JP2023101228A - 音変換装置 - Google Patents
音変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023101228A JP2023101228A JP2022001718A JP2022001718A JP2023101228A JP 2023101228 A JP2023101228 A JP 2023101228A JP 2022001718 A JP2022001718 A JP 2022001718A JP 2022001718 A JP2022001718 A JP 2022001718A JP 2023101228 A JP2023101228 A JP 2023101228A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- sound
- frequency
- audible
- frequency band
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims abstract description 143
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 25
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 37
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 8
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 abstract description 8
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
【課題】非可聴周波数帯域の音を人が可聴可能な音へ変換して出力する音変換装置を提供する。【解決手段】対象機器が動作する際に発生する動作音を変換する音変換装置は、異音を含む動作音を、音圧の強度の経時変化を示す信号である音圧時間信号として取得する音取得回路10と、音圧時間信号に対応する信号を、人の非可聴周波数帯域を含む周波数毎の音圧の強度を示す周波数特性に変換し、周波数特性に対応する信号において、非可聴周波数帯域における異音の音圧の強度を示す異音信号の周波数を人の可聴周波数帯域に変更した可聴化信号を求めるとともに、可聴化信号を、音圧の強度の経時変化を示す信号である可聴音信号として出力する信号変換回路20と、可聴音信号に基づいて音を発生させるスピーカ40と、を備える。【選択図】図1
Description
本開示は、音変換装置に関する。
従来、人の非可聴周波数帯域の音響信号を検出し、検出した音響信号に基づき回転機器の異常の有無を判断する回転機器の診断装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この回転機器の診断装置は、検出した非可聴周波数帯域の音響信号に対してフィルタ処理等の信号処理を行った後にフーリエ変換をして得られた信号のピーク値に基づいて回転機器の異常判断を行う。
ところで、回転機器のような検査の対象機器が異常状態である場合、異常状態となった対象機器に対して人が修理作業を行う際に、対象機器から発生する異音を聴く必要がある場合がある。しかしながら、特許文献1に記載の診断装置は、対象機器の異常判定を行うことはできるが、対象機器から発生する異音を人に聴かせることができない。
本開示は、非可聴周波数帯域の音を人が可聴可能な音へ変換して出力する音変換装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、
対象機器が動作する際に発生する動作音を変換する音変換装置であって、
異音を含む動作音を、音圧の強度の経時変化を示す信号である音圧時間信号として取得する音取得回路(10)と、
音圧時間信号に対応する信号を、人の非可聴周波数帯域を含む周波数毎の音圧の強度を示す周波数特性に変換し、周波数特性に対応する信号において、非可聴周波数帯域における異音の音圧の強度を示す異音信号の周波数を人の可聴周波数帯域に変更した可聴化信号を求めるとともに、可聴化信号を、音圧の強度の経時変化を示す信号である可聴音信号として出力する信号変換回路(20)と、
可聴音信号に基づいて音を発生させるスピーカ(40)と、を備える。
対象機器が動作する際に発生する動作音を変換する音変換装置であって、
異音を含む動作音を、音圧の強度の経時変化を示す信号である音圧時間信号として取得する音取得回路(10)と、
音圧時間信号に対応する信号を、人の非可聴周波数帯域を含む周波数毎の音圧の強度を示す周波数特性に変換し、周波数特性に対応する信号において、非可聴周波数帯域における異音の音圧の強度を示す異音信号の周波数を人の可聴周波数帯域に変更した可聴化信号を求めるとともに、可聴化信号を、音圧の強度の経時変化を示す信号である可聴音信号として出力する信号変換回路(20)と、
可聴音信号に基づいて音を発生させるスピーカ(40)と、を備える。
これによれば、対象機器の動作音に人の非可聴周波数の異音が含まる場合であっても、音変換装置が当該異音の周波数を人の可聴周波数に変換して発生させることで人に聴かせることができる。
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
本開示の一実施形態について図1~図8に基づいて説明する。本実施形態の音変換装置1は、検査対象である対象機器Pの動作音に異音が含まれる際に、当該異音の周波数を変換し、その周波数を変換した異音を出力する装置である。対象機器Pは、例えば、工場に設置された生産設備である。また、異音とは、対象機器Pが正常状態ではない異常状態で動作するときに発生する音である。
図1に示すように、音変換装置1は、A/D変換部10と、DSP部20と、D/A変換部30と、スピーカ40とを備える。音変換装置1は、音変換装置1の外部に設けられたマイクロホンMCから対象機器Pの動作音に関する情報を取得する。
マイクロホンMCは、検査対象である対象機器Pの動作音を検出し、検出した動作音に対応する信号を音圧信号として外部に出力する音検出部である。マイクロホンMCは、対象機器Pの内部に設置されており、対象機器Pの動作音に応じた音圧信号をアナログ信号として、例えば所定の周期毎に、A/D変換部10に送信する。なお、マイクロホンMCは、対象機器Pの動作音を収集可能であれば、対象機器Pの外部に設置されていてもよい。
A/D変換部10は、マイクロホンMCから送信される動作音に応じた音圧信号を受信する音取得部である。A/D変換部10は、CPU、ROMやRAM等の記憶部を含んで構成されるマイクロコンピュータ、入力回路、出力回路およびその周辺回路から構成されている。A/D変換部10は、マイクロホンMCから送信されるアナログ信号を所定サンプリング間隔でサンプリングして、アナログ信号からデジタル信号に変換する。そして、A/D変換部10は、対象機器Pが動作する際に発生する動作音を、音圧の強度の経時変化を示す時間信号である音圧時間信号として取得する。音圧時間信号には、時間経過に伴う音圧の強度変化の情報が含まれている。A/D変換部10は、取得した音圧時間信号をDSP部20に出力する。本実施形態では、A/D変換部10が音取得回路として機能する。
DSP部20は、CPU、ROMやRAM等の記憶部を含んで構成されるマイクロコンピュータ、入力回路、出力回路およびその周辺回路から構成されている。記憶部は、RAM、ROM、書き込み可能な不揮発性記憶媒体等を含む。
また、記憶部には、DSP部20が後述する信号処理を実行するためのプログラムおよび対象機器Pの異音に関する後述の情報が予め記憶されている。DSP部20は、A/D変換部10からデジタル信号に変換された音圧時間信号が入力回路に送信されると記憶部に記憶されたプログラムに従った信号処理を実行し、信号処理後の音圧信号に関するデジタル信号を出力回路からD/A変換部30へ送信する。DSP部20は、記憶部のROMまたは書き込み可能な不揮発性記憶媒体に記録されたプログラムを実行する際に、記憶部のRAMを作業領域として使用する。
D/A変換部30は、DSP部20から入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換して出力する信号出力部である。D/A変換部30は、CPU、ROMやRAM等の記憶部を含んで構成されるマイクロコンピュータ、入力回路、出力回路およびその周辺回路から構成されている。D/A変換部30は、アナログ信号に変換した音圧信号に応じた信号をスピーカ40へ出力する。なお、A/D変換部10、DSP部20、D/A変換部30それぞれにおけるRAM、ROM、書き込み可能な不揮発性記憶媒体は、いずれも非遷移的実体的記憶媒体である。
スピーカ40は、D/A変換部30から入力される信号に基づいて、対象機器Pの異音に関する音を出力する音発生部である。スピーカ40は、例えば、対象機器Pの周辺に設置されており、対象機器Pの近傍に存在する作業者へ対象機器Pの異音に関する音を発生させる。
以下、以上のような構成の音変換装置1の作動について図2~図5を参照して説明する。A/D変換部10がマイクロホンMCから対象機器Pの動作音に応じた信号を受信すると、A/D変換部10は、対象機器Pが動作する際に発生する動作音を音圧時間信号として取得し、当該音圧時間信号をDSP部20に出力する。
DSP部20は、A/D変換部10から音圧時間信号を受信すると、記憶部から所定のプログラムを読み込んで実行することにより、図2に示す処理を実行する。
具体的に、DSP部20は、A/D変換部10から音圧時間信号を受信すると、最初にステップS10において、受信した音圧時間信号をフーリエ変換して、当該音圧時間信号を周波数毎の音圧の強度を示す信号に変換する。例えば、DSP部20は、入力された音圧時間信号を所定の長さの時間だけを抽出して短時間フーリエ変換することで、周波数毎の音圧の強度を示す信号に変換する。以下、A/D変換部10から受信した音圧時間信号を短時間フーリエ変換することで得られる信号をフーリエ変換後信号とも呼ぶ。
本実施形態のDSP部20は、A/D変換部10から受信する音圧時間信号を、一般的な人の可聴周波数の帯域および人の非可聴周波数の帯域を含む周波数帯域における周波数毎の音圧の強度に変換することでフーリエ変換後信号を求める。例えば、一般的な人の可聴周波数帯域を20Hzから15000Hzまでとし、15000Hzより大きい周波数の帯域を非可聴周波数帯域とする。
この場合、DSP部20は、A/D変換部10から受信する音圧時間信号を可聴周波数帯域および非可聴周波数帯域の両方の帯域を含む20Hzから予め定められる最大周波数までの周波数帯域において周波数毎の音圧の強度に変換する。DSP部20に定められる変換可能な最大周波数は、例えば非可聴周波数である50000Hzに設定されている。なお、DSP部20が変換可能な最大周波数は、50000Hzに限定されず、50000Hzより大きい周波数(例えば、100000Hz)に設定されてもよいし、50000Hzより小さい周波数(例えば、30000Hz)に設定されてもよい。
続いて、ステップS20において、DSP部20は、可聴周波数帯域および非可聴周波数帯域を含むフーリエ変換後信号のうち、非可聴周波数帯域における対象機器Pの異音に関する周波数の音圧の強度を強調させた周波数特性を求める。
ここで、DSP部20の記憶部には、対象機器Pの動作音に含まれる異音に関する情報として、対象機器Pの動作音に異音が含まれる場合の異音の周波数に関する情報が予め記憶されている。具体的に、DSP部20の記憶部には、実際の対象機器Pの異音の周波数が所定の帯域幅を有する周波数帯域に跨っていることが記憶されている。さらにDSP部20の記憶部には、実際の対象機器Pの異音が含まれる動作音において、非可聴周波数帯域のうちの異音に含まれる周波数帯域の情報および異音に含まれない周波数帯域の情報が予め記憶されている。
ところで、対象機器Pの異音は、対象機器Pが正常状態ではなく、異常状態で動作する際に発生する。そして、対象機器Pが異常状態で動作する際に発生する異音は、対象機器Pが正常状態から異常状態になる度に、比較的同じ周波数帯域を含む可能性が高い。このため、実際の対象機器Pの異音に含まれる周波数帯域の情報および異音に含まれない周波数帯域の情報は、対象機器Pを異常状態で動作させた際の実際の異音が含まれる動作音を収集して音解析を行う実験結果等から得ることができる。
なお、実際の対象機器Pの異音に含まれる周波数帯域の情報および異音に含まれない周波数帯域の情報を得るための実験においては、予め定めた基準となる情報に基づいて、異音の周波数帯域であるか否かを判定してもよい。基準となる情報は、例えば、対象機器Pの動作音の信号に対してフーリエ解析を行って得られる音圧の強度を得る際において、異音に含まれるか否かを判定するための所定の閾値であってもよい。この場合、対象機器Pを異常状態で動作させた際の実際の異音が含まれる動作音の信号に対してフーリエ解析を行い、所定の閾値以上の音圧の強度を有する周波数帯域を異音の周波数帯域として採用してもよい。
そして、DSP部20は、異音に含まれる周波数帯域の情報に基づいて、ステップS10において変換したフーリエ変換後信号のうち、非可聴周波数帯域における対象機器Pの異音に含まれる周波数帯域の音圧の強度を強調させる。
ここで、対象機器Pの異音が、非可聴周波数帯域における17500Hzから19500Hzまでの周波数帯域の音である場合において、DSP部20が対象機器Pの異音に含まれる周波数帯域の音圧の強度を強調させる方法の一例について図3を参照して説明する。この場合、DSP部20の記憶部には、異音に含まれる周波数帯域の情報として、17500Hzから19500Hzまでの周波数帯域の情報が記憶されている。すなわち、DSP部20の記憶部には、異音の周波数が17500Hzから19500Hzまでであることが記憶されている。
また、DSP部20の記憶部には、異音に含まれない周波数帯域の情報として、17500Hzより小さい周波数帯域および19500Hzより大きい周波数帯域の情報が記憶されている。すなわち、DSP部20の記憶部には、可聴周波数帯域の音には異音が含まれないという情報が記憶されている。さらにDSP部20の記憶部には、非可聴周波数帯域における17500Hzより小さい周波数帯域の音と19500Hzより大きい周波数帯域の音には異音が含まれないという情報が記憶されている。
このような異音の周波数帯域に関する情報を有するDSP部20は、ステップS10において変換したフーリエ変換後信号に対して、17500Hzから19500Hzまでの周波数帯域の信号の強度を予め定められた所定の増加量だけ増加させる増加調整を行う。さらに、DSP部20は、17500Hzより小さい周波数帯域および19500Hzより大きい周波数帯域の音圧の強度を予め定められた所定の減少量だけ減少させる減少調整を行う。
これにより、DSP部20は、ステップS10において変換したフーリエ変換後信号に対して対象機器Pの異音の音圧信号である異音信号の強度を強調させた図3に示す周波数特性Fs1を求めることができる。図3に示す周波数特性Fs1は、異音信号の強度を強調させた音圧信号の一例を示している。そして、このように異音信号の強度を強調させた周波数特性Fs1は、ステップS10において変換したフーリエ変換後信号に対応する音圧信号である。
なお、異音信号の強度を強調するための所定の増加量および所定の減少量は、フーリエ変換後信号における異音信号の強度を強調可能な値でDSP部20の記憶部に予め設定されている。当該所定の増加量および所定の減少量は、互いの絶対値が同じ値に設定されてもよいし、異なる値で設定されてもよい。
図3に示すように、周波数特性Fs1において、17500Hzより小さい周波数帯域および19500Hzより大きい周波数帯域の音圧信号は、17500Hzから19500Hzまでの周波数帯域の音圧信号に比較して音圧の強度が著しく小さくなっている。そして、周波数特性Fs1において、17500Hzより小さい周波数帯域および19500Hzより大きい周波数帯域では、周波数が変化しても音圧信号がほとんど変化していない。
これに対して、17500Hzから19500Hzまでの周波数帯域では、周波数の変化に対する音圧信号の変化の割合が比較的大きくなっている。そして、17500Hzから19500Hzまでの周波数帯域では、音圧信号の変化の形状が山形状となっている。具体的に、周波数の値が17500Hzから音圧信号の大きさが最大となる周波数に向かって、音圧信号は、周波数の大きさが大きくになるにしたがい大きくなる。そして、音圧信号の大きさが最大となる周波数から周波数の値が19500Hzに至るまでは、音圧信号は、周波数の大きさが大きくになるにしたがい小さくなる。
このように、図3に示す周波数特性Fs1では、異音信号を示す形状が山形状となっているが、一般的に、生産設備等に発生する異音をフーリエ変換することで得られる音圧信号の形状は山形状になり易い。そして、このような山形状で示される異音信号のうち、音圧信号の大きさが最大となる周波数は、異音に含まれる周波数帯域の中心の周波数または当該中心の周波数の周辺の周波数である。なお、図3に示す周波数特性Fs1では、17500Hzから19500Hzまでの周波数帯域のうち、中心の周波数である18500Hzより大きい19200Hzの周波数の音圧信号が最大となっている。
続いて、ステップS30において、DSP部20は、異音信号の強度を強調させた周波数特性Fs1に対して、異音信号の周波数の少なくとも一部を可聴周波数帯域に含ませるための周波数のシフトを行う。具体的に、DSP部20は、ステップS20で強度を強調させた音圧信号の周波数の少なくとも一部が可聴周波数帯域に含まれるように、周波数特性Fs1の周波数を変更する。これにより、非可聴周波数帯域における異音信号の少なくとも一部が可聴周波数帯域に含まれることとなる。
ところで、人の可聴周波数帯域には、他の周波数帯域に比較して人の聴覚の感度が高い周波数帯域が存在する。ここで、人の聴覚の感度が高いとは、音圧の強度が一定であっても、より大きな音として人が聴くことができるという意味である。すなわち、人が聴くことができる音の感覚的な大きさは、周波数によって変化する。人が聴くことができる音の感覚的な大きさが周波数によって変化することを図4の等ラウドネス曲線を参照して説明する。
等ラウドネス曲線は、可聴周波数帯域のうちの1000Hzの所定のラウドネスの値の音を基準とし、このラウドネスの値の音と同じ大きさに聴くことができる音圧信号の大きさを周波数毎に沿って表したものである。等ラウドネス曲線について、人が一定の大きさのラウドネスの値の音を聴こうとする場合の周波数の変化と音圧信号の大きさの変化について、ラウドネスの値が20phonである場合を一例として説明する。
人が20phonの音の大きさを聴く場合、図4に示すように、音の周波数が1000Hzより小さい周波数帯域においては、周波数が小さくなるほど音圧信号の大きさを20dBより大きくする必要がある。また、人が20phonの音の大きさを聴く場合、音の周波数が1000Hzより大きい周波数帯域においては、1000Hzから約2000Hzまでの周波数帯域でも音圧信号の大きさを20dBより大きくする必要がある。
しかし、音の周波数が約2000Hzから約5000Hzまでの周波数帯域では、20dBより小さい音圧信号の大きさであっても、人は20phonの音を聴くことができる。具体的に、約2000Hzから約5000Hzまでの周波数帯域では、この周波数帯域における中心の周波数である3500Hzに近づくほど、人が20phonの音を聴くための必要な音圧信号の大きさが小さくなる。
しかし、人が20phonの音の大きさを聴く場合、約5000Hzより大きい周波数帯域では音圧信号の大きさを20dBより大きくする必要がある。
このように、音の周波数が約2000Hzから約5000Hzまでの周波数帯域では、基準となる音の音圧信号の大きさである20dBより小さい音圧信号であっても、人は20phonの感覚的な音を聴くことができる。さらに言えば、音の周波数が約3000Hzから約4000Hzまでの周波数帯域では、人が20phonの音を聴くために必要な音圧信号をより小さくすることができる。すなわち、音の周波数が3000Hzから4000Hzである場合、音圧信号が一定であっても、音の周波数が3000Hzから4000Hzの帯域とは異なる周波数である場合に比較して、人はより大きな音として聴くことができる。
なお、人が一定の大きさの音を聴こうとする場合の周波数の変化と音圧信号の大きさの変化についてラウドネスの値が20phonである場合を一例として説明した。しかし、ラウドネスが他の値であっても周波数の変化と音圧信号の大きさの変化の対応関係は同様である。
このため、本実施形態では、人の可聴周波数帯域のうち、他の周波数帯域に比較して人の聴覚の感度が高い周波数帯域である3000Hzから4000Hzの帯域を高感度帯域とする。そして、本実施形態の音変換装置1におけるDSP部20は、ステップS20で求めた周波数特性Fs1において、対象機器Pの異音の周波数帯域の少なくとも一部が当該高感度帯域に含まれるように、周波数特性Fs1の周波数を変更させる。
具体的に、DSP部20は、ステップS20で求めた周波数特性Fs1に対して、まず可聴周波数帯域を含む15000Hz以下の周波数帯域の音圧信号の情報を除去する。そして、DSP部20は、異音の周波数帯域である17500Hzから19500Hzまでの周波数帯域における中心の周波数である18500Hzが高感度帯域に含まれるように周波数特性Fs1の周波数を変更する。
例えば、本実施形態のDSP部20は、異音の周波数帯域である17500Hzから19500Hzまでの音圧信号が高感度帯域の全ての帯域に重なるように周波数特性Fs1の周波数の値を15000Hzだけ減算した値とする。
これにより、周波数がシフトされた後の異音信号に含まれる周波数帯域の値は、可聴周波数帯域に含まれる周波数であって、2500Hzから4500Hzの帯域までとなる。そして、周波数が変更された後の異音信号の周波数は、図5に示すように高感度帯域である3000Hzから4000Hzまでの全ての帯域を含むとともに、異音の周波数帯域の中心の周波数である18500Hzの音圧信号が当該高感度帯域に含まれることとなる。なお、周波数が変更された後の異音信号の周波数において、音圧信号の大きさが最大となる周波数は4200Hzである。そして、周波数が変更された後の異音信号の周波数において、音圧信号の大きさが最大となる周波数は、高感度帯域に含まれていない。
以下、DSP部20が周波数特性Fs1に対して周波数のシフトを行うことによって得られる信号を可聴化信号とも呼ぶ。図5に示す周波数特性Fs2は、可聴化信号の一例を示している。
なお、他の周波数帯域に比較して人の聴覚の感度が高い周波数帯域となるのであれば、高感度帯域の下限値は、3000Hzより小さい周波数(例えば2500Hz)に設定されてもよい。また、他の周波数帯域に比較して人の聴覚の感度が高い周波数帯域となるであれば、高感度帯域の上限値は、4000Hzより大きい周波数(例えば4500Hz)に設定されてもよい。
この場合、DSP部20は、設定された高感度帯域の下限値および高感度帯域の上限値に応じて、可聴化信号を得るための減算値を適宜変更することができる。
続いて、ステップS40において、DSP部20は、ステップS30で得られた可聴化信号に対して、ローパスフィルタ処理を行う。具体的に、DSP部20は、高感度帯域より高い周波数帯域における所定の周波数以上の帯域の音圧信号を除去する。本実施形態のDSP部20は、図6に示すように、高感度帯域の上限値である4000Hzより高く、且つ、可聴化信号における異音信号の周波数の上限値である4500Hzより高い周波数帯域である6000Hz以上の周波数帯域の音圧信号を除去する。
なお、DSP部20が除去する周波数帯域における下限値は、可聴化信号における異音信号の周波数の上限値より大きい周波数であれば、6000Hzより小さい周波数(例えば、5000Hz)でもよい。また、DSP部20が除去する周波数帯域における下限値は、可聴化信号における異音信号の周波数の上限値より大きい周波数であれば、6000Hzより大きい周波数(例えば、7000Hz)でもよい。
続いて、ステップS50において、DSP部20は、ローパスフィルタ処理を行った後の可聴化信号を逆フーリエ変換して、当該可聴化信号を音圧の強度の経時変化を示す信号に変換する。具体的に、DSP部20は、可聴化信号を短時間フーリエ変換した際と同じ所定の長さの時間だけを抽出して逆短時間フーリエ変換することで、可聴化信号を音圧の強度の経時変化を示す時間信号である可聴音信号に変換する。DSP部20は、変換したこの可聴音信号をD/A変換部30へ出力する。
このように、図2に示す処理を実行するDSP部20は、記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、信号変換回路として機能する。なお、DSP部20は、ステップS10~ステップS50それぞれの処理に1対1に対応する複数の回路モジュールを備えていてもよい。
D/A変換部30は、DSP部20から入力された可聴音信号を、アナログ信号に変換して出力する。すなわち、D/A変換部30は、対象機器Pの動作音に含まれる異音の周波数が、非可聴周波数帯域から可聴周波数帯域へ変更された状態の音圧信号に応じた信号をスピーカ40へ出力する。
そして、スピーカ40は、D/A変換部30から入力される信号に基づいて、非可聴周波数帯域から可聴周波数帯域へ変更された対象機器Pの異音を出力する。本実施形態では、スピーカ40が対象機器Pの周辺に設置されている。このため、音変換装置1は、対象機器Pの周辺に存在する人に対して異音を聴かせることができる。このため、例えば、故障して異音を発生する設備の修理作業を人が行う場合、人は、異音を聴きつつ設備の修理作業を行うことで、修理作業によって設備の修理が完了できたか否かの判断を早期に行うことができる。
ここで、本実施形態の音変換装置1を用いて対象機器Pの作動音を非可聴周波数帯域から可聴周波数帯域へ変更した際のスペクトログラムのシミュレーション結果を図7および図8に示す。なお、この対象機器Pの作動音には、通常状態で動作する際の動作音に加えて異常状態で動作する際の異音が含まれる。
図7は、周波数を変更する前の非可聴周波数帯域の異音を時間成分と、周波数成分と、音圧信号成分とを含むスペクトログラムで示したシミュレーション結果である。図8は、周波数を変更した後の可聴周波数帯域の異音を周波数成分と時間成分と音圧信号成分とを含むスペクトログラムで示したシミュレーション結果である。そして、図7および図8に示すスペクトログラムにおいて、横軸が時間成分を示し、縦軸が周波数成分を示し、ハッチングの濃さが音圧信号の大きさを示す。そして、ハッチングの濃さが大きいほど、音圧信号が大きいことを示す。
周波数を変更する前の対象機器Pの作動音には、図7に示すように、対象機器Pが通常状態で動作する際の動作音として、主に、8000Hz以下の帯域に最も大きい音圧信号の大きさの音が含まれる。また、8000Hzから10000Hzまでの帯域に、8000Hz以下の帯域の音よりも音圧信号が小さい音が含まれるとともに、10000Hz以上の帯域に、最も小さい音圧信号の大きさの音が含まれる。これら互いに音圧信号の大きさが異なる3つの音は、対象機器Pが通常状態で動作する際に対象機器Pから発生する音であって、可聴周波数帯域および非可聴周波数帯域を含む。
そして、対象機器Pが通常状態で動作する際の10000Hz以上の帯域の音には、対象機器Pが異常状態で動作する際の異音として、非可聴周波数帯域における17000Hzの音が含まれる。図7に示すスペクトログラムを得るためのシミュレーションでは、対象機器Pが異常状態で動作する際の異音として、断続的に所定の大きさの音圧信号を有する17000Hzの音を発生させた。
また、周波数を変更した後の対象機器Pの作動音には、図8に示すように、対象機器Pが通常状態で動作する際の動作音として、図7で示したスペクトログラムと同様の互いに音圧信号の大きさが異なる3つの音が含まれる。さらに、周波数を非可聴周波数帯域から可聴周波数帯域へ変更した異音として、2000Hzの音が含まれる。このように、異音の周波数を非可聴周波数帯域から可聴周波数帯域へ変更させた音を出力させることによって、可聴周波数帯域へ変更された異音を人が聴くことができる。
以上の如く、音変換装置1のDSP部20は、音圧時間信号を周波数特性に変換し、非可聴周波数帯域における異音信号の周波数を可聴周波数帯域の周波数に変更して可聴化信号を求めるとともに、求めた可聴化信号を可聴音信号としてD/A変換部30へ出力する。そして、スピーカ40は、D/A変換部30から入力される信号に基づいて、非可聴周波数帯域から可聴周波数帯域へ変更された対象機器Pの異音を出力する。
これによれば、対象機器Pの動作音に人の非可聴周波数帯域の周波数の異音が含まる場合であっても、当該異音の周波数を人の可聴周波数帯域に変換して発生させることで人に聴かせることができる。
また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)上記実施形態では、DSP部20は、異音信号の少なくとも一部が、人の可聴周波数帯域における他の周波数帯域に比較して人の聴覚の感度が高い高感度帯域に含まれるように可聴化信号を求める。
このように可聴化信号を求める理由として、上記したように、音の音圧信号の大きさが一定であっても、音の周波数に応じて、人の聴覚の感度が異なる。このため、本実施形態によれば、異音の周波数帯域を、人の可聴周波数帯域における他の周波数帯域に比較して人の聴覚の感度が高い高感度帯域に含まれるよう変更することで、人に対して異音を聴かせ易くできる。
(2)上記実施形態では、DSP部20は、異音信号の周波数帯域における中心の周波数が、高感度帯域に含まれるように可聴化信号を求める。
このように可聴化信号を求める理由として、上記したように、異音に含まれる周波数帯域は、当該周波数帯域の中心および中心周辺の音圧信号が大きくなり易い。このため、本実施形態によれば、異音信号における音圧信号が高くなり易い周波数帯域を高感度帯域に含めることができるので、さらに人に対して異音を聴かせ易くできる。
(3)上記実施形態では、DSP部20は、高感度帯域より高い周波数帯域における所定の周波数である6000Hz以上の帯域の音圧信号を除去する。
これによれば、6000Hzより小さい周波数帯域に含まれる異音の音圧信号が強調されるので、さらに人に対して異音を聴かせ易くできる。
(4)上記実施形態では、DSP部20は、異音信号の強度を強調させた周波数特性を求め、異音信号の強度が強調された周波数特性に基づいて可聴化信号を求める。
これによれば、異音の音圧信号が強調された周波数特性に基づいて可聴化信号が生成されるので、さらに人に対して異音を聴かせ易くできる。
(5)上記実施形態では、DSP部20は、異音信号に含まれる周波数の音圧の強度を増加させる増加調整および異音信号に含まれる周波数とは異なる周波数の音圧の強度を減少させる減少調整を行って異音信号の強度を強調させる。
これによれば、定められた周波数以上の音のみを通過させるハイパスフィルタ処理を行う場合に比較して、周波数特性において異音信号がより強調されるので、さらに人に対して異音を聴かせ易くできる。
(他の実施形態)
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。
上述の実施形態では、DSP部20が音圧時間信号に対してフーリエ変換処理を行って得られたフーリエ変換後信号に対して異音に関する周波数帯域の音圧の強度を強調させて周波数特性を求める例について説明したが、これに限定されない。
例えば、DSP部20は、周知の信号処理ソフトを用いて、音圧時間信号における異音に関する周波数帯域の音圧の強度を強調させた信号に対してフーリエ変換処理を行うことで、周波数特性を求めてもよい。すなわち、DSP部20は、図2に示す処理におけるステップS20に相当する処理を実行後に、ステップS10に相当する処理を実行してもよい。この場合、図2に示す処理におけるステップS20に相当する処理を実行して得られる信号は、音圧時間信号に対応する音圧信号である。
上述の実施形態では、DSP部20が異音信号の周波数帯域を変更前より小さい周波数帯域に変更して可聴化信号を求める例について説明したが、これに限定されない。例えば、異音の周波数が可聴周波数帯域より小さい周波数であれば、DSP部20は、異音信号の周波数帯域を変更前より大きい周波数に変更して可聴化信号を求めてもよい。
上述の実施形態では、音発生部であるスピーカ40が対象機器Pの周辺に設置されている例について説明したが、これに限定されない。例えば、スピーカ40は、対象機器Pから離隔されて設置されていてもよい。具体的に、スピーカ40は、作業者が携帯する携帯型あるいはウェアラブル型の電子機器に搭載されるものであって、例えば、携帯電話、タブレット端末、スマートウォッチ等が備える構成であってもよい。
これによれば、音変換装置1は、対象機器Pの周辺に存在しない人に対して異音を聴かせることができる。このため、人は、設備から離れた位置においても異音を聴くことができる。
上述の実施形態では、DSP部20が、周波数特性における異音信号の周波数の少なくとも一部が、高感度帯域に含まれるように可聴化信号を求める例について説明したが、これに限定されない。例えば、DSP部20は、周波数特性における異音信号の周波数の全部が、可聴周波数帯域における高感度帯域とは異なる周波数帯域に含まれるように可聴化信号を求めてもよい。
上述の実施形態では、DSP部20が異音信号の周波数帯域における中心の周波数が、高感度帯域に含まれるように可聴化信号を求める例について説明したが、これに限定されない。例えば、図9に示すように、DSP部20は、異音信号の周波数帯域における音圧信号が最も大きい周波数が、高感度帯域に含まれるように可聴化信号を求めてもよい。
これによれば、異音の周波数帯域における音圧信号が最も大きい周波数が高感度帯域に含まれるので、人に対して異音を聴かせ易くできる。
上述の実施形態では、DSP部20が異音信号の周波数帯域における中心の周波数が、高感度帯域に含まれるよう周波数特性Fs1に対して周波数のシフトを行う例について説明したが、これに限定されない。例えば、DSP部20は、異音信号の周波数帯域における中心の周波数が高感度帯域に含まれるように、当該異音信号の周波数帯域における中心の周波数の音圧信号のみを高感度帯域に変更してもよい。
上述の実施形態では、DSP部20が高感度帯域より高い周波数帯域における所定の周波数である6000Hz以上の帯域の音圧信号を除去する例について説明したが、これに限定されない。例えば、DSP部20は、高感度帯域より高い周波数帯域における所定の周波数以上の帯域の音圧信号を除去しない構成であってもよい。すなわち、DSP部20は、図2に示す処理に対して、ステップS40の処理が廃された処理を実行してもよい。
上述の実施形態では、DSP部20が異音信号の強度を強調させた周波数特性を求め、異音信号の強度が強調された周波数特性に基づいて可聴化信号を求める例について説明したが、これに限定されない。
例えば、DSP部20は、異音信号の強度が強調されていない周波数特性に基づいて可聴化信号を求めてもよい。すなわち、DSP部20は、図2に示す処理に対して、ステップS20の処理が廃された処理を実行してもよい。
上述の実施形態では、DSP部20が異音信号に含まれる周波数の音圧の強度を増加させる増加調整および異音信号に含まれる周波数とは異なる周波数の音圧の強度を減少させる減少調整を行って異音信号の強度を強調させる例について説明した。しかし、DSP部20の処理は、これに限定されない。
例えば、DSP部20は、増加調整および減少調整のうち、どちらか一方のみの調整を行って異音信号の強度を強調させてもよい。
上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。
上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。
10 音取得部
40 音発生部
S10 特性取得部
S30 周波数変更部
S50 信号逆変換部
40 音発生部
S10 特性取得部
S30 周波数変更部
S50 信号逆変換部
Claims (7)
- 対象機器が動作する際に発生する動作音を変換する音変換装置であって、
異音を含む前記動作音を、音圧の強度の経時変化を示す信号である音圧時間信号として取得する音取得回路(10)と、
前記音圧時間信号に対応する信号を、人の非可聴周波数帯域を含む周波数毎の音圧の強度を示す周波数特性に変換し、前記周波数特性に対応する信号において、前記非可聴周波数帯域における前記異音の音圧の強度を示す異音信号の周波数を人の可聴周波数帯域に変更した可聴化信号を求めるとともに、前記可聴化信号を、音圧の強度の経時変化を示す信号である可聴音信号として出力する信号変換回路(20)と、
前記可聴音信号に基づいて音を発生させるスピーカ(40)と、を備えた音変換装置。 - 前記信号変換回路は、前記異音信号の周波数が所定の帯域幅を有する周波数帯域に跨る場合、前記異音信号の周波数の少なくとも一部が、人の可聴周波数帯域における他の周波数に比較して人の聴覚の感度が高い周波数帯域である高感度帯域に含まれるように前記可聴化信号を求める請求項1に記載の音変換装置。
- 前記信号変換回路は、前記異音信号の周波数帯域における中心の周波数が、前記高感度帯域に含まれるように前記可聴化信号を求める請求項2に記載の音変換装置。
- 前記信号変換回路は、前記異音信号の周波数帯域における音圧信号が最も大きい周波数が、前記高感度帯域に含まれるように前記可聴化信号を求める請求項2または3に記載の音変換装置。
- 前記信号変換回路は、前記可聴化信号における前記高感度帯域より高い周波数帯域における所定の周波数以上の帯域の音圧信号を除去する請求項2ないし4のいずれか1つに記載の音変換装置。
- 前記信号変換回路は、前記異音信号の強度を強調させた前記周波数特性を求め、前記異音信号の強度が強調された前記周波数特性に基づいて前記可聴化信号を求める請求項1ないし5のいずれか1つに記載の音変換装置。
- 前記信号変換回路は、前記異音信号に含まれる周波数の音圧の強度を増加させる増加調整および前記異音信号に含まれる周波数とは異なる周波数の音圧の強度を減少させる減少調整のうち、少なくともどちらか一方の調整を行って前記異音信号の強度を強調させる請求項6に記載の音変換装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022001718A JP2023101228A (ja) | 2022-01-07 | 2022-01-07 | 音変換装置 |
PCT/JP2022/044034 WO2023132161A1 (ja) | 2022-01-07 | 2022-11-29 | 音変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022001718A JP2023101228A (ja) | 2022-01-07 | 2022-01-07 | 音変換装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023101228A true JP2023101228A (ja) | 2023-07-20 |
JP2023101228A5 JP2023101228A5 (ja) | 2024-02-21 |
Family
ID=87073462
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022001718A Pending JP2023101228A (ja) | 2022-01-07 | 2022-01-07 | 音変換装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023101228A (ja) |
WO (1) | WO2023132161A1 (ja) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5960321A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-06 | Toshiba Corp | 振動診断装置 |
US4792145A (en) * | 1985-11-05 | 1988-12-20 | Sound Enhancement Systems, Inc. | Electronic stethoscope system and method |
US5898363A (en) * | 1997-03-05 | 1999-04-27 | Safety Systems, Inc. | Portable audible beacon |
JP2004053391A (ja) * | 2002-07-19 | 2004-02-19 | Tlv Co Ltd | 超音波式機器診断装置 |
JP7346065B2 (ja) | 2019-04-12 | 2023-09-19 | 旭化成株式会社 | 低速回転機器の診断方法と診断装置 |
-
2022
- 2022-01-07 JP JP2022001718A patent/JP2023101228A/ja active Pending
- 2022-11-29 WO PCT/JP2022/044034 patent/WO2023132161A1/ja unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023132161A1 (ja) | 2023-07-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106878866B (zh) | 音频信号处理方法、装置及终端 | |
JP4640461B2 (ja) | 音量調整装置およびプログラム | |
KR101465379B1 (ko) | 개선된 오디오 재생 방법 및 보청기 | |
EP2579252B1 (en) | Stability and speech audibility improvements in hearing devices | |
US10083702B2 (en) | Enhancing perception of frequency-lowered speech | |
EP3110169B1 (en) | Acoustic processing device, acoustic processing method, and acoustic processing program | |
CN107454537B (zh) | 包括滤波器组和起始检测器的听力装置 | |
WO2013067145A1 (en) | Systems and methods for enhancing place-of-articulation features in frequency-lowered speech | |
JP4440333B1 (ja) | 補聴器 | |
CN113949955B (zh) | 降噪处理方法、装置、电子设备、耳机及存储介质 | |
KR20140055932A (ko) | 상이한 이퀄라이저 모드들 사이에 출력음 크기와 음질을 유지하기 위한 장치 및 방법 | |
CN110942781B (zh) | 声音处理方法及声音处理设备 | |
JP2009296298A (ja) | 音声信号処理装置および方法 | |
WO2023132161A1 (ja) | 音変換装置 | |
JP2011209548A (ja) | 帯域拡張装置 | |
WO2022259589A1 (ja) | 耳装着型デバイス、及び、再生方法 | |
CN111988702B (zh) | 音频信号的处理方法、电子设备及存储介质 | |
JP4185984B2 (ja) | 音信号の加工装置および加工方法 | |
JP2002366178A (ja) | オーディオ信号の帯域拡張方法及び帯域拡張装置 | |
JPH06289898A (ja) | 音声信号処理装置 | |
JP2011035573A (ja) | 音信号処理装置および音信号処理方法 | |
KR102403996B1 (ko) | 보청기의 채널영역 방식, 채널영역 방식을 이용한 보청기의 피팅방법, 그리고 이를 통해 피팅된 디지털 보청기 | |
TWI510007B (zh) | 在一揚聲器中用於減少摩擦及蜂鳴失真的系統與方法 | |
JP4471780B2 (ja) | 音声信号処理装置及びその方法 | |
US20190343431A1 (en) | A Method For Hearing Performance Assessment and Hearing System |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240213 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240213 |