研究テーマ概要

「音場を対象とした逆問題」、「音場の記録・伝送・再生のための信号処理」の二つを主な研究テーマとしています。より詳しい研究内容はページ下部をご覧ください。

音場を対象とした逆問題: 音空間の可視化や解析、音源位置や室内音響パラメータの推定など、音場計測における種々の逆問題に対し、最適化や機械学習など様々なアプローチから新たな方法論を探求し、システムとしての構築を行う。

音場の記録・伝送・再生のための信号処理: 音場の記録、伝送、再生に関わる諸問題を基本原理から応用まで広く扱い、遠隔コミュニケーションやバーチャルリアリティなどを目的とした新しいシステムを、これらの方法論に基づいて実現する。


研究テーマ紹介スライド


音場収音・再現


Left: 原音場, Right: 円形スピーカアレイによる再現音場

音場収音・再現は、ある領域の音空間を物理的に忠実に再構成することを目的としています。これにより、従来の技術では困難だった、広い受聴領域を可能とする空間音響技術や、騒音を空間的に抑圧する技術が実現できると期待できます。多数のマイクロフォン・スピーカで構成されたアレイを利用し、適切な信号変換を行うことで、高精度な音場の再現を実現します。

参考文献

  • S. Koyama, et al., “Analytical approach to wave field reconstruction filtering in spatio-temporal frequency domain,” IEEE Trans. Audio, Speech, Lang. Process., vol. 21, no. 4, pp. 685-696, 2013. [LINK]
  • S. Koyama, et al., “Wave field reconstruction filtering in cylindrical harmonic domain for with-height recording and reproduction,” IEEE/ACM Trans. Audio, Speech, Lang. Process., vol. 22, no. 10, pp. 1546-1557, 2014. [LINK]
  • S. Koyama, et al., “Analytical approach to transforming filter design for sound field recording and reproduction using circular arrays with a spherical baffle,” J. Acoust. Soc. Amer., vol. 139, no. 3, pp. 1024-1036, 2016. [LINK]

スパース表現に基づく音場解析

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Left: 平面波展開に基づく再構成結果, Right: スパース音場表現に基づく再構成結果

音場の解析は、一般的に平面波基底に展開することによって行われてきました。しかしながら、高い周波数帯域では空間エイリアシングによる誤差が大きく影響してしまいます。圧縮センシングの分野で発展してきたスパース表現に基づく解析により、このような誤差を軽減する、超解像化が可能になっています。

参考文献

  • S. Koyama and L. Daudet, “Sparse representation of a spatial sound field in a reverberant environment,” IEEE J. Selected Topics Signal Process., vol. 13, no. 1, pp. 172-184, 2019. [LINK]
  • S. Koyama, et al., “Sparse sound field decomposition for super-resolution in recording and reproduction,” J. Acoust. Soc. Amer., vol. 143, no. 6, pp. 3780-3795, 2018. [LINK]
  • N. Murata, S. Koyama, et al., “ Sparse representation using multidimensional mixed-norm penalty with application to sound field decomposition,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 66, no. 12, pp. 3327-3338, 2018. [LINK]
  • S. Koyama, et al., “Sparse sound field representation in recording and reproduction for reducing spatial aliasing artifacts,” in Proc. IEEE Int. Conf. Acoust., Speech., Signal Process. (ICASSP), Florence, May 2014, pp. 4443-4447. [LINK]

センサ・アクチュエータ配置の最適化

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Left: Empirical interpolation methodに基づく音場制御のためのスピーカ・制御点配置, Right: 最適化された配置を用いた平面波の合成

波動場を計測・制御するとき、複数のセンサやアクチュエータをどのように配置するかは難しい問題です。どのような基準の下で配置を決めればよいか、現実的な計算時間で最適な配置を得るアルゴリズムをどのように構築するかなど、様々な要素を含んでいるためです。関数補間で用いられる手法などを応用し、特に波動場の計測・制御に対して効果的なセンサ・アクチュエータ配置の最適化法を開発しています。

参考文献

  • S. Koyama, et al., “Optimizing Source and Sensor Placement for Sound Field Control: An Overview,” IEEE/ACM Trans. Audio, Speech, Language Process., 2020. [LINK]
  • S. Koyama, et al., “Joint Source and Sensor Placement for Sound Field Control Based on Empirical Interpolation Method,” Proc. IEEE Int. Conf. Acoust., Speech., Signal Process. (ICASSP), Calgary, 2018, pp. 501-505. [LINK]