JP6242262B2 - Sound playback device - Google Patents
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Description
本発明は、波面合成を用いて仮想音源を任意に配置可能な音響再生装置に関し、特に、演算処理を簡易に行いつつも臨場感ある音場生成が可能な音響再生装置に関する。 The present invention relates to a sound reproducing device capable of arbitrarily arranging a virtual sound source by using wavefront synthesis, and more particularly to a sound reproducing device capable of generating a realistic sound field while performing arithmetic processing easily.
立体的な音響再生を行なう方法のひとつに、波面合成技術がある。これは、複数のスピーカを並べることでスピーカアレイを構成し、各スピーカに、演算処理された音声信号を入力することで、任意の位置に設定した仮想音源から放射される音の波面と同等の波面を再現するものである。 One of the three-dimensional sound reproduction methods is a wavefront synthesis technique. This is because a speaker array is configured by arranging a plurality of speakers, and by inputting an arithmetically processed audio signal to each speaker, it is equivalent to the wavefront of sound emitted from a virtual sound source set at an arbitrary position. It reproduces the wavefront.
波面を再現できる領域の広さは、スピーカアレイの寸法（スピーカ配列方向長）によって規定される。
一方、波面を再現できる周波数の高域限界はスピーカ間隔によって規定され、スピーカ間隔を小さくする程に高域再現性が高まる。
The size of the region where the wavefront can be reproduced is defined by the size of the speaker array (the length in the speaker arrangement direction).
On the other hand, the high frequency limit of the frequency at which the wavefront can be reproduced is defined by the speaker interval, and the high frequency reproducibility increases as the speaker interval decreases.
よって、各スピーカを密に配置するとともに、大きなスピーカアレイを構成することで、より広い周波数帯域で、より広い空間において波面を再現できる。
なお、波面合成技術を用いた音響再生装置は、以下の文献のように、これまでいくつか発表されてきた。しかし、いずれも研究室レベルのものであって、商品として市場に登場したものはない。
Therefore, by arranging each speaker densely and configuring a large speaker array, the wavefront can be reproduced in a wider space in a wider frequency band.
In addition, several sound reproduction apparatuses using the wavefront synthesis technique have been published so far as in the following documents. However, all of them are laboratory-level products, and none have appeared on the market as products.
上述した波面合成を実現するためには、スピーカアレイを構成する各スピーカそれぞれに、適切に演算処理された音声信号を入力する必要がある。実装上は、この演算処理にはＤＳＰにより構成されるディジタルフィルタを用いる。 In order to realize the wavefront synthesis described above, it is necessary to input a sound signal that has been appropriately subjected to arithmetic processing to each speaker constituting the speaker array. In terms of mounting, a digital filter constituted by a DSP is used for this arithmetic processing.
ここで、波面合成により仮想音源を生成する際の、演算処理の演算量について検討する。
例えば、波面合成のための演算処理を２５６タップのＦＩＲフィルタを用いて行なう場合に、１６本のスピーカを用いてスピーカアレイを構成すると、任意に設定したひとつの仮想音源について、２５６タップのＦＩＲフィルタを１６個用いてリアルタイムで演算処理を実行する必要がある。
Here, the amount of calculation processing when the virtual sound source is generated by wavefront synthesis will be examined.
For example, when performing arithmetic processing for wavefront synthesis using a 256-tap FIR filter, if a speaker array is configured using 16 speakers, a 256-tap FIR filter for one arbitrarily set virtual sound source It is necessary to execute arithmetic processing in real time using 16 pieces.
ここで、設定する仮想音源が増加すれば、演算量はさらに増加することになる。例えば、マルチチャンネルの音響再生で、５つの仮想音源を設定した場合、上述した具体例では、５×１６＝８０個のＦＩＲフィルタを用いてリアルタイムで演算する必要がある。 Here, if the number of virtual sound sources to be set increases, the amount of calculation further increases. For example, when five virtual sound sources are set in multi-channel sound reproduction, in the above-described specific example, it is necessary to calculate in real time using 5 × 16 = 80 FIR filters.
このように、仮想音源のために波面合成を実現するには、演算処理に高い性能が要求される。すなわち、波面合成により仮想音源を実現するために、高性能で高価なＤＳＰを使用する必要がある。このことが、実際の商品化を妨げる要因のひとつであると考えられる。 Thus, in order to realize wavefront synthesis for a virtual sound source, high performance is required for arithmetic processing. That is, in order to realize a virtual sound source by wavefront synthesis, it is necessary to use a high-performance and expensive DSP. This is considered to be one of the factors that hinder actual commercialization.
一方、スピーカアレイに含まれるスピーカを間引けば、同時に演算処理部を減らすことが可能になって、高性能で高価なＤＳＰを使用しなくても済むと考えられる。しかし、スピーカを間引くと、上述したように周波数の高域限界を低下させることになり、音響再生の品質を劣化させることにつながる。従って、スピーカを間引くことによって演算を減らすことは現実的ではない。 On the other hand, if the speakers included in the speaker array are thinned out, it is possible to reduce the number of arithmetic processing units at the same time, and it is considered unnecessary to use a high-performance and expensive DSP. However, if the speaker is thinned out, the high frequency limit of the frequency is lowered as described above, and the quality of sound reproduction is deteriorated. Therefore, it is not practical to reduce the calculation by thinning out the speakers.
本発明は上記の問題点を解消するために成されたもので、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減可能な音響再生装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an acoustic reproduction apparatus capable of reducing the processing load without degrading the quality of acoustic reproduction when generating a virtual sound source by wavefront synthesis. With the goal.
（１）上述した問題を解決するため、本発明に係る音響再生装置は、直線上に配置された複数のスピーカからなるスピーカアレイと、前記スピーカアレイに含まれる複数の前記スピーカから放射される音波の波面を重ね合わせることで、前記スピーカアレイの位置とは異なる任意の位置に設置された仮想音源より放射される球面波と同等の波面を合成するように音声信号を処理する処理部と、を備えて音響再生を行う音響再生装置であって、前記処理部は、前記スピーカアレイに含まれる一部のスピーカに供給する音声信号に関して、波面を合成するのに必要な伝達関数を畳み込み演算する演算処理部と、前記演算処理部により処理された音声信号を供給される前記スピーカに隣接するスピーカに供給する音声信号に関して、前記演算処理部により処理された音声信号に、波面を合成するために必要な、遅延時間を与える遅延部と音量を調節するための音量調節部と、を有し、前記演算処理部と、前記遅延部及び前記音量調節部とが、前記スピーカアレイに含まれる各スピーカに対して、それぞれ交互に接続されるように配置される、ことを特徴とする。 (1) In order to solve the above-described problem, the sound reproducing device according to the present invention includes a speaker array including a plurality of speakers arranged on a straight line, and sound waves radiated from the plurality of speakers included in the speaker array. A processing unit for processing an audio signal so as to synthesize a wavefront equivalent to a spherical wave radiated from a virtual sound source installed at an arbitrary position different from the position of the speaker array An audio reproducing apparatus for performing audio reproduction, wherein the processing unit performs a convolution operation on a transfer function necessary for synthesizing a wavefront with respect to an audio signal supplied to some speakers included in the speaker array. With respect to the audio signal supplied to the speaker adjacent to the speaker to which the audio signal processed by the processing unit and the arithmetic processing unit is supplied, the arithmetic processing unit More processed audio signals, necessary for synthesizing the wavefronts, possess a volume control unit for adjusting the delay section and volume providing a delay time, a said processing unit, said delay unit and said A volume control unit is arranged so as to be alternately connected to each speaker included in the speaker array .
（２）上記（１）において、前記演算処理部は、ディジタルフィルタにより、所定の伝達関数に基づいて演算処理を行う、ことを特徴とする。なお、前記演算処理部では、前記仮想音源の位置に基づいて前記伝達関数が決定される、ことを特徴とする。 (2) In the above (1), the arithmetic processing unit performs arithmetic processing based on a predetermined transfer function by a digital filter. The arithmetic processing unit determines the transfer function based on the position of the virtual sound source.
（３）上記（１）または（２）のいずれかにおいて、前記スピーカアレイと前記処理部とが着脱可能に構成されていることを特徴とする。 (3) In any of the above (1) or (2), the speaker array and the processing unit are configured to be detachable.
（１）本発明に係る音響再生装置では、スピーカアレイに含まれる各スピーカの全てについて演算処理部を配置せず、演算処理部と、遅延部及び音量調節部とを交互に配置して、波面合成により仮想音源を生成することが可能になるため、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減することが可能になる。 (1) In the sound reproducing device according to the present invention, the arithmetic processing unit is not arranged for all the speakers included in the speaker array, and the arithmetic processing unit, the delay unit, and the volume control unit are alternately arranged, and the wavefront Since it is possible to generate a virtual sound source by synthesis, it is possible to reduce the processing load without reducing the quality of sound reproduction when generating a virtual sound source by wavefront synthesis.
（２）以上の（１）において、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく、演算処理部として所定の伝達関数に基づいて演算処理を行うディジタルフィルタの負荷を低減することが可能になる。 (2) In (1) above, the load of the digital filter that performs arithmetic processing based on a predetermined transfer function as the arithmetic processing unit is reduced without degrading the quality of sound reproduction when generating a virtual sound source by wavefront synthesis. It becomes possible to do.
（３）以上の（１）または（２）のいずれかにおいて、スピーカアレイと処理部とが着脱可能に構成されており、処理部に対して任意のスピーカアレイを接続することが可能になる。
(3) In any of the above (1) or (2), the speaker array and the processing unit are configured to be detachable, and an arbitrary speaker array can be connected to the processing unit.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）を詳細に説明する。
〔波面合成の原理〕
まず、本発明の実施形態の前提となる波面合成の原理を図３と図４を用いて説明する。
The best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described below in detail with reference to the drawings.
[Principle of wavefront synthesis]
First, the principle of wavefront synthesis, which is a premise of the embodiment of the present invention, will be described with reference to FIGS.
ここでは、スピーカアレイ２００に含まれる直線上に配置された複数のスピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６から放射される同位相の音波の波面を重ね合わせることで、スピーカアレイ２００の位置とは異なる任意の位置に設置された仮想音源３００より放射される球面波と同等の波面を合成するように、音響再生装置１００により演算処理を実行して音響再生を行う。 Here, the wavefronts of the in-phase sound waves radiated from a plurality of speakers SP-1 to SP-16 arranged on a straight line included in the speaker array 200 are overlapped, so that any position different from the position of the speaker array 200 is obtained. The sound reproduction apparatus 100 performs arithmetic processing to perform sound reproduction so as to synthesize a wavefront equivalent to the spherical wave radiated from the virtual sound source 300 installed at the position of.
ここで、音響再生装置１００では、スピーカアレイ２００に含まれる各スピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６に供給する音声信号に関して、それぞれ、演算処理部１１０−１〜１１０−１６により、所定の伝達関数による演算処理を実行する。 Here, in the sound reproducing device 100, the audio signals supplied to the speakers SP-1 to SP-16 included in the speaker array 200 are respectively determined by the arithmetic processing units 110-1 to 110-16 according to a predetermined transfer function. Perform arithmetic processing.
これら演算処理部１１０−１〜１１０−１６では、所定の伝達関数を用いた演算処理により、音波の波面を合成するのに必要な遅延時間と音量とを少なくとも調節している。図４では、音響再生空間４００内において、仮想音源３００から放射されているように、音波の波面が合成されている。 These arithmetic processing units 110-1 to 110-16 adjust at least the delay time and volume necessary for synthesizing the wavefront of the sound wave by arithmetic processing using a predetermined transfer function. In FIG. 4, the wavefront of the sound wave is synthesized so as to be radiated from the virtual sound source 300 in the sound reproduction space 400.
なお、以上の演算処理部１１０−１〜１１０−１６は、所定の伝達関数に基づいて演算処理を行うディジタルフィルタである。そして、このディジタルフィルタとしては、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタを用いることが好適である。 The arithmetic processing units 110-1 to 110-16 are digital filters that perform arithmetic processing based on a predetermined transfer function. As the digital filter, it is preferable to use an FIR (finite impulse response) filter.
この場合、音響再生装置１００では、仮想音源に最も近いスピーカＳＰ−８〜ＳＰ−９では他より早く大きな音量の音が再生されるような演算処理を行う。また、他のスピーカでは、仮想音源３００との距離が大きくなるに従って、徐々に遅く小さな音量の音が再生されるような演算処理を行う。このような演算処理により、仮想音源３００からの音であるように音波が合成される。 In this case, the sound reproducing device 100 performs arithmetic processing such that loudspeakers SP-8 to SP-9 closest to the virtual sound source reproduce sound having a louder volume earlier than others. In addition, the other speaker performs a calculation process such that a sound having a low volume is gradually reproduced as the distance from the virtual sound source 300 increases. By such a calculation process, a sound wave is synthesized so as to be a sound from the virtual sound source 300.
なお、仮想音源３００の位置が図４以外の状態であっても、その仮想音源３００の位置に応じて、演算処理部１１０−１〜１１０−１６では、適切な伝達関数に基づいて遅延時間や音量を調節することが可能である。 Note that even if the position of the virtual sound source 300 is in a state other than that in FIG. 4, the arithmetic processing units 110-1 to 110-16 are based on an appropriate transfer function according to the position of the virtual sound source 300. The volume can be adjusted.
また、波面の合成を再現できる音響再生空間４００の領域の広さは、スピーカアレイ２００の寸法（スピーカ配列方向長）によって規定される。一方、波面を再現できる周波数の高域限界はスピーカ間隔によって規定され、スピーカ間隔を小さくする程に高域再現性が高まる。よって、各スピーカを密に配置するとともに、大きなスピーカアレイを構成することで、より広い周波数帯域で、より広い空間において波面を再現できる。 In addition, the size of the sound reproduction space 400 in which the wavefront synthesis can be reproduced is defined by the dimensions of the speaker array 200 (the length in the speaker arrangement direction). On the other hand, the high frequency limit of the frequency at which the wavefront can be reproduced is defined by the speaker interval, and the high frequency reproducibility increases as the speaker interval decreases. Therefore, by arranging each speaker densely and configuring a large speaker array, the wavefront can be reproduced in a wider space in a wider frequency band.
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態の構成を図１に従って説明する。
ここで、音響再生装置１００は、スピーカアレイ２００に含まれる直線上に配置された複数のスピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６から放射される同位相の音波の波面を重ね合わせることで、スピーカアレイ２００の位置とは異なる任意の位置に設置された仮想音源３００より放射される球面波と同等の波面を音響再生空間４００内（図２参照）で合成するように、演算処理を実行する。
[First Embodiment]
The configuration of the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
Here, the sound reproducing device 100 superimposes the wavefronts of the in-phase sound waves radiated from the plurality of speakers SP-1 to SP-16 arranged on a straight line included in the speaker array 200, thereby the speaker array 200. An arithmetic process is executed so that a wavefront equivalent to a spherical wave radiated from the virtual sound source 300 installed at an arbitrary position different from the position is synthesized in the acoustic reproduction space 400 (see FIG. 2).
なお、ここでは、スピーカアレイ２００には１６のスピーカが直線上に配置されたものを具体例にしている。
同様に、音響再生装置１００では、スピーカアレイ２００に含まれる各スピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６に供給する音声信号に関して、それぞれ対応する演算処理結果を出力する構成を具体例としている。
Here, the speaker array 200 is a specific example in which 16 speakers are arranged on a straight line.
Similarly, the sound reproducing device 100 has a specific example of a configuration that outputs a corresponding arithmetic processing result with respect to audio signals supplied to the speakers SP-1 to SP-16 included in the speaker array 200.
なお、音響再生装置１００内ではディジタル処理による演算処理や遅延処理や音量調節処理を実行しており、これらの処理結果をＤ−Ａ変換器１４０−１〜１４０−１６でアナログオーディオ信号に変換し、更に、アンプ１５０−１〜１５０−１６で低周波電力増幅してから各スピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６に供給するようにしている。以下の説明では、既知の処理であるＤ−Ａ変換と低周波電力増幅の部分は省略し、本実施形態の特徴部分である演算処理や遅延処理や音量調節処理について詳細に説明する。 Note that arithmetic processing, delay processing, and volume adjustment processing by digital processing are executed in the sound reproducing device 100, and these processing results are converted into analog audio signals by the DA converters 140-1 to 140-16. Furthermore, the amplifiers 150-1 to 150-16 amplify the low frequency power and then supply the amplified signals to the speakers SP-1 to SP-16. In the following description, the D-A conversion and low-frequency power amplification, which are known processes, are omitted, and the calculation process, delay process, and volume control process, which are characteristic parts of the present embodiment, will be described in detail.
ここで、スピーカＳＰ−２に対しては、演算処理部１１０−２が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−２に隣接するスピーカＳＰ−１に対しては、演算処理部１１０−２の演算処理と、遅延部１２０−１の遅延時間付与と、音量調節部１３０−１の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。 Here, to the speaker SP-2, an audio signal obtained by the arithmetic processing unit 110-2 performing arithmetic processing based on a predetermined transfer function for wavefront synthesis is supplied. For the speaker SP-1 adjacent to the speaker SP-2, the calculation processing of the calculation processing unit 110-2, the delay time provision of the delay unit 120-1, and the volume adjustment of the volume adjustment unit 130-1 Thus, the processed audio signal is supplied.
そして、スピーカＳＰ−４に対しては、演算処理部１１０−４が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−４に隣接するスピーカＳＰ−３に対しては、演算処理部１１０−４の演算処理と、遅延部１２０−３の遅延時間付与と、音量調節部１３０−３の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。 And the audio | voice signal which the arithmetic processing part 110-4 performed the arithmetic processing based on a predetermined transfer function for wave front synthesis | combination is supplied with respect to speaker SP-4. For the speaker SP-3 adjacent to the speaker SP-4, the calculation processing of the calculation processing unit 110-4, the delay time provision of the delay unit 120-3, and the volume adjustment of the volume adjustment unit 130-3 Thus, the processed audio signal is supplied.
そして、スピーカＳＰ−６に対しては、演算処理部１１０−６が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−６に隣接するスピーカＳＰ−５に対しては、演算処理部１１０−６の演算処理と、遅延部１２０−５の遅延時間付与と、音量調節部１３０−５の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。 The speaker SP-6 is supplied with an audio signal obtained by the arithmetic processing unit 110-6 performing arithmetic processing based on a predetermined transfer function for wavefront synthesis. Further, for the speaker SP-5 adjacent to the speaker SP-6, the calculation processing of the calculation processing unit 110-6, the delay time provision of the delay unit 120-5, and the volume adjustment of the volume adjustment unit 130-5 Thus, the processed audio signal is supplied.
そして、スピーカＳＰ−８に対しては、演算処理部１１０−８が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−８に隣接するスピーカＳＰ−７に対しては、演算処理部１１０−８の演算処理と、遅延部１２０−７の遅延時間付与と、音量調節部１３０−７の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。 And the audio | voice signal which the arithmetic processing part 110-8 performed the arithmetic processing based on a predetermined transfer function for wave front synthesis | combination is supplied with respect to speaker SP-8. For the speaker SP-7 adjacent to the speaker SP-8, the arithmetic processing unit 110-8 performs arithmetic processing, the delay unit 120-7 provides a delay time, and the volume control unit 130-7 adjusts the volume. Thus, the processed audio signal is supplied.
そして、スピーカＳＰ−９に対しては、演算処理部１１０−９が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−９に隣接するスピーカＳＰ−１０に対しては、演算処理部１１０−９の演算処理と、遅延部１２０−１０の遅延時間付与と、音量調節部１３０−１０の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。 And the audio | voice signal which the arithmetic processing part 110-9 performed the arithmetic processing based on a predetermined transfer function for wave front synthesis | combination is supplied with respect to speaker SP-9. For the speaker SP-10 adjacent to the speaker SP-9, the arithmetic processing by the arithmetic processing unit 110-9, the provision of a delay time by the delay unit 120-10, and the volume control by the volume control unit 130-10 Thus, the processed audio signal is supplied.
そして、スピーカＳＰ−１１に対しては、演算処理部１１０−１１が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−１１に隣接するスピーカＳＰ−１２に対しては、演算処理部１１０−１１の演算処理と、遅延部１２０−１２の遅延時間付与と、音量調節部１３０−１２の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。 And the audio | voice signal which the arithmetic processing part 110-11 performed the arithmetic processing based on a predetermined transfer function for wave front synthesis | combination is supplied with respect to speaker SP-11. Further, for the speaker SP-12 adjacent to the speaker SP-11, the calculation processing of the calculation processing unit 110-11, the provision of the delay time of the delay unit 120-12, and the volume adjustment of the volume adjustment unit 130-12 Thus, the processed audio signal is supplied.
そして、スピーカＳＰ−１３に対しては、演算処理部１１０−１３が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−１３に隣接するスピーカＳＰ−１４に対しては、演算処理部１１０−１３の演算処理と、遅延部１２０−１４の遅延時間付与と、音量調節部１３０−１４の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。 And the audio | voice signal which the arithmetic processing part 110-13 performed the arithmetic processing based on a predetermined transfer function for wave front synthesis | combination is supplied with respect to speaker SP-13. For the speaker SP-14 adjacent to the speaker SP-13, the arithmetic processing unit 110-13 performs arithmetic processing, the delay unit 120-14 provides a delay time, and the volume control unit 130-14 adjusts the volume. Thus, the processed audio signal is supplied.
そして、スピーカＳＰ−１５に対しては、演算処理部１１０−１５が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−１５に隣接するスピーカＳＰ−１６に対しては、演算処理部１１０−１５の演算処理と、遅延部１２０−１６の遅延時間付与と、音量調節部１３０−１６の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。 And the audio | voice signal which the arithmetic processing part 110-15 performed the arithmetic processing based on a predetermined transfer function for wave front synthesis | combination is supplied with respect to speaker SP-15. Further, for the speaker SP-16 adjacent to the speaker SP-15, the calculation processing of the calculation processing unit 110-15, the provision of the delay time of the delay unit 120-16, and the volume adjustment of the volume adjustment unit 130-16 Thus, the processed audio signal is supplied.
ここで、第１実施形態の構成である図１と従来構成である図３とを比較すると、第１実施形態の図１の構成では従来構成よりも演算処理部の個数が半減した状態になっていることが解る。そして、演算処理部が設けられていない箇所では、隣接して接続される演算処理部の処理結果を受けて、遅延部により遅延を与え、音量調節部により音量を調節する構成になっている。なお、演算処理部１１０−８と演算処理部１１０−９とは、仮想音源３００に最も近いために演算処理部同士が隣接した構成であるが、これに限定されるものではない。 Here, comparing FIG. 1 which is the configuration of the first embodiment and FIG. 3 which is the conventional configuration, the configuration of FIG. 1 of the first embodiment is in a state where the number of arithmetic processing units is halved compared to the conventional configuration. I understand that In a place where the arithmetic processing unit is not provided, the processing result of the adjacent arithmetic processing unit is received, a delay is given by the delay unit, and the volume is adjusted by the volume adjusting unit. In addition, since the arithmetic processing unit 110-8 and the arithmetic processing unit 110-9 are closest to the virtual sound source 300, the arithmetic processing units are adjacent to each other, but the present invention is not limited to this.
ここで、第１実施形態の音響再生装置１００の各部の構成や設定について、図５のフローチャート、図６の部分説明図を参照して説明する。
まず、スピーカアレイ２００によって音波の波面を合成する領域である音響再生空間４００の寸法、仮想音源３００の位置、スピーカアレイ２００の構成を決定する（図５中のステップＳ１０１）。これらの構成の具体例としては、図７に一例を示す。なお、スピーカアレイ２００としては、一例として、ＳＰ−１〜ＳＰ−１６の１６のスピーカを内蔵しているとする。
Here, the configuration and setting of each part of the sound reproducing device 100 of the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 5 and the partial explanatory diagram of FIG.
First, the dimensions of the sound reproduction space 400, which is a region where the wavefronts of sound waves are synthesized by the speaker array 200, the position of the virtual sound source 300, and the configuration of the speaker array 200 are determined (step S101 in FIG. 5). Specific examples of these configurations are shown in FIG. As an example, the speaker array 200 includes 16 speakers SP-1 to SP-16.
以上のような構成において、スピーカアレイ２００に内蔵される各スピーカに対応して、図３のように全ての演算処理部１１０−１〜１１０−１６が存在すると仮定した場合における、各演算処理部１１０−１〜１１０−１６の伝達関数の係数を算出する（図５中のステップＳ１０２）。 In the above configuration, each arithmetic processing unit when it is assumed that all the arithmetic processing units 110-1 to 110-16 exist as shown in FIG. 3 corresponding to each speaker built in the speaker array 200. Coefficients of transfer functions 110-1 to 110-16 are calculated (step S102 in FIG. 5).
ここで、スピーカアレイ２００に含まれる全てのスピーカに演算処理部を割り当てるのではなく、スピーカアレイ２００に含まれる一部のスピーカに演算処理部を割り当てるように、演算処理部を間引く配置を決定する（図５中のステップＳ１０３）。たとえば、スピーカアレイ２００に含まれる１６スピーカのうちの半分の８スピーカに演算処理部を割り当てるように配置を決定する。この場合、演算処理部をスピーカの半分の個数にする場合には、図１に示したように、演算処理部有り、演算処理部無し、が交互になるように配置することが望ましい。 Here, instead of assigning the arithmetic processing units to all the speakers included in the speaker array 200, the arrangement for thinning out the arithmetic processing units is determined so as to allocate the arithmetic processing units to some of the speakers included in the speaker array 200. (Step S103 in FIG. 5). For example, the arrangement is determined so that the arithmetic processing units are assigned to half of the 16 speakers included in the speaker array 200. In this case, when the number of processing units is half the number of speakers, as shown in FIG. 1, it is desirable to arrange the processing units with and without the processing units alternately.
図１の具体例では、スピーカＳＰ−２，ＳＰ−４，ＳＰ−６，ＳＰ−８，ＳＰ−９，ＳＰ−１１，ＳＰ−１３，ＳＰ−１５には、対応する演算処理部１１０−２，１１０−４，１１０−６，１１０−８，１１０−９，１１０−１１，１１０−１３，１１０−１５が接続されている。 In the specific example of FIG. 1, speakers SP-2, SP-4, SP-6, SP-8, SP-9, SP-11, SP-13, and SP-15 have corresponding arithmetic processing units 110-2. , 110-4, 110-6, 110-8, 110-9, 110-11, 110-13, 110-15.
また、図１の具体例では、スピーカＳＰ−１，ＳＰ−３，ＳＰ−５，ＳＰ−７，ＳＰ−１０，ＳＰ−１２，ＳＰ−１４，ＳＰ−１６には、対応する演算処理部は間引かれている。しかし、隣接して接続される演算処理部１１０−２，１１０−４，１１０−６，１１０−８，１１０−９，１１０−１１，１１０−１３，１１０−１５を経由して、遅延部１２０−１〜音量調節部１３０−１，遅延部１２０−３〜音量調節部１３０−３，遅延部１２０−５〜音量調節部１３０−５，遅延部１２０−７〜音量調節部１３０−７，遅延部１２０−１０〜音量調節部１３０−１０，遅延部１２０−１２〜音量調節部１３０−１２，遅延部１２０−１４〜音量調節部１３０−１４，遅延部１２０−１６〜音量調節部１３０−１６が、スピーカＳＰ−１，ＳＰ−３，ＳＰ−５，ＳＰ−７，ＳＰ−１０，ＳＰ−１２，ＳＰ−１４，ＳＰ−１６に接続されている。 Further, in the specific example of FIG. 1, speakers SP-1, SP-3, SP-5, SP-7, SP-10, SP-12, SP-14, and SP-16 have corresponding arithmetic processing units. It is thinned out. However, the delay unit 120 passes through the arithmetic processing units 110-2, 110-4, 110-6, 110-8, 110-9, 110-11, 110-13, and 110-15 that are connected adjacently. -1 to volume control unit 130-1, delay unit 120-3 to volume control unit 130-3, delay unit 120-5 to volume control unit 130-5, delay unit 120-7 to volume control unit 130-7, delay Unit 120-10 to volume control unit 130-10, delay unit 120-12 to volume control unit 130-12, delay unit 120-14 to volume control unit 130-14, delay unit 120-16 to volume control unit 130-16 Are connected to speakers SP-1, SP-3, SP-5, SP-7, SP-10, SP-12, SP-14, and SP-16.
また、以上のように演算処理部が間引かれた位置において、ステップＳ１０２で算出した演算処理により本来得るべき特性と、隣接して接続される演算処理部で得られる特性との差分を算出する（図５中のステップＳ１０４）。 Also, at the position where the arithmetic processing unit is thinned as described above, the difference between the characteristic that should be originally obtained by the arithmetic processing calculated in step S102 and the characteristic obtained by the adjacent arithmetic processing unit is calculated. (Step S104 in FIG. 5).
更に、演算処理部が間引かれた位置において本来の特性と隣接して接続される演算処理部の特性と差分を解消するように、演算処理部を間引いた位置における遅延部や音量調節部の特性を算出する（図５中のステップＳ１０５）。 Furthermore, in order to eliminate the characteristic and difference of the arithmetic processing unit connected adjacent to the original characteristic at the position where the arithmetic processing unit is thinned out, the delay unit and the volume control unit at the position where the arithmetic processing unit is thinned out The characteristic is calculated (step S105 in FIG. 5).
例えば、図６（ａ）のスピーカＳＰ−１において演算処理部１１０−１が存在するとして算出した演算処理により得るべき特性と、図６（ｂ）のスピーカＳＰ−１において演算処理部１１０−１が存在しない場合に隣接して接続される演算処理部１１０−２の特性と、の差分を算出し、該差分を遅延素子１２０−１の遅延時間付与と音量調節部１３０−１の音量調節とに割り振るようにする。 For example, the characteristics to be obtained by the arithmetic processing calculated assuming that the arithmetic processing unit 110-1 exists in the speaker SP-1 in FIG. 6A, and the arithmetic processing unit 110-1 in the speaker SP-1 in FIG. 6B. And the difference between the characteristics of the arithmetic processing units 110-2 connected adjacent to each other when there is no delay, and the difference between the delay time of the delay element 120-1 and the volume control of the volume control unit 130-1 To allocate to.
なお、演算処理部１１０−２ではスピーカＳＰ−２で波面合成するために音声信号に対して各種の演算処理を行っているが、大きなパラメータとしては遅延時間付与と音量調節であるので、スピーカＳＰ−１で波面合成するため遅延部１２０−１と音量調節部１３０−１とで対処することが可能である。 The arithmetic processing unit 110-2 performs various arithmetic processes on the audio signal in order to synthesize the wavefront with the speaker SP-2. However, since the large parameters are delay time addition and volume adjustment, the speaker SP Therefore, the delay unit 120-1 and the volume control unit 130-1 can cope with this.
すなわち、演算処理部を間引いて配置しつつも、図６（ａ）の１１０−１’（演算処理部１１０−１）の特性と、図６（ｂ）の１１０−１”（演算処理部１１０−２、遅延部１２０−１、音量調節部１３０−１）の特性とを近づけるようにしている。同様にして、演算処理部を間引いて配置しつつも、図６（ａ）の１１０−３’（演算処理部１１０−３）の特性と、図６（ｂ）の１１０−３”（演算処理部１１０−４、遅延部１２０−３、音量調節部１３０−３）の特性とを近づけるようにしている。なお、図６において示されない他の部位についても同様である。 That is, while thinning out the arithmetic processing units and arranging them, the characteristics of 110-1 ′ (arithmetic processing unit 110-1) in FIG. 6A and 110-1 ″ (arithmetic processing unit 110 in FIG. -2, the delay unit 120-1 and the volume control unit 130-1) are similarly brought in. Similarly, while the arithmetic processing units are thinned and arranged, 110-3 in FIG. 'The characteristics of the (arithmetic processing unit 110-3) and the characteristics of 110-3 "(the arithmetic processing unit 110-4, the delay unit 120-3, and the volume control unit 130-3) in FIG. I have to. The same applies to other parts not shown in FIG.
以上のようにして、スピーカアレイ２００の構成、仮想音源３００の位置、音響再生空間４００の寸法が決定され、音響再生装置１００の内部の構成や特性が算出された状態において、演算処理部の間引き配置や、隣接する演算処理部に接続された遅延部や音量調節部について算出された特性を満たすように、音響再生装置１００の各部を構成する（図５中のステップＳ１０６）。 As described above, in the state where the configuration of the speaker array 200, the position of the virtual sound source 300, and the size of the sound reproduction space 400 are determined and the internal configuration and characteristics of the sound reproduction device 100 are calculated, thinning of the arithmetic processing unit is performed. Each unit of the sound reproducing device 100 is configured so as to satisfy the characteristics calculated for the arrangement and the delay unit and volume control unit connected to the adjacent arithmetic processing unit (step S106 in FIG. 5).
ここで第１実施形態に基づいた音響再生装置１００を実際に動作させた場合の特性をシミュレーションにより再現し測定した様子を説明する。図７はシミュレーション条件を示す具体例である。 Here, how the characteristics when the sound reproducing device 100 according to the first embodiment is actually operated is reproduced and measured by simulation will be described. FIG. 7 is a specific example showing simulation conditions.
ここで、スピーカアレイ２００は、スピーカ配列方向長が８２．５ｃｍ、各スピーカ間隔は５．５ｃｍ、スピーカを１６本配置し、音響再生空間４００の長辺端部中央付近に配置する。 Here, the speaker array 200 has a speaker arrangement direction length of 82.5 cm, an interval between the speakers of 5.5 cm, 16 speakers, and is arranged near the center of the long side end of the sound reproduction space 400.
仮想音源３００は、スピーカアレイ２００の中央付近で５０ｃｍ後方に配置する。
音響再生空間４００は長辺４００ｃｍ、短辺３００ｃｍの長方形空間とする。なお、図７に示されない音響再生空間４００の上下方向（紙面垂直方向）は十分に大きく、天井や床での音波の反射は問題にならないとする。
The virtual sound source 300 is disposed 50 cm behind the center of the speaker array 200.
The sound reproduction space 400 is a rectangular space having a long side of 400 cm and a short side of 300 cm. Note that it is assumed that the vertical direction (the direction perpendicular to the paper surface) of the sound reproduction space 400 not shown in FIG. 7 is sufficiently large, and reflection of sound waves on the ceiling or floor is not a problem.
なお、遅延部１２０−７と遅延部１２０−１０では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として１サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−７と音量調節部１３０−１０では、音量調節ゲインを１．０と設定する。遅延部１２０−５と遅延部１２０−１２では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として２サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−５と音量調節部１３０−１２では、音量調節ゲインを０．９５と設定する。遅延部１２０−３と遅延部１２０−１４では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として３サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−３と音量調節部１３０−１４では、音量調節ゲインを０．８５と設定する。遅延部１２０−１と遅延部１２０−１６では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として４サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−１と音量調節部１３０−１６では、音量調節ゲインを０．７５と設定する。 Note that the delay unit 120-7 and the delay unit 120-10 set a delay time of one sample as the delay time when sampling is performed at 48 kHz. The volume control unit 130-7 and the volume control unit 130-10 set the volume control gain to 1.0. The delay unit 120-5 and the delay unit 120-12 set a delay time of 2 samples as a delay time when sampling is performed at 48 kHz. The volume control unit 130-5 and the volume control unit 130-12 set the volume control gain to 0.95. The delay unit 120-3 and the delay unit 120-14 set a delay time of 3 samples as a delay time when sampling is performed at 48 kHz. The volume control unit 130-3 and the volume control unit 130-14 set the volume control gain to 0.85. The delay unit 120-1 and the delay unit 120-16 set a delay time of 4 samples as a delay time when sampling is performed at 48 kHz. The volume control unit 130-1 and the volume control unit 130-16 set the volume control gain to 0.75.
なお、音量調節部における音量調節ゲインは、演算出力部の出力と同じレベルになるよう調節する場合を１．０としている。
図８において、粗密波である音波について、粗の部分と密の部分を濃く表示し、粗密の中間状態を薄く表示している。すなわち、同じ濃度で環状になっている領域は、合成されて位相が揃った波面であることを示している。
Note that the volume adjustment gain in the volume adjustment unit is set to 1.0 when the volume adjustment gain is adjusted to the same level as the output of the calculation output unit.
In FIG. 8, for the sound waves that are coarse and dense waves, the coarse portion and the dense portion are displayed darkly, and the intermediate state between the coarse and dense portions is displayed lightly. In other words, the region having the same density and circular shape indicates a wavefront that is synthesized and has a uniform phase.
このような音響再生空間４００において、図３に示した従来構成によると、１ｋＨｚでは図８（ａ）のような波面合成結果が得られ、２ｋＨｚでは図８（ｂ）のような波面合成結果が得られ、３ｋＨｚでは図８（ｃ）のような波面合成結果が得られた。 In such a sound reproduction space 400, according to the conventional configuration shown in FIG. 3, a wavefront synthesis result as shown in FIG. 8A is obtained at 1 kHz, and a wavefront synthesis result as shown in FIG. 8B is obtained at 2 kHz. The wavefront synthesis result as shown in FIG. 8C was obtained at 3 kHz.
また、音響再生空間４００において、図１に示した第１実施形態の構成によると、１ｋＨｚでは図８（ｄ）のような波面合成結果が得られ、２ｋＨｚでは図８（ｅ）のような波面合成結果が得られ、３ｋＨｚでは図８（ｆ）のような波面合成結果が得られた。 Further, in the sound reproduction space 400, according to the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, the wavefront synthesis result as shown in FIG. 8D is obtained at 1 kHz, and the wavefront as shown in FIG. A synthesis result was obtained, and a wavefront synthesis result as shown in FIG. 8F was obtained at 3 kHz.
この図８を検討すると、一部のスピーカに演算処理部を接続し、他のスピーカには隣接する演算処理部経由で遅延部と音量調節部とを接続した第１実施形態の音響再生装置１００による波面合成は、全てのスピーカに演算処理部を接続した従来構成と比較して、何ら遜色のない状態で音響再生できることが確認できる。 Considering FIG. 8, the sound reproduction apparatus 100 according to the first embodiment in which the arithmetic processing unit is connected to some speakers and the delay unit and the volume control unit are connected to the other speakers via the adjacent arithmetic processing units. It can be confirmed that the wavefront synthesis by can reproduce sound in a state of no inferiority compared to the conventional configuration in which the arithmetic processing unit is connected to all speakers.
すなわち、以上の実施形態の音響再生装置１００では、スピーカアレイに含まれる各スピーカの全てについて演算処理部を配置せず、演算処理部と遅延部及び音量調節部とを交互に配置して、波面合成により仮想音源を生成することが可能になるため、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減することが可能になる。また、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく、演算処理部として所定の伝達関数に基づいて演算処理を行うディジタルフィルタの負荷を低減することが可能になる。 That is, in the sound reproducing device 100 of the above embodiment, the arithmetic processing unit is not arranged for all the speakers included in the speaker array, and the arithmetic processing unit, the delay unit, and the volume control unit are alternately arranged, and the wavefront Since it is possible to generate a virtual sound source by synthesis, it is possible to reduce the processing load without reducing the quality of sound reproduction when generating a virtual sound source by wavefront synthesis. Further, when generating a virtual sound source by wavefront synthesis, it is possible to reduce the load of a digital filter that performs arithmetic processing based on a predetermined transfer function as an arithmetic processing unit without reducing the quality of sound reproduction.
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態の構成を図９に従って説明する。
ここで、音響再生装置１００は、スピーカアレイ２００に含まれる直線上に配置された複数のスピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６から放射される同位相の音波の波面を重ね合わせることで、スピーカアレイ２００の位置とは異なる任意の位置に設置された仮想音源３００より放射される球面波と同等の波面を音響再生空間４００内（図１０参照）で合成するように、演算処理を実行する。
[Second Embodiment]
The configuration of the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
Here, the sound reproducing device 100 superimposes the wavefronts of the in-phase sound waves radiated from the plurality of speakers SP-1 to SP-16 arranged on a straight line included in the speaker array 200, thereby the speaker array 200. An arithmetic process is executed so that a wavefront equivalent to a spherical wave radiated from the virtual sound source 300 installed at an arbitrary position different from the position is synthesized in the acoustic reproduction space 400 (see FIG. 10).
ここで、仮想音源３００の配置は、スピーカアレイ２００の後方であるが、スピーカアレイ２００の長手方向にシフトした位置である。図１０に示すシミュレーション条件では、スピーカアレイ２００の後方１００ｃｍかつ、スピーカアレイ２００の中心から１００ｃｍシフトした位置である。 Here, the virtual sound source 300 is arranged behind the speaker array 200 but at a position shifted in the longitudinal direction of the speaker array 200. In the simulation condition shown in FIG. 10, the position is 100 cm behind the speaker array 200 and shifted 100 cm from the center of the speaker array 200.
このため、音響再生空間４００内における波面合成領域は、図１０に示すように、仮想音源３００とは反対側にシフトした状態になっている。
また、この仮想音源３００のシフトした位置に合わせ、図９に示すように、ｘを１，３，５，…，１５の奇数として、スピーカＳＰ−ｘに対応して演算処理部１１０−ｘを配置する。また、ｙを２，４，６，…，１６の偶数、ｚをｙより１小さい奇数として、スピーカＳＰ−ｙに対応して、演算処理部１１０−ｚ経由で遅延部１２０−ｙと音量調節部１３０−ｙを配置している。
For this reason, the wavefront synthesis region in the sound reproduction space 400 is shifted to the opposite side to the virtual sound source 300 as shown in FIG.
Further, in accordance with the shifted position of the virtual sound source 300, as shown in FIG. 9, x is an odd number of 1, 3, 5,..., 15 and the arithmetic processing unit 110-x is set corresponding to the speaker SP-x. Deploy. Further, y is an even number of 2, 4, 6,..., 16 and z is an odd number smaller than 1 by y, and the sound volume is adjusted with the delay unit 120-y via the arithmetic processing unit 110-z corresponding to the speaker SP-y. The part 130-y is arranged.
なお、この第２実施形態でも音響再生装置１００内ではディジタル処理による演算処理や遅延処理や音量調節処理を実行しており、これらの処理結果をＤ−Ａ変換器１４０−１〜１４０−１６でアナログオーディオ信号に変換し、更に、アンプ１５０−１〜１５０−１６で低周波電力増幅してから各スピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６に供給するようにしている。以下の説明では、既知の処理であるＤ−Ａ変換と低周波電力増幅の部分は省略し、本実施形態の特徴部分である演算処理や遅延処理や音量調節処理について詳細に説明する。 In the second embodiment as well, arithmetic processing by digital processing, delay processing, and volume adjustment processing are executed in the sound reproducing device 100, and these processing results are output by the DA converters 140-1 to 140-16. The signals are converted into analog audio signals and further amplified by the amplifiers 150-1 to 150-16 and then supplied to the speakers SP-1 to SP-16. In the following description, the D-A conversion and low-frequency power amplification, which are known processes, are omitted, and the calculation process, delay process, and volume control process, which are characteristic parts of the present embodiment, will be described in detail.
ここで、第２実施形態の構成である図９と従来構成である図３とを比較すると、第２実施形態の図９の構成では従来構成よりも演算処理部の個数が半減した状態になっていることが解る。そして、演算処理部が設けられていない箇所では、隣接して接続される演算処理部の処理結果を受けて、遅延部により遅延を与え、音量調節部により音量を調節する構成になっている。 Here, comparing FIG. 9 which is the configuration of the second embodiment and FIG. 3 which is the conventional configuration, the configuration of FIG. 9 of the second embodiment is in a state where the number of arithmetic processing units is halved compared to the conventional configuration. I understand that In a place where the arithmetic processing unit is not provided, the processing result of the adjacent arithmetic processing unit is received, a delay is given by the delay unit, and the volume is adjusted by the volume adjusting unit.
ここで、第２実施形態の音響再生装置１００の各部の構成や設定については、第１実施形態について図５のフローチャートや図６の部分説明図を参照して説明ものと同様であるため、重複した説明を省略する。 Here, the configuration and setting of each part of the sound reproduction device 100 of the second embodiment are the same as those described with reference to the flowchart of FIG. 5 and the partial explanatory diagram of FIG. The description that was made is omitted.
ここで第２実施形態に基づいた音響再生装置１００を実際に動作させた場合の特性をシミュレーションにより再現し測定した様子を説明する。
なお、遅延部１２０−２では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として４サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−２では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−４では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として４サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−４では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−６では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として５サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−６では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−８では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として５サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−８では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−１０では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として６サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−１０では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−１２では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として６サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−１２では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−１４では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として６サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−１４では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−１６では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として６サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−１６では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。
Here, a state in which characteristics when the sound reproducing device 100 based on the second embodiment is actually operated is reproduced and measured by simulation will be described.
The delay unit 120-2 sets a delay time of 4 samples as a delay time when sampling is performed at 48 kHz. Volume control section 130-2 sets the volume control gain to 0.96. The delay unit 120-4 sets a delay time of 4 samples as a delay time when sampling is performed at 48 kHz. Volume control section 130-4 sets the volume control gain to 0.96. The delay unit 120-6 sets a delay time of 5 samples as a delay time when sampling is performed at 48 kHz. The volume adjustment unit 130-6 sets the volume adjustment gain to 0.96. The delay unit 120-8 sets a delay time of 5 samples as a delay time when sampling is performed at 48 kHz. The volume adjustment unit 130-8 sets the volume adjustment gain to 0.96. The delay unit 120-10 sets a delay time of 6 samples as a delay time when sampling is performed at 48 kHz. The volume control unit 130-10 sets the volume control gain to 0.96. The delay unit 120-12 sets a delay time of 6 samples as a delay time when sampling is performed at 48 kHz. The volume control unit 130-12 sets the volume control gain to 0.96. The delay unit 120-14 sets a delay time of 6 samples as a delay time when sampling is performed at 48 kHz. The volume control unit 130-14 sets the volume control gain to 0.96. The delay unit 120-16 sets a delay time of 6 samples as a delay time when sampling is performed at 48 kHz. The volume adjustment unit 130-16 sets the volume adjustment gain to 0.96.
図１１において、粗密波である音波について、粗の部分と密の部分を濃く表示し、粗密の中間状態を薄く表示している。すなわち、同じ濃度で環状になっている領域は、合成されて位相が揃った波面であることを示している。 In FIG. 11, for a sound wave that is a dense wave, a coarse part and a dense part are displayed darkly, and an intermediate state between the coarse and dense parts is displayed lightly. In other words, the region having the same density and circular shape indicates a wavefront that is synthesized and has a uniform phase.
このような音響再生空間４００において、図３に示した従来構成によると、１ｋＨｚでは図１１（ａ）のような波面合成結果が得られ、２ｋＨｚでは図１１（ｂ）のような波面合成結果が得られ、３ｋＨｚでは図１１（ｃ）のような波面合成結果が得られた。 In such a sound reproduction space 400, according to the conventional configuration shown in FIG. 3, the wavefront synthesis result as shown in FIG. 11A is obtained at 1 kHz, and the wavefront synthesis result as shown in FIG. The wavefront synthesis result shown in FIG. 11C was obtained at 3 kHz.
また、音響再生空間４００において、図９に示した第２実施形態の構成によると、１ｋＨｚでは図１１（ｄ）のような波面合成結果が得られ、２ｋＨｚでは図１１（ｅ）のような波面合成結果が得られ、３ｋＨｚでは図１１（ｆ）のような波面合成結果が得られた。 Further, in the sound reproduction space 400, according to the configuration of the second embodiment shown in FIG. 9, the wavefront synthesis result as shown in FIG. 11D is obtained at 1 kHz, and the wavefront as shown in FIG. A synthesis result was obtained, and a wavefront synthesis result as shown in FIG. 11F was obtained at 3 kHz.
この図１１を検討すると、一部のスピーカに演算処理部を接続し、他のスピーカには隣接する演算処理部経由で遅延部と音量調節部とを接続した第２実施形態の音響再生装置１００による波面合成は、全てのスピーカに演算処理部を接続した従来構成と比較して、何ら遜色のない状態で音響再生できることが確認できる。 Considering FIG. 11, the sound reproducing device 100 according to the second embodiment in which the arithmetic processing unit is connected to some speakers and the delay unit and the volume control unit are connected to the other speakers via the adjacent arithmetic processing units. It can be confirmed that the wavefront synthesis by can reproduce sound in a state of no inferiority compared to the conventional configuration in which the arithmetic processing unit is connected to all speakers.
すなわち、以上の実施形態の音響再生装置１００では、スピーカアレイに含まれる各スピーカの全てについて演算処理部を配置せず、演算処理部と遅延部及び音量調節部とを交互に配置して、波面合成により仮想音源を生成することが可能になるため、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減することが可能になる。また、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく、演算処理部として所定の伝達関数に基づいて演算処理を行うディジタルフィルタの負荷を低減することが可能になる。 That is, in the sound reproducing device 100 of the above embodiment, the arithmetic processing unit is not arranged for all the speakers included in the speaker array, and the arithmetic processing unit, the delay unit, and the volume control unit are alternately arranged, and the wavefront Since it is possible to generate a virtual sound source by synthesis, it is possible to reduce the processing load without reducing the quality of sound reproduction when generating a virtual sound source by wavefront synthesis. Further, when generating a virtual sound source by wavefront synthesis, it is possible to reduce the load of a digital filter that performs arithmetic processing based on a predetermined transfer function as an arithmetic processing unit without reducing the quality of sound reproduction.
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態の構成を図１２と図１３とに従って説明する。この第３実施形態は、第１実施形態や第２実施形態の音響再生装置１００の改良例である。
[Third Embodiment]
The configuration of the third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The third embodiment is an improved example of the sound reproduction device 100 of the first embodiment or the second embodiment.
なお、この第３実施形態でも音響再生装置１００内ではディジタル処理による演算処理や遅延処理を実行しており、これらの処理結果をＤ−Ａ変換器１４０−１〜１４０−１６でアナログオーディオ信号に変換し、更に、アンプ１５０−１〜１５０−１６で低周波電力増幅してから各スピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６に供給するようにしている。以下の説明では、既知の処理であるＤ−Ａ変換と低周波電力増幅の部分は省略し、本実施形態の特徴部分である演算処理や遅延処理について詳細に説明する。 In the third embodiment as well, arithmetic processing and delay processing by digital processing are executed in the sound reproduction apparatus 100, and these processing results are converted into analog audio signals by the DA converters 140-1 to 140-16. After conversion, the amplifiers 150-1 to 150-16 amplify the low frequency power, and then supply them to the speakers SP-1 to SP-16. In the following description, parts of DA conversion and low frequency power amplification, which are known processes, are omitted, and arithmetic processing and delay processing that are characteristic parts of the present embodiment will be described in detail.
図１や図９の音響再生装置１００では、スピーカに対応した演算処理部が設けられていない箇所では、隣接して接続される演算処理部の処理結果を受けて、遅延部により遅延を与え、音量調節部により音量を調節する構成になっている。 In the sound reproducing device 100 of FIG. 1 or FIG. 9, in the place where the arithmetic processing unit corresponding to the speaker is not provided, the processing result of the adjacent arithmetic processing unit is received, and a delay is given by the delay unit, The volume is adjusted by the volume control unit.
ここで、仮想音源３００から放射される音として波面を合成するには、最低限、音波の位相が合致していれば良い。
そこで、第１実施形態の改良例として、図１２に示すように、演算処理部が間引かれた箇所（ＳＰ−１，ＳＰ−３，ＳＰ−５，ＳＰ−７，ＳＰ−１０，ＳＰ−１２，ＳＰ−１４，ＳＰ−１６に対応する箇所）において、図１の音量調節部１３０−１，１３０−３，１３０−５，１３０−７，１３０−１０，１３０−１２，１３０−１４，１３０−１６を省略する。すなわち、スピーカに対応した演算処理部が設けられていない箇所では、隣接して接続される演算処理部１１０−２，１１０−４，１１０−６，１１０−８，１１０−９，１１０−１１，１１０−１３，１１０−１５の処理結果を受けて、遅延部１２０−１，１２０−３，１２０−５，１２０−７，１２０−１０，１２０−１２，１２０−１４，１２０−１６により遅延を与えてスピーカに出力する構成とする。なお、遅延部の遅延時間の設定は第１実施形態と同じである。
Here, in order to synthesize a wavefront as a sound radiated from the virtual sound source 300, it is sufficient that the phases of the sound waves match at least.
Therefore, as an improved example of the first embodiment, as shown in FIG. 12, the points where the arithmetic processing units are thinned out (SP-1, SP-3, SP-5, SP-7, SP-10, SP- 12, locations corresponding to SP-14, SP-16), the volume control units 130-1, 130-3, 130-5, 130-7, 130-10, 130-12, 130-14 of FIG. 130-16 is omitted. That is, in the place where the arithmetic processing unit corresponding to the speaker is not provided, the adjacent arithmetic processing units 110-2, 110-4, 110-6, 110-8, 110-9, 110-11 are connected. In response to the processing results of 110-13 and 110-15, the delay units 120-1, 120-3, 120-5, 120-7, 120-10, 120-12, 120-14, and 120-16 are used for delaying. It is set as the structure which gives and outputs to a speaker. The setting of the delay time of the delay unit is the same as in the first embodiment.
同様に、第２実施形態の改良例として、図１３に示すように、演算処理部が間引かれた箇所（ＳＰ−２，ＳＰ−４，ＳＰ−６，ＳＰ−８，ＳＰ−１０，ＳＰ−１２，ＳＰ−１４，ＳＰ−１６に対応する箇所）において、図９の音量調節部１３０−２，１３０−４，１３０−６，１３０−８，１３０−１０，１３０−１２，１３０−１４，１３０−１６を省略する。すなわち、スピーカに対応した演算処理部が設けられていない箇所では、隣接して接続される演算処理部１１０−１，１１０−３，１１０−５，１１０−７，１１０−９，１１０−１１，１１０−１３，１１０−１５の処理結果を受けて、遅延部１２０−２，１２０−４，１２０−６，１２０−８，１２０−１０，１２０−１２，１２０−１４，１２０−１６により遅延を与えてスピーカに出力する構成とする。なお、遅延部の遅延時間の設定は第１実施形態と同じである。 Similarly, as an improved example of the second embodiment, as shown in FIG. 13, locations where the arithmetic processing units are thinned out (SP-2, SP-4, SP-6, SP-8, SP-10, SP -12, SP-14, SP-16), the volume control units 130-2, 130-4, 130-6, 130-8, 130-10, 130-12, 130-14 in FIG. , 130-16 are omitted. That is, in a place where an arithmetic processing unit corresponding to the speaker is not provided, adjacent arithmetic processing units 110-1, 110-3, 110-5, 110-7, 110-9, 110-11 are connected. In response to the processing results of 110-13 and 110-15, the delay units 120-2, 120-4, 120-6, 120-8, 120-10, 120-12, 120-14, and 120-16 are used for delaying. It is set as the structure which gives and outputs to a speaker. The setting of the delay time of the delay unit is the same as in the first embodiment.
以上の音響再生装置１００では、スピーカアレイ２００に含まれる各スピーカの全てについて演算処理部を配置せず、演算処理部と遅延部とを交互に配置して、波面合成により仮想音源を生成することが可能になるため、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減することが可能になる。また、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく、演算処理部として所定の伝達関数に基づいて演算処理を行うディジタルフィルタの負荷を低減することが可能になる。 In the sound reproducing apparatus 100 described above, a virtual sound source is generated by wavefront synthesis by disposing the arithmetic processing units and the delay units alternately without disposing the arithmetic processing units for all the speakers included in the speaker array 200. Therefore, when generating a virtual sound source by wavefront synthesis, it is possible to reduce the processing load without degrading the quality of sound reproduction. Further, when generating a virtual sound source by wavefront synthesis, it is possible to reduce the load of a digital filter that performs arithmetic processing based on a predetermined transfer function as an arithmetic processing unit without reducing the quality of sound reproduction.
〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態の構成を図１４と図１５とに従って説明する。この第４実施形態は、以上の各実施形態の音響再生装置１００の改良例である。
[Fourth Embodiment]
The configuration of the fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The fourth embodiment is an improved example of the sound reproducing device 100 of each of the above embodiments.
なお、この第４実施形態でも音響再生装置１００内ではディジタル処理による演算処理や遅延処理や音量調節処理を実行しており、これらの処理結果をＤ−Ａ変換器１４０−１等でアナログオーディオ信号に変換し、更に、アンプ１５０−１等で低周波電力増幅してから各スピーカＳＰ−１等に供給するようにしている。以下の説明では、既知の処理であるＤ−Ａ変換と低周波電力増幅の部分は省略し、本実施形態の特徴部分である演算処理や遅延処理や音量調節処理について詳細に説明する。 In the fourth embodiment as well, arithmetic processing by digital processing, delay processing, and volume adjustment processing are executed in the sound reproducing device 100, and these processing results are converted into analog audio signals by the DA converter 140-1 or the like. In addition, after the low frequency power is amplified by the amplifier 150-1 or the like, it is supplied to each speaker SP-1 or the like. In the following description, the D-A conversion and low-frequency power amplification, which are known processes, are omitted, and the calculation process, delay process, and volume control process, which are characteristic parts of the present embodiment, will be described in detail.
図１の音響再生装置１００では、スピーカに対応した演算処理部が設けられていない箇所では、隣接して接続される演算処理部の処理結果を受けて、遅延部により遅延を与え、音量調節部により音量を調節する構成になっている。 In the sound reproducing device 100 of FIG. 1, in a place where the arithmetic processing unit corresponding to the speaker is not provided, a processing result of the adjacent arithmetic processing unit is received, a delay is given by the delay unit, and a volume control unit It is configured to adjust the volume.
この第４実施形態では、図１４のように、スピーカＳＰ−３に対応する演算処理部１１０−３を経由して、スピーカＳＰ−２に対応する遅延部１２０−２と音量調節部１３０−２、スピーカＳＰ−１に対応する遅延部１２０−１と音量調節部１３０−１、を接続している。すなわち、演算処理部をスピーカの個数の１／３に減らすことができる。 In the fourth embodiment, as shown in FIG. 14, the delay unit 120-2 and the volume control unit 130-2 corresponding to the speaker SP-2 are passed through the arithmetic processing unit 110-3 corresponding to the speaker SP-3. The delay unit 120-1 corresponding to the speaker SP-1 and the volume control unit 130-1 are connected. That is, the arithmetic processing unit can be reduced to 1/3 of the number of speakers.
なお、図１４の更なる変形例として、図１５のように、スピーカＳＰ−３に対応する演算処理部１１０−３を経由して、スピーカＳＰ−２に対応する遅延部１２０−２と音量調節部１３０−２を設ける。そして、更に、演算処理部１１０−３〜遅延部１２０−２〜音量調節部１３０−２を介して、スピーカＳＰ−１に対応する遅延部１２０−１と音量調節部１３０−１を接続している。この場合には、遅延部１２０−１と音量調節部１３０−１との調節量を小さくできる利点がある。 As a further modification of FIG. 14, as shown in FIG. 15, the delay unit 120-2 corresponding to the speaker SP- 2 and the volume control via the arithmetic processing unit 110-3 corresponding to the speaker SP- 3. A portion 130-2 is provided. Further, the delay unit 120-1 and the volume control unit 130-1 corresponding to the speaker SP-1 are connected via the arithmetic processing unit 110-3 to the delay unit 120-2 to the volume control unit 130-2. Yes. In this case, there is an advantage that the adjustment amount of the delay unit 120-1 and the volume control unit 130-1 can be reduced.
また、図１４と図１５とにおいて、第３実施形態同様に、音量調節部を省略することも可能である。
なお、図１４と図１５では演算処理部を１／３に削減しているが、これに限定されるものではない。
In FIGS. 14 and 15, the volume control unit can be omitted as in the third embodiment.
14 and 15, the number of arithmetic processing units is reduced to 1/3. However, the present invention is not limited to this.
そして、以上の音響再生装置１００では、スピーカアレイ２００に含まれる各スピーカの全てについて演算処理部を配置せず、演算処理部を減らした状態で波面合成により仮想音源を生成することが可能になるため、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減することが可能になる。また、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく、演算処理部として所定の伝達関数に基づいて演算処理を行うディジタルフィルタの負荷を低減することが可能になる。 In the sound reproduction apparatus 100 described above, it is possible to generate a virtual sound source by wavefront synthesis in a state where the arithmetic processing units are reduced without arranging the arithmetic processing units for all of the speakers included in the speaker array 200. Therefore, when generating a virtual sound source by wavefront synthesis, it is possible to reduce the processing load without reducing the quality of sound reproduction. Further, when generating a virtual sound source by wavefront synthesis, it is possible to reduce the load of a digital filter that performs arithmetic processing based on a predetermined transfer function as an arithmetic processing unit without reducing the quality of sound reproduction.
〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態の構成を図１６に従って説明する。この第５実施形態は、以上の各実施形態の音響再生装置１００の改良例である。
[Fifth Embodiment]
The configuration of the fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The fifth embodiment is an improved example of the sound reproducing device 100 of each of the above embodiments.
ここでは、図１に説明した第１実施形態の構成と同等なものを示し、重複した説明を省略する。なお、演算処理部１１０−２〜１１０−１５を演算処理部群１１０としており、遅延部１２０−１〜１２０−１６を遅延部群１２０としており、音量調節部１３０−１〜１３０−１６を音量調節部群１２０としている。 Here, the same configuration as that of the first embodiment described in FIG. 1 is shown, and redundant description is omitted. Note that the arithmetic processing units 110-2 to 110-15 are set as the arithmetic processing unit group 110, the delay units 120-1 to 120-16 are set as the delay unit group 120, and the volume control units 130-1 to 130-16 are set as the volume. The adjustment unit group 120 is used.
そして、以上の実施形態での演算処理部群１１０での演算処理、遅延部群１２０での遅延処理、音量調節部群１３０での音量調節処理について、制御部１０１からの制御によって詳細な設定や設定変更を可能に構成する。この場合、制御部１０１は、記憶部１０５に格納されているパラメータや外部から与えられる制御データ（図１６中のCONTROL DATA）などに従って、演算処理部群１１０での演算処理、遅延部群１２０での遅延処理、音量調節部群１２０での音量調節処理の設定や設定変更を行う。これにより、仮想音源の位置を自由に設定することが可能であって、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減することが可能になる。 Then, in the above embodiment, the calculation processing in the arithmetic processing unit group 110, the delay processing in the delay unit group 120, and the volume adjustment processing in the volume control unit group 130 are set in detail by control from the control unit 101. Configure to change settings. In this case, the control unit 101 performs the arithmetic processing in the arithmetic processing unit group 110 and the delay unit group 120 in accordance with parameters stored in the storage unit 105 and control data (CONTROL DATA in FIG. 16) given from the outside. Delay processing, and volume control processing setting and setting change in the volume control unit group 120 are performed. Thereby, the position of the virtual sound source can be set freely, and the processing load can be reduced without degrading the quality of sound reproduction when generating the virtual sound source by wavefront synthesis.
なお、この第５実施形態では、上述した第１実施形態の構成に対して制御部１０１を設ける構成を示したが、これに限定されず、第２〜第４実施形態のそれぞれについても制御部１０１を設けることが可能である。 In addition, in this 5th Embodiment, although the structure which provides the control part 101 with respect to the structure of 1st Embodiment mentioned above was shown, it is not limited to this, The control part also in each of 2nd-4th embodiment. 101 can be provided.
また、制御部１０１に対しては外部からの制御データの入力に限られず、音響再生装置１００に操作表示部を設け、この操作表示部から利用者が設定を行うことも可能である。
また、制御部１０１は、アンプ１５０−１〜１５０−１６における全体の音量調節を行うことも可能である。
Further, the control unit 101 is not limited to the input of control data from the outside, and an operation display unit may be provided in the sound reproduction device 100, and the user can make settings from the operation display unit.
The control unit 101 can also adjust the overall volume of the amplifiers 150-1 to 150-16.
〔その他の実施形態〕
以上の説明における音響再生装置１００とスピーカアレイ２００とは一体型として構成されていても良い。また、以上の説明における音響再生装置１００とスピーカアレイ２００とは、着脱可能に構成されていても良い。着脱可能とした場合には、処理部に対して任意のスピーカユニットを接続することが可能になる。
[Other Embodiments]
The sound reproducing device 100 and the speaker array 200 in the above description may be configured as an integrated type. Moreover, the sound reproducing device 100 and the speaker array 200 in the above description may be configured to be detachable. When it is possible to attach and detach, an arbitrary speaker unit can be connected to the processing unit.
１００ 音響再生装置
２００ スピーカアレイ
３００ 仮想音源
４００ 音響再生空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Sound reproduction apparatus 200 Speaker array 300 Virtual sound source 400 Sound reproduction space
Claims (3)
前記スピーカアレイに含まれる複数の前記スピーカから放射される音波の波面を重ね合わせることで、前記スピーカアレイの位置とは異なる任意の位置に設置された仮想音源より放射される球面波と同等の波面を合成するように音声信号を処理する処理部と、
を備えて音響再生を行う音響再生装置であって、
前記処理部は、
前記スピーカアレイに含まれる一部のスピーカに供給する音声信号に関して、波面を合成するのに必要な伝達関数を畳み込み演算する演算処理部と、
前記演算処理部により処理された音声信号を供給される前記スピーカに隣接するスピーカに供給する音声信号に関して、前記演算処理部により処理された音声信号に、波面を合成するために必要な、遅延時間を与える遅延部と音量を調節するための音量調節部と、
を有し、
前記演算処理部と、前記遅延部及び前記音量調節部とが、前記スピーカアレイに含まれる各スピーカに対して、それぞれ交互に接続されるように配置される、
ことを特徴とする音響再生装置。 A speaker array composed of a plurality of speakers arranged on a straight line;
A wavefront equivalent to a spherical wave emitted from a virtual sound source installed at an arbitrary position different from the position of the speaker array by superimposing wavefronts of sound waves emitted from the plurality of speakers included in the speaker array. A processing unit that processes the audio signal so as to synthesize
A sound reproducing device for performing sound reproduction comprising:
The processor is
An arithmetic processing unit that performs a convolution operation on a transfer function necessary for synthesizing a wavefront with respect to audio signals supplied to some speakers included in the speaker array;
The delay time necessary for synthesizing the wavefront with the audio signal processed by the arithmetic processing unit with respect to the audio signal supplied to the speaker adjacent to the speaker to which the audio signal processed by the arithmetic processing unit is supplied A delay unit that gives sound and a volume control unit for adjusting the volume;
I have a,
The arithmetic processing unit, the delay unit, and the volume control unit are arranged so as to be alternately connected to each speaker included in the speaker array.
A sound reproducing apparatus characterized by the above.
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