JP2019050492A - Filter coefficient determining device, filter coefficient determining method, program, and acoustic system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、フィルタ係数決定装置、フィルタ係数決定方法、プログラム、および音響システムに関し、特に、より最適なフィルタ係数を確実に求めることができるようにしたフィルタ係数決定装置、フィルタ係数決定方法、プログラム、および音響システムに関する。 The present disclosure relates to a filter coefficient determination device, a filter coefficient determination method, a program, and an acoustic system, and in particular, a filter coefficient determination device, a filter coefficient determination method, a program that enables more optimal filter coefficients to be reliably determined. And acoustic systems.
近年、家庭内で利用する音声コントロール端末が、様々な企業により提供されている。それらの音声コントロール端末は、音声を認識するためのマイクロホンアレイが搭載されており、例えば、雑音のある環境下における発話や、音声コントロール端末から離れたところからの発話なども認識することができる。 In recent years, voice control terminals used at home have been provided by various companies. These voice control terminals are equipped with a microphone array for recognizing voice, and can recognize, for example, speech in a noisy environment or speech from a distance from the speech control terminal.
また、音声コントロール端末は、例えば、音声や音楽などを出力する際に、その周囲の360度あらゆる方向に向かって再生されるように構成されている。さらに、所定の高音域の音において、広い範囲まで聞こえるようにしたり、特定の範囲でのみ聞こえるようにしたりすることを可能とする構成の音声コントロール端末も開発されている。 In addition, when outputting a voice, music, or the like, for example, the voice control terminal is configured to be reproduced toward all directions around 360 degrees around it. Furthermore, a voice control terminal has also been developed, which is configured to make it possible to hear a wide range or only in a specific range in a predetermined high-pitched sound.
一般的に、ある方向にのみ強く音を放射するスピーカは指向性スピーカと称されており、従来、様々な構成の指向性スピーカが検討されている。また、指向性スピーカにおいて指向性を形成する原理としては、例えば、大きく2つに分けることができる。1つ目の原理は、超音波を利用して指向性を形成するパラメトリックアレイで利用され、2つ目の原理は、通常のスピーカを複数個並べて空間上での波の振幅と位相を周波数ごとに制御することで指向性を形成するスピーカアレイで利用される。 In general, a speaker that emits sound strongly only in a certain direction is called a directional speaker, and conventionally, directional speakers of various configurations have been considered. Moreover, as a principle which forms directivity in a directional speaker, it can be divided roughly into two, for example. The first principle is used in a parametric array that uses ultrasound to form directivity, and the second principle is that a plurality of ordinary speakers are arranged to separate the wave amplitude and phase in space for each frequency. It is used by the speaker array which forms directivity by controlling to.
ここで、非特許文献1において、本出願の発明者らは、円形スピーカアレイを用いた3次元指向性制御を可能とするフィルタを設計する技術を開示している。また、非特許文献2に開示されているように、フィルタ係数の算出方法として、一旦、空間フーリエ変換を行う方法が知られている。さらに、非特許文献3には、スピーカアレイを用いて任意の指向特性を合成するために、球調和関数展開に基づく多重極の音源を重ね合わせる手法について開示されている。
Here, in Non-Patent
ところで、上述したようなスピーカアレイでは、スピーカをどのように配置するかという点と、フィルタ係数をどのように設計するかという点とについて検討が行われている。従来、スピーカの配置としては、スピーカを直線的に配置する直線アレイ、スピーカを円形に配置する円形アレイ、および、スピーカを球面上に配置する球面アレイの3つに分けることができる。 By the way, in the speaker array as described above, studies are made on how to arrange the speakers and how to design the filter coefficients. Conventionally, the arrangement of the speakers can be divided into three, a linear array in which the speakers are linearly arranged, a circular array in which the speakers are circularly arranged, and a spherical array in which the speakers are spherically arranged.
例えば、直線アレイは、上下方向の区別がつかないことより、その指向性の制御において、エンドファイアアレイと称される直線の軸方向に指向性を固定する方法が採用されるが、指向性の方向を任意に変更することが困難であった。また、円形アレイは、水平面内は自由に指向性を回転させることができるのに対し、上下方向は区別することが非常に困難であった。また、球面アレイは、上下方向および左右方向に指向性を再現することができるが、球体であることより設置に困難が伴うことがあった。 For example, since the linear array is indistinguishable in the vertical direction, in controlling its directivity, a method of fixing directivity in the axial direction of a straight line called an endfire array is adopted. It was difficult to change the direction arbitrarily. In addition, while circular arrays can freely rotate directivity in the horizontal plane, it has been very difficult to distinguish in the vertical direction. In addition, although the spherical array can reproduce directivity in the vertical direction and the left and right direction, it may be difficult to install because it is a sphere.
そこで、例えば、設置を容易に行うことができるようなスピーカアレイにおいて、上下方向および左右方向に指向性を再現することを可能とするために、より最適なフィルタ係数を確実に求めることが必要となる。 Therefore, for example, in a speaker array that can be easily installed, it is necessary to reliably determine a more optimal filter coefficient in order to be able to reproduce directivity in the vertical and horizontal directions. Become.
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より最適なフィルタ係数を確実に求めることができるようにするものである。 The present disclosure has been made in view of such a situation, and is intended to be able to reliably determine a more optimal filter coefficient.
本開示の一側面のフィルタ係数決定装置は、2個以上のスピーカ素子が円周方向に配置された円形アレイが、その円周方向に対して直交する鉛直方向に2段以上に積層された円筒形アレイを構成する前記スピーカ素子の前段に設置されるディジタルフィルタに設定されるフィルタ係数を決定するフィルタ係数決定装置であって、前記円筒形アレイから出力される音の指向性の基となる指向性基底を算出する指向性基底算出部と、前記指向性基底を算出するために用いられた関数であるフィルタ基底、および、前記指向性基底に対して所望の指向性を与えることによって求められる展開係数を用いて、前記円筒形アレイのフィルタ係数を演算するフィルタ係数演算部とを備える。 A filter coefficient determination device according to one aspect of the present disclosure is a cylinder in which a circular array in which two or more speaker elements are circumferentially arranged is stacked in two or more stages in the vertical direction orthogonal to the circumferential direction. Filter coefficient determining device for determining a filter coefficient to be set in a digital filter installed in a front stage of the speaker element constituting an antenna array, which is a directivity based on directivity of sound output from the cylindrical array Directivity basis calculating unit for calculating a sexual basis, a filter basis that is a function used to calculate the directional basis, and an expansion obtained by giving desired directivity to the directional basis And a filter coefficient calculator for calculating the filter coefficients of the cylindrical array using the coefficients.
本開示の一側面のフィルタ係数決定方法は、2個以上のスピーカ素子が円周方向に配置された円形アレイが、その円周方向に対して直交する鉛直方向に2段以上に積層された円筒形アレイを構成する前記スピーカ素子の前段に設置されるディジタルフィルタに設定されるフィルタ係数を決定するフィルタ係数決定装置が、前記円筒形アレイから出力される音の指向性の基となる指向性基底を算出することと、前記指向性基底を算出するために用いられた関数であるフィルタ基底、および、前記指向性基底に対して所望の指向性を与えることによって求められる展開係数を用いて、前記円筒形アレイのフィルタ係数を演算することとを含む。 A filter coefficient determination method according to one aspect of the present disclosure is a cylinder in which a circular array in which two or more speaker elements are circumferentially arranged is stacked in two or more stages in the vertical direction orthogonal to the circumferential direction. A filter coefficient determination device for determining filter coefficients to be set in a digital filter installed in front of the speaker elements constituting the matrix array is a directional basis on which directivity of sound output from the cylindrical array is based Using the filter base which is a function used to calculate the directional base, and the expansion coefficient obtained by giving the desired directivity to the directional base, Computing the filter coefficients of the cylindrical array.
本開示の一側面のプログラムは、2個以上のスピーカ素子が円周方向に配置された円形アレイが、その円周方向に対して直交する鉛直方向に2段以上に積層された円筒形アレイを構成する前記スピーカ素子の前段に設置されるディジタルフィルタに設定されるフィルタ係数を決定するフィルタ係数決定装置のコンピュータに、前記円筒形アレイから出力される音の指向性の基となる指向性基底を算出することと、前記指向性基底を算出するために用いられた関数であるフィルタ基底、および、前記指向性基底に対して所望の指向性を与えることによって求められる展開係数を用いて、前記円筒形アレイのフィルタ係数を演算することとを含む処理を実行させる。 A program according to one aspect of the present disclosure is a cylindrical array in which a circular array in which two or more speaker elements are arranged in a circumferential direction is stacked in two or more stages in a vertical direction orthogonal to the circumferential direction. The directivity factor as the basis of the directivity of the sound output from the cylindrical array is provided to the computer of the filter coefficient determination device which determines the filter coefficient to be set in the digital filter installed in the front stage of the speaker element to be configured. The cylinder using the calculation, a filter basis which is a function used to calculate the directional basis, and an expansion coefficient obtained by giving a desired directivity to the directional basis. Computing the filter coefficients of the form array.
本開示の一側面の音響システムは、2個以上のスピーカ素子が円周方向に配置された円形アレイが、その円周方向に対して直交する鉛直方向に2段以上に積層された円筒形アレイと、前記円筒形アレイを構成する前記スピーカ素子の前段に設置されるディジタルフィルタとを備え、前記円筒形アレイから出力される音の指向性の基となる指向性基底を算出し、前記指向性基底を算出するために用いられた関数であるフィルタ基底、および、前記指向性基底に対して所望の指向性を与えることによって求められる展開係数を用いて、前記円筒形アレイのフィルタ係数を演算することにより決定された前記フィルタ係数が前記ディジタルフィルタに設定されている。 An acoustic system according to one aspect of the present disclosure is a cylindrical array in which a circular array in which two or more speaker elements are arranged in a circumferential direction is stacked in two or more stages in a vertical direction orthogonal to the circumferential direction. And a digital filter placed in front of the speaker element constituting the cylindrical array, and calculating a directivity base which is a basis of the directivity of the sound output from the cylindrical array, the directivity Calculate the filter coefficients of the cylindrical array using the filter basis which is a function used to calculate the basis and the expansion coefficient obtained by giving the desired directivity to the directional basis The filter coefficients determined by the above are set in the digital filter.
本開示の一側面においては、円筒形アレイから出力される音の指向性の基となる指向性基底が算出され、指向性基底を算出するために用いられた関数であるフィルタ基底、および、指向性基底に対して所望の指向性を与えることによって求められる展開係数を用いて、円筒形アレイのフィルタ係数が演算により求められる。 In one aspect of the present disclosure, a directional basis on which directivity of sound output from a cylindrical array is based is calculated, and a filter basis that is a function used to calculate the directional basis; The filter coefficients of the cylindrical array are determined by calculation using the expansion coefficients determined by giving the desired directivity to the sex basis.
本開示の一側面によれば、より最適なフィルタ係数を確実に求めることができる。 According to an aspect of the present disclosure, more optimal filter coefficients can be reliably determined.
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。 In addition, the effect described here is not necessarily limited, and may be any effect described in the present disclosure.
以下、本技術を適用した具体的な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。 Hereinafter, specific embodiments to which the present technology is applied will be described in detail with reference to the drawings.
<音響システムの構成例>
図1は、本技術を適用して決定されたフィルタ係数を利用する音響システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
<Example of configuration of sound system>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an embodiment of an acoustic system using filter coefficients determined by applying the present technology.
図1に示すように、音響システム11は、再生装置12、L個のフィルタ13−1乃至13−L、および、L個のスピーカ素子14−1乃至14−Lを有する円筒形アレイ21を備えて構成される。また、フィルタ係数を決定する際には、円筒形アレイ21のサイズよりも大きな球面を想定し、円筒形アレイ21から所定距離以上離れた球面上に、スピーカ素子14−1乃至14−Lから出力される音を観測するマイクロホンなどからなるM個の制御点Ω1乃至ΩMが配置される。
As shown in FIG. 1, the
再生装置12は、所定の音源データを再生し、その再生された音をスピーカ素子14−1乃至14−Lから出力させるための音響信号を、フィルタ13−1乃至13−Lを介してスピーカ素子14−1乃至14−Lに供給する。
The
フィルタ13−1乃至13−Lは、スピーカ素子14−1乃至14−Lの前段にそれぞれ配置され、各自に設定されるフィルタ係数w1(ω)乃至wL(ω)と、再生装置12から出力される音響信号とを乗算して出力する。 The filters 13-1 to 13-L are disposed in front of the speaker elements 14-1 to 14-L, respectively, and filter coefficients w 1 (ω) to w L (ω) set for each of them are The output sound signal is multiplied and output.
スピーカ素子14−1乃至14−Lは、人間が音として聞き取れる周波数帯域の音を出力可能な可聴域スピーカであり、フィルタ13−1乃至13−Lを介して再生装置12から供給される音響信号に従った音を出力する。そして、本実施の形態の音響システム11では、スピーカ素子14−1乃至14−Lにより、図2に示すような円筒形アレイ21が構成されている。
The speaker elements 14-1 to 14-L are audible range speakers capable of outputting sound in a frequency band that human beings can hear as sound, and the acoustic signal supplied from the
図2に示す円筒形アレイ21では、複数のスピーカ素子14が円形によって表されている。そして、円筒形アレイ21は、所定個数のスピーカ素子14が円周方向に等間隔で配置された円形アレイが、その円周方向に対して直交する鉛直方向(図2のZ方向)に2段以上積層されて構成されている。図2の例では、円筒形アレイ21は、8個のスピーカ素子14が円周方向に45度間隔で配置された円形アレイが、3段以上積層されて構成される。なお、以下の説明において、円筒形アレイ21は、Z軸方向の中央に配置される円形アレイを基準(hz=0)として、Z軸の正方向に有限の複数段(hz=1,・・・)の円形アレイが配置され、Z軸の負方向に有限の複数段(hz=−1,・・・)の円形アレイが配置されて構成されたものとする。
In the
このような構成の円筒形アレイ21は、例えば、球面アレイと比較して設置が容易であるとともに、水平面内だけではなく、上下方向にも指向性を向けることができる。
The
そして、図1の音響システム11は、フィルタ13−1乃至13−Lにフィルタ係数w1(ω)乃至wL(ω)を適切に設定することで、所定の方向にのみ、円筒形アレイ21から音が強く放射する指向性を備えることができる。
Then, the
<従来の円筒形アレイにおけるフィルタ係数の決定方法>
まず、円筒形アレイ21のフィルタ設計について、従来の方法について説明する。
<Method of Determining Filter Coefficient in Conventional Cylindrical Array>
First, the filter design of the
従来、図1に示したように、複数の制御点Ωを、音圧を制御するために音を観測する位置に配置し、音圧を目標とする指向性と一致するようにフィルタ係数を設計する方法が用いられている。 Conventionally, as shown in FIG. 1, a plurality of control points Ω are arranged at positions where sound is observed to control sound pressure, and filter coefficients are designed so as to match the directivity for which the sound pressure is targeted. Methods are used.
例えば、L個のスピーカ素子14−1乃至14−Lを持つスピーカアレイにおいて、s番目のスピーカ素子14−sからp番目の制御点Ωpまでの伝達関数gps(ω)を要素として持つ行列である伝達関数行列G(ω)は、次の式(1)に示すように表される。また、角周波数ωのフィルタ係数ベクトルw(ω)、および、M個の制御点Ω1乃至ΩMにおける所望音圧の特性d1(ω)乃至dM(ω)をベクトル化した所望音圧ベクトルd(ω)も、次の式(1)に示すように表される。 For example, in a speaker array having L speaker elements 14-1 to 14-L, a matrix having as an element the transfer function g ps (ω) from the s-th speaker element 14-s to the p-th control point Ω p The transfer function matrix G (ω) which is is expressed as shown in the following equation (1). Also, a desired sound pressure obtained by vectorizing the filter coefficient vector w (ω) of the angular frequency ω and the characteristics d 1 (ω) to d M (ω) of the desired sound pressure at M control points Ω 1 to Ω M The vector d (ω) is also expressed as shown in the following equation (1).
このとき、フィルタ係数ベクトルw(ω)は、次の式(2)を演算することにより求めることができる。 At this time, the filter coefficient vector w (ω) can be obtained by computing the following equation (2).
ただし、式(2)に示すように、その演算には逆行列の計算が含まれるため、どうしてもフィルタ係数ベクトルw(ω)が大きくなり過ぎてしまい、その結果、フィルタ13の出力が不安定になり易くなってしまう。
However, as shown in the equation (2), since the calculation involves the calculation of the inverse matrix, the filter coefficient vector w (ω) is inevitably too large, and as a result, the output of the
そこで、一般に、次の式(3)に示すような操作を行うことで、フィルタ係数ベクトルw(ω)が大きくなり過ぎるのを防止することができる。 Therefore, in general, it is possible to prevent the filter coefficient vector w (ω) from becoming too large by performing the operation shown in the following equation (3).
ここで、式(3)において、βは小さな正の数であり、Iは正方行列である。このβの値は、一般に試行錯誤で求められることが多く、例えば、低い周波数では大きな値が必要とされる。 Here, in equation (3), β is a small positive number, and I is a square matrix. The value of β is generally obtained by trial and error, and for example, a large value is required at low frequencies.
一方、上述した非特許文献2に開示されているように、フィルタ係数w1(ω)乃至wL(ω)の算出方法として、一旦、空間フーリエ変換を行う方法が知られている。この方法では、例えば、円形アレイに対しては、円調和関数で展開することにより、どの次数がフィルタ13のゲイン(大きさ)を大きくしているかを特定することができる。これにより、周波数ごとに、円調和関数の次数について、どの次数までを使うかをあらかじめ決めておくことで、フィルタ13の出力全体が不安定になることを防止することができる。
On the other hand, as disclosed in
しかしながら、この方法は、伝達関数gps(ω)が解析的に特定されている場合のみに使用することができる一方で、伝達関数gps(ω)が特定されていない場合には使用することができなかった。 However, while this method can only be used when the transfer function g ps (ω) is analytically specified, it should be used when the transfer function g ps (ω) is not specified. I could not
そこで、本実施の形態における円筒形アレイ21のフィルタ設計においては、最初に、伝達関数gps(ω)が理論的に既知である球面アレイでのフィルタ設計を例として、従来の次数ごとにフィルタ係数w1(ω)乃至wL(ω)を求める方法を採用する。この方法は、一般的に、モードマッチングと呼ばれている。
Therefore, in the filter design of the
例えば、図3に示すように、半径rの球面上にある制御点Ωp=(θp,φp)における所望音圧の特性d(Ωp)は、展開係数dnmおよび球面調和関数Yn m(Ωp)を用いて、次の式(4)で求められる。ここで、θおよびφは極座標系における角度を表し、Ωは全体の座標位置を表す。 For example, as shown in FIG. 3, the characteristic d (Ω p ) of the desired sound pressure at the control point Ω p = (θ p , φ p ) on the spherical surface with radius r has an expansion coefficient d nm and spherical harmonics Y It is calculated | required by following Formula (4) using nm ((ohm) p ). Here, θ and φ represent angles in the polar coordinate system, and Ω represents the overall coordinate position.
ここで、M個の制御点Ω1乃至ΩMについて、所望音圧の特性d(Ωp)を球面調和関数Yn m(Ωp)で展開(p=1,2,・・・,M)する。さらに、L個のフィルタ係数w1(ω)乃至wL(ω)について、球面アレイの半径aのスピーカ位置ΩS=(θS,φS)にあるスピーカ素子14の前段に設置されているフィルタ13のフィルタ係数w(ΩS)を球面調和関数Yn m(ΩS)で展開(s=1,2,・・・,L)する。これにより、フィルタ係数w(ΩS)は、次の式(5)で求められる。
Here, for the M control points Ω 1 to Ω M , the characteristic d (Ω p ) of the desired sound pressure is expanded by the spherical harmonic function Y n m (Ω p ) (p = 1, 2,..., M ). Furthermore, for the L filter coefficients w 1 (ω) to w L (ω), the speaker position Ω S = (θ S , φ S ) of the radius a of the spherical array is placed in front of the
このとき、球面アレイのスピーカ位置ΩS=(θS,φS)から制御点Ωp=(θp,φp)までの伝達関数G(Ωp|ΩS)は、球面調和関数Yn m(Ωp)を用いて、次の式(6)に示すように表現される。 At this time, the transfer function G (Ω p | Ω S ) from the speaker position Ω S = (θ S , φ S ) to the control point Ω p = (θ p , φ p ) of the spherical array is the spherical harmonic function Y n It is expressed as shown in the following equation (6) using m (Ω p ).
ここで、式(5)に示すフィルタ係数w(ΩS)をスピーカアレイに与えたときに観測される音圧が、所望音圧の特性d(Ωp)と一致するように制御する場合、次の式(7)が成り立つことになる。 Here, when the sound pressure observed when the filter coefficient w (Ω s ) shown in the equation (5) is given to the speaker array is controlled to match the characteristic d (Ω p ) of the desired sound pressure, The following equation (7) holds.
このような式(7)で示す関係式と、上述の式(4)とを、円調和関数の次数nおよび次数mについて同じ次数で見比べると、次の式(8)に示すようになる。 If the relational expression shown by such Formula (7) and the above-mentioned Formula (4) are compared by the same order about the order n and the order m of a circular harmonic function, it will become like following Formula (8).
ここで、展開係数dnmは、上述の式(4)から求められるとともに、係数bnmは理論的に導出されるため、フィルタ係数w(ΩS)は、上述した式(5)を演算することにより求めることができる。 Here, the expansion coefficient d nm is obtained from the above equation (4), and the coefficient b nm is theoretically derived, so the filter coefficient w (Ω s ) computes the above equation (5) It can be determined by
<本技術の円筒形アレイにおけるフィルタ係数の決定方法> <Method of Determining Filter Coefficients in Cylindrical Array of the Present Technology>
ところで、本実施の形態で使用される円筒形アレイ21では、空間フーリエ変換領域において、フィルタ係数を設計することを基本としている。通常、空間フーリエ変換領域でフィルタ設計を行う場合には、スピーカ素子14から制御点Ωまでの伝達関数G(Ωp|ΩS)が理論的に特定されている必要がある。例えば、円筒形アレイを理論的に考えると、通常、高さ方向(z方向)には無限につながっていることが求められる。しかしながら、実際の円筒形アレイでは、図2を参照して説明したように、高さ方向は有限であるため、理論値を使用することはできない。
By the way, in the
そこで、以下では、例えば、図1に示すように制御点Ω1乃至ΩMを配置してスピーカ素子14−1乃至14−Lから音を出力することで伝達関数G(Ωp|ΩS)を実測し、その伝達関数G(Ωp|ΩS)からフィルタ係数を求めるために必要な基底を算出して、これを用いて円調和関数の次数nおよび次数mごとにフィルタ係数を決定する方法について説明する。即ち、伝達関数G(Ωp|ΩS)を解析的に表現することができず、理論的に係数bnmを導出することができない場合であっても、最適なフィルタ係数を確実に決定することができる。 Therefore, in the following, for example, as shown in FIG. 1, the control points Ω 1 to Ω M are arranged, and the sound is output from the speaker elements 14-1 to 14-L, whereby the transfer function G (Ω p | Ω S ) And calculate the basis necessary to obtain the filter coefficient from its transfer function G (Ω p | Ω S ), and use this to determine the filter coefficient for each order n and m of circular harmonics The method will be described. That is, even if the transfer function G (Ω p | Ω S ) can not be analytically expressed and theoretically the coefficient b nm can not be derived, the optimal filter coefficient is determined with certainty. be able to.
例えば、上述したような従来の方法において、次の式(9)に示すような指向性基底An m(Ωp)を用いて所望音圧の特性d(Ωp)を展開すると、所望音圧の特性d(Ωp)は、次の式(10)に示すように表される。 For example, if the desired sound pressure characteristic d (Ω p ) is developed using a directional basis An m (Ω p ) as shown in the following equation (9) in the conventional method as described above, the desired sound is obtained The pressure characteristic d (Ω p ) is expressed as shown in the following equation (10).
このような式(10)と、上述した式(7)の最後の式とを見比べると、展開係数anmは、展開フィルタ係数wnmと同一とみなすことができる(anm=wnm)ため、展開フィルタ係数wnmを直接的に求めることができる。 Comparing the equation (10) and the last equation of the equation (7), the expansion coefficient a nm can be regarded as identical to the expansion filter coefficient w nm (a nm = w nm ) , And expansion filter coefficients w nm can be obtained directly.
そこで、本実施の形態においては、指向性基底An m(Ωp)が未知の場合であっても、事前に伝達関数G(Ωp|ΩS)を実測することにより算出される指向性基底An m(Ωp)を用いて、円筒形アレイ21で用いるフィルタ係数w(ΩS)を決定する方法を提案する。なお、以下では、スピーカ位置ΩSの座標位置は、極座標系(θS,φS)ではなく、円筒座標系(φS,zS)で表すものとする。
Therefore, in the present embodiment, the directivity calculated by measuring transfer function G (Ω p | Ω S ) in advance even if directional base An m (Ω p ) is unknown. with basal a n m (Ω p), proposes a method for determining the filter coefficients w (Ω S) used in the
まず、指向性基底An m(Ωp)が求められていることを前提として、フィルタ係数を展開するフィルタ基底En m(ΩS)は、次の式(11)で示すような仮定に基づいて、後述するように解析的に記述することが可能な関数であるとする。 First, on the premise that the directional basis An m (Ω p ) is found, the filter basis E n m (Ω S ) that develops the filter coefficients is assumed to be as shown by the following equation (11) Based on this, it is assumed that the function can be described analytically as described later.
また、所望音圧の特性d(Ωp)は、上述したような従来の球面調和関数Yn m(Ωp)を用いた方法を参考にして、次の式(12)で表すことができる。以下では、拡張性を考慮して、次数nの範囲をn>0ではなく、次数nおよび次数mの範囲を−∞から∞までに拡張する。同様に、フィルタ係数w(ΩS)は、次の式(13)で表すことができ、伝達関数G(Ωp|ΩS)は、次の式(14)で表すことができる。 Further, the characteristic d (Ω p ) of the desired sound pressure can be expressed by the following equation (12) with reference to the method using the conventional spherical harmonic function Y n m (Ω p ) as described above . In the following, in consideration of extensibility, the range of the order n is not n> 0, and the range of the order n and the order m is expanded from −∞ to ∞. Similarly, the filter coefficient w (Ω s ) can be expressed by the following equation (13), and the transfer function G (Ω p | Ω s ) can be expressed by the following equation (14).
ここで、上述した式(14)の逆展開は、次の式(15)であるので、この式(15)に基づいて、伝達関数G(Ωp|ΩS)を観測することができれば、指向性基底An m(Ωp)を求めることができる。 Here, since the reverse expansion of the equation (14) described above is the following equation (15), if the transfer function G (Ω p | Ω S ) can be observed based on this equation (15), The directional basis An m m (Ω p ) can be determined.
そこで、まず、円筒形アレイ21におけるフィルタ基底En m(ΩS)を定義する必要がある。例えば、フィルタ基底En m(ΩS)は、以下で説明する2つの関数いずれかを用いて定義することができる。
Therefore, first, it is necessary to define the filter basis E n m (Ω S ) in the
まず、円筒座標系の波動方程式の一般解と同じ形式である平面波基底を用いてフィルタ基底En m(ΩS)を定義する方法がある。例えば、音源が連続体である場合に、円筒座標系における一般解を参考したフィルタ基底En m(ΩS)は、円周方向の角度φS、φS方向の次数(波数)m、z軸方向の波数kz、およびz軸上の高さzSを用いて、次の式(16)で表される。 First, there is a method of defining a filter basis E n m (Ω S ) using a plane wave basis which has the same form as a general solution of a wave equation in a cylindrical coordinate system. For example, when the sound source is a continuum, the filter basis E n m (Ω S ) with reference to the general solution in the cylindrical coordinate system has an angle φ S in the circumferential direction, an order (wave number) m in the φ S direction, and z The axial wavenumber k z and the height z S on the z axis are expressed by the following equation (16).
通常、円筒形アレイ21では、スピーカ素子14は離散的に配置されることになる。例えば、上述の図2に示したように、φ方向(円周方向)にHφ個、かつ、z軸方向にΔz間隔でHz段のスピーカ素子14が配置されて円筒形アレイ21が構成されると仮定した場合、フィルタ基底En m(ΩS)は、次の式(17)で表される。
Usually, in the
また、多重極を用いてフィルタ基底En m(ΩS)を定義する方法では、フィルタ基底En m(ΩS)は、次の式(18)で表される。 Further, in the method of defining the filter basis E n m (Ω s ) using multiple poles, the filter basis E n m (Ω s ) is expressed by the following equation (18).
従って、本実施の形態では、式(17)および式(18)のどちらか一方を選択し、次数nおよび次数mを組み合わせて、それぞれのスピーカ素子14に与える音を決定することで、指向性基底An m(Ωp)は、上述した式(15)に基づいて算出することができる。
Therefore, in the present embodiment, directivity is obtained by selecting one of the equations (17) and (18), combining the order n and the order m, and determining the sound to be given to the
ここで、上述の式(17)に示したように、極座標系(図3参照)における円周方向の角度φhと、円筒形アレイ21を構成する円形アレイ(図2参照)のZ軸方向の段hzとの関係について説明する。
Here, as shown in the above-mentioned equation (17), the circumferential angle .phi. H in the polar coordinate system (see FIG. 3) and the Z-axis direction of the circular array (see FIG. 2) constituting the
例えば、水平方向にHφ個のスピーカ素子14が配置された円形アレイが、Z軸方向に段数Hzで配置され、合計、Hφ×Hz個のスピーカ素子14からなる円筒形アレイ21において、それぞれのスピーカ素子14の位置は、半径aの円筒座標系において(a,φhφ,zhz)と定義することができる。
For example, a circular array H phi number of
このとき、φhφは、次の式(19)で表され、zhzは、z軸方向のスピーカ間隔Δzを用いて、次の式(20)で表される。 At this time, φ hφ is expressed by the following equation (19), and z hz is expressed by the following equation (20) using the speaker spacing Δz in the z-axis direction.
なお、式(19)で用いられているhφは、次の式(21)に示す通りであり、式(20)で用いられているhzは、床関数を用いて次の式(22)に示す通りとなる。 In addition, hφ used in equation (19) is as shown in the following equation (21), and h z used in equation (20) is the following equation (22) using a floor function: As shown in).
また、上述の式(18)に示したように、多重極を用いてフィルタ基底En m(ΩS)を定義する方法について説明する。ここでは、図2に示したように、スピーカ素子14が円周方向に等間隔で配置された円形アレイが、Z方向に3段積層されて構成される円筒形アレイ21を用いて説明を行う。
In addition, as shown in the above-mentioned equation (18), a method of defining the filter basis E n m (Ω S ) using multiple poles will be described. Here, as shown in FIG. 2, a description will be given using a
例えば、円筒形アレイ21の各段に配置された円形アレイを1つの点音源と仮定して、多重極音源の組み合わせで、球面調和関数Yn m(θ,φ)を表現する場合、図4に示すような多重極音源の概念図を用いて説明することができる。図4は、モノポール音源を空間微分し、縦型クアドロポールでは音源を共通化して表現されている。
For example, assuming that a circular array arranged at each stage of the
まず、球面調和関数Y0 0(θ,φ)を表現するためには、球面調和関数Y0 0(θ,φ)が、次の式(23)であることより、図4のAに示すように原点に配置された点音源を√1/4πで駆動すればよいことが分かる。 First, in order to express the spherical harmonic Y 0 0 (theta, phi) is spherical harmonics Y 0 0 (theta, phi) is more to be a following expression (23), indicated by A in FIG. 4 It can be seen that it is sufficient to drive the point sound source arranged at the origin with √1⁄4π.
同様に、図4のBに示すようなスピーカ間隔(2Δz)を考慮して、球面調和関数Y1 0(θ,φ)を表現するための駆動係数を求めることができる。 Similarly, in consideration of the speaker interval (2Δz) as shown in B of FIG. 4, a driving coefficient for expressing the spherical harmonic function Y 1 0 (θ, φ) can be obtained.
さらに、球面調和関数Y2 0(θ,φ)が、次の式(24)となるため、図4のCに示す縦型クアドラポールと、図4のAのモノポール音源との組み合わせで表現することができる。 Further, since the spherical harmonic function Y 2 0 (θ, φ) is expressed by the following equation (24), it is expressed by the combination of the vertical quadrapole shown in C of FIG. 4 and the monopole sound source of A of FIG. can do.
以上のことをまとめると、z軸上に3つの点音源がある場合、次数n=2までの球面調和関数Yn 0(θ,φ)を表現することができ、それぞれの駆動係数Fn(hz,ω)は、次の式(25)乃至式(27)に示すようになる。 Summarizing the above, when there are three point sound sources on the z-axis, spherical harmonics Y n 0 (θ, φ) up to order n = 2 can be represented, and their respective drive coefficients F n ( h z , ω) are as shown in the following equations (25) to (27).
ここで、式(26)で用いるC1は、次の式(28)に示す通りであり、式(27)で用いるC2は、次の式(29)に示す通りである。また、駆動係数の要素は、左からhz=1,0,−1に対応している。 Here, C 1 used in Formula (26) is as shown in the following Formula (28), and C 2 used in Formula (27) is as shown in the following Formula (29). Also, the elements of the driving coefficient correspond to h z = 1, 0, -1 from the left.
なお、これらの駆動係数の求め方は、上述した非特許文献3において詳細に説明されている。 Note that how to obtain these driving coefficients is described in detail in the above-mentioned Non-Patent Document 3.
そして、指向性基底An m(Ωp)を決定することができれば、所望の指向性(所望音圧の特性d(Ωp))を与えることで、上述した式(12)に基づいて展開係数anmを特定することができる。これにより、フィルタ係数w(ΩS)は、このように特定される展開係数anmと、指向性基底An m(Ωp)を決定するために用いたフィルタ基底En m(ΩS)とを用いて、上述した式(13)を演算することにより求められる。 Then, if the directional basis An m (Ω p ) can be determined, the desired directivity (characteristic d (Ω p ) of desired sound pressure) is given, and the expansion is performed based on the above equation (12). The coefficient a nm can be identified. Thus, the filter coefficient w (Ω s ) is the filter basis E n m (Ω s ) used to determine the expansion coefficient a nm specified in this way and the directional basis A n m (Ω p ) It is calculated | required by calculating Formula (13) mentioned above using.
<フィルタ係数決定装置の構成例>
図5は、上述したようなフィルタ係数の決定方法を適用したフィルタ係数決定装置の構成例を示すブロック図である。
<Configuration Example of Filter Coefficient Determination Device>
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of a filter coefficient determination device to which the above-described filter coefficient determination method is applied.
図5に示すように、フィルタ係数決定装置31は、フィルタ基底選択部32、指向性基底算出部33、展開係数特定部34、フィルタ係数演算部35、およびフィルタ係数設定部36を備えて構成される。
As shown in FIG. 5, the filter
フィルタ基底選択部32は、フィルタ係数決定装置31でフィルタ係数w(ΩS)を決定するのに使用するフィルタ基底En m(ΩS)を選択する。例えば、フィルタ基底選択部32は、上述の式(17)に示すような平面波展開を基本としたフィルタ基底En m(ΩS)、および、上述の式(18)に示すような多重極展開を基本としたフィルタ基底En m(ΩS)のうちの、いずれか一方を選択する。そして、フィルタ基底選択部32は、選択したフィルタ基底En m(ΩS)を指向性基底算出部33およびフィルタ係数演算部35に供給する。
The filter
指向性基底算出部33は、実測することにより求められる伝達関数G(Ωp|ΩS)、および、フィルタ基底選択部32から供給されるフィルタ基底En m(ΩS)を用いて、上述の式(15)を演算することにより指向性基底An m(Ωp)を算出する。そして、指向性基底算出部33は、算出した指向性基底An m(Ωp)を展開係数特定部34に供給する。
The directivity
展開係数特定部34は、指向性基底算出部33から供給される指向性基底An m(Ωp)に対し、所望の指向性(所望音圧の特性d(Ωp))を与えることにより、上述の式(12)に基づいて、展開係数anmを特定することができる。そして、展開係数特定部34は、特定した展開係数anmをフィルタ係数演算部35に供給する。
The expansion
フィルタ係数演算部35は、フィルタ基底選択部32から供給されるフィルタ基底En m(ΩS)、および、展開係数特定部34から供給される展開係数anmを用いて、上述の式(13)を演算する。これにより、フィルタ係数演算部35は、フィルタ係数w(ΩS)を求めて、フィルタ係数設定部36に供給する。
The filter
このとき、フィルタ係数演算部35は、円周方向のフィルタ係数展開に対しては円調和展開を基本としてフィルタ係数w(ΩS)を算出する。そして、フィルタ係数演算部35は、例えば、フィルタ基底選択部32により式(17)のフィルタ基底En m(ΩS)が選択されている場合、鉛直方向のフィルタ係数展開に対しては平面波展開を基本としてフィルタ係数w(ΩS)を算出することができる。一方、フィルタ係数演算部35は、例えば、フィルタ基底選択部32により式(18)のフィルタ基底En m(ΩS)が選択されている場合、鉛直方向のフィルタ係数展開に対しては多重極展開を基本としてフィルタ係数w(ΩS)を算出することができる。
At this time, the filter
さらに、フィルタ係数演算部35は、フィルタ係数w(ΩS)を算出する際に、上述の非特許文献1で開示されているように、L1ノルム正則化を用いて低域における合成次数を制限することで、フィルタ13のゲインを抑圧することができる。または、L1ノルム正則化に替えて、L2ノルム正則化を用いることができる。
Furthermore, when calculating the filter coefficient w (Ω s ), the filter
ここで、L1ノルム正則化およびL2ノルム正則化について説明する。まず、フィルタ係数は、上述した式(13)に示してあるとおり、所望音圧の特性d(Ω0)を指向性基底An m(Ω0)で得られた展開係数anmを用いて計算することができる。例えば、フィルタ係数基底En m(ΩS)は定数のため、フィルタの大きさ(ゲイン)は展開係数anmに依存する。L2ノルム正則化は、この展開係数anmの二乗和がある値λ以下になるように制限する手法であり、展開係数anmの絶対値を用いて、次の式(30)に示すように表現される。 Here, L1 norm regularization and L2 norm regularization will be described. First, as shown in the equation (13) described above, the filter coefficient is obtained by using the expansion coefficient a nm obtained from the characteristic d (Ω 0 ) of the desired sound pressure with the directional basis An m (Ω 0 ) It can be calculated. For example, since the filter coefficient base E n m (Ω S ) is a constant, the filter size (gain) depends on the expansion coefficient a nm . L2 norm regularization is a method of limiting the sum of squares of the expansion coefficient a nm to be a certain value λ or less, and using an absolute value of the expansion coefficient a nm , as shown in the following equation (30) Be expressed.
一方で、L1ノルム正則化は、展開係数anmの絶対値和がある値λ以下になるように制限する手法であり、次の式(31)で表現される。 On the other hand, L1 norm regularization is a method of limiting the sum of absolute values of expansion coefficients a nm to be a certain value λ or less, and is expressed by the following equation (31).
一般的に、L1ノルム正則化の場合は最適化することが難しいため、最適解である展開係数anmを得られるとは限らない。その場合は、L2ノルム正則化を使用した方が良い。 Generally, in the case of L1 norm regularization, it is difficult to optimize, so it is not always possible to obtain an expansion solution a nm which is an optimal solution. In that case, it is better to use L2 norm regularization.
このように、L1ノルム正則化およびL2ノルム正則化のいずれかを用いることで、放射効率が悪い指向性基底An m(Ω0)で展開したときに得られる展開係数anmが大きくなることを防止することができる。これにより、結果的にフィルタゲインを抑制することができ、歪のない自然な再生を行うことができる。 Thus, by using either L1 norm regularization or L2 norm regularization, the expansion coefficient a nm obtained when expanded with a directional basis An m (Ω 0 ) with poor radiation efficiency is increased. Can be prevented. As a result, the filter gain can be suppressed as a result, and natural reproduction without distortion can be performed.
フィルタ係数設定部36は、フィルタ係数演算部35から供給されるフィルタ係数w(ΩS)を保持しており、円筒形アレイ21に対して求める所望音圧の特性d(Ωp)に応じて、適切なフィルタ係数w(ΩS)をフィルタ13に設定する。
The filter
以上のようにフィルタ係数決定装置31は、上下方向および左右方向の所望の方向に所望の音量で音を出力ことができるように、円筒形アレイ21に指向性を持たせるための最適なフィルタ係数を確実に求めることができる。
As described above, the filter
<フィルタ係数決定処理の処理例>
図6に示すフローチャートを参照して、フィルタ係数決定装置31によるフィルタ係数決定処理について説明する。
Processing Example of Filter Coefficient Determination Processing
Filter coefficient determination processing by the filter
例えば、図1に示すように制御点Ω1乃至ΩMを配置してスピーカ素子14−1乃至14−Lから音を出力することで伝達関数G(Ωp|ΩS)が実測され、円筒形アレイ21に対して求める所望音圧の特性d(Ωp)が設定されると処理が開始される。
For example, as shown in FIG. 1, by arranging control points Ω 1 to Ω M and outputting sound from the speaker elements 14-1 to 14-L, the transfer function G (Ω p | Ω S ) is measured, and a cylinder When the desired sound pressure characteristic d (Ω p ) to be determined for the
ステップS11において、フィルタ基底選択部32は、上述の式(17)に示すような平面波展開を基本としたフィルタ基底En m(ΩS)、および、上述の式(18)に示すような多重極展開を基本としたフィルタ基底En m(ΩS)のうちの、いずれか一方を選択する。そして、フィルタ基底選択部32は、選択したフィルタ基底En m(ΩS)を指向性基底算出部33およびフィルタ係数演算部35に供給する。
In step S11, the filter
ステップS12において、指向性基底算出部33は、ステップS11でフィルタ基底選択部32から供給されるフィルタ基底En m(ΩS)、および、実測された伝達関数G(Ωp|ΩS)を用いて、上述の式(15)を演算する。これにより、指向性基底算出部33は、指向性基底An m(Ωp)を算出して展開係数特定部34に供給する。
In step S12, the directional
ステップS13において、展開係数特定部34は、ステップS12で指向性基底算出部33から供給される指向性基底An m(Ωp)に対し、設定された所望音圧の特性d(Ωp)を用い、上述の式(12)に基づいて、展開係数anmを特定する。そして、展開係数特定部34は、特定した展開係数anmをフィルタ係数演算部35に供給する。
In step S13, the expansion
ステップS14において、フィルタ係数演算部35は、ステップS11でフィルタ基底選択部32から供給されるフィルタ基底En m(ΩS)、および、ステップS13で展開係数特定部34から供給される展開係数anmを用いて、上述の式(13)を演算する。これにより、フィルタ係数演算部35は、フィルタ係数w(ΩS)を求めてフィルタ係数設定部36に供給し、そのフィルタ係数w(ΩS)がフィルタ係数設定部36によりフィルタ13に設定されると、処理は終了される。
In step S14, the
以上のように、フィルタ係数決定装置31により決定されるフィルタ係数w(ΩS)は、上述した式(13)式に示すように、フィルタ基底En m(ΩS)の線形和である。また、例えば、ある次数nおよび次数mの組み合わせを決めてフィルタ基底En m(ΩS)を1つずつ用いて円筒形アレイ21を鳴動させたときに周囲で観測される指向性は、指向性基底An m(Ωp)に従ったものとなる。ここで、指向性基底An m(Ωp)は、各次数における指向性のパターンだけではなく、音を放射する際のエネルギーも表現している。
As described above, the filter coefficient w (Ω S ) determined by the filter
これは、同じ大きさでスピーカ素子14を鳴動させたときの放射効率を与える。例えば、放射効率が低い場合は、ある制御点で音を聞くために大きな音を各スピーカ素子14に与えなければならないことを意味する。この場合、スピーカ素子14が歪んでしまい、音が悪化するだけではなく、指向性が再現されないことなる。
This gives the radiation efficiency when ringing the
そこで、フィルタ係数決定装置31では、上述したように次数nおよび次数mごとの放射効率を、指向性基底An m(Ωp)として事前に知ることができるため、例えば、放射効率の低い次数については使用せずに指向性を作るということが可能となる。このようにして指向性を作ることで、円筒形アレイ21は、歪のない自然な再生を行うことができる。
Therefore, in the filter
また、円筒形アレイ21は、円形アレイと比較して上下方向にも指向性を制御することができるという利点がある。さらに、円筒形アレイ21は、同じ指向性パターンのまま、φ方向に回転を行うことができるという利点がある。この利点は、音場の解析などを行う際に、同じエネルギーを各方向に放射することができるため、音場の解析などに適用することが有益である。
In addition, the
以上のように、本実施の形態における円筒形アレイ21は、通常のスピーカ素子14が複数個並べられて構成されており、上述したようにフィルタ係数w(ΩS)を決定することにより、高域成分のみならず通常の音声帯域であっても指向性を形成することが可能である。そして、このような円筒形アレイ21を家庭内で利用する音声コントロール端末に適用することにより、例えば、クラウド上で提供される人工知能アシスタントサービスとの会話などにおいて、会話を行っているユーザにのみに聞こえるように音を伝えることが実現可能となる。また、例えば、会話しているユーザを特定することにより、そのユーザの耳の特性が劣化していることが認識された場合、その特性を補うように、円筒形アレイ21からユーザに向かう方向の周波数特性を補正することなどが実現可能となる。
As described above, the
ここで、例えば、円筒形アレイ21の鉛直方向のフィルタ係数展開に対して、平面波展開を行う場合、フィルタ基底En m(ΩS)は直交している。一方で、多重極展開の場合のフィルタ基底En m(ΩS)は直交していない。そのため、上述した式(14)および式(15)の関係が多重極展開の場合、満たされない。ただし、本実施の形態では、伝達関数G(Ω0|ΩS)が実測データに基づいているため、この違いは大きな問題とはならない。
Here, for example, when plane wave expansion is performed with respect to filter coefficient expansion of the
それに対し、円筒形アレイ21の鉛直方向のフィルタ係数展開に対して、多重極展開を用いた場合の指向性基底An m(Ω0)は、従来の球面調和関数Yn m(Ω0)と関係付けられるため、放射効率を表現している式(6)で用いる係数bnを擬似的に求めることができる。ただし、厳密には多重極展開を用いた場合は、係数bnmとなり、次数nおよび次数mに依存する値となる。
On the other hand, for the filter factor expansion of the
一方で、平面波展開をする場合は円筒座標系を考えているため、球面調和関数Yn m(Ω0)と対応づけることができない。したがって、係数bnmを求めることができない。ただし、指向性基底An m(Ω0)自体が放射効率を表現しているため、例えば、各次数ごとの指向性基底An m(Ω0)の最大値が1となるように計算することで、放射効率が明確になる。 On the other hand, in the case of plane wave expansion, since the cylindrical coordinate system is considered, it can not be associated with the spherical harmonics Y n m (Ω 0 ). Therefore, the coefficient b nm can not be determined. However, since the directional basis An m (Ω 0 ) itself represents the radiation efficiency, for example, calculation is performed such that the maximum value of the directional basis An m (Ω 0 ) for each order is 1 The radiation efficiency becomes clear.
また、同じ所望音圧の特性d(Ω0)をそれぞれの場合の指向性基底An m(Ω0)で得られた展開係数anmを用いて、それぞれの場合のフィルタ基底En m(ΩS)で計算し、得られたそれぞれのフィルタ係数w(ΩS)で円筒形アレイ21を駆動したときに得られる結果は同じである。ただし、L1ノルム正則化またはL2ノルム正則化を考慮しない場合のみである。そのため、平面波展開、あるいは多重極展開の選択に関しては、どちらとも効果は一緒である。
Also, using the expansion coefficient a nm obtained in the directional basis An m (Ω 0 ) in each case for the characteristic d (Ω 0 ) of the desired sound pressure, the filter basis E n m (in each case) calculated in Omega S), the results obtained when driving the
<コンピュータの構成例>
なお、上述のフローチャートを参照して説明した各処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理(例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理)も含むものである。また、プログラムは、単一のCPUにより処理されるものであっても良いし、複数のCPUによって分散処理されるものであっても良い。
<Example of computer configuration>
Note that the processes described with reference to the above-described flowchart do not necessarily have to be processed in chronological order according to the order described as the flowchart, and processes performed in parallel or individually (for example, parallel processes or objects Processing) is also included. The program may be processed by a single CPU or may be distributed and processed by a plurality of CPUs.
また、上述した一連の処理(フィルタ係数決定方法)は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラムが記録されたプログラム記録媒体からインストールされる。 Further, the above-described series of processes (filter coefficient determination method) can be performed by hardware or can be performed by software. When a series of processes are executed by software, the various functions are executed by installing a computer in which a program constituting the software is incorporated in dedicated hardware or various programs. The program can be installed, for example, on a general-purpose personal computer from a program recording medium on which the program is recorded.
図7は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of a computer that executes the series of processes described above according to a program.
コンピュータにおいて、CPU(Central Processing Unit)101,ROM(Read Only Memory)102,RAM(Random Access Memory)103は、バス104により相互に接続されている。
In the computer, a central processing unit (CPU) 101, a read only memory (ROM) 102, and a random access memory (RAM) 103 are mutually connected by a
バス104には、さらに、入出力インタフェース105が接続されている。入出力インタフェース105には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部106、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部107、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部108、ネットワークインタフェースなどよりなる通信部109、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア111を駆動するドライブ110が接続されている。
Further, an input /
以上のように構成されるコンピュータでは、CPU101が、例えば、記憶部108に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース105及びバス104を介して、RAM103にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
In the computer configured as described above, for example, the
コンピュータ(CPU101)が実行するプログラムは、例えば、磁気ディスク(フレキシブルディスクを含む)、光ディスク(CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)等)、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディア111に記録して、あるいは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供される。
The program executed by the computer (CPU 101) is, for example, a magnetic disk (including a flexible disk), an optical disk (CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory), DVD (Digital Versatile Disc), etc.), a magneto-optical disk, or a semiconductor It is recorded on a
そして、プログラムは、リムーバブルメディア111をドライブ110に装着することにより、入出力インタフェース105を介して、記憶部108にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部109で受信し、記憶部108にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM102や記憶部108に、あらかじめインストールしておくことができる。
The program can be installed in the
なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。 The present embodiment is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present disclosure. Further, the effects described in the present specification are merely examples and are not limited, and other effects may be present.
11 音響システム, 12 再生装置, 13 フィルタ, 14 スピーカ素子, 21 円筒形アレイ, 31 フィルタ係数決定装置, 32 フィルタ基底選択部, 33 指向性基底算出部, 34 展開係数特定部, 35 フィルタ係数演算部, 36 フィルタ係数設定部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記円筒形アレイから出力される音の指向性の基となる指向性基底を算出する指向性基底算出部と、
前記指向性基底を算出するために用いられた関数であるフィルタ基底、および、前記指向性基底に対して所望の指向性を与えることによって求められる展開係数を用いて、前記円筒形アレイのフィルタ係数を演算するフィルタ係数演算部と
を備えるフィルタ係数決定装置。 A circular array, in which two or more speaker elements are arranged in the circumferential direction, is disposed in front of the speaker elements forming a cylindrical array in which two or more stages are stacked in the vertical direction orthogonal to the circumferential direction. A filter coefficient determination device for determining a filter coefficient to be set to a digital filter to be
A directional basis calculation unit that calculates a directional basis that is a basis of the directivity of the sound output from the cylindrical array;
Filter coefficients of the cylindrical array using a filter basis, which is a function used to calculate the directional basis, and expansion coefficients obtained by giving a desired directivity to the directional basis And a filter coefficient calculation unit that calculates a filter coefficient determination unit.
請求項1に記載のフィルタ係数決定装置。 The filter coefficient calculation unit is based on circular harmonic development for filter coefficient expansion in the circumferential direction of the cylindrical array, and multipole expansion for filter coefficient expansion in the vertical direction of the cylindrical array. The filter coefficient determination device according to claim 1, wherein filter coefficients of the cylindrical array are calculated.
請求項1に記載のフィルタ係数決定装置。 The filter coefficient calculation unit is based on circular harmonic expansion for filter coefficient expansion in the circumferential direction of the cylindrical array, and planar wave expansion for filter coefficient expansion in the vertical direction of the cylindrical array. The filter coefficient determination device according to claim 1, wherein filter coefficients of the cylindrical array are calculated.
請求項1乃至3のいずれかに記載のフィルタ係数決定装置。 The directional basis calculation unit is a transfer function obtained by observing sound output from the cylindrical array at a plurality of control points on a spherical surface separated from the cylindrical array by a predetermined distance or more, and the filter The filter coefficient determination device according to any one of claims 1 to 3, wherein the directional basis is calculated based on a filter basis on which a coefficient is based.
請求項1乃至4のいずれかに記載のフィルタ係数決定装置。 The filter coefficient determination device according to any one of claims 1 to 4, wherein the filter coefficient calculation unit calculates the filter coefficient using L2 norm regularization or L1 norm regularization.
前記円筒形アレイから出力される音の指向性の基となる指向性基底を算出することと、
前記指向性基底を算出するために用いられた関数であるフィルタ基底、および、前記指向性基底に対して所望の指向性を与えることによって求められる展開係数を用いて、前記円筒形アレイのフィルタ係数を演算することと
を含むフィルタ係数決定方法。 A circular array, in which two or more speaker elements are arranged in the circumferential direction, is disposed in front of the speaker elements forming a cylindrical array in which two or more stages are stacked in the vertical direction orthogonal to the circumferential direction. A filter coefficient determination device that determines the filter coefficient to be set to the digital filter to be
Calculating a directional basis on which the directivity of the sound output from the cylindrical array is based;
Filter coefficients of the cylindrical array using a filter basis, which is a function used to calculate the directional basis, and expansion coefficients obtained by giving a desired directivity to the directional basis A method of determining filter coefficients, including computing.
前記円筒形アレイから出力される音の指向性の基となる指向性基底を算出することと、
前記指向性基底を算出するために用いられた関数であるフィルタ基底、および、前記指向性基底に対して所望の指向性を与えることによって求められる展開係数を用いて、前記円筒形アレイのフィルタ係数を演算することと
を含む処理を実行させるためのプログラム。 A circular array, in which two or more speaker elements are arranged in the circumferential direction, is disposed in front of the speaker elements forming a cylindrical array in which two or more stages are stacked in the vertical direction orthogonal to the circumferential direction. The computer of the filter coefficient determination device for determining the filter coefficient to be set to the digital filter to be
Calculating a directional basis on which the directivity of the sound output from the cylindrical array is based;
Filter coefficients of the cylindrical array using a filter basis, which is a function used to calculate the directional basis, and expansion coefficients obtained by giving a desired directivity to the directional basis And a program for executing processing including.
前記円筒形アレイを構成する前記スピーカ素子の前段に設置されるディジタルフィルタと
を備え、
前記円筒形アレイから出力される音の指向性の基となる指向性基底を算出し、
前記指向性基底を算出するために用いられた関数であるフィルタ基底、および、前記指向性基底に対して所望の指向性を与えることによって求められる展開係数を用いて、前記円筒形アレイのフィルタ係数を演算する
ことにより決定された前記フィルタ係数が前記ディジタルフィルタに設定されている
音響システム。 A cylindrical array in which a circular array in which two or more speaker elements are arranged in the circumferential direction is stacked in two or more stages in the vertical direction orthogonal to the circumferential direction;
And a digital filter disposed in front of the speaker elements constituting the cylindrical array;
Calculating a directional basis on which the directivity of the sound output from the cylindrical array is based,
Filter coefficients of the cylindrical array using a filter basis, which is a function used to calculate the directional basis, and expansion coefficients obtained by giving a desired directivity to the directional basis An acoustic system in which the filter coefficients determined by computing are set in the digital filter.
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WO2021038782A1 (en) * | 2019-08-29 | 2021-03-04 | 日本電信電話株式会社 | Signal processing device, signal processing method, and signal processing program |
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