2012.9.19 ASJ Annual Meeting Autumn 2012@Shinshu Univ.

42チャネル球形スピーカシステムによる球面調和関数を用いた放射指向性合成Sound directivity synthesis based on spherical harmonics
using 42 ch spherical loudspeaker system○岡本 拓磨1，勝本 道哲2
1) 情報通信研究機構＠小金井(4〜6月)→けいはんな(7月〜)2) 勝本総合研究所

1

Introduction
超臨場感次世代インタラクティブコミュニケーションの実現
ユニバーサルコミュニケーション研究所
超臨場感映像研究室 (4月〜6月)
・多感覚・評価研究室 (7月〜)

3次元音空間インタラクティブコミュニケーション
あたかもそこに自分がいるかのような音空間通信 → 音場再現
サラウンド指向音空間再現：臨場感重視
あたかもここにその人(物)がいるかのような… → 物体の放射指向特性再現
オブジェクト指向型音空間再現：実在感重視
2

音の放射指向特性の重要性
人間は音だけで話者や楽器の向きがわかる
音声の場合，特に正面方向の感度は極めて高い

次世代テレビ会議など超臨場感インタラクティブ
コミュニケーションには放射指向特性の伝送は必須

Listener's response error [degree]

Motivation
35Average (=23.5º)
18.2º

6.6º

Speaker's facing azimuth angle [degree]

H. Kato et al. Proc. ICA2010

音の放射指向特性伝送に向けて音の放射指向特性を精度よく抽出(推定)する技術→ 岡本，榎本，西村 11/16-17 EA & EMM研＠大分大 (to appear)
音の放射指向特性を精度よく再現(提示)する技術
直線スピーカアレイに基づく方法：e. g. S. Koyama et al. 2012.
球形スピーカアレイに基づく方法：e. g. 吉元ら 2012. (午前中ポスター)
3

Spherical loudspeaker system(26 or )42チャネル球形スピーカシステムによる楽器音の再現
牧ら 2011.

12z [cm]5逆フィルタリング

0−5−12−12−500−5−125512 12
1. スピーカの延長上に配置した
2. 球形スピーカより収録音を再生
x [cm]y [cm]
マイクで楽器音を収録(半径：0.8 m)※収録チャネルと再生チャネルが1:1で対応

スピーカ配置：多面体細分割法による42 ch(ほぼ)均一配置
スピーカユニット：AURASOUND; NSW1-205-8A(1インチ)
エンクロージャ：ABS樹脂 (3Dプリンタによる自作)
球半径：0.12 m→ 平均スピーカ間隔：0.074 m (上限周波数：2.3 kHz)4

Sound ﬁeld description
based on spherical harmonics
球面調和関数展開による音空間情報の直交展開
直交展開の例(テイラー展開)
無限回微分可能な任意の関数 f (x) は任意の定数 a に対して以下が成立
f (x) =1
X
f (n) (a)n=0n!

(xf 0 (a)a) = f (a) +(x1!
nf 00 (a)a) +(x2!

f (n) (a)a) + · · · +(xn!
2a)n + · · ·それぞれの成分は互いに直交(orthogonal)
n を増やすほど実際の関数に近づく
球面調和関数展開による音空間情報の直交展開
p(kr, ✓, ) =+1
X

n=0in jn (kr)mX

Bnm Ynm (✓, )n= m

それぞれの成分は互いに直交(orthogonal)s(2n + 1) (n m)! mm(✓,)Y(✓,)⌘Pn (cos✓)eim
音情報を記録を方向ごとの球面調和関数 n4⇡(n + m)!と展開係数 Bnm より直交展開
展開次数 n を増やすほど実際の音場に近づく
5

Directivity synthesis
based on spherical harmonics
球面調和関数を用いた放射指向特性の合成
42 ch配置が(ぼぼ)等密度な点に着目
T
マイクロホンでの収録信号： X = [x1 (k) x2 (k) · · · xM (k)]N T]
球面調和関数によりエンコードされた信号： B = [B00 B1 1 B10 B11 B2 2 · · · BN
マイクロホン配置から計算されるエンコード行列：Cm =B = Cm X

スピーカ配置から計算されるデコード行列：Cs+逆フィルタ行列： H
スピーカの駆動信号： Y

0

Y00 (✓1 , 1 )B Y1 1 (✓1 , 1 )B
B..
@.
YNN (✓1 ,1)······..
.
···

1Y00 (✓M , M )Y1 1 (✓M , M ) CCC..
A.
YNN (✓M ,M)

Y = H+ C +s B

回転させる場合のエンコード行列：C0s
回転させた場合んぼスピーカの駆動信号：Y00Y0 = H+ C+CsmX
リアルタイムに変化させる→音源が回転する

6Computer simulations
320 dB以下のため5次まで問題なくデコード可能
M. Noisternig et al. 2011.

2.5

condition number [dB]

Condition number of decoding matrix

Dipole sound source simulation
球形スピーカ半径：0.12 m
逆フィルタ半径：0.2 m
解析周波数：500 Hz

0−0.05

−0.5

−1.5
−1.5

−0.15
−0.2
−1

−0.50

X axis [m]0.5

Original

12

34
encoding order

50.2
10.15
0.1

0.5

0.05
00
−0.05

−0.5

−0.1
−10.5

Y axis [m]0Y axis [m]Y axis [m]

10.1
0.05

10.2

0.150.51.5

010.2
12

0.15
0.1

0.5

0.05
00
−0.05

−0.5

−0.1
−1−1.5
−1.5

−0.15
−0.2
−1−0.50X axis [m]0.5

1

Reproduced

−0.1
−1
−1.5
−1.5

−0.15
−0.2
−1

−0.5

0X axis [m]0.5

Rotated17

Implementation

0.42.5
2. 回転行列→駆動信号をリアルタイムに計算

1. 水平角・仰角情報をリアルタイム送信

オーディオ制御ソフト：Pd-extended※Open Sound Control

OSC※コントローラ：Mrmr
いずれもフリーソフト

8

Horizontal control

水平角制御メータ
臨場感メータ9

Elevation control

仰角制御メータ

超臨場感メータ!!

10Concluding remarks
球面調和関数を用いた放射指向特性の合成とリアルタイムシステムの実装
今後の予定
コントローラの高精度化
google earthのような水平角・仰角の同時操作

11

Announcement12