JP2017055156A - Sound field measurement device, sound field measurement method, program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音場測定技術に関し、特に複数の球面マイクロホンアレーを用いて広い範囲の音場を測定するものに関する。 The present invention relates to a sound field measurement technique, and more particularly to a technique for measuring a wide range of sound fields using a plurality of spherical microphone arrays.
近年、オーディオ再生技術は2チャネルステレオから5.1チャネル再生に拡大し、さらに、22.2チャネル再生や波面合成法の研究開発が進められている。その目的は、再生そのものの臨場感を大きく向上させることと、臨場感の高い再生エリアをなるべく拡大することである。 In recent years, the audio reproduction technology has been expanded from 2-channel stereo to 5.1-channel reproduction, and further research and development of 22.2 channel reproduction and wavefront synthesis methods are underway. The purpose is to greatly improve the realism of reproduction itself and to expand the reproduction area with high realism as much as possible.
このような多チャネルオーディオ再生方法を評価検証するには、再生された音場を計測することが重要になる。例えば、波面合成法では、実際に収録された音場と再現された音場を比較し、その相違を把握する必要がある。その理由は、収録音場を再生信号へ変換する信号処理、収録した信号のエンコードとデコード、再生装置が設置された部屋の音響特性などの諸要因が音場の再現精度に影響するためである。音場の再現精度の高い手法を確立するためには、まず音場を正確に測定することが重要となる。 In order to evaluate and verify such a multi-channel audio reproduction method, it is important to measure the reproduced sound field. For example, in the wavefront synthesis method, it is necessary to compare the actually recorded sound field with the reproduced sound field and grasp the difference. The reason is that various factors such as signal processing for converting the recorded sound field into a playback signal, encoding and decoding of the recorded signal, and acoustic characteristics of the room where the playback device is installed affect the reproduction accuracy of the sound field. . In order to establish a method with high sound field reproduction accuracy, it is important to first accurately measure the sound field.
音場を測定する方法として従来からいくつかある。以下、従来からある方法について説明する。
(従来技術1)
最初の方法は、測定したいエリアに一定間隔で稠密にマイクロホンを配置し、音場を測定する方法である。この方法では、例えば縦横20点からなる2次元グリッドにマイクロホンを配置しようとすると、400本のマイクロホンが必要になる。マイクロホンと付随するケーブルの本数が多量であると同時に、エリアにもかなりの容積を占める。音場の観点からは、多量のマイクロホンとケーブルそのものが音場の撹乱要因になり、実測された音場と本来の所望の音場、すなわち測定系のない音場との乖離が無視できなくなってしまう。
(従来技術2)
次の方法は、対象とする測定エリアの一部に局所的にマイクロホンを集中配置し、その測定結果から測定エリア全体の音場を推定する方法である。このような方法として、球面マイクロホンアレーによる音場測定方法が提案されている(非特許文献1)。球面マイクロホンアレーとは、数十以上のマイクロホン素子を半径数cm〜十数cmの球面上に配置して構成されるマイクロホンアレーである。
There are several conventional methods for measuring sound fields. Hereinafter, a conventional method will be described.
(Prior art 1)
In the first method, microphones are densely arranged at regular intervals in an area to be measured, and a sound field is measured. In this method, for example, if microphones are arranged on a two-dimensional grid consisting of 20 vertical and horizontal points, 400 microphones are required. The number of microphones and associated cables is large and at the same time occupies a considerable volume in the area. From the viewpoint of the sound field, a lot of microphones and cables themselves become disturbance factors of the sound field, and the difference between the actually measured sound field and the original desired sound field, that is, the sound field without a measurement system, cannot be ignored. End up.
(Prior art 2)
The following method is a method of concentrating microphones locally in a part of the target measurement area and estimating the sound field of the entire measurement area from the measurement result. As such a method, a sound field measurement method using a spherical microphone array has been proposed (Non-Patent Document 1). The spherical microphone array is a microphone array configured by arranging several tens or more microphone elements on a spherical surface having a radius of several centimeters to several tens of centimeters.
以下、非特許文献1に記載の方法について説明する。非特許文献1に記載の方法は、測定エリアの外側にある音源によって生成された音場を測定するもの、すなわち内部問題を扱うものである。球面マイクロホンアレーの配置位置(球面マイクロホンアレーの中心)を原点とする座標系をO0とし、点xの座標を極座標(r,θ,φ)で表すこととする。このとき、極座標(r,θ,φ)の点xにおける周波数fでの音場、すなわち対応する波数k=2πf/c(ただし、cは音速とする)での音場S(x,k)は、
Hereinafter, the method described in
と表現することができる。ただし、jn(・)はn次の球ベッセル関数、Ynm(・)は次数n、mの球面調和関数である。また、a(0) nm(k)は球面波スペクトルと呼ばれ、周波数ごと(波数ごと)に座標系O0における音場を表わす係数である。a(0) nm(k)を音場係数ともいう。 It can be expressed as Here, j n (•) is an nth-order spherical Bessel function, and Y nm (•) is a spherical harmonic function of order n and m. Further, a (0) nm (k) is called a spherical wave spectrum and is a coefficient representing a sound field in the coordinate system O 0 for each frequency (for each wave number). a (0) nm (k) is also referred to as a sound field coefficient.
したがって、a(0) nm(k)が分かれば、(式1)を用いることにより、座標系O0の原点(つまり、球面マイクロホンアレーの配置位置)付近の一定範囲で音場を求めることができる。 Therefore, if a (0) nm (k) is known, the sound field can be obtained in a certain range near the origin of the coordinate system O 0 (that is, the arrangement position of the spherical microphone array) by using (Equation 1). it can.
以下、図1〜図2を参照して非特許文献1の音場測定装置800の概略を説明する。図1は、非特許文献1の音場測定装置800の構成を示すブロック図である。図2は、非特許文献1の音場測定装置800の動作を示すフローチャートである。図1に示すように非特許文献1の音場測定装置800は、短時間フーリエ変換部810と、球面波スペクトル算出部820を含む。また、音場を収録するための球面マイクロホンアレー850は音場測定装置800の外にある。非特許文献1の音場測定装置800は、球面マイクロホンアレー850を用いて収録した収音信号から、球面波スペクトルa(0) nm(k)を求めるものである。
Hereinafter, an outline of the sound field measuring apparatus 800 of Non-Patent
短時間フーリエ変換部810は、球面マイクロホンアレー850を用いて収録した収音信号、つまり球面マイクロホンアレー850の球面上に配置された各マイクロホン素子で収音された信号から、短時間フーリエ変換により周波数領域信号を算出する(S810)。球面波スペクトル算出部820は、周波数領域信号から、球面波スペクトルa(0) nm(k)を算出する(S820)。
The short-time Fourier
以下、球面波スペクトル算出部820における処理を詳細に説明する。
球面マイクロホンアレー850の半径をr0とすると、半径r0の球面上の点x(r0,θ,φ)の音場S(x,k)は、(式1)より
Hereinafter, the processing in the spherical wave
And the radius of the spherical microphone array 850 and r 0, the point x on the sphere of radius r 0 (r 0, theta, phi) sound field S (x, k), from (Equation 1)
と記述される。
ここで、球面調和関数Ynm(・)について
It is described.
Here, the spherical harmonic function Y nm (·)
の直交関係が成立する。(式2)、(式3)より The orthogonal relationship is established. From (Formula 2) and (Formula 3)
が得られる。理論的には、当該積分を計算することによって、球面波スペクトルa(0) nm(k)を求めることができるが、実際には、球面マイクロホンアレー850の球面上に配置したマイクロホン素子の収音信号から球面波スペクトルa(0) nm(k)を求めなければならない。そこで、当該マイクロホン素子の数をD、当該マイクロホン素子の位置xdの極座標を(r0,θd,φd)として(1≦d≦D)、積分を積和に置き換えて球面波スペクトルa(0) nm(k)を求める。 Is obtained. Theoretically, by calculating the integral, the spherical wave spectrum a (0) nm (k) can be obtained. In practice, however, the sound pickup of the microphone elements arranged on the spherical surface of the spherical microphone array 850 is obtained. The spherical wave spectrum a (0) nm (k) must be obtained from the signal. Therefore, assuming that the number of the microphone elements is D, the polar coordinates of the position x d of the microphone elements are (r 0 , θ d , φ d ) (1 ≦ d ≦ D), and the integral is replaced with a sum of products to obtain a spherical wave spectrum a (0) nm (k) is obtained.
ただし、wdは適切に設定された重みである。 Here, w d is an appropriately set weight.
以上より、(式4)を用いて球面波スペクトルa(0) nm(k)を算出する処理が球面波スペクトル算出部820で行われる処理となる。
(従来技術3)
上述の通り、球面マイクロホンアレーは、半径が数cm〜十数cmの場合がほとんどであり、測定できる音場の範囲は数十cm以内にとどまることが多い。そこで、より広い範囲の音場を測定するために、複数の球面マイクロホンアレーを分散的に配置し、そこから音場を推定する方法が提案されている(非特許文献2)。この方法によると、球面マイクロホンアレーと球面マイクロホンアレーの中間位置の音場も測定することができ、球面マイクロホンアレーの設置数を少なく保ったまま、広い範囲の音場を測定することが可能になる。
As described above, the process of calculating the spherical wave spectrum a (0) nm (k) using (Equation 4) is the process performed by the spherical wave
(Prior art 3)
As described above, the spherical microphone array mostly has a radius of several centimeters to several tens of centimeters, and the range of the sound field that can be measured often remains within several tens of centimeters. Thus, in order to measure a wider sound field, a method has been proposed in which a plurality of spherical microphone arrays are arranged in a distributed manner and the sound field is estimated therefrom (Non-patent Document 2). According to this method, it is possible to measure the sound field at the intermediate position between the spherical microphone array and the spherical microphone array, and it is possible to measure a wide range of sound fields while keeping the number of spherical microphone arrays small. .
以下、非特許文献2に記載の方法について説明する。非特許文献2に記載の方法も、非特許文献1に記載の方法と同様、測定エリアの外側にある音源によって生成された音場を測定するもの、すなわち内部問題を扱うものである。
Hereinafter, the method described in Non-Patent Document 2 will be described. Similarly to the method described in
以下、図3〜図4を参照して非特許文献2の音場測定装置900の概略を説明する。なお、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。図3は、非特許文献2の音場測定装置900の構成を示すブロック図である。図4は、非特許文献2の音場測定装置900の動作を示すフローチャートである。図3に示すように非特許文献2の音場測定装置900は、短時間フーリエ変換部810と、球面波スペクトル算出部820と、位置計測部910と、T算出部920と、統合部930を含む。音場を収録するための球面マイクロホンアレー850は音場測定装置900の外にある。また、短時間フーリエ変換部810と球面波スペクトル算出部820は、球面マイクロホンアレー850に対応する形で球面マイクロホンアレー850と同数ある。球面マイクロホンアレー850はQ個あり、各々を識別するために識別子qが付与されているものとする(Qは1以上の整数、1≦q≦Q)。
Hereinafter, an outline of the sound field measuring apparatus 900 of Non-Patent Document 2 will be described with reference to FIGS. In addition, the same number is attached | subjected to the structure part which has the same function, and duplication description is abbreviate | omitted. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the sound field measuring apparatus 900 of Non-Patent Document 2. FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the sound field measuring apparatus 900 of Non-Patent Document 2. As shown in FIG. 3, the sound field measuring apparatus 900 of Non-Patent Document 2 includes a short-time
推定対象としたい音場の中心を原点とする座標系をO0とする。また、識別子qの球面マイクロホンアレー850の配置位置(識別子qの球面マイクロホンアレー850の中心)を原点とする座標系をOqとする。各座標系の姿勢、すなわちxyz軸方向は一致しており、並進移動のみで重ね合わせることができるものとする。また、いずれの座標系も極座標を用いるものとする。 A coordinate system having the origin at the center of the sound field to be estimated is defined as O 0 . A coordinate system having the origin at the position where the spherical microphone array 850 with the identifier q is arranged (the center of the spherical microphone array 850 with the identifier q) is O q . Assume that the postures of the coordinate systems, that is, the xyz-axis directions are the same and can be overlapped only by translation. Also, polar coordinates are used for all coordinate systems.
非特許文献2の音場測定装置900は、Q個の球面マイクロホンアレー850を用いて収録した収音信号から、推定対象としたい音場の中心を原点とする座標系O0における球面波スペクトルベクトルB(k)を求めるものである。 The sound field measuring apparatus 900 of Non-Patent Document 2 uses a spherical wave spectrum vector in the coordinate system O 0 with the origin of the center of the sound field to be estimated from the collected sound signals recorded using the Q spherical microphone arrays 850. B (k) is obtained.
位置計測部910は、空間内に配置されたQ個の球面マイクロホンアレー850の配置位置(中心)の、座標系O0における位置を計測する(S910)。例えば、三角測量の原理に基づいて複数カメラ画像から位置を推定する方法を用いればよい。識別子qの球面マイクロホンアレー850の配置位置、つまり、座標系Oqの原点の座標系O0における極座標を(Rq,Θq,Φq)とする(1≦q≦Q)。
The
T算出部920は、Q個の球面マイクロホンアレー850を用いて収録した収音信号から算出される球面波スペクトルベクトルA(q)(k)(ただし、1≦q≦Q)から球面波スペクトルベクトルB(k)を算出するために用いる相互変換行列T(k)を、座標系Oqの原点の座標系O0における極座標(Rq,Θq,Φq)を用いて算出する(S920)。球面波スペクトルベクトルA(q)(k)は座標系Oqにおける極座標表示を用いた場合の球面波スペクトルから求まるものであり、当該球面波スペクトルは非特許文献1に記載の方法で算出すればよい。統合部930は、球面波スペクトルベクトルA(q)(k)(ただし、1≦q≦Q)と相互変換行列T(k)から、球面波スペクトルベクトルB(k)を算出する(S930)。
The
以下、T算出部920、統合部930における処理について詳細に説明する。
(T算出部920における処理)
点xの座標系O0における極座標を(R,Θ,Φ)、座標系Oqにおける極座標を(r,θ,φ)とし、点xでの音場について考える。S(x,k)を座標系O0における点xの波数kでの音場、Sq(x,k)を座標系Oqにおける点xの波数kでの音場とする。点xの座標系O0における極座標表示が(R,Θ,Φ)であることから、
Hereinafter, processing in the
(Processing in T calculation unit 920)
The polar field of the point x in the coordinate system O 0 is (R, Θ, Φ), the polar coordinate in the coordinate system O q is (r, θ, φ), and the sound field at the point x is considered. Let S (x, k) be the sound field at the wave number k of the point x in the coordinate system O 0 , and S q (x, k) be the sound field at the wave number k of the point x in the coordinate system O q . Since the polar coordinate display of the point x in the coordinate system O 0 is (R, Θ, Φ),
と表現される。一方、点xの座標系Oqにおける極座標表示は(r,θ,φ)であることから、 It is expressed. On the other hand, the polar coordinate display of the point x in the coordinate system O q is (r, θ, φ).
と表現される。(式5)と(式6)は座標系が異なるのみで、同一の音場を表現しているものである。そこで、球面波スペクトルa(0) nm(k)とa(q) νμ(k)の関係を調べる。 It is expressed. (Expression 5) and (Expression 6) express the same sound field only in different coordinate systems. Therefore, the relationship between the spherical wave spectrum a (0) nm (k) and a (q) νμ (k) is examined.
球ベッセル関数と球面調和関数の加法定理から、 From the addition theorem of spherical Bessel functions and spherical harmonics,
が成立する(r=R−Rq)。ここで、 Holds true (r = R−Rq). here,
である。また、W1、W2は、Wignerの3j記号であり、それぞれ It is. W 1 and W 2 are Wigner 3j symbols,
である。W1、W2の値は、(参考非特許文献3)記載の方法により計算することができる。
(参考非特許文献3:A.メシア、“メシア量子力学2”、東京図書株式会社、1972、付録C、pp.269-275.)
(式5)、(式6)、(式7)より、
It is. The values of W 1 and W 2 can be calculated by the method described in (Reference Non-Patent Document 3).
(Reference Non-Patent Document 3: A. Messiah, “Messiah quantum mechanics 2”, Tokyo Book Co., Ltd., 1972, Appendix C, pp.269-275.)
From (Formula 5), (Formula 6), and (Formula 7),
となる。
It becomes.
(式5)および(式6)の展開次数をNとして、座標系O0における球面波スペクトルa(0) nm(k)、座標系Oqにおける球面波スペクトルa(q) νμ(k)から定まる球面波スペクトルベクトルB(k)、球面波スペクトルベクトルA(q)(k)をそれぞれ (Equation 5) and the expansion order of (Formula 6) as N, a spherical wave spectrum a in the coordinate system O 0 (0) nm (k ), the spherical wave spectrum a in the coordinate system O q (q) νμ (k ) Spherical wave spectrum vector B (k) and spherical wave spectrum vector A (q) (k)
とすると、B(k)とA(q)(k)の関係はT(q)(k)を用いて以下のように記述される。 Then, the relationship between B (k) and A (q) (k) is described as follows using T (q) (k).
さらに、1≦q≦Qであることから、 Furthermore, since 1 ≦ q ≦ Q,
が成立する。 Is established.
以上より、(式8)、(式9−1)、(式9−2)を用いて行列T(k)を算出する処理がT算出部920で行われる処理となる。
(統合部930における処理)
統合部930は、以下の(式10)を用いてB(k)を算出する。
As described above, the process of calculating the matrix T (k) using (Expression 8), (Expression 9-1), and (Expression 9-2) is the process performed by the
(Processing in the integration unit 930)
The
ただし、T(k)HはT(k)の随伴行列である。 However, T (k) H is an adjoint matrix of T (k).
従来技術3では、球面波スペクトルベクトルA(0)(k)〜A(Q)(k)には誤差がないとする理想状態を扱っている。しかし、実際には、球面マイクロホンアレー850のマイクロホン素子には雑音由来の誤差があり、A(0)(k)〜A(Q)(k)にその影響が出る。この影響は、(式10)からわかるように、A(k)からB(k)を算出するときに、T(k)に応じて増幅されてB(k)に伝わっていくことになり、音場推定の誤差要因となってしまう。つまり、B(k)の推定精度を低下させてしまう。 Prior art 3 deals with an ideal state where there is no error in spherical wave spectrum vectors A (0) (k) to A (Q) (k). However, in reality, the microphone elements of the spherical microphone array 850 have an error due to noise, which affects A (0) (k) to A (Q) (k). As can be seen from (Equation 10), this effect is amplified according to T (k) and transmitted to B (k) when calculating B (k) from A (k). It becomes an error factor of sound field estimation. That is, the estimation accuracy of B (k) is reduced.
そこで本発明では、球面マイクロホンアレーのマイクロホン素子の雑音に由来する誤差を抑制することにより推定精度を向上させた球面波スペクトルベクトルB(k)を用いて音場を推定する音場測定装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a sound field measuring apparatus for estimating a sound field using a spherical wave spectrum vector B (k) whose estimation accuracy is improved by suppressing errors due to noise of microphone elements of a spherical microphone array. The purpose is to do.
本発明の一態様は、Qを1以上の整数、qを1以上Q以下の整数、jn(・)をn次の球ベッセル関数、Ynm(・)を次数n、mの球面調和関数、Oqを識別子qの球面マイクロホンアレーの配置位置を原点とする極座標系、Sq(x,k)を In one embodiment of the present invention, Q is an integer greater than or equal to 1, q is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to Q, j n (·) is an n-th order spherical Bessel function, and Y nm (·) is a spherical harmonic function of order n and m. , O q is a polar coordinate system whose origin is the arrangement position of the spherical microphone array with identifier q, and S q (x, k) is
と表現される極座標系Oqにおける点x=(r,θ,φ)の波数kでの音場、a(q) νμ(k)を波数kごとに定まる極座標系Oqにおける球面波スペクトル、A(q)(k)をSq(x,k)の展開次数をNと制限することにより A sound field at a wave number k of a point x = (r, θ, φ) in the polar coordinate system O q expressed as follows : a spherical wave spectrum in the polar coordinate system O q in which a (q) νμ (k) is determined for each wave number k, By limiting A (q) (k) to N as the expansion order of S q (x, k)
と定まる球面波スペクトルベクトル、O0を推定対象となる音場の中心を原点とする極座標系、S(x,k)を S (x, k) is a polar coordinate system with the origin of the center of the sound field to be estimated as O 0.
と表現される極座標系O0における点x=(R,Θ,Φ)の波数kでの音場、a(0) nm(k)を波数kごとに定まる極座標系O0における球面波スペクトル、B(k)をS(x,k)の展開次数をNと制限することにより A sound field at a wave number k of a point x = (R, Θ, Φ) in the polar coordinate system O 0 expressed as follows: a spherical wave spectrum in the polar coordinate system O 0 in which a (0) nm (k) is determined for each wave number k, By limiting B (k) to the expansion order of S (x, k) as N
と定まる球面波スペクトルベクトルとし、A(q)(k)からB(k)を算出する音場測定装置であって、前記極座標系O0における原点と識別子qの球面マイクロホンアレーの配置位置(Rq,Θq,Φq)の距離を求め、求めた距離が最小となる球面マイクロホンアレーの識別子q’を決定する最近接マイク決定部と、前記識別子q’の球面マイクロホンアレーの球面波スペクトルa(q’) νμ(k)から前記識別子q’の球面マイクロホンアレーの配置位置(Rq’,Θq’,Φq’)における音圧を第1の音圧として算出し、前記識別子q’を除く識別子1〜Qの球面マイクロホンアレーの各々について球面波スペクトルa(q) νμ(k)を用いて前記配置位置(Rq’,Θq’,Φq’)における音圧を第2の音圧として算出し、前記第1の音圧に対する前記第2の音圧の相対パワー誤差を相対パワー誤差として算出する相対パワー誤差算出部と、前記相対パワー誤差が小さいことを示す所定の範囲となる球面マイクロホンアレーの識別子を選択する球面マイクロホンアレー識別子選択部と、Sを前記球面マイクロホンアレー識別子選択部が選択した球面マイクロホンアレーの識別子の数(ただし、S≦Q)、sを1以上Q以下の整数であって前記S個の球面マイクロホンアレーの識別子を示すパラメータとし、前記S個の球面マイクロホンアレーの球面波スペクトルベクトルA(s)(k)から前記球面波スペクトルベクトルB(k)を算出するために用いる相互変換行列T(k)を、前記S個の球面マイクロホンアレーの配置位置(Rs,Θs,Φs)を用いて算出するT算出部と、前記球面波スペクトルベクトルA(s)(k)と前記相互変換行列T(k)から、前記球面波スペクトルベクトルB(k)を算出する統合部とを含む。
Is a sound field measuring device that calculates B (k) from A (q) (k) using a spherical wave spectrum vector determined as follows, and the arrangement position (R) of the spherical microphone array with the origin and the identifier q in the polar coordinate system O 0 q , Θ q , Φ q ) to determine the identifier q ′ of the spherical microphone array that minimizes the calculated distance, and the spherical wave spectrum a of the spherical microphone array of the identifier q ′. From (q ′) νμ (k), the sound pressure at the arrangement position (R q ′ , Θ q ′ , Φ q ′ ) of the spherical microphone array of the identifier q ′ is calculated as the first sound pressure, and the identifier q ′ For each of the spherical microphone arrays with
本発明によれば、球面波スペクトルベクトルB(k)を算出する際に、球面マイクロホンアレーのマイクロホン素子の雑音由来の誤差が小さい球面マイクロホンアレーの球面波スペクトルのみを用いることにより、音場測定精度、つまりB(k)の推定精度を向上させることが可能となる。 According to the present invention, when calculating the spherical wave spectrum vector B (k), only the spherical wave spectrum of the spherical microphone array with a small error derived from the noise of the microphone element of the spherical microphone array is used, so that the sound field measurement accuracy is obtained. That is, it is possible to improve the estimation accuracy of B (k).
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、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。また、本発明の実施の形態においても、非特許文献1に記載の方法や非特許文献2に記載の方法と同様、測定エリアの外側にある音源によって生成された音場を測定するもの、すなわち内部問題を扱うものとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In addition, the same number is attached | subjected to the structure part which has the same function, and duplication description is abbreviate | omitted. Further, in the embodiment of the present invention, as in the method described in
以下、図5〜図6を参照して実施例1の音場測定装置100について説明する。図5は、実施例1の音場測定装置100の構成を示すブロック図である。図6は、実施例1の音場測定装置100の動作を示すフローチャートである。図5に示すように実施例1の音場測定装置100は、短時間フーリエ変換部810と、球面波スペクトル算出部820と、位置計測部910と、T算出部920と、選択統合部130を含む。さらに、選択統合部130は、球面マイクロホンアレー選択部140と、統合部930を含む。音場を収録するための球面マイクロホンアレー850と全指向性マイクロホン180が、音場測定装置900の外にそれぞれある。球面マイクロホンアレー850はQ個あり、各々を識別するために識別子qが付与されているものとする(Qは1以上の整数、1≦q≦Q)。同様に、全指向性マイクロホン180はG個あり、各々を識別するために識別子gが付与されているものとする(Gは1以上の整数、1≦g≦G)。また、球面マイクロホンアレー850に対応する形で短時間フーリエ変換部810と球面波スペクトル算出部820がある。同様に、全指向性マイクロホン180に対応する形で短時間フーリエ変換部810がある。
Hereinafter, the sound field measuring apparatus 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the sound field measuring apparatus 100 according to the first embodiment. FIG. 6 is a flowchart illustrating the operation of the sound field measuring apparatus 100 according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 5, the sound field measurement apparatus 100 according to the first embodiment includes a short-time
推定対象としたい音場の中心を原点とする座標系をO0とする。また、識別子qの球面マイクロホンアレー850の配置位置(識別子qの球面マイクロホンアレー850の中心)を原点とする座標系をOqとする。各座標系の姿勢、すなわちxyz軸方向は一致しており、並進移動のみで重ね合わせることができるものとする。また、いずれの座標系も極座標を用いるものとする。この点は非特許文献2に記載の方法と同様である。 A coordinate system having the origin at the center of the sound field to be estimated is defined as O 0 . A coordinate system having the origin at the position where the spherical microphone array 850 with the identifier q is arranged (the center of the spherical microphone array 850 with the identifier q) is O q . Assume that the postures of the coordinate systems, that is, the xyz-axis directions are the same and can be overlapped only by translation. Also, polar coordinates are used for all coordinate systems. This is the same as the method described in Non-Patent Document 2.
実施例1の音場測定装置100は、非特許文献2に記載の方法と同様、Q個の球面マイクロホンアレー850を用いて収録した収音信号から、推定対象としたい音場の中心を原点とする座標系O0における球面波スペクトルベクトルB(k)を求めるものであるが、B(k)の算出に所定の条件を満たす球面マイクロホンアレー850の球面波スペクトルベクトルのみを用いる点において異なる。 Similar to the method described in Non-Patent Document 2, the sound field measuring apparatus 100 according to the first embodiment uses the center of the sound field to be estimated as the origin from the collected sound signals recorded using the Q spherical microphone arrays 850. The spherical wave spectrum vector B (k) in the coordinate system O 0 to be calculated is different in that only the spherical wave spectrum vector of the spherical microphone array 850 satisfying a predetermined condition is used for calculating B (k).
位置計測部910は、空間内に配置されたQ個の球面マイクロホンアレー850とG個の全指向性マイクロホン180の座標系O0における位置を計測する(S910)。先述の通り、例えば、三角測量の原理に基づいて複数カメラ画像から位置を推定する方法を用いればよい。識別子qの球面マイクロホンアレー850の配置位置、つまり、座標系Oqの原点の座標系O0における極座標を(Rq,Θq,Φq)とする(1≦q≦Q)。識別子gの全指向性マイクロホン180の配置位置(中心)の座標系O0における極座標を(Rg,Θg,Φg)とする(1≦g≦G)。
The
球面マイクロホンアレー選択部140は、識別子qの球面マイクロホンアレー850の配置位置(Rq,Θq,Φq)と識別子gの全指向性マイクロホン180の配置位置(Rg,Θg,Φg)を用いて(1≦q≦Q、1≦g≦G)、相互変換行列T(k)の算出に用いる球面マイクロホンアレー850を選択する(S140)。選択した球面マイクロホンアレー850は識別子を用いて特定される。S140の処理については後ほど詳述する。
The spherical microphone
T算出部920は、選択されたS個(ただし、S≦Q)の球面マイクロホンアレー850を用いて収録した収音信号から算出される球面波スペクトルベクトルA(s)(k)(ただし、sを1以上Q以下の整数であって前記選択されたS個の球面マイクロホンアレーの識別子を示すパラメータとする)から球面波スペクトルベクトルB(k)を算出するために用いる相互変換行列T(k)を、座標系Osの原点の座標系O0における極座標(Rs,Θs,Φs)を用いて算出する(S920)。球面波スペクトルベクトルA(s)(k)は座標系Osにおける極座標表示を用いた場合の球面波スペクトルから求まるものであり、当該球面波スペクトルは非特許文献1に記載の方法で算出すればよい。統合部930は、球面波スペクトルベクトルA(s)(k)と相互変換行列T(k)から、球面波スペクトルベクトルB(k)を算出する(S930)。
The
以下、図7〜図9を参照して球面マイクロホンアレー選択部140について説明する。図7は、球面マイクロホンアレー選択部140の構成を示すブロック図である。図8は、球面マイクロホンアレー選択部140の動作を示すフローチャートである。図9は、図8に示した球面マイクロホンアレー選択部140の動作の一部であるS142の詳細な処理フローを示す図である。図7に示すように球面マイクロホンアレー選択部140は、最近接マイク決定部141と、相対パワー誤差算出部142と、球面マイクロホンアレー識別子選択部143を含む。
Hereinafter, the spherical microphone
最近接マイク決定部141は、識別子qの球面マイクロホンアレー850の配置位置(Rq,Θq,Φq)と識別子gの全指向性マイクロホン180の配置位置(Rg,Θg,Φg)を用いて(1≦q≦Q、1≦g≦G)、推定対象としたい音場の中心である座標系O0の原点に最も近い球面マイクロホンアレー850または全指向性マイクロホン180を決定する(S141)。具体的には、Rq、Rg(1≦q≦Q、1≦g≦G)のうち、最小となるものの識別子qまたはgを選択すればよい。
The closest
相対パワー誤差算出部142は、座標系O0の原点に最も近いマイクが球面マイクロホンアレー850であるか全指向性マイクロホン180であるかに応じた方法にて相対パワー誤差を算出する(S142)。最も近いものが、球面マイクロホンアレー850(識別子をq’とする)である場合(つまり、S1421においてYESとなる場合)、まず識別子q’の球面マイクロホンアレー850の配置位置(Rq’,Θq’,Φq’)における音圧を算出する(S1422a)。これを第1の音圧とする。第1の音圧は、球面波スペクトルa(q’) 00(k)として算出することができる。次に、識別子q’を除く、識別子1〜Qの球面マイクロホンアレー850について、球面波スペクトルa(q) nm(k)を用いて、識別子q’の球面マイクロホンアレー850の配置位置(Rq’,Θq’,Φq’)における音圧を推定し、第2の音圧として算出する(S1423a)。第2の音圧a^(q’) q(k)は、座標系Oqにおける識別子q’の球面マイクロホンアレー850の配置位置の極座標を算出した後、当該極座標を(式6)に代入することにより算出することができる。最後にa(q’) 00(k)に対するa^(q’) q(k)の相対パワー誤差を算出する(S1424a)。つまり、相対パワー誤差を(Q−1)個算出することになる。当該相対パワー誤差は|a(q’) 00(k)−a^(q’) q(k)|/|a(q’) 00(k)|として算出できる。
The relative power
一方、最も近いものが、全指向性マイクロホン180(識別子をg’とする)である場合(つまり、S1421においてNOとなる場合)、まず識別子g’の全指向性マイクロホン180の配置位置(Rg’,Θg’,Φg’)における音圧を算出する(S1422b)。これを第3の音圧とする。第3の音圧pg’(k)は、識別子g’の全指向性マイクロホン180で収録した収音信号に短時間フーリエ変換を施して得られる周波数領域信号から、周波数f=kc/2πとして算出することができる。次に、識別子1〜Qの球面マイクロホンアレー850について、球面波スペクトルa(q) nm(k)を用いて、識別子g’の全指向性マイクロホン180の配置位置(Rg’,Θg’,Φg’)における音圧を推定し、第4の音圧として算出する(S1423b)。第4の音圧a^(g’) q(k)は、S1423aにおける方法と同様の方法にて算出することができる。最後にpg’(k)に対するa^(g’) q(k)の相対パワー誤差を算出する(S1424b)。つまり、相対パワー誤差をQ個算出することになる。当該相対パワー誤差は、S1424aにおける方法と同様の方法にて算出することができる。
On the other hand, when the closest one is omnidirectional microphone 180 (identifier is g ′) (that is, NO in S1421), first, the arrangement position of omnidirectional microphone 180 of identifier g ′ (R g ', Θ g', calculates the sound pressure at Φ g ') (S1422b). This is the third sound pressure. The third sound pressure p g ′ (k) is obtained as a frequency f = kc / 2π from a frequency domain signal obtained by performing a short-time Fourier transform on the collected sound signal recorded by the omnidirectional microphone 180 having the identifier g ′. Can be calculated. Next, with respect to the spherical microphone array 850 with the
なお、全指向性マイクロホン180が収録した収音信号から短時間フーリエ変換により周波数領域信号を算出する短時間フーリエ変換部810における処理は、最も近いものが球面マイクロホンアレー850となる場合不要となるので、S1421の判断処理が実行されるまで処理を遅延させてもよい。
Note that the processing in the short-time
球面マイクロホンアレー識別子選択部143は、S142で算出した相対パワー誤差が小さいことを示す所定の範囲となる球面マイクロホンアレー850を相互変換行列T(k)の算出に用いる球面マイクロホンアレーとして決定する(S143)。当該所定の範囲は、例えば、あらかじめ設定した閾値以下としてもよいし、あらかじめ設定した閾値より小さいとしてもよい。また、当該閾値は0.2〜0.3とするとよい。
The spherical microphone array
なお、球面マイクロホンアレー850と全指向性マイクロホン180の配置位置(Rq,Θq,Φq)と(Rg,Θg,Φg)(1≦q≦Q、1≦g≦G)があらかじめ既知であれば、音場測定装置100は位置計測部910を有さない形で構成することができる。
The arrangement positions (R q , Θ q , Φ q ) and (R g , Θ g , Φ g ) (1 ≦ q ≦ Q, 1 ≦ g ≦ G) of the spherical microphone array 850 and the omnidirectional microphone 180 are determined. If known in advance, the sound field measuring apparatus 100 can be configured without the
また、音場測定装置100は全指向性マイクロホン180を有さない構成とすることもできる。この場合、図9に記載のS142の処理フローは、S1421の判断処理が不要となることから、S1422a、S1423a、S1424aの処理のみを実行する形となる。 Further, the sound field measuring apparatus 100 may be configured without the omnidirectional microphone 180. In this case, the processing flow of S142 illustrated in FIG. 9 does not require the determination processing of S1421, and thus only performs the processing of S1422a, S1423a, and S1424a.
球面波スペクトルベクトルA(s)(k)と相互変換行列T(k)から、(式10)を用いて球面波スペクトルベクトルB(k)を算出する。このようにして算出したB(k)を用いる音場の推定は基本的に外挿であり、その外挿の誤差は球面マイクロホンアレーの相対位置関係等に影響される。本発明は、この外挿の妥当性をチェックし、妥当とみなせない球面マイクロホンアレー、すなわち相対パワー誤差が所定の範囲内にないものを除外してB(k)を算出している。これにより、最終的にB(k)をより良好に算出することが可能となる。
<補記>
本発明の装置は、例えば単一のハードウェアエンティティとして、キーボードなどが接続可能な入力部、液晶ディスプレイなどが接続可能な出力部、ハードウェアエンティティの外部に通信可能な通信装置(例えば通信ケーブル)が接続可能な通信部、CPU(Central Processing Unit、キャッシュメモリやレジスタなどを備えていてもよい)、メモリであるRAMやROM、ハードディスクである外部記憶装置並びにこれらの入力部、出力部、通信部、CPU、RAM、ROM、外部記憶装置の間のデータのやり取りが可能なように接続するバスを有している。また必要に応じて、ハードウェアエンティティに、CD−ROMなどの記録媒体を読み書きできる装置(ドライブ)などを設けることとしてもよい。このようなハードウェア資源を備えた物理的実体としては、汎用コンピュータなどがある。
From the spherical wave spectrum vector A (s) (k) and the mutual transformation matrix T (k), the spherical wave spectrum vector B (k) is calculated using (Equation 10). The estimation of the sound field using B (k) calculated in this way is basically extrapolation, and the extrapolation error is influenced by the relative positional relationship of the spherical microphone array and the like. In the present invention, the validity of this extrapolation is checked, and B (k) is calculated by excluding spherical microphone arrays that cannot be regarded as valid, that is, those whose relative power error is not within a predetermined range. As a result, B (k) can finally be calculated better.
<Supplementary note>
The apparatus of the present invention includes, for example, a single hardware entity as an input unit to which a keyboard or the like can be connected, an output unit to which a liquid crystal display or the like can be connected, and a communication device (for example, a communication cable) capable of communicating outside the hardware entity. Can be connected to a communication unit, a CPU (Central Processing Unit, may include a cache memory or a register), a RAM or ROM that is a memory, an external storage device that is a hard disk, and an input unit, an output unit, or a communication unit thereof , A CPU, a RAM, a ROM, and a bus connected so that data can be exchanged between the external storage devices. If necessary, the hardware entity may be provided with a device (drive) that can read and write a recording medium such as a CD-ROM. A physical entity having such hardware resources includes a general-purpose computer.
ハードウェアエンティティの外部記憶装置には、上述の機能を実現するために必要となるプログラムおよびこのプログラムの処理において必要となるデータなどが記憶されている(外部記憶装置に限らず、例えばプログラムを読み出し専用記憶装置であるROMに記憶させておくこととしてもよい)。また、これらのプログラムの処理によって得られるデータなどは、RAMや外部記憶装置などに適宜に記憶される。 The external storage device of the hardware entity stores a program necessary for realizing the above functions and data necessary for processing the program (not limited to the external storage device, for example, reading a program) It may be stored in a ROM that is a dedicated storage device). Data obtained by the processing of these programs is appropriately stored in a RAM or an external storage device.
ハードウェアエンティティでは、外部記憶装置(あるいはROMなど)に記憶された各プログラムとこの各プログラムの処理に必要なデータが必要に応じてメモリに読み込まれて、適宜にCPUで解釈実行・処理される。その結果、CPUが所定の機能(上記、…部、…手段などと表した各構成要件)を実現する。 In the hardware entity, each program stored in an external storage device (or ROM or the like) and data necessary for processing each program are read into a memory as necessary, and are interpreted and executed by a CPU as appropriate. . As a result, the CPU realizes a predetermined function (respective component requirements expressed as the above-described unit, unit, etc.).
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、上記実施形態において説明した処理は、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るとしてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. In addition, the processing described in the above embodiment may be executed not only in time series according to the order of description but also in parallel or individually as required by the processing capability of the apparatus that executes the processing. .
既述のように、上記実施形態において説明したハードウェアエンティティ(本発明の装置)における処理機能をコンピュータによって実現する場合、ハードウェアエンティティ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、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記ハードウェアエンティティにおける処理機能がコンピュータ上で実現される。 As described above, when the processing functions in the hardware entity (the apparatus of the present invention) described in the above embodiments are realized by a computer, the processing contents of the functions that the hardware entity should have are described by a program. Then, by executing this program on a computer, the processing functions in the hardware entity are realized on the computer.
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としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD−RAM(Random Access Memory)、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)等を、光磁気記録媒体として、MO(Magneto-Optical disc)等を、半導体メモリとしてEEP−ROM(Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory)等を用いることができる。 The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. As the computer-readable recording medium, for example, any recording medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory may be used. Specifically, for example, as a magnetic recording device, a hard disk device, a flexible disk, a magnetic tape or the like, and as an optical disk, a DVD (Digital Versatile Disc), a DVD-RAM (Random Access Memory), a CD-ROM (Compact Disc Read Only). Memory), CD-R (Recordable) / RW (ReWritable), etc., magneto-optical recording medium, MO (Magneto-Optical disc), etc., semiconductor memory, EEP-ROM (Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory), etc. Can be used.
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。 The program is distributed by selling, transferring, or lending a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM in which the program is recorded. Furthermore, the program may be distributed by storing the program in a storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。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読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。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。 A computer that executes such a program first stores, for example, a program recorded on a portable recording medium or a program transferred from a server computer in its own storage device. When executing the process, the computer reads a program stored in its own recording medium and executes a process according to the read program. As another execution form of the program, the computer may directly read the program from a portable recording medium and execute processing according to the program, and the program is transferred from the server computer to the computer. Each time, the processing according to the received program may be executed sequentially. Also, the program is not transferred from the server computer to the computer, and the above-described processing is executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes the processing function only by the execution instruction and result acquisition. It is good. Note that the program in this embodiment includes information that is used for processing by an electronic computer and that conforms to the program (data that is not a direct command to the computer but has a property that defines the processing of the computer).
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、ハードウェアエンティティ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。 In this embodiment, a hardware entity is configured by executing a predetermined program on a computer. However, at least a part of these processing contents may be realized by hardware.
Claims (5)
と表現される極座標系Oqにおける点x=(r,θ,φ)の波数kでの音場、a(q) νμ(k)を波数kごとに定まる極座標系Oqにおける球面波スペクトル、A(q)(k)をSq(x,k)の展開次数をNと制限することにより
と定まる球面波スペクトルベクトル、O0を推定対象となる音場の中心を原点とする極座標系、S(x,k)を
と表現される極座標系O0における点x=(R,Θ,Φ)の波数kでの音場、a(0) nm(k)を波数kごとに定まる極座標系O0における球面波スペクトル、B(k)をS(x,k)の展開次数をNと制限することにより
と定まる球面波スペクトルベクトルとし、
A(q)(k)からB(k)を算出する音場測定装置であって、
前記極座標系O0における原点と識別子qの球面マイクロホンアレーの配置位置(Rq,Θq,Φq)の距離を求め、求めた距離が最小となる球面マイクロホンアレーの識別子q’を決定する最近接マイク決定部と、
前記識別子q’の球面マイクロホンアレーの球面波スペクトルa(q’) νμ(k)から前記識別子q’の球面マイクロホンアレーの配置位置(Rq’,Θq’,Φq’)における音圧を第1の音圧として算出し、前記識別子q’を除く識別子1〜Qの球面マイクロホンアレーの各々について球面波スペクトルa(q) νμ(k)を用いて前記配置位置(Rq’,Θq’,Φq’)における音圧を第2の音圧として算出し、前記第1の音圧に対する前記第2の音圧の相対パワー誤差を相対パワー誤差として算出する相対パワー誤差算出部と、
前記相対パワー誤差が小さいことを示す所定の範囲となる球面マイクロホンアレーの識別子を選択する球面マイクロホンアレー識別子選択部と、
Sを前記球面マイクロホンアレー識別子選択部が選択した球面マイクロホンアレーの識別子の数(ただし、S≦Q)、sを1以上Q以下の整数であって前記S個の球面マイクロホンアレーの識別子を示すパラメータとし、
前記S個の球面マイクロホンアレーの球面波スペクトルベクトルA(s)(k)から前記球面波スペクトルベクトルB(k)を算出するために用いる相互変換行列T(k)を、前記S個の球面マイクロホンアレーの配置位置(Rs,Θs,Φs)を用いて算出するT算出部と、
前記球面波スペクトルベクトルA(s)(k)と前記相互変換行列T(k)から、前記球面波スペクトルベクトルB(k)を算出する統合部とを含む音場測定装置。 Q is an integer greater than or equal to 1, q is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to Q, j n (·) is an n-order spherical Bessel function, Y nm (·) is a spherical harmonic function of order n, m, and O q is an identifier q A polar coordinate system having the origin of the arrangement position of the spherical microphone array, S q (x, k)
A sound field at a wave number k of a point x = (r, θ, φ) in the polar coordinate system O q expressed as follows : a spherical wave spectrum in the polar coordinate system O q in which a (q) νμ (k) is determined for each wave number k, By limiting A (q) (k) to N as the expansion order of S q (x, k)
S (x, k) is a polar coordinate system with the origin of the center of the sound field to be estimated as O 0.
A sound field at a wave number k of a point x = (R, Θ, Φ) in the polar coordinate system O 0 expressed as follows: a spherical wave spectrum in the polar coordinate system O 0 in which a (0) nm (k) is determined for each wave number k, By limiting B (k) to the expansion order of S (x, k) as N
Spherical wave spectrum vector determined as
A sound field measuring device for calculating B (k) from A (q) (k),
The distance between the origin and the position (R q , Θ q , Φ q ) of the spherical microphone array with the identifier q in the polar coordinate system O 0 is obtained, and the identifier q ′ of the spherical microphone array with the smallest obtained distance is determined. A microphone contact unit,
The sound pressure at the arrangement position (R q ′ , Θ q ′ , Φ q ′ ) of the spherical microphone array with the identifier q ′ is determined from the spherical wave spectrum a (q ′) νμ (k) of the spherical microphone array with the identifier q ′. The arrangement position (R q ′ , Θ q ) is calculated using the spherical wave spectrum a (q) νμ (k) for each of the spherical microphone arrays with identifiers 1 to Q excluding the identifier q ′, calculated as the first sound pressure. ' , Φ q' ) as a second sound pressure, and a relative power error calculation unit that calculates a relative power error of the second sound pressure with respect to the first sound pressure as a relative power error;
A spherical microphone array identifier selection unit for selecting an identifier of a spherical microphone array that falls within a predetermined range indicating that the relative power error is small;
S is the number of spherical microphone array identifiers selected by the spherical microphone array identifier selection unit (where S ≦ Q), s is an integer from 1 to Q, and indicates the identifiers of the S spherical microphone arrays age,
The mutual conversion matrix T (k) used to calculate the spherical wave spectrum vector B (k) from the spherical wave spectrum vectors A (s) (k) of the S spherical microphone arrays is represented by the S spherical microphones. A T calculator for calculating using the array arrangement position (R s , Θ s , Φ s );
A sound field measuring apparatus including an integrating unit that calculates the spherical wave spectrum vector B (k) from the spherical wave spectrum vector A (s) (k) and the mutual transformation matrix T (k).
と表現される極座標系Oqにおける点x=(r,θ,φ)の波数kでの音場、a(q) νμ(k)を波数kごとに定まる極座標系Oqにおける球面波スペクトル、A(q)(k)をSq(x,k)の展開次数をNと制限することにより
と定まる球面波スペクトルベクトル、O0を推定対象となる音場の中心を原点とする極座標系、S(x,k)を
と表現される極座標系O0における点x=(R,Θ,Φ)の波数kでの音場、a(0) nm(k)を波数kごとに定まる極座標系O0における球面波スペクトル、B(k)をS(x,k)の展開次数をNと制限することにより
と定まる球面波スペクトルベクトルとし、
A(q)(k)からB(k)を算出する音場測定装置であって、
前記極座標系O0における原点と識別子qの球面マイクロホンアレーの配置位置(Rq,Θq,Φq)の距離および前記極座標系O0における原点と識別子gの全指向性マイクロホンの配置位置(Rg,Θg,Φg)(ただし、1≦g≦G、Gは1以上の整数)の距離を求め、求めた距離が最小となる球面マイクロホンアレーの識別子q’または全指向性マイクロホンの識別子g’を決定する最近接マイク決定部と、
前記最近接マイク決定部で決定した識別子が球面マイクロホンアレーのものである場合には、前記識別子q’の球面マイクロホンアレーの球面波スペクトルa(q’) νμ(k)から前記識別子q’の球面マイクロホンアレーの配置位置(Rq’,Θq’,Φq’)における音圧を第1の音圧として算出し、前記識別子q’を除く識別子1〜Qの球面マイクロホンアレーの各々について球面波スペクトルa(q) νμ(k)を用いて前記配置位置(Rq’,Θq’,Φq’)における音圧を第2の音圧として算出し、前記第1の音圧に対する前記第2の音圧の相対パワー誤差を相対パワー誤差として算出し、前記最近接マイク決定部で決定した識別子が全指向性マイクロホンのものである場合には、前記識別子g’の全指向性マイクロホンで収録した収音信号から前記識別子g’の全指向性マイクロホンの配置位置(Rg’,Θg’,Φg’)における音圧を第3の音圧として算出し、識別子1〜Qの球面マイクロホンアレーの各々について球面波スペクトルa(q) νμ(k)を用いて前記配置位置(Rg’,Θg’,Φg’)における音圧を第4の音圧として算出し、前記第3の音圧に対する前記第4の音圧の相対パワー誤差を相対パワー誤差として算出する相対パワー誤差算出部と、
前記相対パワー誤差が小さいことを示す所定の範囲となる球面マイクロホンアレーの識別子を選択する球面マイクロホンアレー識別子選択部と、
Sを前記球面マイクロホンアレー識別子選択部が選択した球面マイクロホンアレーの識別子の数(ただし、S≦Q)、sを1以上Q以下の整数であって前記S個の球面マイクロホンアレーの識別子を示すパラメータとし、
前記S個の球面マイクロホンアレーの球面波スペクトルベクトルA(s)(k)から前記球面波スペクトルベクトルB(k)を算出するために用いる相互変換行列T(k)を、前記S個の球面マイクロホンアレーの配置位置(Rs,Θs,Φs)を用いて算出するT算出部と、
前記球面波スペクトルベクトルA(s)(k)と前記相互変換行列T(k)から、前記球面波スペクトルベクトルB(k)を算出する統合部とを含む音場測定装置。 Q is an integer greater than or equal to 1, q is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to Q, j n (·) is an n-order spherical Bessel function, Y nm (·) is a spherical harmonic function of order n, m, and O q is an identifier q A polar coordinate system having the origin of the arrangement position of the spherical microphone array, S q (x, k)
A sound field at a wave number k of a point x = (r, θ, φ) in the polar coordinate system O q expressed as follows : a spherical wave spectrum in the polar coordinate system O q in which a (q) νμ (k) is determined for each wave number k, By limiting A (q) (k) to N as the expansion order of S q (x, k)
S (x, k) is a polar coordinate system with the origin of the center of the sound field to be estimated as O 0.
A sound field at a wave number k of a point x = (R, Θ, Φ) in the polar coordinate system O 0 expressed as follows: a spherical wave spectrum in the polar coordinate system O 0 in which a (0) nm (k) is determined for each wave number k, By limiting B (k) to the expansion order of S (x, k) as N
Spherical wave spectrum vector determined as
A sound field measuring device for calculating B (k) from A (q) (k),
Position of the spherical microphone array origin identifier q in the polar coordinate system O 0 (R q, Θ q , Φ q) distance and location of omni-directional microphones of origin identifier g of the polar coordinate system O 0 of (R g , Θ g , Φ g ) (where 1 ≦ g ≦ G, G is an integer of 1 or more), and the identifier q ′ of the spherical microphone array or the identifier of the omnidirectional microphone that minimizes the calculated distance a closest microphone determining unit for determining g ′;
When the identifier determined by the closest microphone determination unit is that of the spherical microphone array, the spherical surface of the identifier q ′ is obtained from the spherical wave spectrum a (q ′) νμ (k) of the spherical microphone array of the identifier q ′. The sound pressure at the arrangement position (R q ′ , Θ q ′ , Φ q ′ ) of the microphone array is calculated as the first sound pressure, and the spherical wave for each of the spherical microphone arrays of identifiers 1 to Q excluding the identifier q ′. A sound pressure at the arrangement position (R q ′ , Θ q ′ , Φ q ′ ) is calculated as a second sound pressure using the spectrum a (q) νμ (k), and the first sound pressure relative to the first sound pressure is calculated. The relative power error of the sound pressure of 2 is calculated as the relative power error, and when the identifier determined by the closest microphone determination unit is that of the omnidirectional microphone, recorded by the omnidirectional microphone of the identifier g ′ did 'Location of omni-directional microphones (R g' from the sound signal the identifier g, Θ g ', Φ g ') the sound pressure at calculated as a third sound pressure, an identifier 1~Q spherical microphone array Using the spherical wave spectrum a (q) νμ (k) for each, the sound pressure at the arrangement position (R g ′ , Θ g ′ , Φ g ′ ) is calculated as a fourth sound pressure, and the third sound is calculated. A relative power error calculation unit that calculates a relative power error of the fourth sound pressure with respect to a pressure as a relative power error;
A spherical microphone array identifier selection unit for selecting an identifier of a spherical microphone array that falls within a predetermined range indicating that the relative power error is small;
S is the number of spherical microphone array identifiers selected by the spherical microphone array identifier selection unit (where S ≦ Q), s is an integer from 1 to Q, and indicates the identifiers of the S spherical microphone arrays age,
The mutual conversion matrix T (k) used to calculate the spherical wave spectrum vector B (k) from the spherical wave spectrum vectors A (s) (k) of the S spherical microphone arrays is represented by the S spherical microphones. A T calculator for calculating using the array arrangement position (R s , Θ s , Φ s );
A sound field measuring apparatus including an integrating unit that calculates the spherical wave spectrum vector B (k) from the spherical wave spectrum vector A (s) (k) and the mutual transformation matrix T (k).
と表現される極座標系Oqにおける点x=(r,θ,φ)の波数kでの音場、a(q) νμ(k)を波数kごとに定まる極座標系Oqにおける球面波スペクトル、A(q)(k)をSq(x,k)の展開次数をNと制限することにより
と定まる球面波スペクトルベクトル、O0を推定対象となる音場の中心を原点とする極座標系、S(x,k)を
と表現される極座標系O0における点x=(R,Θ,Φ)の波数kでの音場、a(0) nm(k)を波数kごとに定まる極座標系O0における球面波スペクトル、B(k)をS(x,k)の展開次数をNと制限することにより
と定まる球面波スペクトルベクトルとし、
A(q)(k)からB(k)を算出する音場測定方法であって、
前記極座標系O0における原点と識別子qの球面マイクロホンアレーの配置位置(Rq,Θq,Φq)の距離を求め、求めた距離が最小となる球面マイクロホンアレーの識別子q’を決定する最近接マイク決定ステップと、
前記識別子q’の球面マイクロホンアレーの球面波スペクトルa(q’) νμ(k)から前記識別子q’の球面マイクロホンアレーの配置位置(Rq’,Θq’,Φq’)における音圧を第1の音圧として算出し、前記識別子q’を除く識別子1〜Qの球面マイクロホンアレーの各々について球面波スペクトルa(q) νμ(k)を用いて前記配置位置(Rq’,Θq’,Φq’)における音圧を第2の音圧として算出し、前記第1の音圧に対する前記第2の音圧の相対パワー誤差を相対パワー誤差として算出する相対パワー誤差算出ステップと、
前記相対パワー誤差が小さいことを示す所定の範囲となる球面マイクロホンアレーの識別子を選択する球面マイクロホンアレー識別子選択ステップと、
Sを前記球面マイクロホンアレー識別子選択ステップにおいて選択された球面マイクロホンアレーの識別子の数(ただし、S≦Q)、sを1以上Q以下の整数であって前記S個の球面マイクロホンアレーの識別子を示すパラメータとし、
前記S個の球面マイクロホンアレーの球面波スペクトルベクトルA(s)(k)から前記球面波スペクトルベクトルB(k)を算出するために用いる相互変換行列T(k)を、前記S個の球面マイクロホンアレーの配置位置(Rs,Θs,Φs)を用いて算出するT算出ステップと、
前記球面波スペクトルベクトルA(s)(k)と前記相互変換行列T(k)から、前記球面波スペクトルベクトルB(k)を算出する統合ステップとを含む音場測定方法。 Q is an integer greater than or equal to 1, q is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to Q, j n (·) is an n-order spherical Bessel function, Y nm (·) is a spherical harmonic function of order n, m, and O q is an identifier q A polar coordinate system having the origin of the arrangement position of the spherical microphone array, S q (x, k)
A sound field at a wave number k of a point x = (r, θ, φ) in the polar coordinate system O q expressed as follows : a spherical wave spectrum in the polar coordinate system O q in which a (q) νμ (k) is determined for each wave number k, By limiting A (q) (k) to N as the expansion order of S q (x, k)
S (x, k) is a polar coordinate system with the origin of the center of the sound field to be estimated as O 0.
A sound field at a wave number k of a point x = (R, Θ, Φ) in the polar coordinate system O 0 expressed as follows: a spherical wave spectrum in the polar coordinate system O 0 in which a (0) nm (k) is determined for each wave number k, By limiting B (k) to the expansion order of S (x, k) as N
Spherical wave spectrum vector determined as
A sound field measuring method for calculating B (k) from A (q) (k),
The distance between the origin and the position (R q , Θ q , Φ q ) of the spherical microphone array with the identifier q in the polar coordinate system O 0 is obtained, and the identifier q ′ of the spherical microphone array with the smallest obtained distance is determined. The microphone contact step,
The sound pressure at the arrangement position (R q ′ , Θ q ′ , Φ q ′ ) of the spherical microphone array with the identifier q ′ is determined from the spherical wave spectrum a (q ′) νμ (k) of the spherical microphone array with the identifier q ′. The arrangement position (R q ′ , Θ q ) is calculated using the spherical wave spectrum a (q) νμ (k) for each of the spherical microphone arrays with identifiers 1 to Q excluding the identifier q ′, calculated as the first sound pressure. A relative power error calculating step of calculating a sound pressure at ' , Φ q' ) as a second sound pressure, and calculating a relative power error of the second sound pressure with respect to the first sound pressure as a relative power error;
A spherical microphone array identifier selection step of selecting an identifier of a spherical microphone array that falls within a predetermined range indicating that the relative power error is small;
S is the number of identifiers of the spherical microphone array selected in the spherical microphone array identifier selection step (where S ≦ Q), and s is an integer between 1 and Q, indicating the identifiers of the S spherical microphone arrays. Parameter,
The mutual conversion matrix T (k) used to calculate the spherical wave spectrum vector B (k) from the spherical wave spectrum vectors A (s) (k) of the S spherical microphone arrays is represented by the S spherical microphones. A T calculating step for calculating using the array arrangement position (R s , Θ s , Φ s );
A sound field measuring method including an integrating step of calculating the spherical wave spectrum vector B (k) from the spherical wave spectrum vector A (s) (k) and the mutual transformation matrix T (k).
と表現される極座標系Oqにおける点x=(r,θ,φ)の波数kでの音場、a(q) νμ(k)を波数kごとに定まる極座標系Oqにおける球面波スペクトル、A(q)(k)をSq(x,k)の展開次数をNと制限することにより
と定まる球面波スペクトルベクトル、O0を推定対象となる音場の中心を原点とする極座標系、S(x,k)を
と表現される極座標系O0における点x=(R,Θ,Φ)の波数kでの音場、a(0) nm(k)を波数kごとに定まる極座標系O0における球面波スペクトル、B(k)をS(x,k)の展開次数をNと制限することにより
と定まる球面波スペクトルベクトルとし、
A(q)(k)からB(k)を算出する音場測定方法であって、
前記極座標系O0における原点と識別子qの球面マイクロホンアレーの配置位置(Rq,Θq,Φq)の距離および前記極座標系O0における原点と識別子gの全指向性マイクロホンの配置位置(Rg,Θg,Φg)(ただし、1≦g≦G、Gは1以上の整数)の距離を求め、求めた距離が最小となる球面マイクロホンアレーの識別子q’または全指向性マイクロホンの識別子g’を決定する最近接マイク決定ステップと、
前記最近接マイク決定ステップで決定した識別子が球面マイクロホンアレーのものである場合には、前記識別子q’の球面マイクロホンアレーの球面波スペクトルa(q’) νμ(k)から前記識別子q’の球面マイクロホンアレーの配置位置(Rq’,Θq’,Φq’)における音圧を第1の音圧として算出し、前記識別子q’を除く識別子1〜Qの球面マイクロホンアレーの各々について球面波スペクトルa(q) νμ(k)を用いて前記配置位置(Rq’,Θq’,Φq’)における音圧を第2の音圧として算出し、前記第1の音圧に対する前記第2の音圧の相対パワー誤差を相対パワー誤差として算出し、前記最近接マイク決定ステップで決定した識別子が全指向性マイクロホンのものである場合には、前記識別子g’の全指向性マイクロホンで収録した収音信号から前記識別子g’の全指向性マイクロホンの配置位置(Rg’,Θg’,Φg’)における音圧を第3の音圧として算出し、識別子1〜Qの球面マイクロホンアレーの各々について球面波スペクトルa(q) νμ(k)を用いて前記配置位置(Rg’,Θg’,Φg’)における音圧を第4の音圧として算出し、前記第3の音圧に対する前記第4の音圧の相対パワー誤差を相対パワー誤差として算出する相対パワー誤差算出ステップと、
前記相対パワー誤差が小さいことを示す所定の範囲となる球面マイクロホンアレーの識別子を選択する球面マイクロホンアレー識別子選択ステップと、
Sを前記球面マイクロホンアレー識別子選択ステップにおいて選択された球面マイクロホンアレーの識別子の数(ただし、S≦Q)、sを1以上Q以下の整数であって前記S個の球面マイクロホンアレーの識別子を示すパラメータとし、
前記S個の球面マイクロホンアレーの球面波スペクトルベクトルA(s)(k)から前記球面波スペクトルベクトルB(k)を算出するために用いる相互変換行列T(k)を、前記S個の球面マイクロホンアレーの配置位置(Rs,Θs,Φs)を用いて算出するT算出ステップと、
前記球面波スペクトルベクトルA(s)(k)と前記相互変換行列T(k)から、前記球面波スペクトルベクトルB(k)を算出する統合ステップとを含む音場測定方法。 Q is an integer greater than or equal to 1, q is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to Q, j n (·) is an n-order spherical Bessel function, Y nm (·) is a spherical harmonic function of order n, m, and O q is an identifier q A polar coordinate system having the origin of the arrangement position of the spherical microphone array, S q (x, k)
A sound field at a wave number k of a point x = (r, θ, φ) in the polar coordinate system O q expressed as follows : a spherical wave spectrum in the polar coordinate system O q in which a (q) νμ (k) is determined for each wave number k, By limiting A (q) (k) to N as the expansion order of S q (x, k)
S (x, k) is a polar coordinate system with the origin of the center of the sound field to be estimated as O 0.
A sound field at a wave number k of a point x = (R, Θ, Φ) in the polar coordinate system O 0 expressed as follows: a spherical wave spectrum in the polar coordinate system O 0 in which a (0) nm (k) is determined for each wave number k, By limiting B (k) to the expansion order of S (x, k) as N
Spherical wave spectrum vector determined as
A sound field measuring method for calculating B (k) from A (q) (k),
Position of the spherical microphone array origin identifier q in the polar coordinate system O 0 (R q, Θ q , Φ q) distance and location of omni-directional microphones of origin identifier g of the polar coordinate system O 0 of (R g , Θ g , Φ g ) (where 1 ≦ g ≦ G, G is an integer of 1 or more), and the identifier q ′ of the spherical microphone array or the identifier of the omnidirectional microphone that minimizes the calculated distance a closest microphone determining step for determining g ′;
When the identifier determined in the closest microphone determination step is that of a spherical microphone array, the spherical surface of the identifier q ′ is obtained from the spherical wave spectrum a (q ′) νμ (k) of the spherical microphone array of the identifier q ′. The sound pressure at the arrangement position (R q ′ , Θ q ′ , Φ q ′ ) of the microphone array is calculated as the first sound pressure, and the spherical wave for each of the spherical microphone arrays of identifiers 1 to Q excluding the identifier q ′. A sound pressure at the arrangement position (R q ′ , Θ q ′ , Φ q ′ ) is calculated as a second sound pressure using the spectrum a (q) νμ (k), and the first sound pressure relative to the first sound pressure is calculated. 2 is calculated as a relative power error, and when the identifier determined in the closest microphone determination step is that of an omnidirectional microphone, the omnidirectional microphone of the identifier g ′ is calculated. From in From the collected sound signal the 'positions of the omnidirectional microphones (R g' identifier g, Θ g ', Φ g ') the sound pressure at calculated as a third sound pressure, the identifier 1~Q For each of the spherical microphone arrays, the sound pressure at the arrangement position (R g ′ , Θ g ′ , Φ g ′ ) is calculated as the fourth sound pressure using the spherical wave spectrum a (q) νμ (k), A relative power error calculation step of calculating a relative power error of the fourth sound pressure with respect to a third sound pressure as a relative power error;
A spherical microphone array identifier selection step of selecting an identifier of a spherical microphone array that falls within a predetermined range indicating that the relative power error is small;
S is the number of identifiers of the spherical microphone array selected in the spherical microphone array identifier selection step (where S ≦ Q), and s is an integer between 1 and Q, indicating the identifiers of the S spherical microphone arrays. Parameter,
The mutual conversion matrix T (k) used to calculate the spherical wave spectrum vector B (k) from the spherical wave spectrum vectors A (s) (k) of the S spherical microphone arrays is represented by the S spherical microphones. A T calculating step for calculating using the array arrangement position (R s , Θ s , Φ s );
A sound field measuring method including an integrating step of calculating the spherical wave spectrum vector B (k) from the spherical wave spectrum vector A (s) (k) and the mutual transformation matrix T (k).
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WO2019167671A1 (en) * | 2018-03-02 | 2019-09-06 | ソニー株式会社 | Microphone array, recording device and method, and program |
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-
2015
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---|---|---|---|---|
WO2019167671A1 (en) * | 2018-03-02 | 2019-09-06 | ソニー株式会社 | Microphone array, recording device and method, and program |
CN115061089A (en) * | 2022-05-12 | 2022-09-16 | 苏州清听声学科技有限公司 | Sound source positioning method, system, medium, equipment and device |
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