JPH0410077B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、音楽信号等に人工的に残響を付加
する装置に関し、複数の遅延データの重ね合せ
（たたみ込み演算）によつて残響音を生成する際
に、係数演算をグループ化して実行処理すること
によつて、係数パラメータの設定、変更を容易に
して、残響特性の設定操作を容易にするようにし
たものである。

音楽信号等に人工的に残響を付加する場合、電
子的な方法として最も直接的なのは、仮想する部
屋のインパルス応答に対応して、直接音から種々
の時間遅れをもつ信号の重ね合せとして表現する
方法である。この方法は、第１図ａに示すよう
に、マルチタツプをもつデイレイメモリ１を用い
て、各タツプから遅延信号を振幅調整器２−１，
２−２，…，２−ｎを介して加算器３で合成する
ことにより実現される。第１図ａの装置では、出
力ｘ outとして、 xout＝_o 〓ⁱ⁼¹ x_i・g_i なる残響信号が得られる。ここで、x_iは入力信号
x_ioを時間τ_i遅延した信号、g_iは各振幅調整器２−
１，２−２，…，２−ｎのゲインすなわち各遅延
信号x_iに対する係数付けの値である。第１図ａの
装置のエコータイムパターンを第１図ｂに示す。

第２図は、現実のあるホールにおける１次およ
び２次反射音のシミユレーシヨン結果である。１
次反射については11本、２次については24本の反
射音が存在した。これを人工的に第１図の残響付
加装置でシミユレートすると、35本のタツプが必
要となる。また、各反射音にはそれぞれ異なつた
係数付けが必要なので、ゲインデータもg₁〜g_oま
での35種類の設定が必要となる。係数固定の場合
はこれでもかまわないが、残響特性を状況に応じ
て変化させたい要求がある。広いホールを想定す
る場合、狭いホールを想定する場合、あるいは、
壁の反射係数を大きいものと考えたとき、小さい
としたとき等、これらにいちいち対応するには、
35個の係数パラメータg₁〜g_oを独立に設定し直す
必要が生じる。これは全く面倒なことであり、現
実的ではない。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、
係数パラメータの設定、変更を容易にして、残響
特性の設定操作を容易にした残響付加装置を提供
しようとするものである。

この発明によれば、複数の遅延信号をいくつか
のグループに分けて、グループ単位で係数の設
定、変更を行なえるようにして、上記の目的を達
成している。

以下、この発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。

第３図において、デイレイメモリ５は遅延時間
τ₁〜τ_oのｎ個の出力タツプを持つている。各出力
タツプから得られる遅延信号x₁〜x_oは、ゲインが
それぞれg₁〜g_oの振幅調整器（第１の係数演算
部）６−１乃至６−ｎで係数付けが行なわれる。

振幅調整器６−１乃至６−ｎから出力される遅
延信号g₁・x₁乃至g_o・x_oは、３つのグループ
（g₁・x₁乃至g_a・x_a、g_a+1・x_a+1乃至g_b・x_b、
g_b+1・x_b+1乃至g_o・x_o）に分けられて、加算器７
〜９で各グループごとに加算（たたみ込み演算）
されて、加算器７〜９からは次の信号xout1〜
xout3がそれぞれ出力される。

xout1＝_a 〓ⁱ⁼¹ g_i・x_i (1) xout2＝_b 〓^i=a+1 g_i・x_i (2) xout3＝_o 〓^i=b+1 g_i・x_i (3) そして、加算器７〜９の出力xout1〜xout3は、
第２の係数演算部１０〜１２でそれぞれF₁〜F₃
の係数付けが行なわれて、第２の係数演算部１０
〜１２からは次の信号xout1′〜xout3′がそれぞれ
出力される。

xout1′＝F₁・_a 〓ⁱ⁼¹ g_i・x_i （1′） xout2′＝F₂・_b 〓^i=a+1 g_i・x_i （2′） xout3′＝F₃・_o 〓^i=b+1 g_i・x_i （3′） これらの信号xout1′〜xout3′は加算器１３で加
算されて、残響信号として出力される。

以上の構成によれば、基本係数を６−１乃至６
−ｎのゲインg₁〜g_oによつて残響のデイケイ（減
衰）特性に応じて減衰的に（g₁が最大で、g₂，
g₃，…といくに従い小さくなつていくように）設
定しておけば、第２の係数演算部１０〜１２の係
数F₁〜F₃のみでパラメータの設定、変更が可能
となる。例えばｎ＝40である場合でも、パラメー
タの設定、変更はF₁〜F₃の３つの係数のみで行
なうことができるので、パラメータの設定、変更
接作が容易になる。

なお、第２の係数演算部１０〜１２は単なる乗
算を行なうもの（すなわち通常の振幅調整器）と
してもよいが、フイルタで構成すればより効果的
な係数付けが実現できる。この場合、フイルタ特
性は、自然の残響音が高域ほど減衰が大きいこと
に呼応して、一般にはローパスフイルタが適す
る。ローパスフイルタの次数は一次でも、あるい
は二次以上の高次のものでも可能であるが、一次
程度でも充分効果はある。

第３図の残響付加装置により得られるエコーパ
ターンを第４図に示す。遅延の大きい信号ほど減
衰が大きい（反射係数小）場合（一点鎖線で示す
エコーパターン）は、いわゆるデツド（残響時間
が短い状態に感じ、反対に遅延の大きい信号ほど
減衰が小さい（反射係数大）場合（実線で示すエ
コーパターン）は、ライブ（残響時間が長い状
態）に感じる。このように、ライブネスコントロ
ールがわずかなパラメータ設定で可能となり、操
作が容易で、手慣れぬ者にもすぐに操える利点が
ある。

第２の係数演算部１０〜１２をフイルタで構成
する場合は、例えば第５図に示すようなデイジタ
ルフイルタ（くし形フイルタ）を用いることがで
きる。これは、入力信号を振幅調整器１７を通し
た信号と、入力信号を１サンプリング分遅延する
遅延回路１５から振幅調整器１８を通した信号
を、加算器１６で加算するようにしたものであ
る。このような構成では、振幅調整器１７，１８
のゲインＡ，Ｂの組合せにより、第６図に示すよ
うな様々なフイルタ特性を得ることができる。し
たがつて、これを第２の係数演算部１０〜１２に
用いて、係数F₁〜F₃をそれぞれ独立に設定する
とすれば、第７図に示すようになり、６つのパラ
メータ（A₁〜A₃，B₁〜B₃）の設定で済むように
なる。

次に第３図の残響付加装置の具体的構成例につ
いて説明する。ここでは、前記第２の係数演算部
１０〜１２を前記第７図のようにデイジタルフイ
ルタとして構成する場合について説明する。

第８図において、データメモリ２０は、第９図
に示すように、遅延信号を作成するために入力サ
ンプルを順次記憶するメモリ領域と、第７図のデ
イジタルフイルタの演算をするためにアキユーム
レータ２９で累算される各グループの遅延信号累
算値を一時的に記憶するメモリ領域とを具えてい
る。後者のフイルタ演算用一時記憶メモリ領域
は、現在の入力サンプルの書込みアドレス（以下
現アドレスという）ｍを基準としたグループ分け
に基づく各グループの累算値Xout1〜Xout3を記
憶する３つのアドレスと、前回の入力サンプルの
書込みアドレスｍ−１を基準としたグループ分け
に基づく各グループの累算値〔Xout1〕〜
〔Xout3〕を記憶するアドレスのあわせて６つの
アドレスを具えている。マルチプレクサ３５はデ
ータメモリ２３の入力信号を入力サンプルまたは
アキユームレータ２９の出力データに切換えるた
めのものである。

パラメータメモリ２０は、第１０図に示すよう
に、データメモリ２３のアドレスに関するデータ
〓₁／τ₀〜〓_o／τ₀（整数）、α，β，γ，Ｘ，Ｙ，，
Ｚ
と、ゲインデータg₁〜g_n，A₁〜A₃，B₁〜B₃が対
になつて記憶されるものである。ここで、τ₀は入
力信号の１サンプリング周期であり、〓₁／τ₀〜〓_o／
τ₀はいくつ前のサンプルかを示す遅延時間データ
として、カウンタ２４でカウントされている現ア
ドレスｍと減算器２７で減算される。そして、こ
の減算値はデータメモリ２３に記憶されている入
力サンプルの読出しアドレスを指示するデータと
してデータメモリ２３に加わる。α，β，γは現
アドレスｍを基準とする各グループの累算値
Xout1〜Xout3を一時記憶するアドレスの位置算
出用データである。また、Ｘ，Ｙ，Ｚは前回のサ
ンプルの書込みが行なわれたアドレスｍ−１と基
準とする各グループの累算値〔Xout1〕〜
〔Xout3〕を一時記憶するアドレスである（第９
図参照）。このα，β，γ，Ｘ，Ｙ，Ｚは現アド
レスｍを基準とする相対アドレスであり、カウン
タ２４でカウントされている現アドレスｍと減算
器２７にて引算されて、データメモリ２３におけ
る各グループ累算値xout1〜xout3、〔xout1〕〜
〔xout3〕を記憶するアドレスを示すアドレスデ
ータとしてデータメモリ２３に加わる。したがつ
て、α，β，γ，Ｘ，Ｙ，Ｚの値は現アドレスｍ
の位置によつて異なり、例えば第９図のように累
算値の書込みアドレス（絶対アドレス）を−６，
−５，…，−１とすれば、 ｍ−Ｘ＝−６ ｍ−Ｙ＝−５ ｍ−Ｚ＝−４ ｍ−α＝−３ ｍ−β＝−２ ｍ−γ＝−１ となるべきであるから、Ｘ，Ｙ，Ｚ，α，β，γ
はそれぞれ次のように設定される。

Ｘ＝ｍ＋６ Ｙ＝ｍ＋５ Ｚ＝ｍ＋４ α＝ｍ＋３ β＝ｍ＋２ γ＝ｍ＋１ パラメータメモリ２０への上記各パラメータの
書込みはキーボード２１の操作に基づいて、パラ
メータコントローラ１２によつて行なわれる。

カウンタ２４は、前述のように、データメモリ
２３において書込みを行なう現アドレスｍ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２５は、パラメータメモリ２０の読出
しアドレスを指示するもので、入力信号の１サン
プリング周期でパラメータメモリ２０のアドレス
を一巡して前記第１０図に示した各パラメータを
読出していく。

マルチプレクサ２６はパラメータメモリ２０に
与えるアドレスデータを、パラメータコントロー
ラ２２からの書込みアドレスまたはカウンタ２５
からの読出しアドレスに切換えるものである。

減算器２７は、前述のように、パラメータメモ
リ２０から読出されるアドレスデータ（相対アド
レス）を、カウント２４の示す現アドレスｍを基
準とした絶対アドレスに直して、データメモリ２
３にアドレスデータとして出力するものである。

乗算器２８はデータメモリ２３から読み出され
る遅延信号x₁〜x_oにパラメータメモリ２０から読
出されるゲインデータg₁〜g_oを付与し、また同じ
くデータメモリ２３から読み出される各グループ
の累算値xout1〜xout3、〔xout1〕〜〔xout3〕に
ゲインデータA₁〜A₃，B₁〜B₃をして前記第（1′）
式〜第（3′）式のxout1′〜xout3′を求めるもので
ある。

アキユームレータ２９は乗算器２８から出力さ
れる遅延信号を各グループごとにレジスタ３５と
加算器３０で累算（たたみ込み演算）して、前記
第(1)式〜第(3)式に示した累算データxout1〜
xout3を作成し、また同じく乗算器２８から出力
される各グループ累算データxout1′〜xout3′を累
算して最終的に残響信号を作成するものである。
なお、アンド回路３１は、各グループの累算デー
タおよび最終的な残響データが作成されるごと
に、信号Ｃ３によりオフして、累算値を０にリセ
ツトするものである。

タイミングコントローラ３２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〜Ｃ６を
作成するものである。

次に、上記第８図の装置の動作について説明す
る。

(1) パラメータの設定 第８図の残響付加装置を使用するに際して、遅
延時間データτ₁〜τ_o、ゲインデータg₁〜g_o，A₁〜
A₃，B₁〜B₃の各パラメータの設定を行なう。パ
ラメータの設定はパラメータコントローラ２２に
よつて制御される。すなわち、キーボード２１の
操作に従つて、パラメータメモリ２０は書込みモ
ードに切換えられ、マルチプレクサ２６は設定モ
ードに切替えられて、パラメータの設定が行なわ
れる。

(2) 残響信号の作成 パラメータの設定が終つたら、パラメータメモ
リ２０を読出しモードに切替え、マルチプレクサ
２６をカウンタ２５側に切替え、データメモリ２
３に入力信号を供給して残響信号の作成を行な
う。

残響信号の作成は入力信号x_ioの１サンプリン
グ周期を１単位として、その中で次の演算を実行
することにより行なわれる。データメモリ２３
への入力信号x_ioの書込み。データメモリ２３
から設定された各遅延時間τ₁〜τ_oに対応した遅延
信号x₁〜x_oの読み出し。読出された各遅延信号
x₁〜x_oに対する係数g₁〜g_oの付与。係数付与さ
れた遅延信号のグループごとの累算。各グルー
プの累算データxout1〜xout3のデータメモリ２
３への書込み。データメモリ２３から各グルー
プの累算データxout1〜xout3および前回の累算
データ〔xout1〕〜〔xout3〕の読出し。読出
された累算データxout1〜xout3、〔xout1〕〜
〔xout3〕に対する係数A₁〜A₃，，B₁〜B₃の付与。
係数付けされた累算データの累算。

各々の工程について、第１１図のタイムチヤー
トを参照して説明する。

データメモリ２３への入力信号の書込み クロツクＣ１の立上りでクロツクＣ４がローレ
ベルとなつてカウンタ２５はクリアされる。した
がつて、パラメータメモリ２０はアドレス０が指
定され、遅延時間データ〓ｉ／τ₀、ゲインデータg_i
とも「０」が読出される（第１０図参照）。そし
て、次のクロツクＣ５の立上りでクロツクＣ２も
立上り、データメモリ２３は書込み状態となる。
このとき、パラメータメモリ２０からの遅延時間
データ〓ｉ／τ₀は上述のように「０」であるから、
引算器２７の出力はカウンタ２４の出力すなわち
現アドレスそのものであり、データメモリ２３に
おけるこのカウンタ２４の示す現アドレスｍに入
力信号が書込まれる。

データメモリ２３からの遅延信号の読み出し データメモリ２３への書込みが終了すると、デ
ータメモリ２３は読出しモードとなる。カウンタ
２５はクロツクＣ５をカウントして、そのカウン
ト値をパラメータメモリ２０に加えて遅延時間デ
ータ〓ｉ／τ₀とゲインデータg_iの各パラメータを読
み出す。例えば、カウンタ２５のカウント値
「１」のときは、パラメータメモリ２０のアドレ
ス１から遅延時間データτ₁／τ₀およびゲインデータ g_iが読み出される。更に、アドレス２からτ₂／τ₀と g₂，…、アドレスｎからτ_o／τ₀とg_oが順次読み出さ れる。

パラメータメモリ２０から読み出された遅延時
間データ〓ｉ／τ₀は引算器２７でカウンタ２４の
カウント値と引算され、引算器２７からはカウン
タ２４のカウント値すなわち現アドレスｍを基準
として遅延時間データ〓ｉ／τ₀の示す距離だけ手
前のアドレスデータが出力され、データメモリ２
３から対応するアドレスに記憶されている遅延信
号x_iが読み出される。

第１の係数付け データメモリ２３から読み出された遅延信がx_i
は、乗算器２８において、パラメータメモリ２０
から読出された各対応するゲインデータg_iを付与
される。

累算 乗算器２８から出力された遅延信号g_i・x_iはア
キユームレータ２９で累算される。各グループの
累算結果が出るごとに、クロツクＣ３によりアキ
ユームレータ２９はリセツトされ、次のグループ
の累算が引き続き行なわれる。

累算結果のデータメモリ１３への書込み 各グループの累算値xout1〜xout3は、リセツ
トされる前にクロツクＣ６によりマルチプレクサ
３５がアキユームレータ２９側に切換えられ、ク
ロツクＣ２によりデータメモリ２３が書込みモー
ドに切換えられ、パラメータメモリ２０からα，
β，γのデータが出力されて、データメモリ２３
の所定のアドレス（第９図参照）に書込まれる。
この累算値xout1〜xout3は、第７図のフイルタ
の演算で前回の累算値が必要なため、次のサンプ
リング周期が終了するまで保持される。

データメモリ２３から今回および前回の累算
値の読出し データメモリ２３に各グループの累算値xout1
〜xout3がそれぞれ記憶されると、パラメータメ
モリ２０から、クロツクＣ５に従つてデータＸ，
Ｙ，Ｚ，α，β，γが順次出力されて、データメ
モリ２３から前回の各グループの累算値
〔xout1〕〜〔xout3〕および今回の各グループの
累算値xout1〜xout3が順次読み出される。

各累算値に対する第２の係数付け データメモリ２３から前回および今回の各グル
ープの累算値〔xout1〕〜〔xout3〕、xout1〜
xout3が読み出されると、これに同期してパラメ
ータメモリ２０から係数B₁，B₂，B₃，A₁，A₂，
A₃が順次出力されて、乗算器２８において第２
の係数付けがなされる。

第２の係数付けがなされた累算データの累算 第２の係数付けを終えて乗算器２８から出力さ
れるデータはアキユームレータ２９において累算
されて、最終的に残響信号が得られる。この残響
信号は、その後Ｄ／Ａ変換されて出力される。

残響特性の変更は、パラメータメモリ２０に記
憶する６つのゲインデータA₁〜A₃，B₁〜B₃の値
を変更することで容易に行なうことができる。

なお、上記実施例では残響信号出力を単一のチ
ヤンネルとしたが、第１２図に示すように、デイ
レイメモリ（データメモリ）４０のメモリ領域を
分割して、それぞれに第３図に示した構成を施す
ことにより、同一のデイレイメモリ４０を共用し
て多チヤンネル化することができる。

また、各グループに割当てる遅延信号数は必ず
しも等しくする必要はない。例えば、遅延時間の
短い反射音（低次の反射音）ほどゲインが大きい
（すなわち残響信号中に占める割合が大きい）の
が一般的であることに注目すると、遅延時間の短
いものについてはなるべく個別に制御し、遅延時
間が長いものほど多くのグループとしてまとめて
制御することが、自然な残響をそこなうことな
く、かつ操作性の向上を図る点で好ましい。その
ように構成したものを第１３図に示す。なお第１
３図では第１２図のものと同様に、２チヤンネル
の残響出力を取出している。

ところで、この発明はフイードフオワード型の
残響装置であるため、残響時間はメモリ容量によ
り制限されるが、より長時間の残響効果が必要と
される場合は、公知の回帰型のものなどと組合せ
るようにすればよい。第５図はそのように構成し
た場合の一例である。残響付加装置５０は前記第
１２図に示したこの発明を適用した残響付加装置
である。後部残響付加装置５１は回帰型の残響装
置で、入力信号を遅延回路（遅延時間τ_d）５２、
振幅調整器（ゲインgfb）５３、加算器５４を介
して回帰させることにより、長時間の残響信号を
得るものである。この後部残響付加装置３１への
入力信号は、前記残響付加装置３０を構成するデ
イレイメモリ上にさらに１個追加された読出しサ
イクルの出力が用いられており、必要な遅延時間
およびゲインが与えられている。後部残響付加装
置３１は、前記必要な遅延時間τ_xおよびゲインg_x
が与えられた入力信号に基づいて回帰型残響信号
を作成する。そして、この残響信号は、前記残響
付加装置３０からの初期残響信号の後に連続する
後部残響信号として、加算器５５，５６によつて
残響付加装置５０からのＬチヤンネル、Ｒチヤン
ネル各残響信号に加算される。第１５図はこのよ
うにして得られたエコータイムパターンを示すも
のである。前半ではこの発明による残響付加装置
５０が働き、後半では後部残響付加装置５１が働
いて、長時間の残響効果が得られている。

なお、一般的には残響特性は初期残響信号によ
るところが極めて支配的であるので後部残響信号
として上記のような構成を用いたとしても充分実
用的なものが実現しえる。

以上説明したように、この発明によれば、残響
信号を形成するための複数の遅延信号はいくつか
のグループに分けて、グループ単位で係数の設
定、変更を行なえるようにしたので、残響特性の
設定、変更操作を容易化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の残響付加装置を示すブロツク
図、第１図ｂは第１図ａの残響付加装置によるエ
コータイムパターンを示す線図、第２図は現実の
あるホールにおける１次および２次反射音のシユ
ミレーシヨン結果を示すエコータイムパターン、
第３図はこの発明の一実施例を示すブロツク図、
第４図は第３図の残響付加装置によるエコータイ
ムパターンの制御状況を示す線図、第５図は第３
図の第２係数演算部１０〜１２をフイルタで構成
する場合の具体例を示す回路図、第６図は第５図
のフイルタの特性が振幅調整器１７，１８のゲイ
ンＡ，Ｂの組合せに応じて制御される状況を示す
線図、第７図は第３図の第２係数演算部１０〜１
２を第５図のフイルタでそれぞれ構成した状態を
示す回路図、第８図は第３図の残響付加装置の具
体的構成例を示すブロツク図、第９図は第８図の
データメモリ２３のメモリマツプ、第１０図は第
８図のパラメータメモリ２０のメモリマツプ、第
１１図は第８図の残響付加装置の動作を示すタイ
ムチヤート、第１２図は残響信号出力を多チヤン
ネル化したこの発明の実施例を示すブロツク図、
第１３図はこの発明におけるグループ分けの一例
を示す回路図で、遅延時間に応じて遅延信号のグ
ループ割当て本数を異ならせるようにしたもの、
第１４図は第１２図に示したこの発明の実施例と
回帰型残響付加装置を組合せた残響付加装置を示
すブロツク図、第１５図は第１４図の残響付加装
置によるエコータイムパターンを示す線図であ
る。 １，５，２３，４０…デイレイメモリ（データ
メモリ）、６−１乃至６−ｎ，６−１′乃至６−
n′…第１の係数演算部、７〜９，７′〜９′…分配
加算部、１０〜１２，，１０′〜１２′…第２の係
数演算部、１３，１３′…最終加算部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一定のサンプリング周期で入力信号データを
   格納するデイレイメモリと、前記デイレイメモリ
   に格納された複数のデータに係数付けをする第１
   の係数演算部と、前記第１の係数演算部の演算結
   果を複数の集団に分配して加算する複数の分配加
   算部と、前記各分配加算部の出力に係数付与する
   第２の係数演算部と、前記第２の係数演算部の演
   算出力を加算して残響信号として出力する最終加
   算部とを具えた残響付加装置。