JP5741866B2 - 音場収音再生装置、方法及びプログラム - Google Patents
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Description
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Rbの円筒形状の剛体のバッフルの軸からRm離れた位置に配置されているNz×Nφ個のマイクロホンで構成されるマイクロホンアレーと、第一の空間と異なる第二の空間の半径Rsの仮想円筒の周面に配置されているNz×Nφのスピーカ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So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。図1では、第二の空間で再現された音源Soを音源So’と表現している。円筒の軸方向をz軸方向とする。第一の空間及び第二の空間は、互い異なる空間である。
音場収音再生装置は、図1に示すように周波数変換部1、空間周波数変換部2、変換フィルタ部3、空間周波数逆変換部4、周波数逆変換部5及び窓関数部6を例えば含み、図4に例示された各ステップの処理を行う。
周波数変換部1は、マイクロホンM1−1,M2−1,…,MNφ−Nzで収音された信号pij(t)をフーリエ変換により周波数領域信号Pij(ω)に変換する(ステップS1)。生成された周波数領域信号Pij(ω)は、空間周波数変換部2に送られる。ωは周波数である。例えば、短時間離散フーリエ変換により周波数領域信号Pij(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Pij(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Pij(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Pij(ω)は、例えば以下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。
空間周波数変換部2は、空間のフーリエ変換により周波数領域信号Pij(ω)を時空間周波数領域信号P~nl(ω)に変換する(ステップS2)。時空間周波数領域信号P~nl(ω)は、各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~nl(ω)は、変換フィルタ部3に送られる。空間周波数変換部2は、具体的には式(1)により定義されるP~nl(ω)を計算する。
変換フィルタ部3は、時空間周波数領域信号P~nl(ω)に対して式(2)により定義されるフィルタF~nl(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~nl(ω)を生成する(ステップS3)。フィルタ処理後信号D~nl(ω)は、空間周波数逆変換部4に送信される。
空間周波数逆変換部4は、フィルタ処理後信号D~nl(ω)を空間の逆フーリエ変換により周波数領域信号Dij(ω)に変換する(ステップS4)。変換された周波数領域信号Dij(ω)は、周波数逆変換部5に送られる。空間周波数逆変換部4は、具体的には式(3)により定義される周波数領域信号Dij(ω)を計算する。
周波数逆変換部5は、周波数領域信号Dij(ω)を逆フーリエ変換により時間領域信号Pd ij(t)に変換する(ステップS5)。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Pd ij(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Pd ij(t)は、窓関数部6に送られる。
窓関数部6は、時間領域信号Pd ij(t)に窓関数を乗じて窓関数後時間領域信号dij(t)を生成する(ステップS6)。窓関数後時間領域信号dij(t)は、スピーカSi−j,S2−1,…,SNφ−Nzに送られる。
以下、フィルタF~nl(ω)が式(2)のように表される理由について説明する。
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2、変換フィルタ部3、空間周波数逆変換部4、周波数逆変換部5、窓関数部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。
2 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 窓関数部
Claims (6)
- 半径Rbの円筒形状の剛体のバッフルの軸を中心とし上記バッフルの周方向を円周方向とする半径Rmの2個以上の円のそれぞれに少なくとも2個のマイクロホンが配置されているとし、Rm>Rbとし、上記バッフルの軸方向をz軸方向とし、上記バッフルの周方向と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、nをφ方向の次数とし、kz,lをz軸方向の波数とし、lをそのインデックスとし、Jn(・)をn次の第一種ベッセル関数とし、Hn (1)(・)をn次の第一種ハンケル関数とし、Jn’(・)をn次の第一種ベッセル関数Jn(・)の微分とし、Hn (1)’(・)をn次の第一種ハンケル関数Hn (1)(・)の微分とし、A(ω)を所定の複素数とし、wnlをn,lに基づいて定まる重みとし、少なくとも4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の仮想円筒の周面に配置されているとして、
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~nl(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~nl(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~nl(ω)を生成する変換フィルタ部と、
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。 - 半径Rbの円筒形状の剛体のバッフルの軸を中心とし上記バッフルの周方向を円周方向とする半径Rmの2個以上の円のそれぞれに少なくとも2個のマイクロホンが配置されているとし、Rm>Rbとし、上記バッフルの軸方向をz軸方向とし、上記バッフルの円筒の周方向と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、nをφ方向の次数とし、kz,lをz軸方向の波数とし、lをそのインデックスとし、Jn(・)をn次の第一種ベッセル関数とし、Hn (1)(・)をn次の第一種ハンケル関数とし、Jn’(・)をn次の第一種ベッセル関数Jn(・)の微分とし、Hn (1)’(・)をn次の第一種ハンケル関数Hn (1)(・)の微分とし、A(ω)を所定の複素数とし、wnlをn,lに基づいて定まる重みとし、少なくとも4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の仮想円筒の周面に配置されているとして、
上記マイクアレー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~nl(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~nl(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~nl(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~nl(ω)を生成する変換フィルタ部と、
- 請求項1又は2に記載された音場収音再生装置において、
上記時空間周波数領域信号P~nl(ω), D~nl(ω)と、上記周波数領域信号と、周波数逆変換部により変換された時間領域信号との少なくともひとつは、所定の窓関数により窓関数処理が行われた信号である、
音場収音再生装置。 - 半径Rbの円筒形状の剛体のバッフルの軸を中心とし上記バッフルの周方向を円周方向とする半径Rmの2個以上の円のそれぞれに少なくとも2個のマイクロホンが配置されているとし、Rm>Rbとし、上記バッフルの軸方向をz軸方向とし、上記バッフルの周方向と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、nをφ方向の次数とし、kz,lをz軸方向の波数とし、lをそのインデックスとし、Jn(・)をn次の第一種ベッセル関数とし、Hn (1)(・)をn次の第一種ハンケル関数とし、Jn’(・)をn次の第一種ベッセル関数Jn(・)の微分とし、Hn (1)’(・)をn次の第一種ハンケル関数Hn (1)(・)の微分とし、A(ω)を所定の複素数とし、wnlをn,lに基づいて定まる重みとし、少なくとも4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の仮想円筒の周面に配置されているとして、
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~nl(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~nl(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~nl(ω)を生成する変換フィルタステップと、
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。 - 半径Rbの円筒形状の剛体のバッフルの軸を中心とし上記バッフルの周方向を円周方向とする半径Rmの2個以上の円のそれぞれに少なくとも2個のマイクロホンが配置されているとし、Rm>Rbとし、上記バッフルの軸方向をz軸方向とし、上記バッフルの周方向と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、nをφ方向の次数とし、kz,lをz軸方向の波数とし、lをそのインデックスとし、Jn(・)をn次の第一種ベッセル関数とし、Hn (1)(・)をn次の第一種ハンケル関数とし、Jn’(・)をn次の第一種ベッセル関数Jn(・)の微分とし、Hn (1)’(・)をn次の第一種ハンケル関数Hn (1)(・)の微分とし、A(ω)を所定の複素数とし、wnlをn,lに基づいて定まる重みとし、少なくとも4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の仮想円筒の周面に配置されているとして、
周波数変換部が、上記マイクアレー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~nl(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~nl(ω)に対して次式により定義されるフィルタF~nl(ω)を適用してフィルタ処理後信号D~nl(ω)を生成する変換フィルタステップと、
- 請求項1から3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。
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