JP2021132356A - 音検出装置及び音検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】対象物から発生する音を適切に検出し、対象物を使用する者にその音をリアルタイムにフィードバックさせること。【解決手段】音検出装置（３）は、対象物から伝播される振動の加速度を検出し、加速度に対応した電気信号を出力する加速度検出手段（３１）と、電気信号に対応する音を出力するための音信号を生成する音信号生成手段（３２）と、音信号に基づいて音を発生する音出力手段に音信号を送信する送信手段（３３）と、加速度検出手段、音信号生成手段、及び送信手段を内蔵した本体部（３０）と、を備える。本体部は、対象物を使用する者に装着される。加速度検出手段は、対象物を手で保持しているときに対象物から伝播される振動を検出する。【選択図】図３

Description

本発明は、対象物から伝播される振動を検出し、音の信号として出力する音検出装置及び音検出システムに関する。

音による聴覚刺激の効果として、例えば、人が筆記具で紙に筆記する際の筆記音を筆記者に適切にフィードバックすることで、筆記作業の効率を高めることができる、という実験結果が報告されている。

筆記音を筆記者にフィードバックする筆記具として、例えば特許文献１に記載の筆記具が提案されている。特許文献１に記載の筆記具は、内部にピエゾ素子、オペアンプ、及びマイクロスピーカを配置して構成される。ピエゾ素子は、筆記の際に生じる振動を検出し、その振動に応じた電気信号を出力する。オペアンプは、その電気信号を増幅してマイクロスピーカに出力する。マイクロスピーカは、増幅された電気信号に基づいて音を発生する。筆記者は、マイクロスピーカから出力される音により、筆記音を認識することが可能である。

特開２０１８−１６７４６０公報

しかしながら、特許文献１の筆記具では、筆記の際に生じる振動を検出して音として出力するまでの一連の構成が内部に実装されている。このため、筆記具自体が複雑になるだけでなく、音の検出対象が筆記具に限定されてしまう。また、音の入力（ピエゾ素子）と出力（マイクロスピーカ）が近接配置されているため、ハウリングのおそれがある。更には、筆記音と関係ない音や動作まで検出してしまうおそれがある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、筆記具に限らず、対象物から発生する音を適切に検出し、対象物を使用する者にその音をリアルタイムにフィードバックさせることが可能な音検出装置及び音検出システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様の音検出装置は、対象物から伝播される振動の加速度を検出し、前記加速度に対応した電気信号を出力する加速度検出手段と、前記電気信号に対応する音を出力するための音信号を生成する音信号生成手段と、前記音信号に基づいて音を発生する音出力装置に前記音信号を送信する送信手段と、前記加速度検出手段、前記音信号生成手段、及び前記送信手段を内蔵した本体部と、を備え、前記本体部は、前記対象物を使用する者に装着され、前記加速度検出手段は、前記対象物を手で保持しているときに前記対象物から伝播される振動を検出する。

本発明の一態様の音検出システムは、上記の音検出装置と、前記音検出装置から送信された前記音信号を中継して前記音出力装置に送信する音処理装置と、を備え、前記音処理装置は、前記音信号から所定の周波数帯をカットし、増幅して前記音出力装置に送信する。

本発明によれば、筆記具に限らず、対象物から発生する音を適切に検出し、対象物を使用する者にその音をリアルタイムにフィードバックさせることができる。

本実施の形態に係る音検出システムの概略構成を示す模式図である。 図１に示す各構成の一部機能を示すブロック図である。 本実施の形態に係る音検出装置の概略構成及び内部構造を示す模式図である。 本実施の形態に係る音検出から音出力までのシーケンス図である。 音検出装置の適用例を示す図である。 音検出装置の他の適用例を示す図である。 音検出装置の他の適用例を示す図である。 音検出装置の他の適用例を示す図である。 音検出装置のバリエーションを示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る音検出システムの概略構成を示す模式図である。図２は、図１に示す各構成の一部機能を示すブロック図である。なお、以下に示す音検出システムはあくまで一例にすぎず、これに限定されることなく適宜変更が可能である。

図１に示すように、本実施の形態に係る音検出システム１は、人が手Ｈに持って使用する対象物（例えば筆記具２）の振動を音検出装置３で検出し、検出した電気信号を音処理装置４を介して音出力装置５に送信し、音出力装置５から音を発生させるように構成されている。

具体的に音検出システム１は、人が使用する対象物が発する音を検出して対応する音信号を生成する音検出装置３と、音検出装置３から送信された音信号を中継して音出力装置に送信する音処理装置４と、受信した音信号に基づいて音を発生する音出力装置５と、を備えている。これらの各構成は、図２に示すように、それぞれ複数の機能ブロックを有している。これらの機能ブロックは、あくまで一例であり、以下に示す機能ブロックに限らず、必要に応じて他の機能ブロックを適宜有してよいものとする。

先ず、音の検出対象である対象物について説明する。対象物とは、人が手Ｈに持って使用する構造物であり、使用時に何らかの音を発生するものである。本実施の形態では、ボールペンや鉛筆等に代表される筆記具２を対象物の例として説明する。筆記具２は、筆記の対象となる紙面に先端を擦ることで音（いわゆる筆記音）を発生する。この筆記音は、筆先と紙面との摩擦等によって発生する振動によって人が知覚可能なものとなる。なお、対象物としての筆記具２は、あくまで一例であり、使用時に音を発生する対象物はこれに限定されず、適宜変更が可能である。詳細は後述するが、人が手で使用する対象物として、他にはさみ、ナイフ等の各種刃物、アイロン、キーボード等が挙げられる。

音検出装置３は、対象物を使用する者に装着され、対象物の音を検出するものである。図２に示すように、音検出装置３は、加速度検出手段３１と、音信号生成手段３２と、送信手段３３と、を含んで構成される。加速度検出手段３１は、対象物から伝播される振動の加速度を検出し、加速度に対応した電気信号を出力する。加速度検出手段３１には、例えば圧電素子を備えた加速度センサや、静電容量式の加速度センサを用いることが可能である。なお、加速度検出手段３１は、これらに限定されず、汎用の加速度センサ、振動センサ等を用いることが可能である。

音信号生成手段３２は、加速度検出手段３１から出力された電気信号に基づいて、当該電気信号に対応する音を出力するための音信号を生成する。音信号生成手段３２は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等によって実現される。例えばメモリには、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールが記憶されている。詳細は後述するが、音信号生成手段３２は、加速度検出手段３１から出力された電気信号から所定の周波数帯をカットし、増幅した音信号を生成する。

送信手段３３は、音信号に基づいて音を発生する音処理装置４に音信号を送信する。送信手段３３は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離通信機能を用いて、近距離通信範囲（例えば、１０メートル以内）の近距離通信機器（本実施の形態では音処理装置４、音出力装置５）と通信可能に構成される。送信手段３３は、例えば既存の無線モジュールで構成される。これらの構造は、音検出装置３の筐体部（後述する本体部３０）に内蔵されている。なお、音検出装置３内部の詳細構造は後述する。

音処理装置４は、音検出装置３から送信された音信号を中継し、その音信号に所定の処理を施して音出力装置５に送信するものである。音処理装置４は、人が直接操作可能なコンピュータである。音処理装置４は、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話機（スマートフォンを含む）又はタブレット型端末等を用いることができる。

音処理装置４は、音検出装置３及び音出力装置５と通信するための通信インターフェースや、プロセッサ、メモリ、ディスプレイ、入力キーを含むハードウェアを有している。また、メモリには、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールが記憶されている。後述する音処理装置４の機能構成は、上記のハードウェアによって実現されてもよいし、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、両者の組み合わせによって実現されてもよい。

具体的に音処理装置４は、表示手段４０、操作手段４１、制御手段４２、及び通信手段４３を含んで構成される。表示手段４０は、各種画像を表示するディスプレイ、モニタ等によって構成される。例えば表示手段４０は、後述する音再現アプリケーションを起動したときのメニュー画面を表示する。操作手段４１は、キーボード、マウス、タッチパネル等のユーザからの操作入力を電気信号に変換可能なデバイスで構成される。操作手段４１は、上記した表示手段４０の一部機能として構成されてもよい。

制御手段４２は、音検出装置３から受信した音信号に所定の処理を施して新たな音信号を生成する。具体的に制御手段４２は、プロセッサにより音検出装置３から受信した音信号から所定の周波数帯をカットしたり（ノイズ除去）、増幅したりする。また、制御手段４２は、音再現アプリケーションの指示に基づいて、音信号を音出力装置５で音を出力可能な形式に変換する。

通信手段４３は、上記した音検出装置３及び音出力装置５と、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離通信機能を用いて通信可能な無線モジュールで構成される。なお、本実施の形態では、音検出装置３、音処理装置４、及び音出力装置５間の信号の授受を無線通信で実現する場合について説明しているが、これに限定されず、例えば有線通信の構成であってもよい。

また、音処理装置４には、対象物から発せられる音を再現して出力する音再現アプリケーションがインストールされている。音再現アプリケーションは、リアルタイムに再現される音の調整（音量、高低等の調整）をする機能や、再現される音の波形やリズムをディスプレイ（表示手段４０）上に表示する機能等を有している。

音出力装置５は、音検出装置３から音処理装置４を中継して送信された音信号を受信し、その音信号に応じた音を出力するように構成されている。音出力装置５は、例えばワイヤレススピーカやワイヤレスイヤホンで構成される。具体的に音出力装置５は、受信手段５０と、出力手段５１によって構成される。また、音出力装置５は、補聴器で構成されてもよい。

受信手段５０は、音処理装置４から送信された音信号を受信する。受信手段５０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離通信機能を用いて、近距離通信範囲（例えば、１０メートル以内）の近距離通信機器（本実施の形態では音検出装置３又は音処理装置４）と通信可能に構成される。受信手段５０は、例えば既存の無線モジュールで構成される。なお、詳細は後述するが、受信手段５０は、音検出装置３から送信される音信号を直接受信してもよい。

出力手段５１は、受信手段５０が受信した音信号に基づいて音を発生する。これにより、対象物から伝播された振動を音（筆記音）として再現し、対象物の使用者にフィードバックすることが可能である。

次に、図３を参照して、音検出装置の内部構造について説明する。図３は、本実施の形態に係る音検出装置の概略構成及び内部構造を示す模式図である。

図３に示すように、音検出装置３は、対象物を使用する者の手Ｈ（図１参照）に装着されるリング形状の本体部３０を備えている。本実施の形態では、本体部３０は、人の指Ｆに装着可能な指輪式の構造を有している。本体部３０には、上記した加速度検出手段３１、音信号生成手段３２、送信手段３３の他、電源レギュレータ３４、バッテリ３５、及び給電口３６が内蔵されている。これらの各構成は、本体部３０内に設けられた不図示の回路板に実装され、電気的に接続されている。

電源レギュレータ３４は、バッテリ３５から各構成に供給される電力を調整する。バッテリ３５は、上記した構成（特に加速度検出手段３１、音信号生成手段３２、及び送信手段３３）に電力を供給する。バッテリ３５は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池で構成される。給電口３６は、バッテリ３５に対して電気的に接続されている。給電口３６は、外部電源（不図示）に接続可能であり、外部電源からバッテリ３５に給電可能に構成されている。

ところで、音による聴覚刺激の効果として、例えば、人が筆記具で紙に筆記する際の筆記音を筆記者に適切にフィードバックすることで、筆記作業の効率を高めることができる、という実験結果が報告されている。

また、そのような音による聴覚刺激の他の効果として、近年では、聴覚刺激によって脳が心地よさを感じるといった人体的反応である、ＡＳＭＲ（Autonomous Sensory Meridian Response：自律感覚絶頂反応）が話題となっている。例えば、食事の際の咀嚼音を聞くことで心地よさを感じるような、いわゆるＡＳＭＲ動画が動画共有サイト等に投稿されている。このようなＡＳＭＲの感度は人によって個人差があるものの、ＡＳＭＲは企業でも大きな話題となっており、広告媒体等、様々な分野への応用が検討されている。

そこで、本件発明者等は、上記のような所定の対象物から発せられた音による聴覚刺激が脳に与える効果に着目し、本発明に想到した。具体的に本実施の形態では、音検出装置３を手Ｈ（指Ｆ）に装着し、筆記者が筆記具２で筆記する際に紙面上で発生する音を音検出装置３で検出する。

より詳細に音検出装置３は、筆記の際に紙面及び筆記具２（対象物）から伝播される振動の加速度を検出し、加速度に対応した電気信号を出力する加速度検出手段３１と、電気信号に対応する音を出力するための音信号を生成する音信号生成手段３２と、音信号に基づいて音を発生する音出力装置５に音信号を送信する送信手段３３と、加速度検出手段３１、音信号生成手段３２、及び送信手段３３を内蔵した本体部３０と、を備えている。本体部３０は、上記したように、筆記具２を使用する者に装着される。また、加速度検出手段３１は、筆記具２を手で保持しているときに筆記具２から伝播される振動を検出する。

この構成によれば、筆記の際に生じる筆記音の振動が筆記具２を通じて伝播され、音検出装置３により検出される。検出された振動は、対応する音信号として音出力装置５に送信される。これにより、筆記音を再現した音を音出力装置５から発生することが可能である。すなわち、再現された筆記音が筆記者に対してダイレクトにフィードバックされる。このため筆記者は、再現された筆記音を認識することで筆記作業の効率を高めることが可能である。また、ＡＳＭＲのような効果も得ることが可能である。更には、高価な集音システムを用いることなく、簡易な構成でＡＳＭＲを体感することが可能である。

また、音の検出対象となる筆記具２（対象物）とは別に音検出装置３を手に装着する構成としたことで、音の検出対象（音の再現対象である対象物）が筆記具２に限られない。すなわち、対象物毎に音検出装置３を用意する必要がなく、例えば複数の対象物を持ち替えながら筆記音の再現をスムーズに行うことが可能である。このように、手に持って使用する対象物全般において、使用時に発生する音を適切に再現して使用者にフィードバックすることが可能である。

また、対象物から伝播される振動を加速度として検出したことにより、振動を直接検出する場合に比べて周囲のノイズを検出し難くすることが可能である。これにより、音の再現精度をより高めることが可能である。

また、詳細は後述するが、本体部３０は、人が手に持った対象物（筆記具２）に当接する当接部３０ａを有することが好ましい。対象物が当接部３０ａに当接することで、対象物から伝播される振動を検出し易くすることが可能である。また、加速度検出手段３１は、当接部３０ａに対応する箇所に設けられることが好ましい。例えば、図３に示すように、当接部３０ａは、本体部３０の外周面の所定箇所に設けられている。加速度検出手段３１は、当接部３０ａの近傍において、当接部３０ａよりも径方向内側に位置する本体部３０内に設けられている。加速度検出手段３１が当接部３０ａの近傍に位置することで、対象物から伝播される振動をより高精度に検出することが可能である。

次に、図４を参照して、本実施の形態に係る音検出システムの具体的なシーケンスについて説明する。図４は、本実施の形態に係る音検出から音出力までのシーケンス図である。なお、以下に示すシーケンスは、あくまで一例を示すものであり、これに限定されることなく適宜変更が可能である。例えば、各ステップの順序は、処理に矛盾が生じない程度に変更可能である。なお、図４では、筆記音を再現して出力する場合について説明する。

上記したように、筆記者は、指Ｆに音検出装置３を装着し、音検出装置３の外面（当接部３０ａ）に筆記具２の一部を当接した状態で筆記具２を手Ｈに持つ。そして、筆記者は、筆記具２の筆先を紙面に接触させて筆記を行う。筆記に伴って生じる筆記具２の振動は、筆記具２から当接部３０ａ（本体部３０）を通じて加速度検出手段３１に伝播する。

図４に示すように、加速度検出手段３１は、筆記具２から伝播する振動の加速度を検出し、その加速度に対応した電気信号を音信号生成手段３２に出力する（ステップＳ１）。音信号生成手段３２は、出力された電気信号から所定の周波数帯をカットしてノイズを除去し、出力手段５１で音を出力可能な音信号を生成する（ステップＳ２）。なお、音信号を音出力装置５にダイレクトに送信する場合、ステップＳ２のノイズ除去に加えて、事前に増幅した音信号を生成してもよい（ステップＳ２´）。送信手段３３は、生成された音信号を音処理装置４に送信する（ステップＳ３）。

音処理装置４では、通信手段４３が上記した音信号を受信する。制御手段４２は、受信した音信号から所定の周波数帯をカットしてノイズ除去し、音信号に所定の変換処理を行う（ステップＳ４）。この変換処理には、例えば周波数変換、音響変換、デジタルフィルタリング等が挙げられる。更に制御手段４２は、変換後の音信号を増幅する（ステップＳ５）。通信手段４３は、増幅された音信号を音出力装置５に送信する（ステップＳ６）。

音出力装置５では、受信手段５０が上記した音信号を受信する。出力手段５１は、受信した音信号に基づいて音（再現された筆記音）を発生する（ステップＳ７）。これにより、筆記者へ再現された筆記音がフィードバックされる。

このように、本実施の形態によれば、手に装着された音検出装置３により、対象物から伝播される振動を検出して所定の音信号を生成し、スピーカ等の音出力装置５に送信することで、対象物を使用する際の音をリアルタイムにその使用者にフィードバックすることが可能である。

次に、図５から図８を参照して、音検出装置３の装着例及び対象物のバリエーションについて説明する。図５から図８は、音検出装置の適用例のバリエーションを示す図である。

上記実施の形態においては、図５に示すように、人差し指にリング状の音検出装置３を装着し、音検出装置３の外面に当接するように筆記具２を把持する構成としている。しかしながら、これに限定されず、適宜変更が可能である。例えば図６に示すように、親指に音検出装置３を装着してもよい。また、図７に示すように、音検出装置３は、手首に装着可能な腕輪状の構成であってもよい。また、音検出装置３は、本体部３０に内蔵される各種構成を例えば腕時計に内蔵する構成としてもよい。

また、上記実施の形態において、音検出の対象物が筆記具２である場合について説明したが、これに限定されず、適宜変更が可能である。例えば図８に示すように、対象物をはさみ２０としてもよい。この場合、はさみ２０の柄の部分に音検出装置３（本体部３０）の外面が当接するように音検出装置３を指に装着することが好ましい。これにより、はさみで紙等を切断する際の音を使用者に適切にフィードバックすることが可能である。また、対象物は、これらに限らず、人が手で使用する物、例えばナイフ、包丁等の刃物、アイロン、キーボード、その他の構造物を採用可能である。

次に、図９を参照して、本体部（当接部）の形状のバリエーションについて説明する。例えば図９Ａに示すように、リング状の本体部３０の外面の一部に円弧状の凹部３７を形成し、凹部３７に対応する位置に加速度検出手段３１が設けられてもよい。この場合、凹部３７に筆記具２等の対象物を当接させて筆記具２を凹部３７で安定的に支持することができる。また、筆記具２と凹部３７との接触面積を大きく確保することができ、筆記具２からの振動（加速度）の検出精度を高めることが可能である。

また、図９Ｂに示すように、リング状の本体部３０の外面から径方向外側に突出する一対の突起部３８が設けられてもよい。一対の突起部３８は、本体部３０の周方向で所定間隔を空けて配置されている。この場合、一対の突起部３８の間に加速度検出手段３１が設けられることが好ましい。この構成によれば、一対の突起部３８の間に筆記具２の外面を当接させて筆記具２を安定的に保持することが可能である。

また、上記実施の形態において、音検出装置３を手に装着する場合について説明したが、この構成に限定されない。例えば足首や足の指に音検出装置３を装着してもよい。この場合、音検出の対象物として、靴等が挙げられる。

また、上記実施の形態において、音検出装置３（本体部３０）をリング形状にして手に装着する構成としたが、この構成に限定されない。音検出装置を対象物に直に取り付ける構成としてもよい。具体的には、音検出装置をキャップの形状にして筆記具２の端部に取り付ける構成としてもよいし、音検出装置をシート状にして対象物に貼り付ける構成としてもよい。また、本体部３０を手袋や指サック等の形状としてもよい。

また、上記実施の形態において、音検出装置３で生成された音信号が、音処理装置４を経由して音出力装置５に送信（出力）される場合について説明したが、この構成に限定されない。音検出装置３で生成された音信号は、ダイレクトに音出力装置５に送信されてもよい。

また、上記実施の形態において、音処理装置４で音信号のノイズ除去や増幅を実施する構成としたが、この構成に限定されない。音信号のノイズ除去や増幅は、音検出装置３、又は音出力装置５で実施されてもよい。

また、本実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。更には、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。従って、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。

本発明によれば、筆記具に限らず、対象物から発生する音を適切に検出し、対象物を使用する者にその音をリアルタイムにフィードバックさせることができるという効果を有し、特に、音検出装置及び音検出システムに有用である。

１ ：音検出システム
２ ：筆記具（対象物）
３ ：音検出装置
４ ：音処理装置
５ ：音出力装置
３０ ：本体部
３０ａ ：当接部
３１ ：加速度検出手段
３２ ：音信号生成手段
３３ ：送信手段
３４ ：電源レギュレータ
３５ ：バッテリ
３６ ：給電口
３７ ：凹部（当接部）
３８ ：突起部（当接部）
４０ ：表示手段
４１ ：操作手段
４２ ：制御手段
４３ ：通信手段
５０ ：受信手段
５１ ：出力手段
Ｆ ：指
Ｈ ：手

Claims (9)

1. 対象物から伝播される振動の加速度を検出し、前記加速度に対応した電気信号を出力する加速度検出手段と、
   前記電気信号に対応する音を出力するための音信号を生成する音信号生成手段と、
   前記音信号に基づいて音を発生する音出力装置に前記音信号を送信する送信手段と、
   前記加速度検出手段、前記音信号生成手段、及び前記送信手段を内蔵した本体部と、を備え、
   前記本体部は、前記対象物を使用する者に装着され、
   前記加速度検出手段は、前記対象物を手で保持しているときに前記対象物から伝播される振動を検出する、音検出装置。
2. 前記本体部は、前記対象物に当接する当接部を有する、請求項１に記載の音検出装置。
3. 前記加速度検出手段は、前記当接部に対応する箇所に設けられている、請求項２に記載の音検出装置。
4. 前記本体部は、前記対象物を使用する者の手に装着されるリング形状を有する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の音検出装置。
5. 前記音信号生成手段は、前記電気信号から所定の周波数帯をカットし、増幅した音信号を生成する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の音検出装置。
6. 前記本体部に内蔵され、前記音信号生成手段及び前記送信手段に電力を供給するバッテリを更に備える、請求項１から請求項５のいずれかに記載の音検出装置。
7. 前記バッテリは、二次電池で構成され、
   前記本体部には、前記バッテリに給電可能な給電口が設けられている、請求項６に記載の音検出装置。
8. 前記対象物は、筆記具で構成される、請求項１から請求項７のいずれかに記載の音検出装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の音検出装置と、
   前記音検出装置から送信された前記音信号を中継して前記音出力装置に送信する音処理装置と、を備え、
   前記音処理装置は、前記音信号から所定の周波数帯をカットし、増幅して前記音出力装置に送信する、音検出システム。

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