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JP7799501B2 - Sound field reproduction device and program - Google Patents
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JP7799501B2 - Sound field reproduction device and program - Google Patents

Sound field reproduction device and program

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Description

本発明は、ゲーム、AR(Augmented Reality、拡張現実)、VR(Virtual Reality、仮想現実)等のオブジェクト音響に係る技術において、特に、オブジェクトとなる音源のモデリング、記述及び再生を行うスペクトル除算法を用いた音場再現装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to technology related to object acoustics in games, AR (Augmented Reality), VR (Virtual Reality), etc., and in particular to a sound field reproduction device and program that uses the spectral division method to model, describe, and reproduce sound sources that serve as objects.

従来、複数のスピーカを用いた再生音場(音を再生する場)において、所望音場を再現及び合成する音場再現及び合成法が知られている。 Conventionally, sound field reproduction and synthesis methods are known that reproduce and synthesize a desired sound field in a sound field (a field in which sound is reproduced) using multiple speakers.

図5は、音場再現及び合成法を説明する図である。ある音源(以下、「1次音源101」という。)からの音波の放射により形成される音場を「所望音場」という。また、直線状に並べられたスピーカにより構成されるスピーカアレイ(以下、「2次音源102」という。)によって、所望音場を再現及び合成する別の場所を「再生音場」という。 Figure 5 is a diagram explaining the sound field reproduction and synthesis method. The sound field formed by the emission of sound waves from a certain sound source (hereinafter referred to as "primary sound source 101") is called the "desired sound field." Furthermore, another location where the desired sound field is reproduced and synthesized using a speaker array (hereinafter referred to as "secondary sound source 102") consisting of speakers arranged in a line is called the "reproduced sound field."

図5の左側には、1次音源101であるベルから放射される音波により形成される所望音場が示されている。図5の左側に示した2次音源102は、所望音場に配置されるスピーカではなく、再生音場に配置されるスピーカを所望音場へ反映した場合を示している。また、図5の右側には、1次音源101の再生により所望音場が形成された場合に、2次音源102を駆動することで所望音場を再現及び合成する再生音場が示されている。 The left side of Figure 5 shows a desired sound field formed by sound waves emitted from a bell, which is the primary sound source 101. The secondary sound source 102 shown on the left side of Figure 5 shows a case where a speaker placed in the reproduction sound field is reflected in the desired sound field, rather than a speaker placed in the desired sound field. Additionally, the right side of Figure 5 shows a reproduction sound field in which the desired sound field is reproduced and synthesized by driving the secondary sound source 102 when the desired sound field is formed by reproduction of the primary sound source 101.

通常、所望音場と再生音場との間で音場全体を完全に一致させることは困難であるため、図5に示すような直線状の参照位置を決めておく。この参照位置において、1次音源101から放射される音(音圧)と2次音源102から放射される音とが一致するように、2次音源の駆動信号が決定される。2次音源102が直線状のスピーカアレイの場合、参照位置も同様に、スピーカアレイに並行かつ一定距離離れた位置において直線状となる。 Since it is usually difficult to perfectly match the entire sound field between the desired sound field and the reproduced sound field, a linear reference position such as that shown in Figure 5 is determined in advance. At this reference position, the drive signal for the secondary sound source is determined so that the sound (sound pressure) radiated from the primary sound source 101 matches the sound radiated from the secondary sound source 102. If the secondary sound source 102 is a linear speaker array, the reference position is also linear, parallel to the speaker array and at a certain distance away.

これにより、再生音場の参照位置において、所望音場が再現される。参照位置から離れるに従い、誤差が徐々に増加し再現性は低下するが、ある程度の範囲では再現性が低下しても聴感上大きな問題とはならないことが知られている。 This allows the desired sound field to be reproduced at the reference position in the playback sound field. As the distance from the reference position increases, the error gradually increases and reproducibility decreases, but it is known that within a certain range, even if reproducibility decreases, this does not pose a major problem to the ear.

参照位置で所望音場及び再生音場の音を一致させるためには、1次音源101からの音の伝搬による参照位置での音圧と、2次音源102からの音の伝搬による参照位置での音圧とを比較し、これを一致させるような2次音源102の駆動信号を計算する必要がある。 In order to match the sound of the desired sound field and the reproduced sound field at the reference position, it is necessary to compare the sound pressure at the reference position due to sound propagation from the primary sound source 101 with the sound pressure at the reference position due to sound propagation from the secondary sound source 102, and calculate a drive signal for the secondary sound source 102 that will match them.

一般に、音の伝搬は、時間領域ではインパルス応答で表され、時間領域のインパルス応答が時間フーリエ変換された時間周波数領域では、伝達関数で表される。 In general, sound propagation is represented by an impulse response in the time domain, and by a transfer function in the time-frequency domain, where the time-domain impulse response is subjected to a time Fourier transform.

このとき、所望音場における音場内の音圧(の伝達関数)をP、再生音場における2次音源102から音場内の各点までの伝達関数をG、再生音場における2次音源102の駆動関数(の伝達関数)をDとすると、以下の式で表される。
ここで、**は畳み込み演算を表す。
In this case, if the sound pressure (transfer function) in the sound field in the desired sound field is P, the transfer function from the secondary sound source 102 to each point in the sound field in the reproduction sound field is G, and the drive function (transfer function) of the secondary sound source 102 in the reproduction sound field is D, then the following equation can be expressed.
Here, ** represents a convolution operation.

さらに、P,G,Dを空間上で空間フーリエ変換することで得られる時空間周波数領域(波数領域)の結果をそれぞれP ̄,G ̄,D ̄(以下、「角度スペクトル」という。)とすると、畳み込み演算は積演算となるため、その関係は、以下の式で表される。
Furthermore, if the results in the spatiotemporal frequency domain (wavenumber domain) obtained by spatial Fourier transforming P, G, and D in space are P, G, and D (hereinafter referred to as "angular spectra"), respectively, the convolution operation becomes a product operation, and the relationship is expressed by the following equation.

すなわち、2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄に、2次音源102から音場内の各点までの伝達関数の角度スペクトルG ̄を掛けた信号が、所望音場における音圧の角度スペクトルP ̄と一致するように、2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄が計算される。 In other words, the angular spectrum D̂ of the driving function of the secondary sound source 102 is calculated so that the signal obtained by multiplying the angular spectrum D̂ of the driving function of the secondary sound source 102 by the angular spectrum Ĝ of the transfer function from the secondary sound source 102 to each point in the sound field matches the angular spectrum P̂ of the sound pressure in the desired sound field.

したがって、2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄は、以下の式のように、除算式で表される。
Therefore, the angular spectrum D of the driving function of the secondary sound source 102 is expressed by a division formula as follows:

このように、角度スペクトルの除算により駆動関数を計算する方法を、「スペクトル除算法」という。2次音源102であるスピーカアレイを駆動させるための信号(駆動信号)は、前記式(3)の2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄を逆フーリエ変換することにより、時間信号として求められる。 This method of calculating the driving function by dividing the angular spectrum is called the "spectral division method." The signal (driving signal) for driving the speaker array, which is the secondary sound source 102, is obtained as a time signal by performing an inverse Fourier transform on the angular spectrum D of the driving function of the secondary sound source 102 in equation (3) above.

図6は、デカルト座標系における音源配置等を説明する図である。図6に示すデカルト座標系の自由空間内において、静止音源が原点にあるとき、座標(x,y,z)との間のインパルス応答は、以下の式で表される。
δ(・)は単位インパルス関数を表す。
Fig. 6 is a diagram for explaining the arrangement of sound sources in a Cartesian coordinate system. When a stationary sound source is at the origin in the free space of the Cartesian coordinate system shown in Fig. 6, the impulse response between the coordinates (x, y, z) is expressed by the following equation:
δ(·) represents the unit impulse function.

前記式(4)のインパルス応答を時間軸で時間フーリエ変換することにより得られる伝達関数は、以下の式で表される。
ここで、ωは角周波数を表し、cは音速を表す。
The transfer function obtained by subjecting the impulse response of the above formula (4) to a time Fourier transform on the time axis is expressed by the following formula.
Here, ω represents the angular frequency and c represents the speed of sound.

前記式(5)の伝達関数をx軸方向に空間フーリエ変換することにより得られる角度スペクトルは、以下の式で表される。
ここで、H0 (2)(・)は特殊関数(0次の第2種ハンケル関数)を表し、kxはx軸方向の波数を表す。尚、|kx|≧kのときのエバネッセント波はここでは扱わないものとする。
The angular spectrum obtained by spatial Fourier transforming the transfer function of the above equation (5) in the x-axis direction is expressed by the following equation.
Here, H 0 (2) (·) represents a special function (zeroth-order Hankel function of the second kind), and k x represents the wave number in the x-axis direction. Note that evanescent waves when |k x |≧k are not considered here.

一方、音源が移動する場合、座標(x,y,z)の位置での音圧は、時刻τにおける入力信号(1次音源101の駆動信号、音源信号)をs(τ)、1次音源101の位置を音源位置rs(τ)=(xs(τ),ys(τ),zs(τ))とすると、以下の式で表される。
On the other hand, when the sound source moves, the sound pressure at the position of coordinates (x, y, z) is expressed by the following equation, where the input signal (drive signal of the primary sound source 101, sound source signal) at time τ is s(τ) and the position of the primary sound source 101 is the sound source position r s (τ) = ( x s (τ), y s (τ), z s (τ)).

前記式(7)の音圧を時間軸で時間フーリエ変換し、さらにx軸方向に空間フーリエ変換することにより得られる角度スペクトルは、以下の式で表される(非特許文献1,2を参照)。
The angular spectrum obtained by subjecting the sound pressure of the above equation (7) to a time Fourier transform on the time axis and then a spatial Fourier transform in the x-axis direction is expressed by the following equation (see Non-Patent Documents 1 and 2).

Firtha Gergely and Fiala Peter,“Sound Field Synthesis of Uniformly Moving Virtual Monopoles”,JAES Volume 63 Issue 1/2 pp. 46-53, January 2015Firtha Gergely and Fiala Peter, “Sound Field Synthesis of Uniformly Moving Virtual Monopoles”, JAES Volume 63 Issue 1/2 pp. 46-53, January 2015 佐々木、松井、中山、“SDMを用いた移動音源によって形成される音場の再現”、日本音響学会2021年春季研究発表会、音講論集(春)、2-1P-5, 2021Sasaki, Matsui, Nakayama, "Reproduction of sound fields formed by moving sound sources using SDM," Acoustical Society of Japan 2021 Spring Meeting, Sound Lectures (Spring), 2-1P-5, 2021

図6に示すように、x軸上に直線状に配置された2次音源102であるスピーカアレイからの角度スペクトル(再生音場における2次音源102から各点までの伝達関数の角度スペクトル)G ̄を前記式(6)で表すこととする。また、移動する1次音源101からの音の伝搬により形成される音圧の角度スペクトル(所望音場における音圧の角度スペクトル)P ̄を前記式(8)で表すこととする。 As shown in Figure 6, the angular spectrum G from the speaker array, which is the secondary sound source 102 arranged linearly on the x-axis (the angular spectrum of the transfer function from the secondary sound source 102 to each point in the playback sound field) is expressed by the above equation (6). Furthermore, the angular spectrum P of the sound pressure formed by the propagation of sound from the moving primary sound source 101 (the angular spectrum of the sound pressure in the desired sound field) is expressed by the above equation (8).

前記式(6)及び前記式(8)を前記式(3)に代入すると、駆動関数の角度スペクトル(2次音源102の駆動関数の角度スペクトル)D ̄は、以下の式で表される。
ただし、前述のとおり、通常は参照位置を設定して、その参照位置における解を求める。
When the equations (6) and (8) are substituted into the equation (3), the angular spectrum of the driving function (the angular spectrum of the driving function of the secondary sound source 102) D is expressed by the following equation.
However, as mentioned above, a reference position is usually set and a solution is found at that reference position.

図6に示すように、直線状の参照位置を(x,yr,zr)とすると、前記式(9)は、以下の式で表される。
As shown in FIG. 6, when the linear reference position is (x, yr , zr ), the above equation (9) can be expressed as follows:

1次音源101が移動する場合、その軌道(移動軌跡)を再生音場で合成するためには、前記式(10)から、入力信号s(τ)と軌道を表す角度スペクトルとを時間軸に沿って積分する必要があることがわかる。この積分処理が、前記式(10)に示す駆動関数の角度スペクトルD ̄の導出に際しての計算量を増加させている。 When the primary sound source 101 moves, in order to synthesize its trajectory (movement trajectory) in the playback sound field, it is clear from equation (10) that the input signal s(τ) and the angular spectrum representing the trajectory must be integrated along the time axis. This integration process increases the amount of calculation required to derive the angular spectrum D of the driving function shown in equation (10).

そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、スペクトル除算法により所望音場を再生音場にて再現する際に、スピーカの駆動信号の導出に要する計算量を削減可能な音場再現装置及びプログラムを提供することにある。 The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a sound field reproduction device and program that can reduce the amount of calculation required to derive speaker drive signals when reproducing a desired sound field in a playback sound field using the spectral division method.

前記課題を解決するために、請求項1の音場再現装置は、2次音源のスピーカアレイを用いて、移動する1次音源により形成される音場を再現するための駆動信号を生成する音場再現装置において、s(τ)を時刻τにおける前記1次音源の音源信号とし、H0 (2)(・)を0次の第2種ハンケル関数とし、ωを角周波数とし、cを音速とし、kxをx軸方向の波数とし、yr,zrを直線状の参照位置のy値及びz値とし、(xs(τ),ys(τ),zs(τ))を前記時刻τにおける前記1次音源の位置として、前記2次音源の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)が、スペクトル除算法による角度スペクトルの式:
で表される場合に、前記1次音源及び前記2次音源がxy平面上に配置され、z軸に関する記述を省略するとして、前記1次音源におけるn番目(nは1以上の整数)の軌道サンプリングの時刻Tnにおける前記1次音源の位置(xn,yn)を入力し、時刻Tn-1,Tnにおける前記1次音源の位置(xn-1,yn-1),(xn,yn)に基づいて、時刻Tnにおける前記1次音源の移動速度(vx,vy)を算出する移動速度算出部と、時刻Tn-1から時刻Tnまでの間の信号s(τ)、及び時刻Tn-1における前記1次音源の位置(xn-1,yn-1)である位置(xs0,ys0)、並びに、予め設定された前記音速c及び前記参照位置のy値yrに基づき、前記スペクトル除算法による角度スペクトルの式に対し、前記ハンケル関数H0 (2)(・)を指数関数により近似し、前記1次音源の軌道を連続する等速直線運動で近似することで表される式:
(F(ω)は、式:
をフーリエ変換することで得られるスペクトルとする。)を用いて、前記2次音源の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)を算出する駆動関数算出部と、前記駆動関数算出部により算出された前記角度スペクトルD ̄(kx,ω)を逆フーリエ変換することで、時間領域の前記駆動信号を算出する駆動信号算出部と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, a sound field reproduction device of claim 1 is a sound field reproduction device that generates a drive signal for reproducing a sound field formed by a moving primary sound source using a speaker array of a secondary sound source, wherein, when s(τ) is a sound source signal of the primary sound source at time τ, H 0 (2) (.) is a zeroth-order Hankel function of the second kind, ω is an angular frequency, c is the speed of sound, k x is a wave number in the x-axis direction, yr , zr are the y value and z value of a linear reference position, and (x s (τ), y s (τ), z s (τ)) is the position of the primary sound source at time τ, the angular spectrum D(k x , ω) of the drive function of the secondary sound source is expressed by the following equation of the angular spectrum by the spectral division method:
where the primary sound source and the secondary sound source are arranged on an xy plane and description of the z-axis is omitted, a position ( xn , yn ) of the primary sound source at time Tn of the nth ( n is an integer of 1 or more ) trajectory sampling of the primary sound source is input, and a movement speed calculation unit calculates a movement speed ( vx , vy ) of the primary sound source at time Tn based on the positions ( xn -1 , yn-1 ) , ( xn , yn ) of the primary sound source at times Tn-1 and Tn ; and a movement speed calculation unit that calculates the Hankel function H0 (2) (·) is approximated by an exponential function, and the trajectory of the primary sound source is approximated by continuous uniform linear motion to obtain the following equation:
(F(ω) is expressed by the formula:
and a drive signal calculation unit that calculates the drive signal in the time domain by performing an inverse Fourier transform on the angular spectrum D( kx , ω) calculated by the drive function calculation unit.

また、請求項2の音場再現装置は、請求項1に記載された音場再現装置において、さらに、前記駆動信号が格納されるバッファと、前記駆動信号算出部により算出された前記駆動信号を前記バッファに書き込む駆動信号書き込み部と、を備え、前記駆動信号書き込み部は、前記駆動信号算出部により時刻Tn-1から時刻Tnまでの間の前記信号s(τ)に対応して算出された時刻Tn-1から時刻Tnを超える時刻Tn+a1までの間の算出済み前記駆動信号(D1及びD2)を前記バッファに書き込む際に、前記バッファに既に書き込まれている時刻Tn-1から当該時刻Tn-1を超える時刻Tn-1+a2までの間の前記駆動信号(D0)に、前記時刻Tn-1から前記時刻Tn-1+a2までの間の算出済み前記駆動信号(D1)を加算して書き込むと共に、前記時刻Tn-1+a2から前記時刻Tn+a1までの間の算出済み前記駆動信号(D2)をそのまま書き込む、ことを特徴とする。 The sound field reproduction device of claim 2 is the sound field reproduction device of claim 1, further comprising: a buffer in which the drive signals are stored; and a drive signal writing unit that writes the drive signals calculated by the drive signal calculation unit into the buffer, wherein when the drive signal writing unit writes the calculated drive signals (D1 and D2) for the period from time T n-1 to time T n +a1, which exceeds time T n, calculated by the drive signal calculation unit in response to the signal s(τ) for the period from time T n -1 to time T n , into the buffer, the drive signal writing unit adds the calculated drive signal (D1) for the period from time T n-1 to time T n-1 +a2 to the drive signal (D0) for the period from time T n-1 to time T n-1 +a2, which exceeds time T n-1 , which has already been written in the buffer, and writes the result, and also writes the calculated drive signal (D2) for the period from time T n-1 +a2 to time T n +a1 as is.

さらに、請求項3のプログラムは、2次音源のスピーカアレイを用いて、移動する1次音源により形成される音場を再現するための駆動信号を生成する音場再現装置を構成するコンピュータを、s(τ)を時刻τにおける前記1次音源の音源信号とし、H0 (2)(・)を0次の第2種ハンケル関数とし、ωを角周波数とし、cを音速とし、kxをx軸方向の波数とし、yr,zrを直線状の参照位置のy値及びz値とし、(xs(τ),ys(τ),zs(τ))を前記時刻τにおける前記1次音源の位置として、前記2次音源の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)が、スペクトル除算法による角度スペクトルの式:
で表される場合に、前記1次音源及び前記2次音源がxy平面上に配置され、z軸に関する記述を省略するとして、前記1次音源におけるn番目(nは1以上の整数)の軌道サンプリングの時刻Tnにおける前記1次音源の位置(xn,yn)を入力し、時刻Tn-1,Tnにおける前記1次音源の位置(xn-1,yn-1),(xn,yn)に基づいて、時刻Tnにおける前記1次音源の移動速度(vx,vy)を算出する移動速度算出部、時刻Tn-1から時刻Tnまでの間の信号s(τ)、及び時刻Tn-1における前記1次音源の位置(xn-1,yn-1)である位置(xs0,ys0)、並びに、予め設定された前記音速c及び前記参照位置のy値yrに基づき、前記スペクトル除算法による角度スペクトルの式に対し、前記ハンケル関数H0 (2)(・)を指数関数により近似し、前記1次音源の軌道を連続する等速直線運動で近似することで表される式:
(F(ω)は、式:
をフーリエ変換することで得られるスペクトルとする。)を用いて、前記2次音源の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)を算出する駆動関数算出部、及び、前記駆動関数算出部により算出された前記角度スペクトルD ̄(kx,ω)を逆フーリエ変換することで、時間領域の前記駆動信号を算出する駆動信号算出部として機能させることを特徴とする。
Furthermore, the program of claim 3 provides a program for generating a drive signal for reproducing a sound field formed by a moving primary sound source using a speaker array of a secondary sound source, the program comprising: a computer constituting a sound field reproduction device that generates a drive signal for reproducing a sound field formed by a moving primary sound source using a speaker array of a secondary sound source; the computer program comprising: a sound source signal of the primary sound source at time τ; H 0 (2) (·) being a zeroth-order Hankel function of the second kind; ω being an angular frequency; c being the speed of sound; k x being the wave number in the x-axis direction; yr , zr being the y value and z value of a linear reference position; and (x s (τ), y s (τ), z s (τ)) being the position of the primary sound source at time τ; the computer program comprising: a sound source signal of the primary sound source at time τ; H 0 ( 2) (·) being a zeroth-order Hankel function of the second kind;
a movement speed calculation unit that inputs a position (x n , yn ) of the primary sound source at time T n of the n-th (n is an integer of 1 or more) trajectory sampling of the primary sound source, and calculates a movement speed (v x , v y ) of the primary sound source at time T n based on the positions (x n-1 , yn -1 ), ( x n , yn ) of the primary sound source at times T n-1 and T n ; a signal s(τ) from time T n-1 to time T n , a position (x s0 , y s0 ) that is the position (x n-1 , yn -1 ) of the primary sound source at time T n-1, and a y value yr that is preset, and calculates the Hankel function H 0 (2) (·) is approximated by an exponential function, and the trajectory of the primary sound source is approximated by continuous uniform linear motion to obtain the following equation:
(F(ω) is expressed by the formula:
is a spectrum obtained by Fourier transforming the angular spectrum D( kx , ω) of the driving function of the secondary sound source using a Fourier transform of the angular spectrum D(kx, ω) of the driving function of the secondary sound source, and a driving signal calculation unit that calculates the driving signal in the time domain by performing an inverse Fourier transform on the angular spectrum D( kx , ω) calculated by the driving function calculation unit.

以上のように、本発明によれば、スペクトル除算法により所望音場を再生音場にて再現する際に、スピーカの駆動信号の導出に要する計算量を削減することができる。 As described above, according to the present invention, when reproducing a desired sound field in a playback sound field using the spectral division method, the amount of calculation required to derive speaker drive signals can be reduced.

本発明の実施形態による音場再現装置の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an example of the configuration of a sound field reproduction device according to an embodiment of the present invention. 音場再現装置の処理例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an example of processing by the sound field reproduction device. 1次音源の軌道の近似について説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an approximation of the trajectory of a primary sound source. 駆動信号書き込み部の処理例を説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating an example of processing by a drive signal writing unit. 音場再現及び合成法を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a sound field reproduction and synthesis method. デカルト座標系における音源配置等を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the arrangement of sound sources in a Cartesian coordinate system.

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明は、1次音源101が任意の軌道で移動する場合に、前記式(10)のハンケル関数H0 (2)(・)を指数関数により近似すると共に、1次音源101の軌道を連続する等速直線運動により近似し、これらの近似により定義した関数を用いて、2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄を求めるものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present invention, when the primary sound source 101 moves on an arbitrary trajectory, the Hankel function H 0 (2) (·) of the above-mentioned equation (10) is approximated by an exponential function, and the trajectory of the primary sound source 101 is approximated by continuous uniform linear motion, and the angular spectrum D of the driving function of the secondary sound source 102 is found by using the functions defined by these approximations.

これにより、1次音源101からの音響伝搬を表す関数がより簡単な関数で表され、1次音源101の軌道が等速直線運動の軌道で表されるため、これらを反映した関数は簡易な式で表すことができる。 As a result, the function representing acoustic propagation from the primary sound source 101 can be expressed by a simpler function, and the trajectory of the primary sound source 101 is expressed as a trajectory of uniform linear motion, so the function reflecting these can be expressed by a simple formula.

つまり、後述するように、前記式(10)の積分演算を、時空間周波数領域において所定の関数に対しその振幅及び位相をシフトする演算で表すことができ、スペクトル除算法の計算量を削減することができる。 In other words, as will be described later, the integral operation in equation (10) can be expressed as an operation that shifts the amplitude and phase of a specified function in the spatiotemporal frequency domain, thereby reducing the amount of calculation required for the spectral division method.

〔発明の概要〕
まず、前記式(10)に示した2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄の近似について説明する。尚、説明を簡単にするため、1次音源101及び2次音源102共に、z=znのxy平面上に配置され、1次音源101が移動するものとし、以下、z軸に関する記述を省略する。
Summary of the Invention
First, we will explain the approximation of the angular spectrum D of the driving function of the secondary sound source 102 shown in equation (10). For simplicity of explanation, it is assumed that both the primary sound source 101 and the secondary sound source 102 are placed on the xy plane where z = zn , and that the primary sound source 101 moves, and hence, description of the z axis will be omitted below.

前記式(10)において、ハンケル関数H0 (2)(・)を近似する。ハンケル関数H0 (2)(・)は、漸近的に(引数の値が大きい場合に)、以下の式のように、指数関数により近似することができる。
ここで、aは引数(a>>0)を表す。
In the above equation (10), the Hankel function H 0 (2) (·) is approximated. The Hankel function H 0 (2) (·) can be asymptotically (when the argument value is large) approximated by an exponential function as follows:
Here, a represents an argument (a>>0).

前記式(11)の近似式を前記式(10)に適用することにより、前記式(10)は、以下の式で表される。
By applying the approximation of the formula (11) to the formula (10), the formula (10) can be expressed as follows:

ここで、kyは、以下の式で表される。
Here, k y is expressed by the following formula.

また、任意となっている音源位置rs(τ)の軌道を等速直線運動で近似し、その位置(等速直線運動の軌道をとる音源位置rs(τ))を(xs0+vxτ,ys0+vyτ)とする。ここで、(xs0,ys0)は時刻τ=0での音源位置であり、vx,vyはそれぞれ、x軸方向、y軸方向の移動速度である。 The trajectory of an arbitrary sound source position r s (τ) is approximated by uniform linear motion, and the position (sound source position r s (τ) following the trajectory of uniform linear motion) is defined as (x s0 + v x τ, y s0 + v y τ), where (x s0 , y s0 ) is the sound source position at time τ = 0, and v x and v y are the movement velocities in the x-axis and y-axis directions, respectively.

音源位置rs(τ)の軌道を等速直線運動で近似することにより、前記式(12)は、以下の式で表される。
By approximating the trajectory of the sound source position r s (τ) by uniform linear motion, the above equation (12) can be expressed as follows:

ここで、スペクトルF(ω)は、以下のf(τ)をフーリエ変換することにより得られる。
Here, the spectrum F(ω) is obtained by Fourier transforming the following f(τ):

前記式(15)のf(τ)は、入力信号s(τ)に対して振幅を補正した式を表している。つまり、前記式(14)に示す2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄は、スペクトルF(ω)に対し、以下の周波数
及び以下の位相
をシフトした式を表しているといえる。
In the above formula (15), f(τ) represents an equation in which the amplitude is corrected for the input signal s(τ). In other words, the angular spectrum D of the driving function of the secondary sound source 102 shown in the above formula (14) is expressed by the following frequency with respect to the spectrum F(ω):
and the following phase
It can be said that this represents a shifted expression of

このように、2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄を算出する際に、前記式(14)を用いることにより、前記式(10)の積分演算を行う必要がないため、その導出に要する計算量を削減することができる。したがって、スペクトル除算法により所望音場を再生音場にて再現する際に、スピーカの駆動信号の導出に要する計算量を削減することができる。 In this way, by using equation (14) when calculating the angular spectrum D of the drive function of the secondary sound source 102, it is not necessary to perform the integration operation of equation (10), thereby reducing the amount of calculation required for its derivation. Therefore, when reproducing a desired sound field in a playback sound field using the spectral division method, it is possible to reduce the amount of calculation required to derive the speaker drive signal.

〔音場再現装置〕
次に、本発明の実施形態による音場再現装置について説明する。図1は、本発明の実施形態による音場再現装置の構成例を示すブロック図である。図2は、音場再現装置の処理例を示すフローチャートであり、時刻Tnにおける処理の流れを示している。この時刻Tnは、1次音源101の離散化された軌道サンプリングのタイミングと一致するものとする。
[Sound field reproduction device]
Next, a sound field reproduction device according to an embodiment of the present invention will be described. Fig. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a sound field reproduction device according to an embodiment of the present invention. Fig. 2 is a flowchart showing an example of processing by the sound field reproduction device, illustrating the flow of processing at time Tn . This time Tn is assumed to coincide with the timing of discretized trajectory sampling of the primary sound source 101.

この音場再現装置1は、移動速度算出部10、駆動関数算出部11、駆動信号算出部12、駆動信号書き込み部13及びバッファ(再生バッファ)14を備えている。バッファ14は、2次音源102の駆動信号が格納され、当該駆動信号により所望音場の音を再生音場にて再生するための再生バッファである。 This sound field reproduction device 1 comprises a movement speed calculation unit 10, a drive function calculation unit 11, a drive signal calculation unit 12, a drive signal writing unit 13, and a buffer (playback buffer) 14. The buffer 14 is a playback buffer that stores the drive signals of the secondary sound source 102 and uses these drive signals to play back the sound of the desired sound field in the playback sound field.

移動速度算出部10は、時刻(現在時刻)Tnにおける1次音源101の位置(xn,yn)を入力する(ステップS201)。そして、移動速度算出部10は、時刻Tn-1,Tnにおける1次音源101の位置(xn-1,yn-1),(xn,yn)に基づいて、時刻Tnにおける1次音源101の移動速度(vx,vy)を算出する(ステップS202)。移動速度算出部10は、時刻Tnにおける1次音源101の移動速度(vx,vy)を駆動関数算出部11に出力する。 The movement velocity calculation unit 10 receives the position ( xn , yn ) of the primary sound source 101 at time (current time) Tn (step S201). Then, the movement velocity calculation unit 10 calculates the movement velocity ( vx , vy ) of the primary sound source 101 at time Tn based on the positions ( xn-1 , yn -1 ), ( xn , yn ) of the primary sound source 101 at times Tn-1 and Tn (step S202). The movement velocity calculation unit 10 outputs the movement velocity ( vx , vy ) of the primary sound source 101 at time Tn to the drive function calculation unit 11.

移動速度vxは、1次音源101のx軸方向の移動速度であり、移動速度vyは、1次音源101のy軸方向の移動速度である。 The moving speed v x is the moving speed of the primary sound source 101 in the x-axis direction, and the moving speed v y is the moving speed of the primary sound source 101 in the y-axis direction.

具体的には、移動速度算出部10は、時刻Tnの1つ前の軌道サンプリングの時刻Tn-1から現在の時刻Tnまでの間で1次音源101が等速直線運動をしているものとして、その軌道を近似し、以下の式を用いて、移動速度(vx,vy)を算出する。
Specifically, the moving speed calculation unit 10 assumes that the primary sound source 101 is moving at a constant speed in a straight line between the trajectory sampling time T n-1 immediately before the time T n and the current time T n , approximates the trajectory, and calculates the moving speed (v x , v y ) using the following equation:

図3は、1次音源101の軌道の近似について説明する図である。1次音源101の任意の軌道が、一定の軌道サンプリングの周期(時刻T1,T2,・・・)でサンプリングされる。そして、1次音源101は、各時刻T1,T2,・・・の間の時間期間において、軌道サンプリングされた位置間を等速直線運動にて移動するように、その軌道が近似される。 3 is a diagram illustrating the approximation of the trajectory of the primary sound source 101. An arbitrary trajectory of the primary sound source 101 is sampled at a fixed trajectory sampling period (times T 1 , T 2 , ...). Then, the trajectory of the primary sound source 101 is approximated so that it moves at a constant speed in a straight line between the trajectory sampled positions during the time period between times T 1 , T 2 , ....

つまり、移動速度算出部10は、1次音源101の任意の軌道を、軌道サンプリングの周期にて等速直線運動の軌道に近似し、その移動速度(vx,vy)を算出する。 That is, the moving speed calculation unit 10 approximates an arbitrary trajectory of the primary sound source 101 to a trajectory of uniform linear motion at the trajectory sampling period, and calculates the moving speed (v x , v y ).

図1及び図2に戻って、駆動関数算出部11は、移動速度算出部10から時刻Tnにおける1次音源101の移動速度(vx,vy)を入力すると共に、時刻Tnにおける1次音源101の位置(xn,yn)を入力し、さらに、予め設定された音速c及び参照位置(x,yr,zr)のy値yrを入力する。また、駆動関数算出部11は、時刻Tn-1から時刻Tnまでの間の時間期間における1次音源101の音源信号である入力信号s(τ)を入力する(ステップS203)。 1 and 2, the driving function calculation unit 11 receives the moving velocity ( vx , vy ) of the primary sound source 101 at time Tn from the moving velocity calculation unit 10, the position ( xn , yn ) of the primary sound source 101 at time Tn , and also receives a preset sound speed c and a y value yr of the reference position (x, yr , zr ). The driving function calculation unit 11 also receives an input signal s(τ), which is the sound source signal of the primary sound source 101 for the time period from time Tn-1 to time Tn (step S203).

駆動関数算出部11は、時刻Tnの1つ前の軌道サンプリングの時刻Tn-1における1次音源101の位置(xn-1,yn-1)を位置(xs0,ys0)に設定し、時刻Tn-1のタイミングをt=0とする。 The driving function calculation unit 11 sets the position (x n-1 , y n-1 ) of the primary sound source 101 at the trajectory sampling time T n- 1 immediately before time T n to the position (x s0 , y s0 ), and sets the timing of time T n-1 as t=0.

駆動関数算出部11は、時刻Tnにおける1次音源101の移動速度(vx,vy)、時刻Tn-1から時刻Tnまでの間の時間期間における入力信号s(τ)、及び時刻Tn-1における1次音源101の位置(xn-1,yn-1)である位置(xs0,ys0)、並びに、予め設定された音速c及び参照位置(x,yr,zr)のy値yrに基づき、前記式(14)及び前記式(15)を用いて、x軸方向の波数kx及び角周波数ωを変数とした2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)を算出する(ステップS204)。 The driving function calculation unit 11 calculates the angular spectrum D( kx , ω ) of the driving function of the secondary sound source 102 using the wave number kx in the x-axis direction and the angular frequency ω as variables, using equations (14) and (15 ) based on the moving speed ( vx , vy) of the primary sound source 101 at time Tn, the input signal s(τ) in the time period from time Tn-1 to time Tn, the position ( xs0 , ys0 ) which is the position (xn-1, yn -1) of the primary sound source 101 at time Tn -1, and the preset sound speed c and the y value yr of the reference position (x, yr , zr) (step S204).

具体的には、駆動関数算出部11は、前記式(15)のf(τ)をフーリエ変換することで、スペクトルF(ω)を求める。そして、駆動関数算出部11は、前記式(14)に示すように、スペクトルF(ω)に対し、前記式(16)に示した周波数及び前記式(17)に示した位相のそれぞれをシフトすることで、2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)を求める。 Specifically, the driving function calculation unit 11 obtains the spectrum F(ω) by Fourier transforming f(τ) in the above formula (15). Then, as shown in the above formula (14), the driving function calculation unit 11 obtains the angular spectrum D(k x , ω) of the driving function of the secondary sound source 102 by shifting the frequency shown in the above formula (16) and the phase shown in the above formula (17) with respect to the spectrum F (ω).

駆動関数算出部11は、時刻Tnにおける2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)を駆動信号算出部12に出力する。 The driving function calculation unit 11 outputs the angular spectrum D(k x , ω) of the driving function of the secondary sound source 102 at time T n to the driving signal calculation unit 12 .

駆動信号算出部12は、駆動関数算出部11から時刻Tnにおける2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)を入力する。そして、駆動信号算出部12は、角度スペクトルD ̄(kx,ω)を、xyz空間のx値及び時刻tを変数とした2次音源102の時間領域の駆動信号D(x,t)に逆フーリエ変換する(ステップS205)。 The drive signal calculation unit 12 receives the angular spectrum D( kx , ω) of the drive function of the secondary sound source 102 at time Tn from the drive function calculation unit 11. The drive signal calculation unit 12 then performs an inverse Fourier transform on the angular spectrum D( kx , ω) to generate a time domain drive signal D(x, t) for the secondary sound source 102 using the x value in xyz space and time t as variables (step S205).

具体的には、駆動信号算出部12は、時空間周波数領域の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)に対し逆フーリエ変換を行うことで、時間周波数領域の駆動関数D(x,ω)を求める。そして、駆動信号算出部12は、時間周波数領域の駆動関数D(x,ω)に対し逆フーリエ変換を行うことで、時間領域の駆動信号D(x,t)を求める。この駆動信号D(x,t)は、2次音源102であるスピーカアレイを構成するスピーカ毎(スピーカの位置により特定されるx毎(x座標の値毎))に算出されることとなる。 Specifically, the drive signal calculation unit 12 obtains the drive function D( x ,ω) in the time-frequency domain by performing an inverse Fourier transform on the angular spectrum D(kx,ω) of the drive function in the time-space frequency domain.The drive signal calculation unit 12 then obtains the drive signal D(x,t) in the time domain by performing an inverse Fourier transform on the drive function D(x,ω) in the time-frequency domain.This drive signal D(x,t) is calculated for each speaker (for each x (for each x coordinate value) specified by the position of the speaker) that constitutes the speaker array that is the secondary sound source 102.

駆動信号算出部12は、時刻Tnにおける2次音源102の時間領域の駆動信号D(x,t)を駆動信号書き込み部13に出力する。 The drive signal calculation unit 12 outputs the time domain drive signal D(x, t) of the secondary sound source 102 at time T n to the drive signal writing unit 13 .

駆動信号書き込み部13は、駆動信号算出部12から時刻Tnにおける2次音源102の時間領域の駆動信号D(x,t)を入力し、駆動信号D(x,t)をバッファ14に書き込む(ステップS206)。 The drive signal writing unit 13 receives the time domain drive signal D(x, t) of the secondary sound source 102 at time Tn from the drive signal calculation unit 12 and writes the drive signal D(x, t) into the buffer 14 (step S206).

図4は、駆動信号書き込み部13の処理例を説明する図である。ここで、駆動信号書き込み部13が入力する、駆動信号算出部12により算出された2次音源102の時間領域の駆動信号D(x,t)は、時刻Tn-1から時刻Tnまでの間の時間期間における入力信号s(τ)に対応する信号である。 4 is a diagram illustrating an example of processing by the drive signal writing unit 13. Here, the time domain drive signal D(x, t) of the secondary sound source 102 calculated by the drive signal calculation unit 12 and input to the drive signal writing unit 13 is a signal corresponding to the input signal s(τ) in the time period from time T n-1 to time T n .

図4に示すように、時刻Tnの処理(時刻Tn-1から時刻Tnまでの時間期間を単位とした処理)に対応する2次音源102の時間領域の駆動信号D(x,t)の時間長(駆動信号D1及びD2の時間長)は、時刻Tn-1から時刻Tnまでの時間長よりも長くなることがあり得る。これは、1次音源101から参照位置(x,yr,zr)までの距離と2次音源102から参照位置(x,yr,zr)までの距離との間の差による遅延等が影響するからである。 4, the time length (time length of drive signals D1 and D2) of the time domain drive signal D(x, t) of the secondary sound source 102 corresponding to the processing at time T n ( processing in units of the time period from time T n-1 to time T n) can be longer than the time length from time T n-1 to time T n . This is because of the influence of delays and the like caused by the difference between the distance from the primary sound source 101 to the reference position (x, yr , zr ) and the distance from the secondary sound source 102 to the reference position (x, yr , zr ).

この場合は、バッファ14に既に書き込まれている駆動信号のうち、時刻Tn-1を超えた時間領域(時刻Tn-1から時刻Tn-1+a2までの間の時間領域)の駆動信号D0と、駆動信号算出部12により時刻Tnの処理にて算出された駆動信号D(x,t)(時刻Tn-1から時刻Tnを超える時刻Tn+a1までの間の駆動信号D1及びD2)のうち、時刻Tn-1から時刻Tn-1+a2までの間の時間領域の駆動信号D1とは、時間軸上において重なることとなる。a1,a2は、正の実数である In this case, among the drive signals already written to the buffer 14, the drive signal D0 in the time region beyond time Tn-1 (the time region from time Tn -1 to time Tn -1 + a2) and the drive signal D1 in the time region from time Tn-1 to time Tn-1+ a2 among the drive signals D(x, t) calculated by the drive signal calculation unit 12 in processing time Tn (drive signals D1 and D2 from time Tn-1 to time Tn +a1 beyond time Tn) will overlap on the time axis. a1 and a2 are positive real numbers.

そこで、駆動信号書き込み部13は、駆動信号算出部12により時刻Tnの処理にて算出された駆動信号D(x,t)(D1及びD2)をバッファ14に書き込む際に、バッファ14に既に書き込まれている時刻Tn-1を超えた駆動信号D0について、これに、時刻Tn-1から駆動信号D0と同じ時間期間を経過した時刻Tn-1+a2までの駆動信号D1を加算し、加算結果をバッファ14に書き込む。また、駆動信号書き込み部13は、時刻Tn-1+a2以降の駆動信号D2(時刻Tn-1+a2から時刻Tn+a1までの間の駆動信号D2)について、これを、バッファ14にそのまま書き込む。 Therefore, when the drive signal writing unit 13 writes the drive signals D(x, t) (D1 and D2) calculated by the drive signal calculation unit 12 in processing for time T n into the buffer 14, it adds the drive signal D1 from time T n-1 to time T n - 1 +a2, which is the same time period as the drive signal D0, to the drive signal D0 that has already been written to the buffer 14 and that is beyond time T n-1 , and writes the addition result into the buffer 14. Furthermore, the drive signal writing unit 13 writes the drive signal D2 from time T n-1 +a2 onwards (the drive signal D2 from time T n-1 +a2 to time T n +a1) directly into the buffer 14.

これにより、バッファ14には、時刻Tn-1から時刻Tn-1+a2までの時間領域の駆動信号として駆動信号D0+D1が書き込まれており、時刻Tn-1+a2から時刻Tn+a1までの時間領域の駆動信号として駆動信号D2が書き込まれた状態となる。 As a result, drive signal D0+D1 is written into buffer 14 as the drive signal for the time domain from time T n-1 to time T n- 1 +a2, and drive signal D2 is written into buffer 14 as the drive signal for the time domain from time T n-1 +a2 to time T n +a1.

尚、図4に示したバッファ14は、2次音源102であるスピーカアレイを構成するそれぞれのスピーカに対応するバッファを示しており、同様の処理は、スピーカ毎に行われる。 Note that the buffer 14 shown in Figure 4 represents a buffer corresponding to each speaker that makes up the speaker array, which is the secondary sound source 102, and similar processing is performed for each speaker.

つまり、駆動信号算出部12は、2次音源102であるスピーカアレイを構成するスピーカ毎(スピーカの位置により特定されるx毎(x座標の値毎))に、2次音源102の時間領域の駆動信号D(x,t)を算出する。そして、駆動信号書き込み部13は、2次音源102であるスピーカアレイを構成するスピーカ毎に、2次音源102の時間領域の駆動信号D(x,t)をバッファ14に書き込む。 In other words, the drive signal calculation unit 12 calculates the time domain drive signal D(x, t) of the secondary sound source 102 for each speaker that makes up the speaker array (for each x (each x coordinate value) specified by the speaker's position) which is the secondary sound source 102. Then, the drive signal writing unit 13 writes the time domain drive signal D(x, t) of the secondary sound source 102 into the buffer 14 for each speaker that makes up the speaker array (for each secondary sound source 102).

図1及び図2に戻って、音場再現装置1は、入力信号s(τ)に続きがあるか否かを判定し(ステップS207)、続きがあると判定した場合(ステップS207:Y)、nをインクリメントしてn+1を設定し(ステップS208)、ステップS201へ移行する。 Returning to Figures 1 and 2, the sound field reproduction device 1 determines whether the input signal s(τ) has a continuation (step S207), and if it determines that there is a continuation (step S207: Y), increments n to set it to n+1 (step S208), and proceeds to step S201.

これにより、次の軌道サンプリングの時刻(現在時刻)Tnにおける1次音源101の位置(xn,yn)が入力され、当該時刻TnについてのステップS201~ステップS206の処理が行われる。この場合の入力信号s(τ)は、当該時刻Tnを基準にして、時刻Tn-1から時刻Tnまでの間の時間期間における信号が用いられる。 As a result, the position (x n , y n ) of the primary sound source 101 at the next trajectory sampling time (current time) T n is input, and the processing of steps S201 to S206 for that time T n is performed. In this case, the input signal s(τ) is a signal in the time period from time T n-1 to time T n , with that time T n being used as the reference.

音場再現装置1は、ステップS207において、入力信号s(τ)に続きがないと判定した場合(ステップS207:N)、当該音場再現装置1の処理を終了する。 If the sound field reproduction device 1 determines in step S207 that the input signal s(τ) does not have a continuation (step S207: N), the sound field reproduction device 1 terminates processing.

以上のように、本発明の実施形態の音場再現装置1によれば、移動速度算出部10は、軌道サンプリングの時刻Tnにおける1次音源101の位置(xn,yn)を入力し、時刻Tn-1,Tnにおける1次音源101の位置(xn-1,yn-1),(xn,yn)に基づいて、時刻Tnにおける1次音源101の移動速度(vx,vy)を算出する。 As described above, according to the sound field reproduction device 1 of the embodiment of the present invention, the movement speed calculation unit 10 inputs the position (x n , y n ) of the primary sound source 101 at the trajectory sampling time T n , and calculates the movement speed (v x , v y ) of the primary sound source 101 at the time T n based on the positions (x n- 1 , y n-1 ), ( x n , y n ) of the primary sound source 101 at the times T n-1 and T n .

駆動関数算出部11は、時刻Tnにおける1次音源101の移動速度(vx,vy)、時刻Tn-1から時刻Tnまでの間の時間期間における入力信号s(τ)、及び時刻Tn-1における1次音源101の位置(xn-1,yn-1)である位置(xs0,ys0)、並びに、予め設定された音速c及び参照位置(x,yr,zr)のy値yrに基づき、前記式(14)及び前記式(15)を用いて、2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)を算出する。 The driving function calculation unit 11 calculates the angular spectrum D(kx, ω) of the driving function of the secondary sound source 102 using the equations ( 14) and (15 ) based on the moving velocity ( vx , vy ) of the primary sound source 101 at time Tn , the input signal s(τ) for the time period from time Tn - 1 to time Tn, the position ( xs0 , ys0 ) which is the position (xn- 1 , yn-1) of the primary sound source 101 at time Tn-1, and the predetermined sound speed c and the y value yr of the reference position ( x , yr, zr ).

前記式(14)及び前記式(15)は、前記式(10)のハンケル関数H0 (2)(・)を指数関数により近似すると共に、1次音源101の軌道を連続する等速直線運動により近似することで得られた式である。前記式(14)の角度スペクトルD ̄(kx,ω)は、前記式(15)の関数f(τ)をフーリエ変換して得られるスペクトルF(ω)に対し、その振幅及び位相をシフトした演算式で表される。 The formulas (14) and (15) are formulas obtained by approximating the Hankel function H 0 (2) (•) of the formula (10) by an exponential function and approximating the trajectory of the primary sound source 101 by continuous uniform linear motion. The angular spectrum D(k x , ω) of the formula (14) is expressed by an arithmetic expression in which the amplitude and phase of the spectrum F(ω) obtained by Fourier transforming the function f(τ) of the formula (15) are shifted.

駆動信号算出部12は、時刻Tnにおける2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)を逆フーリエ変換することで、時刻Tnにおける2次音源102の時間領域の駆動信号D(x,t)を求める。 The drive signal calculation unit 12 performs an inverse Fourier transform on the angular spectrum D(k x , ω) of the drive function of the secondary sound source 102 at time T n to obtain the time domain drive signal D(x, t) of the secondary sound source 102 at time T n .

駆動信号書き込み部13は、時刻Tnにおける2次音源102の時間領域の駆動信号D(x,t)(D1及びD2)をバッファ14に書き込む際に、バッファ14に既に書き込まれている時刻Tn-1を超えた駆動信号D0について、時刻Tn-1から駆動信号D0と同じ時間期間を経過した時刻Tn-1+a2までの駆動信号D1を駆動信号D0に加算して書き込むと共に、時刻Tn-1+a2以降の駆動信号D2をそのまま書き込む。 When the drive signal writing unit 13 writes the time domain drive signal D(x, t) (D1 and D2) of the secondary sound source 102 at time T n into the buffer 14, for the drive signal D0 that has already been written in the buffer 14 and is beyond time T n-1 , the drive signal writing unit 13 adds the drive signal D1 from time T n-1 to time T n-1 +a2, which is the same time period as the drive signal D0, to the drive signal D0 and writes it, and writes the drive signal D2 from time T n-1 +a2 onwards as is.

このように、直線状に並べられた2次音源102であるスピーカアレイを用いて行う音場再現及び合成法において、1次音源101が任意の軌道で移動するときに、その1次音源101からの音響伝搬を表す関数を近似すると共に、軌道を連続する等速直線運動で近似するようにした。これにより、2次音源102の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)を導出する際に要する計算量を削減することができる。 In this way, in the sound field reproduction and synthesis method using a speaker array that is a linearly arranged secondary sound source 102, when the primary sound source 101 moves on an arbitrary trajectory, the function that represents the acoustic propagation from the primary sound source 101 is approximated, and the trajectory is approximated by a continuous uniform linear motion. This makes it possible to reduce the amount of calculation required to derive the angular spectrum D(k x , ω) of the driving function of the secondary sound source 102.

つまり、ベクトル除算法により所望音場を再生音場にて再現する際に、スピーカの駆動信号の導出に要する計算量を削減することができる。 In other words, when reproducing a desired sound field in a playback sound field using the vector division method, the amount of calculation required to derive speaker drive signals can be reduced.

ここで、1次音源101の軌道は、連続する等速直線運動による直線的なものに近似されるが、本願発明者の実験によれば、軌道サンプリングの時刻Tnの間隔をある程度短くすることで、その近似を知覚しないようにすることができるという結果が得られている。このため、本発明の実施形態による処理を、マシンパワーの弱いハードウェア及びソフトウェアにも実装することができ、音場再現装置1を用いるユーザは、幅広い再生環境で音場合成を楽しむことができる。 Here, the trajectory of the primary sound source 101 is approximated to a straight line by continuous uniform linear motion, but experiments by the inventors of the present application have shown that this approximation can be made unnoticeable by shortening the interval between trajectory sampling times Tn to a certain extent. Therefore, the processing according to the embodiment of the present invention can be implemented even in hardware and software with low machine power, and users of the sound field reproduction device 1 can enjoy sound field synthesis in a wide range of playback environments.

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。 The present invention has been described above using embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments and can be modified in various ways without departing from the technical concept thereof.

尚、本発明の実施形態による音場再現装置1のハードウェア構成としては、通常のコンピュータを使用することができる。音場再現装置1は、CPU、RAM等の揮発性の記憶媒体、ROM等の不揮発性の記憶媒体、及びインターフェース等を備えたコンピュータによって構成される。 The hardware configuration of the sound field reproduction device 1 according to an embodiment of the present invention can be a conventional computer. The sound field reproduction device 1 is composed of a computer equipped with a CPU, a volatile storage medium such as RAM, a non-volatile storage medium such as ROM, an interface, etc.

音場再現装置1に備えた移動速度算出部10、駆動関数算出部11、駆動信号算出部12、駆動信号書き込み部13及びバッファ14の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをCPUに実行させることによりそれぞれ実現される。 The functions of the movement velocity calculation unit 10, drive function calculation unit 11, drive signal calculation unit 12, drive signal writing unit 13, and buffer 14 provided in the sound field reproduction device 1 are each realized by having the CPU execute a program that describes these functions.

これらのプログラムは、前記記憶媒体に格納されており、CPUに読み出されて実行される。また、これらのプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク等)、光ディスク(CD-ROM、DVD等)、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもでき、ネットワークを介して送受信することもできる。 These programs are stored on the storage medium and are read and executed by the CPU. These programs can also be stored and distributed on storage media such as magnetic disks (floppy disks, hard disks, etc.), optical disks (CD-ROMs, DVDs, etc.), and semiconductor memory, and can also be sent and received over a network.

1 音場再現装置
10 移動速度算出部
11 駆動関数算出部
12 駆動信号算出部
13 駆動信号書き込み部
14 バッファ
101 1次音源
102 2次音源
P 所望音場における音圧
P ̄ 所望音場における音圧の角度スペクトル
G 再生音場における2次音源から各点までの伝達関数
G ̄ 再生音場における2次音源から各点までの伝達関数の角度スぺクトル
D 2次音源の駆動関数
D ̄ 2次音源の駆動関数の角度スペクトル
(xn,yn) 1次音源の位置
(vx,vy) 1次音源の移動速度
s(τ) 入力信号(1次音源の音源信号)
c 音速
(x,yr,zr) 参照位置
1 Sound field reproduction device 10 Moving speed calculation unit 11 Driving function calculation unit 12 Driving signal calculation unit 13 Driving signal writing unit 14 Buffer 101 Primary sound source 102 Secondary sound source P Sound pressure P in desired sound field Angular spectrum G of sound pressure in desired sound field Transfer function G from secondary sound source to each point in reproduced sound field Angular spectrum D of transfer function from secondary sound source to each point in reproduced sound field Driving function D of secondary sound source Angular spectrum (x n , yn ) of driving function of secondary sound source Position (v x , v y ) Moving speed s(τ) of primary sound source Input signal (sound source signal of primary sound source)
c Sound speed (x, y r , z r ) Reference position

Claims (3)

2次音源のスピーカアレイを用いて、移動する1次音源により形成される音場を再現するための駆動信号を生成する音場再現装置において、
s(τ)を時刻τにおける前記1次音源の音源信号とし、H0 (2)(・)を0次の第2種ハンケル関数とし、ωを角周波数とし、cを音速とし、kxをx軸方向の波数とし、yr,zrを直線状の参照位置のy値及びz値とし、(xs(τ),ys(τ),zs(τ))を前記時刻τにおける前記1次音源の位置として、
前記2次音源の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)が、スペクトル除算法による角度スペクトルの式:
で表される場合に、前記1次音源及び前記2次音源がxy平面上に配置され、z軸に関する記述を省略するとして、
前記1次音源におけるn番目(nは1以上の整数)の軌道サンプリングの時刻Tnにおける前記1次音源の位置(xn,yn)を入力し、時刻Tn-1,Tnにおける前記1次音源の位置(xn-1,yn-1),(xn,yn)に基づいて、時刻Tnにおける前記1次音源の移動速度(vx,vy)を算出する移動速度算出部と、
時刻Tn-1から時刻Tnまでの間の信号s(τ)、及び時刻Tn-1における前記1次音源の位置(xn-1,yn-1)である位置(xs0,ys0)、並びに、予め設定された前記音速c及び前記参照位置のy値yrに基づき、前記スペクトル除算法による角度スペクトルの式に対し、前記ハンケル関数H0 (2)(・)を指数関数により近似し、前記1次音源の軌道を連続する等速直線運動で近似することで表される式:
(F(ω)は、式:
をフーリエ変換することで得られるスペクトルとする。)を用いて、前記2次音源の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)を算出する駆動関数算出部と、
前記駆動関数算出部により算出された前記角度スペクトルD ̄(kx,ω)を逆フーリエ変換することで、時間領域の前記駆動信号を算出する駆動信号算出部と、
を備えたことを特徴とする音場再現装置。
A sound field reproduction device that generates a drive signal for reproducing a sound field formed by a moving primary sound source using a speaker array of a secondary sound source,
Let s(τ) be the sound source signal of the primary sound source at time τ, H 0 (2) (·) be the zeroth-order Hankel function of the second kind, ω be the angular frequency, c be the speed of sound, k x be the wave number in the x-axis direction, yr and zr be the y and z values of a linear reference position, and (x s (τ), y s (τ), z s (τ)) be the position of the primary sound source at the time τ,
The angular spectrum D(k x , ω) of the driving function of the secondary sound source is expressed by the angular spectrum formula by the spectral division method:
When the primary sound source and the secondary sound source are arranged on an xy plane and the description regarding the z axis is omitted,
a movement speed calculation unit that receives a position ( xn , yn ) of the primary sound source at time Tn of the nth (n is an integer of 1 or more) trajectory sampling of the primary sound source and calculates a movement speed ( vx , vy ) of the primary sound source at time Tn based on the positions ( xn-1 , yn -1 ), ( xn , yn ) of the primary sound source at times Tn-1 and Tn ;
Based on the signal s(τ) from time T n-1 to time T n , the position (x s0 , y s0 ) which is the position (x n-1 , y n-1 ) of the primary sound source at time T n-1, and the preset sound speed c and the y value yr of the reference position, the Hankel function H 0 (2) (·) is approximated by an exponential function for the equation of the angular spectrum by the spectrum division method, and the trajectory of the primary sound source is approximated by continuous uniform linear motion to obtain the following equation:
(F(ω) is expressed by the formula:
a driving function calculation unit that calculates the angular spectrum D(k x ,ω) of the driving function of the secondary sound source using the spectrum obtained by Fourier transform of
a drive signal calculation unit that calculates the drive signal in the time domain by performing an inverse Fourier transform on the angular spectrum D(k x , ω) calculated by the drive function calculation unit;
A sound field reproduction device comprising:
請求項1に記載された音場再現装置において、
さらに、前記駆動信号が格納されるバッファと、
前記駆動信号算出部により算出された前記駆動信号を前記バッファに書き込む駆動信号書き込み部と、を備え、
前記駆動信号書き込み部は、前記駆動信号算出部により時刻Tn-1から時刻Tnまでの間の前記信号s(τ)に対応して算出された時刻Tn-1から時刻Tnを超える時刻Tn+a1までの間の算出済み前記駆動信号(D1及びD2)を前記バッファに書き込む際に、前記バッファに既に書き込まれている時刻Tn-1から当該時刻Tn-1を超える時刻Tn-1+a2までの間の前記駆動信号(D0)に、前記時刻Tn-1から前記時刻Tn-1+a2までの間の算出済み前記駆動信号(D1)を加算して書き込むと共に、前記時刻Tn-1+a2から前記時刻Tn+a1までの間の算出済み前記駆動信号(D2)をそのまま書き込む、ことを特徴とする音場再現装置。
2. The sound field reproduction device according to claim 1,
a buffer in which the drive signal is stored;
a drive signal writing unit that writes the drive signal calculated by the drive signal calculation unit into the buffer,
A sound field reproduction device characterized in that, when writing into the buffer the calculated drive signals (D1 and D2) for the period from time T n-1 to time T n +a1, which exceeds time T n , calculated by the drive signal calculation unit in response to the signal s(τ) for the period from time T n -1 to time T n, the drive signal writing unit adds the calculated drive signal (D1) for the period from time T n-1 to time T n-1 +a2 to the drive signal (D0) for the period from time T n-1 to time T n-1 +a2, which exceeds time T n-1, which has already been written into the buffer, and writes the calculated drive signal (D2) for the period from time T n-1 +a2 to time T n +a1 as is.
2次音源のスピーカアレイを用いて、移動する1次音源により形成される音場を再現するための駆動信号を生成する音場再現装置を構成するコンピュータを、
s(τ)を時刻τにおける前記1次音源の音源信号とし、H0 (2)(・)を0次の第2種ハンケル関数とし、ωを角周波数とし、cを音速とし、kxをx軸方向の波数とし、yr,zrを直線状の参照位置のy値及びz値とし、(xs(τ),ys(τ),zs(τ))を前記時刻τにおける前記1次音源の位置として、
前記2次音源の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)が、スペクトル除算法による角度スペクトルの式:
で表される場合に、前記1次音源及び前記2次音源がxy平面上に配置され、z軸に関する記述を省略するとして、
前記1次音源におけるn番目(nは1以上の整数)の軌道サンプリングの時刻Tnにおける前記1次音源の位置(xn,yn)を入力し、時刻Tn-1,Tnにおける前記1次音源の位置(xn-1,yn-1),(xn,yn)に基づいて、時刻Tnにおける前記1次音源の移動速度(vx,vy)を算出する移動速度算出部、
時刻Tn-1から時刻Tnまでの間の信号s(τ)、及び時刻Tn-1における前記1次音源の位置(xn-1,yn-1)である位置(xs0,ys0)、並びに、予め設定された前記音速c及び前記参照位置のy値yrに基づき、前記スペクトル除算法による角度スペクトルの式に対し、前記ハンケル関数H0 (2)(・)を指数関数により近似し、前記1次音源の軌道を連続する等速直線運動で近似することで表される式:
(F(ω)は、式:
をフーリエ変換することで得られるスペクトルとする。)を用いて、前記2次音源の駆動関数の角度スペクトルD ̄(kx,ω)を算出する駆動関数算出部、及び、
前記駆動関数算出部により算出された前記角度スペクトルD ̄(kx,ω)を逆フーリエ変換することで、時間領域の前記駆動信号を算出する駆動信号算出部として機能させるためのプログラム。
a computer constituting a sound field reproduction device that generates a drive signal for reproducing a sound field formed by a moving primary sound source using a speaker array of a secondary sound source,
Let s(τ) be the sound source signal of the primary sound source at time τ, H 0 (2) (·) be the zeroth-order Hankel function of the second kind, ω be the angular frequency, c be the speed of sound, k x be the wave number in the x-axis direction, yr and zr be the y and z values of a linear reference position, and (x s (τ), y s (τ), z s (τ)) be the position of the primary sound source at the time τ,
The angular spectrum D(k x , ω) of the driving function of the secondary sound source is expressed by the angular spectrum formula by the spectral division method:
When the primary sound source and the secondary sound source are arranged on an xy plane and the description regarding the z axis is omitted,
a movement velocity calculation unit that inputs a position ( xn , yn ) of the primary sound source at time Tn of the nth (n is an integer of 1 or more) trajectory sampling of the primary sound source, and calculates a movement velocity ( vx , vy ) of the primary sound source at time Tn based on the positions ( xn-1 , yn -1 ), ( xn , yn ) of the primary sound source at times Tn-1 and Tn ;
Based on the signal s(τ) from time T n-1 to time T n , the position (x s0 , y s0 ) which is the position (x n-1 , y n-1 ) of the primary sound source at time T n-1, and the preset sound speed c and the y value yr of the reference position, the Hankel function H 0 (2) (·) is approximated by an exponential function for the equation of the angular spectrum by the spectrum division method, and the trajectory of the primary sound source is approximated by continuous uniform linear motion to obtain the following equation:
(F(ω) is expressed by the formula:
a driving function calculation unit that calculates the angular spectrum D(k x ,ω) of the driving function of the secondary sound source using
A program for causing the program to function as a drive signal calculation unit that calculates the drive signal in the time domain by performing an inverse Fourier transform on the angular spectrum D(k x , ω) calculated by the drive function calculation unit.
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