2021 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, ネットワーク研究所レジリエントICT研究センター, 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 愛知工科大学, 工学部, 教授 (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，室内実験を進めるとともに，屋外実験の環境整備と実験を進めた。インフラサウンドの高効率センシングには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に基づいた効率的な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
2021年度はCOVID-19のまん延継続の影響で出張を伴う実験が不可能になったことから繰り越し申請を行い，その予定にそって研究を推進した。その結果，聴覚の高効率知覚機構に関する知見の蓄積と聴覚モデルについて既存のモデルの評価が進み，聴覚興奮パターンと音像定位の関係の検討も進捗した。室内環境および屋外においてインフラサウンド測定を行い，測定結果の分析を進めた。また，複数の観測装置を活用して外来の音との分離を行うための検討，到来方向と波形の推定信号処理に関する検討が順調に進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで検討した聴覚の高効率知覚機構に関する知見と聴覚モデルについて既存のモデルを踏まえ，本研究において用いるモデルの検討を進める。また，前年度の室内環境におけるインフラサウンド測定の結果，室内で発生するインフラサウンドが低い音圧レベルに留まることが示されたため，さらなる屋外環境のインフラサウンド音信号観測を移動体による発生状況を中心に進める。それらの結果に基づいて，地形や建屋等の影響の検討を進め，本研究課題の着想を小さなスケールで再現する方法の開発を進める。複数の観測装置を設置することを活用して，外来の音との分離行うための信号処理手法の検討を引き続き進める。
一方，上記の成果，知見も考慮し，屋外におけるインフラサウンドの伝搬モデルの精緻化を進め，それを基盤とする伝搬特性測定技術の構築を進める。さらに，屋内外の実測結果とそれに基づく知見も活用して，シンプルな形状の地形や構造体が存在する場合の音の伝達特性の変化の推定法と，それに基づく音の到来方向および，音波の波形，音源位置の効率的な推定法について，実測実験とコンピュータシミュレーションにより検討する。
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