JP3421146B2 - Sound field control method and device - Google Patents
Sound field control method and deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は音場の周波数特性を位置
によらず均一になるように制御する音場制御方法及び装
置に係わり、特に音場を乱している所定のモードを消し
て他のモードの重ね合わせにより均一な音場を実現する
音場制御方法及び音場制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sound field control method and apparatus for controlling the frequency characteristics of a sound field to be uniform regardless of the position, and particularly to eliminate a predetermined mode disturbing the sound field. The present invention relates to a sound field control method and a sound field control device that realize a uniform sound field by superimposing other modes.
【０００２】[0002]
【従来の技術】車室内は容積が小さく、又、壁と聴取点
が接近している上、ガラスで囲まれて音波の反射する割
合が高いので、音の聴取に与える影響が大きい。このよ
うな環境でオーディオ音を再生すると、音響的に悪い癖
がついて音楽が聞こえる。従来、かかる室内空間の音響
的な悪い癖を補正する技術として、適応等化器（適応イ
コライザ）が知られている。適応等化器は任意の制御点
で所望の伝達特性が得られるように補正する装置であ
る。2. Description of the Related Art The interior of a vehicle has a small volume, and a wall and a listening point are close to each other, and since a sound wave is surrounded by glass and has a high rate of reflection of sound waves, it has a great influence on the listening of sound. When the audio sound is reproduced in such an environment, music is heard with an acoustically bad habit. Conventionally, an adaptive equalizer (adaptive equalizer) is known as a technique for correcting such a bad acoustic habit of an indoor space. The adaptive equalizer is a device that performs correction so as to obtain a desired transfer characteristic at any control point.
【０００３】図５は適応等化器の構成図であり、１はオ
ーディオ信号Ｓａを出力するオーディオソース（チュー
ナ、テープデッキ、ＣＤプレーヤ等）、２は目標伝達特
性（インパルスレスポンス）を設定すると共に、オーデ
ィオ信号Ｓａが入力される目標特性設定部（イコライ
ザ）、４は車室内音響空間の聴取位置における音声を検
出するマイク、５は検出された音声信号Ｓｄとイコライ
ザ２から出力される音声信号Ｓｅとの差を演算する演算
部、６は前記差が零なるように信号Ｓｃを発生する適応
信号処理装置、７は該信号Ｓｃに応じた音声を車室内音
響空間ＣＳＳに放射するスピーカである。適応信号処理
装置６は、オーディオ信号Ｓａを参照信号として入力さ
れると共に、前記演算部５から出力される差信号をエラ
−信号Ｅとして入力され、該エラ−信号が最小となるよ
うに適応信号処理を行って信号Ｓｃを出力する。信号処
理装置６は、適応信号処理部（ＬＭＳ）６ａと、デジタ
ルフィルタ構成の適応フィルタ（ＡＤＦ）６ｂと、参照
信号Ｓａにスピーカ７から聴取位置までの音声伝搬系の
伝搬特性（伝達関数）Ｃ′を畳み込んで信号処理用参照
信号（フィルタードリファレンス信号）Ｒを作成する信
号処理フィルタ（フィルタードＸ信号作成用フィルタ）
６ｃを有している。FIG. 5 is a block diagram of an adaptive equalizer. 1 is an audio source (tuner, tape deck, CD player, etc.) that outputs an audio signal Sa, and 2 is a target transfer characteristic (impulse response). , A target characteristic setting unit (equalizer) to which the audio signal Sa is input, 4 is a microphone for detecting a sound at a listening position in a vehicle interior acoustic space, 5 is a detected sound signal Sd and a sound signal Se output from the equalizer 2. A reference numeral 6 is a calculation unit for calculating a difference between the signal and the reference signal, 6 is an adaptive signal processing device for generating a signal Sc so that the difference becomes zero, and 7 is a speaker for radiating a sound corresponding to the signal Sc to the vehicle interior acoustic space CSS. The adaptive signal processing device 6 receives the audio signal Sa as a reference signal and the difference signal output from the arithmetic unit 5 as an error signal E, and the adaptive signal processing device 6 minimizes the error signal. Processing is performed and the signal Sc is output. The signal processing device 6 includes an adaptive signal processing unit (LMS) 6a, an adaptive filter (ADF) 6b having a digital filter configuration, and a propagation characteristic (transfer function) C of a voice propagation system from a speaker 7 to a listening position for a reference signal Sa. Signal processing filter (filtered X signal creation filter) that convolves ′ to create a signal processing reference signal (filtered reference signal) R
6c.
【０００４】適応信号処理部６ａは聴取位置におけるエ
ラー信号Ｅと信号処理フィルタ６ｃを介して入力される
信号処理用参照信号Ｒを入力され、これら信号を用いて
聴取位置における音声信号Ｓｄがイコライザ出力音声信
号Ｓｅと等しくなるように適応信号処理を行って適応フ
ィルタ６ｂの係数を決定する。例えば、適応信号処理部
６ａは周知のFiltered-X LMS (Least Mean Square)アル
ゴリズムに従って適応信号処理を行ないエラ−信号Ｅが
最小となるように適応フィルタ６ｂの係数を決定する。
適応フィルタ６ｂは適応信号処理部６ａにより決定され
た係数を設定され、オーディオ信号Ｓａにデジタルフィ
ルタ処理を施して信号Ｓｃを出力する。従って、適応信
号処理によりＳｄ＝Ｓｅとなるように適応フィルタ６ｂ
の係数が所定値に収束すれば、聴取位置において、イコ
ライザ２に設定した伝達特性通りの音声を聴取すること
ができる。The adaptive signal processing unit 6a receives the error signal E at the listening position and the signal processing reference signal R input via the signal processing filter 6c, and using these signals, the audio signal Sd at the listening position is output by the equalizer. Adaptive signal processing is performed so as to be equal to the audio signal Se, and the coefficient of the adaptive filter 6b is determined. For example, the adaptive signal processing unit 6a performs adaptive signal processing according to the well-known Filtered-X LMS (Least Mean Square) algorithm to determine the coefficient of the adaptive filter 6b so that the error signal E is minimized.
The adaptive filter 6b is set with the coefficient determined by the adaptive signal processing unit 6a, performs digital filter processing on the audio signal Sa, and outputs the signal Sc. Therefore, by the adaptive signal processing, the adaptive filter 6b is set so that Sd = Se.
If the coefficient of (1) converges to a predetermined value, it is possible to listen to the sound having the transfer characteristic set in the equalizer 2 at the listening position.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、適応等化器は
制御点以外の特性については全く保証していない。この
ため、適応等化器の原理を拡張して全空間の制御を行な
うには、多数の音源と多数のマイクロホンと多数の適応
フィルタが必要となる問題がある。以上から本発明の目
的は、少ないスピーカとマイクロホンで全室内空間にわ
たって周波数特性を制御できる音場制御方法及び装置を
提供することである。However, the adaptive equalizer does not guarantee the characteristics other than the control points at all. Therefore, there is a problem that a large number of sound sources, a large number of microphones, and a large number of adaptive filters are required to extend the principle of the adaptive equalizer and control the entire space. In view of the above, an object of the present invention is to provide a sound field control method and device capable of controlling frequency characteristics over the entire indoor space with a small number of speakers and microphones.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、音場のモード分析をして制御すべきモードを決定
し、該決定されたモードにおいて空間音圧分布が顕著と
なる周波数帯域を求める手段、該決定されたモードにお
ける空間分布係数が正となる領域に配置されたスピーカ
とマイクロホン、負となる領域に配置されたスピーカ及
びマイクロホン、前記周波数帯域のオーディオ信号を通
過させるバンドパスフィルタ、前記周波数帯域以外のオ
ーディオ信号を通過させるバンドエリミネートフィル
タ、前記バンドパスフィルタから出力されるオーディオ
信号が入力される第１、第２の適応フィルタ、バンドパ
スフィルタの出力信号と各マイクロホン出力信号を用い
て、これら出力信号の差が最小（各マイクロホンの出力
信号が同一波形）となるように適応信号処理を行なって
前記第１、第２の適応フィルタの係数を決定する第１、
第２の適応信号処理部、第１、第２の適応フィルタの出
力信号をそれぞれ前記バンドエリミネートフィルタの出
力信号に加算して各スピーカに入力する第１、第２の加
算部を備えた音場制御装置により達成される。According to the present invention, the above object is to provide a frequency band in which a spatial sound pressure distribution becomes remarkable in a mode in which a mode to be controlled is determined by performing a mode analysis of a sound field. Determining means, a speaker and a microphone arranged in a region where the spatial distribution coefficient in the determined mode is positive, a speaker and a microphone arranged in a region where the spatial distribution coefficient is negative, and a bandpass filter for passing an audio signal in the frequency band. A band elimination filter that passes an audio signal other than the frequency band, first and second adaptive filters to which the audio signal output from the band pass filter is input, a band pass filter output signal, and a microphone output signal. To minimize the difference between these output signals (the output signal of each microphone is the same waveform). First determining the coefficients of the first, second adaptive filter by performing adaptive signal processing, as,
A sound field including a second adaptive signal processing section, first and second adding sections for adding output signals of the first and second adaptive filters to output signals of the band elimination filter and inputting them to each speaker. Achieved by the controller.
【０００７】[0007]
【作用】音場のモード分析をして制御すべきモードを決
定し、該決定されたモードにおいて、空間音圧分布が顕
著となる周波数帯域を求める。そして、該決定されたモ
ードの空間分布係数が正となる領域にスピーカとマイク
ロホンを配置し、負となる領域にスピーカ及びマイクロ
ホンを配置し、又、前記周波数帯域を通過帯域とするバ
ンドパスフィルタを設ける。適応信号処理部は、バンド
パスフィルタの出力信号と各マイクロホン出力信号を用
いて、これら出力信号の差が最小となるように適応信号
処理を行なって第１、第２の適応フィルタの係数を決定
する。第１、第２の適応フィルタは、バンドパスフィル
タを介して入力されたオーディオ信号に前記決定された
係数に基づいたフィルタ処理を施して各スピーカに入力
する。以上のようにすれば、２つのスピーカとマイクロ
ホンを設けるだけで全室内空間にわたって所定周波数の
周波数特性を均一に制御することができる。The mode to be controlled is determined by performing mode analysis of the sound field, and the frequency band in which the spatial sound pressure distribution becomes remarkable is determined in the determined mode. A speaker and a microphone are arranged in a region where the spatial distribution coefficient of the determined mode is positive, a speaker and a microphone are arranged in a region where the spatial distribution coefficient is negative, and a bandpass filter having a pass band in the frequency band is provided. Set up. The adaptive signal processing unit uses the output signal of the bandpass filter and the output signals of the respective microphones to perform adaptive signal processing so that the difference between these output signals is minimized to determine the coefficients of the first and second adaptive filters. To do. The first and second adaptive filters perform filter processing on the audio signal input through the band pass filter based on the determined coefficient and input the audio signal to each speaker. With the above arrangement, it is possible to uniformly control the frequency characteristic of the predetermined frequency over the entire indoor space simply by providing the two speakers and the microphone.
【０００８】[0008]
【実施例】
(A) 原理
(a) 基本原理
内部にＭ個の音源を有する両端が閉じた一次元音場の波
動方程式の解は次式で与えられる。尚、一次元音場と
は、音圧が所定の軸方向位置ｘのみに応じて変化する音
場である。一次元音場の例としては、細長い断面円形の
パイプで、その直径が信号周波数波長の１／８以下のパ
イプが挙げられる。EXAMPLES (A) Principle (a) Basic principle The solution of the wave equation of a one-dimensional sound field having M sound sources inside and closed at both ends is given by the following equation. The one-dimensional sound field is a sound field in which the sound pressure changes only according to a predetermined axial position x. An example of the one-dimensional sound field is a pipe having an elongated circular cross section, the diameter of which is ⅛ or less of the signal frequency wavelength.
【数１】 ただし、ωn＝ｎπｃ0／Ｌ ω：放射された信号の角周波数、ｐ(x,ω）：音圧、 ξn：第ｎモードのダンピングレシオ(damping ratio) ｑm：スピーカｍへの入力信号、ｘm：スピーカｍの位置 Ｎ：モード数 Ｌ：一次元音場の長さである。[Equation 1] Here, ω n = nπc 0 / L ω: angular frequency of radiated signal, p (x, ω): sound pressure, ξ n : damping ratio of the nth mode (damping ratio) q m : input to speaker m Signal, x m : position of speaker m N: number of modes L: length of one-dimensional sound field.
【０００９】上式のcos（ｎπｘ／Ｌ）はモードの空間
分布を示す係数である(空間分布係数とする)。また、In the above equation, cos (nπx / L) is a coefficient indicating the spatial distribution of modes (referred to as spatial distribution coefficient). Also,
【数２】
はモードの周波数特性を示す係数で、例えば図２のよう
になる。図２からわかるように、周波数によって重ね合
わされる各モードの比率は変化する。よって、例えばモ
ード１が他のモードより大きい周波数では、係数[Equation 2] Is a coefficient indicating the frequency characteristic of the mode, as shown in FIG. 2, for example. As can be seen from FIG. 2, the ratio of the superimposed modes changes depending on the frequency. Thus, for example, at frequencies where mode 1 is higher than other modes, the coefficient
【数３】
は図１のようになる。図１の点線（＝０）より上はプラ
ス、点線より下ではマイナスで、マイナスの部分ではプ
ラスの部分と位相が反転している。[Equation 3] Is as shown in FIG. The area above the dotted line (= 0) in FIG. 1 is positive, the area below the dotted line is negative, and the negative portion has a phase opposite to the positive portion.
【数４】
はスピーカから空間に出た音のモードｎ成分であり、こ
れに同じモードｎの係数が掛けられ、他のモードと足し
合わされることにより空間の音圧が表現されることが上
式からわかる。以上より、特定のモードが他より非常に
大きくなっている周波数帯域では、音圧分布が不均一に
なり、聴取位置によって周波数特性が大きく乱れる。本
発明の基本となる考え方は、この音場を乱している特定
モードを消して、他のモードの重ね合わせにより均一な
音場を得ることにある。このためには、音圧分布がどの
ようなモードから成り立っているかを調べる必要があ
る。そこで、次にモード分析手法について説明する。[Equation 4] It can be seen from the above equation that is the mode n component of the sound emitted from the speaker into the space, and this is multiplied by the same coefficient of the mode n and added to other modes to express the sound pressure in the space. As described above, in the frequency band in which the specific mode is much larger than the others, the sound pressure distribution becomes non-uniform, and the frequency characteristics are greatly disturbed depending on the listening position. The basic idea of the present invention is to eliminate the specific mode disturbing the sound field and obtain a uniform sound field by superimposing other modes. For this purpose, it is necessary to investigate what kind of mode the sound pressure distribution is composed of. Therefore, the mode analysis method will be described next.
【００１０】(b) 音場のモード分析
(1) 式の両辺にcos（ｎ′πｘ／Ｌ）（ｎ′は整数）を
掛け、ｘに関して積分し、ｎ′をｎと置き直すと、(B) Mode analysis of sound field By multiplying both sides of equation (1) by cos (n'πx / L) (n 'is an integer), integrating with respect to x, and replacing n'with n,
【数５】
となる。こうすることにより、空間音圧分布中の第ｎモ
ード成分だけを取り出すことができる。これは空間音圧
を位置に関して余弦フーリエ変換しているのと同じであ
る。(2)式の左辺を離散化すると、[Equation 5] Becomes By doing so, only the nth mode component in the spatial sound pressure distribution can be extracted. This is the same as the cosine Fourier transform of spatial sound pressure with respect to position. When the left side of equation (2) is discretized,
【数６】
となる。つまり、音場に複数のマイクロホンを設置し、
その出力を位置に関して離散フーリエ変換することによ
り、閉空間内音場のモード分析ができる。これにより、
音場に悪影響を与えているモードがどれかを調べること
ができる。次にこの悪影響を与えているモードの制御方
法について説明する。[Equation 6] Becomes In other words, install multiple microphones in the sound field,
By performing a discrete Fourier transform on the output with respect to the position, modal analysis of the sound field in the closed space can be performed. This allows
You can find out which mode is adversely affecting the sound field. Next, a method of controlling the mode having this adverse effect will be described.
【００１１】(c) 制御法
(3)式から、音源（例えばスピーカ）ＳＰ1，ＳＰ2を２
個用意し、あるモードの余弦関数ＣＯＳＦ（図３参照）
のプラス側とマイナス側の位置Ｓ1，Ｓ2に配置し、これ
らスピーカに同符号の信号を加えると、そのモードでは
音が打ち消し合うことがわかる。すなわち、モードのプ
ラス側とマイナス側で同時に正（又は負）の所望の音圧
になるようにスピーカＳＰ1，ＳＰ2を駆動すれば、空間
分布係数の符号が反転するモードでは打ち消し合い、結
局符号の反転しないモード（例えば図１のｎ＝０のモー
ド）が残り、該モードを励起した状態で所望の音圧が得
られる。例えば、前記位置Ｓ1，Ｓ2に音源ＳＰ1，ＳＰ2
に対向してマイクロホンＭ 1，Ｍ2を設け、該マイクロホ
ンＭ1，Ｍ2で音源ＳＰ1，ＳＰ2からの音を検出すると、
理想的には空間分布係数の符号が反転するモードの音は
互いに打ち消し合い、符号の反転しないモードでの音の
みが得られることになる。ただし、ＳＰ1とＭ1、ＳＰ2
とＭ2は同一位置である必要はない。励起したモードが
どの場所でも同じようなレベルであれば音圧分布が平坦
になる。尚、あるモードを制御するのに音源は２個必要
であり、制御点で符号の反転する他のモードも同時に打
ち消すことになる。(C) Control method
From equation (3), the sound source (eg speaker) SP1, SP22
Individually prepared cosine function COSF of a certain mode (see Fig. 3)
Positive and negative positions S of1, S2Place it in
When a signal of the same sign is added to the speaker from that mode, in that mode
You can see that the sounds cancel each other out. That is, the mode
Positive (or negative) desired sound pressure at the same time on the lath side and negative side
Speaker SP1, SP2Drive the space
In the mode in which the signs of the distribution coefficients are reversed, they cancel each other
A mode in which the station code is not inverted (for example, the mode of n = 0 in FIG.
And the desired sound pressure is obtained with the mode being excited.
To be For example, the position S1, S2Sound source SP1, SP2
Facing the microphone M 1, M2Is equipped with the
N M1, M2And sound source SP1, SP2When the sound from
Ideally, the sound of the mode in which the sign of the spatial distribution coefficient is reversed is
Sounds in a mode that cancel each other and do not invert the sign
You will get only. However, SP1And M1, SP2
And M2Need not be in the same position. The excited mode is
Flat sound pressure distribution at the same level at any location
become. Two sound sources are required to control a certain mode
And other modes in which the sign is reversed at the control point are also entered at the same time.
It will be erased.
【００１２】以上の手法では、制御帯域を対象モードの
顕著な帯域だけにしぼる必要がある。なぜならば、この
周波数帯域では音場に悪い影響を与えているモードをつ
ぶし、励起したモードがブレンドしてうまく音圧分布の
平坦化に貢献するが、この励起したモードが悪い影響を
およぼす周波数帯域が他にあり、そこでは逆に悪い影響
を増幅してしまうからである。例えば、ある周波数では
図１の空間音圧分布からｎ＝１のモードが音場に悪い影
響を与えているから該モードの音を打ち消す必要があ
る。このｎ＝１のモードが顕著な周波数帯域は図２の周
波数特性より４０Ｈｚ付近である。従って、４０Ｈｚ±
Δｆの通過帯域を有するバンドパスフィルタを通した信
号成分のみをスピーカＳＰ1，ＳＰ2に入力するようにす
る。実際には、後述するように適応信号処理により適応
フィルタの係数を決定するから、該適応フィルタの前段
に対象モードが顕著な周波数帯域を通過させるバンドパ
スフィルタを挿入する。In the above method, it is necessary to limit the control band to only the band in which the target mode is remarkable. This is because, in this frequency band, the modes that have a bad influence on the sound field are crushed, and the excited modes blend to contribute to the flattening of the sound pressure distribution. There is another, and on the contrary, it amplifies the bad influence. For example, at a certain frequency, the mode of n = 1 has a bad influence on the sound field from the spatial sound pressure distribution of FIG. 1, so it is necessary to cancel the sound of the mode. The frequency band in which the mode of n = 1 is remarkable is around 40 Hz according to the frequency characteristic of FIG. Therefore, 40Hz ±
Only the signal components that have passed through the band pass filter having the pass band of Δf are input to the speakers SP 1 and SP 2 . Actually, since the coefficient of the adaptive filter is determined by the adaptive signal processing as described later, a band pass filter for passing the frequency band in which the target mode is remarkable is inserted in the preceding stage of the adaptive filter.
【００１３】(d) バンドパスフィルタの設計法
(d-1) 方法１
第１の方法は、単純に対象モードの腹になる地点（ピー
ク点位置）での周波数特性を観測し、対象モードの作る
周波数特性の山（ピーク）になっている周波数を調べ、
その帯域を通過させるバンドパスフィルタを作成するこ
とで実現する。例えば、図１の場合にはモード１（ｎ＝
１）のピーク点位置（ｘ＝０又はｘ＝Ｌ）における周波
数特性（図２）を観測し、モード１の周波数特性のピー
クになっている周波数（＝約４０Ｈｚ）を求め、４０Ｈ
ｚ±Δｆの通過帯域を有するバンドパスフィルタを作成
する。(D) Bandpass Filter Design Method (d-1) Method 1 The first method is to simply observe the frequency characteristic at the antinode of the target mode (peak position) and Check the frequency that is the peak of the frequency characteristics to be created,
This is achieved by creating a bandpass filter that passes that band. For example, in the case of FIG. 1, mode 1 (n =
Observe the frequency characteristic (Fig. 2) at the peak point position (x = 0 or x = L) of 1), and find the peak frequency (= about 40 Hz) of the frequency characteristic of mode 1,
Create a bandpass filter with a passband of z ± Δf.
【００１４】(d-2) 方法２
(3)式において、左辺のシグマΣの項にかかる係数がモ
ードの周波数局在性を示しているから、変形すると(D-2) Method 2 In the equation (3), the coefficient applied to the term of sigma Σ on the left side shows the frequency localization of the mode.
【数７】
となる。つまり、第ｎモードの周波数局在性は、第ｎモ
ードの出力と、スピーカ入力にスピーカ位置の余弦関数
を掛けたものとの比で与えられる。外力としてホワイト
ノイズを用いれば、第ｎモードの出力(（4)式の右辺の
分子）を見るだけで十分な情報が得られる。この周波数
特性からバンドパスフィルタを設計し、その帯域で上記
の制御を行なえば良い。[Equation 7] Becomes That is, the frequency localization of the nth mode is given by the ratio between the output of the nth mode and the speaker input multiplied by the cosine function of the speaker position. If white noise is used as the external force, sufficient information can be obtained simply by looking at the output of the nth mode (the numerator on the right side of equation (4)). A bandpass filter may be designed based on this frequency characteristic, and the above control may be performed in that band.
【００１５】(e) まとめ
以上をまとめると、
音場のモード分析を行なって制御するモードを決め、
該モードが顕著な周波数帯域を求め、該周波数帯域を通
過させるバンドパスフィルタを設計する。
しかる後、対象モードの空間分布係数のプラス側の領
域に音源とマイクロホンを配置し、マイナス側の領域に
音源及びマイクロホンを配置する。
かかる状態で、適応信号処理により各マイクロホンよ
り得られる信号が同一波形となるように適応フィルタの
係数を決定する。
そして、適応フィルタにバンドパスフィルタの出力信
号を入力し、適応フィルタの出力信号を各音源に入力す
る。以後、の処理を繰り返せば、理想的には各マイ
クロホンより得られる信号が同一波形になる。(E) Summary In summary, the mode to be controlled is determined by performing a mode analysis of the sound field,
A frequency band in which the mode is prominent is obtained, and a bandpass filter that passes the frequency band is designed. Then, the sound source and the microphone are arranged in the area on the plus side of the spatial distribution coefficient of the target mode, and the sound source and the microphone are arranged in the area on the minus side. In such a state, the coefficient of the adaptive filter is determined so that the signals obtained from the respective microphones have the same waveform by the adaptive signal processing. Then, the output signal of the bandpass filter is input to the adaptive filter, and the output signal of the adaptive filter is input to each sound source. After that, if the process of is repeated, ideally, the signals obtained from the respective microphones have the same waveform.
【００１６】(B) 実施例
(a) 構成
図４は本発明の音場制御システムの構成図である。図
中、１１は一次元音場、１２は音場のモード分析を行な
うために使用する音源（スピーカ）、１３、１４はモー
ド分析により得られたモード（音場に悪影響を与えてい
るモード）の空間分布係数のプラス側とマイナス側にあ
たる位置にそれぞれ配置された第１、第２の音源（スピ
ーカ）、１５1〜１５Nは一次元音場のｘ軸方向適所に設
けられたＮ個のマイクロホンである。尚、マイクロホン
１５2，１５iは空間分布係数のプラス側とマイナス側に
あたる位置にそれぞれ配置されている。特にスピーカと
同一の位置である必要はない。(B) Embodiment (a) Configuration FIG. 4 is a configuration diagram of a sound field control system of the present invention. In the figure, 11 is a one-dimensional sound field, 12 is a sound source (speaker) used for performing mode analysis of the sound field, and 13 and 14 are modes obtained by the mode analysis (modes that have a bad influence on the sound field). The first and second sound sources (speakers) 15 1 to 15 N , which are respectively arranged on the plus side and the minus side of the spatial distribution coefficient of, are N 1 provided at appropriate positions in the x-axis direction of the one-dimensional sound field. It is a microphone. The microphones 15 2 and 15 i are arranged at positions on the plus side and the minus side of the spatial distribution coefficient, respectively. In particular, it need not be in the same position as the speaker.
【００１７】１６は信号処理部であり、音場のモード
分析処理及び音場に悪影響を与えているモードが顕著
になる周波数帯域を求める処理等を行なう。１７は音場
に悪影響を与えているモードが顕著になる周波数帯域を
通過帯域とするバンドパスフィルタ、１８は該周波数帯
域以外の帯域を通過帯域とするバンドエリミネートフィ
ルタ、１９は信号数＝１、スピーカ数＝２、観測点数
（マイクロホン数）＝２の場合の適応信号処理装置であ
る。２０は第１の遅延部であり、バンドパスフィルタ出
力からマイクロホンまでの遅延時間Δが設定され、該時
間Δ分バンドパスフィルタ出力を遅延させるもの、２１
は第２の遅延部であり、適応信号処理部における遅延時
間が設定され、該時間分バンドエリミネートフィルタ出
力を遅延するもの、２２は適応信号処理部１９の第１の
適応フィルタ出力と第２の遅延部２１の出力を合成する
合成部、２３は適応信号処理部１９の第２の適応フィル
タ出力と第２の遅延部２１の出力を合成する合成部、２
４は第１の遅延部２０の出力信号と第１のマイクロホン
１５2の出力信号の差をエラー信号ｅ1として出力する演
算部、２５は第１の遅延部２０の出力信号と第２のマイ
クロホン１５iの出力信号の差をエラー信号ｅ2として出
力する演算部である。Reference numeral 16 denotes a signal processing unit, which performs a mode analysis process of a sound field and a process of obtaining a frequency band in which a mode having a bad influence on the sound field becomes remarkable. Reference numeral 17 denotes a bandpass filter having a passband in a frequency band in which a mode having a bad influence on the sound field becomes noticeable, 18 denotes a band eliminate filter having a passband in a band other than the frequency band, 19 denotes the number of signals = 1, This is an adaptive signal processing device when the number of speakers = 2 and the number of observation points (number of microphones) = 2. Reference numeral 20 denotes a first delay unit, which sets a delay time Δ from the bandpass filter output to the microphone and delays the bandpass filter output by the time Δ.
Is a second delay unit for setting a delay time in the adaptive signal processing unit and delaying the band elimination filter output by the time, 22 is the first adaptive filter output of the adaptive signal processing unit 19 and the second adaptive filter output A synthesizer that synthesizes the output of the delay unit 21, a synthesizer 23 that synthesizes the output of the second adaptive filter of the adaptive signal processor 19 and the output of the second delay unit 2, 2
Reference numeral 4 denotes an arithmetic unit that outputs the difference between the output signal of the first delay unit 20 and the output signal of the first microphone 15 2 as an error signal e 1 , and 25 denotes the output signal of the first delay unit 20 and the second microphone. This is an arithmetic unit that outputs the difference between the output signals of 15 i as an error signal e 2 .
【００１８】適応信号処理装置１９において、19a-1,19
a-2はＦＩＲ型デジタルフィルタで構成された第１、第
２の適応フィルタ、１９ｂは各スピーカ１３、１４から
第１、第２のマイクロホン１５2，１５iまでの伝搬要素
Ｃ11，Ｃ21，Ｃ12，Ｃ22をバンドパスフィルタ出力信号
に畳み込む信号処理フィルタ（フィルタードＸ信号作成
用フィルタ）、19c-1〜19c-2はFiltered-X LMSアルゴリ
ズムに基づいて適応信号処理を行なって適応フィルタ19
a-1,19a-2の係数を決定する第１、第２の適応信号処理
部である。In the adaptive signal processor 19, 19a-1, 19a
a-2 is the first and second adaptive filters formed of FIR type digital filters, and 19b is the propagation elements C 11 and C 21 from the speakers 13 and 14 to the first and second microphones 15 2 and 15 i. , C 12 and C 22 are signal processing filters that convolve the bandpass filter output signal (filtered X signal creation filter), and 19c-1 to 19c-2 perform adaptive signal processing based on the Filtered-X LMS algorithm for adaptation. Filter 19
The first and second adaptive signal processing units determine the coefficients a-1 and 19a-2.
【００１９】（b) 動作
(b-1) モード分析
モード分析用のスピーカ１２に信号ｑm（ω）を入力し
て該スピーカから出力される音を各マイクロホン１５1
〜１５Nで検出し、検出信号を信号処理部１６に入力す
る。信号処理部は(3)式又は離散フーリエ変換に基づい
て各モードの成分を求め、最も音場に悪影響を与えてい
るモードを決定する。ついで、前述の方法１又は方法２
により該モードが顕著になる周波数帯域Ｆ±Δｆを求
め、該周波数帯域が通過帯域となるようにバンドパスフ
ィルタ１７を設計する。又、該周波数帯域以外の帯域が
通過帯域となるようにバンドエミネートフィルタ１８を
設計する。しかる後、対象モードの空間分布係数のプラ
ス側の領域に第１のスピーカ１３とマイクロホン１５2
を配置し、マイナス側の領域に第２のスピーカ１４とマ
イクロホン１５iを配置する。ついで、第１、第２のス
ピーカ１３，１４から第１、第２のマイクロホン１
５2，１５iまでの伝搬要素Ｃ11，Ｃ21，Ｃ12，Ｃ22を測
定し、適応信号処理装置１９の信号処理フィルタ１９ｂ
に設定する。(B) Operation (b-1) Mode analysis The signal q m (ω) is input to the speaker 12 for mode analysis, and the sound output from the speaker is output to each microphone 15 1
The detection signal is input to the signal processing unit 16 at ˜15 N. The signal processing unit obtains the component of each mode based on the equation (3) or the discrete Fourier transform, and determines the mode having the most adverse effect on the sound field. Then, the above method 1 or method 2
Then, the frequency band F ± Δf in which the mode becomes remarkable is obtained, and the band pass filter 17 is designed so that the frequency band becomes the pass band. Further, the band eliminator filter 18 is designed so that a band other than the frequency band becomes a pass band. Then, the first speaker 13 and the microphone 15 2 are placed in the area on the plus side of the spatial distribution coefficient of the target mode.
Are arranged, and the second speaker 14 and the microphone 15 i are arranged in the minus side area. Then, the first and second speakers 13 and 14 to the first and second microphones 1
5 2, 15 propagation element C 11 to i, measures the C 21, C 12, C 22 , the signal processing filter 19b of the adaptive signal processing device 19
Set to.
【００２０】かかる状態で、端子Ｔａより所定周波数帯
域Ｆ±Δｆの信号をバンドパスフィルタ１７を介して適
応信号処理装置１９に入力する。適応信号処理装置１９
は、演算部２４、２５から出力されるエラー信号ｅ1，
ｅ2のパワーが最小となるように（各マイクロホン出力
信号とバンドパスフィルタ出力が同一になるように）適
応信号処理を行ない、第１、第２の適応フィルタ19a-1,
19a-2の係数を決定する。第１、第２の適応フィルタ19a
-1,19a-2はバンドパスフィルタ１７の出力信号に上記係
数に基づいたフィルタリング処理を施し、適応フィルタ
出力を第１、第２のスピーカ１３，１４に入力する。以
後、上記処理を繰り返せば、各マイクロホンより得られ
る信号がバンドパスフィルタ１７の出力波形と同一波形
に近づいてゆき、ｘ方向位置によらず均一な周波数特性
が得られるようになる。すなわち、音場に悪影響を与え
ている周波数帯域において、空間全体にわたってその悪
影響を取り除くことができる。以上のようにして第１、
第２の適応フィルタ19a-1,19a-2の係数を決定した状態
で、オーディオ信号を端子Ｔａから入力すれば、良好な
音場を形成でき、音質を向上することができる。尚、オ
ーディオ信号入力時には適応信号処理は行なっても良い
し、行なわなくても良い。In this state, the signal of the predetermined frequency band F ± Δf is input from the terminal Ta to the adaptive signal processing device 19 via the bandpass filter 17. Adaptive signal processing device 19
Is the error signal e 1 output from the arithmetic units 24 and 25.
Adaptive signal processing is performed so that the power of e 2 is minimized (so that the output signals of the microphones and the bandpass filter output are the same), and the first and second adaptive filters 19a-1,
Determine the coefficient of 19a-2. First and second adaptive filters 19a
-1, 19a-2 subjects the output signal of the bandpass filter 17 to filtering processing based on the above coefficient, and inputs the adaptive filter output to the first and second speakers 13 and 14. After that, if the above processing is repeated, the signal obtained from each microphone approaches the same waveform as the output waveform of the bandpass filter 17, and uniform frequency characteristics can be obtained regardless of the position in the x direction. That is, in the frequency band that adversely affects the sound field, the adverse effect can be removed over the entire space. As described above, the first
By inputting an audio signal from the terminal Ta in a state where the coefficients of the second adaptive filters 19a-1 and 19a-2 are determined, a good sound field can be formed and the sound quality can be improved. Incidentally, the adaptive signal processing may or may not be performed at the time of inputting the audio signal.
【００２１】(C) 変形例
以上では、一次元音場に本発明を適用した場合について
説明したが、三次元音場にも同様に適用することができ
る。すなわち、三次元の場合には、(1)式が次式になる
だけで本質的な違いはなく、手法も一次元の場合と同じ
である。(C) Modified Example In the above, the case where the present invention is applied to a one-dimensional sound field has been described, but the present invention can be similarly applied to a three-dimensional sound field. That is, in the case of three dimensions, there is no essential difference except that equation (1) becomes the following equation, and the method is the same as in the case of one dimension.
【数８】
以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は請求
の範囲に記載した本発明の主旨に従い種々の変形が可能
であり、本発明はこれらを排除するものではない。[Equation 8] Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention can be variously modified according to the gist of the present invention described in the claims, and the present invention does not exclude these.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上本発明によれば、音場のモード分析
をして制御すべきモードを決定し、該決定されたモード
において、空間音圧分布が顕著となる周波数帯域を求
め、該決定されたモードの空間分布係数が正となる領域
にスピーカとマイクロホンを配置し、負となる領域にス
ピーカ及びマイクロホンを配置して、前記周波数帯域を
通過帯域とするバンドパスフィルタの出力信号と各マイ
クロホンの出力信号との差が最小となるように適応信号
処理を行なって適応フィルタの係数を決定し、適応フィ
ルタはバンドパスフィルタを介して入力されたオーディ
オ信号にフィルタリング処理して各スピーカに入力する
ように構成したから、少ないスピーカ、マイクロホンを
使用して音場全体で周波数特性を均一にすることができ
る。As described above, according to the present invention, the mode to be controlled is determined by performing the mode analysis of the sound field, the frequency band in which the spatial sound pressure distribution becomes remarkable in the determined mode is determined, and the determined. The speaker and the microphone are arranged in the area where the spatial distribution coefficient of the selected mode is positive, the speaker and the microphone are arranged in the area where the spatial distribution coefficient is negative, and the output signal of the band-pass filter having the pass band in the frequency band and each microphone. The adaptive signal processing is performed so that the difference between the output signal and the output signal is determined, and the coefficient of the adaptive filter is determined. The adaptive filter performs the filtering processing on the audio signal input through the bandpass filter and inputs it to each speaker. With this configuration, it is possible to make the frequency characteristics uniform over the entire sound field using a small number of speakers and microphones.
【図１】ある周波数でのモードの空間分布の様子であ
る。FIG. 1 shows the spatial distribution of modes at a certain frequency.
【図２】各モードの周波数特性図である。FIG. 2 is a frequency characteristic diagram of each mode.
【図３】悪影響を与えるモードの打ち消し制御法の説明
図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a cancellation control method for a mode having an adverse effect.
【図４】本発明の音場制御システムの構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a sound field control system of the present invention.
【図５】従来の適応イコライザ（適応等化器）の構成図
である。FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional adaptive equalizer (adaptive equalizer).
１１・・一次元音場 １３，１４・・第１、第２のスピーカ １５2，１５i・・第１、第２のマイクロホン １６・・信号処理部 １７・・バンドパスフィルタ １９・・適応信号処理装置11 ... One-dimensional sound field 13, 14 ... First and second speakers 15 2 , 15 i ... First and second microphones 16 ... Signal processing unit 17 ... Bandpass filter 19 ... Adaptive signal Processor
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−133400（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−63100（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−199212（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−245400（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−73996（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03H 21/00 G10K 15/00 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-6-133400 (JP, A) JP-A-4-63100 (JP, A) JP-A-60-199212 (JP, A) JP-A-60-245400 (JP , A) Actual Kaihei 6-73996 (JP, U) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H03H 21/00 G10K 15/00
Claims (2)
法において、 音場のモード分析をして制御すべきモードを決定し、 該決定されたモードにおいて、空間音圧分布が顕著とな
る周波数帯域を求め、 該決定されたモードの空間分布係数が正となる領域にス
ピーカとマイクロホンを配置し、負となる領域にスピー
カとマイクロホンを配置して、 各マイクロホンの出力信号が同一波形となるように適応
信号処理を行なって適応フィルタの係数を決定し、 前記周波数帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタを
介して適応フィルタにオーディオ信号を入力し、該適応
フィルタから出力されるオーディオ信号を各スピーカに
入力することを特徴とする音場制御方法。1. A sound field control method for controlling frequency characteristics of a sound field, wherein a mode to be controlled is determined by performing mode analysis of the sound field, and the spatial sound pressure distribution becomes prominent in the determined mode. The frequency band is calculated, the speaker and the microphone are arranged in the area where the spatial distribution coefficient of the determined mode is positive, and the speaker and the microphone are arranged in the area where the spatial distribution coefficient is negative, and the output signals of the respective microphones have the same waveform. Adaptive signal processing is performed to determine the coefficient of the adaptive filter, the audio signal is input to the adaptive filter through the band pass filter having the frequency band as the pass band, and the audio signal output from the adaptive filter is A sound field control method characterized by inputting to a speaker.
置において、 音場のモード分析をして制御すべきモードを決定し、該
決定されたモードにおいて空間音圧分布が顕著となる周
波数帯域を求める手段、 該決定されたモードにおける空間分布係数が正となる領
域に配置されたスピーカとマイクロホン、負となる領域
に配置されたスピーカ及びマイクロホン、 前記周波数帯域のオーディオ信号を通過させるバンドパ
スフィルタ、 前記周波数帯域以外のオーディオ信号を通過させるバン
ドエリミネートフィルタ、 前記バンドパスフィルタから出力されるオーディオ信号
が入力される第１、第２の適応フィルタ、 バンドパスフィルタの出力信号と各マイクロホン出力信
号を用いて、これら出力信号の差が最小となるように適
応信号処理を行なって前記第１、第２の適応フィルタの
係数を決定する第１、第２の適応信号処理部、 第１、第２の適応フィルタの出力信号をそれぞれ前記バ
ンドエリミネートフィルタの出力信号に加算して各スピ
ーカに入力する第１、第２の加算部を備えた音場制御装
置。2. A sound field control device for controlling frequency characteristics of a sound field, wherein a mode to be controlled is determined by performing a mode analysis of the sound field, and a frequency at which a spatial sound pressure distribution becomes prominent in the determined mode. A means for obtaining a band, a speaker and a microphone arranged in a region where the spatial distribution coefficient in the determined mode is positive, a speaker and a microphone arranged in a region where the spatial distribution coefficient is negative, and a bandpass for passing an audio signal in the frequency band. Filters, band eliminate filters that pass audio signals outside the frequency band, first and second adaptive filters to which the audio signals output from the bandpass filters are input, output signals of the bandpass filters and microphone output signals And perform adaptive signal processing to minimize the difference between these output signals. The output signals of the first and second adaptive signal processing units for determining the coefficients of the first and second adaptive filters, and the output signals of the first and second adaptive filters are respectively added to the output signals of the band eliminate filters. A sound field control device including first and second addition units for inputting to each speaker.
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| JP26549494A JP3421146B2 (en) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | Sound field control method and device |
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