JP5118517B2 - Sound field space control system - Google Patents
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Description
本発明は、音源から発生して音場空間を伝播する音を制御する音場空間制御システムに関する。 The present invention relates to a sound field space control system that controls sound generated from a sound source and propagating through a sound field space.
演奏者または歌唱者が携帯し、演奏音または歌唱音をオーディオ信号として送信するワイヤレスマイクと、ワイヤレスマイクから送信されたオーディオ信号を受信する複数のオーディオ信号受信装置と、それらオーディオ信号受信装置が受信したオーディオ信号の受信電界強度に基づいてそのオーディオ信号の送信元であるワイヤレスマイクの所在位置を測位する位置測位手段と、位置測位手段によって測位された所在位置に音像位置を有する音が複数のスピーカによって出力されるように、それらオーディオ信号受信装置の出力信号からそれらスピーカを駆動する信号を合成する音像定位制御装置とから形成された音場制御システムがある。 A wireless microphone carried by a performer or singer and transmitting performance sound or singing sound as an audio signal, a plurality of audio signal receiving devices receiving audio signals transmitted from the wireless microphone, and the audio signal receiving device receiving A position measuring means for determining the position of the wireless microphone that is the transmission source of the audio signal based on the received electric field strength of the audio signal, and a plurality of speakers having a sound image position at the position determined by the position positioning means There is a sound field control system formed from a sound image localization control device that synthesizes signals for driving the speakers from the output signals of the audio signal receiving devices.
この音場制御システムにおける制御手順を説明すると、以下のとおりである。楽器演奏者や歌唱者がステージ上を移動しながら楽器を演奏しまたは歌唱曲を歌うと、演奏音や歌唱音がオーディオ信号としてワイヤレスマイクから送信され、そのオーディオ信号がオーディオ信号受信装置に受信される。位置測位手段では、それらオーディオ信号受信装置が受信したオーディオ信号の受信電界強度に基づいてワイヤレスマイクの所在位置を測位する。音像定位制御装置は、複数のスピーカから出力される音の音像位置がワイヤレスマイクの所在位置に定位するように、各スピーカに供給する駆動信号のレベル調整を行う。
前記特許文献1に開示の音場制御システムは、演奏音や歌唱音の発生位置を特定し、その位置の音像に定位したスピーカ再生音を得ることができ、臨場感に富んだ音場を形成することができる。しかし、この音場制御システムは、楽器演奏者や歌唱者から発生した音の所定の周波数帯の周波数特性を調整して好みの周波数特性を有する音を作ることはできず、楽器演奏者や歌唱者から離間した位置に存在する聴衆にその聴衆が希望する周波数特性を持つ音を聞かせることができない。また、この音場制御システムは、楽器演奏者や歌唱者から発生した音の残響特性を調節して好みの残響を有する音を作ることはできず、楽器演奏者や歌唱者から離間した位置に存在する聴衆にその聴衆が希望する残響を有する音を聞かせることができない。
The sound field control system disclosed in
本発明の目的は、音源から発生した音の所定の周波数帯の周波数特性を調整して好みの周波数特性を有する音を作ることができ、各聴衆にそれら聴衆が希望する周波数特性を持つ音を個別に聞かせることができる音場空間制御システムを提供することにある。本発明の他の目的は、音源から発生した音の残響特性を調整して好みの残響を有する音を作ることができ、各聴衆にそれら聴衆が希望する残響を有する音を個別に聞かせることができる音場空間制御システムを提供することにある。 The object of the present invention is to adjust the frequency characteristics of a predetermined frequency band of the sound generated from the sound source to create a sound having a desired frequency characteristic. The object is to provide a sound field space control system that can be heard individually. Another object of the present invention is to adjust the reverberation characteristics of the sound generated from the sound source to create a sound having a desired reverberation, and to let each audience individually hear the sound having the reverberation desired by the audience. It is to provide a sound field space control system capable of
前記課題を解決するための本発明にかかる音場空間制御システムは、音場空間に第1音波を発生する音源から所定寸法離間して配置され、音源から音場空間を伝播する第1音波に干渉する第2音波を該音場空間に発生する第1〜第nの音波発生装置と、音源とそれら音波発生装置との間に配置され、第1音波と第2音波との合成音波を検出し、検出した合成音波を第1信号として出力する合成音波検出センサと、第1〜第nの音波発生装置を挟んで合成音波検出センサから所定寸法離間して配置され、第1音波と第2音波との干渉によって生じた干渉音波を検出し、検出した干渉音波を第2信号として出力する第1〜第nの干渉音波検出センサと、第1〜第nの音波発生装置と対応関係を有し、それら音波発生装置から合成音波検出センサに達する第2音波を推定した擬似フィードバック信号を生成する第1〜第nの擬似フィードバック信号生成フィルタと、第1〜第nの擬似フィードバック信号生成フィルタと対応関係を有し、合成音波検出センサから第1信号を受信しつつ、それら擬似フィードバック信号生成フィルタから擬似フィードバック信号を受信し、第1信号から擬似フィードバック信号を除いた第3信号を出力する第1〜第nの第3信号出力装置と、第1〜第nの第3信号出力装置から第3信号を受信し、第3信号の周波数特性を調整して該第3信号を希望の周波数特性を持つ目標信号に変換する目標信号生成装置と、第1〜第nの干渉音波検出センサと対応関係を有し、それら干渉音波検出センサから第2信号を受信しつつ、目標信号生成装置から目標信号を受信し、第2信号から目標信号を除いた誤差信号を出力する第1〜第nの誤差信号出力装置と、第1〜第nの音波発生装置と対応関係を有し、第1〜第nの第3信号出力装置から受信した第3信号と第1〜第nの誤差信号出力装置から受信した誤差信号とを用いて第2音波となる干渉信号を生成し、生成した干渉信号を第1〜第nの音波発生装置に出力する第1〜第nの干渉信号生成装置とを有する。 A sound field space control system according to the present invention for solving the above-described problem is arranged in a first sound wave that is disposed in a sound field space at a predetermined distance from a sound source that generates the first sound wave and propagates from the sound source to the sound field space. the first to the n-th wave generator that generates the interfering second waves into the sound field space, the sound source and is disposed between their wave generator, detects a composite wave of the first wave and the second acoustic wave The synthesized sound wave detection sensor that outputs the detected synthesized sound wave as the first signal and the first sound wave and the second sound wave are arranged with a predetermined distance from the synthesized sound wave detection sensor with the first to nth sound wave generators interposed therebetween. The first to n-th interference sound wave detection sensors that detect the interference sound waves generated by the interference with the sound waves and output the detected interference sound waves as the second signal have a correspondence relationship with the first to n-th sound wave generators. From these sound wave generators to synthetic sound wave detection sensors The first to n-th pseudo feedback signal generation filters that generate pseudo feedback signals that estimate the second sound wave and the first to n-th pseudo feedback signal generation filters have a corresponding relationship. 1st to n-th third signal output devices for receiving a pseudo feedback signal from the pseudo feedback signal generation filter and outputting a third signal obtained by removing the pseudo feedback signal from the first signal while receiving one signal; A target signal generator for receiving a third signal from first to nth third signal output devices, adjusting a frequency characteristic of the third signal, and converting the third signal into a target signal having a desired frequency characteristic; , Having a corresponding relationship with the first to nth interference sound wave detection sensors, receiving the second signal from the interference sound wave detection sensors and receiving the target signal from the target signal generation device The first to nth error signal output devices for outputting an error signal obtained by removing the target signal from the second signal and the first to nth sound wave generators have a corresponding relationship, and the first to nth using 3 third signal received from the signal output device and a error signal received from the error signal output device of the first to n generates an interference signal as a second wave, first to the generated interference signal and first to nth interference signal generation devices that output to n sound wave generation devices.
本発明にかかる音場空間制御システムの一例としては、目標信号生成装置が、合成音波検出センサから干渉音波検出センサまでの時系列伝達特性を模擬する第1デジタルフィルタと、第3信号のうちの任意に選択された周波数帯の音量を増幅または減衰させるイコライザとから形成されている。 As an example of the sound field space control system according to the present invention, the target signal generation device includes a first digital filter that simulates a time-series transfer characteristic from the synthetic sound wave detection sensor to the interference sound wave detection sensor, and a third signal. And an equalizer for amplifying or attenuating the volume of an arbitrarily selected frequency band.
本発明にかかる音場空間制御システムの他の一例としては、目標信号生成装置が、合成音波検出センサから干渉音波検出センサに第1音波が伝播するまでの時間遅延を補正する遅延補正装置と、第3信号の任意に選択された周波数帯の音量を増幅または減衰させるイコライザとから形成されている。 As another example of the sound field space control system according to the present invention, the target signal generating device comprises a delay correction unit first wave to the interference wave detection sensor from the composite acoustic wave detection sensor to correct the time delay until the propagation, And an equalizer for amplifying or attenuating the volume of an arbitrarily selected frequency band of the third signal.
本発明にかかる音場空間制御システムの他の一例としては、目標信号生成装置が第3信号の残響特性を調節するリバーブを含む。 As another example of the sound field space control system according to the present invention, the target signal generation device includes a reverb that adjusts the reverberation characteristic of the third signal.
本発明にかかる音場空間制御システムの他の一例としては、干渉信号生成装置が、干渉信号を生成するためのアダプティブデジタルフィルタと、誤差信号出力装置から受信した誤差信号を用いてアダプティブデジタルフィルタを更新する適応制御演算部とから形成されている。 As another example of the sound field space control system according to the present invention, an interference signal generation device uses an adaptive digital filter for generating an interference signal and an adaptive digital filter using an error signal received from an error signal output device. And an adaptive control arithmetic unit to be updated.
本発明にかかる音場空間制御システムの他の一例としては、干渉信号生成装置が音波発生装置から干渉音波検出センサまでの時系列伝達特性を模擬する第2デジタルフィルタを含み、適応制御演算部が第2デジタルフィルタが模擬する時系列伝達特性と誤差信号出力装置から受信した誤差信号とを用いてアダプティブデジタルフィルタを更新する。 As another example of the sound field space control system according to the present invention, the interference signal generation device includes a second digital filter that simulates a time-series transfer characteristic from the sound wave generation device to the interference sound wave detection sensor, and the adaptive control calculation unit includes The adaptive digital filter is updated using the time-series transfer characteristics simulated by the second digital filter and the error signal received from the error signal output device.
本発明にかかる音場空間制御システムの他の一例としては、音場空間制御システムにおけるサンプリング周波数が3kHz〜40kHzの範囲にある。 As another example of the sound field space control system according to the present invention, the sampling frequency in the sound field space control system is in the range of 3 kHz to 40 kHz.
本発明にかかる音場空間制御システムの他の一例としては、干渉音波検出センサの個数が音波発生装置の個数と同数または該音波発生装置の個数よりも多い。 As another example of the sound field space control system according to the present invention, the number of interference sound wave detection sensors is the same as the number of sound wave generators or more than the number of sound wave generators.
本発明にかかる音場空間制御システムの他の一例としては、合成音波検出センサが音源の近傍に配置され、音波発生装置と干渉音波検出センサとが干渉音波を聴取する聴衆の近傍に配置される。 As another example of the sound field space control system according to the present invention, the synthetic sound wave detection sensor is disposed in the vicinity of the sound source, and the sound wave generator and the interference sound wave detection sensor are disposed in the vicinity of the audience who listens to the interference sound wave. .
本発明にかかる音場空間制御システムの他の一例としては、音場空間がコンサートホール、多目的ホール、ライブハウス、オペラハウス、講義室、リスニングルームのいずれかの内部空間であり、第1音波が音楽若しくは音声である。 As another example of the sound field space control system according to the present invention, the sound field space is an internal space of a concert hall, a multipurpose hall, a live house, an opera house, a lecture room, or a listening room, and the first sound wave is Music or voice.
本発明に係る音場空間制御システムによれば、目標信号生成装置が第3信号を希望する周波数特性の目標信号に変換し、第1〜第nの誤差信号出力装置が第2信号から目標信号を除いた誤差信号を出力するとともに、第1〜第nの干渉信号生成装置が第1〜第nの第3信号出力装置から受信した第3信号と第1〜第nの誤差信号出力装置から受信した誤差信号とを用いて第2音波となる干渉信号を出力するから、第1〜第nの干渉音波検出センサから出力された第2信号を目標信号に近似させることができ、目標信号生成装置によって干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の周波数特性を有する音に任意かつ自由に調節することができる。 According to the sound field space control system of the present invention, the target signal generation device converts the third signal into a target signal having a desired frequency characteristic, and the first to nth error signal output devices convert the second signal to the target signal. Are output from the third signal received from the first to n-th third signal output devices and the first to n-th error signal output devices. Since the interference signal that becomes the second sound wave is output using the received error signal, the second signal output from the first to n-th interference sound wave detection sensors can be approximated to the target signal, and the target signal is generated. The sound propagated to the position of the interference acoustic wave detection sensor by the apparatus can be arbitrarily and freely adjusted to a sound having a desired frequency characteristic.
音場空間制御システムは、第2信号のうちの強くしたい周波数帯や弱くしたい周波数帯、消したい周波数帯を誤差信号として干渉信号生成装置に出力し、干渉信号生成装置が誤差信号と第3信号とを用いて第2音波となる干渉信号を生成するから、干渉信号生成装置を介して強くしたい周波数帯や弱くしたい周波数帯、消したい周波数帯に干渉する各種の干渉信号をそれら音波発生装置に出力することができる。ゆえに、音場空間を伝播する音から強くしたい周波数帯や弱くしたい周波数帯、消したい周波数帯を任意かつ自由に選択することができ、選択した周波数帯のみを増幅、減衰、消音させることで、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の周波数特性を有する音に変えることができ、干渉音波検出センサの位置において好みの音を作ることができる。この音場空間制御システムは、干渉音波検出センサの近傍に位置する聴衆に、それら聴衆が希望する周波数特性の音を個別に聞かせることができる。 The sound field space control system outputs, to the interference signal generating device, the frequency band to be strengthened, the frequency band to be weakened, and the frequency band to be erased of the second signal as error signals, and the interference signal generating device outputs the error signal and the third signal. Is used to generate an interference signal that becomes the second sound wave, and various interference signals that interfere with the frequency band to be strengthened, weakened frequency band, and to be erased are transmitted to the sound wave generating device via the interference signal generating device. Can be output. Therefore, you can freely and freely select the frequency band you want to strengthen, the frequency band you want to weaken, the frequency band you want to erase from the sound propagating through the sound field space, by amplifying, attenuating, and silencing only the selected frequency band, The sound propagated to the position of the interference sound wave detection sensor can be changed to a sound having a desired frequency characteristic, and a desired sound can be made at the position of the interference sound wave detection sensor. This sound field space control system can let the audience located in the vicinity of the interfering sound wave detection sensor individually hear sounds having frequency characteristics desired by the audience.
音場空間制御システムは、第1〜第nの音波発生装置を配置して、第2音波をそれら音波発生装置から音場における制御対象空間に満遍なく伝播させることで、その制御対象空間に広がる第1音波に第2音波を確実に干渉させることができ、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の周波数特性を有する音に確実に変えることができる。この音場空間制御システムは、第1〜第nの干渉音波検出センサを配置し、音場における制御対象空間に広がる干渉音波をそれら干渉音波検出センサに検出させることで、干渉音波検出センサから出力された第2信号を目標信号に限りなく近似させることができ、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の周波数特性を有する音に確実に変えることができる。 The sound field space control system arranges the first to nth sound wave generators, and propagates the second sound waves uniformly from the sound wave generators to the control target space in the sound field, thereby spreading the second sound wave into the control target space. The second sound wave can be reliably caused to interfere with one sound wave, and the sound propagated to the position of the interference sound wave detection sensor can be reliably changed to a sound having a desired frequency characteristic. The sound field space control system, an interference wave detection sensor of the first to n are arranged, interference waves spread control target space in the sound field that is detected in their interference wave detection sensor, the output from the interference wave detection sensor The second signal thus made can be approximated to the target signal as much as possible, and the sound propagated to the position of the interference sound wave detection sensor can be reliably changed to a sound having a desired frequency characteristic.
音場空間制御システムは、第3信号出力装置が第1信号から第2信号と推定し得る擬似フィードバック信号を除いた第3信号を生成し、第3信号を干渉信号生成装置や目標信号生成装置に出力するから、干渉信号生成装置や目標信号生成装置に出力される第3信号に、合成音波検出センサに達する第2音波を推定した擬似フィードバック信号が含まれることはなく、合成音波検出センサにおけるハウリングを防ぐことができる。干渉信号を含む合成信号がそのまま干渉信号生成装置に出力されると、干渉信号を増幅、減衰、消音する音波を含んだ干渉信号が生成されてしまうが、このシステムでは、合成信号から擬似フィードバック信号を除いた第3信号が干渉信号生成装置に出力されるから、干渉信号にそれを増幅、減衰、消音する音波が含まれることを防ぐことができる。また、目標信号生成装置に出力される信号に干渉信号が含まれると、第1信号と干渉信号との合成信号が目標信号生成装置に出力され、増幅、減衰、消音させたい周波数帯を選択することが困難になるが、このシステムでは、合成信号から擬似フィードバック信号を除いた第3信号が目標信号生成装置に出力されるから、目標信号生成装置において増幅、減衰、消音させたい周波数帯を確実に選択することができる。 The sound field space control system generates a third signal obtained by removing a pseudo feedback signal that can be estimated as a second signal from the first signal by the third signal output device, and uses the third signal as an interference signal generation device or a target signal generation device. Therefore, the third signal output to the interference signal generation device or the target signal generation device does not include a pseudo feedback signal that estimates the second sound wave reaching the synthetic sound wave detection sensor. Howling can be prevented. If the combined signal including the interference signal is output to the interference signal generation device as it is, an interference signal including a sound wave that amplifies, attenuates, and silences the interference signal is generated. In this system, a pseudo feedback signal is generated from the combined signal. Since the third signal excluding the signal is output to the interference signal generation device, it is possible to prevent the interference signal from including a sound wave that amplifies, attenuates, and silences the interference signal. Further, when an interference signal is included in the signal output to the target signal generation device, a combined signal of the first signal and the interference signal is output to the target signal generation device, and a frequency band to be amplified, attenuated, or silenced is selected. However, in this system, since the third signal obtained by removing the pseudo feedback signal from the synthesized signal is output to the target signal generation device, the frequency band that is desired to be amplified, attenuated, or silenced in the target signal generation device is ensured. Can be selected.
目標信号生成装置が第1デジタルフィルタとイコライザとから形成された音場空間制御システムは、第1デジタルフィルタによって合成音波検出センサから干渉音波検出センサまでの時系列伝達特性が模擬されるから、合成音波検出センサから干渉音波検出センサまでの音伝達経路の応答特性を第3信号に反映させた状態でイコライザを介してその第3信号の周波数帯および音量を調節することができ、第3信号が干渉音波検出センサの位置で発生していると仮定した状態で、イコライザを介して第3信号から目標信号を選択することができる。この音場空間制御システムは、イコライザによって第3信号を希望する周波数特性の目標信号に変換することで、干渉音波検出センサの位置の音の周波数特性を希望する周波数特性に任意かつ自由に調節することができるから、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の周波数特性を有する音に確実に変えることができ、干渉音波検出センサの位置において好みの音を作ることができる。 In the sound field space control system in which the target signal generation device is formed of the first digital filter and the equalizer, the time series transfer characteristic from the synthesized sound wave detection sensor to the interference sound wave detection sensor is simulated by the first digital filter. The frequency band and volume of the third signal can be adjusted via the equalizer in a state in which the response characteristic of the sound transmission path from the sound wave detection sensor to the interference sound wave detection sensor is reflected in the third signal. The target signal can be selected from the third signal via the equalizer under the assumption that it is generated at the position of the interference sound wave detection sensor. The sound field space control system arbitrarily and freely adjusts the frequency characteristic of the sound at the position of the interfering acoustic wave detection sensor to the desired frequency characteristic by converting the third signal into a target signal having the desired frequency characteristic by an equalizer. since it is possible, the sound propagating on the position of the interference wave detection sensor can be surely changed to the sound having frequency characteristics desired, it is possible to make the sound of preference at the position of the interference wave detection sensor.
目標信号生成装置が遅延補正装置とイコライザとから形成された音場空間制御システムは、遅延補正装置によって合成音波検出センサから干渉音波検出センサに第1音波が伝播するまでの時間遅延が補正されるから、合成音波検出センサと干渉音波検出センサとの間の時間遅延を補正した状態でイコライザを介して第3信号の周波数帯および音量を調節することができ、第3信号が干渉音波検出センサの位置で発生していると仮定した状態で、イコライザを介して第3信号から目標信号を選択することができる。この音場空間制御システムは、イコライザによって第3信号を希望する周波数特性の目標信号に変換することで、干渉音波検出センサの位置の音の周波数特性を希望する周波数特性に任意かつ自由に調節することができるから、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の周波数特性を有する音に確実に変えることができ、干渉音波検出センサの位置において好みの音を作ることができる。 In the sound field space control system in which the target signal generation device is formed of a delay correction device and an equalizer, the time delay until the first sound wave propagates from the synthesized sound wave detection sensor to the interference sound wave detection sensor is corrected by the delay correction device. The frequency band and volume of the third signal can be adjusted via the equalizer in a state where the time delay between the synthetic sound wave detection sensor and the interference sound wave detection sensor is corrected. The target signal can be selected from the third signal via the equalizer, assuming that the signal is generated at the position. The sound field space control system arbitrarily and freely adjusts the frequency characteristic of the sound at the position of the interfering acoustic wave detection sensor to the desired frequency characteristic by converting the third signal into a target signal having the desired frequency characteristic by an equalizer. since it is possible, the sound propagating on the position of the interference wave detection sensor can be surely changed to the sound having frequency characteristics desired, it is possible to make the sound of preference at the position of the interference wave detection sensor.
目標信号生成装置が第3信号の残響特性を調節するリバーブを含む音場空間制御システムは、リバーブによって第3信号をそれに希望する残響特性を付加した目標信号に変換することで、干渉音波検出センサの位置の残響特性を希望する残響特性に任意かつ自由に調節することができるから、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の残響を有する音に確実に変えることができ、干渉音波検出センサの位置において好みの残響を有する音を作ることができる。この音場空間制御システムは、干渉音波検出センサの近傍に位置する聴衆に、それら聴衆が希望する残響特性の音を個別に聞かせることができる。 A sound field space control system including a reverb in which a target signal generating device adjusts a reverberation characteristic of a third signal. The reverberation converts the third signal into a target signal to which a desired reverberation characteristic is added. The reverberation characteristics at the position of the sensor can be arbitrarily and freely adjusted to the desired reverberation characteristics, so that the sound propagated to the position of the interference sound wave detection sensor can be reliably changed to a sound having the desired reverberation, and interference sound wave detection Sounds with the desired reverberation can be created at the sensor location. In this sound field space control system, it is possible to individually listen to the sound of reverberation characteristics desired by the audience, to the audience located in the vicinity of the interference sound wave detection sensor.
干渉信号生成装置がアダプティブデジタルフィルタと適応制御演算部とから形成された音場空間制御システムは、適応制御演算部が誤差信号を用いてアダプティブデジタルフィルタを更新しつつ、そのアダプティブデジタルフィルタによって干渉信号が生成されるから、音場空間における音波の変化や目標信号の変化に追従しつつ、音波発生装置から発生する第2音波を利用して任意に選択した周波数帯を増幅、減衰、消音させることができ、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の周波数特性を有する音に確実に変えることができる。この音場空間制御システムは、音場空間における音波の変化や目標信号の変化に追従しつつ、音波発生装置から発生する第2音波を利用して残響特性を調節することができ、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の残響を有する音に確実に変えることができる。 The sound field space control system in which the interference signal generation device is formed of an adaptive digital filter and an adaptive control calculation unit is used to update the adaptive digital filter by using the error signal, and the adaptive digital filter updates the interference signal. Is generated, and the frequency band arbitrarily selected using the second sound wave generated from the sound wave generator is amplified, attenuated, and silenced while following the change of the sound wave in the sound field space and the change of the target signal. Thus, the sound propagated to the position of the interference sound wave detection sensor can be reliably changed to a sound having a desired frequency characteristic. This sound field space control system can adjust the reverberation characteristics by using the second sound wave generated from the sound wave generator while following the change of the sound wave in the sound field space and the change of the target signal. The sound propagated to the sensor position can be reliably changed to a sound having a desired reverberation.
干渉信号生成装置が第2デジタルフィルタを含む音場空間制御システムは、第2デジタルフィルタによって第2音波発生装置から干渉音波検出センサまでの時系列伝達特性が模擬されるから、適応制御演算部が音波発生装置から干渉音波検出センサまでの音伝達経路の応答特性を考慮しつつ、誤差信号を用いてアダプティブデジタルフィルタを更新することができ、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の周波数特性を有する音に確実に変えることができる。この音場空間制御システムは、音波発生装置から発生する第2音波を利用して残響特性を調節することができ、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の残響を有する音に確実に変えることができる。 In the sound field space control system in which the interference signal generation device includes the second digital filter, the time series transfer characteristic from the second sound wave generation device to the interference sound wave detection sensor is simulated by the second digital filter. The adaptive digital filter can be updated using the error signal while considering the response characteristics of the sound transmission path from the sound wave generator to the interference sound wave detection sensor, and the sound propagated to the position of the interference sound wave detection sensor can be The sound can be reliably changed to have a characteristic. This sound field space control system can adjust the reverberation characteristics by using the second sound wave generated from the sound wave generator, and ensures that the sound propagated to the position of the interference sound wave detection sensor is a sound having the desired reverberation. Can be changed.
サンプリング周波数が3kHz〜40kHzの範囲にある音場空間制御システムは、システムが単位時間内に前記周波数でサンプリングするから、第2音波発生装置から発生する第2音波を利用して選択した周波数帯を増幅、減衰、消音させることができ、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の周波数特性を有する音に確実に変えることができる。この音場空間制御システムは、音波発生装置から発生する第2音波を利用して残響特性を調節することができ、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の残響を有する音に確実に変えることができる。 Since the sound field space control system having a sampling frequency in the range of 3 kHz to 40 kHz samples at the frequency within a unit time, the frequency band selected using the second sound wave generated from the second sound wave generator is selected. Amplification, attenuation, and mute can be performed, and the sound propagated to the position of the interference sound wave detection sensor can be reliably changed to a sound having a desired frequency characteristic. This sound field space control system can adjust the reverberation characteristics by using the second sound wave generated from the sound wave generator, and ensures that the sound propagated to the position of the interference sound wave detection sensor is a sound having the desired reverberation. Can be changed.
干渉音波検出センサの個数が音波発生装置の個数と同数または音波発生装置の個数よりも多い音場空間制御システムは、前記個数の干渉音波検出センサを配置し、音場の制御対象空間に広がる干渉音波をそれら干渉音波検出センサに検出させることで、干渉音波検出センサから出力された第2信号を目標信号に限りなく近似させることができ、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の周波数特性を有する音に確実に変えることができる。この音場空間制御システムは、音波発生装置から発生する第2音波を利用して残響特性を調節することができ、干渉音波検出センサの位置に伝播した音を希望の残響を有する音に確実に変えることができる。 In the sound field space control system in which the number of interference sound wave detection sensors is the same as the number of sound wave generation devices or more than the number of sound wave generation devices, the number of interference sound wave detection sensors is arranged, and interference spreads in the control target space of the sound field. By causing the interference sound wave detection sensors to detect sound waves, the second signal output from the interference sound wave detection sensor can be approximated to the target signal as much as possible, and the sound propagated to the position of the interference sound wave detection sensor can be obtained at a desired frequency. The sound can be reliably changed to have a characteristic. This sound field space control system can adjust the reverberation characteristics by using the second sound wave generated from the sound wave generator, and ensures that the sound propagated to the position of the interference sound wave detection sensor is a sound having the desired reverberation. Can be changed.
合成音波検出センサが音源の近傍に配置され、音波発生装置と干渉音波検出センサとが干渉音波を聴取する聴衆の近傍に配置される音場空間制御システムは、聴衆の位置において任意に選択した周波数帯を増幅、減衰、消音させることができ、聴衆の位置に伝播した音をその聴衆が希望する周波数特性を有する音に変えることができる。この音場空間制御システムは、音波発生装置から発生する第2音波を利用して残響特性を調節することができ、聴衆の位置に伝播した音をその聴衆が希望する残響を有する音に確実に変えることができる。 The sound field space control system in which the synthetic sound wave detection sensor is disposed in the vicinity of the sound source, and the sound wave generator and the interference sound wave detection sensor are disposed in the vicinity of the audience who listens to the interference sound wave has a frequency arbitrarily selected at the audience position. The band can be amplified, attenuated, and silenced, and the sound propagated to the audience position can be changed to a sound having a frequency characteristic desired by the audience. The sound field space control system can adjust the reverberation characteristics by using the second sound wave generated from the sound wave generator, and can ensure that the sound propagated to the position of the audience has the reverberation desired by the audience. Can be changed.
添付の図面を参照し、本発明に係る音場空間制御システムの詳細を説明すると、以下のとおりである。図1は、一例として示す音場空間制御システム10Aの構成図であり、図2は、このシステム10Aを利用した音場空間12の一例を示す概念図である。図3は、応答特性を説明する図であり、図4は、マイクロフォン13,14,15やスピーカ16,17の間の時系列伝達特性を表す図である。
The details of the sound field space control system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a sound field
図2では、縦方向を矢印X、前後方向を矢印Yで示し、横方向を矢印Zで示す。図2の音場空間12は、コンサートホール、多目的ホール、ライブハウス、オペラハウス、講義室、リスニングルームのいずれかの内部空間を示す。図4では、調整用スピーカ16,17(音波発生装置)からリファランスマイクロフォン13(合成音波検出センサ)までの時系列伝達特性を(Hr)、調整用スピーカ16,17からエラーマイクロフォン14,15(干渉音波検出センサ)までの時系列伝達特性を(C)で示し、リファランスマイクロフォン13からエラーマイクロフォン14,15までの時系列伝達特性を(C´)で示す。図2では、聴衆20を1人だけ図示しているが、実際には多数の聴衆が存在し、それら聴衆の近傍にマイクロフォン14,15やスピーカ16,17が配置される。
In FIG. 2, the vertical direction is indicated by an arrow X, the front-rear direction is indicated by an arrow Y, and the horizontal direction is indicated by an arrow Z. A
この音場空間制御システム10Aは、第1および第2の2系統(2チャンネル)の制御ユニットを利用し、音源11から発生して音場空間12を伝播する音を制御している。しかし、制御ユニットの数に特に限定はなく、ユニットが1系統、4系統、8系統、16系統等であってもよい。なお、このシステム10Aにおけるサンプリング周波数は、3kHz〜40kHzの範囲、好ましくは、10kHz〜40kHzの範囲、より好ましくは、20kHz〜40kHzの範囲にある。
This sound field space control system 10 </ b> A controls sound generated from the
音源11は、楽団が演奏する音楽、歌手が歌う歌(音楽)、講演者の話し声(音声)、スピーカから出力される音楽放送を例示することができる。なお、音源11から発生する音には、音楽や音声のみならず、鳴き声、自然環境の音、効果音等の他のあらゆる音が含まれる。音源11は、音場空間12の内部に存在する。なお、音場空間12をコンサートホールや多目的ホール、ライブハウス、オペラハウス、講義室、リスニングルームの内部空間に限定するものではなく、車や飛行機、電車等の乗り物内の空間、ビルや一般家屋、野外ホール、体育館、室内運動場、ドーム球場、野外球場、ドームサッカー場、野外サッカー場等の建造物内の空間の他のあらゆる音場空間にこのシステム10Aを利用することができる。
The
第1の制御ユニットは、リファランスマイクロフォン13(合成音波検出センサ)と、第1および第2のエラーマイクロフォン14,15(第1および第2の干渉音波検出センサ)と、第1の調整用スピーカ16(第1の音波発生装置)と、第1のコントローラ18とから形成されている。リファランスマイクロフォン13やエラーマイクロフォン14,15、調整用スピーカ16は、インターフェイスを介してコントローラ18に接続されている。
The first control unit includes a reference microphone 13 (synthetic sound wave detection sensor), first and
第2の制御ユニットは、リファランスマイクロフォン13(合成音波検出センサ)と、第1および第2のエラーマイクロフォン14,15(第2の干渉音波検出センサ)と、第2の調整用スピーカ17(第2の音波発生装置)と、第2のコントローラ19とから形成されている。リファランスマイクロフォン13やエラーマイクロフォン14,15、調整用スピーカ17は、インターフェイスを介してコントローラ19に接続されている。第1および第2の制御ユニットは、1つのリファランスマイクロフォン13を共用し、第1および第2のエラーマイクロフォン14,15を共用している。
The second control unit includes a reference microphone 13 (synthetic sound wave detection sensor), first and
なお、制御ユニットが4系統の場合は、第1〜第4のエラーマイクロフォンや調整用スピーカ、コントローラを必要とし、制御ユニットが8系統の場合は、第1〜第8のエラーマイクロフォンや調整用スピーカ、コントローラを必要とする。制御ユニットの数に限定がない以上、制御ユニットを第n系統まで設置することができる。この場合は、第1〜第nのエラーマイクロフォン、第1〜第nの調整用スピーカ、第1〜第nのコントローラを必要とする。エラーマイクロフォンの個数は調整用スピーカのそれと同数であるが、エラーマイクロフォンの個数は調整用スピーカのそれより多くてもよい。 When the control unit has four systems, the first to fourth error microphones, adjustment speakers, and controllers are required. When the control unit has eight systems, the first to eighth error microphones and adjustment speakers. Need a controller. As long as the number of control units is not limited, it is possible to install control units up to the n-th system. In this case, the first to nth error microphones, the first to nth adjustment speakers, and the first to nth controllers are required. The number of error microphones is the same as that of the adjustment speakers, but the number of error microphones may be larger than that of the adjustment speakers.
リファランスマイクロフォン13は、音場空間12において音源11の近傍に配置されている。ここで、音源11の近傍とは、音源11から音の伝播方向へ約1〜100cm離間した位置をいう。なお、リファランスマイクロフォン13は、音源11の近傍に配置されることが好ましいが、音源11と調整用スピーカ16,17との間であって音源11から所定寸法離間した位置に配置されていればよく、必ずしも音源11の近傍に配置される必要はない。リファランスマイクロフォン13には、それが検出した音波を増幅するアンプ(図示せず)が接続されている。コントローラ18,19とアンプとの間には、A/D変換装置(図示せず)が接続されている。
The
リファランスマイクロフォン13は、音源11から発生するアナログの音楽(第1音波)と調整用スピーカ16,17から発生する後記するアナログの第2音波との合成音波を検出し、検出した合成音波をアンプに出力する。ただし、システム10Aの起動時では、リファランスマイクロフォン13は音楽のみを検出する。合成音波は、アンプにおいて増幅された後、A/D変換装置においてデジタルの第1入力信号(第1信号)に変換される。第1入力信号は、A/D変換装置からコントローラ18,19に出力される。
The
第1および第2の調整用スピーカ16,17は、音場空間12において聴衆20の近傍に配置されている。ここで、聴衆20の近傍とは、聴衆20の耳から約3〜100cm離間した位置をいう。なお、それら調整用スピーカ16,17は、聴衆20の近傍に配置されることが好ましいが、リファランスマイクロフォン13を挟んで音源11から所定寸法離間した位置に配置されていればよく、必ずしも聴衆20の近傍に配置される必要はない。調整用スピーカ16,17は、音楽と干渉する第2音波を音場空間12に発生する。調整用スピーカ16,17には、第2音波を増幅するアンプ(図示せず)が接続されている。コントローラ18,19とアンプとの間には、D/A変換装置(図示せず)が接続されている。
The first and
第1および第2のエラーマイクロフォン14,15は、音場空間12であって調整用スピーカ16,17を挟んで聴衆20の近傍に配置されている。ここで、聴衆20の近傍とは、聴衆20の耳から約1〜100cm離間した位置をいう。なお、それらエラーマイクロフォン14,15は、聴衆20の近傍に配置されることが好ましいが、調整用スピーカ16,17を挟んでリファランスマイクロフォン13から所定寸法離間した位置に配置されていればよく、必ずしも聴衆20の近傍に配置される必要はない。エラーマイクロフォン14,15には、検出した音波を増幅するアンプ(図示せず)が接続されている。コントローラとアンプとの間には、A/D変換装置(図示せず)が接続されている。
The first and
エラーマイクロフォン14,15は、音楽(第1音波)と第2音波との干渉によって生じた干渉音波(誤差音波)を検出し、検出した干渉音波をアンプに出力する。ただし、システム10Aの起動時では、エラーマイクロフォン14,15は音楽のみを検出する。干渉音波は、アンプにおいて増幅された後、A/D変換装置においてデジタルの第2入力信号(第2信号)に変換される。第2入力信号は、A/D変換装置からコントローラ18,19に出力される。
The
第1および第2のコントローラ18,19は、擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22、第3信号出力装置23,24,25,26、干渉信号生成装置27,28、目標信号生成装置29,30、誤差信号出力装置31,32,33,34を備えている。コントローラ18,19は、図示はしていないが、フィルタ21,22やそれら装置23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34に各種手段を実行させる中央処理部と各種複数のデータを格納する大容量記憶部(メモリ)とを有するコンピュータである。コントローラ18,19の中央処理部には、畳み込み演算を高速に処理するDSP(Digital
Signal Processor)が利用されているが、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)を利用することもできる。制御ユニットを第n系統まで設置する場合は、第1〜第nの擬似フィードバック信号生成フィルタ、第1〜第nの第3信号出力装置、第1〜第nの干渉信号生成装置、第1〜第nの目標信号生成装置、第1〜第nの誤差信号出力装置を必要とする。ただし、目標信号生成装置は必ずしも第nまで必要ではなく、1つのそれを各コントローラが共用することもできる。
The first and
A signal processor (CPU) is used, but a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro Processing Unit) can also be used. When the control unit is installed up to the n-th system, the first to n-th pseudo feedback signal generation filters, the first to n-th third signal output devices, the first to n-th interference signal generation devices, the first to n-th interference signal generation devices, The nth target signal generation device and the first to nth error signal output devices are required. However, the target signal generation device is not necessarily required up to the n-th, and one controller can share it.
コントローラ18,19は、フィルタ21,22やそれら装置23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34を介して所定の干渉信号を生成し、調整用スピーカ16,17を介して第2音波を音場空間12に発生させ、音楽と第2音波との干渉を利用することで、音楽のうちの所定の周波数帯を増幅、減衰、消滅させる。また、音楽と第2音波との干渉を利用することで、音楽の残響時間を延長させる。コントローラ18,19には、図示はしていないが、キーボードやマウス等の入力装置、ディスプレイやプリンタ等の出力装置がインターフェイスを介して接続されている。
The
記憶部の内部アドレスファイルには、中央処理部を介してフィルタ21,22やそれら装置23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34にこのシステム10Aの各手段を実行させるためのアプリケーションが格納されている。コントローラ18,19の中央処理部は、記憶部に記憶されたオペレーティングシステムによる制御に基づいて、記憶部からアプリケーションを起動し、起動したアプリケーションに従って、フィルタ21,22やそれら装置23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34に以下の各手段を実行させる。中央処理部は、干渉信号生成装置27,28にデジタルの干渉信号を生成させ(干渉信号生成手段)、擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22にデジタルの擬似フィードバック信号を生成させる(擬似フィードバック信号生成手段)。
The internal address file of the storage unit stores the
コントローラ18,19の中央処理部は、干渉信号を干渉信号生成装置27,28から調整用スピーカ16,17に出力させ(干渉信号出力手段)、擬似フィードバック信号を擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22から第3信号出力装置23,24,25,26に出力させる(擬似フィードバック信号出力手段)。
The central processing units of the
干渉信号とは、音源11から発生して音場空間12を伝播する音楽のうち、特定の周波数帯を増幅させる位相および音圧を持つ第2音波となる信号、または、音楽のうち、特定の周波数帯を減衰させる位相および音圧を持つ第2音波となる信号、あるいは、音楽のうち、消音させる特定の周波数帯と逆位相同音圧の第2音波となる信号である。擬似フィードバック信号とは、調整用スピーカ16,17からリファランスマイクロフォン13に達する第2音波と推定(同一視)し得る信号である。
The interference signal is a signal that becomes a second sound wave having a phase and a sound pressure for amplifying a specific frequency band among music generated from the
コントローラ18,19の中央処理部は、第3信号出力装置23,24,25,26に第1入力信号から擬似フィードバック信号を除いて第3入力信号(第3信号)を生成させ(第3信号生成手段)、その第3入力信号を第3信号出力装置23,24,25,26から干渉信号生成装置27,28や目標信号生成装置29,30に出力させる(第3信号出力手段)。中央処理部は、目標信号生成装置29,30に第3入力信号から第2音波との干渉後に希望する周波数特性を持つ目標信号を生成させ(目標信号生成手段)、その目標信号を目標信号生成装置29,30から誤差信号出力装置31,32,33,34に出力させる(目標信号出力手段)。中央処理部は、誤差信号出力装置31,32,33,34に第2入力信号から目標信号を除いて誤差信号を生成させ(誤差信号生成手段)、その誤差信号を誤差信号出力装置31,32,33,34から干渉信号生成装置27,28に出力させる(誤差信号出力手段)。
The central processing unit of the
それら擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22は、図4に示すように、調整用スピーカ16,17からリファランスマイクロフォン13までの時系列伝達特性(Hr)を模擬する。フィルタ21,22は、あらかじめ推定した調整用スピーカ16,17からリファランスマイクロフォン13までの音伝達経路における時系列伝達特性(Hr)(インパルス応答)を反映させた状態で第3信号出力装置23,24,25,26が第1入力信号から擬似フィードバック信号を減算し得るように、第3信号出力装置23,24,25,26に対してフィードフォワード制御を実行する。時系列伝達特性60は、図3に示すように、音源61から発生した音波62(パルス)が伝送経路63を伝播して受音点64に達したときのその受音点63における応答特性である。すなわち、時系列伝達特性(Hr)は、調整用スピーカ16,17から発生した第2音波が音場空間12を伝播してリファランスマイクロフォン13に達したときのそのマイクロフォン13の位置における第2音波の応答特性を示している。
They pseudo feedback
それら干渉信号生成装置27,28は、第1〜第2のデジタルフィルタ35,36(第2デジタルフィルタ)と、アダプティブデジタルフィルタ37,38と、アダプティブデジタルフィルタ37,38を更新する第1〜第2の適応制御演算部39,40(Filterd−XLMSアルゴリズム)とから形成されている。それらデジタルフィルタ35,36は、図4に示すように、調整用スピーカ16,17からエラーマイクロフォン14,15までの時系列伝達特性(C)を模擬する。デジタルフィルタ35,36は、あらかじめ推定した調整用スピーカ16,17からエラーマイクロフォン14,15までの音伝達経路における時系列伝達特性(C)(インパルス応答)を反映させた状態で適応制御演算部39,40がアダプティブデジタルフィルタ21,22を更新し得るように、適応制御演算部39,40に対してフィードフォワード制御を実行する。時系列伝達特性(C)は、調整用スピーカ16,17から発生した第2音波が音場空間12を伝播してエラーマイクロフォン14,15に達したときのそのエラーマイクロフォン14,15の位置における第2音波の応答特性を示している。
The interference
適応制御演算部39,40は、アダプティブデジタルフィルタ37,38を適応制御アルゴリズムに基づいて更新する。アダプティブデジタルフィルタ37,38は、音場空間12の音響環境の変化に対応しつつ、音場空間12を伝播する第1音波のうち、特定の周波数帯を増幅させる干渉信号を生成し、第1音波のうち、特定の周波数帯を減衰させる干渉信号を生成するとともに、消音させる特定の周波数帯と逆位相同音圧の干渉信号を生成する。
The adaptive control
目標信号生成装置29,30は、デジタルフィルタ41,42(第1デジタルフィルタ)と、イコライザ43,44(周波数特性調整装置)とから形成されている。デジタルフィルタ41,42は、図4に示すように、リファランスマイクロフォン13からエラーマイクロフォン16,17までの時系列伝達特性(C´)を模擬する。デジタルフィルタ41,42は、あらかじめ推定したリファランスマイクロフォン13からエラーマイクロフォン16,17までの音伝達経路における時系列伝達特性(C´)に基づいてイコライザ43,44に対してフィードフォワード制御を実行する。時系列伝達特性(C´)は、音場空間12を伝播する第1音波がリファランスマイクロフォン13からエラーマイクロフォン16,17に達したときのそのエラーマイクロフォン16,17の位置における第1音波の応答特性を示している。
The target
イコライザ43,44は、第3入力信号から任意の周波数帯を選択しつつその周波数帯の音量を調節することで、第3入力信号を所期する周波数特性を持つ目標信号に変換し、その目標信号を出力する。イコライザ43,44には、1オクターブオーディオグラフィックイコライザや1/3オクターブオーディオグラフィックイコライザ等を使用することができる。
The
コンサートホール(音場空間12)において音楽が演奏される場合を例として、図1のシステム10Aにおける制御手順を説明すると、以下のとおりである。音楽が演奏されると、コンサートホールの内部空間(音場空間12)にその音楽(第1音波)が伝播する。システム10Aを起動させると、コントローラ18,19は、記憶部に格納されたアプリケーションに従って、フィルタ21,22やそれら装置23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34に各種手段を実行させる。音楽は、図2に矢印f1で示すように、コンサートホールの内部空間を縦横方向や前後方向へ三次元的に伝播しつつ、リファランスマイクロフォン13に達した後、エラーマイクロフォン14,15に達する。なお、このシステム10Aにおける各種手段を実行する事前準備として、音楽の演奏前に、イコライザ43,44を調節して周波数帯を選択し、その周波数帯の音量を設定する。または、音楽の演奏中に、イコライザ43,44を調節して周波数帯を選択し、その周波数帯の音量を設定する。
The control procedure in the
イコライザ43,44の音量を(+)に設定した周波数帯では、その周波数帯を増幅する目標信号が目標信号生成装置29,30から誤差信号出力装置31,32,33,34を介して干渉信号生成装置27,28に出力される。その結果、エラーマイクロフォン14,15の位置における音楽の音のうち、選択された周波数帯の音を強くするように、調整用スピーカ16,17が第2音波を出力する。イコライザ43,44の音量を(−)に設定した周波数帯では、その周波数帯を減衰する目標信号が目標信号生成装置29,30から誤差信号出力装置31,32,33,34を介して干渉信号生成装置27,28に出力される。その結果、エラーマイクロフォン14,15の位置における音楽の音のうち、選択された周波数帯の音を弱くするように、調整用スピーカ16,17が第2音波を出力する。なお、イコライザ43,44の音量を(−)最大に設定すると、選択した周波数帯を消音する目標信号が目標信号生成装置29,30から誤差信号出力装置31,32,33,34を介して干渉信号生成装置27,28に出力される。その結果、エラーマイクロフォン14,15の位置における音楽の音のうち、選択された周波数帯の音を消音するように、調整用スピーカ16,17が第2音波を出力する。
In the frequency band in which the volume of the
システム10Aの起動時では、調整用スピーカ16,17から第2音波が発生されておらず、音楽(第1音波)がリファランスマイクロフォン13に検出され、さらに、コンサートホールの内部空間を伝播してそのままエラーマイクロフォン14,15に達し、音楽がエラーマイクロフォン14,15に検出される。音楽を検出したリファランスマイクロフォン13は、音楽をアンプに出力する。アンプは、音楽を増幅した後、その音楽をA/D変換装置に出力する。A/D変換装置は、音楽をデジタルの第1入力信号に変換した後、その第1入力信号を第3信号出力装置23,24,25,26に出力する。音楽を検出したエラーマイクロフォン14,15は、音楽をアンプに出力する。アンプは、音楽を増幅した後、その音楽をA/D変換装置に出力する。A/D変換装置は、音楽をデジタルの第2入力信号に変換した後、その第2入力信号を誤差信号出力装置31,32,33,34に出力する。
At the time of activation of the
システム10Aの起動時では擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22において擬似フィードバック信号は生成されていないから、擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22から出力される擬似フィードバック信号の出力信号は(0)である。システム10Aの起動時において第3信号出力装置23,24,25,26は、第1入力信号から擬似フィードバック信号(0)を減算して第3入力信号(第1入力信号と同一の値の信号)を生成し(第3信号生成手段)、その第3入力信号を干渉信号生成装置27,28と目標信号生成装置29,30とに出力する(第3信号出力手段)。
Since no pseudo feedback signal is generated in the pseudo feedback signal generation filters 21 and 22 when the
目標信号生成装置29,30を形成するデジタルフィルタ41,42(第1デジタルフィルタ)は、あらかじめ推定したリファランスマイクロフォン13からエラーマイクロフォン14,15までの音伝達経路における時系列伝達特性(C´)を第3入力信号に畳み込み演算し、リファランスマイクロフォン13からエラーマイクロフォン14,15に音楽が伝播するまでの時間遅延を補正しつつ、音楽の応答特性をエラーマイクロフォン14,15の位置における音楽のそれに一致させる。デジタルフィルタ41,42は、時系列伝達特性(C´)を第3入力信号に反映させた状態で、その第3入力信号をイコライザ43,44に出力する。
The
イコライザ43,44は、第3入力信号をあらかじめ設定された周波数特性を有する目標信号に変換し(目標信号生成手段)、その目標信号を誤差信号出力装置31,32,33,34に出力する(目標信号出力手段)。イコライザ43,44では、増幅させる周波数帯の音量を(+)に設定し、減衰させる周波数帯の音量を(−)に設定するとともに、消音させる周波数帯の音量を(−)最大に設定する。システム10Aの起動時において誤差信号出力装置31,32,33,34は、第1音波を表す第2入力信号から目標信号を減算して誤差信号を算出し(誤差信号生成手段)、その誤差信号を干渉信号生成装置27,28に出力する(誤差信号出力手段)。
The
具体的には、以下のとおりである。増幅や減衰、消音させることなくそのままの状態で残存させる周波数帯は、イコライザ43,44の音量を±(0)に設定する。その結果、第2入力信号と同位相同振幅の信号が誤差信号出力装置31,32,33,34に出力され、誤差信号は(0)となる。また、増幅させる周波数帯では、イコライザ43,44の音量を(+)に設定する。その結果、第2入力信号と略同位相で振幅の大きい信号が誤差信号出力装置31,32,33,34に出力され、第2入力信号の位相とは略逆位相となる誤差信号が誤差信号出力装置31,32,33,34から干渉信号生成装置27,28に出力される。逆に、減衰させる周波数帯では、イコライザ43,44の音量を(−)に設定する。その結果、第2入力信号と略同位相で振幅の小さい信号が誤差信号出力装置31,32,33,34に出力され、第2入力信号の位相と略同位相となる誤差信号が誤差信号出力装置31,32,33,34から干渉信号生成装置27,28に出力される。また、消音させる周波数帯では、イコライザ43,44の音量を(−)最大に設定する。その結果、信号(0)が誤差信号出力装置31,32,33,34に出力され、第2入力信号と同位相同振幅となる誤差信号が誤差信号出力装置31,32,33,34から干渉信号生成装置27,28に出力される。
Specifically, it is as follows. For the frequency band that remains without being amplified, attenuated, or muted, the volume of the
システム10Aの起動時では、増幅させる周波数帯の目標信号と第2入力信号との差分である誤差信号の値が最大になり、減衰または消音させる周波数帯の目標信号と第2入力信号との差分である誤差信号の値が最大になっている。干渉信号生成装置27,28を形成するデジタルフィルタ35,36(第2デジタルフィルタ)は、あらかじめ推定した調整用スピーカ16,17からエラーマイクロフォン14,15までの時系列伝達特性(C)を第3入力信号に畳み込み演算し、その結果を適応制御演算部39,40に出力する。
At the time of activation of the
適応制御演算部39,40は、時系列伝達特性(C)を考慮しつつ、誤差信号を用いてアダプティブデジタルフィルタ37,38を更新する。具体的に適応制御演算部39,40は、アダプティブデジタルフィルタの更新量であるΔアダプティブデジタルフィルタ(ΔADF)をサンプリング周波数(3kHz〜40kHz)に合わせて所定の時間間隔で生成し、Δアダプティブデジタルフィルタを現在のアダプティブデジタルフィルタ(ADF)に加算することで現在から未来に向かってアダプティブデジタルフィルタ37,38を更新する。
The adaptive control
干渉信号生成装置27,28は、第3信号出力装置31,32,33,34から出力された第3入力信号にアダプティブデジタルフィルタ37,38を畳み込み演算し、第2入力信号を大きくまたは小さくする干渉信号を前記サンプリング周波数に合わせて生成する(干渉信号生成手段)。干渉信号生成装置27,28は、生成した干渉信号を擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22とD/A変換装置とに出力する(干渉信号出力手段)。D/A変換装置は、デジタルの干渉信号をアナログの第2音波に変換し、その第2音波をアンプに出力する。アンプは、第2音波を増幅し、増幅した第2音波を調整用スピーカ16,17に出力する。
The
調整用スピーカ16,17は、第2音波をコンサートホールの内部空間に発生させる。第2音波は、図2に矢印f2で示すように、スピーカ16,17からコンサートホールの内部空間を縦横方向と前後方向とへ三次元的に伝播し、リファランスマイクロフォン13に達するとともに、エラーマイクロフォン14,15に達する。第2音波は、音楽(第1音波)と干渉しながらエラーマイクロフォン14,15に向かい、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽のうちの増幅させる周波数帯と完全に干渉し、その周波数帯の音を強くする。また、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽のうちの減衰させる周波数帯と完全に干渉し、その周波数帯の音を弱くする。さらに、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽のうちの消音させる周波数帯と完全に干渉し、その周波数帯の音を打ち消す。
The adjusting
システム10Aを継続して稼動すると、誤差信号が次第に小さくなり、最後に誤差信号のレベルが(0)になって誤差が消滅する。誤差の消滅は、エラーマイクロフォン14,15の信号である第2信号と希望する周波数特性を持つ目標信号との一致を表し、エラーマイクロフォン14,15の信号が希望する周波数特性に一致した状態を表す。
When the
システム10Aの稼動中では、リファランスマイクロフォン13に向かう第2音波が音楽と合成され、それらの合成音波がリファランスマイクロフォン13に検出される。また、エラーマイクロフォン14,15に向かう第2音波がマイクロフォン14,15の位置において音楽と干渉し、それらの干渉音波がエラーマイクロフォン14,15に検出される。合成音波は、アンプで増幅された後、A/D変換装置でデジタルの第1入力信号に変換されて第3信号出力装置31,32,33,34に出力される。
During the operation of the system 10 </ b> A, the second sound wave directed to the
擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22は、あらかじめ推定した調整用スピーカ16,17からリファランスマイクロフォン13までの音伝達経路における時系列伝達特性(Hr)を干渉信号に畳み込み演算し、擬似フィードバック信号を生成する(擬似フィードバック信号生成手段)。擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22は、生成した擬似フィードバック信号を第3信号出力装置23,24,25,26に出力する(擬似フィードバック信号出力手段)。第3信号出力装置23,24,25,26は、合成信号から第2音波と推定し得る擬似フィードバック信号を減算して第3入力信号を生成し(第3信号生成手段)、その第3入力信号を干渉信号生成装置27,28と目標信号生成装置29,30とに出力する(第3信号出力手段)。目標信号生成装置29,30では、デジタルフィルタ41,42とイコライザ43,44とによって目標信号が生成される(目標信号生成手段)。目標信号は、目標信号生成装置29,30から誤差信号出力装置31,32,33,34に出力される(目標信号出力手段)。
The pseudo feedback signal generation filters 21 and 22 perform a convolution operation on the time series transfer characteristic (Hr) in the sound transmission path from the
システム10Aの稼動中において干渉音波を検出したエラーマイクロフォン14,15は、干渉音波をアンプに出力する。アンプは、干渉音波を増幅した後、その干渉音波をA/D変換装置に出力する。A/D変換装置は、干渉音波を第2入力信号に変換した後、その第2入力信号を誤差信号出力装置31,32,33,34に出力する。誤差信号出力装置31,32,33,34は、干渉音波を表す第2入力信号から目標信号を減算して誤差信号を生成し(誤差信号生成手段)、その誤差信号を干渉信号生成装置27,28に出力する(誤差信号出力手段)。このとき、目標信号と第2入力信号との差分である誤差信号のレベルはシステム10Aの起動時よりも小さくなっている。
The
干渉信号生成装置27,28では、適応制御演算部39,40が時系列伝達特性(C)を考慮しつつ、誤差信号を用いてアダプティブデジタルフィルタ37,38をサンプリング周波数に合わせて更新する。干渉信号生成装置27,28は、第3信号出力装置31,32,33,34から出力された第3入力信号にアダプティブデジタルフィルタ37,38を畳み込み演算し、干渉信号を生成する(干渉信号生成手段)。干渉信号生成装置27,28は、生成した干渉信号を擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22とD/A変換装置とに出力する(干渉信号出力手段)。D/A変換装置は、デジタルの干渉信号をアナログの第2音波に変換し、その第2音波をアンプに出力する。アンプは、第2音波を増幅し、増幅した第2音波を調整用スピーカ16,17に出力する。
In the interference
調整用スピーカ16,17は、第2音波をコンサートホールの内部空間に発生させる。第2音波は、音楽(第1音波)と干渉しながらエラーマイクロフォン14,15に向かい、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽のうちの増幅させる周波数帯と干渉し、その周波数帯の音を強くする。また、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽のうちの減衰させる周波数帯と干渉し、その周波数帯の音を弱くする。さらに、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽のうちの消音させる周波数帯と干渉し、その周波数帯の音を打ち消す。
The adjusting
システム10Aの稼動中、増幅させる周波数帯を変更し、その周波数帯の音量を(+)に設定すると、目標信号生成装置29,30は変更された周波数帯および音量に対応するあらたな目標信号を生成し、その目標信号が目標信号生成装置29,30から誤差信号出力装置31,32,33,34に出力され、変更された周波数帯の音が強くなる。システム10Aの稼動中、減衰させる周波数帯を変更し、その周波数帯の音量を(−)に設定すると、目標信号生成装置29,30は変更された周波数帯および音量に対応するあらたな目標信号を生成し、その目標信号が目標信号生成装置29,30から誤差信号出力装置31,32,33,34に出力され、変更された周波数帯の音が弱くなる。システム10Aの稼動中、消音させる周波数帯を変更し、その周波数帯の音量を(−)最大に設定すると、目標信号生成装置29,30は変更された周波数帯および音量に対応するあらたな目標信号を生成し、その目標信号が目標信号生成装置29,30から誤差信号出力装置31,32,33,34に出力され、変更された周波数帯の音が消音する。
When the frequency band to be amplified is changed and the volume of the frequency band is set to (+) while the
このシステム10Aは、その稼動中にイコライザ43,44を介して周波数帯や音量を調節することで、増幅、減衰、消音させたい周波数帯やその音量を自由に変更することができ、音楽の種類や音響環境の変化、好み等に応じてシステム10Aの稼動中に増幅、減衰、消音させたい周波数帯やその音量を自由に選択することができる。このシステム10Aは、その稼働中に周波数帯や音量が変更されたとしても、変更されたそれらに対応する干渉信号を速やかに生成し、その干渉信号に対応する第2音波が調整用スピーカ16,17から出力されるから、希望の周波数帯を即座に増幅、減衰、消音することができる。
This
図5は、このシステム10Aによる音の増幅、減衰効果(実験結果)の一例を示す図である。図5では、システム10AのOFFにおける音場空間12の周波数特性を点線L1で示し、システム10AのONにおける音場空間12の周波数特性を実線L2で示すとともに、目標信号の周波数特性を一点鎖線L3で示す。図5において縦軸には音圧レベルが表示され、横軸には周波数が表示されている。システム10Aでは、ディスプレイを介して図5に示す周波数特性を時系列にモニタリングすることができ、モニタリングした周波数特性をプリンタを介して出力することができる。また、モニタリングした周波数特性を記憶部に時系列に格納することができる。
FIG. 5 is a diagram showing an example of sound amplification and attenuation effects (experimental results) by this
システム10Aの起動させた後、音楽を演奏中に、100(Hz)〜300(Hz)の周波数帯を減衰させ、600(Hz)〜900(Hz)の周波数帯を増幅させるように、イコライザ43,44を介してそれら周波数帯と音量とを調節した。その結果、図5に示すように、100(Hz)〜300(Hz)の周波数帯が即座に減衰し、目標信号の周波数特性に略近似し、600(Hz)〜900(Hz)の周波数帯が即座に増幅し、目標信号の周波数特性に略近似した。
After the
音場空間制御システム10Aは、目標信号生成装置29,30が第3入力信号を希望する周波数特性を持つ目標信号に変換し、誤差信号出力装置31,32,33,34が第2入力信号から目標信号を減算した誤差信号を出力するとともに、それら干渉信号生成装置27,28がそれら第3信号出力装置23,24,25,26から受信した第3入力信号とそれら誤差信号出力装置31,32,33,34から受信した誤差信号とを用いて第2音波となる干渉信号を出力するから、各エラーマイクロフォン14,15から出力された第2入力信号を目標信号に近似させることができ、エラーマイクロフォン14,15の位置における音楽を希望の周波数特性を有する音楽に任意かつ自由に調節することができる。このシステム10Aは、音場空間12を伝播する音楽から強くしたい周波数帯や弱くしたい周波数帯、消したい周波数帯を任意かつ自由に選択することができ、選択した周波数帯のみを増幅、減衰、消音させることで、各エラーマイクロフォン14,15の位置における音楽を希望の周波数特性を有する音楽に変えることができ、各エラーマイクロフォン14,15の位置において好みの音楽を作ることができる。このシステム10Aは、エラーマイクロフォン14,15の近傍に位置する聴衆20に、聴衆20が希望する周波数特性の音楽を個別に聞かせることができる。
Sound field
音場空間制御システム10Aは、複数の調整用スピーカ16,17を配置して、第2音波をそれらスピーカ16,17から音場における制御対象の三次元空間に満遍なく伝播させることで、その三次元空間に広がる音楽に第2音波を確実に干渉させることができ、エラーマイクロフォン14,15の位置における音楽を希望の周波数特性を有する音楽に確実に変えることができる。このシステム10Aは、複数のエラーマイクロフォン14,15を配置し、音場における制御対象の三次元空間に広がる干渉音波をそれらエラーマイクロフォン14,15に検出させることで、エラーマイクロフォン14,15から出力された第2入力信号を目標信号に限りなく近似させることができ、エラーマイクロフォン14,15の位置における音楽を希望の周波数特性を有する音楽に確実に変えることができる。
The sound field
音場空間制御システム10Aは、第3信号出力装置23,24,25,26が第1入力信号から第2入力信号と推定し得る擬似フィードバック信号を除いた第3入力信号を生成し、第3入力信号を干渉信号生成装置27,28や目標信号生成装置29,30に出力するから、干渉信号生成装置27,28や目標信号生成装置29,30に出力される第3入力信号に、リファランスマイクロフォン13に達する第2音波を推定した擬似フィードバック信号が含まれることはなく、リファランスマイクロフォン13におけるハウリングを防ぐことができる。
The sound field
干渉信号を含む合成信号がそのまま干渉信号生成装置27,28に出力されると、干渉信号を増幅、減衰、消音する音波を含んだ干渉信号が生成されてしまうが、このシステム10Aでは、合成信号から擬似フィードバック信号を除いた第3入力信号が干渉信号生成装置27,28に出力されるから、干渉信号にそれを増幅、減衰、消音する音波が含まれることを防ぐことができる。また、目標信号生成装置29,30に出力される信号に干渉信号が含まれると、第1入力信号と干渉信号との合成信号が目標信号生成装置29,30に出力され、増幅、減衰、消音させたい周波数帯を選択することが困難になるが、このシステム10Aでは、合成信号から擬似フィードバック信号を除いた第3入力信号が目標信号生成装置29,30に出力されるから、目標信号生成装置29,30において増幅、減衰、消音させたい周波数帯を確実に選択することができる。
When the combined signal including the interference signal is output to the interference
音場空間制御システム10Aは、デジタルフィルタ41,42によってリファランスマイクロフォン13からエラーマイクロフォン14,15までの時系列伝達特性(C´)が模擬されるから、リファランスマイクロフォン13からエラーマイクロフォン14,15までの音伝達経路の応答特性を第3入力信号に反映させた状態でイコライザ43,44を介してその第3入力信号の周波数帯および音量を調節することができ、第3入力信号がエラーマイクロフォン14,15の位置で発生していると仮定した状態で、イコライザ43,44を介して第3入力信号から目標信号を選択することができる。
In the sound field
音場空間制御システム10Aは、デジタルフィルタ35,36によって調整用スピーカ16,17からエラーマイクロフォン14,15に第2音波が伝播するまでの時系列伝達特性(C)が模擬されるから、適応制御演算部39,40が調整用スピーカ16,17からエラーマイクロフォン14,15までの音伝達経路の応答特性を考慮しつつ誤差信号を用いてアダプティブデジタルフィルタ37,38を更新することができ、音場空間12における音響環境の変化や目標信号の変化に追従しつつ、エラーマイクロフォン14,15の位置において選択した周波数帯を確実に増幅、減衰、消音することができる。システム10Aは、そのサンプリング周波数が3kHz〜40kHzの範囲にあるから、第2音波を増幅させたい帯域の干渉音波や減衰させたい帯域の干渉音波に限りなく近づけることができ、第2音波を消音させたい帯域の逆位相同音圧の音に限りなく近づけることができる。
In the sound field
図6は、他の一例として示す音場空間制御システム10Bの構成図である。図6に示すシステム10Bが図1のそれと異なるのは、目標信号生成装置29,30がデジタルフィルタ41,42(第1デジタルフィルタ)とイコライザ43,44との他に、リバーブ45,46を含む点にあり、その他の構成は図1のシステム10Aのそれらと同一であるから、図1のシステム10Aと同一の符号を付すことで、このシステム10Bにおけるその他の構成の説明は省略する。このシステム10Bでは、目標信号生成装置29,30がデジタルフィルタ41,42とイコライザ43,44とリバーブ45,46とから形成されている。リバーブ45,46は、目標信号の残響特性を調節する。なお、このシステム10Bにおいてコントローラ18,19の中央処理部は、リバーブ45,46に所定の残響特性を目標信号に設定する残響特性設定手段を実行させる。また、このシステム10Bにおけるサンプリング周波数は、図1のそれと同様に、3kHz〜40kHzの範囲にある。
FIG. 6 is a configuration diagram of a sound field
なお、このシステム10Bにおける干渉信号とは、音源11から発生して音場空間12を伝播する音楽のうち、特定の周波数帯を増幅させる位相および音圧を持つ第2音波となる信号、または、音楽のうち、特定の周波数帯を減衰させる位相および音圧を持つ第2音波となる信号、あるいは、音楽のうち、消音させる特定の周波数帯と逆位相同音圧の第2音波となる信号、さらに、音源11から発生して音場空間12を伝播する音楽の残響時間を延長させる第2音波となる信号である。
The interference signal in the
図2を援用しつつ、システム10Aと同様にコンサートホール(音場空間12)において音楽が演奏される場合を例として、図6のシステム10Bにおける制御手順を説明すると、以下のとおりである。このシステム10Bでは、音楽の演奏前に、イコライザ43,44を調節して周波数帯を選択し、その周波数帯の音量を設定するとともに、リバーブ45,46を調節して残響特性を設定する。または、音楽の演奏中に、イコライザ43,44を調節して周波数帯を選択し、その周波数帯の音量を設定するとともに、リバーブ45,46を調節して残響特性を設定する。
The control procedure in the
リバーブ45,46を任意の残響特性に設定した場合、その残響特性を持った目標信号が目標信号生成装置29,30から誤差信号出力装置31,32,33,34を介して干渉信号生成装置27,28に出力される。その結果、エラーマイクロフォン14,15の位置における音楽の残響を希望する残響特性にするように、調整用スピーカ15,16が第2音波を出力する。
When the
音楽が演奏されると、コンサートホールの内部空間にその音楽(第1音波)が伝播する。システム10Bの起動時にリファランスマイクロフォン13に検出された音楽は、アンプにおいて増幅された後、A/D変換装置においてデジタルの第1入力信号に変換され、第1入力信号として第3信号出力装置23,24,25,26に出力される。第3信号出力装置23,24,25,26は、第1入力信号から擬似フィードバック信号(0)を減算して第3入力信号を生成し(第3信号生成手段)、その第3入力信号を干渉信号生成装置27,28と目標信号生成装置29,30とに出力する(第3信号出力手段)。システム10Bの起動時にエラーマイクロフォン14,15に検出された音楽は、アンプにおいて増幅された後、A/D変換装置においてデジタルの第2入力信号に変換され、第2入力信号として誤差信号出力装置31,32,33,34に出力される。
When music is played, the music (first sound wave) propagates to the interior space of the concert hall. The music detected by the
デジタルフィルタ41,42は、あらかじめ推定したリファランスマイクロフォン13からエラーマイクロフォン14,15までの音伝達経路における時系列伝達特性(C´)を第3入力信号に畳み込み演算し、リファランスマイクロフォン13からエラーマイクロフォン14,15に音楽が伝播するまでの時間遅延を補正しつつ、音楽の応答特性をエラーマイクロフォン14,15の位置における音楽のそれに一致させる。デジタルフィルタ41,42は、時系列伝達特性(C´)を第3入力信号に反映させた状態で、その第3入力信号をイコライザ43,44に出力する。
The
イコライザ43,44は、第3入力信号をあらかじめ設定された周波数特性を有する目標信号に変換し(目標信号生成手段)、その目標信号をリバーブ45,46に出力する。リバーブ45,46は、あらかじめ設定された残響特性を目標信号に設定し(残響特性設定手段)、その目標信号を誤差信号出力装置31,32,33,34に出力する(目標信号出力手段)。システム10Aの起動時において誤差信号出力装置31,32,33,34は、第1音波を表す第2入力信号から目標信号を減算して誤差信号を算出し(誤差信号生成手段)、その誤差信号を干渉信号生成装置27,28に出力する(誤差信号出力手段)。
デジタルフィルタ35,36は、あらかじめ推定した調整用スピーカ16,17からエラーマイクロフォン14,15までの時系列伝達特性(C)を第3入力信号に畳み込み演算し、その結果を適応制御演算部39,40に出力する。適応制御演算部39,40は、時系列伝達特性(C)を考慮しつつ、誤差信号を用いてアダプティブデジタルフィルタ37,38を更新する。適応制御演算部39,40におけるアダプティブデジタルフィルタ37,38の更新は、図1のシステム10Aにおけるそれと同一である。
The
干渉信号生成装置27,28は、第3信号出力装置31,32,33,34から出力された第3入力信号にアダプティブデジタルフィルタ37,38を畳み込み演算し、第2入力信号を大きくまたは小さくする干渉信号をサンプリング周波数に合わせて生成する(干渉信号生成手段)。干渉信号生成装置27,28は、生成した干渉信号を擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22とD/A変換装置とに出力する(干渉信号出力手段)。干渉信号は、D/A変換装置によってアナログの第2音波に変換された後、アンプによって増幅され、第2音波として調整用スピーカ16,17に出力される。
The
調整用スピーカ16,17は、第2音波をコンサートホールの内部空間に発生させる。第2音波は、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽のうちの増幅させる周波数帯と干渉し、その周波数帯の音を強くする。また、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽のうちの減衰させる周波数帯と干渉し、その周波数帯の音を弱くする。さらに、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽のうちの消音させる周波数帯と干渉し、その周波数帯の音を打ち消す。第2音波は、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽の残響時間を延長させる音波となり、その音の残響時間を延長する。
The adjusting
システム10Bの稼動中では、音楽と第2音波との合成音波がリファランスマイクロフォン13に検出され、音楽と第2音波との干渉音波がエラーマイクロフォン14,15に検出される。合成音波は、アンプで増幅された後、A/D変換装置でデジタルの第1入力信号に変換されて第3信号出力装置に出力される。擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22は、図1のシステム10Aと同様に、時系列伝達特性(Hr)を干渉信号に畳み込み演算し、擬似フィードバック信号を生成し(擬似フィードバック信号生成手段)、生成した擬似フィードバック信号を第3信号出力装置23,24,25,26に出力する(擬似フィードバック信号出力手段)。第3信号出力装置23,24,25,26は、合成信号から擬似フィードバック信号を減算して第3入力信号を生成し(第3信号生成手段)、その第3入力信号を干渉信号生成装置27,28と目標信号生成装置29,30とに出力する(第3信号出力手段)。目標信号生成装置29,30では、デジタルフィルタ41,42とイコライザ43,44とリバーブ45,46とによって目標信号が生成される(目標信号生成手段)。目標信号は、目標信号生成装置29,30から誤差信号出力装置31,32,33,34に出力される(目標信号出力手段)。
During operation of the
干渉音波は、アンプで増幅された後、A/D変換装置でデジタルの第2入力信号に変換されて誤差信号出力装置に出力される。誤差信号出力装置31,32,33,34は、第2入力信号から目標信号を減算して誤差信号を生成し(誤差信号生成手段)、その誤差信号を干渉信号生成装置27,28に出力する(誤差信号出力手段)。このとき、目標信号と第2入力信号との差分である誤差信号のレベルはシステム10Bの起動時よりも小さくなっている。
The interference sound wave is amplified by an amplifier, converted to a digital second input signal by an A / D converter, and output to an error signal output device. The error
干渉信号生成装置27,28では、適応制御演算部39,40が時系列伝達特性(C)を考慮しつつ、誤差信号を用いてアダプティブデジタルフィルタ37,38をサンプリング周波数に合わせて更新する。干渉信号生成装置27,28は、第3信号出力装置23,24,25,26から出力された第3入力信号にアダプティブデジタルフィルタ37,38を畳み込み演算し、干渉信号を生成する(干渉信号生成手段)。干渉信号生成装置27,28は、生成した干渉信号を擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22とD/A変換装置とに出力する(干渉信号出力手段)。干渉信号は、D/A変換装置によってアナログの第2音波に変換された後、アンプによって増幅され、第2音波として調整用スピーカ16,17に出力される。
In the interference
調整用スピーカ16,17は、第2音波をコンサートホールの内部空間に発生させる。第2音波は、エラーマイクロフォン14,15の位置において、音楽のうちの選択した周波数帯と干渉し、その周波数帯を増幅、減衰、消滅させる。第2音波は、エラーマイクロフォン14,15の位置において、音楽が希望する残響特性を持つように、音楽の残響時間を延長する。
The adjusting
システム10Bの稼動中、リバーブ45,46を介して残響時間を変更し、その残響時間に設定すると、目標信号生成装置29,30は変更された残響特性を付加したあらたな目標信号を生成し、その目標信号が目標信号生成装置29,30から誤差信号出力装置31,32,33,34に出力される。その結果、音楽の残響時間が変更される。
When the reverberation time is changed via the
システム10Bの稼動中に、イコライザ43,44を介して周波数帯や音量を調節することで、増幅、減衰、消音させたい周波数帯やその音量を自由に変更することができ、リバーブ45,46を介して音の残響時間を自由に変更することができる。このシステム10Bは、その稼働中に周波数帯や音量、残響特性が変更されたとしても、変更されたそれらに対応する干渉信号を速やかに生成し、その干渉信号に対応する第2音波が調整用スピーカ16,17から出力されるから、希望の周波数帯を即座に増幅、減衰、消音することができ、さらに、音楽を希望の残響特性にすることができる。
During operation of the
この音場空間制御音システム10Bは、図1のシステム10Aが有する効果に加え、以下の効果を有する。このシステム10Bは、リバーブ45,46によって第3入力信号を希望する残響特性の目標信号に変換することで、エラーマイクロフォン14,15の位置の残響特性を希望する残響特性に任意かつ自由に調節することができるから、エラーマイクロフォン14,15の位置に伝播した音楽を希望の残響を有する音楽に確実に変えることができ、エラーマイクロフォン14,15の位置において好みの残響を有する音楽を作ることができる。このシステム10Bは、エラーマイクロフォン14,15の近傍に位置する聴衆20に、聴衆20が希望する残響特性の音楽を個別に聞かせることができる。
This sound field space
図7は、他の一例として示す音場空間制御システム10Cの構成図であり、図8は、このシステム10Cにおけるマイクロフォン13,14,15やスピーカ16,17の間の時系列伝達特性や時間遅延Sを表す図である。図7に示すシステム10Cが図6のそれと異なるのは、デジタルフィルタ41,42の代わりに遅延補正装置47,48が使用されている点にあり、その他の構成は図6のシステム10Bのそれらと同一であるから、図1および図6のシステム10A,10Bと同一の符号を付すことで、このシステム10Cにおけるその他の構成の説明は省略する。このシステム10Cでは、目標信号生成装置29,30が遅延補正装置47,48とイコライザ43,44とリバーブ45,46とから形成されている。遅延補正装置47,48は、リファランスマイクロフォン13からエラーマイクロフォン14,15に音楽(第1音波)が伝播するまでの時間遅延Sを補正する。なお、このシステム10Cにおけるサンプリング周波数は、図1や図6のそれと同様に、3kHz〜40kHzの範囲にある。
FIG. 7 is a block diagram of a sound field
図2を援用しつつ、システム10A,10Bと同様に、コンサートホール(音場空間12)において音楽が演奏される場合を例として、図7のシステム10Cにおける制御手順を説明すると、以下のとおりである。なお、音楽の演奏前に、イコライザ43,44を調節して周波数帯を選択し、その周波数帯の音量を設定するとともに、リバーブ45,46を調節して残響特性を設定する。または、音楽の演奏中に、イコライザ43,44を調節して周波数帯を選択し、その周波数帯の音量を設定するとともに、リバーブ45,46を調節して残響特性を設定する。
The control procedure in the
音楽が演奏されると、コンサートホールの内部空間(音場空間12)にその音楽(第1音波)が伝播する。システム10Cの起動時にリファランスマイクロフォン13に検出された音楽は、アンプにおいて増幅された後、A/D変換装置においてデジタルの第1入力信号に変換され、第1入力信号として第3信号出力装置23,24,25,26に出力される。第3信号出力装置23,24,25,26は、第1入力信号から擬似フィードバック信号(0)を減算して第3入力信号を生成し(第3信号生成手段)、その第3入力信号を干渉信号生成装置27,28と目標信号生成装置29,30とに出力する(第3信号出力手段)。システム10Cの起動時にエラーマイクロフォン14,15に検出された音楽は、アンプにおいて増幅された後、A/D変換装置においてデジタルの第2入力信号に変換され、第2入力信号として誤差信号出力装置31,32,33,34に出力される。
When music is played, the music (first sound wave) propagates to the internal space (sound field space 12) of the concert hall. The music detected by the
目標信号生成装置29,30を形成する遅延補正装置47,48は、リファランスマイクロフォン13からエラーマイクロフォン14,15までの音楽の時間遅延Sを補正することで、その時間遅延Sを第3入力信号に反映させた状態で、その第3入力信号をイコライザ43,44に出力する。イコライザ43,44は、第3入力信号をあらかじめ設定された周波数特性を有する目標信号に変換し(目標信号生成手段)、その目標信号をリバーブ45,46に出力する。リバーブ45,46は、あらかじめ設定された残響特性を目標信号に設定し(残響特性設定手段)、その目標信号を誤差信号出力装置31,32,33,34に出力する(目標信号出力手段)。システム10Cの起動時において誤差信号出力装置31,32,33,34は、第1音波を表す第2入力信号から目標信号を減算して誤差信号を算出し(誤差信号生成手段)、その誤差信号を干渉信号生成装置27,28に出力する(誤差信号出力手段)。
The
デジタルフィルタ35,36は、あらかじめ推定した調整用スピーカ16,17からエラーマイクロフォン14,15までの時系列伝達特性(C)を第3入力信号に畳み込み演算し、その結果を適応制御演算部39,40に出力する。適応制御演算部39,40は、時系列伝達特性(C)を考慮しつつ、誤差信号を用いてアダプティブデジタルフィルタ37,38を更新する。適応制御演算部39,40におけるアダプティブデジタルフィルタ37,38の更新は、図1のシステム10Aにおけるそれと同一である。
The
干渉信号生成装置27,28は、第3信号出力装置23,24,25,26から出力された第3入力信号にアダプティブデジタルフィルタ37,38を畳み込み演算し、第2入力信号を大きくまたは小さくする干渉信号をサンプリング周波数に合わせて生成する(干渉信号生成手段)。干渉信号生成装置27,28は、生成した干渉信号を擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22とD/A変換装置とに出力する(干渉信号出力手段)。干渉信号は、D/A変換装置によってアナログの第2音波に変換された後、アンプによって増幅され、第2音波として調整用スピーカ16,17に出力される。
The
調整用スピーカ16,17は、第2音波をコンサートホールの内部空間に発生させる。第2音波は、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽のうちの増幅させる周波数帯と干渉し、その周波数帯の音を強くする。また、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽のうちの減衰させる周波数帯と干渉し、その周波数帯の音を弱くする。さらに、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽のうちの消音させる周波数帯と干渉し、その周波数帯の音を打ち消す。第2音波は、エラーマイクロフォン14,15の位置において音楽の残響時間を延長させる音波となり、その音の残響時間を延長する。
The adjusting
システム10Cの稼動中では、音楽と第2音波との合成音波がリファランスマイクロフォン13に検出され、音楽と第2音波との干渉音波がエラーマイクロフォン14,15に検出される。合成音波は、アンプで増幅された後、A/D変換装置でデジタルの第1入力信号に変換されて第3信号出力装置23,24,25,26に出力される。擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22は、図1のシステム10Aと同様に、時系列伝達特性(Hr)を干渉信号に畳み込み演算し、擬似フィードバック信号を生成し(擬似フィードバック信号生成手段)、生成した擬似フィードバック信号を第3信号出力装置23,24,25,26に出力する(擬似フィードバック信号出力手段)。第3信号出力装置23,24,25,26は、合成信号から擬似フィードバック信号を減算して第3入力信号を生成し(第3信号生成手段)、その第3入力信号を干渉信号生成装置27,28と目標信号生成装置29,30とに出力する(第3信号出力手段)。目標信号生成装置29,30では、遅延補正装置47,48とイコライザ43,44とリバーブ45,46とによって目標信号が生成される(目標信号生成手段)。目標信号は、目標信号生成装置29,30から誤差信号出力装置31,32,33,34に出力される(目標信号出力手段)。
During operation of the system 10 </ b> C, a synthesized sound wave of music and the second sound wave is detected by the
干渉音波は、アンプで増幅された後、A/D変換装置でデジタルの第2入力信号に変換されて誤差信号出力装置31,32,33,34に出力される。誤差信号出力装置31,32,33,34は、第2入力信号から目標信号を減算して誤差信号を生成し(誤差信号生成手段)、その誤差信号を干渉信号生成装置29,30に出力する(誤差信号出力手段)。このとき、目標信号と第2入力信号との差分である誤差信号のレベルはシステム10Cの起動時よりも小さくなっている。
The interference sound wave is amplified by an amplifier, converted to a digital second input signal by an A / D converter, and output to error
干渉信号生成装置29,30では、適応制御演算部39,40が時系列伝達特性(C)を考慮しつつ、誤差信号を用いてアダプティブデジタルフィルタ37,38をサンプリング周波数に合わせて更新する。干渉信号生成装置29,30は、第3信号出力装置23,24,25,26から出力された第3入力信号にアダプティブデジタルフィルタ37,38を畳み込み演算し、干渉信号を生成する(干渉信号生成手段)。干渉信号生成装置29,30は、生成した干渉信号を擬似フィードバック信号生成フィルタ21,22とD/A変換装置とに出力する(干渉信号出力手段)。干渉信号は、D/A変換装置によってアナログの第2音波に変換された後、アンプによって増幅され、第2音波として調整用スピーカ16,17に出力される。
In the interference
調整用スピーカ16,17は、第2音波をコンサートホールの内部空間に発生させる。第2音波は、エラーマイクロフォン14,15の位置において、音楽のうちの選択した周波数帯と干渉し、その周波数帯を増幅、減衰、消滅させる。第2音波は、エラーマイクロフォン14,15の位置において、音楽が希望する残響特性を持つように、音楽の残響時間を延長する。システム10Cの稼動中に、イコライザ43,44を介して周波数帯や音量を調節することで、増幅、減衰、消音させたい周波数帯やその音量を自由に変更することができ、リバーブ45,46を介して音楽の残響時間を自由に変更することができる。
The adjusting
この音場空間制御システム10Cの効果が図6のシステム10Bのそれと異なる点は、デジタルフィルタ41,42が遅延補正装置47,48の代わったことによる相違であって以下のとおりである。このシステム10Cは、遅延補正装置47,48によってリファランスマイクロフォン13からエラーマイクロフォン14,15に音楽(第1音波)が伝播するまでの時間遅延Sが補正されるから、リファランスマイクロフォン13とエラーマイクロフォン14,15との間の時間遅延Sが補正された状態でイコライザ43,44を介してその第3入力信号の周波数帯および音量を調節することができ、第3入力信号がリファランスマイクロフォン14,15の位置において発生していると仮定した状態で、イコライザ43,44を介して第3入力信号から目標信号を選択することができる。なお、このシステム10Cは、前記効果の他に図6のシステム10Bと同一の効果を奏するが、図6のシステム10Bの効果を援用し、このシステム10Cのその他の効果の説明は省略する。
The effect of the sound field
10A 音場空間制御システム
10B 音場空間制御システム
10C 音場空間制御システム
11 音源
12 音場空間
13 リファランスマイクロフォン(合成音波検出センサ)
14 第1のエラーマイクロフォン(干渉音波検出センサ)
15 第2のエラーマイクロフォン(干渉音波検出センサ)
16 第1の調整用スピーカ(音波発生装置)
17 第2の調整用スピーカ(音波発生装置)
18 第1のコントローラ
19 第2のコントローラ
21 擬似フィードバック信号生成フィルタ
22 擬似フィードバック信号生成フィルタ
23 第3信号出力装置
24 第3信号出力装置
25 第3信号出力装置
26 第3信号出力装置
27 干渉信号生成装置
28 干渉信号生成装置
29 目標信号生成装置
30 目標信号生成装置
31 誤差信号出力装置
32 誤差信号出力装置
33 誤差信号出力装置
34 誤差信号出力装置
35 デジタルフィルタ(第2デジタルフィルタ)
36 デジタルフィルタ(第2デジタルフィルタ)
37 アダプティブデジタルフィルタ
38 アダプティブデジタルフィルタ
39 適応制御演算部
40 適応制御演算部
41 デジタルフィルタ(第1デジタルフィルタ)
42 デジタルフィルタ(第1デジタルフィルタ)
43 イコライザ
44 イコライザ
45 リバーブ
46 リバーブ
47 遅延補正装置
48 遅延補正装置
10A Sound field
14 First error microphone (interference sound wave detection sensor)
15 Second error microphone (interference sound wave detection sensor)
16 First speaker for adjustment (sound wave generator)
17 Second speaker for adjustment (sound wave generator)
36 Digital filter (second digital filter)
37
42 Digital filter (first digital filter)
43
Claims (10)
前記音源とそれら音波発生装置との間に配置され、前記第1音波と前記第2音波との合成音波を検出し、検出した合成音波を第1信号として出力する合成音波検出センサと、
前記第1〜第nの音波発生装置を挟んで前記合成音波検出センサから所定寸法離間して配置され、前記第1音波と前記第2音波との干渉によって生じた干渉音波を検出し、検出した干渉音波を第2信号として出力する第1〜第nの干渉音波検出センサと、
前記第1〜第nの音波発生装置と対応関係を有し、それら音波発生装置から前記合成音波検出センサに達する第2音波を推定した擬似フィードバック信号を生成する第1〜第nの擬似フィードバック信号生成フィルタと、
前記第1〜第nの擬似フィードバック信号生成フィルタと対応関係を有し、前記合成音波検出センサから第1信号を受信しつつ、それら擬似フィードバック信号生成フィルタから擬似フィードバック信号を受信し、前記第1信号から前記擬似フィードバック信号を除いた第3信号を出力する第1〜第nの第3信号出力装置と、
前記第1〜第nの第3信号出力装置から前記第3信号を受信し、前記第3信号の周波数特性を調整して該第3信号を希望の周波数特性を持つ目標信号に変換する目標信号生成装置と、
前記第1〜第nの干渉音波検出センサと対応関係を有し、それら干渉音波検出センサから第2信号を受信しつつ、前記目標信号生成装置から目標信号を受信し、前記第2信号から前記目標信号を除いた誤差信号を出力する第1〜第nの誤差信号出力装置と、
前記第1〜第nの音波発生装置と対応関係を有し、前記第1〜第nの第3信号出力装置から受信した第3信号と前記第1〜第nの誤差信号出力装置から受信した誤差信号とを用いて前記第2音波となる干渉信号を生成し、生成した前記干渉信号を前記第1〜第nの音波発生装置に出力する第1〜第nの干渉信号生成装置とを有する音場空間制御システム。 First to first sound waves are generated in the sound field space that are arranged at a predetermined distance from the sound source that generates the first sound wave in the sound field space and interfere with the first sound wave that propagates from the sound source in the sound field space. An nth sound wave generator;
A synthetic sound wave detection sensor that is disposed between the sound source and the sound wave generator, detects a synthetic sound wave of the first sound wave and the second sound wave, and outputs the detected synthetic sound wave as a first signal;
The first to nth sound wave generators are disposed with a predetermined distance from the synthetic sound wave detection sensor, and the interference sound wave generated by the interference between the first sound wave and the second sound wave is detected and detected. First to nth interference sound wave detection sensors that output the interference sound wave as a second signal;
First to nth pseudo feedback signals that have a corresponding relationship with the first to nth sound wave generators and generate pseudo feedback signals that estimate the second sound waves that reach the synthetic sound wave detection sensor from the sound wave generators. Generation filter,
The first to n-th pseudo feedback signal generation filters have a corresponding relationship, receive a first signal from the synthetic sound wave detection sensor, receive a pseudo feedback signal from the pseudo feedback signal generation filter, and First to nth third signal output devices for outputting a third signal obtained by removing the pseudo feedback signal from the signal;
A target signal that receives the third signal from the first to nth third signal output devices, adjusts the frequency characteristic of the third signal, and converts the third signal into a target signal having a desired frequency characteristic. A generating device;
The first to nth interference sound wave detection sensors have a corresponding relationship, receive a second signal from the interference sound wave detection sensors, receive a target signal from the target signal generation device, and receive the second signal from the second signal. First to nth error signal output devices for outputting an error signal excluding a target signal;
Corresponding to the first to nth sound wave generators, the third signals received from the first to nth third signal output devices and received from the first to nth error signal output devices The first to nth interference signal generation devices that generate an interference signal that becomes the second sound wave using an error signal and output the generated interference signal to the first to nth sound wave generation devices. Sound field space control system.
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