(57)【要約】【課題】ドーム内での反射音による音響障害を音場制御だけで改善することのできる音場制御装置、音場制御方法および音場制御プログラムを提供すること。【解決手段】音源信号蓄積部１１から得られた音声信号をデジタル演算処理するデジタルプロセッサ１２と、デジタル演算処理された音声信号に基づいてドーム１内の受音点に得られる直接音および第１次反射音の時間間隔内に、第１次反射音のピークレベル以下の擬似反射音信号成分を生成し、音源信号に畳み込み演算する擬似反射音信号生成部１３とを設けて、生成された擬似反射音場成分を音声信号成分と共にドーム１内に出力する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉空間内に設置されたスピーカから出力される音声に擬似反射音を付加して出力することにより音場を制御する音場制御装置であって、
前記閉空間内の所定の受音点における擬似反射音を生成する擬似反射音生成手段と、
前記擬似反射音生成手段で生成された擬似反射音の前記受音点での受音タイミングが直接音群と前記第１次反射音群との間になるよう、前記擬似反射音を所定のタイミングで前記スピーカから出力される音声に付加する擬似反射音付加手段と、
を備えたことを特徴とする音場制御装置。
【請求項２】
前記擬似反射音付加手段は、前記擬似反射音の前記受音点での受音タイミングが第ｎ次反射音群（ｎは正の整数）と第ｎ＋１次反射音群との間になるよう、前記擬似反射音を所定のタイミングで前記スピーカから出力される音声に付加することを特徴とする請求項１記載の音場制御装置。
【請求項３】
前記擬似反射音生成手段が生成する擬似反射音の信号レベルは所定の係数によって決定され、
当該係数は、前記受音点における擬似反射音の受音レベルが前記第１次反射音群のピークレベル以下となるよう前記擬似反射音生成手段に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の音場制御装置。
【請求項４】
前記擬似反射音生成手段が生成する擬似反射音の信号レベルは所定の係数によって決定され、
当該係数は、前記受音点における擬似反射音の受音レベルが前記受音点における当該擬似反射音の受音後に受音される反射音群のピークレベル以下となるよう前記擬似反射音生成手段に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の音場制御装置。
【請求項５】
前記擬似反射音付加手段は、前記スピーカから出力される音声への前記擬似反射音の付加を、前記係数で畳み込み演算を行うことによって行うことを特徴とする請求項３または４記載の音場制御装置。
【請求項６】
閉空間内に設置されたスピーカから出力される音声に擬似反射音を付加して出力することにより音場を制御する音場制御方法であって、
前記閉空間内の所定の受音点における擬似反射音を生成する擬似反射音生成ステップと、
前記擬似反射音生成手段で生成された擬似反射音の前記受音点での受音タイミングが直接音群と前記第１次反射音群との間になるよう、前記擬似反射音を所定のタイミングで前記スピーカから出力される音声に付加する擬似反射音付加ステップと、
を有することを特徴とする音場制御方法。
【請求項７】
前記擬似反射音付加ステップは、前記擬似反射音の前記受音点での受音タイミングが第ｎ次反射音群（ｎは正の整数）と第ｎ＋１次反射音群との間になるよう、前記擬似反射音を所定のタイミングで前記スピーカから出力される音声に付加することを特徴とする請求項６記載の音場制御方法。
【請求項８】
前記擬似反射音生成ステップで生成される擬似反射音の信号レベルは所定の係数によって決定され、
当該係数は、前記受音点における擬似反射音の受音レベルが前記第１次反射音群のピークレベル以下となるよう設定されていることを特徴とする請求項６または７記載の音場制御方法。
【請求項９】
前記擬似反射音生成ステップで生成される擬似反射音の信号レベルは所定の係数によって決定され、
当該係数は、前記受音点における擬似反射音の受音レベルが前記受音点における当該擬似反射音の受音後に受音される反射音群のピークレベル以下となるよう設定されていることを特徴とする請求項６または７記載の音場制御方法。
【請求項１０】
前記擬似反射音付加ステップは、前記スピーカから出力される音声への前記擬似反射音の付加を、前記係数で畳み込み演算を行うことによって行うことを特徴とする請求項８または９記載の音場制御方法。
【請求項１１】
請求項６、７、８、９または１０に記載の音場制御方法をコンピュータに実行させるための音場制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドーム空間での反射音による音響障害を擬似反射音の生成および付加によって改善する音場制御装置、音場制御方法および音場制御プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
比較的大形のドームでは、ドーム空間の形態特有の音響障害が生じるため、スピーカ等からドーム空間内に放音される音声の明瞭度が低下し、聞き取り困難な場合があった。この音響障害の原因としては大きく分けて２つあり、１つは時間間隔の大きい遅れた反射音の多重であり、もう１つは長い残響時間である。
【０００３】
図７および図８はドーム１の形状を概念的に示す正面図および下面図である。同図に示すドームは全体として半球状をなし、下端が正方枠形の基礎２上に据え付けられている。このようなドーム１の空間内に、図９に示すように、所定高さ位置に音源としてのスピーカ３，４を設置し、ドーム１下部の受音点Ａ，Ｂでスピーカ３，４からの音声（音響）を受音した際の音場信号成分の時間分布を図１０に示す。図１０に示すように、各スピーカ３，４からの直線音Ｐは、スピーカ３，４からの放音開始時から、受音点Ａでは１００ｍｓから１６０ｍｓ付近までの領域に分布し、受音点Ｂでは８０ｍｓから２００ｍｓ付近までの領域に分布している。
【０００４】
また、直接音Ｐに基づいてドーム１内で発生した音響障害となる第１次反射音Ｑが、各受音点Ａ，Ｂで聴取される。第１次反射音Ｑは、スピーカ３，４からの放音開始後、受音点Ａでは２６０ｍｓから４００ｍｓ付近までの領域に分布し、受音点Ｂでは受音点Ａの場合に略等しい２５０ｍｓから４２０ｍｓ付近までの領域に分布している。図１１は、スピーカ３，４の異なる位置から受音点Ａまでの反射音の経路と、直接音Ｐと第１次反射音Ｑの分布を示す。図１１に示すように、反射音はドーム１全体から定期的な時間帯に様々な方向から集まってくる。
【０００５】
また、図１２に示すように、音響の明瞭度の低下原因は、ドーム１空間内における第１次反射音（群）、第２次反射音（群）、第３次反射音（群）といった反射音の発生によって生じる。このような反射音（群）が時間をおいて耳に入ってくることで、人にとっては「ワーンワーン」といった強弱のついたエコー音やうなり音が聞こえてしまう。したがって、反射音による音響障害を取り除くために、従来は拡散体（例えば１〜４ｍ程度の大きさで、深さが０．５〜１ｍ程度の凹凸部を持つ吸音材等）をランダムに設置している。当該拡散体によって低音域（１２５Ｈｚ）から高音域（８ＫＨｚ）までの反射音を拡散し、受音点での反射音の受音レベルを図１３に点線（包絡線）Ｅで示すように低減することが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ドーム内に設けられた拡散体によって反射音を拡散し音響障害を低減するといった従来の方法では、拡散体の設計施工が複雑かつ面倒であり、施工コストも多大になるという不都合があった。また、拡散体の設置はドームという建築構造物の内装にかかわることから、建築デザイナー等による内装デザインが重要視されることもあり、所望の反射音効果が得られる拡散体を適正位置に設置できない場合があるという不都合もあった。
【０００７】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、閉空間内での反射音による音響障害を音場制御だけで改善することのできる音場制御装置、音場制御方法および音場制御プログラムを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る音場制御装置は、閉空間内に設置されたスピーカから出力される音声に擬似反射音を付加して出力することにより音場を制御する音場制御装置であって、前記閉空間内の所定の受音点における擬似反射音を生成する擬似反射音生成手段と、前記擬似反射音生成手段で生成された擬似反射音の前記受音点での受音タイミングが直接音群と前記第１次反射音群との間になるよう、前記擬似反射音を所定のタイミングで前記スピーカから出力される音声に付加する擬似反射音付加手段と、を備えている。
【０００９】
このように、直接音群と第１次反射音群との間および反射音群間に擬似反射音を付加することによって、直接音受音後における受音レベルの差を小さくしているため、実際には残響があっても人間の耳にとっては気にならない音場を形成することができる。したがって、時間間隔の大きい遅れた反射音の多重が起因する音響障害を実質的になくして、エコーによる音響障害が生じやすい空間でもクリアな音場を提供することができる。
【００１０】
また、本発明に係る音場制御装置は、前記擬似反射音付加手段は、前記擬似反射音の前記受音点での受音タイミングが第ｎ次反射音群（ｎは正の整数）と第ｎ＋１次反射音群との間になるよう、前記擬似反射音を所定のタイミングで前記スピーカから出力される音声に付加する。したがって、受音点における受音レベルの包絡線は徐々に小さくなるため、実際には残響があっても人間の耳にとっては気にならない音場を形成することができる。したがって、エコーによる音響障害が生じやすい空間でも障害のない音場を提供することができる。
【００１１】
また、本発明に係る音場制御装置は、前記擬似反射音生成手段が生成する擬似反射音の信号レベルは所定の係数によって決定され、当該係数は、前記受音点における擬似反射音の受音レベルが前記第１次反射音群のピークレベル以下となるよう前記擬似反射音生成手段に設定されている。したがって、最も受音レベルの差の大きい直接音群と第１次反射音群との間の包絡線を滑らかにすることができる。
【００１２】
また、本発明に係る音場制御装置は、前記擬似反射音生成手段が生成する擬似反射音の信号レベルは所定の係数によって決定され、当該係数は、前記受音点における擬似反射音の受音レベルが前記受音点における当該擬似反射音の受音後に受音される反射音群のピークレベル以下となるよう前記擬似反射音生成手段に設定されている。したがって、直接音群と第１次反射音群との間に加え、反射音群間の受音点における受音レベルの包絡線を滑らかにすることができる。
【００１３】
また、本発明に係る音場制御装置は、前記擬似反射音付加手段は、前記スピーカから出力される音声への前記擬似反射音の付加を、前記係数で畳み込み演算を行うことによって行うことが望ましい。
【００１４】
また、本発明に係る音場制御方法は、閉空間内に設置されたスピーカから出力される音声に擬似反射音を付加して出力することにより音場を制御する音場制御方法であって、前記閉空間内の所定の受音点における擬似反射音を生成する擬似反射音生成ステップと、前記擬似反射音生成手段で生成された擬似反射音の前記受音点での受音タイミングが直接音群と前記第１次反射音群との間になるよう、前記擬似反射音を所定のタイミングで前記スピーカから出力される音声に付加する擬似反射音付加ステップと、を有する。
【００１５】
また、本発明に係る音場制御方法は、前記擬似反射音付加ステップは、前記擬似反射音の前記受音点での受音タイミングが第ｎ次反射音群（ｎは正の整数）と第ｎ＋１次反射音群との間になるよう、前記擬似反射音を所定のタイミングで前記スピーカから出力される音声に付加する。
【００１６】
また、本発明に係る音場制御方法は、前記擬似反射音生成ステップで生成される擬似反射音の信号レベルは所定の係数によって決定され、当該係数は、前記受音点における擬似反射音の受音レベルが前記第１次反射音群のピークレベル以下となるよう設定されている。
【００１７】
また、本発明に係る音場制御方法は、前記擬似反射音生成ステップで生成される擬似反射音の信号レベルは所定の係数によって決定され、当該係数は、前記受音点における擬似反射音の受音レベルが前記受音点における当該擬似反射音の受音後に受音される反射音群のピークレベル以下となるよう設定されている。
【００１８】
また、本発明に係る音場制御方法は、前記擬似反射音付加ステップは、前記スピーカから出力される音声への前記擬似反射音の付加を、前記係数で畳み込み演算を行う。
【００１９】
さらに、本発明に係る音場制御プログラムは、請求項６、７、８、９または１０に記載の音場制御方法をコンピュータに実行させるためのものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る音場制御装置、音場制御方法および音場制御プログラムの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する音場制御装置、音場制御方法および音場制御プログラムは、受音点における直接音群と第一次反射音群との間および反射音群の間に、第一次反射音群のピーク以下の擬似反射音を生成して、前記音群の間に付加するものである。なお、以下の説明では、本発明に係る音場制御装置および音場制御方法について詳述するが、音場制御方法を実行させるためのプログラムであることから、その説明は以下の音場制御方法の説明に含まれる。
【００２１】
図１は、本発明に係る一実施形態の音場制御装置を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態の音場制御装置は、音源信号蓄積部１１と、デジタルプロセッサ１２と、特許請求の範囲の擬似反射音生成手段および擬似反射音付加手段に該当する擬似反射音信号生成部１３と、出力増幅器１４と、スピーカ１５とを備えて構成されている。
【００２２】
以下、本実施形態の音場制御装置が有する各構成要素について説明する。
音源信号蓄積部１１は、ドーム１空間内に放音する音源の信号を蓄積するものであり、音源信号はデジタルプロセッサ１２に入力される。また、デジタルプロセッサ１２は、音源信号蓄積部１１から入力された音源信号をデジタル信号処理するものである。また、擬似反射音信号生成部１３は、デジタルプロセッサ１２でデジタル信号処理された信号に基づいて擬似反射音信号を生成し、音源信号蓄積部１１から得られた音源信号に当該擬似反射音信号を所定の係数で畳み込み演算することで音場を制御するものである。具体的には、リアルタイムコンボルバー等を利用する。
【００２３】
また、出力増幅器１４は、擬似反射音信号生成部１３で生成された擬似反射音信号を、同じくデジタル信号処理された音源信号と共にアナログ処理し、波形処理して出力増幅するものである。また、スピーカ１５は、出力増幅器１４から出力されたアナログ信号に基づいて音声を出力するものである。
【００２４】
本実施形態では、ドーム１の構造、容積、使用材料等といった室形モデルや、ドーム１内に設置されたスピーカ１５の位置や設置数等の情報の他に、受音点での直接音（直接音群）に対する反射音（反射音群）のレベルや反射音（反射音群）の時間間隔といった音場に関するデータがＰＣ等によるシミュレーションまたは実地試験によって予め収集されている。また、擬似反射音信号生成部１３で生成された擬似反射音信号を音響信号に畳み込み演算する際の係数も予め求められている。擬似反射音信号生成部１３には、擬似反射音信号の畳み込み演算に必要な係数およびその畳み込みタイミングが記憶されており、これらの条件に従って畳み込み演算を行う。
【００２５】
なお、擬似反射音信号の付加は人間の耳の性質上、直接音到達から約５０ｍｓ以内に反射音が存在することが望ましい。反射音が５０ｍｓ以内にない場合、音が二重に聞こえてしまう。また、畳み込み演算された音声信号を出力するスピーカは全てのスピーカに限られず、一部のスピーカからのみ出力しても良い。さらに、当該条件は、ドーム１内の気温や湿度等の音響を変化させる諸条件に応じて、音場制御装置のオペレータにより調整可能としても良い。
【００２６】
図２は、本実施形態の音場制御装置を用いない場合の受音点での音場信号成分の時間分布である。スピーカ１５から音声が出力された結果、ある受音点で受音した際の音場信号成分の時間分布が図２のようになる場合、直接音は１００ｍｓ〜１５０ｍｓの範囲で到達するが、壁面等で反射した第１次反射音が２７０ｍｓ〜４００ｍｓの範囲で到達する。また、第１次反射音群の後には、レベル的には低いものの第２次反射音が４８０ｍｓ近辺で受音点に到達する。したがって、受音点に位置する人間には「ワーンワーン」といった強弱のついたエコー音やうなり音が残響音として聞こえてしまう。
【００２７】
したがって、本実施形態の音場制御装置では、図３に示すように、受音点における擬似反射音の到達タイミングが直接音群と第１次反射音群との間および反射音群間となるよう擬似反射音を付加して、望ましくは図４に示すように、その包絡線Ｒが徐々に小さくなるようにしている。なお、擬似反射音の信号レベルを決定する畳み込み演算における係数は、受音点における擬似反射音の受音レベルが第１次反射音群のピークレベル以下となるように設定されている。但し、当該係数は、受音点における擬似反射音の受音レベルが受音点における当該擬似反射音の受音後に受音される反射音群のピークレベル以下になるよう制御しておく。このように、経過時間によって音の強弱がなくなって音声レベルの差が小さくなるため、音が二重、三重になる現象がなくなり、エコーによる音響障害が低減される。
【００２８】
次に、本実施形態の音場制御装置による音場生成手順（音場制御方法）について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。なお、完成した大型のドーム１空間には、スピーカ１５が複数箇所に亘って、また、望ましくはドーム１内のいずれの位置（受音点）においても略同一レベルの音声が同一条件で聴取可能となるように設置されているものとして説明する。まず、ドーム１の室形モデル情報を取得する（ステップＳ１）。さらに、ドーム１内に設置した各スピーカ１５の位置情報を取得する（ステップＳ２）。次に、ドーム１内の受音点を設定する。
【００２９】
ステップＳ１，Ｓ２で各種情報が得られると、ＰＣ等によって、スピーカ１５からインパルス信号等の音声信号が出力された場合の、所定の受音点で得られる当該音声信号の直接音とドーム１内面等で衝突した反射音の音声経路（図１１参照）および直接音群を含むエコータイムパターン（図１２参照）をシミュレーションにより算出する（ステップＳ３）。当該ステップＳ３によって得られた結果から、直接音（直接音群）と第１次反射音（第１次反射音群）の時間間隔および第１次反射音（第１次反射音群）から第ｎ次反射音（第ｎ次反射音群）（但し、ｎは正の整数）までの各反射音（反射音群）間の時間間隔と、各反射音群の受音レベルとを調査する（ステップＳ４）。そして、擬似反射音信号生成部１３は、ステップＳ４で得られた時間間隔および受音レベルに基づいて、反射音のない時間帯（反射音群の時間間隔Δｔの間）で擬似反射音を音響信号に付加（畳み込み演算）して、スピーカ１５から出力する。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態の音場制御装置、音場制御方法および音場制御プログラムによれば、直接音群と第１次反射音群との間および反射音群間に擬似反射音を付加することによって、直接音受音後における受音レベルの差を小さくしているため、実際には残響があっても人間の耳にとっては気にならない音場を形成することができる。したがって、時間間隔の大きい遅れた反射音の多重が起因する音響障害を実質的になくして、ドーム等のエコーによる音響障害が生じやすい空間でもクリアな音場を提供することができる。
【００３１】
なお、他の実施形態の音場制御装置として、図６に示すように、擬似反射音信号生成部１３の代わりに、音声信号を遅延させるディレイマシーン１６をデジタルプロセッサ１２と並列に設けても良い。ディレイマシーン１６は、デジタルプロセッサ１２に入力される音響信号を遅延させ、所定の時間帯に所定のレベルで擬似反射音信号として出力する。ディレイマシーン１６から出力された擬似反射音信号は、図６に示す加算部１７でデジタルプロセッサ１２から出力された音響信号に加算され、出力増幅器１４で増幅された後、スピーカ１５から出力される。
【００３２】
なお、ディレイマシーン１６から出力される擬似反射音信号のレベルは、上記説明した擬似反射音信号生成部１３における畳み込み演算で用いられる係数と同様の係数によって決定され、出力タイミングも受音点での受音が直接音群と第１次反射音群との間および反射音群間である。この場合、同様の効果を得られると同時に、ＦＩＲフィルタによるリアルタイムコンボルバーを用いなくても良いため、安価なコストで音場制御装置を提供することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る音場制御装置、音場制御方法および音場制御プログラムによれば、直接音群と第１次反射音群との間および反射音群間に擬似反射音を付加することによって、直接音受音後における受音レベルの差を小さくしているため、実際には残響があっても人間の耳にとっては気にならない音場を形成することができる。したがって、時間間隔の大きい遅れた反射音の多重が起因する音響障害を実質的になくして、エコーによる音響障害が生じやすい空間でもクリアな音場を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による音場制御装置を示すブロック図
【図２】擬似反射音によるエコータイムパターンの改善前を示す説明図
【図３】擬似反射音によるエコータイムパターンの改善例を示す説明図
【図４】擬似反射音によるエコータイムパターンの改善例を包絡線にて示す説明図
【図５】本発明の音場制御装置による音場制御手順を示すフローチャート
【図６】本発明の他の実施の形態による音場制御装置を示すブロック図
【図７】一般的なドームの形態を示す正面図
【図８】図７に示すドームの下面図
【図９】ドーム内に設置されるスピーカおよび受音点を示す説明図
【図１０】ドーム内の受音点における音場信号成分の時間分布を示す説明図
【図１１】ドーム内における反射音の経路と音場信号成分の時間分布をパソコン画面上に表示した反射音経路説明図
【図１２】ドーム内の受音点における無限反射での音場信号成分の時間分布を示す説明図
【図１３】ドーム内に拡散体を設けた場合の受音点における音場信号成分の時間分布を示す説明図
【符号の説明】
１　ドーム
１１　音響信号蓄積部
１２　デジタルプロセッサ
１３　擬似反射音信号生成部
１５　スピーカ
１６　ディレイマシン−ン
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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