音空間レンダリングによる防災行政無線の音声明瞭度予測・提示システムの開発

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26350460
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: 土屋 隆生 同志社大学, 理工学部, 教授 (20217334)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: FDTD法 / 情報伝達 / 音空間レンダリング / 防災無線 / GPU

Outline of Annual Research Achievements

災害時の情報伝達手段として防災行政無線は有効であるが，地形や建造物による音波の乱反射・回折などに起因した音声明瞭度の低下が指摘されている。本研究では，音空間レンダリングによる実際の地形や建築物に対応した音声明瞭度予測手法の開発を目的としている。さらにレンダリング結果をスピーカアレイに出力することで音場そのものも3次元的に提供する音声明瞭度提示システムを構築し，防災システム設計者に対して音響的なフィードバックが可能なシステムを構築することを目的としている。
本年度は，①屋外音声明瞭度予測のためのレンダリング条件の検討と②実空間を想定したレンダリングモデル構築のための指針策定を実施した。①については，音空間レンダリングでは，メモリはサンプリング周波数の3 乗，計算時間は4 乗に比例するため，屋外の広範囲な領域を計算するためには，できるだけサンプリング周波数を低く抑える必要がある。一方で，帯域制限されたインパルス応答を用いると音声明瞭度指標の計算精度が低下することが予想される。そこで，サンプリング周波数を変化させてインパルス応答を計算し，可聴化したところ，少なくとも8 kHz以上の周波数でのサンプリングが必要であることが示された。ただ，今回は1つのスピーカでの試聴であるため，次年度の24ch スピーカアレイシステムでの実験では多少変化する可能性がある。
②については，実空間のモデリングでは記憶領域の関係上，音質を損なわずにできるだけ簡素化する必要がある。鉛直方向に放射された音波はほとんど地表には戻ってこないことを利用すると，地形や構造物の近くまで無反射終端を設定できるため，鉛直方向の計算サイズを縮小できた。つぎに，いくつかの構造物があるモデルで残響時間やエコーを計算し，本システムの有効性を確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では，①音空間レンダリングを用いた実際の地形や建築物に対応した音声明瞭度予測手法の開発，②レンダリング結果をスピーカアレイに出力することで音場そのものも3次元的に提供する音声明瞭度提示システムの構築を目的としている。これらを総合して，防災システム設計者に対して音響的なフィードバックが可能なシステムを構築することを目的としている。
①に対しては，前年度までに地形や建築物などの3次元形状を音空間レンダリングに組み入れるための任意境界条件を検討し，プログラムを開発した。それに加え，レンダリングのための3次元データ生成プログラムも同時に開発した。その上で本年度は，研究計画や研究実績で示したように，開発されたプログラムを用いてレンダリング条件の検討を行った。その結果，サンプリング周波数の下限が示され，当初計画通りの成果が得られた。また，計算資源の節約のための実空間モデリングについても検討し，当初計画通りの成果を得ている。
②に対しては，次年度の課題であるが，すでにコンサートホールなどの閉空間に対し，実験的に検討を行い，実現の手応えを得ている。

Strategy for Future Research Activity

今後は，まず開発されたプログラムとGPUクラスタシステムを用いて，屋外を想定したいくつかの数値実験を行い，屋外音声明瞭度予測のためのレンダリング条件の検討および実空間を想定したレンダリングモデル構築のための指針策定を完了させる。さらに，これまでのレンダリング結果を24chスピーカアレイシステムに出力することで屋外音声明瞭度提示システムを構築し，音響的な心理実験による性能評価を実施する。

Causes of Carryover

年度末の出張において，科研費以外の用務と重なったため再精算した結果，残額が生じたようである。

Expenditure Plan for Carryover Budget

単なる事務処理上で発生した残額であるので，特に計画はない。