JP5315904B2 - 音場支援装置、音場支援方法およびプログラム - Google Patents
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Description
この種の音場支援システムの音場支援装置は、マイクロホンから収音信号が入力されると、FIRフィルタによってその収音信号へ所望の音響空間の残響効果等を付与するためのフィルタ係数列を畳み込み、この結果得られた信号をスピーカから放音するとともに放音した音の一部をマイクロホンへ帰還する、という処理を繰り返すことにより、音響空間における残響効果等を増強する。FIRフィルタに用いるフィルタ係数列の設定の如何によっては、狭小な音響空間でありながらあたかもコンサートホールなどの大きな音響空間で演奏しているかのような残響効果を創出することができる。
ところで、この種の音場支援システムにおいては、音響空間→マイクロホン→音場支援装置→スピーカ→音響空間という閉ループを音が循環する。そして、この閉ループの伝達関数(周波数応答)の振幅特性に鋭いピークが表れると、カラーレーションなどの聴感上の問題を引き起こすことがある。このような音響空間を含む閉ループの伝達関数(周波数応答)の振幅特性に鋭いピークが発生するのを抑えこむための仕組みを開示した文献として、たとえば、特許文献1が挙げられる。同文献に開示された音場支援装置は、FIRフィルタの後段にPEQ(Parametric Equalizer)を設け、PEQにおいて、FIRフィルタから出力される残響音信号における鋭いピークを含む帯域のゲインを低下させる。さらに、この音場支援装置は、音響空間にテスト音を放音してその収音信号を取得し、その収音信号にFFT(Finite Fourier Transform)処理を施してスペクトル分布を取得する。そして、PEQにおける限られたバンド数を効率的に用いたイコライジングを行うため、そのスペクトル分布をスムージング化し、スムージング化されたスペクトル分布をフラットにするようにPEQの伝達関数を設定する(特許文献1の図14を参照)。
本発明は、このような背景の下に案出されたものであり、残響音信号に表れる周波数軸上の急峻なピークをPEQのイコライジングにより確実に抑えこむことを目的とする。
本発明によると、制御手段は、音響空間とイコライザとを含む閉ループのうち音響空間を含みイコライザを含まない区間の伝達関数の振幅特性を取得し、その取得した伝達関数の振幅特性とイコライザの振幅特性との和の振幅特性が目標特性以下になるように、イコライザの伝達関数を制御する。よって、音響空間とイコライザとを含む閉ループの伝達関数の変動の如何にかかわらず、その閉ループを循環する残響音信号に表れる周波数軸上の急峻なピークの発生を確実に抑えこむことができる。
図1は、この発明の一実施形態である音場支援装置40を含む音場支援システムの全体構成を示す図である。この音場支援システムは、音響空間1内における音響特性を制御する。本実施形態における音響特性の制御とは、初期反射音のレベル、時間構造、到来方向などの特性を含む反射音特性や、残響特性を制御することを意味する。この音場支援システムは、マイクロホン10−k(k=1〜8)、スピーカ20−m(m=1,2…M)、マイクアンプ部31、パワーアンプ部32、および音場支援装置40を有する。マイクロホン10−k(k=1〜8)とスピーカ20−m(m=1,2…M)は、音響空間1の側壁や天井に間隔を空けて固定される。
PEQ54−i(i=1〜4)は、残響音信号の帯域を8つ以下の複数のバンドに分割し、残響音信号におけるそれらの各バンドの周波数成分に個別のイコライジングを施す。PEQ54−i(i=1〜4)には、PEQパラメータps(s=1〜8)が設定される。PEQパラメータps(s=1〜8)は、残響音信号の帯域を8つのバンドに分割した場合における第1バンドから第8バンドまでの各バンドの中心周波数cfs(s=1〜8)、各バンドの中心周波数cfs(s=1〜8)におけるレベルの増減量であるゲインgs(s=1〜8)、および各バンドの周波数特性の鋭さであるQ値qs(s=1〜8)を指定するパラメータである。PEQ54−i(i=1〜4)には、入力信号の全帯域の周波数成分を変えることなくそのまま出力するようなPEQパラメータps(s=1〜8)、すなわち、第1バンドから第8バンドまでの各バンドのゲインgs(s=1〜8)を0dBとしたPEQパラメータps(s=1〜8)がデフォルトとして設定されている。そして、PEQ54−i(i=1〜4)におけるデフォルトのPEQパラメータps(s=1〜8)は、CPU61が生成する新たなPEQパラメータps(s=1〜8)によって書き換えられる。詳しくは、後述する。
CPU61は、ノイズジェネレータ64によるピンクノイズの信号の発生を開始させる(S110)。このピンクノイズの信号は、音響空間1とPEQ54−i(i=1〜4)を含む閉ループのうち音響空間1を含みPEQ54−i(i=1〜4)を含まない区間の伝達関数(周波数応答)を計測するための信号である。ノイズジェネレータ64の出力信号は、CPU61へ供給されるとともに、加算器56−i(i=1〜4)、レベル・ディレイマトリックス58、およびパワーアンプ部32を経由し、スピーカ20−m(m=1,2…M)から音響空間1へテスト音として放射される。そして、その音響空間1におけるテスト音の応答音がマイクロホン10−k(k=1〜8)によって収音され、その収音信号が、マイクアンプ部31、ミキサ51、EMR52を介してFIRフィルタ53−i(i=1〜4)へ入力される。さらに、収音信号の入力を受けたFIRフィルタ53−i(i=1〜4)からその信号処理を経て出力される残響音信号が、その周波数成分を変更されないままPEQ54−iを通過してCPU61へ供給される。
すなわち、ステップS110においてピンクノイズの信号の発生が始まってからステップS130においてその発生が停止されるまでの間に、CPU61は、テスト音であるピンクノイズそのものの信号(「テスト信号」という)と、音響空間1におけるそのテスト音の応答音から得られた残響音信号(「応答信号」という)とを取得する。
図4(A)は、フラットでない振幅特性C(ω)の一例を示す図であり、図4(B)はフラットな振幅特性C(ω)の一例を示す図である。両図における振幅特性C(ω)の全周波数の振幅値(dB)の平均値LAVEとその最大値LMAXの差を比較すると、前者より後者のほうがその差が2.5dB程度小さくなっていることが分かる。これは、前者よりも後者のほうがカラレーションを発生させにくい特性であることを意味する。
図5において、CPU61は、ステップS110においてピンクノイズの信号の発生が始まってからステップS130においてその発生が停止されるまでの間に取得したテスト信号と応答信号とを用いて振幅特性C(ω)を取得する(S141)。より詳細に説明すると、まず、テスト信号に対して、窓幅を32768サンプル、オーバーラップ率を95%とするFFT(Finite Fourier Transform)処理を施し、パワースペクトル(分布の時間平均)を求める。次に、応答信号に対しても同様のFFT処理を施し、パワースペクトル(分布の時間平均)を求める。そして、前者のパワースペクトルから後者のパワースペクトルを減算した結果を振幅特性C(ω)とする。
本実施形態においては、振幅特性を、各周波数の振幅を対数として示す一連の対数値列として取り扱う。
次に、CPU61は、ステップS144からステップS149の処理である振幅特性簡略化処理を実行する。振幅特性簡略化処理は、ステップS143で取得した振幅特性R(ω)を、その特徴をより起伏の少ない包絡曲線によって簡略化した振幅特性(「振幅特性R’(ω)」と記す)へと変換する処理である。図6は、ある振幅特性R(ω)に、振幅特性簡略化処理を経てその振幅特性R(ω)から得られた振幅特性R’(ω)を重ね合わせた図である。この振幅特性簡略化処理を実行するにあたり、CPU61は、次式に示すガウス関数GFの形状を決定づけるパラメータaおよびbのセットを記憶するための領域(「ガウス関数記憶領域」という)と変換途中の振幅特性を記憶するための領域(「振幅特性記憶領域」という)とをRAM62に確保し、これらの記憶領域の記憶内容を更新しつつ、ステップS144からステップS149の一連の処理を実行する。
GF=b・exp(−(x−a)2/2c2)…(1)
この式におけるパラメータaはガウス関数GFのピーク周波数を示し、パラメータbはそのピーク周波数における振幅を示す。また、cはガウス関数の幅を示す定数である。
CPU61は、それまでにガウス関数記憶領域にセットとして記憶したパラメータa,bを上記式に入力し、その入力によって得られるガウス関数GFを重ね合わせた曲線(「フィット曲線」という)を求める(S146)。
CPU61は、ステップS147において、振幅特性における各周波数の振幅の最大値が閾値THを下回ると判断した場合(S147:Yes)、それまでにガウス関数記憶領域に記憶したパラメータa,bの各セットにより得られるフィット曲線を、振幅特性R’(ω)として取得する(S149)。
図8は、パラメータ生成処理のサブルーチンを示す図である。
上述したように、振幅特性簡略化処理では、振幅特性C(ω)と目標レベル(0dB)との差である振幅特性R(ω)のピークの周波数とその振幅をそれぞれパラメータa,bとするn個のガウス関数を重ね合わせたフィット曲線を振幅特性R’(ω)とする。図9に示すように、この振幅特性R’(ω)には、PEQ54−iによるイコライジングが可能なバンドの最大数である8よりも多くのピークが発生し得る。パラメータ生成処理は、8つ以下のPEQパラメータpsであって、それらを設定した場合におけるPEQ54−iの伝達関数(周波数応答)の振幅特性(「振幅特性G(ω)」と記す)と振幅特性R’(ω)との和である振幅特性の最大ピークの振幅値が0dBより僅かに大きな閾値TH以下になるようなPEQパラメータpを生成する処理である。
後述するように、この振幅特性記憶領域に記憶される振幅特性−Rs’(ω)は、変数sのインクリメントに従い、振幅特性−R1’(ω)、振幅特性−R2’(ω)…振幅特性−R8’(ω)と書き換えられる。
q=cf/(|f1−f2|)…(2)
後述するように、このパラメータ記憶領域には、PEQパラメータp1、PEQパラメータp2…PEQパラメータp8が1つずつ書き加えられる。
CPU61は、ステップS168において求めた面積が面積記憶領域に記憶されている面積よりも小さいか否かを判断する(S169)。ここで、当該パラメータ生成処理が開始された当初は、面積記憶領域に比較対象となる面積が記憶されていない。この場合、ステップS169では、ステップS168において求めた面積が面積記憶領域に記憶されている面積よりも小さいとみなす。
ここで、PEQ54−iの伝達関数(周波数応答)における各バンドのピークはそのバンドのQ値を小さくするほど緩やかなものとなる。また、PEQ54−iにおける各バンドのゲインは中心周波数を中心として左右対称な形状になるのに対し、振幅特性−R’(ω)における振幅はある周波数のピークを中心として左右対称な形状にはならない。そこで、本実施形態では、振幅特性−Rs’(ω)における最大ピークの周波数を中心周波数cfsとし、その中心周波数cfsに応じて十分に大きなQ値qsの初期値を求め、その初期値からQ値qsを所定量ずつ小さくしながらゲイン差の面積の極小値を探索し、面積が減少から増加に転じる直前のQ値qsを採用する。
CPU61は、ステップS174において、振幅特性C(ω)と振幅特性R’(ω)との和である振幅特性の最大ピークの振幅値が閾値TH以下になっていないと判断した場合(S174:No)、生成数記憶領域における変数sが「8」であるか否かを判断する(S175)。
このパラメータ生成処理では、ステップS163からステップS178に至るループが最大で8回繰り返されることにより、1〜8個のPEQパラメータpsであって、それらをPEQ54−iに設定した場合における振幅特性G(ω)と振幅特性R’(ω)との和の振幅特性の最大ピークが閾値TH以下になるようなPEQパラメータpsがパラメータ記憶領域に記憶される。
図3において、CPU61は、パラメータ生成処理によってPEQパラメータpsを生成すると、その時点においてパラメータ記憶領域に記憶されている1〜8個のPEQパラメータpsをPEQ54−iに設定する(S180)。以後、スイッチ55−qがオン状態に切り換えられると、PEQ54−iは、FIRフィルタ53−qが出力する残響音信号へこのPEQパラメータpsに従った1〜8バンドのイコライジングを施し、イコライジングを施した残響音信号を出力する。
(1)上記実施形態のパラメータ生成処理におけるステップS168では、演奏制御装置40のCPU61は、パラメータ記憶領域に記憶されているPEQパラメータpsのすべてをPEQ54−iに設定した場合における振幅特性G(ω)とPEQ54−i(i=1〜4)の目標振幅特性である振幅特性−R’(ω)とのゲイン差の面積を求めた。しかし、このステップS168では、CPU61は、パラメータ記憶領域に記憶されているPEQパラメータpsのすべてをPEQ54−iに設定した場合における振幅特性G(ω)と振幅特性R’(ω)とのゲイン和の面積を求めるようにしてもよい。
Claims (5)
- 複数バンドのイコライジング処理を実行するイコライザと、
音響空間と前記イコライザとを含む閉ループのうち前記音響空間を含み前記イコライザを含まない区間の伝達関数の振幅特性を取得する振幅特性取得手段を含み、前記振幅特性取得手段が取得した振幅特性と目標特性との差である第1の振幅特性と前記第1の振幅特性の逆特性となる第2の振幅特性とを求め、その後、前記複数バンドのうち1つを設定バンドとし、前記第2の振幅特性の最大ピークの周波数を前記設定バンドの中心周波数とし、前記イコライザの振幅特性と前記第2の振幅特性との間のゲイン差の面積を最も小さくする前記設定バンドのイコライジング処理のパラメータを決定し、記憶手段に記憶させるとともに、前記記憶手段に記憶されたパラメータを前記イコライザに設定した場合における前記イコライザの振幅特性と前記第1の振幅特性との和により前記第2の振幅特性を更新する処理を繰り返し、前記記憶手段に記憶されたパラメータを前記イコライザに設定する制御手段と
を具備することを特徴とする音場支援装置。 - 複数バンドのイコライジング処理を実行するイコライザと、
音響空間と前記イコライザとを含む閉ループのうち前記音響空間を含み前記イコライザを含まない区間の伝達関数の振幅特性を取得する振幅特性取得手段を含み、前記振幅特性取得手段が取得した振幅特性と目標特性との差である第1の振幅特性と前記第1の振幅特性の逆特性となる第2の振幅特性とを求める第1の処理と、前記複数バンドのうち1つを設定バンドとし、前記第2の振幅特性の最大ピークの周波数を前記設定バンドの中心周波数とし、前記中心周波数と、前記第2の振幅特性の前記中心周波数での振幅に応じたゲインと、前記中心周波数から求めた複数のQ値の各々との組み合わせを示す各パラメータを前記イコライザに設定した場合におけるイコライザ振幅特性と前記第2の振幅特性との間のゲイン差の面積を求め、ゲイン差の面積が最も小さくなる組み合わせを示すパラメータを記憶手段に記憶させる第2の処理と、前記第2の処理によって前記記憶手段にパラメータが記憶されたとき、それまでに前記記憶手段に記憶されたパラメータを前記イコライザに設定した場合におけるイコライザ振幅特性と前記第1の振幅特性との和である振幅特性のピークが閾値以下であるかを判断する第3の処理と、前記第3の処理によって振幅特性のピークが前記閾値以下でないと判断するたびに、前記記憶手段に記憶されたパラメータを前記イコライザに設定した場合におけるイコライザ振幅特性と前記第1の振幅特性との和である振幅特性により前記第2の振幅特性を更新し、前記複数バンドのうち未だ設定バンドとなっていないバンドの1つを設定バンドとした上で前記第2の処理を繰り返し、前記第3の処理によって振幅特性のピークが前記閾値以下であると判断したとき、それまでに前記記憶手段に記憶されたパラメータを前記イコライザに設定する第4の処理とを実行する制御手段と
を具備することを特徴とする音場支援装置。 - 音響空間において収音された音を示す収音信号を遅延させた複数の遅延オーディオ信号を発生し、発生した複数の遅延オーディオ信号と前記音響空間の音響特性を制御するためのフィルタ係数列との積和演算を行い、積和演算結果を示す残響音信号を前記イコライザに出力するディジタルフィルタ処理手段をさらに具備することを特徴とする請求項1または2に記載の音場支援装置。
- 音響空間と複数バンドのイコライジング処理を実行するイコライザとを含む閉ループのうち前記音響空間を含み前記イコライザを含まない区間の伝達関数の振幅特性を取得する振幅特性取得過程と、
前記振幅特性取得過程において取得した振幅特性と目標特性との差である第1の振幅特性と前記第1の振幅特性の逆特性となる第2の振幅特性とを求め、その後、前記複数バンドのうち1つを設定バンドとし、前記第2の振幅特性の最大ピークの周波数を前記設定バンドの中心周波数とし、前記イコライザの振幅特性と前記第2の振幅特性との間のゲイン差の面積を最も小さくする前記設定バンドのイコライジング処理のパラメータを決定し、記憶手段に記憶させるとともに、前記記憶手段に記憶されたパラメータを前記イコライザに設定した場合における前記イコライザの振幅特性と前記第1の振幅特性との和により前記第2の振幅特性を更新する処理を繰り返し、前記記憶手段に記憶されたパラメータを前記イコライザに設定する制御過程と
を含むことを特徴とする音場支援方法。 - コンピュータに、
音響空間と複数バンドのイコライジング処理を実行するイコライザとを含む閉ループのうち前記音響空間を含み前記イコライザを含まない区間の伝達関数の振幅特性を取得する振幅特性取得過程と、
前記振幅特性取得過程において取得した振幅特性と目標特性との差である第1の振幅特性と前記第1の振幅特性の逆特性となる第2の振幅特性とを求め、その後、前記複数バンドのうち1つを設定バンドとし、前記第2の振幅特性の最大ピークの周波数を前記設定バンドの中心周波数とし、前記イコライザの振幅特性と前記第2の振幅特性との間のゲイン差の面積を最も小さくする前記設定バンドのイコライジング処理のパラメータを決定し、記憶手段に記憶させるとともに、前記記憶手段に記憶されたパラメータを前記イコライザに設定した場合における前記イコライザの振幅特性と前記第1の振幅特性との和により前記第2の振幅特性を更新する処理を繰り返し、前記記憶手段に記憶されたパラメータを前記イコライザに設定する制御過程と
を実行させることを特徴とするプログラム。
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