JP6031364B2 - Sound collection device and playback device - Google Patents
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Description
本発明は、複数のマイクロホンやスピーカで構成されたアレー装置を用いたビームフォーミング技術に関する。特に、マイクロホンと音源との間の伝達特性、スピーカと再生点との間の伝達特性の最適な性質を明らかにした拡散センシングに基づくビームフォーミング技術に関する。 The present invention relates to a beam forming technique using an array device composed of a plurality of microphones and speakers. In particular, the present invention relates to a beam forming technique based on diffusion sensing in which the optimum characteristics of the transfer characteristics between a microphone and a sound source and the transfer characteristics between a speaker and a reproduction point are clarified.
非特許文献1及び2が、マイクロホンアレーを用いた拡散センシングに基づく音声強調技術の従来技術として知られている。非特許文献1及び2では、反射構造体により擬似的な拡散音場を生成し、その中にマイクロホンアレーを設置して、拡散センシングを実現している。
しかしながら、従来技術において、反射構造体をマイクロホンアレーの近傍に設置することで疑似的な拡散音場を生成するためには、装置規模が大きくなる傾向がある。何故ならば、反射構造体の容積と残響時間の相関性は高くて、残響時間が長くなるほど、拡散音場に近づくためである。例えば、非特許文献2では、直径1メートルの球に収まる程度の大きさの反射構造体を構築している。ところが、適用するアプリケーションによって、装置規模はあらかじめ限定されることが多い。容積が限定されてしまうと、伝達特性の相関性が高くなり、指向性能が劣化してしまうことが課題である。 However, in the related art, in order to generate a pseudo diffuse sound field by installing the reflecting structure in the vicinity of the microphone array, the scale of the device tends to increase. This is because the correlation between the volume of the reflecting structure and the reverberation time is high, and the longer the reverberation time, the closer to the diffuse sound field. For example, in Non-Patent Document 2, a reflective structure having a size that can fit in a sphere having a diameter of 1 meter is constructed. However, the device scale is often limited in advance depending on the application to be applied. If the volume is limited, there is a problem that the correlation of transfer characteristics increases and the directivity deteriorates.
同様にスピーカアレーを用いた拡散センシングに基づく再生技術が考えられる(参考文献1参照)。
[参考文献1]特開2012−147413号公報
Similarly, a reproduction technique based on diffusion sensing using a speaker array can be considered (see Reference 1).
[Reference Document 1] JP 2012-147413 A
しかし、この場合にも、反射構造体をスピーカアレーの近傍に設置することで疑似的な拡散音場を生成する必要があり、同様の課題がある。 However, in this case as well, it is necessary to generate a pseudo diffuse sound field by installing the reflecting structure in the vicinity of the speaker array, and there is a similar problem.
本発明は、所定の指向性能に対する装置規模が従来技術よりも小さい音響装置を提供することを目的とする。つまり、従来技術の音響装置と同じ装置規模であれば、より指向性能の高い音響装置を、従来技術の音響装置と同じ指向性能であれば、より装置規模の小さい音響装置を提供することを目的とする。なお、この明細書では、音響装置とは、音を収音する収音装置と音を再生する再生装置とを含み、「音」は、人の発する声に限定されるものではなく、人や動物の声はもとより楽音や環境雑音など音一般を指す。 It is an object of the present invention to provide an acoustic apparatus having a smaller apparatus scale for a predetermined directivity performance than that of the prior art. That is, it is an object to provide an acoustic device having a higher directivity performance if the device scale is the same as that of a conventional acoustic device, and an acoustic device having a smaller device scale if the orientation performance is the same as that of a prior art acoustic device. And In this specification, the sound device includes a sound collection device that collects sound and a reproduction device that reproduces sound, and the “sound” is not limited to a voice uttered by a person. It refers to general sounds such as musical sounds and environmental noises as well as animal voices.
上記の課題を解決するために、本発明の第一の態様によれば、収音装置は、収音装置の外部にある制御点からの伝達特性が変調されづらくなるように配置された少なくとも一つの第一マイクロホンと、制御点からの伝達特性が変調されやすくなるように配置された少なくとも一つの第二マイクロホンと、第一マイクロホンによる収音信号と第二マイクロホンによる収音信号とに基づき、空間上の少なくとも複数の位置または方向から発せられた音響信号の収音特性を異ならせるフィルタリング部とを含み、フィルタリング部は、第一マイクロホンと第二マイクロホンの配置の違いにより第一マイクロホンと第二マイクロホンの伝達特性の相関が小さくなることを利用した信号処理を行う。 In order to solve the above problems, according to the first aspect of the present invention, the sound collection device is at least one arranged so that the transfer characteristic from a control point outside the sound collection device is difficult to be modulated. Based on two first microphones, at least one second microphone arranged so that the transfer characteristic from the control point is easily modulated, and a sound collection signal from the first microphone and a sound collection signal from the second microphone. A filtering unit that varies the sound pickup characteristics of acoustic signals emitted from at least a plurality of positions or directions on the first microphone and the second microphone according to the arrangement of the first microphone and the second microphone. Signal processing is performed utilizing the fact that the correlation of the transfer characteristics of the signal becomes small .
上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、収音装置は、少なくとも第一マイクロホンと第二マイクロホンとを含む。当該収音装置の外部にある制御点から第一マイクロホンへの伝達特性に変調を与えず、制御点から第二マイクロホンへの伝達特性に変調を与えるように配置された反射部と、第一マイクロホンによる収音信号と第二マイクロホンによる収音信号とに基づき、空間上の少なくとも複数の位置または方向から発せられた音響信号の収音特性を異ならせるフィルタリング部とを含み、フィルタリング部は、第一マイクロホンと第二マイクロホンの配置の違いにより第一マイクロホンと第二マイクロホンの伝達特性の相関が小さくなることを利用した信号処理を行う。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, a sound collection device includes at least a first microphone and a second microphone. A reflection unit disposed so as to modulate the transfer characteristic from the control point to the second microphone without modulating the transfer characteristic from the control point outside the sound pickup device; and the first microphone A filtering unit that varies sound collection characteristics of acoustic signals emitted from at least a plurality of positions or directions in space based on the sound collection signal by the second microphone and the sound collection signal by the second microphone. Signal processing is performed using the fact that the correlation between the transfer characteristics of the first microphone and the second microphone is reduced due to the difference in the arrangement of the microphone and the second microphone .
上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、収音装置は、音を反射可能な素材からなり、開口部を有し、開口部以外は三次元空間を形成する反射部と、三次元空間の外部に配置される第一マイクロホンと、三次元空間の内部に配置される第二マイクロホンと、第一マイクロホンによる収音信号と第二マイクロホンによる収音信号とに基づき、空間上の少なくとも複数の位置または方向から発せられた音響信号の収音特性を異ならせるフィルタリング部とを含み、フィルタリング部は、第一マイクロホンと第二マイクロホンの配置の違いにより第一マイクロホンと第二マイクロホンの伝達特性の相関が小さくなることを利用した信号処理を行う。
上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、収音装置は、マイクロホン間の伝達特性の相関が小さくなることを利用したフィルタ処理を行う。収音装置は、音を反射可能な素材からなり、開口部を有し、開口部以外は三次元空間を形成する反射部と、三次元空間の外部に配置される第一マイクロホンと、三次元空間の内部に配置される第二マイクロホンとを含み、反射部は当該収音装置の外部にある制御点から第一マイクロホンへの伝達特性に変調を与えず、制御点から第二マイクロホンへの伝達特性に変調を与えるように配置されている。
In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, the sound collection device is made of a material capable of reflecting sound, has an opening, and a reflection other than the opening forms a three-dimensional space. Part, a first microphone arranged outside the three-dimensional space, a second microphone arranged inside the three-dimensional space, a sound collection signal by the first microphone and a sound collection signal by the second microphone, A filtering unit that varies the sound pickup characteristics of acoustic signals emitted from at least a plurality of positions or directions in space, and the filtering unit includes a first microphone and a second microphone depending on the arrangement of the first microphone and the second microphone. Signal processing is performed using the fact that the correlation between the transfer characteristics of the microphone becomes small .
In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, the sound collection device performs a filtering process using the fact that the correlation of the transfer characteristics between the microphones becomes small. The sound collection device is made of a material capable of reflecting sound, has an opening, and a reflection part that forms a three-dimensional space other than the opening, a first microphone arranged outside the three-dimensional space, and a three-dimensional And the second microphone arranged inside the space, and the reflection unit does not modulate the transmission characteristic from the control point outside the sound pickup device to the first microphone, and the transmission from the control point to the second microphone. It arrange | positions so that a characteristic may be modulated.
上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、再生装置は、再生装置の外部にある制御点への伝達特性が変調されづらくなるように配置された少なくとも一つの第一スピーカと、制御点への伝達特性が変調されやすくなるように配置された少なくとも一つの第二スピーカと、空間上の少なくとも複数の位置へ、第一スピーカ及び第二スピーカから発する音響信号の再生特性を異ならせるフィルタリング部とを含み、フィルタリング部は、第一スピーカと第二スピーカの配置の違いにより第一スピーカと第二スピーカの伝達特性の相関が小さくなることを利用した信号処理を行う。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, the playback device includes at least one first device arranged so that a transmission characteristic to a control point outside the playback device is difficult to be modulated. Speaker, at least one second speaker arranged so that the transmission characteristic to the control point is easily modulated , and reproduction characteristics of acoustic signals emitted from the first speaker and the second speaker to at least a plurality of positions in the space The filtering unit performs signal processing using the fact that the correlation between the transfer characteristics of the first speaker and the second speaker becomes small due to the difference in the arrangement of the first speaker and the second speaker .
上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、再生装置は、少なくとも第一スピーカと第二スピーカとを含む。第一スピーカから当該再生装置の外部にある制御点への伝達特性に変調を与えず、第二スピーカから制御点への伝達特性に変調を与えるように配置された反射部と、空間上の少なくとも複数の位置へ、第一スピーカ及び第二スピーカから発する音響信号の再生特性を異ならせるフィルタリング部とを含み、フィルタリング部は、第一スピーカと第二スピーカの配置の違いにより第一スピーカと第二スピーカの伝達特性の相関が小さくなることを利用した信号処理を行う。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, a playback device includes at least a first speaker and a second speaker. A reflection unit arranged not to modulate the transfer characteristic from the first speaker to the control point outside the playback apparatus, but to modulate the transfer characteristic from the second speaker to the control point, and at least in space A filtering unit that varies the reproduction characteristics of the acoustic signals emitted from the first speaker and the second speaker at a plurality of positions, and the filtering unit is different from the first speaker and the second speaker due to a difference in arrangement of the first speaker and the second speaker. Signal processing is performed using the fact that the correlation between the transmission characteristics of the speakers becomes small .
上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、再生装置は、音を反射可能な素材からなり、開口部を有し、開口部以外は三次元空間を形成する反射部と、三次元空間の外部に配置される第一スピーカと、三次元空間の内部に配置される第二スピーカと、空間上の少なくとも複数の位置へ、第一スピーカ及び第二スピーカから発する音響信号の再生特性を異ならせるフィルタリング部とを含み、フィルタリング部は、第一スピーカと第二スピーカの配置の違いにより第一スピーカと第二スピーカの伝達特性の相関が小さくなることを利用した信号処理を行う。
上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、再生装置は、スピーカ間の伝達特性の相関が小さくなることを利用したフィルタ処理を行う。再生装置は、音を反射可能な素材からなり、開口部を有し、開口部以外は三次元空間を形成する反射部と、三次元空間の外部に配置される第一スピーカと、三次元空間の内部に配置される第二スピーカとを含み、反射部は、第一スピーカから当該再生装置の外部にある制御点への伝達特性に変調を与えず、第二スピーカから制御点への伝達特性に変調を与えるように配置されている。
In order to solve the above-described problems, according to another aspect of the present invention, the playback device is made of a material that can reflect sound, has an opening, and a reflection part that forms a three-dimensional space other than the opening. And a first speaker arranged outside the three-dimensional space, a second speaker arranged inside the three-dimensional space, and an acoustic signal emitted from the first speaker and the second speaker to at least a plurality of positions in the space A filtering unit that makes the reproduction characteristics of the first and second speakers different, and the filtering unit performs signal processing using the fact that the correlation between the transfer characteristics of the first speaker and the second speaker is reduced due to the difference in the arrangement of the first speaker and the second speaker. Do.
In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, the playback device performs a filtering process using the fact that the correlation of transfer characteristics between speakers is reduced. The reproduction device is made of a material capable of reflecting sound, has an opening, and a reflection part that forms a three-dimensional space other than the opening, a first speaker arranged outside the three-dimensional space, and a three-dimensional space And the reflection part does not modulate the transfer characteristic from the first speaker to the control point outside the reproduction apparatus, and the transfer characteristic from the second speaker to the control point. Is arranged to give modulation.
本発明によれば、所定の指向性能に対する装置規模を従来技術よりも小さくできるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the apparatus scale for a predetermined directivity can be made smaller than that of the conventional technique.
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行うステップには同一の符号を記し、重複説明を省略する。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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the drawings used for the following description, constituent parts having the same function and steps for performing the same process are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the following description, the symbol “ → ” or the like used in the text should be described immediately above the immediately preceding character, but is described immediately after the character due to restrictions on text notation. 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.
<第一実施形態>
本実施形態は、拡散センシングを基にして、伝達特性を物理的に変調する収音装置に係るものである。
<First embodiment>
The present embodiment relates to a sound collection device that physically modulates transfer characteristics based on diffusion sensing.
まず、非特許文献1で説明されているこれまでの拡散センシングに基づく収音処理について説明する。
First, sound collection processing based on conventional diffusion sensing described in
[観測信号のモデル化]
M(≧2)本のマイクロホンを用いて一つのターゲット音とK(≧1)個の雑音を受音する状況を考える。多くの雑音が存在する中で任意の位置にあるターゲット音を強調する指向制御を目的にする。目的は、K個の雑音源を抑圧し、ターゲット音を強調することで達成される。m(m=1,2,…,M)番目のマイクロホンとターゲット音、k(k=1,2,…,K)番目の雑音との間のインパルス応答をそれぞれam(i)、bk,m(i)とする。ただし、インパルス応答長をLとし、i=0,1,…,L-1とする。なお、インパルス応答長Lは、装置の規模や構造、設置された部屋の状況によって定まる残響時間により、実験的に定めればよい。ターゲット音、k番目の雑音の音源信号をそれぞれs(t)、nk(t)とするとき、m番目のマイクロホンで観測した観測信号xm(t)は、次式でモデル化される。
[Modeling of the observed signal]
Consider a situation where one target sound and K (≧ 1) noises are received using M (≧ 2) microphones. It aims at the directivity control which emphasizes the target sound in arbitrary positions in the presence of many noises. The objective is achieved by suppressing K noise sources and enhancing the target sound. The impulse responses between the m (m = 1,2, ..., M) th microphone and the target sound and the k (k = 1,2, ..., K) th noise are a m (i) and b k , respectively. , m (i). However, the impulse response length is L, and i = 0, 1,..., L−1. The impulse response length L may be determined experimentally based on the reverberation time determined by the scale and structure of the apparatus and the situation of the installed room. When the target sound and the k-th noise source signal are s (t) and n k (t), the observed signal x m (t) observed by the m-th microphone is modeled by the following equation.
ここで、tは時間のインデックスを表わす。 Here, t represents a time index.
xm(t)を短時間フーリエ変換することで、式(1)の畳み込み混合は、次式のような周波数領域における瞬時混合として近似される。 By performing a short-time Fourier transform on x m (t), the convolutional mixture of Equation (1) is approximated as an instantaneous mixture in the frequency domain as shown in the following equation.
ここで、ω、τはそれぞれ周波数、フレームのインデックスを表わす。例えば、48kHzでサンプリングを行い、タップ数を2048とする。また、Xm(ω,τ)、S(ω,τ)、Nk(ω,τ)は、それぞれ観測信号xm(t)、ターゲット音の音源信号s(t)、k番目の雑音の音源信号nk(t)の時間周波数表現を表わす。am(ω)、bk,m(ω)は、それぞれターゲット音、k番目の雑音とm番目のマイクロホンとの間の周波数特性を表し、以後これらを伝達特性と呼ぶ。式(2)を行列形式で表記すると、次式のようになる。 Here, ω and τ represent frequency and frame indexes, respectively. For example, sampling is performed at 48 kHz, and the number of taps is 2048. X m (ω, τ), S (ω, τ) and N k (ω, τ) are the observed signal x m (t), the target sound source signal s (t), and the kth noise, respectively. It represents a time-frequency representation of the sound source signal n k (t). a m (ω) and b k, m (ω) represent the frequency characteristics between the target sound, the k-th noise and the m-th microphone, and these are hereinafter referred to as transfer characteristics. When Expression (2) is expressed in matrix form, the following expression is obtained.
であり、Tは転置を表わす。 And T represents transposition.
[ビームフォーミング]
ビームフォーミング後の出力信号y(t)は、次式のように観測信号xm(t)と、ターゲット音を強調するように設計されたフィルタwm(t)とを畳み込むことで得られる。
[Beam forming]
The output signal y (t) after beam forming is obtained by convolving an observation signal x m (t) with a filter w m (t) designed to emphasize the target sound as in the following equation.
ここで、Jはフィルタ長を表わし、インパルス応答長Lと同程度とすればよい。y(t)の時間周波数表現であるY(ω,τ)は、次式で近似的に求められる。 Here, J represents the filter length and may be approximately the same as the impulse response length L. Y (ω, τ), which is a time frequency representation of y (t), is approximately obtained by the following equation.
ここで、Hは共役転置を表し、W→ m(ω)の複素共役がwm(j)の周波数応答に対応する。 Here, H represents the conjugate transpose, and the complex conjugate of W → m (ω) corresponds to the frequency response of w m (j).
出力信号Y(ω,τ)に含まれる雑音成分をYN(ω,τ)と書くとき、次式のパワーpN(ω)は雑音成分のパワーとして定義される。 When the noise component included in the output signal Y (ω, τ) is written as Y N (ω, τ), the power p N (ω) in the following equation is defined as the power of the noise component.
ここで、ETは時間的な期待値演算を表わす。音源信号が互いに無相関であると仮定すると、パワーpN(ω)は伝達特性b→ k(ω)とフィルタW→(ω)だけで計算できる。 Here, E T represents a temporal expected value calculation. Assuming that the sound source signals are uncorrelated with each other, the power p N (ω) can be calculated only by the transfer characteristic b → k (ω) and the filter W → (ω).
アレー信号処理の分野では、pN(ω)を最小化するために、様々なフィルタ設計法が説明されてきた。代表例として、遅延和法と最尤法を説明する(参考文献2参照)。
[参考文献2]浅野太,「音のアレイ信号処理-音源の低位・追跡と分離」,コロナ社,2011年
In the field of array signal processing, various filter design methods have been described to minimize p N (ω). As a representative example, the delay sum method and the maximum likelihood method will be described (see Reference 2).
[Reference 2] Taita Asano, “Sound Array Signal Processing-Sound Source Low Level Tracking and Separation”, Corona, 2011
遅延和法において、フィルタW→ DSは、次式により、ターゲット音の直接音を強調するように設計される。 In the delay sum method, the filter W → DS is designed to emphasize the direct sound of the target sound by the following equation.
は、ターゲット音の直接音のアレイ・マニフォールド・ベクトルを表わす。要素hm(ω)は、ターゲット音からm番目のマイクロホンまでの直接音の経路の伝達係数を表し、ターゲット音とm番目のマイクロホン間の距離をdm、音速をc、虚数単位をjとすると、例えば次式により計算できる。 Represents the array manifold vector of the direct sound of the target sound. The element h m (ω) represents the transfer coefficient of the direct sound path from the target sound to the m-th microphone, where d m is the distance between the target sound and the m-th microphone, c is the speed of sound, and j is the imaginary unit. Then, for example, it can be calculated by the following equation.
また、最尤法において、フィルタW→ MLは、次式により、ターゲット音の直接音を強調し、パワーpN(ω)を最小化するように設計される。 In the maximum likelihood method, the filter W → ML is designed to enhance the direct sound of the target sound and minimize the power p N (ω) by the following equation.
ここで、R(ω)は雑音の空間相関行列を表わす。例えば、音源信号間が無相関であると仮定すると、雑音の空間相関行列R(ω)は次式のように、伝達特性b→ k(ω)のみを用いて計算される。 Here, R (ω) represents a spatial correlation matrix of noise. For example, assuming that the sound source signals are uncorrelated, the noise spatial correlation matrix R (ω) is calculated using only the transfer characteristic b → k (ω) as shown in the following equation.
参考文献2に載っているような古典的なアレー信号処理において、マイクロホン間の間隔をどのようにアレンジするのかといったことが考えられてきた。しかし、特定の周波数を除いてマイクロホン間の相関が高くなることが多かった。代表的な問題として知られているのは以下の二つである。一つ目は波長の長い低周波帯域では、伝達特性間の相関が高くなりやすいので、狭指向制御しづらいことである。二つ目は波長の短い高周波帯域では、波長の半波長以下の間隔でマイクロホンを並べない限り、特定のターゲット音以外の音を強調してしまう空間エリアジングが生じることである。以上の2点から、広帯域に渡ってパワーpN(ω)を小さくすることは困難とされてきた。 In the classic array signal processing as described in Reference 2, it has been considered how to arrange the intervals between the microphones. However, the correlation between microphones is often high except for specific frequencies. The following two are known as typical problems. The first is that in a low frequency band with a long wavelength, the correlation between transfer characteristics tends to be high, so that narrow directivity control is difficult. Second, in a high-frequency band with a short wavelength, spatial aliasing that emphasizes sounds other than a specific target sound occurs unless microphones are arranged at intervals of half a wavelength or less. From the above two points, it has been difficult to reduce the power p N (ω) over a wide band.
[拡散センシング]
非特許文献1では、広帯域に渡ってパワーpN(ω)を小さくするために、伝達特性の性質がどういう性質であるべきかが検討され、拡散センシングという基礎理論が纏められている。
[Diffusion sensing]
In
拡散センシングのコンセプトは、“伝達特性の物理的変調”により、次式のように広帯域に渡って伝達特性を無相関化させることにある。 The concept of diffuse sensing is to make the transfer characteristic uncorrelated over a wide band by “physical modulation of the transfer characteristic” as shown in the following equation.
ここで、伝達特性の物理的変調とは、伝達特性の性質そのものを変えるためのあらゆる物理的手段のことを指し、例えばマイクロホンの近傍に設置された反射構造体が挙げられる。非特許文献1で提案されている方式は、多数回反射を繰り返し、等方位的に反射音が到来する音場(拡散音場)を生成し、その中にマイクロホンアレーを設置する方式である。例えば、マイクロホンアレーを包囲するような形状の反射構造体を作り、一面だけ開けておけば、反射構造体内に到来した音が自ずと反射を繰り返し、疑似的な拡散音場を生成することになる。
Here, the physical modulation of the transfer characteristic refers to any physical means for changing the nature of the transfer characteristic itself, and includes, for example, a reflective structure installed in the vicinity of the microphone. The method proposed in
何故、拡散音場にマイクロホンアレーを設置すると、伝達特性間が無相関化されるのかを簡単に説明する。伝達特性間の相関をγ(ω)とすると、拡散音場における相関γ(ω)は次式により計算されることが知られている。 The reason why the transmission characteristics are uncorrelated when a microphone array is installed in the diffuse sound field will be briefly described. It is known that the correlation γ (ω) in the diffuse sound field is calculated by the following equation, where γ (ω) is the correlation between the transfer characteristics.
ここで、ES,p→はそれぞれ空間的な期待値演算、マイクロホン間の位置ベクトルを表わす。マイクロホン間の距離||p→||が十分に広いとすると、拡散音場における伝達特性間の相関γ(ω)の期待値は0になる。 Here, E S , p → represents a spatial expected value calculation and a position vector between microphones, respectively. If the distance || p → || between the microphones is sufficiently wide, the expected value of the correlation γ (ω) between the transfer characteristics in the diffuse sound field is zero.
だから、従来技術において反射構造体により疑似的な拡散音場を物理的に生成し、その中にマイクロホンアレーを設置してきた(非特許文献1、2参照)。
Therefore, in the prior art, a pseudo diffuse sound field is physically generated by a reflective structure, and a microphone array is installed therein (see
また、パワーpN(ω)を小さくするために、事前のシミュレーションや測定により用意した伝達特性を用いたフィルタ設計方式を検討してきた。簡単に言えば、ターゲット音のみを強調するようにしてきたが、拡散センシングに基づく制御では、伝達特性そのものを強調するように設計される。 In addition, in order to reduce the power p N (ω), filter design methods using transfer characteristics prepared by prior simulation and measurement have been studied. Simply put, only the target sound has been emphasized, but the control based on diffuse sensing is designed to emphasize the transfer characteristic itself.
遅延和法をベースとする場合、次式のように、アレイ・マニフォールド・ベクトルh→(ω)をターゲット音の伝達特性a→(ω)に置き換えることで、フィルタW→ DS1(ω)を設計できる。 When the delay sum method is used as a base, the filter W → DS1 (ω) is designed by replacing the array manifold vector h → (ω) with the target sound transfer characteristic a → (ω) as shown in the following equation. it can.
この場合、a→(ω)をシミュレーションや実測により事前に用意する必要がある。 In this case, a → (ω) needs to be prepared in advance by simulation or actual measurement.
また、最尤法をベースとする場合、次式によりフィルタW→ DS2(ω)を設計できる。 Further, when the maximum likelihood method is used as a base, the filter W → DS2 (ω) can be designed by the following equation.
この場合も同様に、a→(ω)やR(ω)をシミュレーションや実測により事前に用意する必要がある。先に挙げたような手段を用いて、疑似的な拡散音場を生成し、音を収音する場合、伝達特性が自ずと無相関化されていることが期待されるので、パワーpN(ω)を広帯域に渡って小さくすることができた。 In this case as well, it is necessary to prepare a → (ω) and R (ω) in advance by simulation or actual measurement. When a pseudo diffuse sound field is generated using the means described above and the sound is picked up, it is expected that the transfer characteristic is naturally uncorrelated, so the power p N (ω ) Could be reduced over a wide band.
<第一実施形態のポイント>
しかし、従来技術では、前述の通り、装置規模が大きくなる傾向がある。
<Points of first embodiment>
However, in the prior art, as described above, the device scale tends to increase.
そこで、本実施形態では、広帯域に渡って伝達特性を無相関化させるために、“伝達特性の物理的変調”として、反射構造体に加えて、マイクロホンの配置を変更する。反射構造体の内側だけでなく、外側にもマイクロホンを設置することで、反射構造体の容積が限定された条件下で伝達特性の相関を小さくできる。 Therefore, in this embodiment, in order to decorrelate the transmission characteristic over a wide band, the arrangement of the microphones is changed in addition to the reflecting structure as “physical modulation of the transmission characteristic”. By installing microphones not only on the inside of the reflecting structure but also on the outside, the correlation between the transmission characteristics can be reduced under conditions where the volume of the reflecting structure is limited.
本実施形態の技術は、拡散センシングを基にして、伝達特性を物理的に変調するための再生装置についても適用することができるため、図1を用いて本発明で定義する音響装置の条件を説明する。 Since the technology of this embodiment can be applied to a playback device for physically modulating transfer characteristics based on diffusion sensing, the conditions of the acoustic device defined in the present invention with reference to FIG. explain.
[必須条件]
(1)反射構造体を含むこと
音を反射・回折する素材で形成されており、開口部を有する電気音響変換器112を包囲するような形状(言い換えると三次元空間を形成する形状)の反射構造体190があること。なお、この明細書において「電気音響変換器」とは、マイクホロンとスピーカとを含む概念である。音響装置を、収音装置として機能させる場合には電気音響変換器はマイクロホンからなり、再生装置として機能させる場合には電気音響変換器はスピーカからなる。
[Prerequisite]
(1) Including a reflective structure Reflected in a shape that surrounds the
(2)フィルタリング部を含むこと
2つ以上の電気音響変換器を有し、それぞれ独立なフィルタ処理できるようなフィルタリング部160を有していること。
(2) Including a filtering unit
It has two or more electroacoustic transducers and a
(3)電気音響変換器の配置
反射構造体190の外側、内側に、それぞれ一つ以上の電気音響変換器111、112が設置されていること。
(3) Arrangement of electroacoustic transducers One or more
図2を用いて、反射構造体190の内側に設置した電気音響変換器112と、外側に設置した電気音響変換器111とでは明らかに伝達特性の性質が異なることを説明する。なお、この例では、音響装置を収音装置として機能させ、電気音響変換器はマイクロホンからなる。また、この例では、3つの電気音響変換器111−1、111−2、112と2つの制御点A、Bを設けた。電気音響変換器は、反射構造体190の内側と外側とにそれぞれ一つ以上あればいいので、電気音響変換器111−1、111−2はどちらかが存在すればよい。なお、音響装置を収音装置として機能させる場合、制御点はターゲット音の存在する方向若しくは位置または雑音の存在する方向若しくは位置として想定されるものであり、音響装置を再生装置として機能させる場合、制御点は再生音の音圧を上げたい方向若しくは位置(再生制御点)、または、音圧を下げたい方向若しくは位置(抑圧制御点)である。
With reference to FIG. 2, it will be described that the
図2Aは、制御点Aから3つの電気音響変換器111−1、111−2、112までの伝達特性の性質について示す。反射構造体190の内側にある電気音響変換器112では、直接音、回折音及び反射音を観測する。なお、回折音とは反射構造体190で回折して到来する音であり、反射音とは反射構造体190の内壁で反射して到来する音である。一方で、反射構造体190の外側にある電気音響変換器111−1は、反射構造体190の上壁に取り付けられているので、バウンダリ型のマイクロホンと同様に反射構造体の上壁からの反射音を受音しづらい。そのため、強い振幅の直接音と反射構造体190の外壁で回折して到来する回折音を観測する。また、反射構造体190の後側にある電気音響変換器111−2は、反射構造体190の外壁で回折して到来する回折音を観測する。
FIG. 2A shows the nature of the transfer characteristics from the control point A to the three electroacoustic transducers 111-1, 111-2, 112. FIG. The
図2Bでは、制御点Bと各電気音響変換器111−1、111−2、112の間の伝達特性の性質について示す。電気音響変換器111−1、111−2では、反射・回折の影響を受けにくく、強い振幅の直接音を受音する。一方、電気音響変換器112では、反射構造体の外壁で回折して到来した音、さらに内壁で反射して到来した音を受音する。
In FIG. 2B, the property of the transfer characteristic between the control point B and each electroacoustic transducer 111-1, 111-2, 112 is shown. The electroacoustic transducers 111-1 and 111-2 are not easily affected by reflection / diffraction and receive a direct sound having a strong amplitude. On the other hand, the
このように、制御点の位置が異なることで、各制御点と各電気音響変換器111−1、111−2、112との間の伝達特性の性質が大きく異なる。よって、反射構造体190の内側に設置した電気音響変換器112の伝達特性と、外側に設置した電気音響変換器111−1、111−2の伝達特性との間の相関が小さくなることが見込まれる。なお、反射音の影響により、制御点の位置や収音環境(例えば収音装置の外部に存在する反射物等)の変化に対して、制御点から電気音響変換器112への伝達特性は変調しやすく、制御点から電気音響変換器111−1、111−2への伝達特性は変調しづらい。例えば、図2Aにおいて、制御点Aが制御点Cに変化した場合、各制御点から電気音響変換器111−1、111−2への伝達特性はあまり変調しないのに対し、各制御点から電気音響変換器112への伝達特性は反射音の影響により(各制御点から電気音響変換器111−1、111−2への伝達特性に比べ)大きく変調する。
Thus, the property of the transfer characteristic between each control point and each electroacoustic transducer 111-1,111-2,112 differs greatly by the position of a control point differing. Therefore, it is expected that the correlation between the transfer characteristics of the
よって、上述の必須条件(1)、(3)は、音響装置の外部にある音源からの伝達特性が変調されづらくなるように配置された電気音響変換器と、音源からの伝達特性が変調されやすくなるように配置された電気音響変換器とを含むことと言い換えてもよい。 Therefore, the above-mentioned essential conditions (1) and (3) are such that the transfer characteristic from the sound source outside the acoustic device is modulated and the transfer characteristic from the sound source is modulated. In other words, it may include an electroacoustic transducer arranged so as to facilitate.
また、上述の必須条件(1)、(3)は、反射構造体が音響装置の外部にある音源から電気音響変換器への伝達特性に変調を与えず、音源から電気音響変換器への伝達特性に変調を与えるように配置されていることと言い換えてもよい。 In addition, the above-mentioned essential conditions (1) and (3) are that the reflection structure does not modulate the transmission characteristics from the sound source outside the acoustic device to the electroacoustic transducer, and is transmitted from the sound source to the electroacoustic transducer. In other words, it may be arranged so as to modulate the characteristics.
[必須ではないがあるとよい条件]
さらに、伝達特性を無相関化させるために以下のような条件を組合せる方式が考えられる。
[Conditions are good if not necessary]
Furthermore, a method of combining the following conditions in order to make the transfer characteristics uncorrelated can be considered.
(4)拡散構造体の設置
反射構造体190の壁面や内側に、制御点Aと電気音響変換器112との間の反射経路数が多くなるような拡散構造体180が一つ以上設置されていること(図3参照)。制御点Aと電気音響変換器112との間の反射経路を図3に示す。反射構造体190だけで決まる反射経路(破線)も存在するが、拡散構造体180を設置することにより、反射経路(一点鎖線)が増える。従って、拡散構造体180は、拡散構造体180を有さない場合の伝達特性を変調するものである。反射経路が増えることによって、収音装置の容積が限定された状況でも、音場の拡散性が高まるので、伝達特性間の相関が小さくなることが期待できる。なお、拡散構造体180の形状や配置位置には限定はなく、凹凸の曲面を持ってもよい。ただし、図4のように、反射構造体190の開口部を塞ぐような板を拡散構造体180としてしまった場合、制御点Aと電気音響変換器112と間の反射経路を減らしてしまうので、拡散構造体180の形状や配置として適さない。よって、拡散構造体180は、収音装置に入射された音、または、再生装置に含まれるスピーカから発せられた音の反射回数が、拡散構造体180を有さない場合よりも多くなるように配置されている。
(4) Installation of diffusion structure One or
図5は、拡散構造体180が、曲面を有する立体構造物である場合の形状例を示す断面図である。この例では、反射構造体190の開口部と有する面と対向する内壁面に、開口部方向に突出した拡散構造体180を備え、図5Aでは断面凹状の面を有し、図5Bでは断面凸状の面を有する。なお、音響装置を収音装置として機能させる場合、反射構造体190の開口部から入射された音を収音装置の内部のマイクロホンに導く構造であることが望ましい。例えば、図5Bの場合、拡散構造体180の先端で音を収音装置の外部に反射してしまうため、図5Aのほうがより望ましい形状と考えられる。また、音響装置を再生装置として機能させる場合、再生装置に含まれるスピーカから発せられた音を外部に導く構造であることが望ましい。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a shape example when the
(5)指向性の異なる電気音響変換器の使用
様々な指向性を持つ電気音響変換器を混ぜて使用することで、伝達特性間の相関を小さくし、無相関化を図る。例えば、電気音響変換器の指向性に限定はないが、無指向性、単一指向性、双指向性、ハイパーカーディオイドといった様々な指向性を持つ電気音響変換器を混ぜて使用する。仮に、同じ位置に指向性の異なる電気音響変換器を配置した場合、同じ制御点との間の伝達特性は異なるものとなる。例えば、図2Aにおいて、電気音響変換器112の位置に無指向性のマイクロホンまたは単一指向性のマイクロホンを配置した場合、制御点Aと無指向性のマイクロホンとの間の伝達特性と、制御点Aと単一指向性のマイクロホンとの間の伝達特性とは、異なるものとなる。よって、この条件により、指向性の違いによる伝達特性の変化を利用して、さらに、伝達特性間の相関を小さくし、無相関化を図る。
(5) Use of electroacoustic transducers with different directivities By using a mixture of electroacoustic transducers with various directivities, the correlation between transfer characteristics is reduced and non-correlation is achieved. For example, the directivity of the electroacoustic transducer is not limited, but electroacoustic transducers having various directivities such as omnidirectionality, unidirectionality, bidirectionality, and hypercardioid are mixed and used. If electroacoustic transducers with different directivities are arranged at the same position, the transfer characteristics between the same control points will be different. For example, in FIG. 2A, when an omnidirectional microphone or a unidirectional microphone is disposed at the position of the
反射構造体190の外側に設置されている電気音響変換器111と、反射構造体190の内側に設置されている電気音響変換器112との指向性が異なる構成としてもよい。また、反射構造体190の外側に複数の電気音響変換器111を設置し、その電気音響変換器111間の指向性が異なる構成としてもよい。同様に複数の電気音響変換器112間の指向性が異なる構成としてもよい。
The
(6)電気音響変換器または拡散構造体の向きまたは配置を変更
音響装置を収音装置として機能させる場合、以下の条件を加えてもよい。電気音響変換器(マイクロホン)112の向きまたは配置を変更するような可動制御手段200を含む(図6A参照)。また、上述の条件(4)(拡散構造体180を設置すること)と組合せる場合には、(例えば板状の)拡散構造体180の向きまたは配置を変更するような可動制御手段200を含む構成であってもよい(図6B参照)。なお、上述の条件(4)と組合せる場合には、電気音響変換器112及び拡散構造体180の少なくとも一つの向きまたは配置を、同時に、または、別々に変更するような可動制御手段200を含む構成であってもよい。
(6) Changing the orientation or arrangement of the electroacoustic transducer or the diffusing structure When the acoustic device functions as a sound collection device, the following conditions may be added. The movable control means 200 which changes the direction or arrangement | positioning of the electroacoustic transducer (microphone) 112 is included (refer FIG. 6A). Further, when combined with the above condition (4) (installing the diffusion structure 180), the movable control means 200 is included to change the orientation or arrangement of the diffusion structure 180 (for example, plate-like). It may be a configuration (see FIG. 6B). In the case of combining with the above condition (4), the movable control means 200 is included which changes the direction or arrangement of at least one of the
例えば、可動制御手段200はモータ等からなり、制御量Cに応じて、回転し、回転軸に対して垂直に設置された円板を回転させ、円板上に設置された電気音響変換器112の配置を変更する。また、回転軸に設置された拡散構造体180を回転させ、向きを変更する。利用に先立ち、予め各制御量εにおける伝達特性A→(ω,ε)=[a→(ω,ε),b→ 1(ω,ε),…,b→ M(ω,ε),]を測定し、図示しない記憶部に記憶しておく。さらに、図示しないセンサー間相関計算部において、伝達特性A→(ω,ε)と観測信号X→(ω,τ)=[X1(ω,τ),…,XM(ω,τ)]とから、センサー間相関を計算し、次式により、制御量Cを求め、これを可動制御手段200に出力する。
For example, the movable control means 200 includes a motor or the like, rotates according to the control amount C, rotates a disk installed perpendicular to the rotation axis, and
電気音響変換器112や拡散構造体180の向きや配置により、伝達特性は変化するので、伝達特性間の相関が小さくなるように電気音響変換器112や拡散構造体180の向きまたは配置を変更する。なお、複数の電気音響変換器112や複数の拡散構造体180を用いる場合には、一部を固定し、残りを可動制御手段200により変更する構成としてもよい。
Since the transfer characteristics change depending on the orientation and arrangement of the
<第一実施形態に係る収音装置10>
図7は収音装置10の斜視図、図8はその正面図、図9はその側面図を示す。図10は図8のX-X断面を示す概念図、図11は図8のXI-XI断面を示す概念図を示す。
<
7 is a perspective view of the
図11に示すように、反射構造体190が形成する三次元空間の内部に11本の第二マイクロホン212を直線的に配置している。さらに、図示していないが、反射構造体190が形成する三次元空間の外部(上壁の外壁面上)に11本の第一マイクロホン211を直線的に配置している。反射構造体190の形状は、一つ以上の開口部が形成されていれば、その形状に制限はないが、この実施形態では横長の直方体がベースとなっており、前面を開口面としている。また、反射構造体190は、反射面が平面であって、適度な厚みと剛性を持つ平板の反射板(例えば、反射率αを0.8とする)からなる。反射構造体190反射面は、必ずしも平面でなくともよく、凹凸のある平板であってもよい。さらに、本実施形態では、音を反射構造体の中に取り入れやすくするため、開口面にホーン191を設けている。ホーン191は、反射構造体190の外側から見た開口面積が大きく、内側から見た開口面積が小さくなるような形状としている。音が反射構造体190内に入りやすく出にくい構造となっている。なお、一つ以上の開口面があればよく、開口面の形状や数に限定はない。ホーンをつけてもよいし、つけなくてもよい。本実施形態では、開口面に拡散構造体180毎にホーン191を設けている。
As shown in FIG. 11, eleven
反射構造体190が三次元空間を形成し、拡散構造体180がその三次元空間内に設置される。拡散構造体180は、凹状の曲面を持った形状とする。開口面から到来した音が拡散構造体180に反射して、反射構造体190内で多重に反射することを狙ってこの形状としている。拡散構造体180はQ個(Q≧1)設置されていればよく、本実施形態では、10個の拡散構造体180が設置されている(図11参照)。
The
第二マイクロホン212を反射構造体190の形成する三次元空間の内部に設置できるような構造になっている。また、反射構造体190の上壁の外壁面上に第一マイクロホン211を設置できるような構造になっている。
The structure is such that the
第一マイクロホン211は、音響的に透過な音響透過カバー192で覆われている。「音響的に透過」とは、反射・回折が生じない(または生じにくい)ことを意味し、例えば、音響透過カバー192はパンチングメタルからなる。音響透過カバー192は、第一マイクロホン211を衝撃等から防護するためのカバーであって、必ずしも設けなくともよい。
The
[収音装置10の信号処理]
第一実施形態に係る収音装置10の機能構成および処理フローを図12と図13に示す。この第一実施形態の収音装置10は、M1個の第一マイクロホン211−m1、M2個の第二マイクロホン212−m2、AD変換部120、周波数領域変換部130、フィルタリング部160、時間領域変換部170、フィルタ計算部150、伝達特性記憶部140を含む。m1=1,2,…,M1であり、m2=1,2,…,M2であり、M1≧1、M2≧1であり、M1+M2=Mである。
[Signal processing of sound collection device 10]
The functional configuration and processing flow of the
<第一マイクロホン211−m1、第二マイクロホン212−m2>
M1個の第一マイクロホン211−m1、M2個の第二マイクロホン212−m2を用いて収音し(s1)、アナログ信号(収音信号)をAD変換部120に出力する。M1個の第一マイクロホン211−m1が反射構造体190の外側に設置され、M2個の第二マイクロホン212−m2は反射構造体190の内側に設置されている。
<First microphone 211-m 1 , second microphone 212-m 2 >
M 1 first microphones 211 -m 1 and M 2 second microphones 212 -m 2 are used to collect sound (s 1), and analog signals (sound collection signals) are output to the
<AD変換部120>
AD変換部120が、M1個の第一マイクロホン211−m1とM2個の第二マイクロホン212−m2とで収音された合計M個のアナログ信号をディジタル信号x→(t)=[x1(t),…,xM(t)]Tへ変換し、(s2)、周波数領域変換部に出力する。tは離散時間のインデックスを表す。
<
<周波数領域変換部130>
周波数領域変換部130は、まず、AD変換部120が出力したディジタル信号x→(t)=[x1(t),…,xM(t)]Tを入力とし、チャネルごとにNサンプルをバッファに貯めてフレーム単位のディジタル信号x→(τ)=[x→ 1(τ),…,x→ M(τ)]Tを生成する。τはフレーム番号のインデックスである。x→ m(τ)=[xm((τ-1)N+1),…,xm(τN)](1≦m≦M)である。Nはサンプリング周波数にもよるが、48kHzサンプリングの場合には2048点あたりが妥当である。次に、周波数領域変換部130は、各フレームのディジタル信号x→(τ)を周波数領域の信号X→(ω,τ)=[X1(ω,τ),…,XM(ω,τ)]Tに変換し(s3)、出力する。ωは離散周波数のインデックスである。時間領域信号を周波数領域信号に変換する方法の一つに高速離散フーリエ変換があるが、これに限定されず、周波数領域信号に変換する他の方法を用いてもよい。周波数領域信号X→(ω,τ)は、各周波数ω、フレームτごとに出力される。
<Frequency domain converter 130>
First, the frequency domain conversion unit 130 receives the digital signal x → (t) = [x 1 (t),..., X M (t)] T output from the
<伝達特性記憶部140>
伝達特性記憶部140は、予め収音装置10を使って測定された伝達特性A→(ω)=[a→(ω),b→ 1(ω),…,b→ K(ω)]を記憶しておく。a→(ω)=[a1(ω),…,aM(ω)]Tを、ターゲット音とM本のマイクロホンとの間の周波数ωでの伝達特性、換言すれば、a→(ω)=[a1(ω),…,aM(ω)]Tは、マイクロホンアレーに含まれる各マイクロホンへのターゲット音の周波数ωでの伝達特性とする。k=1,2,…,Kであり、Kは雑音の個数であり、bk →(ω)=[bk1(ω),…,bkM(ω)]Tを、雑音kとM本のマイクロホンとの間の周波数ωでの伝達特性、換言すれば、bk →(ω)=[bk1(ω),…,bkM(ω)]Tは、マイクロホンアレーに含まれる各マイクロホンへの雑音kの周波数ωでの伝達特性とする。なお、伝達特性A→(ω)は、事前測定によらず、理論式やシミュレーションにより事前に用意してもよい。
<Transfer
The transfer
<フィルタ計算部150>
フィルタ計算部150は、伝達特性記憶部140から伝達特性A→(ω)を取り出し、フィルタW→(ω)を計算し、フィルタリング部160に出力する。例えば、特定の位置または方向からの音響信号を抑圧する信号処理に用いるフィルタW→(ω)を計算する。
<Filter calculation unit 150>
The filter calculation unit 150 extracts the transfer characteristic A → (ω) from the transfer
本発明のビームフォーミング技術の要点は、複数の電気音響変換器の内、一部を音響装置の外部にある音源からの伝達特性が変調されづらくなるように配置し、残りを音源からの伝達特性が変調されやすくなるように配置して、広帯域に渡って伝達特性を無相関化させることである。そのため、フィルタの設計コンセプト自体に影響を与えないので、従来技術と同様の方法により、フィルタW→(ω)を設計することができる。例えば、参考文献3に記載されている<1>SN比最大化規準によるフィルタ設計法、<2>パワーインバージョン(Power Inversion)に基づくフィルタ設計法、<3>一つ以上の死角(雑音のゲインが抑圧される方向)を拘束条件に持つ最小分散無歪応答法によるフィルタ設計法、<4>遅延合成(Delay-and-Sum Beam Forming)法によるフィルタ設計法、<5>最尤法によるフィルタ設計法、<6>AMNOR(Adaptive Microphone-array for noise reduction)法等によって、フィルタW→(ω)を設計することができる。
[参考文献3]国際公開第WO2012/086834号パンフレット
The main point of the beamforming technique of the present invention is that a part of the plurality of electroacoustic transducers is arranged so that the transfer characteristic from the sound source outside the acoustic device is difficult to be modulated, and the rest is the transfer characteristic from the sound source. Is arranged so as to be easily modulated, and the transfer characteristic is made uncorrelated over a wide band. Therefore, since the filter design concept itself is not affected, the filter W → (ω) can be designed by the same method as in the prior art. For example, <1> Filter design method based on the S / N ratio maximization criterion described in
[Reference 3] International Publication No. WO2012 / 088684 Pamphlet
例えば、遅延和法をベースとする場合、式(16)により、フィルタW→ DS1(ω)を計算する。 For example, when the delay sum method is used as a base, the filter W → DS1 (ω) is calculated by the equation (16).
また例えば、最尤法をベースとする場合、式(17)により、フィルタW→ DS2(ω)を計算する。 Further, for example, when the maximum likelihood method is used as a base, the filter W → DS2 (ω) is calculated by Expression (17).
また例えば、一つ以上の死角を拘束条件に持つ最小分散無歪応答法によるフィルタ設計法の場合、次式により、フィルタW→ DS3(ω)を計算する。 Further, for example, in the case of a filter design method based on the minimum variance distortionless response method having one or more blind spots as constraints, the filter W → DS3 (ω) is calculated by the following equation.
ただし、fS(ω),fk(ω)はそれぞれターゲット音、雑音k(k=1,2,…,K)に関する周波数ωでの通過特性を表す。例えば、式(18)において、伝達特性a→(ω)が方向θに依存する伝達特性a→(ω,θ)として事前に用意できる場合には、伝達特性a→(ω,θ)を用いて、フィルタW→(ω,θ)を計算し、フィルタリング部160において、特定の方向θsの信号処理が行える。また、伝達特性a→(ω)が方向θ、距離Dに依存する伝達特性a→(ω,θ,D)として事前に用意できる場合には、伝達特性a→(ω,θ,D)を用いて、フィルタW→(ω,θ,D)を計算し、フィルタリング部160において、特定の位置(特定の方向θsと距離DHにより特定される位置)の信号処理が行える。
Here, f S (ω) and f k (ω) represent the pass characteristics at the frequency ω with respect to the target sound and noise k (k = 1, 2,..., K), respectively. For example, in equation (18), if transfer characteristic a → (ω) can be prepared in advance as transfer characteristic a → (ω, θ) depending on direction θ, transfer characteristic a → (ω, θ) is used. Thus, the filter W → (ω, θ) is calculated, and the
<フィルタリング部160>
フィルタリング部160は、予めフィルタ計算部150からフィルタW→(ω)を受け取っておき、周波数領域信号X→(ω,τ)を受け取り、フレームτごとに、各周波数ω∈Ωについて、周波数領域信号X→(ω,τ)=[X1(ω,τ),…,XM(ω,τ)]Tに、フィルタW→(ω)を適用して(式(5)参照、s4)、出力信号Y(ω,τ)を出力する。
<
The
例えば、フィルタリング部はM1個の第一マイクロホン211−m1による収音信号とM2個の第二マイクロホン212−m2による収音信号とに基づき、空間上の少なくとも複数の位置または方向から発せられた音響信号の収音特性を異ならせるものであればよい。「収音特性を異ならせる」とは、例えば、特定の位置で発せられた音響信号を局所収音して他の位置で発せられた音響信号を極力収音しないようにしたり、逆に特定の位置で発せられた音響信号を抑圧(消音)して他の位置で発せられた音響信号のみを収音したりすることを意味する。 For example, the filtering unit based on the collected signal by the second microphone 212-m 2 collected signals and two M of by the first microphone 211-m 1 of 1 M, at least a plurality of position or orientation in space What is necessary is just to make the sound collection characteristic of the emitted acoustic signal different. “Different sound collection characteristics” means, for example, locally collecting an acoustic signal emitted at a specific position so as not to collect an acoustic signal emitted at another position as much as possible, It means that the sound signal emitted at the position is suppressed (silenced) and only the sound signal emitted at another position is collected.
<時間領域変換部170>
時間領域変換部170は、第τフレームの各周波数ω∈Ωの出力信号Y(ω,τ)を時間領域に変換して(s5)、第τフレームのフレーム単位時間領域信号y(τ)を得て、さらに、得られたフレーム単位時間領域信号y(τ)をフレーム番号のインデックスの順番に連結して時間領域信号y(t)を出力する。周波数領域信号を時間領域信号に変換する方法は、s3の処理で用いた変換方法に対応する逆変換であり、例えば高速離散逆フーリエ変換である。
<Time
The time
<効果>
このような構成により、所定の指向性能に対する装置規模を従来技術よりも小さくできる。そのとき、ターゲット音と雑音を聞き分けるための手掛かりが観測信号に含まれることになるので、例えば、事前に用意した伝達特性を使ってフィルタを使って適切な信号処理をすることで、広帯域に渡って任意の指向制御が可能になる。なお、本実施形態では、予めフィルタW→(ω)を計算しているが、収音装置10の計算処理能力などに応じて、所定の指向性能が定まってからフィルタ計算部150が周波数ごとのフィルタW→(ω)を計算する構成としてもよい。
<Effect>
With such a configuration, the apparatus scale for a predetermined directivity can be made smaller than that of the conventional technology. At that time, a clue to distinguish the target sound and noise is included in the observation signal, so for example, by performing appropriate signal processing using a filter using transfer characteristics prepared in advance, it can be applied over a wide band. Arbitrary directional control is possible. In the present embodiment, the filter W → (ω) is calculated in advance. However, the filter calculation unit 150 determines the frequency for each frequency after a predetermined directivity is determined according to the calculation processing capability of the
<第二実施形態>
本発明は、スピーカを用いた再生装置として扱ってもよい。
<Second embodiment>
The present invention may be handled as a playback device using a speaker.
本実施形態は、拡散センシングを基にして、伝達特性を物理的に変調する収音装置に係るものである。複数のマイクロホンからなるマイクロホンアレーに代えて、複数のスピーカからなるスピーカアレーを用いる。よって、その外観図は、第一マイクロホン211及び第二マイクロホン212をそれぞれ第一スピーカ311及び第二スピーカ312に変えたものとなり、反射構造体190、ホーン191、音響透過カバー192、拡散構造体180等の形状について、第一実施形態と同様である(図7−図11参照)。
The present embodiment relates to a sound collection device that physically modulates transfer characteristics based on diffusion sensing. Instead of a microphone array composed of a plurality of microphones, a speaker array composed of a plurality of speakers is used. Accordingly, the external view is obtained by replacing the
第二スピーカ312を反射構造体190の形成する三次元空間の内部に設置できるような構造になっている。また、反射構造体190の上壁に第一スピーカ311を設置できるような構造になっている。
The second speaker 312 can be installed inside a three-dimensional space formed by the
[再生装置30の信号処理]
M(≧2)個のスピーカを用いて制御点Dで強調されるような指向制御を行うことを考える。
[Signal processing of playback device 30]
Consider performing directional control that is emphasized at control point D using M (≧ 2) speakers.
第二実施形態に係る再生装置30の機能構成および処理フローを図14と図15に示す。この第二実施形態の再生装置30は、M1個の第一スピーカ311−m1、M2個の第二スピーカ312−m2、周波数領域変換部300、フィルタリング部330、時間領域変換部340、フィルタ計算部320、伝達特性記憶部310を含む。m1=1,2,…,M1であり、m2=1,2,…,M2であり、M1≧1、M2≧1であり、M1+M2=Mである。
FIG. 14 and FIG. 15 show the functional configuration and processing flow of the playback apparatus 30 according to the second embodiment. Reproducing apparatus 30 of this second embodiment, the
信号源200が音源信号s(t)を出力する。この実施形態では、信号源200からの音源信号s(t)はディジタル信号であるとする。ただし、音源信号としてアナログ信号を用いる場合には、アナログ信号をディジタル信号s(t)へAD変換するAD変換部を設ければよい。
The
<周波数領域変換部300>
まず、周波数領域変換部300は、ディジタル信号s(t)を受け取り、Nサンプルをバッファに貯めてフレーム単位のディジタル信号s(τ)を出力する。次に、周波数領域変換部300は、各フレームのディジタル信号s(τ)を周波数領域の信号S(ω,τ)に変換して(s31)出力する。
<Frequency domain conversion unit 300>
First, the frequency domain transform unit 300 receives a digital signal s (t), stores N samples in a buffer, and outputs a digital signal s (τ) in units of frames. Next, the frequency domain transform unit 300 converts the digital signal s (τ) of each frame into a frequency domain signal S (ω, τ) (s31) and outputs it.
<伝達特性記憶部310及びフィルタ計算部320>
伝達特性記憶部310及びフィルタ計算部320の機能構成は、第一実施形態と同様である。例えば、フィルタ計算部320は、伝達特性記憶部310から伝達特性A→(ω)を取り出し、参考文献4記載の方法により、フィルタW→(ω)を計算し、フィルタリング部330に出力する。例えば、特定の位置または方向への音響信号を抑圧する信号処理に用いるフィルタW→(ω)を計算する。
[参考文献4]羽田陽一、片岡章俊、「自由空間伝達関数を用いた多点制御に基づく小型スピーカアレーの実空間性能」、日本音響学会研究発表会講演論文集、2008、pp.631-632
<Transfer
The functional configurations of the transfer
[Reference 4] Yoichi Haneda, Akitoshi Kataoka, “Real-space performance of small speaker array based on multipoint control using free space transfer function”, Proc. Of the Acoustical Society of Japan, 2008, pp.631-632
<フィルタリング部330>
フィルタリング部330は、予めフィルタ計算部320からフィルタW→(ω)を受け取っておき、周波数領域信号S(ω,τ)を受け取り、フレームτごとに、各周波数ω∈Ωについて、周波数領域信号S(ω,τ)に、フィルタW→(ω)を適用して(次式参照、s32)、出力信号Z→(ω,τ)=[Z1(ω,τ),…,ZM(ω,τ)]を出力する。
<Filtering unit 330>
The filtering unit 330 receives the filter W → (ω) from the
例えば、フィルタリング部330は、空間上の少なくとも複数の位置へ、M1個の第一スピーカ311−m1及びM2個の第二スピーカ312−m2から発する音響信号の再生特性を異ならせるものであればよい。「再生特性を異ならせる」とは、例えば、特定の位置で音響信号を局所再生して他の位置で音響信号を極力再生しないようにしたり、逆に特定の位置で音響信号を再生しないようにして他の位置でのみ音響信号を再生したりすることを意味する。 For example, the filtering unit 330 into at least a plurality of positions in space, which varied reproduction characteristics of the acoustic signals emanating from the first speaker 311-m 1 and M 2 pieces of the second speaker 312-m 2 of 1 M If it is. “Different playback characteristics” means, for example, that an acoustic signal is locally reproduced at a specific position so that the acoustic signal is not reproduced at other positions as much as possible, and conversely, an acoustic signal is not reproduced at a specific position. This means that the sound signal is reproduced only at other positions.
<時間領域変換部340>
時間領域変換部340は、第τフレームの各周波数ω∈Ωの再生信号Z→(ω,τ)=[Z1(ω,τ),…,ZM(ω,τ)]を時間領域に変換して(s33)、第τフレームのフレーム単位時間領域信号z→(τ)=[z1(τ),…,zM(τ)]を得て、さらに、得られたフレーム単位時間領域信号z→(τ)=[z1(τ),…,zM(τ)]をフレーム番号のインデックスの順番に連結して、時間領域信号z→(t)=[z1(t),…,zM(t)]を出力する。周波数領域信号を時間領域信号に変換する方法は、s31の処理で用いた変換方法に対応する逆変換であり、例えば高速離散逆フーリエ変換である。
<Time
The time
<第一スピーカ311−m1、第二スピーカ312−m2>
Mチャネルの時間領域信号z1(t),…,zM(t)はそれぞれ、スピーカアレーを構成するM1個の第一スピーカ311−m1、M2個の第二スピーカ312−m2のうち、チャネルに対応するスピーカで再生される(s34)。M1個の第一スピーカ311−m1が反射構造体190の外側に設置され、M2個の第二スピーカ312−m2は反射構造体190の内側に設置されている。
<First speaker 311 -m 1 , second speaker 312 -m 2 >
M-channel time domain signals z 1 (t),..., Z M (t) are respectively M 1 first speakers 311 -m 1 and M 2 second speakers 312 -m 2 constituting the speaker array. Is reproduced by the speaker corresponding to the channel (s34). The first speaker 311-m 1 1 or M of is installed on the outside of the
<効果>
このような構成により、所定の指向性能に対する装置規模を従来技術よりも小さくできる。なお、本実施形態では、予めフィルタW→(ω)を計算しているが、再生装置30の計算処理能力などに応じて、所定の指向性能が定まってからフィルタ計算部320が周波数ごとのフィルタW→(ω)を計算する構成としてもよい。
<Effect>
With such a configuration, the apparatus scale for a predetermined directivity can be made smaller than that of the conventional technology. In this embodiment, the filter W → (ω) is calculated in advance. However, the
<その他の変形例>
本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、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。
<Other variations>
The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications. For example, the various processes described above are not only executed in time series according to the description, but may also be executed in parallel or individually as required by the processing capability of the apparatus that executes the processes. In addition, it can change suitably in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
<プログラム及び記録媒体>
上述した収音装置及び再生装置は、コンピュータにより機能させることもできる。この場合、コンピュータを目的とする装置(各種実施形態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、またはコンピュータにその処理手順(各実施形態で示したもの)の各過程を実行させるためのプログラムを、そのコンピュータに実行させればよい。なお、そのプログラムは、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等の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。コンピュータにプログラムを実行させる際には、そのプログラムを記録媒体から読み込んでもよいし、または、そのプログラムを記録したサーバ等から通信回線を介してダウンロードしてもよい。
<Program and recording medium>
The sound collecting device and the reproducing device described above can also be functioned by a computer. In this case, 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 each process of the processing procedure (shown in each embodiment) in the computer. What is necessary is just to make the computer run the program for performing. The program can be recorded on a computer-readable recording medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, or a semiconductor memory. When causing a computer to execute a program, the program may be read from a recording medium, or may be downloaded from a server or the like on which the program is recorded via a communication line.
本発明は、狭指向音声強調技術、音声スポット強調技術、狭指向音声再生技術、音声スポット再生技術に利用することができる。また、AGC(Auto Gain Control)技術やエリア収音及び再生技術に利用することもできる。 The present invention can be used for narrow-directional speech enhancement technology, speech spot enhancement technology, narrow-directional speech reproduction technology, and speech spot reproduction technology. It can also be used for AGC (Auto Gain Control) technology and area sound collection and reproduction technology.
Claims (8)
前記制御点からの伝達特性が変調されやすくなるように配置された少なくとも一つの第二マイクロホンと、
前記第一マイクロホンによる収音信号と前記第二マイクロホンによる収音信号とに基づき、空間上の少なくとも複数の位置または方向から発せられた音響信号の収音特性を異ならせるフィルタリング部とを含み、
前記フィルタリング部は、前記第一マイクロホンと前記第二マイクロホンの配置の違いにより前記第一マイクロホンと前記第二マイクロホンの伝達特性の相関が小さくなることを利用した信号処理を行う、
収音装置。 At least one first microphone arranged so that a transfer characteristic from a control point outside the sound pickup device is difficult to be modulated;
At least one second microphone arranged to facilitate modulation of the transfer characteristic from the control point ;
A filtering unit that varies sound collection characteristics of acoustic signals emitted from at least a plurality of positions or directions in space based on the sound collection signal from the first microphone and the sound collection signal from the second microphone;
The filtering unit performs signal processing using a fact that a correlation between transfer characteristics of the first microphone and the second microphone becomes small due to a difference in arrangement between the first microphone and the second microphone.
Sound collection device.
当該収音装置の外部にある制御点から前記第一マイクロホンへの伝達特性に変調を与えず、前記制御点から前記第二マイクロホンへの伝達特性に変調を与えるように配置された反射部と、
前記第一マイクロホンによる収音信号と前記第二マイクロホンによる収音信号とに基づき、空間上の少なくとも複数の位置または方向から発せられた音響信号の収音特性を異ならせるフィルタリング部とを含み、
前記フィルタリング部は、前記第一マイクロホンと前記第二マイクロホンの配置の違いにより前記第一マイクロホンと前記第二マイクロホンの伝達特性の相関が小さくなることを利用した信号処理を行う、
収音装置。 A sound collection device including at least a first microphone and a second microphone,
A reflection unit arranged to modulate the transfer characteristic from the control point to the second microphone without modulating the transfer characteristic from the control point outside the sound collection device ;
A filtering unit that varies sound collection characteristics of acoustic signals emitted from at least a plurality of positions or directions in space based on the sound collection signal from the first microphone and the sound collection signal from the second microphone;
The filtering unit performs signal processing using a fact that a correlation between transfer characteristics of the first microphone and the second microphone becomes small due to a difference in arrangement between the first microphone and the second microphone.
Sound collection device.
前記三次元空間の外部に配置される第一マイクロホンと、
前記三次元空間の内部に配置される第二マイクロホンと、
前記第一マイクロホンによる収音信号と前記第二マイクロホンによる収音信号とに基づき、空間上の少なくとも複数の位置または方向から発せられた音響信号の収音特性を異ならせるフィルタリング部とを含み、
前記フィルタリング部は、前記第一マイクロホンと前記第二マイクロホンの配置の違いにより前記第一マイクロホンと前記第二マイクロホンの伝達特性の相関が小さくなることを利用した信号処理を行う、
収音装置。 A reflection part made of a material capable of reflecting sound, having an opening, and forming a three-dimensional space other than the opening;
A first microphone disposed outside the three-dimensional space;
A second microphone disposed inside the three-dimensional space ;
A filtering unit that varies sound collection characteristics of acoustic signals emitted from at least a plurality of positions or directions in space based on the sound collection signal from the first microphone and the sound collection signal from the second microphone;
The filtering unit performs signal processing using a fact that a correlation between transfer characteristics of the first microphone and the second microphone becomes small due to a difference in arrangement between the first microphone and the second microphone.
Sound collection device.
音を反射可能な素材からなり、開口部を有し、開口部以外は三次元空間を形成する反射部と、 A reflection part made of a material capable of reflecting sound, having an opening, and forming a three-dimensional space other than the opening;
前記三次元空間の外部に配置される第一マイクロホンと、 A first microphone disposed outside the three-dimensional space;
前記三次元空間の内部に配置される第二マイクロホンとを含み、 A second microphone disposed inside the three-dimensional space,
前記反射部は当該収音装置の外部にある制御点から前記第一マイクロホンへの伝達特性に変調を与えず、前記制御点から前記第二マイクロホンへの伝達特性に変調を与えるように配置されている、 The reflection unit is arranged so as not to modulate the transfer characteristic from the control point outside the sound collecting device to the first microphone, but to modulate the transfer characteristic from the control point to the second microphone. Yes,
収音装置。 Sound collection device.
前記制御点への伝達特性が変調されやすくなるように配置された少なくとも一つの第二スピーカと、
空間上の少なくとも複数の位置へ、前記第一スピーカ及び前記第二スピーカから発する音響信号の再生特性を異ならせるフィルタリング部とを含み、
前記フィルタリング部は、前記第一スピーカと前記第二スピーカの配置の違いにより前記第一スピーカと前記第二スピーカの伝達特性の相関が小さくなることを利用した信号処理を行う、
再生装置。 At least one first speaker arranged so that a transmission characteristic to a control point outside the reproduction device is difficult to be modulated;
At least one second speaker arranged to facilitate modulation of the transfer characteristic to the control point ;
Including at least a plurality of positions in space, a filtering unit that varies the reproduction characteristics of the acoustic signals emitted from the first speaker and the second speaker,
The filtering unit performs signal processing using the fact that a correlation between transfer characteristics of the first speaker and the second speaker is reduced due to a difference in arrangement between the first speaker and the second speaker.
Playback device.
前記第一スピーカから当該再生装置の外部にある制御点への伝達特性に変調を与えず、前記第二スピーカから前記制御点への伝達特性に変調を与えるように配置された反射部と、
空間上の少なくとも複数の位置へ、前記第一スピーカ及び前記第二スピーカから発する音響信号の再生特性を異ならせるフィルタリング部とを含み、
前記フィルタリング部は、前記第一スピーカと前記第二スピーカの配置の違いにより前記第一スピーカと前記第二スピーカの伝達特性の相関が小さくなることを利用した信号処理を行う、
再生装置。 A playback device including at least a first speaker and a second speaker,
A reflection unit arranged to modulate the transfer characteristic from the second speaker to the control point without modulating the transfer characteristic from the first speaker to the control point outside the playback device ;
Including at least a plurality of positions in space, a filtering unit that varies the reproduction characteristics of the acoustic signals emitted from the first speaker and the second speaker,
The filtering unit performs signal processing using the fact that a correlation between transfer characteristics of the first speaker and the second speaker is reduced due to a difference in arrangement between the first speaker and the second speaker.
Playback device.
前記三次元空間の外部に配置される第一スピーカと、
前記三次元空間の内部に配置される第二スピーカと、
空間上の少なくとも複数の位置へ、前記第一スピーカ及び前記第二スピーカから発する音響信号の再生特性を異ならせるフィルタリング部とを含み、
前記フィルタリング部は、前記第一スピーカと前記第二スピーカの配置の違いにより前記第一スピーカと前記第二スピーカの伝達特性の相関が小さくなることを利用した信号処理を行う、
再生装置。 A reflection part made of a material capable of reflecting sound, having an opening, and forming a three-dimensional space other than the opening;
A first speaker disposed outside the three-dimensional space;
A second speaker disposed inside the three-dimensional space ;
Including at least a plurality of positions in space, a filtering unit that varies the reproduction characteristics of the acoustic signals emitted from the first speaker and the second speaker,
The filtering unit performs signal processing using the fact that a correlation between transfer characteristics of the first speaker and the second speaker is reduced due to a difference in arrangement between the first speaker and the second speaker.
Playback device.
音を反射可能な素材からなり、開口部を有し、開口部以外は三次元空間を形成する反射部と、 A reflection part made of a material capable of reflecting sound, having an opening, and forming a three-dimensional space other than the opening;
前記三次元空間の外部に配置される第一スピーカと、 A first speaker disposed outside the three-dimensional space;
前記三次元空間の内部に配置される第二スピーカとを含み、 A second speaker disposed inside the three-dimensional space,
前記反射部は、前記第一スピーカから当該再生装置の外部にある制御点への伝達特性に変調を与えず、前記第二スピーカから前記制御点への伝達特性に変調を与えるように配置されている、 The reflection unit is arranged so as not to modulate the transfer characteristic from the first speaker to the control point outside the playback device, but to modulate the transfer characteristic from the second speaker to the control point. Yes,
再生装置。 Playback device.
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