氏名　矢野　昌平
学位の種類　博士（工学）
学位記番号　博甲第202号
学位授与の日付　平成12年3月24日
学位論文の題目　頭外音像定位の伝達関数に関する研究
論文審査委員
　主査　教授　島田　正治
　副査　教授　荻原　春生
　副査　教授　吉川　敏則
　副査　教授　神林　紀嘉
　副査　助教授　太刀川　信一

• 論文目次
• 論文要旨

［平成11（1999）年度博士論文題名一覧］ ［博士論文題名一覧］に戻る．

第1章　序論　p.1
　1.1　本研究の背景　p.1
　1.2　本研究の目的　p.3

第2章　伝達関数のインパルス応答測定　p.5
　2.1　インパルス応答測定法　p.5
　2.1.1　サンプリングホールド歪み　p.7
　2.1.2　残響時間　p.10
　2.1.3　測定誤差の分類と性質　p.11
　2.1.4　同期加算法　p.12
　2.2　インパルス応答測定に用いられる信号　p.16
　2.2.1　TSP信号を用いたインパルス応答測定法　p.16
　2.2.2　M系列信号を用いたインパルス応答測定法　p.18
　2.2.3　各インパルス応答測定信号の比較　p.20
　2.3　まとめ　p.22

第3章　頭外音像定位　p.23
　3.1　原理　p.23
　3.2　ステレオイヤホンを用いた頭外音像定位　p.25
　3.2.1　マイクロフォン一体型イヤホン　p.25
　3.2.2　伝達関数の定義　p.34
　3.3　頭外音像定位受聴実験システム　p.41
　3.3.1　頭外音像定位受聴実現の手順　p.43
　3.3.2　受聴音圧レベル　p.43
　3.4　頭外音像定位受聴実験システムの評価　p.45
　3.4.1　試験条件　p.45
　3.4.2　試験結果　p.45
　3.5　まとめ　p.46

第4章　頭外音像定位伝達関数の導出に関する検討　p.48
　4.1　頭外音像定位伝達関数の導出　p.48
　4.1.1　頭外音像定位伝達関数の導出における問題　p.49
　4.1.2　頭外音像定位伝達関数の導出手法　p.50
　4.2　導出手法の比較　p.53
　4.2.1　評価システム　p.53
　4.2.2　ラウドスピーカに関する検討　p.53
　4.2.3　各手法の演算誤差　p.55
　4.2.4　各手法の演算時間　p.55
　4.2.5　各手法における主観評価実験　p.61
　4.3　まとめ　p.65

第5章　伝達関数に含まれる個人性の検討　p.66
　5.1　頭外音像定位受聴の実現における問題　p.66
　5.2　伝達関数に含まれる個人性の数値解析　p.67
　5.2.1　個人性伝達関数の定義　p.67
　5.2.2　主成分分析法　p.67
　5.2.3　累積寄与率　p.68
　5.3　主観評価実験　p.70
　5.3.1　主成分分析を用いた音像定位一対比較試験（相対評価）　p.70
　5.3.2　主成分分析を用いた音像定位試験（絶対評価）　p.77
　5.3.3　他人の伝達関数を用いた音像定位試験　p.81
　5.4　まとめ　p.83

第6章　反射波が距離感に及ぼす影響　p.84
　6.1　反射波が距離感に及ぼす影響　p.84
　6.2　基本的な考え方　p.84
　6.3　実験装置　p.86
　6.4　受聴評価試験　p.86
　6.4.1　試験条件　p.86
　6.4.2　試験結果　p.88
　6.5　まとめ　p.88

第7章　伝達関数のモデル化　p.90
　7.1　伝達関数モデル化の基本的な考え方　p.90
　7.2　仮想音源位置関数g［n］の導出法　p.91
　7.2.1　相互相関法　p.92
　7.2.2　逆インパルス法　p.92
　7.2.3　複素ケプストラム法　92
　7.2.4　鏡像法によるシミュレーション法　p.94
　7.3　直接波h［n］の導出　p.95
　7.4　仮想音源位置関数の導出　p.95
　7.4.1　実験条件　p.95
　7.4.2　実験結果　p.96
　7.5　各導出法の比較　p.97
　7.6　まとめ　p.97

第8章　結論　p.99

　近年、通信回線の整備や携帯電話の普及にともない、音の通信分野では「いつでも、どこでも、だれとでも」といった通信環境がほぼ整い、快適な意思疎通が即時に可能になりつつある。次に必要とされるのは、臨場感あふれる通信技術であろう。すなわち、通信相手があたかも同じ部屋にいて会話しているような通信へと変革が進むと考えられる。音の通信には、大きく送話系、伝送系と受話系に分けられる。臨場感通信を実現するためには、送話系には話者位置を推定する技術、伝送系には話者位置の情報を誤りを少なくかつ効率的に送る技術、そして受話系には音像を希望の位置に生成する音像定位受聴技術が必要である。ここで、さらに音像定位受聴技術はスピーカによる拡声受聴と、ヘッドホンやステレオイヤホンによる両耳受聴に分けられる。
　本論文においては、両耳受聴による頭外音像定位の実現のための演算手法の確立と、伝達関数の個人性へのマイルストーンを与えることを目的とし、以下の事柄について実験的に明らかにした。
　第2章では、頭外音像定位の実現に必要な、空間音響伝達関数や外耳道伝達関数などの各伝達関数を求めるためのインパルス応答測定方法について論じた。被験者の負担を最小限に押さえ、短時間で高SN比を得る測定方法を導出した。
　第3章では、頭外音像定位の原理および伝達関数の定義について述べ、次にステレオイヤホンを用いた両耳受聴による頭外音像定位を実現するため、受聴実験システムを作成し、主観評価試験を行い、その有効性を確認、した。
　第4章では、逆フィルタ演算手法を用いた頭外音像定位伝達関数の導出法について述べている。導出に当たっては数学的に良い解が必ずしも音響的に実用的な解とは成り得ないため、得られた解が頭外音像定位受聴に有効なものかを判定する必要がある。そこで、5つの解決手法を新たに提案し、従来手法を含め、演算誤差、演算時間、および受聴試験による評価を行い、最も有効な手法を選出にした。
　第5章では、各受聴者毎の測定を要しない汎用的手法を確立するため、頭外音像定位に必要な空間音響伝達関数および外耳道伝達関数に含まれる個人性について論じている。これらの伝達関数は被験者の顔形、耳介構造、また外耳道の形状に影響され受聴者によって異なる。そこで、空間音響伝達関数、外耳道伝達関数について、どちらの伝達関数がより個人差を有するのかを、主成分分析法および主観評価試験を用いて実験的に解析および検討を行った。その結果、水平面上での頭外音像定位受聴評価結果では、外耳道伝達関数の方が個人差の影響が大きく、空間音響伝達関数はあまり被験者に依存しない伝達関数であるという結論を得た。
　第6章では、反射波が距離感に及ぼす影響について論じている。音像を受聴者の所望位置に生成するためには、音像の方向と距離を制御することが必要となる。反射波が音像の距離感に及ぼす影響について主観評価試験を行い、反射波が距離感に影響を与えることを示した。
　第7章では、空間音響伝達関数のモデル化について言及している。空間音響伝達関数をラウドスピーカとマイクロホンの電気音響変換特性と各被験者の顔形、耳介形状などの固有特性をもつ関数と、音源と受音点の幾何学的配置特性をもつ関数に分離するモデルである。後者をその関数のもつ意味より仮想音源位置関数と呼び、導出法についての検討を行った。その結果、複素ケプストラムを用いて仮想音源位置関数を導出する手法が有効であることが判った。
　本論文では、頭外音像定位実現に必要な伝達関数の導出方法に注目し、主観評価試験による検討を行った。これにより本論文の第1の目的である逆フィルタ特性を含む頭外音像定位伝達関数の導出を誤差が少なくかつ，演算時間を短縮することができる導出手法を明らかにした。また、伝達関数に含まれる個人性についての検討を行った。これにより、本論文第2の目的である伝達関数中に含まれる個人性についも明らかにした。さらにこれより、個人性の少ない伝達関数について反射波に注目したモデル化の提案を行った。