2020 Fiscal Year Annual Research Report
Efficient infrasound sensing based on good knowledge of hearing
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19H02396
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| Research Institution | Tohoku Bunka Gakuen University |
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Principal Investigator |
鈴木 陽一 東北文化学園大学, 工学部, 教授 (20143034)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西村 竜一 国立研究開発法人情報通信研究機構, 耐災害ICT研究センター応用領域研究室, 主任研究員 (30323116)
坂本 修一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (60332524)
山高 正烈 (崔正烈) 愛知工科大学, 工学部, 准教授(移行) (60398097)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | インフラサウンド / 超低周波音 / 低周波空気振動 / 聴覚知覚過程 / IoT / 頭部伝達関数 / 噴火 / 津波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
インフラサウンドの高効率センシング技術の確立に向け，室内実験環境の整備を続き進めた。インフラサウンドの高効率センシングには最も効果的な地点で観測を行う必要があるため，設置場所の自由度が高まるMEMS センサが有効と考えられる。しかし通常のMEMSセンサでのデータ取得では，レジスタに一時的に格納されるため，オーバーフローやアンダーフローが容易に発生する。そこで，更新時間間隔を観測データから正確に推定する方法について問題の定式化を通して検討し，従来のアルゴリズムに基づく手法を修正したアルゴリズムを提案し，その妥当性を評価した。また，MEMS 型の気圧センサーと超小型マイクロホンを用いて並行観測を実施し，火山噴火に伴い発生するような比較的高い周波数のインフラサウンドに着目して性能を比較した。その結果，気圧センサと同程度の雑音レベルでの観測が超小型マイクロホンで実現できる可能性を示した。
耳に入力される音信号は，音色の手がかりと音像定位の手がかりが混在した状態であり，両方とも耳入力信号の周波数特性が手がかりである。一方人間は，そのような耳入力信号から音色の情報と音像位置の情報を何らかの仕組みで切り分けて知覚し，それぞれの情報を別々に利用していると考えられる．そこで音源から両耳までの音響伝達特性（頭部伝達関数：HRTF）のノッチとピークに着目し，それらが正中面音像定位に及ぼす影響を聴覚興奮パターンに基づいて検討した．その結果，二つのノッチの相互変化のパターンによって形成される聴覚興奮パターンの変化の様相によって説明できる可能性が示され，HRTFから音源の位置を同定する手がかりとなる特徴の抽出，処理過程の一端が明らかとなり，この知覚解明のモデル化が，地形等から想定されるインフラサウンドの伝達特性（GeoRTF）に基づいた音源位置推定技術の確立に資しうることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
COVID-19の蔓延による繰り越しが認められたことにより，研究計画に記した研究計画は概ね順調に進展していると考える。
整備したインフラサウンド観測装置を用いた複数箇所で信号観測を行うことができた。また，その際に重要なMEMSセンサでの取得データの更新時間間隔を観測データから正確に推定する方法を考案し，その妥当性を示すことができた。また，MEMS 型の気圧センサーと超小型マイクロホンを用いて並行観測を行うシステムを構築し，聴覚と同じく4桁から5桁の周波数範囲を有するインフラサウンドを効率化に最も効果的な地点で観測を行うシステム実現の見通しを得た。
人間の耳に入力される音信号は，その周波数スペクトルに音色の手がかりと音像定位の手がかりが混在した状態である。人間の聴覚系は，耳入力信号から音色の情報と音像位置の情報を何らかの仕組みで切り分けて知覚している。本年度の研究により，音源から両耳までの音響伝達特性（頭部伝達関数：HRTF）から音源の位置を同定する手がかりとなる特徴の抽出，処理を行う過程の一端が明らかとなった。これは，本研究が目指す，人間の聴覚が両耳というわずか２チャネルの少ない「観測点」を用いながら極めて高い精度で到来方向推定を実現する高効率知覚機構の一端を明らかにしたものであり，この知覚解明のモデル化が，地形等から想定されるインフラサウンドの伝達特性（GeoRTF）に基づいた音源位置推定技術の確立に資しうるものと評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
方針に大きな変更を行う必要はないと考えているが，実用化を目指したシステム構築に関する研究への注力を強めていくことが相当と考える。
今後も引き続き聴覚の高効率知覚機構に関する知見の整理を進めるとともに，既存の聴覚モデルを踏まえ，本研究において用いるモデルの検討を開始する。これらに基づき，本研究の目的に向けて，聴覚情報処理に関する実験を行うための計画検討を開始する。また，室内実験環境とインフラサウンド観測装置を用いて，室内と屋外における同時信号観測を行う．その結果から，建物屋内の影響と屋外の影響との類似性を検討する．その変化を踏まえ，本研究課題の元々の着想と同様な状況を小さなスケールで，高い頻度で再現する方法の開発を目指す。また，複数の観測装置を設置することを活用して，外来の音との分離を行うための検討を引き続き進める。これらにより，研究の効率的な推進と，屋内常時観測に係る障害の軽減を目指す。以上の検討にあわせ，単純な構造体が存在する場合の音の伝達特性の変化についても並行して検討を進める。
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