(57)【要約】    【課題】  知覚音の方向感を向上させることができる外部音知覚装置を提供する。    【解決手段】  外部音を超音波振動により知覚するための外部音知覚装置であって、外部音が入力される指向性マイクロフォン１０，１０と、入力された音信号に基づいてキャリア信号を変調することにより振動信号を生成する振動信号生成手段２０と、振動信号に基づいて生体に超音波振動を伝達する振動子３１，３１とを備え、指向性マイクロフォン１０及び振動子３１は、互いに対応付けられてそれぞれ複数設けられており、各指向性マイクロフォンに入力された外部音に基づいて、対応する各振動子からそれぞれ超音波振動が伝達され、振動信号生成手段２０は、各指向性マイクロフォンから入力された外部音毎に固有の変調を行うことができるように構成されている。【選択図】  図２
2006304020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部音を超音波振動により知覚するための外部音知覚装置であって、
外部音が入力される指向性マイクロフォンと、
入力された音信号に基づいてキャリア信号を変調することにより振動信号を生成する振動信号生成手段と、
前記振動信号に基づいて生体に超音波振動を伝達する振動子とを備え、  
前記指向性マイクロフォン及び振動子は、互いに対応付けられてそれぞれ複数設けられており、前記各指向性マイクロフォンに入力された外部音に基づいて、対応する前記各振動子からそれぞれ超音波振動が伝達され、
前記振動信号生成手段は、前記各指向性マイクロフォンから入力された外部音毎に固有の変調を行うことができるように構成されている外部音知覚装置。
【請求項２】
前記振動信号生成手段は、前記指向性マイクロフォン毎にキャリア信号の周波数を変えて振幅変調を行うことができる請求項１に記載の外部音知覚装置。
【請求項３】
前記振動信号生成手段は、前記指向性マイクロフォン毎に異なる変調方式による変調を行うことができる請求項１に記載の外部音知覚装置。
【請求項４】
前記振動信号生成手段は、外部音毎に固有の変調を行うための変調条件を入力可能な入力部を備える請求項１から３のいずれかに記載の外部音知覚装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部音を超音波振動により知覚するための外部音知覚装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部音を知覚するための外部音知覚装置として、難聴者用の補聴器が知られている。補聴器には、音の振動が鼓膜を介して脳の聴覚器官に伝達される気導型の補聴器と、音の振動が鼓膜を介さずに頭蓋骨などから直接人体に伝わる骨導型の補聴器とがあり、振動子を人体の所定部位に取り付けて使用する。
【０００３】
最近では、振動子を介して超音波振動を脳の聴覚器官に伝達することにより、外部音を知覚可能にした構成が知られている。例えば、特許文献１には、マイクロフォンに入力された外部音に基づいて、複数の振動子から超音波信号が伝達されるように構成された外部音知覚装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３４３３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
骨導超音波の音像は、振動子の取り付け位置の微妙な違いによって大きく変化することがある。そこで、上記特許文献１に開示された装置は、振動子毎にそれぞれ異なる振動信号を生成できるように構成されており、これによって、生体への振動子の取り付け位置に拘わらず、感音状態（外部音の知覚状態）の最適化が図られている。
ところが、従来の外部音知覚装置は、良好な感音状態が得られたとしても音源の方向感が得られなかったため、この点において更に改良の余地があった。
【０００５】
そこで、本発明は、知覚音の方向感を向上させることができる外部音知覚装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の前記目的は、外部音が入力される指向性マイクロフォンと、入力された音信号に基づいてキャリア信号を変調することにより振動信号を生成する振動信号生成手段と、前記振動信号に基づいて生体に超音波振動を伝達する振動子とを備え、前記指向性マイクロフォン及び振動子は、互いに対応付けられてそれぞれ複数設けられており、前記各指向性マイクロフォンに入力された外部音に基づいて、対応する前記各振動子からそれぞれ超音波振動が伝達され、前記振動信号生成手段は、前記各指向性マイクロフォンから入力された外部音毎に固有の変調を行うことができるように構成されている外部音知覚装置により達成される。
【０００７】
この外部音知覚装置において、前記振動信号生成手段は、前記指向性マイクロフォン毎にキャリア信号の周波数を変えて振幅変調を行うことができるように構成することが好ましい。
【０００８】
また、前記振動信号生成手段は、前記指向性マイクロフォン毎に異なる変調方式による変調を行うことができるように構成することもできる。
【０００９】
また、これらの外部音知覚装置において、前記振動信号生成手段は、外部音毎に固有の変調を行うための変調条件を入力可能な入力部を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、知覚音の方向感を向上させることができる外部音知覚装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る外部音知覚装置の概略構成を示す正面図であり、図２は、そのブロック図である。図１及び図２に示すように、この外部音知覚装置は、外部音が入力される複数の指向性マイクロフォン１０，１０と、入力された音信号に基づいて振動信号を生成する振動信号生成部２０と、前記振動信号に基づく機械的振動を伝達する複数の振動伝達部３０，３０とを備える。
【００１２】
複数の指向性マイクロフォン１０，１０は、振動信号生成部２０が収容されたケーシング２０ａにそれぞれ取り付けられている。指向性マイクロフォン１０，１０の取り付けは、本実施形態においてはそれぞれの指向性の主軸方向が相違するように固定しているが、各主軸方向を調整可能に取り付けてもよい。各指向性マイクロフォン１０，１０に入力された外部音は、増幅処理が行われた後、振動信号生成部２０に入力される。
【００１３】
振動信号生成部２０は、キャリア信号を生成するキャリア信号発生部２２，２２と、キャリア信号の周波数、振幅、タイミング（位相）、変調方式を入力可能な入力部２４，２４と、指向性マイクロフォン１０，１０から入力された音信号に基づいてキャリア信号を変調することにより振動信号を生成するキャリア信号変調部２６，２６とを備えており、各指向性マイクロフォン１０，１０の入力音毎に個別に振動信号を生成する。
【００１４】
入力部２４は、キャリア信号の周波数、振幅、位相をそれぞれ連続的に変化させることができるように、個別に調整可能なボリュームスイッチ２４ａを備え、更に、変調方式を選択するためのダイヤル式スイッチ２４ｂを備えている。選択可能な変調方式としては、周波数変調、振幅変調、位相変調などが挙げられ、更に、振幅変調の種類として、例えば、両側波帯（ＤＳＢ）、単側波帯（抑圧搬送波）（ＳＳＢ）等を選択することができる。
【００１５】
キャリア信号の周波数は、高度の難聴者であっても良好な感音状態が得られるように、超音波領域である２０〜１００ｋＨｚであることが好ましく、２０〜５０ｋＨｚであることがより好ましい。したがって、入力部２４は、上記周波数域の一部または全部を含む範囲でキャリア信号の周波数を調整可能であることが好ましい。
【００１６】
振動伝達部３０，３０は、振動信号を機械的な振動として外部に伝達する振動子をそれぞれ備え、各振動子が複数の指向性マイクロフォン１０，１０にそれぞれ対応付けられており、いずれかの指向性マイクロフォン１０に入力された外部音は、対応する振動子から伝達される。
【００１７】
図３に示すように、各振動伝達部３０は、振動子３１が収容された円筒状のケース３２を備えており、ケース３２の開口縁に吸盤３４を取り付けて構成されている。
【００１８】
振動子３１は、ジンバル機構により、互いに直交する２軸の回りに揺動可能に支持されている。即ち、振動子３１は、振動面を露出させるように第１の枠体４０に固定されており、第１の枠体４０は、第１の支持軸４２を介して第２の枠体４４に揺動自在に支持されている。そして、第２の枠体４４は、第１の支持軸４２と直交する第２の支持軸４６を介してケース３２の内部に揺動自在に支持されている。振動子３１の振動面は、ケース３２の開口からわずかに突出しており、吸盤３４を所定の取付部位に吸着させると、振動子３１の振動面が被吸着面に接触して押圧するように構成されている。各ケース３２の底部（
図の上部）中央には連通孔３２ａが形成されており、この連通孔３２ａに球状の袋状体４８が結合されている。袋状体４８はゴム材などの弾性材からなり、押圧により弾性変形可能に構成されている。袋状体４８の内部空間は、連通孔３２ａを介してケース３２の内部と連通している。
【００１９】
次に、上記外部音知覚装置の作動について説明する。まず、複数の振動伝達部３０，３０を、人体の所定部位（例えば、左右の乳様突起の近傍）にそれぞれ取り付ける。各振動子３１は、袋状体４８を手で摘んだ状態で所定部位に吸盤３４を押し付けることにより、ジンバル機構によって人体に確実に接触させることができる。この後、摘んでいた手を離すと、袋状体４８の形状復元力によりケース３２の内部が負圧になって吸着力が得られるので、振動子３１の取り付けを確実にすることができる。
【００２０】
この後、外部音知覚装置のスイッチをＯＮにして、指向性マイクロフォン１０，１０に外部音が入力されると、各指向性マイクロフォン１０，１０から振動信号生成部２０に音信号が入力される。各指向性マイクロフォン１０，１０は、指向性の主軸方向が互いに異なるため、同一の音源に対する入力感度が相違する。
【００２１】
振動信号生成部２０は、キャリア信号発生部２２，２２が、所定の振幅及び周波数を有するキャリア信号を生成し、キャリア信号変調部２６，２６が、このキャリア信号を音信号に基づいて変調することにより、各指向性マイクロフォン１０，１０への入力音に対応した振動信号を生成する。このとき、キャリア信号変調部２６，２６において、各指向性マイクロフォン１０，１０への入力音毎にそれぞれ固有の変調が行われるように、入力部２４を介して互いに異なる変調条件を入力しておく。例えば、キャリア信号の周波数を各指向性マイクロフォン１０，１０毎に異なるように設定し、変調方式は同じ両側波帯振幅変調として、それぞれ固有の変調を行うことができる。或いは、キャリア信号は同じ周波数とし、変調方式が互いに異なるようにして（例えば、一方を両側波帯振幅変調とし、他方を抑圧搬送波振幅変調として）、それぞれ固有の変調を行うようにしてもよい。こうして生成された振動信号は、対応する各振動伝達部３０，３０にそれぞれ出力される。
【００２２】
振動伝達部３０，３０は、入力された振動信号に基づいて振動子３１，３１を振動させる。この結果、各指向性マイクロフォン１０，１０に入力された外部音に基づいて、対応する各振動伝達部３０，３０からそれぞれ超音波振動が人体に伝達される。なお、キャリア信号変調部２６は、音信号が入力されない期間は、振動信号を出力しないように制御する。
【００２３】
本実施形態の外部音知覚装置によれば、振動信号生成部２０において、各指向性マイクロフォン１０，１０から入力された外部音毎に固有の変調を行うことができるように構成されているので、各振動伝達部３０，３０から伝達される超音波振動の「聞こえ（音色）」の相違を認識できるように各変調条件を予め設定し、それぞれの「聞こえ」に対応する指向性マイクロフォン１０，１０を使用者が把握しておくことにより、知覚した超音波信号がどの指向性マイクロフォン１０から入力されたものかを使用者が判別することができる。例えば、変調方式を両側波帯振幅変調とした場合は、キャリア波のピッチと復調された信号波のピッチの両方が同時に知覚される一方、変調方式を抑圧搬送波振幅変調とした場合は、キャリア波のピッチが知覚されず、もとの信号波の周波数の２倍に相当するピッチだけが知覚されるので、それぞれの「聞こえ」の違いを確実に判別することができる。この結果、音声や環境音などの音源の方向を使用者が確実に認識することが可能になり、例えば、災害現場や工事現場などにおける作業時や自動車などの車両運転時において、有効である。
【００２４】
本実施形態においては、振動伝達部３０の上記構成によって振動子３１の経時的な位置
ずれを効果的に防止することができるが、頭部内の音圧分布は、各振動子３１の取り付け位置の僅かな相違によって大きく変化するため、感音状態が最適となる部位に各振動子３１を正確に取り付けることは困難である。そこで、各振動子３１を取り付けた後、各振動子３１に対応するキャリア信号の周波数、位相および振幅などを入力部２４の操作により調整し、超音波の干渉によって生じる腹及び節の位置を制御したり、超音波の焦点を絞って局所的に音圧を高めたりすることで、感音状態を最適化することが好ましい。尚、変調条件として、キャリア信号の周波数が各指向性マイクロフォン１０，１０毎に異なるように設定した場合には、知覚音の方向感が失われないように、感音状態の調整においてキャリア信号の周波数は変更しないことが好ましい。
【００２５】
感音状態を最適化するための具体的な方法は特に限定されるものではないが、例えば、以下の方法を挙げることができる。まず、複数の振動子３１から発せられる超音波の振幅を小さめに設定し、感音状態が概ね良好となるようにそれぞれ乳様突起に対して適当に取り付けていくことで、各振動子３１の位置決めを行う。そして、感音状態がより良好となるように、各振動子３１の周波数及び位相を調整し、決定する。例えば振動子３１を２個取り付けて使用する場合、各振動子３１に対応するキャリア信号の周波数を同時に変化させて、感音状態が最も良好になる周波数をそれぞれ設定する。この後、各振動子３１に対応するキャリア信号の位相についても同様の方法で設定することにより、キャリア信号の最適な周波数及び位相及を振動子３１毎に個別に得ることができ、感音状態を最適化することができる。周波数及び位相の設定は、どちらが先であってもよい。最後に、所望の感音状態が得られるように、振幅を所望の大きさに設定する。
【００２６】
感音状態を最適化する方法としては、これ以外に、一方の振動子３１に対応するキャリア信号の周波数、位相及び振幅をそれぞれ所定値に維持したまま、他方の振動子３１に対応するキャリア信号の周波数、位相及び振幅を順次変化させて、感音状態を最適化することも可能である。この場合には、少なくとも１つの振動子３１に対応するキャリア信号の周波数、位相及び振幅を入力部２４において調整可能に構成されていればよい。
【００２７】
いずれにしても、「聞こえ」の違いを確実に判別可能な状態で、キャリア信号の周波数、位相及び振幅を調整することで、良好な感音状態及び方向感の双方を得ることができる。
【００２８】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、本実施形態においては、指向性マイクロフォン１０，１０を２つ使用し、それぞれの入力音に対して固有の変調を行うように構成しているが、指向性マイクロフォン及びこれに対応する振動伝達部の数は、複数であれば特に限定されない。例えば、この外部音知覚装置を自動車に設置する場合、４つの指向性マイクロフォンを、指向性の主軸がそれぞれ前方向、後方向、右方向、左方向となるように車両に固定し、それぞれの入力音に対して固有の変調を行った上で、対応する４つの振動伝達部を介して人体に伝達されるように構成してもよい。これによって、緊急車両のサイレンなど運転中に認識する必要がある音源の方向を確実に把握することが可能になる。
【００２９】
また、本実施形態においては、入力部２４を介して変調条件を入力可能に構成しているが、予め使用者に適した変調条件を決定してそのデータをメモリ等に格納しておくことにより、入力部２４を有しない構成にすることも可能である。また、入力部２４からの変更条件の入力は、手動操作に限定されず、他の装置で測定、演算した結果が自動的に入力されるように構成してもよい。
【実施例】
【００３０】
まず、被験者が超音波骨導音の呈示部位を判別できるか否かを調べるため、左右の乳様
突起に骨導超音波刺激をオドボール課題に準拠して呈示したときの脳磁界（ＭＥＧ）を計測した。骨導超音波刺激の付与は、周波数１ｋＨｚのトーンバースト（継続時間３０ｍｓ、上昇及び下降時間各１０ｍｓ）で振幅変調（変調率１００％）した３０ｋＨｚの超音波により行い、乳様突起の一方側及び他方側にそれぞれ低頻度刺激（呈示確率１０％）及び高頻度刺激（呈示確率９０％）が付与されたときの脳磁界を、右側が低頻度刺激（左側が高頻度刺激）の場合と、左側が低頻度刺激（右側が高頻度刺激）の場合とで比較した。
【００３１】
図４（ａ）は、被験者の右側頭部で計測された脳磁界の波形を、低頻度刺激及び高頻度刺激のそれぞれについて示したものである。いずれの場合も、刺激の呈示から約１００ｍｓ後にＮ１ｍ反応が観察されているが、低頻度刺激の方がＮ１ｍ反応の振幅が大きくなっており、ミスマッチ反応が観察された。比較のため、周波数２ｋＨｚの骨導可聴音で同様の計測を行ったところ、図４（ｂ）に示すように、この場合も、同様の潜時においてミスマッチ反応が観察された。
【００３２】
以上より、２つの骨導超音波刺激は、骨導可聴音の場合と同様に弁別可能であり、被験者が超音波骨導音の呈示部位（呈示側）を判別可能であることを、客観的に明らかにすることができた。
【００３３】
次に、乳様突起に呈示された入力音自体が判別可能か否かを調べるため、本発明の上記実施形態における変調条件として、キャリア信号の周波数を各指向性マイクロフォン１０，１０毎に異なるように設定し、変調方式は同じ両側波帯振幅変調とした場合における、正弦波骨導音の周波数とピッチ（主観的な音の高さ）との関係を、被験者（聴覚健常者）４名に対して測定した。
【００３４】
ピッチの測定は、無音響室内で行い、被験者の一方側の乳様突起に圧電セラミック振動子をヘッドバンドにより固定して骨導音を呈示する一方、他方側の耳にヘッドフォンを介して気導音を呈示し、１６ｋ、２０ｋ、２４ｋ、２８ｋ、３２ｋ、３６ｋおよび４０ｋ（Ｈｚ）の各周波数の骨導音を呈示したときに、ピッチが等しくなる気導音の周波数を調整法（被験者自らがダイヤル調整などにより気導音の周波数を変化させる方法）により求めた。測定は、骨導音および気導音の呈示側を入れ替えて２回行い、これら２回の平均値を被験者毎に算出した。この結果を図５に示す。
【００３５】
図５に示すように、超音波の周波数帯域においては、可聴音のように骨導音周波数とピッチとの間に単調増加の関係は存在せず、更に、被験者によって変動パターンにばらつきが見られるが、いずれの被験者の場合も、骨導音周波数の上昇に伴い、ピッチが上下に１〜２ｋＨｚ変動している様子がわかる。この程度のピッチ変動があれば、被験者はその差を容易に判別することができるので、実際の製品においては、ピッチの差を判別しやすい骨導音周波数を予め選定しておき、選定した骨導音周波数をキャリア信号の周波数とすることで、複数の振動子からの入力を明確に区別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る外部音知覚装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】前記外部音知覚装置のブロック図である。
【図３】前記外部音知覚装置における振動伝達部の断面図である。
【図４】図１に示す外部音知覚装置の効果を検証するための実験結果を示す図である。
【図５】図１に示す外部音知覚装置の効果を検証するための他の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  指向性マイクロフォン
２０  振動信号生成部
２２  キャリア信号発生部
２４  入力部
２６  キャリア信号変調部
３０  振動伝達部
３１  振動子
【図１】
2006304020.tif 000003
【図２】
2006304020.tif 000004
【図３】
2006304020.tif 000005
【図４】
2006304020.tif 000006
【図５】
2006304020.tif 000007