JP2021033205A - Cardioid wave receiver and filter coefficient calculation method, and filter coefficient calculation program - Google Patents
Cardioid wave receiver and filter coefficient calculation method, and filter coefficient calculation program Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021033205A JP2021033205A JP2019156533A JP2019156533A JP2021033205A JP 2021033205 A JP2021033205 A JP 2021033205A JP 2019156533 A JP2019156533 A JP 2019156533A JP 2019156533 A JP2019156533 A JP 2019156533A JP 2021033205 A JP2021033205 A JP 2021033205A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- receiver
- cardioid
- filter coefficient
- units
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 69
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 50
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 11
- 230000006870 function Effects 0.000 description 18
- 238000013075 data extraction Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
本発明は、反射等による背面方向からの不要音を低減させるカージオイド受波器およびフィルタ係数演算方法、ならびにフィルタ係数演算プログラムに関するものである。 The present invention relates to a cardioid receiver and a filter coefficient calculation method for reducing unnecessary sounds from the back direction due to reflection or the like, and a filter coefficient calculation program.
カージオイド受波器は、正面方向に対して略均一の感度となり、±９０度付近で正面方向に対して０．５の感度となり、背面方向に対して最小の感度となる指向性を有するものである。カージオイド受波器は、例えば、正面方向に対して前側および後側に任意の間隔をもって配置された複数の受波器で構成されている。カージオイド受波器を用いて正面方向へ整相処理が行われると、無指向性の受波器を用いた整相処理よりも背面方向の雑音が抑圧されるため、ＳＮＲ（Signal to Noise power Ratio）の向上が期待できる。 The cardioid receiver has a directivity that is substantially uniform in the front direction, 0.5 in the front direction at around ± 90 degrees, and is the minimum sensitivity in the back direction. Is. The cardioid receiver is composed of, for example, a plurality of receivers arranged at arbitrary intervals on the front side and the rear side with respect to the front direction. When the phase adjustment process is performed in the front direction using the cardioid receiver, the noise in the rear direction is suppressed as compared with the phase adjustment process using the omnidirectional receiver, so SNR (Signal to Noise power). Ratio) can be expected to improve.
このようなカージオイド受波器において、受波帯域を拡張する種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１のカージオイド受波器は、複数の受波器から出力される受波信号の和と差との信号に対してそれぞれ位相補償を行い、２つの信号の位相を一致させた状態で加算するように構成されている。 In such a cardioid receiver, various methods for expanding the receiving band have been proposed (for example, Patent Document 1). The cardioid receiver of Patent Document 1 performs phase compensation for each signal of the sum and difference of the received signals output from a plurality of receivers, and in a state where the phases of the two signals are matched. It is configured to add.
従来の方法を用いて受波帯域を拡張した場合、受波器間隔に対応する周波数以上の帯域では、指向性が乱れてしまうため、正面方向に対する略均一の感度を維持することが困難である。これを解決する方法として、複数の受波器の受波器間隔を狭めることが考えられるが、受波器間隔を狭めると、低周波数側の空間分解能が劣化してしまう。 When the receiving band is extended by using the conventional method, it is difficult to maintain substantially uniform sensitivity in the front direction because the directivity is disturbed in the band above the frequency corresponding to the receiver spacing. .. As a method for solving this, it is conceivable to narrow the receiver spacing of a plurality of receivers, but if the receiver spacing is narrowed, the spatial resolution on the low frequency side deteriorates.
そこで、受波器を一つ追加し、３つの受波器において、互いに隣接する受波器の間隔が相対的に狭い受波器間隔と相対的に広い受波器間隔とになるように配置することで、指向性を維持しながら受波帯域を拡張することができる。しかしながら、この場合には、各々の受波器間隔が異なることにより、周波数毎の音響中心が異なるため、方位毎に位相変化が発生してしまう。そのため、このカージオイド受波器を用いて整相処理を行う場合には、低周波数側と高周波数側とで処理を分割する必要があり、処理が複雑化する。 Therefore, one receiver is added, and the three receivers are arranged so that the distance between the receivers adjacent to each other is relatively narrow and the distance between the receivers is relatively wide. By doing so, the receiving band can be expanded while maintaining the directivity. However, in this case, since the acoustic center for each frequency is different due to the difference in the distance between the receivers, a phase change occurs for each direction. Therefore, when performing phase adjustment processing using this cardioid receiver, it is necessary to divide the processing between the low frequency side and the high frequency side, which complicates the processing.
そこで、方位毎の位相変化を抑制しながら、受波帯域を拡張することができるカージオイド受波器およびフィルタ係数演算方法、ならびにフィルタ係数演算プログラムが望まれている。 Therefore, a cardioid receiver, a filter coefficient calculation method, and a filter coefficient calculation program that can expand the receiving band while suppressing the phase change for each direction are desired.
本発明のカージオイド受波器は、正面方向に高い感度を有し、背面方向に最小の感度を有するカージオイド指向性を有するカージオイド受波器であって、目標からの音響信号をそれぞれ受信する複数の受波器と、前記複数の受波器のそれぞれから出力された前記音響信号を、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する複数の変換処理部と、前記複数の変換処理部のそれぞれから出力された前記周波数領域の信号に対して、フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う複数のフィルタリング部と、前記カージオイド指向性が理想的な指向性に近づくように、それぞれの前記フィルタリング部による前記フィルタ処理の際に用いられる前記フィルタ係数を演算する複数のフィルタ係数演算部と、前記複数のフィルタリング部から出力された前記周波数領域の信号を加算して加算信号を出力する加算器と、前記加算信号を、周波数領域の信号から時間領域の信号に変換する逆変換処理部とを備えることを特徴とするものである。 The cardioid receiver of the present invention is a cardioid receiver having high sensitivity in the front direction and minimum sensitivity in the rear direction, and receives acoustic signals from targets, respectively. A plurality of receivers, a plurality of conversion processing units for converting the acoustic signal output from each of the plurality of receivers from a signal in the time domain to a signal in the frequency domain, and the plurality of conversion processing units. A plurality of filtering units that filter the signals in the frequency domain output from each of the above using filter coefficients, and the respective filtering so that the cardioid directivity approaches the ideal directivity. A plurality of filter coefficient calculation units that calculate the filter coefficient used in the filter processing by the unit, and an adder that adds signals in the frequency domain output from the plurality of filtering units and outputs an addition signal. It is characterized by including an inverse conversion processing unit that converts the addition signal from a signal in the frequency domain to a signal in the time domain.
本発明のフィルタ係数演算方法は、目標からの音響信号をそれぞれ受信する複数の受波器と、前記複数の受波器のそれぞれから出力された前記音響信号を、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する複数の変換処理部と、前記複数の変換処理部のそれぞれから出力された前記周波数領域の信号に対して、フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う複数のフィルタリング部と、前記複数のフィルタリング部から出力された前記周波数領域の信号を加算して加算信号を出力する加算器と、前記加算信号を、周波数領域の信号から時間領域の信号に変換する逆変換処理部とを備えた、正面方向に高い感度を有し、背面方向に最小の感度を有するカージオイド指向性を有するカージオイド受波器において、前記カージオイド指向性が理想的な指向性に近づくように、それぞれの前記フィルタリング部による前記フィルタ処理の際に用いられる前記フィルタ係数を演算することを特徴とするものである。 In the filter coefficient calculation method of the present invention, a plurality of receivers each receiving an acoustic signal from a target and the acoustic signal output from each of the plurality of receivers are transferred from a signal in the time domain to a frequency domain. A plurality of conversion processing units for converting into signals, a plurality of filtering units for filtering signals in the frequency domain output from each of the plurality of conversion processing units, and the plurality of filtering units. It is provided with an adder that adds a signal in the frequency domain output from the filtering unit and outputs an addition signal, and an inverse conversion processing unit that converts the addition signal from a signal in the frequency domain to a signal in the time domain. In a cardioid receiver having a cardioid directional having a high sensitivity in the front direction and a minimum sensitivity in the back direction, each of the filtering so that the cardioid directional approaches the ideal directional. It is characterized in that the filter coefficient used at the time of the filter processing by the unit is calculated.
本発明のフィルタ係数演算プログラムは、目標からの音響信号をそれぞれ受信する複数の受波器と、前記複数の受波器のそれぞれから出力された前記音響信号を、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する複数の変換処理部と、前記複数の変換処理部のそれぞれから出力された前記周波数領域の信号に対して、フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う複数のフィルタリング部と、前記複数のフィルタリング部から出力された前記周波数領域の信号を加算して加算信号を出力する加算器と、前記加算信号を、周波数領域の信号から時間領域の信号に変換する逆変換処理部とを備えた、正面方向に高い感度を有し、背面方向に最小の感度を有するカージオイド指向性を有するカージオイド受波器のフィルタ係数演算プログラムであって、コンピュータを、前記カージオイド指向性が理想的な指向性に近づくように、それぞれの前記フィルタリング部による前記フィルタ処理の際に用いられる前記フィルタ係数を演算するフィルタ係数演算部として機能させることを特徴とするものである。 In the filter coefficient calculation program of the present invention, a plurality of receivers each receiving an acoustic signal from a target and the acoustic signal output from each of the plurality of receivers are transferred from a signal in the time domain to a frequency domain. A plurality of conversion processing units for converting into signals, a plurality of filtering units for filtering signals in the frequency domain output from each of the plurality of conversion processing units using filter coefficients, and the plurality of filtering units. It is provided with an adder that adds a signal in the frequency domain output from the filtering unit and outputs an addition signal, and an inverse conversion processing unit that converts the addition signal from a signal in the frequency domain to a signal in the time domain. It is a filter coefficient calculation program of a cardioid receiver having a cardioid directionality having a high sensitivity in the front direction and a minimum sensitivity in the back direction. It is characterized in that it functions as a filter coefficient calculation unit that calculates the filter coefficient used in the filter processing by each of the filtering units so as to approach the property.
本発明によれば、複数の受波器を備えるカージオイド受波器のカージオイド指向性が理想的な指向性に近づくように、フィルタ処理の際に用いられるフィルタ係数が演算される。これにより、カージオイド指向性が理想指向性に近い特性となるため、方位毎の位相変化を抑制しながら、受波帯域を拡張することができる。 According to the present invention, the filter coefficient used in the filtering process is calculated so that the cardioid directivity of the cardioid receiver including the plurality of receivers approaches the ideal directivity. As a result, the cardioid directivity becomes a characteristic close to the ideal directivity, so that the receiving band can be expanded while suppressing the phase change for each direction.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention. Further, in each figure, those having the same reference numerals are the same or equivalent thereof, which are common in the entire text of the specification.
実施の形態１．
本実施の形態１に係るカージオイド受波器について説明する。図１は、カージオイド受波器の指向性の一例を示す概略図である。図１に示すように、カージオイド受波器は、正面方向である０度付近で略均一かつ最大の感度となり、±９０度付近で正面方向に対して０．５の感度となり、背面方向に対して最小の感度となるカージオイド指向性を有するものである。したがって、カージオイド受波器を用いて正面方向へ整相処理が行われた場合、無指向性の受波器を用いた整相処理よりも背面方向の雑音が抑圧される。
Embodiment 1.
The cardioid receiver according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic view showing an example of directivity of a cardioid receiver. As shown in FIG. 1, the cardioid receiver has a substantially uniform and maximum sensitivity near 0 degrees in the front direction, a sensitivity of 0.5 with respect to the front direction near ± 90 degrees, and a sensitivity in the rear direction. On the other hand, it has cardioid directivity, which is the minimum sensitivity. Therefore, when the phase adjustment process is performed in the front direction using the cardioid receiver, the noise in the back direction is suppressed as compared with the phase adjustment process using the omnidirectional receiver.
［カージオイド受波器１の構成］
図２は、本実施の形態１に係るカージオイド受波器の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、カージオイド受波器１は、３つの受波器１１ａ〜１１ｃ、３つのＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理部１２ａ〜１２ｃ、３つのフィルタリング部１３ａ〜１３ｃ、３つのフィルタ係数演算部２０ａ〜２０ｃ、加算器１４、ＩＦＦＴ（Inverse FFT）処理部１５およびデータ抽出部１６を備えている。
[Configuration of cardioid receiver 1]
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the cardioid receiver according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the cardioid receiver 1 has three
カージオイド受波器１において、受波器１１ａ、ＦＦＴ処理部１２ａおよびフィルタリング部１３ａで第１の信号経路が形成される。また、受波器１１ｂ、ＦＦＴ処理部１２ｂおよびフィルタリング部１３ｂで第２の信号経路が形成される。さらに、受波器１１ｃ、ＦＦＴ処理部１２ｃおよびフィルタリング部１３ｃで第３の信号経路が形成される。以下では、第１の信号経路をチャンネル＃１（図中のＣｈ１）と称し、第２の信号経路をチャンネル＃２（図中のＣｈ２）と称し、第３の信号経路をチャンネル＃３（図中のＣｈ３）と称することがある。
In the cardioid receiver 1, the first signal path is formed by the
受波器１１ａ〜１１ｃは、無指向性の受波器であり、目標から発せられた音響信号を受波信号として受信する。受波器１１ａ〜１１ｃは、受信した受波信号をＦＦＴ処理部１２ａ〜１２ｃのそれぞれに出力する。
The
図３は、図２の受波器の配置について説明するための概略図である。図３に示すように、受波器１１ａ〜１１ｃは、直線上に配置されている。チャンネル＃１の受波器１１ａおよびチャンネル＃２の受波器１１ｂは、高周波数の音響信号を受信する際に用いられ、間隔がｄ１となるように配置される。この場合には、受波器１１ａから受波器１１ｂ（受波器１１ｂから受波器１１ａ）までの間隔ｄ１の１／２であるｄ１／２の地点が、到来方位θの音響信号に対する音響中心となる。
FIG. 3 is a schematic view for explaining the arrangement of the receiver of FIG. As shown in FIG. 3, the
また、チャンネル＃２の受波器１１ｂおよびチャンネル＃３の受波器１１ｃは、低周波数の音響信号を受信する際に用いられ、間隔がｄ１よりも広いｄ２となるように配置される。この場合には、受波器１１ｂから受波器１１ｃ（受波器１１ｃから受波器１１ｂ）までの間隔ｄ２の１／２であるｄ２／２の地点が、到来方位θの音響信号に対する音響中心となる。
Further, the
図２のＦＦＴ処理部１２ａ〜１２ｃは、入力された受波信号を、ＦＦＴを用いて時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する変換処理部として機能する。ＦＦＴ処理部１２ａ〜１２ｃは、変換した周波数領域の信号をフィルタリング部１３ａ〜１３ｃに出力する。
The
フィルタリング部１３ａは、フィルタ係数演算部２０ａから入力されるフィルタ係数に基づくカージオイドフィルタを用いて、ＦＦＴ処理部１２ａから入力された信号に対してフィルタ処理を行い、加算器１４に出力する。フィルタリング部１３ｂは、フィルタ係数演算部２０ｂから入力されるフィルタ係数に基づくカージオイドフィルタを用いて、ＦＦＴ処理部１２ｂから入力された信号に対してフィルタ処理を行い、加算器１４に出力する。フィルタリング部１３ｃは、フィルタ係数演算部２０ｃから入力されるフィルタ係数に基づくカージオイドフィルタを用いて、ＦＦＴ処理部１２ｃから入力された信号に対してフィルタ処理を行い、加算器１４に出力する。
The
フィルタ係数演算部２０ａ〜２０ｃは、フィルタリング部１３ａ〜１３ｃのそれぞれで用いられるフィルタ係数を演算する。フィルタ係数演算部２０ａ〜２０ｃのそれぞれは、演算したフィルタ係数をフィルタリング部１３ａ〜１３ｃのそれぞれに出力する。
The filter
なお、フィルタ係数演算部２０ａ〜２０ｃの構成は、補助記憶装置に読み込まれたフィルタ係数演算プログラムをコンピュータ（たとえばパーソナルコンピュータ等）上で実行することにより実現される。また、このフィルタ係数演算プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）等の情報記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされることになる。
The configuration of the filter
加算器１４は、フィルタリング部１３ａ〜１３ｃから入力された信号を加算し、加算信号を生成する。具体的には、目標からの音響信号が高周波数である場合、加算器１４は、チャンネル＃１の信号とチャンネル＃２の信号とを加算し、加算信号を生成する。また、目標からの音響信号が低周波数である場合、加算器１４は、チャンネル＃２の信号とチャンネル＃３の信号とを加算し、加算信号を生成する。加算器１４は、生成した加算信号をＩＦＦＴ処理部１５に出力する。
The
ＩＦＦＴ処理部１５は、加算器１４から入力される加算信号を、ＩＦＦＴを用いて周波数領域の加算信号から時間領域の加算信号に変換する逆変換処理部として機能する。ＩＦＦＴ処理部１５は、変換した時間領域の加算信号をデータ抽出部１６に出力する。
The
データ抽出部１６は、データ抽出部１６から入力された加算信号から、後段の整相処理に必要なデータを抽出して出力する。
The
このようなカージオイド受波器１は、ソフトウェアを実行することにより各種機能を実現するマイクロコンピュータなどの演算装置、もしくは各種機能に対応する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。 Such a cardioid receiver 1 is composed of an arithmetic unit such as a microcomputer that realizes various functions by executing software, or hardware such as a circuit device corresponding to various functions.
図４は、図２のカージオイド受波器の構成の一例を示すハードウェア構成図である。カージオイド受波器１の各種機能がハードウェアで実行される場合、図２のカージオイド受波器１は、図４に示すように、処理回路３１で構成される。図２のカージオイド受波器１において、ＦＦＴ処理部１２ａ〜１２ｃ、フィルタリング部１３ａ〜１３ｃ、フィルタ係数演算部２０ａ〜２０ｃ、加算器１４、ＩＦＦＴ処理部１５およびデータ抽出部１６の各機能は、処理回路３１により実現される。
FIG. 4 is a hardware configuration diagram showing an example of the configuration of the cardioid receiver of FIG. When various functions of the cardioid receiver 1 are executed by hardware, the cardioid receiver 1 of FIG. 2 is composed of a
各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路３１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。カージオイド受波器１は、ＦＦＴ処理部１２ａ〜１２ｃ、フィルタリング部１３ａ〜１３ｃ、フィルタ係数演算部２０ａ〜２０ｃ、加算器１４、ＩＦＦＴ処理部１５およびデータ抽出部１６の各部の機能それぞれを処理回路３１で実現してもよいし、各部の機能を１つの処理回路３１で実現してもよい。
When each function is executed by hardware, the
図５は、図２のカージオイド受波器の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。カージオイド受波器１の各種機能がソフトウェアで実行される場合、図２のカージオイド受波器１は、図５に示すように、プロセッサ４１およびメモリ４２で構成される。カージオイド受波器１において、ＦＦＴ処理部１２ａ〜１２ｃ、フィルタリング部１３ａ〜１３ｃ、フィルタ係数演算部２０ａ〜２０ｃ、加算器１４、ＩＦＦＴ処理部１５およびデータ抽出部１６の各機能は、プロセッサ４１およびメモリ４２により実現される。
FIG. 5 is a hardware configuration diagram showing another example of the configuration of the cardioid receiver of FIG. When various functions of the cardioid receiver 1 are executed by software, the cardioid receiver 1 of FIG. 2 is composed of a
各機能がソフトウェアで実行される場合、カージオイド受波器１において、ＦＦＴ処理部１２ａ〜１２ｃ、フィルタリング部１３ａ〜１３ｃ、フィルタ係数演算部２０ａ〜２０ｃ、加算器１４、ＩＦＦＴ処理部１５およびデータ抽出部１６の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ４２に格納される。プロセッサ４１は、メモリ４２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。
When each function is executed by software, in the cardioid receiver 1, the
メモリ４２として、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable and Programmable ROM）およびＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable ROM）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ等が用いられる。また、メモリ４２として、例えば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ、ＭＤ（Mini Disc）およびＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。
As the
このように、カージオイド受波器１は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって、上述した各機能を実現することができる。 As described above, the cardioid receiver 1 can realize each of the above-mentioned functions by hardware, software, firmware or a combination thereof.
［カージオイドフィルタの設計］
上記構成を有するカージオイド受波器１におけるカージオイドフィルタの設計について説明する。カージオイドフィルタは、フィルタリング部１３ａ〜１３ｃで信号に対するフィルタリングを行う際に用いられるフィルタである。カージオイドフィルタの特性は、フィルタ係数演算部２０ａ〜２０ｃで演算されるフィルタ係数によって決定される。本実施の形態１では、カージオイド受波器１の指向性であるカージオイド指向性が理想的なカージオイド指向性に近づくように、フィルタ係数演算部２０ａ〜２０ｃにおいてフィルタ係数が演算される。
[Cardioid filter design]
The design of the cardioid filter in the cardioid receiver 1 having the above configuration will be described. The cardioid filter is a filter used when filtering a signal by the
カージオイドフィルタを設計するにあたり、ここでは、まず、時間領域でのカージオイド受波器１の出力ｚ（ｔ，θ）を定式化する。ｉ番目のチャンネルにおけるカージオイドフィルタのフィルタ係数をｈｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，３）とし、受波信号をｓｉ（ｔ）とした場合、出力ｚ（ｔ，θ）は、式（１）で表される。なお、式（１）において、円で囲まれた「＊」は、畳み込み演算を示す記号である。 In designing the cardioid filter, first, the output z (t, θ) of the cardioid receiver 1 in the time domain is formulated. The filter coefficients of the cardioid filter in the i th channel as h i (t) (i = 1,2,3), if the received signal was s i (t), the output z (t, θ) is It is represented by the equation (1). In the equation (1), the “*” surrounded by a circle is a symbol indicating a convolution operation.
また、カージオイド受波器１の音響中心での受波信号をｓ０（ｔ）とし、音速をｃとし、ｉ番目の受波器の位置をｐｉとした場合、式（１）は、式（２）で表される。
Further, when the received signal at the acoustic center of the cardioid receiving transducer 1 s 0 (t), the speed of sound and is c, the position of the i-th wave receiver was p i, equation (1) It is represented by the equation (2).
式（２）は、周波数領域で表現した場合に、式（３）で表される。式（３）において、「ｆ」は音響信号の周波数を示し、「Ｓ０（ｆ）」は周波数領域における音響中心での受波信号を示す。また、「Ｈｉ（ｆ）」は、周波数領域におけるｉ番目のチャンネルにおけるカージオイドフィルタのフィルタ係数を示す。「ｊ」は虚数単位を示す。 Equation (2) is represented by equation (3) when expressed in the frequency domain. In the equation (3), "f" indicates the frequency of the acoustic signal, and "S 0 (f)" indicates the received signal at the acoustic center in the frequency domain. Further, “ Hi (f)” indicates the filter coefficient of the cardioid filter in the i-th channel in the frequency domain. "J" indicates an imaginary unit.
式（３）は、ベクトルを用いた場合、式（４）で表される。式（４）において、「Ｔ」は行列の転置を示す。また、ベクトル「ｖ（ｆ，θ）」は式（５）で表され、ベクトル「ｈ（ｆ）」は式（６）で表される。 Equation (3) is represented by equation (4) when a vector is used. In equation (4), "T" indicates the transpose of the matrix. Further, the vector "v (f, θ)" is represented by the equation (5), and the vector "h (f)" is represented by the equation (6).
また、式（４）は、伝達関数の形式にした場合、式（７）で表される。 Further, the equation (4) is represented by the equation (7) in the form of a transfer function.
次に、各周波数かつ方位θ１〜θＬ毎の理想指向性（伝達関数）Ｚｉｄｅａｌ（ｆ，θ）に基づき、フィルタ係数ｈ（ｆ）についての連立方程式を立てる。ここで、カージオイド受波器１の指向性を示すカージオイド指向性は、式（８）で表される。そのため、理想指向性Ｚｉｄｅａｌ（ｆ，θ）は、一般的には、式（８）に基づき式（９）で表される。これにより、フィルタ係数ｈ（ｆ）についての連立方程式は、式（１０）で表される。式（１０）において、「ｅ（ｆ）」は、理想指向性Ｚｉｄｅａｌ（ｆ，θ）と、設計するｖ（ｆ，θ）Ｔｈ（ｆ）との誤差成分を示す。 Next, a simultaneous equation for the filter coefficient h (f) is established based on the ideal directivity (transfer function) Z ideal (f, θ) for each frequency and each direction θ 1 to θ L. Here, the cardioid directivity indicating the directivity of the cardioid receiver 1 is expressed by the equation (8). Therefore, the ideal directivity Z ideal (f, θ) is generally expressed by the equation (9) based on the equation (8). As a result, the simultaneous equations for the filter coefficient h (f) are represented by the equation (10). In the formula (10), "e (f)" denotes the ideal directivity Z ideal (f, theta) and the design is v (f, theta) an error component between T h (f).
また、理想指向性Ｚｉｄｅａｌ（ｆ，θ）を式（１１）のように表し、ｖ（ｆ，θ）Ｔを式（１２）のように表した場合、式（１０）は、式（１３）で示される。 Further, when the ideal directivity Z ideal (f, θ) is expressed as Eq. (11) and v (f, θ) T is expressed as Eq. (12), Eq. (10) is expressed as Eq. (13). ).
次に、式（１３）において、誤差成分ｅ（ｆ）が最小二乗の観点で最小となるように、フィルタ係数としての解ｈ＾（ｆ）を算出する。なお、以下の説明においては、数式中で「ｈ」などの文字の上に「＾」がつけられた文字を「ｈ＾」と記載するものとする。誤差成分ｅ（ｆ）が最小となるときのフィルタ係数ｈ＾（ｆ）は、式（１４）に基づき算出される。 Next, in the equation (13), the solution h ^ (f) as a filter coefficient is calculated so that the error component e (f) is minimized in terms of the least squares. In the following description, the character in which "^" is added above the character such as "h" in the mathematical formula is described as "h ^". The filter coefficient h ^ (f) when the error component e (f) is minimized is calculated based on the equation (14).
このように、本実施の形態１では、カージオイド指向性が理想指向性に近づくように、最小二乗法を用いてカージオイドフィルタのフィルタ係数が演算される。これにより、低周波数の音響信号と高周波数の音響信号とで音響中心が異なることによって生じる方位毎の位相変化が抑制される。 As described above, in the first embodiment, the filter coefficient of the cardioid filter is calculated by using the least squares method so that the cardioid directivity approaches the ideal directivity. As a result, the phase change for each direction caused by the difference in the acoustic center between the low-frequency acoustic signal and the high-frequency acoustic signal is suppressed.
以上のように、本実施の形態１に係るカージオイド受波器１において、複数のフィルタ係数演算部２０ａ〜２０ｃは、カージオイド指向性が理想的な指向性に近づくように、フィルタ処理の際に用いられるフィルタ係数を演算する。これにより、カージオイド指向性が理想指向性に近い特性となるため、方位毎の位相変化を抑制しながら、受波帯域を拡張することができる。
As described above, in the cardioid receiver 1 according to the first embodiment, the plurality of filter
本実施の形態１に係るカージオイド受波器１では、受波器１１ａ、受波器１１ｂおよび受波器１１ｃが直線上に配置され、受波器１１ａおよび受波器１１ｂは、相対的に高周波数の音響信号を受信し、受波器１１ｂおよび受波器１１ｃは、相対的に低周波数の音響信号を受信する。そして、受波器１１ｂと受波器１１ｃとの間隔は、受波器１１ａと受波器１１ｂとの間隔よりも広くなるように配置されている。これにより、周波数に応じて音響中心が異なる場合でも、音響信号を適切に受信することができる。
In the cardioid receiver 1 according to the first embodiment, the
本実施の形態１に係るカージオイド受波器１において、複数のフィルタ係数演算部２０ａ〜２０ｃは、最小二乗法を用いてフィルタ係数を演算する。これにより、カージオイド指向性が理想指向性に近づくため、低周波数の音響信号と高周波数の音響信号とで音響中心が異なることによって生じる方位毎の位相変化を抑制することができる。
In the cardioid receiver 1 according to the first embodiment, the plurality of filter
なお、本実施の形態１では、３つの受波器１１ａ〜１１ｃが用いられたが、受波器の数はこれに限られず、例えば４つ以上とし、受信する音響信号の周波数をさらに分割してもよい。
In the first embodiment, three
また、本実施の形態１において、フィルタ係数演算部２０ａ〜２０ｃは、最小二乗法を用いてフィルタ係数を演算したが、これに限られず、カージオイド指向性を理想指向性に近づけることができれば、いずれの演算方法を用いてもよい。
Further, in the first embodiment, the filter
１ カージオイド受波器、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 受波器、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ ＦＦＴ処理部、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ フィルタリング部、１４ 加算器、１５ ＩＦＦＴ処理部、１６ データ抽出部、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ フィルタ係数演算部、３１ 処理回路、４１ プロセッサ、４２ メモリ。 1 Cardioid receiver, 11a, 11b, 11c receiver, 12a, 12b, 12c FFT processing unit, 13a, 13b, 13c filtering unit, 14 adder, 15 IFFT processing unit, 16 data extraction unit, 20a, 20b , 20c filter coefficient calculation unit, 31 processing circuit, 41 processor, 42 memory.
Claims (6)
目標からの音響信号をそれぞれ受信する複数の受波器と、
前記複数の受波器のそれぞれから出力された前記音響信号を、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する複数の変換処理部と、
前記複数の変換処理部のそれぞれから出力された前記周波数領域の信号に対して、フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う複数のフィルタリング部と、
前記カージオイド指向性が理想的な指向性に近づくように、それぞれの前記フィルタリング部による前記フィルタ処理の際に用いられる前記フィルタ係数を演算する複数のフィルタ係数演算部と、
前記複数のフィルタリング部から出力された前記周波数領域の信号を加算して加算信号を出力する加算器と、
前記加算信号を、周波数領域の信号から時間領域の信号に変換する逆変換処理部と
を備える
ことを特徴とするカージオイド受波器。 A cardioid receiver with cardioid directivity that has high sensitivity in the front direction and minimum sensitivity in the back direction.
Multiple receivers that receive acoustic signals from the target, and
A plurality of conversion processing units that convert the acoustic signal output from each of the plurality of receivers from a signal in the time domain to a signal in the frequency domain, and a plurality of conversion processing units.
A plurality of filtering units for filtering signals in the frequency domain output from each of the plurality of conversion processing units using filter coefficients, and a plurality of filtering units.
A plurality of filter coefficient calculation units that calculate the filter coefficient used in the filter processing by each of the filtering units so that the cardioid directivity approaches the ideal directivity.
An adder that adds signals in the frequency domain output from the plurality of filtering units and outputs an adder signal.
A cardioid receiver comprising an inverse conversion processing unit that converts the added signal from a signal in the frequency domain to a signal in the time domain.
前記第１の受波器および前記第２の受波器は、相対的に高周波数の前記音響信号を受信し、
前記第２の受波器および前記第３の受波器は、相対的に低周波数の前記音響信号を受信し、
前記第２の受波器と前記第３の受波器との間隔は、前記第１の受波器と前記第２の受波器との間隔よりも広くなるように配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のカージオイド受波器。 The plurality of receivers are composed of a first receiver, a second receiver and a third receiver arranged in a straight line.
The first receiver and the second receiver receive the acoustic signal having a relatively high frequency, and the first receiver and the second receiver receive the acoustic signal having a relatively high frequency.
The second receiver and the third receiver receive the acoustic signal having a relatively low frequency, and receive the acoustic signal.
The distance between the second receiver and the third receiver is arranged so as to be wider than the distance between the first receiver and the second receiver. The cardioid receiver according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１または２に記載のカージオイド受波器。 The cardioid receiver according to claim 1 or 2, wherein the plurality of filter coefficient calculation units calculate the filter coefficient using the least squares method.
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のカージオイド受波器。 The cardioid receiver according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of receivers are omnidirectional receivers.
前記複数の受波器のそれぞれから出力された前記音響信号を、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する複数の変換処理部と、
前記複数の変換処理部のそれぞれから出力された前記周波数領域の信号に対して、フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う複数のフィルタリング部と、
前記複数のフィルタリング部から出力された前記周波数領域の信号を加算して加算信号を出力する加算器と、
前記加算信号を、周波数領域の信号から時間領域の信号に変換する逆変換処理部と
を備えた、正面方向に高い感度を有し、背面方向に最小の感度を有するカージオイド指向性を有するカージオイド受波器において、
前記カージオイド指向性が理想的な指向性に近づくように、それぞれの前記フィルタリング部による前記フィルタ処理の際に用いられる前記フィルタ係数を演算する
ことを特徴とするフィルタ係数演算方法。 Multiple receivers that receive acoustic signals from the target, and
A plurality of conversion processing units that convert the acoustic signal output from each of the plurality of receivers from a signal in the time domain to a signal in the frequency domain, and a plurality of conversion processing units.
A plurality of filtering units for filtering signals in the frequency domain output from each of the plurality of conversion processing units using filter coefficients, and a plurality of filtering units.
An adder that adds signals in the frequency domain output from the plurality of filtering units and outputs an adder signal.
A cardioid directivity car having high sensitivity in the front direction and minimum sensitivity in the back direction, including an inverse conversion processing unit that converts the added signal from a signal in the frequency domain to a signal in the time domain. In the cardioid receiver
A filter coefficient calculation method, characterized in that the filter coefficient used in the filter processing by each of the filtering units is calculated so that the cardioid directivity approaches the ideal directivity.
前記複数の受波器のそれぞれから出力された前記音響信号を、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する複数の変換処理部と、
前記複数の変換処理部のそれぞれから出力された前記周波数領域の信号に対して、フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う複数のフィルタリング部と、
前記複数のフィルタリング部から出力された前記周波数領域の信号を加算して加算信号を出力する加算器と、
前記加算信号を、周波数領域の信号から時間領域の信号に変換する逆変換処理部と
を備えた、正面方向に高い感度を有し、背面方向に最小の感度を有するカージオイド指向性を有するカージオイド受波器のフィルタ係数演算プログラムであって、
コンピュータを、
前記カージオイド指向性が理想的な指向性に近づくように、それぞれの前記フィルタリング部による前記フィルタ処理の際に用いられる前記フィルタ係数を演算するフィルタ係数演算部として機能させるためのフィルタ係数演算プログラム。 Multiple receivers that receive acoustic signals from the target, and
A plurality of conversion processing units that convert the acoustic signal output from each of the plurality of receivers from a signal in the time domain to a signal in the frequency domain, and a plurality of conversion processing units.
A plurality of filtering units for filtering signals in the frequency domain output from each of the plurality of conversion processing units using filter coefficients, and a plurality of filtering units.
An adder that adds signals in the frequency domain output from the plurality of filtering units and outputs an adder signal.
A cardioid directivity car having high sensitivity in the front direction and minimum sensitivity in the back direction, including an inverse conversion processing unit that converts the added signal from a signal in the frequency domain to a signal in the time domain. It is a filter coefficient calculation program for cardioid receivers.
Computer,
A filter coefficient calculation program for functioning as a filter coefficient calculation unit for calculating the filter coefficient used in the filter processing by each of the filtering units so that the cardioid directivity approaches the ideal directivity.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019156533A JP7287189B2 (en) | 2019-08-29 | 2019-08-29 | Cardioid receiver, filter coefficient calculation method, and filter coefficient calculation program |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019156533A JP7287189B2 (en) | 2019-08-29 | 2019-08-29 | Cardioid receiver, filter coefficient calculation method, and filter coefficient calculation program |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021033205A true JP2021033205A (en) | 2021-03-01 |
| JP7287189B2 JP7287189B2 (en) | 2023-06-06 |
Family
ID=74677375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019156533A Active JP7287189B2 (en) | 2019-08-29 | 2019-08-29 | Cardioid receiver, filter coefficient calculation method, and filter coefficient calculation program |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7287189B2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52113770A (en) * | 1976-03-22 | 1977-09-24 | Oki Electric Ind Co Ltd | Underwater sound locator |
| JP2016167645A (en) * | 2015-03-09 | 2016-09-15 | アイシン精機株式会社 | Voice processing device and control device |
-
2019
- 2019-08-29 JP JP2019156533A patent/JP7287189B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52113770A (en) * | 1976-03-22 | 1977-09-24 | Oki Electric Ind Co Ltd | Underwater sound locator |
| JP2016167645A (en) * | 2015-03-09 | 2016-09-15 | アイシン精機株式会社 | Voice processing device and control device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7287189B2 (en) | 2023-06-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105355210B (en) | Preprocessing method and device for far-field speech recognition | |
| US9525934B2 (en) | Steering vector estimation for minimum variance distortionless response (MVDR) beamforming circuits, systems, and methods | |
| US10419849B2 (en) | FIR filter coefficient calculation for beam-forming filters | |
| EP1804549B1 (en) | Signal processing system and method for calibrating channel signals supplied from an array of sensors having different operating characteristics | |
| US8311236B2 (en) | Noise extraction device using microphone | |
| US7991166B2 (en) | Microphone apparatus | |
| JP6329296B2 (en) | Sound collector | |
| CN106537501A (en) | Reverberation estimator | |
| JPWO2016167141A1 (en) | Signal processing apparatus, signal processing method, and program | |
| JP6117142B2 (en) | Conversion device | |
| JP6182169B2 (en) | Sound collecting apparatus, method and program thereof | |
| JP2021033205A (en) | Cardioid wave receiver and filter coefficient calculation method, and filter coefficient calculation program | |
| KR20090098552A (en) | Apparatus and method for automatic gain control using phase information | |
| JP6691494B2 (en) | Sound collecting device and sound collecting method | |
| JP6063890B2 (en) | Conversion device | |
| JP6772890B2 (en) | Signal processing equipment, programs and methods | |
| JP2015046759A (en) | Beamforming processor and beamforming method | |
| JP5713933B2 (en) | Sound source distance measuring device, acoustic direct ratio estimating device, noise removing device, method and program thereof | |
| JP7375905B2 (en) | Filter coefficient optimization device, filter coefficient optimization method, program | |
| JP7375904B2 (en) | Filter coefficient optimization device, latent variable optimization device, filter coefficient optimization method, latent variable optimization method, program | |
| JP7484207B2 (en) | Sonar device, control method and program | |
| Zhao et al. | Semi-Adaptive Beamforming for Co-Prime Circular Microphone Arrays | |
| JP2022130767A (en) | Adaptive phasing processing device, adaptive phasing system, adaptive phasing processing method, and program for adaptive phasing processing method | |
| CN116863951A (en) | Sound source positioning and voice enhancement method and device | |
| Yan et al. | Modal Beamforming for Circular Arrays |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220510 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230130 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230207 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230405 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230425 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230508 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7287189 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |