JP7020203B2

JP7020203B2 - アンビソニックス信号生成装置、音場再生装置、及びアンビソニックス信号生成方法

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Publication number: JP7020203B2
Application number: JP2018045828A
Authority: JP
Inventors: 和憲鈴木; 慎一郎小柳; 孝之日高
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2018-03-13
Filing date: 2018-03-13
Publication date: 2022-02-16
Anticipated expiration: 2038-03-13
Also published as: JP2019161455A

Description

本開示は、アンビソニックス信号生成装置、音場再生装置、及びアンビソニックス信号生成方法に関する。

従来から、劇場やホール等の音響設計に使用する検討ツールとしては、コンピュータシミュレーションと縮尺模型実験とが挙げられる。コンピュータシミュレーションを検討ツールとして用いる手法では、室の３次元形状をＣＡＤ（Computer Aided Design）モデル化し、その空間内の音の伝搬性状を幾何音響学に則って検討する。近年はコンピュータの計算能力の向上と、建築図書がＣＡＤ化され室形状データを建築設計者と共有することが可能となったことから、経済性かつ機動力のあるツールとなりつつある。

しかしながら、コンピュータシミュレーションを用いた手法では、信号の反射、解析、及び散乱に関する仮定が、実音場と大きく異なる場合がある。また、コンピュータシミュレーションでは、実際の建築物では重要な要素である２次元曲面や３次元曲面等のさまざまな不規則表面や意匠的ディテールを扱うことは困難である。

一方、縮尺模型実験を検討ツールとして用いる手法では、一般に、実寸の１／１０～１／２０縮尺の実音場の模型を製作し、相似則を満たした条件下で音の伝搬を計測する。例えば、建築ＣＡＤデータをもとにＮＣ（Numerically Controlled）工作機械を利用することで、精巧な模型を製作できる。つまり、縮尺模型実験を用いた手法では、室形状に関するファクターを相当な精度で模擬することが可能であり、有効な計算方法が確立されていない曲面やディテールの影響までを含んだ検討ができる。そのため、高い音響的品質の求められるプロジェクト等では、縮尺模型実験は、重要なツールとなっている。

「高臨場感音響技術とその理論」安藤、IEICE Fundamentals Review, Vol.3, No.4,pp33-46, 2010

上述した縮尺模型実験では、例えば、縮尺模型の受音位置において、２本のモノラルマイクを、離間して設置する、或いは小型のステレオマイクを用いる方法がある。この方法は、容易に測定できるが、再生できる音場も２次元に限られるため、通常のステレオ再生程度の音場の再生しかできないという問題点がある。

また例えば、小型ダミーヘッドを用いて集音する方法がある。この方法は、頭部伝達関数を模擬する方法で、３次元の音響空間を集音及び再生できるが、集音時の小型ダミーヘッドの頭部・耳介・肩等の形状と、再生時の聴取者の同形状が完全に相似側を満たしている必要があり、異なる場合には正確に再現されないという問題がある。また、再生音をヘッドホンで呈示する場合には、上記のような問題は避けることが出来るが、技術的に頭外定位させることが難しく、立体音場の再生は困難である。

一方、実音場を３次元で集音・再生する方法として、アンビソニックス方式がある。アンビソニックスは、受音点における音圧を球面調和関数で階層的に展開する方法で、モノフォニックから３次元立体音場の集音・再生が定式化されている（例えば、非特許文献１参照）。

１次アンビソニックスは、球面調和関数の１次までの展開係数を用いる方法であり、無指向性（０次）及び、ｘ，ｙ，ｚ軸方向の指向性について実音場における集音方法には、Ａフォーマット及びＢフォーマットの２種類がある。Ａフォーマットでは、４個のカーディオイド型マイクロホンを正四面体の頂点に配置したものを用いる。また、Ｂフォーマットでは、マイクロホンユニットの中心付近に、双指向性マイクロホンを、ｘ，ｙ，ｚ軸方向用に１個ずつと無指向性マイクロホン１個を配置したものを用いる。そして、演算により無指向性及び双指向性の特性を得る方法である。

さらに、精度の高い集音を行うためには、球表面上に設置した多チャンネルマイクロホンを用いる方法により、高次の指向性を得る方法が実用化されている。

そのため、アンビソニックス方式を縮尺模型実験に適用して、３次元音場を可聴化することが望まれている。しかしながら、この場合、相似則により超音波帯域での測定が必要となるが、小型でこの条件を満たすアンビソニックス用のマイクロホンは、現状では存在しない。

このように、従来の方法を縮尺模型実験に適用した場合、縮尺模型内での集音した音によるアンビソニックス信号の生成が適切に成されず、音場の再生が困難だった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、縮尺模型実験に適用した場合でも、適切なアンビソニックス信号の生成が可能なアンビソニックス信号生成装置、音場再生装置、及びアンビソニックス信号生成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の態様のアンビソニックス信号生成装置は、予め定められた対象周波数帯域の音を集音する単一のマイクロホンと、前記対象周波数帯域の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定めた距離離れた複数の位置の各々に、前記マイクロホンを移動させる移動部と、前記複数の位置の各々において前記マイクロホンによって集音された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成する信号生成部と、を含む。

第１の態様のアンビソニックス信号生成装置では、単一のマイクロホンを移動部により、対象周波数帯域の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定めた距離離れた複数の位置の各々に移動させて、マイクロホンによって集音された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成する。これにより、第１の態様のアンビソニックス信号生成装置によれば、縮尺模型実験に適用した場合でも、適切なアンビソニックス信号の生成が可能となる。

第２の態様のアンビソニックス信号生成装置は、第１の態様のアンビソニックス信号生成装置において、前記対象周波数帯域は、周波数に応じて分割した複数の帯域の中の２つ以上の帯域であり、前記距離は、前記２つ以上の帯域各々の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定められている。

第２の態様のアンビソニックス信号生成装置では、対象周波数帯域が、周波数に応じて分割した複数の帯域の中の２つ以上の帯域であるため、１つの帯域（分割しない場合）と比べて、マイクロホンのＳＮ(signal-to-Noise）比を向上させることができる。

第３の態様のアンビソニックス信号生成装置は、第１の態様または第２の態様のアンビソニックス信号生成装置において、前記マイクロホンは、実音場を縮尺して作成した縮尺模型空間内の音を集音する。

第３の態様のアンビソニックス信号生成装置では、実音場を縮尺して作成した縮尺模型空間内の音をマイクロホンにより集音するため、縮尺模型内での集音された音によりアンビソニックス信号を生成することができる。

第４の態様に記載のアンビソニックス信号生成装置は、第１の態様から第３の態様のいずれか１態様のアンビソニックス信号生成装置において、前記複数の位置は、前記信号生成部で生成するアンビソニックス信号の次数をｎとした場合、（ｎ+１）^２以上の位置に定められる。

第４の態様のアンビソニックス信号生成装置では、アンビソニックス信号の次数をｎとした場合、（ｎ+１）^２以上の位置でマイクロホンによって集音されるため、再現精度の高いアンビソニックス信号を生成することができる。

第５の態様に記載のアンビソニックス信号生成装置は、第１の態様から第４の態様のいずれか１態様のアンビソニックス信号生成装置において、前記複数の位置は、集音対象空間内に想定された三次元空間座標の原点に対応する位置、前記三次元空間座標の三軸各々の軸上における原点に対して対称な一対の点の各々に対応する位置を含む。

第５の態様のアンビソニックス信号生成装置では、集音対象空間内に想定された三次元空間座標の原点に対応する位置、三次元空間座標の三軸各々の軸上における原点に対して対称な一対の点の各々に対応する位置において、マイクロホンにより集音される。これにより、第５の態様のアンビソニックス信号生成装置によれば、適切な位置においてマイクロホンによって集音されるため、再現精度の高いアンビソニックス信号を生成することができる。

第６の態様に記載のアンビソニックス信号生成装置は、第１の態様から第５の態様のいずれか１態様のアンビソニックス信号生成装置において、前記複数の位置は、前記距離が異なる位置を含む。

第６の態様のアンビソニックス信号生成装置では、距離が異なる位置においてマイクロホンにより集音された音を含むことができるため、集音の際の位置決めの自由度を高めることができる。

上記目的を達成するために、第７の態様の音場再生装置は、第１の態様から第６の態様のいずれか１態様に記載のアンビソニックス信号生成装置と、前記アンビソニックス信号生成装置が生成するアンビソニックス信号を用いて、スピーカを駆動する駆動信号を生成する駆動部と、を含む。

第７の態様の音場再生装置は、駆動部が、本開示のアンビソニックス信号生成装置により生成されたアンビソニックス信号から生成した駆動信号により、スピーカを駆動することができる。このように第７の態様の音場再生装置によれば、縮尺模型実験に適用した場合でも、適切なアンビソニックス信号の生成が可能となり、適切に音場の再生が成される。

上記目的を達成するために、第８の態様のアンビソニックス信号生成方法は、単一のマイクロホンが、予め定められた対象周波数帯域の音を集音するステップと、移動部が、前記対象周波数帯域の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定めた距離離れた複数の位置の各々に、前記マイクロホンを移動させるステップと、信号生成部が、前記複数の位置の各々において前記マイクロホンによって集音された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成するステップと、を含む。

本開示によれば、縮尺模型実験に適用した場合でも、適切なアンビソニックス信号の生成を可能とすることができる。

実施形態の音場再生システムの構成の一例を示す構成図である。実施形態の音源の一例を示す図である。実施形態のマイクロホン及び移動部の一例を示す図である。実施形態の音場再生装置（アンビソニックス信号生成装置）の制御系の構成の一例を示すブロック図である。実施形態のアンビソニックス信号生成処理の流れの一例を示すフローチャートである。１次アンビソニックス信号を得るためのマイクロホンの集音位置の位置例を説明する図である。実施形態のアンビソニックス信号再生処理の流れの一例を示すフローチャートである。２次アンビソニックス信号を得るためのマイクロホンの集音位置の位置例を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態は本発明を限定するものではない。

まず、図１を参照して、本発明が適用された音場再生システム１の全体構成の一例について説明する。

図１に示すように、本実施形態の音場再生システム１は、音場再生装置１０、縮尺模型１２、音源１４、及びスピーカ１８を備える。また、図１に示すように、本実施形態の音場再生装置１０は、アンビソニックス信号生成装置２０及びアンビソニックスデコーダ３０を備える。さらに、アンビソニックス信号生成装置２０は、マイクロホン２２、移動部２４、制御部２６、及びアンビソニックス信号生成部２８を含む。

本実施形態の縮尺模型１２は、一例として、実音場を、１／１０に縮小した模型である。なお、模型の縮小率は、本実施形態に限定されないことは言うまでもない。縮尺模型１２内には、音源１４、マイクロホン２２、及び移動部２４が配置されている。

音源１４は、縮尺模型１２用の音源である。本実施形態の音源１４は、縮尺模型実験に用いる音源として必要とされる、十分な音響パワー、広帯域で平坦な周波数特性、放射波形の再現性（ヒステリシスを生じないこと）が良いこと、及び寿命・耐久性が良いこと等の性能を満たしている。また、音源１４は、物理量の測定に際しては、ＩＳＯ３８８２の１２面体音源との相似性を満たしている。本実施形態の音源１４の一例を図２に示す。

図２に示した音源１４は、圧電型振動体であるＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride）膜を貼り合わせた振動膜周辺を固定し、波形に保持したものを振動体として用いた。振動体の１ユニットの寸法は、２２．８ｍｍ×１１．８ｍｍ×３．８ｍｍ、タックの幅と深さは３ｍｍ～６ｍｍ、及び０．５ｍｍ～１ｍｍとした。この振動体を、１２面体の各面に振動部１４Ａとして取り付け、１／１０縮尺の１２面体スピーカとして音源１４を制作した。

なお、本実施形態の音源１４は、周波数が４０ｋＨｚまでに対応する低音域用の音源１４と、周波数が１４ｋＨｚ～３００ｋＨｚまでに対応する高音域用の音源１４とを、集音対象とする対象周波数帯域に応じて使い分けている。

一方、本実施形態のマイクロホン２２には、アンビソニックス信号を集音する単一のマイクロホンを用いた。具体例として、本実施形態では、マイクロホン２２として、Ｂ＆Ｋ社製、４１３８型、外部偏極型音圧音場マイクロホンを単一で用いた。本実施形態のマイクロホン２２は、音源１４から出力された音を集音し、集音した音の信号をアンビソニックス信号生成部２８に出力する。

本実施形態のマイクロホン２２は、移動部２４に取り付けられており、移動部２４によって、所定の複数の位置（詳細後述）の各々に移動が可能である。本実施形態のマイクロホン２２及び移動部２４の一例を図３に示す。本実施形態の移動部２４は、自動ステージ２４Ａと、自動ステージ２４Ａに取り付けられた保持部２４Ｂと、保持部２４Ｂの先端に取り付けられた保持部２４Ｃとを有している。保持部２４Ｃの先端には、マイクロホン２２が保持されている。

自動ステージ２４Ａは、制御部２６に接続されており、制御部２６の指示により、保持部２４Ｃに保持されているマイクロホン２２を、３次元方向（ｘ，ｙ，ｚ）方向に自動的に移動する。なお、自動ステージ２４Ａの外装は、吸音材で被覆されており、音源１４からの音が反響（反射）しないようにされている。

本実施形態では、具体例として、中央精機製、ハイグレードＸＹステージ、ＡＬＤ－４０１１－Ｇ０Ｍと、中央精機製、ハイグレードＺ昇降ステージ、ＬＶ－４０４２－１と、を組合せることにより、位置決めの精度が０．０１ｍｍ、ステージの寸法が４０ｍｍ×４０ｍｍ、及び高さが９０ｍｍの自動ステージを制作して、移動部２４として用いた。なお、保持部２４Ｂの長さは２８０ｍｍであり、保持部２４Ｃの長さは５０ｍｍとした。

本実施形態の制御部２６は、音源１４から予め定められた対象周波数帯域の音を出力させる制御を行う機能を有する。また、制御部２６は、マイクロホン２２を予め定められた所定の複数の位置（詳細後述）に移動させるための指示を移動部２４に出力する機能を有する。

アンビソニックス信号生成部２８は、マイクロホン２２から出力された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成する。本実施形態のアンビソニックス信号生成部２８が、本開示の信号生成部の一例である。

アンビソニックスデコーダ３０は、アンビソニックス信号生成部２８により生成されたアンビソニックス信号をデコードして、音場を再現するための複数のスピーカ１８各々を駆動するための駆動信号を生成する。本実施形態のアンビソニックスデコーダ３０が、本開示の駆動部の一例である。

本実施形態の制御部２６、アンビソニックス信号生成部２８、及びアンビソニックスデコーダ３０は、サーバコンピュータ等により実現できる。図４を参照して、音場再生装置１０（アンビソニックス信号生成装置２０）の構成について説明する。図４に示すように、本実施形態の音場再生装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０、ＲＯＭ（Read Only Memory）４２、及びＲＡＭ（Random Access Memory）４４、及びＩ／Ｆ（Interface)部４６を備える。ＣＰＵ４０は、音場再生装置１０の全体の動作を制御する。ＲＯＭ４２には、ＣＰＵ４０で実行される、後述するアンビソニックス信号生成処理プログラム、及びアンビソニックス信号再生処理を含む各種のプログラム等が予め記憶されている。ＲＡＭ４４は、各種データを一時的に記憶する。また、Ｉ／Ｆ部４６は、無線通信及び有線通信の少なくとも一方により、音源１４、スピーカ１８、及びマイクロホン２２の各々と通信を行う。また、Ｉ／Ｆ部４６は、図示を省略したが、無線通信及び有線通信の少なくとも一方により、音場再生装置１０の外部装置との間で、各種信号の送受信を行う。移動部２４、ＣＰＵ４０、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４４、及びＩ／Ｆ部４６は、システムバスやコントロールバス等のバス４９を介して相互に接続されている。

次に、本実施形態の音場再生システム１における音場再生装置１０の作用について説明する。

（実施例１）
本実施例では、音場再生装置１０により１次アンビソニックス信号を生成し、再生する形態について説明する。

まず、本実施例におけるアンビソニックス信号生成装置２０による、アンビソニックス信号生成処理について説明する。

本実施例のアンビソニックス信号生成装置２０では、一例として、外部装置により行われた縮尺模型実験の開始の指示を受け付けた場合に、ＣＰＵ４０がＲＯＭ４２に記憶されているアンビソニックス信号生成処理プログラムを実行することにより、ＣＰＵ４０が制御部２６及びアンビソニックス信号生成部２８として機能し、図５に示したアンビソニックス信号生成処理を実行する。

図５に示したステップＳ１００で制御部２６は、音源１４から対象周波数帯域の音を出力させる。本実施例では、一例として、対象周波数帯域と、集音を行う際にマイクロホン２２が配置される位置の距離（以下、「マイクロホン２２の距離」ともいう）ｄと、用いられる音源１４との対応関係を、相似則に従って表１のように定めた。表１に示すように本実施例では、一例として、音源１４の特性及びマイクロホン２２のＳＮ比等を考慮し、下記の表１のように帯域を低音域と高音域との２つに分割した各々の帯域の各々を対象周波数帯域とし、対象周波数帯域毎に、音の出力及び集音を行った。

なお、マイクロホン２２の距離ｄは、インパルス応答信号（以下、「ＩＲ」という）の差分信号の感度（ＳＮ比）を考慮すると、大きい（離間している）ことが好ましいが、空間的なエイリアシングの発生を抑える観点から、集音する音（対象周波数帯域）の上限周波数の半波長（λ／２）未満としている。

次のステップＳ１０２で制御部２６は、マイクロホン２２による集音を管理するための変数ｍを「１」（ｍ＝１）とする。そして、次のステップＳ１０４で制御部２６は、マイクロホン２２をＮ番目の位置に移動させる。

本実施例は、音源１４から受音点の中心ｗ（図６参照）と、中心ｗからx, y, z軸方向に±ｄ／２離れた複数の位置各々においてマイクロホン２２により集音を行う。一例として、本実施形態では、Ｂフォーマットの信号を集音する場合と同様に、図６に示した７箇所の位置ｒ１～ｒ７の各々に順次、マイクロホン２２を配置して集音を行った。図６に示した例では、位置ｒ１が受音点の中心ｗに対応し、位置ｒ２～ｒ７の各々は、中心ｗとｄ／２だけ離れている。なお、本実施形態の中心ｗが、本開示の三次元空間座標の原点の一例に対応する。

このように、本実施例では、７回集音を行うため、集音回数を表す上記「Ｎ」を７としている。なお、マイクロホン２２の位置は、図６に示した位置ｒ１～ｒ７に限らず、距離ｄがλ／２未満を満たす任意の位置であればよい。

次のステップＳ１０６ではマイクロホン２２により集音が行われ、制御部２６は、マイクロホン２２によって集音された音声を取得する。

次のステップＳ１０８で制御部２６は、変数ｍが集音回数Ｎと等しい（ｍ＝Ｎ）か否かを判定する。すなわち、全ての集音位置で集音が行われたか否かを判定する。変数ｍが集音回数Ｎと等しくない場合、ステップＳ１０８の判定が否定判定となり、ステップＳ１１０へ移行する。ステップＳ１１０で制御部２６は、変数ｍに「１」を加算（ｍ＝ｍ＋１）した後、ステップＳ１０４に戻り、上記処理を繰り返す。

一方、変数ｍが集音回数Ｎと等しい（ｍ＝Ｎ）場合、ステップＳ１０８の判定が肯定判定となり、ステップＳ１１２へ移行する。

ステップＳ１１２でアンビソニックス信号生成部２８は、各集音位置で集音された音の信号からアンビソニックス信号を生成し、本アンビソニックス信号生成処理を終了する。本実施例では、一例としてアンビソニックス信号生成部２８は、各音の信号のＩＲについて、方向別に差分をとることにより、双指向性のＩＲを導出することにより、アンビソニックス信号を生成する。

次に、このようにして生成された１次アンビソニックス信号による音場の再生について説明する。

本実施形態の音場再生装置１０では、一例として、外部装置から音場の再生を指示された場合に、ＣＰＵ４０がＲＯＭ４２に記憶されているアンビソニックス信号再生処理プログラムを実行することにより、ＣＰＵ４０がアンビソニックスデコーダ３０として機能し、図７に示したアンビソニックス信号再生処理を実行する。

図７に示したステップＳ１５０でアンビソニックスデコーダ３０は、アンビソニックス信号生成部２８から出力されたアンビソニックス信号をデコードしてスピーカ１８を駆動するための駆動信号を生成する。なお、デコード方法（駆動信号の生成方法）は、一般的な、実音場による集音により生成されたアンビソニックス信号のデコード方法と同様の方法とすることができるため、説明を省略する。

次のステップＳ１５２でアンビソニックスデコーダ３０は、上記ステップＳ１５０で生成した駆動信号をスピーカ１８の各々に出力し、本アンビソニックス信号再生処理を終了する。

このようにして生成された駆動信号に応じてスピーカ１８が駆動し、音声を再生することにより、縮尺模型実験における１次アンビソニックス信号を用いた音場の再生を行うことができる。

（実施例２）
本実施例では、さらに集音の精度を高めるために、音場再生装置１０によりｎ次アンビソニックス信号を生成し、再生する形態について説明する。実施例１の方法をｎ次アンビソニックス信号の生成・再生に適用した場合、非常に多くの位置でＩＲの測定を行う（マイクロホン２２により集音を行う）必要があり、次数が大きくなるにつれ、導出のための負荷が大きくなり、実現が困難になる。そこで、本実施例では、ｎ次アンビソニックス信号を生成する場合に、より少ない位置で集音を可能とするための形態例について説明する。

まず、本実施例におけるアンビソニックス信号生成装置２０による、アンビソニックス信号生成処理について説明する。本実施例のアンビソニックス信号生成装置２０により行われるアンビソニックス信号生成処理の全体の流れは、実施例１のアンビソニックス信号生成処理（図５参照）と同様であるため、図５を参照して説明する。

図５に示したステップＳ１００で制御部２６は、音源１４から対象周波数帯域の音を出力させる。上述したように、マイクロホン２２の距離ｄは、集音する音（対象周波数帯域）の上限周波数の半波長（λ／２）未満である。本実施例では、一例として、対象周波数帯域と、マイクロホン２２の距離ｄと、用いられる音源１４との対応関係を、相似則に従って表２のように定めた。表２に示すように本実施例では、一例として、音源１４の特性及びマイクロホン２２のＳＮ比等を考慮し、下記の表２のように帯域を低音域と中音域と高音域との３つに分割した各々の帯域の各々を対象周波数帯域とし、対象周波数帯域毎に、音の出力及び集音を行った。

次のステップＳ１０２～Ｓ１１０で制御部２６は、実施例１のアンビソニックス信号生成処理のステップＳ１０２～Ｓ１１０の各処理と同様に、Ｎ箇所の異なる位置に、移動部２４によってマイクロホン２２を移動させ、各位置で集音を行う。

ｎ次アンビソニックス信号の取得に必要な信号の最小数は、（ｎ＋１）^２である。そのため、例えば、１次アンビソニックス信号を取得する場合、信号の最小数は、４となり、マイクロホン２２を最低でも異なる４箇所の位置に配置し、集音する必要がある。また例えば、２次アンビソニックス信号を取得する場合、信号の最小数は、９となり、マイクロホン２２を最低でも異なる９箇所の位置に配置し、集音する必要がある。一例として、本実施例では、２次アンビソニックス信号を取得する場合、図８に示した１１箇所の位置ｒ１～ｒ１１の各々に順次、マイクロホン２２を配置して集音を行った。図８に示した例では、実施例１の位置ｒ１～ｒ７に、さらに位置ｒ８～ｒ１１が加わっている。位置ｒ８～ｒ１１は、位置ｒ６と、高さ方向（ｚ軸方向）の位置が同様である。このように、２次のアンビソニックス信号を取得する場合、図８に示した例では、１１回集音を行うため、集音回数を表す上記「Ｎ」を１１としている。なお、マイクロホン２２の位置は、図８に示した位置ｒ１～ｒ１１に限らず、距離ｄがλ／２未満を満たす任意の位置であればよい。

次のステップＳ１１２でアンビソニックス信号生成部２８は、各集音位置で集音された音の信号からアンビソニックス信号を生成し、本アンビソニックス信号生成処理を終了する。本実施例におけるアンビソニックス信号の生成方法について詳細に説明する。

振幅Ｑの平面波がψ，φ方向（ψは方位角、φは真上を０°とする仰角）から到来する場合、

で平面波が作る音圧ｐを球面調和展開すると音圧ｐは、下記（１）式で表される。

なお、上記（１）式において、

である。

上記（１）式をｎ次で打ち切り、行列表現して、音源１４の平面波に、球面調和関数を乗じると、下記（２）式が得られる。

上記（２）式の両辺に、左側からＸ・Ｙ_ｒの擬似逆行列をかけると下記（３）式が得られる。

上記（３）式における左辺は平面波の音場の指向性を表し、中辺は任意の

におけるマイクロホン２２の

から導出できる音場の指向性を表す。右辺の太文字のＢは平面波のアンビソニックス信号と呼ばれ、１次アンビソニックスではＢ信号に相当する。

このように、本実施例のアンビソニックス信号生成装置２０では、任意の位置においてマイクロホン２２により集音した音の信号からＢ信号を作成することが可能である。

次に、このようにして生成されたｎ次アンビソニックス信号による音場の再生について説明する。本実施例の音場再生装置１０により行われるアンビソニックス信号再生処理の全体の流れは、実施例１のアンビソニックス信号再生処理（図７参照）と同様であるため、図７を参照して説明する。

図７に示したステップＳ１５０でアンビソニックスデコーダ３０は、アンビソニックス信号をデコードして駆動信号を生成する。本実施例におけるアンビソニックス信号のデコード方法について詳細に説明する。

中心から等距離における同一球面上に、Ｌ個のスピーカ１８を設置し、これらのスピーカ１８から放射される音波は平面波であると仮定し、これらが作る音圧を球面調和展開すると、下記（４）式が得られる。

なお、上記（４）式において、（θ_ｌ，φ_ｌ）は、原点から見たスピーカ１８の方向、ａ_ｌは、各スピーカ１８の駆動信号である。

ここで、平面波が作る音圧と、Ｌ個のスピーカ１８が作る音圧が等しい（（１）式＝（４）式）とし、展開をｎ次で打ち切り行列表現し、球面調和関数の直交性を利用すると、下記（５）式が得られる。

従って、上記（５）式により、スピーカ１８を駆動する駆動信号が導出される。

次のステップＳ１５２でアンビソニックスデコーダ３０は、上記（５）式により導出された駆動信号をスピーカ１８の各々に出力し、本アンビソニックス信号再生処理を終了する。

このようにして生成された駆動信号に応じてスピーカ１８が駆動し、音声を再生することにより、縮尺模型実験におけるｎ次アンビソニックス信号を用いた音場の再生を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態のアンビソニックス信号生成装置２０は、予め定められた対象周波数帯域の音を集音する単一のマイクロホン２２と、対象周波数帯域の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定めた距離ｄ離れた複数の位置の各々に、マイクロホン２２を移動させる移動部２４と、複数の位置の各々においてマイクロホン２２によって集音された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成するアンビソニックス信号生成部２８と、を含む。

これにより、本実施形態のアンビソニックス信号生成装置２０（音場再生装置１０）によれば、縮尺模型実験に適用した場合でも、適切なアンビソニックス信号の生成が可能となり、縮尺模型１２の音場を３次元の立体音場で試聴することが可能となる。

そのため、本実施形態のアンビソニックス信号生成装置２０（音場再生装置１０）によれば、プレゼンテーション技術が飛躍的に向上するとともに、高い音響品質で空間印象を評価することが可能となり、音響設計の精度向上に大きく寄与することが可能となる。

また、本実施形態のアンビソニックス信号生成装置２０（音場再生装置１０）によれば、従来に比べて簡易な構成で、縮尺模型実験に適用した場合でも、適切なアンビソニックス信号の生成が可能となる。

なお、本実施形態では、音場再生装置１０（アンビソニックス信号生成装置２０）を、適用する集音対象空間を、縮尺模型１２空間として形態に説明したが、当該形態に限定されず、実音場（実寸の音場）を集音対象空間としてもよいことは言うまでもない。

また、本実施形態では、マイクロホン２２の全ての位置（集音位置）における距離ｄが同一である形態について説明したが、当該形態に限定されず、距離ｄがλ／２未満を満たすならば、位置によって、距離ｄが異なっていてもよい。

また、本実施形態でＣＰＵ４０がソフトウェア（プログラム）を実行することにより実行したアンビソニックス信号生成処理及びアンビソニックス信号再生処理の少なくとも一方を、ＣＰＵ４０以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Programmable Logic Device）、及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、アンビソニックス信号生成処理及びアンビソニックス信号再生処理の少なくとも一方を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。

また、本実施形態では、音場再生装置１０のＲＯＭ４２に予め各種プログラムが記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。アンビソニックス信号生成処理プログラム及びアンビソニックス信号再生処理プログラムの少なくとも一方は、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disk Read Only Memory）、及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、アンビソニックス信号生成処理プログラム及びアンビソニックス信号再生処理プログラムの少なくとも一方は、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

その他、本実施形態で説明した音場再生システム１、音場再生装置１０、及びアンビソニックス信号生成装置２０等の構成及び動作等は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることはいうまでもない。

１音場再生システム
１０音場再生装置
１２縮尺模型
１４音源
１８スピーカ
２０アンビソニックス信号生成装置
２２マイクロホン
２４移動部
２８アンビソニックス信号生成部
３０アンビソニックスデコーダ

Claims

予め定められた対象周波数帯域の音を集音する単一のマイクロホンと、
前記対象周波数帯域の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定めた距離離れた複数の位置の各々に、前記マイクロホンを移動させる移動部と、
前記複数の位置の各々において前記マイクロホンによって集音された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成する信号生成部と、
を含み、
前記対象周波数帯域は、周波数に応じて分割した複数の帯域の中の２つ以上の帯域であり、
前記距離は、前記２つ以上の帯域各々の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定められている、
アンビソニックス信号生成装置。
前記マイクロホンは、実音場を縮尺して作成した縮尺模型空間内の音を集音する
請求項１に記載のアンビソニックス信号生成装置。
前記複数の位置は、前記信号生成部で生成するアンビソニックス信号の次数をｎとした場合、（ｎ+１）^２以上の位置に定められる
請求項１または請求項２に記載のアンビソニックス信号生成装置。
前記複数の位置は、集音対象空間内に想定された三次元空間座標の原点に対応する位置、前記三次元空間座標の三軸各々の軸上における原点に対して対称な一対の点の各々に対応する位置を含む
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアンビソニックス信号生成装置。
前記複数の位置は、前記距離が異なる位置を含む、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアンビソニックス信号生成装置。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアンビソニックス信号生成装置と、
前記アンビソニックス信号生成装置が生成するアンビソニックス信号を用いて、スピーカを駆動する駆動信号を生成する駆動部と、
を含む音場再生装置。
単一のマイクロホンが、予め定められた対象周波数帯域の音を集音するステップと、
移動部が、前記対象周波数帯域の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定めた距離離れた複数の位置の各々に、前記マイクロホンを移動させるステップと、
信号生成部が、前記複数の位置の各々において前記マイクロホンによって集音された音の信号に基づいて、アンビソニックス信号を生成するステップと、
を含み、
前記対象周波数帯域は、周波数に応じて分割した複数の帯域の中の２つ以上の帯域であり、
前記距離は、前記２つ以上の帯域各々の上限周波数の音の半波長未満の値に応じて定められている、
アンビソニックス信号生成方法。