JP5595422B2 - 臨界バンドに分けられたインパルス応答データから逆フィルタを決定する方法 - Google Patents
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Description
・ 逆フィルタを決定するよう最小化される誤差表現において調整可能なグループ遅延が存在する;
・ 逆フィルタは、ラウドスピーカの逆フィルタをかけられた応答が線形又は最小位相のいずれかを有するように、設計されてよい。線形位相補償は過渡信号について注目に値するプレリンギングを生じさせることがあり、一方、幾つかの場合では、線形位相挙動は、所望のステレオ画像を生成するために求められる;
・ 正規化が適用される。全体的な正規化は、逆フィルタにおいて大きいゲインを不利にし及び/又は計算を安定させるために、適用されてよい。また、周波数依存の正規化が、任意の周波数範囲におけるゲインを不利にするために、適用されてよい;
・ 逆フィルタを決定する当該方法は、(逆フィルタが、選択された周波数範囲についてのみ位相正規化を実施するように)任意の周波数範囲のオールパス処理を実行するよう、又は(逆フィルタが、選択された周波数範囲について大きさも位相も正規化しないように)任意の周波数のパススルー処理を実行するよう、実施されてよい。
・ (測定され平均化されたインパルス応答の)臨界周波数バンド平滑化は、正常に動作するフィルタ応答を得るよう実施される。例えば、臨界バンドフィルタは、知覚的に関連がない測定平均インパルス応答の不規則を取り除いて、それにより、決定された逆フィルタが、そのようなディテールを補正するリソースを浪費しないようにすることができる。これは、逆フィルタが、耳が感知する場合にのみ、選択的にスピーカの周波数応答を補正するのに有用でありながら、非常に大きいピーク又はくぼみを示さないことを可能にすることができる;
・ 正規化は、(変換ビンごとではなく)臨界周波数バンドごとに行われる;
・ 等ラウドネス補償が、(例えば、基準信号に適用される元のインパルス応答に適用される逆フィルタの重み付けrms値が、基準信号に適用される元のインパルス応答の同じ重み付けrms値に等しくなるように、逆フィルタの全体のゲインを調整するよう)実施されるよう。この等ラウドネス補償は、逆フィルタが大部分の音声信号に適用される場合に、音声の認知されるラウドネスがシフトしないことを確かにすることができる正規化の一種である。
εt=(1−α)εp+αεs
ここで、αは、パスバンド誤差εpに対してストップバンド誤差εsを重み付けする係数である。ラウドスピーカの全周波数範囲は、ストップバンド及びパスバンド(通常は、周波数ωslとωulとの間で2つのストップバンドと1つのパスバンドと)に分けられ、重み付け係数αは、多種多様な適切な方法のいずれかにおいて選択されてよい。例えば、ストップバンドは、スピーカの周波数応答の低周波カットオフを下回り且つ高周波カットオフを上回る周波数範囲であってよい。
(1)変形されたべき乗法。このアプローチでは、最大固有値及び対応する固有ベクトルは反復的に得られる。(例えば、ガウス消去を用いて)式Px=bにおいてxについて解くことによって、最小固有値が最大値の代わりに見つけられ得る。代替的に、最小固有値は、式λmaxI−Pについて最大固有値を決定することによって、求められる。ここで、λmaxは、行列Pについての最大固有値であり、Iは単位行列である。しかし、変形されたべき乗法は、行列の反転を求めることを必要とし、代替の方法は、徐々に収束するという欠点を有する。典型的なシステム行列Pに関し、最小固有値は零の周囲でクラスタ化され、従って、λmaxI−Pの固有値は、λmaxの周囲でクラスタ化され、変形されたべき乗法は、最大固有値が外れ値である場合にのみ(すなわち、λmax>>λmax−1)、速やかに収束する;
(2)行列の最小固有値を見つける共役勾配(CG)法。CG法は、式を解くために従来行われている反復法である。それは、行列の最大又は最小固有値及び対応する固有ベクトルを見つけるよう再定式化される。CG法は有用な結果を実現するが、上記のべき乗法よりはずっと速いが、収束が非常に遅い。システム行列の条件付け(例えば、対角化)は、CG法のより高速な収束をもたらす。
・ 逆フィルタは、ラウドスピーカの逆フィルタをかけられた応答が線形な又は最小の位相を有するように設計され得る。スペクトル分解のための複素ケプトラム技術が、上記ベクトルrをその最小位相成分及び最大位相成分に因数分解するために使用されてよく、その後、最小位相成分は、後の計算においてrを置換する。代替的に、グループ遅延定数gdは、結果として得られるおおよその最小位相応答を求めるよう、低い値に設定されてよい;
・ 望ましくは、(下端周波数ωtの1つから上端周波数ωuの対応する1つまでの)周波数範囲の夫々についての目標応答PR(ω)は、そのような範囲において正弦関数又は線形であるよう(あるいは、閉形式を有する他の適切な関数であるよう)選択される;
・ 正規化が容易に適用される。全体的な正規化(例えば、逆フィルタによって適用されるゲインに対する大域的な制限)は、逆フィルタにおいて大きいゲインを不利にし及び/又は計算を安定させるために、適用されてよい。また、周波数依存の正規化が、任意の周波数範囲について大きいゲインを不利にするために、適用されてよい。これは、特定の周波数範囲について行列Pにより大きい重みを割り当てることによって達成され得る(例えば、式(15)においてW(ω)を増大させ、一方、式(16)においてベクトルrについてW(ω)を不変なままとする。);
・ 逆フィルタを決定する当該方法は、(選択された周波数範囲についてのみ位相正規化を実施するように)任意の周波数範囲のオールパス処理を実行するよう、又は(選択された周波数範囲について大きさも位相も正規化しないように)任意の周波数のパススルー処理を実行するよう、実施されてよい。パススルーモードの典型的な実施では、P(ejω)は、幾つかの周波数範囲についての計算において、P(ejω)=Pg(ω)e−jωgdに設定される代わりに、ラウドスピーカの平均周波数応答P(ejω)=H(ejω)に設定される。オールパスモードの典型的な実施では、ラウドスピーカの平均インパルス応答のDFTのサンプルの絶対値は、計算において、PR(ω)の代わりとして使用される。
本願は、2009年1月30日に出願された米国特許仮出願第61/148564号に基づく優先権を主張するものであり、該米国出願は、その全体を参照により本願に援用される。
Claims (11)
- インパルス応答を有するラウドスピーカのための逆フィルタを決定する方法であって、
前記ラウドスピーカに対する複数の異なる位置の夫々で前記ラウドスピーカのインパルス応答を測定するステップと、
平均インパルス応答を決定するよう前記測定されたインパルス応答を時間的に整列して平均を求めるステップと、
前記ラウドスピーカの目標応答と前記逆フィルタにより畳み込まれる前記平均インパルス応答との間の全誤差を最小化することによって、前記平均インパルス応答及び目標周波数応答から前記逆フィルタを決定するステップと
を有し、
前記全誤差εtはεt=gTPg/gTgであり、前記逆フィルタの係数g=[g(0) g(1) g(2)・・・g(L−1)]Tは、行列Pの最小固有値に対応する固有ベクトルとして決定され、
行列P=(1−α)Pp+αPsであり、αは重み付け係数であり、Psは
方法。 - 前記逆フィルタを決定するステップは、前記逆フィルタの少なくとも1つの臨界周波数バンドに対して局所的な正規化を行うステップを有する、
請求項1に記載の方法。 - 前記逆フィルタを決定するステップは、基準信号に対して前記逆フィルタを正規化するステップを有する、
請求項1に記載の方法。 - 前記逆フィルタを決定するステップは、前記逆フィルタによって適用される最大ゲインを所定量に制限することによって全体的な正規化を行うステップを有する、
請求項1に記載の方法。 - インパルス応答を有するラウドスピーカのための逆フィルタを決定する時間領域の方法であって、
前記ラウドスピーカに対する複数の異なる位置の夫々で前記ラウドスピーカのインパルス応答を測定するステップと、
平均インパルス応答を決定するよう前記測定されたインパルス応答を時間的に整列して平均を求めるステップと、
誤差を最小化するよう線形等化システムを解くことによって、前記平均インパルス応答及び目標周波数応答から前記逆フィルタを決定するステップと
を有し、
前記誤差は、
方法。 - 前記逆フィルタを決定するステップは、前記逆フィルタの少なくとも1つの臨界周波数バンドに対して局所的な正規化を行うステップを有する、
請求項5に記載の方法。 - 前記逆フィルタを決定するステップは、基準信号に対して前記逆フィルタを正規化するステップを有する、
請求項5に記載の方法。 - 前記逆フィルタを決定するステップは、前記逆フィルタによって適用される最大ゲインを所定量に制限することによって全体的な正規化を行うステップを有する、
請求項5に記載の方法。
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