JP5255067B2 - 音声システム・シミュレーションのためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、音声システム設計及びシミュレーションのためのシステム及び方法に関する。

ここで用いられているように、設計システム及びシミュレーション・システムは交換可能に用いられ、ユーザが、開催地（venue）の少なくとも部分のモデルを建築し、開催地の回りまたは開催地の内部に音声システム・コンポーネントを配列し、そして音声システム・コンポーネントによって生成されるオーディオ信号を特徴付ける１つまたは２つ以上の基準（measures）を計算するのを許容するシステムに言及している。設計システムまたはシミュレーション・システムは、また、音声システム・コンポーネントによって生成されるオーディオ信号をも模擬し得、それにより、ユーザがオーディオ・シミュレーションを聞くのを許容する。

音声システム設計/シミュレーション・システムは、現存する開催地の測定された反響特性を整合させることにより、そして予測された反響特性が実質的に測定された反響特性と整合するように、モデルを特徴付ける１つまたは２つ以上の音響パラメータを調整することにより、現存する開催地の一層現実的なシミュレーションを提供する。

本発明の一実施形態は、ユーザが、開催地の三次元モデルを構築し、該モデルに１つまたは２つ以上のスピーカを配置して照準するのを可能とするよう構成されたモデル・マネージャと、三次元モデルにおける表面に材料を関連させ、そして少なくとも１つの測定された反響時間の値を受信するよう構成されたユーザ・インターフェースと、予測された反響時間の値を少なくとも１つの測定されたRTの値と整合させるように材料の吸収係数を調整するよう構成されたオーディオ・エンジンと、モデル内における１つまたは２つ以上のスピーカに渡って再生されるオーディオ・プログラムを模擬する少なくとも２つの音響学的信号を生成するオーディオ・プレーヤと、を備えたオーディオ・シミュレーション・システム、に向けられている。

一態様において、予測された反響時間の値は、少なくとも１つの測定された反響時間の値と、0.5秒以内に整合する。もう１つの態様においては、予測された反響時間の値は、少なくとも１つの測定された反響時間の値と、0.05秒以内に整合する。もう１つの態様においては、各材料は、インデックスによって特徴付けられ、そしてそのインデックスに従って調整される。さらなる態様において、インデックスは、材料に関連した表面面積と、材料の反射係数との積である。さらなる態様において、材料の吸収係数は、材料に関連した表面面積に従って調整される。さらなる態様において、材料の吸収係数は、材料の反射係数に従って調整される。もう１つの態様において、少なくとも１つの測定された反響時間の値は、RT６０値である。

本発明のもう一つの実施形態は、モデル・マネージャ、オーディオ・エンジン、及びオーディオ・プレーヤを含むオーディオ・シミュレーション・システムを提供し、少なくとも１つの測定された反響時間を受信し、そして予測された反響時間を少なくとも１つの測定された反響時間に整合させる、ようにしたオーディオ・シミュレーション方法、に向けられている。

一態様において、予測された反響時間は、測定された反響時間の0.5秒以内である。もう１つの態様において、予測された反響時間は、測定された反響時間の0.1秒以内である。もう１つの態様において、予測された反響時間と、測定された反響時間との間の差の絶対値は、約0.05秒より小さい。もう１つの態様において、前記整合させることは、さらに、予測された反響時間が、少なくとも１つの測定された反響時間に整合するように材料特性を調整することを含む。さらなる態様において、材料特性は、材料の吸収係数である。さらなる態様において、材料の吸収係数は、材料の優先順位が付けられたリストに従って調整され、優先順位が付けられたリストにおける各材料は、インデックスによって特徴付けられる。もう１つの態様において、インデックスは、材料の表面面積と、材料の反射係数との積に比例する。

本発明のもう１つの実施形態は、開催地の少なくとも１つの測定された反響時間を受信するよう構成されたユーザ・インターフェースと、開催地の表面と関連した材料の少なくとも１つの吸収係数に基づいて開催地の反響時間を予測するよう構成されたオーディオ・エンジンと、予測された反響時間が少なくとも１つの測定された反響時間と整合するように少なくとも１つの吸収係数を調整するための手段と、開催地において再生されるオーディオ・プログラムを模擬する少なくとも２つの音響信号を生成するオーディオ・プレーヤと、を備え、模擬されたオーディオ・プログラムは少なくとも１つの吸収係数に基づいているオーディオ・シミュレーション・システムに向けられている。

本発明のもう１つの実施形態は、モデル・マネージャ、オーディオ・エンジン、及びオーディオ・プレーヤを含むオーディオ・シミュレーション・システムを提供するステップと、開催地の少なくとも１つの測定された反響時間を受信するステップと、調整された吸収係数に基づく予測された反響時間が少なくとも１つの測定された反響時間に整合するように、開催地の表面と関連した材料の吸収係数を調整するステップと、を含む方法を行うためのコンピュータ実行可能命令を記憶したコンピュータ読み取り可能媒体に向けられている。

相互作用的な音声システム設計システムのためのアーキテクチャを示す図である。 図１に示されるシステムのユーザ・インターフェースのディスプレイ部分を示す図である。 図２のディスプレイ部分におけるモデリング（modeling）・ウインドの詳細図である。 図２のディスプレイ部分における詳細ウインドの詳細図である。 図２のディスプレイ部分におけるデータ・ウインドの詳細図である。 ＭＴＦタブが選択された場合のデータ・ウインドの詳細図である。 代表的な音声了解度問題を示す模範的ＭＴＦプロットを表示する図である。 反響整合プロセスを示すフローチャートである。 図７の整合プロセスに先立つデータ・ウインドを示す図である。 図７の整合プロセスに先立つもう１つのデータ・ウインドを示す図である。 図７の整合プロセス後のデータ・ウインドを示す図である。 図７の整合プロセス後のもう１つのデータ・ウインドを示す図である。 図７の整合プロセス後のもう１つのデータ・ウインドを示す図である。

図１は、相互作用的音声システム設計システムのためのアーキテクチャを示す。設計システムは、ユーザ・インターフェース１１０、モデル・マネージャ１２０、オーディオ・エンジン１３０及びオーディオ・プレーヤ１４０を含む。モデル・マネージャ１２０は、ユーザが、開催地の三次元モデルを構築し、開催地表面材料を選択し、そしてモデル内に１つまたは２つ以上のスピーカを配置して照準を定めるのを可能とする。特性データベース１２４は、開催地の構成に用いられ得る材料の音響学的特性を記憶する。オーディオ・データベース１２６は、スピーカの、そして設計される音声システムの部分として用いられ得る他のオーディオ・コンポーネントの音響学的特性を記憶する。例えば、温度、湿度、背景ノイズ、占有率のような、開催地または音響空間１２２を特徴付ける変数は、モデル・マネージャ１２０によって記憶され得る。

オーディオ・エンジン１３０は、モデル・マネージャ１２０によって管理される開催地の音響モデル及びオーディオ・コンポーネントの配置に基づいて開催地の１つまたは２つ以上の音声品質または音声測定値を推定する。オーディオ・エンジン１３０は、開催地における任意の場所における直接及び／または間接の音場到達範囲を推定し得、そして音響技術において既知の方法及び手段を用いて、モデル化された開催地を特徴付ける１つまたは２つ以上の音声測定値を生成し得る。

オーディオ・プレーヤ１４０は、好ましくは、実際の開催地における設計された音声システムの現実的なシミュレーションをユーザに与える少なくとも２つの音響信号を生成する。ユーザは、開催地における聴取者が聞くであろうところのものを模擬する少なくとも２つの音響信号を生成するためのソース入力としてオーディオ・プレーヤが用いるオーディオ・プログラムを選択し得る。その少なくとも２つの音響信号は、オーディオ・エンジンによって予測された、モデル化された開催地の直接かつ反響の予測された特性に従って、選択されたオーディオ・プログラムをフィルタリングすることにより、オーディオ・プレーヤによって生成され得る。オーディオ・プレーヤ１４０は、好ましくは開催地の構築が始まる前に、オーディオ・プログラムが開催地において如何に鳴るであろうかを設計者が聞くのを許容する。このことは、設計者が、開催地の初期の設計段階中に材料及び／または表面の選択に対して変更を行うのを許容し、開催地の構築後にこれらの同じ変更を導入するコストに対して低コストで変更を行うことができる。オーディオ・プレーヤによって提供されるモデル化された開催地の聴覚化（オーラリゼーション：auralization）は、また、クライアント及び設計者が、開催地における異なった音声システムの効果を聞くのを可能とし、そして音声システム間に聴き取り可能な違いがあるときに、クライアントが、例えば一層高価な音声システムを正当化するのを許容する。オーディオ・プレーヤの例は、１９９８年９月２２日に発行された米国特許第５，８１２，６７６号に記載されている。

相互作用的音声システム設計システムの例は、２００４年１０月１３日に提出された共同係続中の米国特許出願第１０／９６４，４２１号に記載されている。到達範囲（coverage）、音声了解度、等を計算するためにオーディオ・エンジンによって用いられる手順及び方法は、例えば、K. jacob等の”Accurate Prediction of Speech intelligibility without the Use of In-Room Measurements”, J. Audio Eng. Soc., Vol.39, NO. 4, pp.232-242 (１９９１年４月) に見ることができる。オーディオ・プレーヤによって履行される聴覚化（オーラリゼーション）方法は、例えば、M. Kleiner 等の”Auralization: Experimennts in Acoustical CAD,” Audio Engineering Society Preprint#2990, １９９０年９月、に見ることができる。

図２は、図１に示されたシステムのユーザ・インターフェースのディスプレイ部分を示す。図２において、ディスプレイ２００は、プロジェクト・ウインド（project window）２１０、モデリング・ウインド（modeling window）２２０、詳細ウインド（detail window）２３０、及びデータ・ウインド（data window）２４０を示す。プロジェクト・ウインド２１０は、現存の設計プロジェクトを開くためにまたは新しい設計プロジェクトを開始するために用いられ得る。プロジェクト・ウインド２１０は、プロジェクトが開かれた後、モデリング・ウインド２２０を拡張するために閉じられ得る。

モデリング・ウインド２２０、詳細ウインド２３０、及びデータ・ウインド２４０は、ユーザに設計プロジェクトの異なった態様を同時に提起し、そして１つのウインドにおいて変更されたデータが他のウインドにおける変更に自動的に反映されるようにリンクされる。各ウインドは、プロジェクトの態様を特徴付ける異なった観点を表示することができる。ユーザは、特定の観点と関連したタブ制御を選択することにより特定の観点を選択することができる。

図３は、模範的なモデリング・ウインド２２０を示す。図３において、制御タブ３２５は、ウェブ（Web）・タブ、モデル（Model）・タブ、ダイレクト（Direct）・タブ、ダイレクト＋リバーブ（Direct+Reverb）・タブ、及びスピーチ（Speech）・タブを含み得る。ウェブ（Web）・タブは、ユーザがウェブ（Web）にアクセスするための、例えば、プラグイン・ソフトウェア・コンポーネントにアクセスするまたはウェブ（Web）からアップデートをダウンロードするためのポータルを提供する。モデル（Model）・タブは、ユーザがモデルを構築しかつ見るのを可能とする。モデルは、ユーザによって回転され得る三次元斜視図で表示され得る。図３において、モデル・タブ３２６が選択されており、ディスプレイ領域３２１において平面図でモデルを表示し、そしてユーザ選択可能なスピーカ３２８、３２９及び聴取者３２７の場所を示している。

ダイレクト（Direct）、ダイレクト＋リバーブ（Direct+Reverb）、及びスピーチ（Speech）・タブは、ダイレクト・フィールド、ダイレクト＋リバーブ（直接＋反響）・フィールド、及び音声了解度フィールドのための到達範囲（coverage）パターンを推定して表示する。到達範囲領域は、ユーザによって選択され得る。到達範囲パターンは、好ましくは、表示されたモデルの部分に渡ってオーバーレイされる。到達範囲パターンは、到達範囲の高い及び低い領域または到達範囲の均一性を示すためにカラーコード化され得る。ダイレクト・フィールドは、モデル化された開催地におけるスピーカの各々からのダイレクト信号によって生成された場所におけるSPLに基づいて推定される。ダイレクト＋リバーブ・フィールドは、モデル化された開催地におけるスピーカの各々からのダイレクト信号及び反射された信号の双方によって生成された場所におけるSPLに基づいて推定される。反響の統計学的モデルは、一層高次の反射をモデル化するために用いられ得、そして推定されたダイレクト＋リバーブ・フィールドに組み込まれ得る。音声了解度フィールドは、表示されたモデルの部分に渡って音声送信インデックス（STI）を表示する。STIは、K.D.Jacob等の“Accurate Prediction of speech Intelligibility without the Use of In-Room Measurements,”J.Audio Eng. Soc., Vol. 39, No. 4, pp232-242 （１９９１年４月）、Houtgast, T. 及びSteeneken, H.J.M.の “Evaluation of Speech Transmission Channels by Using Artificial Signals”Acoustica, Vol. 25, pp355-367 (1971), “Predicting Speech Intelligibility in Rooms from the Modulation Transfer Function. I. General Room Acoustics,”Acoustica, Vol. 46, pp60-72 (1980) 及び 国際基準“Sound System Equipment - Part 16: Objective Rating of Speech Intelligibility by Speech Transmission Index, IEC 60268-16に記載されている。

図４は、模範的な詳細ウインド２３０を示す。図４においては、特性（Property）・タブ４２６が選択されて示されている。他の制御タブ４２５は、シミュレーション（Simulation）・タブ、表面（Surfaces）・タブ、スピーカ（Loudspeakers）・タブ、聴取者（Listeners）・タブ、及びEQタブを含み得る。

シミュレーション・タブが選択されるとき、詳細ウインドは、ユーザが、値を特定するのを許容する、またはシミュレーション・パラメータのための値のリストから選択するのを許容する１つまたは２つ以上の入力制御を表示する。シミュレーション・パラメータの例は、到達範囲（coverage）マップによって取り巻かれる周波数または周波数範囲、到達範囲マップの粒状性を特徴付ける解像度、及び到達範囲マップに表示される帯域幅を含む。ユーザは、また、音響予測データの表示のためのモデルにおける１つまたは２つ以上の表面をも特定し得る。

表面、スピーカ、及び聴取者タブは、ユーザが、モデル内に置かれた、それぞれ表面、スピーカ、及び聴取者の特性を考察するのを許容し、そしてユーザが、表面、スピーカまたは聴取者を特徴付ける１つまたは２つ以上のパラメータを迅速に変更するのを許容する。特性タブは、ユーザが、モデルにおける表面またはスピーカのような要素を特徴付けるパラメータを迅速に考察し、編集し、そして修正するのを許容する。ユーザは、モデリング・ウインドにおける要素を選択し得、詳細ウインドに表示された該要素と関連したパラメータ値を有し得る。詳細ウインドにおいてユーザによって行われた何らかの変更は、更新された到達範囲マップに、例えば、モデリング・ウインドに反映される。

選択されるとき、EQタブは、ユーザが、１つまたは２つ以上の選択されたスピーカのための等価曲線を特定するのを可能とする。各スピーカは、スピーカに割り当てられた異なった等価曲線を有し得る。

図５は、時間応答（Time Response）タブ５２６が選択された場合の模範的なデータ・ウインド２４０を示す。他の制御タブ５２５は、周波数応答（Frequency Response）タブ、変調伝達関数（MTF: Modulation Transfer Function）タブ、統計的（Statistics）タブ、音声圧力レベル（SPL: Sound Pressure Level）タブ、及び反響時間（Reverberation Time）（RT６０）タブを含み得る。周波数応答タブは、ユーザによって選択された特定の場所における周波数応答を表示する。ユーザは、モデリング・ウインド２２０に表示された到達範囲マップにサンプル・カーソルを位置づけ得、該場所における周波数応答は、データ・ウインド２４０に表示される。MTFタブは、ユーザによって選択された特定の場所に周波数の関数として保存された変調の正規化された量を表示する。統計的タブは、選択された到達範囲マップに到達範囲データの均一性を示すヒストグラムを表示する。該ヒストグラムは、好ましくは、SPL値に対する特定のSPLの正規化された発生をプロットする。平均及び標準偏差が、カラーコード化されたラインとしてヒストグラム上に表示され得る。SPLタブは、周波数の関数としてルーム周波数応答を表示する。各周波数における平均SPLを表すカラーコード化されたラインは、所望のルーム周波数応答を表すハウス曲線及び/または背景ノイズ・レベルを表すカラーコード化されたラインと一緒にデータ・ウインドに表示され得る。陰影を付けられた帯域は、平均からの標準偏差を示すために平均SPLラインを取り巻き得る。RT６０タブは、周波数の関数として反響時間を表示する。反響時間は、代表的には、RT６０時間であるが、反響減衰を特徴付ける他の手段も用いられ得る。RT６０時間は、反響が６０dBだけ指数的に減衰するために必要とされる時間として定義される。ユーザは、反響時間の代わりに周波数の関数として平均吸収データを表示することを選択し得る。

図５において、時間応答プロットは、データ・ウインド２４０に表示される。時間応答プロットは、垂直軸に沿った信号強度もしくはSPL、水平軸上の経過された時間を示し、ユーザ選択された場所における音響信号の到着を示す。図５に示される垂直のスパイク（長くぎ）もしくはピンは、設計におけるスピーカの１つからのサンプリング場所における信号の到着を表す。該到着は、直接到着５４１もしくはモデルにおける１つまたは２つ以上の表面から反射された間接到着であり得る。好適な実施形態において、各ピンは、直接到着、単一の表面５４２から反射されてきた信号を表す一次到着、２つの表面５４３から反射されてきた信号を表す二次到着、そして一層高次の到着を示すようにカラーコード化され得る。反響的な場（field）の包絡線５４５が推定されて時間応答プロットに表示され得る。反響的な場の包絡線が如何に推定され得るかの例は、K. D. Jacob の“Development of a New Algorithm for Predicting the Speech Intelligibility of Sound Systems,”presented at the 83^rd Convention of the Audio Engineering Society, New York, NY (1987)に記載されている。

ユーザは、図５に示されたピンを選択し得、該選択されたピンの経路をモデリング・ウインド２２０に表示させ得る。ユーザは、次に、詳細ウインド２４０における設計に対する変更を行い得、そして該変更がモデリング・ウインド２２０に表示された到達範囲に如何に影響するかもしくは該変更がデータ・ウインドにおける応答に如何に影響するかを見る。例えば、ユーザは、モデリング・ウインド２２０、データ・ウインド２４０、及び詳細ウインド２３０の同時発生的表示を用いて、スピーカのための遅延を迅速かつ容易に調整し得る。この例において、ユーザは、サンプル位置に位置する聴取者のための正しい局在化（位置確認）を提供するためにスピーカのための遅延を調整し得る。聴取者は、彼らが聴く第１の到着に基づいて音声を局在化する（音声の起源を突き止める）傾向を有する。聴取者が第１のスピーカよりもオーディオ源から一層離れて配置される第２のスピーカに一層近接して位置されるならば、聴取者は、オーディオ源ではなく、第２のスピーカに該オーディオ源を局在化する傾向を有する。第２のスピーカからのオーディオ信号が第１のスピーカからのオーディオ信号の後に到着するように第２のスピーカが遅延されたならば、聴取者は、音声を正当に局在化することができるであろう。

ユーザは、時間応答プロットにおける直接到着をデータ・ウインドに表示することによって正当な遅延を選択することができる。ユーザは、モデルにおけるスピーカの１つからの選択された直接到着の経路を表示する、モデリング・ウインドにおける選択された直接到着の源（ソース）を識別するために直接到着の１つを表すピンを選択することができる。ユーザは、次に、聴取者が聴く第１の直接到着がオーディオ源に最も近いスピーカからのものであるように詳細ウインドにおける識別されたスピーカの遅延を調整することができる。

モデリング・ウインドにおけるモデル及び到達範囲フィールドの双方の同時発生表示、データ・ウインドにおける時間応答のような応答特性、及び詳細ウインドにおけるスピーカ・パラメータのような特性的特徴は、ユーザが、潜在的な問題を迅速に識別し、種々の位置決定（fixes）を試み、これらの位置決定の結果を見、そして所望の位置決定を選択するのを可能とする。

好ましくない時間到着を除去することは、モデル、応答、プロパティ特性の同時発生表示が、ユーザが潜在的問題を迅速に識別して修正するのを可能とするもう１つの例である。概して、直接到着の後１００ms以上で到着し、反響的なフィールドより上の１０dB以上である到着は、聴取者によって気付かれ得、そして聴取者にとって不快であり得る。ユーザは、データ・ウインドにおける時間応答プロットから好ましくない時間到着を選択することができ、そして選択された経路と関連した表面及びスピーカを識別するためにモデリング・ウインドにおける経路を見ることができる。ユーザは、選択された経路と関連した表面の１つを選択し、そして詳細ウインドにおける選択された表面と関連した材料を修正もしくは変更し、そしてデータ・ウインドでその効果を見ることができる。ユーザは、詳細ウインドにおけるスピーカ・タブを選択して詳細ウインドに変更を入れることにより、スピーカを再配向し得、もしくはユーザは、モデリング・ウインドにおいてスピーカを引きずって落とすことにより該スピーカを新しい場所に移動させ得る。

図６aは、MTFタブ６２６が選択された場合のデータ・ウインドを示す。変調伝達関数（MTF）は、与えられたオクターブ帯域のための変調周波数の関数として保存された正規化された変調を戻す。MTFの説明は、K.D.Jacobの“Development of a New Algorithm for Predicting the Speech Intelligibility of Sound Systems,”presented at the 83^rd Convention of the Audio engineering Society, New York, NY (1987), Houtgast, T. 及びSteeneken, H.J.M.の“Evaluation of Speech Transmission Channels by Using Artificial Signals” Acoustica, Vol. 25, pp355-367 (1971) 及び“Predicting Speech Intelligibility in Rooms from the Modulation Transfer Function. I. General Room Acoustics,” Acoustica, VOL. 46, pp60-72 (1980), 及び国際基準“Sound System Equipment-Part 16: Objective Rating of Speech Intelligibility by Speech Transmission Index, IEC 60268-16に提起されている。図６において、１２５Hz６５０、１kHz６６０、及び８kHz６７０に対応するオクターブ帯域のためのMTFが、明瞭さのために示されているが、他のオクターブ帯域も表示され得る。理想的な状況においては、実質的に１に等しいMTFは、音声を発生する人間の話者のボイスボックス（喉頭）の変調が実質的に保存され、従って、音声了解度が理想であるべきであるということを示す。現実世界の状況においては、しかしながら、MTFは、理想以下に相当に降下し得、そして可能な音声了解度問題を示し得る。

図６bは、音声了解度問題の源を示し得る模範的なMTFプロットを表示する。図６bにおいて、図６aに示される１kHz MTF６６０に対応するMTFは、他のMTFプロットとの比較を提供するために再表示されている。図６bにおいて６９０を付されたMTFは、背景ノイズがモデル化された空間の音声了解度に相当影響を与える場合に予想され得るMTFを示す。背景ノイズが貧弱な音声了解度に対する相当の誘因である場合に、MTFは、６９０を付されたMTFを６６０を付されたMTFと比較することにより図６bに示されるように変調周波数とは無関係に相当に減少される。反響が貧弱な音声了解度に対する相当の誘因であるとき、MTFは、一層高い変調周波数において減少され、それにおいて、MTFの減少レートは、図６bにおいて６９３が付されたMTFによって示されるように反響時間が増加するにつれて増加する。図６bにおいて６９６が付されたMTFは、MTFへの遅い到着反射の影響を示す。遅い到着反射は、遅い到着反射の時間遅延に逆比例する変調周波数に位置されるノッチ６９７によってMTFにおいて明示される。

図６bが示すように、反響は、開催地の音声了解度に相当の影響を有し得る。一層重要なことには、聴取者は、現在の初めからの（ab initio）のシミュレーション（模擬）・ツールを用いて予測することができない反響における非常にわずかな差異を識別することができる。現在の音声システム設計のみのシステムは、モデル化された開催地及び音声システムのための音声到達範囲（もしくは有効範囲）パターンもしくは音声了解度到達範囲（もしくは有効範囲）パターンを適切に予測することができる。これらの到達範囲（もしくは有効範囲：coverage）パターンは、しかしながら、人間の耳と比較して相当に粗く、モデル化された開催地の現実的なシミュレーションを聴取者に与えることができない。このような状況において、ユーザが経験するモデル化された開催地のシミュレーションは、実際の開催地に居るときにユーザが経験するものとは相当に異なり得る。その差は、モデル化された開催地のシミュレーションが正確であり、実際の開催地における経験と密接に整合するであろうと仮定していた聴取者にとって不愉快な驚きであり得る。開催地が構築されていないならば、開催地は未だモデル化され得、そして反響時間の範囲が提供され得る。この方法で、ユーザは、反響時間の範囲を未だ聴き得、そして開催地の可能な聴取経験の範囲の評価を得ることができる。

多くの状況において、モデル化された開催地はすでに存在し得、現存する開催地のための測定された反響時間は、モデラ（modeler）にとって利用可能であり得る。このような状況において、モデラは、シミュレーション・システムに現存する開催地のための測定された反響時間を入れることができ、測定された反響時間と整合するよう該システムにモデルを自動的に調整させることができる。調整されたモデルは、ユーザが現存する開催地で経験するであろうものに一層密接に整合するシミュレーションを生成し、ユーザが、モデル化された音声システムの一層精密な評価を行うのを許容する。

開催地の反響特徴は、３つの制度（レジーム）：早期の反射期間、早期の反響フィールド期間、及び遅い減衰テール期間、を有するものとして観察され得る。早期の反射期間の反響特徴は、オーディオ源の場所、開催地の幾何的配置、開催地表面の音響的吸収性、及び聴取者の場所のような特徴によって一般的に決定される。早期の反響フィールド期間の反響特徴は、開催地の散乱した表面のような特徴によって一般的に決定される。遅い減衰テール期間の反響特徴は、指数関数的な減衰を特徴付ける反響時間、RT、によって実質的に決定される。反響時間特徴の例は、６０dbだけ減衰するよう遅い減衰テール期間における反響がかかる時間であるRT６０時間である。遅い減衰テール期間の反響特徴の他の手段は、ここに記載される教示に続いて用いられ得る。反響時間、RT６０、は、例えば、セイビンの式を用いて開催地を特徴付ける各表面の吸収係数及び面積から推定され得る。

発明者等は、聴取者が、早期の反射または早期の反響フィールド期間の反響特徴よりも、遅い減衰テール期間の反響特徴に対して、代表的には、一層敏感であるということを発見した。測定された反響時間に対して予測された反響時間を整合させることは、聴取者に、開催地の一層現実的なシミュレーションを与える。測定された反響時間に対する予測された反響時間の整合は、モデル化された開催地の１つまたは２つ以上の表面の、以後、吸収係数として言及される、音響的吸収係数を調整することによって行われ得る。吸収係数は、予測された反響時間値と測定された反響時間値との間の差異が聴取者によって、知覚されるとしてもわずかであるように遅い減衰テール期間のための予測された反響時間値が開催地の測定された反響時間値と整合するように調整される。

材料の吸収係数は、周波数依存であり得る。オーディオ・スペクトルは、１つまたは２つ以上の周波数帯域に分離される（discretized）のが好ましく、各帯域に対する予測された反響時間値は、関連された帯域に対する吸収係数値を用いて推定される。反響時間値と整合させるために開催地における材料の吸収係数を調整することは、また、早期の反射及び/または早期の反響フィールド期間の反響特徴に影響する。発明者等は、しかしながら、該調整から生じる早期の反射及び早期の反響フィールド期間の反響特徴における差異が聴取者によって代表的には目立たないように材料の吸収係数に対する調整が行われ得るということを発見した。

幾つかの実施形態において、吸収係数に対する調整は、表面面積−重み付け反射係数に従ってランク付けされた材料の優先順位を付けられたリストによって決定される。例えば、材料は、インデックス、ε(i,j)=A(i)(1-α(i,j))、に従ってランク付けされ得、ここに、ε(i,j)は、j番目の周波数帯域におけるi番目のためのインデックスであり、A(i)は、i番目の表面の表面面積であり、α(i,j)は、j番目の周波数帯域におけるi番目の表面のための吸収係数であり、そして、(1-α(i,j))は、j番目の周波数帯域におけるi番目の表面のための反射係数である。モデル化された開催地は、同じ材料と関連した１つまたは２つ以上の表面を含み得、材料をランク付けするために、各材料と関連した全表面は、インデックス、ε、を計算するために用いられる。

拡散音声フィールドが仮定されるならば、m番目の材料と関連した表面面積は、m番目の材料と関連した表面面積の合計である。レイ（ray）追跡方法が反響の部分を予測するために用いられるならば、m番目の材料と関連した表面面積は、m番目の表面上のレイ衝突の数に従って重み付けされ、以下の式：

によって与えられ、ここに、A(m)は、m番目の材料と関連した全表面面積である。Atotは、開催地の全表面面積であり、n(i)は、i番目の表面上の衝突の数であり及び合計は、m番目の材料と関連した全表面に渡って取られ、そしてntotは、レイ衝突の全数である。

優先順位を付けられたリスト上の材料の吸収係数に対する調整は、各材料のインデックスに従って行われる。最も大きいインデックスを有する材料は、最初に調整され、そして該材料に対する調整が、予測された反響時間値を測定された反響時間値に整合させるのに充分であるならば、優先順位を付けられたリスト上の残りの材料は、調整されない。調整の大きさは、予め決定された最大調整値、MAV、によって制限され得る。最も大きいインデックスを有する材料がMAVによって調整され、反響時間値が未だ整合しないならば、次に最も大きいインデックスを有する材料がそのMAVまで調整され、その反響時間値が未だ整合しないならば、次に最も大きいインデックスを有する材料が調整され、これら等は、優先順位を付けられたリストにおけるすべての材料がそれらのそれぞれのMAVによって調整されてしまうまで、行われる。優先順位が付けられたリストにおける材料のすべてがMAVによって調整されてしまい、そしてRT値が未だ整合しないならば、システムは、不整合に対してユーザに警告し、そしてMAVにおける増加を許容するようユーザに要求する。幾つかの実施形態においては、MAVは、表面によって反射される音波の音圧レベルにおける変化を制限するよう選択される。MAVは、以下の式：

によって決定され得、ここに、MaxDeltaは、反射された波のSPLにおける最大変化であり、そしてα(i,j)は、j番目の周波数帯域におけるi番目の表面のための吸収係数である。MaxDeltaは、0.01から2dBまでの閉じられた範囲における、好ましくは0.1から1dBまでの閉じられた範囲における、より一層好ましくは0.25から1dBまでの閉じられた範囲における値にセットされ得る。調整された吸収係数は、該吸収係数がゼロから１までの閉じられた範囲内にあるのを確実にするようにクリップされ得る。

上述したインデックスに基づくランク付けは、システムが、吸収係数に対する調整から生じる早期の反射及び早期の反響フィールド期間への影響を減少しつつ反響時間値を整合させるために、吸収係数に対する最も小さい調整を用いるのを可能とする。最も大きい表面面積を有する材料を選択することは、概して、反響時間への最大の影響を有するが、また、材料の表面からの早期の反射パターンに影響を与える傾向をも有する。早期の反射パターンにおける変化は、最も低い吸収係数または等価的に最も高い反射係数を有する表面を選択することにより減少され得る。

しかしながら、優先順位が付けられたリストの使用は必要ではなく、反響時間の整合によって引き起こされる早期の反射及び早期の反響フィールド期間において生成される変化がユーザによって認知可能でない限り、吸収係数を調整する他の方法が用いられ得る。

図７は、予測された反響時間を測定された反響時間に整合させるための模範的なプロセスを示すフローチャートである。オーディオ・スペクトルは、１つまたは２つ以上の周波数帯域に分離され、反響時間は、各周波数帯域内で個々に整合される。周波数帯域の幅は、所望の精度または利用可能な材料データに依存してユーザによって選択され、好ましくは、３オクターブと十分の一オクターブとの間にあり、そして一層好ましくは、１オクターブから三分の一オクターブまでの幅の閉じられた範囲内にある。各帯域に対する反響時間が整合されてしまった後、プロセスは、ステップ７１０に示されるように出る。

各帯域内で、当該帯域のための予測された反響時間は、当該帯域のための測定された反響時間と比較される。反響時間は、予測された反響時間と測定された反響時間との間の差の絶対値が予め限定された値以下である場合に、整合されたと考慮される。換言すれば、反響時間は、予測された反響時間が、測定された反響時間の予め限定された値以内にあるとき、整合されたと考慮される。プロセスは、ステップ７２０に示されるように、次の周波数帯域に進む。予め限定された値は、例えば、心理音響学データに基づく、ユーザ限定された値、もしくはシステム限定された定数であり得る。予め限定された値は、予測された及び測定された反響時間の間の差が聴取者によって知覚できないように選択され得る。例えば、予め限定された値は、0.5秒より小さい、好ましくは、0.1秒より小さい、そして一層好ましくは、約0.05秒以下であり得る。

予測された及び測定された反響時間の値の間の差が予め限定された値より大きいならば、１つまたは２つ以上の材料の吸収係数、α、は、ステップ７４０に示されるように、予測された反響時間の値が、測定された反響時間の値に整合するように調整され得る。幾つかの実施形態においては、調整の大きさ、δα、は、材料のαに対する変化を制限するよう、そして必要ならば、材料のすべてに渡って必要とされる調整を配分するよう、予め限定された最大調整値、MAV、によって制限され得る。第１の材料に対する最大許容された調整が反響時間の値を整合させるのに充分でないならば、第２の材料のαが調整され、これら等は、ステップ７３０に示されるように、材料のすべてのαが、そのMAVによって調整されてしまうまで行われる。

新しい予測された反響時間の値が、７５０において、材料の調整されたαに基づいて推定される。予測された反響時間の値は、以下のセイビンの式：

によって与えられ、ここに、RT(j)は、j番目の周波数帯域のための予測された反響時間であり、Vは、立法メートルでの容積であり、A(i)は、i番目の表面の、平方メートルでの、表面面積であり、α(i,j)は、j番目の周波数帯域のi番目の表面の吸収係数であり、A’は、選択された表面の、平方メートルでの、表面面積であり、そしてδα’(j)は、選択された表面に関連した材料のj番目の周波数帯域における吸収係数の変化である。吸収係数は、モデル化された開催地の種々の占有レベルを占めるために変更され得る。例えば、聴衆が座り得る床表面のための吸収係数は、該表面が聴衆によって部分的にまたは完全に覆われているかまたは空であるかに依存して変更され得る。

すべての材料がそれらの最大許容された調整によって調整されてしまった後に、新しい反響時間の値が、測定された反響時間の値に未だ整合しないならば、残りの差がユーザに表示され、そしてユーザは、図７に示されたプロセスを一層大きいMAVで反復するためのオプションでもって提起される。ユーザがこのオプションを選択したならば、プロセスは、一層大きいMAVで反響時間の値を未だ不整合としている帯域に対して反復される。

図８は、反響時間整合プロセスの状況を示すためにユーザに表示され得るウインドを示す。幾つかの実施形態においては、ウイザードが整合プロセスを通してユーザをガイドするために用いられ得る。ウインド８００は、各周波数帯域のための反響時間を表示するリスト・ボックス８２０、ユーザが整合プロセスのための周波数幅を選択するのを許容するリスト制御ボックス８１０を含む。図８に示される例において、ユーザは、１オクターブの周波数帯域を選択しており、リスト・ボックス８２０に各オクターブ帯域のための測定された反響時間の値を入れている。ウインド８００は、それぞれライン８４０及び８５０で示されるように、測定された及び予測された反響時間の値が周波数の関数として表示されるプロット領域８３０を含む。測定された及び予測された反響時間の値のプロットは、ユーザが、測定された及び予測された反響時間の値の間の不整合を迅速に見るのを許容する。

ユーザがウインド８００における次のボタンを選択するとき、ウイザードは、例えば、図９に示されるように、モデル化された開催地における表面と関連した材料のリストを表示する。図９において、表９１０は、各材料９３０、各周波数帯域における材料のための吸収係数９４０、及びモデル化された開催地における各材料の全表面面積９５０をリスティングして表示される。各材料の次のチェック・ボックス９２０は、ユーザが該材料のための吸収係数をロックするのを許容する。材料がロックされたならば、該ロックされた材料のための吸収係数は、整合プロセスの間中、調整されない。例えば、ユーザが材料のための吸収係数の値を測定してしまい、その精度に信頼性を置いているときに、ユーザは材料をロックし得る。

ユーザが図９における次のボタンを選択するとき、反響時間整合プロセスが実行され、その結果は、例えば、図１０に示されるように、ユーザに表示される。図１０において、測定された反響時間の値は、ユーザが整合を図式的に検討するのを許容するために、新しい予測された反響時間の値１０５０と一緒に周波数の関数１０４０としてプロットされる。ユーザは、異なったフォーマットにおける整合結果を見るために、もう１つのタブ１０２０、１０３０を選択し得る。例えば、ユーザは、テキスト形態で、測定された及び予測された反響時間の値の間の差を見るために、タブ１０２０を選択し得る。ユーザがタブ１０３０を選択したならば、ユーザは、整合プロセス中に行われる材料の吸収係数に対する調整を検討し得る。

図１１は、整合プロセス中に行われる材料の吸収係数に対する調整を表示する。材料の調整表１１１０は、材料のリスト１１２０、材料と関連した表面面積のリスト１１４０、及び各吸収係数に対して行われる調整１１３０を表示する。調整されている材料リスト１１２０における材料が、材料リスト１１２０に示される。表１１１０の調整部分１１３０は、吸収係数の値に対する上方または下方調整を示すためにカラーコード化され得る。ロックされた材料は、図１１において、“ブリック−ベア（Brick-Bare）”のような周波数スペクトルを横切るゼロ調整を示す。

図１２は、整合プロセスによって引き起こされる、選択された材料の反射強度における変化を表示する。図１２において、ウインド１２００は、調整された材料をリスティングするリスト・ボックス１２１０及びリスト・ボックス１２１０における選択された材料のための周波数の関数としての反射強度を示すプロット表示領域１２２０を表示する。例えば、図１２において、5/8”ミネラル・ボード（5/8” mineral board）が選択されており、ミネラル・ボードからの反射強度のプロット１２３０がプロット表示領域１２２０に表示されている。プロット１２３０は、１０００Hzにおいて、ミネラル・ボードから反射するレイ（ray）が、調整されないミネラル・ボードから反射するレイよりも約1.5dBだけ大きいということを示す。ユーザは、“Back”ボタンを押すことにより整合プロセスを取り消し得、またはユーザは、“Finish”ボタン１２９０を押すことにより整合を受け入れ得る。ユーザが“Finish”ボタンを押すと、調整された吸収係数が、元のデフォルトの吸収係数の値の代わりに、引き続く計算のために用いられる。

上述したシステム及び方法の実施形態は、当業者に明白であるコンピュータ構成要素及びコンピュータ履行されるステップを含む。例えば、オーディオ・エンジン、モデル・マネージャ、ユーザ・インターフェース、及びオーディオ・プレーヤの部分が、例えば、フロッピ・ディスク、ハード・ディスク、光ディスク、Flash ROMS、不揮発性ROM、フラッシュ・ドライブ、及びRAMのようなコンピュータ読み取り可能媒体にコンピュータ実行可能命令として記憶されるコンピュータ履行されるステップとして履行され得るということが当業者には理解されるはずである。さらに、コンピュータ実行可能命令は、例えば、マイクロプロセッサ、ディジタル信号プロセッサ、ゲート・アレイ、等のような種々のプロセッサ上で実行され得るということが当業者には理解されるはずである。例えば、説明の容易さのために、上述したシステム及び方法のすべてのステップまたは要素が、コンピュータ・システムの部分としてここでは説明されないが、当業者は、各ステップまたは要素が対応のコンピュータ・システムまたはソフトウェア・コンポーネントを有し得るということを認識するであろう。このようなコンピュータ・システム及び/またはソフトウェア・コンポーネントは、従って、それらの対応のステップまたは要素（すなわち、それらの機能性）を記載することによって可能化され、本発明の範囲内にある。

本発明の少なくとも例証的な実施形態を記載してきたが、種々の変更及び改良が当業者に容易に生じるであろうし、それらは、本発明の範囲内にあるものと意図される。従って、前述の説明は、単に例示のためであり、制限として意図されるものではない。本発明は、特許請求の範囲並びにそれと等価なものに限定されるものとしてのみ制限される。

１１０ ・・・ユーザ・インターフェース
１２０ ・・・モデル・マネージャ
１２２ ・・・音響空間
１２４ ・・・特性ＤＢ
１２６ ・・・オーディオＤＢ
１３０ ・・・オーディオ・エンジン
１４０ ・・・オーディオ・プレーヤ

Claims (15)

1. ユーザが、開催地の三次元モデルを構築し、該モデルに１つまたは２つ以上のスピーカを配置して照準するのを可能とするよう構成されたモデル・マネージャと、
   三次元モデルにおける表面に材料を関連させ、そして少なくとも１つの測定された反響時間の値を受信するよう構成されたユーザ・インターフェースと、
   予測された反響時間の値を前記少なくとも１つの測定された反響時間（ＲＴ）の値と整合させるように材料の吸収係数を調整するよう構成されたオーディオ・エンジンと、
   モデル内における１つまたは２つ以上のスピーカに渡って再生されるオーディオ・プログラムを模擬する少なくとも２つの音響学的信号を生成するオーディオ・プレーヤと、
   を備え、模擬されるオーディオ・プログラムは調整された吸収係数に基づくオーディオ・シミュレーション・システム。
2. 各材料は、インデックスによって特徴付けられ、
   前記オーディオ・エンジンは、
   最も大きなインデックスを有する材料の吸収係数を、その材料に事前設定された最大調整量（MAV）にまで調整し、
   反響時間の値が未だ整合しないならば、前記インデックスによって優先順位を付けられた全ての材料がそれぞれのMAVまで調整されるまで、順に大きいインデックスを有する材料を調整する請求項１に記載のオーディオ・シミュレーション・システム。
3. 前記インデックスは、材料に関連した表面面積と、材料の反射係数との積である請求項２に記載のオーディオ・シミュレーション・システム。
4. 前記オーディオ・エンジンは、ユーザが特定の材料の吸収係数をロックすることを許容するチェック・ボックスを備え、
   材料がロックされたならば、該ロックされた材料の吸収係数は、整合プロセスの間中、調整されない請求項２又は３に記載のオーディオ・シミュレーション・システム。
5. 材料の吸収係数は、材料に関連した表面面積に従って調整される請求項２に記載のオーディオ・シミュレーション・システム。
6. 材料の吸収係数は、材料の反射係数に従って調整される請求項２に記載のオーディオ・シミュレーション・システム。
7. 予測された反響時間の値は、少なくとも１つの測定された反響時間の値と、0.5秒以内に整合する請求項１から６のいずれか１項に記載のオーディオ・シミュレーション・システム。
8. 予測された反響時間の値は、少なくとも１つの測定された反響時間の値と、0.05秒以内に整合する請求項１から６のいずれか１項に記載のオーディオ・シミュレーション・システム。
9. 少なくとも１つの測定された反響時間の値は、RT６０値である請求項１から８のいずれか１項に記載のオーディオ・シミュレーション・システム。
10. モデル・マネージャ、オーディオ・エンジン、及びオーディオ・プレーヤを含むオーディオ・シミュレーション・システムを提供するステップと、
    少なくとも１つの測定された反響時間（ＲＴ）を受信するステップと
    予測された反響時間を前記少なくとも１つの測定された反響時間に整合させるように材料の吸収係数を調整するステップとを備えるオーディオ・シミュレーション方法。
11. 各材料を、インデックスによって特徴付けるステップと、
    最も大きなインデックスを有する材料の吸収係数を、その材料に事前設定された最大調整量（MAV）まで調整するステップと、
    反響時間の値が未だ整合しないならば、前記インデックスによって優先順位を付けられた全ての材料がそれぞれのMAVまで調整されるまで、順に大きいインデックスを有する材料を調整するステップとをさらに備える請求項１０に記載のオーディオ・シミュレーション方法。
12. 前記インデックスは、材料に関連した表面面積と、材料の反射係数との積である請求項１１に記載のオーディオ・シミュレーション方法。
13. ユーザが特定の材料の吸収係数をロックするか否か決定するステップをさらに含み、
    材料がロックされたならば、該ロックされた材料の吸収係数は、整合プロセスの間中、調整されない請求項１１又は１２に記載のオーディオ・シミュレーション方法。
14. 予測された反響時間は、測定された反響時間の0.5秒以内である請求項１０に記載のオーディオ・シミュレーション方法。
15. 予測された反響時間と、測定された反響時間との間の差の絶対値は、約0.05秒より小さい請求項１０に記載のオーディオ・シミュレーション方法。

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