JP2010028591A - Digital acoustic signal processing apparatus - Google Patents

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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a digital acoustic signal processing apparatus capable of forming an acoustic beam, which is narrow and elongated from near a speaker array to behind a focal position and includes high directivity, by setting a focal point of a convergent beam of directional array speakers to a long distance. <P>SOLUTION: The present invention relates to a digital acoustic signal processing apparatus in which a digital acoustic signal input from a sound source is played back by a speaker array comprised of a plurality of speakers arrayed along a direction of a straight line while controlling a directional property through a two-dimensional (2D) digital filter. When a spectrum of the acoustic signal, on which 2D Fourier transform is performed with respect to a time and speaker positions, is represented on a 2D frequency plane constituted of a temporal frequency axis and a spatial frequency axis, the 2D digital filter expands an amplitude property in low frequencies in parallel with the spatial frequency axis to a non-physical domain and sets the spectral as a single-peak pass area of which the cross section is spread from a physical domain to the non-physical domain. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数のスピーカを配列したアレースピーカによって、特定の方向に高い指向性で音波を放射させることができる音響再生信号を生成するデジタル音響信号処理装置に関する。   The present invention relates to a digital acoustic signal processing apparatus that generates an acoustic reproduction signal that can emit sound waves with high directivity in a specific direction by an array speaker in which a plurality of speakers are arranged.

音を特定方向の狭い範囲に放射させる用途が増加しているが、このような超指向性のビーム形成は、超音波による方法以外にはまだ商用されていない(非特許文献1参照)。しかし、スピーカアレーと2次元デジタルフィルタで構成される通常の指向性アレースピーカ(非特許文献2,3)によって非常に狭い指向特性に設計すれば、超指向性ビームを形成することができる。ここで、低域特性をできるだけ向上させようとすれば、スピーカアレーには大きなサイズが要求されるが、低域をそれほど重視しなくてよければスピーカアレーは小形にすることができる。   Applications for radiating sound in a narrow range in a specific direction are increasing, but such super-directional beam forming has not been commercialized yet other than by an ultrasonic method (see Non-Patent Document 1). However, a super-directional beam can be formed by designing a very narrow directional characteristic with a normal directional array speaker (Non-Patent Documents 2 and 3) composed of a speaker array and a two-dimensional digital filter. Here, in order to improve the low frequency characteristics as much as possible, a large size is required for the speaker array. However, if the low frequency is not so important, the speaker array can be made small.

同様にスピーカアレーを用いて特定の位置、すなわち焦点に集束音響ビームを形成する方法があり、用いる2次元デジタルフィルタに、音の集束のために、方向により異なる直線位相の2次元位相特性が設定される(非特許文献4,5参照)。この方法では、スピーカアレーから近い距離では、位相特性が効果的に働いて、焦点位置に旨く集束する音響ビームが形成される。   Similarly, there is a method of forming a focused acoustic beam at a specific position, that is, at the focal point using a speaker array, and the two-dimensional digital filter used has a two-dimensional phase characteristic of a linear phase that varies depending on the direction for focusing the sound. (See Non-Patent Documents 4 and 5). In this method, at a distance close to the speaker array, the phase characteristic works effectively, and an acoustic beam that is focused well at the focal position is formed.

西川清、「ビームフォーミングの2次元領域解析」、電子通信学会論文誌、社団法人電子情報通信学会、1994年9月、第J77−A巻、第9号、p.1304−1306Kiyoshi Nishikawa, “Two-dimensional domain analysis of beamforming”, IEICE Transactions, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, September 1994, Vol. J77-A, No. 9, p. 1304-1306 松本康志、西川清、「一定サイドローブ量の指向性アレースピーカの設計法」、信学技報、社団法人電子情報通信学会、2004年10月、EA2004−74、p.13−18Matsumoto Yasushi and Nishikawa Kiyoshi, “Design Method of Directional Array Speaker with Constant Sidelobe”, IEICE Technical Report, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, October 2004, EA 2004-74, p. 13-18 西川清、外4名、「広帯域ビーム形成用2次元FIRファンフィルタの2次元フーリエ級数近似による設計法」、電子通信学会論文誌、社団法人電子情報通信学会、2000年12月、第J83−A巻、第12号、p.1357−1367Kiyoshi Nishikawa, 4 others, "Design method of 2D FIR fan filter for wideband beam forming by 2D Fourier series approximation", IEICE Transactions, IEICE, December 2000, J833-A Volume 12, No. 12, p. 1357-1367 西川清、横山哲哉、宮岸美貴子、「直線状スピーカアレーと2次元FIRフィルタを用いた音像移動の方法」、電子情報通信学会論文誌、社団法人電子情報通信学会、2000年7月、第J83−A巻、第7号、p.839−849Kiyoshi Nishikawa, Tetsuya Yokoyama, Mikiko Miyagishi, “Method of moving sound image using linear speaker array and 2D FIR filter”, IEICE Transactions, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, July 2000, J83- Volume A, No. 7, p. 839-849 西川清、志村智、横山哲哉、宮岸美貴子、「2次元ディジタルフィルタを用いた音像移動と集束ビーム形成」AES東京コンベンション‘99予稿集、p.166−169Kiyoshi Nishikawa, Satoshi Shimura, Tetsuya Yokoyama, Mikiko Miyagishi, “Sound image movement and focused beam formation using a two-dimensional digital filter” AES Tokyo Convention '99 Proceedings, p. 166-169

焦点位置を遠くに設定する狭角ビーム形成の場合には、低域での位相設定の範囲が狭いために、位相特性の効果が出にくく、焦点位置に旨く集束する音響ビームが形成されない。 In the case of narrow-angle beam formation in which the focal position is set far, the phase setting range in the low band is narrow, so that the effect of phase characteristics is difficult to be produced, and an acoustic beam that converges well at the focal position is not formed.

本発明の目的は、指向性アレースピーカの集束ビームの焦点を遠距離に設定することによって、スピーカアレー近傍から焦点位置の後方にまで狭く細長い高い指向性を有する音響ビームを形成することができるデジタル音響信号処理装置を提供することである。   An object of the present invention is to set a focal point of a focused beam of a directional array speaker at a long distance, thereby forming a narrow and narrow acoustic beam having high directivity from the vicinity of the speaker array to the rear of the focal position. An acoustic signal processing apparatus is provided.

本発明は、音源から入力したデジタル音響信号を、2次元デジタルフィルタによって指向特性を制御し、直線の方向に沿って配列された複数のスピーカから成るスピーカアレーによって再生するデジタル音響信号処理装置であって、
前記2次元デジタルフィルタは、時間およびスピーカの位置について2次元フーリエ変換した音響信号のスペクトルを、時間周波数軸と空間周波数軸とから成る2次元周波数平面上で表したとき、低域での振幅特性を非物理領域に拡大し、空間周波数軸に平行な断面が物理領域から非物理領域にわたる単峰形の通過域として設定されることを特徴とするデジタル音響信号処理装置である。
The present invention is a digital audio signal processing apparatus that reproduces a digital audio signal input from a sound source by a speaker array composed of a plurality of speakers arranged along a straight line direction with a directional characteristic controlled by a two-dimensional digital filter. And
The two-dimensional digital filter has a low-frequency amplitude characteristic when a spectrum of an acoustic signal obtained by two-dimensional Fourier transform with respect to time and a speaker position is represented on a two-dimensional frequency plane composed of a time frequency axis and a spatial frequency axis. Is a digital acoustic signal processing device characterized in that a cross section parallel to the spatial frequency axis is set as a unimodal passband extending from the physical region to the non-physical region.

また本発明は、直線の方向に沿って配列された複数のマイクロフォンから成るマイクロフォンアレーから出力された信号を、2次元デジタルフィルタによって指向特性を制御するデジタル音響信号処理装置であって、
前記2次元デジタルフィルタは、時間およびマイクロフォンの位置について2次元フーリエ変換した音響信号のスペクトルを、時間周波数軸と空間周波数軸とから成る2次元周波数平面上で表したとき、低域での振幅特性を非物理領域に拡大し、空間周波数軸に平行な断面が物理領域から非物理領域にわたる単峰形の通過域として設定されることを特徴とするデジタル音響信号処理装置である。
Further, the present invention is a digital acoustic signal processing apparatus for controlling directivity characteristics of a signal output from a microphone array composed of a plurality of microphones arranged along a straight line direction by a two-dimensional digital filter,
The two-dimensional digital filter has a low-frequency amplitude characteristic when the spectrum of an acoustic signal two-dimensionally Fourier transformed with respect to time and microphone position is represented on a two-dimensional frequency plane composed of a time frequency axis and a spatial frequency axis. Is a digital acoustic signal processing device characterized in that a cross section parallel to the spatial frequency axis is set as a unimodal passband extending from the physical region to the non-physical region.

本発明によれば、音源から入力したデジタル音響信号の指向特性を制御する2次元デジタルフィルタは、時間およびスピーカの位置について2次元フーリエ変換した音響信号のスペクトルを、時間周波数軸と空間周波数軸とから成る2次元周波数平面上で表したとき、低域での振幅特性を非物理領域に拡大するので、アレースピーカの集束ビームの焦点を遠距離に設定することによって、スピーカアレー近傍から焦点位置の後方にまで狭く細長い高い指向性を有する音響ビームを形成することができる。   According to the present invention, the two-dimensional digital filter that controls the directivity characteristics of the digital sound signal input from the sound source has the time frequency axis, the spatial frequency axis, and the spectrum of the sound signal that has been two-dimensional Fourier transformed with respect to time and the position of the speaker. Since the amplitude characteristics in the low frequency range are expanded to the non-physical region when expressed on a two-dimensional frequency plane consisting of: An acoustic beam having a narrow and long high directivity can be formed to the rear.

また本発明によれば、マイクロフォンアレーから出力された信号の指向特性を制御する2次元デジタルフィルタは、時間およびマイクロフォンの位置について2次元フーリエ変換した音響信号のスペクトルを、時間周波数軸と空間周波数軸とから成る2次元周波数平面上で表したとき、低域での振幅特性を非物理領域に拡大するので、狭く細長い高い指向性を有するビームを得ることができる。   According to the present invention, the two-dimensional digital filter for controlling the directivity of the signal output from the microphone array includes a time frequency axis and a spatial frequency axis for a spectrum of an acoustic signal obtained by two-dimensional Fourier transform with respect to time and a microphone position. When it is expressed on a two-dimensional frequency plane consisting of the above, the amplitude characteristic in the low band is expanded to the non-physical area, so that a narrow and long beam having high directivity can be obtained.

図1は本発明の実施の一形態の2次元デジタルフィルタ4を備えるデジタル音響信号処理装置の全体の構成を示すブロック図である。本実施の形態のデジタル音響信号処理装置は、複数(本実施の形態では7)のスピーカ2a,2b,…,2f,2gから成るスピーカアレー2と、スピーカアレー2の各スピーカ2a〜2gに直列に接続される1次元フィルタ3a,3b,…,3f,3gから成る2次元デジタルフィルタ4とを含む。2次元デジタルフィルタ4は、たとえば2次元FIRフィルタによって実現される。   FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a digital acoustic signal processing apparatus including a two-dimensional digital filter 4 according to an embodiment of the present invention. The digital audio signal processing apparatus according to the present embodiment is connected in series to a speaker array 2 composed of a plurality (seven in this embodiment) of speakers 2a, 2b,..., 2f, 2g, and the speakers 2a to 2g of the speaker array 2. And a two-dimensional digital filter 4 composed of one-dimensional filters 3a, 3b,..., 3f, 3g. The two-dimensional digital filter 4 is realized by, for example, a two-dimensional FIR filter.

本実施の形態では、周波数と方向のパラメータを用いるのではなく、時間周波数と空間周波数とによって表わされる2次元周波数平面での2次元デジタルファンフィルタを所望の周波数および指向特性に近似して設計する手順について説明する。焦点位置を遠くに設定する狭角ビーム形成の場合、低域での位相設定の範囲が狭く、その効果が出にくいことから、低域での位相設定範囲を拡大し、振幅の設定が行われるすべての領域に、すなわちスペクトルの分布する領域だけでなく、スペクトルの分布しない非物理領域5にも位相設定することによって、高い指向性が得られる2次元デジタルフィルタを備えるデジタル音響信号処理装置について説明する。   In this embodiment, instead of using parameters of frequency and direction, a two-dimensional digital fan filter on a two-dimensional frequency plane represented by a time frequency and a spatial frequency is designed to approximate a desired frequency and directivity. The procedure will be described. In the case of narrow-angle beam forming where the focal position is set far, the phase setting range in the low range is narrow and the effect is difficult to produce, so the phase setting range in the low range is expanded and the amplitude is set Describes a digital acoustic signal processing apparatus including a two-dimensional digital filter capable of obtaining high directivity by setting phases in all regions, that is, not only in a region in which a spectrum is distributed but also in a non-physical region 5 in which a spectrum is not distributed. To do.

指向性アレースピーカ1は、図1に示すように、スピーカアレー2(スピーカ間隔D,スピーカ個数(N+1))と2次元デジタルフィルタ4とによって構成され、2次元デジタルフィルタ4の振幅特性と位相特性を設定することによって、図1のように、スピーカアレー2の中心点0から角度φ0、距離rの点Pに音響ビームの焦点を仮想音源点として形成することができる。以下に2次元デジタルフィルタ4の設計法の概略について述べる。 As shown in FIG. 1, the directional array speaker 1 includes a speaker array 2 (speaker interval D, number of speakers (N 2 +1)) and a two-dimensional digital filter 4, and amplitude characteristics of the two-dimensional digital filter 4. By setting the phase characteristics, as shown in FIG. 1, the focal point of the acoustic beam can be formed as a virtual sound source point at a point P at an angle φ 0 and a distance r 0 from the center point 0 of the speaker array 2. The outline of the design method of the two-dimensional digital filter 4 will be described below.

図2は、2次元周波数平面における2次元音響信号のスペクトルとファンフィルタ特性との関係を説明するためのグラフであり、横軸は時間周波数f1であり、縦軸は、空間周波数f2である。   FIG. 2 is a graph for explaining the relationship between the spectrum of the two-dimensional acoustic signal and the fan filter characteristic in the two-dimensional frequency plane, the horizontal axis is the time frequency f1, and the vertical axis is the spatial frequency f2.

2次元周波数平面において、非物理領域5とは、φ=90°の直線とφ=−90°の直線とを境界としてf2とf1との比の値の絶対値f2/f1がρより大きい領域であって、音響信号のスペクトルの存在しない領域をいう。また、2次元周波数平面における非物理領域5を除く領域を、物理領域6という。ファンフィルタの低域での振幅特性は、空間周波数f2に平行な断面で、物理領域6から非物理領域5にわたる単峰形の通過域として設定される。   In the two-dimensional frequency plane, the non-physical region 5 is a region where the absolute value f2 / f1 of the ratio value of f2 and f1 is larger than ρ, with a straight line of φ = 90 ° and a straight line of φ = −90 ° as a boundary. That is, it refers to a region where the spectrum of the acoustic signal does not exist. A region excluding the non-physical region 5 on the two-dimensional frequency plane is referred to as a physical region 6. The amplitude characteristic of the fan filter in the low band is set as a single-peak pass band extending from the physical region 6 to the non-physical region 5 with a cross section parallel to the spatial frequency f2.

(振幅特性の設定)
スピーカアレー2から、角度φで放射される音響波のスペクトルは、2次元周波数平面では次式の直線上に分布する。
(Amplitude characteristics setting)
The spectrum of the acoustic wave radiated from the speaker array 2 at an angle φ is distributed on a straight line of the following expression on the two-dimensional frequency plane.

Figure 2010028591
Figure 2010028591

ただし、fは時間周波数、fは空間周波数であり、それぞれ1/T(T:サンプリング間隔)と1/Dで規格化してある。 However, f 1 is the temporal frequency, f 2 is the spatial frequency, respectively 1 / T: is normalized with (T sampling interval) and 1 / D.

ビーム中心をφ=φ、ビーム肩幅をφ=φP+〜φP−、ビーム半値幅をφ=φC+〜φC−、ビームの広がりをφ=φS+〜φS−とする指向性音響ビームを形成するために、2次元デジタルフィルタ4の目標振幅特性A(f,f)として、図2に示すようなくさび型過渡域のファンフィルタ特性を設定して用いる。図2中のψは、通過域の中心とf軸とのなす角、α,αとβ,βはそれぞれ通過域と過渡域の開き幅を決めるパラメータであり、ψはビーム中心角度φとの対応により、α,αとβ,βはそれぞれビームの半値遮断角度φC−,φC+とビーム端角度φS−,φS+との対応により決定される。このとき、空間エリアシングの影響を入れないために次式が用いられる。 Directional sound with φ = φ 0 as beam center, φ = φ P + to φ P− as beam shoulder width, φ = φ C + to φ C− as beam half width, and φ = φ S + to φ S− as beam spread. In order to form a beam, the fan filter characteristic of a wedge-shaped transient region is set and used as the target amplitude characteristic A d (f 1 , f 2 ) of the two-dimensional digital filter 4 as shown in FIG. In FIG. 2, ψ is an angle formed by the center of the passband and the f 1 axis, α 1 , α 2 and β 1 , β 2 are parameters that determine the opening width of the passband and the transition zone, respectively, and ψ is the beam Depending on the correspondence with the center angle φ 0 , α 1 , α 2 and β 1 , β 2 are determined by the correspondence between the half-value cutoff angles φ C− and φ C + of the beam and the beam end angles φ S− and φ S + , respectively. . At this time, the following equation is used in order to avoid the influence of spatial aliasing.

Figure 2010028591
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なお、|f|>ρ|f|の領域は、スペクトルが存在しないので、非物理領域5と呼ばれている。 The region of | f 2 |> ρ | f 1 | is called a non-physical region 5 because no spectrum exists.

φ=0°(ψ=0°)を扱う場合は、φC+=−φC−=φ,φS+=−φS−=φ,α=α=α、β=β=βとおく。また、低域では有限次数による振幅劣化の改善のために、f軸上で幅2Wの方形特性を設定している。 When handling φ 0 = 0 ° (ψ = 0 °), φ C + = −φ C− = φ C , φ S + = −φ S− = φ S , α 1 = α 2 = α, β 1 = β Let 2 = β. Further, in the low range for improved amplitude deterioration by finite order, and set a square characteristic of the width 2W on f 2 axis.

図1において、原点0を中心とする円の波面(実線)を点Pを中心とする小円の波面(破線)に変形するという設定で、原点からφ方向の両波面間の伝搬遅延差τ(φ)を、波面位置を∞として導出し、これより導いた位相   In FIG. 1, the propagation delay difference τ between both wavefronts in the φ direction from the origin is set by transforming the wavefront (solid line) centered at the origin 0 into a small circle wavefront (broken line) centered at the point P. (Φ) is derived from the wavefront position as ∞, and the phase derived from this

Figure 2010028591
Figure 2010028591

を2次元デジタルフィルタ4の位相特性として設定する。ビーム形成を確実にするために、ビーム端角度φS+=φ+φe+,φS−=φ−φe−と置く。ただし、φe+,φe−は図1のスピーカアレー2の長さN・Dと焦点位置(距離r,角度φ)により決まる角度であり、次式で与えられる。 Is set as the phase characteristic of the two-dimensional digital filter 4. In order to ensure beam formation, the beam end angle φ S + = φ 0 + φ e + and φ S− = φ 0 −φ e− are set. However, φ e + and φ e− are angles determined by the length N 2 · D of the speaker array 2 and the focal position (distance r 0 , angle φ 0 ) of FIG. 1, and are given by the following equations.

Figure 2010028591
Figure 2010028591

Figure 2010028591
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なお、式(3)による位相はρsinφS−・f<f<ρsinφS+・fにおいて有効に設定される。 Note that the phase according to the equation (3) is effectively set as ρ sinφ S− · f 1 <f 2 <ρ sinφ S + · f 1 .

2次元デジタルフィルタ4の目標特性H(f,f)を振幅A(f,f)と位相θ(f,f)を用いて次式のように表す。 The target characteristic H d (f 1 , f 2 ) of the two-dimensional digital filter 4 is expressed as follows using the amplitude A d (f 1 , f 2 ) and the phase θ d (f 1 , f 2 ).

Figure 2010028591
Figure 2010028591

次数を(N,N)とすると、2次元離散フーリエ級数近似によって得られる2次元デジタルフィルタの伝達関数H(z,z)は次式となる。 When the order is (N 1 , N 2 ), the transfer function H (z 1 , z 2 ) of the two-dimensional digital filter obtained by the two-dimensional discrete Fourier series approximation is

Figure 2010028591
Figure 2010028591

Figure 2010028591
Figure 2010028591

ただし、M,Mの値はN,Nの10倍程度以上で2のべき乗の値に選ぶ。
図3は、φ=0°の場合の振幅および位相の設定領域を示す図である。図3(a)は、振幅設定域を示す図であり、図3(b)は、位相設定域を示す図である。本研究では、ビーム中心φ=0°とし、焦点位置rを遠くに設定してビーム端角度φの小さい超指向性(狭指向性)ビームの形成方法を検討する。φが小さいと、図3(b)から分かるように、低域から中域にかけての広い範囲で、式(3)による位相の変化が現れるほどの設定とはならず、そのために、焦点形成への寄与も小さく集束不十分なビーム形成となる。そこで、焦点形成を高めるために、非物理領域5を含む低域での位相特性の設定法についての検討を行う。なお、図3(a)に示したf=fは、同一指向特性を与える帯域の下端であり、幅2Wの方形振幅が設定される低域の上端とほぼ一致し、次式で与えられる。
However, the values of M 1 and M 2 are selected to be values of powers of 2 that are about 10 times greater than N 1 and N 2 .
FIG. 3 is a diagram showing a setting region of amplitude and phase when φ 0 = 0 °. FIG. 3A is a diagram illustrating an amplitude setting area, and FIG. 3B is a diagram illustrating a phase setting area. In this study, a method of forming a super-directivity (narrow directivity) beam with a small beam end angle φ S is examined by setting the beam center φ 0 = 0 ° and setting the focal position r 0 far. When phi S is small, as can be seen from FIG. 3 (b), a wide range of over the midrange low-frequency, not the set enough change in phase according to equation (3) appears, for which the focus formation As a result, the beam formation is insufficiently focused. Therefore, in order to enhance the focus formation, a method for setting the phase characteristic in the low frequency region including the non-physical region 5 is studied. Note that f 1 = f L shown in FIG. 3A is the lower end of the band that gives the same directivity, and almost coincides with the upper end of the low band where the square amplitude of width 2W is set, and is given by It is done.

Figure 2010028591
Figure 2010028591

図4は、位相設定域の拡大(1)を示す図である。最初に、図3(b)の位相設定域を超えてそれより広い図3(a)の振幅設定域にまで位相を設定する方法として、2通りを考える。図4(a)は、ρsinφ|f|<|f|<Wの領域に、境界φ=φでの位相と同一の値をf方向に推移して設定し、図4(b)ではρsinφ|f|<|f|<ρ|f|(|f|<W)の領域に式(3)による位相を、ρ|f|<|f|<Wの領域には境界φ=90°での位相と同一の値をf方向に推移して設定するものであり、それぞれをw−1−s,w−1−90と呼ぶことにする。 FIG. 4 is a diagram showing enlargement (1) of the phase setting area. First, two methods are considered as a method of setting the phase beyond the phase setting range of FIG. 3B to the amplitude setting range of FIG. 3A wider than that. In FIG. 4A, the same value as the phase at the boundary φ = φ S is set in the region of ρ sin φ S | f 1 | <| f 2 | <W while changing in the f 2 direction. b), the phase according to Equation (3) is applied to the region of ρsinφ S | f 1 | <| f 2 | <ρ | f 1 | (| f 2 | <W), and ρ | f 1 | <| f 2 | < the W region of is for setting remained the same value as the phase at the boundary phi = 90 ° in the f 2 direction, will be referred to respectively w-1-s, and w-1-90.

低域で方形の断面振幅に設定された2次元フィルタ4は2次元離散フーリエ級数近似の結果、低域でのf方向の断面振幅特性はsinc関数に似た形状となり、主振幅の範囲(メインローブ域)は約2倍の1.89Wに広がる。そこで、低域での位相設定範囲を拡大するために、低域での目標振幅特性として方形振幅特性をf方向にフーリエ級数近似した結果の振幅特性を用い、位相設定範囲は|f|<1.89Wとする。 As a result of the two-dimensional discrete Fourier series approximation, the two-dimensional filter 4 set to have a square cross-sectional amplitude in the low band has a cross-sectional amplitude characteristic in the f 2 direction in the low band similar to the sinc function, and the main amplitude range ( The main lobe area) is doubled to 1.89W. Therefore, in order to expand the phase setting range in the low frequency range, the amplitude characteristic resulting from the Fourier series approximation of the square amplitude characteristic in the f 2 direction is used as the target amplitude characteristic in the low frequency range, and the phase setting range is | f 2 | <1.89W.

図5は、位相設定域の拡大(2)を示す図である。図5(a)は、w−2−sについてのものであり、図5(b)は、w−2−90についてのものである。   FIG. 5 is a diagram showing expansion (2) of the phase setting area. FIG. 5A is for w-2-s, and FIG. 5B is for w-2-90.

スピーカアレー長ND=1.26m、スピーカ間隔D=0.07m、フィルタ次数(N,N)=(30,18)、焦点距離r=5.0mとして、上記の4タイプの超指向性ビームの設計を行う。このとき、ビーム端角度φ=7.18°、ビーム半値角度φ=5.71°、サンプリング周波数f=8635Hzである。しかし、本文でのサンプリング周波数については、図を拡大表示するために、便宜上f=5550Hzとした。 Speaker array length N 2 D = 1.26 m, speaker spacing D = 0.07 m, filter order (N 1 , N 2 ) = (30, 18), focal length r 0 = 5.0 m Design a super directional beam. At this time, the beam end angle φ S = 7.18 °, the beam half-value angle φ C = 5.71 °, and the sampling frequency f S = 8635 Hz. However, the sampling frequency in the text is set to f S = 5550 Hz for convenience in order to enlarge the figure.

図6〜図9に結果の振幅と位相の周波数特性を示す。図6は、設計結果の周波数特性(w−1−s)を示す図である。図6(a)は、振幅の周波数特性を示し、図6(b)は、位相の周波数特性を示す。図7は、設計結果の周波数特性(w−1−90)を示す図である。図7(a)は、振幅の周波数特性を示し、図7(b)は、位相の周波数特性を示す。図8は、設計結果の周波数特性(w−2−s)を示す図である。図8(a)は、振幅の周波数特性を示し、図8(b)は、位相の周波数特性を示す。図9は、設計結果の周波数特性(w−2−90)を示す図である。図9(a)は、振幅の周波数特性を示し、図9(b)は、位相の周波数特性を示す。これらの振幅特性の図において、φ=φでの振幅がφ=0°の振幅の−6dBとなる周波数を見ると、いずれも式(9)からのf=0.247(1370Hz)よりやや小さく、w−2−90の特性が最も小さい値を示している。また、位相特性については、w−2−sとw−2−90とが、より低域から方向φによる位相推移の違いを見せ、位相の設定範囲拡大の効果を示している。さらに、w−1−90とw−2−90は低域での周波数に比例するように振幅の低下を示し、それに対応して位相の落差が生じている。 6 to 9 show the frequency characteristics of the resulting amplitude and phase. FIG. 6 is a diagram showing the frequency characteristics (w-1-s) of the design result. FIG. 6A shows the frequency characteristic of the amplitude, and FIG. 6B shows the frequency characteristic of the phase. FIG. 7 is a diagram showing the frequency characteristics (w-1-90) of the design result. FIG. 7A shows the frequency characteristic of the amplitude, and FIG. 7B shows the frequency characteristic of the phase. FIG. 8 is a diagram illustrating the frequency characteristics (w-2-s) of the design result. FIG. 8A shows the frequency characteristic of the amplitude, and FIG. 8B shows the frequency characteristic of the phase. FIG. 9 is a diagram illustrating the frequency characteristics (w-2-90) of the design result. FIG. 9A shows the frequency characteristic of amplitude, and FIG. 9B shows the frequency characteristic of phase. In view of these amplitude characteristics, phi = the amplitude of at phi S sees frequencies of -6dB amplitude of φ = 0 °, than f L = 0.247 from either equation (9) (1370Hz) It is a little smaller, and the value of w-2-90 has the smallest value. As for the phase characteristics, w-2-s and w-2-90 show the difference in the phase transition depending on the direction φ from the lower range, and show the effect of expanding the phase setting range. Furthermore, w-1-90 and w-2-90 show a decrease in amplitude so as to be proportional to the frequency in the low frequency range, and a phase drop occurs correspondingly.

図10は、2次元デジタルフィルタ4の振幅および位相特性(w−2−90)を示す図である。図10(a)は、振幅特性を示す図であり、図10(b)は、位相特性を示す図である。図11は、w−2−90の指向特性を示す図である。4タイプの設計結果の中で位相設定効果の大きいw−2−90について、2次元デジタルフィルタ4の振幅、位相特性および振幅の指向特性をそれぞれ図10および図11に示す。   FIG. 10 is a diagram illustrating the amplitude and phase characteristics (w-2-90) of the two-dimensional digital filter 4. FIG. 10A is a diagram showing amplitude characteristics, and FIG. 10B is a diagram showing phase characteristics. FIG. 11 is a diagram illustrating the directivity characteristics of w-2-90. FIG. 10 and FIG. 11 show the amplitude, phase characteristics, and amplitude directivity characteristics of the two-dimensional digital filter 4 for w-2-90, which has a large phase setting effect among the four types of design results.

図4および図5に示す位相設定について、非物理領域5|f|>ρ|f|に位相を置かない、すなわち、位相0とした場合も特性を求めて効果を調べたが、いずれも置いた場合に比べてその効果はわずかに低かった。 Regarding the phase setting shown in FIG. 4 and FIG. 5, even when the phase is not placed in the non-physical region 5 | f 2 |> ρ | f 1 | The effect was slightly lower than that of the case where it was placed.

超指向性ビームについて、空間応答を求めて低域位相拡大設定の効果を比較考察する。図12は、インパルス列応答の空間分布を示す図である。図12(a)は、w−2−sについて求めた図であり、図12(b)は、w−2−90について求めた図である。ただし、各応答は、x→∞で振幅1となるように大きさを補正した上で、振幅0.5以上の部分を表示してある。また、参考のために、スピーカアレー配置(左側)、φ=±φ,±φの放射ラインおよび焦点を中心とする同心円を重ねて示す。両応答とも焦点位置で集束する様子には見えず、原点から距離とともに成長するくさび形ビームのように形成されているが、w−2−90の方がわずかに焦点位置でのy方向に測った幅が狭い。 For the super-directional beam, the spatial response is obtained and the effect of the low-frequency phase expansion setting is compared. FIG. 12 is a diagram illustrating a spatial distribution of impulse train responses. FIG. 12A is a diagram obtained for w-2-s, and FIG. 12B is a diagram obtained for w-2-90. However, each response is corrected in magnitude so that the amplitude becomes 1 when x → ∞, and a portion having an amplitude of 0.5 or more is displayed. For reference, a speaker array arrangement (left side), φ = ± φ S , ± φ C radiation lines, and concentric circles centered on the focal point are shown superimposed. Both responses do not appear to converge at the focal position and are shaped like a wedge beam that grows with distance from the origin, but w-2-90 is slightly measured in the y direction at the focal position. Narrow width.

図13は、w−2−90に対して求めた正弦波音圧分布を示す図である。図13(a)は、f=0.1(555Hz)について示す図である。図13(b)は、f=0.2(1110Hz)について示す図である。図13(c)は、f=0.3(1665Hz)について示す図である。図13(d)は、f=0.45(2498Hz)について示す図である。これも振幅0.5以上の部分を表示してある。高い周波数では、図12に示すインパルス列応答の成長に対応する形で狭いビーム、すなわち、超指向性のビームが形成されており、周波数が低くなるにつれてビーム幅は広くなる。 FIG. 13 is a diagram showing a sinusoidal sound pressure distribution obtained for w-2-90. FIG. 13A is a diagram illustrating f 1 = 0.1 (555 Hz). FIG. 13B is a diagram illustrating f 1 = 0.2 (1110 Hz). FIG. 13C is a diagram illustrating f 1 = 0.3 (1665 Hz). Figure 13 (d) is a diagram showing a f 1 = 0.45 (2498Hz). This also displays a portion having an amplitude of 0.5 or more. At a high frequency, a narrow beam corresponding to the growth of the impulse train response shown in FIG. 12, that is, a super-directional beam, is formed, and the beam width increases as the frequency decreases.

図14は、w−2−sに対して求めた正弦波音圧分布を示す図である。図14(a)は、f=0.1(555Hz)について示す図である。図14(b)は、f=0.2(1110Hz)について示す図である。w−2−sに対して求めた図14に示す正弦波音圧分布と比べると、中・高周波数ではほとんど差はないが、低い周波数ではw−2−90の方がビーム幅は狭い。 FIG. 14 is a diagram showing a sinusoidal sound pressure distribution obtained for w-2-s. FIG. 14A is a diagram illustrating f 1 = 0.1 (555 Hz). FIG. 14B is a diagram illustrating f 1 = 0.2 (1110 Hz). Compared to the sinusoidal sound pressure distribution shown in FIG. 14 obtained for w-2-s, there is almost no difference at medium and high frequencies, but the beam width of w-2-90 is narrower at low frequencies.

次に、各位相設定の違いによる超指向性ビームの良否を焦点形成の度合いと結びつけて評価する。そこで、インパルス列応答の結果を用いて定量評価を行う。対象とする応答として、図12に示されたインパルス列応答中の第1番目,第3番目および第9番目(距離はそれぞれ2m,5m,14m)に注目して、それぞれについてピーク値(H2,H5,H14)とy軸方向に測った振幅0.5の場所の幅(W2,W5,W14)および焦点の先鋭度H5/W5を求める。実際には、比較のため図3の設定によるもの(これをw−0とする)と位相設定なしの場合(これをphase−0とする)も含めて計6タイプについてピーク値、幅、焦点先鋭度を求めた。   Next, the quality of the super directional beam due to the difference in each phase setting is evaluated in connection with the degree of focus formation. Therefore, quantitative evaluation is performed using the result of the impulse train response. Focusing on the first, third and ninth (distances are 2 m, 5 m and 14 m, respectively) in the impulse train response shown in FIG. H5, H14), the width (W2, W5, W14) of the location of amplitude 0.5 measured in the y-axis direction and the sharpness H5 / W5 of the focal point. Actually, for comparison, the peak value, width, and focus for a total of six types including the case of setting according to FIG. 3 (this is set to w-0) and the case of no phase setting (this is set to phase-0). The sharpness was determined.

表1および表2にそれらを示す。表1および表2から分かるように、ピーク値H5についてはw−2−sとw−2−90とが特に大きく、幅W5についてはw−1−90とw−2−90とが特に小さくなっている。結果の焦点先鋭度H5/W5については、焦点形成をしないよりする方が高く、また、位相設定の範囲も通常の設定より広げてできるだけ振幅設定に合わせて広い範囲で設定する方が高くでき、w−2−90が最大となった。   They are shown in Tables 1 and 2. As can be seen from Tables 1 and 2, w-2-s and w-2-90 are particularly large for the peak value H5, and w-1-90 and w-2-90 are particularly small for the width W5. It has become. The resulting focus sharpness H5 / W5 is higher than not forming the focus, and the phase setting range can be expanded from the normal setting and set in a wide range as much as possible according to the amplitude setting. w-2-90 was the maximum.

Figure 2010028591
Figure 2010028591

Figure 2010028591
Figure 2010028591

図15は、アレー正面方向の超指向性ビームを基に焦点位置変更法を用いてビーム中心をφ=60°に傾けた超指向性ビームのインパルス列応答の空間分布を示す図である。図15(a)は、w−1−90について示したものであり、図15(b)は、w−2−90について示したものである。正面方向のビームと比べていずれも2倍以上のビーム幅に劣化するが、この中ではw−2−90が最も幅の狭いビームとして形成されている。 FIG. 15 is a diagram showing the spatial distribution of the impulse train response of a super-directional beam whose beam center is tilted to φ 0 = 60 ° using the focal position changing method based on the super-directional beam in the front direction of the array. FIG. 15A shows w-1-90, and FIG. 15B shows w-2-90. Although the beam width deteriorates to twice or more compared to the beam in the front direction, w-2-90 is formed as the narrowest beam among them.

超指向性ビームの広帯域設計を試みる。そのために、前述の2次元ファンフィルタの振幅特性に代えて、阻止領域リプル近似の1次元フィルタを2次元周波数平面の非物理領域5においてのみ大きなリプル振幅となるように設計して空間周波数方向の断面に敷き詰めて合成した振幅特性を用いる。図16は、広帯域超指向性ビーム形成のための断面振幅および位相の設定法を示す図である。集束ビームに形成するために、位相設定域は図5(b)のw−2−90とほぼ同一のものとするが、実際には図16に示すように振幅0のラインAで囲まれたメインローブ域とする。   Attempt wideband design of super directional beam. For this purpose, instead of the amplitude characteristics of the two-dimensional fan filter described above, a one-dimensional filter of the blocking region ripple approximation is designed so as to have a large ripple amplitude only in the non-physical region 5 of the two-dimensional frequency plane. The amplitude characteristics synthesized by laying down the cross section are used. FIG. 16 is a diagram showing a method for setting the cross-sectional amplitude and phase for forming a broadband superdirective beam. In order to form a focused beam, the phase setting area is substantially the same as w-2-90 in FIG. 5B, but actually it is surrounded by a line A having an amplitude of 0 as shown in FIG. The main lobe area.

超指向性ビームの設計において示した仕様に、非物理領域振幅を加えて超指向性ビームの設計を行った。図17は、2次元デジタルフィルタ4の振幅特性を示す図である。図18は、超指向性ビームの指向特性を示す図である。図19は、振幅と位相の周波数特性を示す図である。図19(a)は、振幅を示し、図19(b)は、位相を示す。非物理領域5を利用した本実施例では、帯域下端周波数f=0.214(1188Hz)であり、このことから、図19(a)と図9(a)の振幅特性を比べて分かるように、同一指向性を与える帯域は本設計法の方がより低域に広くなっている。また、図18および図19(a)によって、ほぼ一定のサイドローブ量を与えていることも分かる。さらに、位相特性についても本実施例の方がより低域から方向φによる位相の変化が大きく現れている。 The superdirective beam was designed by adding the non-physical region amplitude to the specifications shown in the design of the superdirective beam. FIG. 17 is a diagram illustrating amplitude characteristics of the two-dimensional digital filter 4. FIG. 18 is a diagram showing the directivity characteristics of a superdirective beam. FIG. 19 is a diagram illustrating frequency characteristics of amplitude and phase. FIG. 19A shows the amplitude, and FIG. 19B shows the phase. In the present embodiment using the non-physical region 5, the lower band frequency f L = 0.214 (1188 Hz), and from this, it can be seen by comparing the amplitude characteristics of FIG. 19 (a) and FIG. 9 (a). In addition, the band that gives the same directivity is wider in the lower range in this design method. It can also be seen from FIG. 18 and FIG. 19A that a substantially constant side lobe amount is given. Further, with regard to the phase characteristics, the present embodiment shows a greater change in phase due to the direction φ from a lower range.

そこで、本実施例についてもインパルス列応答の空間分布を求め、それより算出した焦点先鋭度H5/W5は0.926であった。したがって、広帯域化と位相の広域設定の効果がこの数値に反映されている。   Therefore, the spatial distribution of the impulse train response was also obtained for this example, and the focal sharpness H5 / W5 calculated from the spatial distribution was 0.926. Therefore, the effect of wide band and wide phase setting is reflected in this numerical value.

位相の設定方法として、このほかにφ=90°までの物理領域全域に広げて設定する場合も設計した。結果の振幅特性はサイドローブが幾らか低下したが、メインローブがわずかに広がり、位相特性も中・高周波数で位相の変化が幾らか減少した。その結果、インパルス列応答から求めた焦点先鋭度は0.845と低下したものとなった。   In addition to this, as a method for setting the phase, a case was also designed in which the phase is set over the entire physical region up to φ = 90 °. The resulting amplitude characteristics showed some reduction in side lobes, but the main lobe was slightly widened, and the phase characteristics were somewhat reduced in phase change at medium and high frequencies. As a result, the focal sharpness obtained from the impulse train response was reduced to 0.845.

本実施例では、集束形ビーム形成の方法を用いて、より特性の向上した超指向性ビームを形成する方法を提案した。焦点形成の効果を高めるために低域での位相設定範囲の拡大を検討し、振幅が設定される2次元周波数領域のすべて、すなわち、スペクトルの分布する物理領域6だけでなく非物理領域5にも位相設定するとよい結果を与えることが分かり、広帯域設計への適用例も示した。   In the present embodiment, a method of forming a super-directional beam with improved characteristics using a focused beam forming method was proposed. In order to enhance the focus formation effect, the expansion of the phase setting range in the low frequency range is examined, and not only in the two-dimensional frequency range where the amplitude is set, that is, not only in the physical region 6 where the spectrum is distributed but also in the non-physical region 5. It was also found that setting the phase gave good results, and an example of application to a broadband design was also shown.

実際にアレースピーカシステムを使って超指向性音響ビームの形成を確認した。提案法による超指向性ビームは、図1からも分かるように、スピーカアレー軸(y軸)に関して回転対称性を有するので、超音波の方法のようなスポット照射ではなく帯状領域への照射となる。また、ビーム方向の電子的可変も容易という特長もある。図20は、超指向性音響ビームの横断歩道への適用例を示す図である。横断歩道の斜め上方に設けたスピーカアレー2によって、横断歩道の幅を持った超指向性ビームが横断歩道の全体に照射される。横断歩道を渡ろうとし、または横断している歩行者には必要な情報のアナウンスが聴こえる。図21は、超指向性音響ビームの危険回避するためのアナウンスへの適用例を示す図である。後進する自動車の後方を横切ろうとする歩行者に注意を促すために超指向性ビームが照射される。   We actually confirmed the formation of superdirective acoustic beams using an array speaker system. As can be seen from FIG. 1, the super-directional beam by the proposed method is rotationally symmetric with respect to the speaker array axis (y-axis). . In addition, there is a feature that the electronic change of the beam direction is easy. FIG. 20 is a diagram illustrating an application example of a superdirective acoustic beam to a pedestrian crossing. A super-directional beam having the width of the pedestrian crossing is irradiated to the entire pedestrian crossing by the speaker array 2 provided obliquely above the pedestrian crossing. Pedestrians trying to cross or cross a pedestrian crossing will hear the necessary information. FIG. 21 is a diagram illustrating an application example to an announcement for avoiding danger of a superdirective acoustic beam. A super-directional beam is emitted to alert a pedestrian who is about to cross the back of a car that is moving backward.

図22は指向性アレーマイクロフォン8において2次元デジタルフィルタ4の構成を示すブロック図である。本実施の形態において、指向性アレースピーカ1について説明してきたが、他の実施の形態である指向性アレーマイクロフォン8について説明する。指向性アレーマイクロフォン8を構成するマイクロフォンアレー7からの出力は、2次元デジタルフィルタ4に入力される。2次元デジタルフィルタ4は、時間およびマイクロフォンの位置について2次元フーリエ変換した音響信号のスペクトルを、時間周波数軸と空間周波数軸とから成る2次元周波数平面上で表したとき、低域での振幅特性を非物理領域5に拡大するので、狭く細長い高い指向性を有するビームを得ることができる。2次元デジタルフィルタ4から出力された信号は、スピーカから出力することができ、あるいは音声記録媒体に記録させることができる。   FIG. 22 is a block diagram showing the configuration of the two-dimensional digital filter 4 in the directional array microphone 8. Although the directional array speaker 1 has been described in the present embodiment, the directional array microphone 8 which is another embodiment will be described. The output from the microphone array 7 constituting the directional array microphone 8 is input to the two-dimensional digital filter 4. The two-dimensional digital filter 4 represents an amplitude characteristic at a low frequency when a spectrum of an acoustic signal obtained by two-dimensional Fourier transform with respect to time and a microphone position is represented on a two-dimensional frequency plane including a time frequency axis and a spatial frequency axis. Is expanded to the non-physical region 5, so that a narrow and elongated beam having high directivity can be obtained. The signal output from the two-dimensional digital filter 4 can be output from a speaker or can be recorded on an audio recording medium.

指向性アレースピーカ1の焦点形成を示す図である。It is a figure which shows the focus formation of the directional array speaker. 2次元周波数平面における2次元音響信号のスペクトルとファンフィルタ特性との関係を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the relationship between the spectrum of a two-dimensional acoustic signal in a two-dimensional frequency plane, and a fan filter characteristic. φ=0°の場合の振幅および位相の設定領域を示す図である。It is a figure which shows the setting area | region of an amplitude and phase in the case of (phi) 0 = 0 degree. 位相設定域の拡大(1)を示す図である。It is a figure which shows expansion (1) of a phase setting area. 位相設定域の拡大(2)を示す図である。It is a figure which shows expansion (2) of a phase setting area. 設計結果の周波数特性(w−1−s)を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic (w-1-s) of a design result. 設計結果の周波数特性(w−1−90)を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic (w-1-90) of a design result. 設計結果の周波数特性(w−2−s)を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic (w-2-s) of a design result. 設計結果の周波数特性(w−2−90)を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic (w-2-90) of a design result. 2次元デジタルフィルタ4の振幅および位相特性(w−2−90)を示す図である。It is a figure which shows the amplitude and phase characteristic (w-2-90) of the two-dimensional digital filter 4. FIG. w−2−90の指向特性を示す図である。It is a figure which shows the directional characteristic of w-2-90. インパルス列応答の空間分布を示す図である。It is a figure which shows the spatial distribution of an impulse train response. w−2−90に対して求めた正弦波音圧分布を示す図である。It is a figure which shows the sinusoidal sound pressure distribution calculated | required with respect to w-2-90. w−2−sに対して求めた正弦波音圧分布を示す図である。It is a figure which shows the sinusoidal sound pressure distribution calculated | required with respect to w-2-s. φ=60°に傾けた超指向性ビームのインパルス列応答の空間分布を示す図である。It is a figure which shows the spatial distribution of the impulse train response of the super-directional beam inclined to φ 0 = 60 °. 広帯域超指向性ビーム形成のための断面振幅および位相の設定法を示す図である。It is a figure which shows the setting method of the cross-sectional amplitude and phase for broadband superdirective beam formation. 2次元デジタルフィルタ4の振幅特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating amplitude characteristics of the two-dimensional digital filter 4. 超指向性ビームの指向特性を示す図である。It is a figure which shows the directivity characteristic of a super-directional beam. 振幅と位相の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of an amplitude and a phase. 超指向性音響ビームの横断歩道への適用例を示す図である。It is a figure which shows the example of application to the pedestrian crossing of a super-directional acoustic beam.

超指向性音響ビームの危険回避するためのアナウンスへの適用例を示す図である。It is a figure which shows the example of application to the announcement for avoiding the danger of a super-directional acoustic beam. 指向性アレーマイクロフォン8において2次元デジタルフィルタ4の構成を示すブロック図である。4 is a block diagram showing a configuration of a two-dimensional digital filter 4 in the directional array microphone 8. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 指向性アレースピーカ
2 スピーカアレー
3 1次元デジタルフィルタ
4 2次元デジタルフィルタ
5 非物理領域
6 物理領域
7 マイクロフォンアレー
8 指向性アレーマイクロフォン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Directional array speaker 2 Speaker array 3 One-dimensional digital filter 4 Two-dimensional digital filter 5 Non-physical region 6 Physical region 7 Microphone array 8 Directional array microphone

Claims (2)

音源から入力したデジタル音響信号を、2次元デジタルフィルタによって指向特性を制御し、直線の方向に沿って配列された複数のスピーカから成るスピーカアレーによって再生するデジタル音響信号処理装置であって、
前記2次元デジタルフィルタは、時間およびスピーカの位置について2次元フーリエ変換した音響信号のスペクトルを、時間周波数軸と空間周波数軸とから成る2次元周波数平面上で表したとき、低域での振幅特性を非物理領域に拡大し、空間周波数軸に平行な断面が物理領域から非物理領域にわたる単峰形の通過域として設定されることを特徴とするデジタル音響信号処理装置。
A digital acoustic signal processing device for controlling a directivity characteristic by a two-dimensional digital filter and reproducing a digital acoustic signal input from a sound source by a speaker array including a plurality of speakers arranged along a linear direction,
The two-dimensional digital filter has a low-frequency amplitude characteristic when a spectrum of an acoustic signal obtained by two-dimensional Fourier transform with respect to time and a speaker position is represented on a two-dimensional frequency plane composed of a time frequency axis and a spatial frequency axis. A digital acoustic signal processing device characterized in that a cross section parallel to the spatial frequency axis is set as a single-peak passband extending from the physical region to the non-physical region.
直線の方向に沿って配列された複数のマイクロフォンから成るマイクロフォンアレーから出力された信号を、2次元デジタルフィルタによって指向特性を制御するデジタル音響信号処理装置であって、
前記2次元デジタルフィルタは、時間およびマイクロフォンの位置について2次元フーリエ変換した音響信号のスペクトルを、時間周波数軸と空間周波数軸とから成る2次元周波数平面上で表したとき、低域での振幅特性を非物理領域に拡大し、空間周波数軸に平行な断面が物理領域から非物理領域にわたる単峰形の通過域として設定されることを特徴とするデジタル音響信号処理装置。
A digital acoustic signal processing apparatus for controlling directivity characteristics of a signal output from a microphone array composed of a plurality of microphones arranged along a straight line direction by a two-dimensional digital filter,
The two-dimensional digital filter has a low-frequency amplitude characteristic when the spectrum of an acoustic signal two-dimensionally Fourier transformed with respect to time and microphone position is represented on a two-dimensional frequency plane composed of a time frequency axis and a spatial frequency axis. A digital acoustic signal processing device characterized in that a cross section parallel to the spatial frequency axis is set as a single-peak passband extending from the physical region to the non-physical region.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012054670A (en) * 2010-08-31 2012-03-15 Kanazawa Univ Speaker array system
US9313600B2 (en) 2010-09-02 2016-04-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus of adjusting distribution of spatial sound energy
JP2016177782A (en) * 2015-03-19 2016-10-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 Wearable device and translation system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007135199A (en) * 2005-10-12 2007-05-31 Kanazawa Univ Speaker array and microphone array

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007135199A (en) * 2005-10-12 2007-05-31 Kanazawa Univ Speaker array and microphone array

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012054670A (en) * 2010-08-31 2012-03-15 Kanazawa Univ Speaker array system
US9313600B2 (en) 2010-09-02 2016-04-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus of adjusting distribution of spatial sound energy
JP2016177782A (en) * 2015-03-19 2016-10-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 Wearable device and translation system

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