JP2010197707A

JP2010197707A - Sound field control device

Info

Publication number: JP2010197707A
Application number: JP2009042361A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Ise; 友彦伊勢
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: JP5265412B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide "a sound field control device" creating better sound field than in the case of only by mode control algorithm, even when there are only a few microphones. <P>SOLUTION: The device includes: a mode control algorithm-executing section for performing control so that a mode amplitude of each mode becomes a predetermined value, according to the mode control algorithm in a frequency domain; an adaptive equalization algorithm execution section for performing control so that a sound field which is equivalent to space including target response characteristics in each microphone position is formed according to the adaptive equalization algorithm. A selection section selects a processing result of the mode control algorithm and the adaptive equalization algorithm for each frequency, and converts the processing result for each frequency to a time domain and outputs the converted processing result to a loudspeaker, based on information showing that, by which algorithm of the mode control algorithm or adaptive equalization algorithm, the control is performed for creation of a better sound field for each frequency. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、音場制御装置に関わり、特に、入力信号を音響空間に放射する複数のスピーカ、前記複数のスピーカから放射された音声を集音する複数のマイクロホンを備え、各マイクロホンの出力信号に基づいて音場の音圧分布を制御する音場制御装置に関する。 The present invention relates to a sound field control device, and in particular, includes a plurality of speakers that radiate input signals to an acoustic space, and a plurality of microphones that collect sound radiated from the plurality of speakers, and output signals from the respective microphones. The present invention relates to a sound field control device that controls sound pressure distribution of a sound field based on the sound field.

一般に音響空間では、壁などによって反射波や定在波などが発生し、音波が相互干渉することによって、音響伝達特性が複雑に乱れる。特に、ガラスのような音が反射しやすいもので囲まれている車室内のような狭い空間では、反射波や定在波の影響が大きいため、音響伝達特性の乱れが音の聴取に与える影響は大きい。このような音響伝達特性の乱れを補正する技術としては、適応等化システムが知られている。適応等化システムによれば、任意の制御点で所定の音場空間を実現することができる。 In general, in an acoustic space, reflected waves, standing waves, and the like are generated by walls and the like, and sound transmission characteristics are complicatedly disturbed by sound waves interfering with each other. In particular, in a narrow space such as a vehicle interior that is surrounded by something that easily reflects sound such as glass, the influence of reflected waves and standing waves is large, so the effect of disturbance of acoustic transfer characteristics on the listening of sound Is big. An adaptive equalization system is known as a technique for correcting such disturbance of acoustic transfer characteristics. According to the adaptive equalization system, a predetermined sound field space can be realized at an arbitrary control point.

図５は、オーディオ装置に適用される適応等化システムのブロック図である(特許文献１参照)。オーディオソース１００は、ラジオチューナやCDプレイヤ等から構成されており、オーディオ信号u(n)を出力する。目標応答設定部１１６は、目標応答特性（インパルスレスポンス）Hが設定されており、オーディオソース１００から出力されるオーディオ信号u(n)が入力されて、これに対応する目標応答信号d₁(n)を出力する。マイクロホン１０６は、車室内音響空間の聴取位置（制御点）に設置されており、この観測点における音を検出して音楽信号d₁′(n)を出力する。演算部１０７は、マイクロホン１０６から出力される音楽信号d₁′(n)と目標応答設定部１１６から出力される目標応答信号d₁(n)との誤差を演算して誤差信号e₁(n)を出力する。適応信号処理装置１０１は、誤差信号e(n)のパワーが最小となるように信号y(n)を発生する。スピーカ１０４は、この適応信号処理装置１０１から出力される信号y(n)に応じた音を車室内音響空間に放射する。 FIG. 5 is a block diagram of an adaptive equalization system applied to an audio device (see Patent Document 1). The audio source 100 is composed of a radio tuner, a CD player, etc., and outputs an audio signal u (n). The target response setting unit 116 is set with a target response characteristic (impulse response) H, and an audio signal u (n) output from the audio source 100 is input to the target response signal d ₁ (n ) Is output. The microphone 106 is installed at a listening position (control point) in the vehicle interior acoustic space, detects a sound at the observation point, and outputs a music signal d ₁ ′ (n). The calculation unit 107 calculates an error between the music signal d ₁ ′ (n) output from the microphone 106 and the target response signal d ₁ (n) output from the target response setting unit 116 to calculate an error signal e ₁ (n ) Is output. The adaptive signal processing device 101 generates the signal y (n) so that the power of the error signal e (n) is minimized. The speaker 104 radiates sound corresponding to the signal y (n) output from the adaptive signal processing apparatus 101 to the vehicle interior acoustic space.

目標応答設定部１１６の目標応答特性Hは、再現したい音場空間に対応する特性が設定されている。例えば、適応フィルタのタップ数の半分程度に相当する遅延時間をtとしたときに、この遅延時間tを有し、全オーディオ周波数帯域でフラットな特性（ゲイン1の特性）が設定されている。なお、この遅延時間tは音響系の逆特性を適応フィルタが精度良く近似するためのものであり、このような目標応答特性を有する目標応答設定部１１６は、FIR（Finite Impulse Response ）型のデジタルフィルタの遅延時間tに対応するタップの係数を１に設定し、それ以外のタップの係数を0に設定することにより実現することができる。 The target response characteristic H of the target response setting unit 116 is set to a characteristic corresponding to the sound field space to be reproduced. For example, when a delay time corresponding to about half of the number of taps of the adaptive filter is t, a flat characteristic (gain 1 characteristic) having the delay time t and in all audio frequency bands is set. The delay time t is for the adaptive filter to accurately approximate the inverse characteristic of the acoustic system. The target response setting unit 116 having such a target response characteristic is an FIR (Finite Impulse Response) type digital. This can be realized by setting the tap coefficient corresponding to the filter delay time t to 1 and setting the other tap coefficients to 0.

適応信号処理装置１０１は、オーディオ信号u(n)が参照信号として入力されるとともに、上述した演算部１０７から出力される誤差信号e₁(n)が入力されており、誤差信号e₁(n)のパワーが最小となるように適応信号処理を行って信号y(n)を出力する。適応信号処理装置１０１は、LMS（Least Mean Square ）アルゴリズム処理部１２２と、FIR型のデジタルフィルタ構成の適応フィルタ１０２と、オーディオ信号u(n)にスピーカ１０４から聴取位置までの音響伝搬系の伝搬特性（伝達特性）Cを畳み込んで適応信号処理に用いる参照信号を生成する信号処理フィルタ１２０aとを有している。 The adaptive signal processing apparatus 101 receives the audio signal u (n) as a reference signal and the error signal e ₁ (n) output from the arithmetic unit 107 described above, and the error signal e ₁ (n ) Is subjected to adaptive signal processing so that the power is minimized, and a signal y (n) is output. The adaptive signal processing apparatus 101 includes an LMS (Least Mean Square) algorithm processing unit 122, an adaptive filter 102 having an FIR type digital filter configuration, and an audio signal u (n) propagating in an acoustic propagation system from the speaker 104 to a listening position. And a signal processing filter 120a for generating a reference signal used for adaptive signal processing by convolving a characteristic (transfer characteristic) C.

LMSアルゴリズム処理部１２２は、聴取位置における誤差信号e₁(n)と信号処理フィルタ１２０aから出力される参照信号とが入力されており、これらの信号を用いて聴取位置における音楽信号d₁′(n)が目標応答信号d₁(n)と等しくなるように、LMSアルゴリズムを用いて次式
W(n+1)=W(n)+2μ・u(n)・C・e₁(n)
により適応フィルタ１０２のタップ係数ベクトルWを設定する。適応フィルタ１０２は、設定されたタップ係数ベクトルWを用いてオーディオ信号u(n)に対してデジタルフィルタ処理を施して信号y(n)を出力する。 The LMS algorithm processing unit 122 receives the error signal e ₁ (n) at the listening position and the reference signal output from the signal processing filter 120a, and uses these signals to input the music signal d ₁ ′ ( n) is equal to the target response signal d ₁ (n) using the LMS algorithm
W (n + 1) = W (n) + 2μ ・ u (n) ・ C ・ e ₁ (n)
Thus, the tap coefficient vector W of the adaptive filter 102 is set. The adaptive filter 102 performs digital filter processing on the audio signal u (n) using the set tap coefficient vector W, and outputs a signal y (n).

このような適応処理によって誤差信号e(n)のパワーが最小となるように適応フィルタ１０２のタップ係数ベクトルWが収束すれば、目標応答設定部１１６に設定した目標応答特性Hを有する空間で音楽を聴取した場合と同様の音楽の聴取が可能となる。
ところで、上述した適応等化システムは、制御点においては目標応答特性Hと同様の伝達特性で音楽を聴取することが可能となるが、制御点以外の特性については保証していない。このため、適応等化システムによって音響空間内の多くの位置で理想的な音楽の聴取を行おうとすると、制御点を多く設定し、これに対応して多くのスピーカ、マイクロホンが必要になる。図６は適応等化アルゴリズムにしたがって複数の制御点(多点)の特性を目標応答特性にする多点適応等化システムのブロック図であり、図５と同一部分には同一番号を付し、オーディオソース、スピーカ、マイクロホンなどは省略している。多点制御のため各部は各点に対応する信号を出力するように構成されている。
多点適応等化システムでは、制御音源としてのスピーカやマイクロホンを多く設置する必要があり、しかも適応フィルタ１０２の数も多くなり、回路規模や演算量の増大を招く問題がある。
そこで、少ないスピーカおよび適応フィルタによって音響空間全体にわたって伝達特性を補正することができるモード制御アルゴリズムに従った音場制御装置が提案されている(特許文献２)。この音場制御装置は、音響空間内の所定位置に複数のスピーカと複数のマイクロホンを設置し、各マイクロホンの出力信号に基づいて音圧分布をモード分解し、各モードのモード振幅が所定の値になるように制御する。すなわち、各モードのモード振幅を制御することにより、聴取位置が移動したときに音圧が大きく変化するようなモードの影響を少なくし、あるいは、打ち消すことができるため、特に制御点（聴取位置）を増やすことなく、少ないスピーカや適応フィルタによって音響空間全体にわたって伝達特性を補正し、平坦な音圧分布を実現する。 If the tap coefficient vector W of the adaptive filter 102 converges so that the power of the error signal e (n) is minimized by such adaptive processing, the music in the space having the target response characteristic H set in the target response setting unit 116 is obtained. It is possible to listen to the same music as when listening.
By the way, the adaptive equalization system described above can listen to music with a transfer characteristic similar to the target response characteristic H at the control point, but does not guarantee characteristics other than the control point. For this reason, in order to listen to ideal music at many positions in the acoustic space by the adaptive equalization system, many control points are set, and many speakers and microphones are required correspondingly. FIG. 6 is a block diagram of a multi-point adaptive equalization system in which the characteristics of a plurality of control points (multi-points) are set as target response characteristics in accordance with the adaptive equalization algorithm. The same parts as those in FIG. Audio sources, speakers, microphones, etc. are omitted. For multipoint control, each unit is configured to output a signal corresponding to each point.
In the multipoint adaptive equalization system, it is necessary to install a large number of speakers and microphones as control sound sources, and the number of adaptive filters 102 increases, resulting in an increase in circuit scale and calculation amount.
Therefore, a sound field control device according to a mode control algorithm that can correct transfer characteristics over the entire acoustic space with a small number of speakers and adaptive filters has been proposed (Patent Document 2). In this sound field control device, a plurality of speakers and a plurality of microphones are installed at predetermined positions in an acoustic space, the sound pressure distribution is mode-decomposed based on the output signals of the respective microphones, and the mode amplitude of each mode is a predetermined value. Control to become. That is, by controlling the mode amplitude of each mode, it is possible to reduce or cancel the influence of the mode in which the sound pressure changes greatly when the listening position is moved. The transmission characteristics are corrected over the entire acoustic space with a small number of speakers and adaptive filters without increasing the frequency, and a flat sound pressure distribution is realized.

図７は、モードの振幅状態を示す図であり、（A）は０次モードの振幅状態、（B）は１次モードの振幅状態、(C)は２次モードの振幅状態、(D)は３次モードの振幅状態である。図８においてaで示すように、０次モードでは、音響空間の全体において同位相で振動するため、聴取位置に関係なく同じ音圧レベルでオーディオ音声の聴取が可能となる。しかし、１次モードではb、b′で示すように、その聴取位置によって音圧レベルが大きく変動する。したがって、音響空間に放射される音声内の１次モード成分が大きい場合には、これを小さくしたり、打ち消したりすることにより、聴取位置を移動させた場合であっても音響特性がほぼ均一な音場を実現することができる。また、２次以上の各モードについても同様であり、２次以上の次数成分が大きい場合には、その成分を小さくし、あるいは、打ち消すような制御を行う。なお、図８においてSPKは音源であるスピーカ、STF、STRは前座席、後座席である。 7A and 7B are diagrams showing the amplitude state of the mode, where (A) is the amplitude state of the 0th-order mode, (B) is the amplitude state of the primary mode, (C) is the amplitude state of the secondary mode, and (D) Is the amplitude state of the third-order mode. As indicated by a in FIG. 8, in the 0th-order mode, since the entire acoustic space vibrates in the same phase, it is possible to listen to the audio sound at the same sound pressure level regardless of the listening position. However, in the primary mode, as indicated by b and b ', the sound pressure level varies greatly depending on the listening position. Therefore, when the primary mode component in the sound radiated to the acoustic space is large, the acoustic characteristics are substantially uniform even when the listening position is moved by reducing or canceling the primary mode component. A sound field can be realized. The same applies to the second and higher order modes. When the second and higher order components are large, control is performed to reduce or cancel the components. In FIG. 8, SPK is a speaker as a sound source, and STF and STR are a front seat and a rear seat.

図９はモード制御アルゴリズムによる音場制御の説明図である。
音響空間のモードを制御するためには、音圧分布のモード分解を行う必要がある。図９に示すような内部にM個の音源(スピーカ)2を有する両端が閉じた一次元音場１の波動方程式は、以下に示す(1)式で与えられる。なお、一次元音場とは、音圧が所定の軸方向xのみに応じて変化する音場をいう。

ここで、xはマイクロホンの位置を、ωは角周波数を、p(x，ω)は音圧を、q_mはm番目のスピーカへの入力信号を、l_mはm番目のスピーカの位置を、Mは全スピーカ数を、ξ_n′は第n′モードの壁面での減衰比を、N′は全モード数を、Lは音場の長さを、ω_n′（＝n′πc₀/L）は音場の固有各周波数を、ρ₀は空気密度を、c₀は音速を、δ(n′)はn′＝0の時１でn′≠0の時0となるクロネッカのデルタ関数をそれぞれ示している。 FIG. 9 is an explanatory diagram of sound field control by a mode control algorithm.
In order to control the mode of the acoustic space, it is necessary to perform mode decomposition of the sound pressure distribution. The wave equation of the one-dimensional sound field 1 having M sound sources (speakers) 2 as shown in FIG. 9 and closed at both ends is given by the following equation (1). Note that the one-dimensional sound field refers to a sound field whose sound pressure changes only in accordance with a predetermined axial direction x.

Where x is the position of the microphone, ω is the angular frequency, p (x, ω) is the sound pressure, q _m is the input signal to the _mth speaker, and l _m is the position of the mth speaker. , M is the total number of speakers, ξ _{n ′} is the attenuation ratio at the wall surface of the n′-th mode, N ′ is the total number of modes, L is the length of the sound field, ω _{n ′} (= n′πc ₀ / L) is the natural frequency of the sound field, ρ ₀ is the air density, c ₀ is the speed of sound, and δ (n ′) is 1 when n ′ = 0 and 0 when n ′ ≠ 0. Each delta function is shown.

また、(1)式において、

であり、a_n′(ω)は第n′モードの振幅であり、ψ_n′(x)は第n′モードの固有関数を示している。上述した(1)式において、p(x，ω）は一次元音場内におけるマイクロホンの距離xにおける音圧であるから、一次元音場内のK個の点(x₁，x₂，…，x_K)にマイクロホンを設置した場合の各マイクロホンでの音圧p(x，ω)は、以下のマトリクス表記で表される。 In addition, in equation (1),

A _{n ′} (ω) is the amplitude of the n ′ mode, and ψ _{n ′} (x) is the eigenfunction of the n ′ mode. In the above equation (1), since p (x, ω) is the sound pressure at the distance x of the microphone in the one-dimensional sound field, K points (x ₁ , x ₂ ,. The sound pressure p (x, ω) at each microphone when a microphone is installed at _K ) is represented by the following matrix notation.

ここで、

である。(4)式を、モード固有関数Ψを用いて書き直すと、

となる。(6)式の両辺に固有マトリクス（モード固有関数）の逆行列（逆モード固有関数）Ψ^-1を左からかけることにより、以下の(7)式が得られる。

(7)式より、各マイクロホンでの音圧p(x_k,ω)から各モードの振幅a_n′(ω）を求めることができる。以上の手順によって音圧分布のモード分解が行われる。

here,

It is. Rewriting equation (4) using the mode eigenfunction Ψ,

It becomes. (6) to both sides of the equation by multiplying the inverse matrix of the natural matrix (mode eigenfunctions) (the inverse mode eigenfunctions) [psi ^-1 from the left, the equation (7) below is obtained.

From equation (7), the amplitude a _{n ′} (ω) of each mode can be obtained from the sound pressure p (x _k , ω) at each microphone. The mode decomposition of the sound pressure distribution is performed by the above procedure.

図１０は、モード分解手法を適用して構成したモード分解部の構成図である。同図に示すモード分解部１０は、M個のスピーカ２、K個のマイクロホン４、マイクロホン４の音圧からN個のモード振幅を導出するモード分解フィルタ６を備えている。M個のスピーカ２に信号q₁〜q_Mが入力されて、音響系Cの一次元音場に音が放射された場合の各マイクロホン４における音圧p₁〜p_Kは、それぞれ(4)式で与えられる。モード分解フィルタ６は、これらの音圧p₁〜p_Kが入力され、(7)式によってモード0からモードN−1のモード振幅a₀〜a_N-1を算出して出力する。以上では、一次元音場の場合のモード制御について説明したが、２次元音場、３次元音場の場合も同様に考えることができる。 FIG. 10 is a configuration diagram of a mode decomposition unit configured by applying the mode decomposition method. A mode decomposing unit 10 shown in the figure includes M speakers 2, K microphones 4, and a mode decomposing filter 6 that derives N mode amplitudes from the sound pressures of the microphones 4. The sound pressures p _{1 to} p _K in each microphone 4 when the signals q _{1 to} q _M are input to the _M speakers 2 and the sound is radiated to the one-dimensional sound field of the acoustic system C are respectively (4) It is given by the formula. The mode decomposition filter 6 receives these sound pressures p _{1 to} p _K and calculates and outputs the mode amplitudes a _{0 to} a _N-1 of the mode 0 to the mode N−1 according to the equation (7). Although the mode control in the case of a one-dimensional sound field has been described above, the same can be considered in the case of a two-dimensional sound field and a three-dimensional sound field.

図１１はモード制御アルゴリズムによる音場制御装置の概略構成図であり、音場制御装置はモード分解フィルタを備え、かつ、時間領域で動作するLMSアルゴリズムによって制御される適応フィルタを備えている。すなわち、音場制御装置は、タップ数がIのM個の適応フィルタを含む制御用フィルタ１０２と、M個のスピーカ１０４と、K個のマイクロホン１０６と、マイクロホン１０６の各音圧pからN′個のモード振幅を導出するモード分解手段としてのモード分割フィルタ１０８と、目標とするモード振幅に対する各モード振幅の誤差を算出するＮ′個の演算部１１０と、各モードの誤差に重み付けを行うＮ′個のモード領域誤差重み付け部１１２と、モード領域の誤差を時間領域の誤差に変換する領域変換フィルタ１１４とを備えている。
m番目の制御用フィルタ１０２の出力信号y_m(n)は、入力信号u(n)と制御用フィルタ１０２の係数ｗ_mとの畳み込みとして、以下の(8)式のように表される。

この出力信号y_m(n)がm番目のスピーカ１０４に入力されて、音響系Cの一次元音場に音が放射され、各マイクロホン１０６に取り込まれる。k番目のマイクロホン１０６における音圧p_k(n)は、次式で与えられる。

ここで、c_km（j）はm番目のスピーカ１０４からk番目のマイクロホン１０６までの音響系Ｃのjタップ目の係数を、w_m(i)はm番目の制御用フィルタ１０２のiタップ目の係数をそれぞれ示している。(9)式を行列表現で書き直すと、

となる。モード振幅a(n)は、(10)式で得られたマイクロホン１０６における音圧p(n)に対して、(7)式と同様の手法でモード分解を行うことにより求めることができる。すなわち、モード分割フィルタ１０８は、

で与えられる演算によってモード振幅ａ(n)を導出する。 FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a sound field control device based on a mode control algorithm. The sound field control device includes a mode decomposition filter and an adaptive filter controlled by an LMS algorithm operating in the time domain. That is, the sound field control apparatus includes a control filter 102 including M adaptive filters with I taps, M speakers 104, K microphones 106, and sound pressures p to N ′ from the sound pressures p of the microphones 106. A mode division filter 108 as a mode decomposing means for deriving the mode amplitude, N ′ number of arithmetic units 110 for calculating the error of each mode amplitude with respect to the target mode amplitude, and N for weighting the error of each mode ′ Mode area error weighting units 112 and an area conversion filter 114 for converting the error in the mode area into the error in the time area.
The output signal y _m (n) of the _mth control filter 102 is expressed as the following equation (8) as a convolution of the input signal u (n) and the coefficient w _m of the control filter 102.

The output signal y _m (n) is input to the m-th speaker 104, and sound is radiated to the one-dimensional sound field of the acoustic system C and is captured by each microphone 106. The sound pressure p _k (n) in the k-th microphone 106 is given by the following equation.

Here, c _km (j) is the coefficient of the j-th tap of the acoustic system C from the m-th speaker 104 to the k-th microphone 106, and w _m (i) is the i-th tap of the m-th control filter 102. The coefficients are shown respectively. Rewriting equation (9) in matrix representation,

It becomes. The mode amplitude a (n) can be obtained by performing mode decomposition on the sound pressure p (n) in the microphone 106 obtained by the equation (10) by the same method as the equation (7). That is, the mode division filter 108

The mode amplitude a (n) is derived by the calculation given by

一方、目標応答設定部（後述する）から出力されるk番目の目標インパルス応答の出力d_k(n)は、以下の（12）式で与えられる。

ここで、ｈ_k（ｓ）はｋ番目の目標インパルス応答のｓタップ目の係数を示している。（12）式を行列表現で書き直すと、

目標応答のモード振幅d′(n)は、(13)式で得られた目標応答信号d(n)に対して(7)式と同様の手法でモード分解を行うことにより求めることができる。したがって、目標応答のモード振幅d′(n)は、

モード領域における誤差e′(n)は、(14)式で与えられる目標応答のモード振幅d′(n)から(11)式で与えられるモード振幅a(n)を引くことによって求めることができる。したがって、演算部１１０は、

で与えられる演算によって、モード領域における誤差e′(n)を導出する。
次に、モード領域誤差重み付け部１１２は、制御するモードを選択するためにモード領域の誤差e′(n)(e′₀（ｎ）〜ｅ′_N-1（ｎ））に対して、重み付け係数B(b₀〜ｂ_N′-1）による重み付けを行う。領域変換フィルタ１１４は、この重み付けされたモード領域の誤差にモード固有関数Ψをかけて時間領域の誤差e(n)を算出する。モード領域の誤差e′(n)に対する重み付けと、重み付けされたモード領域の誤差から時間領域の誤差への変換は、

ここで、時間領域における誤差ベクトルe(n)の瞬時パワーe(n)^T e(n)をフィルタ係数wで偏微分することによって誤差特性曲面の勾配ベクトルの瞬時推定値を求めると、

となる。したがって、制御用フィルタ１０２の係数の更新は、次式によって行われる。

ここで、μはLMSアルゴリズムのステップサイズパラメータである。 On the other hand, the output d _k (n) of the _kth target impulse response output from the target response setting unit (described later) is given by the following equation (12).

Here, h _k (s) represents the coefficient of the s-th tap of the k-th target impulse response. (12) If we rewrite the equation in matrix expression,

The mode amplitude d ′ (n) of the target response can be obtained by performing mode decomposition on the target response signal d (n) obtained by the equation (13) by the same method as the equation (7). Therefore, the mode amplitude d ′ (n) of the target response is

The error e ′ (n) in the mode region can be obtained by subtracting the mode amplitude a (n) given by equation (11) from the mode amplitude d ′ (n) of the target response given by equation (14). . Therefore, the calculation unit 110

The error e ′ (n) in the mode region is derived by the operation given by
Next, the mode area error weighting unit 112 weights the mode area errors e ′ (n) (e ′ ₀ (n) to e ′ _N−1 (n)) in order to select a mode to be controlled. performing weighting by a factor _{_{B (b 0 ~b N'-1}} ). The region transform filter 114 calculates the time domain error e (n) by multiplying the weighted mode region error by the mode eigenfunction Ψ. Weighting for mode domain error e ′ (n) and conversion from weighted mode domain error to time domain error is:

Here, when the instantaneous power e (n) ^T e (n) of the error vector e (n) in the time domain is partially differentiated by the filter coefficient w, an instantaneous estimated value of the gradient vector of the error characteristic curved surface is obtained.

It becomes. Therefore, the coefficient of the control filter 102 is updated by the following equation.

Here, μ is a step size parameter of the LMS algorithm.

図１２は、第１の音場制御装置の全体構成を示す図である。同図に示すように、音場制御装置１００は、タップ数Iの個の適応フィルタを含む制御用フィルタ１０２、M個のスピーカ１０４、K個のマイクロホン１０６、モード分割フィルタ１０８、N′個の演算部１１０、N′個のモード領域誤差重み付け部１１２、領域変換フィルタ１１４、目標応答設定部１１６、モード分割フィルタ１１８、フィルタードx部１２０、LMSアルゴリズム処理部１２２を備えている。制御用フィルタ１０２、スピーカ１０４、マイクロホン１０６、モード分割フィルタ１０８、演算部１１０、モード領域誤差重み付け部１１２、領域変換フィルタ１１４は、それぞれ図１１で説明した動作を行う。
目標応答設定部１１６は、再現したい音場空間に対応する特性(目標応答特性H)、例えば制御用フィルタ１０２を構成するフィルタのタップ数の半分程度の遅延時間を有する特性が設定されている。モード分割フィルタ１１８は、目標応答設定部１１６から出力される目標応答信号からN′個のモード振幅を導出して、演算部１１０に出力する。
フィルタードx部１２０は、入力信号u(n)から参照信号を作成するためのフィルタである。具体的には、フィルタードx部１２０は、上述したC、Ψ⁻¹、B、Ψの各特性を有するフィルタ１２０a〜１２０ｄを直列接続して構成されている。LMSアルゴリズム処理部１２２は、領域変換フィルタ１１４から出力される時間領域の誤差信号e(n)及びフィルタードx部１２０から出力される参照信号に基づいて、上述した(18)式にしたがって制御用フィルタ１０２を構成する適応フィルタのフィルタ係数を調整する。図１３は図１２の簡略表現図である。
以上のように音圧分布をモード分解して、振幅の大きいモード、すなわち音響空間の伝達特性に悪影響を与えるモードを制御することにより、音響空間全体の伝達特性を補正することが可能となる。なお、以上は一般的にN′個のモードを対象とした例であるが、対象モードを0次と1次のようにN′=2とすれば、Ψは2×2のマトリックスになる。低次になるほどモード振幅が大きくなるから、低次のモードのみを制御することによってほぼ目的とする音響特性を実現することができ、しかも処理量を減らすことができる。 FIG. 12 is a diagram showing an overall configuration of the first sound field control device. As shown in the figure, the sound field control device 100 includes a control filter 102 including an adaptive filter having I taps, M speakers 104, K microphones 106, a mode division filter 108, and N ′ pieces of filters. A calculation unit 110, N ′ mode region error weighting unit 112, region conversion filter 114, target response setting unit 116, mode division filter 118, filtered x unit 120, and LMS algorithm processing unit 122 are provided. The control filter 102, the speaker 104, the microphone 106, the mode division filter 108, the calculation unit 110, the mode region error weighting unit 112, and the region conversion filter 114 perform the operations described in FIG.
The target response setting unit 116 is set with a characteristic (target response characteristic H) corresponding to the sound field space to be reproduced, for example, a characteristic having a delay time that is about half the number of taps of the filters constituting the control filter 102. The mode division filter 118 derives N ′ mode amplitudes from the target response signal output from the target response setting unit 116 and outputs the N ′ mode amplitudes to the calculation unit 110.
The filtered x section 120 is a filter for creating a reference signal from the input signal u (n). Specifically, the filtered x 120, C described above, [psi ^-1, B, and it is configured to filter 120a~120d having the characteristics of [psi connected in series. Based on the time domain error signal e (n) output from the domain transform filter 114 and the reference signal output from the filtered x unit 120, the LMS algorithm processing unit 122 performs control according to the above equation (18). The filter coefficient of the adaptive filter constituting the filter 102 is adjusted. FIG. 13 is a simplified representation of FIG.
As described above, by mode-decomposing the sound pressure distribution and controlling a mode with a large amplitude, that is, a mode that adversely affects the transfer characteristic of the acoustic space, the transfer characteristic of the entire acoustic space can be corrected. The above is an example in which N ′ modes are generally targeted. However, if the target mode is N ′ = 2 such as 0th order and 1st order, Ψ becomes a 2 × 2 matrix. Since the mode amplitude increases as the order becomes lower, almost the target acoustic characteristics can be realized by controlling only the lower order modes, and the processing amount can be reduced.

特開１１−１６７３８３号公報JP 11-167383 A 特許３５３９８５５号Patent 3539855

モード制御アルゴリズムによる音場制御システムは、原理的に制御用マイクロホンの数だけの音響空間モード（定在波）を制御することができる。しかし、システム構成を小型化及び処理量を減少するために少ない数のマイクロホンを使用する。このように、マイクロホンの使用本数が少ない場合において、オーディオ信号の周波数によってマイクロホンの数より多い音響空間モード（定在波）が存在すると、該音響空間モード（定在波）を抑制することが不可能になり制御性能が悪化する問題が発生する。
例えば、車室内の音圧特性は、複数の音響空間モードのうち１次空間モードが支配的であるため、マイクロホン数を２としてこれら0次空間モードと１次空間モードを制御するようにしている。図１４は、マイクロホン数を２とした場合においてモード制御を実現する車室内音響空間の説明図であり、車両CARの車室内に２つのスピーカSPKi(i=1,2)、２つのマイクロホンMICi(i=1,2)が設けられている。前後方向の長さ2.048m(メートル)を16等分して分割点に番号１、２、３、・・・１７を割り振ったとき、マイクロホンMIC1は分割点４の所定高さの聴取点位置に配置され、マイクロホンMIC2は分割点１４の所定高さの聴取点位置に配置されている。SPK１は車両前方に設けられ、SPK2は車両後方に設けられている。FGLはフロントガラス、RGLはリアガラス、STFは前座席、STRは後座席である。
かかる車室内音響空間においてモード制御システムの場合、周波数75Hzのオーディオ信号が入力すると、モード制御後の音圧分布特性は図１５の実線で示すようになり、周波数153Hzのオーディオ信号が入力すると、図１６の実線で示すようになる。なお、一点差線はモード制御の場合と同一のスピーカ、マイクロホン配置において多点適応制御したときの特性であり、点線は何らの音場制御をしないときの特性である。
これらの図を参照すると、75Hzのような1次のみの音響空間モードの強い周波数では、モード制御により該1次の音響空間モードを抑制することができる。このため、音圧分布が、何らの制御しない場合や多点適応制御(multi point control)の場合と比べて、より平坦になり改善効果が見られる。多点適応制御の特性は、何らの制御しない場合の特性が右方向にシフトしただけで改善は見られない。
一方，153Hzのような1次と2次の音響空間モードの両方が同程度あるような周波数になると、2次の音響空間モードを抑制できなくなり、結果的に音圧分布はフラットにならず、多点適応制御の場合に比べて悪くなる。すなわち、マイクロホンが2本しかないシステムでは2つのモード（0次と1次）しか制御できず、2次の音響空間モードを抑制することは不可能であり、このため、2次の音響空間モードが残り、結果的に音圧分布はフラットにならない。なお、多点適応制御の場合には、モード制御の場合に比べて良好な特性が得られている。
以上より、従来のモード制御アルゴリズムによる音場制御システムは、制御用のマイクロホンが少ないと、周波数により音圧分布特性が良い場合と悪い場合があり、トータル的にフラットな良好な音場を形成することができない問題があった。
以上から本発明の目的は、制御用のマイクロホンが少ない場合であっても、モード制御アルゴリズムのみによる場合に比べて良好な音場を形成できるようにすることである。 A sound field control system based on a mode control algorithm can control acoustic space modes (standing waves) as many as the number of control microphones in principle. However, a small number of microphones are used in order to reduce the system configuration and reduce the throughput. Thus, when the number of microphones used is small and there are more acoustic spatial modes (standing waves) than the number of microphones depending on the frequency of the audio signal, it is impossible to suppress the acoustic spatial modes (standing waves). The problem that the control performance deteriorates becomes possible.
For example, since the primary space mode is dominant among the plurality of acoustic space modes in the sound pressure characteristics in the passenger compartment, the number of microphones is set to 2 so that the zero-order space mode and the primary space mode are controlled. . FIG. 14 is an explanatory diagram of a vehicle interior acoustic space that realizes mode control when the number of microphones is two. In the vehicle CAR, two speakers SPKi (i = 1, 2), two microphones MICi ( i = 1,2) is provided. When the length of 2.048m (meter) in the front-rear direction is divided into 16 parts and numbers 1, 2, 3, ... 17 are assigned to the dividing points, the microphone MIC1 is positioned at the listening point position at the predetermined height of the dividing point 4. The microphone MIC2 is arranged at the listening point position at a predetermined height of the dividing point. SPK1 is provided at the front of the vehicle, and SPK2 is provided at the rear of the vehicle. FGL is windshield, RGL is rear glass, STF is front seat, STR is rear seat.
In the case of a mode control system in such a vehicle interior acoustic space, when an audio signal with a frequency of 75 Hz is input, the sound pressure distribution characteristic after mode control becomes as shown by the solid line in FIG. 15, and when an audio signal with a frequency of 153 Hz is input, As shown by 16 solid lines. The one-dot difference line is a characteristic when multipoint adaptive control is performed in the same speaker and microphone arrangement as in the mode control, and the dotted line is a characteristic when no sound field control is performed.
Referring to these figures, at the strong frequency of the primary acoustic space mode such as 75 Hz, the primary acoustic spatial mode can be suppressed by mode control. For this reason, the sound pressure distribution becomes flatter than in the case where no control is performed or in the case of multipoint control, and an improvement effect is seen. The characteristics of the multipoint adaptive control are not improved only when the characteristics without any control are shifted to the right.
On the other hand, when the frequency is such that both the primary and secondary acoustic spatial modes such as 153 Hz have the same degree, the secondary acoustic spatial mode cannot be suppressed, and as a result, the sound pressure distribution is not flat, This is worse than in the case of multipoint adaptive control. In other words, in a system with only two microphones, only two modes (0th order and 1st order) can be controlled, and it is impossible to suppress the second order acoustic spatial mode. As a result, the sound pressure distribution does not become flat. In the case of multipoint adaptive control, better characteristics are obtained than in the case of mode control.
As described above, the sound field control system based on the conventional mode control algorithm forms a good sound field that is totally flat if the number of control microphones is small and the sound pressure distribution characteristics may be good or bad depending on the frequency. There was a problem that could not be done.
From the above, an object of the present invention is to make it possible to form a better sound field than when only a mode control algorithm is used even when there are few control microphones.

本発明は、入力信号を音響空間に放射する複数のスピーカ、前記複数のスピーカから放射された音声を集音する複数のマイクロホンを備え、各マイクロホンの出力信号に基づいて音場の音圧分布を制御する音場制御装置であり、周波数領域においてモード制御アルゴリズムにしたがって、音場の音圧分布をモード分解し、各モードのモード振幅が所定の値になるように制御するモード制御アルゴリズム実行部、周波数領域において適応等化アルゴリズムにしたがって、各マイクロホン位置において目標応答特性を有する空間と同等の音場を形成するよう制御する適応等化アルゴリズム実行部、離散的な周波数毎にモード制御アルゴリズムと適応等化アルゴリズムのどちらのアルゴリズムにより制御したほうが良好な音場を形成できるかの情報を保存する保存部、該情報に基づいて周波数毎にモード制御アルゴリズムと適応等化アルゴリズムの処理結果を選択する選択部、周波数領域の処理結果を時間領域に変換してスピーカに入力する変換部を備えている。 The present invention includes a plurality of speakers that radiate an input signal to an acoustic space, and a plurality of microphones that collect sound radiated from the plurality of speakers, and the sound pressure distribution of the sound field is determined based on the output signal of each microphone. A sound field control device for controlling, a mode control algorithm execution unit for mode-decomposing the sound pressure distribution of the sound field according to the mode control algorithm in the frequency domain, and controlling the mode amplitude of each mode to a predetermined value, An adaptive equalization algorithm execution unit that controls to form a sound field equivalent to a space having a target response characteristic at each microphone position in accordance with an adaptive equalization algorithm in the frequency domain, mode control algorithm and adaptation for each discrete frequency, etc. Information about which algorithm can be used to form a better sound field A storage unit for storing, a selection unit for selecting a processing result of the mode control algorithm and the adaptive equalization algorithm for each frequency based on the information, and a conversion unit for converting the processing result of the frequency domain into the time domain and inputting the result to the speaker ing.

本発明によれば、離散的な周波数毎にモード制御アルゴリズムと適応等化アルゴリズムのどちらのアルゴリズムにより制御したほうが良好な音場を形成できるかの情報を保存しておき、この情報に基づいて周波数毎にモード制御アルゴリズムと適応等化アルゴリズムの処理結果を選択し、周波数毎の各アルゴリズムの処理結果を時間領域に変換してスピーカに入力するようにしたから、制御用のマイクロホンが少ない場合であっても、モード制御アルゴリズムのみによる場合に比べて良好な音場を形成することができる。 According to the present invention, information on whether a better sound field can be formed by controlling with an algorithm of a mode control algorithm or an adaptive equalization algorithm is stored for each discrete frequency, and the frequency is based on this information. The processing results of the mode control algorithm and adaptive equalization algorithm are selected every time, and the processing results of each algorithm for each frequency are converted to the time domain and input to the speaker, so there are few microphones for control. However, it is possible to form a better sound field than in the case of using only the mode control algorithm.

本発明の音場制御装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the sound field control apparatus of this invention. 本発明の音場制御装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the sound field control apparatus of this invention. 良好なアルゴリズムの決定方法の説明図である。It is explanatory drawing of the determination method of a favorable algorithm. 周波数毎の良好なアルゴリズム決定装置の構成図である。It is a block diagram of the favorable algorithm determination apparatus for every frequency. オーディオ装置に適用される適応等化システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the adaptive equalization system applied to an audio apparatus. 適応等化アルゴリズムにしたがって複数の制御点(多点)の特性を目標応答特性にする多点適応等化システムのブロック図である。It is a block diagram of the multipoint adaptive equalization system which makes the characteristic of a some control point (multipoint) the target response characteristic according to an adaptive equalization algorithm. モード説明図である。It is mode explanatory drawing. 車室内におけるモードの振幅状態を示す図である。It is a figure which shows the amplitude state of the mode in a vehicle interior. モード制御アルゴリズムによる音場制御の説明図である。It is explanatory drawing of the sound field control by a mode control algorithm. モード分解手法を適用して構成したモード分解部の構成図である。It is a block diagram of the mode decomposition | disassembly part comprised by applying the mode decomposition method. モード制御アルゴリズムによる音場制御装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the sound field control apparatus by a mode control algorithm. モード制御アルゴリズムによる音場制御装置の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the sound field control apparatus by a mode control algorithm. 図１２の簡略表現図である。FIG. 13 is a simplified representation of FIG. 12. モード制御を実現する車室内音響空間の説明図である。It is explanatory drawing of the vehicle interior acoustic space which implement | achieves mode control. 周波数75Hzのオーディオ信号が入力したときのモード制御後の音圧分布特性である。It is a sound pressure distribution characteristic after mode control when an audio signal having a frequency of 75 Hz is input. 周波数153Hz のオーディオ信号が入力したときのモード制御後の音圧分布特性である。This is a sound pressure distribution characteristic after mode control when an audio signal having a frequency of 153 Hz is input.

（A）本発明の音場制御装置の概略
図１は本発明の音場制御装置の概略説明図である。
FFT部１１は時間領域のオーディオ信号u(t)を周波数領域のオーディオ信号u(f)に変換してモード制御アルゴリズム実行部１２と適応等化アルゴリズム実行部１３に入力する。 (A) Outline of Sound Field Control Device of the Present Invention FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a sound field control device of the present invention.
The FFT unit 11 converts the audio signal u (t) in the time domain into an audio signal u (f) in the frequency domain and inputs it to the mode control algorithm execution unit 12 and the adaptive equalization algorithm execution unit 13.

モード制御アルゴリズム実行部１２は、図１３に示す時間領域の音場制御装置を周波数領域で実行できるように変形した構成を備えており、周波数領域においてモード制御アルゴリズムにしたがって各モードのモード振幅が所定の値になるように制御する。なお、周波数領域におけるモード制御アルゴリズムでは次式

にしたがってLMSにより制御用フィルタの係数を制御する。なお、(19)式は(18）式の時間領域に応じた係数更新アルゴリズムであり、fは、f₀，f₁，f₂，・・・・、f_N-1であり、それぞれの周波数毎に制御用フィルタ係数を計算する。 The mode control algorithm execution unit 12 has a modified configuration so that the time-domain sound field control device shown in FIG. 13 can be executed in the frequency domain. The mode amplitude of each mode is predetermined in the frequency domain according to the mode control algorithm. Control to be the value of. The mode control algorithm in the frequency domain is

According to the above, the coefficient of the control filter is controlled by the LMS. Note that (19) is a coefficient update algorithm in accordance with the time domain (18), f _{_{is, f 0, f 1, f}} 2, ····, a f _N-1, each of the frequency The filter coefficient for control is calculated every time.

適応等化アルゴリズム実行部１３は、図６に示す時間領域の多点適応等化システムを周波数領域で実行できるように変形した構成を備えており、周波数領域において適応等化アルゴリズムを実行し、各マイクロホン位置において目標応答特性を有する空間と同等の音場を形成するよう制御する。なお、周波数領域における適応等化アルゴリズムでは次式

にしたがってLMSにより制御用フィルタの係数を制御する。なお、fは、f₀，f₁，f₂，・・・・、f_N-1であり、それぞれの周波数毎に制御用フィルタ係数を計算する。 The adaptive equalization algorithm execution unit 13 has a configuration modified so that the time-domain multipoint adaptive equalization system shown in FIG. 6 can be executed in the frequency domain, and executes the adaptive equalization algorithm in the frequency domain, Control is performed to form a sound field equivalent to a space having a target response characteristic at the microphone position. In the adaptive equalization algorithm in the frequency domain,

According to the above, the coefficient of the control filter is controlled by the LMS. Note that f is f ₀ , f ₁ , f ₂ ,..., F _N−1 , and the control filter coefficient is calculated for each frequency.

保存部１４は、前もって、離散的な周波数毎に、モード制御アルゴリズムと適応等化アルゴリズムのどちらで制御したほうが良好な音場、すなわちフラットな音場を形成できるか調べ、周波数毎に良好な特性を示すアルゴリズムを選択するためのデータを保存している。
選択部１５は保存部１４に保存されている保存情報に基づいて周波数毎にモード制御アルゴリズムと適応等化アルゴリズムの一方の処理結果を選択してIFFT部１６に入力し、IFFT部１６は入力された周波数領域のオーディオ信号を時間領域のオーディオ信号に変換してスピーカ１７に入力する。
以上のように、本発明によれば、モード制御アルゴリズムと適応等化アルゴリズムを併用して周波数毎に良好なアルゴリズムの処理結果を選択して周波数領域のオーディオ信号を時間領域のオーディオ信号に変換してスピーカに入力するようにしたからモード制御アルゴリズムのみによる場合に比べて良好な音場を形成することができる。 The storage unit 14 checks in advance whether a sound field that is better controlled by a mode control algorithm or an adaptive equalization algorithm can be formed for each discrete frequency, that is, a flat sound field, and has a good characteristic for each frequency. The data for selecting the algorithm indicating is stored.
The selection unit 15 selects one of the processing results of the mode control algorithm and the adaptive equalization algorithm for each frequency based on the storage information stored in the storage unit 14, and inputs the result to the IFFT unit 16. The IFFT unit 16 is input. The frequency domain audio signal is converted into a time domain audio signal and input to the speaker 17.
As described above, according to the present invention, the combination of the mode control algorithm and the adaptive equalization algorithm is used to select a good algorithm processing result for each frequency and convert the frequency domain audio signal to the time domain audio signal. Therefore, a better sound field can be formed compared to the case of using only the mode control algorithm.

（B）実施例
図２は本発明の音場制御装置の実施例ブロック構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付している。なお、車室内音響空間は図１４に示すように車両CARの車室内に２つのスピーカSPKi(i=1,2)、２つのマイクロホンMICi(i=1,2)が設けられているものとする。
音場制御装置は、図１で説明したFFT部１１、モード制御アルゴリズム実行部１２、適応等化アルゴリズム実行部１３、保存部１４、選択部１５、IFFT部１６を備え、その他にFFT部１１の出力信号の複素共役を演算して出力する複素共役演算部２１、マイクロホン(図示せず)の出力信号を周波数領域に変換するFFT部２２を備えている。
選択部１５は、２つのスイッチ部１５a、１５bを備え、保存部１４の保存情報を用いて周波数毎にモード制御アルゴリズムと適応等化アルゴリズムの一方の処理結果を選択してLMSアルゴリズム処理部１２２に入力する。LMSアルゴリズム処理部１２２は同様に保存情報に基づいて周波数毎に(19)式あるいは(20)式の演算を行なって制御フィルタ１０２の係数を決定し、制御フィルタ１０２は周波数領域のオーディオ信号u(f)に該決定されたフィルタ係数を乗算し、乗算結果をIFFT部１６に入力する。IFFT部１６は入力された周波数領域のオーディオ信号を時間領域のオーディオ信号に変換してスピーカSPKi(i=1,2)(図１４)に入力する。
モード制御アルゴリズム実行部１２および適応等化アルゴリズム実行部１３は、図６および図１３に示す構成要素のうち共通化可能な部分を共通化して構成されており、適応フィルタ(制御フィルタ)１０２、目標応答設定部１１６、信号処理フィルタ１２０a、LMSアルゴリズム処理部１２２が共通化されている。なお、図２において、図６および図１３と同一部分には同一符号を付している。スイッチ部１５a、１５bが所定周波数について端子B側の信号を選択することにより、図２の音場制御装置は該周波数についてモード制御アルゴリズム実行部１２として動作し、端子A側の信号を選択することにより、該周波数について適応等化アルゴリズム実行部１３として動作する。 (B) Embodiment FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of the sound field control apparatus of the present invention. The same reference numerals are given to the same parts as those in FIG. In the vehicle interior acoustic space, as shown in FIG. 14, it is assumed that two speakers SPKi (i = 1, 2) and two microphones MICi (i = 1, 2) are provided in the vehicle CAR. .
The sound field control apparatus includes the FFT unit 11, the mode control algorithm execution unit 12, the adaptive equalization algorithm execution unit 13, the storage unit 14, the selection unit 15, and the IFFT unit 16 described in FIG. A complex conjugate calculation unit 21 that calculates and outputs a complex conjugate of the output signal, and an FFT unit 22 that converts an output signal of a microphone (not shown) into a frequency domain are provided.
The selection unit 15 includes two switch units 15 a and 15 b, selects one processing result of the mode control algorithm and the adaptive equalization algorithm for each frequency using the storage information of the storage unit 14, and sends it to the LMS algorithm processing unit 122. input. Similarly, the LMS algorithm processing unit 122 calculates the coefficient of the control filter 102 by calculating the expression (19) or (20) for each frequency based on the stored information, and the control filter 102 determines the frequency domain audio signal u ( f) is multiplied by the determined filter coefficient, and the multiplication result is input to IFFT section 16. The IFFT unit 16 converts the input frequency domain audio signal into a time domain audio signal and inputs the audio signal to the speaker SPKi (i = 1, 2) (FIG. 14).
The mode control algorithm execution unit 12 and the adaptive equalization algorithm execution unit 13 are configured by sharing common parts among the components shown in FIGS. 6 and 13, and include an adaptive filter (control filter) 102, a target The response setting unit 116, the signal processing filter 120a, and the LMS algorithm processing unit 122 are shared. 2, the same parts as those in FIGS. 6 and 13 are denoted by the same reference numerals. When the switch units 15a and 15b select the signal on the terminal B side for the predetermined frequency, the sound field control device in FIG. 2 operates as the mode control algorithm execution unit 12 for the frequency and selects the signal on the terminal A side. Thus, the adaptive equalization algorithm execution unit 13 operates for the frequency.

・動作
図２の音場制御装置において、スイッチ１５a、１５bは保存部１４の保存情報に基づいて周波数毎にモード制御アルゴリズムと適応等化アルゴリズムの一方の処理結果を選択して出力するように切り替えられている。
FFT部１１は時間領域のオーディオ信号u(t)を周波数領域のオーディオ信号u(f)に変換して出力する。FFT部１１以降の図２の音場制御装置は、スイッチ１５a、１５bによりモード制御アルゴリズムの処理結果(入力端子B側信号)が選択された周波数については、モード制御アルゴリズム実行部１２として動作し、適応等化アルゴリズムの処理結果(入力端子A側信号)が選択された周波数については、適応等化アルゴリズム実行部１２として動作する。
このため、制御フィルタ１０２は、スイッチ１５a、１５bによりモード制御アルゴリズムの処理結果が選択された周波数については、モード制御アルゴリズムの処理結果であるオーディオ信号を出力し、スイッチ１５a、１５bにより適応等化アルゴリズムの処理結果が選択された周波数については、適応等化アルゴリズムの処理結果であるオーディオ信号を出力する。
IFFT部１６は、入力された周波数領域のオーディオ信号を時間領域のオーディオ信号に変換してスピーカSPKi(i=1,2)に入力して車室内に音を出力する。車室内の適所に配置されたマイクロホンMICi(i=1,2) (図１４)による検出信号はFFT ２２に入力され、ここで周波数領域の検出信号に変換される。
以後、モード制御アルゴリズムあるいは適応等化アルゴリズムにしたがった処理が行われ、スイッチ１５a、１５ｂに各処理結果が入力され、該スイッチ１５a、１５ｂにより所定の処理結果が選択されて上記制御が繰り返される。
以上より、周波数毎にモード制御アルゴリズムと適応等化アルゴリズムのうち良好な音場を形成できるアルゴリズムの処理結果を選択するようにしたから、一方のアルゴリズム単独で音場を形成する場合に比べて良好な音場を形成することが可能となった。 Operation In the sound field control device of FIG. 2, the switches 15a and 15b are switched so as to select and output one processing result of the mode control algorithm and the adaptive equalization algorithm for each frequency based on the storage information of the storage unit 14. It has been.
The FFT unit 11 converts the audio signal u (t) in the time domain into an audio signal u (f) in the frequency domain and outputs it. The sound field control device of FIG. 2 after the FFT unit 11 operates as the mode control algorithm execution unit 12 for the frequency for which the processing result (input terminal B side signal) of the mode control algorithm is selected by the switches 15a and 15b. The frequency for which the processing result of the adaptive equalization algorithm (input terminal A side signal) is selected operates as the adaptive equalization algorithm execution unit 12.
Therefore, the control filter 102 outputs an audio signal that is the processing result of the mode control algorithm for the frequency for which the processing result of the mode control algorithm is selected by the switches 15a and 15b, and the adaptive equalization algorithm by the switches 15a and 15b. For the frequency for which the processing result is selected, an audio signal that is the processing result of the adaptive equalization algorithm is output.
The IFFT unit 16 converts the input frequency domain audio signal into a time domain audio signal, inputs the audio signal to the speaker SPKi (i = 1, 2), and outputs sound into the vehicle interior. Detection signals from microphones MICi (i = 1, 2) (FIG. 14) arranged at appropriate positions in the passenger compartment are input to the FFT 22, where they are converted into detection signals in the frequency domain.
Thereafter, processing according to the mode control algorithm or adaptive equalization algorithm is performed, each processing result is input to the switches 15a and 15b, a predetermined processing result is selected by the switches 15a and 15b, and the above control is repeated.
From the above, because the processing result of the algorithm that can form a good sound field among the mode control algorithm and adaptive equalization algorithm is selected for each frequency, it is better than when the sound field is formed by one algorithm alone It became possible to form a simple sound field.

（C）良好なアルゴリズムの決定方法
車室内の実際の音圧分布と、モード空間周波数を用いて模擬した車室内の音響空間における音圧分布との差（誤差パワー）e²はモード空間周波数により調整することができる。この場合、実際の音圧分布において一次モードが他のモードのレベルより大きければ、図３(A)に示すように、一次モードのモード空間周波数F_n1においてのみ誤差パワーが小さくなる。しかし、実際の音圧分布において一次モードに加えて他のモード(例えば２次モード)のレベルが大きいと、図３（B）に示すように該一次モードのモード空間周波数F_n1および２次モードのモード空間周波数F_n2において誤差パワーが小さくなる。
モード制御アルゴリズムではマイクロホンが２つの場合、０次モードと１次モードを制御できるが、２次モードを抑制制御することができない。したがって、図３(A)に示すように、最小ピーク点が１つの場合には、モード制御アルゴリズムにより良好な音場を形成できるが、最小ピーク点が２つ以上の場合には、良好な音場を形成できず、適応等化アルゴリズムの方が良好な音場を形成することができる。そこで、最小ピーク点が１つの場合には、モード制御アルゴリズムを選択し、最小ピーク点が２つ以上の場合には、適応等化アルゴリズムを選択する。 (C) How to determine a good algorithm The difference (error power) e ² between the actual sound pressure distribution in the vehicle interior and the sound pressure distribution in the acoustic space simulated using the mode spatial frequency depends on the mode spatial frequency. Can be adjusted. In this case, if the primary mode is higher than the levels of other modes in the actual sound pressure distribution, the error power is reduced only at the mode spatial frequency F _n1 of the primary mode, as shown in FIG. However, if the level of other modes (for example, the secondary mode) is large in addition to the primary mode in the actual sound pressure distribution, the mode spatial frequency F _n1 and the secondary mode of the primary mode as shown in FIG. The error power becomes small at the mode spatial frequency _Fn2 .
In the mode control algorithm, when there are two microphones, the zero-order mode and the primary mode can be controlled, but the secondary mode cannot be suppressed. Therefore, as shown in FIG. 3 (A), when the minimum peak point is one, a good sound field can be formed by the mode control algorithm. However, when there are two or more minimum peak points, a good sound field is obtained. The field cannot be formed, and the adaptive equalization algorithm can form a better sound field. Therefore, when there is one minimum peak point, a mode control algorithm is selected, and when there are two or more minimum peak points, an adaptive equalization algorithm is selected.

図４は周波数毎の良好なアルゴリズムを決定する装置の構成図である。なお、マイクロホン、スピーカは図１４に示すように配置されているものとする。かかる車室内における伝達特性を測定するために、各スピーカSPK1,SPK2により同時に所定周波数の測定音を発生する。インパルス応答測定部３１は各マイクロホンMIC1,MIC2の検出信号よりインパルス応答IR_k(k＝1，2)を測定する。伝達特性生成部３２は各測定インパルス応答をフーリエ変換して伝達特性H_k(x_k、fc)(k＝1，2)を得る。x_k(k=1,2)はマイクロホン位置座標である。 FIG. 4 is a block diagram of an apparatus for determining a good algorithm for each frequency. It is assumed that the microphone and the speaker are arranged as shown in FIG. In order to measure the transfer characteristics in the passenger compartment, measurement sounds having a predetermined frequency are simultaneously generated by the speakers SPK1 and SPK2. The impulse response measuring unit 31 measures the impulse response IR _k (k = 1, 2) from the detection signals of the microphones MIC1 and MIC2. The transfer characteristic generator 32 obtains transfer characteristics H _k (x _k , fc) (k = 1, 2) by Fourier transforming each measured impulse response. x _k (k = 1, 2) is a microphone position coordinate.

各マイクロホンにおける伝達特性が求まれば、音圧分布算出部３３は次式に従い、モード空間周波数f_cでの音圧分布 p(x_k,f_c) を計算する。Re( )は複素数の実部を意味し、Im( )は虚部を意味する。

但し、モード中心周波数fcは、ユーザーのリスニングポイントの高さでの水平断面の前後寸法をL₁、制御したい音響空間モードの前後方向の次数n_１(n_１=1)とすれば、次式

により与えられる。
すなわち、音圧分布算出部３３は振幅制御すべきモードのモード中心周波数fcにおける前記伝達関数の実数部分及び虚数部分を計算し、該実数部分が正であれば、前記実数部分と虚数部分の二乗の和の平方根を正の音圧として出力し、負であれば前記平方根を負の音圧として出力する If the transfer characteristics in each microphone are obtained, the sound pressure distribution calculation unit 33 calculates the sound pressure distribution p (x _k , f _c ) at the mode spatial frequency f _c according to the following equation. Re () means the real part of the complex number, and Im () means the imaginary part.

However, the mode center frequency fc is given by the following equation, where L _{1 is} the front / rear dimension of the horizontal section at the height of the user's listening point, and n ₁ (n ₁ = 1) is the order n ₁ (n ₁ = 1) of the acoustic space mode to be controlled.

Given by.
That is, the sound pressure distribution calculation unit 33 calculates the real part and the imaginary part of the transfer function at the mode center frequency fc of the mode whose amplitude is to be controlled. If the real part is positive, the real part and the imaginary part are squared. The square root of the sum of is output as a positive sound pressure, and if it is negative, the square root is output as a negative sound pressure.

音圧分布模擬部３４は、モード空間周波数、その正弦関数及び余弦関数の振幅をパラメータとして一般調和解析により車室内の音響空間における音圧分布を模擬する。すなわち、車室内には図７で説明したように複数の音響空間モード（定在波）が存在し、それらが合成して車室内の所定観測点における音圧となる。このため、車室内の音響特性はモード空間周波数及びその正弦関数、余弦関数を用いて一般調和解析により表現でき、xの位置の音圧p′(x,ω)は一般的に次式

により表現できる。ただし、K はマイクロホン数、x_kは各マイクロホン位置、Nは音響空間モード数、F_nは音響空間モードnのモード空間周波数である。
ついで、誤差パワー調整部３５は (22a)式で模擬する音圧分布が前記測定した音圧分布p(x_k,f_c)と同等となるようにモード空間周波数を調整する。すなわち、次式

が最小となるように空間モード周波数F_nを調整する。換言すれば、誤差音圧パワー調整部３５は、各マイクロホン位置における実際の音圧と模擬した音圧の差の二乗が最小ピーク値を示す空間モード周波数F_n を求め、最小ピーク点が１つの場合には、モード制御アルゴリズムを選択し、最小ピーク点が２つ以上の場合には、適応等化アルゴリズムを選択するようアルゴリズム選択情報を決定して保存部１４に保存する。以後、周波数毎に上記制御を繰り返して離散的周波数毎にアルゴリズム選択情報を保存部１４に格納する。
以上本発明によれば、制御用のマイクロホンが少ない場合であっても、モード制御アルゴリズムのみによる場合に比べて良好な音場を形成することができる。 The sound pressure distribution simulation unit 34 simulates the sound pressure distribution in the acoustic space in the vehicle interior by general harmonic analysis using the mode spatial frequency and the amplitudes of the sine function and cosine function as parameters. That is, as described with reference to FIG. 7, a plurality of acoustic space modes (standing waves) exist in the vehicle interior, and these are combined to form a sound pressure at a predetermined observation point in the vehicle interior. For this reason, the acoustic characteristics in the passenger compartment can be expressed by general harmonic analysis using the mode spatial frequency and its sine and cosine functions, and the sound pressure p ′ (x, ω) at the position of x is generally

Can be expressed by Where K is the number of microphones, x _k is the position of each microphone, N is the number of acoustic spatial modes, and F _n is the mode spatial frequency of acoustic spatial mode n.
Next, the error power adjustment unit 35 adjusts the mode spatial frequency so that the sound pressure distribution simulated by the equation (22a) is equivalent to the measured sound pressure distribution p (x _k , f _c ). That is, the following formula

The spatial mode frequency F _n is adjusted so that is minimized. In other words, the error sound pressure power adjustment unit 35 obtains the spatial mode frequency F _{n in} which the square of the difference between the actual sound pressure and the simulated sound pressure at each microphone position indicates the minimum peak value, and the minimum peak point is one. In this case, a mode control algorithm is selected, and when there are two or more minimum peak points, algorithm selection information is determined so as to select an adaptive equalization algorithm and stored in the storage unit 14. Thereafter, the above control is repeated for each frequency, and the algorithm selection information is stored in the storage unit 14 for each discrete frequency.
As described above, according to the present invention, even when the number of control microphones is small, it is possible to form a better sound field than when only the mode control algorithm is used.

１１ FFT部
１２モード制御アルゴリズム実行部
１３適応等化アルゴリズム実行部
１４保存部
１５選択部
１６ IFFT部
１７スピーカ 11 FFT unit 12 Mode control algorithm execution unit 13 Adaptive equalization algorithm execution unit 14 Storage unit 15 Selection unit 16 IFFT unit 17 Speaker

Claims

A sound field that includes a plurality of speakers that radiate input signals to an acoustic space and a plurality of microphones that collect sound radiated from the plurality of speakers, and that controls the sound pressure distribution of the sound field based on the output signals of each microphone In the control device,
In accordance with the mode control algorithm in the frequency domain, the mode control algorithm execution unit that mode-decomposes the sound pressure distribution of the sound field and controls the mode amplitude of each mode to a predetermined value,
An adaptive equalization algorithm execution unit that controls to form a sound field equivalent to a space having a target response characteristic at each microphone position in accordance with an adaptive equalization algorithm in the frequency domain;
A storage unit that stores information on whether a good sound field can be formed by controlling either a mode control algorithm or an adaptive equalization algorithm for each discrete frequency,
A selection unit for selecting a processing result of the mode control algorithm and the adaptive equalization algorithm for each frequency based on the information;
A conversion unit that converts the processing result of the frequency domain into the time domain and inputs the result to the speaker;
A sound field control device comprising: