JP3979133B2 - 音場再生装置、プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホールなどの音場を再生する音響信号を生成する音場再生装置、この音響信号を生成する音響信号処理を行うためのプログラム及びこのプログラムを記憶した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホールなどの原音場のインパルス応答を実測または音響ＣＡＤによる音響シミュレーションによって予め取得しておけば、このインパルス応答と音響信号との畳み込み演算によって、その原音場の該音響信号に対する応答（以下、「再生信号」という。）を計算することができる。この技術は、様々なオーディオ再生装置に適用され、各家庭でコンサートホールの音場を再現したり、野外コンサートで所望の屋内ホールの音響効果を再現するためなどに利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インパルス応答を全て畳み込み演算に使用する方式（全畳み込み方式）は、原音場を忠実に再現できるという利点があるが、畳み込み演算を行うＦＩＲフィルタ（非巡回形フィルタ）のタップ数がインパルス応答の長さに比例して多くなってしまうため、回路規模が膨大になってしまうという欠点がある。
【０００４】
一方、回路規模を小さくするために、インパルス応答の最初部分のみを畳み込み演算に使用して再生信号の一部を生成し、再生信号の残りの部分はインパルス応答とは無関係に生成する方式がある。しかし、この方式は、再生信号の残りの部分を、CombフィルタやALL-PASSフィルタなどの組み合わせで生成しており、フィルタ係数の調整が煩雑な問題があった。特に、最初の部分とのつながりを自然にするためには、作業者が音を聞きながらフィルタ係数を調整するといった手作業に近い作業が必要になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、畳み込み演算量を減らしても原音場の再現性に優れ、自然な残響特性を有する音響信号を生成することができる音場再生装置、その音響信号処理を行うためのプログラム及びこのプログラムを記憶した記録媒体を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ある音場のインパルス応答を用いて該音場を再生する音場再生装置において、前記インパルス応答に対応するデータであって、前記インパルス応答の最初から第１時点までの第１期間のデータである第１のインパルス応答データと、前記第１時点からインパルス応答の終了時点より前の第２時点までの前記第１期間に連続する第２期間のデータである第２のインパルス応答データとのみを記憶する記憶部と、再生しようとする音響信号に対して、前記第１のインパルス応答データを畳み込み演算する第１の畳み込み演算手段と、再生しようとする音響信号に対して、前記第２のインパルス応答データを畳み込み演算する第２の畳み込み演算手段と、前記第２の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号を前記第１期間分遅延させて出力する第１遅延手段と、前記第１の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号と、前記第１遅延手段により遅延された信号とを加算する第１加算手段と、前記第１遅延手段により遅延された信号を前記第２期間分遅延させて出力する第２遅延手段と、前記第２遅延手段により遅延された信号から残響音の信号を生成する残響音生成手段と、前記第１加算手段により得られた信号と、前記残響音生成手段で生成された信号とを加算する第２の加算手段とを備え、前記残響音生成手段は、前記第２遅延手段により遅延された信号のフィードバックループを有し、該ループ内に、前記第２のインパルス応答データの先頭部分の周波数特性と末尾部分の周波数特性との差に対応する減衰特性を有する周波数特性整合フィルタを有することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の音場再生装置において、前記第１のインパルス応答データは、前記インパルス応答の初期反射音の範囲と残響音の一部の範囲を含むデータであることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、ある音場のインパルス応答を用いて該音場を再生する音場再生装置において、前記インパルス応答に対応するデータであって、前記インパルス応答の最初から第１時点までの第１期間のデータに対してフェードアウト処理を施した第１のインパルス応答データと、前記第１時点からインパルス応答の終了時点より前の第２時点までの前記第１期間に連続する第２期間のデータに対してフェードイン処理とフェードアウト処理を施した第２のインパルス応答データとのみを記憶する記憶部と、再生しようとする音響信号に対して、前記第１のインパルス応答データを畳み込み演算する第１の畳み込み演算手段と、再生しようとする音響信号に対して、前記第２のインパルス応答データを畳み込み演算する第２の畳み込み演算手段と、前記第２の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号を前記第１期間分遅延させて出力する第１遅延手段と、前記第１の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号と、前記第１遅延手段により遅延された信号とを加算する第１加算手段と、前記第１遅延手段により遅延された信号を前記第２期間分遅延させて出力する第２遅延手段と、前記第２遅延手段により遅延された信号から残響音の信号を生成する残響音生成手段と、前記第１加算手段により得られた信号と、前記残響音生成手段で生成された信号とを加算する第２の加算手段とを備え、前記残響音生成手段は、前記第２遅延手段により遅延された信号のフィードバックループを有し、該ループ内に、前記第２のインパルス応答データの先頭部分の周波数特性と末尾部分の周波数特性との差に対応する減衰特性を有する周波数特性整合フィルタを有することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項３に記載の音場再生装置において、前記残響音生成手段は、該ループ内に、該ループに入力された信号を減衰させる減衰手段と、該ループの一巡回前の信号と、該ループの一巡回後の信号とがつながるように、該ループに入力された信号を遅延させる遅延手段とをさらに有することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１，３，４のいずれかに記載の音場再生装置において、前記残響音生成手段は、該ループ内に、該ループに入力された信号の位相を拡散させる拡散フィルタをさらに有することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記減衰手段の減衰量は、前記ある音場のインパルス応答の前記第１時点以降の減衰量に対応する値に設定されることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明は、ある音場のインパルス応答を用いて該音場を再生するためにコンピュータを、再生しようとする音響信号に対して、前記インパルス応答に対応するデータであって、前記インパルス応答の最初から第１時点までの第１期間のデータである第１のインパルス応答データを畳み込み演算する第１の畳み込み演算手段と、再生しようとする音響信号に対して、前記インパルス応答に対応するデータであって、前記第１時点から前記インパルス応答の終了時点より前の第２時点までの前記第１期間に連続する第２期間のデータである第２のインパルス応答データを畳み込み演算する第２の畳み込み演算手段と、前記第２の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号を前記第１期間分遅延させて出力する第１遅延手段と、前記第１の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号と、前記第１遅延手段により遅延された信号とを加算する第１加算手段と、前記第１遅延手段により遅延された信号を前記第２期間分遅延させて出力する第２遅延手段と、前記第２遅延手段により遅延された信号から残響音の信号を生成する残響音生成手段と、前記第１加算手段により得られた信号と、前記残響音生成手段で生成された信号とを加算する第２の加算手段として機能させ、前記残響音生成手段を、前記第２遅延手段により遅延された信号のフィードバックループを有し、該ループ内に、前記第２のインパルス応答データの先頭部分の周波数特性と末尾部分の周波数特性との差に対応する減衰特性の周波数特性整合フィルタを有する手段として機能させるためのプログラムであることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。以下に示す実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更可能である。
【００１８】
（１） 第１実施形態
図１は、本発明の音場再生装置の一実施例であるエフェクタ１００の構成を示すブロック図である。
このエフェクタ１００は、ある原音場のインパルス応答ＩＲの一部に対応するインパルス応答ＩＲ０に基づきマイクロホン１０１を介して入力した音響信号Ｓ１に所定の音響信号処理を行うことによって、該原音場の該音響信号Ｓ１に対する応答を再現した音響信号Ｓ４を生成する装置である。なお、インパルス応答ＩＲ０は、実測のインパルス応答から作成してもよいし、また、音響ＣＡＤによる音響シミュレーションによって作成してもよい。
同図に示すように、このエフェクタ１００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、操作部１０４、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５、表示部１０６、Ａ／Ｄ（Analog / Digital）変換回路１０７、インパルス応答メモリ１０８、音響処理部１０９、Ｄ／Ａ（Digital / Analog）変換回路１１０から構成されている。
【００１９】
このエフェクタ１００において、ＲＯＭ１０２は、上記音響信号処理を行うためのプログラムなどの各種処理を実行するためのプログラム群を予め格納するメモリである。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０５のワーキングエリアとして使用され、音響信号処理を行う際などに必要なデータが一時的に格納される。
操作部１０４は、図示しない操作スイッチが操作されたことを検出すると、検出結果をバスＢＵＳを介してＣＰＵ１０５に通知する。
ＣＰＵ１０５は、操作部１０４を介して入力したユーザの操作に応じてＲＯＭ１０２に記憶された各種プログラムを実行することにより、バスＢＵＳを介して接続された各部の制御を行う。
表示部１０６は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの表示制御を行う駆動回路とから構成され、ＣＰＵ１０５の制御の下、各種情報を表示する。
また、Ａ／Ｄ変換回路１０７は、マイクロホン１０１から入力したアナログ信号の音響信号Ｓ１をディジタル信号の音響信号（以下、「ディジタル音響信号」という）Ｓ２に変換して出力する。
【００２０】
インパルス応答メモリ１０８は、原音場のインパルス応答ＩＲの一部の時間範囲の応答ＩＲ０に対応するインパルス応答データＤＩ０が予め格納されている。以下、このインパルス応答データＤＩ０の時間範囲の条件について説明する。
図２のインパルス応答ＩＲの音圧レベルの時間減衰特性の模式図に示すように、インパルス応答ＩＲの音圧レベルの減衰特性は、音圧レベルを対数表示した場合、初期反射音にほぼ対応する範囲と、残響音にほぼ対応する範囲とで傾きが異なる直線で近似することができる。ここで、初期反射音とは直接音の後に到来する低次反射音のことをいい、残響音とは初期反射音の後に到来する高次反射音のことである。
そして、このインパルス応答ＩＲのうち、先頭から少なくとも残響波形の傾きが変わった時点の経過時間ｔ１以降の経過時間ｔ２までのインパルス応答ＩＲ０に対応するデータがインパルス応答データＤＩ０としてインパルス応答メモリ１０８に記憶されるようになっている。
【００２１】
言い換えると、インパルス応答データＤＩ０は、聴感上音場の違いを識別し易い初期反射音の範囲全てと、音場の違いが主に残響時間で識別される残響音の最初部分の範囲の応答のみを抽出したデータである。なお、初期反射音を何次の反射音までと判断するかの解釈にもよるが、必ずしも初期反射音の範囲と、残響音の範囲で明確に傾きが異なるとは言えない。従って、インパルス応答の残響波形を２つの傾きの直線で折れ線近似した場合に、傾きが変わった時点ｔ１以降のインパルス応答を含むようにインパルス応答データＤＩ０を抽出すればよい。また、２つの傾きの直線で近似する方法に限らず、様々な近似曲線で２つの傾きを近似してもよい、要は、初期反射音の範囲と残響音の一部の範囲を含む応答をインパルス応答データＤＩ０として使用すればよい。
【００２２】
また、以降において、このインパルス応答データＤＩ０のうち、インパルス応答ＩＲ０の最初から経過時間ｔ１以降であって経過時間ｔ２より以前の経過時間ｔａまでの応答ＩＲａのデータを第１インパルス応答データＤＩａとし、経過時間ｔａから経過時間ｔ２までの応答ＩＲｂのデータを第２インパルス応答データＤＩｂとして各々独立に使用されるようになっている。なお、経過時間ｔａ及びｔ２について具体的な数値を一例として挙げると、経過時間ｔａは０．３秒程度、経過時間ｔ２は０．５秒程度の値である。
【００２３】
図３は、インパルス応答メモリ１０８に格納されたインパルス応答データＤＩ０の内容を模式的に示す図である。この図に示すように、インパルス応答データＤＩ０は、インパルス応答データＤＩ０のサンプリング周期ｄｔに対応する時間間隔で並ぶ経過時間（Ｔａ１〜Ｔａｍ、Ｔｂ１〜Ｔｂｎ）と、各経過時間における該インパルス応答データＤＩ０を表す係数（ａ１〜ａｍ、ｂ１〜ｂｎ）とを対応づけたデータである。なお、この図３においては、説明を判りやすくするために、上述した最初から経過時間ｔａ（＝Ｔａｍ）までの範囲の第１インパルス応答データＤＩａのサンプリング数をｍ個とし、これに対応して最初から経過時間ｔａまでの時間を経過時間Ｔａ１〜Ｔａｍと表記した例を示している。同様に、経過時間ｔａから経過時間ｔ２（Ｔｂｎ）までの範囲の第２インパルス応答データＤＩｂのサンプリング数をｎ個とし、これに対応して経過時間ｔａから経過時間ｔ２までの時間を経過時間Ｔｂ１〜Ｔｂｎと表記した例を示している。また、経過時間の情報は省略して、各インパルス応答データに対応する係数だけを格納してもよい。
【００２４】
音響処理部１０９は、ＣＰＵ１０５の制御の下、マイクロホン１０１を介して入力したディジタル音響信号Ｓ２に対し、インパルス応答メモリ１０８に記憶されたインパルス応答データＤＩａ、ＤＩｂに基づいて音響信号処理を施し、残響効果を付与したディジタル音響信号Ｓ３を生成して出力する。
Ｄ／Ａ変換回路１１０は、音響処理部１０９から入力されるディジタル音響信号Ｓ３をディジタルアナログ変換してアナログ音響信号Ｓ５をアンプ１１１に出力する。この結果、アナログ音響信号Ｓ５がアンプ１１１により増幅され、スピーカ１１２から対応する音声が放音されるようになっている。
【００２５】
次に、音響処理部１０９について説明する。図４は、音響処理部１０９の機能構成を示すブロック図である。音響処理部１０９は、２つの畳み込み演算部１２１及び１２２、加算器１２３及び１２４、遅延器１２５及び１２６、残響音生成部１２７から構成されている。
この音響処理部１０９において、畳み込み演算部１２１は、ディジタル音響信号Ｓ２に対し、インパルス応答メモリ１０８に格納される第１インパルス応答データＤＩａを畳み込み演算することによって、図５に示すように、第１インパルス応答データＤＩａに対応する応答ＩＲａを再現したディジタル音響信号Ｓ３ａを生成する。なお、上述したように、第１インパルス応答データＤＩａのサンプリング数はｍ個であるため、この畳み込み演算部１２１はｍ段の畳み込み演算処理を行うように構成されている。
【００２６】
また、畳み込み演算部１２２は、ディジタル音響信号Ｓ２に対し、インパルス応答メモリ１０８に格納される第２インパルス応答データＤＩｂを畳み込み演算することによって、図５に示すように、第２インパルス応答データＤＩｂに対応する応答ＩＲｂを再現したディジタル音響信号Ｓ３ｂを生成する。なお、上述したように、第２インパルス応答データＤＩｂのサンプリング数はｎ個であるため、この畳み込み演算部１２２はｎ段の畳み込み演算処理を行うように構成されている。
【００２７】
加算器１２３は、畳み込み演算部１２１から出力されたディジタル音響信号Ｓ３ａと、遅延器１２５を介して入力されるディジタル音響信号Ｓ３ｂとを加算して出力する。ここで、遅延器１２５は、加算器１２３にてディジタル音響信号Ｓ３ａの後にディジタル音響信号Ｓ３ｂがつながるように、ディジタル音響信号Ｓ３ｂを所定期間遅延させるために配置されている。すなわち、この加算器１２３及び遅延器１２５は、ディジタル音響信号Ｓ３ａとディジタル音響信号Ｓ３ｂとをつなげる合成手段として機能するようになっている。この結果、加算器１２３からは、インパルス応答データＤＩ０に対応する応答ＩＲ０を再現したディジタル音響信号Ｓ３Ａが出力されることとなる。
【００２８】
また、遅延器１２６は、後段の加算器１２４において、上述したディジタル音響信号Ｓ３Ａの後に、残響音生成部１２７から出力されたディジタル残響音信号Ｓ３Ｂがつながるように、残響音生成部１２７に供給されるディジタル音響信号Ｓ３ｂを所定期間遅延させるために配置されている。
【００２９】
残響音生成部１２７は、入力したディジタル音響信号Ｓ３ｂのフィードバックループが形成され、該ループ内に乗算器１３１、加算器１３２、遅延器１３３、周波数特性整合フィルタ１３４及び拡散フィルタ１３５を備えている。
この残響音生成部１２７において、乗算器１３１は、入力したディジタル音響信号Ｓ３ｂ及びフィードバックされたディジタル音響信号を予め定めた減衰量だけ減衰させて出力する。ここで、この乗算器１３１の減衰量は、上述したインパルス応答ＩＲの残響特性のうち経過時間ｔ２以降の減衰量に対応した値に設定される（図２参照）。従って、この乗算器１３１からは、図５に示すように、インパルス応答ＩＲｂの次の応答ＩＲｃを再現したディジタル音響信号Ｓ３ｃ、応答ＩＲｄを再現したディジタル音響信号Ｓ３ｄ、……、応答ＩＲｋを再現したディジタル音響信号Ｓ３ｋ（図示せず）が順次出力されることとなる。以下、入力したディジタル音響信号Ｓ３ｂとフィードバックされたディジタル音響信号Ｓ３ｃ〜Ｓ３ｋを特に区別する必要がない場合は、ディジタル音響信号Ｓ４と言う。
【００３０】
加算器１３２は、遅延器１２６を介して入力したディジタル音響信号Ｓ３ｂと、フィードバックされたディジタル音響信号Ｓ３ｃ〜Ｓ３ｋとを加算して出力する。ここで、フィードバックループ内の遅延器１３３は、加算器１３２にて一巡回前のディジタル音響信号Ｓ４と、一巡回後のディジタル音響信号Ｓ４とがつながるように、ディジタル音響信号Ｓ４を所定期間遅延させるために配置されている。具体的には、遅延器１３３は、図５に示すように、ディジタル音響信号Ｓ３ｃの先頭部分がディジタル音響信号Ｓ３ｂの末尾部分とつながるタイミングで出力されるようにディジタル音響信号Ｓ３ｃを遅延させ、同様に、ディジタル音響信号Ｓ３ｄの先頭部分がディジタル音響信号Ｓ３ｃの末尾部分とつながるタイミングで出力されるようにディジタル音響信号Ｓ３ｄを遅延させる。
これにより、加算器１３２からはディジタル音響信号Ｓ３ｂ、Ｓ３ｃ〜Ｓ３ｋが切れ間無く残響音のディジタル音響信号Ｓ３Ｂとして出力されるようになっている。
【００３１】
次に、周波数特性整合フィルタ１３４について説明する。周波数特性整合フィルタ１３４は、ディジタル音響信号Ｓ４の先頭部分の周波数特性と、末尾部分の周波数特性との差に対応する周波数減衰特性を有するフィルタである。以下、この周波数特性整合フィルタ１３４を設ける理由について説明する。
【００３２】
この周波数特性整合フィルタ１３４を使用しない場合は、ディジタル音響信号Ｓ４の先頭部分の周波数特性と末尾部分の周波数特性は、それぞれインパルス応答ＩＲｂの先頭部分と末尾部分から得られる周波数特性が再現されることとなる。図６に示す例のように、インパルス応答ＩＲｂの先頭部分の周波数特性と、末尾部分の周波数特性とは一般に異なっている。このため、フィードバックループによりディジタル音響信号Ｓ４を減衰させながら繰り返しつなげて残響音を生成する方式の場合、ディジタル音響信号Ｓ４の先頭部分と末尾部分の周波数特性の違いによって、各つなぎ目において違和感のある残響音が生成されることとなってしまう。
これに対し、本実施形態のエフェクタ１００は、周波数特性整合フィルタ１３４を設けて、ディジタル音響信号Ｓ４の巡回の度に、インパルス応答ＩＲｂの先頭部分と末尾部分の周波数成分の差に対応する周波数減衰処理を行っているので、一巡回後のディジタル音響信号Ｓ４の先頭部分の周波数特性を、一巡回前のディジタル音響信号Ｓ４の末尾部分の周波数特性と揃えることができる。これにより、各ディジタル音響信号Ｓ４のつなぎ目における周波数特性の差を簡易に低減でき、聴感上つなぎ目を自然につなげることが可能となるのである。
【００３３】
なお、この周波数特性整合フィルタ１３４は、対象とするディジタル音響信号Ｓ４の先頭部分と末尾部分の周波数特性の差に対応する周波数減衰特性に応じて、図７に示すように、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）構成、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）構成、ハイシェルビングフィルタ（ＨＳＦ：High Shelving Filter）構成などの様々な構成が適用される。なお、ハイシェルビングフィルタは、一般にオーディオアンプのトーンコントロールなどに使用されるフィルタであり、広いレンジにわたって調整が出来るという利点を有する。
【００３４】
また、拡散フィルタ１３５は、入力信号の位相を拡散させるフィルタであり、図８に示すように、フィードバック前のディジタル音響信号Ｓ４に含まれる反射音の数を級数的に増加させるために配置されている。ここで、図９にこの拡散フィルタの構成の一例を示すように、複数のオールパスフィルタ（ＡＰＦ）、遅延器及び乗算器を並列に多段接続する構成などが適用される。このように拡散フィルタ１３５を設けることにより、ディジタル音響信号Ｓ４内の反射音の数をフィードバックループを巡回する毎に増加させることができる。このため、本実施形態のように、ディジタル音響信号Ｓ４を減衰させながら繰り返しつなげて残響音を生成する方式の場合でも、音色の繰り返し感を低減でき、さらに、実際のインパルス応答のように高次反射音の数が時間の経過と共に級数的に増加するという残響音特性を簡易に再現することが可能となるのである。この結果、残響音生成部１２７は、インパルス応答ＩＲのうちインパルス応答ＩＲ０以降の応答（図５参照）を再現した残響音のディジタル音響信号Ｓ３Ｂを生成することが可能となる。
【００３５】
そして、この音響処理部１０９は、この残響音生成部１２７により生成されたディジタル音響信号Ｓ３Ｂと、初期反射音を含むディジタル音響信号Ｓ３Ａとを加算器１２４にて加算して出力する。この場合、上述したように、ディジタル残響音信号Ｓ３Ｂは遅延器１２６によりディジタル音響信号Ｓ３Ａの後に出力されるので、インパルス応答ＩＲを再現したディジタル音響信号Ｓ３を出力することが可能となる。
これにより、このエフェクタ１００は、マイクロホン１０１を介して入力した音響信号Ｓ１からある音場のインパルス応答ＩＲを再現したディジタル音響信号Ｓ３を生成でき、この音響信号Ｓ３をＤ／Ａ変換回路１１０でディジタルアナログ変換することによってアナログ音響信号Ｓ５を出力することができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係るエフェクタ１００は、インパルス応答ＩＲの一部の応答ＩＲ０に対応するインパルス応答データＤＩ０だけを用いてインパルス応答ＩＲを再現した音響信号Ｓ５を生成することができる。このため、インパルス応答ＩＲ全てのインパルス応答データを使って畳み込み演算を行う方法に比して、畳み込み演算量を低減することが可能となり、回路規模を小さくすることができる。
【００３７】
すなわち、このエフェクタ１００は、一般に残響音と呼ばれる範囲については、インパルス応答ＩＲの一部の応答ＩＲｂに対応するインパルス応答データＤＩｂを用いて畳み込み演算により音響信号Ｓ４を作成し、この音響信号Ｓ４からフィードバック回路を用いて減衰させながら繰り返しつなげることによって残りの残響音の音響信号Ｓ３Ｂを生成するので、畳み込み演算回路に比して簡易な回路で残響音の音響信号Ｓ３Ｂを生成することができるのである。
一方、このエフェクタ１００は、聴感上音場の違いを識別し易い初期反射音については、対応する範囲のインパルス応答データＤＩａをそのまま畳み込み演算に使用して音響信号Ｓ３ａを生成するので、原音場の違いを再現性高く聞き分け可能な音響信号Ｓ５を生成することができるのである。
【００３８】
また、残響音の音響信号Ｓ３Ｂを生成する際は、周波数特性整合フィルタ１３４により、一巡回後の音響信号Ｓ４の先頭部分の周波数特性を、一巡回前の音響信号Ｓ４の末尾部分の周波数特性に揃えるようにしているので、つなぎ目における周波数特性の差を低減することができ、聴感上つなぎ目を目立たなくすることができる。さらに、このとき拡散フィルタ１３５により音響信号Ｓ４に含まれる反射音の数を級数的に増加させるので、実際の残響音と同じ残響密度を再現することができる。
【００３９】
従って、このエフェクタ１００は、インパルス応答ＩＲの一部の応答ＩＲ０に対応するインパルス応答データＤＩ０だけを用いるだけで、原音場の再現性に優れ、かつ、自然な残響音特性を有する音響信号Ｓ５を簡易に生成することが可能である。
【００４０】
（２） 第２実施形態
第２実施形態に係るエフェクタ１００Ａが、第１実施形態に係るエフェクタ１００と大きく異なる点は、インパルス応答メモリ１０８に記憶されるインパルス応答データが、インパルス応答データＤＩａに対してフェードアウト処理を施したインパルス応答データＤＩａｆと、インパルス応答データＤＩｂに対してフェードイン処理とフェードアウト処理を施したインパルス応答データＤＩｂｆである点である。このように、フェードイン処理あるいはフェードアウト処理を施したインパルス応答データＤＩａｆ、ＤＩｂｆを畳み込み演算することにより、図１０に示すように、インパルス応答ＩＲａをフェードアウトした応答を再現するディジタル音響信号Ｓ３ａｆ、インパルス応答ＩＲｂ〜ＩＲｋを各々フェードイン、フェードアウトした応答を各々再現するディジタル音響信号Ｓ３ｂｆ〜Ｓ３ｋｆを生成することができる。
【００４１】
また、このエフェクタ１００Ａにおいては、音響処理部１０９の遅延器１２５及び１２６の遅延時間が第１実施形態の場合に比してわずかに短い時間に設定され、各ディジタル音響信号Ｓ３ａｆ〜Ｓ３ｋｆが示す応答のフェードイン及びフェードアウト領域が各々重なるように調整されている。
フェードイン、フェードアウト処理では、フェードインされたディジタル音響信号とフェードアウトされたディジタル音響信号が時間的に重なって加算されたときに、加算されたディジタル音響信号のつなぎ目の音圧レベルがスムーズになるように、フェードイン、フェードアウト処理のカーブが設定される。
このようにして、各ディジタル音響信号Ｓ３ａｆ〜Ｓ３ｋｆが示す応答のフェードイン及びフェードアウト領域が各々重なるように加算することにより、図１０に示すように、各応答の音圧レベルのつながりをスムーズにし、つなぎ目の位相ずれを目立たなくすることができる。この結果、このエフェクタ１００Ａは、第１実施形態の効果に加えて、さらに原音場の再現性に優れた自然な音響信号Ｓ５を生成することができる。
【００４２】
（３） 変形例
上述した各実施形態では、２つの畳み込み演算部１２１、１２２を備える構成としていたが、１つの畳み込み演算部を備える構成としてもよい。この場合、その畳み込み演算部の出力が遅延器１２６を経由して残響音生成部１２７に供給される。このような構成をとることにより、より簡易な構成で、原音場の再現性に優れた自然な音響信号Ｓ５を生成することができる。
【００４３】
上述した各実施形態においては、残響音生成部１２７が周波数特性整合フィルタ１３４と拡散フィルタ１３５の両方を具備する場合について述べたが、周波数特性整合フィルタ１３４のみを具備するようにしてもよい。少なくともこの周波数特性整合フィルタ１３４を用いれば、音を聞きながらフィルタ係数を調整するといった従来の煩雑な作業が必要なくなり、簡易に自然な残響音を得ることが可能となる。
【００４４】
また、上述した各実施形態においては、インパルス応答データＤＩａ及びＤＩｂ、あるいはＤＩａｆ及びＤＩｂｆのサンプル数が予め定められている場合について述べたが、各インパルス応答データＤＩａ及びＤＩｂ、またはＤＩａｆ及びＤＩｂｆのサンプル数をユーザが任意に変更できるようにしてもよい。このような構成にすれば、各種インパルス応答に応じて必要なインパルス応答データのサンプル数を調整することができ、このエフェクタ１００、１００Ａで様々な原音場を簡易に再現させることができる。また、ユーザの希望通りに原音場を再現可能な範囲で各インパルス応答データのサンプル数を低減することもでき、エフェクタ１００、１００Ａの演算量を低減することが可能となる。
【００４５】
上述した各実施形態においては、上記音響信号処理を行うためのプログラムを予めエフェクタ１００、１００ＡのＲＯＭ１０２に格納しておく場合について述べたが、このプログラムを磁気記録媒体、光記録媒体、半導体記憶媒体などのコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録し、ＰＣ（Personal Computer）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などのコンピュータがこのプログラムを読み取って実行するようにしてもよい。この場合、上述した音響処理部１０９の各種処理はコンピュータのディジタル処理によって実現することが可能である。また、このプログラムのインストール方法も任意でよく、上述した記録媒体からエフェクタ１００、１００Ａやコンピュータにインストールするようにしてもよく、また、このプログラムを格納するサーバからインターネットなどのネットワーク網を介してプログラムをダウンロードし、インストールするようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、原音場のインパルス応答の一部のインパルス応答データだけを使うことによって畳み込み演算量を減らしても、原音場を正確に再現し、自然な残響音特性を有する音響信号を簡易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係るエフェクタ１００の構成を示すブロック図である。
【図２】 インパルス応答ＩＲの残響波形の模式図である。
【図３】 インパルス応答データＤＩ０の内容を模式的に示す図である。
【図４】 音響処理部１０９の構成を示すブロック図である。
【図５】 音響信号の生成の説明に供する図である。
【図６】 インパルス応答ＩＲｂの先頭部分の周波数特性と末尾部分の周波数特性を示す特性曲線図である。
【図７】 周波数整合フィルタの構成例を示す図である。
【図８】 拡散フィルタ１３５の説明に供する図である。
【図９】 拡散フィルタの構成例を示す図である。
【図１０】 第２実施形態に係るエフェクタ１００Ａの音響信号の生成の説明に供する図である。
【符号の説明】
１００、１００Ａ……エフェクタ（音場再生装置）、
１０１……マイクロホン、
１０２……ＲＯＭ、
１０３……ＲＡＭ、
１０４……操作部、
１０５……ＣＰＵ、
１０６……表示部、
１０７……Ａ／Ｄ変換回路
１０８……インパルス応答メモリ、
１０９……音響処理部、
１１０……Ｄ／Ａ変換回路、
１１１……アンプ、
１２１、１２２……畳み込み演算部、
１２３、１２４、１３２……加算器、
１２５、１２６、１３３……遅延器、
１２７……残響音生成部、
１３１……乗算器、
１３４……周波数特性整合フィルタ、
１３５……拡散フィルタ、
ＤＩａ、ＤＩａｆ……インパルス応答データ（第１のインパルス応答データ）、
ＤＩｂ、ＤＩｂｆ……インパルス応答データ（第２のインパルス応答データ）、
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ、Ｓ３Ａ、Ｓ３Ｂ、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５……音響信号。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホールなどの音場を再生する音響信号を生成する音場再生装置、この音響信号を生成する音響信号処理を行うためのプログラム及びこのプログラムを記憶した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホールなどの原音場のインパルス応答を実測または音響ＣＡＤによる音響シミュレーションによって予め取得しておけば、このインパルス応答と音響信号との畳み込み演算によって、その原音場の該音響信号に対する応答（以下、「再生信号」という。）を計算することができる。この技術は、様々なオーディオ再生装置に適用され、各家庭でコンサートホールの音場を再現したり、野外コンサートで所望の屋内ホールの音響効果を再現するためなどに利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インパルス応答を全て畳み込み演算に使用する方式（全畳み込み方式）は、原音場を忠実に再現できるという利点があるが、畳み込み演算を行うＦＩＲフィルタ（非巡回形フィルタ）のタップ数がインパルス応答の長さに比例して多くなってしまうため、回路規模が膨大になってしまうという欠点がある。
【０００４】
一方、回路規模を小さくするために、インパルス応答の最初部分のみを畳み込み演算に使用して再生信号の一部を生成し、再生信号の残りの部分はインパルス応答とは無関係に生成する方式がある。しかし、この方式は、再生信号の残りの部分を、CombフィルタやALL-PASSフィルタなどの組み合わせで生成しており、フィルタ係数の調整が煩雑な問題があった。特に、最初の部分とのつながりを自然にするためには、作業者が音を聞きながらフィルタ係数を調整するといった手作業に近い作業が必要になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、畳み込み演算量を減らしても原音場の再現性に優れ、自然な残響特性を有する音響信号を生成することができる音場再生装置、その音響信号処理を行うためのプログラム及びこのプログラムを記憶した記録媒体を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ある音場のインパルス応答を用いて該音場を再生する音場再生装置において、前記インパルス応答に対応するデータであって、前記インパルス応答の最初から第１時点までの第１期間のデータである第１のインパルス応答データと、前記第１時点からインパルス応答の終了時点より前の第２時点までの前記第１期間に連続する第２期間のデータである第２のインパルス応答データとのみを記憶する記憶部と、再生しようとする音響信号に対して、前記第１のインパルス応答データを畳み込み演算する第１の畳み込み演算手段と、再生しようとする音響信号に対して、前記第２のインパルス応答データを畳み込み演算する第２の畳み込み演算手段と、前記第２の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号を前記第１期間分遅延させて出力する第１遅延手段と、前記第１の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号と、前記第１遅延手段により遅延された信号とを加算する第１加算手段と、前記第１遅延手段により遅延された信号を前記第２期間分遅延させて出力する第２遅延手段と、前記第２遅延手段により遅延された信号から残響音の信号を生成する残響音生成手段と、前記第１加算手段により得られた信号と、前記残響音生成手段で生成された信号とを加算する第２の加算手段とを備え、前記残響音生成手段は、前記第２遅延手段により遅延された信号のフィードバックループを有し、該ループ内に、前記第２のインパルス応答データの先頭部分の周波数特性と末尾部分の周波数特性との差に対応する減衰特性を有する周波数特性整合フィルタを有することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の音場再生装置において、前記第１のインパルス応答データは、前記インパルス応答の初期反射音の範囲と残響音の一部の範囲を含むデータであることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、ある音場のインパルス応答を用いて該音場を再生する音場再生装置において、前記インパルス応答に対応するデータであって、前記インパルス応答の最初から第１時点までの第１期間のデータに対してフェードアウト処理を施した第１のインパルス応答データと、前記第１時点からインパルス応答の終了時点より前の第２時点までの前記第１期間に連続する第２期間のデータに対してフェードイン処理とフェードアウト処理を施した第２のインパルス応答データとのみを記憶する記憶部と、再生しようとする音響信号に対して、前記第１のインパルス応答データを畳み込み演算する第１の畳み込み演算手段と、再生しようとする音響信号に対して、前記第２のインパルス応答データを畳み込み演算する第２の畳み込み演算手段と、前記第２の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号を前記第１期間分遅延させて出力する第１遅延手段と、前記第１の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号と、前記第１遅延手段により遅延された信号とを加算する第１加算手段と、前記第１遅延手段により遅延された信号を前記第２期間分遅延させて出力する第２遅延手段と、前記第２遅延手段により遅延された信号から残響音の信号を生成する残響音生成手段と、前記第１加算手段により得られた信号と、前記残響音生成手段で生成された信号とを加算する第２の加算手段とを備え、前記残響音生成手段は、前記第２遅延手段により遅延された信号のフィードバックループを有し、該ループ内に、前記第２のインパルス応答データの先頭部分の周波数特性と末尾部分の周波数特性との差に対応する減衰特性を有する周波数特性整合フィルタを有することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項３に記載の音場再生装置において、前記残響音生成手段は、該ループ内に、該ループに入力された信号を減衰させる減衰手段と、該ループの一巡回前の信号と、該ループの一巡回後の信号とがつながるように、該ループに入力された信号を遅延させる遅延手段とをさらに有することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１，３，４のいずれかに記載の音場再生装置において、前記残響音生成手段は、該ループ内に、該ループに入力された信号の位相を拡散させる拡散フィルタをさらに有することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記減衰手段の減衰量は、前記ある音場のインパルス応答の前記第１時点以降の減衰量に対応する値に設定されることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明は、ある音場のインパルス応答を用いて該音場を再生するためにコンピュータを、再生しようとする音響信号に対して、前記インパルス応答に対応するデータであって、前記インパルス応答の最初から第１時点までの第１期間のデータである第１のインパルス応答データを畳み込み演算する第１の畳み込み演算手段と、再生しようとする音響信号に対して、前記インパルス応答に対応するデータであって、前記第１時点から前記インパルス応答の終了時点より前の第２時点までの前記第１期間に連続する第２期間のデータである第２のインパルス応答データを畳み込み演算する第２の畳み込み演算手段と、前記第２の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号を前記第１期間分遅延させて出力する第１遅延手段と、前記第１の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号と、前記第１遅延手段により遅延された信号とを加算する第１加算手段と、前記第１遅延手段により遅延された信号を前記第２期間分遅延させて出力する第２遅延手段と、前記第２遅延手段により遅延された信号から残響音の信号を生成する残響音生成手段と、前記第１加算手段により得られた信号と、前記残響音生成手段で生成された信号とを加算する第２の加算手段として機能させ、前記残響音生成手段を、前記第２遅延手段により遅延された信号のフィードバックループを有し、該ループ内に、前記第２のインパルス応答データの先頭部分の周波数特性と末尾部分の周波数特性との差に対応する減衰特性の周波数特性整合フィルタを有する手段として機能させるためのプログラムであることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。以下に示す実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更可能である。
【００１８】
（１） 第１実施形態
図１は、本発明の音場再生装置の一実施例であるエフェクタ１００の構成を示すブロック図である。
このエフェクタ１００は、ある原音場のインパルス応答ＩＲの一部に対応するインパルス応答ＩＲ０に基づきマイクロホン１０１を介して入力した音響信号Ｓ１に所定の音響信号処理を行うことによって、該原音場の該音響信号Ｓ１に対する応答を再現した音響信号Ｓ４を生成する装置である。なお、インパルス応答ＩＲ０は、実測のインパルス応答から作成してもよいし、また、音響ＣＡＤによる音響シミュレーションによって作成してもよい。
同図に示すように、このエフェクタ１００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、操作部１０４、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５、表示部１０６、Ａ／Ｄ（Analog / Digital）変換回路１０７、インパルス応答メモリ１０８、音響処理部１０９、Ｄ／Ａ（Digital / Analog）変換回路１１０から構成されている。
【００１９】
このエフェクタ１００において、ＲＯＭ１０２は、上記音響信号処理を行うためのプログラムなどの各種処理を実行するためのプログラム群を予め格納するメモリである。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０５のワーキングエリアとして使用され、音響信号処理を行う際などに必要なデータが一時的に格納される。
操作部１０４は、図示しない操作スイッチが操作されたことを検出すると、検出結果をバスＢＵＳを介してＣＰＵ１０５に通知する。
ＣＰＵ１０５は、操作部１０４を介して入力したユーザの操作に応じてＲＯＭ１０２に記憶された各種プログラムを実行することにより、バスＢＵＳを介して接続された各部の制御を行う。
表示部１０６は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの表示制御を行う駆動回路とから構成され、ＣＰＵ１０５の制御の下、各種情報を表示する。
また、Ａ／Ｄ変換回路１０７は、マイクロホン１０１から入力したアナログ信号の音響信号Ｓ１をディジタル信号の音響信号（以下、「ディジタル音響信号」という）Ｓ２に変換して出力する。
【００２０】
インパルス応答メモリ１０８は、原音場のインパルス応答ＩＲの一部の時間範囲の応答ＩＲ０に対応するインパルス応答データＤＩ０が予め格納されている。以下、このインパルス応答データＤＩ０の時間範囲の条件について説明する。
図２のインパルス応答ＩＲの音圧レベルの時間減衰特性の模式図に示すように、インパルス応答ＩＲの音圧レベルの減衰特性は、音圧レベルを対数表示した場合、初期反射音にほぼ対応する範囲と、残響音にほぼ対応する範囲とで傾きが異なる直線で近似することができる。ここで、初期反射音とは直接音の後に到来する低次反射音のことをいい、残響音とは初期反射音の後に到来する高次反射音のことである。
そして、このインパルス応答ＩＲのうち、先頭から少なくとも残響波形の傾きが変わった時点の経過時間ｔ１以降の経過時間ｔ２までのインパルス応答ＩＲ０に対応するデータがインパルス応答データＤＩ０としてインパルス応答メモリ１０８に記憶されるようになっている。
【００２１】
言い換えると、インパルス応答データＤＩ０は、聴感上音場の違いを識別し易い初期反射音の範囲全てと、音場の違いが主に残響時間で識別される残響音の最初部分の範囲の応答のみを抽出したデータである。なお、初期反射音を何次の反射音までと判断するかの解釈にもよるが、必ずしも初期反射音の範囲と、残響音の範囲で明確に傾きが異なるとは言えない。従って、インパルス応答の残響波形を２つの傾きの直線で折れ線近似した場合に、傾きが変わった時点ｔ１以降のインパルス応答を含むようにインパルス応答データＤＩ０を抽出すればよい。また、２つの傾きの直線で近似する方法に限らず、様々な近似曲線で２つの傾きを近似してもよい、要は、初期反射音の範囲と残響音の一部の範囲を含む応答をインパルス応答データＤＩ０として使用すればよい。
【００２２】
また、以降において、このインパルス応答データＤＩ０のうち、インパルス応答ＩＲ０の最初から経過時間ｔ１以降であって経過時間ｔ２より以前の経過時間ｔａまでの応答ＩＲａのデータを第１インパルス応答データＤＩａとし、経過時間ｔａから経過時間ｔ２までの応答ＩＲｂのデータを第２インパルス応答データＤＩｂとして各々独立に使用されるようになっている。なお、経過時間ｔａ及びｔ２について具体的な数値を一例として挙げると、経過時間ｔａは０．３秒程度、経過時間ｔ２は０．５秒程度の値である。
【００２３】
図３は、インパルス応答メモリ１０８に格納されたインパルス応答データＤＩ０の内容を模式的に示す図である。この図に示すように、インパルス応答データＤＩ０は、インパルス応答データＤＩ０のサンプリング周期ｄｔに対応する時間間隔で並ぶ経過時間（Ｔａ１〜Ｔａｍ、Ｔｂ１〜Ｔｂｎ）と、各経過時間における該インパルス応答データＤＩ０を表す係数（ａ１〜ａｍ、ｂ１〜ｂｎ）とを対応づけたデータである。なお、この図３においては、説明を判りやすくするために、上述した最初から経過時間ｔａ（＝Ｔａｍ）までの範囲の第１インパルス応答データＤＩａのサンプリング数をｍ個とし、これに対応して最初から経過時間ｔａまでの時間を経過時間Ｔａ１〜Ｔａｍと表記した例を示している。同様に、経過時間ｔａから経過時間ｔ２（Ｔｂｎ）までの範囲の第２インパルス応答データＤＩｂのサンプリング数をｎ個とし、これに対応して経過時間ｔａから経過時間ｔ２までの時間を経過時間Ｔｂ１〜Ｔｂｎと表記した例を示している。また、経過時間の情報は省略して、各インパルス応答データに対応する係数だけを格納してもよい。
【００２４】
音響処理部１０９は、ＣＰＵ１０５の制御の下、マイクロホン１０１を介して入力したディジタル音響信号Ｓ２に対し、インパルス応答メモリ１０８に記憶されたインパルス応答データＤＩａ、ＤＩｂに基づいて音響信号処理を施し、残響効果を付与したディジタル音響信号Ｓ３を生成して出力する。
Ｄ／Ａ変換回路１１０は、音響処理部１０９から入力されるディジタル音響信号Ｓ３をディジタルアナログ変換してアナログ音響信号Ｓ５をアンプ１１１に出力する。この結果、アナログ音響信号Ｓ５がアンプ１１１により増幅され、スピーカ１１２から対応する音声が放音されるようになっている。
【００２５】
次に、音響処理部１０９について説明する。図４は、音響処理部１０９の機能構成を示すブロック図である。音響処理部１０９は、２つの畳み込み演算部１２１及び１２２、加算器１２３及び１２４、遅延器１２５及び１２６、残響音生成部１２７から構成されている。
この音響処理部１０９において、畳み込み演算部１２１は、ディジタル音響信号Ｓ２に対し、インパルス応答メモリ１０８に格納される第１インパルス応答データＤＩａを畳み込み演算することによって、図５に示すように、第１インパルス応答データＤＩａに対応する応答ＩＲａを再現したディジタル音響信号Ｓ３ａを生成する。なお、上述したように、第１インパルス応答データＤＩａのサンプリング数はｍ個であるため、この畳み込み演算部１２１はｍ段の畳み込み演算処理を行うように構成されている。
【００２６】
また、畳み込み演算部１２２は、ディジタル音響信号Ｓ２に対し、インパルス応答メモリ１０８に格納される第２インパルス応答データＤＩｂを畳み込み演算することによって、図５に示すように、第２インパルス応答データＤＩｂに対応する応答ＩＲｂを再現したディジタル音響信号Ｓ３ｂを生成する。なお、上述したように、第２インパルス応答データＤＩｂのサンプリング数はｎ個であるため、この畳み込み演算部１２２はｎ段の畳み込み演算処理を行うように構成されている。
【００２７】
加算器１２３は、畳み込み演算部１２１から出力されたディジタル音響信号Ｓ３ａと、遅延器１２５を介して入力されるディジタル音響信号Ｓ３ｂとを加算して出力する。ここで、遅延器１２５は、加算器１２３にてディジタル音響信号Ｓ３ａの後にディジタル音響信号Ｓ３ｂがつながるように、ディジタル音響信号Ｓ３ｂを所定期間遅延させるために配置されている。すなわち、この加算器１２３及び遅延器１２５は、ディジタル音響信号Ｓ３ａとディジタル音響信号Ｓ３ｂとをつなげる合成手段として機能するようになっている。この結果、加算器１２３からは、インパルス応答データＤＩ０に対応する応答ＩＲ０を再現したディジタル音響信号Ｓ３Ａが出力されることとなる。
【００２８】
また、遅延器１２６は、後段の加算器１２４において、上述したディジタル音響信号Ｓ３Ａの後に、残響音生成部１２７から出力されたディジタル残響音信号Ｓ３Ｂがつながるように、残響音生成部１２７に供給されるディジタル音響信号Ｓ３ｂを所定期間遅延させるために配置されている。
【００２９】
残響音生成部１２７は、入力したディジタル音響信号Ｓ３ｂのフィードバックループが形成され、該ループ内に乗算器１３１、加算器１３２、遅延器１３３、周波数特性整合フィルタ１３４及び拡散フィルタ１３５を備えている。
この残響音生成部１２７において、乗算器１３１は、入力したディジタル音響信号Ｓ３ｂ及びフィードバックされたディジタル音響信号を予め定めた減衰量だけ減衰させて出力する。ここで、この乗算器１３１の減衰量は、上述したインパルス応答ＩＲの残響特性のうち経過時間ｔ２以降の減衰量に対応した値に設定される（図２参照）。従って、この乗算器１３１からは、図５に示すように、インパルス応答ＩＲｂの次の応答ＩＲｃを再現したディジタル音響信号Ｓ３ｃ、応答ＩＲｄを再現したディジタル音響信号Ｓ３ｄ、……、応答ＩＲｋを再現したディジタル音響信号Ｓ３ｋ（図示せず）が順次出力されることとなる。以下、入力したディジタル音響信号Ｓ３ｂとフィードバックされたディジタル音響信号Ｓ３ｃ〜Ｓ３ｋを特に区別する必要がない場合は、ディジタル音響信号Ｓ４と言う。
【００３０】
加算器１３２は、遅延器１２６を介して入力したディジタル音響信号Ｓ３ｂと、フィードバックされたディジタル音響信号Ｓ３ｃ〜Ｓ３ｋとを加算して出力する。ここで、フィードバックループ内の遅延器１３３は、加算器１３２にて一巡回前のディジタル音響信号Ｓ４と、一巡回後のディジタル音響信号Ｓ４とがつながるように、ディジタル音響信号Ｓ４を所定期間遅延させるために配置されている。具体的には、遅延器１３３は、図５に示すように、ディジタル音響信号Ｓ３ｃの先頭部分がディジタル音響信号Ｓ３ｂの末尾部分とつながるタイミングで出力されるようにディジタル音響信号Ｓ３ｃを遅延させ、同様に、ディジタル音響信号Ｓ３ｄの先頭部分がディジタル音響信号Ｓ３ｃの末尾部分とつながるタイミングで出力されるようにディジタル音響信号Ｓ３ｄを遅延させる。
これにより、加算器１３２からはディジタル音響信号Ｓ３ｂ、Ｓ３ｃ〜Ｓ３ｋが切れ間無く残響音のディジタル音響信号Ｓ３Ｂとして出力されるようになっている。
【００３１】
次に、周波数特性整合フィルタ１３４について説明する。周波数特性整合フィルタ１３４は、ディジタル音響信号Ｓ４の先頭部分の周波数特性と、末尾部分の周波数特性との差に対応する周波数減衰特性を有するフィルタである。以下、この周波数特性整合フィルタ１３４を設ける理由について説明する。
【００３２】
この周波数特性整合フィルタ１３４を使用しない場合は、ディジタル音響信号Ｓ４の先頭部分の周波数特性と末尾部分の周波数特性は、それぞれインパルス応答ＩＲｂの先頭部分と末尾部分から得られる周波数特性が再現されることとなる。図６に示す例のように、インパルス応答ＩＲｂの先頭部分の周波数特性と、末尾部分の周波数特性とは一般に異なっている。このため、フィードバックループによりディジタル音響信号Ｓ４を減衰させながら繰り返しつなげて残響音を生成する方式の場合、ディジタル音響信号Ｓ４の先頭部分と末尾部分の周波数特性の違いによって、各つなぎ目において違和感のある残響音が生成されることとなってしまう。
これに対し、本実施形態のエフェクタ１００は、周波数特性整合フィルタ１３４を設けて、ディジタル音響信号Ｓ４の巡回の度に、インパルス応答ＩＲｂの先頭部分と末尾部分の周波数成分の差に対応する周波数減衰処理を行っているので、一巡回後のディジタル音響信号Ｓ４の先頭部分の周波数特性を、一巡回前のディジタル音響信号Ｓ４の末尾部分の周波数特性と揃えることができる。これにより、各ディジタル音響信号Ｓ４のつなぎ目における周波数特性の差を簡易に低減でき、聴感上つなぎ目を自然につなげることが可能となるのである。
【００３３】
なお、この周波数特性整合フィルタ１３４は、対象とするディジタル音響信号Ｓ４の先頭部分と末尾部分の周波数特性の差に対応する周波数減衰特性に応じて、図７に示すように、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）構成、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）構成、ハイシェルビングフィルタ（ＨＳＦ：High Shelving Filter）構成などの様々な構成が適用される。なお、ハイシェルビングフィルタは、一般にオーディオアンプのトーンコントロールなどに使用されるフィルタであり、広いレンジにわたって調整が出来るという利点を有する。
【００３４】
また、拡散フィルタ１３５は、入力信号の位相を拡散させるフィルタであり、図８に示すように、フィードバック前のディジタル音響信号Ｓ４に含まれる反射音の数を級数的に増加させるために配置されている。ここで、図９にこの拡散フィルタの構成の一例を示すように、複数のオールパスフィルタ（ＡＰＦ）、遅延器及び乗算器を並列に多段接続する構成などが適用される。このように拡散フィルタ１３５を設けることにより、ディジタル音響信号Ｓ４内の反射音の数をフィードバックループを巡回する毎に増加させることができる。このため、本実施形態のように、ディジタル音響信号Ｓ４を減衰させながら繰り返しつなげて残響音を生成する方式の場合でも、音色の繰り返し感を低減でき、さらに、実際のインパルス応答のように高次反射音の数が時間の経過と共に級数的に増加するという残響音特性を簡易に再現することが可能となるのである。この結果、残響音生成部１２７は、インパルス応答ＩＲのうちインパルス応答ＩＲ０以降の応答（図５参照）を再現した残響音のディジタル音響信号Ｓ３Ｂを生成することが可能となる。
【００３５】
そして、この音響処理部１０９は、この残響音生成部１２７により生成されたディジタル音響信号Ｓ３Ｂと、初期反射音を含むディジタル音響信号Ｓ３Ａとを加算器１２４にて加算して出力する。この場合、上述したように、ディジタル残響音信号Ｓ３Ｂは遅延器１２６によりディジタル音響信号Ｓ３Ａの後に出力されるので、インパルス応答ＩＲを再現したディジタル音響信号Ｓ３を出力することが可能となる。
これにより、このエフェクタ１００は、マイクロホン１０１を介して入力した音響信号Ｓ１からある音場のインパルス応答ＩＲを再現したディジタル音響信号Ｓ３を生成でき、この音響信号Ｓ３をＤ／Ａ変換回路１１０でディジタルアナログ変換することによってアナログ音響信号Ｓ５を出力することができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係るエフェクタ１００は、インパルス応答ＩＲの一部の応答ＩＲ０に対応するインパルス応答データＤＩ０だけを用いてインパルス応答ＩＲを再現した音響信号Ｓ５を生成することができる。このため、インパルス応答ＩＲ全てのインパルス応答データを使って畳み込み演算を行う方法に比して、畳み込み演算量を低減することが可能となり、回路規模を小さくすることができる。
【００３７】
すなわち、このエフェクタ１００は、一般に残響音と呼ばれる範囲については、インパルス応答ＩＲの一部の応答ＩＲｂに対応するインパルス応答データＤＩｂを用いて畳み込み演算により音響信号Ｓ４を作成し、この音響信号Ｓ４からフィードバック回路を用いて減衰させながら繰り返しつなげることによって残りの残響音の音響信号Ｓ３Ｂを生成するので、畳み込み演算回路に比して簡易な回路で残響音の音響信号Ｓ３Ｂを生成することができるのである。
一方、このエフェクタ１００は、聴感上音場の違いを識別し易い初期反射音については、対応する範囲のインパルス応答データＤＩａをそのまま畳み込み演算に使用して音響信号Ｓ３ａを生成するので、原音場の違いを再現性高く聞き分け可能な音響信号Ｓ５を生成することができるのである。
【００３８】
また、残響音の音響信号Ｓ３Ｂを生成する際は、周波数特性整合フィルタ１３４により、一巡回後の音響信号Ｓ４の先頭部分の周波数特性を、一巡回前の音響信号Ｓ４の末尾部分の周波数特性に揃えるようにしているので、つなぎ目における周波数特性の差を低減することができ、聴感上つなぎ目を目立たなくすることができる。さらに、このとき拡散フィルタ１３５により音響信号Ｓ４に含まれる反射音の数を級数的に増加させるので、実際の残響音と同じ残響密度を再現することができる。
【００３９】
従って、このエフェクタ１００は、インパルス応答ＩＲの一部の応答ＩＲ０に対応するインパルス応答データＤＩ０だけを用いるだけで、原音場の再現性に優れ、かつ、自然な残響音特性を有する音響信号Ｓ５を簡易に生成することが可能である。
【００４０】
（２） 第２実施形態
第２実施形態に係るエフェクタ１００Ａが、第１実施形態に係るエフェクタ１００と大きく異なる点は、インパルス応答メモリ１０８に記憶されるインパルス応答データが、インパルス応答データＤＩａに対してフェードアウト処理を施したインパルス応答データＤＩａｆと、インパルス応答データＤＩｂに対してフェードイン処理とフェードアウト処理を施したインパルス応答データＤＩｂｆである点である。このように、フェードイン処理あるいはフェードアウト処理を施したインパルス応答データＤＩａｆ、ＤＩｂｆを畳み込み演算することにより、図１０に示すように、インパルス応答ＩＲａをフェードアウトした応答を再現するディジタル音響信号Ｓ３ａｆ、インパルス応答ＩＲｂ〜ＩＲｋを各々フェードイン、フェードアウトした応答を各々再現するディジタル音響信号Ｓ３ｂｆ〜Ｓ３ｋｆを生成することができる。
【００４１】
また、このエフェクタ１００Ａにおいては、音響処理部１０９の遅延器１２５及び１２６の遅延時間が第１実施形態の場合に比してわずかに短い時間に設定され、各ディジタル音響信号Ｓ３ａｆ〜Ｓ３ｋｆが示す応答のフェードイン及びフェードアウト領域が各々重なるように調整されている。
フェードイン、フェードアウト処理では、フェードインされたディジタル音響信号とフェードアウトされたディジタル音響信号が時間的に重なって加算されたときに、加算されたディジタル音響信号のつなぎ目の音圧レベルがスムーズになるように、フェードイン、フェードアウト処理のカーブが設定される。
このようにして、各ディジタル音響信号Ｓ３ａｆ〜Ｓ３ｋｆが示す応答のフェードイン及びフェードアウト領域が各々重なるように加算することにより、図１０に示すように、各応答の音圧レベルのつながりをスムーズにし、つなぎ目の位相ずれを目立たなくすることができる。この結果、このエフェクタ１００Ａは、第１実施形態の効果に加えて、さらに原音場の再現性に優れた自然な音響信号Ｓ５を生成することができる。
【００４２】
（３） 変形例
上述した各実施形態では、２つの畳み込み演算部１２１、１２２を備える構成としていたが、１つの畳み込み演算部を備える構成としてもよい。この場合、その畳み込み演算部の出力が遅延器１２６を経由して残響音生成部１２７に供給される。このような構成をとることにより、より簡易な構成で、原音場の再現性に優れた自然な音響信号Ｓ５を生成することができる。
【００４３】
上述した各実施形態においては、残響音生成部１２７が周波数特性整合フィルタ１３４と拡散フィルタ１３５の両方を具備する場合について述べたが、周波数特性整合フィルタ１３４のみを具備するようにしてもよい。少なくともこの周波数特性整合フィルタ１３４を用いれば、音を聞きながらフィルタ係数を調整するといった従来の煩雑な作業が必要なくなり、簡易に自然な残響音を得ることが可能となる。
【００４４】
また、上述した各実施形態においては、インパルス応答データＤＩａ及びＤＩｂ、あるいはＤＩａｆ及びＤＩｂｆのサンプル数が予め定められている場合について述べたが、各インパルス応答データＤＩａ及びＤＩｂ、またはＤＩａｆ及びＤＩｂｆのサンプル数をユーザが任意に変更できるようにしてもよい。このような構成にすれば、各種インパルス応答に応じて必要なインパルス応答データのサンプル数を調整することができ、このエフェクタ１００、１００Ａで様々な原音場を簡易に再現させることができる。また、ユーザの希望通りに原音場を再現可能な範囲で各インパルス応答データのサンプル数を低減することもでき、エフェクタ１００、１００Ａの演算量を低減することが可能となる。
【００４５】
上述した各実施形態においては、上記音響信号処理を行うためのプログラムを予めエフェクタ１００、１００ＡのＲＯＭ１０２に格納しておく場合について述べたが、このプログラムを磁気記録媒体、光記録媒体、半導体記憶媒体などのコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録し、ＰＣ（Personal Computer）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などのコンピュータがこのプログラムを読み取って実行するようにしてもよい。この場合、上述した音響処理部１０９の各種処理はコンピュータのディジタル処理によって実現することが可能である。また、このプログラムのインストール方法も任意でよく、上述した記録媒体からエフェクタ１００、１００Ａやコンピュータにインストールするようにしてもよく、また、このプログラムを格納するサーバからインターネットなどのネットワーク網を介してプログラムをダウンロードし、インストールするようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、原音場のインパルス応答の一部のインパルス応答データだけを使うことによって畳み込み演算量を減らしても、原音場を正確に再現し、自然な残響音特性を有する音響信号を簡易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係るエフェクタ１００の構成を示すブロック図である。
【図２】 インパルス応答ＩＲの残響波形の模式図である。
【図３】 インパルス応答データＤＩ０の内容を模式的に示す図である。
【図４】 音響処理部１０９の構成を示すブロック図である。
【図５】 音響信号の生成の説明に供する図である。
【図６】 インパルス応答ＩＲｂの先頭部分の周波数特性と末尾部分の周波数特性を示す特性曲線図である。
【図７】 周波数整合フィルタの構成例を示す図である。
【図８】 拡散フィルタ１３５の説明に供する図である。
【図９】 拡散フィルタの構成例を示す図である。
【図１０】 第２実施形態に係るエフェクタ１００Ａの音響信号の生成の説明に供する図である。
【符号の説明】
１００、１００Ａ……エフェクタ（音場再生装置）、
１０１……マイクロホン、
１０２……ＲＯＭ、
１０３……ＲＡＭ、
１０４……操作部、
１０５……ＣＰＵ、
１０６……表示部、
１０７……Ａ／Ｄ変換回路
１０８……インパルス応答メモリ、
１０９……音響処理部、
１１０……Ｄ／Ａ変換回路、
１１１……アンプ、
１２１、１２２……畳み込み演算部、
１２３、１２４、１３２……加算器、
１２５、１２６、１３３……遅延器、
１２７……残響音生成部、
１３１……乗算器、
１３４……周波数特性整合フィルタ、
１３５……拡散フィルタ、
ＤＩａ、ＤＩａｆ……インパルス応答データ（第１のインパルス応答データ）、
ＤＩｂ、ＤＩｂｆ……インパルス応答データ（第２のインパルス応答データ）、
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ、Ｓ３Ａ、Ｓ３Ｂ、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５……音響信号。
Claims (8)
- ある音場のインパルス応答を用いて該音場を再生する音場再生装置において、
前記インパルス応答に対応するデータであって、前記インパルス応答の最初から第１時点までの第１期間のデータである第１のインパルス応答データと、前記第１時点からインパルス応答の終了時点より前の第２時点までの前記第１期間に連続する第２期間のデータである第２のインパルス応答データとのみを記憶する記憶部と、
再生しようとする音響信号に対して、前記第１のインパルス応答データを畳み込み演算する第１の畳み込み演算手段と、
再生しようとする音響信号に対して、前記第２のインパルス応答データを畳み込み演算する第２の畳み込み演算手段と、
前記第２の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号を前記第１期間分遅延させて出力する第１遅延手段と、
前記第１の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号と、前記第１遅延手段により遅延された信号とを加算する第１加算手段と、
前記第１遅延手段により遅延された信号を前記第２期間分遅延させて出力する第２遅延手段と、
前記第２遅延手段により遅延された信号から残響音の信号を生成する残響音生成手段と、
前記第１加算手段により得られた信号と、前記残響音生成手段で生成された信号とを加算する第２の加算手段とを備え、
前記残響音生成手段は、
前記第２遅延手段により遅延された信号のフィードバックループを有し、該ループ内に、前記第２のインパルス応答データの先頭部分の周波数特性と末尾部分の周波数特性との差に対応する減衰特性を有する周波数特性整合フィルタを有することを特徴とする音場再生装置。 - 前記第１のインパルス応答データは、前記インパルス応答の初期反射音の範囲と残響音の一部の範囲を含むデータであることを特徴とする請求項１に記載の音場発生装置。
- ある音場のインパルス応答を用いて該音場を再生する音場再生装置において、
前記インパルス応答に対応するデータであって、前記インパルス応答の最初から第１時点までの第１期間のデータに対してフェードアウト処理を施した第１のインパルス応答データと、前記第１時点からインパルス応答の終了時点より前の第２時点までの前記第１期間に連続する第２期間のデータに対してフェードイン処理とフェードアウト処理を施した第２のインパルス応答データとのみを記憶する記憶部と、
再生しようとする音響信号に対して、前記第１のインパルス応答データを畳み込み演算する第１の畳み込み演算手段と、
再生しようとする音響信号に対して、前記第２のインパルス応答データを畳み込み演算する第２の畳み込み演算手段と、
前記第２の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号を前記第１期間分遅延させて出力する第１遅延手段と、
前記第１の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号と、前記第１遅延手段により遅延された信号とを加算する第１加算手段と、
前記第１遅延手段により遅延された信号を前記第２期間分遅延させて出力する第２遅延手段と、
前記第２遅延手段により遅延された信号から残響音の信号を生成する残響音生成手段と、
前記第１加算手段により得られた信号と、前記残響音生成手段で生成された信号とを加算する第２の加算手段とを備え、
前記残響音生成手段は、
前記第２遅延手段により遅延された信号のフィードバックループを有し、該ループ内に、前記第２のインパルス応答データの先頭部分の周波数特性と末尾部分の周波数特性との差に対応する減衰特性を有する周波数特性整合フィルタを有することを特徴とする音場再生装置。 - 前記残響音生成手段は、該ループ内に、
該ループに入力された信号を減衰させる減衰手段と、
該ループの一巡回前の信号と、該ループの一巡回後の信号とがつながるように、該ループに入力された信号を遅延させる遅延手段とをさらに有することを特徴とする請求項１または３に記載の音場再生装置。 - 前記残響音生成手段は、該ループ内に、該ループに入力された信号の位相を拡散させる拡散フィルタをさらに有することを特徴とする請求項１，３，４のいずれかに記載の音場再生装置。
- 前記減衰手段の減衰量は、前記ある音場のインパルス応答の前記第１時点以降の減衰量に対応する値に設定されることを特徴とする請求項５に記載の音場再生装置。
- ある音場のインパルス応答を用いて該音場を再生するためにコンピュータを、
再生しようとする音響信号に対して、前記インパルス応答に対応するデータであって、前記インパルス応答の最初から第１時点までの第１期間のデータである第１のインパルス応答データを畳み込み演算する第１の畳み込み演算手段と、
再生しようとする音響信号に対して、前記インパルス応答に対応するデータであって、前記第１時点から前記インパルス応答の終了時点より前の第２時点までの前記第１期間に連続する第２期間のデータである第２のインパルス応答データを畳み込み演算する第２の畳み込み演算手段と、
前記第２の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号を前記第１期間分遅延させて出力する第１遅延手段と、
前記第１の畳み込み演算手段の演算によって得られる信号と、前記第１遅延手段により遅延された信号とを加算する第１加算手段と、
前記第１遅延手段により遅延された信号を前記第２期間分遅延させて出力する第２遅延手段と、
前記第２遅延手段により遅延された信号から残響音の信号を生成する残響音生成手段と、
前記第１加算手段により得られた信号と、前記残響音生成手段で生成された信号とを加算する第２の加算手段として機能させ、
前記残響音生成手段を、前記第２遅延手段により遅延された信号のフィードバックループを有し、該ループ内に、前記第２のインパルス応答データの先頭部分の周波数特性と末尾部分の周波数特性との差に対応する減衰特性の周波数特性整合フィルタを有する手段として機能させるためのプログラム。 - 請求項７に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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