ショッピングセンターでの超音波調査
(windytan.com)- 複数のスピーカーを使う公共アナウンス放送（PA）システムは、スピーカーの接続状態を確認するために約 20kHz のパイロットトーンを継続的に送出しており、この信号がショッピングセンターや地下鉄駅で超音波に近い音として観測される
- 本来は人に聞こえないよう高い周波数に設定されるが、19.595kHz のように 20kHz を下回ると、一部の人には実際に不快な音として聞こえる可能性がある
- スペクトログラムでは固定された純音だけでなく、音楽・広告の低周波成分による 振幅変調 や周囲の物体の動きによる ドップラーシフト が現れる
- 地下鉄駅の減速する列車はパイロットトーンを反射し、連続波の バイスタティックソナー のように見え、地下駐車場ではスケートボーダーの反射音から約 11km/h の速度推定も可能だった
- 周囲の PA インフラの超音波信号は、状態監視を超えて、速度測定、エスカレーター停止検知、屋内位置コード、静かな空間探しのような実験的センサーとして使える余地がある
PAシステムの隠れたパイロットトーン
- 複数のスピーカーを持つ公共アナウンス放送システムは、スピーカーラインの状態を確認するために、ほぼ超音波に近い パイロットトーン を使う
- Zenitel VPA や Axys End of Line detection unit のようなシステムは、およそ 20kHz のトーンで接続状態を継続的に測定する
- パイロットトーンがなければ、スピーカー接続が切れていることを示す信号になる
- 通常は人に聞こえないよう、非常に高い周波数に設定される
- 一部のシステムは、人が不快に感じうる領域まで下がっている
- ある都市では 19.595kHz のパイロットトーンが観測された
- 複数の人がその音を聞くことができた
- より低い周波数を使う The Mosquito のような音響兵器とは異なり、経験的に問題が確認されていないため放置された設定ミスである可能性が高い
純粋なトーンではなく変調される信号
- 観測されたパイロットトーンはほぼ常に完全な純音ではなく、スペクトログラムでは周囲に揺れる 変調パターン が見られた
- ある場所では、PA で再生される音楽や広告の最も低い周波数成分が、パイロットトーンを 振幅変調 しているように見えた
- 何らかの歪みによる副作用かもしれない
- 強いパイロットトーン周辺の振幅変調が、左右のマイクチャンネルごとの色で区別されて見えていた
- 音楽ベースの変調はまれで、より一般的なパターンは人や物体が動くときにトーンが変化するものだった
列車が生んだドップラー後方散乱
- 地下鉄駅で列車が到着するとき、パイロットトーンの周辺に 竜巻のような スペクトログラムパターンが現れた
- 序盤の広帯域のきしみ音のあとに、構造の多いパターンが続く
- 列車が停止するまで約 15秒 続いた
- このパターンは、減速する列車に反射されたパイロットトーンが、ドップラーシフトした 後方散乱 として解釈できる
- パイロットトーンは連続波の バイスタティックソナー のように動作する
- 列車が右から左へ通過するにつれて、左マイクチャンネルは主に負のドップラーシフトを、右チャンネルは正のドップラーシフトを拾う
- 拡大すると、正から負へ繰り返し移動するスイープが見える
- 通過する列車の反復構造で反射された可能性がある
- 短い水平バーストは、列車の異なる表面角度によるものかもしれない
- 駅周辺のスピーカーの規則的な配置が、反復パターンを作った可能性もある
エレベーターと地下駐車場での観測
- ガラス壁のエレベーター内で別の階へ移動しながら録音した実験では、10秒間の乗車 のあいだ、パイロットトーンが雑音の中に一部埋もれた形で記録された
- ショッピングセンターの地下駐車場では、PA スピーカーの真下で通り過ぎるスケートボーダーを録音した
- ステレオスペクトログラムでは多くの反射パターンが現れた
- 19,595Hz のパイロットトーンと、より静かな 19,500Hz のトーンが同時に見え、駐車場に 2 つの PA システムがあった可能性がある
- スケートボーダーが通過する瞬間、反射音の ドップラーシフト が正から負に変わる
- 同じ瞬間に車輪の広帯域ノイズの色も変わる
- ドップラー曲線の下側がノイズで埋められたように見える
- 単純なドップラーレーダーの公式を適用して速度を推定した
- 駐車場の温度は約 15°C で、このとき音速は 340m/s とした
- 最大ドップラーシフトは約 350Hz に見えた
- 計算結果は約 11km/h で、スケートボーダーの速度として現実的な値だった
- 曲線の内部が埋まって見える理由は、対象の複数の点で反射された信号が、それぞれ異なる角度と速度成分を生むためかもしれない
周囲の超音波信号で可能な実験
- PA のパイロットトーンは本来スピーカー状態の監視用だが、周囲環境の動きを反射して予想外の情報を含みうる
- 活用アイデアは次のとおり
- 駐車場で 自動速度取締り を実装する
- エスカレーターが止まったかどうかを検知する
- 位置コードとして変調し、ショッピングセンター内で道に迷わないようにする
- 何らかの形で広告配信に使う
- ショッピングセンターで最も静かな場所を見つけるのに使う
- この超音波信号は意図しない屋内センサーのように動作する可能性があり、既存の PA インフラが周囲の動きや空間情報を明らかにしうる
1件のコメント
Hacker News のコメント
FMラジオ送信機は、ステレオ放送であることを示すために19kHzのパイロットトーンを常時送出しています。
このトーンがある場合、ステレオ情報を含む38kHzのAM変調搬送波もあり、基本のFM変調は左右チャンネルの和であるベースバンド、38kHzの副搬送波は左右チャンネルの差です。
ステレオ情報はAMで、出力も大きくないためノイズが多くなりやすく、弱いFM信号ではチューナーをモノラルにしておくほうがよい場合がよくあります。
粗悪なFMチューナーの中には19kHzのパイロットトーンをきちんと除去できず、耳鳴りのような音が聞こえるものもあります。
バイアストーンと干渉し、Dolby NRに音が出続けていると誤認させてしまうためです。
高級カセットデッキには、録音システムの前段に鋭い19kHzフィルターであるMPX Filterがありました。
とても興味深いです。
4〜6歳のころ母とデパートに行ったとき、天井埋め込みスピーカーに近づくほど大きくなるように感じる高周波音を聞いた記憶があります。
この記事はその周波数を測定し、それがシステムが正常に動作しているときに出る特性だと説明してくれています。
両親は、私が実際に彼らには聞こえない何かを聞いているのだと最終的には受け入れてくれましたが、時間がかかりました。
それが盗難防止システムのせいだったのかは分かりませんが、出入り口付近のどこかから聞こえる、というところまでは絞り込めました。
近づくほど大きくなり、今では耳鳴りの周波数がほぼそれと同じように鳴り続けているので、今また聞いても聞こえない可能性が高いです。
私たちが暮らす音環境もアクセシブルにする必要があります。
ただし昔のCRT特有のピー音は確かに聞こえました。
日本の東京に住んでいますが、住宅地でも時々、いら立たしく気が散る高周波ノイズに出くわします。
耳が十分に若ければ、通行人にも迷惑な音です。
ただ、その住宅地には若者がたむろする問題はないので、害虫や野生動物を狙ったものなのかとずっと気になっていました。
この記事を見て、音量と周波数を客観的に真面目に測ってみようかという気になりました。
始めるにはどんな機材が必要でしょうか？
覚えているだけでも、新宿のあるショッピングモールの外と、渋谷スクランブル交差点から1〜2ブロック離れた建物の外がありました。
同行者は私が指摘するまでまったく気づかなかったので、日本にいて耳に圧迫感があり、歩くにつれて強弱が変わるような高周波音を感じたら注意してみるとよいです。
音をたどると、たいてい建物外側の天井にある、露出配管が付いた標準的な電気接続箱から出ている金属製の台形ホーンのように見える装置が発生源です。
音は一定の高周波で、おそらく18〜20kHzくらいの鳴りで、装置に近づくほどかなり強くなります。
年配者より高い周波数を聞き取れる若者を狙ったたむろ防止装置だと思います。
米国各地でも見かけましたし、Bay AreaならCastroのTwin Peaks Tavernの外にも1台付いています。
ただし米国では、鳴り続けるというよりパルス状に出ることが多いです。
東京では珍しいもののそれなりにあり、複数の地域を合わせて1週間ほど滞在する間に少なくとも12台には遭遇しました。
そういう装置を見つけるたびに不気味で、近づきすぎると少し吐き気がするほどだったので、一種の威嚇のように強い悪印象が残りました。
正確にどんな装置なのか知っている人がいれば、もっと詳しく知りたいです。
しばらく同じ装置を探そうとしましたが写真も見つけられず、実際に日本にいたときに写真を撮れなかったのが残念です。
あるいは、オーディオスペクトログラムアプリを動かすスマートフォンでも可能です。
始めるのはとても簡単ですが、すぐにより良いセンサー、より多くのセンサー、より多くのチャンネル、より多くの解析へと引き込まれていきます。
本当にうっとうしく、私は40歳なので、もう免疫があるはずだと思っていました。
猫、ネズミ、蚊を追い払うための装置だと思っていました。
ピッピッという音や周波数スイープを出すものもあり、常時オンのものや、電池式なら赤外線センサーで作動するものもあります。
最大380kHzで録音でき、有用なツールも多数そろっています。
これがClass-Dアンプから出るノイズだという仮説は排除されたのでしょうか。
商業用スピーカーの多くはそうしたアンプを使っていると思います。通常はMHz帯でスイッチングしますが、フィルターで精密に取り除かれたものを除けば、あちこちに低次高調波があります。
安価なClass-Dアンプのブランドの中に20kHzのトーンを出す製品があっても、あまり驚きません。
近くにアンプがたくさんあると、ビート干渉生成物も多く発生し得ます。
昔のようにもっと大きな中音域ホーンスピーカーだったなら、10kHzより上では効率が低く、問題は少なかったかもしれませんが、コストと見た目のためにスピーカーがかなり小さくなり、今では機械的にあまりフィルターしてくれません。
誰にでも聞こえる問題なら修正されていたでしょうが、少数の人だけが経験するため残り続けている可能性があります。
能動超音波のもう一つの可能性は群衆追跡です。
超音波で出入り口の人数と歩行速度を監視するソリューションを見たことがありますし、多くの一方通行ドアも単純な超音波センサーを使っています。
PAシステムメーカーで働いていますが、当社のアンプは数分ごとに1チャンネルずつ周期的テストだけを実行します。
スピーカー回路が引き込む電流を測定し、その値が大きく変わると何かがおかしいと判断します。
ミキシングの悪い曲で、一部または全区間の下にずっと敷かれている高周波のピー音を聞いたことがある
それも意図したものではないはずだが、スタジオ機材がわざわざテスト用のピー音を出すわけでもないだろうから、いったいどうしてそういうことが起きるのか、いつも不思議に思っていた
Blackpinkのいくつかの曲、おそらくPlaying With FireかDDU-DU DDU-DUだったと思うが、Spotify/iTunesにマスタリングされて上がっていたバージョンに18〜19kHzの搬送波トーン、記憶では複数のトーンが変調されて入っていた
信号はかなり大きく、最初は友人の車で聞いていてYouTubeから抜いた音源だからだと思ったが、後で全バージョンに入っていることが分かった
理由は、コンサート会場でlightstickというグッズを買えるからだ
本質的にはSTM32とMEMSマイクが入っていて、搬送波信号を復調し、音楽に合わせて点滅させる
おそらく、そういうlightstickを持ち歩くほどコンサートに通っている人は、もうそのノイズを聞き取れないという前提なのだろう
これとはほぼ逆の逸話をよく話すのだが、バンドのひどい録音をミキシングしていた週末の間、安物のキックペダルのきしみがアイスピックのようにミックスを突き破って聞こえてきた
EQでどうにか取り除こうと苦労し、最後にはかなり良くなったと感じた
月曜の朝の通勤中、何十回、ひょっとすると何百回も聞いたCakeのCDをかけたところ、今度はそのミックスの中でドラマーのキックペダルのきしみが突き抜けて聞こえてきた
以前はまったく気づかなかったが、2日間ずっとその周波数に集中していたら、それだけが聞こえるようになった
その月は純粋な電子音楽だけを聞き、その後はスタジオ録音でキックドラムがきしむ音を再び意識しなくなった
Taylor's Versionのアルバムは既存の録音を正確に再現することが目標なので、最も細心に作られたアルバムの一つのはずだが、最終リリース版に入っていたのは驚きだ
[0] https://old.reddit.com/r/TaylorSwift/comments/17iv3r2/for_pe...
どのポップ歌手の声も、一つか二つの高い倍音が人工的にブーストされているように聞こえる
言葉で説明するのは難しいが、歌手が一つの音を歌う代わりに、非常に非常に高いハーモニーが自動的に付け加えられて曲中ずっと続くような感じで、特に女性ボーカルで目立つ
単一周波数のうなりや搬送波のようなものではなく、歌詞の音程に合わせて変化するのを見ると、ボーカルに何らかのフィルタリングをしているのは明らかだ
あるいは、私が被害妄想的に何かを聞いているだけなのかもしれない
意図的なものではまずないと思う
2000年代後半から2010年代初頭にかけて一部の地域で一般的になった、若者を追い払うMosquito装置のことをほとんど忘れていた
かなり高価で、あの不快な音のせいでわざと壊した人も何人か知っている
特に一般の人々に開かれた空間に設置するのは、いつも非常に病的で反社会的に感じられた
記事内で「occupancy」を検索したが、何もなかった
こうした超音波トーンは、照明やセキュリティに使う超音波在室センサーである可能性が最も高い
通常は25kHzや40kHzで、人間の正常な可聴範囲の外だが、センサーの低次高調波を測定したのかもしれない
機械的な問題があり、私にもあまりによく聞こえる周波数を吐き出す装置に実際に遭遇したこともある
人間より聴覚の優れた犬や他の動物にとって、これがどれほど悪いかにはまったく触れていない
そういう電球のそばにいると、振動するコンデンサーのような超音波が聞こえることが多く、品質の低い交流フィルタリングやコンデンサー、あるいはその両方が原因かもしれない
「何らかの形で広告を届けるために使う」とは、そんなものをインターネットに使わないでほしい
ここで何をほのめかしているのか分からない