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  ニュースとプレスリリース - 概要    キーボードノイズの分析事例
ヘッドニュース 横浜 2020年10月8日

キーボードノイズの分析事例

クラブヘッドにジャストミートしたときのあのインパクトの爽快さはゴルフの醍醐味です。ゴルフクラブはインパクトの手応えが音で伝わる、心地よい音響特性をもつことが期待されます。打音はゴルフクラブを選ぶときのメインの条件ではないにしても、折角のいいショットでもそれを音で体感できないクラブはモノ足らず、品定めに潜在的な影響力をもつのは否めません。
ダミーヘッド測定システムを用いると聴感にフィットした臨場感のある録音と聴感に忠実な再生ができます。また、音響分析ソフトウエアArtemiS SUITEを用いると収録した音をデジタルフィルターでリアルタイムかつインタラクティブに加工しターゲットサウンドをデザインすることができます。加工の効果はバイノーラル再生により聴感で確認できる為、被験者テストも可能です。キーボードサウンドが録音システムの固有ノイズにマスキングされないように測定時はフルダイナミックレンジを活用することが重要です。また、マイクとキーボードの距離を常に一定にするなど測定条件は一貫性が重要です。

キーボードノイズの分析

ここでご紹介する例では3台のラップトップPCとラップトップよりもキーストロークが比較的深いデスクトップPCのキーボードの音を(シンプルな比較の為に文字キーボードひとつに絞り)録音し比較分析を行いました。また、以下のグラフは説明のシンプル化の為にバイノーラル録音データのうち片側チャンネルだけに絞っています。

音圧レベル vs 時間分析

先ず、音圧レベル vs 時間の分析(下図参照)ではデスクトップキーボード(ブルー)が他の3台のラップトップキーボードよりも高い音圧レベルを示しています。ラップトップキーボードのあいだでも差があり、ラップトップ2(レッド)が他の2台(グリーンとブラック)よりも音圧レベルが低くなっています。さらに、すべてのキーボードが約0.1 秒の時点で第2のピークを生じています。これは打鍵後キーが元の位置に戻ったときの音です。第2のピークが可視化できるのは分析の時間重みづけに十分に短い時定数が用いられたときだけです。下のグラフでは、人の聴覚の時間解像度とほぼ同じ時定数2msが用いられています。
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第2ピークはキーボードにより異なります。ラップトップ1(グリーン)の第2ピークは第1ピークとほぼ同じレベルです。ラップトップ2(レッド)の第2ピークは第1ピークよりも 5 dB 低く、ラップトップ3(ブラック)は第2ピークが殆どありません。

ラウドネス vs 時間

次にキーボードノイズの分析に適した手法として心理音響のラウドネス vs 時間分析をしました。ラウドネスはリニアスケールでの聴感音量です。即ちラウドネスの値が倍だと聴感音量も2倍となります。以下のグラフは4つのキーボードのラウドネス分析結果です。デスクトップキーボードのノイズが他の3台のキーボードより2倍の聴感音量であるという結果です。
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シャープネス vs 時間

次に、シャープネス分析、即ち信号全体のラウドネスに対する高周波数成分のラウドネスの比の分析をしました。シャープネスが高い音は高周波数成分を多く含んでおり不快に感じられる傾向があります。
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ラップトップ3(ブラック)とデスクトップ(ブルー)が他の2台よりも高いシャープネスを示しています。また、ラップトップ1(グリーン)とラップトップ3(ブラック)がラウドネスではほぼ同様の傾向を示していたにも拘わらずシャープネスでは傾向が大きく異なることがわかります。実はラップトップ3(ブラック)が主観テストでラップトップ1(グリーン)よりも不快と判断されたのですが、この分析結果がその裏付けとなります。ラップトップ3(ブラック)がラップトップ1(グリーン)よりも音がシャープなスペクトル構造である可能性があります。

再生フィルターによるサウンドデザイン

次にArtemiS SUITE の再生フィルターを用いて録音データを加工し音印象の改善を試みました。加工結果はリアルタイムで試聴でき、かつグラフ上でも可視化される為、効果を即座に検証できます。費用と時間をかけて現物の修正を繰り返えさなくても、先ずバーチャルで加工結果をシミュレーションし、改善効果を主観テストで事前評価することが可能になります。以下の例では時間領域と周波数領域の両方同時に高解像度分析が可能なWavelet分析ツールで再生フィルター機能を用いてラップトップ3(ブラック)の音を最適化しました。
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ラップトップ3(ブラック)の音は前述のように他のラップトップキーボードに比べ高いシャープネスを示していました。即ち高周波数成分が支配的な音となっていました。そこで再生フィルターにより高周波数を低減しました。フィルターの低減量はプロパティ画面で調整可能です。異なる低減量を試して音の改善効果との関係を把握することでどの程度ハードウエアの修正が必要か事前に知ることができます。
以下のグラフはこのキーボードのWavelet分析結果です。左がフィルター処理前の音、右がフィルター処理後の音です。2つのパラメトリックバンドストップフィルターを適用し9807 Hzを12 dB 、6592 Hzを6 dB低減しました。
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高周波数の低減による音質改善効果は以下のシャープネス分析のグラフで明白です。(黒:フィルター処理前、ピンク:フィルター処理後)。
再生フィルター処理の代わりにArtemiS SUITEのSound Engineering Projectを用いて音質改善を行うことも可能です。このプロジェクトではより広範なツールキットが利用可能ですので、フィルターによる録音データのインタラクティブに処理、音質の最適化、ターゲットサウンドのプランニングに便利です。
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