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Ambisonicsへの導入（Introduction to Ambisonics）

簡単に言えば、Ambisonicsは、空間オーディオを作成・キャプチャ・再生するための特定の手法です。この技術は、音源の方向情報が3Dサウンドフィールド内に位置する、音の球面的な表現を再現できるため、他のサラウンド技術とは根本的に異なります。

Ambisonicは、録音技術でもあり空間合成技術でもあります。Soundfield SPS200、Røde NT-SF1、Sennheiser Ambeo、Coresound TetraMicなどのいわゆるA-Formatマイクロフォンを使用して、環境全体を3Dサウンドでキャプチャできます。あるいは、任意のモノラル、ステレオ、マルチチャンネルソースからAmbisonicsへサウンドフィールドを合成し、仮想の3次元フィールド内の位置にソースを配置することで、仮想の3Dサウンド環境を構築できます。

エンコードされたオーディオ（Encoded audio）

Ambisonicは、他のサラウンド・空間技術や手法とは異なり、スピーカー信号を携えていません。これは、スピーカーで聴くためにデコードされる必要があるエンコードされたオーディオ信号です。このエンコード/デコード方式は、特定のスピーカーセットアップに縛られないため、非常にポータブルで柔軟であるという利点があります。つまり、選択したデコーダーに基づいて、クアド、ヘッドフォン（バイノーラル）、5.1、6、8、7スピーカーなど、さまざまなスピーカーセットアップでAmbisonicミックスを再生できます。

Ambisonicsをスピーカーで再生すると、すべてのスピーカーが方向情報に寄与します。聴いているのは特定のスピーカーから来る音ではなく、特定の方向から来る音です。

メモ： Tine Surell Langeによって作成された5次HOA 3D Ambisonicファイルの概要。

次数（Order）

Ambisonicsは、音源を全球の位置情報とともに、スピーカーで聴く前にデコードを必要とする複雑にインターリーブされたオーディオファイルとしてエンコードする技術です。最低の次数である1次、すなわち最もシンプルな形態の3D Ambisonicsは、4チャンネルを必要とし、慣例的に次のように名付けられています。

• W（モノラル和）
• X（X軸情報）
• Y（Y軸情報）
• Z（仰角情報）

4つのチャンネルまたは球面成分W、X、Y、Zは、上の図に描かれているように、全方向マイク（W）と、左/右（Y）、前/後（X）、上/下（Z）用の3つの8の字型マイクに見られる音圧パターンとしても説明できます。

High Order Ambisonics（HOA）は、複雑にインターリーブされたAmbisonics領域の情報を含むために、より多くのチャンネルを必要とします。成分の数は次数とともに増加します：WXYZUVSTRPQNOLMK…。次数が高くなるほど、高次はよりシャープで正確な空間情報にエンコード・デコードしますが、すべての「球面調和関数」を保持するために必要なチャンネル数は、伴う重い計算とともに急速に増加します。

3D全球HOAのチャンネル数は、関数 (n+1)^2（nはAmbisonicの次数）で定義されます。

• 1次 3D -> 4チャンネル
• 2次 3D -> 9チャンネル
• 3次 3D -> 16チャンネル
• 4次 3D -> 25チャンネル
• 5次 3D -> 36チャンネル
• 6次 3D -> 49チャンネル
• 7次 3D -> 64チャンネル

Ambisonicsは仰角なしでエンコードすることもできます。これは2D水平と呼ばれ、高さのある平面にスピーカーを持たない構成へのデコードに非常に適しています。2次元Ambisonicデータは、関数 2n+1（nは依然としてAmbisonicの次数）で定義されるチャンネル数を持つマルチチャンネルファイルにエンコードされます。

• 1次 2D -> 4チャンネル
• 2次 2D -> 5チャンネル
• 3次 2D -> 7チャンネル
• 4次 2D -> 9チャンネル
• 5次 2D -> 11チャンネル
• 6次 2D -> 13チャンネル
• 7次 2D -> 15チャンネル

警告： Essentialライセンスでは、1次、2次、3次のみが利用可能です。

正規化、ソート、プリセット（Normalization, sorting and presets）

これらの異なる成分は、ソートとして知られる異なる規格に従って整理されます。最もよく使われる3つがSPAT Revolutionで利用可能です。

• ACN: Ambisonic Channel Number、WYZXVTRSUQOMKLNP…
• SID: Single Index Designation、WXYZUVSTRPQNOLMK…
• FMH: Furse-Malham Harmonics、WXYZRSTUVKLMNOPQ…

Ambisonicsには異なる正規化も存在します。この正規化は、他のチャンネルと比較した全方向成分の相対レベルを定義します。Ambisonicsの次元に応じて異なります。

• SN2D/SN3D: Schmidt-Seminormalized。
• N2D/N3D: Fully-Normalized。
• FuMa: Furse-Malham normalization。

これらの異なる規格を扱いやすくするために、使用を簡素化するAmbisonicsプリセットを作成しました。これらは、一般的な規格で正規化とソートを設定します。

• AmbiX: 例えばYoutubeやFacebook 360で使用されます。正規化はSN2D / SN3D、ソートはACNです。
• B-Format: 正規化はFuma、ソートはFMHです。
• SPAT Room: 正規化はN2D / N3D、ソートはACNです。

警告： フォーマットがN2D/N3DおよびACNと異なる場合は、Ambisonic入力をトランスコードすることを忘れないでください。

A-Format（A-Format）

A-formatは4チャンネルのオーディオストリームです。1次AmbisonicマイクロフォンのRAW出力であり、まだAmbisonicにエンコードされていません。そのため、A-Format入力をHOAまたはチャンネルベースストリームにトランスコードする必要があります。各メーカーがそのようなマイクを作成するための独自の戦略を持っているため、A-formatマイクのメーカーとほぼ同数のトランスコーダーがあります。SPAT Revolutionには、Sennheiser Ambeo、Soundfield、DPA、Oktavaなどを含む、A-Formatトランスコーダーの包括的なリストが付属しています。

歴史と参考文献（History and references）

Ambisonicsは、故イギリスの数学者かつ音響エンジニアであるMichael Gerzonらによって1970年代に当初開発されました。当時は商業的には失敗でしたが、この非常に強力な空間技術は、その後多くの作曲家、サウンドデザイナー、研究者によって大きく発展しました。バーチャルリアリティの登場、高速なデコーダー、そして関連技術により、Ambisonicsはそのようなアプリケーションに最適なフォーマットとして新たなルネサンスを迎えています。

Ambisonicsとその数学的基礎についてさらに学びたい場合は、いくつかの良い出発点を紹介します。

• https://www.researchgate.net/publication/280010078_Introduction_to_Ambisonics
• 正規化とソートに関するWikipedia記事
• Ambisonicsに関するFrank Zotterの著書

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参照元情報：Scene based streams – FLUX:: SPAT Revolution User Guide
https://doc.flux.audio/spat-revolution/Spatialisation_Technology_Scene_based_streams.html