スピーチプライバシー保護機能をもたせた電子ポスター- ポスラサウンドパネル®for スピーチプライバシー 茂出木敏雄†

橋本聡‡

片山貴信‡

庄司藤男‡

スピーチプライバシーを保護する方法として白色雑音のような音響信号を付加する方法が提案されているが、返って不快感を増強させる問題が指摘されており普及していない。筆者らは、音楽・自然音など任意の鑑賞用の音響信号に対して、白色雑音と同程度に会話音声に対して聴覚マスキングが効果的に働くように特殊なフィルタ加工を施す手法について提案する。大手調剤薬局の待合室に、既開発のフラットパネル型スピーカを設置して、本提案手法の効果を検証した結果、フィルタ加工による音質歪みについては殆ど認識されず、マスカー音が所定の音圧で届くエリアには薬剤師と顧客との会話音が聞き取りにくくなるという効果を確認することができた。本実演では会話音を模擬した小型スピーカを用いて、スピーチプライバシー保護効果を提示する。

An Electronic Poster Providing Speech Privacy Protection Functions- Posla Sound Panel® for Speech Privacy TOSHIO MODEGI†SATOSHI HASHIMOTO‡

TAKANOBU KATAYAMA‡

FUJIO SHOJI‡

In order to protect speech privacy, a method of generating white noises on purpose has been proposed.
However, this method will lead us to uncomfortable environments and has been not widely used. We propose anovel filtering method for generally used music or natural sound signals in order to emphasizing their auditory
masking functions against speech sounds like white noises. We have installed our previously developed flatpanel loudspeaker in a waiting room of a large-scale prescription pharmacy, and experimented our proposal
there. As a result, we could not recognize any play-back sound quality distortion in masker sounds, whereas wecould find difficulty to listen to conversation sounds between couples of a pharmacist and a client as far as
heard masker sounds had proper level. This demonstration presents speech privacy protection effects using
small loud speakers simulating human speech voices.

1.

い音波で会話音を聞こえなくする手法）という手法がはじめに提案された 1)2)3)。しかし、音量が大きい白色雑音が流各種面談・打ち合わせ場面で交わされる会話音声にれている環境では返って不快感が増し、会話時の相手は個人情報や企業機密情報などが含まれていることがの声が聞き取りにくくなるという問題が指摘され、な少なくない。個人情報保護法の制定に伴い、個人を特かなか普及に至っていない。文献 4)のように流す音

定するデータに対するセキュリティ意識は高まってき

響信号の煩さを低減したり、ＢＧＭを合成して快音化たが、口頭から漏れ聞こえてくる個人情報についてもする方法 1)も提案されているが、抜本的な解決には至注目されるようになってきた。特に、医療機関ではイっていない。

ンフォームドコンセント、調剤薬局では薬剤師による服薬指導が義務付けられており

8)

これに対して、ヒトの音声信号成分を重ねて会話音、国土の狭い日本で声の内容を秘匿化するインフォメーションマスキング

は、遮音パネルを敷設し面談環境を整備するなど、ハという方法が提案されている 5)6)7)。前述のエネルギーード的にスピーチプライバシーを保護することは必ずマスキング手法に比べ、弱いマスカー信号音圧で会話しも容易ではない。

音声を聞き取りにくくする効果があるが、マスカー音

そこで、ヒトの聴覚マスキング特性を活用し、白色として使用する音声信号成分は、会話音声の当事者の雑音に近いエアコンノイズのような音響信号を対象の声にできるだけ近い特性をもつサンプルを用いないと室内に流すエネルギーマスキング（エネルギーの大き秘匿化効果が十分にでないという問題がある 6)。文献
7)では、会話音声をリアルタイムにマイクロフォンで† 大日本印刷（株）情報ｺﾐｭﾆｹｰｼｮﾝ研究開発センター
Media Technology Research Center, Dai Nippon Printing Co., Ltd‡ （株）ＤＮＰ東北 P&I 開発センター／開発営業センター
P&I / Business Development Center, DNP Tohoku Co., Ltd.

拾い、音韻のフォルマント特性を変化させるように、特殊な雑音成分をリアルタイムに生成して重畳する方法を提案している。本方法ではシステムが大掛かりに情報処理学会 インタラクション 2011

なり、会話音声を取得して別の場所に加工して流すと［従来の単純なＢＧＭ再生法］あるという懸念もあり、実用化が難しい。
そこで筆者らは、鑑賞用の音楽や自然音に対してきるようにフィルタ加工を行い、室内に快適なＢＧＭエネルギー

白色雑音と同等にエネルギーマスキング効果を発揮でエネルギー

エネルギー

いう行為自体がプライバシー侵害につながる可能性がＢＧＭを音量を上げて加える音声が漏洩してしまう［秘匿化対象音声］
平均スペクトル
周波数

周波数［独自フィルタ処理ＢＧＭマスキング法］

を流すだけでスピーチプライシーを保護できる新規な発したフラットパネル型スピーカでフィルタ加工したフィルタ加工したＢＧＭを同音量に上げて加える

エネルギー

周波数

エネルギー

手法を提案する。また、文献 9)10)の技術を用いて開ＢＧＭにマスクされるＢＧＭを流すと、本来の会話音声を邪魔しない音量で、室内の広範な領域に聴覚マスキング効果を働かせることができることを調剤薬局で実証したので

11)

、本稿

周波数

図1 ＢＧＭを用いたスピーチプライバシー保護手法の基本概ではその結果を報告する。

2.

周波数

念提案するスピーチプライバシー保護手法

文献 1)のような不快な白色雑音を使用しなくても、一般的な鑑賞用の音楽や自然音などのＢＧＭをある程減弱化された
平均スペクトル

エネルギー

エネルギー

［音声・音楽共通スペクトル］ ［秘匿化対象音声］
平均スペクトル

度の音量を上げて再生すると、会話音が聞こえにくく周波数なることが知られている。しかし、聴覚マスキングの原理上、図１右上に示されるように、ＢＧＭの周波数共通スペクトル成分が削除されたＢＧＭ信号エネルギーエネルギーキングが働かない場合が生じる。そこで、同図右下の

周波数［音声・音楽共通スペクトル成分の削除法］［フィルタ処理ＢＧＭ］

エネルギー

特性により、いくら音量を上げても音声に対するマス＋−音声信号成分の一部がＢＧＭ成分として使用されるように秘匿化対象音声に豊富に含んでいて、ＢＧＭに欠如している周波数成分の近傍成分に対して増強するようなフィルタ加工処理を施すことを提案する。この際、電子透かし埋め込みと同様に、再生されるＢＧＭ

周波数

周波数

周波数

図2 秘匿化対象音声とＢＧＭ音楽に共通するスペクトル成分の削除手法の概念の品質に対してできる限り影響を与えないように、フィルタ加工を行うことがポイントになる。
この方法でフィルタ加工されたＢＧＭ音楽信号をそ

スピーチプライバシー保護の目的は会話音を聞こえのまま会話音に重ねても、ある程度音量を上げないとなくすることではなく、会話音を理解できないように秘匿化効果が発揮されない。そこで、筆者らは図２にすることにある。従って、会話音の全ての周波数成分示されるような秘匿化対象音声の平均スペクトルとＢをマスキングする必要は無く、母音を構成する一部のＧＭのスペクトルに共通するスペクトル成分を先にフフォルマント成分、子音を構成する主要な周波数成分

ィルタ加工したＢＧＭ信号より削除する方法を併せてを部分的にマスキングできるレベルに、フィルタ加工提案する。このように減弱されたＢＧＭ信号を秘匿化強度、共通スペクトル成分の削除割合及びＢＧＭ再生音声に重ねると、秘匿化対象音声信号の一部の成分を音量を調節するようにする。また、スピーチプライバ奪い取ってＢＧＭ音楽信号の一部として機能するようシー保護を導入することにより、主となる会話音を邪になる。即ち、比較的弱い音量でもマスキング効果を魔することがないように配慮する必要がある。これに発揮できるようになる。ただし、音声・音楽に共通すついては、会話を行っているエリアにはＢＧＭの再生るスペクトル成分を厳密に算出することは、秘匿化対音圧が低くなるよう、スピーカにある程度の指向性を象音声を特定できない以上、困難である。そこで、図もたせることで解決できる。筆者らは、既開発のフラ２の上段に示されているように、秘匿化対象音声の平ットパネル型スピーカを採用することで本問題を解決均スペクトルに適当なスケーリングを施して減弱化しした。

た平均スペクトルを共通スペクトルとして使用するようにした。

スピーチプライバシー保護を実現する上で技術的に障害となるのは、カクテルパーティ効果で知られるヒスピーチプライバシー機能をもたせた電子ポスター

トの音脈に対する補間能力である。ヒトは特定の音より聞き取れない信号成分を前後の音脈を参考にして［テンプレート音声］
平均的な日本人
男声・女声のサンプル（固定）周波数

会話音よりＢＧＭ音源の方に注意をそらさせるように

利得［ＢＧＭ音楽信号］
L-ch

ソース音楽信号の区間ごとに作成コンテンツを選択する手段が挙げられる。

周波数

−

R-ch

共通スペクトル成分の削除処理

音楽信号のフィルタ加工処理

図3 提案するスピーチプライバシー保護機能をＢＧＭ音楽信号手法について詳細を述べる。

3.

［加工音楽信号］
L-ch

×

R-chに働くように再生対象のＢＧＭ信号をフィルタ加工する手法、音声と音楽の共通スペクトル成分を削除する

音楽プレーヤ［フィルタ関数］誘導する必要がある。対策としては、ＢＧＭの音量を次節では、会話音声に対するマスキングが効果的

スピーカ

フィルタ関数の作成自動的に推定補間してしまう能力がある。この場合は、上げるか、聴取しているヒトが興味をもちやすい音楽［共通スペクトル］

音声・音楽共通スペクトルの算出

エネルギー

源・会話音に注目して聴取すると、聴覚マスキングに- ポスラサウンドパネル®for スピーチプライバシー -に埋め込む信号処理方法

音響信号に対するスピーチプライバシー
保護機能の埋め込み方法［ソース音楽信号（Ｌ／Ｒチャンネル）］［フレーム単位フィルタ関数］
フレームｆ所定の距離だけ離れた地点Ｂにおいて聴取できないよ
うに、地点Ｃより流すＢＧＭ音楽信号を生成する方法
として、図３に示されるような信号処理手法を提案す

ＦＦＴ処理ｆ

フレームｆ＋１

ＦＦＴ処理ｆ＋１

・・・・
ソース複素スペクトルｆ

定のスケーリング値をかけて減弱化し、これを共通スペクトルとする。次に、再生対象とするＢＧＭ音楽信号に対しても同一のフレーム間隔で周波数解析を行い、周波数jフィルタ関数乗算ｆ
フィルタ関数乗算ｆ＋１
共通スペクル減算

・・・・

・・・・
改変複素スペクトルｆ 改変複素スペクトルｆ＋１
ＩＦＦＴ処理ｆ

ＩＦＦＴ処理ｆ＋１

フレームｆ［減弱化した平均音声スペクトル］
エネルギーる。前者については、図３最上段に示されるように所F(f+1,j)

ソース複素スペクトルｆ＋１

ル音声信号のサンプルをテンプレートとして準備し所対する平均値スペクトルと最大値スペクトルを算出す

F(f,j)・・・・る。まず、日本人の平均的な男声・女声を含むモノラ定のフレーム間隔で周波数解析を行い、全フレームに利得

地点Ａにおいて交わされる会話音声信号に対して、全フレーム共通

フレームｆ＋１

Va(j)［改変音楽信号（Ｌ／Ｒチャンネル） ］

周波数j

図4 提案するＢＧＭ音楽信号に対する信号処理方法の詳細

各フレームごとに得られる瞬時スペクトルに対して前後の近傍フレームの瞬時スペクトルを用いて平滑化する。各フレームごとに平滑化された瞬時スペクトルの値で先に算出したテンプレート音声の最大値スペクト
ルの値を周波数別に除算することにより、図３中央に示されるフィルタ関数を算出する。続いて、図４に示されるように、ＢＧＭ音楽信号に対して前記と同一のフレーム間隔でフーリエ変換を行い、周波数次元で各フレームごとに算出されたフィルタ関数を乗算するとともに、減弱化した平均音声スペクトルの減算し、フーリエ逆変換を行って時間次元のフィルタ加工されたマスカー音楽信号を取得する。この信号を会話音を聞かせたくないエリアに向けてスピーカで再生するようにする。

4.

提案手法の評価結果

提案手法の評価をするにあたり、調剤薬局のＢＧＭに相応しい明るく静かなクラシック楽曲を音楽素材１０曲（各平均３分程度にカット）を用い、著作権の関係で、全て MIDI 打ち込み素材を用いるようにした。
これに対して、既開発の MIDI 符号化ツール「オート符」[13]を用いて客観評価した結果について以下述べる。調剤薬局での実験結果については文献 11)を参照。
図５は本提案手法の評価に用いたサンプルの一例で、サンサーンス「白鳥」の冒頭３０秒で、同図(a)はMIDI 打 ち 込 み デ ー タ で 、 こ れ に 対 し YAMAHA
MU500 を用いてオーディオ変換した原音 WAV デー
タに対して、本稿で提案した加工を行った WAV デー
タに対して、同様に MIDI 符号化ツールを用いてMIDI データに変換した結果が同図(b)である。図中の着色された小さな矩形は音符を示し、横軸は時間で、横幅はノートオンからノートオフ区間を示す。縦軸は音高（ノートナンンバー）で縦方向の幅でベロシティも示している。従って、矩形の面積は音成分のエネルギーを反映している。図示は省略するが、原音 WAV情報処理学会 インタラクション 2011構築する予定である。また、各種不快な機械騒音を快音化するために、より音圧の低いＢＧＭでも同等なマスキング効果が得られるような信号処理手法について検討を進める予定である。

参（ａ）ソースMIDI打ち込みデータ（ｂ）提案手法による加工後のMIDI符号化データ（ｃ）女性アナウンス音声MIDI符号化データ（ｄ）女性音声と加工信号とのＡＮＤMIDIデータ

図5 MIDI 楽曲データに対するマスキング効果強調信号処理例
に対する MIDI 符号による評価結果

データに対して、同様に MIDI データに変換した結果と差分をとると、加工処理による信号劣化成分を可視化することができる。この程度の変化であれば、原音との品質上の相違は慎重に聞き比べない限り知覚されないことを確認できた。
次に、図５(c)は女性アナウンス音声に対して同様に MIDI データに変換した結果である。これに対して、先の図５(b)と MIDI データどうしで、同様に既開発のMIDI 符号化ツール[13]を用いて、ノートナンバーに±１半音の許容値をもたせてＡＮＤ演算を行った結果が図５(d)で、マスキング対象となる音声信号成分を反映している。図示は省略するが、原音 WAV データから変換された MIDI データと同図５(c) とを MIDIデータどうしで、同様に MIDI 符号化ツールを用いて、ノートナンバーに±１半音の許容値をもたせてＡＮＤ演算を行った結果と比較すると、本稿で提案した加工を施すことによりマスキング対象成分が客観的にも増加していることを確認できた。

5.

おわりに

本稿では、与えられた任意のスペクトル特性をもつ楽曲に対して、スピーチプライバシーを保護する目的でマスキング効果を強調する信号処理手法を提案し、調剤薬局に持ち込んで提案手法の有効性を確認することができた。今後は、調剤薬局に限らずオフィス一般のスピーチプライバシー保護の目的に本提案手法を適用するにあたり、どのような楽曲をどの程度の音量で提示するべきか、使用するスピーカのパネルの大きさや設置個数などについて最適に見積もれるシステムを

考文献

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2) ( 株 ) セ イ 「 サ ウ ン ド マ ス キ ン グ シ ス テ ム
Calma 」 , http://www.say-international.com/index.
htm.
3) (株)オカムラ「室内音響調整システム，SoundConditioning System」, http://www.okamura.co.jp/company/topics/kenzai/2009/sound_conditioning_system.php.
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Maskers and examination on their masking
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7) 小山由美, 星和磨, 羽入敏樹：「調剤薬局におけるスピーチプライバシー保護: その 1 服薬指導
時の会話漏洩の実態調査」日本建築学会大会学術講演梗概集（September 2008）.
8) 京セラケミカル「アラミドハニカムフラットパ
ネルスピーカー」, http://www.kyocera-chemi.jp/news/2007/20071107.html.
9) New Transducers Limited ”NXT surface speaker”,
http://www.nxtsound.com/index.html.
10) ＤＮＰ「ポスラサウンドパネル for スピーチプ
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11) E.Zwicker and E. Terhardt, "Analytical expressions
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1980.
12) Toshio Modegi: "Evaluation Method for Quality
Losses Generated by Miscellaneous Audio Signal
Processings Using MIDI Encoder Tool 'Auto-F',”
Proc. of IEEE TENCON2010,pp.2066-2071,
Fukuoka Japan, November 2010.