WO2016080204A1 - 信号処理装置、信号処理方法、およびプログラム - Google Patents
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- H04S2420/13—Application of wave-field synthesis in stereophonic audio systems
Definitions
- the present disclosure relates to a signal processing device, a signal processing method, and a program, and particularly to a signal processing device, a signal processing method, and a program that can generate an input signal suitable for a multi-way speaker.
- a wavefront synthesis technique is known as a sound field reproduction technique for collecting a sound wavefront of sound in a sound field with a plurality of microphones and reproducing the sound field based on the obtained sound pickup signal.
- One of the wavefront synthesis techniques is a boundary sound field control method (see, for example, Patent Document 1).
- a microphone is placed in the reproduction space that reproduces the sound field in the same way as the original space where the sound source is collected, and the microphone observed when the signal observed by the microphone is collected in the original space.
- an input signal is given to a plurality of speakers installed around the reproduction space so as to be the same as the signal.
- a multi-way speaker constituted by a plurality of units is used in one enclosure so as to be divided and supported in a plurality of bands such as a high frequency side and a low frequency side.
- the assumed acoustic axis is set by weighting the high-frequency unit side, etc., but since it is different from the actual acoustic axis of each unit, the effect of wavefront synthesis is not sufficiently produced. Therefore, it is necessary to consider an input suitable for a multi-way speaker.
- the present disclosure has been made in view of such a situation, and makes it possible to generate an input signal suitable for a multi-way speaker.
- the signal processing device includes a band dividing unit that divides an audio signal into signals of a plurality of bands corresponding to the bands of the plurality of speaker units of the multiway speaker, and the audio of each divided band
- a wavefront synthesis filter processing unit that performs wavefront synthesis filter processing for each signal, and the audio signal of each band after the processing of the wavefront synthesis filter processing is transmitted to the speaker unit of the corresponding band of the multiway speaker. Is output.
- the signal processing device divides the audio signal into a plurality of band signals corresponding to the respective bands of the plurality of speaker units of the multi-way speaker, and For each audio signal, the method includes a step of performing wavefront synthesis filter processing, and the audio signal in each band after the wavefront synthesis filter processing is output to the speaker unit in the corresponding band of the multiway speaker.
- a program includes a band dividing unit that divides an audio signal into signals of a plurality of bands corresponding to the bands of the plurality of speaker units of the multiway speaker, and the divided bands
- Each audio signal functions as a wavefront synthesis filter processing unit for performing wavefront synthesis filter processing, and the audio signal in each band after the wavefront synthesis filter processing is processed by the speaker unit in the corresponding band of the multiway speaker Is output.
- an audio signal is divided into signals of a plurality of bands corresponding to the bands of the plurality of speaker units of the multiway speaker, and a wavefront synthesis filter is provided for each of the divided audio signals of each band. Processing is performed.
- program can be provided by being transmitted through a transmission medium or by being recorded on a recording medium.
- the signal processing device may be an independent device, or may be an internal block constituting one device.
- a microphone is placed in the reproduction space that reproduces the sound field in the same way as the original space where the sound source is collected, and the microphone observed when the signal observed by the microphone is collected in the original space.
- an input signal is given to a plurality of speakers installed around the reproduction space so as to be the same as the signal.
- a large number of microphones 12 arranged in the venue pick up sounds output from a large number of speakers 11 arranged around the venue A. .
- a large number of microphones 13 are installed in the same arrangement as in the original space, and the reproduction device is connected to each microphone from a large number of speakers 14 arranged in the surroundings.
- the transfer function (transfer characteristic) G up to 13 is measured.
- the sound field of the original space is reproduced.
- the positions of the microphones 12 and 13 are also called control points of the boundary sound field control method.
- the transfer function G may be obtained by calculation.
- FIG. 2 shows a configuration example of an embodiment of a playback system according to the present disclosure.
- 2 is a system used for sound field reproduction by the boundary sound field control method, and includes a signal processing device 31 and a plurality (N) of multi-way speakers 32.
- the signal processing device 31 corresponds to the playback device that generates and outputs the audio signal to be supplied to the speaker 14 in the playback space described in FIG. 1, and the multiway speaker 32 corresponds to the speaker 14.
- the multi-way speaker 32 has two units, one unit supporting a low band (woofer) and the other unit supporting a high band (tweeter) in one enclosure.
- the acoustic axis is described in the specifications of the multi-way speaker.
- the acoustic axis of the multi-way speaker described in the specification is, for example, an assumed acoustic axis that is determined as one acoustic axis by weighting a high-frequency unit, for example, as shown in FIG.
- the acoustic axis of the multi-way speaker differs between the high frequency unit and the low frequency unit, as shown in FIG. 3B.
- the signal processing device 31 performs signal processing corresponding to each of the high-frequency acoustic axis and the low-frequency acoustic axis of the multiway speaker 32.
- the high frequency and low frequency crossover frequency of the multi-way speaker 32 is 300 Hz.
- the signal processing device 31 includes a data storage unit 51, a control unit 52, wavefront synthesis digital filters 53 1 to 53 N , D / A converters 54 1 to 54 N , and amplifiers (AMP) 55 1 to 55.
- a data storage unit 51 for storing data
- a control unit 52 for executing instructions stored in the signal processing device 31 to control the signal processing device 31 to control the signal processing device 31 to control the signal processing device 31 to control the signal processing device 31.
- wavefront synthesis digital filters 53 1 to 53 N a data storage unit 51
- D / A converters 54 1 to 54 N D / A converters
- AMP amplifiers
- the wavefront synthesis digital filters 53 1 to 53 N , the D / A converters 54 1 to 54 N , and the amplifiers (AMP) 55 1 to 55 N correspond to the N multi-way speakers 32 1 to 32 N.
- Each of the wavefront synthesis digital filter 53, the D / A converter 54, and the amplifier 55 is provided with N systems.
- an audio signal collected in the original space is stored.
- Control unit 52 obtains the source audio signal instructed by the user in the operation section (not shown) from the data storage unit 51, and supplies the wave field synthesis for digital filter 53 1 through 53 N.
- the D / A converter 54 converts the digital audio signal supplied from the wavefront synthesis digital filter 53 into an analog signal and supplies the analog signal to the amplifier 55.
- the amplifier 55 amplifies the analog audio signal supplied from the D / A converter 54 and outputs the amplified audio signal to the multi-way speaker 32 to be connected.
- FIG. 4 is a block diagram illustrating a detailed configuration example of the wavefront synthesis digital filter 53.
- the wavefront synthesis digital filter 53 includes a band dividing unit 70, a high frequency wavefront synthesis filter 72 ⁇ / b> H, a low frequency wavefront synthesis filter 72 ⁇ / b> L, and a synthesis unit 73.
- the band dividing unit 70 has an HPF (High Pass Filter) 71H and an LPF (Low Pass Filter) 71L, and converts the audio signal supplied from the control unit 52 into a plurality of bands corresponding to each unit of the multiway speaker 32. Divide into signals.
- HPF High Pass Filter
- LPF Low Pass Filter
- the HPF 71H performs a filtering process that allows only a high-frequency signal having a crossover frequency of 300 Hz or higher of the multiway speaker 32 to pass among the audio signals supplied from the control unit 52.
- the HPF 71H supplies the filtered audio signal to the high frequency wavefront synthesis filter 72H.
- the LPF 71L performs a filter process that allows only the signal on the lower frequency side of the crossover frequency 300 Hz of the multiway speaker 32 among the audio signals supplied from the control unit 52 to pass.
- the LPF 71L supplies the filtered audio signal to the low-frequency wavefront synthesis filter 72L.
- the high-frequency wavefront synthesis filter 72H performs the filtering process of the inverse function filter H_high designed for the high frequency above the crossover frequency with respect to the high frequency audio signal supplied from the HPF 71H.
- the audio signal is supplied to the synthesis unit 73.
- the low-frequency wavefront synthesis filter 72L performs the filtering process of the inverse function filter H_low designed for the low frequency lower than the crossover frequency with respect to the low-frequency audio signal supplied from the LPF 71L.
- the audio signal is supplied to the synthesis unit 73.
- the synthesizing unit 73 synthesizes (adds) the audio signal after the filter processing by the high-frequency wavefront synthesis filter 72H and the audio signal after the filter processing by the low-frequency wavefront synthesis filter 72L to add the D / A converter 54 (FIG. 2). ).
- FIG. 5 shows a detailed configuration example of the multiway speaker 32.
- the multi-way speaker 32 includes an HPF 81H, an LPF 81L, a speaker unit 82H, and a speaker unit 82L.
- the HPF 81H executes a filter process that allows only a high-frequency side signal having a crossover frequency of 300 Hz or higher to pass among the audio signals supplied from the amplifier 55 of the signal processing device 31, and the filtered audio signal is transmitted to the speaker unit 82H. To supply.
- HPF 71H and LPF 71L of the wavefront synthesis digital filter 53 described above are digital filters, whereas the HPF 81H and LPF 81L of the multi-way speaker 32 are analog filters.
- Speaker unit 82L outputs a sound corresponding to the low frequency audio signal supplied from LPF 81L.
- the wavefront synthesis digital filter 53 the audio signals divided into the high frequency and the low frequency corresponding to the speaker units 82H and 82L are once synthesized, and the multi-way is obtained.
- the loudspeaker 32 again divides the signal into high and low frequencies.
- the audio signal divided into the high frequency and the low frequency by the wavefront synthesis digital filter 53 may be supplied to the HPF 81H and the LPF 81L of the multiway speaker 32 without being synthesized.
- step S1 the control unit 52 acquires a predetermined audio signal instructed by the user in the operation section (not shown) from the data storage unit 51, and supplies the wave field synthesis for digital filter 53 1 through 53 N.
- step S2 the band dividing unit 70 of the wavefront synthesizing digital filter 53 performs a band dividing process for dividing the audio signal supplied from the control unit 52 into signals of a plurality of bands.
- the HPF 71H performs a filter process that allows only the high-frequency side signal having a crossover frequency of 300 Hz or higher of the multiway speaker 32 to pass through the audio signal supplied from the control unit 52, and the high-frequency audio signal is filtered. This is supplied to the wavefront synthesis filter 72H.
- the LPF 71L performs a filtering process that allows only the signal on the lower frequency side of the crossover frequency 300 Hz of the multiway speaker 32 to pass among the audio signals supplied from the control unit 52, and the filtered audio signal is used as a low-frequency wavefront. This is supplied to the synthesis filter 72L.
- the high-frequency wavefront synthesis filter 72H performs a filter process of an inverse function filter H_high designed for high frequencies above the crossover frequency on the high-frequency audio signal supplied from the HPF 71H,
- the filtered audio signal is supplied to the synthesis unit 73.
- the low-frequency wavefront synthesis filter 72L performs filter processing of an inverse function filter H_low designed for low frequency lower than the crossover frequency on the low-frequency audio signal supplied from the LPF 71L, and performs audio processing after the filter processing.
- the signal is supplied to the synthesis unit 73.
- step S4 the synthesizing unit 73 synthesizes the high frequency audio signal after the filter processing by the high frequency wavefront synthesis filter 72H and the low frequency audio signal after the filter processing by the low frequency wavefront synthesis filter 72L, Output to the D / A converter 54.
- step S5 the D / A converter 54 converts the digital audio signal supplied from the synthesis unit 73 of the wavefront synthesis digital filter 53 into an analog signal and supplies the analog signal to the amplifier 55.
- step S6 the amplifier 55 amplifies the analog audio signal supplied from the D / A converter 54 and outputs the amplified audio signal to the multi-way speaker 32 that is the connection destination.
- step S7 the multiway speaker 32 outputs a sound corresponding to the audio signal supplied from the amplifier 55.
- the HPF 81H of the multi-way speaker 32 executes a filter process that allows only a high-frequency side signal having a crossover frequency of 300 Hz or higher to pass among the audio signals supplied from the amplifier 55, and the audio after the filter process is performed.
- the signal is output as sound from the speaker unit 82H.
- the LPF 81L of the multi-way speaker 32 executes a filter process for allowing only a signal on the lower frequency side of the crossover frequency 300 Hz out of the audio signal supplied from the amplifier 55, and the filtered audio signal is transmitted to the speaker unit. Output as sound from 82L.
- Each process of steps S2 to S7 is executed in parallel by each of the N processing systems corresponding to the multiway speakers 32 1 to 32 N.
- steps S1 to S7 described above are continuously executed until no audio signal is supplied from the data storage unit 51.
- the sound field reproduction process in FIG. 1 is continuously executed until no audio signal is supplied from the data storage unit 51.
- the signal processing device 31 has the multi-way speaker 32 corresponding to the respective bands for the speaker unit 82 ⁇ / b> H that supports the high range and the speaker unit 82 ⁇ / b> L that supports the low range. Therefore, better sound image localization can be obtained. That is, an input signal suitable for a multi-way speaker can be generated.
- N M pieces including the number of speakers 14 (N pieces) and the number of control points (microphones) (M pieces).
- the acoustic simulation formula is calculated using the finite element method, the boundary element method, the FDTD method, etc., and the pseudo inverse matrix is solved.
- N ⁇ M acoustic simulation expressions corresponding to the high-frequency speaker unit 82H and N ⁇ M acoustic simulation expressions corresponding to the low-frequency speaker unit 82L are created, and the pseudo inverse matrix is solved.
- the calculation amount is simply doubled.
- the wavelength is long in the low band, and it is not necessary to make the number of control points dense compared to the high band. In other words, the number of simulations is small and very good.
- the interval between the control points can be about half of the wavelength.
- the low-frequency simulation formula can be calculated by thinning the control points to an interval of about 50 cm. Therefore, as shown in FIG. 8, in the calculation of the low-frequency side simulation equation, the number of control points can be calculated as M ′ smaller than the actual M, so that the pseudo inverse matrix at the time of filter design is expressed as When calculating, since the matrix size becomes small, the calculation efficiency is good and the filter design time can be shortened.
- the multiway speaker 32 is a two-way speaker in which the sound range is divided into two parts, a high range and a low range, has been described.
- the multiway speaker 32 has three sound ranges. The same applies to a speaker divided into the above bands.
- the series of processes described above can be executed by hardware or software.
- a program constituting the software is installed in the computer.
- the computer includes, for example, a general-purpose personal computer capable of executing various functions by installing various programs by installing a computer incorporated in dedicated hardware.
- FIG. 9 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of a computer that executes the above-described series of processing by a program.
- a CPU Central Processing Unit
- ROM Read Only Memory
- RAM Random Access Memory
- An input / output interface 105 is further connected to the bus 104.
- An input unit 106, an output unit 107, a storage unit 108, a communication unit 109, and a drive 110 are connected to the input / output interface 105.
- the input unit 106 includes a keyboard, a mouse, a microphone, and the like.
- the output unit 107 includes a display, a speaker, and the like.
- the storage unit 108 includes a hard disk, a nonvolatile memory, and the like.
- the communication unit 109 includes a network interface or the like.
- the drive 110 drives a removable recording medium 111 such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory.
- the CPU 101 loads, for example, the program stored in the storage unit 108 to the RAM 103 via the input / output interface 105 and the bus 104 and executes the program. Is performed.
- the program can be installed in the storage unit 108 via the input / output interface 105 by attaching the removable recording medium 111 to the drive 110. Further, the program can be received by the communication unit 109 and installed in the storage unit 108 via a wired or wireless transmission medium such as a local area network, the Internet, or digital satellite broadcasting. In addition, the program can be installed in the ROM 102 or the storage unit 108 in advance.
- the program executed by the computer may be a program that is processed in time series in the order described in this specification, or in parallel or at a necessary timing such as when a call is made. It may be a program for processing.
- the system means a set of a plurality of components (devices, modules (parts), etc.), and it does not matter whether all the components are in the same housing. Accordingly, a plurality of devices housed in separate housings and connected via a network and a single device housing a plurality of modules in one housing are all systems. .
- the present disclosure can take a cloud computing configuration in which one function is shared by a plurality of devices via a network and is processed jointly.
- each step described in the above flowchart can be executed by one device or can be shared by a plurality of devices.
- the plurality of processes included in the one step can be executed by being shared by a plurality of apparatuses in addition to being executed by one apparatus.
- this indication can also take the following structures.
- a band dividing unit that divides the audio signal into signals of a plurality of bands corresponding to the respective bands of the plurality of speaker units of the multi-way speaker;
- a wavefront synthesis filter processing unit for performing wavefront synthesis filter processing for each of the divided audio signals of each band, The audio signal of each band after the wavefront synthesis filter processing is supplied to the speaker unit of the corresponding band of the multiway speaker.
- a synthesis unit that synthesizes the audio signals of each band after the wavefront synthesis filter processing; The signal processing apparatus according to (1), wherein the synthesized audio signal is supplied to the multi-way speaker.
- the filter of the wavefront synthesis filter processing corresponding to the speaker unit on the low frequency side among the plurality of speaker units of the multiway speaker is created by a simulation in which the number of control points is set to be smaller than the actual number.
- the signal processing device according to (1) or (2).
- the signal processor The audio signal is divided into signals of a plurality of bands corresponding to the bands of the plurality of speaker units of the multi-way speaker, Performing wavefront synthesis filter processing for each of the divided audio signals of each band, The audio signal of each band after the processing of the wavefront synthesis filter process is supplied to the speaker unit of the corresponding band of the multiway speaker.
- Computer A band dividing unit that divides the audio signal into signals of a plurality of bands corresponding to the respective bands of the plurality of speaker units of the multi-way speaker; For each audio signal of each divided band, function as a wavefront synthesis filter processing unit that performs wavefront synthesis filter processing, The audio signal in each band after the wavefront synthesis filter processing is supplied to the speaker unit in the corresponding band of the multiway speaker.
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Abstract
本開示は、マルチウェイスピーカに適した入力信号を生成することができるようにする信号処理装置、信号処理方法、およびプログラムに関する。 帯域分割部は、オーディオ信号を、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割する。フィルタ処理部は、分割された各帯域のオーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理を行う。波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域のオーディオ信号は、マルチウェイスピーカの、対応する帯域のスピーカユニットに供給される。本開示は、例えば、信号処理装置等に適用できる。
Description
本開示は、信号処理装置、信号処理方法、およびプログラムに関し、特に、マルチウェイスピーカに適した入力信号を生成することができるようにする信号処理装置、信号処理方法、およびプログラムに関する。
音場における音声の波面を複数のマイクロホンで収音し、得られた収音信号に基づいて音場を再現する音場再現手法として、波面合成技術が知られている。波面合成技術の一つに、境界音場制御法がある(例えば、特許文献1参照)。
境界音場制御法は、音場を再現する再生空間に、音源を収音した原空間と同じようにマイクロホンを配置し、そのマイクロホンで観測される信号が、原空間で収音したときのマイクロホン信号と同じになるように、再生空間の周囲に設置した複数のスピーカに入力信号を与える方法である。
この境界音場制御法において、再生空間の周囲に設置する複数のスピーカとしては、全周波数帯域において球面波が出力されるスピーカが理想であるが、実際には、そのようなスピーカはない。
そのため、一般的には、1つのエンクロージャーに、例えば、高域側と低域側というように複数の帯域に分けてサポートするように複数ユニットで構成したマルチウェイスピーカが用いられる。
マルチウェイスピーカでは、高域のユニット側を重み付けするなどして定めたみなし音響軸が設定されているが、実際の各ユニットの音響軸と異なるため、波面合成の効果が十分に出しにくい。そのため、マルチウェイスピーカに適した入力を検討する必要がある。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、マルチウェイスピーカに適した入力信号を生成することができるようにするものである。
本開示の一側面の信号処理装置は、オーディオ信号を、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割する帯域分割部と、分割された各帯域の前記オーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理を行う波面合成フィルタ処理部とを備え、前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号は、前記マルチウェイスピーカの、対応する帯域の前記スピーカユニットに出力される。
本開示の一側面の信号処理方法は、信号処理装置が、オーディオ信号を、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割し、分割された各帯域の前記オーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理を行うステップを含み、前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号は、前記マルチウェイスピーカの、対応する帯域の前記スピーカユニットに出力される。
本開示の一側面のプログラムは、コンピュータを、オーディオ信号を、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割する帯域分割部と、分割された各帯域の前記オーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理を行う波面合成フィルタ処理部として機能させ、前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号は、前記マルチウェイスピーカの、対応する帯域の前記スピーカユニットに出力されるものである。
本開示の一側面においては、オーディオ信号が、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割され、分割された各帯域の前記オーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理が行われる。
なお、プログラムは、伝送媒体を介して伝送することにより、又は、記録媒体に記録して、提供することができる。
信号処理装置は、独立した装置であっても良いし、1つの装置を構成している内部ブロックであっても良い。
本開示の一側面によれば、マルチウェイスピーカに適した入力信号を生成することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
<境界音場制御法の説明>
初めに、図1を参照して、境界音場制御法について説明する。
初めに、図1を参照して、境界音場制御法について説明する。
境界音場制御法は、音場を再現する再生空間に、音源を収音した原空間と同じようにマイクロホンを配置し、そのマイクロホンで観測される信号が、原空間で収音したときのマイクロホン信号と同じになるように、再生空間の周囲に設置した複数のスピーカに入力信号を与える方法である。
具体的には、図1に示される会場Aを原空間として、会場Aにおいて周辺に配置された多数のスピーカ11から出力された音を、会場内に配列させた多数のマイクロホン12が収音する。
そして、再生空間としての会場Bにおいて、図1に示されるように、原空間と同じような配置で多数のマイクロホン13を設置し、再生装置が、周囲に配置された多数のスピーカ14から各マイクロホン13までの伝達関数(伝達特性)Gを実測する。そして、再生装置が、伝達関数Gの逆特性となる逆関数フィルタH=G-1を計算し、原空間で収音したオーディオ信号を逆関数フィルタHを通してスピーカ14から出力させることで、再生空間で原空間の音場が再現される。マイクロホン12や13の位置は、境界音場制御法の制御点ともいう。
なお、実際には、再生空間に多数のマイクロホン13を設置して、多数のスピーカ14から各マイクロホン13までの伝達関数Gを実測するのは困難なことが多いため、理論値を用いたシミュレート計算により、伝達関数Gを求める場合もある。
<再生システムの構成例>
図2は、本開示に係る再生システムの一実施の形態の構成例を示している。
図2は、本開示に係る再生システムの一実施の形態の構成例を示している。
図2の再生システム20は、境界音場制御法による音場の再現に用いられるシステムであり、信号処理装置31と複数(N個)のマルチウェイスピーカ32とで構成される。
信号処理装置31は、図1で説明した、再生空間のスピーカ14に与えるオーディオ信号を生成、出力する再生装置に対応し、マルチウェイスピーカ32は、スピーカ14に対応する。
本実施の形態において、マルチウェイスピーカ32は、1つのエンクロージャーに、低域をサポートするユニット(ウーファー)と、高域をサポートするユニット(ツイーター)の2つのユニットを有する。
一般に、マルチウェイスピーカの仕様書には、音響軸が記載されている。仕様書に記載されているマルチウェイスピーカの音響軸は、図3のAに示されるような、例えば、高域側のユニットに重み付けして1つの音響軸に定めたみなし音響軸である。
しかし、実際には、マルチウェイスピーカの音響軸は、図3のBに示されるように、高域側のユニットと低域側のユニットで異なる。
信号処理装置31は、マルチウェイスピーカ32の高域の音響軸と低域の音響軸のそれぞれに対応した信号処理を行う。ここで、マルチウェイスピーカ32の高域と低域のクロスオーバー周波数は300Hzとする。
図2において、信号処理装置31は、データ記憶部51、制御部52、波面合成用デジタルフィルタ531乃至53N、D/Aコンバータ541乃至54N、及び、アンプ(AMP)551乃至55Nを有する。
なお、波面合成用デジタルフィルタ531乃至53N、D/Aコンバータ541乃至54N、及び、アンプ(AMP)551乃至55Nは、N個のマルチウェイスピーカ321乃至32Nに対応して、波面合成用デジタルフィルタ53、D/Aコンバータ54、及び、アンプ55のそれぞれがN系統設けられたものである。
データ記憶部51には、原空間で収音したオーディオ信号が記憶されている。
制御部52は、図示せぬ操作部においてユーザにより指示された音源のオーディオ信号をデータ記憶部51から取得し、波面合成用デジタルフィルタ531乃至53Nに供給する。
波面合成用デジタルフィルタ53i(i=1乃至N)、D/Aコンバータ54i、及び、アンプ55iは、マルチウェイスピーカ32iに出力するオーディオ信号を処理する処理系統である。波面合成用デジタルフィルタ53、D/Aコンバータ54、及び、アンプ55は、各処理系統で同様の信号処理を実行するため、1つの波面合成用デジタルフィルタ53、D/Aコンバータ54、及び、アンプ55について説明する。
波面合成用デジタルフィルタ53は、制御部52から供給されるオーディオ信号に対して、再生空間における伝達関数Gの逆関数フィルタH=G-1のフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後のオーディオ信号をD/Aコンバータ54に供給する。
D/Aコンバータ54は、波面合成用デジタルフィルタ53から供給されるデジタルのオーディオ信号をアナログの信号に変換し、アンプ55に供給する。
アンプ55は、D/Aコンバータ54から供給されたアナログのオーディオ信号を増幅して、接続先のマルチウェイスピーカ32に出力する。
<波面合成用デジタルフィルタの詳細構成>
図4は、波面合成用デジタルフィルタ53の詳細構成例を示すブロック図である。
図4は、波面合成用デジタルフィルタ53の詳細構成例を示すブロック図である。
波面合成用デジタルフィルタ53は、帯域分割部70、高域用波面合成フィルタ72H、低域用波面合成フィルタ72L、及び、合成部73により構成される。
帯域分割部70は、HPF(High Pass Filter)71HとLPF(Low Pass Filter)71Lを有し、制御部52から供給されるオーディオ信号を、マルチウェイスピーカ32の各ユニットに対応した複数の帯域の信号に分割する。
具体的には、HPF71Hは、制御部52から供給されるオーディオ信号のうち、マルチウェイスピーカ32のクロスオーバー周波数300Hz以上の高域側の信号のみを通過させるフィルタ処理を行う。HPF71Hは、フィルタ処理後のオーディオ信号を高域用波面合成フィルタ72Hに供給する。
LPF71Lは、制御部52から供給されるオーディオ信号のうち、マルチウェイスピーカ32のクロスオーバー周波数300Hzより低域側の信号のみを通過させるフィルタ処理を行う。LPF71Lは、フィルタ処理後のオーディオ信号を低域用波面合成フィルタ72Lに供給する。
高域用波面合成フィルタ72Hは、HPF71Hから供給される高域のオーディオ信号に対して、クロスオーバー周波数以上の高域用に設計された逆関数フィルタH_highのフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後のオーディオ信号を合成部73に供給する。
低域用波面合成フィルタ72Lは、LPF71Lから供給される低域のオーディオ信号に対して、クロスオーバー周波数より低い低域用に設計された逆関数フィルタH_lowのフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後のオーディオ信号を合成部73に供給する。
合成部73は、高域用波面合成フィルタ72Hによるフィルタ処理後のオーディオ信号と、低域用波面合成フィルタ72Lによるフィルタ処理後のオーディオ信号を合成(加算)してD/Aコンバータ54(図2)に出力する。
<マルチウェイスピーカの詳細構成例>
図5は、マルチウェイスピーカ32の詳細構成例を示している。
図5は、マルチウェイスピーカ32の詳細構成例を示している。
マルチウェイスピーカ32は、HPF81H、LPF81L、スピーカユニット82H、及び、スピーカユニット82Lにより構成される。
HPF81Hは、信号処理装置31のアンプ55から供給されるオーディオ信号のうち、クロスオーバー周波数300Hz以上の高域側の信号のみを通過させるフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後のオーディオ信号をスピーカユニット82Hに供給する。
LPF81Lは、信号処理装置31のアンプ55から供給されるオーディオ信号のうち、クロスオーバー周波数300Hzより低域側の信号のみを通過させるフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後のオーディオ信号をスピーカユニット82Lに供給する。
上述した波面合成用デジタルフィルタ53のHPF71HとLPF71Lが、デジタルフィルタであるのに対して、マルチウェイスピーカ32のHPF81HとLPF81Lは、アナログフィルタである。
スピーカユニット82Hは、HPF81Hから供給される高域のオーディオ信号に対応する音を出力する。
スピーカユニット82Lは、LPF81Lから供給される低域のオーディオ信号に対応する音を出力する。
なお、上述した図4及び図5の構成によれば、波面合成用デジタルフィルタ53において、スピーカユニット82H及び82Lそれぞれに対応する高域と低域に分割されたオーディオ信号が一旦合成され、マルチウェイスピーカ32で再び、高域と低域に分割される。しかしながら、波面合成用デジタルフィルタ53で高域と低域に分割されたオーディオ信号が、合成されずに、そのまま、マルチウェイスピーカ32のHPF81HとLPF81Lに供給される構成としてもよい。
<音場再現処理>
次に、図6のフローチャートを参照して、再生システム20による音場再現処理について説明する。この処理は、例えば、図示せぬ操作部においてユーザにより所定のオーディオ信号の再生が指示されたときに開始される。
次に、図6のフローチャートを参照して、再生システム20による音場再現処理について説明する。この処理は、例えば、図示せぬ操作部においてユーザにより所定のオーディオ信号の再生が指示されたときに開始される。
初めに、ステップS1において、制御部52は、図示せぬ操作部においてユーザにより指示された所定のオーディオ信号をデータ記憶部51から取得し、波面合成用デジタルフィルタ531乃至53Nに供給する。
ステップS2において、波面合成用デジタルフィルタ53の帯域分割部70は、制御部52から供給されたオーディオ信号を、複数の帯域の信号に分割する帯域分割処理を行う。
即ち、HPF71Hは、制御部52から供給されたオーディオ信号のうち、マルチウェイスピーカ32のクロスオーバー周波数300Hz以上の高域側の信号のみを通過させるフィルタ処理を行い、フィルタ処理後のオーディオ信号を高域用波面合成フィルタ72Hに供給する。LPF71Lは、制御部52から供給されたオーディオ信号のうち、マルチウェイスピーカ32のクロスオーバー周波数300Hzより低域側の信号のみを通過させるフィルタ処理を行い、フィルタ処理後のオーディオ信号を低域用波面合成フィルタ72Lに供給する。
ステップS3において、波面合成用デジタルフィルタ53の高域用波面合成フィルタ72H及び低域用波面合成フィルタ72Lは、再生空間における伝達関数Gの逆関数フィルタH=G-1による波面合成フィルタ処理を行う。
具体的には、高域用波面合成フィルタ72Hは、HPF71Hから供給された高域のオーディオ信号に対して、クロスオーバー周波数以上の高域用に設計された逆関数フィルタH_highのフィルタ処理を行い、フィルタ処理後のオーディオ信号を合成部73に供給する。
低域用波面合成フィルタ72Lは、LPF71Lから供給された低域のオーディオ信号に対して、クロスオーバー周波数より低い低域用に設計された逆関数フィルタH_lowのフィルタ処理を行い、フィルタ処理後のオーディオ信号を合成部73に供給する。
ステップS4において、合成部73は、高域用波面合成フィルタ72Hによるフィルタ処理後の高域のオーディオ信号と、低域用波面合成フィルタ72Lによるフィルタ処理後の低域のオーディオ信号を合成して、D/Aコンバータ54に出力する。
ステップS5において、D/Aコンバータ54は、波面合成用デジタルフィルタ53の合成部73から供給されたデジタルのオーディオ信号をアナログの信号に変換し、アンプ55に供給する。
ステップS6において、アンプ55は、D/Aコンバータ54から供給されたアナログのオーディオ信号を増幅して、接続先のマルチウェイスピーカ32に出力する。
ステップS7において、マルチウェイスピーカ32は、アンプ55から供給されたオーディオ信号に対応する音を出力する。
具体的には、マルチウェイスピーカ32のHPF81Hが、アンプ55から供給されたオーディオ信号のうち、クロスオーバー周波数300Hz以上の高域側の信号のみを通過させるフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後のオーディオ信号をスピーカユニット82Hから音として出力する。また、マルチウェイスピーカ32のLPF81Lが、アンプ55から供給されたオーディオ信号のうち、クロスオーバー周波数300Hzより低域側の信号のみを通過させるフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後のオーディオ信号をスピーカユニット82Lから音として出力する。
ステップS2乃至S7の各処理は、マルチウェイスピーカ321乃至32Nに対応するN個の処理系統それぞれで並列に実行される。
上述したステップS1乃至S7の処理は、データ記憶部51からオーディオ信号が供給されなくなるまで継続して実行され、オーディオ信号が供給されなくなったとき、図6の音場再現処理が終了する。
以上のように、再生システム20によれば、信号処理装置31は、マルチウェイスピーカ32の、高域をサポートするスピーカユニット82Hと、低域をサポートするスピーカユニット82Lに対し、それぞれの帯域に応じた波面合成フィルタ処理を行うので、より良い音像定位を得ることができる。すなわち、マルチウェイスピーカに適した入力信号を生成することができる。
<シミュレート計算による伝達関数Gの算出>
上述したように、伝達関数Gを実測するのは困難なことが多いため、理論値を用いたシミュレート計算により、伝達関数Gを求める場合もある。
上述したように、伝達関数Gを実測するのは困難なことが多いため、理論値を用いたシミュレート計算により、伝達関数Gを求める場合もある。
通常、シミュレート計算により伝達関数Gを求める場合には、図7に示されるように、スピーカ14の個数(N個)と、制御点(マイクロホン)の個数(M個)からなるN×M個の音響シミュレーション式を、有限要素法、境界要素法、FDTD法などを用いて算出し、その疑似逆行列を解くことになる。
これに対して、本実施の形態のように、高域と低域で異なる伝達関数Gを求める場合には、高域のスピーカユニット82Hと低域のスピーカユニット82Lそれぞれのユニット位置から球面波が出ると仮定して、制御点までの音響シミュレーション式を作成する。
この場合、高域のスピーカユニット82Hに対応するN×M個の音響シミュレーション式と、低域のスピーカユニット82Lに対応するN×M個の音響シミュレーション式を作成し、その疑似逆行列を解くこととなり、演算量は単純に2倍となる。
しかしながら、低域においては波長が長く、高域と比べて制御点数を密にする必要はない。つまり、シミュレーション数が少なくとてもよいということになる。制御点の間隔としては、波長の半分程度とすることができる。
例えば、クロスオーバー周波数が300Hzである場合、低域のシミュレーション式では、制御点を約50cm程度の間隔まで間引いて計算することができる。従って、図8に示されるように、低域側のシミュレーション式の計算においては、制御点数を実際のM個よりも少ないM’個として計算することができるので、フィルタ設計時の疑似逆行列を演算する際、行列サイズが小さくなるため、演算効率が良く、フィルタの設計時間を短縮することができる。
上述した例では、マルチウェイスピーカ32が、音域を、高域と低域の2つに分割した2ウェイスピーカである場合の例について説明したが、勿論、マルチウェイスピーカ32が、音域を3つ以上の帯域に分割したスピーカであっても同様に適用可能である。
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
図9は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。
コンピュータにおいて、CPU(Central Processing Unit)101,ROM(Read Only Memory)102,RAM(Random Access Memory)103は、バス104により相互に接続されている。
バス104には、さらに、入出力インタフェース105が接続されている。入出力インタフェース105には、入力部106、出力部107、記憶部108、通信部109、及びドライブ110が接続されている。
入力部106は、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる。出力部107は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記憶部108は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部109は、ネットワークインタフェースなどよりなる。ドライブ110は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体111を駆動する。
以上のように構成されるコンピュータでは、CPU101が、例えば、記憶部108に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース105及びバス104を介して、RAM103にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
コンピュータでは、プログラムは、リムーバブル記録媒体111をドライブ110に装着することにより、入出力インタフェース105を介して、記憶部108にインストールすることができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部109で受信し、記憶部108にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM102や記憶部108に、あらかじめインストールしておくことができる。
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
なお、本明細書において、システムとは、複数の構成要素(装置、モジュール(部品)等)の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、1つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている1つの装置は、いずれも、システムである。
本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、上述した複数の実施の形態の全てまたは一部を組み合わせた形態を採用することができる。
例えば、本開示は、1つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
さらに、1つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その1つのステップに含まれる複数の処理は、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
(1)
オーディオ信号を、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割する帯域分割部と、
分割された各帯域の前記オーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理を行う波面合成フィルタ処理部と
を備え、
前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号は、前記マルチウェイスピーカの、対応する帯域の前記スピーカユニットに供給される
信号処理装置。
(2)
前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号を合成する合成部をさらに備え、
合成後の前記オーディオ信号が、前記マルチウェイスピーカに供給される
前記(1)に記載の信号処理装置。
(3)
前記マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットのうちの低域側の前記スピーカユニットに対応する前記波面合成フィルタ処理のフィルタは、制御点数の個数を実際の個数よりも少なく設定したシミュレーションにより作成される
前記(1)または(2)に記載の信号処理装置。
(4)
信号処理装置が、
オーディオ信号を、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割し、
分割された各帯域の前記オーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理を行う
ステップを含み、
前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号は、前記マルチウェイスピーカの、対応する帯域の前記スピーカユニットに供給される
信号処理方法。
(5)
コンピュータを、
オーディオ信号を、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割する帯域分割部と、
分割された各帯域の前記オーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理を行う波面合成フィルタ処理部として機能させ、
前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号は、前記マルチウェイスピーカの、対応する帯域の前記スピーカユニットに供給される
プログラム。
(1)
オーディオ信号を、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割する帯域分割部と、
分割された各帯域の前記オーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理を行う波面合成フィルタ処理部と
を備え、
前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号は、前記マルチウェイスピーカの、対応する帯域の前記スピーカユニットに供給される
信号処理装置。
(2)
前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号を合成する合成部をさらに備え、
合成後の前記オーディオ信号が、前記マルチウェイスピーカに供給される
前記(1)に記載の信号処理装置。
(3)
前記マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットのうちの低域側の前記スピーカユニットに対応する前記波面合成フィルタ処理のフィルタは、制御点数の個数を実際の個数よりも少なく設定したシミュレーションにより作成される
前記(1)または(2)に記載の信号処理装置。
(4)
信号処理装置が、
オーディオ信号を、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割し、
分割された各帯域の前記オーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理を行う
ステップを含み、
前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号は、前記マルチウェイスピーカの、対応する帯域の前記スピーカユニットに供給される
信号処理方法。
(5)
コンピュータを、
オーディオ信号を、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割する帯域分割部と、
分割された各帯域の前記オーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理を行う波面合成フィルタ処理部として機能させ、
前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号は、前記マルチウェイスピーカの、対応する帯域の前記スピーカユニットに供給される
プログラム。
13 マイクロホン, 14 スピーカ, 20 再生システム, 31 信号処理装置, 32 マルチウェイスピーカ, 52 制御部, 53 波面合成用デジタルフィルタ, 54 D/Aコンバータ, 55 アンプ, 70 帯域分割部, 71H HPF, 71L LPF, 72H 高域用波面合成フィルタ, 72L 低域用波面合成フィルタ, 73 合成部, 82H,82L スピーカユニット, 101 CPU, 102 ROM, 103 RAM, 106 入力部, 107 出力部, 108 記憶部, 109 通信部, 110 ドライブ
Claims (5)
- オーディオ信号を、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割する帯域分割部と、
分割された各帯域の前記オーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理を行う波面合成フィルタ処理部と
を備え、
前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号は、前記マルチウェイスピーカの、対応する帯域の前記スピーカユニットに供給される
信号処理装置。 - 前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号を合成する合成部をさらに備え、
合成後の前記オーディオ信号が、前記マルチウェイスピーカに供給される
請求項1に記載の信号処理装置。 - 前記マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットのうちの低域側の前記スピーカユニットに対応する前記波面合成フィルタ処理のフィルタは、制御点数の個数を実際の個数よりも少なく設定したシミュレーションにより作成される
請求項1に記載の信号処理装置。 - 信号処理装置が、
オーディオ信号を、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割し、
分割された各帯域の前記オーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理を行う
ステップを含み、
前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号は、前記マルチウェイスピーカの、対応する帯域の前記スピーカユニットに供給される
信号処理方法。 - コンピュータを、
オーディオ信号を、マルチウェイスピーカの複数のスピーカユニットそれぞれの帯域に対応する複数の帯域の信号に分割する帯域分割部と、
分割された各帯域の前記オーディオ信号ごとに、波面合成フィルタ処理を行う波面合成フィルタ処理部として機能させ、
前記波面合成フィルタ処理の処理後の各帯域の前記オーディオ信号は、前記マルチウェイスピーカの、対応する帯域の前記スピーカユニットに供給される
プログラム。
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