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立体音響(りったいおんきょう)とは、音を録音再生する際に3次元的な音の方向や距離、拡がりなどを再生する方式のことである。3次元音響3Dオーディオなどともいう。また、3次元の空間上の音場を制御するという意味も含め、三次元音場制御システムのことを指す場合もある。

目次

技術編集

立体音響の意味する所は、ホールやライブ会場といったある特定の場所での音環境を立体的に再現することにある。すなわち、主として聴覚から[1]人間の空間認知(位置覚#空間認知を参照)に対し、あたかも録音現場にいるが如く、再生音響によって感じさせるということである。実際の場所で聴く音環境では、音源から発せられる音波が、球面上に広がり他のさまざまな音と重なり合いながら聴取者に届いている状態である。つまり、聴取者に届いている音波というのは立体的な曲面を持つ粗密波である。それを、たとえばステレオ録音すると、空間における広がりを2点のみで記録したものであるから、理論上は、そのままステレオ再生すると左右方向の1次元の広がりはほぼ再現されるものの、奥行きについては残響成分によって補助的に再現されるに過ぎず、上下についてはより情報が少ない。

そこでたとえば、複数のマイクで録音した物を複数のスピーカで鳴らし音場を再現するとか、空中にただマイクを固定するのではなく、人間の耳に聞こえるような音響を再現しながら録音する、などといった立体音響のシステムがある。

立体音響は、しばしば以下のような要素によって再現される。こうした要素はマイクの配置によって物理的に収録・再現される時もあれば、デジタル信号処理によって人工的に再現される時もある。

音量差
距離による音量の減衰や両耳間強度差により音源の音像定位を再現するもの。
時間差
音波が到達する時間差により音源の音像定位を再現するもの。両耳間時間差ハース効果英語版(先行音効果)など。
周波数特性の変化
音波の伝達や遮蔽による周波数特性の変化により音源の音像定位を再現するもの。頭部伝達関数など。
位相の変化
音波の伝達や遮蔽による位相の変化により音源の音像定位を再現するもの。
残響の変化
残響特性により周辺環境の音場を再現するもの。残響特性はしばしばインパルス応答として計測される。

方式編集

立体音響の方式として現在ではさまざまな方法がある。

ステレオ方式およびサラウンド方式編集

立体音響の簡便かつもっとも古い方法としてステレオ方式がある。ステレオ方式においてはすくなくとも2個のマイクロフォン、2チャンネルの録音再生システム、2個のスピーカーを使用して再生する。ドルビーデジタルによって代表されるサラウンド方式においては3個以上のスピーカーを使用する。

また、3D位置オーディオ(3-D positional audio)と呼ばれる方式においては、モノラル録音した音を使用してデジタル信号処理によって方向感などを与える。通常のステレオ方式においては再生に使用する2個のスピーカーの間だけから音が聞こえるが、3D位置オーディオ技術を組み合わせることによってスピーカーの外側から音が聞こえるようにすることができる。

空間的音響編集

YoutubeやFacebookの360度動画およびVR動画 (ステレオ360度動画) では、360度の音響を符号化するためにSpatial Audio (空間的音響) を使用している[2][3]

Spatial Audioのために、FacebookはFacebook 360 Spatial Workstationを、GoogleはSpatial Media Metadata Injectorを提供している。

対応機材編集

マイク4つ搭載のもの (1st orderアンビソニックマイク)
  • AMBEO VR Mic - ゼンハイザーによる専用マイク
  • 音響機器メーカーZOOMはAMBEO VRマイク対応録音機材がいくつかある。フィールドレコーダーはF8n、F8、F4が、ハンディレコーダーはH2n[4]やH3-VRがある[5]
  • RØDEのNT-SF1
マイク5つ以上搭載のもの
  • ZYLIA ZM-1 - マイクを19個を搭載している。

バイノーラル方式編集

バイノーラル方式は、ステレオ方式での聴取者の前方にスピーカーを置くのに対して、ヘッドフォンを使用して再生する。バイノーラル方式における録音は、通常、ダミーヘッドと呼ばれる模擬人頭の耳の部分にマイクロフォンを埋め込んで録音する。また利用者の耳に小さなマイクをイヤフォンのように固定する(電源はレコーダーやビデオカメラのプラグインパワー方式で供給する)タイプのバイノーラルマイクロフォンも複数モデルが存在する。装着者の呼吸音やつばを飲み込む音なども拾ってしまうといった特徴もあるが、嵩張るダミーヘッドに比べ手軽に利用できる。

サラウンド方式の立体音響を頭部伝達関数 (HRTF)によってバイノーラル方式の立体音響へと変換するツールも存在する (SOFAlizerなど)。


立体音響レンダリング編集

立体音響レンダリングには、特徴予測方式とレイトレース方式が存在する。3DCGソフトウェアではCinema 4DShadeBlenderなどが立体音響レンダリングに対応している。

特徴予測(Characteristic prediction)
音源とマイクの位置・向き・動きなどから、減衰・音像定位・ドップラー効果などを計算で再現する方式。
OpenAL、多くのゲームエンジン、Blenderなどがこの方式を実装している。
音線法/幾何音響モデリング英語版(ray acoustic modeling/geometric acoustic modeling)
壁や床や障害物などの反響などを再現するために、レイトレーシングを使って計算する方式。低周波は拡散反射しやすく、高周波は鏡面反射しやすいため、波長を区切ったレイトレースも使われている。
NVIDIA VRWorks Audio、GSound、BlenderアドオンのE.A.Rなどがこの方式を実装している。
適応矩形分解 (Adaptive Rectangular Decomposition)

参考文献編集

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  1. ^ いわゆる「重低音」は、大音量では皮膚の感覚などを通しても感じられる。
  2. ^ Use spatial audio in 360-degree and VR videos Google
  3. ^ Introducing Spatial Audio for 360 Videos on Facebook Facebook
  4. ^ H2n内蔵のマイクのみ対応
  5. ^ 同社は、H2n以外ではAmbisonics(アンビソニックス)と表記している

関連項目編集

外部リンク編集