JP5494048B2 - 音／光変換器 - Google Patents

Description

本発明は、音場を可視化する技術に関する。

従来より音場を可視化する技術が種々提案されている（例えば、非特許文献１および２参照）。非特許文献１には、１つのマイクロホンを音響空間内で上下、左右に移動させて複数の場所の各々における音圧をシーケンシャルに計測し、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光体をその音圧に応じた輝度で発光させることで音場を可視化することが記載されている。一方、非特許文献２には、可視化対象の音が放射される音響空間内に複数のマイクロホンを配置して音圧を計測させ、その計測結果をコンピュータ装置で集計し、その音響空間における音圧分布をグラフ化して表示装置に表示させることが記載されている。

西田公至、丸山 朗、"発光ダイオードを用いた音場の可視化測定法"、日本機械学会論文集（Ｃ編）５１巻４６１号（１９８５年） 水野恵一郎、"騒音の可視化"、騒音制御：Vol.22,No.1(1999)pp20-23

音場を可視化する技術は、例えば鉄道車両の社内や航空機の機内の騒音分布を把握し騒音対策を行う際に重要な役割を果たす。しかしながら、音場を可視化する技術の有効性が期待される用途は、鉄道車両の車内や航空機の機内へ伝わる騒音の解析や低減への利用に限られるものではない。近年では、より心地よい受聴音の制御への音場可視化技術の有効性が期待されている。例えば、ホームシアターなどに代表される高性能な家庭用オーディオ機器の普及に伴い、それらオーディオ機器の配置やゲイン等の調整に音場の可視化技術を利用したいといったニーズが高まっている。何故ならば、リビングなどの音響空間内に放射される音の音圧分布の移り変わり（すなわち、音波の伝搬状態）を可視することができれば、その伝搬状態を視覚を通じて確認しつつ、所望の伝搬状態が得られるようにオーディオ機器の配置位置やゲイン等を適宜調整することが可能になり、オーディオに関する専門知識を持たないエンドユーザであっても、オーディオ機器の配置位置等の最適化を手軽に行えるようになると期待されるからである。また、会議室や楽器練習室などの音響空間においてフラッターエコーやブーミングと呼ばれるような音響障害を低減するような用途への適用も期待されている。さらに、楽器やスピーカ等の発音体の製品テスト（例えば、楽器がその設計通りに音を奏でているか否かのテスト）や設計補助、または商品の音響性能をエンドユーザに伝える為の手段としての音場の可視化技術の有効性も期待されている。

しかし、非特許文献１に開示された技術では、１つのマイクロホンを音響空間内を移動させてシーケンシャルに音圧の計測を行うため、同一時刻における複数の場所の音圧を同時に可視化することはできない（つまり、音響空間内の音圧分布を可視化することはできない）。一方、非特許文献２に開示された技術では、音響空間における音の瞬時的な伝搬状態を可視化することができるものの、各マイクロホンにより計測される音圧の集計およびグラフ化を行うコンピュータ装置が必要になり、大掛かりなシステムとなってしまう。このため、家庭で手軽に利用することができない、といった問題がある。また、非特許文献２に開示された技術のように、複数のマイクロホン（或いは、複数のマイクロホンにより構成されるマイクロホンアレイ）を用いて音場の可視化する技術には、システム全体が複雑になるといった問題に加えて、マイクロホンの設置による音場への影響（マイクロホンアレイの本体が与える影響やマイクロホンアレイと信号処理装置との間の配線が与える影響）が大きいといった問題、各マイクロホンの配置位置を表す位置情報を別の方法で取得する必要があるといった問題、一度決めたチャネル数の拡張が難しいといった問題、さらには、マイクロホンで収録した結果を別の表示装置に表示させる必要があるため、位置情報の同時性とリアルタイム性を失い直感的に音場を可視化できないといった問題もある。
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、音響空間に放射される音の伝搬状態を手軽に可視化することを可能にする技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、発光部と、マイクロホンと、ストローブ信号に同期させて前記マイクロホンの出力信号の瞬時値をサンプルホールドし、サンプルホールドされた瞬時値に応じた輝度で前記発光部を発光させる発光制御部と、を有することを特徴とする音／光変換器、を提供する。このような音／光変換器を音響空間内に多数配置し、例えば１秒周期のパルス信号であるストローブ信号を各音／光変換器に供給し１秒毎に各音／光変換器の配置位置における音圧を可視化することで、その音響空間内における音波の伝搬状態が可視化される。なお、本出願人が特願２００８−２２４２８８において提案したように、マイクロホンとそのマイクロホンにより収音された音の音圧に応じた輝度で発光する発光部とを有する音／光変換器を音響空間内に複数配置し、それら音／光変換器の発光の様子を高速度カメラを用いて撮像することで、その音響空間における音の伝搬状態を可視化することも考えられる。しかし、撮像された映像を実際に見るには現像作業が必要となり、現像の際のレイテンシや位置の相違により位置情報の同時性やリアルタイム性が失われ、直感性にかけるといった不具合がある。また、高速度カメラが必要であるため、家庭で手軽に利用することができない、といった問題もある。これに対して、本発明によれば、ストローブ信号の周期を好適な値に調整しておけば、各音／光変換器の発光部の発光輝度の時間変化を肉眼で把握することが可能になる。つまり、本発明によれば、現像作業は不要で、位置情報の同時性とリアルタイム性を損なうことなく、音響空間に放射される音の伝搬状態を視覚を通じて手軽かつ直感的に把握することが可能になる。なお、ストローブ信号の周期としてどのような値が好適であるのかについては、発明の詳細な説明において明らかにする。

ここで、各音／光変換器へのストローブ信号の与え方としては種々の態様が考えられる。例えば、音響空間内に配置される複数の音／光変換器の各々をストローブ信号発生器に接続し、このストローブ信号発生器から各音／光変換器にストローブ信号を与える態様が考えられる。また、複数の音／光変換器の各々に、ストローブ信号を予め定められた１または複数の他の音／光変換器に転送するストローブ信号転送制御部を設けておき、複数の音／光変換器のうちの１台をストローブ信号発生器に接続し、他の音／光変換器をデイジーチェーン方式で接続する態様であっても良い。また、各音／光変換器をデイジーチェーン方式で接続する態様においては、各音／光変換器のストローブ信号転送制御部に、予め定められた時間だけ遅延させて１または複数の他の音／光変換器にストローブ信号を転送する処理を実行させるようにしても良い。

より好ましい態様においては、上記音／光変換器に記憶部を設け、ストローブ信号に同期させてサンプルホールドした前記マイクロホンの出力信号の瞬時値を示すデータをその記憶部に順次書き込む一方、当該記憶部に記憶されているデータをストローブ信号の周期よりも長い周期でその書き込み順に読み出し、そのデータの示す瞬時値に応じた輝度で前記発光部を発光させる処理を発光制御部に行わせるようにしても良い。このような態様によれば、各音／光変換器の配置位置における音圧の変化が実際のものよりもゆっくりと再生されることになり、音の伝搬状態が把握し易くなる。

また、別の好ましい態様においては、マイクロホンの出力信号にフィルタ処理を施して発光制御部に与えるフィルタ処理部を上記音／光変換器に設けても良い。例えば、マイクロホンの出力信号のうち予め定められた帯域成分のみを通過させるバンドパスフィルタをフィルタ処理部として用いるのである。これにより、音響空間に放射される音の特定の帯域成分の伝搬状態のみを可視化することが可能になる。なお、フィルタ処理の具体的な実現方法については任意の方法を採用すればよい。例えば、アナログ電子回路でフィルタ処理部を構成しても良く、また、デジタルフィルタを用いても良い。

さらに別の好ましい態様においては、各々異なる色で発光する複数の発光体を用いて上記音／光変換器の発光部を構成し、マイクロホンの出力信号を上記複数の発光体の各々に予め対応付けられた帯域成分に分割する帯域分割フィルタでフィルタ処理部を構成し、フィルタ処理部によって分割された各帯域成分の音圧の瞬時値に応じた輝度で当該帯域成分に対応付けられた発光体を発光させる処理を発光制御部に実行させるようにしても良い。例えば、赤色、緑色および青色の各ＬＥＤを上記発光体として用いて発光部を構成するのである。このような態様によれば、音響空間内に配置される音／光変換器の発光部の発光色でその音／光変換器の配置位置における音の周波数情報が表現される。

本発明の第１実施形態の音／光変換器１０（ｋ）を含む音場可視化システム１Ａの構成例を示す図である。 同音／光変換器１０（ｋ）の構成例を示す図である。 同音／光変換器１０（ｋ）における音波形のサンプリングタイミングを説明するための図である。 同音／光変換器１０（ｋ）における音波形のサンプリングタイミングを説明するための図である。 同音場可視化システム１Ａの使用例を説明するための図である。 本発明の第２実施形態の音／光変換器３０（ｋ）を含む音場可視化システム１Ｂの構成例を示す図である。 同音／光変換器３０（ｋ）の構成例を示す図である。 同音場可視化システム１Ｂの使用例を説明するための図である。 本発明の第３実施形態の音／光変換器４０を含む音場可視化システム１Ｃの構成例を示す図である。 同音／光変換器４０の構成例を示す図である。 本発明の第４実施形態の音／光変換器５０の構成例を示す図である。 本発明の第５実施形態の音／光変換器６０の構成例を示す図である。 同音／光変換器６０の変形例を示す図である。 本発明の第６実施形態の音／光変換器７０の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（Ａ：第１実施形態）
（Ａ−１：構成）
図１は、本発明の一実施形態の音場可視化システム１Ａの構成例を示すブロック図である。この音場可視化システム１Ａは、スピーカや楽器等から音響空間内に放射される音の伝搬状態を可視化するためのものである。図１に示すように、音場可視化システム１Ａは、音／光変換器１０（ｋ：ｋ＝１〜Ｎ，Ｎは２以上の整数）と、ストローブ信号発生器２０と、を含んでいる。

音／光変換器１０（ｋ）の各々は、可視化対象の音が放射される音響空間内の互いに異なる位置に配置される。この音／光変換器１０（ｋ）は、ストローブ信号発生器２０からストローブ信号ＳＳ（本実施形態では、周期ＴＳの矩形波信号）の供給を受け、ストローブ信号ＳＳの立ち上がりに同期させてその配置位置におけるその時点の音圧を計測し、次にストローブ信号ＳＳが立ち上がるまで、その音圧に応じた輝度の光を放射する処理を繰り返し実行するように構成されている。なお、本実施形態では、ストローブ信号ＳＳの立ち上がりに同期させて音圧の計測等を行わせる場合について説明するが、ストローブ信号ＳＳの立ち下がりに同期させてそれらの処理を実行させるようにしても勿論良い。なお、本実施形態では、ストローブ信号ＳＳとして矩形波信号を用いるが、三角波信号をストローブ信号ＳＳとして用いても勿論良い。

図２は、音／光変換器１０（ｋ）の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、音／光変換器１０（ｋ）は、マイクロホン１１０、発光制御部１２０、および発光部１３０を有している。図２では詳細な図示は省略したが、音／光変換器１０（ｋ）は、図２に示す各構成要素を一辺が１ｃｍの基板に集積されて構成されている（他の実施形態の音／光変換器についても同様）。マイクロホン１１０は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）マイクロホンや小型ＥＣＭ（エレクトレックマイクロホン）であり、収音した音の波形を表す音信号を出力する。発光制御部１２０は、図２に示すように、サンプルホールド回路１２２と電圧電流変換回路１２４を含んでいる。これらサンプルホールド回路１２２および電圧電流変換回路１２４としては周知の構成のものを用いるようにすれば良い。サンプルホールド回路１２２は、ストローブ信号ＳＳの立ち上がりを契機として、マイクロホン１１０から出力される音信号のサンプリングを行い、サンプリングされた瞬時値（電圧）を次にストローブ信号ＳＳが次に立ち上がるまで保持するとともに、その電圧を電圧電流変換回路１２４に印加する。電圧電流変換回路１２４は、サンプルホールド回路１２２から印加される電圧に比例した電流値の電流を発生させ、発光部１３０に与える。発光部１３０は、例えば可視光ＬＥＤであり、電圧電流変換回路１２４から与えられる電流の大きさに応じた輝度の可視光を放射する。音場可視化システム１Ａの利用者は、音／光変換器１０（ｋ）の発光部１３０がどの程度の輝度で光っているのかを目視することによって、音／光変換器１０（ｋ）の配置位置における音圧を視覚を通じて把握することができる。

ストローブ信号発生器２０は、矩形波信号発生器であり、信号線などによって音／光変換器１０（ｋ）の各々に接続されている。このストローブ信号発生器２０は、図示せぬ操作部に対して作動開始を指示する旨の操作が成されると、以降、周期ＴＳの矩形波信号を発生させ、この矩形波信号をストローブ信号ＳＳとして音／光変換器１０（ｋ）の各々に与える。ここで、ストローブ信号ＳＳの周期ＴＳをどのような値にするのかについては種々の態様が考えられる。以下、図３および図４を参照しつつ、ストローブ信号ＳＳの周期ＴＳとして好適な値の具体例を説明する。

まず、第１に、ストローブ信号ＳＳの周期ＴＳを可視化対象の音の振動周期Ｔ０に等しい値とすることが考えられる。図３（ａ）は、可視化対象の音の振動周期Ｔ０とストローブ信号ＳＳの周期ＴＳとが等しい場合の音波形のサンプリングの様子を示す図である。図３（ａ）を参照すれば明らかように、ＴＳ＝Ｔ０の場合は、常に同じ位相で音波形のサンプリングが行われ、発光部１３０は常に同じ輝度で発光することになる。したがって、ＴＳ＝Ｔ０の場合は、音響空間の互いに異なる位置に配置される複数の音／光変換器１０（ｋ）の各々の発光部１３０は、その配置位置に応じて異なる輝度で発光するのであるが、その発光輝度が時間変化することはない。このため、観測者の眼にはあたかも定常波のように映り、音波の波形を観測することができる。例えば、可視化対象の音が、「あ」の発声音である場合、観測者は、「あ」という音の音波形を見ることができる、といった具合である。

第２に、ストローブ信号ＳＳの周期ＴＳを可視化対象の音の振動周期Ｔ０よりも十分に長くする（或いは、十分に短くする）ことが考えられる。図３（ｂ）は、ＴＳ＞Ｔ０の場合の音波形のサンプリングの様子を示す図である。図３（ｂ）に示すように、可視化対象の音の周期Ｔ０とストローブ信号ＳＳの周期ＴＳとが異なっている場合には、サンプリングの度に位相がずれてゆくため、各音／光変換器１０（ｋ）の発光部１３０の発光輝度は周期ＴＳで時々刻々変化する。このため、ストローブ信号ＳＳの周期ＴＳを可視化対象の音の振動周期Ｔ０よりも十分に長くすると、観測者は、互いに隣り合う音／光変換器１０（ｋ）の発光輝度の時間変化の様子から音波の伝搬状態を把握することができるのである。また、ストローブ信号ＳＳの立ち上がりに同期させて音圧のサンプリングを行うことは、ストローブ信号ＳＳの周期で音波形を標本化することに他ならない。したがって、標本化定理を満たすようにストローブ信号ＳＳの周期ＴＳを十分短くすれば、可視化対象の音の波形をより細やかにサンプリングし可視化すること、すなわち、音響空間に放射される音の伝搬状態をより詳細に可視化することが可能になる。

そして、第３の態様は、ストローブ信号ＳＳの振動数を可視化対象の音の振動数の近傍の値とする態様である。例えば、可視化対象の音の振動数ｆ０が１０００[Ｈｚ]であれば、ストローブ信号ＳＳの振動数ｆＳ（周期ＴＳの逆数）を１００１[Ｈｚ]（或いは９９９[Ｈｚ]）にする、といった具合である。図４は、音源３と音／光変換器１０（ｋ）の各々とを一直線上に並べ、振動数ｆ０＝５[Ｈｚ]の音を振動数ｆｓ＝４[Ｈｚ]のストローブ信号ＳＳを用いて開始した場合の各音光変換器１０（ｋ）の発光部１３０の発光の様子を説明するための図である。なお、図４では、音源３の最も近くに配置される音／光変換器１０（１）をＸ＝０の位置に配置し、可視化対象の音の波長λに応じた間隔を開けて各音／光変換器１０（ｋ）を配置する場合について例示されている。例えば、可視化対象の音の音速が３４０[ｍ／ｓ]であれば、各音／光変換器１０（ｋ）の配置間隔は６８[ｍ]となり、この配置間隔は音場可視化システム１Ａを用いて音の可視化を行う際の空間分解能となる。ここで、Ｘ＝０における音／光変換器１０（ｋ）の発光の様子に着目すると、可視化対象の音の振動数ｆ０は５[Ｈｚ]であるから、１秒間に５波長分の音波がＸ＝０の位置を通過する。一方、ストローブ信号ＳＳの振動数ｆｓは４[Ｈｚ]であるから、１秒間に４回（すなわち、１／４秒、２／４秒、３／４秒および４／４＝１秒の各タイミングで）音波形のサンプリングが行われる。このため、Ｘ＝０の位置における音／光変換器１０（ｋ）の発光部１３０の発光輝度は、図４にて点線で示すような波形（振動数ｆ´＝｜ｆ０−ｆｓ｜＝１[Ｈｚ]の波形）で時間変動することになる。このような発光輝度の時間変動を視認することにより、観測者は、Ｘ＝０における音の時間波形として振動数が１[Ｈｚ]の波形を観測するのである。同様に、Ｘ＝６８、Ｘ＝２×６８＝１２８・・・に配置される各音／光変換器１０（ｋ）の発光部１３０の発光輝度も、振動数ｆ´＝１[Ｈｚ]で時間変動することになる。その結果、観測者は、図４にて一点鎖線の矢印で示すように、Ｘ方向に沿って速度ｖ´＝λ×ｆ´＝６８[ｍ／ｓ]で進行する波形を観測し、この波を通じて音波の伝播状況を把握するのである。

（Ａ−２：音場可視化システム１Ａの使用方法）
次いで、音場可視化システム１Ａの使用方法について説明する。音源から放射され音響空間内を伝搬する音波の伝搬状態を音場可視化システム１Ａによって可視化する場合、音場可視化システム１Ａの利用者は、まず、音／光変換器１０（ｋ：ｋ＝１〜Ｎ）の各々を音響空間内の互いに異なる位置に配置する。ここで、各音／光変換器１０（ｋ）の配置の仕方には種々の態様が考えられる。以下、図５（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ音／光変換器１０（ｋ）の具体的な配置態様について説明する。

図５（ａ）〜（ｃ）は、音場可視化システム１Ａが配置された音響空間２をその天井方向から見た俯瞰図である。図５（ａ）には、音源３と音／光変換器１０（ｋ）の各々とを同一平面（例えば、音響空間２の床面）上で一直線に並べる態様（以下、一次元的な配置態様）が例示されており、図５（ｂ）および（ｃ）には、音源３と音／光変換器１０（ｋ）の各々とを同一平面上には並べるものの、全ての音／光変換器１０（ｋ）が一直線上には並ばないように配置する態様（以下、二次元的な配置態様）が例示されている。また、音／光変換器１０（ｋ）を三次元的に配置する（例えば、音響空間２が立方体状であれば、その音響空間２の床および天井の各々の４隅の合計８箇所に配置する等）態様であっても良い。要は、可視化を所望する音の音源の方向、音響空間２の形状や大きさに応じて一次元的、二次元的および三次元的な配置態様のうちから適切なものを選択して音／光変換器１０（ｋ）を配置すれば良い。

各音／光変換器１０（ｋ）の配置を終えると、音場可視化システム１Ａの利用者は各音／光変換器１０（ｋ）を通信線等によりストローブ信号発生器２０に接続し、音源３からの音の放音開始を契機として、ストローブ信号発生器２０にストローブ信号ＳＳの発生を開始させる。すると、各音／光変換器１０（ｋ）は、ストローブ信号ＳＳの立ち上がりに同期させて各々の配置位置における音圧をサンプリングし、その音圧に応じた輝度で発光部１３０を発光させるのである。例えば、図５（ａ）に示すように、音源３からの距離が音／光変換器１０（１）→音／光変換器１０（２）→音／光変換器１０（３）の順に遠ざかるように音／光変換器１０（ｋ）を一次元的に配置し、さらに、可視化対象の音の振動周期Ｔ０とは異なる周期ＴＳのストローブ信号ＳＳを用いて音の可視化を行うと、音／光変換器１０（１）、１０（２）および１０（３）の各々の発光部１３０は、ストローブ信号ＳＳの最初の立ち上がりの時点で音源３からの距離に応じて異なる輝度で発光し、その後、ストローブ信号ＳＳの周期ＴＳが経過する毎に各々の発光輝度が順次変化して行く。音場可視化システム１Ａの利用者は、図５（ａ）に示すように配置された各音／光変換器１０（ｋ）の発光部１３０の発光輝度の時間変化を観測することによって、音源３から音響空間２へ放射される音波の伝搬状態を視覚を通じて直感的に把握することができるのである。

加えて、本実施形態の音場可視化システム１Ａには、各音／光変換器１０（ｋ）によって計測される音圧を集計するコンピュータ装置は含まれておらず、ストローブ信号ＳＳの周期ＴＳを適宜調整すれば、高速度カメラ等も不要である。このため、家庭等における個人ユースにも適し、リビングなどに配置されるオーディオ機器等からそのリビング内に放音される音の伝搬状態を手軽に可視化することが可能になり、それらオーディオ機器の配置位置やゲイン、スピーカバランスの調整に活用することができる。

（Ｂ：第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態の音／光変換器３０（ｋ）を含む音場可視化システム１Ｂの構成例を示す図である。図２と図１を比較すれば明らかなように、音場可視化システム１Ｂは、まず、音／光変換器１０（ｋ）に換えて音／光変換器３０（ｋ）を有している点が異なる。また、図６を参照すれば明らかように、音／光変換器３０（１）はストローブ信号発生器２０からストローブ信号ＳＳを受け取り、音／光変換器３０（ｋ：ｋ＝２〜Ｎ）は音／光変換器３０（ｋ−１）からストローブ信号ＳＳを受け取るように、ストローブ信号発生器２０および音／光変換器３０（ｋ）が所謂デイジーチェーン方式で接続されている点が音場可視化システム１Ａと異なる。以下、第１実施形態との相違点である音／光変換器３０（ｋ）を中心に説明する。

図７（ａ）は、音／光変換器３０（ｋ）の構成例を示す図である。図７（ａ）と図２を対比すれば明らかように、音／光変換器３０（ｋ）は、ストローブ信号転送制御部１４０を有する点が音／光変換器１０（ｋ）と異なる。図７（ａ）に示すように、ストローブ信号転送制御部１４０は、外部から与えられるストローブ信号ＳＳを発光制御部１２０に与えるとともに、遅延手段１４２を介して後段装置（本実施形態では、他の音／光変換器３０（ｋ））に転送する。遅延手段１４２は、例えば複数段のシフトレジスタからなり、与えられたストローブ信号ＳＳをそのシフトレジスタの段数に応じた分だけ遅延させて出力する。

図７（ａ）には、外部から受け取ったストローブ信号ＳＳを一台の後段装置へ転送する構成が例示されているが、複数台の後段装置に転送することも可能である。例えば、２台の後段装置へストローブ信号ＳＳを転送する場合には、図７（ｂ）に示すように、ストローブ信号転送制御部１４０に２つの遅延手段（１４２ａおよび１４２ｂ）を設け、外部から音／光変換器３０（ｋ）に与えられるストローブ信号ＳＳを３つに分流し、その一つを発光制御部１２０に与えるとともに、他の２つを各々遅延手段１４２ａおよび１４２ｂを介して各々異なる後段装置に転送する処理をストローブ信号転送制御部１４０に実行させるようにすれば良い。

例えば、音／光変換器３０（ｋ）を図８（ａ）に示すように一次元的に、或いは図８（ｂ）に示すようにマトリクス状に配置する必要がある場合には、図７（ａ）に示す構成の音／光変換器３０（ｋ）で音場可視化システム１Ｂを構成することが好ましく、図８（ｃ）に示すように音／光変換器３０（ｋ）を三角形状に配置する必要がある場合には、図７（ｂ）に示す構成の音／光変換器で音場可視化システム１Ｂを構成することが好ましいと考えられる。音／光変換器間の信号線の配線および遅延時間の計算が容易になると考えられるからである。

次いで、本実施形態の音場可視化システム１Ｂの使用例について説明する。
前述したように、本実施形態の音場可視化システム１Ｂに含まれる音／光変換器３０（ｋ）は、ストローブ信号発生器２０の発生させたストローブ信号ＳＳをデイジーチェーン方式で転送する点、および、その転送の際に遅延手段１４２によって遅延を付与する点が音／光変換器１０（ｋ）と異なる。この構成の相違によって、本実施形態によれば第１実施形態とは異なる効果が得られる。

例えば、図８（ａ）に示すように、音源３からの距離が次第に遠くなるように音／光変換器３０（１）、３０（２）および３０（３）を一次元的に配置し、音／光変換器３０（１）の遅延手段１４２による遅延時間Ｄ１を音／光変換器３０（１）と音／光変換器３０（２）の間隔Ｌ１に応じた値（当該間隔Ｌ１を音速Ｖで除算して得られる値）とし、音／光変換器３０（２）の遅延手段１４２による遅延時間Ｄ２を音／光変換器３０（２）と音／光変換器３０（３）の間隔Ｌ２に応じた値にすると、音源３から放射される音波の１つの波面の伝搬状態を可視化することができる。また、音／光変換器３０（ｋ）を二次元的に配置する態様においては、所謂遅延制御方式のマイクロホンアレイにおける指向性制御と同様に、各音／光変換器３０（ｋ）の遅延手段１４２の遅延時間を調整することで特定の方向から到来する音の伝搬状態を可視化するといった指向性制御を行うことが可能になる。

以上本発明の第２実施形態について説明したが、遅延手段１４２は必ずしも必須ではなく、省略しても勿論良い。遅延手段１４２を省略したとしても第１実施形態の音場可視化システム１Ａと同一の効果が得られることには変わりはないからである。

（Ｃ：第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態の音／光変換器４０を含む音場可視化システム１Ｃの構成例を示す図である。図９と図６を比較すれば明らかなように、音場可視化システム１Ｃは、音／光変換器３０（１）に換えて音／光変換器４０を設けた点と、ストローブ信号発生器２０を有していない点が音場可視化システム１Ｂと異なる。以下、第２実施形態との相違点である音／光変換器４０を中心に説明する。

図１０は、音／光変換器４０の構成例を示す図である。図１０に示すように、音／光変換器４０は、矩形波信号発生回路であるストローブ信号発生部１５０を有し、このストローブ信号発生部１５０が発生させる矩形波信号をストローブ信号ＳＳとして発光制御部１２０に与える点が音／光変換器３０（ｋ）と異なる。このように、本実施形態では、音／光変換器４０に、ストローブ信号発生器２０の役割を果たすストローブ信号発生部１５０を内蔵させたため、ストローブ信号発生器２０の省略が可能になっているのである。また、ストローブ信号発生部１５０を内蔵した音／光変換器４０を用いることで、例えばマイクロホン１１０により収音される音の音圧（或いは特定の周波数成分の音圧）が所定の閾値を超えたことを契機としてストローブ信号ＳＳの発生を開始させるようにストローブ信号発生部１５０を制御し、音の伝搬状態を可視化する処理を自動で開始させることができるようになる、といった効果を奏する。

（Ｄ：第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態の音／光変換器５０の構成例を示す図である。
図１１と図１とを対比すれば明らかように、音／光変換器５０は、マイクロホン１１０と発光制御部１２０の間に介挿されたフィルタ処理部１６０を有する点が音／光変換器１０（ｋ）と異なる。このフィルタ処理部１６０は、例えばバンドパスフィルタであり、マイクロホン１１０から出力される音信号のうち、予め定められた周波数範囲（以下、通過域）の信号成分のみを通過させる。このため、音／光変換器５０の発光部１３０は、マイクロホン１１０により収音された音のうち、上記通過域に属する信号成分の音圧に応じた輝度で発光するのである。したがって、図１の音場可視化システム１Ａの音／光変換器１０（ｋ）を音／光変換器５０に置き換えて音場の可視化を行えば、特定の周波数成分（すなわち、上記通過域に属する成分）の音の伝搬状態のみを可視化することができる。

このように、音響空間に放射される音のうち、特定の周波数成分の伝搬状態のみを可視化することには以下のような利点がある。例えば、楽曲を構成する複数のパートのうちでその楽曲のセールスポイントとなるパート（例えば、ギターソロやソプラノソロなど）をその周波数帯域で特定し、そのパートの音の伝搬状態のみを可視化するようにすれば、そのパートの音が音響空間の全体に亘って偏りなく伝搬しているか否かを視覚を通じて直感的に把握することが可能になる。一般に、楽曲のセールポイントとなっているパートは、音響空間のどの場所においても同様に聴き取れることが好ましいのであるから、その伝搬状態に偏りがある場合にはその偏りを是正するようにオーディオ機器の配置位置等を調整する必要がある。本実施形態によれば、楽曲のセールスポイントとなっているパートの音の伝播状態を可視化して偏りの有無を直感的に把握させ、トライアンドエラー方式で最適な配置位置等を探し出すことが容易になる、といった利点がある。また、可聴帯域（具体的には、２０Ｈｚから２０ｋＨｚまでの周波数帯域）よりも低い周波数帯域の音（所謂低周波音）を可視化することで、低周波音の伝播状況（どのような方向から伝搬してくるのか等）を把握することが可能になる。低周波音に長期間に亘って曝され続けると頭痛や眩暈などの健康被害が生じる虞があるが、その音源の特定が難しいことが知られている。本実施形態の音／光変換器５０を用いて低周波音の伝搬状態を可視化すれば、その伝搬方向を辿ることによってその音源を容易に特定することができると期待される。

以上本実施形態では、図１に示す音／光変換器１０（ｋ）のマイクロホン１１０と発光制御部１２０の間にフィルタ処理部１６０を介挿して音／光変換器５０を構成したが、図７（ａ）に示す音／光変換器３０（ｋ）或いは図７（ｂ）に示す音／光変換器のマイクロホン１１０と発光制御部１２０の間にフィルタ処理部１６０を介挿しても良く、また、図１０に示す音／光変換器４０のマイクロホン１１０と発光制御部１２０の間にフィルタ処理部１６０を介挿しても良い。

（Ｅ：第５実施形態）
図１２は、本発明の第５実施形態の音／光変換器６０の構成例を示す図である。
この音／光変換器６０は、マイクロホン１１０と、フィルタ処理部１７０と、３つの発光制御部（１２０ａ、１２０ｂおよび１２０ｃ）と、各々異なる色の光を発する３つの発光体（１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃ）を含む発光部１３０と、を有している。例えば、発光体１３０ａは赤色の光を発するＬＥＤであり、発光体１３０ｂは緑色の光を発するＬＥＤ、発光体１３０ｃは青色の光を発するＬＥＤである、といった具合である。

音／光変換器６０においては、マイクロホン１１０から出力される音信号はフィルタ処理部１７０に与えられる。図１２に示すように、フィルタ処理部１７０は、バンドパスフィルタ１７４ａ、１７４ｂおよび１７４ｃを有しており、マイクロホン１１０からフィルタ処理部１７０に与えられる音信号はこれら３つのバンドパスフィルタの各々に与えられる。図１２に示すようにバンドパスフィルタ１７４ａは発光制御部１２０ａに、バンドパスフィルタ１７４ｂは発光制御部１２０ｂに、バンドパスフィルタ１７４ｃは発光制御部１２０ｃに各々接続されている。

バンドパスフィルタ１７４ａ、１７４ｂおよび１７４ｃは互いに重なり合わない通過域を有している。具体的には、バンドパスフィルタ１７４ａは可聴帯域のうちの高域側（例えば、４ｋＨｚから２０ｋＨｚの周波数帯域）を通過域としており、バンドパスフィルタ１７４ｃは同低域側（２０Ｈｚから１ｋＨｚの周波数帯域）を通過域としており、バンドパスフィルタ１７４ｂはそれらの間の周波数帯域（以下、中域）を通過域としている。このため、バンドパスフィルタ１７４ａは、高域の信号成分のみを通過させて発光制御部１２０ａに与える。同様に、バンドパスフィルタ１７４ｂは中域の信号成分のみを通過させて発光制御部１２０ｂに与え、バンドパスフィルタ１７４ｃは低域の信号成分のみを通過させて発光制御部１２０ｃに与える。つまり、バンドパスフィルタ１７４ａ、１７４ｂおよび１７４ｃは、マイクロホン１１０の出力信号を帯域分割する帯域分割フィルタの役割を果たすのである。

図１２に示すように、発光制御部１２０ａには発光体１３０ａが、発光制御部１２０ｂには発光体１３０ｂが、発光制御部１２０ｃには発光体１３０ｃが、各々接続されている。発光制御部１２０ａ、１２０ｂおよび１２０ｃの各々は、音／光変換器１０（ｋ）の発光制御部１２０（図２参照）と同一の構成を有しており、各々の接続先の発光体の発光制御を行う。例えば、発光制御部１２０ａは、バンドパスフィルタ１７４ａから与えられる音信号をストローブ信号ＳＳの立ち上がりに同期させてサンプリングし、サンプリングした瞬時値に応じた輝度で発光体１３０ａを発光させる。同様に、発光制御部１２０ｂはバンドパスフィルタ１７４ｂから与えられる音信号をストローブ信号ＳＳの立ち上がりに同期させてサンプリングし、サンプリングした瞬時値に応じた輝度で発光体１３０ｂを発光させ、発光制御部１２０ｃはバンドパスフィルタ１７４ｃから与えられる音信号をストローブ信号ＳＳの立ち上がりに同期させてサンプリングし、サンプリングした瞬時値に応じた輝度で発光体１３０ｃを発光させる。

前述したように、バンドパスフィルタ１７４ａは高域の信号成分のみを、バンドパスフィルタ１７４ｂは中域の信号成分のみを、バンドパスフィルタ１７４ｃは低域の信号成分のみを、各々通過させる。このため、音／光変換器６０の発光体１３０ａはマイクロホン１１０により収音された音の高域成分の音圧に応じた輝度で発光し、発光体１３０ｂは同中域成分の音圧に応じた輝度で発光し、発光体１３０ｃは同低域成分の音圧に応じた輝度で発光することになる。したがって、マイクロホン１１０により収音される音が所謂ホワイトノイズ（すなわち、低域から高域までの各信号成分を均等に含んだ音）である場合には、音／光変換器６０の発光体１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃの各々は略同じ輝度で赤色、緑色および青色の光を発光し、それらの合成光は白色光として観測される。これに対して、マイクロホン１１０により収音される音が高域側の信号成分が強いものである場合には上記合成光は赤味がかった色の光として観測され、逆に、低域の信号成分が強いものである場合には青味がかった色の光として観測される。このため、音／光変換器６０を用いて音場可視化システムを構成し（具体的には、図１の音／光変換器１０（ｋ）を全て音／光変換器６０に置き換えて音場可視化システムを構成する等）、可視化対象の音としてホワイトノイズを音響空間内に放射し、その伝播状態を上記音場可視化システムを用いて可視化すれば、各周波数成分が均等に音響空間内を伝搬しているか否かを把握することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、音響空間に放射される音の伝搬状態、およびその音の各周波数成分が均等に伝搬しているか否かを手軽に可視化することが可能になる。なお、本実施形態では、発光部１３０を互いに発光色の異なる３つの発光体で構成したが、互いに発光色の異なる２または４つ以上の発光体で発光部１３０を構成しても勿論良い。また、本実施形態では、発光体１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃの各々が発する光の合成光が白色光であるか否かを基準に、各周波数成分が音響空間内を均等に伝搬しているか否かを判断した。しかし、高域（或いは低域）の音の均等な伝搬が他の周波数成分よりも優先される場合には、上記合成光が白色光よりも赤味（青味）の強い色であるか否かを基準に、高域（或いは低域）の音が音響空間内を均等に伝搬しているか否かを判断するようにしても勿論良い。

なお、上述した第５実施形態では、音響空間に放射される音の伝搬状態をその帯域成分毎に可視化した。しかし、上記音響空間における各帯域成分の音圧分布のみの把握で十分な場合には、図１３に示すようにフィルタ処理部１７０と発光部１３０の間に電圧電流変換回路１２４ａ、１２４ｂおよび１２４ｃを介挿して（換言すれば、発光制御部１２０ａ、１２０ｂおよび１２０ｃの各々からサンプルホールド回路１２２を省略して）音／光変換器を構成しても勿論良い。また、図１２或いは図１３に示す音光変換器にストローブ信号転送制御部１４０を設けても良く、ストローブ信号発生部１５０を設けても良い。

（Ｆ：第６実施形態）
図１４は、本発明の第６実施形態の音／光変換器７０の構成例を示す図である。
図１４と図１とを対比すれば明らかなように、音／光変換器７０は、記憶部１８０を有している点と、発光制御部１２０に換えて発光制御部２２０を設けた点が音／光変換器１０（ｋ）と異なる。記憶部１８０は、例えばＲＡＭ（Random Access memory）などの揮発性メモリであっても良く、フラッシュメモリなどデータの書き換えが可能な不揮発性メモリであっても良い。発光制御部２２０は、サンプルホールド回路１２２および電圧電流変換回路１２４の他にデータ書き込み／読み出し制御部１２６を有している点が発光制御部１２０と異なる。このデータ書き込み／読み出し制御部１２６は、サンプルホールド回路１２２によりホールドされた瞬時値を示すデータを記憶部１８０に順次書き込むとともに、このようにして記憶部１８０に書き込んだ各データをストローブ信号ＳＳの周期よりも長い周期でその書き込み順に順次読み出し、そのデータの示す瞬時値に応じた電圧を電圧電流変換回路１２４に印加する処理を実行する。

このような構成としたため、本実施形態の音／光変換器７０によれば、ストローブ信号ＳＳに同期させてサンプリングした音圧の時間変化が、より長い周期で再生される（発光部１３０の発光輝度の時間変化で表現される）ことになる。この実施形態においては、標本化定理を満たすようにストローブ信号ＳＳの周期ＴＳを十分短くすることが望ましい。前述したように、周期ＴＳを十分に短くすれば、可視化対象の音の波形をより細やかにサンプリングして可視化すること、すなわち、音響空間に放射される音の伝搬状態をより詳細に可視化することが可能になるからである。

（Ｇ：変形）
以上本発明の第１から第６実施形態を説明したが、これら実施形態に以下の変形を加えても勿論良い。
（１）上述した実施形態では、音響空間内の各々異なる位置に配置される音／光変換器の発光部がどの程度の輝度で発光するのかを目視することでその音響空間における音波の伝搬状態を利用者に把握させた。しかし、上記各発光部の発光の様子を一般的なビデオカメラ等により撮像して記録するようにしても勿論良い。その際、現場では観測できなくても記録されたもので観測されればいいようなアプリケーション（用途、方法）では赤外線ＬＥＤ等の非可視光のＬＥＤの使用も考えられる。

（２）上述した実施形態では、ストローブ信号発生器と音／光変換器との間のストローブ信号の伝送を有線通信で行ったが、無線通信で行っても良い。また、デイジーチェーン方式でストローブ信号ＳＳを伝送する態様にあっては、発光部１３０の発する光をストローブ信号ＳＳとして用いることも考えられる。また、音／光変換器５０にストローブ信号転送制御部１４０を設ける態様においては、フィルタ処理部１６０の通過域を示すデータを付与してストローブ信号ＳＳを後段装置に転送し、後段装置では、ストローブ信号ＳＳに付与されているデータにしたがってフィルタ処理部１６０の通過域を設定するようにしても良い。このような態様によれば、音場可視化システムに含まれる全ての音／光変換器に対して逐一通過域の設定を行う必要がなくなり、その設定作業の手間を省くことができる。

（３）上述した実施形態では、音源３が楽器である場合（すなわち、音場可視化システムによる可視化対象の音が楽器の演奏音）である場合について説明した。しかし、人の発声音（すなわち、音源３が人である場合）や動物の鳴き声（すなわち、音源３が動物である場合）、機械や電子機器の作動音（すなわち、音源３が機械や電子機器である場合）の伝搬状態の可視化に上記各実施形態の音場可視化システムを用いても勿論良い。また、上述した実施形態では、音源３から放射される直接音の可視化を行う場合について説明したが、音響空間２の壁や天井による反射音を可視化対象としても良い。さらに、スピーカや楽器等の発音体の筐体を透明な素材（例えば、透明な樹脂など）で構成し、その筐体内に上記各実施形態の音場可視化システムを配置することで、発音体の筐体内の音の伝搬状況を可視化することも可能である。このように、発音体の筐体内の音の伝搬状況を可視化することができるので、本発明は楽器やスピーカ等の発音体の製品テスト（例えば、楽器がその設計通りに音を奏でているか否かのテスト）や設計補助、または商品の音響性能をエンドユーザに伝える為の手段として有効である。

（４）上述した各実施形態ではＬＥＤなどの発光素子を発光体として用いて発光部１３０を構成したが、電球（或いは電球に色セロハンを貼り付けたもの）やネオン管を上記発光体として用いても勿論良い。ただし、反応速度や消費電力という観点からはＬＥＤなどの発光素子を用いることが好ましいことは言うまでもない。

（５）上述した各実施形態では、サンプルホールド回路１２２から出力される電圧値を電圧電流変換回路１２４によってその電圧値に比例した電流値の電流に変換して発光部１３０に与えた。これにより、マイクロホン１１０により収音される音の音圧と発光部１３０の発光輝度の線形性が担保されるのであるが、このような線形性を必要としない場合には、電圧電流変換回路１２４を省略しても勿論良い。また、電圧電流変換回路１２４に換えてＰＷＭ変調回路やＰＤＭ変調回路を用いるとより好ましい。なお、ＰＷＭ変調回路やＰＤＭ変調回路としては周知の構成のものを用いることが考えられる。また、電圧電流変換回路１２４に換えてＰＷＭ変調回路やＰＤＭ変調回路を用いる態様においては、ＰＷＭ変調回路やＰＤＭ変調回路の前段にＡ／Ｄ変換器を設けておくことが好ましい。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…音場可視化システム、２…音響空間、３…音源、１０（ｋ），３０（ｋ），４０，５０、６０，７０…音／光変換器、２０…ストローブ信号発生器、１１０…マイクロホン、１２０，２２０…発光制御部、１２２…サンプルホールド回路、１２４…電圧電流変換回路、１２６…データ書き込み／読み出し制御部、１３０…発光部，１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ…発光体、１４０…ストローブ信号転送制御部、１４２…遅延手段、１５０…ストローブ信号発生部、１６０，１７０…フィルタ処理部、１７４ａ，１７４ｂ，１７４ｃ…バンドパスフィルタ、１８０…記憶部。

Claims (5)

1. 発光部と、
   マイクロホンと、
   ストローブ信号に同期させて前記マイクロホンの出力信号の瞬時値をサンプルホールドし、サンプルホールドされた瞬時値に応じた輝度で前記発光部を発光させる発光制御部と、
   を有することを特徴とする音／光変換器。
2. 記憶部を有し、
   前記発光制御部は、ストローブ信号に同期させてサンプルホールドした前記マイクロホンの出力信号の瞬時値を示すデータを前記記憶部に順次書き込む一方、前記記憶部に記憶されているデータを前記ストローブ信号の周期よりも長い周期でその書き込み順に順次読み出し、そのデータの示す瞬時値に応じた輝度で前記発光部を発光させる処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の音／光変換器。
3. 前記ストローブ信号を予め定められた時間だけ遅延させて１または複数の他の音／光変換器にストローブ信号を転送するストローブ信号転送制御部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の音／光変換器。
4. 前記マイクロホンの出力信号にフィルタ処理を施して前記発光制御部に与えるフィルタ処理部を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１に記載の音／光変換器。
5. 前記発光部は各々異なる色で発光する複数の発光体を有し、
   前記フィルタ処理部は、前記マイクロホンの出力信号を前記複数の発光体の各々に予め対応付けられた帯域成分に分割する帯域分割フィルタを含み、
   前記発光制御部は、前記フィルタ処理部によって分割された帯域成分毎に瞬時値のサンプルホールドを行い、前記複数の発光体の各々をその発光体に対応する帯域成分の瞬時値に応じた輝度で発光させる処理を実行することを特徴とする請求項４に記載の音／光変換器。
   
   

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