JP6345634B2 - Sound field reproducing apparatus and method - Google Patents

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Description

本発明は音場再生技術に関し、特に空間マルチゾーン音場再生技術に関する。   The present invention relates to a sound field reproduction technique, and more particularly to a spatial multi-zone sound field reproduction technique.

空間マルチゾーン音場再生とは、スピーカアレイを駆動することで、分離された空間に独立した複数の音場を再生する技術である(例えば、非特許文献1参照)。従来技術では、複数の領域で音場を再現するため、再現領域を取り囲むように無指向性スピーカを等間隔に円状に配置した円状アレイを用いている。従来の円状アレイによって半径Rの円周内で波数kまで正確に音場を再現するには、2kR+1個以上の膨大な数のスピーカが必要となる。   Spatial multi-zone sound field reproduction is a technique for reproducing a plurality of independent sound fields in a separated space by driving a speaker array (see, for example, Non-Patent Document 1). In the prior art, in order to reproduce a sound field in a plurality of areas, a circular array in which omnidirectional speakers are arranged in a circle at equal intervals so as to surround the reproduction area is used. In order to accurately reproduce the sound field up to the wave number k within the circumference of the radius R by the conventional circular array, a huge number of speakers of 2kR + 1 or more are required.

Y. J. Wu, et al. “Spatial Multizone Soundfield Reproduction:Theory and Design,” Speech and Audio Processing, IEEE Transactions on 19.6 (2011): 1711-1720.Y. J. Wu, et al. “Spatial Multizone Soundfield Reproduction: Theory and Design,” Speech and Audio Processing, IEEE Transactions on 19.6 (2011): 1711-1720.

しかしながら、従来構成では音場の制御自由度が低いという問題点がある。本発明の課題は、音場の制御自由度を向上させることである。   However, the conventional configuration has a problem that the degree of freedom in controlling the sound field is low. The subject of this invention is improving the control freedom degree of a sound field.

指向性パターンが異なる互いに独立な複数個の放射モードの何れかまたは複数個の放射モードの少なくとも一部の組み合わせからなる、再生パターンで音響信号を再生する複数個の高次音源を用いる。当該複数個の高次音源は円周上に配置される。当該再生パターンは、複数個の空間領域に所望の音場を生成するために、当該放射モードのそれぞれの重みが制御されたものである。   A plurality of higher-order sound sources that reproduce an acoustic signal with a reproduction pattern, which is composed of any one of a plurality of independent radiation modes having different directivity patterns or a combination of at least some of the plurality of radiation modes, are used. The plurality of higher order sound sources are arranged on the circumference. The reproduction pattern is obtained by controlling the weight of each radiation mode in order to generate a desired sound field in a plurality of spatial regions.

本発明では、高次音源の放射モードのそれぞれの重みを制御するため、従来よりも音場の制御自由度を向上させることができる。   In the present invention, since the respective weights of the radiation modes of the higher-order sound source are controlled, the degree of freedom in controlling the sound field can be improved as compared with the conventional art.

図1は第1実施形態の音場再生装置の構成を説明するための概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the sound field reproducing apparatus of the first embodiment. 図2は実施形態の制御部を例示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating the control unit of the embodiment. 図3は定理1に関する幾何学図である。FIG. 3 is a geometric diagram relating to Theorem 1. 図4Aおよび図4Bは第2および3実施形態の音場再生装置の構成を説明するための概念図である。4A and 4B are conceptual diagrams for explaining the configuration of the sound field reproducing apparatuses of the second and third embodiments.

以下、本発明の実施形態を説明する。
〔概要〕
本形態では、円周上に配置された複数個の高次音源(higher order source)を用いて音場再生を行う。高次音源の例は高次スピーカ(higher order loudspeaker)である(例えば、参考文献1「M. Poletti, T. Betlehem, “Design of a prototype variable directivity loudspeaker for improved surround sound reproduction in rooms,” AES 52nd International Conference, Guildford, UK, 2013, September 2-4」等参照)。各高次音源は、指向性パターンが異なる互いに独立な複数個の放射モードの何れかまたは複数個の放射モードの少なくとも一部の組み合わせ(線形和)からなる「再生パターン」で音響信号を再生する。「再生パターン」は複数個の空間領域に所望の音場を生成するために放射モードのそれぞれの重みが制御されたものである。これにより、従来よりも音場の制御自由度を向上させることができる。例えば、次数Nの高次音源を円状に配置した円状アレイを用いる場合、上記複数個の空間領域を内包する円の半径を同一として従来の無指向性スピーカの円状アレイを用いた場合に比べ、約N倍の帯域幅の音場を高精度に再現しつつ、円状アレイの外部音場を十分に抑圧できる。また、外部音場の抑圧を行わない場合には約2N倍の帯域幅の音場を高精度に再現できる。
Embodiments of the present invention will be described below.
〔Overview〕
In this embodiment, sound field reproduction is performed using a plurality of higher order sources arranged on the circumference. An example of a higher order sound source is a higher order loudspeaker (for example, reference 1 “M. Poletti, T. Betlehem,“ Design of a prototype variable directivity loudspeaker for improved surround sound reproduction in rooms, ”AES 52nd. International Conference, Guildford, UK, 2013, September 2-4 "). Each higher-order sound source reproduces an acoustic signal with a “reproduction pattern” composed of any one of a plurality of independent radiation modes having different directivity patterns or a combination (linear sum) of at least a part of a plurality of radiation modes. . The “reproduction pattern” is obtained by controlling the weight of each radiation mode in order to generate a desired sound field in a plurality of spatial regions. Thereby, the control freedom degree of a sound field can be improved rather than before. For example, when using a circular array in which high-order sound sources of order N are arranged in a circle, when using a circular array of conventional omnidirectional speakers with the same radius of the circle containing the plurality of spatial regions, As compared with the above, it is possible to sufficiently suppress the external sound field of the circular array while reproducing the sound field having a bandwidth about N times as high as accuracy. Further, when the external sound field is not suppressed, a sound field having a bandwidth of about 2N times can be reproduced with high accuracy.

円状アレイの内部音場のみを制御する場合、例えばm∈[−M(k),M(k)]についての
を満たすw(0) n,u(k)の解または近似解を、高次音源hs(u)の波数kでの放射モードm(n)に対するフィルタ重みとしたパターンを「再生パターン」とする。ただし、M(k)が正整数であり、[−M(k),M(k)]が−M(k)以上M(k)以下の整数からなる閉区間であり、「複数個の高次音源」がL個の高次音源hs(1),…,hs(L)であり、Lが正整数であり、「複数個の放射モード」が2N+1個の放射モードm(−N),…,m(N)であり、Nが正整数であり、u=1,…,Lであり、n=−N,…,Nであり、kが波数であり、Rが高次音源hs(u)の大きさを表す値(例えば、次音源hs(u)の半径またはその近似値)であり、Rが複数個の高次音源が配置される円周の半径を表す値であり、Hι(・)が次数ιの第一種のハンケル関数であり、H’ι(・)がハンケル関数Hι(・)の導関数(微分)であり、iが虚数単位であり、eがネイピア数であり、θが原点に対する高次音源hs(u)の偏角であり、β (k)が所望の音場が生成された複数個の空間領域を含む領域の極座標(r,θ)での波数kの周波数領域信号S(r,θ;k)のmについての展開係数である。
When controlling only the internal sound field of a circular array, for example for m∈ [−M I (k), M I (k)]
A pattern that uses the solution or approximate solution of w (0) n, u (k) that satisfies the above as filter weights for the radiation mode m (n) at the wave number k of the higher-order sound source hs (u) is referred to as a “reproduction pattern”. . However, M I (k) is a positive integer, and [−M I (k), M I (k)] is a closed interval composed of integers from −M I (k) to M I (k), The “plurality of high-order sound sources” are L high-order sound sources hs (1),..., Hs (L), L is a positive integer, and “multiple radiation modes” are 2N + 1 radiation modes m. (-N), ..., m (N), N is a positive integer, u = 1, ..., L, n = -N, ..., N, k is the wave number, and R is This is a value representing the size of the higher order sound source hs (u) (for example, the radius of the next sound source hs (u) or an approximate value thereof), and RL is the radius of the circumference where a plurality of higher order sound sources are arranged. H ι (·) is the first kind of Hankel function of order ι, H ' ι (·) is the derivative (derivative) of the Hankel function H ι (·), and i is the imaginary unit And e is ne Is the number of peers, theta u is the argument of higher sound hs (u) relative to the origin, β d m (k) is the polar region including a plurality of spatial regions where desired sound field is generated (r , Θ) is the expansion coefficient for m of the frequency domain signal S d (r, θ; k) of wave number k at k.

円状アレイの外部音場のみを制御する場合、例えばm∈[−M(k),M(k)]についての

を満たすw(1) n,u(k)の解または近似解を、高次音源hs(u)の波数kでの放射モードm(n)に対するフィルタ重みとしたパターンを「再生パターン」とする。ただし、M(k)が正整数であり、[−M(k),M(k)]が−M(k)以上M(k)以下の整数からなる閉区間であり、Jι(・)が次数ιのベッセル関数であり、γ (k)が所望の音場が生成された領域の極座標(r,θ)での波数kの周波数領域信号S(r,θ;k)のmについての展開係数である。
When controlling only the external sound field of a circular array, for example, for m∈ [−M E (k), M E (k)]

A pattern that uses a solution or approximate solution of w (1) n, u (k) that satisfies the above as a filter weight for the radiation mode m (n) at the wave number k of the higher-order sound source hs (u) is referred to as a “reproduction pattern”. . However, M E (k) is a positive integer, and [−M E (k), M E (k)] is a closed interval composed of an integer from −M E (k) to M E (k), J ι (·) is a Bessel function of order ι, and γ d m (k) is a frequency domain signal S d (r, r, k) at polar coordinates (r, θ) of a region where a desired sound field is generated. θ: expansion coefficient of k) for m.

円状アレイの内部/外部音場の同時制御を行う場合、例えば

を満たすw(2)(k)の解または近似解の要素w(2) n,u(k)(ただし、n=−N,…,N、u=1,…,L)を、高次音源hs(u)の波数kでの放射モードm(n)に対するフィルタ重みとしたパターンを「再生パターン」とする。m∈[−M(k),M(k)]についての
をG(k)w(0)(k)=β(k)と表記し、G(k)が(2M(k)+1)×L(2N+1)の行列であり、w(0)(k)がL(2N+1)個のw(0) n,u(ただし、n=−N,…,N、u=1,…,L)からなる縦ベクトルであり、

であり、(・)が(・)の転置であり、m∈[−M(k),M(k)]についての

をJ(k)w(1)(k)=γ(k)と表記し、J(k)が(2M(k)+1)×L(2N+1)の行列であり、w(1)(k)がL(2N+1)個のw(1) n,u(k)(ただし、n=−N,…,N、u=1,…,L)からなる縦ベクトルであり、

である。
When performing simultaneous control of the internal / external sound field of a circular array, for example

Satisfy w (2) (k) or approximate solution element w (2) n, u (k) (where n = −N,..., N, u = 1,..., L) A pattern as a filter weight for the radiation mode m (n) at the wave number k of the sound source hs (u) is referred to as a “reproduction pattern”. For m∈ [−M I (k), M I (k)]
Is expressed as G (k) w (0) (k) = β d (k), G (k) is a matrix of (2M I (k) +1) × L (2N + 1), and w (0) ( k) is a vertical vector consisting of L (2N + 1) w (0) n, u (where n = −N,..., N, u = 1,..., L),

(·) T is the transpose of (·), and m∈ [−M E (k), M E (k)]

Is expressed as J (k) w (1) (k) = γ d (k), J (k) is a matrix of (2M E (k) +1) × L (2N + 1), and w (1) ( k) is a vertical vector consisting of L (2N + 1) w (1) n, u (k) (where n = −N,..., N, u = 1,..., L),

It is.

〔第1実施形態〕
図面を参照して第1実施形態を説明する。
<構成>
図1に例示するように、本形態の音場再生装置1は、制御部11と、円周上に配置されたL個の高次音源(高次スピーカ)12−u(ただし、u=1,…,L)とを有する。各高次音源12−uは、例えば無響環境下またはそれに近似する環境下に配置される。ただし、各高次音源12−uが残響環境下に配置されてもよい。図2に例示するように、制御部11は記憶部111と重み取得部112とフィルタリング部113−uと駆動信号生成部114−uとを有する。制御部11は、例えば、CPU(central processing unit)等のプロセッサ(ハードウェア・プロセッサ)およびRAM(random-access memory)・ROM(read-only memory)等のメモリ等を備える汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される。このコンピュータは1個のプロセッサやメモリを備えていてもよいし、複数個のプロセッサやメモリを備えていてもよい。このプログラムはコンピュータにインストールされてもよいし、予めROM等に記録されていてもよい。また、CPUのようにプログラムが読み込まれることで機能構成を実現する電子回路(circuitry)ではなく、プログラムを用いることなく処理機能を実現する電子回路を用いて一部またはすべての処理部が構成されてもよい。また、1個の装置を構成する電子回路が複数のCPUを含んでいてもよい。なお、図1および2はL=15の例であるが、これは本発明を限定しない。
[First Embodiment]
A first embodiment will be described with reference to the drawings.
<Configuration>
As illustrated in FIG. 1, the sound field reproduction device 1 of the present embodiment includes a control unit 11 and L high-order sound sources (high-order speakers) 12-u arranged on the circumference (where u = 1). ,..., L). Each higher-order sound source 12-u is disposed, for example, in an anechoic environment or an environment similar thereto. However, each higher-order sound source 12-u may be arranged in a reverberant environment. As illustrated in FIG. 2, the control unit 11 includes a storage unit 111, a weight acquisition unit 112, a filtering unit 113-u, and a drive signal generation unit 114-u. The control unit 11 is, for example, a general-purpose or dedicated computer that includes a processor (hardware processor) such as a CPU (central processing unit) and a memory such as random-access memory (RAM) and read-only memory (ROM). It is configured by executing a predetermined program. The computer may include a single processor and memory, or may include a plurality of processors and memory. This program may be installed in a computer, or may be recorded in a ROM or the like in advance. In addition, some or all of the processing units are configured using an electronic circuit that realizes a processing function without using a program, instead of an electronic circuit (circuitry) that realizes a functional configuration by reading a program like a CPU. May be. In addition, an electronic circuit constituting one device may include a plurality of CPUs. 1 and 2 are examples of L = 15, this does not limit the present invention.

≪幾何学配置≫
2次元の大域的(グローバル)な空間領域、および、互いにオーバーラップしないS個の2次元の局所的(ローカル)な所望の空間領域(円形領域)14−1,…,14−Sならびにそれらに対応する所望の音場を想定する。ただし、Sは2以上の整数である。s番目(ただし、s=1,…,S)の空間領域14−sの半径と原点をそれぞれR (s)とOで表現する。ここでOは大域的な原点Oに対する極座標(r(s0),θ(s0))に位置する。r(s0)およびθ(s0)はそれぞれ動径および偏角を表す。s番目の空間領域14−sの中にある任意の観測点の局所的な極座標を(R(s),Ω(s))と表現する。(R(s),Ω(s))は局所的な原点Oを中心とした極座標であり、R(s)およびΩ(s)はそれぞれ動径および偏角を表す。局所的な極座標(R(s),Ω(s))は、大域的な原点Oに対する極座標(r,θ)に位置する。rおよびθはそれぞれ動径および偏角を表す。すべての空間領域14−1,…,14−Sは、大域的な原点Oを中心とした半径R≧rの円形領域内に存在する。Rはすべての空間領域14−1,…,14−Sを内側に含む円形領域の半径である。L個の高次音源12−uは、大域的な原点Oから半径R≧Rの円周上に配置される。高次音源12−1,…,12−Lは等間隔で配置されてもよいし、等間隔で配置されなくてもよい。Lは正整数であり、例えばLは2以上の整数である。
≪Geometric arrangement≫
Two-dimensional global (global) spatial regions, and S two-dimensional local (circular) desired spatial regions (circular regions) 14-1,. Assume a corresponding desired sound field. However, S is an integer of 2 or more. The radius and origin of the s-th (where s = 1,..., S) space region 14-s are expressed by R z (s) and O s , respectively. Here, O s is located at polar coordinates (r (s0) , θ (s0) ) with respect to the global origin O. r (s0) and θ (s0) represent a radius vector and a declination angle, respectively. A local polar coordinate of an arbitrary observation point in the s-th spatial region 14-s is expressed as (R (s) , Ω (s) ). (R (s) , Ω (s) ) are polar coordinates centered on the local origin O s , and R (s) and Ω (s) represent the radial and declination, respectively. Local polar coordinates (R (s) , Ω (s) ) are located at polar coordinates (r, θ) with respect to the global origin O. r and θ represent a radius vector and a declination angle, respectively. All the spatial regions 14-1,..., 14-S are present in a circular region having a radius R P ≧ r with the global origin O as the center. R P is all the spatial regions 14-1, ..., the radius of the circular area including the 14-S inwards. L pieces of high-order tone 12-u are arranged on the circumference of a radius R L ≧ R P from global origin O. The higher order sound sources 12-1, ..., 12-L may be arranged at equal intervals or may not be arranged at equal intervals. L is a positive integer. For example, L is an integer of 2 or more.

《内部/外部音場の円筒調和関数展開》
領域r<Rにおける、原点Oに対する極座標(r,θ)の波数kでの内部音場の時間周波数領域信号S(r,θ;k)の展開は以下のようになる。

ただし、rおよびθはそれぞれ動径および偏角を表す。A(k)はS(r,θ;k)を一意に表現するためのmについての展開係数(音場係数)であり、mは整数である。
《Cylinder harmonic function expansion of internal / external sound field》
Development of the time-frequency domain signal S (r, θ; k) of the internal sound field at the wave number k of polar coordinates (r, θ) with respect to the origin O in the region r < RL is as follows.

However, r and (theta) represent a moving radius and a declination, respectively. A m (k) is an expansion coefficient (sound field coefficient) for m for uniquely expressing S (r, θ; k), and m is an integer.

領域r>Rにおける、原点Oに対する極座標(r,θ)での外部音場の時間周波数領域信号S(r,θ;k)の展開は以下のようになる。

ただし、B(k)はS(r,θ;k)を一意に表現するためのmについての展開係数(音場係数)である。H(・)は次数mの第一種のハンケル関数である。
The expansion of the time-frequency domain signal S (r, θ; k) of the external sound field in the polar coordinates (r, θ) with respect to the origin O in the region r> RL is as follows.

Here, B m (k) is an expansion coefficient (sound field coefficient) for m for uniquely expressing S (r, θ; k). H m (·) is a first-type Hankel function of order m.

≪平面波の展開係数≫
ベクトルr の方向から伝播してくる平面波を表す、極座標(R(s),Ω(s))の波数kでの時間周波数領域信号Sd(s)(R(s),Ω(s);k)は以下のように表現される。

なお、式(3)のように、「r 」の「→」は本来「r」の真上に表記すべきであるが、記載表記の制約上、「→」を「r」の右上に表記している。ヤコビ・アンガー展開により、式(3)は以下のように変形できる。

ただし、θは極座標でのベクトルr の角度である。すなわち、r =(rcosθ,rsinθ)であり、r を極座標で表すと(r,θ)となる。ここで、空間領域14−sの内部音場を表す、極座標(R(s),Ω(s))の波数kでの時間周波数領域信号Sd(s)(R(s),Ω(s);k)は、円筒調和関数展開によって以下のように表現される。

ただし、β (k)はSd(s)(R(s),Ω(s);k)を一意に表現するためのmについての展開係数である。式(3)(4)(5)より、平面波の展開係数β (k)は以下で与えられる。
<< Expansion coefficient of plane wave >>
A time-frequency domain signal S d (s) (R (s) , Ω (s ) at a wave number k in polar coordinates (R (s) , Ω (s) ) representing a plane wave propagating from the direction of the vector r s ); k) can be expressed as follows.

It should be noted that, as in equation (3), of the "r s →", "→" is it should be referred to directly above the original "r s", on the constraints of the described notation, "→" and "r s" It is written in the upper right of. Equation (3) can be transformed as follows by Jacobian-Anger expansion.

Where θ s is the angle of the vector r s → in polar coordinates. That is, r s = (r s cos θ s , r s sin θ s ), and r s is represented by polar coordinates (r s , θ s ). Here, the time-frequency domain signal S d (s) (R (s) , Ω (s ) at the wave number k of polar coordinates (R (s) , Ω (s) ) representing the internal sound field of the spatial domain 14- s. ); k) can be expressed as follows by a cylindrical harmonic expansion.

Here, β m d (k) is an expansion coefficient for m for uniquely expressing S d (s) (R (s) , Ω (s) ; k). From Equations (3), (4), and (5), the expansion coefficient β m d (k) of the plane wave is given by

≪線音源の展開係数≫
=(rcosθ,rsinθ)(極座標では(r,θ))に位置する線音源(二次元の空間領域では点音源)によって生成される音場を表す、極座標(R(s),Ω(s))の波数kでの時間周波数領域信号Sd(s)(R(s),Ω(s);k)は、以下のように表現される。

ただし、R→(s)=(R(s)cosΩ(s),R(s)sinΩ(s))であり、R→(s)を極座標で表すと(R(s),Ω(s))となる。||(・)||は(・)のノルムを表す。なお、式(7)に示すように、本来「R→(s)」の「→」は「R」の真上に記載すべきであるが、記載表記の制約上、「→」を「R」の右上に記載する。ここで、ハンケル関数の加法定理により、以下の関係が成り立つ。

ここで、空間領域14−sの内部音場を表す、極座標(R(s),Ω(s))の波数kでの時間周波数領域信号Sd(s)(R(s),Ω(s);k)は、以下のように表される。

そのため、線音源による音場の展開係数は、以下のように表される。
≪Linear sound source expansion coefficient≫
r s = (in polar coordinates (r s, θ s)) (r s cosθ s, r s sinθ s) representing the sound field generated by the (point source in two-dimensional space domain) line source located, A time-frequency domain signal S d (s) (R (s) , Ω (s) ; k) at a wave number k in polar coordinates (R (s) , Ω (s) ) is expressed as follows.

However, R → (s) = (R (s) cosΩ (s) , R (s) sinΩ (s) ), and R → (s) is expressed in polar coordinates (R (s) , Ω (s) ) || (•) || represents the norm of (•). As shown in the equation (7), “→” in “R → (s) ” should be described immediately above “R”, but “→” is changed to “R” due to the limitation of description. To the upper right. Here, the following relation is established by the addition theorem of the Hankel function.

Here, the time-frequency domain signal S d (s) (R (s) , Ω (s ) at the wave number k of polar coordinates (R (s) , Ω (s) ) representing the internal sound field of the spatial domain 14- s. ); k) is expressed as follows.

Therefore, the expansion factor of the sound field by the line sound source is expressed as follows.

≪各空間領域の音場の展開係数≫
空間領域14−sの所望の音場を表す、極座標(R(s),Ω(s))の波数kでの時間周波数領域信号Sd(s)(R(s),Ω(s);k)は、円筒調和関数展開によって以下のように表現される。

ただし、J(・)は次数mのベッセル関数であり、α d(s)(k)はSd(s)(R(s),Ω(s);k)を一意に表現するためのmについての展開係数(音場係数)であり、eはネイピア数(自然対数の底)である。式(11)はフーリエ級数展開となっており、これによって任意の数の円筒波や平面波に由来する任意の2次元音場を表現できる。なお、「α d(s)(k)」の「d(s)」は「m」の真上に表記すべきであるが、記載表記の制約上、「α d(s)(k)」と表記する。その他の記号でも同様な表記を行う場合がある。
<< Expansion coefficient of sound field in each spatial area >>
A time-frequency domain signal S d (s) (R (s) , Ω (s) at wavenumber k in polar coordinates (R (s) , Ω (s) ) representing the desired sound field in the spatial domain 14-s; k) is expressed as follows by cylindrical harmonic function expansion.

However, J m (•) is a Bessel function of degree m, and α m d (s) (k) uniquely represents S d (s) (R (s) , Ω (s) ; k). Expansion coefficient (sound field coefficient) for m, and e is the Napier number (the base of natural logarithm). Expression (11) is a Fourier series expansion, which can represent an arbitrary two-dimensional sound field derived from an arbitrary number of cylindrical waves and plane waves. In addition, “ d (s) ” of “α m d (s) (k)” should be written directly above “m”, but “α m d (s) (k” is restricted due to the limitation of the description. ) ”. The same notation may be used for other symbols.

式(11)は無限個の直交モードを持っている。しかしながら、ベッセル関数の性質とすべての音源が外側にある空間領域では音場は限定されるという事実により、この級数展開を有限個の直交モードによる展開で打ち切ることができる。この場合、Sd(s)(R(s),Ω(s);k)は以下のように近似できる。
ただし、M(k)は正の整数である。この場合、Sd(s)(R(s),Ω(s);k)は、少なくとも2M(k)+1個のモードで表現される。M(k)=ceil(keR (s)/2)の場合、打ち切り誤差は16.1%以下である。ただし、ceil(・)は(・)の天井関数である。
Equation (11) has an infinite number of orthogonal modes. However, due to the nature of the Bessel function and the fact that the sound field is limited in the spatial region where all sound sources are outside, this series expansion can be discontinued by a finite number of orthogonal modes. In this case, S d (s) (R (s) , Ω (s) ; k) can be approximated as follows.
However, M s (k) is a positive integer. In this case, S d (s) (R (s) , Ω (s) ; k) is expressed by at least 2M s (k) +1 modes. When M s (k) = ceil (keR z (s) / 2), the truncation error is 16.1% or less. However, ceil (•) is a ceiling function of (•).

≪等価なグローバル音場≫
上述したS個の空間領域14−1,・・・,S(マルチゾーン)の音場から構成される等価なグローバル音場を定義する。すなわち、複数の空間領域14−1,・・・,Sの音場の再現の問題を全域にわたるグローバルな所望の音場の再現に帰着させる。所望のグローバル音場を表す時間周波数領域信号S(r,θ;k)は、円筒調和関数展開によって以下のように近似される。

ただし、β (k)はS(r,θ;k)を一意に表現するためのmについての展開係数(音場係数)である。この場合、S(r,θ;k)は、少なくとも2M(k)+1個のモードで表現される。例えば、M(k)=ceil(keR/2)である。すべてのマルチゾーンが半径Rの円形領域内に収まる場合、M(k)によるモード制限ですべてのマルチゾーンで音場を再現するためには、
(k)≧(M(k)+M(k)+・・・+M(k)) (14)
を満たす必要がある。
≪Equivalent global sound field≫
An equivalent global sound field composed of the sound fields of the S spatial regions 14-1,..., S (multi-zone) described above is defined. That is, the sound field reproduction problem of the plurality of spatial regions 14-1,..., S is reduced to reproduction of a global desired sound field over the entire area. A time-frequency domain signal S d (r, θ; k) representing a desired global sound field is approximated by cylindrical harmonic function expansion as follows.

Here, β m d (k) is an expansion coefficient (sound field coefficient) for m for uniquely expressing S d (r, θ; k). In this case, S d (r, θ; k) is expressed by at least 2M 0 (k) +1 modes. For example, M 0 (k) = ceil (keR P / 2). If all multizone falls within a circular region of radius R P, in order to reproduce the sound field in all multi-zone mode limitation by M 0 (k) is
M 0 (k) ≧ (M 1 (k) + M 2 (k) +... + M S (k)) (14)
It is necessary to satisfy.

《空間調和係数変換》
音源の存在しない領域の中の音場を考える。図3のようにO,Oは、2つの座標系の原点であり、それらは同じ方向の軸を持っており、Oを既知の変換で移動させたものがOであるとする。Oを原点とする座標系での極座標(r(1),θ(1))を、Oを原点とする座標系での極座標で表すと(r(2),θ(2))となる。ここで、Oに対するOの極座標(r(12),θ(12))と表す。また{α (1)(k)},{α (2)(k)}が、それぞれ原点をO,Oとした2つの座標系における、音源の存在しない領域中の音場を一意に表現するためのmについての展開係数の集合であるとする。この場合、以下の定理1,2が成り立つ。
《Spatial harmonic coefficient conversion》
Consider a sound field in an area where no sound source exists. O 1, O 2 as shown in FIG. 3, is the origin of the two coordinate systems, they have the axis of the same direction, which moves the O 1 a known conversion is assumed to be O 2 . When the polar coordinates (r (1) , θ (1) ) in the coordinate system with O 1 as the origin are represented by the polar coordinates in the coordinate system with O 2 as the origin, (r (2) , θ (2) ) and Become. Here, the polar coordinates of O 2 with respect to O 1 (r (12) , θ (12) ) are represented. Also, {α m (1) (k)} and {α m (2) (k)} denote the sound field in the region where no sound source exists in the two coordinate systems with the origins as O 1 and O 2 , respectively. It is assumed that this is a set of expansion coefficients for m for uniquely expressing. In this case, the following theorems 1 and 2 hold.

[定理1]
α (1)(k)とα (2)(k)は以下によって関係付けられる。

ただし、

であり、「*」はモード次数mでの離散畳み込みを表している。なお、T (21)は原点OからOへの変換作用素を表しており、T (12)は原点OからOへの変換作用素を表している。
[Theorem 1]
α m (1) (k) and α m (2) (k) are related by:

However,

Where “*” represents discrete convolution at mode order m. T m (21) represents a conversion operator from the origin O 2 to O 1 , and T m (12) represents a conversion operator from the origin O 1 to O 2 .

[定理2]
に対するOの極座標を(r(21),θ(21))と表記し、

および空間調和係数変換(Spatial Harmonic Coefficient Translation)の定理を適用すると、以下の関係を導出できる。

ここで、T (0s)はOを原点とした大域的な座標系から、s番目の空間領域14−sのOを原点とした局所的な座標系への変換作用素である。
[Theorem 2]
The polar coordinates of O 1 with respect to O 2 are expressed as (r (21) , θ (21) ),

And applying the theorem of Spatial Harmonic Coefficient Translation, the following relation can be derived.

Here, T m (0s) is a conversion operator from a global coordinate system having O as the origin to a local coordinate system having O s in the sth spatial region 14- s as the origin.

《グローバル音場係数の探索》
α d(s)(k)からβ (k)への係数変換を行う。式(18)の畳み込みを線形和で書き下すと以下のようになる。

この式(19)をs=1,…,SについてS個書き下し、これら同時方程式を構成し、行列形式で表現すると以下のようになる。
α(k)=T(k)β(k) (20)
ただし、以下を満たす。
《Search for global sound field coefficient》
Coefficient conversion from α m d (s) (k) to β m d (k) is performed. The convolution of equation (18) is written as a linear sum as follows.

When this equation (19) is written down for S = 1,..., S, these simultaneous equations are constructed and expressed in matrix form as follows.
α d (k) = T (k) β d (k) (20)
However, the following is satisfied.

式(20)は以下のように変形できる。
β(k)=T(k)α(k) (23)
ただし、T(k)=[T(k)T(k)]−1T(k)はT(k)のムーア−ペローンズの擬似逆行列であり、(・)は(・)の複素共役転置を表す。
Equation (20) can be modified as follows.
β d (k) = T (k) + α d (k) (23)
Where T (k) + = [T (k) H T (k)] −1 T (k) H is a Moore-Peron's pseudo-inverse matrix of T (k), and (·) H is (·) Represents the complex conjugate transpose of.

《高次音源の記述》
原点Oに配置される高次音源の放射モードm(n)による音場を表す極座標(r,θ)での波数kでの時間周波数信号S(r,θ;k)の理想形は、以下のように表される。

実際の高次スピーカは、cos(nθ)とsin(nθ)の形式を持つ遠方場の極応答で音場を放射できる。sinとcosで表される応答は、簡単に複素数値の指向性から得られる。原点Oにある半径Rの高次音源の放射モードm(n)に基づく角度θ方向の放射速度(radial velocity)ν(θ)は、以下のように表される。

ただし、Vは定数であり、αはフーリエ級数展開の係数である。また、2次元での極座標(r,θ)における波数kでの外部音場は前述の式(2)の形式で表され、これから放射速度が以下のように導かれる。

ただし、ρは定数であり、cは音速である。式(26)は式(25)とr=Rで等しくなければならない。よって、極座標(r,θ)における波数kでの音圧は以下の時間周波数信号で表現できる。

ただし、tは時間を表すインデックスであり、ωは各速度である。各モードは、位相変動eimθと放射変動H(kr)を持っており、スケールファクターはαm/H’(kr)である。単一の高次音源応答einθを生成する場合には以下を満たす必要がある。

離散的なドライバー(例えば、モノポールスピーカ)を持つ現実の高次音源は、有限の周波数までの所望の応答のみ生成できる。それ以上の周波数では空間エイリアジングが生じる。
<Description of high-order sound source>
The ideal form of the time frequency signal S n (r, θ; k) at the wave number k in the polar coordinates (r, θ) representing the sound field by the radiation mode m (n) of the higher order sound source arranged at the origin O is It is expressed as follows.

An actual higher-order speaker can radiate a sound field with a far-field polar response having the form of cos (nθ) and sin (nθ). The response expressed by sin and cos can be easily obtained from the directivity of complex values. The radial velocity ν r (θ) in the angle θ direction based on the radiation mode m (n) of the higher-order sound source having the radius R at the origin O is expressed as follows.

Where V 0 is a constant and α m is a coefficient of Fourier series expansion. Further, the external sound field at the wave number k in the two-dimensional polar coordinates (r, θ) is expressed in the form of the above-described equation (2), and the radiation speed is derived as follows.

Where ρ is a constant and c is the speed of sound. Equation (26) must be equal to Equation (25) with r = R. Therefore, the sound pressure at the wave number k in polar coordinates (r, θ) can be expressed by the following time-frequency signal.

Where t is an index representing time and ω is each speed. Each mode has a phase variation e imθ and a radiation variation H m (kr), and the scale factor is αm / H m ′ (kr). When generating a single higher-order sound source response e in θ , the following must be satisfied.

Real high-order sound sources with discrete drivers (eg, monopole speakers) can only produce the desired response up to a finite frequency. At higher frequencies, spatial aliasing occurs.

≪変換後の高次音源の記述≫
原点Oに対する極座標(r,θ)に配置された理想的な高次音源の放射モードm(n)により生成される極座標(r,θ)における波数kでの音場を表す時間周波数領域信号S(r,θ,r,θ;k)は、円筒加法定理により原点Oに対して、次のように表すことができる。

であり、r=(r cos θ,r sin θ)であり、r =(rcos θ,r sin θ)であり、βはr とr との間の角度であり、

と表現される。ここで、
rot=xcosθ+ysinθ (31)
かつ、
rot=−xsinθ+ycosθ (32)
である。
≪Description of higher-order sound source after conversion≫
Time-frequency domain representing a sound field at wavenumber k in polar coordinates (r, θ) generated by radiation mode m (n) of an ideal higher-order sound source arranged at polar coordinates (r s , θ s ) with respect to origin O The signal S n (r, θ, r s , θ s ; k) can be expressed as follows with respect to the origin O by the cylindrical addition theorem.

R = (r cos θ, r sin θ), r s = (r s cos θ s , r s sin θ s ), and β s is the relationship between r 0 and r s The angle between and

It is expressed. here,
x rot = x cos θ s + ysin θ s (31)
And,
y rot = −xsin θ s + y cos θ s (32)
It is.

一般的な高次音源は単一のスピーカユニットであり、与えられたN次までの全ての次数の放射モードm(n)を生成できる。放射モードm(n)(n∈[−N,N])を持つ極座標(r,θ)に配置されたN次の単一の高次音源は、以下のS(r,θ,r,θ;k)で表される波数kの音場を極座標(r,θ)に生成できる。

ただし、w(k)は放射モードm(n)および波数kに対する重みを表す。式(33)は以下のように展開される。
A general high-order sound source is a single speaker unit, and can generate radiation orders m (n) of all orders up to a given Nth order. An Nth single high-order sound source arranged at polar coordinates (r s , θ s ) having a radiation mode m (n) (n∈ [−N, N]) is represented by the following S N (r, θ, A sound field of wave number k represented by r s , θ s ; k) can be generated in polar coordinates (r, θ).

However, w n (k) represents a weight for the radiation mode m (n) and the wave number k. Expression (33) is expanded as follows.

L次の高次音源の重畳によって、波数kの時間周波数領域信号S(r,θ;k)で表される音場を極座標(r,θ)に生成できる。

ただし、θが原点に対する高次音源12−uの極座標(R,θ)の偏角である。これは、所望の内部音場と外部音場の近似に応用できる。
A sound field represented by a time frequency domain signal S (r, θ; k) having a wave number k can be generated in polar coordinates (r, θ) by superimposing L-order higher-order sound sources.

However, θ u is a declination angle of the polar coordinates (R L , θ u ) of the higher-order sound source 12-u with respect to the origin. This can be applied to approximation of a desired internal sound field and external sound field.

《高次音源による空間マルチゾーン音場再生》
L個の高次音源12−1,…,12−Lから構成される円状アレイで所望の空間領域14−1,…,14−Sに所望の音場を再現する。このために、各高次音源12−u(ただし、u=1,…,L)の波数kでの各放射モードm(n)(ただし、n=−N,…,N)に対する重みwn.u(k)を決めなければならない。各各高次音源12−uはN次の極応答までの放射モードm(−N),…,m(N)を生成できる。重みwn.u(k)は二乗誤差を最小化することによって決定付けられる。本形態では、円状アレイの外部音場をとりわけ制御せず、円状アレイの内部音場のみを制御する。
《Spatial multi-zone sound field reproduction by high-order sound source》
A desired sound field is reproduced in a desired spatial region 14-1,..., 14-S by a circular array composed of L high-order sound sources 12-1,. For this purpose, the weight w n for each radiation mode m (n) (where n = −N,..., N) at the wave number k of each higher-order sound source 12-u (where u = 1,..., L). . u (k) must be determined. Each high-order sound source 12-u can generate radiation modes m (−N),..., M (N) up to the Nth-order polar response. Weight w n. u (k) is determined by minimizing the square error. In this embodiment, the external sound field of the circular array is not particularly controlled, and only the internal sound field of the circular array is controlled.

《円形アレイの内部音場の制御》
外部音場を制御せずに所望の内部音場を制御するには、高次音源12−1,…,12−Lにより生成される音場の線形和により、任意の展開係数を持つ所望の内部音場を生成する必要がある。各高次音源12−uはN次までの極応答を生成し、所望音場を表現する展開次数をM(k)とする。ただし、M(k)は正整数である。この場合、式(13)の右辺と式(35)の右辺(r<Rの場合)とを一致させる必要がある。これから以下の関係が成り立つ。
《Control of internal sound field of circular array》
In order to control a desired internal sound field without controlling the external sound field, a desired sum having an arbitrary expansion coefficient is obtained by linear summation of sound fields generated by the higher-order sound sources 12-1,. An internal sound field needs to be generated. Each higher-order sound source 12-u generates polar responses up to the Nth order, and a developed order representing the desired sound field is M I (k). However, M I (k) is a positive integer. In this case, it is necessary to match the right side of Equation (13) with the right side of Equation (35) (when r < RL ). From this, the following relationship holds.

式(36)の方程式を行列−ベクトル形式で書くと以下のようになる。
G(k)w(0)(k)=β(k) (37)
ただし、G(k)は(2M(k)+1)×L(2N+1)の行列であり、w(0)(k)はL(2N+1)個の重みw(0) n,u(k)(ただし、n=−N,...,N、u=1,...,L)からなるベクトルであり、

である。
The equation (36) is written in matrix-vector format as follows.
G (k) w (0) (k) = β d (k) (37)
Here, G (k) is a matrix of (2M I (k) +1) × L (2N + 1), and w (0) (k) is L (2N + 1) weights w (0) n, u (k). (Where n = −N,..., N, u = 1,..., L),

It is.

式(37)の左辺と右辺の各要素の二乗誤差を最小にするw(0) n,u(k)(近似解または解)からなるベクトルw(0)(k)は以下のようになる。
(0)(k)=G(k)[G(k)G(k)+λ(k)I]−1β(k) (38)
ここで、Iは(2M(k)+1)×(2M(k)+1)の単位行列であり、2M(k)+1≦L(2N+1)である。λ(k)は正則化パラメータであり、λ(k)=0のときに式(38)は最小ノルム解となる。またλ(k)は、G(k)が小さい特異値を持つ場合に重みの解を減らすために用いられる。円状アレイの内部で音場を再現するのに必要な次数M(k)は以下のようになる。

ただし、式(39)の右辺は(ekR/2)の天井関数値を表す。周波数に伴って次数Nが上昇し、
2M(k)+1=βL(2N+1),β<1 (40)
の関係式により、次数M(k)が限定される。よって、空間ナイキスト周波数の近似値は以下のようになる。
A vector w (0) (k) composed of w (0) n, u (k) (approximate solution or solution) that minimizes the square error of each element on the left side and right side of Expression (37) is as follows. .
w (0) (k) = G (k) H [G (k) G (k) H + λ (k) I] −1 β d (k) (38)
Here, I is a unit matrix of (2M I (k) +1) × (2M I (k) +1), and 2M I (k) + 1 ≦ L (2N + 1). λ (k) is a regularization parameter, and when λ (k) = 0, equation (38) is the minimum norm solution. Λ (k) is used to reduce the weight solution when G (k) has a small singular value. The order M I (k) required to reproduce the sound field inside the circular array is:

However, the right side of Expression (39) represents the ceiling function value of (ekR L / 2). The order N increases with frequency,
2M I (k) + 1 = βL (2N + 1), β <1 (40)
The order M I (k) is limited by the relational expression. Therefore, the approximate value of the spatial Nyquist frequency is as follows.

<動作>
以上のように得られるw(0) n,u(k)は制御部11(図2)の記憶部111に格納される。また入力信号S(k)も記憶部111に格納される。重み取得部112は、記憶部111からw(0) n,u(k)を読み込み、w(0) n,u(k)をフィルタリング部113−uに送る(ただし、u=1,…,L)。フィルタリング部113−uは記憶部111から入力信号S(k)を読み込み、高次音源12−uの波数kでの放射モードm(ν)に対するフィルタ重みをw(0) n,u(k)とするフィルタを入力信号S(k)に適用し、出力信号Sνu(k)を得る。フィルタリング部113−uの処理は時間領域で行われてもよいし、時間周波数領域で行われてもよい。各高次音源12−uは、例えば、円筒形のバッフルの外周に等間隔で環状に配置されたD個のスピーカsp(χ)(ただしχ∈[0,D−1])による環状アレイによって構成できる(例えば、参考文献1)。この場合、高次音源12−uから放射モードm(ν)で放射を行う各スピーカsp(χ)の音響信号の重みは
u,χ=(1/iρcD)e−iνφ(χ)
となる。ただし、χ∈[0,D−1]であり、φ(χ)は高次音源12−uをなする環状アレイの中心に対する二次元平面上での角度φ(χ)=2χπ/Dである。また、ρは空気の密度、cは音速を表す。この例の場合、出力信号Sνu(k)は以下のようになる。
νu(k)=w(0) n,u(k)Wu,χS(k)
<Operation>
W (0) n, u (k) obtained as described above is stored in the storage unit 111 of the control unit 11 (FIG. 2). The input signal S (k) is also stored in the storage unit 111. Weight obtaining unit 112 from the storage unit 111 reads w (0) n, u ( k), w (0) n, and sends u (k) to the filtering unit 113-u (although, u = 1, ..., L). The filtering unit 113-u reads the input signal S (k) from the storage unit 111, and sets the filter weight for the radiation mode m (ν) at the wave number k of the higher-order sound source 12-u to w (0) n, u (k). Is applied to the input signal S (k) to obtain the output signal S νu (k). The processing of the filtering unit 113-u may be performed in the time domain or may be performed in the time frequency domain. Each higher-order sound source 12-u is formed by, for example, D u speakers sp u (χ) (provided that χ∈ [0, D u −1]) arranged annularly at equal intervals on the outer periphery of a cylindrical baffle. It can be constituted by an annular array (for example, Reference 1). In this case, the weight of the acoustic signal of each speaker sp u (χ) that radiates from the higher-order sound source 12-u in the radiation mode m (ν) is W u, χ = (1 / iρcD u ) e −iνφ (χ)
It becomes. However, χ∈ [0, D u −1], and φ (χ) is an angle φ (χ) = 2χπ / D u on the two-dimensional plane with respect to the center of the annular array forming the higher-order sound source 12- u. It is. Ρ represents the density of air and c represents the speed of sound. In this example, the output signal S νu (k) is as follows.
S vu (k) = w (0) n, u (k) W u, χ S (k)

出力信号Sνu(k)またはその組み合わせ(線形和)は駆動信号生成部114−1に送られ、駆動信号生成部114−1は出力信号Sνu(k)またはその組み合わせに対応する駆動信号S’νu(k)またはその組み合わせを生成して高次音源12−uに出力する。高次音源12−uは駆動信号S’νu(k)またはその組み合わせに応じた再生パターンの音響信号を放射する。これにより、所望の空間領域14−1,…,14−Sに所望の音場が生成され、空間マルチゾーン音場再生が実現される。本形態ではGνu(k)によって高次音源12−u(ただし、u=1,…,L)の放射モードm(ν)(ただし、ν=1,…,2N+1)のそれぞれを制御する。これにより、反響による鏡像の制御の自由度を向上でき、残響室で複数の領域に正確な音場を再現するために必要な次数Nの高次音源12−u(次数N)の個数Lを、非特許文献1に比べて最大N+1分の1にまで削減できる。 The output signal S νu (k) or a combination (linear sum) thereof is sent to the drive signal generation unit 114-1, and the drive signal generation unit 114-1 outputs the drive signal S corresponding to the output signal S νu (k) or a combination thereof. ' νu (k) or a combination thereof is generated and output to the higher-order sound source 12-u. The higher order sound source 12-u radiates an acoustic signal having a reproduction pattern corresponding to the drive signal S ′ νu (k) or a combination thereof. Thereby, a desired sound field is generated in the desired spatial region 14-1,..., 14-S, and spatial multi-zone sound field reproduction is realized. In this embodiment, each of the radiation modes m (ν) (where ν = 1,..., 2N V +1) of the higher-order sound source 12-u (where u = 1,..., L) is controlled by G νu (k). To do. This can improve the flexibility of the control of the mirror image due to reverberation, the number of high-order tone 12-u of order N V required to reproduce an accurate sound field into a plurality of regions in the reverberation room (order N V) L can be reduced to a maximum of N V + 1 / compared with Non-Patent Document 1.

〔第2実施形態〕
第2実施形態は第1実施形態の変形例である。第2実施形態の第1実施形態からの相違点は、内部音場を制御せずに所望の外部音場を制御する点である。以下では第1実施形態との相違点を中心に説明を行う。
[Second Embodiment]
The second embodiment is a modification of the first embodiment. The difference of the second embodiment from the first embodiment is that a desired external sound field is controlled without controlling the internal sound field. Below, it demonstrates centering around difference with 1st Embodiment.

<構成>
図4Aに例示するように、本形態の音場再生装置2は、制御部21と、円周上に配置されたL個の高次音源12−u(ただし、u=1,…,L)とを有する。図2に例示するように、制御部21は記憶部111と重み取得部212とフィルタリング部113−uと駆動信号生成部114−uとを有する。制御部21は、例えば、前述のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される。
<Configuration>
As illustrated in FIG. 4A, the sound field reproduction device 2 of this embodiment includes a control unit 21 and L high-order sound sources 12-u arranged on the circumference (where u = 1,..., L). And have. As illustrated in FIG. 2, the control unit 21 includes a storage unit 111, a weight acquisition unit 212, a filtering unit 113-u, and a drive signal generation unit 114-u. The control unit 21 is configured by, for example, the above-described computer executing a predetermined program.

≪幾何学配置≫
第1実施形態との相違点は、1個の2次元の局所的(ローカル)な所望の空間領域(円形領域)24−1ならびにそれに対応する所望の音場を想定する点である(図4A)。ただし、空間領域24−1は、大域的な原点Oを中心とした半径R>rの円形領域外に存在する。
≪Geometric arrangement≫
The difference from the first embodiment is that one two-dimensional local desired spatial region (circular region) 24-1 and a corresponding desired sound field are assumed (FIG. 4A). ). However, the spatial region 24-1 exists outside a circular region having a radius R P > r centered on the global origin O.

《円形アレイの外部音場の制御》
内部音場を制御せずに所望の外部音場を制御するには、高次音源12−1,…,12−Lにより生成される音場の線形和により、任意の展開係数を持つ所望の外部音場を生成する必要がある。各高次音源12−uはN次までの極応答を生成し、所望音場を表現する展開次数をM(k)とする。ただし、M(k)は正整数である。この場合、式(13)の右辺と式(35)の右辺(r>Rの場合)とを一致させる必要がある。これから以下の関係が成り立つ。

式(42)の方程式を行列−ベクトル形式で書くと以下のようになる。
J(k)w(1)(k)=γ(k) (43)
ただし、G(k)は(2M(k)+1)×L(2N+1)の行列であり、w(1)(k)はL(2N+1)個の重みw(1) n,u(k)(ただし、n=−N,...,N、u=1,...,L)からなるベクトルであり、

であり、γ (k)=β (k)である。
《Control of external sound field of circular array》
In order to control a desired external sound field without controlling the internal sound field, a desired sum having an arbitrary expansion coefficient is obtained by a linear sum of sound fields generated by the higher-order sound sources 12-1,. An external sound field needs to be generated. Each higher-order sound source 12-u generates polar responses up to the Nth order, and the expansion order expressing the desired sound field is M E (k). However, M E (k) is a positive integer. In this case, it is necessary to match the right side of Expression (13) with the right side of Expression (35) (when r> RL ). From this, the following relationship holds.

The equation (42) is written in matrix-vector format as follows.
J (k) w (1) (k) = γ d (k) (43)
Where G (k) is a matrix of (2M I (k) +1) × L (2N + 1), and w (1) (k) is L (2N + 1) weights w (1) n, u (k) (Where n = −N,..., N, u = 1,..., L),

And γ m d (k) = β m d (k).

式(42)の左辺と右辺の各要素の二乗誤差を最小にするw(1) n,u(k)(近似解または解)からなるベクトルw(1)(k)は以下のようになる。
(1)(k)=J(k)[J(k)J(k)+λ(k)I]−1γ(k) (44)
円状アレイの外部で音場を再現するのに必要な次数M(k)は以下のようになる。

周波数に伴って次数Nが上昇し、
2M(k)+1=βL(2N+1),β<1 (46)
の関係式により、次数M(k)が限定される。よって、空間ナイキスト周波数の近似値は以下のようになる。
A vector w (1) (k) composed of w (1) n, u (k) (approximate solution or solution) that minimizes the square error of each element on the left side and the right side of Equation (42) is as follows. .
w (1) (k) = J (k) H [J (k) J (k) H + λ (k) I] −1 γ d (k) (44)
The order M E (k) required to reproduce the sound field outside the circular array is:

The order N increases with frequency,
2M E (k) + 1 = βL (2N + 1), β <1 (46)
The order M E (k) is limited by the relational expression. Therefore, the approximate value of the spatial Nyquist frequency is as follows.

<動作>
以上のように得られるw(1) n,u(k)は制御部11(図2)の記憶部111に格納される。また入力信号S(k)も記憶部111に格納される。重み取得部212は、記憶部111からw(1) n,u(k)を読み込み、w(1) n,u(k)をフィルタリング部113−uに送る(ただし、u=1,…,L)。フィルタリング部113−uは記憶部111から入力信号S(k)を読み込み、高次音源12−uの波数kでの放射モードm(ν)に対するフィルタ重みをw(1) n,u(k)とするフィルタを入力信号S(k)に適用し、出力信号Sνu(k)を得る。これ以降の処理は第1実施形態と同じである。
<Operation>
W (1) n, u (k) obtained as described above is stored in the storage unit 111 of the control unit 11 (FIG. 2). The input signal S (k) is also stored in the storage unit 111. Weight obtaining unit 212 from the storage unit 111 reads a w (1) n, u ( k), w (1) n, and sends u (k) to the filtering unit 113-u (although, u = 1, ..., L). The filtering unit 113-u reads the input signal S (k) from the storage unit 111, and sets the filter weight for the radiation mode m (ν) at the wave number k of the higher-order sound source 12-u to w (1) n, u (k). Is applied to the input signal S (k) to obtain the output signal S νu (k). The subsequent processing is the same as in the first embodiment.

〔第3実施形態〕
第3実施形態は第1実施形態の変形例である。第3実施形態の第1実施形態からの相違点は、内部音場と外部音場の両方を制御する点である。以下では第1実施形態との相違点を中心に説明を行う。
[Third Embodiment]
The third embodiment is a modification of the first embodiment. The difference of the third embodiment from the first embodiment is that both the internal sound field and the external sound field are controlled. Below, it demonstrates centering around difference with 1st Embodiment.

<構成>
図4Bに例示するように、本形態の音場再生装置3は、制御部31と、円周上に配置されたL個の高次音源12−u(ただし、u=1,…,L)とを有する。図2に例示するように、制御部21は記憶部111と重み取得部312とフィルタリング部113−uと駆動信号生成部114−uとを有する。制御部11は、例えば、前述のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される。
<Configuration>
As illustrated in FIG. 4B, the sound field reproduction device 3 of this embodiment includes a control unit 31 and L high-order sound sources 12-u arranged on the circumference (where u = 1,..., L). And have. As illustrated in FIG. 2, the control unit 21 includes a storage unit 111, a weight acquisition unit 312, a filtering unit 113-u, and a drive signal generation unit 114-u. The control unit 11 is configured by, for example, the above-described computer executing a predetermined program.

≪幾何学配置≫
第1実施形態との相違点は、互いにオーバーラップしないS個の2次元の局所的(ローカル)な所望の空間領域(円形領域)34−1,…,34−Sならびにそれらに対応する所望の音場を想定する点である(図4A)。ただし、空間領域34−1,…,34−(S−1)は半径R<rの円形領域内に存在し、空間領域34−Sは半径R>rの円形領域外に存在する。
≪Geometric arrangement≫
The difference from the first embodiment is that there are S two-dimensional local desired local regions (circular regions) 34-1 to 34-S that do not overlap with each other and desired corresponding to them. This is a point where a sound field is assumed (FIG. 4A). However, the space regions 34-1,..., 34- (S-1) exist in a circular region having a radius R P <r, and the space region 34-S exists outside a circular region having a radius R P > r.

《円形アレイの内部/外部音場の同時制御》
本形態では内部音場と外部音場を別々に制御する。この場合、任意の展開係数を持つ所望の内部音場と任意の展開係数を持つ所望の外部音場を生成するため、高次音源により生成される音場の重みつき和を取る必要がある。前述の内部音場制御の方程式(式(37))および外部音場制御の方程式(式(43))を組み合わせると以下のようになる。

ただし、w(2)(k)はL(2N+1)個の重みw(2) n,u(k)(ただし、n=−N,...,N、u=1,...,L)からなるベクトルである。
<< Simultaneous control of internal / external sound field of circular array >>
In this embodiment, the internal sound field and the external sound field are controlled separately. In this case, in order to generate a desired internal sound field having an arbitrary expansion coefficient and a desired external sound field having an arbitrary expansion coefficient, it is necessary to take a weighted sum of sound fields generated by higher-order sound sources. A combination of the above-described internal sound field control equation (formula (37)) and external sound field control equation (formula (43)) results in the following.

Where w (2) (k) is L (2N + 1) weights w (2) n, u (k) (where n = −N,..., N, u = 1,..., L ).

式(48)の左辺と右辺の各要素の二乗誤差を最小にするw(1) n,u(k)(近似解または解)からなるベクトルw(1)(k)は以下のようになる。
(2)(k)=Ψ(k)[Ψ(k)Ψ(k)+λ(k)I]−1ζ(k) (49)
周波数に伴って次数Nが上昇し、
2(M(k)+M(k))+1=βL(2N+1),β<1 (50)
の関係式により、空間ナイキスト周波数の近似値は以下のようになる。
A vector w (1) (k) composed of w (1) n, u (k) (approximate solution or solution) that minimizes the square error of each element on the left side and right side of Expression (48) is as follows. .
w (2) (k) = [Psi] H (k) [[Psi] (k) [Psi] H (k) + [lambda] (k) I] < -1 > [zeta] d (k) (49)
The order N increases with frequency,
2 (M I (k) + M E (k)) + 1 = βL (2N + 1), β <1 (50)
From the relational expression, the approximate value of the spatial Nyquist frequency is as follows.

<動作>
以上のように得られるw(2) n,u(k)は制御部11(図2)の記憶部111に格納される。また入力信号S(k)も記憶部111に格納される。重み取得部312は、記憶部111からw(2) n,u(k)を読み込み、w(2) n,u(k)をフィルタリング部113−uに送る(ただし、u=1,…,L)。フィルタリング部113−uは記憶部111から入力信号S(k)を読み込み、高次音源12−uの波数kでの放射モードm(ν)に対するフィルタ重みをw(2) n,u(k)とするフィルタを入力信号S(k)に適用し、出力信号Sνu(k)を得る。これ以降の処理は第1実施形態と同じである。
<Operation>
W (2) n, u (k) obtained as described above is stored in the storage unit 111 of the control unit 11 (FIG. 2). The input signal S (k) is also stored in the storage unit 111. Weight obtaining unit 312 from the storage unit 111 reads w (2) n, u (k), and sends w (2) n, u (k) of the filtering unit 113-u (although, u = 1, ..., L). The filtering unit 113-u reads the input signal S (k) from the storage unit 111, and sets the filter weight for the radiation mode m (ν) at the wave number k of the higher-order sound source 12-u to w (2) n, u (k). Is applied to the input signal S (k) to obtain the output signal S νu (k). The subsequent processing is the same as in the first embodiment.

〔無指向性と高次音源によるマルチゾーン音場再生の原理的な限界の比較〕
空間マルチゾーン音場再生では、


(k)=M(k)≧(M(k)+M(k)+…+M(k)) (53)
により、各空間領域の中心座標と半径が求まる。
[Comparison of the fundamental limitations of multi-zone sound field reproduction with omnidirectional and higher order sound sources]
In spatial multi-zone sound field playback,

And M I (k) = M 0 (k) ≧ (M 1 (k) + M 2 (k) +... + M S (k)) (53)
Thus, the center coordinates and the radius of each space area are obtained.

L個の無指向性スピーカを用いて所望の内部音場を生成する場合、空間ナイキスト周波数の近似値は、
When a desired internal sound field is generated using L omnidirectional speakers, the approximate value of the spatial Nyquist frequency is

一方、L個の高次音源12−u(ただし、u=1,…,L)を用い、外部音場を制御せずに所望の内部音場を制御した場合、空間ナイキスト周波数の近似値は、

となる。またL個の高次音源12−u(ただし、u=1,…,L)を用い、内部音場および外部音場の両方を制御した場合、空間ナイキスト周波数の近似値は、

となる。
On the other hand, when a desired internal sound field is controlled without controlling the external sound field using L high-order sound sources 12-u (where u = 1,..., L), the approximate value of the spatial Nyquist frequency is ,

It becomes. Further, when both the internal sound field and the external sound field are controlled using L high-order sound sources 12-u (where u = 1,..., L), the approximate value of the spatial Nyquist frequency is

It becomes.

式(55)より、複数の空間領域を内包する円の半径Rが同一な場合、次数Nの高次音源12−uの円状アレイを用い、外部音場の抑圧を行わないこととすることで、無指向性スピーカの円状アレイによる音場再現の約2N倍の帯域幅の音場を高精度に再現できることが分かる。 From equation (55), when the radius RL of a circle containing a plurality of spatial regions is the same, a circular array of higher-order sound sources 12-u of order N is used, and the external sound field is not suppressed. Thus, it can be seen that a sound field having a bandwidth approximately 2N times the sound field reproduction by the circular array of omnidirectional speakers can be reproduced with high accuracy.

無指向性スピーカの円状アレイによる音場再現では外部音場を抑制できない。これに対し、本形態では外部音場を抑圧することもできる。式(56)より、次数Nの高次音源12−uの円状アレイを用い、外部音場の抑圧を行う場合には、無指向性スピーカの円状アレイによる音場再現の約N倍の帯域幅の音場を高精度に再現できることが分かる。   Sound field reproduction using a circular array of omnidirectional speakers cannot suppress the external sound field. On the other hand, in this embodiment, the external sound field can be suppressed. According to the equation (56), when the external sound field is suppressed using a circular array of the high-order sound source 12-u of order N, the sound field reproduction by the circular array of the omnidirectional speaker is about N times. It can be seen that the bandwidth sound field can be reproduced with high accuracy.

〔変形例等〕
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述の制御部の処理は、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ことはいうまでもない。
[Modifications, etc.]
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the processing of the above-described control unit is 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 device that executes the processing. Needless to say, other modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.

制御部の構成をコンピュータによって実現する場合、これらが有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。このプログラムをコンピュータで実行することにより、それらの処理機能がコンピュータ上で実現される。この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例は、非一時的な(non-transitory)記録媒体である。このような記録媒体の例は、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等である。   When the configuration of the control unit is realized by a computer, the processing contents of the functions that these should have are described by a program. By executing this program on a computer, these processing functions are realized on the computer. The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. An example of a computer-readable recording medium is a non-transitory recording medium. Examples of such a recording medium are a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, a semiconductor memory, and the like.

このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。   This program is distributed, for example, by selling, transferring, or lending a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM in which the program is recorded. Furthermore, the program may be distributed by storing the program in a storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録装置に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP(Application Service Provider)型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。   A computer that executes such a program first stores, for example, a program recorded on a portable recording medium or a program transferred from a server computer in its own storage device. When executing the process, this computer reads a program stored in its own recording device and executes a process according to the read program. As another execution form of the program, the computer may read the program directly from the portable recording medium and execute processing according to the program, and each time the program is transferred from the server computer to the computer. The processing according to the received program may be executed sequentially. The above-described processing may be executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes a processing function only by an execution instruction and result acquisition without transferring a program from the server computer to the computer. Good.

上記実施形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させて本装置の処理機能が実現されたが、これらの処理機能の少なくとも一部がハードウェアで実現されてもよい。   In the above embodiment, the processing functions of the apparatus are realized by executing a predetermined program on a computer. However, at least a part of these processing functions may be realized by hardware.

1〜3 音場再生装置 1-3 Sound field playback device

Claims (8)

指向性パターンが異なる互いに独立な複数個の放射モードの何れかまたは前記複数個の放射モードの少なくとも一部の組み合わせからなる、再生パターンで音響信号を再生する複数個の高次音源を有し、
前記複数個の高次音源は円周上に配置され、
前記再生パターンは、複数個の空間領域に所望の音場を生成するために、前記放射モードのそれぞれの重みが制御されたものである、音場再生装置。
A plurality of higher-order sound sources for reproducing an acoustic signal in a reproduction pattern, comprising any one of a plurality of independent radiation modes having different directivity patterns or a combination of at least a part of the plurality of radiation modes;
The plurality of higher order sound sources are arranged on a circumference,
The sound field reproducing apparatus, wherein the reproduction pattern is obtained by controlling the weights of the radiation modes in order to generate a desired sound field in a plurality of spatial regions.
請求項1の音場再生装置であって、
前記複数個の高次音源がL個の前記高次音源hs(1),…,hs(L)であり、Lが正整数であり、前記複数個の放射モードが2N+1個の放射モードm(−N),…,m(N)であり、Nが正整数であり、u=1,…,Lであり、n=−N,…,Nであり、kが波数であり、Rが前記高次音源hs(u)の大きさを表す値であり、Rが円周の半径を表す値であり、Hι(・)が次数ιの第一種のハンケル関数であり、H’ι(・)が前記ハンケル関数Hι(・)の導関数であり、iが虚数単位であり、eがネイピア数であり、θが原点に対する前記高次音源hs(u)の偏角であり、β (k)が前記所望の音場が生成された前記複数個の空間領域を含む領域の極座標(r,θ)での波数kの周波数領域信号S(r,θ;k)のmについての展開係数であり、M(k)が正整数であり、
前記再生パターンは、m∈[−M(k),M(k)]についての
を満たすw(0) n,u(k)の解または近似解を、前記高次音源hs(u)の波数kでの放射モードm(n)に対するフィルタ重みとしたパターンである、音場再生装置。
The sound field reproducing apparatus according to claim 1,
The plurality of high-order sound sources are L high-order sound sources hs (1),..., Hs (L), L is a positive integer, and the plurality of radiation modes are 2N + 1 radiation modes m ( -N), ..., m (N), N is a positive integer, u = 1, ..., L, n = -N, ..., N, k is the wave number, and R is the aforementioned Is a value representing the magnitude of the higher-order sound source hs (u), RL is a value representing the radius of the circumference, H ι (·) is a first-class Hankel function of degree ι, and H ′ ι (·) Is the derivative of the Hankel function H ι (·), i is the imaginary unit, e is the Napier number, and θ u is the deflection angle of the higher order sound source hs (u) with respect to the origin , β d m (k) is the desired sound field polar region including the plurality of spatial regions are generated (r, theta) in the wave number k of the frequency domain signal S d (r, θ; k ) a development coefficients for m, M I (k) is a positive integer,
The reproduction pattern is for m∈ [−M I (k), M I (k)].
Sound field reproduction, which is a pattern in which a solution or approximate solution of w (0) n, u (k) that satisfies the above is used as a filter weight for the radiation mode m (n) at the wave number k of the higher-order sound source hs (u) apparatus.
指向性パターンが異なる互いに独立な複数個の放射モードの何れかまたは前記複数個の放射モードの少なくとも一部の組み合わせからなる、再生パターンで音響信号を再生する複数個の高次音源を有し、
前記複数個の高次音源は円周上に配置され、
前記再生パターンは、空間領域に所望の音場を生成するために、前記放射モードのそれぞれの重みが制御されたものであり、
前記複数個の高次音源がL個の前記高次音源hs(1),…,hs(L)であり、Lが正整数であり、前記複数個の放射モードが2N+1個の放射モードm(−N),…,m(N)であり、Nが正整数であり、u=1,…,Lであり、n=−N,…,Nであり、kが波数であり、Rが前記高次音源hs(u)の大きさを表す値であり、Rが円周の半径を表す値であり、Jι(・)が次数ιのベッセル関数であり、H’ι(・)が次数ιの第一種のハンケル関数の導関数であり、iが虚数単位であり、eがネイピア数であり、θが前記高次音源hs(u)の偏角であり、γ (k)が前記所望の音場が生成された領域の極座標(r,θ)での波数kの周波数領域信号S(r,θ;k)のmについての展開係数であり、M(k)が正整数であり、
前記再生パターンは、m∈[−M(k),M(k)]についての

を満たすw(1) n,u(k)の解または近似解を、前記高次音源hs(u)の波数kでの放射モードm(n)に対するフィルタ重みとしたパターンである、音場再生装置。
A plurality of higher-order sound sources for reproducing an acoustic signal in a reproduction pattern, comprising any one of a plurality of independent radiation modes having different directivity patterns or a combination of at least a part of the plurality of radiation modes;
The plurality of higher order sound sources are arranged on a circumference,
The reproduction pattern is one in which each weight of the radiation mode is controlled in order to generate a desired sound field in a spatial domain,
The plurality of high-order sound sources are L high-order sound sources hs (1),..., Hs (L), L is a positive integer, and the plurality of radiation modes are 2N + 1 radiation modes m ( -N), ..., m (N), N is a positive integer, u = 1, ..., L, n = -N, ..., N, k is the wave number, and R is the aforementioned Is a value representing the magnitude of the higher-order sound source hs (u), RL is a value representing the radius of the circumference, J ι (·) is a Bessel function of degree ι, and H ′ ι (·) is Is the derivative of the first kind of Hankel function of order ι, i is the imaginary unit, e is the Napier number, θ u is the deflection angle of the higher order sound source hs (u), and γ d m ( k) is an expansion coefficient for m of the frequency domain signal S d (r, θ; k) of wave number k at the polar coordinates (r, θ) in the region where the desired sound field is generated, and M E (k ) Is positive Is a number,
The reproduction pattern is for m∈ [−M E (k), M E (k)].

Sound field reproduction, which is a pattern in which the solution or approximate solution of w (1) n, u (k) that satisfies the above is used as the filter weight for the radiation mode m (n) at the wave number k of the higher-order sound source hs (u) apparatus.
請求項1の音場再生装置であって、
前記複数個の高次音源がL個の前記高次音源hs(1),…,hs(L)であり、Lが正整数であり、前記複数個の放射モードが2N+1個の放射モードm(−N),…,m(N)であり、Nが正整数であり、u=1,…,Lであり、n=−N,…,Nであり、kが波数であり、Rが前記高次音源hs(u)の大きさを表す値であり、Rが円周の半径を表す値であり、Hι(・)が次数ιの第一種のハンケル関数であり、H’ι(・)が前記ハンケル関数Hι(・)の導関数であり、iが虚数単位であり、eがネイピア数であり、θが前記高次音源hs(u)の偏角であり、β (k)が前記所望の音場が生成された前記複数個の空間領域を含む領域の極座標(r,θ)での波数kの周波数領域信号S(r,θ;k)のmについての展開係数であり、M(k)が正整数であり、m∈[−M(k),M(k)]についての
をG(k)w(0)(k)=β(k)と表記し、G(k)が(2M(k)+1)×L(2N+1)の行列であり、w(0)(k)がL(2N+1)個のw(0) n,u(k)(ただし、n=−N,…,N、u=1,…,L)からなる縦ベクトルであり、

であり、(・)が(・)の転置であり、
γ (k)が前記所望の音場が生成された前記複数個の空間領域を含む領域の極座標(r,θ)での波数kの周波数領域信号S(r,θ;k)のmについての展開係数であり、M(k)が正整数であり、m∈[−M(k),M(k)]についての

をJ(k)w(1)(k)=γ(k)と表記し、J(k)が(2M(k)+1)×L(2N+1)の行列であり、w(1)(k)がL(2N+1)個のw(1) n,u(ただし、n=−N,…,N、u=1,…,L)からなる縦ベクトルであり、

であり、
前記再生パターンは、

を満たすw(2)(k)の解または近似解の要素w(2) n,u(k)(ただし、n=−N,…,N、u=1,…,L)を、前記高次音源hs(u)の波数kでの放射モードm(n)に対するフィルタ重みとしたパターンである、音場再生装置。
The sound field reproducing apparatus according to claim 1,
The plurality of high-order sound sources are L high-order sound sources hs (1),..., Hs (L), L is a positive integer, and the plurality of radiation modes are 2N + 1 radiation modes m ( -N), ..., m (N), N is a positive integer, u = 1, ..., L, n = -N, ..., N, k is the wave number, and R is the aforementioned Is a value representing the magnitude of the higher-order sound source hs (u), RL is a value representing the radius of the circumference, H ι (·) is a first-class Hankel function of degree ι, and H ′ ι (·) Is a derivative of the Hankel function H ι (·), i is an imaginary unit, e is a Napier number, θ u is a declination of the higher-order sound source hs (u), β d m (k) is the desired sound field polar region including the plurality of spatial regions are generated (r, theta) frequency domain signal wave number k in S d (r, θ; k ) of m about An expansion coefficient, M I (k) is a positive integer, m∈ [-M I (k) , M I (k)] for
Is expressed as G (k) w (0) (k) = β d (k), G (k) is a matrix of (2M I (k) +1) × L (2N + 1), and w (0) ( k) is a vertical vector composed of L (2N + 1) w (0) n, u (k) (where n = −N,..., N, u = 1,..., L),

(・) T is the transpose of (・),
γ d m (k) is the frequency domain signal S d (r, θ; k) of wave number k at the polar coordinates (r, θ) of the region including the plurality of spatial regions where the desired sound field is generated. expansion coefficient for m, M E (k) is a positive integer, and m∈ [−M E (k), M E (k)]

Is expressed as J (k) w (1) (k) = γ d (k), J (k) is a matrix of (2M E (k) +1) × L (2N + 1), and w (1) ( k) is a vertical vector consisting of L (2N + 1) w (1) n, u (where n = −N,..., N, u = 1,..., L),

And
The reproduction pattern is

W (2) (k) solution or approximate solution element w (2) n, u (k) (where n = −N,..., N, u = 1,..., L) satisfying The sound field reproducing device, which is a pattern with filter weights for the radiation mode m (n) at the wave number k of the next sound source hs (u).
円周上に配置された複数個の高次音源が、指向性パターンが異なる互いに独立な複数個の放射モードの何れかまたは前記複数個の放射モードの少なくとも一部の組み合わせからなる、再生パターンで音響信号を再生し、
前記再生パターンは、複数個の空間領域に所望の音場を生成するために、前記放射モードのそれぞれの重みが制御されたものである、音場再生方法。
A plurality of higher-order sound sources arranged on the circumference is a reproduction pattern composed of any one of a plurality of independent radiation modes having different directivity patterns or a combination of at least a part of the plurality of radiation modes. Play an acoustic signal,
The sound field reproduction method, wherein the reproduction pattern is obtained by controlling the weights of the radiation modes in order to generate a desired sound field in a plurality of spatial regions.
請求項5の音場再生方法であって、
前記複数個の高次音源がL個の前記高次音源hs(1),…,hs(L)であり、Lが正整数であり、前記複数個の放射モードが2N+1個の放射モードm(−N),…,m(N)であり、Nが正整数であり、u=1,…,Lであり、n=−N,…,Nであり、kが波数であり、Rが前記高次音源hs(u)の大きさを表す値であり、Rが円周の半径を表す値であり、Hι(・)が次数ιの第一種のハンケル関数であり、H’ι(・)が前記ハンケル関数Hι(・)の導関数であり、iが虚数単位であり、eがネイピア数であり、θが原点に対する前記高次音源hs(u)の偏角であり、β (k)が前記所望の音場が生成された前記複数個の空間領域を含む領域の極座標(r,θ)での波数kの周波数領域信号S(r,θ;k)のmについての展開係数であり、M(k)が正整数であり、
前記再生パターンは、m∈[−M(k),M(k)]についての
を満たすw(0) n,u(k)の解または近似解を、前記高次音源hs(u)の波数kでの放射モードm(n)に対するフィルタ重みとしたパターンである、音場再生方法。
The sound field reproduction method according to claim 5,
The plurality of high-order sound sources are L high-order sound sources hs (1),..., Hs (L), L is a positive integer, and the plurality of radiation modes are 2N + 1 radiation modes m ( -N), ..., m (N), N is a positive integer, u = 1, ..., L, n = -N, ..., N, k is the wave number, and R is the aforementioned Is a value representing the magnitude of the higher-order sound source hs (u), RL is a value representing the radius of the circumference, H ι (·) is a first-class Hankel function of degree ι, and H ′ ι (·) Is the derivative of the Hankel function H ι (·), i is the imaginary unit, e is the Napier number, and θ u is the deflection angle of the higher order sound source hs (u) with respect to the origin , β d m (k) is the desired sound field polar region including the plurality of spatial regions are generated (r, theta) in the wave number k of the frequency domain signal S d (r, θ; k ) a development coefficients for m, M I (k) is a positive integer,
The reproduction pattern is for m∈ [−M I (k), M I (k)].
Sound field reproduction, which is a pattern in which a solution or approximate solution of w (0) n, u (k) that satisfies the above is used as a filter weight for the radiation mode m (n) at the wave number k of the higher-order sound source hs (u) Method.
円周上に配置された複数個の高次音源が、指向性パターンが異なる互いに独立な複数個の放射モードの何れかまたは前記複数個の放射モードの少なくとも一部の組み合わせからなる、再生パターンで音響信号を再生し、
前記再生パターンは、空間領域に所望の音場を生成するために、前記放射モードのそれぞれの重みが制御されたものであり、
前記複数個の高次音源がL個の前記高次音源hs(1),…,hs(L)であり、Lが正整数であり、前記複数個の放射モードが2N+1個の放射モードm(−N),…,m(N)であり、Nが正整数であり、u=1,…,Lであり、n=−N,…,Nであり、kが波数であり、Rが前記高次音源hs(u)の大きさを表す値であり、Rが円周の半径を表す値であり、Jι(・)が次数ιのベッセル関数であり、H’ι(・)が次数ιの第一種のハンケル関数の導関数であり、iが虚数単位であり、eがネイピア数であり、θが前記高次音源hs(u)の偏角であり、γ (k)が前記所望の音場が生成された領域の極座標(r,θ)での波数kの周波数領域信号S(r,θ;k)のmについての展開係数であり、M(k)が正整数であり、
前記再生パターンは、m∈[−M(k),M(k)]についての

を満たすw(1) n,u(k)の解または近似解を、前記高次音源hs(u)の波数kでの放射モードm(n)に対するフィルタ重みとしたパターンである、音場再生方法。
A plurality of higher-order sound sources arranged on the circumference is a reproduction pattern composed of any one of a plurality of independent radiation modes having different directivity patterns or a combination of at least a part of the plurality of radiation modes. Play an acoustic signal,
The reproduction pattern is one in which each weight of the radiation mode is controlled in order to generate a desired sound field in a spatial domain,
The plurality of high-order sound sources are L high-order sound sources hs (1),..., Hs (L), L is a positive integer, and the plurality of radiation modes are 2N + 1 radiation modes m ( -N), ..., m (N), N is a positive integer, u = 1, ..., L, n = -N, ..., N, k is the wave number, and R is the aforementioned Is a value representing the magnitude of the higher-order sound source hs (u), RL is a value representing the radius of the circumference, J ι (·) is a Bessel function of degree ι, and H ′ ι (·) is Is the derivative of the first kind of Hankel function of order ι, i is the imaginary unit, e is the Napier number, θ u is the deflection angle of the higher order sound source hs (u), and γ d m ( k) is an expansion coefficient for m of the frequency domain signal S d (r, θ; k) of wave number k at the polar coordinates (r, θ) in the region where the desired sound field is generated, and M E (k ) Is positive Is a number,
The reproduction pattern is for m∈ [−M E (k), M E (k)].

Sound field reproduction, which is a pattern in which the solution or approximate solution of w (1) n, u (k) that satisfies the above is used as the filter weight for the radiation mode m (n) at the wave number k of the higher-order sound source hs (u) Method.
請求項5の音場再生方法であって、
前記複数個の高次音源がL個の前記高次音源hs(1),…,hs(L)であり、Lが正整数であり、前記複数個の放射モードが2N+1個の放射モードm(−N),…,m(N)であり、Nが正整数であり、u=1,…,Lであり、n=−N,…,Nであり、kが波数であり、Rが前記高次音源hs(u)の大きさを表す値であり、Rが円周の半径を表す値であり、Hι(・)が次数ιの第一種のハンケル関数であり、H’ι(・)が前記ハンケル関数Hι(・)の導関数であり、iが虚数単位であり、eがネイピア数であり、θが前記高次音源hs(u)の偏角であり、β (k)が前記所望の音場が生成された前記複数個の空間領域を含む領域の極座標(r,θ)での波数kの周波数領域信号S(r,θ;k)のmについての展開係数であり、M(k)が正整数であり、m∈[−M(k),M(k)]についての
をG(k)w(0)(k)=β(k)と表記し、G(k)が(2M(k)+1)×L(2N+1)の行列であり、w(0)(k)がL(2N+1)個のw(0) n,u(k)(ただし、n=−N,…,N、u=1,…,L)からなる縦ベクトルであり、

であり、(・)が(・)の転置であり、
γ (k)が前記所望の音場が生成された前記複数個の空間領域を含む領域の極座標(r,θ)での波数kの周波数領域信号S(r,θ;k)のmについての展開係数であり、M(k)が正整数であり、m∈[−M(k),M(k)]についての

をJ(k)w(1)(k)=γ(k)と表記し、J(k)が(2M(k)+1)×L(2N+1)の行列であり、w(1)(k)がL(2N+1)個のw(1) n,u(k)(ただし、n=−N,…,N、u=1,…,L)からなる縦ベクトルであり、

であり、
前記再生パターンは、

を満たすw(2)(k)の解または近似解の要素w(2) n,u(k)(ただし、n=−N,…,N、u=1,…,L)を、前記高次音源hs(u)の波数kでの放射モードm(n)に対するフィルタ重みとしたパターンである、音場再生方法。
The sound field reproduction method according to claim 5,
The plurality of high-order sound sources are L high-order sound sources hs (1),..., Hs (L), L is a positive integer, and the plurality of radiation modes are 2N + 1 radiation modes m ( -N), ..., m (N), N is a positive integer, u = 1, ..., L, n = -N, ..., N, k is the wave number, and R is the aforementioned Is a value representing the magnitude of the higher-order sound source hs (u), RL is a value representing the radius of the circumference, H ι (·) is a first-class Hankel function of degree ι, and H ′ ι (·) Is a derivative of the Hankel function H ι (·), i is an imaginary unit, e is a Napier number, θ u is a declination of the higher-order sound source hs (u), β d m (k) is the desired sound field polar region including the plurality of spatial regions are generated (r, theta) frequency domain signal wave number k in S d (r, θ; k ) of m about An expansion coefficient, M I (k) is a positive integer, m∈ [-M I (k) , M I (k)] for
Is expressed as G (k) w (0) (k) = β d (k), G (k) is a matrix of (2M I (k) +1) × L (2N + 1), and w (0) ( k) is a vertical vector composed of L (2N + 1) w (0) n, u (k) (where n = −N,..., N, u = 1,..., L),

(・) T is the transpose of (・),
γ d m (k) is the frequency domain signal S d (r, θ; k) of wave number k at the polar coordinates (r, θ) of the region including the plurality of spatial regions where the desired sound field is generated. expansion coefficient for m, M E (k) is a positive integer, and m∈ [−M E (k), M E (k)]

Is expressed as J (k) w (1) (k) = γ d (k), J (k) is a matrix of (2M E (k) +1) × L (2N + 1), and w (1) ( k) is a vertical vector consisting of L (2N + 1) w (1) n, u (k) (where n = −N,..., N, u = 1,..., L),

And
The reproduction pattern is

W (2) (k) solution or approximate solution element w (2) n, u (k) (where n = −N,..., N, u = 1,..., L) satisfying A sound field reproduction method, which is a pattern with filter weights for the radiation mode m (n) at the wave number k of the next sound source hs (u).
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JP5543106B2 (en) * 2006-06-30 2014-07-09 Toa株式会社 Spatial audio signal reproduction apparatus and spatial audio signal reproduction method
NZ587483A (en) * 2010-08-20 2012-12-21 Ind Res Ltd Holophonic speaker system with filters that are pre-configured based on acoustic transfer functions
JP5679304B2 (en) * 2011-02-15 2015-03-04 日本電信電話株式会社 Multipole loudspeaker group and arrangement method thereof, acoustic signal output device and method thereof, active noise control device and sound field reproduction device using the method, and method and program thereof
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