WO2003064982A1 - Dispositif de separation de resonances sonores/vibratoires - Google Patents

Description

明 細 書

音 · 振動の共鳴分離装置 技術分野

本発明は音声 · 音楽 · 騒音などの振動を共鳴分離し、 音に含まれるい く つもの振動を目視によ り 多数の振動数帯域の振動成分を直接検知する 装置の作成と利用法に関する。 背景技術

「片持はり 」 に振動を共鳴させる こ とは物理や工学上では基礎的な理 論と して完成されているものである。 本装置はこ の知見を応用 し、 人の 音声の帯域に当たる 1 0 O H z 〜 l 3 0 O H z 、 またはそれ以上の周波 数の共鳴振動子をいく つも備え、 人の声、 音楽、 騒音などを共鳴分離さ せ直接、 振動成分に分け検知する装置に発展させたものである。

「音」 を周波数分離する こ とは、 フーリエ変換によってコ ンピュータ で計算させるこ とや共振回路やフィルタ回路の電子回路によって成分ご と に分け、 それをディ スプレイゃィ ンジケータで表示させる こ とで行わ れている。 しかし、 それは計算または電子回路による方法である。

本発明は、 人が直接振動現象を感じるこ と のできる 「音」 ' 「振動」 を 周波数成分に分離する直接的な方法であ り 、 伝わってく る音の振動を瞬 時に分離する。 その分離の結果は人の聴覚で行われる結果と同様である。 音の成分分離の基本的な結果が人の聴覚と同じである こ とから、 この方 法の結果を、 デジタル信号と して処理するこ とは聴覚器官と して利用で き る。 また、 振動受信部が直接振動する様子が見える装置は、 人間の生 活が 「音」 や 「振動」 に取り巻かれているため、 教育的 · 情意的な面で の新しい利用が考えられる。 振動共鳴器の理論はいわゆる 「片持はり」 の振動理論と して物理や振 動工学の分野で明らかになつている。 理論のとお り に、 音の周波数分離 の現象を実際の装置で目 に見えるよ う にするため、 振動共鳴受信器を作 成し実測した。 ピアノ線の長さ と共鳴振動の実測値の関係を回帰分析し、 グラフ化する と直線にな り理論のとおり である。 ピアノ線を剛体に固定 し装置から振動を与え、 共鳴振動数を記録する。 こ の基礎的データ の解 析をする と、 その回帰分析からその素材に応じた振動子の共鳴周波数と 振動子の長さの関係が計算される。

結果を第 1 図にま と めた、 第 1 図には、 0 . 5 πl mと l . O m mのピ ァノ線および 0 . 0 5 m mブラシ繊維 1 . 5 m m蛍光ファイバ一 0 . 5 m mの光ファイバ一の計算データを含んでいる。 0 . 3 m m ピアノ線に ついては純正律の音階の周波数データ と振動子の長さの計算結果のデー タ も付加した。 なお、 ピアノ線は J I S G 3 5 2 2 を使用 した。 また、 こ のピアノ線のかわり に 0 . 0 0 8 m mステン レス線に変えて測定する と、 1 3 0 0 H z以上の共鳴振動数を計測できる。 発明の開示

これらの振動子に振動を伝える剛体と しては、 例えば木や樹脂の棒を 利用する。 簡易に作成するには市販のス ト ローでもよい。 これらの剛体 にピアノ線を固定する穴を等間隔に空ける。 こ の等間隔の穴にピアノ線 を長さの順にはめ込み樹脂で固定し振動受信器とする。

普通の音のエネルギーはこの振動受信共鳴器の振動子を十分に共鳴さ せるほど大き く ない。 そのため、 音圧を受け振動を振動受信共鳴器に伝 える途中に振動を増幅する装置を付加する。 音はマイクから入力され増 幅 · 制御する回路を経て振動変換装置 （ス ピーカー） から振動受信共鳴 器に伝 ?：る。 振動子の一般的な振動の感度はその振動帯域によって異なる。 低音で あれば振動子の共鳴感度は、 例えば 0 . 3 m mの径のピアノ線の固有振 動数が 3 0 H z とする と、 その前後 1 H z まで振動するが、 よ り高音の 4 0 0 H z ではその前後 5 〜 1 0 H z まで共鳴振動する。 こ のよ う に振 動帯域によって共鳴振動の感度の幅が異なる こ と を考慮して、 振動子の 共鳴周波数を設定する。 特に、 低振動で振動子はよ く共鳴し大き く 振動 しやすいが、 高音になるほど振動子の長さは短く な り 、 目 に見える レべ ルで振動するこ とが難しく なるためよ り細い振動子を使用する。 図面の簡単な説明

第 2図は装置本体の立体図である。 第 3 図はス ピーカーと 固定台に接合 した振動共鳴器の立体図である。 第 4図は電子回路のプロ ック図である。 第 5 図は振動子の別の付き方の例で、 黒ァゲハの形をしたものである。 第 6図は第 5図の振動子を実際に固定した時の立体図である。 第 7図は 振動子を電気信号に変換するため圧電素子で作成した例である。 第 8 図 はコ ンピュータが音を関知するための人工聴覚器のブロ ック図である。 発明を実施するための最良の形態

第 2 図は音共鳴分離装置本体の立体図である。 振動子 1 から 2 0 まで は様々な固有振動を持った振動子である。 音の振動はマイ クから電気信 号に変換され、 マイ ク入力端子 2 7から装置に入力する と、 電子回路 2 8 によって増幅制御される。 さ らに電気信号は振動発生装置 （ス ピーカ 一） 2 4 に出力され、 音の振動は増幅された縦振動とな り 、 剛体 2 1 を 縦の方向に振動させる。 その振動は剛体に固定された固有振動を持つ振 動子 1 〜 2 0 に伝わり 、 その振動の周波数に応じた振動子だけが振動す る。 ボリ ュームつまみ 2 5 は振動の大き さを調節するためにある。 また 02 00860

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周波数制御つまみは s i n e波の発信周波数をコ ン ト ロールする。

第 3 図は複数の共鳴振動子からなるス ピーカーに接合された共鳴分離 器の立体図である。 その材質のヤング率 · 断面積 ' 長さ ' 線密度によつ て固有振動数は異なる。 例えば第 1 図の表の値を利用 し 5 0 H z から 2 5. 0 H z まで 1 0 H z 毎に 2 0本の振動子を剛体 2 1 に固定する。 この 剛体 2 1 は軽く丈夫な材質がよい。

振動発生装置であるス ピーカーの振動中心には、 直接振動共鳴器を固 定する。 固定の方法は、 ス ピーカーであれば振動中心に固定台 2 3 を接 着する。 加重やその他の力の負荷が小く なるよ う に工夫し、 振動が伝わ つても摩擦ではずれた り倒れないよ う に振動共鳴器の剛体部分を固定台 2 3 と接合する。

遠く からも見える よ う な大型の振動子の場合は、 ス ピーカーなどの振 動発生装置本体に振動子の加重が負荷しすぎないよ う に上から吊るなど し、 振動本体との接合部分をよ り 強固に接着あるいは固定する。 この装 置は音の共鳴振動を見るために作成する のであるから、 多く の場合音量 を抑える必要がある。 その場合は、 ス ピーカーの例ではコーンの一部を 切り取る。

第 4 図は電子回路のブロ ック図である。 上の点線で囲まれた本体のブ ロ ック図 3 2 は第 2 図の電子回路の 2 8 のさ らに具体的なブロ ック図で ある。 も う一方の点線で囲まれた無線入出力のブロ ック図 3 9 には、 後 述する よ う な利用法も考慮して、 遠方からの音の入力のため、 F M発信 器 4 0 と F M受信器 4 1 の回路も図示した。 （ラジオやテ レビ等の出力 を本体のマイ ク端子につなげる こ と と同様である。） また、 前述したよ う に低振動では振動子は大き く 振れるが振動の感度の幅が小さ く 、 高音 域では共鳴振動の感度の幅は大きいが振れの大き さが目 に見えにく いと い う こ と を考慮し、 必要に応じて入力信号の制御 ' 増幅回路 3 8 に機能 を付加する必要がある。 実験用で精度を必要とする用途のため s i n e カーブ出力用の低周波発信器 3 6 、 3 7 を回路に加えた。 （ただし発信 器は外部装置でも代用できる） 音声入力用のマイ クは 3 3 、 3 4であ り 3 3 は必ず必要である。

第 5 図は振動子を装飾用のために加工した共鳴器であ り、 第 6 図はそ の立体図である。 第 7 図は圧電素子などの振動子を使用し、 振動数に応 じて電圧を発生する振動子で作成した例である。 そして第 8 図は人間の 聴覚器と同様の情報を得るよう に作動するときの電子回路ブロック図で ある。 産業上の利用可能性

本発明は音の刺激を瞬時に多く の周波数成分に分け、 分離された成分 を同時に目視できる装置である。 以下に記載するような効果を奏する。

( 1 ) 物理分野 「波動」 の学習教材として。

(2) 生物分野 「聴覚」 の学習教材として。

(3) 数学分野 フーリエ変換の実際のモデルとして

(4) 幼児教育分野 子どもが自 ら発する音や声に反応する玩具として

(5) 障害児教育分野 聴覚や発声器官に傷害がある人の聴覚の理解と 発声練習の導入機器として

(6) 音響分野 音の反応を見て楽しむオーディオ機器の副装品 あるいは室内装飾品として

(7) 人工聴覚器 フ一リ エ変換の結果を瞬時に、 連続して得るこ と ができる人工聴覚器として

さ らに F M電波で音の信号を遠方から送信する工夫によ り、 上記の使 用効果を高めることができると考える。

Claims

請求の範囲

1 . 剛体と複数の弾性体の振動子から構成され、 伝えられた振動がそれ ぞれの振動子と共鳴する こ と によ り 周波数成分に分離する振動共鳴器。

2 . 音声 · 音楽 ' 騷音などの振動を電気信号に変換し、 特定の帯域を増 幅し制御 · 調整する部分を備え、 その制御された電気信号を剛体の振動 に伝え、 その剛体から振動を受ける複数の弾性体の振動子が、 音や振動 を周波数に応じて共鳴する こ と によ り 、 目に見える振動に分離する振動 共鳴分離装置。

3 . 剛体と複数の弾性体の振動子から構成され、 伝えられた振動がそれ ぞれの振動子と共鳴することによ り周波数成分に分離する振動共鳴器の、 それぞれの共鳴振動子からの振動によるひずみを電気信号に変換し、 そ の信号を制御調整する電子回路を備えた、 音の周波数成分検出装置。