(57)【要約】【課題】音場から収集したデータをもとに、知覚の観点から解釈しやすい分析結果を出力できる音場評価装置を提供する。【解決手段】中心マイクロホンを中心とした円周上に他のＮ個のマイクロホンを配置してなる円形アレーと、円形アレーからのＮ＋１チャネルの収録信号に時間領域の高速フーリエ変換を実行し、Ｍ個の周波数ごとのＮ＋１チャネルの信号を取得する時間領域ＦＦＴ部と、Ｍ個の周波数ごとに、円周上のＮチャネルの信号の、中心マイクロホンの信号からの位相差を抽出する位相抽出部と、Ｍ個の周波数ごとに、Ｎチャネルの信号の位相差に空間領域の高速フーリエ変換を実行する空間領域ＦＦＴ部と、Ｍ個の周波数ごとに、Ｎチャネルの空間領域の高速フーリエ変換の結果に基づいて、第２基本波の振幅を抽出する振幅抽出部と、Ｍ個の周波数ごとに、第２基本波の振幅に基づいて到来波面の曲率を抽出する曲率抽出部とを含む。【選択図】図８
2015219022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ、Ｍを２以上の整数とし、
所定の１個のマイクロホンを中心マイクロホンとし、
前記中心マイクロホンを中心とした所定の半径の円周上に他のＮ個のマイクロホンを配置してなるＮ＋１個のマイクロホンアレーである円形アレーと、
前記円形アレーからのＮ＋１チャネルの収録信号に時間領域の高速フーリエ変換を実行し、Ｍ個の周波数ごとのＮ＋１チャネルの信号を取得する時間領域ＦＦＴ部と、
前記Ｍ個の周波数ごとに、前記円周上に配置されたマイクロホンに対応するＮチャネルの信号の、前記中心マイクロホンに対応する信号からの位相差を抽出する位相抽出部と、
前記Ｍ個の周波数ごとに、前記抽出されたＮチャネルの信号の位相差に空間領域の高速フーリエ変換を実行する空間領域ＦＦＴ部と、
前記Ｍ個の周波数ごとに、前記Ｎチャネルの空間領域の高速フーリエ変換の結果に基づいて、第２基本波の振幅を抽出する振幅抽出部と、
前記Ｍ個の周波数ごとに、前記抽出された第２基本波の振幅に基づいて到来波面の曲率を抽出する曲率抽出部と、
を含む音場評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の音場評価装置であって、
前記円形アレーの中心と球面波の中心との距離をＲとし、前記円形アレーの半径をｒとし、平面波モデルと球面波モデルとの差が最大となる前記円周上の点と、前記円形アレーの中心との光路差ｄが
【数３】
2015219022.tif 000005
と表され、音速をｃとし、
前記曲率抽出部は、
任意の周波数ｆにおける前記第２基本波の振幅βｄ（ｆ）を表す関数
【数４】
2015219022.tif 000006
のＲについての逆関数に基づいて、前記第２基本波の振幅βｄ（ｆ）から前記到来波面の曲率である１／Ｒを抽出する
音場評価装置。
【請求項３】
Ｎ、Ｍを２以上の整数とし、
所定の１個のマイクロホンを中心マイクロホンとし、
前記中心マイクロホンを中心とした所定の半径の円周上に他のＮ個のマイクロホンを配置してなるＮ＋１個のマイクロホンアレーである円形アレーを含む音場評価装置が実行する音場評価方法であって、
前記円形アレーからのＮ＋１チャネルの収録信号に時間領域の高速フーリエ変換を実行し、Ｍ個の周波数ごとのＮ＋１チャネルの信号を取得する時間領域ＦＦＴステップと、
前記Ｍ個の周波数ごとに、前記円周上に配置されたマイクロホンに対応するＮチャネルの信号の、前記中心マイクロホンに対応する信号からの位相差を抽出する位相抽出部と、
前記Ｍ個の周波数ごとに、前記抽出されたＮチャネルの信号の位相差に空間領域の高速フーリエ変換を実行する空間領域ＦＦＴステップと、
前記Ｍ個の周波数ごとに、前記Ｎチャネルの空間領域の高速フーリエ変換の結果に基づいて、第２基本波の振幅を抽出する振幅抽出ステップと、
前記Ｍ個の周波数ごとに、前記抽出された第２基本波の振幅に基づいて到来波面の曲率を抽出する曲率抽出ステップと、
を含む音場評価方法。
【請求項４】
請求項３に記載の音場評価方法であって、
前記円形アレーの中心と球面波の中心との距離をＲとし、前記円形アレーの半径をｒとし、平面波モデルと球面波モデルとの差が最大となる前記円周上の点と、前記円形アレーの中心との光路差ｄが
【数５】
2015219022.tif 000007
と表され、音速をｃとし、
前記曲率抽出ステップにおいて、
任意の周波数ｆにおける前記第２基本波の振幅βｄ（ｆ）を表す関数
【数６】
2015219022.tif 000008
のＲについての逆関数に基づいて、前記第２基本波の振幅βｄ（ｆ）から前記到来波面の曲率である１／Ｒを抽出する
音場評価方法。
【請求項５】
コンピュータを、請求項１または２に記載の音場評価装置として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音場を評価する音場評価装置、音場評価方法、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オーディオ再生環境は２チャネルステレオから５．１チャネル再生に拡大し、さらにこの分野では２２．２チャネル再生の研究開発が進められている。開発の目的は、再生そのものの臨場感を大きく向上させることと、高臨場の再生エリアをなるべく拡大することである。
【０００３】
このような再生方法のひとつとして、波面合成法がある。波面合成法は数十から数百本のマイクロホンをもちいて、音場そのものを収録し、同規模のスピーカアレーをもちいて音場の再現をはかる。
【０００４】
この波面合成法では、実際に収録された音場と再現された音場を比較し、その相違を把握する必要がある。収録音場を再生信号へ変換する信号処理、収録した信号のエンコードとデコード、再生装置が設置された部屋の音響特性などの諸要因が再現精度に影響するためである。また収録信号にノイズ抑圧等の信号処理を適用すると、この信号処理が再現に大きく影響をあたえるためである。
【０００５】
実際に収録された音場と再現された音場を比較する方法として、客観的評価方法と主観的評価方法の２つがある。客観的評価方法としては、非特許文献１のように、音場をメッシュ状にサンプリングし、対象とする音場全体のＳＮ比を求める方法がある。
【０００６】
また主観的評価方法として、収録音場と再現音場の複数地点で被験者が聴き比べ、ＭＯＳ値等でスコア化する方法がある。実際に人が受聴して評価するため、最終品質の確認には適している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】小山翔一、古家賢一、日和崎祐介、羽田陽一、「音場収音・再現のための時空間周波数領域信号変換法」、日本音響学会講演論文集、日本音響学会、平成23年9月、pp.635-636(2-4-1)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述の客観的評価方法では、実際に音場を聞くのは聴取点であるため、音場全体の評価値の差が、聴取点での受聴者の知覚にどのように影響を与えるかが分からない、という限界がある。一方、前述の主観的評価方法では、ＭＯＳ値等による総合５段階評価では、複数の知覚を統合した評価になり、評価には音色への影響、空間知覚への影響、受聴位置によるばらつき等が含まれるため、スコアが悪い場合に、どの知覚要因が支配的か、それが音場のどんな物理要因に由来するのか、がすぐには分からない。
【０００９】
つまり従来の客観的評価法と主観的評価法は、結果そのものは明確なものの、再現性が低い要因を分析し、方式や方法の改善をはかろうとすると、評価結果からすぐに解釈や分析にすすむことが難しい。
【００１０】
そこで本発明は、音場から収集したデータをもとに、知覚の観点から解釈しやすい分析結果を出力できる音場評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の音場評価装置は、円形アレーと、時間領域ＦＦＴ部と、位相抽出部と、空間領域ＦＦＴ部と、振幅抽出部と、曲率抽出部を含む。
【００１２】
円形アレーは、Ｎを２以上の整数とし、所定の１個のマイクロホンを中心マイクロホンとし、中心マイクロホンを中心とした所定の半径の円周上に他のＮ個のマイクロホンを配置してなるＮ＋１個のマイクロホンアレーである。
【００１３】
時間領域ＦＦＴ部は、Ｍを２以上の整数とし、円形アレーからのＮ＋１チャネルの収録信号に時間領域の高速フーリエ変換を実行し、Ｍ個の周波数ごとのＮ＋１チャネルの信号を取得する。位相抽出部は、Ｍ個の周波数ごとに、円周上に配置されたマイクロホンに対応するＮチャネルの信号の、中心マイクロホンに対応する信号からの位相差を抽出する。空間領域ＦＦＴ部は、Ｍ個の周波数ごとに、抽出されたＮチャネルの信号の位相差に空間領域の高速フーリエ変換を実行する。振幅抽出部は、Ｍ個の周波数ごとに、Ｎチャネルの空間領域の高速フーリエ変換の結果に基づいて、第２基本波の振幅を抽出する。曲率抽出部は、Ｍ個の周波数ごとに、抽出された第２基本波の振幅に基づいて到来波面の曲率を抽出する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の音場評価装置によれば、音場から収集したデータをもとに、知覚の観点から解釈しやすい分析結果を出力できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】円形アレーと円形アレーに到来する平面波について例示する図。
【図２】円周上に位置するマイクロホンの中心角と平面波の位相の関係を例示する図。
【図３】円形アレーと円形アレーに到来する球面波について例示する図。
【図４】円周上に位置するマイクロホンの中心角と球面波の位相の関係を例示する図。
【図５】球面波と平面波の差分について、振幅と球面波の曲率との関係を説明する図。
【図６】位相差と曲率の関係について例示する図。
【図７】位相差と音源までの距離の関係について例示する図。
【図８】本発明の実施例１の音場評価装置の構成を示すブロック図。
【図９】本発明の実施例１の音場評価装置の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明では、音源の奥行きが音場にどう現れるかに着目する。音源を点とみなせる点音源モデルでは、近い音では波面の半径が小さくなり曲率が大きい。一方、遠い音では波面の半径が大きくなり曲率が小さくなる。本発明では、収音データから、波面の曲率を推定する方法を開示する。そのために円形アレーとＦＦＴ（高速フーリエ変換）をもちいる。
【００１７】
まず本発明の原理を示し、そのあとに実施の詳細を説明する。半径ｒの円周上とその円周の中心にマイクロホン素子をもつ円形アレーで音場を収録する。なお実際の部屋には存在する残響は、直接波に対して十分無視できると想定して、モデル化を進める。
【００１８】
はじめに単一周波数の平面波が到来する場合について図１、図２を参照して説明する。図１は、円形アレーと円形アレーに到来する平面波について例示する図である。図２は、円周上に位置するマイクロホンの中心角と平面波の位相の関係を例示する図であって、その横軸はマイクロホン１１−１を角度の基準とした場合の、円周上に位置する任意のマイクロホンの中心角（θ、反時計回り）を表す。縦軸は、各中心角に位置するマイクロホンにおける位相を表している。
【００１９】
図１に示すように、円形アレー１１は、Ｎを２以上の整数とし、所定の１個のマイクロホンを中心マイクロホン１１−（Ｎ＋１）とし、中心マイクロホン１１−（Ｎ＋１）を中心とした半径ｒの円周上に他のＮ個のマイクロホン１１−１，１１−２，…，１１−Ｎを配置してなるＮ＋１個のマイクロホンアレーである。
【００２０】
例えば、平面波９は図１のように円形アレー１１に対して、図面右斜め上方向（到来方向θ０）から到来する。ここで円形アレー１１の中心にあるマイクロホン素子（中心マイクロホン１１−（Ｎ＋１））を基準点として、円周上の各点での位相差をプロットすると図２のような正弦波になる。そしてこのカーブが最大値をとるところが、到来方向θ０に対応する。
【００２１】
次に、図３、図４を参照して球面波が到来する場合を説明する。図３は、円形アレー１１と円形アレー１１に到来する球面波について例示する図である。図４は、円周上に位置するマイクロホンの中心角と球面波の位相の関係を例示する図であって、横軸、縦軸は、図２と同様である。ただし球面波の中心点は円形アレー１１と同一平面上にあるとする。このとき図３のように球面波８は、円形アレー１１に対して右斜め上方向（到来方向θ０）から到来する。図３において、進行方向が同一の平面波９の波面を破線で表した。破線で表した平面波９の波面と比較すると、
（１）音源から円形アレー１１までの距離によって、波面の曲がり方が変わってくる
（２）波面の曲がりがきついほど、平面波と比較して、円周上の各点での位相差がおおきくなる
とわかる。図２と同様に、円周上の位置と位相差をプロットすると図４のようになる。球面波の位相変化を実線、平面波の位相変化を破線、球面波モデルの平面波モデルとの差を二点長鎖線で表した。図４に示すように、球面波と平面波の差分は周期が半分（１周期≒π）になる。
【００２２】
次に、図５、図６、図７を参照して、この球面波と平面波の差分について、その振幅と球面波の曲がり方（曲率）との関係を図５のモデルで調べる。図５は、球面波と平面波の差分について、振幅と球面波の曲率との関係を説明する図である。図６は、位相差と曲率の関係について例示する図である。図７は、位相差と音源までの距離の関係について例示する図である。
【００２３】
円形アレー１１の半径をｒ、円形アレー１１の中心と球面波の中心との距離をＲとする。平面波モデルと球面波モデルとの差は、図５のＢ点で最大になるとする。Ｂ点での差分は、円形アレー１１の中心Ｏ点とＢ点での行路差ｄに対応し、ｄはｒとＲの関数になる。
【００２４】
【数１】
2015219022.tif 000003
【００２５】
位相差βｄ（ｆ）は、音速をｃとして、
【００２６】
【数２】
2015219022.tif 000004
【００２７】
になる。これは、入力がＲ、出力が周波数ｆでの位相差の関数である。式＜２＞の逆関数をもちいて、位相差βｄ（ｆ）から曲率１／Ｒを求めることができる。一例としてｒ＝０．３ｍ、ｆ＝１ｋＨｚのときのグラフを図６にしめす。図６の縦軸は曲率［ｍ−１］、横軸は位相差［ｒａｄ］である。また位相差βｄ（ｆ）から、音源までの距離Ｒを求めるための逆関数のグラフは、図７のようになる。図７の縦軸は音源までの距離［ｍ］、横軸は位相差［ｒａｄ］である。
【００２８】
上記では単一周波数の波面をあつかった。波面が複数の周波数をもつ場合には、マイクロホンアレーで収録した信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）に適用し、各周波数に分解したあとで同一の分析処理を適用すればよい。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【００３０】
以下、図８、図９を参照して本発明の実施例１の音場評価装置１について説明する。図８は、本実施例の音場評価装置１の構成を示すブロック図である。図９は、本実施例の音場評価装置１の動作を示すフローチャートである。図８に示すように、本実施例の音場評価装置１は、円形アレー１１と、時間領域ＦＦＴ部１２と、曲率推定部１３を含む構成である。曲率推定部１３は、位相抽出部１３１と、空間領域ＦＦＴ部１３２と、振幅抽出部１３３と、曲率抽出部１３４を含む構成である。図８では、円形アレー１１の各マイクロホン１１−１，１１−２，…，１１−Ｎを見やすさのために一直線に配置しているが、円形アレー１１は、実際には前述した図１と同じように配置されている。前述同様、円形アレー１１は、中心マイクロホン１１−（Ｎ＋１）を中心とした半径ｒの円周上に他のＮ個のマイクロホン１１−１，１１−２，…，１１−Ｎを等間隔に配置してなるＮ＋１個のマイクロホンアレーである。まず円形アレー１１をもちいて音場を収録する。
【００３１】
時間領域ＦＦＴ部１２は、図８に示すように、円形アレー１１からのＮ＋１チャネルの収録信号に時間領域の高速フーリエ変換を適用して、各周波数ごとに分解し、周波数ｆごとに曲率推定部１３に入力する（Ｓ１２）。なお、Ｎ＋１チャネルの信号それぞれに対して周波数分解信号がそれぞれ取得されることが分かりやすくなるように、時間領域ＦＦＴ部１２内に破線で、Ｎ＋１個のブロック１２−１，１２−２，…，１２−（Ｎ＋１）を表示している。
【００３２】
なお抽出される信号の周波数の総数をＭ（Ｍは２以上の整数）個とする。従って別の表現では、時間領域ＦＦＴ部１２は、円形アレー１１からのＮ＋１チャネルの収録信号に時間領域の高速フーリエ変換を実行し、Ｍ個の周波数ごとのＮ＋１チャネルの信号を取得し、当該信号を曲率推定部１３に入力する（Ｓ１２）。
【００３３】
次に、図９のフローチャートにおけるステップＳ１３１では、位相抽出部１３１が、図３でθ＝０に対応するマイクロホン１１−１を起点に、時間領域ＦＦＴの結果から、円周上のＮ個のマイクロホンに対応するＮチャネル分について、中心マイクロホン１１−（Ｎ＋１）からの位相差を求める。一つの複素数から直接取り出せる位相の値は０〜２πなため、位相抽出部１３１は、ｕｎｗｒａｐ処理を適用して、０以下および２π以上に拡張する。
【００３４】
具体的には、ｉ番目のマイクロホンについて、中心マイクロホンとの位相差をθ（ｉ），ｕｎｗｒａｐ処理後の位相をθｕ（ｉ）とし、θｕ（１）＝θ（１）とする。そして
θｕ（ｉ）＝θ（ｉ）＋２πｎｉ
でｕｎｗｒａｐ処理後の位相を求める。ｎｉは以下のようにｎｉ−１から求める。
【００３５】
θ（ｉ―１）からθ（ｉ）にかけて、値が２π付近から０付近に変化したとき、
θｕ（ｉ＋１）＝θ（ｉ＋１）＋２π（ｎｉ＋１）
すなわちｎｉ＋１＝ｎｉ＋１とする。また、θ（ｉ―１）からθ（ｉ）にかけて、値が０付近から２π付近に変化したとき、
θｕ（ｉ＋１）＝θ（ｉ＋１）＋２π（ｎｉ−１）
すなわちｎｉ＋１＝ｎｉ−１とする。
【００３６】
別の表現では、位相抽出部１３１は、Ｍ個の周波数ごとに、円周上に配置されたマイクロホンに対応するＮチャネルの信号の、中心マイクロホンに対応する信号からの位相差を抽出する（Ｓ１３１）。図８では、Ｍ個の周波数ごとにＮチャネルの信号の位相差が取得されることが分かりやすくなるように、位相抽出部１３１内に破線で、Ｍ個のブロック１３１−１，１３１−２，…，１３１−Ｍを表示している。以下、周波数ごとに並列で処理が実行される場合、図中に破線のブロックを表示する。
【００３７】
次に、空間領域ＦＦＴ部１３２は、ステップＳ１３１で抽出された位相差にＮ点ＦＦＴを適用する。なおこのＮ点ＦＦＴは、時間方向でなく空間方向に対するＦＦＴである。別の表現では、空間領域ＦＦＴ部１３２は、Ｍ個の周波数ごとに、抽出されたＮチャネルの信号の位相差に空間領域の高速フーリエ変換を実行する（Ｓ１３２）。
【００３８】
次に、振幅抽出部１３３は、Ｍ個の周波数ごとに、Ｎチャネルの空間領域の高速フーリエ変換の結果に基づいて、第２基本波の振幅βｄ（ｆ）を抽出する（Ｓ１３３）。なお、ここでの第２基本波は周期πの三角関数になる。そして、曲率抽出部１３４は、式＜２＞のＲについての逆関数をもちい、第２基本波の振幅βｄ（ｆ）から到来波面の曲率１／Ｒを求める。別の表現では、曲率抽出部１３４は、Ｍ個の周波数ごとに、抽出された第２基本波の振幅に基づいて到来波面の曲率を抽出する（Ｓ１３４）。
【００３９】
なお従来の客観評価法では、音場全体をカバーするようにセンシングする必要がある。本発明では、ターゲットとする音場内のいくつかの受聴点に円形アレー１１を移動して設置すればよい。したがって本発明は、従来の客観評価法よりは測定作業全体が簡易になる、という特徴ももつ。
【００４０】
＜本発明の効果＞
本発明は、円形アレー１１をもちいて音場を収録し、そのデータから波面の曲率を周波数ごとに推定する。波面の曲率は、音源との距離と直接関係があるために、本発明は音場について知覚の観点から解釈しやすい分析結果を客観的に提示できる。
【００４１】
上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【００４２】
また、上述の構成をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。
【００４３】
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。
【００４４】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
【００４５】
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。
【００４６】
また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、本装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
【図１】
2015219022.tif 000009
【図２】
2015219022.tif 000010
【図３】
2015219022.tif 000011
【図４】
2015219022.tif 000012
【図５】
2015219022.tif 000013
【図６】
2015219022.tif 000014
【図７】
2015219022.tif 000015
【図８】
2015219022.tif 000016
【図９】
2015219022.tif 000017