WO2000072304A1 - Generateur de sons et procede de fabrication associe - Google Patents

Description

明 細 書

音響発生装置及びその製造方法 技術分野

本願発明は、 音声やその他の音響を簡単に再生することのできる音響発生装 置であって、 電子装置を必要とせず、 極めて単純な構成の音響発生装置に関す る。 発明の背景

従来、 音を発する装置としてはぜんまい仕掛けで自動的にメロディーを発す るオルゴール， 各種の電子メ口ディ又は音声発生装置等がある。

しかし、 従来のかかる音声発生装置は音を発すること専用のものであり、 構 造が複雑で製造費も嵩み高価であるという問題点がある。 従来の音声発生装置 とは全く異なり、 種々の物品に簡単な加工を加えるだけで容易かつ安価に形成 することが出来て、 しかも誰でもが極めて容易に音を発することが出来る音声 発生装置として、 実開平 5 - 7 1 8 9 9号に開示されたものがある。

これは、 音に共鳴し得る空間部を有する物品と、 前記空間部近傍に取り付け られた紐状体とを備え、 該紐状体の表面に爪先等の擦過により音を発する凹凸 部を前記空間部側から遊端側に向かって配列形成してなる。 爪先等の擦過によ つて凹凸部より発音し、 その音は空間部の共鳴により増幅される。

しかしながら、 上記先行技術は単に 「爪先等の擦過によって凹凸部より発音 し」 と述べるのみであり、 所望の音声を発生するためにどのような構成をとれ ばよいのか何ら開示していない。 実際には、 単に凹凸部を設けるのみでは所望 の音声あるいはそれ以外の音を発生させることはできないことがわかった。 この発明は、 かかる課題を解決するためになされたもので、 電子装置を必要 としない、 極めて単純な構成の音響発生装置 · 記録媒体において、 所望の音響 を発生させることができる技術を提供することを目的とする。 発明の開示

本発明に係る音響発生装置/記録媒体は、 表現すべき音声その他の音響に含 まれる周波数成分に共鳴する図形が描画された振動部材 （比較敵振動し易い部 材） を振動させたときに、 図形が描画された各部分の振動により音響を発生さ せるものである。 振動部材は例えば紙、 プラスチック、 金属等のシート等であ り、 単に指で擦る等の容易な方法で振動するものを選択し、 簡易な音響発生を 実現する。

本発明に係る音響発生装置/記録媒体は、 表現すべき音声その他の音響を選 択し、 当該音響を発生させて記録し、 当該音響のスペク トル分析を行って画像 に表現し、 画像表示されたスぺク トル分析結果を記録媒体上に印刷して記録し、 当該記録媒体の表面を一定方向に擦ることにより音響を発生させる。 これによ つて、 簡易な音響発生を実現する。

本発明に係る音響発生装置/記録媒体の製造方法は、 表現すべき音声その他 の音響を選択し、 当該音響を発生させて記録し、 当該音響のスペク トル分析を 行って画像に表現し、 画像表示されたスぺク トル分析結果を記録媒体上に印刷 して記録する工程を備え、 これによつて簡易な音響発生装置を容易に製造し得 る

本発明に係る音響発生装置/記録媒体の製造方法においては、 記録媒体は、 紙、 プラスチック、 金属その他の印刷可能なものであり、 広範な用途に適用で き、 かつ量産も容易である。

上記図形および音響のスペク トル分析を行った画像として、 例えば、 市販の 音響解析プログラムを利用したものがある。 これは、 時間的に連続して音声の 周波数分析を行うとともに、 ある時刻の音響の周波数分布を縦軸とし、 横軸に 時間軸をとつたものである。 周波数分布はある周波数に対応するその成分の情 報をもつ。 したがって、 上記音響スペク トル分析を行った画像は、 周波数一時 間平面上に周波数成分がプロッ トされたものである。 このプロッ ト （凹凸に対 応） に代えて濃淡で周波数成分が表現されてもよい。 この発明はどちらの場合 も含むものである。 図面の簡単な説明

図 1は、 音声スぺク トルの例である。 図 2は、 音声を形成する有声音と無声 音を示す I P A子音表である。 図 3は、 女性が発生した 2 5 0 H zの有声音「 a i u e o」 のスペク トルである。 図 4は、 光沢のない印刷表面を擦ったときの 摩擦音のスべク トルである。 図 5は、 女性の声で s h行の音を発声したときの 音声スぺク トルである。 この図 6は、 「 s h a」 のスぺク トルを詳細に示す拡大 図である。 図 7は、 （a ) は 「s h」 行および 「s」 行の有声音と無声音の重ね 合せをより明瞭に示す模式図、 （b ) は 「t」 行および 「t s j 行の無声音のス ベク トル、 （ c ) は 「k」 行、 「p」 行、 「h」 行、 「f 」 行の無声音のスぺク ト ルである。 図 8は、 スペク トル分析結果を 0 . 3 m m厚の光沢紙に水性のパブ ルジェッ トインクによって印刷した印刷紙 P (記録媒体） の縦断面を示す概念 図である。 図 9は、 テス トパターンとこれを 2回擦ったときのスペク トルであ る。 図 1 0は、 音響発生手段の例を示す斜視図である。 発明を実施するための最良の形態

プラスチック板などの表面に凹凸を設け、 これをプラスチックなどで擦るこ とにより所望の音響が得られるかどうか実験したところ、 表面の状態を種々設 定することにより異なった音響が得られることがわかった。 このようにして得 られる音響は、 テープレコーダなどによる再生に比べると音質は劣るものの、 擦る方法により微妙な変化が生じる。 そのため、 所望の音の表現が可能である ならば、 印刷媒体がより付加価値の高い情報を発信でき、 今までにない新たな 表現と需要が見込まれる。

ここで問題となるのは、 どのように凹凸を設ければ所望の音響を発生できる かであるが、 発明者は音響スペク トルに着目した。 これは、 例えば、 図 1に示 すように、 時間の経過を横軸に、 周波数を縦軸にとつたのものであり、 濃淡が その時刻に対応する周波数の成分を表す。 図 1では濃淡が反転表示されている ため、 白い部分の周波数成分がその音響に含まれることを示す。

プラスチック板の音響スぺク トルと人間の声のスぺク トルを比較した。 使用 したブラスチック板の表面はおよそ 0 . 5 m m周期の波板状であり、 この板を 擦ることにより発生する音は 6 0 0〜7 0 0 Hz の周波数帯であった。 これに対 し、 成人女性の声紋の基本型は 2 5 0 Hz の倍音の周波数帯で構成されており、 発する言葉により、 強い部分が濃くなる特徴的な帯が 1〜 3個所ある。 その部 分が言葉の主成分であると推定される。 複数の音の要素の集合体である点で両 者は共通する。 周波数帯のきめの細かさは違うが、 声紋形の基本構造は同じで ある。 大きく異なる点は、 ブラスチック音はその高低があってもほぼ全域で均 等で、 強弱といえる程の特徴的な帯がないことである。

プラスチック板表面にテープを貼り、 音が出る部分と出ない部分を適当な間 隔で交互に設け、 この表面を擦ってみると、 それなりのスペク トルが出現する。 素材をいろいろ試してスぺク トルのパターンを調べてみると、 そのパターンに 規則性があることがわかった。 そこで、 摩擦音を画像のパターンとして解釈す ることで、 擦られる板の表面の情報が音声画像に反映されていることに着目し た。 これは、 レーダーが物体にあたって跳ね返る音を画像として出力するよう に、 人間の声紋についても、 発声している声帯および口腔部分等の状態は画像 の中に反映されているはずである。 声紋分析の画像情報 （音声の強弱部分） を 元に処理した画像を素材表面に転写し、 その画像から声紋の特徴的な強弱部分 を再生して出力できると考えられる。

図 9は幾何学模様のパターン P 1、 P 2、 P 3、 P 4、 P 5を印刷したテス 卜パターンを 2度擦ったときのスペク トルを示すものであるが、 1回目と 2回 目がほぼ同じパターンになっていることが分る。 これは再現性のある音響再生 が可能であることを意味する。

比較的振動し易い部材 （以下振動部材という） に、 印刷等の方法で図形を描 画するとその部分の振動特性が変化し、 図形の形状、 寸法により、 表現すべき 音声の周波数成分に共鳴するような振動特性が得られるととらえることもでき o

有声音の部分は 「a i u e o」 で代表される声帯の振動が音の主成分であり、 周波数帯の特定部の強弱によって音声が特徴付けられる。 原理的には転写され た画像の音情報が振動に置き換えられれば音は再生できる。 そのためには、 擦 られる側が振動する方が理屈にかなっているが、 プラスチック板の場合、 擦る 側が音源であり、 プラスチック板側はほとんど振動せず音を発つしていないこ とがわかった。 各種の素材を試してみると、 光沢のある紙の表面を指で擦ると 同じような摩擦音を出し、 しかもプラスチック板とは逆に紙の方が振動してい ることが判明した （およそ 4 0 0 Hz) o 擦られる側が振動して音が出るというこ とは、 その素材の密度 =比重を変えることで発生する音の周波数帯を調整でき る利点もある。 振動を起こしやすい光沢紙 （カラープリン夕用紙） 等を用いて、 表面に画像処理された音声情報を転写することにより、 摩擦部分を特定し、 指 で直接擦り印刷面を振動させ、 音を再生させてみると、 かなり忠実に音声を再 現できることが確認できた。 サンプルで使用した音は 「あいうえお」 と 「合格、 おめでとう」 の 2種類で、 いずれも成人女性の発声によるものである （約 2 5 0Hz)。 最も単純なプリン夕の出力能力は最高で 300 dp iであるが、 72 d p i— 144 d p i— 200 dp i— 300 dp iの 4段階の解像度で音声画 像をそれそれ転写し試してみた結果、 解像度に比例して再生音声が明瞭になる ことが確認できた。

図 8はスべク トル分析結果を 0. 3 mm厚の光沢紙に水性のバブルジエツ ト ィンクによって印刷した印刷紙 Pの縦断面を示す概念図であり、 インク Iが紙 表面 Sから内部に向って浸透している。 インク Iが濃い部分 （黒塗りで表示） ではインク Iが深く浸透し、 薄い部分 （ ドッ ト Dで表示） では浸透が浅い。 指 で擦ったとき、 インク Iが浸透していない部分 （その他の白い部分） は振動し 易く、 インク Iが深く浸透しているほど振動し難い。 すなわち、 インク Iが浸 透せずまたは浸透が浅い部分は擬似的な空洞として作用し、 音声スぺク トルの 特徴的な部分を強調する 3次元構造が形成されている。

また、 人間の指が予想以上に細かい画像情報まで再生する能力があることも 確認できた。 印刷精度を 1200 d p i程度まで上げれば、 より鮮明な音声が 再現できると考えられる。

一般にある周波数 （例えば 400 H zとする。） のスぺク トルの縞模様はその 倍音 （400 xn) H z (n :整数） の周波数よりなり、 再生した音の中にこ れらの周波数成分が含まれている。 従って 250 H zの原音を記録した印刷パ ターンには、 可聴周波数 250 H z〜22， 050 H zの周波数帯域における ( 250 X n) ( n ：整数） の音声スペク トルが含まれており、 再生された音か ら必要な周波数のみ抽出すればよい。 これをポジティ ブ処理という。 逆に、 音 声スぺク トルの画像の情報に基づいて不必要なスぺク トル部分を選択削除する 方法 （ベガティブ処理） も採用可能である。

以上の検討結果から、 以下の手順を経ることが望ましい。

( 1) 対象となる音声その他の音響を決定する。 ( 2 ) 当該音響を発生し、 録音する。

実験の結果によると、 音節の間をはっきりと区切って発声すると良い。 また、 男性の声よりも、 若い女性の声の方が良い。

( 3 ) 当該音響のスペク トル分析を行う。

図 1は 「ァ、 ィ、 ゥ、 ェ、 ォ j と発声した例である。

(4 ) 画像表示されたスペク トル分析結果を印刷する。 印刷方法としては、 ォ フセッ ト印刷や、 水性ィンクでパブルジェッ ト方式で塗布する方法等がある。 振動を起こしやすい光沢紙 （カラープリン夕用紙） 等を用いる。 解像度に比 例して再生音声が明瞭になるので、 なるべく高い解像度、 例えば、 1 2 0 0 d i程度で印刷することが望ましい。 また水性ィンクの場合水分含有率が低下 するにつれて再生音声が不明瞭になるという特性があり、 その点油性ィンクを 用いたオフセッ ト印刷の方が音質の経時的変化は少ない。

このように印刷された発音機構を指で擦ると、 所定の音響が再生される。 擦 る方向は図 1の時間軸方向である。 もっとも、 擦る方法によって発声する音響 にはかなりの差が出るが、 多少慣れると明瞭に聞き取れるようになる。

図 2は音声を形成する有声音と無声音を示す I P A子音表である。 有声音は 規則的な周波数帯を持ち、 無声音は決まった周波数を持たない。

また、 無声子音は 「： f /p/s/t s/t/s h/t s h/k/h」 等の特 定の周波数特性を持たない子音であり、 この点を解決するには、 特定の周波数 を持たない、 スリ ップスティ ック現象を起こしにくい、 有声音と逆の表面加工 をすることで、 無声子音の構成音である擦過音を再現できる。 例えば、 ざらざ らとした紙ヤスリ等、 光沢のない紙や印刷表面を擦ると、 その擦過音は発生す べき音と非常によく似た特性の音が得られた。

図 4は、 光沢のない印刷表面を擦ったときの摩擦音のスぺク トルを示す。 図 5は、 女性の声で s h行の音を発声したときの音声スペク トルを示す。 こ のスペク トルを見ると、 「s ha」 は無声音 「 s h」 と有声音 「a」 の重ね合せ、 「 s h i」 は無声音「 s h」 と有声音「 i」 の重ね合せ、 「 s h u」 は無声音「 s h」 と有声音 「uj の重ね合せ、 「 s h e」 は無声音 「 s h」 と有声音 「e」 の 重ね合せ、 「s h o」 は無声音 「 s h」 と有声音 「o」 の重ね合せであることが 分かる。

図 6は 「s h a」 のスぺク トルを詳細に示す拡大図である。

図 7 (a) は 「s h」 行および 「s j 行の有声音と無声音の重ね合せをより 明瞭に示す模式図である。 図中黒い塗潰し部分 Aは有声音のスぺク トルであり、 縞模様の部分 Bは無声音のスぺク トルである。

バブルジェッ 卜等による水性ィンク印刷の解像度を 7 2 d p i〜3 0 0 d p iと変化した実験から、 擬似的空洞は、 水分含有率が高い印刷直後において鮮 明に生じ、 その後不鮮明となって、 再生音が不鮮明になることが判明した。 そ の問題を解決するために、 より安定性の高い油性ィンクを使ったオフセッ ト印 刷で制作したところ、 以下の結果を得た。

図 3 ( a) は女性が発生した 2 5 0 H zの有声音 「a i u e o」 のスぺク ト ルであり、 図 3 (b) はその画像情報に基づく画像から音声を再生したときの 再生音声のスぺク トルである。

従って再生音の鮮明度を保持するために、 水分に替わるィンク成分を印刷紙 内部に浸透させ、 印刷紙の繊維等構造体および成分を定着安定させ、 安定な 3 次元構造を形成する必要がある。 その結果、 長時間経過 （試験的におよそ 5ケ 月間、 室内に放置） しても全く水分蒸発等の影響を受けず、 安定した出力結果 が得られた。

この発明の用途として次のようなものが考えられる。

( 1ノ

雑誌に発音機構を印刷して読者の利用に供する。 例えば、 雑誌のページの端 部に発音機構を印刷し、 読者がここを擦ると音がでる。

( 2 ) いわゆるぺらぺら漫画

少しづつ異なる漫画を多数の紙に印刷してこれらの紙を製本したものを、 人 がぺらぺらめく つて漫画の動きを楽しむものがあるが、 このぺらぺら漫画の側 面に発音機構を印刷する。 漫画の動きとともに音も楽しめる。

( 3 ) 盲人用商品ラベル

盲人の便宜のために、 缶詰のラベルに点字や凹凸を設けることが行われてい る。 これに代えて商品ラベルにこの発明の発音機構を印刷し、 この部分を擦る ことにより、 商品ごとに固有の音、 例えば、 商品名を発生させることができる。 なお、 この発明の発音機構を、 音に共鳴し得る空間部を有する物品、 例えば 中空の胴部を有する人形、 商品を収納した容器， 紙函等に適用することができ る。 また立体物以外の物品、 例えば雑誌 M G等のページ M Pを背の方向 B Dに ずらして歪ませ、 メガフォン状の空間 M S Pを作ったもの （図 1 0 ) において、 前記の音響発生を行うと、 かなりの音量が得られた。 従って、 極めて広範囲の 物品を極めて容易かつ安価に本考案の音声発生装置とすることが出来る。 そし て、 本発明は、 広範囲の物品に従来の視覚的な快さに加えて新たに耳から入る 聴覚的な快さを付与して面白みを倍加し、 情報伝達能力を高めることが出来る。 産業上の利用性

本発明は、 音響スペク トルを印刷によって紙などに転写するため、 極めて容 易かつ安価に製造することができる。 しかも、 指先等で発音部を擦るだけで簡 単に発音することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 表現すべき音声その他の音響に含まれる周波数成分に共鳴する図形が描 画された振動部材 （比較的振動し易い部材） を備え、 前記振動部材を振動させ ることによって前記音声を発生させる音響発生装置。

2 . 表現すべき音声その他の音響を選択し、 当該音響を発生させて記録し、 当該音響のスぺク トル分析を行って画像に表現し、 画像表示されたスぺク トル 分析結果を記録媒体上に印刷して記録し、 当該記録媒体の表面を 「一定方向に 擦ることにより音響を発生させることを特徴とする音響発生装置。

3 . 表現すべき音声その他の音響を選択し、 当該音響を発生させて記録し、 当該音響のスぺク トル分析を行って画像に表現し、 画像表示されたスぺク トル 分析結果を記録媒体上に印刷して記録する工程を備えることを特徴とする音響 発生装置の製造方法。

4 . 記録媒体は、 紙、 プラスチック、 金属その他の印刷可能な記録媒体である ことを特徴とする請求項 3記載の音響発生装置の製造方法。

5 . 表現すべき音声その他の音響に含まれる周波数成分に共鳴する図形が描画 された振動部材 （比較的振動し易い部材） を備え、 前記振動部材を振動さ せることによって前記音声を発生させる記録媒体。

6 . 表現すべき音声その他の音響を選択し、 当該音響を発生させて記録し、 当 該音響のスぺク トル分析を行って画像に表現し、 画像表示されたスぺク ト ル分析結果を記録媒体上に印刷して記録し、 当該記録媒体の表面を 「一定 方向に擦ることにより音響を発生させることを特徴とする記録媒体。