JP2000250563A - 音場発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 音源から発せられる音波が複数の音場空間を
経由してリスナーに到達する場合の音場効果、時々刻々
に変化する音場空間での音場効果を得ることのできる音
場空間装置を提供することを目的とする。 【構成】 音源１０６から供給される音信号は、音場処
理ユニット２０１で、音場パラメータ１で特徴付けられ
る音場空間に対応した音場処理を施され、次に、音場処
理ユニット２０２で、音場パラメータ２で特徴付けられ
る音場空間に対応した音場処理を施され、最後に、音場
処理ユニット２０３で、音場パラメータ３で特徴付けら
れる音場空間に対応した音場処理を施され、音信号を増
幅して放音するサウンドシステム１０８に供給される。
各音場処理ユニットに供給する各音場パラメータについ
ては、リスナー操作やゲームプログラムの進行に沿って
ＣＰＵ１０１が適宜設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ゲーム機器、オーデ
ィオ機器、パーソナルコンピュータ等の音を合成したり
再生したりする装置に内蔵または接続して使用される音
場処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】音源により合成される音、または記録媒
体から再生される音を、現実の音場空間（例えば、教
会、コンサートホール、劇場、映画館）をシミュレート
する音場処理装置に入力することにより、リスナーがあ
たかもそのような音場空間に実際に居るような音場効果
が得られる。このような音場処理装置は、ＡＶアンプや
電子楽器、サウンドカードに実装されて市販されてい
る。

【０００３】図５は、ある音場空間内での音源とリスナ
ーとの位置関係及び音源が発した音圧がリスナーへ届く
までの経路を表したものである。図中、ＤＲ（Ｄｉｒｅ
ｃｔＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）はリスナーへ直接到達する
直接音成分を示している。直接音ＤＲは音源とリスナー
との位置関係に対応した遅延特性とゲイン特性を持って
いる。直接音以外は総称して間接音と呼ばれ、その中に
は、１次反射音、２次反射音、…がある。このような間
接音のうち、比較的次数の小さいものを相称して初期反
射音とも言う。ＥＲ（Ｅａｒｌｙ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏ
ｎ）１〜４は一度だけ壁、床、または天井で反射してリ
スナーへ到達する1次反射音成分を示している（図で
は、煩雑になるのを避けるため、床および天井での反射
は省略している）。１次反射音ＥＲ１〜４は、それぞ
れ、音源とリスナーとの位置関係及び音場空間の特性
（部屋の形状、材質等）に対応した遅延特性とゲイン特
性とを持っている。また、図５では直接音と１次反射音
しか示していないが、実際には、２回、３回、…と反射
を繰り返した後にリスナーに到達する高次反射音成分が
加わる。高次反射音成分のうち比較的次数の高いものを
総称して後部残響音とも言う。

【０００４】図６は、図５に示される位置関係および音
場空間特性で、音源位置から発生されたインパルスをリ
スナー位置で採取した、いわゆるインパルス応答ゲイン
であり、横軸が時間を表し、縦軸がレベルを表す。図
中、ＤＲは直接音成分を示し、この成分は最もレベルが
大きく遅延時間が短い。ＥＲは１次反射音成分を示し、
この成分は直接音成分に比べてやや遅延時間が長いとと
もに壁、床等で減衰されてリスナーに到達する。ＲＥＶ
（Ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ）は高次反射音成分を示
しており、この成分は時間経過とともに多くの反射を繰
り返し、徐々に人間の耳には知覚されなくなる。人間の
耳は、このような直接音、１次反射音および高次反射音
が混合された複雑な音圧を入力し、それを脳で分析し
て、音源位置、音場空間のタイプを知覚する。裏を返せ
ば、このような直接音、１次反射音および高次反射音を
人工的に作成してやることにより、特定のリスニングル
ームあるいはマイルームに居ながらにして、さらにヘッ
ドホンで聴取した場合にも、あたかも、教会、コンサー
トホール、劇場、映画館に居るような音場効果が得られ
るということになる。音場処理装置は、一口で言えば、
このような直接音、１次反射音および高次反射音を作成
するものであった。

【０００５】音場処理装置は、原理的には、実在する有
名な教会、コンサートホール、劇場等で実測したインパ
ルス応答ゲインを模擬することにより実現される。しか
しながら、ハード規模および計算量との兼ね合いで、比
較的影響力の大きい直接音、初期反射音を、多段遅延回
路と各タップの出力にインパルス応答ゲインに対応した
係数を乗算する係数乗算器とで作成し、比較的影響力の
小さい後部残響音をＩＩＲフィルタにより簡略化して作
成するのが一般的である。

【０００６】図７はそのような音場処理装置のブロック
図であり、ＤＬは多段遅延回路を示し、ＩＲはＩＩＲフ
ィルタを示し、ＣＯは係数乗算器を示し、ＡＤは加算器
を示している。多段遅延回路ＤＬの相対的に遅延時間の
短い部分のタップから取り出される信号は直接音成分に
相当し、相対的に遅延時間の長い部分のタップから取り
出される複数の信号は初期反射音成分に相当する。ＩＩ
ＲフィルタＩＲから取り出される信号成分は後部残響音
成分に相当する。このような音場処理装置に所望の音場
空間をシミュレートするための遅延パラメータ、ＩＩＲ
フィルタパラメータおよび係数パラメータを設定するこ
とにより、所望の音場効果が得られる。この音場処理装
置に入力される音は、電子的に合成される音であっても
記録媒体から再生された音であってもよい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の音場処理装置
は、有名な教会、コンサートホール、劇場、映画館等、
いくつかの代表的なスタティックな音場空間をシミュレ
ートした音場パラメータを記憶しており、リスナーがそ
の中から所望のものを１つ選択するような構成であるた
め、シミュレートすべき音場空間の数が多くなればなる
ほど、装置が大型化するとともにコストがアップすると
いう問題がある。また、代表的な音場空間のパラメータ
を記憶し選択するという構成は、音楽鑑賞用途には十分
かも知れないが、実社会の様々なシチュエーションを考
慮した音場空間をシミュレートするには限界がある。通
常、ある場所で発生する音は様々な音場空間を経由して
人間の耳に届く。さらに、音源はいつも固定的な位置に
あるわけではなく時間経過とともに移動する場合もあ
る。

【０００８】例えば、図８に例示するように、空軍基地
の格納庫にある戦闘機が、格納庫から出て滑走路を経由
して飛び出す場合、格納庫内にあるときには、音圧は、
格納庫、滑走路（屋外）、部屋のそれぞれの音場空間を
経由してリスナーに到達するが、音源（戦闘機）の移動
とともに、格納庫の要素はなくなる。このように、音圧
が複数の音場空間を経由してリスナーに到達する場合の
音場効果、時々刻々に（ダイナミックに）変化する音場
空間での音場効果、または音源が音場空間内で時間経過
とともに移動する場合の音場効果を提供することは、リ
アリティ向上のためには必須であり、ゲーム機、バーチ
ャル体験システム等の用途において特に有効である。と
ころが、上記のとおり、従来の音場処理装置は、代表的
なスタティックな音場空間をシミュレートすることしか
想定していなかった。

【０００９】また、従来の音場処理装置はそのようなス
タティックな音場空間の中から任意の１つをリスナーが
選択できるのみであり、複数の音場空間を組み合わせた
り、音場空間をダイナミックに変更したりして新規な音
場空間を創作して新規な音場効果を得ることができなか
った。そこでこの発明は、音源から発せられる音圧が複
数の音場空間を経由してリスナーに到達する場合の音場
効果を得ることが可能な低コストの音場処理装置を提供
することを目的としている。また、この発明は、時々刻
々に（ダイナミックに）変化する音場空間での音場効果
を得ることが可能な低コストの音場処理装置を提供する
ことを目的とする。さらに、この発明は、音場空間内で
音源が時間経過とともに移動する場合の音場効果を得る
ことが可能な低コストの音場処理装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の音場処理装置は、それぞれ所定の音場
空間をシミュレートするための音場パラメータを設定す
ることにより、入力される音信号に対して所定の音場処
理を行う独立した複数の音場処理ユニットと、前記複数
の音場処理ユニットのそれぞれに独立した音場パラメー
タを設定する音場パラメータ設定手段と、前記複数の音
場処理ユニットを任意に結合する結合手段とを具備し、
前記結合手段により結合された複数の音場処理ユニット
の所定位置から取り出した音信号を、複合音場処理を施
された音信号として出力することを特徴とする。

【００１１】また、前記複数の音場処理ユニットはそれ
ぞれ直接音および間接音を生成するとともにその直接音
と間接音とを所定の混合比率で合成するものであり、前
記音場パラメータ設定手段はそれぞれの前記音場処理ユ
ニットに対して前記直接音と間接音のパラメータを設定
するとともにその直接音と間接音との混合比率を設定す
ることを特徴とする。

【００１２】さらに、前記音場パラメータ設定手段は、
少なくとも１つの音場処理ユニットに設定すべき音場パ
ラメータの直接音と間接音との混合比率を外部から設定
される制御情報に応じて変化させて設定することを特徴
とする。さらに、前記音場パラメータ設定手段は、少な
くとも１つの音場処理ユニットに設定すべき音場パラメ
ータの直接音と間接音との混合比率を時間経過とともに
変化させて設定することを特徴とする。

【００１３】第２の発明の音場処理装置は、それぞれ所
定の音場空間をシミュレートするための音場パラメータ
を設定することにより、入力される音信号に対して所定
の音場処理を行う互いにカスケード接続された複数の音
場処理ユニットと、前記複数の音場処理ユニットのそれ
ぞれに独立した音場パラメータを設定する音場パラメー
タ設定手段とを具備し、前記カスケード接続された複数
の音場処理ユニットの最終段の音場処理ユニットの出力
を複合音場処理を施された音信号として出力することを
特徴とする。

【００１４】また、前記複数の音場処理ユニットは、そ
れぞれ直接音および間接音を生成するとともにその直接
音と間接音とを所定の混合比率で合成するものであり、
前記音場パラメータ設定手段は、それぞれの前記音場処
理ユニットに対して、前記直接音と間接音のパラメータ
を設定するとともにその直接音と間接音との混合比率を
設定することを特徴とする。

【００１５】さらに、前記音場パラメータ設定手段は、
少なくとも１つの音場処理ユニットに設定すべき音場パ
ラメータの直接音と間接音との混合比率を外部から設定
される制御情報に応じて変化させて設定することを特徴
とする。

【００１６】さらに、前記音場パラメータ設定手段は、
少なくとも１つの音場処理ユニットに設定すべき音場パ
ラメータの直接音と間接音との混合比率を時間経過とと
もに変化させて設定することを特徴とする。

【００１７】第３の発明の音場処理装置は、所定の音場
空間をシミュレートするための音場パラメータを設定す
ることにより入力される音信号に対して所定の音場処理
を行う音場処理ユニットと、それぞれ異なる複数の音場
空間をシミュレートするための複数の音場パラメータを
発生する音場パラメータ発生手段と、前記音場パラメー
タ発生手段が発生する複数の音場パラメータを合成して
複合音場パラメータを発生する音場パラメータ合成手段
と、前記音場パラメータ合成手段で合成された複合音場
パラメータを前記音場処理ユニットに設定する音場パラ
メータ設定手段とを具備し、前記音場処理ユニットの出
力を、複合音場処理を施された音信号として出力するこ
とを特徴とする。

【００１８】また、前記音場処理ユニットは多段遅延手
段および各段の出力に所定の係数を乗算する複数の係数
乗算手段で構成されるものであり、前記音場パラメータ
発生手段は複数の音場パラメータをそれぞれインパルス
応答ゲインとして発生するものであり、前記音場パラメ
ータ合成手段は複数の音場パラメータに対応した複数の
インパルス応答ゲインを畳み込み演算して複合インパル
ス応答ゲインを発生するものであり、前記音場パラメー
タ設定手段は前記複合インパルス応答ゲインに従い前記
音場処理ユニットの複数の係数乗算手段の係数を設定す
るものであることを特徴とする。

【００１９】さらに、前記音場パラメータ合成手段は複
数のインパルス応答ゲインを畳み込み演算して複合イン
パルス応答を発生する際、各インパルス応答ゲインが所
定の閾値以下の場合には０とみなすことを特徴とする。

【００２０】また、前記音場処理ユニットは多段遅延手
段と各段の出力に所定の係数を乗算する複数の係数乗算
手段とから成る直接音／初期反射音発生手段およびＩＩ
Ｒフィルタから成る後部残響音発生手段で構成されるも
のであり、前記音場パラメータ発生手段は複数の音場パ
ラメータを前記直接音／初期反射音発生手段に設定すべ
きインパルス応答ゲインおよび前記後部残響音発生手段
に設定すべきＩＩＲフィルタパラメータとしてそれぞれ
発生するものであり、前記音場パラメータ合成手段は複
数の前記インパルス応答ゲインを畳み込み演算して複合
インパルス応答ゲインを発生するものであり、前記音場
パラメータ設定手段は前記複合インパルス応答ゲインに
従い前記音場処理ユニットの複数の係数乗算手段の係数
を設定するものであることを特徴とする。

【００２１】さらに、前記音場パラメータ合成手段は複
数のＩＩＲフィルタパラメータのうち所定の１つを選択
して複合ＩＩＲフィルタパラメータとして発生するもの
であり、前記音場パラメータ設定手段は前記複合ＩＩＲ
フィルタパラメータを前記音場処理ユニットのＩＩＲフ
ィルタに設定するものであることを特徴とする。

【００２２】さらに、前記音場パラメータ合成手段は複
数のＩＩＲフィルタパラメータの平均値を複合ＩＩＲフ
ィルタパラメータとして発生するものであり、前記音場
パラメータ設定手段は前記複合ＩＩＲフィルタパラメー
タを前記音場処理ユニットのＩＩＲフィルタに設定する
ものであることを特徴とする。

【００２３】さらに、前記音場パラメータ合成手段は複
数のＩＩＲフィルタパラメータをそれぞれインパルス応
答ゲインに変換する手段を含むことを特徴とする。

【００２４】また、前記音場パラメータ発生手段は、複
数の音場パラメータの少なくとも１つを外部から設定さ
れる制御情報に応じて変化させて発生することを特徴と
する。

【００２５】また、前記音場パラメータ発生手段は複数
の音場パラメータの少なくとも１つを時間経過とともに
変化させて発生することを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】実施形態の説明に先立ち、用語の
意味の整理を兼ねて、直接音、間接音、１次反射音、初
期反射音、高次反射音、後部残響音の関係を整理してお
く。直接音とは、反射を介さずに直接リスナーの耳に届
く成分を示し、間接音とは、直接音以外の成分、すなわ
ち、１次反射音、初期反射音、高次反射音、後部残響音
の全てを包含している。また、１次反射音とは1回だけ
壁等で反射してリスナーの耳に届く成分を示し、初期反
射音とは１次反射音を含む比較的低次の反射音成分を示
し、高次反射音とは１次反射音以外の反射音成分を示し
ている。さらに、後部残響音とは高次反射音の中で比較
的次数の大きい反射音成分を示している。

【００２７】以下、図面に基づいてこの発明の実施形態
について説明する。図１は、この発明が適用されるゲー
ム機のハードウエア構成を示すものである。図中、１０
１はＣＰＵ（中央処理装置）であり、ＣＤ−ＲＯＭドラ
イブ１０２に装着されたＣＤ−ＲＯＭ（図示省略）から
メモリ１０３にダウンロードしたプログラム、グラフィ
ックスデータ、サウンドデータ等に従い各部を制御す
る。このＣＰＵ、ＣＤ−ＲＯＭに記憶されたサウンド制
御用プログラムおよびサウンドデータはこの発明を構成
する一部となる。

【００２８】１０３は、デフォルトのプログラム、デー
タ等を記憶したＲＯＭ部および上記ＣＤ−ＲＯＭからダ
ウンロードされたデータの記憶以外にＣＰＵ１０１の作
業エリアとしても使われるＲＡＭ部で構成されるメモリ
である。１０４は、ゲーム進行に合わせてユーザーに操
作される、押しボタン、キーボード等で構成される入力
部であり、ＣＰＵ１０１によりその操作状況が検出さ
れ、その検出結果に沿って、ゲームストーリー、グラフ
ィックスおよびサウンドが制御される。なお、グラフィ
ックス系については、この発明と直接関係がないので図
面を省略している。

【００２９】１０５はサウンド部であり、音源１０６、
音場処理装置１０７およびサウンドシステム１０８で構
成される。音源１０６は、ＣＰＵ１０１の制御のもと
に、楽音、音声、音楽（以下、総称して、「音信号」と
称する）を発生する。楽音・音声合成形態としては、Ｆ
Ｍ（周波数変調）型合成、ウエーブテーブル型合成、物
理モデルシミュレート型合成、フォルマントシンキング
型合成等の任意の形態が可能である。このような楽音の
合成は、ＣＤ−ＲＯＭからメモリ１０３にダウンロード
されたＭＩＤＩ形態のサウンドデータをゲームの進行に
沿ってＣＰＵ１０１がデコードして、具体的なサウンド
パラメータを音源１０６に設定することにより行われ
る。また、音源１０６は、ＣＰＵ１０１の制御のもと
に、ＣＤ−ＲＯＭに記憶されたＢＧＭ等の音楽データ
（ウエーブデータ）を直接入力し、それをそのまま、ま
たは再生速度を変えて出力することもできる。

【００３０】音場処理装置１０７は、ＣＰＵ１０１の制
御のもとに、音源１０６から供給される音信号に対し
て、音場効果を付与するための音場処理を施す。音場処
理の内容については、ＣＤ−ＲＯＭからメモリ１０３に
ダウンロードされたサウンド制御用プログラムに従って
ＣＰＵ１０１から供給される音場パラメータの内容に従
う。音場パラメータは、複数の異なる音場空間に対応し
たものが事前にＣＤ−ＲＯＭからメモリ１０３にダウン
ロードされている。複数の音場空間に対応した音場パラ
メータについては、ゲームの性格を考慮してゲーム製作
者が用意すればよいのであるが、一例として、教会、コ
ンサートホール、映画館、部屋、高層ビル、体育館、倉
庫、海、山、平地、都市、田舎、地上、上空、海上、海
中、宇宙等が考えられる。この音場処理装置１０７はこ
の発明の一部を構成する。

【００３１】サウンドシステム１０８は、音場処理装置
１０７から供給された音場効果が付与された音信号を適
宜増幅して放音するものである。以上が、この発明が適
用されるゲーム機のハードウエア構成の概略である。こ
こで、一旦、図面を離れて、音場処理装置１０７が行う
複合音場処理の概念について説明する。まず、我々は、
現実世界において、ある場所で発生する音波がリスナー
の耳に到達する場合には、様々な音場空間を経由してい
ることに着目した。経由する音場空間の数は、音源位置
がリスナーから離れていればいるほど多くなる。そし
て、既存の音場処理装置は、単一の閉鎖された音場空間
をシミュレートするだけのものであるために、インタラ
クティブで、かつダイナミックに音源位置が変化するゲ
ーム機等の用途においてリアリティが欠ける原因になっ
ていることを発見した。すなわち、音源位置が変化する
ということは、音源位置とリスナーの間に介在する音場
空間が変化しているわけであるが、それが全く考慮され
ていない。

【００３２】そこで、我々は、「複合音場空間」、「複
合音場処理」の概念を導入した。その概念は以下のとお
りである。「複数の音場空間のそれぞれの伝達関数がＳ
０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…、Ｓｎである場合であって、
音源が発する音波がその複数の音場空間を経由して伝達
される場合、その複合伝達関数は、それぞれの音場空間
の伝達関数の線形結合になる。」「また、複数の音場空
間のそれぞれのインパルス応答ゲインがＨ０、Ｈ１、Ｈ
２、Ｈ３、…、Ｈｎである場合であって、音源が発する
音波がその複数の音場空間を経由して伝送される場合、
その複合インパルス応答ゲインは、それぞれの音場空間
のインパルス応答ゲインの畳み込みになる。」

【００３３】次に、上記複合音場処理の概念を実現する
ために、音場処理装置１０７が行う処理の内容について
詳細に説明する。図２は、音場処理装置１０７の第１の
実施形態を示すブロック図である。この実施形態におい
ては、音場処理装置は、カスケード接続された複数の音
場処理ユニット２０１、２０２、２０３で構成されてい
る。各音場処理ユニットは同一のハードウエア構成であ
り、例えば、図７に示したように構成される。各音場処
理ユニットには、リスナーの操作により、または、ゲー
ムプログラムの進行に沿って、ＣＰＵ１０１により、異
なる音場空間に対応した音場パラメータがそれぞれ設定
される。音源１０６から供給される音信号は、まず、音
場処理ユニット２０１で音場パラメータ１で特徴付けら
れる音場空間に対応した音場処理を施され、次に、音場
処理ユニット２０２で音場パラメータ２で特徴付けられ
る音場空間に対応した音場処理を施され、最後に、音場
処理ユニット２０３で音場パラメータ３で特徴付けられ
る音場空間に対応した音場処理を施され、サウンドシス
テム１０８に供給される。この第１の実施形態では、複
数の音場処理ユニットをカスケード接続することにより
複合音場処理を実現している。複数の音場処理ユニット
に供給する音場パラメータについては、リスナーの操作
により、または、ゲームプログラムの進行に沿って、Ｃ
ＰＵ１０１が適宜設定する。

【００３４】なお、複数の音場処理ユニットの接続形態
については、この実施形態では固定的なカスケード接続
としたが、プログラマブルに接続形態を変更できるよう
に構成してもよい。また、音源の移動に伴って音場パラ
メータが変化する場合には、クロスフェード手法を導入
するとさらにリアルな音場効果が得られる。クロスフェ
ード手法の導入には次の２通りの実施形態が考えられ
る。

【００３５】（１）音場パラメータのクロスフェード合
成 ある音場処理ユニットの音場処理をオフに切り換えると
きには、供給された音信号をそのままスルーで出力する
ような音場パラメータへ徐々に切り換えていけばよい
し、別の音場パラメータに変化させる場合には、徐々に
ウエイトが軽くなる古い音場パラメータと徐々にウエイ
トが重くなる新しい音場パラメータとを重み付け加算し
て、音場パラメータとして設定すればよい。このクロス
フェード手法の場合には、図２の構成を変えずに、ＣＰ
Ｕ１０１が、音場パラメータをクロスフェード演算しつ
つ設定することにより行われる。

【００３６】（２）音場処理ユニットのクロスフェード
合成 また、音場処理装置１０７を図３のように構成してもク
ロスフェード手法を実現できる。図中、３０４、３０５
はそれぞれ音場処理ユニットを示し、それぞれ図７のよ
うに構成される。３０６、３０７は係数乗算器を示し、
３０８は加算器を示している。この構成で、初期状態と
して音場処理ユニット３０４に所定の音場パラメータが
設定されている状態で、この音場処理をオフに切り換え
るときには、音場処理ユニット３０５に、音信号をスル
ーで出力するような音場パラメータを設定して、その
後、係数乗算器３０６の係数を１から徐々に０に切り換
えていくとともに係数乗算器３０７の係数を０から徐々
に１に切り換えていけばよい。また、音場処理ユニット
３０４に設定されている音場パラメータを他の音場パラ
メータに変更する場合には、音場処理ユニット３０５に
変更後の音場パラメータを設定した後に、係数乗算器３
０６の係数を１から徐々に０に切り換えていくとともに
係数乗算器３０７の係数を０から徐々に１に切り換えて
いけばよい。

【００３７】なお、音源の移動をシミュレートする簡略
化された手法として、図７に示された音場処理装置の係
数乗算器ＣＯに与える係数パラメータのみを変化させる
方法も有効である。この場合、多段遅延回路ＤＬの直接
音に相当するタップ位置から取り出した信号に乗算する
係数パラメータと他の係数パラメータとの比率を変化さ
せればよい。すなわち、ある音場処理ユニットの音場処
理をオフに切り換えるときには、直接音に乗算する係数
パラメータを１に向かって徐々に切り換えていくととも
に、その他の係数パラメータを０に向かって徐々に切り
換えていくとよい。

【００３８】図８に例示したような、格納庫に待機して
いる戦闘機が飛び出すときの音を建物の内部のリスナー
が聞くようなケースでは、格納庫に対応した音場パラメ
ータ１が音場処理ユニット２０１に設定され、屋外（滑
走路）対応した音場パラメータ２が音場処理ユニット２
０２に設定され、建物内の部屋に対応した音場パラメー
タ３が音場処理ユニット２０３に設定されるとともに、
音源からは戦闘機のエンジン音やタイヤが地面を擦る摩
擦音や翼と空気との摩擦で生ずる風切り音が発生され
る。そして、時間の経過とともに、戦闘機が格納庫から
滑走路に向かうにつれて、音場処理ユニット２０１の音
場パラメータ１が音場処理オフに対応した音場パラメー
タに変更され、さらに、戦闘機が飛び立つと、屋外（滑
走路）に対応した音場パラメータ２は屋外（上空）に対
応した音場パラメータに変更される。このように、格納
庫、屋外（滑走路）および部屋に対応した複合音場処理
が実現されるとともに、時間経過またはゲームプログラ
ムの進行に合わせて、ダイナミックに音場空間を変更で
きる。

【００３９】図４は、音場処理装置１０７の第２の実施
形態を示すブロック図である。第１の実施形態では同一
ハードウエア構成の複数の音場処理ユニットを接続する
ことにより複合音場処理を実現したが、この第２の実施
形態では、単一の音場処理ユニットに対して、事前に演
算して作成した複合音場パラメータを設定することを特
徴としている。このように構成することにより、ハード
ウエアのコストを削減できる。所定の音場空間に対応し
た音場パラメータは、その音場空間の所定の位置で発生
させたインパルスを所定の位置で採取したインパルス応
答ゲインとして表現できる。そして、そのインパルス応
答ゲインを音場パラメータとして持つとともに、そのイ
ンパルス応答ゲインをＦＩＲフィルタのタップ係数とし
て設定することにより、音場処理が実現できる。

【００４０】図４は、上記のような、音場パラメータを
インパルス応答ゲインとして持って音場処理を実現する
場合の音場処理ユニットのハードウエア構成を示してい
る。図中、４０１〜４０ｎは遅延素子であり、入力した
信号を１サンプリング周期に相当する時間だけ遅延して
出力する。４１１〜４１ｎは係数乗算器であり、図中、
●印で示した各タップの信号（遅延時間がそれぞれ異な
る）に対して、別途、所定の音場空間に対応した音場パ
ラメータであるインパルス応答ゲインに対応した係数を
乗算して出力する。４２０は加算器であり、各係数乗算
器の出力を加算し、音場処理を施された信号として出力
する。

【００４１】次に、このような音場処理ユニットに設定
すべき複合音場パラメータの作成方法について説明す
る。この複合音場パラメータの作成はＣＰＵ１０１によ
って行われる。音場パラメータをインパルス応答ゲイン
Ｈとして持つ場合で、２つの音場空間にそれぞれ対応し
た音場パラメータであるインパルス応答ゲインが、それ
ぞれ、 Ｈ_１ ＝ （ｘ１，ｘ２，ｘ３，…，ｘｎ） Ｈ_２ ＝ （ｙ１，ｙ２，ｙ３，…，ｙｎ） のとき、複合音場パラメータである複合インパルス応答
ゲインＨ_{ＲＥＳＵＬＴ}は以下の式で導ける。 Ｈ_{ＲＥＳＵＬＴ} ＝ （ｘ１・ｙ１，ｘ２・ｙ１＋ｘ１
・ｙ２，ｘ３・ｙ１＋ｘ２・ｙ２＋ｘ１・ｙ３，…，ｘ
ｎ・ｙｎ） 上記複合インパルス応答ゲインＨ_{ＲＥＳＵＬＴ}の各項を
それぞれ係数乗算器４１１〜４１ｎに設定することによ
り所望の複合音場空間に対応した音場効果が得られる。
上記の例は２つの音場空間に対応した複合音場パラメー
タを算出する例であるが、３つ、４つの音場空間に対応
した複合音場パラメータについても同様の手法で算出で
きる。

【００４２】上記複合音場パラメータの作成方法は、複
合インパルス応答ゲインの全項を有意の情報として、逐
一畳み込み演算しているが、所定の閾値を設け、その閾
値以下の項については０と見なして、演算を簡略化する
ことも可能である。さらに、上記作成方法によれば、必
然的に、各音場空間に対応したインパルス応答ゲインに
対して複合音場空間に対応した複合インパルス応答ゲイ
ンの項数が増えることになるが、高次側の増えた項を削
除することも可能である。このような工夫をすることに
よっても演算を簡略化できる。なお、このような簡略化
手法を施したとしても音場効果的な影響は少ない。

【００４３】なお、この第２の実施形態においても第１
の実施形態同様に、クロスフェード手法（１）を用いる
ことによって、音源の移動に伴って音場パラメータが変
化するリアルな音場効果が得られる。ただし、ある音場
空間を外す場合には少し工夫が必要となる。つまり、あ
る音場空間を外す場合に、その音場空間に対応したイン
パルス応答ゲインの全項を単純に０に向かって徐々に切
り換えていった場合には、畳み込み結果である複合イン
パルス応答ゲインの全項が０になってしまう。そのよう
な不都合を解消するためには、全て０に向かって徐々に
切り換えていくのではなく、（１, ０, ０, …, ０）に
向かって徐々に切り換えていくとよい。

【００４４】次に、音場処理装置１０７の第３の実施形
態について説明する。この第３の実施形態は、単一の音
場処理ユニットに対して事前に演算して作成した複合音
場パラメータを設定する、という点では第２の実施形態
と共通するが、各音場空間に対応した音場パラメータの
持ち方が異なる。すなわち、第２の実施形態では音場パ
ラメータをインパルス応答ゲインの形で持っていたが、
そのような構成で高精度に高次反射音を作成するには、
膨大な数のタップを持った多段遅延回路と係数乗算器が
必要となり、コストアップは避けられない。この第３の
実施形態では、音場パラメータをインパルス応答ゲイン
＋ＩＩＲフィルタパラメータとして持っている。インパ
ルス応答ゲインは、主として初期反射音に対応したパラ
メータであり、ＩＩＲフィルタパラメータは、主とし
て、後部残響音に対応したパラメータである。音場パラ
メータをこのような形態で持つことにより、各音場空間
に対応した音場パラメータを記憶するメモリの容量が削
減できる。

【００４５】この第３の実施形態に対応した音場処理装
置１０７のブロック図は従来技術として示した図７と同
様となる。ただし、その多段遅延回路に与えるべきパラ
メータ（インパルス応答ゲイン）およびＩＩＲフィルタ
ＩＲに与えるべきパラメータについては、ＣＰＵ１０１
により事前に計算された複合音場空間に対応したパラメ
ータとなる。インパルス応答ゲインについては、第２の
実施形態と同様に、それぞれの音場空間に対応したイン
パルス応答ゲインの畳み込み演算を行うことにより、複
合インパルス応答ゲインが得られるが、複合ＩＩＲフィ
ルタパラメータの作成には工夫を要する。そもそも後部
残響音をＩＩＲフィルタで実現しようという試み自体、
後部残響音の聴感上の影響を初期反射音に比べて軽視し
ていることの表われであるが、このようなＩＩＲフィル
タにより作成される後部残響音は、音源が変わっても、
音場空間が変わっても、それほど変わらない。つまり、
レベルの小さなノイズ的な音信号となる。

【００４６】そのような考察に基づき、以下、いくつか
の複合ＩＩＲフィルタパラメータの作成方法について説
明する。 （１）任意の１つを選択 複数の音場空間に対応したＩＩＲフィルタパラメータの
中から所定のルールに従って１つを選択することで、複
合ＩＩＲフィルタパラメータとすることができる。いず
れのＩＩＲフィルタパラメータを選択するかについて
は、各ＩＩＲフィルタパラメータの中の減衰係数または
遅延時間を比較し、最も長時間残響音が発生し続けるＩ
ＩＲフィルタパラメータを選択するとよいであろう。

【００４７】（２）平均化 複数のＩＩＲフィルタパラメータの平均値を複合ＩＩＲ
フィルタパラメータとすることもできる。 （３）並列設置 複合ＩＩＲフィルタパラメータの作成という趣旨からは
外れるが、各音場空間に対応したＩＩＲフィルタパラメ
ータを有するＩＩＲフィルタを複数並列に設置してもよ
い。この場合には、図７のＩＩＲフィルタＩＲは、複数
の並列ＩＩＲフィルタユニットで構成される。

【００４８】（４）ＩＩＲフィルタパラメータのインパ
ルス応答ゲインへの変換 これも複合ＩＩＲフィルタパラメータの作成という趣旨
から外れるが、所定のＩＩＲフィルタパラメータに対応
したＩＩＲフィルタに対してインパルスを入力したとき
の出力（インパルス応答ゲイン）を算出することによっ
て、ＩＩＲフィルタパラメータをインパルス応答ゲイン
に変換した後、初期反射音に対応したインパルス応答ゲ
インと結合して、第２の実施形態と同様にして、インパ
ルス応答ゲイン同士を畳み込み演算する、という手法も
考えられる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の音場処
理装置によれば、低コストで、音圧が複数の音場空間を
経由してリスナーに到達する場合の音場効果、時々刻々
に（ダイナミックに）変化する音場空間での音場効果、
または音源が音場空間内で時間経過とともに移動する場
合の音場効果を提供することが可能となる。

【００５０】さらに、この発明の音場処理装置によれ
ば、低コストで、複数の音場空間を組み合わせたり、音
場空間をダイナミックに変更したりして新規な音場空間
を創作して新規な音場効果を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明が適用されるゲーム機の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】この発明の音場処理装置の実施形態を示すブロ
ック図である。

【図３】この発明の音場処理装置の実施形態を示すブロ
ック図である。

【図４】この発明の音場処理装置の実施形態を示すブロ
ック図である。

【図５】リスニングルーム内の音源とリスナーとの位置
関係および音源からリスナーへの音圧の伝搬経路を示し
た図である。

【図６】直接音、１次反射音および高次反射音の特性を
示した図である。

【図７】従来の音場処理装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図８】複合音場空間の例を示す図である。

【符号の説明】

１０１・・・ＣＰＵ、１０２・・・ＣＤ―ＲＯＭドライ
ブ、１０３・・・メモリ、１０４・・・入力部、１０５
・・・サウンド部、１０６・・・音源、１０７・・・音
場処理装置、１０８・・・サウンドシステム、２０１,
２０２, ２０３・・・音源処理ユニット、３０４, ３０
５・・・音場処理ユニット、３０６, ３０７・・・係数
乗算器、３０８・・・加算器、４０１, ４０２,…, ４
０ｎ・・・遅延素子、４１１, ４１２,…,４１ｎ・・・
係数乗算器、４２０・・・加算器

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ所定の音場空間をシミュレート
   するための音場パラメータを設定することにより、入力
   される音信号に対して所定の音場処理を行う独立した複
   数の音場処理ユニットと、 前記複数の音場処理ユニットのそれぞれに独立した音場
   パラメータを設定する音場パラメータ設定手段と、 前記複数の音場処理ユニットを任意に結合する結合手段
   とを具備し、 前記結合手段により結合された複数の音場処理ユニット
   の所定位置から取り出した音信号を、複合音場処理を施
   された音信号として出力することを特徴とする音場処理
   装置。
2. 【請求項２】 前記複数の音場処理ユニットはそれぞれ
   直接音および間接音を生成するとともにその直接音と間
   接音とを所定の混合比率で合成するものであり、前記音
   場パラメータ設定手段はそれぞれの前記音場処理ユニッ
   トに対して前記直接音と間接音のパラメータを設定する
   とともにその直接音と間接音との混合比率を設定するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の音場処理装置。
3. 【請求項３】 前記音場パラメータ設定手段は、少なく
   とも１つの音場処理ユニットに設定すべき音場パラメー
   タの直接音と間接音との混合比率を外部から設定される
   制御情報に応じて変化させて設定することを特徴とする
   請求項２に記載の音場処理装置。
4. 【請求項４】 前記音場パラメータ設定手段は、少なく
   とも１つの音場処理ユニットに設定すべき音場パラメー
   タの直接音と間接音との混合比率を時間経過とともに変
   化させて設定することを特徴とする請求項２に記載の音
   場処理装置。
5. 【請求項５】 それぞれ所定の音場空間をシミュレート
   するための音場パラメータを設定することにより、入力
   される音信号に対して所定の音場処理を行う互いにカス
   ケード接続された複数の音場処理ユニットと、 前記複数の音場処理ユニットのそれぞれに独立した音場
   パラメータを設定する音場パラメータ設定手段とを具備
   し、 前記カスケード接続された複数の音場処理ユニットの最
   終段の音場処理ユニットの出力を複合音場処理を施され
   た音信号として出力することを特徴とする音場処理装
   置。
6. 【請求項６】 前記複数の音場処理ユニットはそれぞれ
   直接音および間接音を生成するとともにその直接音と間
   接音とを所定の混合比率で合成するものであり、前記音
   場パラメータ設定手段はそれぞれの前記音場処理ユニッ
   トに対して前記直接音と間接音のパラメータを設定する
   とともにその直接音と間接音との混合比率を設定するこ
   とを特徴とする請求項５に記載の音場処理装置。
7. 【請求項７】 前記音場パラメータ設定手段は、少なく
   とも１つの音場処理ユニットに設定すべき音場パラメー
   タの直接音と間接音との混合比率を外部から設定される
   制御情報に応じて変化させて設定することを特徴とする
   請求項６に記載の音場処理装置。
8. 【請求項８】 前記音場パラメータ設定手段は、少なく
   とも１つの音場処理ユニットに設定すべき音場パラメー
   タの直接音と間接音との混合比率を時間経過とともに変
   化させて設定することを特徴とする請求項６に記載の音
   場処理装置。
9. 【請求項９】 所定の音場空間をシミュレートするため
   の音場パラメータを設定することにより入力される音信
   号に対して所定の音場処理を行う音場処理ユニットと、 それぞれ異なる複数の音場空間をシミュレートするため
   の複数の音場パラメータを発生する音場パラメータ発生
   手段と、 前記音場パラメータ発生手段が発生する複数の音場パラ
   メータを合成して複合音場パラメータを発生する音場パ
   ラメータ合成手段と、 前記音場パラメータ合成手段で合成された複合音場パラ
   メータを前記音場処理ユニットに設定する音場パラメー
   タ設定手段とを具備し、 前記音場処理ユニットの出力を、複合音場処理を施され
   た音信号として出力することを特徴とする音場処理装
   置。
10. 【請求項１０】 前記音場処理ユニットは多段遅延手段
    および各段の出力に所定の係数を乗算する複数の係数乗
    算手段で構成されるものであり、前記音場パラメータ発
    生手段は複数の音場パラメータをそれぞれインパルス応
    答ゲインとして発生するものであり、前記音場パラメー
    タ合成手段は複数の音場パラメータに対応した複数のイ
    ンパルス応答ゲインを畳み込み演算して複合インパルス
    応答ゲインを発生するものであり、前記音場パラメータ
    設定手段は前記複合インパルス応答ゲインに従い前記音
    場処理ユニットの複数の係数乗算手段の係数を設定する
    ものであることを特徴とする請求項９に記載の音場処理
    装置。
11. 【請求項１１】 前記音場処理ユニットは多段遅延手段
    と各段の出力に所定の係数を乗算する複数の係数乗算手
    段とから成る直接音／初期反射音発生手段およびＩＩＲ
    フィルタから成る後部残響音発生手段で構成されるもの
    であり、前記音場パラメータ発生手段は複数の音場パラ
    メータを前記直接音／初期反射音発生手段に設定すべき
    インパルス応答ゲインおよび前記後部残響音発生手段に
    設定すべきＩＩＲフィルタパラメータとしてそれぞれ発
    生するものであり、前記音場パラメータ合成手段は複数
    の前記インパルス応答ゲインを畳み込み演算して複合イ
    ンパルス応答ゲインを発生するものであり、前記音場パ
    ラメータ設定手段は前記複合インパルス応答ゲインに従
    い前記音場処理ユニットの複数の係数乗算手段の係数を
    設定するものであることを特徴とする請求項９に記載の
    音場処理装置。
12. 【請求項１２】 前記音場パラメータ合成手段は複数の
    ＩＩＲフィルタパラメータのうち所定の１つを選択して
    複合ＩＩＲフィルタパラメータとして発生するものであ
    り、前記音場パラメータ設定手段は前記複合ＩＩＲフィ
    ルタパラメータを前記音場処理ユニットのＩＩＲフィル
    タに設定するものであることを特徴とする請求項１１に
    記載の音場処理装置。
13. 【請求項１３】 前記音場パラメータ合成手段は複数の
    ＩＩＲフィルタパラメータの平均値を複合ＩＩＲフィル
    タパラメータとして発生するものであり、前記音場パラ
    メータ設定手段は前記複合ＩＩＲフィルタパラメータを
    前記音場処理ユニットのＩＩＲフィルタに設定するもの
    であることを特徴とする請求項１１に記載の音場処理装
    置。
14. 【請求項１４】 前記音場パラメータ合成手段は複数の
    ＩＩＲフィルタパラメータをそれぞれインパルス応答ゲ
    インに変換する手段を含むことを特徴とする請求項１１
    に記載の音場処理装置。
15. 【請求項１５】 前記音場パラメータ合成手段は複数の
    インパルス応答ゲインを畳み込み演算して複合インパル
    ス応答を発生する際、各インパルス応答ゲインが所定の
    閾値以下の場合には０とみなすことを特徴とする請求項
    １０に記載の音場処理装置。
16. 【請求項１６】 前記音場パラメータ発生手段は複数の
    音場パラメータの少なくとも１つを外部から設定される
    制御情報に応じて変化させて発生することを特徴とする
    請求項９に記載の音場処理装置。
17. 【請求項１７】 前記音場パラメータ発生手段は複数の
    音場パラメータの少なくとも１つを時間経過とともに変
    化させて発生することを特徴とする請求項９に記載の音
    場処理装置。