JPWO2006085401A1 - 音響体感装置 - Google Patents

Abstract

聴者が簡易的に高い音響効果を体感することが可能な音響体感装置を提供する。オーディオ信号記憶部２１に記憶されたオーディオ信号からビートを検出するビート検出部（２３）と、検出されたビートに基づいて電気信号を生成する刺激信号生成部（２４）と、生成された電気信号により聴者に前庭感覚刺激を付与する刺激付与部（３３）とを設ける。

Description

本発明は、音声を送出し、その聴者に音響効果を体感させるための音響体感装置に関する。

スピーカやヘッドホン等から音声を送出し、この音声の聴者（リスナ）に音響効果を体感させる装置にはいくつかの種類が存在するが、その一例としては、ヘッドホンや椅子に振動素子を設け、送出された音楽にあわせて前記の素子を振動させ、この振動によりリスナに音響効果を体感させるものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記のような音響体感装置は、装置自体が比較的大型であり、設置場所が限定される他、聴者が音響効果を体感するには装置を構成する椅子に腰かける必要があり、簡易的に音響効果を体感できるとは言い難い。

また、装置により得られる体感効果の質を向上させることも要望されている。

このような事情に鑑み本発明は、聴者が簡易的に高い音響効果を体感することが可能な音響体感装置を提供することを目的とする。
特開２００４−１４６９４４号公報

請求項１に記載の本発明は、音声信号を送出し、その聴者に音響効果を体感させるための音響体感装置であって、音声信号に含まれる特定の信号成分を検出する信号成分検出手段と、検出された特定の信号成分に基づいて電気信号を生成する電気信号生成手段と、聴者の耳部もしくは耳部の周辺部に装着され、生成された電気信号により前庭感覚刺激を付与する刺激付与手段とを有することを要旨とする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の発明において、刺激付与手段は、前庭感覚刺激により聴者の視覚の変化と聴者の身体重心の移動のうちの少なくとも一方を生じさせる手段であり、電気信号を音声信号より早い時期に送出することにより視覚の変化と身体重心の移動のうちの少なくとも一方と楽曲とを同期させることを要旨とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の発明において、電気信号生成手段は、所定の時間間隔をもって刺激付与手段の極性を変化させる極性変化手段を有することを要旨とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項１に記載の発明において、電気信号生成手段は、電気信号における電流値変化量の微分値を一定に保つ微分値一定化手段を有することを要旨とする。

請求項５に記載の本発明は、請求項１に記載の発明において、電気信号生成手段は、特定の信号成分の周波数と振幅、音声信号の再生音量のうちの少なくも一方に基づいて電気信号の振幅を決定する振幅決定手段を有することを要旨とする。

請求項６に記載の本発明は、請求項１に記載の発明において、特定の信号成分の周波数と振幅、音声信号の再生音量のうちの少なくとも一方が所定の値を超えている場合、電気信号の振幅を所定の上限値以下に抑制する振幅抑制手段を有することを要旨とする。

請求項７に記載の本発明は、請求項１に記載の発明において、所定の時間が経過すると前庭感覚刺激の付与を停止させる刺激付与停止手段を有することを要旨とする。

図１は、本発明の実施例１に係る音響体感装置の構成を示す図である。 図２は、図１の刺激信号生成部の詳細を示す図である。 図３は、人体の耳部の構造を示す図である。 図４は、刺激信号の周波数と音声の可聴領域とを示す図である。 図５は、刺激信号の波形を示す図である。 図６は、刺激信号と頭部の傾斜の度合とを示す図である。 図７は、本発明の第２の実施例に係る装着部を示す図である。 図８は、本発明の第３の実施例に係る装着部を示す図である。 図９は、本発明の第４の実施例に係る装着部を示す図である。 図１０は、本発明の第５の実施例に係る装着部を示す図である。 図１１は、本発明の第６の実施例に係る装着部を示す図である。 図１２は、本発明の第７の実施例に係る装着部を示す図である。 図１３は、本発明の第８の実施例に係る装着部を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明するが、これらの実施例は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施例を採用することが可能であるが、これらの実施例も本発明の範囲に含まれる。

（実施例１）
本発明の音響体感装置においては、前庭感覚刺激（ＧＶＳ：Ｇａｌｖａｎｉｃ Ｖｅｓｔｉｂｕｌａｒ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）により音響効果を体感させる。このＧＶＳとは、人間の前庭感覚を人工的手段により刺激することであり、刺激を受けた人体には前庭感覚とともに重心位置（身体重心）の移動、つまり身体（特に頭部）の移動や視覚の変化が生じる。以下、その詳細について説明する。

前記の前庭感覚は、頭部の空間的位置（静的位置）と加速度、すなわち各加速度と直線加速度を受容する感覚であり、これは以下に示す各器官が司る。

図３は、人体の耳部の構造を示す図であり、この耳部は、耳介４１、と結合外耳道４２、鼓膜４３、耳小骨４４、耳管４５、三半器管４６、耳石器４７、蝸牛４８、前庭神経４９、蝸牛神経５０からなる。

上記の前庭感覚は三半規管４６と、耳石器４７の卵型嚢及び球形嚢（図示せず）とにより生起される。

前庭神経４９は外転神経や眼底神経（図示せず）と結合されている。このため、身体が回転あるいは移動している際にも固視が可能となる。

ＧＶＳは、上記の身体的性質を利用するものであり、これらの器官に電気刺激を与えることにより上記の重心位置の移動や視覚の変化を生起させる。

なお、本発明においては、耳部もしくは耳部の周辺部を介して上記の器官に電気刺激を付与する。
図１は、本発明の第１の実施例（実施例１）に係る音響体感装置１の構成図である。
この音響体感装置１は、聴者に向けて音楽を送出し、それとともに聴者にＤＶＳを付与し、これにより重心位置の移動や視覚の変化を生起させるものであり、本体２と、人体に装着される装着部３とを備える。

本体２は、オーディオ信号記憶部２１と、オーディオ信号再生部２２と、ビート検出部２３と、刺激信号生成部２４と、重畳部２５と、出力部２６とを備える。

なお、この本体２は、前記の各部の他に、これらの動作タイミング等を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備えるが、本図においては記載を省略している。

また、装着部３は、増幅部３１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）部３２と、２個の刺激付与部３３と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）部３４と、音声送出部３５とを備える。

オーディオ信号記憶部２１は、楽曲等のオーディオ信号を圧縮された状態で記憶する。

なお、本実施例におけるオーディオ信号の圧縮形式はＭＰ３（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｃｏｄｉｎｇ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ−３）である。

ビート検出部２３は、オーディオ信号記憶部２１からオーディオ信号を読み出すとともに解凍し、これを解析することにより楽曲のビートに相当する低周波信号成分（そのタイミング、強さを含む）を検出する。なお、このビートを検出するにあたっては、パターンマッチ等が用いられる。

刺激信号生成部２４は、予め検出されたビートに基づいて刺激信号（電気信号）を生成する。この刺激信号は、前記のビートに同期され、所定の時間間隔をもって極性が反転する交流電流からなる。なお、この電気信号の生成処理の詳細については後述する。

オーディオ信号再生部２３は、オーディオ信号記憶部２１に記憶されたオーディオ信号を読み出すとともに解凍し、これを再生する。なお、このオーディオ信号再生部２３は、オーディオプレイヤもしくはオーディオデコーダに相当する。

重畳部２５は、刺激信号生成部２４により生成された刺激信号とオーディオ信号再生部２３により再生されたオーディオ信号とを重畳する。

出力部２６は、重畳部２５により重畳された信号を装着部３へ出力する。

増幅部３１は、出力部２６により出力された信号を増幅する。

ＬＰＦ部３２は、増幅部３１により増幅された信号の低周波成分、つまり刺激信号のみを通過させる。

刺激付与部３３は、聴者の左右の耳部（例えば、図３の耳介４１や外耳道４２）もしくは耳部の周辺部（耳介４１の後下方部の乳様突起部）に装着され、これらの部分を介して上記の器官に電気刺激を付与する。

一方、ＢＰＦ部３４は、増幅部３１により増幅された信号のうちオーディオ信号のみを通過させる。

音声送出部３５は、再生されたオーディオ信号を聴者に向けて送出するスピーカを有する。

また、上記の構成を有する装着部３は、ヘッドホン型やイヤホン型とすることができる。なお、この詳細については後述する。

次に、図２を参照しつつ、上記の刺激信号生成部２４の詳細について説明する。
この刺激信号生成部２４は、入力部２４１と、波形制御処理部２４２と、高圧電源部２４３と、定電流制御部２４４と、出力部２４５とを備える。

波形制御処理部２４２は、カレントミラー回路（図示せず）を備える定電流制御部２４４を介して高圧電源部２４３から供給される電流量、極性等を制御する。

出力部２４５は、上記の処理がなされた電流を刺激信号として出力する。なお、この出力部２４５は、Ｈブリッジ回路（図示せず）を備える。このため、単電源で刺激付与部３３の極性を任意に選択することができる。

また、上記の刺激信号の周波数は、図４の５１に示すように、約０．５Ｈｚ以上約２０Ｈｚ（可聴領域５２の最少周波数）未満の値に設定される。

なお、上記の刺激信号の周波数が約０．５Ｈｚ以上約１．０Ｈｚ未満である場合は、聴者の重心位置が移動し、約１．０Ｈｚ以上２０Ｈｚ未満である場合は視覚が変化する。したがって、聴者は周波数を選択することにより、音響効果を体感するにあたっての方法を自由に選択することができる。

また、波形制御処理部２４２及び定電流制御部２４４は、過剰な電気刺激により聴者に負担を与えることを防止するために、電流の単位時間あたりの変化量の微分値を一定にする。なお、図５の５３は上記の処理がなされた電気刺激の波形であり、５４は原波形である。

また、上記の波形制御処理部２４２及び定電流制御部２４４は、上記の刺激信号の振幅、つまり聴者に付与するＧＶＳの程度をビートの振幅とオーディオ信号の再生音量のうちの少なくとも一方に基づいて決定する。

なお、上記のビートの振幅とオーディオ信号の再生音量のうちの少なくとも一方が所定の値を超えている場合、聴者に負担を与えることを防止するために、刺激信号の振幅を予定の上限値以下に抑制する。

また、波形制御処理部２４２は、所定の時間が経過すると、刺激信号の出力を中止することにより聴者へのＧＶＳの付与を停止させる手段を備える。したがって、これによっても聴者に負担を与えることを防止できる。

また、ＧＶＳにおいては、電気刺激が付与されてから、その効果（重心位置の移動、視覚の変化）が表れるまでに時間を要する。この遅延時間は、刺激信号の波形・強さに応じて変化する。なお、図６は、電気刺激の波形５３と、これによる頭部の傾斜を表す波形５５とを示す図である。また、本図は、前記の遅延時間が約１秒である場合を示しており、以降の説明は、これを例にして行う。

上記の点に鑑み、本発明の音響体感装置１においては、前記のとおりビート検出部２３により予めビートを検出しておき、波形制御処理部２４２や刺激付与部３３等によりビートの音声が送出される約１秒前に電気刺激を付与し、ビートの音声の送出タイミングと聴者の重心位置の移動及び視点の変化が発生するタイミングとを一致（同期）させる。

また、電気刺激を付与し、上記の遅延時間が経過すると、聴者の身体（特に頭部）及び視点は極性がマイナスである刺激付与部側に傾く。このため、上記のように２個の応力付与部の極性を所定の時間間隔で反転させることにより聴者の身体及び視点を左右に揺動させることができる。

以上のとおり、本発明の音響体感装置１は、聴者に楽曲と同期した前庭感覚、身体の重心位置の移動、視覚の変化を生起させることができ、これらにより聴者は高い音響効果を体感できる。

また、本発明の音響体感装置１は、振動素子を有する椅子等を必要としないため、装置全体を小型化でき、聴者は場所等を選ばずに簡易的に音響効果を体感できる。

（実施例２）
図７は、本発明の第２の実施例（実施例２）に係る装着部３ａの斜視図である。
この装着部３ａは、聴者の頭部に固定するための構造を有するヘッドホン型であり、音声送出部（スピーカ部）３５ａと、これと一体化された刺激付与部３３ａとを備える。

刺激付与部３３ａは、前記の乳様突起部に電気刺激を付与するためのものであり、聴者が装着部３ａを装着した際に乳様突起部への電気刺激の付与を適切に行うために寸法、形状、音声送出部３５ａへの取付位置等が予め調整されている。

なお、電気刺激を付与するにあたっての最適位置は若干の個人差があり、このため、刺激付与部３３ａの位置を調整するための手段、例えば、伸縮機構等を設けることもできる。

以上の構成を有する装着部３ａは、小型であり、且つ取り扱いも容易であるため、聴者は場所等を選ばずに簡易的に高い音響効果を体感できる。

（実施例３）
図８は、本発明の第３の実施例（実施例３）に係る装着部３ｂの斜視図である。
上記の実施例２においては、装着部３ａの刺激付与部３３ａと音声送出部３５ａとが一体的に構成されている場合を示したが、本実施例に係る装着部３ｂにおいては、刺激付与部３３ｂとヘッドホン本体３６とが別個に構成されている。

この刺激付与部３３ｂは、支持部３７を有し、これにより音声送出部３５ｂに固定される。なお、この支持部３７は、音声送出部３５ｂに対して着脱可能に構成されている。このため、聴者は既存のヘッドホンを利用して簡易的に高い音響効果を体感できる。

なお、この装着部３ｂにおいても前記の位置調整手段を設けることができる。

（実施例４）
図９は、本発明の第４の実施例（実施例４）に係る装着部３ｃの斜視図である。
上記の実施例２及び３においては、装着部３ａ及び３ｂがヘッドホン型である場合を示したが、本実施例に係る装着部３ｃは、聴者の耳介に固定するための構造を有するイヤホン型であり、音声送出部３５ｃと、これと一体化された刺激付与部３３ｃとを備える。

なお、装着部３ｃは２個のイヤホンから構成されるが、本図においては左耳に装着されるイヤホンのみを記載している。もう一方の左耳に装着されるイヤホンは図示したものと対称な形状を有する。

また、この装着部３ｃにおいても前記の調整手段を設けることができる。

以上の構成を有する装着部３ｃは、さらに小型であり、且つ取り扱いも容易であるため、聴者は場所等を選ばずに簡易的に高い音響効果を体感できる。

（実施例５）
図１０は、本発明の第５の実施例（実施例５）に係る装着部３ｄの斜視図である。
上記の実施例４においては、装着部３ｃの刺激付与部３３ｃと音声送出部３５ｃとが一体的に構成されている場合を示したが、本実施例に係る装着部３ｄにおいては、刺激付与部３３ｄとイヤホン本体３８とが別個に構成されている。

この刺激付与部３３ｄは、支持部３９を有し、これにより音声送出部３５ｄに固定される。なお、この支持部３９は、音声送出部３５ｄに対して着脱可能に構成されている。このため、聴者は既存のイヤホンを利用して簡易的に高い音響効果を体感できる。

なお、装着部３ｄは前記の装着部３ｃと同様に２個のイヤホンから構成されるが、本図においては左耳に装着されるイヤホンのみを記載している。もう一方の左耳に装着されるイヤホンは図示したものと対称な形状を有する。

また、この装着部３ｄにおいても前記の調整手段を設けることができる。

（実施例６）
図１１は、本発明の第６の実施例（実施例５）に係る装着部３ｅの斜視図である。
上記の実施例１から５においては、刺激付与部３３が乳様突起部に電気刺激を付与するためのものである場合を示したが、前記のとおり、乳様突起部以外の部分に電気刺激を付与することによっても前庭感覚、重心位置の移動、視覚の変化を生起させることができる。

本実施例に係るヘッドホン型の装着部３ｅは、上記の点を念頭においたものであり、音声送出部３５ｅと、図３の耳介４１に電気刺激を付与するための刺激付与部３３ｅとを備える。

この刺激付与部３３ｅは、音声送出部３５ｅの内側に設けられており、聴者が装着部３ｅを装着した際に耳介４１への電気刺激の付与を適切に行うために寸法、形状、音声送出部３５ｅへの取付位置等が予め調整されている。

（実施例７）
図１２は、本発明の第７の実施例（実施例５）に係る装着部３ｆの斜視図である。
上記の実施例６においては、装着部３ｅがヘッドホン型であり、耳介４１へ電気刺激を付与するためのものである場合を示したが、本実施例に係る装着部３ｆは、イヤホン型であり、音声送出部３５ｆと、耳介４１に電気刺激を付与するための刺激付与部３３ｆとを備える。

この刺激付与部３３ｆは、聴者が装着部３ｆを装着した際に耳介４１への電気刺激の付与を適切に行うために寸法、形状、音声送出部３５ｆへの取付位置等が予め調整されている。

（実施例８）
図１３は、本発明の第８の実施例（実施例５）に係る装着部３ｇの斜視図である。
上記の実施例２から５においては乳様突起部に電気信号を付与し、実施例６及び７においては耳介４１に電気刺激を付与する場合を示したが、前記のとおり、図３の外耳道４２に電気信号を付与することによっても前庭感覚、重心位置の移動、視覚の変化を生起させることができる。

本実施例に係るインナーイヤホン型の装着部３ｇは、上記の点を念頭においたものであり、外耳道４２内に収容するための構造を有する音声送出部３５ｇと、外耳道４２に電気刺激を付与するための刺激付与部３３ｇとを備える。

この刺激付与部３３ｇは、装着部３ｇを装着した際に耳介４１への電気刺激の付与を適切に行うために寸法、形状、音声送出部３５ｇへの取付位置等が予め調整されている。

〈その他の構成〉
上記の実施例１から８においては、オーディオ信号としてＭＩＤＩ（Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）信号を用いることもできる。この場合、波形を解析することなく直接的にビートを検出する構成とすることもできる。

また、音声送出部としては、上記のヘッドホンやイヤホンに限らず、刺激付与部とは独立した壁面取付型のスピーカや床面設置型のスピーカを用いることもできる。

また、刺激付与部の電極としてゲル電極を用いることもできる。

また、上述の実施例では、刺激付与部３３をヘッドホンやインナー型イヤホンに付随させたが、ヘッドホンやインナー型方イヤホンとは別に、頭部への狭着部材に刺激付与部３３のみを別部材として設ける構成としても良いし、更には、刺激付与部３３を直接的に聴者の耳部もしくは耳部の周辺部に接着材や接着テープなどで貼りつけても良い。

上述した通り本発明によれば、聴者が場所等を選ばずに臨場感に富む音響効果を体感することが可能な音響体感装置を提供することができる。

Claims (7)

1. 音声信号を送出し、その聴者に音響効果を体感させるための音響体感装置であって、
   前記音声信号に含まれる特定の信号成分を検出する信号成分検出手段と、
   前記検出された特定の信号成分に基づいて電気信号を生成する電気信号生成手段と、
   前記聴者の耳部もしくは耳部の周辺部に装着され、前記生成された電気信号により前庭感覚刺激を付与する刺激付与手段と
   を有することを特徴とする音響体感装置。
2. 前記刺激付与手段は、
   前記前庭感覚刺激により前記聴者の視覚の変化と該聴者の身体重心の移動のうちの少なくとも一方を生じさせる手段であり、
   前記電気信号を前記音声信号より早い時期に送出することにより前記視覚の変化と前記身体重心の移動のうちの少なくとも一方と前記楽曲とを同期させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の音響体感装置。
3. 前記電気信号生成手段は、所定の時間間隔をもって前記刺激付与手段の極性を変化させる極性変化手段を有することを特徴とする請求項１に記載の音響体感装置。
4. 前記電気信号生成手段は、前記電気信号における電流値変化量の微分値を一定に保つ微分値一定化手段を有することを特徴とする請求項１に記載の音響体感装置。
5. 前記電気信号生成手段は、前記特定の信号成分の周波数と振幅、前記音声信号の再生音量のうちの少なくも一方に基づいて前記電気信号の振幅を決定する振幅決定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の音響体感装置。
6. 前記特定の信号成分の周波数と振幅、前記音声信号の再生音量のうちの少なくとも一方が所定の値を超えている場合、前記電気信号の振幅を所定の上限値以下に抑制する振幅抑制手段を有することを特徴とする請求項１に記載の音響体感装置。
7. 所定の時間が経過すると前記前庭感覚刺激の付与を停止させる刺激付与停止手段を有することを特徴とする請求項１に記載の音響体感装置。

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