JP2019161455A - Ambisonics signal generating device, sound field reproducing device, and ambisonics signal generating method - Google Patents

Ambisonics signal generating device, sound field reproducing device, and ambisonics signal generating method Download PDF

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Abstract

To provide an Ambisonics signal generating device, a sound field reproducing device, and an Ambisonics signal generating method, capable of generating an appropriate Ambisonics signal even when applied to a scale model experiment.SOLUTION: An Ambisonics signal generating device 20 includes: a single microphone 22 for collecting sound in a predetermined target frequency band; a moving unit 24 for moving the microphone 22 to each of a plurality of positions separated by a distance d determined according to a value less than a half wavelength of sound having an upper limit frequency in the target frequency band; and an Ambisonics signal generating unit 28 for generating an Ambisonics signal on the basis of a signal of sound collected by the microphone 22 at each of the plurality of positions.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、アンビソニックス信号生成装置、音場再生装置、及びアンビソニックス信号生成方法に関する。   The present disclosure relates to an ambisonics signal generation device, a sound field reproduction device, and an ambisonics signal generation method.

従来から、劇場やホール等の音響設計に使用する検討ツールとしては、コンピュータシミュレーションと縮尺模型実験とが挙げられる。コンピュータシミュレーションを検討ツールとして用いる手法では、室の3次元形状をCAD(Computer Aided Design)モデル化し、その空間内の音の伝搬性状を幾何音響学に則って検討する。近年はコンピュータの計算能力の向上と、建築図書がCAD化され室形状データを建築設計者と共有することが可能となったことから、経済性かつ機動力のあるツールとなりつつある。 Conventionally, as a study tool used for acoustic design of a theater or a hall, there are computer simulation and scale model experiment. In the method using computer simulation as a study tool , the three-dimensional shape of a room is converted into a CAD (Computer Aided Design) model, and the sound propagation characteristics in the space are examined in accordance with geometric acoustics. In recent years, the computer's computing power has been improved, and architectural books have been converted to CAD so that room shape data can be shared with architectural designers. Therefore, it is becoming an economical and flexible tool.

しかしながら、コンピュータシミュレーションを用いた手法では、信号の反射、解析、及び散乱に関する仮定が、実音場と大きく異なる場合がある。また、コンピュータシミュレーションでは、実際の建築物では重要な要素である2次元曲面や3次元曲面等のさまざまな不規則表面や意匠的ディテールを扱うことは困難である。   However, in the method using computer simulation, assumptions regarding signal reflection, analysis, and scattering may differ greatly from the actual sound field. In computer simulation, it is difficult to handle various irregular surfaces and design details such as two-dimensional curved surfaces and three-dimensional curved surfaces, which are important elements in actual buildings.

一方、縮尺模型実験を検討ツールとして用いる手法では、一般に、実寸の1/10〜1/20縮尺の実音場の模型を製作し、相似則を満たした条件下で音の伝搬を計測する。例えば、建築CADデータをもとにNC(Numerically Controlled)工作機械を利用することで、精巧な模型を製作できる。つまり、縮尺模型実験を用いた手法では、室形状に関するファクターを相当な精度で模擬することが可能であり、有効な計算方法が確立されていない曲面やディテールの影響までを含んだ検討ができる。そのため、高い音響的品質の求められるプロジェクト等では、縮尺模型実験は、重要なツールとなっている。   On the other hand, in the method using the scale model experiment as a study tool, generally, a model of a real sound field with a scale of 1/10 to 1/20 of the actual scale is manufactured, and sound propagation is measured under a condition satisfying the similarity law. For example, an elaborate model can be produced by using NC (Numerically Controlled) machine tools based on architectural CAD data. In other words, the method using the scale model experiment can simulate the factor related to the room shape with considerable accuracy, and can consider the influence of curved surfaces and details for which no effective calculation method has been established. Therefore, the scale model experiment has become an important tool in projects that require high acoustic quality.

「高臨場感音響技術とその理論」 安藤、IEICE Fundamentals Review, Vol.3, No.4,pp33-46, 2010"Highly realistic acoustic technology and its theory" Ando, IEICE Fundamentals Review, Vol.3, No.4, pp33-46, 2010

上述した縮尺模型実験では、例えば、縮尺模型の受音位置において、2本のモノラルマイクを、離間して設置する、或いは小型のステレオマイクを用いる方法がある。この方法は、容易に測定できるが、再生できる音場も2次元に限られるため、通常のステレオ再生程度の音場の再生しかできないという問題点がある。   In the scale model experiment described above, for example, there are methods in which two monaural microphones are set apart at the sound receiving position of the scale model, or a small stereo microphone is used. Although this method can be easily measured, since the sound field that can be reproduced is limited to two dimensions, there is a problem that only a sound field equivalent to that of normal stereo reproduction can be reproduced.

また例えば、小型ダミーヘッドを用いて集音する方法がある。この方法は、頭部伝達関数を模擬する方法で、3次元の音響空間を集音及び再生できるが、集音時の小型ダミーヘッドの頭部・耳介・肩等の形状と、再生時の聴取者の同形状が完全に相似側を満たしている必要があり、異なる場合には正確に再現されないという問題がある。また、再生音をヘッドホンで呈示する場合には、上記のような問題は避けることが出来るが、技術的に頭外定位させることが難しく、立体音場の再生は困難である。   For example, there is a method of collecting sound using a small dummy head. This method simulates the head-related transfer function and can collect and reproduce a three-dimensional acoustic space. However, the shape of the head, auricle, shoulder, etc. of the small dummy head during sound collection and There is a problem that the same shape of the listener needs to completely satisfy the similar side, and if it is different, it cannot be accurately reproduced. Moreover, when the reproduced sound is presented with headphones, the above-described problems can be avoided, but it is technically difficult to perform out-of-head localization, and reproduction of a three-dimensional sound field is difficult.

一方、実音場を3次元で集音・再生する方法として、アンビソニックス方式がある。アンビソニックスは、受音点における音圧を球面調和関数で階層的に展開する方法で、モノフォニックから3次元立体音場の集音・再生が定式化されている(例えば、非特許文献1参照)。   On the other hand, there is an ambisonics method as a method for collecting and reproducing a real sound field in three dimensions. Ambisonics is a method of hierarchically expanding the sound pressure at a sound receiving point with a spherical harmonic function, and the collection and reproduction of a three-dimensional sound field from monophonic is formulated (for example, see Non-Patent Document 1). .

1次アンビソニックスは、球面調和関数の1次までの展開係数を用いる方法であり、無指向性(0次)及び、x,y,z軸方向の指向性について実音場における集音方法には、Aフォーマット及びBフォーマットの2種類がある。Aフォーマットでは、4個のカーディオイド型マイクロホンを正四面体の頂点に配置したものを用いる。また、Bフォーマットでは、マイクロホンユニットの中心付近に、双指向性マイクロホンを、x,y,z軸方向用に1個ずつと無指向性マイクロホン1個を配置したものを用いる。そして、演算により無指向性及び双指向性の特性を得る方法である。   The first-order ambisonics is a method that uses expansion coefficients up to the first order of the spherical harmonic function, and there is no omnidirectionality (0th order) and directivity in the x, y, and z-axis directions. There are two types, A format and B format. In the A format, four cardioid microphones arranged at the vertices of a regular tetrahedron are used. In the B format, a microphone in which a bidirectional microphone is arranged near the center of the microphone unit, one for the x, y, and z directions and one omnidirectional microphone is used. And, it is a method of obtaining omnidirectional and bidirectional characteristics by calculation.

さらに、精度の高い集音を行うためには、球表面上に設置した多チャンネルマイクロホンを用いる方法により、高次の指向性を得る方法が実用化されている。   Furthermore, in order to collect sound with high accuracy, a method of obtaining high-order directivity by a method using a multi-channel microphone installed on the sphere surface has been put into practical use.

そのため、アンビソニックス方式を縮尺模型実験に適用して、3次元音場を可聴化することが望まれている。しかしながら、この場合、相似則により超音波帯域での測定が必要となるが、小型でこの条件を満たすアンビソニックス用のマイクロホンは、現状では存在しない。   Therefore, it is desired to make the three-dimensional sound field audible by applying the ambisonics method to a scale model experiment. However, in this case, measurement in the ultrasonic band is required due to the similarity law, but there is no ambisonics microphone that satisfies this condition in a small size.

このように、従来の方法を縮尺模型実験に適用した場合、縮尺模型内での集音した音によるアンビソニックス信号の生成が適切に成されず、音場の再生が困難だった。   As described above, when the conventional method is applied to the scale model experiment, the generation of the ambisonic signal by the sound collected in the scale model is not properly performed, and it is difficult to reproduce the sound field.

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、縮尺模型実験に適用した場合でも、適切なアンビソニックス信号の生成が可能なアンビソニックス信号生成装置、音場再生装置、及びアンビソニックス信号生成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and even when applied to a scale model experiment, an ambisonic signal generator, a sound field reproducing device, and an ambisonics capable of generating an appropriate ambisonic signal. An object is to provide a signal generation method.

上記目的を達成するために、第1の態様のアンビソニックス信号生成装置は、予め定められた対象周波数帯域の音を集音する単一のマイクロホンと、前記対象周波数帯域の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定めた距離離れた複数の位置の各々に、前記マイクロホンを移動させる移動部と、前記複数の位置の各々において前記マイクロホンによって集音された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成する信号生成部と、を含む。   In order to achieve the above object, an ambisonics signal generation device according to a first aspect includes a single microphone that collects sound in a predetermined target frequency band, and a half of the sound in the upper limit frequency of the target frequency band. A moving unit that moves the microphone to each of a plurality of positions separated by a distance determined according to a value less than a wavelength, and an ambience based on a sound signal collected by the microphone at each of the plurality of positions. A signal generation unit that generates a sonics signal.

第1の態様のアンビソニックス信号生成装置では、単一のマイクロホンを移動部により、対象周波数帯域の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定めた距離離れた複数の位置の各々に移動させて、マイクロホンによって集音された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成する。これにより、第1の態様のアンビソニックス信号生成装置によれば、縮尺模型実験に適用した場合でも、適切なアンビソニックス信号の生成が可能となる。   In the ambisonics signal generation device according to the first aspect, a single microphone is moved by the moving unit to each of a plurality of positions separated by a distance determined according to a value less than a half wavelength of the sound of the upper limit frequency of the target frequency band. Thus, an ambisonic signal is generated based on the sound signal collected by the microphone. Thereby, according to the ambisonics signal generation device of the first aspect, it is possible to generate an appropriate ambisonics signal even when applied to a scale model experiment.

第2の態様のアンビソニックス信号生成装置は、第1の態様のアンビソニックス信号生成装置において、前記対象周波数帯域は、周波数に応じて分割した複数の帯域の中の2つ以上の帯域であり、前記距離は、前記2つ以上の帯域各々の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定められている。   The ambisonic signal generator of the second aspect is the ambisonic signal generator of the first aspect, wherein the target frequency band is two or more of a plurality of bands divided according to the frequency, The distance is determined according to a value less than a half wavelength of the sound of the upper limit frequency of each of the two or more bands.

第2の態様のアンビソニックス信号生成装置では、対象周波数帯域が、周波数に応じて分割した複数の帯域の中の2つ以上の帯域であるため、1つの帯域(分割しない場合)と比べて、マイクロホンのSN(signal-to-Noise)比を向上させることができる。   In the ambisonics signal generation device of the second aspect, since the target frequency band is two or more bands among the plurality of bands divided according to the frequency, compared to one band (when not divided), The SN (signal-to-noise) ratio of the microphone can be improved.

第3の態様のアンビソニックス信号生成装置は、第1の態様または第2の態様のアンビソニックス信号生成装置において、前記マイクロホンは、実音場を縮尺して作成した縮尺模型空間内の音を集音する。   The ambisonics signal generation device according to a third aspect is the ambisonics signal generation device according to the first or second aspect, wherein the microphone collects sound in a scale model space created by reducing the actual sound field. To do.

第3の態様のアンビソニックス信号生成装置では、実音場を縮尺して作成した縮尺模型空間内の音をマイクロホンにより集音するため、縮尺模型内での集音された音によりアンビソニックス信号を生成することができる。   In the ambisonics signal generation device according to the third aspect, the ambisonic signal is generated by the sound collected in the scale model in order to collect the sound in the scale model space created by reducing the actual sound field by the microphone. can do.

第4の態様に記載のアンビソニックス信号生成装置は、第1の態様から第3の態様のいずれか1態様のアンビソニックス信号生成装置において、前記複数の位置は、前記信号生成部で生成するアンビソニックス信号の次数をnとした場合、(n+1)以上の位置に定められる。 The ambisonics signal generation device according to a fourth aspect is the ambisonic signal generation device according to any one of the first to third aspects, wherein the plurality of positions are generated by the signal generation unit. When the order of the sonic signal is n, it is determined at a position of (n + 1) 2 or more.

第4の態様のアンビソニックス信号生成装置では、アンビソニックス信号の次数をnとした場合、(n+1)以上の位置でマイクロホンによって集音されるため、再現精度の高いアンビソニックス信号を生成することができる。 In the ambisonics signal generation device according to the fourth aspect, when the order of the ambisonics signal is n, the sound is collected by the microphone at a position of (n + 1) 2 or more, so that an ambisonics signal with high reproduction accuracy is generated. can do.

第5の態様に記載のアンビソニックス信号生成装置は、第1の態様から第4の態様のいずれか1態様のアンビソニックス信号生成装置において、前記複数の位置は、集音対象空間内に想定された三次元空間座標の原点に対応する位置、前記三次元空間座標の三軸各々の軸上における原点に対して対称な一対の点の各々に対応する位置を含む。   The ambisonics signal generation device according to a fifth aspect is the ambisonics signal generation device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the plurality of positions are assumed in a sound collection target space. A position corresponding to the origin of the three-dimensional space coordinates, and a position corresponding to each of a pair of points symmetrical with respect to the origin on each of the three axes of the three-dimensional space coordinates.

第5の態様のアンビソニックス信号生成装置では、集音対象空間内に想定された三次元空間座標の原点に対応する位置、三次元空間座標の三軸各々の軸上における原点に対して対称な一対の点の各々に対応する位置において、マイクロホンにより集音される。これにより、第5の態様のアンビソニックス信号生成装置によれば、適切な位置においてマイクロホンによって集音されるため、再現精度の高いアンビソニックス信号を生成することができる。   In the ambisonics signal generation device according to the fifth aspect, the position corresponding to the origin of the three-dimensional spatial coordinates assumed in the sound collection target space and the origin on each of the three axes of the three-dimensional spatial coordinates are symmetrical. Sound is collected by a microphone at a position corresponding to each of the pair of points. Thus, according to the ambisonics signal generation device of the fifth aspect, since the sound is collected by the microphone at an appropriate position, it is possible to generate an ambisonic signal with high reproduction accuracy.

第6の態様に記載のアンビソニックス信号生成装置は、第1の態様から第5の態様のいずれか1態様のアンビソニックス信号生成装置において、前記複数の位置は、前記距離が異なる位置を含む。   The ambisonics signal generation device according to a sixth aspect is the ambisonics signal generation device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the plurality of positions include positions where the distances are different.

第6の態様のアンビソニックス信号生成装置では、距離が異なる位置においてマイクロホンにより集音された音を含むことができるため、集音の際の位置決めの自由度を高めることができる。   In the ambisonics signal generation device according to the sixth aspect, it is possible to include sounds collected by the microphones at positions with different distances, so that the degree of freedom in positioning during sound collection can be increased.

上記目的を達成するために、第7の態様の音場再生装置は、第1の態様から第6の態様のいずれか1態様に記載のアンビソニックス信号生成装置と、前記アンビソニックス信号生成装置が生成するアンビソニックス信号を用いて、スピーカを駆動する駆動信号を生成する駆動部と、を含む。   In order to achieve the above object, a sound field reproduction device according to a seventh aspect includes the ambisonics signal generation device according to any one of the first to sixth aspects, and the ambisonics signal generation device. And a drive unit that generates a drive signal for driving the speaker using the generated ambisonics signal.

第7の態様の音場再生装置は、駆動部が、本開示のアンビソニックス信号生成装置により生成されたアンビソニックス信号から生成した駆動信号により、スピーカを駆動することができる。このように第7の態様の音場再生装置によれば、縮尺模型実験に適用した場合でも、適切なアンビソニックス信号の生成が可能となり、適切に音場の再生が成される。   In the sound field reproduction device according to the seventh aspect, the driving unit can drive the speaker by the drive signal generated from the ambisonic signal generated by the ambisonic signal generator of the present disclosure. As described above, according to the sound field reproducing device of the seventh aspect, even when applied to the scale model experiment, it is possible to generate an appropriate ambisonic signal and appropriately reproduce the sound field.

上記目的を達成するために、第8の態様のアンビソニックス信号生成方法は、単一のマイクロホンが、予め定められた対象周波数帯域の音を集音するステップと、移動部が、前記対象周波数帯域の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定めた距離離れた複数の位置の各々に、前記マイクロホンを移動させるステップと、信号生成部が、前記複数の位置の各々において前記マイクロホンによって集音された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成するステップと、を含む。   In order to achieve the above object, an ambisonics signal generation method according to an eighth aspect includes a step of a single microphone collecting sound in a predetermined target frequency band, and a moving unit including the target frequency band. Moving the microphone to each of a plurality of positions separated by a distance determined according to a value less than a half wavelength of the sound of the upper limit frequency of the sound, and a signal generator is collected by the microphone at each of the plurality of positions. Generating an ambisonics signal based on the signal of the sound that has been sounded.

本開示によれば、縮尺模型実験に適用した場合でも、適切なアンビソニックス信号の生成を可能とすることができる。   According to the present disclosure, even when applied to a scale model experiment, it is possible to generate an appropriate ambisonic signal.

実施形態の音場再生システムの構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the sound field reproduction | regeneration system of embodiment. 実施形態の音源の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sound source of embodiment. 実施形態のマイクロホン及び移動部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the microphone and moving part of embodiment. 実施形態の音場再生装置(アンビソニックス信号生成装置)の制御系の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the control system of the sound field reproducing | regenerating apparatus (ambisonics signal generation apparatus) of embodiment. 実施形態のアンビソニックス信号生成処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of the ambisonics signal generation process of embodiment. 1次アンビソニックス信号を得るためのマイクロホンの集音位置の位置例を説明する図である。It is a figure explaining the position example of the sound collection position of the microphone for obtaining a primary ambisonics signal. 実施形態のアンビソニックス信号再生処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of the ambisonics signal reproduction | regeneration processing of embodiment. 2次アンビソニックス信号を得るためのマイクロホンの集音位置の位置例を説明する図である。It is a figure explaining the position example of the sound collection position of the microphone for obtaining a secondary ambisonics signal.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態は本発明を限定するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this embodiment does not limit this invention.

まず、図1を参照して、本発明が適用された音場再生システム1の全体構成の一例について説明する。   First, an example of the overall configuration of a sound field reproduction system 1 to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.

図1に示すように、本実施形態の音場再生システム1は、音場再生装置10、縮尺模型12、音源14、及びスピーカ18を備える。また、図1に示すように、本実施形態の音場再生装置10は、アンビソニックス信号生成装置20及びアンビソニックスデコーダ30を備える。さらに、アンビソニックス信号生成装置20は、マイクロホン22、移動部24、制御部26、及びアンビソニックス信号生成部28を含む。   As shown in FIG. 1, the sound field reproduction system 1 of this embodiment includes a sound field reproduction device 10, a scale model 12, a sound source 14, and a speaker 18. As shown in FIG. 1, the sound field reproduction device 10 according to the present embodiment includes an ambisonic signal generation device 20 and an ambisonic decoder 30. Furthermore, the ambisonics signal generation device 20 includes a microphone 22, a moving unit 24, a control unit 26, and an ambisonics signal generation unit 28.

本実施形態の縮尺模型12は、一例として、実音場を、1/10に縮小した模型である。なお、模型の縮小率は、本実施形態に限定されないことは言うまでもない。縮尺模型12内には、音源14、マイクロホン22、及び移動部24が配置されている。   The scale model 12 of this embodiment is a model in which the actual sound field is reduced to 1/10 as an example. Needless to say, the reduction ratio of the model is not limited to this embodiment. Inside the scale model 12, a sound source 14, a microphone 22, and a moving unit 24 are arranged.

音源14は、縮尺模型12用の音源である。本実施形態の音源14は、縮尺模型実験に用いる音源として必要とされる、十分な音響パワー、広帯域で平坦な周波数特性、放射波形の再現性(ヒステリシスを生じないこと)が良いこと、及び寿命・耐久性が良いこと等の性能を満たしている。また、音源14は、物理量の測定に際しては、ISO3882の12面体音源との相似性を満たしている。本実施形態の音源14の一例を図2に示す。   The sound source 14 is a sound source for the scale model 12. The sound source 14 of the present embodiment has sufficient acoustic power, a wide and flat frequency characteristic, a reproducibility of a radiation waveform (no hysteresis) required as a sound source used for a scale model experiment, and a lifetime.・ Performs such as good durability. The sound source 14 satisfies the similarity to the ISO3882 dodecahedron sound source when measuring physical quantities. An example of the sound source 14 of the present embodiment is shown in FIG.

図2に示した音源14は、圧電型振動体であるPVDF(PolyVinylidene DiFluoride)膜を貼り合わせた振動膜周辺を固定し、波形に保持したものを振動体として用いた。振動体の1ユニットの寸法は、22.8mm×11.8mm×3.8mm、タックの幅と深さは3mm〜6mm、及び0.5mm〜1mmとした。この振動体を、12面体の各面に振動部14Aとして取り付け、1/10縮尺の12面体スピーカとして音源14を制作した。   The sound source 14 shown in FIG. 2 uses a vibration body that is fixed around a vibration film to which a PVDF (PolyVinylidene DiFluoride) film, which is a piezoelectric vibration body, is bonded and held in a waveform. The size of one unit of the vibrating body was 22.8 mm × 11.8 mm × 3.8 mm, and the width and depth of the tack were 3 mm to 6 mm, and 0.5 mm to 1 mm. This vibrating body was attached to each surface of the dodecahedron as a vibrating portion 14A, and the sound source 14 was produced as a 1/10 scale dodecahedron speaker.

なお、本実施形態の音源14は、周波数が40kHzまでに対応する低音域用の音源14と、周波数が14kHz〜300kHzまでに対応する高音域用の音源14とを、集音対象とする対象周波数帯域に応じて使い分けている。   Note that the sound source 14 of the present embodiment is a target frequency for collecting a sound source 14 for a low frequency range corresponding to a frequency up to 40 kHz and a sound source 14 for a high frequency range corresponding to a frequency of 14 kHz to 300 kHz. It is used properly according to the bandwidth.

一方、本実施形態のマイクロホン22には、アンビソニックス信号を集音する単一のマイクロホンを用いた。具体例として、本実施形態では、マイクロホン22として、B&K社製、4138型、外部偏極型音圧音場マイクロホンを単一で用いた。本実施形態のマイクロホン22は、音源14から出力された音を集音し、集音した音の信号をアンビソニックス信号生成部28に出力する。   On the other hand, as the microphone 22 of the present embodiment, a single microphone that collects an ambisonic signal is used. As a specific example, in the present embodiment, as the microphone 22, a 4138 type, external polarization type sound pressure sound field microphone manufactured by B & K Co., Ltd. is used as a single unit. The microphone 22 of the present embodiment collects the sound output from the sound source 14 and outputs the collected sound signal to the ambisonic signal generator 28.

本実施形態のマイクロホン22は、移動部24に取り付けられており、移動部24によって、所定の複数の位置(詳細後述)の各々に移動が可能である。本実施形態のマイクロホン22及び移動部24の一例を図3に示す。本実施形態の移動部24は、自動ステージ24Aと、自動ステージ24Aに取り付けられた保持部24Bと、保持部24Bの先端に取り付けられた保持部24Cとを有している。保持部24Cの先端には、マイクロホン22が保持されている。   The microphone 22 of this embodiment is attached to a moving unit 24, and can be moved to each of a plurality of predetermined positions (details will be described later) by the moving unit 24. An example of the microphone 22 and the moving unit 24 of the present embodiment is shown in FIG. The moving unit 24 of the present embodiment includes an automatic stage 24A, a holding unit 24B attached to the automatic stage 24A, and a holding unit 24C attached to the tip of the holding unit 24B. A microphone 22 is held at the tip of the holding portion 24C.

自動ステージ24Aは、制御部26に接続されており、制御部26の指示により、保持部24Cに保持されているマイクロホン22を、3次元方向(x,y,z)方向に自動的に移動する。なお、自動ステージ24Aの外装は、吸音材で被覆されており、音源14からの音が反響(反射)しないようにされている。   The automatic stage 24A is connected to the control unit 26, and automatically moves the microphone 22 held by the holding unit 24C in a three-dimensional direction (x, y, z) according to an instruction from the control unit 26. . The exterior of the automatic stage 24A is covered with a sound absorbing material so that the sound from the sound source 14 does not reverberate (reflect).

本実施形態では、具体例として、中央精機製、ハイグレードXYステージ、ALD−4011−G0Mと、中央精機製、ハイグレードZ昇降ステージ、LV−4042−1と、を組合せることにより、位置決めの精度が0.01mm、ステージの寸法が40mm×40mm、及び高さが90mmの自動ステージを制作して、移動部24として用いた。なお、保持部24Bの長さは280mmであり、保持部24Cの長さは50mmとした。   In this embodiment, as a specific example, positioning is performed by combining a high-grade XY stage, ALD-4011-G0M, manufactured by Chuo Seiki, and a high-grade Z lift stage, LV-4042-1, manufactured by Chuo Seiki. An automatic stage having an accuracy of 0.01 mm, a stage size of 40 mm × 40 mm, and a height of 90 mm was produced and used as the moving unit 24. The length of the holding portion 24B was 280 mm, and the length of the holding portion 24C was 50 mm.

本実施形態の制御部26は、音源14から予め定められた対象周波数帯域の音を出力させる制御を行う機能を有する。また、制御部26は、マイクロホン22を予め定められた所定の複数の位置(詳細後述)に移動させるための指示を移動部24に出力する機能を有する。   The control unit 26 of the present embodiment has a function of performing control to output sound in a predetermined target frequency band from the sound source 14. Further, the control unit 26 has a function of outputting an instruction for moving the microphone 22 to a plurality of predetermined positions (details will be described later) to the moving unit 24.

アンビソニックス信号生成部28は、マイクロホン22から出力された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成する。本実施形態のアンビソニックス信号生成部28が、本開示の信号生成部の一例である。   The ambisonic signal generator 28 generates an ambisonic signal based on the sound signal output from the microphone 22. The ambisonics signal generation unit 28 of the present embodiment is an example of the signal generation unit of the present disclosure.

アンビソニックスデコーダ30は、アンビソニックス信号生成部28により生成されたアンビソニックス信号をデコードして、音場を再現するための複数のスピーカ18各々を駆動するための駆動信号を生成する。本実施形態のアンビソニックスデコーダ30が、本開示の駆動部の一例である。   The ambisonics decoder 30 decodes the ambisonic signal generated by the ambisonic signal generator 28 and generates a drive signal for driving each of the plurality of speakers 18 for reproducing the sound field. The ambisonics decoder 30 of the present embodiment is an example of a drive unit of the present disclosure.

本実施形態の制御部26、アンビソニックス信号生成部28、及びアンビソニックスデコーダ30は、サーバコンピュータ等により実現できる。図4を参照して、音場再生装置10(アンビソニックス信号生成装置20)の構成について説明する。図4に示すように、本実施形態の音場再生装置10は、CPU(Central Processing Unit)40、ROM(Read Only Memory)42、及びRAM(Random Access Memory)44、及びI/F(Interface)部46を備える。CPU40は、音場再生装置10の全体の動作を制御する。ROM42には、CPU40で実行される、後述するアンビソニックス信号生成処理プログラム、及びアンビソニックス信号再生処理を含む各種のプログラム等が予め記憶されている。RAM44は、各種データを一時的に記憶する。また、I/F部46は、無線通信及び有線通信の少なくとも一方により、音源14、スピーカ18、及びマイクロホン22の各々と通信を行う。また、I/F部46は、図示を省略したが、無線通信及び有線通信の少なくとも一方により、音場再生装置10の外部装置との間で、各種信号の送受信を行う。移動部24、CPU40、ROM42、RAM44、及びI/F部46は、システムバスやコントロールバス等のバス49を介して相互に接続されている。   The control unit 26, the ambisonics signal generation unit 28, and the ambisonics decoder 30 of the present embodiment can be realized by a server computer or the like. With reference to FIG. 4, the configuration of the sound field reproduction device 10 (the ambisonics signal generation device 20) will be described. As shown in FIG. 4, the sound field reproduction apparatus 10 of this embodiment includes a CPU (Central Processing Unit) 40, a ROM (Read Only Memory) 42, a RAM (Random Access Memory) 44, and an I / F (Interface). Part 46 is provided. The CPU 40 controls the overall operation of the sound field reproduction device 10. The ROM 42 stores in advance various programs including an ambisonic signal generation processing program, which will be described later, and an ambisonic signal reproduction process, which are executed by the CPU 40. The RAM 44 temporarily stores various data. The I / F unit 46 communicates with each of the sound source 14, the speaker 18, and the microphone 22 by at least one of wireless communication and wired communication. Although not shown, the I / F unit 46 transmits / receives various signals to / from an external device of the sound field reproduction device 10 by at least one of wireless communication and wired communication. The moving unit 24, the CPU 40, the ROM 42, the RAM 44, and the I / F unit 46 are connected to each other via a bus 49 such as a system bus or a control bus.

次に、本実施形態の音場再生システム1における音場再生装置10の作用について説明する。   Next, the operation of the sound field reproduction device 10 in the sound field reproduction system 1 of the present embodiment will be described.

(実施例1)
本実施例では、音場再生装置10により1次アンビソニックス信号を生成し、再生する形態について説明する。
Example 1
In the present embodiment, a description will be given of a form in which a primary ambisonic signal is generated and reproduced by the sound field reproducing apparatus 10.

まず、本実施例におけるアンビソニックス信号生成装置20による、アンビソニックス信号生成処理について説明する。   First, the ambisonic signal generation processing by the ambisonic signal generation device 20 in the present embodiment will be described.

本実施例のアンビソニックス信号生成装置20では、一例として、外部装置により行われた縮尺模型実験の開始の指示を受け付けた場合に、CPU40がROM42に記憶されているアンビソニックス信号生成処理プログラムを実行することにより、CPU40が制御部26及びアンビソニックス信号生成部28として機能し、図5に示したアンビソニックス信号生成処理を実行する。   In the ambisonics signal generation device 20 of the present embodiment, as an example, when an instruction to start a scale model experiment performed by an external device is received, the CPU 40 executes an ambisonics signal generation processing program stored in the ROM 42. As a result, the CPU 40 functions as the control unit 26 and the ambisonics signal generation unit 28 and executes the ambisonics signal generation process shown in FIG.

図5に示したステップS100で制御部26は、音源14から対象周波数帯域の音を出力させる。本実施例では、一例として、対象周波数帯域と、集音を行う際にマイクロホン22が配置される位置の距離(以下、「マイクロホン22の距離」ともいう)dと、用いられる音源14との対応関係を、相似則に従って表1のように定めた。表1に示すように本実施例では、一例として、音源14の特性及びマイクロホン22のSN比等を考慮し、下記の表1のように帯域を低音域と高音域との2つに分割した各々の帯域の各々を対象周波数帯域とし、対象周波数帯域毎に、音の出力及び集音を行った。   In step S100 illustrated in FIG. 5, the control unit 26 causes the sound source 14 to output sound in the target frequency band. In the present embodiment, as an example, the correspondence between the target frequency band and the distance d (hereinafter also referred to as “the distance of the microphone 22”) where the microphone 22 is arranged when collecting sound and the sound source 14 used. The relationship was determined as shown in Table 1 according to the similarity rule. As shown in Table 1, in this embodiment, as an example, considering the characteristics of the sound source 14 and the S / N ratio of the microphone 22, the band is divided into two, a low sound range and a high sound range as shown in Table 1 below. Each of the bands was set as a target frequency band, and sound output and sound collection were performed for each target frequency band.

なお、マイクロホン22の距離dは、インパルス応答信号(以下、「IR」という)の差分信号の感度(SN比)を考慮すると、大きい(離間している)ことが好ましいが、空間的なエイリアシングの発生を抑える観点から、集音する音(対象周波数帯域)の上限周波数の半波長(λ/2)未満としている。   The distance d of the microphone 22 is preferably large (separated) in consideration of the sensitivity (SN ratio) of the differential signal of the impulse response signal (hereinafter referred to as “IR”), but spatial aliasing From the viewpoint of suppressing the occurrence, the upper limit frequency of the sound to be collected (target frequency band) is less than the half wavelength (λ / 2).

次のステップS102で制御部26は、マイクロホン22による集音を管理するための変数mを「1」(m=1)とする。そして、次のステップS104で制御部26は、マイクロホン22をN番目の位置に移動させる。   In the next step S102, the control unit 26 sets a variable m for managing sound collection by the microphone 22 to “1” (m = 1). In step S104, the control unit 26 moves the microphone 22 to the Nth position.

本実施例は、音源14から受音点の中心w(図6参照)と、中心wからx, y, z軸方向に±d/2離れた複数の位置各々においてマイクロホン22により集音を行う。一例として、本実施形態では、Bフォーマットの信号を集音する場合と同様に、図6に示した7箇所の位置r1〜r7の各々に順次、マイクロホン22を配置して集音を行った。図6に示した例では、位置r1が受音点の中心wに対応し、位置r2〜r7の各々は、中心wとd/2だけ離れている。なお、本実施形態の中心wが、本開示の三次元空間座標の原点の一例に対応する。   In the present embodiment, sound is collected by the microphone 22 at each of a plurality of positions away from the center w (see FIG. 6) from the sound source 14 and ± d / 2 from the center w in the x, y, and z axis directions. . As an example, in the present embodiment, the microphone 22 is sequentially arranged at each of the seven positions r1 to r7 shown in FIG. In the example shown in FIG. 6, the position r1 corresponds to the center w of the sound receiving point, and each of the positions r2 to r7 is separated from the center w by d / 2. Note that the center w of the present embodiment corresponds to an example of the origin of the three-dimensional spatial coordinates of the present disclosure.

このように、本実施例では、7回集音を行うため、集音回数を表す上記「N」を7としている。なお、マイクロホン22の位置は、図6に示した位置r1〜r7に限らず、距離dがλ/2未満を満たす任意の位置であればよい。   Thus, in this embodiment, since the sound is collected seven times, the above “N” representing the number of times of sound collection is set to 7. Note that the position of the microphone 22 is not limited to the positions r1 to r7 illustrated in FIG. 6 and may be any position where the distance d satisfies less than λ / 2.

次のステップS106ではマイクロホン22により集音が行われ、制御部26は、マイクロホン22によって集音された音声を取得する。   In the next step S <b> 106, sound is collected by the microphone 22, and the control unit 26 acquires the sound collected by the microphone 22.

次のステップS108で制御部26は、変数mが集音回数Nと等しい(m=N)か否かを判定する。すなわち、全ての集音位置で集音が行われたか否かを判定する。変数mが集音回数Nと等しくない場合、ステップS108の判定が否定判定となり、ステップS110へ移行する。ステップS110で制御部26は、変数mに「1」を加算(m=m+1)した後、ステップS104に戻り、上記処理を繰り返す。   In next step S108, the control unit 26 determines whether or not the variable m is equal to the number N of times of sound collection (m = N). That is, it is determined whether or not sound collection has been performed at all sound collection positions. If the variable m is not equal to the number N of sound collection times, the determination in step S108 is negative and the process proceeds to step S110. In step S110, the control unit 26 adds “1” to the variable m (m = m + 1), returns to step S104, and repeats the above processing.

一方、変数mが集音回数Nと等しい(m=N)場合、ステップS108の判定が肯定判定となり、ステップS112へ移行する。   On the other hand, if the variable m is equal to the number N of times of sound collection (m = N), the determination in step S108 is affirmative, and the process proceeds to step S112.

ステップS112でアンビソニックス信号生成部28は、各集音位置で集音された音の信号からアンビソニックス信号を生成し、本アンビソニックス信号生成処理を終了する。本実施例では、一例としてアンビソニックス信号生成部28は、各音の信号のIRについて、方向別に差分をとることにより、双指向性のIRを導出することにより、アンビソニックス信号を生成する。   In step S112, the ambisonic signal generation unit 28 generates an ambisonic signal from the sound signal collected at each sound collection position, and ends the present ambisonic signal generation process. In the present embodiment, as an example, the ambisonic signal generator 28 generates an ambisonic signal by deriving a bi-directional IR by taking a difference for each direction of the IR of each sound signal.

次に、このようにして生成された1次アンビソニックス信号による音場の再生について説明する。   Next, the reproduction of the sound field by the primary ambisonic signal generated in this way will be described.

本実施形態の音場再生装置10では、一例として、外部装置から音場の再生を指示された場合に、CPU40がROM42に記憶されているアンビソニックス信号再生処理プログラムを実行することにより、CPU40がアンビソニックスデコーダ30として機能し、図7に示したアンビソニックス信号再生処理を実行する。   In the sound field reproduction device 10 of the present embodiment, as an example, when the reproduction of the sound field is instructed from an external device, the CPU 40 executes the ambisonics signal reproduction processing program stored in the ROM 42 so that the CPU 40 It functions as the ambisonics decoder 30 and executes the ambisonics signal reproduction process shown in FIG.

図7に示したステップS150でアンビソニックスデコーダ30は、アンビソニックス信号生成部28から出力されたアンビソニックス信号をデコードしてスピーカ18を駆動するための駆動信号を生成する。なお、デコード方法(駆動信号の生成方法)は、一般的な、実音場による集音により生成されたアンビソニックス信号のデコード方法と同様の方法とすることができるため、説明を省略する。   In step S <b> 150 shown in FIG. 7, the ambisonics decoder 30 generates a drive signal for driving the speaker 18 by decoding the ambisonic signal output from the ambisonic signal generator 28. Note that the decoding method (driving signal generation method) can be a method similar to a general decoding method of an ambisonic signal generated by collecting sound in a real sound field, and thus description thereof is omitted.

次のステップS152でアンビソニックスデコーダ30は、上記ステップS150で生成した駆動信号をスピーカ18の各々に出力し、本アンビソニックス信号再生処理を終了する。   In the next step S152, the ambisonics decoder 30 outputs the drive signal generated in the above step S150 to each of the speakers 18, and ends the ambisonics signal reproduction process.

このようにして生成された駆動信号に応じてスピーカ18が駆動し、音声を再生することにより、縮尺模型実験における1次アンビソニックス信号を用いた音場の再生を行うことができる。   The speaker 18 is driven according to the drive signal generated in this way, and the sound is reproduced, so that the sound field using the primary ambisonics signal in the scale model experiment can be reproduced.

(実施例2)
本実施例では、さらに集音の精度を高めるために、音場再生装置10によりn次アンビソニックス信号を生成し、再生する形態について説明する。実施例1の方法をn次アンビソニックス信号の生成・再生に適用した場合、非常に多くの位置でIRの測定を行う(マイクロホン22により集音を行う)必要があり、次数が大きくなるにつれ、導出のための負荷が大きくなり、実現が困難になる。そこで、本実施例では、n次アンビソニックス信号を生成する場合に、より少ない位置で集音を可能とするための形態例について説明する。
(Example 2)
In the present embodiment, in order to further improve the accuracy of sound collection, a description will be given of a mode in which the sound field reproduction device 10 generates and reproduces an nth-order ambisonics signal. When the method of the first embodiment is applied to the generation / reproduction of the n-th order ambisonics signal, it is necessary to measure IR at a large number of positions (sound collection by the microphone 22), and as the order increases, The load for derivation becomes large, and realization becomes difficult. Therefore, in the present embodiment, a description will be given of an example for enabling sound collection at fewer positions when generating an n-th order ambisonics signal.

まず、本実施例におけるアンビソニックス信号生成装置20による、アンビソニックス信号生成処理について説明する。本実施例のアンビソニックス信号生成装置20により行われるアンビソニックス信号生成処理の全体の流れは、実施例1のアンビソニックス信号生成処理(図5参照)と同様であるため、図5を参照して説明する。   First, the ambisonic signal generation processing by the ambisonic signal generation device 20 in the present embodiment will be described. The overall flow of the ambisonic signal generation process performed by the ambisonic signal generation apparatus 20 of the present embodiment is the same as the ambisonic signal generation process (see FIG. 5) of the first embodiment, so refer to FIG. explain.

図5に示したステップS100で制御部26は、音源14から対象周波数帯域の音を出力させる。上述したように、マイクロホン22の距離dは、集音する音(対象周波数帯域)の上限周波数の半波長(λ/2)未満である。本実施例では、一例として、対象周波数帯域と、マイクロホン22の距離dと、用いられる音源14との対応関係を、相似則に従って表2のように定めた。表2に示すように本実施例では、一例として、音源14の特性及びマイクロホン22のSN比等を考慮し、下記の表2のように帯域を低音域と中音域と高音域との3つに分割した各々の帯域の各々を対象周波数帯域とし、対象周波数帯域毎に、音の出力及び集音を行った。   In step S100 illustrated in FIG. 5, the control unit 26 causes the sound source 14 to output sound in the target frequency band. As described above, the distance d of the microphone 22 is less than the half wavelength (λ / 2) of the upper limit frequency of the sound to be collected (target frequency band). In this embodiment, as an example, the correspondence relationship between the target frequency band, the distance d of the microphone 22 and the sound source 14 used is determined as shown in Table 2 according to the similarity rule. As shown in Table 2, in this embodiment, as an example, the characteristics of the sound source 14 and the S / N ratio of the microphone 22 are taken into consideration. As shown in Table 2 below, there are three bands of low, medium and high frequencies. Each of the divided bands was set as a target frequency band, and sound output and sound collection were performed for each target frequency band.

次のステップS102〜S110で制御部26は、実施例1のアンビソニックス信号生成処理のステップS102〜S110の各処理と同様に、N箇所の異なる位置に、移動部24によってマイクロホン22を移動させ、各位置で集音を行う。   In the next steps S102 to S110, the control unit 26 moves the microphone 22 to the N different positions by the moving unit 24 as in the processes of steps S102 to S110 of the ambisonics signal generation process of the first embodiment. Collect sound at each position.

n次アンビソニックス信号の取得に必要な信号の最小数は、(n+1)である。そのため、例えば、1次アンビソニックス信号を取得する場合、信号の最小数は、4となり、マイクロホン22を最低でも異なる4箇所の位置に配置し、集音する必要がある。また例えば、2次アンビソニックス信号を取得する場合、信号の最小数は、9となり、マイクロホン22を最低でも異なる9箇所の位置に配置し、集音する必要がある。一例として、本実施例では、2次アンビソニックス信号を取得する場合、図8に示した11箇所の位置r1〜r11の各々に順次、マイクロホン22を配置して集音を行った。図8に示した例では、実施例1の位置r1〜r7に、さらに位置r8〜r11が加わっている。位置r8〜r11は、位置r6と、高さ方向(z軸方向)の位置が同様である。このように、2次のアンビソニックス信号を取得する場合、図8に示した例では、11回集音を行うため、集音回数を表す上記「N」を11としている。なお、マイクロホン22の位置は、図8に示した位置r1〜r11に限らず、距離dがλ/2未満を満たす任意の位置であればよい。 The minimum number of signals necessary for obtaining the nth-order ambisonics signal is (n + 1) 2 . Therefore, for example, when acquiring a primary ambisonics signal, the minimum number of signals is 4, and it is necessary to collect the sound by arranging the microphones 22 at at least four different positions. For example, when acquiring a secondary ambisonics signal, the minimum number of signals is 9, and it is necessary to arrange the microphones 22 at nine different positions at least to collect sound. As an example, in this embodiment, when acquiring a secondary ambisonics signal, the microphones 22 are sequentially arranged at each of the 11 positions r1 to r11 shown in FIG. In the example shown in FIG. 8, positions r8 to r11 are further added to the positions r1 to r7 of the first embodiment. The positions r8 to r11 are the same as the position r6 in the height direction (z-axis direction). Thus, when acquiring a secondary ambisonics signal, in the example shown in FIG. 8, since the sound is collected 11 times, the above “N” representing the number of times of sound collection is set to 11. Note that the position of the microphone 22 is not limited to the positions r1 to r11 illustrated in FIG. 8 and may be any position where the distance d satisfies less than λ / 2.

次のステップS112でアンビソニックス信号生成部28は、各集音位置で集音された音の信号からアンビソニックス信号を生成し、本アンビソニックス信号生成処理を終了する。本実施例におけるアンビソニックス信号の生成方法について詳細に説明する。   In the next step S112, the ambisonic signal generation unit 28 generates an ambisonic signal from the sound signal collected at each sound collection position, and ends the present ambisonic signal generation process. A method for generating an ambisonic signal in the present embodiment will be described in detail.

振幅Qの平面波がψ,φ方向(ψは方位角、φは真上を0°とする仰角)から到来する場合、

で平面波が作る音圧pを球面調和展開すると音圧pは、下記(1)式で表される。
When a plane wave with an amplitude Q comes from the ψ and φ directions (ψ is an azimuth angle, φ is an elevation angle with 0 ° directly above),

When the sound pressure p generated by the plane wave is expanded in a spherical harmonic, the sound pressure p is expressed by the following equation (1).

なお、上記(1)式において、

である。
In the above equation (1),

It is.

上記(1)式をn次で打ち切り、行列表現して、音源14の平面波に、球面調和関数を乗じると、下記(2)式が得られる。
When the above equation (1) is truncated at the n-th order, expressed in a matrix, and the plane wave of the sound source 14 is multiplied by the spherical harmonic function, the following equation (2) is obtained.

上記(2)式の両辺に、左側からX・Yの擬似逆行列をかけると下記(3)式が得られる。

上記(3)式における左辺は平面波の音場の指向性を表し、中辺は任意の

におけるマイクロホン22の

から導出できる音場の指向性を表す。右辺の太文字のBは平面波のアンビソニックス信号と呼ばれ、1次アンビソニックスではB信号に相当する。
Both sides of the above equation (2), the following equation (3) is obtained when applying a pseudo-inverse of X · Y r from the left.

The left side in the above equation (3) represents the directivity of the sound field of a plane wave, and the middle side is an arbitrary

Of microphone 22 in

Represents the directivity of the sound field that can be derived from. The bold letter B on the right side is called a plane wave ambisonics signal and corresponds to a B signal in primary ambisonics.

このように、本実施例のアンビソニックス信号生成装置20では、任意の位置においてマイクロホン22により集音した音の信号からB信号を作成することが可能である。   As described above, the ambisonics signal generation device 20 according to the present embodiment can generate the B signal from the sound signal collected by the microphone 22 at an arbitrary position.

次に、このようにして生成されたn次アンビソニックス信号による音場の再生について説明する。本実施例の音場再生装置10により行われるアンビソニックス信号再生処理の全体の流れは、実施例1のアンビソニックス信号再生処理(図7参照)と同様であるため、図7を参照して説明する。   Next, the reproduction of the sound field by the n-th order ambisonic signal generated in this way will be described. The overall flow of the ambisonic signal reproduction process performed by the sound field reproduction apparatus 10 of the present embodiment is the same as that of the ambisonic signal reproduction process (see FIG. 7) of the first embodiment, and will be described with reference to FIG. To do.

図7に示したステップS150でアンビソニックスデコーダ30は、アンビソニックス信号をデコードして駆動信号を生成する。本実施例におけるアンビソニックス信号のデコード方法について詳細に説明する。   In step S150 shown in FIG. 7, the ambisonics decoder 30 decodes the ambisonic signal to generate a drive signal. A method for decoding the ambisonics signal in this embodiment will be described in detail.

中心から等距離における同一球面上に、L個のスピーカ18を設置し、これらのスピーカ18から放射される音波は平面波であると仮定し、これらが作る音圧を球面調和展開すると、下記(4)式が得られる。

なお、上記(4)式において、(θ,φ)は、原点から見たスピーカ18の方向、aは、各スピーカ18の駆動信号である。
When L speakers 18 are installed on the same spherical surface at the same distance from the center, and the sound wave radiated from these speakers 18 is a plane wave, and the sound pressure generated by these is spherically developed, the following (4 ) Formula is obtained.

In the above equation (4), (θ l , φ l ) is the direction of the speaker 18 viewed from the origin, and a l is a drive signal for each speaker 18.

ここで、平面波が作る音圧と、L個のスピーカ18が作る音圧が等しい((1)式=(4)式)とし、展開をn次で打ち切り行列表現し、球面調和関数の直交性を利用すると、下記(5)式が得られる。
Here, the sound pressure produced by the plane wave and the sound pressure produced by the L speakers 18 are equal (equation (1) = equation (4)), and the expansion is expressed by a truncation matrix in the nth order, and the orthogonality of the spherical harmonic functions Is used, the following equation (5) is obtained.

従って、上記(5)式により、スピーカ18を駆動する駆動信号が導出される。   Therefore, a drive signal for driving the speaker 18 is derived from the above equation (5).

次のステップS152でアンビソニックスデコーダ30は、上記(5)式により導出された駆動信号をスピーカ18の各々に出力し、本アンビソニックス信号再生処理を終了する。   In the next step S152, the ambisonics decoder 30 outputs the drive signal derived by the above equation (5) to each of the speakers 18 and ends the present ambisonics signal reproduction process.

このようにして生成された駆動信号に応じてスピーカ18が駆動し、音声を再生することにより、縮尺模型実験におけるn次アンビソニックス信号を用いた音場の再生を行うことができる。   The speaker 18 is driven in accordance with the drive signal generated in this way, and the sound is reproduced, so that the sound field can be reproduced using the nth-order ambisonics signal in the scale model experiment.

以上説明したように、本実施形態のアンビソニックス信号生成装置20は、予め定められた対象周波数帯域の音を集音する単一のマイクロホン22と、対象周波数帯域の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定めた距離d離れた複数の位置の各々に、マイクロホン22を移動させる移動部24と、複数の位置の各々においてマイクロホン22によって集音された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成するアンビソニックス信号生成部28と、を含む。   As described above, the ambisonics signal generation device 20 of the present embodiment includes a single microphone 22 that collects sound in a predetermined target frequency band, and less than a half wavelength of the sound in the upper limit frequency of the target frequency band. The ambisonics is based on a moving unit 24 that moves the microphone 22 to each of a plurality of positions that are separated by a distance d determined according to the value of, and a sound signal collected by the microphone 22 at each of the plurality of positions. And an ambisonics signal generator 28 for generating a signal.

これにより、本実施形態のアンビソニックス信号生成装置20(音場再生装置10)によれば、縮尺模型実験に適用した場合でも、適切なアンビソニックス信号の生成が可能となり、縮尺模型12の音場を3次元の立体音場で試聴することが可能となる。   Thereby, according to the ambisonics signal generation device 20 (sound field reproduction device 10) of the present embodiment, even when applied to a scale model experiment, an appropriate ambisonic signal can be generated, and the sound field of the scale model 12 can be generated. Can be auditioned in a three-dimensional sound field.

そのため、本実施形態のアンビソニックス信号生成装置20(音場再生装置10)によれば、プレゼンテーション技術が飛躍的に向上するとともに、高い音響品質で空間印象を評価することが可能となり、音響設計の精度向上に大きく寄与することが可能となる。   Therefore, according to the ambisonics signal generation device 20 (sound field reproduction device 10) of the present embodiment, it is possible to dramatically improve the presentation technology and to evaluate the spatial impression with high acoustic quality. It is possible to greatly contribute to accuracy improvement.

また、本実施形態のアンビソニックス信号生成装置20(音場再生装置10)によれば、従来に比べて簡易な構成で、縮尺模型実験に適用した場合でも、適切なアンビソニックス信号の生成が可能となる。   Moreover, according to the ambisonics signal generation device 20 (sound field reproduction device 10) of the present embodiment, it is possible to generate an appropriate ambisonic signal even when applied to a scale model experiment with a simpler configuration than the conventional one. It becomes.

なお、本実施形態では、音場再生装置10(アンビソニックス信号生成装置20)を、適用する集音対象空間を、縮尺模型12空間として形態に説明したが、当該形態に限定されず、実音場(実寸の音場)を集音対象空間としてもよいことは言うまでもない。   In the present embodiment, the sound field reproduction device 10 (the ambisonics signal generation device 20) has been described in the form of the sound collection target space as the scale model 12 space, but the present invention is not limited to this form, and the real sound field Needless to say, (actual sound field) may be used as a sound collection target space.

また、本実施形態では、マイクロホン22の全ての位置(集音位置)における距離dが同一である形態について説明したが、当該形態に限定されず、距離dがλ/2未満を満たすならば、位置によって、距離dが異なっていてもよい。   Further, in the present embodiment, the form in which the distance d is the same at all the positions (sound collection positions) of the microphone 22 has been described. However, the present invention is not limited to this form, and if the distance d satisfies less than λ / 2, The distance d may be different depending on the position.

また、本実施形態でCPU40がソフトウェア(プログラム)を実行することにより実行したアンビソニックス信号生成処理及びアンビソニックス信号再生処理の少なくとも一方を、CPU40以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、FPGA(field-programmable gate array)等の製造後に回路構成を変更可能なPLD(Programmable Logic Device)、及びASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、アンビソニックス信号生成処理及びアンビソニックス信号再生処理の少なくとも一方を、これらの各種のプロセッサのうちの1つで実行してもよいし、同種又は異種の2つ以上のプロセッサの組み合わせ(例えば、複数のFPGA、及びCPUとFPGAとの組み合わせ等)で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。   In addition, various processors other than the CPU 40 may execute at least one of the ambisonic signal generation processing and the ambisonic signal reproduction processing executed by the CPU 40 executing software (program) in the present embodiment. As a processor in this case, in order to execute specific processing such as PLD (Programmable Logic Device) and ASIC (Application Specific Integrated Circuit) whose circuit configuration can be changed after manufacturing a field-programmable gate array (FPGA) or the like. A dedicated electric circuit, which is a processor having a circuit configuration designed exclusively, is exemplified. Further, at least one of the ambisonic signal generation process and the ambisonic signal reproduction process may be executed by one of these various processors, or a combination of two or more processors of the same type or different types (for example, It may be executed by a plurality of FPGAs and a combination of a CPU and an FPGA. Further, the hardware structure of these various processors is more specifically an electric circuit in which circuit elements such as semiconductor elements are combined.

また、本実施形態では、音場再生装置10のROM42に予め各種プログラムが記憶(インストール)されている態様を説明したが、これに限定されない。アンビソニックス信号生成処理プログラム及びアンビソニックス信号再生処理プログラムの少なくとも一方は、CD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)、DVD−ROM(Digital Versatile Disk Read Only Memory)、及びUSB(Universal Serial Bus)メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、アンビソニックス信号生成処理プログラム及びアンビソニックス信号再生処理プログラムの少なくとも一方は、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。   Moreover, although this embodiment demonstrated the aspect by which various programs were previously memorize | stored (installed) in ROM42 of the sound field reproducing | regenerating apparatus 10, it is not limited to this. At least one of the ambisonics signal generation processing program and the ambisonics signal reproduction processing program is a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), a DVD-ROM (Digital Versatile Disk Read Only Memory), a USB (Universal Serial Bus) memory, etc. It may be provided in a form recorded on the recording medium. Further, at least one of the ambisonics signal generation processing program and the ambisonics signal reproduction processing program may be downloaded from an external device via a network.

その他、本実施形態で説明した音場再生システム1、音場再生装置10、及びアンビソニックス信号生成装置20等の構成及び動作等は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることはいうまでもない。   In addition, the configurations and operations of the sound field reproduction system 1, the sound field reproduction device 10, the ambisonic signal generation device 20, and the like described in the present embodiment are examples, and the situation is within the scope that does not depart from the gist of the present invention. Needless to say, it can be changed accordingly.

1 音場再生システム
10 音場再生装置
12 縮尺模型
14 音源
18 スピーカ
20 アンビソニックス信号生成装置
22 マイクロホン
24 移動部
28 アンビソニックス信号生成部
30 アンビソニックスデコーダ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sound field reproduction | regeneration system 10 Sound field reproduction | regeneration apparatus 12 Scale model 14 Sound source 18 Speaker 20 Ambisonics signal generation apparatus 22 Microphone 24 Moving part 28 Ambisonics signal generation part 30 Ambisonics decoder

Claims (8)

予め定められた対象周波数帯域の音を集音する単一のマイクロホンと、
前記対象周波数帯域の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定めた距離離れた複数の位置の各々に、前記マイクロホンを移動させる移動部と、
前記複数の位置の各々において前記マイクロホンによって集音された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成する信号生成部と、
を含むアンビソニックス信号生成装置。
A single microphone that collects sound in a predetermined target frequency band;
A moving unit that moves the microphone to each of a plurality of positions separated by a distance determined according to a value less than a half wavelength of the sound of the upper limit frequency of the target frequency band;
A signal generation unit that generates an ambisonics signal based on a sound signal collected by the microphone at each of the plurality of positions;
Ambisonics signal generator including
前記対象周波数帯域は、周波数に応じて分割した複数の帯域の中の2つ以上の帯域であり、
前記距離は、前記2つ以上の帯域各々の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定められている
請求項1に記載のアンビソニックス信号生成装置。
The target frequency band is two or more bands among a plurality of bands divided according to frequency,
The ambisonic signal generation device according to claim 1, wherein the distance is determined according to a value less than a half wavelength of a sound having an upper limit frequency in each of the two or more bands.
前記マイクロホンは、実音場を縮尺して作成した縮尺模型空間内の音を集音する
請求項1または請求項2に記載のアンビソニックス信号生成装置。
The ambisonics signal generation device according to claim 1, wherein the microphone collects sound in a scale model space created by reducing a real sound field.
前記複数の位置は、前記信号生成部で生成するアンビソニックス信号の次数をnとした場合、(n+1)以上の位置に定められる
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のアンビソニックス信号生成装置。
The plurality of positions are determined to be (n + 1) 2 or more, where n is the order of the ambisonic signal generated by the signal generation unit. Ambisonics signal generator.
前記複数の位置は、集音対象空間内に想定された三次元空間座標の原点に対応する位置、前記三次元空間座標の三軸各々の軸上における原点に対して対称な一対の点の各々に対応する位置を含む
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のアンビソニックス信号生成装置。
The plurality of positions are positions corresponding to the origin of the three-dimensional space coordinates assumed in the sound collection target space, each of a pair of points symmetrical with respect to the origin on each of the three axes of the three-dimensional space coordinates. The ambisonics signal generation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the ambisonics signal generation device includes a position corresponding to.
前記複数の位置は、前記距離が異なる位置を含む、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のアンビソニックス信号生成装置。
The plurality of positions include positions where the distances are different.
The ambisonic signal generation device according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のアンビソニックス信号生成装置と、
前記アンビソニックス信号生成装置が生成するアンビソニックス信号を用いて、スピーカを駆動する駆動信号を生成する駆動部と、
を含む音場再生装置。
The ambisonics signal generation device according to any one of claims 1 to 6,
A drive unit for generating a drive signal for driving a speaker using the ambisonics signal generated by the ambisonics signal generation device;
A sound field reproduction apparatus including:
単一のマイクロホンが、予め定められた対象周波数帯域の音を集音するステップと、
移動部が、前記対象周波数帯域の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定めた距離離れた複数の位置の各々に、前記マイクロホンを移動させるステップと、
信号生成部が、前記複数の位置の各々において前記マイクロホンによって集音された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成するステップと、
を含むアンビソニックス信号生成方法。
A single microphone collects sound of a predetermined target frequency band; and
A moving unit moving the microphone to each of a plurality of positions separated by a distance determined according to a value less than a half wavelength of the sound of the upper limit frequency of the target frequency band; and
A step of generating an ambisonic signal based on a sound signal collected by the microphone at each of the plurality of positions;
An ambisonics signal generation method including:
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