(57)【要約】  【目的】音圧レベル−周波数特性の測定時間の大幅な削減を実現する音場補正装置を提供する。  【構成】音場補正装置１０は、聴取位置のマイクロフォン６と、出力周波数帯域が時間遷移する測定用信号Ｘｎをチャンネル相当数生成する測定用信号生成手段Ｋ１と、これを周波数帯域が相互に異なるように同時に出力する測定用信号出力手段Ｋ２と、各チャンネルのスピーカＳＰＫ１・・から出力される周波数帯域に差がある各測定用信号Ｘ１・・を、マイクロフォン６によって連続して同時に収音するとともに、各チャンネルの測定用信号Ｘ１・・の音圧レベル−周波数特性をＤＳＰ１にて高速フーリエ変換処理によって分割された複数の周波数帯域における音圧レベルのデータとして取得し記憶する周波数分析手段Ｋ３と、取得データに基づいて各チャンネルの前記出力レベルの周波数補正を行う補正フィルタＦを作成する周波数特性補正手段Ｋ４と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチチャンネルオーディオシステムにおける各チャンネルのスピーカから再生された音声信号の聴取位置での音圧レベルの周波数特性を補正する音場補正装置であって、
中心周波数帯域がオーディオ帯域にわたって時間的に変化する測定用信号を生成する測定用信号生成手段と、
前記各チャンネルのスピーカのそれぞれに同時に供給される前記測定用信号の中心周波数帯域が相互に異なるように制御して、前記測定用信号を前記各チャンネルのスピーカに供給する測定用信号出力手段と、
前記各チャンネルのスピーカから出力される前記各測定用信号を、前記聴取位置に配置されるマイクロフォンによって連続して同時に収音し、その収音した測定用信号を高速フーリエ変換処理によって周波数分析して、前記聴取位置における各チャンネルの音圧レベルの周波数特性を、高速フーリエ変換処理によって分割された複数の周波数帯域における前記聴取位置での音圧レベルのデータとして取得し記憶する周波数分析手段と、
前記周波数分析手段にて取得されたデータに基づいて前記聴取位置での各チャネルの音圧レベルの周波数補正を行う補正フィルタを作成する周波数特性補正手段と、を備えることを特徴とする音場補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホームシアターシステムなどのマルチチャンネルオーディオシステムにおける音場生成に係る技術分野に属し、特に、聴取位置での各チャンネルのスピーカの音圧レベルの周波数特性についての補正を行う音場補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチチャンネルオーディオシステムにおける最適なリスニング環境の創生を目的とした音場補正装置が公知技術としてある。
【０００３】
その主な構成は、聴取者にとって最適なリスニング環境が得られるように、音場測定用のマイクロフォンを聴取位置に置き、聴取位置の周りに適宜配置されている各チャンネルに対応するスピーカと前記聴取位置との間における周波数特性、レベル、タイムアライメントの自動補正を、前記マイクロフォンが収音した測定用信号に基づいて補正フィルタを形成して音場補正の演算処理を行うというものである。
一般的には、図５に示すマルチチャンネルオーディオシステム２０における音場補正処理の流れを示す概念図のように、測定、分析、実時間処理は全てデジタル信号処理装置としてのＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）１内部で演算が行われ、前記ＤＳＰ１は図示されない制御用マイクロコンピュータなどからの自動音場補正スタートの命令を受けてノイズジェネレータ２（測定用信号のデジタル波形データがＲＡＭに記憶されている。）の生成するデジタルの測定用信号源を読み出して、Ｄ／Ａコンバータ３でアナログ信号に変換し、アナログ信号となった測定用信号Ｙをアンプ４で増幅して一つのチャンネルのスピーカＳＰＫから出力する。出力された前記測定用信号Ｙは聴取位置に配置されたマイクロフォン６で収音してマイクアンプ７で増幅した後、Ａ／Ｄコンバータ８でデジタル信号に変換されて前記ＤＳＰ１の分析部で聴取位置での音圧レベルの周波数分析が開始される。なお、出力する各チャンネルのスピーカＳＰＫの制御も全て前記ＤＳＰ１で行われる。
【０００４】
次に、全チャンネルのスピーカに対する聴取位置での音圧レベルの測定が全て完了し、ＤＳＰ１での周波数分析で補正パラメータが決定した時点で、前記ＤＳＰ１は信号源をノイズジェネレータ２の測定用信号源からオーディオ入力部５からのオーディオ信号Ｓに切り替えて実時間処理を開始する。通常、上記音圧レベル−周波数特性の補正は、ユーザーがグラフィックイコライザー（ＧＥＱ）などで複数に分割された周波数帯域毎にセットした目標特性に近くなるようにＤＳＰ１内部で自動的に補正される。
【０００５】
なお、図５におけるＤ／Ａコンバータ３以降からスピーカＳＰＫまでのパスは、実際には各チャンネル（例えば、センターチャンネルＣｃｈ、左チャンネルＬｃｈ、右チャンネルＲｃｈ、後方左のサラウンドチャンネルＳｌｃｈ、後方右のサラウンドチャンネルＳｒｃｈの５チャンネル）相当数分だけ存在し、測定もチャンネル相当数分だけ繰り返し行うことになっている。
【０００６】
ここで、マイクロフォン６が聴取位置で収音する各チャンネルの音圧レベルの周波数特性の補正に関して、特に、前記マイクロフォン６による各チャンネルの聴取位置での音圧レベル−周波数特性のデータ取得手段に焦点を絞り説明する。
【０００７】
図６の従来の音圧レベル−周波数特性のデータ取得手段を説明するための概念図に示されるように、音場生成における音圧レベル−周波数特性の補正には、測定用信号Ｙのデジタル音源として全オーディオ帯域の周波数を含む所謂ピンクノイズ信号（デジタル）を用い、前記スピーカＳＰＫから出力されるＤ／Ａコンバータ３でアナログ変換されたピンクノイズの測定用信号Ｙを音場測定用のマイクロフォン６で取り込み、増幅してＡ／Ｄコンバータ８でＡ／Ｄ変換された後、ＤＳＰ１内の分析部で帯域分割フィルタＢＰＦを通して複数に分割された各帯域のパワーを計算で求める。求めたパワーを基に前記複数に分割された各帯域（バンド）のゲインの補正のための係数テーブルを決定する。
【０００８】
図６において、第１回目の測定時は、ＧＥＱ（Ｇraphic ＥＱualizer）には全帯域（バンド）に０ｄＢの係数、第２回目の測定以降は前回の計測で求めた係数を設定する。この計測は各チャンネル独立に行われるので、チャンネル相当数分だけ上記補正のためのデータ取得手順を繰り返す必要がある。
【０００９】
なお、本発明に係る音場補正装置に類する公知文献としては、例えば下記［特許文献１］に、聴取位置での音場の調整が可能なデジタルサウンドプロセッサの自動調整装置が記載されている。これはランダムノイズをスピーカから発生させて聴取位置のマイクで音場信号として検出して適応フィルタのフィルタ係数更新回路に入力される構成となっている。
【００１０】
また、下記［特許文献２］の「音声処理装置」の発明には、上記レベル−周波数特性の補正手段の具体例が開示されている。
【００１１】
即ち、図７のレベル−周波数特性の補正手段の構成の実施形態を表すブロック図に示されるように、個々の周波数帯域毎に設けられた複数のアンプにより増幅して複数のスピーカに出力するために低域を処理する回路のメモリ容量と演算回数を低減することを目的として、例えば、低域側の帯域分割フィルタ２０４１〜２０４ｋ及びスピーカ特性補正フィルタ２０７１〜２０７ｋは共にワープフィルタにより構成され、高域側の帯域分割フィルタ２０４ｋ＋１〜２０４ｎ及びスピーカ特性補正フィルタ２０７ｋ＋１〜２０７ｎは共にＦＩＲフィルタにより構成するものとなっている。
【００１２】
【特許文献１】実開平０６−９２９８号公報
【００１３】
【特許文献２】特開２００１−３２６９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来の音場補正装置においては、補正を実施する際にチャンネル数相当数分だけ、独立に測定・分析を行う必要があるので、音場補正に多大な時間を要し、ユーザーには聴取位置が変わる度に補正に時間を取られることになってユーザーフレンドリーな音場補正装置とはとても言えない状況にある。音場補正の迅速化が強く要請されるのである。この状況は前記［特許文献１］、［特許文献２］の装置についても同様である。
【００１５】
本発明では、上記マルチチャンネルオーディオシステムにおける音場補正の迅速化の課題に鑑みて、チャンネル相当数繰り返して行われるスピーカに対する補正のための測定用信号による聴取位置での出力レベルの周波数特性のデータ取得を、全てのチャンネルのスピーカより一時期に測定用信号を出力して同時にまとめて周波数分析することで、測定は１回のみとして測定時間の大幅な短縮を図って、音場補正の迅速化を実現した音場補正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】
【００１６】
本発明は、マルチチャンネルオーディオシステムにおける各チャンネルのスピーカＳＰＫ１、ＳＰＫ２、ＳＰＫ３、・・から再生された音声信号の聴取位置での音圧レベルの周波数特性を補正する音場補正装置１０であって、中心周波数帯域がオーディオ帯域にわたって時間的に変化する測定用信号Ｘｎを生成する測定用信号生成手段Ｋ１と、前記各チャンネルのスピーカＳＰＫ１、ＳＰＫ２、ＳＰＫ３、・・のそれぞれに同時に供給される前記測定用信号の中心周波数帯域が相互に異なるように制御して、前記測定用信号を前記各チャンネルのスピーカに供給する測定用信号出力手段Ｋ２と、前記各チャンネルのスピーカＳＰＫ１、ＳＰＫ２、ＳＰＫ３、・・から出力される前記各測定用信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・を、前記聴取位置に配置されるマイクロフォン６によって連続して同時に収音し、その収音した測定用信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・を高速フーリエ変換処理によって周波数分析して、前記聴取位置における各チャンネルの音圧レベルの周波数特性を、高速フーリエ変換処理によって分割された複数の周波数帯域における前記聴取位置での音圧レベルのデータとして取得し記憶する周波数分析手段Ｋ３と、前記周波数分析手段Ｋ３にて取得されたデータに基づいて前記聴取位置での各チャネルの音圧レベルの周波数補正を行う補正フィルタを作成する周波数特性補正手段Ｋ４と、を備えることを特徴とする音場補正装置１０を提供することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る音場補正装置は、上記のように構成されているため、従来の音場補正装置と比べて補正のための測定用信号を用いたデータ取得に要する時間が大幅に短縮されるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る音場補正装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。なお、マルチチャンネルオーディオシステムにおける音場生成の演算処理を行うデジタル信号処理装置の信号処理内容及びオーディオ再生回路等の説明は省略し、専ら本発明の趣旨である音場補正装置における測定用信号による補正のためのデータ取得手段について詳述する。
【００１９】
図１は本発明に係る音場補正装置の聴取位置でのマイクロフォンが収音した各チャンネルのスピーカからの音圧レベルの周波数特性を補正するためのデータ取得手段を説明する概念図である。図２は本発明に係る音場補正装置における５つのチャンネルの各スピーカＳＰＫ１〜ＳＰＫ５から出力される各測定用信号の同時測定スタート時点での出力波形例を示す波形図である。図３は前記５チャンネルの各測定用信号の周波数遷移図である。図４の上段のグラフはマイクロフォンで収音された聴取位置での５つの測定用信号が含まれる波形図であり、下段は周波数分析後に得られたマイクロフォンに入力された測定用信号の音圧レベル−周波数特性である。
【００２０】
図１において、音場補正装置１０は、音場生成の演算処理を行うデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）１を備えるマルチチャンネルオーディオシステム（本実施の形態ではセンターチャンネルＣｃｈ、左チャンネルＬｃｈ、右チャンネルＲｃｈ、後方左のサラウンドチャンネルＳｌｃｈ、後方右のサラウンドチャンネルＳｒｃｈの５チャンネル）における各チャンネルのスピーカＳＰＫ１、ＳＰＫ２、ＳＰＫ３、・・から再生された音声信号の聴取位置での音圧レベルの周波数特性を補正する音場補正装置１０であって、中心周波数帯域がオーディオ帯域（概ね５０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ）にわたって時間的に変化する測定用信号Ｘｎを生成する測定用信号生成手段Ｋ１と、前記各チャンネルのスピーカＳＰＫ１、ＳＰＫ２、ＳＰＫ３、・・のそれぞれに同時に供給される図２に示されるような前記測定用信号Ｘ１、Ｘ２、・・Ｘ５の中心周波数帯域が相互に各々時間差Δｔを持って異なるように制御して、前記測定用信号Ｘ１、Ｘ２、・・Ｘ５を前記各チャンネルのスピーカＳＰＫ１、ＳＰＫ２、ＳＰＫ３、・・に供給する測定用信号出力手段Ｋ２と、前記各チャンネルのスピーカＳＰＫ１、ＳＰＫ２、ＳＰＫ３、・・から出力される前記各測定用信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・を、前記聴取位置に配置されるマイクロフォン６によって連続して同時に収音し、その収音した測定用信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・を前記デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）１の周波数分析部にて高速フーリエ変換処理によって周波数分析して、前記聴取位置における各チャンネルの音圧レベルの周波数特性を、高速フーリエ変換処理によって分割された複数の周波数帯域（例えば７帯域）における前記聴取位置での音圧レベルのデータとして取得し図示されないメモリ装置に記憶する周波数分析手段Ｋ３と、前記周波数分析手段Ｋ３にて取得されたデータに基づいて前記聴取位置での各チャネルの音圧レベルの周波数補正を行う補正フィルタＦを作成する周波数特性補正手段Ｋ４と、を備えることを特徴とする構成となっている。
【００２１】
上記測定用信号Ｘｎ（ｎ＝１、２、・・５）の判りやすい簡単な例として、本実施の形態では出力周波数が前記オーディオ帯域にわたって低域から高域へ連続的に時間変化する単一正弦波のスイープ信号を用いている。
【００２２】
この測定用信号Ｘ１、Ｘ２・・Ｘ５を例えば図３のように同時測定スタート時点（ｔ＝０）から同時測定終了まで常時出力レベルの周波数帯域に所定の差を保持しつつ周波数遷移して、各チャンネルのスピーカＳＰＫ１〜ＳＰＫ５から各々出力される。例えば図２のように同時測定スタート時点のスピーカＳＰＫ１〜ＳＰＫ５が出力する測定用信号Ｘ１〜Ｘ５の周波数を全て異なるように設定しておき、図３のようにこの周波数差を保持しつつ低周波数から高周波数へと連続的に変化（スイープ）させてオーディオ帯域の周波数を全測定用信号Ｘ１〜Ｘ５が一通り出力する。
【００２３】
すると、マイクロフォン６には、ある時点、例えば測定スタート当初の時点で図４の上段のような各測定用信号Ｘ１、Ｘ２・・Ｘ５が合成した音声信号が入力される。これをリアルタイムに高速フーリエ変換処理にて周波数分析すると、図４の下段のような音圧レベル−周波数特性が得られ、各スピーカＳＰＫ１〜ＳＰＫ５の出力するそれぞれの測定用信号Ｘ１、Ｘ２・・Ｘ５の主要な周波数に対応する箇所に音圧レベルのピークが現れる。したがって、ＤＳＰ１内の周波数分析部にて、上記各測定用信号Ｘ１、Ｘ２・・Ｘ５の時間とともに高周波側へと遷移していく音圧レベルの複数に分割された周波数帯域毎のピーク値をデータとして取得することにより、一回の測定にて同時に全チャンネルの周波数分析が可能になるのである。
【００２４】
なお、本発明で用いられる測定用信号Ｘｎとしては、上記単一正弦波のスイープ信号に限定されず、各チャンネルのスピーカから出力される測定用信号の主たる周波数領域間になんらかの差があるものであればよい。蓋し、周波数分析後の音圧レベル−周波数特性（図４の下段参照）にそれぞれ異なった位置にピークが現れることから利用できるのである。例えば楽器などの出力信号波も利用できる。
【００２５】
次に、前記測定用信号生成手段Ｋ１と前記測定用信号群出力手段Ｋ２は、ＤＳＰ１内の信号生成部で測定用信号Ｘｎをデジタル信号波形データとして生成したり、メモリ装置に予め記憶された波形データから生成され、周波数遷移に時間差を持ったチャンネル相当数（５つ）がＤ／Ａコンバータ３に同時に出力されるものであり、既存のスイープ信号生成手段が利用できる。
【００２６】
次に、前記周波数分析手段Ｋ３の周波数分析部における高速フーリエ変換（ＦＦＴ；fast Fourier transform）処理とは、Ｎ個の複素数の組（ｆ０，ｆ１，・・・，ｆＮ−１）から（Ｆ０，Ｆ１，・・・，ＦＮ−１）への線形変換（離散フーリエ変換）Ｆｋ＝ΣｆｍＷｋｍ（Ｗ＝ｅ２πｉ／Ｎ）及びその逆変換を能率よく計算するアルゴリズムの処理である。これは高速フーリエ変換のためのＤＳＰ１内の公知のマイクロプロセッサで実現される。
【００２７】
次に、周波数特性補正手段Ｋ４には、上記データを基にして従来のようにＧＥＱによる周波数補正を行ってもよいが、ワープフィルタを利用して人間の聴覚特性に合った高精度な周波数補正フィルタＦを作成するのが好ましい。このワープフィルタによる周波数特性の補正方法は、例えば前述の［特許文献２］に記載されて公知なので詳細は省略する。なお、上記ワープ（ＷＡＲＰ）フィルタの動作原理については、Matti Karjalainen らによる“Comparison of Loudspeaker Equalization Methods Based on DSP Techniques”，J.Audio Eng. Soc.,vol.47,No.1/2,（1999 Jan./Feb.）pp.14-31と題する論文に詳述されている。また、基本動作が前述の［特許文献２］の第３頁以降に記載されている。何れにしても各チャンネルの出力レベル−周波数特性のデータから補正フィルタを作成することは公知技術を利用して容易に実施でき、本発明で使用される補正フィルタＦに制限はない。
【００２８】
以上から明らかなように、本発明の音場補正装置１０においては、各チャンネルのスピーカから出力される音声の聴取位置での音圧レベル−周波数特性のデータ取得手段に特徴があり、１回の同時測定で聴取位置での全チャンネルの音圧レベル−周波数特性データが得られ、これを用いて直ちに補正フィルタＦが作成できるので、大幅な補正時間の削減が実現することが判る。
【００２９】
なお、付言すれば、上記音場補正装置１０の構成は５チャンネルオーディオシステムの例であるが、勿論、本発明は同様の信号処理手段でその他のマルチチャンネル（２チャンネル、３チャンネル、６チャンネル、７チャンネル等）にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る音場補正装置の聴取位置でのマイクロフォンが収音した各チャンネルのスピーカからの音圧レベルの周波数特性を補正するためのデータ取得手段を説明する概念図である。
【図２】本発明に係る音場補正装置における各チャンネルのスピーカＳＰＫ１〜ＳＰＫ５から出力される各測定用信号の同時測定スタート時点での出力波形例を示す波形図である。
【図３】前記５チャンネルの各測定用信号の周波数遷移図である。
【図４】上段のグラフはマイクロフォンで収音された聴取位置での５つの測定用信号が含まれる波形図であり、下段は周波数分析後に得られたマイクロフォンに入力された測定用信号の音圧レベル−周波数特性である。
【図５】従来のマルチチャンネルオーディオシステムにおける音場補正処理の流れを示す概念図である。
【図６】従来の音圧レベル−周波数特性のデータ取得手段を説明するための概念図である。
【図７】公知技術の音声処理装置のレベル−周波数特性の補正手段の構成の実施形態を表すブロック図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）
２      ノイズジェネレータ
３      Ｄ／Ａコンバータ
４      アンプ
５      オーディオ入力部
６      マイクロフォン
７      マイクアンプ
８      Ａ／Ｄコンバータ
１０      音場補正装置
１１      メモリ装置
２０      マルチチャンネルオーディオシステム
Ｓ      オーディオ信号
Ｃ      センターチャンネル
Ｌ      左チャンネル
Ｒ      右チャンネル
ＳＬ      後方左のサラウンドチャンネル
ＳＲ      後方右のサラウンドチャンネル
ＳＰＫ、ＳＰＫ１〜ＳＰＫ７    スピーカ
Ｆ      周波数補正フィルタ
Ｙ      測定用信号
Ｘｎ、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・      測定用信号
Δｔ      時間差
Ｋ１      測定用信号生成手段
Ｋ２      測定用信号出力手段
Ｋ３      周波数分析手段
Ｋ４      周波数特性補正手段
【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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