JP2015087503A - 効果音生成装置、効果音生成方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】時間の経過と共に周波数が下降する効果音を生成する。
【解決手段】効果音生成装置１は、円筒管の底面円周近傍に位置する放音部Ｓより円筒管の天井面中央近傍に位置する収音部Ｍに向けて効果音を生成する。パラメタ設定部１０は、計算に用いる各パラメタを設定する。距離計算部２０は、円筒管の壁面により形成される放音部Ｓの鏡像について、各鏡像から収音部Ｍまでの距離をそれぞれ計算する。パルス生成部３０が、距離に基づいて各鏡像に対応するパルスの生成時刻及び振幅をそれぞれ計算し、生成時刻及び振幅に基づいて放音部Ｓより出力するパルスを生成する。出力部４０は、パルス生成部３０の出力するパルスを放音部Ｓより出力する。
【選択図】図６

Description

この発明は、ゲームをはじめとする娯楽等で聴取者に興趣を与える効果音等を合成する効果音生成技術に関する。

時間の経過に比例して周波数が上昇する現象を模擬する方法として、正弦波の周波数を電気的に掃引する方法が考えられる。しかし、この方法では生成音の帯域は極めて狭いため、聴取者にとって人工的な印象しか与えることができない。

これに対して、特許文献１には、時間の経過に比例して周波数が上昇する効果音であって、聴取者にとって自然な印象を与えることができる効果音を発生させる効果音生成技術が記載されている。

特許第３６９５６３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来の効果音生成技術では、時間の経過と共に直線的に周波数が上昇する効果音しか生成することができなかった。

この発明の目的は、時間の経過と共に周波数が下降する効果音を生成することができる効果音生成技術を提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明の効果音生成装置は、円筒管の底面円周近傍に位置する放音部より円筒管の天井面中央近傍に位置する収音部に向けて効果音を生成する。効果音生成装置は、距離計算部及びパルス生成部を含む。距離計算部は、円筒管の壁面により形成される放音部の鏡像について、各鏡像から収音部までの距離をそれぞれ計算する。パルス生成部が、距離に基づいて各鏡像に対応するパルスの生成時刻及び振幅をそれぞれ計算し、生成時刻及び振幅に基づいて放音部より出力するパルスを生成する。

この発明の効果音生成技術によれば、時間の経過と共に周波数が下降する効果音を生成することができる。

図１は、効果音の聴取環境を説明する図である。 図２は、鏡像と収音部との距離を説明する図である。 図３は、生成される効果音の時間波形を例示する図である。 図４は、生成される効果音のスペクトログラムを例示する図である。 図５は、従来の効果音のスペクトログラムを例示する図である。 図６は、効果音生成装置の機能構成を例示する図である。 図７は、効果音生成方法の処理フローを例示する図である。

実施形態の説明に先立って、この発明の原理について説明する。

この発明の効果音生成技術では、図１に示すような、円筒管の聴取環境を前提とする。図１（Ａ）は聴取環境の斜視図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の平面図であり、図１（Ｃ）は図１（Ｂ）のX-X断面図である。この発明の効果音生成技術は、円筒管の聴取環境において、放音部Ｓより収音部Ｍに向けてパルスを放出することで、時間の経過と共に周波数が下降する効果音を生成するものである。放音部Ｓは円筒管の底面円周近傍に設置される。収音部Ｍは円筒管の天井面中央近傍に設置される。

収音部Ｍは音響的に透明な状態となるように設置する。例えば、円筒管の天井面を開口し、収音部Ｍを細い棒や糸などで空中に固定するなどの方法が考えられる。一方、放音部Ｓが設置される円筒管の底面は開口していてもよいし、していなくともよい。以降の説明では円筒管の底面は開口しているものとして説明する。

図１の例では、円筒管は鉛直方向に設置しているものとしたが、放音部Ｓと収音部Ｍとの円筒管内における相対的な位置関係が適切である限り円筒管の設置方向はどのような方向であってもよい。例えば、円筒管を水平方向に設置しても構わない。

生成される効果音の音色は円筒管の寸法によって決定される。円筒管の高さhと半径rは任意の大きさに設計することができるが、円筒管の高さhと半径rとの比が1:500程度であると、より自然な印象を与える効果音を生成されることが確認されている。例えば、円筒管の高さhを100メートル程度とし、円筒管の半径rを0.15メートル程度とすればよい。ただし、これらの値はあくまで一例であり、生成される効果音の音色を考慮して適宜調整すればよい。

図２を参照して、この発明の基本的な考え方を説明する。円筒管の底面円周近傍に設置された放音部Ｓから放出されたパルスは、円筒管の天井面中央近傍に設置された収音部Ｍで収音される。放音部Ｓから放出されたパルスは、直接収音部Ｍへ到来する成分と、円筒管の壁面により反射しながら収音部Ｍへ到来する成分とが存在する。円筒管の壁面により反射する成分は、放音部Ｓの無数の鏡像を形成する。図２では円筒管の壁面により形成される鏡像を、放音部Ｓと円筒管の底面中央とを通る直線上に黒点として示している。

放音部Ｓをインデックスn=0とする。放音部Ｓから見て収音部Ｍの方向に存在する鏡像については放音部Ｓに近い順にインデックスn=1,2,3…とする。放音部Ｓから見て収音部Ｍと逆方向に存在する鏡像については放音部Ｓに近い順にインデックスn=-1,-2,-3…とする。鏡像nから放音部Ｓまでの距離x_nは次式により計算することができる。

すると、鏡像nから収音部Ｍまでの距離d_nは、次式により計算することができる。

距離d_nは、鏡像nに対応するパルスが放音部Ｓから円筒管の壁面により反射しながら収音部Ｍへ到達するまでの距離に相当する。

鏡像nに対応するパルスが収音部Ｍに到来するまでの時間t_nは、cを音速として、t_n=d_n/cにより計算することができる。この時間t_nを鏡像nに対応するパルスを放音部Ｓから出力する相対的な時刻とする。

音は距離に従って減衰するため、鏡像nに対応するパルスの振幅a_nは、αを予め定めた振幅の基準値として、a_n=α/d_nにより計算する。

各鏡像n=0,±1,±2,…について、上述のように計算した時刻t_n及び振幅a_nに従って、放音部Ｓからパルスを放出する。

図３に、この発明の効果音生成技術により生成される効果音のシミュレーション結果を示す。縦軸は振幅であり、横軸は時間（秒）である。円筒管の高さhは100メートル、半径rは0.15メートルとした。時間の経過に従ってパルス間の感覚が広くなっており、周波数が下降していくことがわかる。

図４に、図３に示したシミュレーション結果のスペクトログラムを示す。縦軸は周波数（Hz）であり、横軸は時間（秒）である。グラフ上で色の濃い部分ほどその周波数の成分が強いことを表している。各時刻において成分の強い周波数帯が複数存在していることが見て取れるが、そのうち最も周波数帯が低い成分が実際に発生したパルスに対応する音であり、それ以外は高調波成分である。図４からも時間の経過と共に周波数成分が下降していくことがわかる。

図５に、参考として、特許文献１に記載された従来の効果音生成装置により生成された効果音のスペクトログラムを示す。図５からは時間の経過と共に周波数成分が直線的に上昇していく効果音が生成されていることがわかる。

［実施形態］
以下、この発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面中において同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

図６を参照して、実施形態に係る効果音生成装置１の機能構成の一例を説明する。効果音生成装置１は、パラメタ設定部１０、距離計算部２０、パルス生成部３０、出力部４０及び放音部Ｓを含む。効果音生成装置１は、例えば、中央演算処理装置（Central Processing Unit、ＣＰＵ）、主記憶装置（Random Access Memory、ＲＡＭ）等を有する公知又は専用のコンピュータに特別なプログラムが読み込まれて構成された特別な装置である。効果音生成装置１は、例えば、中央演算処理装置の制御のもとで各処理を実行する。効果音生成装置１に入力されたデータや各処理で得られたデータは、例えば、主記憶装置に格納され、主記憶装置に格納されたデータは必要に応じて読み出されて他の処理に利用される。

図７を参照して、実施形態に係る効果音生成装置１が実行する効果音生成方法の処理フローの一例を、実際に行われる手続きの順に従って説明する。

ステップＳ１０において、パラメタ設定部１０は、効果音生成方法の各処理に用いる各パラメタを設定する。具体的には、設定するパラメタは、円筒管の高さh、円筒管の半径r、音速c、振幅の基準値α、鏡像のインデックスの最大値Nである。音速cは一般的に340メートル毎秒程度であるが、聴取環境の気温や湿度を勘案して調整してもよい。振幅の基準値αは生成される効果音の音量を考慮して適宜設定すればよい。鏡像のインデックスの最大値Nは大きいほど自然な効果音を生成することができるため、十分に大きな値に設定すればよい。円筒管の高さh及び半径rは、すでに円筒管の設計が完了し寸法が決定している場合には、その寸法を設定すればよい。

円筒管の高さh及び半径rは、生成する効果音の基本周波数から設計することができる。基本周波数は連続して到来するパルスの時間間隔の逆数である。鏡像nと鏡像n+1とに対応するパルスにより生成される波形の基本周波数f₀は、次式により計算することができる。

これにより、効果音の任意の時間の基本周波数を与えることで、それを実現する円筒管の高さh及び半径rを求めることができる。

この発明で得られる効果音は時間の経過と共に周波数が下降するものであるため、例えば、開始時の基本周波数もしくは収束時の基本周波数を特定の周波数として得たい場合が考えられる。

開始時の基本周波数f₀ ^sが与えられている場合には、次式を満たすh及びrを求めることで円筒管の高さh及び半径rを決定することができる。

収束時の基本周波数f₀ ^eが与えられている場合には、次式を満たすrを求めることで円筒管の半径rを決定することができる。この場合には、円筒管の高さhは任意の値とすることができる。nが十分に大きくなることでhは無視することができるからである。

ステップＳ２０において、距離計算部２０は、円筒管の壁面により形成される放音部Ｓの鏡像について、各鏡像から収音部Ｍまでの距離をそれぞれ計算する。具体的には、各鏡像のインデックスn=0,±1,±2,…について、hを円筒管の高さとし、rを円筒管の底面の半径とし、次式により距離d_nを計算する。

ステップＳ３０において、パルス生成部３０は、距離に基づいて各鏡像に対応するパルスの生成時刻及び振幅をそれぞれ計算し、生成時刻及び振幅に基づいて放音部Ｓより出力するパルスを生成する。鏡像nに対応するパルスの生成時刻t_nは、t_n=d_n/cにより計算する。鏡像nに対応するパルスの振幅a_nは、a_n=α/d_nにより計算する。このようにして求めた生成時刻及び振幅に基づいて、t=0から放音部Ｓより出力するパルスを生成する。

ステップＳ４０において、出力部４０は、パルス生成部３０の出力するパルスを放音部Ｓより出力する。

収音部Ｍにおいて収音された効果音をデジタル回路により信号処理する場合、放音部Ｓがパルスを発生するタイミングと収音部Ｍがサンプリングするタイミングとにずれが生じることにより、エイリアシングが発生する可能性がある。その場合には、次式のようなsinc関数により補間すればよい。

ここで、kはサンプリング時刻、Tはサンプリング間隔である。sinc関数による補間については、「オッペンハイム他、『デジタル信号処理（上）』、コロナ社、1980年、p.31」などに詳述されている。また、この種の内挿関数としては正弦関数、ラゲール関数、ルジャンドル関数を用いてもよい。

このように、この発明の効果音生成技術によれば、円筒管の底面円周近傍に位置する放音部より円筒管の天井面中央近傍に位置する収音部に向けて、円筒管の壁面により形成される鏡像に対応するパルスを順次発生することで、時間の経過と共に周波数が下降する効果音であって、聴取者にとって自然な印象を与える効果音を生成することができる。

この発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。上記実施形態において説明した各種の処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。

［プログラム、記録媒体］
上記実施形態で説明した各装置における各種の処理機能をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記各装置における各種の処理機能がコンピュータ上で実現される。

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。

また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。

また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、本装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。

１ パラメタ設定部
２ 距離計算部
３ パルス生成部
４ 出力部
Ｓ 放音部
Ｍ 収音部

Claims (5)

1. 円筒管の底面円周近傍に位置する放音部より上記円筒管の天井面中央近傍に位置する収音部に向けて効果音を生成する効果音生成装置であって、
   上記円筒管の壁面により形成される上記放音部の鏡像について、各鏡像から上記収音部までの距離をそれぞれ計算する距離計算部と、
   上記距離に基づいて各鏡像に対応するパルスの生成時刻及び振幅をそれぞれ計算し、上記生成時刻及び上記振幅に基づいて上記放音部より出力するパルスを生成するパルス生成部と、
   を含む効果音生成装置。
2. 請求項１に記載の効果音生成装置であって、
   上記距離計算部は、nを各鏡像のインデックスとし、hを上記円筒管の高さとし、rを上記円筒管の底面の半径とし、次式により上記距離を計算し、
   
   上記パルス生成部は、d_nを鏡像nの上記距離とし、cを音速とし、αを予め定めた振幅の基準値とし、上記生成時刻をd_n/cにより計算し、上記振幅をα/d_nにより計算する
   効果音生成装置。
3. 円筒管の底面円周近傍に位置する放音部より上記円筒管の天井面中央近傍に位置する収音部に向けて効果音を生成する効果音生成方法であって、
   距離計算部が、上記円筒管の壁面により形成される上記放音部の鏡像について、各鏡像から上記収音部までの距離をそれぞれ計算する距離計算ステップと、
   パルス生成部が、上記距離に基づいて各鏡像に対応するパルスの生成時刻及び振幅をそれぞれ計算し、上記生成時刻及び上記振幅に基づいて上記放音部より出力するパルスを生成するパルス生成ステップと、
   を含む効果音生成方法。
4. 請求項３に記載の効果音生成方法であって、
   上記距離計算ステップは、nを各鏡像のインデックスとし、hを上記円筒管の高さとし、rを上記円筒管の底面の半径とし、次式により上記距離を計算し、
   
   上記パルス生成ステップは、d_nを鏡像nの上記距離とし、cを音速とし、αを予め定めた振幅の基準値とし、上記生成時刻をd_n/cにより計算し、上記振幅をα/d_nにより計算する
   効果音生成方法。
5. 請求項１又は２に記載の効果音生成装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。