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JP7529322B2 - Vibration distribution control device, vibration distribution control program, and vibration distribution control method - Google Patents
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Vibration distribution control device, vibration distribution control program, and vibration distribution control method Download PDF

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Description

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。 The technology described in this specification relates to a vibration distribution control device, a vibration distribution control program, and a vibration distribution control method.

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。It is known that by using a vibrator to reproduce a wide range of vibration frequencies, including high frequencies of several hundred Hz, it is possible to present realistic tactile sensations when colliding with or rubbing an object.

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。On the other hand, there is a demand for technology that allows users to experience vibrations at a virtual location as a form of artificial reality using a small number of transducers. Existing technology is known as phantom sensation (PS), a phenomenon in which the difference in intensity between multiple transducers causes users to perceive the presence of a vibration source on the body or on an object held in both hands.

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。In addition to PS, apparent movement is known, in which the time difference between stimulations of oscillators creates the illusion that the vibration source is moving.

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。 The sensation of apparent movement can also be experienced by moving the position of the PS.

米国特許公報第9,880,621号U.S. Pat. No. 9,880,621 特開2021-65872号公報JP 2021-65872 A

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Israr, Ali & Poupyrev, Ivan. “Tactile Brush: Drawing on skin with a tactile grid display” Conference on Human Factors in Computing Systems - Proceedings. 2019-2028, May 2011 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, December 2015 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, March 2021

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。However, in conventional PS generation methods, the strength difference of the vibrators is determined experimentally and empirically as a function of the amplitude ratio for the presentation position for simple vibration waveforms such as sine waves or square waves (which can be expressed by frequency and amplitude), and it is not possible to express a vibration source with an arbitrary vibration waveform that includes multiple frequencies.

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。In addition, most conventional PS involves placing multiple transducers in contact with the body and localizing the vibrations between the transducers. Some studies have reported localizing the vibrations outside the transducers on a straight line connecting the transducers, but no technology has been developed to localize the vibrations in two or three dimensions outside the transducers.

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。 In one aspect, the technology described herein aims to present an arbitrary vibration waveform containing multiple frequencies to a human as if it were present at a specific location, thereby improving the realism of the experience.

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。 In one aspect, a vibration distribution control device is a vibration distribution control device that generates a vibration source located at an arbitrary position using a plurality of transducers, and includes a calculation unit that calculates a perceived intensity from a vibration waveform of the vibration source, a distribution unit that distributes the perceived intensity to each of the plurality of transducers according to the azimuth angle and placement position of the vibration source, and a signal output unit that controls and outputs vibrations in the plurality of transducers based on information distributed by the distribution unit.

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。 One aspect is that it is possible to present an arbitrary vibration waveform containing multiple frequencies to a human as if it were present at a specific location, improving the realism of the experience.

知覚インテンシティの分配処理を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a distribution process of perceptual intensity. (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。2A to 2C are graphs briefly explaining Intensity Segment Modulation (ISM) processing used in the distribution processing of perceived intensity shown in FIG. 1. 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。2 is a diagram for explaining an example of calculation of a distribution coefficient in the distribution process of the perceived intensity shown in FIG. 1 . FIG. 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。2 is a flowchart illustrating a distribution process of the perceived intensity shown in FIG. 1 . 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。2 is a diagram for explaining an example of determining independent perception origins for multiple body parts in the distribution process of perception intensity shown in FIG. 1 . FIG. (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。FIG. 2( a ) is a diagram for explaining a case where transducers are arranged two-dimensionally on the body surface in the distribution process of the perceived intensity shown in FIG. 1 , and FIG. 2( b ) is a diagram for explaining a case where transducers are arranged circumferentially on the body surface in the distribution process of the perceived intensity shown in FIG. 1 . 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。2 is a diagram for explaining a case where two perception origins are provided on the body in the distribution process of the perception intensity shown in FIG. 1 . FIG. (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。FIG. 1A is a diagram for explaining an example in which transducers are arranged on a straight line in the conventional PS method, and FIG. 1B is a diagram for explaining an example in which transducers are arranged on a circumference in the conventional PS method. 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。2 is a diagram for explaining an example of generating another PS by using a PS as an artificial vibration source in the distribution process of the perceived intensity shown in FIG. 1 . 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。1A and 1B are diagrams illustrating an example in which distribution processing of perceived intensity is applied to a floor-mounted vibration device and a clothing-type vibration device. 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。13A and 13B are diagrams showing an example in which a distribution process of perceptual intensity when one perceptual origin is provided is applied to a wristband-type vibration device and a game controller. 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。13A and 13B are diagrams showing an example in which a distribution process of perceptual intensity when two perceptual origins are provided is applied to a wristband-type vibration device and a game controller. 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。A figure showing an example of applying a distribution process of perceived intensity of augmented reality (AR) to a wristband-type vibration device and a smartphone. 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。FIG. 13 is a diagram showing an example of applying distribution processing of perceptual intensity on the body to a wristband-type vibration device and a smartphone. 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。FIG. 1 shows an example of integration of the distribution of perceived intensity into loudspeakers and a display device. (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。FIG. 1A is a diagram for explaining a reference stimulus in an experiment to confirm the sense of orientation and vibration strength, and FIG. 1B is a diagram for explaining a method of answering the perceived orientation in the experiment to confirm the sense of orientation and vibration strength. 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。FIG. 13 is a diagram illustrating the positional relationship between the vibrator and the vibration source in an experiment to confirm the sense of direction and vibration strength. (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。13A is a graph showing the results of responses regarding direction in an experiment to confirm the sense of direction and vibration strength, and FIG. 13B is a graph showing the results of responses regarding strength in the same experiment. 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。1 is a diagram for explaining the positional relationship between the vibrator and the vibration source in an experiment to control PS on the body with perceived intensity. (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。(a) is a graph illustrating the presented stimulus before ISM conversion in an experiment to control PS on the body with perceived intensity, (b) is a graph illustrating the stimulus to oscillator V1 in the same experiment, and (c) is a graph illustrating the stimulus to oscillator V2 in the same experiment. 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。13 is a graph showing the results of an experiment in controlling PS on the body with perceived intensity. 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。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a vibration generating system according to an embodiment. ヒトによる振動の弁別可能性を示すグラフである。1 is a graph showing the discriminability of vibration by humans. 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。24 is a sample waveform of vibration used in a forced three-choice discrimination experiment conducted to determine the discriminability shown in the graph in FIG. 23. 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。23 is a graph showing signal waveforms before and after conversion for each segment by the vibration distribution control device shown in FIG. 22 . 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。13 is a graph showing an amplitude threshold Tf used in calculating the correction energy. 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。13 is a graph showing the exponent threshold b used in calculating the corrected energy. 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。FIG. 23 is a diagram for explaining the use of a window function in the vibration distribution control device shown in FIG. 22 . 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。23 is a graph illustrating an example of synthesis of low and high frequencies in the vibration distribution control device shown in FIG. 22. 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。23 is a graph showing a specific example of a signal waveform before and after conversion by the vibration distribution control device shown in FIG. 22. 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。FIG. 23 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of an ISM unit in the vibration distribution control device shown in FIG. 22 . 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。FIG. 23 is a block diagram illustrating a first embodiment of a vibration waveform generation process in the vibration distribution control device shown in FIG. 22. 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。FIG. 32 is a block diagram illustrating details of the energy control process shown in FIG. 31. 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。32 is a block diagram illustrating the separation process of low-frequency components in the energy control process shown in FIG. 31 as a second example of the vibration waveform generation process in the vibration distribution control device shown in FIG. 22. (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。11A to 11C are graphs illustrating an example of generating vibration according to ISM without enhancing the waveform. (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。6A to 6C are graphs illustrating a first example of emphasizing and separating high frequency components of 3000 Hz or higher from a sound source. (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。6A to 6C are graphs illustrating a second example of emphasizing and separating high frequency components of 3000 Hz or more from a sound source. (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。11A to 11C are graphs illustrating an example of emphasizing and separating low-frequency components below 1000 Hz from a sound source. 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。FIG. 32 is a block diagram illustrating a first modified example of the energy control process shown in FIG. 31 . 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。FIG. 32 is a block diagram illustrating a second modified example of the energy control process shown in FIG. 31 . 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。FIG. 32 is a block diagram illustrating details of the energy synthesis process shown in FIG. 31. 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。32 is a block diagram illustrating the details of the generation process of the corrected vibration waveform shown in FIG. 31. 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。23 is a block diagram showing an example of the configuration of a DAC when a plurality of vibration devices are used in the vibration generating system shown in FIG. 22. 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。23 is a block diagram showing an example of the configuration of a DAC when a single vibration device is used in the vibration generating system shown in FIG. 22.

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。 Below, an embodiment will be described with reference to the drawings. However, the embodiment shown below is merely an example, and there is no intention to exclude the application of various modified examples and technologies not explicitly stated in the embodiment. In other words, this embodiment can be implemented with various modifications within the scope that does not deviate from its purpose.

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。In addition, each figure does not necessarily include only the components shown in the figure, but may include other components. In the following figures, parts with the same reference numerals indicate the same or similar parts unless otherwise specified.

〔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。
[A] Embodiments [A-1] Distribution Processing of Perceptual Intensity FIG. 1 is a diagram for explaining distribution processing of perceptual intensity.

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。In this embodiment, the perceived intensity is calculated from an arbitrary vibration waveform based on a human intensity perception model. By substituting the perceived intensity, it becomes possible to calculate and adjust the amount of sensation that humans would normally perceive for an arbitrary waveform.

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。The perceived intensity is distributed to multiple transducers, and transducer 31 is driven so as to maintain the sum of the perceived intensity, thereby generating the bodily sensation of the vibration source that is to be expressed.

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。In this case, the directionality and distance of the vibration source can be expressed by allocating the ratio of the perceived intensity presented by each transducer 31 according to the desired position.

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。The location can be anywhere on the outside of the body, on the body such as around the arm, or close to the body such as just above the arm.

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。Using two or more (four in the example shown in Figure 1) vibrators 31 in contact with the body, vibrations are generated so that the bodily sensation obtained by vibrations emitted by a vibration source having an arbitrary waveform is conveyed as a sense of artificial reality of the direction and distance of the vibration source.

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。The bodily sensation of a vibration source having an arbitrary waveform is calculated based on the perceived intensity perceived by a human. The sense of distance from the vibration source may be expressed by attenuating the perceived intensity using an attenuation formula according to the distance. The sense of direction of the vibration source may be expressed by multiplying the perceived intensity by an appropriate distribution coefficient and distributing it to each transducer 31.

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。The distance attenuation formula and distribution coefficient may be determined according to the distance and azimuth angle between the vibration source and the perception origin determined by the geometric arrangement of the multiple transducers 31. The vibration source may be experienced as being outside the body. The vibration source may also be experienced as being on the surface of the body or inside the body.

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。The perceived intensity perceived by humans is calculated from the vibration waveform of a vibration source at any position. This makes it possible to experience any waveform containing multiple frequencies.

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。 Multiple transducers are placed on the body, and the central position of the vibration image obtained by the multiple transducers 31 is determined as the perception origin. The position of the vibration image perceived when all transducers 31 are driven with the same perceived intensity may be determined as the perception origin. Furthermore, if the perception origin is affected by intensity or has individual differences, a representative position may be determined.

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。The perceived intensity at the perception origin is calculated using a distance attenuation formula that attenuates depending on the distance from the vibration source to the perception origin. By appropriately setting the distance attenuation formula, the physical properties of the vibration propagation path and the sense of distance can be experienced. Note that the physical properties (in other words, physical characteristics) of the vibration propagation path include, for example, the hardness and material of the ground, and the propagation characteristics in the air and underwater.

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。The perceived intensity calculated at the perception origin is distributed to each transducer 31 using a distribution coefficient for each transducer 31 that is appropriately determined based on the orientation of the vibration source and the placement position of each transducer 31. This allows the perceived intensity at the perception origin to be experienced as if it were in the orientation of the vibration source. At this time, by keeping the sum of the distribution coefficients constant, it is possible to provide a bodily experience that is the same as the perceived intensity at the perception origin, regardless of the orientation.

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。 In FIG. 1, k (k = 1, 2, ..., N) indicates the number of the vibrator 31, and the k-th vibrator 31 is indicated by Vk . p is a vector from the perception origin O to the vibration source P, and qk is a vector from the perception origin O to the k -th vibrator Vk. αk is the angle between the vector p to the vibration source and the vector qk to the k-th vibrator. The distance from the perception origin O to the vibration source P is represented by r = ||p||. When the perceived intensity of the vibration source is Io , the perceived intensity transmitted to the perception origin is I, and the distance attenuation formula is d(r), I = d(r) Io holds. In addition, when the perceived intensity generated by each vibrator 31 is Ik and the distribution coefficient is gk , Ik = gkI holds. However, Σgk = 1. By setting the sum of the distribution coefficients g k to 1, it is possible to maintain the magnitude of bodily sensation equal to the perceived intensity I even when using multiple transducers 31. The value of the distribution coefficient g k may be corrected for each transducer 31.

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。 A perceptual intensity Io perceived by a human being is obtained from the vibration waveform of the vibration source P. The ISM, which will be described later with reference to FIG. 2 etc., may be used to calculate this perceptual intensity.

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。 Human Pacinian corpuscles, which perceive high-frequency vibration waveforms of 100 Hz or higher, are unable to distinguish between the waveforms themselves and generally perceive the energy of the vibration. The amount of energy of high-frequency vibrations perceived by humans is defined as perceived intensity. Perceived intensity can be calculated simply as a quantity proportional to the square of the vibration amplitude of the signal. Alternatively, the subjective strength relative to the amplitude of the vibration waveform to be used can be determined in advance through experiments and used instead of perceived intensity.

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 0007529322000001
A more accurate perceptual intensity has frequency dependency and is calculated by the following formula: where A is the amplitude, Tf is the amplitude threshold at frequency f, and bf is an exponent value that depends on frequency f. The calculation of the perceptual intensity is not limited to the following formula 1.
Figure 0007529322000001

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。 The perceived intensity may be calculated for any vibration waveform by dividing it into parts over time at a fixed period. When using the above-mentioned perceptual intensity, it is necessary to estimate the frequency of the waveform for the divided signal using Fourier transform, wavelet analysis, empirical mode decomposition, etc. When there are multiple frequencies, the perceptual intensity can be calculated for each frequency component and then calculated as the sum of these. The perceived intensity may be emphasized depending on the content of the vibration source to be presented.

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。 Furthermore, even if the perceived intensity is the same, humans can distinguish between sounds if the perceived intensity fluctuates at around 80 Hz or less, using the fluctuation information as a clue. In consideration of this point, when calculating the perceived intensity by time division, it is necessary to maintain the fluctuation of the perceived intensity at least up to 80 Hz. To achieve this, it is desirable to calculate the perceived intensity by time division at least at frequencies greater than 80 Hz.

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。 Figures 2 (a) to (c) are graphs that briefly explain the ISM processing used in the perceptual intensity distribution processing shown in Figure 1.

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。ISM is a technique for modulating high-frequency vibrations to low frequencies while maintaining their tactile feel. The original signal shown in Figure 2(a) is transformed to calculate the vibration intensity for each segment shown in Figure 2(b). The transformed waveform shown in Figure 2(c) is then generated while maintaining the vibration intensity.

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。In Figure 2, before conversion the vibration is between 400 and 600 Hz, while after conversion the waveform is 200 Hz, but any frequency can be selected for the converted waveform.

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。In generating high frequency component signals, a vibration waveform equivalent to the distributed perceived intensity is generated. Simply put, since the waveforms of each transducer 31 have the same frequency, the original waveform may be multiplied by a gain value calculated from the distribution coefficient to drive it (the same method as for the low frequency components described below). However, tactile transducers 31 generally have a narrow response frequency band, making it difficult to generate any vibration waveform as is. In addition, when an acoustic signal is used as the waveform of the vibration source, there is a problem that noise is generated when the transducer 31 is driven because it contains frequencies in the audible range.

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。 Therefore, the signal is converted into an amplitude modulated wave with an appropriate carrier frequency so as to generate the distributed perceived intensity I k . This results in a single carrier frequency for the generated signal. The carrier frequency can be selected according to the frequency response characteristics of the transducer. Considering the human perception characteristics of high-frequency vibration, a carrier frequency in the range of 150 to 400 Hz is appropriate.

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。 Taking into account the human perception characteristics of high-frequency vibrations, in the high-frequency band, rather than focusing on the waveform itself, we focus on the vibration energy that is correlated with human perception characteristics, and by replacing it with another waveform that has the same vibration energy, it is possible to change the frequency band.

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。 By dividing any continuous vibration signal into appropriate time intervals that take into account human perception characteristics and converting each divided segment into vibration energy, it is possible to convert the signal into any signal waveform while maintaining the same tactile sensation felt by humans, or allowing the sensation of high frequencies that are difficult to sense to be felt.

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。By appropriately selecting the frequency of the converted vibration, it is possible to drive the transducer efficiently to match its response range, reduce auditory noise, or convert it into any sound source.

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。It is said that humans can only perceive vibrations up to about 1 kHz. For this reason, vibrations above 1 kHz are often ignored. On the other hand, it is known that even with vibrations above 1 kHz, if the amplitude is an amplitude modulated wave whose amplitude fluctuates within a band that can be sensed by humans, the envelope component can be perceived.

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。 On the other hand, a vibration energy model is known as a human perception characteristic for high-frequency vibrations of about 100 Hz or more. From this, it is known that vibrations cannot be distinguished even if the carrier frequency of an amplitude-modulated wave is replaced while maintaining the high-frequency vibration energy. However, as mentioned above, even if the vibration energy is maintained, there are cases where the envelope components of the vibration can be perceived as differences in tactile information, and the range of perception has not been investigated. Furthermore, although a method has been devised to convert signals based on vibration energy using time division, a method for maintaining low-frequency components has not been considered.

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。 Figure 3 is a diagram illustrating an example of calculation of the distribution coefficient in the distribution process of perceived intensity shown in Figure 1.

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 0007529322000002
The distribution coefficient gk of the perceived intensity may be determined based on the azimuth angle (θ, φ) of the vibration source from the perception origin. Let p be the vector from the perception origin O to the vibration source P, qk be the vector to the k-th transducer Vk , and αk be the angle between the two vectors. In this case, the distribution coefficient gk of the transducer Vk is maximum when αk = 0 and minimum when αk = π, so the output rate Rk of each transducer 31 can be set as follows using the trigonometric function cos αk :
Figure 0007529322000002

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 0007529322000003
Here, g 0 is a constant that adjusts the minimum value of the perceived intensity. In this case, the distribution coefficient is normalized by the sum of the output rates of all the oscillators and is calculated by the following formula.
Figure 0007529322000003

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 0007529322000004
cos α k is calculated using the inner product of two vectors p and q k as follows:
Figure 0007529322000004

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 0007529322000005
As shown in FIG. 3, when the azimuth angle of the transducer V k is θ k , the elevation angle is φ k , the azimuth angle of the vibration source is θ, and the elevation angle is φ, cos α k can be found as follows.
Figure 0007529322000005

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 0007529322000006
When the minimum perceived intensity transmitted from the vibration source to the perception origin is I min , if the perceived intensity distributed to each transducer 31 falls below the human perception threshold, the appropriate intensity distribution ratio cannot be experienced. Therefore, when determining the output ratio R k of each transducer 31, a constant g 0 is determined to adjust the minimum intensity. The condition for the minimum intensity I min k in each transducer 31 to be equal to or greater than the perception threshold is that I = 1 when the vibration amplitude A is equal to the perception threshold T f according to the definition of perceived intensity, and therefore the following condition is satisfied.
Figure 0007529322000006

よってg0が満たす最小条件は次式で表される。

Figure 0007529322000007
Therefore, the minimum condition that g 0 must satisfy is expressed as follows:
Figure 0007529322000007

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。 Figure 4 is a flowchart illustrating the perceptual intensity distribution process shown in Figure 1.

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。 The vibration waveform y(t) of the vibration source is input to a Low Pass Filter (LPF) and a low frequency component y low (t) is output (step S111). The cutoff frequency of the LPF may be about 80 to 400 Hz.

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)。 The vibration waveform y(t) of the vibration source is also input to a High Pass Filter (HPF), which outputs a high frequency component y high (t) (step 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)。 The intensity Io of the vibration source is calculated from the high frequency component y high (t) (step 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)。 Based on the intensity Io of the vibration source and the distance r from the vibration source, the intensity I of the perception origin is calculated (step 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)。 Based on the intensity I of the perception origin and the direction (θ, φ) of the vibration source, distribution is performed using a distribution coefficient g k (step 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)。 The gain hk is calculated based on the distribution coefficient gk and the low-frequency component ylow (t) (step 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)。 Based on the intensity I k according to the distribution coefficient g k , a vibration H k (t) having an equivalent intensity is generated (step 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)。 Based on the high-frequency vibration H k (t) and the low-frequency vibration L k (t) according to the gain h k , waveforms are synthesized to generate the drive waveform S k (t) for each transducer 31 (step 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。 The low frequency components are output by multiplying the amplitude of the original waveform by a gain hk . hk may be determined based on the distribution coefficient gk used in the intensity distribution.

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 0007529322000008
h k may be set so that the total amplitude value is equal to the original amplitude, using the distribution coefficient g k as the gain value as is.
Figure 0007529322000008

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 0007529322000009
h k may be set using a distribution coefficient g k such that the sum of the squared amplitudes is equal to the square of the original amplitudes.
Figure 0007529322000009

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 0007529322000010
It is known that the amplitude decreases due to the diffusion of energy. Geometric damping can be expressed in amplitude as follows. Here, A is the amplitude at the origin of perception, A0 is the amplitude at the vibration source, and n is the geometric damping constant determined by the type of wave. For example, the value of n is known to be n = 0.5 for surface waves (Rayleigh waves).
Figure 0007529322000010

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 0007529322000011
Moreover, when the amplitude is converted to the intensity, the following equation holds:
Figure 0007529322000011

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 0007529322000012
In addition to the geometric damping mentioned above, internal damping is known, in which energy is absorbed due to friction between particles when vibration is propagated. The geometric damping and internal damping are expressed in terms of amplitude by the following formula. Here, α is the internal damping constant that depends on the material through which the vibration propagates and the frequency. For example, at 50 Hz, a = 0.1 to 0.3 on soft ground, and a = 0.003 to 0.03 on hard ground.
Figure 0007529322000012

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 0007529322000013
Moreover, when the amplitude is converted to the intensity, the following equation holds:
Figure 0007529322000013

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。 Figure 5 is a diagram illustrating an example of determining independent perceptual origins for multiple body parts in the perceptual intensity distribution process shown in Figure 1.

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。 When transducers 31 are placed in separate body parts, two or more transducers 31 may be placed on each body part, and an independent perception origin may be defined for each area.

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。A large number of transducers 31 may be arranged in advance, and the combination of transducers 31 to be vibrated and the perception origin may be determined according to the state of contact with the body and the position of the vibration source. For example, tiles with built-in transducers 31 may be laid out over the entire floor, and the contact points with the body may be detected. Each time a contact point is detected, the combination of transducers 31 to be vibrated may be dynamically rearranged.

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。 When the body is divided into multiple body parts, different distance attenuation formulas may be used for each body part depending on the properties of the vibration medium with which it is in contact. For example, when dividing into the feet (body part #2 in Fig. 5) which are in contact with the floor and the chest (body part #1 in Fig. 5) which is in contact with the air, the vibration source on the floor is easily transmitted to the feet but is not easily transmitted to the chest, so the distance attenuation formula for the feet can be set to be smaller. Body parts that are typically used include, but are not limited to, the soles of the left and right feet, buttocks and lower back, chest and upper back, palms and wrists, left and right forearms, and head.

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。 Figure 6 (a) is a diagram explaining the case where transducers are arranged two-dimensionally on the body surface in the distribution process of perceived intensity shown in Figure 1, and (b) is a diagram explaining the case where transducers are arranged circumferentially on the body surface in the distribution process of perceived intensity shown in Figure 1.

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。In (a) of Figure 6, it is possible to generate a sensation of a vibration source moving on the surface of the body part. The vibration source may be located inside between the transducers 31.

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。In FIG. 6(b), the vibration source can generate a sensation of moving inside the body in addition to the surface of the body part.

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。 Figure 7 is a diagram illustrating the case where two perceptual origins are set on the body in the perceptual intensity distribution process shown in Figure 1.

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。 In Figure 7, the first perception origin #1 is formed by four vibrators 31 on the left side of the figure, and the second perception origin #2 is formed by four vibrators 31 on the right side of the figure, and a method is shown in which a vector is obtained from each perception origin to the vibration source. If the distance between the eight vibrators 31 is close, one perception origin may be provided near the center.

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。 Figure 8 (a) is a diagram explaining an example in which the vibrators 31 are arranged on a straight line in the PS method, and (b) is a diagram explaining an example in which the vibrators 31 are arranged on a circumference in the PS method. In Figures 8 (a) and (b), the vibration source is on the straight line or circumference connecting the two vibrators 31.

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。 8A and 8B, the distribution coefficient is determined by the internal division ratio β:1-β of the distances of the two transducers 31 (V 1 , V 2 ). The distribution coefficient may be expressed as an exponential function of the internal division ratio.

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。When the vibration source is on the line or circumference connecting the two oscillators 31, the angle between the vector from the perception origin to the vibration source and oscillator 31 is 0, and the distribution coefficient cannot be calculated. In this case, the distribution coefficient may be determined based on the ratio of the distance between oscillator 31 and the vibration source and oscillator 31.

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。 Figure 9 is a diagram illustrating an example of generating another PS by using a PS as a virtual vibration source in the perceptual intensity distribution process shown in Figure 1.

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。 In FIG. 9, the distribution coefficients of the transducers V1 and V2 are determined so that a virtual vibration source V a is generated between the transducers 31 ( V1 , V2 ) at a position with an internal division ratio of the distance β 1 :1-β 1. The distribution coefficient may be corrected by an exponential function. Similarly, a virtual vibration source V b is generated between the transducers V 5 and V 6. Using the two virtual vibration sources V a and V b , a vibration source to be presented is generated on a straight line connecting V a and V b based on an internal division ratio of the distance β:1-β. The sum of the distribution coefficients of the above four transducers 31 is set to be constant.

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 0007529322000014
The calculation formula for the distribution coefficient and perceived intensity of the transducers V1 and V2 is, for example, as follows: γ is an exponent value for finding the distribution coefficient from the internal division ratio β.
Figure 0007529322000014

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。 Figure 10 shows an example of applying perceptual intensity distribution processing to a floor-mounted vibration device 101 and a wearable vibration device 102.

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。Figure 10 shows an example of combining visual presentation using a display device 33 such as VR goggles, stereophonic sound using headphones 32, and a floor-mounted vibration device 101 and a wearable vibration device 102.

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。 Perception origin #1 is formed by the vibrators 31 (four in the figure) of the floor-mounted vibration device 101. Perception origin #2 is formed by the vibrators 31 (four in the figure) of the wearable vibration device 102. Note that the reference numeral 31 is omitted in the following Figures 10 to 15.

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。Vibration source #1 represents a collision with the floor, and the perceived intensity of vibration source #1 is mainly transmitted to perception origin #1, and the transmission to perception origin #2 is made relatively small. This is achieved by making the attenuation effect of the distance attenuation formula from vibration source #1 to perception origin #1 small, and making the attenuation effect of the distance attenuation formula from vibration source #1 to perception origin #2 relatively large.

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。 Vibration source #2 represents a vibration source suspended in the air, and the perceived intensity of vibration source #2 is mainly transmitted to perception origin #2. This is achieved by reducing the attenuation effect of the distance attenuation formula from vibration source #2 to perception origin #2 and relatively increasing the attenuation effect of the distance attenuation formula from vibration source #2 to perception origin #1.

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。 Figure 11 shows an example of applying perceptual intensity distribution processing when one perceptual origin is provided to a wristband-type vibration device 103 and a game controller 104.

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。 Figure 11 shows an example of localizing an external vibration source by combining a vibrator 31 of a game controller 104 held in both hands with a wristband-type vibration device 103. Wristband-type vibration device #1 is worn on the left hand, and wristband-type vibration device #2 on the right hand. In this example, four vibrators 31 are built into each wristband-type vibration device 103 and arranged in a ring shape. The game controller 104 has two built-in vibrators 31 on the left and right. The game controller 104 and the two wristband-type vibration devices 103 communicate wirelessly via Bluetooth (registered trademark) or the like, and all vibrators 31 are driven in sync.

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。 The perception origin is formed by all the vibrators 31 of the game controller 104 and the two wristband-type vibration devices 103.

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。 The external vibration source can be localized by calculating the distribution coefficient of the perceived intensity according to the direction of the azimuth vector from the perception origin to the vibration source and the direction of the vector to each transducer 31.

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。 Figure 12 shows an example of applying perceptual intensity distribution processing when two perceptual origins are provided to a wristband-type vibration device 103 and a game controller 104.

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。 In Fig. 12, the vibrator 31 on the left side of the game controller 104 and the vibrator 31 of the wristband-type vibration device 103 (#1) in the left hand form the perception origin #1, and vibration source #1 is localized. The vibrator 31 on the right side of the game controller 104 and the vibrator 31 of the wristband-type vibration device 103 (#2) in the right hand form the perception origin #2, and vibration source #2 is localized. In this way, the vibration sources can be experienced independently in the left and right hands.

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。In this example, the left and right vibration sources are moved from inside the arm to the front of the hand as shown by path #1 and path #2, creating a sensation as if the vibration source is being shot from inside the body. The timing of the shot may be synchronized with the operation of the left and right buttons of the game controller 104 to generate a bodily sensation for each side independently.

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。 Figure 13 is a diagram showing an example of applying distribution processing of the perceived intensity of the outside world AR to a wristband-type vibration device 103 and a smartphone 105.

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。 Figure 13 shows an example of the configuration of an AR system that combines a smartphone 105 and a wristband-type vibration device 103 to allow the user to experience the outside world. Using a GPS, geomagnetic sensor, inertial sensor, etc. mounted on the smartphone 105 that can be held by the user, the position and direction of the camera are identified, and characters, etc. are superimposed on the screen of the smartphone 105 on the real environment captured by the camera. The smartphone 105 and wristband-type vibration device 103 communicate wirelessly via Bluetooth, etc., and all vibrators 31 are driven in sync.

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。 The perception origin is formed by one vibrator 31 of the smartphone 105 and four vibrators 31 of the wristband-type vibration device 103.

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。By matching the position of the character mapped onto the real world with the position of the vibration source, even when the character is not visible on camera, it is possible to present sensory information based on the character's direction, distance, and movement, emphasizing the character's sense of reality.

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。 Figure 14 shows an example of applying distribution processing of perceptual intensity on the body to a wristband-type vibration device 103 and a smartphone 105.

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。Figure 14 shows an example in which a smartphone 105 is combined with a wristband-type vibration device 103 to allow the user to experience the vibration source passing over the body.

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。 Vibration source #1 is moved along path #1. In this example, the user feels as if a vibration source has been taken into the user's body from the outside world via smartphone 105. Vibration source #2 is moved along path #2. In this example, the user feels as if the vibration source is circling around the user's arm. This allows the user to feel a sensation synchronized with the operation of smartphone 105 and video in conjunction with wristband-type vibration device 103.

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。 In Figures 10 to 14, the vibration source may be determined by the vibration of an artificial object, or may be determined by the recorded vibration of a real object. When the vibration source is determined by the vibration of an artificial object, the vibration source may be determined in accordance with the video or the like viewed by the user, and the perceived intensity may be distributed to each transducer 31 according to the vibration source. On the other hand, when the vibration source is determined by the recorded vibration of a real object, the vibration source may be determined, for example, by the collision of a ball with the floor surface, and the perceived intensity may be emphasized and distributed to each transducer 31 according to the vibration source.

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。 Figure 15 shows an example of integrating the distribution processing of perceived intensity into the speaker 32 and the display device 33.

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。 In FIG. 15, a system is shown that is composed of a display device 33 such as a video screen, a speaker 32 such as a stereophonic speaker system, and vibration devices 106 to 108 for the back, seat, and floor. By matching the sound source position localized by stereophonic sound with the vibration source position, the sense of localization of the content can be improved and the sense of realism can be improved. In addition, by localizing the vibration source outside the screen, the presence of an object that does not appear on the video screen can be perceived. Furthermore, by localizing the acoustic information of a specific object as a vibration source, or by localizing multiple objects individually as vibration sources, the sense of reality of the object can be individually experienced. For example, in live video, a vibration source can be set according to the position of each instrument, and the perceived intensity can be calculated individually from the acoustic signal of each instrument and localized to the respective vibration source positions.

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。 Figure 16 (a) is a diagram explaining the reference stimulus in the experiment to confirm the sense of orientation and vibration intensity, and (b) is a diagram explaining the method of answering the perceived orientation in the experiment to confirm the sense of orientation and vibration intensity.

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。In the experiment to confirm the sense of orientation and vibration intensity, the sense of orientation and vibration intensity are investigated when a vibration source generated outside the body is presented by four vibrators 31, giving the sensation of vibration being transmitted from the ground to the soles of the feet.

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
The experiment was carried out according to the following procedure.
1. Present the reference stimulus (see Figure 16(a)) and the test stimulus.
2. Ask participants to report perceived intensity
3. Present the same test stimulus as in 1.
4. Ask participants to report perceived direction

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。 The subjects responded to the intensity using integers of their choice, with 10 being the reference stimulus and 20 being twice as strong, and 5 being half as strong. For the direction, they responded using numbers from 0 to 15, referring to Figure 16(b).

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。The experimental conditions were that the intensity of the test stimulus was constant, and eight conditions in eight directions (0 to 315°, in 45° increments) were presented. The subjects were five adult males, and the number of trials was 50 (8 conditions x 6 + 2 dummy stimuli with double amplitude).

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。 Figure 17 is a diagram explaining the relative positioning of the vibrator 31 and the vibration source in the experiment to confirm the sense of direction and vibration strength.

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。 As shown in Fig. 17, transducers 31 ( V1 to V4 ) were placed in each of the four quadrants on a two-dimensional coordinate plane centered on the perception origin. The subject placed the left foot on transducers V1 and V2 , and the right foot on transducers V3 and V4 . The direction from the perception origin to the vibration source was defined as θ, and the direction from the perception origin to transducer Vk was defined as θk .

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。 Figure 18 (a) is a graph showing the results of the directional responses in the experiment to confirm the sense of direction and vibration intensity, and (b) is a graph showing the results of the intensity responses in the same experiment.

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。 The directional response results shown in Figure 18(a) show that the responses were made according to the intended presentation direction. Directional dependency may be observed. For example, the variance for vibrations from the vertical direction (0°, 180°), which is the direction of the toes or heels, was small, indicating that the vertical direction was easier to distinguish.

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。The intensity response results shown in Figure 18 (b) indicate that it is possible to present a nearly constant intensity regardless of the orientation. In the experimental results, the overall intensity was higher than that of the reference stimulus (10), but this is thought to be due to the fact that the frequency characteristics of the transducer when the frequency is converted by the ISM are not taken into consideration.

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。 Figure 19 is a diagram explaining the relative positioning of the transducer 31 and the vibration source in an experiment to control PS on the body with perceived intensity.

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。 In the experiment shown in Figure 19, the sensation of any vibration generated by two transducers 31 being transmitted and moved across the surface of the forearm was presented.

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 0007529322000015
In order to generate PS, the intensity ratio is determined for each transducer 31. The formula for determining the distribution coefficient g k is as follows: β is the internal division ratio (0≦β≦1) of the presented vibration source position, and γ is an exponential coefficient for correcting the distribution coefficient.
Figure 0007529322000015

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。 If the perceived intensity presented by the vibration source is I, then the perceived intensities allocated to the transducers V 1 and V 2 are I 1 = g 1 I and I 2 = g 2 I.

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。 Figure 20 (a) is a graph illustrating the presented stimuli before ISM conversion in an experiment to control PS on the body with perceived intensity, (b) is a graph illustrating the stimuli to oscillator V1 in the experiment, and (c) is a graph illustrating the stimuli to oscillator V2 in the experiment.

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
In order to identify γ such that the perceived intensity is constant, an experiment was carried out using the following procedure.
1. Adjust the strength of the two vibrators so that they are the same
2. Stimuli presented in the order of β = 0, 0.5, 1
3. Ask participants to answer whether the three stimulus intensities are equal or not
4. Change γ and repeat the process to identify the solution using the stepwise method.

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Vへの刺激とが提示される。 For the presented stimulus before ISM conversion shown in FIG. 20(a), when β=0.25 and γ=1, a stimulus to transducer V1 shown in FIG. 20(b) and a stimulus to transducer V2 shown in FIG. 20(c) are presented.

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。 Figure 21 is a graph showing the results of an experiment in controlling PS on the body with perceived intensity.

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。 For the four subjects, when γ was around 0.6 to 0.8, the perceived intensity of the stimulus was felt to be constant by most of the subjects. This suggests that the perceived intensity can be made uniform with a certain parameter, regardless of the distance d between the transducers 31. In addition, after identifying γ, five stimuli (β = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) were presented again, and the subjects responded that they did not feel uncomfortable even if they thought that the presentation position of the stimulus was moving at equal intervals.

〔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。
[A-2] Vibration Generating System FIG. 22 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vibration generating system 100 according to an embodiment.

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。The vibration generating system 100 comprises a vibration distribution control device 1, a digital-to-analog converter (DAC) 2, n vibrators 31 (#1 to #n), a speaker/headphones 32, and a display device 33. Different types of vibrators 31 may be combined.

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。 The DAC 2 may be referred to as a Universal Serial Bus (USB) audio, and converts the digital signal input from the vibration distribution control device 1 into an analog signal. The DAC 2 then outputs the converted analog signal to the vibrator 31 and the speaker/headphones 32. Note that an amplifier (not shown) for driving the vibrator 31 and the speaker/headphones 32 may be provided downstream of the DAC 2.

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。The display device 33 is an LCD display, an Organic Light-Emitting Diode (OLED) display, a Cathode Ray Tube (CRT), an electronic paper display, etc., and displays various contents for humans output from the vibration distribution control device 1.

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。 The vibration distribution control device 1 has a Central Processing Unit (CPU) 11, a memory 12 and a storage device 13.

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。 The vibration distribution control device 1 in one example of this embodiment may convert acoustic information such as music, movies, and voice into a tactile signal. When the frequency exceeds about 300 to 400 Hz, the vibration becomes audible as sound, resulting in noise. For this reason, in conventional vibration experience devices for music, movies, and the like, a low-pass filter is often applied at about several hundred Hz to cut the high frequency band. On the other hand, the vibration distribution control device 1 in one example of this embodiment converts the waveform of the high frequency band into another frequency in the low frequency band and outputs it.

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。 In addition, the vibration distribution control device 1 in one example of this embodiment may modulate the high-frequency vibrations generated when an object comes into contact with the environment to a frequency band that humans can perceive. By transmitting the vibrations generated when an object comes into contact with the environment, it is possible to grasp the strength of the collision between the object and the environment and the state of friction. If the object is a metal tool, for example, vibrations in a band that humans cannot perceive may occur when the object comes into contact. Therefore, the vibration distribution control device 1 in one example of this embodiment modulates the frequency band of the output signal.

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。 Furthermore, the vibration distribution control device 1 in one example of this embodiment may be applied to chairs, suits, headsets, etc. that include a vibration device.

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。 Memory 12 is a storage device including Read Only Memory (ROM) and Random Access Memory (RAM).

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。The storage device 13 is a device that stores data in a readable and writable manner, and may be, for example, a hard disk drive (HDD), a solid state drive (SSD), or a storage class memory (SCM). The storage device 13 stores the generated teacher data, learning models, etc.

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。The CPU 11 is a processing device that performs various controls and calculations, and realizes various functions by executing an Operating System (OS) and programs stored in the memory 12. That is, the CPU 11 may function as a frequency removal control unit 111, a time division control unit 112, an energy control unit 113, and a signal output unit 114, as shown in FIG. 22.

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。The CPU 11 is an example of a computer, and illustratively controls the operation of the entire vibration distribution control device 1. The device for controlling the operation of the entire vibration distribution control device 1 is not limited to the CPU 11, and may be, for example, any one of an MPU, DSP, ASIC, PLD, FPGA, and a dedicated processor. The device for controlling the operation of the entire vibration distribution control device 1 may be a combination of two or more of a CPU, MPU, DSP, ASIC, PLD, FPGA, and a dedicated processor. Note that MPU is an abbreviation for Micro Processing Unit, DSP is an abbreviation for Digital Signal Processor, and ASIC is an abbreviation for Application Specific Integrated Circuit. Also, PLD is an abbreviation for Programmable Logic Device, and FPGA is an abbreviation for Field Programmable Gate Array.

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。The frequency removal control unit 111 removes a first signal component having a frequency below a predetermined frequency.

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。The time division control unit 112 divides the second signal component other than the first signal component removed by the frequency removal control unit 111 for each predetermined time. In other words, the time division control unit 112 divides a signal related to a vibration source of an arbitrary waveform located at a certain position for each predetermined time.

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。The energy control unit 113 converts the waveform of the second signal component while maintaining the energy of the second signal component for each predetermined time divided by the time division control unit 112. In other words, the energy control unit 113 functions as an example of a calculation unit that calculates the perceived intensity from the vibration waveform of the vibration source, and also functions as an example of a distribution unit that distributes the perceived intensity to each of the multiple transducers 31 according to the orientation and placement position of the vibration source.

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。The energy control unit 113 may calculate the perceived intensity at the perception origin using the perception origin determined based on the vibration images obtained by the multiple transducers 31 and information that attenuates according to the distance from the vibration source. The energy control unit 113 distributes the perceived intensity calculated at the perception origin to each of the multiple transducers 31 using a distribution coefficient determined based on the orientation and placement position.

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。The energy control unit 113 may apply a predetermined attenuation formula to the energy of the signal depending on the distance and direction from the vibration source to each of the multiple transducers for each of the predetermined times divided by the time division control unit 112, and distribute the energy of the signal to the multiple transducers, thereby converting the signal into a waveform having a different frequency.

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。The signal output unit 114 outputs the first signal component removed by the frequency removal control unit 111 in addition to the second signal component after waveform conversion by the energy control unit 113. In other words, the signal output unit 114 outputs the signal after conversion by the energy control unit 113, and causes a person to feel the output vibration generated from the converted signal using multiple vibrators.

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。The signal output unit 114 may output an output vibration related to a vibration source that occurs at a position on or inside the human body. The signal output unit 114 may also output an output vibration related to a vibration source that occurs at a position remote from the human body.

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。The signal output unit 114 may be combined with stereophonic sound to allow a person to experience the output vibration. Furthermore, for stereophonic sound having sound sources localized at multiple positions, the signal output unit 114 may allow a person to experience the output vibration according to the position of each sound source. Furthermore, the signal output unit 114 may be combined with a stereoscopic visual device to allow a person to experience the output vibration.

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。The signal output unit 114 may combine a vibration source at a three-dimensional position with three or more transducers arranged in two dimensions and stereophonic sound or video to reinforce the three-dimensional vibration localization sense, or the stereophonic sound or video localization sense, and allow a person to experience the output vibration. Also, the signal output unit 114 may combine a vibration source at a three-dimensional position with three or more transducers arranged in three dimensions and stereophonic sound or video to reinforce the three-dimensional vibration localization sense, or the stereophonic sound or video localization sense, and allow a person to experience the output vibration.

〔A-3〕ISM[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。 Figure 23 is a graph showing the discrimination ability of vibrations by humans (quoted from 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). Figure 24 is a sample waveform of vibration used in a forced three-choice discrimination experiment conducted to determine the discrimination ability shown in the graph in Figure 23.

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。 Based on a conventionally known vibration energy model, the graph shown in Figure 23 is obtained by investigating human perceptual discrimination characteristics while maintaining vibration energy. Symbols B1 and B2 in Figure 24 show the same waveform, while symbol B3 in Figure 24 shows a different waveform. The subjects are asked to compare the constant amplitude vibration shown in symbols B1 and B2 in Figure 24 with the amplitude modulated stimulus shown in symbol B3, and to answer which is the amplitude modulated wave. In Figure 23, the correct answer rate obtained in a forced three-choice discrimination experiment is expressed as Sensitivity (d': d-prime), which is a discrimination performance index based on signal detection theory, and when d' is 1 or less, the correct answer rate falls below about 60%.

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。According to the graph in Figure 23, the upper limit of the frequency at which the envelope components can be distinguished is about 80 to 125 Hz. It also shows that there is no need to preserve the envelope components above this upper limit of frequency, and that if the carrier frequency of the amplitude modulated wave is replaced while maintaining the vibration energy, the stimuli cannot be distinguished.

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。As mentioned above, even if the vibration energy is maintained, if the energy fluctuates in the low-frequency range, the fluctuations may be perceived as differences in tactile information, but the range of perception has not been investigated. Based on the discovery that the upper limit of perceptible low-frequency fluctuations is approximately 80 to 125 Hz, we will convert the vibration energy while maintaining the low-frequency components using two measures (see measures [1] and [2] below).

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。 Figure 25 is a graph showing the signal waveforms before and after conversion for each segment by the vibration distribution control device 1 shown in Figure 22.

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。 Human high frequency perception is based on vibrational energy rather than the waveform itself, so if the vibrational energy is maintained, the same sensation will be felt. However, if the vibrational energy fluctuates below 80-125 Hz, it is necessary to reproduce the fluctuations in the vibrational energy.

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。Therefore, in one example of this embodiment, as a means of maintaining the fluctuation of vibration energy below a predetermined frequency (e.g., approximately 80 to 125 Hz), the vibration is divided into time segments, for example, between approximately 80 and 200 Hz, and the vibration energy is determined for each segment and replaced with a vibration having a different carrier frequency.

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。In the example shown in Figure 25, the original vibration signal shown with reference symbol C1 and the transformed signal shown with reference symbol C2 are transformed so that the energy of the transformed signal is the same as the energy of the original vibration signal within the same time segment.

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。 The width of the time division (in other words, the division width) should be set to a level that can express energy fluctuations below 80 to 125 Hz (in other words, to a level where the peaks of the fluctuations are aligned) (Measure [1]). The frequency of the division width may be 80 to 125 Hz or more, but if the division width is made too short, the accuracy of estimating vibration energy with a period longer than the division width will deteriorate. Therefore, by using the following measure [2], the waveform of vibrations whose energy cannot be estimated is output as is.

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。 Furthermore, components below a predetermined frequency may be extracted and presented as such as a vibration stimulus (measure [2]). The predetermined frequency may be 80-125 Hz or higher, but components above the predetermined frequency may be represented by the energy control unit 113 of the second signal component. This allows for flexibility in frequency selection. However, if the predetermined frequency is set too high, noise problems may occur or a wideband vibration device may be required.

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。According to the above measures [1] and [2], the predetermined frequency may be about 80 to 400 Hz. 400 Hz is the upper limit from the viewpoint of noise issues and the performance of the vibration device.

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。 Setting a specific frequency also involves the selection of the carrier frequency when converting vibrations. Since the peak vibration frequency at which human perception improves is around 200 to 250 Hz, a practical carrier frequency that increases sensitivity without causing noise is around 150 to 400 Hz. The carrier frequency may be a constant multiple of the division width. Additionally, multiple different carrier frequencies may be used, and may include a high frequency range of 400 Hz or higher.

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。 In addition, the specified frequency that separates low and high frequencies does not necessarily have to match the frequency of the division width for calculating energy.

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。 Corrected energy, which is vibrational energy corrected to improve human perceptibility, can be expressed as follows:

Figure 0007529322000016
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。
Figure 0007529322000016
A is the amplitude of the separated base signal g k . T f is the amplitude threshold, which is the minimum amplitude that humans can sense in a signal of frequency f. b f is the exponential value, which is the nonlinear characteristic in a signal of frequency f.

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。 FIG. 26 is a graph showing the amplitude threshold Tf used in calculating the correction energy.

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10~10Hz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。 As shown in FIG. 26, the amplitude threshold varies depending on the frequency. In the range of approximately 10 2 to 10 3 Hz, humans can sense even relatively small amplitudes, but in other ranges, humans can only sense relatively large amplitudes.

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。 FIG. 27 is a graph showing the exponent value bf used in calculating the correction energy.

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。 The exponent value bf in FIG. 27 is an example in which a value obtained by linearly interpolating the exponent value bf below 400 Hz that has been previously reported is used.

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。 Figure 28 is a diagram explaining the use of window functions in the vibration distribution control device 1 shown in Figure 22.

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h,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g,g,g・・・に分離される。符号D4に示すように、基底信号g,g,g・・・がもつ周波数f,f,f・・・に基づき、全ての基底信号g,g,g・・・の補正エネルギーを合成したスカラ値E,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E,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a(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S(t)が出力される。 As shown by reference D1, a high-frequency signal H(t) is input. As shown by reference D2, the high-frequency signal H(t) is divided into frames as signals h i , h i+1 , h i+2 , ... for each frame i, i+1 , i +2 , .... As shown by reference D3, the signal h of each divided frame is separated into a plurality of basis signals g 1 , g 2 , g 3 .... As shown by reference D4, scalar values E i , E i+1 , E i +2 , ... obtained by combining the correction energies of all basis signals g 1 , g 2 , g 3 ... are output based on the frequencies f 1 , f 2 , f 3 ... of the basis signals g 1 , g 2 , g 3 .... As shown by reference D5, the scalar values Ei , Ei+1 , Ei+2 , ... of the vibration energy calculated in each frame i are converted into vibration waveforms having the same vibration energy but different carrier frequencies, and windowing processing using a window function is performed on the amplitudes ai (t), ai+1 (t), ai+2 (t), ... of the waveforms. As shown by reference D6, frame synthesis is performed on the 1st to Nth frames, and the amplitude A(t) of the vibration waveform is output. As shown by reference D7, a second vibration waveform S2 (t) having a carrier frequency such that the amplitude is A(t) is output.

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。 Figure 29 is a graph illustrating an example of synthesis of low and high frequencies in the vibration distribution control device 1 shown in Figure 22.

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S(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S(t)と合成される。これにより、符号E3に示す、合成波形S(t)+S(t)が出力される。 The second vibration waveform S2 (t) shown in E1, which is generated from the high-frequency signal H(t) using the window function in Fig. 28, is synthesized with the first vibration waveform S1(t) shown in E2, which is the low-frequency signal L(t) output as is. As a result, the synthesized waveform S1 (t)+ S2 (t) shown in E3 is output.

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。 Figure 30 is a graph showing a specific example of a signal waveform before and after conversion by the vibration distribution control device 1 shown in Figure 22.

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。In Figure 30, the waveform of the violin sound before conversion (see symbol F1) and after conversion (see symbol F2) are represented by amplitude over time.

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。 Conventional tactile vibration produces a lot of auditory noise when used with high-frequency vibrations such as those of a violin, and applying a low-pass filter eliminates the vibrations that humans can perceive. Therefore, the correction energy is calculated so that the waveform becomes a single wavelength with a low-frequency carrier frequency over time.

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。 Figure 31 is a block diagram illustrating an example functional configuration of the ISM section 1000 in the vibration distribution control device 1 shown in Figure 22.

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。The ISM unit 1000 functions as a time division control unit 112, an energy control unit 113, an energy vibration conversion unit 114a, and a vibration generation unit 114b. In this embodiment, the ISM unit 1000 controls the vibrations including high frequency components of about 100 Hz or more by the vibrator 31 using a signal. The methods of controlling vibrations including high frequency components of 100 Hz or more according to the present invention are collectively referred to as ISM.

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h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。 The time division control unit 112 divides the vibration signal X(t) containing high frequency components of about 100 Hz or more into N frames in time, and inputs the time-divided i-th frame signal h i to the energy control unit 113. The number of frames N may be determined by a predetermined period and an overlap rate of the windowing process.

エネルギー制御部113は、i番目のフレームの信号hについて補正エネルギーe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。 The energy control unit 113 calculates a corrected energy e i for the signal h i of the i-th frame, and inputs the calculated corrected energy to the energy vibration conversion unit 114 a.

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e~e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。 The energy vibration conversion section 114a generates a signal A(t) by combining the corrected energies e 1 to e N of the 1st to Nth frames, and inputs the signal A(t) to the second vibration generation section 114b.

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。The vibration generating unit 114b outputs a signal waveform S(t) based on the synthesized signal A(t).

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。A first embodiment of the vibration waveform generation process in the vibration distribution control device 1 shown in Figure 22 will be explained according to the block diagram (steps S1 to S7) shown in Figure 32.

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。 The signal elimination unit 111a and the low-pass filter 111b shown in Fig. 32 correspond to the frequency elimination control unit 111 shown in Fig. 22. Also, the energy vibration conversion unit 114a, the second vibration generation unit 114b, and the first vibration generation unit 114c shown in Fig. 32 correspond to the signal output unit 114 shown in Fig. 22.

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)。The signal removal unit 111a removes components below a predetermined frequency from the acquired pre-conversion signal X(t) to generate a high-frequency signal H(t) and inputs it to the time division control unit 112 (step 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h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。 The time division control unit 112 divides the high frequency signal H(t) into N frames and inputs the time-divided i-th frame signal h i to the energy control unit 113 (step S2). The number of frames N may be determined by a predetermined period and an overlap rate of the windowing process.

エネルギー制御部113は、i番目のフレームの信号hについて補正エネルギーe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)。 The energy control unit 113 calculates a corrected energy e i for the signal h i of the i-th frame, and inputs the calculated corrected energy to the energy vibration conversion unit 114 a (step 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e~e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)。 The energy vibration conversion section 114a generates a signal A(t) by combining the corrected energies e 1 to e N of the 1st to Nth frames, and inputs the signal A(t) to the second vibration generation section 114b (step 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S(t)を出力する(ステップS5)。 The second vibration generating unit 114b outputs a second vibration waveform S 2 (t) based on the synthesized signal A(t) (step 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)。Meanwhile, the low-pass filter 111b inputs a low-pass signal L(t) obtained by filtering out components below a predetermined frequency from the acquired pre-conversion signal X(t) to the first vibration generating unit 114c (step 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S(t)を出力する(ステップS7)。 The first vibration generating unit 114c outputs a first vibration waveform S 1 (t) based on the low-frequency signal L(t) (step 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。Next, details of the energy control processing shown in step S3 of Figure 32 will be explained according to the block diagram shown in Figure 33 (steps S11 to S14).

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。 As shown in FIG. 33, the energy control unit 113 functions as a basis signal separation control unit 113a, a frequency calculation unit 113b, an energy correction parameter calculation unit 113c, and a correction energy calculation unit 113d.

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h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g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。 The basis signal separation control unit 113a separates the time-divided i-th frame signal h i , which is an input signal, into a plurality of basis signals g, and inputs the separated k-th basis signal g k to the frequency calculation unit 113b (step S11). For example, the signals may be separated by short-time Fourier analysis, wavelet analysis, Empirical Mode Decomposition (EMD) method, or the like.

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gの周波数f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)。 The frequency calculation unit 113b calculates the frequency f k of the k-th basis signal g k by, for example, discrete Fourier analysis or Hilbert Spectrum analysis, and inputs the frequency f k to the energy correction parameter calculation unit 113c (step S12).

エネルギー補正パラメータ算出部113cは、周波数fに基づき、図26及び図27を用いて説明した指数値b及び振幅閾値T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)。 The energy correction parameter calculation unit 113c calculates the exponent value bk and the amplitude threshold value Tk described with reference to Figs. 26 and 27 based on the frequency fk , and inputs them to the corrected energy calculation unit 113d (step S13).

補正エネルギー算出部113dは、指数値b及び振幅閾値T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g毎に算出し、全ての基底信号gの補正エネルギーを合算したスカラ値eを出力する(ステップS14)。 The corrected energy calculation unit 113d calculates the corrected energy Ipc for each base signal gk based on the exponent value bk and the amplitude threshold Tk in accordance with the formula shown in equation 16, and outputs a scalar value ej obtained by adding up the corrected energies of all the base signals gk (step 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。Next, as a second example of the vibration waveform generation process in the vibration distribution control device 1 shown in Figure 22, the separation process of low-frequency components in the energy control process shown in Figure 31 will be explained according to the block diagram shown in Figure 34 (steps S101 to S105).

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。As shown in FIG. 34, the energy control unit 113 functions as a basis signal separation control unit 113a, a frequency calculation unit 113b, an energy correction parameter calculation unit 113c, and a correction energy calculation unit 113d, and may also have the function of separating low-frequency components to a low-frequency component synthesis unit 113g.

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h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g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。 The basis signal separation control unit 113a separates the time-divided i-th frame signal h i , which is an input signal, into a plurality of basis signals g, and inputs the separated k-th basis signal g k to the frequency calculation unit 113b (step S101). For example, the signals may be separated by short-time Fourier analysis, wavelet analysis, EMD method, or the like.

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gの周波数f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)。 The frequency calculation unit 113b calculates the frequency f k of the k-th basis signal g k by, for example, discrete Fourier analysis or Hilbert Spectrum analysis, and inputs the frequency f k to the energy correction parameter calculation unit 113c (step S102).

エネルギー補正パラメータ算出部113cは、周波数fに基づき、図26及び図27を用いて説明した指数値b及び振幅閾値T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)。 The energy correction parameter calculation unit 113c calculates the exponent value bk and the amplitude threshold value Tk described with reference to Figs. 26 and 27 based on the frequency fk , and inputs them to the corrected energy calculation unit 113d (step S103).

補正エネルギー算出部113dは、指数値b及び振幅閾値T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g毎に算出し、全ての基底信号gの補正エネルギーを合算したスカラ値eを出力する(ステップS104)。 The corrected energy calculation unit 113d calculates the corrected energy Ipc for each basis signal gk based on the exponent value bk and the amplitude threshold Tk in accordance with the formula shown in Equation 16, and outputs a scalar value ej obtained by adding up the corrected energies of all the basis signals gk (step S104).

低周波成分合成部113gは、基底信号gの周波数f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)。 The low-frequency component synthesis unit 113g synthesizes a base signal having a frequency f k of the base signal g k that is lower than a predetermined frequency, thereby generating a low-frequency component L(t) (step 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。For a sound source that contains signals in multiple frequency bands, it may be desirable to emphasize the vibration energy of a specific frequency band and present it as vibration. In such a case, the energy control units 1131 and 1132 are modified examples that are applied when adjusting the energy of the base signal present in a predetermined frequency band to convert the waveform, as described below with reference to Figures 35 to 40.

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。 Figure 35 (a) to (c) are graphs that explain an example of generating vibrations according to ISM without emphasizing the waveform. Figure 35 shows a band corresponding to the high-frequency component of the cymbal (drum) waveform from a piano trio piece, and bands corresponding to the piano and bass waveforms. In Figure 35 (a) to (c), the horizontal axis represents time [s] and the vertical axis represents frequency [Hz], with darker spectra indicating greater power and lighter spectra indicating less power.

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。 Figure 35 (a) shows the distribution of the sound source spectrum, with the cymbal waveform of the high-frequency components shown by the dashed line and the piano and bass waveforms of the low-frequency components shown by the dotted and dashed lines.

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。Figure 35(b) shows the spectral distribution (centered at 200 Hz) after conversion with ISM. In Figure 35(b), the cymbals, piano, and bass are all extracted as intensities due to the effect of ISM.

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。 Figure 35 (c) shows an example of converting the signal to a signal using the representative frequency of the base signal, rather than converting to a signal with a frequency of 200 Hz based on the intensity. This makes it possible to visualize which frequency bands have been emphasized.

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。 Figure 36 (a) to (c) are graphs explaining a first example of emphasizing and separating high frequency components from a sound source. Figure 36 shows an example of emphasizing and separating the high frequency components of cymbals (drums) from a piano trio piece of music. In Figure 36 (a) to (c), the horizontal axis represents time [s] and the vertical axis represents frequency [Hz], with darker spectra indicating greater power and lighter spectra indicating less power.

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。 Figure 36 (a) shows the distribution of the sound source spectrum, with the cymbal waveform of the high-frequency components shown by the dashed line and the piano and bass waveforms of the low-frequency components shown by the dotted and dashed lines.

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。Figure 36(b) shows the spectral distribution (centered at 200 Hz) after ISM conversion. In Figure 36(b), only the intensity above 3000 Hz is increased by +20 dB (100 times).

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。 Figure 36(c) shows an example of converting the signal to a signal using the representative frequency of the base signal, rather than converting to a signal with a frequency of 200 Hz based on the intensity. This makes it possible to visualize which frequency bands have been emphasized. In Figure 36(c), the power of the cymbal spectrum has increased.

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。 Figure 37 (a) to (c) are graphs explaining a second example of emphasizing and separating high frequency components from a sound source. Figure 37 shows an example of emphasizing and separating the high frequency components of cymbals (drums) from a piano trio piece of music. In Figure 37 (a) to (c), the horizontal axis represents time [s] and the vertical axis represents frequency [Hz], with darker spectra indicating greater power and lighter spectra indicating less power.

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。 Figure 37 (a) shows the distribution of the sound source spectrum, with the cymbal waveform of the high-frequency components shown by the dashed line and the piano and bass waveforms of the low-frequency components shown by the dotted and dashed lines.

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。Figure 37(b) shows the spectral distribution (centered at 200 Hz) after conversion using ISM. In Figure 37(b), the intensity above 3000 Hz is increased by +20 dB (100 times), while the intensity below 1000 Hz is decreased by -10 dB (1/10 times).

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。 Figure 37(c) shows an example of converting the signal to a signal using the representative frequency of the base signal, rather than converting to a signal with a frequency of 200 Hz based on the intensity. This makes it possible to visualize which frequency bands have been emphasized. In Figure 37(c), the power of the cymbal spectrum has increased.

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。 Figure 38 (a) to (c) are graphs that explain an example of emphasizing and separating low-frequency components from a sound source. Figure 38 shows an example of emphasizing and separating the low-frequency components of piano and bass from a piano trio piece. In Figure 38 (a) to (c), the horizontal axis represents time [s] and the vertical axis represents frequency [Hz], with darker spectra indicating greater power and lighter spectra indicating less power.

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。 Figure 38 (a) shows the distribution of the sound source spectrum, with the cymbal waveform of the high-frequency components shown by the dashed line and the piano and bass waveforms of the low-frequency components shown by the dotted and dashed lines.

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。Figure 38(b) shows the spectral distribution (centered at 200 Hz) after ISM conversion. In Figure 38(b), the intensity below 1000 Hz is increased by +10 dB (10 times).

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。 Figure 38 (c) shows an example of converting the signal to a signal using the representative frequency of the base signal, rather than converting to a signal with a frequency of 200 Hz based on the intensity. This makes it possible to visualize which frequency bands are emphasized. In Figure 38 (c), the power of the piano and bass spectra is increased.

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。 The first variant of the energy control process shown in Figure 31 will be explained according to the block diagram shown in Figure 39 (steps S41 to S45).

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。 As shown in Figure 39, the energy control unit 1131 functions as a gain calculation unit 113e in addition to the basis signal separation control unit 113a, frequency calculation unit 113b, energy correction parameter calculation unit 113c and correction energy calculation unit 113d shown in Figure 33.

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h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g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。 The basis signal separation control unit 113a separates the time-divided i-th frame signal h i , which is an input signal, into a plurality of basis signals g, and inputs the separated k-th basis signal g k to the frequency calculation unit 113b (step S41). For example, the signals may be separated by short-time Fourier analysis, wavelet analysis, EMD method, or the like.

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gの周波数f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)。 The frequency calculation unit 113b calculates the frequency f k of the k-th basis signal g k by, for example, discrete Fourier analysis or Hilbert Spectrum analysis, and inputs the frequency f k to the energy correction parameter calculation unit 113c (step S42).

エネルギー補正パラメータ算出部113cは、周波数fに基づき、図26及び図27を用いて説明した指数値b及び振幅閾値T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)。 The energy correction parameter calculation unit 113c calculates the exponent value bk and the amplitude threshold value Tk described with reference to Figs. 26 and 27 based on the frequency fk , and inputs them to the corrected energy calculation unit 113d (step S43).

ゲイン算出部113eは、算出された基底信号gの周波数fに応じて、予め定められた周波数帯別のゲイン値G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G>1に設定され、エネルギーを抑制したい場合には0≦G<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。 The gain calculation unit 113e outputs a gain value G k for each predetermined frequency band according to the frequency f k of the calculated base signal g k (step S44). When it is desired to emphasize the energy, G k is set to >1, and when it is desired to suppress the energy, 0≦G k <1 is set. The adjustment of the energy by the emphasis or suppression may be performed for one frequency band or for multiple frequency bands. Moreover, the adjustment of the energy may be performed for the entire frequency band input to the energy control unit 1131.

補正エネルギー算出部113dは、分離された基底信号g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g毎に算出し、全ての基底信号gの補正エネルギーを合算したスカラ値eを出力する(ステップS45)。

Figure 0007529322000017
The corrected energy calculation unit 113d calculates a gain-adjusted corrected energy Ipc for each of the separated base signals gk in accordance with the following formula 2 for the amplitude A of the base signals gk , and outputs a scalar value ej obtained by adding up the corrected energies of all the base signals gk (step S45).
Figure 0007529322000017

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。 A second variant of the energy control process shown in Figure 31 will be explained according to the block diagram shown in Figure 40 (steps S51 to S56).

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。 As shown in Figure 40, the energy control unit 1132 functions as a gain calculation unit 113e and a signal source identification unit 113f in addition to the basis signal separation control unit 113a, frequency calculation unit 113b, energy correction parameter calculation unit 113c and correction energy calculation unit 113d shown in Figure 33.

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h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g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。 The basis signal separation control unit 113a separates the time-divided i-th frame signal h i , which is an input signal, into a plurality of basis signals g, and inputs the separated k-th basis signal g k to the frequency calculation unit 113b (step S51). For example, the signals may be separated by short-time Fourier analysis, wavelet analysis, EMD method, or the like.

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gの周波数f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)。 The frequency calculation unit 113b calculates the frequency f k of the k-th basis signal g k by, for example, discrete Fourier analysis or Hilbert Spectrum analysis, and inputs the frequency f k to the energy correction parameter calculation unit 113c (step S52).

エネルギー補正パラメータ算出部113cは、周波数fに基づき、図26及び図27を用いて説明した指数値b及び振幅閾値T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)。 The energy correction parameter calculation unit 113c calculates the exponent value bk and the amplitude threshold value Tk described with reference to Figs. 26 and 27 based on the frequency fk , and inputs them to the corrected energy calculation unit 113d (step 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h及びhの履歴等から識別候補を推定し、基底信号g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h(又は入力信号hが短すぎる場合には各複数の入力信号h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gがどの楽器に含まれるかが識別されてよい。 The signal source identification unit 113f estimates identification candidates from the input signals h i and the history of h i based on the set signal features, identifies which signal source the basis signal g k belongs to, and outputs the identification result as an ID (identifier) or the like (step S54). The signal source identification unit 113f may prepare a classifier in advance by machine learning or the like. For example, the features of many musical instruments may be learned by deep learning, and a group of candidates (e.g., piano, bass, drums) may be estimated as to which musical instrument is included in the current input signal h i (or the history of each of the multiple input signals h i when the input signal h i is too short), and it may be identified as to which musical instrument the basis signal g k belongs to.

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G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G>1に設定され、エネルギーを抑制したい場合には0≦G<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。 The gain calculation unit 113e outputs a gain value G k for each predetermined frequency band according to the ID identified by the signal source identification unit 113f (step S55). When it is desired to emphasize energy, G k is set to >1, and when it is desired to suppress energy, 0≦G k <1 is set. The adjustment of energy by emphasis or suppression may be performed for one frequency band or for multiple frequency bands. Moreover, the adjustment of energy may be performed for the entire frequency band input to the energy control unit 1132.

補正エネルギー算出部113dは、分離された基底信号g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g毎に算出し、全ての基底信号gの補正エネルギーを合算したスカラ値eを出力する(ステップS56)。 The corrected energy calculation unit 113d calculates a gain-adjusted corrected energy Ipc for each of the separated base signals gk in accordance with the formula shown in Equation 17 for the amplitude A of the base signals gk , and outputs a scalar value ej obtained by adding up the corrected energies of all the base signals gk (step 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。Next, details of the energy synthesis process shown in step S4 of Figure 31 will be explained according to the block diagram shown in Figure 41 (steps S21 to S23).

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。The energy vibration conversion unit 114a functions as an energy equivalent conversion unit 1141a, a windowing processing unit 1142a, and a frame synthesis unit 1143a.

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e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a(t)を窓掛け処理部1142aに対して出力する(ステップS21)。 As shown in FIG. 41, the energy equivalent conversion unit 1141a converts the scalar value e i of the vibration energy calculated for each frame i into a vibration waveform having an equivalent vibration energy but a different carrier frequency, and outputs the amplitude a i (t) of the waveform to the windowing processing unit 1142a (step S21).

窓掛け処理部1142aは、入力された各フレームiの振幅a(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)。 The windowing processor 1142a performs windowing processing on the input amplitude a i (t) of each frame i using the window function shown in FIG. 28, and inputs the processing result to the frame synthesizer 1143a (step 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)。The frame synthesis unit 1143a performs frame synthesis on the input from the windowing processing unit 1142a for frames 1 to N, and outputs the amplitude A(t) of the vibration waveform (step 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。Next, the details of the process for generating the corrected vibration waveform shown in step S5 of Figure 31 will be explained according to the block diagram shown in Figure 42 (steps S31 and S32).

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。 As shown in FIG. 42, the second vibration generating unit 114b functions as an amplitude vibration converting unit 1141b and a waveform output unit 1142b. The second vibration generating unit 114b has an input signal A(t) and outputs a sine wave having a carrier frequency. The generated waveform may be phase-controlled so that the vibrations are smoothly connected.

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)。The amplitude vibration conversion unit 1141b converts the input amplitude A(t) into vibration (step 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S(t)を出力する(ステップS32)。 The waveform output section 1142b outputs a sine wave S 2 (t) having a carrier frequency such that the amplitude becomes A(t) (step 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。
[B] Effects According to the vibration distribution control device 1, the signal control program, and the signal control method in one example of the embodiment, for example, the following operational effects can be achieved.

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。The time division control unit 112 divides a signal related to a vibration source of an arbitrary waveform located at a certain position into predetermined time intervals. The energy control unit 113 applies a predetermined attenuation formula to the energy of the signal according to the distance and direction from the vibration source to each of the multiple transducers for each of the predetermined time intervals divided by the time division control unit 112, and distributes the energy of the signal to the multiple transducers to convert the signal into a waveform with a different frequency. The signal output unit 114 outputs the signal converted by the energy control unit 113, and allows a person to experience the output vibration generated from the converted signal using the multiple transducers.

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。This allows humans to experience any vibration waveform that includes multiple frequencies, improving the reality of the tactile sensation. It also allows humans to experience the direction and distance or movement of an external vibration source, the position and movement of a vibration source on the body surface or within the body, and the sensation of a vibration source moving from the outside world to the body or from the body to the outside world.

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。Furthermore, by adapting the vibration distribution control device 1, the vibration distribution control program or the vibration distribution control method to various devices as shown in Figures 10 to 15, etc., it is possible to add a sense of direction, distance, movement, etc. to the vibration sensation and notify the user, thereby creating a sense of the presence of the object that is the source of vibration, a sense of realism present in the environment, and a sense of reality to the sensation.

〔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。
[C] Others The disclosed technology is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various ways without departing from the spirit of the embodiments. The configurations and processes of the embodiments can be selected as necessary, or can be combined as appropriate.

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。 Figure 43 is a block diagram showing an example configuration of DAC2 when multiple vibration devices 310, 320 are used in the vibration generating system 100 shown in Figure 22.

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。In the example shown in Figure 43, the DAC2 shown in Figure 22 functions as a high-frequency gain adjuster 21a, a low-frequency gain adjuster 21b, a high-frequency vibration device drive circuit 22a, and a low-frequency vibration device drive circuit 22b. Also, the vibrator 31 shown in Figure 22 functions as a high-frequency vibration device 310 and a low-frequency vibration device 320. The set of the high-frequency gain adjuster 21a, the high-frequency vibration device drive circuit 22a, and the high-frequency vibration device 310 and the set of the low-frequency gain adjuster 21b, the low-frequency vibration device drive circuit 22b, and the low-frequency vibration device 320 are provided in the same number as the vibrators 31 shown in Figure 22.

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S(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S(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。 The high-frequency gain adjuster 21a outputs the second vibration waveform S2 (t) input from the vibration distribution control device 1 to the high-frequency vibration device 310 via the high-frequency vibration device drive circuit 22a. The low-frequency gain adjuster 21b outputs the first vibration waveform S1 (t) input from the vibration distribution control device 1 to the low-frequency vibration device 320 via the low-frequency vibration device drive circuit 22b.

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。 Figure 44 is a block diagram showing an example of a DAC configuration when a single vibration device is used in the vibration generating system 100 shown in Figure 22.

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。In the example shown in Figure 44, the DAC 2 shown in Figure 22 functions as a high-frequency gain adjuster 21a, a low-frequency gain adjuster 21b, and a vibration device drive circuit 22. Also, the vibrator 31 shown in Figure 22 functions as a vibration device 30. The same number of sets of the high-frequency gain adjuster 21a, the low-frequency gain adjuster 21b, the vibration device drive circuit 22, and the vibration device 30 are provided as the number of vibrators 31 shown in Figure 22.

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S(t)及び第1振動波形S(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。 The high-frequency gain adjuster 21a and the low-frequency gain adjuster 21b respectively output the second vibration waveform S2 (t) and the first vibration waveform S1 (t) input from the vibration distribution control device 1 to a common vibration device 30 via a common vibration device driving circuit 22.

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
100: Vibration generating system 101: Floor-mounted vibration device 102: Clothing-type vibration device 103: Wristband-type vibration device 104: Game controller 105: Smartphone 1: Vibration distribution control device 11: CPU
1000: ISM unit 111: Frequency elimination control unit 111a: Signal elimination unit 111b: Low-pass filter 111d: Corrected energy calculation unit 112: Time division control unit 113, 1131, 1132: Energy control unit 113a: Basis signal separation control unit 113b: Frequency calculation unit 113c: Energy correction parameter calculation unit 113d: Corrected energy calculation unit 113e: Gain calculation unit 113f: Signal source identification unit 113g: Low-frequency component synthesis unit 114: Signal output unit 114a: Energy vibration conversion unit 114b: Second vibration generation unit 114c: First vibration generation unit 1141a: Energy equivalent conversion unit 1142a: Windowing processing unit 1143a: Frame synthesis unit 1141b: Amplitude vibration conversion unit 1142b: Waveform output unit 12: Memory 13 :Storage device 2 :DAC
21a: High-frequency gain adjuster 21b: Low-frequency gain adjuster 22: Vibration device drive circuit 22a: High-frequency vibration device drive circuit 22b: Low-frequency vibration device drive circuit 30: Vibration device 31: Vibrator 310: High-frequency vibration device 320: Low-frequency vibration device 32: Speaker/headphone 33: Display device

Claims (34)

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。
A vibration distribution control device that generates a vibration source present at an arbitrary position by a plurality of vibrators,
A calculation unit that calculates a perceived intensity from a vibration waveform of the vibration source;
a distribution unit that distributes the perceived intensity to each of the plurality of transducers according to an azimuth angle of the vibration source and arrangement positions of the plurality of transducers;
a signal output unit that controls and outputs vibrations of the plurality of transducers based on the information distributed by the distribution unit;
A vibration distribution control device comprising:
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。
the calculation unit calculates the perception intensity at the perception origin by using a perception origin obtained based on vibration images obtained by the plurality of transducers and information attenuating according to a distance from the vibration source;
The distribution unit distributes the perceived intensity calculated at the perception origin to each of the plurality of transducers by using a distribution coefficient determined based on the azimuth angle and the arrangement position.
The vibration distribution control device according to claim 1 .
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。
A vibration distribution control device for controlling vibrations in a plurality of vibrators,
a time division control unit that divides a signal related to a vibration source of an arbitrary waveform at a certain position into predetermined time intervals;
a control unit that distributes energy of the signal to the plurality of transducers in accordance with an azimuth angle between the vibration source and each of the plurality of transducers for each of the predetermined times divided by the time division control unit, and converts the signal into a waveform having a different frequency from that of the signal;
a signal output unit that outputs the signal converted by the control unit and causes a person to feel an output vibration generated from the converted signal using the plurality of transducers;
A vibration distribution control device comprising:
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。
the control unit applies a predetermined attenuation formula to the energy of the signal in accordance with a distance between the vibration source and each of the plurality of transducers.
The vibration distribution control device according to claim 3 .
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。
The predetermined attenuation formula and the distribution of the energy of the signal are determined according to a distance and an azimuth angle between a perception origin determined by a geometric arrangement of the plurality of transducers and the plurality of transducers.
The vibration distribution control device according to claim 4.
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。
The output vibration is experienced by the human by individually defining a combination of the plurality of transducers and the perception origin for a plurality of different body parts of the human.
The vibration distribution control device according to claim 5.
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。
The attenuation formula is determined according to the physical characteristics of a propagation path from the vibration source to the perception origin, and attenuates the energy of the signal to allow the person to experience a sense of distance to the vibration source.
The vibration distribution control device according to claim 5 or 6.
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。
The vibration source is an artificial vibration source.
The vibration distribution control device according to any one of claims 3 to 7.
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。
The vibration source is located on or within the human body.
The vibration distribution control device according to any one of claims 3 to 8.
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。
the vibration source is located at a point remote from the human body;
The vibration distribution control device according to any one of claims 3 to 5.
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。
The signal output unit causes the person to experience the output vibration in combination with stereophonic sound.
The vibration distribution control device according to any one of claims 3 to 10.
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。
The signal output unit makes the person experience the output vibration according to the position of each sound source for the stereophonic sound having sound sources localized at a plurality of positions.
The vibration distribution control device of claim 11.
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。
The signal output unit is combined with a stereoscopic vision device to allow the person to experience the output vibration.
The vibration distribution control device according to any one of claims 3 to 12.
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。
The plurality of transducers are attached to the human body.
The vibration distribution control device according to any one of claims 3 to 13.
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。
The plurality of transducers are arranged in a ring shape.
The vibration distribution control device of claim 14.
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。
The plurality of vibrators are built into a handheld device.
The vibration distribution control device according to any one of claims 3 to 13.
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。
The plurality of transducers are disposed in an environment in contact with the human body.
The vibration distribution control device according to any one of claims 3 to 13.
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。
The signal output unit combines the vibration source in a three-dimensional position with the multiple transducers arranged in two dimensions and stereophonic sound or video to reinforce a three-dimensional sense of vibration localization, or to reinforce the sense of localization of the stereophonic sound or video, and to allow the person to experience the output vibration.
The vibration distribution control device according to any one of claims 3 to 17.
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。
The signal output unit combines a vibration source at a three-dimensional position with the plurality of transducers arranged three-dimensionally and a stereophonic or visual device to reinforce the three-dimensional vibration localization and output the output vibration.
The vibration distribution control device according to any one of claims 3 to 17.
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。
A computer generates a vibration source at any position using multiple oscillators,
Calculating a perceived intensity from a vibration waveform of the vibration source;
Distributing the perceived intensity to each of the plurality of transducers according to an azimuth angle of the vibration source and an arrangement position of the plurality of transducers;
controlling and outputting vibrations in the plurality of transducers based on the distributed information;
A vibration distribution control program that executes the processing.
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。
Calculating the perceived intensity at the perception origin using a perception origin obtained based on vibration images obtained by the plurality of vibrators and information attenuating according to a distance from the vibration source;
Distributing the perceived intensity calculated at the perception origin to each of the plurality of transducers using a distribution coefficient determined based on the azimuth angle and the arrangement position.
The vibration distribution control program according to claim 20, which causes the computer to execute processing.
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。
A computer that controls the vibrations of the multiple vibrators,
A signal related to a vibration source of an arbitrary waveform at a certain position is divided into predetermined time intervals;
distributing energy of the signal to the plurality of transducers in accordance with an azimuth angle between the vibration source and each of the plurality of transducers for each of the divided predetermined time periods, and converting the signal into a waveform having a different frequency from that of the signal;
outputting the converted signal, and causing a person to feel an output vibration generated from the converted signal using the plurality of transducers;
A vibration distribution control program that executes the processing.
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。
applying a predetermined attenuation formula to the energy of the signal in response to a distance between each of the plurality of transducers and the vibration source;
The vibration distribution control program according to claim 22, which causes the computer to execute processing.
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。
The predetermined attenuation formula and the distribution of the energy of the signal are determined according to a distance and an azimuth angle between a perception origin determined by a geometric arrangement of the plurality of transducers and the plurality of transducers.
The vibration distribution control program according to claim 23.
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。
The output vibration is experienced by the human by individually defining the combination of the plurality of transducers and the perception origin for a plurality of different body parts of the human.
The vibration distribution control program according to claim 24.
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。
The attenuation formula is determined according to the physical characteristics of a propagation path from the vibration source to the perception origin, and attenuates the energy of the signal to allow the person to experience a sense of distance to the vibration source.
26. The vibration distribution control program according to claim 24 or 25.
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。
The vibration source is an artificial vibration source.
The vibration distribution control program according to any one of claims 22 to 26.
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。
A vibration distribution control method for generating a vibration source present at an arbitrary position by a plurality of vibrators, comprising the steps of:
Calculating a perceived intensity from a vibration waveform of the vibration source;
Distributing the perceived intensity to each of the plurality of transducers according to an azimuth angle of the vibration source and an arrangement position of the plurality of transducers;
controlling and outputting vibrations in the plurality of transducers based on the distributed information;
Vibration distribution control method.
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。
Calculating the perceived intensity at the perception origin using a perception origin obtained based on vibration images obtained by the plurality of vibrators and information attenuating according to a distance from the vibration source;
Distributing the perceived intensity calculated at the perception origin to each of the plurality of transducers using a distribution coefficient determined based on the azimuth angle and the arrangement position.
29. The vibration distribution control method of claim 28.
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。
A vibration distribution control method for controlling vibrations in a plurality of vibrators, comprising the steps of:
A signal related to a vibration source of an arbitrary waveform at a certain position is divided into predetermined time intervals;
distributing energy of the signal to the plurality of transducers in accordance with an azimuth angle between the vibration source and each of the plurality of transducers for each of the divided predetermined time periods, and converting the signal into a waveform having a different frequency from that of the signal;
outputting the converted signal and generating output vibrations generated from the converted signal using the plurality of transducers;
Vibration distribution control method.
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。
applying a predetermined attenuation formula to the energy of the signal in response to a distance between each of the plurality of transducers and the vibration source;
31. The vibration distribution control method of claim 30.
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。
The predetermined attenuation formula and the distribution of the energy of the signal are determined according to a distance and an azimuth angle between a perception origin determined by a geometric arrangement of the plurality of transducers and the plurality of transducers.
32. The vibration distribution control method of claim 31.
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。
The output vibration is generated by individually defining a combination of the plurality of oscillators and the perception origin for a plurality of different body parts of a human.
33. The vibration distribution control method of claim 32.
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。
The attenuation formula is determined according to the physical characteristics of a propagation path from the vibration source to the perception origin, and the sense of distance to the vibration source is reflected in the output vibration by attenuating the energy of the signal.
34. A vibration distribution control method according to claim 32 or 33.
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