JP4157856B2 - Acoustic reflection path discrimination method, computer program, acoustic reflection path discrimination apparatus, and acoustic simulation apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、音響反射経路判別方法、コンピュータプログラム、音響反射経路判別装置及び音響シミュレーション装置に係り、更に詳しくは、虚像法により音の反射経路を求め、音響特性を求める際、上記反射経路の有効性を判別する方法に関する。 The present invention relates to an acoustic reflection path discriminating method, a computer program, an acoustic reflection path discriminating apparatus, and an acoustic simulation apparatus. More specifically, the present invention relates to a sound reflection path obtained by a virtual image method, and when the acoustic characteristics are obtained, The present invention relates to a method for determining sex.
ホールやスタジオなどの空間内に音源を配置し、その出力音を当該空間内のある受音点において聞く場合、上記音源からは様々な方向に音波が放出されるが、そのうち、受音点に至る伝搬経路を経て伝搬された音波のみが、当該受音点において音として聴取される。音の伝搬する上記空間は音場と呼ばれ、上記伝搬経路は音線と呼ばれる。音源から受音点に至る伝搬経路には、音源及び受音点を直線で結ぶ直接経路と、壁面において反射される反射経路が存在する。さらに、反射経路には、壁面で1回反射されて受音点に至る1次反射経路の他に2回以上反射される高次の反射経路も存在する。 When a sound source is placed in a space such as a hall or studio and the output sound is heard at a certain sound receiving point in the space, sound waves are emitted from the sound source in various directions. Only the sound wave propagated through the propagation path to reach is heard as sound at the sound receiving point. The space through which sound propagates is called a sound field, and the propagation path is called a sound ray. The propagation path from the sound source to the sound receiving point includes a direct path connecting the sound source and the sound receiving point with a straight line and a reflection path reflected on the wall surface. Further, the reflection path includes a higher-order reflection path that is reflected twice or more in addition to the primary reflection path that is reflected once on the wall surface and reaches the sound receiving point.
受音点に到達した音には、伝搬経路長に応じた減衰及び遅延が生じている。また、反射経路を経て到達した音の場合であれば、さらに、壁面での反射の際、壁面の材質に応じて、音量、音色及び位相が変化している。このため、同一音源から放出された音であっても、受音点に到達した時点では、各伝搬経路ごとに振幅、周波数及び位相が異なっている。 The sound reaching the sound receiving point is attenuated and delayed according to the propagation path length. Further, in the case of the sound that has reached through the reflection path, the volume, tone color, and phase are changed according to the material of the wall surface at the time of reflection on the wall surface. For this reason, even if the sound is emitted from the same sound source, the amplitude, frequency, and phase differ for each propagation path when the sound receiving point is reached.
従って、上記空間を規定している壁面の位置及び材質と、音源及び受音点の位置が与えられている場合に、音源から受音点に至る各伝搬経路を正確に求めることができれば、音源の出力音と受音点での聴取音との関係を示す上記空間の音響特性を求めることができる。一般に直接経路を求めることは比較的容易であることから、反射経路を求めることができれば、直接経路を含む各音線について音の伝搬特性が得られ、これらを合成することにより空間の音響特性を求めることができる。この様にして音響特性が得られれば、実空間を用いることなく、音源の出力音に基づいて、受音点での聴取音を再現する音響シミュレーションを行うことができる。 Therefore, given the position and material of the wall surface defining the space, the position of the sound source and the sound receiving point, and if each propagation path from the sound source to the sound receiving point can be obtained accurately, the sound source The acoustic characteristics of the space showing the relationship between the output sound and the listening sound at the sound receiving point can be obtained. In general, it is relatively easy to obtain a direct path. Therefore, if a reflection path can be obtained, sound propagation characteristics can be obtained for each sound ray including the direct path. Can be sought. If the acoustic characteristics are obtained in this way, an acoustic simulation for reproducing the listening sound at the sound receiving point can be performed based on the output sound of the sound source without using the real space.
図12は、反射経路を求める従来方法の一例を示した説明図であり、(a)には音線追跡法が示され、(b)には虚像法が示されている。図中のSは音源、Rは受音点、Pは壁面上の反射点、S’は虚音源である。反射経路を幾何学的に求める方法として、音線追跡法と虚像法が従来から知られている。音線追跡法は、音源Sを起点として向きの異なる多数の音線を放射させ、各音線のその後の軌跡を追跡し、受音点Rの近傍を通過する音線のみを反射経路として採用する方法である。一方、虚像法は、反射面に関する音源の虚像(虚音源S’)を求め、当該虚音源S’と受音点Rを直線で結ぶ経路を反射経路とする方法である。 FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a conventional method for obtaining a reflection path, in which (a) shows the sound ray tracing method and (b) shows the virtual image method. In the figure, S is a sound source, R is a sound receiving point, P is a reflection point on the wall surface, and S 'is an imaginary sound source. Conventionally known methods of geometrically determining the reflection path are the ray tracing method and the virtual image method. The sound ray tracing method radiates a number of sound rays with different directions from the sound source S, tracks the subsequent trajectory of each sound ray, and adopts only the sound ray passing near the sound receiving point R as a reflection path. It is a method to do. On the other hand, the virtual image method is a method in which a virtual image (virtual sound source S ′) of a sound source related to a reflection surface is obtained and a path connecting the virtual sound source S ′ and the sound receiving point R with a straight line is used as a reflection path.
虚像法は、反射経路を正確に求めることができるという長所を有するが、壁面数が増大して反射次数が増大すれば、虚音源の数も指数関数的に増大し、それに応じて計算量も激増するという欠点を有している。これに対し、音線追跡法の場合、比較的少ない計算量で反射経路を求めることができるが、反射経路を正確に求めることはできない。また、音線追跡法及び虚像法を組み合わせて反射経路を求める方法が、例えば、特許文献1に記載されている。
図13は、虚像法によって求められる反射経路の一例を示した図である。まず、音源Sから虚音原S’が求められる。虚音源S’は、壁面に関して音源Sと面対称となる点として求められる。つまり、音源Sを含む壁面の法線上であって、音源Sとは反対側で、壁面からの距離が同一となる点が虚音源S’とされる。次に、虚音源S’と受音点R1を結ぶ経路が壁面と交差する点として、反射点P1が求められる。従って、音源Sから受音点R1に至る反射経路としてSP1R1が求められる。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a reflection path obtained by the virtual image method. First, an imaginary sound source S ′ is obtained from the sound source S. The imaginary sound source S ′ is obtained as a point that is plane-symmetric with the sound source S with respect to the wall surface. That is, a point on the normal line of the wall surface including the sound source S and on the side opposite to the sound source S and having the same distance from the wall surface is defined as the imaginary sound source S ′. Next, a reflection point P 1 is obtained as a point where a path connecting the imaginary sound source S ′ and the sound receiving point R 1 intersects the wall surface. Accordingly, SP 1 R 1 is obtained as a reflection path from the sound source S to the sound receiving point R 1 .
同様にすれば、音源Sから受音点R2に至る反射経路としてSP2R2が求められる。ところが、この反射点P2は有限の壁面Wよりも外側に位置しているため、SP2R2という反射経路は、実際には存在しない。つまり、当該壁面は、反射面として無効であり、当該反射経路を含めて音響特性を求めれば、正確な音響特性は得られない。従って、虚像法を用いる場合、壁面Wでの反射ごとに、当該壁面Wが反射面として有効か否かを判定し、当該反射経路が実在するのか否かを判別する必要がある。 In the same manner, SP 2 R 2 is obtained as a reflection path from the sound source S to the sound receiving point R 2 . However, the reflection point P 2 because is located outside the finite wall W, the reflected path of the SP 2 R 2, is not actually present. That is, the wall surface is ineffective as a reflecting surface, and accurate acoustic characteristics cannot be obtained by obtaining acoustic characteristics including the reflecting path. Therefore, when the virtual image method is used, it is necessary to determine whether or not the wall surface W is effective as a reflection surface for each reflection on the wall surface W and to determine whether or not the reflection path actually exists.
上述した通り、虚像法では、反射次数が増大すると、反射経路も指数関数的に増大するため、壁面の有効又は無効を判別する演算回数も指数関数的に増大する。このため、壁面が反射面として有効か否かを求める方法は、虚像法による反射経路の算出において重要である。ところが、上述した特許文献1には、このような判定方法について具体的な記載はない。
As described above, in the virtual image method, when the reflection order increases, the reflection path also increases exponentially, so that the number of operations for determining whether the wall surface is valid or invalid increases exponentially. For this reason, a method for determining whether or not a wall surface is effective as a reflecting surface is important in calculating a reflection path by a virtual image method. However,
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、虚像法により求められた音響反射経路の判別を効率的に行うことができる音響反射経路判別方法、音響反射経路判別のためのコンピュータプログラム、音響反射経路判別装置及び音響シミュレーション装置を提供することを目的とする。特に、壁面を定義する各頂点、音源及び受音点の3次元座標に基づいて、少ない演算量で音響反射経路の有効性を判別することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, an acoustic reflection path determination method capable of efficiently determining an acoustic reflection path obtained by a virtual image method, and a computer program for determining an acoustic reflection path An object of the present invention is to provide an acoustic reflection path discrimination device and an acoustic simulation device. In particular, it is an object to determine the effectiveness of an acoustic reflection path with a small amount of calculation based on the three-dimensional coordinates of each vertex, sound source, and sound receiving point that define a wall surface.
本発明による音響反射経路判別方法は、多角形からなる反射面片を規定する各頂点の座標に基づいて、虚像法により求められた反射経路の有効性を判別する音響反射経路判別装置の動作方法であって、上記反射面片の外周を一方向に辿った場合に出現する各頂点の順序に基づいて、上記反射経路が当該反射面片を含む平面と交差する反射点において当該反射面片の隣接する2つの頂点がなす符号付き角度を求める角度算出ステップと、隣接する全ての頂点間について求められた上記符号付き角度の和を求める角度積算ステップと、上記符号付き角度の和に基づいて、上記反射点が上記反射面片上に存在するか否かを判別する第1判別ステップとを備えて構成される。
The acoustic reflection path discriminating method according to the present invention is a method for operating an acoustic reflection path discriminating apparatus that discriminates the effectiveness of a reflection path obtained by a virtual image method based on the coordinates of each vertex defining a polygonal reflecting surface piece. And based on the order of the vertices that appear when the outer periphery of the reflecting surface piece is traced in one direction, the reflecting surface piece of the reflecting surface piece is reflected at a reflecting point where the reflecting path intersects the plane including the reflecting surface piece. Based on an angle calculation step for obtaining a signed angle formed by two adjacent vertices, an angle integration step for obtaining a sum of the signed angles obtained between all adjacent vertices, and a sum of the signed angles, A first determination step of determining whether or not the reflection point exists on the reflection surface piece.
また、本発明による音響反射経路判別方法は、上記構成に加えて、上記角度算出ステップが、隣接する2つの頂点及び上記反射点を結ぶベクトルの内積を求める第1内積演算ステップと、第1内積演算ステップで求められた内積に基づいて、上記角度の絶対値を求めるステップと、隣接する上記頂点及び上記反射点を結ぶベクトルの外積ベクトルを求める外積演算ステップと、外積演算ステップで求められた外積ベクトル及び上記反射面片に交差する基準ベクトルの内積を求め、上記角度の符号を求める第2内積演算ステップとを有する。 In addition to the above configuration, in the acoustic reflection path determination method according to the present invention, the angle calculation step includes a first inner product calculation step for obtaining an inner product of vectors connecting two adjacent vertices and the reflection point, and a first inner product. Based on the inner product obtained in the operation step, the step for obtaining the absolute value of the angle, the outer product operation step for obtaining the outer product vector of the vector connecting the adjacent vertex and the reflection point, and the outer product obtained in the outer product operation step. A second inner product calculating step for obtaining an inner product of the vector and a reference vector intersecting the reflecting surface piece and obtaining a sign of the angle.
また、本発明による音響反射経路判別方法は、上記構成に加えて、上記基準ベクトルが上記反射面片の法線ベクトルからなる。 In addition to the above-described configuration, the acoustic reflection path determination method according to the present invention includes the normal vector of the reflecting surface piece.
また、本発明による音響反射経路判別方法は、上記構成に加えて、上記反射経路上に上記反射点を含まない反射面片が存在するか否かを判定する第2判別ステップをさらに備えて構成される。 In addition to the above configuration, the acoustic reflection path determination method according to the present invention further includes a second determination step of determining whether or not there is a reflecting surface piece that does not include the reflection point on the reflection path. Is done.
また、本発明による音響シミュレーション装置は、多角形からなる反射面片を規定する各頂点の座標に基づいて、虚像法により求められた反射経路がその導出に係る上記反射面片を含む平面と交差する反射点の座標を求める反射点算出手段と、上記反射面片の外周を一方向に辿った場合に出現する各頂点の順序に基づいて、隣接する2つの頂点及び上記反射点を結ぶベクトルの内積を求める第1内積演算手段と、第1内積演算手段で求められた内積に基づいて、隣接する上記頂点が上記反射点においてなす角度の絶対値を求める絶対値算出手段と、隣接する上記頂点及び上記反射点を結ぶベクトルの外積ベクトルを求める外積演算手段と、外積演算手段で求められた外積ベクトル及び上記反射面片に交差する基準ベクトルの内積を求め、上記角度の符号を求める第2内積演算手段と、上記符号付き角度の和に基づいて、上記反射点が上記反射面片上に存在するか否かを判別する判別手段と、判別手段における判別結果に基づいて、上記反射面片による音源から受音点に至る反射経路の伝搬特性を求める伝搬特性演算手段と、反射経路の伝搬特性を用いて、音源の出力音から受音点における聴取音を生成する聴取音生成手段とを備えて構成される。
Further, the acoustic simulation apparatus according to the present invention is based on the coordinates of each vertex defining the polygonal reflecting surface piece, and the reflection path obtained by the virtual image method intersects the plane including the reflecting surface piece related to the derivation. Based on the order of the vertices appearing when the outer periphery of the reflecting surface piece is traced in one direction, the reflection point calculating means for obtaining the coordinates of the reflecting points to be used is a vector connecting two adjacent vertices and the reflecting point. A first inner product computing means for obtaining an inner product; an absolute value calculating means for obtaining an absolute value of an angle formed by the adjacent vertexes at the reflection point based on the inner product obtained by the first inner product computing means; and the adjacent vertexes and obtains the product computation means for obtaining the outer product vector of a vector connecting the reflection point, the inner product of the reference vector which intersects the outer product vector and the reflecting surface pieces obtained by the product computation means, the A second inner product calculating means for obtaining a sign of the degree; a judging means for judging whether or not the reflecting point is present on the reflecting surface piece based on the sum of the signed angles; and a judgment result in the judging means. Then, using the reflection surface piece, the propagation characteristic calculation means for obtaining the propagation characteristic of the reflection path from the sound source to the sound receiving point and the propagation characteristic of the reflection path are used to generate the listening sound at the sound receiving point from the output sound of the sound source. And a listening sound generating means.
本発明によれば、虚像法により求められた音響反射経路の判別を効率的に行うことができる。特に、壁面を定義する各頂点、音源及び受音点の3次元座標に基づいて、少ない演算量で音響反射経路の有効性を判別することができる。このため、音源から受音点に至る音響特性を高速に求めることができる。また、音響シミュレーションを高速に実行させることができる。 According to the present invention, it is possible to efficiently discriminate the acoustic reflection path obtained by the virtual image method. In particular, the effectiveness of the acoustic reflection path can be determined with a small amount of calculation based on the three-dimensional coordinates of each vertex, sound source, and sound receiving point that define the wall surface. For this reason, the acoustic characteristic from the sound source to the sound receiving point can be obtained at high speed. In addition, acoustic simulation can be executed at high speed.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による音響シミュレーション装置の一構成例を示した機能ブロック図である。この音響シミュレーション装置は、実空間を用いることなく、音源Sの出力音から、受音点Rにおける聴取音を求めることができる演算処理装置であり、例えば、コンピュータ上で実行可能なソフトウエアとして実現することができる。
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration example of an acoustic simulation apparatus according to
この音響シミュレーション装置は、音響特性演算部10と、壁面データ記憶部11と、聴取音生成部12とにより構成される。音響特性演算部10は、音源S及び受音点Rの座標位置と、壁面Wの位置及び特性(反射特性)とに基づいて、音源Sから受音点Rへ至る音響特性を演算処理により求めている。壁面データ記憶部11は、この音響特性演算に用いられる壁面Wのデータを保持している。聴取音生成部12は、音響特性演算部10によって求められた音響特性を用いて、音源Sの出力音データに基づいて、受音点Rでの聴取音データを演算処理により生成している。
The acoustic simulation apparatus includes an acoustic
音響特性演算部10は、直接経路演算部20、反射経路演算部21、反射経路判別部22、伝搬特性演算部23,24及び合成部25からなる。直接経路演算部20及び反射経路演算部21には、音源S及び受音点Rの3次元座標が入力され、直接経路及び反射経路がそれぞれ求められる。
The acoustic
直接経路演算部20では、直接経路として、音源S及び受音点Rを直線で結んだ経路が求められる。その際、壁面データ記憶部11内の壁面データに基づいて直接経路上に障害物が存在しないかが判別され、障害物が存在する場合には当該直接経路が無効とされる。直接経路が有効である場合、伝搬特性演算部23により、上記直接経路による音の伝搬特性が求められる。なお、直接経路による伝搬特性は、経路長に応じた振幅の減衰及び位相の遅れからなり、周波数成分は変動しない。
The direct
反射経路演算部21では、壁面データ記憶部11内に保持されている各壁面Wに関する反射経路が求められる。この反射経路演算部21で求められる反射経路には、1次の反射経路のみならず2次以上の反射経路も含まれる。反射経路判別部22は、これらの反射経路における反射点Pが壁面W内に存在するか否かを判別し、反射経路が有効であるか否かを判断している。
In the reflection
伝搬特性演算部24は、反射経路判別部22において有効と判別された反射経路について、音の伝搬特性を求めている。反射経路による伝搬特性は、経路長に応じた振幅の減衰及び位相の遅れに加え、反射点Pにおける振幅の減衰及び位相の変動も含まれる。なお、反射点におけるこれらの変動は、壁面Wの材質によって決まり、壁面Wの材質に基づく特性データは、壁面データ記憶部11に保持されている。
The propagation
合成部25では、伝搬特性演算部23及び24において求められた直接経路及び反射経路の伝搬特性を合成し、様々な経路を介して音源Sから受音点Rに至る音の伝搬特性を求めることができる。つまり、音響特性演算部10は、音源Sから受音点Rへ至る音響特性を求めることができる。
The synthesizing
聴取音生成部12は、音響特性演算部10により求められた音響特性を用いて、音源Sの出力音データから、受音点Rにおける聴取音データを生成している。例えば、音響特性演算部10において音響特性がインパルス応答として求められる場合、聴取音生成部12では、音源Sの出力音データを上記インパルス応答により畳み込む演算処理が行われ、受音点Rにおける聴取音が生成される。
The listening
このため、上記音響シミュレーション装置を用いれば、壁面データ記憶部11によって定義された音場内において音源Sを任意の位置に配置し、当該音源Sから任意の音を出力させた場合について、任意の受音点Rでの聴取音を再現することができる。例えば、人の右耳及び左耳の位置を受音点R1,R2とし、それぞれの聴取音を生成すれば、実空間を用いることなく、当該空間内の任意の位置における音の聞こえ方を体感することが可能になる。また、音源となるスピーカの位置や種類を異ならせて、聞こえ方の違いを体感することもできる。さらに、ホール、スタジオなどの建造物の音響設計に利用することもできる。
For this reason, if the acoustic simulation apparatus is used, the sound source S is arranged at an arbitrary position in the sound field defined by the wall surface
図2は、直接経路及び反射経路の一例を示した図である。直接経路Q1は、音源S及び受音点Rを直線で結んだ経路SRである。障害物が存在しない場合、この直接経路SRが直接経路演算部20において求められ、その伝搬特性が伝搬特性演算部23において求められる。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a direct path and a reflection path. The direct route Q1 is a route SR that connects the sound source S and the sound receiving point R with a straight line. When there is no obstacle, the direct route SR is obtained by the direct
反射経路Q2は、壁面Wに関する1次反射経路であり、壁面Wについて虚音源S’を求め、この虚音源S’と受音点Rとを直線で結ぶ経路として、反射経路演算部21により求められる。なお、直線S’Rが壁面Wと交差する点を反射点Pとすれば、本来の反射経路SPRは、直線経路S’Rと等価である。
The reflection path Q2 is a primary reflection path related to the wall surface W. The imaginary sound source S ′ is obtained for the wall surface W, and is obtained by the reflection
反射経路演算部21では、壁面データ記憶部11内に保持されている全ての壁面Wについて虚音源S’が求められ、各虚音源S’と受音点Rを直線で結ぶ1次反射経路が求められる。その際、虚音源S’は、壁面Wについて、音源Sと面対称となる3次元座標として求められる。
In the reflection
反射経路判別部22は、反射経路演算部21において求められた各反射経路が、当該反射経路の導出に係る壁面Wを含む平面(無限の広がりを有する平面)と交差する反射点Pを求め、当該反射点Pが、壁面W内に存在するか否かを判別し、当該反射経路が有効であるか否かを判別する。壁面Wは、有限の面積を有する反射面(反射面片)であり、少なくとも3以上の頂点データa1〜a4によって定義される多角形の平面であるものとする。反射経路判別部22は、これらの頂点データに基づいて上記判別を行っている。反射経路の有効性を判別する具体的方法については更に後述する。
The reflection
図3は、2次反射経路の一例を示した図である。壁面W1,W2の順で反射される2次反射経路を求める場合、反射経路演算部21では、まず、虚音源S’の3次元座標が求められる。虚音源S’は、壁面W1に関する音源Sの虚像であり、壁面W1について音源Sと面対称となる点として求められる。次に、虚音源S''の3次元座標が求められる。虚音源S''は、壁面W2に関する虚音源S’の虚像であり、壁面W2について虚音源S’と面対称となる点として求められる。そして、虚音源S''と受音点Rとを直線で結ぶ経路が2次反射経路として求められる。直線S''Rが、壁面W2を含む平面と交差する点を反射点P2、直線P2S’が壁面W1を含む平面と交差する点を反射点P1とすれば、本来の反射経路SP1P2Rは、経路S''Rと等価である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the secondary reflection path. When obtaining the secondary reflection path reflected in the order of the wall surfaces W 1 and W 2 , the reflection
反射経路判別部22は、これらの反射点P1,P2が、それぞれ壁面W1,W2内に存在するか否かを判別する。その結果、反射点P1が壁面W1内に存在せず、あるいは、反射点P2が壁面W2内に存在しない場合には、当該反射経路は実在しないことになるため、無効と判断する。従って、伝搬特性演算部24において、実在しない反射経路について伝搬特性が求められることはない。
The reflection
3次以上の反射経路についても、2次反射経路の場合と全く同様にして、反射経路演算部21により求められ、いずれかの反射点Pが壁面W内に存在しない場合、反射経路判別部22によって無効な反射経路と判別される。
The third and higher order reflection paths are also obtained by the reflection
図4は、反射経路の有効性を判別するための基本原理を示した説明図である。図中の(a)は反射点Pが壁面W内に存在する場合の例が示され、図中の(b)は反射点Pが壁面W外に存在する場合の例が示されている。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing the basic principle for determining the effectiveness of the reflection path. (A) in the figure shows an example when the reflection point P exists in the wall surface W, and (b) in the figure shows an example when the reflection point P exists outside the wall surface W.
壁面Wは多角形の平面からなり、この多角形を規定する各頂点a1〜a5の3次元座標及び順序によって定義される。頂点a1〜a5の順序とは、多角形の外周上を一方向に辿った場合に各頂点a1〜a5が出現する順序である。壁面Wを定義するこれらのデータは、壁面データ記憶部11に格納されている。また、反射点Pの3次元座標は、反射経路演算部21により求められた反射経路と、壁面データ記憶部11のデータに基づいて、反射経路判別部22において求められる。
The wall surface W consists of a polygonal plane, and is defined by the three-dimensional coordinates and order of the vertices a 1 to a 5 that define the polygon. The order of the vertex a 1 ~a 5, a sequence in which each vertex a 1 ~a 5 appears when tracing the polygonal outer peripheral top in one direction. These data defining the wall surface W are stored in the wall surface
ここでは、反射点Pから各頂点aj(j=1〜5)へ向かうベクトルをVjとし、ベクトルVj+1のVjに対する符号付き角度をθjとする。つまり、θjの絶対値は、隣接する頂点aj、aj+1が反射点Pにおいてなす角度であり、その符号は、反射点Pを中心とする頂点ajからaj+1への回転方向として求められる。例えば、反時計回りの回転を正、時計回りの回転を負とする。 Here, a vector from the reflection point P toward each vertex a j (j = 1 to 5) is V j, and a signed angle of the vector V j + 1 with respect to V j is θ j . That is, the absolute value of θ j is the angle formed by the adjacent vertices a j and a j + 1 at the reflection point P, and the sign thereof is obtained as the rotation direction from the vertex a j centering on the reflection point P to a j + 1 . It is done. For example, a counterclockwise rotation is positive and a clockwise rotation is negative.
ある基準点を壁面Wの外周上を一方向に辿らせて、当該壁面Wを1周させた場合、反射点Pが壁面W内に存在すれば、上記基準点は反射点Pの周りを1周することになるが、反射点Pが壁面W外にあれば、上記基準点は反射点Pの周りを1周することはない。従って、(a)に示した通り、反射点Pが壁面W内に存在する場合、符号付き角度θjの総和は2π又は−2πとなる。一方、(b)に示した通り、反射点Pが壁面W外に存在する場合、符号付き角度θjの総和は0となる。つまり、角度θjの総和は次式(1)で表される。
反射経路判別部22は、上式(1)を用いて、反射点Pが壁面W内に存在するか否かを判別し、当該反射経路が存在するか否かを判別している。角度θjの和は、理論上は、±2π及び0の中間の値をとらないが、演算誤差を考慮すれば、2πより小さな正の値(例えばπ)を閾値θthとし、Σθjの絶対値を上記閾値θthと比較すれば、上記判別を行うことができる。
The reflection
次に、符号付き角度θjを求める方法について説明する。符号付き角度θjの絶対値は、ベクトルVj,Vj+1の内積(スカラー積)に基づいて求めることができる。また、符号付き角度θjの符号は、ベクトルVj,Vj+1の外積(ベクトル積)に基づいて求めることができる。 Next, a method for obtaining the signed angle θ j will be described. The absolute value of the signed angle θ j can be obtained based on the inner product (scalar product) of the vectors V j and V j + 1 . Further, the sign of the signed angle θ j can be obtained based on the outer product (vector product) of the vectors V j and V j + 1 .
図5は、符号付き角度θjを求める方法についての説明図である。ベクトルVj及びVj+1の内積Vj・Vj+1は、両ベクトルのなす角度θjを用いて式(2)で表される。この式(2)を変形すれば、角度θjは、cosの逆関数を用いた式(3)で表される。ベクトルVjのx軸方向、y軸方向、z軸方向の各成分は、頂点aj及び反射点Pの3次元座標から求めることができ、これらの成分をxj,yj,zjとすれば、式(4)により角度θjを求めることができる。
ただし、一般に、cos関数はcosθj=cos(−θj)の関係が成立する関数であることから、その逆関数を用いた式(4)からは、角度θjの絶対値しか得られない。このため、角度θjの符号は、別途、ベクトルVj,Vj+1の外積に基づいて求められる。 However, in general, the cos function is a function in which the relationship cos θ j = cos (−θ j ) is established, and therefore only the absolute value of the angle θ j can be obtained from the equation (4) using the inverse function. . For this reason, the sign of the angle θ j is separately obtained based on the outer product of the vectors V j and V j + 1 .
ベクトルVj及びVj+1の外積ベクトルUj=Vj×Vj+1は、2つのベクトルVj,Vj+1の双方に直交するベクトルであって、その向きがベクトルVjからベクトルVj+1へネジを回転させた場合に当該ネジが進む向き(いわゆる右ネジの向き)として定義される。つまり、外積ベクトルUjは、壁面Wに垂直なベクトルであって、その向きは角度θjの符号に対応している。 Cross product vector U j = V j × V j + 1 of the vector V j and V j + 1 are the two vectors V j, a vector orthogonal to both of V j + 1, the orientation of the screw from the vector V j to the vector V j + 1 It is defined as the direction in which the screw advances when it is rotated (so-called right screw direction). That is, the outer product vector U j is a vector perpendicular to the wall surface W, and its direction corresponds to the sign of the angle θ j .
このため、外積ベクトルUjの向きを判別すれば、角度θjの符号を得ることができる。外積ベクトルUjの向きは、壁面Wに垂直な任意の基準ベクトルNとの内積を求めることにより判別することができる。すなわち、外積ベクトルUjと基準ベクトルNの向きが同一であれば、内積Uj・Nは正になり、向きが逆であれば負になる。このため、内積Uj・Nの符号を角度θjの符号として用いることができる。なお、基準ベクトルNは、壁面Wの法線ベクトルであることが望ましいが、壁面Wに交差するベクトルであれば、必ずしも法線ベクトルでなくてもよい。 Therefore, if the direction of the outer product vector U j is determined, the sign of the angle θ j can be obtained. The direction of the outer product vector U j can be determined by obtaining the inner product with an arbitrary reference vector N perpendicular to the wall surface W. That is, if the outer product vector U j and the reference vector N have the same direction, the inner product U j · N becomes positive, and if the direction is opposite, it becomes negative. For this reason, the sign of the inner product U j · N can be used as the sign of the angle θj. The reference vector N is preferably a normal vector of the wall surface W, but may not necessarily be a normal vector as long as the vector intersects the wall surface W.
外積ベクトルUjのx、y、z軸方向の各成分をxuj,yuj,zujとし、ベクトルVjのx、y、z軸方向の各成分をxj,yj,zjとすれば、外積ベクトルUjは、ベクトルVj,Vj+1の各成分を用いて、次式(5)により表される。
従って、基準ベクトルNのx、y、z軸方向の各成分をxn,yn,znとすれば、外積ベクトルUjと基準ベクトルNの内積は、次式(6)により求められる。
なお、外積ベクトルVj×Vj+1の大きさは、次式(7)で表され、この式(7)を変形すれば、角度θjは、sinの逆関数を用いた式(8)で表すことができる。このため、外積から角度θjの絶対値をも求めることが考えられる。しかしながら、一般に、sin関数は、sinθj=sin(π−θj)の関係が成立する関数であることから、その逆関数を用いた式(8)によりθjの絶対値を一意に求めることはできない。
図6の(a)及び(b)は、反射経路判別部22による動作の一例を示したフローチャートである。まず、図中の(a)に従って説明する。反射経路演算部21により求められた反射経路について、当該反射経路が壁面Wを含む平面と交差する反射点Pの3次元座標が算出される(ステップS101)。つぎに、壁面Wの隣接する各頂点aj,aj+1について、符号付き角度θjが算出される(ステップS102)。そして、全ての角度θjの和の絶対値を予め定められた閾値θthと比較し、閾値θthよりも小さい場合には、当該反射経路が無効であると判断し、閾値θth以上の場合には、当該反射経路が有効であると判断する(ステップS103)。なお、2次以上の反射経路の場合には、各反射点ごとに同様の判別が繰り返され、全ての反射点について有効である場合にだけ、当該反射経路は有効となる。
FIGS. 6A and 6B are flowcharts showing an example of the operation of the reflection
図中の(b)は、符号付き角度θjを算出する処理の一例を示した図である。まず、反射点Pから隣接する2つの頂点ai,ai+1へのベクトルVj、Vj+1の内積が求められる(ステップS201)。この内積に基づいて、角度θjの絶対値が求められる(ステップS202)。すなわち、上述した式(4)に従って、角度θjの絶対値が求められる。 (B) in the figure is a diagram showing an example of processing for calculating the signed angle θ j . First, the inner product of the vectors V j and V j + 1 from the reflection point P to two adjacent vertices a i and a i + 1 is obtained (step S201). Based on this inner product, the absolute value of the angle θ j is obtained (step S202). That is, the absolute value of the angle θ j is obtained according to the above-described equation (4).
次に、ベクトルVj、Vj+1の外積ベクトルUjが求められる(ステップS203)。この外積ベクトルUjと基準ベクトルNの内積に基づいて、角度θjの符号が求められる(ステップS204)。すなわち、上述した式(6)に従って、角度θjの符号が求められる。 Next, the outer product vector U j of the vectors V j and V j + 1 is obtained (step S203). Based on the inner product of the outer product vector U j and the reference vector N, the sign of the angle θ j is obtained (step S204). That is, the sign of the angle θ j is obtained according to the above-described equation (6).
本実施の形態によれば、虚像法により求められた反射経路の有効性を判別する際、壁面を規定する各頂点aj、音源S及び受音点Rの3次元座標を用いたベクトル演算を行っている。このため、3次元座標をそのまま用いる比較的簡単な演算処理により、反射経路の有効性を判別することができる。従って、例えば、座標変換などを行って判別するような場合に比べて、演算量を削減し、音響特性の算出や、音響シミュレーションを高速に実行させることができる。 According to the present embodiment, when determining the effectiveness of the reflection path obtained by the virtual image method, the vector calculation using the three-dimensional coordinates of each vertex a j , sound source S, and sound receiving point R that define the wall surface is performed. Is going. Therefore, the effectiveness of the reflection path can be determined by a relatively simple calculation process using the three-dimensional coordinates as they are. Therefore, for example, the amount of calculation can be reduced and the calculation of acoustic characteristics and the acoustic simulation can be executed at a higher speed than in the case where the determination is performed by performing coordinate transformation or the like.
なお、本実施の形態における音響シミュレーション装置では、壁面Wが多角形であることが前提となっているが、現実の壁面は、境界の一部又は全部が曲線からなる場合も少なくない。このような壁面が存在する場合には、上記曲線部を1又は2以上の線分に置き換えて、上記境界を多角形に近似すれば、あらゆる壁面について音響シミュレーションを行うことができる。例えば、予め近似演算を行って、求められた多角形の壁面Wのデータを壁面データ記憶部11に予め格納しておけばよい。また、他の方法としては、曲線部を有する壁面Wのデータを壁面データ記憶部11に格納しておき、当該壁面W上の反射点Pについて有効性を判定する際に、反射経路判別部22が近似演算を行うにしてもよい。
In the acoustic simulation apparatus according to the present embodiment, it is assumed that the wall surface W is a polygon. However, in some cases, a part or all of the boundary of an actual wall surface is a curved line. When such a wall surface exists, acoustic simulation can be performed for all wall surfaces by replacing the curved portion with one or more line segments and approximating the boundary to a polygon. For example, the approximation calculation is performed in advance, and the obtained polygonal wall surface data W may be stored in the wall surface
また、本実施の形態では、反射経路の有効性を判別する際、三角関数(cos-1,sin-1)を含む演算処理を行う必要があるが、当該演算処理に近似的な処理を採用することによって、演算処理のためのコストを抑制しつつ、演算時間を短くすることができる。例えば、上記三角関数の演算に近似式を採用し、あるいは、上記三角関数のデータテーブルを参照することによって、反射経路の有効性を判別させることもできる。 In this embodiment, when determining the effectiveness of the reflection path, it is necessary to perform an arithmetic process including a trigonometric function (cos −1 , sin −1 ), but an approximate process is adopted for the arithmetic process. By doing so, it is possible to shorten the calculation time while suppressing the cost for the calculation process. For example, it is possible to determine the effectiveness of the reflection path by employing an approximate expression for the calculation of the trigonometric function or by referring to the data table of the trigonometric function.
実施の形態2.
図7は、反射点Pが壁面Wの特異な位置に存在する場合を示した説明図である。図中の(a)は、反射点Pが壁面Wの辺上に存在する場合、(b)は、壁面Wの辺の延長線上に存在する場合、(c)は、壁面Wの頂点上に存在する場合が示されている。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a case where the reflection point P exists at a specific position on the wall surface W. FIG. (A) in the figure is when the reflection point P is on the side of the wall surface W, (b) is on the extension line of the side of the wall surface W, and (c) is on the vertex of the wall surface W. The case where it exists is shown.
(a)〜(c)のいずれの場合も、隣接する2つの頂点aj,aj+1及び反射点Pが、1つの直線上に並ぶことから、外積Vj×Vj+1は0となり、その他の場合に、外積が0になることはない。一方、内積Vj・Vj+1は、(a)の場合には負の値、(b)の場合には正の値、(c)の場合には0となる。従って、外積及び内積が求められた時点で、反射点Pが、注目している辺上、注目している辺の延長上、あるいは、注目している一方の頂点上に存在することを判別することができる。 In any of the cases (a) to (c), since the two adjacent vertices a j and a j + 1 and the reflection point P are arranged on one straight line, the outer product V j × V j + 1 becomes 0. In some cases, the outer product never becomes zero. On the other hand, the inner product V j · V j + 1 is a negative value in the case of (a), a positive value in the case of (b), and 0 in the case of (c). Therefore, when the outer product and inner product are obtained, it is determined that the reflection point P exists on the target side, on the extension of the target side, or on one target vertex. be able to.
反射点Pが、注目している辺の延長上に存在することが判っても、直ちに、当該反射点Pが壁面Wの内部にあるか否かを判別することはできない。これに対し、反射点Pが、辺上又は頂点上に存在していることが判れば、当該反射点Pが壁面W内に存在するか否かを直ちに判断することができる。すなわち、反射点Pが、辺上又は頂点上に存在する場合に、当該反射経路を有効と判断する方法と、無効と判断する方法があるが、いずれの場合であっても、内積及び外積を求めた時点で、反射経路の有効性を判断することができる。従って、反射面の有効性判別のためにその後行われるべき演算処理を省略することができる。 Even if it is found that the reflection point P exists on the extension of the side of interest, it cannot be immediately determined whether the reflection point P is inside the wall surface W or not. On the other hand, if it is found that the reflection point P exists on the side or the vertex, it can be immediately determined whether or not the reflection point P exists in the wall surface W. That is, when the reflection point P exists on the side or the vertex, there are a method for determining that the reflection path is valid and a method for determining that the reflection path is invalid. At the time of determination, the effectiveness of the reflection path can be determined. Therefore, it is possible to omit a calculation process to be performed thereafter for determining the effectiveness of the reflecting surface.
図8は、本発明の実施の形態2による符号付き角度θjの算出処理の一例を示した図である。まず、ベクトルVj、Vj+1の内積及び外積が求められる(ステップS301,S302)。この結果、外積が0でなければ、ステップS305に進み、角度θjの絶対値及び符号が求められる(ステップS305,S306)。つまり、反射点Pが特異な位置に存在するのでなければ、図6の(b)の場合と全く同様の処理となる。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a calculation process of the signed angle θ j according to the second embodiment of the present invention. First, the inner product and outer product of vectors V j and V j + 1 are obtained (steps S301 and S302). As a result, if the outer product is not 0, the process proceeds to step S305, and the absolute value and sign of the angle θj are obtained (steps S305 and S306). That is, if the reflection point P does not exist at a unique position, the processing is exactly the same as in the case of FIG.
また、外積が0であっても、内積が正の場合であれば、ステップS305に進む(ステップS304)。つまり、反射点Pが注目している辺の延長上に存在するのであれば、図6の(b)の場合と全く同様の処理となる。 Even if the outer product is 0, if the inner product is positive, the process proceeds to step S305 (step S304). That is, if the reflection point P exists on the extension of the side of interest, the processing is exactly the same as in the case of FIG.
一方、外積が0で、内積が0又は負の場合であれば、判別処理を終了する(ステップS304)。反射点Pが注目している辺上又は注目している一方の頂点上に存在していることが判別できたので、符号付き角度θjを算出することなく、判別処理を終了する。なお、計算誤差を考慮し、外積が0でない場合であっても、その絶対値が任意の小さな値ε未満であれば、その値を0とみなして上記判定を行うこともできる。つまり、εを用いた次式を満たす外積については0とみなしてもよい。
本実施の形態によれば、反射点Pが壁面Wの辺上又は頂点上に存在する場合、内積及び外積の演算結果に基づいて当該反射経路の有効性を判別することができる。従って、反射面の有効性を判別するための演算量を更に削減することができる。 According to the present embodiment, when the reflection point P exists on the side or apex of the wall surface W, the effectiveness of the reflection path can be determined based on the calculation results of the inner product and outer product. Accordingly, it is possible to further reduce the amount of calculation for determining the effectiveness of the reflecting surface.
実施の形態3.
実施の形態1及び2では、虚像法により求められた反射点Pが、壁面W内に存在するか否かを判別し、反射経路が有効であるか否かを判断する場合について説明した。本実施の形態では、さらに、虚像法により求められた反射経路上に、当該経路を遮る他の壁面Wが存在するか否かを判別し、当該反射経路が有効であるか否かを判断する場合について説明する。
In the first and second embodiments, the case has been described in which it is determined whether or not the reflection point P obtained by the virtual image method exists in the wall surface W, and whether or not the reflection path is valid. In the present embodiment, it is further determined whether or not there is another wall surface W blocking the path on the reflection path obtained by the virtual image method, and it is determined whether or not the reflection path is valid. The case will be described.
図9は、本発明の実施の形態3による音響シミュレーション装置の一構成例を示した機能ブロック図である。図1の音響シミュレーション装置(実施の形態1)と比較すれば、第1判別部22a及び第2判別部22bにより構成される反射経路判別部22’を備えている点で異なる。
FIG. 9 is a functional block diagram showing a configuration example of an acoustic simulation apparatus according to
第1判別部22aは、図1における反射経路判別部22に相当する。すなわち、第1判別部22aは、実施の形態1及び2において詳述した通り、反射点Pが壁面W内に存在するか否かを判別し、当該反射点Pが有効であるか否かを判断している。一方、第2判別部22bは、反射経路演算部21で求められた反射経路について、その経路上に他の壁面W(反射点Pを含まない壁面)が存在するか否かを判別し、当該反射経路が有効であるか否かを判断している。
The
虚像法では、任意の壁面について、音源Sの虚像S’やS''を求めることによって反射経路Qが導出されることから、反射経路演算部21で求められた反射経路Q上に、音線を遮る障害物が存在するか否かは考慮されていない。このため、第1判別部22aにおいて、反射経路Qが有効であると判別されたとしても、当該反射経路Qが、実際に有効な経路であるとは限らない。すなわち、第1判別部22aにおいて、反射経路Qを構成する反射点Pのいずれかが無効であると判断された場合には、当該反射経路Qは無効な経路であると判断できるが、全ての反射点Pが有効であると判断された場合には、当該反射経路Q上に他の壁面Wが存在しなければ有効な経路となり、他の壁面Wが存在すれば無効な経路となる。
In the virtual image method, the reflection path Q is derived by obtaining the virtual images S ′ and S ″ of the sound source S for an arbitrary wall surface, so that a sound ray is placed on the reflection path Q obtained by the reflection
図10は、虚像法により求められた反射経路上に障害物が存在する場合の一例を示した図である。音源S、受音点R及び壁面W1〜W4が、図4に示したように配置されている場合、虚像法によって求められる反射経路はQ2〜Q4となる。反射経路Q2,Q3は、それぞれ壁面W1,W4に関する1次反射経路であり、反射経路Q4は、壁面W1及びW4に関する2次反射経路である。第1判別部22aでは、いずれの反射経路Q2〜Q4についても全ての反射点が有効と判断されるが、実際には、反射経路Q4は、壁面W2及びW3からなる突出部によって遮られているため有効な経路ではなく、反射経路Q2及びQ3のみが有効な経路となる。
FIG. 10 is a diagram showing an example in the case where an obstacle exists on the reflection path obtained by the virtual image method. The sound source S, the sound receiving point R and the wall surface W 1 to W-4, if it is arranged as shown in FIG. 4, the reflection path obtained by the image source method becomes Q2 to Q4. Reflection path Q2, Q3 are the primary reflection path about the wall W1, W4 respectively, reflected path Q4 is a secondary reflection path about the wall surface W 1 and W 4. In the
このような音場について、図9の音響シミュレーション装置を用いて、音響シミュレーションを行う場合について説明する。図10の反射経路Q2〜Q4は、いずれも反射点が壁面上に存在していることから、第1判別部22aでは、全ての反射点が有効であると判別される。第2判別部22bでは、第1判別部22aで有効と判断された反射経路Q2〜Q4上に、当該反射経路の導出に係る壁面以外の壁面が存在するか否かを判別することにより、有効な経路であるか否かが判別される。
With respect to such a sound field, a case where an acoustic simulation is performed using the acoustic simulation apparatus of FIG. 9 will be described. Since all the reflection paths Q2 to Q4 in FIG. 10 have reflection points on the wall surface, the
すなわち、反射経路Q2については、壁面W2〜W4と交差しているかを判別する。同様にして、反射経路Q3については、壁面W1〜W3と交差しているかを判別し、反射経路Q4については、壁面W2,W3と交差しているかを判別する。その結果、反射経路Q4は、壁面W2及びW3と交差しているため無効であると判別される一方、反射経路Q2及びQ3は交差しないため、有効であると判別される。 That is, it is determined whether or not the reflection path Q2 intersects the wall surfaces W 2 to W 4 . Similarly, it is determined whether the reflection path Q3 intersects with the wall surfaces W 1 to W 3, and the reflection path Q4 is determined whether it intersects with the wall surfaces W 2 , W 3 . As a result, the reflected path Q4, while being determined to be invalid because it intersects with the wall surface W 2 and W 3, the reflected path Q2 and Q3 to not intersect, is determined to be valid.
第2判別部22bは、反射経路Qがその反射点を有しない壁面Wと交差する否かを判断するために、まず、当該反射経路Qの導出に係る壁面以外の壁面Wを含む平面(無限の広がりを有する平面)と交差する交点Tを求める。この交点Tを遮断点と呼ぶことにする。このような遮断点Tが存在し、かつ、当該壁面W内に位置する場合には、当該反射経路Qは無効であると判断し、それ以外の場合は、有効であると判断することができる。
In order to determine whether or not the reflection path Q intersects a wall surface W that does not have the reflection point, first, the
なお、遮断点Tが壁面W内に存在するか否かの判断処理には、実施の形態1及び2において反射点Pが壁面W内に存在するか否かの判断処理と全く同じ方法を利用することができる。すなわち、反射経路Qが壁面Wを含む平面と交差する遮断点Tにおいて、当該壁面Wの隣接する2つの頂点aj,aj+1がなす符号付き角度θjを求め、その総和に基づいて遮断点Tが壁面W上に存在するか否かを判別することができる。 The determination process for determining whether or not the blocking point T exists in the wall surface W uses the same method as the determination process for determining whether or not the reflection point P exists in the wall surface W in the first and second embodiments. can do. That is, at a cutoff point T where the reflection path Q intersects a plane including the wall surface W, a signed angle θ j formed by two adjacent vertices a j and a j + 1 of the wall surface W is obtained, and the cutoff point is determined based on the sum of the angles. Whether or not T exists on the wall surface W can be determined.
その際、符号付き角度θjの絶対値は、隣接する2つの頂点aj,aj+1と遮断点Tを結ぶベクトルVj,Vj+1の内積から求められ、角度θjの符号は、これらのベクトルVj,Vj+1の外積ベクトルと壁面Wに交差する基準ベクトル(例えば壁面Wの法線ベクトル)の内積から求められる。また、これらの演算処理は、壁面Wを規定する各頂点aj及び遮断点Tの3次元座標に基づいて、三角関数を用いて行うことができる点についても、実施の形態1及び2の場合と全く同様である。 At that time, the absolute value of the signed angle θ j is obtained from the inner product of the vectors V j and V j + 1 connecting the two adjacent vertices a j and a j + 1 and the cutoff point T, and the sign of the angle θ j is It is obtained from the inner product of the outer product vector of the vectors V j and V j + 1 and the reference vector (for example, the normal vector of the wall surface W) intersecting the wall surface W. Further, in the case of the first and second embodiments, these arithmetic processes can be performed using a trigonometric function based on the three-dimensional coordinates of each vertex a j and the blocking point T that define the wall surface W. Is exactly the same.
図11は、図9の第2判別部22bにおける判別処理の様子を示した図である。図中の(a)は、図10の反射経路Q2の場合が示されている。反射経路Q2は、経路SP1と経路P1Rからなり、このうち経路P1Rが、壁面W3を含む平面と遮断点T1において交差する。しかしながら、この遮断点T1は、壁面W3内に存在しないため、反射経路Q2は有効な経路であると判断することができる。
FIG. 11 is a diagram illustrating a state of the determination process in the
図中の(b)には、図10の反射経路Q4の場合が示されている。反射経路Q4は、経路SP2と、経路P2P3と、経路P3Rからなり、このうち経路P2P3が、壁面W2,W3を含む平面と遮断点T2,T3において交差している。これらの遮断点T2,T3は、壁面W2、W3内に存在しているため、反射経路Q4は無効な経路であると判断することができる。
(B) in the figure shows the case of the reflection path Q4 in FIG. Reflection path Q4 includes a path SP 2, a
本実施の形態によれば、虚像法により求められた反射経路上に音線を遮る障害物が存在するか否かを判別することによって、障害物の存在によって無効とされる反射経路を判別することができる。しかも、その判別処理において、実施の形態1及び2の場合と同様のベクトル演算を行っている。このため、3次元座標をそのまま用いる比較的簡単な演算処理により、反射経路の有効性を判別することができる。 According to the present embodiment, it is determined whether there is an obstacle that blocks the sound ray on the reflection path obtained by the virtual image method, thereby determining the reflection path that is invalidated by the presence of the obstacle. be able to. In addition, in the determination process, the same vector calculation as in the first and second embodiments is performed. Therefore, the effectiveness of the reflection path can be determined by a relatively simple calculation process using the three-dimensional coordinates as they are.
なお、本実施の形態では、反射経路について、その経路上に障害物となる壁面Wが存在するか否かを判断する場合の例について説明したが、直接経路についても、全く同様にして、障害物となる壁面の存在を判別することができる。例えば、直接経路演算部20において、このような判別処理が採用することができる。
In the present embodiment, an example in which it is determined whether or not there is a wall surface W that becomes an obstacle on the reflection path is described. It is possible to determine the presence of a wall surface as an object. For example, such a determination process can be employed in the direct
10 音響特性演算部
11 壁面データ記憶部
12 聴取音生成部
20 直接経路演算部
21 反射経路演算部
22 反射経路判別部
22a 第1判別部
22b 第2判別部
23,24 伝搬特性演算部
25 合成部
a1〜a4 壁面の頂点
N 基準ベクトル
P,P1〜P3 反射点
Q1 直接経路
Q2〜Q4 反射経路
S 音源
R,R1,R2 受音点
T,T1〜T3 遮断点
Uj 外積ベクトル
Vj,Vj ベクトル
W,W1〜W3 壁面
θj 隣接する頂点が反射点においてなす符号付き角度
θth 閾値
DESCRIPTION OF
Claims (12)
上記反射面片の外周を一方向に辿った場合に出現する各頂点の順序に基づいて、上記反射経路が当該反射面片を含む平面と交差する反射点において隣接する2つの頂点がなす符号付き角度を求める角度算出ステップと、
隣接する全ての頂点間について求められた上記符号付き角度の和を求める角度積算ステップと、
上記符号付き角度の和に基づいて、上記反射点が上記反射面片上に存在するか否かを判別する第1判別ステップとを備えたことを特徴とする音響反射経路判別方法。 An operation method of an acoustic reflection path discriminating apparatus, wherein the effectiveness of a reflection path obtained by a virtual image method is discriminated based on the coordinates of each vertex that defines a polygonal reflecting surface piece. ,
Based on the order of the vertices that appear when the outer periphery of the reflecting surface piece is traced in one direction, a sign is formed by two adjacent vertices at a reflecting point where the reflecting path intersects the plane including the reflecting surface piece. An angle calculating step for obtaining an angle;
An angle integration step for obtaining the sum of the signed angles obtained for all adjacent vertices;
An acoustic reflection path discrimination method comprising: a first discrimination step for discriminating whether or not the reflection point exists on the reflection surface piece based on the sum of the signed angles.
隣接する2つの頂点及び上記反射点を結ぶベクトルの内積を求める第1内積演算ステップと、
第1内積演算ステップで求められた内積に基づいて、上記角度の絶対値を求めるステップと、
隣接する上記頂点及び上記反射点を結ぶベクトルの外積ベクトルを求める外積演算ステップと、
外積演算ステップで求められた外積ベクトル及び上記反射面片に交差する基準ベクトルの内積を求め、上記角度の符号を求める第2内積演算ステップとを有することを特徴とする請求項1に記載の音響反射経路判別方法。 The angle calculating step
A first inner product calculating step for obtaining an inner product of vectors connecting two adjacent vertices and the reflection point;
Obtaining an absolute value of the angle based on the inner product obtained in the first inner product calculating step;
An outer product calculation step for obtaining an outer product vector of vectors connecting the adjacent vertex and the reflection point;
The acoustic product according to claim 1, further comprising: a second inner product calculation step of calculating an inner product of the outer product vector obtained in the outer product calculation step and a reference vector intersecting the reflecting surface piece and obtaining a sign of the angle. Reflection path discrimination method.
上記反射面片の外周を一方向に辿った場合に出現する各頂点の順序に基づいて、上記反射経路が当該反射面片を含む平面に交差する反射点において当該反射面片の隣接する2つの頂点がなす符号付き角度を求める角度算出ステップと、
隣接する全ての頂点間について求められた上記符号付き角度の和を求める角度積算ステップと、
上記符号付き角度の和に基づいて、上記反射点が上記反射面片上に存在するか否かを判別する第1判別ステップとをコンピュータに実行させる手順からなることを特徴とするプログラム。 A program for discriminating an acoustic reflection path for determining the effectiveness of a reflection path obtained by a virtual image method based on the coordinates of each vertex defining a polygonal reflecting surface piece,
Based on the order of the vertices that appear when the outer periphery of the reflecting surface piece is traced in one direction, the two adjacent reflecting surface pieces at the reflecting point where the reflecting path intersects the plane including the reflecting surface piece. An angle calculating step for obtaining a signed angle formed by the vertices;
An angle integration step for obtaining the sum of the signed angles obtained for all adjacent vertices;
A program comprising a procedure for causing a computer to execute a first determination step of determining whether or not the reflection point exists on the reflection surface piece based on the sum of the signed angles.
隣接する2つの頂点及び上記反射点を結ぶベクトルの内積を求める第1内積演算ステップと、
第1内積演算ステップで求められた内積に基づいて、隣接する上記頂点が上記反射点においてなす角度の絶対値を求めるステップと、
隣接する上記頂点及び上記反射点を結ぶベクトルの外積ベクトルを求める外積演算ステップと、
外積演算ステップで求められた外積ベクトル及び上記反射面片に交差する基準ベクトルの内積を求め、上記角度の符号を求める第2内積演算ステップとを有することを特徴とする請求項6に記載のプログラム。 The angle calculating step
A first inner product calculating step for obtaining an inner product of vectors connecting two adjacent vertices and the reflection point;
Obtaining an absolute value of an angle formed by the adjacent vertex at the reflection point based on the inner product obtained in the first inner product calculation step;
An outer product calculation step for obtaining an outer product vector of vectors connecting the adjacent vertex and the reflection point;
7. The program according to claim 6, further comprising: a second inner product calculating step for obtaining an inner product of the outer product vector obtained in the outer product calculating step and a reference vector intersecting the reflecting surface piece, and obtaining a sign of the angle. .
上記反射面片の外周を一方向に辿った場合に出現する各頂点の順序に基づいて、上記反射経路が当該反射面片を含む平面に交差する反射点において当該反射面片の隣接する2つの頂点がなす符号付き角度を求める角度算出手段と、
隣接する全ての頂点間について求められた上記符号付き角度の和を求める角度積算手段と、
上記符号付き角度の和に基づいて、上記反射点が上記反射面片上に存在するか否かを判別する第1判別手段とを備えたことを特徴とする音響反射経路判別装置。 In the acoustic reflection path discriminating apparatus for discriminating the effectiveness of the reflection path obtained by the virtual image method, based on the coordinates of each vertex defining the polygonal reflecting surface piece,
Based on the order of the vertices that appear when the outer periphery of the reflecting surface piece is traced in one direction, the two adjacent reflecting surface pieces at the reflecting point where the reflecting path intersects the plane including the reflecting surface piece. An angle calculating means for obtaining a signed angle formed by the vertex;
Angle integration means for calculating the sum of the signed angles determined for all adjacent vertices;
An acoustic reflection path discriminating apparatus comprising: a first discriminating unit that discriminates whether or not the reflection point is present on the reflection surface piece based on the sum of the signed angles.
上記反射面片の隣接する2つの頂点及び上記反射点を結ぶベクトルの内積を求める第1内積演算手段と、
第1内積演算手段で求められた内積に基づいて、隣接する上記頂点が上記反射点においてなす角度の絶対値を求める絶対値算出手段と、
上記反射面片の外周を一方向に辿った場合に出現する各頂点の順序に基づいて、隣接する上記頂点及び上記反射点を結ぶベクトルの外積ベクトルを求める外積演算手段と、
外積演算手段で求められた外積ベクトル及び上記反射面片に交差する基準ベクトルの内積を求め、上記角度の符号を求める第2内積演算手段と、
上記符号付き角度の和に基づいて、上記反射点が上記反射面片上に存在するか否かを判別する第1判別手段と、
第1判別手段における判別結果に基づいて、上記反射面片による音源から受音点に至る反射経路の伝搬特性を求める伝搬特性演算手段と、
反射経路の伝搬特性を用いて、音源の出力音から受音点における聴取音を生成する聴取音生成手段とを備えたことを特徴とする音響シミュレーション装置。 Based on the coordinates of each vertex that defines the polygonal reflecting surface piece, the reflection point calculation that obtains the coordinates of the reflecting point where the reflection path obtained by the virtual image method intersects the plane including the reflecting surface piece related to the derivation Means,
First inner product calculation means for obtaining an inner product of vectors connecting two adjacent vertices of the reflecting surface piece and the reflecting point;
Absolute value calculating means for obtaining an absolute value of an angle formed by the adjacent vertexes at the reflection point based on the inner product obtained by the first inner product calculating means ;
Based on the order of the vertices that appear when the outer periphery of the reflective surface piece is traced in one direction, an outer product calculation means for obtaining an outer product vector of vectors connecting the adjacent vertices and the reflection points;
A second inner product computing means for obtaining an inner product of the outer product vector obtained by the outer product computing means and a reference vector intersecting the reflecting surface piece, and obtaining a sign of the angle;
First discriminating means for discriminating whether or not the reflection point is present on the reflecting surface piece based on the sum of the signed angles;
Propagation characteristic calculation means for obtaining a propagation characteristic of a reflection path from the sound source to the sound receiving point by the reflection surface piece based on the determination result in the first determination means;
An acoustic simulation apparatus comprising: listening sound generation means for generating a listening sound at a sound receiving point from an output sound of a sound source using propagation characteristics of a reflection path.
上記伝搬特性演算手段が、第1及び第2判別手段における判別結果に基づいて、上記反射面片による音源から受音点に至る反射経路の伝搬特性を求めることを特徴とする請求項11に記載の音響シミュレーション装置。 A second discriminating means for judging whether or not the reflection path intersects with a reflection surface piece not including the reflection point;
12. The propagation characteristic calculating means obtains a propagation characteristic of a reflection path from a sound source to a sound receiving point by the reflecting surface piece based on the discrimination results in the first and second discrimination means. Acoustic simulation device.
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