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合成バイノーラル信号の音像の分離知覚の検知限*☆酒井翼, 森川大輔, モクタリパーハム, 平原達也（富山県立大）

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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 2 つの刺激音であっても、2 つの刺激音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]。この報告では、ITD または ILD 一方だけが異なる場合の音像の分離知覚について調べられているが、実空間では ITD と ILD は同時に作用していると考えられる。
そこで本稿では、ITD と ILD が同時に作用する条件での音像の分離知覚の検知限を明らかにするために、頭部インパルス応答(HRIR)を用いて合成したバイノーラル信号の音像の分離知覚実験を行った結果について述べる。

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実験方法

2.1 実験システム
PC (Windows10, 64bit) で生成した刺激信号を DA 変換器 (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。
2.2 実験手順
刺激音に畳み込む HRIR の初期値が前方水平角 0 度から始まる条件 (F-cond) と、後方水平角 180 度から始まる条件 (B-cond) の 2 条
件で調整法による実験を行った。F-cond と Bcond の 2 条件で実験を行ったのは、バイノー
ラル信号は前方と後方で ITD と ILD の組み合わせが異なるからである。
受聴者はマウスホイールをスクロールし、刺激音に畳み込まれる HRIR の水平角を連続的に切り替え、音像が分離したところを回答した。受聴者が知覚する分離音像の模式図を
Fig.1 に示す。マウスホイール 1 スクロールあたり一方の音像は時計回りに 1 度、もう一方の音像は反時計回りに 1 度動く。
条件毎に 10 回の回答を得た。そのうち、1~5 回の回答を練習試行、6 ~ 10 回の回答を本実験とした。受聴者は健常な聴力を有する23~ 35 歳の 6 名である。

2.3 HRIR
HRIR は水平面 1.5 m の円周上で 5 度間隔で測定したものを 1 度間隔に補間[3]して用いた。
用いた HRIR の仰角はすべて 0 度である。
HRIR はサンプリング周波数 48 kHz で測定したが、時間分解能を上げるために、192 kHzにアップサンプルした。
2.4 刺激音
刺激音は 2 つの無相関なピンクノイズを250 Hz ~ 8 kHz の帯域フィルタに通し、受聴者個人の HRIR を畳み込み合成したバイノーラル信号である。HRIR の水平角を滑らかに切り替えるためにオーバーラップアド法を用いた。ある受聴者の水平角 0 度の HRIR を畳み込んだ刺激音のスペクトルを Fig.2 に示す。
刺激音の音圧レベルは、水平角 0 度の HRIRを畳み込んだ信号を 70 dB とした。
HRIR

HRIR

Fig.1 受聴者が知覚する分離音像の模式図

Fig.2 刺激音のスペクトル

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実験結果

Fig.3 に合成バイノーラル信号の音像の分離知覚の検知限DL𝜃 を示す。DL𝜃 は 2 つの刺激音に畳み込まれている HRIR の角度差である。
F-cond のDL𝜃 の平均値(青線) は約 39 度、Bcond のDL𝜃 の平均値 (赤線) は約 43 度であった。
受聴者 2 と 5 の一回の回答の推移を Fig.4に示す。Fig.4 より、受聴者 2 (黒線) は HRIRの水平角を上下法のように調整し、回答している。
この傾向は受聴者 1,3,4,6 も同様である。
一方、受聴者 5 (赤線) は HRIR の水平角を極限法のように調整しており、検知限より大きい水平角の HRIR が畳み込まれた刺激音を受*Detection limit of sound images spatially split by synthesized binaural signal, by SAKAI Tsubasa,
MORIKAWA Daisuke, MOKHTARI Parham and HIRAHARA Tatsuya (Toyama Prefectural Univ).
日本音響学会講演論文集- 641 -

2021年3月

聴していない。また、受聴者 5 以外の受聴者の回答時間は約 13 ~ 26 秒で、受聴者 5 の回答時間は約 4 秒であった。
音像が分離したときの HRIR を畳み込んだ
2 つの刺激音のそれぞれの ITD の差 (DL𝐼𝑇𝐷
𝜃 ) 、𝐼𝐿𝐷ILD の差 (DL𝜃 ) を算出した。Fig.5 に F-cond
𝐼𝐿𝐷(青線) 、B-cond (赤線) のDL𝐼𝑇𝐷
𝜃 またはDL𝜃 と、ITD または ILD だけを変化させた条件 ITDcond と ILD-cond (灰線) の平均値と分散を示す。ただし、用いた結果は受聴者 1,2,3,6 の 4名分である。受聴者 4 は、ILD-cond で分離知覚が生じなかったため、受聴者 5 は F-cond のDL𝜃 と B-cond のDL𝜃 の平均値が極めて小さく、回答時間も短いため平均から除外した。
𝐼𝑇𝐷
F-cond のDL𝐼𝑇𝐷
𝜃 の平均値 F-DL𝜃 は 384 µs、𝐼𝑇𝐷
B-cond のDL𝐼𝑇𝐷
𝜃 の平均値 B-DL𝜃 は 407 µs、ITD-cond の分離知覚の検知限の平均値 ITDDL は 384 µs であった。
条件 (F-cond、B-cond、ITD-cond) と受聴者で 2 要因の分散分析を行った結果、条件の要因に有意差はなく(F(2,48) = 0.48, p > 0.5) 、受聴者の要因に有意差があった (F(3,48) = 75.39, p < 0.001) 。また、条件と受聴者の要因に交互作用が認められた。
𝐼𝐿𝐷
F-cond のDL𝐼𝐿𝐷
𝜃 の平均値 F-DL𝜃 は 11 dB、
𝐼𝐿𝐷
B-cond のDL𝐼𝐿𝐷
𝜃 の平均値 B-DL𝜃 は 7 dB、ILDcond の分離知覚の検知限の平均値 ILD-DL は17 dB であった。条件 (F-cond、B-cond、ILDcond) と受聴者で 2 要因の分散分析を行った
結果、条件の要因に有意差があり (F(2,48) =110.9, p < 0.001) 、受聴者の要因にも有意差があった (F(3,48) = 76.42, p < 0.001) 。また、条件と受聴者の要因に交互作用が認められた。

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Fig.3 合成バイノーラル信号のDL𝜃

Fig.4 回答の推移

考察

𝐼𝑇𝐷
F-DL𝐼𝑇𝐷𝜃 、B-DL𝜃 、ITD-DL は、条件間の要因に有意差はなかった。一方 F-DL𝐼𝐿𝐷
B-DL𝐼𝐿𝐷𝜃 、
𝜃 、
ILD-DL は、条件間の要因に有意差があった。
したがって、ITD と ILD が同時に作用する場合の音像の分離知覚には、ITD が与える影響が大きいと考えられる。

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合成バイノーラル信号の音像の分離知覚には主に ITD が寄与していると考えられる。

まとめ

本稿では、合成バイノーラル信号を用いて
ITD と ILD が同時に作用する実験を行った。
その結果、F-cond のDL𝜃 の平均値が約 39 度、
B-cond のDL𝜃 の平均値が約 43 度であり、F𝐼𝑇𝐷
𝐼𝐿𝐷
DL𝐼𝑇𝐷
𝜃 、B-DL𝜃 、ITD-DL は一致し、F-DL𝜃 、
B-DL𝐼𝐿𝐷𝜃 、ILD-DL は異なった。したがって、
日本音響学会講演論文集

𝐼𝐿𝐷
Fig.5 各条件のDL𝐼𝑇𝐷
𝜃 とDL𝜃

謝辞
本研究の一部は科研費(20K19828)の支援を受けた。
参考文献[1] 森川, “両耳間差による音像の分離知覚, ”
信 学 技 報 114(242), SP2014-83, 43-48,2014.
[2] 酒井ら, “両耳間時間差・音圧差による音像の分離知覚の検知限, ” 音講論( 秋),577-578, 2020.
[3] 西野ら, “水平面上の頭部伝達関数の補間, ” 日本音響学会誌 55(2), 91-99, 1999.

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