(57)【要約】【課題】周波数領域での伝達関数データを用いて、正確な補間を行うことを目的とする。【解決手段】音源から受音点までの空間伝達関数の各離散周波数に共通に含まれる位相遅れを削除する位相遅れ削除ステップと、前記位相遅れ削除ステップで処理した信号から任意の周波数における空間伝達関数を算出する伝達関数算出ステップと、前記伝達関数補間ステップによって算出された信号に対し、前記位相遅れを付加する位相遅れ付加ステップとを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音源から受音点までの空間伝達関数の各離散周波数に共通に含まれる位相遅れを削除する位相遅れ削除ステップと、
前記位相遅れ削除ステップで処理した信号から任意の周波数における空間伝達関数を補間する伝達関数補間ステップと、
前記伝達関数補間ステップによって算出された信号に対し、前記位相遅れを付加する位相遅れ付加ステップと、
を備えた伝達関数補間方法。
【請求項２】
前記各離散周波数共通に含まれる位相遅れは、音源から受音点までの音の遅延によるものであることを特徴とする請求項１記載の伝達関数補間方法。
【請求項３】
前記空間伝達関数は人の外耳道入り口付近と音源の間の伝達関数であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の伝達関数補間方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計算機シミュレーションや測定などによって離散的に求められた伝達関数の補間方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
音像定位の制御を行うためには、頭部音響伝達関数（Ｈｅａｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ、以下ＨＲＴＦ）を用いて設計した制御フィルタを用いる方法が一般的である（例えば非特許文献１、２参照。）。ＨＲＴＦとは、ある音源位置から人間の外耳道入り口などの耳元までの音響伝達関数で定義されるものであり、室に存在する反射音が含まれてはならないため、無響室にてダミーヘッドといわれる音響測定用マネキンや被験者の耳元にマイクロホンを設置して測定する方法が用いられている。ＨＲＴＦの実測には、無響室という大掛かりな実測環境が必要である点、また、ＨＲＴＦは音源の方向や距離に依存する関数であるため、すべての方向や距離のＨＲＴＦを測定するのは不可能である点、実測ゆえに測定したＨＲＴＦにはノイズが含まれてしまう点、で問題があった。
【０００３】
一方で、近年、境界要素法（Ｂｏｕｎｄａｒｙ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ、以下ＢＥＭ）などの手法を用いて、計算機シミュレーションによってＨＲＴＦを推定する手法が提案されている。これは、ダミーヘッドの３次元形状データを境界条件として持つ境界積分方程式を外部問題として解き、ＨＲＴＦを求める手法である。この方法では、実測環境は不要であり、境界条件を正しく設定できれば、理論上、実測に含まれるノイズによる測定誤差はなく、また、音源方向と距離を自由に設定して算出することが可能である。しかし、算出するのに必要な演算量が膨大であるという問題点があった。算出に必要な演算量は、３次元形状データに含まれる要素数によって決まる。一般的には、３次元形状データの要素の大きさが解析する周波数の波長の６分の１以下とするのが望ましいとされる。つまり、必要な周波数が高くなればなるほど、要素を細かくする必要があり、必要な演算量が多くなる。
【０００４】
これまでは、ＢＥＭでのＨＲＴＦ算出に必要な演算時間の問題と、３次元形状データの計測精度の問題とで、ＨＲＴＦの算出はきわめて低い周波数での算出のみにとどまっていた。しかし、近年の計算機演算能力の向上と、３次元形状データ計測器の性能向上により、以前と比較すると高い周波数までのＨＲＴＦ算出が可能となり、より実用可能なものとなってきている。
【０００５】
ＢＥＭでのＨＲＴＦの算出は周波数ごとに行われるが、算出されたＨＲＴＦを時間領域に変換するには、算出された周波数ごとのＨＦＴＦを逆フーリエ変換で時間領域に変換する必要がある。
【０００６】
ここで、周波数領域のデータを時間領域に変換する場合、時間領域に変換したデータが充分収束しているか注意する必要がある。逆フーリエ変換では、入力する周波数領域のデータ数と、出力される時間領域のデータ数は等しい。もし周波数領域のデータ数が不足している場合には、周波数領域から時間領域に変換された際、時間領域のサンプル内に収まらないという問題がある。この場合、サンプル内に収まりきらないデータが、時間領域データの先頭部分に回りこんで加算されてしまい、正しい時間領域のデータとはならない。このようなことから、長い時間長を持つデータを取り扱う場合には、多くの周波数領域データが必要となる。
【０００７】
計算機の演算能力が高速になったとはいえ、ＢＥＭでＨＲＴＦを推定する場合には膨大な演算時間がかかる。演算時間を少なくし、かつ、充分な周波数領域のデータを得るための方法としては、算出した周波数領域データに対して内挿などによってデータ数を増やす方法が有効である。
【０００８】
【非特許文献１】
「頭部近接スピーカ（ニアホン）による音像制御手法」寺井賢一他，日本音響学会講演論文集２０００年秋
【非特許文献２】
「境界要素法を用いた頭部伝達関数の予測」大谷真他，日本音響学会講演論文集２０００年春
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
周波数領域のデータの内挿方法で、もっとも簡単なものは、隣り合う２つの周波数のデータを用いて内挿する方法である。ある２つの周波数ω１、ω２（ただし、ω１＜ω２）の伝達関数Ｈ１、Ｈ２はそれぞれ（数１）、（数２）のようにあらわされる。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
【数２】
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【００１２】
ただし、θ１、θ２はそれぞれω１、ω２での伝達関数の位相遅れ角を示し、Ｇ１、Ｇ２はそれぞれω１、ω２での伝達関数のゲインを示す。
【００１３】
ここで、ω１とω２の中間の周波数であるωのＨＲＴＦを内挿する方法として、ω１とω２のＨＲＴＦのゲインと位相の平均値で内挿する方法がある。
【００１４】
以下では、図面を参照しながらその一例を説明する。図２はある伝達関数のゲインと位相を示している。ω１を３５００Ｈｚ、ω２を４５００Ｈｚとし、中間の周波数であるω＝４０００Ｈｚのデータを以下の式で内挿する。まずゲインについては、
【００１５】
【数３】
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【００１６】
位相についても同様に、
【００１７】
【数４】
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【００１８】
で算出した値が図２の○である。図中の実線は正しい値であり、○はほぼ実線上にのっているため、正しい値に近い内挿ができている、ということがわかる。
【００１９】
次に図３に示した伝達関数についても同じ方法で内挿を試みることにする。（数３）、（数４）でゲインと位相をそれぞれ内挿した結果を図３の○に示す。ゲインについては図２同様、ほぼ正しく内挿されているが、位相についてはまったく異なった値が内挿されている。この結果からわかるように、この内挿方法では補間値が正しい値と大きく異なってしまっている。これは、ω１とω２の周波数間隔が図３の周波数特性の位相の回転に対して広すぎることが原因である。また、この問題は、内挿方法をゲインと位相を平均値で算出する場合のみでなく、他の内挿関数（例えばスプライン関数など）で算出する場合でも同じように発生する。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明において、音源から受音点までの空間伝達関数の各離散周波数に共通に含まれる位相遅れを削除する位相遅れ削除ステップと、前記位相遅れ削除ステップで処理した信号から任意の周波数における空間伝達関数を算出する伝達関数算出ステップと、前記伝達関数補間ステップによって算出された信号に対し、前記位相遅れを付加する位相遅れ付加ステップとを備えた伝達関数算出方法としている。
【００２１】
また、請求項２に係る発明においては、前記各離散周波数共通に含まれる位相遅れは、音源から受音点までの音の遅延によるものであることを特徴とする請求項１記載の伝達関数補間方法としている。
【００２２】
また、請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２記載の伝達関数補間方法であって、受音点は人の耳道入り口近傍であることを特徴とする伝達関数補間方法としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態に係る伝達関数補間方法について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態における伝達関数補間方法を示した全体フローである。補間する伝達関数に対し、まず、位相遅れ削除ステップにおいて位相回転分を削除する。ここでは各離散周波数データに含まれる共通の時間遅延による位相遅れ成分を削除する。この位相遅れ成分には、例えば、音源から受音点まで音が到達するまでの遅延時間による位相遅延などがある。その結果に対して、伝達関数算出ステップにて補間処理などによって伝達関数を算出する。この算出方法としては、内挿、外挿、どちらも考えられ、その方法としては、値保持、平均値、スプライン関数ほか、さまざまな方法がある。その後、伝達関数算出ステップにて算出された伝達関数に対して、位相遅れ付加ステップにて、位相遅れ削除ステップで削除した分の位相遅れ分を追加する処理を行う。これにより、伝達関数補間を行うことができる。
【００２５】
本フローに基づき、図５に示した系で測定した伝達関数データに補間処理を行って説明する。図５の１は伝達関数測定用スピーカを、図５の２はマイクロホンを示している。スピーカとマイクロホンの間隔は１．１ｍである。この測定系での伝達関数を図４に示す。図中の実線は実際の伝達関数のゲインと位相であり、図中３５００Ｈｚと４５００Ｈｚに示したｘがＢＥＭで算出した伝達関数データである。この２点の伝達関数から中間の周波数である４０００Ｈｚの伝達関数を補間する。まず、補間する前の伝達関数データに対し、（数５）であらわされる距離による位相回転の削除を行う。ここで、θ’は位相回転の削除を行った後の位相角を、θはもともとの位相角を、ωは角周波数を、ｒは補正する距離を、ｃは音速を示す。ここで１ｍ分の距離による位相回転の削除を行った結果を図２に示す。
【００２６】
【数５】
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【００２７】
図２にあらわされるように、距離による位相回転の削除を行うことによって、図４で見られた３５００Ｈｚと４５００Ｈｚ間に存在する位相の回転が非常に少なくなっているのがよくわかる。この状態にしてから、補間処理により、３５００Ｈｚの伝達関数の位相と、４５００Ｈｚの伝達関数の位相とを用いて補間を行う。ここでは、各位相の平均値を用いることとする。平均値を算出したものが図２中の○で示した値である。
【００２８】
次に、削除した距離による位相回転分を元に戻すため、（数６）であらわされるように追加する。
【００２９】
【数６】
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【００３０】
ここで、θＨは補間後の位相角を、θ’’は削除した距離による位相回転分を補正追加した位相角を示す。
【００３１】
以上の手順で最終的に得られた伝達関数の補間値を図４の○に示す。正しいゲイン、位相特性とほぼ同じ値が得られているのがわかる。
【００３２】
ここでは、距離による位相回転の削除にて、１ｍ分の位相回転を削除した。削除する距離はできるだけ長いほうがよい。それは、補間に用いる周波数間での位相の変化が少なくなるからである。距離による位相回転を削除しても補間する周波数間で位相が大きく回転している場合には、正しく補間できない。そのような場合には、周波数間隔を狭くする、などの対応が必要である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ＢＥＭなどで算出したＨＲＴＦの周波数データを補間方法に関するものであり、距離による位相回転削除ステップを追加してから周波数補間を行い、位相回転削除ステップで削除した分を補正することにより、より正確な補間ステップを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における伝達関数補間方法の全体フロー図
【図２】本発明の実施の形態における距離０．１ｍの場合の伝達関数を示す図
【図３】本発明の実施の形態における距離１．１ｍの場合の伝達関数を示す図
【図４】本発明の実施の形態における距離１．１ｍの場合で補間を実施した時の伝達関数を示す図
【図５】本発明の実施の形態における伝達関数測定系を示す図
【符号の説明】
１  スピーカ
２  マイクロホン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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