JPH0338695A - 可聴型室内音場シミュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、初期散乱音生成手段を有し、建築設計仕様、
音源・受音位置等の建築データをベースとする室内音場
コンビコータシミュレーション結果をもとに室内の音場
を合成し再生する可聴型室内音場シミユレータに関する
。

〔従来の技術〕

近年、コンビ二−タ及びディジタル音響技術の急速な発
展を受けて、設計時点で完成時の室内の音響効果を聴覚
的に体験出来る「可聴型室内音場シミュレータ」が実用
化の段階を迎えつつある。

しかし、実際の部屋と同様の音場を再現する為には、今
後解決すべき多くの課題を残している。

第３図は室内音場シミュレーション・システムの全体概
念を示す図である。

第３図において、音場解析部１３は、室形や内装材料等
の建築設計仕様データ１１、音源や受音位置等のシミュ
レーション条件１２を入力し、幾何音響理論等をベース
として室内音場をコンピュータ・シミュレーション解析
して室内反射音データを生成するものであり、音場シミ
ュレータ（可聴型室内音場シミュレータ）１０は、一般
に音場解析部１３による室内反射音データを基に、シス
テム制御装置１４、音声信号再生装置Ｉ５、音場合を部
１６により室内の音場を電気的に合成し、再生室１７の
スピーカ１８から音として提示するものである。

ところで、聴取者１９が一般の室内で音を聴いた場合、
先ず最初に音源からの直接音が到来し、次に天井、壁面
等からの離散的な初期反射音が到来する。そして、到来
する反射音の密度は時間の経過と共に高くなり、やがて
、個々に分離不能な反射音群（いわゆる残響音）となる
。このような室内音場の反射音構成は、極めて複雑であ
るため、これを、限られた手段装置によって演算・合成
する為には、理論的な裏付けを伴った室内音場のモデル
化、簡易化が必要となる。

これまでに幾つかの研究機関等で試作・開発が試みられ
ている音場シミュレータは、何れも室内音場を■直接音
、■初期反射音、■残響音（その他成分）の３つの音場
要素に分解し、初期反射音をディジタル遅延回路によっ
て、また、残響音をディジタル・リバブレータによって
合成・再現する方法をとっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、実際の室内音場では、音響効果に重要な
関わりを持つ初期部分において、壁面等の正反射によっ
て生ずる初期反射音の他に、中・小壁面の乱反射等によ
って生ずる散乱音成分が無視し得ない程度存在し、これ
が、実際の音場と合成音場の物理的、聴感的相違をもた
らす重要な原因の一つとなっている。

第４図は実際の室内で観測された室内音場短音応答（反
射音応答；エコータイムパターン）の１例を示したもの
である。この実測例では、直接音の到来から約２０ｍ５
ｅＣ後に第１反射音（最初の反射音）が到来しているが
、少し詳しく観測すると、第１反射音の到来前に既に幾
つかの反射音が到来していることが確認される。これら
は、主として音源近傍壁面等の乱反射（散乱〉によって
発生したものである。

第１反射音の到来以降は、初期反射音の存在によって、
エコータイムパターン上で散乱音成分を明確に分離して
確認することが困難となるが、初期過程のある時刻まで
は各種壁面からの散乱音エネルギーが累積され、その結
果、散乱音成分は初期過程の反射音エネルギーバランス
に無視し得ない影響を与えている。こうした散乱音成分
のエネルギー量は、室内仕様、音源・受音条件、周波数
等によって異なるため、−ＩＩに規定することは出来な
いが、本発明者等の試算によれば、５００〜１ｋＨｚの
中音域で、離散的初期反射音に対して−５〜−１０ｄＢ
前後に達する場合が少なくないことが判明している。

第５ｒｇＪは従来−船釣に用いられている反射音モデル
を示す図であり、室内音場を■直接音（Ｄ）、■初期反
射音（■）、■残響音（Ｒ）の３つの音場要素によって
表現したものである。

第５図に示す反射音モデルでは散乱音成分を取り扱って
いない為、結果として、初期散乱音成分の音響エネルギ
ーが離散的初期反射音の中に含まれる形となる。そのた
め、第５図のモデルに基づ〈従来型の室内音場シミュレ
ータで合成された室内音場では、実際の室内音場との比
較において、以下のような問題点を生じ、これが、実際
の室内音場と合成音場が垂離する重要な原因となってい
る。

■　散乱音成分の音響エネルギーが初期反射音に算入さ
れることによって、初期反射音の直接音に対する相対レ
ベルが上昇し、エコー等の目立ちやすい刺激的かつ不自
然な音場となりやすい。

■　拡散性の散乱音が省略され、離散的な初期反射音の
エネルギーが増えることによって、遅延合成に伴う伝送
特性上のピーク・デイツプ比が実際の音場に比して増大
し、カラレーションを伴った不自然な音質の音場となり
やすい。

■　初期反射音の相対レベルが上昇することによって、
初期反射音から残響音に移行する部分に不連続性を生じ
、これを回避する為に残響音レベルを修正すれば、実際
の音場を出来るだけ忠実に再現すると言う、シミュレー
タ本来の目的から離反することになる。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、自
然かつ高精度の合成室内音場を得ることが可能な可聴型
室内音場シミュレータの提供を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、建築設計仕様、音源・受音位置等
の建築データをベースとする室内音場コンピュータシミ
ュレーション結果をもとに室内の音場を合成し再生する
可聴型室内音場シミュレータにおいて、多素子デジタル
遅延回路からなり初期反射音をシミュレートして生成す
る初期反射音生成手段、高密度の反射音群の発生回路か
らなり初期散乱音をシミュレートして生成する初期散乱
音生成手段、及び高密度の反射音群の発生回路からなり
残響音をシミュレートして生成する残響音生成手段を備
え、ドライソースそのものに対応する直接音、初期散乱
音生成手段によって生成される初期散乱音、初期散乱音
生成手段によって生成される初期散乱音、及び残響音生
成手段によって生成される残響音からなる４つの音場要
素によって室内の音場を合成、再生するように構成した
ことを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明の可聴型室内音場シミュレータでは、直接音、初
期反射音、初期散乱音、残響音からなる４つの音場要素
によって室内の音場を合成・再生するので、散乱音成分
が初期反射音に算入されず、初期反射音の直接音に対す
る相対レベルの上昇を防ぐことができ、実際の音場に忠
実な再現が可能となる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る可聴型室内音場シミュレータの１
実施例構成を示す図、第２図は本発明の可聴型室内音場
シミュレータで用いた反射モデルを説明するための図で
ある。

本発明に係る可聴型室内音場シミュレータは、音場合成
邪に第１図に示すように初期反射音生成部４、初期散乱
音生成部５、残響音生成部６を備え、無響室録音ソース
等、室内反射音を含まない音声信号からなるドライソー
ス（原信号）を人力部１から人力し、バッファアンプ２
とミキシングアンプ３を介して初期反射音生成部４、初
期散乱音生成部５、残響音生成部６に導くようにしたも
のである。そして、これら各部で生成された初゛期反射
音（Ｉ）、初期散乱音（Ｓ）、残響音（Ｒ）、および直
接音（Ｄ）からなる４つの音場要素によって室内の音場
を合成・再生する。マ）　ＩＪフックスミキサー７は、
ドライソースそのものに対応する直接音（Ｄ）と共に、
各成分音を再構成するものであり、各成分音を音場再生
室内のスピーカ配置に対応した例えば１６の再生チャン
ネルに振り分ける。所定のチャンネルに振り分けられた
各成分音は、マルチチャンネル・パワーアンプシステム
８を経て、音場再生室内の各スピーカから再生される。

ここで、従来方式の音場シミュレータとのブロック構成
上の最大の相違は、初期散乱音生成部５を独立した形で
持つことにある。

なお、°上記実施例では、直接音を定位の広がりを含め
てシミュレートする目的から、２チヤンネル構戒のドラ
イソースを用いているが、この部分は、ソロ楽器等に対
応する１チヤンネル構成の場合、或いは多数の楽器に対
応するマルチチャンネル構成の場合等、種々のバリエー
ションがあり得る。以上が本発明の可聴型室内音場シミ
ュレータによる音場合成過程の概要である。

次に、各部の構成を説明する。

初期反射音生成部４は、ドライソースから、所定のレベ
ルと遅延時間をもった複数の遅延音、すなわち反射音を
生成するものであり、音質調整装置ＧＥＱ−１〜ＧＥＱ
−４、初期反射音（複数遅延音）発生装置ＩＲ−１〜Ｉ
Ｒ−４からなる。音質調整装置ＧＥＱ−１〜ＧＥＱ−４
は、それぞれの反射音グループに対応した音質（周波数
特性）の調整を施すものであり、初期反射音発生装置■
Ｒ−１〜ＩＲ−４は、「多素子遅延回路」で構成するも
のである。室内で音が進行、反射する場合には、空気の
粘性抵抗、壁面等の反射率特性の影響を受けてその周波
数特性が変化するが、マクロ的に見ると、この二つの効
果は何れも音波の進行距離、すなわち遅延時間にリンク
している。そこで、上記のように初期反射音をその遅延
時間に応じて４つのグループに分けている。

初期反射音生成部４において、■ブロックについて８０
本の反射音を４つのチャンネルに分けて出力すると、初
期反射音生成部４全体では、３２０本の初期反射音を１
６のチャンネルに分けて出力することになる。

初期散乱音生成部５は、音質調整装置ＧＥＱ−５〜ＧＥ
Ｑ−８、信号遅延装置Δｔ−１〜Δｔ４、残響（高密度
反射音）発生装置Ｒｅｖ−１〜Ｒｅｖ−４からなる。音
質調整装置ＧＥＱ−５〜ＧＥＱ−８の機能は、初期反射
音生成部４における音質調整装置ＧＨＱ−１−ＧＨＱ−
４の場合とほぼ同様で、各反射音群の音質（周波数特性
）は、その発生時刻と室内平均吸音率特性等に基づいて
設定する。信号遅延装置Δｔ−１〜Δｔ−４は、各散乱
音グループの発生時刻を決定するものであり、通常の場
合、その遅延時間は、生成された反射音群の時間重心が
シミュレートする元の散乱音グループのそれと一致する
ように設定する。残響発生装置Ｒｅｖ−１＝Ｒｅｖ−４
は、初期散乱音生成用のディジタル・リバブレータであ
り、ここでは、各散乱音グループを代表するレベル、反
射音密度、減衰時間（残響時間）の設定と、より自然な
再生音場を得る為の多チャンネル化を行う。

散乱音の生成に初期反射音生成の場合と同様な多素子遅
延回路或いはＦＩＲフィルタを用いることは原理的に可
能であるが、散乱音の反射音密度が通常の初期反射音の
数倍から数十倍（１秒あたり５００〜５，０００本程度
）に達することから、現段階では、装置構成上必ずしも
有利な方法とは言えない。そこで、本発明では、シミュ
レートする初期散乱音全体を上記のように４つのグルー
プに分け、各グループの散乱音を、これを代表する緒特
性を持った「反射音群」に置き換え、ディジタルの残響
発生装置Ｒｅｖ−１〜Ｒｅｖ−４は、この反射音群の生
成に用いている。

ここで、散乱音の反射音密度設定は重要な意味を持ち、
通常、初期反射音と後述する残響音の反射音密度の中間
的な値（５００〜５．０００本／秒、程度）を選定する
。また、散乱音の減衰時間は、部屋の残響時間及びシミ
ュレートする元の散乱音グループのカバーする時間領域
等に基づいて設定し、レベルに関しては、生成された各
反射音群全体の音響エネルギーが、元の散乱音グループ
のそれと一致するように設定する。

残響音生成部６は、ディジタル・リバブレータを用いて
、これまでシミュレートしてきた初期反射音と初期散乱
音以外の一級に残響音或いは残差成分と呼ばれる室内音
場成分を、１秒あたり５゜０００〜２０．０００本程度
の反射音密度を持つマクロな反射音群としてシミュレー
トするものである。

例えば、第ｎ回反射音までを、初期反射音及び初期散乱
音群としてシミュレートした場合には、第ｎ＋１回反射
音以降を残響音としてシミュレートすることになり、そ
のレベル、周波数特性、残響特性、発生時刻等のシミュ
レーション条件は、室容積、室内平均吸音率、室内表面
積、平均自由行路等の室内仕様条件と古典的幾何音響理
論によって決定することが出来る。

ここで、残響音は原理上−つのマクロな反射音群として
捉えることも出来るが、さらに発生時刻の異なる幾つか
の反射音群に分解しくこれに対応する周波数特性や反射
音密度を設定することによって、より自然な再生音場を
得ることが可能となる。このことから、本発明では、２
系統の残響音生ｔＬ８１３を持ち、音質調整装［ＧＥＱ
−９、ＧＥＱ−１０によって残響音の周波数特性を設定
し、信号遅延装置Δｔ−５、Δｔ−６によって発生時刻
を設定している。また、残響発生装置Ｒｅｖ−５、Ｒｅ
ｖ−６によって、残響特性、反射音密度を設定するとと
もに、より自然な再生音場を得るための多チャンネル化
を行っている。

なお、実施例では、初期反射音が３２０本、１６チヤン
ネル、初期散乱音が４グループ、８チヤンネル、残響音
が２グループ、４チヤンネル、音場再生系が１６チヤン
ネルの構成となっているが、本発明がこの構成に限定さ
れないことは言うまでもない。また、実施例では、生成
した各種反射音成分と直接音を、マトリックス・ミキサ
ーを介して多チャンネルの音場再生系に導いているが、
これを、頭部伝達関数による周波数特性補正を経て２チ
ヤンネルにミックスダウンすることにより、ヘッドホン
或いは二つのスピーカを用いたパイノーラル再生方式の
音場シミュレータに適用することも可能である。

以上のように本発明に係る可聴型室内音場シミュレータ
は、設計時点において、完成時の室内の音響効果を耳で
確認し、設計にフィードバックする為の建築設計支援シ
ステムとして用いることができ、また、ホール等の音響
効果に関わる心理実験に際して、所定の条件の音場を実
験室内に再現する為の音響心理実験装置として用いるこ
とができる。

なお、本発明による音場シミュレータの初期散乱音生成
条件を定量的根拠をもって規定する為には、従来の幾何
音響計算に波動音響的補正を加えたシミュレーション演
算が必要となる。幾何音響シミュレーションの波動音響
的補正に関しては、現在、幾つかの研究機関で検討が試
みられているが、現段階で本発明による音場シミュレー
タに適用可能な解析手法の具体例としては、本発明者等
の提唱する幾何散乱法（例えば中用清、田原端彦「散乱
波を考慮した幾何音響解析法による室内音響物理量の予
測」日本音響学会講演論文集１９８８．１０）を挙げる
ことが出来る。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、実際
の室内音場の物理特性及び聴感的印象に重要な影響を及
ぼす散乱音成分を、定量的裏付けを伴ってシミュレート
することが出来るため、従来型の音場シミュレータの持
つ前述の問題点をほぼ全面的に解決した、より自然かつ
高精度の合成室内音場を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る可聴型室内音場シミュレータの１
実施例構成を示す図、第２図は本発明の可聴型室内音場
シミュレータで用いた反射モデルを説明するための図、
第３図は室内音場シミュレーション・システムの全体概
念を示す図、第４図は室内音場短音応答の実測例を説明
するための図、第５図は反射音モデルの従来型を説明す
るための図である。 ｌ・・・入力部、２・・・バッファ・アンプ、３・・・
ミキシング・アンプ、４・・・初期反射音生成部、５・
・・初期散乱音生成部、６・・・残響生成部、７・・・
マ）　ＩＪフックスミキサー、８・・・マルチチャンネ
ル・パワーアンプシステム。 出　願　人　　隋水建設株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）建築設計仕様、音源・受音位置等の建築データを
   ベースとする室内音場コンピュータシミュレーション結
   果をもとに室内の音場を合成し再生する可聴型室内音場
   シミュレータにおいて、多素子デジタル遅延回路からな
   り初期反射音をシミュレートして生成する初期反射音生
   成手段、高密度の反射音群の発生回路からなり初期散乱
   音をシミュレートして生成する初期散乱音生成手段、及
   び高密度の反射音群の発生回路からなり残響音をシミュ
   レートして生成する残響音生成手段を備え、ドライソー
   スそのものに対応する直接音、初期散乱音生成手段によ
   って生成される初期散乱音、初期散乱音生成手段によっ
   て生成される初期散乱音、及び残響音生成手段によって
   生成される残響音からなる４つの音場要素によって室内
   の音場を合成、再生するように構成したことを特徴とす
   る可聴型室内音場シミュレータ。