JP6977376B2 - 3D sound field control device and method - Google Patents
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Description
この発明は、3次元空間内の閉領域に音場を生成する装置および方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and a method for generating a sound field in a closed region in a three-dimensional space.
3次元空間内に所望の音場を生成するための技術として境界音場制御がある。この境界音場制御では、次のような手順により原音場の閉領域内の音場と同じ音場を原音場とは別の再生音場の閉領域内に生成する。
(1)原音場において、閉領域を取り囲む境界面上の複数の制御点において発生する音を録音する。
(2)再生音場において、原音場の閉領域と同じ閉領域を想定し、その閉領域の外側から閉領域に向けて放音を行う複数のスピーカを配置する。
(3)再生音場において、複数のスピーカから閉領域の境界面上の複数の制御点までの伝達関数を求め、その逆関数を求める。
(4)再生音場の閉領域の境界面上の複数の制御点において、原音場の閉領域の複数の制御点において発生した音と同じ音を発生させることができる複数の音信号を上記逆関数を用いて算出し、複数のスピーカに供給する。
この境界音場制御に関する技術文献として、例えば特許文献1がある。
Boundary sound field control is a technique for generating a desired sound field in a three-dimensional space. In this boundary sound field control, the same sound field as the sound field in the closed region of the original sound field is generated in the closed region of the reproduced sound field different from the original sound field by the following procedure.
(1) In the original sound field, the sound generated at a plurality of control points on the boundary surface surrounding the closed region is recorded.
(2) In the reproduced sound field, assuming the same closed area as the closed area of the original sound field, a plurality of speakers that emit sound from the outside of the closed area toward the closed area are arranged.
(3) In the reproduced sound field, the transfer function from a plurality of speakers to a plurality of control points on the boundary surface of the closed region is obtained, and the inverse function thereof is obtained.
(4) A plurality of sound signals capable of generating the same sound as the sound generated at the plurality of control points in the closed region of the original sound field at the plurality of control points on the boundary surface of the closed region of the reproduced sound field are reversed. Calculated using a function and supplied to multiple speakers.
As a technical document relating to this boundary sound field control, there is, for example,
ところで、上述した境界音場制御では、制御可能な音の周波数が制御点間隔dに依存する。具体的には、境界音場制御では、制御点間隔dを制御対象となる音の最短波長の1/4以下にすることが望ましい。音速が340.5m/s(温度15℃での音速)である場合、周波数が100Hzである音の波長は3.4mとなる。従って、100Hzの音の境界音場制御を適切に行うためには、制御点間隔dを85cm以下にする必要がある。同様に、1kHzの音の境界音場制御を適切に行うために、制御点間隔dを8.5cm以下にする必要がある。従って、広い周波数範囲の音の境界音場制御を行うためには、その周波数範囲の上限周波数により定まる短い制御点間隔で1つの境界面に多数の制御点を配置する必要があり、境界音場制御のための演算量が著しく増加する問題があった。 By the way, in the above-mentioned boundary sound field control, the frequency of the controllable sound depends on the control point interval d. Specifically, in boundary sound field control, it is desirable that the control point interval d be 1/4 or less of the shortest wavelength of the sound to be controlled. When the speed of sound is 340.5 m / s (the speed of sound at a temperature of 15 ° C.), the wavelength of the sound having a frequency of 100 Hz is 3.4 m. Therefore, in order to properly control the boundary sound field of 100 Hz sound, it is necessary to set the control point interval d to 85 cm or less. Similarly, in order to properly control the boundary sound field of 1 kHz sound, it is necessary to set the control point interval d to 8.5 cm or less. Therefore, in order to control the boundary sound field of sound in a wide frequency range, it is necessary to arrange a large number of control points on one boundary surface at short control point intervals determined by the upper limit frequency of the frequency range, and the boundary sound field. There is a problem that the amount of calculation for control increases remarkably.
この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、演算量の著しい増加を招くことなく広い周波数範囲の音の制御が可能な境界音場制御を実現する技術的手段を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a technical means for realizing boundary sound field control capable of controlling sound in a wide frequency range without causing a significant increase in the amount of calculation. With the goal.
この発明は、再生音場内の閉領域の境界を示す境界面上の複数の制御点に所望の音を発生させる境界音場制御を実行する音場制御手段を有し、前記音場制御手段は、前記音の周波数に応じて前記境界面を切り替えることにより前記制御点の間隔を制御することを特徴とする3次元音場制御装置を提供する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention includes a sound field control means for executing boundary sound field control for generating a desired sound at a plurality of control points on a boundary surface indicating a boundary of a closed region in a reproduced sound field, and the sound field control means is described. Provided is a three-dimensional sound field control device characterized in that the interval between control points is controlled by switching the boundary surface according to the frequency of the sound.
この発明によれば、音場制御手段は、音の周波数に応じて境界面を切り替えることにより制御点の間隔を制御するので、1つの境界面に多数の制御点を配置する必要がなくなり、広い周波数範囲に亙る境界音場制御を行うことができる。従って、この発明によれば、演算量の著しい増加を招くことなく広い周波数範囲の音の境界音場制御を行うことができる。 According to the present invention, the sound field control means controls the interval between control points by switching the boundary surface according to the frequency of the sound, so that it is not necessary to arrange a large number of control points on one boundary surface, which is wide. Boundary sound field control over the frequency range can be performed. Therefore, according to the present invention, it is possible to control the boundary sound field of sound in a wide frequency range without causing a significant increase in the amount of calculation.
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1はこの発明の第1実施形態である3次元音場制御装置100を用いた3次元音場制御システムの構成を示す図である。本実施形態による3次元音場制御装置100は、原音場1に発生する音場と同じ音場を再生音場2内に発生するための制御を実行する装置である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a three-dimensional sound field control system using the three-dimensional sound
図1に示すように、原音場1には、ある閉領域を取り囲む球面状の低域用境界面BLoと、この低域用境界面BLoの内部に包含された球面状の高域用境界面BHoが設けられている。ここで、低域用境界面BLoは、所定のカットオフ周波数以下の低域での音場制御のために設けられた境界面であり、高域用境界面BHoは、同カットオフ周波数以上の高域での音場制御のために設けられた境界面である。これらの低域用境界面BLoおよび高域用境界面BHoは、実体のない仮想的な境界面である。
As shown in FIG. 1, in the
低域用境界面BLoには、ほぼ均一な密度で仮想的なM(Mは2以上の整数)個の制御点PLm(m=0〜M−1)が設けられており、これらの制御点にマイクロホンが配置されている。高域用境界面BHoにも、ほぼ均一な密度で仮想的なM個の制御点PHm(m=0〜M−1)が設けられており、これらの制御点にマイクロホンが配置されている。ここで、高域用境界面BHoの表面積は低域用境界面BLoの表面積よりも小さく、各境界面に配置される制御点の数は同数である。従って、高域用境界面BHoにおける制御点間隔は、低域用境界面BLoにおける制御点間隔よりも短い。 The low-frequency boundary surface BLo is provided with virtual M (M is an integer of 2 or more) control points PL m (m = 0 to M-1) at an almost uniform density, and these controls are provided. A microphone is placed at the point. The high-frequency boundary surface BHo is also provided with virtual M control points PH m (m = 0 to M-1) at almost uniform densities, and microphones are arranged at these control points. .. Here, the surface area of the high-frequency boundary surface BHo is smaller than the surface area of the low-frequency boundary surface BLo, and the number of control points arranged on each boundary surface is the same. Therefore, the control point spacing in the high frequency boundary surface BHo is shorter than the control point spacing in the low frequency boundary surface BLo.
原音場1には、録音装置11が設けられている。この録音装置11は、低域用境界面BLo上の制御点PLm(m=0〜M−1)の各マイクロホンから出力されるMチャネルの音信号と、高域用境界面BHo上の制御点PHm(m=0〜M−1)の各マイクロホンから出力されるMチャネルの音信号をデジタル形式に変換して記憶する。
A
再生音場2には、原音場1の低域用境界面BLoと同様な形状および大きさの低域用境界面BLrと、原音場1の高域用境界面BHoと同様な形状および大きさの高域用境界面BHrが設けられる。ここで、低域用境界面BLrに対する高域用境界面BHrの相対位置は、低域用境界面BLoに対する高域用境界面BHoの相対位置と同じである。聴取者の頭部は、高域用境界面BHrにより取り囲まれた閉領域内に位置している。
The reproduced
低域用境界面BLrには、ほぼ均一な密度で仮想的なM個の制御点QLm(m=0〜M−1)が設けられている。また、高域用境界面BHrにも、ほぼ均一な密度で仮想的なM個の制御点QHm(m=0〜M−1)が設けられている。ここで、低域用境界面BLrにおける制御点QLm(m=0〜M−1)の各相対位置は、低域用境界面BLoにおける制御点PLm(m=0〜M−1)の各相対位置と同じである。また、高域用境界面BHrにおける制御点QHm(m=0〜M−1)の各相対位置は、高域用境界面BHoにおける制御点PHm(m=0〜M−1)の各相対位置と同じである。 The low-frequency boundary surface BLr is provided with virtual M control points QL m (m = 0 to M-1) having a substantially uniform density. Further, the boundary surface BHr for high frequencies is also provided with virtual M control points QH m (m = 0 to M-1) having a substantially uniform density. Here, each relative position of the control point QL m (m = 0 to M-1) on the low frequency boundary surface BLr is the control point PL m (m = 0 to M-1) on the low frequency boundary surface BLo. Same as each relative position. Further, each relative position of the control point QH m (m = 0 to M-1) on the high frequency boundary surface BHr is each of the control points PH m (m = 0 to M-1) on the high frequency boundary surface BHo. Same as relative position.
再生音場2において、低域用境界面BLrの外側には、低域用境界面BLr内の閉領域および高域用境界面BHr内の閉領域に向けて放音を行うN個(Nは2以上の整数)のスピーカSPn(n=0〜N−1)が配置されている。また、これらのスピーカSPn(n=0〜N−1)にはアンプAn(n=0〜N−1)が接続されている。D/A変換部21には、3次元音場制御装置100からNチャネルのデジタル音信号が入力される。D/A変換部21は、このNチャネルのデジタル音信号をNチャネルのアナログ音信号に変換してアンプAn(n=0〜N−1)に供給する。アンプAn(n=0〜N−1)は、各々に供給されるアナログ音信号に基づき、スピーカSPn(n=0〜N−1)を各々駆動する。
In the
3次元音場制御装置100は、再生音場2に配置されたスピーカSPn(n=0〜N−1)を利用して、低域の境界音場制御と高域の境界音場制御を実行する装置である。ここで、低域の境界音場制御では、原音場1において発生する低域用境界面BLo内の音場の低域成分と同じ音場を再生音場2の低域用境界面BLr内に発生する。また、高域の境界音場制御では、原音場1において発生する高域用境界面BHo内の音場の高域成分と同じ音場を再生音場2の高域用境界面BHr内に発生する。
The three-dimensional sound
図1に示すように、3次元音場制御装置100は、操作表示部101と、音信号取得部102と、制御フィルタ記憶部103と、信号変換部104とを有する。
As shown in FIG. 1, the three-dimensional sound
操作表示部101は、キーボード、マウス等の操作子と、液晶ディスプレイ等の表示部により構成されている。音信号取得部102は、録音装置11から2系統のMチャネルのデジタル音信号を読み取る装置である。
The operation display unit 101 is composed of an operator such as a keyboard and a mouse, and a display unit such as a liquid crystal display. The sound
制御フィルタ記憶部103には、角周波数kの関数である低域用制御フィルタ行列GL(k)=GLm,n(k)(m=0〜M−1、n=0〜N−1)と高域用制御フィルタ行列GH(k)=GHm,n(k)(m=0〜M−1、n=0〜N−1)が記憶されている。
The control
ここで、低域用制御フィルタ行列GL(k)の要素である低域用制御フィルタGLm,n(k)は、スピーカSPnから低域用境界面BLr上の制御点QLmまでのインパルス応答(時間領域の信号)にフーリエ変換を施すことにより得られた伝達関数HLm,n(k)の逆関数である。また、高域用制御フィルタ行列GH(k)の要素である高域用制御フィルタGHm,n(k)は、スピーカSPnから高域用境界面BHr上の制御点QHmまでのインパルス応答(時間領域の信号)にフーリエ変換を施すことにより得られた伝達関数HHm,n(k)の逆関数である。 Here, the low-frequency control filters GL m and n (k), which are elements of the low-frequency control filter matrix GL (k), are impulses from the speaker SP n to the control point QL m on the low-frequency boundary surface BLr. It is an inverse function of the transfer functions HL m and n (k) obtained by applying the Fourier transform to the response (signal in the time domain). Further, the high frequency control filters GH m and n (k), which are elements of the high frequency control filter matrix GH (k), provide an impulse response from the speaker SP n to the control point QH m on the high frequency boundary surface BHr. It is an inverse function of the transfer functions HH m, n (k) obtained by applying the Fourier transform to (the signal in the time domain).
信号変換部104は、例えばDSP(Digital Signal Processor;デジタル信号処理装置)により構成されている。この信号変換部104は、再生音場2内の境界面上の複数の制御点に所望の音を発生させる境界音場制御を実行する音場制御手段であって、音の周波数に応じて境界面を切り替えることにより制御点の間隔を制御する音場制御手段として機能する。
The
具体的には、信号変換部104は、低域の境界音場制御と高域の境界音場制御を実行する。ここで、低域の境界音場制御では、スピーカSPn(n=0〜N−1)に供給する音信号であって、原音場1の低域用境界面BLo上の制御点PLm(m=0〜M−1)において発生する音の上記カットオフ周波数以下の低域成分と同じ音を再生音場2の低域用境界面BLr上の制御点QLm(m=0〜M−1)において発生させる音信号を生成する。また、高域の境界音場制御では、スピーカSPn(n=0〜N−1)に供給する音信号であって、原音場1の高域用境界面BHo上の制御点PHm(m=0〜M−1)において発生する音の上記カットオフ周波数以上の高域成分と同じ音を再生音場2の高域用境界面BHr上の制御点QHm(m=0〜M−1)において発生させる音信号を生成する。
Specifically, the
図1において、信号変換部104を示すボックスの中には、HPF(High Pass Filter;高域通過フィルタ)41HおよびLPF(Low Pass Filter ;低域通過フィルタ)41Lと、FT(Fourier Transform;フーリエ変換)部42Hおよび42Lと、行列乗算部43Hおよび43Lと、IFT(Inverse Fourier Transform;フーリエ逆変換)部44Hおよび44Lと、加算部45が示されている。これらはDSPである信号変換部104がマイクロプログラムを実行することにより実現される機能である。
In FIG. 1, in the box showing the
信号変換部104において、LPF41L、FT部42L、行列乗算部43LおよびIFT部44Lは、低域の境界音場制御を実現するための手段である。また、HPF41H、FT部42H、行列乗算部43HおよびIFT部44Hは、高域の境界音場制御を実現するための手段である。そして、加算部45は、低域の境界音場制御により得られる音信号と高域の境界音場制御により得られる音信号を加算して再生音場2のスピーカSPn(n=0〜N−1)を駆動する音信号を発生する手段である。なお、これらの手段の詳細については説明の重複を避けるため、本実施形態の動作説明において明らかにする。
In the
図2は本実施形態における信号変換部104の動作を示すフローチャートである。以下、この図2を参照し、本実施形態の動作を説明する。
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the
信号変換部104は、操作表示部101を介して所定の指示が与えられると、図2に示す低域境界音場制御処理S10Lおよび高域境界音場制御処理S10Hの並列実行を開始する。この並列実行に関しては各種の態様が考えられる。ある好ましい態様において、信号変換部104は、少なくとも2つの演算処理手段を有しており、そのうちの2つの演算処理手段を利用して低域境界音場制御処理S10Lおよび高域境界音場制御処理S10Hを並列実行する。他の好ましい態様において、信号変換部104は、共通の演算処理手段を時分割制御により利用して低域境界音場制御処理S10Lおよび高域境界音場制御処理S10Hを交互に実行する。
When a predetermined instruction is given via the operation display unit 101, the
低域境界音場制御処理S10Lの処理内容は次の通りである。まず、ステップS11Lにおいて、LPF41Lは、低域用境界面BLo上の制御点PLm(m=0〜M−1)において収音されたMチャネルのデジタル音信号を音信号取得部102を介して取得する。次にステップS12Lにおいて、LPF41Lは、音信号取得部102により取得されたMチャネルのデジタル音信号に対して上記カットオフ周波数以上の帯域の成分を除去する低域通過処理を施して出力する。次にステップS13Lにおいて、FT部42Lは、LPF41Lから出力されるMチャネルのデジタル音信号の各々を所定時間長のフレームに区切り、フレーム単位でフーリエ変換を行い、Mチャネルのフーリエ変換係数列XLm(k)(m=0〜M−1)を出力する。
The processing contents of the low-frequency boundary sound field control processing S10L are as follows. First, in step S11L, the LPF 41L transmits the digital sound signal of the M channel picked up at the control point PL m (m = 0 to M-1) on the low frequency boundary surface BLo via the sound signal acquisition unit 102. get. Next, in step S12L, the LPF 41L performs low-pass processing for removing components in the band above the cutoff frequency on the digital sound signal of the M channel acquired by the sound
次にステップS14Lにおいて、行列乗算部43Lは、制御フィルタ記憶部103に記憶された低域用制御フィルタ行列GL(k)とFT部42Lから出力されたフーリエ変換係数列XLm(k)(m=0〜M−1)を用いて、次式に示す行列乗算処理を実行し、Nチャネルのフーリエ変換係数列YLn(k)(n=0〜N−1)を出力する。
ここで、低域用制御フィルタGLm,n(k)は、スピーカSPnから制御点QLmまでの伝達関数の逆関数である。従って、この低域用制御フィルタGLm,n(k)をフーリエ変換係数列XLm(k)に乗算することにより得られるフーリエ変換係数列YLn(k)は、制御点QLmにおいてフーリエ変換係数列XLm(k)に相当する音を発生させることができるスピーカSPn用の音信号を示すものとなる。 Here, the low frequency control filters GL m, n (k) are inverse functions of the transfer function from the speaker SP n to the control point QL m. Therefore, the Fourier transform coefficient sequence YL n (k) obtained by multiplying the Fourier transform coefficient sequence XL m (k) by the low frequency control filters GL m, n (k) is obtained by the Fourier transform at the control point QL m . It indicates a sound signal for the speaker SP n capable of generating a sound corresponding to the coefficient sequence XL m (k).
次にステップS15Lにおいて、IFT部44Lは、Nチャネルのフーリエ変換係数列YLn(k)(n=0〜N−1)の各々について逆フーリエ変換を行い、各々1フレーム分のNチャネルの低域デジタル音信号を出力する。
以上が低域境界音場制御処理S10Lの処理内容である。
Next, in step S15L, the IFT unit 44L performs an inverse Fourier transform on each of the Fourier transform coefficient sequences YL n (k) (n = 0 to N-1) of the N channels, and lowers the N channels by one frame each. Outputs a regional digital sound signal.
The above is the processing content of the low frequency boundary sound field control processing S10L.
高域境界音場制御処理S10Hの処理内容は次の通りである。まず、ステップS11Hにおいて、HPF41Hは、高域用境界面BHo上の制御点PHm(m=0〜M−1)において収音されたMチャネルのデジタル音信号を音信号取得部102を介して取得する。次にステップS12Hにおいて、HPF41Hは、音信号取得部102により取得されたMチャネルのデジタル音信号に対して上記カットオフ周波数以下の帯域の成分を除去する高域通過処理を施して出力する。次にステップS13Hにおいて、FT部42Hは、HPF41Hから出力されるMチャネルのデジタル音信号の各々を所定時間長のフレームに区切り、フレーム単位でフーリエ変換を行い、Mチャネルのフーリエ変換係数列XHm(k)(m=0〜M−1)を出力する。
The processing contents of the high-frequency boundary sound field control processing S10H are as follows. First, in step S11H, the
次にステップS14Hにおいて、行列乗算部43Hは、制御フィルタ記憶部103に記憶された高域用制御フィルタ行列GH(k)とFT部42Hから出力されるフーリエ変換係数列XHm(k)(m=0〜M−1)を用いて、次式に示す行列乗算処理を実行し、Nチャネルのフーリエ変換係数列YHn(k)(n=0〜N−1)を出力する。
ここで、高域用制御フィルタGHm,n(k)は、スピーカSPnから制御点QHmまでの伝達関数の逆関数である。従って、この高域用制御フィルタGHm,n(k)をフーリエ変換係数列XHm(k)に乗算することにより得られるフーリエ変換係数列YHn(k)は、制御点QHmにおいてフーリエ変換係数列XHm(k)に相当する音を発生させることができるスピーカSPn用の音信号を示すものとなる。 Here, the high frequency control filters GH m, n (k) are inverse functions of the transfer function from the speaker SP n to the control point QH m. Therefore, the Fourier transform coefficient sequence YH n (k) obtained by multiplying the Fourier transform coefficient sequence XH m (k) by the high frequency control filters GH m, n (k) is obtained by the Fourier transform at the control point QH m . It shows a sound signal for a speaker SP n capable of generating a sound corresponding to a coefficient sequence XH m (k).
次にステップS15Hにおいて、IFT部44Hは、Nチャネルのフーリエ変換係数列YHn(k)(n=0〜N−1)の各々について逆フーリエ変換を行い、各々1フレーム分のNチャネルの高域デジタル音信号を出力する。
以上が高域境界音場制御処理S10Hの処理内容である。
Next, in step S15H, the
The above is the processing content of the high frequency boundary sound field control processing S10H.
1フレーム分の低域境界音場制御処理S10Lおよび高域境界音場制御処理S10Hが終了すると、信号変換部104の処理はステップS20へ進む。このステップS20において、加算部45は、IFT部44Lから得られるNチャネルの低域デジタル音信号と、IFT部44Hから得られるNチャネルの高域デジタル音信号とを同じチャネル同士で加算し、Nチャネルのデジタル音信号をD/A変換部21に供給する。
When the low-frequency boundary sound field control process S10L and the high-frequency boundary sound field control process S10H for one frame are completed, the processing of the
このステップS20の処理が終了すると、信号変換部104は、録音装置11に格納された全ての音信号について低域境界音場制御処理S10Lおよび高域境界音場制御処理S10Hが終了したか否かを判断する(ステップS30)。この判断結果が「NO」である場合、信号変換部104は、低域境界音場制御処理S10Lおよび高域境界音場制御処理S10Hを再度実行する。また、ステップS30の判断結果が「YES」である場合、信号変換部104の処理は終了となる。
When the process of step S20 is completed, the
次に本実施形態の効果を説明する。境界音場制御では、境界面が1つしかない。この1つの境界面を用いて、高域および低域での境界音場制御を行うとすると、境界面に多数の制御点を設け、高域では全ての制御点を用いた境界音場制御を行い、低域では例えば制御点を1つおきに使用し、制御点間が長い状態で境界音場制御を行うこととなる。この場合、高域と低域とでは、境界音場制御に使用する制御点の数が異なるため、制御フィルタ行列のサイズが異なる。そのため、高域と低域とで、異なる演算を行うことになり、境界音場制御が複雑化する問題がある。また、境界面が1つしかないと、聴取者が再生音場内を移動して、境界面から外れた場合にその聴取者のための境界音場制御を行うことができなくなる問題がある。 Next, the effect of this embodiment will be described. In boundary sound field control, there is only one boundary surface. If the boundary sound field control is performed in the high frequency range and the low frequency range using this one boundary surface, a large number of control points are provided on the boundary surface, and the boundary sound field control using all the control points in the high frequency range is performed. In the low frequency range, for example, every other control point is used, and the boundary sound field is controlled in a state where the control points are long. In this case, the size of the control filter matrix is different between the high frequency band and the low frequency band because the number of control points used for the boundary sound field control is different. Therefore, different operations are performed in the high frequency range and the low frequency range, which causes a problem that the boundary sound field control becomes complicated. Further, if there is only one boundary surface, there is a problem that the listener cannot move in the reproduced sound field and control the boundary sound field for the listener when the listener deviates from the boundary surface.
これに対し、本実施形態による3次元音場制御装置100において、信号変換部104は、音の周波数に応じて境界面を切り替えることにより制御点の間隔を制御する。具体的には、信号変換部104は、上記カットオフ周波数以下の帯域については、制御点の間隔が長い境界面BLr(=BLo)に対応した低域の境界音場制御を行い、上記カットオフ周波数以上の帯域については、制御点の間隔が短い境界面BHr(=BHo)に対応した高域の境界音場制御を行う。従って、本実施形態によれば、全体として制御点の数を増加させることなく、広い周波数帯域に亙って境界音場制御を実現することができる。また、本実施形態では、境界面BLr(=BLo)に配置する制御点の数と、境界面BHr(=BHo)に配置する制御点の数が同数である。このため、低域用制御フィルタ行列GL(k)と、高域用制御フィルタ行列GH(k)のサイズが同じになる。従って、本実施形態では低域と高域とで同じ計算により境界音場制御を行うことができる。そして、本実施形態では、図2の低域境界音場制御処理S10Lと高域境界音場制御処理S10Hを同期させて並列実行することが可能であり、無駄な待ち時間を発生させることなく、加算処理(ステップS20)を実行することができる。従って、本実施形態によれば、低域での境界音場制御と高域での境界音場制御を効率的に実行することができる。また、本実施形態によれば、聴取者が再生音場内を移動して、高域用境界面から外れても、低域用境界面内に居れば、聴取者のために低域での境界音場制御を行うことができる。
On the other hand, in the three-dimensional sound
<第2実施形態>
図3はこの発明の第2実施形態による3次元音場制御装置の信号変換部104Aの構成の一部を示すブロック図である。この信号変換部104Aは、上記第1実施形態の信号変換部104に対し、乗算部46Lおよび46Hからなるクロスフェード部46を追加した構成となっている。
<Second Embodiment>
FIG. 3 is a block diagram showing a part of the configuration of the
上記第1実施形態において、境界音場制御を適切に行うためには、LPF41Lの通過帯域の上限を示すカットオフ周波数と、HPF41Hの通過帯域の下限を示すカットオフ周波数とが厳密に一致していることが望まれる。しかしながら、両カットオフ周波数を厳密に一致させることは難しい。そして、例えばLPF41Lの通過帯域の上限を示すカットオフ周波数fc1がHPF41Hの通過帯域の下限を示すカットオフ周波数fc2よりも低いと、再生音場2において周波数fc1から周波数fc2までの帯域の音が再生されない不具合が生じる。そこで、この発明の第2実施形態では、次のようにしてこの不具合を解消している。
In the first embodiment, in order to properly control the boundary sound field, the cutoff frequency indicating the upper limit of the pass band of LPF41L and the cutoff frequency indicating the lower limit of the pass band of HPF41H exactly match. It is desirable to be there. However, it is difficult to match both cutoff frequencies exactly. Then, for example, when the cutoff frequency fc1 indicating the upper limit of the pass band of LPF41L is lower than the cutoff frequency fc2 indicating the lower limit of the pass band of HPF41H, the sound in the band from the frequency fc1 to the frequency fc2 is reproduced in the
まず、本実施形態では、図4(a)に示すように、LPF41Lの通過帯域の上限を示すカットオフ周波数fc1をHPF41Hの通過帯域の下限を示すカットオフ周波数fc2よりも高くし、低域境界音場制御処理S10Lの通過帯域の上限側の一部と高域境界音場制御処理S10Hの通過帯域の下限側の一部を重複させる。
First, in the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the cutoff frequency fc1 indicating the upper limit of the pass band of the LPF 41L is set higher than the cutoff frequency fc2 indicating the lower limit of the pass band of the
また、本実施形態では、低域境界音場制御処理S10Lの通過帯域と高域境界音場制御処理S10Hの通過帯域とが重複する周波数領域において、低域境界音場制御処理S10Lの出力信号(周波数領域の信号)と高域境界音場制御処理S10Hの出力信号(周波数領域の信号)のクロスフェードを行う。具体的には、本実施形態では、行列乗算部43Lから出力されるフーリエ変換係数列YLn(k)(n=0〜N−1)に対し、乗算部46Lにより図4(b)に示す係数α(k)を乗算し、IFT部44Lに供給する。また、本実施形態では、行列乗算部43Hから出力されるフーリエ変換係数列YHn(k)(n=0〜N−1)に対し、乗算部46Hにより図4(b)に示す係数β(k)を乗算し、IFT部44Hに供給する。
Further, in the present embodiment, in the frequency domain where the pass band of the low frequency boundary sound field control process S10L and the pass band of the high frequency boundary sound field control process S10H overlap, the output signal of the low frequency boundary sound field control process S10L ( A crossfade is performed between the signal in the frequency domain and the output signal (signal in the frequency domain) of the high frequency boundary sound field control process S10H. Specifically, in the present embodiment, the Fourier transform coefficient sequence YL n (k) (n = 0 to N-1) output from the
さらに具体的には次の通りである。1つのフーリエ変換係数列YLn(k)が例えば次のようにL個(Lは2以上の整数)のフーリエ変換係数からなるものとする。
ここで、カットオフ周波数fc2以下の帯域では、α(k)=1、β(k)=0である。従って、この帯域では、フーリエ変換係数列YLn(k)(n=0〜N−1)のみがそのままIFT部44Lに供給される。
Here, in the band of the cutoff frequency fc2 or less, α (k) = 1 and β (k) = 0. Therefore, in this band, only the Fourier transform coefficient sequence YL n (k) (n = 0 to N-1) is supplied to the
一方、カットオフ周波数fc1以上の帯域では、α(k)=0、β(k)=1である。従って、この帯域では、フーリエ変換係数列YHn(k)(n=0〜N−1)のみがそのままIFT部44Hに供給される。
On the other hand, in the band having a cutoff frequency of fc1 or higher, α (k) = 0 and β (k) = 1. Therefore, in this band, only the Fourier transform coefficient sequence YHn (k) (n = 0 to N-1) is supplied to the
そして、カットオフ周波数fc2以上であり、かつ、カットオフ周波数fc1以下の帯域では、周波数が高くなるに従い、α(k)が1から0に向かって徐々に減少し、β(k)が0から1に向かって徐々に増加する。従って、この帯域では、角周波数kが増加するに従い、係数乗算後のフーリエ変換係数列α(k)YLn(k)が徐々に減少し、係数乗算後のフーリエ変換係数列β(k)YHn(k)が徐々に増加するクロスフェードが行われる。 In the band having a cutoff frequency of fc2 or more and a cutoff frequency of fc1 or less, α (k) gradually decreases from 1 to 0 and β (k) gradually decreases from 0 as the frequency increases. It gradually increases toward 1. Therefore, in this band, as the angular frequency k increases, the Fourier transform coefficient sequence α (k) YL n (k) after coefficient multiplication gradually decreases, and the Fourier transform coefficient sequence β (k) YHn after coefficient multiplication gradually decreases. A crossfade is performed in which (k) gradually increases.
従って、本実施形態によれば、再生音場2において周波数fc1から周波数fc2までの帯域の音が再生されなくなる不具合を解消することができる。また、本実施形態では、行列乗算部43Lおよび43Hが乗算に使用する制御フィルタ行列のサイズが同じであるので、乗算部46Lによる係数α(k)の乗算処理と乗算部46Hによる係数β(k)の乗算処理とを同期させて実行することができる。従って、乗算部46Lおよび46Hを用いたクロスフェード処理の制御が容易であり、境界音場制御を効率的に実行することができるという利点がある。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to solve the problem that the sound in the band from the frequency fc1 to the frequency fc2 is not reproduced in the reproduced
<第3実施形態>
図5はこの発明の第3実施形態である3次元音場制御装置の制御フィルタ記憶部103に記憶する制御フィルタを説明する図である。上記第2実施形態では、上記第1実施形態の信号変換部104に対してクロスフェード部46を追加した。これに対し、本実施形態では、このようなクロスフェード部46を追加せず、その代わりに、制御フィルタ記憶部103に格納する制御フィルタ行列に予め加工を施すことにより上記第2実施形態と同様な効果を得る。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a diagram illustrating a control filter stored in the control
図5に示すように、本実施形態では、低域用制御フィルタ行列GL(k)の要素である低域用制御フィルタGLm,n(k)に対して上記第2実施形態と同様な係数α(k)を乗算し、その乗算結果である低域用制御フィルタGL’m,n(k)を低域用制御フィルタGLm,n(k)の代わりに制御フィルタ記憶部103に格納する。また、本実施形態では、高域用制御フィルタ行列GH(k)の要素である高域用制御フィルタGHm,n(k)に対して上記第2実施形態と同様な係数β(k)を乗算し、その乗算結果である高域用制御フィルタGH’m,n(k)を高域用制御フィルタGHm,n(k)の代わりに制御フィルタ記憶部103に格納する。
As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the same coefficients as those in the second embodiment are applied to the low frequency control filters GL m, n (k) which are elements of the low frequency control filter matrix GL (k). α (k) is multiplied, and the low-frequency control filters GL'm , n (k), which are the multiplication results, are stored in the control
具体的には、次の通りである。1つの低域用制御フィルタGLm,n(k)が例えば次のようなフィルタ係数列であるとする。
制御フィルタ記憶部103の記憶内容を除けば、本実施形態の動作は上記第1実施形態と同様である。
The operation of this embodiment is the same as that of the first embodiment except for the storage contents of the control
本実施形態においても上記第2実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態によれば、上記第2実施形態のクロスフェード部46が不要なので、上記第2実施形態よりも少ない演算量で上記第2実施形態と同様な効果が得られる。
Also in this embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, according to the present embodiment, since the
<他の実施形態>
以上、この発明の第1〜第3実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
<Other embodiments>
Although the first to third embodiments of the present invention have been described above, other embodiments of the present invention can be considered. For example:
(1)上記各実施形態では、原音場の境界面BLoの制御点PLm(m=0〜M−1)と境界面BHoの制御点PHm(m=0〜M−1)にマイクロホンを配置し、これらのマイクロホンにより各制御点における音信号を取得した。しかし、このようにする代わりに、原音場の各制御点への音の伝搬状況についての音響シミュレーションを実行し、この音響シミュレーションにより各制御点での音を示す音信号を取得してもよい。 (1) In each of the above embodiments, a microphone is attached to the control point PL m (m = 0 to M-1) of the boundary surface BLo of the original sound field and the control point PH m (m = 0 to M-1) of the boundary surface BHo. The sound signals at each control point were acquired by arranging and using these microphones. However, instead of doing so, an acoustic simulation of the propagation state of the sound to each control point of the original sound field may be executed, and a sound signal indicating the sound at each control point may be acquired by this acoustic simulation.
(2)上記各実施形態は、次のような態様でも実施され得る。 (2) Each of the above embodiments can also be implemented in the following embodiments.
(2−1)再生音場を利用するユーザが、所望の原音場を指定する原音場指定情報と、同原音場において演奏する曲に関する曲指定情報と、再生音場の構成に関する再生音場構成情報(例えば再生音場を囲む壁の形状、大きさ、レイアウトに関する情報)と、再生音場におけるスピーカSPn(n=0〜N−1)の配置位置に関するスピーカ配置情報とをネットワーク上のサーバに送信する。 (2-1) Original sound field designation information that specifies a desired original sound field by a user who uses the reproduced sound field, song designation information regarding a song to be played in the original sound field, and a reproduced sound field configuration regarding the configuration of the reproduced sound field. Information (for example, information on the shape, size, and layout of the wall surrounding the reproduced sound field) and speaker arrangement information on the arrangement position of the speaker SP n (n = 0 to N-1) in the reproduced sound field are stored in a server on the network. Send to.
(2−2)サーバでは、スピーカ配置情報に基づいて、スピーカSPn(n=0〜N−1)の内側に収まる適当な大きさの低域用の境界面と高域用の境界面を設定する。また、低域用の境界面と高域用の境界面とに同数の制御点を配置する。そして、サーバでは、ユーザから受信した再生音場構成情報とスピーカ配置情報とに基づいて、各スピーカから各制御点へのインパルス応答を求め、このインパルス応答から低域用制御フィルタ行列と高域用制御フィルタ行列を求める。また、サーバでは、ユーザから受信した原音場指定情報が示す原音場において、再生音場と同様な低域用の境界面の各制御点と高域用の境界面の各制御点を設け、曲指定情報が示す曲を演奏した場合に、各制御点に発生する音を示す音信号をシミュレーションにより求める。そして、サーバは、このようにして得られた低域用制御フィルタ行列と、高域用制御フィルタ行列と、低域用の境界面の各制御点に対応した音信号と、高域用の境界面の各制御点に対応した音信号とを再生音場を利用するユーザに送信する。 (2-2) In the server, based on the speaker arrangement information, a boundary surface for low frequencies and a boundary surface for high frequencies of an appropriate size that fits inside the speaker SP n (n = 0 to N-1) are set. Set. In addition, the same number of control points are arranged on the boundary surface for low frequencies and the boundary surface for high frequencies. Then, the server obtains an impulse response from each speaker to each control point based on the reproduced sound field configuration information and speaker arrangement information received from the user, and from this impulse response, a control filter matrix for low frequencies and a high frequency range are obtained. Find the control filter matrix. Further, in the server, in the original sound field indicated by the original sound field designation information received from the user, each control point of the boundary surface for low frequencies and each control point of the boundary surface for high frequencies similar to the reproduced sound field are provided to provide a song. A sound signal indicating the sound generated at each control point when the song indicated by the specified information is played is obtained by simulation. Then, the server has the low-frequency control filter matrix obtained in this way, the high-frequency control filter matrix, the sound signal corresponding to each control point of the low-frequency boundary surface, and the high-frequency boundary. A sound signal corresponding to each control point on the surface is transmitted to a user who uses the reproduced sound field.
(2−3)ユーザは、サーバから受信した各情報を例えば上記第1実施形態の3次元音場制御装置に与え、低域および高域での境界音場制御を実行させる。 (2-3) The user gives each information received from the server to, for example, the three-dimensional sound field control device of the first embodiment, and causes the boundary sound field control in the low frequency range and the high frequency range to be executed.
この態様によれば、ユーザは、低域用制御フィルタ行列と高域用制御フィルタ行列とを演算するための手段を有していない場合でも、上記第1実施形態における低域および高域での境界音場制御を3次元音場制御装置に実行させることができる。 According to this aspect, even if the user does not have the means for calculating the low frequency control filter matrix and the high frequency control filter matrix, the low frequency and high frequency according to the first embodiment. The boundary sound field control can be executed by the three-dimensional sound field control device.
(3)上記第1〜第3実施形態では、境界面を2つ使用し、音の周波数帯域を2つに分けて境界音場制御を行ったが、境界面を3つ以上使用し、音の周波数帯域を3つ以上に分けて境界音場制御を行ってもよい。 (3) In the first to third embodiments, two boundary surfaces are used and the frequency band of sound is divided into two to control the boundary sound field. However, three or more boundary surfaces are used to control the sound. The boundary sound field may be controlled by dividing the frequency band of the above into three or more.
(4)上記第1〜第3実施形態では、複数の境界面を球面としたが、複数の境界面は、必ずしも球面である必要はなく、複数の境界面間に包含関係があるのであれば、球面以外の閉曲面であってもよい。 (4) In the first to third embodiments, a plurality of boundary surfaces are spherical surfaces, but the plurality of boundary surfaces do not necessarily have to be spherical surfaces, and if there is an inclusion relationship between the plurality of boundary surfaces. , It may be a closed curved surface other than a spherical surface.
(5)上記第1〜第3実施形態では、境界音場制御により得られる音信号を再生音場のスピーカSPn(n=0〜N−1)にリアルタイムに供給したが、境界音場制御により得られる音信号を記憶手段に蓄積し、その後、記憶手段から音信号を読み出してスピーカSPn(n=0〜N−1)に供給してもよい。 (5) In the first to third embodiments, the sound signal obtained by the boundary sound field control is supplied to the speaker SP n (n = 0 to N-1) of the reproduced sound field in real time, but the boundary sound field control is performed. The sound signal obtained by the above may be stored in the storage means, and then the sound signal may be read out from the storage means and supplied to the speaker SP n (n = 0 to N-1).
(6)上記第1〜第3実施形態では、原音場の制御点において得られた音信号を用いて再生音場における境界音場制御を行ったが、この発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。この発明は、再生音場の境界面の制御点において任意の所望の音を発生させる境界音場制御を行う3次元音場制御装置に適用可能である。 (6) In the first to third embodiments, the boundary sound field is controlled in the reproduced sound field by using the sound signal obtained at the control point of the original sound field, but the scope of application of the present invention is limited to this. It's not something. The present invention is applicable to a three-dimensional sound field control device that controls a boundary sound field that generates an arbitrary desired sound at a control point on the boundary surface of the reproduced sound field.
(7)上記第1〜第3実施形態では、再生音場のスピーカSPn(n=0〜N−1)として実体のあるスピーカを使用したが、スピーカSPn(n=0〜N−1)の一部を仮想スピーカにより実現してもよい。あるいはスピーカSPn(n=0〜N−1)の全部をヘッドホン再生により仮想スピーカとして実現してもよい。 (7) In the first to third embodiments, using a speaker with a physical as reproduction sound field of the speaker SP n (n = 0~N-1), a speaker SP n (n = 0~N-1 ) May be realized by a virtual speaker. Alternatively, the entire speaker SPn (n = 0 to N-1) may be realized as a virtual speaker by playing back headphones.
1……原音場、2……再生音場、11……録音装置、BLo,BLr……低域用境界面、BHo,BHr……高域用境界面、PLm(m=0〜M−1),PHm(m=0〜M−1),QLm(m=0〜M−1),QHm(m=0〜M−1)……制御点、SPn(n=0〜N−1)……スピーカ、An(n=0〜N−1)……アンプ、21……D/A変換部、100……3次元音場制御装置、101……操作表示部、102……音信号取得部、103……制御フィルタ記憶部、104……信号変換部、41L……LPF、41H……HPF、42L,42H……FT部、43L,43H……行列乗算部、44L,44H……IFT部、45……加算部、46……クロスフェード部、46L,46H……乗算部。 1 ... Original sound field, 2 ... Playback sound field, 11 ... Recording device, BLo, BLr ... Low frequency boundary surface, BHo, BHr ... High frequency boundary surface, PL m (m = 0 to M- 1), PH m (m = 0 to M-1), QL m (m = 0 to M-1), QH m (m = 0 to M-1) ... Control point, SP n (n = 0 to 0) N-1) …… Speaker, An (n = 0 to N-1) …… Amplifier, 21 …… D / A conversion unit, 100 …… Three-dimensional sound field control device, 101 …… Operation display unit, 102 ... Sound signal acquisition unit, 103 ... Control filter storage unit, 104 ... Signal conversion unit, 41L ... LPF, 41H ... HPF, 42L, 42H ... FT unit, 43L, 43H ... Matrix multiplication unit, 44L , 44H ... IFT part, 45 ... Addition part, 46 ... Crossfade part, 46L, 46H ... Multiplication part.
Claims (7)
前記音場制御手段は、The sound field control means is
前記複数のスピーカと前記第1の境界面上の各制御点との間の音響特性を示す低域用制御フィルタ行列を使用した前記第1の境界音場制御と、The first boundary sound field control using the low frequency control filter matrix showing the acoustic characteristics between the plurality of speakers and each control point on the first boundary surface,
前記複数のスピーカと前記第2の境界面上の各制御点との間の音響特性を示す行列であって、前記低域用制御フィルタ行列と同じサイズの高域用制御フィルタ行列を使用した前記第2の境界音場制御と、The matrix showing the acoustic characteristics between the plurality of speakers and each control point on the second boundary surface, and using a high frequency control filter matrix having the same size as the low frequency control filter matrix. Second boundary sound field control and
を同期させて並列実行することを特徴とする請求項2に記載の3次元音場制御装置。The three-dimensional sound field control device according to claim 2, wherein the two are synchronized and executed in parallel.
前記再生音場内の閉領域を囲む前記第1の境界面よりも表面積の小さな第2の境界面上の複数の制御点に前記第1の周波数帯域より高域の第2の周波数帯域の音を発生させる第2の境界音場制御と、Sound in a second frequency band higher than the first frequency band is transmitted to a plurality of control points on a second boundary surface having a surface area smaller than that of the first boundary surface surrounding the closed region in the reproduced sound field. The second boundary sound field control to be generated and
を実行することを特徴とする3次元音場制御方法。A three-dimensional sound field control method characterized by executing.
前記第1の境界面に囲まれた閉領域および前記第2の境界面に囲まれた閉領域の外側に配置された複数のスピーカと前記第1の境界面上の各制御点との間の音響特性を示す低域用制御フィルタ行列を使用した前記第1の境界音場制御と、Between a plurality of speakers arranged outside the closed area surrounded by the first boundary surface and the closed area surrounded by the second boundary surface and each control point on the first boundary surface. The first boundary sound field control using the low frequency control filter matrix showing the acoustic characteristics, and
前記複数のスピーカと前記第2の境界面上の各制御点との間の音響特性を示す行列であって、前記低域用制御フィルタ行列と同じサイズの高域用制御フィルタ行列を使用した前記第2の境界音場制御と、The matrix showing the acoustic characteristics between the plurality of speakers and each control point on the second boundary surface, and using a high frequency control filter matrix having the same size as the low frequency control filter matrix. Second boundary sound field control and
を同期させて並列実行することを特徴とする請求項6に記載の3次元音場制御方法。The three-dimensional sound field control method according to claim 6, wherein the two are synchronized and executed in parallel.
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