(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１の入力信号に対して残響音処理する第１の処理回路と、
前記入力信号に対して残響音処理する第２の処理回路と、
前記第１の処理回路から出力される信号に対して所定の振幅特性を与える第１のフィルタと、
前記第２の処理回路から出力される信号に対して所定の振幅特性を与える第２のフィルタと、
前記第１の処理回路から出力される信号と前記第１のフィルタから出力される信号及び前記第２のフィルタの反転出力信号とを加算する第１の加算器と、
前記第２の処理回路から出力される信号と前記第１及び第２のフィルタから出力される信号とを加算する第２の加算器と、
前記第１の加算器から出力される加算信号を入力とする第１のスピーカと、
前記第２の加算器から出力される加算信号を入力とする第２のスピーカと
を備え、
前記第１及び第２のフィルタの振幅特性は前記第１及び第２のスピーカから放音される音圧の相関関係に基づいて決定されることを特徴とする音場生成装置。
【請求項２】
前記第１及び第２のフィルタの振幅特性は、前記第１及び第２のスピーカから放音される音圧の相関関係が所定の拡散音場における２点間での相関関係に近づくように或は対比させて決定されることを特徴とする請求項１記載の音場生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、聴取者の両耳間相関係数に着目することで、たとえばモノラル信号を擬似ステレオ信号に変換する音場生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音を聞いて得られる拡がり感（空間的印象）は両耳による聴感特性に関係しており、同じ振幅と同じ位相の音が両耳に達したときは、拡がり感はまったくなく、音は正面中央から到来するように感じる。一方、同じ振幅で位相がさまざまに異なる複合音を聴いた場合には、拡がり感が感じられる。
【０００３】
拡がり感の大小はホワイトノイズやピンクノイズといった定常時の雑音に限れば、両耳で聴取する音の相互相関係数だけで表すことができる。
ちなみに、ここでの相互相関係数は、次のように定義されている。
【０００４】
２つの信号をｘ（ｔ），ｙ（ｔ）としたとき、
【数１】
0003547813.tif 000002
で表され、τ＝０のときの値を相互相関係数という。
【０００５】
しかし、このような単純な物理量では、パルス的な成分を多分にもった楽音を聴いたときに得られるような拡がり感はあまりうまく表すことができない。また、過渡的あるいはパルス的な音を含んだ楽音と定常的な雑音では、両耳相互相関係数が等しくても得られる拡がり感は異なる。
【０００６】
我々の耳は、あらゆる方向からの反射音があっても、最初に耳に到達した音、すなわち音原からの直接音の到来方向を識別することができる。いい換えれば、我々の聴覚は直接音に続いて到来する初期の反射音に対しては、その方向検知感覚を抑圧し、反射音が直接音の大きさを補強するように働く。このような聴感特性は、楽音に対する拡がり感を定量的に表現する重要な要素となっている。
【０００７】
ここで、音の拡がり感を得るための音場創生技術として、サラウンド、プレゼンスステレオ、オムニサウンドと称する音場創生方式があり、これらの方式に共通しているのは、いずれもソースの音はあくまで２チャンネルで、この２チャンネルの信号の中に含まれている音場感情報を信号処理技術によって効果的に取出すようにしている。
【０００８】
また、これらとは別に、通常の２チャンネルソースに、それが再生される場所の音響条件を付加し、様々な再生状態をシミュレートできるようにしたＳＦＣ（サウンド・フィールド・コントロール）システムがある。
【０００９】
このシステムは、世界の有名なホール等を近接４点収音法等により収録した音場データや、コンピュータ上でシミュレートした音場データを元にＤＡＳＰで信号処理し、４箇所のスピーカから再生することで、あたかもその場にいるかのような雰囲気を作り出すことができるものである。
【００１０】
このようなＳＦＣ処理による音場再生技術として、たとえば特願平５−５５５７１号公報には、図４に示すような音場制御システムが開示されている。
【００１１】
すなわち、モノラル信号Ｓ（ｔ）に対して第１のＳＦＣ処理回路１０及び第２のＳＦＣ処理回路２０により、それぞれ異なるＳＦＣ処理等を施して相関を下げた擬似２チャンネル信号Ｓ１  （ｔ），Ｓ２  （ｔ）を得た後、それぞれの信号をアンプ１１，２１によって増幅し、スピーカ１２，２２によって再生するようにしている。
【００１２】
すなわち、このような音場制御システムは、過渡的両耳間相関関数に着目したものであって、両耳間相関関数を最適な値に設定することにより、良好な拡がり感が得られるものである。
【００１３】
具体的には、図５に示すように、第１のＳＦＣ処理回路１０及び第２のＳＦＣ処理回路２０の遅延素子１１Ｌ，１１Ｒにモノラル信号が取り込まれるようになっている。各遅延素子１１Ｌ，１１Ｒには、出力端子ＬＯ１  〜ＬＯ２  ，ＲＯ１  〜ＲＯ２  が設けられており、遅延時間は入力端子ＬｃｈＩＮ，ＲｃｈＩＮから離れた出力端子ほど長くなるように設定されている。
【００１４】
これにより、加算器１３，１５に取り込まれる信号は入力端子ＬｃｈＩＮ，ＲｃｈＩＮから近い出力端子からの入力とされることによって、比較的時間遅れの少ない残響音とされ、加算器１７，１９に取り込まれる信号は入力端子ＬｃｈＩＮ，ＲｃｈＩＮから遠い出力端子からの入力とされることによって、比較的時間遅れの大きい残響音とされる。それぞれの残響信号は相関関数制御フィルタ回路２，３により、比較的時間遅れの少ない残響信号に対しては所望の相関関数に制御され、比較的時間遅れの大きい残響信号に対してはその時間遅れに相応した相関関数になるように制御され出力されるため、両耳間相関関数が最適な値に設定されることで良好な拡がり感が得られるようになっている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の音場制御システムにあっては、過渡的両耳間相関関数に着目したものであり、響きがよいとされるホールの相関関数の過渡特性が予め分かっていれば、それに近似させる相関関数制御フィルタ回路２，３による制御が行われ、そのホールと同様な響きの雰囲気を得ようとする考え方が取入れられている。
【００１６】
ところが、この場合の相関関数制御フィルタ２，３にあっては、音場制御を行う場合、ＳＦＣ処理や逆相成分の加え込みによる信号の相関関数の制御が行われるが、相関係数の周波数特性についての考慮がなされていないため、さらなる音の拡がり感を得ることができないという不具合がある。
【００１７】
本発明は、このような事情に対処してなされたもので、聴取者の両耳間相関係数に着目することで、さらなる音の拡がり感を得ることができ音場生成装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、１の入力信号に対して残響音処理する第１の処理回路と、前記入力信号に対して残響音処理する第２の処理回路と、前記第１の処理回路から出力される信号に対して所定の振幅特性を与える第１のフィルタと、前記第２の処理回路から出力される信号に対して所定の振幅特性を与える第２のフィルタと、前記第１の処理回路から出力される信号と前記第１のフィルタから出力される信号及び前記第２のフィルタの反転出力信号とを加算する第１の加算器と、前記第２の処理回路から出力される信号と前記第１及び第２のフィルタから出力される信号とを加算する第２の加算器と、前記第１の加算器から出力される加算信号を入力とする第１のスピーカと、前記第２の加算器から出力される加算信号を入力とする第２のスピーカとを備え、前記第１及び第２のフィルタの振幅特性は前記第１及び第２のスピーカから放音される音圧の相関関係に基づいて決定されることを特徴とする。
【００１９】
請求項２記載の発明は、前記第１及び第２のフィルタの振幅特性は、前記第１及び第２のスピーカから放音される音圧の相関関係が所定の拡散音場における２点間での相関関係に近づくように或は対比させて決定されることを特徴とする。
【００２０】
【作用】
本発明の音場生成装置では、聴取者の両耳間相関係数に着目したものであり、第１の処理回路により１の入力信号に対して残響音処理が施され、第２の処理回路により入力信号に対して残響音処理が施されると、第１のフィルタによって第１の処理回路から出力される信号に対しての所定の振幅特性が与えられ、第２のフィルタによって第２の処理回路から出力される信号に対しての所定の振幅特性が与えられ、第１の処理回路から出力される信号と第１のフィルタから出力される信号及び第２のフィルタの反転出力信号とが第１の加算器によって加算され、第２の処理回路から出力される信号と第１及び第２のフィルタから出力される信号とが第２の加算器によって加算されると、第１の加算器から出力される加算信号を入力として第１のスピーカが鳴動し、第２の加算器から出力される加算信号を入力として第２のスピーカが鳴動することにより、第１及び第２のフィルタの振幅特性は第１及び第２のスピーカから放音される音圧の相関関係に基づいて決定される。
【００２１】
また、第１及び第２のフィルタの振幅特性は、第１及び第２のスピーカから放音される音圧の相関関係が所定の拡散音場での２点間で相関関係（又は比較して）に近づくように決定される。
【００２２】
したがって、狭帯域な定常ランダム信号に対する両耳間相関係数の周波数特性を拡散音場（残響室）のそれに近似させることができ、スピーカの中央に限られていた音像が、周囲を包み込むように拡がって感じられるようになり、また直接音成分は別系統で再生するか、処理した信号にミキシングして再生することで、定位感を損なわずに拡がり感を向上させることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例の詳細を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する図において、図４と共通する部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の音場生成装置の一実施例を示すものであり、モノラル信号Ｓ（ｔ）に対して左右で異なる第１のＳＦＣ処理回路１０及び第２のＳＦＣ処理回路２０によりＳＦＣ処理が施され、相関を下げた擬似２チャンネル信号Ｓ１  （ｔ），Ｓ２  （ｔ）が得られる。
【００２５】
第１のフィルタ１３によって振幅制御された信号Ｓ１  （ｔ）は、加算器１４及び加算器２４に対して同相で出力され、第２のフィルタ２３によって振幅制御された信号Ｓ２  （ｔ）は、加算器２４に対して同相で出力され、加算器１４に対しては反転器２５を通し逆相で出力されることにより、左チャンネル出力信号ＳＬ  （ｔ）及び右チャンネル出力信号ＳＲ  （ｔ）とされ、アンプ１１及びアンプ２１によって増幅された後、スピーカ１２及びスピーカ２２によって再生される。
【００２６】
次に、第１のフィルタ１３及び第２のフィルタ２３の振幅特性の設定方法について説明する。
【００２７】
すなわち、第１及び第２のフィルタ１３，２３の振幅特性の時間領域表現（インパルス応答）を、ｇ１  （ｔ），ｇ２  （ｔ）とした場合の出力信号は、
ＳＲ  （ｔ）＝Ｓ１  （ｔ）＋Ｓ１  （ｔ）＊ｇ１  （ｔ）−Ｓ２  （ｔ）＊ｇ２  （ｔ）ＳＬ  （ｔ）＝Ｓ２  （ｔ）＋Ｓ１  （ｔ）＊ｇ１  （ｔ）＋Ｓ２  （ｔ）＊ｇ２  （ｔ）となる。ここで、＊は畳み込み演算を表す。
【００２８】
次に、音場に置かれたＬ，Ｒの再生スピーカ１２，２２から聴取者の両耳を想定したダミーヘッド３０のマイク３１，３２へのインパルス応答をそれぞれｈＲＲ（ｔ），ｈＲＬ（ｔ），ｈＬＲ（ｔ），ｈＬＬ（ｔ）とすれば、両耳の音圧は、
ＰＲ  （ｔ）＝ＳＲ  （ｔ）＊ｈＲＲ（ｔ）＋ＳＬ  （ｔ）＊ｈＬＲ（ｔ）
ＰＬ  （ｔ）＝ＳＬ  （ｔ）＊ｈＬＬ（ｔ）＋ＳＲ  （ｔ）＊ｈＲＬ（ｔ）
で表され、これから両耳間相関係数ρＬＲが定義される。
【００２９】
第１のフィルタ１３において加算器１４及び加算器２４に正相で加算する成分を増加させると両耳間相関係数ρＬＲは大きくなり、第２のフィルタ２３において加算器１４及び加算器２４に逆相で加算する成分を増加させると両耳間相関係数ρＬＲは小さくなる。
【００３０】
そこで、第１及び第２のフィルタ１３，２３の振幅特性を設定する際、図２に示すように、ランダムノイズ等の定常信号を拡散音場で再生したときの両耳間相関係数が残響室に代表されるような拡散音場での空間的相関係数ρｄ  に近似されるようにする。
【００３１】
ここで、空間的相関係数ρｄ  は、
ρｄ  ＝ｓｉｎ（ｋｒ）／ｋｒ
で表される。但し、ｋ＝ω／ｃ＝２πｆ／ｃであり、ｋ：波長定数、ｃ：音速である。
【００３２】
この考え方に基づいて、加算器１４，２４に加算すべき信号の位相や振幅特性を求め、第１及び第２のフィルタ１３，２３を規定する。
【００３３】
また、第１及び第２のフィルタ１３，２３における周波数毎の両耳間相関係数ρＬＲを制御する場合は、次のようにして行われる。
【００３４】
まず、基本的な考え方は、上述したように、狭帯域な定常ランダム信号に対する両耳間相関係数ρＬＲの周波数特性を拡散音場（残響室）の空間的相関係数ρｄ  に近似させるものである。
【００３５】
第１のフィルタ１３と第２のフィルタ２３の振幅周波数特性をそれぞれＨ１  （Ｗ）、Ｈ２  （Ｗ）とし、それぞれの位相特性は直線であるとする。
【００３６】
Ｈ１  （Ｗ）＞Ｈ２  （Ｗ）のときは出力信号に同相分が多く反映されるので、両耳間相関係数ρＬＲが高くなるように作用し、逆にＨ１  （Ｗ）＜Ｈ２  （Ｗ）のときは出力信号に逆相分が多く反映されるので両耳間相関係数ρＬＲが小さく（負の相関が大きく）なるように作用する。Ｈ１  （Ｗ）＝Ｈ２  （Ｗ）のときは両耳間相関係数ρＬＲは変わらない。
【００３７】
このように、それぞれの周波数Ｗにおいて同相又は逆相のレベルを調整することにより、両耳間相関係数ρＬＲが変化するが、そのときに定常ランダム信号に対する両耳間相関係数ρＬＲの測定値が拡散音場の空間的相関係数ρｄ  と同じになるようにする。すなわち、たとえば周波数Ｗに対して、ある設定における両耳間相関係数ρＬＲが目標値より小さかった場合は、相対的に同相成分が増加するように再設定を行い、大きい場合にはこれと逆の再設定を行う。このような同相逆相レベル配分を各々の周波数に対して行うことで全帯域の特性を規定し、第１のフィルタ１３及び第２のフィルタ２３を設計する。
【００３８】
続いて、このような構成の音場生成装置の動作を簡単に説明する。
まず、第１のＳＦＣ処理回路１０によりモノラル信号Ｓ（ｔ）に対して残響音処理が施され、第２のＳＦＣ処理回路２０によりモノラル信号Ｓ（ｔ）に対して残響音処理が施されると、第１のフィルタ１３によって第１のＳＦＣ処理回路１０から出力される信号に対しての所定の振幅特性が与えられ、第２のフィルタ２３によって第２のＳＦＣ処理回路２０から出力される信号に対しての所定の振幅特性が与えられ、第１のＳＦＣ処理回路１０から出力される信号と第２のフィルタ２３から出力される信号とが第１の加算器１４によって加算され、更に第２のＳＦＣ処理回路２０から出力される信号と第１のフィルタ１３から出力される信号とが第２の加算器２４によって加算されると、第１の加算器１４から出力される加算信号を入力として第１のスピーカ１２が鳴動し、第２の加算器２４から出力される加算信号を入力して第２のスピーカ２２が鳴動することにより、図３（ａ）に示すように、スピーカ１２，２２の中央に限られていた音像が、同図（ｂ）に示すように、周囲を包み込むように拡がって感じられるようになる。
【００３９】
この場合、直接音成分は別系統で再生するか、処理した信号にミキシングして再生することで、定位感が損なわれずに拡がり感が向上する。
【００４０】
ここで、第１及び第２のフィルタ１３，２３の振幅特性は、第１及び第２のスピーカ１２，２２から放音される音圧の相関関係に基づいて決定される。すなわち、第１のフィルタ１３において加算器１４及び加算器２４に正相で加算する成分を増加させると両耳間相関係数ρＬＲは大きくなり、第２のフィルタ２３において加算器１４及び加算器２４に逆相で加算する成分を増加させると両耳間相関係数ρＬＲは小さくなる。
【００４１】
また、第１及び第２のフィルタ１３，２３の振幅特性は、第１及び第２のスピーカ１２，２２から放音される音圧の相関関係が所定の拡散音場での２点間で相関関係（又は比較して）に近づくように決定される。
【００４２】
このように本実施例では、聴取者の両耳間相関係数に着目したものであり、第１及び第２のフィルタ１３，２３の振幅特性を設定する際、第１及び第２のスピーカ１２，２２から放音される音圧の両耳間相関係数ρＬＲに基づいて相関を制御するものであり、具体的には加算器１４に対し第１のフィルタ１３の出力を同相で出力し、第２のフィルタ２３の出力を反転器２５を介し逆相で出力し、加算器２４に対しては第１及び第２のフィルタ１３，２３の出力を同相で出力する際、加算器１４，２４に対し正相又は逆相で加算する成分を増加させて両耳間相関係数ρＬＲを大きくしたり、小さくしたりした。
【００４３】
また、第１及び第２のフィルタ１３，２３の振幅特性を設定する際、周波数は、上記の両耳間相関係数ρＬＲをランダムノイズ等の定常信号を拡散音場で再生したときの両耳間相関係数が残響室に代表されるような拡散音場での空間的相関係数ρｄ  に近似されるようにすることで、第１及び第２のフィルタ１３，２３に周波数依存性を持たせるようにした。
【００４４】
したがって、狭帯域な定常ランダム信号に対する両耳間相関係数ρＬＲの周波数特性を拡散音場（残響室）の空間的相関係数ρｄ  に近似させることができ、スピーカ１２，２２の中央に限られていた音像が、周囲を包み込むように拡がって感じられるようになり、また直接音成分は別系統で再生するか、処理した信号にミキシングして再生することで、定位感を損なわずに拡がり感を向上させることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の音場生成装置によれば、第１の処理回路により１の入力信号に対して残響音処理が施され、第２の処理回路により入力信号に対して残響音処理が施されると、第１のフィルタによって第１の処理回路から出力される信号に対しての所定の振幅特性が与えられ、第２のフィルタによって第２の処理回路から出力される信号に対しての所定の振幅特性が与えられ、第１の処理回路から出力される信号と第１のフィルタから出力される信号及び前記第２のフィルタの反転出力信号とが第１の加算器によって加算され、第２の処理回路から出力される信号と第１及び第２のフィルタから出力される信号とが第２の加算器によって加算されると、第１の加算器から出力される加算信号を入力として第１のスピーカが鳴動し、第２の加算器から出力される加算信号を入力として第２のスピーカが鳴動することにより、第１及び第２のフィルタの振幅特性は第１及び第２のスピーカから放音される音圧の相関関係に基づいて決定される。
【００４６】
また、第１及び第２のフィルタの振幅特性は、第１及び第２のスピーカから放音される音圧の相関関係が所定の拡散音場での２点間で相関関係（又は比較して）に近づくように決定される。
【００４７】
したがって、狭帯域な定常ランダム信号に対する両耳間相関係数の周波数特性を拡散音場（残響室）のそれに近似させることができ、スピーカの中央に限られていた音像が、周囲を包み込むように拡がって感じられるようになり、また直接音成分は別系統で再生するか、処理した信号にミキシングして再生することで、定位感を損なわずに拡がり感を向上させることができるので、たとえばモノラル信号を擬似ステレオ信号に変換するに際して、さらなる音の拡がり感を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の音場生成装置の一実施例を示す図である。
【図２】図１の音場生成装置の作用を説明するための図である。
【図３】図１の音場生成装置による音の拡がり状態を示す図である。
【図４】従来の音場制御システムの一例を示す図である。
【図５】図４の音場制御システムの第１及び第２のＳＦＣ処理回路の詳細を示す図である。
【符号の説明】
１０  第１のＳＦＣ処理回路
１３  第１のフィルタ
１４，２４  加算器
１１，２１  アンプ
１２，２２  スピーカ
２０  第２のＳＦＣ処理回路
２３  第２のフィルタ
【図１】
0003547813.tif 000003
【図２】
0003547813.tif 000004
【図３】
0003547813.tif 000005
【図４】
0003547813.tif 000006
【図５】
0003547813.tif 000007