JPH0444760B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、楽音信号などに人工的に残響を付
加する装置に関する。更に詳細には、入力信号と
残響特性の時間関数との畳み込み演算によつて残
響信号を作り出す畳み込み方式の残響付加装置の
改良に関する。

従来、畳み込み方式の残響付加装置として第１
図〜第３図に示す構成が知られている。

この残響付加装置は、アナログの楽音信号など
をデイジタル化してなる入力信号Ｘ(t)を所定サン
プル分順次記憶するデータメモリ２３と、仮想化
する部屋のインパルス応答などに相当する残響特
性を記憶するパラメータメモリ２０と、これら両
メモリ２３と２０のデータに従つて畳み込み演算
を行なつて残響信号OUTを得る畳み込み演算手
段を備える。

データメモリ２３は、タイミングコントローラ
３２から出力される周期ＴのクロツクC2が発生
する毎に書込みモードになり、また同じ周期Ｔの
クロツクC1で歩進されるカウンタ２４の出力が
書込みアドレスとして与えられる（なお、カウン
タ２４の出力は減算器２７を介して与えられる
が、後述するようにこのときの減算入力は０であ
る）。つまり、データメモリ２３には入力信号Ｘ
(t)が一定のサンプリング周期Ｔで順次書込まれ、
所定個数の最新のサンプルデータX₁〜Xj（新しい
順にX₁，X₂，X₃…とする）が順次更新されなが
ら記憶される。

パラメータメモリ２２は、第３図Ａに示すよう
なインパルス応答特性が同図Ｂに示すデータ形態
で記憶される。１個のパラメータは遅延時間デー
タDiとゲインデータGi（ｉ＝１〜ｍ）の対からな
り、時間軸上のｍ点の遅延時間データDiとその
各点に対応するゲインデータGiで所望の残響特
性が表現される。パラメータメモリ２０はｍ＋１
個のアドレスを有し、先頭のアドレス０にはデー
タ０が書込まれ、以降のアドレスにパラメータ
Di，Diが順番に格納されている（なおアドレス
０のデータをD₀，G₀とする）。

ここでの遅延時間データDiは、入力信号のサ
ンプリング周期Ｔの何倍かを示す整数値で与えら
れる。つまり、Di×Ｔが時間次元の値である。

メモリ２０へのパラメータの書込みはコントロ
ーラ２２によつて予め行なわれる。メモリ２０の
アドレス入力に接続されているマルチプレクサ２
６はコントローラ２２によつて切換制御され、パ
ラメータ書込み時にのみアドレスラインがコント
ローラ２２に引き込まれる。その他の通常の動作
状態では、カウンタ２６の出力がパラメータメモ
リ２に読出しアドレスとして印加される。

カウンタ２６は、クロツクC1の直後に発生す
るクロツクC4でクリアされるとともに、サンプ
リング周期Ｔの１／（ｍ＋１）の周期のクロツク
C5で歩進され、その計数出力をパラメータメモ
リ２０に読出しアドレスとして与える。

従つてサンプリング周期Ｔ毎に、パラメータメ
モリ２０に記憶された全てのデータが順番に読出
される。メモリ２０から読出されたパラメータの
うちの遅延時間データDiは上記減算器２７の減
算入力となる。またゲインデータGiは乗算器２
８に入力され、後述のようにデータメモリ２３か
ら読出されるデータXiと乗算される。その乗算
出力は、加算器３０とレジスタ３５とアンド回路
３１からなるアキユムレータ２９に入力される。

詳述すると、第２図に示すようにクロツクC1
の立ち上がりでカウンタ２４が歩進され、同時に
このときクロツクC4がＬレベルになつてカウン
タ２５がクリアされる。従つて、パラメータメモ
リ２０はカウンタ２５の出力によつてアドレス０
が指定され、前述のようにアドレス０に記憶され
たデータD₀＝０，G₀＝０が読出される。

そして、次のクロツクC5の立ち上がりでクロ
ツクC2も立ち上がり、データメモリ２３は書込
み状態になる。このときパラメータメモリ２０の
出力は０であるから、減算器２７の出力はカウン
タ２４の出力そのものである。従つてこのときの
入力信号Ｘ（ｔ）は、カウンタ２４の出力Akが示
すアドレスに書込まれる。これが最新のサンプル
データX₁であり、同様にして最新の過去一定量
のサンプルデータX₁〜Xjがデータメモリ２３に
蓄えられる。

データメモリ２３への１サンプルデータの書込
みが終了すると、データメモリ２３は読出しモー
ドとなる。またクロツクC1の次の立ち上がりま
での間に、カウンタ２５はクロツクC5同期して
歩進され、これの出力によつてパラメータメモリ
２０のアドレス１〜ｍが順次指定され、パラメー
タDi.Giが順次読出される。

遅延時間データDi（これは前述のように整数値
である）がパラメータメモリ２０から読出される
と、カウンタ２４の出力AkからDiを引いた値Ak
−Diが減算器２７から出力され、これがデータ
メモリ２３の読出しアドレスとなり、このアドレ
スに該当するデータがメモリ２３から読出され
る。

データメモリ２３のアドレスAkは最新のサン
プルデータX₁の格納アドレスであり、これに対
しアドレスAk−DiはDi回だけ過去のサンプルデ
ータの格納アドレスである。このアドレスAk−
Diから読出されたサンプルデータをXiとする。
このデータXiは入力信号Ｘ(t)を時間Di×Ｔだけ
遅延したデータである。

データメモリ２３から読出された上記の遅延デ
ータXiは、遅延時間データDiとともにパラメー
タメモリ２０から読出されたゲインデータGiと
乗算器２８にて乗算される（重み付けされる）。
乗算器２８の出力Gi×Xiはアキユムレータ２９
に入力される。

アキユムレータ２９はクロツクC5に同期して、
乗算器２８の出力Gi×Xiを加算器３０とレジス
タ３５によつて順次累算する。そしてクロツク
C1の次に立ち上がり直後には、１周期分の累算
結果、 Ｙ＝_n 〓ⁱ⁼¹ Gi×Xi が得られ、これが残響信号出力OUTとなる。

その後カウンタ２５の出力が１になる期間にク
ロツクC3がＬレベルとなり、これでアキユムレ
ータ２９のアンド回路３１が遮断される。つまり
アキユムレータ２９の内容がこの時点で一旦クリ
アされ、再び次の周期の累算が開始される。

以上が第１図に示した残響付加装置の構成と動
作である。この種の畳み込み式残響付加装置にお
いて問題なのは、一定時間内に直列遂次処理によ
つて行なえる畳み込み演算の点数がハードウエア
的に大きく制限されることである。先の例では１
サンプリング周期Ｔ内でｍ点の畳み込み演算を行
なつているが、演算速度の制約から演算点数ｍを
自由に大きくすることができないのである。

畳み込み演算点数ｍを大きくできないというこ
とは、余り長い遅延時間の残響を作り出せないと
いうことである。なぜなら、演算点数ｍはすなわ
ち演算に使われるパラメータDi，Giの個数ｍで
あり、少ない個数のパラメータで長い遅延時間に
まで及ぶ残響特性を適切に表現することができな
いからである。

このことは第３図Ａから容易に理解できるであ
ろう。遅延時間データDiを時間軸上で非常に粗
にとれば、少ないパラメータ数で長い時間帯にわ
たる残響特性を表現できることになる。しかし、
これでは残響の長さを満足しても、残響の質を満
足させることができない（この方式はパラメータ
の間引と称されている）。希望する自然な残響を
実現するには、一般に、時間軸上で充分に密に配
置される多数のパラメータが必要である。

これらのことから従来の多くは、希望する残響
特性の初期遅延時間帯のみの残響を畳み込み演算
によつて作り出すようにしている。限られた初期
遅延時間帯のみであれば、ｍ個のパラメータでも
高密度に残響特性を表現することができる。しか
しこの場合、本来希望する大きな時間帯にわたる
残響特性のうちの後半部分（後期遅延時間帯）を
無視し、割愛しているのである。

ところで、後期遅延時間帯を割愛しても、入力
音（入力信号）が連続している場合には、聴感上
はそれほど問題にならない。後期遅延時間帯の残
響レベルは非常に小さくなるので、この後半部分
の微小レベルの残響が存在していても、連続する
入力音にマスキングされて聴感上の影響はわずか
である。従つて、後半部分の残響が割愛されても
余り悪影響はない。

しかし後期遅延時間帯の残響が割愛されている
と、連続していた入力音が途絶えたとき、その後
の残響効果において著しい不自然感をもたらす。
入力音が途絶えた状態では微小レベルの残響も明
瞭に認識される。そのため、減衰しながら続くべ
き残響が途中で消失するという不自然感がはつき
りと目立つてしまう。

この発明は以上のような背景の下になされたも
のであり、その目的は、畳み込み演算点数が限ら
れるという制約下において、より自然な残響効果
が得られるようにした畳み込み方式の残響付加装
置を提供することにある。詳細には、入力音が途
絶えた状態のときは、充分に大きな遅延時間にま
で及ぶ自然な残響が発生できるようにすることを
目的としている。

上記の目的を達成するために、この発明は、一
定のサンプリング周期Ｔで入力信号データを読込
み、所定時間分のデータを順次更新しながら記憶
するデータメモリと； 所定の残響特性に対応して遅延時間データとゲ
インデータの対を１個のパラメータとして、時間
軸上の多点の遅延データとその各点に対応するゲ
インデータで表現された残響特性を記憶するパラ
メータメモリと； 上記データメモリに１サンプルデータを書込む
毎に、上記時間Ｔ内に、上記パラメータメモリか
らその一部である連続する所定数ｍ個のパラメー
タを読出し、上記データメモリに格納されている
入力信号データのうち当該パラメータで指定され
るｍ個のデータに当該パラメータで指定される重
み付けをして加算する畳み込み演算を行ない、そ
の結果を残響信号として時間Ｔ毎に出力する畳み
込み演算手段と； 上記入力信号レベルと微小な基準レベルとを比
較するレベル弁別手段と； 上記入力信号レベルが上記基準レベル以上のと
き、上記畳み込み演算手段の処理対象となる上記
ｍ個のパラメータを最初期の遅延時間帯から選
び、また上記入力信号レベルが上記基準レベル以
下の状態が続くとき、上記ｍ個のパラメータを選
ぶ遅延時間帯を遅延時間の大きい側へ順次移行さ
せる処理対象時間帯移行手段と； をと備えることを特徴とする。

演算対象となる遅延時間帯を後半側へ移行させ
ると、最初期遅延時間帯が割愛されることにな
る。しかし、この期間この時間帯の入力信号は０
（無音）であるので、これを演算対象としても結
果は０であり、ここを割愛しても実質上の影響は
全く生じない。ここを割愛した分がより後半の残
響を作成するために有効に生かされる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

第４図はこの発明の第１実施例の構成を示して
いる。この残響付加装置の構成の多くの部分は第
１図の装置と全く同じであり、その共通部分には
同一の符号を付している。第１図の装置と共通す
る構成およびその動作については先の説明を緩用
し、以下では第４図の装置の第１図の装置と異な
る部分を中心にして説明する。各クロツクC5は
やはり第２図に示したタイミングで発生する。

また、１サンプリング周期Ｔ内に直列遂次処理
によつて行なえる畳み込み演算点数は、この発明
の装置においても第１図のものと同じｍ点である
とする。

この発明の装置では、パラメータメモリ２０に
ｍ個より更に多量のｚ個のパラメータDi，Gi（ｉ
＝１〜ｍ〜ｚ）が格納されている。この多量のパ
ラメータDi，Giによつて大きな遅延時間にまで
及ぶ残響特性が表現されている。この様子を第５
図Ａ，Ｂに示している。つまり、希望する自然な
残響を得るために必要な広い時間帯にわたる残響
特性が、多量のパラメータによつて充分高密度に
表現され、パラメータメモリ２０に格納されてい
る。またこの実施例においては、入力信号Ｘ(t)の
レベルと微小な基準レベルとを比較するレベル弁
別手段として入力信号Ｘ(t)の絶対値を検出する絶
対値検出回路４１と、この回路４１の出力とほぼ
０に近い基準値Ｎとを比較するコンパレータ４２
が設けられている。コンパレータ４２は、入力信
号レベルが基準値Ｎ以上あるときは、カウンタ４
３をクリアし、入力信号レベルが基準値Ｎ以下の
ときはそのクリアを解除する。

カウンタ４３はコンパレータ４２の出力により
クリアされているときは、その出力は１になつて
いる（０ではない）。またカウンタ４３のクリア
が解除されている状態では、このカウンタ４３は
クロツクC1によつて歩進され、その出力が１→
２→３→と増加する。

パラメータメモリ２０の読出しアドレスを与え
るカウンタ２５は、クロツクC4によつてクリア
され（その出力は０になる）、クロツクC5の１周
期分遅れてクロツクC2によつて前記カウンタ４
３の出力を読込む（プリセツトする）。そしてそ
の後にクロツクC5によつて順次歩進される。

すなわちカウンタ４３がクリアされていてその
出力が１であればカウンタ２５の出力は、クロツ
クC4に同期して０となり、クロツクC2に同期し
て１になり、その後次のクロツクC1が発生する
までの間に、ｍ−１発のクロツクC5を受けてｍ
まで増加する。つまりカウンタ２５の出力は０→
１→２→…ｍと変化する。これは第１図の装置の
動作と全く同じである。

従つて上記の状態にては、パラメータメモリ２
０に格納されているｚ個のパラメータのうち、最
初期遅延時間帯のｍ個のパラメータが使用されて
畳み込み演算が行なわれる。従つて、このときの
残響信号出力OUTは第１図の装置の動作と全く
同じになる。

以上の動作は、入力信号のレベルが基準値Ｎ以
上で連続している場合の動作である。この動作で
はパラメータメモリ２０に格納されている残響特
性の後半部分が無視されているが、これは連続し
ている入力音のマスキング効果などによつて残響
効果にそれほどの悪影響は与えない。

入力音が途絶えると、すなわち入力信号レベル
が基準値Ｎより小さくなると、カウンタ４３のク
リアが解除され、カウンタ４３はクロツクC1に
よつてインクリメントされる。カウンタ４３が１
だけ歩進されるとその出力は２となり、この状態
ではカウンタ２５の出力は０→２→３→４→…ｍ
＋１と変化する。つまりパラメータD₂，G₂〜Dm
＋１，Gm＋１のｍのパラメータが使用されて畳
み込み演算が行なわれる。

更に無音状態が続くとカウンタ４３の出力が３
になり、カウンタ２５の出力は０→３→４→５→
…ｍ＋２と変化する。このときはD₃，G₃〜Dm＋
２，Gm＋２までのｍ個のパラメータが使用され
て畳み込み演算が行なわれる。

このようにして、入力信号レベルが基準レベル
以下の状態が続くとき、上記ｍ個のパラメータを
選ぶ遅延時間帯が遅延時間の大きい側へ順次移行
される。そうすると最初期遅延時間帯のパラメー
タがD₁，G₁から順番に無視されるようになる。
しかしこのとき入力信号レベルは無音状態が続い
ているので、無視されたパラメータに対応する入
力信号のサンプルデータはほぼ０であり、０×
Giの結果も０であることから、この演算はもと
もと行なう必要がないのである。

最初期遅延時間帯のパラメータを無視する代わ
りに、パラメータDm，Gm以降の遅延時間帯の
パラメータを順次使用して畳み込み演算を行なう
ので、入力音が途絶えた後の無音状態にては、パ
ラメータメモリ２０に格納されている残響特性に
従つて大きな遅延時間帯に及ぶ残響が作り出さ
れ、長時間をかけて徐々に減衰する自然な残響が
発生するのである。

第６図はこの発明の第２実施例の構成を示して
いる。この装置において第４図と異なるのは、第
４図における絶対値検出回路４１がパワー算出回
路４４に置き代わつている点である。このパワー
算出回路４４は、入力信号Ｘ(t)を二乗回路で二乗
し、その出力を加算器４６とレジスタ４７からな
る積分回路でクロツクC5に同期して積分し、そ
の出力をレジスタ４８を介してクロツクC1に同
期してコンパレータ４２に与えるように構成され
ている。

なお、最新の入力信号があつた時点には、同時
にその際のパワーを認識している必要があるた
め、この実施例では、過去の一定期間の入力デー
タを一旦プリメモリ４９に保持しておき、この保
持メモリの内容に基づいて事前にパワーを算出し
ておくように構成してある。これらプリメモリ４
９ではパワー算出に必要な個数だけ入力データを
デイレイさせ、その間にこれらデータからパワー
を算出すると同時にデータメモリに該当する入力
データをバツフアレジスタ５０を介して送出して
タイミングを合せている。これらの制御には前述
した制御信号C₂およびデータメモリのアドレス
指定信号ラインを兼用して利用している。

つまり入力信号Ｘ(t)のパワーの平均値に基づい
て入力信号が途絶えたかどうか（有音状態か無音
状態か）を弁別するものである。この実施例によ
れば、楽音信号などの統計的性質に合せて、より
的確な有音・無音の状態弁別が行なえる。

なお、入力信号の周波数帯域を幾つかに分割
し、各帯域毎にこの発明の残響付加装置を設け、
それらの出力を合成して最終残響信号としても良
い。この場合は各周波数帯域毎に適切な残響特性
を設定することができる。周知のように残響音の
高域成分は減衰が速く、残響時間が短いが、低域
成分は減衰が遅く、残響時間が長くなる。このよ
うな実際の残響特性に見合つた残響効果を、複数
の帯域毎に残響負荷装置を設けることで実現する
ことができる。

特に、複数の周波数帯域に分けて残響装置を設
けるものに前述した本発明が適用された場合、次
のような効果が加わる。つまり、楽音信号の低域
成分が途絶えたか、高域成分がその後も持続する
か、あるいは断続している状態を想定する。この
場合でも上記の構成によれば、途絶えた低域成分
については、継続している高域成分に全く影響さ
れず、低域成分単独で長時間にわたる自然な残響
が発生する。

以上詳細に説明したように、この発明によれ
ば、畳み込み演算点数がハードウエア的に限られ
るという制約下においても、より自然な広い残響
時間帯にわたる残響効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の残響付加装置のブロツク図、第
２図は第１図の装置の動作を示すタイミングチヤ
ート、第３図は第１図の装置におけるパラメータ
メモリに格納される残響特性の説明図、第４図は
この発明に係る残響付加装置の第１実施例のブロ
ツク図、第５図は第４図の装置におけるパラメー
タメモリに格納される残響特性の説明図、第６図
はこの発明に係る残響付加装置の第２実施例を示
すブロツク図である。 ２０…パラメータメモリ、２３…データメモ
リ、２９…アキユムレータ、４１…絶対値検出回
路、４２…コンパレータ、４３…カウンタ、４４
…パワー算出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定のサンプリング周期Ｔで入力信号データ
   を読込み、所定時間分のデータを順次更新しなが
   ら記憶するデータメモリと； 所定の残響特性に対応して遅延時間データとゲ
   インデータの対を１個のパラメータとして、時間
   軸上の多点の遅延データとその各点に対応するゲ
   インデータで表現された残響特性を記憶するパラ
   メータメモリと； 上記データメモリに１サンプルデータを書込む
   毎に、上記時間Ｔ内に、上記パラメータメモリか
   らその一部である連続する所定数ｍ個のパラメー
   タを読出し、上記データメモリに格納されている
   入力信号データのうち当該パラメータで指定され
   るｍ個のデータに当該パラメータで指定される重
   み付けをして加算する畳み込み演算を行ない、そ
   の結果を残響信号として時間Ｔ毎に出力する畳み
   込み演算手段と； 上記入力信号レベルと微小な基準レベルとを比
   較するレベル弁別手段と； 上記入力信号レベルが上記基準レベル以上のと
   き、上記畳み込み演算手段の処理対象となる上記
   ｍ個のパラメータを最初期の遅延時間帯から選
   び、また上記入力信号レベルが上記基準レベル以
   下の状態が続くとき、上記ｍ個のパラメータを選
   ぶ遅延時間帯を遅延時間の大きい側へ順次移行さ
   せる処理対象時間帯移行手段と； を備えることを特徴とする残響付加装置。