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スピーカー間の空間に音が定位しているように、つまり単一のスピーカーからのみ音が出ているのではなく、スピーカー間の空間に音が配置されているような感覚的な印象を実現するための、音声信号の電子的な再現に関する新しい手法を発見するために、数多くの科学的・芸術的研究が行われてきました。音を空間に配置したり、音がリスナーの周りを移動しているように感じさせたりすることを可能にする基礎的なメカニズムの一つが、慣例的にパンニング（panning）と呼ばれるものです。

大まかに言えば、パンニングとは、特定の空間配置で配置された2つ以上の同一のラウドスピーカー（または仮想ソース）に送られる信号の振幅を計算するために使われるアルゴリズム（「パンニング則（panning law）」と呼ばれることもあります）の結果です。ステレオ（スピーカーアレイの最も低い解像度と言えます）では、シンプルなパンニングアルゴリズムによって、例えば声の音が2つのスピーカーの間の空間に配置されているように、まるでそこに見えないスピーカーがあるかのように聞こえさせることができます。この錯覚はある程度までは機能しますが、スピーカーが離れすぎていると破綻します。システム内に2つのスピーカーしかない場合、パンニング則は長年にわたってかなり標準化されたシンプルなグラフになります。2Dや3Dのスピーカーセットアップでパンニングを行う場合は事情が複雑になり、マルチチャンネルシステムでの空間化手法はまだ標準化されていません。オーディオエンジニアリング業界、作曲家、学術関係者によって多くのアルゴリズムや規格が提唱されてきました。

基本的に、さまざまな構成の複数のスピーカーを扱い始めると、パンニングアルゴリズムにとって事情はより複雑になります。目標も時代とともに広がり、空間サウンドデザインは単純な点音源パンニングを超えて、超リアルにも完全に合成的にもなり得る、完全に没入的なオーディオ体験へと到達できるようになりました。多くの実践者はそれぞれ好みの手法を持っていますが、実際には、与えられた任意のタイプのセットアップでリスナーに最良の体験をもたらすと思われる手法を選ぶのは、空間サウンドデザイナー次第です。音を空間化する方法は、これまで一つだけではありませんでした。そして、SPAT Revolutionのような強力なシステムでは、パンニング手法を新しい方法で組み合わせて、高品質な没入型オーディオ体験を実現することさえできます。

SPAT Revolutionでは、サラウンド、没入型3D、またはアドホックなサウンドシステム向けの最先端のパンニングアルゴリズムを探求できます。

SPAT Revolutionでは、マルチスピーカーセットアップ向けの最良のパンニングアルゴリズムのいくつかを探求できます。それらをリアルタイムで適用し、その特徴的な違いを耳で識別できます。セットアップ上でリアルタイムに試すことで、特定のプロジェクトや素材に最も適したパンニングアルゴリズムを選ぶのに役立ちます。

技術的な側面に関心を持ち、認識しておくべき点はありますが、それでもなお、プロジェクトや想定されるオーディエンスにとって適切なパンニングタイプを決定する際には、創造的になり、自分の耳を使うことをお勧めします。

メモ： 異なる音響的特性を持つ音素材に対して異なるパンニングアルゴリズムを使用するために、複数のSPAT Revolution仮想Roomを使ってみてください（Ultimateライセンスのみ）。

メモ： 以下のパンニング則に関するいくつかの学術論文は、このセクションの末尾で確認できます。

ステレオ専用パンニング則（Stereo-exclusive Panning Laws）

Stereopan Law

このモードは、パンポットの基本的な体験を再現します。いくつかのオプションが用意されています。

• パンニング則はsin/cos方式またはsquare rootに従うことができます。これにより、音が左右のスピーカー間をどのように移動するかに微妙な違いが生じます。
• center attenuationを変更することができます。デフォルトでは、2つのスピーカーの中央に配置された音は、3dBの減衰（音響的な加算を考慮）で再生されます。その他の減衰値は -4.5dB、-6dB です。
• PMAP（Perceptually Motivated Amplitude Panning）は、ステレオシステムや任意のベース角度を持つあらゆるスピーカーペアシステムでの音像定位の改善を目指します。

XY と AB（XY and AB）

これら2つのパンニングタイプは、Virtual Roomがステレオスピーカー配置を仮想化するように設定されている場合にのみ利用可能になります。これらは、全方向性のシーンからステレオイメージをレンダリングするために広く使われているデュアルマイクロフォン技術から派生したパンニング則です。

AB panningは、方位角 +/- 55度（仰角0）で側方を向き、2つのカプセル間の距離が17cmである、間隔をあけた一対のカーディオイドマイクロフォンによるサウンドシーンの録音をシミュレートします。ORTFとしても知られています。

XY panningは、XY同軸構成の一対のマイクロフォンによるサウンドシーンの録音をシミュレートします。

メモ： 目的は、これらのデュアルマイクロフォン収録技術と同じステレオの風合いを得ることです。クローズマイク収録されたソースや任意のモノラルソースで試して、リアルなステレオイメージを得てください。

ベクトルベース振幅パンニング（Vector Base Amplitude panning, VBAP）

ベクトルベース振幅パンニングは、マルチチャンネル空間化のためのより標準化された手法の一つとなっています。2Dまたは3D構成で再現できます。その音は、明確に定位可能な仮想音源によって特徴づけられます。この手法を用いると、複数の移動するまたは静止した音を、スピーカーアレイ上の任意の方向に配置できます。理論上、VBAPは無制限の数のラウドスピーカーで使用でき、比較的非対称なセットアップでも信頼性を保つことができます。

どのように機能するのか？

従来のVBAPは、仮想音源に最も近い2つ（2Dの場合）または3つ（3Dの場合）のスピーカーに送られる信号のゲインを操作することで機能します。VBAPは、これを行うために正確なスピーカー配置モデルに大きく依存します。物理空間内に仮想オブジェクトをレンダリングするためにゲインベクトルを数学的に三角測量し、仮想ソース位置に最も近い少数のスピーカーのみを使用することで、その特徴的な「シャープ」なフォーカスを実現します。さらに、従来のVBAPのペア単位（またはトリプレット単位）のスピーカー選択を均一に拡張し、サウンドシステムのより多くのスピーカーを有効化することも可能で、spreadを使って個々のスピーカーと音との関係を効果的に拡散できます。

メモ： Spreadソースパラメーターを増やすことで、VBAPの点音源を広げてください。

VBAPを使用する際に考慮すべき3つの重要な依存条件：

1. スピーカーはリスニング位置の周囲に配置する必要があります。
2. スピーカーは理想的にはリスニング位置から等距離にあるべきです。
3. 2Dのスピーカーは耳と同じ水平面上にあるべきです。
4. VBAPは、リスニングルームの残響があまり多くない場合に最も効果を発揮します。

メモ： Alignmentセクションを参照してください。スピーカーアライメント機能は、実際のスピーカーが等距離でない場合でも、等距離であるかのような印象を提供します。

ベクトルベースインテンシティ（Vector Base Intensity, VBIP）

ベクトルベースインテンシティパンニングは、VBAP技術に類似したバリエーションです。これも、シャープに定位された仮想音源を持つ2Dまたは3Dの没入型サウンドフィールドを再現できます。

どのように機能するのか？

VBIPは、高周波（700Hz超）の定位基準を計算する際にVBAPを改善するために設計されました。仮想音源をレンダリングするためにどのスピーカーを使用するかの選択はVBAPと同様で、ゲイン計算のみが異なります。

VBAPで述べた同じ4つの依存条件は、VBIPにも適用されます。これら2つのパンニングアルゴリズムの間のかなり微妙な違いを聴き取る必要があります。各パンニングタイプが素材の高周波成分をどのように扱うかを比較してみてください。

デュアルバンドベクトルベースパンニング（Dual Band Vector Based Panning, VBP Dual-Band）

インテンシティとアンプリチュードの両方のベクトルベースパンニングには、理想的な動作周波数帯域があります。

• 低周波の定位はAmplitude Panningの方が優れています。
• 高周波の定位はIntensity Panningの方が優れています。

このような形で、ベクトルベースパンニングのハイブリッドアプローチが開発されました。それがDual Band Vector Based Panningです。このパンニングタイプは、両者の長所を組み合わせ、より優れた定位を実現するために、2つのアプローチを統合します。クロスオーバー周波数より下ではAmplitude panningが適用され、それより上ではIntensity panningが適用されます。クロスオーバー周波数はデフォルトで700Hzに定義されています。

VBAPセクションで述べた依存条件は、Dual Band Vector Based Panningにも適用されます。

レイヤーベース振幅パンニング（Layer-based amplitude panning, LBAP）

レイヤーベース振幅パンニングは、複数の2D VBAPレイヤーとして説明できます。スピーカーセットアップは、スピーカーの仰角に応じて複数のレイヤーに分割されます。同じレイヤー上のスピーカー間で使われるパンニングはVBAP 2Dです。これらのレイヤー間では、最も近い2つのレイヤー間でクロスフェードが適用されます。

メモ： VBAP 3DとLBAPの違いは、レイヤー間でアクティブになるスピーカーの数です。VBAPでは3つ、LBAPでは4つです。

距離ベース振幅パンニング（Distance Base Amplitude Panning, DBAP）

先に述べたように、Sweet Spotに依存しないパンニングアルゴリズムがいくつかあります。距離ベース振幅パンニングはその一つです。DBAPは、没入型サウンドフィールドが依拠する事前定義された幾何学的スピーカーレイアウトを確立できない、コンサート、ステージプロダクション、インスタレーション、博物館のサウンドデザインなど、数多くの実用的な状況で役立ちます。

どのように機能するのか？

DBAPは、マトリックスベースの技術を用いて、空間内に任意に配置されたスピーカーに向けて音を定位させます。リスナーがどこにいるかについては何の仮定も置かず、空間内のスピーカーの実際の位置に応じて信号の振幅を計算します。DBAPで作業する際には、スピーカーのチューニングや部屋の興味深い音響特性をより活用すべきです。

ソースごとのパラメーター（Per-source parameters）

DBAPには、ソースインスペクター内のコントロールとして利用可能な、ソースごとの3つのパラメーターがあり、各ソースがスピーカーアレイ全体にどのように分配されるかを細かく制御できます。

• Number of Neighbors（1～100%）— このソースについて、アルゴリズムが隣接スピーカーとして使用できるスピーカーの最大数を設定します。低い値では、最も近いスピーカーのみがソースを再生し、シャープな最近傍動作になります。高い値では、ソースはより多くのスピーカーに広がります。例えば、10スピーカーの配置では、1～10%は1つのスピーカーを使用し、11～20%は2つ、という具合です。異なるソースが、動的かつ非常に滑らかに、サウンドシステムをより少なく、またはより多く有効化できます。
• Max Distance（1～100 m）— この距離よりソースから遠いスピーカーは、その再生に寄与しません。ソースの到達範囲をスピーカーアレイの特定のエリアに限定するのに役立ちます。
• Exponent for Distance（0～48 dB）— 距離減衰則を制御します。6 dBの値は、距離が2倍になるたびに半減する減衰に相当します。値が大きいほど減衰が増し、減衰がより急峻になり、ソースが最も近いスピーカーにより集中します。

スピーカー配置補正振幅（Speaker-Placement Correction Amplitude, SPCAP）

SPCAPは、VBAPからインスピレーションを得た3Dパンニングアルゴリズムです。SPCAPは、仮想ソースをレンダリングするために2つや3つだけでなく、任意の数のスピーカーを選択し、選択された各スピーカーがスピーカー構成全体の出力パワーに実際にどれだけ寄与しているかに応じて信号ゲインを重み付けします。この手法を用いることで、SPCAPはあらゆるスピーカー配置にわたってラウドスピーカーの出力パワーの保存を保証します。その強みは、非常に異なるチャンネルベースのスピーカー配置間での仮想シーンのダウンミックスおよびアップミックスにあり、また、より多くのスピーカーを巧みに使用することでより広い音源をレンダリングできる点にあります。

どのように機能するのか？

結果は依然としてSweet Spotに依存しますが、より広いリスニングエリアになります。SPCAPは、適切な空間イメージを得るためにVBAPの依存条件の一部を継承します。

1. スピーカーはリスニング位置の周囲に配置する必要があります。
2. 2Dのスピーカーは耳と同じ水平面上にあるべきです。

メモ： ★ SPCAPパンニングは、サラウンドオーディオミックスをあるスピーカー構成から別の構成へ変換するのに良い仕事をします。

アンビソニック等価パンニング（Ambisonic Equivalent Panning, AEP）

これまで扱ってきたチャンネルベースのパンニングタイプと同様に、Ambisonicsも仮想音源を空間に分配する技術です。しかし、それは根本的に異なる方法でこれを実現します。Ambisonicsは2段階のプロセスに依拠します。

1. Encoding（エンコーディング） オーディオソースは、その位置情報とともに信号数学を用いてまとめられ、エンコードされたAmbisonicオーディオが生成されます。Ambisonicシーンは常に少なくとも3チャンネルのオーディオで伝送されます。これらは直接聴かれることを意図したものではなく、デコードされることを意図しています。
2. Decoding（デコーディング） Ambisonicオーディオ信号が展開され、その中に含まれる位置情報が、ある一つのタイプのスピーカー構成専用にデコードされます。得られるのは、指定されたスピーカー構成上で、元の空間的構成を2Dまたは3Dで正確にレンダリングするはずの没入型サウンドフィールドです。

これら2つのステップを分離して保つことには、いくつかの利点があります。第一に、固定されたスピーカー配置とは独立してエンコードされたAmbisonicオーディオ信号を録音できることです。一方で、プロセスの2つの段階を「融合」させることも可能で、その結果、一般化されたチャンネルベースのパンニングの出力のように見えるものが得られます。それを一言で言えば、AEPパンニングタイプです。

どのように機能するのか？

AEPには、特定の計算上およびアンビソニックミキシング上の利点があり、VBAP/VBIPのペア単位アプローチとは非常に異なる挙動を示します。純粋なAmbisonic Room（詳細は後のセクションで）で作業するか、AEPをチャンネルベースのパンニング則として使用するかは、あなた次第です。どちらのアプローチも有効で、有用である可能性があります。すでに何度か述べたように、パンニングタイプの選択は、素材の文脈、作曲上の目標、そして使用しているシステムの音響において、何が最も良く聞こえるかに依存します。

Angular と PanR（Angular and PanR）

これらは、オリジナルのIRCAM Spatライブラリーから引き継がれたレガシーな2Dパンポット則です。2Dチャンネルベースストリームを使用する場合にのみ利用可能になり、主に後方互換性のために含まれています。

どのように機能するのか？

AngularとPanRは、次のページで説明するVBAP 2Dと本質的に同じペア単位の振幅パンニングです。ただし、ソースをあるスピーカーから別のスピーカーへ移動させたときにパンニング則が変化する仕方には、微妙な違いがあります。

連続サラウンドパンニング（Continuous Surround Panning, CSP）

このパンニングタイプは、5.0スピーカー配置のVirtual Roomで利用可能です。円形調和関数を使用して、この配置へのレンダリングを最適化します。これにより、角度に依存しない連続的な法則が得られます。

これについての詳しい説明は、関連論文で確認できます。

関連論文（Related papers）

VBAP 2D/3D (Vector Base Amplitude Panning)

「[…] この手法、ベクトルベース振幅パンニング（VBAP）を用いると、任意の数のラウドスピーカーを任意に配置できる2次元または3次元のサウンドフィールドを作成することが可能です。この手法は、現在のラウドスピーカー構成と振幅パンニング手法で可能な限りシャープな仮想音源を生成します。」「[…] このアプローチは、リスナーの周囲に任意の2次元または3次元配置で無制限の数のラウドスピーカーを使用することを可能にします。ラウドスピーカーはリスナーからほぼ等距離にあることが求められ、リスニングルームは残響があまり多くないと仮定されます。複数の移動するまたは静止した音を、ラウドスピーカーによって張られるサウンドフィールド内の任意の方向に配置できます。」

DBAP

「[…] 空間化のための最も一般的な技術は、リスナーがラウドスピーカーに囲まれたSweet Spotに位置することを必要とします。実際のコンサート、ステージ、インスタレーションのアプリケーションでは、そのようなレイアウトは望ましくない場合があります。距離ベース振幅パンニング（DBAP）は、スピーカーアレイのレイアウトやリスナーの位置について何の仮定も置かない、代替的なパンニングベースの空間化手法を提供します。」「[…] 距離ベース振幅パンニング（DBAP）は、空間内のスピーカーの実際の位置を出発点とし、リスナーがどこにいるかについては何の仮定も置かない、マトリックスベースの空間化技術です。これにより、DBAPは、事前定義された幾何学的スピーカーレイアウトが適用されないかもしれない、コンサート、ステージプロダクション、インスタレーション、博物館のサウンドデザインなど、数多くの実世界の状況で有用になります。」

AEP

「[…] AEPのさらなる利点は、個々の音源ごとに任意の次数の指向性を使用できる可能性です。事前に録音された低次のアンビソニックBフォーマット、中次のアンビエント音、高次の精密に定位可能な音、そして定位性が変化する音をミックスすることが可能になります。異なる次数が同時に使われた場合に個々の音がどのように知覚されるかは未解決の問題であり、経験によってのみ答えることができます。」

PMAP

「本論文は、『Perceptually Motivated Amplitude Panning (PMAP)』と名付けられた新しい定電力振幅パンニング則を提案し、評価します。この手法は、過去の心理音響実験から導出された新しい画像シフト関数に基づいています。PMAPはまた、新しいファントム画像定位モデルを用いて、任意のベース角度を持つラウドスピーカーセットアップに最適化されています。さまざまな音源を用いて実施されたリスニングテストの結果、60°のベース角度においては、PMAPがタンジェント則よりも有意に優れたパンニング精度を提供することが示唆されました。一方、90°のベース角度では、両方のパンニング手法が同等に良好な性能を示しました。PMAPは、ターゲット位置と知覚される位置との正確な一致が重要となるインテリジェントなサウンドエンジニアリングアプリケーションにおいて有用であると考えられます。」

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参照元情報：Panning Algorithms – FLUX:: SPAT Revolution User Guide
https://doc.flux.audio/spat-revolution/Spatialisation_Technology_Panning_Algorithms.html