WO2023233491A1 - 振動提示装置、振動発生システム、振動提示プログラム、振動提示プログラムが格納された記録媒体及び振動発生方法 - Google Patents

振動提示装置、振動発生システム、振動提示プログラム、振動提示プログラムが格納された記録媒体及び振動発生方法 Download PDF

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WO2023233491A1
WO2023233491A1 PCT/JP2022/022009 JP2022022009W WO2023233491A1 WO 2023233491 A1 WO2023233491 A1 WO 2023233491A1 JP 2022022009 W JP2022022009 W JP 2022022009W WO 2023233491 A1 WO2023233491 A1 WO 2023233491A1
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WO
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vibration
time
maximum value
frequency band
local maximum
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PCT/JP2022/022009
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English (en)
French (fr)
Inventor
雅司 昆陽
裕也 星
諭 田所
Original Assignee
国立大学法人東北大学
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency

Definitions

  • the technology described in this specification relates to a vibration presentation device, a vibration generation system, a vibration presentation program, a recording medium storing the vibration presentation program, and a vibration generation method.
  • vibration feedback has become more sophisticated in order to enhance the sense of sensation and presence (see, for example, Patent Document 1).
  • the vibrators installed in mobile terminals such as smartphones are small and have a resonance frequency of around 200Hz, which can express a frequency band of around 100 to 300Hz.
  • a linear resonant actuator (LRA) type vibrator is often installed in the device (for example, see Patent Document 2).
  • Patent Document 4 discloses that a movable body that moves between biasing means such as a spring is controlled to apply an accumulation signal and a damping signal to a coil around the movable body, thereby adjusting the amplitude of the movable body.
  • An invention has been disclosed in which the size of a movable body can be suppressed by creating a pseudo vibration formed by an envelope connecting the vertices of the vibration at a frequency that can be felt by humans, but this method depends on the structure of the vibrator, and The input of multiple signals is complicated, and it is unclear whether it can be reproduced even at frequencies below 50 Hz.
  • the technology described in this specification allows humans to control low-frequency vibrations that are difficult to present, away from the resonant frequency band of the mounted actuator, by devising control of the actuator, etc., without using an additional actuator.
  • the purpose is to present vibrations that are easily perceived (illusioned) at low frequencies.
  • the vibration presentation device of the present invention is a vibration presentation device that presents vibrations in a first frequency band using an actuator having a resonant frequency in a second frequency band that is larger than the first frequency band, the vibration presentation device including at least the second frequency band.
  • an acquisition unit that acquires a signal including vibrations in the first frequency band whose resonance frequency is lower than the frequency band of the acquisition unit; a calculation unit that calculates a local maximum time, which is the time at which the local maximum value occurs, from the value; and a calculation unit that calculates the local maximum value time, which is the time at which the local maximum value occurs, based on the local maximum value time calculated by the calculation unit, and calculates the actuator within the transition time, which is the time before and after the local maximum value time. and a control unit that controls and generates a single wave.
  • vibrations with a frequency lower than the resonant frequency band that can be presented by an actuator can be converted into vibrations that humans can easily perceive (delusion) to be at that frequency and can be presented.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a configuration example of a vibration generation system as an embodiment.
  • 2 is a graph illustrating the principle of the process of presenting alternative vibrations for low-frequency vibrations by the vibration generation system shown in FIG. (b) is a graph showing an example of reverberant vibrations generated in the housing (measured by a laser displacement meter).
  • FIG. 2 is a diagram showing the results of a subject experiment regarding the process of presenting alternative vibrations to low-frequency vibrations by the vibration generation system shown in FIG. e) is a graph showing the response results when the original (target signal) low frequency waveforms are 10 Hz, 20 Hz, 30 Hz, and 40 Hz, respectively.
  • FIG. 1 is a graph illustrating a first example of the amplitude and timing calculation process by the vibration generation system shown in FIG. 1
  • (b) is a graph illustrating the amplitude and timing calculation process by the vibration generation system shown in FIG. It is a graph explaining the second example of. It is a graph explaining the online calculation process of the amplitude and timing of low frequency vibration.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining generation processing of a first vibration waveform and a second vibration waveform by the vibration generation system shown in FIG. 1.
  • FIG. (a) is a block diagram illustrating vibration generation processing when a vibrator is used by an actuator
  • (b) is a block diagram illustrating vibration generation processing when a mobile terminal is used.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example of a vibration generation system 100 as an embodiment.
  • the vibration generation system 100 includes a vibration presentation device 1 and a vibration sensation device 3.
  • the vibration presentation device 1 includes a CPU 11 , a memory 12 , a storage device 13 , an input section 41 , an output section 42 , and a transmission section 43 , each of which is connected via a bus 15 .
  • the vibration sensation device 3 includes an actuator 31, a driving section 32, and a receiving section 33, and is housed in a housing 34.
  • the vibration presentation device 1 and the vibration sensation device 3 may be provided separately or may be provided integrally. Further, a part of the vibration presentation device 1 may be provided in the vibration sensation device 3. Further, the housing 34 may house the entire vibration presentation device 1 when the vibration presentation device 1 and the vibration sensation device 3 are integrated.
  • the vibration generation system 100 in an example of the present embodiment is mainly used for smartphones, game consoles, virtual reality (VR) devices, robots, etc., but may also be applied to chairs, suits, headsets, etc. that include vibration devices.
  • VR virtual reality
  • the vibration presentation device 1 includes a Central Processing Unit (CPU) 11 that performs control and driving, a memory 12 that stores programs, etc., a storage device 13, an input unit 41 that acquires information including signals to be reproduced such as original signals, and a vibration presentation device.
  • the apparatus includes an output section 42 that outputs information other than tactile sensations such as tactile sensations to the user, a transmitting section 43 that communicates information with the vibration sensation device 3, and a bus 15 that connects them.
  • the CPU 11 is a processing device that performs various controls and calculations, and realizes various functions by executing an Operating System (OS) and a vibration presentation program stored in the memory 12. That is, the CPU 11 may function as an acquisition unit 101, a calculation unit 102, and a control unit 103, as shown in FIG.
  • OS Operating System
  • the CPU 11 may function as an acquisition unit 101, a calculation unit 102, and a control unit 103, as shown in FIG.
  • the CPU 11 is an example of a computer, and exemplarily controls the operation of the vibration presentation device 1 as a whole.
  • the device for controlling the overall operation of the vibration presentation device 1 is not limited to the CPU 11, and may be, for example, any one of an MPU, a DSP, an ASIC, a PLD, an FPGA, or a dedicated processor. Further, the device for controlling the operation of the entire vibration presentation device 1 may be a combination of two or more types of CPU, MPU, DSP, ASIC, PLD, FPGA, and dedicated processor.
  • MPU is an abbreviation for Micro Processing Unit
  • DSP is an abbreviation for Digital Signal Processor
  • ASIC is an abbreviation for Application Specific Integrated Circuit
  • PLD is an abbreviation for Programmable Logic Device
  • FPGA is an abbreviation for Field Programmable Gate Array.
  • the memory 12 is a recording medium that stores an Operating System (OS) and a vibration presentation program, and is composed of Read Only Memory (ROM), Random Access Memory (RAM), and the like.
  • OS Operating System
  • RAM Random Access Memory
  • the storage device 13 is a device that stores data in a readable and writable manner, and for example, a Hard Disk Drive (HDD), Solid State Drive (SSD), or Storage Class Memory (SCM) may be used.
  • the storage device 13 stores information acquired by the input unit 41, signals and tactile signals related to vibrations to be reproduced, various data calculated by the calculation unit 102 using the vibration presentation program, and the like.
  • the input unit 41 is the vibration presentation device 1, and inputs various information including acoustic information such as sounds from music, movies, games, etc., shocks, sensations during operation, vibrations generated when the robot comes into contact with objects, etc. It is obtained online. Note that the input unit 41 may not be provided if the storage device 13 or the like stores information in advance to reproduce a tactile sensation.
  • the output unit 42 is for the vibration presentation device 1 to generate video and sound sources for presenting information other than the vibration sensation device 3 to the user. Note that the output unit 42 does not need to be provided as long as it does not present images, sound sources, etc. to the user. Further, the vibration sensation device 3 may be provided with an output section 42.
  • the transmitting unit 43 is a part that transmits a control signal via the receiving unit 33 of the vibration sensation device 3 by wire or wirelessly.
  • the transmitter 43 may use a communication method such as SPI, I2C, or I2S, or an analog signal such as voltage.
  • the transmitter 43 may be incorporated as a function of the CPU 11.
  • wired communication communication methods such as USB, Thunderbolt (registered trademark), Ethernet (registered trademark), and HDMI (registered trademark) may be used.
  • wireless for example, it may be a communication unit for Bluetooth (registered trademark), WiFi, or ZigBee (registered trademark), or a communication unit for wireless LAN (Local Area Network).
  • Bluetooth registered trademark
  • WiFi Wireless Fidelity
  • ZigBee registered trademark
  • wireless LAN Local Area Network
  • the acquisition unit 101, calculation unit 102, and control unit 103 of the CPU 11 will be specifically explained.
  • the acquisition unit 101 acquires acoustic information such as sounds from music, movies, games, etc. obtained from the input unit 41, as well as signals such as shocks, sensations during operation, and vibrations generated when the robot comes into contact with objects. It is.
  • a signal or a tactile signal related to the vibration to be reproduced is stored in advance in the storage device 13 or the like, the signal is read out from the storage device 13 to the acquisition unit 101 and acquired.
  • the calculation unit 102 analyzes the tactile signal acquired by the acquisition unit 101, and separates and extracts the tactile signal into a first frequency band and a second frequency band, or calculates the maximum value of vibration in the first frequency band and the maximum value of the vibration in the first frequency band. This is the part that calculates time (timing) and amplitude. The specific calculation process will be described later.
  • the control unit 103 is a unit that generates a control signal to control the actuator, and controls the actuator 31 to reproduce the second frequency band calculated by the calculation unit 102 in the first frequency band.
  • a pulse wave such as a sine wave or a rectangular wave having at least a predetermined period (hereinafter also referred to as "single wave period time") within a predetermined time including the maximum value of is generated by controlling the actuator 31. , reproduce a simulated first frequency band.
  • the waveform may be a half period, 1.5 periods, or 2 periods, or a waveform of several periods with different amplitudes may be output. .
  • reverberation can be effectively generated in the housing 34 by using a waveform with several cycles of different amplitudes.
  • the single-shot wave cycle time for generating the single-shot waveform is a time shorter than one cycle of reverberant vibration generated by the resonance system of the actuator 31 or the resonance system of the actuator 31 and the housing 34, and is, for example, a time that the user can fully experience.
  • the vibration frequency that can be generated by current actuators the time is preferably 0.002 seconds or more and 0.02 seconds or less. Alternatively, it may be determined according to the period ratio of the vibration waveform acquired by the acquisition unit 101.
  • the vibration sensation device 3 reproduces acoustic information such as sounds from music, movies, games, etc., shocks, sensations during operation, and tactile signals such as vibrations generated when the robot comes into contact with an object for the sushi user. This is the part that will be provided to the public.
  • the vibration sensation device 3 includes an actuator 31 that generates vibrations, a driving section 32, and a receiving section 33.
  • the actuator 31 is equipped with an actuator 31 that has a resonance system in a frequency band of about 50 to 350 Hz, which is a high frequency band (second frequency band) in which humans have high vibration perception sensitivity, in order to bring the reproduced tactile signal closer to reality. has been done.
  • the actuator 31 of 200Hz ⁇ 150Hz is used to reproduce a high frequency band, and the actuator 31 is further used to reproduce a low frequency band (first frequency band) of 100Hz or less (10Hz to 100Hz, especially 10Hz to 50Hz) is converted and presented in a way that humans can experience it.
  • first frequency band 100Hz or less (10Hz to 100Hz, especially 10Hz to 50Hz
  • the actuator 31 is a voice coil type actuator using a magnet and a coil, such as an LRA (linear resonance type actuator).
  • the actuator 31 may be provided within the housing 34.
  • the actuator 31 and the housing 34 constitute a resonance system.
  • the resonance frequency of the resonance system of the actuator 31 may be, for example, 200Hz ⁇ 150Hz.
  • the upper limit value of the resonance system of the actuator 31 may be, for example, 350 Hz, and the lower limit value may be 50 Hz.
  • the actuator 31 is not limited to a voice coil type actuator, and may be configured by a weight in which the actuator 31 is supported and connected to an elastic body within the casing 34.
  • the actuator 31, the elastic body, the weight, and the casing 34 A resonant system is constructed.
  • a battery or various parts inside the housing 34 may be used as the weight.
  • the driving unit 32 is a part that drives the actuator based on the digital signal or analog signal that is received by the receiving unit 33 and is generated by the control unit 103 and controls the actuator 31.
  • the drive unit 32 may include an amplifier (not shown) (in other words, an amplifier), a feedback circuit, etc. for driving the actuator 31.
  • the receiving unit 33 is a part that receives the control signal transmitted from the transmitting unit 43 of the vibration presentation device 1.
  • the receiving section 33 may be omitted if the signal from the transmitting section 43 is directly sent to the driving section 32.
  • FIG. 2 is a graph illustrating the principle of the process of presenting alternative vibrations for low-frequency vibrations by the vibration generation system 100 shown in FIG. 1, and (a) of FIG. This is a graph showing an example of a waveform, and (b) of FIG. 2 is a graph showing an example of reverberant vibration generated in the housing 34 (measured by a laser displacement meter).
  • the horizontal axis represents time (Time [s])
  • the vertical axis represents amplitude (Amplitude)
  • the dotted line graph represents the original signal to be reproduced at 10 Hz (reproduced with substitute vibration).
  • the solid line graph represents the pulse signal (Control pulse signal), which is a single waveform generated by controlling the actuator 31. signal).
  • a short-time pulse signal is generated as an input waveform by controlling the actuator 31 in accordance with the peak timing of the low frequency signal of the continuous target signal.
  • the pulse signal input by the actuator 31 uses a sine wave with one period. By generating a pulse signal in accordance with the peak of the low frequency signal, a characteristic low frequency period is expressed.
  • a controlling pulse signal (in other words, an alternative waveform) is generated by the following equation.
  • A is the amplitude of the original low frequency
  • f is the frequency of the substitute stimulus
  • t' is the time at which the original low frequency reaches its maximum value.
  • the horizontal axis is time (Time [s])
  • the vertical axis on the left is the voltage of the original signal and control signal (Original/Control signal [V])
  • the vertical axis on the right is It represents the displacement due to measured vibration (Measured vibration [ ⁇ m]).
  • the dotted line graph represents the original signal (target signal)
  • the thick line graph represents the pulse signal (control pulse signal) generated by controlling the actuator 31
  • the thin line graph represents the case of the vibration generation system 100. It represents the displacement (measured vibration) that occurs in the body 34 and is measured.
  • reverberant vibration is generated due to the natural vibration of the casing 34 including the actuator 31. Reverberant vibrations take time to decay. It is believed that this attenuated waveform generates a low-frequency sensation that is originally difficult to reproduce in the actuator 31.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of a subject experiment regarding the process of presenting alternative vibrations for low-frequency vibrations by the vibration generation system 100, in which (a) is a table showing answer options by the subjects, and (b) is a table showing the target It is a graph showing the results of the average value of the test subject's three answers when the low frequency waveform of the signal is 10 Hz, and (c) is the result of the test subject's three answers when the low frequency waveform of the target signal is 20 Hz. It is a graph showing the result of the average value of. (d) is a graph showing the results of the average value of the test subject's three answers when the low frequency waveform of the target signal is 30 Hz.
  • (e) is a graph showing the results of the average value of the test subject's three answers when the low frequency waveform of the target signal is 40 Hz.
  • (b) to (e) show the maximum and minimum values of the answer options, as well as the interquartile range and median.
  • sine waves of 10 Hz, 20 Hz, 30 Hz, and 40 Hz were set as the low-frequency vibrations used as the target signals, and sine waves of 60 Hz, 80 Hz, and 100 Hz were used as stimulations to serve as alternative vibrations.
  • the experiential experiment in order to prevent subjects from selecting answers based on information other than the vibrations they felt, they were made to experience it by having them hold a voice coil type vibrator that can present approximately 10 Hz to 100 Hz in one hand.
  • the subjects were seven men and women in their 20s.
  • the stimuli that subjects were asked to physically evaluate were the low-frequency vibration itself (Raw Wave), which is the target signal, an alternative vibration created using a 60 Hz sine wave, an alternative vibration created using an 80 Hz sine wave, and a 100 Hz sine wave.
  • Raw Wave the low-frequency vibration itself
  • an alternative vibration created using a 60 Hz sine wave an alternative vibration created using an 80 Hz sine wave
  • a 100 Hz sine wave a type of alternative vibrations created using the above were used for low frequency vibrations of 10 Hz, 20 Hz, 30 Hz, and 40 Hz as target signals, respectively.
  • the stimulus was presented repeatedly as long as the subject could produce an answer. Each type of stimulus was presented randomly to avoid order effects. Subjects conducted the experiment with their hearing blocked using white noise and soundproof earmuffs. Stimuli in the experiment were output from a voice coil vibrator (VP4, Acouve Laboratory, Inc.) held by the subject via a USB audio interface (ASUS, XONAR U7 MK II) and an audio amplifier (SMSL SA-36A PRO). .
  • VP4 voice coil vibrator
  • ASUS USB audio interface
  • XONAR U7 MK II XONAR U7 MK II
  • SSL SA-36A PRO an audio amplifier
  • the median scale value of the responses was created using the values answered by the subject for the low-frequency vibration itself of 10Hz, 20Hz, 30Hz, and 40Hz, and the values for 60Hz, 80Hz, and 100Hz.
  • the subjects were able to recognize the low frequency vibrations that they felt were generated by the low frequency vibrations themselves (Raw Waves) of 10Hz, 20Hz, 30Hz, and 40Hz. It is thought that the substitute vibrations created at 60Hz, 80Hz, and 100Hz provide a sensation similar to the vibration itself.
  • A-4 Method for determining the amplitude and timing of substitute vibrations from the target signal
  • target signal the ideal original signal
  • this method is used in music, games, etc.
  • the original signal (target signal) to be reproduced is a complex vibration.
  • FIG. 4 is an example of a signal such as vibrations generated by music, etc., acquired in advance by the acquisition unit 101 of the vibration generation system 100 shown in FIG. 1, or stored in advance in the storage device 13, etc.
  • FIG. 4 is a graph illustrating a first example of calculation processing of the timing of generating a single waveform by controlling the actuator 31 in the amplitude and control unit 103 in the calculation unit 102 using , is a graph illustrating a second example.
  • the vibration to be reproduced is shown as a low frequency signal (original signal (target signal)) after being separated into a high frequency signal and a low frequency signal, which will be described later.
  • the low frequency signal is a signal having a predetermined frequency or less, for example, 100 Hz or less, preferably 80 Hz or less, more preferably 60 Hz or less. It may be determined as appropriate depending on the area of the mounted actuator 31 that is difficult to reproduce.
  • the low frequency signal may be processed as the entire low frequency signal after separation, or may be further separated into each predetermined low frequency region (for example, the low frequency signal of 80 Hz or less and 10 Hz or more When acquired, the signal may be further separated into 10 Hz to 50 Hz and 50 Hz to 80 Hz, and the processing of the calculation unit 102 may be applied to the respective low frequency signals.)
  • various drive parameters of the actuator 31 such as the single wave waveform, single wave cycle time, and amplitude, for each separated frequency band, alternative vibrations that are closer to the human sensation can be generated for each frequency band. A combination of a plurality of them may be presented.
  • the calculation unit 102 calculates a plurality of local maximum values and local minimum values included in the signal waveform in the low frequency band.
  • the distance from the maximum value to the intersection point of a perpendicular line connecting multiple minimum values is the amplitude of the alternative vibration (see the double-headed arrow) (hereinafter referred to as the "local maximum value"). (sometimes referred to as "amplitude").
  • the timing and amplitude for presenting the alternative vibration are determined.
  • the calculation unit 102 calculates only a plurality of local maximum values included in the waveform in the low frequency band.
  • the selection of the local maximum value is the same as in the first example, and the position (local maximum value time) of the selected local maximum value is calculated as the timing time for presenting the alternative vibration.
  • the local maximum amplitude is calculated as the distance from the predetermined reference value to the local maximum value as the amplitude of the alternative vibration (see the double-headed arrow).
  • the first example is effective when the background noise is large and the target signal waveform in the low frequency band is small compared to the noise.
  • the second example is effective when the target signal waveform in the low frequency band is sufficiently large compared to noise.
  • the timing at which a single waveform is output does not necessarily have to be strictly at the maximum value time, but rather the time before and after the maximum value time, that is, the predetermined time transition from the maximum value time (hereinafter also referred to as "transition time”). It may also be generated by The predetermined time transition (transition time) is defined as the timing at which the housing vibration (reverberant vibration) controlled by the single-shot waveform reaches its maximum coincides with the maximum value time determined from the target signal, or is approximately the same as the maximum value time. It may be set to such an extent that humans do not feel any discomfort.
  • the transition time is determined by how much deviation a person can tolerate from the visual and auditory sensations presented from the output unit 42. According to existing research, humans have a threshold for noticing a difference of 0.04 seconds when experiencing repeated sensations, and 0.03 seconds when experiencing a single sensation. Therefore, the transition time can be set within a range of about ⁇ 0.04 seconds, for example, but in order to avoid causing discomfort to sensitive people, it is preferably set within a range of about ⁇ 0.02 seconds. is desirable.
  • the generation timing of the single-shot waveform maintains the calculated local maximum value interval time.
  • the reason why the timing does not need to be exactly the maximum value time is that even if the timing of outputting a single waveform is shifted by a certain amount, the person who feels the vibration will hardly notice it, and it will be , it is considered important to reproduce the time between the main local maxima to present alternative oscillations in the low frequency region to the user.
  • the maximum value and maximum value time are determined from the waveform, amplitude height, etc., but the invention is not limited to this. For example, it may be determined from the root mean square value, effective value, amount of change, etc. of the signal. Any method may be used as long as it can determine the maximum value and maximum value time that are the feature points of the signal.
  • the amplitude of the alternative vibration does not need to be exactly the magnitude of the maximum value amplitude determined in FIGS. 4(a) and 4(b), and may be determined by multiplying the determined maximum value amplitude by a predetermined ratio.
  • the predetermined ratio may be adjusted to the characteristics of the housing and actuator used to approximate the low frequency experience of the original signal (target signal).
  • the calculated amplitude may be adjusted by an exponential function or the like to match the nonlinear subjective intensity perceived by humans.
  • the predetermined ratio may be, for example, 80% or more and 120% or less with respect to the obtained local maximum value amplitude.
  • the amplitude of the substitute vibration may be presented as a certain amplitude in advance, such as when the maximum amplitude of the signal to be reproduced does not vary much. In this case, there is no need to find the maximum amplitude.
  • FIG. 5 information acquired by the input unit 41 in real time while online is acquired as a signal by the acquisition unit 101, and then the target low frequency vibration is extracted by separating it into high frequency vibration and low frequency vibration, and the target low frequency vibration is extracted.
  • This is a graph explaining the amplitude and timing determination process, and the horizontal axis represents the passage of time.
  • the extracted original low-frequency vibration signal (target signal) is divided by a certain period of time, and the maximum value within each divided section is calculated.
  • the predetermined divided sections may coincide with the sections necessary for processing the separated high-frequency vibrations.
  • the division interval may be 0.02 seconds or less, and may be an interval of 0.01 seconds, 0.005 seconds, or the like.
  • a section in which the maximum value changes from increasing to decreasing is detected, and the maximum value immediately before changing to decreasing is calculated as the maximum value time of the original signal.
  • time differentiation or the like may be used.
  • a local maximum value (peak value) is detected, during a predetermined time T (for example, within 0.1 seconds) determined from the above-mentioned interval time, the next peak is detected according to a predetermined rule (for example, the previous maximum value). (e.g., it is not larger than 20%).
  • a predetermined rule for example, the previous maximum value. (e.g., it is not larger than 20%).
  • the ⁇ marks in FIG. 5 indicate sections having local maximum values that were detected within a predetermined time and were not excluded, and the x marks indicate sections having local maximum values that were excluded.
  • Case #1 indicates a case where the next maximum value is not detected within the predetermined time T.
  • the maximum value among the detected values is determined as the output timing (maximum value time) of the single wave.
  • Case #2 shows a case where the next maximum value is detected within a predetermined time, but the next maximum value is not excluded because it is larger than the previous maximum value by a predetermined value.
  • the predetermined value is, for example, 20% or more larger than the previous maximum value.
  • both the detected first maximum value and the next maximum value that is 20% or more larger than the previous maximum value are determined as the output timing (maximum value time) of the single wave.
  • Case #3 shows a case where the next maximum value is detected within the predetermined time T, but is excluded because it is smaller than the previous maximum value. In this case #3, only the first maximum value detected is determined as the output timing, and the next small maximum value is excluded from the output timing of the single wave. However, giving priority to the elapsed time of the predetermined time T, the next maximum value (the first maximum value with the output timing in case #3) before the elapse of the predetermined time T in case #2 is single-shot. If it is excluded from the output timing of case #3, the next small maximum value of case #3 may be set as the output timing (maximum value time) of the single wave.
  • Whether to give priority to a point larger than a predetermined value than the previous maximum value or to give priority to the elapsed time of the predetermined time T is determined depending on the situation of the signal to be reproduced and the situation to be presented.
  • the method of calculating the local maximum value can also be diverted to calculating the local minimum value by finding the minimum value within the interval and finding the interval where the decrease changes to an increase.
  • the calculated local maximum value and local minimum value are shown in Figure 4 ( By applying the method a), it is possible to calculate the amplitude of a short-time single waveform.
  • the output timing of the single wave is as soon as possible after the amplitude of the single waveform is calculated by the method shown in FIGS. 4(a) and 4(b).
  • the amplitude of a single waveform may be calculated in advance by buffering the signal for a predetermined time T or more.
  • the output timing and amplitude are reset as the previously acquired signal according to the method shown in Figures 4(a) and (b). Good too.
  • the output timing and amplitude during online may be stored in the storage device 13, and the output timing and amplitude may be reproduced.
  • the local maximum time and local maximum amplitude calculated by the calculation unit 102 are stored in association with other visual and auditory information as time series data for reproduction. It is stored in the device 13.
  • the driving timing of the actuator 31 can be controlled from the control unit 103 along with visual and auditory information at any time, thereby providing the user with a realistic experience.
  • FIG. 6 shows how to calculate the low frequency region from the original signal such as vibrations generated in music, movies, games, etc., acquired by the acquisition unit 101 by the calculation unit 102, or from the original signal stored in advance in the storage device 13, etc.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining generation processing of a vibration waveform in a first frequency band and a vibration waveform in a second frequency band, which is a high frequency region.
  • step 201 a signal of a predetermined frequency or lower is converted into a high frequency signal from the signal X(t) acquired by the acquisition unit 101 or stored in advance in the storage device 13 or the like (in other words, the signal to be reproduced before conversion).
  • This is a step of separating signals into a band signal H(t) and a low frequency band signal L(t).
  • the high frequency band signal H(t) uses a high frequency band pass filter such as a high pass filter to remove signals below a predetermined frequency.
  • a well-known method is used for separation and removal means.
  • the separated high frequency band signal H(t) generates a second vibration waveform S 2 (t), which is a high frequency band waveform, in a second vibration waveform generation step 202.
  • a low frequency band signal L(t) having a predetermined frequency or less is filtered from the signal X(t) using a low frequency band pass filter such as a low pass filter.
  • the single wave amplitude (maximum amplitude) A i (i is , represents the number of the single wave to be generated) and the output time (maximum value time) t i are calculated.
  • the first vibration generation step 204 generates a first vibration waveform (alternative vibration) S 1 (t), which is a waveform in a low frequency band, from the amplitude A i and output time t i of the single wave calculated in step 203 .
  • the first vibration generation step 204 determines the shape of the single wave by referring to the single wave parameters for determining the single waveform.
  • the single wave parameters may include numerical values such as a single wave period time, transition time, interval time, or amplitude ratio of a single wave.
  • FIG. 7(a) is a block diagram illustrating vibration generation processing when the actuator 31 is controlled by the control unit 103 of a general device
  • FIG. FIG. 2 is a block diagram illustrating vibration generation processing when using a device having a device-specific parameter conversion function, such as a mobile terminal such as .
  • the second vibration waveform S 2 (t) of the high frequency band signal generated in the second vibration waveform generation step 202 of FIG. Use this to adjust the high frequency gain.
  • the first vibration waveform (alternative vibration) S 1 (t) of the low frequency band signal generated in the first vibration generation step 204 of FIG. Use this to adjust the low frequency gain.
  • the gain-adjusted first vibration waveform S 1 (t) and second vibration waveform S 2 (t) are combined to form a composite wave.
  • the driving step 305 a signal is generated from the control unit 103 of the vibration generation system 100 based on the combined wave of the combining step 304, and the actuator 31 is driven.
  • the vibration generation system 100 has a parameter conversion function specific to a device such as a terminal
  • the high frequency band signal is converted to the high frequency band signal at the high frequency conversion step 402 and the second vibration waveform generation step 202 of FIG.
  • the second vibration waveform S 2 (t) of the high frequency band signal generated in is converted into a high frequency parameter series based on the conversion defined by the OS (Operating System) of the mobile terminal.
  • the signal converted as a high frequency parameter series in step 402 is converted into a time series and an amplitude series in step 403.
  • the control unit 103 drives the actuator 31 to create and reproduce a tactile pattern.
  • the single wave amplitude A i and output time (timing) t i calculated by the calculation unit 102 in calculation step 203 of FIG. 6 are converted into parameters specific to the mobile terminal in step 502. .
  • the signal converted as a parameter series is converted into a time series and an amplitude series in step 503.
  • the control unit 103 drives the actuator 31 to create and reproduce a tactile pattern.
  • vibrations in a low band of about several tens of Hz which is lower than the resonance frequency band that can be presented by an actuator, are converted into vibrations that are easily felt by humans.
  • the present invention is carried out using an LRA with a resonant frequency of around 100 Hz to 300 Hz, which is commonly installed in mobile terminals, etc., and can be used in combination with various technologies.
  • Patent Document 2 the inventors of the present application have developed a technology that uses an energy control unit to maintain the energy of a high-frequency signal, thereby converting it to approximately 200 Hz while maintaining the tactile sensation of the high frequency. Disclosed. It can be used in combination with the present invention's presentation method using alternative vibrations for low-band vibrations, and even if an LRA with a narrow frequency band is used, by combining the present invention and the technology disclosed in Patent Document 2, it is possible to reduce the frequency range from several tens of Hz to It becomes possible to present the sensation of a wide frequency band of about 400 Hz, increasing the degree of freedom in designing equipment, and making it possible to reduce the size and cost.
  • the present invention by creating an alternative vibration with the actuator 31 for vibrations with a frequency lower than the resonance frequency band of the actuator 31, it is possible to convert the vibrations into vibrations that are easily perceived by humans as a low frequency and present the vibrations.
  • mobile devices such as smartphones that use LRA as a vibrator, it has been difficult to express low frequencies of about 10Hz to 50Hz with LRA, but by using the present invention, it is possible to experience low frequencies. can be presented.
  • the present invention acquires a signal including vibration in a first frequency band, which is vibration in a low frequency band, from an original signal that is a reproduction target, determines the local maximum value of the vibration in the acquired first frequency band, and
  • the calculation unit 102 calculates the local maximum time of the time that corresponds to the maximum value, and based on the calculated local maximum time, the actuator 31 is driven within a transition time that does not affect the human sensation around the local maximum time to generate a single shot.
  • the calculation unit 102 sets the interval time, which is the time interval between adjacent local maximum values, to 0.1 seconds or more, so that the alternative waveform to be presented can be easily perceived by humans.
  • the sensation it provides does not give a high-frequency vibration sensation.
  • the calculation unit 102 calculates whether the intensity of a second local maximum value immediately after the first local maximum value among the plurality of local maximum values is greater than the intensity of the first local maximum value by a predetermined percentage or more. Furthermore, even if the time interval between the first maximum value and the second maximum value is less than or equal to a predetermined time interval, the second maximum value may be calculated. As a result, in a real-time case such as online, the low-frequency experience can be reflected in real time by providing the user with an alternative waveform at a characteristic point in the original waveform.
  • the control unit 103 generates a sine wave or pulse wave with an intensity of 80% or more and 120% or less with respect to the intensity of the local maximum amplitude. As a result, the intensity of the alternative waveform can be appropriately controlled, and the sense of realism is further enhanced.
  • the actuator of the present invention uses a housing that generates reverberant vibrations, and by utilizing the reverberations, it is possible to present more realistic low-frequency alternative vibrations to the user.
  • vibration generation system 100 shown in FIG. 1 includes one actuator 31, the present invention is not limited to this.
  • the number of actuators 31 provided in the vibration generation system 100 can be changed in various ways.
  • Vibration presentation device 3 Vibration sensation device 11: CPU 12: Memory 13: Storage device 15: Bus 31: Actuator 32: Drive section 33: Receiving section 34: Housing 41: Input section 42: Output section 43: Transmission section 100: Vibration generation system 101: Acquisition section 102: Calculation section 103: Control unit

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

アクチュエータの共振周波数帯域から離れた提示困難な低い周波数の振動について、当該アクチュエータを用い、ヒトが当該低い周波数であると知覚（錯覚）しやすい振動を提示する。　第１の周波数帯域の振動を第１の周波数帯域より大きな第２の周波数帯域で共振周波数を有するアクチュエータ（３１）で提示する振動提示装置（１）であって、少なくとも、第２の周波数帯域より低い共振周波数である第１の周波数帯域の振動を含む信号を取得する取得部（１０１）と、取得部（１０１）によって取得された第１の周波数帯域の振動の極大値を求め、極大値から、極大値となる時間である極大値時間を求める算出部（１０２）と、算出部（１０２）によって算出された極大値時間に基づき、極大値時間を含む前後の時間である遷移時間内においてアクチュエータを制御して単発波を生成する制御部（１０３）と、を備える。

Description

振動提示装置、振動発生システム、振動提示プログラム、振動提示プログラムが格納された記録媒体及び振動発生方法
　本明細書に記載する技術は、振動提示装置、振動発生システム、振動提示プログラム、振動提示プログラムが格納された記録媒体及び振動発生方法に関する。
　近年、スマートフォンやゲーム機，Virtual Reality（ＶＲ）機器，ロボット操縦支援等の分野において、体感性、臨場感を高めるため振動フィードバックの高度化が進んでいる（例えば、特許文献１を参照）。振動フィードバックには、ヒトの振動知覚感度が２００Ｈｚ付近で最大になることから、スマートフォン等の携帯端末に搭載される振動子は、小型で１００～３００Ｈｚ程度の周波数帯域を表現できる共振周波数２００Ｈｚ前後のLinear Resonant Actuator（ＬＲＡ）型の振動子が装置に搭載されることが多い（例えば、特許文献２を参照）。
　また、近年は、ＬＲＡの広帯域化が進んでおり、共振周波数５０～４００Ｈｚ程度を提示できるものも開発され、振動子を６０Ｈｚ～１００Ｈｚの共振周波数で設定する機器やゲーム機のコントローラ等も存在する（例えば、特許文献３を参照）。
特開２００３－２２８４５３号公報 国際公開第２０２１/０８５５０６号公報 特表２０２１－５２７２５７号公報 特開２００４－１８１３０４公報
　しかしながら、前述の共振周波数５０Ｈｚ～４００Ｈｚ前後のＬＲＡにおいて共振周波数から離れた、数十Ｈｚの低周波域の振動を提示することは困難である。低周波帯の感覚をより強めるために、共振周波数を５０Ｈｚ以下にするには、共振系の質量を大きくする、或いは、そのための別の振動子を搭載する必要があり、結果として振動子の占める体積が大きくなる。
　特許文献４には、バネ等の付勢手段の間で移動する可動体を、可動体周辺のコイルに蓄積信号、減衰信号を制御して加えることで、可動体の振幅を調整して、振幅の頂点を結んだ包絡線で形成される疑似振動が、人が体感できる周波数となることで、可動体の大きさが抑制できる発明が開示されているが、振動子の構造に依存するうえ、複数の信号の入力が複雑で、また、５０Ｈｚ以下の周波数であっても再現できるものであるのか不明なものである。
　何より、現在、ゲーム機，ＶＲ機器等の再現を要する動きは複雑で、簡便に低周波を提供することが求められるが、特許文献４に開示の技術では、それが非常に、難しく、特に、オンラインのリアルタイムの信号の再現が要求される場合には使用できない。
　このため、スマートフォン等の共振周波数１００Ｈｚ～３００Ｈｚ前後のＬＲＡのみを搭載する小型情報端末で数十Ｈｚの低周波振動の体感を表現することは容易でないという課題がある。
　本明細書に記載する技術は、搭載するアクチュエータの共振周波数帯域から離れた、提示困難な低い周波数の振動について、追加のアクチュエータを用いず、当該アクチュエータの制御等を工夫することで、ヒトが当該低い周波数であると知覚（錯覚）しやすい振動を提示することを目的とする。
　本発明の振動提示装置は、第１の周波数帯域の振動を前記第１の周波数帯域より大きな第２の周波数帯域で共振周波数を有するアクチュエータで提示する振動提示装置であって、少なくとも、前記第２の周波数帯域より低い共振周波数である前記第１の周波数帯域の振動を含む信号を取得する取得部と、前記取得部によって取得された前記第１の周波数帯域の振動の極大値を求め、前記極大値から、極大値となる時間である極大値時間を求める算出部と、前記算出部によって算出された前記極大値時間に基づき、前記極大値時間を含む前後の時間である遷移時間内において前記アクチュエータを制御して単発波を生成する制御部と、を備える。
　本発明では、アクチュエータで提示可能な共振周波数帯域よりも低い周波数の振動について、ヒトが当該周波数であると知覚（錯覚）しやすい振動に変換して提示することができる。
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構成図である。 図１に示した振動発生システムによる低周波振動に対する代替振動の提示処理の原理を説明するグラフであり、（ａ）は提示する低周波信号と制御する単発波形（短時間パルス波形）の例を表すグラフであり、（ｂ）は筐体に発生した残響振動の例（レーザー変位計による計測）を表すグラフである。 図１に示した振動発生システムによる低周波振動に対する代替振動の提示処理についての被験者実験の結果を示す図であり、（ａ）は被験者による回答の選択肢を示すテーブルであり、（ｂ）～（ｅ）は元（目標信号）の低周波波形がそれぞれ、１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ、４０Ｈｚである場合の回答結果を示すグラフである。 （ａ）は図１に示した振動発生システムによる振幅及びタイミングの算出処理の第１の例を説明するグラフであり、（ｂ）は図１に示した振動発生システムによる振幅及びタイミングの算出処理の第２の例を説明するグラフである。 低周波振動の振幅とタイミングのオンラインでの算出処理を説明するグラフである。 図１に示した振動発生システムによる第１振動波形及び第２振動波形の生成処理を説明するためのブロック図である。 （ａ）はアクチュエータによる振動子を用いる場合の振動生成処理を説明するブロック図であり、（ｂ）は携帯端末を用いる場合の振動生成処理を説明するブロック図である。
　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.システムの構成
　図１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図である。
　振動発生システム１００は、振動提示装置１，振動体感装置３からなる。
　振動提示装置１は、ＣＰＵ１１、メモリ１２、記憶装置１３、入力部４１、出力部４２及び送信部４３を備え、それぞれは、バス１５で接続されている。
　振動体感装置３は、アクチュエータ３１、駆動部３２、受信部３３を備えており、筐体３４に格納されている。
　振動提示装置１と振動体感装置３は別体で設けられてもよいし、一体で設けられてもよい。また、振動提示装置１内の一部が、振動体感装置３に設けられてもよい。また、筐体３４は、振動提示装置１と振動体感装置３が一体のとき、振動提示装置１全体を格納するものであってもよい。
　本実施形態の一例における振動発生システム１００は、スマートフォンやゲーム機，Virtual Reality（ＶＲ）機器，ロボット等に主に用いられるが、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。
　振動提示装置１は、制御、駆動を行うCentral Processing Unit（ＣＰＵ）１１，プログラム等を保管するメモリ１２、記憶装置１３、元の信号など再現を目指す信号を含む情報を取得する入力部４１、振動等の触感以外の情報をユーザに出力する出力部４２、振動体感装置３と情報の通信を行う送信部４３及びそれらを接続するバス１５を備える。
　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）や振動提示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１に示すように、取得部１０１、算出部１０２及び制御部１０３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、振動提示装置１全体の動作を制御する。振動提示装置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、振動提示装置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。
　メモリ１２は、Operating System（ＯＳ）や振動提示プログラムが格納された記録媒体であり、Read Only Memory（ＲＯＭ）及びRandom Access Memory（ＲＡＭ）などから構成される。
　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、入力部４１で取得した情報や、あらかじめ、再現しようという振動に関する信号や触覚信号、振動提示プログラムにより算出部１０２で算出した各種データ等を記憶する。
　入力部４１は、振動提示装置１で、音楽や映画，ゲーム等の音声等の音響情報や衝撃、操作する際の感覚、ロボットが物体に接触した際に発生する振動等を含む様々な情報をオンラインで取得するものである。なお、入力部４１は、記憶装置１３等に、あらかじめ触覚を再現しようという情報が格納されている場合は設けなくてもよい。
　出力部４２は、振動提示装置１で振動体感装置３以外の情報をユーザに提示する映像、音源を発生させるものである。なお、出力部４２は、ユーザに映像、音源など提示しないものであれば備えられなくてもよい。また、振動体感装置３に出力部４２が設けられてもよい。
　送信部４３は、有線または無線で、振動体感装置３の受信部３３を介して制御信号を送信する部位である。
　振動提示装置１と振動体感装置３を一体にする場合は、送信部４３は、例えばSPI、I2C、I2Sなどの通信方式や電圧などのアナログ信号を利用してもよい。送信部４３はＣＰＵ１１の機能として内蔵されてもよい。
　有線の場合は、USB，Thunderbolt（登録商標）, Ethernet（登録商標），HDMI（登録商標）などの通信方式を利用しても良い。
　無線の場合は、例えば、Bluetooth（登録商標）用、WiFi用、又はZigBee（登録商標）用等の通信部或いは、無線ＬＡＮ(Local Area Network)用の通信部であってもよい。
　ＣＰＵ１１の取得部１０１、算出部１０２、制御部１０３について具体的に説明する。
　取得部１０１は、入力部４１から得られる音楽や映画，ゲーム等の音声等の音響情報や衝撃、操作する際の感覚、ロボットが物体に接触した際に発生する振動等の信号を取得するものである。
　なお、記憶装置１３等にあらかじめ、再現しようという振動に関する信号や触覚信号が格納されている場合は、記憶装置１３から取得部１０１に読み出して取得する。
　算出部１０２は、取得部１０１によって取得された触覚信号を解析し、第１の周波数帯域、第２の周波数帯域に分離、抽出、或いは、第１の周波数帯域の振動の極大値、極大値の時間（タイミング）、振幅の大きさを算出する部位である。具体的な算出処理については後述する。
　制御部１０３は、制御信号を生成して、アクチュエータを制御する部位であり、算出部１０２によって算出された第２の周波数帯を、アクチュエータ３１を制御して再現しつつ、第１の周波数帯域での極大値を含む所定の時間内において少なくとも所定の周期（以下、「単発波周期時間」ともいう。）を有する正弦波、又は、矩形波等のパルス波を、アクチュエータ３１を制御して生成し、模擬的な第１の周波数帯域を再現する。なお、生成する所定の時間内であれば、周期は半周期や、１．５周期、又は、２周期等の波形であってもよいし、振幅の異なる数周期の波形を出力してもよい。なお、振幅の異なる数周期の波形を用いることで、効果的に筐体３４に残響を生成できる可能性がある。
　これら、生成する正弦波及びパルス波等は、まとめて単発波形と称されてもよい。単発波形を生成する単発波周期時間は、アクチュエータ３１の共振系、あるいは、アクチュエータ３１と筐体３４の共振系により発生する残響振動の1周期以下の時間で、また、例えば、ユーザが十分に体感できる大きさであり、現状のアクチュエータで発生可能な振動数を考慮すると、０．００２秒以上０．０２秒以下の時間が好ましい。また取得部１０１によって取得された振動の波形の周期の比率に応じて決められてもよい。
　　次に、振動体感装置３について説明する。
　本実施形態の振動体感装置３は、音楽や映画，ゲーム等の音声等の音響情報や衝撃、操作する際の感覚、ロボットが物体に接触した際に発生する振動等の触覚信号を再現すしユーザに提供する部位である。振動体感装置３は、振動を生成するアクチュエータ３１、駆動部３２、受信部３３を有する。アクチュエータ３１は、再現する触覚信号をより現実に近づけるため、ヒトの振動知覚感度が高い、高周波帯域（第２の周波数帯）である５０～３５０Ｈｚ程度の周波数帯域で共振系を有するアクチュエータ３１が搭載されている。本発明では、例えば、２００Ｈｚ±１５０Ｈｚのアクチュエータ３１を用いて高周波帯域を再現しつつ、さらに、アクチュエータ３１を用いて低周波帯域（第１の周波数帯）１００Ｈｚ以下（１０Ｈｚ～１００Ｈｚ、特に、１０Ｈｚ～５０Ｈｚ）における模擬的な振動をヒトが体感可能なように変換して提示するものである。
　アクチュエータ３１は、本実施形態ではＬＲＡ（直動共振型アクチュエータ）のような磁石とコイルを用いたボイスコイル型アクチュエータである。アクチュエータ３１は筐体３４内に設けられてもよい。このとき、アクチュエータ３１は筐体３４と共振系を構成する。アクチュエータ３１の共振系の共振周波数は、例えば、２００Ｈｚ±１５０Ｈｚであってよい。また、アクチュエータ３１の共振系の上限値は、例えば、３５０Ｈｚであってよく、下限値は、５０Ｈｚであってもよい。
　なお、アクチュエータ３１はボイスコイル型アクチュエータに限らず、筐体３４内にアクチュエータ３１が弾性体により支持、接続された錘によって構成されてもよくこの場合、アクチュエータ３１、弾性体、錘及び筐体３４によって共振系が構成される。錘は、バッテリーや筐体３４内の各種部品を用いてもよい。
　駆動部３２は、受信部３３で受信した制御部１０３で生成されたアクチュエータ３１を制御するデジタル信号またはアナログ信号に基づき、アクチュエータを駆動する部位である。駆動部３２はアクチュエータ３１を駆動するための不図示の増幅器（別言すれば、アンプ）、フィードバック回路などを含めてもよい。
　受信部３３は、振動提示装置１の送信部４３から送信された制御信号を受信する部位である。受信部３３は送信部４３の信号が直接、駆動部３２に送られる場合は、省略してもよい。
　Ａ－２.代替振動の提示処理
　以下、本発明の、具体的な、代替振動により模擬的な第１の周波数帯域を再現する手法について説明する。
　図２は、図１に示した振動発生システム１００による低周波振動に対する代替振動の提示処理の原理を説明するグラフであり、図２の（ａ）は提示する低周波信号と制御する短時間単発波形の例を表すグラフであり、図２の（ｂ）は筐体３４に発生した残響振動の例（レーザー変位計による計測）を表すグラフである。
　図２の（ａ）に示すグラフでは、横軸が時間（Time [s]）、縦軸が振幅（Amplitude）を表しており、点線グラフは１０Ｈｚの再現すべき元の信号（代替振動で再現すべき目標とする信号（以下、「目標信号」という場合もある。））（Original signal）の波形を表し、実線グラフは、アクチュエータ３１を制御して発生させる単発波形であるパルス信号（Control pulse signal）を表す。連続する目標信号の低周波信号のピークのタイミングに合わせて、短時間のパルス信号がアクチュエータ３１を制御することにより入力波形として生成されている。図２の（ａ）に示す例では、アクチュエータ３１により入力されるパルス信号は１周期の正弦波を使用している。低周波信号のピークに合わせて、パルス信号が生成されることで、特徴的な低周波の周期が表現される。
　制御するパルス信号（別言すれば、代替波形）は、次式で生成される。ここで、Ａは元の低周波の振幅、ｆは代替刺激の周波数、ｔ′は元の低周波の極大値をとる時刻である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図２の（ｂ）に示すグラフでは、横軸が時間（Time [s]）、左側の縦軸が元の信号及び制御信号の電圧（Original/Control signal [V]）、右側の縦軸が計測されたバイブレーションによる変位（Measured vibration [μm]）を表している。また、点線グラフは元の信号（目標信号）（Original signal）を表し、太線グラフはアクチュエータ３１を制御して生成したパルス信号（Control pulse signal）を表し、細線グラフは、振動発生システム１００の筐体３４に発生し、計測した変位（Measured vibration）を表す。アクチュエータ３１での短時間のパルス入力に対して、アクチュエータ３１を含む筐体３４の固有振動により残響振動が発生する。残響振動は減衰するまで時間を要する。この減衰波形がアクチュエータ３１で本来再現が難しい低周波の体感を生成すると考えられる。
　　Ａ－３.代替振動の体感評価
　実際、前述の代替振動の提示処理の手法がどの程度、低周波の体感を提示できるのか調査した。
　図３は、振動発生システム１００による低周波振動に対する代替振動の提示処理についての被験者実験の結果を示す図であり、（ａ）は被験者による回答の選択肢を示すテーブルであり、（ｂ）は目標信号の低周波波形が１０Ｈｚである場合の被験者の３回の回答の平均値の結果を示すグラフであり、（ｃ）は目標信号の低周波波形が２０Ｈｚである場合の被験者の３回の回答の平均値の結果を示すグラフである。（ｄ）は目標信号の低周波波形が３０Ｈｚである場合の被験者の３回の回答の平均値の結果を示すグラフである。（ｅ）は目標信号の低周波波形が４０Ｈｚである場合の被験者の３回の回答の平均値の結果を示すグラフである。（ｂ）～（ｅ）は、回答のあった選択肢の最大値、最小値に加え、四分位範囲、及び、中央値も示している。
　図３における被験者実験では、目標信号とする低周波振動として、１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ、４０Ｈｚの正弦波を設定し、それぞれの代替振動となる刺激を６０Ｈｚ、８０Ｈｚ、１００Ｈｚの正弦波を用い、前述の代替振動の提示処理手法を用いて目標信号とする低周波振動を提示できるか、被験者の主観的な体感により評価した。体感実験では、被験者に感じる振動以外の情報からの回答を選択させないようにするために、約１０Ｈｚ～１００Ｈｚを提示できるボイスコイル型振動子を片手で保持させることによって体感させた。被験者は２０代の男女７名である。
　初めに被験者に低周波と高周波の違いを教示するため、低周波として１０Ｈｚの正弦波を、高周波として８０Ｈｚの正弦波を、被験者が違いを区別できるまで繰り返し提示した。
　被験者に体感評価させる刺激としては、目標信号である低周波振動そのもの（Raw Wave）、６０Ｈｚの正弦波を用いて作成した代替振動、８０Ｈｚの正弦波を用いて作成した代替振動、１００Ｈｚの正弦波を用いて作成した代替振動の４種類を、目標信号とする低周波振動１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ、４０Ｈｚのケースでそれぞれ行った。
　体感実験ではボイスコイル型振動子で５秒間刺激を提示し、その刺激が低周波・高周波のどちらと判断したか、図３の（ａ）に示す、７段階のリッカート尺度で回答させた。なお、スケール１に近いほど高周波（被験者に教示した８０Ｈｚに近い体感）であることを示し、スケール７に近いほど低周波（被験者に教示した１０Ｈｚに近い体感）であることを示す。
　刺激は被験者が回答を出せるだけ繰り返し提示した。それぞれの種類の刺激は順序効果を避けるためランダムに提示した。被験者はホワイトノイズと防音イヤマフで聴覚を遮断した状態で実験を行った。実験での刺激はＵＳＢオーディオインタフェース（ASUS, XONAR U7 MK II）、オーディオアンプ（SMSL SA-36A PRO）を介し、被験者が保持するボイスコイル型振動子（VP4,Acouve Laboratory, Inc.）から出力した。
　図３の（ｂ）に示すように、体感として、１０Ｈｚの低周波振動を目標としたものでは、１０Ｈｚの低周波振動そのもの（Raw Wave）は勿論、６０Ｈｚ、８０Ｈｚ、１００Ｈｚの単発波形も同程度の非常に強い低周波の体感を提示できた。また、２０Ｈｚの場合は、低周波体感は２０Ｈｚの低周波振動そのもの（Raw Wave）も含めて低周波の体感が１０Ｈｚの場合よりやや低下した低周波の体感を与えることができた。
　３０Ｈｚ、４０Ｈｚについては３０Ｈｚ、４０Ｈｚの低周波振動そのもの（Raw Wave）も含めて高周波に近い体感を感じる場合が多かった。
　一方で、１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ、４０Ｈｚともに、それぞれ回答のスケール値の中央値は、１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ、４０Ｈｚの低周波振動そのもので被験者が回答した値と、６０Ｈｚ、８０Ｈｚ、１００Ｈｚで作成した代替振動に被験者が回答した値に近い傾向がみられ、被験者は、１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ、４０Ｈｚいずれにおいても、１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ、４０Ｈｚの低周波振動そのもの（Raw Wave）生じる体感の低周波振動そのものに似た体感を６０Ｈｚ、８０Ｈｚ、１００Ｈｚで作成した代替振動で得ていると考えられる。
　以上のように、６０Ｈｚ、８０Ｈｚ、１００Ｈｚの振動であっても、本発明の代替振動の提示処理の手法を用いると、目標とする低周波の振動に近い感覚を被験者に提示できていることがわかる。
　なお、図３における被験者実験では、厳密に振動以外の情報からの回答を選択させないようにするために、約１０Ｈｚ～１００Ｈｚの振動を提示できるボイスコイル型振動子を用いたが、１０Ｈｚ～５０Ｈｚの振動を提示できないボイスコイル型振動子においても、本発明の手法を用いることで、本来提示できない低周波振動に似た感覚を被験者に提示できることを確認している。
　Ａ－４.目標信号からの代替振動の振幅、タイミングの決定手法
　前述では、理想的な元の信号（目標信号）から、代替振動を作成する手法について述べたが、実際、音楽やゲームなどで再現する元の信号（目標信号）は、複雑な振動となる。以下では、そのような複雑な振動において、本発明の代替振動をどのように作成すればよいか述べる。
　図４の（ａ）は、図１に示した振動発生システム１００の取得部１０１であらかじめ取得した、或いは、記憶装置１３等にあらかじ格納された、音楽等で発生する振動等の信号の一例を用いて、算出部１０２で、振幅及び制御部１０３でアクチュエータ３１を制御して、単発波形を生成するタイミングの算出処理の第１の例を説明するグラフであり、図４の（ｂ）は、第２の例を説明するグラフである。
　図４の（ａ）に示す第１の例では、再現しようとする振動を、後述の高周波信号、低周波信号に分離後の、低周波信号（元の信号（目標信号））として示している。低周波信号は所定の周波数以下の信号、例えば、１００Ｈｚ以下、好ましくは８０Ｈｚ以下、より好ましくは、６０Ｈｚ以下とする。搭載するアクチュエータ３１の再現困難な領域に合わせ適宜決定してもよい。また、低周波信号は、分離後の低周波信号全体の信号として処理してもよいし、所定の低周波領域ごとにさらに分離してもよい（例えば、８０Ｈｚ以下の１０Ｈｚ以上の低周波信号を取得した場合、１０Ｈｚ～５０Ｈｚと、５０Ｈｚ～８０Ｈｚとにさらに分離してそれぞれの低周波信号として算出部１０２の処理を適用してもよい。）。その場合、分離した周波帯毎に、単発波の波形、単発波周期時間、振幅などのアクチュエータ３１の各種駆動パラメータを制御することで、各周波帯毎に、よりヒトの体感に近い代替振動を複数組み合わせて提示するようにしてもよい。
　算出部１０２は、低周波帯域の信号波形に含まれる複数の極大値及び極小値を算出する。発明者の実験の結果、代替振動を残響振動が十分に減衰していない非常に短い時間間隔で代替振動を作成した場合、被験者は、目標とする低周波振動として感じなくなり、アクチュエータ３１本来の高周波振動として知覚することが分かった。そのため、低周波振動の代替振動を作成するためには、算出した複数の極大値のうち、隣接する極大値は、時間について所定の間隔（以下、「間隔時間」ともいう場合がある。）（例えば、０．１秒以上）以上離れたものを選択する。隣接する極大値が時間について所定の間隔時間以上離れていない場合は、隣接する極大値のうち、最も特徴的（大きい）な極大値のみ選択する。図示する例では、「Ｘ」印の点は、所定の間隔時間以上離れていないため、極大値として選択されない。このようにして選択した極大値の位置（以下、「極大値時間」ともいう。）が代替振動の提示のためのタイミング時間として算出される。
　一方、振幅については、第１の例では、複数の極小値間を結ぶ直線に、極大値から垂線を下ろした交点までの距離が代替振動の振幅（両矢印を参照）（以下、「極大値振幅」という場合もある。）として算出される。
　以上のようにして、代替振動の提示のためのタイミング及び振幅が決定される。
　図４の（ｂ）に示す第２の例では、算出部１０２は、低周波帯域の波形の中に含まれる、複数の極大値のみを算出する。極大値の選択は第１の例と同じであり、選択した極大値の位置（極大値時間）が代替振動の提示のためのタイミング時間として算出される。
　一方、第２の例では、極大値振幅は、所定の基準値から極大値までの距離が代替振動の振幅（両矢印を参照）として算出される。
　第１の例は、バックグランドノイズが大きく目標とする低周波帯域の信号波形がノイズに比して小さい場合などに有効である。一方、第２の例は、目標とする低周波帯域の信号波形がノイズに比して十分大きいものに対して有効である。
　単発波形を出力するタイミングは、厳密に極大値時間である必要は必ずしもなく、極大値時間を含む前後の時間、つまり、極大値時間から所定の時間遷移（以下、「遷移時間」ともいう。）させて生成されてもよい。所定の時間遷移（遷移時間）は、単発波形によって制御される筐体振動（残響振動）が最大となるタイミングが、目標信号から求める極大値時間と一致、或いは、極大値時間とほぼ同じ時間となるように設定されてもよく、ヒトが違和感を得ない程度でよい。
　遷移時間は、ヒトが出力部４２から提示される視覚や聴覚と、どの程度のズレを許容できるかで決定される。既存研究では、ヒトは繰り返しのある体感では、０．０４秒、単発の体感では、０．０３秒程度のずれに気づく閾値がある。そのため、遷移時間は、例えば、±０．０４秒程度に収まる範囲内とすることができるが、敏感なヒトに違和感を抱かせないために、±０．０２秒程度に収まる範囲内とするのが望ましい。
　また、単発波形の生成タイミングは、算出される極大値の間隔時間が維持されることが望ましい。
　タイミングが、厳密に極大値時間である必要がない理由は、単発波形を出力するタイミングが一定量ずれていても振動を体感するヒトはほとんど気付かないためであり、再現しようとする目標信号のうち、主要な極大値間の時間を再現することがユーザに低周波領域の代替振動を提示するのに重要であると考えられる。
　なお、図４（ａ）、（ｂ）では、波形、振幅高さなどから、最大値、最大値時間を決定しているが、これに限られるものではない。例えば、信号の２乗平均値，実効値，変化量などから求めてもよい。信号の特徴点となる最大値、最大値時間を決定できればどのような手法でもよい。
　代替振動の振幅は、正確に図４（ａ）、（ｂ）で求めた極大値振幅の大きさである必要はなく、求めた極大値振幅に所定の比率を掛けて決定されてよい。所定の比率は、元の信号（目標信号）の低周波体感に近づくように、使用する筐体とアクチュエータの特性とに合わせて調整されてもよい。算出する振幅は、ヒトが知覚する非線形の主観的強度に合うように指数関数等により、調整されてもよい。所定の比率は、求めた極大値振幅に対し、例えば８０％以上１２０％以下であってよい。
　なお、代替振動の振幅は、再現する信号の最大値振幅がそれほど変動のない場合などには、予めある一定の振幅として提示してもよい。この場合、最大値振幅を求める必要はない。
　次に、オンラインで、リアルタイムに入力部４１で取得した目標信号に対する、低周波振動の振幅とタイミングの決定手法について述べる。
　図５は、オンライン中、リアルタイムに入力部４１で取得した情報を取得部１０１で信号として取得した後、高周波振動と低周波振動に分離して目標とする低周波振動を抽出し、代替振動の振幅とタイミングの決定処理を説明するグラフで、横軸は時間の経過である。
　抽出した元の低周波振動の信号（目標信号）は、一定時間で分割され、各分割区間内の最大値が算出される。一定の分割区間は、分離した高周波振動の処理に必要な区間と一致させてもよい。分割区間としては、０．０２秒以下であればよく、０．０１秒、０．００５秒等の間隔でもよい。分割区間において、最大値が増加から減少に転じる区間が検出され、減少に転じる直前の最大値が元の信号の極大値時間として算出される。極大値を算出する際に、時間微分など用いてもよい。極大値（ピーク値）が検出された後、前述の間隔時間から決定される所定の時間Ｔ（例えば、０．１秒以内）の間は次のピークを所定の規則（例えば、前回の極大値よりも２０％以上大きい場合でない等。）に従い除外してもよい。図５中の〇印は、所定時間内に検出され除外されなかった極大値を有する区間を示し、×印は除外された極大値を有する区間を示す。
　ケース＃１は、所定の時間Ｔ内に、次の極大値が検出されなかった場合を示す。このケース＃１は通常どおり、検出された中での極大値を単発波の出力タイミング（極大値時間）と決定する。ケース＃２は、所定の時間内に、次の極大値が検出されたが、次の極大値が前回の極大値よりも所定の値よりも大きかったために除外しなかった場合を示す。所定の値は、例えば、前回の極大値よりも２０％以上大きい場合とする。このケース＃２では、検出された最初の極大値と、前回の極大値よりも２０％以上大きい次の極大値との両方を単発波の出力タイミング（極大値時間）と決定する。ただし、所定の時間Ｔの経過時間を優先して、所定の時間Ｔが経過していない、次の極大値を単発波の出力タイミングから除外してもよい。ケース＃３は、所定の時間Ｔ内に、次の極大値が検出されたが、前回の極大値よりも小さかったために除外した場合を示す。このケース＃３では、検出された最初の極大値のみを出力タイミングと決定し、次の小さな極大値は単発波の出力タイミングから除外する。ただし、所定の時間Ｔの経過時間を優先して、ケース＃２で所定の時間Ｔが経過していない、次の極大値（ケース＃３での出力タイミングとした最初の極大値）を単発波の出力タイミングから除外した場合は、ケース＃３の次の小さな極大値を単発波の出力タイミング（極大値時間）としてもよい。
　前回の極大値よりも所定の値よりも大きい点を優先するか、所定時間Ｔの経過時間を優先するかは、再現する信号の状況、提示する状況に応じて決定する。
　極大値を算出する方法は、区間内の最小値を求め、減少から増加に転じる区間を求めることで、極小値の算出に転用することもでき、算出された極大値及び極小値を図４（ａ）の手法に適用することで、短時間の単発波形の振幅を算出することができる。オンラインで処理する場合、単発波の出力タイミングは、図４（ａ）、（ｂ）に示した方法で単発波形の振幅が算出された後、できるだけ速やかに出力される。振幅については、所定の時間Ｔ以上の信号をバッファリングして予め単発波形の振幅が算出されてもよい。
　前述のオンラインで取得した元の信号は、オンライン後に改めて再現する際には、あらかじめ取得された信号として図４（ａ）、（ｂ）の手法に従って、改めて、出力タイミング、振幅を設定しなおしてもよい。一方で、オンライン時の感覚を再現するため、オンライン時の出力タイミング、振幅を記憶装置１３で記憶しておき、その出力タイミング、振幅で再現するようにしてもよい。
　図４（ａ）、（ｂ）、図５で、算出部１０２で算出した、極大値時間と、極大値振幅は再現用の時系列データとして、他の視覚、聴覚の情報とも紐づけて記憶装置１３に記憶する。記憶装置１３に保管された再現用の時系列データを読み出すことでいつでも視覚、聴覚の情報とともに制御部１０３からアクチュエータ３１の駆動タイミングを制御し、ユーザに臨場感あふれる体感を提供できる。
　Ａ－５.算出部の処理
　次に、振動発生システム１００の算出部１０２の処理について詳細に説明する。
　図６は、算出部１０２による取得部１０１で取得した音楽や映画，ゲーム等で発生する振動等の元の信号、或いは、記憶装置１３等にあらかじめ格納されている元の信号から、低周波領域である、第１の周波数帯の振動波形及び高周波領域である第２の周波数帯の振動波形の生成処理を説明するためのブロック図である。
　ステップ２０１は、取得部１０１で取得、或いは、記憶装置１３等にあらかじめ格納された信号（別言すれば、変換前の再現目標とする信号）Ｘ（ｔ）から所定の周波数以下の信号を高周波帯域信号Ｈ（ｔ）と低周波帯域信号Ｌ（ｔ）との信号に分離するステップである。
　高周波帯域信号Ｈ（ｔ）は、ハイパスフィルター等の高周波帯域通過濾波器を用いて、所定の周波数の信号以下の信号を除去する。分離、除去手段は周知の手法が用いられる。分離された高周波帯域信号Ｈ（ｔ）は、高周波帯域の波形である第２振動波形生成ステップ２０２で第２振動波形Ｓ２（ｔ）を生成する。
　一方、低周波帯域信号も、ローパスフィルター等の低周波帯域通過濾波器を用いて信号Ｘ（ｔ）から所定の周波数以下の低周波帯域信号Ｌ（ｔ）を濾波させる。次に、算出部１０２での算出ステップ２０３では、抽出した低周波帯域信号Ｌ（ｔ）から、図４、図５で説明した手法で、単発波の振幅（最大値振幅）Ａｉ（ｉは、生成する単発波の番号を表す。）及び出力時刻（最大値時間）ｔｉを算出する。第１振動生成ステップ２０４は、単発波をステップ２０３で算出した振幅Ａｉ及び出力時刻ｔｉから低周波帯域の波形である第１振動波形（代替振動）Ｓ１（ｔ）を生成する。このとき、第１振動生成ステップ２０４は、単発波形を決定するための単発波パラメータを参照することにより、単発波の形状を決定する。単発波パラメータは、単発波の単発波周期時間、遷移時間、間隔時間或いは、振幅比率等の数値を含んでよい。
　Ａ－６.制御部の処理
　図７の（ａ）は一般的な機器の制御部１０３でアクチュエータ３１を制御する場合の振動生成処理を説明するブロック図であり、図７の（ｂ）はスマートフォン等の携帯端末等、機器特有のパラメータ変換機能を有する機器を用いる場合の振動生成処理を説明するブロック図である。
　図７の（ａ）の、高周波ゲイン調整ステップ３０２は、図６の第２振動波形生成ステップ２０２で生成した高周波帯域信号の第２振動波形Ｓ２（ｔ）を、高周波数帯域ゲイン調整器を用いて、高周波ゲインの調整を行う。一方で、低周波ゲイン調整ステップ３０３では、図６の第１振動生成ステップ２０４で生成した低周波帯域信号の第１振動波形（代替振動）Ｓ１（ｔ）を、低周波数帯域ゲイン調整器を用いて、低周波数のゲイン調整を行う。
　合成ステップ３０４では、ゲインを調整した、第１振動波形Ｓ１（ｔ）及び第２振動波形Ｓ２（ｔ）を合成して合成波とする。駆動ステップ３０５では、合成ステップ３０４の合成波に基づき、振動発生システム１００の制御部１０３から信号を生成して、アクチュエータ３１を駆動させる。
　図７の（ｂ）において、振動発生システム１００が形態端末等の機器特有のパラメータ変換機能を有する場合には、高周波帯域信号は、高周波変換ステップ４０２で、図６の第２振動波形生成ステップ２０２で生成した高周波帯域信号の第２振動波形Ｓ２（ｔ）を、携帯端末のＯＳ（Operating System）によって定義されている変換に基づく高周波のパラメータ系列としての変換が行われる。ステップ４０２で高周波のパラメータ系列として変換された信号を、ステップ４０３で時系列及び振幅系列への変換が行われる。そして、ステップ４０４において、制御部１０３により、アクチュエータ３１を駆動させ触覚パターンの作成・再生が行われる。
　一方、低周波帯域信号については、図６の算出ステップ２０３で、算出部１０２で算出した、単発波の振幅Ａｉ及び出力時刻（タイミング）ｔｉをステップ５０２で携帯端末特有のパラメータに変換する。パラメータ系列として変換された信号を、ステップ５０３で時系列及び振幅系列への変換が行われる。そして、ステップ５０４において、制御部１０３により、アクチュエータ３１を駆動させ触覚パターンの作成・再生が行われる。
　〔Ｂ〕変形例
　前述した実施形態における振動提示装置１では、アクチュエータで提示可能な共振周波数帯域よりも低い数十Ｈｚ程度の低帯域の振動をヒトが体感しやすい振動に変換した。
　本発明は、携帯端末等に一般的に搭載されている、共振周波数１００Ｈｚ～３００Ｈｚ前後のＬＲＡを用いて行うものであり、種々の技術と組み合わせで用いることができる。
　例えば、本願の発明者らは、引用する特許文献２において、エネルギー制御部を用いて、高周波での信号のエネルギーを維持することで、高周波の触感を維持したまま、２００Ｈｚ程度に変換する技術を開示している。本願の低帯域の振動の代替振動による提示手法と、併用が可能であり、周波数帯域が狭いＬＲＡを用いたとしても、本発明と、特許文献２に開示の技術を組み合わせることで、数１０Ｈｚ～４００Ｈｚ程度の広い周波数帯域の体感が提示可能になり、機器の設計の自由度が増し、小型化、低コスト化が可能になる。
　〔Ｃ〕効果
　実施形態における振動提示装置，振動提示プログラム，振動提示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及び振動提示方法によれば、例えば、以下の作用効果を奏することができる。
　本発明は、アクチュエータ３１の共振周波数帯域よりも低い周波数の振動について、アクチュエータ３１により代替振動を作成することで、ヒトが低い周波数と知覚しやすい振動に変換して提示することができる。特に、ＬＲＡを振動子として用いるスマートフォン等の、携帯機器等では、ＬＲＡでは、１０Ｈｚ～５０Ｈｚ程度の低周波は従来、表現するのが困難であったが、本発明を用いることにより低周波の体感を提示することができる。
　これにより、携帯機器やゲームコントローラーなどにおいて低周波振動の表現が可能になり、臨場感ある振動表現が可能になる。また、携帯機器等における音楽・映画・動画などの体感振動を提示できる。
　本発明は再現目標である元の信号から低周波帯域の振動である第１の周波数帯域の振動を含む信号を取得し、取得された前記第１の周波数帯域の振動の極大値を求め、極大値となる時間の極大値時間を求める算出部１０２で算出し、算出された極大値時間に基づき、極大値時間周辺のヒトの体感に影響を与えない遷移時間内においてアクチュエータ３１を駆動して単発波を生成することで、アクチュエータ３１が低周波帯域の振動を生成できないものであっても、疑似的な低周波振動を提示することで、ユーザの低周波の体感を提示することができ、追加のアクチュエータを必要とせず、装置の小型化につながる。
　また、極大値時間での極大値振幅を求めることにより、より精度の高い低周波振動を提示することができる。
　また、単発波を生成する単発波周期時間、遷移時間をヒトの体感などにより定めることにより、高周波の振動感を低減することができる。
　算出部１０２は、複数の極大値を有する信号から極大値時間を算出する際に隣接する極大値の時間間隔である間隔時間を０．１秒以上とすることにより、提示する代替波形がヒトに与える体感が、高周波の振動感を与えることがない。
　算出部１０２は、オンラインで振動を提供する場合、複数の極大値のうち第１の極大値の直後の第２の極大値の強度が第１の極大値の強度よりも所定の割合以上大きい場合に、第１の極大値と第２の極大値との間隔時間が所定の間隔時間以下であっても、第２の極大値を算出することがある。これにより、オンラインなどリアルタイムの場合には、元の波形において特徴的な点で代替波形をユーザに与えることにより低周波の体感をリアルタイムで反映させることができる。
　制御部１０３は、極大値振幅の強度に対して、８０％以上１２０％以下の強度の正弦波又はパルス波を生成する。これにより、代替波形の強度を適切に制御でき、より臨場感が高まる。
　本発明のアクチュエータは残響振動が発生する筐体を用い、残響を利用することで、よりリアルな低周波の代替振動をユーザに提示することができる。
　〔Ｄ〕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１に示した振動発生システム１００では、１つのアクチュエータ３１を備えることとしたが、これに限定されるものではない。振動発生システム１００に備えられるアクチュエータ３１の数は、種々変更することができる。
１　　　　：振動提示装置
３　　　　：振動体感装置
１１　　　：ＣＰＵ
１２　　　：メモリ
１３　　　：記憶装置
１５　　　：バス
３１　　　：アクチュエータ
３２　　　：駆動部
３３　　　：受信部
３４　　　：筐体
４１　　　：入力部
４２　　　：出力部
４３　　　：送信部
１００　　：振動発生システム
１０１　　：取得部
１０２　　：算出部
１０３　　：制御部

Claims (14)

  1. 　第１の周波数帯域の振動を前記第１の周波数帯域より大きな第２の周波数帯域で共振周波数を有するアクチュエータで提示する振動提示装置であって、
    　少なくとも、前記第２の周波数帯域より低い共振周波数である前記第１の周波数帯域の振動を含む信号を取得する取得部と、
    　前記取得部によって取得された前記第１の周波数帯域の振動の極大値を求め、前記極大値から、極大値となる時間である極大値時間を求める算出部と、
    　前記算出部によって算出された前記極大値時間に基づき、前記極大値時間を含む前後の時間である遷移時間内において前記アクチュエータを制御して単発波を生成する制御部と、
    を備える、振動提示装置。
  2. 　前記算出部は、前記極大値時間での極大値の振幅である極大値振幅を求める、
    請求項１に記載の振動提示装置。
  3. 　前記単発波を生成する単発波周期時間は、０．００２秒以上０．０２秒以下の時間である、
    請求項１に記載の振動提示装置。
  4. 　前記遷移時間は、０．０４秒以下の時間である、
    請求項１に記載の振動提示装置。
  5. 　前記算出部は、複数の前記極大値を算出し、隣接する前記極大値の時間間隔である間隔時間が０．１秒以上のものについて、前記極大値時間を算出する、
    請求項１に記載の振動提示装置。
  6. 　前記算出部は、複数の前記極大値を算出し、前記複数の極大値のうち第１の極大値の直後の第２の極大値の強度が、前記第１の極大値の強度よりも所定の割合以上大きい場合に、前記第１の極大値と前記第２の極大値との間隔時間が前記間隔時間以下であっても、前記極大値時間を算出する、
    請求項５に記載の振動提示装置。
  7. 　前記制御部は、前記極大値振幅に対して、８０％以上１２０％以下の振幅となる前記単発波を生成する、
    請求項２に記載の振動提示装置。
  8. 　前記第１の周波数帯域は、１０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下である、
    請求項１に記載の振動提示装置。
  9. 　前記算出部は、振動の前記極大値を、振動の波形または振動の振幅に基づいて算出する、
    請求項１に記載の振動提示装置。
  10. 　請求項１に記載の振動提示装置と、
    　前記第２の周波数帯域での共振周波数を有する前記アクチュエータと、前記アクチュエータの制御により残響振動が発生する筐体を備える振動体感装置とを備える、
    振動発生システム。
  11. 　前記遷移時間は、前記極大値時間を含む時間に筐体の残響振動が最大になる時間に設定される、
    請求項９に記載の振動発生システム。
  12. 　コンピュータに、
    　第２の周波数帯域より低い共振周波数である第１の周波数帯域の振動を含む信号を取得するステップと、
    　前記取得するステップによって取得された前記第１の周波数帯域の振動の極大値を求め、前記極大値から、極大値となる時間である極大値時間を求める算出ステップと、
    　前記算出ステップによって算出された前記極大値時間に基づき、前記極大値時間を含む前後の時間である遷移時間内において前記第２の周波数帯域での共振周波数を有するアクチュエータを制御して単発波を生成する駆動ステップと、を実行させる、振動提示プログラム。
  13. 　請求項１２に記載の振動提示プログラムが格納された記録媒体。
  14. 　第１の周波数帯域の振動を前記第１の周波数帯域より大きな第２の周波数帯域で共振周波数を有するアクチュエータで提示する振動提示方法であって、
    　少なくとも、前記第２の周波数帯域より低い共振周波数である前記第１の周波数帯域の振動を含む信号を取得するステップと、
    　前記取得するステップによって取得された前記第１の周波数帯域の振動の極大値を求め、前記極大値から、極大値となる時間である極大値時間を求める算出ステップと、
    　前記算出ステップによって算出された極大値時間に基づき、前記極大値時間を含む前後の時間である遷移時間内において前記第２の周波数帯域での共振周波数を有するアクチュエータを制御して単発波を生成する駆動ステップと、
    を含む、振動発生方法。
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PCT/JP2022/022009 WO2023233491A1 (ja) 2022-05-30 2022-05-30 振動提示装置、振動発生システム、振動提示プログラム、振動提示プログラムが格納された記録媒体及び振動発生方法

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012168775A (ja) * 2011-02-15 2012-09-06 Nikon Corp 電子装置、信号変換方法およびプログラム
WO2014207842A1 (ja) * 2013-06-26 2014-12-31 富士通株式会社 駆動装置、電子機器及び駆動制御プログラム
WO2021085506A1 (ja) * 2019-10-28 2021-05-06 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

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