JP5000297B2 - 音場の表現を求めるためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、空間における所与の地点に対して規定された所定の概略的な再生方向と各々関連付けられた複数の音響(acoustic)信号またはオーディオフォニック(audiophonic)信号の形態で、音場の表現を求めるデバイスおよびシステムに関する。

このような表現を求めることは、空間に配置され、各々測定信号を出力する複数の要素センサ(elemental sensor)を備えた音響波取得手段の使用に基づく。
これらの測定信号は、特に、取得手段の構造的特性および所定の概略的再生方向を表す、フィルタ処理の組み合わせを適用することによって処理され、複数の音響信号が得られる。

このような複数の信号は、一般に「マルチチャネル信号」という表現で呼ばれており、「チャネル」と呼ばれる複数の信号に対応する。これらの信号は、互いに並列に、または多重化して送信する。これらの信号の各々は、空間における所与の地点に対して予め規定されている概略的な方向に配置された理想的な音源を形成する再生エレメントまたは再生エレメント群を対象とする。

例えば、「５．１ＩＴＵ−Ｒ ＢＦ７７５−１」という名称で知られている従来のマルチチャネル規格は、聴取中心に対して０゜、＋３０゜、−３０゜、＋１１０゜、および−１１０゜に規定された５つの所定の概略的方向に配置された再生エレメントを対象とする。

このような配置は、したがって、１つのラウドスピーカ、または中心の前方、左および右前方の各側に１つずつ、ならびに左および右後方の各側に１つずつのラウドスピーカ群の配置に対応する。

理論的に、適切な所定の概略的方向に配置された再生エレメントに音響信号を印加することにより、音場の再生が可能となる。
取得および処理が、この再生の品質における重要な要素を構成する。

既存の取得手段には、１組の指向性要素センサによって形成され、各センサが所定の概略的再生方向の１つに対応するチャネルを直接出力するようにしたものがある。その場合、各センサは、実質的にそれに関連するチャネルに対応する方向に向けられている。

このような取得手段によって得られた表現の品質は、センサ固有の指向性によって限られてしまう。何故なら、処理が行われないので、その表現は高品質の表現にはならないからである。

「アンビソニック」(ambisonic)という名称で纏められた技法のような、その他の技法は、要素的かつ指向性のセンサの点状集合の形態とした取得手段のモデリングに基づき、取得手段の中心に対する音の起源の方向のみを考慮するようにしている。

しかしながら、要素センサの集合を同一点に配置することができず、指向特性を強化した要素センサがなく、更に利得行列(gain matrix)のように実行される処理が単純であるため、これらの技術は、球面調和関数に基づく「次数１」と一般的に呼ばれている精度レベルに品質が限定される表現に抑えられている。

最後に、２００３年３月２２日に第１１４回ＡＥＳ会議において発表された"Circular microphone array for discrete multichannel audio recording"（離散マルチチャネル音響記録用円形マイクロフォン・アレイ）と題する論文に記載されたシステムは、２８８個のハート形マイクロフォンを円形にした規則的なネットワークを用いる。このセンサ・ネットワークによって出力される信号全てに数段階において複雑な処理を加えることにより、音場の高品質の表現を得ることが可能となる。

"Circular microphone array for discrete multichannel audio recording"（離散マルチチャネル音響記録用円形マイクロフォン・アレイ）２００３年３月２２日、第１１４回ＡＥＳ会議

したがって、既存の取得および処理手段は、マルチチャネル・フォーマットで音場の高品質表現に達するためには、大量の規則的に分布された要素フィルタ、および複雑な処理を必要とするように思われる。

これは、これらのシステムの可搬性を著しく損ない、実施コストや計算時間が増大する。
本発明の目的は、可搬性および迅速性を向上させ、しかも安価な、マルチチャネル・フォーマットで音場の高品質表現を求める方法、デバイスおよびシステムを提供することによって、これらの問題を解決することである。

このために、本発明は、音場の表現を求めるシステムに関し、
−空間に分布した複数の要素センサを備え、各々が測定信号を出力する音響波取得手段と、
−取得手段の構造特性を表すフィルタ処理の組み合わせを測定信号に印加することによって処理し、空間における所与の時点に対して規定した所定の概略的再生方向に各々が関連付けられた複数の音響信号を出力する手段であって、音響信号の組が音場の表現を形成する、手段と、
を備えている形式であり、
要素センサを空間内に実質的に不規則的に分布し、フィルタの組み合わせがその分布を表すことを特徴とする。

他の特徴によれば、
−取得手段は、通常の座標系の全てに対して、座標系の座標の少なくとも１つについて、要素センサの全ての位置の座標値を、別個の値および一定でないピッチで分布させるようにしている。
−取得手段は、少なくとも１つの無指向性要素センサを備えている。
−取得手段は、指向性が無指向性および双方向性パターンの組み合わせである少なくとも１つの要素センサを備えている。
−取得手段は、所定の概略再生方法数の１倍から５倍の数の要素センサを備えている。
−処理手段は、入力として測定信号を受信し、出力として複数の音響信号を送出する単一行列フィルタ処理段を備えている。
−処理手段は、音響出力信号を形成するために、測定信号の加重線形組み合わせを形成する。
−処理手段は、処理する測定信号の周波数と共に変化するフィルタ処理の組み合わせの適用を可能にする。

また、本発明は音場の表現を求めるデバイスにも関し、このデバイスは、空間に分布した複数の要素センサを備えている音響波取得手段によって出力される信号を処理する手段を備えており、空間内の所与の地点に対して規定された所定の概略再生方向と各々関連付けられた複数の音響信号を出力するために、取得手段の構造的特性を表すフィルタ処理の組み合わせを適用し、音響信号が音場の表現を形成し、処理手段が、実質的に不規則的に空間内に分布したセンサによって形成される、取得手段によって出力される信号を処理するのに適していることを特徴とする。

また、本発明は、音場の表現を求める方法にも関し、
−音場の各地点において振幅および位相を表す複数の測定信号を出力するために、実質的に不規則に空間内に分布している複数の地点において、音響波取得手段によって音場を取得するステップと、
−空間内の所与の地点に対して規定された所定の概略再生方向と各々関連付けられた複数の音響信号を出力するために、測定信号に、取得手段の構造的特性を表すフィルタ処理の組み合わせを適用することによって処理するステップであって、１組の音響信号が音場の表現を形成する、ステップと、
を備えていることを特徴とする。

本発明の方法の別の特徴によれば、
−前述の処理ステップは、
−無限数のフーリエ・ベッセル係数の形状で、取得手段の構造的特性とは実質的に独立した、音場（Ｐ）の表現を構成する複数の処理信号を発生するための、フィルタ処理の組み合わせの測定信号への適用、および
−対応する複数の音響信号を発生するために、特定の線形組み合わせの処理信号への適用、
に対応する。
−前述の処理ステップは、
−周波数ドメインにおけるフィルタ処理技法によって、
−インパルス応答による時間ドメインにおけるフィルタ処理技法によって、および
−無限インパルス応答再帰フィルタによる時間ドメインにおけるフィルタ処理技法によって、
形成された群から選択された技法に応じた、フィルタ処理の組み合わせの適用に対応する。

また、本発明は、要素センサのネットワークの不規則特性をチェックする方法にも関し、
−第１の通常座標系においてネットワークを検討し、
−前述の座標系の第１座標に応じて、センサの全ての位置の値をチェックし、
−第１座標の値が一定でなく、規則的な間隔で分布してもいない場合、ネットワークを現座標系において不規則的と呼び、前述の方法を別の座標系において繰り返し、
−第１座標の値が一定であるか、または規則的な間隔で分布している場合、センサの位置の値を、座標系の第２座標に応じてチェックし、
−第２座標の値が一定でなく、規則的な間隔で分布もしていない場合、ネットワークは現座標系において不規則であり、前述の方法を他の座標系で繰り返し、
−第２座標の値が一定であるか、または規則的な間隔で分布している場合、センサの位置の値を、前述の座標系の第３座標に応じてチェックし、
−第３座標の値が一定でなく、規則的な間隔で分布もしていない場合、ネットワークは現座標系において不規則であり、前述の方法を別の座標系において繰り返し、
−第１、第２および第３座標系について、センサの全ての位置の座標の値が一定であるか、または規則的な間隔で分布している場合、ネットワークは現座標系において規則的であり、
−通常の座標系のいずれか１つにおいて、ネットワークが規則的である場合、これを規則的と呼び、
−ネットワークが通常の座標系の各々において不規則である場合、これを不規則と呼ぶ、
ことから成ることを特徴とする。

本発明は、純粋に一例として示す以下の説明を、添付図面を参考にして熟読することによって一層理解が深められよう。

図１は、本明細書において引用する座標系を明白にするための従来の球座標系を示す。
この座標系は、原点Ｏを有し、３本の軸（ＯＸ）、（ＯＹ）および（ＯＺ）を備えた正規直交座標系である。この座標系では、ｘ^→で示す位置は、その球座標（ｒ，θ，φ）で記述され、ｒは原点Ｏに対する距離を示し、θは垂直平面における方位を示し、φは水平平面における方位を示す。

このような座標系では、ｐ（ｒ，θ，φ，ｔ）で示され、そのフーリエ変換がＰ（ｒ，θ，φ，ｆ）で示される音圧を、各時点ｔにおける全ての点において規定すれば、音場が分かる。ここで、ｆは周波数を示す。

本発明の方法は、いずれの音場でも時間および３空間次元で記述できるようにする空間時間関数の使用に基づいている。
記載する実施形態では、これらの関数は、第一種の球フーリエ・ベッセル関数として知られているものであり、以後フーリエ・ベッセル関数と呼ぶことにする。

音源や障害物がない領域では、フーリエ・ベッセル関数は、波動方程式の解に対応し、この領域の外側に位置する音源が生成する音場の全てを発生する基礎を構成する。
したがって、いずれの三次元音場であっても、以下のように表される逆フーリエ・ベッセル変換の式に応じて、フーリエ・ベッセル関数の線形組み合わせによって表すことができる。

この式において、項Ｐ_ｌ，ｍ（ｆ）は、音場ｐ（ｒ，θ，φ，ｔ）のフーリエ・ベッセル係数として定義され、ｋ＝２πｆ／ｃ、ｃは空気中における音速（３４０ｍｓ^−１）、ｊ_ｌ（ｋｒ）は第一種および次数ｌの球ベッセル関数であり、以下の式で表される。

ここで、Ｊ_ｖ（ｘ）は、第一種および次数ｖのベッセル関数、そしてｙ^ｍ _ｌ（θ，φ）は次数ｌおよび項ｍの実球面調和関数(real spherical harmonic)であり、ｍは−ｌからｌの範囲を取り、次のように定義される。

ここで、

この式において、Ｐ^ｍ _ｌ（ｘ）は、関連するルジャンドル関数であり、以下の式で定義される。

Ｐ_ｌ（ｘ）は、ルジャンドル多項式を示し、以下の式で定義される。

フーリエ・ベッセル係数は、時間領域においても、係数Ｐ_ｌ，ｍ（ｆ）の逆時間フーリエ変換に対応する係数ｐ_ｌ，ｍ（ｔ）によって表される。
他の実施形態では、音場を関数に基づいて分解し、関数の各々を、フーリエ・ベッセル関数の任意の無限線形結合によって表す。

図２は、本発明によるシステムを模式的に示す。
このシステムは、測定信号ｃ_１（ｔ）〜ｃ_Ｑ（ｔ）を出力するＱ個の要素センサ２_１〜２Ｑを備えている。測定信号は、ｃ_１〜ｃ_Ｑとも示されており、これらをデバイス６に導入し、音場の表現を求める。

デバイス６は、取得手段１の構造特性を表すフィルタ処理の組み合わせを測定信号ｃ _１ 〜ｃ _Ｑ に適用するのに適した処理手段８を備えており、出力として、空間における所与の地点に対して規定された所定の概略的再生方向に各々関連付けられている複数の音響信号を出力する。

音響信号ｓｃ_１（ｔ）〜ｓｃ_Ｎ（ｔ）は、ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎとも示され、デバイス６によって出力され、次いで再生手段１０に送信される。再生手段１０は、再生手段１０の中心に対応して、空間における所与の地点に対して所定の方向に配置されているＮ個の再生エレメント１２_１〜１２_Ｎを備えている。

これらの再生エレメント１２_１〜１２_Ｎを音響信号ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎによって制御すると、取得手段１が捕獲した音場が再生可能となる。
好ましくは、デバイス６の処理手段８は、予め構成しておき、取得手段１を形成する１組の要素センサ２_１〜２_Ｑ、および再生手段１０を形成する１組の再生エレメントと特定的に関連付けておく。

しかしながら、処理手段８は、複数のフィルタ処理の組み合わせを備えており、異なる取得手段および／または異なる出力フォーマットに対応し、ユーザによって、例えば、直接スイッチによってまたは制御インターフェースを通じて選択することができるという利点がある。

デバイス６は、本発明の実施専用の電子機器の形態、またはプロセッサと、取得手段および再生手段とインターフェースする手段とを備えた機器によって実行するプログラム・コード命令から成るソフトウェアの形態とすることができる。

例えば、デバイス６は、適したインターフェース・カードが付随するコンピュータによって形成する。
要素センサ２_１〜２_Ｑは、取得手段１の中心として示される所定の地点４周囲において、空間内の既知の地点に配置されている。

つまり、各要素センサ２_ｑの位置（ｒ_ｑ、θ_ｑ、φ_ｑ）は、空間において、取得手段１の中心４を中心として、図１を参照して説明したような、球座標系で表される。
本発明によれば、要素センサ２_１〜２_Ｑは、空間に実質的に不規則的に分布している。

所与の構成、またはネットワークにおいて、空間内で不規則的と見なされるには、通常の三次元座標系の全てに対して、これらがデカルト、円筒状、球状のいずれであっても、座標系の座標の少なくとも１つについて、要素センサの全ての位置の座標値が、一定でなく、一定のピッチで分布していない、即ち、別個の値および一定でないピッチで分布していることが必要である。

あるいは、通常の座標系の全てに対して、座標系の座標の少なくとも１つでは、全てのセンサの位置の座標値が非ゼロ空間ドメインまたは間隔にあり、そして連続的に取った座標が様々にずれて(variable deviation)分布している場合、構成は不規則的となる。

このように、ある線または円に沿って規則的な間隔で虚平面格子の交点または虚立体メッシュの交点にセンサを配置した構成は、規則的構成となる。
尚、このような不規則的分布の評価は、物理的産物の制約、および用いる要素センサの寸法決定に伴う制約から生ずる許容範囲を考慮に入れなければならないことは認められよう。

したがって、センサの座標は、許容間隔よりも大きい間隔で分布していなければならず、更に許容間隔を超えるずれを有していなければならない。
一般に、センサの位置は、その感応部分の中心位置に対応し、各空間方向における許容間隔は、その位置を中心に規定される。

取得手段を形成する１組の要素センサに対する許容間隔は、互いに最も近い２つの要素センサ間の距離の１／４と同等の距離に対応すると有利である。例えば、このような距離は約２ｃｍであるので、許容間隔は約０．５ｃｍに対応する。

逆に、構成が規則的と見なされるのは、通常の座標系の１つにおいて、その系の３つの座標について、全てのセンサの位置の座標値が一定であるか、または一定のピッチで分布しているときである。

あるいは、構成が規則的なのは、通常の座標系の１つにおいて、その系の座標全てについて、全てのセンサの位置の座標値が、実質的にゼロの間隔、または実質的に一定の連続するずれをもって分布しているときである。

加えて、センサが実質的に物理空間要件がなく、互いに並べられている場合、点状またはほぼ点状分布を形成しており、規則的構成と見なされる。
以下の方法は、要素センサの所与の構成が規則的かまたは不規則的かを判定することを可能にする。

前述の構成を、三次元デカルト座標系のような、３つの通常の座標系の内第１のものを参照しながら検討する。
次に、横軸のような、その座標系の第１座標にしたがって、全てのセンサの位置の値をチェックする。許容間隔を考慮に入れて、これらの値が一定ではなく、規則的な間隔で分布していない場合、この座標系ではこの構成は不規則であり、別の座標系を用いて再度手順を開始する。

これらの第１座標の値が一定でなく、規則的な間隔で分布していない場合、縦軸のような、座標系の第２座標にしたがって、センサの位置の値をチェックする。
これら第２座標の値が一定でなく、規則的に分布していない場合、この座標系ではこの構成は不規則であり、別の座標系を用いて手順を再度開始する。

逆に、これらの座標の値が一定であるか、または規則的な間隔で分布している場合、センサの位置の値を、ゼニス座標と呼ばれる垂直軸によるそれのように、座標系の第３のそして最後の座標にしたがってチェックする。

これら第３座標の値が一定でなく、規則的な間隔で分布していない場合、この構成はこの座標系では不規則であり、別の座標系を用いて手順を再度開始する。
逆の場合、この座標系では、座標の全てについて、センサの全ての位置の座標値は、一定か、または規則的な間隔で分布している。したがって、この構成は、この座標系では規則的である。

３つの通常の座標系における試験の最後において、３つの座標系の１つにおいて構成が規則的である場合、これを規則的と呼ぶ。逆に、３つの座標系において構成が不規則である場合、これを不規則と呼ぶ。

このような実質的に不規則な分布は、音場における要素センサによってサンプリングされるデータの冗長性を回避し、その結果、必要なセンサの数が減少する。
要素センサの最大数Ｑは、処理動作の終了時に音場の表現を形成する音響信号の数の５倍以下であるという利点がある。

更に、空間における要素センサ２_ｑの分布は、特定の規則に合わせつつ、同時に先に定義したような不規則性の判断基準にも合わせることができる。
取得手段１は、不規則性の判断基準を尊重しつつ、平面構成および所与の対称性のような、再生手段１０の概略的な幾何学的特性を再生するという利点がある。

図３および図４を参照して、これより本発明のシステムの動作について説明する。
本発明を実施する前に、取得手段１を空間内に実質的に不規則的に配置する。
第１の取得ステップ２０において、本発明のシステムを音場Ｐに晒し、取得手段１の各センサ２_ｑは、音場Ｐにおいて当該センサが行った測定に対応する測定信号ｃ_ｑ（ｔ）を出力する。

したがって、取得手段１は、音場の複数の測定信号ｃ_１（ｔ）〜ｃ_Ｑ（ｔ）を出力する。これらは、要素センサ２_１〜２_Ｑの取得容量に直接関連がある。
次に、本方法は、取得手段１が出力した測定信号ｃ_１〜ｃ_Ｑにフィルタ処理の組み合わせを適用することによって処理するステップ３０を含む。

先に示したように、これらのフィルタ処理の組み合わせは、取得手段１の構造特性を表し、複数の音響信号ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎを出力するのに適している。音響信号は、各々、空間における所与の地点に対して規定された所定の概略的再生方向に関連付けられている。

更に具体的には、Ｎ個のチャネルｓｃ_１（１）〜ｓｃ_Ｎ（ｔ）は、周波数の関数として変化し、Ｔ_ｎ，ｑ（ｆ）で示される、Ｎ×Ｑ個のフィルタを伴う単一の行列フィルタ処理によって、Ｑ個の測定信号ｃ_１（ｔ）〜ｃ_Ｑ（ｔ）から得られる。各出力チャネルｓｃ_ｎ（ｔ）を得るには、測定信号ｃ_１（ｔ）〜ｃ_Ｑ（ｔ）の各々をフィルタ処理し、このようにフィルタ処理した信号に線形結合を適用する。

したがって、各フィルタＴ_ｎ，ｑ（ｆ）は、チャネルｓｃ_ｎ（ｔ）の構成における測定信号ｃ_ｑ（ｔ）の寄与を表す。チャネルは、以下の関係に応じて得られる。

この関係において、ＳＣ_ｎ（ｆ）はｓｃ_ｎ（ｔ）のフーリエ変換であり、Ｃ_ｑ（ｆ）はｃ_ｑ（ｔ）のフーリエ変換である。
フィルタＴ_ｎ，ｑ（ｆ）は、以下のように、サイズＮ×Ｑの行列Ｔに編成することができる。

記載している実施形態では、行列Ｔは、以下の行列関係によって得られる。

この式において、Ｅは取得手段の特性、即ち、それらの空間構成を表す符号化行列である。行列Ｅは、フーリエ・ベッセル係数において、測定信号ｃ_１（ｔ）〜ｃ_Ｑ（ｔ）に基づいて、要素センサ２_１〜２_Ｑを設置した音場Ｐの推定値に対応する音場Ｐ〜の表現を得ることが可能にする。行列Ｅのサイズは、（Ｌ＋１）^２×Ｑであり、係数Ｌは、符号化を実行する次数、および符号化の達成を可能にする最大解に対応する。行列Ｅは、次の関係によって得られる。

この式では、係数μは、音場Ｐ^〜の表現の忠実性と、要素センサ２_１〜２_Ｑによって混入する背景ノイズとの間の折衷を指定し、０と１との間の値であればいずれでも取ることができる。つまり、μ＝０の場合、背景ノイズは最少であり、μ＝１の場合、空間品質が最大となる。

パラメータＬおよびμは、周波数と共に変化することができるという利点がある。
この関係において、ＢはサイズＱ×（Ｌ＋１）^２の空間サンプリング行列であり、その要素Ｂ_{ｑ，ｌ，ｍ}（ｆ）は以下のように編成されている。

要素センサ２_１〜２_Ｑの全てが無指向性型のセンサである場合、項Ｂは以下のように表される。

この関係では、（ｒ_ｑ，θ_ｑ，φ_ｑ）は、図１を参照して説明した球座標系におけるセンサ２_ｑの位置である。
別の実施形態では、各センサ２_ｑは、位置（ｒ_ｑ，θ_ｑ，φ_ｑ）に置かれ、割合ｄ_ｑの無指向性および双方向性パターンの組み合わせから成る指向性を有し、方向（θ^ａ _ｑ，φ^ａ _ｑ）に配向されており、センサ２_ｑは方向（θ^ａ _ｑ，φ^ａ _ｑ）において最大感度を有するようになっている。その場合、要素Ｂ_{ｑ，ｌ，ｎ}（ｆ）は以下のように得られる

ここで、

そして、ここで、

取得手段１がハート形センサのみを備えている場合、パラメータｄ_ｑは、Ｑ個のセンサに対して１／２の値を取る。
したがって、一般に、Ｅで示す行列は、要素センサ２_１〜２_Ｑの位置を表す。

Ｅの決定は、センサの位置（ｒ_ｑ，θ_ｑ，φ_ｑ）に何の制約も賦課せず、不規則な構成を特に考慮に入れることができる。このような不規則な構成の方が効率的である。何故なら、これらは、初期音場Ｐ上でより多くのサンプリングを可能にし、規則的な構成によって生じる冗長性を解消することができるからである。

Ｔを表す式において、フィルタリング行列Ｄは、選択した所定の概略的再生方向を表す復号行列である。行列Ｄは、推定音場Ｐ^〜、したがって取得した音場Ｐの高精度の再生を可能にする制御信号を求めることを可能にする。行列ＤのサイズはＮ×（Ｌ＋１）^２であり、以下の行列関係によって得られる。

Ｗは、再生を実行する立体空間を規定する空間枠に対応する行列である。これは、サイズが（Ｌ＋１）^２の対角行列であり、重み係数Ｗ_ｌを収容し、各係数Ｗ_ｌは対角線上に２ｌ＋１回連続して出現する。したがって、行列Ｗは以下の形態を有する。

記載している実施形態では、係数Ｗ_ｌが取る値は、ｌにおいて評価されるサイズ２Ｌ＋１のハミング・ウィンドウのような関数の値に対応するので、パラメータＷ_ｌは、０〜Ｌの範囲のｌに対して決定される。

Ｍは、所定の概略再生方向、言い換えると、出力マルチチャネル・フォーマットに対応する行列である。これは、サイズが（Ｌ＋１）^２×Ｎの行列であり、要素Ｍ_{ｌ，ｍ，ｎ}によって構成され、インデックスｌ，ｍは行ｌ^２＋ｌ＋ｍを示し、ｎは列ｎを示す。したがって、行列Ｍは以下の形態を有する。

記載している実施形態では、要素Ｍ_{ｌ，ｍ，ｎ}を得るには、以下の関係にしたがってマルチチャネル・フォーマットから開始する。

ここで、（θ_ｎ，φ_ｎ）は、マルチチャネル・フォーマットにおいてチャネルｓｃ_ｎ（ｔ）と関連付けられている概略方向に対応する。
したがって、処理ステップ３０は、音場Ｐの表現Ｐ^〜を構成する複数の処理信号を発生するためフィルタ処理の組み合わせを、１組の測定信号ｃ_１〜ｃ_Ｑに適用することに対応し、音場Ｐのその表現は、無限数のフーリエ・ベッセル係数の形態で、取得手段１の構造特性とは実質的に独立である。

ステップ３０は、対応する複数の音響信号ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎを発生するための特定的な線形結合の、処理した信号への適用にも対応する。
図４は、前述の手段８によって実行する処理ステップ３０の実施を模式的に示す。

通常のフィルタ処理方法、例えば、
−ブロック畳み込み技法のような、周波数ドメインにおけるフィルタ処理、
−インパルス応答による時間ドメインにおけるフィルタ処理、
−インパルス応答愛機フィルタによる時間ドメインにおけるフィルタ処理、
によって、フィルタＴ_ｎ，ｑ（ｆ）を測定信号ｃ_１（ｔ）〜ｃ_Ｎ（ｔ）に適用する。

本発明の処理の終了時に得られるＮ個の出力信号ｓｃ_１（ｔ）〜ｓｃ_Ｎ（ｔ）は、マルチチャネル・フォーマットの使用に応じて平面方向波（θ_ｎ，φ_ｎ）を放出する対応する再生エレメント１２_ｎに各チャネルｓｃ_ｎ（ｔ）を接続することによって再生される音場Ｐ＾を表す。チャネルｓｃ_１（ｔ）〜ｓｃ_Ｎ（ｔ）によってそれぞれ制御されるＮ個の再生エレメント１２_１〜１２_Ｎの同時作用により、音場Ｐ＾を再生することが可能となる。

フィルタリング行列Ｔによって実行され、これに対応する処理により、マルチチャネル・フォーマットにおける音場Ｐ＾の表現は、センサ２_ｑが設置されている音場Ｐに近づく。行列Ｔは、高次で細分した音場の記述を操作することによって得られ、音場の高品質表現に至る。

したがって、要素センサの実質的に不規則的分布を用いることにより、センサの各々を選抜することができ、より多くの音場に関する空間データをサンプリングすることが可能となると思われる。

本発明の処理により、これらのデータ全てを、できるだけ最良に再生することができ、少数の要素センサによってマルチチャネル・フォーマットで高品質の表現を得ることができる。

特に、前述のように、５．１と呼ばれる形式の再生の場合、要素センサの数は、例えば、２５未満、好ましくは１０未満である。
多数の実施形態が可能であることは認められよう。

特に、式をその特質の関数として修正することにより、他の種類のセンサも用いることができる。例えば、要素センサの全てまたは一部は、無指向性および／またはハート形センサにしてもよい。

図１は、球座標系の図である。 図２は、本発明による再生システムのブロック図である。 図３は、本発明の方法のフロー・チャートである。 図４は、本発明によって行う処理の詳細な図である。

Claims (12)

1. 音場（Ｐ）の表現を求めるシステムであって、
   −空間に分布した複数の要素センサ（２_１〜２_Ｑ）を備え、各々が測定信号（ｃ_１〜ｃ_Ｑ）を送出する音響波取得手段（１）と、
   −前記取得手段（１）の構造特性を表すフィルタ処理の組み合わせを前記測定信号（ｃ_１〜ｃ_Ｑ）に適用することによって処理して、空間（１４）における所与の地点に対して定められた所定の概略的再生方向に各々が関連付けられた複数の音響信号（ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎ）を送出する処理手段（８）であって、前記音響信号（ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎ）の組が前記音場（Ｐ）の表現を形成する、処理手段（８）と、
   を備え、
   前記要素センサ（２_１〜２_Ｑ）が空間内に実質的に不規則的に分布し、前記フィルタ処理の組み合わせがその分布を表し、
   前記処理手段（８）が、入力として前記測定信号（ｃ_１〜ｃ_Ｑ）を受信し、出力として前記複数の音響信号（ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎ）を送出する単一のフィルタ処理行列Ｔを備え、ここで、Ｔ＝ＤＥであり、Ｅは取得手段の実質的に不規則な空間構成を表す符号化行列であり、Ｄは前記所定の概略的再生方向を表す復号行列であること、を特徴とするシステム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、前記取得手段（１）は、通常の座標系の全てに対して、前記座標系の座標の少なくとも１つについて、前記要素センサ（２_１〜２_Ｑ）の全ての位置の座標値を、別個の値および一定でないピッチで分布させること、を特徴とするシステム。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載のシステムにおいて、前記取得手段（１）が少なくとも１つの無指向性要素センサを備えていること、を特徴とするシステム。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記取得手段（１）は、指向性が無指向性および双方向性パターンの組み合わせである少なくとも１つの要素センサを備えていること、を特徴とするシステム。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記取得手段（１）は、所定の概略再生方向数の１倍から５倍の数の要素センサ（２_１〜２_Ｑ）を備えていること、を特徴とするシステム。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記処理手段（８）は、前記音響出力信号（ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎ）を形成するために、前記測定信号（ｃ_１〜ｃ_Ｑ）の線形組み合わせを形成すること、を特徴とするシステム。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記処理手段（８）は、前記処理する測定信号（ｃ_１〜ｃ_Ｑ）の周波数と共に変化するフィルタ処理の組み合わせの適用を可能にすること、を特徴とするシステム。
8. 音場（Ｐ）の表現を求めるデバイスであって、空間に分布した複数の要素センサ（２_１〜２_Ｑ）を備えている音響波取得手段（１）によって送出される測定信号を処理する処理手段（８）を備えており、該処理を、空間（１４）内の所与の地点に対して定められた所定の概略再生方向と各々関連付けられた複数の音響信号（ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎ）を送出するために、前記取得手段（１）の構造的特性を表すフィルタ処理の組み合わせを適用することによって行い、前記音響信号（ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎ）が音場（Ｐ）の表現を形成し、前記処理手段（８）が、実質的に不規則的に空間内に分布されたセンサ（２_１〜２_Ｑ）によって形成される、取得手段（１）によって送出される測定信号を処理するのに適しており、
   前記処理手段（８）が、入力として前記測定信号を受信し、出力として前記複数の音響信号（ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎ）を送出する単一のフィルタ処理行列Ｔを備え、ここで、Ｔ＝ＤＥであり、Ｅは取得手段の実質的に不規則な空間構成を表す符号化行列であり、Ｄは前記所定の概略的再生方向を表す復号行列であること、を特徴とするデバイス。
9. 音場（Ｐ）の表現を求める方法であって、
   −音場（Ｐ）の各地点において振幅および位相を表す複数の測定信号（ｃ_１〜ｃ_Ｎ）を送出するために、実質的に不規則に空間内に分布されている複数の地点において、音響波取得手段によって音場（Ｐ）を取得するステップ（２０）と、
   −空間（１４）内の所与の地点に対して定められた所定の概略再生方向と各々関連付けられた複数の音響信号（ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎ）を送出するために、前記測定信号（ｃ_１〜ｃ_Ｑ）に前記取得手段（１）の構造的特性を表すフィルタ処理の組み合わせを適用することによる処理を処理手段（８）によって行うステップ（３０）であって、前記複数の音響信号（ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎ）が前記音場（Ｐ）の表現を形成する、ステップと、
   を備え、
   前記処理手段（８）が、入力として前記複数の測定信号を受信し、出力として前記複数の音響信号（ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎ）を送出する単一のフィルタ処理行列Ｔを備え、ここで、Ｔ＝ＤＥであり、Ｅは取得手段の実質的に不規則な空間構成を表す符号化行列であり、Ｄは前記所定の概略的再生方向を表す復号行列であること、を特徴とする方法。
10. 請求項９記載の方法において、前記処理ステップ（３０）は、
    −有限数のフーリエ・ベッセル係数の形態で、前記取得手段（１）の構造的特性とは実質的に独立した、前記音場（Ｐ）の表現を構成する複数の処理信号を発生するための、フィルタ処理の組み合わせの前記測定信号（ｃ_１〜ｃ_Ｑ）への適用、および
    −対応する複数の音響信号（ｓｃ_１〜ｓｃ_Ｎ）を発生するために、特定の線形組み合わせの前記処理信号への適用、
    に対応すること、を特徴とする方法。
11. 請求項９または請求項１０のいずれかに記載の方法において、前記処理ステップ（３０）は、
    −周波数ドメインにおけるフィルタ処理技法によって、
    −インパルス応答による時間ドメインにおけるフィルタ処理技法によって、および
    −無限インパルス応答再帰フィルタによる時間ドメインにおけるフィルタ処理技法によって、
    形成された群から選択された技法にしたがった、フィルタ処理の組み合わせの適用に対応すること、を特徴とする方法。
12. 要素センサ（２_１〜２_Ｑ）のネットワークの不規則特性をチェックする方法であって、
    −第１の通常座標系において前記ネットワークを検討し、
    −前記座標系の第１座標にしたがって、前記センサ（２_１〜２_Ｑ）の全ての位置の値をチェックし、
    −前記第１座標の値が一定でなく、規則的な間隔で分布してもいない場合、前記ネットワークを現座標系において不規則的と呼び、前記方法を別の座標系において繰り返し、
    −前記第１座標の値が一定であるか、または規則的な間隔で分布している場合、前記センサの位置の値を、前記座標系の第２座標にしたがってチェックし、
    −前記第２座標の値が一定でなく、規則的な間隔で分布もしていない場合、前記ネットワークは現座標系において不規則であり、前記方法を他の座標系で繰り返し、
    −前記第２座標の値が一定であるか、または規則的な間隔で分布している場合、前記センサの位置の値を、前記座標系の第３座標にしたがってチェックし、
    −前記第３座標の値が一定でなく、規則的な間隔で分布もしていない場合、前記ネットワークは現座標系において不規則であり、前記方法を別の座標系において繰り返し、
    −前記第１、第２および第３座標系について、前記センサの全ての位置の座標の値が一定であるか、または規則的な間隔で分布している場合、前記ネットワークは現座標系において規則的であり、
    −前記通常の座標系の任意の１つにおいて、前記ネットワークが規則的である場合、これを規則的と呼び、
    −前記ネットワークが前記通常の座標系の各々において不規則である場合、これを不規則と呼ぶ、
    ことを含むこと、を特徴とする方法。

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