WO2007083739A1

WO2007083739A1 - ３次元音響パンニング装置

Info

Publication number: WO2007083739A1
Application number: PCT/JP2007/050781
Authority: WO
Inventors: Akio Ando; Mikihiko Okamoto; Kimio Hamasaki
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai; Fairlight Japan Inc.; Fairlight Au Pty Ltd.
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2007-07-26
Also published as: US8249283B2; AU2007207861A1; AU2007207861B2; US20100157726A1

Abstract

【課題】音源の３次元的なパンニングを音像のパンニングとして再生することの可能な３次元音響パンニング装置を提供する【解決手段】音源Ｃが放射する音源音響信号ｓ（ｔ）を記憶する音源音響信号取得手段１１と、音源Ｃをパンニングさせるためのパンニング情報を入力するパンニング情報入力手段１２と、音源Ｃの位置に音像を形成する音像形成音響信号ｑ（ｔ）を出力する音像形成音響信号出力手段１３と、音像形成音響信号出力手段１３の配置情報Ｉsを記憶する配置情報記憶手段１４と、音源音響信号ｓ（ｔ）、パンニング情報Ｉpおよび配置情報Ｉsに基づいて音像形成音響信号ｑ（ｔ）を生成する音像形成音響信号生成手段１５とを含んでいる。

Description

明細書

3次元音響パンニング装置

技術分野

[0001] 本発明は、 3次元音響パンニング装置に係り、特に、音源の 3次元的なパンニングを複数のスピーカが放射する音響信号により形成される音像のパンユングとしてスピ一力の配置に係らず再生することの可能な 3次元音響パンニング装置に関する。背景技術

[0002] 2チャンネルオーディオシステム、または 5. 1チャンネルサラウンドシステムのようなオーディオ再生装置は、ミキシングコンソールのパンポッド等の操作により受音点を中心とする円の周上に配置された複数のスピーカのそれぞれから出力される音波の振幅を変更して音像の定位や移動を再現するものであるため、音像を左右方向にパンユングさせることはできるものの、音像を上下方向および前後方向にパンユングさせることは困難であった。

[0003] そこで、音像を左右方向だけでなく上下方向および前後方向に 3次元的にパンニングすることを目的とする装置が既に提案されている (例えば、特許文献 1、特許文献 2および非特許文献 1参照)。

[0004] 即ち、特許文献 1に開示された装置は、 FIRフィルタを適用することにより、同一平面に配置された 2つのスピーカを使用して音像を水平方向だけでなく上下方向にもパン-ングすることを可能として、る。

[0005] 特許文献 2に開示された装置は、視聴者を原点とする音源の位置 (角度、距離）に応じて音波を出力するスピーカを選択するだけでなぐスピーカが出力する音波の振幅を制御することにより音像を水平方向だけでなく前後方向にもパンニングすることを可能としている。

[0006] また、非特許文献 1に開示された装置は、受音点を原点とする音源の位置ベクトルは音源を囲む 3つのスピーカの方向を向くベクトルに分解できることを利用して、分解後のベクトルの大きさに応じた振幅の音波を 3つのスピーカから出力することにより音源位置と同位置に音像を再生することを可能としている。 [0007] さらに、劇場のような直方形の再生場の周囲に沿って複数のスピーカを配置した場合にも、音像をパンユングすることが可能なパンユング装置も既に提案されている（例えば、特許文献 3および非特許文献 2参照)。

[0008] 即ち、特許文献 3に開示された装置は、 1つのスピーカの出力を他のスピーカの出力に対して遅延させることにより、複数のスピーカが劇場のような直方形の再生場の周囲に沿って配置された場合であっても、音像のパンユングを可能としている。

[0009] また、非特許文献 2に開示された装置は、 3次元的に配置された複数のスピーカ群に対し、ベクトル基準振幅パン-ング（Vector Base Amplitude Panning)法を適用して音像を 3次元的にパンユングすることを可能として、る。

特許文献 1 :特許第 3177714号公報（[0012]、図 1)

特許文献 2 :特開平 6— 301390号公報（[0010]〜[0015]、図 1)

特許文献 3：米国特許公開公報第 20020048380号（ [0026]、図 3)

非特干文献 1： Localization of Amplitude- Panned virtual sources II: Two- and Thre e- Dimensional Panning" VILLE PULKKI, J. Audio Eng. Soc. Vol.49, No.9, 2001 Se ptember

非特許文献 2： "Virtual Sound Source Positioning Using Vector Base Amplitude Pann ing" VILLE PULKKI, J. Audio Eng. Soc. Vol.45, No,6, 1997 June

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] し力しながら、特許文献 1に開示された装置は音像を前後にパンユングすることが困難であるという課題があり、また、特許文献 2および非特許文献 1に開示された装置は音響信号の振幅のみに基づいて音像を前後方向にパンユングさせるものであり、位相をも考慮した正確な前後方向のパンユングは困難であるという課題があった。

[0011] さらに、特許文献 3および非特許文献 2に開示された装置は、受音点、即ち、聴取者の耳の位置を中心とする一定半径の球面上にスピーカを設置する必要があるため、劇場のような直方体型の再生場では聴取可能範囲が狭小化してしまうという課題がめつに。

[0012] 本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであって、スピーカの配置に係らず音源の 3次元的なパンユングを複数のスピーカが放射する音響信号により形成される音像のパンユングとして再生することの可能な 3次元音響パンユング装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0013] 第 1の発明に係る 3次元音響パンニング装置は、少なくとも 1つの音源が放射する音源音響信号を取得する音源音響信号取得手段と、前記音源をパンニングさせるためのパン-ング情報を入力するパン-ング情報入力手段と、前記音源の位置に音像を形成する音像形成音響信号を出力する音像形成音響信号出力手段と、前記音像形成音響信号出力手段の配置情報を記憶する配置情報記憶手段と、前記音源音響信号、前記パンニング情報および前記配置情報に基づ!、て前記音像形成音響信号を生成する音像形成音響信号生成手段とを含む構成を有している。

[0014] この構成により、音源の 3次元的なパンユングを複数のスピーカが放射する音響信号により形成される音像のパンユングとして再生できることとなる。

[0015] 第 2の発明に係る 3次元音響パンニング装置は、前記パンニング情報入力手段が、受音点を基準とする前記音源の方向情報を入力する方向情報入力手段と、前記受音点を基準とする前記音源までの距離情報を入力する距離情報入力手段とを含む構成を有している。

[0016] この構成により、パンユング情報を音源の方向情報と距離情報の組み合わせとして人力することができることとなる。

[0017] 第 3の発明に係る 3次元音響パンニング装置は、前記パンニング情報入力手段が、前記パンニング情報を記憶するパンニング情報記憶手段を含む構成を有している。

[0018] この構成により、パンユング情報を記憶することができることとなる。

[0019] 第 4の発明に係る 3次元音響パンニング装置は、前記音像形成音響信号出力手段力前記音像形成音響信号を記録し編集する記録編集手段を含む構成を有して!/、る。

[0020] この構成により、音像形成音響信号を記録'編集することができることとなる。

[0021] 第 5の発明に係る 3次元音響パンニング装置は、前記音像形成音響信号生成手段力前記音源音響信号を周波数領域音源音響信号にフーリエ変換する変換手段と、前記周波数領域音源音響信号、前記パンニング情報および前記配置情報に基づいて周波数領域音像形成音響信号を生成する周波数領域音像形成音響信号生成手段と、前記周波数領域音像形成音響信号を時間関数である前記音像形成音響信号にフーリエ逆変換する逆変換手段とを含む構成を有している。

[0022] この構成により、音源音響信号、パンユング情報および配置情報に基づいて、音像形成音響信号を生成できることとなる。

[0023] 第 6の発明に係る 3次元音響パンニング装置は、前記周波数領域音像形成音響信号生成手段が、前記音源音響信号を放射する前記音源を前記パンニング情報に基づいてパンユングしたときの前記受音点における音響物理量ベクトルである音源音響物理量ベクトルに等しい音像音響物理量ベクトルを受音点に形成する前記音像形成音響信号を生成するものである構成を有してヽる。

[0024] この構成により、スピーカの配置に係らず音像を 3次元的にパンユングすることがでさることとなる。

[0025] 第 7の発明に係る 3次元音響パンニング装置は、前記周波数領域音像形成音響信号生成手段が、前記音源音響信号を放射する前記音源を前記パンニング情報に基づいてパンユングしたときの受音領域における音響物理量ベクトルである音源音響物理量ベクトルに等しい音像音響物理量ベクトルを前記受音領域に形成する前記音像形成音響信号を生成するものである構成を有してヽる。

[0026] この構成により、多数の聴取者を対象として音像を定位させることができることとなる

[0027] 第 8の発明に係る 3次元音響パンニング装置は、前記音源音響信号取得手段で取得した前記音源音響信号をミキシングするミキシング手段を含む構成を有している。

[0028] この構成により、音源音響信号をパンユングするだけでなくミキシングすることもできることとなる。

発明の効果

[0029] 本発明は、スピーカの配置に係らず音源の 3次元的なパンユングを複数のスピーカが放射する音響信号により形成される音像のパンユングとして再生することの可能な 3次元音響パン-ング装置を提供することができるものである。発明を実施するための最良の形態

[0030] 以下、本発明に係る 3次元音響パンニング装置の実施形態について、図面を用いて説明する。

[0031] なお、本明細書において音響物理量べ外ルとは、点音源から放射された音響信号を受音する受音点の音響的な物理量、即ち、音圧または粒子速度の少なくとも一方を成分とするベクトル、あるいは、粒子速度ベクトルにスカラ量である音圧を乗じてある時間区間で積分した音響インテンシティベクトルを意味するものとする。

(第 1の実施形態）

第 1の実施形態の 3次元音響パンユング装置 1は、図 1のブロック図に示すように、少なくとも 1つの音源 Cが放射する音源音響信号 s (t)を取得する音源音響信号取得手段 11と、音源 Cをパンユングさせるためのパンユング情報を入力するパンユング情報入力手段 12と、音源 Cの位置に音像を形成する音像形成音響信号 q (t)を出力する音像形成音響信号出力手段 13と、音像形成音響信号出力手段 13の配置情報 I s を記憶する配置情報記憶手段 14と、音源音響信号 s (t)、パンニング情報 Iおよび配

P

置情報 Iに基づヽて音像形成音響信号 q (t)を生成する音像形成音響信号生成手段 15とを含んでいる。

[0032] そして、パンユング情報入力手段 12は、受音点 Gを基準とする音源の方向情報 I pd を入力する方向情報入力手段 121と、受音点 Gを基準とする音源までの距離情報 I pr を入力する距離情報入力手段 122とを含んでいてもよい。

[0033] パンユング情報入力手段 12は、さらに、パンユング情報 Iを記憶するパンユング情

P

報記憶手段 123を含んで、てもよ、。

[0034] また、音像形成音響信号出力手段 13は、音像形成音響信号 q (t)を記録し編集する記録編集手段 131を含んでいてもよい。

[0035] 音像形成音響信号生成手段 15は、音源音響信号 s (t)を周波数領域音源音響信号 S ( ω )にフーリエ変換する変換手段 151と、周波数領域音源音響信号 S ( ω )、パンユング情報 Iおよび配置情報 Iに基づいてパンユングする音像を形成する周波数

P s

領域音像形成音響信号 Q ( ω )を生成する周波数領域音像形成音響信号生成手段 152と、周波数領域音像形成音響信号 Q ( ω )を時間関数である音像形成音響信号 q (t)にフーリエ逆変換する逆変換手段 153とを含む。

[0036] 図 2は、本発明に係る 3次元音響パンユング装置 1のハードウェア構成を示すプロック図であって、音源音響信号 s (t)を読み込むアナログ ·デジタル (A/D)変換器 2 1と、音像形成音響信号 q (t)を出力するデジタル 'アナログ (DZA)変翻22と、 3 次元音響パン-ングプログラムを実行する CPU23と、 3次元音響パンユングプロダラムを記憶するメモリ 24と、 3次元音響パンユング装置を操作するための周辺機器が接続されるインターフェイス (I/F) 25とがバス 20に接続された構成を有する。

[0037] IZF25には、表示パネル 261と、キーボード 262と、マウス 263と、パンユング情報 Iの方向情報 I を入力するトラックボール 27と、パンユング情報 Iの距離情報 Iを入 p ρα p pr 力するパンポッド 28とが接続される。なお、表示パネル 261、キーボード 262、およびマウス 263に代えて、専用の操作パネルを適用することも可能である。

[0038] 即ち、本発明に係る 3次元音響パンユング装置 1は、コンピュータ 2に 3次元音響パンユングプログラムをインストールすることにより構成される。

[0039] 図 3はトラックボール 27 (a)およびパンポッド 28 (b)の斜視図である。

[0040] トラックボール 27は、トラックボールベース 271に設けられた半球状の窪みにボール 272が嵌合し、ボール 272を任意の方向に回転させることが可能な構造を有する。

[0041] ボール 272を指または掌で回転させることにより、受音点 Gを基準とする音源 Cの方向情報 (音源の回転方向および回転量)を入力することができる。

[0042] パンポッド 28は、例えば可変抵抗器であり、パンポッドベース 281上のつまみ 282 を前後に移動させることにより受音点 Gを基準とする音源 Cまでの距離情報を入力することがでさる。

[0043] 図 4は、メモリ 24にインストールされる 3次元音響パン-ングプログラムのフローチヤートであって、 CPU23は、まず AZD変換器 21を介して、音源音響信号 s (t)を読み込む (ステップ S41)。

[0044] 音源音響信号 s (t)は、ハードディスクのような記憶装置に記憶された音響信号であつても、マイクロフォンで収録したライブの音響信号であってもよ、。

[0045] CPU23は、音源音響信号 s (t)をフーリエ変換して周波数領域音源音響信号 S ( ω )を算出 (ステップ S42)する。 [0046] 次に、 CPU23は、パンユング処理を実行して周波数領域音像形成音響信号 Q ( ω )を算出 (ステップ S43)し、周波数領域音像形成音響信号 Q ( ω )を逆フーリエ変換して時間領域の信号である音像形成音響信号 q (t)を算出 (ステップ S44)する。

[0047] なお、ステップ S43の処理の詳細は後述する。

[0048] 最後に、 CPU23は、 DZA変翻 22を介して音像形成音響信号 q (t)を出力 (ステップ S45)して、このルーチンを終了する。

[0049] 3次元音響パンユングプログラムのステップ S43では、音源音響信号 s (t)を放射する音源 Cをパンユング情報 Iに基づいてパンユングしたときの受音点 Gにおける音響

P

物理量ベクトルである音源音響物理量ベクトル Rに等しい音像音響物理量ベクトル V を受音点 Gに形成する音像形成音響信号 q (t)を生成する。

[0050] まず、点音源が 1つ、受音点が 1つの場合における受音点の音響物理量ベクトルについて説明する。

[0051] 3次元空間の原点に配置された点音源力放射された音響の原点力半径!:の球面上の音圧 p (t, r)は [数 1]の波動方程式により決定される。

[0052] [数 1]

[0053] よって、点音源に印加される音源音響信号を s (t)とすれば、原点から半径 rの球面上の音圧 p (t, r)は [数 2]によって表される。

[0054] [数 2]

ここで、 =入力信号の振幅と単位距離上の音圧から定まる比例定数

[数 2]は、 1つの点音源カゝら放射された音源音響信号 s (t)を 1つの受音点で受音したとき、受音点における音圧は、点音源力も受音点までの距離に反比例して減少し、点音源力も受音点までの音響信号の伝播時間だけ遅延することを示している。

[0056] [数 2]の周波数領域表現は、 [数 3]となる。

[0057] [数 3]

Ρ{ω, r) = ^ ~ 8{ω) = G_p (ω, r) · )

_で、 ⁼ — 1

= =波数 (波長定数）

c

β>=角周波数

e =自然対数の底

(^ , =音圧伝達関数

) =周波数領域音源音響信号

[0058] [数 3]は、 1つの受音点における音圧は、点音源から受音点までの距離の関数である音圧伝達関数 G ( ω , r)と周波数領域音源音響信号 S ( co )との積を逆フーリエ

P

変換して算出できることを示している。

[0059] なお、点音源力受音点までの距離および音響信号の伝播時間は、任意の座標系における点音源座標および受音点座標を定めれば一義的に定まるので、音圧伝達関数も座標系における音源座標および受音点座標を定めれば一義的に定まることとなる。

[0060] 3次元空間の原点に配置された点音源から放射された音源音響信号の粒子速度 V

(r, t)とすれば、半径 rの球面上の運動方程式は [数 4]で表される。

[0061] [数 4]

P

[0062] [数 4]を解、て、粒子速度 v (r)は [数 5]により表すことができる。

[0063] [数 5] )

)

ただし、 β =入力信号の振幅と単位距離上の音圧から定まる比例定数 [0064] [数 5]の周波数領域表現は [数 6]となる _c

[0065] [数 6]

B*e'^{Jkr ( 1} 、

1 + -

per

で、 G )=粒子速度伝達関数

[0066] 従って、受音点 kにおける音圧 p(t, r)および粒子速度 v(t, r)の双方を成分とする音響物理量ベクトル pは [数 7]によって定義することができる。

k

[0067] [数 7] )

[0068] 音響物理量ベクトル pは、音圧 p(t, r)または粒子速度 v(t, r)の一方だけを成分と

k

してちよい。

[0069] さらに、音響物理量ベクトル Pは音圧 p(t, r)と粒子速度 v(t, r)の積である瞬時音

k

響インテンシティ II (t, r)、あるいは、瞬時音響インテンシティのある時間区間の積分値である音響インテンシティ I (t, r)を成分とするものであってもよ!/、。

[0070] なお、瞬時音響インテンシティ II (t, r)は [数 8]で、音響インテンシティ I(t, r)は [数 9]で定義される。

[0071] [数 8]

Il(t,r\= ρ{ΐ, )·ν{ί,τ)

[0072] [数 9] l(t, r) = ^Il{t, r)dt = j'² p(t, r) · v{t, r)dt

[0073] 以下の実施形態においては、音響物理量ベクトルとして音圧を使用する場合について説明する。

[0074] 受音点 Gを原点とする空間内の音源の位置を C(r (τ), θ (τ), (τ))と表すと、音源 Cから放射された音源音響信号の原点における音圧べ外ルである音源音圧ベクトル Rは [数 10]で表すことができる。

[0075] [数 10]

ただし、 ^ (r>ま音源 Cの方位角

^(て)は音源 Cの仰角

r_c (r)は受音点 Gから音源までの距離

rは音源 Cのパンエングに関するタイムコード

[0076] また、音像形成音響信号出力手段 13であるスピーカ SP (1=1, 2· · ·Ι)の位置を S P (r, θ , φ )と表すと、各スピーカ SPが周波数領域音像形成音響信号 Q (co) (i= 1, 2· · ·Ι)を出力した時の原点における音圧ベクトルである音像音圧ベクトル Vは [数 11]で表すことができる。

[0077] [数 11]

!=1

ただし、はスピーカ S Piの方位角

はスピーカ S Piの仰角

r_;は原点からスピーカ S Piまでの距離

[0078] ここで、 [数 12]が成立するように Q (co)、 Q (ω) · · ·<3 (ω)を決定し、時間領域に

1 2 I

逆変換してスピーカから出力すれば、音源音響信号 s (t)がパンユングする状況を、予め定められた位置に配置したスピーカから音像形成音響信号 q (t)を出力することにより再現することが可能となる。

[0079] [数 12] R = V

[0080] [数 12]が成立するように音像形成音響信号 q (t)、q (t) · · 'q (t)を決定するため

1 2 I

には、 [数 13]で表される音源音圧ベクトル Rと音像音圧ベクトル Vの二乗誤差 Eが最小となる音像形成音響信号 q (t)、q (t)'''q(t)を求めればよい。

1 2 I

[0081] [数 13]

E = ||R_V|

[0082] [数 13]に [数 10]および [数 11]を代入して展開すると [数 14]となる。

[0083] [数 14]

E

-jkr^

e'

cos ₀ (r) cos 0_C [τ }S (ω) - , cos _ί cos θ_ί Q_i [ω)

,=ι

+ τ - sin ₀ (r)s(o>)- —— sin ,β, (ω)

こで、 [x]*は [x]の共役を示す。

[0084] [数 15]を使用して [数 14]を書き換えると、 [数 16]となる

[0085] [数 15]

a_t = cos _ί cos θ_ί b_i = cos _ί sin Θ. c, = sin φ.

ri r.

[0086] [数 16]

+ ) - · β·( ) x卜 · ) - · β (ω)

ヽ ,

V ノ V 1-1 ,

= S( )(a ·α +b*b* + α·€^Ψ )s( )*

+∑∑ Q{o) ( · b; + . · c

- X β, ) (2； · * + ^ ·み* + S; · ― Ξ{ω){α; · + ·み + · (ω)*

1

= Ξ(ω)·Η_ΰ·8{ω)*+ Q ( · H · - Q((yf · h · — S ( · (h* · Q«

[0087] 二乗誤差 Eを最小とする周波数領域音像形成音響信号 Q ( ω )は、 Εを Q ( ω )について偏微分して零とおいた [数 17]により決定することができる。 [0088] [数 17] dE

= H« -h« =0

)

[0089] よって、 [数 18]が成立する。

[0090] [数 18]

[0091] したがって、二乗誤差 Eを最小とする周波数領域音像形成音響信号 Q ( ω )は [数] 9]により算出できる。

[0092] [数 19]

= (H_】.h)、 )

[0093] 図 5は、 3次元音響パン-ングプログラムのステップ S43で実行されるパン-ングル一チンのフローチャートであって、 CPU23は、まず、メモリ 24に記憶されている受音点を原点とするスピーカの配置位置情報 (r, θ , φ )、（r, θ , )···(Γ, θ , φ

1 1 1 2 2 2 I I を読み込む (ステップ S431)。

[0094] 次に、 CPU23は、定位位置情報である、図 3 (a)に示すトラックボール 27を使用して入力される方向情報 I =(0 (τ), φ (て））、ならびにパンポッド 28を使用して入 pd

力される距離情報 I =r( τ )を読み込む (ステップ S432)。

pr

[0095] そして、 CPU23は、 [数 15]に基づいて係数 a, b, c等を算出する（ステップ S433)

[0096] CPU23は、 [数 16]に基づ、て行列 Hおよび行列 hを算出する（ステップ S434)。

[0097] 最後に、 CPU23は [数 18]に基づヽて周波数領域音像形成信号 Q ( ω )を算出して（ステップ S435)、このルーチンを終了する。

[0098] ここで、図 6に示すように、 2つのスピーカが出力する音響信号により音像を定位させる場合を考える。

[0099] 受音点 Jは、 X— Y座標の原点であり、左スピーカ SLは受音点 J力も d離れた位置に Y軸左方 30度の角度で配置され、右スピーカ SRは受音点 Jカゝら d離れた位置に Υ軸右方 30度の角度で配置されている。そして、音源 SSは受音点 J力も D離れた位置に Y軸に対して Θの角度で存在するものとする。なお、 Θは Y軸上で 0度であり、 Y軸右方では正の値、 Y軸左方では負の値を取るものとする。

[0100] 上記の場合、 [数 15]の係数は [数 20]となる。

[0101] [数 20]

- sin 6* —jkD — cos -jkD

a = b = c = 0

-jkd

a₂

ただし、 , ，？！は左スピー力 S Lに関する係数、

は右スピーカ S Rに関する係数

[0102] また、 [数 16]は [数 21]となる。

[0103] [数 21]

■sin 6* — Scos0 ^_jk -_D)

h 2dD 2dD

2dD 2dD

[0104] よって、左スピーカ SLの出力 Q ( ω )および右スピーカ SRの出力 Q ( ω )は [数 22

1 2

]により算出される。

[0105] [数 22]

[0106] ここで、 d=Dとすれば、周知の tangent law によるパンユングと一致し、従って、ベタトル基準振幅パン-ング（Vector Base Amplitude Panning)法によるパン-ングとも一致する。

[0107] 以上説明したように、第 1の実施形態に係る 3次元音響パンユング装置は、 d≠Dの場合も取り扱うことが可能であり、従来の" tangent law"およびベクトル基準振幅パンユング法を拡張したパンユング法により音源音響信号をパンユングすることが可能となる。

(第 2の実施形態）

第 2の実施形態は、第 1の実施形態において 1 = 3とした場合であり、図 7に示すように受音点と 3つのスピーカのそれぞれを結ぶ直線を稜線とする三角錐内で音像をパンニングすることを可能とする。

この場合、音像音圧ベクトル Vは [数 23]で表すことができる。

[0108] [数 23]

e ,、

cos _ί cos ω) v = cos φ_ί sin (ω)

∑—— sin

r'"l _

ただし、はスピー力 S の方位角

^はスピーカ S ^の仰角

r_lは原点からスピーカまでの距離

[0109] さらに、行列 Hおよび行列 hは [数 24]で表される。

[0110] [数 24] j · α 十ろ丄 · + c_t « c

h = a₂ ^ b + * + c₂ » c

3 · α +み ₃ ·み Λ-€^ ·€

H

[0111] よって、時間領域音像形成信号 q (t)は、 [数 18]により算出される周波数領域音像形成信号 Q ( ω )を逆フーリエ変換して算出され、 [数 25]で表される。

[0112] [数 25]

)cos<i_el r)

JV₂ = cos0₃ sin siii(^₃ - θ₀ (r))cos^_c (r)+ sin ₃ cos si {θ₀ (r) - ^ )cos <i_c (r) + cos φ_ι cos <j sin - 6^, ₃)sin φ_α (r)

N₃ =

sin((9_c (τ)-θ₂ )cos<i_c (τ) + cos cos φ₂ sin (^₂一 ^)sin φ_ε (r)

D = sin cos cos ₃ sm(0₃— <9₂)+cosA sin <i₂ cos^ sin(^ - θ_})

+ cos cos ₂ sin ₃ sin(6*₂ - ^ )

[0113] 以上説明したように、第 2の実施形態によれば、受音点と 3つのスピーカのそれぞれを結ぶ直線を稜線とする三角錐内で音像をパンユングすることが可能となる。

(第 3の実施形態）

第 3の実施形態は、 4つ以上のスピーカを設置し、音像を任意の位置にパンユングすることを可能とするものである。

[0114] 図 8は、 8つのスピーカ SP〜SPを設置して音像を C〜Cにパンユングする場合を

1 8 1 2

説明する斜視図であって、音像は受音点 Gを頂点とし受音点 Gと 3つのスピーカ SP ,

2

SP ,SPとを結ぶ線を稜線とする三角錐の音場 [以下、音場 (SP ,SP ,SP )と記す] 内の初期位置 Cから、音場 (SP ,SP ,SP )、音場 (SP ,SP ,SP )を経由して、音場 (

1 3 4 6 4 5 6

SP ,SP ,SP )内の最終位置 Cに移動する場合を示している。

5 6 7 2

[0115] 音像の軌跡と音場の境界面との交点は予め算出することが可能であるので、各音場ごとに第 2の実施形態を適用することにより任意のパンユングを実現することが可能となる。

(第 4の実施形態）

上記の実施形態は、 1つの音源をパンユングする場合であるが、本発明は相対位置が不変である複数の音源を一度にパンユングすることも可能である。

[0116] 音源が M個存在するとき、 m番目の音源の位置を C (r ( τ ) , θ ( τ ) , ( τ ) m cm cm cm

) (l≤m≤M)とすれば、 M個の音源カゝら放射された音源音響信号による受音点 Gにおける音源音圧ベクトル Rは [数 26]で表される。

[0117] [数 26]

[0118] m番目の音源 Cmを含む音場を形成する 3つのスピーカ SP (i= l, 2, 3)の位置を mi

、 SP (r , θ , )と表すと、各スピーカ SP が周波数領域音像形成音響信号 Q mi mi mi mi mi mi

( ω )を出力した時の受音点 Gにおける音圧ベクトルである音像音圧ベクトル V、およ m び M個の音源それぞれに対応する音像音圧ベクトルの重ね合わせである受音点 G における音像音圧ベクトル Vは [数 27]で表される。

[0119] [数 27]

v =∑v_ffi

[0120] よって、 [数 10]に代えて [数 25]を、 [数 22]に代えて [数 26]を使用して第 2の実施形態を適用すれば、相対位置が不変である複数の音源を一度にパンユングする状況を再現することが可能となる。

(第 5の実施形態）

第 5の実施形態は、本発明に係る 3次元音響パンユング装置にテレビ番組あるいはラジオ番組の制作に利用するときに必要な機能を追加したものであって、パンニング情報 Iを記憶するパンユング情報記憶手段 123および音像形成音響信号 q (t)を記

P

録し編集する記録編集手段 131を含む。

[0121] パンユング情報記憶手段 123は、トラックボール 27およびパンポッド 28の操作情報であるパンユング情報 Iを記憶する機能を有し、異なる音源に同じパンユング操作を

P

繰り返すことを可能とする。

[0122] 記録編集手段 131は、音像形成音響信号 q (t)を記録し、重ね合わせ編集する機能を有し、複数の音源のそれぞれにパンユング操作を施した音像形成音響信号を生成することを可能とする。

[0123] ここで、それぞれ Mn個の音源が存在する N個のグループの音源に対し、グループごとに異なるパンユング操作を施す場合を考える。

[0124] n番目のグループの mn番目の音源の位置を C (r ( τ ) , θ ( τ ) , ( τ ) ) ( mn cmn cmn cmn l≤mn≤Mn)とすれば、 Mn個の音源から放射される音源音響信号により形成される受音点 Gの音源音圧ベクトル Rおよび全 Nグループの Ml + M2H hMN個の音源カゝら放射される音源音響信号により形成される受音点 Gの音源音圧ベクトル 1^は[ 数 28]で表される。

[0125] [数 28]

[0126] n番目のグループの mn番目音源 C を含む音場を形成する 3つのスピーカ SP

mn mni

(i= l, 2, 3)の位置を、 SP (r , θ , )と表すと、各スピーカ SP が周波数

mm mm mm mni mni

領域音像形成音響信号 Q ( ω )を出力した時の受音点 Gにおける音圧ベクトルであ

mm

る音像音圧ベクトル V 、 n番目のグループの Mn個の音源に対応する音像音圧べク

mn

トルの重ね合わせである受音点 Gにおける音像音圧ベクトル V、および全 Nグループの音源に対応する音像音圧ベクトルの重ね合わせである受音点 Gにおける音像音圧ベクトル Vは [数 29]で表される。

[0127] [数 29]

[0128] よって、 [数 10]に代えて [数 28]を、 [数 22]に代えて [数 29]を使用して第 1の実施形態および第 2の実施形態を適用すれば、複数の音源をそれぞれパンユングする状況を再現することが可能となる。

(第 6の実施形態）

以上の実施形態は 1つの受音点で受音する場合を想定しているが、第 6の実施形態では 1つの再生領域 Fで受音する場合を対象とする。 [0129] 即ち、第 6の実施形態にあっては、音源音圧ベクトル Rと音像音圧ベクトル Vの二乗誤差 Eとして [数 30]を使用する。

[0130] [数 30]

= S(®). h_a · S(fi))* + Qimf · H · Q(w)* - Q(₍ ' h · 8{ω)* - Ξ(ω) · (h* · Q( )*

= ^_ν{ ·α ÷b»b* + c»c")dV

, ·α_λ + >j · b* + ί j · )dV ·。Μ +&Ι·ろ +c_l »c_M' )dV

H M "«1 ^+BM *K +^CM•C_l'jdV + b_M *b_M +c_M *c_M)dV

[0131] 以上説明したように、第 6の実施形態によれば、 [数 14]に代えて [数 30]を使用することにより、再生領域 Fにおいて音源のパンユングを再生することが可能となる。 (第 7の実施形態）

複数の音源 (例えば、ナレーション、ノックグランド音楽、効果音等）をミキシングして 1つの音源を制作するためにミキサーを使用することが一般的であるが、近年はミキサーもデジタルィ匕されて、る。

[0132] そこで、デジタルミキサー中に本発明に係る 3次元音響パンユング装置を組み込むことも可能である。

[0133] 図 9はデジタルミキサー機能を組み込んだ 3次元音響パンユング装置 7のブロック線図であって、処理部 70は CPUおよびメモリ 701、ハードディスク 702ならびにインターフェイス (IZF) 703をバス 704で相互に結合した構成を有する。

[0134] IZF703には、表示パネル 761、キードード 762およびマウス 763からなる操作パネル 76、ミキシングコンソール 75、トラックボール 77ならびにパンポッド 78が接続されている。 [0135] 操作パネル 76はデジタルミキサー 7全体の動作を制御 ·監視するためのものであり、ミキシングコンソール 75はハードディスク 702に記憶されている複数の音響信号を混合するときのパラメータ (振幅、遅れ時間、ィコライジング曲線等)を設定するためのものであり、トラックボール 77およびパンポッド 78はハードディスク 702に記憶されている音響信号のパンユング方向およびパン-ング距離を設定するためのものである。

[0136] CPUおよびメモリ 701には、ミキシングエンジンおよび 3次元音響パンユングェンジンがインストールされる。

[0137] ミキシングエンジンは、特定の音響信号を遅延させるディレイプログラムおよび特定の音響信号の周波数分布を補正するイコライザプログラムを含む。

[0138] 3次元音響パンユングエンジンは、本発明に係る 3次元音響パンユング装置で使用される 3次元音響パンユングプログラムである。

[0139] デジタルミキサーを使用して複数の音響信号をミキシングする場合には、ミキシングエンジンはミキシングコンソール 75の設定に基づ、て音響信号を遅延、ィコライジング処理し、ミキシング後の音響信号およびミキシングコンソール 75の設定をノヽードデイスク 702に記憶する。

[0140] デジタルミキサーを使用して特定の音響信号の音源位置をパンユングする場合には、 3次元音響パンユングエンジンはトラックボール 77およびパンポッド 78の操作に従って特定の音響信号の音源位置をパンユングし、パンユング処理後の音響信号ならびにトラックボール 77およびパンポッド 78の操作をノヽードディスク 702に記憶する。

[0141] 上記のデジタルミキサーによれば、パンユング処理後の音響信号を他の音響信号とをミキシングすることも、ミキシング後の音響信号をパンユングすることも容易である

[0142] 上述した第 1から第 7の実施の形態においては、パン-ング前音響信号をフーリエ変換して周波数領域に変換した後に周波数領域でパンユング処理を実行し、算出された周波数領域パンユング後音響信号を逆フーリエ変換してパンユング後音響信号を算出することとしている力フーリエ変換処理、ダウンミックス処理、および逆フーリェ変換処理を遅延素子とフィルタで構成し、時間領域でパンユング処理を行うことも可能である。

産業上の利用可能性

[0143] 以上のように、本発明に係る 3次元音響パンニング装置は、音源が 3次元的にパンニングする状況を予め定められた位置に配置されたスピーカを使用して再生することのできると!/ヽぅ効果を有し、音響信号処理装置等として有効である。

図面の簡単な説明

[0144] [図 1]本発明に係る 3次元音響パンユング装置の機能的構成を示すブロック図

[図 2]本発明に係る 3次元音響パンユング装置のハードウェア構成を示すブロック図 [図 3]本発明に係る 3次元音響パンユング装置で使用するトラックボール (a)およびパンポッド (b)の斜視図

[図 4]本発明に係る 3次元音響パンユング装置にインストールする 3次元音響パン- ングプログラムのフローチャート

[図 5]パンニングルーチンのフローチャート

[図 6]音場を構成する 2つのスピーカの配置図

[図 7]音場を構成する 3つのスピーカの配置図

[図 8]音場を構成する 8つのスピーカの配置図

[図 9]デジタルミキサー機能を組み込んだ 3次元音響パンユング装置のブロック線図符号の説明

[0145] 11…音源音響信号取得手段

12· · 'パンユング情報入力手段

13…音像形成音響信号出力手段

14· ··位置情報記憶手段

15· ··音像形成信号生成手段

Claims

請求の範囲

[1] 少なくとも 1つの音源が放射する音源音響信号を取得する音源音響信号取得手段と前記音源をパンユングさせるためのパンユング情報を入力するパンユング情報入力手段と、

前記音源の位置に音像を形成する音像形成音響信号を出力する音像形成音響信号出力手段と、

前記音像形成音響信号出力手段の配置情報を記憶する配置情報記憶手段と、前記音源音響信号、前記パンニング情報および前記配置情報に基づ!/、て前記音像形成音響信号を生成する音像形成音響信号生成手段とを含む 3次元音響パンニング装置。

[2] 前記パンニング情報入力手段が、

受音点を基準とする前記音源の方向情報を入力する方向情報入力手段と、前記受音点を基準とする前記音源までの距離情報を入力する距離情報入力手段とを含む請求項 1に記載の 3次元音響パンニング装置。

[3] 前記パンニング情報入力手段が、

前記パンニング情報を記憶するパンニング情報記憶手段を含む請求項 2に記載の 3次元音響パンニング装置。

[4] 前記音像形成音響信号出力手段が、

前記音像形成音響信号を記録し編集する記録編集手段を含む請求項 1から請求項 3のいずれか一項に記載の 3次元音響パンニング装置。

[5] 前記音像形成音響信号生成手段が、

前記音源音響信号を周波数領域音源音響信号にフーリエ変換する変換手段と、前記周波数領域音源音響信号、前記パンニング情報および前記配置情報に基づいて周波数領域音像形成音響信号を生成する周波数領域音像形成音響信号生成手段と、

前記周波数領域音像形成音響信号を時間関数である前記音像形成音響信号にフ一リエ逆変換する逆変換手段とを含む請求項 1から請求項 4のいずれか一項に記載日本聽赚 . 07. 3 2007

24 ' · の 3次元音響パンニング装置。

[6] 前記周波数領域音像形成音響信号生成手段が、

前記音源音響信号を放射する前記音源を前記パンニング情報に基づいてパンニングしたときの前記受音点における音響物理量ベクトルである音源音響物理量べタトルに等しい音像音響物理量ベクトルを受音点に形成する前記音像形成音響信号を生成するものである請求項 5に記載の 3次元音響パンニング装置。

[7] 前記周波数領域音像形成音響信号生成手段が、

前記音源音響信号を放射する前記音源を前記パンユング情報に基づいてパンニングしたときの受音領域における音響物理量ベクトルである音源音響物理量ベクトルに等しい音像音響物理量ベクトルを前記受音領域に形成する前記音像形成音響信号を生成するものである請求項 5に記載の 3次元音響パンニング装置。

[8] 前記音源音響信号取得手段で取得した前記音源音響信号をミキシングするミキシング手段を含む請求項 1から請求項 7のいずれか 1項に記載の 3次元音響パン-ング装置。

訂 IE骞れた兩紙規則 3