JPH0427559B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、音楽や効果音を、耳から聞くことお
よび身体の振動で知覚することのうち、音楽や効
果音の音声信号により身体を振動させて知覚させ
る方法において、音声信号のうち、音楽や効果音
と人声とを識別して作用させるようにした体感音
響振動信号の抽出回路に関する。

音楽や効果音は空気または地面を伝つて身体に
伝達される。ここで云う効果音とは、たとえば大
砲を撃つ音、電車や蒸気機関車の走る音、大木の
切り倒される音、爆発音、自動車やトラクタ等の
走行音やエンジン音等、地響きや衝撃感をともな
うようなものである。これらを積極的に、電子機
器（マイク）で変換し、音声信号によつて身体を
振動させようとする体感音響装置がある。

この体感音響装置とは、音響再生において臨場
感を出すため、スピーカ（またはヘツドホン）に
加えられる増幅切出力周波数のうちの低域の一定
周波数、たとえば150ヘルツ以下の低音域を利用
して、この低音域周波数の増幅して体感音響振動
を発生させ、鑑賞者に音と低音域振動とを同時に
与えることにより、重低音感を増強する装置であ
り、主として音楽鑑賞用として効果を得ているも
のである。

この体感音響装置を作動させ、耳から入つてく
る音と組合せると、従来の音響再生装置では得ら
れない臨場感が得られ、映画などと組み合わせる
と劇的な効果が高められていることが実験によつ
て確認されている。

また、劇映画やテレビドラマ等は、人声（会
話）、音楽、および効果音の組合せから構成され
ているが、このような音声信号、特に人声（会
話）を増幅して鑑賞者に体感音響振動として与え
たとき、大変不自然な感じになることが実験的に
解明された。

そこで劇映画やテレビドラマ等において臨場感
等の良い効果を得るためには、体感音響装置を音
楽や効果音の低音域の音では作動するが、人声で
は作動しないようにする方法が必要である。

ここで、人声、効果音および音楽について周波
数成分を比較する。

人声の周波数成分は、低域は80ヘルツ（主とし
て男声の場合）より低く、高域は男声、女声とも
に10キロヘルツ以上に及んでいる。

効果音は非常に種類も多く、いろいろな周波数
スペクトラムを持つ音があるが、地響きや衝撃感
をともなうような音は、広い周波数分布と豊富な
重低音域成分を含んでいるのが特徴である。

音楽は他の音に比べて比較的一様な周波数分布
を持つ場合が多い。

このことから、単に、80ヘルツ付近をカツトす
るようなローパスフイルタを通すと、体感音響振
動に有効な周波数成分の大部分をカツトしてしま
うことになつてしまつて、効果が著しく損なわれ
ることになる。

なぜならば、体感音響振動として有効な150ヘ
ルツ以下の周波数成分のうちの最も周波数分布密
度が高いのは100ヘルツ前後のスペクトラムだか
らである（50〜60ヘルツ以下の分布密度は低くな
る）。

したがつて、カツトオフ周波数を60ヘルツ以下
にして人声をカツトするローパスフイルタを使用
した場合には、さらに体感音響振動に有効な周波
数成分がなくなり効果が悪くなる。

地響きをともなうような音（例えば20ヘルツか
ら200ヘルツの成分を含む音）では60ヘルツ以下
の成分も多くあるので、上記のローパスフイルタ
を使用しても良いが、100ヘルツ前後の成分がカ
ツトされるとリアルな感じが少なくなり、耳から
の音との調和が取れなくなる。

第１図はこのような問題を生じない回路の一例
である。これを説明すると、１は入力端子であつ
て、増幅器からの音声信号を受けるものである。
その入力端子１と出力端子２との間には、カツト
オフ周波数が150ヘレツ程度の第１のローパスフ
イルタ３と、電圧制御可変利得増幅器（UCA）
４とが接続されている。

電圧制御可変利得増幅器４は、制御端４ａから
の入力によつて増幅度を連続に制御して自然感を
持たせている。

入力端子１にはさらに、カツトオフ周波数が60
ヘルツ程度の第２のローパスフイルタ５の入力側
が接続されており、この第２のローパスフイルタ
５の出力側は、検波回路６、積分回路７を介し
て、前述の電圧制御可変利得増幅器４の制御端４
ａに接続されている。

この回路において入力端子１に、入力音声信号
として60ヘルツ以下の超低域を豊富に含む地響き
をともなうような効果音（例えば20ヘルツから
200ヘルツの成分を含む音）が入つてくると、一
方のローパスフイルタ３からは150ヘレツ以下の
成分周波数の出力信号がでて、他方のローパスフ
イルタ５からは60ヘルツ以下の成分周波数が出力
される。そして第２のローパスフイルタ５の出力
信号は検波回路６、積分回路７を通して直流レベ
ルに変換され、電圧制御可変利得増幅器４の制御
端子４ａに加えられ、その増幅利得を上げるの
で、第１のローパスフイルタ３を通過した信号を
大きく増幅されて出力端子２に与えることにな
る。

このため出力端子２に前述の体感音響装置を接
続しておけば、鑑賞者は効果音による体感音響振
動を知覚することができる。この出力信号は100
ヘルツ前後の周波数成分を含むので、リアルな振
動とすることができる。

入力信号として人声信号（例えば80ヘルツ以上
の成分を含む周波数）が入つてきた場合には、第
２のローパスフイルタ５を通過する超低域成分が
ないので、電圧制御可変利得増幅器４は利得が低
くなり、出力端子２には、出力信号が０となり、
あるいは少なくなつて、人声では体感音響振動を
発生しないことになる。

この回路にあつても一応初期の目的は達成され
るのであるが、体感音響振動を発生させたい音楽
や効果音等の中には、60ヘルツ以下の成分を含ま
ない、あるいは含んでいてもその成分が少ないも
のもかなりある。例えば成分周波数が80ヘルツか
ら200ヘレツある場合は、第１のローパスフイル
タ３によつて150ヘレツ以下の成分周波数が通過
するが、第２のローパスフイルタ５の出力信号は
出てこないので、出力端子２には出力が出ないこ
とになる。

ここで、人声の生成、特徴を考察すると、声帯
より発生される音源は、通常会話時の成人男声で
基本波成分が120ヘルツ前後くらいのかなり広い
範囲に変化する鋸歯状波に近いパルス波であるこ
とが知られている（以後、これを鋸歯状波と呼
ぶ）この声帯音源の鋸歯状波は、咽頭、口腔、鼻
腔等より成る声道の共振、反共振等の複雑なフオ
ルマント周波数が与えられ、唇より放射されて音
声となるのである（この共振周波数は声帯音源の
鋸歯状波の基本波周波数より、一般にかなり高い
ところに分布している）。

これを模式的に図示すれば、第２図のようにな
る。同図ａは声帯音源の鋸歯状波である。声帯よ
り発せられた鋸歯状波は高調波を豊富に含むた
め、声道の共振回路部でフオルマント周波数が与
えられると、同図ｂのようになる。ところで、周
波数を扱う一般の発信機において、鋸歯状波を搬
送波に振幅変調すると、同図ｃのような波形が得
られる。同図ｂとｃとは良く似た波形であり、そ
こで、第２図ｂの音声波形を一種の振幅変調波と
見做せば、これを検波することにより、声帯音源
の基本波成分を容易に取り出すことが可能とな
る。

本発明は人声と他の音声とを識別して前述した
問題を解決した、種々の用途に適用して好結果が
得られる体感音響振動信号の抽出回路を提供する
ものである。

以下、本発明による体感音響振動信号の抽出回
路を第３図に基づいて説明する。

第３図に示す回路において、入力端子１には、
ローパスフイルタ３（カツトオフ周端数は約150
ヘルツ）、入力レベル抽出回路８および人声基本
波強調抽出回路９が接続されている。入力レベル
抽出回路８と人声基本波強調抽出回路９の出力側
は演算回路１０の二つの入力端１０ａ，１０ｂに
接続されている。また、ローパスフイルタ３の出
力信号は電圧制御可変利得増幅器４に入力され
る。そして、演算回路１０の出力側は電圧制御可
変利得増幅器４の制御端４ａに接続されてる。

入力レベル抽出回路８は、入力信号を検波した
ものを積分して、入力レベルに比例した直流レベ
ルを出力する回路である。

人声基本波強調抽出回路９は理論的に説明する
と、第４図に示すように、検波回路１１と80〜
300ヘルツを選択するバンドフイルタ１２とから
成つている。

この回路に第２図ｂのような人声波形を入力し
て検波すると、フオルマント周波数が除かれて正
側の包絡線または負側の包絡線が得られる。正側
または負側のいずれか一方の包絡線を抽出する場
合、振幅の大きい方を取り出して感度を上げるこ
とができる。

一方、人声以外の音声信号を第４図の回路に通
すと、出力端にはあまり出力が生じないことにな
る。これは同信号の波形が広い周波数レンジを持
つているため、バンドパスフイルタ１２を通過す
る成分のパーセンテージが少ないことと、波形が
第２図ｂのように振幅変調波を見做せるような規
則的な形をしていないことに起因する。

すなわち、第４図において、入力レベルに比較
して出力レベルが高く出るものは人声、低くでる
ものはその他の音声ということになり、声帯音源
の基本波成分のみの出力を取り出すことができ
る。そして、この出力レベルを直流にして入力レ
ベル抽出回路８の出力と比較すれば良いのであ
る。

第５図に示す回路は、第４で示した回路に正側
および負側の包絡線の処理、および出力レベルを
直流にする機能を付加した実施回路で、前段に人
声識別にはあまり必要でない超低域をカツトする
ハイパスフイルタ（ローカツトフイルタ）１３
と、正側および負側の包絡線を取出す全成整流形
検波回路１４を設け、後段にAC−DC変換回路１
５とローパスフイルタ１６とを設けている。ハイ
パスフイルタ１３の機能は、信号が全波整流形検
波回路１４で周波数逓倍されても、バンドパスフ
イルタ１２を通る成分が少なくなるようになつて
いる。なお、実験の結果によれば、カツトオフ周
波数を130ヘルツ程度にするのが適当であつた。
このようにして、人声信号だけが抽出され、これ
を直流レベルに変換して出力させるようにしてい
る。

そして、演算回路１０は、入力レベル抽出回路
８の出力から人声基本波レベル強調抽出回路９の
出力を減算する。なお、この入力レベル抽出回路
８の出力信号と、人声基本波強調抽出回路９の出
力信号とは、それぞれ適当なレベルに重み付けが
され、かつ、時間軸領域においても、積分回路の
時定数、あるいは平滑用ローパスフイルタ３のカ
ツトオフ周波数を選ぶなどの適当な重み付けを行
なつている。

実際の動作として、入力信号に人声が混在して
いれば、入力レベル抽出回路８の出力は大であ
り、人声基本波強調抽出回路９の出力が大となる
ので、演算回路１０の出力は小信号（負の方向の
解）となり、入力信号に人声が混在していない場
合で、かつ、音楽その他の音声が入力レベル抽出
回路８に入力されると、入力レベル抽出回路８の
出力は大であり、人声基本波強調抽出回路９の出
力は小となるので、演算回路１０の出力は大信号
（正の方向の解）になる。なお、入力レベル抽出
回路８および人声基本波強調抽出回路９に入力が
ない場合は目的とするところではないので省略す
る。

このように、入力信号が人声と同じ周波数の、
人声以外の信号であれば、演算結果から、電圧制
御可変利得増幅器４の増幅度を大きくすることが
でき、大出力が得られる。なお、人声が含まれて
いれば、電圧制御可変利得増幅器４の出力がゼロ
または小さくなることは勿論である。

第６図に示す回路は第５図の回路の変形例であ
る。この回路は、検波回路１７，１８に周波数逓
倍作用のある全波整流形のものを使用せず、片波
整流形の検波回路１７で正側の包絡線を、また同
じく片波整流形の検波回路１８で負側の包絡線を
取り出すようになつている。負側の検波出力はイ
ンバータ回路１９よつて極性が反転される。

それぞれの検波出力は、それぞれのハンドパス
フイルタ２０，２１に入り、AC−DC変換回路２
２，２３に入つて直流レベルにされた後、合成さ
れてローパスフイルタ１６に入力される。なお、
入力部のハイパスフイルタ１３は、原理上は設け
なくてもよいが、識別能力の向上のために設けた
方がよい。第４図ないし第６図の検波回路およひ
AC−DC変換回路は、非直線によつて演算誤差を
少なくするため、絶対値回路、もしくは直線検波
回路であることが望ましい。

次に、第７図に示す回路を参照して実施例の細
部について説明する。この回路では、入力端子１
を２個設けて二つのチヤンネルで信号を受け、ミ
クサ回路２４で混合させるようにしてある。この
ミクサ回路２４の出力側には、20ヘレツ以下の不
要なサブソニツクを除くサブソニツクフイルタ２
５が接続されている。

サブソニツクフイルタ２５の出力側は、体感音
響振動信号抽出用のローパスフイルタ（カツトオ
フ周波数150ヘルツ）３を通じて電圧制御可変利
得増幅器４に向かう回路と、イコライザ回路２６
に向かう回路とに分岐される。このイコライザ回
路２６は、人声識別能力を向上させるために、あ
らかじめ低域と高域に適当なイコライジングカー
ブを与えるものである。

イコライザ回路２６の次段には、レベル圧縮回
路２７が接続されており、その出力側には超低域
抽出回路２８、入力レベル抽出回路８、および人
声基本波強調抽出回路９の各入力が接続されてい
る。これらの出力側は、演算回路１０の入力端１
０ｃ，１０ａ，１０ｂに接続されている。

レベル圧縮回路２７は、入力信号のダイナミツ
クレンジを圧縮して、識別、演算に誤差がでない
ようにする働きをするものである（レベルが過少
では識別しにくいし、過大であれば演算増幅器が
飽和する）。超低域抽出回路２８は、地響きをと
もなうような超低域を豊富に含む音を検出する回
路であり、第１図の点線で囲まれた部分と同等の
働きをする。また入力レベル抽出回路８と人声基
本波強調抽出回路９は、第３図の同信号の回路に
それぞれ対応する。

この構成において演算回路１０は、超低域抽出
回路２８の出力と入力レベル抽出回路８の出力と
を加算したものから人声基本波強調抽出回路９の
出力を減算する作用をする。この解で電圧制御可
変利得増幅器４の制御が行なわれる点については
第３図の場合と同様である。なお、超低域抽出回
路２８の重み付けは比較的高くし、かつ、不感帯
を設けて、しきい値以下のレベルでは作動しない
ようにすると良い結果が得られることになる。

本発明は以上実施例で説明したように、入力信
号から人声基本波強調抽出回路によつて、人声の
うちの有声音部分から声道等で与えられるフオル
マント周波数等を除いて声帯音源の基本波成分を
強調抽出することができる。そして、入力レベル
抽出回路および演算回路によつて、一方の前記抽
出された人声信号のレベルが大きいときに前記電
圧制御可変利得増幅器の増幅度を小さいくしたの
で、入力信号から抽出した低音域信号をこの増幅
器に通すことによつて、前記入力信号に人声が含
まれている場合、ゼロまたは小出力信号になり、
体感音響振動に有効でない信号は取り除ぞかれ、
人声でない他の音声を低音域信号として活用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本となる回路の一例を示す
ブロツク図、第２図は人声および音楽等の音声波
形を形を模式的に示した波形図、第３図は本発明
を実施するための体感音響振動信号の抽出回路を
示すブロツク図、第４図は第３図のうちの人声基
本波強調抽出回路の基本部を示すブロツク図、第
５図および第６図は実施例の人声基本波強調抽出
回路のブロツク図、第７図は他の実施例の体感音
響振動信号の抽出回路を示すブロツク図である。 １……入力端子、２……出力端子、３，５，１
６……ローパスフイルタ、４……電圧制御可変利
得増幅器、４ａ……制御端、６，１１……検波回
路、１２……バンドパスフイルタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力端子に、体感音響振動を与えるための低
   音域信号を取り出すローパスフイルタを介して電
   圧制御可変利得増幅器を接続し、前記入力端子
   に、入力信号に比例した直流レベルを出力する入
   力レベル抽出回路および、前記入力信号を検波す
   ることで、人声のうちの有声音部分から声道等で
   与えられるフオルマント周波数等を除いて声帯音
   源の基本波成分を強調抽出する人声基本波強調出
   回路を接続し、前記入力レベル抽出回路および前
   記人声基本波強調抽出回路の出力端を演算回路の
   入力端に接続し、該演算回路の出力端を前記電圧
   制御可変利得増幅器の制御端に接続して、前記人
   声基本波強調抽出回路の出力レベルが抽出された
   ときに、前記電圧制御可変利得増幅器の増幅度を
   前記演算回路の出力レベルに応じて小さくしたこ
   とを特徴とする体感音響振動信号の抽出回路。