CN118160035A - 信号处理装置、认知功能改善系统、信号处理方法以及程序 - Google Patents

Abstract

信号处理装置具备：受理输入音响信号的单元；通过对所受理的输入音响信号进行振幅调制来生成具有与伽马波的频率对应的振幅的变化、且振幅波形的包络线的上升与下降呈非对称的输出音响信号的单元；以及输出所生成的输出音响信号的单元。

Description

信号处理装置、认知功能改善系统、信号处理方法以及程序

技术领域

本公开涉及一种信号处理装置、认知功能改善系统、信号处理方法以及程序。

背景技术

有以下的研究报告：当以一秒钟四十次左右的频度使生物感知到脉冲性的声音刺激来在生物的脑内诱发伽马波时，对于改善生物的认知功能是有效果的(参照非专利文献1)。

伽马波是指通过脑电波、脑磁图之类的电气生理学方法捕捉脑皮质的周期性神经活动所得到的神经振荡中的、频率包含于伽马频带(25～140Hz)的神经振荡。

在专利文献1中公开有：通过增大或减小声波或原声带的振幅来调节音量，以制作与诱导脑电波的调谐的刺激频率相当的节律性刺激。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2020-501853号公报

非专利文献

非专利文献1：Multi-sensory Gamma Stimulation Ameliorates Alzheimer’s-Associated Pathology and Improves Cognition Cell 2019Apr4；177(2):256-271.e22.doi:10.1016/j.cell.2019.02.014.

发明内容

发明要解决的问题

然而，关于作为使音响信号的振幅增加和减少了的情况下的振幅波形期望什么样的波形，还没有进行充分的讨论。考虑即使是具有相同频率的周期性的音响信号，根据振幅波形的特征，认知功能的改善效果的程度、给听者带来的不适感也不同。

本公开的目的在于在抑制给听者带来的不适感的同时改变音响信号的振幅。

用于解决问题的方案

本公开的一个方式的信号处理装置具备：受理输入音响信号的单元；通过对所受理的输入音响信号进行振幅调制来生成具有与伽马波的频率对应的振幅的变化、且振幅波形的包络线的上升与下降呈非对称的输出音响信号的单元；以及输出所生成的输出音响信号的单元。

附图说明

图1是示出本实施方式的音响系统的结构的框图。

图2是示出本实施方式的信号处理装置的结构的框图。

图3是本实施方式的一个方式的说明图。

图4是示出输出音响信号的振幅波形的第一例的图。

图5是示出输出音响信号的振幅波形的第二例的图。

图6是示出输出音响信号的振幅波形的第三例的图。

图7是示出实验的结果的图。

图8是示出由本实施方式的信号处理装置进行的音响信号处理的整体流程的图。

图9是示出在实验中使用的声音刺激的列表的图。

图10是示出通过声音刺激引起的脑电波的实验结果的图。

图11是示出心理实验与脑电波测定的结果之间的相关的图。

具体实施方式

下面，基于附图来详细地说明本发明的一个实施方式。此外，在用于说明实施方式的附图中，原则上对同一构成要素标注同一附图标记，并省略其重复说明。

(1)音响系统的结构

说明音响系统的结构。图1是示出本实施方式的音响系统的结构的框图。

如图1所示，音响系统1具备信号处理装置10、音响输出装置30以及声源装置50。

信号处理装置10与声源装置50经由能够传输音响信号的规定的接口彼此连接。接口例如是SPDIF(Sony Philips Digital Interface：索尼飞利浦数字接口)、HDMI(注册商标)(High-Definition Multimedia Interface：高清多媒体接口)、针脚连接器(RCA针脚)或头戴式耳机用的音频接口。接口可以是使用了Bluetooth(注册商标)等的无线接口。信号处理装置10与音响输出装置30同样地经由规定的接口彼此连接。本实施方式中的音响信号包括模拟信号和数字信号中的任一方或两方。

信号处理装置10对从声源装置50获取到的输入音响信号进行音响信号处理。由信号处理装置10进行的音响信号处理至少包括音响信号的调制处理(在后文中叙述详情。)。另外，由信号处理装置10进行的音响信号处理能够包括音响信号的变换处理(例如，分离、提取或合成)。并且，由信号处理装置10进行的音响信号处理例如还能够包括与AV功放同样的音响信号的放大处理。信号处理装置10将通过音响信号处理生成的输出音响信号发送到音响输出装置30。信号处理装置10是信息处理装置的一例。

音响输出装置30产生与从信号处理装置10获取到的输出音响信号相应的声音。音响输出装置30例如是喇叭(能够包括内置功放的扬声器(电动扬声器)。)、头戴式耳机或入耳式耳机。

音响输出装置30还能够同信号处理装置10一起构成为一个装置。具体地说，信号处理装置10和音响输出装置30能够安装于TV、收音机、音乐播放器、AV功放、扬声器、头戴式耳机、入耳式耳机、智能手机或PC。信号处理装置10和音响输出装置30构成认知功能改善系统。

声源装置50将输入音响信号发送到信号处理装置10。声源装置50例如是TV、收音机、音乐播放器、智能手机、PC、电子乐器、电话机、游戏机、电玩机、或者通过广播或信息通信来传输音响信号的装置。

(1-1)信号处理装置的结构

说明信号处理装置的结构。图2是示出本实施方式的信号处理装置的结构的框图。

如图2所示，信号处理装置10具备存储装置11、处理器12、输入输出接口13以及通信接口14。信号处理装置10与显示器21连接。

存储装置11构成为存储程序和数据。存储装置11例如是ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)以及存储装置(例如，闪速存储器或硬盘)的组合。程序和数据可以经由网络来提供，也可以记录于可由计算机读取的记录介质来提供。

程序例如包括以下程序。

·OS(Operating System：操作系统)程序

·执行信息处理的应用程序

数据例如包括以下数据。

·在信息处理中参照的数据库

·通过执行信息处理而获得的数据(也就是信息处理的执行结果)

处理器12是通过读出并执行存储装置11中存储的程序来实现信号处理装置10的功能的计算机。此外，信号处理装置10的功能的至少一部分也可以通过一个或多个专用的电路来实现。处理器12例如是以下的至少一方。

·CPU(Central Processing Unit：中央处理器)

·GPU(Graphic Processing Unit：图形处理单元)

·ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)

·FPGA(Field Programmable Array：现场可编程门阵列)

·DSP(digital signal processor：数字信号处理器)

输入输出接口13构成为从连接于信号处理装置10的输入设备获取用户的指示，并且向连接于信号处理装置10的输出设备输出信息。

输入设备例如是声源装置50、物理按钮、键盘、定点设备、触摸面板或者它们的组合。

输出设备例如是显示器21、音响输出装置30或者它们的组合。

并且，输入输出接口13例如能够包括A/D变换器、D/A变换器、放大器、混频器、滤波器等信号处理用硬件。

通信接口14构成为控制信号处理装置10与外部装置(例如，音响输出装置30或声源装置50)之间的通信。

显示器21构成为显示图像(静止图像或运动图像)。显示器21例如是液晶显示器或有机EL显示器。

(2)实施方式的一个方式

说明本实施方式的一个方式。图3是本实施方式的一个方式的说明图。

(2-1)实施方式的概要

如图3所示，信号处理装置10从音源装置50获取输入音响信号。信号处理装置10通过对输入音响信号进行调制，来生成输出音响信号。调制是使用具有与伽马波对应的频率(例如35Hz以上且45Hz以下的频率)的调制函数进行的振幅调制。由此，对音响信号附加与上述频率对应的振幅的变化(音量的强弱)。当对相同的输入音响信号应用不同的调制函数时，输出音响信号的振幅波形不同。在后文中叙述振幅波形的例子。

信号处理装置10将输出音响信号发送到音响输出装置30。音响输出装置30发出与输出音响信号相应的输出声音。

用户US1(“听者”的一例)听到从音响输出装置30发出的输出声音。用户US1例如是认知障碍患者、认知障碍高危人群、或者健康正常人且期待预防认知障碍的人。如前所述，输出音响信号基于使用具有35Hz以上且45Hz以下的周期性的调制函数进行调制所得到的输出音响信号。因此，通过使用户US1听到从音响输出装置30发出的声音，来在用户US1的脑内诱发伽马波。由此，能够期待用户US1的认知功能的改善(例如，认知障碍的治疗或预防)效果。

(2-2)振幅波形的第一例

图4是示出输出音响信号的振幅波形的第一例的图。在将用于输入音响信号的调制的调制函数设为A(t)，将表达调制前的输入音响信号的波形的函数设为X(t)的情况下，并且将表达调制后的输出音响信号的波形的函数设为Y(t)的情况下，成为Y(t)＝A(t)·X(t)。

在第一例中，调制函数具有40Hz的倒锯齿波状的波形。输入音响信号是具有高于40Hz的固定的频率且声压也固定的、表达均质的声音的音响信号。其结果，输出音响信号的振幅波形的包络线呈沿着倒锯齿波的形状。

具体地说，如图4所示，输出音响信号的振幅波形具有与伽马波的频率对应的振幅的变化，振幅波形的包络线A的上升部分C与下降部分B呈非对称(也就是，上升的时间长度与下降的时间长度不同。)。

第一例中的输出音响信号的振幅波形的包络线A的上升比下降陡峭。换言之，上升所需的时间比下降所需的时间短。包络线A的振幅值在快速上升到振幅的最大值之后，随着时间的经过而逐渐下降。即，包络线A呈倒锯齿波状。

(2-3)振幅波形的第二例

说明输出音响信号的振幅波形的第二例。图5是示出输出音响信号的振幅波形的第二例的图。

在第二例中，调制函数具有40Hz的锯齿波状的波形。输入音响信号是具有高于40Hz的固定的频率且声压也固定的、表达均质的声音的音响信号。其结果，输出音响信号的振幅波形的包络线呈沿着锯齿波的形状。

具体地说，如图5所示，第二例中的输出音响信号的振幅波形的包络线A的下降比上升陡峭。换言之，下降所需的时间比上升所需的时间短。包络线A的振幅值在随着时间的经过而逐渐上升到振幅的最大值之后，快速下降。即，包络线A呈锯齿波状。

(2-4)振幅波形的第三例

说明输出音响信号的振幅波形的第三例。图6是示出输出音响信号的振幅波形的第三例的图。

在第三例中，调制函数具有40Hz的正弦波状的波形。输入音响信号是具有高于40Hz的固定的频率且声压也固定的、表达均质的声音的音响信号。其结果，输出音响信号的振幅波形的包络线呈沿着正弦波的形状。

具体地说，如图6所示，第三例中的输出音响信号的振幅波形的包络线A的上升与下降均是平滑的。即，包络线A呈正弦波状。

此外，在上述的第一例到第三例中，设为调制函数具有40Hz的周期性，但调制函数的频率不限定于此，例如也可以是35Hz以上且45Hz以下的频率。另外，在上述的第一例到第三例中，设为包络线A的振幅值的绝对值周期性地成为0，但不限于此，也可以使用包络线A的振幅值的最小绝对值为大于0的值(例如最大绝对值的二分之一或四分之一)那样的调制函数。

在图4至图6所示的例子中，设为输入音响信号的声压和频率是固定的，但输入音响信号的声压和频率也可以变化。例如，输入音响信号也可以是表达音乐、语音、环境音、电子音或噪声的信号。在该情况下，输出音响信号的振幅波形的包络线呈与严格地表达调制函数的波形不同的形状，但包络线大致的形状与表达调制函数的波形相同(例如倒锯齿波状、锯齿波状或正弦波状)，能够给听者带来与输入音响信号的声压及频率固定的情况同样的听觉刺激。

(2-5)实验结果

(2-5-1)实验的概要

说明为了验证本公开技术的效果而进行的实验。

在本实验中，使十八名男性受验者、八名女性受验者听到基于使用40Hz的调制函数被进行了调制的音响信号的输出声音，并评价了此时感到的心理反应和脑内的伽马波的诱发程度。另外，为了进行比较，还评价了听到基于具有40Hz的脉冲波状的波形的音响信号的输出声音的情况下的心理反应和伽马波的诱发程度。心理反应以受验者的主观为基准，根据问卷的回答(七个等级尺度)进行了评价。通过佩戴于受验者的头部的多个电极测量了伽马波的诱发程度。作为与调制后的音响信号相应地生成输出声音的音响输出装置30，采用了佩戴于受验者的头部的头戴式耳机。

在本实验中，依次进行了以下的实验A到实验C。

·实验A…受验者回答听到与各不相同的调制函数及输入音响信号相应的多种输出声音时的不适感的实验

·实验B…测定受验者听到与各不相同的调制函数及输入音响信号相应的多种输出声音时的脑电波的实验

·实验C…测定受验者听到与各不相同的调制函数及输入音响信号相应的多种输出声音时的脑电波的实验(声音的长度与实验B不同。)

在实验A中，关于以什么程度符合以下项目进行了七个等级尺度评价的问卷。

·感到不适

·感到焦躁

·语音不自然

·难以听懂语音

在该实验中，使用利用与上述的振幅波形的第一例、振幅波形的第二例及振幅波形的第三例分别对应的调制函数被进行了调制的音响信号、以及具有脉冲波状的波形的第四例的音响信号进行了评价。在图7示出其结果。图7是示出实验结果的图。

如图7所示，在全部的调制波形模式中均确认到了伽马波的诱发。由此，能够期待通过用户US1听到在本实施方式中从音响输出装置30发出的声音来在用户US1的脑内诱发伽马波。而且，通过在用户US1的脑内诱发伽马波，能够期待用户US1的认知功能的改善(例如，认知障碍的治疗或预防)效果。另外，在第一例到第三例的波形模式中确认到不适感的程度比第四例的波形模式低。由此，在使用通过在本实施方式中公开的调制函数进行了调制的音响信号的情况下，与使用由单纯的脉冲波构成的音响信号的情况相比，能够期待抑制在听到声音时给听者带来的不适感。

另外，如图7所示，关于伽马波的诱发程度，确认到相较于第二例和第三例而言第一例的波形模式最高。另一方面，关于不适感的程度，确认到第三例最低，第二例最高。由此，在本实施方式中在信号处理装置10向音响输出装置30输出的输出音响信号的振幅波形的包络线为倒锯齿波状的情况下，能够期待在抑制给听者带来的不适感的同时获得高的认知功能改善效果。另外，在本实施方式中，在信号处理装置10向音响输出装置30输出的输出音响信号的振幅波形的包络线为正弦波状的情况下，能够期待进一步抑制给听者带来的不适感。

(2-5-2)实验的详情

进一步详细地说明用于验证本公开技术的效果的上述的实验。此外，以下以上述的实验A和实验B为中心进行说明，省略实验C。在本实验中，作为要诱发的伽马波，着眼于具有40Hz的频率的脑电波。图9示出在本实验中使用的声音刺激(输出声音)的列表。列901示出声音刺激的识别编号(以下称作“刺激编号”。)，列902示出调制前的声音信号(正弦波)的频率，列903示出有无调制、以及用于调制的调制函数，列904示出调制函数的频率，列905示出调制度。

作为使用了正弦波的刺激组，准备了九种刺激(刺激编号“01”～“09”)。首先，作为比较对象，制作了40Hz的正弦波(刺激编号“01”)。该刺激是纯正弦波，未被进行调制。接着，对1kHz连续正弦波进行了调制。调制是通过乘以1kHz正弦波和1kHz以下的正弦波的包络线来进行的。包络线除了使用普通的正弦波(所谓的AM调制)以外，还使用了锯齿波和倒锯齿波。刺激编号“02”～“06”是被进行正弦波调制后的声音刺激。正弦波调制的包络线通过式(1)来表达。

[数1]

env_sinusoidal(t)＝(1+m·sin(2πf_mt)), (1)

在此，m为调制度，使用了0.00、0.50、1.00。fm为调制频率，使用了20Hz、40Hz、80Hz。t为时刻。被进行正弦波调制后的声音刺激相当于上述的振幅波形的第三例。接着，刺激编号“07”、“08”分别是被进行锯齿波调制后的声音刺激和被进行倒锯齿波调制后的声音刺激。锯齿波调制和倒锯齿波调制的包络线分别通过式(2)和式(3)来表达。

[数2]

env_sawtooth(t)＝(1+m·sawtooth(2πf_mt)) (2)

env_{inversesawtooth}(t)＝(1-m·sawtooth(2πf_mt)), (3)

调制度m设为了1.00，调制频率fm设为了40Hz。被进行锯齿波调制后的声音刺激和被进行倒锯齿波调制后的声音刺激分别相当于上述的振幅波形的第二例和第一例。在此使用的sawtooth函数是重复在从-1线性地增加到1之后瞬间返回到-1的行为的不连续函数。在实验中使用的刺激被调整为在被进行调制后等效噪声级(Laeq)相等。此外，例如，当使等效噪声级一致时，刺激编号“01”的40Hz正弦波为比1kHz大34.6dB的声压级，由此听感上的响度一致。

除此以外，使用在非专利文献1的研究中使用的刺激(将在1个波长的1kHz正弦波前后加上0.3ms的锥度后的波以40Hz的周期重复的脉冲列)来作为比较对象(刺激编号“09”)。该脉冲波状的声音刺激相当于上述的振幅波形的第四例。也使该刺激的等效噪声级与刺激编号“01”～“08”一致。

之后，为了防止再生开始时和再生结束时的噪声，在刺激的前后各加上了0.5秒的锥度处理。通过像这样在最后进行锥度处理，来严格地保持稳定区间的等效噪声级。关于刺激的时间长度，将心理实验的时间长度设为了10秒，将脑电波测定的时间长度设为了30秒。

将这些刺激全部通过头戴式耳机以Laeq＝60dB对实验参加者进行了非立体声(diotic)呈现。即，进行了调整以使得无调制的正弦波1kHz成为声压级60dB。声压校正通过仿真头来进行。实验参加者是以日语为母语、听力正常的二十六个人(22.7±2.1岁，十八名男性+八名女性)。

在脑电波测定实验前，进行了各刺激的心理评价实验(相当于上述的实验A)。包含锥度部分的刺激的长度为10秒。全部的实验参加者在该心理实验中初次听取这些刺激声音，因此认为对各刺激声音的习惯上的影响为最小限。

实验是在与脑电波测定实验相同的安静的磁屏蔽室内通过头戴式耳机呈现来进行的。在实验参加者前设置LCD显示器，并准备了用于进行心理评价的GUI。回答全部通过鼠标操作来进行。作为提问项目，分别以七个等级评价了听到各声音刺激时的不适度和焦躁度。将UI设计为仅再生一次，且在10秒的刺激的再生结束之前无法进行回答。设定为如果回答结束则自动地再生下一个刺激。另外，设计为在实验的中途自动地促使取得休息。

对实验参加者进行了以下示教：“想象在该实验中听到的声音以电视节目、视频发布服务、收音机等语音的形式播放且在自家住宅的客厅听到该语音那样的情形，并判断该声音有多不自然、或者是否不易听取等”。还说明了再生的单词的意思是与实验无关的。在实验之前，使用四个刺激进行了练习任务。在实验中，针对每个受验者将七个等级的回答看作1～7的数值尺度并进行算术平均，并将该值在受验者间进行了平均。

在心理实验之后，进行了脑电波测定(相当于上述的实验B)。测定是在安静的磁屏蔽室内进行的。所使用的刺激的包含锥度部分的长度为30秒。在实验中，将被实施了相同的处理的刺激各呈现了两次。刺激间的间隔设为5秒，呈现顺序设为随机。指示在呈现刺激的期间，实验参加者尽量不动，另外尽量减少眨眼。另外，通过LCD监视器再生无声的短篇动画影像，进行了控制以使意识水平一定，另外使注意力水平稳定地变低。影像是事前由实验参加者从所准备的影像中选出的。对实验参加者除设置了A1、A2的基准电极外，还在10-20系统的Fp1、Fp2、F3、F4、T3、T4、T5、T6、Cz、Pz通道的位置分别设置了有源电极。

在实验后对测定出的脑电波波形进行了分析。首先，将30秒的刺激呈现区间中的、前后各一秒的区域锥度从分析对象中排除。之后，以各错开0.5秒的方式切出五十五个一秒钟的区间。将被进行了相同的处理的区间各呈现两次，因此分析对象是一百一十个区间。对该一百一十个波形分别应用Hann窗进行了FFT。由于将Window逐次移动一半来应用了Hann窗，因此作为结果，全部时刻的数据被同等地处置。针对FFT结果求出40Hz成分的功率相对于14Hz～100Hz成分的功率的总和的比率，并针对一百一十个区间将该比率进行平均，针对各实验参加者的每个电极各获得一个标量值(也称作40Hz EEG power spectrum ratio：40Hz EEG能量谱比率。)。首先，关于各通道，按针对各刺激的每个反应求出了受验者间的平均值和标准偏差。根据该数据调查脑电波引起在左右脑的哪一方占有优势，并选择视为在该区域中几乎未受到电气噪声的影响的一个代表电极。对该电极的值进行假设检定。针对各个刺激组通过方差分析(ANOVA)确认差异，并且通过Tukey法进行基于多重比较的差的检定。

图10是示出通过声音刺激进行的脑电波引起的实验结果的图。具体地说，图10示出T6通道中的、通过各刺激引起的脑电波的40Hz成分的功率比率。图表中的值和误差条柱是全部实验参加者的平均值和标准偏差。通过ANOVA确认了刺激的显著差异(p＜0.01)。

首先，叙述使用了正弦波的刺激。当以未调制的1kHz的正弦波(刺激编号“05”)为基准时，与40Hz正弦波(刺激编号“01”)之间在脑电波的40Hz成分未发现差异(p＝0.94)。这些刺激的等效噪声级一致，响度也大致一致。即，启示了即使仅呈现40Hz的低频声音也无法引起40Hz成分的脑电波。另外，由此表示出施加于头戴式耳机的40Hz成分的信号并非作为电气噪声被脑电波电极检测到。是因为，在刺激编号“01”中最大地包含有40Hz成分。另外，还知道了即使20Hz正弦波调制(刺激编号“02”)、80Hz正弦波调制(刺激编号“06”)也未引起40Hz成分。并且，在40Hz正弦波调制(刺激编号“03”、“04”、“05”)中，观察到与调制度相应地引起40Hz成分的倾向。

对此，锯齿波调制(刺激编号“07”)及倒锯齿波调制(刺激编号“08”)均与非调制的1kHz正弦波(刺激编号“05”)存在显著差异。另外，在这两个刺激之间未发现显著差异。因而，表示出即使不是40Hz的低频声音而是1kHz的声音，也能够通过将调制函数的振幅包络线设定为40Hz来在脑内引起40Hz的脑电波成分。并且，脉冲性的刺激(刺激编号“09”)与非调制的1kHz正弦波(刺激编号“05”)也存在显著差异。另外，在脉冲性的刺激(刺激编号“09”)与锯齿波调制及倒锯齿波调制(刺激编号“07”、“08”)之间不存在显著差异。这些数据表示出，不限于脉冲性的声音，即使是对正弦波进行了振幅调制后的声音(保持原来的1kHz正弦波的间距感的声音)，也能够获得相同的脑电波引起效果。

最后，研究心理实验结果与脑电波测定结果之间的相互的值的关系性。图11是示出心理实验与脑电波测定的结果之间的相关性的图。具体地说，图11示出不适度与40Hz脑电波成分比率之间的关系。

关于不适度与40Hz脑电波比率之间的关系，发现正相关(r＝0.56)。由此知道，至少在本次使用的刺激组中，具有不适度越高则40Hz脑电波的引起也越大的大致的倾向。例如知道，在刺激编号“09”的脉冲性的刺激中，不适度非常高，但同时40Hz脑电波也被最大地引起。然而，相关性不那么强，因此即使画回归直线也存在从该回归直线大幅地偏离的刺激。例如，对正弦波进行倒锯齿波调制后的刺激即刺激编号“08”位于比回归直线靠上的位置，可以说不适度相比于刺激编号“09”而言大幅地下降了，但40Hz脑电波比率的下降程度比其它刺激小。相反地，在对正弦波进行80Hz正弦波调制后的刺激即刺激编号“06”中，不适度的下降小，但40Hz脑电波的下降显著。另外，对正弦波进行锯齿波调制后的刺激即刺激编号“07”相较于脉冲性刺激的刺激编号“09”而言，不适度和40Hz脑电波比率均小，相较于倒锯齿波调制的刺激编号“08”而言，不适度稍高，40Hz脑电波比率小。对1kHz正弦波通过40Hz正弦波以调制度100％进行调制后的刺激即刺激编号“03”相较于脉冲性刺激的刺激编号“09”而言，不适度和40Hz脑电波比率均小，相较于倒锯齿波调制的刺激编号“08”而言，不适度稍小，40Hz脑电波比率小。

(3)音响信号处理

说明本实施方式的音响信号处理。图8是示出由本实施方式的信号处理装置10进行的音响信号处理的整体流程的图。图8的处理通过信号处理装置10的处理器12读出并执行存储装置11中存储的程序来实现。此外，图8的处理的至少一部分也可以通过一个或多个专用的电路来实现。

图8音响信号处理响应于以下的开始条件的任一条件的成立而开始。

·根据来自其它处理或外部的指示调用了图8的音响信号处理。

·用户进行了用于调用图8的音响信号处理的操作。

·信号处理装置10成为了规定的状态(例如电源接通)。

·到了规定的日期时间。

·从规定的事件(例如，信号处理装置10的起动或者图8的音响信号处理的上次执行)起经过了规定的时间。

如图8所示，信号处理装置10执行输入音响信号的获取(S110)。

具体地说，信号处理装置10受理从声源装置50发送的输入音响信号。

在步骤S110中，信号处理装置10还可以进行输入音响信号的A/D变换。

输入音响信号例如与以下内容的至少一方对应。

·音乐内容(例如，歌唱、演奏或者它们的组合(也就是乐曲)。能够包括运动图像内容中随附的语音内容。)

·语音内容(例如，朗读、解说、广播、广播剧、个人演出、会话、自言自语或者它们的组合的语音等。能够包括运动图像内容中随附的语音内容。)

·其它音响内容(例如，电子音、环境音或机械音)

但是，歌唱或语音内容不限于通过人的发声器官发出的语音，能够包括通过语音合成技术生成的语音。

在步骤S110之后，信号处理装置10执行调制方法的决定(S111)。

具体地说，信号处理装置10决定为了从在步骤S110中获取到的输入音响信号生成输出音响信号而使用的调制方法。在此决定的调制方法例如包括用于调制处理的调制函数以及与基于调制的振幅变化的程度对应的调制度中的至少任一者。作为一例，信号处理装置10选择使用利用图4到图6说明的三种调制函数中的哪个调制函数。选择哪个调制函数可以基于来自用户或其他人的输入操作或外部的指示来决定，也可以通过算法来决定。

在本实施方式中，其他人例如是以下人员中的至少一者。

·用户的家人、朋友或熟人

·医疗有关人员(例如用户的诊疗医生)

·与输入音响信号对应的内容的制作者或提供者

·信号处理装置10的提供者

·用户所利用的设施的管理者

信号处理装置10例如也可以基于输入音响信号的特征(语音与音乐的均衡、音量变化、音乐的种类、音色或其它特征)和用户的属性信息(年龄、性别、听力、认知功能水平、用户识别信息或其它属性信息)中的至少任一个，来决定调制方法。由此，信号处理装置10能够以使基于调制的认知功能的改善效果更高的方式决定调制方法，或者以使对用户带来的违和感更小的方式决定调制方法。另外，例如，信号处理装置10也可以根据计时器来决定调制方法。通过根据计时器定期地变更调制方法，能够期待抑制用户习惯于听调制后的声音，从而高效地对用户的脑带来刺激。另外，信号处理装置10也可以与调制方法的决定同样地，根据各种条件来决定输出音响信号的音量。

此外，在步骤S111中，信号处理装置10也可以决定不进行调制(也就是说，将调制度设为0)来作为调制方法的选项之一。另外，信号处理装置10也可以在以不进行调制的方式决定调制方法之后经过了规定时间的情况下，以进行调制的方式决定调制方法。并且，信号处理装置10也可以以在从不进行调制的状态向进行调制的状态变化时使调制度逐渐变大的方式决定调制方法。

在步骤S111之后，信号处理装置10通过执行输入音响信号的调制(S112)，来生成输出音响信号。

具体地说，信号处理装置10针对在S110中获取到的输入音响信号进行与在S111中决定的调制方法相应的调制处理。作为一例，信号处理装置10针对输入音响信号进行使用具有与伽马波对应的频率(例如，35Hz以上且45Hz以下的频率)的调制函数的振幅调制。由此，对输入音响信号附加与上述频率对应的振幅的变化。

在步骤S112中，信号处理装置10还可以进行输出音响信号的放大、音量调节以及D/A变换中的至少一方。

在步骤S112之后，信号处理装置10执行输出音响信号的发送(S113)。

具体地说，信号处理装置10将在步骤S112中生成的输出音响信号发送到音响输出装置30。音响输出装置30产生与输出音响信号相应的声音。

信号处理装置10以步骤S113结束图8的音响信号处理。

此外，信号处理装置10可以对具有一定的再生期间的输入音响信号(例如一曲音乐内容)统一地进行图8的处理，也可以针对输入音响信号的每个规定的再生区间(例如每隔100ms)重复进行图8的处理。或者，信号处理装置10也可以例如通过模拟信号处理进行的调制那样对输入的音响信号连续地进行调制处理并输出调制完毕的音响信号。图8所示的处理可以根据特定的结束条件(例如，经过了一定时间、进行了用户操作或者调制完毕的声音的输出历史记录达到了规定的状态)而结束。

另外，由信号处理装置10进行的处理顺序不限定于图8所示的例子，例如，也可以在输入音响信号的获取(S110)之前进行调制方法的决定(S111)。

(4)小结

如以上说明那样，本实施方式的信号处理装置10通过对输入音响信号进行振幅调制，来生成具有与伽马波的频率对应的振幅的变化的输出音响信号。在输出音响信号中，振幅波形的包络线的上升与下降呈非对称。信号处理装置10朝向音响输出装置30输出所生成的输出音响信号。由此，能够在抑制给听者带来的不适感的同时使音响信号的振幅以规定的周期进行增减。而且，通过音响输出装置30使用户听到与该输出音响信号相应的声音，来使得在用户的脑内由于输出音响信号的振幅的变动而诱发伽马波。其结果，能够期待用户的认知功能的改善(例如，认知障碍的治疗或预防)的效果。

输出音响信号可以具有与35Hz以上且45Hz以下的频率对应的振幅的变化。由此，能够期待在使用户听到与输出音响信号相应的声音的情况下在该用户的脑内诱发伽马波。

输入音响信号可以是与音乐内容对应的音响信号。由此，能够提高用户听与输出音响信号相应的声音的动机。

另外，在实验中，在三种模式的波形中的任意的波形中均确认到伽马波的诱发，因此通过具有第一例、第二例以及第三例的振幅波形的输入音响信号，能够期待用户的认知功能的改善(例如，认知障碍的治疗或预防)效果。

(5)变形例

存储装置11也可以经由网络NW来与信号处理装置10连接。显示器21也可以内置于信号处理装置10。

在上述说明中，示出了信号处理装置10对输入音响信号进行调制的例子。然而，信号处理装置10也可以从输入音响信号提取一部分音响信号，在仅针对提取出的音响信号进行调制之后生成输出音响信号。

在上述说明中，示出了信号处理装置10将通过对输入音响信号进行调制而生成的输出音响信号发送到音响输出装置30的例子。然而，信号处理装置10也可以针对通过对输入音响信号进行调制而获得的调制完毕输入音响信号合成其它音响信号，来生成输出音响信号，并将所生成的输出音响信号发送到音响输出装置30。

另外，信号处理装置10也可以将调制完毕输入音响信号与其它音响信号不进行合成地同时发送到音响输出装置30。

在上述说明中，示出了以下例子：在信号处理装置10通过对输入音响信号进行调制而生成的输出音响信号中，振幅波形的包络线为倒锯齿波或锯齿波，包络线的上升与下降呈非对称。然而，由信号处理装置10生成的输出音响信号不限定于此，也可以是具有振幅波形的包络线的上升与下降呈非对称的其它的振幅波形的输出音响信号。

例如，在包络线的上升部分，包络线的切线的斜率可以逐渐地变小，包络线的切线的斜率也可以逐渐地变大。另外，例如在包络线的下降部分，包络线的切线的斜率可以逐渐地变小，包络线的切线的斜率也可以逐渐地变大。

在上述说明中，以调制函数具备35Hz以上且45Hz以下的频率的情况的例子为中心进行了说明。但是，信号处理装置10使用的调制函数不限定于此，只要是对听者的脑内的伽马波的诱发产生影响的调制函数即可。例如，调制函数也可以具备25Hz以上且140Hz以下的频率。另外，例如，调制函数的频率也可以随时间而变化，调制函数也可以部分具有低于35Hz的频率或高于45Hz的频率。

在上述说明中，说明了将由信号处理装置10生成的输出音响信号输出到发出与输出音响信号相应的声音并使用户听到该声音的音响输出装置30的情况。但是，信号处理装置10的输出音响信号的输出目的地不限定于此。例如，信号处理装置10也可以经由通信网络或通过广播来将输出音响信号输出到外部的存储装置或信息处理装置。此时，信号处理装置10也可以将未被进行调制处理的输入音响信号同通过调制处理生成的输出音响信号一起输出到外部的装置。由此，外部装置能够任意地选择未被进行调制处理的音响信号和被进行了调制处理的音响信号中的一方来进行再生。

另外，信号处理装置10也可以将表示调制处理的内容的信息同输出音响信号一起输出到外部的装置。表示调制处理的内容的信息例如包括以下信息的任一方。

·表示调制函数的信息

·表示调制度的信息

·表示音量的信息

由此，外部装置能够根据调制处理的内容来变更音响信号的再生方法。

另外，信号处理装置10在同输入音响信号一起获取到了附加信息(例如MP3文件中的ID3标签)的情况下，也可以变更该附加信息并同输出音响信号一起输出到外部装置。

在上述的实施方式中，以将包括信号处理装置10的音响系统1用作用于改善认知功能(例如，治疗或预防认知障碍)的认知功能改善系统的情况为中心进行了说明。但是，信号处理装置10的用途不限定于此。在非专利文献1中公开有：当40Hz的声音刺激诱发脑内的伽马波时，β淀粉样减少，认知功能被改善。即，通过使用户听到与由信号处理装置10输出的输出音响信号相应的声音，用户的脑内的β淀粉样减少而抑制沉着，从而期待对预防或治疗由于β淀粉样的增加或沉着导致的疾病发挥作用。作为由于β淀粉样的沉着导致的疾病，例如有脑淀粉样血管病(CAA)。CAA是由于β淀粉样蛋白沉着于脑的小血管壁导致血管壁变脆而容易产生脑出血等的病。与认知障碍同样地，不存在针对CAA自身的治疗药，因此在上述的实施方式中说明的技术能够成为革新性的治疗法。即，具备信号处理装置10、以及使用户听到与由信号处理装置10输出的输出音响信号相应的声音的音响输出装置30的音响系统1还能够作为用于治疗或预防脑淀粉样血管病的医疗系统来使用。

以上，对本发明的实施方式详细地进行了说明，但本发明的范围不限定于上述的实施方式。另外，上述的实施方式在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种改进、变更。另外，能够将上述的实施方式和变形例进行组合。

附图标记说明

1：音响系统；10：信号处理装置；11：存储装置；12：处理器；13：输入输出接口；14：通信接口；21：显示器；30：音响输出装置；50：声源装置。

Claims (11)

1.一种信号处理装置，具备：

受理输入音响信号的单元；

通过对所受理的所述输入音响信号进行振幅调制来生成具有与伽马波的频率对应的振幅的变化、且振幅波形的包络线的上升与下降呈非对称的输出音响信号的单元；以及

输出所生成的所述输出音响信号的单元。

2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中，

所述输出音响信号中的振幅波形的包络线的上升比该包络线的下降陡峭。

3.根据权利要求2所述的信号处理装置，其中，

所述输出音响信号的振幅波形的包络线为倒锯齿波状。

4.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中，

所述输出音响信号中的振幅波形的包络线的下降比上升陡峭。

5.根据权利要求4所述的信号处理装置，其中，

所述输出音响信号的振幅波形的包络线为锯齿波状。

6.一种信号处理装置，具备：

受理输入音响信号的单元；

通过对所受理的所述输入音响信号进行振幅调制来生成具有与伽马波的频率对应的振幅的变化、且振幅波形的包络线呈正弦波状的输出音响信号的单元；以及

输出所生成的所述输出音响信号的单元。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的信号处理装置，其中，

所述输出音响信号具有与35Hz以上且45Hz以下的频率对应的振幅的变化。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的信号处理装置，其中，

所述输入音响信号是与音乐内容对应的音响信号。

9.一种认知功能改善系统，具备：

根据权利要求1所述的信号处理装置；以及

使用户听到与由所述信号处理装置输出的所述输出音响信号相应的声音的单元。

10.一种信号处理方法，在该信号处理方法中，

受理输入音响信号；

通过对所受理的所述输入音响信号进行振幅调制来生成具有与伽马波的频率对应的振幅的变化、且振幅波形的包络线的上升与下降呈非对称的输出音响信号；以及

输出所生成的所述输出音响信号。

11.一种程序，用于使计算机执行根据权利要求10所述的信号处理方法。