WO2013021457A1

WO2013021457A1 - 振動振幅値算出装置及び方法、振動信号生成装置、並びにコンピュータプログラム

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Publication number: WO2013021457A1
Application number: PCT/JP2011/068135
Authority: WO
Inventors: 勝利稲垣; 高橋　努
Original assignee: パイオニア株式会社
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-02-14

Abstract

　振動振幅算出装置（１０）は、可聴帯域内の周波数成分を含んでなる音響信号から、該可聴帯域よりも狭い振動変換帯域に対応する変換周波数成分を抽出し、夫々抽出された変換周波数成分の時間変動が所定条件を満たす複数の振動変化点を算出する振動変化点算出手段（１１）と、算出された複数の振動変化点のうち（ｉ）一の振動変化点から、該一の振動変化点に隣接する他の振動変化点までの第１区間、又は、（ｉｉ）夫々該第１区間がＮ分割された複数の第２区間の各々、に含まれる入力信号の振幅成分に応じて、第１区間又は複数の第２区間各々における、音響信号に基づく振動信号の振幅値を算出する振幅値算出手段（１３）と、を備える。

Description

振動振幅値算出装置及び方法、振動信号生成装置、並びにコンピュータプログラム

　本発明は、例えば体感音響装置等に採用される電気－機械振動変換器に供給される比較的低い周波数を有する振動信号の振幅値を算出する振動振幅値算出装置及び方法、該振動振幅値算出装置を備える振動信号生成装置、並びにコンピュータプログラムの技術分野に関する。

　この種の装置として、例えば、体感振動信号の約１６Ｈｚ（ヘルツ）～約１５０Ｈｚの範囲内の周波数帯域において、振動の強弱、長短、周波数、波形及び重なりを、例えば音階、和声学、リズム等の音楽作曲上の規則に基づき時系列に組み合わせた体感振動単独で音楽のように表現できるものを、電気－機械振動変換器によって人体に感じさせる装置が提案されている（特許文献１参照）。

　或いは、オーディオ周波数帯域（０Ｈｚ～２０ｋＨｚ）の信号を複数の周波数帯域に分割し、該分割された複数の周波数帯域各々の周波数を所定の低周波数の信号に変換し、該変換された複数の信号を合成して、該合成された信号により振動部を振動させる装置が提案されている（特許文献２参照）。

　或いは、高い周波数の振動を含む揺動信号を高速フーリエ変換して、周波数成分のうち最高周波数を算出し、該算出された最高周波数から変換定数を決定して、該決定された変換定数により周波数成分をより低い所定の周波数帯域に変換した後に、逆高速フーリエ変換して、低い周波数の揺動信号を生成する装置が提案されている（特許文献３参照）。

特許第３３４１２３８号実開平３－７５６９４号公報特許第４０６２５７０号

　しかしながら、上述の背景技術では、振動信号の振幅値が、該振動信号の基となる音響信号（オーディオ信号）と、十分には調和しない可能性があるという技術的問題点がある。

　本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、音響信号と調和する振動信号の振幅値を算出することができる振動振幅値算出装置及び方法、振動信号生成装置、並びにコンピュータプログラムを提供することを課題をとする。

　本発明の振動振幅値算出装置は、上記課題を解決するために、可聴帯域内の周波数成分を含んでなる音響信号から、前記可聴帯域よりも狭い周波数帯域である振動変換帯域に対応する周波数成分である変換周波数成分を抽出し、夫々前記抽出された変換周波数成分の時間変動が所定条件を満たす時間軸上の点である複数の振動変化点を算出する振動変化点算出手段と、前記算出された複数の振動変化点のうち（ｉ）一の振動変化点から、前記一の振動変化点に隣接する他の振動変化点までの区間である第１区間、又は、（ｉｉ）夫々前記第１区間がＮ分割（Ｎは２以上の自然数）された区間である複数の第２区間の各々、に含まれる、前記音響信号、又は前記変換周波数成分のみからなる信号、である入力信号の振幅成分に応じて、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々における、前記音響信号に基づく振動信号の振幅値を算出する振幅値算出手段と、を備える。

　本発明の振動振幅値算出装置によれば、例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる振動変化点算出手段は、可聴帯域（即ち、２０Ｈｚ～２００００Ｈｚ）内の周波数成分を含んでなる音響信号から、該可聴帯域よりも狭い周波数帯域である振動変換帯域に対応する周波数成分である変換周波数成分を抽出し、夫々該抽出された変換周波数成分の時間変動が所定条件を満たす時間軸上の点である複数の振動変化点を算出する。

　ここで、「変換周波数帯域」は、典型的には、生成される振動信号に反映すべきリズムに対応する楽器及び／又は声に応じた周波数帯域として設定される。具体的には例えば、女性の声のリズムを振動信号に反映させる場合、振動変換帯域は、例えば２００Ｈｚ～８００Ｈｚに設定される。或いは、トランペットのリズムを振動信号に反映させる場合、振動変換帯域は、例えば２００Ｈｚ～１ｋＨｚに設定される。

　尚、「変換周波数帯域」は、ユーザにより任意に設定されてもよいし、例えば製造者が複数のプリセット値を用意しておき、ユーザが該複数のプリセット値から一のプリセット値を選択することによって設定されてもよい。

　「所定条件」は、（ｉ）音響信号のうち振動変換帯域に含まれる周波数成分の振幅の変化量が所定値より大きいこと、及び（ｉｉ）電気－機械振動変換器の性能に基づいて規定される周波数帯域の最低周波数に応じて定められる期間（例えば、最低周波数が５０Ｈｚである場合は、０．０２秒、即ち、一周期）以上相互に離れていること（つまり、直前の振動変化点から一定期間経過していること）、である。

　従って、「振動変化点」とは、音響信号のうち振動変換帯域に含まれる周波数成分の振幅の変化量が所定値より大きく、且つ、電気－機械振動変換器の性能に基づいて規定される周波数帯域の最低周波数に応じて定められる期間以上相互に離れている時間軸上の点を意味する。

　ここで、「音響信号のうち振動変換帯域に含まれる周波数成分の振幅の変化量が所定量より大きい点」は、音響信号における所謂「発音位置」に相当する点である。従って、「振動変化点」は、発音位置のうち、「電気－機械振動変換器の性能に基づいて規定される周波数帯域の最低周波数に応じて定められる期間以上相互に離れている」発音位置と、言い換えることができる。

　尚、「発音位置」とは、複数の音が時間軸上で連続することにより構成される楽曲において、一の音が、該一の音を発する楽器により発せられたタイミングを言う。

　このような「振動変化点」は、例えば次のように求めればよい。即ち、（ｉ）先ず、音響信号に対して高速フーリエ変換を施し、一の時刻において音響信号を構成する周波数成分のうち、振動変換帯域に含まれる周波数成分（即ち、振動周波数成分）を抽出する。（ｉｉ）次に、該抽出された振動周波数成分各々のパワーの増加分の和を求め、一の時刻とは異なる他の時刻からの変化率が所定値より大きいことを条件に、振動変化点の候補とする。（ｉｉｉ）最後に、複数の振動変化点の候補のうち、互いに、電気－機械振動変換器の性能に基づいて規定される周波数帯域の最低周波数に応じて定められる期間以上離れている点を、振動変化点として決定する。

　例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる振幅値算出手段は、算出された複数の振動変化点のうち（ｉ）一の振動変化点から、該一の振動変化点に隣接する他の振動変化点までの区間である第１区間、又は、（ｉｉ）夫々該第１区間がＮ分割（Ｎは２以上の自然数）された区間である複数の第２区間の各々、に含まれる、音響信号、又は変換周波数成分のみからなる信号、である入力信号の振幅成分に応じて、第１区間又は複数の第２区間各々における、音響信号に基づく振動信号の振幅値を算出する。

　具体的には例えば、振幅値算出手段は、第１区間に含まれる、音響信号の振幅成分、又は変換周波数成分のみからなる信号の振幅成分、の、例えば平均値、ピーク値、二乗平均平方根等に応じて、該第１区間における振動信号の振幅値を算出する。或いは、振幅値算出手段は、一の第２区間に含まれる、音響信号の振幅成分、又は変換周波数成分のみからなる信号の振幅成分、の、例えば平均値、ピーク値、二乗平均平方根等に応じて、該一の第２区間における振動信号の振幅値を算出する。ここで、「算出される振幅値」は、所謂「最大振幅値」である。

　本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、音響信号を、電気－機械振動変換器により適切に機械振動に変換可能な信号（即ち、振動信号）を、単純に生成すると、機械振動の強さ（即ち、振動信号の振幅値）の時間変動と、上記音響信号に係る音の強弱と、が十分には調和しない可能性がある。すると、例えば、電気－機械振動変換器を備える体感音響装置のユーザが違和感を覚える可能性がある。

　しかるに本発明では、振幅値算出手段により、算出された複数の振動変化点のうち（ｉ）一の振動変化点から、該一の振動変化点に隣接する他の振動変化点までの区間である第１区間、又は、（ｉｉ）夫々該第１区間がＮ分割された区間である複数の第２区間の各々、に含まれる入力信号の振幅成分に応じて、該第１区間又は複数の第２区間各々における、音響信号に基づく振動信号の振幅値が算出される。

　本発明では特に、第１区間及び第２区間が、振動変化点に基づいて決定されている（つまり、発音位置に基づいて決定されている）ので、比較的容易に、音響信号に調和した振動信号の振幅値を算出することができる。従って、本発明の振動振幅値算出装置により算出された振幅値に基づいて振動信号を生成すれば、該振動信号が入力される電気－機械振動変換器を備える体感音響装置のユーザに心地よさを提供することができる。

　本発明の振動振幅値算出装置の一態様では、前記振幅値算出手段は、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々に含まれる前記入力信号の振幅成分の平均振幅値を、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々における前記振動信号の振幅値として算出する。

　この態様によれば、比較的容易に、第１区間又は複数の第２区間各々における振動信号の振幅値を算出することができる。

　或いは、本発明の振動振幅値算出装置の他の態様では、前記振幅値算出手段は、（ｉ）前記第１区間又は前記複数の第２区間各々に含まれる前記入力信号の振幅成分の平均振幅値を算出し、（ｉｉ）前記算出された平均振幅値に、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々における、前記音響信号の周波数パワーに対する前記変換周波数成分の周波数パワーの割合を、乗じた値を前記振動信号の振幅値として算出する。

　この態様によれば、音響信号に含まれる周波数成分と、振動変換帯域と、の間に比較的大きな差が存在する場合であっても、音響信号と調和する振動信号の振幅値を算出することができ、実用上非常に有利である。

　「音響信号に含まれる周波数成分と、振動変換帯域と、の間に比較的大きな差が存在する場合」は、例えば、音響信号に含まれる周波数成分の大部分が１００Ｈｚ～２００Ｈｚの範囲内である場合に、振動変換帯域が３００Ｈｚ～８００Ｈｚと設定されているような場合である。

　本発明の振動振幅値算出装置の他の態様では、前記複数の第２区間の少なくとも一つは、前記第１区間に対応する前記振動信号の１周期以上である。

　この態様によれば、第２区間同士の接続点において、比較的スムーズに最大振幅の変更（又は切替）を行うことができる。この結果、本発明の振動振幅値算出装置により算出された振幅値に基づいて生成される振動信号の、該振動信号の基となる音響信号に対する調和性をより向上させることができる。

　本発明の振動振幅値算出方法は、上記課題を解決するために、可聴帯域内の周波数成分を含んでなる音響信号から、前記可聴帯域よりも狭い周波数帯域である振動変換帯域に対応する周波数成分である変換周波数成分を抽出し、夫々前記抽出された変換周波数成分の時間変動が所定条件を満たす時間軸上の点である複数の振動変化点を算出する振動変化点算出工程と、前記算出された複数の振動変化点のうち（ｉ）一の振動変化点から、前記一の振動変化点に隣接する他の振動変化点までの区間である第１区間、又は、（ｉｉ）夫々前記第１区間がＮ分割（Ｎは２以上の自然数）された区間である複数の第２区間の各々、に含まれる、前記音響信号、又は前記変換周波数成分のみからなる信号、である入力信号の振幅成分に応じて、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々における、前記音響信号に基づく振動信号の振幅値を算出する振幅値算出工程と、を備える。

　本発明の振動振幅値算出方法によれば、上述した本発明の振動振幅値算出装置と同様に、音響信号と調和する振動信号の振幅値を算出することができる。

　尚、本発明の振動振幅値算出方法においても、上述した本発明の振動振幅値算出装置の各種態様と同様の各種態様を採ることができる。

　本発明のコンピュータプログラムは、上記課題を解決するために、コンピュータを、可聴帯域内の周波数成分を含んでなる音響信号から、前記可聴帯域よりも狭い周波数帯域である振動変換帯域に対応する周波数成分である変換周波数成分を抽出し、夫々前記抽出された変換周波数成分の時間変動が所定条件を満たす時間軸上の点である複数の振動変化点を算出する振動変化点算出手段と、前記算出された複数の振動変化点のうち（ｉ）一の振動変化点から、前記一の振動変化点に隣接する他の振動変化点までの区間である第１区間、又は、（ｉｉ）夫々前記第１区間がＮ分割（Ｎは２以上の自然数）された区間である複数の第２区間の各々、に含まれる、前記音響信号、又は前記変換周波数成分のみからなる信号、である入力信号の振幅成分に応じて、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々における、前記音響信号に基づく振動信号の振幅値を算出する振幅値算出手段と、として機能させる。

　本発明のコンピュータプログラムによれば、当該コンピュータプログラムを、振動振幅値算出装置に備えられたコンピュータに、通信手段を介してダウンロードさせた後に実行させれば、上述した本発明の振動振幅値算出装置を比較的容易にして実現することができる。これにより、上述した本発明の振動振幅値算出装置と同様に、音響信号と調和する振動信号の振幅値を算出することができる。

　尚、本発明のコンピュータプログラムにおいても、上述した本発明の振動振幅値算出置の各種態様と同様の各種態様を採ることができる。

　本発明の記録媒体は、上記課題を解決するために、本発明のコンピュータプログラムを格納する。

　本発明の記録媒体によれば、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（ＤＶＤ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等である当該記録媒体から、上述した本発明のコンピュータプログラムを、振動振幅値算出置に備えられたコンピュータに読み込んで実行させれば、上述した本発明の振動振幅値算出装置を比較的容易にして実現することができる。これにより、上述した本発明の振動振幅値算出装置の場合と同様に、音響信号と調和する振動信号の振幅値を算出することができる。

　本発明の振動信号生成装置は、上記課題を解決するために、可聴帯域内の周波数成分を含んでなる音響信号から、前記可聴帯域よりも狭い周波数帯域である振動変換帯域に対応する周波数成分である変換周波数成分を抽出し、夫々前記抽出された変換周波数成分の時間変動が所定条件を満たす時間軸上の点である複数の振動変化点を算出する振動変化点算出手段と、前記算出された複数の振動変化点のうち（ｉ）一の振動変化点から、前記一の振動変化点に隣接する他の振動変化点までの区間である第１区間、又は、（ｉｉ）夫々前記第１区間がＮ分割（Ｎは２以上の自然数）された区間である複数の第２区間の各々、に含まれる、前記音響信号、又は前記変換周波数成分のみからなる信号、である入力信号の振幅成分に応じて、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々における、前記音響信号に基づく振動信号の振幅値を算出する振幅値算出手段と、前記算出された複数の振動変化点各々における前記音響信号の周波数成分を、前記振動変換帯域の最大周波数よりも低い最大周波数を有する周波数帯域である振動周波数帯域内に収まる周波数成分に変換する周波数変換手段と、前記算出された振幅値と、前記変換された周波数成分と、に基づいて前記振動信号を生成する振動信号生成手段と、を備える。

　本発明の振動信号生成装置によれば、上述した方ン発明の振動振幅値算出装置と同様に、音響信号と調和する振動信号の振幅値を算出することができる。

　例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる周波数変換手段は、算出された複数の振動変化点各々における音響信号の周波数成分を、振動変換帯域の最大周波数よりも低い最大周波数を有する周波数帯域である振動周波数帯域内に収まる周波数成分に変換する。

　具体的には例えば、周波数変換手段は、算出された複数の振動変化点各々における音響信号の周波数成分を、該周波数成分に対応する音階を数オクターブだけ下げることによって、振動周波数帯域に収まる周波数成分に変換する。「数オクターブ下げる」とは、算出された音階を、該算出された音階に対応する周波数よりも低い周波数を有する同じ音階に変換することを意味する。具体的には例えば、算出された音階がＣ７（２０９３．０Ｈｚ）である場合に、Ｃ７がＣ２（６５．４Ｈｚ）に変換されることを意味する。

　「振動周波数帯域」は、典型的には、電気－機械振動変換器により適切に機械振動に変換可能な周波数帯域として設定される。振動周波数帯域は、具体的には例えば６０Ｈｚ～１３０Ｈｚ等に設定されている。このような「振動周波数帯域」は、対象とする電気－機械振動変換器の性能に応じて適宜設定すればよい。

　例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる振動信号生成装置は、算出された振幅値と、変換された周波数成分と、に基づいて振動信号を生成する。このため、比較的容易にして、基となる音響信号と調和する振動信号を生成することができる。

　本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

第１実施形態に係る振動信号生成装置の構成を示すブロック図である。第１実施形態に係る振動振幅値算出処理を示すフローチャートである。第１実施形態に係る振動振幅値算出処理の概念を示す概念図である。第１実施形態に係る変化点算出方法の一例を示す概念図である。第１実施形態に係る音階算出方法の一例を示す概念図である。第１実施形態に係る音階変換テーブルの一例を示す概念図である。第２実施形態に係る振動振幅値算出処理を示すフローチャートである。第１実施例に係る音響体感システムの構成を示すブロック図である。第２実施例に係る音響体感システムの構成を示すブロック図である。第３実施例に係る音響体感システムの構成を示すブロック図である。第４実施例に係る音響体感システムの構成を示すブロック図である。第５実施例に係る音響体感システムの構成を示すブロック図である。

　以下、本発明に係る振動振幅値算出装置、及び該振動振幅値算出装置を備える振動信号生成装置の実施形態を、図面に基づいて説明する。

　＜第１実施形態＞
　本発明に係る振動信号生成装置の第１実施形態を、図１乃至図６を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る振動信号生成装置の構成を示すブロック図である。尚、図１では、説明の便宜上、本発明と直接関連のある部材のみを示し、その他の部材については図示を省略している。

　図１において、振動信号生成装置１０は、振動変化点算出部１１、振動周波数算出部１２、振動振幅値算出部１３、振動信号生成部１４及び信号入力部１５を備えて構成されている。

　信号入力部１５は、例えばフラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、光ディスク等に格納又は記録された楽曲データ、或いはマイク（図示せず）を介して入力された音声データを受付可能に構成されている。

　振動変化点算出部１１は、信号入力部１５を介して入力された楽曲データ等から、可聴帯域よりも狭い周波数帯域である振動変換帯域に対応する周波数成分である変換周波数成分を抽出する。振動変化点算出部１１は、更に、該抽出された変換周波数成分の振動変化点を算出する。

　振動周波数算出部１２は、振動変化点算出部１１により算出された複数の振動変化点各々における楽曲データ等の周波数成分を、振動変換帯域の最大周波数よりも低い最大周波数を有する周波数帯域である振動周波数帯域内に収まる周波数成分に変換する。

　振動振幅値算出部１３は、振動変化点算出部１１により算出された複数の振動変化点のうち、（ｉ）一の振動変化点から、該一の振動変化点に隣接する他の振動変化点までの区間である第１区間、又は、（ｉｉ）夫々該第１区間がＮ分割（Ｎは２以上の自然数）された区間である複数の第２区間の各々、に含まれる、信号入力部１５を介して入力された楽曲データ等、又は上記変換周波数成分のみからなる信号、である入力信号の振幅成分に応じて、第１区間又は複数の第２区間各々における、楽曲データ等に基づく振動信号の振幅値を算出する。

　振動信号生成部１４は、振動周波数算出部１２により変換された周波数成分と、振動振幅値算出部１３により算出された振幅値と、に基づいて振動信号を生成する。

　本実施形態に係る「振動変化点算出部１１」、「振動周波数算出部１２」「振動振幅値算出部１３」及び「振動信号生成部１４」は、夫々、本発明に係る「振動変化点算出手段」、「周波数変換手段」、「振動振幅値算出手段」及び「振動信号生成手段」の一例である。また、本実施形態に係る「振動信号生成装置１０」は、本発明に係る「振動振幅値算出装置」の一例である。

　（振動振幅値算出処理）
　次に、上述の如く構成された振動信号生成装置１０における振動振幅値算出処理について、図２のフローチャートを参照して具体的に説明する。ここでは、信号入力部１５を介して楽曲データが入力されるものとする。

　図２において、先ず、振動変化点算出部１１は、信号入力部１５を介して入力された楽曲データに対応するオーディオ信号（図３（ａ）参照）の変化点を、ユーザにより設定された振動変換帯域において算出する（ステップＳ１０１）。尚、「変化点」は、時間軸上の点として算出される（即ち、“時刻”として算出される）。

　ここで、オーディオ信号の変化点の算出方法について、図４を参照して説明を加える。図４は、本実施形態に係る変化点算出方法の一例を示す概念図である。

　振動変化点算出部１１は、先ず、オーディオ信号に対して、例えば高速フーリエ変換（Ｆｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）を施し、図４（ａ）に示すようなある時刻（ここでは、時刻ｔ１）における周波数とＦＦＴパワーとの関係を求める。続いて、振動変化点算出部１１は、設定された振動変換帯域（ここでは、周波数ｆ２～周波数ｆ３）に対応する、本発明に係る「変換周波数成分」の一例である、周波数成分（図４（ｂ）中の網掛け部分）を抽出する。

　次に、振動変化点算出部１１は、抽出された周波数成分各々（ここでは、周波数ｆ２～周波数ｆ３の各々）に係るＦＦＴパワーの増加分（例えば、時刻ｔ１のＦＦＴパワーと、時刻ｔ１－１のＦＦＴパワーとの差分）の和を求め、例えば該求められたＦＦＴパワーの増加分の和の増加率に基づいて、オーディオ信号の変化点を算出する。

　具体的には例えば、振動変化点算出部１１は、次の関係式に基づいてオーディオ信号の変化点を算出する。
Ｐ（ｔ１，ｆ）／Ｐ（ｔ１－１，ｆ）＞Ｎ（ｔ１）
ここで、Ｐ（ｔ１，ｆ）は、時刻ｔ１における周波数ｆ２～周波数ｆ３（即ち、振動変換帯域に対応する周波数成分）各々のＦＦＴパワーの増加分の和を意味し、Ｎ（ｔ１）は、時刻ｔ１において、Ｐ（ｔ１，ｆｘ）（ここでは、２≦ｘ≦３）の周囲のＦＦＴパワーから算出される変化度合いを意味する。

　再び図２に戻り、振動変化点算出部１１は、算出された複数の変化点から、互いの間隔が特定間隔以上となるような振動変化点を抽出する（図３（ｂ）中の破線参照）（ステップＳ１０２）。

　ここで、「特定間隔」は、例えば、電気－機械振動変換器（図示せず）の性能に基づいて規定される振動周波数帯域の下限値に応じて設定されている。具体的には例えば、振動周波数帯域の下限値が５０Ｈｚである場合、特定間隔は、０．０２秒（＝１秒÷５０Ｈｚ）等と設定される。

　（第１区間が分割されない場合）
　次に、振動振幅値算出部１３は、複数の振動変化点のうち、一の振動変化点から、該一の振動変化点までの区間である第１区間に含まれる入力信号（即ち、オーディオ信号、又は上記変換周波数成分のみからなる信号）の振幅成分の平均振幅値を算出する（ステップＳ１０３）。

　ここで、「平均振幅値」は、例えば、第１区間に含まれる入力信号に夫々対応する複数のサンプル値の２乗和を、該サンプル値の個数で割った値の平方根をとった値として求めればよい、或いは、複数のサンプル値各々の絶対値の和を、該サンプル値の個数で割った値として求めればよい。

　続いて、振動振幅値算出部１３は、算出された平均振幅値を、第１区間における振動信号の振幅値として設定する（図３（ｃ１）中の点線参照）。

　ところで、振動周波数算出部１２は、上記ステップＳ１０３の処理と並行して、又は相前後して、例えば、抽出された振動変化点におけるオーディオ信号の音階を算出する。

　ここで、オーディオ信号の音階の算出方法について、図５を参照して説明を加える。図５は、本実施形態に係る音階算出方法の一例を示す概念図である。

　例えば、時刻ｔ１における周波数成分の分布が図５（ａ）のようであったとする。振動周波数算出部１２は、先ず、倍音成分を考慮して、各周波数成分のＦＦＴパワーを補正する。具体的には例えば、周波数ｆ１のＦＦＴパワーは、次式により算出される。

　（ｆ１（ｔ１）のＦＦＴパワー（補正後））＝（ｆ１（ｔ１）のＦＦＴパワー）＋（ｆ１ｘ２（ｔ１）のＦＦＴパワー）ｘ０．９＋（ｆ１ｘ３（ｔ１）のＦＦＴパワー）ｘ０．８
ここで、“ｆ１ｘ２”及び“ｆ１ｘ３”は、夫々、周波数ｆ１の２倍音及び３倍音を意味する。数値“０．９”及び“０．８”は、「重み」である。尚、重み付けはしなくてもよい。

　次に、振動周波数算出部１２は、補正された周波数成分のうち、最も大きいＦＦＴパワーを有する周波数成分に対応する音階を求め、一の振動変化点におけるオーディオ信号の音階とする。

　振動周波数算出部１２は、例えば図６に示すような音階変換テーブルを参照して、振動変化点におけるオーディオ信号の音階を、所定オクターブだけ下げて、振動周波数帯域内に収まる周波数である振動周波数に変換する。

　尚、振動周波数算出部１２における振動周波数の変換方法は、上記方法に限らず、公知の各種態様を適用可能である。

　次に、振動信号生成部１３は、算出された振幅値、及び変換された振動周波数に基づいて振動信号を生成する（図３（ｄ１）参照）。生成された振動信号が、電気－機械振動変換器に供給されれば、オーディオ信号に調和した体感振動がユーザに提供される。

　（第１区間が分割される場合）
　振動振幅値算出部１３は、複数の振動変化点のうち、一の振動変化点から、該一の振動変化点までの区間である第１区間がＮ分割（ここでは、Ｎ＝２）された区間である複数の第２区間の各々、に含まれる入力信号の振幅成分の平均振幅値を算出する（ステップＳ１０３）。続いて、振動振幅値算出部１３は、算出された平均振幅値を、複数の第２区間各々における振動信号の振幅値として設定する（図３（ｃ２）中の点線参照）。

　その後、振動信号生成部１３により、算出された振幅値、及び変換された振動周波数に基づいて振動信号が生成される（図３（ｄ２）参照）。

　ここで、第１区間が分割される場合、振動振幅値算出部１３は、振動周波数算出部１２により求められた振動周波数を考慮して第１区間を分割してもよい。具体的には例えば、図３（ｅ）に示すように、第１区間の一例としての区間（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）に対応する振動周波数が、２５Ｈｚ、８０Ｈｚ及び５０Ｈｚであった場合、振動振幅値算出部１３は、区間（ｉ）を４０ｍｓ（ミリ秒）の区間２つに分割し、区間（ｉｉ）を１２．５ｍｓの区間４つに分割し、区間（ｉｉｉ）を２０ｍｓの区間２つと２５ｍｓの区間１つとに分割してもよい（図３（ｆ）参照）。

　尚、区間（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）の長さは、夫々、８０ｍｓ、１００ｍｓ及び６５ｍｓであるものとする。

　＜第２実施形態＞
　本発明の振動信号生成装置に係る第２実施形態を、図７を参照して説明する。第２実施形態では、振動振幅値算出処理が一部異なる以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図７のフローチャートを参照して説明する。

　図７において、上述したステップＳ１０３の処理の後、振動振幅値算出部１３は、振動変換帯域比率を算出する（ステップＳ２０１）。ここで、「振動変換帯域比率」は、第１区間又は第２区間における、振動変換帯域に係る周波数パワーを、入力信号に係る周波数パワーで割った値である。

　次に、振動振幅値算出部１３は、算出された平均振幅値に、算出された振動変換帯域比率を乗じた値を、第１区間又は第２区間における振動信号の振幅値として設定する（ステップＳ２０２）。

　以下、本発明に係る振動信号生成装置を体感音響システムに適用した場合の実施例について、図面に基づいて説明する。

　＜第１実施例＞
　第１実施例に係る体感音響システムについて、図８を参照して説明する。図８は、第１実施例に係る音響体感システムの構成を示すブロック図である。尚、図中の矢印は、信号の流れを示している（以降の図において同じ）。

　図８において、体感音響システム１００は、振動信号生成装置１０、ユーザインターフェース部２０、メモリ３０、電気－機械振動変換器４０、遅延回路（Ｄｅｌａｙ）５０及び出力端子（Ａｕｄｉｏ　ＯＵＴ）６０を備えて構成されている。

　ユーザインターフェース部２０は、ユーザに対して、例えば楽曲選択画面、モード選択画面等を提供する表示部（図示せず）と、該ユーザが入力操作を行うためのボタン等（図示せず）と、を有している。「楽曲選択画面」には、例えばフラッシュメモリ等であるメモリ３０に予め格納されている一又は複数の楽曲データの一覧が表示される。

　「モード選択画面」には、複数の周波数帯域に対応する名称（ここでは例えば、“ボーカル追従”、“ベース追従”、“周波数帯指定”）が表示される。尚、「ボーカル追従」及び「ベース追従」は、製造者等により予め固定値として周波数帯域が設定されている（所謂、プリセット値）。他方、「周波数帯域指定」は、ユーザが自由に周波数帯域を設定可能である。

　ユーザにより楽曲選択画面に表示された楽曲データの一覧から一の楽曲データが選択されると、メモリ３０に対して、該選択された一の楽曲データを示す信号が送信される。そして、メモリ３０から、振動信号生成装置１０の信号入力部１５に対して、一の楽曲データが送信される。

　他方、ユーザによりモード選択画面に表示された複数の周波数帯域に対応する名称のうち一の名称が選択されると、該選択された一の名称に対応する周波数帯域が「振動変換帯域」として設定される。そして、ユーザインターフェース部２０から、振動信号生成装置１０の振動変化点算出部１１に対して、振動変換帯域を示す信号が送信される。

　振動信号生成装置１０において、信号入力部１５は、振動変化点算出部１１に対して、一の楽曲データを送信する。信号入力部１５は、更に、出力端子６０に対して、遅延回路５０を介して一の楽曲データを送信する。

　一の楽曲データを受信した振動変化点算出部１１は、受信された一の楽曲データ及び振動変化帯域を示す信号に基づいて、振動変化点を算出する。振動変化点算出部１１は、振動周波数算出部１２及び振動振幅値算出部１３に対して、一の楽曲データ、及び算出された振動変化点を示す信号を送信する。

　振動周波数算出部１２は、受信された一の楽曲データ及び振動変化点を示す信号に基づいて、振動変化点における一の楽曲データの周波数成分を振動周波数に変換する。振動周波数算出部１２は、振動信号生成部１４に対して、一の楽曲データ、及び変換された振動周波数を示す信号送信する。

　振動振幅値算出部１３は、受信された一の楽曲データ及び振動変化点を示す信号に基づいて、（ｉ）一の振動変化点から、該一の振動変化点に隣接する他の振動変化点までの区間である第１区間、又は、（ｉｉ）夫々該第１区間がＮ分割された区間である複数の第２区間の各々、に含まれる、信号入力部１５を介して入力された入力信号（即ち、一の楽曲データ、又は変換周波数成分のみからなる信号）の振幅成分に応じて、第１区間又は複数の第２区間各々における、一の楽曲データに基づく振動信号の振幅値を算出する。振動振幅値算出部１３は、振動信号生成部１４に対して、少なくとも算出された振幅値を示す信号送信する。

　振動信号生成部１４は、振動周波数を示す信号、及び振幅値を示す信号に基づいて、振動信号を生成する。振動信号生成部１４は、電気－機械振動変換器４０に対して、生成された振動信号を送信する。

　ここで、出力端子６０から出力される一の楽曲データは、遅延回路５０に起因する期間だけ遅延されるので、一の楽曲データの再生位置と、電気－機械振動変換器４０により発生される振動と、を同期させることができる。

　尚、第１実施例に係る体感音響システムの一具体例は、電気－機械振動変換器４０を備える、例えば椅子やベッド等である。

　＜第２実施例＞
　第２実施例に係る体感音響システムについて、図９を参照して説明する。図９は、第２実施例に係る音響体感システムの構成を示すブロック図である。尚、第１実施例と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ説明する。

　図９において、体感音響システム２００は、例えばパーソナルコンピュータ等であるホストコンピュータ２０１、及び振動ユニット２０２を備えて構成されている。

　第２実施例では、振動信号生成装置１０の振動信号生成部１４から、電気－機械振動変換器４０に対して、無線送信部７１及び無線受信部７２を介する無線通信によって、振動信号が送信される。また、メモリ３０に代えて、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）３１に一又は複数の楽曲データが格納されている。

　＜第３実施例＞
　第３実施例に係る体感音響システムについて、図１０を参照して説明する。図１０は、第３実施例に係る音響体感システムの構成を示すブロック図である。尚、第１実施例と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ説明する。

　図１０において、体感音響システム３００は、プレーヤドック３０１、音楽再生機能付き振動ユニット３０２及びオーディオプレーヤ３０３を備えて構成されている。尚、オーディオプレーヤ３０３は、単体でも、ハードディスクドライブ３１に格納されている一又は複数の楽曲データを再生可能である。

　オーディオプレーヤ３０３は、プレーヤドック３０１の信号入力部１５及び音楽・振動マルチプレックス８１に対して、ハードディスクドライブ３１に格納され、ユーザにより選択された一の楽曲データを送信する。オーディオプレーヤ３０３は、更に、プレーヤドック３０１の振動変化点算出部１１に対して、振動変換帯域を示す信号を送信する。

　音楽・振動マルチプレックス８１は、受信された一の楽曲データ、及び振動信号生成部１４により生成された振動信号をマルチプレックスする。音楽・振動マルチプレックス８１は、音楽再生機能付き振動ユニット３０２の音楽・振動デマルチプレックス８２に対して、無線送信部７１及び無線受信部７２を介する無線通信によって、マルチプレックスされた一の楽曲データ及び振動信号を送信する。

　音楽・振動デマルチプレックス８２は、マルチプレックスされた一の楽曲データ及び振動信号を、一の楽曲データと振動信号とにデマルチプレックスする。音楽・振動デマルチプレックス８２は、電気－機械振動変換器４０に対して、振動信号を送信すると共に、出力端子６０に対して、一の楽曲データを送信する。

　尚、オーディオプレーヤ３０３及びプレーヤドック３０１間における通信は、有線通信に限らず無線通信であってもよい。

　＜第４実施例＞
　第４実施例に係る体感音響システムについて、図１１を参照して説明する。図１１は、第４実施例に係る音響体感システムの構成を示すブロック図である。尚、第１実施例と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ説明する。

　図１１において、体感音響システム４００は、振動信号生成装置１０、ユーザインターフェース部２０、電気－機械振動変換器４０及び入力端子（マイク　ＩＮ）９０を備えて構成されている。尚、体感音響システム４００の一具体例は、例えば補聴器等の聴覚障害者の補助機器である。

　第４実施例では、楽曲データに代えて音声データが、入力端子９０を介して、振動信号生成装置１０の信号入力部１５に入力される。また、ユーザにより、該ユーザが聞き取ることが難しい周波数帯域が、振動変換帯域として設定され、該設定された振動変換帯域を示す信号が、振動信号生成装置１０の振動変化点算出部１１に送信される。

　＜第５実施例＞
　第５実施例に係る体感音響システムについて、図１２を参照して説明する。図１２は、第５実施例に係る音響体感システムの構成を示すブロック図である。尚、第１実施例と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ説明する。

　図１２において、体感音響システム５００は、ネットワーク５０４を介して相互に接続された端末装置５０１、サーバ装置５０２及び振動ユニット５０３を備えて構成されている。

　端末装置５０１のインターフェース部２０は、通信部５１２、ネットワーク５０４及び通信部５２２を介して、サーバ装置５０２のハードディスクドライブ３１に格納されている一又は複数の楽曲データの一覧を示す楽曲情報を取得する。インターフェース部２０は、ユーザに対して、該取得された楽曲情報を表示する。

　インターフェース部２０は、楽曲情報により示された楽曲データのうち一の楽曲データを示す入力を受け付けた場合、サーバ装置５０２に対して、一の楽曲データを特定する楽曲特定信号を、通信部５１２、ネットワーク５０４及び通信部５２２を介して送信する。インターフェース部２０は、更に、サーバ装置５０２に対して、振動変換帯域を示す信号を送信する。

　サーバ装置５０２の制御部５２１は、端末装置５０１の再生部５１１に対して、受信された楽曲特定信号により特定される一の楽曲データを、通信部５２２、ネットワーク５０４及び通信部５１２を介して送信する。制御部５２１は、更に、振動信号生成装置１０に対して、一の楽曲データ及び振動変換帯域を示す信号を送信する。

　制御部５２１は、振動ユニット５０３の電気－機械振動変換部４０に対して、振動信号生成装置１０により生成された振動信号を、通信部５２２、ネットワーク５０４及び通信部５３１を介して送信する。

　本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う振動振幅値算出装置及び方法、振動信号生成装置、並びにコンピュータプログラムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

　１０…振動信号生成装置、１１…振動変化点算出部、１２…振動周波数算出部、１３…振動振幅値算出部、１４…振動信号生成部、１５…信号入力部、２０…ユーザインターフェース部、４０…電気－機械振動変換器、１００、２００、３００、４００、５００…体感音響システム

Claims

　可聴帯域内の周波数成分を含んでなる音響信号から、前記可聴帯域よりも狭い周波数帯域である振動変換帯域に対応する周波数成分である変換周波数成分を抽出し、夫々前記抽出された変換周波数成分の時間変動が所定条件を満たす時間軸上の点である複数の振動変化点を算出する振動変化点算出手段と、
　前記算出された複数の振動変化点のうち（ｉ）一の振動変化点から、前記一の振動変化点に隣接する他の振動変化点までの区間である第１区間、又は、（ｉｉ）夫々前記第１区間がＮ分割（Ｎは２以上の自然数）された区間である複数の第２区間の各々、に含まれる、前記音響信号、又は前記変換周波数成分のみからなる信号、である入力信号の振幅成分に応じて、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々における、前記音響信号に基づく振動信号の振幅値を算出する振幅値算出手段と、
　を備えることを特徴とする振動振幅値算出装置。
　前記振幅値算出手段は、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々に含まれる前記入力信号の振幅成分の平均振幅値を、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々における前記振動信号の振幅値として算出することを特徴とする請求項１に記載の振動振幅値算出装置。
　前記振幅値算出手段は、（ｉ）前記第１区間又は前記複数の第２区間各々に含まれる前記入力信号の振幅成分の平均振幅値を算出し、（ｉｉ）前記算出された平均振幅値に、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々における、前記音響信号の周波数パワーに対する前記変換周波数成分の周波数パワーの割合を、乗じた値を前記振動信号の振幅値として算出することを特徴とする請求項１に記載の振動振幅値算出装置。
　前記複数の第２区間の少なくとも一つは、前記第１区間に対応する前記振動信号の１周期以上であることを特徴とする請求項１に記載の振動振幅値算出装置。
　可聴帯域内の周波数成分を含んでなる音響信号から、前記可聴帯域よりも狭い周波数帯域である振動変換帯域に対応する周波数成分である変換周波数成分を抽出し、夫々前記抽出された変換周波数成分の時間変動が所定条件を満たす時間軸上の点である複数の振動変化点を算出する振動変化点算出工程と、
　前記算出された複数の振動変化点のうち（ｉ）一の振動変化点から、前記一の振動変化点に隣接する他の振動変化点までの区間である第１区間、又は、（ｉｉ）夫々前記第１区間がＮ分割（Ｎは２以上の自然数）された区間である複数の第２区間の各々、に含まれる、前記音響信号、又は前記変換周波数成分のみからなる信号、である入力信号の振幅成分に応じて、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々における、前記音響信号に基づく振動信号の振幅値を算出する振幅値算出工程と、
　を備えることを特徴とする振動振幅値算出方法。
　コンピュータを、
　可聴帯域内の周波数成分を含んでなる音響信号から、前記可聴帯域よりも狭い周波数帯域である振動変換帯域に対応する周波数成分である変換周波数成分を抽出し、夫々前記抽出された変換周波数成分の時間変動が所定条件を満たす時間軸上の点である複数の振動変化点を算出する振動変化点算出手段と、
　前記算出された複数の振動変化点のうち（ｉ）一の振動変化点から、前記一の振動変化点に隣接する他の振動変化点までの区間である第１区間、又は、（ｉｉ）夫々前記第１区間がＮ分割（Ｎは２以上の自然数）された区間である複数の第２区間の各々、に含まれる、前記音響信号、又は前記変換周波数成分のみからなる信号、である入力信号の振幅成分に応じて、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々における、前記音響信号に基づく振動信号の振幅値を算出する振幅値算出手段と、
　として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
　請求項６に記載のコンピュータプログラムを格納することを特徴とする記録媒体。
　可聴帯域内の周波数成分を含んでなる音響信号から、前記可聴帯域よりも狭い周波数帯域である振動変換帯域に対応する周波数成分である変換周波数成分を抽出し、夫々前記抽出された変換周波数成分の時間変動が所定条件を満たす時間軸上の点である複数の振動変化点を算出する振動変化点算出手段と、
　前記算出された複数の振動変化点のうち（ｉ）一の振動変化点から、前記一の振動変化点に隣接する他の振動変化点までの区間である第１区間、又は、（ｉｉ）夫々前記第１区間がＮ分割（Ｎは２以上の自然数）された区間である複数の第２区間の各々、に含まれる、前記音響信号、又は前記変換周波数成分のみからなる信号、である入力信号の振幅成分に応じて、前記第１区間又は前記複数の第２区間各々における、前記音響信号に基づく振動信号の振幅値を算出する振幅値算出手段と、
　前記算出された複数の振動変化点各々における前記音響信号の周波数成分を、前記振動変換帯域の最大周波数よりも低い最大周波数を有する周波数帯域である振動周波数帯域内に収まる周波数成分に変換する周波数変換手段と、
　前記算出された振幅値と、前記変換された周波数成分と、に基づいて前記振動信号を生成する振動信号生成手段と、
　を備えることを特徴とする振動信号生成装置。