JP7340983B2

JP7340983B2 - 振動信号生成装置および振動信号生成用プログラム

Info

Publication number: JP7340983B2
Application number: JP2019138744A
Authority: JP
Inventors: 武志橋本; 康弘藤田
Original assignee: Clarion Co Ltd; Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 2019-07-29
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2023-09-08
Anticipated expiration: 2039-07-29
Also published as: US11786933B2; JP2021022854A; US20210031233A1; EP3772224B1; EP3772224A1

Description

本発明は、振動信号生成装置および振動信号生成用プログラムに関し、より詳細には、音響信号に基づいて振動信号を生成する振動信号生成装置および振動信号生成用プログラムに関する。

従来より、振動出力手段で出力させた振動をユーザに体感させることにより、所定の報知を行ったり、臨場感のある音響環境を提供したりする方法が提案されている。例えば、シートのヘッドレスト付近にフルレンジスピーカを設置し、シートの背もたれ部や座面部にサブウーハを設置したシートオーディオシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

フルレンジスピーカは、入力される信号（音響信号）に基づいて、中域から高域までの広い帯域の音を出力することが可能である。フルレンジスピーカから音を出力することにより、ユーザの聴覚を刺激することが可能となっている。

一方で、サブウーハは、入力信号に基づいて、低域の音あるいは振動の一方あるいは両方を出力することが可能である。サブウーハから音を出力することにより、ユーザの聴覚を刺激することができ、また、サブウーハから振動を出力することにより、ユーザの触覚を刺激することができる。

シートに設置されるスピーカの一例として、コーン紙などを用いるダイナミック型のスピーカを用いることができる。またダイナミック型のスピーカの他に、接触面を振動させるエキサイタなどのリニア共振アクチュエータ（Linear Resonant Actuator）を用いることも可能である。リニア共振アクチュエータを用いることにより、音と振動とを１つの出力手段として出力することが可能になる。

特開２０１５－２０１６７１号公報

サブウーハから音と振動との両方を出力する場合、ユーザは聴覚により音を体感し、触覚により振動を体感することができる。ここで、人間が認識可能な触覚の周波数範囲は、人間が認識可能な聴覚の周波数範囲に比べて狭いという特徴がある。人間が振動を体感する場合には、皮膚等の触覚受容器の一種であるマイスナー小体によって振動を認識する。マイスナー小体で認識可能な振動の周波数範囲は、約１０Ｈｚから約１５０Ｈｚまでの範囲となっており、この周波数範囲よりも高い周波数範囲では、振動を認識することができない。

一方で、人間が音を認識することが可能な周波数範囲は、約２０Ｈｚから約２０ｋＨｚまでの範囲といわれており、振動を認識可能な周波数範囲（約１０Ｈｚ～約１５０Ｈｚ）よりも、周波数が高い傾向がある。例えば、ピアノの音の周波数範囲は、約３０Ｈｚから約４ｋＨｚ程度までの範囲であるため、１５０Ｈｚ以上となるピアノの中高域音を、サブウーハから再生させても、ユーザはピアノの音を振動として体感することができない。

このように、振動を出力させることが可能な振動出力手段（サブウーハ等）に対し、どのような周波数特性を備えた信号が入力されるかによって、ユーザが振動を体感することができるか否かが左右されてしまうという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、音響信号の周波数特性に関わらずに、振動を出力することが可能な振動信号を生成する振動信号生成装置および振動信号生成用プログラムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る振動信号生成装置は、音響信号の振幅の絶対値を検出することにより絶対値信号を生成する絶対値信号生成手段と、該絶対値信号生成手段により生成された前記絶対値信号の包絡線を検波して、包絡線信号を生成する包絡線信号生成手段と、該包絡線信号生成手段により生成された前記包絡線信号に対して微分処理を行う微分処理手段と、該微分処理手段により微分処理された前記包絡線信号の振幅値がゼロ以上となるように、前記微分処理された前記包絡線信号の振幅を制限して振幅制限信号を生成する振幅制限手段と、該振幅制限手段により生成された前記振幅制限信号に対して、人間が振動として体感することが可能な周波数からなる基本信号を乗算することによって、振動信号を生成する振動信号生成手段とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る振動信号生成用プログラムは、振動出力手段より振動を出力するための振動信号を生成する振動信号生成装置の振動信号生成用プログラムであって、制御手段に、音響信号の振幅の絶対値を検出することにより絶対値信号を生成させる絶対値信号生成機能と、該絶対値信号生成機能に基づいて生成された前記絶対値信号の包絡線を検波して、包絡線信号を生成させる包絡線信号生成機能と、該包絡線信号生成機能に基づいて生成された前記包絡線信号に対して微分処理を行わせる微分処理機能と、該微分処理機能に基づいて微分処理された前記包絡線信号の振幅値がゼロ以上となるように、前記微分処理された前記包絡線信号の振幅を制限して振幅制限信号を生成させる振幅制限機能と、該振幅制限機能に基づいて生成された前記振幅制限信号に対して、人間が振動として体感することが可能な周波数からなる基本信号を乗算することによって、振動信号を生成させる振動信号生成機能とを実現させることを特徴とする。

本発明に係る振動信号生成装置および振動信号生成用プログラムは、音響信号の振幅の絶対値を示す絶対値信号に基づいて包絡線信号を生成する。包絡線信号は、音響信号の振幅の絶対値における包絡線を示しているため、音響信号のプラス側の振幅変化を示す。包絡線信号に対して微分処理を行い、振幅値がゼロ以上となるように振幅を制限した振幅制限信号を生成することにより、包絡線の振幅が大きく増加したときだけ、振幅制限信号の振幅が大きくなる。一方で、包絡線の振幅に変化がない場合や、振幅が低減されたときには、振幅制限信号の振幅がゼロになる。ここで、包絡線の振幅が大きく増加したときとは、音響信号の振幅が大きく増加した場合に該当する。また、包絡線の振幅に変化がない場合や、振幅が低減されたときとは、音響信号の振幅に変化がない場合や低減された場合に該当する。

このようにして求められた振幅制限信号に対して、人間が振動として体感することが可能な周波数からなる基本信号を乗算することにより生成された振動信号は、人間が振動として体感することが可能な周波数からなる信号である。このため、生成された振動信号を用いて振動出力手段から振動を出力させた場合には、ユーザが音響信号の振幅変化を振動として体感することが可能になる。

特に振動信号は、包絡線の振幅が大きく増加したとき、つまり音響信号の振幅が大きく増加したときに、振幅が大きくなる。また、振動信号は、包絡線の振幅に変化がない場合や、振幅が低減されたとき、つまり音響信号の振幅に変化がない場合や低減されたときに、振幅がゼロとなる。このため、音響信号の振幅が大きく変化した瞬間の振動をより大きくすることができ、振動に対して抑揚を付加することができる。さらに、音響信号の振幅が大きく変化しない場合には、振動を低減させることにより、振動がいつまでも継続して発生してしまうことを防止することができる。

また、音響信号の振幅値が一様となるような振幅特性を有する場合であっても、音響信号の振幅が大きく変化した瞬間に振動を増加させて振動に抑揚を付加することができ、振動にメリハリを付加することが可能になる。

また、上述した振動信号生成装置は、振動として強調したい周波数範囲であって、人間が振動として体感することが可能な周波数範囲を超えた周波数を含む周波数範囲を抽出するためのカットオフ周波数を設定して、前記音響信号にフィルタ処理を行うフィルタ処理手段を有し、前記絶対値信号生成手段は、前記フィルタ処理手段によりフィルタ処理された前記音響信号の振幅の絶対値を検出することにより、前記絶対値信号を生成するものであってもよい。

さらに、上述した振動信号生成用プログラムは、前記制御手段に、振動として強調したい周波数範囲であって、人間が振動として体感することが可能な周波数範囲を超えた周波数を含む周波数範囲を抽出するためのカットオフ周波数を設定して、前記音響信号に対してフィルタ処理を行わせるフィルタ処理機能を有し、前記絶対値信号生成機能は、前記フィルタ処理機能に基づいてフィルタ処理された前記音響信号の振幅の絶対値を検出することにより、前記制御手段に前記絶対値信号を生成させるものであってもよい。

本発明に係る振動信号生成装置および振動信号生成用プログラムでは、音響信号に対して、振動として強調したい周波数範囲であって、人間が振動として体感することが可能な周波数範囲を超えた周波数を含む周波数範囲を抽出するようにフィルタ処理を行って、振動信号を生成する。人間が振動として体感することが可能な周波数範囲を超えた周波数を含む周波数範囲を抽出するようにフィルタ処理を行うことによって、音響信号をそのまま振動出力手段に出力させた場合に、振動として体感することができない周波数帯域の信号出力を、振動信号の信号出力に含めることができる。

さらに、本発明に係る振動信号生成装置および振動信号生成用プログラムでは、振動として強調したい周波数範囲を抽出するためのカットオフ周波数を設定して、音響信号に対するフィルタ処理を行う。例えば、ピアノの音の周波数範囲は約３０Ｈｚ～約４ｋＨｚとなり、シンバルの音の周波数範囲は約４ｋＨｚ～約１６ｋＨｚとなる。

このため、ピアノの音の振幅変化（信号レベル変化）を振動として体感したい場合には、音響信号の３０Ｈｚから４ｋＨｚまでの周波数範囲をフィルタ処理により帯域抽出することにより、ピアノの音の振幅変化（信号レベル変化）を振動として体感することが可能になる。また、シンバルの音の振幅変化（信号レベル変化）を振動として体感したい場合には、音響信号の４ｋＨｚから１６ｋＨｚまでの周波数範囲をフィルタ処理により帯域抽出することにより、シンバルの音の振幅変化（信号レベル変化）を振動として体感することが可能になる。

このように、振動として強調したい周波数範囲を抽出するためのカットオフ周波数を設定して、音響信号に対してフィルタ処理を行うことにより、音響信号の所望の信号成分を、振動としてユーザに体感させることが可能になる。

また、上述した振動信号生成装置は、前記包絡線信号生成手段により生成された前記包絡線信号の振幅変化に対してスムージングフィルタを適用することにより、前記包絡線信号にスムージング処理を行うスムージング処理手段と、前記振幅制限手段により生成された前記振幅制限信号に対して、前記スムージング処理手段によりスムージング処理された前記包絡線信号を乗算することにより、波形整形信号を生成する乗算手段とを有し、前記振動信号生成手段は、前記乗算手段により生成された前記波形整形信号に対して、前記基本信号を乗算することにより、前記振動信号を生成するものであってもよい。

さらに、上述した振動信号生成用プログラムは、前記制御手段に、前記包絡線信号生成機能に基づいて生成された前記包絡線信号の振幅変化に対してスムージングフィルタを適用することにより、前記包絡線信号に対してスムージング処理を行わせるスムージング処理機能と、前記振幅制限機能に基づいて生成された前記振幅制限信号に対して、前記スムージング処理機能に基づいてスムージング処理された前記包絡線信号を乗算することにより、波形整形信号を生成させる乗算機能とを有し、前記振動信号生成機能は、前記乗算機能に基づいて生成された前記波形整形信号に対して、前記基本信号を乗算することにより、前記制御手段に前記振動信号を生成させるものであってもよい。

本発明に係る振動信号生成装置および振動信号生成用プログラムでは、振幅制限信号に対して、スムージング処理された包絡線信号を乗算することにより、波形整形信号の振幅値を包絡線信号の振幅変化に対応して増減させることが可能になる。このため、波形整形信号に基づいて振動信号を生成することにより、振動の振幅変化を音響信号の振幅変化（信号レベル変化）に対応づけることが可能になる。

また、上述した振動信号生成装置は、前記振動信号生成手段は、マイスナー小体によって人間が振動を体感することが可能な周波数からなる正弦波を、前記基本信号として用いるものであってもよい。

さらに、上述した振動信号生成用プログラムにおいて、前記振動信号生成機能は、マイスナー小体によって人間が振動を体感することが可能な周波数からなる正弦波を、前記基本信号として用いるものであってもよい。

人間が振動を体感する器官としてマイスナー小体という触覚受容器が知られている。例えば、マイスナー小体で振動を検出する場合には、約１０Ｈｚ～約１５０Ｈｚの周波数範囲で振動を検出する。本発明に係る振動信号生成装置および振動信号生成用プログラムでは、マイスナー小体によって人間が振動を体感することが可能な周波数からなる正弦波を、基本信号として用いて、振動信号を生成する。このようにして振動信号を生成することにより、振動信号に基づいて出力される振動の周波数を、人間が振動を体感することが可能な周波数にすることができる。従って、振動信号に基づいて出力される振動を、ユーザに確実に体感させることが可能になる。

本発明に係る振動信号生成装置および振動信号生成用プログラムおいて、振幅制限信号に対して、人間が振動として体感することが可能な周波数からなる基本信号を乗算することにより生成された振動信号は、人間が振動として体感することが可能な周波数からなる信号である。このため、生成された振動信号を用いて振動出力手段から振動を出力させた場合には、ユーザが音響信号の振幅変化を振動として体感することが可能になる。

特に振動信号は、包絡線の振幅が大きく増加したとき、つまり音響信号の振幅が大きく増加したときに、振幅が大きくなる。また、振動信号は、包絡線の振幅に変化がない場合や、振幅が低減されたとき、つまり音響信号の振幅に変化がない場合や低減されたときに、振幅がゼロとなる。このため、音響信号の振幅が大きく変化した瞬間の振動をより大きくすることができ、振動に対して抑揚を付加することができる。さらに、音響信号の振幅が大きく変化しない場合には、振動を低減させることにより、振動がいつまでも継続して発生してしまうことを防止することできる。

また、音響信号の振幅値が一様となるような振幅特性を有する場合であっても、音響信号の振幅が大きく変化した瞬間に振動を増加させて振動に抑揚を付加することができ、振動にメリハリを付加することが可能になる

実施の形態に係る振動出力装置の概略構成を示したブロック図である。実施の形態に係る振動信号生成部におけるハードウェア構成の概略を示したブロック図である。実施の形態に係る帯域抽出部で用いられる帯域通過フィルタのフィルタ特性を示した図である。（ａ）は、帯域抽出部によってフィルタ処理された信号の周波数特性を示した図であり、（ｂ）は、振幅特性を示した図である。（ａ）は、包絡線検波部の概略構成を示したブロック図であり、（ｂ）は、波形整形部の概略構成を示したブロック図である。実施の形態に係る低域通過フィルタ部により求められた包絡線信号の振幅変化状態を示した図である。（ａ）は、実施の形態に係る高域通過フィルタにより振幅制限処理された振幅制限信号の振幅変化状態を示している。（ｂ）は、実施の形態に係るスムージングフィルタ部により平滑化処理された包絡線信号の振幅変化状態を示している。実施の形態に係る乗算部により波形整形処理が行われた波形整形信号の振幅変化状態を示した図である。（ａ）は、周波数変換部により生成された振動信号の周波数特性を示した図であり、（ｂ）は、その振幅特性を示した図である。

以下、本発明に係る振動信号生成装置を備えた振動出力装置の一例を示し、図面を用いて詳細に説明を行う。図１は、振動出力装置の概略構成を示したブロック図である。

［振動出力装置］
また、振動出力装置１は、図１に示すように、音源再生部１０と、第１音量調節部２０と、第２音量調節部３０と、第１増幅部４０と、第２増幅部５０と、振動信号生成部（振動信号生成装置）６０と、フルレンジスピーカＳＰ１，ＳＰ２と、サブウーハ（振動出力手段）ＳＷとを有している。

音源再生部１０によって再生された音響信号は、ユーザが聴覚により体感することが可能な音として、フルレンジスピーカＳＰ１,ＳＰ２より出力される。また、音源再生部１０によって再生された音響信号は、振動信号生成部６０によって振動出力用の振動信号に変換され、ユーザが触覚により体感することが可能な振動として、サブウーハＳＷより出力される。なお、サブウーハＳＷでは、振動信号の周波数特性に応じて、振動だけでなく、低域の音を出力することも可能となっている。

［音源再生部］
音源再生部１０は、振動出力装置１において音響信号を出力する装置である。音源再生部１０として、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に記録された音響信号を出力するＣＤプレーヤや、ＤＶＤプレーヤ等が一例として該当する。

音源再生部１０より出力される音響信号は、第１音量調節部２０と振動信号生成部６０とへ、それぞれ出力される。なお、音源再生部１０より出力される音響信号は、右チャンネル用の音響信号と、左チャンネル用の音響信号との２チャンネル分の信号により構成される。それぞれのチャンネル用の音響信号は、最終的にフルレンジスピーカＳＰ１，ＳＰ２と、サブウーハＳＷとのそれぞれに対して出力される。

［第１音量調節部および第２音量調節部］
第１音量調節部２０は、音源再生部１０により出力された音響信号の信号レベルを調節する装置である。また、第２音量調節部３０は、振動信号生成部６０で生成された振動信号の信号レベル（振動レベル）を調節する装置である。第１音量調節部２０および第２音量調節部３０として、例えば、一般的な音量調節用のつまみ機構などが用いられる。第１音量調節部２０で音量を設定することによって、フルレンジスピーカＳＰ１，ＳＰ２より出力される音の音量を調節することが可能になる。また、第２音量調節部３０で音量（信号レベル、振動レベル）を調節することによって、サブウーハＳＷより出力される音の音量や振動の振動レベルを調節することが可能になる。

［フルレンジスピーカＳＰ１，ＳＰ２およびサブウーハＳＷ］
フルレンジスピーカＳＰ１，ＳＰ２およびサブウーハＳＷは、シートに設置される。フルレンジスピーカＳＰ１，ＳＰ２は、中域から高域までの音を出力するスピーカであり、例えば、シートのヘッドレスト付近に左右対称になるようにして設置される。サブウーハＳＷは、低域の音および振動を出力するスピーカであり、例えば、シートの座面部の内部に設置される。実施の形態に係る振動出力装置１では、サブウーハＳＷによって、低域の音と振動との両方を出力する場合について説明するが、少なくとも振動を出力することが可能であれば十分であり、必ずしも振動に加えて低域音を出力させる構成には限定されない。ただし、後述するように、振動信号生成部６０で生成された振動信号に基づいて、サブウーハＳＷから振動と低域の音とを出力するため、サブウーハＳＷの基本的な構成は、リニア共振アクチュエータ等の構造に基づくものであることが好ましい。

［第１増幅部および第２増幅部］
第１増幅部４０は、第１音量調節部２０によって音量の調整が行われた音響信号の増幅処理を行い、増幅処理された音響信号をフルレンジスピーカＳＰ１およびフルレンジスピーカＳＰ２に出力する。また、第２増幅部５０は、第２音量調節部３０によって音量（信号レベル、振動レベル）の調整が行われた振動信号の増幅処理を行い、増幅処理された振動信号をサブウーハＳＷへ出力する。

［振動信号生成部］
振動信号生成部６０は、図１に示すように、帯域抽出部（フィルタ処理手段）１００と、帯域選択部２００と、包絡線検波部３００と、波形整形部４００と、周波数変換部５００（振動信号生成手段）とを有している。図１に示す各機能部１００～５００は、振動信号生成部６０のＣＰＵがソフトウェアによって所定の処理を実行するための機能ブロックを示したものである。

図２は、振動信号生成部６０におけるハードウェア構成の概略を示したブロック図である。振動信号生成部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit:中央処理部、制御手段）６１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）６３と、記憶部６４とを備えている。ＲＯＭ６２には、振動信号生成部６０においてＣＰＵ６１が実行する処理内容を示したプログラムが記録されている。ＲＡＭ６３はＣＰＵ６１が処理を実行する場合に用いられるワークエリアとして利用される。

記憶部６４は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などを一例として用いることができる。記憶部６４には、ＣＰＵ６１の処理に必要なデータ等が記憶される。実施の形態に係る記憶部６４では、図示を省略したＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部によりデジタルデータ化された音響信号の情報や、後述する音源情報や、包絡線検波部３００で生成される包絡線信号の情報や、波形整形部４００で生成される振幅制限信号および波形整形信号等の情報や、周波数変換部５００で生成される振動信号の情報等が、適宜記憶される。記憶部６４に記憶された振動信号は、図示を省略したＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換部によりアロナグデータに変換されて、第２音量調節部３０へ出力される。

なお、ＣＰＵ６１が処理を実行する場合に用いられるプログラムは、ＲＯＭ６２でなく、記憶部６４に記憶されていてもよい。ＣＰＵ６１がＲＯＭ６２等に記録されているプログラムに基づいて処理を実行することによって、図１に示した振動信号生成部６０の機能部１００～５００として、それぞれの処理が実行される。

［帯域抽出部］
帯域抽出部１００は、帯域選択部２００から取得したカットオフ周波数情報に基づいて、所定の帯域通過フィルタの設定（作成）を行い、音源再生部１０より取得した音響信号に対して、フィルタ処理を行う。図３は、帯域抽出部１００においてフィルタ処理に用いられる帯域通過フィルタの一例を示した周波数特性である。図３に示した帯域通過フィルタは、低域カットオフ周波数を３０Ｈｚ、高域カットオフ周波数を４ｋＨｚとした４次のバタワースフィルタを示している。低域のカットオフ周波数と、高域のカットオフ周波数とは、カットオフ周波数情報として、帯域選択部２００から帯域抽出部１００へ出力される。帯域抽出部１００は、帯域通過フィルタを用いてフィルタ処理（帯域抽出処理）された音響信号を、包絡線検波部３００へ出力する。

［帯域選択部］
帯域選択部２００は、音響信号の特性等に応じて、カットオフ周波数を選択あるいは決定し、カットオフ周波数情報として帯域抽出部１００へ出力する。帯域選択部２００において選択あるいは決定されるカットオフ周波数は、上述したように、低域のカットオフ周波数と高域のカットオフ周波数からなる情報である。帯域選択部２００は、低域のカットオフ周波数と高域のカットオフ周波数とからなるカットオフ周波数情報を、帯域抽出部１００へ出力する。

帯域選択部２００によってカットオフ周波数の選択処理が行われる一例として、ユーザがカットオフ周波数を選択する場合が該当する。例えば、ユーザが、音源再生部１０で再生される音響信号の種類を確認し、音響信号の種類に応じて好適なカットオフ周波数を選択する。音響信号の種類は、例えば、ＭＰ３（MPEG-1 Audio Layer-3）のＩＤ３タグのジャンル番号の情報などにより確認することができる。ＩＤ３タグのジャンル番号によって、ブルース、ジャズ、ポップ、ロック、ボーカル、クラッシックなど１００以上のジャンル情報を記録することができる。このため、ユーザは、ジャンル番号によって音響信号の種類を判断することが可能である。また、ＩＤ３タグには、曲名やアーティスト名、アルバム名などを記録することもできるため、音楽情報の曲名やアーティスト名から、音響信号の種類を判断することも可能である。このような音響信号の種類を示す情報を、音源情報と称する。

帯域選択部２００は、振動として強調したい信号成分（周波数範囲）をユーザが選択できるように、予め低域のカットオフ周波数および高域のカットオフ周波数を選択肢として（あるいは、低域のカットオフ周波数および高域のカットオフ周波数からなる複数の周波数範囲の組み合わせ候補を選択肢として）用意し、図示を省略した表示部にリスト状に表示させるようにしてもよい。このカットオフ周波数は、サブウーハＳＷにおいて振動を出力することが可能な周波数範囲に限定されることはない。

カットオフ周波数の選択肢を、リスト状に表示させることにより、ユーザは簡易かつ迅速にカットオフ周波数を選択・設定することが可能になる。例えば、音響信号がピアノの音が主体となる信号である場合、ユーザは、ＩＤ３タグのジャンル情報等（音源情報）から、音響信号が、ピアノが主体の音楽（例えば、クラッシック）であると判断することができる。帯域選択部２００において、ピアノが主体となる音響信号用のカットオフ周波数を、リスト状にして表示させることにより、ユーザは、ピアノに適した低域のカットオフ周波数として３０Ｈｚを選択し、高域のカットオフ周波数として４ｋＨｚを選択することができる。

また、ＩＤ３タグのジャンル情報等（音源情報）から、音響信号が、シンバルが主体の音楽であると判断した場合には、帯域選択部２００において、シンバルが主体の音響信号用のカットオフ周波数を、リスト状にして表示させる。ユーザは、シンバルに適した低域のカットオフ周波数として４ｋＨｚを選択し、高域のカットオフ周波数として１６ｋＨｚを選択することができる。

このように、音響信号の種類（音源情報）に応じてカットオフ周波数を選択・設定する構成とすることによって、帯域選択部２００は、音響信号毎に最適なカットオフ周波数情報を帯域抽出部１００へ出力することができ、帯域抽出部１００は、最適な帯域通過フィルタを作成することが可能になる。

また、振動として強調したい信号成分（周波数範囲）をカットオフ周波数として設定して、最適な帯域通過フィルタを、帯域抽出部１００で作成することにより、サブウーハＳＷから出力される振動にメリハリを加えることが可能になる。例えば、帯域選択部２００でカットオフ周波数を設定せず、帯域抽出部１００で音響信号にフィルタ処理を行わない場合には、音響信号が無音となる場合を除いて、常にサブウーハＳＷから振動が発生してしまうおそれがある。常にサブウーハＳＷから振動が発生してしまう場合には、定常的に出力される振動によって、ユーザが振動にメリハリを感じられなくなり、臨場感を感じにくくなってしまうおそれがある。

しかしながら、振動として強調したい信号成分（周波数範囲）だけを抽出して音響信号にフィルタ処理を行うことによって、ユーザが振動として体感したい音響特性だけを振動として出力することが可能となり、所望の音響環境を振動によって実現することができる。

さらに、上述したように、帯域選択部２００において選択・設定されるカットオフ周波数は、サブウーハＳＷにおいて振動を出力することが可能な周波数範囲に限定されない。このため、後述する包絡線検波部３００、波形整形部４００、周波数変換部５００の各処理を経て生成された振動信号に基づいて振動を出力させることにより、振動として体感することができない信号成分（周波数範囲）の信号レベル変化を、ユーザに振動として体感させることが可能になる。

図３に示す帯域通過フィルタは、上述したピアノが主体となる音響信号に基づいて設定されたフィルタを一例として示している。具体的に、図３に示す帯域通過フィルタでは、サンプリング周波数が４８ｋＨｚの場合であって、低域のカットオフ周波数を３０Ｈｚ、高域のカットオフ周波数を４ｋＨｚに設定した４次のバタワースフィルタのフィルタ特性を示している。また、図４（ａ）は、図３に示す帯域通過フィルタを用いて、音源再生部１０より入力された音響信号に対してフィルタ処理を行った後の信号の周波数特性を示し、図４（ｂ）は、その振幅特性を示している。

なお、帯域選択部２００において、音響信号の信号解析を行う手段を備える場合には、音響信号における音楽のジャンルや音源信号に含まれる楽器音等の周波数を自動的に解析することにより、最適なカットオフ周波数の決定を行う構成とすることも可能である。

［包絡線検波部］
包絡線検波部３００は、図５（ａ）に示すように、絶対値検出部（絶対値信号生成手段）３１０と、低域通過フィルタ部（包絡線信号生成手段）３２０とを有している。絶対値検出部３１０は、帯域抽出部１００によって帯域抽出処理（フィルタ処理）された音響信号の絶対値を検出する。包絡線検波部３００に入力される音響信号はリニア信号であるため、絶対値検出部３１０によって絶対値の検出が行われた信号（絶対値信号）の振幅は正となる。絶対値検出部３１０により絶対値の検出が行われた信号（絶対値信号）は、低域通過フィルタ部３２０へ出力される。

低域通過フィルタ部３２０は、絶対値検出部３１０によって絶対値の検出処理が行われた信号に対して、低域通過フィルタを適用することによって積分処理を行い、包絡線信号を生成（検出）する。低域通過フィルタ部３２０では、低域通過フィルタとして２次のバタワースフィルタを用いる。

図６は、低域通過フィルタ部３２０が、カットオフ周波数を２０Ｈｚとする低域通過フィルタを用いて生成した包絡線信号の振幅変化状態を示している。図６は、図４（ｂ）に示した音響信号（帯域抽出処理された音響信号）に基づいて生成された包絡線信号が示されている。絶対値検出部３１０によって、音響信号の絶対値検出が行われているため、包絡線信号は、直流成分を含むベースバンド信号になっている。低域通過フィルタ部３２０は、生成された包絡線信号を、波形整形部４００へ出力する。

［波形整形部］
波形整形部４００は、包絡線検波部３００によって生成された包絡線信号の波形整形処理を行う。波形整形部４００は、図５（ｂ）に示すように、高域通過フィルタ部（微分処理手段）４１０と、振幅制限部（振幅制限手段）４２０と、スムージングフィルタ部（スムージング処理手段）４３０と、乗算部（乗算手段）４４０とを有している。高域通過フィルタ部４１０は、包絡線検波部３００によって波形整形部４００へ出力された包絡線信号に対して、高域通過フィルタを適用して微分処理を行う。実施の形態に係る高域通過フィルタ部４１０では、微分処理用の高域通過フィルタの一例として、１次のバタワースフィルタを用いる。高域通過フィルタ部４１０によって微分処理された包絡線信号は、振幅制限部４２０へ出力される。

振幅制限部４２０は、高域通過フィルタ部４１０により微分処理された包絡線信号に対して、包絡線信号の振幅がゼロ以上となるように信号の振幅制限を行う。図７（ａ）は、カットオフ周波数を２４Ｈｚに設定した１次のバタワースフィルタを用いて振幅制限処理された信号（振幅制限信号と称する）の振幅変化状態を示している。図７（ａ）に示す振幅制限信号では、図６に示した包絡線信号における振幅の立ち上がり変化量に対応して、信号の振幅が増加する様子が表れている。

例えば、図６に示すように、時間０．４秒および０．５秒あたりで包絡線信号の振幅が急激に増加する場合（立ち上がりの振幅変化量が大きい場合）に、図７（ａ）の対応する時間０．４秒および０．５秒あたりで、振幅制限信号の振幅が大きく上昇する。同様に図６の時間１．１４秒および１．４８秒あたりで、包絡線信号の振幅が増加する場合に、図７（ａ）の対応する時間１．１４秒および１．４８秒あたりで、振幅制限信号の振幅が上昇する。

一方で、図６に示す包絡線信号の振幅が急激に低減する場合（立ち下がりの振幅変化量が大きい場合）や、包絡線信号の振幅に変化がない場合には、対応する時間における図７（ａ）の振幅制限信号の振幅値は、ゼロになる。振幅制限部４２０によって振幅制限処理された振幅制限信号は、乗算部４４０へ出力される。

高域通過フィルタ部４１０で包絡線信号に微分処理を行うことによって、包絡線信号の振幅が大きく増加したときだけ、振動信号の振幅を大きくすることができる。包絡線信号の振幅は、音響信号の振幅が大きく増加する場合に、対応して大きく増加する。このため、包絡線信号に微分処理・振幅制限処理を行った信号に基づいて振動信号を生成することにより、音響信号の振幅が大きく変化したタイミングで、振動の振動レベルをより大きくすることが可能になり、振動に対して抑揚を付加することができる。

一方で、包絡線信号の振幅に変化がない場合や振幅が急激に低減する場合になどには、微分処理された包絡線信号の振幅値がゼロになるため、サブウーハＳＷより出力される振動が低減される。このため、サブウーハＳＷより振動が定常的・継続的に出力されてしまうことがない。

このように、音響信号の振幅が大きく増加したときに振幅の大きな振動を発生させ、その後に音響信号の振幅値が維持された場合や低下したときに振動の発生を抑制することにより、振動にメリハリを与えることができ、振動による臨場感を高めることが可能になる。特に、音響信号の信号レベル変化が少ない場合、つまり、音響信号の振幅値が一様となる振幅特性を有する場合であっても、振動において抑揚を付加することができ、音響効果を向上させることが可能になる。

スムージングフィルタ部４３０は、包絡線検波部３００によって生成された包絡線信号を平滑化する処理を行う。具体的に、スムージングフィルタ部４３０は、包絡線信号に対してスムージングフィルタを適用することにより、包絡線信号の振幅変化を平滑化にする処理を行う。図７（ｂ）は、スムージングフィルタ部４３０により平滑化処理された包絡線信号の振幅変化状態（出力波形）を示している。図７（ｂ）に示す平滑化処理後の包絡線信号は、図６に示す平滑化処理前の包絡線信号に比べて、振幅変化が滑らかになっている。具体的には、図６において包絡線信号の振幅が急激に立ち上がる部分や急激に立ち下がる部分の振幅量が、図７（ｂ）では低減されている。スムージングフィルタ部４３０で平滑化された包絡線信号は、乗算部４４０へ出力される。

乗算部４４０は、振幅制限部４２０によって振幅制限処理された振幅制限信号に対して、スムージングフィルタ部４３０によって平滑化処理された包絡線信号を乗算することにより、振幅制限信号の波形整形処理を行う。図８は、乗算部４４０により波形整形処理が行われた信号（波形整形信号と称する）の振幅変化状態（出力波形）を示した図である。

図８に示す波形整形信号では、図７（ａ）に示した振幅制限信号に比べて、振幅変化に対して抑揚が付加されることになる。また、図７（ａ）および図８に示すように、振幅制限信号の振幅に比べて、波形整形信号の振幅の方がより大きく変動している。このため、振幅変化における躍動感を向上させることが可能になる。

従って、波形整形信号に基づいて振動信号を生成し、サブウーハＳＷから振動を出力させることにより、振動に対して躍動感等を付加することができる。また、ユーザに振動を体感させることによって、音響信号に対する演出効果を高めることが可能になる。乗算部４４０によって波形整形処理された波形整形信号は、周波数変換部５００へ出力される。

［周波数変換部］
周波数変換部５００は、波形整形部４００により波形整形処理された波形整形信号に基づいて振動信号を生成する。具体的には、周波数変換部５００が、波形整形信号に対して正弦波信号（基本信号）を乗算することによって周波数変換を行い、振動信号を生成する。

図９（ａ）は、一例として、８０Ｈｚの正弦波信号（基本信号）を用いて、周波数変換部５００により生成された振動信号の周波数特性を示した図である。図９（ｂ）は、振動信号の振幅特性を示した図である。図９（ａ）（ｂ）で用いられる正弦波信号は、±１の最大振幅値に対して、振幅（信号レベル）を８４６倍（４５ｄＢ）に増幅した信号を示している。また、図９（ａ）に示す振動信号の周波数特性および図９（ｂ）に示す振幅特性は、図４（ａ）に示した周波数特性および図４（ｂ）に示した振幅特性の音響信号に基づいて、周波数変換処理を行った場合を示している。

図４（ａ）（ｂ）に示す帯域抽出後の音響信号は、中高域を含む広帯域の周波数成分を含んでいる。しかしながら、図９（ａ）（ｂ）に示す振動信号では、ユーザが振動として認識することが可能な低域の周波数範囲に収まるように、信号の周波数変換が行われている。

なお、正弦波信号の周波数を８０Ｈｚに設定した理由は、皮膚の触覚受容器の一種であるマイスナー小体で認識可能な周波数範囲が、約１０Ｈｚから約１５０Ｈｚまでの範囲であるため、この周波数範囲の中間の値を正弦波信号の周波数として用いたからである。従って、周波数変換部５００において、図９（ａ）（ｂ）に示す振動信号よりも「より低域」の周波数帯域へ、振動信号の周波数を変換したい場合には、乗算させる正弦波信号の周波数の値を、１０Ｈｚに近い周波数の値に設定すればよい。また、周波数変換部５００において、図９（ａ）（ｂ）に示す振動信号よりも「より高域」の周波数帯域へ、振動信号の周波数を変換したい場合には、乗算させる正弦波信号の周波数の値を、１５０Ｈｚに近い周波数の値に設定すればよい。

また、周波数変換部５００において乗算処理される正弦波信号は、異なる周波数の値からなる複数の正弦波信号を、予め用意しておき、ユーザが好みに応じて異なる周波数値の正弦波信号を選択できるようにしてもよい。

周波数変換部５００は、生成された振動信号を、第２音量調節部３０へ出力する。第２音量調節部３０は、振動信号の信号レベル（振動レベル）を調節して第２増幅部５０へ出力する。第２増幅部５０は、第２音量調節部３０より取得した振動信号の増幅処理を行い、増幅処理された振動信号をサブウーハＳＷへ出力する。サブウーハＳＷは、第２増幅部５０から取得した振動信号を用いて、振動や低域音を出力する。サブウーハＳＷは、シートの座面部の内部に設置されているため、シートの座面部に着座するユーザは、振動信号に基づく振動を臀部や太股部分で体感することが可能となる。

ユーザが体感する振動は、振動信号生成部６０の帯域抽出部１００によって帯域抽出された音響信号の信号レベル変化を、振動として表したものである。より詳細には、ユーザ等が音響信号において振動として強調したいと判断した周波数範囲の信号の信号レベルを、振動として体感可能な１０Ｈｚ～１５０Ｈｚの周波数範囲の振動レベルに変換させたものである。このため、音源再生部１０より出力される音響信号が、振動として体感可能な周波数範囲の上限の周波数（１５０Ｈｚ）よりも高い周波数であっても、振動信号生成部６０により、音響信号の信号レベルを、振動として体感可能な１０Ｈｚ～１５０Ｈｚの周波数範囲の振動レベルに変換して、振動として体感させることが可能になる。

このため、ユーザは、音源再生部１０から出力される音響信号の周波数特性（周波数範囲）に依存することなく、音響信号における信号レベル変化を、振動として触覚により体感することが可能になる。

また、サブウーハＳＷは、振動信号生成部６０により生成される振動信号に基づいて、振動だけでなく低域音も出力する。このため、ユーザは、低域音の変化を聴覚によって体感することが可能になる。特に、音源再生部１０から出力された音響信号は、フルレンジスピーカＳＰ１およびＳＰ２によって、聴覚として体感されるため、ユーザは、フルレンジスピーカＳＰ１，ＳＰ２により出力される音によって聴覚的に音響信号を体感し、サブウーハＳＷより出力される低域音および振動によって、触覚的・聴覚的に音響信号を体感することができる。このため、臨場感のある音響環境を実現することができ、ユーザは、聴覚・触覚により立体的な音響効果を体感することが可能になる。

以上、本発明に係る振動信号生成装置および振動信号生成用プログラムについて、振動出力装置を一例として示し、詳細に説明を行った。しかしながら、本発明に係る振動生成装置および振動信号生成用プログラムは、実施の形態に示した例には限定されない。

例えば、実施の形態に係る振動出力装置１では、波形整形部４００の乗算部４４０において、振幅制限部４２０で生成された振幅制限信号に対してスムージングフィルタ部４３０によりスムージング処理された包絡線信号を乗算することにより、波形整形信号を生成する場合について説明した。

しかしながら、乗算部４４０において、振幅制限信号に対してスムージング処理された包絡線信号を乗算することなく、振幅制限信号を波形整形信号として周波数変換部５００へ出力する構成にすることも可能である。

振幅制限信号に対して、スムージング処理された包絡線信号を乗算することにより、波形整形信号の振幅値を包絡線信号の振幅変化に対応して増減させることが可能になり、振動の振幅変化を音響信号の信号レベル変化に対応づけることが可能になる。しかしながら、振幅制限信号は、微分処理された包絡線信号に基づいて生成された信号であるため、振幅制限信号の振幅値は、包絡線信号の振幅変化が反映されたものである。

このため、振幅制限信号に対して、スムージング処理された包絡線信号を乗算しなくても、振幅制限信号の振幅変化は音響信号の振幅変化に対してある程度対応づけられている。振幅制限信号を波形整形信号として用いて生成された振動信号をサブウーハＳＷから出力した場合には、フルレンジスピーカＳＰ１，ＳＰ２より出力される音の信号レベル変化に対応する振動特性の振動を出力することができる。従って、ユーザは振動と音との一体感を十分に体感することが可能になる。

また、実施の形態に係る振動出力装置１では、帯域抽出部１００において音響信号に対して帯域抽出処理を行う場合について説明した。しかしながら、振動信号生成部６０に入力される音響信号が、予め低域成分だけを抽出した効果音等からなる信号であったり、無音部分となる時間が多い（振幅がゼロとなる時間が多い）信号等であったりする場合には、帯域抽出部１００で帯域抽出処理を行う必要性が低い。このため、帯域抽出部１００および帯域選択部２００を、振動出力装置１の振動信号生成部６０の構成から削除する構成とすることも可能である。

１ …振動出力装置
１０ …音源再生部
２０ …第１音量調節部
３０ …第２音量調節部
４０ …第１増幅部
５０ …第２増幅部
６０ …振動信号生成部（振動信号生成装置）
６１ …ＣＰＵ
６２ …ＲＯＭ
６３ …ＲＡＭ
６４ …記憶部
１００ …帯域抽出部（フィルタ処理手段）
２００ …帯域選択部
３００ …包絡線検波部（絶対値信号生成手段、包絡線信号生成手段）
３１０ …（包絡線検波部の）絶対値検出部（絶対値信号生成手段）
３２０ …（包絡線検波部の）低域通過フィルタ部（包絡線信号生成手段）
４００ …波形整形部（微分処理手段、振幅制限手段、スムージング処理手段、乗算手段）
４１０ …（波形整形部の）高域通過フィルタ部（微分処理手段）
４２０ …（波形整形部の）振幅制限部（振幅制限手段）
４３０ …（波形整形部の）スムージングフィルタ部（スムージング処理手段）
４４０ …（波形整形部の）乗算部（乗算手段）
５００ …周波数変換部（振動信号生成手段）
ＳＰ１，ＳＰ２ …フルレンジスピーカ
ＳＷ …サブウーハ（振動出力手段）

Claims

音響信号の振幅の絶対値を検出することにより絶対値信号を生成する絶対値信号生成手段と、
該絶対値信号生成手段により生成された前記絶対値信号の包絡線を検波して、包絡線信号を生成する包絡線信号生成手段と、
該包絡線信号生成手段により生成された前記包絡線信号に対して微分処理を行う微分処理手段と、
該微分処理手段により微分処理された前記包絡線信号の振幅値がゼロ以上となるように、前記微分処理された前記包絡線信号の振幅を制限して振幅制限信号を生成する振幅制限手段と、
前記包絡線信号生成手段により生成された前記包絡線信号の振幅変化に対してスムージングフィルタを適用することにより、前記包絡線信号にスムージング処理を行うスムージング処理手段と、
前記振幅制限手段により生成された前記振幅制限信号に対して、前記スムージング処理手段によりスムージング処理された前記包絡線信号を乗算することにより、波形整形信号を生成する乗算手段と、
前記乗算手段により生成された前記波形整形信号に対して、人間が振動として体感することが可能な周波数からなる基本信号を乗算することによって、振動信号を生成する振動信号生成手段と
を有することを特徴とする振動信号生成装置。
振動として強調したい周波数範囲であって、人間が振動として体感することが可能な周波数範囲を超えた周波数を含む周波数範囲を抽出するためのカットオフ周波数を設定して、前記音響信号にフィルタ処理を行うフィルタ処理手段を有し、
前記絶対値信号生成手段は、前記フィルタ処理手段によりフィルタ処理された前記音響信号の振幅の絶対値を検出することにより、前記絶対値信号を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動信号生成装置。
前記振動信号生成手段は、マイスナー小体によって人間が振動を体感することが可能な周波数からなる正弦波を、前記基本信号として用いること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の振動信号生成装置。
振動出力手段より振動を出力するための振動信号を生成する振動信号生成装置の振動信号生成用プログラムであって、
制御手段に、
音響信号の振幅の絶対値を検出することにより絶対値信号を生成させる絶対値信号生成機能と、
該絶対値信号生成機能に基づいて生成された前記絶対値信号の包絡線を検波して、包絡線信号を生成させる包絡線信号生成機能と、
該包絡線信号生成機能に基づいて生成された前記包絡線信号に対して微分処理を行わせる微分処理機能と、
該微分処理機能に基づいて微分処理された前記包絡線信号の振幅値がゼロ以上となるように、前記微分処理された前記包絡線信号の振幅を制限して振幅制限信号を生成させる振幅制限機能と、
前記包絡線信号生成機能に基づいて生成された前記包絡線信号の振幅変化に対してスムージングフィルタを適用することにより、前記包絡線信号に対してスムージング処理を行わせるスムージング処理機能と、
前記振幅制限機能に基づいて生成された前記振幅制限信号に対して、前記スムージング処理機能に基づいてスムージング処理された前記包絡線信号を乗算することにより、波形整形信号を生成させる乗算機能と、
前記乗算機能に基づいて生成された前記波形整形信号に対して、人間が振動として体感することが可能な周波数からなる基本信号を乗算することによって、振動信号を生成させる振動信号生成機能と
を実現させることを特徴とする振動信号生成用プログラム。
前記制御手段に、振動として強調したい周波数範囲であって、人間が振動として体感することが可能な周波数範囲を超えた周波数を含む周波数範囲を抽出するためのカットオフ周波数を設定して、前記音響信号に対してフィルタ処理を行わせるフィルタ処理機能を有し、
前記絶対値信号生成機能は、前記フィルタ処理機能に基づいてフィルタ処理された前記音響信号の振幅の絶対値を検出することにより、前記制御手段に前記絶対値信号を生成させる
ことを特徴とする請求項４に記載の振動信号生成用プログラム。
前記振動信号生成機能は、マイスナー小体によって人間が振動を体感することが可能な周波数からなる正弦波を、前記基本信号として用いること
を特徴とする請求項４又は請求項５に記載の振動信号生成用プログラム。