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NTT、GPUを利用した騒音環境下でも会話できるノイズキャンセリング技術
2025年11月13日 15:00
NTTは、騒音下でも、耳をふさがずに、会話をしながら作業ができる音空間を実現する空間ノイズキャンセリング技術を確立したと発表した。騒音が変動する空間を対象にした空間能動騒音制御(ANC: Active Noise Control)技術としては世界初になるという。
これまでNTTが開発していた従来技術では、耳周辺や頭部周辺だけのノイズキャンセリングを実現するに留まっていた。また、既存技術の中には、映画館やコンサートホール、あるいは安定飛行に入った航空機内や、高速道路を走行中の自動車内など、時間的な変化が少ない音空間での騒音制御は行なわれていたが、日常生活シーンのように、騒音が変動する環境での制御はできなかったという。
今回の技術では、数m四方の空間の騒音を制御でき、騒音下でも、特殊な機器を身に着けずに、会話や通話が行なえるようになるという。
GPUの活用で超低遅延を実現
NTTコンピュータ & データサイエンス研究所メディアコンピューティング研究プロジェクト主任研究員の鎌土記良氏は、「時々刻々と変動する騒音の時空間情報をリアルタイムでトラッキングし、本当に消さなければならない騒音の特徴を効率よく予測し、騒音の抑圧に生かした。騒音変動に高い追従性を維持することで、空間での騒音抑圧を制御できるようになった」と説明した。
動的に音が変化する環境では、多数の音を選択しながら、それぞれの音の位置の変化や、音色の変化、広がり方の変化に、素早く追従する必要がある。従来技術では、多数の音を選択する速度が遅く、位置の変化や音色の変化には追従できないため、音が発生した後に、どのように広がるかといった空間的変化への追従が困難だったという。
「音の選択速度を高めるためには、音を拾うためのマイクを増やすことで解決できるが、空間で制御すると、多くの情報を制御しなくてはならないため、膨大なデータ量となり、結果として、プロセッサの処理コストの増加や、消費電力の増加に直結し、車載などのモビリティ環境での利用が難しくなるといった課題があった」とする。
今回の技術では、GPUを活用することで、車載プロセッサの1万倍の電力効率によって、波面制御を可能にしたほか、音響処理に適応させるため、騒音を観測するためのマイクや、騒音を抑圧するために逆相の音を発生するスピーカーのデータを転送する際に、GPUとオーディオを直結し、マイクおよびスピーカーの処理を高精度に同期。マイクで観測した騒音を抑圧する打ち消し音をスピーカーからズレや揺らぎがなく、時刻的に同期して、鳴らすことができるという。
「従来技術では、メモリやCPUなど、多くのユニットが使用されるため、これがデータ転送のボトルネックになっていた。今回の技術では、実効的にこれらを排除した。従来は1msの遅延があり、騒音制御には利用できなかったが、今回の技術では、2μsで同期している」という。
音は1秒間に340m進み、1msの遅延では34cmのズレが発生するために、ノイズに対して、逆相の音を出しても追いつくことができなかった。だが、2μsの遅延であれば音に追いつくことができるため、空間でのノイズキャンセリングが可能になるという。
さらに、すべての騒音を対象にするのではなく、抑圧しなければならない不快な騒音に着目して、演算量を削減する工夫も行なっている。「音の反射を含めた音の広がりの中で、特に不快に感じる部分に追随し、静音化することで、演算量を30分の1程度にまで減らしている。空間的な騒音の抑圧に大きく貢献している」とした。
ここで指摘している不快に感じる音とは、騒音が発生した直後の音を指しており、音の位置や方位が明確であるのが特徴だ。「発生直後の騒音には注意が向きやすくなるため、不快に感じやすい。こうした音に対しては、即時の追従が必要になる。一方で、騒音が発生して時間が経過した後期残響になると、方位や位置が不明瞭になり、注意が向きにくく、不快さが軽減されるため、この時点では過度な追従を行なわない」という。
今回の技術では、発生した騒音のエネルギーを半減させるまでに、数100msで到達し、体感が可能なレベルに騒音が減衰させることができているという。
「騒音があっても、特定の空間の中では、会話ができるレベルにまで抑圧できる。イベントスペース内であれば、騒音を抑圧するといった活用も可能になる。不快音を静音化することで、居心地がいいモビリティ環境や生活環境を提供することができる」としている。
同社では、2026年度中の実用化を目指しており、自動車や鉄道、航空機などのモビリティ環境での快適性の向上のほか、オフィスの会議スペースやイベントスペースにおける周囲との音響分離、線路沿いや高速道路沿いの住宅内での騒音対策、宿泊施設における隣接する部屋との騒音問題の解消などにも活用できるとしている。
「具体的な環境に導入しながら、さまざまなお客様と話し合いを進め、それぞれのシーンで発生する課題を抽出し、改良を進めて、実用化につなげたい」と語った。
なぜこのような技術が開発されたのか
開発の背景にあるのは、騒音対策への関心が世界的に高まっている点だ。
WHO(世界保健機関)およびITU(国際電気通信連合)による合同勧告や、EUの環境騒音指令など、人々の耳の健康や、騒音が生活の質に与える影響が国際的に注目され、対策が進んでいる。一般的に、80dBを超えると、健康への被害が懸念される音になる。また、それらの音を生活者が許容できる1週間内での目安時間も示されている。
NTTコンピュータ & データサイエンス研究所 メディアコンピューティング研究プロジェクト主幹研究員の鎌本優氏は、「まぶしさなどであれば、瞼を閉じることで視界を遮断できるが、耳は瞼のように能動的に閉じることができないため、騒音を遮断するには、耳を手でふさいだり、耳栓をしたり、ノイズキャンセリングヘッドフォンを装着したりといったことが必要となり、作業が中断されてしまう行為が必要になる。
騒音が及ぼす影響をしっかりと理解することが大切であり、影響を最小化するために、騒音をコントロールする技術が求められている」とし、「NTTでは、これらの騒音を空間的に抑圧し、騒音対策ができる音空間を実現する技術を開発した。さまざまな場所で、通話や会話に支障をきたさないような音環境を提供することができる。空間自体が静かになり、そこで生活できるようになれば、年を重ねても、補聴器を装着せずに耳が聞こえるような状況をつくれる」としている。
