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合成バイノーラル信号の周波数帯域が音像の分離知覚の検知限に与える影響*☆酒井翼, 森川大輔, モクタリパーハム（富山県立大）
はじめに音像の分離知覚とは、音像を異なる 2 つ以上の塊として知覚することである。この現象
は、音色が同じ無相関な 2 つの刺激音信号であっても、2 つの刺激音信号に与える両耳間時間差(ITD)または両耳間音圧差(ILD)が異なれば生じる[1, 2]。また、音色が同じ無相関な 2つの刺激音信号に頭部インパルス応答(HRIR)を畳み込み、ITD と ILD が同時に作用する場合の音像の分離知覚の条件を前面と背面で比較した結果、主に低域で計算されるITD[3]が重要であることが示唆された[4]。
そこで本稿では、ITD と ILD の相互作用によって生じる音像の分離知覚の検知限に刺激音の周波数帯域が与える影響を調べるために、HRIR を畳み込んだバイノーラル信号を帯域制限した刺激音を用いて、音像の分離知覚実験を行った結果について述べる。

2実験方法

2.1 受聴者
受聴者は 23 歳から 35 歳の 4 名である。受聴者の最小可聴閾値は、125 Hz から 12 kHz で正常な聴力であることを確認した。
2.2 刺激音
刺激音信号は 2 つの無相関なピンクノイズである。受聴者個人の HRIR を刺激音信号に畳み込み、その信号を帯域フィルタに通し、刺激音とした。帯域フィルタは Low (0.25 ~ 1kHz)、High (2 ~ 8 kHz)、Wide (0.25 ~ 8 kHz) の3 つである。仰角 0 度、水平面 1.5 m の円周上 5 度間隔で測定された HRIR を 1 度間隔に補間[5]し用いた。HRIR の時間分解能を上げるために、192 kHz にアップサンプリングした。
2.3 実験条件
受聴者の前面 0 度から始まり 2 つの音像が左右に分離する F 条件(Front)と、背面 180 度から始まり 2 つの音像が左右に分離する B 条件(Back)について、それぞれ 3 つの帯域フィルタを通した刺激音を呈示する F-Low、BLow、F-High、B-High、F-Wide、B-Wide の 6条件で実験を行った。受聴者は各条件で Fig.1のように頭外の前面や背面で左右に分離した音像を知覚する。F 条件と B 条件の 2 条件で実験を行ったのは、前面と背面で ITD と ILDの組合せが異なるためである。
2.4 実験システム
Fig.2 に 実 験 シ ス テ ム を 示 す 。
PC(Windows10, 64 bit)で生成した刺激音を DA変換機(Fireface UCX, RME)、ヘッドホンアンプ(AT-HA21, audio-technica)を通し、ヘッドホン(HDA 200, Sennheiser)で再生した。サンプリ
ング周波数は 192 kHz とした。
2.5 実験手続き
実験は調整法を用いて行った。受聴者はマウスホイールを用いて刺激音信号を制御し、音像が Fig.1 に示すように分離したところを回答した。各条件で 10 回の回答を得た。そのうち 1 ~ 5 回目の回答を練習試行、6 ~ 10 回目の回答を本実験とした。
受聴者はマウスホイールを用いて刺激音信号に畳み込まれる HRIR を連続的に制御した。
ホイール 1 ノッチあたり刺激音信号に畳み込まれる HRIR は、一方が時計回りに 1 度、もう一方が反時計回りに 1 度切り替わる。音圧レベルは、Low、High、Wide それぞれで、水平角 0 度の HRIR が畳み込まれている刺激音を 70 dB とした。
B-condF-condFig. 1 受聴者が知覚する音像の模式図Soundproof room

Monitor

1Fireface UCXHDA 200DACPCAT-HA21

Win1064bit

Fig. 2 実験システム

3

実験結果

Fig.3 に各条件における検知限での HRIR の角度差の受聴者 4 名の平均値DL𝜃 と標準偏差を示す。F 条件と B 条件、刺激音の周波数帯域の 2 要因の分散分析を行った結果、F 条件と B 条件に有意差があり[F(1,114) = 10.1, p <0.05]、刺激音の周波数帯域にも有意差があり[F(2,114) = 52.5, p < 0.001]、交互作用はなかった。また、Tukey の方法で多重比較を行った
結果、High と Low、Wide の間に有意差があ*

Effect of frequency band of synthesized binaural signal on detection limit of spatially split sound images,
by SAKAI Tsubasa, MORIKAWA Daisuke and MOKHTARI Parham (Toyama Prefectural Univ).
日本音響学会講演論文集- 649 -2021年9月

り(Low : p < 0.001, Wide : p < 0.001)、Low とWide の間に有意差はなかった(p = 0.8401)。
音像が分離したとき、HRIR を畳み込んだ 2
つの刺激音のそれぞれの ITD の差(DL𝐼𝑇𝐷𝜃 )、𝐼𝐿𝐷ILD の差(DL𝜃 )を算出した。Fig.4 に各条件の𝐼𝐿𝐷
[2]
DL𝐼𝑇𝐷
𝜃 とDL𝜃 、先行研究 における ITD のみを変化させた条件 ITD-cond と、ILD のみを変化させた条件 ILD-cond の受聴者 4 名の平均値と標準偏差を示す。
各条件間のDL𝐼𝑇𝐷𝜃 について 1 要因の分散分析を行った結果、条件の要因に有意差があった[F(6, 133) = 10.52, p < 0.001]。Tukey の方法
で多重比較を行った結果、Table. 1 に示す組合せに有意差があった。
各条件間のDL𝐼𝐿𝐷𝜃 について 1 要因の分散分析を行った結果、条件の要因に有意差があった[F(6, 133) =43.08, p < 0.001]。Tukey の方法で多重比較を行った結果、Table. 1 に示す組合せに有意差があった。

4が使用できる条件のDL𝐼𝑇𝐷
高周波成
𝜃 は一致し、分が含まれ、ILD による手がかりが使用できる条件のDL𝐼𝐿𝐷𝜃 が一致する条件は少なかった。
したがって、ITD を計算することができる低域が含まれている場合、ITD が分離知覚に与える影響が大きいと考えられる。

5

まとめ

本稿では、帯域フィルタを通した合成バイノーラル信号に対する音像の分離知覚実験を行った。その結果、1 kHz 以下の周波数帯域を含んでいれば検知限が一致し、ITD と ILDが同時に作用する場合、ITD によって音像分離を知覚していることがわかった。

Fig. 3 各条件のDL𝜃

考察

DL𝜃 の分散分析の結果、F 条件と B 条件に差があることから、分離知覚の検知限は、DL𝜃によらないと考えられる。また、Low と WideのDL𝜃 に差がなく、High との間に差があることから、刺激音が広帯域である場合、低周波成分によって分離を知覚していると示唆される。
各条件のDL𝐼𝑇𝐷
2 つの Low と 2 つの Wide
𝜃 は、に差がなく、それらは ITD-cond とも差がな
い。一方、High は他の条件と差がある場合が多く、B-High は F-High 以外の全ての条件と差がある。
これらは、High 以外の条件には 0.25~ 1 kHz の低周波成分が含まれており、主に1.5 kHz 以下から計算される ITD[3]による手がかりが使用できるためと考えられる。したがって、Low、Wide、ITD-cond のDL𝐼𝑇𝐷
𝜃 が一致し、ITD による手がかりが使用できない High だ
け一致しなかったと考えられる。
各条件のDL𝐼𝐿𝐷
多くの条件の組合せに差𝜃 は、がみられる。High と Wide だけでなく、F-Highと B-High、F-Wide と B-Wide にもがあり、ILDcond と差がない条件は F-High のみである。2~ 8 kHz の高周波成分のみを含み、ITD による手がかりが使用できず、ILD による手がかりが主となる条件間でも違いがみられた。
低周波成分が含まれ、ITD による手がかり

日本音響学会講演論文集

ITD
-cond
ILD

F-HighB-HighF-WideB-Wide

B-Low
F-Low

𝐼𝐿𝐷
Fig. 4 各条件のDL𝐼𝑇𝐷
𝜃 とDL𝜃𝐼𝐿𝐷
Table. 1 DL𝐼𝑇𝐷
𝜃 とDL𝜃 の多重比較結果
条件
F-HighF-WideF-High
B-WideF-High
ITD-cond
B-HighF-Low
F-HighF-HighF-HighF-HighF-HighB-HighB-HighB-HighB-HighF-Low
B-Low
F-WideB-Wide
F-Low
B-Low
B-WideDLθITDp
条件< 0.001
B-HighB-Low< 0.05B-HighF-Wide< 0.05B-High
B-Wide< 0.001
B-High ITD-cond
DLθILD< 0.001
B-High ILD-cond< 0.001
F-Low
F-Wide< 0.001
F-Low
ILD-cond< 0.001
B-Low
F-Wide< 0.001
B-Low ILD-cond< 0.001
F-WideB-Wide< 0.001
F-Wide ILD-cond< 0.001
B-Wide ILD-condp< 0.001< 0.001< 0.001< 0.001< 0.05< 0.001< 0.001< 0.05< 0.001< 0.05< 0.001< 0.001

謝辞
本研究の一部は科研費(20K19828)、東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究の支援による。

参考文献[1] 森川, 信学技報, 114(242), 43-48, 2014.
[2] 酒井ら, 音講論(秋), 577-578, 2020.
[3] ムーア, 空間音響学, 誠信書房, 1997.
[4] 酒井ら, 音講論(春), 614-642, 2021.
[5] 西野ら, 日本音響学会誌 55(2), 91-99, 1999.

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2021年9月