;Mh ... : Parametoric loudspeaker for carrier wave (PLc): Parametoric loudspeaker for sideband wave...

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Transcript of ;Mh ... : Parametoric loudspeaker for carrier wave (PLc): Parametoric loudspeaker for sideband wave...

  • サラウンドパラメトリックスピーカを用いた キャリア波と側帯波の分離放射によるオーディオスポット形成

    Audio Spot Design Based on Separating Emission of Carrier and Sideband Waves

    using Surrounding Parametric Loudspeakers

    松井唯 † 生藤大典 † 中山雅人 ‡ 西浦敬信 ‡

    †立命館大学大学院情報理工学研究科 ‡立命館大学情報理工学部

    Tadashi MATSUI† Daisuke IKEFUJI†

    Masato NAKAYAMA‡ Takanobu NISHIURA‡

    †Graduate School of Information Science and Engineering, Ritsumeikan University ‡College of Information Science and Engineering, Ritsumeikan University

    アブストラクト パラメトリックスピーカは,振幅変調 波を大振幅で放射し,その振幅変調波に含まれるキャリ ア波と側帯波の差音が空気中で可聴音として復調される 原理で駆動する.本研究では,振幅変調波をキャリア波と 側帯波に分離して,複数のパラメトリックスピーカを用 いて異なる方位よりそれぞれ放射することで,特定の領 域のみで可聴音波を復調させる再生領域制御法を提案し ている.特に本稿では,受聴者を囲むようにパラメトリッ クスピーカを配置したサラウンドパラメトリックスピー カを用いることで,再生領域を拡張する手法を検討した. 最後に,実環境における再生音圧に関する評価実験より, 提案手法の有効性を確認した.

    1 はじめに

    近年,超指向性を有するスピーカとしてパラメトリック スピーカが注目されている [1].パラメトリックスピーカ は,超音波を可聴音で変調した振幅変調波を大振幅で放 射し,振幅変調波内のキャリア波と側帯波の差音が空気 中で可聴音として復調される原理で駆動する [2], [3].パラ メトリックスピーカと受聴させたい対象のユーザの間に 他のユーザがいる場合や室内の反射の影響により,対象 以外のユーザに対してもオーディオスポットが形成され てしまう問題点があった.我々はこれまでに,振幅変調波 をキャリア波と側帯波に分離して,異なる方位よりそれ ぞれ放射することで,2つの音波が重なる特定の領域のみ で可聴音を復調させるオーディオスポット形成手法を提 案している [4].これまでの提案手法では,受聴者の頭部 により放射音が遮断されることで,受聴者の片耳付近の 狭い領域に再生領域が形成されていた.本稿では,受聴 者を囲むようにパラメトリックスピーカを配置して,全 方位から放射音を到来させることで,再生領域の拡張を 試みる.

    2 キャリア波と側帯波の分離放射によるオーディオス ポット形成の原理

    パラメトリックスピーカは,超音波を可聴音波で変調 した振幅変調波を大振幅で放射し,空気の非線形成によ り元の可聴音に自己復調する原理で駆動する [2], [3].パ ラメトリックスピーカから放射する振幅変調波 vssb(t)は 次式のように表される [5].

    vssb(t) = Ac sin 2πfct

    +

    ∫ fc fc−bM

    Af 2

    ej(2π(fc−f)t−θf )df (1)

    ここで,t [s]は時刻,Acはキャリア波の最大振幅,fc [Hz] はキャリア波の周波数,bM [Hz]は復調対象の音響信号が周 波数成分をもつ最高周波数,Af , θf [rad]は可聴音波におけ る周波数 f [Hz]の振幅と位相である.第一項Ac sin 2πfct はキャリア波であり,第二項

    ∫ fc fc−bM

    Af 2 e

    j(2π(fc−f)t−θf )df

    は側帯波である.パラメトリックスピーカは,キャリア波 と側帯波の差音が可聴音として復調される原理であるた め,どちらか一方の波が存在しない場合,再生したい可 聴音には復調されない.そこで,これまでに本研究では, 振幅変調波をキャリア波と側帯波に分離して別の方位か ら放射することで,キャリア波と側帯波が重なる領域の みにオーディオスポットを形成する手法を提案した [4].

    これまでは,受聴者の頭部により放射音が遮断され,受 聴者の片耳付近の狭い領域に再生領域が形成されていた. そこで,受聴者を囲むようにパラメトリックスピーカを配 置したサラウンドパラメトリックスピーカを用いて,全方 位から放射音を到来させることで,再生領域を拡張する手 法を提案する.図 1は,サラウンドパラメトリックスピー カを用いた提案手法の概略である.図 1において,PLc はキャリア波を放射するパラメトリックスピーカ,PLsは 側帯波を放射するパラメトリックスピーカである.

    第28回信号処理シンポジウム 2013年11月19日~22日(下関)

    - 677 -

  • : Parametoric loudspeaker

    for carrier wave (PLc) : Parametoric loudspeaker

    for sideband wave (PLs)

    ric loudspeaker

    ric loudspeaker

    ric loudspeaker

    ric loudspeaker

    図 1: サラウンドパラメトリックスピーカを用いた提案手 法の概略図

    1.0 m

    0.1 m 45 °

    D ep

    th [m

    ]

    Width [m] -0.3 0 0.3

    0 .3

    0 -0

    .3

    PLc PLs Dummy head

    (a) パラメトリックスピーカ 対を用いた分離放射

    1.0 m

    0.1 m 45 °

    D ep

    th [m

    ]

    Width [m] -0.3 0 0.3

    0 .3

    0 -0

    .3

    PLs Dummy head

    PLc

    PLc

    PLc

    (b) サラウンドパラメト リックスピーカを用いた 分離放射

    図 2: 実験環境

    3 評価実験

    提案手法の有効性を確認するため,ダミーヘッド周辺 において,復調された可聴音の再生音圧レベルを計測す る評価実験を実施した.

    3.1 実験条件

    図 2に実験環境,表 1に実験条件, 表 2に実験機器を 示す.本実験では,パラメトリックスピーカ対を用いた分 離放射,サラウンドパラメトリックスピーカを用いた分 離放射に対して評価実験を実施した.図 2において,PLc はキャリア波を放射するパラメトリックスピーカ,PLsは 側帯波を放射するパラメトリックスピーカである.

    3.2 実験結果と考察

    図 3 に実験結果を示す.図 3(a) のパラメトリックス ピーカ対を用いた分離放射による再生音の音圧分布より, ダミーヘッド近傍において,パラメトリックスピーカ側の 側面付近では 65~55 dB程度の音圧が得られたことが確 認できる.一方,反対の側面付近では 40 dB以下の音圧 であり,比較すると低い音圧となっている.また,図 3(b) のサラウンドパラメトリックスピーカを用いた分離放射

    表 1: 実験条件 Sampling frequency 96 kHz

    Quantization 16 bits

    Carrier frequency 40 kHz

    Ambient noise level LA =32.4 dB

    Evaluated frequency 0~8 kHz Sound source Isolated word /nyujo:/

    表 2: 実験機器 Parametric loudspeaker MITSUBISHI, MSP-50E

    Loudspeaker amplifier VICTOR, PS-A2002

    Microphone SONY, ECM-88B

    A/D, D/A converter ROLAND, UA-1010

    Dummy head NEUMANN, KU100

    : Parametoric loudspeaker

    for carrier wave (PLc)

    : Parametoric loudspeaker

    for sideband wave (PLs)

    ric loudspeaker ric loudspeaker

    (a) パラメトリックスピーカ 対を用いた分離放射による再 生音の音圧分布

    (b) サラウンドパラメトリッ クスピーカを用いた分離放射 による再生音の音圧分布

    図 3: 実験結果

    による再生音の音圧分布より,ダミーヘッド近傍のほぼ全 方位において,図 3(a)における高音圧の領域と同等の再 生音圧を得られることが確認できた.すなわち,サラウ ンドパラメトリックスピーカを用いることで,再生領域 を拡張可能であることが明らかとなった.以上の実験結 果より,提案手法の有効性を確認できた.しかしながら, 図 3(b)におけるダミーヘッドの左下部分に相当する領域 で,他のダミーヘッド周辺の領域と比較して低い音圧で あることが確認できる.これは,パラメトリックスピー カの個体差による放射音圧の低下のためと確認した.

    4 おわりに

    本稿では,キャリア波と側波帯の分離放射によるオー ディオスポット形成手法おいて,サラウンドパラメトリッ クスピーカを用いることで,再生領域の拡張を検討した. 評価実験の結果より提案手法の有効性が確認できた.今 後は,サラウンドパラメトリックスピーカを用いた際の 再生音圧レベルの均一化,再生音質の改善を目指す.

    謝辞 本研究の一部は科研費による助成を受けた.

    参考文献 [1] M. Yoneyama, J. Fujimoto, Y. Kawamo, and S. Sasabe,

    “The audio spotlight: An application of nonlinear inter- action of sound waves to a new type of loudspeaker de- sign,” J. Ac