JP5967418B2

JP5967418B2 - 3D sound calculation method, apparatus, program, recording medium, 3D sound presentation system, and virtual reality space presentation system

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Publication number: JP5967418B2
Application number: JP2012068322A
Authority: JP
Inventors: 谷川　将規; 将規谷川; 和男樫山
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: JP2013201577A

Description

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。 The present invention relates to a three-dimensional sound calculation method, apparatus, program, recording medium, three-dimensional sound presentation system, and virtual reality space presentation system that can take into account diffracted sound due to a barrier such as a soundproof wall.

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）。 Due to the recent development of VR (virtual reality) technology, there are many application examples in the civil engineering field, including not only landscape simulation but also three-dimensional visualization of numerical analysis results of physical phenomena. On the other hand, in the acoustic field, an audible technique for reproducing the results of numerical analysis and scale model experiments as sound has been used for a long time, and has been used for indoor and outdoor sound field evaluations (for example, see Non-Patent Document 1).

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（ＡＳＪＲＴＮ−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。 Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3 present a road traffic noise evaluation simulation system that presents traffic noise in synchronization with an immersive VR system. This system adopts an acoustic calculation method based on the road traffic noise prediction model (ASJ RTN-Model 2008, hereinafter referred to as ASJ model) of the Acoustical Society of Japan shown in Non-Patent Document 4, and various noise sources and distance attenuation. It can be applied to a variety of sound fields, taking into account diffraction / reflection by soundproofing, sound absorption effect by the ground surface, etc. The ASJ model, which is an energy-based calculation method, has a small amount of calculation and is easy to handle, but does not consider the arrival direction (directivity) of sound waves, delay in arrival time, and the like. Therefore, it is difficult to reproduce an arbitrary sound field three-dimensionally (three-dimensional sound) using only the ASJ model.

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。 Here, the stereophonic sound means that the sound field around the observer is simulated by a finite number of speakers. As a technique related to conventional stereophonization, for example, a moving sound image presenting device shown in Patent Document 1, a sound image localization control device shown in Patent Document 2, a distributed loudspeaker system shown in Patent Document 3, and the like are known. Yes.

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。 In addition, as an attempt to fuse such an audible technique using stereophonic sound and a visualization technique using VR, for example, a stereophonic sound reproducing device shown in Patent Document 4, a stereophonic sound generating system shown in Patent Document 5, and Patent Document 6 The image processing apparatus shown is known.

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。 The above Patent Documents 1 to 3 are techniques related to a three-dimensional presentation method of a moving sound source, but it is difficult to consider the influence of an obstacle such as a soundproof jar. Moreover, although patent documents 4-6 are the techniques regarding the stereophonic sound presentation synchronized with the image | video, it is difficult to perform real-time acoustic calculation.

「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“Current status and future prospects of sound field visualization and audibility technology”, Shinichi Sakamoto, Journal of the Acoustical Society of Japan, Vol. 61, pp. 45-49, 2005 「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“Construction of interactive road traffic noise evaluation system using VR technology”, Shinji Tajika, Kazuo Hatakeyama, Yukiyuki Shimura, Applied Mechanics, Vol. 13, pp. 231-239, 2010 「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"Construction of road traffic noise evaluation system using visualization and audible technology", Keisuke Shibata, Shinji Tajika, Kazuo Hatakeyama, Masayuki Shimura, Civil Engineering Information Technology Lectures, Vol. 35, pp. 25-28, 2010 「道路交通騒音の予測モデル“ＡＳＪＲＴＮ−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“Road Traffic Noise Prediction Model“ ASJ RTN-Model 2008 ””, Acoustical Society of Japan Road Traffic Noise Research Committee, Acoustical Society of Japan, Vol. 65, pp. 179-232, 2009

特開２００６−２２２８０１号公報JP 2006-222801 A 特開２００６−０３３５５１号公報JP 2006-033551 A 特開２００４−０３２４６３号公報JP 2004-032463 A 特開２０１１−２３４１７７号公報JP 2011-234177 A 特開２０１１−１３９２６３号公報JP 2011-139263 A 特開平１１−０８６０３８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-086038

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。 By the way, when the sound source can be seen directly from the observer, it is possible to appropriately reproduce the sound field using the above-described conventional stereophonic technology. However, it cannot cope with the case where the sound source is hidden behind a propagation obstacle and cannot be seen directly. As such a case, when reproducing traffic noise, there is a case where a sound source (automobile, railway, etc.) is hidden behind a soundproof fence and cannot be seen.

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。 For example, in the road traffic noise model shown in FIG. 10A, the sound source rs ₁ can be seen directly from the observer r, but the sound source rs ₂ is hidden behind the soundproof rod B and cannot be seen. In this case, FIG. 10-2, as shown in Figure 10-3, the sound from the sound source rs ₁ line-of-sight from the observer arrives to the observer r a route _{R 1.} On the other hand, the sound from the sound source rs ₂ hidden behind the soundproof rod B arrives at the observer r through the paths R ₂ and R ₃ diffracted at the side edge and the upper end (edge) of the soundproof rod B.

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。 In this way, the sound generated from the sound source is diffracted by the obstacle, the propagation path between the sound source and the observer is not a straight line, the arrival direction of the sound wave, the delay time until the sound wave arrives from the sound source, and the frequency characteristics due to diffraction However, the above-described conventional stereophonic technology cannot take these phenomena into consideration. For this reason, it has been desired to develop a three-dimensional acoustic technology that can take into account the effect of diffracted sound caused by a propagation obstacle such as a soundproof fence.

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。 The present invention has been made in view of the above, and a stereophonic sound calculation method, apparatus, program, recording medium, and stereophonic sound presentation system capable of taking into account the effect of diffracted sound caused by a propagation obstacle such as a soundproof jar, and An object is to provide a virtual reality space presentation system.

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（ＡＳＪＲＴＮ−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。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the stereophonic sound calculation method according to claim 1 of the present invention diffracts the end of the obstacle from the sound source behind the propagation obstacle to the observation point. The sound of the three-dimensional sound in the case where the sound field around the observation point due to traffic noise formed by the diffracted sound propagating is simulated by the three-dimensional sound formed by the sound signals output from the plurality of sound output means. a method for calculating using the computer field, the diffracted sound to propagate to the observation point diffracts the end of the obstacle from the sound source, the straight line connecting the end of the observation point and the obstacle a step of extending moving on shall be represented using the propagation sound from the virtual sound source, set the direction of arrival of sound waves diffracted sound that propagated to the observation point diffracts the ends of the obstacle , corresponding to the incoming direction set The sound field at the observation point due to the propagation sound from the virtual sound source that moves on the extension of the serial straight line, road traffic noise prediction model (ASJ RTN-Model2008) to based on distance attenuation of the Acoustical Society of Japan, diffusion, the diffraction attenuation And calculating based on the considered sound pressure .

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（ＡＳＪＲＴＮ−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。 In the stereophonic sound calculation apparatus according to claim 2 of the present invention, the sound generated by the diffracted sound that diffracts the edge of the obstacle from the sound source behind the propagation obstacle and propagates to the observation point is generated. An apparatus for calculating the sound field of the three-dimensional sound using a computer in a case where the sound field around the observation point is simulated by a three-dimensional sound formed by sound signals output from a plurality of sound output means. the diffracted sound to propagate to the observation point diffracts the end of the obstacle from the sound source, propagation from the virtual sound source to move the extension above the straight line connecting the end of the observation point and the obstacle shall be represented by using a sound, and means for setting the direction of arrival of sound waves diffracted sound that propagated to the observation point diffracts the end of the obstacle, the extension of the straight line corresponding to the incoming direction set from the virtual sound source to move on Comprising a sound field in the observation point by propagation sound, traffic noise prediction model attenuation based on (ASJ RTN-Model2008) of ASJ, diffuse, and means for calculating on the basis of the sound pressure in consideration of the diffraction attenuation It is characterized by that.

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。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a program for causing a computer to execute the above-described stereophonic sound calculation method according to the first aspect.

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。 A recording medium according to claim 4 of the present invention is a computer-readable recording medium in which the program according to claim 3 is recorded.

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。 A stereophonic sound presentation system according to claim 5 of the present invention includes a stereoacoustic signal generation unit that generates a stereoacoustic signal based on the sound calculated by the stereoacoustic calculation device according to claim 2 described above, and And a sound output means for outputting the stereophonic signal generated by the stereophonic signal generation means, and the stereophonic sound is presented to the observation point by outputting the stereophonic signal from the sound output means. And

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。 The virtual reality space presentation system according to claim 6 of the present invention includes image output means for outputting a predetermined image in synchronization with the stereophonic sound presented from the stereophonic sound presentation system according to claim 5 described above. The virtual reality space is presented to the observation point by the image output from the image output means and the stereophonic sound presented in synchronization with the image.

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。 According to the stereophonic sound calculation method according to the present invention, a method of calculating stereophonic sound by diffracted sound that diffracts an end of the obstacle from a sound source behind the propagation obstacle and propagates to an observation point, The sound source is represented by a virtual sound source that moves on an extension of a straight line connecting the observation point and the end of the obstacle, and the virtual sound source is set according to the number of diffraction paths of the diffracted sound. Because the sound at the observation point is calculated based on the sound propagated from the sound, it reflects the effects of propagation obstacles such as soundproofing cages, that is, the direction of arrival of sound waves due to diffraction, delay in arrival time of signals, changes in frequency characteristics, etc. The effect of diffracting sound due to a propagation obstacle can be taken into account.

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。 The stereophonic sound calculation apparatus according to the present invention is a device for calculating stereophonic sound by diffracted sound that is diffracted from the sound source behind the propagation obstacle and propagates to the observation point by diffracting the end of the obstacle. The sound source is represented by a virtual sound source that moves on an extension of a straight line connecting the observation point and the end of the obstacle, and the virtual sound source is set according to the number of diffraction paths of the diffracted sound, Since the sound calculation means for calculating the sound at the observation point based on the propagation sound from the virtual sound source is provided, the effect that the influence of the diffracted sound due to the propagation obstacle can be taken into account, as in the above-described three-dimensional sound calculation method. Play.

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。 Moreover, according to the stereophonic sound presentation system according to the present invention, the stereophonic sound signal generating means for generating a stereophonic signal based on the sound calculated by the above-described stereophonic sound calculation device, and the stereophonic sound signal generating means Sound output means for outputting the stereophonic signal, and by outputting the stereophonic signal from the sound output means, the stereophonic sound is presented to the observation point. It is possible to present a more realistic 3D sound environment that is considered.

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。 Further, according to the virtual reality space presentation system according to the present invention, the virtual reality space presentation system includes image output means for outputting a predetermined image in synchronization with the stereophonic sound presented from the above-described stereophonic sound presentation system, and is output from the image output means. The virtual reality space is presented to the observation point by the three-dimensional sound that is presented in synchronization with this image, so that the virtual reality with a more realistic sensation in consideration of the effect of the diffracted sound due to the propagation obstacle There is an effect that a space can be presented.

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。FIG. 1 is a diagram for explaining a calculation target sound field and a symbol definition of a stereophonic sound calculation method and apparatus according to the present invention. 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。FIG. 2 is a conceptual diagram showing the setting of a virtual sound source for diffraction attenuation calculation. 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。FIG. 3 is a diagram showing the configuration and processing flow of the stereophonic sound calculation apparatus, stereophonic sound presentation system, and virtual reality space presentation system according to the present invention. 図４−１は、没入型ＶＲ装置のスクリーンの斜視図である。FIG. 4A is a perspective view of the screen of the immersive VR apparatus. 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。FIG. 4B is a top view of the speaker arrangement of the immersive VR device. 図５−１は、検証モデルの概念図である。FIG. 5A is a conceptual diagram of the verification model. 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。FIG. 5B is a diagram illustrating setting of the virtual sound source in the verification model. 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。FIG. 6 is a diagram illustrating a waveform of a sound source signal and a power spectrum. 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。FIG. 7 is a diagram showing a signal reproduced from the front speaker when the vehicle passes. 図８は、ＶＲ装置中央における観測波形を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an observed waveform in the center of the VR device. 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。FIG. 9 is a diagram illustrating a noise level measurement result in the center of the VR device. 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。FIG. 10A is a schematic top view of a conventional road traffic noise model. 図１０−２は、図１０−１の音源の到来状況を示す図である。FIG. 10B is a diagram illustrating an arrival state of the sound source in FIG. 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。10-3 is an elevational view of FIG. 10-2, where (1) is a front view and (2) is a side view.

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。 Hereinafter, embodiments of a 3D sound calculation method, apparatus, program, recording medium, 3D sound presentation system, and virtual reality space presentation system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

［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。 [Basic principles of acoustic calculation]
First, the basic principle of acoustic calculation used in the stereophonic acoustic calculation method and apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the following, a basic calculation principle will be described in which the directivity of sound waves, the delay in arrival time, and the frequency dependence are taken into consideration while being based on the ASJ model.

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。 As shown in FIG. 1, there are an observation point r, a point sound source rs, and a propagation obstacle B, which are sound fields to be analyzed. r and rs are position vectors. There may be a plurality of sound sources and propagation obstacles, but here they are one each for smooth discussion. It is assumed that the time-dependent term of the sound field is expressed by exp (−iωt). Here, ω = 2πf, t is time.

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。 It is assumed that the spatial dependence term p (r, k) of the sound pressure at the observation point r is given by the following equation.

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。 Here, | A | is the amplitude, r (scalar) is the sound source / observation point distance (= | r−rs |), k is the wave number (= 2πf / c ₀ ), f is the frequency, and c ₀ is the speed of sound.

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。 On the other hand, the sound pressure level SPL (unit: dB) considering distance attenuation, diffusion, and diffraction attenuation based on the ASJ model is calculated by the following equation.

ここに、ＰＷＬは音源パワーレベル、ΔＤは回折減衰量である。 Here, PWL is a sound source power level, and ΔD is a diffraction attenuation amount.

音圧レベルの定義より式（１）、（２）から次式を得る。 From the definition of the sound pressure level, the following equation is obtained from equations (1) and (2).

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。 Here, P ₀ is a reference sound pressure (= 20 × 10 ⁻⁶ Pa). From the expressions (1) and (2), the amplitude | A |

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。 Here, if terms irrelevant to both distance attenuation and diffraction attenuation are collectively set to C = (P ₀ / 2√π) 10 ^{PWL / 20} and r ^ (hat) is the path length of the diffraction path, The following formula is obtained from (1) and formula (4).

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。 Naturally, when the sound source can be seen directly from the observation point, r ^ = r and ΔD = 0, and when the influence of diffraction is exerted, r ^> r and ΔD> 0.

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。 Ambisonics is effective when the direction of sound wave arrival is clear, such as when the sound source can be seen directly from the observation point. However, when the direct sound does not arrive due to a propagation obstacle such as a soundproof rod, it is necessary to separately determine the arrival direction of the sound wave by taking into account the diffracted sound from the edge of the obstacle.

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。 When there is sound wave diffraction as shown in FIG. 2, virtual secondary sound sources qi, i = 1, 2,... M (M is the number of diffraction points) are considered on a straight line connecting the observation point and the diffraction point. . At this time, the position of qi is (ri ^, θ, φ) in a polar coordinate system centered on the observation point. Since the sound pressure at the observation point is obtained by adding contributions from the virtual sound source qi, the expression (1) is expressed as follows.

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。 Here, ΔDi represents the diffraction attenuation amount related to the obstacle end portion used when setting the virtual sound source qi. Q in Expression (7) represents the amplification factor of the amplitude of the virtual sound source.

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。 This model does not consider the phase change of the sound wave. This is based on the judgment that the influence on the evaluation of traffic noise with a lot of noise components is small.

［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。 [3D acoustic calculation method and apparatus]
Next, the stereophonic sound calculation method and apparatus according to the present invention will be described.

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。 A stereophonic sound calculation method according to the present invention is a method for calculating stereophonic sound by diffracted sound that diffracts an end of an obstacle from a moving sound source (sound source) behind a propagation obstacle and propagates to an observation point, The moving sound source (sound source) is expressed by a virtual sound source that moves on the extension of the straight line connecting the observation point and the end of the obstacle, and this virtual sound source is set according to the number of diffraction paths of the diffracted sound. The sound at the observation point is calculated based on the sound propagated from the sound source. Here, the virtual sound source is set based on the technique shown in [Basic principle of acoustic calculation]. In this way, it is possible to reflect the influence of a propagation obstacle such as a soundproof rod, that is, the arrival direction of a sound wave accompanying the diffraction, a delay in the arrival time of a signal, a change in frequency characteristics, and the like. In this embodiment, the case of a moving sound source will be described. However, the present invention can be applied not only to a moving sound source but also to a stationary sound source located behind a propagation obstacle.

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ＡＳＪＲＴＮ−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。 In particular, in order to increase the speed and efficiency of calculation, if an acoustic calculation model improved from ASJ RTN-MODEL 2008, which is an energy-based acoustic calculation method, is used, the acoustic calculation is performed in real time in synchronization with the CG image. Can also be presented as a three-dimensional sound.

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。 Moreover, the stereophonic sound calculation apparatus according to the present invention is an apparatus of the above-described stereophonic sound calculation method of the present invention, and includes sound calculation means. This acoustic calculation means expresses a moving sound source (sound source) as a virtual sound source that moves on an extension of a straight line connecting the observation point and the end of the obstacle, and the virtual sound source according to the number of diffraction paths of the diffracted sound. The sound at the observation point is calculated based on the sound propagated from the virtual sound source. According to the stereophonic sound calculation apparatus of the present invention, it is possible to obtain an operational effect equivalent to the operational effect of the method of the present invention. The stereophonic sound calculation apparatus according to the present invention is used as part of the configuration of a stereophonic sound presentation system and a virtual reality space presentation system described later.

［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。 [3D sound presentation system and virtual reality space presentation system]
Next, the stereophonic sound presentation system and the virtual reality space presentation system according to the present invention will be described.

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。 The stereophonic sound presentation system according to the present invention is generated by a stereoacoustic signal generation unit that generates a stereoacoustic signal based on the sound calculated by the above-described stereoacoustic calculation apparatus of the present invention, and the stereoacoustic signal generation unit. Sound output means for outputting a stereophonic signal, and presenting the stereophonic sound to the observation point by outputting the stereoacoustic signal from the sound output means.

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。 The virtual reality space presentation system according to the present invention includes image output means for outputting a predetermined image in synchronization with the stereophonic sound presented from the stereophonic sound presentation system of the present invention, and outputs from the image output means. The virtual reality space is presented to the observation point by the image to be displayed and the stereophonic sound presented in synchronization with the image.

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。 More specifically, as shown in FIG. 3, the virtual reality space presentation system 100 of the present invention includes three parts: a control unit 10, a visualization unit 20, and an audible unit 30. Each unit is independent and performs data communication via a network using an appropriate communication protocol, for example, Open Sound Control, and includes spatial information 12 such as a sound source and a propagation obstacle position, and an acoustic signal 14 (acoustic signal) such as each attenuation amount. Information) and present images and sound in synchronization.

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。 The visualization unit 20 uses an immersive VR device Holostage (registered trademark) (manufactured by CHRISTIE) having three large screens 24 (image output means) of a front surface 24a, a side surface 24b, and a bottom surface 24c shown in FIG. Can be used. The visualization unit 20 includes CG generation means 22 that generates a CG (predetermined image) for presenting a VR space (virtual reality space) based on the spatial information 12. The CG generation means 22 can be configured by a program using, for example, CAVELib (manufactured by SGI Japan). The CG generated by the CG generation means 22 is output to the screen 24.

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。 The audible part 30 constitutes a part of the stereophonic sound presentation system 200 according to the present invention. The audible unit 30 includes an acoustic calculation unit 32, a signal generation unit 34, and a stereophonic signal generation unit 36 that form part of the stereophonic sound calculation apparatus according to the present invention, and is output by the visualization unit 20. The sound wave propagation property is calculated in synchronization with the CG, and the result is presented in real time through a speaker.

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。 The acoustic calculation means 32 performs acoustic calculation based on the method shown in [Basic Principle of Acoustic Calculation] using acoustic programming software such as Max / MSP (registered trademark) (manufactured by Cycling '74), for example. Calculate the amplitude amplification factor of the sound source signal. For the calculation of the amplitude amplification factor, the frequency in the audible range (20 to 20 kHz) may be obtained as the amplification factor for each 1/1 to 1/12 octave band in order to speed up the processing.

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。 The signal generation unit 34 reconstructs a signal corresponding to the above-described reproduction system (acoustic output unit) from the acoustic calculation result by the acoustic calculation unit 32 and the sound source signal 14 based on Ambisonics. From the viewpoint of reducing the CPU load, the present embodiment will be described using the A & G stereo sound processor X-SpatboX, but other stereo sound processors may be used. According to this processor, it is possible to control up to eight channels of speakers for up to eight sound source signals. In this embodiment, however, seven speakers are arranged in a ring shape in a horizontal plane as shown in FIG. 38 is used.

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。 The stereophonic sound signal generator 36 generates a stereoacoustic signal based on the sound calculation result by the sound calculator 32 and the sound signal by the signal generator 34. The three-dimensional sound signal generated by the three-dimensional sound signal generating unit 36 is output from each speaker 38 as a sound output unit. Here, the sound from each speaker 38 is output in synchronization with the CG output from the screen 24 by synchronization means (not shown).

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。 The control unit 10 controls transmission / reception of the spatial information 12 and the acoustic signal 14 and is created on Max / MSP.

［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。 [Verification of applicability of the present invention]
The verification of the applicability of the present invention configured as described above will be described below.

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。 Consider a model for verification as shown in FIG. The automobile (moving sound source) moves on the ground surface z = 0 at a speed v in the x direction. Further, it is assumed that there is a soundproof fence (obstacle) having a width W and a height H. However, the thickness is ignored. The distance from the observation point to the soundproof fence L _1, the shortest distance from the soundproof wall to the sound source and L _2. A list of values used for this verification is shown below FIG. It is assumed that the diffracted sound comes from above and from the side of the soundproof box when the automobile is behind the soundproof box.

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。 Here, when the automobile travels from right to left with respect to the soundproof frame, two left and right diffraction paths of the diffracted sound coming from the side of the soundproof frame to the observation point can be considered. In this case, as shown in FIG. 5B, the path P ₁ of the virtual sound source rs _R that moves each diffracted sound away from the extension of the straight line connecting the observation point r and the right end of the soundproof rod B, and the observation point r. And the path P ₂ of the virtual sound source rs _L approaching the extension of the straight line connecting the left end portion of the soundproof box B.

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。 FIG. 6 (1) shows the waveform of the steady running sound of an automobile used as a sound source signal, and FIG. 6 (2) shows its power spectrum. This is created from the actual measurement value of the car-generated sound. Using this sound source signal, the noise generated when the automobile passes in the vicinity of the soundproofing cage was made into three-dimensional sound in the VR apparatus by the above-described method.

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。 FIG. 7 is reproduced when the vehicle travels from right to left with respect to the soundproof fence from the three front speakers 38 (FL, CT, FR in order from the top of FIG. 7) at the upper part of the VR device shown in FIG. Represents a signal to be transmitted. This is a case where the width W of the soundproofing cage is 15 m and the height H is 3 m. Ambisonics changes the signal reproduced from each speaker as the car moves. First, the reproduced sound from the left front speaker (FL) is dominant when the automobile approaches, and then reproduced from the front speaker (CT) when the automobile is behind the soundproofing cage. However, the amplitude is generally small due to the influence of diffraction attenuation. When the car finally leaves, the reproduced sound from the front right speaker (FR) is outstanding.

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。 FIG. 8 shows (1) a sound pressure waveform and (2) a power spectrum observed at the center position (height: 1.5 m) of the VR device under the same conditions as FIG. This is obtained as a result of recording using a microphone, that is, as a sum of reproduced sounds from a maximum of seven speakers. Although background noise such as air-conditioning noise was present around the VR device, measurement was performed after ensuring a sufficient S / N ratio.

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。 From FIG. 8 (1), the influence of diffraction attenuation can be seen for about 7.0 to 8.0 s when the automobile is behind the soundproof fence. Further, FIG. 8 (2) shows a power spectrum in the case of being affected / not affected by the soundproofing rod. It can be seen that the influence of attenuation is large at a frequency of about 100 Hz or more.

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。 FIG. 9 shows the measurement result of the noise level at the center position of the VR device every 0.1 s when the width W of the soundproof rod is set to four conditions of 15 to 30 m. Other conditions are as described above. From FIG. 9, it is confirmed that the greater the width of the soundproof rod, the longer the section in which the noise level is reduced due to the influence of diffraction, and the greater the amount of diffraction attenuation. Naturally, the result of FIG. 9 is affected by the sound reflected from the screen of the VR device and the indoor wall, but the difference between the diffraction attenuation obtained from the measurement result and the calculated value of the ASJ model is in the range of ± 2 dB at the maximum. Therefore, it is judged that the evaluation of traffic noise is sufficiently possible.

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。 As described above, according to the present invention, the propagation of the diffracted sound due to the obstacle is represented by a plurality of virtual sound sources according to the position of the sound source, the obstacle, and the observation point, and the arrival direction of the sound wave, the sound delay time, the diffraction Real-time acoustic calculation can be performed in consideration of the change in frequency characteristics due to. In addition, even when direct sound propagation and diffracted sound propagation coexist, real-time stereoscopic sound presentation can be performed seamlessly.

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。 Furthermore, since the sound calculation is performed by setting the virtual sound source, no special hardware is required, and the compatibility with the conventional stereophonic sound system is excellent, and a flexible system configuration is possible. In addition to moving sound sources such as road and railway traffic noise, the present invention can also be applied to audible stationary sound sources with diffraction.

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。 In addition, since the present invention can create a more realistic VR space, the precise reproduction of the actual noise, intuitive understanding and confirmation of noise countermeasure effects such as soundproofing, and countermeasure planning It is expected to be a useful tool in various situations such as consensus building, stress assessment due to noise, and assessment of the impact of sound environment on psychology.

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。 As described above, according to the stereophonic sound calculation method according to the present invention, the stereophonic sound is calculated based on the diffracted sound that diffracts the edge of the obstacle from the sound source behind the propagation obstacle and propagates to the observation point. The sound source is represented by a virtual sound source that moves on an extension of a straight line connecting the observation point and the end of the obstacle, and the virtual sound source is represented according to the number of diffraction paths of the diffracted sound. Set and calculate the sound at the observation point based on the propagation sound from this virtual sound source, so the effect of propagation obstacles such as soundproofing cages, that is, the arrival direction of sound waves accompanying diffraction, delay of arrival time of signals, frequency Changes in characteristics can be reflected, and the influence of diffracted sound due to propagation obstacles can be taken into account.

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。 The stereophonic sound calculation apparatus according to the present invention is a device for calculating stereophonic sound by diffracted sound that is diffracted from the sound source behind the propagation obstacle and propagates to the observation point by diffracting the end of the obstacle. The sound source is represented by a virtual sound source that moves on an extension of a straight line connecting the observation point and the end of the obstacle, and the virtual sound source is set according to the number of diffraction paths of the diffracted sound, Since the sound calculation means for calculating the sound at the observation point based on the propagation sound from the virtual sound source is provided, the influence of the diffracted sound due to the propagation obstacle can be taken into account, as in the above-described three-dimensional sound calculation method.

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。 Moreover, according to the stereophonic sound presentation system according to the present invention, the stereophonic sound signal generating means for generating a stereophonic signal based on the sound calculated by the above-described stereophonic sound calculation device, and the stereophonic sound signal generating means Sound output means for outputting the stereophonic signal, and by outputting the stereophonic signal from the sound output means, the stereophonic sound is presented to the observation point. It is possible to present a more realistic 3D sound environment that is considered.

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。 Further, according to the virtual reality space presentation system according to the present invention, the virtual reality space presentation system includes image output means for outputting a predetermined image in synchronization with the stereophonic sound presented from the above-described stereophonic sound presentation system, and is output from the image output means. The virtual reality space is presented to the observation point by the three-dimensional sound that is presented in synchronization with this image, so that the virtual reality with a more realistic sensation in consideration of the effect of the diffracted sound due to the propagation obstacle A space can be presented.

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。 As described above, the stereophonic sound calculation method, apparatus, program, recording medium, stereophonic sound presentation system, and virtual reality space presentation system according to the present invention take into account the effects of diffracted sound due to propagation obstacles such as soundproofing jars. It is useful, and is particularly suitable for reproducing a three-dimensional sound environment in real time in order to create a VR space with a more realistic feeling.

１０制御部
１２空間情報
１４音源信号
２０可視化部
２２ＣＧ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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control part 12 Spatial information 14 Sound source signal 20 Visualization part 22 CG production | generation means 24 Screen (image output means)
30 audible part 32 sound calculation means (stereoscopic sound calculation device)
34 Signal generation means 36 Stereophonic sound signal generation means 38 Speaker (sound output means)
100 Virtual Reality Space Presentation System 200 3D Sound Presentation System B Soundproof fence (propagation obstacle)
rs Sound source (moving sound source)
r Observation point

Claims

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（ＡＳＪＲＴＮ−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。 A sound field around the observation point due to traffic noise formed by the diffracted sound that diffracts the edge of the obstacle from the sound source behind the propagation obstacle and propagates to the observation point is output from a plurality of sound output means A method for calculating a sound field of the stereophonic sound in a case where the sound is reproduced by a stereophonic sound formed by a sound signal generated using a computer,
The diffracted sound to propagate to the observation point diffracts the end of the obstacle from the sound source, propagation sound from the virtual sound source to move the extension above the straight line connecting the end of the observation point and the obstacle And express it using
Setting a direction of arrival of the acoustic waves diffracted sound that propagated to the observation point diffracts the end of the obstacle,
The sound field in the observation point by propagation sound from the virtual sound source which moves on the extension of the straight line corresponding to the set arrival direction based on the Acoustical Society of Japan road traffic noise prediction model (ASJ RTN-Model2008) Distance And a step of calculating based on sound pressure in consideration of attenuation, diffusion, and diffraction attenuation .

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（ＡＳＪＲＴＮ−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。 A sound field around the observation point due to traffic noise formed by the diffracted sound that diffracts the edge of the obstacle from the sound source behind the propagation obstacle and propagates to the observation point is output from a plurality of sound output means An apparatus for calculating the sound field of the stereophonic sound in a case where the sound field is simulated by the stereophonic sound formed by the sound signal to be generated using a computer,
The diffracted sound to propagate to the observation point diffracts the end of the obstacle from the sound source, propagation sound from the virtual sound source to move the extension above the straight line connecting the end of the observation point and the obstacle And express it using
Means for setting the direction of arrival of sound waves diffracted sound that propagated to the observation point diffracts the end of the obstacle,
The sound field in the observation point by propagation sound from the virtual sound source which moves on the extension of the straight line corresponding to the set arrival direction based on the Acoustical Society of Japan road traffic noise prediction model (ASJ RTN-Model2008) Distance Means for calculating based on sound pressure in consideration of attenuation, diffusion, and diffraction attenuation .

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。 A program for causing a computer to execute the stereophonic sound calculation method according to claim 1.

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。 A computer-readable recording medium in which the program according to claim 3 is recorded.

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。 A stereophonic signal generation unit that generates a stereophonic signal based on the sound calculated by the stereophonic sound calculation device according to claim 2, and a sound output unit that outputs the stereoacoustic signal generated by the stereophonic signal generation unit. A stereophonic sound presentation system, wherein the stereophonic sound is presented to the observation point by outputting the stereophonic signal from the sound output means.

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。 An image output unit that outputs a predetermined image in synchronization with the stereophonic sound presented from the stereophonic sound presentation system according to claim 5 is provided, and the image output from the image output unit and the image are presented in synchronization with the image. A virtual reality space presentation system that presents a virtual reality space with respect to the observation point using three-dimensional sound.