JP2014160953A - Acoustic field plane wave spreading method, device and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acoustic field plane wave spreading technology capable of spreading a plane wave even if a microphone array is cylindrical.SOLUTION: A spread angle storage section 2 stores a discretization angle (θ,φ)(d=1, ..., D) with D as a predetermined positive integer and a plane wave spread section 3 uses a sound pressure signal P(k) generated on the basis of signals collected by a microphone to compute a plane wave spread signal P(k) corresponding to each discretization angle (θ,φ) read from the spread angle storage section while considering a change of a transfer route caused by baffling a rigid body.

Description

この発明は、ある音場に設置されたマイクロホンで音信号を収音し、その音信号を平面波に展開する技術に関する。   The present invention relates to a technique for collecting a sound signal with a microphone installed in a certain sound field and expanding the sound signal into a plane wave.

音場の平面波展開は、音場解析、音場符号化、音場再現等の種々の応用に利用可能な技術である。音場再現技術では、所望の音場が平面波の重ね合わせと仮定すれば、各平面波を再現するためのスピーカアレー駆動信号を計算し、その総和を駆動信号として出力することで、所望音場の再現が可能となる。音場再現技術として、例えば非特許文献1に記載された技術が知られている。   The plane wave expansion of a sound field is a technique that can be used for various applications such as sound field analysis, sound field coding, and sound field reproduction. In the sound field reproduction technology, if the desired sound field is assumed to be a superposition of plane waves, the speaker array drive signal for reproducing each plane wave is calculated, and the sum is output as a drive signal. Reproduction is possible. As a sound field reproduction technique, for example, a technique described in Non-Patent Document 1 is known.

小山翔一,外3名,「音場収音・再現のための時空間周波数領域信号変換法」,日本音響学会講演論文集,2011年9月,P.635−636Shoichi Koyama, 3 others, “Spatial-Time Frequency Domain Signal Conversion Method for Sound Field Recording and Reproduction”, Proceedings of the Acoustical Society of Japan, September 2011, P. 635-636

従来技術では、平面、直線、球、円状アレーを用いて、収音場を平面波展開することが可能であったが、マイクロホンアレーが円筒形状の場合には平面波展開することができなかった。   In the prior art, it was possible to develop a plane wave using a plane, straight line, sphere, and circular array, but plane waves could not be developed when the microphone array had a cylindrical shape.

この発明は、マイクロホンアレーが円筒形状であっても平面波展開することができる音場平面波展開方法、装置及びプログラムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a sound field plane wave expanding method, apparatus, and program capable of expanding plane waves even if the microphone array has a cylindrical shape.

上記の課題を解決するために、この発明の一態様による音場平面波展開方法は、円筒形状の剛体のバッフルの軸を中心とし上記バッフルの周方向を円周方向とする半径Rcylの2個以上の円のそれぞれに少なくとも2個のマイクロホンが配置されているとし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとして、展開角度記憶部には、Dを所定の正の整数として、離散化角度(θdir,d,φdir,d)(d=1,…,D)が記憶されているとして、上記マイクロホンで収音された信号に基づいて生成された音圧信号Pmic,ab(k)を用いて、平面波展開部が、上記展開角度記憶部から読み込んだ各離散化角度(θdir,d,φdir,d)に対応する平面波展開信号Pdir,d(k)を、上記剛体のバッフルによる伝達経路の変化を考慮して計算する平面波展開ステップを有する。 In order to solve the above-described problem, a sound field plane wave expansion method according to an aspect of the present invention is based on two pieces of a radius R cyl centering on the axis of a cylindrical rigid baffle and having the circumferential direction of the baffle as a circumferential direction. Assume that at least two microphones are arranged in each of the above circles, ω is a frequency, c is a sound velocity, k = ω / c, and D is a predetermined positive integer in the development angle storage unit. , The discretization angle (θ dir, d , φ dir, d ) (d = 1,..., D) is stored, and the sound pressure signal P mic generated based on the signal collected by the microphone is recorded. , ab (k), the plane wave expansion unit uses the plane wave expansion signal P dir, d (k) corresponding to each discretization angle (θ dir, d , φ dir, d ) read from the expansion angle storage unit. Has a plane wave expansion step in which the change of the transmission path due to the rigid baffle is taken into consideration.

マイクロホンアレーが円筒形状であっても平面波展開することができる。   Even if the microphone array has a cylindrical shape, plane waves can be developed.

第一実施形態の音場平面波展開装置の例を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the example of the sound field plane wave expansion | deployment apparatus of 1st embodiment. 第二実施形態の音場平面波展開装置の例を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the example of the sound field plane wave expansion | deployment apparatus of 2nd embodiment. 第一実施形態の音場平面波展開装置の例を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the example of the sound field plane wave expansion | deployment apparatus of 1st embodiment. マイクロホン及びスピーカの配置の例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of arrangement | positioning of a microphone and a speaker. マイクロホン及びスピーカの配置の例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of arrangement | positioning of a microphone and a speaker. 音場平面波展開方法の例を示す流れ図。The flowchart which shows the example of the sound field plane wave expansion | deployment method. 離散化角度の定め方の例を説明するため図。The figure for demonstrating the example of how to define a discretization angle.

以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。以下の説明において、テキスト中で使用する記号「~」等は、本来直前の文字の真上に記載されるべきものであるが、テキスト記法の制限により、当該文字の直後に記載する。式中においてはこれらの記号は本来の位置に記述している。また、ベクトルや行列の各要素単位で行われる処理は、特に断りが無い限り、そのベクトルやその行列の全ての要素に対して適用されるものとする。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the symbol “˜” and the like used in the text should be described immediately above the immediately preceding character, but are described immediately after the character due to restrictions on text notation. In the formula, these symbols are written in their original positions. Further, the processing performed for each element of a vector or matrix is applied to all elements of the vector or matrix unless otherwise specified.

[第一実施形態]
<マイクロホンアレーの配置>
音場平面波展開装置及び方法は、図4に示す半径Rcylの円筒形状に配置されているNa×Nb個のマイクロホンで構成されるマイクロホンアレーで収音した音場を平面波に展開するものである。
[First embodiment]
<Arrangement of microphone array>
The sound field plane wave expanding apparatus and method expands a sound field collected by a microphone array composed of N a × N b microphones arranged in a cylindrical shape with a radius R cyl shown in FIG. 4 into a plane wave. It is.

マイクロホンは、図5に例示するように、半径Rbの円筒形状のバッフルBに固定されることにより半径Rcylの円筒形状に配置される。マイクロホンは、例えばバッフルBの周面から垂直に突き出す細い棒状の部材により支持される。図5の例では、Rcyl≧Rbとして、マイクロホンは、バッフルBの周面の表面から(Rcyl-Rb)離れた位置に配置されているが、Rcyl=Rbの場合の方が精度が高い。 As illustrated in FIG. 5, the microphone is fixed to a cylindrical baffle B having a radius R b and arranged in a cylindrical shape having a radius R cyl . The microphone is supported by, for example, a thin rod-like member that protrudes vertically from the peripheral surface of the baffle B. In the example of FIG. 5, R cyl ≧ R b and the microphone is disposed at a position separated from the surface of the peripheral surface of the baffle B by (R cyl −R b ). However, in the case of R cyl = R b Is highly accurate.

換言すれば、円筒形状の剛体のバッフルBの軸を中心とし円筒形状の剛体のバッフルBの周方向を円周方向とするNb個の円のそれぞれにおいて、Na個のマイクロホンが等間隔に配置される。Na,Nbは予め定められた2以上の整数である。すなわち、バッフルBの周方向を円周方向とする2個の円のそれぞれにおいて2個のマイクロホンが配置されることにより、マイクロホンはバッフルBの軸からRcyl離れた位置に少なくとも4個配置される。 In other words, N a microphones are equally spaced in each of N b circles centering on the axis of the cylindrical rigid baffle B and having the circumferential direction of the cylindrical rigid baffle B as the circumferential direction. Be placed. N a and N b are predetermined integers of 2 or more. That is, by arranging two microphones in each of two circles having the circumferential direction of the baffle B as the circumferential direction, at least four microphones are arranged at a position away from the axis of the baffle B by R cyl. .

マイクロホンは、どのような間隔で配置されてもよい。すなわち、隣接するマイクロホンとの間隔であるzccのそれぞれは、任意の値を取ることができる。ただし、マイクロホンを等間隔に配置する、すなわち隣接するマイクロホンとの間隔であるθccのそれぞれを同じ値とすることで、高精度に平面波展開を行うことができる。 The microphones may be arranged at any interval. That is, each of z c and θ c , which is an interval between adjacent microphones, can take an arbitrary value. However, plane waves can be developed with high accuracy by arranging the microphones at equal intervals, that is, by setting each of θ c and φ c that are the intervals between adjacent microphones to the same value.

マイクロホンは、円筒形状の剛体のバッフルの周面の外側方向に向けて配置される。   The microphone is arranged toward the outer side of the circumferential surface of the cylindrical rigid baffle.

マイクロホンMa−bの位置を(Rcylmic,a,zmic,b)(a=1,2,…,Na,b=1,2,…,Nb)と表現する。 The position of the microphone Ma-b is expressed as (R cyl , θ mic, a , z mic, b ) (a = 1, 2,..., N a , b = 1, 2,..., N b ).

<音場平面波展開装置>
音場平面波展開装置は、図1に示すように、周波数変換部1、展開角度記憶部2及び平面波展開部3を例えば含み、図6の実線で示された各ステップの処理を行うことにより、平面波展開を行う。
<Sound plane wave deployment device>
As shown in FIG. 1, the sound field plane wave expansion device includes, for example, a frequency conversion unit 1, a expansion angle storage unit 2, and a plane wave expansion unit 3, and performs processing of each step indicated by a solid line in FIG. Perform plane wave expansion.

マイクロホンアレーM1−1,M2−1,…,MN−Nは、音源Sで発せられた音を収音して時間領域の信号を生成する。生成された信号は、周波数変換部1に送られる。位置(Rcylmic,a,zmic,b)にあるマイクロホンMa−bで収音された時間領域の時刻tの信号をPmic,ab(t)と表記する。 The microphone arrays M1-1, M2-1,..., MN a -N b collect the sound emitted by the sound source S and generate a time domain signal. The generated signal is sent to the frequency converter 1. A signal at time t in the time domain collected by the microphone Ma-b at the position (R cyl , θ mic, a , z mic, b ) is denoted as P mic, ab (t).

<周波数変換部1>
周波数変換部1は、マイクロホンMa−bで収音された信号Pmic,ab(t)をフーリエ変換により周波数領域信号Pmic,ab(k)に変換する(図6,ステップS1)。生成された周波数領域信号Pmic,ab(k)は、平面波展開部3に送られる。ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cである。
<Frequency conversion unit 1>
The frequency converter 1 converts the signal P mic, ab (t) collected by the microphone Ma-b into a frequency domain signal P mic, ab (k) by Fourier transform (FIG. 6, step S1). The generated frequency domain signal P mic, ab (k) is sent to the plane wave expansion unit 3. Let ω be the frequency, c be the speed of sound, and k = ω / c.

例えば、短時間離散フーリエ変換により周波数領域信号Pmic,ab(k)が生成される。もちろん、他の既存の方法により周波数領域信号Pmic,ab(k)を生成してもよい。また、オーバーラップアド等の方法を用いて周波数領域信号Pmic,ab(k)を生成してもよい。入力信号が長い場合や、リアルタイム処理のように連続して信号が入力される場合には、例えば10msごとといったフレームごとに処理を行う。 For example, the frequency domain signal P mic, ab (k) is generated by short-time discrete Fourier transform. Of course, the frequency domain signal P mic, ab (k) may be generated by other existing methods. Further, the frequency domain signal P mic, ab (k) may be generated using a method such as overlap add. When the input signal is long or when the signal is continuously input as in real time processing, the processing is performed for each frame such as every 10 ms.

周波数領域信号Pmic,ab(k)は、例えば以下のように定義される。関数expの引数の中のiは虚数単位である。 For example , the frequency domain signal P mic, ab (k) is defined as follows. I in the argument of the function exp is an imaginary unit.

<展開角度記憶部2>
展開角度記憶部2には、Dを所定の正の整数として、離散化角度(θdir,d,φdir,d)(d=1,…,D)が記憶されている。すなわち、展開角度記憶部2には、D個の離散化角度(θdir,1,φdir,1),(θdir,2,φdir,2),…,(θdir,D,φdir,D)が記憶されている。
<Development angle storage unit 2>
The development angle storage unit 2 stores discretization angles (θ dir, d , φ dir, d ) (d = 1,..., D), where D is a predetermined positive integer. That is, the development angle storage unit 2 includes D discretized angles (θ dir, 1 , φ dir, 1 ), (θ dir, 2 , φ dir, 2 ), ..., (θ dir, D , φ dir , D ) are stored.

離散化角度(θdir,d,φdir,d)は、θdir,dとφdir,dと組である。図4に示すように、θdir,dは仰角であり、φdir,dは方位角である。 The discretization angle (θ dir, d , φ dir, d ) is a pair with θ dir, d and φ dir, d . As shown in FIG. 4, θ dir, d is an elevation angle, and φ dir, d is an azimuth angle.

D個の離散化角度(θdir,d,φdir,d)(d=1,…,D)の設定をどのように行ってもよい。例えば、離散化角度(θdir,d,φdir,d)を等間隔とする。また、正多面体の頂点方向を用いて離散化角度(θdir,d,φdir,d)を定めてもよい。すなわち、正多面体の中心を原点とするその正多面体の複数の頂点の方向をそれぞれ離散化角度(θdir,d,φdir,d)(d=1,…,D)とする。 D discretization angles (θ dir, d , φ dir, d ) (d = 1,..., D) may be set in any way. For example, the discretization angles (θ dir, d , φ dir, d ) are equally spaced. Further, the discretization angle (θ dir, d , φ dir, d ) may be determined using the apex direction of the regular polyhedron. That is, the directions of a plurality of vertices of the regular polyhedron with the center of the regular polyhedron as the origin are set as the discretization angles (θ dir, d , φ dir, d ) (d = 1,..., D), respectively.

図7は、正二十面体を用いて離散化角度(θdir,d,φdir,d)を定める場合の概念図である。例えば、図7に示すように、円筒形状のマイクロホンアレーの中心軸上に正二十面体が配置されているとし、正二十面体の頂点のうち円筒形状のマイクロホンアレーの中心軸から所定の距離にある頂点を除いた複数の頂点の方向をそれぞれ離散化角度(θdir,d,φdir,d)(d=1,…,D)とする。 FIG. 7 is a conceptual diagram when the discretization angle (θ dir, d , φ dir, d ) is determined using an icosahedron. For example, as shown in FIG. 7, a regular icosahedron is arranged on the central axis of a cylindrical microphone array, and a predetermined distance from the central axis of the cylindrical microphone array among the vertices of the regular icosahedron. The directions of a plurality of vertices excluding the vertices at are respectively defined as discretization angles (θ dir, d , φ dir, d ) (d = 1,..., D).

Dの値を大きく設定すると、計算コストが上がるが、音場の解像度が高くなる。Dの値は、計算コストと音場の解像度を考慮して定められる。   Setting a large value for D increases the computational cost, but increases the resolution of the sound field. The value of D is determined in consideration of calculation cost and sound field resolution.

<平面波展開部3>
平面波展開部3は、マイクロホンMa−bで収音された信号に基づいて生成された音圧信号Pmic,ab(k)を用いて、展開角度記憶部2から読み込んだ各離散化角度(θdir,d,φdir,d)に対応する平面波展開信号Pdir,d(k)を、剛体のバッフルによる伝達経路の変化を考慮して計算する(ステップS2)。マイクロホンMa−bで収音された信号に基づいて生成された音圧信号Pmic,ab(k)とは、この例では、周波数変換部1により生成された周波数領域信号Pmic,ab(k)のことである。
<Plane wave expansion part 3>
The plane wave expansion unit 3 uses each sound pressure signal P mic, ab (k) generated based on the signal collected by the microphone Ma-b to read each discretization angle (θ The plane wave expansion signal P dir, d (k) corresponding to dir, d , φ dir, d ) is calculated in consideration of the change of the transmission path due to the rigid baffle (step S2). In this example, the sound pressure signal P mic, ab (k) generated based on the signal collected by the microphone Ma-b is the frequency domain signal P mic, ab (k) generated by the frequency converter 1. ).

平面波展開部3は、例えば以下の式により定まる平面波展開信号Pdir,d(k)を計算する。 The plane wave expansion unit 3 calculates a plane wave expansion signal P dir, d (k) determined by the following equation, for example.

iを虚数単位とし、Hn (1)(・)をn次の第一種ハンケル関数とし、Hn (1)’(・)をn次の第一種ハンケル関数Hn (1)(・)の微分として、W(k,θmic,a,zmic,bdir,ddir,d)は以下のように与えられる。Nは、上記のように音場の解像度であり、所定の正の整数である。例えば、Nは離散化の方法によって定まる値NMAX以下の正の整数とされる。多くの場合、Nは数値的に安定するように、数値計算を元に求められる。上付きの+は、擬似逆行列の演算を表す。 Let i be an imaginary unit, H n (1) (・) be an nth-order first-class Hankel function, and H n (1) '(・) be an nth-order first-class Hankel function H n (1) (・), W (k, θ mic, a , z mic, b , θ dir, d , φ dir, d ) is given as follows. N is the resolution of the sound field as described above, and is a predetermined positive integer. For example, N is a positive integer not more than a value N MAX determined by the discretization method. In many cases, N is obtained based on numerical calculation so as to be numerically stable. The superscript + represents a pseudo inverse matrix operation.

n次の第一種ハンケル関数Hn (1)(x)は、n次の第一種ベッセル関数Jn(x)及び第二種ベッセル関数Yn(x)を用いて以下のように定義される。 The nth order first-class Hankel function H n (1) (x) is defined as follows using the nth-order first-order Bessel function J n (x) and second-order Bessel function Y n (x) Is done.

n次の第一種ハンケル関数Hn (1)(・)の微分であるHn (1)’(ψ)は以下のように定義される。 H n (1) ′ (ψ), which is a derivative of the nth-order first-class Hankel function H n (1) (•), is defined as follows.

このように、平面波展開部3は、円筒形状のマイクロホンで収音された信号を扱うために、波動方程式を周波数領域で表した方程式をヘルムホルツ方程式として、そのヘルムホルツ方程式をヘリカル波スペクトル領域で扱うことにより計算されるフィルタW(k,θmic,a,zmic,bdir,ddir,d)を用いて平面波展開信号Pdir,d(k)を計算する。 Thus, in order to handle the signal collected by the cylindrical microphone, the plane wave developing unit 3 treats the Helmholtz equation in the helical wave spectrum region as the Helmholtz equation as an equation representing the wave equation in the frequency domain. The plane wave expansion signal P dir, d (k) is calculated using the filter W (k, θ mic, a , z mic, b , θ dir, d , φ dir, d ) calculated by

なお、平面波、平面波展開信号とは、方向ごとの信号の強さを表す指標のことである。例えば平面波展開信号Pdir,d(k)は、離散化角度(θdir,d,φdir,d)の方向の信号の強度を表す。 In addition, a plane wave and a plane wave expansion | deployment signal are the indices showing the strength of the signal for every direction. For example, the plane wave expansion signal P dir, d (k) represents the intensity of the signal in the direction of the discretization angle (θ dir, d , φ dir, d ).

このように、第一実施形態の音場平面波展開装置及び方法は、マイクロホンアレーが円筒形状であっても平面波展開することができる。   Thus, the sound field plane wave expanding apparatus and method of the first embodiment can expand plane waves even if the microphone array is cylindrical.

[第二実施形態]
第二実施形態の音場平面波展開装置は図2に示すように離散球面調和変換部4を更に備える部分において第一実施形態とは異なり、他の部分は第一実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
The sound field plane wave expansion device of the second embodiment is different from the first embodiment in the part further including the discrete spherical harmonic transformation unit 4 as shown in FIG. 2, and the other parts are the same as in the first embodiment.

以下、第一実施形態と異なる部分である離散球面調和変換部4を中心に説明し、第一実施形態と同様の部分については説明を省略する。   Hereinafter, the description will focus on the discrete spherical harmonic transformation unit 4 that is different from the first embodiment, and description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.

平面波展開部3で計算された平面波展開信号Pdir,d(k)(d=1,…,D)は、離散球面調和変換部4に送信される。 The plane wave expansion signal P dir, d (k) (d = 1,..., D) calculated by the plane wave expansion unit 3 is transmitted to the discrete spherical harmonic transformation unit 4.

離散球面調和変換部4は、離散球面調和変換により、平面波展開信号Pdir,d(k)を球面調和スペクトル信号B~p(k)に変換する(ステップS3)。 The discrete spherical harmonic transformation unit 4 transforms the plane wave expansion signal P dir, d (k) into the spherical harmonic spectrum signals B to p (k) by the discrete spherical harmonic transformation (step S3).

離散球面調和変換部4は、例えば下記式により離散球面調和変換を行い、球面調和スペクトル信号B~p(k)を生成する。 The discrete spherical harmonic transformation unit 4 performs discrete spherical harmonic transformation, for example, according to the following equation, and generates spherical harmonic spectrum signals B to p (k).

インデックスp=(n,m)として、Apは正規化のための係数であり所定の実数である。例えば、Furse-Malham係数をApとして用いる。なお、n,mは、0≦n≦N,-n≦m≦nかつ|m|≦Mである。インデックスp=(n,m)の大きさの最大値は、M2+2N+1である。 As index p = (n, m), A p is a coefficient for normalization and is a predetermined real number. For example, using Furse-Malham coefficient as A p. Note that n and m are 0 ≦ n ≦ N, −n ≦ m ≦ n and | m | ≦ M. The maximum value of the index p = (n, m) is M 2 + 2N + 1.

Mは、N以下の所定の正の整数である。Mの値の大きさも解像度に相当する。   M is a predetermined positive integer equal to or less than N. The magnitude of the value of M also corresponds to the resolution.

Yn mは、例えば以下のように定義される球面調和関数である。n,mは球面調和スペクトルの次数である。下記式において、jは虚数単位である。 Y n m is a spherical harmonic function defined as follows, for example. n and m are the orders of the spherical harmonic spectrum. In the following formula, j is an imaginary unit.

Pm n(・)は、ルジャンドル陪関数であり、以下のように定義される。なお、Pn(・)はルジャンドル多項式を表す。 P m n (·) is a Legendre power function and is defined as follows. P n (·) represents a Legendre polynomial.

このように、平面波展開信号Pdir,d(k)を、アンビソニックス等の再生形式に利用可能な形式である球面調和スペクトル信号B~p(k)に変換してもよい。 As described above, the plane wave expansion signal P dir, d (k) may be converted into the spherical harmonic spectrum signals B to p (k), which are formats usable for the reproduction format such as ambisonics.

[第三実施形態]
第三実施形態の音場平面波展開装置は、図3に示すように周波数逆変換部5を更に備える部分において第一実施形態とは異なり、他の部分は第一実施形態と同様である。
[Third embodiment]
The sound field plane wave expansion device of the third embodiment is different from the first embodiment in the part further including the frequency inverse transform unit 5 as shown in FIG. 3, and the other parts are the same as those in the first embodiment.

以下、第一実施形態と異なる部分である周波数逆変換部5を中心に説明し、第一実施形態と同様の部分については説明を省略する。   Hereinafter, the frequency inverse transform unit 5 which is a different part from the first embodiment will be mainly described, and the description of the same part as the first embodiment will be omitted.

平面波展開部3で計算された平面波展開信号Pdir,d(k)(d=1,…,D)は、周波数逆変換部5に送信される。 The plane wave expansion signal P dir, d (k) (d = 1,..., D) calculated by the plane wave expansion unit 3 is transmitted to the frequency inverse conversion unit 5.

周波数逆変換部5は、平面波展開信号Pdir,d(k)を逆フーリエ変換により時間領域信号Psp,d(t)に変換し、変換された時間領域信号Psp,d(t)をスピーカSdに出力する(ステップS4)。逆フーリエ変換によりフレーム毎に得られた時間領域信号Psp,d(t)は適宜シフトされて線形和が取られて、連続した時間領域信号となる。逆フーリエ変換は短時間離散逆フーリエ変換等の既存の方法を用いればよい。 The frequency inverse transform unit 5 transforms the plane wave expansion signal P dir, d (k) into a time domain signal P sp, d (t) by inverse Fourier transform , and converts the transformed time domain signal P sp, d (t). Output to the speaker Sd (step S4). The time domain signal P sp, d (t) obtained for each frame by the inverse Fourier transform is appropriately shifted to obtain a linear sum to become a continuous time domain signal. For the inverse Fourier transform, an existing method such as a short-time discrete inverse Fourier transform may be used.

スピーカアレーS1,S2,…,SDは、D個のスピーカS1,S2,…,SDで構成されており、例えば球状に配置されている。具体的には、d=1,…,Dとして、スピーカSdは、離散化角度(θdir,d,φdir,d)の方向に配置されている。例えば、図7に例示するように、正多面体の各頂点の方向を離散化角度(θdir,d,φdir,d)とした場合には、スピーカは正多面体の各頂点の位置に配置される。 The speaker arrays S1, S2,..., SD are composed of D speakers S1, S2,. Specifically, as d = 1,..., D, the speaker Sd is arranged in the direction of the discretization angle (θ dir, d , φ dir, d ). For example, as illustrated in FIG. 7, when the direction of each vertex of the regular polyhedron is a discretization angle (θ dir, d , φ dir, d ), the speaker is arranged at the position of each vertex of the regular polyhedron. The

スピーカアレーS1,S2,…,SDは、時間領域信号Psp,1(t),Psp,2(t),…,Psp,D(t)に基づいて音を再生する。具体的には、d=1,…,Dとして、スピーカSdが時間領域信号Psp,d(t)に基づいて音を再生する。これにより、マイクロホンアレーM1−1,M2−1,…,MN−Nで収音した音場を、スピーカアレーS1,S2,…,SDで再現することができる。 The speaker arrays S1, S2,..., SD reproduce sound based on the time domain signals P sp, 1 (t), P sp, 2 (t) ,. Specifically, with d = 1,..., D, the speaker Sd reproduces sound based on the time domain signal P sp, d (t). Thereby, the sound field picked up by the microphone arrays M1-1, M2-1,..., MN a -N b can be reproduced by the speaker arrays S1, S2,.

マイクロホンの数がスピーカの数よりも多い場合には、再生信号を間引けばよい。一方、マイクロホンの数がスピーカの数よりも少ない場合には、時間領域信号Psp,d(t)の平均を取るなどして補間を行えばよい。補間を行う方法は、例えば、線形補間やsinc補間などを適用することができる。 If the number of microphones is larger than the number of speakers, the reproduction signal may be thinned out. On the other hand, when the number of microphones is smaller than the number of speakers, interpolation may be performed by taking an average of the time domain signals P sp, d (t). As a method for performing the interpolation, for example, linear interpolation, sinc interpolation, or the like can be applied.

[変形例等]
音場平面波展開装置は、平面波展開部3を含みさえすれば、他の部を備えていなくてもよい。
[Modifications, etc.]
The sound field plane wave developing device may not include other units as long as it includes the plane wave developing unit 3.

周波数変換部1の処理と平面波展開部3の処理とを同時に行ってもよい。 音場平面波展開装置は、コンピュータによって実現することができる。この場合、この装置の各部の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、この装置における各部がコンピュータ上で実現される。   You may perform the process of the frequency converter 1 and the process of the plane wave expansion | deployment part 3 simultaneously. The sound field plane wave expansion device can be realized by a computer. In this case, the processing content of each part of this apparatus is described by a program. Then, by executing this program on a computer, each unit in this apparatus is realized on the computer.

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、これらの装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。   The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. In this embodiment, these apparatuses are configured by executing a predetermined program on a computer. However, at least a part of these processing contents may be realized by hardware.

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.

1 周波数変換部
2 展開角度記憶部
3 平面波展開部
4 離散球面調和変換部
5 周波数逆変換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Frequency conversion part 2 Expansion | deployment angle memory | storage part 3 Plane wave expansion | deployment part 4 Discrete spherical harmonic conversion part 5 Frequency inverse conversion part

Claims (7)

円筒形状の剛体のバッフルの軸を中心とし上記バッフルの周方向を円周方向とする半径Rcylの2個以上の円のそれぞれに少なくとも2個のマイクロホンが配置されているとし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとして、
展開角度記憶部には、Dを所定の正の整数として、離散化角度(θdir,d,φdir,d)(d=1,…,D)が記憶されているとし、
平面波展開部が、上記マイクロホンで収音された信号に基づいて生成された音圧信号Pmic,ab(k)を用いて、上記展開角度記憶部から読み込んだ各離散化角度(θdir,d,φdir,d)に対応する平面波展開信号Pdir,d(k)を、上記剛体のバッフルによる伝達経路の変化を考慮して計算する平面波展開ステップと、
を含む音場平面波展開方法。
Assume that at least two microphones are arranged in each of two or more circles having a radius R cyl centered on the axis of a cylindrical rigid baffle and having the circumferential direction of the baffle as a circumferential direction, and ω is a frequency. , C is the speed of sound, and k = ω / c,
In the development angle storage unit, it is assumed that D is a predetermined positive integer and discretization angles (θ dir, d , φ dir, d ) (d = 1,..., D) are stored,
The plane wave expansion unit uses each sound pressure signal P mic, ab (k) generated based on the signal collected by the microphone to read each discretization angle (θ dir, d , Φ dir, d ), a plane wave expansion step for calculating a plane wave expansion signal P dir, d (k) in consideration of a change in the transmission path due to the baffle of the rigid body,
Sound field plane wave expansion method including.
請求項1の音場平面波展開方法において、
iを虚数単位とし、Hn (1)(・)をn次の第一種ハンケル関数とし、Hn (1)’(・)をn次の第一種ハンケル関数Hn (1)(・)の微分とし、Nを所定の正の整数とし、W(k,θmic,a,zmic,bdir,ddir,d)を以下の式とし、上付きの+は擬似逆行列の演算を表すとして、

上記平面波展開部は、以下の式により定まる平面波展開信号Pdir,d(k)を計算する、

音場平面波展開方法。
In the sound field plane wave expansion method according to claim 1,
Let i be an imaginary unit, H n (1) (・) be an nth-order first-class Hankel function, and H n (1) '(・) be an nth-order first-class Hankel function H n (1) (・), N is a predetermined positive integer, W (k, θ mic, a , z mic, b , θ dir, d , φ dir, d ) is As an inverse matrix operation,

The plane wave expansion unit calculates a plane wave expansion signal P dir, d (k) determined by the following equation:

Sound field plane wave expansion method.
請求項1又は2の音場平面波展開方法において、
離散球面調和変換部が、離散球面調和変換により、上記平面波展開信号Pdir,d(k)を球面調和スペクトル信号B~p(k)に変換する離散球面調和変換ステップを更に含む、
音場平面波展開方法。
In the sound field plane wave expansion method according to claim 1 or 2,
The discrete spherical harmonic transformation unit further includes a discrete spherical harmonic transformation step of transforming the plane wave expansion signal P dir, d (k) into a spherical harmonic spectrum signal B to p (k) by discrete spherical harmonic transformation,
Sound field plane wave expansion method.
請求項3の音場平面波展開方法において、
Mを所定の正の整数とし、Yn mを球面調和関数とし、インデックスp=(n,m)とし、Apを所定の実数として、
上記離散球面調和変換部は、下記式により離散球面調和変換を行う、

音場平面波展開方法。
In the sound field plane wave expansion method according to claim 3,
M is a predetermined positive integer, Y n m is a spherical harmonic function, index p = (n, m), A p is a predetermined real number,
The discrete spherical harmonic transformation unit performs discrete spherical harmonic transformation according to the following equation:

Sound field plane wave expansion method.
請求項1又は2の音場平面波展開方法において、
周波数逆変換部が、上記平面波展開信号Pdir,d(k)を逆フーリエ変換により時間領域信号に変換し、変換された時間領域信号をスピーカに出力する周波数逆変換ステップを更に含む、
音場平面波展開方法。
In the sound field plane wave expansion method according to claim 1 or 2,
The frequency inverse transform unit further includes a frequency inverse transform step of transforming the plane wave expansion signal P dir, d (k) into a time domain signal by inverse Fourier transform and outputting the transformed time domain signal to a speaker.
Sound field plane wave expansion method.
円筒形状の剛体のバッフルの軸を中心とし上記バッフルの周方向を円周方向とする半径Rcylの2個以上の円のそれぞれに少なくとも2個のマイクロホンが配置されているとし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとして、
Dを所定の正の整数として、離散化角度(θdir,d,φdir,d)(d=1,…,D)が記憶された展開角度記憶部と、
上記マイクロホンで収音された信号に基づいて生成された音圧信号Pmic,ab(k)を用いて、上記展開角度記憶部から読み込んだ各離散化角度(θdir,d,φdir,d)に対応する平面波展開信号Pdir,d(k)を、上記剛体のバッフルによる伝達経路の変化を考慮して計算する平面波展開部と、
を含む音場平面波展開装置。
Assume that at least two microphones are arranged in each of two or more circles having a radius R cyl centered on the axis of a cylindrical rigid baffle and having the circumferential direction of the baffle as a circumferential direction, and ω is a frequency. , C is the speed of sound, and k = ω / c,
A development angle storage unit storing discretization angles (θ dir, d , φ dir, d ) (d = 1,..., D), where D is a predetermined positive integer;
Using the sound pressure signal P mic, ab (k) generated based on the signal collected by the microphone, each discretization angle (θ dir, d , φ dir, d ), A plane wave expansion unit that calculates a plane wave expansion signal P dir, d (k) corresponding to the rigid body baffle, and
Sound field plane wave expansion device including.
請求項1から5の何れかに記載された音場平面波展開方法の各ステップをコンピュータに実行させるための音場平面波展開プログラム。   A sound field plane wave expansion program for causing a computer to execute each step of the sound field plane wave expansion method according to any one of claims 1 to 5.
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