JP2009180957A - 音制御装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】口腔の形状に応じて音響を制御する構成を簡素化する。
【解決手段】発音体３２は、利用者の身体（例えば喉部）に装着されて口腔７０内に音響Ｗを発声させる。収音機器３４は、口腔７０を経由した音響Ｗを収音することで収音信号ＳINを生成する。変数設定部４６は、収音信号ＳINに基づいて変数Ｐを設定する。信号生成部４４は、変数Ｐに応じた特性の音響信号ＳOUTを生成して放音機器３６に出力する。信号生成部４４は、音響信号Ｓ0を生成する音源部４４１と、変数Ｐに応じた音響効果を音響信号Ｓ0に付与することで音響信号ＳOUTを生成する効果付与部４４３とで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、音声や楽音などの音響の特性を制御する技術に関する。

利用者からの指示に応じて音響の特性を制御する各種の技術が従来から提案されている。例えば特許文献１には、利用者の口腔の形状に応じて各種の変数を設定することで管楽器の楽音を合成する電子管楽器が開示されている。口腔の形状の特定には超音波が利用される。すなわち、超音波送信機の放射した超音波が口腔の内面にて反射して超音波受信機に到達するまでの時間長に応じて口腔の形状が特定される。
特開２０００−１２２６４１号公報

しかし、特許文献１の技術においては超音波送信機と超音波受信機とが口腔の形状の特定に必要であるから、装置の構成の煩雑化や製造コストの増大が問題となる。以上の事情に鑑みて、本発明は、口腔の形状に応じて音響を制御する装置の構成の簡素化や製造コストの低減を目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明に係る音制御装置は、口腔を経由した音響を収音して収音信号を生成する収音機器と、収音信号に基づいて変数を設定する変数設定手段と、変数設定手段が設定した変数に応じた特性の音響信号を生成する信号生成手段とを具備する。以上の構成においては、口腔を経由した音響を収音した収音信号に応じて音響信号が生成される。したがって、利用者は口腔の形状を変化させることで音響信号の特性を適宜に制御することができる。音響信号の特性を決定する収音信号は収音機器が生成するから、超音波送信機や超音波受信機を利用した特許文献１の構成と比較して、音制御装置の構成の簡素化や製造コストの低減が実現される。

なお、「収音信号に基づいて変数を設定する」とは、収音信号の特性が変化した場合に変数が変化するように変数を設定することを意味する。収音信号と変数との関係は任意である。例えば、収音信号から抽出される特徴量や特徴量から算定される数値を変数とする構成や、収音信号のレベルやレベルから算定される数値を変数とする構成が採用される。また、「変数設定手段が設定した変数に応じた特性の音響信号を生成する」とは、変数設定手段の設定する変数が変化した場合に音響信号の特性が変化するように音響信号を生成することを意味する。変数と音響信号との関係は任意である。

本発明の好適な態様に係る音制御装置は、利用者の身体に装着されて口腔内に音響を発生させる発音体を具備する。発音体は、利用者の身体のうち発音体の振動（音響）が口腔内に伝播する位置（例えば利用者の喉部や胸部）に設置される。以上の構成においては、発音体が利用者の身体に装着されるから、例えば音響を伝播する管体を利用者が口でくわえるトーキングモジュレータのような使用感の悪さを低減することが可能である。

本発明の第１の態様（例えば後述の第１実施形態）において、信号生成手段は、音響信号を生成する音源手段（例えば図１の音源部４４１）と、変数設定手段が設定した変数に応じた効果を音響信号に付与する効果付与手段（例えば図１の効果付与部４４３）とを含む。第１の態様においては、音響信号に付与される効果（音響効果）を口腔の形状に応じて適宜に制御することが可能である。

本発明の第２の態様（例えば後述の第２実施形態）において、信号生成手段は、変数設定手段が設定した変数に応じて特徴量が決定された音響信号を生成する音源手段（例えば図３の音源部５２）を含む。第２の態様においては、音響信号の特徴量を口腔の形状に応じて適宜に制御することが可能である。

本発明の第３の態様（例えば後述の第３実施形態）に係る音制御装置は、特定の特徴量の経時的な変化を示す発音信号を発音体に供給することで当該発音体を動作させる制御手段（例えば図４の制御部５４２）を具備し、変数設定手段は、収音信号のレベルに応じた変数を順次に設定し、信号生成手段は、変数設定手段が設定する変数を特定の特徴量として音響信号を生成する音源手段（例えば図４の音源部５４）を含む。第３の態様においては、音響信号の特徴量を口腔の形状に応じて適宜に制御することが可能である。また、特徴量の経時的な変化に口腔内の伝達特性が付与されたうえで音響信号の生成に使用されるから、特徴量の変化に伝達特性を付与する煩雑な処理や構成を必要とせずに、音響信号の特性が多様に制御されるという利点もある。

本発明の好適な態様において、収音機器は、骨伝導または肉伝導を利用して収音信号を生成する。以上の態様によれば、口腔以外から到来する音響（雑音）の影響を低減しながら収音信号（さらには音響信号）を生成することが可能である。

本発明の好適な態様に係る音制御装置は、変数設定手段が設定した変数の時系列を記憶する記憶手段を具備する。以上の形態においては、変数設定手段が設定した変数の時系列を記憶手段から取得して利用することが可能である。例えば、変数の時系列を記憶手段から信号生成手段に供給することで、過去に生成された音響信号を再現することができる。

本発明に係る音制御装置は、各処理に専用されるＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのハードウェア（電子回路）によって実現されるほか、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの汎用の演算処理装置とプログラムとの協働によっても実現される。本発明に係るプログラムは、口腔を経由した音響を収音した収音信号に基づいて変数を設定する変数設定処理と、変数設定処理で設定した変数に応じた特性の音響信号を生成する信号生成処理とをコンピュータに実行させる。以上のプログラムによっても、本発明に係る音制御装置と同様の作用および効果が奏される。なお、本発明のプログラムは、コンピュータが読取可能な記録媒体に格納された形態で利用者に提供されてコンピュータにインストールされるほか、通信網を介した配信の形態で提供されてコンピュータにインストールされる。

＜Ａ：第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る音制御装置のブロック図である。音制御装置１００は、利用者の口腔の形状に応じた音響（音声や楽音）を生成する装置である。図１に示すように、音制御装置１００は、制御装置１０と記憶装置２０とを具備するコンピュータシステムで実現される。制御装置１０は、プログラムの実行によって様々な処理を実行する演算処理装置である。記憶装置２０は、制御装置１０が実行するプログラムや制御装置１０が使用する各種のデータを記憶する。制御装置１０には、発音体３２と収音機器３４と放音機器３６とが接続される。

発音体３２は、制御装置１０から供給される発音信号ＳVに応じて振動（発音）する振動体である。例えば、発音信号ＳVに応じた音響を放射するスピーカ装置が発音体３２として好適に採用される。発音信号ＳVは、可聴帯域内の所定の周波数に設定された周期信号である。なお、制御装置１０の出力信号からアナログの発音信号ＳVを生成するＤ/Ａ変換器の図示は便宜的に省略されている。

図２に示すように、発音体３２は利用者の身体に装着される。さらに具体的には、利用者の身体のうち発音体３２で発生した振動が充分な強度で口腔７０内に伝播する程度に口腔７０に近接する位置（例えば頚部，喉部，胸部または背中）に、発音体３２は皮膚に密着した状態で貼着される。したがって、発音信号ＳVに応じた発音体３２の振動に対応した振動が利用者の口腔７０内に付与される。すなわち、発音信号ＳVに対応する音響Ｗが発音体３２の動作（振動）によって口腔７０内に発生する。図１に示すように、口腔７０内に発生した音響Ｗは、口腔７０の形状に応じた伝達特性を付与されながら口腔７０内を伝播して開口（唇）から口腔７０外に放射される。

図１の収音機器（マイクロホン）３４は、周囲の音響を収音して電気信号（以下「収音信号」という）ＳINを生成する。図２に示すように、収音機器３４は、発音体３２から伝播して口腔７０内を経由した音響Ｗを充分な強度で収音できる位置（例えば利用者の唇の直前や唇上）に設置される。したがって、収音機器３４が出力する収音信号ＳINは、発音信号ＳVに応じて口腔７０内に発生した音響に対して口腔７０の形状に応じた伝達特性を付加した音響Ｗに対応した波形となる。なお、収音機器３４の出力信号からデジタルの収音信号ＳINを生成するＡ/Ｄ変換器の図示は便宜的に省略されている。

図１の放音機器（スピーカ装置）３６は、制御装置１０が出力する音響信号ＳOUTに応じて放音する。なお、制御装置１０の出力信号からアナログの音響信号ＳOUTを生成するＤ/Ａ変換器や音響信号ＳOUTを増幅する増幅器の図示は便宜的に省略されている。

制御装置１０は、記憶装置２０に格納されたプログラムを実行することで図１の複数の要素（制御部４２，信号生成部４４，変数設定部４６）として機能する。なお、制御装置１０の各要素を複数の装置に分散した構成も採用される。また、制御装置１０の少なくとも一部の機能を電子回路（ＤＳＰ）で実現してもよい。

制御部４２は、発音信号ＳVを生成して発音体３２に出力する。発音信号ＳVは、例えば可聴帯域内の音響Ｗが発音体３２の振動によって口腔７０内に発生するように振幅（音量）や周波数が設定された周期信号である。

信号生成部４４は、音響信号ＳOUTを生成して放音機器３６に出力する。本形態の信号生成部４４は、音源部４４１と効果付与部４４３とで構成される。音源部４４１は、音響の時間軸上における波形を表す音響信号Ｓ0を生成する。音響信号Ｓ0が表す音響は、例えば利用者からの指示に応じて制御される。さらに具体的には、ＭＩＤＩ（Musical Instrument Digital Interface）楽器などの入力機器に対する利用者からの操作に応じた楽音の音響信号Ｓ0を生成する音源回路（ＭＩＤＩ音源）や、音響の発音の原理を模擬することで音響信号Ｓ0を生成する物理モデル音源が音源部４４１として好適である。また、記録媒体（例えば光ディスクや半導体記憶回路）から音響信号Ｓ0を取得して出力する再生装置や、通信網を介して音響信号Ｓ0を受信して出力する通信装置も音源部４４１として採用される。

効果付与部（エフェクタ）４４３は、音響信号Ｓ0に音響効果を付与することで音響信号ＳOUTを生成する。音響信号Ｓ0に付加される音響効果は変数（パラメータ）Ｐに応じて制御される。例えば、音響信号Ｓ0の音量や音高を変数Ｐに応じて制御する手段、音響信号Ｓ0のうち変数Ｐに応じて選択された周波数帯域の成分を抑制する手段（例えば変数Ｐに応じて遮断周波数が設定されるローパスフィルタ）、変数Ｐに応じた残響量のリバーブを音響信号Ｓ0に付与する手段、変数Ｐに応じた周期のビブラートやトレモロを音響信号Ｓ0に付加する手段が効果付与部４４３として採用される。また、音響信号Ｓ0に付加される音響効果の種類を変数Ｐに応じて選択する構成（例えばエコーとリバーブとを変数Ｐに応じて選択的に適用する構成）も好適である。

変数設定部４６は、収音機器３４が生成した収音信号ＳINに基づいて変数Ｐを順次に設定する。さらに詳述すると、変数設定部４６は、収音信号ＳINから抽出される特徴量（例えば音量や音高）と所定の基準値との差分値を算定するとともに当該差分値に応じて変数Ｐを設定する。例えば、収音信号ＳINの特徴量と変数Ｐとの関係を定義する演算式を利用して変数設定部４６が変数Ｐを算定する構成や、収音信号ＳINの特徴量と変数Ｐとを対応させるテーブルから変数設定部４６が変数Ｐを検索する構成が採用される。なお、収音信号ＳINから抽出される特徴量の種類は任意である。例えば、収音信号ＳINの周波数スペクトルのピークの周波数が特徴量として抽出される。変数設定部４６が設定した変数Ｐの時系列は、効果付与部４４３に供給されて音響効果の制御に適用されるとともに記憶装置２０に格納される。

収音信号ＳINは、発音体３２から口腔７０を経由した音響Ｗを採取した信号であるから、収音信号ＳINには口腔７０の形状（すなわち口腔７０内で音響Ｗに付加される伝達特性）が反映される。したがって、利用者は、自身の口腔７０を変形させることで、音響信号Ｓ0に付与される音響効果を適宜に制御することが可能である。

以上に説明した形態においては、口腔７０を経由した音響Ｗを収音機器３４で採取した収音信号ＳINに基づいて音響信号Ｓ0に付与される音響効果が制御されるから、例えば超音波送信機と超音波受信機とを利用して口腔７０内の形状を測定する特許文献１の技術と比較して音制御装置１００の構成の簡素化や製造コストの低減が実現されるという利点がある。さらに、口腔７０の形状に応じて音響効果が制御されるから、例えば両手や両足を使用して楽器を演奏しているときでも音響効果を容易に変更できる。

また、変数設定部４６が設定した変数Ｐの時系列が記憶装置２０に記憶されるから、口腔７０の形状に応じて音響信号Ｓ0に付与される音響効果の変化を再現することが可能である。例えば、音源部４４１による音響信号Ｓ0の出力に同期して変数設定部４６が変数Ｐを順次に記憶装置２０から取得して効果付与部４４３に出力することで、過去の再生音を再現することが可能である。

ところで、利用者の口腔７０の形状に応じて音響を制御する技術としては、例えばトーキングモジュレータと呼ばれる技術がある。トーキングモジュレータにおいては、放音機器に接続された管体を介して再生音が利用者の口腔内に供給され、口腔からの放射音が収音機器で収音されたうえで出力される。しかし、利用者が管体をくわえて保持する必要があるから、使用感が悪い（利用者の肉体的または精神的な負担が過大となる）という問題がある。一方、本形態においては利用者の身体に発音体３２を装着することで口腔７０内に音響Ｗを発生させるから、トーキングモジュレータと比較して利便性が高いという利点がある。

＜Ｂ：第２実施形態＞
次に、図３を参照して本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の各形態において第１実施形態と共通する要素については以上と同じ符号を付して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

図３に示すように、本形態の音制御装置１００における信号生成部４４は音源部５２で構成される。音源部５２は、変数設定部４６が設定した変数Ｐに応じて特徴量が決定された音響信号ＳOUTを生成する。例えば、発音の原理を模擬する伝達特性を発音源からの周期信号（例えば正弦波）に付与することで音響信号ＳOUTを生成する物理モデル音源を音源部５２として採用した場合、発音源からの周期信号の音量や周波数が変数Ｐに応じて可変に制御される。また、楽器の発音の原理を模擬する物理モデル音源を音源部５２として採用した場合、仮想的な楽器の演奏の態様（例えば管楽器のリードに演奏者が作用させる圧力）が変数Ｐに応じて可変に制御される。

以上の形態においては、口腔７０を経由した音響Ｗを収音機器３４で採取した収音信号ＳINに基づいて音響信号ＳOUTが生成されるから、第１実施形態と同様の作用および効果が実現される。なお、第１実施形態の音源部４４１に代えて本形態の音源部５２を採用した構成（すなわち音源部５２と効果付与部４４３とを具備する構成）も好適である。

＜Ｃ：第３実施形態＞
図４は、本発明の第３実施形態に係る音制御装置１００のブロック図である。図４に示すように、本形態の信号生成部４４は音源部５４を具備する。音源部５４は、発音信号ＳVを生成する制御部５４２を具備する。発音信号ＳVは、図５に示すように、特定の特徴量Ｆ0の経時的な変化を表す信号（すなわち、時系列に算定された複数の特徴量Ｆ0の各々に応じてレベルが設定された信号）である。特徴量Ｆ0としては、複数種の特徴量のうち可聴帯域内の周波数で変動する特徴量が好適に選定される。したがって、発音信号ＳVは可聴帯域内の周波数で変動する周期信号となる。

第１実施形態と同様に、発音信号ＳVに応じて発生して口腔７０内を経由した音響Ｗが収音機器３４に収音されることで収音信号ＳINが生成される。したがって、図５に示すように、収音信号ＳINは、制御部５４２が設定した特徴量Ｆ0の変動（発音信号ＳV）に対して口腔７０の形状に応じた伝達特性を付与した波形となる。

変数設定部４６は、収音信号ＳINのレベルを順次に変数Ｐとして設定する。さらに詳述すると、変数設定部４６は、所定の周期で順次に収音信号ＳINをＡ/Ｄ変換し、変換後のレベルを変数Ｐとして音源部５４に供給する。したがって、変数設定部４６が出力する変数Ｐの時系列は、利用者の口腔７０の形状に応じた伝達特性を特徴量Ｆ0の変動（発音信号ＳV）に付与した波形に沿って変動する。変数設定部４６が設定した変数Ｐの時系列は、音源部５４に供給されるとともに記憶装置２０に格納される。

音源部５４は、変数設定部４６が順次に設定する変数Ｐを特徴量Ｆ0として音響信号ＳOUTを生成する。例えば、発音の原理を模擬する伝達特性を発音源からの周期信号Ｔ0に付与することで音響信号ＳOUTを生成する物理モデル音源が音源部５４として採用される。周期信号Ｔ0の音量（特徴量Ｆ0）の変動を制御部５４２が発音信号ＳVとして出力する構成を想定すると、音源部５４は、変数Ｐの時系列を周期信号Ｔ0の音量として適用することで音源信号ＳOUTを生成する。

以上の形態においては、音響信号ＳOUTの生成に使用される変数Ｐ（特徴量Ｆ0）の時系列が利用者の口腔７０の形状に応じて変化するから、第１実施形態と同様の作用および効果が実現される。また、特徴量Ｆ0の経時的な変化に口腔７０内の伝達特性を付与した収音信号ＳINが収音機器３４にて生成されるから、特徴量Ｆ0の変化に所定の伝達特性を付与するための煩雑な処理や構成を必要とせずに、音響信号ＳOUTの特性を多様に制御できるという利点もある。なお、以上の形態においては変数Ｐを特徴量Ｆ0として音響信号ＳOUTを生成したが、収音信号ＳINの変数Ｐ（レベル）について所定の演算（例えば所定値の乗算）を実行した数値を特徴量Ｆ0として利用する構成も好適である。また、図４においては制御部５４２を音源部５４の要素として図示したが、制御部５４２は音源部５４から独立した要素でもよい。

＜Ｄ：変形例＞
以上の各形態には以下に例示するような様々な変形を加えることができる。なお、以下の例示から２以上の態様を任意に選択して組合わせてもよい。

（１）変形例１
骨伝導または肉伝導を利用して収音信号ＳINを生成する収音機器３４も好適に採用される。すなわち、収音機器３４は、例えば利用者の頬部や顎部に装着され、口腔７０内から利用者の身体（骨や肉）を伝播して到来した振動（音響Ｗ）を採取する。以上の構成によれば、口腔７０以外から到来する雑音の影響を低減しながら収音信号ＳINを生成することが可能である。

（２）変形例２
以上の各形態においては発音体３２を動作させることで音響Ｗを口腔７０内に発生させたが、利用者が音響Ｗを自ら発声してもよい。収音機器３４は、声帯で発生して口腔７０を経由した利用者の発声音（音響Ｗ）を収音することで収音信号ＳINを生成する。以上の構成によれば、発音体３２が不要であるから、以上の各形態と比較して音制御装置１００の構成がさらに簡素化される。

（３）変形例３
変数設定部４６が設定した変数Ｐを音響信号ＳOUTに反映させる方法は任意である。例えば、以上の各形態に例示した方法のほかにも、発音信号ＳVと収音信号ＳINとから特定される口腔７０の伝達関数を図１の効果付与部４４３が音響信号Ｓ0に付与する（例えば音響信号Ｓ0に対する口腔７０の伝達関数の畳込み処理を効果付与部４４３が実行する）ことで音響信号ＳOUTを生成する構成が採用される。また、変数設定部４６が収音信号ＳINから複数種の変数Ｐを特定し、複数種の変数Ｐに応じて複数の特性が制御された音響信号ＳOUTを信号生成部４４が生成する態様も好適である。

本発明の第１実施形態に係る音制御装置のブロック図である。 発音体や収音機器が設置された様子を示す概念図である。 本発明の第２実施形態に係る音制御装置のブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る音制御装置のブロック図である。 音響信号の生成に使用される変数を説明するための概念図である。

符号の説明

１００……音制御装置、１０……制御装置、２０……記憶装置、３２……発音体、３４……収音機器、３６……放音機器、４２，５４２……制御部、４４……信号生成部、４４１，５２，５４……音源部、４６……変数設定部、７０……口腔、ＳV……発音信号、Ｗ……音響、ＳIN……収音信号、ＳOUT……音響信号。

Claims (8)

1. 口腔を経由した音響を収音して収音信号を生成する収音機器と、
   前記収音信号に基づいて変数を設定する変数設定手段と、
   前記変数設定手段が設定した変数に応じた特性の音響信号を生成する信号生成手段と
   を具備する音制御装置。
2. 利用者の身体に装着されて前記口腔内に音響を発生させる発音体
   を具備する請求項１の音制御装置。
3. 前記信号生成手段は、
   音響信号を生成する音源手段と、
   前記変数設定手段が設定した変数に応じた効果を音響信号に付与する効果付与手段と
   を含む請求項１または請求項２の音制御装置。
4. 前記信号生成手段は、前記変数設定手段が設定した変数に応じて特徴量が決定された音響信号を生成する音源手段を含む
   請求項１または請求項２の音制御装置。
5. 特定の特徴量の経時的な変化を示す発音信号を前記発音体に供給することで当該発音体を動作させる制御手段を具備し、
   前記変数設定手段は、前記収音信号のレベルに応じた変数を順次に設定し、
   前記信号生成手段は、前記変数設定手段が設定する変数を前記特定の特徴量として音響信号を生成する音源手段を含む
   請求項２の音制御装置。
6. 前記収音機器は、骨伝導または肉伝導を利用して前記収音信号を生成する
   請求項１から請求項５の何れかの音制御装置。
7. 前記変数設定手段が設定した変数の時系列を記憶する記憶手段
   を具備する請求項１から請求項６の何れかの音制御装置。
8. 口腔を経由した音響を収音した収音信号に基づいて変数を設定する変数設定処理と、
   前記変数設定処理で設定した変数に応じた特性の音響信号を生成する信号生成処理と
   をコンピュータに実行させるプログラム。
   

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