1-10-2 指向性制御型パラメトリックスピーカを用いたバイノーラル再生* ☆河合雅支，武岡成人（静理工大）, 坂本慎一（東大生研） 1 まえがき パラメトリックスピーカ（以下 PAL）は指 向性が鋭いことから両耳に向けた再生への応 用時にクロストークの影響を抑える効果が期 待でき，国内外で研究がなされつつある[1]。 また，2 つのスピーカを用いたバイノーラル 再生技術としてステレオダイポール方式[2] が知られている。これはスピーカ位置を近接 させることによりバイノーラル制御信号レベ ルのピークを主要対域外に追いやるもので安 定性の向上などの利点が知られている。 一方，我々は PAL へのアレイ制御の導入を 進めてきた[3]。アレイ制御を用いる事により 方向制御や多方向出力などが可能となり， 様々な応用が期待できる。そこで本報では指 向性制御型 PAL を用いて受聴者正面から両 耳に向けて再生するバイノーラル再生法につ いて述べる。提案手法はスピーカ設置位置が 受聴者正面でありながら大きな左右レベル差 を生じさせることが可能であり，ロバストか つ局所的なバイノーラル再生システムが期待 できる。 2 指向性制御型 PAL による多方向出力 図－１に提案するシステムのイメージを示 す。点音源を前提とする通常のスピーカシス テムでは左図のようにスピーカは受聴者に対 して角度をもって設置され，それぞれの出力 が両耳に向かって均一に拡散する。一方，右 図に示す提案手法においては，1 点に設置し た PAL から両耳に向けて個別の音ビームを 出力することが出来る。例として図－２に 4 kHz と 3 kHz 純音の音ビームを±5 度方向に それぞれ出力した際の距離 2m 水平方向の音 圧分布を示す。極めて狭い間隔で大きなレベ ル差を得られている様子がわかる。また本シ ステムにおいてスピーカ自体は受聴者の正面 に設置されており，原理的にスピーカから両 耳への経路長の差が短いという特徴も持つ。 図－１ 指向性制御型 PAL を用いたバイノ ーラル再生 図－２ 2 方向出力時の音圧分布 3 PAL を用いたバイノーラル再生 3.1 出力方向変化時の伝達特性の測定 図－３に示す配置で，音ビームの出力方向 を変えた際の伝達関数の変化を測定した。測 定には正弦波差音による TSP 信号を用いた。 実験に使用した PAL はトランスデューサ面 が約 30 cm 四方のもので共振周波数は 40 kHz， 測定は静岡理工科大学内の防音室で行った。 2m PAL θ ダミーヘッド 音ビーム出力 図－３ 測定配置 * Binaural Reproduction System by using Steerable Parametric Loudspeaker, by KAWAI, Masashi and TAKEOKA, Shigeto (Shizuoka Institute of Science and Technology), SAKAMOTO,Shinichi(Institute of Industrial Science, the University of Tokyo). 日本音響学会講演論文集 - 647 - 2015年3月 PAL からの測定信号の出力方向を 1 度刻 みに変化させ， HRTF を測定した。 5 度方向(ダ ミーヘッド中心から左へ約 17 cm の地点)へ 出力時の振幅特性を図－４に示す。特性が高 域上がりになっているのは PAL の再生原理 上の特性によるもので，低域にあるピークは ハムノイズによるものである。広い範囲に渡 って単独のビームでレベル差が得られている。 験の結果得られた波形を図－６に示す。得ら れたレベル差は 24 dB 程度であった。 図－６ 零制御時の波形 同様の処理を行った際の周波数に対する実 効的なダイナミックレンジの変位を図－７に 示す。再生音圧に対して大振幅の制御信号を 用いることなくバイノーラル制御が可能であ ることがわかる。ただしこれらは入出力レベ ルが線形であるものとして計算されている。 図－４ 音ビームに対するスペクトラム 放射角度による左右レベル差と，左耳収録 音の相対レベルをそれぞれ 1 k～10 kHz で平 均したものを図－５に示す。本実験環境では， おおよそ 5 度を境に左右レベル差は頭打ちと なり，ビームが耳から離れたことにより音圧 レベル自体が下がってしまう様子が見て取れ る。そこで次節に述べるバイノーラル制御で は±5 度方向に向けて出力し実験を行った。 図－７ ダイナミックレンジの変位 4 図－５ 放射角に対する左右レベル差およ び受聴する音圧レベルの相対値 3.2 バイノーラル制御実験 基礎実験として，得られた伝達関数から単 純な逆フィルタを用い，2 kHz 純音に関して 右耳で零となるような処理を行った。 ただし， 復調波の振幅は超音波信号に対して必ずしも 線形ではないことから出力レベルに関しては 事前に測定した入出力関係から逆算した。実 日本音響学会講演論文集 むすび アレイ制御可能な PAL を用いて個別の音 ビームを両耳に向けて出力するバイノーラル 再生システムに関して提案・検討した。PAL の特性上再生帯域が限定される，精細な再生 が難しいという課題はあるものの，本手法は 制御信号の指向性が極めて鋭くかつ制御可能 で，また大振幅を必要としないことから周囲 環境の変化に極めて頑強なバイノーラルシス テムの可能性が示唆された。今後は複雑な信 号に対する制御に取り組んでいく。 謝辞 本研究の一部は日本学術振興会科学研究費 挑戦的萌芽（26630260）の助成を受けたもの である。 参考文献 [1] 青木，信学技報 US，112(326), 39-44,2012． [2] 浜田，信学技報 EA，96(13), 9-17, 1996． [3] 武岡，信学技報 EA，112(76)，31-36，2012． - 648 - 2015年3月
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