第22回 ロボット聴覚特集 - 奥乃研究室 - 京都大学

社 団 法 人 人 工 知 能 学 会Japanese Society forArtificial Intelligence384ch 壁 面 ・ 天 井 スピーカアレイによる 複 数 音 焦 点 形 成Sound Spots Forming with the 384ch Wall and Ceiling Speaker Array人 工 知 能 学 会JSAI Technical ReportSIG-CHallege-0522-16 (10/15)〇 石 井 最 澄1,2 , 佐 々 木 洋 子1,2 , 大 友 佑 紀1 , 加 賀 美 聡2,3,1 1,2, 溝 口 博* Yoshizumi Ishii 1,2 , Yoko Sasaki 1,2 , Yuuki Ootomo 1 , Satoshi Kagami 2,1,3 ,and Hiroshi Mizoguchi 1,21東 京 理 科 大 学 , 2 産 業 技 術 総 合 研 究 所 , 3 科 学 技 術 振 興 機 構1 Tokyo Univ. of Science, 2 Digital Human Research Center, AIST, 3 JSTj7505015@ed.noda.tus.ac.jpAbstract—The paper describes 384 channel wall andceiling speaker array which forms multiple sound spots.The panel-shaped arrangement of speakers gives lowerside lobes and obtains high sound pressure differencebetween the sound spot and other points. The measurementshows the system makes possible about 15dB insound pressure difference. We also considered signaloutput method well-suited for multiple sound spots generationby using beam forming simulation and devisedsplit-up output. It proved sound pressure difference in thespace and formed multiple sound spots efficiently.アレイが 形 成 する, 個 々のスポットの 音 声 は 独 立 で別 々である. 以 下 2 節 では,サウンドスポット 形 成法 に 関 し,スピーカの 配 置 とアレイ 要 素 の 選 択 的 利用 法 について 述 べる.3 節 では 原 理 に 基 づいたシミュレーションを 実 施 し, 複 数 焦 点 の 形 成 と 周 波 数 依 存性 ,アレイ 要 素 選 択 的 利 用 の 効 果 を 示 す.4 節 では 構築 したスピーカアレイシステムの 実 現 技 術 について述 べる.5 節 では 構 築 したスピーカアレイシステムの評 価 実 験 を 行 う.1. はじめに著 者 らは 人 と 機 械 が 音 声 を 用 い, 相 互 にやり 取 りできる 機 械 を 目 指 し, 特 定 の 人 又 は 場 所 に 音 を 聞 かせる 研 究 を 行 っている.音 に 指 向 性 を 持 たせるための 研 究 開 発 としては,1,2)これまでに,スピーカを 平 面 状 に 多 数 並 べた 装 置や 遅 延 和 (Delay and Sum Beam Forming: DSBF) 法 を用 いて 指 向 性 を 実 現 したもの 3),4) が 開 発 されている.また,JR 東 海 と 三 菱 電 機 エンジニアリングは 共 同で 超 音 波 を 利 用 した「 超 指 向 性 音 響 システム」を 開発 した.このシステムの 原 理 は, 人 の 耳 には 聞 こえない 超 音 波 を 搬 送 波 として 用 い, 壁 や 床 などに 反 射させることで 可 聴 音 に 変 化 させ, 音 を 聞 かせる 5) ものである.著 者 らは,これまでに2 軸 ,3 軸 の 直 線 上 にスピーカをならべたスピーカアレイを 構 築 し, 遅 延 和 法を 用 いて 対 象 とする 複 数 の 人 の 頭 部 周 辺 にそれぞれスポット 状 の 高 音 圧 領 域 「サウンドスポット」を 作り 出 した 6 ,7) .しかし,2 軸 ,3 軸 スピーカアレイでは, 高 い 音 圧 差 が 得 られない,サイドローブができるなどの 欠 点 があった.そこで 今 回 , 音 圧 差 の 向 上 とサイドローブの 低 減を 目 的 とした, 大 規 模 壁 面 スピーカアレイを 構 築 した.スピーカの 数 を 大 幅 に 増 やす(384ch)ことで, 一つ 一 つのスピーカからの 出 力 を 小 さくすることができ 結 果 , 音 圧 差 の 向 上 が 期 待 される.Fig.1 にサウンドスポット 形 成 の 様 子 を 示 す. 大 規 模 壁 面 スピーカFig. 1 Wall and ceiling speaker arraygenerating three sound spots2. サウンドスポット 形 成遅 延 和 法 を 用 いて,サウンドスポット 形 成 を 行 う.各 スピーカから, 焦 点 までの 距 離 差 を 使 い, 音 の 位相 と 振 幅 が 焦 点 でそろうようにする.2.1 スピーカの 配 置縦 に 8 つ, 横 に 8 つ, 計 64 個 のスピーカを1つのパネルとして(Fig.2), 壁 面 3 枚 , 天 井 3 枚 の 計 6 枚 のパネルを Fig.3 のように 配 置 し, 遅 延 和 法 を 用 いた.直 線 状 スピーカアレイでの 焦 点 形 成 では, 高 音 圧 のビームを2 次 元 でしか 制 御 できなという 制 約 がある.そこで, 多 チャンネルのスピーカを2 次 元 平 面 上 に配 置 することで, 高 音 圧 のビームを3 次 元 で 制 御 することを 可 能 とした.さらに 平 面 アレイを, 天 井 及び 壁 面 に 配 置 することで,3 次 元 音 響 焦 点 (スポット)を 形 成 することを 可 能 とした.スピーカの 間 隔 は,Fig.2 のとおり 縦 140[mm], 横 140[mm]とした.これについては, 第 3 節 で 詳 しく 述 べる.95