JP2011166489A - Acoustic reproduction apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、通信や放送等において必要な音を収音し再生する技術に関する。 The present invention relates to a technique for collecting and reproducing sound necessary for communication, broadcasting, and the like.
放射された音をその場で直接聴いているかのように、放射された音を収音し、収音した場所と異なる場所で再生することができれば、遠隔地を結ぶ通信、放送等の臨場感を向上させることが可能となる。このような音響収音再生技術として、非特許文献1に、波面合成法に基づいた複数のマイクロホンと複数のスピーカーを用いた技術が提案されている。 If you can pick up the radiated sound as if you were listening directly to the radiated sound and play it in a place different from the place where you picked it up, you can feel the presence of communication, broadcasting, etc. Can be improved. As such a sound pickup and reproduction technique, Non-Patent Document 1 proposes a technique using a plurality of microphones and a plurality of speakers based on the wavefront synthesis method.
非特許文献1の技術では、aを再生しようとする音の上限周波数の波長の1/2以下の実数として、複数のスピーカーを線上に間隔aで配置している。 In the technique of Non-Patent Document 1, a plurality of speakers are arranged on the line at intervals a as a real number equal to or less than ½ of the wavelength of the upper limit frequency of the sound to be reproduced.
しかしながら、再生しようとする音の上限周波数が高い場合には、間隔aがスピーカーの横幅よりも小さくなり、複数のスピーカーを線上に間隔aで配置することができないという課題がある。 However, when the upper limit frequency of the sound to be reproduced is high, the interval a becomes smaller than the lateral width of the speakers, and there is a problem that a plurality of speakers cannot be arranged on the line with the interval a.
例えば、上限周波数が7kHzの場合には間隔aは2.5cm以下の実数となる。周波数特性が平坦なスピーカーの横幅は通常2.5cm以上あるため、この場合には複数のスピーカーを線上に間隔aで配置することができない。 For example, when the upper limit frequency is 7 kHz, the interval a is a real number of 2.5 cm or less. Since the horizontal width of a speaker having a flat frequency characteristic is usually 2.5 cm or more, in this case, a plurality of speakers cannot be arranged on the line at intervals a.
上記の課題を解決するために、Nを2以上の整数、aを0以上収音及び再生しようとする音の上限周波数の波長の1/2以下の実数として、線上に間隔aで配置されたN個のマイクロホンで集音された音を波面合成法に基づいて再生するN個のスピーカーを、上記線と同じ形状の線の延伸方向の垂直方向にずらして配置することにより、その線の延伸方向において間隔aで配置する。 In order to solve the above-mentioned problem, N is an integer of 2 or more, a is 0 or more and is a real number less than 1/2 of the wavelength of the upper limit frequency of sound to be collected and reproduced, and is arranged on the line at an interval a. The N speakers that reproduce the sound collected by the N microphones based on the wavefront synthesis method are arranged so as to be shifted in the direction perpendicular to the extending direction of the line having the same shape as the above line, thereby extending the line. Arranged at intervals a in the direction.
線の延伸方向の垂直方向にずらして配置することにより、間隔aが小さい場合にも複数のスピーカーをその線上に間隔aで配置することができる。 A plurality of speakers can be arranged on the line at intervals a even when the interval a is small by disposing the lines in a direction perpendicular to the extending direction of the line.
以下、この発明による音響再生装置の一実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a sound reproducing apparatus according to the present invention will be described in detail.
音響再生装置は、図1に例示するように、N個のスピーカー21,22,…,2N及びローパスフィルタ4を含む。Nは2以上の整数であり、後述するマイクロホン31,32,…,3Nの数と同じであるとする。スピーカー21,22,…,2Nから再生するために入力するチャネル数と、マイクロホン31,32,…,3Nから収音して出力するチャネル数は等しい。 The sound reproducing device includes N speakers 2 1 , 2 2 ,..., 2 N and a low-pass filter 4 as illustrated in FIG. N is an integer of 2 or more, the microphone 3 1, 3 2, which will be described later, ..., and the same as the number of 3 N. Speakers 2 1, 2 2, ..., and the number of channels to be input to play from 2 N, microphone 3 1, 3 2, ..., number of channels to output the collected sound from 3 N are equal.
N個のマイクロホン31,32,…,3Nは、ある線上に間隔aで配置されている。線とは、直線又は弧若しくは円等の曲線である。ここで間隔とは、複数の対象物を配置するときの繰り返しのピッチの長さを意味する。対象物に共通の基準位置を設けるとする。基準位置は例えば対象物の中心、左端である。対象物を間隔aで配置すると、隣接する2つの対象物の基準位置の距離がaとなる。N個のマイクロホン31,32,…,3Nで収音された音は、Nチャネルで出力される。マイクロホン31,32,…,3Nで収音された音の信号は、それぞれスピーカー21,22,…,2Nに印加される。マイクロホン31,32,…,3Nが遠隔地にある場合には、マイクロホン31,32,…,3N及びスピーカー21,22,…,2Nはネットワークで接続される。 N microphones 3 1 , 3 2 ,..., 3 N are arranged at a distance a on a certain line. The line is a straight line or a curve such as an arc or a circle. Here, the interval means the length of the repetitive pitch when arranging a plurality of objects. Assume that a common reference position is provided for an object. The reference position is, for example, the center and the left end of the object. When the objects are arranged at an interval a, the distance between the reference positions of two adjacent objects is a. Sounds collected by N microphones 3 1 , 3 2 ,..., 3 N are output through N channels. Microphone 3 1, 3 2, ..., signal picked-up sound 3 N, the speaker 2 1, 2 2 respectively, ..., is applied to 2 N. Microphone 3 1, 3 2, ..., 3 in the case where N is in the remote location, the microphone 3 1, 3 2, ..., 3 N and speaker 2 1, 2 2, ..., 2 N are connected by a network.
波面合成法に基づいて音響を再生するためには、N個のスピーカー21,22,…,2Nを、N個のマイクロホン31,32,…,3Nと同じ形状の線1の上に同じ間隔aで配置する必要がある。そのために、N個のスピーカー21,22,…,2Nを線1の延伸方向と垂直方向にずらして配置する。例えば図2に示すように、スピーカー21,22,…,2Nを線1の延伸方向と垂直方向(図2の紙面に対して上方向)に間隔aだけずらして3段に積み上げる。図2のスピーカー21,22,…,2Nは、一辺の長さが3aの立方体である。このように配置することで、横幅が間隔a以上の大きさのスピーカー21,22,…,2Nを、線1の延伸方向において間隔aで配置することができ、波面合成法に基づいた音響の再生が可能になる。 In order to reproduce sound based on the wavefront synthesis method, N speakers 2 1 , 2 2 ,..., 2 N are connected to a line 1 having the same shape as N microphones 3 1 , 3 2 ,. It is necessary to arrange them at the same interval a. For this purpose, N speakers 2 1 , 2 2 ,..., 2 N are arranged so as to be shifted in the direction perpendicular to the extending direction of the line 1. For example, as shown in FIG. 2, the speakers 2 1 , 2 2 ,..., 2 N are stacked in three stages while being shifted by a distance a in the direction perpendicular to the extending direction of the line 1 (upward with respect to the plane of FIG. 2). Speakers 2 1 , 2 2 ,..., 2 N in FIG. 2 are cubes having a side length of 3a. By arranging in this way, the speakers 2 1 , 2 2 ,..., 2 N having a width equal to or larger than the interval a can be arranged at the interval a in the extending direction of the line 1 and based on the wavefront synthesis method. Sound can be reproduced.
波面合成法(Wave Field Synthesis:WFS)は、例えば下式(1)で表わされるRayleighの第一積分に基づき、無限平面上での音圧をコントロールすることにより音場を再現するものである。 The wave field synthesis method (WFS) reproduces a sound field by controlling the sound pressure on an infinite plane based on, for example, the first integration of Rayleigh expressed by the following equation (1).
ここで、k=ω/cは波数、cは音の伝搬速度である。rは領域S内の点であり、P(rs,ω)は領域S外に存在する主音源が形成する領域S上の音圧分布である。nは平面S1の法線ベクトルである。式(1)は、領域Sは無限平面z=z1に拡大して、平面S1で切り取ったものである。そのため、平面S1における音圧分布のみから聴取領域での音圧が計算可能である。 Here, k = ω / c is the wave number, and c is the sound propagation speed. r is a point in the region S, and P (r s , ω) is a sound pressure distribution on the region S formed by the main sound source existing outside the region S. n is the normal vector of the plane S 1. In the expression (1), the region S is enlarged to the infinite plane z = z 1 and cut out by the plane S 1 . Therefore, it is possible to calculate the sound pressure at the listening area from the only sound pressure distribution in the plane S 1.
具体的には、平面S1上の直線上に配置されたマイクロホン31,32,…,3Nで収音された音の信号を、それぞれ直線上に配置されたスピーカー21,22,…,2Nに印加することにより、波面合成法に基づく音響の再生が可能となり、受聴点側の空間の音圧を再現することができる。 Specifically, the microphone 3 1, 3 2, which are arranged on a straight line on a plane S 1, ..., 3 signals picked-up sound N, speakers 2 1 disposed on straight lines, 2 2 ,..., 2N , it is possible to reproduce sound based on the wavefront synthesis method, and to reproduce the sound pressure in the space on the listening point side.
なお、マイクロホン31,32,…,3Nが配置される線の形状によらず、マイクロホン31,32,…,3Nで収音された音の信号を、それぞれ上記のように適切に配置されたスピーカー21,22,…,2Nに印加することにより、波面合成法に基づく音響の再生が可能となる。 Incidentally, the microphone 3 1, 3 2, ..., 3 N is regardless of the shape of the line is arranged, the microphone 3 1, 3 2, ..., 3 signals picked-up sound N, in each above By applying to the appropriately arranged speakers 2 1 , 2 2 ,..., 2 N , it is possible to reproduce sound based on the wavefront synthesis method.
図3に、図2のように配置したスピーカーから3m離れた位置で測定した正弦波の音圧レベルを示す。■の線が64個のスピーカーを配置して再生した場合に測定された音圧(Aとする。)を表わし、◆の線が1個のスピーカーから再生した場合に測定された音圧(Bとする。)を表わし、▲の線はAからBを引いた差分を表す。縦軸は音圧レベル(dB)、横軸は再生した正弦波の周波数を対数で表記している。差分から分かるように64個にスピーカーを増やすと、各周波数で一律に音圧が増大するのではなく、低域の方がより増大することが分かる。図3の場合は、低域になるに従い、オクターブ毎に平均して約3dB上昇している。この結果から、図1のハイパスフィルタ4は、再生するスピーカーの個数に合わせて、低域になるに従いレベルを減少させるようにフィルタリングする。 FIG. 3 shows the sound pressure level of a sine wave measured at a position 3 m away from the speaker arranged as shown in FIG. The line (1) represents the sound pressure (A) measured when 64 speakers are arranged and reproduced, and the line ◆ represents the sound pressure (B) measured when reproduced from one speaker. And the ▲ line represents the difference obtained by subtracting B from A. The vertical axis represents the sound pressure level (dB), and the horizontal axis represents the frequency of the reproduced sine wave in logarithm. As can be seen from the difference, when the number of speakers is increased to 64, the sound pressure does not increase uniformly at each frequency, but the low frequency increases more. In the case of FIG. 3, the frequency rises by about 3 dB on average every octave as the frequency becomes lower. From this result, the high-pass filter 4 in FIG. 1 performs filtering so as to decrease the level as the frequency becomes lower in accordance with the number of speakers to be reproduced.
このように、スピーカーを近寄せて配置すると、複数のスピーカーから再生された音のうち、低い周波数では位相が合ってしまい、収音した音に比べて再生される音の低域が強調され、こもった音になってしまう。ハイパスフィルタ4を用いることにより、この音のこもりを防止することができる。 In this way, when speakers are placed close to each other, out of the sound reproduced from multiple speakers, the phase is matched at a low frequency, and the low frequency range of the reproduced sound is emphasized compared to the collected sound, It becomes a muffled sound. By using the high-pass filter 4, it is possible to prevent this sound accumulation.
上述の実施形態では、音響再生装置にマイクロホン31,32,…,3Nは含まれていなかったが、音響再生装置にマイクロホン31,32,…,3Nが含まれていてもよい。 In the above embodiment, the microphone 3 1, 3 2 to the sound reproducing apparatus, ..., 3 N are not included, the microphone 3 1, 3 2 to the sound reproducing apparatus, ..., be contained 3 N Good.
この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
21,22,…,2N スピーカー
31,32,…,3N マイクロホン
4 ハイパスフィルタ
2 1 , 2 2 ,..., 2 N speaker 3 1 , 3 2 ,..., 3 N microphone 4 High pass filter
Claims (2)
上記N個のスピーカーは、上記線と同じ形状の線の延伸方向の垂直方向にずらして配置されており、かつ、その線の延伸方向において間隔aで配置されている音響再生装置。 Sound was collected by N microphones arranged at intervals a on the line, where N is an integer of 2 or more, a is 0 or more, and is a real number less than 1/2 of the wavelength of the upper limit frequency of the sound to be reproduced. Including N speakers that reproduce sound based on wavefront synthesis,
The sound reproducing apparatus, wherein the N speakers are arranged so as to be shifted in a direction perpendicular to the extending direction of a line having the same shape as the line, and are arranged at an interval a in the extending direction of the line.
上記N個のスピーカーに印加される音信号をフィルタリングするハイパスフィルタ、
を更に含む音響再生装置。 The sound reproducing device according to claim 1,
A high-pass filter for filtering sound signals applied to the N speakers;
A sound reproducing apparatus further comprising:
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