JP7495728B2 - Vibration control device, vibration control program, and vibration control method - Google Patents
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Description
本明細書に記載する技術は、振動制御装置,振動制御プログラム及び振動制御方法に関する。 The technology described in this specification relates to a vibration control device, a vibration control program, and a vibration control method.
近年、スマートフォンやゲーム機,Virtual Reality(VR)機器,ロボット操縦支援等の分野において、振動フィードバックの高度化が進んでいる。具体的には、幅広い周波数帯域の振動を再現することにより、リアルな触覚を提示できる振動デバイスが開発されている。 In recent years, vibration feedback has become increasingly sophisticated in fields such as smartphones, game consoles, virtual reality (VR) devices, and robot operation support. Specifically, vibration devices that can provide a realistic sense of touch by reproducing vibrations over a wide frequency range have been developed.
しかしながら、例えば300Hz以上の高周波の振動を提示しようとすると、デバイスの問題や知覚感度の問題,聴覚ノイズの問題が発生しうる。高周波帯域では振動子の振幅が小さくなるため、共振を利用するタイプのデバイスでは高周波帯域及び低周波帯域の振動を共に発生させることは容易でない。また、ヒトは200~300Hzをピークにそれ以上の振動周波数に対しては知覚感度が弱くなるため、振動を知覚させるためには十分な振幅が必要となる。更に、周波数が300Hz程度を超えると音として振動が聞こえるようなる。例えば、音楽や映画コンテンツと組み合わせて振動を発生させようとすると、音楽や映画コンテンツの音源を妨げる騒音と認識されるおそれがある。 However, when attempting to present high-frequency vibrations, for example, at or above 300 Hz, problems with the device, perception sensitivity, and auditory noise can occur. Because the amplitude of the vibrator is small in the high-frequency band, it is not easy to generate both high-frequency and low-frequency vibrations in devices that utilize resonance. In addition, humans have a peak at 200-300 Hz and their perception sensitivity weakens for vibration frequencies above that, so sufficient amplitude is required to perceive the vibration. Furthermore, when the frequency exceeds about 300 Hz, the vibration becomes audible as sound. For example, if vibrations are generated in combination with music or movie content, they may be perceived as noise that interferes with the sound source of the music or movie content.
1つの側面では、本明細書に記載する技術は、ヒトが知覚しやすい高周波帯域の振動を生成することを目的とする。 In one aspect, the technology described herein aims to generate vibrations in the high frequency range that are easily perceptible by humans.
1つの側面において、バイブレーション装置による振動を信号によって制御する振動制御装置であって、前記信号を所定時間毎に分割する時間分割制御部と、前記時間分割制御部によって分割された前記所定時間毎に、前記信号の波形を変換するエネルギー制御部と、を備え、前記エネルギー制御部は、前記信号の周波数成分のうち特定の周波数帯域の信号についてはエネルギーを調整して前記波形の変換を行なう一方、前記特定の周波数帯域以外の信号についてはエネルギーを維持しながら前記信号とは別の周波数をもつ波形に変換を行なう。 In one aspect, a vibration control device that controls vibrations by a vibration device using a signal includes a time division control unit that divides the signal into predetermined time intervals, and an energy control unit that converts the waveform of the signal for each of the predetermined time intervals divided by the time division control unit, and the energy control unit adjusts the energy of a signal in a specific frequency band among the frequency components of the signal to convert the waveform, while converting signals outside the specific frequency band into a waveform having a different frequency from that of the signal while maintaining the energy.
1つの側面として、ヒトが知覚しやすい高周波帯域の振動を生成できる。 One aspect is that it can generate vibrations in the high frequency range that are easily perceived by humans.
以下、図面を参照して実施の形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、実施形態で明示しない種々の変形例や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、本実施形態を、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 The following describes the embodiments with reference to the drawings. However, the embodiments described below are merely examples, and are not intended to exclude the application of various modified examples or techniques not explicitly stated in the embodiments. In other words, the present embodiment can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present invention.
また、各図は、図中に示す構成要素のみを備えるという趣旨ではなく、他の構成要素を含むことができる。以下、図中において、同一の符号を付した部分は特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を示す。 In addition, each figure does not necessarily include only the components shown in the figure, but may include other components. In the following figures, parts with the same reference numerals indicate the same or similar parts unless otherwise specified.
〔A〕実施形態
図1は、実施形態としての振動発生システム100の構成例を模式的に示すブロック図である。
[A] Embodiment FIG. 1 is a block diagram that illustrates a schematic configuration example of a vibration generating
振動発生システム100は、振動制御装置1,Digital Analog Converter(DAC)2,高周波バイブレーション31,低周波バイブレーション32,イヤフォーン(L)41及びイヤフォーン(R)42を備える。
The
DAC2は、Universal Serial Bus(USB)オーディオと称されてもよく、振動制御装置1から入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。そしで、DAC2は、変換後のアナログ信号を高周波バイブレーション31,低周波バイブレーション32,イヤフォーン(L)41及びイヤフォーン(R)42に出力する。なお、DAC2の後段には、高周波バイブレーション31,低周波バイブレーション32,イヤフォーン(L)41及びイヤフォーン(R)42を駆動させるための不図示の増幅器(別言すれば、アンプ)が設けられてよい。
DAC2 may be called Universal Serial Bus (USB) audio, and converts the digital signal input from the
図1に示す低周波バイブレーション32は、第1のバイブレーション装置の一例であり、所定周波数未満の信号成分による振動を発生させる。図1に示す高周波バイブレーション31は、第2のバイブレーション装置の一例であり、所定周波数以上の信号成分による振動を発生させる。なお、低周波バイブレーション32は振動発生システム100において備えられなくてもよい。その場合には、高周波バイブレーション31から所定周波数未満の信号成分による振動が発生されてもよいし、所定周波数未満の信号成分による振動は振動発生システム100において発生させられなくてもよい。
The low-
低周波バイブレーション32から出力される振動の信号成分と、高周波バイブレーション31から出力される信号の信号成分とを分離する所定周波数は、80Hzから400Hzまでの範囲内の周波数であってよい。
The predetermined frequency that separates the signal components of the vibration output from the low-
イヤフォーン(L)41は、ステレオ音源のうちヒトの左耳に入力される音を発生させる。イヤフォーン(R)42は、ステレオ音源のうちヒトの左耳に入力される音を発生させる。なお、イヤフォーン(L)41及びイヤフォーン(R)42は、振動発生システム100において備えられなくてもよい。また、イヤフォーン(L)41及びイヤフォーン(R)42は、共用されてモノラル音源を発生させてもよい。更に、振動発生システム100においては、イヤフォーン(L)41及びイヤフォーン(R)42の代わりにスピーカが備えられてもよいし、3チャネル以上の音源の出力がされてもよい。
The earphone (L) 41 generates a sound from the stereo sound source that is input to the human left ear. The earphone (R) 42 generates a sound from the stereo sound source that is input to the human left ear. The earphone (L) 41 and the earphone (R) 42 do not have to be provided in the
振動制御装置1は、Central Processing Unit(CPU)11,メモリ12及び記憶装置13を備える。
The
本実施形態の一例における振動制御装置1は、音楽や映画,音声等の音響情報の触覚信号変換を行なってよい。周波数が300~400Hz程度を超えると音として振動が聞こえるようになるため、騒音となる。このため、従来技術における音楽や動画等の振動体感装置では、数百Hz程度でローパスフィルタをかけて、高周波帯域をカットすることが多い。一方、本実施形態の一例における振動制御装置1では、高周波帯域の波形を低周波帯の別の周波数に変換して出力する。
The
また、本実施形態の一例における振動制御装置1は、ロボットが物体に接触した際に発生する高周波振動をヒトが知覚できる周波数帯に変調してよい。ロボットが物体に接触した際の振動を遠隔操縦者に伝達することで、物体との衝突の強さや摩擦の状況を把握することができる。建設ロボットのような金属筐体を把持するロボットでは、物体に接触した際にヒトが知覚できない帯域の振動が発生することがある。そこで、本実施形態の一例における振動制御装置1では、出力信号の周波数帯を変調する。
The
更に、本実施形態の一例における振動制御装置1は、バイブレーション装置を含む椅子やスーツ,ヘッドセット等に適用されてよい。
Furthermore, the
メモリ12は、Read Only Memory(ROM)及びRandom Access Memory(RAM)を含む記憶装置である。
記憶装置13は、データを読み書き可能に記憶する装置であり、例えば、Hard Disk Drive(HDD)やSolid State Drive(SSD),Storage Class Memory(SCM)が用いられてよい。記憶装置13は、生成した教師データや学習モデル等を記憶する。 The storage device 13 is a device that stores data in a readable and writable manner, and may be, for example, a hard disk drive (HDD), a solid state drive (SSD), or a storage class memory (SCM). The storage device 13 stores the generated teacher data, learning models, etc.
CPU11は、種々の制御や演算を行なう処理装置であり、メモリ12に格納されたOperating System(OS)やプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。すなわち、CPU11は、図1に示すように、周波数除去制御部111,時間分割制御部112,エネルギー制御部113,信号出力部114として機能してよい。
The
CPU11は、コンピュータの一例であり、例示的に、振動制御装置1全体の動作を制御する。振動制御装置1全体の動作を制御するための装置は、CPU11に限定されず、例えば、MPUやDSP,ASIC,PLD,FPGA,専用プロセッサのいずれか1つであってもよい。また、振動制御装置1全体の動作を制御するための装置は、CPU,MPU,DSP,ASIC,PLD,FPGA及び専用プロセッサのうちの2種類以上の組み合わせであってもよい。なお、MPUはMicro Processing Unitの略称であり、DSPはDigital Signal Processorの略称であり、ASICはApplication Specific Integrated Circuitの略称である。また、PLDはProgrammable Logic Deviceの略称であり、FPGAはField Programmable Gate Arrayの略称である。
The
周波数除去制御部111は、所定周波数以下の周波数を有する第1の信号成分を除去する。
The frequency
時間分割制御部112は、周波数除去制御部111によって除去された第1の信号成分以外の第2の信号成分を所定時間毎に分割する。
The time
エネルギー制御部113は、時間分割制御部112によって分割された所定時間毎に、第2の信号成分のエネルギーを維持しながら第2の信号成分の波形を変換する。
The
信号出力部114は、エネルギー制御部113による波形の変換後の第2の信号成分に加えて、周波数除去制御部111によって除去された第1の信号成分を出力する。
The
図2は、図1に示した振動制御装置1による変換前後の信号の波形を示すグラフである。
Figure 2 is a graph showing the waveforms of the signal before and after conversion by the
高周波振動に対するヒトの知覚特性を考慮し、高周波帯域においては波形そのものではなく、ヒトの知覚特性に相関がある振動エネルギーに着目して、同等な振動エネルギーを持つ別の波形に置き換えることで、周波数帯域を変更可能とする。図2に示す例では、符号A1に示す波形が符号A2に示す波形に変換されている。 Taking into account the human perception characteristics of high-frequency vibrations, the system focuses on the vibration energy that is correlated with human perception characteristics in the high-frequency band, rather than on the waveform itself, and replaces the waveform with another waveform that has the same vibration energy, making it possible to change the frequency band. In the example shown in Figure 2, the waveform indicated by symbol A1 is converted to the waveform indicated by symbol A2.
連続する任意の振動信号に対して、ヒトの知覚特性を考慮した適切な間隔で時分割し、分割したセグメント毎に振動エネルギーに変換することで、ヒトが感じる触覚を同等に保ったまま、或いは、感じにくい高周波帯域を感じられるように、任意の信号波形に変換することを可能にする。 By dividing any continuous vibration signal into appropriate time intervals that take into account human perception characteristics and converting each divided segment into vibration energy, it is possible to convert the signal into any signal waveform while maintaining the same tactile sensation felt by humans, or to enable the perception of high frequency bands that are difficult to sense.
変換後の振動の周波数を適切に選択することで、振動子の応答レンジに合わせて効率的に駆動したり、聴覚ノイズを低下させたり、任意の音源に変換させたりすることが可能になる。 By appropriately selecting the frequency of the converted vibration, it is possible to drive the transducer efficiently according to its response range, reduce auditory noise, and convert the sound into any sound source.
ヒトの振動に対する知覚は1kHz程度までであると言われている。そのため、1kHz以上の振動は無視されることが多い。一方、1kHz以上の振動であっても、その振幅がヒトによって感じられる程度の帯域で変動する振幅変調波の場合は、その包絡線成分を知覚し得ることが知られている。 It is said that humans can only perceive vibrations up to about 1 kHz. For this reason, vibrations above 1 kHz are often ignored. On the other hand, it is known that even with vibrations above 1 kHz, if the amplitude is an amplitude modulated wave whose amplitude fluctuates within a band that can be sensed by humans, the envelope components can be perceived.
一方、ヒトの振動の100Hz程度以上の高周波振動に対する知覚特性として、振動エネルギーモデル(例えば、引用文献4を参照)が知られている。このことから、高周波振動エネルギーを保ったまま振幅変調波のキャリア周波数を置き換えても振動を分別できないことが判っている(例えば、引用文献2及び引用文献3を参照)。しかし、振動エネルギーを保ったとしても、上述したように、振動の包絡成分が触覚情報の違いとして知覚できる場合があり、その知覚範囲は調査されていなかった。また、引用文献2では、時分割で振動エネルギーに基づいて信号を変換する方法が考案されているものの、低周波成分を維持する方法については検討されていない。
On the other hand, a vibration energy model (see, for example, Reference 4) is known as a human perception characteristic for high-frequency vibrations of about 100 Hz or more. From this, it is known that vibrations cannot be differentiated even if the carrier frequency of an amplitude-modulated wave is replaced while maintaining the high-frequency vibration energy (see, for example, References 2 and 3). However, even if the vibration energy is maintained, as mentioned above, there are cases where the envelope components of the vibration can be perceived as differences in tactile information, and the range of perception has not been investigated. Furthermore, although
図3は、ヒトによる振動の弁別可能性を示すグラフである。図4は、図3に示したグラフで示されている弁別可能性を判断するために実施した強制三選択肢弁別実験で使用した振動のサンプル波形である。 Figure 3 is a graph showing the discrimination ability of vibrations by humans. Figure 4 is a sample waveform of vibrations used in a forced three-choice discrimination experiment conducted to determine the discrimination ability shown in the graph shown in Figure 3.
従来から知られている振動エネルギーモデル(例えば、引用文献4を参照)を前提とし、振動エネルギーを保ったままで、ヒトの知覚分別特性を調査すると図3に示すグラフが得られる。図4の符号B1にと符号B2とは同じ波形を示しており、図4の符号B3は異なる波形を示している。被験者に対して、図4の符号B1及びB2に示す一定振幅動と符号B3に示す振幅変調刺激とを比較させ、振幅変調波がどれかを答えさせる。図3においては強制三選択肢弁別実験で得られた正答率が、信号検出理論に基づく弁別性能指標であるSensitivity(d’:d-prime)で表されており、d’が1以下になると正答率が約6割を下回ることを意味している。 Based on a conventionally known vibration energy model (see, for example, Reference 4), the graph shown in Figure 3 is obtained by investigating human perceptual discrimination characteristics while maintaining vibration energy. Symbols B1 and B2 in Figure 4 show the same waveform, while symbol B3 in Figure 4 shows a different waveform. The subjects are asked to compare the constant amplitude motion shown by symbols B1 and B2 in Figure 4 with the amplitude modulated stimulus shown by symbol B3, and to answer which is the amplitude modulated wave. In Figure 3, the correct answer rate obtained in a forced three-choice discrimination experiment is expressed as Sensitivity (d': d-prime), which is a discrimination performance index based on signal detection theory, and when d' is 1 or less, the correct answer rate falls below about 60%.
図3に示すグラフによれば、包絡線成分を弁別可能な周波数の上限値は80~125Hz程度である。また、この周波数上限値以上の包絡成分は保つ必要が無く、振動エネルギーを保ったまま振幅変調波のキャリア周波数を置き換えてれば刺激を分別できないことを示している。 According to the graph in Figure 3, the upper limit of the frequency at which the envelope components can be distinguished is approximately 80 to 125 Hz. In addition, it is not necessary to preserve the envelope components above this upper limit of frequency, and this shows that if the carrier frequency of the amplitude modulated wave is replaced while maintaining the vibration energy, the stimuli cannot be distinguished.
前述のように、振動エネルギーを保ったとしても、エネルギーが低周波域で変動する場合は、その変動が触覚情報の違いとして知覚できる場合があり、その知覚範囲は調査されていなかった。そこで、知覚できる低周波の変動の上限値が80~125Hz程度にあることが発見されたことに基づき、2つの対策(後述する対策[1]及び対策[2]を参照)により低周波成分を維持しながら、振動エネルギーの変換を行なうこととする。 As mentioned above, even if the vibration energy is maintained, if the energy fluctuates in the low-frequency range, the fluctuations may be perceived as differences in tactile information, but the range of perception has not been investigated. Therefore, based on the discovery that the upper limit of perceptible low-frequency fluctuations is approximately 80 to 125 Hz, we will convert the vibration energy while maintaining the low-frequency components using two measures (see measures [1] and [2] below).
図5は、図1に示した振動制御装置1によるセグメント毎の変換前後の信号の波形を示すグラフである。
Figure 5 is a graph showing the signal waveforms before and after conversion for each segment by the
ヒトの高周波知覚は、波形そのものよりも振動エネルギーに基づいているため、振動エネルギーを保てば同じ感覚と感じられる。ただし、振動エネルギーの変動が80~125Hz程度以下で起こっている場合は、その振動エネルギーの変動を再現する必要がある。 Humans' high frequency perception is based on vibrational energy rather than the waveform itself, so if the vibrational energy is maintained, the same sensation will be felt. However, if the vibrational energy fluctuations occur below about 80-125 Hz, it is necessary to reproduce the vibrational energy fluctuations.
そこで、本実施形態の一例では、所定の周波数(例えば、80~125Hz程度)以下の振動エネルギーの変動を維持する手段として、例えば、80~200Hz程度の区間で、振動を時分割し、セグメント毎に振動エネルギーを求め、異なりキャリア周波数をもつ振動に置換する。 Therefore, in one example of this embodiment, as a means of maintaining the fluctuation of vibration energy below a predetermined frequency (e.g., about 80 to 125 Hz), the vibration is time-divided, for example, in a range of about 80 to 200 Hz, the vibration energy is obtained for each segment, and it is replaced with a vibration having a different carrier frequency.
図5に示す例では、符号C1に示す元の振動信号と、符号C2に示す変換後の信号とにおいて、同じ時間セグメント内で、変換後の信号のエネルギーが元の振動信号のエネルギーと同じになるように変換されている。 In the example shown in FIG. 5, the original vibration signal shown with reference symbol C1 and the converted signal shown with reference symbol C2 are converted so that the energy of the converted signal is the same as the energy of the original vibration signal within the same time segment.
時分割の幅(別言すれば、分割幅)は、80~125Hz以下のエネルギー変動が表現できる程度(別言すれば、変動の山が合う程度)に設定されればよい(対策[1])。分割幅の周波数は、80~125Hz以上であってもよいが、分割幅を短くし過ぎると分割幅よりも長い周期の振動エネルギーの推定精度が悪くなる。そこで、下記の対策[2]によって、エネルギーを推定できない振動は波形をそのまま出力する。 The width of the time division (in other words, the division width) should be set to a level that can express energy fluctuations of 80 to 125 Hz or less (in other words, to a level where the peaks of the fluctuations are aligned) (Measure [1]). The frequency of the division width may be 80 to 125 Hz or more, but if the division width is made too short, the accuracy of estimating vibration energy with a period longer than the division width will deteriorate. Therefore, by using the following measure [2], the waveform of vibrations whose energy cannot be estimated is output as is.
また、所定の周波数以下の成分を取り出して、そのまま刺激振動として提示してもよい(対策[2])。なお、所定の周波数は80~125Hz以上であってもよいが、所定の周波数成分以上の成分は、第2信号成分のエネルギー制御部113によって表現されてもよい。これにより、周波数選択に任意性を持たせることができる。ただし、所定の周波数を高周波に設定しすぎると、騒音の問題が発生したり、広帯域のバイブレーション装置が必要になったりするおそれがある。
Furthermore, components below a predetermined frequency may be extracted and presented as such as a vibration stimulus (measure [2]). The predetermined frequency may be 80-125 Hz or higher, but components above the predetermined frequency may be represented by the
上記対策[1]及び対策[2]によれば、所定の周波数は、80~400Hz程度であってもよい。400Hzは、騒音問題とバイブレーション装置の性能の観点からの上限である。 According to the above measures [1] and [2], the specified frequency may be about 80 to 400 Hz. 400 Hz is the upper limit from the viewpoint of noise issues and the performance of the vibration device.
所定の周波数の設定には、振動を変換する際のキャリア周波数の選定も関わる。ヒトの知覚感度が良くなる振動周波数のピークは200~250Hzあたりにあることから、感度を高めつつ、騒音にならないキャリア周波数としては、150~400Hz程度が実用的である。キャリア周波数は、分割幅の定数倍であってよい。また、キャリア周波数は異なる周波数を複数用いてもよく、400Hz以上の高周波域を含めてもよい。 Setting the specified frequency also involves the selection of the carrier frequency when converting vibrations. Since the peak vibration frequency at which human perception improves is around 200 to 250 Hz, a practical carrier frequency that increases sensitivity without causing noise is around 150 to 400 Hz. The carrier frequency may be a constant multiple of the division width. In addition, multiple different carrier frequencies may be used, and may include a high frequency range of 400 Hz or higher.
また、低周波と高周波とを分ける所定周波数と、エネルギーを計算する分割幅の周波数とは、必ずしも一致させなくてもよい。 In addition, the predetermined frequency that separates low and high frequencies does not necessarily have to match the frequency of the division width for calculating energy.
引用文献4によれば、ヒトの知覚可能性を向上されるために補正された振動エネルギーである補正エネルギーは、次の式で表せる。
According to
図6は、補正エネルギーの計算に用いられる振幅閾値Tfを表すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the amplitude threshold Tf used in calculating the correction energy.
図6に示すように、振幅閾値は周波数によって異なり、およそ102~103Hzの範囲では比較的小さな振幅でもヒトが感じることができるが、それ以外の範囲では比較的大きな振幅でなければヒトが感じることができない。 As shown in FIG. 6, the amplitude threshold varies depending on the frequency. In the range of approximately 10 2 to 10 3 Hz, humans can sense even relatively small amplitudes, but in other ranges, humans can only sense relatively large amplitudes.
図7は、補正エネルギーの計算に用いられる指数値bfを表すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing the exponent values bf used in calculating the correction energy.
図7の指数値bfは、従来報告されている400Hz以下の指数値bfを線形補間した値を用いる例である。 The exponent values bf in FIG. 7 are an example in which values obtained by linearly interpolating the exponent values bf below 400 Hz that have been reported in the past are used.
図8は、図1に示した振動制御装置1における窓関数の利用を説明する図である。
Figure 8 is a diagram explaining the use of window functions in the
符号D1に示すように、高域信号H(t)が入力される。符号D2に示すように、高域信号H(t)がフレームi,i+1,i+2,・・・毎に信号hi,hi+1,hi+2,・・・としてそれぞれフレーム分割される。符号D3に示すように、分割された各フレームの信号hが、複数の基底信号g1,g2,g3・・・に分離される。符号D4に示すように、基底信号g1,g2,g3・・・がもつ周波数f1,f2,f3・・・に基づき、全ての基底信号g1,g2,g3・・・の補正エネルギーを合成したスカラ値Ei,Ei+1,Ei+2,・・・が出力される。符号D5に示すように、各フレームiで算出された振動エネルギーのスカラ値Ei,Ei+1,Ei+2,・・・が、同等の振動エネルギーを持つが別のキャリア周波数を持つ振動波形に変換され、その波形の振幅ai(t),ai+1(t),ai+2(t),・・・に対して窓関数を用いた窓掛け処理が実施される。符号D6に示すように、1~N番目のフレームについてフレーム合成が行なわれ、振動波形の振幅A(t)が出力される。符号D7に示すように、振幅がA(t)となるようなキャリア周波数をもつ第2振動波形S2(t)が出力される。
As shown by reference D1, a high-frequency signal H(t) is input. As shown by reference D2, the high-frequency signal H(t) is divided into frames as signals h i , h i+1 , h i+2 , ... for each frame i, i+1 , i +2 , .... As shown by reference D3, the signal h of each divided frame is separated into a plurality of basis signals g 1 , g 2 , g 3 .... As shown by reference D4, scalar values E i , E i+1 , E i +2 , ... obtained by combining the correction energies of all basis signals g 1 , g 2 , g 3 ... are output based on the frequencies f 1 , f 2 , f 3 ... of the basis signals g 1 , g 2 ,
図9は、図1に示した振動制御装置1における低周波と高周波との合成例を説明するグラフである。
Figure 9 is a graph that illustrates an example of combining low and high frequencies in the
図8の窓関数を利用して高域信号H(t)から生成した符号E1に示す第2振動波形S2(t)は、低域信号L(t)をそのまま出力した符号E2に示す第1振動波形S1(t)と合成される。これにより、符号E3に示す、合成波形S1(t)+S2(t)が出力される。 The second vibration waveform S2 (t) shown in E1, which is generated from the high-frequency signal H(t) using the window function in Fig. 8, is synthesized with the first vibration waveform S1(t) shown in E2, which is the low-frequency signal L(t) output as is, to output a synthesized waveform S1 (t)+ S2 (t) shown in E3.
図10は、図1に示した振動制御装置1による変換前後の信号の波形の具体例を示すグラフである。
Figure 10 is a graph showing a specific example of a signal waveform before and after conversion by the
図10においては、バイオリンの音の変換前の波形(符号F1参照)と変換後の波形(符号F2参照)とが、時間毎の振幅によって表されている。 In FIG. 10, the waveform of the violin sound before conversion (see symbol F1) and the waveform after conversion (see symbol F2) are shown by amplitude over time.
バイオリンのような高周波振動の音は、従来の触覚振動では聴覚ノイズが大きく発生してしまい、またローパスフィルタをかけるとヒトが認知できる振動が消えてしまう。そこで、波形が時間毎に低周波のキャリア周波数をもつ単一波長となるように、補正エネルギーが算出される。 When using conventional tactile vibrations to detect high-frequency vibrations, such as those of a violin, loud auditory noise is generated, and applying a low-pass filter eliminates the vibrations that humans can perceive. Therefore, the correction energy is calculated so that the waveform becomes a single wavelength with a low-frequency carrier frequency over time.
図11は、図1に示した振動制御装置1におけるISM部101の機能構成例を説明するブロック図である。
Figure 11 is a block diagram illustrating an example of the functional configuration of the
ISM部101は、時間分割制御部112,エネルギー制御部113,エネルギー振動変換部114a及び振動生成部114bとして機能する。本実施形態では、ISM部101によって、高周波バイブレーション31による高周波成分を含む振動を信号によって制御する。なお、ヒトの振動エネルギーの知覚特性から、信号X(t)の高周波成分は100Hz程度以上が想定されるが、100Hz未満の低周波成分に対して変換してもよい。これにより低周波成分を強調することができる。本発明のエネルギーの時間分割に基づいて振動を制御する手法を総称してISMと呼ぶ。
The
時間分割制御部112は、振動の信号X(t)をN個のフレームに時間分割して、時間分割されたi番目のフレームの信号hiをエネルギー制御部113に入力する。なお、フレーム数Nは、所定の周期と窓掛け処理のオーバーラップ率とによって決定されてよい。
The time
エネルギー制御部113は、i番目のフレームの信号hiについて補正エネルギーeiを算出し、算出した補正エネルギーをエネルギー振動変換部114aに入力する。
The
エネルギー振動変換部114aは、1~N番目のフレームの補正エネルギーe1~eNのそれぞれを合成した信号A(t)を生成して、第2振動生成部114bに入力する。
The energy
振動生成部114bは、合成された信号A(t)に基づき、信号波形S(t)を出力する。
The
〔B〕動作例
図1に示した振動制御装置1における振動波形の生成処理の第1の実施例を、図12に示すブロック図(ステップS1~S7)に従って説明する。
[B] Example of Operation A first embodiment of the vibration waveform generation process in the
図12に示す信号除去部111a及び低域通過濾波器111bは、図1に示した周波数除去制御部111に対応する。また、図12に示すエネルギー振動変換部114a,第2振動生成部114b及び第1振動生成部114cは、図1に示した信号出力部114に対応する。
The
信号除去部111aは、取得された変換前の信号X(t)から所定の周波数以下の成分を除去して高域信号H(t)を生成して、時間分割制御部112に入力する(ステップS1)。
The
時間分割制御部112は、高域信号H(t)をN個のフレームに時間分割して、時間分割されたi番目のフレームの信号hiをエネルギー制御部113に入力する(ステップS2)。なお、フレーム数Nは、所定の周期と窓掛け処理のオーバーラップ率とによって決定されてよい。
The time
エネルギー制御部113は、i番目のフレームの信号hiについて補正エネルギーeiを算出し、算出した補正エネルギーをエネルギー振動変換部114aに入力する(ステップS3)。
The
エネルギー振動変換部114aは、1~N番目のフレームの補正エネルギーe1~eNのそれぞれを合成した信号A(t)を生成して、第2振動生成部114bに入力する(ステップS4)。
The energy
第2振動生成部114bは、合成された信号A(t)に基づき、第2振動波形S2(t)を出力する(ステップS5)。
The second
一方、低域通過濾波器111bは、取得された変換前の信号X(t)から所定の周波数以下の成分を過濾した低域信号L(t)を第1振動生成部114cに入力する(ステップS6)。
On the other hand, the low-pass filter 111b inputs the low-pass signal L(t) obtained by filtering out components below a predetermined frequency from the acquired pre-conversion signal X(t) to the first
第1振動生成部114cは、低域信号L(t)に基づき、第1振動波形S1(t)を出力する(ステップS7)。
The first
次に、図12のステップS3に示したエネルギー制御処理の詳細を、図13に示すブロック図(ステップS11~S14)に従って説明する。 Next, the details of the energy control process shown in step S3 of FIG. 12 will be explained with reference to the block diagram (steps S11 to S14) shown in FIG. 13.
図13に示すように、エネルギー制御部113は、基底信号分離制御部113a,周波数算出部113b,エネルギー補正パラメータ算出部113c及び補正エネルギー算出部113dとして機能する。
As shown in FIG. 13, the
基底信号分離制御部113aは、入力信号である時間分割されたi番目のフレームの信号hiを複数の基底信号gに分離し、分離されたk番目の基底信号gkを周波数算出部113bに入力する(ステップS11)。例えば、短時間フーリエ解析やウェーブレット解析,Empirical Mode Decomposition(EMD)法などによって、信号が分離されてよい。
The basis signal
周波数算出部113bは、例えば離散フーリエ解析やHilbert Spectrum解析などによって、k番目の基底信号gkの周波数fkを算出し、エネルギー補正パラメータ算出部113cに入力する(ステップS12)。
The
エネルギー補正パラメータ算出部113cは、周波数fkに基づき、図6を用いて説明した指数値bk及び振幅閾値Tkを算出し、補正エネルギー算出部113dに入力する(ステップS13)。
The energy correction
補正エネルギー算出部113dは、指数値bk及び振幅閾値Tkに基づき、数1で示した数式に従って、補正エネルギーIpcを基底信号gk毎に算出し、全ての基底信号gkの補正エネルギーを合算したスカラ値eiを出力する(ステップS14)。
The corrected
次に、図1に示した振動制御装置1における振動波形の生成処理の第2の実施例として、図11に示したエネルギー制御処理における低周波成分の分離処理を、図14に示すブロック図(ステップS101~S105)に従って説明する。
Next, as a second example of the vibration waveform generation process in the
図14に示すように、エネルギー制御部113は、基底信号分離制御部113a,周波数算出部113b,エネルギー補正パラメータ算出部113c及び補正エネルギー算出部113dとして機能するとともに、低周波成分合成部113gへ低周波成分を分離する機能を有してよい。
As shown in FIG. 14, the
基底信号分離制御部113aは、入力信号である時間分割されたi番目のフレームの信号hiを複数の基底信号gに分離し、分離されたk番目の基底信号gkを周波数算出部113bに入力する(ステップS101)。例えば、短時間フーリエ解析やウェーブレット解析,EMD法などによって、信号が分離されてよい。
The basis signal
周波数算出部113bは、例えば離散フーリエ解析やHilbert Spectrum解析などによって、k番目の基底信号gkの周波数fkを算出し、エネルギー補正パラメータ算出部113cに入力する(ステップS102)。
The
エネルギー補正パラメータ算出部113cは、周波数fkに基づき、図6を用いて説明した指数値bk及び振幅閾値Tkを算出し、補正エネルギー算出部113dに入力する(ステップS103)。
The energy correction
補正エネルギー算出部113dは、指数値bk及び振幅閾値Tkに基づき、数1で示した数式に従って、補正エネルギーIpcを基底信号gk毎に算出し、全ての基底信号gkの補正エネルギーを合算したスカラ値eiを出力する(ステップS104)。
The corrected
低周波成分合成部113gは、基底信号gkの周波数fkが所定の周波数よりも小さい基底信号を合成し、低周波成分L(t)を生成する(ステップS105)。
The low-frequency
複数の周波数帯域の信号を含む音源について、特定の周波数帯域の振動エネルギーを強調して振動として提示したい場合がある。そのような場合に、予め定められた周波数帯域に存在する基底信号のエネルギーを調整して波形の変換を行なう際に適用される変形例としてのエネルギー制御部1131及び1132について、図15~図20を用いて説明する。
For a sound source that contains signals in multiple frequency bands, it may be desirable to emphasize the vibration energy of a specific frequency band and present it as vibration. In such a case, the
図15の(a)~(c)は、波形を強調せずにISMに従い振動を生成する例を説明するグラフである。図15においては、ピアノトリオの楽曲から高周波成分のシンバル(ドラム)の波形に対応する帯域と、ピアノ及びベースの波形に対応する帯域が示されている。図15の(a)~(c)において、横軸は時間[s]を示し、縦軸は周波数[Hz]を示し、濃く表わされているスペクトルはパワーが大きく薄く表わされているスペクトルはパワーが小さいことを示す。 Figure 15 (a) to (c) are graphs that explain an example of generating vibrations according to ISM without emphasizing the waveform. Figure 15 shows a band corresponding to the waveform of the cymbal (drum) of the high frequency components from a piano trio piece, and bands corresponding to the waveforms of the piano and bass. In Figure 15 (a) to (c), the horizontal axis shows time [s], and the vertical axis shows frequency [Hz], with darker spectra indicating greater power and lighter spectra indicating less power.
図15の(a)には、音源スペクトルの分布として、破線で示す高周波成分のシンバルの波形と、一点鎖線で示す低周波成分のピアノ及びベースの波形とが示されている。 Figure 15 (a) shows the distribution of the sound source spectrum, with the waveform of the cymbal, which is a high-frequency component, indicated by a dashed line, and the waveforms of the piano and bass, which are low-frequency components, indicated by a dashed line.
図15の(b)には、ISMで変換した際のスペクトル分布(200Hz中心)が示されている。図15の(b)においては、ISMの効果で、シンバル、ピアノ及びベースの全てがインテンシティとして抽出されている。 Figure 15(b) shows the spectral distribution (centered at 200 Hz) after conversion using ISM. In Figure 15(b), the cymbals, piano, and bass are all extracted as intensities due to the effect of ISM.
図15の(c)には、インテンシティに基づいて200Hzの周波数をもつ信号に変換せずに、基底信号の代表周波数を用いて信号に変換する例が示されている。これによりどの周波数帯が強調されたかを可視化している。 Figure 15 (c) shows an example of converting the signal to a signal using the representative frequency of the base signal, rather than converting to a signal with a frequency of 200 Hz based on the intensity. This makes it possible to visualize which frequency bands have been emphasized.
図16の(a)~(c)は音源から高周波成分を強調して分離する第1の例を説明するグラフである。図16においては、ピアノトリオの楽曲から高周波成分のシンバル(ドラム)を強調して分離する例が示されている。図16の(a)~(c)において、横軸は時間[s]を示し、縦軸は周波数[Hz]を示し、濃く表わされているスペクトルはパワーが大きく薄く表わされているスペクトルはパワーが小さいことを示す。 Figure 16 (a) to (c) are graphs explaining a first example of emphasizing and separating high frequency components from a sound source. Figure 16 shows an example of emphasizing and separating the high frequency components of cymbals (drums) from a piano trio piece of music. In Figure 16 (a) to (c), the horizontal axis represents time [s] and the vertical axis represents frequency [Hz], with darker spectra indicating greater power and lighter spectra indicating less power.
図16の(a)には、音源スペクトルの分布として、破線で示す高周波成分のシンバルの波形と、一点鎖線で示す低周波成分のピアノ及びベースの波形とが示されている。 Figure 16 (a) shows the distribution of the sound source spectrum, with the waveform of the cymbal, which is a high-frequency component, indicated by a dashed line, and the waveforms of the piano and bass, which are low-frequency components, indicated by a dashed line.
図16の(b)には、ISMで変換した際のスペクトル分布(200Hz中心)が示されている。図16の(b)においては、3000Hz以上のインテンシティに限って+20dB(100倍)されている。 Figure 16(b) shows the spectral distribution (centered at 200 Hz) after ISM conversion. In Figure 16(b), only the intensity above 3000 Hz is increased by +20 dB (100 times).
図16の(c)には、インテンシティに基づいて200Hzの周波数をもつ信号に変換せずに、基底信号の代表周波数を用いて信号に変換する例が示されている。これによりどの周波数帯が強調されたかを可視化している。図16の(c)においては、シンバルのスペクトルのパワーが大きくなっている。 Figure 16(c) shows an example of converting the signal to a signal using the representative frequency of the base signal, rather than converting to a signal with a frequency of 200 Hz based on the intensity. This makes it possible to visualize which frequency bands are emphasized. In Figure 16(c), the power of the cymbal spectrum is increased.
図17の(a)~(c)は、音源から高周波成分を強調して分離する第2の例を説明するグラフである。図17においては、ピアノトリオの楽曲から高周波成分のシンバル(ドラム)を強調して分離する例が示されている。図17の(a)~(c)において、横軸は時間[s]を示し、縦軸は周波数[Hz]を示し、濃く表わされているスペクトルはパワーが大きく薄く表わされているスペクトルはパワーが小さいことを示す。 Figure 17 (a) to (c) are graphs explaining a second example of emphasizing and separating high frequency components from a sound source. Figure 17 shows an example of emphasizing and separating the high frequency components of cymbals (drums) from a piano trio piece of music. In Figure 17 (a) to (c), the horizontal axis represents time [s] and the vertical axis represents frequency [Hz], with darker spectra indicating greater power and lighter spectra indicating less power.
図17の(a)には、音源スペクトルの分布として、破線で示す高周波成分のシンバルの波形と、一点鎖線で示す低周波成分のピアノ及びベースの波形とが示されている。 Figure 17 (a) shows the distribution of the sound source spectrum, with the waveform of the cymbal, which is a high-frequency component, indicated by a dashed line, and the waveforms of the piano and bass, which are low-frequency components, indicated by a dashed line.
図17の(b)には、ISMで変換した際のスペクトル分布(200Hz中心)が示されている。図17の(b)においては、3000Hz以上のインテンシティが+20dB(100倍)されている一方、1000Hz以下のインテンシティが-10dB(1/10倍)されている。 Figure 17(b) shows the spectral distribution (centered at 200 Hz) after ISM conversion. In Figure 17(b), the intensity above 3000 Hz is increased by +20 dB (100 times), while the intensity below 1000 Hz is decreased by -10 dB (1/10 times).
図17の(c)には、インテンシティに基づいて200Hzの周波数をもつ信号に変換せずに、基底信号の代表周波数を用いて信号に変換する例が示されている。これによりどの周波数帯が強調されたかを可視化している。図17の(c)においては、シンバルのスペクトルのパワーが大きくなっている。 Figure 17(c) shows an example of converting the signal to a signal using the representative frequency of the base signal, rather than converting to a signal with a frequency of 200 Hz based on the intensity. This makes it possible to visualize which frequency bands are emphasized. In Figure 17(c), the power of the cymbal spectrum is increased.
図18の(a)~(c)は、音源から低周波成分を強調して分離する例を説明するグラフである。図18においては、ピアノトリオの楽曲から低周波成分のピアノ及びベースを強調して分離する例が示されている。図18の(a)~(c)において、横軸は時間[s]を示し、縦軸は周波数[Hz]を示し、濃く表わされているスペクトルはパワーが大きく薄く表わされているスペクトルはパワーが小さいことを示す。 Figure 18 (a) to (c) are graphs that explain an example of emphasizing and separating low-frequency components from a sound source. Figure 18 shows an example of emphasizing and separating the low-frequency components of piano and bass from a piano trio piece of music. In Figure 18 (a) to (c), the horizontal axis represents time [s] and the vertical axis represents frequency [Hz], with darker spectra indicating greater power and lighter spectra indicating less power.
図18の(a)には、音源スペクトルの分布として、破線で示す高周波成分のシンバルの波形と、一点鎖線で示す低周波成分のピアノ及びベースの波形とが示されている。 Figure 18 (a) shows the distribution of the sound source spectrum, with the waveform of the cymbal, which is a high-frequency component, indicated by a dashed line, and the waveforms of the piano and bass, which are low-frequency components, indicated by a dashed line.
図18の(b)には、ISMで変換した際のスペクトル分布(200Hz中心)が示されている。図18の(b)においては、1000Hz以下のインテンシティが+10dB(10倍)されている。 Figure 18(b) shows the spectral distribution (centered at 200 Hz) after ISM conversion. In Figure 18(b), the intensity below 1000 Hz is increased by +10 dB (10 times).
図18の(c)には、インテンシティに基づいて200Hzの周波数をもつ信号に変換せずに、基底信号の代表周波数を用いて信号に変換する例が示されている。これによりどの周波数帯が強調されたかを可視化している。図18の(c)においては、ピアノ及びベースのスペクトルのパワーが大きくなっている。 Figure 18 (c) shows an example of converting the signal to a signal using the representative frequency of the base signal, rather than converting to a signal with a frequency of 200 Hz based on the intensity. This makes it possible to visualize which frequency bands have been emphasized. In Figure 18 (c), the power of the piano and bass spectra has increased.
図11に示したエネルギー制御処理の第1変形例を、図19に示すブロック図(ステップS41~S45)に従って説明する。 The first modified example of the energy control process shown in FIG. 11 will be explained with reference to the block diagram shown in FIG. 19 (steps S41 to S45).
図19に示すように、エネルギー制御部1131は、図13に示した基底信号分離制御部113a,周波数算出部113b,エネルギー補正パラメータ算出部113c及び補正エネルギー算出部113dに加えて、ゲイン算出部113eとして機能する。
As shown in FIG. 19, the
基底信号分離制御部113aは、入力信号である時間分割されたi番目のフレームの信号hiを複数の基底信号gに分離し、分離されたk番目の基底信号gkを周波数算出部113bに入力する(ステップS41)。例えば、短時間フーリエ解析やウェーブレット解析,EMD法などによって、信号が分離されてよい。
The basis signal
周波数算出部113bは、例えば離散フーリエ解析やHilbert Spectrum解析などによって、k番目の基底信号gkの周波数fkを算出し、エネルギー補正パラメータ算出部113cに入力する(ステップS42)。
The
エネルギー補正パラメータ算出部113cは、周波数fkに基づき、図6を用いて説明した指数値bk及び振幅閾値Tkを算出し、補正エネルギー算出部113dに入力する(ステップS43)。
The energy correction
ゲイン算出部113eは、算出された基底信号gkの周波数fkに応じて、予め定められた周波数帯別のゲイン値Gkを出力する(ステップS44)。エネルギーを強調したい場合にはGk>1に設定され、エネルギーを抑制したい場合には0≦Gk<1に設定される。強調又は抑制によるエネルギーの調整は、1つの周波数帯域に対して実施されてもよいし、複数の周波数帯域に対して実施されてもよい。また、エネルギーの調整は、エネルギー制御部1131に入力された周波数帯域全体に対して実施されてもよい。
The
補正エネルギー算出部113dは、分離された基底信号gkの振幅Aに対して、以下の数2に示す数式に従って、ゲイン調整した補正エネルギーIpcを基底信号gk毎に算出し、全ての基底信号gkの補正エネルギーを合算したスカラ値eiを出力する(ステップS45)。
図11に示したエネルギー制御処理の第2変形例を、図20に示すブロック図(ステップS51~S55)に従って説明する。 The second modified example of the energy control process shown in FIG. 11 will be explained with reference to the block diagram (steps S51 to S55) shown in FIG. 20.
図20に示すように、エネルギー制御部1132は、図13に示した基底信号分離制御部113a,周波数算出部113b,エネルギー補正パラメータ算出部113c及び補正エネルギー算出部113dに加えて、ゲイン算出部113e及び信号源識別部113fとして機能する。
As shown in FIG. 20, the
基底信号分離制御部113aは、入力信号である時間分割されたi番目のフレームの信号hiを複数の基底信号gに分離し、分離されたk番目の基底信号gkを周波数算出部113bに入力する(ステップS51)。例えば、短時間フーリエ解析やウェーブレット解析,EMD法などによって、信号が分離されてよい。
The basis signal
周波数算出部113bは、例えば離散フーリエ解析やHilbert Spectrum解析などによって、k番目の基底信号gkの周波数fkを算出し、エネルギー補正パラメータ算出部113cに入力する(ステップS52)。
The
エネルギー補正パラメータ算出部113cは、周波数fkに基づき、図6を用いて説明した指数値bk及び振幅閾値Tkを算出し、補正エネルギー算出部113dに入力する(ステップS53)。
The energy correction
信号源識別部113fは、設定された信号特徴に基づき、入力信号hi及びhiの履歴等から識別候補を推定し、基底信号gkがどの信号源に属するかを識別して、識別結果をID(識別子)等で出力する(ステップS54)。信号源識別部113fは、機械学習等によって予め識別器を用意しておいてもよい。例えば、ディープラーニングで多くの楽器の特徴が学習され、現在の入力信号hi(又は入力信号hiが短すぎる場合には各複数の入力信号hiの履歴)にどの楽器が含まれるか候補群(例えば、ピアノ,ベース,ドラム)が推定され、基底信号gkがどの楽器に含まれるかが識別されてよい。
The signal
ゲイン算出部113eは、信号源識別部113fによって特定されたIDに応じて、予め定められた周波数帯別のゲイン値Gkを出力する(ステップS55)。エネルギーを強調したい場合にはGk>1に設定され、エネルギーを抑制したい場合には0≦Gk<1に設定される。強調又は抑制によるエネルギーの調整は、1つの周波数帯域に対して実施されてもよいし、複数の周波数帯域に対して実施されてもよい。また、エネルギーの調整は、エネルギー制御部1132に入力された周波数帯域全体に対して実施されてもよい。
The
補正エネルギー算出部113dは、分離された基底信号gkの振幅Aに対して、数2に示した数式に従って、ゲイン調整した補正エネルギーIpcを基底信号gk毎に算出し、全ての基底信号gkの補正エネルギーを合算したスカラ値eiを出力する(ステップS56)。
The corrected
次に、図11のステップS4に示したエネルギー合成処理の詳細を、図21に示すブロック図(ステップS21~S23)に従って説明する。 Next, the details of the energy synthesis process shown in step S4 of FIG. 11 will be explained with reference to the block diagram (steps S21 to S23) shown in FIG. 21.
エネルギー振動変換部114aは、エネルギー等価変換部1141a,窓掛け処理部1142a及びフレーム合成部1143aとして機能する。
The energy
図21に示すように、エネルギー等価変換部1141aは、各フレームiで算出された振動エネルギーのスカラ値eiを、同等の振動エネルギーを持つが別のキャリア周波数を持つ振動波形に変換し、その波形の振幅ai(t)を窓掛け処理部1142aに対して出力する(ステップS21)。
As shown in FIG. 21, the energy
窓掛け処理部1142aは、入力された各フレームiの振幅ai(t)に対して図8に示した窓関数を用いた窓掛け処理を行ない、処理結果をフレーム合成部1143aに入力する(ステップS22)。
The
フレーム合成部1143aは、1~N番目のフレームについての窓掛け処理部1142aからの入力についてフレーム合成を行ない、振動波形の振幅A(t)を出力する(ステップS23)。
The
次に、図11のステップS5に示した補正した振動波形の生成処理の詳細を、図22に示すブロック図(ステップS31及びS32)に従って説明する。 Next, the details of the process for generating the corrected vibration waveform shown in step S5 of FIG. 11 will be described with reference to the block diagram shown in FIG. 22 (steps S31 and S32).
図22に示すように、第2振動生成部114bは、振幅振動変換部1141b及び波形出力部1142bとして機能する。第2振動生成部114bは、入力された信号A(t)を持ち、キャリア周波数を持つ正弦波を出力する。生成される波形は、振動が滑らかに繋がるように位相が制御されてよい。
As shown in FIG. 22, the second
振幅振動変換部1141bは、入力された振幅A(t)を振動に変換する(ステップS31)。
The amplitude
波形出力部1142bは、振幅がA(t)になるように、キャリア周波数をもつ正弦波S2(t)を出力する(ステップS32)。
The
〔C〕効果
実施形態の一例における振動制御装置1,信号制御プログラム及び信号制御方法によれば、例えば、以下の作用効果を奏することができる。
[C] Effects According to the
時間分割制御部112は、バイブレーション装置による振動を制御する信号を所定時間毎に分割する。エネルギー制御部1131,1132は、時間分割制御部112によって分割された所定時間毎に、第2の信号成分の波形を変換する。エネルギー制御部1131,1132は、特定の周波数帯域の信号についてはエネルギーを調整して波形の変換を行なう一方、特定の周波数帯域以外の信号についてはエネルギーを維持しながら波形の変換を行なう。また、エネルギー制御部1131,1132は、特定の信号特徴量に基づいて抽出された信号についてはエネルギーを調整して波形の変換を行なう一方、特定の特徴量で抽出されない信号についてはエネルギーを維持しながら信号とは別の周波数をもつ波形に変換を行なってもよい。これにより、ヒトが知覚しやすい高周波帯域の振動を生成できると共に、任意の信号源に対応する振動を強調又は抑制して出力できる。そして、個人の振動に対する感度や好みに応じたエネルギーの調整を実施できる。また、高周波帯域の振動によって発生する聴覚ノイズの発生を抑止できる。
The time
エネルギー制御部1131,1132は、特定の周波数帯域に応じて定められたゲイン値を、特定の周波数帯域の信号のエネルギーに乗じることによって、調整を行なう。これにより、任意の信号源に対応する振動の強調又は抑制を容易に実施できる。
The
ゲイン値を周波数だけでなくID等の信号のその他の特徴に基づいて決定してもよい。これにより、特定の信号源に対応する振動の強調又は抑制を容易に実施できる。 The gain value may be determined based on other characteristics of the signal, such as ID, rather than just frequency. This makes it easy to emphasize or suppress vibrations corresponding to a particular signal source.
時間分割制御部112の所定分割周期の周波数は、80Hzを下限とする任意の値である。これにより、変換対象である高周波帯域の信号成分を効率的に抽出できる。
The frequency of the predetermined division period of the time
信号出力部114は、振動に含まれる所定の周波数以下の信号についてエネルギー制御部1131,1132による波形の変換を行わない第1の信号成分と、エネルギー制御部1131,1132により波形を変換する第2の信号成分とを出力する。これにより、変換対象ではない低周波帯域の信号成分はそのままバイブレーション装置に出力することができる。
The
第1の信号成分と第2の信号成分とを分離する前記所定の周波数は、80Hzから400Hzまでの範囲である。これにより、適切に高周波成分の波形を変換できる。 The predetermined frequency for separating the first and second signal components is in the range of 80 Hz to 400 Hz. This allows the waveform of the high frequency components to be appropriately converted.
信号出力部114によって出力された第1の信号成分については、複数のバイブレーション装置のうちの低周波バイブレーション32によって振動が生成される。また、信号出力部114によって出力された第2の信号成分については、複数のバイブレーション装置のうちの高周波バイブレーション31によって振動が生成される。これにより、高周波帯域の振動と低周波帯域の振動とをヒトにリアルに体感させることができる。なお、低周波バイブレーション32は振動発生システム100において備えられなくてもよい。その場合には、高周波バイブレーション31から所定周波数未満の信号成分による振動が発生されてもよいし、所定周波数未満の信号成分による振動は振動発生システム100において発生させられなくてもよい。
For the first signal component output by the
〔D〕その他
開示の技術は上述した各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。各実施形態の各構成及び各処理は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
[D] Others The disclosed technology is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various ways without departing from the spirit of the embodiments. The configurations and processes of the embodiments can be selected as necessary, or can be combined as appropriate.
図1に示した振動発生システム100では、高周波バイブレーション31と低周波バイブレーション32とを備えることとしたが、これに限定されるものではない。振動発生システム100に備えられるバイブレーションの数は、種々変更することができる。
The
図23は、図1に示した振動発生システム100において複数の振動装置310,320を用いる場合のDAC2の構成例を示すブロック図である。
Figure 23 is a block diagram showing an example configuration of DAC2 when
図23に示す例では、図1に示したDAC2は、高域ゲイン調整器21a,低域ゲイン調整器21b,高域用振動装置駆動回路22a及び低域用振動装置駆動回路22bとして機能する。また、図1に示した高周波バイブレーション31及び低周波バイブレーション32は、高域用振動装置310及び低域用振動装置320としてそれぞれ機能する。
In the example shown in FIG. 23, the
高域ゲイン調整器21aは、振動制御装置1から入力された第2振動波形S2(t)を、高域用振動装置駆動回路22aを介して、高域用振動装置310に出力する。また、低域ゲイン調整器21bは、振動制御装置1から入力された第1振動波形S1(t)を、低域用振動装置駆動回路22bを介して、低域用振動装置320に出力する。
The high-
図24は、図1に示した振動発生システム100において単一の振動装置を用いる場合のDACの構成例を示すブロック図である。
Figure 24 is a block diagram showing an example of the DAC configuration when a single vibration device is used in the
図24に示す例では、図1に示したDAC2は、高域ゲイン調整器21a,低域ゲイン調整器21b及び振動装置駆動回路22として機能する。また、図1に示した高周波バイブレーション31及び低周波バイブレーション32は、振動装置30として機能する。
In the example shown in FIG. 24, the
高域ゲイン調整器21a及び低域ゲイン調整器21bは、振動制御装置1から入力された第2振動波形S2(t)及び第1振動波形S1(t)をそれぞれ、共通の振動装置駆動回路22を介して、共通の振動装置30に出力する。
The high-
100 :振動発生システム
1 :振動制御装置
11 :CPU
101 :ISM部
111 :周波数除去制御部
111a :信号除去部
111b :低域通過濾波器
111d :補正エネルギー算出部
112 :時間分割制御部
113,1131,1132:エネルギー制御部
113a :基底信号分離制御部
113b :周波数算出部
113c :エネルギー補正パラメータ算出部
113d :補正エネルギー算出部
113e :ゲイン算出部
113f :信号源識別部
113g :低周波成分合成部
114 :信号出力部
114a :エネルギー振動変換部
114b :第2振動生成部
114c :第1振動生成部
1141a :エネルギー等価変換部
1142a :窓掛け処理部
1143a :フレーム合成部
1141b :振幅振動変換部
1142b :波形出力部
12 :メモリ
13 :記憶装置
2 :DAC
21a :高域ゲイン調整器
21b :低域ゲイン調整器
22 :振動装置駆動回路
22a :高域用振動装置駆動回路
22b :低域用振動装置駆動回路
30 :振動装置
31 :高周波バイブレーション
32 :低周波バイブレーション
310 :高域用振動装置
320 :低域用振動装置
100: vibration generating system 1: vibration control device 11: CPU
101: ISM unit 111: Frequency
21a: High-
Claims (12)
前記信号を所定時間毎に分割する時間分割制御部と、
前記時間分割制御部によって分割された前記所定時間毎に、前記信号の波形を変換するエネルギー制御部と、
を備え、
前記エネルギー制御部は、前記信号の周波数成分のうち特定の周波数帯域の信号についてはエネルギーを調整して前記波形の変換を行なう一方、前記特定の周波数帯域以外の信号についてはエネルギーを維持しながら前記信号とは別の周波数をもつ波形に変換を行なう、
振動制御装置。 A vibration control device that controls vibration by a vibration device using a signal,
a time division control unit that divides the signal into predetermined time intervals;
an energy control unit that converts a waveform of the signal for each of the predetermined times divided by the time division control unit;
Equipped with
the energy control unit adjusts the energy of a signal in a specific frequency band among the frequency components of the signal to convert the waveform, while converting a signal outside the specific frequency band into a waveform having a different frequency from that of the signal while maintaining the energy of the signal;
Vibration control device.
前記信号を所定時間毎に分割する時間分割制御部と、
前記時間分割制御部によって分割された前記所定時間毎に、前記信号の波形を変換するエネルギー制御部と、
を備え、
前記エネルギー制御部は、前記信号のうち特定の信号特徴量に基づいて抽出された信号についてはエネルギーを調整して前記波形の変換を行なう一方、前記特定の特徴量で抽出されない信号についてはエネルギーを維持しながら前記信号とは別の周波数をもつ波形に変換を行なう、
振動制御装置。 A vibration control device that controls vibrations caused by a vibration device using a signal,
a time division control unit that divides the signal into predetermined time intervals;
an energy control unit that converts a waveform of the signal for each of the predetermined times divided by the time division control unit;
Equipped with
the energy control unit adjusts the energy of a signal extracted based on a specific signal feature amount from among the signals to convert the waveform, while converting a signal not extracted based on the specific feature amount into a waveform having a different frequency from that of the signal while maintaining the energy of the signal.
Vibration control device.
請求項1又は2に記載の振動制御装置。 The energy control unit performs the adjustment by multiplying the energy of the signal in the specific frequency band by a gain value determined according to the specific frequency band.
The vibration control device according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の振動制御装置。 The gain value is determined according to an identifier defined for each of the specific frequency bands.
The vibration control device according to claim 3 .
請求項1~4のいずれか1項に記載の振動制御装置。 The predetermined division period of the time division control unit is a frequency having a lower limit of 80 Hz.
The vibration control device according to any one of claims 1 to 4.
を更に備える、請求項1~5のいずれか1項に記載の振動制御装置。 A vibration control device as described in any one of claims 1 to 5, further comprising a signal output unit that outputs a first signal component whose waveform is not converted by the energy control unit for a signal having a frequency below a predetermined frequency contained in the vibration, and a second signal component whose waveform is converted by the energy control unit.
前記信号出力部によって出力された前記第2の信号成分については、前記複数のバイブレーション装置のうちの第2のバイブレーション装置によって振動が生成される、
請求項6又は7に記載の振動制御装置。 With respect to the first signal component output by the signal output unit, vibration is generated by a first vibration device among the plurality of vibration devices,
With respect to the second signal component output by the signal output unit, vibration is generated by a second vibration device among the plurality of vibration devices.
The vibration control device according to claim 6 or 7.
前記信号を所定時間毎に分割し、
分割された前記所定時間毎に、前記信号の波形を変換する、
処理を実行させ、
前記波形を変換する処理は、前記信号の周波数成分のうち特定の周波数帯域の信号についてはエネルギーを調整して行なう一方、前記特定の周波数帯域以外の信号についてはエネルギーを維持しながら前記信号とは別の周波数をもつ波形に変換を行なう、
振動制御プログラム。 A computer controls the vibration of the vibration device by signals.
Dividing the signal into predetermined time segments;
converting a waveform of the signal for each of the divided predetermined times;
Execute the process,
The processing of converting the waveform is performed by adjusting the energy of a signal in a specific frequency band among the frequency components of the signal, while converting a signal outside the specific frequency band into a waveform having a different frequency from that of the signal while maintaining the energy of the signal outside the specific frequency band.
Vibration control program.
前記信号を所定時間毎に分割し、
分割された前記所定時間毎に、前記信号の波形を変換する、
処理を実行させ、
前記波形を変換する処理は、前記信号のうち特定の信号特徴量に基づいて抽出された信号についてはエネルギーを調整して前記波形の変換を行なう一方、前記特定の特徴量で抽出されない信号についてはエネルギーを維持しながら前記信号とは別の周波数をもつ波形に変換を行なう、
振動制御プログラム。 A computer controls the vibration of the vibration device by signals.
Dividing the signal into predetermined time segments;
converting a waveform of the signal for each of the divided predetermined times;
Execute the process,
The processing of converting the waveform includes converting the waveform of a signal extracted based on a specific signal feature from among the signals by adjusting the energy, and converting the waveform of a signal not extracted based on the specific feature into a waveform having a different frequency from that of the signal while maintaining the energy of the signal.
Vibration control program.
前記信号を所定時間毎に分割し、
分割された前記所定時間毎に、前記の信号の波形を変換し、
前記波形を変換する処理は、前記信号の周波数成分のうち特定の周波数帯域の信号についてはエネルギーを調整して行なう一方、前記特定の周波数帯域以外の信号についてはエネルギーを維持しながら前記信号とは別の周波数をもつ波形に変換を行なう、
振動制御方法。 A vibration control method for controlling vibration by a vibration device using a signal, comprising:
Dividing the signal into predetermined time segments;
converting the waveform of the signal for each of the divided predetermined times;
The processing of converting the waveform is performed by adjusting the energy of a signal in a specific frequency band among the frequency components of the signal, while converting a signal outside the specific frequency band into a waveform having a different frequency from that of the signal while maintaining the energy of the signal outside the specific frequency band.
Vibration control methods.
前記信号を所定時間毎に分割し、
分割された前記所定時間毎に、前記信号の波形を変換する、
処理を実行させ、
前記波形を変換する処理は、前記信号のうち特定の信号特徴量に基づいて抽出された信号についてはエネルギーを調整して前記波形の変換を行なう一方、前記特定の特徴量で抽出されない信号についてはエネルギーを維持しながら前記信号とは別の周波数をもつ波形に変換を行なう、
振動制御方法。 A computer controls the vibration of the vibration device by signals.
Dividing the signal into predetermined time segments;
converting a waveform of the signal for each of the divided predetermined times;
Execute the process,
The processing of converting the waveform includes converting the waveform of a signal extracted based on a specific signal feature from among the signals by adjusting the energy, and converting the waveform of a signal not extracted based on the specific feature into a waveform having a different frequency from that of the signal while maintaining the energy of the signal.
Vibration control methods.
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