音場制御装置
【課題】マルチチャンネル音声を再生する音響システムが設置される音場環境に応じて、間接音成分の出力バランス、間接音成分の周波数特性を調整できる音場制御装置を提供する。
【解決手段】音響装置を設置するリスニングルームの音場を測定する機能と、マルチチャンネル音声信号のいずれかの信号を基に出力レベルを調整して出力するフロント入力信号合成部、サラウンド入力信号合成部と、これに所定のホールの音響データから形成した反射音のディレイ、ゲインの情報を基にこのホールの音響効果を作り出すフロント音場形成部、サラウンド音場形成部とを備える。音場を測定する機能は、音響装置が置かれる音場にマイクを設置した状態でスピーカ各々から１つずつ時間を置いてテスト音声を発生させ、取得したデータのうちから数１０ミリ秒後以降の音声データのレベルを取得し、これらを基に出力バランス、周波数特性を調整する。
【解決手段】音響装置を設置するリスニングルームの音場を測定する機能と、マルチチャンネル音声信号のいずれかの信号を基に出力レベルを調整して出力するフロント入力信号合成部、サラウンド入力信号合成部と、これに所定のホールの音響データから形成した反射音のディレイ、ゲインの情報を基にこのホールの音響効果を作り出すフロント音場形成部、サラウンド音場形成部とを備える。音場を測定する機能は、音響装置が置かれる音場にマイクを設置した状態でスピーカ各々から１つずつ時間を置いてテスト音声を発生させ、取得したデータのうちから数１０ミリ秒後以降の音声データのレベルを取得し、これらを基に出力バランス、周波数特性を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチチャンネル音声の再生時に音場を調整する音場制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、マルチチャンネル音声を再生できる音響システムをリビングルームやリスニングルームなどに設けて、家の中で映画や音楽などのコンテンツを楽しむユーザが増加している。ユーザが、例えば映画のＤＶＤをこのＡＶシステムで再生すると、複数のスピーカからマルチチャンネルの音声が再生されるので、ユーザは周囲から音に包まれる感覚を体感しながら映画を楽しむことができる。
【０００３】
このような音響システムでは、音像定位を正確に行ために、各チャンネルのバランスを調整することが重要である。このバランス調整をするために、テスト音声を各チャンネルのスピーカからそれぞれ１つずつ出力し、マイクでリスニングルームの音場を測定して、音量や周波数特性の調整をするシステムが実用化されている。このように実用化されている音響システムとして、例えば、ＹＰＡＯ（Yamaha Parametric Room AcousticOptimizer、商標）などがある。
【０００４】
特許文献１等には、音響再生装置及び立体音響再生装置に関し、直接音と特定の集会施設の残響をシミュレートした効果音との比率を調整する旨の記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３７４５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、音場とは仮想空間における音の響きを模擬的に再現したものであるため、音場を良好に形成するためには、リスニングルームの残響のバランスが重要である。特に、ホール等の集会施設の音響をシミュレーションして、これを模擬した響きを付加してリスニングルームから出力するような場合にはこのバランスが重要となる。
【０００７】
しかしながら、リスニングルームは、響きのバランスが悪い場合がほとんどである。例えば、一面が壁であるか、カーテンであるか、家具であるかなどにより、音声の吸音、反射の状態や、定在波の生じ方の状態が異なり、リスニングルーム内部の響きがアンバランスになりやすい。
【０００８】
このため、たとえスピーカからの音量レベルのバランスを調整しても残響のアンバランスはそのまま残ってしまい、全体としてバランスの良い音場が形成できない問題があった。
【０００９】
また、上述したように、リスニングルームは、その形状や家具やカーテン等の存在によって、周波数特性がフラットでないことが一般的である。即ち、部屋の形状により特定周波数が定常波として強調されたり、カーテンや家具等により特定の周波数が吸音されて弱められたりする。
【００１０】
しかし、この周波数特性を調整しようとして、オーディオ信号の周波数特性を直接操作すると、非常に音楽的に失われるものが大きい問題があった。例えば、リスニングルームの周波数特性に大きなディップが生じている場合に、周波数特性に大きなピークが存在するフィルタをオーディオ信号に直接かけることにより調整した場合、フィルタをかけた後の音場の周波数特性としてはフラットであるにもかかわらず、直接音成分が不自然となり非常に聞きづらいという問題が生じていた。
【００１１】
そこで、本発明は、マルチチャンネル音声を再生する音響システムが置かれる音場環境に応じて、残響効果音の出力バランス、残響効果音の周波数特性を調整できる音場制御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】
【００１２】
本発明は、スピーカから出力された音声が聴取位置へ到達したときの周波数特性を測定する測定手段と、オーディオ信号に所定の残響特性を模擬したフィルタ係数を畳み込むことで残響模擬信号を生成する残響生成手段と、前記測定手段で測定された周波数特性を補償するフィルタ特性で前記残響模擬信号を調整するフィルタと、前記フィルタで調整された残響模擬信号を前記オーディオ信号に合成してスピーカに供給する残響付与手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、上記発明において、前記フィルタは、前記周波数特性の一部を補償するフィルタ特性で前記残響模擬信号を調整することを特徴とする。
【００１４】
また、上記発明において、前記測定手段で測定された周波数特性の一部を補償するフィルタ特性で前記残響模擬信号を合成する前のオーディオ信号を調整する直接音フィルタを備えたことを特徴とする。
【００１５】
これにより、スピーカから聴取位置までの周波数特性がフラットでない場合に、残響音の周波数特性を調整しているので、音響システムが設置される音場の周波数特性の不足感をより自然に補うと共に、直接音成分の周波数特性のピークによる聞きづらさ、音の硬さをより自然に抑えることができる。
【００１６】
また、本発明では、測定手段が間接音のレベルを、前記複数のスピーカの各々について測定し、これらの間接音のレベルに基づいて、残響バランス調整部が間接音と残響模擬信号との合成レベルが各スピーカ間でバランスするように、前記残響模擬信号のレベルを制御している。これにより、音響システムが設置される室内の周波数特性の間接音のアンバランス、不足感をより自然に補うことができる。例えば、残響が少ない方向に設置されたスピーカの残響効果音の出力については、この残響模擬信号の出力を大きくして残響の少なさを補うことができる。したがって、本発明では、音響装置が置かれる音場環境に応じて、前記間接音を補強する残響模擬信号の出力バランスを制御できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スピーカが設置される空間の残響のアンバランスや周波数特性の凹凸を補正することができるため、方向によって響きが異なる部屋や特定の周波数成分が吸音されてしまう部屋においても、良好な音場を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態の音場制御装置の構成を示すブロック図
【図２】本実施形態の信号処理部の構成を示すブロック図
【図３】本実施形態の音場制御装置の音場測定部の動作フロー図
【図４】本実施形態の音場制御装置のフィルタのイコライザゲインを調整する方法のフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜本発明の実施形態の音響システム、音場制御装置の概略説明＞
図１を用いて、本発明の実施形態の音響システムとこれに含まれる音場制御装置の概略について説明する。図１は、音響システム（１の符号で図示。）の構成を示すブロック図であり、音場制御装置１０を含んでいる。図２は、音場制御装置１０の処理部の詳細図である。音場制御装置１は、１例として７チャンネル（以下「チャンネル」を適宜「ｃｈ」と略す。）のマルチチャンネル音声を出力する。
【００２０】
図１では、聴取者Ｕの前方の位置（図中三角形の鼻がある方向）にＬｃｈ、Ｒｃｈのスピーカ２１、２３を配置し、Ｌｃｈ（前左）、Ｒｃｈ（前右）の上方に主として残響効果を与える残響効果音を出力するＦＬｃｈ、ＦＲｃｈのスピーカ２４、２５を配置し、Ｌｃｈ（前左）、Ｒｃｈ（前右）の中央にＣｃｈ（前方）、後方にＲＬｃｈ（後左）、ＲＲｃｈ（後右）のスピーカ２６、２７を配置する。
【００２１】
本実施形態の装置は、入力信号をそのまま増幅して出力する直接音の他に、所定のホール等で測定した残響を模擬した残響効果音をこれらのスピーカから出力し、フロント音場及びサラウンド音場の２つの音場を形成する。フロント音場はユーザＵの前方に奥行き感及び立体感を与え、ユーザＵを前方から包み込む音場である。サラウンド音場は聴取位置のユーザＵの後方（ＲＬｃｈ、ＲＲｃｈのスピーカがある方）から包み込む音場である。これらの音場の形成は、残響効果音を出力するための残響模擬信号を合成することにより行う。残響模擬信号は、マルチチャンネル音声信号を合成した信号を所定のホール等で測定した残響特性を模擬したフィルタの処理をすることにより合成される。
【００２２】
また、本実施形態の装置は、聴取位置にマイクＭを設置して各スピーカから順次テスト音声を出力し、マイクＭが収音したテスト音声の応答信号から直接音成分、間接音成分のレベルを求める。この間接音成分のレベルの比から、残響模擬信号の出力比を調整する。これにより、例えば吸音性が高く、この残響が少ない方向に設置されたスピーカについては、残響効果音の出力を大きくして、残響の少なさを補うことができるし、残響が大きい方向に設置されたスピーカについては、残響効果音の出力を小さく調整することができる。このように、本実施形態の音場制御装置は、単に所定のホールの残響効果をユーザに与えるのでなく、音場の残響の不足分を補うなどにより、残響のアンバランスを調整する。
【００２３】
＜本発明の実施形態の音場制御装置の構成の説明＞
図１、図２を用いて、本実施形態の音場制御装置の構成について説明する。音場制御装置１０は、ＤＳＰデコーダ１１、信号処理部１２、Ｄ／Ａコンバータ１３、ローパスフィルタ１４、電子ボリューム１５、パワーアンプ１６、コントローラ１７、メモリ１８、操作部１９、及び表示部２０を備えている。また、音場制御装置１のパワーアンプ１６には、スピーカ２１〜２７が接続されている。コントローラ１７は、音場測定部１７１を備えている。また、音響システム１は音場測定部１７１を動作させるため、音場制御装置１０の他にマイクＭとＡ／Ｄ変換器１７２を備えている。
【００２４】
図１に示すように、リスニングルーム１０１内には、ユーザＵの聴取位置の前方左、前方中央、前方右にフロントスピーカとしてＬ、Ｃ、Ｒ各チャンネルのスピーカ２１、２２、２３が配置されている。また、ユーザＵの聴取位置の前方左右及び後方左右に音場制御用スピーカとしてＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ各チャンネルのスピーカ２４、２５、２６、２７が配置されている。
【００２５】
なお、信号処理部１２から出力されるＦＬｃｈ、ＦＲｃｈの信号は、前述したフロント音場を形成するための残響模擬信号である。また、ＲＬｃｈ、ＲＲｃｈは、前述したサラウンド音場を形成するための残響模擬信号とマルチチャンネル音声信号のＬＳｃｈ、ＲＳｃｈを合成した信号である。
【００２６】
ＤＳＰデコーダ１１には、ＤＩＲ（Digital audio Interface Receiver）３２、Ａ／Ｄコンバータ３４、及びＨＤＭＩ（High Definition Multimedia Interface）（登録商標）レシーバ３６が接続されている。ＤＳＰデコーダ１１は、ＨＤＭＩ（登録商標）レシーバ３６、Ａ／Ｄコンバータ３４を介してディジタルビットストリームを取り込んでＬｃｈ（チャンネル）、Ｒｃｈ、Ｃｃｈ、ＬＳｃｈ、及びＲＳｃｈの５チャンネルのディジタル音声信号（ＰＣＭ信号）に変換して、信号処理部１２へ出力する。また、ＤＳＰデコーダ１１は、ＡＡＣ（登録商標）、Dolby Digital（登録商標）、ＤＴＳ（登録商標）、ＭＰＥＧ−１／２、ＭＰＥＧ−２マルチチャンネル、ＭＰ３など多様なデータフォーマットをサポートしており、外部入力信号を図外のデコーダにより５チャンネルのディジタル音声信号（ＰＣＭ信号）にデコードする。また、ＤＳＰデコーダ１１は、例えばＤＶＤプレーヤから５チャンネルのディジタル音声信号（ＰＣＭ信号）が直接入力された場合には、これらの信号をそのまま信号処理部１２へ出力する。
【００２７】
信号処理部１２はＤＳＰで構成され、ＤＳＰデコーダ１１の出力に対し、残響模擬信号の付加等の各種信号処理を行う。信号処理部１２で処理されたディジタル音声信号は、Ｄ／Ａコンバータ１３に出力される。
【００２８】
Ｄ／Ａコンバータ１３は、信号処理部１２から入力されたＬｃｈ、Ｒｃｈ、Ｃｃｈ、ＲＬｃｈ、ＲＲｃｈ、ＦＬｃｈ、ＦＲｃｈの合計７チャンネルのディジタル音声信号をそれぞれアナログ音信号に変換する。
【００２９】
ローパスフィルタ１４は、Ｄ／Ａコンバータ１３で生成された各アナログ音信号からナイキスト周波数以上の帯域における折り返しノイズを除去する。
電子ボリューム１５は、操作部１９の操作に応じてコントローラ１７から出力された制御信号に応じて、ローパスフィルタ１４から出力された各チャンネルの信号の音量を調整する。
パワーアンプ１６は、電子ボリューム１５で調整されたアナログ音信号を増幅して各スピーカ２１〜２７へ出力する。
【００３０】
スピーカ２１〜２７は、パワーアンプ１６から出力されたアナログ音信号に応じた音を放音する。すなわち、スピーカ２１はＬｃｈ、スピーカ２２はＣｃｈ、スピーカ２３はＲｃｈ、スピーカ２４はＦＬｃｈ、スピーカ２５はＦＲｃｈ、スピーカ２６はＲＬｃｈとＬＳｃｈ、スピーカ２７はＲＲｃｈとＲＳｃｈの音をそれぞれ放音する。
【００３１】
コントローラ１７は、操作部１９で行われた操作に応じて各部を制御する。例えば、操作部１９で音量の調整操作が行われると、コントローラ１７はこの操作に応じた制御信号を電子ボリューム１５に出力して、各スピーカ２１〜２７から放音する音の音量を変更する。コントローラ１７としては、ＣＰＵやＭＰＵが好適である。この場合、音場測定部１７は、ソフトウェア的に実現される。
【００３２】
マイクＭはユーザＵの位置に設置され、マイクＭとＡＤ変換器と音場測定部１７１がこの順に接続されている。
【００３３】
マイクＭは１ｃｈの無指向性マイクであり、音声をアナログ信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１７２は、このアナログ信号をディジタル信号に変換する。入出力部は入出力インターフェースとメモリで構成し、このディジタル信号を一時的に格納する。
【００３４】
音場測定部１７１はインパルス音等のテスト音声を各スピーカ２１〜２７から順次出力し、マイクＭで収音した音声信号をＡ／Ｄ変換器１７２を介して取り込む。この取り込んだ信号は、各スピーカからマイクＭに至る系としてのリスニングルームの応答信号である。音場測定部１７１は、この応答信号を解析して、スピーカから直接マイクＭに到来する音声成分である直接音成分、壁に反射してマイクＭに到来する音声成分である間接音成分それぞれの音声信号の大きさ、周波数特性を計算する。
【００３５】
音場測定部１７１は、直接音成分、間接音成分のレベルの計算をスピーカ２１〜２７の応答信号それぞれについて行う。これらを比較することにより、スピーカ２１〜２７から音声が出力された場合の直接音、残響音のアンバランスを把握することができる。
【００３６】
メモリ１８は、コントローラ１７で行うプログラムや各種制御用データを記憶している。操作部１９は、音場制御装置１に対してユーザが各種の操作・設定などの入力を行うためのものである。表示部２０は、音場制御装置１からユーザに対する伝達事項を表示するためのものである。
【００３７】
図２を用いて、信号処理部１２の構成について説明する。信号処理部１２は、主として直接音を処理する主信号線４０と、前述したフロント音場、サラウンド音場を生成するための残響効果音を生成する音場生成部１２１を備えている。
主信号線４０は、マルチチャンネル音声信号の周波数特性を調整するフィルタ４０１〜４０４を備えている。
【００３８】
音場生成部１２１は、聴取者前方のフロント音場を形成するフロント音場形成部５２、サラウンド音場を形成するサラウンド音場形成部５６を備えている。また、音場生成部１２１は、ＬＳｃｈ、ＲＳｃｈの差信号を生成する引算器４２と、この差信号とＬｃｈ、Ｒｃｈ、Ｃｃｈの信号を合成するフロント入力信号合成部４４とを備え、この合成信号がフロント音場形成部５２に入力される。また、音場生成部１２１には、ＬｃｈとＲｃｈの入力の差信号を生成する引算器４６と、この差信号とＬｃｈ、Ｒｃｈの信号を合成するサラウンド入力信号合成部４８とを備え、この合成信号がサラウンド音場形成部５６に入力される。
【００３９】
さらに、音場生成部１２１は、フロント音場形成部５２の出力信号のレベルのバランスを制御するフロント音場信号レベル制御部８０、サラウンド音場形成部５６の出力信号のレベルを調整するサラウンド音場信号レベル制御部８１を備えている。
【００４０】
また、信号処理部１２は、フロント音場信号レベル制御部８０の出力とサラウンド音場信号レベル制御部８１の出力を加算する加算器６２〜６５、フロント音場とサラウンド音場を形成する残響効果音の周波数特性を調整するフィルタ９１〜９４を備えている。さらに、及び後方の音声信号チャンネルＬＳｃｈ、ＲＳｃｈに加算器６２〜６５のＲＬｃｈ、ＲＲｃｈの出力を加算する加算器９５、９６を備えている。
【００４１】
５チャンネルのディジタル音声信号は、ＤＳＰデコーダ１１により生成され、主信号線４０を介してＤ／Ａコンバータ１３へ送出される。この５チャンネルの信号は、途中に設けたフィルタ４０１〜４０４によって周波数特性が調整される。フィルタ４０１〜４０４は、コントローラ１７により指示されたイコライザゲインに基づき、マルチチャンネル音声信号のＬ、Ｒ、ＬＳ、ＲＳの各チャンネルの周波数特性を調整する。このイコライザゲインは、前述のコントローラ１７が、音場測定部１７１の測定結果に基づいて設定する。また、加算器９５、９６により、フィルタ４０１〜４０４の出力のうちフィルタ４０３、４０４の出力に対して、残響模擬信号であるＲＬｃｈ、ＲＲｃｈが加算される。
【００４２】
フロント入力信号合成部４４は、入力信号のうちＬｃｈ、Ｃｃｈ、Ｒｃｈの信号、及び引算器４２から出力された差信号（ＬＳ−ＲＳ）をそのまま合成するか、または重みづけて合成する。この合成した信号を合成フロント信号Ｆと呼ぶ。ここで、フロント入力信号合成部４４にサラウンドチャンネル間の差信号（ＬＳ−ＲＳ）を入力する理由は、差信号（ＬＳ−ＲＳ）は残響成分が主であり、これを適当な量でフロント信号に取り込むことによって、フロント音場形成部５２で生成するフロント音場の奥行きをより深くすることができるからである。
【００４３】
サラウンド入力信号合成部４８は、入力信号のうちサラウンド信号ＬＳ、ＲＳ、及び引算器４６から出力された差信号（Ｌ−Ｒ）をそのまま合成するか、または重みづけて合成する。この合成した信号を合成サラウンド信号Ｓと呼ぶ。そして、サラウンド入力信号合成部４８は、この合成した信号をサラウンド音場形成部５６へ出力する。
【００４４】
ここで、サラウンド入力信号合成部４８に、フロント信号の差信号（Ｌ−Ｒ）を入力する理由は、差信号（Ｌ−Ｒ）は残響成分が主であり、これを適当な量でサラウンド信号に取り込むことによって、サラウンド音場形成部４８で生成するサラウンド音場の奥行きをより深くすることができるからである。
【００４５】
フロント音場形成部５２は、反射音パラメータメモリ７２、及び畳み込み演算部７４を備えている。残響は、複数の反射音が合成されたものであるため、フロント音場形成部５２は、合成フロント信号Ｆの複数の反射音の模擬信号を合成することにより、ユーザＵの聴取位置の前方にフロント音場を形成するための残響模擬信号を生成する。この複数の反射音の設定の情報は、反射音パラメータメモリ７２に反射音パラメータとして格納されている。畳み込み演算部７４はＦＩＲフィルタで構成され、フィルタ係数として反射音パラメータが設定され、合成フロント信号Ｆに対して、フィルタの畳み込み演算を行なって、フロント音場信号レベル制御部８０へ出力する。
【００４６】
サラウンド音場形成部５６は、反射音パラメータメモリ７６、及び畳み込み演算部７８を備えており、残響は、複数の反射音が合成されたものであるため、サラウンド音場形成部５６は、合成サラウンド信号Ｓの複数の反射音の模擬信号を合成することにより、ユーザＵの聴取位置の前方にサラウンド音場形成するための残響模擬信号を生成する。この複数の反射音の設定の情報は、反射音パラメータメモリ７６に反射音パラメータとして格納されている。畳み込み演算部７８はＦＩＲフィルタで構成され、フィルタ係数として反射音パラメータが設定され、合成サラウンド信号Ｓに対して、フィルタの畳み込み演算を行なって、フロント音場信号レベル制御部８１へ出力する。
【００４７】
フロント音場形成部５２、サラウンド音場形成部５６の畳み込み演算部７４、７８は、１段のＦＩＲフィルタで構成しても、複数のＦＩＲフィルタをシリーズに接続して構成してもよい。
【００４８】
フロント音場信号レベル制御部８０は、フロント音場形成部５２が生成した残響模擬信号ＦＬ１、ＦＲ１、ＲＬ１、ＲＲ１のレベルを、音場測定部１７１で求めた直接音成分、間接音成分のレベルに基づいて調整する。すなわち、残響模擬信号は間接音成分を補強するものであるため、リスニングルームにおける各スピーカ方向間の間接音成分がバランスするように（且つ、各スピーカ方向において直接音成分の比率が適切になるように）、残響模擬信号のレベルを調整する。このように調整された各残響模擬信号ＦＬ３、ＦＲ３、ＲＬ３、ＲＲ３を加算器６２〜６５へ出力する。
【００４９】
サラウンド音場信号レベル制御部８１は、サラウンド音場形成部５６が生成した残響模擬信号ＦＬ２、ＦＲ２、ＲＬ２、ＲＲ２のレベルを、音場測定部１７１で求めた直接音成分、間接音成分のレベルに基づいて調整する。すなわち、残響模擬信号は間接音成分を補強するものであるため、リスニングルームにおける各スピーカ方向間の間接音成分がバランスするように（且つ、各スピーカ方向において直接音成分の比率が適切になるように）、残響模擬信号のレベルを調整する。このように調整された各残響模擬信号ＦＬ４、ＦＲ４、ＲＬ４、ＲＲ４を加算器６２〜６５へ出力する。
【００５０】
加算器６２〜６５は、フロント音場信号レベル制御部８０から出力された残響模擬信号ＦＬ３、ＦＲ３、ＲＬ３、ＲＲ３及びサラウンド音場信号レベル制御部８１から出力された残響模擬信号ＦＬ４、ＦＲ４、ＲＬ４、ＲＲ４を合成して、それぞれフィルタ９１〜９４へ出力する。
【００５１】
フィルタ９１〜９４は、ＩＩＲフィルタ（Infinite Impulse Response）であり、音場測定部１７１の測定結果に基づいて加算器６２〜６５が出力した、合成された残響模擬信号の周波数特性を調整する。
【００５２】
加算器９５は、フィルタ９３から出力されたＲＬｃｈの残響模擬信号と、マルチチャンネル音声信号の１つである左サラウンド信号ＬＳとを合成してＤ／Ａコンバータ１３へ出力する。
加算器９６は、フィルタ９４から出力されたＲＲｃｈの残響模擬信号とマルチチャンネル音声信号の１つである右サラウンド信号ＲＳとを合成してＤ／Ａコンバータ１３へ出力する。
【００５３】
次に図３のフローチャートを用いて、本実施形態の音場制御装置の音場測定部１７１の動作手順について説明する。
【００５４】
ＳＴ１では、マイクＭを設置するように誘導する表示を表示部２０に出力する。例えば、表示部２０に「リスニングポジションにマイクをセットしてください。」と表示する。
ＳＴ２では、マイクＭをセットしたことを確認する確認操作が操作部１９から行われたか判断する。この操作がない限りＳＴ２の判断はＮとなり待機する。Ｙとなれば、次に進む。
ＳＴ３では、スピーカ２１、２３、２６、２７に対応するＬｃｈ、Ｒｃｈ、ＬＳｃｈ、ＲＳｃｈの中から順次１チャンネルを選択し、選択したチャンネルにテスト音声を入力してＬ、Ｒ、ＲＬ、ＲＲの各チャンネルのスピーカからテスト音声を発生させる。このテスト音声としては、インパルス音や、タイムストレッチドパルスを用いる。
ＳＴ４では、マイクＭで収音したテスト音声の応答信号を記憶する。
以上のＳＴ３〜ＳＴ４をスピーカごとに繰り返して各スピーカ方向の応答信号を採取する。
【００５５】
図３の例では、以下のＳＴ５、ＳＴ６とＳＴ７、ＳＴ８を並列に実行する。
【００５６】
ＳＴ５では、記憶した応答信号のうち直接音成分のレベルを測定する。具体的には、直接音成分に関係する最初の１０〜３０ミリ秒の区間のデータのみ取り出してレベルの積分値を計算し、時間平均値を計算する。この計算は各スピーカについて行う。
ＳＴ６では、記憶した応答信号のうち直接音成分の周波数特性を測定する。具体的には、ＳＴ５と同様、直接音成分に関係する最初の１０〜３０ミリ秒の区間のデータのみ取り出してこのデータについてフーリエ変換して周波数特性を計算する。この計算は各スピーカについて行う。
【００５７】
ＳＴ７では、記憶した応答信号のうち間接音成分のレベルを測定する。具体的には、直接音成分に関係する最初の１０〜３０ミリ秒の区間のデータは無視して、それ以後の１００ミリ秒間のデータについてレベルの積分値を計算し、時間平均値を計算する。この平均値の計算は各スピーカについて行う。
ＳＴ８では、記憶した応答信号のうち間接音成分の周波数特性を測定する。ＳＴ７と同様、直接音成分に関係する最初の１０〜３０ミリ秒の区間のデータは無視して、それ以後の１００ミリ秒間のデータについてフーリエ変換して周波数特性を計算する。この計算は各スピーカについて行う。
【００５８】
ＳＴ９では、ＳＴ５〜ＳＴ８で計算した値をそれぞれ１セットにしてパラメータとして格納する。さらに、直接音成分と間接音成分のレベルの比を求めて、この比率をＬ、Ｒ、ＲＬ、ＲＲごとに格納する（この値を用いたレベル調整方法は、図４の説明で後述する）。
【００５９】
なお、以上のＳＴ５〜ＳＴ８は、いずれを先に行なってもよく、スピーカごとに計算を行なってもよい。また、ＳＴ３、ＳＴ４だけでなく、ＳＴ３〜ＳＴ８までのステップ全体をスピーカごとに計算を繰り返して行なってもよい。
＜コントローラによる周波数特性の補正方法の説明＞
フィルタ４０１〜４０５、フィルタ９１〜９４は、周波数特性を調整するイコライザフィルタである。以下、図２に戻りこれらフィルタのイコライザゲインの調整方法について説明する。原理的には、この調整は音場測定部１７１を用いて測定したリスニングルーム１０１の各スピーカごとの周波数特性の逆フィルタをイコライザゲインとしてそれぞれ設定すればよい。しかし、マルチチャンネル音声信号のＬ、Ｒ、Ｃ、ＬＳ、ＲＳの各チャンネルの音声信号（以下、これを「直接信号」という。）の周波数特性を操作すれば、周波数特性がフラットになるにもかかわらず、音楽的に失われるものが大きい。例えば、リスニングルーム１０１の周波数特性にディップがある場合に、フィルタ４０１〜４０４の特性に、ディップを補償するピークを持たせた場合、周波数特性がフラットになるにもかかわらず、聞きづらい、または音が硬い印象をユーザＵに与える。
【００６０】
そこで、本実施形態の音場制御装置１０は、この直接信号の周波数特性を補償するためのフィルタ特性（イコライザゲイン）の調整量の少なくとも半分以上を残響模擬信号の周波数特性を調整するフィルタ９１〜９４に割り当てるのが望ましい。
【００６１】
図４を用いて、フィルタ４０１〜４０４、フィルタ９１〜９４のイコライザゲインの設定方法について具体的に説明する。図４はＬｃｈに関係するフィルタの設定方法をフローで表した図である。このフローではＬｃｈの直接出力の周波数特性を調整するフィルタ４０１と、Ｌｃｈの上方に配置するＦＬｃｈスピーカ２４から出力される残響模擬信号の周波数特性を調整するフィルタ９１にイコライザゲインを設定する。
【００６２】
（ＳＴ１１）音場測定部１７１を用いて、Ｌｃｈからの伝搬される音場のうちの直接音成分の周波数特性を測定する。この処理は、図３のＳＴ６の動作に対応している。
（ＳＴ１２）ＳＴ１１で求めた周波数特性の逆フィルタを求め、最小のゲインの値を０ｄＢになるようゲインを調整する。
（ＳＴ１３、ＳＴ１４）ＳＴ１２で求めたゲインをそれぞれフィルタ４０１、９１に割り当てる。ＳＴ１２で求めたゲインの一部を直接信号用に割り引いたｄＢ値をフィルタ４０１のイコライザの値として割り当てる（ＳＴ１３）。図４では、ＳＴ１２で求めたゲインの１／３［ｄＢ値］を割り当てている。ＳＴ１４では、フィルタ４０１、９１に割り当てて音場制御装置１０の出力を合わせたとき、直接音成分の周波数ごとの聴取位置でのパワーレベルがフラットになるようにフィルタ９１のイコライザゲインを割り当てる。
【００６３】
（ＳＴ１５）ＳＴ１３で求めたイコライザゲインの値をピークが０ｄＢになるように変換した後、この変換した値をフィルタ４０１のイコライザゲインの値として設定する。
【００６４】
このように、フィルタ４０１を設定すると、直接信号に対する周波数特性の調整量を減らした分を残響模擬信号に対する周波数特性の調整で補うことにより、直接信号の音質の変化を低減でき、聴取者が聞き取る音声のうち直接音成分がより自然になる。
【００６５】
（ＳＴ１６）音場測定部１７１を用いて、Ｌｃｈからの伝搬される音場のうちの間接音成分の周波数特性を測定する。この処理は、図３のＳＴ８の動作に対応している。
（ＳＴ１７）ＳＴ１１で求めた周波数特性の逆フィルタを求め、最小のゲインの値を０ｄＢになるようゲインを調整する。
（ＳＴ１８）ＳＴ１７で求めたゲインとＳＴ１４でフィルタ９１に割り当てられたゲインを乗じて、イコライザゲインを求める。
【００６６】
（ＳＴ１９）ＳＴ１８で求めたイコライザゲインのピークを０ｄＢになるよう変換して、フィルタ９１に設定する。
【００６７】
＜コントローラによる周波数特性の補正方法の補足説明＞
なお、以上の図４の説明では、Ｌｃｈについて設定したが、Ｒｃｈとその上方にあるＦＲｃｈの周波数特性をそれぞれ調整するフィルタ４０２、フィルタ９２についても同様に調整量を設定する。
また、ＲＬｃｈスピーカについては、ＬＳｃｈのフィルタ４０３の出力と、ＲＬｃｈ（加算器６５の出力）のフィルタ９３の出力を加算器９５により合成するが、フィルタ４０３、９３についても図４で説明した方法と同様に設定する。
また、ＲＲｃｈスピーカについては、ＲＳｃｈのフィルタ４０４の出力とＲＲｃｈ（加算器６５の出力）のフィルタ９４の出力について加算器９６により合成するが、このフィルタ９４、４０４についても図４で説明した方法と同様に設定する。
【００６８】
＜本実施形態の音場制御装置の補足説明＞
また、フロント入力信号合成部４４、サラウンド入力信号合成部４８は、マルチチャンネル音声信号をそのまま入力しているが、ゲイン、周波数特性、位相特性を調整した後の信号を入力しても良い。
【００６９】
また、本実施形態の音場制御装置では、音場をサラウンドとフロントの２つに分けて、それぞれサラウンド音場形成部５２とフロント音場形成部５６を設けているが、音場の分割方法及びその制御方法はこれに限らない。音場ごとに音場形成部（サラウンド音場形成部５２と同等のもの）を備えるようにする。例えば、スピーカごとに音場を測定し、サラウンド音場形成部５２に相当するものを備えても良い。
【００７０】
また、フロント入力信号合成部４４の合成、サラウンド入力信号合成部４８の合成率、重み付けは、ソースを監視して動的に行なってもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１−音場制御装置、１１−ＤＳＰデコーダ、１２−信号処理部、１２１−音場生成部、１３−Ｄ／Ａコンバータ、１４−ローパスフィルタ、 １５−電子ボリューム、１６−パワーアンプ、１７−コントローラ、１７１−音場測定部、１８−メモリ、１９−操作部、２０−表示部、２１〜２７−スピーカ、４０−主信号線、４０１〜４０４−フィルタ、４２−引算器、４４−フロント入力信号合成部、４６−引算器、４８−サラウンド入力信号合成部、５２−フロント音場形成部、５６−サラウンド音場形成部、６２〜６５−加算器、７２−反射音パラメータ、７４−畳み込み演算部、７６−反射音パラメータ、７８−畳み込み演算部、８０−フロント音場信号レベル制御部、８１−サラウンド音場信号レベル制御部、９５〜９６−加算器、１０１−リスニングルーム、Ｍ−マイク、Ｕ−ユーザ、１２１−音場生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチチャンネル音声の再生時に音場を調整する音場制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、マルチチャンネル音声を再生できる音響システムをリビングルームやリスニングルームなどに設けて、家の中で映画や音楽などのコンテンツを楽しむユーザが増加している。ユーザが、例えば映画のＤＶＤをこのＡＶシステムで再生すると、複数のスピーカからマルチチャンネルの音声が再生されるので、ユーザは周囲から音に包まれる感覚を体感しながら映画を楽しむことができる。
【０００３】
このような音響システムでは、音像定位を正確に行ために、各チャンネルのバランスを調整することが重要である。このバランス調整をするために、テスト音声を各チャンネルのスピーカからそれぞれ１つずつ出力し、マイクでリスニングルームの音場を測定して、音量や周波数特性の調整をするシステムが実用化されている。このように実用化されている音響システムとして、例えば、ＹＰＡＯ（Yamaha Parametric Room AcousticOptimizer、商標）などがある。
【０００４】
特許文献１等には、音響再生装置及び立体音響再生装置に関し、直接音と特定の集会施設の残響をシミュレートした効果音との比率を調整する旨の記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３７４５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、音場とは仮想空間における音の響きを模擬的に再現したものであるため、音場を良好に形成するためには、リスニングルームの残響のバランスが重要である。特に、ホール等の集会施設の音響をシミュレーションして、これを模擬した響きを付加してリスニングルームから出力するような場合にはこのバランスが重要となる。
【０００７】
しかしながら、リスニングルームは、響きのバランスが悪い場合がほとんどである。例えば、一面が壁であるか、カーテンであるか、家具であるかなどにより、音声の吸音、反射の状態や、定在波の生じ方の状態が異なり、リスニングルーム内部の響きがアンバランスになりやすい。
【０００８】
このため、たとえスピーカからの音量レベルのバランスを調整しても残響のアンバランスはそのまま残ってしまい、全体としてバランスの良い音場が形成できない問題があった。
【０００９】
また、上述したように、リスニングルームは、その形状や家具やカーテン等の存在によって、周波数特性がフラットでないことが一般的である。即ち、部屋の形状により特定周波数が定常波として強調されたり、カーテンや家具等により特定の周波数が吸音されて弱められたりする。
【００１０】
しかし、この周波数特性を調整しようとして、オーディオ信号の周波数特性を直接操作すると、非常に音楽的に失われるものが大きい問題があった。例えば、リスニングルームの周波数特性に大きなディップが生じている場合に、周波数特性に大きなピークが存在するフィルタをオーディオ信号に直接かけることにより調整した場合、フィルタをかけた後の音場の周波数特性としてはフラットであるにもかかわらず、直接音成分が不自然となり非常に聞きづらいという問題が生じていた。
【００１１】
そこで、本発明は、マルチチャンネル音声を再生する音響システムが置かれる音場環境に応じて、残響効果音の出力バランス、残響効果音の周波数特性を調整できる音場制御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】
【００１２】
本発明は、スピーカから出力された音声が聴取位置へ到達したときの周波数特性を測定する測定手段と、オーディオ信号に所定の残響特性を模擬したフィルタ係数を畳み込むことで残響模擬信号を生成する残響生成手段と、前記測定手段で測定された周波数特性を補償するフィルタ特性で前記残響模擬信号を調整するフィルタと、前記フィルタで調整された残響模擬信号を前記オーディオ信号に合成してスピーカに供給する残響付与手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、上記発明において、前記フィルタは、前記周波数特性の一部を補償するフィルタ特性で前記残響模擬信号を調整することを特徴とする。
【００１４】
また、上記発明において、前記測定手段で測定された周波数特性の一部を補償するフィルタ特性で前記残響模擬信号を合成する前のオーディオ信号を調整する直接音フィルタを備えたことを特徴とする。
【００１５】
これにより、スピーカから聴取位置までの周波数特性がフラットでない場合に、残響音の周波数特性を調整しているので、音響システムが設置される音場の周波数特性の不足感をより自然に補うと共に、直接音成分の周波数特性のピークによる聞きづらさ、音の硬さをより自然に抑えることができる。
【００１６】
また、本発明では、測定手段が間接音のレベルを、前記複数のスピーカの各々について測定し、これらの間接音のレベルに基づいて、残響バランス調整部が間接音と残響模擬信号との合成レベルが各スピーカ間でバランスするように、前記残響模擬信号のレベルを制御している。これにより、音響システムが設置される室内の周波数特性の間接音のアンバランス、不足感をより自然に補うことができる。例えば、残響が少ない方向に設置されたスピーカの残響効果音の出力については、この残響模擬信号の出力を大きくして残響の少なさを補うことができる。したがって、本発明では、音響装置が置かれる音場環境に応じて、前記間接音を補強する残響模擬信号の出力バランスを制御できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スピーカが設置される空間の残響のアンバランスや周波数特性の凹凸を補正することができるため、方向によって響きが異なる部屋や特定の周波数成分が吸音されてしまう部屋においても、良好な音場を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態の音場制御装置の構成を示すブロック図
【図２】本実施形態の信号処理部の構成を示すブロック図
【図３】本実施形態の音場制御装置の音場測定部の動作フロー図
【図４】本実施形態の音場制御装置のフィルタのイコライザゲインを調整する方法のフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜本発明の実施形態の音響システム、音場制御装置の概略説明＞
図１を用いて、本発明の実施形態の音響システムとこれに含まれる音場制御装置の概略について説明する。図１は、音響システム（１の符号で図示。）の構成を示すブロック図であり、音場制御装置１０を含んでいる。図２は、音場制御装置１０の処理部の詳細図である。音場制御装置１は、１例として７チャンネル（以下「チャンネル」を適宜「ｃｈ」と略す。）のマルチチャンネル音声を出力する。
【００２０】
図１では、聴取者Ｕの前方の位置（図中三角形の鼻がある方向）にＬｃｈ、Ｒｃｈのスピーカ２１、２３を配置し、Ｌｃｈ（前左）、Ｒｃｈ（前右）の上方に主として残響効果を与える残響効果音を出力するＦＬｃｈ、ＦＲｃｈのスピーカ２４、２５を配置し、Ｌｃｈ（前左）、Ｒｃｈ（前右）の中央にＣｃｈ（前方）、後方にＲＬｃｈ（後左）、ＲＲｃｈ（後右）のスピーカ２６、２７を配置する。
【００２１】
本実施形態の装置は、入力信号をそのまま増幅して出力する直接音の他に、所定のホール等で測定した残響を模擬した残響効果音をこれらのスピーカから出力し、フロント音場及びサラウンド音場の２つの音場を形成する。フロント音場はユーザＵの前方に奥行き感及び立体感を与え、ユーザＵを前方から包み込む音場である。サラウンド音場は聴取位置のユーザＵの後方（ＲＬｃｈ、ＲＲｃｈのスピーカがある方）から包み込む音場である。これらの音場の形成は、残響効果音を出力するための残響模擬信号を合成することにより行う。残響模擬信号は、マルチチャンネル音声信号を合成した信号を所定のホール等で測定した残響特性を模擬したフィルタの処理をすることにより合成される。
【００２２】
また、本実施形態の装置は、聴取位置にマイクＭを設置して各スピーカから順次テスト音声を出力し、マイクＭが収音したテスト音声の応答信号から直接音成分、間接音成分のレベルを求める。この間接音成分のレベルの比から、残響模擬信号の出力比を調整する。これにより、例えば吸音性が高く、この残響が少ない方向に設置されたスピーカについては、残響効果音の出力を大きくして、残響の少なさを補うことができるし、残響が大きい方向に設置されたスピーカについては、残響効果音の出力を小さく調整することができる。このように、本実施形態の音場制御装置は、単に所定のホールの残響効果をユーザに与えるのでなく、音場の残響の不足分を補うなどにより、残響のアンバランスを調整する。
【００２３】
＜本発明の実施形態の音場制御装置の構成の説明＞
図１、図２を用いて、本実施形態の音場制御装置の構成について説明する。音場制御装置１０は、ＤＳＰデコーダ１１、信号処理部１２、Ｄ／Ａコンバータ１３、ローパスフィルタ１４、電子ボリューム１５、パワーアンプ１６、コントローラ１７、メモリ１８、操作部１９、及び表示部２０を備えている。また、音場制御装置１のパワーアンプ１６には、スピーカ２１〜２７が接続されている。コントローラ１７は、音場測定部１７１を備えている。また、音響システム１は音場測定部１７１を動作させるため、音場制御装置１０の他にマイクＭとＡ／Ｄ変換器１７２を備えている。
【００２４】
図１に示すように、リスニングルーム１０１内には、ユーザＵの聴取位置の前方左、前方中央、前方右にフロントスピーカとしてＬ、Ｃ、Ｒ各チャンネルのスピーカ２１、２２、２３が配置されている。また、ユーザＵの聴取位置の前方左右及び後方左右に音場制御用スピーカとしてＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ各チャンネルのスピーカ２４、２５、２６、２７が配置されている。
【００２５】
なお、信号処理部１２から出力されるＦＬｃｈ、ＦＲｃｈの信号は、前述したフロント音場を形成するための残響模擬信号である。また、ＲＬｃｈ、ＲＲｃｈは、前述したサラウンド音場を形成するための残響模擬信号とマルチチャンネル音声信号のＬＳｃｈ、ＲＳｃｈを合成した信号である。
【００２６】
ＤＳＰデコーダ１１には、ＤＩＲ（Digital audio Interface Receiver）３２、Ａ／Ｄコンバータ３４、及びＨＤＭＩ（High Definition Multimedia Interface）（登録商標）レシーバ３６が接続されている。ＤＳＰデコーダ１１は、ＨＤＭＩ（登録商標）レシーバ３６、Ａ／Ｄコンバータ３４を介してディジタルビットストリームを取り込んでＬｃｈ（チャンネル）、Ｒｃｈ、Ｃｃｈ、ＬＳｃｈ、及びＲＳｃｈの５チャンネルのディジタル音声信号（ＰＣＭ信号）に変換して、信号処理部１２へ出力する。また、ＤＳＰデコーダ１１は、ＡＡＣ（登録商標）、Dolby Digital（登録商標）、ＤＴＳ（登録商標）、ＭＰＥＧ−１／２、ＭＰＥＧ−２マルチチャンネル、ＭＰ３など多様なデータフォーマットをサポートしており、外部入力信号を図外のデコーダにより５チャンネルのディジタル音声信号（ＰＣＭ信号）にデコードする。また、ＤＳＰデコーダ１１は、例えばＤＶＤプレーヤから５チャンネルのディジタル音声信号（ＰＣＭ信号）が直接入力された場合には、これらの信号をそのまま信号処理部１２へ出力する。
【００２７】
信号処理部１２はＤＳＰで構成され、ＤＳＰデコーダ１１の出力に対し、残響模擬信号の付加等の各種信号処理を行う。信号処理部１２で処理されたディジタル音声信号は、Ｄ／Ａコンバータ１３に出力される。
【００２８】
Ｄ／Ａコンバータ１３は、信号処理部１２から入力されたＬｃｈ、Ｒｃｈ、Ｃｃｈ、ＲＬｃｈ、ＲＲｃｈ、ＦＬｃｈ、ＦＲｃｈの合計７チャンネルのディジタル音声信号をそれぞれアナログ音信号に変換する。
【００２９】
ローパスフィルタ１４は、Ｄ／Ａコンバータ１３で生成された各アナログ音信号からナイキスト周波数以上の帯域における折り返しノイズを除去する。
電子ボリューム１５は、操作部１９の操作に応じてコントローラ１７から出力された制御信号に応じて、ローパスフィルタ１４から出力された各チャンネルの信号の音量を調整する。
パワーアンプ１６は、電子ボリューム１５で調整されたアナログ音信号を増幅して各スピーカ２１〜２７へ出力する。
【００３０】
スピーカ２１〜２７は、パワーアンプ１６から出力されたアナログ音信号に応じた音を放音する。すなわち、スピーカ２１はＬｃｈ、スピーカ２２はＣｃｈ、スピーカ２３はＲｃｈ、スピーカ２４はＦＬｃｈ、スピーカ２５はＦＲｃｈ、スピーカ２６はＲＬｃｈとＬＳｃｈ、スピーカ２７はＲＲｃｈとＲＳｃｈの音をそれぞれ放音する。
【００３１】
コントローラ１７は、操作部１９で行われた操作に応じて各部を制御する。例えば、操作部１９で音量の調整操作が行われると、コントローラ１７はこの操作に応じた制御信号を電子ボリューム１５に出力して、各スピーカ２１〜２７から放音する音の音量を変更する。コントローラ１７としては、ＣＰＵやＭＰＵが好適である。この場合、音場測定部１７は、ソフトウェア的に実現される。
【００３２】
マイクＭはユーザＵの位置に設置され、マイクＭとＡＤ変換器と音場測定部１７１がこの順に接続されている。
【００３３】
マイクＭは１ｃｈの無指向性マイクであり、音声をアナログ信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１７２は、このアナログ信号をディジタル信号に変換する。入出力部は入出力インターフェースとメモリで構成し、このディジタル信号を一時的に格納する。
【００３４】
音場測定部１７１はインパルス音等のテスト音声を各スピーカ２１〜２７から順次出力し、マイクＭで収音した音声信号をＡ／Ｄ変換器１７２を介して取り込む。この取り込んだ信号は、各スピーカからマイクＭに至る系としてのリスニングルームの応答信号である。音場測定部１７１は、この応答信号を解析して、スピーカから直接マイクＭに到来する音声成分である直接音成分、壁に反射してマイクＭに到来する音声成分である間接音成分それぞれの音声信号の大きさ、周波数特性を計算する。
【００３５】
音場測定部１７１は、直接音成分、間接音成分のレベルの計算をスピーカ２１〜２７の応答信号それぞれについて行う。これらを比較することにより、スピーカ２１〜２７から音声が出力された場合の直接音、残響音のアンバランスを把握することができる。
【００３６】
メモリ１８は、コントローラ１７で行うプログラムや各種制御用データを記憶している。操作部１９は、音場制御装置１に対してユーザが各種の操作・設定などの入力を行うためのものである。表示部２０は、音場制御装置１からユーザに対する伝達事項を表示するためのものである。
【００３７】
図２を用いて、信号処理部１２の構成について説明する。信号処理部１２は、主として直接音を処理する主信号線４０と、前述したフロント音場、サラウンド音場を生成するための残響効果音を生成する音場生成部１２１を備えている。
主信号線４０は、マルチチャンネル音声信号の周波数特性を調整するフィルタ４０１〜４０４を備えている。
【００３８】
音場生成部１２１は、聴取者前方のフロント音場を形成するフロント音場形成部５２、サラウンド音場を形成するサラウンド音場形成部５６を備えている。また、音場生成部１２１は、ＬＳｃｈ、ＲＳｃｈの差信号を生成する引算器４２と、この差信号とＬｃｈ、Ｒｃｈ、Ｃｃｈの信号を合成するフロント入力信号合成部４４とを備え、この合成信号がフロント音場形成部５２に入力される。また、音場生成部１２１には、ＬｃｈとＲｃｈの入力の差信号を生成する引算器４６と、この差信号とＬｃｈ、Ｒｃｈの信号を合成するサラウンド入力信号合成部４８とを備え、この合成信号がサラウンド音場形成部５６に入力される。
【００３９】
さらに、音場生成部１２１は、フロント音場形成部５２の出力信号のレベルのバランスを制御するフロント音場信号レベル制御部８０、サラウンド音場形成部５６の出力信号のレベルを調整するサラウンド音場信号レベル制御部８１を備えている。
【００４０】
また、信号処理部１２は、フロント音場信号レベル制御部８０の出力とサラウンド音場信号レベル制御部８１の出力を加算する加算器６２〜６５、フロント音場とサラウンド音場を形成する残響効果音の周波数特性を調整するフィルタ９１〜９４を備えている。さらに、及び後方の音声信号チャンネルＬＳｃｈ、ＲＳｃｈに加算器６２〜６５のＲＬｃｈ、ＲＲｃｈの出力を加算する加算器９５、９６を備えている。
【００４１】
５チャンネルのディジタル音声信号は、ＤＳＰデコーダ１１により生成され、主信号線４０を介してＤ／Ａコンバータ１３へ送出される。この５チャンネルの信号は、途中に設けたフィルタ４０１〜４０４によって周波数特性が調整される。フィルタ４０１〜４０４は、コントローラ１７により指示されたイコライザゲインに基づき、マルチチャンネル音声信号のＬ、Ｒ、ＬＳ、ＲＳの各チャンネルの周波数特性を調整する。このイコライザゲインは、前述のコントローラ１７が、音場測定部１７１の測定結果に基づいて設定する。また、加算器９５、９６により、フィルタ４０１〜４０４の出力のうちフィルタ４０３、４０４の出力に対して、残響模擬信号であるＲＬｃｈ、ＲＲｃｈが加算される。
【００４２】
フロント入力信号合成部４４は、入力信号のうちＬｃｈ、Ｃｃｈ、Ｒｃｈの信号、及び引算器４２から出力された差信号（ＬＳ−ＲＳ）をそのまま合成するか、または重みづけて合成する。この合成した信号を合成フロント信号Ｆと呼ぶ。ここで、フロント入力信号合成部４４にサラウンドチャンネル間の差信号（ＬＳ−ＲＳ）を入力する理由は、差信号（ＬＳ−ＲＳ）は残響成分が主であり、これを適当な量でフロント信号に取り込むことによって、フロント音場形成部５２で生成するフロント音場の奥行きをより深くすることができるからである。
【００４３】
サラウンド入力信号合成部４８は、入力信号のうちサラウンド信号ＬＳ、ＲＳ、及び引算器４６から出力された差信号（Ｌ−Ｒ）をそのまま合成するか、または重みづけて合成する。この合成した信号を合成サラウンド信号Ｓと呼ぶ。そして、サラウンド入力信号合成部４８は、この合成した信号をサラウンド音場形成部５６へ出力する。
【００４４】
ここで、サラウンド入力信号合成部４８に、フロント信号の差信号（Ｌ−Ｒ）を入力する理由は、差信号（Ｌ−Ｒ）は残響成分が主であり、これを適当な量でサラウンド信号に取り込むことによって、サラウンド音場形成部４８で生成するサラウンド音場の奥行きをより深くすることができるからである。
【００４５】
フロント音場形成部５２は、反射音パラメータメモリ７２、及び畳み込み演算部７４を備えている。残響は、複数の反射音が合成されたものであるため、フロント音場形成部５２は、合成フロント信号Ｆの複数の反射音の模擬信号を合成することにより、ユーザＵの聴取位置の前方にフロント音場を形成するための残響模擬信号を生成する。この複数の反射音の設定の情報は、反射音パラメータメモリ７２に反射音パラメータとして格納されている。畳み込み演算部７４はＦＩＲフィルタで構成され、フィルタ係数として反射音パラメータが設定され、合成フロント信号Ｆに対して、フィルタの畳み込み演算を行なって、フロント音場信号レベル制御部８０へ出力する。
【００４６】
サラウンド音場形成部５６は、反射音パラメータメモリ７６、及び畳み込み演算部７８を備えており、残響は、複数の反射音が合成されたものであるため、サラウンド音場形成部５６は、合成サラウンド信号Ｓの複数の反射音の模擬信号を合成することにより、ユーザＵの聴取位置の前方にサラウンド音場形成するための残響模擬信号を生成する。この複数の反射音の設定の情報は、反射音パラメータメモリ７６に反射音パラメータとして格納されている。畳み込み演算部７８はＦＩＲフィルタで構成され、フィルタ係数として反射音パラメータが設定され、合成サラウンド信号Ｓに対して、フィルタの畳み込み演算を行なって、フロント音場信号レベル制御部８１へ出力する。
【００４７】
フロント音場形成部５２、サラウンド音場形成部５６の畳み込み演算部７４、７８は、１段のＦＩＲフィルタで構成しても、複数のＦＩＲフィルタをシリーズに接続して構成してもよい。
【００４８】
フロント音場信号レベル制御部８０は、フロント音場形成部５２が生成した残響模擬信号ＦＬ１、ＦＲ１、ＲＬ１、ＲＲ１のレベルを、音場測定部１７１で求めた直接音成分、間接音成分のレベルに基づいて調整する。すなわち、残響模擬信号は間接音成分を補強するものであるため、リスニングルームにおける各スピーカ方向間の間接音成分がバランスするように（且つ、各スピーカ方向において直接音成分の比率が適切になるように）、残響模擬信号のレベルを調整する。このように調整された各残響模擬信号ＦＬ３、ＦＲ３、ＲＬ３、ＲＲ３を加算器６２〜６５へ出力する。
【００４９】
サラウンド音場信号レベル制御部８１は、サラウンド音場形成部５６が生成した残響模擬信号ＦＬ２、ＦＲ２、ＲＬ２、ＲＲ２のレベルを、音場測定部１７１で求めた直接音成分、間接音成分のレベルに基づいて調整する。すなわち、残響模擬信号は間接音成分を補強するものであるため、リスニングルームにおける各スピーカ方向間の間接音成分がバランスするように（且つ、各スピーカ方向において直接音成分の比率が適切になるように）、残響模擬信号のレベルを調整する。このように調整された各残響模擬信号ＦＬ４、ＦＲ４、ＲＬ４、ＲＲ４を加算器６２〜６５へ出力する。
【００５０】
加算器６２〜６５は、フロント音場信号レベル制御部８０から出力された残響模擬信号ＦＬ３、ＦＲ３、ＲＬ３、ＲＲ３及びサラウンド音場信号レベル制御部８１から出力された残響模擬信号ＦＬ４、ＦＲ４、ＲＬ４、ＲＲ４を合成して、それぞれフィルタ９１〜９４へ出力する。
【００５１】
フィルタ９１〜９４は、ＩＩＲフィルタ（Infinite Impulse Response）であり、音場測定部１７１の測定結果に基づいて加算器６２〜６５が出力した、合成された残響模擬信号の周波数特性を調整する。
【００５２】
加算器９５は、フィルタ９３から出力されたＲＬｃｈの残響模擬信号と、マルチチャンネル音声信号の１つである左サラウンド信号ＬＳとを合成してＤ／Ａコンバータ１３へ出力する。
加算器９６は、フィルタ９４から出力されたＲＲｃｈの残響模擬信号とマルチチャンネル音声信号の１つである右サラウンド信号ＲＳとを合成してＤ／Ａコンバータ１３へ出力する。
【００５３】
次に図３のフローチャートを用いて、本実施形態の音場制御装置の音場測定部１７１の動作手順について説明する。
【００５４】
ＳＴ１では、マイクＭを設置するように誘導する表示を表示部２０に出力する。例えば、表示部２０に「リスニングポジションにマイクをセットしてください。」と表示する。
ＳＴ２では、マイクＭをセットしたことを確認する確認操作が操作部１９から行われたか判断する。この操作がない限りＳＴ２の判断はＮとなり待機する。Ｙとなれば、次に進む。
ＳＴ３では、スピーカ２１、２３、２６、２７に対応するＬｃｈ、Ｒｃｈ、ＬＳｃｈ、ＲＳｃｈの中から順次１チャンネルを選択し、選択したチャンネルにテスト音声を入力してＬ、Ｒ、ＲＬ、ＲＲの各チャンネルのスピーカからテスト音声を発生させる。このテスト音声としては、インパルス音や、タイムストレッチドパルスを用いる。
ＳＴ４では、マイクＭで収音したテスト音声の応答信号を記憶する。
以上のＳＴ３〜ＳＴ４をスピーカごとに繰り返して各スピーカ方向の応答信号を採取する。
【００５５】
図３の例では、以下のＳＴ５、ＳＴ６とＳＴ７、ＳＴ８を並列に実行する。
【００５６】
ＳＴ５では、記憶した応答信号のうち直接音成分のレベルを測定する。具体的には、直接音成分に関係する最初の１０〜３０ミリ秒の区間のデータのみ取り出してレベルの積分値を計算し、時間平均値を計算する。この計算は各スピーカについて行う。
ＳＴ６では、記憶した応答信号のうち直接音成分の周波数特性を測定する。具体的には、ＳＴ５と同様、直接音成分に関係する最初の１０〜３０ミリ秒の区間のデータのみ取り出してこのデータについてフーリエ変換して周波数特性を計算する。この計算は各スピーカについて行う。
【００５７】
ＳＴ７では、記憶した応答信号のうち間接音成分のレベルを測定する。具体的には、直接音成分に関係する最初の１０〜３０ミリ秒の区間のデータは無視して、それ以後の１００ミリ秒間のデータについてレベルの積分値を計算し、時間平均値を計算する。この平均値の計算は各スピーカについて行う。
ＳＴ８では、記憶した応答信号のうち間接音成分の周波数特性を測定する。ＳＴ７と同様、直接音成分に関係する最初の１０〜３０ミリ秒の区間のデータは無視して、それ以後の１００ミリ秒間のデータについてフーリエ変換して周波数特性を計算する。この計算は各スピーカについて行う。
【００５８】
ＳＴ９では、ＳＴ５〜ＳＴ８で計算した値をそれぞれ１セットにしてパラメータとして格納する。さらに、直接音成分と間接音成分のレベルの比を求めて、この比率をＬ、Ｒ、ＲＬ、ＲＲごとに格納する（この値を用いたレベル調整方法は、図４の説明で後述する）。
【００５９】
なお、以上のＳＴ５〜ＳＴ８は、いずれを先に行なってもよく、スピーカごとに計算を行なってもよい。また、ＳＴ３、ＳＴ４だけでなく、ＳＴ３〜ＳＴ８までのステップ全体をスピーカごとに計算を繰り返して行なってもよい。
＜コントローラによる周波数特性の補正方法の説明＞
フィルタ４０１〜４０５、フィルタ９１〜９４は、周波数特性を調整するイコライザフィルタである。以下、図２に戻りこれらフィルタのイコライザゲインの調整方法について説明する。原理的には、この調整は音場測定部１７１を用いて測定したリスニングルーム１０１の各スピーカごとの周波数特性の逆フィルタをイコライザゲインとしてそれぞれ設定すればよい。しかし、マルチチャンネル音声信号のＬ、Ｒ、Ｃ、ＬＳ、ＲＳの各チャンネルの音声信号（以下、これを「直接信号」という。）の周波数特性を操作すれば、周波数特性がフラットになるにもかかわらず、音楽的に失われるものが大きい。例えば、リスニングルーム１０１の周波数特性にディップがある場合に、フィルタ４０１〜４０４の特性に、ディップを補償するピークを持たせた場合、周波数特性がフラットになるにもかかわらず、聞きづらい、または音が硬い印象をユーザＵに与える。
【００６０】
そこで、本実施形態の音場制御装置１０は、この直接信号の周波数特性を補償するためのフィルタ特性（イコライザゲイン）の調整量の少なくとも半分以上を残響模擬信号の周波数特性を調整するフィルタ９１〜９４に割り当てるのが望ましい。
【００６１】
図４を用いて、フィルタ４０１〜４０４、フィルタ９１〜９４のイコライザゲインの設定方法について具体的に説明する。図４はＬｃｈに関係するフィルタの設定方法をフローで表した図である。このフローではＬｃｈの直接出力の周波数特性を調整するフィルタ４０１と、Ｌｃｈの上方に配置するＦＬｃｈスピーカ２４から出力される残響模擬信号の周波数特性を調整するフィルタ９１にイコライザゲインを設定する。
【００６２】
（ＳＴ１１）音場測定部１７１を用いて、Ｌｃｈからの伝搬される音場のうちの直接音成分の周波数特性を測定する。この処理は、図３のＳＴ６の動作に対応している。
（ＳＴ１２）ＳＴ１１で求めた周波数特性の逆フィルタを求め、最小のゲインの値を０ｄＢになるようゲインを調整する。
（ＳＴ１３、ＳＴ１４）ＳＴ１２で求めたゲインをそれぞれフィルタ４０１、９１に割り当てる。ＳＴ１２で求めたゲインの一部を直接信号用に割り引いたｄＢ値をフィルタ４０１のイコライザの値として割り当てる（ＳＴ１３）。図４では、ＳＴ１２で求めたゲインの１／３［ｄＢ値］を割り当てている。ＳＴ１４では、フィルタ４０１、９１に割り当てて音場制御装置１０の出力を合わせたとき、直接音成分の周波数ごとの聴取位置でのパワーレベルがフラットになるようにフィルタ９１のイコライザゲインを割り当てる。
【００６３】
（ＳＴ１５）ＳＴ１３で求めたイコライザゲインの値をピークが０ｄＢになるように変換した後、この変換した値をフィルタ４０１のイコライザゲインの値として設定する。
【００６４】
このように、フィルタ４０１を設定すると、直接信号に対する周波数特性の調整量を減らした分を残響模擬信号に対する周波数特性の調整で補うことにより、直接信号の音質の変化を低減でき、聴取者が聞き取る音声のうち直接音成分がより自然になる。
【００６５】
（ＳＴ１６）音場測定部１７１を用いて、Ｌｃｈからの伝搬される音場のうちの間接音成分の周波数特性を測定する。この処理は、図３のＳＴ８の動作に対応している。
（ＳＴ１７）ＳＴ１１で求めた周波数特性の逆フィルタを求め、最小のゲインの値を０ｄＢになるようゲインを調整する。
（ＳＴ１８）ＳＴ１７で求めたゲインとＳＴ１４でフィルタ９１に割り当てられたゲインを乗じて、イコライザゲインを求める。
【００６６】
（ＳＴ１９）ＳＴ１８で求めたイコライザゲインのピークを０ｄＢになるよう変換して、フィルタ９１に設定する。
【００６７】
＜コントローラによる周波数特性の補正方法の補足説明＞
なお、以上の図４の説明では、Ｌｃｈについて設定したが、Ｒｃｈとその上方にあるＦＲｃｈの周波数特性をそれぞれ調整するフィルタ４０２、フィルタ９２についても同様に調整量を設定する。
また、ＲＬｃｈスピーカについては、ＬＳｃｈのフィルタ４０３の出力と、ＲＬｃｈ（加算器６５の出力）のフィルタ９３の出力を加算器９５により合成するが、フィルタ４０３、９３についても図４で説明した方法と同様に設定する。
また、ＲＲｃｈスピーカについては、ＲＳｃｈのフィルタ４０４の出力とＲＲｃｈ（加算器６５の出力）のフィルタ９４の出力について加算器９６により合成するが、このフィルタ９４、４０４についても図４で説明した方法と同様に設定する。
【００６８】
＜本実施形態の音場制御装置の補足説明＞
また、フロント入力信号合成部４４、サラウンド入力信号合成部４８は、マルチチャンネル音声信号をそのまま入力しているが、ゲイン、周波数特性、位相特性を調整した後の信号を入力しても良い。
【００６９】
また、本実施形態の音場制御装置では、音場をサラウンドとフロントの２つに分けて、それぞれサラウンド音場形成部５２とフロント音場形成部５６を設けているが、音場の分割方法及びその制御方法はこれに限らない。音場ごとに音場形成部（サラウンド音場形成部５２と同等のもの）を備えるようにする。例えば、スピーカごとに音場を測定し、サラウンド音場形成部５２に相当するものを備えても良い。
【００７０】
また、フロント入力信号合成部４４の合成、サラウンド入力信号合成部４８の合成率、重み付けは、ソースを監視して動的に行なってもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１−音場制御装置、１１−ＤＳＰデコーダ、１２−信号処理部、１２１−音場生成部、１３−Ｄ／Ａコンバータ、１４−ローパスフィルタ、 １５−電子ボリューム、１６−パワーアンプ、１７−コントローラ、１７１−音場測定部、１８−メモリ、１９−操作部、２０−表示部、２１〜２７−スピーカ、４０−主信号線、４０１〜４０４−フィルタ、４２−引算器、４４−フロント入力信号合成部、４６−引算器、４８−サラウンド入力信号合成部、５２−フロント音場形成部、５６−サラウンド音場形成部、６２〜６５−加算器、７２−反射音パラメータ、７４−畳み込み演算部、７６−反射音パラメータ、７８−畳み込み演算部、８０−フロント音場信号レベル制御部、８１−サラウンド音場信号レベル制御部、９５〜９６−加算器、１０１−リスニングルーム、Ｍ−マイク、Ｕ−ユーザ、１２１−音場生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカから出力された音声が聴取位置へ到達したときの周波数特性を測定する測定手段と、
オーディオ信号に所定の残響特性を模擬したフィルタ係数を畳み込むことで残響模擬信号を生成する残響生成手段と、
前記測定手段で測定された周波数特性を補償するフィルタ特性で前記残響模擬信号を調整するフィルタと、
前記フィルタで調整された残響模擬信号を前記オーディオ信号に合成してスピーカに供給する残響付与手段と、を備えた音場制御装置。
【請求項２】
前記フィルタは、前記周波数特性の一部を補償するフィルタ特性で前記残響模擬信号を調整する請求項１に記載の音場制御装置。
【請求項３】
前記測定手段で測定された周波数特性の一部を補償するフィルタ特性で前記残響模擬信号を合成する前のオーディオ信号を調整する直接音フィルタを備えた請求項１または２に記載の音場制御装置。
【請求項４】
同一の空間に設置された複数のスピーカを備え、
前記測定手段は、スピーカから出力されたのち前記空間の壁面で反射して聴取位置へ到達する間接音のレベルを、前記複数のスピーカの各々について測定し、
前記複数のスピーカの各々に対応して設けられ、前記測定手段で測定した各スピーカの間接音のレベルに基づき、当該間接音と前記残響模擬信号との合成レベルが各スピーカ間でバランスするように、前記残響模擬信号のレベルを制御する残響バランス調整手段を備え、
前記残響付与手段は、前記残響バランス調整手段が調整した残響模擬信号を前記オーディオ信号に合成して、対応するスピーカに供給する請求項１〜３のいずれかに記載の音場制御装置。
【請求項１】
スピーカから出力された音声が聴取位置へ到達したときの周波数特性を測定する測定手段と、
オーディオ信号に所定の残響特性を模擬したフィルタ係数を畳み込むことで残響模擬信号を生成する残響生成手段と、
前記測定手段で測定された周波数特性を補償するフィルタ特性で前記残響模擬信号を調整するフィルタと、
前記フィルタで調整された残響模擬信号を前記オーディオ信号に合成してスピーカに供給する残響付与手段と、を備えた音場制御装置。
【請求項２】
前記フィルタは、前記周波数特性の一部を補償するフィルタ特性で前記残響模擬信号を調整する請求項１に記載の音場制御装置。
【請求項３】
前記測定手段で測定された周波数特性の一部を補償するフィルタ特性で前記残響模擬信号を合成する前のオーディオ信号を調整する直接音フィルタを備えた請求項１または２に記載の音場制御装置。
【請求項４】
同一の空間に設置された複数のスピーカを備え、
前記測定手段は、スピーカから出力されたのち前記空間の壁面で反射して聴取位置へ到達する間接音のレベルを、前記複数のスピーカの各々について測定し、
前記複数のスピーカの各々に対応して設けられ、前記測定手段で測定した各スピーカの間接音のレベルに基づき、当該間接音と前記残響模擬信号との合成レベルが各スピーカ間でバランスするように、前記残響模擬信号のレベルを制御する残響バランス調整手段を備え、
前記残響付与手段は、前記残響バランス調整手段が調整した残響模擬信号を前記オーディオ信号に合成して、対応するスピーカに供給する請求項１〜３のいずれかに記載の音場制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２６１０２２（Ｐ２００９−２６１０２２Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８５５３９（Ｐ２００９−１８５５３９）
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【分割の表示】特願２００６−１２６８７０（Ｐ２００６−１２６８７０）の分割
【原出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【分割の表示】特願２００６−１２６８７０（Ｐ２００６−１２６８７０）の分割
【原出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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