Innovative Tech

不要な音は消去して必要な音だけ聞ける“聴力自在化”技術　北大と神大が開発

公開 2020年08月05日 15時57分

更新 2020年08月05日 15時57分

著者

山下裕毅

[ITmedia]

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Innovative Tech：

このコーナーでは、テクノロジーの最新研究を紹介するWebメディア「Seamless」を主宰する山下裕毅氏が執筆。新規性の高い科学論文を山下氏がピックアップし、解説する。

　北海道大学と神戸大学による研究チームが発表した「ウェアラブルコンピューティングにおける聴力自在化技術の提案」（PDFへのリンク）は、外界音を変換し、ユーザーが自在に自身の聴力を操作する技術だ。この技術を用いることで、外界音から聞きたい音だけを選択して聞くことができる。

　人間の耳は、自らの意志では制御することが難しく、聞く音の取捨選択ができない。その上、超音波などの人間には聞こえない音も取得することができない。

　研究チームは、マイクとスピーカーを搭載したイヤフォン型ウェアラブルデバイス（マイク付きワイヤレスイヤフォン）での利用を想定し、外界音から聞きたい音だけを聞ける技術でこの課題に挑戦する。

　この新技術は、マイク付きイヤフォンのマイクで取得した外界音の周波数を操作し、変換後の音をスピーカーで出力することで、従来の聴力では聞こえなかった音の聴取や、不必要な音の削除を行う。

　具体的には、取得した音を高速フーリエ変換（FFT：Fast Fourier Transform）によって周波数領域に変換し、 5種類の手法で操作する。次に、操作した周波数スペクトルを逆高速フーリエ変換（IFFT：Inverse Fast Fourier Transform）によって時間領域に変換する。これにより、ユーザーは希望する音をスピーカーから変換された状態で聴くことができ、周波数操作手法とその適用範囲をデバイス上で操作し、音を制御できる。

システムの概要図

（a）実装したプロトタイプデバイス　（b）デバイス装着時　（c）イヤフォンとマイクの詳細な外観　（d）実装したAndroidアプリケーション

　この技術を用いて何ができるのか。想定する7種類のアプリケーションを紹介する。

EV/HVの検出：電気自動車やハイブリッド車は、低速時の可聴音は静音であるが、高周波のスイッチングノイズが発生する。この高周波を可聴化することで、自動車の接近をより早く知覚でき、安全を確保できる。

（a）音を取得した EV/HVの外観　（b）対応する周波数スペクトル

異常機器の検出：工場機械などは、異常時に超音波領域の音を発信することや、ガス等の気体は漏洩時に超音波領域に異音を発することが知られており、これらを可聴化することで、より早く異常に気が付いて対応できる。
超音波音声通信：複数の音声情報を異なる超音波領域に変調させ、同時に複数の情報を1つのスピーカーから出力する。これにより、空港や駅など多数の音声情報が存在する中で、聞きたい情報だけを選択し聞ける。

超音波音声通信

超音波ヒューマンエコーロケーション：超音波を用いて、周辺の物体から反射するエコーを可聴化することで、周辺の物体の位置を特定する。
打音検査：ハンマーなどで対象物を打撃し診断する打音検査において、打撃音の特徴的な周波数を可聴化することで、打撃音から正常／異常の聞き分けを容易にする。

（a）使用したコンクリートとハンマー　（b）操作前の周波数スペクトル　（b）操作後の周波数スペクトル

外界音のイコライジング：音楽を自身の好みでイコライズするように、外界音をイコライズできる。一例では、足音の高音を強調することで、身体活動のモチベーションが高まるという。
超音波暴露の検出：公共の場には、車両の検知器や害獣の撃退器など、さまざまな用途で超音波が利用されている。従来の聴力では直接聞こえないものの、強力な超音波に長時間曝露（ばくろ）されるのは健康によくない。これらの音を可聴化することで、超音波曝露を回避できる。また、都市環境の超音波騒音に気付くことで、街の音空間設計を考え直す機会にもなる。