CN105723743A - 声场再现设备和方法以及程序 - Google Patents

Abstract

本技术涉及一种声场再现设备、方法和程序，由此可以更准确地再现声场。空间滤波器应用单元对由收集声音的球状麦克风阵列获得的声音收集信号的空间频谱应用空间滤波器，从而获得环状虚拟扬声器阵列的虚拟扬声器阵列驱动信号，环状虚拟扬声器阵列的半径大于球状麦克风阵列的半径。逆滤波器生成单元基于从真实扬声器阵列到虚拟扬声器阵列的传递函数而得到逆滤波器。逆滤波器应用单元将逆滤波器应用于虚拟扬声器阵列驱动信号的时间频谱，从而获得真实扬声器阵列的真实扬声器阵列驱动信号。可以将本技术应用于声场再现设备。

Description

声场再现设备和方法以及程序

技术领域

本技术涉及一种声场再现设备和方法以及程序，具体地，涉及一种使得能够更准确地再现声场的声场再现设备和方法以及程序。

背景技术

在现有技术中，提出了通过使用真实空间中的球状或环状麦克风阵列收集的信号在再现空间中再现与真实空间类似的声场的技术。

例如，作为这样的技术，提出了利用紧凑球状麦克风阵列实现声音收集以及利用扬声器阵列实现再生(例如，参见非专利文献1)。

此外，例如，还提出了利用具有任意阵列形状的扬声器阵列实现再生，以及使得能够预先收集从扬声器直到麦克风的传递函数以及通过生成逆滤波器吸收各个扬声器的特性的差别(例如，参见非专利文献2)。

引用列表

非专利文献

非专利文献1:ZhiyunLi等在2004年悉尼举行的ProceedingsofICAD04-TenthMeetingoftheInternationalConferenceonAuditoryDisplay上的“CaptureandRecreationofHigherOrder3DSoundFieldsviaReciprocity”

非专利文献2:ShiroIse在JournaloftheAcousticalSocietyofJapan的2011年第67卷第11期上的“BoundarySoundFieldControl”

发明内容

技术问题

然而，在非专利文献1所公开的技术中，虽然可以由紧凑球状麦克风阵列来实现声音收集并且由扬声器阵列来实现再生，但是为了严格的声场再现，扬声器阵列的形状是球状或环状的，并且需要限制比如扬声器需要具有相等密度的布置等。

例如，如图1的左侧所示，构成扬声器阵列SPA11的各个扬声器是环形布置的，并且在该图内，在变为相对于虚线表示的参考点而言各个扬声器具有相等密度(为了简单，图中为相等角度)的布置的情况下，严格的声场再现是可能的。在该示例中，对于相互相邻的任意两个扬声器，由连接一个扬声器与参考点的直线和连接另一扬声器与参考点的直线形成的角度变为恒定角度。

与此相对，在图内诸如右侧所示由以矩形形状由以相等间隔排列的扬声器构成的扬声器阵列SPA12的情况下，在图内扬声器距虚线表示的参考点不具有相等密度，因此不能严格执行声场再现。在该示例中，由连接相互相邻的两个扬声器之一与参考点的直线和连接另一扬声器与参考点的直线形成的角度针对每组的两个相邻扬声器的变为不同的角度。

此外，由于假定采用诸如发出单极声源的理想扬声器阵列生成驱动信号，因此由于实际扬声器的特性的影响，不能准确地再现真实空间的声场。

另外，在非专利文献2公开的技术中，如果可以利用任意阵列形状执行再生并且预先收集从扬声器直到麦克风的传递函数并生成逆滤波器，则可以吸收各个扬声器的特性的差别。另一方面，在预先收集的从每个扬声器到每个麦克风的传递函数组保持类似特性的情况下，将难以获得稳定的逆滤波器，以用于根据传递函数生成驱动信号。

在构成球状麦克风阵列MKA11的麦克风彼此靠近的情况下，诸如使用具体图2的右侧所示的球状麦克风阵列MKA11的示例，从由以矩形形状以相等间隔排列的扬声器构成的扬声器阵列SPA21的特定扬声器到所有麦克风的距离将变为大致相等的距离。因此，将难以获得逆滤波器的稳定解。

注意，在图2内的左侧，示出了如下示例：从扬声器阵列SPA21的扬声器到构成球状麦克风阵列MKA21的各个麦克风的距离不是相等距离，并且传递函数的变化变大。在该示例中，由于从扬声器阵列SPA21的扬声器到各个麦克风的距离不同，因此可以获得逆滤波器的稳定解。然而，使得球状麦克风阵列MKA21的半径大到能够获得逆滤波器的稳定解的程度是不现实的。

考虑到这样的情形来执行本技术，并且本技术可以更准确地再现声场。

问题的解决方案

根据本技术的一方面，一种声场再现设备包括：第一驱动信号生成单元，被配置成将通过使得球状或环状麦克风阵列收集声音所获得的声音收集信号转换成虚拟扬声器阵列的驱动信号，该虚拟扬声器阵列具有比麦克风阵列的第一半径大的第二半径；以及第二驱动信号生成单元，被配置成将虚拟扬声器阵列的驱动信号转换成布置在虚拟扬声器阵列包围的空间内部或外部的真实扬声器阵列的驱动信号。

第一驱动信号生成单元可通过对从声音收集信号获得的空间频谱应用使用空间滤波器的滤波器处理而将声音收集信号转换成虚拟扬声器阵列的驱动信号。

声场再现设备还可包括：空间频率分析单元，被配置成将从声音收集信号获得的时间频谱转换成空间频谱。

第二驱动信号生成单元可通过使用基于从真实扬声器阵列到虚拟扬声器阵列的传递函数的逆滤波器，对虚拟扬声器阵列的驱动信号应用滤波器处理，将虚拟扬声器阵列的驱动信号转换成真实扬声器阵列的驱动信号。

虚拟扬声器阵列可以是球状或环状扬声器阵列。

根据本技术的一个方面的声场再现方法或程序包括：第一驱动信号生成步骤，将通过使得球状或环状麦克风阵列收集声音所获得的声音收集信号转换成虚拟扬声器阵列的驱动信号，该虚拟扬声器阵列具有比麦克风阵列的第一半径大的第二半径；以及第二驱动信号生成步骤，将虚拟扬声器阵列的驱动信号转换成布置在虚拟扬声器阵列包围的空间内部或外部的真实扬声器阵列的驱动信号。

根据本技术的一个方面，将通过使得球状或环状麦克风阵列收集声音所获得的声音收集信号转换成虚拟扬声器阵列的驱动信号，该虚拟扬声器阵列具有比麦克风阵列的第一半径大的第二半径，以及将虚拟扬声器阵列的驱动信号转换成布置在虚拟扬声器阵列包围的空间内部或外部的真实扬声器阵列的驱动信号。

本发明的有利效果

根据本技术的一个方面，可以更准确地再现声场。

注意，不一定限于这里描述的效果，并且这里描述的效果可以是本说明书内描述的任意效果。

附图说明

图1是描述现有技术的声场再现的图。

图2是描述现有技术的声场再现的图。

图3是描述本技术的声场再现的图。

图4是描述本技术的声场再现的另一示例的图。

图5是示出声场再现设备的配置示例的图。

图6是描述真实扬声器阵列驱动信号生成处理的流程图。

图7是示出声场再现系统的配置示例的图。

图8是描述声场再现处理的流程图。

图9是示出计算机的配置示例的图。

具体实施方式

在下文中，将通过参照附图来描述应用本技术的实施例。

<第一实施例>

<本技术>

在本技术中，通过使用真实空间中的球状或环状麦克风阵列收集的信号，生成真实扬声器阵列的驱动信号，以使得在再现空间中再现与真实空间相同的声场。在该情况下，假设麦克风阵列足够小和紧凑。

此外，球状或环状虚拟扬声器阵列布置在真实扬声器阵列内部或外部。另外，通过第一信号处理，根据麦克风阵列声音收集信号生成虚拟扬声器阵列驱动信号。此外，通过第二信号处理，根据虚拟扬声器阵列驱动信号生成真实扬声器阵列驱动信号。

例如，在图3所示的示例中，由球状麦克风阵列11收集真实空间的球状波，并且通过将从布置在以矩形形状布置的真实扬声器阵列12中的虚拟扬声器阵列13的驱动信号获得的驱动信号提供到在再现空间中的真实扬声器阵列12来再现真实空间的声场。

在图3中，球状麦克风阵列11由多个麦克风(麦克风传感器)构成，并且各个麦克风布置在以预定参考点为中心的球体的表面上。在下文中，布置构成球状麦克风阵列11的扬声器的球体的中心将被称为球状麦克风阵列11的中心，并且该球体的半径将被称为球状麦克风阵列11的半径或者传感器半径。

此外，真实扬声器阵列12由多个扬声器构成，并且这些扬声器通过以矩形形状排列来布置。在该示例中，构成真实扬声器阵列12的扬声器排列在水平表面上以便包围预定参考点处的用户。

注意，构成真实扬声器阵列12的扬声器的布置不限于图3所示的示例，并且每个扬声器可被布置为包围预定参考点。因此，例如，构成真实扬声器阵列的每个扬声器可被安装在房间的天花板或墙壁上。

另外，在该示例中，通过排列多个虚拟扬声器而获得的虚拟扬声器阵列13布置在真实扬声器阵列12内。即，真实扬声器阵列12布置在由构成虚拟扬声器阵列13的扬声器包围的空间外部。在该示例中，构成虚拟扬声器阵列13的每个扬声器以预定参考点为中心以圆形(环形)排列，并且与图1所示的扬声器阵列SPA11类似，这些扬声器被布置成相对于参考点以相等密度排列。

在下文中，构成虚拟扬声器阵列13的扬声器所布置的圆形的中心将被称为虚拟扬声器阵列13的中心，并且该圆形的半径将被称为虚拟扬声器阵列13的半径。

这里，在再现空间中，虚拟扬声器阵列13的中心位置、即参考点可能需要被设置为与假设在再现空间中的球状麦克风阵列11的中心位置(参考点)相同的位置。注意，虚拟扬声器阵列13的中心位置和真实扬声器阵列12的中心位置可能不一定在同一位置处。

在本技术中，根据由球状麦克风阵列11首先收集的声音收集信号而生成用于由虚拟扬声器阵列13再现真实空间的声场的虚拟扬声器阵列驱动信号。由于虚拟扬声器阵列13是圆形的(环形的)，并且当从该中心观看时各个扬声器以相等密度(相等间隔)布置，因此生成可以更准确地再现真实空间的声场的虚拟扬声器阵列驱动信号。

另外，根据这样获得的虚拟扬声器阵列驱动信号生成用于由真实扬声器阵列12再现真实空间的声场的真实扬声器阵列驱动信号。

此时，通过使用根据从真实扬声器阵列12的各个扬声器到虚拟扬声器阵列13的各个扬声器的传递函数获得的逆滤波器来生成真实扬声器阵列驱动信号。因此，真实扬声器阵列12的形状可以被设置为任意形状。

以此方式，在本技术中，通过一旦从声音收集信号生成球状或环状虚拟扬声器阵列13的虚拟扬声器阵列驱动信号并且另外地将该虚拟扬声器阵列驱动信号转换成真实扬声器阵列驱动信号，可以准确地再现声场，而与真实扬声器阵列12的形状无关。

注意，在下文中，尽管将描述诸如图3所示虚拟扬声器阵列13布置在真实扬声器阵列12内的情况作为示例，但是诸如图4所示的真实扬声器阵列21例如可布置在构成虚拟扬声器阵列22的扬声器包围的空间内。注意，相同的附图标记在图4中被附于与图3中的情况对应的部分，并且将任意省略其描述。

在图4的示例中，构成真实扬声器阵列21的各个扬声器布置在以预定参考点为中心的圆形上。此外，构成虚拟扬声器阵列22的各个扬声器也以相等间隔布置在以预定参考点为中心的圆形上。

因此，在该示例中，通过上述第一信号处理，根据声音收集信号生成用于虚拟扬声器阵列22再现声场的虚拟扬声器阵列驱动信号。此外，通过第二信号处理，根据虚拟扬声器阵列驱动信号生成用于由布置在圆形上的扬声器构成的真实扬声器阵列21再现声场的真实扬声器阵列驱动信号，该圆形的半径小于虚拟扬声器阵列22的半径。

例如，安装在房子中的房间的墙壁等上的扬声器阵列将被假设为图3所示的真实扬声器阵列12，并且包围用户的头部的便携式扬声器将被假设为图4所示的真实扬声器阵列21。在图3和图4所示的这些示例中，可以共同使用通过上述第一信号处理获得的虚拟扬声器阵列驱动信号。

根据本技术，可以实现例如声场再现设备，诸如包括真实空间中的声音收集单元，该声音收集单元通过具有达用户头部程度的直径的球状或环状麦克风阵列来维持声场，包括第一驱动信号生成单元，该第一驱动信号生成单元生成用于直径大于上述麦克风阵列的直径的球状或环状虚拟扬声器阵列的驱动信号，以便成为再现空间中的与真实空间的声场相同的声场，并且包括第二驱动信号生成单元，该第二驱动信号生成单元将以上驱动信号转换至布置在包围以上虚拟扬声器阵列的空间内部或外部的任意形状的真实扬声器阵列。

另外，根据本技术，可以获得以下效果(1)至效果(3)。

效果(1)

紧凑球状或环状麦克风阵列收集的信号可以是从任意阵列形状再现的声场。

效果(2)

可以通过在计算逆滤波器时使用记录的传递函数来生成吸收扬声器特性和再现空间的反射特性的变化的驱动信号。

效果(3)

通过加宽球状或环状虚拟扬声器阵列的半径，可以使得传递函数的逆滤波器具有稳定解。

<声场再现设备的配置示例>

接下来，将通过将本技术应用于声场再现设备的情况设置为示例来描述应用本技术的特定实施例。

图5是示出应用本技术的声场再现设备的实施例的配置示例的图。

声场再现设备41具有驱动信号生成装置51和逆滤波器生成装置52。

驱动信号生成装置51对通过由构成球状麦克风阵列11的各个麦克风(即，麦克风传感器)收集声音而获得的声音收集信号应用使用逆滤波器生成装置52获得的逆滤波器的滤波器处理，将作为其结果获得的真实扬声器阵列驱动信号提供到真实扬声器阵列12，并且使得真实扬声器阵列12输出声音。即，通过使用逆滤波器生成装置52生成的逆滤波器来生成用于实际执行声场再现的真实扬声器阵列驱动信号。

逆滤波器生成装置52基于输入的传递函数而生成逆滤波器，并且将该逆滤波器提供到驱动信号生成装置51。

这里，输入到逆滤波器生成装置52的传递函数被假设为例如从构成图3所示的真实扬声器阵列12的各个扬声器到构成虚拟扬声器阵列13的各个扬声器位置的脉冲响应。

驱动信号生成装置51具有时间频率分析单元61、空间频率分析单元62、空间滤波器应用单元63、空间频率组合单元64、逆滤波器应用单元65和时间频率组合单元66。

此外，逆滤波器生成装置52具有时间频率分析单元71和逆滤波器生成单元72。

在下文中，将详细描述构成驱动信号生成装置51和逆滤波器生成装置52的各个单元。

(时间频率分析单元)

时间频率分析单元61分析被设置为使得中心与真实空间的参考点匹配的球状麦克风阵列11的每个麦克风传感器的位置 处的声音收集信号s(p,t)的时间频率信息。

然而，在位置O_mic(p)处，a_p表示传感器半径，即，从球状麦克风阵列11的中心位置直到构成该球状麦克风阵列11的每个麦克风传感器(麦克风)的距离，θ_p表示传感器方位角，并且表示传感器俯仰角。传感器方位角θ_p和传感器俯仰角是从球状麦克风阵列11的中心观看的每个麦克风传感器的方位角和俯仰角。因此，位置p(位置O_mic(p))表示由极坐标表示的球状麦克风阵列11的每个麦克风传感器的位置。

注意，在下文中，传感器半径a_p也将被简单描述为传感器半径a。此外，在该实施例中，虽然使用了球状麦克风阵列11，但是也可使用仅能够收集水平表面的声场的环状麦克风阵列。

首先，时间频率分析单元61从声音收集信号s(p,t)获得对其执行固定大小的时间帧划分的输入帧信号s_fr(p,n,l)。然后，时间频率分析单元61将公式(1)所示的窗函数w_ana(n)与输入帧信号s_fr(p,n,l)相乘，并且获得窗函数应用信号s_w(p,n,l)。即，通过执行公式(2)的以下计算来计算窗函数应用信号s_w(p,n,l)。

[数学式1]

$w_{ana}\left(n\right)={(0.5-0.5\cos (2\mathrm{\&pi;}\frac{n}{N_{fr}}\left)\right)}^{0.5}\mathrm{...}\left(1\right)$

[数学式2]

s_w(p，n，l)＝w_ana(n)s_fr(p，n，l)···(2)

这里，在公式(1)和公式(2)中，n表示时间索引，并且是时间索引n＝0,...,N_fr-1。此外，l表示时间帧索引，并且是时间帧索引l＝0,...,L-1。注意，N_fr是帧大小(时间帧的样本数量)，并且L是总帧数。

此外，帧大小N_fr是与采样频率fs下的一帧的时间fsec对应的样本数量N_fr(＝R(fsxfsec)，但是，R()是任意舍入函数)。在该实施例中，例如，尽管对作为一帧的时间fsec＝0.02[s]的舍入函数进行舍入，但是可以是除此之外的其它情况。另外，尽管帧的偏移量被设置为帧大小N_fr的50％，但是可以是除此之外的情况。

另外，这里，尽管使用汉宁窗的平方根作为窗函数，但是可使用除此之外的窗，比如汉明窗或布莱克曼-哈里斯窗。

以此方式，当获得窗函数应用信号s_w(p,n,l)时，时间频率分析单元61通过计算以下公式(3)和公式(4)对窗函数应用信号s_w(p,n,l)执行时间频率转换，并且获得时间频谱S(p,ω,l)。

[数学式3]

${s_w}^{,}(p,q,l)=\left\{\begin{array}{cc}{s}_w(p,q,l)& q=0,\mathrm{...},N-1\\ 0& q=N,\mathrm{...},Q-1\end{array}\right.\mathrm{...}\left(3\right)$

数学式[4]

$S(p,\mathrm{\&omega;},l)=\underset{q=0}{\overset{Q-1}{\&Sigma;}}{s_w}^{,}(p,q,l)\exp (-i2\mathrm{\&pi;}\frac{q\mathrm{\&omega;}}{Q})\mathrm{...}\left(4\right)$

即，通过公式(3)的计算来获得补零信号s_w’(p,q,l)，基于所获得的补零信号s_w’(p,q,l)计算公式(4)，并且计算时间频谱S(p,ω,l)。

注意，在公式(3)和公式(4)中，Q表示用于时间频率转换的点数，并且公式(4)中的i表示纯虚数。此外，ω表示时间频率索引。这里，当设置Ω＝Q/2+1时，ω＝0,...,Ω-1。

因此，针对从球状麦克风阵列11的每个麦克风输出的每个声音收集信号，获得LxΩ的时间频谱S(p,ω,l)。

此外，在该实施例中，尽管通过离散傅立叶变换(DFT)(离散傅立叶变换)执行时间频率转换，但是可使用其它时间频率转换，诸如离散余弦变换(DCT)(离散余弦变换)或改进的离散余弦变换(MDCT)(改进的离散余弦变换)。

另外，尽管DFT的点数Q被设置为最接近N_fr的2的指数值(N_fr或更大)，但是可以是除此之外的点数Q。

时间频率分析单元61将通过上述处理获得的时间频谱S(p,ω,l)提供到空间频率分析单元62。

此外，逆滤波器生成装置52的时间频率分析单元71还通过针对从真实扬声器阵列12的扬声器到虚拟扬声器阵列13的扬声器的传递函数执行与时间频率分析单元61的处理类似的处理，将所获得的时间频谱提供到逆滤波器生成单元72。

(空间频率分析单元)

继续，空间频率分析单元62对从时间频率分析单元61提供的时间频谱S(p,ω,l)的空间频率信息进行分析。

例如，空间频率分析单元62通过计算公式(5)而执行球面调和函数的空间频率转换，并且获得空间频谱S_n ^m(a,ω,l)。然而，N是球面调和函数的次数(degree)，并且是n＝0,...,N。

[数学式5]

$\begin{array}{cc}{s}_n^m(a,\mathrm{\&omega;},l)=\underset{p=1}{\overset{P}{\&Sigma;}}S(p,\mathrm{\&omega;},l)Y_n^{-m}({\mathrm{\&theta;}}_p,{\mathrm{\&phi;}}_p)& m=-n,\mathrm{...},n\end{array}\mathrm{...}\left(5\right)$

注意，在公式(5)中，P表示球状麦克风阵列11的传感器数量，即，麦克风传感器的数量，并且n表示次数。此外，θ_p表示传感器方位角，表示传感器俯仰角，并且a表示球状麦克风阵列11的传感器半径。ω表示时间频率索引，并且l表示时间帧索引。

另外，球面调和函数由诸如公式(6)所示的关联legendre多项式P_n ^m(z)给出。球面调和函数的最大次数N由传感器数量P限制，并且是N＝(P+1)2。

[数学式6]

$Y_n^m(\mathrm{\&theta;},\mathrm{\&phi;})={(-1)}^m\sqrt{\frac{(2R+1)(n-|m\left|\right)!}{4\mathrm{\&pi;}(n+|m\left|\right)!}}{P}_n^{\left|m\right|}\left(\cos \mathrm{\&phi;}\right)e^{im\mathrm{\&theta;}}\mathrm{...}\left(6\right)$

这样获得的空间频谱S_n ^m(a,ω,l)表示包括在时间帧l中的时间频率ω的信号在空间中变为什么形状，并且针对每个时间帧l获得ΩxP的空间频谱。

空间频率分析单元62将通过上述处理获得的空间频谱S_n ^m(a,ω,l)提供到空间滤波器应用单元63。

(空间滤波器应用单元)

空间滤波器应用单元63通过将空间滤波器w_n(a,r,ω)应用于从空间频率分析单元62提供的空间频谱S_n ^m(a,ω,l)，将空间频谱转换成环状虚拟扬声器阵列13的虚拟扬声器阵列驱动信号，环状虚拟扬声器阵列13的半径r大于球状麦克风阵列11的传感器半径a。即，通过计算公式(7)，将空间频谱S_n ^m(a,ω,l)转换成虚拟扬声器阵列驱动信号，即，空间频谱D_n ^m(r,ω,l)。

[数学式7]

$D_n^m(r,\mathrm{\&omega;},l)=w_n(a,r,\mathrm{\&omega;})S_n^m(a,\mathrm{\&omega;},l)\mathrm{...}\left(7\right)$

注意，公式(7)中的空间滤波器w_n(a,r,ω)被设置为例如公式(8)所示的滤波器。

[数学式8]

$w_n(a,r,\mathrm{\&omega;})=\frac{1}{2i^n{B}_n\left(ka\right)R_n\left(kr\right)}\mathrm{...}\left(8\right)$

另外，公式(8)中的B_n(ka)和R_n(kr)分别被设置为公式(9)和公式(10)所示的函数。

[数学式9]

$B_n\left(ka\right)=J_n\left(ka\right)-\frac{{J_n}^{,}\left(ka\right)}{{H_n}^{,}\left(ka\right)}{H}_n\left(ka\right)\mathrm{...}\left(9\right)$

[数学式10]

R_n(kr)＝-ikre^ikri^-nH_n(kr)···(10)

注意，在公式(9)和公式(10)中，J_n和H_n分别表示球面贝塞尔函数和第一类球面汉克尔函数。此外，J_n’和H_n’分别表示I_n和H_n的微分值。

以此方式，通过将使用空间滤波器的滤波器处理应用于空间频谱，在由虚拟扬声器阵列13再生时，通过由球状麦克风阵列11收集声音而获得的声音收集信号可以转换成再现声场的虚拟扬声器阵列驱动信号。

以此方式，由于不能在时间频率域中执行将声音收集信号转换成虚拟扬声器阵列驱动信号的处理，因此声场再现装置41将声音收集信号转换成空间频谱，并且应用空间滤波器。

空间滤波器应用单元63将这样获得的空间频谱D_n ^m(r,ω,l)提供到空间频率组合单元64。

(空间频率组合单元)

空间频率组合单元64通过执行公式(11)的计算，来执行从空间滤波器应用单元63提供的空间频谱D_n ^m(r,ω,l)的空间频率组合，并且获得时间频谱D_t(x_vspk,ω,l)。

[数学式11]

$D_t(x_{vspk},\mathrm{\&omega;},l)=\underset{n}{\overset{N}{\&Sigma;}}\underset{m=-n}{\overset{n}{\&Sigma;}}{D}_n^m(r,\mathrm{\&omega;},l)Y_n^m({\mathrm{\&theta;}}_p,{\mathrm{\&phi;}}_p)\mathrm{...}\left(11\right)$

注意，在公式(11)中，N表示球面调和函数的次数，并且n表示次数。此外，θ_p表示传感器方位角，表示传感器俯仰角，并且r表示虚拟扬声器阵列13的半径。ω表示时间频率索引，并且x_vspk是表示构成虚拟扬声器阵列13的扬声器的索引。

在空间频率组合单元64中，针对构成虚拟扬声器阵列13的每个扬声器，获得Ω的时间频谱D_t(x_vspk,ω,l)，Ω是针对每个时间帧l的时间频率的数量。

空间频率组合单元64将这样获得的时间频谱D_t(x_vspk,ω,l)提供到逆滤波器应用单元65。

(逆滤波器生成单元)

此外，逆滤波器生成装置52的逆滤波器生成单元72基于从时间频率分析单元71提供的时间频谱S(x,ω,l)而获得逆滤波器H(x_vspk,x_rspk,ω)。

时间频谱S(x,ω,l)是使得从真实扬声器阵列12到虚拟扬声器阵列13的传递函数g(x_vspk,x_rspk,n)进行时间频率分析的结果，并且在这里被描述为G(x_vspk,x_rspk,ω)，以便与通过图5的下级的时间频率分析单元61获得的时间频谱S(p,ω,l)进行区分。

注意，传递函数g(x_vspk,x_rspk,n)、时间频谱G(x_vspk,x_rspk,ω)和逆滤波器H(x_vspk,x_rspk,ω)中的x_vspk是表示构成虚拟扬声器阵列13的扬声器的索引，并且x_rspk是表示构成真实扬声器阵列12的扬声器的索引。此外，n表示时间索引，并且ω表示时间频率索引。注意，在时间频谱G(x_vspk,x_rspk,ω)中，省略了时间帧索引l。

通过将麦克风(麦克风传感器)放置在虚拟扬声器阵列13的每个扬声器的位置处来预先测量传递函数g(x_vspk,x_rspk,n)。

例如，逆滤波器生成单元72通过从测量结果获得逆滤波器而获得从虚拟扬声器阵列13到真实扬声器阵列12的逆滤波器H(x_vspk,x_rspk,ω)。即，逆滤波器H(x_vspk,x_rspk,ω)通过公式(12)的计算来计算。

[数学式12]

H＝G^-1···(12)

注意，在公式(12)中，H和G分别通过矩阵表示逆滤波器H(x_vspk,x_rspk,ω)和时间频谱G(x_vspk,x_rspk,ω)(传递函数g(x_vspk,x_rspk,n))，并且(·)^-1表示伪逆矩阵。一般地，在矩阵的秩低的情况下，不能获得稳定解。

即，当虚拟扬声器阵列13的半径r较小时，即，当从虚拟扬声器阵列13的中心位置(参考位置)到虚拟扬声器阵列13的扬声器的距离较短时，每个传递函数g(x_vspk,x_rspk,n)的特性的变化将变小。然后，矩阵的秩将变低，并且将不能获得稳定解。因此，预先获得能够获得稳定解的球状或环状虚拟扬声器的半径r。

此时，为了能够获得稳定解，即，为了能够获得准确的逆滤波器H(x_vspk,x_rspk,ω)，至少虚拟扬声器阵列13的半径r被确定为变为大于球状麦克风阵列11的传感器半径a的值。

如果从传递函数g(x_vspk,x_rspk,n)获得逆滤波器H(x_vspk,x_rspk,ω)，则可以通过使用逆滤波器的滤波器处理，将由虚拟扬声器阵列13用于再现声场的虚拟扬声器阵列驱动信号转换成具有任意形状的真实扬声器阵列12的真实扬声器阵列驱动信号。

逆滤波器生成单元72将这样获得的逆滤波器H(x_vspk,x_rspk,ω)提供到逆滤波器应用单元65。

(逆滤波器应用单元)

逆滤波器应用单元65将从逆滤波器生成单元72提供的逆滤波器H(x_vspk,x_rspk,ω)应用于从空间频率组合单元64提供的时间频谱D_t(x_vspk,ω,l)，并且获得逆滤波器信号D_i(x_rspk,ω,l)。即，逆滤波器应用单元65通过执行公式(13)的计算，通过滤波器处理计算逆滤波器信号D_i(x_rspk,ω,l)。该逆滤波器信号是用于再现声场的真实扬声器阵列驱动信号的时间频谱。在逆滤波器应用单元65中，针对构成真实扬声器阵列12的每个扬声器获得Ω的逆滤波器信号D_i(x_rspk,ω,l)，Ω是针对每个时间帧l的时间频率的数量。

[数学式13]

D_i(x_rspk，ω，l)＝H(x_vspk，x_rspk，ω)D_t(x_vspk，ω，l)···(13)

逆滤波器应用单元65将这样获得的逆滤波器信号D_i(x_rspk,ω,l)提供到时间频率组合单元66。

(时间频率组合单元)

时间频率组合单元66通过执行公式(14)的计算来执行从逆滤波器应用单元65提供的逆滤波器信号D_i(x_rspk,ω,l)的时间频率组合，即，时间频谱，并且获得输出帧信号d’(x_rspk,n,l)。

[数学式14]

$d^{,}(x_{rspk},n,l)=\frac{1}{Q}\underset{\mathrm{\&omega;}=0}{\overset{Q-1}{\&Sigma;}}{D}^{,}(x_{rspk},\mathrm{\&omega;},l)\exp \left(i2\mathrm{\&pi;}\frac{n\mathrm{\&omega;}}{Q}\right)\mathrm{...}\left(14\right)$

注意，公式(14)中的D’(x_rspk,ω,l)通过公式(15)来获得。

[数学式15]

$D^{,}(x_{rspk},\mathrm{\&omega;},l)=\left\{\begin{array}{cc}{D}_i(x_{rspk},\mathrm{\&omega;},l)& \mathrm{\&omega;}=0,\mathrm{...},\frac{Q}{2}\\ conj\left(D_i\right(x_{rspk},Q-\mathrm{\&omega;},l\left)\right)& \mathrm{\&omega;}=\frac{Q}{2}+1,\mathrm{...},Q-1\end{array}\right.\mathrm{...}\left(15\right)$

此外，尽管这里描述了使用逆离散傅立叶变换(IDFT)(逆离散傅立叶变换)的示例，但是可使用与时间频率分析单元61使用的转换的逆转换对应的变换。

另外，时间频率组合单元66将窗函数w_syn(n)与所获得的输出帧信号d’(x_rspk,n,l)相乘，并且通过执行叠加来执行帧组合。例如，通过使用公式(16)所示的窗函数w_syn(n)以及通过公式(17)的计算执行帧组合来获得输出信号d(x_rspk,t)。

[数学式16]

$w_{syn}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{(0.5-0.5\cos (2\mathrm{\&pi;}\frac{n}{N}\left)\right)}^{0.5}& n=0,\mathrm{...},N-1\\ 0& n=N,\mathrm{...},Q-1\end{array}\right.\mathrm{...}\left(16\right)$

[数学式17]

d^curr(x_rspk，n+IN)＝d’(x_rspk，n，l)w_syn(n)+d^prev(x_rspk，n+IN)

···(17)

注意，这里，尽管使用与时间频率分析单元61使用的窗函数相同的窗函数，在除此之外的窗(诸如汉明窗)的情况下可以是矩形窗。

此外，在公式(17)中，d^prev(x_rspk,n+lN)和d^curr(x_rspk,n+lN)两者表示输出信号d(x_rspk,t)，d^prev(x_rspk,n+lN)表示更新之前的值，并且d^curr(x_rspk,n+lN)表示更新之后的值。

时间频率组合单元66将这样获得的输出信号d(x_rspk,t)设置为声场再现设备41的输出作为真实扬声器阵列驱动信号。

如上所述，声场再现设备41可以更准确地再现声场。

<真实扬声器阵列驱动信号生成处理的描述>

接下来，将描述上述声场再现设备41执行的处理的流程。当提供了传递函数和声音收集信号时，声场再现设备41执行通过将声音收集信号转换为真实扬声器阵列驱动信号而执行输出的真实扬声器阵列驱动信号生成处理。

在下文中，将通过参照图6的流程图来描述声场再现设备41的真实扬声器阵列驱动信号生成处理。注意，尽管可由逆滤波器生成装置52预先执行逆滤波器的生成，但是在这里将继续描述使得在真实扬声器阵列驱动信号的生成时生成逆滤波器。

在步骤S11中，时间频率分析单元61分析从球状麦克风阵列11提供的声音收集信号s(p,t)的时间频率信息。

具体地，时间频率分析单元61对声音收集信号s(p,t)执行时间帧划分，将窗函数w_ana(n)与作为结果获得的输入帧信号s_fr(p,n,l)相乘，并且计算窗函数应用信号s_w(p,n,l)。

此外，时间频率分析单元61对窗函数应用信号s_w(p,n,l)执行时间频率转换，并且将作为其结果获得的时间频谱S(p,ω,l)提供到空间频率分析单元62。即，通过执行公式(4)的计算来计算时间频谱S(p,ω,l)。

在步骤S12中，空间频率分析单元62对从时间频率分析单元61提供的时间频谱S(p,ω,l)执行空间频率转换，并且将作为结果获得的空间频谱S_n ^m(a,ω,l)提供到空间滤波器应用单元63。

具体地，空间频率分析单元62通过计算公式(5)将时间频谱S(p,ω,l)转换成空间频谱S_n ^m(a,ω,l)。

在步骤S13中，空间滤波器应用单元63将空间滤波器w_n(a,r,ω)应用于从空间频率分析单元62提供的空间频谱S_n ^m(a,ω,l)。

即，空间滤波器应用单元63通过计算公式(7)将使用空间滤波器w_n(a,r,ω)的滤波器处理应用于空间频谱S_n ^m(a,ω,l)，并且将作为结果获得的空间频谱D_n ^m(r,ω,l)提供到空间频率组合单元64。

在步骤S14中，空间频率组合单元64执行从空间滤波器应用单元63提供的空间频谱S_n ^m(a,ω,l)的空间频率组合，并且将作为结果获得的时间频谱D_t(x_vspk,ω,l)提供到逆滤波器应用单元65。即，在步骤S14中，通过执行公式(11)的计算来获得时间频谱D_t(x_vspk,ω,l)。

在步骤S15中，时间频率分析单元71分析所提供的传递函数g(x_vspk,x_rspk,n)的时间频率信息。具体地，时间频率分析单元71对传递函数g(x_vspk,x_rspk,n)执行与步骤S11中的处理类似的处理，并且将作为结果获得的时间频谱G(x_vspk,x_rspk,ω)提供到逆滤波器生成单元72。

在步骤S16中，逆滤波器生成单元72基于从时间频率分析单元71提供的时间频谱G(x_vspk,x_rspk,ω)计算逆滤波器H(x_vspk,x_rspk,ω)，并且将该逆滤波器H(x_vspk,x_rspk,ω)提供到逆滤波器应用单元65。例如，在步骤S16中，执行公式(12)的计算，并且计算逆滤波器H(x_vspk,x_rspk,ω)。

在步骤S17中，逆滤波器应用单元65将从逆滤波器生成单元72提供的逆滤波器H(x_vspk,x_rspk,ω)应用于从空间频率组合单元64提供的时间频谱D_t(x_vspk,ω,l)，并且将作为结果获得的逆滤波器信号D_i(x_rspk,ω,l)提供到时间频率组合单元66。例如，在步骤S17中，执行公式(13)的计算，并且通过滤波器处理来计算逆滤波器信号D_i(x_rspk,ω,l)。

在步骤S18中，时间频率组合单元66执行从逆滤波器应用单元65提供的逆滤波器D_i(x_rspk,ω,l)的时间频率组合。

具体地，时间频率组合单元66通过执行公式(14)的计算，根据逆滤波器信号D_i(x_rspk,ω,l)计算输出帧信号d’(x_rspk,n,l)。另外，时间频率组合单元66通过将窗函数w_syn(n)与输出帧信号d’(x_rspk,n,l)相乘来执行公式(17)的计算，并且通过帧组合来计算输出信号d(x_rspk,t)。时间频率组合单元66将这样获得的输出信号d(x_rspk,t)作为真实扬声器阵列驱动信号输出到真实扬声器阵列12，并且真实扬声器阵列驱动信号生成处理结束。

如上所述，声场再现设备41通过使用空间滤波器的滤波器处理，根据声音收集信号生成虚拟扬声器阵列驱动信号，并且通过对虚拟扬声器阵列驱动信号进行使用逆滤波器的滤波器处理而另外生成真实扬声器阵列驱动信号。

在声场再现设备41中，通过生成其半径r大于球状麦克风阵列11的传感器半径a的虚拟扬声器阵列13的虚拟扬声器阵列驱动信号以及使用逆滤波器将所获得的虚拟扬声器阵列驱动信号转换成真实扬声器阵列驱动信号，即使真实扬声器阵列12的形状是某种形状，也可以更准确地再现声场。

<第二实施例>

<声场再现系统的配置示例>

注意，至此，尽管已描述了一个设备执行将声音收集信号转换成真实扬声器阵列驱动信号的处理的示例，但是也可通过由多个设备构成的声场再现系统来执行将声音收集信号转换成真实扬声器阵列驱动信号的处理。

这样的声场再现系统例如诸如图7所示来构成。注意，在图7中，相同的附图标记被附于与图3或图5的情况对应的部分，并且将省略其描述。

图7所示的声场再现系统101由驱动信号生成装置111和逆滤波器生成装置52构成。与图5中的情况类似，时间频率分析单元71和逆滤波器生成单元72包括在逆滤波器生成装置52中。

此外，驱动信号生成装置111由通过相互执行无线通信执行各种类型的信息传递等的发送装置121和接收装置122构成。具体地，发送装置121布置在执行球面波(声音)的声音收集的真实空间中，并且接收装置122布置在再生所收集的声音的再现空间中。

发送装置121具有球状麦克风阵列11、时间频率分析单元61、空间频率分析单元62和通信单元131。通信单元131由天线等构成，并且通过无线通信将从空间频率分析单元62提供的空间频谱S_n ^m(a,ω,l)发送到接收装置122。

此外，接收装置122具有通信单元132、空间滤波器应用单元63、空间频率组合单元64、逆滤波器应用单元65、时间频率组合单元66和真实扬声器阵列12。通信单元132由天线等构成，并且通过利用无线通信接收从通信单元131发送的空间频谱S_n ^m(a,ω,l)而对空间滤波器应用单元63进行提供。

<声场再现处理的描述>

接下来，将通过参照图8的流程图来描述图7所示的声场再现系统101执行的声场再现处理。

在步骤S41中，球状麦克风阵列11收集真实空间中的声音，并且将作为结果获得的声音收集信号提供到时间频率分析单元61。

在执行了步骤S42和步骤S43的处理时，此后，当获得声音收集信号时，这些处理与图6的步骤S11和步骤S12的处理类似，因此将省略其描述。然而，在步骤S43中，空间频率分析单元62将所获得的空间频谱S_n ^m(a,ω,l)提供到通信单元131。

在步骤S44中，通信单元131通过无线通信将从空间频率分析单元62提供的空间频谱S_n ^m(a,ω,l)发送到接收装置122。

在步骤S45中，通信单元132通过利用无线通信接收从通信单元131发送的空间频谱S_n ^m(a,ω,l)，对空间滤波器应用单元63进行提供。

在执行了步骤S46至步骤S51的处理时，此后，当接收到空间频谱时，这些处理与图6的步骤S13至步骤S18的处理类似，因此将省略其描述。然而，在步骤S51中，时间频率组合单元66将所获得的真实扬声器阵列驱动信号提供到真实扬声器阵列12。

在步骤S52中，真实扬声器阵列12基于从时间频率组合单元66提供的真实扬声器阵列驱动信号而再生声音，并且声场再现处理结束。以此方式，当基于真实扬声器阵列驱动信号再生声音时，在再现空间中再现真实空间的声场。

如上所述，声场再现系统101通过使用空间滤波器的滤波器处理，根据声音收集信号生成虚拟扬声器阵列驱动信号，并且通过对于虚拟扬声器阵列驱动信号执行使用逆滤波器的滤波器处理而另外生成真实扬声器阵列驱动信号。

此时，通过生成半径r大于球状麦克风阵列11的传感器半径a的虚拟扬声器阵列13的虚拟扬声器阵列驱动信号以及通过使用逆滤波器将所获得的虚拟扬声器阵列驱动信号转换成真实扬声器阵列驱动信号，即使真实扬声器阵列12的形状是某种形状，也可以更准确地再现声场。

上述一系列处理可以由硬件来执行，但是也可以由软件来执行。当这一系列处理由软件来执行时，构成这样的软件的程序被安装到计算机中。这里，表述“计算机”包括并入专用硬件的计算机以及能够在安装各种程序时执行各种功能的通用计算机等。

图9是示出使用程序执行上述系列处理的计算机的硬件配置示例的框图。

在计算机中，中央处理单元(CPU)501、只读存储器(ROM)502和随机存取存储器(RAM)503通过总线504相互连接。

输入/输出接口505也连接到总线504。输入单元506、输出单元507、记录单元508、通信单元509和驱动器510连接到输入/输出接口505。

输入单元506由键盘、鼠标、麦克风、成像元件等构成。输出单元507由显示器、扬声器等构成。记录单元508由硬盘、非易失性存储器等构成。通信单元509由网络接口等构成。驱动器510驱动可移除介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等。

在如上所述配置的计算机中，作为一个示例，CPU501经由输入/输出接口505和总线504将记录在记录单元508中的程序加载到RAM503中，并且执行程序以执行之前描述的一系列处理。

计算机(CPU501)要执行的程序通过记录在作为封装介质等的可移除介质511中来提供。另外，程序可经由有线或无线传输介质比如局域网、因特网或数字卫星广播来提供。

在计算机中，通过将可移除介质511加载到驱动器510中，程序可以经由输入/输出接口505安装到记录单元508中。还可以使用通信单元509从有线或无线传输介质接收程序以及将程序安装到记录单元508中。作为其它替选，程序可以预先安装到ROM502或记录单元508中。

应注意，计算机执行的程序可以是根据在该说明书中描述的顺序按时序处理的程序或者并行地或在必要的定时比如在调用时处理的程序。

本技术的实施例不限于上述实施例，并且可在不背离本技术的范围的情况下进行各种改变和修改。

例如，本技术可以采用通过经由网络由多个设备分配和连接一个功能进行处理的云计算配置。

例如，上述流程图描述的每个步骤可以由一个设备来执行或者通过分配多个设备来执行。

另外，在多个处理包括在一个步骤中的情况下，包括在这一个步骤中的多个处理可以由一个设备来执行或者通过分配多个设备来执行。

该描述中描述的效果仅是示例，这些效果不受限制，并且可存在其它效果。

另外，本技术也可如下进行配置。

(1)一种声场再现设备，包括：

第一驱动信号生成单元，被配置成将通过使得球状或环状麦克风阵列收集声音所获得的声音收集信号转换成虚拟扬声器阵列的驱动信号，所述虚拟扬声器阵列具有大于所述麦克风阵列的第一半径的第二半径；以及

第二驱动信号生成单元，被配置成将所述虚拟扬声器阵列的驱动信号转换成布置在所述虚拟扬声器阵列包围的空间内部或外部的真实扬声器阵列的驱动信号。

(2)根据(1)所述的声场再现设备，

其中，所述第一驱动信号生成单元通过对从所述声音收集信号获得的空间频谱应用使用空间滤波器的滤波器处理而将所述声音收集信号转换成所述虚拟扬声器阵列的驱动信号。

(3)根据(2)所述的声场再现设备，还包括：

空间频率分析单元，被配置成将从所述声音收集信号获得的时间频谱转换成所述空间频谱。

(4)根据(1)至(3)中的任意一项所述的声场再现设备，

其中，所述第二驱动信号生成单元通过使用基于从所述真实扬声器阵列到所述虚拟扬声器阵列的传递函数的逆滤波器，对所述虚拟扬声器阵列的驱动信号应用滤波器处理，将所述虚拟扬声器阵列的驱动信号转换成所述真实扬声器阵列的驱动信号。

(5)根据(1)至(4)中的任意一项所述的声场再现设备，

其中，所述虚拟扬声器阵列是球状或环状扬声器阵列。

(6)一种声场再现方法，包括：

第一驱动信号生成步骤，将通过使得球状或环状麦克风阵列收集声音所获得的声音收集信号转换成虚拟扬声器阵列的驱动信号，所述虚拟扬声器阵列具有大于所述麦克风阵列的第一半径的第二半径；以及

第二驱动信号生成步骤，将所述虚拟扬声器的驱动信号转换成布置在所述虚拟扬声器阵列包围的空间内部或外部的真实扬声器阵列的驱动信号。

(7)一种用于使得计算机执行包括以下步骤的处理的程序：

第一驱动信号生成步骤，将通过使得球状或环状麦克风阵列收集声音所获得的声音收集信号转换成虚拟扬声器阵列的驱动信号，所述虚拟扬声器阵列具有大于所述麦克风阵列的第一半径的第二半径；以及

第二驱动信号生成步骤，将所述虚拟扬声器的驱动信号转换成布置在所述虚拟扬声器阵列包围的空间内部或外部的真实扬声器阵列的驱动信号。

附图标记列表

11球状麦克风阵列

12真实扬声器阵列

13虚拟扬声器阵列

41声场再现设备

51驱动信号生成装置

52逆滤波器生成装置

61时间频率分析单元

62空间频率分析单元

63空间滤波器应用单元

64空间频率组合单元

65逆滤波器应用单元

66时间频率组合单元

71时间频率分析单元

72逆滤波器生成单元

131通信单元

132通信单元

Claims (7)

1.一种声场再现设备，包括：

第一驱动信号生成单元，被配置成将通过使得球状或环状麦克风阵列收集声音所获得的声音收集信号转换成虚拟扬声器阵列的驱动信号，所述虚拟扬声器阵列具有大于所述麦克风阵列的第一半径的第二半径；以及

第二驱动信号生成单元，被配置成将所述虚拟扬声器阵列的驱动信号转换成布置在所述虚拟扬声器阵列包围的空间内部或外部的真实扬声器阵列的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的声场再现设备，

其中，所述第一驱动信号生成单元通过对从所述声音收集信号获得的空间频谱应用使用空间滤波器的滤波器处理而将所述声音收集信号转换成所述虚拟扬声器阵列的驱动信号。

3.根据权利要求2所述的声场再现设备，还包括：

空间频率分析单元，被配置成将从所述声音收集信号获得的时间频谱转换成所述空间频谱。

4.根据权利要求1所述的声场再现设备，

其中，所述第二驱动信号生成单元通过使用基于从所述真实扬声器阵列到所述虚拟扬声器阵列的传递函数的逆滤波器，对所述虚拟扬声器阵列的驱动信号应用滤波器处理，将所述虚拟扬声器阵列的驱动信号转换成所述真实扬声器阵列的驱动信号。

5.根据权利要求1所述的声场再现设备，

其中，所述虚拟扬声器阵列是球状或环状扬声器阵列。

6.一种声场再现方法，包括：

第一驱动信号生成步骤，将通过使得球状或环状麦克风阵列收集声音所获得的声音收集信号转换成虚拟扬声器阵列的驱动信号，所述虚拟扬声器阵列具有大于所述麦克风阵列的第一半径的第二半径；以及

第二驱动信号生成步骤，将所述虚拟扬声器的驱动信号转换成布置在所述虚拟扬声器阵列包围的空间内部或外部的真实扬声器阵列的驱动信号。

7.一种用于使得计算机执行包括以下步骤的处理的程序：

第一驱动信号生成步骤，将通过使得球状或环状麦克风阵列收集声音所获得的声音收集信号转换成虚拟扬声器阵列的驱动信号，所述虚拟扬声器阵列具有大于所述麦克风阵列的第一半径的第二半径；以及

第二驱动信号生成步骤，将所述虚拟扬声器的驱动信号转换成布置在所述虚拟扬声器阵列包围的空间内部或外部的真实扬声器阵列的驱动信号。