JP2617112B2 - 室内空間音響映像シミュレーションシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、室内空間の任意の視聴位置における音響
および映像をシミュレートし、その視聴位置の移動に応
じて変化する音と映像を同期させて同時に出力するよう
にした室内空間音響映像シミュレーションシステムに関
する。

［従来の技術］ 従来、建築設計支援システム（CAD）として、幾何音
響理論を用いて、室内反射音の性状、音響物理量等を計
算する計算機シミュレーションシステムが実用化されて
いる（中川清、「コンピュータによる室内音場シミュレ
ーションの実際と問題点」、建築東京Vol−21,No.247
（1985））。

また、計算機シミュレーションで得られた室内反射音
の各種特性（インパルスレスポンス）と、別途入力され
た音源信号とを畳み込み積分することによって、実験室
内において、完成された建築空間と相似の音響空間を創
成する可聴型室内音場シミュレータ（室内音場合成シス
テム）もすでに実用化の段階を迎えている（森本政之、
「百見は一聞に如かず−可聴型シミュレータについて
−」、音響技術、No.60/dec.（1987））。

一方、建築空間の心理的印象には、視覚的要素が大き
く介在しており、音楽ホール、録音スタジオ等、音響上
の使用目的を主体とする建築空間の評価においても、視
覚情報が重要な働きをしていることがよく知られてい
る。

また、ホール内での座席位置が変化することによっ
て、音響特性が同一でも、心理的評価値が変化する事実
も指摘されている（W.Reichardt und U.Lehmann.“Opti
mierung von Raumeindruck und Durchsichtigkeit von
Musikdarbietungen durch Auswertung von Impulsschal
ltests,″（Acustica48,175−185（1981））。

このように、音に着目した心理実験においても、聴取
位置に連動して変化する視覚情報がきわめて重要な意味
をもつことが明らかになっている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述した従来の室内空間音響評価において
は、視覚情報、特に視聴者位置から見た映像情報が考慮
されていなかった。すなわち、上記音響評価には映像情
報が大きくかかわっているにもかかわらず、従来は、主
として音響的要素のみが取り扱われており、室内空間の
音響と映像を視聴者の移動を考慮してシミュレートし、
それらを同時に体験できるようにした装置は、いまだ実
現されていなかった。

この発明は、このような背景の下になされたもので、
室内の任意の聴取位置における音響と映像とを視聴者の
移動を考慮してシミュレートし、これらを同時に体験で
きるようにした室内空間音響映像シミュレーションシス
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］ 上記課題を解決するためにこの発明は、 建築設計仕様データ、音源ならびに視聴者位置データ
に基づいて室内音場内の視聴者位置でのインパルスレス
ポンスを算出する音響信号処理手段と、 無響室で録音した音楽等の音源信号をあらかじめ記録
した音源信号発生手段と、 該音源信号発生手段から出力された音源信号と前記イ
ンパルスレスポンスデータとの畳み込み積分を演算し、
室内反射音信号を発生する室内反射音発生手段と、 該室内反射音信号を音響信号に変換して出力する音響
系と、 前記建築設計仕様データ、視聴者位置データ、および
スクリーン位置情報に基づいて、視聴者が室内の任意の
位置から見た室内画像に対応する投影画面データを演算
する映像信号処理手段と、 前記音響信号処理手段と同期をとりながら、前記視聴
者の移動によって変化する前記画面データを順次出力す
る映像信号制御手段と、 該映像信号制御手段から供給された画面データに基づ
いてスクリーン上に室内画像を投影する映像系と を具備することを特徴とする。

［作用］ この発明は、従来の室内音場合成システムに、視聴者
位置から見た室内空間の映像をシミュレートするシステ
ム（室内空間映像合成システム）を新たに付加し、この
両者を時間的に同期させて動作させることにより、室内
の任意の聴取位置における音響と映像を視聴者の移動を
考慮してシミュレートすることができる。したがって、
視聴位置による音響と映像の変化を同時に体験すること
ができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

第１図は、この発明の一実施例の構成を示すブロック
図である。10は室内音場合成システム、50は室内空間映
像合成システムである。

室内音場合成システム10は、音響設計CADシステム20
と音場合成部30とから構成されている。

上記音響設計CADシステム20は、室形状や材料などの
建築設計仕様データ11及び音源位置や視聴者位置などの
データ12を入力する手段と、材料の吸音率など、各種音
響データを記憶する音響データベース13と、これらのデ
ータから虚像法や音線法などのシミュレーション手法に
よって、室内音響特性および室内反射音構成データを計
算するコンピュータ14と、計算された各室内音響特性を
表示する表示部15とから構成される。なお、虚像法や音
線法などの詳細は、「従来の技術」の欄であげた文献に
記載されている。

ここで、室内音響特性としては、反射音が到来する方
向等のデータからなる反射音の空間的特性、トーンバー
スト応答（エコータイム）などの時間的特性、反射音の
各種特性を数値化した音響物理量演算結果などがある。

また、室内反射音構成データは、所定の音を発したと
きに、どの方向から、どんなタイミングで、どんな周波
数特性の音が視聴者に到達するかを記述したデータであ
る。

上記室内反射音構成データは、音響信号処理用コンピ
ュータ31に転送される。このコンピュータ31は、上記室
内反射音構成データを、音場合成システムの再生方式に
応じて、すなわち、マルチチャンネル音場再生方式、あ
るいはバイノーラル再生方式に応じて、マルチチャンネ
ル・インパルスレスポンスデータ、あるいはバイノーラ
ル・インパルスレスポンスデータに変換し、記憶装置32
に書き込む。なお、これらの再生方式については後述す
る。

上記インパルスレスポンスデータは、室内反射音発生
装置33に供給される。この室内反射音発生装置33は、音
源信号発生装置34から出力され、A/D変換器35でディジ
タル信号に変換された音源信号と、上記インパルスレス
ポンスデータとを畳み込み積分し、音場合成用の室内反
射音信号を発生する。なお、上記音源信号としては、無
響室であらかじめ録音された音楽等が使用される。

室内反射音発生装置33で発生された室内反射音信号
は、D/A変換器36でアナログ信号に変換された後、パワ
ーアンプ37で増幅され、スピーカ38またはイヤホン39か
ら出力される。こうして、実際の室内音場と相似の音響
特性を有する合成音場が得られる。なお、室内反射音発
生装置33では、畳み込み積分と同時に、畳み込み積分の
範囲を越えた時間領域の反射音をシミュレートするため
の残響付加も行われる。

次に、室内空間映像合成システム50の構成を説明す
る。

映像信号処理用コンピュータ51は、視聴者から見たと
きの室内映像を合成するための投影画面データを演算す
るものである。すなわち、コンピュータ14から転送され
た内装面構成データ（これは建築設計仕様データの一部
である）と、音源・視聴者位置データと、シミュレーシ
ョンルームにおけるスクリーン位置情報を基に、後述す
るプロジェクタ55からスクリーン56に投影すべき映像の
もととなる画面データを演算する。

さらに説明すると、画面データは以下のようにつくら
れる。

まず、シミュレーションルームにおけるスクリーンの
条件、すなわちスクリーンの数、位置、規模、形態等を
本シミュレーションシステムの基本仕様として定めるこ
とにより、視聴者とスクリーンとの相対関係が一義的に
規定される。

次に、コンピュータ51の中で構成された室内空間にお
いて、視聴者位置からみたシミュレーションルーム内の
スクリーンに相当する位置に、仮想の窓を設定する。こ
の仮想窓の位置は、視聴者の視覚方向と、室内空間にお
けるスクリーンの位置とから一義的に定まるものであ
る。

次に、視聴者から見たときに、上記仮想窓に映じる映
像（色彩、陰影等を含む）を演算して、画面データを得
る。すなわち、室内映像が仮想窓内を通過投影してつく
る画像を、各仮想窓に対応するスクリーンの画面データ
として演算する。

こうして得られた画面データ（投影画面データ）は、
映像信号系制御装置52を介して、記憶装置53に格納され
る。映像信号系制御装置52は、パーソナルコンピュータ
などから構成されるもので、音響信号処理用コンピュー
タ31からの同期制御信号により、記憶装置53から投影画
面データを読み出し、映像信号変換器54に供給する。

映像信号変換器54は、この投影画面データを映像信号
に変換して、プロジェクタ55に供給する。プロジュクタ
55は、この映像信号に基づいて視聴者からみた室内空間
映像をスクリーン56に投影する。

このような構成において、音源・視聴者位置指定手段
（通常はキーボード）57によって、音源位置、および視
聴者位置を入力する。この場合、視聴者位置について
は、時間とともに変化するような指定が可能である。た
とえば、１秒に一席ずつ前方に移動するといった指定が
可能である。

上記入力が終了すると、音響信号処理用コンピュータ
31は、記憶装置32から指定された視聴者位置に対応する
インパルスレスポンスデータを読み出して室内反射音発
生装置33に供給するとともに、映像信号系制御装置52に
同期制御信号を供給する。

映像信号系制御装置52は、同期制御信号を受けると、
記憶装置53から指定された視聴者位置に相当する投影画
面データを読み出して映像信号変換器54に転送する。

こうして、室内反射音発生装置33と映像信号変換器54
に、指定された視聴者位置に対応する音響信号と映像信
号とが同期して供給され、これらがスピーカ38（または
イヤホン39）から音響として、プロジュクタ55から映像
として、同時に出力される。

以上の動作が指定された視聴者位置の移動に応じて繰
り返し実行され、音響と映像のシミュレーションが行わ
れる。

なお、上述した音響・映像シミュレーションは、音源
・視聴者位置等の変化に応じて、リアルタイムで演算さ
れることが理想である。しかし、現状では、特に音場シ
ミュレーションに際して、無視し得ない演算時間を要す
るため、音響と映像の時間的同期、あるいは前もって演
算されたシミュレーション結果の連続的掲示などの、い
わゆるタイミング制御を図ることが必要となる。

第１図の記憶装置32、53、音源・視聴者位置指定手段
57等は、これらのタイミング制御を行うために設けられ
ている。

音場合成システムの再生方式は、マルチチャンネル音
場再生方式と、バイノーラル再生方式の二つに大別され
るが、本実施例は、いずれの再生方式を用いても構成で
きる。以下、これらの再生方式について説明する。

マルチチャンネル音場再生方式は、視聴者のまわりの
室内空間を数十程度の立体角に分割し、各々の方向から
到来する室内反射音のインパルスレスポンスを計算し、
無響室内の所定位置に配置されたスピーカから室内空間
の各方向を代表する反射音として再生する方式である。

一方、バイノーラル再生方式は、室内反射音データと
頭部伝達関数から視聴者の頭や耳介の影響を含めた両耳
入口におけるインパルスレスポンス（２チャンネル）を
計算し、これから得られた音響信号をイヤホンによって
直接再生する方式である。

また、この両者の折衷方式として、両耳入口における
インパルスレスポンスから得られた音響信号を、反対側
の耳に到達するクロストーク信号を打ち消す補正信号も
含めて、無響室内の２つのスピーカから２チャンネル再
生する方式も試みられている。

第２図は、マルチチャンネル音場再生方式の具体的構
成を示す平面図である。

これは、水平面内（仰角０度）に設置された６個のス
ピーカ38Aと、斜め上方（仰角45度）に設置された６個
のスピーカ38Bとによる12チャンネル音場再生方式によ
る構成例である。

このマルチチャンネル音場再生方式の場合は、シミュ
レーションルームの無響性が重要な条件となるため、ス
クリーン56には吸音性のスクリーンを使用するか、反射
性のスクリーンの場合は、その面積を極力小さくするこ
とが求められる。

現段階では、高性能の吸音性スクリーンが実用化され
ていないことから、透過型（背面投影型）スクリーン
（音響的には反射性）を１面のみ用いる方法を採用して
いる。

第３図は、バイラール再生方式による構成例である。

この方式では、室内反射音信号をイヤホン39によって
視聴者の耳に直接再生することから、シミュレーション
ルームの音響特性上の条件はゆるやかであり、ほぼ任意
のスクリーン条件設定が可能となる。

具体的には、３面の反射型（正面投影型）スクリーン
56と、視聴者の上部天井に設置された３台のプロジェク
タ55とを用いることによって、水平面内視野180度の室
内映像シミュレーションを実現している。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、室内の音響特性ば
かりでなく、視聴者の位置から見た室内映像特性をも考
慮して、室内音場のシミュレーションを行うようにした
ので、映像による効果も含めた音響効果のシミュレーシ
ョンを実現することができる。

このシミュレーションシステムは、また、建築物設計
時点において、完成した室内での音響および映像（イン
テリア・デザイン）を、設計者や発注者が耳と目で確認
するための建築設計支援システムとして利用できる。ま
た、建築空間の評価にかかわる視覚との相互作用、相乗
効果を検査するための心理実験装置として使用できる。

この結果、建築空間の音響評価を設計段階で手軽にか
つ安価に遂行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は、同実施例のシミュレーションルームの構成例
を示す平面図、第３図は同実施例のシミュレーションル
ームの他の構成例を示す平面図である。 10……室内音場合成システム、20……音響設計CADシス
テム、30……音場合成部、31……音響信号処理用コンピ
ュータ、32……記憶装置、33……室内反射音発生装置、
38……スピーカ、39……イヤホン、50……室内空間映像
合成システム、51……映像信号処理用コンピュータ、52
……映像信号系制御装置、53……記憶装置、54……映像
信号変換器、55……プロジェクタ、56……スクリーン、
57……音源・視聴者位置指定手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】建築設計仕様データ、音源ならびに視聴者
   位置データに基づいて室内音場内の視聴者位置でのイン
   パルスレスポンスを算出する音響信号処理手段と、 無響室で録音した音楽等の音源信号をあらかじめ記録し
   た音源信号発生手段と、 該音源信号発生手段から出力された音源信号と前記イン
   パルスレスポンスデータとの畳み込み積分を演算し、室
   内反射音信号を発生する室内反射音発生手段と、 該室内反射音信号を音響信号に変換して出力する音響系
   と、 前記建築設計仕様データ、視聴者位置データ、およびス
   クリーン位置情報に基づいて、視聴者が室内の任意の位
   置から見た室内画像に対応する投影画面データを演算す
   る映像信号処理手段と、 前記音響信号処理手段と同期をとりながら、前記視聴者
   の移動によって変化する前記画面データを順次出力する
   映像信号制御手段と、 該映像信号制御手段から供給された画面データに基づい
   てスクリーン上に室内画像を投影する映像系と を具備することを特徴とする室内空間音響映像シミュレ
   ーションシステム。