JP5730921B2 - Sound field recording / reproducing apparatus, method, and program - Google Patents

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Description

この発明は、ある音場に設置されたマイクロホンで音信号を収音し、その音信号を用いてスピーカでその音場を再現する波面合成法(Wave Field Synthesis),アンビソニックス(Ambisonics)の技術に関する。   The present invention relates to a wave field synthesis method (Ambisonics) technology that collects a sound signal with a microphone installed in a certain sound field, and reproduces the sound field with a speaker using the sound signal. About.

波面合成法及びアンビソニックスは、複数のマイクロホンとスピーカを用いて、遠隔地の音場を仮想的に再現する技術である。そのような技術として例えば非特許文献1に記載された技術が知られている。遠隔コミュニケーションシステムなどの応用では、リアルタイムの収音・再現が必要になるため、一般的なマイクロホンアレーで収音した音圧を、一般的なスピーカアレーで出力するための音場再現信号へと一意に変換可能であることが必要となる。   The wavefront synthesis method and ambisonics are technologies that virtually reproduce a sound field in a remote place using a plurality of microphones and speakers. As such a technique, for example, a technique described in Non-Patent Document 1 is known. In applications such as remote communication systems, real-time sound collection and reproduction is required, so the sound pressure collected by a general microphone array is unique to a sound field reproduction signal for output by a general speaker array. It must be convertible to

小山,古家,日和崎,羽田,鈴木,“円筒状マイクロホン・スピーカアレーのための波面再構成フィルタ”,2012年9月,音響学会秋季研究発表会講演論文集,pp.605-608Oyama, Furuya, Hiwazaki, Haneda, Suzuki, “Wavefront reconstruction filter for cylindrical microphone / speaker array”, September 2012, Proceedings of Autumn Meeting of Acoustical Society of Japan, pp.605-608

非特許文献1に記載された技術では、円筒状のマイクロホンアレー・スピーカアレーを用いることを仮定して、変換のためのフィルタが導出されていた。そのため、このフィルタを円形のマイクロホンアレー・スピーカアレーに適用すると高精度に音場を再現することができず、聴取者の周囲全方位から音が到来するような音場を高精度に再現することができない可能性があった。   In the technique described in Non-Patent Document 1, a filter for conversion is derived on the assumption that a cylindrical microphone array / speaker array is used. Therefore, if this filter is applied to a circular microphone array / speaker array, the sound field cannot be reproduced with high accuracy, and a sound field that sounds from all directions around the listener can be reproduced with high accuracy. There was a possibility that could not.

この発明の目的は、円形のマイクロホンアレー・スピーカアレーを用いる場合に、従来よりも高精度に音場を再現することができ、聴取者の周囲全方位から音が到来するような音場を高精度に再現することができる音場収音再生装置、方法及びプログラムを提供することである。   An object of the present invention is to reproduce a sound field with higher accuracy than in the past when using a circular microphone array / speaker array, and to enhance a sound field where sound comes from all directions around the listener. It is an object to provide a sound field sound collecting / reproducing apparatus, method, and program that can be accurately reproduced.

上記の課題を解決するために、この発明の一態様による音場収音再生装置は、少なくとも2個のマイクロホンが第一の空間の半径Rmの仮想円筒の円周に配置されているとし、半径Rmの仮想円筒の周方向をφ方向とし、jを虚数単位とし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとし、mをφ方向の次数とし、H(1) m(・)をm次の第一種ハンケル関数とし、Jm(・)をm次のベッセル関数とし、wmをmに基づいて定まる重みとし、A(ω)をωに基づいて定まる複素数とし、少なくとも2個のスピーカが第一の空間と異なる第二の空間の半径Rsの仮想円筒の円周に配置されているとし、スピーカが配置される円を二次音源円とし、Rrefを二次音源円の中心から振幅を一致させる円周上の点までの距離として、マイクロホンで収音された信号に基づいて生成された時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する変換フィルタ部と、 In order to solve the above problems, sound field sound collecting and reproducing apparatus according to an aspect of the invention, the at least two microphones are arranged in the circumference of an imaginary cylinder of radius R m of the first space, The circumferential direction of a virtual cylinder of radius R m is the φ direction, j is the imaginary unit, ω is the frequency, c is the speed of sound, k = ω / c, m is the order in the φ direction, and H (1) m (・) Is an m-th order first-class Hankel function, J m (・) is an m-order Bessel function, w m is a weight determined based on m, and A (ω) is a complex number determined based on ω. , Assuming that at least two speakers are arranged on the circumference of a virtual cylinder having a radius R s in a second space different from the first space, the circle in which the speakers are arranged is a secondary sound source circle, and R ref is The spatio-temporal generated based on the signal collected by the microphone as the distance from the center of the secondary sound source circle to the point on the circumference where the amplitude matches A conversion filter unit that generates a filtered signal D to m (ω) by applying a filter F to m (ω) defined by the following equation to the frequency domain signal P to m (ω):

Figure 0005730921
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空間の逆フーリエ変換により、フィルタ処理後信号D~m(ω)を周波数領域信号に変換する空間周波数逆変換部と、周波数領域信号を逆フーリエ変換により時間領域信号に変換し、変換された時間領域信号をスピーカに出力する周波数逆変換部と、を含む。 A spatial frequency inverse transform unit that transforms the filtered signal D to m (ω) into a frequency domain signal by inverse Fourier transform of space, and a frequency domain signal that is transformed into a time domain signal by inverse Fourier transform, and the transformed time And a frequency inverse transform unit that outputs the region signal to the speaker.

この発明の他の一態様による音場収音再生装置は、少なくとも2個のマイクロホンが第一の空間の半径Rmの仮想円筒の円周に配置されているとし、半径Rmの仮想円筒の周方向をφ方向とし、jを虚数単位とし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとし、mをφ方向の次数とし、H(1) m(・)をm次の第一種ハンケル関数とし、Jm(・)をm次のベッセル関数とし、wmをmに基づいて定まる重みとし、A(ω)をωに基づいて定まる複素数とし、少なくとも2個のスピーカが第一の空間と異なる第二の空間の半径Rsの仮想円筒の円周に配置されているとし、スピーカが配置される円を二次音源円とし、Rrefを二次音源円の中心から振幅を一致させる円周上の点までの距離として、マイクロホンで収音された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変換部と、空間のフーリエ変換により、周波数領域信号を時空間周波数領域信号P~m(ω)に変換する空間周波数変換部と、時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する変換フィルタ部と、 Sound field sound collecting and reproducing apparatus according to another aspect of the invention, the at least two microphones are arranged in the circumference of an imaginary cylinder of radius R m of the first space, the virtual cylinder having a radius R m The circumferential direction is the φ direction, j is the imaginary unit, ω is the frequency, c is the speed of sound, k = ω / c, m is the order in the φ direction, and H (1) m ( A first-class Hankel function, J m (•) is an m-order Bessel function, w m is a weight determined based on m, A (ω) is a complex number determined based on ω, and at least two speakers are Suppose that it is arranged on the circumference of the virtual cylinder of radius R s in the second space different from the first space, the circle where the speaker is arranged is the secondary sound source circle, and R ref is from the center of the secondary sound source circle The frequency at which the signal collected by the microphone is converted into a frequency domain signal by Fourier transform as the distance to the point on the circumference where the amplitudes match. Transformer, spatial frequency transformer that transforms frequency domain signal into spatio-temporal frequency domain signal P ~ m (ω) by Fourier transform of space, and for spatiotemporal frequency domain signal P ~ m (ω) Applying a filter F ~ m (ω) defined by the conversion filter unit to generate a filtered signal D ~ m (ω),

Figure 0005730921
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を含む。 including.

この発明の他の一態様による音場収音再生装置は、少なくとも2個のマイクロホンが第一の空間の半径Rmの仮想球の大円の円周に配置されているとし、マイクロホンが配置される円を受音円とし、受音円の周方向をφ方向とし、受音円に対して垂直な平面と仮想球との大円の周方向をθ方向とし、jを虚数単位とし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとし、mをφ方向の次数とし、nをθ方向の次数とし、H(1) m(・)をm次の第一種ハンケル関数とし、Jm(・)をm次のベッセル関数とし、h(1) n(・)をn次の第一種球ハンケル関数とし、jn(・)をn次の球ベッセル関数とし、Pm n(・)をルジャンドル陪関数とし、wmをmに基づいて定まる重みとし、A(ω)をωに基づいて定まる複素数とし、少なくとも2個のスピーカが第一の空間と異なる第二の空間の半径Rsの仮想球の大円の円周に配置されているとし、スピーカが配置される円を二次音源円とし、Rrefを二次音源円の中心から振幅を一致させる円周上の点までの距離として、マイクロホンで収音された信号に基づいて生成された時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する変換フィルタ部と、 Sound field sound collecting and reproducing apparatus according to another aspect of the invention, the at least two microphones are arranged in the great circle of the circumference of the virtual sphere of radius R m of the first space, the microphone is placed Is the receiving circle, the circumferential direction of the receiving circle is the φ direction, the circumferential direction of the great circle between the plane perpendicular to the receiving circle and the phantom sphere is the θ direction, j is the imaginary unit, and ω Is the frequency, c is the speed of sound, k = ω / c, m is the order in the φ direction, n is the order in the θ direction, and H (1) m ( , J m (•) is an m-order Bessel function, h (1) n (•) is an n-th order first-class spherical Hankel function, j n (•) is an n-order spherical Bessel function, and P m n (·) is a Legendre power function, w m is a weight determined based on m, A (ω) is a complex number determined based on ω, and at least two speakers are different from the first space. of radius R s of And is arranged to great circle of the circumference of the virtual sphere, a circle speaker is placed as a secondary source circle, the distance of R ref from the center of the secondary source a circle to a point on the circumference to match the amplitude As a result of applying the filter F ~ m (ω) defined by the following equation to the spatio-temporal frequency domain signal P ~ m (ω) generated based on the signal collected by the microphone A conversion filter unit for generating D ~ m (ω);

Figure 0005730921
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空間の逆フーリエ変換により、フィルタ処理後信号D~m(ω)を周波数領域信号に変換する空間周波数逆変換部と、周波数領域信号を逆フーリエ変換により時間領域信号に変換し、変換された時間領域信号をスピーカに出力する周波数逆変換部と、を含む。 A spatial frequency inverse transform unit that transforms the filtered signal D to m (ω) into a frequency domain signal by inverse Fourier transform of space, and a frequency domain signal that is transformed into a time domain signal by inverse Fourier transform, and the transformed time And a frequency inverse transform unit that outputs the region signal to the speaker.

この発明の他の一態様による音場収音再生装置は、少なくとも2個のマイクロホンが第一の空間の半径Rmの仮想球の大円の円周に配置されているとし、マイクロホンが配置される円を受音円とし、受音円の周方向をφ方向とし、受音円に対して垂直な平面と仮想球との大円の周方向をθ方向とし、jを虚数単位とし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとし、mをφ方向の次数とし、nをθ方向の次数とし、H(1) m(・)をm次の第一種ハンケル関数とし、Jm(・)をm次のベッセル関数とし、h(1) n(・)をn次の第一種球ハンケル関数とし、jn(・)をn次の球ベッセル関数とし、Pm n(・)をルジャンドル陪関数とし、wmをmに基づいて定まる重みとし、A(ω)をωに基づいて定まる複素数とし、少なくとも2個のスピーカが第一の空間と異なる第二の空間の半径Rsの仮想球の大円の円周に配置されているとし、スピーカが配置される円を二次音源円とし、Rrefを二次音源円の中心から振幅を一致させる円周上の点までの距離として、マイクロホンで収音された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変換部と、空間のフーリエ変換により、周波数領域信号を時空間周波数領域信号P~m(ω)に変換する空間周波数変換部と、時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する変換フィルタ部と、 Sound field sound collecting and reproducing apparatus according to another aspect of the invention, the at least two microphones are arranged in the great circle of the circumference of the virtual sphere of radius R m of the first space, the microphone is placed Is the receiving circle, the circumferential direction of the receiving circle is the φ direction, the circumferential direction of the great circle between the plane perpendicular to the receiving circle and the phantom sphere is the θ direction, j is the imaginary unit, and ω Is the frequency, c is the speed of sound, k = ω / c, m is the order in the φ direction, n is the order in the θ direction, and H (1) m ( , J m (•) is an m-order Bessel function, h (1) n (•) is an n-th order first-class spherical Hankel function, j n (•) is an n-order spherical Bessel function, and P m n (·) is a Legendre power function, w m is a weight determined based on m, A (ω) is a complex number determined based on ω, and at least two speakers are different from the first space. of radius R s of And is arranged to great circle of the circumference of the virtual sphere, a circle speaker is placed as a secondary source circle, the distance of R ref from the center of the secondary source a circle to a point on the circumference to match the amplitude A frequency converter that converts a signal collected by a microphone into a frequency domain signal by Fourier transform, and a spatial frequency that converts a frequency domain signal to a spatio-temporal frequency domain signal P ~ m (ω) by Fourier transform of space Transformer and transform filter that generates filtered signal D ~ m (ω) by applying filter F ~ m (ω) defined by the following equation to spatio-temporal frequency domain signal P ~ m (ω) And

Figure 0005730921
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を含む。 including.

円形のマイクロホンアレー・スピーカアレー用のフィルタを用いて、円形のマイクロホンアレーの収音信号を円形のスピーカアレーの駆動信号へ変換し、音場を再現することが可能であることから、聴取者の周囲全方位から音が到来するような音場を高精度に再現することが可能となる。   Using a filter for a circular microphone array / speaker array, it is possible to convert the collected sound signal of the circular microphone array into a drive signal of the circular speaker array and reproduce the sound field. It is possible to accurately reproduce a sound field where sound comes from all directions.

マイクロホン及びスピーカの配置の例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of arrangement | positioning of a microphone and a speaker. 音場収音再生装置の例を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the example of a sound field sound collection reproducing | regenerating apparatus. 音場収音再生方法の例を示す流れ図。The flowchart which shows the example of the sound field sound collection reproduction | regeneration method. マイクロホン及びスピーカの配置の例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of arrangement | positioning of a microphone and a speaker.

[第一実施形態]
以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。以下の説明において、テキスト中で使用する記号「~」、「」等は、本来直前の文字の真上に記載されるべきものであるが、テキスト記法の制限により、当該文字の直後に記載する。式中においてはこれらの記号は本来の位置に記述している。また、ベクトルや行列の各要素単位で行われる処理は、特に断りが無い限り、そのベクトルやその行列の全ての要素に対して適用されるものとする。
[First embodiment]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following explanation, the symbols “~”, “ ”, etc. used in the text should be described immediately above the character immediately before, but are described immediately after the character due to restrictions on text notation. To do. In the formula, these symbols are written in their original positions. Further, the processing performed for each element of a vector or matrix is applied to all elements of the vector or matrix unless otherwise specified.

<マイクロホンアレー及びスピーカアレーの配置について>
第一実施形態の音場収音再生装置及び方法は、図1に示すように、第一の空間の半径Rmの仮想円筒の円周に配置されているNch個のマイクロホンM1,M2,…,MNchで構成されるマイクロホンアレーと、第二の空間の半径Rsの仮想円筒の円周に配置されているNch個のスピーカS1,S2,…,SNchで構成されるスピーカアレーとを用いて、第一の空間の音源Sで発生した音によって形成された第一の空間の音場を第二の空間で再現する。なお、仮想円筒の円周とは、仮想円筒の軸に対して垂直な平面と仮想円筒との共通部分である円の円周を意味する。第一の空間及び第二の空間は互いに異なる空間である。図1では、第二の空間で再現された音源Sを音源S'と表現している。マイクロホンアレーが形成する円を受音円ともいい、スピーカアレーが形成する円を二次音源円ともいう。言い換えると、マイクロホンアレーを配置する円を受音円といい、スピーカアレーを配置する円を二次音源円という。仮想円筒の軸方向をz方向とし、半径Rmの仮想円筒の周方向をφ方向とする。言い換えると、φ方向とは、受音円の周方向である。第一の空間に配置されたマイクロホンの数と第二の空間に配置されたスピーカの数は異なっていてもよい。マイクロホンの数が、第二の空間に配置されたスピーカの数よりも多い場合には、再生信号を間引けばよい。一方、マイクロホンの数が、第二の空間に配置されたスピーカの数よりも少ない場合には、再生信号をチャネル間で平均を取るなどして補間を行えばよい。補間を行う方法は、例えば、線形補間やsinc補間などを適用することができる。
<Disposition of microphone array and speaker array>
Sound field sound collection reproducing apparatus and method of the first embodiment, as shown in FIG. 1, N ch number of microphones M1 arranged on the circumference of an imaginary cylinder of radius R m of the first space, M2, ..., a microphone array composed of MN ch, second N ch number of speakers S1, are arranged in the circumference of an imaginary cylinder of radius R s of the space, S2, ..., a speaker array comprised of SN ch And the sound field of the first space formed by the sound generated by the sound source S of the first space is reproduced in the second space. Note that the circumference of the virtual cylinder means the circumference of a circle that is a common part of the plane perpendicular to the axis of the virtual cylinder and the virtual cylinder. The first space and the second space are different from each other. In FIG. 1, the sound source S reproduced in the second space is expressed as a sound source S ′. The circle formed by the microphone array is also called a sound receiving circle, and the circle formed by the speaker array is also called a secondary sound source circle. In other words, the circle where the microphone array is arranged is called a sound receiving circle, and the circle where the speaker array is arranged is called a secondary sound source circle. The axial direction of the virtual cylinder is the z direction, and the circumferential direction of the virtual cylinder with the radius R m is the φ direction. In other words, the φ direction is the circumferential direction of the sound receiving circle. The number of microphones arranged in the first space and the number of speakers arranged in the second space may be different. If the number of microphones is larger than the number of speakers arranged in the second space, the reproduction signal may be thinned out. On the other hand, when the number of microphones is smaller than the number of speakers arranged in the second space, the reproduction signal may be interpolated by taking an average between channels. As a method for performing the interpolation, for example, linear interpolation, sinc interpolation, or the like can be applied.

マイクロホンアレーは、2個以上のマイクロホンを使って円形を構成する。例えば、図1に示すように、仮想円筒の円周にNch個のマイクロホンが等間隔に配置される。Nchは予め定められた2以上の整数である。 The microphone array forms a circle using two or more microphones. For example, as shown in FIG. 1, N ch number of microphones are arranged at equal intervals on the circumference of the virtual cylinder. N ch is a predetermined integer of 2 or more.

仮想円筒の円周に配置されたNch個のマイクロホンは、φcを所定の角度として、それぞれφcradianの間隔で位置している。なお、マイクロホンは、ほぼ等間隔に配置されていれば、厳密に等間隔に配置されている必要はない。すなわち、隣接するマイクロホンとの間隔であるφcのそれぞれは、厳密に同じ値である必要はなく、ほぼ同じ値であればよい。また、マイクロホンは、どのような間隔で配置されてもよい。すなわち、隣接するマイクロホンとの間隔であるφcは、任意の値を取ることができる。ただし、マイクロホンをほぼ等間隔に配置する、すなわち隣接するマイクロホンとの間隔であるφcをほぼ同じ値とすることで、高精度に音場を再現することができる。 N ch number of microphones arranged in the circumference of the virtual cylinder, a phi c as a predetermined angle are located at intervals of phi c radian respectively. Note that the microphones do not have to be arranged at exactly equal intervals as long as they are arranged at approximately equal intervals. That is, φ c that is the distance between adjacent microphones does not need to be exactly the same value, and may be almost the same value. Further, the microphones may be arranged at any interval. That is, φ c that is the interval between adjacent microphones can take an arbitrary value. However, it is possible to reproduce the sound field with high accuracy by arranging the microphones at almost equal intervals, that is, by setting φ c that is the interval between adjacent microphones to be substantially the same value.

スピーカもマイクロホンと同様に配置される。すなわち、スピーカアレーは、2個以上のスピーカを使って円形を構成する。例えば、図1に示すように、仮想円筒の円周にNch個のスピーカが等間隔に配置される。Nchは予め定められた2以上の整数である。 The speaker is also arranged in the same manner as the microphone. In other words, the speaker array forms a circle using two or more speakers. For example, as shown in FIG. 1, Nch speakers are arranged at equal intervals around the circumference of the virtual cylinder. N ch is a predetermined integer of 2 or more.

仮想円筒の円周に配置されたNch個のスピーカは、φcを所定の角度として、それぞれφcradianの間隔で位置している。なお、スピーカは、ほぼ等間隔に配置されていれば、厳密に等間隔に配置されている必要はない。すなわち、隣接するスピーカとの間隔であるφcのそれぞれは、厳密に同じ値である必要はなく、ほぼ同じ値であればよい。また、スピーカは、どのような間隔で配置されてもよい。すなわち、隣接するスピーカとの間隔であるφcは、任意の値を取ることができる。ただし、スピーカをほぼ等間隔に配置する、すなわち隣接するスピーカとの間隔であるφcをほぼ同じ値とすることで、高精度に音場を再現することができる。 N ch number of speakers arranged on the circumference of the virtual cylinder, a phi c as a predetermined angle are located at intervals of phi c radian respectively. Note that the speakers do not need to be arranged at exactly equal intervals as long as they are arranged at approximately equal intervals. That is, φ c that is an interval between adjacent speakers does not need to be exactly the same value, and may be almost the same value. Further, the speakers may be arranged at any interval. That is, φ c that is the distance between adjacent speakers can take an arbitrary value. However, the sound field can be reproduced with high accuracy by arranging the speakers at substantially equal intervals, that is, by setting φ c that is the interval between adjacent speakers to be substantially the same value.

受音円の円周のNch個のマイクロホンの位置関係は、二次音源円の対応するNch個のスピーカの位置と同じであることが望ましいが、異なっていても良い。この位置が同じであれば、より忠実に音場の再生を行うことができる。 The positional relationship of the N ch microphones on the circumference of the receiving circle is preferably the same as the position of the corresponding N ch speakers in the secondary sound source circle, but may be different. If this position is the same, the sound field can be reproduced more faithfully.

受音円の半径Rmは、例えば0.2m程度とする。また、二次音源円の半径Rsは、例えば、1.5m程度とする。なお、本実施形態では、Rs≧Rmであると仮定するが、これを満たさなくても(つまりRs<Rmの場合にも)同様の処理を適用可能である。ただし、Rs≧Rmのときに音場再生の精度が良くなる。各仮想円筒の半径Rm及びRsは、それぞれ値が大きいほど広い領域を再現することができるが、より多くのマイクロホン及びスピーカが必要となる。各仮想円筒の半径Rm及びRsは、それぞれ収音及び再生する信号の周波数を考慮して実験的に設定することが望ましい。また、マイクロホンは受音円の外側に、スピーカは二次音源円の内側に向けて配置される。マイクロホンアレーが対象とする収音範囲は受音円の外側であり、スピーカアレーが対象とする再生範囲は二次音源円の内側である。 The radius R m of the sound receiving circle is, for example, about 0.2 m. Further, the radius R s of the secondary sound source circle is, for example, about 1.5 m. In this embodiment, it is assumed that R s ≧ R m , but the same processing can be applied even if this is not satisfied (that is, even when R s <R m ). However, the accuracy of sound field reproduction is improved when R s ≧ R m . As the radiuses R m and R s of each virtual cylinder are larger, a larger area can be reproduced, but more microphones and speakers are required. The radii R m and R s of each virtual cylinder are desirably set experimentally in consideration of the frequency of sound collection and reproduction. Further, the microphone is arranged outside the sound receiving circle, and the speaker is arranged inside the secondary sound source circle. The sound collection range targeted by the microphone array is outside the sound receiving circle, and the reproduction range targeted by the speaker array is inside the secondary sound source circle.

マイクロホンは、音響的に透明な状態で第一の空間の空中に配置される。音響的に透明な状態とは、マイクロホンが配置されていない第一の空間の伝達特性と同じ伝達特性を保った状態ということである。例えば、マイクロホンは、糸で吊るされるか、細い棒で固定されることにより、第一の空間の空中に配置される。   The microphone is disposed in the air in the first space in an acoustically transparent state. The acoustically transparent state is a state in which the same transmission characteristic as that of the first space where no microphone is arranged is maintained. For example, the microphone is placed in the air in the first space by being hung with a thread or fixed with a thin rod.

スピーカは、マイクロホンと同様に、音響的に透明な状態で第二の空間の空中に配置されてもよいし、音響的に透明でない状態で第二の空間に配置されてもよい。   Similarly to the microphone, the speaker may be disposed in the air in the second space in an acoustically transparent state, or may be disposed in the second space in a state that is not acoustically transparent.

第一の空間のマイクロホンMi(i=1,2,…,Nch)の位置を円筒座標系でr- m,i=(Rmm,i,0)と表現する。第二の空間のスピーカSi(i=1,2,…,Nch)の位置を円筒座標系でr- s,i=(Rss,i,0)と表現する。 Microphone Mi (i = 1,2, ..., N ch) of the first space r the position of a cylindrical coordinate system - m, i = (R m , φ m, i, 0) and expressed. The position of the speaker Si (i = 1, 2,..., N ch ) in the second space is expressed as r s, i = (R s , φ s, i , 0) in the cylindrical coordinate system.

<音場収音再生装置>
第一実施形態の音場収音再生装置は、図2に示すように周波数変換部1、空間周波数変換部3、変換フィルタ部4、空間周波数逆変換部5及び周波数逆変換部6を例えば含み、図3に例示された各ステップの処理を行う。
<Sound field recording and playback device>
The sound field sound collecting and reproducing apparatus according to the first embodiment includes, for example, a frequency conversion unit 1, a spatial frequency conversion unit 3, a conversion filter unit 4, a spatial frequency reverse conversion unit 5, and a frequency reverse conversion unit 6 as shown in FIG. The processing of each step illustrated in FIG. 3 is performed.

第一の空間に配置されたマイクロホンM1,M2,…,MNchは、第一の空間の音源Sで発せられた音を収音して時間領域の信号を生成する。生成された信号は、周波数変換部1に送られる。r- m,i=(Rmm,i,0)に位置するマイクロホンMiで収音された時間領域の時刻tの信号をpi(t)と表記する。 The microphones M1, M2,..., MN ch arranged in the first space pick up the sound emitted from the sound source S in the first space and generate a time domain signal. The generated signal is sent to the frequency converter 1. r - m, i = (R m, φ m, i, 0) of the signal collected by the microphone Mi located to time t in the time domain is denoted as p i (t).

<周波数変換部1>
周波数変換部1は、マイクロホンMiで収音された信号pi(t)をフーリエ変換により周波数領域信号Pi(ω)に変換する(ステップS1)。生成された周波数領域信号Pi(ω)は、空間周波数変換部3に送られる。ωは周波数である。なお、ωを音速cで割った値k=ω/cを波数として定義する。波数とは、いわゆる空間周波数又は角度スペクトルのことである。例えば、短時間離散フーリエ変換により周波数領域信号Pi(ω)が生成される。もちろん、他の既存の方法により周波数領域信号Pi(ω)を生成してもよい。また、オーバーラップアド等の方法を用いて周波数領域信号Pi(ω)を生成してもよい。入力信号が長い場合や、リアルタイム処理のように連続して信号が入力される場合には、例えば10msごとといったフレームごとに処理を行う。周波数領域信号Pi(ω)は、例えば式(1)のように定義される。関数expの引数の中のjは虚数単位である。
<Frequency converter 1>
The frequency converter 1 converts the signal p i (t) collected by the microphone Mi into a frequency domain signal P i (ω) by Fourier transform (step S1). The generated frequency domain signal P i (ω) is sent to the spatial frequency converter 3. ω is a frequency. A value k = ω / c obtained by dividing ω by the speed of sound c is defined as a wave number. The wave number is a so-called spatial frequency or angular spectrum. For example, the frequency domain signal P i (ω) is generated by short-time discrete Fourier transform. Of course, the frequency domain signal P i (ω) may be generated by other existing methods. Further, the frequency domain signal P i (ω) may be generated using a method such as overlap add. When the input signal is long or when the signal is continuously input as in real time processing, the processing is performed for each frame such as every 10 ms. The frequency domain signal P i (ω) is defined, for example, as in Expression (1). J in the argument of the function exp is an imaginary unit.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

<空間周波数変換部3>
空間周波数変換部3は、空間のフーリエ変換により周波数領域信号Pi(ω)を時空間周波数領域信号P~m(ω)に変換する(ステップS3)。時空間周波数領域信号P~m(ω)は、周波数ωごとに計算される。変換された時空間周波数領域信号P~m(ω)は、変換フィルタ部4に送られる。空間周波数変換部3は、例えば、式(2)により定義されるP~m(ω)を計算する。
<Spatial frequency converter 3>
The spatial frequency conversion unit 3 converts the frequency domain signal P i (ω) into the spatio-temporal frequency domain signals P m (ω) by Fourier transform of space (step S3). The spatio-temporal frequency domain signal P m (ω) is calculated for each frequency ω. The converted spatio-temporal frequency domain signal P m (ω) is sent to the conversion filter unit 4. The spatial frequency conversion unit 3 calculates P m (ω) defined by Equation (2), for example.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

mはφ方向の次数である。ここで、-M≦m≦Mであり、mは整数とする。式(2)は、時空間周波数領域への変換の一例であり、他の方法により空間のフーリエ変換を行ってもよい。また、式(1)、(2)を合わせて二次元のDFTを行うような方法でもよい。 m is the order in the φ direction. Here, −M ≦ m ≦ M, and m is an integer. Expression (2) is an example of conversion to the spatio-temporal frequency domain, and spatial Fourier transform may be performed by other methods. Also, a method of performing two-dimensional DFT by combining equations (1) and (2) may be used.

<変換フィルタ部4>
変換フィルタ部4は、時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により所定のフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する(ステップS4)。フィルタ処理後信号D~m(ω)は、空間周波数逆変換部5に送信される。
<Conversion filter unit 4>
The transform filter unit 4 applies a predetermined filter F to m (ω) to the spatio-temporal frequency domain signal P to m (ω) by the following equation to generate a filtered signal D to m (ω) ( Step S4). The filtered signal D m (ω) is transmitted to the spatial frequency inverse transform unit 5.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

Rrefは、二次音源円の中心から振幅を一致させる(二次音源円と同一平面上に存在する)円周上の点までの距離である。従って、Rref=0のとき、二次音源円の中心において振幅が一致し、Rref≠0のとき、半径Rrefの二次音源円の同心円の円周上において振幅が一致する。なお、Rref=0の場合、二次音源円の中心から振幅を一致させる点の集合は円を形成せず、点(二次音源円の中心)となるが、この点も「二次音源円の中心から振幅を一致させる円周」との表現に含まれるものとする。また、Rrefは、二次音源円の中心から振幅を一致させる、二次音源円と同一平面上に存在する点までの距離と言い換えてもよい。式(4)の場合、振幅がRrefで決まる二次音源円の同心円の円周上で目的音場と一致するのに対し、式(5)の場合にはある一点(二次音源円の中心)で振幅が一致する。A(ω)はωに基づいて定まる複素数(ωに依存する任意の複素数)であり、例えば高域のゲインを下げるなどのイコライジング操作を行う値である。式(5)の場合には、具体的には、スピーカアレーと同じ高さであり、二次音源円の中心、または、半径Rrefの二次音源円の同心円の円周上の位置で振幅が一致する。wmは重み関数であり、例えば以下のように定義される。 R ref is a distance from the center of the secondary sound source circle to a point on the circumference where the amplitudes coincide (exist on the same plane as the secondary sound source circle). Therefore, when R ref = 0, the amplitudes match at the center of the secondary sound source circle, and when R ref ≠ 0, the amplitudes match on the circumference of the concentric circle of the secondary sound source circle of radius R ref . When R ref = 0, the set of points whose amplitudes match from the center of the secondary sound source circle does not form a circle but becomes a point (center of the secondary sound source circle). It is included in the expression “circumference in which the amplitudes coincide from the center of the circle”. R ref may be paraphrased as the distance from the center of the secondary sound source circle to the point on the same plane as the secondary sound source circle that matches the amplitude. In the case of equation (4), the amplitude coincides with the target sound field on the circumference of the concentric circle of the secondary sound source circle determined by R ref , whereas in the case of equation (5), there is a certain point (in the secondary sound source circle) The amplitude is the same at the center. A (ω) is a complex number determined based on ω (an arbitrary complex number depending on ω), and is a value for performing an equalizing operation such as, for example, lowering the gain in the high frequency band. In the case of formula (5), specifically, the amplitude is the same height as the speaker array, and the amplitude at the center of the secondary sound source circle or the circumference of the concentric circle of the secondary sound source circle of radius R ref. Match. w m is a weight function and is defined as follows, for example.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

Figure 0005730921
Figure 0005730921

Γ(z),Yv(z)はそれぞれガンマ関数、ノイマン関数を表す。変換フィルタは上式を数値計算することによって得られる。式(4)の積分値などは、次式のように例えば離散化して近似的に計算してもよい。 Γ (z) and Y v (z) represent a gamma function and a Neumann function, respectively. The conversion filter is obtained by numerically calculating the above equation. The integral value of equation (4) or the like may be approximately calculated by discretization, for example, as in the following equation.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

ここで、iは離散化のインデックスであり、Δkzは離散化間隔、Iは総和の範囲を表わす。式(11)は離散化して近似的に積分値を求める方法の一例であり、他の方法により離散化してもよい。区分求積法の定義で用いられる様々な近似公式を用いて離散化することができる。式(4)または式(5)で定義されるフィルタF~m(ω)を適用することにより、第二の空間で再現される信号の振幅を所定の円周上で一致させることができるため、従来よりも広い範囲で再現される信号の振幅が一致する。 Here, i is the discretization index, Δkz is the discretization interval, and I is the total range. Equation (11) is an example of a method of discretizing and obtaining an integral value approximately, and may be discretized by other methods. It can be discretized using various approximation formulas used in the definition of the piecewise quadrature method. By applying the filter F m (ω) defined by the equation (4) or the equation (5), the amplitude of the signal reproduced in the second space can be matched on a predetermined circumference. The amplitudes of the signals reproduced in a wider range than before match.

<空間周波数逆変換部5>
空間周波数逆変換部5は、フィルタ処理後信号D~m(ω)を空間の逆フーリエ変換により周波数領域信号Di(ω)に変換する(ステップS5)。変換された周波数領域信号Di(ω)は、周波数逆変換部6に送られる。空間周波数逆変換部5は、例えば式(12)により定義される周波数領域信号Di(ω)を計算する。
<Spatial frequency inverse transform unit 5>
The spatial frequency inverse transform unit 5 transforms the filtered signal D˜m (ω) into the frequency domain signal D i (ω) by inverse spatial Fourier transform (step S5). The converted frequency domain signal D i (ω) is sent to the frequency inverse transform unit 6. The spatial frequency inverse transform unit 5 calculates the frequency domain signal D i (ω) defined by the equation (12), for example.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

<周波数逆変換部6>
周波数逆変換部6は、周波数領域信号Di(ω)を逆フーリエ変換により時間領域信号di(t)に変換する(ステップS6)。逆フーリエ変換によりフレーム毎に得られた時間領域信号di(t)は適宜シフトされて線形和が取られて、連続した時間領域信号となる。逆フーリエ変換は短時間離散逆フーリエ変換等の既存の方法を用いればよい。時間領域信号di(t)は、スピーカS1,S2,…,SNchに送られる。
<Inverse frequency converter 6>
The frequency inverse transform unit 6 transforms the frequency domain signal D i (ω) into the time domain signal d i (t) by inverse Fourier transform (step S6). The time domain signal d i (t) obtained for each frame by the inverse Fourier transform is appropriately shifted to obtain a linear sum to be a continuous time domain signal. For the inverse Fourier transform, an existing method such as a short-time discrete inverse Fourier transform may be used. The time domain signal d i (t) is sent to the speakers S1, S2 ,.

スピーカSiは、時間領域信号di(t)に基づいて音を再生する。例えば、i=1,…,Nchとして、r- s,i=(Rss,i,0)に位置するスピーカSiが時間領域信号di(t)に基づいて音を再生する。これにより、第一の空間の音場を第二の空間に再現することができる。 The speaker Si reproduces sound based on the time domain signal d i (t). For example, i = 1, ..., a N ch, r - s, i = (R s, φ s, i, 0) speakers positioned on Si reproduces sound based on the time-domain signal d i (t) . Thereby, the sound field of the first space can be reproduced in the second space.

上述の通り、マイクロホンの数が、スピーカの数よりも多い場合には、時間領域信号di(t)を間引いてもよい。一方、マイクロホンの数が、スピーカの数よりも少ない場合には、時間領域信号di(t)の平均を取るなどして補間を行ってもよい。補間を行う方法は、例えば、線形補間やsinc補間などを適用することができる。 As described above, when the number of microphones is larger than the number of speakers, the time domain signal d i (t) may be thinned out. On the other hand, when the number of microphones is smaller than the number of speakers, interpolation may be performed by taking an average of the time domain signals d i (t). As a method for performing the interpolation, for example, linear interpolation, sinc interpolation, or the like can be applied.

<効果>
円形のマイクロホンアレー・スピーカアレー用のフィルタを用いて、円形のマイクロホンアレーの収音信号を円形のスピーカアレーの駆動信号へ変換し、音場を再現することが可能であることから、聴取者の周囲全方位から音が到来するような音場を高精度に再現することが可能となる。したがって、従来よりも高精度に音場を再現することができる。
<Effect>
Using a filter for a circular microphone array / speaker array, it is possible to convert the collected sound signal of the circular microphone array into a drive signal of the circular speaker array and reproduce the sound field. It is possible to accurately reproduce a sound field where sound comes from all directions. Therefore, the sound field can be reproduced with higher accuracy than in the past.

<フィルタの導出について>
以下、フィルタF~m(ω)が式(4)及び式(5)のように表される理由について説明する。
<Derivation of filter>
Hereinafter, the reason why the filters F to m (ω) are expressed as in Expression (4) and Expression (5) will be described.

ここでは円筒座標系r-=(r,φ,z)で考える。収音領域に配置した受音円で取得した音圧分布から、再現領域に配置した二次音源円を用いて、x-y平面上の音場を再現する。 Here, the cylindrical coordinate system r = (r, φ, z) is considered. The sound field on the xy plane is reproduced using the secondary sound source circle arranged in the reproduction area from the sound pressure distribution acquired in the sound receiving circle arranged in the sound collection area.

円周上に連続的に配置した二次音源による合成音場Psyn(r-,ω)は、二次音源駆動信号D(r- s,ω)と、二次音源と目的音場との間の伝達関数G(r--r- s,ω)を用いて、以下のように表わされる。 Composite sound due to secondary sound sources successively arranged on the circumference field P syn (r -, ω), the secondary source drive signals D - and (r s, omega), the secondary source and the target sound field Using the transfer function G (r −r s , ω), the following is expressed.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

これはD(・)とG(・)とのφに関する畳みこみと見なせることから、円調和スペクトル領域で、以下のように積の形で表わせる。 Since this can be regarded as a convolution with respect to φ of D (•) and G (•), it can be expressed in the form of a product in the circular harmonic spectrum region as follows.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

一方、目的音場Pdes(r-,ω)を、収音場Prcv(r-,ω)の半径Rmの円周上で取得した音圧分布Prcv(Rm,0,φ,ω)を用いて表わすことが必要となる。これはヘリカル波スペクトル状での外挿として、以下のように表わせる。 On the other hand, the sound pressure distribution P rcv (R m , 0, φ, obtained from the target sound field P des (r , ω) on the circumference of the radius R m of the sound collection field P rcv (r , ω). It is necessary to express using ω). This can be expressed as follows as an extrapolation in the form of a helical wave spectrum.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

ここでは収音場がz軸方向に不変であると仮定した。 Here, it is assumed that the sound collection field is invariant in the z-axis direction.

合成音場Psyn(r-,ω)と目的音場Pdes(r-,ω)が一致すればよいことから、 Synthetic sound field P syn (r -, ω) and the target sound field P des (r -, ω) from the fact that it is sufficient to match,

Figure 0005730921
Figure 0005730921

ここで簡単のため、G(r--r- s,ω)はモノポール特性であると仮定した。 For simplicity, it is assumed that G (r −r s , ω) has a monopole characteristic.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

以上で受音円上の音圧分布から二次音源駆動信号の変換式が得られたが、r=Rrefとして、振幅が目的音場と一致する円を予め与える必要がある。 As described above, the conversion formula of the secondary sound source drive signal is obtained from the sound pressure distribution on the sound receiving circle, but it is necessary to give in advance a circle whose amplitude matches the target sound field as r = R ref .

二次音源を線音源として仮定すると、変換式はより簡単化できる。   If the secondary sound source is assumed to be a line sound source, the conversion formula can be simplified.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

であることより、 Than

Figure 0005730921
Figure 0005730921

となる。ただし、実際のスピーカはモノポール特性に近く、線音源近似のための補正が必要となる。 It becomes. However, the actual speaker is close to the monopole characteristic, and correction for approximating the line sound source is required.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

であることより、各出力信号に対して、以下の周波数特性の補正を行う。 Therefore, the following frequency characteristics are corrected for each output signal.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

[第二実施形態]
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
[Second Embodiment]
A description will be given centering on differences from the first embodiment.

<マイクロホンアレー及びスピーカアレーの配置について>
第二実施形態の音場収音再生装置及び方法は、図4に示すように、第一の空間の半径Rmの仮想球の大円(仮想球と仮想球の中心を通る平面との共通部分である円)の円周に配置されているNch個のマイクロホンM1,M2,…,MNchで構成されるマイクロホンアレーと、第二の空間の半径Rsの仮想球の大円の円周に配置されているNch個のスピーカS1,S2,…,SNchで構成されるスピーカアレーとを用いて、第一の空間の音源Sで発生した音によって形成された第一の空間の音場を第二の空間で再現する。マイクロホンアレーが形成する仮想球の大円を受音円ともいい、スピーカアレーが形成する仮想球の大円を二次音源円ともいう。受音円及び二次音源円に対して垂直な方向をz方向とし、受音円及び二次音源円の周方向をφ方向とし、受音円及び二次音源円に対して垂直な平面と仮想球との大円の周方向をθ方向とする。
<Disposition of microphone array and speaker array>
As shown in FIG. 4, the sound field sound collecting / reproducing apparatus and method of the second embodiment is a large circle of virtual spheres having a radius R m in the first space (the common between the virtual sphere and a plane passing through the center of the virtual sphere A circle of microphones composed of N ch microphones M1, M2,..., MN ch arranged on the circumference of the circle) and a virtual circle of a virtual sphere of radius R s in the second space N ch number of speakers S1, S2 that are arranged in the circumferential, ..., using a speaker array comprised of SN ch, the first space formed by the sound generated by the sound source S of the first space Reproduce the sound field in the second space. The great circle of the virtual sphere formed by the microphone array is also called a sound receiving circle, and the great circle of the virtual sphere formed by the speaker array is also called a secondary sound source circle. The direction perpendicular to the receiving circle and the secondary sound source circle is the z direction, the circumferential direction of the receiving circle and the secondary sound source circle is the φ direction, and a plane perpendicular to the receiving circle and the secondary sound source circle is The circumferential direction of the great circle with the phantom sphere is the θ direction.

第一実施形態では各仮想円筒の円周にマイクロホン及びスピーカが配置されているのに対し、第二実施形態では各仮想球の大円の円周にマイクロホン及びスピーカが配置されている。   In the first embodiment, microphones and speakers are arranged on the circumference of each virtual cylinder, whereas in the second embodiment, microphones and speakers are arranged on the circumference of the great circle of each virtual sphere.

第一の空間のマイクロホンMi(i=1,2,…,Nch)の位置を球座標系でr- m,i=(Rm,π/2,φm,i)と表現する。第二の空間のスピーカSi(i=1,2,…,Nch)の位置を球座標系でr- s,i=(Rs,π/2,φs,i)と表現する。 Microphone Mi (i = 1,2, ..., N ch) of the first space r a position in a spherical coordinate system - m, i = (R m , π / 2, φ m, i) and expressed. The position of the speaker Si (i = 1, 2,..., N ch ) in the second space is expressed as r s, i = (R s , π / 2, φ s, i ) in a spherical coordinate system.

<変換フィルタ部4>
変換フィルタ部4は、時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により所定のフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する(ステップS4)。フィルタ処理後信号D~m(ω)は、空間周波数逆変換部5に送信される。
<Conversion filter unit 4>
The transform filter unit 4 applies a predetermined filter F to m (ω) to the spatio-temporal frequency domain signal P to m (ω) by the following equation to generate a filtered signal D to m (ω) ( Step S4). The filtered signal D m (ω) is transmitted to the spatial frequency inverse transform unit 5.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

Rrefは、二次音源円の中心から振幅を一致させる(二次音源円と同一平面上に存在する)円周上の点までの距離である。nはθ方向の次数である。h(1) n(・)、jn(・)、Pm n(・)は、それぞれn次の第一種球ハンケル関数、n次の球ベッセル関数、ルジャンドル陪関数であり、以下のように定義される。 R ref is a distance from the center of the secondary sound source circle to a point on the circumference where the amplitudes coincide (exist on the same plane as the secondary sound source circle). n is the order in the θ direction. h (1) n (・), j n (・), and P m n (・) are the nth-order first-class spherical Hankel function, n-th order spherical Bessel function, and Legendre 陪 function, respectively. Defined in

Figure 0005730921
Figure 0005730921

Pn(・)はルジャンドル多項式を表す。変換フィルタは上式を数値計算することによって得られる。式(31)または式(32)で定義されるフィルタF~m(ω)を適用することにより、第二の空間で再現される信号の振幅を所定の円周上で一致させることができるため、従来よりも広い範囲で再現される信号の振幅が一致する。 P n (·) represents a Legendre polynomial. The conversion filter is obtained by numerically calculating the above equation. By applying the filter F m (ω) defined by the expression (31) or the expression (32), the amplitude of the signal reproduced in the second space can be matched on a predetermined circumference. The amplitudes of the signals reproduced in a wider range than before match.

このような構成により、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。   With such a configuration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

<フィルタの導出について>
以下、フィルタF~m(ω)が式(31)及び式(32)のように表される理由について説明する。
<About derivation of filters>
Hereinafter, the reason why the filters F to m (ω) are expressed as in Expression (31) and Expression (32) will be described.

ここでは球座標系r-=(r,θ,φ)で考える。収音領域に配置した受音円で取得した音圧分布から、再現領域に配置した二次音源円を用いて、x-y平面上の音場を再現する。 Here, the spherical coordinate system r = (r, θ, φ) is considered. The sound field on the xy plane is reproduced using the secondary sound source circle arranged in the reproduction area from the sound pressure distribution acquired in the sound receiving circle arranged in the sound collection area.

円周上に連続的に配置した二次音源による合成音場Psyn(r-,ω)は、第一実施形態の場合と同じく、円調和スペクトル領域で以下のように書ける。 The synthesized sound field P syn (r , ω) by the secondary sound source continuously arranged on the circumference can be written as follows in the circular harmonic spectrum region, as in the first embodiment.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

一方、目的音場Pdes(r-,ω)を、収音場Prcv(r-,ω)の半径Rmの円周上で取得した音圧分布P(Rm,π/2,φ,ω)を用いて表わすことが必要となる。これは球調和スペクトル状での外挿として表わせるが、収音場がz軸方向に不変であると仮定することで導出できる。まず、目的音場と収音場には、以下の関係が成り立つ。 On the other hand, the sound pressure distribution P (R m , π / 2, φ obtained from the target sound field P des (r , ω) on the circumference of the radius R m of the sound collection field P rcv (r , ω). , ω). This can be expressed as extrapolation in the shape of a spherical harmonic spectrum, but can be derived by assuming that the sound collection field is invariant in the z-axis direction. First, the following relationship holds between the target sound field and the sound collection field.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

さらに、z軸方向に不変であるという仮定から、以下が成り立つ。 Furthermore, from the assumption that it is invariant in the z-axis direction, the following holds.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

したがって、 Therefore,

Figure 0005730921
Figure 0005730921

となる。以上により、 It becomes. With the above,

Figure 0005730921
Figure 0005730921

ここで簡単のため、G(r--r- s,ω)はモノポール特性であると仮定した。 For simplicity, it is assumed that G (r −r s , ω) has a monopole characteristic.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

以上で、受音円上の音圧分布から二次音源駆動信号の変換式が得られたが、r=Rrefとして、振幅が目的音場と一致する円を予め与える必要がある。 As described above, the conversion formula of the secondary sound source driving signal is obtained from the sound pressure distribution on the sound receiving circle. However, it is necessary to give in advance a circle whose amplitude matches the target sound field as r = R ref .

二次音源を線音源として仮定すると、変換式はより簡単化できる。   If the secondary sound source is assumed to be a line sound source, the conversion formula can be simplified.

Figure 0005730921
Figure 0005730921

であることより、 Than

Figure 0005730921
Figure 0005730921

[変形例等]
音場収音再生装置を構成する各部は、第一の空間に配置された収音装置と第二の空間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、周波数変換部1、空間周波数変換部3、変換フィルタ部4、空間周波数逆変換部5、周波数逆変換部6のそれぞれの処理は、第一の空間に配置された収音装置で実行されてもよいし、第二の空間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。
[Modifications, etc.]
Each unit constituting the sound field sound collecting / reproducing device may be provided in either the sound collecting device arranged in the first space or the reproducing device arranged in the second space. In other words, each processing of the frequency conversion unit 1, the spatial frequency conversion unit 3, the conversion filter unit 4, the spatial frequency reverse conversion unit 5, and the frequency reverse conversion unit 6 is performed by a sound collection device arranged in the first space. It may be executed or may be executed by a playback device arranged in the second space. The signal generated by the sound collection device is transmitted to the reproduction device.

第一の空間と第二の空間の位置は、図1や図4に示したものに限定されない。第一の空間と第二の空間は、隣接していても互いに離れた位置にあってもよい。また、第一の空間と第二の空間の向きもどのようなものであってもよい。   The positions of the first space and the second space are not limited to those shown in FIGS. The first space and the second space may be adjacent to each other or separated from each other. Also, the orientation of the first space and the second space may be any.

音場収音再生装置は、変換フィルタ部4を含みさえすれば、他の部を備えていなくてもよい。例えば、音場収音再生装置は、変換フィルタ部4、空間周波数逆変換部5及び周波数逆変換部6から構成されていてもよい。また、音場収音再生装置は、周波数変換部1、空間周波数変換部3、変換フィルタ部4から構成されていてもよい。   As long as the sound field sound collecting / reproducing apparatus includes the conversion filter unit 4, the sound field collecting / reproducing device may not include other units. For example, the sound field sound collecting / reproducing apparatus may include a transform filter unit 4, a spatial frequency inverse transform unit 5, and a frequency inverse transform unit 6. Further, the sound field sound collecting / reproducing apparatus may include a frequency conversion unit 1, a spatial frequency conversion unit 3, and a conversion filter unit 4.

周波数変換部1の処理と空間周波数変換部3の処理とを同時に行ってもよい。同様に、空間周波数逆変換部5の処理と周波数逆変換部6の処理とを同時に行ってもよい。また、空間周波数変換部3と空間周波数逆変換部5とを入れ替えてもよい。   You may perform the process of the frequency converter 1 and the process of the spatial frequency converter 3 simultaneously. Similarly, the process of the spatial frequency inverse transform unit 5 and the process of the frequency inverse transform unit 6 may be performed simultaneously. Further, the spatial frequency conversion unit 3 and the spatial frequency inverse conversion unit 5 may be interchanged.

音場収音再生装置は、コンピュータによって実現することができる。この場合、この装置の各部の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、この装置における各部がコンピュータ上で実現される。   The sound field sound collecting / reproducing apparatus can be realized by a computer. In this case, the processing content of each part of this apparatus is described by a program. Then, by executing this program on a computer, each unit in this apparatus is realized on the computer.

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、これらの装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。   The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. In this embodiment, these apparatuses are configured by executing a predetermined program on a computer. However, at least a part of these processing contents may be realized by hardware.

この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

1 周波数変換部
3 空間周波数変換部
4 変換フィルタ部
5 空間周波数逆変換部
6 周波数逆変換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Frequency conversion part 3 Spatial frequency conversion part 4 Conversion filter part 5 Spatial frequency reverse conversion part 6 Frequency reverse conversion part

Claims (9)

少なくとも2個のマイクロホンが第一の空間の半径Rmの仮想円筒の円周に配置されているとし、上記半径Rmの仮想円筒の周方向をφ方向とし、jを虚数単位とし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとし、mをφ方向の次数とし、H(1) m(・)をm次の第一種ハンケル関数とし、Jm(・)をm次のベッセル関数とし、wmをmに基づいて定まる重みとし、A(ω)をωに基づいて定まる複素数とし、少なくとも2個のスピーカが上記第一の空間と異なる第二の空間の半径Rsの仮想円筒の円周に配置されているとし、上記スピーカが配置される円を二次音源円とし、Rrefを上記二次音源円の中心から振幅を一致させる円周上の点までの距離として、
上記マイクロホンで収音された信号に基づいて生成された時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する変換フィルタ部と、
Figure 0005730921

空間の逆フーリエ変換により、上記フィルタ処理後信号D~m(ω)を周波数領域信号に変換する空間周波数逆変換部と、
上記周波数領域信号を逆フーリエ変換により時間領域信号に変換し、変換された時間領域信号を上記スピーカに出力する周波数逆変換部と、
を含む音場収音再生装置。
Suppose that at least two microphones are arranged on the circumference of a virtual cylinder with a radius R m in the first space, the circumferential direction of the virtual cylinder with the radius R m is φ direction, j is an imaginary unit, and ω is Let f be the frequency, c be the speed of sound, k = ω / c, m be the order in the φ direction, H (1) m (・) be the first-order Hankel function of the m order, and J m (・) be the m order a Bessel function of, w m and a weight determined based on m, a and (omega) is a complex number which is determined based on omega, at least two speakers radius R s of the second space different from the first space The circle where the speaker is placed is the secondary sound source circle, and R ref is the distance from the center of the secondary sound source circle to the point on the circumference where the amplitudes match As
Spatial frequency domain signal P ~ m by applying a filter F ~ m (ω) defined by the following equation with respect to (omega) filtering after signal D when generated based on the collected sound signal by the microphone ~ conversion filter unit that generates m (ω);
Figure 0005730921

A spatial frequency inverse transform unit that transforms the filtered signal D to m (ω) into a frequency domain signal by inverse Fourier transform of space;
A frequency inverse transform unit that transforms the frequency domain signal into a time domain signal by inverse Fourier transform and outputs the transformed time domain signal to the speaker;
Sound field collection and playback device including
少なくとも2個のマイクロホンが第一の空間の半径Rmの仮想円筒の円周に配置されているとし、上記半径Rmの仮想円筒の周方向をφ方向とし、jを虚数単位とし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとし、mをφ方向の次数とし、H(1) m(・)をm次の第一種ハンケル関数とし、Jm(・)をm次のベッセル関数とし、wmをmに基づいて定まる重みとし、A(ω)をωに基づいて定まる複素数とし、少なくとも2個のスピーカが上記第一の空間と異なる第二の空間の半径Rsの仮想円筒の円周に配置されているとし、上記スピーカが配置される円を二次音源円とし、Rrefを上記二次音源円の中心から振幅を一致させる円周上の点までの距離として、
上記マイクロホンで収音された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変換部と、
空間のフーリエ変換により、上記周波数領域信号を時空間周波数領域信号P~m(ω)に変換する空間周波数変換部と、
上記時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する変換フィルタ部と、
Figure 0005730921

を含む音場収音再生装置。
Suppose that at least two microphones are arranged on the circumference of a virtual cylinder with a radius R m in the first space, the circumferential direction of the virtual cylinder with the radius R m is φ direction, j is an imaginary unit, and ω is Let f be the frequency, c be the speed of sound, k = ω / c, m be the order in the φ direction, H (1) m (・) be the first-order Hankel function of the m order, and J m (・) be the m order a Bessel function of, w m and a weight determined based on m, a and (omega) is a complex number which is determined based on omega, at least two speakers radius R s of the second space different from the first space The circle where the speaker is placed is the secondary sound source circle, and R ref is the distance from the center of the secondary sound source circle to the point on the circumference where the amplitudes match As
A frequency converter that converts the signal collected by the microphone into a frequency domain signal by Fourier transform;
A spatial frequency converter that converts the frequency domain signal into a spatio-temporal frequency domain signal P m (ω) by Fourier transform of the space;
A transform filter unit that generates a filtered signal D to m (ω) by applying a filter F to m (ω) defined by the following equation to the spatio-temporal frequency domain signal P to m (ω):
Figure 0005730921

Sound field collection and playback device including
少なくとも2個のマイクロホンが第一の空間の半径Rmの仮想球の大円の円周に配置されているとし、上記マイクロホンが配置される円を受音円とし、上記受音円の周方向をφ方向とし、上記受音円に対して垂直な平面と上記仮想球との大円の周方向をθ方向とし、jを虚数単位とし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとし、mをφ方向の次数とし、nをθ方向の次数とし、H(1) m(・)をm次の第一種ハンケル関数とし、Jm(・)をm次のベッセル関数とし、h(1) n(・)をn次の第一種球ハンケル関数とし、jn(・)をn次の球ベッセル関数とし、Pm n(・)をルジャンドル陪関数とし、wmをmに基づいて定まる重みとし、A(ω)をωに基づいて定まる複素数とし、少なくとも2個のスピーカが上記第一の空間と異なる第二の空間の半径Rsの仮想球の大円の円周に配置されているとし、上記スピーカが配置される円を二次音源円とし、Rrefを上記二次音源円の中心から振幅を一致させる円周上の点までの距離として、
上記マイクロホンで収音された信号に基づいて生成された時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する変換フィルタ部と、
Figure 0005730921

空間の逆フーリエ変換により、上記フィルタ処理後信号D~m(ω)を周波数領域信号に変換する空間周波数逆変換部と、
上記周波数領域信号を逆フーリエ変換により時間領域信号に変換し、変換された時間領域信号を上記スピーカに出力する周波数逆変換部と、
を含む音場収音再生装置。
And at least two microphones are arranged in the great circle of the circumference of the virtual sphere of radius R m of the first space, the circle in which the microphone is placed as a sound receiving circular, circumferential direction of the sound receiving circle Is the φ direction, the circumferential direction of the great circle between the plane perpendicular to the sound receiving circle and the phantom sphere is the θ direction, j is the imaginary unit, ω is the frequency, c is the speed of sound, and k = ω / c, where m is the order in the φ direction, n is the order in the θ direction, H (1) m (•) is the first-order Hankel function of the m order, and J m (•) is the m-order Bessel function , H (1) n (•) is an nth-order first-class spherical Hankel function, j n (•) is an nth-order spherical Bessel function, P m n (•) is a Legendre 陪 function, and w m Is a weight determined on the basis of m, A (ω) is a complex number determined on the basis of ω, and at least two loudspeakers of a great circle of a virtual sphere having a radius R s in a second space different from the first space Placed around the circumference Assume that the circles which the speakers are arranged as secondary source circle, as the distance to R ref to a point on the circumference to match the amplitude from the center of the secondary source circle,
Spatial frequency domain signal P ~ m by applying a filter F ~ m (ω) defined by the following equation with respect to (omega) filtering after signal D when generated based on the collected sound signal by the microphone ~ conversion filter unit that generates m (ω);
Figure 0005730921

A spatial frequency inverse transform unit that transforms the filtered signal D to m (ω) into a frequency domain signal by inverse Fourier transform of space;
A frequency inverse transform unit that transforms the frequency domain signal into a time domain signal by inverse Fourier transform and outputs the transformed time domain signal to the speaker;
Sound field collection and playback device including
少なくとも2個のマイクロホンが第一の空間の半径Rmの仮想球の大円の円周に配置されているとし、上記マイクロホンが配置される円を受音円とし、上記受音円の周方向をφ方向とし、上記受音円に対して垂直な平面と上記仮想球との大円の周方向をθ方向とし、jを虚数単位とし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとし、mをφ方向の次数とし、nをθ方向の次数とし、H(1) m(・)をm次の第一種ハンケル関数とし、Jm(・)をm次のベッセル関数とし、h(1) n(・)をn次の第一種球ハンケル関数とし、jn(・)をn次の球ベッセル関数とし、Pm n(・)をルジャンドル陪関数とし、wmをmに基づいて定まる重みとし、A(ω)をωに基づいて定まる複素数とし、少なくとも2個のスピーカが上記第一の空間と異なる第二の空間の半径Rsの仮想球の大円の円周に配置されているとし、上記スピーカが配置される円を二次音源円とし、Rrefを上記二次音源円の中心から振幅を一致させる円周上の点までの距離として、
上記マイクロホンで収音された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変換部と、
空間のフーリエ変換により、上記周波数領域信号を時空間周波数領域信号P~m(ω)に変換する空間周波数変換部と、
上記時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する変換フィルタ部と、
Figure 0005730921

を含む音場収音再生装置。
And at least two microphones are arranged in the great circle of the circumference of the virtual sphere of radius R m of the first space, the circle in which the microphone is placed as a sound receiving circular, circumferential direction of the sound receiving circle Is the φ direction, the circumferential direction of the great circle between the plane perpendicular to the sound receiving circle and the phantom sphere is the θ direction, j is the imaginary unit, ω is the frequency, c is the speed of sound, and k = ω / c, where m is the order in the φ direction, n is the order in the θ direction, H (1) m (•) is the first-order Hankel function of the m order, and J m (•) is the m-order Bessel function , H (1) n (•) is an nth-order first-class spherical Hankel function, j n (•) is an nth-order spherical Bessel function, P m n (•) is a Legendre 陪 function, and w m Is a weight determined on the basis of m, A (ω) is a complex number determined on the basis of ω, and at least two loudspeakers of a great circle of a virtual sphere having a radius R s in a second space different from the first space Placed around the circumference Assume that the circles which the speakers are arranged as secondary source circle, as the distance to R ref to a point on the circumference to match the amplitude from the center of the secondary source circle,
A frequency converter that converts the signal collected by the microphone into a frequency domain signal by Fourier transform;
A spatial frequency converter that converts the frequency domain signal into a spatio-temporal frequency domain signal P m (ω) by Fourier transform of the space;
A transform filter unit that generates a filtered signal D to m (ω) by applying a filter F to m (ω) defined by the following equation to the spatio-temporal frequency domain signal P to m (ω):
Figure 0005730921

Sound field collection and playback device including
少なくとも2個のマイクロホンが第一の空間の半径Rmの仮想円筒の円周に配置されているとし、上記半径Rmの仮想円筒の周方向をφ方向とし、jを虚数単位とし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとし、mをφ方向の次数とし、H(1) m(・)をm次の第一種ハンケル関数とし、Jm(・)をm次のベッセル関数とし、wmをmに基づいて定まる重みとし、A(ω)をωに基づいて定まる複素数とし、少なくとも2個のスピーカが上記第一の空間と異なる第二の空間の半径Rsの仮想円筒の円周に配置されているとし、上記スピーカが配置される円を二次音源円とし、Rrefを上記二次音源円の中心から振幅を一致させる円周上の点までの距離として、
変換フィルタ部が、上記マイクロホンで収音された信号に基づいて生成された時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する変換フィルタステップと、
Figure 0005730921

空間周波数逆変換部が、空間の逆フーリエ変換により、上記フィルタ処理後信号D~m(ω)を周波数領域信号に変換する空間周波数逆変換ステップと、
周波数逆変換部が、上記周波数領域信号を逆フーリエ変換により時間領域信号に変換し、変換された時間領域信号を上記スピーカに出力する周波数逆変換ステップと、
を含む音場収音再生方法。
Suppose that at least two microphones are arranged on the circumference of a virtual cylinder with a radius R m in the first space, the circumferential direction of the virtual cylinder with the radius R m is φ direction, j is an imaginary unit, and ω is Let f be the frequency, c be the speed of sound, k = ω / c, m be the order in the φ direction, H (1) m (・) be the first-order Hankel function of the m order, and J m (・) be the m order a Bessel function of, w m and a weight determined based on m, a and (omega) is a complex number which is determined based on omega, at least two speakers radius R s of the second space different from the first space The circle where the speaker is placed is the secondary sound source circle, and R ref is the distance from the center of the secondary sound source circle to the point on the circumference where the amplitudes match As
The conversion filter unit applies a filter F to m (ω) defined by the following equation to the spatio-temporal frequency domain signal P to m (ω) generated based on the signal collected by the microphone. A transform filter step for generating a filtered signal D ~ m (ω);
Figure 0005730921

A spatial frequency inverse transform unit transforms the filtered signal D to m (ω) into a frequency domain signal by inverse Fourier transform of the space,
A frequency inverse transform unit that transforms the frequency domain signal into a time domain signal by inverse Fourier transform, and outputs the transformed time domain signal to the speaker;
Sound field collection and playback method including
少なくとも2個のマイクロホンが第一の空間の半径Rmの仮想円筒の円周に配置されているとし、上記半径Rmの仮想円筒の周方向をφ方向とし、jを虚数単位とし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとし、mをφ方向の次数とし、H(1) m(・)をm次の第一種ハンケル関数とし、Jm(・)をm次のベッセル関数とし、wmをmに基づいて定まる重みとし、A(ω)をωに基づいて定まる複素数とし、少なくとも2個のスピーカが上記第一の空間と異なる第二の空間の半径Rsの仮想円筒の円周に配置されているとし、上記スピーカが配置される円を二次音源円とし、Rrefを上記二次音源円の中心から振幅を一致させる円周上の点までの距離として、
周波数変換部が、上記マイクロホンで収音された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変換ステップと、
空間周波数変換部が、空間のフーリエ変換により、上記周波数領域信号を時空間周波数領域信号P~m(ω)に変換する空間周波数変換ステップと、
変換フィルタ部が、上記時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する変換フィルタステップと、
Figure 0005730921

を含む音場収音再生方法。
Suppose that at least two microphones are arranged on the circumference of a virtual cylinder with a radius R m in the first space, the circumferential direction of the virtual cylinder with the radius R m is φ direction, j is an imaginary unit, and ω is Let f be the frequency, c be the speed of sound, k = ω / c, m be the order in the φ direction, H (1) m (・) be the first-order Hankel function of the m order, and J m (・) be the m order a Bessel function of, w m and a weight determined based on m, a and (omega) is a complex number which is determined based on omega, at least two speakers radius R s of the second space different from the first space The circle where the speaker is placed is the secondary sound source circle, and R ref is the distance from the center of the secondary sound source circle to the point on the circumference where the amplitudes match As
A frequency conversion step in which the frequency conversion unit converts the signal collected by the microphone into a frequency domain signal by Fourier transform;
A spatial frequency transforming step, wherein the spatial frequency transforming unit transforms the frequency domain signal into a spatiotemporal frequency domain signal P to m (ω) by a Fourier transform of the space;
Conversion filter portion, by applying a filter F ~ m (ω) defined by the following equation to generate a filtered signal after D ~ m (ω) with respect to the space-time frequency domain signal P ~ m (ω) A transform filter step;
Figure 0005730921

Sound field collection and playback method including
少なくとも2個のマイクロホンが第一の空間の半径Rmの仮想球の大円の円周に配置されているとし、上記マイクロホンが配置される円を受音円とし、上記受音円の周方向をφ方向とし、上記受音円に対して垂直な平面と上記仮想球との大円の周方向をθ方向とし、jを虚数単位とし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとし、mをφ方向の次数とし、nをθ方向の次数とし、H(1) m(・)をm次の第一種ハンケル関数とし、Jm(・)をm次のベッセル関数とし、h(1) n(・)をn次の第一種球ハンケル関数とし、jn(・)をn次の球ベッセル関数とし、Pm n(・)をルジャンドル陪関数とし、wmをmに基づいて定まる重みとし、A(ω)をωに基づいて定まる複素数とし、少なくとも2個のスピーカが上記第一の空間と異なる第二の空間の半径Rsの仮想球の大円の円周に配置されているとし、上記スピーカが配置される円を二次音源円とし、Rrefを上記二次音源円の中心から振幅を一致させる円周上の点までの距離として、
変換フィルタ部が、上記マイクロホンで収音された信号に基づいて生成された時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する変換フィルタステップと、
Figure 0005730921

空間周波数逆変換部が、空間の逆フーリエ変換により、上記フィルタ処理後信号D~m(ω)を周波数領域信号に変換する空間周波数逆変換ステップと、
周波数逆変換部が、上記周波数領域信号を逆フーリエ変換により時間領域信号に変換し、変換された時間領域信号を上記スピーカに出力する周波数逆変換ステップと、
を含む音場収音再生方法。
And at least two microphones are arranged in the great circle of the circumference of the virtual sphere of radius R m of the first space, the circle in which the microphone is placed as a sound receiving circular, circumferential direction of the sound receiving circle Is the φ direction, the circumferential direction of the great circle between the plane perpendicular to the sound receiving circle and the phantom sphere is the θ direction, j is the imaginary unit, ω is the frequency, c is the speed of sound, and k = ω / c, where m is the order in the φ direction, n is the order in the θ direction, H (1) m (•) is the first-order Hankel function of the m order, and J m (•) is the m-order Bessel function , H (1) n (•) is an nth-order first-class spherical Hankel function, j n (•) is an nth-order spherical Bessel function, P m n (•) is a Legendre 陪 function, and w m Is a weight determined on the basis of m, A (ω) is a complex number determined on the basis of ω, and at least two loudspeakers of a great circle of a virtual sphere having a radius R s in a second space different from the first space Placed around the circumference Assume that the circles which the speakers are arranged as secondary source circle, as the distance to R ref to a point on the circumference to match the amplitude from the center of the secondary source circle,
The conversion filter unit applies a filter F to m (ω) defined by the following equation to the spatio-temporal frequency domain signal P to m (ω) generated based on the signal collected by the microphone. A transform filter step for generating a filtered signal D ~ m (ω);
Figure 0005730921

A spatial frequency inverse transform unit transforms the filtered signal D to m (ω) into a frequency domain signal by inverse Fourier transform of the space,
A frequency inverse transform unit that transforms the frequency domain signal into a time domain signal by inverse Fourier transform, and outputs the transformed time domain signal to the speaker;
Sound field collection and playback method including
少なくとも2個のマイクロホンが第一の空間の半径Rmの仮想球の大円の円周に配置されているとし、上記マイクロホンが配置される円を受音円とし、上記受音円の周方向をφ方向とし、上記受音円に対して垂直な平面と上記仮想球との大円の周方向をθ方向とし、jを虚数単位とし、ωを周波数とし、cを音速とし、k=ω/cとし、mをφ方向の次数とし、nをθ方向の次数とし、H(1) m(・)をm次の第一種ハンケル関数とし、Jm(・)をm次のベッセル関数とし、h(1) n(・)をn次の第一種球ハンケル関数とし、jn(・)をn次の球ベッセル関数とし、Pm n(・)をルジャンドル陪関数とし、wmをmに基づいて定まる重みとし、A(ω)をωに基づいて定まる複素数とし、少なくとも2個のスピーカが上記第一の空間と異なる第二の空間の半径Rsの仮想球の大円の円周に配置されているとし、上記スピーカが配置される円を二次音源円とし、Rrefを上記二次音源円の中心から振幅を一致させる円周上の点までの距離として、
周波数変換部が、上記マイクロホンで収音された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変換ステップと、
空間周波数変換部が、空間のフーリエ変換により、上記周波数領域信号を時空間周波数領域信号P~m(ω)に変換する空間周波数変換ステップと、
変換フィルタ部が、上記時空間周波数領域信号P~m(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~m(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~m(ω)を生成する変換フィルタステップと、
Figure 0005730921

を含む音場収音再生方法。
And at least two microphones are arranged in the great circle of the circumference of the virtual sphere of radius R m of the first space, the circle in which the microphone is placed as a sound receiving circular, circumferential direction of the sound receiving circle Is the φ direction, the circumferential direction of the great circle between the plane perpendicular to the sound receiving circle and the phantom sphere is the θ direction, j is the imaginary unit, ω is the frequency, c is the speed of sound, and k = ω / c, where m is the order in the φ direction, n is the order in the θ direction, H (1) m (•) is the first-order Hankel function of the m order, and J m (•) is the m-order Bessel function , H (1) n (•) is an nth-order first-class spherical Hankel function, j n (•) is an nth-order spherical Bessel function, P m n (•) is a Legendre 陪 function, and w m Is a weight determined on the basis of m, A (ω) is a complex number determined on the basis of ω, and at least two loudspeakers of a great circle of a virtual sphere having a radius R s in a second space different from the first space Placed around the circumference Assume that the circles which the speakers are arranged as secondary source circle, as the distance to R ref to a point on the circumference to match the amplitude from the center of the secondary source circle,
A frequency conversion step in which the frequency conversion unit converts the signal collected by the microphone into a frequency domain signal by Fourier transform;
A spatial frequency transforming step, wherein the spatial frequency transforming unit transforms the frequency domain signal into a spatiotemporal frequency domain signal P to m (ω) by a Fourier transform of the space;
Conversion filter portion, by applying a filter F ~ m (ω) defined by the following equation to generate a filtered signal after D ~ m (ω) with respect to the space-time frequency domain signal P ~ m (ω) A transform filter step;
Figure 0005730921

Sound field collection and playback method including
請求項1から4の何れか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。   A sound field recording / reproducing program for causing a computer to function as each part of the sound field sound collecting / reproducing apparatus according to claim 1.
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