JP7729211B2 - 音変換装置 - Google Patents

Description

本開示は、音変換装置に関する。

従来、人の非可聴周波数帯域の音響信号を検出し、検出した音響信号に基づき回転機器の異常の有無を判断する回転機器の診断装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この回転機器の診断装置は、検出した非可聴周波数帯域の音響信号に対してフィルタ処理等の信号処理を行った後にフーリエ変換をして得られた信号のピーク値に基づいて回転機器の異常判断を行う。

特開２０２０－１７３２２９号公報

ところで、回転機器のような検査の対象機器が異常状態である場合、異常状態となった対象機器に対して人が修理作業を行う際に、対象機器から発生する異音を聴く必要がある場合がある。しかしながら、特許文献１に記載の診断装置は、対象機器の異常判定を行うことはできるが、対象機器から発生する異音を人に聴かせることができない。

本開示は、非可聴周波数帯域の音を人が可聴可能な音へ変換して出力する音変換装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、
対象機器が動作する際に発生する動作音を変換する音変換装置であって、
異音を含む動作音を、音圧の強度の経時変化を示す信号である音圧時間信号として取得する音取得回路（１０）と、
音圧時間信号に対応する信号を、人の非可聴周波数帯域を含む周波数毎の音圧の強度を示す周波数特性に変換し、周波数特性に対応する信号において、非可聴周波数帯域における異音の音圧の強度を示す異音信号の周波数を人の可聴周波数帯域に変更した可聴化信号を求めるとともに、可聴化信号を、音圧の強度の経時変化を示す信号である可聴音信号として出力する信号変換回路（２０）と、
可聴音信号に基づいて音を発生させるスピーカ（４０）と、を備え、
前記信号変換回路は、前記異音信号の周波数が所定の帯域幅を有する周波数帯域に跨る場合、前記異音信号の周波数の少なくとも一部が、人の可聴周波数帯域における他の周波数に比較して人の聴覚の感度が高い周波数帯域である高感度帯域に含まれるように前記可聴化信号を求め、前記可聴化信号における前記高感度帯域より高い周波数帯域における所定の周波数以上の帯域の音圧信号を除去する。

これによれば、対象機器の動作音に人の非可聴周波数の異音が含まる場合であっても、音変換装置が当該異音の周波数を人の可聴周波数に変換して発生させることで人に聴かせることができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

本実施形態に係る音変換装置の概略構成図である。 本実施形態に係るＤＳＰ部が実行する処理の一例を示す図である。 本実施形態に係るＤＳＰ部が求める周波数特性の一例を示す図である。 等ラウドネス曲線を示す図である。 本実施形態に係るＤＳＰ部が求める周波数特性の一例を示す図である。 本実施形態に係るＤＳＰ部が周波数特性の一部の帯域を除去した一例を示す図である。 周波数を変更する前の非可聴周波数帯域の異音をスペクトログラムで示した図である。 周波数を変更した後の非可聴周波数帯域の異音をスペクトログラムで示した図である。 その他の実施形態に係るＤＳＰ部が求める周波数特性の一例を示す図である。

本開示の一実施形態について図１～図８に基づいて説明する。本実施形態の音変換装置１は、検査対象である対象機器Ｐの動作音に異音が含まれる際に、当該異音の周波数を変換し、その周波数を変換した異音を出力する装置である。対象機器Ｐは、例えば、工場に設置された生産設備である。また、異音とは、対象機器Ｐが正常状態ではない異常状態で動作するときに発生する音である。

図１に示すように、音変換装置１は、Ａ／Ｄ変換部１０と、ＤＳＰ部２０と、Ｄ／Ａ変換部３０と、スピーカ４０とを備える。音変換装置１は、音変換装置１の外部に設けられたマイクロホンＭＣから対象機器Ｐの動作音に関する情報を取得する。

マイクロホンＭＣは、検査対象である対象機器Ｐの動作音を検出し、検出した動作音に対応する信号を音圧信号として外部に出力する音検出部である。マイクロホンＭＣは、対象機器Ｐの内部に設置されており、対象機器Ｐの動作音に応じた音圧信号をアナログ信号として、例えば所定の周期毎に、Ａ／Ｄ変換部１０に送信する。なお、マイクロホンＭＣは、対象機器Ｐの動作音を収集可能であれば、対象機器Ｐの外部に設置されていてもよい。

Ａ／Ｄ変換部１０は、マイクロホンＭＣから送信される動作音に応じた音圧信号を受信する音取得部である。Ａ／Ｄ変換部１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶部を含んで構成されるマイクロコンピュータ、入力回路、出力回路およびその周辺回路から構成されている。Ａ／Ｄ変換部１０は、マイクロホンＭＣから送信されるアナログ信号を所定サンプリング間隔でサンプリングして、アナログ信号からデジタル信号に変換する。そして、Ａ／Ｄ変換部１０は、対象機器Ｐが動作する際に発生する動作音を、音圧の強度の経時変化を示す時間信号である音圧時間信号として取得する。音圧時間信号には、時間経過に伴う音圧の強度変化の情報が含まれている。Ａ／Ｄ変換部１０は、取得した音圧時間信号をＤＳＰ部２０に出力する。本実施形態では、Ａ／Ｄ変換部１０が音取得回路として機能する。

ＤＳＰ部２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶部を含んで構成されるマイクロコンピュータ、入力回路、出力回路およびその周辺回路から構成されている。記憶部は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、書き込み可能な不揮発性記憶媒体等を含む。

また、記憶部には、ＤＳＰ部２０が後述する信号処理を実行するためのプログラムおよび対象機器Ｐの異音に関する後述の情報が予め記憶されている。ＤＳＰ部２０は、Ａ／Ｄ変換部１０からデジタル信号に変換された音圧時間信号が入力回路に送信されると記憶部に記憶されたプログラムに従った信号処理を実行し、信号処理後の音圧信号に関するデジタル信号を出力回路からＤ／Ａ変換部３０へ送信する。ＤＳＰ部２０は、記憶部のＲＯＭまたは書き込み可能な不揮発性記憶媒体に記録されたプログラムを実行する際に、記憶部のＲＡＭを作業領域として使用する。

Ｄ／Ａ変換部３０は、ＤＳＰ部２０から入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換して出力する信号出力部である。Ｄ／Ａ変換部３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶部を含んで構成されるマイクロコンピュータ、入力回路、出力回路およびその周辺回路から構成されている。Ｄ／Ａ変換部３０は、アナログ信号に変換した音圧信号に応じた信号をスピーカ４０へ出力する。なお、Ａ／Ｄ変換部１０、ＤＳＰ部２０、Ｄ／Ａ変換部３０それぞれにおけるＲＡＭ、ＲＯＭ、書き込み可能な不揮発性記憶媒体は、いずれも非遷移的実体的記憶媒体である。

スピーカ４０は、Ｄ／Ａ変換部３０から入力される信号に基づいて、対象機器Ｐの異音に関する音を出力する音発生部である。スピーカ４０は、例えば、対象機器Ｐの周辺に設置されており、対象機器Ｐの近傍に存在する作業者へ対象機器Ｐの異音に関する音を発生させる。

以下、以上のような構成の音変換装置１の作動について図２～図５を参照して説明する。Ａ／Ｄ変換部１０がマイクロホンＭＣから対象機器Ｐの動作音に応じた信号を受信すると、Ａ／Ｄ変換部１０は、対象機器Ｐが動作する際に発生する動作音を音圧時間信号として取得し、当該音圧時間信号をＤＳＰ部２０に出力する。

ＤＳＰ部２０は、Ａ／Ｄ変換部１０から音圧時間信号を受信すると、記憶部から所定のプログラムを読み込んで実行することにより、図２に示す処理を実行する。

具体的に、ＤＳＰ部２０は、Ａ／Ｄ変換部１０から音圧時間信号を受信すると、最初にステップＳ１０において、受信した音圧時間信号をフーリエ変換して、当該音圧時間信号を周波数毎の音圧の強度を示す信号に変換する。例えば、ＤＳＰ部２０は、入力された音圧時間信号を所定の長さの時間だけを抽出して短時間フーリエ変換することで、周波数毎の音圧の強度を示す信号に変換する。以下、Ａ／Ｄ変換部１０から受信した音圧時間信号を短時間フーリエ変換することで得られる信号をフーリエ変換後信号とも呼ぶ。

本実施形態のＤＳＰ部２０は、Ａ／Ｄ変換部１０から受信する音圧時間信号を、一般的な人の可聴周波数の帯域および人の非可聴周波数の帯域を含む周波数帯域における周波数毎の音圧の強度に変換することでフーリエ変換後信号を求める。例えば、一般的な人の可聴周波数帯域を２０Ｈｚから１５０００Ｈｚまでとし、１５０００Ｈｚより大きい周波数の帯域を非可聴周波数帯域とする。

この場合、ＤＳＰ部２０は、Ａ／Ｄ変換部１０から受信する音圧時間信号を可聴周波数帯域および非可聴周波数帯域の両方の帯域を含む２０Ｈｚから予め定められる最大周波数までの周波数帯域において周波数毎の音圧の強度に変換する。ＤＳＰ部２０に定められる変換可能な最大周波数は、例えば非可聴周波数である５００００Ｈｚに設定されている。なお、ＤＳＰ部２０が変換可能な最大周波数は、５００００Ｈｚに限定されず、５００００Ｈｚより大きい周波数（例えば、１０００００Ｈｚ）に設定されてもよいし、５００００Ｈｚより小さい周波数（例えば、３００００Ｈｚ）に設定されてもよい。

続いて、ステップＳ２０において、ＤＳＰ部２０は、可聴周波数帯域および非可聴周波数帯域を含むフーリエ変換後信号のうち、非可聴周波数帯域における対象機器Ｐの異音に関する周波数の音圧の強度を強調させた周波数特性を求める。

ここで、ＤＳＰ部２０の記憶部には、対象機器Ｐの動作音に含まれる異音に関する情報として、対象機器Ｐの動作音に異音が含まれる場合の異音の周波数に関する情報が予め記憶されている。具体的に、ＤＳＰ部２０の記憶部には、実際の対象機器Ｐの異音の周波数が所定の帯域幅を有する周波数帯域に跨っていることが記憶されている。さらにＤＳＰ部２０の記憶部には、実際の対象機器Ｐの異音が含まれる動作音において、非可聴周波数帯域のうちの異音に含まれる周波数帯域の情報および異音に含まれない周波数帯域の情報が予め記憶されている。

ところで、対象機器Ｐの異音は、対象機器Ｐが正常状態ではなく、異常状態で動作する際に発生する。そして、対象機器Ｐが異常状態で動作する際に発生する異音は、対象機器Ｐが正常状態から異常状態になる度に、比較的同じ周波数帯域を含む可能性が高い。このため、実際の対象機器Ｐの異音に含まれる周波数帯域の情報および異音に含まれない周波数帯域の情報は、対象機器Ｐを異常状態で動作させた際の実際の異音が含まれる動作音を収集して音解析を行う実験結果等から得ることができる。

なお、実際の対象機器Ｐの異音に含まれる周波数帯域の情報および異音に含まれない周波数帯域の情報を得るための実験においては、予め定めた基準となる情報に基づいて、異音の周波数帯域であるか否かを判定してもよい。基準となる情報は、例えば、対象機器Ｐの動作音の信号に対してフーリエ解析を行って得られる音圧の強度を得る際において、異音に含まれるか否かを判定するための所定の閾値であってもよい。この場合、対象機器Ｐを異常状態で動作させた際の実際の異音が含まれる動作音の信号に対してフーリエ解析を行い、所定の閾値以上の音圧の強度を有する周波数帯域を異音の周波数帯域として採用してもよい。

そして、ＤＳＰ部２０は、異音に含まれる周波数帯域の情報に基づいて、ステップＳ１０において変換したフーリエ変換後信号のうち、非可聴周波数帯域における対象機器Ｐの異音に含まれる周波数帯域の音圧の強度を強調させる。

ここで、対象機器Ｐの異音が、非可聴周波数帯域における１７５００Ｈｚから１９５００Ｈｚまでの周波数帯域の音である場合において、ＤＳＰ部２０が対象機器Ｐの異音に含まれる周波数帯域の音圧の強度を強調させる方法の一例について図３を参照して説明する。この場合、ＤＳＰ部２０の記憶部には、異音に含まれる周波数帯域の情報として、１７５００Ｈｚから１９５００Ｈｚまでの周波数帯域の情報が記憶されている。すなわち、ＤＳＰ部２０の記憶部には、異音の周波数が１７５００Ｈｚから１９５００Ｈｚまでであることが記憶されている。

また、ＤＳＰ部２０の記憶部には、異音に含まれない周波数帯域の情報として、１７５００Ｈｚより小さい周波数帯域および１９５００Ｈｚより大きい周波数帯域の情報が記憶されている。すなわち、ＤＳＰ部２０の記憶部には、可聴周波数帯域の音には異音が含まれないという情報が記憶されている。さらにＤＳＰ部２０の記憶部には、非可聴周波数帯域における１７５００Ｈｚより小さい周波数帯域の音と１９５００Ｈｚより大きい周波数帯域の音には異音が含まれないという情報が記憶されている。

このような異音の周波数帯域に関する情報を有するＤＳＰ部２０は、ステップＳ１０において変換したフーリエ変換後信号に対して、１７５００Ｈｚから１９５００Ｈｚまでの周波数帯域の信号の強度を予め定められた所定の増加量だけ増加させる増加調整を行う。さらに、ＤＳＰ部２０は、１７５００Ｈｚより小さい周波数帯域および１９５００Ｈｚより大きい周波数帯域の音圧の強度を予め定められた所定の減少量だけ減少させる減少調整を行う。

これにより、ＤＳＰ部２０は、ステップＳ１０において変換したフーリエ変換後信号に対して対象機器Ｐの異音の音圧信号である異音信号の強度を強調させた図３に示す周波数特性Ｆｓ１を求めることができる。図３に示す周波数特性Ｆｓ１は、異音信号の強度を強調させた音圧信号の一例を示している。そして、このように異音信号の強度を強調させた周波数特性Ｆｓ１は、ステップＳ１０において変換したフーリエ変換後信号に対応する音圧信号である。

なお、異音信号の強度を強調するための所定の増加量および所定の減少量は、フーリエ変換後信号における異音信号の強度を強調可能な値でＤＳＰ部２０の記憶部に予め設定されている。当該所定の増加量および所定の減少量は、互いの絶対値が同じ値に設定されてもよいし、異なる値で設定されてもよい。

図３に示すように、周波数特性Ｆｓ１において、１７５００Ｈｚより小さい周波数帯域および１９５００Ｈｚより大きい周波数帯域の音圧信号は、１７５００Ｈｚから１９５００Ｈｚまでの周波数帯域の音圧信号に比較して音圧の強度が著しく小さくなっている。そして、周波数特性Ｆｓ１において、１７５００Ｈｚより小さい周波数帯域および１９５００Ｈｚより大きい周波数帯域では、周波数が変化しても音圧信号がほとんど変化していない。

これに対して、１７５００Ｈｚから１９５００Ｈｚまでの周波数帯域では、周波数の変化に対する音圧信号の変化の割合が比較的大きくなっている。そして、１７５００Ｈｚから１９５００Ｈｚまでの周波数帯域では、音圧信号の変化の形状が山形状となっている。具体的に、周波数の値が１７５００Ｈｚから音圧信号の大きさが最大となる周波数に向かって、音圧信号は、周波数の大きさが大きくになるにしたがい大きくなる。そして、音圧信号の大きさが最大となる周波数から周波数の値が１９５００Ｈｚに至るまでは、音圧信号は、周波数の大きさが大きくになるにしたがい小さくなる。

このように、図３に示す周波数特性Ｆｓ１では、異音信号を示す形状が山形状となっているが、一般的に、生産設備等に発生する異音をフーリエ変換することで得られる音圧信号の形状は山形状になり易い。そして、このような山形状で示される異音信号のうち、音圧信号の大きさが最大となる周波数は、異音に含まれる周波数帯域の中心の周波数または当該中心の周波数の周辺の周波数である。なお、図３に示す周波数特性Ｆｓ１では、１７５００Ｈｚから１９５００Ｈｚまでの周波数帯域のうち、中心の周波数である１８５００Ｈｚより大きい１９２００Ｈｚの周波数の音圧信号が最大となっている。

続いて、ステップＳ３０において、ＤＳＰ部２０は、異音信号の強度を強調させた周波数特性Ｆｓ１に対して、異音信号の周波数の少なくとも一部を可聴周波数帯域に含ませるための周波数のシフトを行う。具体的に、ＤＳＰ部２０は、ステップＳ２０で強度を強調させた音圧信号の周波数の少なくとも一部が可聴周波数帯域に含まれるように、周波数特性Ｆｓ１の周波数を変更する。これにより、非可聴周波数帯域における異音信号の少なくとも一部が可聴周波数帯域に含まれることとなる。

ところで、人の可聴周波数帯域には、他の周波数帯域に比較して人の聴覚の感度が高い周波数帯域が存在する。ここで、人の聴覚の感度が高いとは、音圧の強度が一定であっても、より大きな音として人が聴くことができるという意味である。すなわち、人が聴くことができる音の感覚的な大きさは、周波数によって変化する。人が聴くことができる音の感覚的な大きさが周波数によって変化することを図４の等ラウドネス曲線を参照して説明する。

等ラウドネス曲線は、可聴周波数帯域のうちの１０００Ｈｚの所定のラウドネスの値の音を基準とし、このラウドネスの値の音と同じ大きさに聴くことができる音圧信号の大きさを周波数毎に沿って表したものである。等ラウドネス曲線について、人が一定の大きさのラウドネスの値の音を聴こうとする場合の周波数の変化と音圧信号の大きさの変化について、ラウドネスの値が２０ｐｈｏｎである場合を一例として説明する。

人が２０ｐｈｏｎの音の大きさを聴く場合、図４に示すように、音の周波数が１０００Ｈｚより小さい周波数帯域においては、周波数が小さくなるほど音圧信号の大きさを２０ｄＢより大きくする必要がある。また、人が２０ｐｈｏｎの音の大きさを聴く場合、音の周波数が１０００Ｈｚより大きい周波数帯域においては、１０００Ｈｚから約２０００Ｈｚまでの周波数帯域でも音圧信号の大きさを２０ｄＢより大きくする必要がある。

しかし、音の周波数が約２０００Ｈｚから約５０００Ｈｚまでの周波数帯域では、２０ｄＢより小さい音圧信号の大きさであっても、人は２０ｐｈｏｎの音を聴くことができる。具体的に、約２０００Ｈｚから約５０００Ｈｚまでの周波数帯域では、この周波数帯域における中心の周波数である３５００Ｈｚに近づくほど、人が２０ｐｈｏｎの音を聴くための必要な音圧信号の大きさが小さくなる。

しかし、人が２０ｐｈｏｎの音の大きさを聴く場合、約５０００Ｈｚより大きい周波数帯域では音圧信号の大きさを２０ｄＢより大きくする必要がある。

このように、音の周波数が約２０００Ｈｚから約５０００Ｈｚまでの周波数帯域では、基準となる音の音圧信号の大きさである２０ｄＢより小さい音圧信号であっても、人は２０ｐｈｏｎの感覚的な音を聴くことができる。さらに言えば、音の周波数が約３０００Ｈｚから約４０００Ｈｚまでの周波数帯域では、人が２０ｐｈｏｎの音を聴くために必要な音圧信号をより小さくすることができる。すなわち、音の周波数が３０００Ｈｚから４０００Ｈｚである場合、音圧信号が一定であっても、音の周波数が３０００Ｈｚから４０００Ｈｚの帯域とは異なる周波数である場合に比較して、人はより大きな音として聴くことができる。

なお、人が一定の大きさの音を聴こうとする場合の周波数の変化と音圧信号の大きさの変化についてラウドネスの値が２０ｐｈｏｎである場合を一例として説明した。しかし、ラウドネスが他の値であっても周波数の変化と音圧信号の大きさの変化の対応関係は同様である。

このため、本実施形態では、人の可聴周波数帯域のうち、他の周波数帯域に比較して人の聴覚の感度が高い周波数帯域である３０００Ｈｚから４０００Ｈｚの帯域を高感度帯域とする。そして、本実施形態の音変換装置１におけるＤＳＰ部２０は、ステップＳ２０で求めた周波数特性Ｆｓ１において、対象機器Ｐの異音の周波数帯域の少なくとも一部が当該高感度帯域に含まれるように、周波数特性Ｆｓ１の周波数を変更させる。

具体的に、ＤＳＰ部２０は、ステップＳ２０で求めた周波数特性Ｆｓ１に対して、まず可聴周波数帯域を含む１５０００Ｈｚ以下の周波数帯域の音圧信号の情報を除去する。そして、ＤＳＰ部２０は、異音の周波数帯域である１７５００Ｈｚから１９５００Ｈｚまでの周波数帯域における中心の周波数である１８５００Ｈｚが高感度帯域に含まれるように周波数特性Ｆｓ１の周波数を変更する。

例えば、本実施形態のＤＳＰ部２０は、異音の周波数帯域である１７５００Ｈｚから１９５００Ｈｚまでの音圧信号が高感度帯域の全ての帯域に重なるように周波数特性Ｆｓ１の周波数の値を１５０００Ｈｚだけ減算した値とする。

これにより、周波数がシフトされた後の異音信号に含まれる周波数帯域の値は、可聴周波数帯域に含まれる周波数であって、２５００Ｈｚから４５００Ｈｚの帯域までとなる。そして、周波数が変更された後の異音信号の周波数は、図５に示すように高感度帯域である３０００Ｈｚから４０００Ｈｚまでの全ての帯域を含むとともに、異音の周波数帯域の中心の周波数である１８５００Ｈｚの音圧信号が当該高感度帯域に含まれることとなる。なお、周波数が変更された後の異音信号の周波数において、音圧信号の大きさが最大となる周波数は４２００Ｈｚである。そして、周波数が変更された後の異音信号の周波数において、音圧信号の大きさが最大となる周波数は、高感度帯域に含まれていない。

以下、ＤＳＰ部２０が周波数特性Ｆｓ１に対して周波数のシフトを行うことによって得られる信号を可聴化信号とも呼ぶ。図５に示す周波数特性Ｆｓ２は、可聴化信号の一例を示している。

なお、他の周波数帯域に比較して人の聴覚の感度が高い周波数帯域となるのであれば、高感度帯域の下限値は、３０００Ｈｚより小さい周波数（例えば２５００Ｈｚ）に設定されてもよい。また、他の周波数帯域に比較して人の聴覚の感度が高い周波数帯域となるであれば、高感度帯域の上限値は、４０００Ｈｚより大きい周波数（例えば４５００Ｈｚ）に設定されてもよい。

この場合、ＤＳＰ部２０は、設定された高感度帯域の下限値および高感度帯域の上限値に応じて、可聴化信号を得るための減算値を適宜変更することができる。

続いて、ステップＳ４０において、ＤＳＰ部２０は、ステップＳ３０で得られた可聴化信号に対して、ローパスフィルタ処理を行う。具体的に、ＤＳＰ部２０は、高感度帯域より高い周波数帯域における所定の周波数以上の帯域の音圧信号を除去する。本実施形態のＤＳＰ部２０は、図６に示すように、高感度帯域の上限値である４０００Ｈｚより高く、且つ、可聴化信号における異音信号の周波数の上限値である４５００Ｈｚより高い周波数帯域である６０００Ｈｚ以上の周波数帯域の音圧信号を除去する。

なお、ＤＳＰ部２０が除去する周波数帯域における下限値は、可聴化信号における異音信号の周波数の上限値より大きい周波数であれば、６０００Ｈｚより小さい周波数（例えば、５０００Ｈｚ）でもよい。また、ＤＳＰ部２０が除去する周波数帯域における下限値は、可聴化信号における異音信号の周波数の上限値より大きい周波数であれば、６０００Ｈｚより大きい周波数（例えば、７０００Ｈｚ）でもよい。

続いて、ステップＳ５０において、ＤＳＰ部２０は、ローパスフィルタ処理を行った後の可聴化信号を逆フーリエ変換して、当該可聴化信号を音圧の強度の経時変化を示す信号に変換する。具体的に、ＤＳＰ部２０は、可聴化信号を短時間フーリエ変換した際と同じ所定の長さの時間だけを抽出して逆短時間フーリエ変換することで、可聴化信号を音圧の強度の経時変化を示す時間信号である可聴音信号に変換する。ＤＳＰ部２０は、変換したこの可聴音信号をＤ／Ａ変換部３０へ出力する。

このように、図２に示す処理を実行するＤＳＰ部２０は、記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、信号変換回路として機能する。なお、ＤＳＰ部２０は、ステップＳ１０～ステップＳ５０それぞれの処理に１対１に対応する複数の回路モジュールを備えていてもよい。

Ｄ／Ａ変換部３０は、ＤＳＰ部２０から入力された可聴音信号を、アナログ信号に変換して出力する。すなわち、Ｄ／Ａ変換部３０は、対象機器Ｐの動作音に含まれる異音の周波数が、非可聴周波数帯域から可聴周波数帯域へ変更された状態の音圧信号に応じた信号をスピーカ４０へ出力する。

そして、スピーカ４０は、Ｄ／Ａ変換部３０から入力される信号に基づいて、非可聴周波数帯域から可聴周波数帯域へ変更された対象機器Ｐの異音を出力する。本実施形態では、スピーカ４０が対象機器Ｐの周辺に設置されている。このため、音変換装置１は、対象機器Ｐの周辺に存在する人に対して異音を聴かせることができる。このため、例えば、故障して異音を発生する設備の修理作業を人が行う場合、人は、異音を聴きつつ設備の修理作業を行うことで、修理作業によって設備の修理が完了できたか否かの判断を早期に行うことができる。

ここで、本実施形態の音変換装置１を用いて対象機器Ｐの作動音を非可聴周波数帯域から可聴周波数帯域へ変更した際のスペクトログラムのシミュレーション結果を図７および図８に示す。なお、この対象機器Ｐの作動音には、通常状態で動作する際の動作音に加えて異常状態で動作する際の異音が含まれる。

図７は、周波数を変更する前の非可聴周波数帯域の異音を時間成分と、周波数成分と、音圧信号成分とを含むスペクトログラムで示したシミュレーション結果である。図８は、周波数を変更した後の可聴周波数帯域の異音を周波数成分と時間成分と音圧信号成分とを含むスペクトログラムで示したシミュレーション結果である。そして、図７および図８に示すスペクトログラムにおいて、横軸が時間成分を示し、縦軸が周波数成分を示し、ハッチングの濃さが音圧信号の大きさを示す。そして、ハッチングの濃さが大きいほど、音圧信号が大きいことを示す。

周波数を変更する前の対象機器Ｐの作動音には、図７に示すように、対象機器Ｐが通常状態で動作する際の動作音として、主に、８０００Ｈｚ以下の帯域に最も大きい音圧信号の大きさの音が含まれる。また、８０００Ｈｚから１００００Ｈｚまでの帯域に、８０００Ｈｚ以下の帯域の音よりも音圧信号が小さい音が含まれるとともに、１００００Ｈｚ以上の帯域に、最も小さい音圧信号の大きさの音が含まれる。これら互いに音圧信号の大きさが異なる３つの音は、対象機器Ｐが通常状態で動作する際に対象機器Ｐから発生する音であって、可聴周波数帯域および非可聴周波数帯域を含む。

そして、対象機器Ｐが通常状態で動作する際の１００００Ｈｚ以上の帯域の音には、対象機器Ｐが異常状態で動作する際の異音として、非可聴周波数帯域における１７０００Ｈｚの音が含まれる。図７に示すスペクトログラムを得るためのシミュレーションでは、対象機器Ｐが異常状態で動作する際の異音として、断続的に所定の大きさの音圧信号を有する１７０００Ｈｚの音を発生させた。

また、周波数を変更した後の対象機器Ｐの作動音には、図８に示すように、対象機器Ｐが通常状態で動作する際の動作音として、図７で示したスペクトログラムと同様の互いに音圧信号の大きさが異なる３つの音が含まれる。さらに、周波数を非可聴周波数帯域から可聴周波数帯域へ変更した異音として、２０００Ｈｚの音が含まれる。このように、異音の周波数を非可聴周波数帯域から可聴周波数帯域へ変更させた音を出力させることによって、可聴周波数帯域へ変更された異音を人が聴くことができる。

以上の如く、音変換装置１のＤＳＰ部２０は、音圧時間信号を周波数特性に変換し、非可聴周波数帯域における異音信号の周波数を可聴周波数帯域の周波数に変更して可聴化信号を求めるとともに、求めた可聴化信号を可聴音信号としてＤ／Ａ変換部３０へ出力する。そして、スピーカ４０は、Ｄ／Ａ変換部３０から入力される信号に基づいて、非可聴周波数帯域から可聴周波数帯域へ変更された対象機器Ｐの異音を出力する。

これによれば、対象機器Ｐの動作音に人の非可聴周波数帯域の周波数の異音が含まる場合であっても、当該異音の周波数を人の可聴周波数帯域に変換して発生させることで人に聴かせることができる。

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）上記実施形態では、ＤＳＰ部２０は、異音信号の少なくとも一部が、人の可聴周波数帯域における他の周波数帯域に比較して人の聴覚の感度が高い高感度帯域に含まれるように可聴化信号を求める。

このように可聴化信号を求める理由として、上記したように、音の音圧信号の大きさが一定であっても、音の周波数に応じて、人の聴覚の感度が異なる。このため、本実施形態によれば、異音の周波数帯域を、人の可聴周波数帯域における他の周波数帯域に比較して人の聴覚の感度が高い高感度帯域に含まれるよう変更することで、人に対して異音を聴かせ易くできる。

（２）上記実施形態では、ＤＳＰ部２０は、異音信号の周波数帯域における中心の周波数が、高感度帯域に含まれるように可聴化信号を求める。

このように可聴化信号を求める理由として、上記したように、異音に含まれる周波数帯域は、当該周波数帯域の中心および中心周辺の音圧信号が大きくなり易い。このため、本実施形態によれば、異音信号における音圧信号が高くなり易い周波数帯域を高感度帯域に含めることができるので、さらに人に対して異音を聴かせ易くできる。

（３）上記実施形態では、ＤＳＰ部２０は、高感度帯域より高い周波数帯域における所定の周波数である６０００Ｈｚ以上の帯域の音圧信号を除去する。

これによれば、６０００Ｈｚより小さい周波数帯域に含まれる異音の音圧信号が強調されるので、さらに人に対して異音を聴かせ易くできる。

（４）上記実施形態では、ＤＳＰ部２０は、異音信号の強度を強調させた周波数特性を求め、異音信号の強度が強調された周波数特性に基づいて可聴化信号を求める。

これによれば、異音の音圧信号が強調された周波数特性に基づいて可聴化信号が生成されるので、さらに人に対して異音を聴かせ易くできる。

（５）上記実施形態では、ＤＳＰ部２０は、異音信号に含まれる周波数の音圧の強度を増加させる増加調整および異音信号に含まれる周波数とは異なる周波数の音圧の強度を減少させる減少調整を行って異音信号の強度を強調させる。

これによれば、定められた周波数以上の音のみを通過させるハイパスフィルタ処理を行う場合に比較して、周波数特性において異音信号がより強調されるので、さらに人に対して異音を聴かせ易くできる。

（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

上述の実施形態では、ＤＳＰ部２０が音圧時間信号に対してフーリエ変換処理を行って得られたフーリエ変換後信号に対して異音に関する周波数帯域の音圧の強度を強調させて周波数特性を求める例について説明したが、これに限定されない。

例えば、ＤＳＰ部２０は、周知の信号処理ソフトを用いて、音圧時間信号における異音に関する周波数帯域の音圧の強度を強調させた信号に対してフーリエ変換処理を行うことで、周波数特性を求めてもよい。すなわち、ＤＳＰ部２０は、図２に示す処理におけるステップＳ２０に相当する処理を実行後に、ステップＳ１０に相当する処理を実行してもよい。この場合、図２に示す処理におけるステップＳ２０に相当する処理を実行して得られる信号は、音圧時間信号に対応する音圧信号である。

上述の実施形態では、ＤＳＰ部２０が異音信号の周波数帯域を変更前より小さい周波数帯域に変更して可聴化信号を求める例について説明したが、これに限定されない。例えば、異音の周波数が可聴周波数帯域より小さい周波数であれば、ＤＳＰ部２０は、異音信号の周波数帯域を変更前より大きい周波数に変更して可聴化信号を求めてもよい。

上述の実施形態では、音発生部であるスピーカ４０が対象機器Ｐの周辺に設置されている例について説明したが、これに限定されない。例えば、スピーカ４０は、対象機器Ｐから離隔されて設置されていてもよい。具体的に、スピーカ４０は、作業者が携帯する携帯型あるいはウェアラブル型の電子機器に搭載されるものであって、例えば、携帯電話、タブレット端末、スマートウォッチ等が備える構成であってもよい。

これによれば、音変換装置１は、対象機器Ｐの周辺に存在しない人に対して異音を聴かせることができる。このため、人は、設備から離れた位置においても異音を聴くことができる。

上述の実施形態では、ＤＳＰ部２０が、周波数特性における異音信号の周波数の少なくとも一部が、高感度帯域に含まれるように可聴化信号を求める例について説明したが、これに限定されない。例えば、ＤＳＰ部２０は、周波数特性における異音信号の周波数の全部が、可聴周波数帯域における高感度帯域とは異なる周波数帯域に含まれるように可聴化信号を求めてもよい。

上述の実施形態では、ＤＳＰ部２０が異音信号の周波数帯域における中心の周波数が、高感度帯域に含まれるように可聴化信号を求める例について説明したが、これに限定されない。例えば、図９に示すように、ＤＳＰ部２０は、異音信号の周波数帯域における音圧信号が最も大きい周波数が、高感度帯域に含まれるように可聴化信号を求めてもよい。

これによれば、異音の周波数帯域における音圧信号が最も大きい周波数が高感度帯域に含まれるので、人に対して異音を聴かせ易くできる。

上述の実施形態では、ＤＳＰ部２０が異音信号の周波数帯域における中心の周波数が、高感度帯域に含まれるよう周波数特性Ｆｓ１に対して周波数のシフトを行う例について説明したが、これに限定されない。例えば、ＤＳＰ部２０は、異音信号の周波数帯域における中心の周波数が高感度帯域に含まれるように、当該異音信号の周波数帯域における中心の周波数の音圧信号のみを高感度帯域に変更してもよい。

上述の実施形態では、ＤＳＰ部２０が高感度帯域より高い周波数帯域における所定の周波数である６０００Ｈｚ以上の帯域の音圧信号を除去する例について説明したが、これに限定されない。例えば、ＤＳＰ部２０は、高感度帯域より高い周波数帯域における所定の周波数以上の帯域の音圧信号を除去しない構成であってもよい。すなわち、ＤＳＰ部２０は、図２に示す処理に対して、ステップＳ４０の処理が廃された処理を実行してもよい。

上述の実施形態では、ＤＳＰ部２０が異音信号の強度を強調させた周波数特性を求め、異音信号の強度が強調された周波数特性に基づいて可聴化信号を求める例について説明したが、これに限定されない。

例えば、ＤＳＰ部２０は、異音信号の強度が強調されていない周波数特性に基づいて可聴化信号を求めてもよい。すなわち、ＤＳＰ部２０は、図２に示す処理に対して、ステップＳ２０の処理が廃された処理を実行してもよい。

上述の実施形態では、ＤＳＰ部２０が異音信号に含まれる周波数の音圧の強度を増加させる増加調整および異音信号に含まれる周波数とは異なる周波数の音圧の強度を減少させる減少調整を行って異音信号の強度を強調させる例について説明した。しかし、ＤＳＰ部２０の処理は、これに限定されない。

例えば、ＤＳＰ部２０は、増加調整および減少調整のうち、どちらか一方のみの調整を行って異音信号の強度を強調させてもよい。

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

１０ 音取得部
４０ 音発生部
Ｓ１０ 特性取得部
Ｓ３０ 周波数変更部
Ｓ５０ 信号逆変換部

Claims (5)

1. 対象機器が動作する際に発生する動作音を変換する音変換装置であって、
   異音を含む前記動作音を、音圧の強度の経時変化を示す信号である音圧時間信号として取得する音取得回路（１０）と、
   前記音圧時間信号に対応する信号を、人の非可聴周波数帯域を含む周波数毎の音圧の強度を示す周波数特性に変換し、前記周波数特性に対応する信号において、前記非可聴周波数帯域における前記異音の音圧の強度を示す異音信号の周波数を人の可聴周波数帯域に変更した可聴化信号を求めるとともに、前記可聴化信号を、音圧の強度の経時変化を示す信号である可聴音信号として出力する信号変換回路（２０）と、
   前記可聴音信号に基づいて音を発生させるスピーカ（４０）と、を備え、
   前記信号変換回路は、前記異音信号の周波数が所定の帯域幅を有する周波数帯域に跨る場合、前記異音信号の周波数の少なくとも一部が、人の可聴周波数帯域における他の周波数に比較して人の聴覚の感度が高い周波数帯域である高感度帯域に含まれるように前記可聴化信号を求め、前記可聴化信号における前記高感度帯域より高い周波数帯域における所定の周波数以上の帯域の音圧信号を除去する音変換装置。
2. 前記信号変換回路は、前記異音信号の周波数帯域における中心の周波数が、前記高感度帯域に含まれるように前記可聴化信号を求める請求項１に記載の音変換装置。
3. 前記信号変換回路は、前記異音信号の周波数帯域における音圧信号が最も大きい周波数が、前記高感度帯域に含まれるように前記可聴化信号を求める請求項１または２に記載の音変換装置。
4. 前記信号変換回路は、前記異音信号の強度を強調させた前記周波数特性を求め、前記異音信号の強度が強調された前記周波数特性に基づいて前記可聴化信号を求める請求項１ないし３のいずれか１つに記載の音変換装置。
5. 前記信号変換回路は、前記異音信号に含まれる周波数の音圧の強度を増加させる増加調整および前記異音信号に含まれる周波数とは異なる周波数の音圧の強度を減少させる減少調整のうち、少なくともどちらか一方の調整を行って前記異音信号の強度を強調させる請求項４に記載の音変換装置。