JP7487773B2 - スピーカキャリブレーション方法、装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、２個のスピーカを用いて指向性を形成する技術に関する。

１チャネルの入力信号を２チャネルのフィルタ係数でそれぞれフィルタリングし、２個のスピーカからそれぞれ出力する技術が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。このフィルタ係数は、予め設定した再生位置に対して大きな音が再生され、抑圧位置に対して音が小さく再生されるように、あらかじめ設定される。

西川清、"特徴的な指向性を持つ小型アレースピーカ"、［online］、2010年8月6日(金)、金沢大学 新技術説明会、［令和２年５月１１日検索］、インターネット＜URL：https://shingi.jst.go.jp/past_abst/abst/p/10/1022/kanazawa3.pdf＞

しかし、背景技術の方法では、スピーカの製造時の特性ばらつきや、経年変化により、２個のスピーカの特性に違いがあった場合に、狙った指向特性ではなくなってしまう可能性がある。ここで、特性ばらつきとは、例えば、周波数特性、変換効率性のばらつきである。

本発明は、スピーカの製造時の特性ばらつきや、経年変化による特性ばらつきがあっても、所望の指向特性にすることができるスピーカキャリブレーション装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。

この発明の一態様によるスピーカキャリブレーション方法は、第一フィルタ処理部が、入力信号をフィルタリングすることにより第一フィルタリング後信号を生成する第一フィルタ処理ステップと、第一スピーカが、第一フィルタリング後信号に基づく音を発生させる第一スピーカ処理ステップと、第二フィルタ処理部が、入力信号をフィルタリングすることにより第二フィルタリング後信号を生成する第二フィルタ処理ステップと、ゲイン乗算部が、第二フィルタリング後信号にゲインを乗算することによりゲイン乗算後信号を生成するゲイン乗算ステップと、第二スピーカが、ゲイン乗算後信号に基づく音を発生させる第二スピーカ処理ステップと、ゲイン調整部が、第一スピーカ及び第二スピーカから発生した音を抑圧したい位置である抑圧位置に設置されているマイクロホンで集音される集音信号の二乗平均が小さくなるようにゲインを調整するゲイン調整ステップと、を有する。

スピーカの製造時の特性ばらつきや、経年変化による特性ばらつきがあっても、所望の指向特性にすることができる。

図１は、第一実施形態のスピーカキャリブレーション装置の機能構成の例を示す図である。 図２は、スピーカキャリブレーション方法の処理手続きの例を示す図である。 図３は、第二実施形態のスピーカキャリブレーション装置の機能構成の例を示す図である。 図４は、第三実施形態のスピーカキャリブレーション装置の機能構成の例を示す図である。 図５は、第四実施形態のスピーカキャリブレーション装置の機能構成の例を示す図である。 図６は、スピーカキャリブレーション装置及び方法の効果の例を説明するための図である。 図７は、コンピュータの機能構成例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面中において同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

[第一実施形態]
第一実施形態のスピーカキャリブレーション装置は、図１に示すように、第一フィルタ処理部１、第一スピーカ２、第二フィルタ処理部３、ゲイン乗算部４、第二スピーカ５、マイクロホン６及びゲイン調整部７を例えば備えている。

スピーカキャリブレーション方法は、スピーカキャリブレーション装置の各構成部が、以下に説明する及び図２に示すステップＳ１からステップＳ７の処理を行うことにより例えば実現される。

以下、スピーカキャリブレーション装置の各構成部について説明する。

第一フィルタ処理部１は、入力信号をフィルタリングすることにより第一フィルタリング後信号を生成する（ステップＳ１）。生成された第一フィルタリング後信号は、第一スピーカ２に出力される。

第一フィルタ処理部１では、予め定められた２チャネルのフィルタ係数の一方のチャネルのフィルタ係数を用いてフィルタリングの処理が行われる。これに対して、後述する第二フィルタ処理部３では、予め定められた２チャネルのフィルタ係数の他方のチャネルのフィルタ係数を用いてフィルタリングの処理が行われる。これらのフィルタ係数の設定方法は、例えば従来技術と同様である。

第一スピーカ２は、第一フィルタリング後信号に基づく音を発生させる（ステップＳ２）。

第二フィルタ処理部３は、入力信号をフィルタリングすることにより第二フィルタリング後信号を生成する（ステップＳ３）。生成された第二フィルタリング後信号は、ゲイン乗算部４及びゲイン調整部７に出力される。

ゲイン乗算部４は、第二フィルタリング後信号にゲインを乗算することによりゲイン乗算後信号を生成する（ステップＳ４）。生成されたゲイン乗算後信号は、第二スピーカ５に出力される。ゲイン乗算部４で用いられるゲインは、後述するゲイン調整部７で得られるものである。

第二スピーカ５は、ゲイン乗算後信号に基づく音を発生させる（ステップＳ５）。

マイクロホン６は、第一スピーカ２及び第二スピーカ５から発生した音を抑圧したい位置である抑圧位置に設置されている。

ゲイン調整部７は、マイクロホン６で集音される集音信号の二乗平均が小さくなるようにゲインを調整する（ステップＳ７）。調整されたゲインは、ゲイン調整部７に出力される。

ゲイン調整部７は、例えば、ゲイン乗算部４の入力信号である第二フィルタリング後信号x(t)と、集音信号e(t)を用いて、ゲイン乗算部４で乗算されるゲインg(t)の値を設定する。例えば、以下の処理により、集音信号の二乗平均が小さくなるようにゲインを調整することができる。

ゲイン調整部７は、例えば、g(t+1)=g(t)-α・x(t)e(t)でゲインの値を更新する。tは離散化された時刻である。αは、更新のステップサイズであり、例えば0<α≦1の範囲で設定される。

なお、ゲイン乗算部４が接続された第二スピーカ５から、マイクロホン６までのインパルス応答特性c(t)を予め計測しておき、ゲイン調整部７は、これと第二フィルタリング後信号x(t)を畳み込んだ信号をx’(t)として、g(t+1)=g(t)-α・x’(t)e(t)でゲイン値を更新してもよい。

以上のように、ゲイン値をマイクロホン６の集音信号の二乗平均レベルが最小となるように更新することで、所望の指向特性を得ることができる。例えば、スピーカキャリブレーション装置により、図６で破線で示される実現したかった指向特性を実現することができる。図６において、実線は、スピーカの誤差に影響を受けて形成された指向特性を示している。

[第二実施形態]
第二実施形態のスピーカキャリブレーション装置は、第一実施形態の構成にローパスフィルタを２個追加した構成である。より詳細には、第二実施形態では、ゲイン調整部７の２個の入力信号に対してローパスフィルタがかけられている。

以下、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。第一実施形態と同様の部分については説明を省略する。

図３に例示するように、第二実施形態のスピーカキャリブレーション装置は、第一ローパスフィルタ処理部８及び第二ローパスフィルタ処理部９を更に備えている。

第一ローパスフィルタ処理部８は、第二フィルタ処理部３で生成された第二フィルタリング後信号にローパスフィルタをかけることにより第一ローパスフィルタ後信号を生成する。生成された第一ローパスフィルタ後信号は、ゲイン調整部７に出力される。

第二ローパスフィルタ処理部９は、集音信号にローパスフィルタをかけることにより第二ローパスフィルタ後信号を生成する。生成された第二ローパスフィルタ後信は、ゲイン調整部７に出力される。

ゲイン調整部７は、第一ローパスフィルタ後信号及び第二ローパスフィルタ後信号を用いて、第二ローパスフィルタ後信号の二乗平均が小さくなるようにゲインを調整する。第二実施形態のゲイン調整部７の処理は、第二フィルタリング後信号x(t)及び集音信号e(t)に代えて、第一ローパスフィルタ後信号及び第二ローパスフィルタ後信号を用いる点を除いては、第一実施形態のゲイン調整部７の処理と同様である。

このように、ゲイン調整部７の２個の入力信号に対してローパスフィルタをかけることにより、低周波数域の信号のみを用いてゲインの調整を行うことができる。高周波域の信号は、もともとスピーカ特性のばらつきが大きく、指向性を形成しにくい。このように低周波数域のみでスピーカ特性のキャリブレーションを行うことで、低周波数域の指向特性を重視したキャリブレーションを行うことができる。

[第三実施形態]
第三実施形態のスピーカキャリブレーション装置は、第一実施形態又は第二実施形態の構成に遅延部１０を追加した構成である。

以下、第一実施形態及び第二実施形態と異なる部分を中心に説明する。第一実施形態及び第二実施形態と同様の部分については説明を省略する。

図４に例示するように、第三実施形態のスピーカキャリブレーション装置は、遅延部１０を更に備えている。図４に破線で示すように、第三実施形態のスピーカキャリブレーション装置は、第二実施形態で説明した第一ローパスフィルタ処理部８及び第二ローパスフィルタ処理部９を更に備えていてもよい。

遅延部１０は、ゲイン調整部４の入力信号のうち、ゲイン乗算部４の入力信号の方を遅延させる。すなわち、遅延部１０は、第二フィルタリング処理部３で生成された第二フィルタリング後信号を遅延させる。

遅延量は、ゲイン乗算部４が接続された第二スピーカ５からマイクロホン６までの距離を音速で割った値に例えば設定される。これにより、ゲイン乗算部４が接続された第二スピーカ５からマイクロホン６までのインパルス応答特性c(t)を、計測することなく遅延で近似することができる。

[第四実施形態]
第四実施形態のスピーカキャリブレーション装置は、第一実施形態から第三実施形態の何かの構成において、帯域分割を用いて帯域ごとにゲイン調整が行われる構成である。

以下、第一実施形態から第三実施形態と異なる部分を中心に説明する。第一実施形態から第三実施形態と同様の部分については説明を省略する。

図５に例示するように、第四実施形態のスピーカキャリブレーション装置は、第一帯域分割部１１、第二帯域分割部１２及び帯域合成部１３を更に備えている。図５に破線で示すように、第四実施形態のスピーカキャリブレーション装置は、第二実施形態及び第三実施形態で説明した第一ローパスフィルタ処理部８、第二ローパスフィルタ処理部９及び遅延部１０を更に備えていてもよい。

第一帯域分割部１１は、第二フィルタリン処理部３が生成した第二フィルタリング後信号を複数の帯域に分割する。例えば、Kを2以上の所定の正の整数として、第一帯域分割部１１は、第二フィルタリング後信号をK個の帯域に分割することで、分割第二フィルタリング後信号k(k=1,…,K)を生成する。

第二帯域分割部１２は、マイクロホン６で集音される集音信号を複数の帯域に分割する。例えば、第二帯域分割部１２は、集音信号をK個の帯域に分割することで、分割集音信号k(k=1,…,K)を生成する。

ゲイン乗算部４、ゲイン調整部７、第一ローパスフィルタ処理部８、第二ローパスフィルタ処理部９及び遅延部１０は、複数の帯域に分割された第二フィルタリング後信号のそれぞれ又は複数の帯域に分割された集音信号のそれぞれに対して処理を行う。

より詳細には、k=1,…,Kとして、ゲイン乗算部４、第一ローパスフィルタ処理部８、遅延部１０は、分割第二フィルタリング後信号kに対して処理を行い、第二ローパスフィルタ処理部９は、分割集音信号kに対して処理を行い、ゲイン調整部７は、分割第二フィルタリング後信号k及び分割集音信号kに対して処理を行う。

帯域合成部１３は、複数の帯域ごとに生成されたゲイン乗算後信号を合成する。例えば、K個に分割された信号のそれぞれに対して処理が行われた結果、K個のゲイン乗算後信号が得られた場合には、帯域合成部１３はこれらのK個のゲイン乗算後信号を合成する。合成により得られた信号は、第二スピーカ５に出力される。

第二スピーカ５は、合成により得られた信号に基づく音を発生させる、
このように帯域分割を行うことで、帯域ごとにスピーカ特性のキャリブレーションを行うことができる。

[変形例]
以上、本発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、これらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計の変更等があっても、本発明に含まれることはいうまでもない。

実施の形態において説明した各種の処理は、記載の順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。

例えば、スピーカキャリブレーション装置の構成部間のデータのやり取りは直接行われてもよいし、図示していない記憶部を介して行われてもよい。

[プログラム、記録媒体]
上述した各装置の各部の処理をコンピュータにより実現してもよく、この場合は各装置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。そして、このプログラムを図７に示すコンピュータの記憶部１０２０に読み込ませ、演算処理部１０１０、入力部１０３０、出力部１０４０などに動作させることにより、上記各装置における各種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は、例えば、非一時的な記録媒体であり、具体的には、磁気記録装置、光ディスク、等である。

また、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。

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、自己の非一時的な記憶装置である補助記録部１０５０に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の非一時的な記憶装置である補助記録部１０５０に格納されたプログラムを記憶部１０２０に読み込み、読み込んだプログラムに従った処理を実行する。また、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記憶部１０２０に読み込み、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。また、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。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。

また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、本装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。

その他、この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。

Claims (6)

1. 第一フィルタ処理部が、入力信号をフィルタリングすることにより第一フィルタリング後信号を生成する第一フィルタ処理ステップと、
   第一スピーカが、前記第一フィルタリング後信号に基づく音を発生させる第一スピーカ処理ステップと、
   第二フィルタ処理部が、前記入力信号をフィルタリングすることにより第二フィルタリング後信号を生成する第二フィルタ処理ステップと、
   ゲイン乗算部が、前記第二フィルタリング後信号にゲインを乗算することによりゲイン乗算後信号を生成するゲイン乗算ステップと、
   第二スピーカが、前記ゲイン乗算後信号に基づく音を発生させる第二スピーカ処理ステップと、
   ゲイン調整部が、前記第一スピーカ及び前記第二スピーカから発生した音を抑圧したい位置である抑圧位置に設置されているマイクロホンで集音される集音信号の二乗平均が小さくなるように前記ゲインを調整するゲイン調整ステップと、
   を含むスピーカキャリブレーション方法。
2. 請求項１のスピーカキャリブレーション方法であって、
   第一ローパスフィルタ処理部が、前記第二フィルタリング後信号にローパスフィルタをかけることにより第一ローパスフィルタ後信号を生成する第一ローパスフィルタ処理ステップと、
   第二ローパスフィルタ処理部が、前記集音信号にローパスフィルタをかけることにより第二ローパスフィルタ後信号を生成する第二ローパスフィルタ処理ステップと、を更に含み、
   前記ゲイン調整部は、前記第一ローパスフィルタ後信号及び前記第二ローパスフィルタ後信号を用いて、前記第二ローパスフィルタ後信号の二乗平均が小さくなるように前記ゲインを調整する、
   スピーカキャリブレーション方法。
3. 請求項１又は２のスピーカキャリブレーション方法であって、
   遅延部が、前記第二フィルタリング後信号を遅延させる遅延ステップを更に含む、
   スピーカキャリブレーション方法。
4. 請求項１から３の何れかのスピーカキャリブレーション方法であって、
   第一帯域分割部が、前記第二フィルタリング後信号を複数の帯域に分割する第一帯域分割ステップと、
   第二帯域分割部が、前記集音信号を複数の帯域に分割する第二帯域分割ステップと、を更に含み、
   前記ゲイン乗算部、前記ゲイン調整部は、前記複数の帯域に分割された前記第二フィルタリング後信号のそれぞれ又は前記複数の帯域に分割された前記集音信号のそれぞれに対して処理を行い、
   帯域合成部が、複数の帯域ごとに生成されたゲイン乗算後信号を合成する帯域合成ステップを更に含み、
   前記第二スピーカは、前記合成された信号に基づく音を発生させる、
   スピーカキャリブレーション方法。
5. 入力信号をフィルタリングすることにより第一フィルタリング後信号を生成する第一フィルタ処理部と、
   前記第一フィルタリング後信号に基づく音を発生させる第一スピーカと、
   前記入力信号をフィルタリングすることにより第二フィルタリング後信号を生成する第二フィルタ処理部と、
   前記第二フィルタリング後信号にゲインを乗算することによりゲイン乗算後信号を生成するゲイン乗算部と、
   前記ゲイン乗算後信号に基づく音を発生させる第二スピーカと、
   前記第一スピーカ及び前記第二スピーカから発生した音を抑圧したい位置である抑圧位置に設置されているマイクロホンと、
   前記マイクロホンで集音される信号の二乗平均が小さくなるように前記ゲインを調整するゲイン調整部と、
   を含むスピーカキャリブレーション装置。
6. 請求項１から４の何れかのスピーカキャリブレーション方法の各ステップの処理をコンピュータに実現させるためのプログラム。

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