JP5342521B2 - Local reproduction method, local reproduction device and program thereof - Google Patents
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Description
本発明は、特定の場所にいる人々にのみ音を伝えることができる局所再生方法、局所再生装置及びそのプログラムに関する。 The present invention relates to a local reproduction method, a local reproduction apparatus, and a program thereof that can transmit sound only to people in a specific place.
スピーカを用いて音を放射する場合、そのスピーカの指向特性の影響はあるものの、スピーカに対してほぼ全方向から再生音を聴取することが可能である。そのため、ある特定の場所にのみ音を再生するような局所再生方式の構築を目指した場合、スピーカなどの拡声装置や再生方式を工夫する必要がある。 When sound is radiated using a speaker, the reproduced sound can be heard from almost all directions with respect to the speaker, although there is an influence of the directivity characteristic of the speaker. Therefore, when aiming at the construction of a local reproduction system that reproduces sound only at a specific place, it is necessary to devise a loudspeaker such as a speaker or a reproduction system.
特定の場所だけに限定して音を再生することができれば、拡声による通信を行った場合などに、再生音が聴取者以外の人々にとって騒音となることを防止できる。さらに、通信内容が周囲に漏れるのを防止でき、秘守性を向上させることができる。 If the sound can be reproduced only in a specific place, it is possible to prevent the reproduced sound from becoming a noise for people other than the listener, for example, in the case of performing communication by voice amplification. Further, it is possible to prevent the communication content from leaking to the surroundings, thereby improving the confidentiality.
この局所再生方式を実現する方法として、ある方向だけに音を放射する指向性スピーカシステムを用いる方法がある。指向性スピーカとして、ホーンスピーカ、パラメトリックスピーカ、アナログスピーカアレー、ディジタルフィルタ型スピーカアレーなどがある。 As a method of realizing this local reproduction method, there is a method of using a directional speaker system that emits sound only in a certain direction. Examples of directional speakers include horn speakers, parametric speakers, analog speaker arrays, and digital filter type speaker arrays.
さらに、境界上の音圧を制御すると、外側の音場も制御可能であるという境界音場制御理論に基づき、特許文献1には、境界上の音圧が0となるように制御することで局所再生を実現しようという技術が記載されている。図1を用いて、特許文献1の局所再生装置10を説明する。局所再生装置10は、音を再生すべき空間Aの周辺に配置されたM(M≧2)個のセンサ11m(m=1,2,…,M)を備える。局所再生装置10は、これらM個のセンサからの出力に基づいて、N(N≧2)個のディジタルフィルタ12n(n=1,2,…,N)のフィルタ係数を算出する。局所再生装置10は、入力端子14を介して入力信号Sを受け取り、N個のディジタルフィルタ12nを用いて、N個のスピーカ13nから再生する音の相互間の遅延と、周波数特性を制御する。この制御により、スピーカ13nで再生された音は、空間A外ではエネルギが減少し、局所再生装置10は、空間A内のみに音を再生する。 Furthermore, based on the boundary sound field control theory that if the sound pressure on the boundary is controlled, the outside sound field can be controlled, Patent Document 1 discloses that the sound pressure on the boundary is controlled to be zero. A technique for realizing local regeneration is described. A local reproduction apparatus 10 of Patent Document 1 will be described with reference to FIG. The local reproduction device 10 includes M (M ≧ 2) sensors 11 m (m = 1, 2,..., M) arranged around a space A in which sound is to be reproduced. The local regeneration device 10 calculates filter coefficients of N (N ≧ 2) digital filters 12 n (n = 1, 2,..., N) based on outputs from these M sensors. Local reproduction device 10 receives the input signal S through an input terminal 14, using N digital filters 12 n, and the delay between mutual sound to be reproduced from the N speakers 13 n, controls the frequency characteristic To do. With this control, the energy of the sound reproduced by the speaker 13 n is reduced outside the space A, and the local reproduction device 10 reproduces the sound only within the space A.
しかしながら、特許文献1では計算機上で信号処理手法に基づいたフィルタ設計を行っているため、理論と実環境の不一致が発生し、制御誤差による音漏れや、制御点の不連続性によって局所再生効果が低下してしまうという問題があった。 However, since the filter design based on the signal processing method is performed on the computer in Patent Document 1, there is a discrepancy between the theory and the actual environment, and the local reproduction effect due to sound leakage due to control error and discontinuity of control points. There was a problem that would decrease.
本発明は、制御誤差をなくし、局所再生効果を向上させる局所再生方法、その装置及びプログラムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a local reproduction method, an apparatus, and a program for eliminating a control error and improving a local reproduction effect.
上記の課題を解決するために、本発明に係る局所再生方法は、同一平面上または一直線上に配置された2個以上のスピーカからなるスピーカアレーを用いる。x方向の波数kx及びy方向の波数kyを用いて、エバネッセント波を発生するためのフィルタ係数を算出し、入力信号とフィルタ係数を用いて、駆動信号を生成し、駆動信号を再生する。 In order to solve the above problems, the local reproduction method according to the present invention uses a speaker array including two or more speakers arranged on the same plane or in a straight line. A filter coefficient for generating an evanescent wave is calculated using the wave number k x in the x direction and the wave number k y in the y direction, a drive signal is generated using the input signal and the filter coefficient, and the drive signal is reproduced. .
本発明は、急峻な距離減衰特性を有するエバネッセント波を用いて、制御誤差なく、局所再生を行うことができるという効果を奏する。 The present invention has an effect that local reproduction can be performed without a control error using an evanescent wave having a steep distance attenuation characteristic.
[発明のポイント]
スピーカアレーを用いて、距離方向に急峻に減衰する特性を有するエバネッセント波を再生することで、図2に示すような装置近傍では音が聞こえるが装置から少し遠ざかると音が聞こえない局所再生装置100を実現する(なお、図2中、Aは可聴空間を表す)。まず図3及び図4を用いて、エバネッセント波を説明する。
[Points of Invention]
By reproducing an evanescent wave having a characteristic of abruptly decaying in the distance direction using a speaker array, a local reproduction device 100 that can hear sound near the device as shown in FIG. (In FIG. 2, A represents an audible space). First, the evanescent wave will be described with reference to FIGS.
<エバネッセント波>
図3のようにxyz空間内の半空間z<0において、波数kの平面波Bが存在し、z=0面(xy平面)上の音圧p(x,y,0)が与えられた場合、半空間z>0における音圧p(x,y,z)は以下の式により求められる(参考文献1参照)。
[参考文献1]E.G.ウィリアムズ著、"フーリエ音響学 音の放射と近距離場音響ホログラフィの基礎"、シュプリンガー・フェアラーク東京、2005.
<Evanescent wave>
As shown in FIG. 3, in a half space z <0 in the xyz space, a plane wave B having a wave number k exists, and a sound pressure p (x, y, 0) on the z = 0 plane (xy plane) is given. The sound pressure p (x, y, z) in the half space z> 0 is obtained by the following equation (see Reference 1).
[Reference 1] EG Williams, “Fourier Acoustics Sound Radiation and Basics of Near Field Acoustic Holography”, Springer Fairlark Tokyo, 2005.
一方、音波が伝搬する媒質が不均一な場合、kx>kまたはky>kとなりうる。このときkzは式(8)で与えられる。 On the other hand, if the medium through which the sound wave propagates is not uniform, k x > k or k y > k. At this time, k z is given by equation (8).
図4のように、特性の異なる2つの媒質(図4の媒質1と媒質2)のある一方(例えば媒質1)に波が伝搬している場合、伝搬する波(平面波B)が、異なる媒質1と媒質2の間の境界で全反射が起きる際に、境界で波Eが透過する。この透過した波が前述のエバネッセント波である。エバネッセント波が発生する条件は、異なる媒質の境界で全反射することであり、z方向の波数kzが虚数となることである。このときkx>kまたはky>kである。波数k、角周波数ω、音速cの間に成り立つ関係k=ω/cを考慮すると、エバネッセント波の再生を実現するためには、音が放射される媒質2よりも音速の遅い媒質1内で平面波を発生する必要がある。 As shown in FIG. 4, when a wave is propagating to one of the two media (medium 1 and medium 2 in FIG. 4) having different characteristics (for example, medium 1), the propagating wave (plane wave B) is different from the medium. When total reflection occurs at the boundary between 1 and medium 2, the wave E is transmitted at the boundary. This transmitted wave is the aforementioned evanescent wave. Conditions evanescent wave is generated is to total reflection at the boundary of different media, wavenumber k z in the z direction is to become an imaginary number. At this time, k x > k or k y > k. Considering the relationship k = ω / c that holds between the wave number k, the angular frequency ω, and the sound speed c, in order to realize the reproduction of the evanescent wave, the medium 1 has a slower sound speed than the medium 2 that emits the sound. It is necessary to generate a plane wave.
しかし、上記条件を満たすような媒質を用意するのは困難である。そこで、遅延和型スピーカアレーを用いて媒質の違いを仮想的に再現し、エバネッセント波を再生する。通常のスピーカの放射音は距離に反比例して減衰する性質を持つが、エバネッセント波は式(9)に示すようにz方向に対し指数減衰項を持つため、通常の放射に比べより急峻な距離減衰特性を有することが分かる。従って、エバネッセント波再生装置を構築できれば、装置近傍では音が聞こえるが装置から少し遠ざかると音が聞こえないという、局所再生効果が実現可能である。 However, it is difficult to prepare a medium that satisfies the above conditions. Therefore, the difference of the medium is virtually reproduced by using the delay sum type speaker array to reproduce the evanescent wave. The radiation sound of a normal speaker has the property of being attenuated in inverse proportion to the distance, but the evanescent wave has an exponential attenuation term in the z direction as shown in the equation (9), so it is a steeper distance than normal radiation. It can be seen that it has an attenuation characteristic. Therefore, if an evanescent wave reproduction device can be constructed, a local reproduction effect can be realized in which sound can be heard in the vicinity of the device, but sound cannot be heard if the device is moved a little away from the device.
<スピーカアレーによる式(1)の実現>
音場を再構成する式(1)をスピーカアレーで実現できる形に書き換える必要がある。式(1)は第2種レイリー積分(参考文献1参照)と同値の関係にあり、それを離散化した式は以下のように表される。
<Realization of equation (1) by speaker array>
It is necessary to rewrite Equation (1) for reconstructing the sound field into a form that can be realized by a speaker array. Expression (1) has the same value relationship as the second type Rayleigh integral (see Reference 1), and an expression obtained by discretizing it is expressed as follows.
本発明は、フーリエ音響学の理論に着目し、平面に複数のスピーカを並べたスピーカアレーにより、ある平面の音圧分布を再現することで3次元空間の音圧分布を再現する。その平面の音圧分布を決めるためのフィルタ係数に関するパラメータである波数の指定方法について、実施例1では音源波数の最大値に、実施例2では音源波数の定数倍に、実施例3では距離減衰項制御に着目した例を示す。 The present invention pays attention to the theory of Fourier acoustics, and reproduces the sound pressure distribution in a three-dimensional space by reproducing the sound pressure distribution in a certain plane by a speaker array in which a plurality of speakers are arranged on a plane. Regarding the method of specifying the wave number, which is a parameter relating to the filter coefficient for determining the sound pressure distribution in the plane, the maximum value of the sound source wave number in the first embodiment, the constant multiple of the sound source wave number in the second embodiment, and the distance attenuation in the third embodiment. An example focusing on term control is shown.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
<局所再生装置100>
図5〜図7を用いて、実施例1に係る局所再生装置100を説明する。局所再生装置100は、M×N個のスピーカ13mnと、M×N個のA/D変換器105mnと、M×N個のディジタルフィルタ112mnと、M×N個のD/A変換器107mnと、M×N個のスピーカアンプ109mnと、フィルタ係数算出部130と、波数算出部120を備える。
<Local reproduction apparatus 100>
The local reproduction apparatus 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The local reproduction apparatus 100 includes M × N speakers 13 mn , M × N A / D converters 105 mn , M × N digital filters 112 mn , and M × N D / A conversions. Device 107 mn , M × N speaker amplifiers 109 mn , a filter coefficient calculation unit 130, and a wave number calculation unit 120.
局所再生装置100は信号入力端子14を介して、アナログ入力信号Sを受け取る(s1)。局所再生装置100は、N×M個のスピーカ13mnを用いて、入力信号Sに応じたアナログ駆動信号D(xm,yn,k)を再生し(s5)、音響信号を出力する。以下、各部の処理内容を説明する。 The local reproduction device 100 receives the analog input signal S via the signal input terminal 14 (s1). The local reproduction device 100 reproduces an analog drive signal D (x m , y n , k) corresponding to the input signal S using N × M speakers 13 mn (s5), and outputs an acoustic signal. Hereinafter, the processing content of each part is demonstrated.
<A/D変換器105mn>
A/D変換器105mnは、信号入力端子14から再生信号に対応するアナログ入力信号Sを受け取り、ディジタル入力信号に変換し、対応するディジタルフィルタ112mnに出力する。
<A/D_henkanki_105 mn>
The A / D converter 105 mn receives the analog input signal S corresponding to the reproduction signal from the signal input terminal 14, converts it into a digital input signal, and outputs it to the corresponding digital filter 112 mn .
<ディジタルフィルタ112mn>
ディジタルフィルタ112mnは、後述のフィルタ係数算出部130で計算しておいたフィルタ係数Hmn(k)を設定しておく。各ディジタルフィルタ112mnにディジタル入力信号Sが入力される。各ディジタルフィルタ112mnは、入力されたディジタル信号Sを、エバネッセント波を発生するためのディジタル駆動信号D(xm,yn,k)に変換する(s4)。
<Digital filter 112 mn >
The digital filter 112 mn sets the filter coefficient H mn (k) calculated by the filter coefficient calculation unit 130 described later. A digital input signal S is input to each digital filter 112 mn . Each digital filter 112 mn converts the input digital signal S into a digital drive signal D (x m , y n , k) for generating an evanescent wave (s4).
なお、空気中の音速より遅く伝搬するような媒質を仮想的に再現するために、フィルタ係数Hmn(k)を以下のように与える。 In order to virtually reproduce a medium that propagates slower than the speed of sound in the air, the filter coefficient H mn (k) is given as follows.
ディジタルフィルタ112mnは、入力されたディジタル信号の複素スペクトルS(k)とフィルタ係数Hmn(k)を畳み込むことで、駆動信号D(xm,yn,k)を生成し(s4)、この駆動信号D(xm,yn,k)を対応するD/A変換器107mnに出力する。なお、D(xm,yn,k)=S(k)Hmn(k)である。 The digital filter 112 mn generates a drive signal D (x m , y n , k) by convolving the complex spectrum S (k) of the input digital signal with the filter coefficient H mn (k) (s4), The drive signal D (x m , y n , k) is output to the corresponding D / A converter 107 mn . Note that D (x m , y n , k) = S (k) H mn (k).
<D/A変換器107mn及びスピーカアンプ109mn>
D/A変換器107mnは、ディジタル駆動信号D(xm,yn,k)をアナログ駆動信号に変換し、対応するスピーカアンプ109mnに出力する。
<D / A converter 107 mn and speaker amplifier 109 mn >
The D / A converter 107 mn converts the digital drive signal D (x m , y n , k) into an analog drive signal and outputs it to the corresponding speaker amplifier 109 mn .
スピーカアンプ109mnは、アナログ駆動信号D(xm,yn,k)を増幅して、スピーカ13mnに供給する。 The speaker amplifier 109 mn amplifies the analog drive signal D (x m , y n , k) and supplies the amplified signal to the speaker 13 mn .
<スピーカ13mn>
スピーカ13mnは、入力信号Sに応じたアナログ駆動信号D(xm,yn,k)を再生する(s5)。図5に示すように、x方向にΔx間隔でM個、y方向にΔy間隔でN個、合計M×N個のスピーカ13mnを同一平面上に配置し、スピーカアレーを構成する。スピーカアレーの成す平面をxyz直交座標系におけるxy平面とする。各スピーカ13mnは、ダイポール音源を用いる。
<Speaker 13 mn >
The speaker 13 mn reproduces the analog drive signal D (x m , y n , k) corresponding to the input signal S (s5). As shown in FIG. 5, M-number in delta x intervals in the x direction, N pieces in delta y intervals in the y direction, arranged a total of M × N loudspeakers 13 mn on the same plane, constitute a speaker array. A plane formed by the speaker array is defined as an xy plane in the xyz orthogonal coordinate system. Each speaker 13 mn uses a dipole sound source.
なお、ky=0としたとき、空間エイリアシングを考慮すると、x方向のスピーカ間隔Δxは波数kxによって決まる波の半波長(λx/2)以下である必要がある。波長λxと波数kxの関係はλx=2π/kxなので、スピーカ間隔ΔxはΔx≦π/kxである必要がある。この関係を満たしていれば、スピーカ間隔は小さければ小さいほど良い。また、Δyについてはスピーカ間隔の上限はないので、その間隔Δyが小さければ小さいほどよい。同様に、kx=0としたとき、y方向のスピーカ間隔Δyは、Δy≦π/kyである必要がある。 When k y = 0, considering the spatial aliasing, the speaker interval Δ x in the x direction needs to be equal to or less than the half wavelength (λ x / 2) of the wave determined by the wave number k x . Since the relationship between the wavelength λ x and the wave number k x is λ x = 2π / k x , the speaker interval Δ x needs to satisfy Δ x ≦ π / k x . If this relationship is satisfied, the smaller the speaker interval, the better. As for delta y since no upper limit of the loudspeaker spacing, better smaller if the interval delta y is smaller. Similarly, when a k x = 0, the speaker interval delta y in the y-direction is required to be Δ y ≦ π / k y.
<波数算出部120>
波数算出部120は、入力信号Sの波数kを用いて、x方向の波数kx、y方向の波数kyを求め(s2)、フィルタ係数算出部130へ出力する。
<Wave number calculation unit 120>
The wave number calculation unit 120 calculates the wave number k x in the x direction and the wave number k y in the y direction using the wave number k of the input signal S (s2), and outputs the wave number k x to the filter coefficient calculation unit 130.
式(11)から明らかなように、フィルタ係数Hmn(k)は、x方向の波数kx、y方向の波数kyによって、特定される。kx 2+ky 2>k2を満たすようにkx及びkyの組(kx,ky)を指定することで、z方向の波数kzは虚数となり(式(8)、(9)参照)、エバネッセント波が再生されると考えられる。そこで、局所再生装置100は、波数算出部120において、入力信号Sの波数kを用いて、kx 2+ky 2>k2を満たす組(kx,ky)を算出する。例えば、ky=0の場合、kx 2>k2、すなわちkx>kを満たすkxを用いることで、エバネッセント波を再生することができるフィルタ係数Hmn(k)を算出することができる。同様に、kx=0の場合、ky>kを満たすkyを用いればよい。 As apparent from the equation (11), the filter coefficient H mn (k) is specified by the wave number k x in the x direction and the wave number k y in the y direction. k x 2 + k y 2> set of k x and k y so as to satisfy the k 2 (k x, k y) By specifying a wave number k z in the z-direction becomes imaginary (Equation (8), (9 )), And evanescent waves are considered to be reproduced. Therefore, the local playback apparatus 100, the wave number calculation unit 120, by using the wave number k of the input signal S, k x 2 + k y 2> satisfy k 2 set (k x, k y) is calculated. For example, when k y = 0, the filter coefficient H mn (k) that can reproduce the evanescent wave can be calculated by using k x satisfying k x 2 > k 2 , that is, k x > k. it can. Similarly, when k x = 0, k y satisfying k y > k may be used.
ky=0の場合、波数算出部120は、入力信号Sが含む波数の最大値kmaxを用いて、予め定めておいたαを、最大値kmaxに乗じ、波数kxをkx=αkmaxとして算出する。または、kx=0の場合、波数算出部120は、波数kyをky=αkmaxとして算出する。αは、1より大きい所定の値とする。例えば、αの値は1〜数十程度であり、値を変化させると減衰しない周波数の位置が変わる傾向があるため、入力信号の周波数特性に応じた減衰特性の制御が可能である。なお、kmaxは、入力信号Sが含む波数から求めることができる。 In the case of k y = 0, the wave number calculation unit 120 uses the maximum value k max of the wave number included in the input signal S, multiplies the predetermined value α by the maximum value k max , and sets the wave number k x to k x = Calculated as αk max . Alternatively, when k x = 0, the wave number calculation unit 120 calculates the wave number k y as k y = αk max . α is a predetermined value larger than 1. For example, the value of α is about 1 to several tens, and if the value is changed, the position of the frequency that does not attenuate tends to change, so that the attenuation characteristic can be controlled according to the frequency characteristic of the input signal. Note that k max can be obtained from the wave number included in the input signal S.
<フィルタ係数算出部130>
フィルタ係数算出部130は、x方向の波数kx、y方向の波数kyを用いて、ディジタルフィルタ112mnで用いるフィルタ係数を算出し(s3)、ディジタルフィルタ112mnに出力する。
<Filter coefficient calculation unit 130>
The filter coefficient calculation unit 130 calculates a filter coefficient used in the digital filter 112 mn using the wave number k x in the x direction and the wave number k y in the y direction (s3), and outputs the filter coefficient to the digital filter 112 mn .
フィルタ係数算出部130は、x方向の波数kx、y方向の波数kyを用いて、 The filter coefficient calculation unit 130 uses the wave number k x in the x direction and the wave number k y in the y direction,
A/D変換部105mnにおける入力信号のサンプリング周波数をfsとし、周波数の帯域分割数をQとし、q=0,1,…,Q−1とした場合に、各周波数帯域を When the sampling frequency of the input signal in the A / D converter 105 mn is f s , the frequency band division number is Q, and q = 0, 1,.
<効果>
このような構成とすることで、急峻な距離減衰特性を有するエバネッセント波を用いて、制御誤差なく、局所再生を行うことができるという効果を奏する。つまり、フィルタ設計の際に物理的性質を拘束条件に入れることで、制御誤差をなくし、局所再生効果を向上させる。
<Effect>
With such a configuration, there is an effect that local reproduction can be performed without a control error using an evanescent wave having a steep distance attenuation characteristic. That is, by putting the physical property into the constraint condition when designing the filter, the control error is eliminated and the local regeneration effect is improved.
<変形例>
各スピーカ13mnは、モノポール音源を用いてもよい。モノポール音源を用いる場合、式(1)を第1種レイリー積分(参考文献1参照)で書き換える必要があり、式(10)に代えて、以下のように表される。
<Modification>
Each speaker 13 mn may use a monopole sound source. When a monopole sound source is used, it is necessary to rewrite equation (1) with the first type Rayleigh integration (see Reference 1), and is expressed as follows instead of equation (10).
実施例1の局所再生装置100は、M×N個のA/D変換器105mnを備える構成だが、1つのA/D変換器105だけ備え、変換したディジタル入力信号s(k)を各ディジタルフィルタ112mnに出力する構成としてもよい。 The local reproduction apparatus 100 according to the first embodiment is configured to include M × N A / D converters 105 mn , but includes only one A / D converter 105 and converts the converted digital input signal s (k) into each digital signal. It is good also as a structure output to filter 112mn .
スピーカアレーは、必ずしも図5に示すような配置(x方向にΔx間隔でM個、y方向にΔy間隔でN個、合計M×N個のスピーカ13mnが同一平面上に配される配置)でなくともよく、同一平面上または一直線上に配置された2個以上のスピーカからなるスピーカアレーであればよい。 Speaker array, N pieces, a total of M × N loudspeakers 13 mn are disposed on the same plane necessarily the M in delta x intervals in an arrangement direction (x direction as shown in FIG. 5, in delta y intervals in the y-direction The speaker array may be any speaker array including two or more speakers arranged on the same plane or in a straight line.
局所再生装置100は、kx 2+ky 2>k2を満たす組(kx,ky)を予め設定しておき、図示しない記憶部等に記憶しておき、フィルタ係数算出部130は、記憶部等から組(kx,ky)を読み出してディジタルフィルタ112mnを算出し、ディジタルフィルタ112mnに設定する構成としてもよい。その場合、波数算出部120を設けなくともよい。 Local reproduction device 100, k x 2 + k y 2 > k 2 satisfy the set (k x, k y) are set in advance, is stored in the unillustrated storage unit such as the filter coefficient calculation unit 130, A configuration may be adopted in which the set (k x , k y ) is read from the storage unit or the like, the digital filter 112 mn is calculated, and the digital filter 112 mn is set. In that case, the wave number calculation unit 120 may not be provided.
波数算出部120において用いるαは、波数kx、kyを算出する際に用いる場合に、異なる値αx、αyを設定しても良い。このとき、波数kxをkx=αxkmaxとして算出し、波数kyをky=αykmaxとして算出する。αx、αyは、それぞれ1より大きい所定の値とする。 The α used in the wave number calculation unit 120 may be set to different values α x and α y when used when calculating the wave numbers k x and k y . At this time, the wave number k x is calculated as k x = α x k max , and the wave number k y is calculated as k y = α y k max . α x and α y are predetermined values larger than 1, respectively.
また、局所再生装置100の再生処理に先立ちフィルタ係数Hmnを求めておき、ディジタルフィルタ112mnに設定すればよい。例えば、再生処理を行う際に、入力信号Sを用いて、常にフィルタ係数Hmnを算出してもよい。また、再生処理の初期段階において、フィルタ係数Hmnを算出し、その後、同じフィルタ係数Hmnを用いてもよい。また、所望の入力信号の再生処理に先立ち、サンプルの入力信号を用いて、フィルタ係数算出部130において、予めフィルタ係数Hmnを求めておき、ディジタルフィルタ112mnに設定してもよい。このような構成とすることで、所望の入力信号の再生時の計算コストを削減することができる。 Further, the filter coefficient H mn may be obtained prior to the reproduction process of the local reproduction apparatus 100 and set in the digital filter 112 mn . For example, the filter coefficient H mn may always be calculated using the input signal S when performing the reproduction process. Alternatively, the filter coefficient H mn may be calculated in the initial stage of the regeneration process, and then the same filter coefficient H mn may be used. Prior to the reproduction processing of the desired input signal, the filter coefficient calculation unit 130 may obtain the filter coefficient H mn in advance using the sample input signal and set it in the digital filter 112 mn . With such a configuration, it is possible to reduce the calculation cost when reproducing a desired input signal.
<局所再生装置200>
図6を用いて、実施例2に係る局所再生装置200を説明する。実施例1と異なる部分についてのみ説明する。局所再生装置200は、波数算出部220を備える点が局所再生装置100と異なる。
<Local reproduction apparatus 200>
The local reproduction device 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. Only parts different from the first embodiment will be described. The local reproduction device 200 is different from the local reproduction device 100 in that a wave number calculation unit 220 is provided.
<波数算出部220>
波数算出部220は、入力信号Sの波数kを用いて、x方向の波数kx、y方向の波数kyを求め、フィルタ係数算出部130へ出力する。
<Wave number calculation unit 220>
The wave number calculation unit 220 calculates the wave number k x in the x direction and the wave number k y in the y direction using the wave number k of the input signal S, and outputs the wave number k x in the y direction to the filter coefficient calculation unit 130.
波数算出部220は、式(12)の周波数帯域f(q)における入力信号Sが含む波数をk(q)としたとき、各周波数帯域f(q)におけるx方向の波数をkx(q)=βk(q)として算出するか、または、y方向における波数をky(q)=βk(q)として算出する。なお、βは、1より大きい所定の値とする。周波数帯域f(q)における入力信号Sが含む波数k(q)は、入力信号Sから求める。 When the wave number included in the input signal S in the frequency band f (q) of Equation (12) is k (q), the wave number calculation unit 220 sets the wave number in the x direction in each frequency band f (q) to k x (q ) = Βk (q) or the wave number in the y direction is calculated as k y (q) = βk (q). Note that β is a predetermined value larger than 1. The wave number k (q) included in the input signal S in the frequency band f (q) is obtained from the input signal S.
実施例1では周波数帯域f(q)に関係なく、kx、kyを求めていたが、本実施例では、周波数帯域f(q)毎に、波数kx(q)、ky(q)を求める。なお、βは値を小さくすると周波数による減衰量の変化の回数が少なくなり、大きくすると減衰量の変化の回数が多くなる値であることから、kx(q)=βk(q)>k(q)、ky(q)=βk(q)>k(q)を満たすできるだけ小さな値とすることが望ましい。 In the first embodiment, k x and k y are obtained regardless of the frequency band f (q). However, in this embodiment, the wave numbers k x (q) and k y (q are obtained for each frequency band f (q). ) Note that β is a value in which the number of changes in attenuation due to frequency decreases when the value is decreased, and the number of changes in attenuation increases when the value is increased. Therefore, k x (q) = βk (q)> k ( q), k y (q) = βk (q)> k (q) is preferably as small as possible.
なお、フィルタ係数算出部130では、以下の式により、周波数帯域毎の波数kx(q)、ky(q)を用いて、各周波数帯域f(q)のフィルタ係数を算出する。 In addition, the filter coefficient calculation unit 130 calculates the filter coefficient of each frequency band f (q) using the wave numbers k x (q) and k y (q) for each frequency band by the following formula.
<効果>
このような構成とすることで、実施例1と同様の効果を奏する。さらに、周波数毎にその波数及びフィルタ係数を設定できるため、局所再生装置をより柔軟に構成することができる。
<Effect>
By adopting such a configuration, the same effects as those of the first embodiment are obtained. Furthermore, since the wave number and filter coefficient can be set for each frequency, the local reproduction device can be configured more flexibly.
<変形例>
波数算出部220において用いるβは、波数kx、kyを算出する際に用いる場合に、それぞれ異なる値βx、βyを設定しても良い。
<Modification>
Β used in the wave number calculation unit 220 may be set to different values β x and β y when used when calculating the wave numbers k x and k y .
<局所再生装置300>
図6を用いて、実施例3に係る局所再生装置300を説明する。実施例1と異なる部分についてのみ説明する。局所再生装置300は、波数算出部320を備える点が局所再生装置100と異なる。
<Local reproduction device 300>
The local reproduction device 300 according to the third embodiment is described with reference to FIG. Only parts different from the first embodiment will be described. The local reproduction device 300 is different from the local reproduction device 100 in that a wave number calculation unit 320 is provided.
エバネッセント波の式(9)のp(x,y,z)のz方向の減衰項をB(z)とおくと、例えば、ky=0の場合、 If the attenuation term in the z direction of p (x, y, z) of Evanescent wave equation (9) is B (z), for example, when k y = 0,
<波数算出部320>
波数算出部320は、入力信号Sの波数kと任意の定数kaを用いて、式(14)により、x方向の波数kxを算出するか、または、式(15)によりy方向の波数kyを算出する。さらに波数算出部320は、フィルタ係数算出部130へ出力する。なお、任意の定数kaは、任意の減衰量から予め算出しておき、フィルタ係数算出部130へ入力してもよい。また、任意の定数kaを図示しない記憶部等に記憶しておき、読み出す構成としてもよい。
<Wave number calculation unit 320>
Wave number calculation unit 320, by using the wave number k and an arbitrary constant k a of the input signal S, by the equation (14), or to calculate the wave number k x the x-direction, or, wavenumber in the y direction by the formula (15) k y is calculated. Further, wave number calculation section 320 outputs to filter coefficient calculation section 130. Note that arbitrary constant k a is calculated in advance from any attenuation, it may be input to the filter coefficient calculator 130. Also, it may be stored in the storage unit (not shown) or the like an arbitrary constant k a, may be configured to read.
<効果>
このような構成とすることで、実施例1と同様の効果を奏する。さらに、周波数毎にその波数及びフィルタ係数を設定できるため、局所再生装置をより柔軟に構成することができる。また、任意の減衰量から波数kx、kyを算出することができるため、局所再生を行う際の制御が容易であるという効果を奏する。
<Effect>
By adopting such a configuration, the same effects as those of the first embodiment are obtained. Furthermore, since the wave number and filter coefficient can be set for each frequency, the local reproduction device can be configured more flexibly. Further, since the wave numbers k x and k y can be calculated from an arbitrary attenuation amount, there is an effect that the control at the time of performing the local reproduction is easy.
<変形例>
波数算出部320において用いるkaは、波数kx、kyを算出する際に用いる場合に、それぞれ異なる値kax、kayを設定しても良い。
<Modification>
K a is used in the wave number calculation section 320, when used to calculate the wave number k x, a k y, different values k ax, may be set k ay.
<実験結果>
図8にフィルタなしの再生装置の周波数毎の音圧減衰量を表し、図9に局所再生装置300の周波数毎の音圧減衰量を表す。なお、図9の局所再生装置300は、ka=10とし、kx(k,10)=√(k2+102)、ky=0としている。何れの場合にも、100個のスピーカをスピーカ間隔Δx=Δy=4.8cmでM=N=10となるように並べた平板スピーカアレーを用いている。各再生装置から図2のz方向に遠ざかった場合に入力信号の波数(周波数)によって音圧がどのように減衰するかを示す。図9の局所再生装置300は、図8のフィルタなしの再生装置と比較すると、同距離おける音圧の減衰量が大きい。局所再生装置300は、局所再生効果が得られていることが分かる。また入力信号の周波数による減衰量の違いが少なく、減衰項制御の効果が表れていることも分かる。また指定するkaの値については、あまりに大きいと装置近傍ですぐに減衰してしまう制御となるため、ka=1〜数十として設計するのが望ましい。
<Experimental result>
FIG. 8 shows the sound pressure attenuation amount for each frequency of the reproduction apparatus without a filter, and FIG. 9 shows the sound pressure attenuation amount for each frequency of the local reproduction apparatus 300. In the local reproduction device 300 in FIG. 9, k a = 10, k x (k, 10) = √ (k 2 +10 2 ), and k y = 0. In either case, a flat speaker array is used in which 100 speakers are arranged so that M = N = 10 at a speaker interval Δ x = Δ y = 4.8 cm. 2 shows how the sound pressure is attenuated by the wave number (frequency) of the input signal when moving away from each playback device in the z direction in FIG. The local reproduction device 300 in FIG. 9 has a larger attenuation amount of sound pressure at the same distance than the reproduction device without a filter in FIG. It can be seen that the local reproduction device 300 has a local reproduction effect. It can also be seen that there is little difference in the amount of attenuation depending on the frequency of the input signal, and the effect of attenuation term control appears. Also, the value of k a to be specified is designed to be designed so that k a = 1 to several tens, because if the value is too large, the attenuation immediately occurs in the vicinity of the apparatus.
<プログラム>
上述した局所再生装置は、コンピュータにより機能させることもできる。この場合はコンピュータに、目的とする装置(各種実施例で図に示した機能構成を持つ装置)として機能させるためのプログラム、またはその処理手順(各実施例で示したもの)の各過程をコンピュータに実行させるためのプログラムを、CD−ROM、磁気ディスク、半導体記憶装置などの記録媒体から、あるいは通信回線を介してそのコンピュータ内にダウンロードし、そのプログラムを実行させればよい。
<Program>
The local reproduction device described above can also be operated by a computer. In this case, each process of a program for causing a computer to function as a target device (device having the functional configuration shown in the drawings in various embodiments) or a processing procedure thereof (shown in each embodiment) is processed by the computer. A program to be executed by the computer may be downloaded from a recording medium such as a CD-ROM, a magnetic disk, or a semiconductor storage device or via a communication line into the computer, and the program may be executed.
100、200、300 局所再生装置
13mn スピーカ
112mn ディジタルフィルタ
120、220、320 波数算出部
130 フィルタ係数算出部
100, 200, 300 Local reproduction device 13 mn speaker 112 mn digital filter 120, 220, 320 Wave number calculation unit 130 Filter coefficient calculation unit
Claims (7)
前記スピーカアレーの成す平面をxyz直交座標系におけるxy平面とし、x方向の波数kx及びy方向の波数kyを用いて、エバネッセント波を発生するためのフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出ステップと、
入力信号と前記フィルタ係数を用いて、駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、
前記スピーカアレーにおいて駆動信号を再生する再生ステップと、を備える、
ことを特徴とする局所再生方法。 A local reproduction method using a speaker array composed of two or more speakers arranged on the same plane or in a straight line,
The plane formed by the said speaker array and xy plane in xyz orthogonal coordinate system, with the wave number k x and y directions of the wave number k y in the x-direction, and a filter coefficient calculating step of calculating the filter coefficients for generating the evanescent wave ,
A drive signal generating step for generating a drive signal using the input signal and the filter coefficient;
A reproduction step of reproducing the drive signal in the speaker array,
A local reproduction method characterized by the above.
kmaxを入力信号が含む波数の最大値とし、αを1より大きい所定の値とし、
前記波数kxをkx=αkmaxとして算出するか、または、前記波数kyをky=αkmaxとして算出する波数算出ステップを、さらに備える、
ことを特徴とする局所再生方法。 The local regeneration method according to claim 1, wherein
k max is the maximum wave number included in the input signal, α is a predetermined value greater than 1, and
A wave number calculating step of calculating the wave number k x as k x = αk max or calculating the wave number k y as k y = αk max ;
A local reproduction method characterized by the above.
k(q)を周波数帯域f(q)における入力信号の波数とし、βを1より大きい所定の値とし、
前記波数kxをkx(q)=βk(q)として算出するか、または、前記波数kyをky(q)=βk(q)として算出する波数算出ステップを、さらに備える、
ことを特徴とする局所再生方法。 The local regeneration method according to claim 1, wherein
k (q) is the wave number of the input signal in the frequency band f (q), β is a predetermined value greater than 1,
A wave number calculating step of calculating the wave number k x as k x (q) = βk (q) or calculating the wave number k y as k y (q) = βk (q);
A local reproduction method characterized by the above.
任意の値kaにより特定される減衰量をe−kazとし、k(q)を周波数帯域f(q)における入力信号の波数とし、
前記波数kxをkx(k(q),ka)=√((k(q)2+ka 2)として算出するか、または、前記波数kyをky(k(q),ka)=√((k(q)2+ka 2)として算出する波数算出ステップを、さらに備える、
ことを特徴とする局所再生方法。 The local regeneration method according to claim 1, wherein
Attenuation specified by arbitrary values k a and e -kaz, k a (q) and the wave number of the input signals in the frequency band f (q),
The wave number k x k x (k (q ), k a) = √ ((k (q) 2 + k a 2) or is calculated as, or, the wave number k y k y (k (q ), k the wave number calculation step of calculating as a) = √ ((k ( q) 2 + k a 2), further comprising,
A local reproduction method characterized by the above.
前記波数kx、kyがkx 2+ky 2>k2の関係を満たす組(kx,ky)である、
ことを特徴とする局所再生方法。 The local regeneration method according to claim 1, wherein
The wave number k x, k y is k x 2 + k y 2> k satisfy the second relationship set (k x, k y) is,
A local reproduction method characterized by the above.
前記スピーカアレーの成す平面をxyz直交座標系におけるxy平面とし、x方向及びy方向の波数kx、kyを用いて、エバネッセント波を発生するためのフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出部と、
入力信号と前記フィルタ係数を用いて、駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備える局所再生装置。 A speaker array composed of two or more speakers arranged on the same plane or in a straight line;
And said plane formed by the speaker array and xy plane in xyz orthogonal coordinate system, x-direction and y-direction of the wave number k x, with k y, the filter coefficient calculation unit for calculating a filter coefficient for generating the evanescent wave,
A drive signal generation unit that generates a drive signal using the input signal and the filter coefficient;
A local reproduction apparatus.
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