JP4482624B2 - 擬似体内音声生成装置、擬似体内音声提供システム - Google Patents

Description

本発明は、体外の音声を、体内の音声に変換・生成するための擬似体内音声生成装置に関するものである。

新生児が集団で管理されているような病院内では、新生児の一人が泣き出すと、他の新生児も泣き出すという「泣きの伝播現象」が頻繁に発生する。それを解消するために、例えば、心臓の音或いはそれに類する音が記録された「心音ＣＤ（コンパクトディスク）」や「心音発声ぬいぐるみ」が経験的に利用されるなど、病院では新生児を泣き止ませるための数々の試みが実施されている。母胎内の胎児は、常に心音を聞いていることから、生まれた後の新生児に心音を聞かせると、心が落ち着いて泣き止むことが多い。

また、胎児には母親や父親の声も聞こえている。特に、母親の日常の会話は胎児の聴覚を常に刺激していることになる。従って、心音だけでは、必ずしも胎内の音環境を再現しているとはいえない。そこで、母親や父親の音声を変換し、胎内で胎児が聞こえている音に近づけてから、新生児に聞かせる音声変換装置なる試みがなされている。
特開２０００−２５９１９９

しかしながら、本発明者が鋭意研究を重ねた結果、従来の音声変換装置の手法はある程度の効果が得られるものの、胎内の音環境を正確に再現できていないという問題があった。特に、出生体重２５００グラム未満となるような低出生体重児は、生まれた後の泣きむずかりなどに対して、人の発達に重要な精神面ケアが必要になってくると考えられるが、そのためには、胎内に極めて近い音環境の中で、安眠効果等を提供しながら精神的支援を充実させていかなければならない。現在、低出生体重児は長期間に亘って保育器内で管理され、生命維持目的の医療行為が中心となるため、胎内で過ごす時間が不足しているにも関わらず、その時間を体外で補うことが出来ていない。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、母親等の声を高精度で胎内音声に近づけることで、新生児の精神的なケアを充実させ、発育を支援することを目的としている。

上記目的は、以下の手段によって達成される。

（１）所定の第１周波数以下の音声を減衰させる第１減衰制御部と、第１周波数よりも大きな第２周波数以上の音声を減衰させる第２減衰制御部と、第１周波数と第２周波数の間にある第３周波数帯域の音声を減衰させる第３減衰制御部と、前記音声を、相対位相差を付加しながら複数回に亘って重ね合わせる位相制御部と、を備えることを特徴とする擬似体内音声生成装置。

（２）上記（１）において、更に、前記第１周波数と前記第２周波数の間のであって、前記第３周波数帯域よりも大きな周波数となる第４周波数帯域の音声を減衰させる第４減衰制御部と、を備えることを特徴とする擬似体内音声生成装置。

（３）上記（１）又は（２）において、
前記第３減衰制御部における減衰率が、前記第１及び第２減衰制御部の減衰率よりも小さく設定されていることを特徴とする擬似体内音声生成装置。

（４）上記（１）、（２）又は（３）のいずれかにおいて、第１減衰制御部における前記第１周波数が０．３ｋＨｚ以下に設定されており、更に、前記第２減衰制御部における前記第２周波数が２ｋＨｚ以上に設定されていることを特徴とする擬似体内音声生成装置。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、第１減衰制御部における前記第１周波数が０．１ｋＨｚ以下に設定されており、更に、前記第２減衰制御部における前記第２周波数が３ｋＨｚ以上に設定されていることを特徴とする擬似体内音声生成装置。

（６）上記（１）乃至（５）のいずれかにおいて、前記第３減衰制御部が、少なくとも０．２ｋＨｚから０．８ｋＨｚの周波数帯域の音声を減衰させることを特徴とする擬似体内音声生成装置。

（７）上記（１）乃至（６）のいずれかにおいて、前記位相制御部が、０．２ｍｓから０．８ｍｓの範囲内で音声を遅延させて相対位相差を付加することを特徴とする擬似体内音声生成装置。

（８）上記（１）乃至（７）のいずれかにおいて、前記位相制御部が、０．３ｍｓから０．４ｍｓの範囲内で音声を遅延させて相対位相差を付加することを特徴とする擬似体内音声生成装置。

（９）上記（１）乃至（８）のいずれかにおいて、前記位相制御部が、少なくとも５回以上、音声を重ね合わせるようにしたことを特徴とする擬似体内音声生成装置。

（１０）上記（１）乃至（９）のいずれかにおいて、前記位相制御部が、少なくとも８回以上、音声を重ね合わせるようにしたことを特徴とする擬似体内音声生成装置。

（１１）上記（１）乃至（１０）のいずれかにおいて、更に、音声にピンクノイズを付加するノイズ付加制御部を備えるようにしたことを特徴とする擬似体内音声生成装置。

（１２）上記（１）乃至（１１）のいずれかにおいて、更に、音声に心音を付加する心音付加部を備えるようにしたことを特徴とする擬似体内音声生成装置。

（１３）サーバによって通信回線を介して人間の音声を受信し、該音声を変換することで擬似体内音声を生成して配信する擬似体内音声提供システムであって、前記サーバが、前記通信回線を経て前記人間の音声を受信する音声受信部と、前記音声受信部によって受信された音声を擬似体内音声に変換する上記（１）乃至（１２）のいずれかに記載の擬似体内音声生成装置と、前記擬似体内音声生成装置によって生成された音声を前記通信回線を介して所定の場所に配信する音声配信部と、を備えることを特徴とする擬似体内音声提供システム。

本発明によれば、極めて高精度に体内音環境を再現することが出来、新生児に対して精神的に安定できる環境を提供できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の最良の形態の例について詳細に説明する。

図１には、本実施形態に係る擬似体内音声提供システム１の全体構成が示されている。擬似体内音声提供システム１は、各家庭に設置されるＰＣ（パーソナルコンピュータ）２、このＰＣ２が無線又は有線通信回線を介して接続されるプロバイダ４、プロバイダ４が接続される公衆通信回線網（ここではインターネット網）６、同インターネット網６に接続されるＷＥＢサーバ８、及び病院内システム１０を備える。

ＰＣ２では、マイクロフォン等を利用して母親又は父親の声を取込み、その音声をＷＡＶＥファイル形式でメモリやＨＤＤ（ハードディスク）等の記録媒体に保存する。更に、ＰＣ２に備えられる情報通信処理部を利用して、プロバイダ４及びインターネット網６を介してＷＥＢサーバ８に同ＷＡＶＥファイルを送信する。

図２に拡大して示されるように、ＷＥＢサーバ８は、音声が含まれるＷＡＶＥファイルを受信する音声受信部８０と、このＷＡＶＥファイルを加工して、受信音声を擬似体内音声に変換する擬似体内音声生成装置９０と、擬似体内音声生成装置９０によって生成された擬似体内音声を、インターネット網６を介して病院内システム１０に送信する音声配信部８２とを備えている。病院内システム１０への音声配信は、ＰＣ２による母親からの配信指令を待って実行されるようになっている。また、生成された音声は、ＷＥＢサーバ８のデータベースに蓄積されており、繰りかえし利用できるようになっている。なお、これらの機能は、所定のプログラムが格納されるメモリやＨＤＤ等の記録媒体、インターネットと接続するための所定のハードウエア、前記プログラムを実行するための中央演算装置（ＣＰＵ）等によって実現される。更に、このＷＥＢサーバ８のデータベースには、病院内における新生児の管理ＩＤやパスワード等が予め格納されており、ＰＣ２から入力された管理ＩＤとパスワードによって、配信先となる新生児を特定できるようになっている。

病院内システム１０は、インターネット網６に接続されるルータ１２、ルータ１２に院内ＬＡＮを介して接続される小型ＰＣ１４、各小型ＰＣ１４に接続される専用スピーカ１６及びＣＣＤカメラ１８等を備える。なお、専用スピーカ１６とＣＣＤカメラ１８は、各保育器に設置されている。

小型ＰＣ１４は、ＷＥＢサーバ８の音声配信部８２から配信された擬似体内音声を受信し、専用スピーカ１６によって新生児にその音声を伝えると共に、ＣＣＤカメラ１８の映像を家庭に設置されるＰＣ２に配信する。この映像配信はＷＥＢサーバ８から配信される専用ホームページを介して実現される。具体的に専用ホームページは、親毎に提供される管理ＩＤとパスワードで保護されており、そこには、予め変換されてデータベースに格納されている擬似体内音声が複数種類登録されている。その中で新生児に配信したい音声を選択して、再生指示ボタンを押すと、管理ＩＤに対応する小型ＰＣ１４に接続される専用スピーカ１６からその音声が出力される。同時に、この専用ホームページには、ＣＣＤカメラ１８によって撮影された静止映像が表示される。専用ホームページ上の更新ボタンを押せば、最新の静止映像が受信できるようになっており、配信した音声による新生児の反応を確認することが出来る。もちろん、リアルタイムの動画を提供するようにしても構わない。

次に図３を参照して、擬似体内音声生成装置９０について具体的に説明する。

擬似体内音声生成装置９０は、第１フィルタ部９２、第２フィルタ部９４、第３フィルタ部９６、位相制御部９８、ピンクノイズ付加部１００、心音付加部１０２を備える。第１〜第３フィルタ部９２、９４、９６は、音声を周波数に応じてフィルタリングして減衰させる。第１フィルタ９２は、バンドパスフィルタであって、下限周波数３００Ｈｚから上限周波数２０００Ｈｚとなる範囲内の音声をパスし、それ以外の範囲を減衰される。好ましくは、図４及び図５（Ａ）に示されるように、下限周波数１００Ｈｚから上限周波数３０００Ｈｚの範囲内の音声をパスし、それ以外の範囲に関して−２０ｄＢ減衰させるようにする。この第１フィルタ部９２を本発明に対応させるとすれば、下限周波数３００Ｈｚ又は１００Ｈｚが第１周波数に相当すると共に、上限周波数２０００Ｈｚ又は３０００Ｈｚが第２周波数に相当し、この第１フィルタ部９２が、第１周波数以下の音声を減衰させる第１減衰制御部及び第２周波数以上の音声を減衰させる第２減衰制御部の双方に対応していることになる。

第２フィルタ部９４はバンドストップフィルタであって、図４及び図５（Ｂ）に示されるように、下限周波数２００Ｈｚから上限周波数８００Ｈｚまでの帯域の音声を減衰させる。従って、第２フィルタ部９４を本発明に対応させるとすれば、２００Ｈｚから８００Ｈｚまでの音声帯域が第３周波数帯域に相当し、この第２フィルタ部９４が第３減衰制御部に対応する。従って、第３周波数帯域は、第１周波数（１００Ｈｚ）と第２周波数（３０００Ｈｚ）の間に位置していることになる。なお、ここでは減衰比率を、第１フィルタ部９２の−２０ｄＢよりも小さい−１０ｄＢに設定している。

第３フィルタ部９６はバンドストップフィルタであって、図４及び図５（Ｃ）に示されるように、下限周波数１５００Ｈｚから上限周波数３０００Ｈｚまでの帯域の音声を−２０ｄＢ減衰させる。従って、第３フィルタ部９６を本発明に対応させるとすれば、第３周波数帯域よりも大きな周波数となる１５００Ｈｚから３０００Ｈｚの音声帯域が第４周波数帯域に相当し、この第３フィルタ部９６が第４減衰制御部に対応することになる。なお、この第３フィルタ部９６に関しては、上限周波数側に裾を広くしたフィルタ、即ち、３０００Ｈｚ側に近づくにつれて減衰量が低減するような形状のフィルタにすることが望ましい。

なお、第３フィルタ部９６に関しては、下限周波数１２５０Ｈｚから上限周波数１５００Ｈｚまでの帯域の音声を−２０ｄＢ減衰させるようにすることも好ましい。この場合であっても、上限周波数側に裾を広くしたフィルタ、即ち、１５００Ｈｚ側に近づくにつれて減衰量が低減するような形状のフィルタにすることが望ましい。

また位相制御部９８では、第１〜第３フィルタ９２、９４、９６を通過した音声を、相対位相差として０．３７ｍｓのずれを確保しながら、８回〜１０回程度重ね合わせるようになっている。これにより、実際の体内音声に近い音声を生成可能となっている。なお、ここでは遅延量が０．３７ｍｓに設定しているが、０．２ｍｓから０．８ｍｓの範囲内であることが望ましく、一層好ましくは、０．３ｍｓから０．４ｍｓの範囲内に設定する。

ピンクノイズ付加部１００は、上記位相制御部９８を経た音声にピンクノイズを付加する。これは、後述する胃内の録音実験において、暗騒音が採録されており、この音響特徴とピンクノイズが合致することに起因している。なお、ピンクノイズとは、ホワイトノイズに−３Ｂ／オクターブのＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ／低域通過フィルタ）を通したものである。例えば、周波数を横軸に、エネルギーを縦軸にとってピンクノイズをグラフ化すると、ピンクノイズは高い周波数帯域に行くにつれて右下がりのグラフになる。

心音付加部１０２は、上記ピンクノイズを付加した後の音声に、母親の心音を付加する。母親の心音は、胸に固定したマイクロフォン等を通じて録音したものを利用する。なお、この心音データも、ＰＣ２によってＷＡＶＥファイルとして取り込まれ、ＷＥＢサーバ８に配信されたものである。

次に、擬似体内音声生成装置９０における各フィルタ部の設定根拠について説明する。

本発明者は、人の胃の内部で本人の声を採録した音声データと、この本人の声を体外で同時に採録した音声データとを詳細に比較することにした。図６（Ａ）は体外の採録音声データの波形、図６（Ｂ）は体内の採録音声データの波形が示されている。また、図７は、図６（Ａ）（Ｂ）を数値的に比較した結果を図表として示している。なお、これらの計測は、１０２５Ｈｚを基準値として行っている。

第１フィルタ部９２をこのような設定にしたのは、体内では２ｋＨｚ以上、好ましくは３ｋＨｚ以上の音声が激しく減衰することが明らかになったからである。また、人間の声帯が持つ基本周波数の下限は約１００Ｈｚであるため、それ以下の周波数、或いは多少余裕を見た約３００Ｈｚ以下の音声は、音声以外のノイズと考えられ、その影響を排除するために減衰させることにした。

また、第２フィルタ部９４をこのような設定にしたのは、２００Ｈｚ〜８００Ｈｚの間の帯域では、体内側が体外側と比較して−１０ｄＢ程度減衰していることが判明したことに基づいている（図７参照）。第３フィルタ部９６をこのような設定にしたのは、具体的に５０名の２１〜２２歳の健聴者に対する聞き取り実験を行った結果、１５００Ｈｚから３０００Ｈｚの間を減衰させることによって、体内音声と極めて近い音声を実現できることが判明したからである。特に音の明瞭度や響き方などに関して、体内音声に近い印象を与えることが可能になった。なお、図６、図７に示されるように、１２５０Ｈｚから１５００Ｈｚの帯域が約−２０ｄＢ程度減衰していることが判明していることで、そのようなフィルタリング手法を適用することも望ましい。以上のことから、第１〜第３フィルタ部９２、９４、９６を用いて音声を変換すれば、体内音環境を高精度で再現することが可能になる。

次に、図８及び図９を用いて、擬似体内音声生成装置９０における位相制御部９８の設定の根拠について説明する。図８（Ａ）は体外音声を採録した際の時間波形データを示している。図８（Ｂ）は、（Ａ）の体外音声を、体内側で同時採録した際の時間波形データを示している。図９は、図８（Ａ）、（Ｂ）の時間的な遅延関係を分析した結果を図表にまとめたものである。

図８に示されるように、体外の音声が体内に伝わる間に、その音声が複数の間隔で遅延しながら伝播していることが明らかとなっている。つまり、体外音声が体内への伝達する際には、単に周波数特性の減衰のみではなく、振動となって遅延することがが明らかとなった。例えば、図８（Ａ）の体外音声のピークＰ１（６．４ｍｓに位置する波形ピーク）は、図８（Ｂ）では複数のピークを有する波形となり、上記Ｐ１が遅延しながら複数回に亘って体内に到達していることがわかる。同様に、図８（Ａ）のピークＰ２（１２．３ｍｓに位置する波形ピーク）も、同様に遅延しながら複数回に亘って到達していることがわかる。更に、図９の分析結果から、遅延するピーク間の平均間隔が、Ｐ１、Ｐ２共に０．３７ｍｓのずれであることが明らかとなった。これを具体的に再現するために、位相制御部９８では、位相を０．３７ｍｓ遅延させながら８回程度重ね合わせることで、実際の体内音に高精度で近似させることが可能となっている。

本擬似体内音声提供システム１によれば、母親等の音声を擬似的な体内音声に変換・生成することが可能になる。特に、第２及び第３フィルタ部９４、９６によって、中間に位置する２つの周波数帯域を適宜減衰させているので、体内の音環境に一層近づけることができる。更に、位相制御部９８によって音声の位相をずらしながら重ね合わせることで、クリアな音声ではなく、体内の環境に近いエコーを含んだ音声を生成できるので、特に新生児の精神安定に寄与する効果が得られる。

また、本擬似体内音声提供システム１によれば、通信回線を介して、遠隔地から音声を提供すれば、擬似体内音声を新生児に提供することが可能となっている。従って、病院に通う時間がない母親であっても、リアルタイムで遠隔地から声をかけることが可能になるので、母親自身も安心して生活することができ、心理的・時間的ゆとりが得られる。なお、ここでは遠隔地として、自宅と病院間で音声を配信するシステムを紹介したが、本発明はそれに限定されず、例えば会社のＰＣから病院内の新生児へ、また、会社のＰＣから自宅の新生児へ音声を配信することも出来る。また、病院内であっても、隔離された環境（例えば無菌室）に設置された保育器に対して、多少距離の離れた場所からマイクロフォン等によって母親が新生児に話しかける場合にも、本システム１を利用することが可能である。その場合は、インターネットを介する必要がはく、病院内の通信回線（院内ＬＡＮ）のみを利用すれば十分である。このシステムによって、母親自らの音声と心音によって子供が入眠し、むずかりが減少する様子を体験することで、母親が、育児に対する達成感、充実感を得ることにつながる。

なお、ここでは特に示さないが、保育器内にマイクロフォンを設置し、新生児の声を母親のＰＣ等に提供する機能も用意しておくことが好ましい。このようにすると、母親と新生児の相互の情報交換が出来るようになる。

本発明は、育児用品や医療器具には勿論のこと、新生児用の玩具等にも利用できる。

本発明の実施の形態に係る擬似体内音声提供システムの全体構成を示す図 同擬似体内音声提供システムの詳細構成を示す図 同擬似体内音声提供システムにおける擬似体内音声生成装置の詳細構成を示す図、 同擬似体内音声生成装置の各フィルタ部の特性を示す図表 同擬似体内音声生成装置の各フィルタ部の特性を示すグラフ 同擬似体内音声生成装置の各フィルタ部の設定根拠となる実験データを示すグラフ 同実験データを数値解析した結果を示す図表 同擬似体内音声生成装置の位相制御部の設定根拠となる実験データを示すグラフ 同実験データを数値解析した結果を示す図表

符号の説明

１ 擬似体内音声提供システム
２ ＰＣ
４ プロバイダ
６ インターネット
８ ＷＥＢサーバ
１０ 院内システム
９０ 擬似体内音声生成装置
９２ 第１フィルタ部
９４ 第２フィルタ部
９６ 第３フィルタ部
９８ 位相制御部
１００ ピンクノイズ付加部
１０２ 心音付加部

Claims (13)

1. 所定の第１周波数以下の音声を減衰させる第１減衰制御部と、
   第１周波数よりも大きな第２周波数以上の音声を減衰させる第２減衰制御部と、
   第１周波数と第２周波数の間にある第３周波数帯域の音声を減衰させる第３減衰制御部と、
   前記音声を、相対位相差を付加しながら複数回に亘って重ね合わせる位相制御部と、
   を備えることを特徴とする擬似体内音声生成装置。
2. 請求項１において、更に、
   前記第１周波数と前記第２周波数の間のであって、前記第３周波数帯域よりも大きな周波数となる第４周波数帯域の音声を減衰させる第４減衰制御部と、
   を備えることを特徴とする擬似体内音声生成装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記第３減衰制御部における減衰率が、前記第１及び第２減衰制御部の減衰率よりも小さく設定されていることを特徴とする擬似体内音声生成装置。
4. 請求項１、２又は３のいずれかにおいて、
   第１減衰制御部における前記第１周波数が０．３ｋＨｚ以下に設定されており、更に、前記第２減衰制御部における前記第２周波数が２ｋＨｚ以上に設定されていることを特徴とする擬似体内音声生成装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   第１減衰制御部における前記第１周波数が０．１ｋＨｚ以下に設定されており、更に、前記第２減衰制御部における前記第２周波数が３ｋＨｚ以上に設定されていることを特徴とする擬似体内音声生成装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記第３減衰制御部が、少なくとも０．２ｋＨｚから０．８ｋＨｚの周波数帯域の音声を減衰させることを特徴とする擬似体内音声生成装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記位相制御部が、０．２ｍｓから０．８ｍｓの範囲内で音声を遅延させて相対位相差を付加することを特徴とする擬似体内音声生成装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   前記位相制御部が、０．３ｍｓから０．４ｍｓの範囲内で音声を遅延させて相対位相差を付加することを特徴とする擬似体内音声生成装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
   前記位相制御部が、少なくとも５回以上、音声を重ね合わせるようにしたことを特徴とする擬似体内音声生成装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    前記位相制御部が、少なくとも８回以上、音声を重ね合わせるようにしたことを特徴とする擬似体内音声生成装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、更に、
    音声にピンクノイズを付加するノイズ付加制御部を備えるようにしたことを特徴とする擬似体内音声生成装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかにおいて、更に、
    音声に心音を付加する心音付加部を備えるようにしたことを特徴とする擬似体内音声生成装置。
13. サーバによって通信回線を介して人間の音声を受信し、該音声を変換することで擬似体内音声を生成して配信する擬似体内音声提供システムであって、
    前記サーバが、
    前記通信回線を経て前記人間の音声を受信する音声受信部と、
    前記音声受信部によって受信された音声を擬似体内音声に変換する請求項１乃至１２のいずれかに記載の擬似体内音声生成装置と、
    前記擬似体内音声生成装置によって生成された音声を前記通信回線を介して所定の場所に配信する音声配信部と、
    を備えることを特徴とする擬似体内音声提供システム。

Images