JP2018197965A - Design support device of small speaker and design support method of speaker - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、小型スピーカの設計支援装置及びスピーカの設計支援方法に関し、特に、スマートフォン等の小型機器に用いられるスピーカの設計を支援するための技術に関する。 The present disclosure relates to a design support device for a small speaker and a design support method for a speaker, and more particularly to a technique for supporting design of a speaker used in a small device such as a smartphone.
近年、スマートフォンに代表される小型機器の需要が拡大し、それに伴ない、小型機器に内蔵されているスピーカの需要も拡大するとともに当該スピーカの小型化・複雑化が進んでいる。 In recent years, the demand for small devices typified by smartphones has increased, and along with this, the demand for speakers built in small devices has also increased, and the size and complexity of the speakers have been increasing.
従来より、スピーカの設計手法としては、いわゆる音響等価回路解析法が知られている。音響等価回路解析法とは、振動板やダンパ等の機械振動系、及びキャビネットやホーン等の音響振動系を等価的な電気回路に置換えて、電気回路の知識を用いて対象の音響機器(スピーカ等)の音響特性を解析する手法である。このような音響等価回路解析法については、たとえば非特許文献1,2に記載されている。 Conventionally, a so-called acoustic equivalent circuit analysis method is known as a speaker design method. The acoustic equivalent circuit analysis method replaces mechanical vibration systems such as diaphragms and dampers, and acoustic vibration systems such as cabinets and horns with equivalent electrical circuits, and uses the knowledge of electrical circuits to target acoustic devices (speakers). Etc.). Such an acoustic equivalent circuit analysis method is described in Non-Patent Documents 1 and 2, for example.
スマートフォン等の小型機器に内蔵されて用いられるような小型スピーカにおいては、音源となる振動板が筐体の内部に設けられ、筐体に設けられる音孔の寸法・位置や、振動板と音孔との間に設けられる気室の寸法等が重要な設計パラメータとなる。しかしながら、上述の音響等価回路解析法では、音孔の寸法や位置等を考慮することはできないので、上記解析法は、音孔の寸法や位置等について特段考慮する必要のない大型又は中型のスピーカの設計には有用であるけれども、音孔の寸法や位置等が重要な設計パラメータとなる小型スピーカの設計には適用することができない。このため、小型スピーカの設計については、十分な経験を積んだ技術者によるカット&トライ設計が行なわれており、設計に要する時間及びコストの削減が課題となっている。 In a small speaker that is used in a small device such as a smartphone, a diaphragm serving as a sound source is provided inside the casing, and the size and position of the sound hole provided in the casing, the diaphragm and the sound hole The size of the air chamber provided between the two is an important design parameter. However, since the acoustic equivalent circuit analysis method described above cannot take into account the size and position of the sound hole, the analysis method requires a large or medium-sized speaker that does not require special consideration of the size or position of the sound hole. However, it cannot be applied to the design of small speakers in which the size and position of the sound hole are important design parameters. For this reason, the design of a small speaker is performed by a cut-and-try design by an engineer who has sufficient experience, and reduction of the time and cost required for the design is an issue.
本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、小型スピーカの設計において、設計に要する時間及びコストを削減可能な設計支援装置を提供することである。 The present disclosure has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a design support apparatus capable of reducing the time and cost required for designing a small speaker.
本開示の設計支援装置は、小型スピーカの設計支援装置であって、入力装置と、演算装置とを備える。入力装置は、小型スピーカの音響特性を示す音響特性データを利用者が入力するための装置である。演算装置は、音響特性データに基づいて小型スピーカの設計パラメータを出力するようにコンピュータを機能させるための学習済みモデルを用いて、入力装置により入力された音響特性データから設計パラメータを算出するように構成される。ここで、学習済みモデルは、音響FDTD(Finite-Difference Time-Domain)法を用いたコンピュータシミュレーションによって生成される、各々が設計パラメータと当該設計パラメータを有する小型スピーカの音響特性データとを含む複数の学習用データを用いて、音響特性データから設計パラメータを算出するように学習されたディープニューラルネットワーク(以下「DNN(Deep Neural Network)」と称する。)によって構成される。 The design support device of the present disclosure is a design support device for a small speaker, and includes an input device and a calculation device. The input device is a device for a user to input acoustic characteristic data indicating the acoustic characteristics of a small speaker. The arithmetic unit uses the learned model for causing the computer to function so as to output the design parameters of the small speaker based on the acoustic characteristic data, and calculates the design parameters from the acoustic characteristic data input by the input device. Composed. Here, the trained model is generated by a computer simulation using an acoustic FDTD (Finite-Difference Time-Domain) method, each of which includes a plurality of design parameters and acoustic characteristic data of a small speaker having the design parameters. It is constituted by a deep neural network (hereinafter referred to as “DNN (Deep Neural Network)”) learned to calculate design parameters from acoustic characteristic data using learning data.
好ましくは、小型スピーカは、音源となる振動板と、小型スピーカの筐体の内部に形成される筐体内空間とを含んで構成される。そして、音響FDTD法を用いたコンピュータシミュレーションにおける分割グリッドの大きさは、振動板、筐体内空間、筐体の外部における音響伝搬空間の順に小さい。 Preferably, the small speaker includes a diaphragm serving as a sound source and a space in the housing formed inside the housing of the small speaker. The size of the divided grid in the computer simulation using the acoustic FDTD method is smaller in the order of the diaphragm, the space in the housing, and the acoustic propagation space outside the housing.
好ましくは、各学習用データに含まれる設計パラメータは、予め定められた範囲内においてランダムに生成される。 Preferably, the design parameters included in each learning data are randomly generated within a predetermined range.
好ましくは、音響特性データは、所定の解析点における音圧の周波数特性を示すデータ含む。 Preferably, the acoustic characteristic data includes data indicating a frequency characteristic of sound pressure at a predetermined analysis point.
好ましくは、複数の学習用データとして用いられる音響特性データには、利用者の要求に従って、音圧の絶対値の周波数特性を示すデータ及び音圧レベルの周波数特性を示すデータのいずれかが選択される。 Preferably, the acoustic characteristic data used as a plurality of learning data is selected according to a user's request, either data indicating the absolute frequency characteristic of the sound pressure or data indicating the frequency characteristic of the sound pressure level. The
好ましくは、音響特性データは、上記解析点における位相の周波数特性を示すデータをさらに含む。 Preferably, the acoustic characteristic data further includes data indicating a frequency characteristic of the phase at the analysis point.
好ましくは、設計パラメータは、小型スピーカに形成される音孔の寸法及び位置並びに気室の寸法を含む。 Preferably, the design parameters include the size and location of sound holes formed in the small speaker and the size of the air chamber.
また、本開示の設計支援方法は、スピーカの設計支援方法であって、音響特性データに基づいてスピーカの設計パラメータを出力するようにコンピュータを機能させるための学習済みモデルを生成するステップと、音響特性データを利用者が入力するステップと、学習済みモデルを用いて、入力された音響特性データから設計パラメータを算出するステップとを含む。学習済みモデルを生成するステップは、音響FDTD法を用いたコンピュータシミュレーションによって、各々が設計パラメータと当該設計パラメータを有するスピーカの音響特性データとを含む複数の学習用データを生成するステップと、複数の学習用データを用いて、音響特性データから設計パラメータを算出するようにDNNを学習させることによって、学習済みモデルを生成するステップとを含む。 Further, the design support method of the present disclosure is a speaker design support method, which includes generating a learned model for causing a computer to function so as to output speaker design parameters based on acoustic characteristic data; The method includes a step of inputting characteristic data by a user, and a step of calculating design parameters from the input acoustic characteristic data using a learned model. The step of generating a learned model includes a step of generating a plurality of learning data each including a design parameter and acoustic characteristic data of a speaker having the design parameter by computer simulation using an acoustic FDTD method, Generating a learned model by learning DNN so as to calculate design parameters from acoustic characteristic data using the learning data.
本開示の小型スピーカの設計支援装置においては、小型スピーカの音響特性データに基づいて小型スピーカの設計パラメータを出力するようにコンピュータを機能させるための学習済みモデルを用いて、入力装置により入力された音響特性データから設計パラメータが算出される。学習済みモデルは、音響特性データから設計パラメータを算出するように学習されたDNNによって構成される。これにより、技術者によるカット&トライ設計に頼ることなく小型スピーカの設計を行なうことができる。 In the design support device for the small speaker according to the present disclosure, the input is performed by the input device using the learned model for causing the computer to function so as to output the design parameters of the small speaker based on the acoustic characteristic data of the small speaker. Design parameters are calculated from the acoustic characteristic data. The learned model is composed of DNN learned to calculate design parameters from acoustic characteristic data. As a result, a small speaker can be designed without relying on a cut-and-try design by an engineer.
ここで、各々が設計パラメータと当該設計パラメータを有する小型スピーカの音響特性データとを含む、DNNの学習に用いられる複数の学習用データは、音響FDTD法を用いたコンピュータシミュレーションによって生成される。これにより、複数の学習用データを用意するために実際に様々な音響構造を作成して実測を行なうことなく、DNNの学習に用いられる多数の学習用データを用意することができる。 Here, a plurality of learning data used for DNN learning, each including a design parameter and acoustic characteristics data of a small speaker having the design parameter, is generated by computer simulation using the acoustic FDTD method. As a result, in order to prepare a plurality of learning data, it is possible to prepare a large number of learning data used for DNN learning without actually creating various acoustic structures and performing actual measurement.
このように、本開示の小型スピーカの設計支援装置によれば、技術者によるカット&トライ設計に頼ることなく、また、DNNの学習用データを用意するために実際に様々な音響構造を作成して実測を行なう必要もないので、小型スピーカの設計に要する時間及びコストを大幅に削減することができる。 As described above, according to the design support device for a small speaker of the present disclosure, various acoustic structures are actually created to prepare DNN learning data without relying on a cut-and-try design by an engineer. Therefore, the time and cost required for designing a small speaker can be greatly reduced.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
<設計支援装置の全体構成>
図1は、本開示の実施の形態に従う小型スピーカの設計支援装置の構成を示すブロック図である。図1を参照して、この設計支援装置1は、スマートフォンに代表される小型機器に内蔵される小型スピーカの設計をコンピュータを用いて行なうものである。設計支援装置1は、入力装置10と、演算装置20と、表示装置30とを備える。
<Overall configuration of design support device>
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a design support apparatus for a small speaker according to an embodiment of the present disclosure. With reference to FIG. 1, this design support apparatus 1 designs a small speaker built in a small device typified by a smartphone using a computer. The design support apparatus 1 includes an
入力装置10は、小型スピーカの設計者である本設計支援装置1のユーザが、設計対象の小型スピーカの音響特性を示すデータ(音響特性データ)を入力するための装置である。小型スピーカの音響特性は、所定の解析点における音圧や位相の周波数特性等によって表すことができる。この実施の形態では、ユーザは、設計対象の小型スピーカについて、所望の音圧周波数特性及び位相周波数特性を入力装置10から入力することができる。音響特性データについては、後ほど改めて詳しく説明する。
The
演算装置20は、CPU(Central Processing Unit)、処理プログラム及び後述の学習済みモデルを記憶するROM(Read Only Memory)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)等を含んで構成される。学習済みモデルについては、その生成方法を含めて後ほど詳細に説明するが、この学習済みモデルは、音響特性データに基づいて小型スピーカの設計パラメータ(音孔の寸法や位置等)を出力するようにコンピュータ(演算装置20)を機能させるためのモデルであって、音響特性データと設計パラメータとの因果関係が学習されたDNNによって構成される。演算装置20は、この学習済みモデルを用いて、入力装置10から受ける音響特性データから小型スピーカの設計パラメータを算出する。
The
表示装置30は、演算装置20によって算出された小型スピーカの設計パラメータをユーザに表示するための装置である。入力装置10から所望の音響特性データを入力したユーザは、演算装置20によって算出された設計パラメータ、或いはそのような設計パラメータを有する小型スピーカの構造を表示装置30において確認することができる。表示装置30は、たとえばタッチパネルディスプレイ等によって入力装置10と一体的に構成されてもよい。
The
<設計パラメータ及び音響特性データの説明>
まず、図1に示した設計支援装置1を用いて設計される小型スピーカの構成及び設計パラメータ、並びにそのような小型スピーカの音響特性を示す音響特性データについて説明する。
<Description of design parameters and acoustic characteristics data>
First, the configuration and design parameters of a small speaker designed using the design support apparatus 1 shown in FIG. 1 and acoustic characteristic data indicating the acoustic characteristics of such a small speaker will be described.
図2及び図3は、図1に示した設計支援装置1を用いて設計する小型スピーカの構成図である。図2は、小型スピーカの断面図を示し、図3は、図2に示した小型スピーカをx方向から視た平面図である。この図2及び図3に示される小型スピーカの構成は、小型スピーカの設計において重要なパラメータ(音孔の寸法や位置等)に絞って小型スピーカを模式化したものである。 2 and 3 are configuration diagrams of a small speaker designed using the design support apparatus 1 shown in FIG. 2 is a cross-sectional view of the small speaker, and FIG. 3 is a plan view of the small speaker shown in FIG. 2 viewed from the x direction. The configuration of the small speaker shown in FIG. 2 and FIG. 3 is a model of the small speaker focused on important parameters (sound hole size, position, etc.) in the design of the small speaker.
図2及び図3を参照して、設計支援装置1を用いて設計される小型スピーカ200は、筐体210と、振動板220と、音孔230と、気室240とを備える。音響伝搬空間250は、音孔230を通じて筐体210外に出力される音波が伝搬する空間である。なお、境界260は、後述の音響FDTD法によるコンピュータシミュレーションにおいて解析対象領域を有限にするために導入される吸収境界であって、たとえば完全吸収層(Perfectly matched Layer:PML)である。
With reference to FIG. 2 and FIG. 3, the
振動板220は、小型スピーカ200の音源である。すなわち、振動板220が振動することによって音波が発生する。なお、特に図示しないが、振動板220の駆動源には、ボイスコイルを用いてもよいし(動電変換方式)、印加電圧に応じて伸縮する圧電素子を用いてもよい(圧電変換方式)。
The
音孔230は、筐体210に形成され、振動板220で発生した音波は、音孔230を通じて筐体210外の音響伝搬空間250へ出力される。気室240は、振動板220が設けられる空間と音孔230との間に設けられる。この実施の形態では、気室240は、一つだけ設けられるものとしているが、x方向に複数の気室を設けてもよい。
The
LHx(図2)は、音孔230のx方向の長さを示す。また、LHy(図2,図3)は、音孔230のy方向の長さを示し、LHz(図3)は、音孔230のz方向の長さを示す。LCx(図2)は、気室240のx方向の長さを示す。Hymin,Hzminは、筐体210における音孔230の位置を示す。たとえば、Hymin=0,Hzmin=0であれば、音孔230の位置は、図3において筐体210の左下隅である。
LHx (FIG. 2) indicates the length of the
音響伝搬空間250には、解析点P0が設定される(図2)。解析点P0は、小型スピーカ200の音響特性を測定・解析するポイントであり、小型スピーカ200の音響特性は、解析点P0における音響特性で代表されるものとし、解析点P0において所望の音響特性が得られるように小型スピーカ200の設計が行なわれる。なお、この実施の形態では、解析点P0は、筐体210の端面における音孔230の中心からx方向にL0だけ離れた位置に設定される。
An analysis point P0 is set in the acoustic propagation space 250 (FIG. 2). The analysis point P0 is a point for measuring and analyzing the acoustic characteristics of the
図4は、図2,図3に示した小型スピーカ200の設計パラメータ、及び各パラメータのレンジの一例を示した図である。図4とともに図2,図3も参照して、この実施の形態では、設計パラメータは、LCx,LHx,LHy,LHz,Hymin,Hzmin(いずれも10-3m)である。すなわち、LCxは気室の寸法を示し、LHx,LHy,LHzは音孔230の寸法を示し、Hymin,Hzminは音孔230の位置を示す。なお、以下では、これらの設計パラメータは、設計変数ベクトルX=[LCx,LHx,LHy,LHz,Hymin,Hzmin]で表されることがある。
FIG. 4 is a diagram showing an example of design parameters of the
各パラメータのレンジは、設計可能な範囲を示す。この実施の形態では、LCx,LHxの各レンジは、0.2〜2.0(10-3m)であり、LHy,LHzの各レンジは、0.5〜3.0(10-3m)であり、Hymin,Hzminの各レンジは、0.5〜11.5(10-3m)である。 The range of each parameter indicates a designable range. In this embodiment, each range of LCx and LHx is 0.2 to 2.0 (10 −3 m), and each range of LHy and LHz is 0.5 to 3.0 (10 −3 m). Each range of Hymin and Hzmin is 0.5 to 11.5 (10 −3 m).
なお、小型スピーカにおいては、気室に対する音孔の寸法及び位置が小型スピーカの音響特性に特に大きく影響するため、この実施の形態では、気室240の幅(y方向及びz方向の長さ)は大きく一定であるとし、気室240のx方向の幅、並びに音孔230の寸法及び位置を設計パラメータとしている。
In the small speaker, the size and position of the sound hole with respect to the air chamber particularly affect the acoustic characteristics of the small speaker. Therefore, in this embodiment, the width of the air chamber 240 (the length in the y direction and the z direction). The design parameters are the width of the
図5及び図6は、小型スピーカ200の音響特性データの一例を示した図である。図5は、図2に示した解析点P0における音圧(Pa)の周波数特性を示し、図6は、解析点P0における音波の位相(rad)の周波数特性を示す。なお、振動板220(図2)には、ガウシアンパルスを入力として与えている(後述)。
5 and 6 are diagrams showing examples of acoustic characteristic data of the
図5及び図6を参照して、このような音圧の周波数特性のプロフィール(周波数波形)や、位相の周波数特性のプロフィールは、小型スピーカ200の音響特性を示す音響特性データの一例である。また、音圧がピークをとる周波数(位相が急変する周波数)は、小型スピーカ200の共振周波数を示し、このような共振周波数も、小型スピーカ200の音響特性データの一例である。
With reference to FIG. 5 and FIG. 6, such a frequency characteristic profile (frequency waveform) of sound pressure and a phase frequency characteristic profile are examples of acoustic characteristic data indicating the acoustic characteristics of the
再び図1を参照して、この設計支援装置1は、図4に示した設計パラメータで示される小型スピーカ200(図2,図3)の設計に用いられる。この設計支援装置1においては、所望の音響特性データ(図5,図6)がユーザによって入力装置10から入力され、そのような音響特性データを示す小型スピーカ200の設計パラメータ(図4)が演算装置20によって算出される。
Referring again to FIG. 1, the design support apparatus 1 is used for designing a small speaker 200 (FIGS. 2 and 3) indicated by the design parameters shown in FIG. In the design support apparatus 1, desired acoustic characteristic data (FIGS. 5 and 6) is input from the
上述のように、小型スピーカ200においては、音孔230の寸法・位置(LHx,LHy,LHz,Hymin,Hzmin)や、気室240の寸法(LCx)等が重要な設計パラメータである。しかしながら、上記の特許文献1,2に示される音響等価回路解析法では、音孔の寸法や位置等を考慮することはできないので、この解析法は、音孔の寸法や位置等について特段考慮する必要のない大型又は中型のスピーカの設計には有用であるけれども、音孔230の寸法や位置等が重要な設計パラメータとなる小型スピーカ200の設計には適用できない。
As described above, in the
そこで、この実施の形態に従う設計支援装置1では、音響特性データに基づいて小型スピーカ200の設計パラメータを出力するようにコンピュータ(演算装置20)を機能させるための学習済みモデルを用いて、入力装置10により入力される音響特性データから設計パラメータを算出することとしたものである。学習済みモデルは、音響特性データから設計パラメータを算出するように学習されたDNNによって構成される。これにより、技術者によるカット&トライ設計に頼ることなく小型スピーカ200の設計を行なうことができる。
Therefore, the design support apparatus 1 according to this embodiment uses the learned model for causing the computer (the arithmetic unit 20) to function so as to output the design parameters of the
ここで、DNNによる音響特性データと設計パラメータとの因果関係を精度よく学習するには、多数の学習用データを用意する必要がある。各学習用データは、設計パラメータのとり得るレンジ(図4)において適宜設定される設計パラメータと、当該設計パラメータを有する小型スピーカ200の音響特性データとから成るものである。そして、この実施の形態に従う設計支援装置1では、DNNの学習に用いられる複数の学習用データが、音響FDTD法を用いたコンピュータシミュレーションによって生成される。これにより、多数の学習用データを用意するために実際に様々な音響構造を作成して実測を行なうことなく、DNNの学習に用いられる多数の学習用データを用意することができる。
Here, in order to accurately learn the causal relationship between acoustic characteristic data by DNN and design parameters, it is necessary to prepare a large number of learning data. Each learning data is composed of design parameters that are set as appropriate within the range that the design parameters can take (FIG. 4), and acoustic characteristic data of the
以下、この実施の形態に従う設計支援装置1の演算装置20において用いられる学習済みモデルについて説明する。
Hereinafter, a learned model used in
<学習済みモデルの説明>
図7は、図1に示した演算装置20において用いられる学習済みモデルを生成する学習システムの全体ブロック図である。図7を参照して、この学習システム100は、データベース120と、DNN学習部130と、学習条件設定部140とを含む。
<Description of trained model>
FIG. 7 is an overall block diagram of a learning system that generates a learned model used in the
データベース120は、DNN学習部130において学習済みモデルを生成するための学習用データ110−1,110−2,・・・,110−Nを格納する。学習用データ110−1〜110−Nの各々は、上述の設計パラメータ(設計変数ベクトルX)と、その設計パラメータを有する小型スピーカ200の音響特性データ(音圧周波数特性及び位相周波数特性)との対のデータである。学習用データ110−1〜110−Nは、図4に示した各パラメータのレンジ内で互いに異なる設計パラメータを有する。
The
DNN学習部130において精度の高い学習済みモデルを生成するには、設計パラメータのとり得るレンジ内で様々な設計パラメータに対する多数の学習用データ110−1〜110−Nを用意することが重要である。多数の学習用データ110−1〜110−Nを用意するために実際に様々な音響構造を作成して実測を行なうことは、多大な時間とコストを有する。そこで、この実施の形態では、音響FDTD法を用いたコンピュータシミュレーションによって多数の学習用データ110−1〜110−Nが生成される。
In order to generate a highly accurate learned model in the
図8は、図7に示した学習システム100に用いられる学習用データを生成する生成システムの構成図である。図8を参照して、この生成システム300は、設計パラメータ設定部310と、音響FDTD演算部320と、条件設定部330とを含む。
FIG. 8 is a configuration diagram of a generation system that generates learning data used in the
設計パラメータ設定部310は、多数の学習用データ110−1〜110−Nを生成するために、図4に示したレンジ内で互いに異なる多数の設計パラメータを生成する。たとえば、設計パラメータ設定部310は、数千個レベルの互いに異なる設計パラメータを生成する。
The design
多数の設計パラメータから多数の学習用データを生成するには、多大な負荷と時間がかかり得るところ、この実施の形態では、学習用データを生成する音響FDTD演算部320の演算負荷の低減を目的に、設計パラメータの対称性(線対称、点対称)が考慮され、重複する演算を回避している。さらに、設計パラメータ設定部310は、多数の学習用データを用いて生成される学習済みモデルの精度を高めるために、多数の設計パラメータをランダムに生成する。
Generating a large number of learning data from a large number of design parameters can take a great deal of load and time. In this embodiment, the purpose is to reduce the calculation load of the acoustic
図9,図10は、図2,図3に示した小型スピーカ200をx方向から視たときの外形図である。なお、図9では、音孔230については図示していない。図9を参照して、小型スピーカ200をx方向から視たときの小型スピーカ200の外形は、正方形であるものとする。この場合、形状の対称性を考慮すると、音孔230の位置については、音孔230の中心が斜線で示される領域270に含まれる設計パラメータを用意すれば十分であり、音孔230の中心がその他の領域に含まれる設計パラメータを生成する必要はない。
9 and 10 are external views when the
そこで、設計パラメータ設定部310は、小型スピーカ200の形状の対称性を考慮して、音孔230の中心が領域270に含まれる設計パラメータについて、多数の設計パラメータを生成する。このように、設計パラメータの対称性を考慮することによって、生成された設計パラメータ毎に音響特性データを算出する音響FDTD演算部320の演算負荷及び演算時間を低減することができる。
Therefore, the design
さらに、図10を参照して、設計パラメータ設定部310は、設計パラメータのとり得るレンジ内で(対称性を考慮して音孔230の中心が図9の領域270に含まれる範囲で)、ランダムに多数の設計パラメータを生成する。「ランダム」とは、決められた刻み幅で設計パラメータを変化させるのではなく、任意に設計パラメータを変化させるという意味である。ランダムに変化させた設計パラメータに基づく多数の学習用データを用いることによって、DNNにより学習済みモデルを生成する際に学習が局所解に陥ることを回避して学習済みモデルの精度を高めることができる。
Furthermore, referring to FIG. 10, design
再び図8を参照して、音響FDTD演算部320は、CPU、GPU(Graphics Processing Unit)、処理プログラムを記憶するROM、データを一時的に記憶するRAM等を含んで構成される。そして、音響FDTD演算部320は、設計パラメータ設定部310において生成される多数の設計パラメータを受け、音響FDTD法を用いたコンピュータシミュレーションによって、各設計パラメータに対して小型スピーカ200が当該設計パラメータを有する場合の音響特性データを算出する。
Referring to FIG. 8 again, the acoustic
FDTD法とは、もともと電磁波の伝搬解析に用いられてきた手法であり、電磁波の支配式であるマクスウェル方程式を時間及び空間で差分化し、リープフロッグアルゴリズムを用いて解析空間の電磁界を時間的に更新することで、出力点の時間応答を得る手法である。音響FDTD法は、このFDTD法を音波の伝搬解析に適用したものであり、音圧と粒子速度とを用いて波動伝搬の計算が行なわれる。この音響FDTD法は、音孔及び気室の形状や位置関係を考慮した音響特性解析を行なうことが可能である。以下、音響FDTD法の概略を説明する(詳細は上記の特許文献3を参照)。 The FDTD method is a method that has been used for electromagnetic wave propagation analysis. The FDTD method differentiates Maxwell's equations, which are the dominant equations of electromagnetic waves, in time and space, and uses the Leapfrog algorithm to temporally change the electromagnetic field in the analysis space. This is a technique for obtaining the time response of the output point by updating. The acoustic FDTD method is an application of the FDTD method to sound wave propagation analysis, and wave propagation is calculated using sound pressure and particle velocity. This acoustic FDTD method can perform acoustic characteristic analysis in consideration of the shape and positional relationship of sound holes and air chambers. Hereinafter, an outline of the acoustic FDTD method will be described (for details, see Patent Document 3 above).
音響FDTD法では、スタガードグリッドと呼ばれる、音圧及び粒子速度の参照点が空間的・時間的に互い違いに配置された構造格子を用いて、解析空間における音圧及び粒子速度が空間的・時間的に離散化される。そして、リープフロッグアルゴリズムを用いて、空間的・時間的に離散化された音圧及び粒子速度が交互に計算される。 In the acoustic FDTD method, the sound pressure and the particle velocity in the analysis space are spatially and temporally used by using a structural grid called staggered grids in which the reference points of the sound pressure and the particle velocity are alternately arranged spatially and temporally. Is discretized. Then, using the leapfrog algorithm, sound pressure and particle velocity discretized spatially and temporally are calculated alternately.
音響FDTD法では、解析空間における空気粒子(格子状の微小体積)の運動及び変形は、以下に示される方程式によって支配される。 In the acoustic FDTD method, the motion and deformation of air particles (lattice microvolume) in the analysis space are governed by the following equations.
式(1)〜(3)は、それぞれ空気粒子のx,y,z方向の運動方程式であり、式(4)は、音圧に関する連続方程式である。ρは空気密度を示し、u,v,wはそれぞれx,y,z方向の粒子速度を示す。また、pは音圧を示し、κは体積弾性率を示す。上記の式(1)〜(4)は、纏めて「支配方程式」と称される。 Equations (1) to (3) are equations of motion of air particles in the x, y, and z directions, respectively, and equation (4) is a continuous equation relating to sound pressure. ρ represents air density, and u, v, and w represent particle velocities in the x, y, and z directions, respectively. P represents sound pressure, and κ represents volume modulus. The above equations (1) to (4) are collectively referred to as “dominance equations”.
上記の支配方程式を解くことによって解析空間内の音圧及び粒子速度を求めることができるが、これをコンピュータ上で実現するために、音響FDTD法では、上記の支配方程式を空間及び時間について離散化する。具体的には、音圧に関して、x,y,z方向の空間離散化幅をそれぞれΔx,Δy,Δzとし、時間離散化幅をΔtとした場合、粒子速度に関して、空間についてはΔx/2,Δy/2,Δz/2、時間についてはΔt/2だけ音圧の参照点からずらして離散化する。 By solving the above governing equation, the sound pressure and particle velocity in the analysis space can be obtained. In order to realize this on the computer, the acoustic FDTD method discretizes the above governing equation with respect to space and time. To do. Specifically, regarding the sound pressure, when the spatial discretization widths in the x, y, and z directions are Δx, Δy, and Δz and the temporal discretization width is Δt, respectively, regarding the particle velocity, Δx / 2, Δy / 2, Δz / 2, and time are discretized by being shifted from the sound pressure reference point by Δt / 2.
このような離散化に伴ない上記の支配方程式を差分近似すると、式(1)〜(4)の支配方程式はそれぞれ次式のように変形される。 When the above governing equations accompanying such discretization are approximated by difference, the governing equations of the equations (1) to (4) are respectively transformed as the following equations.
i,j,kは、解析空間においてそれぞれx,y,z方向に関して何番目の音圧参照点を示す空間ステップである。nは、時間に関して何番目の参照点であるかを示す時間ステップである。たとえば、un+1(i+1/2,j,k)は、空間ステップがi+1/2,j,kで時間ステップがn+1であるときのx方向の粒子速度の値を示し、pn+1/2(i,j,k)は、空間ステップがi,j,kで時間ステップがn+1/2であるときの音圧の値を示す。 i, j, and k are spatial steps indicating the sound pressure reference points in the x, y, and z directions in the analysis space, respectively. n is a time step indicating the reference point with respect to time. For example, u n + 1 (i + 1/2, j, k) represents the value of the particle velocity in the x direction when the spatial step is i + 1/2, j, k and the time step is n + 1, and p n + 1 / 2 (i, j, k) indicates the sound pressure value when the spatial step is i, j, k and the time step is n + 1/2.
式(5)〜(7)で示される粒子速度と、式(8)で示される音圧とを解析空間(全空間ステップ)について交互に計算することによって、次々と新しい時間ステップにおける状態を算出することができる(リープフロッグアルゴリズム)。 By alternately calculating the particle velocity represented by the equations (5) to (7) and the sound pressure represented by the equation (8) with respect to the analysis space (all space steps), the states in the new time steps are successively calculated. (Leapfrog algorithm).
図8を参照して、条件設定部330は、音響FDTD演算部320における音響FDTD法を用いたコンピュータシミュレーションの演算条件を設定する。具体的には、条件設定部330は、支配方程式で用いられる音圧pや体積弾性率κ、空間離散化幅Δx,Δy,Δz、時間離散化幅Δt、音源である振動板220(図2)への入力、時間ステップ数、その他音速等の各種定数を音響FDTD演算部320に設定する。なお、筐体210(図2)については、剛体によって構成され、音波は全反射するものとして設定される。
Referring to FIG. 8,
なお、振動板220への入力について、この実施の形態では、下式にて表されるガウシアンパルスを振動板220に与えるものとし、ガウシアンパルスによって振動板220を励振させたときの音響特性データが音響FDTD演算部320により算出される。
In this embodiment, regarding the input to the
g(t)=A・exp[−{(nΔt−T)/0.29T}2] …(9)
T=0.646/fc …(10)
上記において、Aは最大振幅値であり、fcはガウシアンパルスの振幅の周波数スペクトルが3dB低下する周波数である。
g (t) = A · exp [− {(nΔt−T) /0.29T} 2 ] (9)
T = 0.646 / fc (10)
In the above, A is the maximum amplitude value, and fc is the frequency at which the frequency spectrum of the amplitude of the Gaussian pulse decreases by 3 dB.
音響FDTD演算部320は、条件設定部330により設定される演算条件に従って、設計パラメータ設定部310から受ける、ランダムに生成された多数の設計パラメータの各々に対して、音響FDTD法を用いたコンピュータシミュレーションにより解析空間(図2,図3に示した小型スピーカ200の境界260内の空間)における音圧及び粒子速度を逐次算出する。そして、音響FDTD演算部320は、各設計パラメータに対して、図2に示した解析点P0における音圧の時間応答データを取得し、その時間応答データに対して高速フーリエ変換(FFT)処理等を行なうことによって音響特性データ(解析点P0における音圧周波数特性及び位相周波数特性のデータ)を算出する。
The acoustic
このようにして算出された音響特性データは、その音響特性データに対応する設計パラメータと対をなして学習用データを構成し、設計パラメータ設定部310により生成される多数の設計パラメータに対応する多数の学習用データ110−1〜110−Nがデータベース120(図7)に格納される。
The acoustic characteristic data calculated in this way constitutes learning data in pairs with the design parameters corresponding to the acoustic characteristic data, and a large number corresponding to a large number of design parameters generated by the design
なお、条件設定部330によって設定される空間離散化幅Δx,Δy,Δz(以下、この空間離散化幅を有する格子を「グリッド」と称する。)については、解析空間(図2,図3に示した小型スピーカ200の境界260内の空間)において、領域に応じてグリッドの大きさ(粗さ)を適宜変えるのが好ましい。
Note that the spatial discretization widths Δx, Δy, and Δz (hereinafter referred to as “grids”) set by the
図11は、条件設定部330によるグリッド設定の考え方の一例を説明する図である。この図11は、小型スピーカ200の断面図であり、図2の断面図に模式的なグリッドを重ね合わせたものである。
FIG. 11 is a diagram for explaining an example of the concept of grid setting by the
図11を参照して、条件設定部330は、音源である振動板220の近傍の領域410、筐体210において領域410を除く領域420、及び筐体210外の領域430(音響伝搬空間250)で、グリッドの大きさ(粗さ)を変えて設定する。具体的には、振動板220を含む領域410におけるグリッドの大きさが相対的に小さく、筐体210外の領域430(音響伝搬空間250)におけるグリッドの大きさが相対的に大きくなるように、グリッドが設定される。
Referring to FIG. 11,
このように、解析空間においてグリッドの大きさを一律にするのではなく、領域に応じてグリッドの大きさを適宜変えることにより、音響FDTD法によるコンピュータシミュレーションの精度を高めることができるとともに、計算時間を短縮することができる。 As described above, the accuracy of the computer simulation by the acoustic FDTD method can be improved by changing the size of the grid appropriately according to the region, instead of making the size of the grid uniform in the analysis space. Can be shortened.
なお、図11に示したような3段階のグリッド分割は一例であって、グリッドの分割方法は、図11に示されるものに限定されるものではない。また、図11に示した例は、3段階のグリッド間の相対的な大きさの違いを説明するために模式的に示したものであって、各グリッドの絶対的な大きさを示すものではない。 Note that the three-stage grid division as shown in FIG. 11 is an example, and the grid division method is not limited to that shown in FIG. In addition, the example shown in FIG. 11 is schematically shown to explain the relative size difference between the three levels of grids, and does not indicate the absolute size of each grid. Absent.
再び図7を参照して、DNN学習部130は、CPU、処理プログラムを記憶するROM、データを一時的に記憶するRAM等を含んで構成される。そして、DNN学習部130は、データベース120に格納された多数の学習用データ110−1〜110−Nを用いてDNNの学習を行ない、音響特性データから小型スピーカ200の設計パラメータを算出するようにコンピュータ(図1の演算装置20)を機能させるための学習済みモデルを生成する。すなわち、この学習済みモデルは、実際には、データベース120に格納された学習用データ110−1〜110−Nを用いて音響特性データと設計パラメータとの因果関係が学習されたDNNそのものである。
Referring to FIG. 7 again,
図12は、DNN学習部130により生成される学習済みモデルに用いられるDNNの構成図である。図12を参照して、DNNは、入力層と、出力層と、複数の中間層とを含んで構成される。DNNは、複数の中間層を備えることによって、従来のニューラルネットワーク(NN)に比べて高い汎化性能を有し、小型スピーカ200のような複雑な形状(設計パラメータ)を有するモデルには特に有用である。
FIG. 12 is a configuration diagram of the DNN used for the learned model generated by the
入力層に入力されたデータは、第1の中間層との結合部分において重み付けされて第1の中間層に入力される。第1の中間層の各ユニット(ニューロン)には、活性化関数が設けられており、各ユニットの活性化関数の出力は、次の第2の中間層(図示せず)との結合部分において重み付けされて第2の中間層に入力される。このようなデータの伝播が複数の中間層において順次行なわれ、最終的に出力層にデータが出力される。 The data input to the input layer is weighted at the joint portion with the first intermediate layer and input to the first intermediate layer. Each unit (neuron) of the first intermediate layer is provided with an activation function, and the output of the activation function of each unit is connected to the next second intermediate layer (not shown). Weighted and input to the second intermediate layer. Such data propagation is sequentially performed in a plurality of intermediate layers, and finally data is output to the output layer.
出力層の出力データは、教師データと比較される。そして、出力層の出力データと教師データとの誤差に基づいて入力層までの勾配が算出され、算出された勾配を用いて各ユニット間の重み付け(パラメータ)が更新される(誤差逆伝播法)。このような処理を多数の学習用データで行なうことにより、入出力間の因果関係がモデル化される(学習済みモデルの生成)。 The output data of the output layer is compared with the teacher data. Then, the gradient to the input layer is calculated based on the error between the output data of the output layer and the teacher data, and the weights (parameters) between the units are updated using the calculated gradient (error back propagation method). . By performing such processing with a large number of learning data, the causal relationship between input and output is modeled (generation of a learned model).
図13は、本実施の形態におけるDNNの入出力を示した図である。図13を参照して、DNNの入力層には、データベース120(図7)から受ける学習用データの音響特性データが入力される。この実施の形態では、音響特性データとして、音圧の絶対値(Pa)の周波数特性のプロフィールと、位相の周波数特性のプロフィールとが用いられる。一例として、音圧及び位相の周波数特性の各々のプロフィールを所定の周波数幅Δfで刻んで離散化し、DNNの入力層に与えられる。 FIG. 13 is a diagram showing the input / output of DNN in the present embodiment. Referring to FIG. 13, acoustic characteristic data of learning data received from database 120 (FIG. 7) is input to the input layer of DNN. In this embodiment, a frequency characteristic profile of an absolute value (Pa) of a sound pressure and a profile of a frequency characteristic of a phase are used as acoustic characteristic data. As an example, each profile of the frequency characteristics of sound pressure and phase is discretized with a predetermined frequency width Δf and applied to the input layer of the DNN.
出力層には、設計パラメータに対応するデータが出力される。すなわち、出力層のユニット数は、設計変数ベクトルX=[LCx,LHx,LHy,LHz,Hymin,Hzmin]の変数の数と同じである(この実施の形態では6個)。そして、出力層の出力データは、入力層に入力された学習用データの音響特性データと対をなす設計パラメータ(教師データ)と比較され、その比較誤差に基づいて各ユニット間の重み付け(パラメータ)が更新される。DNN学習部130は、データベース120(図7)に格納される多数の学習用データに対して上記の処理を行なうことにより、学習済みモデルを生成する。
Data corresponding to the design parameter is output to the output layer. That is, the number of units in the output layer is the same as the number of variables in the design variable vector X = [LCx, LHx, LHy, LHz, Hymin, Hzmin] (six in this embodiment). The output data of the output layer is compared with design parameters (teacher data) paired with the acoustic characteristic data of the learning data input to the input layer, and weights (parameters) between the units based on the comparison error Is updated. The
再び図7を参照して、学習条件設定部140は、DNN学習部130において学習済みモデルを生成する際の学習条件を設定する。たとえば、学習条件設定部140は、DNNの中間層の数(この実施の形態では4層で構成)、並びに入力層、各中間層、及び出力層の各々のユニット数(ニューロン数)を設定する。また、たとえば、学習条件設定部140は、各学習用データによる学習を終了する条件を設定する。具体的には、学習用データによるDNNの過学習を防ぐために、学習用データとは別のテストデータ(設計パラメータ及び音響特性データ)が準備される。そして、各学習用データによる学習において、学習が行なわれる毎にDNNの入力層にテストデータ(音響特性データ)を与え、出力層の出力データとテストデータ(設計パラメータ)との誤差(テスト誤差)の最小値が所定回数連続して更新されなければ当該学習用データの学習が終了するように(早期終了)、各学習用データによる学習を終了する条件として上記の所定回数が設定される。
Referring to FIG. 7 again, learning
図14は、図1に示した演算装置20において用いられる学習済みモデルの生成手順を説明するフローチャートである。図14とともに図7,図8を参照して、最初に、ステップS10からS40までの処理において、多数の学習用データ110−1〜110−Nが生成される。すなわち、生成システム300において、設計パラメータ設定部310により、学習用データを生成するための設計パラメータが設定される(ステップS10)。なお、設計パラメータ設定部310は、図9で説明したように設計パラメータの対称性を考慮し、かつ、図10で説明したようにランダムに、設計パラメータを設定する。
FIG. 14 is a flowchart for describing a learning model generation procedure used in the
次いで、音響FDTD演算部320において、上述の音響FDTD法を用いたコンピュータシミュレーションにより、ステップS10において設定された設計パラメータに対応する音響特性データが算出される(ステップS20)。そして、ステップS10において設定された設計パラメータと、当該設計パラメータに基づきステップS20において算出された音響特性データとを対とする学習用データが、学習システム100のデータベース120に格納される(ステップS30)。
Next, the acoustic
次いで、音響FDTD演算部320において、データベース120に格納した学習用データの数が所定数N以上であるか否かが判定される(ステップS40)。なお、この所定数Nは、たとえば数千レベルの値である。ステップS40において学習用データ数が所定数Nよりも少ないと判定されると(ステップS40においてNO)、ステップS10へ処理が戻され、設計パラメータの対称性を考慮し、かつ、ランダムに、次の設計パラメータが設定される。
Next, the acoustic
ステップS40において学習用データ数が所定数N以上であると判定されると(ステップS40においてYES)、続いて、ステップS50からS70までの処理において、学習済みモデルが生成される。すなわち、学習システム100において、学習条件設定部140により、DNN学習部130におけるDNNの学習条件が設定される(ステップS50)。上述のように、学習条件は、たとえば、DNNの構成(層数やユニット数(ニューロンの数)等)や、各学習用データによる学習を終了する条件等が設定される。
If it is determined in step S40 that the number of learning data is greater than or equal to the predetermined number N (YES in step S40), then a learned model is generated in the processing from step S50 to S70. That is, in the
次いで、DNN学習部130において、データベース120に格納された多数の学習用データ110−1〜110−Nを用いて、音響特性データと設計パラメータとの間の因果関係がDNNにより学習される(ステップS60)。具体的には、DNNの入力層に学習用データの音響特性データが与えられ、当該音響特性データと対をなす学習用データの設計パラメータを教師データとして、多数の学習用データ110−1〜110−Nを用いてDNNの学習が行なわれる。
Next, in the
そして、学習用データ110−1〜110−NによるDNNの学習が終了すると、DNN学習部130から学習済みモデル(実際には、DNNの構造と、各ユニット間の重み付けを示すパラメータ)が出力される(ステップS70)。
When DNN learning using the learning data 110-1 to 110-N is completed, a learned model (actually a parameter indicating the DNN structure and weights between the units) is output from the
図15は、図1に示した演算装置20において実行される処理の手順を説明するフローチャートである。図15を参照して、演算装置20は、ユーザにより入力装置10から入力された音響特性データ(図5及び図6に示されるような音圧(Pa)及び位相の各周波数特性のプロフィール)を入力装置10から取得する(ステップS110)。なお、この音響特性データは、学習システム100のデータベース120に格納される学習用データの音響特性データではなく、小型スピーカの設計をこれから行なうユーザが入力装置10から入力した所望の音響特性データである。
FIG. 15 is a flowchart for explaining the procedure of processing executed in the
次いで、演算装置20は、ステップS10において取得された音響特性データを、図14に示した手順に従って予め生成された学習済みモデル(学習後DNN)に入力し、学習済みモデルを用いて設計パラメータ(図2,図3に示したLCx,LHx,LHy,LHz,Hymin,Hzmin)を算出する(ステップS120)。
Next, the
そして、演算装置20は、算出された設計パラメータであるLCx,LHx,LHy,LHz,Hymin,Hzminを表示装置30へ出力する(ステップS130)。なお、表示装置30においては、演算装置20から受ける設計パラメータの数値をそのまま表示してもよいし、そのような設計パラメータを有する小型スピーカ200の構造を図示してもよい。
Then, the
以上のように、この実施の形態においては、小型スピーカの音響特性データに基づいて小型スピーカの設計パラメータを出力するようにコンピュータ(演算装置20)を機能させるための学習済みモデルを用いて、入力装置10により入力された所望の音響特性データから設計パラメータが算出される。学習済みモデルは、音響特性データから設計パラメータを算出するように学習されたDNNによって構成される。これにより、技術者によるカット&トライ設計に頼ることなく小型スピーカの設計を行なうことができる。
As described above, in this embodiment, an input using a learned model for causing a computer (the arithmetic unit 20) to function so as to output design parameters of a small speaker based on acoustic characteristic data of the small speaker. Design parameters are calculated from the desired acoustic characteristic data input by the
そして、各々が設計パラメータと当該設計パラメータを有する小型スピーカの音響特性データとを含む、DNNの学習に用いられる複数の学習用データ110−1〜110−Nは、音響FDTD法を用いたコンピュータシミュレーションによって生成される。これにより、複数の学習用データを用意するために実際に様々な音響構造を作成して実測を行なうことなく、DNNの学習に用いられる多数の学習用データ110−1〜110−Nを用意することができる。 A plurality of learning data 110-1 to 110-N used for DNN learning, each including a design parameter and acoustic characteristic data of a small speaker having the design parameter, are computer simulations using an acoustic FDTD method. Generated by. Thus, in order to prepare a plurality of learning data, a large number of learning data 110-1 to 110 -N used for learning the DNN are prepared without actually creating various acoustic structures and performing actual measurement. be able to.
このように、本開示の小型スピーカの設計支援装置1によれば、技術者によるカット&トライ設計に頼ることなく、また、DNNの学習用データを用意するために実際に様々な音響構造を作成して実測を行なう必要もないので、小型スピーカの設計に要する時間及びコストを大幅に削減することができる。 As described above, according to the design support device 1 for the small speaker of the present disclosure, various acoustic structures are actually created in order to prepare DNN learning data without relying on a cut-and-try design by an engineer. Thus, since it is not necessary to perform actual measurement, the time and cost required for designing a small speaker can be greatly reduced.
また、この実施の形態においては、音響FDTD法を用いたコンピュータシミュレーションにおけるグリッドの大きさ(粗さ)を領域によって適宜変えている。具体的には、音源である振動板220の近傍の領域におけるグリッドを小さく、筐体外の音響伝搬空間250におけるグリッドを大きくしている(図11)。これにより、グリッドの大きさが一律である場合に比べて、音響FDTD法の精度を高めることができるとともに、計算時間を短縮することができる。
In this embodiment, the size (roughness) of the grid in the computer simulation using the acoustic FDTD method is appropriately changed depending on the region. Specifically, the grid in the area near the
また、この実施の形態によれば、設計対象(小型スピーカ200)の形状の対称性を考慮して解析空間を限定することによって、設計パラメータ毎に音響特性データを算出する音響FDTD演算部320の演算負荷及び演算時間を低減することができる。
Further, according to this embodiment, the analysis space is limited in consideration of the symmetry of the shape of the design target (small speaker 200), so that the acoustic
さらに、この実施の形態によれば、ランダムに変化させた設計パラメータに基づく多数の学習用データを用いてDNNの学習が行なわれるので、DNNにより学習済みモデルを生成する際に学習が局所解に陥ることを回避して学習済みモデルの精度を高めることができる。 Furthermore, according to this embodiment, since DNN learning is performed using a large number of learning data based on design parameters that are randomly changed, learning becomes a local solution when a learned model is generated by DNN. The accuracy of the learned model can be improved by avoiding falling.
なお、学習済みモデルの生成に用いられる学習用データ110−1〜110−Nについて、上記の実施の形態においては、DNN学習部130による学習時にDNNの入力層に与えられる音響特性データのうちの音圧周波数特性は、図16に示されるような音圧の絶対値(Pa)の周波数特性のプロフィールとしたが、音圧の絶対値(Pa)の周波数特性のプロフィールに代えて、図17に示されるような音圧レベル(dB)の周波数特性のプロフィールをDNNの入力層に与えてもよい。音圧レベル(dB)の周波数特性のプロフィールは、音圧の絶対値(Pa)の周波数特性のプロフィールよりも、共振周波数fr以外の周波数における特徴がよく表れており、周波数特性のプロフィールを重視する設計を行なう場合には、学習済みモデルの精度を高めることができる。
In the above embodiment, the learning data 110-1 to 110-N used for generating the learned model is the acoustic characteristic data given to the input layer of the DNN during learning by the
また、学習済みモデルの生成の際に、音圧の絶対値(Pa)の周波数特性のプロフィールをDNNの入力層に与えて学習するか、それとも音圧レベル(dB)の周波数特性のプロフィールをDNNの入力層に与えて学習するかを、ユーザが選択可能としてもよい。たとえば、再び図7を参照して、ユーザの選択結果を示す情報を学習条件設定部140からDNN学習部130に設定するようにし、音圧レベル(dB)の周波数特性のプロフィールを用いて学習することがユーザにより選択された場合には、データベース120から受ける音圧の絶対値(Pa)の周波数特性データをデシベル(dB)に換算してDNNの入力層に与えればよい。
In addition, when generating a learned model, the frequency characteristic profile of the sound pressure absolute value (Pa) is applied to the DNN input layer for learning, or the frequency characteristic profile of the sound pressure level (dB) is DNN. The user may be able to select whether to learn by giving to the input layer. For example, referring to FIG. 7 again, information indicating the user's selection result is set from the learning
なお、音圧レベル(dB)の周波数特性のプロフィールをDNNの入力層に与えて学習済みモデルが生成された場合には、設計支援装置1の演算装置20において学習済みモデルに与える所望の音響特性データのうちの音圧周波数特性についても、音圧レベル(dB)の周波数特性のプロフィールとする必要がある。
When a learned model is generated by applying a frequency characteristic profile of the sound pressure level (dB) to the input layer of the DNN, desired acoustic characteristics to be given to the learned model in the
また、上記の実施の形態においては、音響特性データは、音圧の周波数特性を示すデータと、位相の周波数特性を示すデータとによって構成されるものとしたが、音圧の周波数特性を示すデータのみとしてもよい。なお、上述の実施の形態のように、音圧の周波数特性だけでなく位相の周波数特性を併用することによって、DNNの学習精度、及び学習済みモデルを用いた小型スピーカの設計精度の向上が期待できる。 In the above embodiment, the acoustic characteristic data is composed of data indicating the frequency characteristic of the sound pressure and data indicating the frequency characteristic of the phase, but the data indicating the frequency characteristic of the sound pressure. It is good only as well. As in the above-described embodiment, the combined use of not only the sound pressure frequency characteristic but also the phase frequency characteristic is expected to improve the DNN learning accuracy and the design accuracy of a small speaker using a learned model. it can.
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present disclosure is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 設計支援装置、10 入力装置、20 演算装置、30 表示装置、100 学習システム、110−1,110−2,・・・,110−N 学習用データ、120 データベース、130 DNN学習部、140 学習条件設定部、200 小型スピーカ、210 筐体、220 振動板、230 音孔、240 気室、250 音響伝搬空間、260 境界、270,410〜430 領域、300 生成システム、310 設計パラメータ設定部、320 音響FDTD演算部、330 条件設定部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Design support apparatus, 10 input apparatus, 20 arithmetic unit, 30 display apparatus, 100 learning system, 110-1, 110-2, ..., 110-N learning data, 120 database, 130 DNN learning part, 140 learning Condition setting unit, 200 small speaker, 210 housing, 220 diaphragm, 230 sound hole, 240 air chamber, 250 acoustic propagation space, 260 boundary, 270, 410 to 430 region, 300 generation system, 310 design parameter setting unit, 320 Acoustic FDTD calculation unit, 330 condition setting unit.
Claims (8)
前記小型スピーカの音響特性を示す音響特性データを利用者が入力するための入力装置と、
前記音響特性データに基づいて前記小型スピーカの設計パラメータを出力するようにコンピュータを機能させるための学習済みモデルを用いて、前記入力装置により入力された音響特性データから前記設計パラメータを算出するように構成された演算装置とを備え、
前記学習済みモデルは、音響FDTD法を用いたコンピュータシミュレーションによって生成される、各々が前記設計パラメータと当該設計パラメータを有する小型スピーカの前記音響特性データとを含む複数の学習用データを用いて、前記音響特性データから前記設計パラメータを算出するように学習されたディープニューラルネットワークによって構成される、小型スピーカの設計支援装置。 A design support device for a small speaker,
An input device for a user to input acoustic characteristic data indicating the acoustic characteristics of the small speaker;
The design parameter is calculated from the acoustic characteristic data input by the input device using a learned model for causing a computer to function to output the design parameter of the small speaker based on the acoustic characteristic data. With a configured arithmetic unit,
The learned model is generated by computer simulation using an acoustic FDTD method, and a plurality of learning data each including the design parameter and the acoustic characteristic data of a small speaker having the design parameter, A small speaker design support apparatus configured by a deep neural network learned to calculate the design parameters from acoustic characteristic data.
音響FDTD法を用いた前記コンピュータシミュレーションにおける分割グリッドの大きさは、前記振動板、前記筐体内空間、前記筐体の外部における音響伝搬空間の順に小さい、請求項1に記載の小型スピーカの設計支援装置。 The small speaker is configured to include a diaphragm serving as a sound source, and a housing internal space formed inside the housing of the small speaker,
2. The small speaker design support according to claim 1, wherein the size of the divided grid in the computer simulation using the acoustic FDTD method is smaller in the order of the diaphragm, the space inside the housing, and the acoustic propagation space outside the housing. apparatus.
前記スピーカの音響特性を示す音響特性データに基づいて前記スピーカの設計パラメータを出力するようにコンピュータを機能させるための学習済みモデルを生成するステップと、
前記音響特性データを利用者が入力するステップと、
前記学習済みモデルを用いて、入力された前記音響特性データから前記設計パラメータを算出するステップとを含み、
前記学習済みモデルを生成するステップは、
音響FDTD法を用いたコンピュータシミュレーションによって、各々が前記設計パラメータと当該設計パラメータを有するスピーカの前記音響特性データとを含む複数の学習用データを生成するステップと、
前記複数の学習用データを用いて、前記音響特性データから前記設計パラメータを算出するようにディープニューラルネットワークを学習させることによって、前記学習済みモデルを生成するステップとを含む、スピーカの設計支援方法。 A speaker design support method,
Generating a learned model for causing a computer to function to output design parameters of the speaker based on acoustic characteristic data indicative of acoustic characteristics of the speaker;
A user inputting the acoustic characteristic data;
Using the learned model to calculate the design parameters from the inputted acoustic characteristic data,
Generating the trained model comprises:
Generating a plurality of learning data each including the design parameter and the acoustic characteristic data of a speaker having the design parameter by computer simulation using an acoustic FDTD method;
Generating a learned model by learning a deep neural network so as to calculate the design parameter from the acoustic characteristic data using the plurality of learning data, and a speaker design support method.
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