Amenity & Sound アメニティ & サウンド

これまで組込みソフトウェアの話題やアプリケーションの話題、 振動システムなどに関連した信号処理など話をしたことがありますが、 今回は少し赴きが違う、 音響以外の信号処理を使ったアプリケーションソフトウェアの話題です。

心電図検査法

心臓の筋肉の動きを体表面の電気をモニターすることで調べるのが ご存知の心電図です。 人間の筋肉と神経系は、 電器信号として伝達されることから 筋電位を測定して神経系の伝達や 筋肉の動作を電器信号で調べることが可能ですが、 体内の心臓の筋肉の動きでも 体表面に小さな電器信号が現れるため、 これを調べることで心臓の状態を調べようという検査手法です。

移動平均とローパスフィルター

ノイズを含む信号から特定の信号を抽出する方法として、 音響や電気でも用いられる手法として 複数箇所の記録信号を加算して平均する方法があります。 離れた位置の複数のマイクで目的のターゲットの音を収音ミックスすると、 それぞれに記録されたターゲットの音の特徴が共通し ノイズ成分が異なるため、 ミックスされた信号は相対的にS/N(サウンド・ノイズ比)が向上します。

また、 周期性のある信号の場合、 周期にあわせてミックスすると、 特徴のある周期信号のS/Nが向上したものが得られます。 これは移動平均(加算平均)と呼ばれる手法です。

複数のピックアップで記録した電気信号をミックスして １つの信号にすると同時に、 高い周波数成分を除去し(ローパスフィルターを通す)、１０回分(例えば)の心拍の移動平均をした結果が、 あの見慣れた心電図の信号になっています。 実は、あの心電図波形は、 １回の心拍の動きではなく 移動平均やフィルターなどが掛けられて処理された結果なのです。

この加算平均心電図が心電図検査の全てではなく、 いろいろな手法がありますが(体表面ではなく心臓表面などで測定する方法など)、良く認知されているあの心電図計の管面の波形や 印刷されたグラフの波形は、 このような信号処理が行われた後の信号です。

信号から病気を発見する研究

信号から病気を発見する方法については、 専門外なので、詳細を語る立場にありませんが、 以前に、 大学病院の心電図研究のためのソフトウェアを作成する というお手伝いをさせていただいたことがあります。

心電図の記録信号も、 電気信号（デジタル化）になっているため、 診断や研究に信号処理を利用して病気を発見しようと研究されています。 ある病状のある場合に、 心電図に現れる周期や信号波形の変化などを観察、 分析することで病気を発見しようという研究です。

ＡＲＩがお手伝いしたのは、 パソコン上のアプリケーションで心電図(先の記録手法とは異なる検査方式のデータですが)データを表示していろいろと計測できるようにすることと、 特定条件の繰り返し測定を自動化、 分析するためのデータを作成することを主眼とした簡単なものですが、 研究室ではFFTやウェーブレット変換など、 いろいろな手法での分析が行われています。

この心電図関係のコンテンツは現在WEBサイトに掲載していませんが、 近日中(来年になると思います)に掲載する予定です。 今回は、信号処理やカスタム・アプリケーションが利用される例として、 ほんのさわりだけですが、 心電図についてご紹介しました。 もし、興味がある方は、 医療機関や専門研究機関などで公開されている論文や 説明などをご覧いただくと正確でもっと詳細な知識が得られると思います。

前２回は、IEEEの機関雑誌の記事 「デジタルオーディオの最後のフロンティア」をきっかけにしたデジタルアンプとデジタルスピーカの話題をしました。 デジタルオーディオのテクノロジーに対する記事ですから「最後のフロンティア」と位置づけられていますが、 実は、映像や音響は、その特質から以前から、 ２つの異なる領域を志向したテクノロジーが目指されているのだと考えています。

High Density、 Hi-Fi

携帯性に限定された技術

映像で考えるとわかりやすいのですが、 映像の大画面化や高精細化というのは 携帯性とのジレンマが見えていますから、 ＡＶ機器のようなアプローチだけで 単純に高画質化というわけには行かないことは自明です。

同様に音響も、 小型スピーカでの物理的な限界による ナローバンドでのHi-Fiのあり方という技術、 すなわち、 明瞭度などのように感性分野に通ずるようなHi-Fiや高画質というものを 考えることが必要になります。

感性工学や社会的な課題

デジタルオーディオから音響へと視野を広げると、 騒音、防音や音楽音響、 超音波などの技術応用まで多岐にわたります。 音響技術としては、まだ、 「最後のフロンティア」といえるステージは見えていないように思います。 騒音などの問題では、 社会性も伴うため一概に音響技術だけの問題とはいえませんが、 アクティブ・ノイズ・リダクションや分析技術、 素材技術のような音響技術で克服すべき課題があります。

音響も映像も人間の感覚関する分野ですから、 感性的な問題に行き着くことはしばしば起こります。 プロ音響や楽器、 オーディオなどは工業技術による技術を主として用いられているわけですが、 その評価や製品性などには「感性」や「感覚」を伴った技術が求められます。 感性や感覚を指標化するためのアプローチは 過去幾多にわたって行われていますが、 dBや最低可聴音などの工学的に確立されている基礎から 既に人間の感性の平均的指標からできていますから、 他の指標も感性に基づくことはいうまでもありません。

Hi-Fi化の技術が進む一方、 感性的な部分は、 やや置き去りにされてきた感があります。 これは、１つは、 数学や物理法則のようなアプローチが難しい分野であることも あるかと思いますが、 商業的にもHi-Fi化のように直結していなかったことが 大きな要因でしょう。 感性の分野がフロンティア的部分として残っていることは ずっと以前から認識されていますが、 一般には大きな関心を持たれていない状態できているようにみえます。

インタラクティブ

映像情報メディア学会誌のVol.57 No.12 2003は、 「インタネットの新しい応用の開拓を目指して」 という小特集になっていました。 No.11は特集「映像メディアと感覚」です。 どちらも内容は、総論、概要にとどまりますが、 地上波デジタル、インターネット、ＴＶゲームなど インタラクティブ性をもつ高品質なメディアをベースとした時、 その品質の高さと 単に再生にとどまらないことから 再び感性部分への関心が高くなっているかもしれません。

高音質、 マルチチャンネルによる臨場感における感性的な部分でも、 原音再生と映画や演劇の音響効果的などは 専門分野で研究されているとしても、 インタラクティブ性まで伴う部分では ゲームなどの極一部にとどまるのではないかと思いますし、 そのゲームも映画などの演出と同様な範囲であることが多いでしょう。

インタラクティブなメディアでの音声や音響効果などは「ピンポン」や「ブー」などのように（「へぇー」もそうかも）一般化に浸透している単純な記号的レベルもありますが、 複雑度の高い状況でのリアクション音などが、 それほど追求されているわけでもありません。

緊急避難誘導などでは、 心理的な研究成果によって非常放送音声は法定化されていますが、 これも決して確定的というわけでもなく、 社会状況などによって少しずつ変化している部分があります。

成熟した音響

プロ音響では、経済情勢もあって、従来、 公共施設や商用施設の建設などに伴う設備、 ハードウェア的分野が主となっていたものが、 現在は、音響設備や放送が人に何をサービスするか、 高音質であるというのみではなく、 どのような音響的な目的をもってサービスするのかが 問われるようになってきています。 これは経済情勢によるところが大きいことは言うまでもありませんが、 「人」に対する音響、音環境に対して 感性や文化のようなレベルのより成熟したものを 求められているともいえます。

このように簡単に列挙してみると、 音響技術は、高音質な音場再現、創造を前提として、 人の感性に向きあう原点に 再び重心を移動する所にいるのかも知れません。

今回が今年最後のHTMLマンスリー版の配信になります。 今年も１年間ご愛顧いただきまして真にありがとうございました。

文章表現や内容が稚拙であったり、 ご期待に添えない場合も多々あったかとは存じます。 多くの皆様に寛容にあつきあいいただけてありがたく存じております。

皆様がお健やかに、 よい新年をお迎えになりますことをお祈りいたしまして、 本年のご挨拶とさせていただきます。 来年も今年同様、 よろしくお引き立て賜りますようお願い申しあげます。