JP2018093379A - Sound field estimation device, sound field estimation method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音場推定技術に関し、特に音圧の平面波分解表現を用いて剛球型球面マイクロホンアレーによる収音信号の音圧を推定する技術に関する。 The present invention relates to a sound field estimation technique, and more particularly to a technique for estimating the sound pressure of a collected sound signal by a hard spherical spherical microphone array using a plane wave decomposition expression of sound pressure.
近年、オーディオ再生に使われるチャネル数およびスピーカ数は、臨場感をより高めるためあるいは再生エリアを広げるために、2から、5.1へ、さらには22.1へと増加している。チャネル数等が拡張された再生手法の評価検証には、再生された音場を測定、推定することが重要になる。 In recent years, the number of channels and the number of speakers used for audio playback has increased from 2 to 5.1 and further to 22.1 in order to enhance the sense of reality or expand the playback area. It is important to measure and estimate the reproduced sound field for evaluation and verification of a reproduction method with an expanded number of channels.
このような音場推定法として、非特許文献１で球面マイクロホンアレーを用いる方法が提案されている。この方法では、バッフルを持つ剛球型球面マイクロホンアレーに配置された複数のマイクロホンで信号を収音し、そのマルチチャネル信号から音場の平面波分解を求め、音場を推定している。また、バッフルを持たない開球型（オープン型）球面マイクロホンアレーを２つ用いて音場の平面波分解を求めることにより、より広い範囲で音場を求める方法が非特許文献２で示されている。 As such a sound field estimation method, Non-Patent Document 1 proposes a method using a spherical microphone array. In this method, a signal is picked up by a plurality of microphones arranged in a hard spherical spherical microphone array having a baffle, and a plane wave decomposition of the sound field is obtained from the multichannel signal to estimate the sound field. Non-patent document 2 discloses a method for obtaining a sound field in a wider range by obtaining plane wave decomposition of a sound field using two open spherical (open) spherical microphone arrays having no baffle. .
このように音場を推定する方法として音場を平面波分解する方法が用いられることがある。以下、音場の平面波分解表現について説明する。 As described above, a method of plane wave decomposition of a sound field may be used as a method of estimating a sound field. Hereinafter, the plane wave decomposition expression of the sound field will be described.
［音場の平面波分解表現］
音場における収音信号を、3次元座標系の原点へ入射角(θq, φq)で入射してくる振幅1の平面波q(q=1, 2,…, Q)を用いて、分解表現することを考える（Qは1以上の整数であり、θqは仰角、φqは方位角を表す）。また、wqをこの平面波qの入射角(θq, φq)が示す方向とする。
[Plane wave decomposition representation of sound field]
The collected sound signal in the sound field is decomposed using a plane wave q (q = 1, 2, ..., Q) with an amplitude of 1 incident on the origin of the three-dimensional coordinate system at an incident angle (θ q , φ q ). (Q is an integer of 1 or more, θ q is an elevation angle, and φ q is an azimuth angle). Also, let w q be the direction indicated by the incident angle (θ q , φ q ) of this plane wave q.
音場における収音信号は、平面波の音圧の線形結合として表現できる。ωを角周波数、cを音速、k=ω/c、aq(ω) (q=1, 2,…, Q)を音場を構成する平面波qの分解係数とすると、3次元座標系における位置を示す3次元位置Rでの音場の収音信号の音圧p(ω, R)は式(1)で表される。 The collected sound signal in the sound field can be expressed as a linear combination of sound pressures of plane waves. If ω is the angular frequency, c is the speed of sound, k = ω / c, and a q (ω) (q = 1, 2, ..., Q) is the decomposition coefficient of the plane wave q constituting the sound field, The sound pressure p (ω, R) of the collected sound signal of the sound field at the three-dimensional position R indicating the position is expressed by Expression (1).
ただし、k^qは式(2)で表されるベクトルである。なお、iは虚数単位、・は内積記号である。 However, k ^ q is a vector represented by the equation (2). Note that i is an imaginary unit, and · is an inner product symbol.
式(1)は、3次元位置Rでの収音信号の音圧p(ω, R)が3次元位置Rでの各平面波の音圧exp(ik^q・R)の線形結合として表現されることを意味している。 Equation (1) is expressed as a linear combination of the sound pressure p (ω, R) of the collected sound signal at the three-dimensional position R and the sound pressure exp (ik ^ q・ R) of each plane wave at the three-dimensional position R. It means that.
なお、平面波qの分解係数aq(ω) (q=1, 2,…, Q)は、例えば、非特許文献２に記載の方法を用いて求めることができる。 Note that the decomposition coefficient a q (ω) (q = 1, 2,..., Q) of the plane wave q can be obtained by using the method described in Non-Patent Document 2, for example.
例えば、3次元位置RBを中心とする半径ra(ra>0)の球面上の3次元位置Rに仮想的に配置した仮想マイクロホンで収音される収音信号の音圧p(ω, R)は式(3)で表される。 For example, the sound pressure p (ω of the collected sound signal collected by the virtual microphone virtually arranged at the three-dimensional position R on the spherical surface with the radius r a (r a > 0) centered on the three-dimensional position R B , R) is expressed by equation (3).
ただし、仮想マイクロホンの配置位置Rは、球面の中心RBから見た3次元位置Rの仰角と方位角の組(Θ, Φ)を用いて、式(4)で表される。 However, the arrangement position R of the virtual microphone, the set of azimuth and elevation of the three-dimensional position R as viewed from the center R B spherical (theta, [Phi) using, the formula (4).
これは、3次元位置RBに仮想的に配置した半径raの開球型球面マイクロホンアレーの球面上のマイクロホンにより、音圧を測定することに対応する。 This is the open ball-type spherical microphone microphone on the spherical surface of the array of radius r a arranged virtually in three-dimensional position R B, corresponds to measuring the sound pressure.
なお、球面マイクロホンアレーを3次元位置RBに配置するとは、球面マイクロホンアレーの球面の中心が3次元位置RBに一致するように配置することをいう。 Incidentally, means that the spherical and the microphone array is arranged in a three-dimensional position R B is arranged such that the center of the spherical surface of the spherical microphone array matches the three-dimensional position R B.
ところで、球面マイクロホンアレーを用いる信号処理では、開球型球面マイクロホンアレーでなく、剛球型球面マイクロホンアレーを前提とする方法が多い。これは、開球型球面マイクロホンアレーでは、マイクロホンを支える骨格やケーブル等の部品を露出せざるをえず、部品間の音響的な反射や干渉により音場測定に悪影響が生じてしまいやすいため、音場を正確に測定するのが容易ではないからである。これに対し、剛球型球面マイクロホンアレーは、バッフルの内側にこのような部品を収める構成を採用することができるため、部品による音場への悪影響を取り除くことができ、開球型球面マイクロホンアレーより正確に音場を測定しやすい。 By the way, in signal processing using a spherical microphone array, there are many methods based on a hard spherical spherical microphone array instead of an open spherical spherical microphone array. This is because the open spherical spherical microphone array has to expose parts such as the skeleton and cables that support the microphone, and the acoustic reflection and interference between the parts tends to adversely affect the sound field measurement. This is because it is not easy to accurately measure the sound field. On the other hand, the rigid spherical spherical microphone array can adopt a configuration in which such parts are housed inside the baffle, so that the adverse effects of the parts on the sound field can be removed, which is more than the open spherical spherical microphone array. Easy to measure the sound field accurately.
式(3)で表される音圧p(ω, R)は、3次元位置RBに仮想的に配置した半径raの開球型球面マイクロホンアレーの球面上のマイクロホンにより測定したものである。しかし、剛球型球面マイクロホンアレーはその構造上バッフルを有するため、3次元位置RBに仮想的に配置した半径raの剛球型球面マイクロホンアレーの球面上のマイクロホンにより測定した音圧は、式(3)で表される音圧p(ω, R)と異なるものとなる。つまり、式(3)で表される音圧p(ω, R)は、そのままでは剛球型球面マイクロホンアレーを用いて収音した収音信号の信号処理に利用することができない。 The sound pressure p (omega, R) represented by the formula (3) are those measured by the three-dimensional position R open ball-type spherical microphone microphone on the spherical surface of the array of radius r a arranged virtually in B . However, since rigid balls type spherical microphone array having the structural baffle, the sound pressure measured by the microphone on the spherical surface of the rigid ball-type spherical microphone array of radius r a arranged virtually in three-dimensional position R B, formula ( This is different from the sound pressure p (ω, R) represented by 3). That is, the sound pressure p (ω, R) represented by the expression (3) cannot be used for the signal processing of the collected sound signal collected using the rigid spherical spherical microphone array as it is.
そこで本発明は、所定の音圧の平面波分解表現から、仮想的に配置した剛球型球面マイクロホンアレーを用いて収音される収音信号の音圧を推定することができる音場推定技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a sound field estimation technique that can estimate the sound pressure of a collected sound signal using a rigid spherical spherical microphone array that is virtually arranged from a plane wave decomposition expression of a predetermined sound pressure. The purpose is to do.
本発明の一態様は、3次元座標系における位置を示す3次元位置Rでの音場の収音信号の音圧p(ω, R)が、前記座標系の原点へ入射角(θq, φq)で入射してくる平面波q(q=1, 2,…, Q)を用いて（ただし、Qは1以上の整数であり、θqは仰角、φqは方位角を表す）、次式の平面波分解表現で表されるものとし、 According to one aspect of the present invention, the sound pressure p (ω, R) of the collected sound signal of the sound field at the three-dimensional position R indicating the position in the three-dimensional coordinate system is incident on the origin of the coordinate system (θ q , φ q ) using the incident plane wave q (q = 1, 2, ..., Q) (where Q is an integer of 1 or more, θ q is the elevation angle, φ q is the azimuth angle), It is expressed by the plane wave decomposition expression of the following formula,
ただし、ωを角周波数、cを音速、k=ω/c 、aq(ω) (q=1, 2,…, Q)を前記音場を構成する平面波qの分解係数、k^q (q=1, 2,…, Q)を次式で表されるベクトル、iを虚数単位、・を内積記号とし、 Where ω is the angular frequency, c is the speed of sound, k = ω / c, a q (ω) (q = 1, 2, ..., Q) is the decomposition coefficient of the plane wave q constituting the sound field, k ^ q ( q = 1, 2, ..., Q) is a vector represented by the following equation, i is an imaginary unit,.
前記音場に仮想的に配置される剛球型球面マイクロホンアレーの球面上に配置されたマイクロホンの数をJ個(J≧1)、前記剛球型球面マイクロホンアレーにおけるマイクロホンの配置位置を示す仰角と方位角の組を(Θj, Φj) (j=1, 2,…, J)、前記剛球型球面マイクロホンアレーの球面の半径をra(ra>0)、前記剛球型球面マイクロホンアレーの球面の中心を示す3次元位置である中心位置をRBとし、前記入射角(θq, φq)(q=1, 2,…, Q)と、前記中心位置RBから、前記入射角(θq, φq)が示す方向wqについて前記原点と前記中心位置RBのずれに起因する位相差Aq(q=1, 2,…, Q)を算出する位相差算出部と、前記位相差Aq(q=1, 2,…, Q)と、前記分解係数aq(ω)(q=1, 2,…, Q)から、前記方向wqについて前記原点と前記中心位置RBのずれに起因する位相差を反映した分解係数である位相差シフト済分解係数a’q(ω)(q=1, 2,…, Q)を算出する分解係数位相差シフト部と、前記位相差シフト済分解係数a’q(ω)(q=1, 2,…, Q)から、次式で表される前記剛球型球面マイクロホンアレー上の第jマイクロホン（jは1以上J以下の整数）の3次元位置Rjでの音圧pB(ω, Rj)を算出する音圧算出部と The number of microphones arranged on the spherical surface of the hard sphere type spherical microphone array virtually arranged in the sound field is J (J ≧ 1), and the elevation angle and direction indicating the microphone placement position in the hard sphere type spherical microphone array a set of angular (Θ j, Φ j) ( j = 1, 2, ..., J), r a (r a> 0) the radius of the spherical surface of the rigid ball-type spherical microphone array, the rigid ball-type spherical microphone array A center position which is a three-dimensional position indicating the center of the spherical surface is R B , and the incident angle (θ q , φ q ) (q = 1, 2,..., Q) and the center position R B are used to determine the incident angle. (θ q, φ q) and the phase difference calculating section for calculating the phase difference a q (q = 1, 2 , ..., Q) to the direction w q indicated due to displacement of the said origin center position R B and, From the phase difference A q (q = 1, 2,..., Q) and the decomposition coefficient a q (ω) (q = 1, 2,..., Q), the origin and the center position in the direction w q decomposing reflecting the phase difference caused by the deviation of R B The number a is the phase difference shift already decomposition coefficients a 'q (ω) (q = 1, 2, ..., Q) and the decomposition coefficients phase difference shift unit that calculates the phase difference shift already decomposition coefficients a' q (ω) From (q = 1, 2, ..., Q), the sound pressure at the three-dimensional position R j of the j-th microphone (j is an integer from 1 to J) on the hard spherical spherical microphone array represented by the following equation: a sound pressure calculation unit for calculating p B (ω, R j );
を含む。 including.
本発明によれば、所定の音圧の平面波分解表現から、仮想的に配置した剛球型球面マイクロホンアレーを用いて収音される収音信号の音圧を推定することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to estimate the sound pressure of a collected sound signal that is picked up using a virtually spherical hard spherical spherical microphone array from a plane wave decomposition expression of a predetermined sound pressure.
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。 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.
＜表記方法＞
_（アンダースコア）は下付き添字を表す。例えば、xy_zはyzがxに対する上付き添字であり、xy_zはyzがxに対する下付き添字であることを表す。
<Notation>
_ (Underscore) represents a subscript. For example, xy_z represents that yz is a superscript to x, and xy_z represents that yz is a subscript to x.
＜第一実施形態＞
まず、剛球型球面マイクロホンアレーモデル、剛球型球面マイクロホンアレーが配置された場合の平面波qによる音圧について説明する。
<First embodiment>
First, the sound pressure due to the plane wave q when the hard sphere type spherical microphone array model and the hard sphere type spherical microphone array are arranged will be described.
［剛球型球面マイクロホンアレーモデル］
剛球型球面マイクロホンアレーを音場に仮想的に配置し、その収音信号を推定することを考える。したがって、実際にはこの剛球型球面マイクロホンアレーが音場に配置されることはない。
[Hard sphere type spherical microphone array model]
A virtual spherical microphone array is virtually placed in the sound field, and the sound collection signal is estimated. Therefore, in reality, this hard sphere type spherical microphone array is not arranged in the sound field.
音場に仮想的に配置される剛球型球面マイクロホンアレーの球面上に配置されたマイクロホンの数をJ個(J≧1)、剛球型球面マイクロホンアレーにおけるマイクロホンの配置位置を示す仰角と方位角の組を(Θj, Φj) (j=1, 2,…, J)、剛球型球面マイクロホンアレーの球面の半径をra(ra>0)、剛球型球面マイクロホンアレーの球面の中心を示す3次元位置である中心位置をRBとする。また、仰角と方位角の組(Θj, Φj)が示す方向をWjとする。 The number of microphones arranged on the spherical surface of the hard spherical spherical microphone array virtually placed in the sound field is J (J ≧ 1), and the elevation angle and azimuth angle indicating the microphone placement position in the hard spherical spherical microphone array. pairs (Θ j, Φ j) ( j = 1, 2, ..., J), the radius of the spherical surface of the rigid ball-type spherical microphone array r a (r a> 0) , the center of the spherical surface of the rigid ball-type spherical microphone array Let R B be the center position, which is the three-dimensional position shown. Also, let W j be the direction indicated by the pair of elevation angle and azimuth angle (Θ j , Φ j ).
剛球型球面マイクロホンアレー上の第jマイクロホン(j=1, 2,…, J)の3次元位置Rjは、仰角と方位角の組(Θj, Φj)が剛球型球面マイクロホンアレーの中心位置RBから測定したものであるので、式(5)で表される。 The three-dimensional position R j of the jth microphone (j = 1, 2, ..., J) on the hard sphere-type spherical microphone array is the center of the hard sphere-type spherical microphone array where the pair of elevation and azimuth (Θ j , Φ j ) since is measured from the position R B, represented by the formula (5).
［剛球型球面マイクロホンアレーが配置された場合の平面波qによる音圧］
半径raの剛球型球面マイクロホンアレーが3次元位置RBに仮想的に配置され、振幅1の平面波qが3次元座標系の原点へ入射角(θq, φq)で入射してくる（振幅1の平面波qが方向wqから入射してくる）場合を考える。
[Sound pressure due to plane wave q when rigid spherical spherical microphone array is placed]
Rigid balls type spherical microphone array of radius r a is virtually arranged in the three-dimensional position R B, incident angle plane wave q amplitude 1 to the origin of the three-dimensional coordinate system (theta q, phi q) coming incident at ( Let us consider a case where a plane wave q having an amplitude of 1 enters from the direction w q .
この場合、仮想的に配置される剛球型球面マイクロホンアレーの中心位置RBでの入射波による音圧pq(ω, RB)は式(6)で表される。 In this case, the sound pressure p q (ω, R B ) due to the incident wave at the center position R B of the hard sphere-type spherical microphone array that is virtually arranged is expressed by Expression (6).
しかし、剛球型球面マイクロホンアレーが実際に配置された場合、音場は入射波と散乱波から構成される。そこで、まず剛球型球面マイクロホンアレーが3次元座標系の原点に仮想的に配置された場合における、剛球型球面マイクロホンアレー上の第jマイクロホン（jは1以上J以下の整数）の3次元位置Rj ’での平面波qによる音圧pq,O(ω, Rj ’)を考える。3次元位置Rj ’は式(7)で表され、平面波qによる音圧pq,O(ω, Rj ’)は式(8)で与えられる。 However, when the hard sphere type spherical microphone array is actually arranged, the sound field is composed of incident waves and scattered waves. Therefore, the 3D position R of the jth microphone (j is an integer between 1 and J) on the rigid sphere spherical microphone array when the rigid sphere spherical microphone array is virtually placed at the origin of the 3D coordinate system. j the 'sound pressure p q by a plane wave q in, O (ω, R j' ) considered. The three-dimensional position R j ′ is expressed by equation (7), and the sound pressure p q, O (ω, R j ′ ) due to the plane wave q is given by equation (8).
ただし、Pn(x)はオーダーnのルジャンドル関数、jn(x)はオーダーnの球ベッセル関数、hn(x)はオーダーnの第1種ハンケル関数である。また、jn'(x)、hn'(x)は、それぞれjn(x)、hn(x)の微分関数、ΨW_j,w_qは方向Wjと方向wqのなす角である。なお、k=ω/cである。 Here, P n (x) is a Legendre function of order n, j n (x) is a spherical Bessel function of order n, and h n (x) is a first kind Hankel function of order n. J n ′ (x) and h n ′ (x) are differential functions of j n (x) and h n (x), respectively, and Ψ W_j and w_q are angles formed by the direction W j and the direction w q. . Note that k = ω / c.
次に、剛球型球面マイクロホンアレーが3次元位置RBに仮想的に配置された場合における、剛球型球面マイクロホンアレー上の第jマイクロホン（jは1以上J以下の整数）の3次元位置Rjでの平面波qによる音圧pq,B(ω, Rj)を考える。平面波qによる音圧pq,B(ω, Rj)は、位相差を考慮して式(6)、式(8)から導出できる。具体的には、式(9)で表される。 Next, in the case of the rigid ball-type spherical microphone array is virtually arranged in the three-dimensional position R B, 3-dimensional position R j of the j microphone on rigid ball-type spherical microphone array (j is 1 or more J an integer) Consider the sound pressure p q, B (ω, R j ) due to the plane wave q. The sound pressure p q, B (ω, R j ) due to the plane wave q can be derived from the equations (6) and (8) in consideration of the phase difference. Specifically, it is represented by Formula (9).
［音場推定装置１００］
以下、図１〜図２を参照して音場推定装置１００について説明する。図１に示すように音場推定装置１００は、位相差算出部１１０、分解係数位相差シフト部１２０、音圧算出部１３０、記録部１９０を含む。記録部１９０は、音場推定装置１００の処理に必要な情報を適宜記録する構成部である。
[Sound field estimation apparatus 100]
Hereinafter, the sound field estimation apparatus 100 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the sound field estimation apparatus 100 includes a phase
3次元位置Rでの音場の収音信号の音圧p(ω, R)は、3次元座標系の原点へ入射角(θq, φq)で入射してくる平面波q(q=1, 2,…, Q)を用いて、式(1)のように平面波分解表現で表されているものとする。 The sound pressure p (ω, R) of the collected sound signal of the sound field at the three-dimensional position R is a plane wave q (q = 1) that is incident on the origin of the three-dimensional coordinate system at an incident angle (θ q , φ q ). , 2,..., Q), and expressed in plane wave decomposition as in equation (1).
なお、ωは角周波数、cは音速、k=ω/c 、aq(ω) (q=1, 2,…, Q)は音場を構成する平面波qの分解係数、k^q (q=1, 2,…, Q)は式(2)で表されるベクトルである。 Where ω is the angular frequency, c is the speed of sound, k = ω / c, a q (ω) (q = 1, 2, ..., Q) is the decomposition coefficient of the plane wave q constituting the sound field, k ^ q (q = 1, 2,..., Q) are vectors represented by the equation (2).
平面波qの原点への入射角(θq, φq)(q=1, 2,…, Q)と分解係数aq(ω)(q=1, 2,…, Q)は、例えば非特許文献２などの平面波分解方法により算出しておけばよい。 The incident angle (θ q , φ q ) (q = 1, 2, ..., Q) and the decomposition coefficient a q (ω) (q = 1, 2, ..., Q) of the plane wave q are, for example, non-patent What is necessary is just to calculate by the plane wave decomposition | disassembly method of literature 2, etc.
音場推定装置１００は、音場の平面波分解表現の構成要素である平面波qの原点への入射角(θq, φq)(q=1, 2,…, Q)と音場を構成する平面波qの分解係数aq(ω)(q=1, 2,…, Q)、剛球型球面マイクロホンアレーの中心位置RBから、剛球型球面マイクロホンアレー上の第jマイクロホン（jは1以上J以下の整数）の3次元位置Rjでの音圧pB(ω, Rj)を推定し、出力する。 The sound field estimation apparatus 100 configures the sound field with the incident angle (θ q , φ q ) (q = 1, 2,..., Q) of the plane wave q, which is a component of the plane wave decomposition expression of the sound field, to the origin. From the decomposition factor a q (ω) (q = 1, 2, ..., Q) of the plane wave q and the center position R B of the hard spherical spherical microphone array, the j-th microphone on the hard spherical spherical microphone array (j is 1 or more J The sound pressure p B (ω, R j ) at the three-dimensional position R j is estimated and output.
図２に従い音場推定装置１００の動作について説明する。位相差算出部１１０は、入射角(θq, φq)(q=1, 2,…, Q)と、中心位置RBから、位相差Aq(q=1, 2,…, Q)を算出する（Ｓ１１０）。位相差Aqは、入射角(θq, φq)が示す方向wqについて原点と中心位置RBのずれに起因して生じるものである。位相差Aq(q=1, 2,…, Q)を式(10)に従い算出する。
The operation of the sound field estimation apparatus 100 will be described with reference to FIG. The phase
分解係数位相差シフト部１２０は、Ｓ１１０で算出した位相差Aq(q=1, 2,…, Q)と、分解係数aq(ω)(q=1, 2,…, Q)から、位相差シフト済分解係数a’q(ω)(q=1, 2,…, Q)を算出する（Ｓ１２０）。位相差シフト済分解係数a’q(ω)は、方向wqについて原点と中心位置RBのずれに起因する位相差を反映した分解係数である。位相差シフト済分解係数a’q(ω)(q=1, 2,…, Q)を式(11)に従い算出する。
The decomposition coefficient phase
音圧算出部１３０は、Ｓ１２０で算出した位相差シフト済分解係数a’q(ω)(q=1, 2,…, Q)から、剛球型球面マイクロホンアレー上の第jマイクロホン（jは1以上J以下の整数）の3次元位置Rjでの音圧pB(ω, Rj)を算出する（Ｓ１３０）。具体的には、位相差シフト済分解係数a’q(ω)を用いて式(12)に従い算出する。つまり、位相差シフト済分解係数a’q(ω)を用いて算出した方向wqの音圧を足し合わせる。
The sound
式(12)の音圧pB(ω, Rj)は極限（nについての無限和）をもって定義されているため、実際には有限のn（以下、Nとすると、Nは0以上の整数となる）を用いて数値計算することにより音圧pB(ω, Rj)を算出する必要がある。つまり、音圧pB(ω, Rj)の計算式として、式(12)の代わりに、式(13)を用いる。 Since the sound pressure p B (ω, R j ) in Equation (12) is defined with a limit (an infinite sum of n), in reality, N is an integer greater than or equal to 0. It is necessary to calculate the sound pressure p B (ω, R j ) by performing a numerical calculation using That is, as a formula for calculating the sound pressure p B (ω, R j ), Formula (13) is used instead of Formula (12).
例えば、ra=4cmのとき、N=10程度にとればよい。N=10でも十分な精度にて音圧を推定することが可能である。 For example, when r a = 4 cm, it take approximately N = 10. Sound pressure can be estimated with sufficient accuracy even at N = 10.
本実施形態の発明によれば、所定の音圧の平面波分解表現から、仮想的に配置した剛球型球面マイクロホンアレーを用いて収音される収音信号の音圧を推定することが可能となる。例えば、実際に配置されたある剛球型球面マイクロホンアレーの収音信号から音圧の平面波分解表現を求め、この平面波分解表現から、別の位置に剛球型球面マイクロホンアレーを仮想的に配置した場合の収音信号を推定することができるようになる。また、例えば、開球型球面マイクロホンアレーを用いて求めた音圧の平面波分解表現から、仮想的に配置した剛球型球面マイクロホンアレーを用いて収音される収音信号の音圧を推定することが可能となる。これにより、剛球型球面マイクロホンアレーを用いることなく求めた所定の平面波分解表現で表される音圧を、剛球型球面マイクロホンアレーを用いて収音した収音信号を入力として想定する信号処理に利用することができるようになる。 According to the invention of the present embodiment, it is possible to estimate the sound pressure of a collected sound signal that is collected using a virtually spherical spherical microphone array from a plane wave decomposition expression of a predetermined sound pressure. . For example, the plane wave decomposition expression of sound pressure is obtained from the collected sound signal of a hard sphere type spherical microphone array that is actually arranged, and the hard sphere type spherical microphone array is virtually arranged at another position from this plane wave decomposition expression. The collected sound signal can be estimated. Also, for example, estimating the sound pressure of a collected sound signal collected using a virtually arranged hard spherical spherical microphone array from a plane wave decomposition representation of the sound pressure obtained using an open spherical spherical microphone array Is possible. As a result, the sound pressure represented by a predetermined plane wave decomposition expression obtained without using a hard sphere-type spherical microphone array is used for signal processing that assumes the collected sound signal collected using the hard sphere-type spherical microphone array as an input. Will be able to.
＜変形例＞
この発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。上記実施形態において説明した各種の処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。
<Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that modifications can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention. The various processes 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 processes or as necessary.
＜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。
<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)
ただし、ωを角周波数、cを音速、k=ω/c 、aq(ω) (q=1, 2,…, Q)を前記音場を構成する平面波qの分解係数、k^q (q=1, 2,…, Q)を次式で表されるベクトル、iを虚数単位、・を内積記号とし、
前記音場に仮想的に配置される剛球型球面マイクロホンアレーの球面上に配置されたマイクロホンの数をJ個(J≧1)、前記剛球型球面マイクロホンアレーにおけるマイクロホンの配置位置を示す仰角と方位角の組を(Θj, Φj) (j=1, 2,…, J)、前記剛球型球面マイクロホンアレーの球面の半径をra(ra>0)、前記剛球型球面マイクロホンアレーの球面の中心を示す3次元位置である中心位置をRBとし、
前記入射角(θq, φq)(q=1, 2,…, Q)と、前記中心位置RBから、前記入射角(θq, φq)が示す方向wqについて前記原点と前記中心位置RBのずれに起因する位相差Aq(q=1, 2,…, Q)を算出する位相差算出部と、
前記位相差Aq(q=1, 2,…, Q)と、前記分解係数aq(ω)(q=1, 2,…, Q)から、前記方向wqについて前記原点と前記中心位置RBのずれに起因する位相差を反映した分解係数である位相差シフト済分解係数a’q(ω)(q=1, 2,…, Q)を算出する分解係数位相差シフト部と、
前記位相差シフト済分解係数a’q(ω)(q=1, 2,…, Q)から、次式で表される前記剛球型球面マイクロホンアレー上の第jマイクロホン（jは1以上J以下の整数）の3次元位置Rjでの音圧pB(ω, Rj)を算出する音圧算出部と
を含む音場推定装置。 The sound pressure p (ω, R) of the collected sound signal of the sound field at the three-dimensional position R indicating the position in the three-dimensional coordinate system is incident on the origin of the coordinate system at an incident angle (θ q , φ q ). Using the coming plane wave q (q = 1, 2, ..., Q) (where Q is an integer greater than or equal to 1, θ q is the elevation angle, φ q is the azimuth angle), Shall be represented,
Where ω is the angular frequency, c is the speed of sound, k = ω / c, a q (ω) (q = 1, 2, ..., Q) is the decomposition coefficient of the plane wave q constituting the sound field, k ^ q ( q = 1, 2, ..., Q) is a vector represented by the following equation, i is an imaginary unit,.
The number of microphones arranged on the spherical surface of the hard sphere type spherical microphone array virtually arranged in the sound field is J (J ≧ 1), and the elevation angle and direction indicating the microphone placement position in the hard sphere type spherical microphone array a set of angular (Θ j, Φ j) ( j = 1, 2, ..., J), r a (r a> 0) the radius of the spherical surface of the rigid ball-type spherical microphone array, the rigid ball-type spherical microphone array Let R B be the center position, which is a three-dimensional position indicating the center of the sphere,
From the incident angle (θ q , φ q ) (q = 1, 2,..., Q) and the center position R B , the origin and the direction with respect to the direction w q indicated by the incident angle (θ q , φ q ) center position R phase difference a q (q = 1, 2 , ..., Q) due to the deviation of the B and the phase difference calculating part for calculating a,
From the phase difference A q (q = 1, 2,..., Q) and the decomposition coefficient a q (ω) (q = 1, 2,..., Q), the origin and the center position in the direction w q A decomposition coefficient phase difference shift unit for calculating a phase difference shifted decomposition coefficient a ′ q (ω) (q = 1, 2,..., Q) that is a decomposition coefficient reflecting the phase difference caused by the shift of R B ;
From the phase-shifted decomposition coefficient a ′ q (ω) (q = 1, 2,..., Q), the j-th microphone (j is 1 or more and J or less) on the hard spherical spherical microphone array represented by the following equation: Sound pressure calculation unit for calculating the sound pressure p B (ω, R j ) at the three-dimensional position R j
A sound field estimation apparatus including:
前記位相差算出部は、前記位相差Aq(q=1, 2,…, Q)を次式で算出し、
前記分解係数位相差シフト部は、前記位相差シフト済分解係数a’q(ω)(q=1, 2,…, Q)を次式で算出し、
Pn(x)をオーダーnのルジャンドル関数、jn(x)をオーダーnの球ベッセル関数、hn(x)をオーダーnの第1種ハンケル関数、jn'(x)をjn(x)の微分関数、hn'(x)をhn(x)の微分関数、Nを0以上の整数、Wjを前記仰角と方位角の組(Θj, Φj)が示す方向、ΨW_j,w_qを前記方向Wjと前記方向wqのなす角とし、
前記音圧算出部は、前記音圧pB(ω, Rj)を次式で算出する
ことを特徴とする音場推定装置。 The sound field estimation apparatus according to claim 1,
The phase difference calculation unit calculates the phase difference A q (q = 1, 2,..., Q) by the following equation:
The decomposition coefficient phase difference shift unit calculates the phase difference shifted decomposition coefficient a ′ q (ω) (q = 1, 2,..., Q) by the following equation:
P n (x) is a Legendre function of order n, j n (x) is a spherical Bessel function of order n, h n (x) is a first-class Hankel function of order n, and j n ′ (x) is j n ( x) differential function, h n ′ (x) is the differential function of h n (x), N is an integer greater than or equal to 0, W j is the direction indicated by the pair of elevation angle and azimuth angle (Θ j , Φ j ), Let Ψ W_j, w_q be the angle formed by the direction W j and the direction w q ,
The sound pressure calculation unit calculates the sound pressure p B (ω, R j ) by the following equation:
The sound field estimation apparatus characterized by the above-mentioned.
ただし、ωを角周波数、cを音速、k=ω/c 、aq(ω) (q=1, 2,…, Q)を前記音場を構成する平面波qの分解係数、k^q (q=1, 2,…, Q)を次式で表されるベクトル、iを虚数単位、・を内積記号とし、
前記音場に仮想的に配置される剛球型球面マイクロホンアレーの球面上に配置されたマイクロホンの数をJ個(J≧1)、前記剛球型球面マイクロホンアレーにおけるマイクロホンの配置位置を示す仰角と方位角の組を(Θj, Φj) (j=1, 2,…, J)、前記剛球型球面マイクロホンアレーの球面の半径をra(ra>0)、前記剛球型球面マイクロホンアレーの球面の中心を示す3次元位置である中心位置をRBとし、
音場推定装置が、前記入射角(θq, φq)(q=1, 2,…, Q)と、前記中心位置RBから、前記入射角(θq, φq)が示す方向wqについて前記原点と前記中心位置RBのずれに起因する位相差Aq(q=1, 2,…, Q)を算出する位相差算出ステップと、
前記音場推定装置が、前記位相差Aq(q=1, 2,…, Q)と、前記分解係数aq(ω)(q=1, 2,…, Q)から、前記方向wqについて前記原点と前記中心位置RBのずれに起因する位相差を反映した分解係数である位相差シフト済分解係数a’q(ω)(q=1, 2,…, Q)を算出する分解係数位相差シフトステップと、
前記音場推定装置が、前記位相差シフト済分解係数a’q(ω)(q=1, 2,…, Q)から、次式で表される前記剛球型球面マイクロホンアレー上の第jマイクロホン（jは1以上J以下の整数）の3次元位置Rjでの音圧pB(ω, Rj)を算出する音圧算出ステップと
を含む音場推定方法。 The sound pressure p (ω, R) of the collected sound signal of the sound field at the three-dimensional position R indicating the position in the three-dimensional coordinate system is incident on the origin of the coordinate system at an incident angle (θ q , φ q ). Using the coming plane wave q (q = 1, 2, ..., Q) (where Q is an integer greater than or equal to 1, θ q is the elevation angle, φ q is the azimuth angle), Shall be represented,
Where ω is the angular frequency, c is the speed of sound, k = ω / c, a q (ω) (q = 1, 2, ..., Q) is the decomposition coefficient of the plane wave q constituting the sound field, k ^ q ( q = 1, 2, ..., Q) is a vector represented by the following equation, i is an imaginary unit,.
The number of microphones arranged on the spherical surface of the hard sphere type spherical microphone array virtually arranged in the sound field is J (J ≧ 1), and the elevation angle and direction indicating the microphone placement position in the hard sphere type spherical microphone array a set of angular (Θ j, Φ j) ( j = 1, 2, ..., J), r a (r a> 0) the radius of the spherical surface of the rigid ball-type spherical microphone array, the rigid ball-type spherical microphone array Let R B be the center position, which is a three-dimensional position indicating the center of the sphere,
The sound field estimation device is configured to determine, from the incident angle (θ q , φ q ) (q = 1, 2,..., Q) and the center position R B , the direction w indicated by the incident angle (θ q , φ q ). phase difference a q (q = 1, 2 , ..., Q) of the q caused by the deviation of the center position R B and the origin and the phase difference calculation step of calculating,
The sound field estimation device determines the direction w q from the phase difference A q (q = 1, 2,..., Q) and the decomposition coefficient a q (ω) (q = 1, 2,..., Q). phase shift already decomposition coefficients a 'q (ω) (q = 1, 2, ..., Q) is an exploded coefficient reflecting the phase difference caused by the deviation of the origin and the center position R B for calculating the degradation A coefficient phase difference shift step;
The sound field estimation device uses the phase difference shifted decomposition coefficient a ′ q (ω) (q = 1, 2,..., Q) to calculate the j-th microphone on the hard spherical spherical microphone array represented by the following equation: A sound pressure calculating step for calculating a sound pressure p B (ω, R j ) at a three-dimensional position R j (where j is an integer between 1 and J);
Sound field estimation method including
前記位相差算出ステップは、前記位相差Aq(q=1, 2,…, Q)を次式で算出し、
前記分解係数位相差シフトステップは、前記位相差シフト済分解係数a’q(ω)(q=1, 2,…, Q)を次式で算出し、
Pn(x)をオーダーnのルジャンドル関数、jn(x)をオーダーnの球ベッセル関数、hn(x)をオーダーnの第1種ハンケル関数、jn'(x)をjn(x)の微分関数、hn'(x)をhn(x)の微分関数、Nを0以上の整数、Wjを前記仰角と方位角の組(Θj, Φj)が示す方向、ΨW_j,w_qを前記方向Wjと前記方向wqのなす角とし、
前記音圧算出ステップは、前記音圧pB(ω, Rj)を次式で算出する
ことを特徴とする音場推定方法。 The sound field estimation method according to claim 3,
The phase difference calculating step calculates the phase difference A q (q = 1, 2,..., Q) by the following equation:
The decomposition coefficient phase difference shifting step calculates the phase difference shifted decomposition coefficient a ′ q (ω) (q = 1, 2,..., Q) by the following equation:
P n (x) is a Legendre function of order n, j n (x) is a spherical Bessel function of order n, h n (x) is a first-class Hankel function of order n, and j n ′ (x) is j n ( x) differential function, h n ′ (x) is the differential function of h n (x), N is an integer greater than or equal to 0, W j is the direction indicated by the pair of elevation angle and azimuth angle (Θ j , Φ j ), Let Ψ W_j, w_q be the angle formed by the direction W j and the direction w q ,
The sound pressure calculating step calculates the sound pressure p B (ω, R j ) by the following equation:
A sound field estimation method characterized by the above.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN108877817A (en) * | 2018-08-23 | 2018-11-23 | 深圳市裂石影音科技有限公司 | A kind of encoding scheme of audio collecting device and the panorama sound based on this device |
-
2016
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|---|---|---|---|---|
| CN108877817A (en) * | 2018-08-23 | 2018-11-23 | 深圳市裂石影音科技有限公司 | A kind of encoding scheme of audio collecting device and the panorama sound based on this device |
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