JP6915913B2

JP6915913B2 - 非可聴音発生装置

Info

Publication number: JP6915913B2
Application number: JP2020060638A
Authority: JP
Inventors: 日出男晝馬; 信夫藤田; 長生福田; 松原　俊哉; 俊哉松原
Original assignee: SHOGUN-DO CO., LTD.
Current assignee: SHOGUN-DO CO., LTD.
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2040-03-30
Also published as: JP2020167682A

Description

本発明は、高い音質を提供するための非可聴音を発生させる装置に関するものである。

従来から、音響再生において可聴音に耳に聞こえない高音域、いわゆる、「超高音」を加えることで、コンサートやライブなどの臨場感を向上させることが知られている。

また、「超高音」を含む音が脳の活性に有効であるということが知られている。（非特許文献１）従って、芸術の分野や医療分野を含む幅広い分野において、「超高音」の活用が期待されている。

大橋力, 「ハイパーソニックエフェクト」, 岩波出版, ２０１７年９月

しかしながら、従来から使用されている標準的なＣＤは、再生周波数の上限が２０ｋＨｚ程度であり、超高音を再生することができない。このため、非可聴音域を含む音源を再生するには特別に制作されたＣＤ（ＳＡＣＤ（登録商標）・ＤＳＤ等）を、使用する必要があった。ここで、非可聴音は超高音と同義語である。

また、非可聴音は“ゆらぎ”によって聴感上の心地よさが得られ、“ゆらぎ”のない非可聴音は、聴感上の心地よさに乏しい。このため、“ゆらぎ”のある非可聴音を再生することが望ましい。

また、１６ＫＨｚ〜３２ＫＨｚ付近までの高周波は、基幹脳の活性を低下させて生命活性を不適切な方向へ導くネガティブエフェクトを発現させることを示唆する見解がある。したがって、上記の高周波を除外した非可聴音域を再生することが好ましい。

さらに、コンサートやライブなどの臨場感を向上させるため、在来のＣＤのみならず、ＴＶ・ラジオ等の一般ＡＶ装置と併用することにより、いわゆるハイパーサウンドエフェクトが得られるようにすることが求められている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特別に制作されたＣＤを必要とせず、ネガティブエフェクトがあるとされる領域を排除した“ゆらぎ”のある「非可聴音」域を発生し、これを通常の音（音楽）に加えることにより、高い音質を提供することを目的とする。

本発明は、また、在来のＣＤのみならず、ＴＶ・ラジオ等の一般ＡＶ装置と併用することにより、いわゆるハイパーサウンドエフェクトが得られるようにすることを目的とする。

本発明は、このような課題を解決するために、本発明の非可聴音発生装置の一様態は、入力された音源の信号の周波数成分から選択された周波数を用い、３５ＫＨｚ以上の非可聴域音となる根音を求め、前記根音を基に、非可聴音の和音を発生する非可聴域和音合成器と、前記和音の周波数に所定の周波数を加算するビブラート生成器と、前記ビブラート生成器で求めた非可聴音の３５ＫＨｚ未満の成分をカットするハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタを通過した３５ＫＨｚ以上の非可聴音を出力する出力部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、特別に制作されたＣＤを必要とせず、ネガティブエフェクトがあるとされる領域を排除した“ゆらぎ”のある「非可聴音」域を発生し、この「非可聴音」域を通常の音（音楽）に加えることにより、高い音質を提供することができた。さらに、脳の活性を実現し、人に心地よさを与える、リラックさせるといった効果が期待できる。

また、本発明は、在来のＣＤのみならず、ＴＶ・ラジオ等の一般ＡＶ装置と併用することにより、いわゆるハイパーサウンドエフェクトが得られるようにすることができた。

本実施の形態１の非可聴音発生装置及び非可聴音発生装置の回路から発生された駆動波形（ａ）〜（ｉ）を示す図である。本実施の形態２の非可聴音発生装置及び非可聴音発生装置の回路から発生された駆動波形（ａ）〜（ｉ）を示す図である。

以下、本発明の実施形態１に係る非可聴音発生装置の形態について、図を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

（実施の形態１）
本発明の実施形態１に係る非可聴音発生装置において、非可聴音を、外部で発生する音源をマイクロフォンにより検出し、検出された音の中から適切にサンプリングされた音を用い、これをコンピューター処理により所望の非可聴音を発生させることを特徴とするものである。

本発明の実施形態１に係る電子回路である非可聴音発生装置の構成を図1に示す。

非可聴音発生装置１００は、ＣＤプレーヤなどの再生音またはマイクロフォンにより採取された生演奏音から、源音に含まれていた可能性がある非可聴域部分の高次倍音を演算で擬似的に合成する回路である。

以下に、非可聴音発生装置１００の構成を説明する。

非可聴音発生装置１００は、音源が入力された入力部１０１と、入力部１０１と接続されたローパスフィルタ１０２（ＬＰＦ；ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）と、ローパスフィルタ１０２と接続されたアナログデジタル変換器１０３（ＡＤＣ；ＡｎａｌｏｇｔｏＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）と、アナログデジタル変換器１０３と接続された高速フーリエ変換器１０４（ＦＦＴ；ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）と、高速フーリエ変換器１０４と接続された最適周波数検出器１０５（ＢｅｓｔＦｒｅｑＤｅｔｅｃｔｏｒ）と、最適周波数検出器１０５と接続された非可聴域和音合成器１０６（ＨＲＭ）と、非可聴域和音合成器１０６と接続されたビブラート生成器１０７（ＶＩＢ）と、ビブラート生成器１０７と接続されたデジタル信号発生器１０８（ＤＤＳ）と、デジタル信号発生器１０８と接続されたハイパスフィルタ１０９（ＨＰＦ）と、ハイパスフィルタ１０９と接続された出力部１１０とを備えた非可聴音（超高音）発生装置である。

以下に、非可聴音発生装置の各構成部の構成とその機能を説明する。

入力部１０１は、ＣＤ等の記録音または入力部のマイクフォンから集音した生演奏音を音源として入力信号（ａ）を入力する回路である。

ローパスフィルタ１０２は、入力部１０１より入力されたアナログ信号である音源の入力信号の成分のうち、ＡＤ変換時に変換ノイズとなる高域成分をカットする回路である。

アナログデジタル変換器１０３において、ローパスフィルタ１０２で、高域成分がカットされたアナログ音の信号をデジタル信号に変換する回路である。

高速フーリエ変換器１０４は、アナログデジタル変換器１０３から入力されたデジタル信号に対して離散フーリエ変換を行い、当該デジタル信号の振幅成分（時間成分）を周波数成分へ変換する回路である。

最適周波数検出器１０５は、（ｅ）に示すように、高速フーリエ変換器１０４で求めた周波数成分から適切な信号強度の周波数を検出する回路である。

非可聴域和音合成器１０６は、前記検出された周波数を用い、３５ＫＨｚ以上の非可聴域音となる根音を求め、前記根音を基に和音を合成し、非可聴音を発生する回路である。

ビブラート生成器１０７は、所定のビブラート波形のデータを記憶しており、非可聴域和音合成器１０６で合成された和音の周波数にビブラートの波形から算出される周波数を加算（加振）する回路である。

デジタル信号発生器１０８は、ビブラート生成器１０７で計算して求めた周波数f0’,f1’,f2’から正弦波などの振幅信号にそれぞれ変換し、３波形を加算合成して非可聴音波形（ｈ）に変形する回路である。

ハイパスフィルタ１０９により、デジタル信号発生器１０８で、合成した非可聴音波形には可聴音成分も含まれるため、ハイパスフィルタ回路により３５ＫＨｚ未満の成分をカットする回路である。

出力部は、前記ハイパスフィルタを通過した３５ＫＨｚ以上の非可聴音波形を有する出力信号（ｉ）を、出力する。出力信号はプリアンプ・パワーアンプ等を介してスーパーツィータ等の超高音用スピーカなどの出力部１１０により非可聴域音として発せられる。

以下に、非可聴音発生装置１００の駆動方法を説明する。

入力部１０１のＣＤ等の記録音または入力部のマイクフォンから集音した生演奏音を音源として入力信号（ａ）を入力する。なお、入力信号（ａ）は、横軸が時間、縦軸が振幅を表している。

ローパスフィルタ１０２において、入力部１０１より入力されたアナログ信号である音源の入力信号の成分のうち、ＡＤ変換時に変換ノイズとなる高域成分をカットする。カットされた信号の波形（ｂ）は、横軸が時間、縦軸が振幅を表している。

アナログデジタル変換器１０３において、ローパスフィルタ１０２で、高域成分がカットされたアナログ音の信号をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号の波形（ｃ）は、横軸が時間、縦軸が振幅を表している。

高速フーリエ変換器１０４において、アナログデジタル変換器１０３から入力されたデジタル信号に対して離散フーリエ変換を行い、当該デジタル信号の振幅成分（時間成分）から周波数成分へ変換する。変換後の信号の周波数分布は（ｄ）である。

最適周波数検出器１０５（単に、周波数検出器ともいう）において、（ｅ）に示すように、高速フーリエ変換器１０４で求めた周波数成分から適切な信号強度の周波数を検出する。適切な信号強度の周波数とは、被験者に聴こえている音の最適周波数Ｆ(Ｈｚ)、具体的には信号強度が最大付近の周波数である。なお、最適周波数Ｆ(Ｈｚ)として、通常、高速フーリエ変換器１０４で求めた周波数成分から最大の高さを持つピークの信号強度の周波数を選択する。

非可聴域和音合成器１０６において、最適周波数検出器１０５で検出された最適周波数Ｆをオクターブ演算（x 2ⁿ）し、３５ＫＨｚ以上の非可聴域音となる根音f0を求める。ここで、根音f 0は、以下の式により求められる。
f 0= F 2ⁿ
ただし n>0 かつ f0 > 35KHzである。さらに根音f0を基にN和音（f0,f1,f2,...,fN）を合成する。ここで、
f1 = k1 f0、f2 = k2 f0, ... , fN = kN f0
である。
上記の式内の係数k1,k2,...,kNは、自由に設定することができる。このため、k1,k2,...kNの値を制御して長三和音（メジャー・コード）・短三和音（マイナー・コード）などの非可聴音を発生することにより、聴感上の心地よさを作り出すことができる。例えば、周波数比として、純正律があり、根音：第３音：第５音は、４：５：６となる。非可聴音の発生後の信号の周波数分布は（ｆ）である。

ビブラート生成器１０７において、非可聴域和音合成器１０６で求めたf0・f1・f2・...・fNを振動数ν(Hz)により加振（バイブレーション）する。加振後の周波数、f0’, f1’ , f2’,...fN’は、次のように求められる。
f0’ = f0 ν0、
f1’ = f1ν1、
f2’=f2ν2、
：
fN’=fNνN
ここで、ν0,ν1,ν2,...,vNは、1/ν(sec)間で -v_m 〜 +v_m の範囲、具体的な値は例えば-1.25〜+1.25で変化する。また、加振範囲v_mを乱数により動的に変化させる事で、より効果的なビブラートを発生することができる。加振後の周波数の信号の周波数分布は、（ｇ）である。

ビブラート生成器１０７により、少ない発振回路でより幅広い帯域の非可聴音を合成することができる。またビブラート効果により聴感上の心地よさをより向上させることができる。ビブラートは、例えば、ヴァイオリンの弦を指で揺らすときに生じる音や声のこぶしを上げる時に生じる音をいう。

デジタル信号発生器１０８により、ビブラート生成器１０７で計算して求めた周波数f0’,f1’,f2’,...,fN’から正弦波などの振幅信号にそれぞれ変換し、変換されたN個の増幅信号の波形を加算合成し、さらに入力信号（ａ）に対する適切な遅延処理を施すことにより最適な効果を発生することができる非可聴音波形（ｈ）に変形する。適切な遅延処理とは、パラメータ設定により所定の時間単位（例えばミリ秒単位）で遅延時間を変更する処理であり、例えば、非可聴音が被験者に与える効果具合を、たとえば後述の脳酸素モニタで計測することで判定し、その判定結果により遅延時間の最適値を設定する処理である。また、最適な効果とは、脳酸素モニタの測定値に基づいて判断される大脳の活性効果である。例として、近赤外線分光法（NIRS：near infrared spectroscopy）を用いた脳酸素モニタにより大脳前頭前野の脳血流を測定したところ本実施形態を用いた音声の出力により、酸素化ヘモグロビン（O₂Hb）の増加が認められた。

ここで、デジタル信号発生器１０８で合成した非可聴音波形には可聴音成分も含まれるため、ハイパスフィルタ１０９により３５ＫＨｚ未満の成分をカットする。成分がカットされた波形は、（ｉ）である。

３５ＫＨｚ以上の非可聴音波形を有する出力信号（ｉ）が、出力される。出力信号はプリアンプ・パワーアンプ等を介してスーパーツィータ等の超高音用スピーカなどの出力部１１０により非可聴域音として発せられる。

次いで、本発明の非可聴音発生装置の効果の実証の結果を次に示す。

本回路で合成した非可聴音の有無に応じた聴感上の変化について、２０数名の参加者に聞かせてアンケートをとったところ、聴感上の変化が大きかったのが「電子楽器（チェンバロ）」「邦楽曲」であった。非可聴音合成有の場合のほうが、明らかに音にツヤが出るといった効果が見られた。ヴァイオリンの楽曲でも同様の傾向があったが、前述に比べると音にツヤが出る変化は少なく感じた。

また、ピアノ調律師より、アコースティック楽器（グランドピアノ）演奏中に本回路で
音声を収集しリアルタイムで非可聴音を再生することにより、音質が改善されるなどの意見が挙げられた。

（実施の形態２）
本実施の形態２の非可聴音発生装置２００は、図２に示すとおり、図１の非可聴音発生装置１００に、無線モジュール１１１やＬＡＮモジュール１１２を接続させており、遠隔で非可聴音を再生することができ、また、遠隔地へ最適周波数を配信することを可能にする。

無線モジュール１１１（ＲＭ；ＲａｄｉｏＭｏｄｕｌｅ）は、最適周波数検出器１０５と無線回線で接続されている。

ＬＡＮモジュール１１２（ＬＡＮＭｏｄｕｌｅ）は、最適周波数検出器１０５と有線で接続されている。

本実施の形態では、最適周波数検出器１０５から出力された最適周波数Ｆを、無線モジュール１１１により、無線で回路２０１に送信する、あるいは、最適周波数ＦをＬＡＮモジュール１１２により、有線で回路２０１に送信する。

回路２０１における各構成要素の機能は、実施の形態１に記載されている同様の符号を参照して説明した機能と同様であるため詳細な説明は省略する。

本実施の形態は、マイクロフォンを設置できないようなコンサートホール後列の音質改善に利用する事ができる。

また、子局として配信された最適周波数Ｆから非可聴音を合成する回路、すなわち、非可聴域和音合成器１０６、ビブラート生成器１０７、デジタル信号発生器１０８、及びハイパスフィルタ１０９を備えた回路２０１により、遠隔で非可聴音を再生することができる。

また、最適周波数検出器１０５で求められた最適周波数ＦをＬＡＮ１１２（ＬＡＮモジュール）を用いることにより遠隔地へ配信することができ、野外ステージ・音楽配信などの音質改善に利用することができる。

本発明は、非可聴音を発生させる技術分野に適用することができる。

１００、２００非可聴音発生装置
１０１入力部
１０２ローパスフィルタ
１０３アナログデジタル変換器
１０４高速フーリエ変換器
１０５最適周波数検出器
１０６非可聴域和音合成器
１０７ビブラート生成器
１０８デジタル信号発生器
１０９ハイパスフィルタ
１１０出力部
１１１無線モジュール
１１２ＬＡＮモジュール
２０１回路

Claims

入力された音源の信号の周波数成分から選択された周波数を用い、３５ＫＨｚ以上の非可聴域音となる根音を求め、前記根音を基に、非可聴音の和音を発生する非可聴域和音合成器と、
前記和音の周波数に所定の周波数を加算するビブラート生成器と、
前記ビブラート生成器で求めた非可聴音の３５ＫＨｚ未満の成分をカットするハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタを通過した３５ＫＨｚ以上の非可聴音を出力する出力部と、
を備えた
ことを特徴とする非可聴音発生装置。
前記選択された周波数は、最大周波数であることを特徴とする請求項１に記載の非可聴音発生装置。
前記選択された周波数は、信号強度が最大付近の周波数であり、前記選択された周波数を用いた配信のための無線モジュールをさらに備えた請求項１又は請求項２に記載の非可聴音発生装置。
前記選択された周波数を有する信号を遠隔地へ配信するためのＬＡＮをさらに備えた
請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の非可聴音発生装置。
前記和音は、N和音である請求項１乃至請求項４いずれか一項に記載の非可聴音発生装置。