2025年度

集中

音響信号表現特論

講義

Signal Representation for Acoustic Events Modeling

Z1500003 音響信号表現特論 [遠隔(同)]

中島 弘史

2.0単位

集中講義

八王子　遠隔

A 専攻する研究領域における高度な専門知識を身につけたもの 100%
B 科学技術を運用する能力を身につけたもの　0%
C 主体的に研究に取り組み、社会や職業についての知識や技術者や研究者として必要な倫理観を身につけたもの　0%
D 特定の専門領域における創成能力を身につけたもの　0%

音響学の基礎を踏まえた上で、音響処理を理解し実践することを目標とする。具体的には、音圧レベル、周波数スペクトルなどの音響用語の理解、離散フーリエ変換、畳み込みなどの信号処理概念の理解、音響処理のプログラムを自ら考えて構築できる技術の習得を目的とする。

受講の条件は，音響の基礎を身に着けていることである。

実習・フィールドワーク／e-ラーニング等ICTを活用した自主学習支援

１．音の基礎（１）　音響学とは，音と音波，音の伝播
　目標：音響学の分野，歴史，音の物理の基礎を理解することを目標とする。音の物理については，音圧，粒子速度，音速，周波数，波長，インテンシティ，インピーダンスなどの用語に加え，平面波，球面波，反射，回折，屈折などの音の伝播に関する知識を習得することを目標とする。

２．音の基礎（２）　音圧レベル，周波数スペクトル
　目標：音響計測の基礎となる音圧レベルや音の周波数特性について理解する事を目標とする。具体的には，日常生活でのさまざまな音のレベルがどの程度の値であるのかや，波形からＲＭＳ値を算出したり，音圧[Pa]と音圧レベル[dB]の相互変換ができるようになる事を目標にする。

３．音を聞く仕組み
　目標：音の方向を知覚する仕組みや聴覚の構造を理解することを目標にする。具体的には，ＩＬＤ，ＩＴＤ，頭部伝達関数などの用語の意味を理解すること，また平面波と球面波の伝達関数を数式で表現し，その意味を説明できるようになる事を目標とする。

４．音の収録
　目標：マイクロホンの種類や基本的構造を理解するとともに，周波数特性，ダイナミックレンジ，指向特性などの用語の意味や，ファンタム電源やプラグインパワーなどを必要とするマイクロホンの実際の使い方，騒音計の基本的な使い方についても理解することを目標にする。

５．音の再生
　目標：スピーカ，ヘッドホンなどの種類や基本的構造を理解するとともに，マルチウェイスピーカ，バスレフなど構造や意味の理解，またアンプとスピーカの接続方法や端子の種類（ＲＣＡピン，ミニプラグ，標準プラグ，ＸＬＲ）などを理解することを目標とする。

６．音楽と音響
　目標：音階と周波数の関係，調律，和音，楽器の発音原理や，コンピュータによる音の合成方法などについて理解することを目標にする。

７．達成度評価（中間試験）

８．音響信号の表現（１）　時間領域表現，ＡＤ変換とサンプリング定理
　目標：ＡＤ変換とサンプリング定理を理解するとともに，ＭＡＴＬＡＢを用いて正弦波や矩形波などを作成し，その波形を音として再生できるようになることを目標とする。

９．音響信号の表現（２）　周波数領域表現，フーリエ変換
　目標：フーリエ変換によって時間領域の信号を周波数領域の信号に変換できる原理を，ベクトルの線形結合と内積による成分の算出という観点で理解することを目標にする。またＭＡＴＬＡＢを用いて，時間波形ベクトルに対しＤＦＴ行列を乗算することにより，フーリエ係数を算出しグラフに出力できるようになることを目標にする。

１０．音響信号の表現（３）　時間周波数領域表現，短時間フーリエ変換，スペクトログラム
　目標：短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）によってスペクトログラムを算出できる原理を理解するとともに，窓関数および時間幅と周波数分解能の関係についても概説できるようになることを目指す。また実際にＭＡＴＬＡＢを用いてスペクトログラムを算出しイメージ画像として表示できるようになることを目標とする。

１１．音響信号の表現（４）　解析的信号表現，ヒルベルト変換，瞬時周波数，包絡線
　目標：ＭＡＴＬＡＢを用いて，実時間信号から解析的信号を算出し，元の信号の瞬時周波数と包絡線を計算で求めることができるようになることを目標とする。またヒルベルト変換の意味を理解することを目標とする。

１２．伝達特性の表現（１）　インパルス応答，畳み込み，伝達関数
　目標：線形システムの定義，重ね合わせの理，インパルス応答，畳み込みなどを理解し，実際に畳み込みの計算や，入力信号とインパルス応答から出力信号が計算できることを証明できるようになることを目標とする。またＭＡＴＬＡＢを用いて実際に，入力信号とインパルス応答の畳み込み計算を行うことで残響の付加ができるようになることを目標とする。

１３．伝達特性の表現（２）　Ｚ変換，極零モデル，全零モデル，線形予測
　目標：Ｚ変換およびＺ領域での乗算による畳み込み，逆システム，Ｚ平面上の極・零の位置から，おおよその伝達関数の特徴をつかむことができるようになることを目標とする。また線形予測の原理について理解することを目標とする。

１４．達成度評価（最終試験）

１５．授業の振り返り

授業中に出す課題と中間および最終試験の得点によって評価する。

第 15 回に，KU-LMS を利用して全体の講評をアップロードします。

指定教科書なし

鈴木陽一、赤木正人、伊藤彰則、佐藤洋、苣木禎史、中村健太郎「音響学入門」日本音響学会編、コロナ社、2011
東山三樹夫「信号解析と音響学」シュプリンガージャパン、2007
岩宮眞一郎「よくわかる最新音響の基本と応用」秀和システム、2011

月曜日，４限，八王子０２−６０５

実務家担当科目ではない

情報学専攻