WO2022254732A1 - 振動分配制御装置，振動分配制御プログラム及び振動分配制御方法 - Google Patents

振動分配制御装置，振動分配制御プログラム及び振動分配制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022254732A1
WO2022254732A1 PCT/JP2021/021464 JP2021021464W WO2022254732A1 WO 2022254732 A1 WO2022254732 A1 WO 2022254732A1 JP 2021021464 W JP2021021464 W JP 2021021464W WO 2022254732 A1 WO2022254732 A1 WO 2022254732A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vibration
signal
transducers
distribution control
perceptual
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/021464
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雅司 昆陽
匠馬 稲垣
大輝 菊池
公輔 山口
諭 田所
Original Assignee
国立大学法人東北大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立大学法人東北大学 filed Critical 国立大学法人東北大学
Priority to PCT/JP2021/021464 priority Critical patent/WO2022254732A1/ja
Priority to CN202180098926.7A priority patent/CN117413243A/zh
Priority to JP2023525348A priority patent/JPWO2022254732A1/ja
Publication of WO2022254732A1 publication Critical patent/WO2022254732A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means

Abstract

複数の振動子（３１）における振動を制御する振動分配制御装置であって、ある位置にある任意波形の振動源（Ｐ）に係る信号を所定時間毎に分割する時間分割制御部と、時間分割制御部によって分割された所定時間毎に、複数の振動子（３１）のそれぞれに対する振動源（Ｐ）との距離及び方位に応じて信号のエネルギーに対して所定の減衰式を適用すると共に信号のエネルギーを複数の振動子（３１）に分配して、信号を別の周波数をもつ波形に変換する制御部と、制御部による変換後の信号を出力して、変換後の信号から生成される出力振動を複数の振動子（３１）を用いてヒトに体感させる信号出力部と、を備える。

Description

振動分配制御装置，振動分配制御プログラム及び振動分配制御方法
　本明細書に記載する技術は、振動分配制御装置，振動分配制御プログラム及び振動分配制御方法に関する。
　振動子を用いて、数百Ｈｚの高周波まで含む幅広い周波数の振動を再現することで対象との衝突や、擦った際のリアルな触感を提示できることが知られている。
　一方、少ない振動子によって、人工現実感として、仮想的な位置の振動を体感させる技術が求められている。既存技術として、複数の振動子の強度差によって、身体上、あるいは、両手で把持する物体上に、振動源の存在を知覚させる現象としてファントムセンセーション（ＰＳ）が知られている。
　ＰＳの他に、振動子間の刺激時間差によって、振動源が動くような錯覚を与える仮現運動が知られている。
　仮現運動のような体感はＰＳの位置を動かすことによっても体感させることができる。
米国特許公報第９，８８０，６２１号 特開２０２１－６５８７２号公報
Israr, Ali & Poupyrev, Ivan.「Tactile Brush: Drawing on skin with a tactile grid display」Conference on Human Factors in Computing Systems - Proceedings. 2019-2028，２０１１年５月 Kim, Y., Lee, J. & Kim, G.J. 「Extending "out of the body" tactile phantom sensations to 2D and applying it to mobile interaction.」 Pers Ubiquit Comput 19, 1295-1311，２０１５年１２月 Syunsuke Tawa, Hikaru Nagano, Yuichi Tazaki & Yasuyoshi Yokokohji「Extended phantom sensation: vibrotactile-based movement sensation in the area outside the inter-stimulus」 Advanced Robotics, 35:5, 268-280，２０２１年３月
　しかしながら、従来のＰＳの生成手法では、振動子の強度差は、正弦波あるいは矩形波のような単純な振動波形（周波数と振幅とで表現できるもの）に対して実験的・経験的に提示位置に対する振幅比の関数を決めており、複数の周波数を含む任意の振動波形をもつ振動源を表現することができない。
　また、従来のＰＳは身体上に複数の振動子を接触させ、振動子間に振動を定位させるものがほとんどである。一部の研究では、振動子を結ぶ直線上で、振動子の外側に定位させることを報告しているが、振動子の外側で2次元あるいは3次元上に振動を定位させる技術は実現されていない。
　１つの側面では、本明細書に記載する技術は、ヒトに対して複数の周波数を含む任意の振動波形を特定の位置に存在するように提示し、体感のリアリティを向上させることを目的とする。
　１つの側面において、振動分配制御装置は、任意の位置に存在する振動源を複数の振動子によって生成する振動分配制御装置であって、前記振動源の振動波形から知覚インテンシティを算出する算出部と、前記振動源の方位及び配置位置に応じて前記知覚インテンシティを前記複数の振動子のそれぞれに分配する分配部と、前記分配部で分配された情報に基づいて、前記複数の振動子における振動を制御して出力する信号出力部と、を備える。
　１つの側面として、ヒトに対して複数の周波数を含む任意の振動波形を特定の位置に存在するように提示し、体感のリアリティを向上させることができる。
知覚インテンシティの分配処理を説明する図である。 （ａ）～（ｃ）は図１に示した知覚インテンシティの分配処理に用いるIntensity Segment Modulation（ＩＳＭ）処理を簡単に説明するグラフである。 図１に示した知覚インテンシティの分配処理における分配係数の算出例を説明する図である。 図１に示した知覚インテンシティの分配処理を説明するフローチャートである。 図１に示した知覚インテンシティの分配処理において複数の身体部位で独立の知覚原点を定める例を説明する図である。 （ａ）は図１に示した知覚インテンシティの分配処理において体表面で振動子を2次元配置する場合を説明する図であり、（ｂ）は図１に示した知覚インテンシティの分配処理において体表面で振動子を円周上に配置する場合を説明する図である。 図１に示した知覚インテンシティの分配処理において身体上に知覚原点を２つ設ける場合を説明する図である。 （ａ）は従来のＰＳ方式において直線上に振動子を配置した例を説明する図であり、（ｂ）は従来のＰＳ方式において円周上に振動子を配置した例を説明する図である。 図１に示した知覚インテンシティの分配処理においてＰＳを人工振動源にして、別のＰＳを生成する例を説明する図である。 知覚インテンシティの分配処理を床設置型振動装置及び着衣型振動装置に適用する例を示す図である。 知覚原点を１つ設けた場合の知覚インテンシティの分配処理をリストバンド型振動装置及びゲーム用コントローラに適用する例を示す図である。 知覚原点を２つ設けた場合の知覚インテンシティの分配処理をリストバンド型振動装置及びゲーム用コントローラに適用する例を示す図である。 外界拡張現実（ＡＲ）の知覚インテンシティの分配処理をリストバンド型振動装置及びスマートフォンに適用する例を示す図である。 身体上の知覚インテンシティの分配処理をリストバンド型振動装置及びスマートフォンに適用する例を示す図である。 知覚インテンシティの分配処理をスピーカ及び表示装置に統合させる場合の例を示す図である。 （ａ）は方位感及び振動強度の確認実験における基準刺激を説明する図であり、（ｂ）は方位感及び振動強度の確認実験における知覚方位の回答方法を説明する図である。 方位感及び振動強度の確認実験における振動子と振動源との配置関係を説明する図である。 （ａ）は方位感及び振動強度の確認実験における方向の回答結果を示すグラフであり、（ｂ）は当該確認実験における強度の回答結果を示すグラフである。 身体上のＰＳを知覚インテンシティで制御する実験における振動子と振動源との配置関係を説明する図である。 （ａ）は身体上のＰＳを知覚インテンシティで制御する実験におけるＩＳＭ変換前の提示刺激を例示するグラフであり、（ｂ）は当該実験における振動子V1への刺激を例示するグラフであり、（ｃ）は当該実験における振動子V2への刺激を例示するグラフである。 身体上のＰＳを知覚インテンシティで制御する実験の結果を示すグラフである。 実施形態としての振動発生システムの構成例を模式的に示すブロック図である。 ヒトによる振動の弁別可能性を示すグラフである。 図２３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。 図２２に示した振動分配制御装置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。 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。 補正エネルギーの計算に用いられる指数閾値bを表すグラフである。 図２２に示した振動分配制御装置における窓関数の利用を説明する図である。 図２２に示した振動分配制御装置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。 図２２に示した振動分配制御装置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。 図２２に示した振動分配制御装置におけるＩＳＭ部の機能構成例を説明するブロック図である。 図２２に示した振動分配制御装置における振動波形の生成処理の第１の実施例を説明するブロック図である。 図３１に示したエネルギー制御処理の詳細を説明するブロック図である。 図２２に示した振動分配制御装置における振動波形の生成処理の第２の実施例として、図３１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説明するブロック図である。 （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。 （ａ）～（ｃ）は音源から３０００Ｈｚ以上の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。 （ａ）～（ｃ）は音源から３０００Ｈｚ以上の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。 （ａ）～（ｃ）は音源から１０００Ｈｚ以下の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３１に示したエネルギー制御処理の第１変形例を説明するブロック図である。 図３１に示したエネルギー制御処理の第２変形例を説明するブロック図である。 図３１に示したエネルギー合成処理の詳細を説明するブロック図である。 図３１に示した補正した振動波形の生成処理の詳細を説明するブロック図である。 図２２に示した振動発生システムにおいて複数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。 図２２に示した振動発生システム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。
　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。
　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。
　〔Ａ〕実施形態
　〔Ａ－１〕知覚インテンシティの分配処理
　図１は、知覚インテンシティの分配処理を説明する図である。
　本実施形態では、任意の振動波形からヒトのインテンシティ知覚モデルに基づき、知覚インテンシティを算出する。知覚インテンシティに置き換えることで、任意波形に対して、本来ヒトが知覚する体感量を算出したり、調整したりすることが可能になる。
　知覚インテンシティを、複数の振動子に配分し、知覚インテンシティの総和が保たれるように、振動子３１を駆動することで、表現したい振動源の体感を生成する。
　この際、各振動子３１が提示する知覚インテンシティの比率を、定位させたい位置に応じて配分することで、振動源の方向性や距離を表現することができる。
　定位させる場所は、身体の外側の任意の位置でもよいし、腕の周りなどの身体上あるいは、腕のすぐ上などの身体上近傍でもよい。
　身体に接した２個以上の複数（図１に示す例では４つ）の振動子３１を用いて、任意の波形をもつ振動源が発する振動によって得られる体感を、振動源の方位と距離を人工現実感として感じさせるように、振動が生成される。
　任意の波形をもつ振動源の体感は、ヒトが知覚する知覚インテンシティに基づき算出される。振動源からの距離感は、距離に応じた減衰式を用いて知覚インテンシティを減衰させることにより表現されてよい。振動源の方位感は、知覚インテンシティに適切な分配係数を掛けて各振動子３１に分配することによって表現されてよい。
　距離減衰式および分配係数は、複数の振動子３１の幾何的配置によって定まる知覚原点と振動源との距離および方位角に応じて、それぞれ定められてよい。振動源は、身体の外側に存在するように体感させてよい。また、振動源は、身体表面あるいは身体内に存在するように体感させてもよい。
　任意位置の振動源の振動波形から、ヒトが知覚する知覚インテンシティが算出される。これにより複数の周波数を含む任意の波形を体感せることが可能になる。
　身体上に複数の振動子を配置し、複数の振動子３１によって得られる振動像の中心位置を知覚原点として定める。すべての振動子３１を同じ知覚インテンシティで駆動した際に知覚される振動像の位置を知覚原点として定めてもよい。また、知覚原点に強度の影響や個人差がある場合は、代表的な位置を定めてもよい。
　振動源から知覚原点までの距離に応じて減衰する距離減衰式を用いて、知覚原点における知覚インテンシティを算出する。このとき、距離減衰式を適切に設定することで、振動伝播経路の物理的性質と距離感を体感させることができる。なお、振動伝播経路の物理的性質（別言すれば、物理特性）としては、例えば、地面の硬さや材質や、空中や水中の伝播特性がある。
　振動源の方位と各振動子３１の配置位置とに基づいて適切に定められる各振動子３１の分配係数を用いて、知覚原点において算出した知覚インテンシティを各振動子３１に分配する。これにより、知覚原点の知覚インテンシティを振動源の方位に存在するように体感させることができる。このとき、分配係数の総和を一定に保つことにより、方位によらず知覚原点における知覚インテンシティと同じ大きさの体感を与えることができる。
　図１において、k (k = 1, 2, … , N)は振動子３１の番号を示し、k番目の振動子３１はVkで示される。pは知覚原点Oから振動源Pへのベクトルであり、qkは知覚原点Oからk番目の振動子Vkへのベクトルである。αkは振動源へのベクトルpとk番目の振動子へのベクトルqkがなす角である。知覚原点Oから振動源Pまでの距離はr=||p||で表される。振動源がもつ知覚インテンシティがIoであり、知覚原点に伝わる知覚インテンシティがIであり、距離減衰式がd(r)であるとき、I=d(r)Ioが成り立つ。また、各振動子３１が生成する知覚インテンシティがIkであり、分配係数がgkであるとき、Ik=gkIが成り立つ。ただし、Σgk=1である。分配係数gkの総和を１とすることで、知覚インテンシティIと等しい体感の大きさを、複数の振動子３１を用いても維持することができる。なお、分配係数gkの値は、振動子３１毎に補正してもよい。
　振動源Pの振動波形から、ヒトが知覚する知覚インテンシティIoが求められる。この知覚インテンシティの算出には図２等を用いて後述するＩＳＭが用いられてよい。
　ヒトの１００Ｈｚ程度以上の高周波の振動波形を知覚するパチニ小体は、波形そのものを区別することができず、一般に振動のエネルギーを知覚する。このヒトが知覚する高周波振動のエネルギー量を知覚インテンシティと定義する。知覚インテンシティは、簡易的には、信号の振動振幅の2乗に比例する量として求めることができる。他にも、利用する振動波形の振幅に対する主観的強度をあらかじめ実験により求めておき、知覚インテンシティの代わりに用いてもよい。
　より正確な知覚インテンシティは、周波数依存性をもち、次式により算出される。なお、Aは振幅であり、Tfは周波数fにおける振幅閾値であり、bfは周波数fに依存する指数値である。知覚インテンシティの算出は、以下の数１に限られなくてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　知覚インテンシティは、任意の振動波形に対して、一定周期で時間分割しながら求めてもよい。上記、知覚インテンシティを用いる場合は、分割した信号に対して、フーリエ変換やウェーブレット解析、経験的モード分解などにより、波形の周波数を推定する必要がある。複数の周波数を有する場合は、それぞれの周波数成分に対して知覚インテンシティを求め、それらの合計により知覚インテンシティを求めることができる。知覚インテンシティは、提示したい振動源の内容に応じて強調処理を行ってもよい。
　さらに、ヒトは知覚インテンシティが同じ場合でも、知覚インテンシティが８０Ｈｚ程度以下で変動している場合は、その変動情報を手がかりに区別することが可能である。この点を考慮すると、知覚インテンシティを時間分割で算出する場合は、少なくとも、８０Ｈｚまでの知覚インテンシティの変動を維持する必要がある。これを実現するためには、少なくとも８０Ｈｚよりも大きい周波数で時間分割して、知覚インテンシティを求めることが望ましい。
　図２の（ａ）～（ｃ）は、図１に示した知覚インテンシティの分配処理に用いるＩＳＭ処理を簡単に説明するグラフである。
　ＩＳＭは、高周波振動の触感を維持して低周波に変調する手法である。図２の（ａ）に示す元の信号が変換されて、図２の（ｂ）に示すセグメントごとの振動インテンシティが計算される。そして、振動インテンシティを維持して、図２の（ｃ）に示す変換後の波形が生成される。
　図２において、変換前は４００～６００Ｈｚの振動であるのに対して変換後は２００Ｈｚの波形であるが、変換後の波形としては任意の周波数を選択可能である。
　高周波成分信号の生成において、分配した知覚インテンシティと等価となる振動波形が生成される。簡易的には、各振動子３１の波形は同じ周波数をもつため、分配係数から求めるゲイン値を元波形に乗じて駆動してもよい（後述する低周波数成分と同じ方法）。しかし、一般に、触覚用の振動子３１は、応答周波数帯域が狭く、任意の振動波形をそのまま生成することが困難である。また、音響信号を振動源の波形として利用する場合、可聴域の周波数を含むため、振動子３１で駆動すると騒音が発生する問題がある。
　そこで、分配された知覚インテンシティIk を生成するように、適切なキャリア周波数をもつ振幅変調波に変換する。これにより、生成する信号のキャリア周波数が1つになる。キャリア周波数は、振動子の周波数応答特性に合わせて選定することができる。キャリア周波数は、ヒトの高周波振動の知覚特性を考慮すると、１５０～４００Ｈｚの範囲が適切である。
　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。
　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間分割し、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。
　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。
　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。
　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。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、時間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。
　図３は、図１に示した知覚インテンシティの分配処理における分配係数の算出例を説明する図である。
　知覚インテンシティの配分係数gkは知覚原点からの振動源の方位角（θ, φ）に基づいて決めてもよい。知覚原点O から振動源 P へのベクトルをp，k 番目の振動子Vk へのベクトルをqk とし、２つのベクトルがなす角度をαk とする。このとき、振動子Vkの分配係数gkはαk = 0において最大，αk = π において最小となることから、各振動子３１の出力率Rk は三角関数 cos αkを用いて以下のように設定できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、g0は知覚インテンシティの最小値を調整する定数である。このとき、配分係数は、全振動子の出力率の和で正規化することにより、以下の式で求まる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　cos αkは，２つのベクトルp , qk の内積を用いて次式で求まる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　図３のように、振動子Vkの方位角をθk，仰角をφk，振動源の方位角をθ，仰角をφとすると、cos αkは以下のように求まる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　振動源から知覚原点に伝わる最小の知覚インテンシティをIminとするとき、各振動子３１に分配された知覚インテンシティが、ヒトの知覚閾を下回ると、適切なインテンシティ配分比を体感させることができなくなる。そこで、各振動子３１の出力比 Rk を求める際に、最小インテンシティを調整する定数g0を定める。各振動子３１における最小のインテンシティImin kが知覚閾以上である条件は、知覚インテンシティの定義より、振動振幅Aが知覚閾値Tfと等しいときに I = 1 となることから、以下の条件が満たされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　よってg0が満たす最小条件は次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　図４は、図１に示した知覚インテンシティの分配処理を説明するフローチャートである。
　振動源の振動波形y(t)は、Low Pass Filter（ＬＰＦ）に入力されて低周波成分ylow(t)が出力される（ステップＳ１１１）。ＬＰＦのカットオフ周波数は、８０～４００Ｈｚ程度であってよい。
　また、振動源の振動波形y(t)は、High Pass Filter（ＨＰＦ）にも入力されて高周波成分yhigh (t) が出力される（ステップＳ１１２）。
　高周波成分yhigh (t) から振動源のインテンシティIoが算出される（ステップＳ１１３）。
　振動源のインテンシティIoと振動源との距離rとに基づき、知覚原点のインテンシティIが算出される（ステップＳ１１４）。
　知覚原点のインテンシティIと振動源の方位（θ, φ）とに基づき、分配係数gkによる分配が行われる（ステップＳ１１５）。
　分配係数gkと低周波成分ylow (t) とに基づき、ゲインhkが算出される（ステップＳ１１６）。
　分配係数gkに応じたインテンシティIkに基づき、等価インテンシティをもつ振動Hk(t)が生成される（ステップＳ１１７）。
　高周波の振動Hk(t)とゲインhkに応じた低周波の振動Lk(t)とに基づき、波形が合成されて各振動子３１の駆動波形Sk(t)が生成される（ステップＳ１１８）。
　低周波成分は元波形の振幅にゲインhkをかけて出力する。hkはインテンシティ分配で用いた分配係数gkに基づいて決めてもよい。
　hkは分配係数gkをそのままゲイン値として用いて、振幅の合計値が元の振幅に等しくなるように設定されてよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　hkは分配係数gkを用いて振幅の二乗和が元の振幅の二乗に等しくなるように設定されてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　エネルギーの拡散により振幅が減少することが知られている。幾何減衰を振幅で表すと次式のようになる。ここで、Aは知覚原点での振幅、A0は振動源での振幅、nは波の種類によって決定される幾何減衰定数である。例えば、nの値は、表面波（レイリー波）の場合、n = 0.5 となることが知られている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　また、振幅をインテンシティに変換すると次式が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　上述の幾何減衰に加え、振動が伝播した際に粒子同士が摩擦を起こすことでエネルギーが吸収される内部減衰が知られる。振幅で幾何減衰と内部減衰を次式で表す。ここでαは伝播する材質と周波数に依存する内部減衰定数である。例えば、５０Ｈｚのときに、柔らかい地面ではa = 0.1~0.3であり、硬い地面ではa = 0.003 ~0.03である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　また、振幅をインテンシティに変換すると次式が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　図５は、図１に示した知覚インテンシティの分配処理において複数の身体部位で独立の知覚原点を定める例を説明する図である。
　離れた身体部位に振動子３１を配置する場合は、それぞれの身体部位ごとに２つ以上の振動子３１を配置し、それぞれの領域ごとに独立した知覚原点を定めてもよい。
　予め多数の振動子３１を配置しておき、身体との接触状態や振動源の位置に応じて、振動させる振動子３１の組み合わせ及び知覚原点が定められてよい。例えば、床一面に振動子３１が内蔵されたタイルを敷き詰めておき、身体との接触箇所が検出され、接触箇所が検出される都度、振動させる振動子３１の組み合わせが動的に組み替えられてよい。
　複数の身体部位に分ける場合は、各身体部位が接する振動媒体の性質に応じて、それぞれ異なる距離減衰式を用いてもよい。例えば、床に接する足部（図５の身体部位＃２）と、空気に接する胸部（図５の身体部位＃１）に分ける場合、床上の振動源は、足部には伝わり易く、胸部部には伝わりづらいことから、足部の距離減衰式はより小さくなるように設定することができる．典型的に利用される身体部位は、左右の足裏臀部および背中下部，胸部および背中上部，掌および手首，左右前腕，頭部などであるが、これに限らない。
　図６の（ａ）は図１に示した知覚インテンシティの分配処理において体表面で振動子を2次元配置する場合を説明する図であり、（ｂ）は図１に示した知覚インテンシティの分配処理において体表面で振動子を円周上に配置する場合を説明する図である。
　図６の（ａ）においては、身体部位の体表面を振動源が移動するような体感を生成することができる。振動源は、振動子３１間の内側に存在してもよい。
　図６の（ｂ）においては、振動源は、身体部位の体表面以外にも、体内部を移動するような体感を生成することができる。
　図７は、図１に示した知覚インテンシティの分配処理において身体上に知覚原点を２つ設ける場合を説明する図である。
　図７においては、図面左側の円周上の４つの振動子３１で１つ目の知覚原点＃１を構成し、図面右側の円周状の４つの振動子３１で２つ目の知覚原点＃２を構成し、それぞれの知覚原点から振動源へのベクトルを求める方式が示されている。なお、８つの振動子３１の距離が近ければ、中央付近に１つの知覚原点を設けてもよい。
　図８の（ａ）はＰＳ方式において直線上に振動子３１を配置した例を説明する図であり、（ｂ）はＰＳ方式において円周上に振動子３１を配置した例を説明する図である。図８の（ａ）及び（ｂ）では、振動源が２つの振動子３１を結ぶ直線上あるいは円周上にある。
　図８の（ａ），（ｂ）においては、分配係数を２つの振動子３１（V1,V2）の距離の内分比 β :1- βにより決定する。分配係数は、内分比の指数関数により表してもよい。
　振動源が２つの振動子３１を結ぶ直線上あるいは円周上にあるときは、知覚原点から振動源および振動子３１へのベクトルがなす角が０になり分配係数を求めることができない。この場合は，振動子３１と振動源と振動子３１の距離の比率に基づいて分配係数を決定してよい。
　図９は、図１に示した知覚インテンシティの分配処理においてＰＳを仮想振動源にして、別のＰＳを生成する例を説明する図である。
　図９においては、振動子３１（V1，V2）の間に、距離の内分比 β1:1- β1の位置に仮想振動源Vaを生成するように振動子V1, V2の分配係数を決定する。分配係数は指数関数により補正してもよい。同じく、振動子V5, V6の間にも仮想振動源 Vbを生成する。２つの仮想振動源 Va, Vbを用いて、Va, Vbを結ぶ直線上に、距離の内分比 β:1- βに基づいて、提示する振動源を生成する。上記４つの振動子３１の分配係数の総和は一定になるように設定する。
　振動子V1, V2の分配係数と知覚インテンシティの算出式は例えば以下で表される。γは内分比βから分配係数を求めるための指数値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　図１０は、知覚インテンシティの分配処理を床設置型振動装置１０１及び着衣型振動装置１０２に適用する例を示す図である。
　図１０においては、ＶＲゴーグル等の表示装置３３による視覚提示と、ヘッドフォン３２による立体音響と、床設置型振動装置１０１および着衣型振動装置１０２とを組み合わせた例が示されている。
　床設置型振動装置１０１の振動子３１（図では４つ）から知覚原点＃１を構成する。着衣型振動装置１０２の振動子３１（図では４つ）から知覚原点＃２を構成する。なお、以下の図１０～図１５においては、符号３１の表示は省略している。
　振動源＃１は、床の衝突を表しており、振動源＃１の知覚インテンシティは知覚原点＃１に主に伝達し、知覚原点＃２への伝達は相対的に小さくする。これには、振動源＃１から知覚原点＃１への距離減衰式の減衰効果を小さくし、振動源＃１から知覚原点＃２への距離減衰式の減衰効果を相対的に大きくすることで、実現される。
　振動源＃２は、空中に浮遊する振動源を表しており、振動源＃２の知覚インテンシティは知覚原点＃２に主に伝達する。これには、振動源＃２から知覚原点＃２への距離減衰式の減衰効果を小さくし、振動源＃２から知覚原点＃１への距離減衰式の減衰効果を相対的に大きくすることで、実現される。
　図１１は、知覚原点を１つ設けた場合の知覚インテンシティの分配処理をリストバンド型振動装置１０３及びゲーム用コントローラ１０４に適用する例を示す図である。
　図１１においては、両手で把持するゲーム用コントローラ１０４の振動子３１と、リストバンド型振動装置１０３を組み合わせて、外界の振動源を定位させる例が示されている。左手にリストバンド型振動装置＃１を、右手にリストバンド型振動装置＃２を、装着する。この例では、それぞれのリストバンド型振動装置１０３に４つの振動子３１がリング状に配置されて内蔵されている。ゲーム用コントローラ１０４は左右に２つの振動子３１を内蔵している。ゲーム用コントローラ１０４と2つのリストバンド型振動装置１０３はBluetooth（登録商標）などで無線通信し、すべての振動子３１は同期して駆動する。
　ゲーム用コントローラ１０４及び２つのリストバンド型振動装置１０３のすべての振動子３１から、知覚原点を構成する。
　知覚原点から振動源の方位ベクトルの方位と、各振動子３１へのベクトルの方位に従い、知覚インテンシティの配分係数を求めることで、外界の振動源を定位させることができる。
　図１２は、知覚原点を２つ設けた場合の知覚インテンシティの分配処理をリストバンド型振動装置１０３及びゲーム用コントローラ１０４に適用する例を示す図である。
　図１２においては、ゲーム用コントローラ１０４の左側の振動子３１と、左手のリストバンド型振動装置１０３（＃１）の振動子３１で、知覚原点＃１を構成し、振動源＃１を定位させる。また、ゲーム用コントローラ１０４の右側の振動子３１と、右手のリストバンド型振動装置１０３（＃２）の振動子３１で、知覚原点＃２を構成し、振動源＃２を定位させる。このようにすると、左右の手に、独立に振動源を体感させることができる。
　この例では、左右それぞれの振動源を経路＃１および経路＃２に示すように、腕の内部から、手の前方へ貫通するように振動源を移動させることで、体内から振動源が射出されたような体感を表現することができる。射出のタイミングは、ゲーム用コントローラ１０４の左右のボタン操作と同期して、左右独立に体感を生成してもよい。
　図１３は、外界ＡＲの知覚インテンシティの分配処理をリストバンド型振動装置１０３及びスマートフォン１０５に適用する例を示す図である。
　図１３においては、スマートフォン１０５とリストバンド型振動装置１０３とを組み合わせて、外界を体感させるＡＲシステムの構成例が示されている。ユーザが把持可能なスマートフォン１０５に搭載するＧＰＳ，地磁気センサ，慣性センサ等を用いて、カメラで撮影する位置，方位を特定し、カメラで撮影した実環境にキャラクタ等をスマートフォン１０５の画面に重畳表示する。スマートフォン１０５とリストバンド型振動装置１０３は、Bluetoothなどで無線通信し、すべての振動子３１は同期して駆動する。
　スマートフォン１０５の振動子３１（１つ）と、リストバンド型振動装置１０３の振動子３１（図の例では４つ）から、知覚原点を構成する。
　実世界にマッピングするキャラクタの位置を振動源の位置と一致させることにより、カメラにキャラクタが写らないときも、体感により、キャラクタの方位と距離やキャラクタの動きによる体感情報を提示し、キャラクタの実在感を強調することができる。
　図１４は、身体上の知覚インテンシティの分配処理をリストバンド型振動装置１０３及びスマートフォン１０５に適用する例を示す図である。
　図１４においては、スマートフォン１０５とリストバンド型振動装置１０３とを組み合わせて、振動源が身体上を通過するように体感させる例が示されている。
　振動源＃１は、経路＃１を通るように移動させる。この例では、外界からスマートフォン１０５を経由して、自らの身体に振動源が取り込まれたような体感を提示する。振動源＃２は、経路＃２を通るように移動させる。この例では、振動源が腕の周り近傍を周回するような体感を与えることができる。これによりスマートフォン１０５の操作や映像に同期した体感をリストバンド型振動装置１０３と連動して体感させることができる。
　図１０～図１４において、振動源は、人工的な物体の振動により決められてもよいし、現実の物体の収録された振動によって決められてもよい。振動源が人工的な物体の振動により決められる際には、ユーザが視聴する映像等にあせて振動源が決められ、振動源に応じて知覚インテンシティが各振動子３１に分配されてよい。一方、振動源が現実の物体の収録された振動により決められる際には、例えばボールの床面への衝突によって振動源が決められ、振動源に応じて知覚インテンシティが各振動子３１に強調されて分配されてもよい。
　図１５は、知覚インテンシティの分配処理をスピーカ３２及び表示装置３３に統合させる場合の例を示す図である。
　図１５においては、映像スクリーン等の表示装置３３と立体音響スピーカシステム等のスピーカ３２と、背面，座面，床面のそれぞれの振動装置１０６～１０８から構成するシステムが示されている。立体音響で定位させる音源位置と、振動源位置を一致させることで、コンテンツの定位感を向上させ、体感の臨場感を向上させることができる。また、スクリーン外に振動源を定位させることで、映像スクリーンに現れない対象物の存在を知覚させることができる。更に、特定の対象の音響情報を振動源として定位させる、あるいは複数の対象を個別に振動源として定位させることで、対象の実在感を個別に体感させることができる。例えば、ライブ映像などで、各楽器の位置に応じて振動源を設定し、各楽器の音響信号から個別に知覚インテンシティを算出して、それぞれの振動源位置に定位させてよい。
　図１６の（ａ）は方位感及び振動強度の確認実験における基準刺激を説明する図であり、（ｂ）は方位感及び振動強度の確認実験における知覚方位の回答方法を説明する図である。
　方位感及び振動強度の確認実験では、体外で生じた振動源を、４つの振動子３１により、振動が地面から足裏へ伝わる感覚として提示したときの、方位感と振動強度を調査する。
　実験は下記の手順で行われた。
1. 基準刺激（図１６の（ａ）参照）とテスト刺激を提示
2. 知覚された強度を回答させる
3. 1と同じテスト刺激を提示
4. 知覚された方向を回答させる
　被験者は、強度は基準刺激を10として2倍の強さであれば20、半分の強さであれば5という基準で、自由に整数で回答する。方向は図１６の（ｂ）を参照し、0~15の数字で回答する。
　実験条件として、テスト刺激の強度は一定とし、8方向（0~315°,45°刻み）の8条件を提示した。被験者は成人男性5名であり、試行回数は50試行（8条件×6＋振幅2倍のダミー刺激×2）とした。
　図１７は、方位感及び振動強度の確認実験における振動子３１と振動源との配置関係を説明する図である。
　図１７に示すように、知覚原点を中心とする２次元の座標軸平面上の４つの象限に振動子３１（V1~V4）をそれぞれ１つずつ配置した。振動子V1,V2に左足を載せ、振動子V3, V4に右足を載せさせた。知覚原点から振動源への方向をθとして、知覚原点から振動子Vkへの方向をθkとした。
　図１８の（ａ）は方位感及び振動強度の確認実験における方向の回答結果を示すグラフであり、（ｂ）は当該確認実験における強度の回答結果を示すグラフである。
　図１８の（ａ）に示す方向の回答結果では、意図した提示方向のとおり回答されていることが分かる。方向による依存性が認められる可能性がある。例えば、つま先又は踵の方向である縦方向（0°，180°）からの振動についての分散が小さく、縦方向の識別がより容易であったことが示されている。
　図１８の（ｂ）に示す強度の回答結果では、方位に依存せずほぼ一定の強度を提示できることを示している。この実験結果では、全体的に基準刺激（10）よりも高めの強度が回答されているが、ＩＳＭで周波数を変換した際の振動子の周波数特性が考慮されていないことが原因であると考えられる。
　図１９は、身体上のＰＳを知覚インテンシティで制御する実験における振動子３１と振動源との配置関係を説明する図である。
　図１９に示す実験では、前腕の体表面上で、２つの振動子３１による任意の振動が移動しながら伝わる感覚を提示した。
　ＰＳ生起のために各振動子３１で強度比を決定する。分配係数gkの決定式は以下の通りである。βは提示する振動源位置の内分比 (0 ≦ β ≦1)であり、γは分配係数を補正する指数係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　振動源で提示する知覚インテンシティをIとすると、振動子V1, V2に配分する知覚インテンシティはI1= g1 I, I2 = g2 Iとなる。
　図２０の（ａ）は身体上のＰＳを知覚インテンシティで制御する実験におけるＩＳＭ変換前の提示刺激を例示するグラフであり、（ｂ）は当該実験における振動子V1への刺激を例示するグラフであり、（ｃ）は当該実験における振動子V2への刺激を例示するグラフである。
　知覚強度が一定となるようなγを同定するために、実験は下記の手順で行われた。
1. ２つのバイブレータの強度が同じになるように調整する
2. β = 0, 0.5, 1の順番で刺激提示
3. ３つの刺激強度が等しいかどうかを回答させる
4. γを変更してこれを繰り返し，階段法により同定
　図２０の（ａ）に示すＩＳＭ変換前の提示刺激に対して、β=0.25, γ=1のときに、図２０の（ｂ）に示す振動子V1への刺激と、図２０の（ｃ）に示す振動子V２への刺激とが提示される。
　図２１は、身体上のＰＳを知覚インテンシティで制御する実験の結果を示すグラフである。
　４人の被験者はγが0.6～0.8程度のとき、刺激の知覚強度が多くの被験者で一定に感じられた。振動子３１間距離dによらずに一定のパラメータで知覚強度を均一化できることが示唆された。また、γの同定後に改めて５点（β = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1）の刺激を与えたところ、刺激の提示位置が等間隔に移動していると考えても違和感がないという回答を得られた。
　〔Ａ－２〕振動発生システム
　図２２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。
　振動発生システム１００は、振動分配制御装置１，Digital Analog Converter（ＤＡＣ）２，ｎ個の振動子３１（＃１～＃ｎ），スピーカ／ヘッドフォン３２及び表示装置３３を備える。振動子３１は異なる種類を組み合わせても良い。
　ＤＡＣ２は、Universal Serial Bus（ＵＳＢ）オーディオと称されてもよく、振動分配制御装置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振動子３１及びスピーカ／ヘッドフォン３２に出力する。なお、ＤＡＣ２の後段には、振動子３１及びスピーカ／ヘッドフォン３２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。
　表示装置３３は、液晶ディスプレイやOrganic Light-Emitting Diode（ＯＬＥＤ）ディスプレイ，Cathode Ray Tube（ＣＲＴ），電子ペーパーディスプレイ等であり、振動分配制御装置１から出力されたヒトに対する各種コンテンツを表示する。
　振動分配制御装置１は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）１１，メモリ１２及び記憶装置１３を備える。
　本実施形態の一例における振動分配制御装置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分配制御装置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。
　また、本実施形態の一例における振動分配制御装置１は、物体が環境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。物体が環境に接触した際の振動を伝達することで、物体と環境との衝突の強さや摩擦の状況を把握することができる。物体が金属製のツールなどの場合は、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分配制御装置１では、出力信号の周波数帯を変調する。
　更に、本実施形態の一例における振動分配制御装置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。
　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。
　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２２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。
　ＣＰＵ１１は、コンピュータの一例であり、例示的に、振動分配制御装置１全体の動作を制御する。振動分配制御装置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、振動分配制御装置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。
　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。
　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。別言すれば、時間分割制御部１１２は、ある位置にある任意波形の振動源に係る信号を所定時間毎に分割する。
　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。別言すれば、エネルギー制御部１１３は、振動源の振動波形から知覚インテンシティを算出する算出部の一例として機能すると共に、振動源の方位及び配置位置に応じて知覚インテンシティを複数の振動子３１のそれぞれに分配する分配部の一例として機能する。
　エネルギー制御部１１３は、複数の振動子３１によって得られる振動像に依拠して求められる知覚原点と、振動源との距離に応じて減衰する情報とを用いて、知覚原点における知覚インテンシティを算出してよい。エネルギー制御部１１３は、方位及び配置位置に基づいて決まる分配係数を用いて、知覚原点において算出した知覚インテンシティを複数の振動子３１のそれぞれに分配する。
　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前記所定時間毎に、複数の振動子のそれぞれに対する振動源との距離及び方位に応じて信号のエネルギーに対して所定の減衰式を適用すると共に信号のエネルギーを複数の振動子に分配して、信号を別の周波数をもつ波形に変換してよい。
　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。別言すれば、信号出力部１１４は、エネルギー制御部１１３による変換後の信号を出力して、変換後の信号から生成される出力振動を複数の振動子を用いてヒトに体感させる。
　信号出力部１１４は、ヒトの身体の表面上又は内部における位置で発生する振動源に関する出力振動を出力してよい。また、信号出力部１１４は、ヒトの身体から離隔した位置で発生する振動源に関する出力振動を出力してよい。
　信号出力部１１４は、立体音響と組み合わせて、出力振動をヒトに体感させてよい。また、信号出力部１１４は、複数の位置に定位する音源を有する立体音響について、それぞれの音源の位置に応じて、出力振動をヒトに体感させてよい。更に、信号出力部１１４は、立体視覚装置と組み合わせて、出力振動をヒトに体感させてよい。
　信号出力部１１４は、３次元位置の振動源を、２次元に配置された３つ以上の振動子と、立体音響又は映像と組み合わせることで、３次元の振動定位感を補強し、又は、立体音響又は映像の定位感を補強して、出力振動をヒトに体感させてよい。また、信号出力部１１４は、３次元位置の振動源を、３次元に配置された３つ以上の振動子と、立体音響又は映像と組み合わせることで、３次元の振動定位感を補強し、又は、立体音響又は映像の定位感を補強して、出力振動をヒトに体感させてよい。
　〔Ａ－３〕ＩＳＭ
　図２３は、ヒトによる振動の弁別可能性を示すグラフである（Nan Cao, Masashi Konyo, Hikaru Nagano and Satoshi Tadokoro, "Dependence of the Perceptual Discrimination of High-Frequency Vibrations on the Envelope and Intensity of Waveforms," IEEE Access, vol. 7, pp. 20840-20849, February. 2019より引用した）。図２４は、図２３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。
　従来から知られている振動エネルギーモデルを前提とし、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２３に示すグラフが得られる。図２４の符号Ｂ１と符号Ｂ２とは同じ波形を示しており、図２４の符号Ｂ３は異なる波形を示している。被験者に対して、図２４の符号Ｂ１及びＢ２に示す一定振幅振動と符号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２３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。
　図２３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。
　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。
　図２５は、図２２に示した振動分配制御装置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。
　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。
　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、振動を時間分割し、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。
　図２５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。
　時間分割の幅（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 　Aは、分離された基底信号gkの振幅である。Tfは、振幅閾値であり、周波数fの信号においてヒトが感じられる最小の振幅である。bfは、指数値であり、周波数fの信号における非線形特性である。
　図２６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。
　図２６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。
　図２７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。
　図２７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。
　図２８は、図２２に示した振動分配制御装置１における窓関数の利用を説明する図である。
　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。
　図２９は、図２２に示した振動分配制御装置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。
　図２８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。
　図３０は、図２２に示した振動分配制御装置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。
　図３０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。
　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。
　図３１は、図２２に示した振動分配制御装置１におけるＩＳＭ部１０００の機能構成例を説明するブロック図である。
　ＩＳＭ部１０００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１０００によって、振動子３１による１００Ｈｚ程度以上の高周波成分を含む振動を信号によって制御する。本発明の１００Ｈｚ以上の高周波成分を含む振動を制御する手法を総称してＩＳＭと呼ぶ。
　時間分割制御部１１２は、１００Ｈｚ程度以上の高周波成分を含む振動の信号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。
　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。
　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。
　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。
　図２２に示した振動分配制御装置１における振動波形の生成処理の第１の実施例を、図３２に示すブロック図（ステップＳ１～Ｓ７）に従って説明する。
　図３２に示す信号除去部１１１ａ及び低域通過濾波器１１１ｂは、図２２に示した周波数除去制御部１１１に対応する。また、図３２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２２に示した信号出力部１１４に対応する。
　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）。
　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。
　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）。
　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）。
　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）。
　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）。
　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）。
　次に、図３２のステップＳ３に示したエネルギー制御処理の詳細を、図３３に示すブロック図（ステップＳ１１～Ｓ１４）に従って説明する。
　図３３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。
　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。
　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）。
　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２６及び図２７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）。
　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１６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）。
　次に、図２２に示した振動分配制御装置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３１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３４に示すブロック図（ステップＳ１０１～Ｓ１０５）に従って説明する。
　図３４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。
　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。
　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）。
　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２６及び図２７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）。
　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１６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）。
　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）。
　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３５～図４０を用いて説明する。
　図３５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３５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３５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。
　図３５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。
　図３５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３５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。
　図３５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３６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３６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３６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。
　図３６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。
　図３６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３６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。
　図３６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３６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。
　図３７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３７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３７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。
　図３７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。
　図３７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３７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。
　図３７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３７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。
　図３８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３８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３８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。
　図３８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。
　図３８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３８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。
　図３８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３８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。
　図３１に示したエネルギー制御処理の第１変形例を、図３９に示すブロック図（ステップＳ４１～Ｓ４５）に従って説明する。
　図３９に示すように、エネルギー制御部１１３１は、図３３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。
　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。
　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）。
　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２６及び図２７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）。
　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。
　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）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　図３１に示したエネルギー制御処理の第２変形例を、図４０に示すブロック図（ステップＳ５１～Ｓ５６）に従って説明する。
　図４０に示すように、エネルギー制御部１１３２は、図３３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。
　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。
　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）。
　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２６及び図２７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）。
　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。
　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。
　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１７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）。
　次に、図３１のステップＳ４に示したエネルギー合成処理の詳細を、図４１に示すブロック図（ステップＳ２１～Ｓ２３）に従って説明する。
　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。
　図４１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）。
　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２８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）。
　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）。
　次に、図３１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４２に示すブロック図（ステップＳ３１及びＳ３２）に従って説明する。
　図４２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。
　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）。
　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）。
　〔Ｂ〕効果
　実施形態の一例における振動分配制御装置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。
　時間分割制御部１１２は、ある位置にある任意波形の振動源に係る信号を所定時間毎に分割する。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前記所定時間毎に、複数の振動子のそれぞれに対する振動源との距離及び方位に応じて信号のエネルギーに対して所定の減衰式を適用すると共に信号のエネルギーを複数の振動子に分配して、信号を別の周波数をもつ波形に変換する。信号出力部１１４は、エネルギー制御部１１３による変換後の信号を出力して、変換後の信号から生成される出力振動を複数の振動子を用いてヒトに体感させる。
　これにより、ヒトに対して複数の周波数を含む任意の振動波形を体感させて触感のリアリティを向上させることができる。また、外界の振動源の方位と距離又は動きとをヒトに体感させ、身体表面又は身体内の振動源の位置・動きをヒトに体感させ、外界から身体又は身体から外界に振動源が移動する感覚をヒトに体感させることができる。
　更に、振動分配制御装置１，振動分配制御プログラム又は振動分配制御方法を図１０～図１５等に示した種々のデバイスに適合することで、振動体感に方位感、距離感、動きなどを加えて通知することができ、振動源の対象の存在感、環境に存在する臨場感、体感のリアリティを演出することができる。
　〔Ｃ〕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。
　図４３は、図２２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。
　図４３に示す例では、図２２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２２に示した振動子３１は、高域用振動装置３１０及び低域用振動装置３２０として機能する。高域ゲイン調整器２１ａ，高域用振動装置駆動回路２２ａ及び高域用振動装置３１０の組と、低域ゲイン調整器２１ｂ，低域用振動装置駆動回路２２ｂ及び低域用振動装置３２０の組とは、図２２に示した振動子３１の数だけ備えられる。
　高域ゲイン調整器２１ａは、振動分配制御装置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、振動分配制御装置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。
　図４４は、図２２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。
　図４４に示す例では、図２２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２２に示した振動子３１は、振動装置３０として機能する。高域ゲイン調整器２１ａ，低域ゲイン調整器２１ｂ，振動装置駆動回路２２及び振動装置３０の組は、図２２に示した振動子３１の数だけ備えられる。
　高域ゲイン調整器２１ａ及び低域ゲイン調整器２１ｂは、振動分配制御装置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。
１００　　　：振動発生システム
１０１　　　：床設置型振動装置
１０２　　　：着衣型振動装置
１０３　　　：リストバンド型振動装置
１０４　　　：ゲーム用コントローラ
１０５　　　：スマートフォン
１　　　　　：振動分配制御装置
１１　　　　：ＣＰＵ
１０００　　：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　　　　：振動子
３１０　　　：高域用振動装置
３２０　　　：低域用振動装置
３２　　　　：スピーカ／ヘッドフォン
３３　　　　：表示装置
 

Claims (34)

  1. 　任意の位置に存在する振動源を複数の振動子によって生成する振動分配制御装置であって、
    　前記振動源の振動波形から知覚インテンシティを算出する算出部と、
    　前記振動源の方位及び前記複数の振動子の配置位置に応じて前記知覚インテンシティを前記複数の振動子のそれぞれに分配する分配部と、
    　前記分配部で分配された情報に基づいて、前記複数の振動子における振動を制御して出力する信号出力部と、
    を備える振動分配制御装置。
  2. 　前記算出部は、前記複数の振動子によって得られる振動像に依拠して求められる知覚原点と、前記振動源との距離に応じて減衰する情報とを用いて、前記知覚原点における前記知覚インテンシティを算出し、
    　前記分配部は、前記方位及び前記配置位置に基づいて決まる分配係数を用いて、前記知覚原点において算出した前記知覚インテンシティを前記複数の振動子のそれぞれに分配する、
    請求項１に記載の振動分配制御装置。
  3. 　複数の振動子における振動を制御する振動分配制御装置であって、
    　ある位置にある任意波形の振動源に係る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、前記複数の振動子のそれぞれに対する前記振動源との方位に応じて前記信号のエネルギーを前記複数の振動子に分配して、前記信号を前記信号とは別の周波数をもつ波形に変換する制御部と、
    　前記制御部による変換後の前記信号を出力して、前記変換後の信号から生成される出力振動を前記複数の振動子を用いてヒトに体感させる信号出力部と、
    を備える、振動分配制御装置。
  4. 　前記制御部は、前記複数の振動子のそれぞれに対する前記振動源との距離に応じて前記信号のエネルギーに対して所定の減衰式を適用する、
    請求項３に記載の振動分配制御装置。
  5. 　前記所定の減衰式及び前記信号のエネルギーの分配は、前記複数の振動子の幾何的配置によって定まる知覚原点と前記複数の振動子との距離及び方位に応じて定められる、
    請求項４に記載の振動分配制御装置。
  6. 　前記出力振動は、前記ヒトの複数の異なる身体部位に対して、前記複数の振動子の組み合わせと前記知覚原点とを個別に定義することで、前記ヒトに体感させられる、
    請求項５に記載の振動分配制御装置。
  7. 　前記減衰式は、前記振動源から前記知覚原点までの伝播経路の物理特性に応じて定められ、前記信号のエネルギーを減衰させることによって前記振動源までの距離感を前記ヒトに体感させる、
    請求項５又は６に記載の振動分配制御装置。
  8. 　前記振動源は、人工的な振動源である、
    請求項３～７のいずれか一項に記載の振動分配制御装置。
  9. 　前記振動源は、前記ヒトの身体の表面上又は内部に位置する、
    請求項３～８のいずれか一項に記載の振動分配制御装置。
  10. 　前記振動源は、前記ヒトの身体から離隔した点に位置する、
    請求項３～５のいずれか一項に記載の振動分配制御装置。
  11. 　前記信号出力部は、立体音響と組み合わせて、前記出力振動を前記ヒトに体感させる、
    請求項３～１０のいずれか一項に記載の振動分配制御装置。
  12. 　前記信号出力部は、複数の位置に定位する音源を有する前記立体音響について、それぞれの音源の位置に応じて、前記出力振動を前記ヒトに体感させる、
    請求項１１に記載の振動分配制御装置。
  13. 　前記信号出力部は、立体視覚装置と組み合わせて、前記出力振動を前記ヒトに体感させる、
    請求項３～１２のいずれか一項に記載の振動分配制御装置。
  14. 　前記複数の振動子は、前記ヒトの身体に装着される、
    請求項３～１３のいずれか一項に記載の振動分配制御装置。
  15. 　前記複数の振動子は、リング状に配置される、
    請求項１４に記載の振動分配制御装置。
  16. 　前記複数の振動子は、把持型デバイスに内蔵される、
    請求項３～１３のいずれか一項に記載の振動分配制御装置。
  17. 　前記複数の振動子は、前記ヒトの身体と接触する環境に配置される、
    請求項３～１３のいずれか一項に記載の振動分配制御装置。
  18. 　前記信号出力部は、３次元位置の前記振動源を、２次元に配置された前記複数の振動子と、立体音響又は映像と組み合わせることで、３次元の振動定位感を補強し、又は、前記立体音響又は前記映像の定位感を補強して、前記出力振動を前記ヒトに体感させる、
    請求項３～１７のいずれか一項に記載の振動分配制御装置。
  19. 　前記信号出力部は、３次元位置の振動源を、３次元に配置された前記複数の振動子と、立体音響又は視覚装置と組み合わせることで、３次元の振動定位感を補強して前記出力振動を出力する、
    請求項３～１７のいずれか一項に記載の振動分配制御装置。
  20. 　任意の位置に存在する振動源を複数の振動子によって生成するコンピュータに、
    　前記振動源の振動波形から知覚インテンシティを算出し、
    　前記振動源の方位及び前記複数の振動子の配置位置に応じて前記知覚インテンシティを前記複数の振動子のそれぞれに分配し、
    　分配された情報に基づいて、前記複数の振動子における振動を制御して出力する、
    処理を実行させる、振動分配制御プログラム。
  21. 　前記複数の振動子によって得られる振動像に依拠して求められる知覚原点と、前記振動源との距離に応じて減衰する情報とを用いて、前記知覚原点における前記知覚インテンシティを算出し、
    　前記方位及び前記配置位置に基づいて決まる分配係数を用いて、前記知覚原点において算出した前記知覚インテンシティを前記複数の振動子のそれぞれに分配する、
    処理を前記コンピュータに実行させる、請求項２０に記載の振動分配制御プログラム。
  22. 　複数の振動子における振動を制御するコンピュータに、
    　ある位置にある任意波形の振動源に係る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、前記複数の振動子のそれぞれに対する前記振動源との方位に応じて前記信号のエネルギーを前記複数の振動子に分配して、前記信号を前記信号とは別の周波数をもつ波形に変換し、
    　変換後の前記信号を出力して、前記変換後の信号から生成される出力振動を前記複数の振動子を用いてヒトに体感させる、
    処理を実行させる、振動分配制御プログラム。
  23. 　前記複数の振動子のそれぞれに対する前記振動源との距離に応じて前記信号のエネルギーに対して所定の減衰式を適用する、
    処理を前記コンピュータに実行させる、請求項２２に記載の振動分配制御プログラム。
  24. 　前記所定の減衰式及び前記信号のエネルギーの分配は、前記複数の振動子の幾何的配置によって定まる知覚原点と前記複数の振動子との距離及び方位に応じて定められる、
    請求項２３に記載の振動分配制御プログラム。
  25. 　前記出力振動は、前記ヒトの複数の異なる身体部位に対して、前記複数の振動子の組み合わせと前記知覚原点とを個別に定義することで、前記ヒトに体感させられる、
    請求項２４に記載の振動分配制御プログラム。
  26. 　前記減衰式は、前記振動源から前記知覚原点までの伝播経路の物理特性に応じて定められ、前記信号のエネルギーを減衰させることによって前記振動源までの距離感を前記ヒトに体感させる、
    請求項２４又は２５に記載の振動分配制御プログラム。
  27. 　前記振動源は、人工的な振動源である、
    請求項２２～２６のいずれか一項に記載の振動分配制御プログラム。
  28. 　任意の位置に存在する振動源を複数の振動子によって生成する振動分配制御方法であって、
    　前記振動源の振動波形から知覚インテンシティを算出し、
    　前記振動源の方位及び前記複数の振動子の配置位置に応じて前記知覚インテンシティを前記複数の振動子のそれぞれに分配し、
    　分配された情報に基づいて、前記複数の振動子における振動を制御して出力する、
    振動分配制御方法。
  29. 　前記複数の振動子によって得られる振動像に依拠して求められる知覚原点と、前記振動源との距離に応じて減衰する情報とを用いて、前記知覚原点における前記知覚インテンシティを算出し、
    　前記方位及び前記配置位置に基づいて決まる分配係数を用いて、前記知覚原点において算出した前記知覚インテンシティを前記複数の振動子のそれぞれに分配する、
    請求項２８に記載の振動分配制御方法。
  30. 　複数の振動子における振動を制御する振動分配制御方法であって、
    　ある位置にある任意波形の振動源に係る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、前記複数の振動子のそれぞれに対する前記振動源との方位に応じて前記信号のエネルギーを前記複数の振動子に分配して、前記信号を前記信号とは別の周波数をもつ波形に変換し、
    　変換後の前記信号を出力して、前記変換後の信号から生成される出力振動を前記複数の振動子を用いて発生させる、
    振動分配制御方法。
  31. 　前記複数の振動子のそれぞれに対する前記振動源との距離に応じて前記信号のエネルギーに対して所定の減衰式を適用する、
    請求項３０に記載の振動分配制御方法。
  32. 　前記所定の減衰式及び前記信号のエネルギーの分配は、前記複数の振動子の幾何的配置によって定まる知覚原点と前記複数の振動子との距離及び方位に応じて定められる、
    請求項３１に記載の振動分配制御方法。
  33. 　前記出力振動は、ヒトの複数の異なる身体部位に対して、前記複数の振動子の組み合わせと前記知覚原点とを個別に定義することで、発生させられる、
    請求項３２に記載の振動分配制御方法。
  34. 　前記減衰式は、前記振動源から前記知覚原点までの伝播経路の物理特性に応じて定められ、前記信号のエネルギーを減衰させることによって前記振動源までの距離感を前記出力振動に反映させる、
    請求項３２又は３３に記載の振動分配制御方法。
     
PCT/JP2021/021464 2021-06-04 2021-06-04 振動分配制御装置，振動分配制御プログラム及び振動分配制御方法 WO2022254732A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/021464 WO2022254732A1 (ja) 2021-06-04 2021-06-04 振動分配制御装置，振動分配制御プログラム及び振動分配制御方法
CN202180098926.7A CN117413243A (zh) 2021-06-04 2021-06-04 振动分配控制装置、振动分配控制程序以及振动分配控制方法
JP2023525348A JPWO2022254732A1 (ja) 2021-06-04 2021-06-04

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/021464 WO2022254732A1 (ja) 2021-06-04 2021-06-04 振動分配制御装置，振動分配制御プログラム及び振動分配制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022254732A1 true WO2022254732A1 (ja) 2022-12-08

Family

ID=84323000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/021464 WO2022254732A1 (ja) 2021-06-04 2021-06-04 振動分配制御装置，振動分配制御プログラム及び振動分配制御方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPWO2022254732A1 (ja)
CN (1) CN117413243A (ja)
WO (1) WO2022254732A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008134990A (ja) * 2006-10-23 2008-06-12 Canon Inc 情報処理装置、情報処理方法
JP2018124859A (ja) * 2017-02-02 2018-08-09 日本電信電話株式会社 体感装置、その方法、およびデータ構造
JP2021065872A (ja) * 2019-10-28 2021-04-30 国立大学法人東北大学 振動制御装置，振動制御プログラム及び振動制御方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008134990A (ja) * 2006-10-23 2008-06-12 Canon Inc 情報処理装置、情報処理方法
JP2018124859A (ja) * 2017-02-02 2018-08-09 日本電信電話株式会社 体感装置、その方法、およびデータ構造
JP2021065872A (ja) * 2019-10-28 2021-04-30 国立大学法人東北大学 振動制御装置，振動制御プログラム及び振動制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022254732A1 (ja) 2022-12-08
CN117413243A (zh) 2024-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Carlile Virtual Auditory Space: Generation and
Parseihian et al. Comparison and evaluation of sonification strategies for guidance tasks
US10796540B2 (en) Information processing system, information processing apparatus, storage medium having stored therein information processing program, and information processing method
CN116156411A (zh) 用于交互式音频环境的空间音频
EP2737727B1 (en) Method and apparatus for processing audio signals
US20230306960A1 (en) Wearable vibrotactile speech aid
US10754428B1 (en) Systems, methods, and devices for audio-tactile mapping
US9002035B2 (en) Graphical audio signal control
US20220198891A1 (en) Vibration control apparatus, vibration control program, and vibration control method
Bujacz et al. Sonification of 3D scenes using personalized spatial audio to aid visually impaired persons
WO2022254732A1 (ja) 振動分配制御装置，振動分配制御プログラム及び振動分配制御方法
JP7055406B2 (ja) 振動制御装置，振動制御プログラム，振動制御方法及び振動制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
JPWO2020171049A1 (ja) 音響信号符号化方法、音響信号復号化方法、プログラム、符号化装置、音響システム、及び復号化装置
Steffens et al. Auditory orientation and distance estimation of sighted humans using virtual echolocation with artificial and self-generated sounds
WO2022254733A1 (ja) 触覚伝達システム，触覚伝達装置，触覚伝達プログラム及び触覚伝達方法
KR20210093936A (ko) 인지 장애 검사 및 치료를 위한 오디오-전용 간섭 훈련
JP7319608B2 (ja) 振動体感装置，方法，振動体感装置用プログラム及び振動体感装置用プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
WO2023095141A1 (en) Tactile representation of location characteristics and content in 3d
US10651026B2 (en) Method and apparatus for acoustic or tactile presentation of chemical spectrum data
Ziemer Two-dimensional psychoacoustic sonification
WO2023166721A1 (ja) 情報処理装置、情報処理システムおよび情報処理方法
JP2022057633A (ja) 振動制御装置，振動制御プログラム及び振動制御方法
Manor Prediction Model for Perceived Elevation of Ecologically Valid Sound Sources Intended for a Virtual Auditory Display
Picinali et al. Tone-2 tones discrimination task comparing audio and haptics
Serafin et al. Sonic Interactions in Virtual Reality

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21944225

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023525348

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE