KR102257695B1 - 음장 재현 장치 및 방법, 그리고 프로그램 - Google Patents

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Abstract

본 기술은, 보다 정확하게 음장을 재현할 수 있도록 하는 음장 재현 장치 및 방법, 그리고 프로그램에 관한 것이다. 공간 필터 적용부는, 구형 마이크 어레이가 수음함으로써 얻어진 수음 신호의 공간 주파수 스펙트럼에 공간 필터를 적용함으로써, 구형 마이크 어레이의 반경보다도 큰 반경의 환형의 가상 스피커 어레이의 가상 스피커 어레이 구동 신호를 얻는다. 역필터 생성부는, 실 스피커 어레이로부터 가상 스피커 어레이까지의 전달 함수에 기초하는 역필터를 구한다. 역필터 적용부는, 가상 스피커 어레이 구동 신호의 시간 주파수 스펙트럼에 역필터를 적용하여, 실 스피커 어레이의 실 스피커 어레이 구동 신호를 얻는다. 본 기술은, 음장 재현기에 적용할 수 있다.

Description

음장 재현 장치 및 방법, 그리고 프로그램{SOUND FIELD RE-CREATION DEVICE, METHOD, AND PROGRAM}
본 기술은 음장 재현 장치 및 방법, 그리고 프로그램에 관한 것으로서, 특히, 보다 정확하게 음장을 재현할 수 있도록 한 음장 재현 장치 및 방법, 그리고 프로그램에 관한 것이다.
종래, 실 공간에서 구형 또는 환형의 마이크 어레이로 수음한 신호를 사용하여, 재현 공간에서 실 공간과 동일한 음장을 재현하는 기술이 제안되어 있다.
예를 들어, 그러한 기술로서, 콤팩트한 구형 마이크 어레이에 의한 수음 및 스피커 어레이에 의한 재생을 가능하게 하는 것이 제안되어 있다(예를 들어, 비특허문헌 1 참조).
또한, 예를 들어 임의의 어레이 형상의 스피커 어레이로 재생 가능하고, 또한 미리 스피커로부터 마이크로폰까지의 전달 함수를 수록하고, 역필터를 생성해 둠으로써 개개의 스피커의 특성의 차를 흡수하는 것을 가능하게 하는 것도 제안되어 있다(예를 들어, 비특허문헌 2 참조).
Zhiyun Li et al, "Capture and Recreation of Higher Order 3D Sound Fields via Reciprocity," Proceedings of ICAD 04-Tenth Meeting of the International Conference on Auditory Display, Sydney, 2004 이세 시로, "경계 음장 제어," 일본 음향학회지, 67권, 11호, 2011
그런데, 비특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 콤팩트한 구형 마이크 어레이에 의한 수음 및 스피커 어레이에 의한 재생이 가능하지만, 엄밀한 음장 재현을 위해서는 스피커 어레이의 형상이 구형 또는 환형이며, 또한 스피커가 등밀도의 배치여야만 한다는 제약이 요구된다.
예를 들어 도 1의 좌측에 도시한 바와 같이, 스피커 어레이(SPA11)를 구성하는 각 스피커가 환형으로 배치되어 있고, 도면 중, 점선으로 표시되는 기준점에 대하여 각 스피커끼리가 등밀도(간략화를 위해 도면에서는 등각도)의 배치가 될 경우에는, 엄밀한 음장 재현이 가능하다. 이 예에서는, 서로 인접하는 임의의 2개의 스피커에 대해서, 한쪽 스피커 및 기준점을 연결하는 직선과, 다른 쪽 스피커 및 기준점을 연결하는 직선이 이루는 각도가 일정한 각도로 되어 있다.
이에 비해, 도면 중, 우측에 도시하는 바와 같이 정사각형이고 등간격으로 배열된 스피커를 포함하는 스피커 어레이(SPA12)의 경우, 스피커끼리가, 도면 중, 점선으로 표시되는 기준점으로부터 등밀도로 되지 않기 때문에, 엄밀하게 음장 재현할 수 없다. 이 예에서는, 서로 인접하는 2개의 스피커의 한쪽 및 기준점을 연결하는 직선과, 다른 쪽 스피커 및 기준점을 연결하는 직선이 이루는 각도가, 인접하는 2개의 스피커의 조마다 상이한 각도로 되어 있다.
또한, 모노폴 음원을 발하는 이상적 스피커 어레이를 상정한 구동 신호가 생성되기 때문에, 실제의 스피커의 특성의 영향으로 실 공간의 음장을 정확하게 재현할 수 없었다.
또한, 비특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 임의의 어레이 형상으로 재생 가능하고, 또한 미리 스피커로부터 마이크로폰까지의 전달 함수를 수록하여 역필터를 생성해 두면, 개개의 스피커의 특성의 차를 흡수하는 것이 가능했다. 한편, 미리 수록된 각 스피커로부터 각 마이크로폰으로의 전달 함수군이 각각 서로 비슷한 성질을 유지하는 경우, 전달 함수로부터 구동 신호를 생성하기 위한, 안정된 역필터를 구하는 것이 곤란하였다.
특히 도 2의 우측에 도시하는, 구형 마이크 어레이(MKA11)를 사용한 예와 같이, 구형 마이크 어레이(MKA11)를 구성하는 마이크로폰끼리가 접근해 있는 경우, 정사각형이고 등간격으로 배열한 스피커를 포함하는 스피커 어레이(SPA21)의 특정의 스피커로부터의 모든 마이크로폰으로의 거리가 거의 등거리가 된다. 그 때문에, 역필터의 안정해를 구하는 것이 곤란하였다.
또한, 도 2 중, 좌측에는, 스피커 어레이(SPA21)의 스피커로부터의, 구형 마이크 어레이(MKA21)를 구성하는 각 마이크로폰으로의 거리가 등거리로 되지 않고, 전달 함수의 변동이 커지는 예에 대하여 도시되어 있다. 이 예에서는, 스피커 어레이(SPA21)의 스피커로부터의 각 마이크로폰으로의 거리가 상이하므로, 역필터의 안정해를 구할 수 있다. 그러나, 역필터의 안정해를 구할 수 있을 정도로 구형 마이크 어레이(MKA21)의 반경을 크게 하는 것은 현실적이지 않다.
본 기술은, 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, 보다 정확하게 음장을 재현할 수 있도록 하는 것이다.
본 기술의 일 측면의 음장 재현 장치는, 구형 또는 환형의 마이크 어레이가 수음함으로써 얻어진 수음 신호를, 상기 마이크 어레이의 제1 반경보다도 큰 제2 반경을 갖는 가상 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제1 구동 신호 생성부와, 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호를, 상기 가상 스피커 어레이가 둘러싸는 공간의 내측 또는 외측에 배치된 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제2 구동 신호 생성부를 구비한다.
상기 제1 구동 신호 생성부에는, 상기 수음 신호로부터 얻어진 공간 주파수 스펙트럼에 대하여 공간 필터를 사용한 필터 처리를 실시함으로써, 상기 수음 신호를 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호로 변환시킬 수 있다.
음장 재현 장치에는, 상기 수음 신호로부터 얻어진 시간 주파수 스펙트럼을 상기 공간 주파수 스펙트럼으로 변환하는 공간 주파수 분석부를 더 설치할 수 있다.
상기 제2 구동 신호 생성부에는, 상기 실 스피커 어레이로부터 상기 가상 스피커 어레이까지의 전달 함수에 기초하는 역필터를 사용하여, 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호에 대하여 필터 처리를 실시함으로써, 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호를 상기 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환시킬 수 있다.
상기 가상 스피커 어레이를 구형 또는 환형의 스피커 어레이로 할 수 있다.
본 기술의 일 측면의 음장 재현 방법 또는 프로그램은, 구형 또는 환형의 마이크 어레이가 수음함으로써 얻어진 수음 신호를, 상기 마이크 어레이의 제1 반경보다도 큰 제2 반경을 갖는 가상 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제1 구동 신호 생성 스텝과, 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호를, 상기 가상 스피커 어레이가 둘러싸는 공간의 내측 또는 외측에 배치된 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제2 구동 신호 생성 스텝을 포함한다.
본 기술의 일 측면에 있어서는, 구형 또는 환형의 마이크 어레이가 수음함으로써 얻어진 수음 신호가, 상기 마이크 어레이의 제1 반경보다도 큰 제2 반경을 갖는 가상 스피커 어레이의 구동 신호로 변환되어, 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호가, 상기 가상 스피커 어레이가 둘러싸는 공간의 내측 또는 외측에 배치된 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환된다.
본 기술의 일 측면에 의하면, 보다 정확하게 음장을 재현할 수 있다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것은 아니며, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과여도 된다.
도 1은 종래의 음장 재현에 대하여 설명하는 도면이다.
도 2는 종래의 음장 재현에 대하여 설명하는 도면이다.
도 3은 본 기술의 음장 재현에 대하여 설명하는 도면이다.
도 4는 본 기술의 음장 재현의 다른 예에 대하여 설명하는 도면이다.
도 5는 음장 재현기의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 6은 실 스피커 어레이 구동 신호 생성 처리를 설명하는 흐름도이다.
도 7은 음장 재현 시스템의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 8은 음장 재현 처리를 설명하는 흐름도이다.
도 9는 컴퓨터의 구성예를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 기술을 적용한 실시 형태에 대하여 설명한다.
<제1 실시 형태>
<본 기술에 대해서>
본 기술에서는, 실 공간에서 구형 또는 환형의 마이크 어레이로 수음한 신호가 사용되고, 재현 공간에서 실 공간과 동일한 음장이 재현되도록, 실 스피커 어레이의 구동 신호가 생성된다. 그 때, 마이크 어레이는 충분히 작고 콤팩트한 것이 상정된다.
또한, 실 스피커 어레이의 내측 또는 외측에, 구형 또는 환형의 가상 스피커 어레이가 배치된다. 그리고, 제1 신호 처리에 의해, 마이크 어레이 수음 신호로부터 가상 스피커 어레이 구동 신호가 생성된다. 또한, 제2 신호 처리에 의해, 가상 스피커 어레이 구동 신호로부터 실 스피커 어레이 구동 신호가 생성된다.
예를 들어, 도 3에 도시하는 예에서는, 실 공간의 구면파가, 구형 마이크 어레이(11)로 수음되고, 재현 공간에 정사각형으로 배치된 실 스피커 어레이(12)에 대하여 그 내측에 배치된 가상 스피커 어레이(13)의 구동 신호로부터 구한 구동 신호를 공급함으로써, 실 공간의 음장이 재현되고 있다.
도 3에서는, 구형 마이크 어레이(11)는 복수의 마이크로폰(마이크 센서)을 포함하고, 각 마이크로폰은, 소정의 기준점을 중심으로 하는 구의 표면에 배치되어 있다. 이하에서는, 구형 마이크 어레이(11)를 구성하는 스피커가 배치되어 있는 구의 중심을 구형 마이크 어레이(11)의 중심이라고도 칭하고, 그 구의 반경을 구형 마이크 어레이(11)의 반경, 또는 센서 반경이라고도 칭하기로 한다.
또한, 실 스피커 어레이(12)는 복수의 스피커를 포함하고, 그들 스피커가 정사각형 형상으로 배열되어서 배치되어 있다. 이 예에서는, 소정의 기준점에 있는 유저를 둘러싸도록 수평면 상에 실 스피커 어레이(12)를 구성하는 스피커가 배열되어 있다.
또한, 실 스피커 어레이(12)를 구성하는 스피커의 배치는 도 3에 도시하는 예에 한하지 않고, 소정의 기준점을 둘러싸도록 각 스피커가 배치되어 있으면 된다. 따라서, 예를 들어 실 스피커 어레이를 구성하는 각 스피커가 방의 천장이나 벽에 설치되어 있도록 해도 된다.
또한, 이 예에서는, 실 스피커 어레이(12)의 내측에, 복수의 가상의 스피커가 배열되어서 얻어지는 가상 스피커 어레이(13)가 배치되어 있다. 즉, 가상 스피커 어레이(13)를 구성하는 스피커에 의해 둘러싸이는 공간의 외측에 실 스피커 어레이(12)가 배치되어 있다. 이 예에서는, 가상 스피커 어레이(13)를 구성하는 각 스피커는, 소정의 기준점을 중심으로 하여 원 형상(환형)으로 배열되어 있고, 그들 스피커는 도 1에 도시한 스피커 어레이(SPA11)와 마찬가지로, 기준점에 대하여 등밀도로 나란히 배치되어 있다.
이하에서는, 가상 스피커 어레이(13)를 구성하는 스피커가 배치되어 있는 원의 중심을 가상 스피커 어레이(13)의 중심이라고도 칭하고, 그 원의 반경을 가상 스피커 어레이(13)의 반경이라고도 칭하기로 한다.
여기서, 재현 공간에서는, 가상 스피커 어레이(13)의 중심 위치, 즉 기준점은, 재현 공간에 있어서 상정되는 구형 마이크 어레이(11)의 중심 위치(기준점)와 동일한 위치가 될 필요가 있다. 또한, 가상 스피커 어레이(13)의 중심 위치와 실 스피커 어레이(12)의 중심 위치는 반드시 동일 위치일 필요는 없다.
본 기술에서는, 먼저 구형 마이크 어레이(11)에서 얻어진 수음 신호로부터, 가상 스피커 어레이(13)로 실 공간의 음장을 재현하기 위한 가상 스피커 어레이 구동 신호가 생성된다. 가상 스피커 어레이(13)는 원 형상(환형)이며, 그 중심으로부터 보아서 각 스피커가 등밀도(등간격)로 배치되어 있으므로, 정확하게 실 공간의 음장을 재현할 수 있는 가상 스피커 어레이 구동 신호가 생성된다.
또한, 이와 같이 하여 얻어진 가상 스피커 어레이 구동 신호로부터, 실 스피커 어레이(12)로 실 공간의 음장을 재현하기 위한 실 스피커 어레이 구동 신호가 생성된다.
이때, 실 스피커 어레이(12)의 각 스피커로부터, 가상 스피커 어레이(13)의 각 스피커까지의 전달 함수로부터 얻어지는 역필터가 사용되어서 실 스피커 어레이 구동 신호가 생성된다. 따라서, 실 스피커 어레이(12)의 형상을 임의의 형상으로 할 수 있다.
이와 같이, 본 기술에서는, 수음 신호로부터 일단, 환형 또는 구형의 가상 스피커 어레이(13)의 가상 스피커 어레이 구동 신호를 생성하고, 또한 그 가상 스피커 어레이 구동 신호를 실 스피커 어레이 구동 신호로 변환함으로써, 실 스피커 어레이(12)의 형상에 상관없이, 정확하게 음장을 재현할 수 있다.
또한, 이하에서는, 도 3에 도시한 바와 같이 실 스피커 어레이(12)의 내측에 가상 스피커 어레이(13)가 배치되어 있는 경우를 예로 들어 설명하지만, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이 실 스피커 어레이(21)가 가상 스피커 어레이(22)를 구성하는 스피커에 의해 둘러싸이는 공간의 내측에 배치되어 있도록 해도 된다. 또한, 도 4에 있어서 도 3에 있어서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하였고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 4의 예에서는, 실 스피커 어레이(21)를 구성하는 각 스피커는, 소정의 기준점을 중심으로 하는 원 상에 배치되어 있다. 또한, 가상 스피커 어레이(22)를 구성하는 각 스피커도 소정의 기준점을 중심으로 하는 원 상에 등간격으로 배치되어 있다.
따라서, 이 예에서는 상술한 제1 신호 처리에 의해, 가상 스피커 어레이(22)로 음장을 재현하기 위한 가상 스피커 어레이 구동 신호가 수음 신호로부터 생성된다. 또한, 제2 신호 처리에 의해, 가상 스피커 어레이(22)의 반경보다도, 더 작은 반경의 원 상에 배치된 스피커를 포함하는 실 스피커 어레이(21)로 음장을 재현하기 위한 실 스피커 어레이 구동 신호가 가상 스피커 어레이 구동 신호로부터 생성된다.
예를 들어, 도 3에 도시한 실 스피커 어레이(12)로서 집 등의 방의 벽에 설치된 스피커 어레이를 상정하고 있고, 도 4에 도시한 실 스피커 어레이(21)로서 유저의 헤드부를 둘러싸는 휴대용의 스피커 어레이를 상정하고 있다. 이 도 3 및 도 4에 도시한 예에서는, 상술한 제1 신호 처리에 의해 얻어진 가상 스피커 어레이 구동 신호를 공통으로 사용할 수 있다.
본 기술에 의하면, 예를 들어 실 공간에 있어서, 직경이 사람의 헤드부 정도인 구형 또는 환형의 마이크 어레이로 음장을 보존하는 수음부를 구비하고, 재현 공간에 있어서, 실 공간과 동일한 음장이 되도록, 상기 마이크 어레이보다 직경이 큰 구형 또는 환형의 가상 스피커 어레이에의 구동 신호를 생성하는 제1 구동 신호 생성부를 구비하고, 상기 구동 신호를, 상기 가상 스피커 어레이가 둘러싸는 공간보다 내측 또는 외측에 배치된 임의의 형상의 실 스피커 어레이로 신호 변환하는 제2 구동 신호 생성부를 구비하는 음장 재현 장치를 실현할 수 있다.
그리고 본 기술에 의하면, 이하의 효과 (1) 내지 효과 (3)을 얻을 수 있다.
효과 (1)
콤팩트한 구형 또는 환형의 마이크 어레이로 수음한 신호를, 임의의 어레이 형상으로부터 음장 재현이 가능하다.
효과 (2)
역필터의 계산 시, 실제로 기록한 전달 함수를 사용함으로써, 스피커 특성의 변동이나 재현 공간의 반사 특성을 흡수한 구동 신호를 생성하는 것이 가능하다.
효과 (3)
구형 또는 환형의 가상 스피커 어레이의 반경을 확장함으로써, 전달 함수의 역필터를 안정적으로 푸는 것이 가능하다.
<음장 재현기의 구성예>
이어서, 본 기술을 음장 재현기에 적용한 경우를 예로 하여, 본 기술을 적용한 구체적인 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 5는, 본 기술을 적용한 음장 재현기의 일 실시 형태의 구성예를 도시하는 도면이다.
음장 재현기(41)는 구동 신호 생성기(51) 및 역필터 생성기(52)를 갖고 있다.
구동 신호 생성기(51)는 구형 마이크 어레이(11)를 구성하는 각 마이크로폰, 즉 마이크 센서가 수음함으로써 얻어진 수음 신호에 대하여 역필터 생성기(52)에서 얻어지는 역필터를 사용한 필터 처리를 실시하고, 그 결과 얻어진 실 스피커 어레이 구동 신호를 실 스피커 어레이(12)에 공급하고, 음성을 출력시킨다. 즉, 역필터 생성기(52)로 생성된 역필터가 사용되어서, 실제로 음장 재현을 행하기 위한 실 스피커 어레이 구동 신호가 생성된다.
역필터 생성기(52)는 입력된 전달 함수에 기초하여 역필터를 생성하고, 구동 신호 생성기(51)에 공급한다.
여기서, 역필터 생성기(52)에 입력되는 전달 함수는, 예를 들어 도 3에 도시한 실 스피커 어레이(12)를 구성하는 각 스피커로부터 가상 스피커 어레이(13)를 구성하는 각 스피커 위치까지의 임펄스 리스펀스로 된다.
구동 신호 생성기(51)는 시간 주파수 분석부(61), 공간 주파수 분석부(62), 공간 필터 적용부(63), 공간 주파수 합성부(64), 역필터 적용부(65), 및 시간 주파수 합성부(66)를 갖고 있다.
또한, 역필터 생성기(52)는 시간 주파수 분석부(71) 및 역필터 생성부(72)를 갖고 있다.
이하, 구동 신호 생성기(51) 및 역필터 생성기(52)를 구성하는 각 부에 대하여 상세하게 설명한다.
(시간 주파수 분석부)
시간 주파수 분석부(61)는 실 공간의 기준점에 중심이 맞도록 설치된 구형 마이크 어레이(11)의 각 마이크 센서의 위치 Omic(p)=[apcosθpcosφp, apsinθpcosφp, apsinφp]에 있어서의 수음 신호 s(p, t)의 시간 주파수 정보를 분석한다.
단, 위치 Omic(p)에 있어서, ap는 센서 반경, 즉 구형 마이크 어레이(11)의 중심 위치로부터, 그 구형 마이크 어레이(11)를 구성하는 각 마이크 센서(마이크로폰)까지의 거리를 나타내고 있고, θp는 센서 방위각을 나타내고 있고, φp는 센서 앙각을 나타내고 있다. 센서 방위각 θp 및 센서 앙각 φp는, 구형 마이크 어레이(11)의 중심으로부터 본 각 마이크 센서의 방위각 및 앙각이다. 따라서, 위치 p(위치 Omic(p))는 극좌표로 표시된 구형 마이크 어레이(11)의 각 마이크 센서의 위치를 나타내고 있다.
또한, 이하에서는, 센서 반경 ap를 간단히 센서 반경 a라 기재하는 것으로 한다. 또한, 이 실시 형태에서는, 구형 마이크 어레이(11)를 사용하고 있지만, 수평면의 음장만을 수록할 수 있는 환형 마이크 어레이를 사용해도 상관없다.
처음에, 시간 주파수 분석부(61)는 수음 신호 s(p, t)로부터 고정 사이즈의 시간 프레임 분할을 행한 입력 프레임 신호 sfr(p, n, l)을 얻는다. 그리고, 시간 주파수 분석부(61)는 다음 수학식 1로 나타내는 창 함수 wana(n)을 입력 프레임 신호 sfr(p, n, l)에 승산하고, 창 함수 적용 신호 sw(p, n, l)을 얻는다. 즉, 이하의 수학식 2의 계산이 행하여져서, 창 함수 적용 신호 sw(p, n, l)이 산출된다.
Figure 112016043745723-pct00001
Figure 112016043745723-pct00002
여기서, 수학식 1 및 수학식 2에 있어서, n은 시간 인덱스를 나타내고 있고, 시간 인덱스 n=0, …, Nfr-1이다. 또한, l은 시간 프레임 인덱스를 나타내고 있고, 시간 프레임 인덱스 l=0, …, L-1이다. 또한, Nfr은 프레임 사이즈(시간 프레임의 샘플수)이며, L은 총 프레임수이다.
또한, 프레임 사이즈 Nfr은, 샘플링 주파수 fs에 있어서의 1프레임의 시간 fsec 상당의 샘플수 Nfr(=R(fs×fsec), 단 R()은 임의의 라운딩 함수)이다. 이 실시 형태에서는, 예를 들어 1프레임의 시간 fsec=0.02[s]이며, 라운딩 함수 R()은 사사오입이지만, 그 이외여도 상관없다. 또한, 프레임의 시프트량은 프레임 사이즈 Nfr의 50％로 하고 있지만, 그 이외여도 상관없다.
또한, 여기에서는 창 함수로서 해닝창의 평방근을 사용하고 있지만, 해밍창이나 블랙맨-해리스창 등의 기타 창을 사용하도록 해도 된다.
이와 같이 하여 창 함수 적용 신호 sw(p, n, l)이 얻어지면, 시간 주파수 분석부(61)는 이하의 수학식 3 및 수학식 4를 계산함으로써, 창 함수 적용 신호 sw(p, n, l)에 대하여 시간 주파수 변환을 행하여, 시간 주파수 스펙트럼 S(p, ω, l)을 얻는다.
Figure 112016043745723-pct00003
Figure 112016043745723-pct00004
즉, 수학식 3의 계산에 의해 제로 패딩 신호 sw'(p, q, l)이 구해지고, 얻어진 제로 패딩 신호 sw'(p, q, l)에 기초하여 수학식 4가 계산되어, 시간 주파수 스펙트럼 S(p, ω, l)이 산출된다.
또한, 수학식 3 및 수학식 4에 있어서, Q는 시간 주파수 변환에 사용하는 포인트수를 나타내고 있고, 수학식 4에 있어서 i는 순허수를 나타내고 있다. 또한, ω는 시간 주파수 인덱스를 나타내고 있다. 여기서, Ω=Q/2+1라 하면, ω=0, …, Ω-1이다.
따라서, 구형 마이크 어레이(11)의 각 마이크로폰으로부터 출력된 수음 신호마다, L×Ω개의 시간 주파수 스펙트럼 S(p, ω, l)이 얻어진다.
또한, 이 실시 형태에서는, DFT(Discrete Fourier Transform)(이산 푸리에 변환)에 의한 시간 주파수 변환을 행하고 있지만, DCT(Discrete Cosine Transform)(이산 코사인 변환)나 MDCT(Modified Discrete Cosine Transform)(수정 이산 코사인 변환) 등의 다른 시간 주파수 변환을 사용해도 된다.
또한, DFT의 포인트수 Q는, Nfr 이상인, Nfr에 가장 가까운 2의 멱승의 값으로 하고 있지만, 그 이외의 포인트수 Q여도 상관없다.
시간 주파수 분석부(61)는 이상에서 설명한 처리에서 얻어진 시간 주파수 스펙트럼 S(p, ω, l)을 공간 주파수 분석부(62)에 공급한다.
또한, 역필터 생성기(52)의 시간 주파수 분석부(71)도, 실 스피커 어레이(12)의 스피커로부터 가상 스피커 어레이(13)의 스피커까지의 전달 함수에 대하여 시간 주파수 분석부(61)와 동일한 처리를 행하고, 얻어진 시간 주파수 스펙트럼을 역필터 생성부(72)에 공급한다.
(공간 주파수 분석부)
계속하여 공간 주파수 분석부(62)는 시간 주파수 분석부(61)로부터 공급된 시간 주파수 스펙트럼 S(p, ω, l)의 공간 주파수 정보를 분석한다.
예를 들어, 공간 주파수 분석부(62)는 다음 수학식 5를 계산함으로써, 구면 조화 함수 Yn -m(θ, φ)에 의한 공간 주파수 변환을 행하여, 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)을 얻는다. 단, N은 구면 조화 함수의 차수이며, n=0, …, N이다.
Figure 112016043745723-pct00005
또한, 수학식 5에 있어서, P는 구형 마이크 어레이(11)의 센서수, 즉 마이크 센서의 수를 나타내고 있고, n은 차수를 나타내고 있다. 또한, θp는 센서 방위각을 나타내고 있고, φp는 센서 앙각을 나타내고 있고, a는 구형 마이크 어레이(11)의 센서 반경을 나타내고 있다. ω는 시간 주파수 인덱스를 나타내고 있고, l은 시간 프레임 인덱스를 나타내고 있다.
또한, 구면 조화 함수 Yn m(θ, φ)는 다음 수학식 6에 도시한 바와 같이, 르장드르 수반 다항식 Pn m(z)에 의해 부여된다. 구면 조화 함수의 최대 차수 N은 센서수 P에 따라서 제한되고, N=(P+1)2이다.
Figure 112016043745723-pct00006
이와 같이 하여 얻어지는 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)은 시간 프레임 l에 포함되어 있는 시간 주파수 ω의 신호가 공간 상에 있어서 어떤 파형으로 되어 있는지를 나타내고 있고, 시간 프레임 l마다 Ω×P개의 공간 주파수 스펙트럼이 얻어진다.
공간 주파수 분석부(62)는 이상에서 설명한 처리에 의해 얻어진 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)을 공간 필터 적용부(63)에 공급한다.
(공간 필터 적용부)
공간 필터 적용부(63)는 공간 주파수 분석부(62)로부터 공급된 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)에 공간 필터 wn(a, r, ω)를 적용함으로써, 공간 주파수 스펙트럼을, 구형 마이크 어레이(11)의 센서 반경 a보다 큰 반경 r의 환형의 가상 스피커 어레이(13)의 가상 스피커 어레이 구동 신호로 변환한다. 즉, 다음 수학식 7이 계산되어서, 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)이 가상 스피커 어레이 구동 신호, 즉 공간 주파수 스펙트럼 Dn m(r, ω, l)로 변환된다.
Figure 112016043745723-pct00007
또한, 수학식 7에 있어서의 공간 필터 wn(a, r, ω)는 예를 들어 다음 수학식 8로 나타내는 필터로 된다.
Figure 112016043745723-pct00008
또한, 수학식 8에 있어서의 Bn(ka) 및 Rn(kr)은 각각 다음 수학식 9 및 수학식 10으로 나타내는 함수로 된다.
Figure 112016043745723-pct00009
Figure 112016043745723-pct00010
또한, 수학식 9 및 수학식 10에 있어서, Jn 및 Hn은, 각각 구면 베셀 함수 및 제1종 구면 핸켈 함수를 나타낸다. 또한, Jn' 및 Hn'는, 각각 Jn 및 Hn의 미분값을 나타내고 있다.
이와 같이 공간 주파수 스펙트럼에 공간 필터를 사용한 필터 처리를 실시함으로써, 구형 마이크 어레이(11)에 의해 수음하여 얻어진 수음 신호를, 가상 스피커 어레이(13)로 재생했을 때에 음장이 재현되는 가상 스피커 어레이 구동 신호로 변환할 수 있다.
이와 같이 하여 수음 신호를 가상 스피커 어레이 구동 신호로 변환하는 처리는, 시간 주파수 영역에서는 행할 수 없으므로, 음장 재현기(41)는 수음 신호를 공간 주파수 스펙트럼으로 변환하고, 공간 필터를 적용한다.
공간 필터 적용부(63)는 이와 같이 하여 얻어진 공간 주파수 스펙트럼 Dn m(r, ω, l)을 공간 주파수 합성부(64)에 공급한다.
(공간 주파수 합성부)
공간 주파수 합성부(64)는 다음 수학식 11의 계산을 행함으로써, 공간 필터 적용부(63)로부터 공급된 공간 주파수 스펙트럼 Dn m(r, ω, l)의 공간 주파수 합성을 행하여, 시간 주파수 스펙트럼 Dt(xvspk, ω, l)을 얻는다.
Figure 112016043745723-pct00011
또한, 수학식 11에 있어서, N은 구면 조화 함수 Yn m(θp, φp)의 차수를 나타내고 있고, n은 차수를 나타내고 있다. 또한, θp는 센서 방위각을 나타내고 있고, φp는 센서 앙각을 나타내고 있고, r은 가상 스피커 어레이(13)의 반경을 나타내고 있다. ω는 시간 주파수 인덱스를 나타내고 있고, xvspk는 가상 스피커 어레이(13)를 구성하는 스피커를 나타내는 인덱스이다.
공간 주파수 합성부(64)에서는, 가상 스피커 어레이(13)를 구성하는 각 스피커에 대해서, 시간 프레임 l마다 시간 주파수의 수인 Ω개의 시간 주파수 스펙트럼 Dt(xvspk, ω, l)이 얻어진다.
공간 주파수 합성부(64)는 이와 같이 하여 얻어진 시간 주파수 스펙트럼 Dt(xvspk, ω, l)을 역필터 적용부(65)에 공급한다.
(역필터 생성부)
또한, 역필터 생성기(52)의 역필터 생성부(72)는 시간 주파수 분석부(71)로부터 공급된 시간 주파수 스펙트럼 S(x, ω, l)에 기초하여 역필터 H(xvspk, xrspk, ω)를 구한다.
시간 주파수 스펙트럼 S(x, ω, l)은 실 스피커 어레이(12)로부터 가상 스피커 어레이(13)까지의 전달 함수 g(xvspk, xrspk, n)을 시간 주파수 분석한 결과이며, 여기에서는 도 5 하단의 시간 주파수 분석부(61)에서 얻어지는 시간 주파수 스펙트럼 S(p, ω, l)과 구별하기 위하여 G(xvspk, xrspk, ω)라 기재하는 것으로 한다.
또한, 전달 함수 g(xvspk, xrspk, n), 시간 주파수 스펙트럼 G(xvspk, xrspk, ω), 및 역필터 H(xvspk, xrspk, ω)에 있어서의 xvspk는 가상 스피커 어레이(13)를 구성하는 스피커를 나타내는 인덱스이며, xrspk는 실 스피커 어레이(12)를 구성하는 스피커를 나타내는 인덱스이다. 또한, n은 시간 인덱스를 나타내고 있고, ω는 시간 주파수 인덱스를 나타내고 있다. 또한, 시간 주파수 스펙트럼 G(xvspk, xrspk, ω)에서는, 시간 프레임 인덱스 l은 생략되어 있다.
전달 함수 g(xvspk, xrspk, n)은 가상 스피커 어레이(13)의 각 스피커의 위치에 마이크로폰(마이크 센서)을 둠으로써 미리 측정되어 있다.
예를 들어 역필터 생성부(72)는 측정 결과로부터 역필터를 구함으로써 가상 스피커 어레이(13)로부터 실 스피커 어레이(12)까지의 역필터 H(xvspk, xrspk, ω)를 구한다. 즉, 다음 수학식 12의 계산에 의해, 역필터 H(xvspk, xrspk, ω)가 산출된다.
Figure 112016043745723-pct00012
또한, 수학식 12에 있어서, H 및 G는, 각각 역필터 H(xvspk, xrspk, ω) 및 시간 주파수 스펙트럼 G(xvspk, xrspk, ω)(전달 함수 g(xvspk, xrspk, n))를 행렬로 나타낸 것이며, (·)-1은 의사 역행렬을 나타낸다. 일반적으로, 행렬의 랭크가 낮은 경우에는 안정된 해를 구할 수 없다.
즉, 가상 스피커 어레이(13)의 반경 r이 작으면, 즉 가상 스피커 어레이(13)의 중심 위치(기준 위치)로부터, 가상 스피커 어레이(13)의 스피커까지의 거리가 짧으면, 각 전달 함수 g(xvspk, xrspk, n)의 특성의 변동이 작아진다. 그렇게 하면, 행렬의 랭크가 낮아져, 안정된 해를 구할 수 없게 된다. 따라서, 안정해를 구하는 것이 가능한 구형 또는 환형의 가상 스피커의 반경 r을 미리 구해 둔다.
이때, 안정해를 구할 수 있도록, 즉 정확한 역필터 H(xvspk, xrspk, ω)를 얻을 수 있도록, 적어도 가상 스피커 어레이(13)의 반경 r은, 구형 마이크 어레이(11)의 센서 반경 a보다도 큰 값이 되도록 정해지는 것으로 한다.
전달 함수 g(xvspk, xrspk, n)으로부터 역필터 H(xvspk, xrspk, ω)를 구해 두면, 역필터를 사용한 필터 처리에 의해, 가상 스피커 어레이(13)에 의해 음장을 재현하기 위한 가상 스피커 어레이 구동 신호를, 임의의 형상의 실 스피커 어레이(12)의 실 스피커 어레이 구동 신호로 변환할 수 있다.
역필터 생성부(72)는 이와 같이 하여 얻어진 역필터 H(xvspk, xrspk, ω)를 역필터 적용부(65)에 공급한다.
(역필터 적용부)
역필터 적용부(65)는 공간 주파수 합성부(64)로부터 공급된 시간 주파수 스펙트럼 Dt(xvspk, ω, l)에, 역필터 생성부(72)로부터 공급된 역필터 H(xvspk, xrspk, ω)를 적용하여, 역필터 신호 Di(xrspk, ω, l)을 얻는다. 즉, 역필터 적용부(65)는 다음 수학식 13의 계산을 행하여, 필터 처리에 의해 역필터 신호 Di(xrspk, ω, l)을 산출한다. 이 역필터 신호는, 음장을 재현하기 위한 실 스피커 어레이 구동 신호의 시간 주파수 스펙트럼이다. 역필터 적용부(65)에서는, 실 스피커 어레이(12)를 구성하는 각 스피커에 대해서, 시간 프레임 l마다 시간 주파수의 수인 Ω개의 역필터 신호 Di(xrspk, ω, l)이 얻어진다.
Figure 112016043745723-pct00013
역필터 적용부(65)는 이와 같이 하여 얻어진 역필터 신호 Di(xrspk, ω, l)을 시간 주파수 합성부(66)에 공급한다.
(시간 주파수 합성부)
시간 주파수 합성부(66)는 다음 수학식 14의 계산을 행함으로써, 역필터 적용부(65)로부터 공급된 역필터 신호 Di(xrspk, ω, l), 즉 시간 주파수 스펙트럼의 시간 주파수 합성을 행하여, 출력 프레임 신호 d'(xrspk, n, l)을 얻는다.
Figure 112016043745723-pct00014
또한, 수학식 14에 있어서의 D'(xrspk, ω, l)은 다음 수학식 15에 의해 얻어지는 것이다.
Figure 112016043745723-pct00015
또한, 여기에서는 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)(역이산 푸리에 변환)를 사용하는 예에 대하여 설명하고 있는데, 시간 주파수 분석부(61)에서 사용한 변환의 역변환에 상당하는 것을 사용하면 된다.
또한, 시간 주파수 합성부(66)는 얻어진 출력 프레임 신호 d'(xrspk, n, l)에, 창 함수 wsyn(n)을 승산하고, 오버랩 가산을 행함으로써 프레임 합성을 행한다. 예를 들어, 다음 수학식 16으로 나타내는 창 함수 wsyn(n)이 사용되고, 수학식 17의 계산에 의해 프레임 합성이 행하여져서, 출력 신호 d(xrspk, t)가 구해진다.
Figure 112016043745723-pct00016
Figure 112016043745723-pct00017
또한, 여기에서는, 시간 주파수 분석부(61)에서 사용한 창 함수와 동일한 것을 사용하고 있지만, 해밍창 등의 기타 창의 경우에는 직사각형 창이어도 상관없다.
또한, 수학식 17에 있어서, dprev(xrspk, n+lN) 및 dcurr(xrspk, n+lN)은 모두 출력 신호 d(xrspk, t)를 나타내고 있지만, dprev(xrspk, n+lN)은 갱신 전의 값을 나타내고, dcurr(xrspk, n+lN)은 갱신 후의 값을 나타내고 있다.
시간 주파수 합성부(66)는 이와 같이 하여 얻어진 출력 신호 d(xrspk, t)를 실 스피커 어레이 구동 신호로서 음장 재현기(41)의 출력으로 한다.
이상과 같이, 음장 재현기(41)에 의하면, 보다 정확하게 음장을 재현할 수 있다.
<실 스피커 어레이 구동 신호 생성 처리의 설명>
이어서, 이상에서 설명한 음장 재현기(41)에 의해 행하여지는 처리의 흐름에 대하여 설명한다. 음장 재현기(41)는 전달 함수와 수음 신호가 공급되면, 수음 신호를 실 스피커 어레이 구동 신호로 변환하여 출력하는 실 스피커 어레이 구동 신호 생성 처리를 행한다.
이하, 도 6의 흐름도를 참조하여 음장 재현기(41)에 의한 실 스피커 어레이 구동 신호 생성 처리에 대하여 설명한다. 또한, 역필터 생성기(52)에 의한 역필터의 생성은 미리 행하여져도 되지만, 여기에서는 실 스피커 어레이 구동 신호의 생성 시에 역필터가 생성되는 것으로 하여 설명을 계속한다.
스텝 S11에 있어서, 시간 주파수 분석부(61)는 구형 마이크 어레이(11)로부터 공급된 수음 신호 s(p, t)의 시간 주파수 정보를 분석한다.
구체적으로는, 시간 주파수 분석부(61)는 수음 신호 s(p, t)에 대하여 시간 프레임 분할을 행하고, 그 결과 얻어진 입력 프레임 신호 sfr(p, n, l)에 창 함수 wana(n)을 승산하고, 창 함수 적용 신호 sw(p, n, l)을 산출한다.
또한, 시간 주파수 분석부(61)는 창 함수 적용 신호 sw(p, n, l)에 대하여 시간 주파수 변환을 행하고, 그 결과 얻어진 시간 주파수 스펙트럼 S(p, ω, l)을 공간 주파수 분석부(62)에 공급한다. 즉, 수학식 4의 계산이 행하여져서 시간 주파수 스펙트럼 S(p, ω, l)이 산출된다.
스텝 S12에 있어서, 공간 주파수 분석부(62)는 시간 주파수 분석부(61)로부터 공급된 시간 주파수 스펙트럼 S(p, ω, l)에 대하여 공간 주파수 변환을 행하고, 그 결과 얻어진 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)을 공간 필터 적용부(63)에 공급한다.
구체적으로는, 공간 주파수 분석부(62)는 수학식 5를 계산함으로써, 시간 주파수 스펙트럼 S(p, ω, l)을 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)로 변환한다.
스텝 S13에 있어서, 공간 필터 적용부(63)는 공간 주파수 분석부(62)로부터 공급된 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)에 공간 필터 wn(a, r, ω)를 적용한다.
즉, 공간 필터 적용부(63)는 수학식 7을 계산함으로써, 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)에 대하여 공간 필터 wn(a, r, ω)를 사용한 필터 처리를 실시하고, 그 결과 얻어진 공간 주파수 스펙트럼 Dn m(r, ω, l)을 공간 주파수 합성부(64)에 공급한다.
스텝 S14에 있어서, 공간 주파수 합성부(64)는 공간 필터 적용부(63)로부터 공급된 공간 주파수 스펙트럼 Dn m(r, ω, l)의 공간 주파수 합성을 행하고, 그 결과 얻어진 시간 주파수 스펙트럼 Dt(xvspk, ω, l)을 역필터 적용부(65)에 공급한다. 즉, 스텝 S14에서는, 수학식 11의 계산이 행하여져서, 시간 주파수 스펙트럼 Dt(xvspk, ω, l)이 구해진다.
스텝 S15에 있어서, 시간 주파수 분석부(71)는 공급된 전달 함수 g(xvspk, xrspk, n)의 시간 주파수 정보를 분석한다. 구체적으로는, 시간 주파수 분석부(71)는 전달 함수 g(xvspk, xrspk, n)에 대하여 스텝 S11에 있어서의 처리와 동일한 처리를 행하고, 그 결과 얻어진 시간 주파수 스펙트럼 G(xvspk, xrspk, ω)를 역필터 생성부(72)에 공급한다.
스텝 S16에 있어서, 역필터 생성부(72)는 시간 주파수 분석부(71)로부터 공급된 시간 주파수 스펙트럼 G(xvspk, xrspk, ω)에 기초하여 역필터 H(xvspk, xrspk, ω)를 산출하고, 역필터 적용부(65)에 공급한다. 예를 들어 스텝 S16에서는, 수학식 12의 계산이 행하여져, 역필터 H(xvspk, xrspk, ω)가 산출된다.
스텝 S17에 있어서, 역필터 적용부(65)는 공간 주파수 합성부(64)로부터 공급된 시간 주파수 스펙트럼 Dt(xvspk, ω, l)에 대하여 역필터 생성부(72)로부터 공급된 역필터 H(xvspk, xrspk, ω)를 적용하고, 그 결과 얻어진 역필터 신호 Di(xrspk, ω, l)을 시간 주파수 합성부(66)에 공급한다. 예를 들어, 스텝 S17에서는 수학식 13의 계산이 행하여져, 필터 처리에 의해 역필터 신호 Di(xrspk, ω, l)이 산출된다.
스텝 S18에 있어서, 시간 주파수 합성부(66)는 역필터 적용부(65)로부터 공급된 역필터 신호 Di(xrspk, ω, l)의 시간 주파수 합성을 행한다.
구체적으로는, 시간 주파수 합성부(66)는 수학식 14의 계산을 행하여, 역필터 신호 Di(xrspk, ω, l)로부터 출력 프레임 신호 d'(xrspk, n, l)을 산출한다. 또한 시간 주파수 합성부(66)는 출력 프레임 신호 d'(xrspk, n, l)에 창 함수 wsyn(n)을 승산하여 수학식 17의 계산을 행하고, 프레임 합성에 의해 출력 신호 d(xrspk, t)를 산출한다. 시간 주파수 합성부(66)는 이와 같이 하여 얻어진 출력 신호 d(xrspk, t)를 실 스피커 어레이 구동 신호로서 실 스피커 어레이(12)로 출력하고, 실 스피커 어레이 구동 신호 생성 처리는 종료한다.
이상과 같이 하여 음장 재현기(41)는 공간 필터를 사용한 필터 처리에 의해, 수음 신호로부터 가상 스피커 어레이 구동 신호를 생성하고, 또한 가상 스피커 어레이 구동 신호에 대하여 역필터를 사용한 필터 처리에 의해 실 스피커 어레이 구동 신호를 생성한다.
음장 재현기(41)에서는, 구형 마이크 어레이(11)의 센서 반경 a보다도 큰 반경 r의 가상 스피커 어레이(13)의 가상 스피커 어레이 구동 신호를 생성하고, 얻어진 가상 스피커 어레이 구동 신호를 역필터를 사용하여 실 스피커 어레이 구동 신호로 변환함으로써, 실 스피커 어레이(12)의 형상이 어떤 형상이어도, 보다 정확하게 음장을 재현할 수 있다.
<제2 실시 형태>
<음장 재현 시스템의 구성예>
또한, 이상에 있어서는, 수음 신호를 실 스피커 어레이 구동 신호로 변환하는 처리를 하나의 장치가 실행하는 예에 대하여 설명했지만, 몇 개의 장치를 포함하는 음장 재현 시스템에 의해, 수음 신호를 실 스피커 어레이 구동 신호로 변환하는 처리가 행하여지도록 해도 된다.
그러한 음장 재현 시스템은, 예를 들어 도 7에 도시하는 바와 같이 구성된다. 또한, 도 7에 있어서, 도 3 또는 도 5에 있어서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하였고, 그 설명은 생략한다.
도 7에 도시하는 음장 재현 시스템(101)은 구동 신호 생성기(111) 및 역필터 생성기(52)로 구성된다. 역필터 생성기(52)에는, 도 5에 있어서의 경우와 마찬가지로, 시간 주파수 분석부(71) 및 역필터 생성부(72)가 설치되어 있다.
또한, 구동 신호 생성기(111)는 무선에 의해 서로 통신을 행하여 각종 정보 등의 수수를 행하는 송신기(121) 및 수신기(122)로 구성된다. 특히 송신기(121)는 구면파(음성)의 수음이 행하여지는 실 공간에 배치되어 있고, 수신기(122)는 수음된 음성을 재생하는 재현 공간에 배치되어 있다.
송신기(121)는 구형 마이크 어레이(11), 시간 주파수 분석부(61), 공간 주파수 분석부(62), 및 통신부(131)를 갖고 있다. 통신부(131)는 안테나 등을 포함하고, 공간 주파수 분석부(62)로부터 공급된 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)을 무선 통신에 의해 수신기(122)로 송신한다.
또한, 수신기(122)는 통신부(132), 공간 필터 적용부(63), 공간 주파수 합성부(64), 역필터 적용부(65), 시간 주파수 합성부(66), 및 실 스피커 어레이(12)를 갖고 있다. 통신부(132)는 안테나 등을 포함하고, 무선 통신에 의해 통신부(131)로부터 송신되어 온 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)을 수신하고, 공간 필터 적용부(63)에 공급한다.
<음장 재현 처리의 설명>
이어서, 도 8의 흐름도를 참조하여, 도 7에 도시된 음장 재현 시스템(101)에 의해 행하여지는 음장 재현 처리에 대하여 설명한다.
스텝 S41에 있어서, 구형 마이크 어레이(11)는 실 공간에 있어서 음성을 수음하고, 그 결과 얻어진 수음 신호를 시간 주파수 분석부(61)에 공급한다.
수음 신호가 얻어지면, 그 후, 스텝 S42 및 스텝 S43의 처리가 행하여지지만, 이 처리는 도 6의 스텝 S11 및 스텝 S12의 처리와 동일하므로, 그 설명은 생략한다. 단, 스텝 S43에서는, 공간 주파수 분석부(62)는 얻어진 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)을 통신부(131)에 공급한다.
스텝 S44에 있어서, 통신부(131)는 공간 주파수 분석부(62)로부터 공급된 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)을 무선 통신에 의해 수신기(122)로 송신한다.
스텝 S45에 있어서, 통신부(132)는 무선 통신에 의해 통신부(131)로부터 송신되어 온 공간 주파수 스펙트럼 Sn m(a, ω, l)을 수신하고, 공간 필터 적용부(63)에 공급한다.
공간 주파수 스펙트럼이 수신되면, 그 후, 스텝 S46 내지 스텝 S51의 처리가 행하여지지만, 이 처리는 도 6의 스텝 S13 내지 스텝 S18의 처리와 동일하므로, 그 설명은 생략한다. 단, 스텝 S51에서는, 시간 주파수 합성부(66)는 얻어진 실 스피커 어레이 구동 신호를 실 스피커 어레이(12)에 공급한다.
스텝 S52에 있어서, 실 스피커 어레이(12)는 시간 주파수 합성부(66)로부터 공급된 실 스피커 어레이 구동 신호에 기초하여 음성을 재생하고, 음장 재현 처리는 종료한다. 이와 같이 하여 실 스피커 어레이 구동 신호에 기초하여 음성이 재생되면, 재현 공간에 있어서 실 공간의 음장이 재현된다.
이상과 같이 하여 음장 재현 시스템(101)은 공간 필터를 사용한 필터 처리에 의해, 수음 신호로부터 가상 스피커 어레이 구동 신호를 생성하고, 또한 가상 스피커 어레이 구동 신호에 대하여 역필터를 사용한 필터 처리에 의해 실 스피커 어레이 구동 신호를 생성한다.
이때, 구형 마이크 어레이(11)의 센서 반경 a보다도 큰 반경 r의 가상 스피커 어레이(13)의 가상 스피커 어레이 구동 신호를 생성하고, 얻어진 가상 스피커 어레이 구동 신호를 역필터를 사용하여 실 스피커 어레이 구동 신호로 변환함으로써, 실 스피커 어레이(12)의 형상이 어떤 형상이어도, 보다 정확하게 음장을 재현할 수 있다.
그런데, 상술한 일련의 처리는, 하드웨어에 의해 실행할 수도 있고, 소프트웨어에 의해 실행할 수도 있다. 일련의 처리를 소프트웨어에 의해 실행하는 경우에는, 그 소프트웨어를 구성하는 프로그램이 컴퓨터에 인스톨된다. 여기서, 컴퓨터에는, 전용의 하드웨어에 내장되어 있는 컴퓨터나, 각종 프로그램을 인스톨함으로써, 각종 기능을 실행하는 것이 가능한, 예를 들어 범용의 컴퓨터 등이 포함된다.
도 9는, 상술한 일련의 처리를 프로그램에 의해 실행하는 컴퓨터의 하드웨어 구성예를 도시하는 블록도이다.
컴퓨터에 있어서, CPU(Central Processing Unit)(501), ROM(Read Only Memory)(502), RAM(Random Access Memory)(503)은, 버스(504)에 의해 서로 접속되어 있다.
버스(504)에는, 또한, 입출력 인터페이스(505)가 접속되어 있다. 입출력 인터페이스(505)에는, 입력부(506), 출력부(507), 기록부(508), 통신부(509), 및 드라이브(510)가 접속되어 있다.
입력부(506)는 키보드, 마우스, 마이크로폰, 촬상 소자 등을 포함한다. 출력부(507)는 디스플레이, 스피커 등을 포함한다. 기록부(508)는 하드디스크나 불휘발성의 메모리 등을 포함한다. 통신부(509)는 네트워크 인터페이스 등을 포함한다. 드라이브(510)는 자기 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, 또는 반도체 메모리 등의 리무버블 미디어(511)를 구동한다.
이상과 같이 구성되는 컴퓨터에서는, CPU(501)가, 예를 들어, 기록부(508)에 기록되어 있는 프로그램을, 입출력 인터페이스(505) 및 버스(504)를 통하여, RAM(503)에 로드하여 실행함으로써, 상술한 일련의 처리가 행하여진다.
컴퓨터(CPU(501))가 실행하는 프로그램은, 예를 들어, 패키지 미디어 등으로서의 리무버블 미디어(511)에 기록하여 제공할 수 있다. 또한, 프로그램은, 로컬에리어 네트워크, 인터넷, 디지털 위성 방송과 같은, 유선 또는 무선의 전송 매체를 통하여 제공할 수 있다.
컴퓨터에서는, 프로그램은, 리무버블 미디어(511)를 드라이브(510)에 장착함으로써, 입출력 인터페이스(505)를 통하여 기록부(508)에 인스톨할 수 있다. 또한, 프로그램은, 유선 또는 무선의 전송 매체를 통하여 통신부(509)에서 수신하고, 기록부(508)에 인스톨할 수 있다. 기타, 프로그램은, ROM(502)이나 기록부(508)에 미리 인스톨해 둘 수 있다.
또한, 컴퓨터가 실행하는 프로그램은, 본 명세서에서 설명하는 순서에 따라서 시계열로 처리가 행하여지는 프로그램이어도 되고, 병렬로, 또는 호출이 행하여졌을 때 등의 필요한 타이밍에 처리가 행하여지는 프로그램이어도 된다.
또한, 본 기술의 실시 형태는, 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
예를 들어, 본 기술은, 하나의 기능을 네트워크를 통하여 복수의 장치에서 분담, 공동으로 처리하는 클라우드 컴퓨팅의 구성을 취할 수 있다.
또한, 상술한 흐름도에서 설명한 각 스텝은, 하나의 장치로 실행하는 외에, 복수의 장치에서 분담하여 실행할 수 있다.
또한, 하나의 스텝에 복수의 처리가 포함되는 경우에는, 그 1개의 스텝에 포함되는 복수의 처리는, 하나의 장치로 실행하는 외에, 복수의 장치로 분담하여 실행할 수 있다.
또한, 본 명세서 중에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며 한정되는 것은 아니고, 다른 효과가 있어도 된다.
또한, 본 기술은, 이하의 구성으로 하는 것도 가능하다.
(1)
구형 또는 환형의 마이크 어레이가 수음함으로써 얻어진 수음 신호를, 상기 마이크 어레이의 제1 반경보다도 큰 제2 반경을 갖는 가상 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제1 구동 신호 생성부와,
상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호를, 상기 가상 스피커 어레이가 둘러싸는 공간의 내측 또는 외측에 배치된 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제2 구동 신호 생성부
를 구비하는 음장 재현 장치.
(2)
상기 제1 구동 신호 생성부는, 상기 수음 신호로부터 얻어진 공간 주파수 스펙트럼에 대하여 공간 필터를 사용한 필터 처리를 실시함으로써, 상기 수음 신호를 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는
(1)에 기재된 음장 재현 장치.
(3)
상기 수음 신호로부터 얻어진 시간 주파수 스펙트럼을 상기 공간 주파수 스펙트럼으로 변환하는 공간 주파수 분석부를 더 구비하는
(2)에 기재된 음장 재현 장치.
(4)
상기 제2 구동 신호 생성부는, 상기 실 스피커 어레이로부터 상기 가상 스피커 어레이까지의 전달 함수에 기초하는 역필터를 사용하여, 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호에 대하여 필터 처리를 실시함으로써, 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호를 상기 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는
(1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 음장 재현 장치.
(5)
상기 가상 스피커 어레이는 구형 또는 환형의 스피커 어레이인
(1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 음장 재현 장치.
(6)
구형 또는 환형의 마이크 어레이가 수음함으로써 얻어진 수음 신호를, 상기 마이크 어레이의 제1 반경보다도 큰 제2 반경을 갖는 가상 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제1 구동 신호 생성 스텝과,
상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호를, 상기 가상 스피커 어레이가 둘러싸는 공간의 내측 또는 외측에 배치된 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제2 구동 신호 생성 스텝
을 포함하는 음장 재현 방법.
(7)
구형 또는 환형의 마이크 어레이가 수음함으로써 얻어진 수음 신호를, 상기 마이크 어레이의 제1 반경보다도 큰 제2 반경을 갖는 가상 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제1 구동 신호 생성 스텝과,
상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호를, 상기 가상 스피커 어레이가 둘러싸는 공간의 내측 또는 외측에 배치된 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제2 구동 신호 생성 스텝
을 포함하는 처리를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램.
11: 구형 마이크 어레이
12: 실 스피커 어레이
13: 가상 스피커 어레이
41: 음장 재현기
51: 구동 신호 생성기
52: 역필터 생성기
61: 시간 주파수 분석부
62: 공간 주파수 분석부
63: 공간 필터 적용부
64: 공간 주파수 합성부
65: 역필터 적용부
66: 시간 주파수 합성부
71: 시간 주파수 분석부
72: 역필터 생성부
131: 통신부
132: 통신부

Claims (7)

  1. 구형 또는 환형의 마이크 어레이로부터 수신된 수음 신호를, 상기 마이크 어레이의 제1 반경보다도 큰 제2 반경을 갖는 가상 스피커 어레이의 구동 신호의 공간 주파수 스펙트럼을 얻기 위해 상기 수음 신호의 공간 주파수 스펙트럼에 공간 필터를 적용함으로써, 구형 또는 환형 가상 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하도록 구성된 제1 구동 신호 생성부와,
    상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호를, 상기 가상 스피커 어레이가 둘러싸는 공간의 내측 또는 외측에 배치된 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하도록 구성된 제2 구동 신호 생성부를 포함하고,
    상기 제2 구동 신호 생성부는, 시간 주파수 스펙트럼을 얻기 위해 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호의 공간 주파수 스펙트럼을 합성하고, 역필터 신호를 얻기 위해 상기 실 스피커 어레이로부터 상기 가상 스피커 어레이까지의 전달 함수에 기초하는 역필터를 상기 시간 주파수 스펙트럼에 적용하고, 상기 실 스피커 어레이의 구동 신호를 얻기 위해 상기 역필터 신호의 시간 주파수 합성을 행함으로써, 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호를 상기 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하도록 구성되는
    음장 재현 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수음 신호로부터 얻어진 시간 주파수 스펙트럼을 상기 공간 주파수 스펙트럼으로 변환하도록 구성된 공간 주파수 분석부를 더 구비하는
    음장 재현 장치.
  3. 구형 또는 환형의 마이크 어레이로부터 수신된 수음 신호를, 상기 마이크 어레이의 제1 반경보다도 큰 제2 반경을 갖는 가상 스피커 어레이의 구동 신호의 공간 주파수 스펙트럼을 얻기 위해 상기 수음 신호의 공간 주파수 스펙트럼에 공간 필터를 적용함으로써, 구형 또는 환형 가상 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제1 구동 신호 생성 스텝과,
    상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호를, 상기 가상 스피커 어레이가 둘러싸는 공간의 내측 또는 외측에 배치된 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제2 구동 신호 생성 스텝을 포함하고,
    상기 제2 구동 신호 생성 스텝은, 시간 주파수 스펙트럼을 얻기 위해 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호의 공간 주파수 스펙트럼을 합성하고, 역필터 신호를 얻기 위해 상기 실 스피커 어레이로부터 상기 가상 스피커 어레이까지의 전달 함수에 기초하는 역필터를 상기 시간 주파수 스펙트럼에 적용하고, 상기 실 스피커 어레이의 구동 신호를 얻기 위해 상기 역필터 신호의 시간 주파수 합성을 행함으로써, 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호를 상기 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는
    음장 재현 방법.
  4. 컴퓨터에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터로 하여금 처리를 실행하게 하는 명령어들로 인코딩된 비일시적 컴퓨터 판독가능한 저장 장치로서, 상기 처리는,
    구형 또는 환형의 마이크 어레이로부터 수신된 수음 신호를, 상기 마이크 어레이의 제1 반경보다도 큰 제2 반경을 갖는 가상 스피커 어레이의 구동 신호의 공간 주파수 스펙트럼을 얻기 위해 상기 수음 신호의 공간 주파수 스펙트럼에 공간 필터를 적용함으로써, 구형 또는 환형 가상 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제1 구동 신호 생성 스텝과,
    상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호를, 상기 가상 스피커 어레이가 둘러싸는 공간의 내측 또는 외측에 배치된 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는 제2 구동 신호 생성 스텝을 포함하고,
    상기 제2 구동 신호 생성 스텝은, 시간 주파수 스펙트럼을 얻기 위해 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호의 공간 주파수 스펙트럼을 합성하고, 역필터 신호를 얻기 위해 상기 실 스피커 어레이로부터 상기 가상 스피커 어레이까지의 전달 함수에 기초하는 역필터를 상기 시간 주파수 스펙트럼에 적용하고, 상기 실 스피커 어레이의 구동 신호를 얻기 위해 상기 역필터 신호의 시간 주파수 합성을 행함으로써, 상기 가상 스피커 어레이의 구동 신호를 상기 실 스피커 어레이의 구동 신호로 변환하는
    비일시적 컴퓨터 판독가능한 저장 장치.
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