JP5346321B2 - 音場収音再生装置、方法及びプログラム - Google Patents
音場収音再生装置、方法及びプログラムInfo
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Description
第一実施形態の音場収音再生装置及び方法は、図2に示す第一の部屋のz=z1の位置に配置されたNx×Ny個のモノポール特性のマイクで構成される二次元マイクアレーM1−1,M2−1,…,MNx−Nyで収音した音信号を用いて以下に説明する方法でz=z2の位置の波面Bを計算して、第二の部屋に配置されたNx’×Ny’個のモノポール特性のスピーカで構成される二次元スピーカアレーS1−1,S2−1,…,SNx’−Ny’で再現する。
第一実施形態の音場収音再生装置において、マイクアレーM1−1,M2−1,…,MNx−Nyをダイポール特性のマイクで構成し、スピーカアレーS1−1,S2−1,…,SNx’−Ny’をモノポール特性のスピーカで構成した場合には、フィルタ部3は以下の式により表わされる処理を行えばよい。
第一実施形態の音場収音再生装置において、マイクアレーM1−1,M2−1,…,MNx−Nyをモノポール特性のマイクで構成し、スピーカアレーS1−1,S2−1,…,SNx’−Ny’をダイポール特性のスピーカで構成した場合には、フィルタ部3は以下の式により表わされる処理を行えばよい。
第一実施形態の音場収音再生装置において、マイクアレーM1−1,M2−1,…,MNx−Nyをダイポール特性のマイクで構成し、スピーカアレーS1−1,S2−1,…,SNx’−Ny’をダイポール特性のスピーカで構成した場合には、フィルタ部3は以下の式により表わされる処理を行えばよい。
第一実施形態の音場収音再生装置及び方法は二次元マイクアレー及び二次元スピーカアレーを用いるのに対して、第二実施形態の音場収音再生装置及び方法は一次元マイクアレー及び二次元スピーカアレーを用いる。これにより、マイク数、スピーカ数及びチャネル数を少なくすることができるため、実装が比較的容易となる。
第二実施形態の音場収音再生装置において、マイクアレーM1−1,M2−1,…,MNx−1をダイポール特性のマイクで構成し、スピーカアレーS1−1,S2−1,…,SNx’−1をモノポール特性のスピーカで構成した場合には、フィルタ部3は以下の式により表わされる処理を行えばよい。
第二実施形態の音場収音再生装置において、マイクアレーM1−1,M2−1,…,MNx−1をモノポール特性のマイクで構成し、スピーカアレーS1−1,S2−1,…,SNx’−1をダイポール特性のスピーカで構成した場合には、フィルタ部3は以下の式により表わされる処理を行えばよい。
第一実施形態の音場収音再生装置において、マイクアレーM1−1,M2−1,…,MNx−1をダイポール特性のマイクで構成し、スピーカアレーS1−1,S2−1,…,SNx’−1をダイポール特性のスピーカで構成した場合には、フィルタ部3は以下の式により表わされる処理を行えばよい。
この発明の理論的背景を説明する。ここでは、第一実施形態においてダイポール収音−モノポール再生を行う場合にフィルタ部3の処理が式(2)となる理由を例に挙げて説明する。以下では、表記の簡略化のためにωを記載しない場合がある。
図7のように、z=0の位置に直線状に4cm間隔で配置されたマイクアレーでz<0の領域の音場の音信号を収音して、z=0の位置に直線状に4cm間隔で配置されたスピーカアレーでz>0の領域において収音された音信号を用いてその音場を再現するシミュレーションを行った。マイクアレー及びスピーカアレーの全体の長さは3.84mである。音源は、(x,y,z)=(−0.4m,0m,−1.0m)の位置にある点音源である。音源信号は、1kHzの正弦波である。
音場収音再生装置を構成する各部は、第一の部屋に配置された収音装置と第二の部屋に配置された再生装置の何れに備えられていてもよい。換言すれば、窓関数部2、フィルタのそれぞれの処理は、第一の部屋に配置された収音装置で実行されてもよいし、第二の部屋に配置された再生装置で実行されてもよい。収音装置で生成された信号は、再生装置に送信される。
2 窓関数部
3 フィルタ部
4 時間領域変換部
5 補正フィルタ部
Claims (14)
- マイクアレーで収音された音信号をフーリエ変換により周波数領域信号に変換する周波数領域変換部と、
上記周波数領域信号に窓関数を乗じて窓関数後周波数領域信号を生成する窓関数部と、
上記マイクアレーよりも音源に近い位置での波面を模擬したフィルタを上記窓関数後周波数領域信号に適用するフィルタ部と、
上記フィルタを適用した後の信号を逆フーリエ変換により時間領域信号に変換する時間領域変換部と、
を含む音場収音再生装置。 - 請求項1に記載の音場収音再生装置において、
上記音場収音再生装置は、収音装置及びと再生装置を備え、
上記収音装置は、上記周波数領域変換部と上記窓関数部と上記フィルタ部とを含み、
上記再生装置は、上記時間領域変換部を含む、
ことを特徴とする音場収音再生装置。 - 請求項1に記載の音場収音再生装置において、
上記音場収音再生装置は、収音装置及びと再生装置を備え、
上記収音装置は、上記周波数領域変換部を含み、
上記再生装置は、上記窓関数部と上記フィルタ部と上記時間領域変換部とを含む、
ことを特徴とする音場収音再生装置。 - 請求項1に記載の音場収音再生装置において、
上記音場収音再生装置は、収音装置及びと再生装置を備え、
上記収音装置は、上記周波数領域変換部と上記窓関数部とを含み、
上記再生装置は、上記フィルタ部と上記時間領域変換部を含む、
ことを特徴とする音場収音再生装置。 - 請求項1から4の何れかに記載の音場収音再生装置において、
Nx,Ny,Nx’,Ny’を正の整数とし、上記マイクアレーは二次元平面に配置されたNx×Ny個のモノポール特性のマイクで構成されており、上記時間領域信号を再生するスピーカアレーは二次元平面に配置されたNx’×Ny’個のモノポール特性のスピーカで構成されており、x方向にi番目y方向にj番目のマイクの位置を(xi,yj,z1)と表記し、x方向にn番目y方向のm番目のスピーカの位置を(xn,ym,z2)と表記し、kを波数とし、Hnm(i,j,ω)をフィルタ、Fw(i,j,ω)を窓関数後周波数領域信号、G(n,m,ω)を上記フィルタを適用した後の信号として、
上記フィルタ部は次式で定義される処理を行う、
ことを特徴とする音場収音再生装置。 - 請求項1から4の何れかに記載の音場収音再生装置において、
Nx,Ny,Nx’,Ny’を正の整数とし、上記マイクアレーは二次元平面に配置されたNx×Ny個のダイポール特性のマイクで構成されており、上記時間領域信号を再生するスピーカアレーは二次元平面に配置されたNx’×Ny’個のモノポール特性のスピーカで構成されており、x方向にi番目y方向にj番目のマイクの位置を(xi,yj,z1)と表記し、x方向にn番目y方向のm番目のスピーカの位置を(xn,ym,z2)と表記し、kを波数とし、Hnm(i,j,ω)をフィルタ、Fw(i,j,ω)を窓関数後周波数領域信号、G(n,m,ω)を上記フィルタを適用した後の信号として、
上記フィルタ部は次式で定義される処理を行う、
ことを特徴とする音場収音再生装置。 - 請求項1から4の何れかに記載の音場収音再生装置において、
Nx,Ny,Nx’,Ny’を正の整数とし、上記マイクアレーは二次元平面に配置されたNx×Ny個のモノポール特性のマイクで構成されており、上記時間領域信号を再生するスピーカアレーは二次元平面に配置されたNx’×Ny’個のダイポール特性のスピーカで構成されており、x方向にi番目y方向にj番目のマイクの位置を(xi,yj,z1)と表記し、x方向にn番目y方向のm番目のスピーカの位置を(xn,ym,z2)と表記し、kを波数とし、Hnm(i,j,ω)をフィルタ、Fw(i,j,ω)を窓関数後周波数領域信号、G(n,m,ω)を上記フィルタを適用した後の信号として、
上記フィルタ部は次式で定義される処理を行う、
ことを特徴とする音場収音再生装置。 - 請求項1から4の何れかに記載の音場収音再生装置において、
Nx,Ny,Nx’,Ny’を正の整数とし、上記マイクアレーは二次元平面に配置されたNx×Ny個のダイポール特性のマイクで構成されており、上記時間領域信号を再生するスピーカアレーは二次元平面に配置されたNx’×Ny’個のダイポール特性のスピーカで構成されており、x方向にi番目y方向にj番目のマイクの位置を(xi,yj,z1)と表記し、x方向にn番目y方向のm番目のスピーカの位置を(xn,ym,z2)と表記し、kを波数とし、Hnm(i,j,ω)をフィルタ、Fw(i,j,ω)を窓関数後周波数領域信号、G(n,m,ω)を上記フィルタを適用した後の信号として、
上記フィルタ部は次式で定義される処理を行う、
ことを特徴とする音場収音再生装置。 - 請求項1から4の何れかに記載の音場収音再生装置において、
Nx,Nx’を正の整数とし、上記マイクアレーは一次元平面に配置されたNx個のモノポール特性のマイクで構成されており、上記時間領域信号を再生するスピーカアレーは一次元平面に配置されたNx’個のモノポール特性のスピーカで構成されており、x方向にi番目のマイクの位置を(xi,y1,z1)と表記し、x方向にn番目のスピーカの位置を(xn,y2,z2)と表記し、kを波数とし、Hn(i,ω)をフィルタ、Fw(i,ω)を窓関数後周波数領域信号、G(n,ω)を上記フィルタを適用した後の信号、Hn (1)(・)を第一種ハンケル関数、Hn (2)(・)を第二種ハンケル関数として、
上記フィルタ部は次式で定義される処理を行い、
上記フィルタを適用した後の信号G(n,ω)に対して次式により定義されるフィルタ処理を行う補正フィルタ部を更に含み、
上記時間領域変換部は、上記フィルタを適用した後の信号に代えて、上記補正フィルタによる補正後の信号G’(n,ω)を逆フーリエ変換により時間領域信号に変換する、
ことを特徴とする音場収音再生装置。 - 請求項1から4の何れかに記載の音場収音再生装置において、
Nx,Nx’を正の整数とし、上記マイクアレーは一次元平面に配置されたNx個のダイポール特性のマイクで構成されており、上記時間領域信号を再生するスピーカアレーは一次元平面に配置されたNx’個のモノポール特性のスピーカで構成されており、x方向にi番目のマイクの位置を(xi,y1,z1)と表記し、x方向にn番目のスピーカの位置を(xn,y2,z2)と表記し、kを波数とし、Hn(i,ω)をフィルタ、Fw(i,ω)を窓関数後周波数領域信号、G(n,ω)を上記フィルタを適用した後の信号、Hn (1)(・)を第一種ハンケル関数、Hn (2)(・)を第二種ハンケル関数として、
上記フィルタ部は次式で定義される処理を行い、
上記フィルタを適用した後の信号G(n,ω)に対して次式により定義されるフィルタ処理を行う補正フィルタ部を更に含み、
上記時間領域変換部は、上記フィルタを適用した後の信号に代えて、上記補正フィルタによる補正後の信号G’(n,ω)を逆フーリエ変換により時間領域信号に変換する、
ことを特徴とする音場収音再生装置。 - 請求項1から4の何れかに記載の音場収音再生装置において、
Nx,Nx’を正の整数とし、上記マイクアレーは一次元平面に配置されたNx個のモノポール特性のマイクで構成されており、上記時間領域信号を再生するスピーカアレーは一次元平面に配置されたNx’個のダイポール特性のスピーカで構成されており、x方向にi番目のマイクの位置を(xi,y1,z1)と表記し、x方向にn番目のスピーカの位置を(xn,y2,z2)と表記し、kを波数とし、Hn(i,ω)をフィルタ、Fw(i,ω)を窓関数後周波数領域信号、G(n,ω)を上記フィルタを適用した後の信号、Hn (1)(・)を第一種ハンケル関数、Hn (2)(・)を第二種ハンケル関数として、
上記フィルタ部は次式で定義される処理を行い、
上記フィルタを適用した後の信号G(n,ω)に対して次式により定義されるフィルタ処理を行う補正フィルタ部を更に含み、
上記時間領域変換部は、上記フィルタを適用した後の信号に代えて、上記補正フィルタによる補正後の信号G’(n,ω)を逆フーリエ変換により時間領域信号に変換する、
ことを特徴とする音場収音再生装置。 - 請求項1から4の何れかに記載の音場収音再生装置において、
Nx,Nx’を正の整数とし、上記マイクアレーは一次元平面に配置されたNx個のダイポール特性のマイクで構成されており、上記時間領域信号を再生するスピーカアレーは一次元平面に配置されたNx’個のダイポール特性のスピーカで構成されており、x方向にi番目のマイクの位置を(xi,y1,z1)と表記し、x方向にn番目のスピーカの位置を(xn,y2,z2)と表記し、kを波数とし、Hn(i,ω)をフィルタ、Fw(i,ω)を窓関数後周波数領域信号、G(n,ω)を上記フィルタを適用した後の信号、Hn (1)(・)を第一種ハンケル関数、Hn (2)(・)を第二種ハンケル関数として、
上記フィルタ部は次式で定義される処理を行い、
上記フィルタを適用した後の信号G(n,ω)に対して次式により定義されるフィルタ処理を行う補正フィルタ部を更に含み、
上記時間領域変換部は、上記フィルタを適用した後の信号に代えて、上記補正フィルタによる補正後の信号G’(n,ω)を逆フーリエ変換により時間領域信号に変換する、
ことを特徴とする音場収音再生装置。 - マイクアレーで収音された音信号をフーリエ変換により周波数領域信号に変換する周波数領域変換ステップと、
上記周波数領域信号に窓関数を乗じて窓関数後周波数領域信号を生成する窓関数ステップと、
上記マイクアレーよりも音源に近い位置での波面を模擬したフィルタを上記窓関数後周波数領域信号に適用するフィルタステップと、
上記フィルタを適用した後の信号を逆フーリエ変換により時間領域信号に変換する時間領域変換ステップと、
を含む音場収音再生方法。 - 請求項1に記載された音場収音再生装置の各部としてコンピュータを機能させるための音場収音再生プログラム。
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