の相関を低くすることができる。

また、本実施形態の信号処理装置１２０は、残響制御回路２４０が、一のパラメータに基づいて少なくとも２種類の残響成分を生成する構成を有しているので、容易にかつ的確にオーディオ信号に対して複数の残響成分を生成することができる。

また、本実施形態の信号処理装置１２０は、出力制御部２５０が、スピーカから拡声された際に聴取者に直接的に到達する直接音成分の両耳相関係数と当該スピーカから拡声された際に聴取者に間接的に到達する間接音成分の両耳相関係数の２種類の相関係数に基づいて残響成分を出力するスピーカを定める構成を有している。

この構成により、本実施形態の信号処理装置１２０は、直接音成分の両耳相関係数、例えば、ＩＡＣＣ（Interaural Cross-Correction Coefficient）（Ｅ３）と間接音成分の両耳相関係数、例えば、ＩＡＣＣ（Interaural Cross-Correction Coefficient）（Ｌ３）の２種類の相関係数に基づいて残響成分を出力するスピーカを定めるので、直接音成分と残響成分の相関を低くすることができるとともに、効果的な臨場感を提供することができる。

なお、本実施形態では、各チャンネル毎および予め設定された周波数帯域毎に残響パラメータを算出し、残響制御回路２４０に各周波数帯域毎に残響時間係数を設定するようになっているが、予め設定された周波数帯域毎に分割せずに、各チャンネル毎に全周波数帯域における残響パラメータを算出するとともに、当該算出された残響パラメータに基づいて残響制御係数を算出し、当該算出された残響制御係数を各チャンネル毎の残響制御回路２４０に設定するようにしてもよい。

また、本実施形態では、各チャンネル毎に残響パラメータを算出し、残響制御回路２４０に各周波数帯域毎に残響時間係数を設定するようになっているが、全チャンネル一度に残響パラメータを算出するようにしてもよいし、全チャンネル唯一の残響パラメータを算出するようにしてもよい。

また、本実施形態では、各残響制御回路２４０は、２系統のパスにおける各残響成分を混合し、残響制御係数データに基づいて残響成分を生成するようになっているが、１系統または３系統以上のパスよって残響成分を生成してもよい。

また、本実施形態では、各残響制御回路２４０は、予め定められた周波数帯域毎に残響成分を生成するようになっているが、入力されたオーディオ信号を複数の周波数帯域毎に分割せずに、当該残響成分を生成してもよい。

この場合に、各残響制御回路２４０において、オーディオ信号およびテスト信号の全周波数帯域に対して残響成分の生成および付加を行う残響成分生成部２４２を設けることによって、または、予め定められた各周波数帯域毎に残響成分を生成する残響成分生成部２４２を縦列に設けることによって、当該残響成分を生成してもよい。

また、本実施形態では、各残響制御回路２４０は、２系統のパスにおける各残響成分を混合し、残響制御係数データに基づいて残響成分を生成するようになっているが、残響制御係数データを用いて生成すべき残響成分の遅延時間を生成すればよく、上述以外の方法によって残響成分を生成することも可能である。

また、本実施形態では、５．１ｃｈのサラウンドシステム１００を用いて残響時間の設定処理について説明しているが、勿論、７．１ｃｈのサラウンドシステム１００についても、または、擬似的なサラウンド効果を適用する装置を備えることにより、ＡＶアンプなどのステレオ用音響再生装置などの他の音響再生装置についても、適用することができる。

また、本実施形態では、信号処理装置１２０において、音源出力装置１１０において出力されたデジタル信号に基づいて残響成分の付加その他の信号処理を行うようになっているが、勿論、当該信号処理装置１２０において、音源出力装置１１０から出力されたアナログ信号またはその他の外部から入力されたアナログ信号に基づいて信号処理を行うようにしてもよい。

また、２００５年３月１日に出願された明細書、特許請求の範囲、図面、要約を含む日本の特許出願（No. 2005-56356）の全ての開示は、その全てを参照することよって、ここに組み込まれる。

【０００２】
号に基づいて当該各音信号の特性に応じた各スピーカである該当スピーカをそれぞれ拡声させる音響再生装置であって、音源として各音信号を取得する取得手段と、前記取得された各音信号における残響成分を、残響時間を示す残響付加量に対応する残響パラメータに基づいて生成する生成手段と、前記取得された各音信号を各該当スピーカから拡声させるとともに、前記生成された各残響成分を当該該当スピーカとは異なる非該当スピーカから出力させる出力制御手段と、を備える構成を有している。
【図面の簡単な説明】
［０００７］
［図１］本願に係るサラウンドシステムの第１実施形態の構成を示すブロック図である。
［図２］第１実施形態における信号処理部の構成を示すブロック図である。
［図３］各残響制御回路に入力されたオーディオ信号の該当するスピーカのチャンネルに対応させた出力先のスピーカを示す図である。
［図４］スピーカの決定方法を説明するための図である。
［図５］スピーカと（１−ＩＡＣＣ〔Ｅ３〕）の関係を示す図である。
［図６］スピーカと（１−ＩＡＣＣ〔Ｌ３〕）の関係を示す図である。
［図７］第１実施形態における信号処理部の残響制御回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
［０００８］
１００ … サラウンドシステム
１２０ … 信号処理装置
１３０ … スピーカシステム
１２８ … 操作部
１２９ … システム制御部
２００ … 信号処理部
２４０ … 残響制御回路
２５０ … 出力制御部 ２４１ … フィルタ処理部
２４２ … 残響成分生成部
２４３ … 第１周波数合成部
２４４ … 第２周波数合成部

Claims (8)

1. 入力された複数の音信号に基づいて当該各音信号の特性に応じた各スピーカである該当スピーカをそれぞれ拡声させる音響再生装置であって、
   音源として各音信号を取得する取得手段と、
   前記取得された各音信号における残響成分を生成する生成手段と、
   前記取得された各音信号を各該当スピーカから拡声させるとともに、前記生成された各残響成分を当該該当スピーカとは異なる非該当スピーカから出力させる出力制御手段と、
   を備えることを特徴とする音響再生装置。
2. 請求項１に記載の音響再生装置において、
   前記生成手段が、前記各音信号毎に少なくとも２種類の残響成分を生成するとともに、
   前記出力制御手段が、各音信号における各残響成分を、それぞれ、聴取者に対して対称的に配置される該当スピーカから出力させることを特徴とする音響再生装置。
3. 請求項２に記載の音響再生装置において、
   前記生成手段が、残響付加量に対応したパラメータを変化させることによって、少なくとも２種類の残響成分を生成することを特徴とする音響再生装置。
4. 請求項３に記載の音響再生装置において、
   前記生成手段が、一のパラメータに基づいて少なくとも２種類の残響成分を生成することを特徴とする音響再生装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の音響再生装置において、
   前記出力制御手段が、所定の両耳相関係数に基づいて前記残響成分を出力するスピーカを定めることを特徴とする音響再生装置。
6. 請求項５に記載の音響再生装置において、
   前記出力制御手段が、スピーカから拡声された際に聴取者に直接的に到達する直接音成分の両耳相関係数と当該スピーカから拡声された際に聴取者に間接的に到達する間接音成分の両耳相関係数の２種類の相関係数に基づいて前記残響成分を出力するスピーカを定めることを特徴とする音響再生装置。
7. 請求項６に記載の音響再生装置において、
   前記出力制御手段が、前記直接音成分の両耳相関係数としてＩＡＣＣ（Interaural Cross-Correction Coefficient）（Ｅ３）を用いるとともに、前記間接音成分の両耳相関係
   数としてＩＡＣＣ（Interaural Cross-Correction Coefficient）（Ｌ３）を用い、当該
   ＩＡＣＣ（Ｅ３）とＩＡＣＣ（Ｌ３）の２種類の相関係数に基づいて前記残響成分を出力するスピーカを定めることを特徴とする音響再生装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の音響再生装置において、
   前記生成手段が、予め定められた周波数帯域毎に前記残響成分を生成することを特徴とする音響再生装置。

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