特許 5967418 立体音響計算方法、装置、プログラム、記録媒体および立体音響提示システムならびに仮想現実空間提示システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5967418

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】立体音響計算方法、装置、プログラム、記録媒体および立体音響提示システムならびに仮想現実空間提示システム

(51)【国際特許分類】

   H04S 7/00 20060101AFI20160728BHJP

   H04S 5/02 20060101ALI20160728BHJP

   G10K 11/16 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   H04S7/00 F

   H04S5/02 E

   H04S7/00 A

   G10K11/16 Z

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-68322(P2012-68322)

(22)【出願日】2012年3月23日

(65)【公開番号】特開2013-201577(P2013-201577A)

(43)【公開日】2013年10月3日

【審査請求日】2014年7月30日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用 ２０１１年度土木情報利用技術講演集Ｖｏｌ．３６

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】谷川 将規

(72)【発明者】

【氏名】樫山 和男

【審査官】 菊池 充

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０５４６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１３１０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２１４９４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｓ １／００− ７／００

Ｇ１０Ｋ １１／００−１３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

伝播障害物の背後にある音源から前記障害物の端部を回折して観測点に伝播する回折音により形成される交通騒音による前記観測点周辺の音場を、複数個の音響出力手段から出力される音響信号によって形成した立体音響により擬似的に再現する場合における前記立体音響の音場をコンピュータを用いて計算する方法であって、
前記音源から前記障害物の端部を回折して前記観測点に伝播する回折音を、前記観測点と前記障害物の端部を結ぶ直線の延長上を移動する仮想音源からの伝播音を用いて表現するものとし、
前記障害物の端部を回折して前記観測点に伝播する回折音の音波の到来方向を設定するステップと、
設定した到来方向に対応する前記直線の延長上を移動する前記仮想音源からの伝播音による前記観測点における音場を、日本音響学会の道路交通騒音予測モデル（ＡＳＪ ＲＴＮ−Ｍｏｄｅｌ２００８）に基づく距離減衰、拡散、回折減衰を考慮した音圧に基づいて計算するステップとを有することを特徴とする立体音響計算方法。

【請求項2】

伝播障害物の背後にある音源から前記障害物の端部を回折して観測点に伝播する回折音により形成される交通騒音による前記観測点周辺の音場を、複数個の音響出力手段から出力される音響信号によって形成した立体音響により擬似的に再現する場合における前記立体音響の音場をコンピュータを用いて計算する装置であって、
前記音源から前記障害物の端部を回折して前記観測点に伝播する回折音を、前記観測点と前記障害物の端部を結ぶ直線の延長上を移動する仮想音源からの伝播音を用いて表現するものとし、
前記障害物の端部を回折して前記観測点に伝播する回折音の音波の到来方向を設定する手段と、
設定した到来方向に対応する前記直線の延長上を移動する前記仮想音源からの伝播音による前記観測点における音場を、日本音響学会の道路交通騒音予測モデル（ＡＳＪ ＲＴＮ−Ｍｏｄｅｌ２００８）に基づく距離減衰、拡散、回折減衰を考慮した音圧に基づいて計算する手段とを備えることを特徴とする立体音響計算装置。

【請求項3】

請求項１に記載の立体音響計算方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

【請求項4】

請求項３に記載のプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

【請求項5】

請求項２に記載の立体音響計算装置で計算された音響に基づいて立体音響信号を生成する立体音響信号生成手段と、この立体音響信号生成手段で生成された立体音響信号を出力する音響出力手段とを備え、この音響出力手段から前記立体音響信号を出力することで前記観測点に対して立体音響を提示することを特徴とする立体音響提示システム。

【請求項6】

請求項５に記載の立体音響提示システムから提示される立体音響と同期して所定の画像を出力する画像出力手段を備え、この画像出力手段から出力される画像とこの画像と同期して提示される立体音響とにより前記観測点に対して仮想現実空間を提示することを特徴とする仮想現実空間提示システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、防音塀などの障壁による回折音を考慮することができる立体音響計算方法、装置、プログラム、記録媒体および立体音響提示システムならびに仮想現実空間提示システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年のＶＲ（バーチャルリアリティ）技術の発達により、土木分野においても景観シミュレーションだけでなく物理現象の数値解析結果の３次元可視化など多くの適用事例が見られる。一方、音響分野では数値解析や縮尺模型実験の結果を音として再現する可聴化技術は古くから用いられ、室内外の音場評価などに用いられている（例えば、非特許文献１を参照）。

【0003】

非特許文献２および非特許文献３では、没入型ＶＲシステムに同期して交通騒音を提示する道路交通騒音評価シミュレーションシステムを提示している。このシステムは、非特許文献４に示される日本音響学会の道路交通騒音予測モデル（ＡＳＪ ＲＴＮ−Ｍｏｄｅｌ２００８。以下、ＡＳＪモデルという。）に基づいた音響計算手法を採用し、種々の騒音源、距離減衰、防音塀などによる回折・反射、地表面による吸音効果等を考慮でき、多様な音場に適用可能である。エネルギーベースの計算手法であるＡＳＪモデルは計算量が少なく扱いやすい反面、音波の到来方向（指向性）や到達時間の遅れ等は考慮されない。そのため、ＡＳＪモデルのみで任意の音場を３次元的に再現（立体音響化）するのは難しい。

【0004】

ここで、立体音響とは、観測者周辺の音場を有限個のスピーカにより擬似的に再現することを指す。従来の立体音響化に関連する技術としては、例えば、特許文献１に示される移動音像提示装置、特許文献２に示される音像定位制御装置、特許文献３に示される分散拡声システムなどが知られている。

【0005】

また、こうした立体音響による可聴化技術とＶＲによる可視化技術とを融合させる試みとしては、例えば、特許文献４に示される立体音響再生装置、特許文献５に示される立体音響生成システム、特許文献６に示される画像処理装置などが知られている。

【0006】

上記の特許文献１〜３は、移動音源の立体的な提示方法に関する技術であるが、例えば防音塀などの障害物の影響を考慮することは難しい。また、特許文献４〜６は、映像と同期した立体音響提示に関する技術であるが、リアルタイムの音響計算を行うことは難しい。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】「音場の可視化・可聴化技術の現状および将来展望」、坂本慎一、日本音響学会誌、Ｖｏｌ．６１、ｐｐ．４５−４９、２００５年

【非特許文献2】「ＶＲ技術を用いた対話型道路交通騒音評価システムの構築」、田近伸二、樫山和男、志村幸行、応用力学論文集、Ｖｏｌ．１３、ｐｐ．２３１−２３９、２０１０年

【非特許文献3】「可視化・可聴化技術を用いた道路交通騒音評価システムの構築」、柴田啓輔、田近伸二、樫山和男、志村正幸、土木情報利用技術講演集、Ｖｏｌ．３５、ｐｐ．２５−２８、２０１０年

【非特許文献4】「道路交通騒音の予測モデル“ＡＳＪ ＲＴＮ−Ｍｏｄｅｌ２００８”」、社団法人日本音響学会道路交通騒音調査研究委員会、日本音響学会誌、Ｖｏｌ．６５、ｐｐ．１７９−２３２、２００９年

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００６−２２２８０１号公報

【特許文献2】特開２００６−０３３５５１号公報

【特許文献3】特開２００４−０３２４６３号公報

【特許文献4】特開２０１１−２３４１７７号公報

【特許文献5】特開２０１１−１３９２６３号公報

【特許文献6】特開平１１−０８６０３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところで、観測者から音源が直接見通せる場合には、上記の従来の立体音響技術を用いて音場を適切に再現することが可能である。しかしながら、音源が伝播障害物などに隠れて直接見えない場合などには対応できない。このようなケースとしては、交通騒音を再現する場合、音源（自動車、鉄道など）が防音塀の陰に隠れて見えなくなるようなケースがある。

【0010】

例えば、図１０−１に示される道路交通騒音モデルにおいては、音源ｒｓ_１は観測者ｒから直接見通せるが、音源ｒｓ_２は防音塀Ｂの陰に隠れて見えない。この場合、図１０−２、図１０−３に示すように、観測者から見通せる音源ｒｓ_１からの音は経路Ｒ_１で観測者ｒに到来する。一方、防音塀Ｂの陰に隠れた音源ｒｓ_２からの音は、防音塀Ｂの側端や上端の端部（エッジ）で回折した経路Ｒ_２、Ｒ_３により観測者ｒに到来する。

【0011】

このように、音源から発生する音は障害物により回折し、音源−観測者間の伝播経路が直線にならず、音波の到来方向、音源から音波が到達するまでの遅れ時間、回折による周波数特性が大きく変化するものであるが、上記の従来の立体音響技術ではこれらの現象を考慮することはできない。このため、防音塀などの伝播障害物による回折音の影響を考慮することができる立体音響技術の開発が望まれていた。

【0012】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、防音塀などの伝播障害物による回折音の影響を考慮することができる立体音響計算方法、装置、プログラム、記録媒体および立体音響提示システムならびに仮想現実空間提示システム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】

【0013】

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る立体音響計算方法は、伝播障害物の背後にある音源から前記障害物の端部を回折して観測点に伝播する回折音により形成される交通騒音による前記観測点周辺の音場を、複数個の音響出力手段から出力される音響信号によって形成した立体音響により擬似的に再現する場合における前記立体音響の音場をコンピュータを用いて計算する方法であって、前記音源から前記障害物の端部を回折して前記観測点に伝播する回折音を、前記観測点と前記障害物の端部を結ぶ直線の延長上を移動する仮想音源からの伝播音を用いて表現するものとし、前記障害物の端部を回折して前記観測点に伝播する回折音の音波の到来方向を設定するステップと、設定した到来方向に対応する前記直線の延長上を移動する前記仮想音源からの伝播音による前記観測点における音場を、日本音響学会の道路交通騒音予測モデル（ＡＳＪ ＲＴＮ−Ｍｏｄｅｌ２００８）に基づく距離減衰、拡散、回折減衰を考慮した音圧に基づいて計算するステップとを有することを特徴とする。

【0014】

また、本発明の請求項２に係る立体音響計算装置は、伝播障害物の背後にある音源から前記障害物の端部を回折して観測点に伝播する回折音により形成される交通騒音による前記観測点周辺の音場を、複数個の音響出力手段から出力される音響信号によって形成した立体音響により擬似的に再現する場合における前記立体音響の音場をコンピュータを用いて計算する装置であって、前記音源から前記障害物の端部を回折して前記観測点に伝播する回折音を、前記観測点と前記障害物の端部を結ぶ直線の延長上を移動する仮想音源からの伝播音を用いて表現するものとし、前記障害物の端部を回折して前記観測点に伝播する回折音の音波の到来方向を設定する手段と、設定した到来方向に対応する前記直線の延長上を移動する前記仮想音源からの伝播音による前記観測点における音場を、日本音響学会の道路交通騒音予測モデル（ＡＳＪ ＲＴＮ−Ｍｏｄｅｌ２００８）に基づく距離減衰、拡散、回折減衰を考慮した音圧に基づいて計算する手段とを備えることを特徴とする。

【0015】

また、本発明の請求項３に係るプログラムは、上述した請求項１に記載の立体音響計算方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。

【0016】

また、本発明の請求項４に係る記録媒体は、上述した請求項３に記載のプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

【0017】

また、本発明の請求項５に係る立体音響提示システムは、上述した請求項２に記載の立体音響計算装置で計算された音響に基づいて立体音響信号を生成する立体音響信号生成手段と、この立体音響信号生成手段で生成された立体音響信号を出力する音響出力手段とを備え、この音響出力手段から前記立体音響信号を出力することで前記観測点に対して立体音響を提示することを特徴とする。

【0018】

また、本発明の請求項６に係る仮想現実空間提示システムは、上述した請求項５に記載の立体音響提示システムから提示される立体音響と同期して所定の画像を出力する画像出力手段を備え、この画像出力手段から出力される画像とこの画像と同期して提示される立体音響とにより前記観測点に対して仮想現実空間を提示することを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明に係る立体音響計算方法によれば、伝播障害物の背後にある音源から前記障害物の端部を回折して観測点に伝播する回折音による立体音響を計算する方法であって、前記音源を、前記観測点と前記障害物の端部を結ぶ直線の延長上を移動する仮想音源で表現するとともに、この仮想音源を前記回折音の回折パスの数に応じて設定し、この仮想音源からの伝播音に基づいて前記観測点における音響を計算するので、防音塀などの伝播障害物の影響、すなわち回折に伴う音波の到来方向、信号の到達時間の遅れ、周波数特性の変化等を反映することができ、伝播障害物による回折音の影響を考慮することができるという効果を奏する。

【0020】

また、本発明に係る立体音響計算装置によれば、伝播障害物の背後にある音源から前記障害物の端部を回折して観測点に伝播する回折音による立体音響を計算する装置であって、前記音源を、前記観測点と前記障害物の端部を結ぶ直線の延長上を移動する仮想音源で表現するとともに、この仮想音源を前記回折音の回折パスの数に応じて設定し、この仮想音源からの伝播音に基づいて前記観測点における音響を計算する音響計算手段を備えるので、上述した立体音響計算方法と同様に、伝播障害物による回折音の影響を考慮することができるという効果を奏する。

【0021】

また、本発明に係る立体音響提示システムによれば、上述した立体音響計算装置で計算された音響に基づいて立体音響信号を生成する立体音響信号生成手段と、この立体音響信号生成手段で生成された立体音響信号を出力する音響出力手段とを備え、この音響出力手段から前記立体音響信号を出力することで前記観測点に対して立体音響を提示するので、伝播障害物による回折音の影響が考慮された、より臨場感のある３次元音環境を提示することができるという効果を奏する。

【0022】

また、本発明に係る仮想現実空間提示システムによれば、上述した立体音響提示システムから提示される立体音響と同期して所定の画像を出力する画像出力手段を備え、この画像出力手段から出力される画像とこの画像と同期して提示される立体音響とにより前記観測点に対して仮想現実空間を提示するので、伝播障害物による回折音の影響が考慮された、より臨場感のある仮想現実空間を提示することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明に係る立体音響計算方法および装置の計算対象音場と記号定義を説明する図である。

【図2】図２は、回折減衰計算のための仮想音源の設定を示す概念図である。

【図3】図３は、本発明に係る立体音響計算装置、立体音響提示システムおよび仮想現実空間提示システムの構成および処理の流れを示す図である。

【図4-1】図４−１は、没入型ＶＲ装置のスクリーンの斜視図である。

【図4-2】図４−２は、没入型ＶＲ装置のスピーカ配置を示した上面図である。

【図5-1】図５−１は、検証モデルの概念図である。

【図5-2】図５−２は、検証モデルにおける仮想音源の設定を示す図である。

【図6】図６は、音源信号の波形とパワースペクトルを示す図である。

【図7】図７は、自動車通過時に前面スピーカから再生される信号を示す図である。

【図8】図８は、ＶＲ装置中央における観測波形を示す図である。

【図9】図９は、ＶＲ装置中央における騒音レベル計測結果を示す図である。

【図10-1】図１０−１は、従来の道路交通騒音モデルの概略上面図である。

【図10-2】図１０−２は、図１０−１の音源の到来状況を示す図である。

【図10-3】図１０−３は、図１０−２の立面図であり、（１）は正面図、（２）は側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に、本発明に係る立体音響計算方法、装置、プログラム、記録媒体および立体音響提示システムならびに仮想現実空間提示システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

【0025】

［音響計算の基本原理］
まず、本発明に係る立体音響計算方法、装置に用いる音響計算の基本原理について、図１および図２を参照しながら説明する。なお、以下では、ＡＳＪモデルをベースにしつつ、音波の指向性や到達時間の遅れ、周波数依存性を考慮するようにした計算基本原理を説明する。

【0026】

図１に示すように、解析対象の音場である観測点ｒ、点音源ｒｓ、伝播障害物Ｂがある。ｒ、ｒｓは位置ベクトルである。音源、伝播障害物は複数あっても良いが、ここでは議論を円滑に進めるため各々一つとする。音場の時間依存項はｅｘｐ（−ｉωｔ）で表されるとする。ここに、ω＝２πｆ、ｔは時間である。

【0027】

観測点ｒにおける音圧の空間依存項ｐ（ｒ，ｋ）は次式で与えられるとする。

【0028】

【数1】

【0029】

ここに、｜Ａ｜は振幅、ｒ（スカラー）は音源・観測点距離（＝｜ｒ−ｒｓ｜）、ｋは波数（＝２πｆ／ｃ_０）、ｆは周波数、ｃ_０は音速である。

【0030】

一方、ＡＳＪモデルに基づく距離減衰、拡散、回折減衰を考慮した音圧レベルＳＰＬ（単位：ｄＢ）は次式で計算される。

【0031】

【数2】

【0032】

ここに、ＰＷＬは音源パワーレベル、ΔＤは回折減衰量である。

【0033】

音圧レベルの定義より式（１）、（２）から次式を得る。

【0034】

【数3】

【0035】

ここに、Ｐ_０は基準音圧（＝２０×１０^−６Ｐａ）である。式（１）、（２）より振幅｜Ａ｜は次式となる。

【0036】

【数4】

【0037】

ここで、距離減衰、回折減衰のいずれにも無関係な項をまとめてＣ＝（Ｐ_０／２√π）１０^{ＰＷＬ／２０}とし、ｒ＾（ハット）を回折パスの行路長とすれば、式（１）と式（４）から次式を得る。

【0038】

【数5】

【0039】

当然ながら、観測点から音源が直接見通せる場合はｒ＾＝ｒ、ΔＤ＝０であり、回折の影響が及ぶ場合はｒ＾＞ｒ、ΔＤ＞０である。

【0040】

観測点から音源が直接見通せる等、音波の到来方向が明らかな場合はAmbisonicsは有効である。しかしながら、防音塀などの伝播障害物により直接音が到来しない場合は、障害物端部からの回折音を考慮するなど音波の到来方向を別途定める必要がある。

【0041】

図２に示すように音波の回折がある場合、観測点と回折点を結ぶ直線上に仮想的な２次音源ｑｉ、ｉ＝１，２・・・Ｍ（Ｍは回折点の数）を考える。このときｑｉの位置は観測点を中心とする極座標系で（ｒｉ＾，θ，φ）となる。観測点での音圧は仮想音源ｑｉから寄与を足し合わせることで得られるので、式（１）は次のように書き表される。

【0042】

【数6】

【0043】

【数7】

【0044】

ここに、ΔＤｉは仮想音源ｑｉを設定する際に用いた障害物端部に関する回折減衰量を表す。式（７）のＱは、仮想音源の振幅の増幅率を表している。

【0045】

なお、このモデルは音波の位相変化は考慮していない。これは、ノイズ成分の多い交通騒音の評価に及ぼす影響は小さいとの判断に基づくものである。

【0046】

［立体音響計算方法および装置］
次に、本発明に係る立体音響計算方法および装置について説明する。

【0047】

本発明に係る立体音響計算方法は、伝播障害物の背後にある移動音源（音源）から障害物の端部を回折して観測点に伝播する回折音による立体音響を計算する方法であって、移動音源（音源）を、観測点と障害物の端部を結ぶ直線の延長上を移動する仮想音源で表現するとともに、この仮想音源を回折音の回折パスの数に応じて設定し、この仮想音源からの伝播音に基づいて観測点における音響を計算するものである。ここで、仮想音源は、上記の［音響計算の基本原理］で示した手法に基づいて設定する。このようにすれば、防音塀などの伝播障害物の影響、すなわち回折に伴う音波の到来方向、信号の到達時間の遅れ、周波数特性の変化等を反映することができる。なお、この実施例では特に移動音源の場合について説明するが、本発明は、移動音源だけでなく伝播障害物の陰に位置する静止音源にも適用可能である。

【0048】

特に、計算の高速化・効率化を図るため、エネルギーベースの音響計算法であるＡＳＪ ＲＴＮ−ＭＯＤＥＬ２００８を改良した音響計算モデルを用いれば、ＣＧ映像に同期してリアルタイムに音響計算を行い、その結果を立体音響化して提示することも可能である。

【0049】

また、本発明に係る立体音響計算装置は、上記の本発明の立体音響計算方法を装置化したものであり、音響計算手段を備えている。この音響計算手段は、移動音源（音源）を、観測点と障害物の端部を結ぶ直線の延長上を移動する仮想音源で表現するとともに、この仮想音源を回折音の回折パスの数に応じて設定し、この仮想音源からの伝播音に基づいて観測点における音響を計算する。本発明の立体音響計算装置によれば、本発明の方法による作用効果と同等の作用効果を得ることができる。本発明に係る立体音響計算装置は、後述する立体音響提示システムおよび仮想現実空間提示システムの構成の一部として用いられる。

【0050】

［立体音響提示システムおよび仮想現実空間提示システム］
次に、本発明に係る立体音響提示システムおよび仮想現実空間提示システムについて説明する。

【0051】

本発明に係る立体音響提示システムは、上述した本発明の立体音響計算装置で計算された音響に基づいて立体音響信号を生成する立体音響信号生成手段と、この立体音響信号生成手段で生成された立体音響信号を出力する音響出力手段とを備え、この音響出力手段から立体音響信号を出力することで観測点に対して立体音響を提示するものである。

【0052】

また、本発明に係る仮想現実空間提示システムは、上記の本発明の立体音響提示システムから提示される立体音響と同期して所定の画像を出力する画像出力手段を備え、この画像出力手段から出力される画像とこの画像と同期して提示される立体音響とにより観測点に対して仮想現実空間を提示するものである。

【0053】

より具体的には図３に示すように、本発明の仮想現実空間提示システム１００は、制御部１０、可視化部２０、可聴化部３０の３つのパートで構成される。各部は独立しており、ネットワークを介し、適切な通信プロトコル、例えばOpen Sound Controlを用いてデータ通信を行い、音源や伝播障害物位置等の空間情報１２や各減衰量等の音響信号１４（音響情報）を共有し、画像と音響を同期して提示する。

【0054】

可視化部２０は、図４−１に示す正面２４ａ・側面２４ｂ・底面２４ｃの３面の大型スクリーン２４（画像出力手段）を有する没入型ＶＲ装置Holostage（登録商標）（CHRISTIE社製）をデバイスとして用いることができる。この可視化部２０は、空間情報１２に基づいて、ＶＲ空間（仮想現実空間）を提示するためのＣＧ（所定の画像）を生成するＣＧ生成手段２２を備える。このＣＧ生成手段２２は、例えばCAVELib（日本SGI株式会社製）を用いたプログラムで構成することが可能である。ＣＧ生成手段２２で生成されたＣＧはスクリーン２４に出力されることになる。

【0055】

可聴化部３０は、本発明に係る立体音響提示システム２００の一部を構成するものである。この可聴化部３０は、本発明に係る立体音響計算装置の一部をなす音響計算手段３２と、信号生成手段３４と、立体音響信号生成手段３６とを備えており、可視化部２０により出力されるＣＧに同期して音波伝播性状を計算し、その結果をスピーカを通じてリアルタイムに提示する。

【0056】

音響計算手段３２は、例えば、Max/MSP（登録商標）（Cycling’74社製）等の音響プログラミングソフトを用いて上記の［音響計算の基本原理］で示した手法に基づいて音響計算を行い、音源信号の振幅増幅率を計算する。振幅増幅率の計算は、処理の高速化のため、可聴域（20〜20kHz）の周波数を1/1〜1/12オクターブバンド毎の増幅率として求めるようにしてもよい。

【0057】

信号生成手段３４は、音響計算手段３２による音響計算結果と音源信号１４から、Ambisonicsに基づいて前述の再生系（音響出力手段）に応じた信号を再構成するものである。ＣＰＵ負荷低減の観点から、本実施例ではA&G社の立体音響プロセッサX-Spat boXを用いた場合で説明するが、これ以外の立体音響プロセッサを用いても良い。このプロセッサによれば最大８つの音源信号に対して最大８チャンネルのスピーカの制御が可能であるが、本実施例では、図４−２に示すように水平面内に略環状に配置した７つのスピーカ３８を用いている。

【0058】

立体音響信号生成手段３６は、音響計算手段３２による音響計算結果と信号生成手段３４による音響信号とに基づいて立体音響信号を生成するものである。立体音響信号生成手段３６で生成された立体音響信号は、音響出力手段としての各スピーカ３８から出力されることになる。ここで、各スピーカ３８からの音響は、図示しない同期手段によってスクリーン２４から出力されるＣＧと同期して出力するようにしてある。

【0059】

制御部１０は、空間情報１２と音響信号１４の授受を制御するものであり、Max/MSP上で作成してある。

【0060】

［本発明の適用性の検証］
上記のように構成した本発明の適用性の検証について以下に説明する。

【0061】

図５−１に示すような検証用モデルを考える。自動車（移動音源）は地盤面ｚ＝０上をｘ方向に速度ｖで移動する。また、幅Ｗ、高さＨの防音塀（障害物）があるとする。ただし、厚みは無視する。観測点から防音塀までの距離をＬ_１、防音塀から音源までの最短距離をＬ_２とする。図５−１の下側に本検証に用いた値の一覧を示す。自動車が防音塀の陰にあるとき、回折音は防音塀の上方および側方から到来するとする。

【0062】

ここで、自動車が防音塀に対して右から左へ走行する場合には、防音塀の側方から観測点に到来する回折音の回折パスとして左右２つが考えられる。この場合、図５−２に示すように、各々の回折音を、観測点ｒと防音塀Ｂの右側端部を結ぶ直線の延長上を遠ざかる仮想音源ｒｓ_ＲのパスＰ_１と、観測点ｒと防音塀Ｂの左側端部を結ぶ直線の延長上を近づいてくる仮想音源ｒｓ_ＬのパスＰ_２とで表現することができる。

【0063】

図６（１）は音源信号として用いた自動車の定常走行音の波形であり、図６（２）はそのパワースペクトルを示したものである。これは自動車発生音の実測値から作成したものである。この音源信号を用いて自動車が防音塀近傍を通過する際の騒音を上述の手法によりＶＲ装置内で立体音響化した。

【0064】

図７は、図４−２に示したＶＲ装置上部にある三つの前方スピーカ３８（図７上方から順にＦＬ，ＣＴ，ＦＲ）から自動車が防音塀に対して右から左へ走行する際に再生される信号を表したものである。防音塀の幅Ｗが１５ｍ、高さＨが３ｍの場合である。Ambisonicsにより、自動車の移動に応じて各スピーカから再生される信号が変化する。まず、自動車が近づく時には左前スピーカ（ＦＬ）からの再生音が卓越し、次に自動車が防音塀の陰になる時には正面スピーカ（ＣＴ）からも再生される。ただし、回折減衰の影響で全体的に振幅は小さい。最後に自動車が去る際には右前スピーカ（ＦＲ）からの再生音が卓越する。

【0065】

図８は、図７と同条件においてＶＲ装置の中央位置（高さ１．５ｍ）で観測される（１）音圧波形と（２）パワースペクトルを表したものである。これはマイクロホンを用いて収録した結果、すなわち最大７つのスピーカからの再生音の合算値として得られたものである。ＶＲ装置周辺は空調ノイズ等の暗騒音は存在したが、十分なＳＮ比を確保した上で計測を行っている。

【0066】

図８（１）から、自動車が防音塀の陰になる約７．０〜８．０ｓの間は回折減衰の影響が見られる。また、図８（２）は防音塀の影響を受ける／受けない場合のパワースペクトルが示されている。約１００Ｈｚ以上の周波数で減衰の影響が大きいことがわかる。

【0067】

図９は、防音塀の幅Ｗを１５〜３０ｍの４条件とした場合の０．１ｓ毎のＶＲ装置中央位置の騒音レベルの計測結果である。その他の条件は前述の通りである。図９から、防音塀の幅が大きいほど回折の影響で騒音レベルが低減する区間が長く、回折減衰量も大きいことが確認される。当然ながら、図９の結果はＶＲ装置のスクリーンや室内壁からの反射音の影響を受けるが、計測結果から求めた回折減衰量とＡＳＪモデル計算値との差は最大で±２ｄＢの範囲にあり、交通騒音の評価は十分可能であると判断される。

【0068】

このように、本発明によれば、音源、障害物、観測点の位置に応じて、障害物による回折音伝播を複数個の仮想音源により表現し、音波の到来方向、音の遅れ時間、回折による周波数特性の変化を考慮してリアルタイム音響計算を行うことができる。また、直接音伝播や回折音伝播が混在する場合にもシームレスにリアルタイムの立体音響提示が可能である。

【0069】

さらに、仮想音源を設定して音響計算を行うので特別なハードウェアを必要とせず、従来の立体音響システムとの親和性に優れており、柔軟なシステム構成が可能になる。また、道路や鉄道交通騒音などの移動音源以外にも回折を伴う静止音源の可聴化にも適用可能である。

【0070】

また、本発明はより臨場感のあるＶＲ空間を創出することが可能であることから、騒音実態の精緻な再現、防音塀などの騒音対策効果の直感的な理解・確認、対策案立案等の合意形成、騒音によるストレス評価や音環境が心理に及ぼす影響の評価等の様々な場面で有用なツールとなることが期待される。

【0071】

以上説明したように、本発明に係る立体音響計算方法によれば、伝播障害物の背後にある音源から前記障害物の端部を回折して観測点に伝播する回折音による立体音響を計算する方法であって、前記音源を、前記観測点と前記障害物の端部を結ぶ直線の延長上を移動する仮想音源で表現するとともに、この仮想音源を前記回折音の回折パスの数に応じて設定し、この仮想音源からの伝播音に基づいて前記観測点における音響を計算するので、防音塀などの伝播障害物の影響、すなわち回折に伴う音波の到来方向、信号の到達時間の遅れ、周波数特性の変化等を反映することができ、伝播障害物による回折音の影響を考慮することができる。

【0072】

また、本発明に係る立体音響計算装置によれば、伝播障害物の背後にある音源から前記障害物の端部を回折して観測点に伝播する回折音による立体音響を計算する装置であって、前記音源を、前記観測点と前記障害物の端部を結ぶ直線の延長上を移動する仮想音源で表現するとともに、この仮想音源を前記回折音の回折パスの数に応じて設定し、この仮想音源からの伝播音に基づいて前記観測点における音響を計算する音響計算手段を備えるので、上述した立体音響計算方法と同様に、伝播障害物による回折音の影響を考慮することができる。

【0073】

また、本発明に係る立体音響提示システムによれば、上述した立体音響計算装置で計算された音響に基づいて立体音響信号を生成する立体音響信号生成手段と、この立体音響信号生成手段で生成された立体音響信号を出力する音響出力手段とを備え、この音響出力手段から前記立体音響信号を出力することで前記観測点に対して立体音響を提示するので、伝播障害物による回折音の影響が考慮された、より臨場感のある３次元音環境を提示することができる。

【0074】

また、本発明に係る仮想現実空間提示システムによれば、上述した立体音響提示システムから提示される立体音響と同期して所定の画像を出力する画像出力手段を備え、この画像出力手段から出力される画像とこの画像と同期して提示される立体音響とにより前記観測点に対して仮想現実空間を提示するので、伝播障害物による回折音の影響が考慮された、より臨場感のある仮想現実空間を提示することができる。

【産業上の利用可能性】

【0075】

以上のように、本発明に係る立体音響計算方法、装置、プログラム、記録媒体および立体音響提示システムならびに仮想現実空間提示システムは、防音塀などの伝播障害物による回折音の影響を考慮するのに有用であり、特に、より臨場感のあるＶＲ空間を創出するために３次元音環境をリアルタイムに再現するのに適している。

【符号の説明】

【0076】

１０ 制御部
１２ 空間情報
１４ 音源信号
２０ 可視化部
２２ ＣＧ生成手段
２４ スクリーン（画像出力手段）
３０ 可聴化部
３２ 音響計算手段（立体音響計算装置）
３４ 信号生成手段
３６ 立体音響信号生成手段
３８ スピーカ（音響出力手段）
１００ 仮想現実空間提示システム
２００ 立体音響提示システム
Ｂ 防音塀（伝播障害物）
ｒｓ 音源（移動音源）
ｒ 観測点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4-1】

【図4-2】

【図5-1】

【図5-2】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10-1】

【図10-2】

【図10-3】