情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023

3A-082023/3/1

デスクワーク中の頭部姿勢に応じた
空間音響フィードバック提示手法
田中雄大†1藤田和之†1

高嶋和毅†1北村喜文†1

概要：デスクワークにおいて猫背や仙骨座りといった不良姿勢をとり続けることは，首や肩の凝り，ストレートネック等の様々な疾患の原因となりうる．本研究では，空間音響を用いた聴覚フィードバックにより不良姿勢を矯正する手法の確立を目指し，このための初期検討として，聴覚フィードバックがユーザの座位姿勢やタスクの遂行に与える影響を調査した．聴覚フィードバックには，作業中に聴くことのできる音楽を用い，ユーザの頭部変位に応じて音楽の音量が空間的に変化する Spatial Sound（SS）条件と，SS 条件に加えて，頭部変位に応じてホワイトノイズの音量が変化する Spatial Sound＋Noise（SSN）条件を設計・実装した．これらの条件に空間音響を用いない Baseline 条件を加えた 3 つの条件のもと，6 名の参加者にデスクワークタスクを実施してもらう実験を行った．この結果，タスク中の頭部の変位量が，Baseline 条件に比べて SS 条件では 37.9%，SSN 条件では 60.2%減少したことがわかり，空間音響を用いた姿勢矯正の可能性を確認できた．加えて，SS 条件は SSN 条件に比べて主観的に許容されやすいことがわかり，タスクへの干渉が少ない姿勢矯正手法となり得ることが示唆された．

1. はじめに
1.1

研究の背景の姿勢矯正に向けた聴覚フィードバックを設計した研究[7]はあるが，ユーザによる評価は行われていない．
そこで本研究では，空間音響を用いた聴覚フィードバッデスクワークを主な業務とするオフィスワーカは多く，クによる不良姿勢矯正手法の確立を目指す．空間音響に着日本人は平日平均 7 時間を座って過ごしている[1]．さらに目したのは，人に備わっている音像定位能力により，無意昨今，新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の流行に伴識的に姿勢の変化を知覚できる可能性があると考えたため

い在宅勤務の機会が増加している．長時間のデスクワークである．このための初期検討として，空間に固定されたバの弊害として，猫背や仙骨座りといった不良姿勢は肩こりーチャル音源による聴覚フィードバックが，ユーザの座位やストレートネックの要因となりうる問題[2]が報告され姿勢やタスクの遂行にどのような影響を与えるのかを調査ており，社会的な問題となっている．

する．具体的には，空間音響を用いた聴覚フィードバック

これに対してヒューマン・コンピュータ・インタラクシ

として，作業中に聴くことのできる音楽を用い，ユーザのョン（HCI）の分野では，不良姿勢を改善するための不良姿

頭部変位に応じて音楽の音量が空間的に変化する Spatial

勢矯正手法が数多く検討されている．例えば，画面上の通Sound（SS）条件と，SS 条件に加え，頭部変位に応じてホ知，振動触覚フィードバック，卓上オブジェクトの形状変ワイトノイズの音量が変化する Spatial Sound＋Noise（SSN）化等が挙げられる[3]．しかし，暗黙的な方法ほどユーザに条件を設計・実装し，空間音響を用いない Baseline 条件と無視されやすく，明示的な方法ほどユーザのタスクを阻害比較する．すなわち，SS 条件では頭部の聴覚フィードバッしやすいといったトレードオフの関係が存在する[3]．タスクが遠ざかって聞こえることで姿勢の悪化を知覚し，SSNクへの干渉を抑える方法として，ユーザが見ているモニタ

条件ではこれに加えてホワイトノイズの音量が増加するこ

位置[4]や着座している座面の傾き[5]を低速で動かし姿勢とで姿勢の悪化を知覚することを想定している．本稿では，を誘導する手法もあるが，特殊なデバイスを用意する必要

ユーザのデスクワーク作業や頭部姿勢にどのような影響をがある．

与えるのかを調査するユーザスタディ（N=6）の結果につ

本研究では，新たな不良姿勢矯正手法のアプローチとして，空間音響を用いた聴覚フィードバックに焦点を当てる．
聴覚フィードバックは，画面を見ないタスクにも利用でき，イヤホンまたはヘッドホンのみで実現できる可能性がある

いて述べ，空間音響を用いた聴覚フィードバックの不良姿
勢矯正手法の可能性を考察する．

2. 空間音響を用いた聴覚フィードバックため，将来的にモバイルで作業場所に縛られない不良姿勢

本章では，ユーザスタディで用いた Baseline 条件，およ矯正手法となり得ると考えられる．聴覚フィードバックをび空間音響を用いた SS 条件と SSN 条件の設計と実装につ姿勢矯正に用いた先行研究として，ユーザの体幹情報を音いて述べる．本研究では，デスクワーク時の姿勢矯正のた量・周波数・左右バランスに変換し，健常者の姿勢のバラめに空間音響を用いた聴覚フィードバックを提示することンス改善を目指したもの[6]はあるが，その多くが立位や歩を検討する．

行時の姿勢を想定したものである．また，デスクワーク中†1 東北大学 電気通信研究所© 2023 Information Processing Society of Japan820

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2.1 実装環境

イン𝑔𝑠 は式（2）によって求めた．

実験では，Intel®Core™i7-11700F，32GB RAM，GeForce RTX

加えて，SSN 条件では頭部の変位量に応じたホワイトノ

3060 Ti 8GB GDDR6 を搭載した PC を使用した．OS はイズを提示する．ホワイトノイズには空間音響を利用せず，

Windows 10 Home 64bit であった．実際の環境を図 1 に示

現在時刻𝑡における頭部位置(𝑥𝑡 , 𝑦𝑡 , 𝑧𝑡 )に固定する．予備検す．図 1 のように，頭部位置の測定を VIVE トラッカーを討より，Unity 上のホワイトノイズゲイン𝑔𝑛 を 0 に維持す用いて実現し，参加者の横と後ろのカメラで実験の様子をる変位量𝑑𝑚𝑖𝑛 を 3cm，最大のゲインとなる変位量𝑑𝑚𝑎𝑥 を撮影した．バーチャル音源の配置をゲームエンジンである15cm として，式（3）のように定義した．

Unity，バーチャル音源の提示をヘッドホン（ Sennheiser

0𝑑𝑑𝑚𝑖𝑛𝑔𝑛 =−𝑑𝑚𝑎𝑥 − 𝑑𝑚𝑖𝑛 𝑑𝑚𝑎𝑥 − 𝑑𝑚𝑖𝑛{1MOMENTUM 3 Wireless）を用いて実現する．ヘッドホンのWindows 上での音量は，予備実験から，煩わしくない最大(0 < 𝑑 ≤ 𝑑𝑚𝑖𝑛 )(𝑑𝑚𝑖𝑛 < 𝑑 ≤ 𝑑𝑚𝑎𝑥 )(3)(𝑑𝑚𝑎𝑥 < 𝑑)

音量として，35 に設定する．実際にユーザに届く最終的な音量は，Windows 上の音量である 35 に，Unity 上の音量を掛けたものとなる．

図 3

Spatial Sound＋Noise 条件でのゲイン（左）と模式図（右）図 13. ユーザスタディ

実装環境

本章では，前述の 3 つの聴覚フィードバック条件がデス2.2 空間音響なし（Baseline）条件
本条件では，バーチャル音源は現在時刻𝑡における頭部位クワーク時のユーザの作業姿勢や許容性等に与える影響に置(𝑥𝑡 , 𝑦𝑡 , 𝑧𝑡 )に追従する．このため，ユーザが頭部姿勢を変ついて調査したユーザスタディについて述べる．

化させたとしても，音楽音量のゲインは常に 1 に保たれる．

3.1 実験参加者
6 名の学部生または大学院生（男性 4 名と女性 2 名，平2.3 Spatial Sound（SS）条件
本条件では，音楽のバーチャル音源を初期時刻𝑡0 におけ

均年齢：22.8 （SD=1.67））が実験に参加した．すべての参る頭部位置(𝑥𝑡0 , 𝑦𝑡0 , 𝑧𝑡0 )に固定する．時刻𝑡における頭部位加者は，この研究に関する予備知識を事前に得ることなく置(𝑥𝑡 , 𝑦𝑡 , 𝑧𝑡 )の，初期位置(𝑥𝑡0 , 𝑦𝑡0 , 𝑧𝑡0 )からの変位量を𝑑とすると式（1）より求まる．

実験に参加した．
3.2 実験デザイン
実験は，3 つの聴覚フィードバック条件（Baseline，SS，22

𝑑 = √(𝑥𝑡0 − 𝑥𝑡 ) + (𝑦𝑡0 − 𝑦𝑡 ) + (𝑧𝑡0 − 𝑧𝑡 )2

(1)SSN）を適用した状態でタスクを実行する参加者内実験計

音楽音量のゲイン𝑔𝑠 は図 2 のように，𝑑が大きくなるに画による実験を行った．実験のタスクは，姿勢の変化があつれ線形的に小さくなるようにする．予備検討より，最小る程度見込まれるデスク作業タスクとして，日常にあるモのゲインとなる変位量𝑑𝑚𝑎𝑥 を 15cm と設定し，𝑔𝑠 は式（2）ノ の 代 替 利 用 ア イ デ ア を 発 想 し て 紙 に 記 入 す る Theのように定義した．

Alternative Uses Test[8]を採用した．

𝑑−+ 1 (0 < 𝑑 ≤ 𝑑𝑚𝑎𝑥 )𝑔𝑠 = { 𝑑𝑚𝑎𝑥(𝑑𝑚𝑎𝑥 < 𝑑)0

また，長時間の実験は集中力の低下が懸念されることか(2)

ら，各試行 1 回の作業時間は 6 分に設定した．この時間は，聴覚フィードバックが座位姿勢に与える長期的な影響を調査するためには，十分な長さではないが，短時間で姿勢に与える影響や作業の許容性，タスク成績を調査するためには十分であると考えた．
測定項目は，ユーザの姿勢への影響とタスクへの影響の2 つの観点に分けて用意した．姿勢への影響を測定する指標では，頭部位置の変位量，主観的な姿勢維持の強制力を

図 2

Spatial Sound 条件でのゲイン（左）と模式図（右）2.4 Spatial Sound ＋ Noise（SSN）条件測定した．頭部位置の変位量は，ヘッドホンに取り付けたVIVE トラッカーの値を 10Hz で Unity 上に記録した．主観

本条件では，SS と同様，音楽のバーチャル音源を初期時的な姿勢維持の強制力は，7 段階のリッカート尺度を用い刻𝑡0 における頭部位置(𝑥𝑡0 , 𝑦𝑡0 , 𝑧𝑡0 )に固定し，音楽音量のゲた姿勢維持の強制力に関する質問（「タスク中，どのくらい© 2023 Information Processing Society of Japan821

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姿勢を同じ場所に維持しなければならないと感じたか？」，観的な姿勢維持の強制力を測定した．図 4（a），（b）は，7：「非常にそう感じた」，1：「全く感じなかった」）を含む

それぞれ参加者 6 名の頭部位置の平均変位量と主観的な姿独自項目アンケートを採用した．

勢維持の強制力に関する平均スコアの結果を示している．

タスクへの影響を測定する指標では，主観的な許容性，

図 4（a）から，頭部位置の変位量の平均値は，Baseline が主観的な作業負荷，タスク成績を測定した．主観的な許容

0.103m，SS が 0.064m，SSN が 0.041m となり，SSN，SS，性は，7 段階のリッカート尺度を用いたシステムの許容性

Baseline の順で頭部位置の平均変位量は小さくなった．図に関する質問（「このシステムは作業を行う上で許容できる4（b）から，主観的な姿勢維持の強制力に対する平均スコものでしたか？」，7：「非常に許容できる」，1：「全く許容アは，Baseline が 1.83，SS が 4.50，SSN が 5.83 となり，できない」）を含む独自項目アンケートを採用し，主観的なSSN，SS，Baseline の順で強制力が強く感じられたことがわ

作業負荷は，6 項目（知的要求，身体的欲求．タイムプレッ

かった．

シャー，作業成績，努力，フラーストレーション）を 0 か

3.4.2 タスクへの影響

ら 100 点の範囲で回答してもらい，作業負荷を算出するタスクへの影響を測定する指標として，主観的な許容

NASA-TLX を採用した．タスク成績は本実験で用いた The性，主観的な作業負荷，タスク成績を測定した．図 4

Alternative Uses Test の回答数を採用した．加えて，実験の（c），（d），（e）は，それぞれ参加者 6 名の主観的な許容最後にインタビューを行うことで，全体を通しての印象や性の平均スコア，主観的な作業負荷（NASA-TLX），タス条件間の差異に関するコメントをもらった．

ク成績（The Alternative Uses Test の平均回答数）の結果を

本実験では，音楽の音源に，歌詞がない音源かつ音楽聴示している．主観的な作業負荷を測定する NASA-TLX で取時における作業効率を測る先行研究[9]でも用いられては，まず 6 項目中 2 項目が表示され，どちらがタスクを行いることから，Johann Pachelbel の Canon を用いた．

う上で重要度が高かったかを回答する Pairwise と，各項目3.3 実験手順のスケールスコアを回答する Rating を行う．Pairwise の結はじめに，参加者は椅子に座り，実験の説明を受け同意果から項目ごとの重みを測定し，その重みに Rating で得書に署名した．次に，実験の一連の流れに関する説明を受られた結果を掛けることで，重みを考慮した主観的な作業けた後，机の位置とヘッドホンが身体に合うように調整し，負荷の値を算出している．

聴覚フィードバックが正常に流れるかの確認を行った．
実験者は，The Alternative Uses Test の問題用紙（例．「タ図 4（c）から，主観的な許容性の平均スコアは，Baseline が 5.17，SS が 4.50，SSN が 3.33 となり，イヤ」の代替利用法としてのアイデアをなるべくたくさん

Baseline，SS，SSN の順で許容性が高くなった． 図 4記入してください）を参加者に配布し，6 分間にできるだ（d）から，主観的な作業負荷の平均スコアは，Baseline

け多くの代替利用法のアイデアを紙に記入することを課題が 45.8，SS が 57.5，SSN が 59.4 となり，Baseline，SS，として与えた．代替利用法を考えるための題目は，1 試行

SSN の順で主観的な作業負荷が小さくなった．図 4（e）

目「タイヤ」，2 試行目「クリップ」，3 試行目「定規」と固から，The Alternative Uses Test の平均回答数は，Baseline

定し，聴覚フィードバック 3 条件（Baseline，SS，SSN）のが 11.83 個，SS が 11.50 個，SSN が 10.33 個となり，提示順序は参加者間でカウンターバランスをとった．

Baseline，SS，SSN の順で回答数が多くなった．

聴覚フィードバックの動作確認後，再度参加者はヘッドホンを装着し，実験者の合図で試行を開始した．参加者は各試行の後に，NASA-TLX による作業負荷を測定するアンケートと Google form を用いた姿勢維持の強制力や許容性を測定する独自項目のアンケートに回答してもらった．

4. 考察
4.1 実験結果の考察
SS 条件では，主観的な許容性において 2 名の参加者（P2，P3）が，音源の変化では気が散らず，Baseline より許容す

その間，実験者は次の試行で用いる聴覚フィードバックると回答したことや，“音量の変化はあまり気にならなかっ条件への変更を行った．全ての試行の最後に実験全体を通たが，音源位置の変化は気になった”（P6），“中心付近で，した印象や条件間の差異に関するコメントをもらい，実験少しの動きで音源が左右に移動するため，鬱陶しかった”を終了した．

（P4）といった参加者のコメントから，個人差はあるが，3.4 結果

SS 条件がユーザの注意を散漫させず，より許容されやすい

合計 18 回の試行が問題なく実施された．以下では参加姿勢矯正手法となり得ることが示唆された．

者を P1-P6 として識別する．なお，本実験では統計的な検SSN 条件では，ほぼ全ての参加者（P1，P2，P3，P4，P5）定を実施するために十分な参加者数を確保できなかったこから不快感やタスク阻害感の増加，タスク成績の低下に関とから，以下では得られた平均値のみを報告する．

するコメントがあったことから，タスクへの阻害が大きい

3.4.1 姿勢への影響ことがうかがえた．これは先行研究[3]で述べられていた，姿勢への影響を測る指標として，頭部位置の変位量，主© 2023 Information Processing Society of Japan822

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2023/3/1(a) 頭部位置の変位量(c) 許容性(b) 姿勢維持の強制力(d) NASA-TLX
図 4

姿勢維持を促す力と許容性はトレードオフであるという結果にも整合する．
4.2 研究の制限と今後の展望(e) タスク成績

実験結果

5. 結論
本研究では，空間音響を用いた聴覚フィードバックによ本研究では，聴覚フィードバックが姿勢に与える影響のる姿勢矯正手法実現のための初期検討として，頭部姿勢に調査として，比較する 3 条件でカウンターバランスが考慮応じた聴覚フィードバックがデスクワーク時の成績や姿勢できる最小人数の 6 名で実験を行ったが，聴覚フィードバに与える影響の調査を行った．3 つの異なる聴覚フィードックが姿勢に与える影響は個人差が大きいと考えられるた

バック条件を用いて，The Alternative Uses Test を行ってもめ，参加者を増やし追加検討を行う必要がある．

らい，姿勢の変位量や主観的な許容性等を評価してもらう

次に，本研究では聴覚フィードバックが，頭部移動量に実験を行った．その結果，ユーザの頭部変位に応じて音楽影響することは示されたが，この頭部姿勢の変化がユーザの音量が空間的に変化する SS 条件，および SS 条件に加えによる意識的なものであったか否かの特定はできていない．て頭部変位に応じてホワイトノイズの音量が変化する SSN

そのため，参加者が音源の変化を知覚できたか否かといっ条件をそれぞれ用いることで，空間音響を用いないた，ユーザの音源に対する意識を測定できる評価指標，条Baseline 条件に比べて頭部の変位量の減少が見られ，空間件を利用する必要がある．

音響を用いた聴覚フィードバックが座位姿勢に影響を与えまた，本研究では，簡易に実装できる方法として，頭部られることが確認できた．また， SS 条件では，個人差は位置の測定に VIVE トラッカーを用いたが，将来的には，見られるものの，ユーザに許容されやすい姿勢矯正手法と加速度センサ・ジャイロセンサが搭載されているワイヤレなり得ることが示唆された．今後の課題として，より大規スイヤホンを用いることで，モバイルな実装で同様の聴覚模な人数での実験の実施，実装のモバイル化，移動音源のフィードバックを実現したい．加えて，本研究で試した空検討等が挙げられる．

間に固定されたバーチャル音源だけでなく，移動音源が与える影響についても調査したい．

謝辞

本研究の一部は，JSPS 科研費 21K11974 の助成を受けた．

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参考文献
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