JP4099663B2 - 音響再生装置 - Google Patents

Description

この発明は音響再生装置、特に、ＢＧＭとして再生される楽曲の再生装置に関する。

何らかの作業をしている際に流される音楽、いわゆるＢＧＭは、適切な音量であれば、作業の能率を高めたり、疲労や居眠りを防止したりするなどの効果を期待できる。つまり、ＢＧＭの音量は、以下のとおりである。

(A) ＢＧＭの音量が小さすぎてまったく聞こえないと、あるいはほとんど聞こえないと、ＢＧＭを流す意味がない。
(B) 音量が大きすぎると、作業者の意識がＢＧＭに向いてしまい、本来の作業に差し支える。
(C) 音量が適切で明確に意識はされないが、聞いている状態がちょうどいい。

そこで、作業者の脈拍や脳波などの生体情報をデータベース化して平均的な生体情報を求め、この平均的な生体情報と、作業者の現在の生体情報とに基づいてＢＧＭを制御する技術が考えられている。この技術によれば、作業者に適切なＢＧＭを提供することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２４４３８３号公報

ところが、ＢＧＭの適切な音量は、作業者によって異なり、しかも、同じ作業者であっても周囲の環境や作業の内容によって異なる。さらに、作業者の意識が集中している対象によっても異なる。このため、適正な音量を見つけることは難しい。

この発明は、このような問題点を解決しようとするものである。

この発明においては、
作業者の生体情報を検出するセンサと、
オーディオ信号を提供する再生手段と、
上記オーディオ信号を再生音として出力するスピーカと、
上記センサの検出した上記生体情報と、上記オーディオ信号との相関を求める相関検出回路と
を有し、
上記相関検出回路の検出出力を上記再生手段にフィードバックして上記スピーカから出力される上記再生音の音量、音質あるいはテンポの少なくとも１つを制御する
ようにした音響再生装置
とするものである。
したがって、ＢＧＭとして再生される再生音は、作業者にとって最適なものとなるようにフィードバック制御される。

この発明によれば、作業者、作業環境あるいは作業内容によって、ＢＧＭとして適切な音量、適切な音の高低、適切なテンポなどが異なっていても、適切なＢＧＭを提供することができる。また、それらの調整は自動的に行われ、作業の妨げにならない。

１．この発明のアウトライン
人間が音楽を聞くときには、無意識のうちに手足でリズムを取ったり、鼻歌を歌ったり、口ずさんだりすることが多い。そこで、この発明は、そのような点を利用して、ＢＧＭのリズム、テンポ、メロディと、作業者の動き、呼吸、発声などのリズム、テンポ、音の高低との一致を検出する。そして、
(1) これらの一致がまったくなければ、上記(A)の状態。
(2) 一致していて動きが大きく、動かす体の部位も多ければ、上記(B)の状態。
(3) 一致しているが、動きがさほど大きくなく、動かす体の部位も多くなければ、上記(C)の状態。
であると判定する。

そして、判定結果が、
(A)の状態のときには、ＢＧＭの音量を大きくする。
(B)の状態のときには、ＢＧＭの音量を小さくする。
(C)の状態のときには、ちょうどよい音量なので、そのままにする。
のようにＢＧＭの音量、音質などを制御して、常に適切なＢＧＭを実現する。

２−１ 第１の実施例
図１および図２はこの発明の一例を示し、図１はその全体を示し、図２はその要部の詳細を示す。なお、この例においては、上記のアウトラインの方法に加えて、
(4) 作業者の頭部の動きや視線がＢＧＭを流しているスピーカにたびたび向かうならば、上記(B)の状態であると判定する。
という処理も併用する場合である。また、それぞれの判定結果に応じて
・ＢＧＭのテンポおよび音の高さも制御する。
という処理も行うものである。

図１および図２において、符号１０は作業者を示し、この例においては、作業者１０は、作業台１１に向かうとともに、椅子１２に座って作業をしている場合である。

そして、ＢＧＭの再生装置４０が設けられる。この例においては、ＢＧＭ用の信号源として例えばＣＤプレーヤ４１が用意されてＢＧＭに適した内容のオーディオ信号が取り出され、このオーディオ信号がイコライザ回路４２に供給されてＢＧＭに適した信号に加工され、その後、出力アンプ４３を通じてスピーカ４４に供給される。

この場合、ＣＤプレーヤ４１は、これが再生するオーディオ信号のテンポを変更できるように構成されている。また、イコライザ回路４２は、オーディオ信号の全体のレベルを変更できるとともに、中域および高域のレベルを変更できるようにされている。また、スピーカ４４は、作業者１０のいる部屋、例えば作業者１０の前方の壁の上方に設けられている。

そして、作業者１０の生体情報を取得するため、作業者１０の身体あるいはその周囲には、各種の生体センサ２１〜２９が設けられている。すなわち、センサ２１は、作業者１０の身体、手、足、頭部などの位置、向き、動き、視線の方向などを検出するためのもので、この例においてはビデオカメラとされて作業者１０のいる部屋の後方の壁などに取り付けられ、作業者１０の身体の全体、あるいは手、足、頭部などを撮像するようにされている。

また、センサ２２〜２５は、作業者１０の体、手足、頭部などの動きを振動から検出する振動センサとされている。そして、センサ２２および２３は、作業者１０の身体の各部位の振動および位置を検出するものであり、バンドなどにより作業者１０の例えば手および足に装着されている。さらに、センサ２４は作業台１１に取り付けられ、作業者１０の手の動きにより生じる作業台１１の振動を検出する。また、センサ２５は椅子１２に埋め込まれ、作業者１０の足の動きにより床に生じる振動を検出する。

さらに、センサ２６および２７は、作業者１０の呼吸を検出するためのものであり、この例においては、伸縮計および圧力センサとされている。そして、伸縮計２６は作業者１０の胸などにバンドにより装着されて呼吸による胴体の伸縮から呼吸を検出する。また、圧力センサ２７は椅子１２の背もたれ部などに設けられて作業者１０の呼吸によりその身体が背もたれ部に押しつけられたときの圧力から呼吸を検出する。

なお、圧力センサ２７として、例えば「特開２００１−１４５６０５号公報」に記載されているように、気密性および柔軟性を有する袋体の内部に、空気圧センサを収納したものを使用することができる。

また、センサ２８は、例えばジャイロセンサとされて作業者１０の頭部に装着され、作業者１０の頭部の動きおよび向きを検出するようにされている。さらに、センサ２９は、作業者１０の発する鼻歌などの音声を集音する小型のマイクロフォンであり、作業者１０の胸や作業台１１などにセットされる。

そして、これらセンサ２１〜２９の出力信号が制御回路３０の生体情報処理回路３１に供給される。すなわち、ビデオカメラ２１の出力信号が、画像処理回路３１１に供給され、パターン認識の手法により作業者１０の手、足、頭などの位置が検出されるとともに、頭の向きが検出され、これら検出信号が体動処理回路３１２に供給される。また、振動センサ２２〜２５の出力信号も体動処理回路３１２に供給される。

この体動処理回路３１２は、振動センサ２２〜２５の出力信号をフィルタ処理することによりノイズ成分を除去して、作業者１０の身体の各部位の動きの速さ、大きさ、タイミングなどを検出するとともに、作業台１１や椅子１２に接している身体の部位の動きの情報を取り出す。また、このとき、画像処理回路３１１から、作業者１０の手、足、頭などの位置情報がリアルタイムで送られてくるので、その時間変化を求めることにより当該部位の動きの情報を取り出す。

さらに、伸縮計２６および圧力センサ２７の出力信号が呼吸処理回路３１３に供給され、その出力信号のピーク検出することにより呼吸のタイミングが検出される。また、センサ２８の出力信号が視線処理回路３１４に供給されるとともに、画像処理回路３１１の出力信号が視線処理回路３１４に供給され、あらかじめ設定されたスピーカ４４の位置情報から、作業者１０の顔がスピーカ４４の方向を向いているかどうかが検出される。

さらに、マイクロフォン２９の出力信号が音声処理回路３１５に供給され、所定のフィルタ処理を行うことにより、人間の音声の周波数帯域にあたる信号成分が取り出され、そのトーン（ピッチ）の時間変化と、音量のピークのタイミングとを示す信号が取り出される。また、プレーヤ４１から出力されるオーディオ信号が音楽情報処理回路３１６に供給され、そのオーディオ信号に含まれる楽音（ＢＧＭ）のトーンの時間変化およびリズムが検出される。

そして、これら処理回路３１２〜３１６の検出信号が相関検出回路３１７に供給され、処理回路３１２〜３１５の検出信号と、処理回路３１６の検出信号との相関が以下のようにして検出される。すなわち、処理回路３１３〜３１５によって得られた体動、呼吸、音声のリズムおよびタイミングと、音楽情報処理回路３１６によって得られた楽音のリズムおよびタイミングとを比較することにより相関が検出される。また、これらリズムおよびタイミングが一致する場合には、その強さも検出される。なお、単位時間内に一致が生じている時間の割り合いおよび体動の大きさをもってリズムおよびタイミングの一致の強さとする。

さらに、音声処理回路３１５によって得られた音声のトーン（ピッチ）と、音楽情報処理回路３１６によって得られた楽音のトーンとを比較することにより相関が検出されるとともに、一致する場合には、その強さも求められる。ここでも、単位時間内に一致が生じている時間の割り合いおよび音声の大きさをもってピッチの一致の強さとする。また、視線処理回路３１４の出力信号が、作業者１０の顔がスピーカ４４に向いていることを示している場合には、単位時間内に向いている時間の割り合いをもって視線の一致の強さとする。

こうして、生体情報処理回路３１からは、作業者１０の身体の動きとＢＧＭとの相関を示す信号Ｓ31が取り出される。そして、この出力信号Ｓ31が判別回路３２に供給される。

この判別回路３２は、信号Ｓ31にしたがってプレーヤ４１およびイコライザ回路４２を以下のように制御するためのものである。すなわち、
(a) 楽音と一致した身体の部位の数（呼吸、音声もそれぞれ１つの部位とする）と、一致の強さとが所定の上限値ＥHを超える場合には、作業者１０の意識が楽音に向いていると判断し、注意の喚起度を下げるように指示する指示信号Ｓ32を制御回路３３に送る。
(b) 楽音と一致した身体の部位の数と一致の強さとが所定の下限値ＥLに達していない場合には、作業者１０に楽音が聞こえていないと判断し、注意の喚起度を上げるように指示する指示信号Ｓ32を制御回路３３に送る。

ここで、値ＥH、ＥLは、ＥH＞ＥLであり、楽音と一致した部位の数と、一致の強さとが、上限値ＥH以下で、かつ、下限値ＥL以上の場合、現在の制御状態を変更しないで、続行させるものとする。

そして、制御回路３３は、指示信号Ｓ32が注意の喚起度を下げるように指示している場合には、プレーヤ４１が、再生しているオーディオ信号のテンポを遅くし、イコライザ回路４２が、オーディオ信号の全体のレベルを下げるとともに、刺激的な音響成分の多いとされる中域および高域のレベルを下げて低域のレベルを相対的に上げるように、プレーヤ４１およびイコライザ回路４２を制御する。

また、制御信号Ｓ32が注意の喚起度を上げるように指示している場合には、プレーヤ４１が、再生しているオーディオ信号のテンポを速くし、イコライザ回路４２が、オーディオ信号の全体のレベルを上げるとともに、中域および高域のレベルを上げて低域のレベルを相対的に下げるように、プレーヤ４１およびイコライザ回路４２を制御する。

したがって、スピーカ４４から再生される楽曲のテンポ、音量、音質は、作業者１０の楽曲に対する注意度に対応してフィードバック制御されることになり、その結果、スピーカ４４から再生される楽音は(C)項の状態、すなわち、ＢＧＭとして適切なものとなる。

こうして、このＢＧＭ再生装置によれば、作業者１０にＢＧＭを提供することができるが、この場合、作業者１０の生体情報のうち、身体の動きや呼吸、鼻歌などのリズム、テンポ、高低と、ＢＧＭのリズム、テンポ、高低との相関を求め、作業者の意識がどの程度ＢＧＭに向いているかを検出している。また、作業者１０の生体情報のうち、頭や視線の方向と、ＢＧＭの音源であるスピーカ４４の方向との一致の強さを調べることにより、ＢＧＭに対する作業者１０の意識を検出している。

そして、そのような検出結果にしたがって、スピーカ４４から出力されるＢＧＭ、聞いてはいるが意識が引きつけられない程度のちょうどよい楽曲にフィードバック制御しているので、作業者１０、作業環境あるいは作業内容によって、ＢＧＭとして適切な音量、適切な音の高低、適切なテンポなどが異なっていても、適切なＢＧＭとすることができる。また、作業中には、ＢＧＭの音量の調整など本来の作業を中断することはできるだけ避けたいが、上述のＢＧＭ再生装置によれば、それらの調整は自動的に行われるので、作業の妨げにならずに、適切なＢＧＭとすることができる。

さらに、ＢＧＭの他にもさまざまなものが作業者１０の生体情報に影響を与えるが、それらの影響を排除してＢＧＭのみの影響を知ることができ、的確なＢＧＭに制御することができる。また、ＢＧＭの音量が大きすぎる場合の問題点は、作業者１０の意識がＢＧＭの音源の方向に向いてしまい、本来の作業から離れてしまうことであるが、上述のＢＧＭ再生装置によれば、作業者１０のＢＧＭ への意識の集中自体を検出してＢＧＭを制御しているので、作業者１０の意識がＢＧＭに集中することを的確に防ぐことができる。

２−２ 第２の実施例
この例においては、作業者１０の生体情報にしたがってＢＧＭの内容を切り換えるようにした場合であり、図３はその要部の詳細を示す。なお、全体の構成は例えば図１に示すとおりとされる。

そして、この例においては、ＢＧＭ用の信号源４１がＨＤＤとされるとともに、このＨＤＤ４１には、音楽ライブラリとしてＢＧＭ用の多数の楽曲のオーディオ信号が用意される。また、ＨＤＤ４１には、各楽曲のオーディオ信号ごとに、その楽曲が作業者１０の注意を喚起する度合いを数値化したデータが用意されている。ここで、楽曲が注意を喚起する度合いは、あらかじめある程度の人数の被験者（作業者）に各種の楽曲を聞かせ、その場合の各楽曲に対する生体情報処理回路３１の出力信号をデータベース化したものとすることができる。

そして、上述のように生体情報処理回路３１からは、作業者１０の身体の動きとＢＧＭとの相関を示す信号Ｓ31が取り出され、この信号Ｓ31が指示部３２により指示信号Ｓ32とされて制御回路３３に供給され、ＨＤＤ４１に記録されている各楽曲のオーディオ信号が制御回路３３により選択的に取り出される。

すなわち、指示信号Ｓ32が注意の喚起度を下げるように指示している場合には、ＨＤＤ４１の音源ライブラリの中から、現在再生中の楽曲のオーディオ信号よりも注意の喚起度の低い楽曲のオーディオ信号を選択する。逆に注意の喚起度を上げるように指示している場合にＨＤＤ４１の音源ライブラリの中から、現在再生中の楽曲のオーディオ信号よりも注意の喚起度の高い楽曲のオーディオ信号を選択する。なお、このとき、再生中の楽曲から、選択された楽曲への切り換えは、いわゆるクロスフェード（一方の音を次第に小さくしていくとともに、他方の音を次第に大きくしていく）とすることが好ましい。

そして、ＨＤＤ４１から再生されたオーディオ信号がＤ／Ａコンバータ回路４５に供給されてアナログ信号にＤ／Ａ変換されてから出力アンプ４３を通じてスピーカ４４に供給される。

したがって、スピーカ４４から再生される楽曲は、作業者１０のＢＧＭに対する注意度に対応してフィードバック制御されることになるので、スピーカ４４から再生される楽音は(C)項に示すように、ＢＧＭとして適切なものとなる。

３ その他
上述において、ＢＧＭ用の信号源４１を、専用回線やネットワークを通じた多チャンネルの音楽配信システム、ＣＤチェンジャなどとすることもできる。また、第１の実施例においては、ＢＧＭの音量、音質およびテンポを制御したが、これらのうちのどれかひとつ、あるいはどれか２つの組み合わせて制御することもできる。さらに、第１および第２の実施例を組み合わせることもできる。

また、複数の作業者を対象とする場合には、各作業者をブースにより区切り、ＢＧＭ再生装置の全体を、各作業者に共通の共用部分と、各作業者ごとの個人ブース部分とに分ける。そして、第１の実施例については、共用部分には、プレーヤ４１を設け、個人ブース部分には、制御回路３０と、イコライザ回路４２〜スピーカ４４とを設ければよい。ただし、この場合には、ＢＧＭのテンポは制御しない。

さらに、第２の実施例については、共用部分には、ＨＤＤ４１および多チャンネルの配信手段を設け、個人ブース部分には、制御装置３０と、配信された音楽データ受信装置と、アンプ４３と、スピーカ４４とを設け、多チャンネルで配信される楽曲のうち、注意の喚起度に基づいた楽曲を選択して各作業者のブースに供給すればよい。

また、多チャンネルで配信された楽曲のうち、注意の喚起度にしたがって楽曲を選択し、その選択した楽曲の音量および音質を制御することもできる。さらに、スピーカ４４を複数個配置するとともに、それらのスピーカ４４に供給されるオーディオ信号をＤＳＰなどにより補正することにより、ＢＧＭとして再生される音像の位置を適切な位置に制御することもできる。また、エコーないし残響成分を制御することもできる。

〔特許請求の範囲および明細書で使用している略語の一覧〕
ＢＧＭ：Background Music
ＣＤ ：Compact Disc
Ｄ／Ａ：Digital to Analog
ＤＳＰ：Digital Signal Processor
ＨＤＤ：Hard Disk Drive

この発明の全体の一形態を示す図である。 この発明の要部の一形態を示す系統図である。 この発明の要部の他の形態を示す系統図である。

符号の説明

１０…作業者、２１〜２９…センサ、３０…制御装置、３１…生体情報処理回路、３２…判別回路、３３…制御回路、４０…再生装置、４１…信号源、４２…イコライザ回路、４３…出力アンプ、４４…スピーカ、３１１…画像処理回路、３１２…体動処理回路、３１３…呼吸処理回路、３１４…視線処理回路、３１５…音声処理回路、３１６…音楽情報処理回路

Claims (4)

1. 作業者の生体情報を検出するセンサと、
   オーディオ信号を提供する再生手段と、
   上記オーディオ信号を再生音として出力するスピーカと、
   上記センサの検出した上記生体情報と、上記オーディオ信号との相関を求める相関検出回路と
   を有し、
   上記相関検出回路の検出出力を上記再生手段にフィードバックして上記スピーカから出力される上記再生音の音量、音質あるいはテンポの少なくとも１つを制御する
   ようにした音響再生装置。
2. 作業者の生体情報を検出するセンサと、
   複数のオーディオ信号のうちの１つのオーディオ信号を選択して提供する再生手段と、
   上記選択されたオーディオ信号を再生音として出力するスピーカと、
   上記センサの検出した上記生体情報と、上記選択されたオーディオ信号との相関を求める相関検出回路と
   を有し、
   上記相関検出回路の検出出力を上記再生手段にフィードバックして上記スピーカに供給されるオーディオ信号を、上記複数のオーディオ信号の中から選択する
   ようにした音響再生装置。
3. 請求項１あるいは請求項２に記載の音響再生装置において、
   上記センサが、
   上記作業者を撮像してその身体の動きや位置を検出するビデオカメラと、
   上記作業者の身体の動きを振動から検出する振動センサと、
   上記作業者の呼吸を検出する伸縮計と、
   上記作業者の呼吸を検出する圧力センサと、
   上記作業者の頭部の動きおよび向きを検出するセンサと、
   上記作業者の発する音声を検出するマイクロフォンと
   のいずれか、あるいはすべてを含む
   ようにしたＢＧＭ再生装置。
4. 請求項１、請求項２あるいは請求項３に記載の音響再生装置において、
   上記再生手段が、上記スピーカから出力される再生音の音量あるいは音質を変更するイコライザ回路を
   有する音響再生装置。

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