ダミーヘッドの持ち回りによる音響シミュレーター録音・OSS再生体験

技術部 大野 隆三

1. はじめに

地方に出向くとその環境変化で光、風、空気、音が何かいつもと異なって感じられます。 蝉や虫の泣き声が聴き慣れない独特なリズムや音に聞こえます。一時的な望郷や郷愁を誘う心理的ないたずらでなく、 確かに「音の変化」を感じ取れた晩夏の暑い日でした。
微妙な変化が主観的なことであり、実際は差がなく聞き違いであったかもしれません。テープレコーダがあれば録音できたとやや残念な気持ちでした。 仕事がらマイクロホンや騒音計により音を記録する機会が多く、声や音楽を録音して聴いてみると実際に感じられた音と異なって聞こえます。 録音、再生方法や装置のもつ、それぞれの性能限界で音の特質が変化することは、音の研究がはじめられた昔のころから気がつかれていることであり、 原音忠実再生のために一生を捧げた諸先生方が多数おられます。
音の微妙な変化の要因を研究する方法が数えきれない程あり、室内の音響特性(特にホールの室内音響特性)では好ましい音響を求め、 今日でも様々な研究方法で進められています。
私は、某技術研究所で卒業研究の教材として建築音響といわれる分野で「音場合成装置による最適受聴レベルに関する実験結果」を経験し、 無響室内でのマルチスピーカ方式から提示される試験音の音造りや、 代表的な音楽ホールを参考とした反射音(直接音と初期反射音構造)の時系列特性(D値)の変化が音楽の種類と受聴レベルに関係し、 被験者の個人差は比較的大きく個人的な好みの違いが意外とあることを体験しました。昔々のことでした。

2. 室内音場検討研究会

昨年、某学会の室内音場検討ワーキンググループが主催した研究会が開かれました。 室内音響設計におけるコンピュータシミュレーションの簡略化利用と実用性等について検討する目的の会合でした。
既に完成しているホールを対象とし、設計図(平・断面・展開図)や完成後の写真からの情報で実施することでした。
目的は、主に下記のとおりで、

  1. 音場のモデリング
  2. 音場の可聴化

参加9機関(大学、建築会社技術研究所、エンジニアリング会社)のうち8機関が1のシミュレーションを実施し、 このうちの5機関が2の音場の可聴化にも参加しました。当社は1、2の両方を実施しました。 1については、参加した各機関の計算結果が相互比較出来やすいように次の内容を記載したものです。

  • 音場シミュレーションの考え方
  • 計算方法と特徴
  • 壁面の入力法と構成壁面数、その根拠等
  • 吸音率データの設定
  • シミュレーション結果

3. 音場のモデリング

各機関は基本設計案として形状、内装材、残響時間、初期反射音などを幾何音響計算法に基づく虚像法や音線法を駆使して検討しています。 簡略化を目的として、反射音線数や室計構成面数から予測方法を使い分けている機関もありますが今回では下記の内容でした。

  • 虚像法を採用 4機関(当社)
  • 音線法を採用 3機関
  • 併用 1機関

簡単に説明すれば、虚像法は、室内に受音点を定めて、 この点に到達してくる反射音線の本数や軌跡から反射に寄与する反射面の形状などから音響特性を検討する方法です。
音線法は、音源から指定した角度範囲で放射した。音が壁面や天井からどのように反射するのか反射音線が(軌跡)を与え、形状の良否を判断する方法です。 今回はホール内に4点の受音点が指摘され、当社ではこれらの点に対して虚像法(受音点指定法)を採用しました。
シミュレーションにより求めた主な出力内容は、エコータイムパターン、音圧分布、残響時間、直接音対反射音のエネルギー比(D値、C値、T値)を予測しました。 予測結果図や、数値については各企業で差があり、シミュレーションの適用範囲やデータの利用法を再確認する思いでした。
当社の出力結果を参考に図示します。

反射音線図の出力例

  • 受音点:R3
  • 受音点:R6
  • 受音点:R3
  • 受音点:R6

4. 音響シミュレータ

昔の音場合成装置による反射音時系列創作実験と異なり、室内の音響の状況を設計中に聴くことができる音響シミュレータは、 数値計算により受音点までに到着する反射音系列(インパルス応答)に音源(ドライソース)を畳み込む処理で、音として聴くことができるシステムです。 初期反射音データは直接音からの遅時間、到来方向、減衰レベルを計算によって求められ、室内の受音点位置に応じてた広がり感や響きの様子を提示します。 音場シミュレータは初期反射音や残響成分までコンピュータのソフトウエアで畳み込む機関とDSPを利用する機関がありました。 音源をソフトウエアで畳み込む場合に比べ、DSP方式では直接音、反対音、残響音成分をDSPで畳み込み、受音点の音響特性を創造しておけば、 あらゆる音源についてリアルタイムで試聴できる特徴があります。
当社はどのような音でもリアルタイムで聴けるようにDSP方式を採用しました。 この方式によれば録音された音(蝉や虫の声でも)をホールで聴くことが可能となります。

5. ダミーヘッドによる収録

音場の可聴化に際しては、 シミュレーションより計算した室内音響状態を耳で聴く体験ができるようにあらかじめ音場合成した音楽や音声を音場シミュレータ(マルチスピーカ)から再生し、 音を各機関の音響実験室にて収音しました。再生装置(マルチスピーカシステム)は、 無響室に試聴者を半球面状に取り囲む鳥かご方式や簡易防音室(床面が反射性)でやや平面的な配置としている方法があります。 スピーカ群のほぼ中心に座ればホールのそれぞれの座席(受音点)での音響特性が体験できます。 各機関の音を人が出向いて聴く代わりに、すばらしい耳を持った人形(ダミーヘッド高研製)が出張して試聴してくれました。 この録音装置はことなった場所の音を自分で自由にコントロールして試聴体験が可能となる道具です。

6. OSS(イヤースピーカ)再生

ダミーヘッドで集音した各機関の音をダビング編集して、同一内容で比較的可能なテープを造り、 会場に持ち込んだポータブルダットで再生し普通のヘッドホンで試聴できるように用意したものと、 さらに、OSS再生装置の特徴をいかし現場で視聴した場合と同様な音を会場で聴くことができるように、 イヤースピーカ(AKG社K-1000)を用いたOSS音場再生方式も用意しました。通常のOSSは無響室内でのスピーカによる再生方式であり、 音質や音像の定位が実際の音場で試聴した場合と同じ音響を体験できるように、体験者の頭部伝達関数を計測しフィルタリングする作業が伴います。 このような準備によって原音場の試聴が出来ます。今回は、スピーカのかわりにイヤースピーカを用いることによって普通の室内で同様の体験が可能となりました。
会場で試聴された方々の感想によれば、再生音の音質がハードにより異なって聞こえるために好みによる差がありました。
各機関ともに座席毎の音の聞こえ方の違いがわかる状況でシミュレートできる装置であり、今後の音響設計の道具として「強い味方」を持っていることが確認できました。
ダミーヘッドやOSSは室内音場の設計の装置であるばかりでなく、 屋外における音環境の実態、騒音源の探求、(相対音)などにも利用することを考えれば様々な内容で役立てることが可能です。
OSSで収録しておけば「音の微妙な変化」が確認できたかもしれません。このようなシステム全体の製作(ソフト、ハード共)や現場音の収音、 加工などの業務も、当社で承っております。

OSS(イヤースピーカ)再生

OSSとは、各種音場の計測あるいは収音のために通常のマイクロホンではなく、人頭を模擬したダミーヘッドの両耳出力信号を利用し、 この信号を特殊なデジタルフィルタで処理することにより、再生音場においてあたかも原音場(収録した場所)にいるのと同等な聴覚を可能とするシステムです。

用途

  • 三次元立体音場再生
  • コンサートホール、レコーディングスタジオ、試聴室等の音響設計・評価法の研究
  • 様々な音場のシミュレーション
  • 音響機器の評価
  • 音響分野における仮想現実感(Virtual Reality)の提供
  • アミューズメント施設・イベント会場等における特殊音響効果の提供
  • マスメディアにおける新たな録音・再生方式の構築