2016 Fiscal Year Research-status Report
ウェアラブルスピーカアレーの実現に向けた聴感的指向特性生成技術
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16K00232
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
羽田 陽一 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (80647496)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スピーカアレイ / 円形アレイ / 直線アレイ / 音響信号処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，ヘッドホンやイヤホンのように耳を閉塞することなく、利用者のみに音を届ける身体に装着可能なウェアラブルスピーカの実現を目指し、耳元にのみ音を強く放射し、周囲への音漏れを気にならないレベルに抑える「聴感上の指向特性が良好なスピーカアレイ」の研究を行っている。
本年度は、円形スピーカアレイと直線アレイを基本的な形状として考え、研究目標である聴感上有意な指向性再生を目指して検討を行った。円形アレイにおいては，低域のフィルタゲインが増大し，音が歪む，指向性自体が崩れるといった現象が実機にて確認されたため，2次元円形アレイが3次元空間に放射する特性を，基本的な放射特性に分解し，その放射効率を基本的な放射特性ごとに計算することで，フィルタゲインの増大を抑える方法を考案した。さらに，実際に３Ｄプリンタで作成したスピーカアレイにて良好な指向特性と音質が達成できることを確認した。
また直線アレイでは２つの直線アレイを耳方向に向けながら，左右の音のクロストークをキャンセルするフィルタを挿入し，これに加えて頭部伝達関数を畳み込むことで立体的な音を提示する方法についても検討を行った。実際に作成した試作機を用いて，無響室および残響のある部屋で測定を行った結果，指向性と音像の提示の両立に関して可能性を示すことはできたと考える。
今後は，指向性の生成に関してさらなる精度向上を目指す一方，放射する音の性質に着目し，聴感上気にならない音漏れについて並行して研究を進める予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2次元円形スピーカアレイを実際に構築し，指向性再生を行うと，（１）3次元的な指向特性が制御できていない，（２）低周波数領域の音を再生すると音が歪む，という現象を確認し，これに対して2次元円形アレイによる3次元放射特性の基本放射特性への分解による解決方法を提案することができた。この方法を用いることにより，良好な指向特性を安定的に得ることができるようになったことは大きい。ただし，完全に周囲への音漏れを防止できているわけではないので，引き続き，出力音の時間・周波数特性に合わせて指向性フィルタを制御する方式などについて検討を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は，円形アレイにおいて指向性劣化の原因となるフィルタゲインの増大の要因を突き止め，これを防止しつつ指向性を実現する方式を提案した。しかしながら完全に音漏れを防止することは達成できないため，平成２９年度は、指向性再生アルゴリズムにさらに聴感を考慮したフィルタの導入を検討し，指向性特性の改善と聴感上の音質との関係を明らかにする。特にH29年度では、スピーカから出力する音声信号の性質に着目した指向性制御方法を検討し，時間方向の非線形性を俯瞰したアルゴリズムの構築を目指す。また，スピーカアレイの形状に関する検討および身体からの反射・回折の影響に対しても、引き続き検討を行い，2本の非平行な直線アレイを用いて立体的に音を提示する際の精度向上の検討を行う。また，再生帯域の拡大に向けた取り組みも行う。
これらの検討結果については、フィルタ生成アルゴリズムとともに、速やかに国内会議および国際会議等で発表をする予定である。
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