JP2017224997A - 変換装置、その方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
マイクロホンアレイに関してユーザが自由に配置を変更する場合、マイクロホンの位置もしくはパラメータを、その都度推定し、変更する必要がある。そこで、本実施形態では、マイクロホン等の変換部の位置関係に緩やかな物理的な制約を与え、最低限の情報を得るだけで変換部の位置関係を特定する。このような構成とすることで、変換部の位置の推定にコストをかけずに変換部を含む変換装置の形状を変えることができる。また、物理的な制約を緩やかにかけることで、変換部の間隔など性能に影響するような、ユーザに変更されたくない部分を固定しつつ、変換装置全体における変換部の配置についてユーザに自由度を与えることができるようになる。
M個のマイクロホン101−mを用いて収音し(s3)、アナログ信号(収音信号)をAD変換部107に出力する。なお、M個のマイクロホン101−mは等間隔に配置されているとする。ただし、等間隔でなくてもマイクロホン間隔が個々に既知であれば下記は実施可能である。
変形量取得部103は、支持部102の変形量lを取得し(S1)、パラメータ変更部110に出力する。本実施形態では、弾性変形時の支持部102の成す円の半径を知るための情報として、支持部102の円周の変化を利用する。ここでは、例として変形量取得部103として抵抗値検出器を使用する。支持部102には電気抵抗のある素材が使われており(少なくとも図4、図5の破線部分において電気抵抗のある素材を用いる、または、電気抵抗のある素材を貼付する)、破線部分の端点2か所に抵抗検出器からの結線がされており、支持部102の固定箇所の接点(バンド固定部103−1)を経由して、2点間の抵抗値を測定するものとする。支持部102の成す円の円周を変更すると、バンド固定部103−1の位置が変化するため、検出される抵抗値が変わり、支持部102の成す円の円周が変更された長さ(変形量l)を算出することができる。支持部102が設置対象物に取り付けられ、弾性変形し、支持部102の成す円の円周が大きくなると、2点間の距離が短くなり、抵抗値は小さくなる。支持部102の成す円の円周が大きくなれば大きくなるほど抵抗値が小さくなるため、その抵抗値から変形量lを求めることができる。支持部102に対して力が加わっていない状態から、抵抗検出器からの結線がされている一方の端点がバンド固定部103−1に達するまで弾性変形可能であり、変形量lには制約があり、連続値である。そのため、M個のマイクロホンの位置関係には、支持部102に固定されるという制約があり、さらに、変形量lの制約に基づく制約がある。
パラメータ変更部110はパラメータ計算部111を含み(図6参照)、パラメータ計算部111は、変形量lを入力とし、M個のマイクロホン101−mの、動的に変化する位置関係に基づき、空間上の所定の位置または方向とM個のマイクロホン101−mとの関係を示すパラメータから得られるフィルタを計算し(S2)、フィルタ部120に出力する。なお、「動的に変化する」とは、この変換装置を使用する度に、または、使用中に、変化することを意味する。従来技術では、マイクロホンアレイにおけるマイクロホン間の位置関係は、マイクロホンアレイの製造時に決定され動的に変化させることはできなかった。仮に、位置関係を変化させることができたとしても、この変換装置を使用する度に事前に既知の信号をスピーカなどから鳴らして音源〜マイクロホン間の特性を測定する必要があった。本実施形態では、マイクロホンの位置関係に緩やかな物理的な制約を与えるため、変形量lから容易にフィルタを計算することができる。
[参考文献1]国際公開第WO2012/086834号パンフレット
AD変換部107が、M個のマイクロホン101−mで収音されたM個のアナログ信号z1,…,zMをディジタル信号z(t)=[z1(t),…,zM(t)]Tへ変換し、(s4)、周波数領域変換部108に出力する。tは離散時間のインデックスを表す。
周波数領域変換部108は、まず、AD変換部107が出力したディジタル信号z(t)=[z1(t),…,zM(t)]Tを入力とし、チャネルごとにNサンプルをバッファに貯めてフレーム単位のディジタル信号z(τ)=[z1(τ),…,zM(τ)]Tを生成する。τはフレーム番号のインデックスである。zm(τ)=[zm((τ-1)N+1),…,zm(τN)](1≦m≦M)である。Nはサンプリング周波数にもよるが、48kHzサンプリングの場合には2048点あたりが妥当である。次に、周波数領域変換部108は、各フレームのディジタル信号z(τ)を周波数領域の信号z(ω,τ)=[z1(ω,τ),…,zM(ω,τ)]Tに変換し(s5)、出力する。ωは離散周波数のインデックスである。時間領域信号を周波数領域信号に変換する方法の一つに高速離散フーリエ変換があるが、これに限定されず、周波数領域信号に変換する他の方法を用いてもよい。周波数領域信号z(ω,τ)は、各周波数ω、フレームτごとに出力され以下の処理はフレームτごとに行われる。なお、以降の説明では、フレームのインデックスτを省略する。
フィルタ部120は、予めパラメータ変更部110からフィルタwを受け取っておき、周波数領域変換部108から周波数領域の信号z(ω)=[z1(ω),…,zM(ω)]Tを受け取る。フィルタ部120は、フィルタwを用いて、次式により、周波数領域の信号s1(ω)を計算し、時間領域変換部109に出力する。
s1(ω)=wHz(ω)
時間領域変換部109は、第τフレームの各周波数ω∈Ωの出力信号s1(ω)を時間領域に変換して(s7)、第τフレームのフレーム単位時間領域信号s1(τ)を得て、さらに、得られたフレーム単位時間領域信号s1(τ)をフレーム番号のインデックスの順番に連結して時間領域信号s1(t)を出力する。周波数領域信号を時間領域信号に変換する方法は、s5の処理で用いた変換方法に対応する逆変換であり、例えば高速離散逆フーリエ変換である。
以上の構成により、メーカ等が意図した利用用途以外にもユーザが使うことができ、ユーザに特別な操作を要求せずに使うことができるという効果を奏する。
本実施形態では、波として、音波を用いているが、電波や光波を用いてもよいし、他の帯域の電磁波を用いてもよい。その場合、マイクロホンに代えて、受信アンテナや受光素子等を用いることができる。要は、同種の波を信号に変換可能な複数の変換部であればよい。言い換えると、M個の変換部において変換される波が同じ種類の波であればよい。
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。支持部102の構成、変形量取得部103及びパラメータ変更部110の処理内容が第一実施形態とは異なる。
図7はM個のマイクロホン101−m及び支持部102からなるマイク可動部(図1の破線内部の構成)の正面図、図8Aはマイク可動部の平面図を示し、図8Bは可動方法を説明するための図である。
変形量取得部103は、支持部102の変形量lを取得し、パラメータ変更部110に出力する。本実施形態では、中心の軸の移動量を変形量lとして取得する。検知方法は第一実施形態と同様とする。例えば、変形量取得部103として抵抗値検出器を使用する。支持部102の中心の軸と歯車には電気抵抗のある素材が使われており、その軸の下端と歯車の中心の2か所に抵抗検出器からの結線がされており、2点間の抵抗値を測定するものとする。支持部102の中心の軸が移動すると、軸の下端の位置が変化し、軸の下端と歯車の中心の距離が変化するため、検出される抵抗値が変わり、軸の移動量(変形量l)を算出することができる。軸が上方に移動すると、2点間の距離が短くなり、抵抗値は小さくなる。軸が上方に移動すれば移動するほど抵抗値が小さくなるため、その抵抗値から変形量lを求めることができる。また、例えば、歯車の回転量を内蔵した角位置センサ(ロータリーエンコーダ等)で検出し、回転角から中心の軸の移動量を算出してもよい。
パラメータ変更部110はパラメータ計算部111を含み(図6参照)、パラメータ計算部111は、変形量lを入力とし、フィルタwを計算し(S2)、フィルタ部120に出力する。
このような構成とすることで、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。支持部102の構成、変形量取得部103及びパラメータ変更部110の処理内容が第一実施形態とは異なる。
図9は変換装置100の外観図を示す。M個のマイクロホン101−m及び支持部102からなるマイク可動部(図1の破線内部の構成)の構成を図10に示す。図9のように、変換装置100は平面を有する設置対象物へ取り付けられる。
変形量取得部103は、マジックハンド構造に含まれる直線状の物体の回転量を変形量lとして取得する。例えば、接点の少なくともいずれか一つに回転を検出する機構(回転量検出器であり、変形量取得部103に相当)を具備する。図10の例ではマイクロホン101−1の裏側に設置してある。直線状の物体の中心の接点と、端部近傍の接点との距離をrとする。第一実施形態と同様に、物理的制約がある形状であるため、この変形量取得部103で検出した回転量が分かればマイクロホンの位置関係がわかる。例えば、図10の例では、交差する二つの直線状の物体の成す角度θが小さくなれば小さくなるほどマイクロホン間の距離は大きくなる。直線状の物体の回転量には制約があり、連続値である。変形量取得部103は、角度θを直接算出してもよいし、交差する二つの直線状の物体の成す角度θdに変形量lを加えて算出してもよい。
パラメータ変更部110はパラメータ計算部111を含み(図6参照)、パラメータ計算部111は、変形量lを入力とし、フィルタwを計算し(S2)、フィルタ部120に出力する。
このような構成により、直線状マイクロホンアレイに本発明を適用することができ、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
第三実施形態と異なる部分を中心に説明する。支持部102の構成及びパラメータ変更部110の処理内容が第一実施形態とは異なる。
図11は変換装置100の外観図を示す。M個のマイクロホン101−m及び支持部102からなるマイク可動部(図1の破線内部の構成)の構成を図12に示す。図11のように、変換装置100は平面を有する設置対象物へ取り付けられる。図12のように、第三実施形態の連結を増やし、2次元的にM個のマイクロホン101−mを配置した構造とする。支持部102は、2つ以上の部材(直線状の物体)からなり、ある直線状の物体は少なくとも1つの他の直線状の物体と繋がっている。
パラメータ変更部110はパラメータ計算部111を含み(図6参照)、パラメータ計算部111は、変形量lを入力とし、フィルタwを計算し(S2)、フィルタ部120に出力する。
am=exp<-jωτm> (43)
であり、式(1),(5)からフィルタwを求めることができる。
このような構成により、平面状マイクロホンアレイに本発明を適用することができ、第三実施形態と同様の効果を得ることができる。
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。支持部102の構成、変形量取得部103及びパラメータ変更部110の処理内容が第一実施形態とは異なる。
図14はM個のマイクロホン101−m及び支持部102からなるマイク可動部(図1の破線内部の構成)の外観図、図15は可動方法を説明するための図である。
変形量取得部103は、支持部102の変形量lを取得し(S1)、パラメータ変更部110に出力する。ここでは、第j-1伸縮部から出ている第j伸縮部の長さを変形量ljとして用いる。例として変形量取得部103として抵抗値検出器を使用する。支持部102には電気抵抗のある素材が使われており、第j-1伸縮部の先端側の端部と、第j伸縮部の根元側の端部とに抵抗検出器からの結線がされており(図15参照)、2点間の抵抗値を測定するものとする。第j伸縮部が第j-1伸縮部内に入ること、または、第j伸縮部が第j-1伸縮部から出ることで、2点間の距離が変化し、抵抗値が変わるため、収納部分の長さを算出することができ、第j-1伸縮部から出ている第j伸縮部の長さを求めることができる。この場合、第j-1伸縮部と第j伸縮部との間で抵抗値を測定するためにJ-1個の抵抗検出器を備え、J-1個の変形量ljを取得する。それぞれの変形量ljには制約があり、連続値である。
パラメータ変更部110はパラメータ計算部111を含み(図6参照)、パラメータ計算部111は、フィルタwを計算し(S2)、フィルタ部120に出力する。
am=exp<-jωτm> (43)
このような構成により、直線状マイクロホンアレイに本発明を適用することができ、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。支持部102の構成、変形量取得部103及びパラメータ変更部110の処理内容が第一実施形態とは異なる。
図17はM個のマイクロホン101−m及び支持部102からなるマイク可動部(図1の破線内部の構成)の外観図である。
変形量取得部103は、支持部102の変形量lを取得し、パラメータ変更部110に出力する。本実施形態では、n-1個の第j回転部の回転量を変形量ljとして取得する。例えば、n-1個の第j回転部のそれぞれに回転を検出する機構(回転量検出器であり、変形量取得部103に相当)を具備する。第一実施形態と同様に、物理的制約がある形状であるため、この変形量取得部103で検出した回転量が分かればマイクロホンの位置関係がわかる。こうすることで、回転量を測定するだけでマイクロホン間の位置関係が測定できる。
パラメータ変更部110はパラメータ計算部111を含み(図6参照)、パラメータ計算部111は、変形量ljを入力とし、フィルタwを計算し(S2)、フィルタ部120に出力する。
am=exp<-jωτm> (43)
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。第一実施形態では、変形量取得部103で取得する支持部102の変形量は連続値であったが、本実施形態では、離散値とする。このとき、支持部102は、M個のマイクロホン101−mの位置関係を離散的に変更してもよい。例えば、予め与えられた何カ所かの位置でM個のマイクロホン101−mが固定されるように(支持部102の変形が固定されるように)しておき、その離散的な位置(離散的な変形量)を検出してパラメータ変更部110へ値を渡してもよい。例えば、図18のように、接点間に離散的に抵抗を配置して抵抗値を検出したり、図19のように、接点毎に配線を行い導通した配線のみを検出するといった方法が取れる。このような構成により、連続値を検出する必要がなく、離散値を検出するため実装がより容易になる。
第七実施形態と異なる部分を中心に説明する。
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
上記の第一実施形態〜第六実施形態において、検出した円周の長さなどの変形量取得部103から送られる変形量lに対し、パラメータ変更部110でその値をそのまま計算に使うのではなく、図22のように検出値選別部113を設けて離散値の区間を検出する。例えば第一実施形態の場合、入力されたr’に対して
第八実施形態と異なる部分を中心に説明する。
パラメータ変更部110は、計算可能なフィルタについては計算し、計算不可能なフィルタについては、予め動的に変化するそれぞれの位置関係に対応するフィルタを取得しておき、その中から変形量に基づき選択する構成としてもよい。
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
第十二実施形態において、特に用いるフィルタw1〜wXを2値で切り替える例について述べる。図24は正三角形の板状の物体(支持部102)にマイクロホン101−mが3つ設置されている装置である。マイクロホン101−mの配置場所については図24の通りである。支持部102は、2つの部材(正三角形の板状の物体と台形の板状の物体)からなり、正三角形の板状の物体と台形の板状の物体とは繋がっている。また、この支持部102は右側に回転部を持ち、三角形上部を回転させて図25のように直線にすることができる。回転部の構造の例は図26となる。回転の両端にはスイッチ(図24、図25内のSW)があり、どちらの形状で利用しているかを検出し、パラメータ変更部110へ渡す。つまり、このスイッチが変形量取得部103に相当する。スイッチは例えば接触スイッチで、筐体がふれている方のスイッチのみONになるような仕組みとする。パラメータ変更部110の動作としては、半径がrの3マイクロホンの円状アレイ(図24)と、マイクロホン間距離が√3rである3マイクロホンの直線アレイ(図25)とにおいて、用いるフィルタを切り替える。これにより、ユーザはマイクロホンの位置関係の変更を意識することなく、シーンにあったマイクロホンの使い方ができる。例えば、三角形の状態では三角形の左右へ2つ指向性を向け、2出力で音を出力し、直線形に変更すると直線方向へ1つ指向性を向け、1出力で音を出力する、などの動作変更を、ユーザが明示的に指定しなくても直感的に動作変更することができる。
第一実施形態〜第十三実施形態において、剛体もしくは弾性体、可塑性体からなる支持部102にマイクロホンを固定し、支持部102の変形量を取得することで、マイクロホンの位置関係を算出していたが、図27のようにマイクロホン101−mと位置センサ130−mが一式となった装置を複数個用いる構成としてもよい。そのため、本実施形態の変換装置100は、支持部102と変形量取得部103とを含まず、代わりに位置センサ130−mを含む。位置センサ130−mは、例えば赤外線センサやWi-Fiによる測距を行い、得られたマイクロホンの位置関係の情報をパラメータ変更部110に出力する。そのほかの動作は他の実施形態と同様である。
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
M(≧2)個のスピーカを用いて制御点Dで強調されるような指向制御を行うことを考える。
まず、周波数領域変換部209は、ディジタル信号s(t)を受け取り、Nサンプルをバッファに貯めてフレーム単位のディジタル信号s(τ)を出力する。次に、周波数領域変換部209は、各フレームのディジタル信号s(τ)を周波数領域の信号S(ω,τ)に変換して(S203)出力する。なお、以降の説明では、フレームのインデックスτを省略し、S(ω)と記載する。
支持部202は、M個のスピーカ201−mを支持した状態で変形することで、M個の第m変換部の位置関係を変更する。支持部202の構成は第一実施形態の支持部102と同様であり、M個のマイクロホン101−mに代えて、M個のスピーカ201−mを支持する。
変形量取得部203は、支持部202の変形量lを取得し(S201)、パラメータ変更部210に出力する。変形量取得部203の構成、処理内容は第一実施形態の変形量取得部103と同様である。
パラメータ変更部210はパラメータ計算部111を含み(図6参照)、パラメータ計算部111は、変形量lを入力とし、M個のスピーカ201−mの、動的に変化する位置関係に基づき、空間上の所定の位置または方向とM個のスピーカ201−mとの関係を示すパラメータから得られるフィルタを計算し(S202)、フィルタ部120に出力する。パラメータ変更部210の処理内容は第一実施形態のパラメータ変更部110と同様である。
[参考文献2]羽田陽一、片岡章俊、「自由空間伝達関数を用いた多点制御に基づく小型スピーカアレーの実空間性能」、日本音響学会研究発表会講演論文集、2008、pp.631-632
フィルタ部220は、予めパラメータ変更部210からフィルタwを受け取っておき、周波数領域信号S(ω)を受け取り、フレームτごとに、各周波数ω∈Ωについて、周波数領域信号S(ω)に、フィルタwを適用して(次式参照、S204)、出力信号Z→(ω)=[Z1(ω),…,ZM(ω)]を出力する。
時間領域変換部208は、第τフレームの各周波数ω∈Ωの再生信号Z→(ω)=[Z1(ω),…,ZM(ω)]を時間領域に変換して(S205)、第τフレームのフレーム単位時間領域信号z→(τ)=[z1(τ),…,zM(τ)]を得て、さらに、得られたフレーム単位時間領域信号z→(τ)=[z1(τ),…,zM(τ)]をフレーム番号のインデックスの順番に連結して、時間領域信号z→(t)=[z1(t),…,zM(t)]を出力する。周波数領域信号を時間領域信号に変換する方法は、S203の処理で用いた変換方法に対応する逆変換であり、例えば高速離散逆フーリエ変換である。
Mチャネルの時間領域信号z1(t),…,zM(t)はそれぞれ、スピーカアレイを構成するM個のスピーカ201のうち、チャネルに対応するスピーカで再生される(S206)。
このような構成により、特定方向へ音声を再生するスピーカアレイを、メーカ等が意図した利用用途以外にもユーザが使うことができ、ユーザに特別な操作を要求せずに使うことができる。
なお、マイクロホンに代えてスピーカを用いることで第一実施形態の変形例、第二実施形態〜第十四実施形態及びその変形例についても同様に、信号を波に変換する変換技術に本発明を適用することができる。支持部202、変形量取得部203、パラメータ変更部210の構成や処理内容は、第一実施形態の変形例、第二実施形態〜第十四実施形態及びその変形例で説明した支持部102、変形量取得部103、パラメータ変更部110に対する方法を用いることができ、周波数領域変換部209、フィルタ部220、時間領域変換部208、スピーカ201−mの構成や処理内容は本実施形態で説明した方法を用いることができる。
本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、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。
また、上記の実施形態及び変形例で説明した各装置における各種の処理機能をコンピュータによって実現してもよい。その場合、各装置が有すべき機能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、上記各装置における各種の処理機能がコンピュータ上で実現される。
Claims (12)
- Mを2以上の整数の何れかとし、m=1,2,…,Mとし、信号を波に変換可能なM個の第m変換部と、
前記M個の第m変換部を支持した状態で変形することで、前記M個の第m変換部の位置関係を変更する支持部とを含み、
前記支持部は1つ以上の部材からなり、前記支持部が2つ以上の部材からなる場合には、ある部材は少なくとも1つの他の部材と繋がっている、
変換装置。 - 請求項1の変換装置であって、
前記支持部の変形量には制約があり、前記支持部の変形量は離散値であり、
前記支持部は、前記M個の第m変換部の位置関係を離散的に変更する、
変換装置。 - 請求項1の変換装置であって、
前記支持部は、弾性体を含み、前記弾性体の弾性変形により、前記M個の第m変換部の位置関係を変更する、
変換装置。 - 請求項1の変換装置であって、
前記支持部は、可動部を含み、前記支持部に含まれる前記可動部の可動により、前記M個の第m変換部の位置関係を変更する、
変換装置。 - Mを2以上の整数の何れかとし、m=1,2,…,Mとし、信号を波に変換可能なM個の第m変換部と、
前記M個の第m変換部の位置関係の変化を動的に検出し、前記M個の第m変換部の、動的に変化する位置関係を取得する位置関係取得部とを含む、
変換装置。 - Mを2以上の整数の何れかとし、m=1,2,…,Mとし、信号を波に変換可能なM個の第m変換部の、動的に変化する位置関係に基づき、空間上の所定の位置または方向と前記M個の第m変換部との関係を示すパラメータから得られるフィルタを計算または選択するパラメータ変更部と、
前記フィルタを用いて、空間上の所定の位置または方向へ発する波に前記第m変換部において変換する前の信号の特性を異ならせるフィルタ部とを含む、
変換装置。 - 請求項6の変換装置であって、
前記パラメータ変更部は、計算可能なパラメータについては計算する、
変換装置。 - 請求項6の変換装置であって、
前記パラメータ変更部は、予め動的に変化するそれぞれの位置関係に対応するフィルタを取得しておき、計算不可能なパラメータに対応するフィルタついては、予め取得しておいたフィルタの中から選択する、
変換装置。 - 請求項6の変換装置であって、
前記空間上の所定の位置または方向は、1つである、
変換装置。 - 請求項6の変換装置であって、
前記空間上の所定の位置または方向は、複数である、
変換装置。 - Mを2以上の整数の何れかとし、m=1,2,…,Mとし、パラメータ変更部が、信号を波に変換可能なM個の第m変換部の、動的に変化する位置関係に基づき、空間上の所定の位置または方向と前記M個の第m変換部との関係を示すパラメータから得られるフィルタを計算または選択するパラメータ変更ステップと、
フィルタ部が、前記フィルタを用いて、空間上の所定の位置または方向へ発する波に前記第m変換部において変換する前の信号の特性を異ならせるフィルタステップとを含む、
変換方法。 - 請求項6から請求項10の何れかの変換装置として、コンピュータを機能させるためのプログラム。
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