空間音響ことはじめ
バイノーラル再生による空間音響－録音・再生の基礎－
森川 大輔
富山県立大学今日のメニュー
そもそもバイノーラルってバイノーラル信号に含まれている情報
バイノーラルの歴史
バイノーラル録音
音響機器の接続とノイズ対策
バイノーラル再生
バイノーラル信号の合成
バイノーラル信号の個人差
ラウドスピーカでのバイノーラル再生今日の参考文献
福留公利
バイノーラル制御技術の原理・歴史と現状
日本音響学会誌, 61(7), 374-379, 2005
岩谷幸雄
バイノーラル収録・再生における課題
日本音響学会誌, 61(7), 386-391, 2005
平原達也, 大谷 真, 戸嶋 巌樹
頭部伝達関数の計測とバイノーラル再生にかかわる諸問題
Fundamental review, 2(4), 68-85, 2009北村達也
手作りバイノーラルマイクによる立体音響体験2015年日本音響学会秋季研究発表会
平原達也
はじめてのバイノーラル録音
日本音響学会誌, 71(2), 80-88, 2015

今日の裏メニュー
16:30～17:15 ［音場制御・音響応用］

座長 榎本 成悟
副座長 宮崎 亮一

1-1-15
平面複数円形アレイを用いた 3 次元近傍エリア再生○岡本 拓磨(NICT)
1-1-16周波数領域における時間変化に着目した二次元音場解析☆服部 若菜，谷川 理佐子，及川 靖広(早大理工)
1-1-17
半球状超音波アレイを用いた空中音響ピンセットの大型化と保持力向上☆山本 豊，大久保 寛(首都大院)

そもそもバイノーラルってバイノーラル

モノーラル

binaural
2 耳の両耳のmonaural
1 耳の単耳のコンフィグ

モノラル
メッセージ
サウンド
カーソルいちコントローラー

1 2 3 4 5 6
はやいおそいステレオ モノラル
もどす きおくノーマル カスタム

そもそもバイノーラルってバイノーラル

モノーラル

binaural
2 耳の両耳のmonaural
1 耳の単耳のステレオ

stereophonic
立体音のステレオ信号：2 chの信号

立体的な音

monophonic
1音の1音
モノ信号／モノフォニック信号

そもそもバイノーラルってバイノーラル

binaural2 耳の両耳の

広義：両耳で聴けばなんでもバイノーラル
バイノーラル信号
両耳で録音した信号
両耳で聴くための信号そもそもバイノーラルってヒトの頭/ダミーヘッド

ここで鳴っている音が、ここで全く同じように鳴っていれば、どっちで聴いてるか区別できないはずそもそもバイノーラルってヒトの頭/ダミーヘッド

バイノーラル録音

バイノーラル信号
バイノーラル
再生バイノーラル信号に含まれる情報

経路が長い

反対側の耳に届く音が遅れる

両耳間時間差バイノーラル信号に含まれる情報反対側の耳に届く音が小さくなる

両耳間音圧差バイノーラル信号に含まれる情報
耳の形による影響

周りの周波数より大きく聴こえる周波数

10Gain [dB]-10-30-50
0.5

1周りの周波数より5 小さく聴こえる周波数1020
周波数 [kHz]バイノーラルの歴史
1881年 パリ国際電気博覧会
オペラ座の音を電話で送信、2つの電話で両耳にバイノーラルの歴史
1920年代～1930年代 ベル研究所
ダミーへッドOscarの頬のマイクで録音して再生バイノーラル概略
ヒトの頭/ダミーヘッド

バイノーラル録音

バイノーラル信号

バイノーラル
再生バイノーラル録音をしてみる
ヒトの頭/ダミーヘッド

バイノーラル
録音

最低限必要な物
外耳道に入るマイク
シールド線
線とレコーダーと接続するプラグレコーダー

簡易的なバイノーラル録音
市販のバイノーラルマイクを買ってしまう （1万円前後～）

例) CS-10EM, Roland
https://www.roland.com/jp/products/cs-10em/

簡易的なバイノーラル録音
なるべく安く手作り

100円ショップのイヤホンからドライバユニットを外し、コンデンサマイク（数十円～数百円）をつける
ICレコーダのマイク入力へ
甲南大学 北村達也先生
1)バイノーラルマイクの作り方
https://www.konan-u.ac.jp/hp/kitlab/kitamura/2)手作りバイノーラルマイクによる立体音響体験– ひらめき☆ときめきサイエンス実施報告 –2015年日本音響学会秋季研究発表会

厳密には。。。
ヒトの頭/ダミーヘッド

ここで鳴っている音が、受音点の瞬時音圧が、ここで全く同じように鳴っていれば、イヤホンで再生した瞬時音圧と一致していれば、どっちで聴いてるか区別できないはず厳密には。。。
どうマイクを置くか鼓膜付近？
外耳道入口付近？
外耳道を開放？閉塞？

どんなイヤホンで鳴らすか
外耳道を開放または閉塞
閉空間に再生/自由空間に再生
そもそもイヤホンの特性参考) 岩谷幸雄
バイノーラル収録・再生における課題
日本音響学会誌, 61(7), 386-391, 2005

それ以前の注意点

フォーン・プラグ
ＴＳ標準プラグ

モノ信号用
TipSleeve

ＴＲＳ標準プラグ

ステレオ信号用
Tip Ring Sleeve(L) (R) (GND)ミニ・プラグフォーン・プラグ（6.3 mmφ）

ミニ・プラグ（3.5 mmφ）

ミニミニ・プラグ（2.5 mmφ）

RCAプラグ（ピン・プラグ）

通常、赤色は R、白色は L に接続する

BNCコネクタ回して固定する。無理やり引っ張らないバナナプラグ

スピコン

キャノン・コネクタXLR型プラグ

XLR型レセプタクル

2番ピン（HOT）

1番ピン（GND）

3番ピン（COLD）

電線・シールド線
HOT

信号源

2本の電線が必要
COLD

負荷アース

片側をシールドに使う

内部導体

Z

絶縁体

Z

外部導体 被覆
同軸ケーブル（高周波用）（３C2V, 3D2V 等）

不平衡伝送と平衡伝送
不平衡伝送（Unbalanced transmission）
HOT

ノルマル・モード・ノイズ
Z

COLD = GND

平衡伝送（Balanced transmission）
HOT
COLD

GND

コモン・モード・ノイズ
Zケーブルにやたらと触れない

マイクアンプ

出力ケーブルノイズ対策ヒトが触れるところになるべく変換コネクタを使わない

特にこいつに注意はんだ付けはちゃんと

録音・再生時の接続ケーブル
短い距離（～数ｍ）：どんな電線でつないでもよい
長い距離（～数ｍ）：平衡ケーブル、または、シールド線

 マイクロフォン出力は低電圧なので、シールド線を使う。

不平衡ー平衡変換トランスへの電磁誘導
トランス

電池ホルダ

ＸＬＲプラグマイクロホンバイノーラル録音・再生系

A/D

本人の頭が大事PC他人の頭部で録ったバイノーラル信号

頭部伝達関数
Head-related Transfer Function：頭部伝達関数
音源から耳に至るまでの音の伝達特性
H R (r , ,  ,  )HRTFR (r , ,  ,  ) H o (r ,  ,  ,  )音源r

H R (r , ,  ,  )r

H o (r ,  ,  ,  )


R



正面
音 ⊗ ある位置のHRTF ＝ ある位置からの音頭部伝達関数の計測

東北大学電気通信研究所(2007)

頭部伝達関数の個人差[dB]

1802090degree [°]1000-10-90-20-1800.5

151020 0.5
1Frequency [kHz]51020バイノーラル方式

伝達関数

音源ベスト頭部伝達関数の選択
最も定位感の良いものをトーナメント形式で決定
DOMISO法 西塔ら(2005)等

本人のものと同程度

複数人のHRTF

・・・

頭部伝達関数の予測
石井ら(2013)等

Peak1
Notch1
Notch2EstimateSyntesis
Synthesis HRTF

Original HRTF

10

Gain [dB]Gain [dB]10-10 Peak1-10-30-30-50-50

0.5

15 10 20Frequency [kHz]0.5

Notch1
Notch215 10 20Frequency [kHz]頭部運動PC
伝達関数

音源

角度情報
モーションセンサ

頭部運動追従サラウンドヘッドホン

バーチャルホン SONY等

テレヘッド頭の動きに追従してダミーヘッドを動かす

参考)
平原 達也, 吉崎 大輔, 塚田 孝充
テレヘッド六号機の運動特性と騒音特性と音像定位性能
日本音響学会誌, 71(11), 563-570, 2015

まとめ
ここで鳴っている音が、ここで全く同じように鳴っていれば、どっちで聴いてるか区別できないはず※厳密に同じ必要がある。
頭が違っても同じではなくなる→なんとか似たものを用意→頭の動きも合わせると緩和される

トランスオーラル

伝達関数
音源

両耳位置の音場制御

伝達関数
音源

「スピーカ再生による空間音響 －音場収音・再現技術の基礎－」