JP5486568B2 - Audio spot reproduction processing method, apparatus, and program - Google Patents
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Description
本発明は、所望の位置を含む狭い領域(スポット)に音声を再生するための信号処理技術(音声スポット再生処理技術)に関する。 The present invention relates to a signal processing technique (audio spot reproduction processing technique) for reproducing audio in a narrow area (spot) including a desired position.
スピーカを利用した音声再生の状況として、特定の方向に十分な音量で音声を再生することが望まれる状況がある。例えば、展示場で展示物の前方の限られたエリアのみに当該展示物を説明する音声を再生する場合や、階段の手前や駅のプラットホームの縁などの限られたエリアで注意喚起を促す音声を再生する場合である。このような、スピーカから見て所望の方向(目的方向)を含む狭い範囲に音声を再生するための信号処理技術(狭指向音声再生処理技術)は、従来から研究・開発されている。なお、スピーカの周囲とスピーカから発せられた音声の音圧との関係(音圧分布)は指向性と呼ばれ、或る方向への指向性が鋭いほど、当該方向を含む狭い範囲に音声を再生し、当該範囲以外の範囲で当該音声の音圧を抑圧することができる。ここでは、狭指向音声再生処理技術に関する3つの従来技術を例示する。なお、この明細書では、「音声」は、人の発する声に限定されるものではなく、人や動物の声はもとより楽音や環境雑音など「音」一般を指す。 As a situation of sound reproduction using a speaker, there is a situation where it is desired to reproduce sound at a sufficient volume in a specific direction. For example, when playing audio explaining an exhibit in a limited area in front of an exhibit in an exhibition hall, or in a limited area such as the edge of a station platform or near a staircase Is played. Such signal processing technology (narrow-directed speech reproduction processing technology) for reproducing sound in a narrow range including a desired direction (target direction) as viewed from the speaker has been researched and developed conventionally. The relationship (sound pressure distribution) between the surroundings of the speaker and the sound pressure of the sound emitted from the speaker is called directivity. The sharper the directivity in a certain direction, the more the sound is transmitted to a narrow range including that direction. It is possible to reproduce and suppress the sound pressure of the sound in a range other than the range. Here, three conventional techniques related to the narrow-directional sound reproduction processing technique are illustrated. In this specification, “speech” is not limited to a voice uttered by a person, but refers to a general “sound” such as a musical sound or an environmental noise as well as a voice of a person or an animal.
[1]物理特性を用いた狭指向音声再生処理技術
このカテゴリの代表的な例として、ホーンスピーカとパラボラスピーカが挙げられる。ホーンスピーカは、例えば、スピーカの前方に、開口端に向けて断面面積が徐々に広くなるような喇叭状ホーンが取り付けられたスピーカである。ホーン長が長ければ長いほど、ホーンスピーカの指向性は鋭くなる。パラボラスピーカは、パラボラ板(放物面)の焦点にスピーカが配置された構成を持ち、スピーカからパラボラ板に向かって音声を放射することによって、パラボラ板の頂点とパラボラ板の焦点とを結ぶ直線の方向に音声が伝達する。
[1] Narrow-directional audio reproduction processing technology using physical characteristics Representative examples of this category include horn speakers and parabolic speakers. The horn speaker is, for example, a speaker in which a saddle-shaped horn whose cross-sectional area gradually increases toward the opening end in front of the speaker. The longer the horn length, the sharper the directivity of the horn speaker. A parabolic speaker has a configuration in which a speaker is arranged at the focal point of a parabolic plate (paraboloid), and radiates sound from the speaker toward the parabolic plate, thereby connecting the top of the parabolic plate and the focal point of the parabolic plate. Sound is transmitted in the direction of.
[2]超音波を用いた狭指向音声再生処理技術
このカテゴリの代表的な例として、パラメトリックスピーカが挙げられる(例えば特許文献1参照)。パラメトリックスピーカは、直進性の強い超音波を搬送波として、例えば超音波が音源信号で振幅変調された変調波を大音圧で放射する。変調波が空気中を伝播する過程で空気の非線形特性によって歪み成分が生じ、この歪み成分と人間の聴覚特性に起因して可聴帯域の音声が出現する。
[2] Narrow-directional sound reproduction processing technology using ultrasonic waves A typical example of this category is a parametric speaker (see, for example, Patent Document 1). The parametric speaker radiates a modulated wave obtained by amplitude-modulating an ultrasonic wave with a sound source signal with a high sound pressure, using an ultrasonic wave having a strong straightness as a carrier wave. A distortion component is generated by the non-linear characteristic of air in the process in which the modulated wave propagates in the air, and sound in an audible band appears due to the distortion component and human auditory characteristics.
[3]信号処理を用いた狭指向音声再生処理技術
このカテゴリの代表的な例として、フェーズドスピーカアレーが挙げられる(例えば非特許文献1参照)。フェーズドスピーカアレーは、複数のスピーカで構成されたスピーカアレーであり、音源信号に時間差やレベル差の情報が含まれているフィルタを掛けて重畳する信号処理を行うことで得られた信号を各スピーカに入力して音声を空間放射し、この結果、目的方向に音声が再生される。
[3] Narrow-directional audio reproduction processing technology using signal processing A typical example of this category is a phased speaker array (see, for example, Non-Patent Document 1). A phased speaker array is a speaker array composed of a plurality of speakers, and signals obtained by performing signal processing to superimpose a sound source signal by applying a filter containing information on time difference or level difference to each speaker. And the sound is spatially radiated, and as a result, the sound is reproduced in the target direction.
ところで、或る方向に対してだけでなく、特定の狭い領域に居る聴取者にのみ音声を伝えるスポット再生が可能となれば、拡声による通信を行った場合などに再生音声が聴取者以外の人々にとって騒音とならないだけでなく、通信内容が周囲に漏れにくいというプライバシーの保護もより一層高まる。 By the way, if it is possible to perform spot reproduction that conveys sound not only to a certain direction but also to a listener who is in a specific narrow area, the reproduced sound will be transmitted to people other than the listener in the case of communication using voice amplification. In addition to noise, the privacy protection that communication contents are difficult to leak to the surroundings is further enhanced.
このような、所望の位置を含む狭い領域(スポット)に音声を再生するための信号処理技術(音声スポット再生処理技術)として、特定の領域の境界上の音圧を制御すると、当該領域の外側の音場も制御可能であるという境界音場制御理論に基づき、境界上の音圧がゼロとなるように制御することでスポット再生を実現しようという従来技術がある(特許技術文献2参照)。 As a signal processing technique (audio spot reproduction processing technique) for reproducing audio in such a narrow area (spot) including a desired position, when the sound pressure on the boundary of a specific area is controlled, the outside of the area There is a conventional technique for realizing spot reproduction by controlling the sound pressure on the boundary to be zero based on the boundary sound field control theory that the sound field of the sound field can also be controlled (see Patent Document 2).
従来技術は、優れた点がある他方で、例えば下記(1)〜(5)の一つまたは複数の課題も持っていた。
(1)目的方向にスピーカ自体を向けないと、目的方向に音声を再生することができない。つまり、目的方向が変わりえる場合には、人の身体活動に拠らないのであれば、ホーンスピーカやパラボラスピーカそのものの向きを変更するための駆動制御手段が必要になってしまう。
(2)指向性はスポットの広狭に係るから、できるだけ狭いスポットに音声を再生しようとするならば狭指向性の実現が望まれる。しかし、見込み角5°〜10°程度の狭指向性(目的方向に対して±5°〜±10°程度の鋭い指向性)を実現することが困難である。
(3)狭指向性を実現するために、スピーカ数を増やし、アレーサイズ(アレーの全長)を大きくすることが必要となる。これはコストや配線の複雑さなどの観点から不利益である。
(4)スポット再生の音場の形成のために、スピーカを様々な場所に配置する必要がある。これはスピーカアレーを設置する空間の制約やコストなどの観点から不利益である。
(5)目的方向以外の方向の音声に埋もれないように目的方向に向けて音声を高SN比で再生することが難しい。
On the other hand, the conventional technology has one or more of the following problems (1) to (5), on the other hand.
(1) Sound cannot be reproduced in the target direction unless the speaker itself is directed in the target direction. That is, when the target direction can be changed, if it does not depend on the human physical activity, a drive control means for changing the direction of the horn speaker or the parabolic speaker itself is required.
(2) Since the directivity relates to the width of the spot, it is desired to realize the narrow directivity if audio is to be reproduced in a spot as narrow as possible. However, it is difficult to realize narrow directivity with a prospective angle of about 5 ° to 10 ° (sharp directivity of about ± 5 ° to ± 10 ° with respect to the target direction).
(3) In order to realize narrow directivity, it is necessary to increase the number of speakers and increase the array size (total length of the array). This is disadvantageous in terms of cost and wiring complexity.
(4) In order to form a sound field for spot reproduction, it is necessary to arrange speakers in various places. This is disadvantageous from the viewpoints of space restriction and cost for installing the speaker array.
(5) It is difficult to reproduce the sound with a high SN ratio in the target direction so as not to be buried in the sound in a direction other than the target direction.
このような現状に鑑みて、本発明は、十分なSN比で音声を再生し、スピーカの物理的な移動を要することなく任意の方向に向けて音声を再生可能でもありながら、所望の位置を含む狭い領域(スポット)に音声を再生可能な音声スポット再生処理技術を提供することを目的とする。 In view of such a current situation, the present invention reproduces sound with a sufficient signal-to-noise ratio, and can reproduce sound in any direction without requiring physical movement of the speaker, but at a desired position. An object of the present invention is to provide an audio spot reproduction processing technology capable of reproducing audio in a narrow area (spot) including the above.
音声のスポット再生位置として想定される一つまたは複数の位置に含まれる各位置(ただし、各位置を識別するための方向をi、距離をgとする)への各スピーカからの音声の伝達特性ai,gを用いて、音声再生の対象となる位置について、周波数ごとのフィルタを求める[フィルタ設計処理]。Mは2以上の整数であり、M個のスピーカはスピーカアレーを構成する。スピーカアレーから放射された音声であって当該音声が反射物で反射した反射音の進行方向に受聴位置が存在する音声を双対音として、各伝達特性ai,gは、方向iと距離gで定まる位置への直接音の伝達特性と一つ以上の双対音の各伝達特性との和で表される。フィルタは、周波数ごとに、音源信号が周波数領域に変換された周波数領域信号SをMチャネルの周波数領域信号Xに変換するものである。フィルタ設計処理で求められたフィルタを、周波数ごとに周波数領域信号Sに適用してMチャネルの周波数領域信号Xを得る[フィルタ適用処理]。Mチャネルの周波数領域信号Xを時間領域に変換して得られるMチャネルの時間領域信号xは、通常、スピーカアレーで再生されることとなる。 Transmission characteristics of audio from each speaker to each position (where i is the direction for identifying each position and g is the distance) included in one or more positions assumed as audio spot playback positions Using a i, g , a filter for each frequency is obtained for a position to be reproduced by sound [filter design processing]. M is an integer greater than or equal to 2, and M speakers constitute a speaker array. The sound radiated from the speaker array and having the listening position in the traveling direction of the reflected sound reflected by the reflector is a dual sound, and each transfer characteristic a i, g is expressed by the direction i and the distance g. It is expressed as the sum of the transfer characteristics of a direct sound to a fixed position and the transfer characteristics of one or more dual sounds. The filter converts the frequency domain signal S obtained by converting the sound source signal into the frequency domain for each frequency into an M channel frequency domain signal X. The filter obtained by the filter design process is applied to the frequency domain signal S for each frequency to obtain an M channel frequency domain signal X [filter application process]. The M channel time domain signal x obtained by converting the M channel frequency domain signal X into the time domain is normally reproduced by a speaker array.
各伝達特性ai,gは、具体例として、直接音のステアリングベクトルと、反射による音の減衰および反射音の直接音に対する時間差が補正された一つ以上の双対音の各ステアリングベクトルとの和、あるいは、実環境下において実測で得られたものでもよい。 Each transfer characteristic a i, g is, as a specific example, a sum of a direct sound steering vector and one or more dual sound steering vectors in which a time difference of the sound due to reflection and the direct sound of the reflected sound is corrected. Alternatively, it may be obtained by actual measurement in an actual environment.
フィルタ設計処理では、音声再生の対象となる位置以外への音声のパワーが最小となるように、周波数ごとにフィルタを求めてもよい。あるいは、音声再生の対象となる位置での音声のSN比が最大となるように、周波数ごとにフィルタを求めてもよい。あるいは、M個のスピーカのうち一つのスピーカに対するフィルタ係数を一定値に固定した状態でスポット再生位置として想定される一つまたは複数の位置以外への音声のパワーが最小となるように、周波数ごとにフィルタを求めてもよい。 In the filter design process, a filter may be obtained for each frequency so that the power of the sound to a position other than the position where the sound is to be reproduced is minimized. Or you may obtain | require a filter for every frequency so that the SN ratio of the audio | voice in the position used as the audio | voice reproduction | regeneration object may become the maximum. Alternatively, for each frequency, the sound power to other than one or a plurality of positions assumed as the spot reproduction position is minimized with the filter coefficient for one speaker among M speakers fixed at a constant value. You may ask for a filter.
あるいは、フィルタ設計処理では、(1)音声再生の対象となる位置への音声の全帯域通過、および(2)一つ以上の抑圧点への音声の全帯域抑制、の条件の下、音声再生の対象となる位置と各抑圧点以外への音声のパワーが最小となるように、周波数ごとにフィルタを求めてもよい。あるいは、音声再生の対象となる位置i=s,g=hの伝達特性as,hを正規化することによって、周波数ごとにフィルタを求めてもよい。あるいは、音声再生の対象となる位置以外の各位置に対応する伝達特性ai,gによって表される空間相関行列を用いて、周波数ごとにフィルタを求めてもよい。あるいは、音声再生の対象となる位置への音声の劣化量を所定量以下とする条件の下、音声再生の対象となる位置以外への音声のパワーが最小となるように、周波数ごとにフィルタを求めてもよい。あるいは、マイクロホンアレーによって観測して得られた信号を周波数領域に変換して得られる周波数領域信号によって表される空間相関行列を用いて、周波数ごとにフィルタを求めてもよい。あるいは、スポット再生位置として想定される一つまたは複数の位置に含まれる各位置に対応する伝達特性ai,gによって表される空間相関行列を用いて、周波数ごとにフィルタを求めてもよい。 Alternatively, in the filter design process, the sound reproduction is performed under the conditions of (1) passing the entire band of the sound to a position to be reproduced and (2) suppressing the entire band of the sound to one or more suppression points. A filter may be obtained for each frequency so that the power of the sound to the position other than the target position and each suppression point is minimized. Alternatively, a filter may be obtained for each frequency by normalizing the transfer characteristics a s, h at the positions i = s, g = h that are to be reproduced. Or you may obtain | require a filter for every frequency using the spatial correlation matrix represented by the transfer characteristic ai, g corresponding to each position other than the position used as the object of audio | voice reproduction | regeneration. Alternatively, a filter may be applied for each frequency so that the power of the sound to a position other than the target position for sound reproduction is minimized under the condition that the deterioration amount of the sound at the position for sound playback is a predetermined amount or less. You may ask for it. Or you may obtain | require a filter for every frequency using the spatial correlation matrix represented by the frequency domain signal obtained by converting the signal obtained by observing with a microphone array into a frequency domain. Alternatively, a filter may be obtained for each frequency using a spatial correlation matrix represented by transfer characteristics a i, g corresponding to each position included in one or a plurality of positions assumed as spot reproduction positions.
本発明に拠ると、音声再生対象方向への直接音だけでなく反射音も利用しているため、当該方向について十分に大きいSN比で再生可能であるとともに、信号処理によって当該方向への音声再生を行うことからスピーカの物理的な移動を要することなく任意の方向に向けて音声を再生可能でもある。さらに、詳しくは後述の《原理》の項目で説明するが、各伝達特性ai,gを、方向iと距離gで定まる位置への直接音の伝達特性と一つ以上の双対音の各伝達特性との和で表現することによって、一般的なフィルタ設計基準でフィルタを設計する際に、音声再生対象方向の指向性の広狭を決定付けるコヒーレンスの抑圧の度合いを高くするようなフィルタを設計できる。つまり、音声再生対象方向に対して従来よりも鋭い指向性を有することになる。さらに、詳しくは後述の《原理》の項目で説明するが、反射音を利用することによって、スピーカアレーから見てほぼ同じ方向だが距離が異なる受聴位置への音声について、異なる受聴位置に対応する伝達特性間に有意な差分が生じることになる。この伝達特性間の差分をビームフォーミング法で再現することによってスピーカアレーからの距離に応じて音声をスポット再生できる。 According to the present invention, not only the direct sound in the sound reproduction target direction but also the reflected sound is used, so that the reproduction can be performed with a sufficiently large SN ratio in the direction and the sound reproduction in the direction by signal processing. Therefore, the sound can be reproduced in any direction without requiring physical movement of the speaker. Further, as will be described in detail in the item “Principle”, which will be described later, each transfer characteristic a i, g is divided into a direct sound transfer characteristic and a transmission of one or more dual sounds to a position determined by the direction i and the distance g. By expressing with the sum of the characteristics, it is possible to design a filter that enhances the degree of coherence suppression that determines the directionality of the direction of sound playback when designing a filter based on general filter design criteria. . That is, it has a sharper directivity than the conventional one with respect to the direction of audio reproduction. Furthermore, as will be described in detail in the item “Principle” described later, by using reflected sound, transmission to a listening position in the same direction but a different distance when viewed from the speaker array is transmitted corresponding to a different listening position. A significant difference will occur between the characteristics. By reproducing the difference between the transfer characteristics by the beam forming method, the sound can be spot-reproduced according to the distance from the speaker array.
《原理》
本発明の原理について説明する。本発明は、信号処理に基づいて任意の方向に向けて音声を再生できるというスピーカアレー技術の本質と、反射音を積極的に利用することによって高SN比で音声を再生することとを基本としつつ、鋭い指向性を可能とする信号処理技術を組み合わせたことを特徴の一つとしている。特に、スピーカアレーから見た方向がほぼ同じで距離だけが異なる受聴位置とスピーカアレーとの間の伝達特性はかなり類似していることに鑑みて、反射物を利用することによって、異なる受聴位置とスピーカアレーとの間の伝達特性の差分を大きくすることが本発明の顕著な特徴の一つと言える。伝達特性の差分を信号処理によって再現することによって、スピーカアレーからの距離に応じて音声をスポット再生可能な音声スポット再生処理技術が実現する。
"principle"
The principle of the present invention will be described. The present invention is based on the essence of speaker array technology that can reproduce sound in an arbitrary direction based on signal processing, and on reproducing sound at a high S / N ratio by actively using reflected sound. On the other hand, it is characterized by combining signal processing technologies that enable sharp directivity. In particular, in view of the fact that the transmission characteristics between a speaker array and a listening position that are substantially the same in the direction viewed from the speaker array but differing in distance are quite similar, by using a reflector, different listening positions can be obtained. It can be said that one of the salient features of the present invention is to increase the difference in transfer characteristics between the speaker array and the speaker array. By reproducing the transfer characteristic difference by signal processing, an audio spot reproduction processing technique capable of spot reproduction of audio according to the distance from the speaker array is realized.
周波数領域における信号処理を主に説明するので、説明に先立ち、記号を定義する。離散周波数のインデックスをω(周波数fと角周波数ωとの間にはω=2πfの関係があるから、離散周波数のインデックスωをこの角周波数ωと同一視してもかまわない。ωに関して「離散周波数のインデックス」を単に「周波数」ともいう)、フレーム番号のインデックスをkとする。1チャネルの音源信号の第kフレームの周波数領域表現をS(ω,k)、スピーカアレーの中心から見て方向θs且つスピーカアレーの中心から見て距離Dhだけ離れた位置を受聴位置(スポット再生位置ともいう)として設計されたフィルタであって周波数ωで音源信号の周波数領域信号S(ω,k)をMチャネルの周波数領域信号に変換するフィルタをW→(ω,θs,Dh)、音源信号の周波数領域信号S(ω,k)にフィルタW→(ω,θs,Dh)を適用して得られるMチャネルの周波数領域信号(以下、再生信号と呼ぶ)をX→(ω,k)=[X1(ω,k),…,XM(ω,k)]とする。Mは2以上の整数とする。以下、しばらくの間、距離Dhを固定して考える。 Since signal processing in the frequency domain will be mainly described, symbols are defined prior to description. The index of the discrete frequency is ω (there is a relationship of ω = 2πf between the frequency f and the angular frequency ω, so the index ω of the discrete frequency may be identified with the angular frequency ω. The frequency index "is also simply referred to as" frequency "), and the frame number index is k. The frequency domain representation of the k-th frame of the sound source signal of one channel is S (ω, k), the position θ s when viewed from the center of the speaker array and the position separated by the distance D h when viewed from the center of the speaker array (listening position ( A filter designed as a spot reproduction position) that converts a frequency domain signal S (ω, k) of a sound source signal into an M channel frequency domain signal at a frequency ω is W → (ω, θ s , D h ), an M channel frequency domain signal (hereinafter referred to as a reproduction signal) obtained by applying the filter W → (ω, θ s , D h ) to the frequency domain signal S (ω, k) of the sound source signal X → (ω, k) = [X 1 (ω, k),..., X M (ω, k)]. M is an integer of 2 or more. Hereinafter, the distance D h is fixed for a while.
「スピーカアレーの中心」は任意に定めることができるが、一般的にはM個のスピーカの配置の幾何学的中心が「スピーカアレーの中心」とされ、例えば線形スピーカアレー(M個のスピーカが直線状に並べられたスピーカアレー)であれば両端のスピーカの中間点が「スピーカアレーの中心」とされ、例えばm×m(m2=M)の正方マトリックス状に配置された平面スピーカアレーであれば、四隅のスピーカの対角線が交わる位置が「スピーカアレーの中心」とされる。 The “center of the speaker array” can be arbitrarily determined. In general, the geometric center of the arrangement of the M speakers is set as the “center of the speaker array”. For example, a linear speaker array (M speakers are In the case of a speaker array arranged in a straight line), the midpoint of the speakers at both ends is set as the “center of the speaker array”. For example, a flat speaker array arranged in a square matrix of m × m (m 2 = M) If there is, the position where the diagonal lines of the four corners of the speaker intersect is defined as the “center of the speaker array”.
このような下では、第kフレームの再生信号X→(ω,k)=[X1(ω,k),…,XM(ω,k)]は式(1)で与えられる。Hはエルミート転置を表す。なお、第kフレームの再生信号X→(ω,k)=[X1(ω,k),…,XM(ω,k)]はMチャネルの時間領域信号に変換され、これらMチャネルの時間領域信号はそれぞれチャネルに対応するスピーカで再生される(詳細は後述する)。スピーカの個数はMである。
フィルタW→(ω,θs,Dh)の設計法としては種々あるが、ここでは最小分散無歪応答法(MVDR method;minimum variance distortion response method)に拠る場合を説明する。最小分散無歪応答法では、フィルタW→(ω,θs,Dh)は、式(3)の拘束条件の下、空間相関行列Q(ω)を用いて方向θs以外の方向への音声(以下、「方向θs以外の方向への音声」を「漏れ音声」とも呼ぶ)のパワーが周波数ωで最小となるように設計される(式(2)参照。ここでは距離Dhを固定して考えているので、空間相関行列Q(ω)をQ(ω,Dh)と明記していることに留意すること)。a→(ω,θs,Dh)=[a1(ω,θs,Dh),…,aM(ω,θs,Dh)]Tは、スピーカアレーの中心から見て(方向θs,距離Dh)の位置(以下、特に断りの無い限り「位置(θs,Dh)」と呼称する)に受聴位置が在るとして、当該受聴位置とM本のスピーカとの間の周波数ωでの伝達特性である。Tは転置を表す。換言すれば、a→(ω,θs,Dh)=[a1(ω,θs,Dh),…,aM(ω,θs,Dh)]Tは、スピーカアレーに含まれる各スピーカから位置(θs,Dh)への音声の周波数ωでの伝達特性である。空間相関行列Q(ω)は、M個のマイクロホンで構成されたマイクロホンアレー(好ましくは、スピーカアレーに含まるスピーカをそれぞれマイクロホンに置換した構成のマイクロホンアレー)によって観測して得られた収音信号を周波数領域に変換して得られる周波数領域信号を用いて表現することもできるが、伝達特性を用いて表現することもできる。以下、しばらくの間、空間相関行列Q(ω)が伝達特性を用いて表現される場合を説明する。
式(2)の最適解であるフィルタW→(ω,θs,Dh)は式(4)で与えられることが知られている。
(参考文献1)Simon Haykin著、鈴木博他訳、「適応フィルタ理論」、初版、株式会社科学技術出版、2001.pp.66-73,248-255
(Reference 1) by Simon Haykin, translated by Hiroshi Suzuki et al., "Adaptive Filter Theory", First Edition, Science and Technology Publishing Co., Ltd., 2001. pp.66-73,248-255
空間相関行列Q(ω,Dh)の逆行列が式(4)に含まれることから察せられるように、空間相関行列Q(ω,Dh)の構造は鋭い指向性を実現する上で重要であることがわかる。また、式(2)から、漏れ音声のパワーは空間相関行列Q(ω,Dh)の構造に依存することもわかる。 As can be seen from the fact that the inverse matrix of the spatial correlation matrix Q (ω, D h ) is included in equation (4), the structure of the spatial correlation matrix Q (ω, D h ) is important for realizing sharp directivity. It can be seen that it is. It can also be seen from equation (2) that the power of leaked speech depends on the structure of the spatial correlation matrix Q (ω, D h ).
漏れ音声の進行方向(伝搬方向)のインデックスpが属する集合を{1,2,…,P-1}とする。方向θsのインデックスsは集合{1,2,…,P-1}に属さないとする。このとき、空間相関行列Q(ω,Dh)は式(5a)で与えられる。狭指向性を実現するフィルタを作る観点から、Pはある程度大きい値であることが好ましいが、P≦Mを満たす整数であるとする。なお、ここでは発明の原理を分かり易く説明する観点から方向θsがあたかも特定の方向の如く説明しているが(それ故、方向θs以外の方向を「漏れ音声」の方向としている)、後述の実施形態で明らかになるように、実際には、方向θsは音声再生の対象となりえる任意の方向であり、このため方向θsになりえる方向として一般的に複数の方向が想定される。このような観点からすると、方向θsと漏れ音声の方向との区別は凡そ主観的なものであり、再生音声か漏れ音声かの区別なく音声の進行方向として想定される複数の方向としてP個の異なる方向を予め決めておき、P個の方向のうち選択された一つの方向が音声再生の対象となる位置(受聴位置)に対応する方向であり、それ以外の方向が漏れ音声の方向であると理解することがより正確である。そこで、集合{1,2,…,P-1}と集合{s}との和集合をΦとすると、空間相関行列Q(ω,Dh)は、スピーカアレーの中心からの距離がDhであって音声の進行方向として想定される複数の方向に含まれる各方向θφに対応する各位置への各スピーカからの音声の伝達特性a→(ω,θφ,Dh)=[a1(ω,θφ,Dh),…,aM(ω,θφ,Dh)]T(φ∈Φ)によって表される空間相関行列であり、式(5b)で表される。なお、|Φ|=Pである。|Φ|は集合Φの要素数を表す。
ここで、方向θsへの音声の伝達特性a→(ω,θs,Dh)と、方向p∈{1,2,…,P-1}への音声の伝達特性a→(ω,θp,Dh)=[a1(ω,θp,Dh),…,aM(ω,θp,Dh)]Tがお互いに直交すると仮定する。つまり、式(6)で表される条件を満たすP個の直交基底系が存在すると仮定する。記号⊥は直交性を表す。A→⊥B→である場合、ベクトルA→とベクトルB→の内積値はゼロである。ここではP≦Mを満たすとする。なお、式(11)で表される条件を緩和し、近似的に直交基底系と見なせるP個の基底系が存在すると仮定できるような場合には、PはM程度、あるいはM以上のある程度大きい値であることが好ましい。
このとき、空間相関行列Q(ω,Dh)は式(7)のように展開できる。式(7)は、直交性を満たすP個の伝達特性で構成された行列V(ω,Dh)=[a→(ω,θs,Dh),a→(ω,θ1,Dh),…,a→(ω,θP-1,Dh)]Tと単位行列Λ(ω,Dh)によって空間相関行列Q(ω,Dh)を分解できることを意味している。ρは空間相関行列Q(ω,Dh)による式(6)を満たす伝達特性a→(ω,θφ,Dh)の固有値であり実数である。
このとき、空間相関行列Q(ω,Dh)の逆行列は式(8)で与えられる。
式(8)を式(2)に代入すると、漏れ音声のパワーが最小となることがわかる。漏れ音声のパワーが最小となれば方向θsに対する指向性が実現する。よって、異なる方向の伝達特性の間に直交性が成り立っていることは、方向θsに対する指向性を実現する上で、重要な条件となる。 Substituting equation (8) into equation (2) reveals that the power of leaked speech is minimized. If the power of the leaked voice is minimized, the directivity with respect to the direction θ s is realized. Therefore, the fact that orthogonality is established between transfer characteristics in different directions is an important condition for realizing directivity in the direction θ s .
以下、従来技術において方向θsに対して鋭い指向性を実現することが困難な理由について考察する。 Hereinafter, the reason why it is difficult to realize a sharp directivity with respect to the direction θ s in the prior art will be considered.
従来技術では、伝達特性が直接音のみで構成されると仮定してフィルタの設計を行っていた。現実にはスピーカから発せられた音声が壁や天井等で反射するため、反射音が存在するが、反射音は指向性を悪化させる要因と考えて反射音の存在を無視していたのである。線形スピーカアレーから音声が平面波として伝搬すると仮定し、方向θへの直接音のみのステアリングベクトルをh→ d(ω,θ)=[hd1(ω,θ),…,hdM(ω,θ)]Tとすると、従来では、伝達特性a→ conv(ω,θ)=[a1(ω,θ),…,aM(ω,θ)]Tをa→ conv(ω,θ)=h→ d(ω,θ)としていた(音波を平面波と考えるのでステアリングベクトルは距離Dに依存しない)。なお、ステアリングベクトルは、スピーカアレーの中心から見て方向θの音波について、基準点に対する各スピーカの周波数ωでの位相応答特性を並べた複素ベクトルである。 In the prior art, the filter is designed on the assumption that the transfer characteristic is composed only of direct sound. In reality, the sound emitted from the speaker is reflected by walls, ceilings, and the like, so there is a reflected sound. However, the reflected sound is considered to be a factor that deteriorates the directivity, and the presence of the reflected sound is ignored. Assuming that sound propagates as a plane wave from a linear speaker array, the steering vector of only direct sound in the direction θ is expressed as h → d (ω, θ) = [h d1 (ω, θ),…, h dM (ω, θ )] If T , conventionally, transfer characteristic a → conv (ω, θ) = [a 1 (ω, θ), ..., a M (ω, θ)] T is changed to a → conv (ω, θ) = h → d (ω, θ) (The steering vector does not depend on the distance D because the sound wave is considered as a plane wave). The steering vector is a complex vector in which the phase response characteristics at the frequency ω of each speaker with respect to the reference point are arranged for sound waves in the direction θ as viewed from the center of the speaker array.
以下、しばらくの間、線形スピーカアレーから音声が平面波として放射されると仮定する。直接音のステアリングベクトルh→ d(ω,θ)を構成するm番目の要素hdm(ω,θ)が例えば式(9c)で与えられるとする。uは隣り合うスピーカ間の距離を表す。jは虚数単位である。この場合、基準点は線形スピーカアレーの全長の半分の位置(線形スピーカアレーの中心)である。方向θは線形スピーカアレーの中心から見て直接音の進行方向と線形スピーカアレーに含まれるスピーカの配列方向とがなす角度として定義した(図5参照)。なお、ステアリングベクトルの表し方は種々あり、例えば、基準点を線形スピーカアレーの一端にあるスピーカの位置とすれば、直接音のステアリングベクトルh→ d(ω,θ)を構成するm番目の要素hdm(ω,θ)は例えば式(9d)で与えられる。以下、直接音のステアリングベクトルh→ d(ω,θ)を構成するm番目の要素hdm(ω,θ)は式(9c)で与えられるとして説明する。
方向θの伝達特性と方向θsの伝達特性との内積値γconv(ω,θ)は式(10)で表される。なお、θ≠θsとする。
以後、γconv(ω,θ)をコヒーレンスと呼称する。コヒーレンスγconv(ω,θ)が0となる方向θは式(11)で与えられる。qは0を除く任意の整数である。また、0<θ<π/2であるから、qの範囲は周波数帯域ごとに制限されることになる。
式(11)にて、変更可能なパラメータはスピーカアレーのサイズに関わるパラメータ(Mとu)のみであるから、方向の差(角度差)|θ-θs|が小さい場合には、スピーカアレーのサイズに関わるパラメータを変更することなくコヒーレンスγconv(ω,θ)を小さくすることは困難である。この場合、漏れ音声のパワーは十分に小さくならず、図1(a)に模式的に示すように、方向θsに対して広いビーム幅を持った指向性となってしまう。 In Formula (11), the only parameters that can be changed are the parameters (M and u) related to the size of the speaker array. Therefore, when the direction difference (angle difference) | θ−θ s | is small, the speaker array It is difficult to reduce the coherence γ conv (ω, θ) without changing the parameters related to the size of. In this case, the power of the leaked voice is not sufficiently reduced, and the directivity having a wide beam width with respect to the direction θ s is obtained as schematically shown in FIG.
他方、本発明は、このような考察に基づき、方向θsに対して鋭い指向性を持つためのフィルタ設計には、方向の差(角度差)|θ-θs|が小さい場合でもコヒーレンスを十分に小さくできるようにすることが重要であるとの知見に基づき、従来技術と異なり反射音を積極的に考慮することを特徴とする。 On the other hand, according to the present invention, based on such consideration, the filter design for having a sharp directivity with respect to the direction θ s has a coherence even when the direction difference (angle difference) | θ−θ s | is small. Unlike the prior art, based on the knowledge that it is important to make it sufficiently small, it is characterized by positively considering reflected sound.
ここで「双対音」を定義する。(1)スピーカアレーから放射された音声であって、(2)当該音声が反射物で反射した反射音の進行方向に受聴位置が存在する、という条件を満たす音声を受聴位置への「双対音」と呼ぶ。 Here, “dual sound” is defined. (1) The sound emitted from the speaker array, and (2) the sound that satisfies the condition that the listening position exists in the traveling direction of the reflected sound reflected by the reflector, "
音波を平面波と仮定すると、或る方向θには、スピーカアレーの各スピーカからの音声であって何にも反射せずに進む音声(直接音)と、双対音が反射物300で反射した反射音との二種類の平面波が向かうことになる。反射音(あるいは双対音)の数をΞとする。Ξは1以上の予め定められた整数である。このとき、伝達特性a→(ω,θ)=[a1(ω,θ),…,aM(ω,θ)]Tは、スピーカアレーから方向θへの直接音の伝達特性と当該直接音に対応する一つ以上の双対音の各伝達特性との和、具体的には、直接音とξ番目(1≦ξ≦Ξ)の反射音との時間差をτξ(θ)とし、αξ(1≦ξ≦Ξ)を反射による音の減衰を考慮するための係数とすると、式(12a)のように、直接音のステアリングベクトルと、反射による音の減衰および反射音の直接音に対する時間差が補正されたΞ個の双対音のステアリングベクトルの和で表現できる。h→ rξ(ω,θ)=[hr1ξ(ω,θ),…,hrMξ(ω,θ)]Tは方向θへの直接音に対応する双対音のステアリングベクトルを表す。αξ(1≦ξ≦Ξ)は、通常、αξ≦1(1≦ξ≦Ξ)である。各反射音について、スピーカアレーからの音声(双対音)が反射物で反射する回数が1回であるならば、αξ(1≦ξ≦Ξ)は、ξ番目の双対音が反射した物体の音の反射率を表していると考えて差し支えない。
M個のスピーカで構成されるスピーカアレーについて一つ以上の反射音が存在することが望まれるので、一つ以上の反射物が存在することが好ましい。このような観点からすると、目的方向に受聴位置が在るとして、当該受聴位置とスピーカアレーと一つ以上の反射物との位置関係は、スピーカアレーからの音声(双対音)が少なくとも一つの反射物で反射して受聴位置に届くように、各反射物が配置されていることが好ましい。各反射物の形状は、2次元形状(例えば平板)または3次元形状(例えばパラボラ形状)である。また、各反射物の大きさはスピーカアレーと同等かそれ以上(1〜2倍程度)の大きさを持つことが好ましい。反射音を効果的に活用するためには、各反射物の反射率αξ(1≦ξ≦Ξ)は少なくとも0よりも大きく、さらに言えば、受聴位置に届く反射音の振幅が直接音の振幅の例えば0.2倍以上であることが望ましく、例えば各反射物は剛性を有する固体とされる。反射物は移動可能な物体(例えば反射板)であっても移動不能な物体(床や壁や天井)であってもよい。なお、移動不能な物体を反射物として設定するとスピーカアレーの設置位置の変更などに伴って、双対音のステアリングベクトルの変更を要することとなり(後述する関数Ψ(θ)やΨξ(θ)を参照のこと)、ひいてはフィルタ計算のやり直し(再設定)が余儀なくされる。そこで、環境変化に対して頑健であるためには、各反射物はスピーカアレーの従物であることが好ましい(この場合、想定されるΞ個の反射音は各反射物によるものであると考えることになる)。ここで「スピーカアレーの従物」とは、「スピーカアレーに対する配置関係(幾何学的関係)を維持したままスピーカアレーの位置や向きなどの変更に従うことができる有体物」のことである。単純な例として、スピーカアレーに各反射物が固定されている構成が挙げられる。 Since it is desired that one or more reflected sounds exist for a speaker array composed of M speakers, it is preferable that one or more reflectors exist. From this point of view, assuming that there is a listening position in the target direction, the positional relationship between the listening position, the speaker array, and one or more reflectors is that the sound (dual sound) from the speaker array reflects at least one reflection. It is preferable that each reflector is arranged so as to be reflected by the object and reach the listening position. Each reflector has a two-dimensional shape (for example, a flat plate) or a three-dimensional shape (for example, a parabolic shape). Moreover, it is preferable that the size of each reflector is equal to or larger than the speaker array (about 1 to 2 times). In order to effectively use the reflected sound, the reflectance α ξ (1 ≦ ξ ≦ Ξ) of each reflector is at least greater than 0, and more specifically, the amplitude of the reflected sound reaching the listening position is the direct sound. It is desirable that the amplitude is, for example, 0.2 times or more. For example, each reflector is a rigid solid. The reflecting object may be a movable object (for example, a reflector) or an immovable object (a floor, a wall, or a ceiling). If an immovable object is set as a reflection object, it is necessary to change the steering vector of the dual sound as the installation position of the speaker array is changed (functions Ψ (θ) and Ψ ξ (θ) described later are changed). (Refer to the above), and the filter calculation must be redone (reset). Therefore, in order to be robust against environmental changes, it is preferable that each reflector is a follower of a speaker array (in this case, it is assumed that the estimated number of reflected sounds is due to each reflector. become). Here, “speaker array subordinate” refers to “a tangible object that can follow changes in the position and orientation of the speaker array while maintaining the positional relationship (geometric relationship) with respect to the speaker array”. A simple example is a configuration in which each reflector is fixed to a speaker array.
以下、本発明の利点を具体的に説明する観点から、Ξ=1とし、双対音の反射回数は1回であって、スピーカアレーの中心からLメートル離れた位置に一つの反射物が存在すると仮定する。反射物は厚みのある剛体とする。この場合、Ξ=1であるからこれを表す添え字を略することとして、式(12a)は式(12b)のように表すことができる。
双対音のステアリングベクトルh→ r(ω,θ)=[hr1(ω,θ),…,hrM(ω,θ)]Tのm番目の要素は、直接音のステアリングベクトルの表し方と同様に(式(9c)参照)、式(13a)で表される。関数Ψ(θ)はスピーカアレーの中心から見た双対音の進行方向を出力する。なお、直接音のステアリングベクトルを式(9d)で表す場合には、双対音のステアリングベクトルh→ r(ω,θ)=[hr1(ω,θ),…,hrM(ω,θ)]Tのm番目の要素は式(13b)で表される。また、Ξ≧2ならば、ξ番目(1≦ξ≦Ξ)のステアリングベクトルh→ rξ(ω,θ)=[hr1ξ(ω,θ),…,hrMξ(ω,θ)]Tのm番目の要素は、式(13c)や式(13d)で表される。関数Ψξ(θ)はξ番目(1≦ξ≦Ξ)の双対音の進行方向を出力する。
反射物の位置は適宜に設定可能であるから、双対音の進行方向は変更可能なパラメータとして扱うことができる。 Since the position of the reflector can be set as appropriate, the traveling direction of the dual sound can be treated as a variable parameter.
平板状の反射物がスピーカアレーの近傍にある(距離Lがスピーカアレーのサイズに比して極端に大きくない)と仮定すると、コヒーレンスγ(ω,θ)は式(14)で表される。なお、θ≠θsとする。
式(14)から、式(11)の従来のコヒーレンスγconv(ω,θ)よりも式(14)のコヒーレンスγ(ω,θ)の方が小さくなる可能性があることがわかる。反射物の置き方によって変更できるパラメータ(Ψ(θ)やL)が式(14)の第2〜4項目の中に存在するので第1項目のh→ d H(ω,θ)h→ d(ω,θ)を除去できる可能性がある。 From equation (14), it can be seen that the coherence γ (ω, θ) of equation (14) may be smaller than the conventional coherence γ conv (ω, θ) of equation (11). There are parameters (Ψ (θ) and L) that can be changed depending on how the reflector is placed in the second to fourth items of equation (14), so the first item h → d H (ω, θ) h → d (ω, θ) may be removed.
例えば、線形スピーカアレーに対して、スピーカの配列方向が反射板の法線となるように平板の反射板を配置すると、関数Ψ(θ)についてΨ(θ)=π-θが成立し、直接音と反射音との時間差τ(θ)について式(15)が成立するので、式(14)を構成する要素に式(16)(17)の各条件が生成される。記号*は複素共役を表す演算子である。
h→ d H(ω,θ)h→ r(ω,θ)の絶対値はh→ d H(ω,θ)h→ d(ω,θ)よりも十分に小さいので、式(14)の第2項、第3項を無視すると、コヒーレンスγ(ω,θ)は式(18)のように近似できる。
仮にh→ d H(ω,θ)h→ d(ω,θ)≠0であるとしても、近似コヒーレンスγ~(ω,θ)は式(19)の極小解θを持つ。qは任意の正整数である。また、qの範囲は周波数帯域ごとに制限される。
つまり、式(11)で与えられる方向だけではなく、式(19)で与えられる方向でもコヒーレンスを抑圧できる。コヒーレンスを抑圧できれば、漏れ音声のパワーをより小さくできるので、図1(b)に模式的に示すように、鋭い指向性の実現が可能になる。 That is, the coherence can be suppressed not only in the direction given by Expression (11) but also in the direction given by Expression (19). If the coherence can be suppressed, the power of the leaked voice can be reduced, so that a sharp directivity can be realized as schematically shown in FIG.
なお、図1では本発明の原理に拠る場合と従来技術に拠る場合の指向性の違いを模式的に示したが、図2に、式(11)で与えられるθと式(19)で与えられるθの違いを具体的に示す。ω=2π×1000[rad/s],L=0.70[m],θs=π/4[rad]である。図2では両者の比較のために正規化されたコヒーレンスの方向依存性を示してあり、記号○で示された方向が式(11)で与えられるθであり、記号+で示された方向が式(19)で与えられるθである。図2から明らかなように、従来技術に拠るとθs=π/4[rad]に対してコヒーレンスがゼロとなるθは記号○で示された方向だけであるが、本発明の原理に拠るとθs=π/4[rad]に対してコヒーレンスがゼロとなるθは記号+で示される多数の方向に存在し、特に、記号○で示された方向よりもθs=π/4[rad]にはるかに近い方向に記号+で示された方向が存在するため、従来技術に比べて鋭い指向性が実現されることが理解できる。 FIG. 1 schematically shows the difference in directivity between the case of using the principle of the present invention and the case of using the prior art. In FIG. 2, θ given by Expression (11) and Expression (19) are given. The difference in θ obtained will be specifically shown. ω = 2π × 1000 [rad / s], L = 0.70 [m], θ s = π / 4 [rad]. FIG. 2 shows the direction dependency of the normalized coherence for comparison between the two. The direction indicated by the symbol ○ is θ given by the equation (11), and the direction indicated by the symbol + is It is (theta) given by Formula (19). As is apparent from FIG. 2, according to the prior art, the coherence becomes zero with respect to θ s = π / 4 [rad] only in the direction indicated by the symbol ○, but according to the principle of the present invention. And θ s = π / 4 [rad] and coherence is zero in many directions indicated by the symbol +, and in particular, θ s = π / 4 [ Since the direction indicated by the symbol + exists in a direction much closer to rad], it can be understood that sharp directivity is realized as compared with the prior art.
これまで本発明の原理を分かりやすく説明する観点から音波が平面波として進行すると仮定してきたが、上述の説明から明らかなように、本発明の特徴の要点は、伝達特性a→(ω,θ,D)=[a1(ω,θ,D),…,aM(ω,θ,D)]Tを、例えば式(12a)のように、直接音のステアリングベクトルとΞ個の双対音のステアリングベクトルの和で表現することにある。従って、音波が平面波として進行する場合に限定されず球面波として進行する場合にも従来よりも狭指向性の音声再生が可能であることが理解される。 So far, it has been assumed that the sound wave travels as a plane wave from the viewpoint of explaining the principle of the present invention in an easy-to-understand manner. However, as is clear from the above description, the main feature of the present invention is that the transfer characteristic a → (ω, θ, D) = [a 1 (ω, θ, D),..., A M (ω, θ, D)] T , for example, as shown in equation (12a), the direct sound steering vector and the number of dual sounds It is to express with the sum of steering vectors. Therefore, it is understood that sound reproduction with a narrower direction than before is possible even when the sound wave travels as a spherical wave without being limited to the case where the sound wave travels as a plane wave.
音波が球面波として進行する場合についての伝達特性a→(ω,θ,D)を説明する。この場合、スピーカアレーの各スピーカからの音声であって何にも反射せずに進む音声(直接音)と、双対音が反射物300で反射した反射音との二種類の球面波が位置(θ,D)に向かうことになる。反射音(あるいは双対音)の数をΞとする。このとき、伝達特性a→(ω,θ,D)=[a1(ω,θ,D),…,aM(ω,θ,D)]Tは、スピーカアレーから位置(θ,D)への直接音の伝達特性と当該直接音に対応する一つ以上の双対音の各伝達特性との和、具体的には、直接音とξ番目(1≦ξ≦Ξ)の反射音との時間差をτξ(θ)とし、αξ(1≦ξ≦Ξ)を反射による音の減衰を考慮するための係数とすると、式(20)のように、直接音のステアリングベクトルと、反射による音の減衰および反射音の直接音に対する時間差が補正されたΞ個の双対音のステアリングベクトルの和で表現できる。h→ d(ω,θ,Dh)=[hd1(ω,θ,Dh),…,hdM(ω,θ,Dh)]Tは位置(θs,D)への音声の直接音のステアリングベクトルを表す。h→ rξ(ω,θ)=[hr1ξ(ω,θ),…,hrMξ(ω,θ)]Tは位置(θ,D)への直接音に対応する双対音のステアリングベクトルを表す。ここで「ステアリングベクトル」という呼称について注意を加えておく。一般的に、「ステアリングベクトル」は「方向ベクトル」とも呼ばれるように「方向」に依存する複素ベクトルを表し、この観点から、位置(θs,D)に依存する複素ベクトルの呼称としては例えば「拡張されたステアリングベクトル」と呼ぶほうがより正確である。しかし、本明細書では、表現の簡略化のため、位置(θs,D)に依存する複素ベクトルの呼称としても単に「ステアリングベクトル」を用いることにする。αξ(1≦ξ≦Ξ)は、通常、αξ≦1(1≦ξ≦Ξ)である。各反射音について、スピーカアレーからの音声(双対音)が反射物で反射する回数が1回であるならば、αξ(1≦ξ≦Ξ)は、ξ番目の双対音が反射した物体の音の反射率を表していると考えて差し支えない。
式(20)において、直接音のステアリングベクトルh→ d(ω,θ,Dh)を構成するm番目の要素hdm(ω,θ,Dh)は例えば式(20a)で与えられる。mは1≦m≦Mを満たす各整数である。cは音速を表す。jは虚数単位である。適宜に設定した空間座標系において、v→ θ,D (d)は位置(θ,D)の位置ベクトルを、u→ mはm番目のスピーカの位置ベクトルを表す。記号‖・‖はノルムを表す。f(‖v→ θ,D (d)-u→ m‖)は音波の距離減衰を表す関数である。例えばf(‖v→ θ,D (d)-u→ m‖)=1/‖v→ θ,D (d)-u→ m‖であり、この場合、式(20a)は式(20b)で表される。
式(20)において、双対音のステアリングベクトルh→ rξ(ω,θ,D)=[hr1ξ(ω,θ,D),…,hrMξ(ω,θ,D)]Tのm番目の要素hrmξ(ω,θ,D)は、直接音のステアリングベクトルの表し方と同様に(式(20a)参照)、式(21a)で表される。mは1≦m≦Mを満たす各整数である。cは音速を表す。jは虚数単位である。上記空間座標系において、v→ θ,D (ξ)は位置(θ,D)がξ番目の反射物の反射面で鏡像対象に移された位置の位置ベクトルを、u→ mはm番目のスピーカの位置ベクトルを表す。記号‖・‖はノルムを表す。f(‖v→ θ,D (ξ)-u→ m‖)は音波の距離減衰を表す関数である。例えばf(‖v→ θ,D (ξ)-u→ m‖)=1/‖v→ θ,D (ξ)-u→ m‖であり、この場合、式(21a)は式(21b)で表される。
なお、ξ番目の時間差τξ(θ,D)と位置ベクトルv→ θ,D (ξ)は、位置(θ,D)とスピーカアレーとξ番目の反射物との位置関係が決まると、その位置関係に基づいて理論的に計算可能である。 The ξ-th time difference τ ξ (θ, D) and the position vector v → θ, D (ξ) are determined when the positional relationship between the position (θ, D), the speaker array, and the ξ-th reflector is determined. It can be calculated theoretically based on the positional relationship.
これまでは、音声のスポット再生の要の一つとして、距離Dを固定して主に方向に関する狭指向性の観点から説明してきたが、ここでは、そのもう一つの要である、スピーカアレーからの距離に応じて再生される音声の音圧を制御可能であることを説明する。本発明は従来技術と異なり反射音を積極的に考慮することによって、距離別の音声再生を可能としている。以下、このことを二つの受聴位置を例に挙げて説明する。図6(a)に示すように、スピーカアレーから見て距離が異なるがほぼ同じ方向に在る二つの受聴位置AとBそれぞれの近傍で、両者への直接音のみに基づいて音声をスポット再生することは難しい。この理由は、受聴位置Aの位置(θ[A],D[A])に対応する直接音のステアリングベクトルh→ d(ω,θ[A],D[A])に現れる減衰関数の値f(‖v→ θ[A],D[A] (d)-u→ m‖)と受聴位置Bの位置(θ[B],D[B])に対応する直接音のステアリングベクトルh→ d(ω,θ[B],D[B])に現れる減衰関数の値f(‖v→ θ[B],D[B] (d)-u→ m‖)との間には、θ[A]≒θ[B]、D[A]≠D[B]に注意すると、距離に応じた差異が認められるが、現実には、音源信号の大きさ(音量)と減衰関数の値とを区別できないためである。つまり、従来技術の如くa→ conv(ω,θ,D)=h→ d(ω,θ,D)とするならば、直接音の伝達特性はほぼ同じ方向に在る受聴位置の距離に関する識別力として十分でなく、式(4)、式(5a)、式(5b)を参照して分かるように距離別に音声を再生可能なフィルタの設計が困難になるのである。 So far, as one of the key points of audio spot playback, we have explained from the viewpoint of narrow directivity mainly with respect to direction by fixing the distance D, but here, from the speaker array, which is another key point It will be described that the sound pressure of the reproduced sound can be controlled according to the distance. Unlike the prior art, the present invention enables sound reproduction by distance by actively considering reflected sound. Hereinafter, this will be described by taking two listening positions as examples. As shown in FIG. 6 (a), sound is spot-reproduced based on only the direct sound from both listening positions A and B, which are at different distances as viewed from the speaker array but are in the same direction. Difficult to do. This is because the value of the attenuation function that appears in the direct sound steering vector h → d (ω, θ [A] , D [A] ) corresponding to the listening position A (θ [A] , D [A] ) Steering vector h of direct sound corresponding to f (‖v → θ [A], D [A] (d) -u → m ‖) and listening position B (θ [B] , D [B] ) → between the value f (‖v → θ [B], D [B] (d) -u → m ‖) of the attenuation function appearing in d (ω, θ [B] , D [B] ) When attention is paid to [A] ≒ θ [B] and D [A] ≠ D [B] , there is a difference depending on the distance, but in reality, the magnitude (volume) of the sound source signal and the value of the attenuation function This is because they cannot be distinguished. In other words, if a → conv (ω, θ, D) = h → d (ω, θ, D) as in the prior art, the direct sound transfer characteristics are identified with respect to the distance of the listening position in the same direction. This is not sufficient as a force, and it becomes difficult to design a filter that can reproduce sound according to distance, as can be seen with reference to equations (4), (5a), and (5b).
他方、本発明では積極的に反射音を考慮するところ、図6(b)に示すように、ξ番目の双対音に対する仮想受聴位置A(ξ),B(ξ)は、スピーカアレーの立場から恰も、受聴位置A,Bの位置がξ番目の反射物300の反射面で鏡像対象に移された位置に存在することになる。仮想受聴位置A(ξ)へのξ番目の双対音と仮想受聴位置B(ξ)へのξ番目の双対音との間では、各仮想受聴位置A(ξ),B(ξ)の位置ベクトルv→ θ[A(ξ)],D[A(ξ)] (ξ)とv→ θ[B(ξ)],D[B(ξ)] (ξ)、各時間差τξ(θ[A],D[A])とτξ(θ[B],D[B])について、大きな差異がある。従って、位置(θ[A],D[A])と位置(θ[B],D[B])に対応する伝達特性a→(ω,θ[A],D[A])とa→(ω,θ[B],D[B])は式(22a)と式(22b)で表され、式(22a)と式(22b)のそれぞれの第2項の存在によって、θ[A]≒θ[B]であっても、異なる位置に対応する伝達特性間には有意な差分が生じることになる。この伝達特性間の差分をビームフォーミング法で再現することによって、受聴位置への音声の距離別音声再生が可能となるのである。
これまでは、狭指向性の実現を説明するために、距離Dhを固定して考えてきた。このため、空間相関行列Q(ω)を式(5a)や式(5b)で表した。しかし、距離Dδ(δ=1,2,…,G)ごとのMチャネルの伝達特性の相互相関も考慮することによって音場の情報量が増え、より精度の良いフィルタを与える空間相関行列を構成できる。この空間相関行列Q(ω)は式(5c)で表される。方向θφのインデックスφが属する集合をΦ(|Φ|=P)、距離Dδのインデックスδが属する集合をΔ(|Δ|=G)とする。
このとき、式(5c)で表される空間相関行列Q(ω)を用いると、最小分散無歪応答法によるフィルタW→(ω,θs,Dh)は式(4)に替えて式(4a)で表される。
ところで、既述のとおり、本発明の特徴の要点は、伝達特性a→(ω,θ,D)=[a1(ω,θ,D),…,aM(ω,θ,D)]Tを、直接音のステアリングベクトルとΞ個の双対音のステアリングベクトルの和で表現することにある。従って、フィルタの設計コンセプト自体に影響を与えないので、最小分散無歪応答法以外の手法によってフィルタW→(ω,θs,Dh)を設計することができる。 By the way, as described above, the main feature of the present invention is that the transfer characteristic a → (ω, θ, D) = [a 1 (ω, θ, D),..., A M (ω, θ, D)] T is expressed as the sum of the steering vector of the direct sound and the steering vectors of the dual dual sounds. Therefore, since the filter design concept itself is not affected, the filter W → (ω, θ s , D h ) can be designed by a method other than the minimum variance no distortion response method.
上述の最小分散無歪応答法以外の手法として、<1>SN比最大化規準によるフィルタ設計法、<2>パワーインバージョン(Power Inversion)に基づくフィルタ設計法、<3>一つ以上の抑圧点(漏れ音声のゲインが抑圧される方向)を拘束条件に持つ最小分散無歪応答法によるフィルタ設計法、<4>遅延合成(Delay-and-Sum Beam Forming)法によるフィルタ設計法、<5>最尤法によるフィルタ設計法、<6>AMNOR(Adaptive Microphone-array for noise reduction)法によるフィルタ設計法を説明する。<1>SN比最大化規準によるフィルタ設計法と<2>パワーインバージョンに基づくフィルタ設計法については参考文献2を参照のこと。<3>一つ以上の抑圧点(漏れ音声のゲインが抑圧される方向)を拘束条件に持つ最小分散無歪応答法によるフィルタ設計法については参考文献3を参照のこと。<6>AMNOR(Adaptive Microphone-array for noise reduction)法によるフィルタ設計法については参考文献4を参照のこと。
(参考文献2)菊間信良著、「アダプティブアンテナ技術」、第1版、株式会社オーム社、2003年、pp.35-90
(参考文献3)浅野太著、「日本音響学会編 音響テクノシリーズ16 音のアレイ信号処理-音源の定位・追跡と分離-」、初版、株式会社コロナ社、pp.88-89, 259-261
(参考文献4)金田豊著、「適応形雑音抑圧マイクロホンアレー(AMNOR)の指向特性」、日本音響学会誌44巻1号(1988)、pp.23-30
Other than the above-mentioned minimum variance-free response method, <1> filter design method based on SNR maximization criteria, <2> filter design method based on Power Inversion, <3> one or more suppressions Filter design method based on minimum variance distortion-free response method with point (direction in which leaked speech gain is suppressed), <4> filter design method based on delay-and-sum beam forming method, <5 The filter design method using the maximum likelihood method and the filter design method using the <6> AMNOR (Adaptive Microphone-array for Noise Reduction) method will be described. Refer to Reference 2 for the filter design method based on <1> SNR maximization criteria and <2> filter design method based on power inversion. <3> See Reference 3 for the filter design method based on the minimum variance-distortion response method that has one or more suppression points (direction in which the gain of leaked speech is suppressed) as a constraint. <6> See Reference 4 for the filter design method based on the AMNOR (Adaptive Microphone Array for Noise Reduction) method.
(Reference 2) Nobuyoshi Kikuma, “Adaptive Antenna Technology”, 1st Edition, Ohm Corporation, 2003, pp.35-90
(Reference 3) Taiko Asano, “The Acoustical Society of Japan, Acoustic Techno Series 16 Sound Array Signal Processing-Sound Source Localization, Tracking and Separation”, First Edition, Corona Inc., pp.88-89, 259-261
(Reference 4) Yutaka Kaneda, "Directivity characteristics of adaptive noise suppression microphone array (AMNOR)", Journal of the Acoustical Society of Japan, Vol. 44 No. 1 (1988), pp.23-30
<1>SN比最大化規準によるフィルタ設計法
SN比最大化規準によるフィルタ設計法では、位置(θs,Dh)でのSN比(SNR)を最大化する規準でフィルタW→(ω,θs,Dh)を決定する。位置(θs,Dh)への音声の空間相関行列をRss(ω)、位置(θs,Dh)以外の位置への音声の空間相関行列をRnn(ω)とする。このとき、SNRは式(23)で表される。なお、Rss(ω)は式(24)、Rnn(ω)は式(25)で表される。伝達特性a→(ω,θs,Dh)=[a1(ω,θs,Dh),…,aM(ω,θs,Dh)]Tは例えば式(20)で表される(正確には、式(20)のθをθs、DをDhとしたものである)。式(25)で、方向θφのインデックスφが属する集合をΦ(|Φ|=P)、距離Dδのインデックスδが属する集合をΔ(|Δ|=G)とする。
In the filter design method based on the S / N ratio maximization criterion, the filter W → (ω, θ s , D h ) is determined by the criterion that maximizes the S / N ratio (SNR) at the position (θ s , D h ). The spatial correlation matrix of speech to the position (θ s , D h ) is R ss (ω), and the spatial correlation matrix of speech to positions other than the position (θ s , D h ) is R nn (ω). At this time, the SNR is expressed by Expression (23). Note that R ss (ω) is expressed by Expression (24), and R nn (ω) is expressed by Expression (25). Transfer characteristic a → (ω, θ s , D h ) = [a 1 (ω, θ s , D h ),..., A M (ω, θ s , D h )] T is expressed by, for example, Expression (20) (Accurately, θ in Equation (20) is θ s and D is D h ). In Equation (25), a set to which the index φ in the direction θ φ belongs is Φ (| Φ | = P), and a set to which the index δ of the distance D δ belongs is Δ (| Δ | = G).
式(23)のSNRを最大にするフィルタW→(ω,θs,Dh)は、フィルタW→(ω,θs,Dh)に関する勾配をゼロとすること、つまり式(26)によって求めることができる。
これにより、式(23)のSNRを最大にするフィルタW→(ω,θs,Dh)は式(27)で与えられる。
式(27)には位置(θs,Dh)以外の位置への音声の空間相関行列Rnn(ω)の逆行列が含まれているが、Rnn(ω)の逆行列を、(1)位置(θs,Dh)への音声と(2)位置(θs,Dh)以外の位置への音声とを含む入力全体の空間相関行列Rxx(ω)の逆行列に置換してもよいことが知られている。なお、Rxx(ω)=Rss(ω)+Rnn(ω)である。つまり、式(23)のSNRを最大にするフィルタW→(ω,θs,Dh)を式(28)で求めてもよい。
<2>パワーインバージョンに基づくフィルタ設計法
パワーインバージョンに基づくフィルタ設計法では、一つのスピーカに対するフィルタ係数を一定値に固定した状態でビームフォーマの平均出力パワーを最小化する基準でフィルタW→(ω,θs,Dh)を決定する。ここでは、一例として、M個のスピーカのうち1番目のスピーカに対するフィルタ係数を固定するとして説明する。この設計法では、フィルタW→(ω,θs,Dh)は、式(30)の拘束条件の下、空間相関行列Rxx(ω)を用いて全位置(受聴位置として想定される全ての位置)への音声のパワーが最小となるように設計される(式(29)参照)。伝達特性a→(ω,θs,Dh)=[a1(ω,θs,Dh),…,aM(ω,θs,Dh)]Tは例えば式(20)で表される(正確には、式(20)のθをθs、DをDhとしたものである)。
式(29)の最適解であるフィルタW→(ω,θs,Dh)は式(31)で与えられることが知られている(参考文献2参照)。
<3>一つ以上の抑圧点を拘束条件に持つ最小分散無歪応答法によるフィルタ設計法
上述の最小分散無歪応答法では、式(3)で表されるように位置(θs,Dh)への音声の全帯域通過を拘束条件とし、式(2)で表されるビームフォーマの平均出力パワーが最小となる(つまり、位置(θs,Dh)以外の位置への音声である漏れ音声のパワーが最小となる)フィルタを求める、という単一拘束条件の下の規準でフィルタW→(ω,θs,Dh)を設計した。この方法によると、全体的に漏れ音声のパワーを抑圧することはできるが、特定の一つまたは複数の位置への音声伝搬を強く抑圧したい場合には必ずしも好適な方法とは言えない。このような場合、既知の一つまたは複数の特定位置(つまり、抑圧点)への音声伝搬を強く抑圧するフィルタが要求される。このため、ここで説明するフィルタ設計法では、(1)位置(θs,Dh)への音声の全帯域通過、および(2)既知のB個(Bは1以上の予め定められた整数)の抑圧点(θN1,DG1),(θN2,DG2),…,(θNB,DGB)への音声の全帯域抑制、を拘束条件として、式(2)で表されるビームフォーマの平均出力パワーが最小となる(つまり、位置(θs,Dh)と各抑圧点とを除く位置への音声のパワーが最小となる)フィルタを求める。既述のように、受聴位置の方向のインデックスφが属する集合を{1,2,…,P}とすると、Nj∈{1,2,…,P}(ただし、j∈{1,2,…,B}),B≦P-1である。また、受聴位置までの距離のインデックスδが属する集合を{1,2,…,G}とすると、Gj∈{1,2,…,G}(ただし、j∈{1,2,…,B}),B≦G-1である。
<3> Filter design method based on minimum variance distortionless response method with one or more suppression points as constraint conditions In the above minimum variance distortionless response method, the position (θ s , D h ) is constrained to pass through the entire band, and the average output power of the beamformer expressed by Equation (2) is minimized (that is, the voice to a position other than the position (θ s , D h ) The filter W → (ω, θ s , D h ) was designed based on the criterion under the single constraint condition of finding a filter that minimizes the power of a certain leaked voice. According to this method, the power of leaked voice can be suppressed as a whole, but it is not necessarily a preferable method when it is desired to strongly suppress voice propagation to one or more specific positions. In such a case, a filter that strongly suppresses voice propagation to one or more known specific positions (that is, suppression points) is required. For this reason, in the filter design method described here, (1) the entire band pass of the sound to the position (θ s , D h ), and (2) known B pieces (B is a predetermined integer of 1 or more) suppression point of) (θ N1, D G1) , (θ N2, D G2), ..., a (theta NB, constraints entire band suppression, the voice of the D GB), the formula (2) A filter that minimizes the average output power of the beamformer (that is, the power of the sound at the position excluding the position (θ s , D h ) and each suppression point is minimized) is obtained. As described above, if the set to which the index φ in the direction of the listening position belongs is {1, 2, ..., P}, Nj∈ {1,2, ..., P} (where j∈ {1,2, ..., B}), B ≦ P-1. If the set to which the index δ of the distance to the listening position belongs is {1, 2, ..., G}, Gj∈ {1,2, ..., G} (where j∈ {1,2, ..., B }), B ≦ G-1.
このとき、a→(ω,θi,Dg)=[a1(ω,θi,Dg),…,aM(ω,θi,Dg)]Tを、位置(θi,Dg)に受聴位置が在ると仮定した場合の、当該受聴位置とM本のスピーカとの間の周波数ωでの伝達特性、換言すれば、a→(ω,θi,Dg)=[a1(ω,θi,Dg),…,aM(ω,θi,Dg)]Tは、スピーカアレーに含まれる各スピーカから位置(θi,Dg)への音声の周波数ωでの伝達特性とすると、拘束条件は式(32)で表される。ただし、インデックスi,gについて、(i,g)∈{(s,h),(N1,G1),(N2,G2),…,(NB,GB)}であり、伝達特性a→(ω,θi,Dg)=[a1(ω,θi,Dg),…,aM(ω,θi,Dg)]Tは式(20)で表される(正確には、式(20)のθをθi、DをDgとしたものである)。fi,g(ω)は、位置(θi,Dg)に関する周波数ωでの通過特性を表す。
式(32)を行列形式で表現すると、例えば式(33)のように表すことができる。ただし、A→(ω,θs,Dh)=[a→(ω,θs,Dh),a→(ω,θN1,DG1),…,a→(ω,θNB,DGB)]である。
(1)位置(θs,Dh)への音声の全帯域通過、および(2)既知のB個の抑圧点(θN1,DG1),(θN2,DG2),…,(θNB,DGB)への音声の全帯域抑制、という拘束条件を考慮すると、理想的には、fs,h(ω)=1.0、fi,g(ω)=0.0((i,g)∈{(N1,G1),(N2,G2),…,(NB,GB)})とされるべきである。これは、位置(θs,Dh)の音声の全帯域完全通過と、既知のB個の抑圧点(θN1,DG1),(θN2,DG2),…,(θNB,DGB)の音声の全帯域完全阻止を表している。しかし、現実には全帯域完全通過や全帯域完全阻止という制御が難しい場合もある。このような場合には、fs,h(ω)の絶対値を1.0に近い値、fi,g(ω)((i,g)∈{(N1,G1),(N2,G2),…,(NB,GB)})の絶対値を0.0に近い値に設定すればよい。もちろん、fi,g_i(ω)とfj,g_j(ω)(i≠j、i,j∈{N1,N2,…,NB})は等しくても異なってもよい。 (1) All-band passage of speech to position (θ s , D h ), and (2) known B suppression points (θ N1 , D G1 ), (θ N2 , D G2 ),. NB , D GB ) Considering the constraint that the entire band of the voice is suppressed, ideally, f s, h (ω) = 1.0, f i, g (ω) = 0.0 ((i, g) ∈ {(N1, G1), (N2, G2), ..., (NB, GB)}). This is because the entire band of the sound at the position (θ s , D h ) is completely passed, and B known suppression points (θ N1 , D G1 ), (θ N2 , D G2 ),..., (Θ NB , D GB ) represents the full blockage of the entire band of speech. However, in reality, it may be difficult to control full band full passage or full band full blocking. In such a case, the absolute value of f s, h (ω) is a value close to 1.0, f i, g (ω) ((i, g) ∈ {(N1, G1), (N2, G2), ..., (NB, GB)}) may be set to a value close to 0.0. Of course, f i, g_i (ω) and f j, g_j (ω) (i ≠ j, i, j∈ {N1, N2,..., NB}) may be equal or different.
ここで説明したフィルタ設計法によると、拘束条件を表す式(33)の下での式(2)の最適解であるフィルタW→(ω,θs,Dh)は式(34)で与えられる(参考文献3参照)。ただし、空間相関行列Q(ω)として式(5c)で表されるものを用いたが、式(5a)ないし式(5b)で表される空間相関行列を用いてもよい。
<4>遅延合成法によるフィルタ設計法
遅延合成法によると、直接音や反射音が平面波伝搬すると仮定すると、フィルタW→(ω,θs,Dh)は式(35)で与えられる。つまり、フィルタW→(ω,θs,Dh)は伝達特性a→(ω,θs,Dh)を正規化して得られる。伝達特性a→(ω,θs,Dh)=[a1(ω,θs,Dh),…,aM(ω,θs,Dh)]Tは式(20)で表される(正確には、式(20)のθをθs、DをDhとしたものである)。この設計法によると、フィルタ精度は必ずしも良好とは言えない場合があるが、計算量が少なくて済む。
<5>最尤法によるフィルタ設計法
上述の最小分散無歪応答法において、空間相関行列Q(ω,Dh)内に位置(θs,Dh)への音声の空間情報を含めないことによって、漏れ音声を抑圧する自由度が向上し、漏れ音声のパワーをよりいっそう抑圧できる。この場合、ここで説明するフィルタ設計法では、空間相関行列Q(ω,Dh)を、式(5a)の右辺第二項、つまり、式(5d)で表す。フィルタW→(ω,θs,Dh)は式(4)や式(34)で与えられる。このとき、式(4)や式(34)に含まれる空間相関行列は、式(5d)で表される空間相関行列である。
あるいは、空間相関行列Q(ω)内に位置(θs,Dh)への音声の空間情報を含めないようにしてもよい。この場合、ここで説明するフィルタ設計法では、空間相関行列Q(ω)を、式(5e)で表す。フィルタW→(ω,θs,Dh)は式(4)や式(34)で与えられる。このとき、式(4)や式(34)に含まれる空間相関行列は、式(5e)で表される空間相関行列である。
<6>AMNOR法によるフィルタ設計法
AMNOR法は、目的方向の音声の劣化量Dとフィルタ出力信号に残留する雑音のパワーとのトレードオフ関係を踏まえて、目的方向の音声の劣化量Dを或る程度許容し(例えば劣化量Dを或る閾値D^以下に保つようにする)、[a]目的方向の仮想的な信号(以下、仮想目的信号という)に音源とマイクロホンとの間の伝達特性を作用させた信号と[b](例えば目的方向の音声が無い雑音環境でのM個のマイクロホンによる観測によって得られる)雑音との混合信号を入力としたときのフィルタ出力信号が最小2乗誤差の観点から仮想目的信号を最も良く再現する(つまり、フィルタ出力信号に含まれる雑音のパワーが最小となる)フィルタを求める方式である。
<6> Filter design method by AMNOR method
The AMNOR method allows a certain amount of speech degradation amount D in the target direction based on the trade-off relationship between the speech degradation amount D in the target direction and the power of noise remaining in the filter output signal (for example, the degradation amount D). Is kept below a certain threshold value D ^), [a] a signal obtained by applying a transfer characteristic between a sound source and a microphone to a virtual signal in a target direction (hereinafter referred to as a virtual target signal) [b] The filter output signal when the mixed signal with noise (for example, obtained by observation with M microphones in a noise environment where there is no voice in the target direction) is input is the virtual target signal most in terms of the least square error. This is a method for obtaining a filter that reproduces well (that is, the noise power included in the filter output signal is minimized).
ここで説明するフィルタ設計法は、フィルタの入出力を逆にする以外はAMNOR法と同様に考えることができる。すなわち、位置(θs,Dh)への音声の劣化量Dとフィルタ出力信号に残留する漏れ音声のパワーとのトレードオフ関係を踏まえて、位置(θs,Dh)への音声の劣化量Dを或る程度許容し(例えば劣化量Dを或る閾値D^以下に保つようにする)、音源信号の周波数領域信号S(ω,k)を入力としたときのフィルタ出力信号が最小2乗誤差の観点から周波数領域信号S(ω,k)を最も良く再現する(つまり、フィルタ出力信号に含まれる漏れ音声のパワーが最小となる)フィルタを求める。フィルタ出力信号は、[a]スピーカアレーに含まれる各スピーカから位置(θs,Dh)への音声の周波数ωでの伝達特性を周波数領域信号S(ω,k)に作用させた信号(以下、受聴信号という)と[b](例えば雑音環境でのM個のマイクロホンによる観測によって得られる)雑音との混合信号である。 The filter design method described here can be considered in the same way as the AMNOR method except that the input and output of the filter are reversed. That is, based on the trade-off relationship between the amount of speech degradation D to the position (θ s , D h ) and the power of leaked speech remaining in the filter output signal, the speech degradation to the location (θ s , D h ) The filter output signal is minimum when the amount D is allowed to some extent (for example, the deterioration amount D is kept below a certain threshold D ^) and the frequency domain signal S (ω, k) of the sound source signal is input. A filter that best reproduces the frequency domain signal S (ω, k) from the viewpoint of the square error (that is, the power of the leaked voice included in the filter output signal is minimized) is obtained. The filter output signal is a signal (a) obtained by applying the transfer characteristic at the frequency ω of sound from each speaker included in the speaker array to the position (θ s , D h ) on the frequency domain signal S (ω, k) ( Hereinafter, it is a mixed signal of [listening signal] and [b] noise (for example, obtained by observation with M microphones in a noise environment).
ここで説明するフィルタ設計法によると、AMNOR法と同様に、フィルタW→(ω,θs,Dh)は式(36)で与えられる(参考文献4参照)。なお、Rss(ω)は式(24)、Rnn(ω)は式(25)で表される。伝達特性a→(ω,θs,Dh)=[a1(ω,θs,Dh),…,aM(ω,θs,Dh)]Tは式(20)で表される(正確には、式(20)のθをθs、DをDhとしたものである)。
Psは、受聴信号のレベルを重み付けする係数であり、受聴信号レベルと呼称される。受聴信号レベルPsは、周波数に依存しない定数である。受聴信号レベルPsは、経験則に基づいて決められてもよく、あるいは、位置(θs,Dh)への音声の劣化量Dと閾値D^との差が任意に定められた誤差範囲内となるように決定されてもよい。後者の例を説明する。周波数ωにおいて、フィルタW→(ω,θs,Dh)の位置(θs,Dh)への音声の周波数応答F(ω)は、式(37)で表される。式(36)で与えられるフィルタW→(ω,θs,Dh)を用いたときの劣化量DをD(Ps)と表記すると、劣化量D(Ps)は式(38)で定義される。ω0は、対象となる周波数ωの上限(通常は、離散的な周波数ωに隣接する高域側周波数である)を表す。劣化量D(Ps)はPsの単調減少関数である。従って、D(Ps)の単調性によって、Psを変化させながら劣化量D(Ps)を求めることを繰り返すことで、劣化量D(Ps)と閾値D^との差が任意に定められた誤差範囲内となる受聴信号レベルPsを求めることができる。
<変形例>
上述の説明では、空間相関行列Q(ω)、Rss(ω)、Rnn(ω)を、伝達特性を用いて表現した。しかし、上述のように、マイクロホンアレーによって観測して得られたアナログ信号を周波数領域に変換して得られる周波数領域信号を用いて空間相関行列Q(ω)、Rss(ω)、Rnn(ω)を表現することもできる。以下、空間相関行列Q(ω)について説明するが、Rss(ω)、Rnn(ω)についても同様である(Q(ω)をRss(ω)あるいはRnn(ω)に読み替えればよい)。なお、空間相関行列Rss(ω)は位置(θs,Dh)への音声のみが存在する環境でのマイクロホンアレー(M個のマイクロホンを含む)による観測によって得られたアナログ信号の周波数領域表現によって得られ、空間相関行列Rnn(ω)は位置(θs,Dh)への音声が無い環境(つまり雑音環境)でのマイクロホンアレー(M個のマイクロホンを含む)による観測によって得られたアナログ信号の周波数領域表現によって得られる。
<Modification>
In the above description, the spatial correlation matrices Q (ω), R ss (ω), and R nn (ω) are expressed using transfer characteristics. However, as described above, the spatial correlation matrix Q (ω), R ss (ω), R nn (using the frequency domain signal obtained by converting the analog signal obtained by observation with the microphone array into the frequency domain. ω) can also be expressed. The spatial correlation matrix Q (ω) will be described below, but the same applies to R ss (ω) and R nn (ω) (Q (ω) can be read as R ss (ω) or R nn (ω). Just fine). Note that the spatial correlation matrix R ss (ω) is the frequency domain of the analog signal obtained by observation with a microphone array (including M microphones) in an environment where only the sound at the position (θ s , D h ) exists. And the spatial correlation matrix R nn (ω) is obtained by observation with a microphone array (including M microphones) in an environment where there is no sound at the position (θ s , D h ) (ie, a noise environment). Obtained by the frequency domain representation of the analog signal.
周波数領域信号U→(ω,k)=[U1(ω,k),…,UM(ω,k)]Tを用いた空間相関行列Q(ω)は式(39)で表される。演算子E[・]は、統計的平均操作を表す演算子である。M個のマイクロホンで受音したアナログ信号の離散時系列を確率過程と見たとき、それがいわゆる広義の定常ないし2次定常である場合、演算子E[・]は算術平均値(期待値)演算となる。この場合、空間相関行列Q(ω)は、例えば、メモリ等に蓄積された現在および過去の計ζ個のフレームの周波数領域信号U→(ω,k-i)(i=0,1,…,ζ-1)を用いて式(40)で表される。i=0のとき、つまり第kフレームが現在のフレームである。なお、式(39)ないし式(40)による空間相関行列Q(ω)はフレーム毎に計算し直してもよいし、あるいは、定期ないし不定期の間隔で計算し直してもよいし、あるいは、後に説明する実施形態の実施の前に計算しておいてもよい(特に、フィルタ設計にRss(ω)あるいはRnn(ω)を用いる場合には、実施形態の実施の前に取得された周波数領域信号を用いて空間相関行列Q(ω)を事前に計算しておくことが好適である)。フレーム毎に空間相関行列Q(ω)を計算し直す場合、空間相関行列Q(ω)は現在と過去のフレームに依存するから、式(39a)や式(40a)のように明示的に空間相関行列をQ(ω,k)と表すことにする。
式(39a)や式(40a)で表される空間相関行列Q(ω,k)を用いるとフィルタW→(ω,θs)も現在と過去のフレームに依存するから、明示的にこれをW→(ω,θs,Dh,k)と表すことにする。このとき、上述の種々のフィルタ設計法で説明した式(4)、式(4a)、式(27)、式(28)、式(31)、式(34)、式(36)のいずれかで表されるフィルタW→(ω,θs,Dh)は、表記上、式(4m)、式(4am)、式(27m)、式(28m)、式(31m)、式(34m)、式(36m)に修正される。
《実施形態1》
本発明の実施形態1の機能構成および処理フローを図3と図4に示す。この実施形態1の音声スポット再生処理装置1は、AD変換部210、フレーム生成部220、周波数領域変換部230、フィルタ適用部240、時間領域変換部250、フィルタ設計部260、記憶部290を含む。
Embodiment 1
The functional configuration and processing flow of the first embodiment of the present invention are shown in FIGS. The audio spot reproduction processing apparatus 1 according to the first embodiment includes an AD conversion unit 210, a frame generation unit 220, a frequency domain conversion unit 230, a filter application unit 240, a time domain conversion unit 250, a filter design unit 260, and a storage unit 290. .
[ステップS1]
予め、フィルタ設計部260が音声スポット再生の対象となりえる離散的な位置(θi,Dg)ごとに、周波数ごとのフィルタW→(ω,θi,Dg)を計算しておく。音声スポット再生の対象となりえる離散的な方向の総数をI(Iは1以上の予め定められた整数であり、I≦Pを満たす)、離散的な距離の総数をG(Gは1以上の予め定められた整数である)とすると、W→(ω,θ1,D1),…,W→(ω,θi,D1),…,W→(ω,θI,D1),W→(ω,θ1,D2),…,W→(ω,θi,D2),…,W→(ω,θI,D2),…,W→(ω,θ1,Dg),…,W→(ω,θi,Dg),…,W→(ω,θI,Dg),…,W→(ω,θ1,DG),…,W→(ω,θi,DG),…,W→(ω,θI,DG)(1≦i≦I, 1≦g≦G, ω∈Ω; iとgは整数、Ωは周波数ωの集合)を事前に計算しておくのである。
[Step S1]
The filter design unit 260 calculates the filter W → (ω, θ i , D g ) for each frequency in advance for each discrete position (θ i , D g ) that can be an audio spot reproduction target. The total number of discrete directions that can be the target of audio spot reproduction is I (I is a predetermined integer of 1 or more and satisfies I ≦ P), and the total number of discrete distances is G (G is 1 or more). If you predetermined is an integer), W → (ω, θ 1, D 1), ..., W → (ω, θ i, D 1), ..., W → (ω, θ I, D 1) , W → (ω, θ 1 , D 2 ),…, W → (ω, θ i , D 2 ),…, W → (ω, θ I , D 2 ),…, W → (ω, θ 1 , D g ), ..., W → (ω, θ i , D g ), ..., W → (ω, θ I , D g ), ..., W → (ω, θ 1 , D G ), ..., W → (ω, θ i , D G ),…, W → (ω, θ I , D G ) (1 ≦ i ≦ I, 1 ≦ g ≦ G, ω∈Ω; i and g are integers, Ω is frequency (a set of ω) is calculated in advance.
このためには、上述の<変形例>で説明した場合を除き、伝達特性a→(ω,θi,Dg)=[a1(ω,θi,Dg),…,aM(ω,θi,Dg)]T(1≦i≦I, 1≦g≦G, ω∈Ω)を求める必要があるが、これは、スピーカアレーにおけるスピーカの配置、反射物である例えば反射板、床、壁、天井のスピーカアレーに対する位置関係、直接音とξ番目(1≦ξ≦Ξ)の反射音との時間差、反射物の音の反射率などの環境情報を基に式(20)によって具体的に計算できる(正確には、式(20)のθをθi、DをDgとしたものである)。なお、上述の<3>一つ以上の抑圧点を拘束条件に持つ最小分散無歪応答法によるフィルタ設計法に拠る場合、伝達特性a→(ω,θi,Dg)(1≦i≦I, 1≦g≦G,ω∈Ω)を求める際の位置のインデックス(i,g)は、少なくともB個の抑圧点の方向のインデックス(N1,G1),(N2,G2),…,(NB,GB)の全てを亘ることが望ましい。換言すれば、B個のインデックスN1,N2,…,NBは、1以上I以下のいずれかの異なる整数として設定され、B個のインデックスG1,G2,…,GBは、1以上G以下のいずれかの異なる整数として設定される。 For this purpose, except for the case described in <Modification> above, transfer characteristics a → (ω, θ i , D g ) = [a 1 (ω, θ i , D g ), ..., a M ( ω, θ i , D g )] T (1 ≦ i ≦ I, 1 ≦ g ≦ G, ω∈Ω), it is necessary to determine the arrangement of the speakers in the speaker array, for example, reflection. Expression (20) based on environmental information such as the positional relationship of the board, floor, wall, and ceiling with respect to the speaker array, the time difference between the direct sound and the ξ-th (1 ≦ ξ ≦ Ξ) reflected sound, and the reflectance of the sound of the reflector. (Accurately, θ in Equation (20) is θ i , and D is D g ). In the case of using the filter design method based on the minimum variance distortionless response method having one or more <3> suppression points as constraint conditions, the transfer characteristic a → (ω, θ i , D g ) (1 ≦ i ≦ I, 1 ≤ g ≤ G, ω ∈ Ω), the position index (i, g) is the index (N1, G1), (N2, G2), ... in the direction of at least B suppression points. It is desirable to cross all of (NB, GB). In other words, the B indexes N1, N2,..., NB are set as any different integer from 1 to I, and the B indexes G1, G2,. Are set as different integers.
反射音(あるいは双対音)の数Ξは1≦Ξを満たす整数に設定されるが、Ξの値として特に限定はなく計算能力などに応じて適宜に設定すればよい。 The number 反射 of the reflected sounds (or dual sounds) is set to an integer that satisfies 1 ≦ Ξ, but the value of Ξ is not particularly limited and may be set appropriately according to the calculation capability.
ステアリングベクトルの計算には、例えば式(20a)、式(20b)、式(21a)、式(21b)を用いることができる。なお、フィルタ設計に用いる伝達特性として、式(20)に拠らず、例えば実環境下における実測で得られた伝達特性を用いてもよい。 For example, the formula (20a), the formula (20b), the formula (21a), and the formula (21b) can be used for the calculation of the steering vector. In addition, as a transfer characteristic used for the filter design, for example, a transfer characteristic obtained by actual measurement in an actual environment may be used instead of the equation (20).
そして、上述の<変形例>で説明した場合を除き、伝達特性a→(ω,θi,Dg)を用いて、例えば式(4)、式(4a)、式(27)、式(28)、式(31)、式(34)、式(35)、式(36)のいずれかによってW→(ω,θi,Dg)(1≦i≦I, 1≦g≦G)を求める。なお、上述の<5>最尤法によるフィルタ設計法で説明した場合を除き、式(4)または式(4a)または式(28)または式(31)または式(34)を用いる場合には空間相関行列Q(ω)(あるいはRxx(ω))は式(5b)で計算できる。上述の<5>最尤法によるフィルタ設計法に拠って、式(4)または式(4a)または式(28)または式(31)または式(34)を用いる場合には空間相関行列Q(ω)(あるいはRxx(ω))は式(5d)あるいは式(5e)で計算できる。式(27)を用いる場合には空間相関行列Rnn(ω)は式(25)で計算できる。I×G×|Ω|個のフィルタW→(ω,θi,Dg)(1≦i≦I, 1≦g≦G, ω∈Ω)は記憶部290に記憶される。|Ω|は集合Ωの要素数を表す。 Then, except for the case described in the above <Modification>, for example, Expression (4), Expression (4a), Expression (27), Expression (4) using the transfer characteristic a → (ω, θ i , D g ). 28), Formula (31), Formula (34), Formula (35), and Formula (36), W → (ω, θ i , D g ) (1 ≦ i ≦ I, 1 ≦ g ≦ G) Ask for. Except for the case described in the above-described <5> maximum likelihood filter design method, when using equation (4), equation (4a), equation (28), equation (31), or equation (34) The spatial correlation matrix Q (ω) (or R xx (ω)) can be calculated by equation (5b). According to the above-described <5> maximum likelihood filter design method, when using equation (4), equation (4a), equation (28), equation (31), or equation (34), spatial correlation matrix Q ( ω) (or R xx (ω)) can be calculated by equation (5d) or equation (5e). When Expression (27) is used, the spatial correlation matrix R nn (ω) can be calculated by Expression (25). The I × G × | Ω | filters W → (ω, θ i , D g ) (1 ≦ i ≦ I, 1 ≦ g ≦ G, ω∈Ω) are stored in the storage unit 290. | Ω | represents the number of elements of the set Ω.
[ステップS2]
音源200が音源信号ss(t)を出力する。この実施形態では、音源200からの音源信号ss(t)はアナログ信号であるとする。ただし、音源信号としてディジタル信号を用いることもできる。
[Step S2]
The sound source 200 outputs a sound source signal ss (t). In this embodiment, it is assumed that the sound source signal ss (t) from the sound source 200 is an analog signal. However, a digital signal can also be used as the sound source signal.
[ステップS3]
AD変換部210が、音源信号ss(t)をディジタル信号s(t)へAD変換する。ここでtは離散時間のインデックスを表す。なお、ディジタル信号が音源信号である場合には、ステップS3の処理を行う必要がなく、音源信号をAD変換部210の出力信号であるs(t)と見なすことができる。
[Step S3]
The AD converter 210 AD converts the sound source signal ss (t) into a digital signal s (t). Here, t represents an index of discrete time. When the digital signal is a sound source signal, it is not necessary to perform the process of step S3, and the sound source signal can be regarded as s (t) that is an output signal of the AD conversion unit 210.
[ステップS4]
フレーム生成部220は、AD変換部210が出力したディジタル信号s(t)を入力とし、Nサンプルをバッファに貯めてフレーム単位のディジタル信号s(k)を出力する。kはフレーム番号のインデックスである。s(k)=[s((k-1)N+1),…,s(kN)]である。Nはサンプリング周波数にもよるが、16kHzサンプリングの場合には512点あたりが妥当である。
[Step S4]
The frame generation unit 220 receives the digital signal s (t) output from the AD conversion unit 210, stores N samples in a buffer, and outputs a digital signal s (k) in units of frames. k is an index of the frame number. s (k) = [s ((k−1) N + 1),..., s (kN)]. N depends on the sampling frequency, but in the case of 16kHz sampling, around 512 points is reasonable.
[ステップS5]
周波数領域変換部230は、各フレームのディジタル信号s(k)を周波数領域の信号S(ω,k)に変換して出力する。ωは離散周波数のインデックスである。時間領域信号を周波数領域信号に変換する方法の一つに高速離散フーリエ変換があるが、これに限定されず、周波数領域信号に変換する他の方法を用いてもよい。周波数領域信号S(ω,k)は、各周波数ω、フレームkごとに出力される。
[Step S5]
The frequency domain converter 230 converts the digital signal s (k) of each frame into a frequency domain signal S (ω, k) and outputs it. ω is an index of discrete frequency. One method for converting a time domain signal to a frequency domain signal is a fast discrete Fourier transform, but the present invention is not limited to this, and other methods for converting to a frequency domain signal may be used. The frequency domain signal S (ω, k) is output for each frequency ω and for each frame k.
[ステップS6]
フィルタ適用部240は、フレームkごとに、各周波数ω∈Ωについて、周波数領域信号S(ω,k)に、スポット再生したい位置(θs,Dh)に対応するフィルタW→(ω,θs,Dh)を適用して、再生信号X→(ω,k)=[X1(ω,k),…,XM(ω,k)]Tを出力する(式(41)参照)。位置(θs,Dh)のインデックスs, hは、s∈{1,…,I}, h∈{1,…,G}であり、フィルタW→(ω,θs,Dh)は記憶部290に記憶されているので、例えば、ステップS6の処理の都度、フィルタ適用部240は、スポット再生したい位置(θs,Dh)に対応するフィルタW→(ω,θs,Dh)を記憶部290から取得すればよい。方向θsのインデックスsが集合{1,…,I}に属さない場合あるいは距離Dhのインデックスhが集合{1,…,G}に属さない場合、つまり、位置(θs,Dh)に対応するフィルタW→(ω,θs,Dh)がステップS1の処理で計算されていない場合、臨時に位置(θs,Dh)に対応するフィルタW→(ω,θs,Dh)をフィルタ設計部260に計算させてもよいし、あるいは方向θsに近い方向θs'や距離Dhに近い距離Dh'に対応するフィルタW→(ω,θs',Dh)やW→(ω,θs,Dh')やW→(ω,θs',Dh')を用いてよい。
For each frequency ω∈Ω, the filter application unit 240 filters the frequency W of the frequency domain signal S (ω, k) corresponding to the position (θ s , D h ) to be spot-reproduced for each frequency ω∈Ω → (ω, θ s 1 , D h ), and the reproduction signal X → (ω, k) = [X 1 (ω, k),..., X M (ω, k)] T is output (see Expression (41)). . The indices s, h at the position (θ s , D h ) are s∈ {1,…, I}, h∈ {1,…, G}, and the filter W → (ω, θ s , D h ) is Since it is stored in the storage unit 290, for example, each time the process of step S6, the filter application unit 240 filters W → (ω, θ s , D h ) corresponding to the position (θ s , D h ) at which spot reproduction is desired. ) From the storage unit 290. If the index s in the direction θ s does not belong to the set {1, ..., I} or the index h in the distance D h does not belong to the set {1, ..., G}, that is, the position (θ s , D h ) If the filter W → (ω, θ s , D h ) corresponding to い な い is not calculated in the process of step S1, the filter W → (ω, θ s , D) corresponding to the temporary position (θ s , D h ) it the h) may be calculated in the filter design unit 260, or the filter corresponds to the 'distance D h near and distance D h' direction theta s close to the direction θ s W → (ω, θ s', D h ), W → (ω, θ s , D h ′ ) or W → (ω, θ s ′ , D h ′ ).
[ステップS7]
時間領域変換部250は、第kフレームの各周波数ω∈Ωの再生信号X→(ω,k)=[X1(ω,k),…,XM(ω,k)]を時間領域に変換して第kフレームのフレーム単位時間領域信号x→(k)=[x1(k),…,xM(k)]を得て、さらに、得られたフレーム単位時間領域信号x→(k)=[x1(k),…,xM(k)]をフレーム番号のインデックスの順番に連結してスポット再生したい位置(θs,Dh)に向けて音声が強調された時間領域信号x→(t)=[x1(t),…,xM(t)]を出力する。周波数領域信号を時間領域信号に変換する方法は、ステップS5の処理で用いた変換方法に対応する逆変換であり、例えば高速離散逆フーリエ変換である。
[Step S7]
The time domain conversion unit 250 uses the reproduction signal X → (ω, k) = [X 1 (ω, k),..., X M (ω, k)] of each frequency ω∈Ω of the kth frame in the time domain. The frame unit time domain signal x → (k) = [x 1 (k),..., X M (k)] of the k-th frame is obtained by conversion, and the obtained frame unit time domain signal x → ( k) = [x 1 (k),..., x M (k)] are connected in the order of the frame number index, and the time domain in which the sound is emphasized toward the position (θ s , D h ) where spot reproduction is desired The signal x → (t) = [x 1 (t),..., X M (t)] is output. The method for converting the frequency domain signal into the time domain signal is an inverse transformation corresponding to the transformation method used in the process of step S5, for example, a fast discrete inverse Fourier transform.
[ステップS8]
Mチャネルの時間領域信号x1(t),…,xM(t)はそれぞれ、スピーカアレーを構成するM個のスピーカ280−1,…,280−Mのうち、チャネルに対応するスピーカで再生される。つまり、m番目(1≦m≦M)のチャネルの時間領域信号xm(t)はm番目のスピーカ280−mで再生される。
[Step S8]
M channel time domain signals x 1 (t),..., X M (t) are reproduced by the speakers corresponding to the channel among the M speakers 280-1,. Is done. That is, the time domain signal x m (t) of the m-th (1 ≦ m ≦ M) channel is reproduced by the m-th speaker 280-m.
なお、M個のスピーカの並べ方に制限は無い。線形スピーカアレーのように直線状にスピーカを配置するアレー構成でもよいし、2次元または3次元的にM個のスピーカを配置するアレー構成でもよい。また、収音方向として設定できる方向を広くとるためには、各スピーカの指向性は、再生方向である目的方向θsになり得る方向に或る程度の音圧で音声を再生可能な指向性を持っていたほうがよい。したがって、無指向性スピーカや単一指向性スピーカといった指向性が比較的緩やかなスピーカが好適である。 There is no limit to the way the M speakers are arranged. An array configuration in which speakers are linearly arranged like a linear speaker array may be used, or an array configuration in which M speakers are two-dimensionally or three-dimensionally arranged. In addition, in order to make the direction that can be set as the sound collection direction wide, the directivity of each speaker is the directivity that can reproduce sound with a certain sound pressure in the direction that can be the target direction θ s that is the reproduction direction. It is better to have Therefore, a speaker having relatively gentle directivity such as a non-directional speaker or a unidirectional speaker is preferable.
ここでは、ステップS1の処理で予めフィルタW→(ω,θi,Dg)を計算しておく実施形態1を説明したが、音声スポット再生処理装置1の計算処理能力などに応じて、位置(θs,Dh)が定まってからフィルタ設計部260が周波数ごとのフィルタW→(ω,θs,Dh)を計算する実施形態を採用することもできる。 Here, the first embodiment in which the filter W → (ω, θ i , D g ) is calculated in advance in the process of step S1 has been described. However, depending on the calculation processing capability of the audio spot reproduction processing device 1, the position is determined. An embodiment in which the filter design unit 260 calculates the filter W → (ω, θ s , D h ) for each frequency after (θ s , D h ) is determined may be employed.
《実施形態2》
本発明の実施形態2の機能構成および処理フローを図13と図14に示す。この実施形態2の音声スポット再生処理装置2は、AD変換部210、フレーム生成部220、周波数領域変換部230、フィルタ適用部240、時間領域変換部250、フィルタ計算部261、記憶部290、AD変換部310、フレーム生成部320、周波数領域変換部330を含む。
<< Embodiment 2 >>
The functional configuration and processing flow of the second embodiment of the present invention are shown in FIGS. The audio spot reproduction processing apparatus 2 according to the second embodiment includes an AD conversion unit 210, a frame generation unit 220, a frequency domain conversion unit 230, a filter application unit 240, a time domain conversion unit 250, a filter calculation unit 261, a storage unit 290, an AD. A conversion unit 310, a frame generation unit 320, and a frequency domain conversion unit 330 are included.
[ステップS11]
音源200が音源信号ss(t)を出力する。この実施形態2では、音源200からの音源信号ss(t)はアナログ信号であるとする。ただし、音源信号としてディジタル信号を用いることもできる。
[Step S11]
The sound source 200 outputs a sound source signal ss (t). In the second embodiment, it is assumed that the sound source signal ss (t) from the sound source 200 is an analog signal. However, a digital signal can also be used as the sound source signal.
[ステップS12]
AD変換部210が、音源信号ss(t)をディジタル信号s(t)へAD変換する。ここでtは離散時間のインデックスを表す。なお、ディジタル信号が音源信号である場合には、ステップS12の処理を行う必要がなく、音源信号をAD変換部210の出力信号であるs(t)と見なすことができる。
[Step S12]
The AD converter 210 AD converts the sound source signal ss (t) into a digital signal s (t). Here, t represents an index of discrete time. When the digital signal is a sound source signal, it is not necessary to perform the process of step S12, and the sound source signal can be regarded as s (t) that is an output signal of the AD conversion unit 210.
[ステップS13]
フレーム生成部220は、AD変換部210が出力したディジタル信号s(t)を入力とし、Nサンプルをバッファに貯めてフレーム単位のディジタル信号s(k)を出力する。kはフレーム番号のインデックスである。s(k)=[s((k-1)N+1),…,s(kN)]である。Nはサンプリング周波数にもよるが、16kHzサンプリングの場合には512点あたりが妥当である。
[Step S13]
The frame generation unit 220 receives the digital signal s (t) output from the AD conversion unit 210, stores N samples in a buffer, and outputs a digital signal s (k) in units of frames. k is an index of the frame number. s (k) = [s ((k−1) N + 1),..., s (kN)]. N depends on the sampling frequency, but in the case of 16kHz sampling, around 512 points is reasonable.
[ステップS14]
周波数領域変換部230は、各フレームのディジタル信号s(k)を周波数領域の信号S(ω,k)に変換して出力する。ωは離散周波数のインデックスである。時間領域信号を周波数領域信号に変換する方法の一つに高速離散フーリエ変換があるが、これに限定されず、周波数領域信号に変換する他の方法を用いてもよい。周波数領域信号S(ω,k)は、各周波数ω、フレームkごとに出力される。
[Step S14]
The frequency domain converter 230 converts the digital signal s (k) of each frame into a frequency domain signal S (ω, k) and outputs it. ω is an index of discrete frequency. One method for converting a time domain signal to a frequency domain signal is a fast discrete Fourier transform, but the present invention is not limited to this, and other methods for converting to a frequency domain signal may be used. The frequency domain signal S (ω, k) is output for each frequency ω and for each frame k.
[ステップS15]
フィルタ計算部261が、現在の第kフレームで用いられる、位置(θs,Dh)に対応する周波数毎のフィルタW→(ω,θs,Dh,k)(ω∈Ω; Ωは周波数ωの集合)を計算する。
[Step S15]
The filter calculation unit 261 uses a filter W → (ω, θ s , D h , k) for each frequency corresponding to the position (θ s , D h ) (ω∈Ω; Ω is used in the current k-th frame. A set of frequencies ω).
このためには、伝達特性a→(ω,θs,Dh)=[a1(ω,θs,Dh),…,aM(ω,θs,Dh)]T(ω∈Ω)を用意する必要があるが、これは、スピーカアレーにおけるスピーカの配置、反射物である例えば反射板、床、壁、天井のスピーカアレーに対する位置関係、直接音とξ番目(1≦ξ≦Ξ)の反射音との時間差、反射物の音の反射率などの環境情報を基に式(20)によって具体的に計算できる(正確には、式(20)のθをθs、DをDhとしたものである)。なお、上述の<3>一つ以上の抑圧点を拘束条件に持つ最小分散無歪応答法によるフィルタ設計法に拠る場合、伝達特性a→(ω,θNj,DGj)(1≦j≦B, ω∈Ω)も求める必要があるが、これらはスピーカアレーにおけるスピーカの配置、反射物である例えば反射板、床、壁、天井のスピーカロホンアレーに対する位置関係、直接音とξ番目(1≦ξ≦Ξ)の反射音との時間差、反射物の音の反射率などの環境情報を基に式(20)によって具体的に計算できる(正確には、式(20)のθをθNj、DをDGjとしたものである)。 For this purpose, the transfer characteristic a → (ω, θ s , D h ) = [a 1 (ω, θ s , D h ), ..., a M (ω, θ s , D h )] T (ω∈ Ω) must be prepared. This is because the speaker arrangement in the speaker array, the positional relationship of reflectors such as reflectors, floors, walls, and ceilings with respect to the speaker array, direct sound and ξth (1 ≦ ξ ≦ Based on environmental information such as the time difference from the reflected sound of (ii) and the reflectance of the sound of the reflector, it can be specifically calculated by the equation (20) (exactly, θ in the equation (20) is θ s , D is is obtained by the D h). In the case of using the filter design method based on the minimum variance distortionless response method having one or more <3> suppression points as a constraint, the transfer characteristic a → (ω, θ Nj , D Gj ) (1 ≦ j ≦ B, ω∈Ω) must also be obtained. These are the arrangement of speakers in the speaker array, the positional relationship of reflectors such as reflectors, floors, walls, and ceilings with respect to the speakerlophone array, direct sound and ξ-th (1 ≦ ξ ≦ Ξ) can be specifically calculated by Equation (20) based on environmental information such as the time difference from the reflected sound and the reflectance of the sound of the reflector (more precisely, θ in Equation (20) is θ Nj , D is D Gj ).
反射音の数Ξは1≦Ξを満たす整数に設定されるが、Ξの値として特に限定はなく計算能力などに応じて適宜に設定すればよい。 The number 反射 of the reflected sound is set to an integer satisfying 1 ≦ Ξ, but the value of Ξ is not particularly limited and may be appropriately set according to the calculation ability.
ステアリングベクトルの計算には、例えば式(20a)、式(20b)、式(21a)、式(21b)を用いることができる。なお、フィルタ設計に用いる伝達特性として、式(20)に拠らず、例えば実環境下における実測で得られた伝達特性を用いてもよい。 For example, the formula (20a), the formula (20b), the formula (21a), and the formula (21b) can be used for the calculation of the steering vector. In addition, as a transfer characteristic used for the filter design, for example, a transfer characteristic obtained by actual measurement in an actual environment may be used instead of the equation (20).
そして、フィルタ計算部261は、伝達特性a→(ω,θs,Dh)(ω∈Ω)や必要に応じて伝達特性a→(ω,θNj,DGj)(1≦j≦B, ω∈Ω)を用いて、フィルタW→(ω,θs,Dh,k)(ω∈Ω)を、式(4m)、式(4am)、式(27m)、式(28m)、式(31m)、式(34m)、式(36m)のいずれかに従って求める。なお、空間相関行列Q(ω)(あるいはRxx(ω))は例えば式(39a)や式(40a)で計算できる。空間相関行列Q(ω)の計算には、記憶部290に蓄積された現在および過去の計ζ個のフレームの周波数領域信号X→(ω,k-i)(i=0,1,…,ζ-1)が用いられる。 Then, the filter calculation unit 261 transmits the transfer characteristic a → (ω, θ s , D h ) (ω∈Ω) or the transfer characteristic a → (ω, θ Nj , D Gj ) (1 ≦ j ≦ B , ω∈Ω), the filter W → (ω, θ s , D h , k) (ω∈Ω) is changed into the expression (4m), the expression (4am), the expression (27m), the expression (28m), It calculates | requires according to either Formula (31m), Formula (34m), or Formula (36m). Note that the spatial correlation matrix Q (ω) (or R xx (ω)) can be calculated by, for example, Expression (39a) or Expression (40a). For the calculation of the spatial correlation matrix Q (ω), the frequency domain signal X → (ω, ki) (i = 0, 1,..., Ζ− of the current and past frames accumulated in the storage unit 290 in total. 1) is used.
周波数領域信号X→(ω,k)は、下記のようにして記憶部290に蓄積される。
マイクロホンアレーを構成するM個のマイクロホン300−1,…,300−Mを用いて収音する。M個のマイクロホンの並べ方等はスピーカアレーと同じとすることが好ましい。
AD変換部310が、M個のマイクロホン300−1,…,300−Mで収音されたアナログ信号(収音信号)をディジタル信号x→(t)=[x1(t),…,xM(t)]へ変換する。tは離散時間のインデックスを表す。
フレーム生成部320は、AD変換部310が出力したディジタル信号x→(t)=[x1(t),…,xM(t)]を入力とし、チャネルごとにNサンプルをバッファに貯めてフレーム単位のディジタル信号x→(k)=[x→ 1(k),…,x→ M(k)]を出力する。kはフレーム番号のインデックスである。x→ m(k)=[xm((k-1)N+1),…,xm(kN)](1≦m≦M)である。Nはサンプリング周波数にもよるが、16kHzサンプリングの場合には512点あたりが妥当である。
周波数領域変換部330は、各フレームのディジタル信号x→(k)を周波数領域の信号X→(ω,k)=[X1(ω,k),…,XM(ω,k)]に変換して出力する。ωは離散周波数のインデックスである。時間領域信号を周波数領域信号に変換する方法の一つに高速離散フーリエ変換があるが、これに限定されず、周波数領域信号に変換する他の方法を用いてもよい。周波数領域信号X→(ω,k)は、各周波数ω、フレームkごとに出力され、記憶部290に蓄積される。
The frequency domain signal X → (ω, k) is accumulated in the storage unit 290 as follows.
Sound is collected using M microphones 300-1,..., 300-M constituting the microphone array. The arrangement of the M microphones is preferably the same as that of the speaker array.
The AD converter 310 converts the analog signal (sound pickup signal) collected by the M microphones 300-1,..., 300-M into a digital signal x → (t) = [x 1 (t),. M (t)]. t represents a discrete time index.
The frame generation unit 320 receives the digital signal x → (t) = [x 1 (t),..., X M (t)] output from the AD conversion unit 310 and stores N samples in a buffer for each channel. The digital signal x → (k) = [x → 1 (k),..., X → M (k)] is output in units of frames. k is an index of the frame number. x → m (k) = [x m ((k−1) N + 1),..., x m (kN)] (1 ≦ m ≦ M). N depends on the sampling frequency, but in the case of 16kHz sampling, around 512 points is reasonable.
The frequency domain transform unit 330 converts the digital signal x → (k) of each frame into a frequency domain signal X → (ω, k) = [X 1 (ω, k),..., X M (ω, k)]. Convert and output. ω is an index of discrete frequency. One method for converting a time domain signal to a frequency domain signal is a fast discrete Fourier transform, but the present invention is not limited to this, and other methods for converting to a frequency domain signal may be used. The frequency domain signal X → (ω, k) is output for each frequency ω and for each frame k and accumulated in the storage unit 290.
[ステップS16]
フィルタ適用部240は、フレームkごとに、各周波数ω∈Ωについて、周波数領域信号S(ω,k)に、再生したい位置(θs,Dh)に対応するフィルタW→(ω,θs,Dh,k)を適用して、再生信号X→(ω,k)=[X1(ω,k),…,XM(ω,k)]を出力する(式(42)参照)。
For each frequency ω∈Ω, the filter application unit 240 filters the frequency W of the frequency domain signal S (ω, k) corresponding to the position (θ s , D h ) to be reproduced → (ω, θ s). , D h , k), and outputs the reproduction signal X → (ω, k) = [X 1 (ω, k),..., X M (ω, k)] (see equation (42)). .
[ステップS17]
時間領域変換部250は、第kフレームの各周波数ω∈Ωの再生信号X→(ω,k)=[X1(ω,k),…,XM(ω,k)]を時間領域に変換して第kフレームのフレーム単位時間領域信号x→(k)=[x1(k),…,xM(k)]を得て、さらに、得られたフレーム単位時間領域信号x→(k)=[x1(k),…,xM(k)]をフレーム番号のインデックスの順番に連結して位置(θs,Dh)に向けて音声が強調された時間領域信号x→(t)=[x1(t),…,xM(t)]を出力する。周波数領域信号を時間領域信号に変換する方法は、ステップS14の処理で用いた変換方法に対応する逆変換であり、例えば高速離散逆フーリエ変換である。
[Step S17]
The time domain conversion unit 250 uses the reproduction signal X → (ω, k) = [X 1 (ω, k),..., X M (ω, k)] of each frequency ω∈Ω of the kth frame in the time domain. The frame unit time domain signal x → (k) = [x 1 (k),..., X M (k)] of the k-th frame is obtained by conversion, and the obtained frame unit time domain signal x → ( k) = [x 1 (k),..., x M (k)] are connected in the order of the index of the frame number, and the time domain signal x → in which the sound is emphasized toward the position (θ s , D h ) (t) = [x 1 (t), ..., x M (t)] is output. The method of converting the frequency domain signal into the time domain signal is an inverse transform corresponding to the transform method used in the process of step S14, and is, for example, a fast discrete inverse Fourier transform.
[ステップS18]
Mチャネルの時間領域信号x1(t),…,xM(t)はそれぞれ、スピーカアレーを構成するM個のスピーカ280−1,…,280−Mのうち、チャネルに対応するスピーカで再生される。つまり、m番目(1≦m≦M)のチャネルの時間領域信号xm(t)はm番目のスピーカ280−mで再生される。
[Step S18]
M channel time domain signals x 1 (t),..., X M (t) are reproduced by the speakers corresponding to the channel among the M speakers 280-1,. Is done. That is, the time domain signal x m (t) of the m-th (1 ≦ m ≦ M) channel is reproduced by the m-th speaker 280-m.
本発明の実施形態1(単一拘束条件の最小分散無歪応答法)による音声のスポット再生についての実験結果を説明する。図5に示すように、24本のスピーカを直線的に配置し、この線形スピーカアレーに含まれるスピーカの配列方向が反射板300の法線となるように反射板300を配置した。反射板300の形状に制限はないが、反射面が平面であって、1.0m×1.0mのサイズと適度な厚みと剛性を持つ平板の反射板を用いた。隣り合うスピーカの間隔を4cm、反射板300の反射率αを0.8とした。受聴位置は方向θsを45度、距離Dhを1.13mに設定した。実験結果として、図7(a)に反射板300を設置しなかった場合の最小分散ビームフォーマの指向性(2次元領域)、図7(b)に反射板300を設置した場合の最小分散ビームフォーマの指向性(2次元領域)を示す。音圧[単位:dB]は濃淡表示されており、白い領域ほど高い音圧で収音できていることを表している。従って、理想的には、方向45度、距離1.13mの位置のみ白くなっており、他の領域が黒に近くなるほど、音声のスポット再生が実現できているといえる。図7(a)と図7(b)に示す実験結果の比較から、反射板300を設置しなかった場合は音声のスポット再生が十分にできておらず、反射板300を設置した場合は音声のスポット再生ができていることがわかる。 A description will be given of an experimental result of the audio spot reproduction according to the first embodiment of the present invention (minimum variance distortion-free response method under a single constraint condition). As shown in FIG. 5, 24 speakers are arranged linearly, and the reflector 300 is arranged so that the arrangement direction of the speakers included in the linear speaker array is a normal line of the reflector 300. Although there is no restriction | limiting in the shape of the reflecting plate 300, the reflecting surface is a plane, The flat reflecting plate which has a size of 1.0m x 1.0m, moderate thickness, and rigidity was used. The interval between adjacent speakers was 4 cm, and the reflectance α of the reflector 300 was 0.8. Listening position was set 45 degrees direction theta s, the distance D h to 1.13 m. As experimental results, the directivity (two-dimensional region) of the minimum dispersion beam former when the reflector 300 is not installed in FIG. 7A, and the minimum dispersion beam when the reflector 300 is installed in FIG. 7B. Indicates the directivity of the former (two-dimensional area). The sound pressure [unit: dB] is displayed in shades, and the white area indicates that sound can be collected with higher sound pressure. Therefore, ideally, only the position of 45 degrees in the direction and the distance of 1.13 m is white, and it can be said that the spot reproduction of the sound can be realized as the other area becomes black. From the comparison of the experimental results shown in FIG. 7A and FIG. 7B, when the reflector 300 is not installed, the sound spot reproduction is not sufficient, and when the reflector 300 is installed, the sound is reproduced. It can be seen that spot playback is possible.
次に、本発明の実施構成の例を図8〜図12を参照して説明する。これらの例ではスピーカアレーの構成は線形スピーカアレーとして図示されているが、線形スピーカアレーの構成に限定されない。 Next, an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these examples, the configuration of the speaker array is illustrated as a linear speaker array, but is not limited to the configuration of the linear speaker array.
図8に示す実施構成例では、線形スピーカアレーを構成するM個のスピーカ280−1,…,280−Mは矩形平板状の支持部材400に固定されており、この状態で各スピーカの拡声孔は支持部材400の或る一つの平面(以下、開口面と呼ぶ)に配置されているいる(図示の例ではM=13)。なお、各スピーカ280−1,…,280−Mに接続される配線は図示していない。そして、各スピーカ280−1,…,280−Mの配列方向が矩形平板状の反射板300の法線となるように反射板300が支持部材400の端部に固定されている。支持部材400の開口面は、反射板300と90度をなす面である。図8に示す実施構成例では、反射板300の好ましいとされる性状は既述の反射物の性状と同じであり、支持部材400の性状については特に限定はなく各スピーカ280−1,…,280−Mをしっかりと固定できる剛性を持っていれば十分である。 In the embodiment shown in FIG. 8, the M speakers 280-1,..., 280-M constituting the linear speaker array are fixed to a rectangular flat plate-like support member 400. Are arranged on a certain plane (hereinafter referred to as an opening surface) of the support member 400 (M = 13 in the illustrated example). In addition, the wiring connected to each speaker 280-1, ..., 280-M is not illustrated. And the reflector 300 is being fixed to the edge part of the supporting member 400 so that the arrangement direction of each speaker 280-1, ..., 280-M may become the normal line of the reflector 300 of a rectangular flat plate shape. The opening surface of the support member 400 is a surface that forms 90 degrees with the reflector 300. 8, the preferable property of the reflector 300 is the same as the property of the reflector described above, and the property of the support member 400 is not particularly limited, and each speaker 280-1,. It is sufficient that the 280-M has sufficient rigidity to fix the 280-M.
図9(a)に示す実施構成例では、支持部材400の端部に軸部410が固定されており、反射板300は軸部410に回動自在に取り付けられている。この実施構成例によると、スピーカアレーに対する反射板300の幾何学的配置を変更することが可能である。 In the exemplary embodiment shown in FIG. 9A, the shaft portion 410 is fixed to the end portion of the support member 400, and the reflection plate 300 is rotatably attached to the shaft portion 410. According to this embodiment, it is possible to change the geometric arrangement of the reflector 300 with respect to the speaker array.
図9(b)に示す実施構成例では、図8に示す実施構成例において、さらに二つの反射板310,320が追加されている。追加された二つの反射板310,320の性状は反射板300の性状と同じでも異なってもよい。また、反射板310の性状は反射板320の性状と同じでも異なってもよい。以下、反射板300を固定反射板300と呼称する。固定反射板300の端部(支持部材400に固定されている固定反射板300の端部とは反対側の端部)に軸部510が固定されており、反射板310は軸部510に回動自在に取り付けられている。また、支持部材400の端部(固定反射板300が固定されている支持部材400の端部とは反対側の端部)に軸部520が固定されており、反射板320は軸部520に回動自在に取り付けられている。以下、反射板310,320を可動反射板310,320と呼称する。図9(b)に示す実施構成例によると、例えば固定反射板300の反射面と可動反射板310の反射面が一致するように可動反射板310の位置を設定すると、固定反射板300と可動反射板310の組み合わせを、固定反射板300よりも大きい反射面を持つ反射板として機能させることができる。また、図9(b)に示す実施構成例によると、可動反射板310,320を適切な位置に設定することによって、例えば図10に示すように支持部材400、固定反射板300、可動反射板310,320で囲まれた空間内で何度も音声を反射させることができるので、反射音の数Ξを制御することができる。なお、図9(b)に示す実施構成例の場合、支持部材400は反射物としての役割を果たすことになるので、既述の反射物の性状と同じ性状を持つことが好ましい。 In the exemplary embodiment shown in FIG. 9B, two additional reflectors 310 and 320 are added to the exemplary embodiment shown in FIG. The properties of the two added reflectors 310 and 320 may be the same as or different from those of the reflector 300. The properties of the reflector 310 may be the same as or different from those of the reflector 320. Hereinafter, the reflection plate 300 is referred to as a fixed reflection plate 300. The shaft 510 is fixed to the end of the fixed reflector 300 (the end opposite to the end of the fixed reflector 300 fixed to the support member 400), and the reflector 310 is rotated around the shaft 510. It is attached movably. Further, the shaft portion 520 is fixed to the end portion of the support member 400 (the end portion opposite to the end portion of the support member 400 to which the fixed reflection plate 300 is fixed), and the reflection plate 320 is attached to the shaft portion 520. It is pivotally attached. Hereinafter, the reflectors 310 and 320 are referred to as the movable reflectors 310 and 320. According to the embodiment shown in FIG. 9B, for example, when the position of the movable reflector 310 is set so that the reflection surface of the fixed reflector 300 and the reflection surface of the movable reflector 310 coincide with each other, the fixed reflector 300 and the movable reflector 300 are movable. The combination of the reflecting plates 310 can be made to function as a reflecting plate having a reflecting surface larger than that of the fixed reflecting plate 300. 9B, by setting the movable reflectors 310 and 320 to appropriate positions, for example, as shown in FIG. 10, the support member 400, the fixed reflector 300, and the movable reflector. Since the sound can be reflected many times in the space surrounded by 310 and 320, the number of reflected sounds can be controlled. In the case of the embodiment shown in FIG. 9B, the support member 400 serves as a reflector, and therefore preferably has the same properties as the properties of the reflector described above.
図11に示す実施構成例は、反射板300にもスピーカアレー(図示の例では線形スピーカアレー)が設けられていることが図8に示す実施構成例と異なる。図11に示す実施構成例では、支持部材400に固定されたM個のスピーカの配列方向と反射板300に固定されたM’個のスピーカの配列方向が同一平面上にあるが、このような配置構成に限定されない(図示の例ではM’=13)。例えば、支持部材400に固定されたM個のスピーカの配列方向と直交するような配列方向を持つように反射板300にM’個のスピーカが固定されていてもよい。図11に示す実施構成例によると、支持部材400に設けられたスピーカアレーと反射板300(反射板300に設けられたスピーカアレーを使用せず、反射板300を反射物として使用する)との組み合わせで本発明を実施したり、支持部材400(支持部材400に設けられたスピーカアレーを使用せず、支持部材400を反射物として使用する)と反射板300に設けられたスピーカアレーとの組み合わせで本発明を実施したりすることができる。 11 differs from the embodiment shown in FIG. 8 in that the reflector 300 is also provided with a speaker array (linear speaker array in the illustrated example). In the exemplary embodiment shown in FIG. 11, the arrangement direction of the M speakers fixed to the support member 400 and the arrangement direction of the M ′ speakers fixed to the reflection plate 300 are on the same plane. The arrangement is not limited (M ′ = 13 in the illustrated example). For example, M ′ speakers may be fixed to the reflection plate 300 so as to have an arrangement direction orthogonal to the arrangement direction of M speakers fixed to the support member 400. 11, the speaker array provided on the support member 400 and the reflector 300 (the speaker array provided on the reflector 300 is not used and the reflector 300 is used as a reflector). The present invention is implemented in combination, or a combination of the support member 400 (the speaker member provided on the support member 400 is not used and the support member 400 is used as a reflector) and the speaker array provided on the reflector 300 The present invention can be implemented.
また、図11に示す実施構成例の拡張実施構成例として、図9(b)に示す実施構成例と同様に、図11に示す実施構成例においてさらに二つの反射板310,320を追加した構成としてもよい(図12参照)。また、図示していないが、可動反射板310,320の少なくとも一つにスピーカアレーを設けてもよい。可動反射板310に設けられるスピーカアレーを構成する各スピーカの拡声孔は、例えば、支持部材400の開口面と対向可能な可動反射板310の平面(開口面)に配置される。可動反射板320に設けられるスピーカアレーを構成する各スピーカの拡声孔は、例えば、支持部材400の開口面と同一平面を形成可能な可動反射板320の平面(開口面)に配置される。このような実施構成例であっても図9(b)に示す実施構成例と同様の使用形態が可能である。また、この実施構成例によると、例えば支持部材400の開口面と可動反射板320の開口面が一致するように可動反射板320の位置を設定すると、支持部材400と可動反射板320の組み合わせを、支持部材400に設けられたスピーカアレーよりも大きいスピーカアレーとして機能させることができる。図12に示す実施構成例においても、可動反射板310,320の少なくとも一つにスピーカアレーを設けた実施構成例においても、図10に示す実施構成例と同様の使用形態が可能である。また、図12に示す実施構成例においても、可動反射板310,320の少なくとも一つにスピーカアレーを設けた実施構成例においても、例えば、可動反射板310,320を通常の反射物として用い、支持部材400に設けられたスピーカアレーと固定反射板300に設けられたスピーカアレーとを一体のスピーカアレーとして用いる使用形態も可能である。この場合、(M+M’)個のスピーカで構成されたスピーカアレーと二つの反射物を使用する実施構成例と等価となる。 Further, as an example of an extended implementation configuration of the implementation configuration example shown in FIG. 11, a configuration in which two reflectors 310 and 320 are further added to the implementation configuration example shown in FIG. 11, as in the implementation configuration example shown in FIG. 9B. (See FIG. 12). Although not shown, a speaker array may be provided on at least one of the movable reflectors 310 and 320. The loudspeaker holes of each speaker constituting the speaker array provided in the movable reflector 310 are arranged on the plane (opening surface) of the movable reflector 310 that can be opposed to the opening surface of the support member 400, for example. The loudspeaker holes of each speaker constituting the speaker array provided in the movable reflector 320 are arranged on the plane (opening surface) of the movable reflector 320 that can form the same plane as the opening surface of the support member 400, for example. Even in this embodiment configuration example, the same usage pattern as the embodiment configuration example shown in FIG. 9B is possible. Further, according to this embodiment, for example, when the position of the movable reflecting plate 320 is set so that the opening surface of the supporting member 400 and the opening surface of the movable reflecting plate 320 coincide with each other, the combination of the supporting member 400 and the movable reflecting plate 320 is changed. The speaker array can be made to function larger than the speaker array provided on the support member 400. Also in the embodiment configuration example shown in FIG. 12, in the embodiment configuration example in which at least one of the movable reflectors 310 and 320 is provided with a speaker array, the same usage pattern as in the embodiment configuration example shown in FIG. 10 is possible. Also in the example of the configuration shown in FIG. 12, in the example of the configuration in which the speaker array is provided on at least one of the movable reflectors 310 and 320, for example, the movable reflectors 310 and 320 are used as normal reflectors. A use form in which the speaker array provided on the support member 400 and the speaker array provided on the fixed reflector 300 are used as an integral speaker array is also possible. In this case, this is equivalent to an example of an embodiment in which a speaker array composed of (M + M ′) speakers and two reflectors are used.
可動反射板310にスピーカアレーを設ける場合、可動反射板310に設けられるスピーカアレーを構成する各スピーカの拡声孔が、支持部材400の開口面と対向可能な可動反射板310の平面の反対側の平面(開口面)に配置されるように、可動反射板310にスピーカアレーを設けてもよい。また、可動反射板320にスピーカアレーを設ける場合、可動反射板320に設けられるスピーカアレーを構成する各スピーカの拡声孔が、支持部材400の開口面と同一平面を形成可能な可動反射板320の平面の反対側の平面(開口面)に配置されるように、可動反射板320にスピーカアレーを設けてもよい。もちろん、可動反射板310,320の少なくとも一つについて、その両面に開口面とするように当該可動反射板にスピーカアレーを設けてもよい。 When the movable reflector 310 is provided with a speaker array, the loudspeaker holes of the speakers constituting the speaker array provided in the movable reflector 310 are opposite to the plane of the movable reflector 310 that can face the opening surface of the support member 400. A speaker array may be provided on the movable reflector 310 so as to be arranged on a flat surface (opening surface). Further, when a speaker array is provided on the movable reflector 320, the loudspeaker holes of the speakers constituting the speaker array provided on the movable reflector 320 can be formed on the same plane as the opening surface of the support member 400. A speaker array may be provided on the movable reflector 320 so as to be disposed on a plane (opening surface) opposite to the plane. Of course, at least one of the movable reflectors 310 and 320 may be provided with a speaker array on the movable reflector so as to have openings on both sides thereof.
[A]スピーカアレーを可動反射板310,320の少なくとも一つに設けた場合であって、可動反射板310の開口面を支持部材400の開口面と対向可能な平面とした場合ないし可動反射板320の開口面を支持部材400の開口面と同一平面を形成可能な平面とした場合、図10に示す使用形態では、視線方向に対して可動反射板310および/または可動反射板320の開口面が見えないように可動反射板310および/または可動反射板320が配置されることによって視線方向の見かけ上のアレーサイズは小さくなるものの、可動反射板310および/または可動反射板320に設けられたスピーカアレーを利用することによって、アレーサイズを大きくした場合と同じ効果を得ることができる。 [A] When the speaker array is provided on at least one of the movable reflectors 310 and 320, and the opening surface of the movable reflector 310 is a plane that can face the opening surface of the support member 400, or the movable reflector. When the opening surface of 320 is a plane that can form the same plane as the opening surface of the support member 400, in the usage mode shown in FIG. 10, the opening surface of the movable reflector 310 and / or the movable reflector 320 with respect to the line-of-sight direction. Although the apparent array size in the line-of-sight direction is reduced by disposing the movable reflector 310 and / or the movable reflector 320 so as not to be visible, the movable reflector 310 and / or the movable reflector 320 is provided. By using the speaker array, the same effect as when the array size is increased can be obtained.
[B]スピーカアレーを可動反射板310,320の少なくとも一つに設けた場合であって、可動反射板310の開口面を支持部材400の開口面と対向可能な平面の反対側の平面とした場合ないし可動反射板320の開口面を支持部材400の開口面と同一平面を形成可能な平面の反対側の平面とした場合、図10に示す使用形態では、視線方向に対して見かけ上のアレーサイズを保ったまま、アレーサイズを大きくした場合と同じ効果を得ることができる。 [B] When the speaker array is provided on at least one of the movable reflectors 310 and 320, the opening surface of the movable reflector 310 is a plane opposite to the plane that can face the opening surface of the support member 400. If the opening surface of the movable reflecting plate 320 is a plane opposite to the plane that can form the same plane as the opening surface of the support member 400, in the usage mode shown in FIG. The same effect as when the array size is increased can be obtained while maintaining the size.
可動反射板310,320の少なくとも一つについて、その両面に開口面とするように当該可動反射板にスピーカアレーを設けた場合には、[A]と[B]の双方の効果を得ることも可能である。 When at least one of the movable reflectors 310 and 320 is provided with a speaker array on the movable reflector so that both sides thereof have an opening surface, the effects of both [A] and [B] can be obtained. Is possible.
<応用例>
以下、本発明である音声スポット再生処理技術が有用なサービス例について述べる。
<Application example>
Examples of services in which the audio spot reproduction processing technology of the present invention is useful will be described below.
第1の例として、ディジタルサイネージでの音声再生が挙げられる。本発明によると従来よりも特定方向の狭い範囲のみに音声を提供できるので、周囲に迷惑をかけることなく、当該範囲に居る人にのみ広告を伝えることができる。 As a first example, there is an audio reproduction by digital signage. According to the present invention, since voice can be provided only in a narrow range in a specific direction as compared with the prior art, an advertisement can be transmitted only to people in the range without causing trouble to the surroundings.
第2の例として、TV会議システム(音声会議システムでもよい)への応用が挙げられる。TV会議専用の部屋が用意できないような状況の下で会議を行うときに、本発明によると従来よりも特定方向の狭い範囲のみに音声を提供できるので、周囲に迷惑をかけることなく、会議を行うことができる。 A second example is application to a TV conference system (which may be an audio conference system). According to the present invention, audio can be provided only in a narrow range in a specific direction as compared with the conventional case when a conference is performed in a situation where a room for exclusive use of a video conference cannot be prepared. It can be carried out.
<音声スポット再生処理装置のハードウェア構成例>
上述の実施形態に関わる音声スポット再生処理装置は、キーボードなどが接続可能な入力部、液晶ディスプレイなどが接続可能な出力部、CPU(Central Processing Unit)〔キャッシュメモリなどを備えていてもよい。〕、メモリであるRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)と、ハードディスクである外部記憶装置、並びにこれらの入力部、出力部、CPU、RAM、ROM、外部記憶装置間のデータのやり取りが可能なように接続するバスなどを備えている。また必要に応じて、音声スポット再生処理装置に、CD−ROMなどの記憶媒体を読み書きできる装置(ドライブ)などを設けるとしてもよい。このようなハードウェア資源を備えた物理的実体としては、汎用コンピュータなどがある。
<Hardware configuration example of audio spot reproduction processing device>
The audio spot reproduction processing apparatus according to the above-described embodiment may include an input unit to which a keyboard or the like can be connected, an output unit to which a liquid crystal display or the like can be connected, a CPU (Central Processing Unit) [cache memory, or the like. ] RAM (Random Access Memory) or ROM (Read Only Memory) and external storage device as a hard disk, and data exchange between these input unit, output unit, CPU, RAM, ROM, and external storage device It has a bus that can be connected. If necessary, the audio spot reproduction processing device may be provided with a device (drive) that can read and write a storage medium such as a CD-ROM. A physical entity having such hardware resources includes a general-purpose computer.
音声スポット再生処理装置の外部記憶装置には、狭い範囲の音声を強調するためのプログラム並びにこのプログラムの処理において必要となるデータなどが記憶されている〔外部記憶装置に限らず、例えばプログラムを読み出し専用記憶装置であるROMに記憶させておくなどでもよい。〕。また、これらのプログラムの処理によって得られるデータなどは、RAMや外部記憶装置などに適宜に記憶される。以下、データやその格納領域のアドレスなどを記憶する記憶装置を単に「記憶部」と呼ぶことにする。 The external storage device of the audio spot reproduction processing device stores a program for emphasizing a narrow range of audio and data necessary for the processing of the program [not limited to the external storage device, for example, reading a program It may be stored in a ROM which is a dedicated storage device. ]. Data obtained by the processing of these programs is appropriately stored in a RAM or an external storage device. Hereinafter, a storage device that stores data, addresses of storage areas, and the like is simply referred to as a “storage unit”.
音声スポット再生処理装置の記憶部には、スポット再生の対象となる位置について式(5a)ないし式(5b)で表される空間相関行列を用いて、周波数ごとにフィルタを求めるためのプログラムと、アナログ信号に対してAD変換を行うためのプログラム、フレーム生成処理を行うためのプログラム、フレームごとのディジタル信号を周波数領域の周波数領域信号に変換するためのプログラム、スポット再生の対象となる位置に対応するフィルタを周波数ごとに周波数領域信号に適用して再生信号を得るためのプログラムと、再生信号を時間領域信号に変換するためのプログラムが記憶されている。 In the storage unit of the audio spot reproduction processing device, a program for obtaining a filter for each frequency using the spatial correlation matrix represented by the expressions (5a) to (5b) for the position to be subjected to spot reproduction, Corresponds to a program for performing AD conversion on analog signals, a program for performing frame generation processing, a program for converting a digital signal for each frame into a frequency domain signal in the frequency domain, and a position to be subjected to spot reproduction A program for obtaining a reproduction signal by applying a filter to the frequency domain signal for each frequency and a program for converting the reproduction signal into a time domain signal are stored.
音声スポット再生処理装置では、記憶部に記憶された各プログラムとこの各プログラムの処理に必要なデータが必要に応じてRAMに読み込まれて、CPUで解釈実行・処理される。この結果、CPUが所定の機能(フィルタ設計部、AD変換部、フレーム生成部、周波数領域変換部、フィルタ適用部、時間領域変換部)を実現することで音声スポット再生処理が実現される。 In the audio spot reproduction processing apparatus, each program stored in the storage unit and data necessary for processing each program are read into the RAM as necessary, and are interpreted and executed by the CPU. As a result, the audio spot reproduction process is realized by the CPU realizing predetermined functions (filter design unit, AD conversion unit, frame generation unit, frequency domain conversion unit, filter application unit, time domain conversion unit).
<補記>
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、上記実施形態において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。
<Supplementary note>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. In addition, the processing described in the above embodiment may be executed not only in time series according to the order of description but also in parallel or individually as required by the processing capability of the apparatus that executes the processing. .
また、上記実施形態において説明したハードウェアエンティティ(音声スポット再生処理装置)における処理機能をコンピュータによって実現する場合、ハードウェアエンティティが有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記ハードウェアエンティティにおける処理機能がコンピュータ上で実現される。 Further, when the processing functions in the hardware entity (audio spot reproduction processing device) described in the above embodiment are realized by a computer, the processing contents of the functions that the hardware entity should have are described by a program. Then, by executing this program on a computer, the processing functions in the hardware entity are realized on the computer.
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD−RAM(Random Access Memory)、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)等を、光磁気記録媒体として、MO(Magneto-Optical disc)等を、半導体メモリとしてEEP−ROM(Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory)等を用いることができる。 The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. As the computer-readable recording medium, for example, any recording medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory may be used. Specifically, for example, as a magnetic recording device, a hard disk device, a flexible disk, a magnetic tape or the like, and as an optical disk, a DVD (Digital Versatile Disc), a DVD-RAM (Random Access Memory), a CD-ROM (Compact Disc Read Only). Memory), CD-R (Recordable) / RW (ReWritable), etc., magneto-optical recording medium, MO (Magneto-Optical disc), etc., semiconductor memory, EEP-ROM (Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory), etc. Can be used.
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。 The program is distributed by selling, transferring, or lending a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM in which the program is recorded. Furthermore, the program may be distributed by storing the program in a storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP(Application Service Provider)型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの(コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等)を含むものとする。 A computer that executes such a program first stores, for example, a program recorded on a portable recording medium or a program transferred from a server computer in its own storage device. When executing the process, the computer reads a program stored in its own recording medium and executes a process according to the read program. As another execution form of the program, the computer may directly read the program from a portable recording medium and execute processing according to the program, and the program is transferred from the server computer to the computer. Each time, the processing according to the received program may be executed sequentially. Also, the program is not transferred from the server computer to the computer, and the above-described processing is executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes the processing function only by the execution instruction and result acquisition. It is good. Note that the program in this embodiment includes information that is used for processing by an electronic computer and that conforms to the program (data that is not a direct command to the computer but has a property that defines the processing of the computer).
また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、ハードウェアエンティティを構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
In this embodiment, a hardware entity is configured by executing a predetermined program on a computer. However, at least a part of these processing contents may be realized by hardware.
Claims (15)
音声のスポット再生位置として想定される一つまたは複数の位置に含まれる各位置(ただし、各位置を識別するための方向をi、距離をgとする)への各スピーカからの音声の伝達特性ai,gを用いて、音声再生の対象となる位置について、上記周波数ごとの上記フィルタを求めるフィルタ設計ステップと、
上記フィルタ設計ステップで求められた上記フィルタを、上記周波数ごとに上記周波数領域信号Sに適用して上記Mチャネルの周波数領域信号Xを得るフィルタ適用ステップと
を有し、
上記スピーカアレーから放射された音声であって当該音声が反射物で反射した反射音の進行方向に受聴位置が存在する音声を双対音として、各上記伝達特性ai,gは、上記方向iと上記距離gで定まる位置への直接音の伝達特性と一つ以上の双対音の各伝達特性との和で表される
ことを特徴とする音声スポット再生処理方法。 When M is an integer of 2 or more, the sound source signal is an M channel time domain signal x reproduced by a speaker array composed of M speakers for a desired position (spot reproduction position) determined by the direction and distance. The frequency domain signal S converted into the frequency domain is applied to the frequency domain signal S obtained by applying the filter for converting the frequency domain signal S to the frequency domain signal X of the M channel for each frequency. An audio spot reproduction processing method obtained by converting to
Transmission characteristics of audio from each speaker to each position (where i is the direction for identifying each position and g is the distance) included in one or more positions assumed as audio spot playback positions a filter design step for obtaining the filter for each frequency with respect to a position to be reproduced by using a i, g ;
Applying the filter obtained in the filter design step to the frequency domain signal S for each frequency to obtain the M channel frequency domain signal X, and
The sound radiated from the speaker array and having the listening position in the traveling direction of the reflected sound reflected by the reflector is a dual sound, and each of the transfer characteristics a i, g has the direction i and An audio spot reproduction processing method characterized by being expressed as a sum of a transfer characteristic of a direct sound to a position determined by the distance g and each transfer characteristic of one or more dual sounds.
各上記伝達特性ai,gは、上記直接音のステアリングベクトルと、反射による音の減衰および上記反射音の上記直接音に対する時間差が補正された一つ以上の上記双対音の各ステアリングベクトルとの和である
ことを特徴とする音声スポット再生処理方法。 The audio spot reproduction processing method according to claim 1,
Each of the transfer characteristics a i, g is the direct sound steering vector and the one or more dual sound steering vectors in which the attenuation of the sound due to reflection and the time difference between the reflected sound and the direct sound are corrected. An audio spot reproduction processing method characterized by being a sum.
各上記伝達特性ai,gは、実環境下において実測で得られたものである
ことを特徴とする音声スポット再生処理方法。 The audio spot reproduction processing method according to claim 1,
Each of the transfer characteristics a i, g is obtained by actual measurement in an actual environment.
上記フィルタ設計ステップにおいて、音声再生の対象となる上記位置以外への音声のパワーが最小となるように、上記周波数ごとに上記フィルタが求められる
ことを特徴とする音声スポット再生処理方法。 In the audio spot reproduction processing method according to any one of claims 1 to 3,
The audio spot reproduction processing method characterized in that, in the filter design step, the filter is obtained for each frequency so that the power of audio to a position other than the position to be reproduced is minimized.
上記フィルタ設計ステップにおいて、音声再生の対象となる上記位置でのSN比が最大となるように、上記周波数ごとに上記フィルタが求められる
ことを特徴とする音声スポット再生処理方法。 In the audio spot reproduction processing method according to any one of claims 1 to 3,
An audio spot reproduction processing method characterized in that, in the filter design step, the filter is obtained for each frequency so that the SN ratio at the position to be reproduced is maximized.
上記フィルタ設計ステップにおいて、M個の上記スピーカのうち一つのスピーカに対するフィルタ係数を一定値に固定した状態でスポット再生位置として想定される上記一つまたは複数の位置以外への音声のパワーが最小となるように、上記周波数ごとに上記フィルタが求められる
ことを特徴とする音声スポット再生処理方法。 In the audio spot reproduction processing method according to any one of claims 1 to 3,
In the filter design step, the power of the sound other than the one or a plurality of positions assumed as the spot reproduction position with the filter coefficient for one speaker among the M speakers fixed to a constant value is minimized. The audio spot reproduction processing method, wherein the filter is obtained for each frequency.
上記フィルタ設計ステップにおいて、(1)音声再生の対象となる上記位置への音声の全帯域通過、および(2)一つ以上の抑圧点への音声の全帯域抑制、の条件の下、音声再生の対象となる上記位置と各上記抑圧点以外への音声のパワーが最小となるように、上記周波数ごとに上記フィルタが求められる
ことを特徴とする音声スポット再生処理方法。 In the audio spot reproduction processing method according to any one of claims 1 to 3,
In the filter design step, the sound reproduction is performed under the conditions of (1) full band transmission of the sound to the position to be reproduced, and (2) full band suppression of the sound to one or more suppression points. An audio spot reproduction processing method, wherein the filter is obtained for each frequency so that the power of audio to the position other than the position and the suppression points is minimized.
上記フィルタ設計ステップにおいて、音声再生の対象となる上記位置i=s,g=hの伝達特性as,hを正規化することによって、上記周波数ごとに上記フィルタが求められる
ことを特徴とする音声スポット再生処理方法。 In the audio spot reproduction processing method according to any one of claims 1 to 3,
In the filter design step, the filter is obtained for each frequency by normalizing the transfer characteristics a s, h at the positions i = s, g = h to be reproduced. Spot playback processing method.
上記フィルタ設計ステップにおいて、音声再生の対象となる上記位置以外の各位置に対応する上記伝達特性ai,gによって表される空間相関行列を用いて、上記周波数ごとに上記フィルタが求められる
ことを特徴とする音声スポット再生処理方法。 In the audio spot reproduction processing method according to any one of claims 1 to 3,
In the filter design step, the filter is obtained for each frequency using the spatial correlation matrix represented by the transfer characteristics a i, g corresponding to each position other than the position to be reproduced. A featured audio spot reproduction processing method.
上記フィルタ設計ステップにおいて、音声再生の対象となる上記位置への音声の劣化量を所定量以下とする条件の下、音声再生の対象となる上記位置以外への音声のパワーが最小となるように、上記周波数ごとに上記フィルタが求められる
ことを特徴とする音声スポット再生処理方法。 In the audio spot reproduction processing method according to any one of claims 1 to 3,
In the filter design step, the power of the sound to the position other than the position to be reproduced is minimized under the condition that the deterioration amount of the sound at the position to be reproduced is not more than a predetermined amount. An audio spot reproduction processing method, wherein the filter is obtained for each frequency.
上記フィルタ設計ステップにおいて、マイクロホンアレーによって観測して得られた信号を周波数領域に変換して得られる周波数領域信号によって表される空間相関行列を用いて、上記周波数ごとに上記フィルタが求められる
ことを特徴とする音声スポット再生処理方法。 In the audio spot reproduction processing method according to any one of claims 1 to 3,
In the filter design step, the filter is obtained for each frequency by using a spatial correlation matrix represented by a frequency domain signal obtained by converting a signal obtained by observing with a microphone array into a frequency domain. A featured audio spot reproduction processing method.
上記フィルタ設計ステップにおいて、スポット再生位置として想定される一つまたは複数の位置に含まれる各位置に対応する上記伝達特性ai,gによって表される空間相関行列を用いて、上記周波数ごとに上記フィルタが求められる
ことを特徴とする音声スポット再生処理方法。 In the audio spot reproduction processing method according to any one of claims 1 to 3,
In the filter design step, the spatial correlation matrix represented by the transfer characteristics a i, g corresponding to each position included in one or a plurality of positions assumed as spot reproduction positions is used for each frequency. An audio spot reproduction processing method characterized in that a filter is required.
音声のスポット再生位置として想定される一つまたは複数の位置に含まれる各位置(ただし、各位置を識別するための方向をi、距離をgとする)への各スピーカからの音声の伝達特性ai,gを用いて、音声再生の対象となる位置について、上記周波数ごとの上記フィルタを求めるフィルタ設計部と、
上記フィルタ設計部によって求められた上記フィルタを、上記周波数ごとに上記周波数領域信号Sに適用して上記Mチャネルの周波数領域信号Xを得るフィルタ適用部と
を含み、
上記スピーカアレーから放射された音声であって当該音声が反射物で反射した反射音の進行方向に受聴位置が存在する音声を双対音として、各上記伝達特性ai,gは、上記方向iと上記距離gで定まる位置への直接音の伝達特性と一つ以上の双対音の各伝達特性との和で表される
ことを特徴とする音声スポット再生処理装置。 When M is an integer of 2 or more, the sound source signal is an M channel time domain signal x reproduced by a speaker array composed of M speakers for a desired position (spot reproduction position) determined by the direction and distance. The frequency domain signal S converted into the frequency domain is applied to the frequency domain signal S obtained by applying the filter for converting the frequency domain signal S to the frequency domain signal X of the M channel for each frequency. An audio spot reproduction processing device obtained by converting to
Transmission characteristics of audio from each speaker to each position (where i is the direction for identifying each position and g is the distance) included in one or more positions assumed as audio spot playback positions a filter design unit for obtaining the filter for each frequency with respect to a position to be reproduced by using a i, g ;
A filter application unit that obtains the M channel frequency domain signal X by applying the filter obtained by the filter design unit to the frequency domain signal S for each frequency;
The sound radiated from the speaker array and having the listening position in the traveling direction of the reflected sound reflected by the reflector is a dual sound, and each of the transfer characteristics a i, g has the direction i and An audio spot reproduction processing device characterized by being expressed as a sum of a transfer characteristic of a direct sound to a position determined by the distance g and each transfer characteristic of one or more dual sounds.
上記双対音に対して各上記反射音を与える一つ以上の反射物をさらに含む
ことを特徴とする音声スポット再生処理装置。 In the audio spot reproduction processing device according to claim 13,
An audio spot reproduction processing apparatus, further comprising one or more reflectors that give each of the reflected sounds to the dual sound.
A program for causing a computer to execute processing of the audio spot reproduction processing method according to any one of claims 1 to 12.
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