説明

音響再生装置および音響再生方法

【課題】再生音場(例えば試聴室や車室)において別の音場(例えばコンサートホール)を再現するために、オーディオ信号に部屋の特性を付加して再生する場合において、演算量が少ない音響再生装置を提供する。
【解決手段】部屋のインパルス応答の残響音部分を生成する残響音生成器103と、部屋のインパルス応答の反射音部分を生成する反射音生成器106とを備え、残響音生成器103は、複数のインパルス応答のうち2つ以上のインパルス応答の残響音を生成し、反射音生成器106より前に設置され、残響音生成器103の出力が反射音生成器106に入力するようにする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、再生音場(例えば試聴室や車室)において別の音場(例えばコンサートホール)を再現したりするなどに用いる、オーディオ信号に部屋の特性を付加して再生する音響再生装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の音響再生装置として、第1次反射音発生回路と、残響信号発生回路と、間接音成分を含まない電気信号と上記第1次反射音発生回路からの第1次反射音信号と上記残響信号発生回路からの残響信号とを混合する混合手段とを具備しているものが知られている(例えば特許文献1参照)。
【0003】
また、従来の別の音響再生装置として、初期反射音および後期残響音の時間領域にわたり比較的まばらでかつ不均一の時間間隔で発生し遅延時間の経過とともに減衰する反射音群に相当する第1の反射音パラメータが設定され、入力される音声信号のサンプリングデータを該第1の反射音パラメータで畳み込み演算して第1の反射音データを生成する第1のFIRフィルタと、前記第1の反射音パラメータの反射音よりも密集しかつ不均一の時間間隔で発生する反射音群に相当する第2の反射音パラメータが設定され、該第2の反射音パラメータ全体の時間軸方向の長さが前記第1の反射音パラメータの反射音の発生間隔よりも長くかつ該第1の反射音パラメータ全体の時間軸方向の長さよりも短く設定され、前記第1のFIRフィルタで生成された第1の反射音データを該第2の反射音パラメータで畳み込み演算して該第1のFIRフィルタによる反射音の発生間隔を埋める第2の反射音データを生成する第2のFIRフィルタとを具備してなるものが知られている(例えば特許文献2参照)。
【0004】
また、従来の別の音響再生装置として、処理対象となる音響信号に対し、インパルス応答の第1の所定時間に対応する第1のデータ列を畳み込むことにより第1の反射音信号を生成する第1の信号処理手段と、前記音響信号に対し、所定の信号処理を施して前記第1の反射音信号に続く第2の反射音信号を生成する第2の信号処理手段と、前記第1の信号処理手段によって生成される前記第1の反射音信号と、前記第2の信号処理手段によって生成される前記第2の反射音信号とを加算して出力する手段であって、前記第2の反射音信号を、前記第1の所定時間よりも短い時間だけ遅延させて出力する出力手段とを具備することを特徴とするものが知られている(例えば特許文献3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭57−24200号公報
【特許文献2】特開2000−163086号公報
【特許文献3】特開2003−263179号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、従来の音響再生装置では、同一の入力信号に対して部屋の特性を複数処理する場合、反射音付加処理および残響音付加処理が複数必要で、処理の演算量が増えてしまうという問題があった。
【0007】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、同一の入力信号に対して部屋の特性を複数処理する場合でも、演算量が少ない音響再生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】
【0008】
本発明の音響再生装置は、オーディオ信号に対して任意の部屋の複数のインパルス応答を処理して出力する場合、前記インパルス応答の残響音部分を生成する残響音生成器と、前記インパルス応答の反射音部分を生成する反射音生成器とを備え、前記残響音生成器は、前記複数のインパルス応答のうち2つ以上のインパルス応答の残響音を生成し、前記反射音生成器より前に設置された構成を有している。
【0009】
この構成により、残響音は処理すべき部屋のインパルス応答の数よりも少ない数の残響音生成器で生成し、生成した残響音を複数の反射音生成器に入力することができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明は、部屋のインパルス応答の反射音部分を生成する反射音生成器と部屋の2つ以上のインパルス応答の残響音部分を生成する残響音生成器を設け、反射音生成器の前段に残響音生成器を配置したことにより、任意の空間の特性をオーディオ信号に付加する際、空間の特徴を保持したまま少ない演算量で処理が可能であるという効果を有する音響再生装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の第1の実施の形態における音響再生装置のブロック図
【図2】部屋の特性の測定の様子を示す説明図
【図3】部屋のインパルス応答の例を示す図
【図4】FIRフィルタのブロック図
【図5】反射音付加器のブロック図
【図6】残響音付加器のブロック図
【図7】FIRフィルタを用いた従来の音響再生装置のブロック図
【図8】反射音付加器と残響音付加器を用いた従来の音響再生装置のブロック図
【図9】本発明の第1の実施の形態における音響再生装置の反射音生成器へ入力する信号波形を示す図
【図10】本発明の第1の実施の形態における音響再生装置の出力信号波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【0012】
(実施の形態1)
以下、本発明の第1の実施の形態の音響再生装置について、図面を用いて説明する。本発明の第1の実施の形態の音響再生装置を図1に示す。
【0013】
図1において、音響再生装置100は、図示していないCDプレーヤなどのオーディオ信号発生装置と入力端子108で接続されている。
【0014】
入力端子108とオーディオ信号発生装置との間に、信号を増幅するためのアンプが設けられていても良い。また、入力端子108とオーディオ信号発生装置との間に、アナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器が設けられていても良い。
【0015】
音響再生装置100はまた、図示していないスピーカと出力端子109で接続されている。出力端子109とスピーカとの間に、信号を増幅するためのアンプが設けられていても良い。また、出力端子109とスピーカとの間に、ディジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換器が設けられていても良い。
【0016】
音響再生装置100は、入力端子108からの入力信号のレベルを変更する乗算器10
1と、入力信号を遅延させる遅延器102と、残響音を生成する残響音生成器103と、残響音のレベルを変更する乗算器104と、入力信号と残響音を加算する加算器105と、反射音を生成する反射音生成器106と、反射音のレベルを変更する乗算器107とで構成されている。
【0017】
音響再生装置100は、ディジタル信号処理が可能なディジタルシグナルプロセッサ(DSP)やマイコンなどで実現しても良い。
【0018】
ここで、音響再生装置100で実現する任意の空間(コンサートホールや部屋など)の特性について、図2および図3を用いて説明する。
【0019】
図2は、部屋の特性を測定する状態について説明した図である。図2において、任意の空間である部屋200内に、1つのスピーカ201と、複数のマイク202が設置されている。
【0020】
入力端子203からインパルスのような測定用信号を入力すると、スピーカ201からその信号が部屋200に放射される。
【0021】
スピーカ201から出力された信号は、部屋200の特性で変化させられた後、マイク202に入力する。
【0022】
マイク202は出力端子204に接続されており、出力端子204の信号を測定することで、部屋200の特性を測定することができる。
【0023】
一般に、インパルスを入力したときの特性は、インパルス応答と呼ばれている。出力端子204で測定される信号には、スピーカ201やマイク202の特性が含まれるため、部屋200の特性だけを知りたいときには、スピーカ201やマイク202の特性をキャンセルするような処理を行えば良い。
【0024】
図3は、部屋200で測定されたインパルス応答の例を示したものである。図3において、横軸は時間(単位はサンプル数)で縦軸は振幅である。
【0025】
図3に図示してあるように、部屋のインパルス応答は、直接音、初期反射音および残響音から構成される。
【0026】
直接音は、スピーカ201から出力された音が部屋200の壁や床などで反射せずに、直接マイク202に入力される信号である。
【0027】
初期反射音は、スピーカ201から出力された音が部屋200の壁や床などで1回から数回程度反射して、マイク202に入力される信号である。
【0028】
初期反射音は、部屋200の大きさにもよるが直接音がマイク202に到達した後50ms〜100ms程度までの間に、マイク202に入力される。
【0029】
また、残響音は、初期反射音の後、部屋200の壁や床などで多く反射した後にマイク202に入力される信号である。
【0030】
インパルス応答の長さは、部屋200の大きさや、壁などの材質などにもよるが、試聴室で数百ms、コンサートホールで1秒〜2秒程度である。
【0031】
部屋200の特性の特徴は、残響音部分にももちろん含まれているが、スピーカ201とマイク202の位置関係など部屋の特性の重要な部分は直接音および初期反射音部分に多く含まれている。
【0032】
これは、直接音や初期反射音が、壁などに反射しないか1回から数回程度反射したものであるのに対し、残響音は壁などに多く反射したものであることからも類推することができる。
【0033】
残響音部分は、スピーカとマイクとの位置関係というような情報よりも主に残響時間などの情報が含まれている。
【0034】
次に、図1に示したように構成された音響再生装置100について、図1を用いてその動作を説明する。
【0035】
入力端子108に入力された入力信号は、乗算器101によってレベルが変更され、加算器105の一方の入力となる。
【0036】
入力信号はまた、遅延器102によって設定された遅延時間だけ遅延させられる。遅延器102によって設定される遅延時間は、初期反射音部分の時間(あるいは、直接音から反射音までの時間間隔)であり、インパルス応答の直接音部分(最初のパルス部分)と残響音が出始めるまでの時間間隔である。
【0037】
遅延器102の出力は、残響音生成器103によって残響音が生成され、乗算器104にレベルが変更された後、加算器105のもう一方の入力となる。
【0038】
この信号は、図3で説明した残響音部分を構成するものである。加算器105は、乗算器101および104の出力信号を加算して出力する。
【0039】
加算器105の出力は、反射音生成器106によって反射音が生成され、乗算器107によってレベルが変更された後、出力端子109から出力される。
【0040】
反射音生成器106で生成される信号は、図3で説明した初期反射音部分を構成するものである。ただし、残響音生成器103の後段に反射音生成器が接続されるという装置の構成上、反射音生成器106では直接音部分も生成するようにする。
【0041】
反射音生成器106が複数あるのは、図2で説明したように複数のマイクにおける特性を模擬するためである。
【0042】
また、前述の通り初期反射音部分にスピーカやマイク配置を含む部屋の特徴的な部分が多く含まれるため、複数の反射音生成器106で構成するようにした。
【0043】
一方、残響音生成器103は全体で1つで構成するように、すなわち、音響再生装置1つに対して残響音生成器が1つ設けられる構成とした。これも、前述の通り残響音部分は主に残響時間の情報が含まれており、残響時間は同一の空間であれば、ほぼ同じであるために、残響音生成部分を共通化したものである。
【0044】
このように残響音生成部分を共通化すれば、演算量を削減することができる。ただし、異なる出力信号に対して同一の残響音が生成されるのではなく、異なる残響音が生成されるようにするために、残響音生成器103で生成された信号がそれぞれの反射音生成器106を通るように、残響音生成器103を反射音生成器106よりも前に配置した。
【0045】
このような構成とすることで、残響音部分にも反射音部分に多く含まれる部屋の特徴的な特性が反映されることになる。
【0046】
次に、残響音生成器103と反射音生成器106の構成例について、図4から図6を用いて説明する。図4はFIR(Finite Impulse Response)フィルタの構成を、図5は反射音付加器の構成を、図6は残響音付加器の構成を示したものである。
【0047】
残響音生成器103は、FIRフィルタまたは残響音付加器で構成し、反射音生成器106はFIRフィルタまたは反射音付加器で構成する。
【0048】
まず、FIRフィルタの構成および動作を、図4を用いて説明する。図4において、401は遅延器、402は乗算器、403は加算器、404は入力端子、405は出力端子である。入力端子404に入力された信号は、乗算器402でレベルが変えられた後、加算器403の1つの入力となる。
【0049】
入力信号は、また遅延器401で1サンプル分遅延させられ、乗算器402でレベルが変えられた後、加算器403の別の入力となる。乗算器402はFIRフィルタのタップ長であるN個分あり、遅延器401は(N−1)個分ある。加算器503は、入力信号およびそれぞれの遅延器で遅延させられたデータのレベルを乗算器402で変えられた複数のデータを加算して出力する。
【0050】
FIRフィルタのタップ長Nおよび乗算器402の係数を適当に選択すれば、所望の特性のフィルタが構成できる。
【0051】
図3に示したような部屋のインパルス応答をFIRフィルタで構成するには、インパルス応答の各サンプルの振幅値を、FIRフィルタの係数(つまり乗算器402の係数)とすれば良い。
【0052】
このように、図4のようなFIRフィルタを用いることで、部屋のインパルス応答の直接音、反射音、残響音部分が実現できる。
【0053】
次に、反射音付加器の構成および動作を、図5を用いて説明する。図5において、501は遅延器、502は乗算器、503は加算器、505は入力端子、505は出力端子である。図5に示した反射音付加器の動作は、図4に示したFIRフィルタの動作と同様である。
【0054】
ただし、FIRフィルタの遅延器401が1サンプルの遅延を発生させるものであるのに対し、反射音付加器の遅延器501の遅延量は、任意の遅延量である。
【0055】
図3に示したような部屋のインパルス応答の初期反射音部分を、この反射音付加器で生成するためには、反射音のうち特徴的なもののみ(例えば、振幅の絶対値の大きな反射音)乗算器502の係数とすれば良い。
【0056】
また、遅延器501の遅延量は、特徴的な反射音に対応する遅延量とすれば良い。このように、反射音付加器は、部屋のインパルス応答の初期反射音のうち、特徴的なもののみを任意の個数だけ処理するものである。
【0057】
次に、残響音付加器の構成および動作を、図6を用いて説明する。図6において、60
1、604、605は乗算器、603は遅延器、602、606は加算器、607は入力端子、608は出力端子である。
【0058】
入力端子607に入力された信号は、乗算器601でレベルが変えられ、加算器606の一方の入力となる。入力信号はまた、加算器602の一方の入力となる。
【0059】
加算器602の出力は、遅延器603で任意の遅延量だけ遅延させられ、乗算器604によりレベルが変えられた後、加算器606のもう一方の入力となる。
【0060】
遅延器603の出力はまた、乗算器605によってレベルが変えられた後、加算器602のもう一方の入力となる。
【0061】
加算器606は、乗算器601および乗算器604の出力を加算し、出力する。この残響音付加器には、遅延器603および乗算器605を含むフィードバック系があるために、遅延器603の遅延量および乗算器605の係数を適当に選ぶことで、長い応答長をもつ特性を作り出すことができる。
【0062】
例えば、遅延器603の遅延量を大きく設定すれば応答長を長くすることができ、また、乗算器605の係数の絶対値を大きく設定(ただし1.0より小さな値に設定)すれば、応答長を長くすることができる。
【0063】
図3に示したような部屋のインパルス応答の残響音部分は、部屋の大きさによっては非常に長くなるので、通常はこの残響音付加器を複数段繋げて用いることが多い。
【0064】
このように、図6に示したような残響音付加器を用いることで、残響音部分を擬似的に実現することができる。
【0065】
次に、本発明の有効性を示すために、図2に示したような複数の部屋のインパルス応答を処理する場合の従来例について図7および図8を用いて説明する。
【0066】
図7は、複数のインパルス応答をFIRフィルタ用いて処理する場合の従来例の構成を示すものである。図7において、700は従来の音響再生装置、701はFIRフィルタ、702は入力端子、703は出力端子である。
【0067】
入力端子702に入力された信号は、それぞれのFIRフィルタ701によって所望の特性にされた後、出力される。
【0068】
図7において、FIRフィルタ701−1〜701−nは、図2におけるマイク202−1〜202−nで測定されるインパルス応答に対応する。この場合のFIRフィルタのタップ長は、図2の部屋のインパルス応答長分必要である。
【0069】
一方、図1の本発明の音響再生装置において、残響音生成器103および反射音生成器106をFIRフィルタで構成した場合には、残響音生成器103のFIRフィルタのタップ長と反射音生成器106のタップ長の合計が、図2の部屋のインパルス応答長分必要となるが、残響音生成器103が共通化されているため、従来の音響再生装置700よりも少ない演算量で実現することができる。
【0070】
図8は、反射音部分を図5に示したような反射音付加器で、残響音部分を図6に示したような残響音付加器で構成する場合の従来例の構成を示すものである。
【0071】
図8において、800は音響再生装置、801は反射音付加器、802は遅延器、803は残響音付加器、804は加算器、805は入力端子、806は出力端子である。
【0072】
図8において、入力端子805に入力された信号は、804の1つの入力となる。これは、直接音を実現するものである。
【0073】
入力信号はまた、反射音付加器801に入力し、反射音付加器801によって反射音が生成されて、加算器804の別の入力となる。
【0074】
入力信号はまた、遅延器802によって所望の遅延量分遅延させられた後、残響音付加器803に入力する。
【0075】
残響音付加器803は、残響音を生成し、残響音付加器803の出力信号は、加算器804の別の入力となる。加算器804は、それぞれの信号を加算して出力する。
【0076】
反射音付加器801−1〜801−n、遅延器802−1〜802−n、残響音付加器803−1〜803−nは、図2におけるマイク202−1〜202−nで測定されるインパルス応答に対応する。
【0077】
このように、従来の音響再生装置においては、複数の部屋の複数の特性を実現する場合には、複数の反射音付加器801、遅延器802、残響音付加器803が必要になる。
【0078】
一方、図1の本発明の音響再生装置において、残響音生成器103を反射音付加器で、反射音生成器106を残響音付加器で構成した場合には、残響音付加器は1つで良く、従来の音響再生装置800よりも少ない演算量で実現することができる。
【0079】
以上のように構成された図1に示した音響再生装置100の出力波形を、図9および図10に示す。
【0080】
図9は、図1における加算器105の出力であり、図10は、図1における出力端子109での波形である。図9および図10ともに、横軸は時間(単位はサンプル数)で縦軸は振幅である。
【0081】
図9に示した波形では、後段の反射音生成器106で直接音と反射音部分を付加するためのパルス(波形の先頭部分)と、残響音生成器103で生成された残響音が観測されている。
【0082】
図10に示した波形では、反射音生成器106で直接音と反射音が生成されて、図2に示した波形に近い波形が実現できている。
【0083】
なお、図1において、振幅周波数特性を調整するためのフィルタ(例えばLPF(Low Pass Filter)、HPF(High Pass Filter)、EQ(EQualizer)など)は図示していないが、生成された残響音や反射音の振幅周波数特性を調整するために残響音生成器103や反射音生成器106内に、または出力信号それぞれの振幅周波数特性を調整するために出力端子109の前段に、フィルタを挿入しても良い。
【0084】
なお、本発明の第1の実施の形態の音響再生装置においては、任意の空間である部屋200内に、1つのスピーカ201と、複数のマイク202が設置されている例を用いて説明した。
【0085】
これは、たとえば,コンサートホールのステージ上に1つのスピーカを設置して音を出し、客席の複数の地点でインパルス応答を測定し、そのインパルス応答をCDなどの音源に畳み込んで別の部屋で再生することによって、コンサートホールの音を別の部屋で再現するような場合を想定した一例である。
【0086】
ただし、1つの部屋のインパルス応答を処理する場合に限らず、複数の部屋のインパルス応答を処理する場合に適用しても良い。
【0087】
また、本発明の第1の実施の形態の音響再生装置においては、残響音生成器は1つの場合について説明したが、残響音部分の特性が異なるために1つの残響音生成器にすることができないときは、複数の残響音生成器を用いるようにしても良い。
【0088】
複数の残響音生成器を用いる場合には、演算量削減量は少なくなるが、より精度の高い部屋の特性の再現に効果がある。
【0089】
このような本発明の第1の実施の形態の音響再生装置によれば、反射音生成器と残響音生成器を設け、残響音生成器の前段に2つ以上のインパルス応答の残響音部分を生成する残響音生成器を配置することにより、任意の空間の特性をオーディオ信号に付加する際、空間の特徴を保持したまま少ない演算量で処理することができる。
【産業上の利用可能性】
【0090】
以上のように、本発明にかかる音響再生装置は、任意の空間の特性をオーディオ信号に付加する際、空間の特徴を保持したまま少ない演算量で処理することができるという効果を有し、再生音場において別の音場を再現したりするなどに用いる、オーディオ信号に部屋の特性を付加して再生する音響再生装置等として有用である。
【符号の説明】
【0091】
100、700、800 音響再生装置
101、104、107、402、502、601、604、605 乗算器
102、401、501、603、802 遅延器
103 残響音生成器
105、403、503、602、606、804 加算器
106 反射音生成器
108、203、404、504、607、702、805 入力端子
109、204、405、505、608、703、806 出力端子
201 スピーカ
202 マイク
701 FIRフィルタ
801 反射音付加器
803 残響音付加器

【特許請求の範囲】
【請求項1】
オーディオ信号に対して任意の部屋の複数のインパルス応答を処理して出力する装置において、
前記インパルス応答の残響音部分を生成する残響音生成器と、
前記インパルス応答の反射音部分を生成する反射音生成器とを備え、
前記残響音生成器は、前記反射音生成器の前段に設けられ、前記複数のインパルス応答のうち2つ以上のインパルス応答の残響音を生成して前記反射音生成器へ出力することを特徴とする音響再生装置。
【請求項2】
前記反射音生成器は、FIRフィルタを用いることを特徴とする請求項1記載の音響再生装置。
【請求項3】
前記反射音生成器は、信号を遅延させる遅延器と、前記遅延器で遅延させられた信号のレベルを変更する乗算器を有し、前記遅延器の遅延量と前記乗算器の係数の設定値によって擬似的な反射音を生成することを特徴とする請求項1記載の音響再生装置。
【請求項4】
前記残響音生成器は、FIRフィルタを用いることを特徴とする請求項1記載の音響再生装置。
【請求項5】
前記残響音生成器は、信号を遅延させる遅延器と、前記遅延器で遅延させられた信号のレベルを変更する乗算器と、入力信号と前記乗算器の出力信号を加算して前記遅延器に入力する信号を作り出す加算器とを有するフィードバックループ系を含み、前記フィードバックループ系を用いて擬似的に残響音を生成することを特徴とする請求項1記載の音響再生装置。
【請求項6】
オーディオ信号に対して任意の部屋の複数のインパルス応答を処理して出力する音響再生方法において、
前記インパルス応答の反射音部分を生成する反射音生成手段と、
前記インパルス応答の残響音部分を生成する残響音生成手段とを備え、
前記残響音生成器に、前記複数のインパルス応答のうち2つ以上のインパルス応答の残響音を生成するステップと、生成した残響音を前記反射音生成器へ出力するステップとを実行させることを特徴とする音響再生方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2013−73027(P2013−73027A)
【公開日】平成25年4月22日(2013.4.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−212101(P2011−212101)
【出願日】平成23年9月28日(2011.9.28)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】