一般社団法人 人工知能学会
Japanese Society for
Artificial Intelligence

人工知能学会研究会資料
JSAI Technical Report
SIG-Challenge-046-04 (11/09)

ウグイスに対するプレイバック実験におけるマイクロホンアレイを用いたさえずりの方向分布分析
An analysis on a directional distribution of songs of Japanese Bush-Warbler
in playback experiments using a microphone array

炭谷晋司 ∗1 松林志保 ∗2 鈴木麗璽 ∗2Shinji SUMITANI∗1 , Shiho MATSUBAYASHI∗2 , Reiji SUZUKI∗2

名古屋大学 情報文化学部 ∗1 , 名古屋大学 大学院情報科学研究科 ∗2School of Informatics and Sciences, Nagoya University∗1Graduate School of Information Science, Nagoya University∗2の歌行動のタイミング，方向，および，音源の自動抽出をAbstract

試行している [2, 3]．このシステムでは，従来の単一のマ
本稿では，マイクロホンアレイとロボット聴覚イクロホンを用いた録音では得られなかった空間的な情ソフトウェア HARK を用いた野鳥の歌行動観測報が取得できるため，生態理解への大きな貢献が期待さシステム HARKBird の更なる活用可能性の検討れる．

として，大学演習林におけるウグイス 1 個体のこれまで，我々のグループでは HARKBird システムの縄張り内に，同種の歌をスピーカで再生可能に定位精度などの基本的な検討を行ってきた．本研究では，したシステムを用いてプレイバック実験を行っを抽出した．また，対象個体のさえずりに対しHARK の野鳥観測への更なる活用の可能性の検討として，HARK の拡張性と実時間処理を活用した野鳥の歌行動の詳細な方向的・時間的ダイナミクスの計測を試みた．て鳴き返すインタラクティブ実験も行った．実

具体的には，大学演習林におけるウグイス 1 個体の縄張験の結果，本システムは対象個体のさえずりをり内に，同種の歌をスピーカで再生可能にした HARKBirdよく定位できることを確認した．また，再生音システムを用いてプレイバック実験を行った際の，対象個の有無が対象個体のさえずりと移動のパターン体のさえずりの種類とその方向を抽出した．また，HARKに大きく影響することなどが明らかになった．の特徴の一つである実時間処理を活用し，対象個体のさた際の，対象個体のさえずりの種類とその方向えずりに対して鳴き返すインタラクティブ実験も行った．

1

はじめに

1.1

背景

また，自然環境と人工システムとの相互作用の理解の観点から，ボーカロイド初音ミクによるウグイスの真似歌を用いた実験も行った．これらの結果から，HARKBird

野鳥の生態の理解においては，録音機材の進歩や低価格を用いた野鳥の歌行動のより詳細な計測と理解への応用化に伴って録音に基づく行動観測データが容易に得られの可能性を検討する．

るようになった．しかし，単一のマイクロホンを用いた録

1.2

音では，位置情報等を記録できないために個体識別が容HARKBird

HARKBird は，フィールドにおいて安価で容易に利用可能なシステムを目指した，野鳥の歌行動観測のためのノート PC と USB マイクロホンアレイを用いた観測・分析システムである（Figure 1）．このシステムは，マイクロホンアレイでの録音の開始，終了をはじめ，HARK の機能を用いた音源定位と分離や，分析結果の可視化がノート
PC 上の GUI で実行可能な Python をベースとしたスクリプト集である．詳細は，Web ページ1 や [2, 3] を参照されたい．

易でないなど，個体間で生じる動的な相互作用の分析に問題が生じる場合がある．一方，近年では複数のマイクで構成されるマイクロホンアレイを用いて音源の方向や位置を定位したり，定位した音源を分離したりする技術がロボット工学分野等において発展している．
我々のグループでは，この音声処理技術を野鳥の生態観測に活用することを目的として，ロボット聴覚オープンソースソフトウェアである HARK（Honda Research InstituteJapan Audition for Robots with Kyoto University）[1]と，市販の会議などに用いられるマイクロホンアレイを用いた簡易なシステムである HARKBird を構築し，野鳥

本研究では，HARKBird 内で用いる音源定位・分離の1 http://www.alife.cs.is.nagoya-u.ac.jp/˜reiji/HARKBird/

18

ためのネットワークを拡張し，録音中に一定の時間間隔た USB 接続マイクロホンアレイ（8 チャネルマイクロホンで音声ファイルを再生したり，実時間での音源定位に応じアレイ TAMAGO（システムインフロンティア社製2 ））をて再生ができるようにした．また，実験後に得られた音声配置し，スピーカ（サンワサプライ社製 MM-SPBTBK）ファイルの分析にも HARKBird を用いた．

および PC はマイクロホンアレイを原点として真東の方角に 5m 離れた地点に配置した．このとき，スピーカは指向性を考慮して上向きに設置した．この周辺は，ある１個体のウグイスの縄張りであり，このウグイスを今回のプレイバック実験の対象個体とした．実験中，対象個体がさえずるソングポストは，マイクロホンアレイ周辺からそれほど大きな差のない距離の木々にあり，方向を計測することで個体の移動パターンをおおよそ把握することができるので，ここを実験場所とした．

Figure 1: 実験システム

2

手法

2.1

対象種：ウグイス

多くの小鳥（鳴禽類）のオスは，春から夏にかけての繁殖期になると比較的長い音声を繰り返し発するさえずり（歌）を行う．さえずりには，主に他のオスに向けての縄張りの主張と自分の存在をメスにアピールする２つの役割があるといわれている．
百瀬は，本研究で対象とするウグイスのオスのさえずりには，ホーホケキョと聞こえる高いピッチで歌う H 型

Figure 2: 実験フィールドとホーホホホケキョなどとホーの部分が断続する低いピッチで歌う L 型があることなどを，スピーカから同種の鳴今回の実験では，再生音源として注目するウグイスにき声を再生するプレイバック実験を行って示した [4]．この実験では，スピーカから同種のさえずりの再生を一定ついて事前に録音した H 型，L 型のさえずり，昨年の調期間行い，その間に行われた注目個体のさえずり回数と査で周辺において録音した同種他個体の H 型，L 型のさえずり，ボーカロイド初音ミクを用いてウグイスのさえずその種類の計測を行った．結果，スピーカからさえずりをりを模した L 型の音を使用した．各再生音源は，正規化再生している間は再生を行っていない間と比べ H 型の頻度が減少し，L 型の割合が増加することを示唆している．

することによって最大音量を統一した．

この結果から，L 型のさえずりには近隣個体への威嚇の意

さえずりの再生方法として，数秒毎に再生音を繰り返味があると考えられることを示した．また，同時に探索飛して周期的に再生する方法と，対象個体のさえずりに対し行といわれる，他個体を探索するために行う飛行回数もて応答して数秒後に再生する２つの方法を採用した．周

測定し，再生音がある場合は探索飛行の回数が増加する

期的な再生では，8 秒毎，12 秒毎にスピーカから音源を結果を示した．

再生し，さえずりに応じて再生する場合には，HARK でリアルタイムに音源を定位した 3 秒後にスピーカからさ

本研究では，プレイバック実験中に音源定位を行い，再えずりを再生するように設定を行った．

生音がウグイスの移動とさえずりの種類に与える影響を各実験中に同時に行った録音に対し，ウグイスの鳴き調べた．

声をよく定位するように HARKBird のパラメータを適宜

2.2

実験方法調整し，音源定位を行った．音源定位結果は，Figure 3 の実験は，2016 年 5 月 21，22 日に名古屋大学大学院生命農可視化した音源定位結果が示すように，対象個体の歌行学研究科付属フィールド科学教育研究センター稲武フィー

動の時刻と方向をうまく記録することができた．この出ルド（愛知県豊田市稲武町）の森林で行われた．Figure 2

力結果を修正し，対象個体のさえずりの時刻，方向，およに示す，周囲を木々に囲まれた開けた場所に三脚に固定し2 http://www.sifi.co.jp/system/modules/pico/index.php?content id=3919

び，応答実験におけるシステムの再生時刻のデータを作成した．さえずりの種類に関しては，出力結果を元に手作業で集計した．応答実験における注目個体以外の音で反応した場合もスピーカの再生回数として集計した．

Figure 3: 音源測定結果（注目個体 H 型，応答実験）
Figure 4: 方向分布（録音のみ）

3

実験結果

3.1

さえずりの種類と方向の分布りを行う傾向があるようである．
これに対して，再生音のある場合においては，いずれ各条件での実験 500 秒間における注目個体が行ったさえの条件でも再生音のない場合と比較してさえずり回数がずりの種類と方向の分布について報告する．ここでの 500減少した．H 型でのさえずり回数の減少がみられる一方秒間は，注目個体がスピーカ周辺から離れた場所へ移動で（全再生音平均 11 回，27 回減），L 型のさえずりに関したなどの理由で長時間鳴いていなかった期間を省いた

しては増加傾向はあったが，H 型ほど変化はみられなかっ時間である．

た（全再生音平均 22 回，2 回増）．また，移動に関して

まず，Figure 4 のプレイバックなし，録音のみの結果

は，定位方向の大きく変わる移動が増加する傾向がみられを例に図を説明する．赤色と青色の丸は H 型あるいは Lた．さえずり方向の分散をみても，ほぼ全ての条件におい型のさえずりをマイクから見てその方向で歌ったことをて再生音のない対応する条件より高い値を示しており (録意味し，方向は 0 度が北（磁北）を指す．さえずり同士

音のみ 0.464 全再生音平均 0.876，0.412 増)，個体は同じを繋ぐ矢印は，定位したさえずりを順に繋いだものであ場所に留まらず，あちこち動き回るような傾向があった．

り，さえずり前後での移動を簡易的に示したものである．

これらのことから，ウグイスは H 型のさえずりを減らし，ヒストグラムは，方向を 30 度ごとに区切った各範囲内でL 型の比を高め，周囲を飛び回ることで強い警戒を示していることが考えられる．の H 型，L 型の各さえずりの回数を示す．

Figure 5 は，各条件における結果を Figure 4 と同様な3.1.2

方法で示したものであり，Figure 1 はその結果に関する定量的な値を示したものである．これらの図と表を元に，プレイバック間隔・応答の影響

次に，プレイバックの間隔の影響について考える．プレイバック間隔の違いは，さえずりの頻度や動きに影響を全体的な傾向や個別の条件の影響について論ずる．

与えることが明らかとなった．まず，8 秒間隔と 12 秒間

3.1.1

再生音の有無の影響

隔それぞれの H 型のさえずり回数を比較すると，8 秒のまず，プレイバックを行わず，録音のみ行った場合は，場合平均 9 回，12 秒の場合平均 19 回であり，全ての再生南東方向でほとんどのさえずりが定位されているように，音において H 型のさえずり回数が 8 秒間隔で再生を行っほぼ定位置で頻繁にさえずる傾向があった．さえずりのた際に少なくなる傾向がみられた．また，移動に関して種類は，L 型のさえずりも用いる（58 回中 20 回）が，Hも，8 秒間隔では分散は平均 0.916 であるに対して，12 秒型のさえずりをより多く歌うこと（58 回中 38 回）が明ら間隔では，平均 0.798 であるように，大きな移動の頻度がかとなった．また，移動に関しては，近隣の木々を少しず8 秒間隔において高い傾向にあった．一方，L 型に関しては，さえずり頻度が 8 秒の場合に大きくなるものの影響は小さかった（12 秒平均 22 回 8 秒平均 23 回）．これより，頻繁な再生は注目個体に対して強い警戒を生じさせ，つ移動する様子がみられるが，定位方向が大きく変化するような移動はあまり行わない傾向があった．他個体のいない環境においては，定位置に留まって頻繁にさえず

20

注目個体 H 型

注目個体 L 型

同種他個体 H 型

同種他個体 L 型

90°

90°

90°

90°

８秒周期

135°

45°

0 5

10 15135°

20 25

180°

0 50°

225°

315°

135°

20 25

0 50°

225°

45°

90°

315°

225°

１２秒周期

0 51025
15 20

180°

0 50°

225°

10315°

225°

90°

180°

225°

45°

315°

応答0 5

10 1545°

20 25

180°

0 50°

315°

10 15180°

225°

315°

10 15180°

225°

315°

270°

90°

10 1545°

20 25

180°

0 50°

225°

315°

135°

315°
270°

Figure 5: さえずりの種類と方向の分布と推移

Table 1: 各条件におけるさえずり回数と方向分散，スピーカからの再生数

21

0°

225°

45°

0 5

270°

20 25

270°

135°

0°

10 15180°

90°

0 50°

0 5315°20 2545°25
15 200°

225°

45°

20 25

10135°

270°

135°

315°

90°

180°

90°

135°

0°

225°

45°

0 5270°20 25270°

135°

0°

90°135°1010 15180°

90°

0 5315°

0 5315°2515 2045°

20 250°

225°

45°

270°

135°

270°

135°

0°

10 15180°315°

2515 20180°

270°

0 590°
45°

45°

20 25

270°

135°

90°

135°

0°

90°
45°

10 15

180°

270°

135°

270°

10 15180°

270°

225°

45°

ミク真似音 L 型

10 1520 25

180°

0°

225°

315°
270°

H 型のさえずり頻度を減らし，移動頻度を増加させることが示唆される．

ような移動がほとんどみらなかったり，他の再生音を用いこれらに対し，対象個体のさえずりの 3 秒後に再生すえずり方向の分散も低い値を示すなど，異なった傾向がる応答実験では，対象個体のさえずり回数はさらに少なみられた．これは，自分（注目個体）の縄張り内に他個体くなることがわかった（H 型平均 6 回，L 型平均 20 回，が侵入し，縄張りの主張として H 型をさえずるという状合計 26 回）．特に H 型のさえずりは 8 秒周期と同程度、況に，対象個体が呼応してさえずりの頻度を高めたのであるいはそれを超えるほどの抑制がみられた．このとき，はないかと推測される．

た実験に比べて H 型のさえずり回数の減少が少なく，さ全体としてスピーカによるシステムからの応答回数は平

さらに，初音ミクの真似音 L 型に関して，先ほど述べ均 27 回であり，他の条件（8 秒周期平均 60 回，12 秒周

たように本物のウグイスの録音を用いた他の再生実験と期平均 40 回）と比べて少ない傾向があった．

同様な傾向がみられていることから，注目個体は初音ミ以上から，周期的なプレイバック実験の結果ではスピークの真似音に関しても同種の個体であると認識している

カからの再生回数が多いほど注目個体の H 型でのさえずことが考えられる．

り回数は抑制されていたが，応答実験ではその傾向とは

以上のように，注目個体は，再生音の違いによって異異なり，少ない頻度でも大きな抑制の効果があったといえなった挙動をみせた．人間には判断の難しいわずかなさる．これは，注目個体が応答によるスピーカからの再生音

えずりの違いでも，ウグイスは認識し，その状況に応じてを，単純なプレイバックと比べてより自分自身に向けら歌と移動のパターンを変化させているということが示唆れたもとのとして意識し，警戒を強めた可能性を示唆しされる．ている．8 秒間隔の実験でのスピーカからの再生回数は，3.2

応答実験での再生回数の倍近くあることと，また 8 秒間さえずりの種類と移動の関係

隔と 12 秒間隔にある差を考慮すれば，注目個体のさえずりに与える影響の度合いとしては，再生間隔よりも，再生のタイミングによる影響が強いことが示唆される．観測とプレイバック実験において個体の鳴き声による反応が異なることは知られているが [5]，この結果は，単純なプレイバック実験とインタラクティブ実験においても異なる反応が得られうることを示唆している．

3.1.3

再生音の種類による影響

再生音の種類によっても，さえずりや動きに変化がみられた．再生音のある場合，定位方向が大きく変化する移動が増加したと述べたが，その移動は大まかに，スピーカ上近くを通過するように２つのソングポスト間を繰り返し行き来する移動と，スピーカ周りの移動を繰り返し，周りからスピーカの様子をうかがう移動の 2 種類が確認できた．
前者の移動は，注目個体の H 型，L 型，同種他個体のL 型，ミクの真似音 L 型を再生した場合に多くみられた．
この移動は，Figure 5 に示す方向グラフの中央付近（270度方向）にスピーカがあり，その周辺を矢印が横切っていることから確認できる．特に，注目個体の H 型を再生した場合，分散も高く（0.960-1.000），図からも様々な場所へ移動してあらゆる方向でさえずりを行っていることが確認できた．また，他の実験に比べてスピーカ上近くを通過する回数が多いことから (約 10 回程，他の実験では5-7 回程度)，注目個体は注目個体 H 型の再生音に対して，より強い警戒を示したことが示唆される．

Figure 6: さえずりの方向と種類の推移．上：録音のみ，下：注目個体 H 型の録音を 12 秒周期で再生した場合．
次に，注目個体の移動と歌の種類の関係について，分析で得られた結果を報告する．Figure 6 は，録音のみと注目個体 H 型の録音を 12 秒周期で再生した場合のさえずりの方向と種類の推移を示したものである．このグラフから，注目個体は定位位置が大きく変化する移動を行った

また，後者の移動は，同種他個体の H 型，L 型を再生後，最初にさえずる歌の種類として L 型を用いる確率がした場合に多く確認できた．特に，同種他個体 L 型を再非常に高いことが確認できる．Table 2 は，各条件におけ生した場合に多くみられ，またスピーカ上近くを通過する

る，定位位置の変化回数 と，その変化後の最初のさえず22移動情報を伴う録音データを分析することによって得ら

Table 2: さえずりの種類と移動の関係れたものであり，実験と同時に調査を行うことなく分析が可能な点もマイクロホンアレイを用いた録音のメリットでもある．
また，応答実験では，周期的な再生による実験と異なる結果が得られた．これは，ウグイスが他個体のさえずりと相互作用しうることを意味しており，実時間での処理によるインタラクティブ実験の有用性を示唆している．
今回の実験では，単に音源定位の３秒後というタイミングで再生音を流したが，様々に拡張しうる．例えば，注目個体のさえずりの間隔に合わせて再生したり，再生を行う，行わない，あるいは再生音にバリエーションを持たせるなどの変化を加えることで，従来研究では確認できなかった新たな挙動も確認できる可能性がある．

りの種類を示した表である．定位位置の変化回数は，さえずり前後で 30 度以上の定位角度の変化があるときを移

一方で，本実験の課題もいくつか存在した．今回の実動と考え，その回数を集計した．表からわかるように，す験では，ノイズや近隣個体のさえずりによる応答実験でべての条件において，定位位置の大きく変化するようなのプレイバックの誤動作などの不具合も確認された．音移動を行った後の最初のさえずりは，L 型を用いる傾向が源の定位は，環境に大きく依存するため，場所ごとにパラあった．再生音の種類，有無に関わらず，この傾向がみらメータを変更する必要性がある．応答実験では，そういっれることから，注目個体の行動として移動後は L 型のさた問題も考慮しつつ，注目した個体のさえずりにのみ反えずりを行う傾向があることが示唆される．

応するといった方法も考えていかなければならない．

例えば，現在地点から遠方で移動し，最初に H 型でさ再生音の選定に関しても課題がある．例えば，注目個体えずりを行った場合，移動先に他個体がいたとすれば，他のさえずりは，注目個体自身がどのように捉えているか、個体はすぐさま攻撃してくる可能性がある．しかし，L 型

同種他個体のさえずりは同じフィールドで得た録音であを最初にさえずることにより，移動先に他個体がいたとるが，近隣個体として捉えているのか，あるいは全く知しても，他個体は自分の存在が気付かれていると認識し，らない個体として捉えているかなど，不明な点があった．

攻撃を行ってこないかもしれない．そういったリスクを排

この問題は，他の再生音を用いて実験を行うことで解決除するために，移動直後に L 型のさえずりを行っているできると考えられる．
さらに，今回の実験では 1 個体のみを実験対象としたことは考えうる．いずれにしても，ウグイスにとって何らため，実験結果に個体特有の特徴が現れている可能性がかの意味ある行動であることが強く示唆される．

示唆されること，実験の順番や実施時間，注目個体の再生

4議論

音に対する慣れの影響など，考慮すべきことがいくつかあった．今回の結果を踏まえ，より信頼できるデータが得

我々の実験で得られた結果において，周期的なプレイバッられる実験を行うことも今度の課題となる．

クとさえずり頻度の関係については，先行研究 [5] の結果とよく一致した．従来のモノラルマイクによる実験方法で5は，多くの場合，歌の種類やタイミングは録音から手作業おわりにで抽出することが多い．また，探索行動などの個体の動き

本稿では，マイクロホンアレイを用いたロボット聴覚ソフを観測する場合も，対象とする野鳥は小さく素早く動くた

トウェア HARK に基づく野鳥歌行動解析システム HARK-

め，その場で目視で確認するのが一般的であり，どちらのBird を拡張し，ウグイスに対して行ったプレイバック実験におけるさえずりの時間的・方向的ダイナミクスの分析結果を報告した．本システムは対象個体のさえずりをよく定位した．録音のみ行った場合，定位置で縄張りを主張する H 型のさえずりを多く歌う一方，プレイバックを行った場合，H 型のさえずりの頻度が減少して敵を警戒する L 型のさえずりの割合が増加したり，ソングポスト間をより頻繁に移動するなど，注目個体はスピーカからの再生音を警戒する傾向がみられた．その傾向は，再生音によって異なることも確認された．また，ソングポストの意味でも時間や作業のコストが掛かる．一方，我々の行ったマイクロホンアレイを用いた録音での観測は，どちらに関しても，容易に様々なデータを得ることができるだけでなく，より正確なデータを得られることが期待できる．
その結果，今回の実験では，従来研究と同様な結果に加えて，スピーカ上を通過する，スピーカ周りを移動するなどのように，探索飛行の詳しい挙動も確認できたり，更には移動後におけるさえずりの特徴など，これまで確認されていなかった挙動もみることができた．この結果は，23

移動直後は L 型の歌を歌う傾向があるという，歌行動と移動の複合的なパターンを抽出することができた．以上の分析は HARKBird を用いることによって容易に可能であり，野鳥の生態観測への活用の可能性が示された．

謝辞
高部直紀氏（名古屋大学）の調査協力，クリプトン・フュー
チャー・メディア株式会社関係各氏のボーカロイド音声作成協力に謝意を表する．本研究の一部は JSPS 科研費

15K00335，16K00294，24220006 の助成を受けたものである．

参考文献[1] K. Nakadai, T. Takahashi, H. G. Okuno, H. Nakajima, Y. Hasegawa and H. Tsujino: Design and implementation of robot audition system ’HARK’ Opensource software for listening to three simultaneous speakers, Advanced Robotics, 24. 739-761(2010).
[2] R. Suzuki, S. Matsubayashi, R. Hedley, K. Nakadai
and H. G. Okuno: HARKBird: Exploring acoustic interactions in bird communities using a microphone array, Journal of Robotics and Mechatronics(accepted).
[3] R. Suzuki, S. Matsubayashi, K. Nakadai and H. G.
Okuno: Localizing bird songs using an open source
robot audition system with a microphone array,
Proc. of 2016 International Conference on Spoken
Language Processing (Interspeech 2016), 2626-2630(2016).
[4] 百瀬博：音声コミュニケーションによるなわばりの維持機能. 山岸哲（編）. 鳥類の繁殖戦略（下）,127-157,
東海大学出版会, 東京 (1986).
[5] D. F. Maynard, K. A. A. Ward, S. M. Doucet and D.
J. Mennill: Calling in an acoustically competitiveenvironment: duetting male long-tailed manakins
avoid overlapping neighbours but not playbacksimulated rivals, Animal Behavior, 84(3): 563-573(2012).

24