情報処理学会 インタラクション 2019
IPSJ Interaction 20193B-50
2019/3/6

聴感特性を考慮した音声分離手法の聞き取りやすさ評価

藤田 佑樹†1中村 美惠子†1

概要：本研究はインターレースオーディオによるアナウンス音声分離を提案している．音声を櫛形フィルターに通す
本手法は音声分離可能であるが周波数情報の欠落した音声になる．周波数情報が欠落しても聞き取り可能なように人の聴覚特性を考慮した設計を行うため，フィルターの設計とフィルター音声のノイズ耐性について調べた．結果として低周波数成分の音声のノイズ耐性が高く高周波成分の音声のノイズ耐性が低い傾向にあると言えた．そのためフィルタ設計の際は低い周波数成分が多く含まれるよう設計が必要である．また周波数成分の偏りにかかわらず数字の書き取りの正解率がほぼ 100％になるには-9 dB から-12 dB 程度の SN 比が必要であった．この SN 比は一般的なイヤホンやヘッドホンで得られる SN 比よりも十分に低いものであるため，システムで生成される音声が十分に聞き取りやすい音であったと言える．

1.3 目的1. はじめに

本稿では提案手法であるインターレースオーディオシス

1.1 背景テムの実装と共に，聴覚実験を通してシステムにより生成

ショッピングモールやイベント会場などではガイド音声を来場者に向けて発信している．そのガイド音声は来場者される音声のノイズ耐性を調べ，実装後のシステムで音声の聞き取りやすさの検証した結果を報告する．

全員に向けた連絡以外にも，来場者の一部に向けた様々な音声が流れている．図 1 のように複数の音声が同時に再生されれば，来場者は聞き取りづらくなる．このような公共空間では同じ時間と空間を共有するため，音声が被らない

2. インターレースオーディオによる多重音声配信手法工夫が必要となる．そこで筆者らはあえて音を混合させ発提案手法であるインターレースオーディオによる多重音信し，来場者の手元で分離できるインターレースオーディ

声配信の流れを図 2 に示す．インターレースオーディオはオシステムを提案している．

伝達関数 H1, H2 を畳み込むことで混合可能な音声を作成する前段処理から始まる．この伝達関数が周波数空間上で重1.2 先行研究
混合音声の分離は，音源分離の研究がなされてきた．例

Announce A

Announce B

H1

H2

えば，マイクロホンアレイを用いて音源の空間的方向・位置を求める手法[1]や，収録後の音声を分離するブラインドPre-Processing

信号分離や，独立成分分析に基づいて音を分離する手法[2,3]が存在する．これらの手法は，分離のために高コストの計

Sound Mixing
Audiblesound算が求められる
Speaker
×× は 100m 先の…
チケットはあらかじめ…

??

Sound Separating
×× は 100m 先の…
チケットはあらかじめ…
チケットはあらかじめ…
×× は 100m 先の…

図1

Earphone-Mic. Device

アナウンス音声の問題と解決

H1

H2

Announce A’

Announce B’

図2(Real-time Processing)

インターレースオーディオによる多重音声配信手法†1 東京藝術大学

芸術情報センター© 2019 Information Processing Society of Japan905

情報処理学会 インタラクション 2019
IPSJ Interaction 20193B-502019/3/6による聞きにくさの問題が生じるが，先行研究の実験によPower (dB)(i) Original

ターを設計することが可能であることを示した．具体的に0Announce A

Interval が 700 Hz か 1000 Hz で，Frequency Band Ratio の-200
12

3
Announce B-200
12Frequency (kHz)33. 櫛形フィルターを通過する音声のノイズ耐性の聴覚実験による評価
3.1 評価音声の設計
提案手法を利用した場合，利用者は図 4 の(ii) を聞きた(ii) Filterd

Power (dB)

Low : High が 1:1 のフィルターが聞きやすいという評価を得ている．

00

いが，実際にはイヤホンで遮音しきれない図 4 (iii) が聞こ

0Announce A’えるため聞き取りが阻害される．図 4 (iii) をノイズとらえ，提案手法のノイズ耐性を聴覚実験により調べた．
以前のフィルター設計の調査から Frequency Interval が-2000Power (dB)は図 3 に示すように，Frequency Band Ratio と Frequency
Interval を決めることで設計できる．結果として Frequency

0Power (dB)って，人間の聴感に合わせて比較的聞き取りやすいフィル

123700 Hz か 1000 Hz で，Frequency Band Ratio の Low : Highが 1:1 であるフィルターが適しているとわかっているため，

0Announce B’

同様のフィルターを用いた．
本実験で使用した音声は大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構 国立情報学研究所 音声資源コンソーシア

-200
012
Frequency (kHz)3ムの筑波大 多言語音声コーパス (UT-ML) を使用した．内容は日本語の数字を読み上げたものである．これをPower (dB)Frequency Band Ratio の Low と High で別々の数字を読み上(iii) Mixed
0げノイズを作成し．聞き取りたい音声として FrequencyAnnounce A’ + Announce B’Band Ratio の Low または High を加え，SN 比を調整した音声用意した．例えば，Frequency Band Ratio の Low「8354」と High「0342」が読み上げられる音声のうち，聞き取りた

-200
0

1
2
Frequency (kHz)Low High
Frequency Band Ratio
図33

Frequency Interval

い音声が Low「8354」の場合は，「8354」が大きく，「0342」が小さく聞こえる音声となる．
実験では Frequency Interval が 700 Hz と 1000 H の 2 つのフィルターを用意し，聞き取りたい音声が Low と High の2 つの場合で計 4 パターンに対して評価を行なった．各パ

アナウンス音声とフィルターを適用した

ターンにつき 40 種類の音声を用意し，実験参加者には計音声のスペクトル160 問を聞き取ってもらいその数字の書き取りを行い，数複しない櫛形フィルターである．フィルター通過後の音声

字ひとつずつで正答率を評価した．

は，聴衆の耳に届く時に音声が混合される．このときに周3.2 SN 比が悪い -6 dB の場合の聞き取り波数空間上で音声情報が交錯していることからインターレ

まず実験参加者らに対し SN 比が-6 dB の音声を評価しースオーディオと呼んでいる．インターレースオーディオてもらった．実験参加者は 20 代の女性の 7 名である．図 4

はマイクで取得後に，再び伝達関数 H1, H2 を畳み込むことで音が分離可能である．

は数字書き取りの正解率である．
特に High 側の音声の評価が悪く，正答率は約 51％と半

図 3 に示すのがシステムで生成される音声のスペクトル分の数字が聞き取れていない．アナウンスのような長い音である．櫛形フィルターを通過した音声は多くの情報が欠声の半分が聞き取れていないことなり，実用に耐えられな落する．周波数空間上では音声の倍音列に抜けが発生し，いといえる．

声道特性に対応するスペクトル包絡が変わる．また櫛形フ3.3 SN 比を-9 dB から-12 dB まで下げた場合

ィルターはエコーを発生させる．そのため音声情報の欠落© 2019 Information Processing Society of Japan3 章 2 節の Low 側と同等の正答率になる SN 比を探るさ906

情報処理学会 インタラクション 2019
IPSJ Interaction 20193B-50
2019/3/6

では，SN 比がイヤホンの音響遮音特性で決定できる．イヤ

100%

ホンで実現できる遮音特性は最大-20 dB 程度が得られる[4]80%ことから，提案手法では十分な SN 比が得られ，十分に聞60%き取り可能であると言える．

40%

4. まとめ20%

本研究は周波数フィルタによるアナウンス音声分離手法

0%において周波数情報の欠落した音声の聞き取り可能なよう
700

1000

700

1000に人の聴覚特性を考慮した設計を行うために，周波数フィLOW

LOW

HIGH

HIGH

ルターの設計とフィルター音声のノイズ耐性について調べ

図4た．

SN 比 -6 dBフィルター音声の聞き取りやすさは周波数フィルターの100%周波数に依存し，エコーのかかった音声が聞き取りづらい80%という評価が得られていたため，エコーのかかりにくい，60%聞き取りやすい評価が得られた周波数フィルターのノイズ耐性を調べた．ノイズ耐性を調べるために，数字の書き取40%りを行なった．低周波数成分の音声はノイズ耐性が高く高20%周波成分の音声はノイズ耐性が低い傾向にあると言える．

0%

これは聴感上，聞き取りには比較的低い周波数成分を頼り
700

1000

700

1000

LOW

LOW

HIGH

HIGH

図5にしているためと考えられる．周波数成分の偏りにかかわらず数字の書き取りの正解率がほぼ 100％になるには-9 dBから-12 dB 程度の SN 比が必要であった．この SN 比は一SN 比 -9 dB

般的なイヤホンやヘッドホンで得られる SN 比よりも十分100%に低いものであるため，システムで生成される音声が十分80%に聞き取りやすい音であったと言える．
今後はシステムを実装したデバイスを利用することで，60%イベント会場での社会実装が課題となる．

40%
20%

本研究は東京藝術大学 芸術情報センターの倫理審査を受0%

け，実験を行なった．
700

1000

700

1000

LOW

LOW

HIGH

HIGH

図6SN 比 -12 dB

めに SN 比を変えた音声で評価を行なった．実験参加者は20 代の女性の 5 名である．図 5 は SN 比が -9dB，図 6 はSN 比が -12dB の場合の正答率である．
-9 dB の SN 比でも一番低い正答率でも 96%であり 3 章 2
節の Low 側と同等以上の正答率を得ている．-12 dB の SN
比では聞き取れない数字がほぼなかった．実際に-12 dB のSN 比の音を聞くとほぼノイズは聞こえていなかったためである．

謝辞

本研究は公益財団法人中山隼雄科学技術文化財

団の平成 29 年度助成研究 B を受けている．

参考文献
[1]

大須寿郎，山崎芳男，金田豊，"音響システムとディジタル処理"，電子情報通信学会，1995.
[2] A. Cichocki and S. Amari, "Adaptive Blind Signal and ImageProcessing", John Wiley & Sons, 2002.
[3] Aapo Hyvarinen, Juha Karhunen, and Erkki Oja, "IndependentComponent Analysis", John Wiley & Sons, 2001.
[4] 青山 裕樹，大谷 真，平原 達也，"聴覚実験用イヤホンの諸特性"，電子情報通信学会技術研究報告. SP, 音声 107(165),
25-30, 2007-07-19

以上のことから低周波数成分の音声はノイズ耐性が高く高周波成分の音声はノイズ耐性が低い傾向にあると言える．
これは聴感上，聞き取りには比較的低い周波数成分を頼りにしているためと考えられる．提案手法においてはノイズ耐性の低い高周波数成分に合わせてシステムを設計すれば良いと言える．図 1 のようにイヤホンを使用する提案手法© 2019 Information Processing Society of Japan907