JP2006246310A - Method and device for reproducing audio signal - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、オーディオ信号の再生方法および再生装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for reproducing an audio signal.
一般のステレオ再生装置においては、左右のスピーカを結ぶ線上に仮想音源が形成され、この仮想音源から音響が出力されるているかのように知覚される（例えば、特許文献１参照）。 In a general stereo reproduction apparatus, a virtual sound source is formed on a line connecting left and right speakers, and sound is perceived as if sound is output from this virtual sound source (see, for example, Patent Document 1).
これに対して、波面合成の技術を利用した再生装置においては、仮想音源を自由な位置に配置することができる。以下、この波面合成について順を追って説明する。 On the other hand, in a playback device using wavefront synthesis technology, a virtual sound source can be placed at any position. Hereinafter, the wavefront synthesis will be described in order.
〔１〕 音場の再現について
今、図６に示すように、任意の形状の空間を包み込んだ閉曲面Ｓを想定するとともに、この閉曲面Ｓの内部には音源が含まれていないものとする。そして、この閉曲面Ｓの内部空間および外部空間について、
ｐ(ｒi) ：内部空間の任意の点ｒiにおける音圧
ｐ(ｒj) ：閉曲面Ｓ上の任意の点ｒjにおける音圧
ｄｓ ：点ｒjを含む微小面積
ｎ ：点ｒjにおける微小面積ｄｓに対する法線
ｕn(ｒj)：点ｒjにおける法線ｎ方向の粒子速度
ω ：オーディオ信号の角周波数
ρ ：空気の密度
ｖ ：音速（＝340m/s）
ｋ ：ω／ｖ
とすると、キルヒホッフの積分公式は図７における(1)式で示される。
[1] Reproduction of sound field Now, as shown in FIG. 6, a closed curved surface S enclosing a space of an arbitrary shape is assumed, and no sound source is included in the closed curved surface S. . And about the internal space and external space of this closed curved surface S,
p (ri): sound pressure at an arbitrary point ri in the internal space p (rj): sound pressure at an arbitrary point rj on the closed curved surface S ds: a minute area including the point rj n: a method for a minute area ds at the point rj Line un (rj): Particle velocity in normal n direction at point rj ω: Angular frequency of audio signal ρ: Air density v: Sound velocity (= 340 m / s)
k: ω / v
Then, Kirchhoff's integral formula is expressed by equation (1) in FIG.
これは、閉曲面Ｓ上の点ｒjの音圧ｐ(ｒj)と、その点ｒjにおける法線ｎの方向の粒子速度ｕn(ｒj)とを適切に制御することができれば、閉曲面Ｓの内部空間の音場を再現できることを意味している。 If the sound pressure p (rj) at the point rj on the closed surface S and the particle velocity un (rj) in the direction of the normal n at the point rj can be controlled appropriately, the inside of the closed surface S It means that the sound field of space can be reproduced.
そこで、例えば図８Ａに示すように、左側に音源ＳＳが配置され、右側に半径Ｒの球状の空間を覆う閉曲面ＳR（破線図示）が配置されているとする。すると、音源ＳＳにより閉曲面ＳRの内部空間に生じる音場は、上記のように閉曲面ＳR上の音圧および粒子速度ｕn(ｒj)を制御すれば、音源ＳＳがなくても再現が可能である。 Therefore, for example, as shown in FIG. 8A, it is assumed that the sound source SS is arranged on the left side and a closed curved surface SR (shown by a broken line) covering a spherical space having a radius R is arranged on the right side. Then, the sound field generated in the internal space of the closed curved surface SR by the sound source SS can be reproduced without the sound source SS by controlling the sound pressure and the particle velocity un (rj) on the closed curved surface SR as described above. is there.
そして、このとき、音源ＳＳの位置に仮想音源ＶSSを生じることになる。つまり、閉曲面ＳR上の音圧および粒子速度を適切に制御すれば、閉曲面ＳRの内部にいるリスナは、音源ＳＳの位置に仮想音源ＶSSが存在するかのように音響を知覚する。 At this time, a virtual sound source VSS is generated at the position of the sound source SS. That is, if the sound pressure and particle velocity on the closed curved surface SR are appropriately controlled, the listener inside the closed curved surface SR perceives sound as if the virtual sound source VSS exists at the position of the sound source SS.
次に、閉曲面ＳRの半径Ｒを無限大にすると、図８Ａに実線で示すように、閉曲面ＳRは平面ＳSRとなる。そして、この場合も、音源ＳＳにより閉曲面ＳRの内部空間、すなわち、平面ＳSRの右側に生じる音場は、平面ＳSR上の音圧および粒子速度を制御することにより、音源ＳＳがなくても再現が可能である。また、このときも、音源ＳＳの位置に仮想音源ＶSSを生じる。 Next, when the radius R of the closed curved surface SR is made infinite, the closed curved surface SR becomes a plane SSR as shown by a solid line in FIG. 8A. In this case as well, the sound field generated in the internal space of the closed curved surface SR by the sound source SS, that is, the right side of the plane SSR is reproduced without the sound source SS by controlling the sound pressure and particle velocity on the plane SSR. Is possible. Also at this time, a virtual sound source VSS is generated at the position of the sound source SS.
つまり、平面ＳSR上のすべての点における音圧および粒子速度を適切に制御すれば、平面ＳSRよりも左側に仮想音源ＶSSを配置し、右側に音場を配置することができ、その音場を受聴領域とすることができる。 In other words, if the sound pressure and particle velocity at all points on the plane SSR are appropriately controlled, the virtual sound source VSS can be arranged on the left side of the plane SSR, and the sound field can be arranged on the right side. It can be a listening area.
実際には、図８Ｂにも示すように、平面ＳSRを有限の広さとし、この平面ＳSR上における有限の点ＣP1〜ＣPxの音圧および粒子速度を制御すればよい。なお、以下においては、平面ＳSR上の、音圧および粒子速度の制御される点ＣP1〜ＣPxを「制御点」と呼ぶものとする。 Actually, as shown in FIG. 8B, the plane SSR has a finite width, and the sound pressure and particle velocity at the finite points CP1 to CPx on the plane SSR may be controlled. In the following, the points CP1 to CPx where the sound pressure and the particle velocity are controlled on the plane SSR will be referred to as “control points”.
〔２〕 制御点ＣP1〜ＣPxにおける音圧および粒子速度の制御について
制御点ＣP1〜ＣPxにおける音圧および粒子速度を制御するには、図９にも示すように、
(A) 平面ＳSRの音源側に、複数ｍ個のスピーカＳＰ1〜ＳＰmを、平面ＳSRと例えば平行に配置する。なお、このスピーカＳＰ1〜ＳＰmはスピーカアレイ１０を構成するものである。
(B) スピーカＳＰ1〜ＳＰmに供給されるオーディオ信号を制御して制御点ＣP1〜ＣPxにおける音圧および粒子速度を制御する。
とすればよい。
[2] Control of sound pressure and particle velocity at control points CP1 to CPx To control sound pressure and particle velocity at control points CP1 to CPx, as shown in FIG.
(A) On the sound source side of the plane SSR, a plurality of m speakers SP1 to SPm are arranged, for example, in parallel with the plane SSR. The speakers SP1 to SPm constitute the
(B) The audio signals supplied to the speakers SP1 to SPm are controlled to control the sound pressure and particle velocity at the control points CP1 to CPx.
And it is sufficient.
このようにすれば、スピーカＳＰ1〜ＳＰmから出力される音波が波面合成され、あたかも仮想音源ＶSSから音波が出力されているかのように作用するとともに、所望の音場を形成することができる。なお、スピーカＳＰ1〜ＳＰmから出力される音波が波面合成される位置は、平面ＳSRとなるので、以下においては、平面ＳSRを「波面合成面」と呼ぶものとする。 In this way, the sound waves output from the speakers SP1 to SPm are subjected to wavefront synthesis, acting as if the sound waves are being output from the virtual sound source VSS, and a desired sound field can be formed. The position where the sound wave output from the speakers SP1 to SPm is wavefront synthesized is the plane SSR. Therefore, the plane SSR will be referred to as a “wavefront synthesis plane” below.
〔３〕 波面合成の様子
図１０は、波面合成の様子の一例をコンピュータシミュレーションにより示すものである。スピーカＳＰ1〜ＳＰmに供給されるオーディオ信号の処理内容・処理方法については後述するが、この例においては、各値を以下のように設定した場合である。
スピーカの数ｍ：16個
スピーカの間隔：10cm
スピーカの口径：８cmφ
制御点の位置 ：スピーカからリスナ側に10cmの位置
制御点の数 ：1.3cm間隔で１列に116点
仮想音源の位置：受聴領域の前方１ｍ（図１０Ａの場合）
受聴領域の前方３ｍ（図１０Ｂの場合）
受聴領域の広さ：2.9ｍ（前後方向）×４ｍ（左右方向）
なお、
ｗ ：スピーカの間隔〔ｍ〕
ｖ ：音速（＝340m/s）
ｆhi：再生上限周波数〔Hz〕
とすれば、
ｆhi＝ｖ／（２ｗ） ・・・ (2)
となる。したがって、スピーカＳＰ1〜ＳＰm（ｍ＝16）の間隔ｗは狭くすることが好ましく、そのためにはスピーカＳＰ1〜ＳＰmの口径を小さくする必要がある。
[3] State of Wavefront Synthesis FIG. 10 shows an example of the state of wavefront synthesis by computer simulation. The processing content and processing method of the audio signal supplied to the speakers SP1 to SPm will be described later. In this example, each value is set as follows.
Number of speakers m: 16 Speaker spacing: 10cm
Speaker diameter: 8cmφ
Control point position: 10 cm from the speaker to the listener side Number of control points: 116 points in a row at 1.3 cm intervals Virtual sound source position: 1 m ahead of the listening area (in the case of FIG. 10A)
3 m ahead of listening area (in the case of FIG. 10B)
Listening area: 2.9m (front / rear direction) x 4m (left / right direction)
In addition,
w: Speaker spacing [m]
v: Speed of sound (= 340m / s)
fhi: Reproduction upper limit frequency [Hz]
given that,
fhi = v / (2w) (2)
It becomes. Therefore, the interval w between the speakers SP1 to SPm (m = 16) is preferably narrowed. For this purpose, it is necessary to reduce the apertures of the speakers SP1 to SPm.
また、スピーカＳＰ1〜ＳＰmに供給されるオーディオ信号をデジタル処理している場合には、そのサンプリングによる影響を除くため、制御点ＣP1〜ＣPxの間隔は、そのサンプリング周波数に対応する波長の1/4〜1/5以下にすることが好ましい。上記の数値例においては、サンプリング周波数を８ｋHzとしたので、制御点ＣP1〜ＣPxの間隔を上記のように1.3cmとしている。 In addition, when the audio signals supplied to the speakers SP1 to SPm are digitally processed, the interval between the control points CP1 to CPx is 1/4 of the wavelength corresponding to the sampling frequency in order to eliminate the influence of the sampling. It is preferable to make it -1/5 or less. In the above numerical example, since the sampling frequency is 8 kHz, the interval between the control points CP1 to CPx is 1.3 cm as described above.
そして、図１０によれば、スピーカＳＰ1〜ＳＰmから出力された音波は、仮想音源ＶSSから出力された音波であるかのように波面合成され、受聴領域にきれいな波紋が描かれている。つまり、波面合成が適切に行われ、目的とする仮想音源ＶSSおよび音場が形成されていることがわかる。 Then, according to FIG. 10, the sound waves output from the speakers SP1 to SPm are wavefront synthesized as if they were the sound waves output from the virtual sound source VSS, and a beautiful ripple is drawn in the listening area. That is, it can be seen that wavefront synthesis is appropriately performed and the target virtual sound source VSS and sound field are formed.
また、見方を変えると、図１０Ａの場合には、波紋の曲率が小さいので、仮想音源ＶSSの位置が波面合成面ＳSRに比較的近いことになる。しかし、図１０Ｂの場合には、波紋の曲率が図１０Ａの場合よりも大きくなっているので、仮想音源ＶSSの位置が図１０Ａの場合よりも波面合成面ＳSRから遠ざかっていることになる。したがって、このことからも仮想音源ＶSSの位置を制御できることがわかる。 In other words, in the case of FIG. 10A, since the curvature of the ripple is small, the position of the virtual sound source VSS is relatively close to the wavefront synthesis surface SSR. However, in the case of FIG. 10B, since the curvature of the ripple is larger than that in FIG. 10A, the position of the virtual sound source VSS is farther from the wavefront synthesis surface SSR than in the case of FIG. 10A. Therefore, this also shows that the position of the virtual sound source VSS can be controlled.
図１１において、エリアＡBCは、理論上、仮想音源ＶSSを配置あるいは移動できる範囲を示す。この配置可能エリアＡBCは、各辺が外側にやや膨らんだ逆三角形に近くなるが、図および以下の説明においては、簡単のため、逆三角形としている。 In FIG. 11, an area ABC theoretically indicates a range in which the virtual sound source VSS can be arranged or moved. This arrangeable area ABC is close to an inverted triangle with each side slightly bulging outward, but in the figure and the following description, it is an inverted triangle for simplicity.
そして、この配置可能エリアＡBCは、その頂点ＰAが、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列の中央において、その配列方向と直交する線上に位置するとともに、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの前方（リスナ側）に位置する。また、頂点ＰAからスピーカＳＰ1を通る直線の延長上に頂点ＰBが位置し、頂点ＰAからスピーカＳＰmを通る直線の延長上に頂点ＰCが位置する。さらに、頂点ＰBと頂点ＰCとを結ぶ辺は、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向に平行となる。 In the arrangeable area ABC, the apex PA is located on the line orthogonal to the arrangement direction at the center of the arrangement of the speakers SP1 to SPm, and is located in front of the speakers SP1 to SPm (listener side). Further, the vertex PB is located on the extension of the straight line passing from the vertex PA through the speaker SP1, and the vertex PC is located on the extension of the straight line passing from the vertex PA to the speaker SPm. Further, the side connecting the vertex PB and the vertex PC is parallel to the direction in which the speakers SP1 to SPm are arranged.
そして、この配置可能エリアＡBCの中であれば、仮想音源ＶSSを任意の位置に配置することができ、あるいは軌跡ＣSSとして示すように、仮想音源ＶSSの位置を自由に移動させることができる。 And within this arrangementable area ABC, the virtual sound source VSS can be arranged at an arbitrary position, or the position of the virtual sound source VSS can be freely moved as shown as a locus CSS.
〔４〕 波面合成のアルゴリズム
図１２に示すように、
ｕ(ω)：仮想音源ＶSSの出力信号、つまり、原オーディオ信号
Ｈ(ω)：適切な波面合成を実現するために信号ｕ(ω)に畳み込む伝達関数
Ｃ(ω)：スピーカＳＰ1〜ＳＰmから制御点ＣP1〜ＣPmまでの伝達関数
ｑ(ω)：波面合成により実際に制御点ＣP1〜ＣPxに再現される信号
とすると、原オーディオ信号ｕ(ω)に、伝達関数Ｃ(ω)、Ｈ(ω)を畳み込んだ信号が、再現オーディオ信号ｑ(ω)であるから、
ｑ(ω)＝Ｃ(ω)・Ｈ(ω)・ｕ(ω)
となる。この場合、スピーカＳＰ1〜ＳＰmから制御点ＣP1〜ＣPxまでの伝達特性を求めておくことにより、伝達関数Ｃ(ω)を規定できる。
[4] Wavefront synthesis algorithm As shown in FIG.
u (ω): Output signal of virtual sound source VSS, that is, original audio signal H (ω): transfer function convolved with signal u (ω) to realize appropriate wavefront synthesis C (ω): from speakers SP1 to SPm Transfer function q (ω) from control points CP1 to CPm: Assuming that signals are actually reproduced at control points CP1 to CPx by wavefront synthesis, transfer functions C (ω) and H ( Since the signal obtained by convolving ω) is the reproduced audio signal q (ω),
q (ω) = C (ω) ・ H (ω) ・ u (ω)
It becomes. In this case, the transfer function C (ω) can be defined by obtaining transfer characteristics from the speakers SP1 to SPm to the control points CP1 to CPx.
そして、伝達関数Ｈ(ω)を制御すれば、このときの再現オーディオ信号ｑ(ω)により適切な波面合成が実現され、例えば図１１に軌跡ＣSSとして示すように、仮想音源ＶSSの位置あるいは移動を任意に制御することができる。 If the transfer function H (ω) is controlled, an appropriate wavefront synthesis is realized by the reproduced audio signal q (ω) at this time. For example, as shown as a locus CSS in FIG. 11, the position or movement of the virtual sound source VSS. Can be controlled arbitrarily.
〔５〕 信号の変換
上記の〔４〕にしたがって原オーディオ信号ｕ(ω)を再現オーディオ信号ｑ(ω)に変換して仮想音源ＶSSの位置を制御する場合、その再生装置は例えば図１３に示すように構成することができる。すなわち、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmがＦＩＲフィルタにより構成されるとともに、制御回路２０の係数メモリ２１にデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmのフィルタ係数（タップ係数）が用意される。そして、このフィルタ係数が係数メモリ２１から読み出されてデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにロードされ、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmに必要とする伝達関数Ｈ(ω)、Ｃ(ω)が設定される。
[5] Signal Conversion When the original audio signal u (ω) is converted into the reproduced audio signal q (ω) in accordance with the above [4] and the position of the virtual sound source VSS is controlled, the reproducing apparatus is shown in FIG. It can be configured as shown. That is, the digital filters DF1 to DFm are constituted by FIR filters, and filter coefficients (tap coefficients) of the digital filters DF1 to DFm are prepared in the
そして、原オーディオ信号（デジタル信号）ｕ(ω)が、入力端子ＴinからデジタルローパスフィルタＤＦ0に供給され、波面合成の原理上、不要な高域成分、すなわち、(2)式で示される周波数ｆhi以上の周波数成分が除去される。 Then, the original audio signal (digital signal) u (ω) is supplied from the input terminal Tin to the digital low-pass filter DF0, and the high-frequency component unnecessary for the principle of wavefront synthesis, that is, the frequency fhi shown in the equation (2). The above frequency components are removed.
このフィルタ出力が、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmに供給されて伝達関数Ｈ(ω)および伝達関数Ｃ(ω)が畳み込まれ、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmから再現オーディオ信号ｑ(ω)〜ｑ(ω)が取り出される。そして、この信号ｑ(ω)〜ｑ(ω)が、Ｄ／Ａコンバータ回路ＤＡ1〜ＤＡmによりＤ／Ａ変換されてから出力アンプＰＡ1〜ＰＡmを通じてスピーカＳＰ1〜ＳＰmに供給される。 This filter output is supplied to the digital filters DF1 to DFm so that the transfer function H (ω) and the transfer function C (ω) are convoluted, and the reproduced audio signals q (ω) to q (ω) are output from the digital filters DF1 to DFm. Is taken out. The signals q (ω) to q (ω) are D / A converted by the D / A converter circuits DA1 to DAm and then supplied to the speakers SP1 to SPm through the output amplifiers PA1 to PAm.
したがって、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの出力により仮想音源ＶSSが形成されるとともに、そのとき、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmの伝達関数Ｃ(ω)、Ｈ(ω)を所定の値にすることにより仮想音源ＶSSの位置を変更することができる。 Therefore, the virtual sound source VSS is formed by the outputs of the speakers SP1 to SPm, and at that time, the transfer functions C (ω) and H (ω) of the digital filters DF1 to DFm are set to predetermined values to thereby generate the virtual sound source VSS. The position can be changed.
〔６〕 仮想音源ＶSSの配置あるいは移動位置
配置可能エリアＡBCに仮想音源ＶSSを配置する場合、あるいは配置可能エリアＡBCの中を仮想音源ＶSSを移動させる場合、例えば図１４に示すような方法が考えられている。
[6] Arrangement or movement position of virtual sound source VSS When arranging the virtual sound source VSS in the arrangeable area ABC or moving the virtual sound source VSS in the arrangeable area ABC, for example, a method as shown in FIG. 14 is considered. It has been.
すなわち、図１４に破線で示すように、仮想音源ＶSSの配置可能エリアＡBCを、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向に平行な格子と、直交する格子とにより、メッシュ状に区切る。そして、仮想音源ＶSSが、そのメッシュの交点に位置するときのフィルタ係数をあらかじめ演算し、係数メモリ２１に格納しておく。そして、仮想音源ＶSSを移動させるときには、移動位置にもっとも近い交点のフィルタ係数を係数メモリ２１から読み出してデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにロードする。
That is, as shown by a broken line in FIG. 14, the area ABC where the virtual sound source VSS can be arranged is divided into a mesh shape by a lattice parallel to the arrangement direction of the speakers SP1 to SPm and a lattice orthogonal to the arrangement direction. The filter coefficient when the virtual sound source VSS is located at the intersection of the mesh is calculated in advance and stored in the
このようにすれば、仮想音源ＶSSを交点ごとに配置し、あるいは移動させることができる。そして、このとき、複数の仮想音源ＶSSに対して各交点におけるフィルタ係数を兼用することができる。 In this way, the virtual sound source VSS can be arranged or moved at each intersection. At this time, the filter coefficient at each intersection can also be used for a plurality of virtual sound sources VSS.
なお、先行技術文献として例えば以下のものがある。
ところで、上述のような仮想音源ＶSSの配置や移動を実現する場合、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmのそれぞれには、通常、1024タップ程度のタップ数が必要とされる。したがって、例えば図１４にも示すように、配置可能エリアＡBCを左右方向および前後方向に100ポイント×100ポイントの格子で区切ると、交点の数は5000ポイント（＝100×100／２）となる。 By the way, in order to realize the arrangement and movement of the virtual sound source VSS as described above, each of the digital filters DF1 to DFm usually requires about 1024 taps. Therefore, for example, as shown in FIG. 14, when the dispositionable area ABC is divided by a grid of 100 points × 100 points in the left-right direction and the front-rear direction, the number of intersections is 5000 points (= 100 × 100/2).
この結果、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの数が16個（ｍ＝16）であるとすれば、フィルタ係数（タップ係数）のために、
1024タップ×16個×5000ポイント＝81920000タップ分
の係数メモリ２１が必要となる。
As a result, if the number of speakers SP1 to SPm is 16 (m = 16), because of the filter coefficient (tap coefficient),
The
そして、フィルタ係数のそれぞれが32ビット（４バイト）のfloat型であるとすると、
81920000タップ分×４バイト＝327680000バイト
＝312.5Ｍバイト
の係数メモリ２１が必要になる。
And if each of the filter coefficients is a 32-bit (4 bytes) float type,
81920000 taps x 4 bytes = 327680000 bytes
= 312.5 Mbyte of
つまり、係数メモリ２１としてかなりの容量が必要とされる。そして、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの数ｍおよびメッシュの交点の数に比例して係数メモリ２１の容量が増加してしまう。また、仮想音源ＶSSの移動につれてデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmに次のフィルタ係数をロードする必要があるので、メッシュの交点の間隔が狭い場合には、フィルタ係数のロードの頻度が高くなり、制御回路２０の負担が大きくなってしまう。
That is, a considerable capacity is required for the
さらに、仮想音源ＶSSの位置を変更するときに、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmには多量のフィルタ係数の読み込み処理が発生するので、制御回路２１とデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmとの間のフィルタ係数のデータラインに、かなりの転送能力が要求される。
Further, when the position of the virtual sound source VSS is changed, a large amount of filter coefficient reading processing occurs in the digital filters DF1 to DFm, so that the filter coefficient data line between the
しかし、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの数ｍを減らしたり、メッシュの交点の間隔を広くしたりすると、仮想音源ＶSSを適切に形成できなくなったり、仮想音源ＶSSの配置や移動が不自然になったりしてしまう。 However, if the number m of the speakers SP1 to SPm is reduced or the interval between meshes is increased, the virtual sound source VSS cannot be properly formed or the placement and movement of the virtual sound source VSS becomes unnatural. End up.
また、実際には、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmは、１つのＤＳＰあるいはＣＰＵにより実現するのが普通である。そして、その場合には、
(A) デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmのうちのあるデジタルフィルタについて、その第ａ番目のタップのタップ係数を取り込む。
(B) 積和演算を実行する。
(C) その結果を、第ａ番目のタップの出力とする。
(D) (A)〜(C)の処理をタップごとに順に行う。したがって、(A)〜(C)の処理をタップの数だけ繰り返すことになる。
(E) (D)の処理を、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmのそれぞれごとに行う。したがって、(D)の処理を16回（＝ｍ回）実行することになる。
のような処理を実行するものである。
In practice, the digital filters DF1 to DFm are usually realized by a single DSP or CPU. And in that case,
(A) For a digital filter among the digital filters DF1 to DFm, the tap coefficient of the a-th tap is captured.
(B) Perform product-sum operation.
(C) The result is the output of the a-th tap.
(D) The processes (A) to (C) are performed in order for each tap. Therefore, the processes (A) to (C) are repeated by the number of taps.
(E) The processing of (D) is performed for each of the digital filters DF1 to DFm. Therefore, the process (D) is executed 16 times (= m times).
The process like this is executed.
したがって、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmのそれぞれのタップ数が1024タップであるとすれば、ＤＳＰあるいはＣＰＵは、原オーディオ信号ｕ(ω)の１サンプルにつき、(A)〜(C)の処理を
1024タップ×16個＝16384回
にわたって実行することになる。
Therefore, if the number of taps of each of the digital filters DF1 to DFm is 1024 taps, the DSP or CPU performs the processes (A) to (C) for one sample of the original audio signal u (ω).
1024 taps x 16 pieces = 16384 times.
そして、１つの仮想音源ＶSSにつきｍ個のデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmが必要であるから、複数Ｎ個の仮想音源ＶSSを同時に移動させる場合には、Ｎ組のデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmを必要とする。 Since m digital filters DF1 to DFm are required for one virtual sound source VSS, N sets of digital filters DF1 to DFm are required to move a plurality of N virtual sound sources VSS simultaneously.
したがって、デジタルフィルタの総タップ数は、
1024タップ×16個×Ｎ個＝Ｎ×16384タップ
となる。つまり、これだけのタップ数について(A)〜(C)の処理をリアルタイムで実行する必要がある。なお、この処理は、原オーディオ信号ｕ(ω)の１サンプル期間、例えば１／44.1ｋHzの期間に実行する必要がある。
Therefore, the total number of taps of the digital filter is
1024 taps × 16 pieces × N pieces = N × 16384 taps. That is, it is necessary to execute the processes (A) to (C) in real time for this number of taps. This process needs to be executed in one sample period of the original audio signal u (ω), for example, a period of 1 / 44.1 kHz.
しかし、そのような処理には、ＤＳＰあるいはＣＰＵに数ＧFLOPS〜数十ＧFLOPSの演算能力を要求することになる。このため、現在の技術レベルでは、仮想音源ＶSSの位置をリアルタイムで制御をする場合、仮想音源ＶSSの数は数個から十数個が限界となってしまう。 However, such processing requires a DSP or CPU with a computing capacity of several GFLOPS to several tens of GFLOPS. For this reason, at the current technical level, when the position of the virtual sound source VSS is controlled in real time, the number of virtual sound sources VSS is limited to a few to a dozen.
近年、パーソナルコンピュータの高速化や高速ＤＳＰの台頭などにより、上述のような波面合成が実現可能になったとは言え、まだまだ演算能力やメモリの転送能力は膨大なものが要求されている状況に変わりはなく、より低コストなシステムでの実現手段が強く望まれている。 In recent years, with the speeding up of personal computers and the rise of high-speed DSPs, the wavefront synthesis as described above can be realized, but the situation is that there is still a huge demand for computing capacity and memory transfer capacity. However, there is a strong demand for means for realizing a lower-cost system.
この発明は、以上のような課題ないし問題点を解決しようとするものである。 The present invention is intended to solve the above-described problems or problems.
この発明においては、
複数のスピーカを配列してスピーカアレイを構成し、
上記複数のスピーカに供給されるオーディオ信号のそれぞれに所定の伝達関数を畳み込んで上記複数のスピーカから出力される音響の波面合成を行い、
この波面合成により上記スピーカアレイを含むエリアに仮想音源を形成するとともに、
この仮想音源が、上記スピーカアレイの近傍では密となり、遠方では粗となる不等間隔のメッシュの交点に位置するように上記伝達関数を制御する
ようにしたオーディオ信号の再生方法
とするものである。
In this invention,
A speaker array is configured by arranging a plurality of speakers,
Convolve a predetermined transfer function with each of the audio signals supplied to the plurality of speakers to perform wavefront synthesis of the sound output from the plurality of speakers,
With this wavefront synthesis, a virtual sound source is formed in the area including the speaker array,
The audio signal reproduction method is configured to control the transfer function so that the virtual sound source is located at the intersection of meshes of unequal intervals that are dense in the vicinity of the speaker array and coarse in the distance. .
この発明によれば、フィルタ係数の数を減らすことができ、その結果、フィルタ係数を格納する係数メモリの容量を削減することができる。また、デジタルフィルタへのフィルタ係数のロードが容易になる。 According to the present invention, the number of filter coefficients can be reduced, and as a result, the capacity of the coefficient memory for storing the filter coefficients can be reduced. In addition, it is easy to load the filter coefficient to the digital filter.
〔１１〕 人の聴覚特性について
図１４により説明したように、配置可能エリアＡBCをメッシュにより区切り、そのメッシュの交点に仮想音源ＶSSを配置する場合、メッシュが粗ければ粗いほど仮想音源ＶSSの定位するポイントが粗くなり、細かければ細かいほど定位するポイントが細かくなる。しかしながら、音像の定位に対する人の弁別の分解能には限界が存在するので、メッシュをあまりに細かくしても違いがわからなくなる。
[11] Human auditory characteristics As described with reference to FIG. 14, when the arrangementable area ABC is divided by a mesh and the virtual sound source VSS is arranged at the intersection of the mesh, the coarser the mesh, the localization of the virtual sound source VSS The point to perform becomes coarse, and the finer the position, the finer the localization point. However, there is a limit to the resolution of human discrimination for sound image localization, so even if the mesh is made too fine, the difference cannot be recognized.
一方、定位を弁別する分解能は、リスナの近傍では比較的高いが、リスナから離れれば離れるほど、低くなるという聴覚特性も存在する。例えば、リスナの近傍では音源の位置が10cm変更されても違いがわかるが、音源がリスナから離れると、10cmの違いを知覚することはできなくなる。 On the other hand, the resolution for discriminating the localization is relatively high in the vicinity of the listener, but there is also an auditory characteristic that it becomes lower as the distance from the listener increases. For example, in the vicinity of the listener, the difference can be seen even if the position of the sound source is changed by 10 cm, but if the sound source is separated from the listener, the difference of 10 cm cannot be perceived.
この発明は、そのような聴感特性を利用し、フィルタ係数の数を抑えつつ仮想音源ＶSSをスムーズに移動させることができるようにしたものである。以下、順を追って説明する。 The present invention makes it possible to smoothly move the virtual sound source VSS while suppressing the number of filter coefficients by utilizing such auditory characteristics. In the following, description will be given in order.
〔１２〕 再生装置の例
図１は、この発明による再生装置の一例を示す。この例においては、Ｎ個の仮想音源ＶSSの位置をそれぞれ独立に設定できるようにした場合である。すなわち、第１〜第Ｎの原オーディオ信号（デジタル信号）ｕ(ω)〜ｕ(ω)が、入力端子Ｔin1〜ＴinNからデジタルローパスフィルタＤＦ01〜ＤＦ0Nに供給されて不要な高域成分が除去され、このフィルタ出力がデジタルフィルタ（ＤＦ11〜ＤＦm1）〜（ＤＦ1N〜ＤＦmN）に供給される。
[12] Example of Playback Device FIG. 1 shows an example of a playback device according to the present invention. In this example, the positions of the N virtual sound sources VSS can be set independently. That is, the first to Nth original audio signals (digital signals) u (ω) to u (ω) are supplied from the input terminals Tin1 to TinN to the digital low-pass filters DF01 to DF0N, and unnecessary high frequency components are removed. The filter outputs are supplied to digital filters (DF11 to DFm1) to (DF1N to DFmN).
このデジタルフィルタ（ＤＦ11〜ＤＦ1N）〜（ＤＦm1〜ＤＦmN）は、図１３におけるデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmに対応するものであり、ＦＩＲフィルタにより構成されるとともに、制御回路２０により所定のフィルタ係数がロードされ、デジタルフィルタＤＦ11〜ＤＦmNに必要とする伝達関数Ｈ(ω)、Ｃ(ω)が設定される。
These digital filters (DF11 to DF1N) to (DFm1 to DFmN) correspond to the digital filters DF1 to DFm in FIG. 13 and are constituted by FIR filters and are loaded with predetermined filter coefficients by the
この場合、デジタルフィルタ（ＤＦ11〜ＤＦm1）〜（ＤＦ1N〜ＤＦmN）のフィルタ係数およびそのロード方法については、次の〔１３〕以降により詳述するが、フィルタ係数は制御回路２０の係数メモリ２１に用意されている。そして、リスナが外部の入力手段を操作して仮想音源ＶSS〜ＶSSの位置を指定すると、あるいはゲームなどのプログラムが演算処理により指定すると、係数メモリ２１から対応するフィルタ係数が読み出されてデジタルフィルタＤＦ11〜ＤＦmNにロードされる。
In this case, the filter coefficients of the digital filters (DF11 to DFm1) to (DF1N to DFmN) and the loading method thereof will be described in detail in the following [13] and after, but the filter coefficients are prepared in the
したがって、デジタルフィルタ（ＤＦ11〜ＤＦm1）〜（ＤＦ1N〜ＤＦmN）からは第１〜第Ｎの原オーディオ信号ｕ(ω)〜ｕ(ω)の再現オーディオ信号ｑ(ω)〜ｑ(ω)が取り出される。そして、この信号ｑ(ω)〜ｑ(ω)が、加算回路ＡＣ1〜ＡＣmを通じてＤ／Ａコンバータ回路ＤＡ1〜ＤＡmに供給されてアナログオーディオ信号にＤ／Ａ変換され、その出力信号が出力アンプＰＡ1〜ＰＡmを通じてスピーカＳＰ1〜ＳＰmに供給される。なお、スピーカＳＰ1〜ＳＰmは、図１１により説明したように配置されてスピーカアレイ１０を構成しているものである。 Therefore, reproduced audio signals q (ω) to q (ω) of the first to Nth original audio signals u (ω) to u (ω) are extracted from the digital filters (DF11 to DFm1) to (DF1N to DFmN). It is. The signals q (ω) to q (ω) are supplied to the D / A converter circuits DA1 to DAm through the adder circuits AC1 to ACm and D / A converted into analog audio signals, and the output signal is output to the output amplifier PA1. Is supplied to the speakers SP1 to SPm through -PAm. Note that the speakers SP1 to SPm are arranged as described with reference to FIG.
したがって、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの出力により、配置可能エリアＡBCが図１１により説明したようにほぼ逆三角形に形成されるとともに、この配置可能エリアＡBCに、第１〜第Ｎの原オーディオ信号ｕ(ω)〜ｕ(ω)に対応する第１〜第Ｎの仮想音源ＶSS〜ＶSSが配置される。そして、このとき、デジタルフィルタ（ＤＦ11〜ＤＦm1）〜（ＤＦ1N〜ＤＦmN）の伝達関数Ｃ(ω)、Ｈ(ω)を所定の値にすることにより、配置範囲エリアＡBCにおいて第１〜第Ｎの仮想音源ＶSS〜ＶSSの位置を変更することができる。 Therefore, by the outputs of the speakers SP1 to SPm, the arrangeable area ABC is formed in a substantially inverted triangle as described with reference to FIG. 11, and the first to Nth original audio signals u (ω ) To u (ω) are arranged as first to Nth virtual sound sources VSS to VSS. At this time, the transfer functions C (ω) and H (ω) of the digital filters (DF11 to DFm1) to (DF1N to DFmN) are set to predetermined values, so that the first to Nth in the arrangement range area ABC. The positions of the virtual sound sources VSS to VSS can be changed.
〔１３〕 この発明における仮想音源の配置位置
この発明においては、配置可能エリアＡBCをメッシュ状に区切るとともに、〔１１〕に基づいて、例えば図２に示すように、リスナの近くの位置ではメッシュの間隔を狭く定義し、リスナから離れた位置ほどメッシュの間隔を広く定義する。そして、このメッシュの交点を仮想音源ＶSSの配置位置とする。
[13] Arrangement position of virtual sound source in the present invention In this invention, the arrangeable area ABC is divided into a mesh shape, and based on [11], for example, as shown in FIG. The interval is defined narrower, and the mesh interval is defined wider as the position is farther from the listener. The intersection of the meshes is set as the placement position of the virtual sound source VSS.
〔１３−１〕 配置位置の設定方法（その１）
図２に示す例においては、配置可能エリアＡBCを区切るメッシュのうち、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向に平行な方向の格子ＧXは、リスナから遠ざかるほど間隔を広く設定する。また、格子ＧXと交差する格子ＧYは、頂点ＰAから放射状に、かつ、格子ＧYのうち、中心の格子（スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列中心で、その配列方向と直交する格子）ＧY0から離れる格子ほど間隔を広く設定する。
[13-1] Arrangement position setting method (1)
In the example shown in FIG. 2, among the meshes that divide the arrangeable area ABC, the lattice GX in the direction parallel to the arrangement direction of the speakers SP1 to SPm is set wider as the distance from the listener increases. The grid GY intersecting with the grid GX is such that the grid is radially away from the apex PA and is farther from the center grid (grating orthogonal to the direction of arrangement at the center of the arrangement of the speakers SP1 to SPm) GY0. Set a wide interval.
例えば、格子ＧXは対数的に等間隔に設定し、格子ＧYは、同一の格子ＧX上において、対数的に等間隔に設定する。そして、仮想音源ＶSSを配置する（移動させる）とき、格子ＧXと格子ＧYとの交点のどれかに配置するものとする。 For example, the lattice GX is set logarithmically at regular intervals, and the lattice GY is logarithmically set on the same lattice GX. Then, when the virtual sound source VSS is arranged (moved), it is arranged at one of the intersections of the lattice GX and the lattice GY.
このようにすれば、配置可能エリアＡBCにおける格子ＧXと格子ＧYとの交点の間隔は、リスナから離れるほど広くなる。そして、仮想音源ＶSSの配置位置をメッシュの交点ごとに移動させた場合、リスナの近くでは、人の定位の弁別能力が高くても、交点の間隔が狭いので、仮想音源ＶSSの移動が連続的でスムーズになる。一方、遠方においては、交点の間隔が広くなるが、人の定位の弁別能力が低いので、仮想音源ＶSSの移動が不連続的になることがなく、あるいは違和感を感じることがない。つまり、仮想音源ＶSSをスムーズに移動させることができる。 In this way, the distance between the intersections of the lattice GX and the lattice GY in the arrangeable area ABC increases as the distance from the listener increases. When the placement position of the virtual sound source VSS is moved for each intersection of the meshes, the movement of the virtual sound source VSS is continuous because the distance between the intersections is small near the listener even if the human localization ability is high. It will be smooth. On the other hand, the distance between the intersections is wide in the distance, but the human localization ability is low, so that the movement of the virtual sound source VSS does not become discontinuous or feels uncomfortable. That is, the virtual sound source VSS can be moved smoothly.
そして、その場合、波面合成の原理上、仮想音源ＶSSの配置可能エリアＡBCは、図１１および図２にも示すように逆三角形となっているので、リスナの近くでは仮想音源ＶSSを配置することができるゾーンは狭く、したがって、交点の間隔を狭くしても、交点の数は少ない。一方、リスナから遠ざかるほど、仮想音源ＶSSを配置することのできるゾーンは広くなるが、遠方では交点の間隔を広くしているので、やはり交点の数は少ない。 In this case, because of the principle of wavefront synthesis, the virtual sound source VSS arrangement area ABC is an inverted triangle as shown in FIGS. 11 and 2, so that the virtual sound source VSS is arranged near the listener. Therefore, the number of intersections is small even if the interval between the intersections is narrowed. On the other hand, the farther away from the listener, the wider the zone in which the virtual sound source VSS can be placed, but the distance between the intersections is widened far away, so the number of intersections is still small.
したがって、全体として交点の数、すなわち、仮想音源ＶSSの配置位置の数を減らすことができるので、フィルタ係数の数を減らすことができ、この結果、フィルタ係数を格納する係数メモリ２１の容量を減らすことができる。また、これにより係数メモリ２１とデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmとの間のデータラインに、高い転送能力を要求されることがなくなる。
Therefore, since the number of intersections, that is, the number of positions where the virtual sound source VSS is arranged as a whole can be reduced, the number of filter coefficients can be reduced. As a result, the capacity of the
〔１３−２〕 配置位置の設定方法（その２）
図３に示す例においては、仮想音源ＶSSの配置位置となる交点の密度を、粗および密の２段階とする場合である。すなわち、この例においては、格子ＧXおよびＧYをスピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向と平行な方向および直交方向に設定する。そして、リスナの近くのゾーンでは、格子ＧX、ＧYの交点の間隔を狭く定義し、リスナから離れたゾーンでは、格子ＧX、ＧYの交点の間隔を広く定義する。
[13-2] Arrangement position setting method (2)
In the example shown in FIG. 3, the density of the intersections at which the virtual sound source VSS is arranged is set to two stages, coarse and dense. That is, in this example, the gratings GX and GY are set in a direction parallel to and orthogonal to the direction in which the speakers SP1 to SPm are arranged. In the zone near the listener, the interval between the intersections of the lattices GX and GY is narrowly defined, and in the zone far from the listener, the interval between the intersections of the lattices GX and GY is widely defined.
したがって、この場合も、仮想音源ＶSSの配置位置をメッシュの交点ごとに移動させた場合、仮想音源ＶSSの移動が連続的でスムーズになり、違和感を感じることがない。また、交点の数を減らすことができるので、フィルタ係数のためのメモリの容量を減らすことができるとともに、フィルタ係数をデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにロードするとき、高い転送能力を要求されることがなくなる。 Therefore, also in this case, when the placement position of the virtual sound source VSS is moved for each intersection of the meshes, the movement of the virtual sound source VSS becomes continuous and smooth, and there is no sense of discomfort. Further, since the number of intersections can be reduced, the capacity of the memory for the filter coefficients can be reduced, and when the filter coefficients are loaded into the digital filters DF1 to DFm, a high transfer capability is not required. .
〔１３−３〕 配置位置の設定方法（その３）
図２に示す例においては、交点の密度を連続的ないし多段階に異ならせた場合であり、図３に示す例においては、交点の密度を粗および密の２段階に異ならせた場合であるが、その中間とすることもできる。すなわち、配置可能エリアＡBCを、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向と直交する方向に、不自然さを感じない程度の数のゾーン、例えば３ゾーンあるいは４ゾーンに区切り、各ゾーンにおける交点の間隔を、リスナから離れたゾーンほど広く定義する。
[13-3] Arrangement position setting method (part 3)
In the example shown in FIG. 2, the density of the intersections is different from continuous to multi-stage, and in the example shown in FIG. 3, the density of the intersections is different from coarse and dense two stages. However, it can also be in between. That is, the dispositionable area ABC is divided into a number of zones that do not feel unnatural, for example, 3 zones or 4 zones, in a direction orthogonal to the arrangement direction of the speakers SP1 to SPm, and the interval between the intersections in each zone is Define the zone farther away from the listener.
このようにする場合も、〔１３−１〕および〔１３−２〕と同様の効果を得ることができる。 In this case, the same effects as [13-1] and [13-2] can be obtained.
〔１３−４〕 配置位置の設定方法（その４）
図２などからも明らかなように、仮想音源ＶSSの配置位置は、格子ＧYのうちの中心の格子ＧY0について線対称に設定する場合が一般的であり、これを非対称としても意味がない。
[13-4] Arrangement position setting method (4)
As is apparent from FIG. 2 and the like, the arrangement position of the virtual sound source VSS is generally set to be line-symmetric with respect to the central lattice GY0 of the lattice GY, and it is meaningless to make this asymmetric.
そこで、図４に示す例においては、設定可能エリアＡBCの頂点ＰAをＸＹ座標（直交座標）の原点に設定し、中心の格子ＧY0をＹ軸に設定するとともに、頂点ＰAを通り、格子ＧXに平行な直線をＸ軸に設定する。そして、配置可能エリアＡBCの右半分のエリア（第１象限）における交点Ｑ1と、左半分のエリア（第３象限）における交点Ｑ3とが、格子ＧY0（Ｙ軸）に関して線対称な位置にあるとする。 Therefore, in the example shown in FIG. 4, the vertex PA of the settable area ABC is set to the origin of the XY coordinates (orthogonal coordinates), the central grid GY0 is set to the Y axis, and the vertex PA is passed through to the grid GX. Set a parallel straight line on the X axis. The intersection Q1 in the right half area (first quadrant) of the arrangeable area ABC and the intersection Q3 in the left half area (third quadrant) are in a line-symmetrical position with respect to the lattice GY0 (Y axis). To do.
すると、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにあるフィルタ係数をロードしたとき、スピーカＳＰ1〜ＳＰmにより交点Ｑ1に仮想音源ＶSSが定位するとすれば、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向を左右逆にしたとき、その仮想音源ＶSSは交点Ｑ3に定位することになる。そして、実際には、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向を逆にしなくても、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにロードされるフィルタ係数を、デジタルフィルタＤＦm〜ＤＦ1に逆順にロードすれば、交点Ｑ1に定位するはずの仮想音源ＶSSが交点Ｑ3に定位することになる。 Then, when the filter coefficients in the digital filters DF1 to DFm are loaded, if the virtual sound source VSS is localized at the intersection point Q1 by the speakers SP1 to SPm, the virtual sound source is reversed when the arrangement direction of the speakers SP1 to SPm is reversed. VSS is localized at the intersection Q3. Actually, even if the arrangement direction of the speakers SP1 to SPm is not reversed, if the filter coefficients loaded to the digital filters DF1 to DFm are loaded in the reverse order to the digital filters DFm to DF1, the localization is made at the intersection Q1. The supposed virtual sound source VSS is localized at the intersection Q3.
したがって、仮想音源ＶSSを左半分のエリアに配置するときと、右半分に配置するときとで、フィルタ係数を逆順にロードすれば、フィルタ係数の総数を１／２にすることができ、その結果、フィルタ係数用の係数メモリ２１の容量を１／２に減らすことができる。そして、そのとき、仮想音源ＶSSの配置可能な位置の数が減ることがない。
Therefore, if the filter coefficients are loaded in the reverse order between when the virtual sound source VSS is arranged in the left half area and when the virtual sound source VSS is arranged in the right half, the total number of filter coefficients can be halved. The capacity of the
例えば、係数メモリ２１のもとの容量が１Ｇバイトであれば、500Ｍバイトの削減ができる。また、フィルタ係数のロードを逆順にするだけなので、そのアルゴリズムも簡単である。さらに、この方法を３次元空間へ拡張する場合には、上下の対称性も利用できるので、メモリの容量を１／４に削減することができる。
For example, if the original capacity of the
〔１３−５〕 配置位置の設定方法（その５）
例えば図２に示すように、配置可能エリアＡBCにおける交点の間隔を連続的ないし多段階に異ならせた場合、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmのフィルタ係数を係数メモリ２１から読み出すとき、以下に述べるように、読み出し処理がめんどうになる。
[13-5] Arrangement position setting method (part 5)
For example, as shown in FIG. 2, when the intervals of the intersections in the arrangeable area ABC are varied continuously or in multiple stages, when reading the filter coefficients of the digital filters DF1 to DFm from the
すなわち、仮想音源ＶSSの位置は、リスナが外部の入力手段を操作して指定するにせよ、ゲームなどのプログラムが演算処理により指定するにせよ、ＸＹ座標系で表現されるのが普通である。したがって、仮想音源ＶSSの定位位置となる交点がＸＹ座標上で規則正しく並んでいる場合には、フィルタ係数を係数メモリ２１に規則正しく格納しておけば、指定された仮想音源ＶSSの位置を単純に係数メモリ２１のアドレスに換算し、そのアドレスからフィルタ係数を読み出すことができる。
In other words, the position of the virtual sound source VSS is usually expressed in the XY coordinate system, regardless of whether the listener operates and designates an external input means or a program such as a game specifies by arithmetic processing. Therefore, when the intersections that are the localization positions of the virtual sound source VSS are regularly arranged on the XY coordinates, if the filter coefficients are regularly stored in the
しかし、例えば図２に示すように、ＸＹ座標における交点の配置に規則性がない場合には、交点の一つ一つに規則的にＩＤ番号を割り当てて、そのＩＤ番号に一対一に対応するＸＹ座標を記したマップテーブルを別に用意することになる。しかし、この方法の場合には、ＩＤ番号を見ただけでは、仮想音源ＶSSの位置とリスナの位置との相対的な位置関係を直感的に把握しにくい。さらに、ＸＹ座標のそれぞれに対応するＩＤ番号をマップテーブルから検索する必要もあり、演算コストが大きくなってしまう。 However, for example, as shown in FIG. 2, when there is no regularity in the arrangement of the intersections in the XY coordinates, an ID number is regularly assigned to each of the intersections, and the ID numbers correspond one-to-one. A map table describing XY coordinates is prepared separately. However, in this method, it is difficult to intuitively grasp the relative positional relationship between the position of the virtual sound source VSS and the position of the listener simply by looking at the ID number. Furthermore, it is necessary to search the map table for the ID number corresponding to each of the XY coordinates, which increases the calculation cost.
そこで、図５に示す例においては、仮想音源ＶSSの配置位置を、ＸＹ座標系と同じ平面上に配置される極座標系により定義するようにした場合である。すなわち、図５においては、配置可能エリアＡBCの頂点ＰAを原点として極座標を設定する。このとき、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列の中央において、その配列方向と直交する直線をＸＹ座標のＹ軸に対応させ、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向と平行で、頂点ＰAを通る直線をＸ軸に対応させる。また、極座標においては、原点ＰAを中心にして距離Ｒをとり、Ｙ軸から時計方向に角度θをとるものとする。 Therefore, in the example shown in FIG. 5, the arrangement position of the virtual sound source VSS is defined by a polar coordinate system arranged on the same plane as the XY coordinate system. That is, in FIG. 5, polar coordinates are set with the vertex PA of the arrangeable area ABC as the origin. At this time, in the center of the arrangement of the speakers SP1 to SPm, a straight line orthogonal to the arrangement direction is made to correspond to the Y axis of the XY coordinates, and a straight line parallel to the arrangement direction of the speakers SP1 to SPm and passing through the vertex PA is taken as the X axis. Make it correspond. In the polar coordinates, the distance R is centered on the origin PA, and the angle θ is clockwise from the Y axis.
そして、原点ＰAを中心に同心円状に複数の円ＧRを設定し、原点ＰAを中心に放射状に複数の直線ＧAを設定する。ここで、円ＧRの半径は外側ほど大きくし、例えば、対数的に等間隔にする。また、直線ＧAは角間隔Δθは等しくするが、２つの音源に対する人の聴覚の分解能（見開き角）は２°程度なので、Δθ＝２°とされる。そして、仮想音源ＶSSを定位あるいは移動させるとき、円ＧRと直線ＧAとの交点のうち、配置可能エリアＡBCに含まれる交点うちののどれかに配置するものとする。 Then, a plurality of circles GR are set concentrically around the origin PA, and a plurality of straight lines GA are set radially around the origin PA. Here, the radius of the circle GR is increased toward the outer side, for example, logarithmically spaced at equal intervals. In addition, the straight line GA has the same angular interval Δθ, but the resolution (spread angle) of human hearing with respect to the two sound sources is about 2 °, so Δθ = 2 °. When the virtual sound source VSS is localized or moved, the virtual sound source VSS is arranged at any of the intersections included in the arrangementable area ABC among the intersections of the circle GR and the straight line GA.
このようにすれば、〔１３−１〕の場合と同様、配置可能エリアＡBCにおける円ＧRと直線ＧAとの交点の間隔は、リスナの近くでは狭く、リスナから離れるほど広くなる。したがって、この場合も、仮想音源ＶSSの位置を交点ごとに移動させた場合、仮想音源ＶSSの移動が連続的でスムーズになり、違和感を感じることがない。 In this way, as in [13-1], the interval between the intersections of the circle GR and the straight line GA in the arrangeable area ABC is narrow near the listener and wider as the distance from the listener increases. Therefore, also in this case, when the position of the virtual sound source VSS is moved for each intersection, the movement of the virtual sound source VSS becomes continuous and smooth, and there is no sense of incongruity.
特に、Δθ＝２°程度としておけば、仮想音源ＶSSを近くで移動させるときも、遠くで移動させるときも、聴覚上、移動に粗さの目立つことがなく、過不足のない移動を実現できる。また、交点の数を減らすことができるので、フィルタ係数のためのメモリの容量を減らすことができるとともに、フィルタ係数をデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにロードするとき、高い転送能力を要求されることがなくなる。 In particular, if Δθ = 2 ° is set, whether the virtual sound source VSS is moved near or far away, the movement is not noticeably rough, and movement without excess or deficiency can be realized. . Further, since the number of intersections can be reduced, the capacity of the memory for the filter coefficients can be reduced, and when the filter coefficients are loaded into the digital filters DF1 to DFm, a high transfer capability is not required. .
さらに、交点を極座標形式で表しているので、交点が不等間隔であっても、数学的に規則的に取り扱うことができ、この結果、フィルタ係数を係数メモリ２１に規則正しく格納することができ、係数メモリ２１からのフィルタ係数の読み出しが容易になる。
Furthermore, since the intersection points are represented in polar coordinate format, even if the intersection points are unequal intervals, they can be handled mathematically regularly. As a result, the filter coefficients can be regularly stored in the
また、交点の位置は、極座標系における２つのパラメータＲ、θに表されるが、ＸＹ座標系との間で、
Ｘ＝Ｒ・sinθ
Ｙ＝Ｒ・cosθ
の関係があるので、容易に相互に変換することができる。
In addition, the position of the intersection is represented by two parameters R and θ in the polar coordinate system, but between the XY coordinate system,
X = R · sinθ
Y = R ・ cosθ
Therefore, they can be easily converted into each other.
さらに、パラメータＲを増減させるだけで、仮想音源ＶSSがリスナに近づいたり離れたりする移動を実現でき、制御までもが容易になる。また、リスナを中心に仮想音源ＶSSが左右に円弧状に回転するような動きを表現する場合も、パラメータθを増減させるだけでよい。このように座標を数学的に取り扱うことにより、仮想音源ＶSSの移動の制御までもが容易になる。 Furthermore, the movement of the virtual sound source VSS approaching or leaving the listener can be realized only by increasing or decreasing the parameter R, and the control is facilitated. Also, when expressing a motion such that the virtual sound source VSS rotates in a circular arc from side to side around the listener, it is only necessary to increase or decrease the parameter θ. By handling the coordinates mathematically in this way, it becomes easy to control the movement of the virtual sound source VSS.
また、〔１３−４〕において説明したような左右の対称性も成立する。つまり、配置可能エリアＡBCの右半分のエリア（第１象限）に位置する角度θの交点と、左半分のエリア（第３象限）に位置する角度−θの交点とは、Ｙ軸に対して線対称となる。したがって、左半分のエリアに仮想音源ＶSSを配置する場合には、右半分のエリアに配置する場合にデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにロードするフィルタ係数を、デジタルフィルタＤＦm〜ＤＦ1に逆順にロードすればよい。 Further, the left-right symmetry as described in [13-4] is also established. That is, the intersection of the angle θ located in the right half area (first quadrant) of the arrangeable area ABC and the intersection of the angle −θ located in the left half area (third quadrant) are relative to the Y axis. It becomes line symmetric. Therefore, when the virtual sound source VSS is arranged in the left half area, the filter coefficients to be loaded to the digital filters DF1 to DFm when arranged in the right half area may be loaded in the reverse order to the digital filters DFm to DF1. .
〔１４〕 まとめ
上述の再生装置によれば、リスナの聴感を損なわずに仮想音源ＶSSの配置位置を減らすことができるので、フィルタ係数を格納する係数メモリ２１の容量を減らすことができるとともに、実装上のメモリ空間を少なくすることができ、コストを削減することができる。
[14] Summary According to the above-described playback device, the placement position of the virtual sound source VSS can be reduced without impairing the listener's audibility, so that the capacity of the
また、仮想音源ＶSSを移動させる場合、リスナの聴感を損なわずに移動可能な点（交点）の数を大幅に削減できるので、フィルタ係数の読み込み頻度が少なくなり、負荷を低減することができる。さらに、実装上、フィルタ係数を転送するデータバスのバンド幅も少なくすることができる。また、仮想音源ＶSSの位置を極座標形式で定義することにより、仮想音源ＶSSの移動を容易に制御することができる。 Further, when the virtual sound source VSS is moved, the number of movable points (intersection points) can be greatly reduced without impairing the listener's audibility, so that the frequency of reading filter coefficients is reduced, and the load can be reduced. Further, the bandwidth of the data bus for transferring the filter coefficient can be reduced in terms of mounting. Further, by defining the position of the virtual sound source VSS in the polar coordinate format, the movement of the virtual sound source VSS can be easily controlled.
〔１５〕 その他
上述においては、複数ｍ個のスピーカＳＰ1〜ＳＰmを１列に水平に配置して仮想音源ＶSSの配置可能エリアＡBCを２次元的に形成した場合であるが、垂直面内に複数行×複数列にわたってマトリックス状にスピーカを配置し、仮想音源ＶSSの配置可能エリアＡBCを３次元的に形成する場合にも、この発明を適用することができる。その場合、スピーカＳＰ1〜ＳＰmを、十字状あるいは逆Ｔ字状に配置することもできるとともに、聴覚の方向に関する感度や識別能力は、水平方向には高いが垂直方向には低いので、垂直方向のスピーカの数を減らすこともできる。
[15] Others In the above description, a plurality of m speakers SP1 to SPm are horizontally arranged in one row to form the virtual sound source VSS disposition area ABC two-dimensionally. The present invention can also be applied to a case where speakers are arranged in a matrix over rows and a plurality of columns to form a three-dimensional arrangement area ABC of virtual sound source VSS. In this case, the speakers SP1 to SPm can be arranged in a cross shape or an inverted T shape, and the sensitivity and discrimination ability with respect to the auditory direction are high in the horizontal direction but low in the vertical direction. The number of speakers can also be reduced.
さらに、上述においては、スピーカＳＰ1〜ＳＰmと、波面合成面ＳSRとは平行であるとしたが、平行である必要はなく、さらに、スピーカＳＰ1〜ＳＰmは直線状あるいは平面状に配置しなくてもよい。また、ＡＶシステムなどと一体化する場合には、スピーカＳＰ1〜ＳＰmをディスプレイ（スクリーン）の上下左右に枠状に配置したり、ディスプレイの上あるいは下と左右とに冂字状あるいは凵字状に配置したりすることもできる。 Further, in the above description, the speakers SP1 to SPm and the wavefront synthesis surface SSR are parallel to each other. However, the speakers SP1 to SPm are not necessarily parallel, and the speakers SP1 to SPm may not be arranged linearly or planarly. Good. In addition, when integrating with an AV system or the like, the speakers SP1 to SPm are arranged in a frame shape on the top, bottom, left and right of the display (screen), or in a square shape or a square shape on the top, bottom, left and right of the display. It can also be arranged.
また、この発明は、後方のスピーカや側方のスピーカ、さらには、上下方向に音波を出力するスピーカシステムにも適用することができる。あるいは、この発明は、一般の２チャンネルステレオや5.1チャンネルオーディオと組み合わせることもできる。 The present invention can also be applied to a rear speaker, a side speaker, and a speaker system that outputs sound waves in the vertical direction. Alternatively, the present invention can be combined with general 2-channel stereo or 5.1-channel audio.
〔略語の一覧〕
ＡＶ ：Audio and Visual
ＣＰＵ：Central Processing Unit
Ｄ／Ａ：Digital to Analog
ＤＳＰ：Digital Signal Processor
ＩＤ ：IDentification
[List of abbreviations]
AV: Audio and Visual
CPU: Central Processing Unit
D / A: Digital to Analog
DSP: Digital Signal Processor
ID: IDentification
１０…スピーカアレイ、２０…制御回路、２１…係数メモリ、ＡＦ1〜ＡＦm…加算回路、ＤＡ1〜だm…Ｄ／Ａコンバータ回路、ＤＦ01〜ＤＦ0N…ローパスフィルタ、ＤＦ11〜ＤＦmN…デジタルフィルタ、ＳＰ1〜ＳＰm…スピーカ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上記複数のスピーカに供給されるオーディオ信号のそれぞれに所定の伝達関数を畳み込んで上記複数のスピーカから出力される音響の波面合成を行い、
この波面合成により上記スピーカアレイを含むエリアに仮想音源を形成するとともに、
この仮想音源が、上記スピーカアレイの近傍では密となり、遠方では粗となる不等間隔のメッシュの交点に位置するように上記伝達関数を制御する
ようにしたオーディオ信号の再生方法。 A speaker array is configured by arranging a plurality of speakers,
Convolve a predetermined transfer function with each of the audio signals supplied to the plurality of speakers to perform wavefront synthesis of the sound output from the plurality of speakers,
With this wavefront synthesis, a virtual sound source is formed in the area including the speaker array,
An audio signal reproduction method in which the transfer function is controlled so that the virtual sound source is located at an intersection of meshes of unequal intervals that are dense in the vicinity of the speaker array and coarse in the distance.
上記交点が、上記複数のスピーカの配列方向と平行な格子と、直交する方向の格子とにより表現される直交座標上の点である
ようにしたオーディオ信号の再生方法。 The reproduction method according to claim 1,
A method of reproducing an audio signal, wherein the intersection point is a point on orthogonal coordinates expressed by a lattice parallel to the arrangement direction of the plurality of speakers and a lattice in a direction orthogonal thereto.
上記交点が、上記複数のスピーカの配列方向の中心で、その配列方向と直交する直線上に位置するとともに、上記スピーカアレイの前方に位置する点を原点とし、この原点に対して距離および角度により定義される極座標上の点である
ようにしたオーディオ信号の再生方法。 The reproduction method according to claim 1,
The intersection is located at the center in the arrangement direction of the plurality of speakers on a straight line perpendicular to the arrangement direction, and the point located in front of the speaker array is the origin, and the distance and angle with respect to this origin An audio signal playback method that is defined as a point on the polar coordinates.
このデジタルフィルタに、上記伝達関数を与える所定のフィルタ係数をロードする制御回路と
を有し、
この制御回路は、
上記複数のスピーカから出力される音響が波面合成されて上記スピーカアレイを含む所定のエリアに仮想音源が形成されるとともに、
その仮想音源が、上記スピーカアレイの近傍では密となり、遠方では粗となる不等間隔のメッシュの交点に位置するように、上記デジタルフィルタに上記フィルタ係数をロードする
ようにしたオーディオ信号の再生装置。 When a plurality of speakers are arranged to form a speaker array, a digital filter that convolves a predetermined transfer function with each of the audio signals supplied to the plurality of speakers,
A control circuit for loading the digital filter with a predetermined filter coefficient that gives the transfer function;
This control circuit
While the sound output from the plurality of speakers is subjected to wavefront synthesis to form a virtual sound source in a predetermined area including the speaker array,
Audio signal reproduction apparatus in which the filter coefficient is loaded into the digital filter so that the virtual sound source is located at the intersection of meshes of irregular intervals that are dense in the vicinity of the speaker array and coarse in the distance. .
上記交点が、上記複数のスピーカの配列方向と平行な格子と、直交する方向の格子とにより表現される直交座標上の点である
ようにしたオーディオ信号の再生装置。 The playback apparatus according to claim 4, wherein
An audio signal reproducing apparatus in which the intersection point is a point on orthogonal coordinates expressed by a lattice parallel to the arrangement direction of the plurality of speakers and a lattice in an orthogonal direction.
上記交点が、上記複数のスピーカの配列方向の中心で、その配列方向と直交する直線上に位置するとともに、上記スピーカアレイの前方に位置する点を原点とする距離および角度により定義される極座標上の点である
ようにしたオーディオ信号の再生装置。 The playback apparatus according to claim 4, wherein
On the polar coordinates defined by the distance and angle with the point of intersection at the center of the plurality of speakers in the array direction and on the straight line orthogonal to the array direction and the point positioned in front of the speaker array as the origin An audio signal playback device designed to achieve this point.
上記デジタルフィルタのうち、上記複数のスピーカのうちの配列方向の中心を通るとともに、その配列方向と直交する直線に対して右側のスピーカに対応するデジタルフィルタと、左側のスピーカに対応するデジタルフィルタとに、等しいフィルタ係数を逆順にロードする
ようにしたオーディオ信号の再生装置。 The playback device according to claim 4, 5 or 6,
Among the digital filters, a digital filter corresponding to the right speaker with respect to a straight line passing through the center of the plurality of speakers in the arrangement direction and orthogonal to the arrangement direction, and a digital filter corresponding to the left speaker An audio signal playback device that loads equal filter coefficients in reverse order.
上記制御回路は係数メモリを有し、
この係数メモリに上記フィルタ係数があらかじめ用意されている
ようにしたオーディオ信号の再生装置。 In the reproduction apparatus according to claim 4, claim 5, claim 6 or claim 7,
The control circuit has a coefficient memory;
An audio signal reproducing apparatus in which the filter coefficients are prepared in advance in the coefficient memory.
上記複数のスピーカは、３次元的に配列されて上記スピーカアレイを構成する
ようにしたオーディオ信号の再生装置。 The playback apparatus according to claim 4, wherein
The audio signal reproducing apparatus, wherein the plurality of speakers are arranged three-dimensionally to constitute the speaker array.
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