JPS6073694A - 残響付加装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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っ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ィジ
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
って畳み込み演算を行なって残響信号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のクロックＣ２が発生する毎に書込み
モードになり、また同じ周期Ｔのクロック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Ｏ
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Ｘｌ、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ＤＮとゲ１
“ンデータＧｉ　Ｃ１＝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ＩＩｌ＋１個のアドレスを有し、先頭
のアドレス０にはデータＯが書込まれ、以降のアドレス
にパラメータＤｉ、Ｇｉが順番に格納されている（なお
アドレス０のデータをＤｏ、Ｇｏ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、
Ｄ２ＸＴ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ボントローラ２２
によって予め行なわれる。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２６はコントローラ２２
によって切換制胛され、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、クロックＣ１の直後に発生するクロッ
クＣ４でクリアされるとともに、サンプリング周期Ｔの
ｌ／（ｍ＋１）の周期のクロック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。

従っ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２７０減算入力となる。またゲインデ
ータＧｉは乗算器２８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Ｘｊ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からなるアキュムレータ２９に入力される。

詳述すると、第２図に示すようにクロック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ッ
クＣ４がＬレベルになってカウンタ２５がクリアされる
。従って、パラメータメモリ２０はカウンタ２５の出力
によってアドレスＯが指定され、前述のようにアドレス
Ｏに記憶され一５＝ たデータＤｏ　＝Ｏ，Ｇｏ　＝Ｏが読出される。

そして、次のクロックＣ５の立ち上がりでクロック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Ｏ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
。従っ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
たクロックＣ１の次の立ち上がりまでの間に、カウンタ
２５はクロックＣ５に同期して歩進され、これの出力に
よってパラメータメモリ２０のアドレスト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Ｏｆ（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６− 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
−Ｄ；はＤ７回だ【ノ過去のサンプルデータの格納アド
レスである。このアドレス八に−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ＤｉＸＴ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（重み付番プされる）。

乗算器２８の出力Ｇ　ｉ　ＸＸ　ｉはアキュムレータ２
９に入力される。

アキュムレータ２９はクロックＣ５に同期して、乗算器
２８の出ツノＧ７ＸＸｉを加算器３０とレジスタ３５に
よって順次累算する。そしてクロックＣ１の次に立ち一
ヒがり直後には、１周期分の累算結果、 Ｙ＝ΣＧｊＸＸｆ ！・Ｉ 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になる期間にクロックＣ
３がＬレベルとなり、これでアキュムレータ２９のアン
ド回路３１が遮断される。つまりアキュムレータ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
、一定時間内に直列逐次処理によって行なえる畳み込み
演算の点数がハードウェア的に大きく制限されることで
ある。先の例でホ１サンプリング周期Ｔ内でｍ点の畳み
込み演算を行なっているが、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、ａｉ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Ｄｊ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きと称されている）。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って作り出
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
間帯にわたる一〇− 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、後期遅延時間帯の残響を割愛しても、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。従って、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ぎ、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ぎりと目立ってしまう
。

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１０− 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を
発生できるようにすることを目的どしている。

−Ｆ記の目的を達成するために、この発明は、パノ〕信
号が連続する状態では、畳み込み演算を残響特性の初期
遅延時間帯について行ない（後期遅延時間帯については
割愛する）、入力信号が途絶えて無音状態が連続すると
きは、青み込み演算の対象となる遅延時間帯を徐々に後
半側へ移行させるようにしたことを特徴とする。

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＆ＩＪ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Ｏ（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図の装置と共通ずる構成およびその動作につい
ては先の説明を援用し、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。各クロック
Ｃ５はやはり第２図に示したタイミングで発生ずる。

また、１サンプリング周期Ｔ内に直列逐次処理によって
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
史に多量の１個のパラメータＤｆ、Ｇｉ（ｉ＝１〜ｍ〜
２）が格納されている。この多聞のパラメータＤｉ、Ｇ
ｉによって大ぎ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っ
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×（１，）の絶対値を検出
する絶対値検出回路４１ど、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４３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７Ｉ３はコンパレータ４２の出力によりクリア
されているどきは、その出力は１になっている（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はクロックＣ１によって歩進
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、クロックＣ４によってクリア１３− され（その出力は０になる）、クロックＣ５の１周期分
遅れてクロックＣ２によって前記カウンタ４３の出力を
読込む（プリセットする）。そしてその後にクロックＣ
５によって順次歩進される。

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、クロックＣ４に同期
して０となり、クロックＣ２に同期して１になり、その
複数のクロックｃ１が発生ずるまでの間に、ｍ　−１発
のクロックＣ５を受けてｍまで増加する。っまりカウン
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。

従って上記の状態にては、パラメータメモリ２０に格納
されている７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。従って、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−１４＝ 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ノ〕
音のマスキング効果などによっ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はクロックＣ１によってインクリメント
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Ｄ
２．Ｇ２〜Ｄｍ　＋１．Ｇｍ　＋１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。

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Ｏ→３→４→５→・・・ｍ＋２と
変化する。このとぎはＤ　３　、０３〜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ｌｌ１ｌｌｌａのパラメータを選ぶ
遅延時間帯が遅延時間の大ぎ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Ｄ＋、Ｇ＋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Ｏであり、０ｘＧｉの結果もＯである
ことから、この演算はもともど行なう必要がないのであ
る。

最初ルＩＷ延時間帯のパラメータを無視する代わりに、
パラメータ［）ｍ　、　Ｇ’ｍ　Ｃ１，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
、入ツノ音が途絶えた後の無音状態にては、パラメータ
メモリ２ｏに格納されている残響特性に従って大きな遅
延時間帯に及ぶ残響が作り出され、長＠間をかりて徐々
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に置き代わっ
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７Ｉ７からなる積分回路でクロックＣ５に同期
して積分し、その出力をレジスタ４８を介してクロック
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った時点には、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ブリメモリ４９
に保持しておぎ、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である。これらプ
リメモリ４９ではパワー算出に必要な個数だｔＪ入カデ
ータをディレィさせ、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
をバッファレジスタ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
よびデータメモリへ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１７− 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、入ノｊ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（プ、それらの出力
を合成してＲ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児
合った残響効果を、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りで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１８− 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ェ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ック図、第２図は第
１図の装置の動作を示すタイミングチャート、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実施例のブロック図、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
すブロック図である。 ２０・・・パラメータメモリ ２３・・・データメモリ ２９・・・アキュムレータ 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 特許出願人 日本楽器製造株式会社 ７０８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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； 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【プ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
   畳み込み演鈴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。