JP2666058B2 - 収音再生制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、一般の部屋あるいは試弾室等において、
あたかも大きなホール等で演奏（楽器演奏、歌唱等）を
しているような雰囲気をかもし出すことのできる収音再
生制御装置に関する。 〔従来の技術〕 一般の部屋にいてピアノやフルートなどの楽器演奏あ
るいは歌唱等の演奏をする場合、演奏者自身があたかも
大きなホールで演奏をしているような雰囲気を感じるこ
とができれば、演奏をより一層楽しいものにすることが
できる。また、プロの演奏家などが試弾室などで練習す
る場合においても、実際のホールにいるような雰囲気
（音調子なども含む）で演奏することができれば、より
本番に即した効果的な練習をすることができる。 従来、ホールらしさや拡がり感などを付加する装置と
して、リバーブレータ、カラオケシステム、サラウンド
プロセッサ等が提案されている。これらは、第２図に示
すようにソース（楽器の演奏音や歌唱音）12自身をコン
トロールファクタ10としてプロセッサ14で原音に適当な
残響を付加する等の信号処理をして、アンプ16,18を介
して、スピーカ20,22に供給するようにしている。 ところが、これらは人工的な残響音を付加しただけの
ものであり、ホール等の音響空間における自然な反射音
や残響音とは全く異なり、実際のホール等で演奏してい
る雰囲気までは出せなかった。 〔発明が解決しようとする問題点〕 この発明は、前記従来の技術における問題点を解決し
て、通常の部屋や試弾室等において実際のホール等で演
奏をしている雰囲気を出すことできる収音再生制御装置
を提供しようとするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、演奏位置の全周囲を取り囲むように配置
される少なくとも４個以上のスピーカ再生手段と、演奏
音を収音するマイク収音手段と、音響空間における反射
音の各仮想音源位置に対応して求められる各反射音の到
来方向と遅れ時間と振幅レベルからなる反射音データに
基づき、前記各スピーカ再生手段を用いて前記演奏位置
の周囲に前記音響空間またはこれに類似したモデル空間
における多数の反射音を再生するために、前記各スピー
カ再生手段の配置位置と前記反射音データのうち各到来
方向データとから求めた、前記各スピーカ再生手段で発
すべき反射音の遅れ時間とゲインとからなるインパルス
応答特性を、各スピーカ再生手段の反射音パラメータと
してそれぞれ記憶するパラメータ記憶手段と、前記パラ
メータ記憶手段に記憶された各反射音パラメータに基づ
き、前記マイク収音手段の収音信号に対して畳込み演算
することにより、各スピーカ再生手段で発すべき多数の
反射音をそれぞれ生成するとともに、前記各スピーカ再
生手段の対応する位置のものにそれぞれ供給する反射音
生成手段とを具備してなり、前記音響空間またはこれに
類似したモデル空間で演奏したときに当該演奏者に対し
て生じる多数の反射音の生成状態を、各反射音の方向性
まで含めほぼ同等に再現できるようにしたことを特徴と
するものである。 なお、ここでいう「反射音データ」とは、音響空間に
おいて反射音を構成する要素となるデータであり、具体
的には仮想音源分布等から求められる反射音の到来方
向、距離（＝遅れ時間）および振幅レベル等のデータで
ある。 また、「反射音パラメータ」とは、反射音データで特
定される反射音を、部屋において演奏位置の周囲に配し
た複数のスピーカでシミュレートするために、各スピー
カから発すべき反射音を生成するためのパラメータであ
り、具体的には遅れ時間とゲインのパラメータである。
この反射音パラメータは、反射音データと、演奏位置に
対するスピーカの位置等の関係で求められる。 〔作用〕 この発明の前記解決手段によれば、実際のホール等の
反射音データに基づき演奏の反射音をシミュレートする
ので、演奏者自身がそのホール等で演奏している雰囲気
を味わうことができる。 〔発明の原理〕 この発明では反射音データとして反射音の到来方向、
遅れ時間、振幅レベル等が利用される。これらの反射音
データは、例えばホール等の音響空間における仮想音源
分布により求めることができる。ここで、仮想音源と
は、ホール等の音響空間において、特定の受音点から見
た実効的な反射音の音源をいう。すなわち、実音源（実
際の音源をいう。）から発せられた音は、直接音として
受音点に直接到達するほか、壁、天井、床、座席等音響
空間内のあらゆる反射性部分にて反射し、受音点に到達
する。この場合、受音点では、反射音は受音点と壁面等
の反射点とを結ぶ線の延長上にある音源から発せられて
きた音として見なすことができるから、これをその受音
点における仮想の音源すなわち仮想音源として把えるこ
とができる。 したがって、ある受音点における音響空間は、その受
音点での仮想音源の分布として把握することができ、通
常の部屋等においても、各仮想音源からの演奏の反射音
をシミュレートすれば、その音響空間を再現し得て、実
際にその音響空間内で演奏しているような雰囲気を味わ
うことができる。 仮想音源の位置は、受音点からの方向と距離で決定さ
れるから、その仮想音源からの反射音をシミュレートす
るには、マイクロホンで収音した直接音を仮想音源の方
向から、その距離に対応した時間遅れで、かつ反射音の
振幅レベルに応じた音量で発すればよい。そして、これ
を音響空間における各仮想音源１つ１つについてそれぞ
れ行なえば、その音響空間で演奏している状態を再現す
ることができる。 仮想音源の求め方としては、再現しようとするホール
等の音響空間で実際にインパルス応答を測定して求める
方法と、ホール等の音響空間の形状から計算により求め
る方法とがある。 測定により求める方法 前者の測定による方法としては、いわゆる４点法と呼
ばれるものがある。これは、音響空間内の近接した４点
のインパルス応答の時間差を利用して、その点から見た
仮想音源の座標を求めるものである。 インパルス応答は、実音源と仮想音源から同時にイン
パルスを発したときの受音点での収音信号であると考え
られ、応答の初期部分では反射音が重ならず個々に識別
できるので、これを利用して仮想音源の分布を得る。 ４点法による測定は、第３図に示すように、対象とす
る音響空間24内で音源26によるインパルス応答をごく近
接した４つの受音点o,x,y,zで測定する。これらの受音
点o,x,y,zは一平面上にないことが必要条件であるが、
後の処理を容易にするため、第４図に示すように、１つ
の受音点ｏを基準の原点として、他の３つの受音点x,y,
zが直交座標を形成するように配置する。原点ｏとの距
離は等しくｄとする。 無響室内に反射板を１枚設置した簡単な実験を例に説
明する。 各受音点o,x,y,zにおけるマイクロホンMIC_o,MIC_x,MIC
_y,MIC_z,の出力は、第５図に示すようになる。これは、
直接音が各マイクロホンMIC_o,MIC_x,MIC_y,MIC_zにそれぞ
れ時刻to_o,tx_o,ty_o,tz_o,に入射し、反射板からの反射音
がto₁,tx₁,ty₁,tz₁に入射したことを示している。 第６図は、反射音の行程を模式的に示したものであ
る。音源26は受音点o,x,y,zから見てｙ軸の方向にある
ので、直接音はまずマイクロホンMIC_yに入射し、次にマ
イクロホンMIC_o,MIC_x,MIC_zにほぼ同時に入射する。この
ため、第５図のように、 ty_o＜to_o≒tx_o≒tz_o が直接音について成立し、反射音については、 ty₁＜to₁≒tz₁＜tx₁ が成立する。 各受音点o,x,y,zから仮想音源26′までの距離ro₁,r
x₁,ry₁,rz₁は音速をｖとすると次式で表わされる。 ro₁＝ｖ・to₁ rx₁＝ｖ・tx₁ ry₁＝ｖ・ty₁ rz₁＝v.tz₁ 任意の仮想音源の座標を（x_n,Y_n,Z_n）、その仮想音源
から各受音点o,x,y,zまでの距離をそれぞれro_n,rx_n,r
y_n,rz_nとして、各受音点o,x,y,zを中心とし、仮想音源
を表面上にもつ球の方程式は、 Xn²＋Yn²＋Zn²＝ro_n ² （Xn−ｄ）^２＋Yn²＋Zn²＝rx_n ² Xn²＋（Yn−ｄ）^２＋Zn²＝ry_n ² Xn²＋Yn²＋（Zn−ｄ）^２＝rz_n ² となる。この式を解くと、 となる。 以上のようにして、各反射音に対応する仮想音源の座
標を決定することができる。 一般に、インパルス応答は第５図のように単純ではな
く、多くの反射音が集まって複雑な形をしている。特定
の反射音が作り出しピークを各受音点のインパルス応答
から選び出すには、短い区間の相互相関を用いる。すな
わち、マイクロホンMIC_oの出力のある区間と最も相互相
関係数が大きくなるような区間をマイクロホンMIC_x,MIC
_y,MIC_zの出力の中から選び出して、反射音の到来時間to
_n,tx_n,ty_n,tz_nを決定する。 以上説明した４点法によりあるホールの仮想音源分布
に測定した一例を第７図〜第９図に示す。第７図はＸ−
Ｙ平面（水平面）への投影図、第８図はＹ−Ｚ平面への
投影図、第９図はＸ−Ｚ平面の投影図である。図中ｏの
大きさは反射音のレベルを表わし、これは例えばマイク
ロホンMIC_oで代表して測定される。 計算により仮想音源を求める方法 仮想音源を測定によらず計算により求める方法として
は、鏡像法がある。これは第10図に示すように、壁面24
を鏡にたとえ、実音源27から音を発し、受音点28で音を
受ける場合に、壁面24での反射音を鏡でいう虚像位置に
ある音源30から仮想的に発せられたものとみなし、これ
ら仮想音源30に音響空かの壁面形状に応じて求めていく
ものである。 鏡像法によりあるホールの仮想音源分布を求めた一例
を第11図，第12図に示す。第11図はＸ−Ｙ平面（水平
面）への投影図、第12図はＹ−Ｚ平面への投影図であ
る。鏡像法の場合、振幅レベルは、受音点28から仮想音
源までの距離に応じてそれぞれ設定する。 以上のようにして測定あるいは計算により求められた
仮想音源分布のデータに基づいて、各仮想音源からの演
奏の反射音を部屋でシミュレートする場合、部屋内の四
方に複数のスピーカを配置し、演奏をマイクロホンで収
音し、その収音した信号を適宜のスピーカ（仮想音源の
方向に対応）から適宜の時間遅れ（仮想音源までの距離
に対応）と、適宜の音量（反射音の振幅レベルに対応）
で発することにより、演奏の反射音をシミュレートする
ことができる。 この場合、部屋内における演奏位置と各スピーカとの
位置によって演奏位置で聴く反射音の方向、距離、レベ
ルが変動するから、演奏位置に対するスピーカの位置
（方向および必要に応じて距離）も考慮して、いずれの
方向のスピーカからどの程度の音量と遅れ時間で反射音
を発するかを算出する。 また、スピーカは理想的にはすべての仮想音源の方向
に配置する必要がある。しかし、それを実現するには、
演奏位置を中心に部屋の少なくとも上半球面に漏れなく
スピーカを配置することになり、現実には実現不可能で
ある。経済的には４個〜10個程度が限度であるから、そ
の程度の数のスピーカを部屋内の周囲に配置して、各ス
ピーカの分担領域を定め、各領域内に含まれる仮想音源
の反射音をそれぞれ対応するスピーカで代表してシミュ
レートするようにする。この方法によれば、隣接するス
ピーカの中間にある仮想音源からの反射音はそのいずれ
か１つのシミュレートで代表して発せられるので、厳密
に言えば、仮想音源の方向を正確にシミュレートするこ
とにはならないが、スピーカ個数がある程度多ければ、
実用上は問題ないし、人の聴覚の方向判別能力に限界が
あることを考えれば、これでも十分である。 あるいは、隣接するスピーカの中間にある仮想音源の
方向を正確にシミュレートする必要がある場合には、そ
れらのスピーカ間の音量配分により、それが実現可能で
ある。 このようにスピーカの中間にある仮想音源からの反射
音をいずれか１つのスピーカで代表してシミュレートす
る場合と、スピーカ相互間の音量配分によりシミュレー
トする場合において、各スピーカから発すべき音量およ
び遅れ時間についてそれぞれ説明する。 １つのスピーカで代表してシミュレートする場合 第13図は、演奏位置34を中心に８個のスピーカSP1〜S
P8を配置したものである。ここでは、音響空間を隣接す
るスピーカの中央位置と演奏位置34とを結ぶ線で区切っ
て、水平面で８つの領域d1〜d8に分割する。各領域d1〜
d8にある反射音をP_Mnとすると、演奏位置34でこれら反
射音P_Mnを得るに必要な各スピーカSP1〜SP8の再生音P_Mn
（Ｍ＝１〜８）は次式で表わされる。 但し NM（Ｍ＝１〜８）：各領域d1〜d8にある仮想音源数（＝
反射音数） U:ユニット関数 t:時間 τ_n:反射音の遅れ時間 隣接するスピーカ相互間の音量配分によりシミュレ
ートする場合。 第14図に示すように、部屋36内の例えば四隅に４個の
スピーカSP1〜SP4を配置し、演奏位置38と各スピーカSP
1〜SP4を結ぶ線で４つの象限n,m,l,kに区分し、各スピ
ーカSP1〜SP4でそれぞれの左右の象限にある仮想音源か
らの反射音をシミュレートする。すなわち、スピーカSP
4,SP1の音量比で象限ｎ内の反射音をシミュレートし、
スピーカSP1,SP2の音量比で象限ｍ内の反射音をシミュ
レートし、スピーカSP2,SP3の音量比で象限ｌ内の反射
音をシミュレートし、スピーカSP3,SP4の音量比で象限
ｋ内の反射音をシミュレートする。各反射音をシミュレ
ートするに必要な各スピーカSP1〜SP4の再生音P_Ms（Ｍ
＝１〜４）は次式のようになる。 但し、 P_n,P_m,Pl,Pk:反射音のレベル τ_ｎ、τ_m,τl,τk:反射音の遅れ時間 θ_n,θ_m,τl,τk:反射音のＸ−Ｙ平面（水平面）上での
方向角度 θ₁,θ₂,θ₃,θ₄:スピーカSP1〜SP4のＸ−Ｙ平面上での
方向角度 τ_Mn,τ_Mm,τ_Ml,τ_Mk:各スピーカ再生音の遅れ時間。±
の修正項は演奏者の両耳間距離による補正であり、ここ
では15cmの場合を想定している。 Nl,Ml,Ll,Kl:各象限n,m,l,kにある仮想音源数 t:時間 U:ユニット関数 なお、上式では隣りあうスピーカの中間にある仮想音
源からの反射音の方向をシミュレートするために、それ
らの間の信号配分を第15図に示すCOS関数とした場合に
ついて示したが、第16図に示す線形関数あるいは第17図
に示すlog関数等スピーカ配置あるいはスピーカ特性等
に応じて反射方向を最も近似できるものを用いるように
する。 以上説明した信号配分により、第14図のスピーカ配置
を利用してすべての方向からの反射音をシミュレートす
ることができる。 なお、実際のホール等で演奏する場合、演奏者は演奏
位置で演奏しながらかつその位置で反射音を聴くことに
なるので、音源と受音点をともに演奏位置すなわちステ
ージ上に設定して仮想音源分布を求めれば、その仮想音
源分布に基づく各スピーカの反射音パラメータを用いて
反射音を生成すれば、通常の部屋において演奏者はその
ホール等のステージ上にいる雰囲気で演奏をすることが
できる。また、これに限らず、音源と受音点を様々変え
て求めた仮想音源分布に基づいて反射音パラメータを求
めれば、種々の趣の演奏を楽しむことができる。 なお、部屋において、スピーカと演奏位置との間には
距離があり、時間差が生じるので、仮想音源から発した
反射音をより正確にシミュレートするには、この時間遅
れをも考慮したうえで各スピーカからの再生音を求める
ようにする。 第18図は、４点法を用いて或るホールの仮想音源から
の反射音データ（到来方向、距離、振幅レベル）を測定
し、これに基づき反射音を第４図のスピーカ配置でシミ
ュレートする場合に、各スピーカSP1〜SP4から再生すべ
き信号P_Mn（Ｍ＝１〜４）を前記第（２）式から求めた
ものである これは、各スピーカSP1〜SP4から出力される信号の反
射音構造を示しており、各スピーカ方向でのインパルス
応答とも考えてよい。隣り合うスピーカのインパルス応
答には相互に関連があり、すなわち、これらスピーカ方
向間に位置する反射音が両スピーカによって正しくその
方向に定位するように両インパルス応答の振幅レベル遅
延時間が予じめ計算されている。 ソース信号（レコード再生信号等の連続信号）につい
て反射音を生成する場合は、ソース信号を構成する各サ
ンプル値について、これらインパルス応答をパラメータ
（ゲインおよび遅延時間について）として、反射音列を
生成し（サンプル値が得られた時刻を基準として個々の
反射音を発生する遅延時間を計数し、サンプル値に個々
のゲインを掛けたレベルで個々の反射音のレベルを定め
る。）、各サンプル値について得られるこれらの反射音
列を各時点において相互に加算していけば、各スピーカ
方向における反射音が生成され、これらを対応するスピ
ーカから発すれば、演奏位置38（第14図）にいる演奏者
にとつては、自分があたかもその仮想音源分布を有する
ホールで演奏しているような雰囲気を味わうことができ
る。 インパルス応答の反射音パラメータに基づく反射音生
成処理としては、後述するたたみ込み演算による方法等
を利用することができる。 なお、この発明においては、マイクロホンは１本に限
らず複数本使用することができる。 また、マイクロホンでの収音はできるだけ部屋の音響
特性によって影響されないことが望ましい。そのために
は、部屋自体での反射はできるだけ少ないことが望まし
く、適当な吸音処理を施すことによりその状態が得られ
る。 また、この発明ではマイクロホンで収音した音を信号
処理し、再びスピーカにより再生するため、ハウリング
現象を起こさないように注意することが必要である。そ
のためのスピーカおよびマイクロホン配置については、
後述する実施例で述べる。 ところで、ホール等での反射音は実際には２〜３秒程
度続くのが普通であり、これをすべて反射音パラメータ
により生成するとすれば、その長さ分演奏音のデータを
メモリに蓄えておかなければならないことになり、場合
によってはメモリ容量が膨大なものになってしまう。か
といって、初期反射部分（一般のホールでは数百ミリ
秒）しか生成しないのでは、急に音が途切れてしまい、
ホール等の雰囲気を十分に出すことはできない。 そこで、くし形フィルタやオールパスフィルタ等単純
なくり返し（フィードバック）ループで構成される残響
付加装置を利用して、反射音の中期〜後期部分を生成す
れば、少ないメモリ容量で長い反射音を得ることができ
る。実際のホール等における反射は、初期部分では充分
明確に反射音として認識できるが、後にいくほど反射音
は多数出現してくるので、段々と混沌としてきて、１本
１本が不明確になる。別の言い方をすれば、後の混沌と
した反射音集合体は拡散音であり、統計的量であるか
ら、それを再現するにはその量を制御するのみで足り、
くし形フィルタやオールパスフィルタ等の単純なくり返
し形の残響付加装置で十分である。 第１図は、以上の原理を利用したこの発明の収音再生
制御装置を概念図で示したものである。ここでは、再現
しようとするホール（例えばカーネギーホール）等の
「反射音データ」として、その仮想音源分布に基づき、
反射音の到来方向、遅れ時間（距離に対応）および振幅
レベルを求め、これらの反射音データとシミュレートに
利用するスピーカ配置とから、反射音をシミュレートす
るために各スピーカから出力すべき反射音の遅れ時間と
振幅レベルを「反射音パラメータ」として各スピーカご
とに求め、これら反射音パラメータをコントロールファ
クタ42として、プロセッサ46により、各仮想音源におけ
るソース（マイクロホンで収音した演奏音）44の反射音
をシミュレートするために各スピーカで再生すべき反射
音信号を生成し、これらスピーカごとに生成された反射
音信号をアンプ48,50,52,54を介してスピーカ56,58,60,
62に供給することにより、各仮想音源からの反射音をシ
ミュレートしている。 〔実施例１〕 第19図は、この発明の一実施例を示したものである。
部屋80は吸音処理を施して、デッドな特性とする。部屋
80の四隅には、演奏者88の方向に向けてスピーカ56,58,
60,62が配置されている。また、部屋80の中には、５本
のマイクロホン81,82,83,84,85が配置されている。マイ
クロホン81は楽器90に向けて配置され、マイクロホン82
〜85はスピーカ56,58,60,62の中間位置にそれぞれ配置
されている。ちなみに、マイクロホン81は楽器音自身を
収音し、マイクロホン82,83,84,85は楽器の方向性（楽
器がどの方向を向いているか）をも考慮した音の吸音を
行なっている。なお、マイクロホンの本数は１〜９本程
度が実用的である。 演奏者88が楽器90を演奏すると、その音はマイクロホ
ン81〜85で収音され、これらの収音信号はマイクロホン
ヘッドアップを内蔵したマイクミキシング回路92でミキ
シングされる。そして、プロセッサ46で反射音パラメー
タに基づいて反射音が生成される。これら生成された反
射音は４チャンネルアンプ72（第１図のアンプ48,50,5
2,54を合わせたもの）を介して、各スピーカ56,58,60,6
2から発せられることにより、演奏者88はあたかもその
ホールに自らいて演奏しているような雰囲気を味わうこ
とができる。反射音パラメータは、演奏者88がその演奏
位置において、リモートコントローラ76の操作により、
調整可能である。 第19図におけるプロセッサ46の具体例を第20図に示
す。第20図において、マイクロホン81〜85で収音された
演奏信号はマイクミキシング回路100でミキシングさ
れ、入力ボリウム102でレベル調整される。そして、ロ
ーパスフィルタ（A/D変換の際の折り返し防止用）およ
びサンプル・ホールド回路104を介して、A/D変換器106
でA/D変換される。そして更に、反射音に周波数特性を
付与するために、各チャンネルごとにディジタルフィル
タ108,110,112,114に通される。 ディジタルフィルタ108,110,112,114から出力された
演奏信号は、各チャンネルの反射音生成回路116,118,12
0,122に入力される。反射音生成回路116,118,120,122で
は、マイクロコンピュータ124の指令により、メモリ126
に記憶されている各チャンネルの反射音パラメータ（遅
れ時間データとゲインデータ）に基づき、各チャンネル
ごとに演奏信号の反射音信号をそれぞれ生成する。生成
されたこれらの反射音信号は、D/A変換器124において時
分割多重的にD/A変換される。D/A変換器124の出力信号
は、各チャンネルごとに時分割して振り分けられて、サ
ンプル・ホールド回路およびローパスフィルタ126,128,
130,132を介してそれぞれ、平滑され、アナログ信号に
戻される。そして、出力ボリウム134,136,138,140およ
びパワーアンプ48,50,52,54を介して各チャンネルスピ
ーカ56,58,60,62にそれぞれ供給される。これにより、
各チャンネルスピーカ56,58,60,62からは、各対応する
方向の仮想音源からの演奏の反射音が発生され、その仮
想音源の分布で特定されるホール等の音響空間が再現さ
れる。 なお、メモリ（ROM）126にはホール等各種音響空間の
反射音パラメータおよびディジタルフィルタ108,110,11
2,114の周波数特性のパラメータが各チャンネルごとに
記憶されており、ワイヤレスリモコン76の操作に基づ
き、リモコンセンサインターフェイス142を介して、マ
イクロコンピュータ124の指令によりそのいずれかのホ
ールのパラメータが読み出される。 読み出された周波数特性のパラメータはRAMに一旦転
送され、このRAMに保持されたパラメータに基づきディ
ジタルフィルタ108,110,112,114の周波数特性が制御さ
れる。RAMに保持された周波特性のパラメータは、ワイ
ヤレスリモコン76の操作により好みに応じて調整が可能
である。 また、読み出された各チャンネルの反射音パラメータ
（遅延時間ディジタルおよびゲインデータ）は、各チャ
ンネルの反射音生成回路116,118,120,122内に設けられ
たRAM（後述する第23図のパラメータメモリ160）に一旦
転送され、このRAMに保持された反射音パラメータに基
づき、反射音生成回路116,118,120,122で各チャンネル
ごとに演奏信号の反射音が生成される。RAMに保持され
た反射音パラメータは、ワイヤレスリモコン76の操作に
より微調整が可能であり、これにより残響感を自分の好
みに応じて変更することができる。 ところで、反射音生成回路116,118,120,122は、それ
らの入力信号（演奏信号）を遅延した信号の重ね合せ
（たたみ込み演算）により反射音信号を生成することが
できる。このたたみ込み演算による反射音生成について
以下説明する。 たたみ込み演算による反射音生成は、前記第18図に示
した各チャンネルの反射音パラメータ列に基づき、演奏
信号から種々の時間遅れと振幅レベルを持つ信号を作
り、それらを重ね合せるものである。すなわち、１つの
チャンネルについて説明すると、そのチャンネルで利用
すべき反射音パラメータ列が、第21図に示すように演算
信号（直接音）を基準として、遅れ時間τ_ｉ（ｉ＝1,2,
…,n）とゲイン（振幅レベル）g_iのパラメータの組み合
せで構成されているとすると、第22図に示すように、マ
ルチタップを有するディレイメモリ163を用いて、遅れ
時間τ_ｉに対応する各タップからそれぞれ遅延信号を取
り出して、振幅調整器152−１乃至152−ｎでゲインg_iを
それぞれ付与して、加算器153で合成する。これによ
り、加算器153からは、 なる反射音信号が出力される。 第22図の反射音生成回路116（118,120,122も同じ）の
具体例を第23図に示す。 なお、ディレイメモリ163の構成については、アナロ
グ信号の場合はBBDやCCD等の電荷転送素子を用いたも
の、ディジタル信号の場合はシフトレジスタあるいはRA
Mを用いてプログラム制御したディジタルメモリ等を用
いることができるが、以下の実施例では構成的に自由度
が大きく、パラメータ（遅延時間およびゲイン）の設
定、変更が容易なRAMを用いた場合について説明する。 第23図において、パラメータメモリ（RAM）160は、ワ
イヤレスリモコン76の操作によりメモリROM126（第20
図）から読み出された反射音パラメータのうち、該当す
るチャンネル（反射音生成回路116であれば前方チャン
ネル）の反射音パラメータを各アドレスに記憶する。記
憶された反射音パラメータを下表に示す。 なお、この表でτ_０は入力信号の１サンプリング周期
を示すものである。したがって遅延時間データτ₁/τ₀,
τ₂/τ₀,…（整数値）は、遅延時間τ₁,τ₂,…に対応す
るサンプルの位置を（すなわちいくつ前のサンプルか
を）示すものとなる。 データメモリ（デイレイメモリ）163はRAMで構成さ
れ、前記ディジタルフィルタ108,110,112,114（第20
図）から出力されるディジタル化された演奏信号が順次
書込まれるとともに、パラメータメモリに記憶された遅
延時間データ τ₁/τ₀,τ₁/τ₀,…に対応した位置の遅延データが読み
出される。 カウンタ164はデータメモリ163において書込みを行な
う現アドレスを指示するもので、入力信号の１サンプル
周期ごとにインクリメントされていく。 カウンタ165はパラメータメモリの読出しアドレスを
指定するもので、入力信号の１サンプル周期内で０から
ｎまでカウントアップして遅延時間データおよびゲイン
データの各パラメータを読出す。 マルチプレクサ166はパラメータメモリ160に加えるア
ドレス指令をパラメータコントローラ162からの書込み
アドレスあるいはカウンタ165からの読出しアドレスの
いずれかに切替えるものである。 引算器167はカウンタ164からの現アドレスとパラメー
タメモリ160からの遅延時間データを引算した値をデー
タメモリ163のアドレス指令として出力するものであ
る。データメモリ163は、パラメータメモリ160の読出し
アドレスが０のとき（すなわち遅延時間データ、ゲイン
データとも０が読出されているとき）は書込みモードに
切替えられるため、このとき引算器167の出力（すなわ
ちカウンタ164からの現アドレス）は書込みアドレス指
令としてデータメモリ163に加わる。また、データメモ
リ163は、パラメータメモリ160の読出しアドレスが０以
外のときは読出しモードに切替えられるため、このとき
引算器167の出力（すなわち現アドレスに対して遅延時
間データに相当する距離離れたアドレス）は読出しアド
レス指令としてデータメモリ163に加わる。 乗算器168はデータメモリ163から読出された遅延信号
にそのときパラメータメモリ160から読出されている対
応するゲインデータを付与するものである。 アキュムレータ169は乗算器168から出力される遅延信
号をレジスタ175と加算器170で累算（たたみ込み演算）
して、前記第（３）式に示した反射音信号を作成するも
のである。アキュムレータ169で作成された反射音信号
はその後D/A変換器124（第20図）でD/A変換されて出力
される。なお、アンド回路171は、反射音信号が作成さ
れるごとに信号C3によりそれまでの累算データを遮断し
て、累算値を０にリセットするものである。 タイミングコントローラ172は上記の各回路を動作さ
せるための各タイミング信号C1〜C5を作成するためのも
のである。 次に第23図の装置の動作について説明する。 （１）反射音パラメータの設定 はじめに、ワイヤレスリモコン76の操作により、再現
しようとするホールを選択する。これにより、メモリ12
6（第20図）からは該当するホールの反射音パラメータ
τ_１〜τ_n,g₁〜g_nが読み出され、パラメータメモリ160
に書き込まれる。書き込まれた反射音パラメータτ_１〜
τ_n,g₁〜g_nは、ワイヤレスリモコン76の操作により調整
が可能である。 この書込みおよび調整を行なうときは、パラメータメ
モリ160は書込みモードに切替えられ、マルチプレクサ1
66はパラメータアドレス166側に切替えられている。 （２）残響信号の作成 パラメータの設定が終わったら、パラメータメモリ16
0を読み出しモードに切替え、マルチプレクサ166をカウ
ンタ165側に切替え、データメモリ163に入力信号（マイ
クロホンの収音信号）を供給して反射音信号の作成を行
なう。 反射音信号の作成は入力信号の１サンプリング周期を
１単位として、その中でデータメモリ163への入力信
号の書込みデータメモリ163から設定された各遅延時
間τ_１〜τ_ｎに対応した遅延信号の読み出し読み出さ
れた各遅延信号に対する重み付け（g₁〜g_n）累算を行
なって反射音信号を作成する。各々の行程について第24
図のタイムチャートを参照して説明する。 データメモリ163への入力信号の書込み クロックC1の立上りでクロックC4がローレベルとなっ
てカウンタ165はクリアされる。したがって、パラメー
タメモリ160はアドレス０が指定され、遅延時間デー
タ、ゲインデータとも「０」が読み出される。そして、
次のクロックC5の立上りでクロックC2も立上りデータメ
モリ163は書込み状態となる。このとき、パラメータメ
モリ160からの遅延時間データは上述のように「０」で
あるから、引算器167の出力はカウンタ164の出力そのも
のであり、データメモリ163におけるこのカウンタ164の
出力の示すアドレスに入力信号が書込まれる。 データメモリ163からの遅延信号の読出し データメモリ163への書込みが終了すると、データメ
モリ163は読み出しモードとなる。クロックC5は１サン
プリング周期内に前記の書込みの１回と、読み出しのｎ
回の合わせてｎ＋１回立上る。カウンタ165はこのクロ
ックC5をカウントして、そのカウント値をパラメータメ
モリ160に加えて遅延時間データとゲインデータの各パ
ラメータτ_１〜τ_n,g₁〜g_Nを読み出す。例えば、カウン
タ165のカウンタ値が「１」のときは、パラメータメモ
リ160のアドレス１から遅延時間データτ₁/τ_０および
ゲインデータg₁が読み出される。更に、順次アドレス２
からτ₂/τ_０とg₂,…アドレスｎからτ_n/τ_０とg_nがそ
れぞれ読み出される。 パラメータメモリ160から読み出された遅延時間パラ
メータは引算器167でカウンタ164のカウント値と比算さ
れ、引算器167からはカウンタ164のカウント値すなわち
現アドレスを基準として遅延時間データの示す距離だけ
手前のアドレスが出力され、データメモリ163から対応
するアドレスに記憶されている遅延信号X₁〜X_nが読み出
される。 重み付け データメモリ163から読み出された遅延信号は、乗算
器168において、パラメータメモリ160から読み出された
各対応するゲインデータg₁〜g_nを付与される。 累 算 反射音信号は、カウンタ165のカウント値が「１」か
ら「ｎ」まで変化する間に乗算器168から出力されるデ
ータg₁・x₁〜g_n・x_nを累算して得られる。この累算を行
なうため、アキュムレータ169は、カウンタ165のカウン
ト値が「１」のときクロックC3が立下がって、前の累算
値がリセットされる。すなわち、カウンタ165が「１」
のときアンド回路171はオフとなって、加算器170の出力
は乗算器168の出力g₁・x₁のみの値となりレジスタ175に
保持される。次のクロックC5のタイミングでレジスタ17
5はg₁・x₁を出力し、加算器170で次のデータg₂・x₂に加
算されて、レジスタ175の値が書き替えられる…という
具合に順次加算（累算）をくり返し、ｎ項加算して が得られたところで、この値を反射音信号として出力す
る。 以上の動作によって、入力信号（演奏信号）のサンプ
リング周期ごとにその反射音信号が生成される。なお、
上記の説明では複数チャンネルある反射音信号のうち１
つのチャンネルについてのみ示したが、他のチャンネル
の反射音信号も同様の構成で生成することができる。 ところで、メモリ（ROM）126（第20図）からパラメー
タメモリ（RAM）160（第23図）に或るホールの反射音パ
ラメータを読み出した後、これをワイヤレスリモコン76
で調整することによって、反射特性を変更することがで
きる。調整の内容としては、例えば次のものがある。 第25図は、前記第18図に示した各チャンネルの反射音
パラメータのうち、スピーカ1,2のものについて遅延時
間の値に係数を掛けて、相対的に遅延時間を拡大または
縮少したものである。これは、再現しようとするホール
の広さ（SIZE）を可変することに相当し、大きな係数
（＞１）を掛けて遅延時間を長くすればホールが広がっ
た感じがし、小さな係数（＜１）を掛けて遅延時間を短
くすればホールが狭くなった感じがする。 このようにして、ホールの広がり感を0.0〜3.0倍程度
（メモリ容量の増加により、任意の倍数まで可能であ
る。）調整することができる。 第26図は、反射音パラメータ列のゲイン（反射音の振
幅レジスタ相当）の傾斜を可変したものであり、これに
よりライブ感（LIVENESS）が可変される。すなわち、ゲ
インの傾斜を急峻にすればデッドな特性となり、ゆるや
かにすればライブな特性となる。これは、遅れ時間の大
きい反射音ほどレジスタを大きくまたは小さくしていく
ことにより実現される。また、反射音パラメータ列の遅
延時間ゲインあるいはこれら双方を周期的に変化させる
こともできる。例えば、正弦波状低周波信号で各パラメ
ータ値を揺さぶってやると、再現される音響空間は聴感
上空間的明瞭度がぼやけてくる（DIFFUSION）感じとな
り、特殊な音響効果を得ることも可能となる。 ここでスピーカとマイクロホンの他の配置例について
説明する。 第27図の配置 第27図は、スピーカ４個、マイクロホン４個の配置列
である。すなわち、スピーカ56,58,60,62は部屋80の天
井の四隅に配置され、マイクロホン82,83,84,85は天井
の各スピーカ56,58,60,62の中間位置にそれぞれ配置さ
れている。各マイクロホン82,83,84,85は隣接するスピ
ーカ56,58,60,62から等距離の離れた位置にあるので、
ハウリングは起きにくくなっている。また、マイクロホ
ン82,83,84,85は天井壁面に取り付けた状態とし、マイ
クロホン入力の周波数特性が平坦になるように配置され
ている。 第28図の配置 第28図は、マイクロホン82,83,84,85を部屋80の床部
四隅に配置したものである。この配置では、マイク収音
点の音圧が、全周波数帯域に亘って最も大きく、周波数
特性が平坦である。また、スピーカ56,58,60,62からの
直接の音の放射の影響は少なく、ハウリングマージンも
大きい。 第29図の配置 第29図は、４本の指向性マイクロホン82,83,84,85を
天井四隅付近において楽器音源方向（部屋80の中央方
向）に向けて配置したものである。マイクロホン82,83,
84,85は、スピーカ56,58,60,62の放射軸線に近い位置に
配置されているが、指向性が強く、かつスピーカ56,58,
60,62を背にしているので、スピーカ56,58,60,62からの
音は収音せず、ハウリングマージンが格段に増大する。 〔実施例２〕 第30図の実施例は、マイクロホン82,83,84,85の収音
信号を個々に信号処理したものである。すなわち、各マ
イクロホン82,83,84,85の収音信号は、入力ボリウム140
〜143、ローパスフィルタおよびサンプルホールド回路1
44〜147を介してA/D変換器148〜151でA/D変換される。A
/D変換された各チャンネルの信号は、ディジタルフィル
タ108,110,112,114にそれぞれ入力され、以後前記第20
図の実施例と同様にして反射音が生成される。このよう
にすると、各マイク収音信号が独立であるので、室内で
楽器の方向感等もコントロールすることができる。時に
指向性がある音源に対しては、演奏する位置において、
より自然なホール感を再現することができる。 なお、この場合、スピーカおよびマイクロホンの配置
として、前記第29図の配置を用いれば、各スピーカ方向
上で収音し、そのスピーカから再生するため、音の指向
特性の信号処理が容易になる。 〔実施例３〕 ところで、この発明の反射音パラメータによる反射音
生成では、ホール等の反射音を忠実に再現しようとする
と、反射音の持続時間に応じたメモリ容量を必要とする
ので、長い残響時間を得ようとすると、メモリ容量が膨
大なものになってしまう。 第31図の実施例はこの問題を解決して、少ないメモリ
容量で長い残響時間が得られるようにしたものである。
すなわち、初期反射音は前述した反射音パラメータによ
る反射音生成過程で１本１本個別に生成し、ほとんど拡
散化してきてしまう中期〜後期反射音についてはくし形
フィルタやオールパスフィルタ等単純なくり返しループ
で構成できる残響付加装置を利用して残響音生成過程で
生成するようにしている。 第31図において、反射音生成回路116,118,120,122は
前記第20図や第30図の各実施例において用いたものと同
様に構成され、各チャンネル入力信号からその初期反射
音を生成する。また、残響音生成回路186,188,190,192
はくし形フィルタやオールパスフィルタ等で構成され、
各チャンネル入力信号または反射音生成回路116,118,12
0,122の出力信号からその中期〜後期反射音を生成す
る。これら反射音生成回路116,118,120,122および残響
音生成回路186,188,190,192の出力信号は、各チャンネ
ルごとに合成され、前記実施例と同様の信号処理を経
て、各スピーカ56,58,60,62に供給される。 第31図の実施例で得られる反射音特性（インパルスを
入力した場合の１つ１つのチャンネルの出力信号）の一
例を第32図に示す。初期反射音部分は反射音生成回路11
6（118,120,122）で得られ、中期〜後期反射部分は残響
音生成回路186（188,190,192）で得られている。 なお、反射音生成回路116,118,120,122のメモリ容量
が許せば、反射音生成回路116,118,120,122で初期〜中
期反射部分を受け持ち、残響音生成回路186,188,190,19
2で後期反射部分を受け持つようにすることもできる。 また、反射音生成回路116,118,120,122の受持領域と
残響音生成回路186,188,190,192の受持領域を完全に分
断する必要はなく、つなぎの部分でオーバーラップさせ
るようにしてもよい。 反射音生成回路116（118,120,122と残響音生成回路18
6（188,190,192）の具体例を第33図に示す。 反射音生成回路116は、前記第22図に示したものと同
様に構成されるもので、マルチタイプを有するディレイ
メモリ163を用いて、遅れ時間τｉに対応する各タップ
からそれぞれ遅延信号を取り出して、振幅調整器152−
１乃至152−ｎでゲインgiをそれぞれ付与して、加算器1
53で合成する。これにより、加算器153からは、なる反射音信号が出力される。 ディレイメモリ163には、遅れ時間τｎより長い遅れ
時間τｘに対応するタップが設けられ、このタップから
の遅延信号が振幅調整器152−Ｘでゲインgxを付与され
て、残響音生成回路186に入力されている。 残響音生成回路186はオールパスフィルタで構成され
ている。すなわち、残響音生成回路186は、入力信号を
加算器194を介して遅延回路196に入力し、遅延回路196
の出力をアンプ198（ゲイン１−g²）を介して加算器194
に帰還している。加算器194の出力はアンプ200（ゲイン
−ｇ）を介して加算器202で遅延回路196の出力と加算さ
れる。このようにして、加算器194からは残響信号が出
力される。 反射音生成回路116から出力される反射音信号を残響
音生成回路186から出力される残響音信号は加算器204で
加算されて出力される。反射音生成回路116からは遅れ
時間がτ１〜τｎまでの反射音が出力され、残響音生成
回路186からは遅れ時間がτｎよりも遅いτｘ以後の残
響音が出力されるので、加算器204からは両者をつない
だ一連の長い反射信号が出力される。 第34図は、第31図の実施例において反射の持続時間を
拡大して（第32図の場合に比べて約２倍にしてい
る。）、ホールの広さ（SIZE）を拡大した印象が得られ
るようにしたものである。これは、反射音生成回路116,
118,120,122における遅延時間のパラメータおよび残響
音生成回路186,188,190,192における遅延時間のパラメ
ータに係数（≒２）を掛けることにより得られる。 〔実施例４〕 第35図の実施例は、各チャンネルごとに反射音を生成
する以前に残響音をまとめて付与するようにしたもので
ある。 すなわち、ミキシングされたマイク収音信号は、A/D
変換器106でA/D変換された後残響音生成回路210でまと
めて残響音が付与されて、その後ディジタルフィルタ10
8,110,112,114を介して、反射音生成回路116,118,120,1
22に入力されて、各チャンネルごとに反射音が生成され
る。このような構成によれば各チャンネルごとに残響音
生成回路を用意しなくてすむので、構成が簡略化され
る。 〔発明の効果〕 以上説明したように、この発明によれば、演奏位置の
全周囲を取り囲むように少くとも４個以上のスピーカ再
生手段を配置し、また演奏音を収音するマイク収音手段
を配置し、ホール等の反射音データをそのホール等の仮
想音源分布等から求め、この反射音データにおける反射
音の到来方向のデータとシミュレートに利用する前記ス
ピーカ再生手段の配置とから、各これらスピーカ再生手
段で発すべき多数の反射音のパラメータを求め、この反
射音パラメータに基づいて、前記マイク収音手段で収音
された信号の多数の反射音をそれぞれ作成して、対応す
る方向のスピーカ再生手段から発するようにしたので、
限られた数のスピーカ再生手段で反射音１本１本につい
て実音場の反射音到来方向と同等の方向性を付与でき、
もって演奏位置では全周囲にわたって反射音場が実現さ
れる。したがって、スピーカ再生手段およびマイクロホ
ンが配置された部屋や試弾室等において、実際のホール
等にいるような雰囲気で楽器演奏や歌唱を楽しみあるい
は練習することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、この発明による収音再生制御装置の概念図で
ある。 第２図は、従来の音響制御装置の概念図である。 第３図は、４点法による仮想音源の測定方法を示す斜視
図である。 第４図は、第３図におけるマイクロホンの配置を示す斜
視図である。 第５図は、第４図のマイクロホンによるインパルス応答
の測定結果を示す波形図である。 第６図は、第５図の測定結果に基づく仮想音源位置の算
出方法を示す図である。 第７図、第８図、第９図は４点法により求められた仮想
音源分布を示す図で、第７図はＸ−Ｙ平面投影図、第８
図はＹ−Ｚ平面投影図、第９図はＸ−Ｚ平面投影図であ
る。 第10図は、鏡像法による仮想音源測定法の原理を示す図
である。 第11図、第12図は鏡像法により求められた仮想音源分布
を示す図で、第11図はＸ−Ｙ平面投影図、第12図はＹ−
Ｚ平面投影図である。 第13図は、周囲８個のスピーカによる反射音再生状態を
示す平面図である。 第14図は、周囲４個のスピーカによる反射音再生状態を
示す平面図である。 第15図、第16図、第17図は、隣接するスピーカの中間に
ある反射音をシミュレートするための、各スピーカ間の
音量配分を示したもので、第15図はCOS関数によるも
の、第16図は線形関数によるもの、第17図はlog関数に
よるものである。 第18図は、４点法による反射音測定データに基づき第14
図のスピーカ配置でその反射音をシュミレートする場合
に、各スピーカに供給すべき反射音を作成するために用
いられる反射音パラメータ列を示す図である。 第19図は、この発明の一実施例を示すブロック図であ
る。 第20図は、第19図におけるプロセッサ46の構成例を示す
ブロック図である。 第21図は、第20図の反射音生成回路116,118,120,122に
おいて反射音生成に利用される反射音パラメータ列を示
す図である。 第22図は、第21図の反射音パラメータを利用してたたみ
込み演算により入力信号の反射音信号を生成するように
構成した第20図の反射音生成回路116（118,120,122）を
示す回路図である。 第23図は、第22図の反射音生成回路116（118,120,122）
の具体例を示すブロック図である。 第24図は、第23図の回路の動作を示すタイムチャートで
ある。 第25図は、反射音パラメータの遅延時間に係数をかけて
ホールの広さに対する感覚を調整するようにした例を示
す反射音パラメータ列である。 第26図は、反射音パラメータ列の傾斜を変えたライブ感
を調整するようにした例を示す反射音パラメータ列であ
る。 第27図乃至第29図は、スピーカマイクロホンの他の配置
例をそれぞれ示す斜視図である。 第30図は、この発明の第２実施例を示すブロック図であ
る。 第31図は、この発明の第３実施例を示すブロック図であ
る。 第32図は、第31図の実施例で得られる反射音信号パター
ンを示す図である。 第33図は第31図における反射音生成回路と残響音生成回
路の構成例を示すブロック図である。 第34図は、第31図の実施例においてホールの広さに対す
る感覚を微調整した反射音信号パターンを示す図であ
る。 第35図は、この発明の第４実施例を示すブロック図であ
る。 56,58,60,62……スピーカ（スピーカ再生手段）、81,8
2,83,84,85……マイクロホン（マイク収音手段）、88…
…演奏者（演奏位置）、116,118,120,122……反射音生
成回路（反射音生成手段）、126……メモリ（パラメー
タ記憶手段）。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−90897（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−125486（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−43686（ＪＰ，Ｕ) 特公 平５−62752（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平５−62753（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭61−640（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭60−13640（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平７−15280（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．演奏位置の全周囲を取り囲むように配置される少な
   くとも４個以上のスピーカ再生手段と、 演奏音を収音するマイク収音手段と、 音響空間における反射音の各仮想音源位置に対応して求
   められる各反射音の到来方向と遅れ時間と振幅レベルか
   らなる反射音データに基づき、前記各スピーカ再生手段
   を用いて前記演奏位置の周囲に前記音響空間またはこれ
   に類似したモデル空間における多数の反射音を再生する
   ために、前記各スピーカ再生手段の配置位置と前記反射
   音データのうち各到来方向データとから求めた、前記各
   スピーカ再生手段で発すべき反射音の遅れ時間とゲイン
   とからなるインパルス応答特性を、各スピーカ再生手段
   の反射音パラメータとしてそれぞれ記憶するパラメータ
   記憶手段と、 前記パラメータ記憶手段に記憶された各反射音パラメー
   タに基づき、前記マイク収音手段の収音信号に対して畳
   込み演算することにより、各スピーカ再生手段で発すべ
   き多数の反射音をそれぞれ生成するとともに、前記各ス
   ピーカ再生手段の対応する位置のものにそれぞれ供給す
   る反射音生成手段と を具備してなり、 前記音響空間またはこれに類似したモデル空間で演奏し
   たときに当該演奏者に対して生じる多数の反射音の生成
   状態を、各反射音の方向性まで含めほぼ同等に再現でき
   るようにした ことを特徴とする収音再生制御装置。