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特開2025-15036信号処理装置、方法、プログラム、および認知機能改善システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025015036
(43)【公開日】2025-01-30
(54)【発明の名称】信号処理装置、方法、プログラム、および認知機能改善システム
(51)【国際特許分類】
G10K 15/04 20060101AFI20250123BHJP
G10L 21/028 20130101ALI20250123BHJP
【ＦＩ】
G10K15/04 302M
G10L21/028 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023118097
(22)【出願日】2023-07-20
(71)【出願人】
【識別番号】517182918
【氏名又は名称】ピクシーダストテクノロジーズ株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000001926
【氏名又は名称】塩野義製薬株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002815
【氏名又は名称】ＩＰＴｅｃｈ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】長谷 芳樹
(57)【要約】
【課題】音響体験の劣化を抑制しながら音響信号を振幅変調する。
【解決手段】本開示の一態様の信号処理装置は、入力音響信号を受け付ける手段と、入力音響信号に含まれる第１部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応する振幅の変化を有する第１音響信号を取得する手段と、入力音響信号に含まれる第２部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応し且つ第１音響信号とは位相が異なる振幅の変化を有する第２音響信号を取得する手段と、取得された第１音響信号と第２音響信号とに基づく出力音響信号を出力する手段と、を備える。
【選択図】図３
【解決手段】本開示の一態様の信号処理装置は、入力音響信号を受け付ける手段と、入力音響信号に含まれる第１部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応する振幅の変化を有する第１音響信号を取得する手段と、入力音響信号に含まれる第２部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応し且つ第１音響信号とは位相が異なる振幅の変化を有する第２音響信号を取得する手段と、取得された第１音響信号と第２音響信号とに基づく出力音響信号を出力する手段と、を備える。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力音響信号を受け付ける手段と、
前記入力音響信号に含まれる第１部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応する振幅の変化を有する第１音響信号を取得する手段と、
前記入力音響信号に含まれる第２部分信号を振幅変調することで、前記所定の周波数に対応し且つ前記第１音響信号とは位相が異なる振幅の変化を有する第２音響信号を取得する手段と、
取得された前記第１音響信号と前記第２音響信号とに基づく出力音響信号を出力する手段と、を備える、
信号処理装置。
前記入力音響信号に含まれる第１部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応する振幅の変化を有する第１音響信号を取得する手段と、
前記入力音響信号に含まれる第２部分信号を振幅変調することで、前記所定の周波数に対応し且つ前記第１音響信号とは位相が異なる振幅の変化を有する第２音響信号を取得する手段と、
取得された前記第１音響信号と前記第２音響信号とに基づく出力音響信号を出力する手段と、を備える、
信号処理装置。
【請求項2】
前記第１部分信号に対応する音と前記第２部分信号に対応する音とは周波数帯が異なる、
請求項１に記載の信号処理装置。
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項3】
前記第１部分信号に対応する音には、第１周波数帯の音と第３周波数帯の音が含まれ、
前記第２部分信号に対応する音には、第２周波数帯の音と第４周波数帯の音が含まれ、
前記第１周波数帯は前記第２周波数帯より低く、
前記第２周波数帯は前記第３周波数帯より低く、
前記第３周波数帯は前記第４周波数帯より低い、
請求項２に記載の信号処理装置。
前記第２部分信号に対応する音には、第２周波数帯の音と第４周波数帯の音が含まれ、
前記第１周波数帯は前記第２周波数帯より低く、
前記第２周波数帯は前記第３周波数帯より低く、
前記第３周波数帯は前記第４周波数帯より低い、
請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項4】
前記第１部分信号に対応する音と前記第２部分信号に対応する音とは、音源種別、音源方向、及び収録位置の少なくとも何れかが異なる、
請求項１に記載の信号処理装置。
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項5】
前記所定の周波数は約２０Ｈｚであり、
前記第１音響信号の振幅の変化の位相と前記第２音響信号の振幅の変化の位相とは約１８０度異なる、
請求項１に記載の信号処理装置。
前記第１音響信号の振幅の変化の位相と前記第２音響信号の振幅の変化の位相とは約１８０度異なる、
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項6】
前記入力音響信号に含まれる第３部分信号を振幅変調することで、前記所定の周波数に対応し且つ前記第１音響信号とも前記第２音響信号とも位相が異なる振幅の変化を有する第３音響信号を取得する手段を有し、
前記出力する手段は、取得された前記第１音響信号と前記第２音響信号と前記第３音響信号とに基づく前記出力音響信号を出力する、
請求項１に記載の信号処理装置。
前記出力する手段は、取得された前記第１音響信号と前記第２音響信号と前記第３音響信号とに基づく前記出力音響信号を出力する、
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項7】
前記所定の周波数は約１３Ｈｚであり、
前記第１音響信号の振幅の変化の位相は前記第２音響信号の振幅の変化の位相よりも約１２０度進んでおり、
前記第２音響信号の振幅の変化の位相は前記第３音響信号の振幅の変化の位相よりも約１２０度進んでいる、
請求項６に記載の信号処理装置。
前記第１音響信号の振幅の変化の位相は前記第２音響信号の振幅の変化の位相よりも約１２０度進んでおり、
前記第２音響信号の振幅の変化の位相は前記第３音響信号の振幅の変化の位相よりも約１２０度進んでいる、
請求項６に記載の信号処理装置。
【請求項8】
前記第１音響信号の振幅波形の包絡線と、前記第２音響信号の振幅波形の包絡線は、矩形波状、三角波状又は台形波状である、
請求項１に記載の信号処理装置。
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項9】
前記入力音響信号は、音楽コンテンツを含む音響信号である、
請求項１に記載の信号処理装置。
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項10】
ユーザの認知機能を改善するための認知機能改善システムであって、
請求項１から請求項９の何れかに記載の信号処理装置と、
前記信号処理装置により出力される前記出力音響信号に応じた音をユーザに聞かせることで、ユーザの脳内でガンマ波の誘発と同期との少なくとも何れかを引き起こす手段と、を備える、
認知機能改善システム。
請求項１から請求項９の何れかに記載の信号処理装置と、
前記信号処理装置により出力される前記出力音響信号に応じた音をユーザに聞かせることで、ユーザの脳内でガンマ波の誘発と同期との少なくとも何れかを引き起こす手段と、を備える、
認知機能改善システム。
【請求項11】
コンピュータが、
入力音響信号を受け付けるステップと、
前記入力音響信号に含まれる第１部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応する振幅の変化を有する第１音響信号を取得するステップと、
前記入力音響信号に含まれる第２部分信号を振幅変調することで、前記所定の周波数に対応し且つ前記第１音響信号とは位相が異なる振幅の変化を有する第２音響信号を取得するステップと、
取得された前記第１音響信号と前記第２音響信号とに基づく出力音響信号を出力するステップと
を実行する、方法。
入力音響信号を受け付けるステップと、
前記入力音響信号に含まれる第１部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応する振幅の変化を有する第１音響信号を取得するステップと、
前記入力音響信号に含まれる第２部分信号を振幅変調することで、前記所定の周波数に対応し且つ前記第１音響信号とは位相が異なる振幅の変化を有する第２音響信号を取得するステップと、
取得された前記第１音響信号と前記第２音響信号とに基づく出力音響信号を出力するステップと
を実行する、方法。
【請求項12】
コンピュータに、請求項１～請求項９の何れかに記載の信号処理装置の各手段を実現させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、信号処理装置、方法、プログラム、および認知機能改善システムに関する。
【背景技術】
【0002】
１秒間に４０回程度の頻度でパルス性の音刺激を生物に知覚させ、生物の脳内でガンマ波を誘発させると、生物の認知機能改善に効果があるという研究報告がある（非特許文献１参照）。
ガンマ波とは、脳の皮質の周期的な神経活動を、脳波や脳磁図といった電気生理学的手法により捉えた神経振動のうち、周波数がガンマ帯域（２５～１４０Ｈｚ）に含まれるものを指す。
ガンマ波とは、脳の皮質の周期的な神経活動を、脳波や脳磁図といった電気生理学的手法により捉えた神経振動のうち、周波数がガンマ帯域（２５～１４０Ｈｚ）に含まれるものを指す。
【0003】
特許文献１には、脳波の同調を誘導するための刺激周波数に相当する律動的な刺激を作成するために、音波またはサウンドトラックの振幅を増大または減少させることにより、音量を調節することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特表2020-501853号公報
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Multi-sensory Gamma Stimulation Ameliorates Alzheimer’s-Associated Pathology and Improves Cognition Cell 2019 Apr 4;177(2):256-271.e22. doi: 10.1016/j.cell.2019.02.014.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献１の技術のように音響信号の音量を短い周期で大きく増減させた場合、音の聞こえ方の自然さが損なわれ、聴者に不快感を与えてしまうことが考えられる。
【0007】
本開示の目的は、音響体験の劣化を抑制しながら音響信号を振幅変調することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の一態様の信号処理装置は、入力音響信号を受け付ける手段と、入力音響信号に含まれる第１部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応する振幅の変化を有する第１音響信号を取得する手段と、入力音響信号に含まれる第２部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応し且つ第１音響信号とは位相が異なる振幅の変化を有する第２音響信号を取得する手段と、取得された第１音響信号と第２音響信号とに基づく出力音響信号を出力する手段と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本実施形態の音響システムの構成を示すブロック図である。
【図2】本実施形態の信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図3】本実施形態の一態様の説明図である。
【図4】本実施形態の信号処理装置による音響信号処理の全体フローを示す図である。
【図5】周波数の特徴が異なる複数の部分信号の説明図である。
【図6】音の質的特徴が異なる複数の部分信号の説明図である。
【図7】出力の特徴が異なる複数の部分信号の説明図である。
【図8】実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0011】
以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0012】
（１）音響システムの構成
本実施形態の音響システムの構成について説明する。図１は、本実施形態の音響システムの構成を示すブロック図である。
本実施形態の音響システムの構成について説明する。図１は、本実施形態の音響システムの構成を示すブロック図である。
【0013】
図１に示すように、音響システム１は、信号処理装置１０と、音響出力装置３０と、音源装置５０とを備える。
【0014】
信号処理装置１０と音源装置５０は、音響信号を伝送可能な所定のインタフェースを介して互いに接続される。インタフェースは、例えば、SPDIF（Sony Philips Digital Interface）、HDMI（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface）、ピンコネクタ（RCAピン）、またはヘッドホン用のオーディオインターフェースである。インタフェースは、Bluetooth（登録商標）などを用いた無線インタフェースであってもよい。信号処理装置１０と音響出力装置３０は同様に、所定のインタフェースを介して互いに接続される。本実施形態における音響信号は、アナログ信号とデジタル信号との何れか又は両方を含む。
【0015】
信号処理装置１０は、音源装置５０から取得した入力音響信号に対して音響信号処理を行う。信号処理装置１０による音響信号処理は、少なくとも音響信号の変調処理（詳細は後述する。）を含む。また、信号処理装置１０による音響信号処理は、音響信号の変換処理（例えば、分離、抽出、または合成）を含み得る。さらに、信号処理装置１０による音響信号処理は、例えばＡＶアンプと同様の音響信号の増幅処理をさらに含み得る。信号処理装置１０は、音響信号処理によって生成した出力音響信号を音響出力装置３０へ送出する。信号処理装置１０は、情報処理装置の一例である。
【0016】
音響出力装置３０は、信号処理装置１０から取得した出力音響信号に応じた音を発生させる。音響出力装置３０は、例えば、ラウドスピーカ（アンプ内蔵スピーカ（パワードスピーカ）を含み得る。）、ヘッドホン、またはイヤホンである。
音響出力装置３０は、信号処理装置１０とともに、一装置として構成することもできる。具体的には、信号処理装置１０および音響出力装置３０は、ＴＶ、ラジオ、音楽プレーヤ、ＡＶアンプ、スピーカ、ヘッドホン、イヤホン、スマートフォン、またはＰＣに実装可能である。信号処理装置１０および音響出力装置３０は、認知機能改善システムを構成する。音響出力装置３０は、信号処理装置１０により出力される出力音響信号に応じた音をユーザ（聴者）に聞かせることで、ユーザの脳内でガンマ波を誘発（すなわちガンマ帯域における脳波の強度を向上）させ、あるいは同期（すなわちガンマ帯域の周波数に対する脳波の同期度を向上）させ、又はその両方を引き起こす。
音響出力装置３０は、信号処理装置１０とともに、一装置として構成することもできる。具体的には、信号処理装置１０および音響出力装置３０は、ＴＶ、ラジオ、音楽プレーヤ、ＡＶアンプ、スピーカ、ヘッドホン、イヤホン、スマートフォン、またはＰＣに実装可能である。信号処理装置１０および音響出力装置３０は、認知機能改善システムを構成する。音響出力装置３０は、信号処理装置１０により出力される出力音響信号に応じた音をユーザ（聴者）に聞かせることで、ユーザの脳内でガンマ波を誘発（すなわちガンマ帯域における脳波の強度を向上）させ、あるいは同期（すなわちガンマ帯域の周波数に対する脳波の同期度を向上）させ、又はその両方を引き起こす。
【0017】
音源装置５０は、入力音響信号を信号処理装置１０へ送出する。音源装置５０は、例えば、ＴＶ、ラジオ、音楽プレーヤ、スマートフォン、ＰＣ、楽器、マイクロホン、電話機、ゲーム機、遊技機、または、放送もしくは情報通信により音響信号を搬送させる装置である。
【0018】
（１－１）信号処理装置の構成
信号処理装置の構成について説明する。図２は、本実施形態の信号処理装置の構成を示すブロック図である。
信号処理装置の構成について説明する。図２は、本実施形態の信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【0019】
図２に示すように、信号処理装置１０は、記憶装置１１と、プロセッサ１２と、入出力インタフェース１３と、通信インタフェース１４とを備える。信号処理装置１０は、ディスプレイ２１に接続される。
【0020】
記憶装置１１は、プログラム及びデータを記憶するように構成される。記憶装置１１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、ストレージ（例えば、フラッシュメモリ又はハードディスク）の組合せである。プログラム及びデータは、ネットワークを介して提供されてもよいし、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録して提供されてもよい。
【0021】
プログラムは、例えば、以下のプログラムを含む。
・ＯＳ（Operating System）のプログラム
・情報処理を実行するアプリケーションのプログラム
・ＯＳ（Operating System）のプログラム
・情報処理を実行するアプリケーションのプログラム
【0022】
データは、例えば、以下のデータを含む。
・情報処理において参照されるデータベース
・情報処理を実行することによって得られるデータ（つまり、情報処理の実行結果）
・情報処理において参照されるデータベース
・情報処理を実行することによって得られるデータ（つまり、情報処理の実行結果）
【0023】
プロセッサ１２は、記憶装置１１に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、信号処理装置１０の機能を実現するコンピュータである。なお、信号処理装置１０の機能の少なくとも一部が、１又は複数の専用の回路により実現されてもよい。プロセッサ１２は、例えば、以下の少なくとも１つである。
・ＣＰＵ（Central Processing Unit）
・ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）
・ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）
・ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）
・ＤＳＰ（Digital Signal Processor）
・ＣＰＵ（Central Processing Unit）
・ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）
・ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）
・ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）
・ＤＳＰ（Digital Signal Processor）
【0024】
入出力インタフェース１３は、信号処理装置１０に接続される入力デバイスからユーザの指示を取得し、かつ、信号処理装置１０に接続される出力デバイスに情報を出力するように構成される。
入力デバイスは、例えば、音源装置５０、物理ボタン、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、又は、それらの組合せである。
出力デバイスは、例えば、ディスプレイ２１、音響出力装置３０、又は、それらの組合せである。
入力デバイスは、例えば、音源装置５０、物理ボタン、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、又は、それらの組合せである。
出力デバイスは、例えば、ディスプレイ２１、音響出力装置３０、又は、それらの組合せである。
【0025】
さらに、入出力インタフェース１３は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、増幅器、ミキサ、フィルタ、などの信号処理用ハードウェアを含み得る。
【0026】
通信インタフェース１４は、信号処理装置１０と外部装置（例えば、音響出力装置３０、または音源装置５０）との間の通信を制御するように構成される。
【0027】
ディスプレイ２１は、画像（静止画、または動画）を表示するように構成される。ディスプレイ２１は、例えば、液晶ディスプレイ、または有機ＥＬディスプレイである。
【0028】
（２）実施形態の一態様
本実施形態の一態様について説明する。図３は、本実施形態の一態様の説明図である。
本実施形態の一態様について説明する。図３は、本実施形態の一態様の説明図である。
【0029】
信号処理装置１０は、音源装置５０から入力音響信号を取得する。図３に示すように、信号処理装置１０は、入力音響信号に基づいて、第１部分信号および第２部分信号を含む複数の部分信号を取得する。図３の例では、第１部分信号には、入力音響信号のうち第１周波数帯の成分を抽出した音響信号が含まれることとし、第２部分信号には、入力音響信号のうち第１周波数帯とは異なる第２周波数帯の成分を抽出した音響信号が含まれることとする。
【0030】
信号処理装置１０は、第１部分信号に対して変調を行うことで、変調済み第１部分信号を生成する。信号処理装置１０は、第１部分信号に意図的な遅延や減衰を付加することなく変調を行う。変調は、例えば１７．５Ｈｚ以上２２．５Ｈｚ以下、つまり略２０Ｈｚの周波数を持つ第１変調関数（周期関数）を用いた振幅変調である。振幅変調は、巨視的に見た音量の強弱、すなわち、包絡線の大小を周期関数で変化させる操作である。これにより、第１部分信号には、上記周波数に対応する振幅の変化（音量の強弱）が付加される。
【0031】
信号処理装置１０は、第２部分信号に対して変調を行うことで、変調済み第２部分信号を生成する。信号処理装置１０は、第２部分信号に意図的な遅延や減衰を付加することなく変調を行う。変調は、例えば１７．５Ｈｚ以上２２．５Ｈｚ以下、つまり略２０Ｈｚの周波数を持つ第２変調関数（周期関数）を用いた振幅変調である。これにより、第２部分信号には、上記周波数に対応する振幅の変化（音量の強弱）が付加される。
【0032】
信号処理装置１０は、複数の変調済み部分信号（つまり、変調済み第１部分信号、および変調済み第２部分信号）に基づいて、出力音響信号を生成する。信号処理装置１０は、出力音響信号を音響出力装置３０へ送出する。音響出力装置３０は、出力音響信号に応じた音を発生させる。
【0033】
ユーザＵＳ１（「聴者」の一例）は、音響出力装置３０から発せられた音を聴く。ユーザＵＳ１は、例えば、認知症患者、軽度認知障害（MCI）を持つ者、又は健常者であって、認知症の予防、認知機能低下の予防、又は認知機能の向上を期待する者である。前述のように、出力音響信号は、前述の変調済み第１部分信号および変調済み第２部分信号に基づいている。
【0034】
図３の例では、第２変調関数は、第１変調関数と比べ、周波数が同一であるが、位相は１８０度異なるように定められる。つまり、変調済み第１部分信号の振幅波形の包絡線（以下、単に「包絡線」という）と、変調済み第２部分信号の包絡線とは、ともに略２０Ｈｚに対応する音量の強弱を有するが、一方のピーク点のタイミングが他方のピーク点に対して略２５ｍｓずれている。つまり、出力音響信号に含まれる各周波数帯の部分信号に着目すると、第１周波数帯の音量が強くなる箇所（山）と第２周波数帯の音量が強くなる箇所とが、略等間隔で４０分の１秒ごとに交互に現れることになる。同様に、出力音響信号に含まれる各周波数帯の部分信号に着目すると、第１周波数帯の音量が弱くなる箇所（谷）と第２周波数帯の音量が弱くなる箇所とが、略等間隔で４０分の１秒ごとに交互に現れることになる。本例において、変調関数の波形を正弦波のような左右対称（つまり、立ち上がり波形と立ち下がり波形とが同一）とすれば、第１周波数帯の音量の山と第２周波数帯の音量の谷とのタイミングが一致し、かつ第１周波数帯の音量の谷と第２周波数帯の音量の山とのタイミングが一致するので、全周波数帯で見た場合の出力音の音量の変動が抑制される。
【0035】
また、人間の鼓膜に入った音波、あるいは骨導を介して直接蝸牛に入った音波は、蝸牛によってメカニカルに周波数分解あるいは位相同期され、有毛細胞によって神経パルスに変換された後、最終的に大脳の側頭葉に到達する。側頭葉には「トノトピーマップ」と呼ばれる配列があり、部位によって対応する周波数が決まっている。すなわち、例えば第１周波数帯の音による神経パルスと第２周波数帯の音による神経パルスとは、聴覚野の別々の部位に伝達され得る。この場合、聴覚野の各部位は、略２０Ｈｚで活動するが、それぞれの部位の活動が半周期分ずれているので、聴覚野全体としてみれば約４０Ｈｚで活動していることになる。
【0036】
このように、聴者が音響出力装置３０から発せられた音を聴くことで、当該聴者の脳内においてガンマ波が誘発又は同期される。これにより、聴者の認知機能の改善（例えば、認知症の治療、または予防）の効果が期待できる。他方、出力音響信号において、第１周波数帯の音量が強くなる箇所と第２周波数帯の音量が強くなる箇所、ならびに第１周波数帯の音量が弱くなる箇所と第２周波数帯の音量が弱くなる箇所とはそれぞれ異なるので、これらが一致している場合に比べて、音響出力装置３０から発せられる音の最大音量と最小音量との間の差が抑えられる。故に、聴者の音響体験の劣化が抑制される（不快に感じにくくなる）。
【0037】
（３）音響信号処理
本実施形態の音響信号処理について説明する。図４は、本実施形態の信号処理装置による音響信号処理の全体フローを示す図である。図５は、周波数の特徴が異なる複数の部分信号の説明図である。図６は、音の質的特徴が異なる複数の部分信号の説明図である。図７は、出力の特徴が異なる複数の部分信号の説明図である。
本実施形態の音響信号処理について説明する。図４は、本実施形態の信号処理装置による音響信号処理の全体フローを示す図である。図５は、周波数の特徴が異なる複数の部分信号の説明図である。図６は、音の質的特徴が異なる複数の部分信号の説明図である。図７は、出力の特徴が異なる複数の部分信号の説明図である。
【0038】
図４の処理は、信号処理装置１０のプロセッサ１２が、記憶装置１１に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって実現される。なお、図４の処理の少なくとも一部が、１又は複数の専用の回路により実現されてもよい。
【0039】
図４の音響信号処理は、以下の開始条件のいずれかの成立に応じて開始する。
・他の処理又は外部からの指示によって図４の音響信号処理が呼び出された。
・ユーザが図４の音響信号処理を呼び出すための操作を行った。
・信号処理装置１０が所定の状態（例えば電源投入）になった。
・所定の日時が到来した。
・所定のイベント（例えば、信号処理装置１０の起動、または図４の音響信号処理の前回の実行）から所定の時間が経過した。
・他の処理又は外部からの指示によって図４の音響信号処理が呼び出された。
・ユーザが図４の音響信号処理を呼び出すための操作を行った。
・信号処理装置１０が所定の状態（例えば電源投入）になった。
・所定の日時が到来した。
・所定のイベント（例えば、信号処理装置１０の起動、または図４の音響信号処理の前回の実行）から所定の時間が経過した。
【0040】
図４に示すように、信号処理装置１０は、入力音響信号の取得（Ｓ１１０）を実行する。
具体的には、信号処理装置１０は、音源装置５０から送出される入力音響信号を受け付ける。
ステップＳ１１０において、信号処理装置１０は、入力音響信号のＡ／Ｄ変換をさらに行ってもよい。
具体的には、信号処理装置１０は、音源装置５０から送出される入力音響信号を受け付ける。
ステップＳ１１０において、信号処理装置１０は、入力音響信号のＡ／Ｄ変換をさらに行ってもよい。
【0041】
入力音響信号は、例えば、以下の少なくとも１つに対応する。
・音楽コンテンツ（例えば、歌唱、演奏、またはそれらの組み合わせ（つまり、楽曲）。動画コンテンツに付随する音声コンテンツを含み得る。）
・音声コンテンツ（例えば、朗読、ナレーション、アナウンス、放送劇、独演、会話、独言、またはそれらの組み合わせの音声など。動画コンテンツに付随する音声コンテンツを含み得る。）
・他の音響コンテンツ（例えば、電子音、環境音、または機械音）
ただし、歌唱、または音声コンテンツは、人間の発声器官により発せられる音声に限られず、音声合成技術により生成された音声を含み得る。
・音楽コンテンツ（例えば、歌唱、演奏、またはそれらの組み合わせ（つまり、楽曲）。動画コンテンツに付随する音声コンテンツを含み得る。）
・音声コンテンツ（例えば、朗読、ナレーション、アナウンス、放送劇、独演、会話、独言、またはそれらの組み合わせの音声など。動画コンテンツに付随する音声コンテンツを含み得る。）
・他の音響コンテンツ（例えば、電子音、環境音、または機械音）
ただし、歌唱、または音声コンテンツは、人間の発声器官により発せられる音声に限られず、音声合成技術により生成された音声を含み得る。
【0042】
ステップＳ１１０の後に、信号処理装置１０は、部分信号の取得（Ｓ１１１）を実行する。
具体的には、信号処理装置１０は、ステップＳ１１０において取得した入力音響信号に基づいて、複数の部分信号を取得する。
具体的には、信号処理装置１０は、ステップＳ１１０において取得した入力音響信号に基づいて、複数の部分信号を取得する。
【0043】
部分信号の数は、２以上の任意の整数である。各部分信号は、少なくとも１つの特徴について互いに異なる。例えば、いずれかの部分信号が所定の特徴を備え、残りの部分信号が当該特徴を備えていない。或いは、いずれかの部分信号が所定の特徴について質的または量的に優れ、残りの部分信号が当該特徴について質的または量的に劣る。特徴は、ユーザ（聴者）もしくは他者による入力操作又は外部からの指示に基づいて決定されてもよいし、アルゴリズムによって決定されてもよい。例えば、信号処理装置１０は、入力音響信号を解析した結果に基づいて、複数の部分信号を生成するための特徴を決定してもよい。
【0044】
以降の説明において、他者とは、例えば以下の少なくとも１人である。
・ユーザの家族、友人、または知人
・医療関係者（例えばユーザの担当医）
・入力音響信号に対応するコンテンツの作成者、または提供者
・信号処理装置１０の提供者
・ユーザが利用する施設の管理者
・ユーザの家族、友人、または知人
・医療関係者（例えばユーザの担当医）
・入力音響信号に対応するコンテンツの作成者、または提供者
・信号処理装置１０の提供者
・ユーザが利用する施設の管理者
【0045】
特徴は、例えば以下の少なくとも１つであってよい。
・周波数の特徴
・音の特徴（特に、質的特徴）
・振幅の特徴
・出力の特徴
・周波数の特徴
・音の特徴（特に、質的特徴）
・振幅の特徴
・出力の特徴
【0046】
周波数の特徴は、例えば１以上の周波数条件を満たす音響成分、である。具体的には、図５に示すように、第１部分信号は、複数に分割した周波数帯（サブバンド）のうち低周波側から数えて奇数番目の周波数帯の音響成分を含む。他方、第２部分信号は、複数に分割した周波数帯のうち低周波側から数えて偶数番目の周波数帯の音響成分を含む。第１周波数帯は、ｆ１未満の周波数範囲に相当する。第２周波数帯は、ｆ１以上ｆ２未満の周波数範囲に相当する。第３周波数帯は、ｆ２以上ｆ３未満の周波数範囲に相当する。第４周波数帯は、ｆ３以上ｆ４未満の周波数範囲に相当する。第５周波数帯は、ｆ４以上ｆ５未満の周波数範囲に相当する。一例として、信号処理装置１０は、入力音響信号を１／３オクターブまたは１オクターブ毎に分割することで複数の周波数帯を生成してもよい。
【0047】
音の特徴は、例えば、１以上の音の質的条件を満たす音響成分である。音の質的条件は、例えば以下の少なくとも１つに関する条件であってよい。
・音源の種別（例えば、オブジェクト、楽器、ボーカル、音楽、会話音声、又は入力チャンネル）
・音の到来方向（音源方向）
・音の収録位置（例えば、複数のマイクロホンのうちいずれによって音が収録されたか）
・認知機能の改善効果、または認知症の予防効果
図６の例では、第１部分信号は、楽器を音源とする音響成分を備え、第２部分信号は、ボーカルを音源とする音響成分を備える。
・音源の種別（例えば、オブジェクト、楽器、ボーカル、音楽、会話音声、又は入力チャンネル）
・音の到来方向（音源方向）
・音の収録位置（例えば、複数のマイクロホンのうちいずれによって音が収録されたか）
・認知機能の改善効果、または認知症の予防効果
図６の例では、第１部分信号は、楽器を音源とする音響成分を備え、第２部分信号は、ボーカルを音源とする音響成分を備える。
【0048】
振幅の特徴は、例えば１以上の振幅条件を満たす音響成分、である。一例として、振幅の特徴は、音量の経時変化が所定のパターンに合致すること、である。
【0049】
出力の特徴は、例えば、聴者が所定の方向、または位置にある音源から到来すると知覚する音（音響成分）、である。具体的には、出力の特徴は、例えば１以上の出力条件を満たす音響成分、である。
第１例として、出力条件は、音響出力装置３０としてのサラウンドシステムを構成する特定の方向のスピーカに関連付けられる（つまり、最終的に特定のスピーカから出力される）こと、である。図７の例では、音響出力装置３０は、スピーカ３０－１～３０－４を含むサラウンドスピーカシステムに相当する。第１部分信号は、特定の方向のスピーカ３０－３，３０－４に関連付けられ（つまり、左後方、または右後方から出力され）、第２部分信号は、当該スピーカ３０－３，３０－４に関連付けられない（代わりに、スピーカ３０－１，３０－２に関連付けられる（つまり、左前方、または右前方から出力される））。
第２例として、出力条件は、音響信号がオブジェクト・オーディオにおいて特定の方向、または位置に設定された仮想音源に関連付けられること、である。
第１例として、出力条件は、音響出力装置３０としてのサラウンドシステムを構成する特定の方向のスピーカに関連付けられる（つまり、最終的に特定のスピーカから出力される）こと、である。図７の例では、音響出力装置３０は、スピーカ３０－１～３０－４を含むサラウンドスピーカシステムに相当する。第１部分信号は、特定の方向のスピーカ３０－３，３０－４に関連付けられ（つまり、左後方、または右後方から出力され）、第２部分信号は、当該スピーカ３０－３，３０－４に関連付けられない（代わりに、スピーカ３０－１，３０－２に関連付けられる（つまり、左前方、または右前方から出力される））。
第２例として、出力条件は、音響信号がオブジェクト・オーディオにおいて特定の方向、または位置に設定された仮想音源に関連付けられること、である。
【0050】
ステップＳ１１０において取得した入力音響信号が、少なくとも１つの特徴について互いに異なる複数の部分信号に予め分離されている場合（例えば、入力音響信号が、音響出力装置３０としてのサラウンドシステムを構成する各スピーカに関連付けられるマルチチャンネル音響信号に相当する場合）に、ステップＳ１１１は省略可能である。他方、入力音響信号が、少なくとも１つの特徴について互いに異なる複数の部分信号に予め分離されていない場合に、信号処理装置１０は入力音響信号を複数の部分信号へ変換する。例えば、信号処理装置１０は、入力音響信号から所定の特徴を備えた音響信号を抽出または分離する。
【0051】
ステップＳ１１１の後に、信号処理装置１０は、部分信号の変調（Ｓ１１２）を実行する。
具体的には、信号処理装置１０は、ステップＳ１１１において取得した複数の部分信号に対して変調を行う。まず、信号処理装置１０は、複数の部分信号の各々をＭ個のグループのいずれかに割り当てる。Ｍは、２以上の任意の整数であるが、以降の説明では２に等しいこととする。また、各グループに割り当てる部分信号の数は１以上の任意の整数である。
具体的には、信号処理装置１０は、ステップＳ１１１において取得した複数の部分信号に対して変調を行う。まず、信号処理装置１０は、複数の部分信号の各々をＭ個のグループのいずれかに割り当てる。Ｍは、２以上の任意の整数であるが、以降の説明では２に等しいこととする。また、各グループに割り当てる部分信号の数は１以上の任意の整数である。
【0052】
図５の例では、信号処理装置１０は、奇数番目の周波数帯に相当する第１部分信号を第１グループに割り当てる。信号処理装置１０は、偶数番目の周波数帯に相当する第２部分信号を第２グループに割り当てる。
【0053】
信号処理装置１０は、各グループに属する部分信号に対して、ガンマ波に対応する周波数（例えば、３５Ｈｚ以上４５Ｈｚ以下の周波数）の略Ｍ分の１倍の周波数（以下、「所定の周波数」という）を持つ変調関数を用いた振幅変調を行う。つまり、Ｍ＝２の場合、所定の周波数は略２０Ｈｚ（１７．５Ｈｚ以上２２．５Ｈｚ以下）であり、Ｍ＝３の場合、所定の周波数は略１３．３Ｈｚ（１１．７Ｈｚ以上１５Ｈｚ以下）であり、Ｍ＝４の場合、所定の周波数は略１０Ｈｚ（８．８Ｈｚ以上１１．３Ｈｚ以下）である。
【0054】
具体的には、信号処理装置１０は、第ｍグループに属する部分信号の変調前の波形を表す関数をＸm（ｔ）とし、当該部分信号の変調後の波形を表す関数をＹm（ｔ）とすると、以下の変調を行う。
Ｙm（ｔ）＝（１＋Ｒ×Ａm（ｔ））・Ｘm（ｔ）
Ｙm（ｔ）＝（１＋Ｒ×Ａm（ｔ））・Ｘm（ｔ）
【0055】
ここで、Ｒは変調度（変調により付加される振幅の変化の大きさ）を表す。ｍは、１以上Ｍ以下の任意の整数であり、Ａm（ｔ）は、第ｍグループに属する部分信号に対して用いられる変調関数を表す。Ａ1（ｔ），・・・，ＡM（ｔ）の周波数は互いに同一であるが、位相は異なる。一例として、Ａm（ｔ）は、Ａ1（ｔ）に比べて位相が２π（ｍ－１）／Ｍ［ｒａｄ］遅れており、ＡM（ｔ）に比べて位相が２π（Ｍ－ｍ）／Ｍ［ｒａｄ］進んでいる。つまり、Ｍ＝２の場合、Ａ2（ｔ）は、Ａ1（ｔ）に比べて位相がπ［ｒａｄ］（１８０度）遅れており、Ｍ＝３の場合、Ａ2（ｔ）およびＡ3（ｔ）はそれぞれ、Ａ1（ｔ）に比べて位相が２π／３［ｒａｄ］（１２０度）および４π／３［ｒａｄ］（２４０度）遅れており、Ｍ＝４の場合、Ａ2（ｔ）、Ａ3（ｔ）およびＡ4（ｔ）はそれぞれ、Ａ1（ｔ）に比べて位相がπ／２［ｒａｄ］、π［ｒａｄ］および３π／２［ｒａｄ］遅れている。
【0056】
各変調関数の波形は、任意の単位波形を所定の周波数に対応する周期で繰り返した形状に略一致する。単位波形の形状は任意であるが、以下のいずれか、または２以上の組み合わせ（合成）であってもよい。
・台形波
・矩形波
・三角波
・正弦波
・のこぎり波
・逆のこぎり波
・台形波
・矩形波
・三角波
・正弦波
・のこぎり波
・逆のこぎり波
【0057】
変調済み部分信号の包絡線の波形は、当該信号の変調に用いられた変調関数の波形によって定まる。例えば、台形波状に対応する変調関数によって変調された部分信号の包絡線の波形は、台形波状となる。また、矩形波状に対応する変調関数によって変調された部分信号の包絡線の波形は、矩形波状となる。
【0058】
これにより、図５に示すように、第１グループに属する部分信号の包絡線には、所定の周波数（略２０Ｈｚ）に対応する振幅の変化（音量の強弱）が付加され、第２グループに属する部分信号の包絡線にも、所定の周波数（略２０Ｈｚ）に対応する振幅の変化（音量の強弱）が付加される。ただし、第２グループに属する部分信号の包絡線は、第１グループに属する部分信号の包絡線に対して半周期分位相が遅れている。つまり、第２グループに属する部分信号の包絡線は、所定の周波数に対応し、かつ第１グループに属する部分信号の包絡線とは位相が異なる振幅の変化を有する。出力音響信号に含まれる各部分信号に着目すると、第１グループに属する部分信号の音量が強くなる箇所と第２グループに属する部分信号の音量が強くなる箇所とが、略等間隔で４０分の１秒ごとに交互に現れることになる。同様に、出力音響信号に含まれる各部分信号に着目すると、第１グループに属する部分信号の音量が弱くなる箇所と第２グループに属する部分信号の音量が弱くなる箇所とが、略等間隔で４０分の１秒ごとに交互に現れることになる。
【0059】
ステップＳ１１２の後に、信号処理装置１０は、出力音響信号の生成（Ｓ１１３）を実行する。
具体的には、信号処理装置１０は、ステップＳ１１２において変調された複数の部分信号に基づいて、出力音響信号を生成する。
複数の変調済み部分信号が音響出力装置３０の出力形式に合致する場合（例えば、複数の変調済み部分信号が、音響出力装置３０としてのサラウンドシステムを構成する各スピーカに関連付けられるマルチチャンネル音響信号に相当する場合）に、ステップＳ１１３は省略可能である。この場合、複数の変調済み部分信号が出力音響信号として扱われる。
他方、複数の変調済み部分信号が音響出力装置３０の出力形式に合致しない場合に、信号処理装置１０は、複数の変調済み部分信号を出力音響信号へ変換する。具体的には、信号処理装置１０は、複数の変調済み部分信号のうち２以上の音響信号を合成したり、複数の変調済み部分信号の少なくとも１つから音響信号を抽出または分離したりする。音響信号の合成方法は限定されないが、例えば、信号の合算処理、HRTF（Head Related Transfer Function）畳込処理、音源の位置情報を付与する伝達関数の畳込処理、またはこれらの畳込処理をしたのちに合算する処理が含まれうる。
ステップＳ１１３において、信号処理装置１０は、出力音響信号の増幅、音量調節、またはＤ／Ａ変換の少なくとも１つをさらに行ってよい。
具体的には、信号処理装置１０は、ステップＳ１１２において変調された複数の部分信号に基づいて、出力音響信号を生成する。
複数の変調済み部分信号が音響出力装置３０の出力形式に合致する場合（例えば、複数の変調済み部分信号が、音響出力装置３０としてのサラウンドシステムを構成する各スピーカに関連付けられるマルチチャンネル音響信号に相当する場合）に、ステップＳ１１３は省略可能である。この場合、複数の変調済み部分信号が出力音響信号として扱われる。
他方、複数の変調済み部分信号が音響出力装置３０の出力形式に合致しない場合に、信号処理装置１０は、複数の変調済み部分信号を出力音響信号へ変換する。具体的には、信号処理装置１０は、複数の変調済み部分信号のうち２以上の音響信号を合成したり、複数の変調済み部分信号の少なくとも１つから音響信号を抽出または分離したりする。音響信号の合成方法は限定されないが、例えば、信号の合算処理、HRTF（Head Related Transfer Function）畳込処理、音源の位置情報を付与する伝達関数の畳込処理、またはこれらの畳込処理をしたのちに合算する処理が含まれうる。
ステップＳ１１３において、信号処理装置１０は、出力音響信号の増幅、音量調節、またはＤ／Ａ変換の少なくとも１つをさらに行ってよい。
【0060】
ステップＳ１１３の後に、信号処理装置１０は、出力音響信号の送出（Ｓ１１４）を実行する。
具体的には、信号処理装置１０は、ステップＳ１１３において生成した出力音響信号を音響出力装置３０へ送出する。音響出力装置３０は、出力音響信号に応じた音を発生する。
信号処理装置１０は、ステップＳ１１４を以て、図４の音響信号処理を終了する。
なお、信号処理装置１０は、一定の再生期間を有する入力音響信号（例えば１曲の音楽コンテンツ）に対して図４の処理をまとめて行ってもよいし、入力音響信号の所定の再生区間ごと（例えば１００ｍｓごと）に図４の処理を繰り返し行ってもよい。あるいは、信号処理装置１０は、例えばアナログ信号処理による変調のように、入力される音響信号に対して連続的に変調処理を行って変調済みの音響信号を出力してもよい。図４に示す処理は、特定の終了条件（例えば、一定時間が経過したこと、ユーザ操作が行われたこと、または変調済みの音の出力履歴が所定の状態に達したこと）に応じて終了してもよい。
具体的には、信号処理装置１０は、ステップＳ１１３において生成した出力音響信号を音響出力装置３０へ送出する。音響出力装置３０は、出力音響信号に応じた音を発生する。
信号処理装置１０は、ステップＳ１１４を以て、図４の音響信号処理を終了する。
なお、信号処理装置１０は、一定の再生期間を有する入力音響信号（例えば１曲の音楽コンテンツ）に対して図４の処理をまとめて行ってもよいし、入力音響信号の所定の再生区間ごと（例えば１００ｍｓごと）に図４の処理を繰り返し行ってもよい。あるいは、信号処理装置１０は、例えばアナログ信号処理による変調のように、入力される音響信号に対して連続的に変調処理を行って変調済みの音響信号を出力してもよい。図４に示す処理は、特定の終了条件（例えば、一定時間が経過したこと、ユーザ操作が行われたこと、または変調済みの音の出力履歴が所定の状態に達したこと）に応じて終了してもよい。
【0061】
（５）実験結果
本開示の技術による効果を検証するために行った実験について説明する。図８は、実験結果を示すグラフである。
本開示の技術による効果を検証するために行った実験について説明する。図８は、実験結果を示すグラフである。
【0062】
本実験では、聴覚が正常な被験者に対して、本開示の技術により生成された音響信号に基づく出力音を聴かせ、その際の被験者の脳内におけるガンマ波の同期の程度を評価した。また、比較のために、振幅変調に用いる変調関数の周波数を変えて生成した音響信号に基づく出力音を聴かせた場合におけるガンマ波の同期の程度も評価した。ガンマ波の同期の程度は、被験者の頭部に装着した電極により計測した。音響信号に応じて出力音を発する音響出力装置としては、被験者の耳に挿入されるイヤホンを採用した。
【0063】
図８のグラフｇ４１～ｇ４３は、被験者に出力音を聞かせた場合における、当該被験者の頭頂（Ｃｚ）に設置したアクティブ電極から得られた脳波波形のガンマ波に対する同期度ＰＬＩ（Phase Locking Index）を表す。グラフｇ４１は、出力音としてサンプル音楽信号に含まれる２つの部分信号それぞれに２０Ｈｚの変調関数（位相が互いに１８０度異なる）を用いて振幅変調をした音響信号に基づく音（以下、「２０Ｈｚ分割変調音」という）を被験者に聞かせた場合のＰＬＩを表す。グラフｇ４２は、出力音として上記サンプル音楽信号に含まれる２つの部分信号それぞれに４０Ｈｚの変調関数（位相が互いに１８０度異なる）を用いて振幅変調をした音響信号に基づく音（以下、「４０Ｈｚ分割変調音」という）を被験者に聞かせた場合のＰＬＩを表す。これらの分割変調音を生成するために用いた第１部分信号および第２部分信号は、サンプル音楽信号を１／３オクターブ毎に分割することで生成した。グラフｇ４３は、出力音として上記サンプル音楽信号に基づく音（以下、「原音」という）をそのまま被験者に聞かせた場合のＰＬＩを表す。
【0064】
２０Ｈｚ分割変調音は、原音に比べるとＰＬＩが優れ、ガンマ波の同期効果が確認された。一方、４０Ｈｚ分割変調音は、原音と比べてＰＬＩは向上しておらず、ガンマ波の同期効果が確認されなかった。このことから、Ｍ個に分割された部分信号に対して、ガンマ波に対応する周波数（例えば、３５Ｈｚ以上４５Ｈｚ以下の周波数）の略Ｍ分の１倍の周波数を持つ変調関数を用いた振幅変調を行うことにより、ガンマ波の同期の促進という特有の効果が得られることが示された。また、分割変調音は、非特許文献１に記載のパルス音や、原音全体をまとめて特定周波数で変調した音に比べると、出力音全体の音量の強弱の変化が抑えられるため、聴者が感じる不快度は抑制される。この結果は、音響システム１が、ユーザが日常的に聴取しても不快に感じにくい音刺激を出力し、ユーザの認知機能を改善できる可能性を示している。
【0065】
（６）小括
以上説明したように、本実施形態の信号処理装置１０は、入力音響信号を受け付け、当該入力音響信号に含まれる第１部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応する振幅の変化を有する第１音響信号を取得する。また、信号処理装置１０は、上記入力音響信号に含まれる第２部分信号を振幅変調することで、上記所定の周波数に対応し且つ上記第１音響信号とは位相が異なる振幅の変化を有する第２音響信号を取得し、取得された第１音響信号と第２音響信号とに基づく出力音響信号を出力する。これにより、出力音響信号に含まれる各部分信号に着目すると、１秒間に上記所定の周波数及び部分信号の分割数に応じた回数（例えば合計４０回）、位相の異なる複数の変調済み音響信号それぞれの音量の強弱が交互に現れることになる。ユーザがかかる出力音響信号に応じた音を聴くことで、当該ユーザの脳内においてガンマ波が誘発され、あるいは同期され、又はその両方が引き起こされる。この結果、ユーザの認知機能の改善（例えば、認知症の治療、または予防）の効果が期待できる。他方、出力音響信号において、位相の異なる複数の変調済み音響信号それぞれの音量が強くなる箇所が互いに異なり、音量が弱くなる箇所が互いに異なるので、これらが一致している場合に比べて、当該出力音響信号に基づく音の最大音量と最小音量との間の差が抑えられる。故に、ユーザの音響体験の劣化が抑制される。
以上説明したように、本実施形態の信号処理装置１０は、入力音響信号を受け付け、当該入力音響信号に含まれる第１部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応する振幅の変化を有する第１音響信号を取得する。また、信号処理装置１０は、上記入力音響信号に含まれる第２部分信号を振幅変調することで、上記所定の周波数に対応し且つ上記第１音響信号とは位相が異なる振幅の変化を有する第２音響信号を取得し、取得された第１音響信号と第２音響信号とに基づく出力音響信号を出力する。これにより、出力音響信号に含まれる各部分信号に着目すると、１秒間に上記所定の周波数及び部分信号の分割数に応じた回数（例えば合計４０回）、位相の異なる複数の変調済み音響信号それぞれの音量の強弱が交互に現れることになる。ユーザがかかる出力音響信号に応じた音を聴くことで、当該ユーザの脳内においてガンマ波が誘発され、あるいは同期され、又はその両方が引き起こされる。この結果、ユーザの認知機能の改善（例えば、認知症の治療、または予防）の効果が期待できる。他方、出力音響信号において、位相の異なる複数の変調済み音響信号それぞれの音量が強くなる箇所が互いに異なり、音量が弱くなる箇所が互いに異なるので、これらが一致している場合に比べて、当該出力音響信号に基づく音の最大音量と最小音量との間の差が抑えられる。故に、ユーザの音響体験の劣化が抑制される。
【0066】
第１部分信号に対応する音と第２部分信号に対応する音とは周波数帯が異なってもよい。これにより、出力音響信号に含まれる各周波数帯の部分信号に着目すると、１秒間に上記所定の周波数及び部分信号の分割数に応じた回数、各部分信号に対応する周波数帯の音量の強弱が交互に現れることになる。
【0067】
第１部分信号に対応する音には、第１周波数帯の音と第３周波数帯の音が含まれてよく、第２部分信号に対応する音には、第２周波数帯の音と第４周波数帯の音が含まれてよい。ここで、第１周波数帯は第２周波数帯より低く、第２周波数帯は第３周波数帯より低く、第３周波数帯は第４周波数帯より低い。これにより、各部分信号に含まれる音響信号の周波数帯の偏りを抑制することができる。
【0068】
第１部分信号に対応する音と第２部分信号に対応する音とは、音源種別、音源方向、及び収録位置の少なくとも何れかが異なってもよい。これにより、出力音響信号において音源種別、音源方向、または収録位置のそれぞれに対応する音量の強弱の変化を穏やかにしてユーザの音響体験の劣化を抑制しながら、ユーザの脳内においてガンマ波を誘発又は同期することができる。
【0069】
上記所定の周波数は約２０Ｈｚであってよい。第１音響信号の振幅の変化の位相と前記第２音響信号の振幅の変化の位相とは約１８０度異なってよい。これにより、出力音響信号に含まれる各部分信号に着目すると、１秒間に合計略４０回、略等間隔で、第１音響信号および第２音響信号それぞれの音量の強弱が交互に現れることになる。
【0070】
信号処理装置１０は、入力音響信号に含まれる第３部分信号を振幅変調することで、上記所定の周波数に対応し且つ第１音響信号とも第２音響信号とも位相が異なる振幅の変化を有する第３音響信号を取得してもよい。信号処理装置１０は、取得された第１音響信号と第２音響信号と第３音響信号とに基づく出力音響信号を出力してもよい。これにより、出力音響信号に含まれる各部分信号に着目すると、１秒間に上記所定の周波数及び部分信号の分割数に応じた回数（例えば合計４０回）、位相の異なる３以上の変調済み音響信号それぞれの音量の強弱が交互に現れることになる。
【0071】
上記所定の周波数は約１３Ｈｚであってよい。第１音響信号の振幅の変化の位相は前記第２音響信号の振幅の変化の位相よりも約１２０度進んでいてよい。前記第２音響信号の振幅の変化の位相は前記第３音響信号の振幅の変化の位相よりも約１２０度進んでいてよい。これにより、出力音響信号に含まれる各周波数帯の部分信号に着目すると、１秒間に合計略４０回、略等間隔で、第１音響信号、第２音響信号、および第３音響信号それぞれの音量の強弱が交互に現れることになる。
【0072】
第１音響信号の振幅波形の包絡線と、第２音響信号の振幅波形の包絡線は、矩形波状、三角波状又は台形波状であってよい。これにより、各音響信号を合成した出力音響信号の包絡線が略フラットとなる（すなわち出力音響信号の全体の音量変化が抑制される）ので、ユーザの音響体験の劣化を抑制しながら、ユーザの脳内においてガンマ波を誘発又は同期することができる。
【0073】
入力音響信号は、音楽コンテンツを含む音響信号であってよい。これにより、ユーザが出力音響信号に基づく音の聴取に取り組みやすくなる。
【0074】
本実施形態の音響システム１は、ユーザの認知機能を改善するための認知機能改善システムに相当する。音響システム１は、上記信号処理装置１０を備え、かつ当該信号処理装置１０により出力される出力音響信号に応じた音をユーザに聞かせることで、ユーザの脳内でガンマ波の誘発と同期の少なくとも何れかを引き起こす。これにより、ユーザの認知機能を改善することができる。
【0075】
（７）その他の変形例
記憶装置１１は、ネットワークＮＷを介して、信号処理装置１０と接続されてもよい。ディスプレイ２１は、信号処理装置１０と一体化されてもよい。
記憶装置１１は、ネットワークＮＷを介して、信号処理装置１０と接続されてもよい。ディスプレイ２１は、信号処理装置１０と一体化されてもよい。
【0076】
上記説明では、ガンマ波に対応する周波数として、３５Ｈｚ以上４５Ｈｚ以下の周波数を想定した場合の例を中心に説明した。ただし、これに限定されず、ガンマ波に対応する周波数として、聴者の脳内におけるガンマ波の誘発又は同期に影響する数値範囲を想定可能である。例えば、ガンマ波に対応する周波数として、２５Ｈｚ以上１４０Ｈｚ以下の周波数を想定してもよい。また例えば、かかる周波数が経時的に変化してもよく、当該周波数として３５Ｈｚ未満の周波数又は４５Ｈｚより高い周波数を一時的に許容していてもよい。
【0077】
上記説明では、信号処理装置１０により生成された出力音響信号が、出力音響信号に応じた音を発してユーザに聞かせる音響出力装置３０へ出力される場合について説明した。ただし、信号処理装置１０による出力音響信号の出力先はこれに限定されない。例えば、信号処理装置１０は、通信ネットワークを介して、又は放送により、外部の記憶装置又は情報処理装置へ出力音響信号を出力してもよい。このとき、信号処理装置１０は、変調処理により生成された出力音響信号と共に、変調処理がされていない入力音響信号を、外部の装置へ出力してもよい。これにより、外部装置は、変調処理がされていない音響信号と変調処理がされた音響信号とのうち一方を任意に選択して再生することができる。
また、信号処理装置１０は、出力音響信号と共に、変調処理の内容を示す情報を外部の装置へ出力してもよい。変調処理の内容を示す情報は、例えば、以下の何れかを含む。
・変調された対象信号に対応する音源を示す情報
・変調された対象信号に対応するチャンネルを示す情報
・変調された対象信号の特徴を示す情報
・変調関数を示す情報
・変調度を示す情報
・音量を示す情報
これにより、外部装置は、変調処理の内容に応じて音響信号の再生方法を変更することができる。
また、信号処理装置１０は、入力音響信号と共に付加情報（例えばＭＰ３ファイルにおけるＩＤ３タグ）を取得した場合に、当該付加情報を変更して出力音響信号と共に外部装置へ出力してもよい。
また、信号処理装置１０は、出力音響信号と共に、変調処理の内容を示す情報を外部の装置へ出力してもよい。変調処理の内容を示す情報は、例えば、以下の何れかを含む。
・変調された対象信号に対応する音源を示す情報
・変調された対象信号に対応するチャンネルを示す情報
・変調された対象信号の特徴を示す情報
・変調関数を示す情報
・変調度を示す情報
・音量を示す情報
これにより、外部装置は、変調処理の内容に応じて音響信号の再生方法を変更することができる。
また、信号処理装置１０は、入力音響信号と共に付加情報（例えばＭＰ３ファイルにおけるＩＤ３タグ）を取得した場合に、当該付加情報を変更して出力音響信号と共に外部装置へ出力してもよい。
【0078】
本実施形態では、異なる部分信号に対して位相のみ異なる変調関数を適用する例を説明した。しかしながら、異なる部分信号に対して、位相に加え、波形（振幅または変調度を含み得る）が異なる変調関数（ただし、周波数は同一）を適用することもできる。
【0079】
上記説明では、入力音響信号を複数の周波数帯（サブバンド）に分割する例を示した。ここで、分割は、対数スケールで行われてもよいし、線形スケールで行われてもよい。対数スケールで分割することで、聴覚上の音質制御がしやすくなる効果が期待できる。他方、線形スケールで分割することで、部分信号間のエネルギーのばらつきが抑制される。また、サブバンドの数は２つ（つまり、低周波側と高周波側）であってもよい。サブバンドの幅が狭くなるほど（つまり、周波数帯を細かく分けるほど）、不快度が抑制されると期待される。
【0080】
本実施形態では、入力音響信号に含まれる複数の部分信号に対して位相の異なる変調関数を用いて振幅変調を行う例を示した。ここで、入力音響信号は、複数の全く異なる音源から得られた音響信号を含んでもよい。この場合に、各音源に対応する音響信号を部分信号として扱ってもよい。
【0081】
上記説明では、周波数帯を３以上のサブバンドに分割し、周波数の昇順または降順に並べた各サブバンドに対して、変調関数の位相を昇順または降順に割り当てた。しかしながら、各サブバンドに対する変調関数の位相の割り当ては、より複雑なパターンであってもよいし、ランダムに決定されてもよい。また、各部分信号への位相の割り当ては、時間経過に応じて変更（ホッピング）されてもよい。これにより、特定のサブバンドまたは特定の音源に対応する部分信号に割り当てられる変調関数の位相が固定されないので、変調により意図しない音色の変化が生じたとしても当該音色の変化がユーザに認識されにくくなる。
【0082】
変調関数の変調度は、例えば区間ごとに、または変調関数毎に制御されてよい。変調度を低くするほど、聴者の不快感は軽減される一方でガンマ波の誘発効果又は同期効果が低下する傾向にある。例えば、特定の区間では変調関数の変調度を他の区間に比べて低くしたり、特定の音源に対応する部分信号（例えば、ボーカルやソロ楽器に対応する部分信号）の変調に用いる変調関数の変調度を他の音源に比べて低くしたりすることで、聴者の不快感を効果的に低減しながら、ガンマ波の誘発効果又は同期効果の低下を抑制することができる。
【0083】
本実施形態の変調処理（すなわち、入力音響信号に含まれる複数の部分信号に対して、位相が相異なる変調関数を用いて振幅変調を行う処理）は、他の変調処理（例えば、入力音響信号の全体、または入力音響信号に含まれる複数の部分信号の一部に対して、単一の変調関数を用いて振幅変調を行う処理）と併用可能である。例えば、入力音響信号において、特定の音源（例えば、伴奏、ボーカル、など）のみの区間、または特定の音源の成分が支配的である区間が検出された場合に、本実施形態の変調処理に代えて他の変調処理を用いてもよい。或いは、入力音響信号が自然さを重視すべき音源（例えば、一定の精度を持った音源分離処理が困難な音源）に対応する場合に、他の変調処理に代えて本実施形態の変調処理を用いてもよい。
【0084】
上記説明では、信号処理装置１０が、入力音響信号に含まれるすべての部分信号を同一の周波数で変調することで出力音響信号を生成する場合を中心に説明した。ただしこれに限らず、出力音響信号には、一部の部分信号と同一の周波数で変調されていない他の部分信号が含まれてもよい。例えば、入力音響信号に第１部分信号と第２部分信号と第３部分信号が含まれている場合に、信号処理装置１０は、第１部分信号と第２部分信号とを同一周波数かつ異なる位相で変調し、第３部分信号を異なる周波数で変調してもよい。あるいは、第３部分信号は変調されなくてもよい。そして、信号処理装置１０は、第１部分信号と第２部分信号と第３部分信号とに基づく出力音響信号を出力してもよい。
【0085】
上述の実施形態では、信号処理装置１０を含む音響システムを、認知機能の改善（例えば、認知症の治療、または予防）のための認知機能改善システムとして用いる場合を中心に説明した。ただし、信号処理装置１０の用途はこれに限定されない。非特許文献１には、４０Ｈｚの音刺激が脳内のガンマ波を誘発すると、アミロイドβが減少し、認知機能が改善されることが開示されている。すなわち、信号処理装置１０により出力される出力音響信号に応じた音をユーザに聞かせることで、ユーザの脳内におけるアミロイドβが減少して沈着が抑制され、アミロイドβの増加又は沈着が原因となる疾患の予防又は治療に役立つことが期待される。アミロイドβの沈着が原因とされる疾患として、例えば脳アミロイドアンギオパチー（ＣＡＡ）がある。ＣＡＡは、アミロイドβたんぱくが脳の小血管壁に沈着することにより、血管壁がもろくなって脳出血などが生じやすくなる病気である。認知症と同様に、ＣＡＡそのものに対する治療薬は存在しないため、上述の実施形態で説明した技術が革新的な治療法となりうる。すなわち、信号処理装置１０と、信号処理装置１０により出力される出力音響信号に応じた音をユーザに聞かせる音響出力装置３０とを備える音響システム１は、脳アミロイドアンギオパチーの治療又は予防のための医療システムとして用いることもできる。
【0086】
（８）付記
実施形態および変形例で説明した事項を、以下に付記する。
実施形態および変形例で説明した事項を、以下に付記する。
【0087】
（付記１）
入力音響信号を受け付ける手段（Ｓ１１０）と、
入力音響信号に含まれる第１部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応する振幅の変化を有する第１音響信号を取得する手段（Ｓ１１２）と、
入力音響信号に含まれる第２部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応し且つ第１音響信号とは位相が異なる振幅の変化を有する第２音響信号を取得する手段（Ｓ１１２）と、
取得された第１音響信号と第２音響信号とに基づく出力音響信号を出力する手段（Ｓ１１４）と、を備える、
信号処理装置（１０）。
入力音響信号を受け付ける手段（Ｓ１１０）と、
入力音響信号に含まれる第１部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応する振幅の変化を有する第１音響信号を取得する手段（Ｓ１１２）と、
入力音響信号に含まれる第２部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応し且つ第１音響信号とは位相が異なる振幅の変化を有する第２音響信号を取得する手段（Ｓ１１２）と、
取得された第１音響信号と第２音響信号とに基づく出力音響信号を出力する手段（Ｓ１１４）と、を備える、
信号処理装置（１０）。
【0088】
（付記２）
第１部分信号に対応する音と第２部分信号に対応する音とは周波数帯が異なる、
付記１に記載の信号処理装置。
第１部分信号に対応する音と第２部分信号に対応する音とは周波数帯が異なる、
付記１に記載の信号処理装置。
【0089】
（付記３）
第１部分信号に対応する音には、第１周波数帯の音と第３周波数帯の音が含まれ、
第２部分信号に対応する音には、第２周波数帯の音と第４周波数帯の音が含まれ、
第１周波数帯は第２周波数帯より低く、
第２周波数帯は第３周波数帯より低く、
第３周波数帯は第４周波数帯より低い、
付記２に記載の信号処理装置。
第１部分信号に対応する音には、第１周波数帯の音と第３周波数帯の音が含まれ、
第２部分信号に対応する音には、第２周波数帯の音と第４周波数帯の音が含まれ、
第１周波数帯は第２周波数帯より低く、
第２周波数帯は第３周波数帯より低く、
第３周波数帯は第４周波数帯より低い、
付記２に記載の信号処理装置。
【0090】
（付記４）
第１部分信号に対応する音と第２部分信号に対応する音とは、音源種別、音源方向、及び収録位置の少なくとも何れかが異なる、
付記１乃至付記３のいずれかに記載の信号処理装置。
第１部分信号に対応する音と第２部分信号に対応する音とは、音源種別、音源方向、及び収録位置の少なくとも何れかが異なる、
付記１乃至付記３のいずれかに記載の信号処理装置。
【0091】
（付記５）
所定の周波数は約２０Ｈｚであり、
第１音響信号の振幅の変化の位相と第２音響信号の振幅の変化の位相とは約１８０度異なる、
付記１乃至付記４のいずれかに記載の信号処理装置。
所定の周波数は約２０Ｈｚであり、
第１音響信号の振幅の変化の位相と第２音響信号の振幅の変化の位相とは約１８０度異なる、
付記１乃至付記４のいずれかに記載の信号処理装置。
【0092】
（付記６）
入力音響信号に含まれる第３部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応し且つ第１音響信号とも第２音響信号とも位相が異なる振幅の変化を有する第３音響信号を取得する手段を有し、
出力する手段は、取得された第１音響信号と第２音響信号と第３音響信号とに基づく出力音響信号を出力する、
付記１乃至付記４のいずれかに記載の信号処理装置。
入力音響信号に含まれる第３部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応し且つ第１音響信号とも第２音響信号とも位相が異なる振幅の変化を有する第３音響信号を取得する手段を有し、
出力する手段は、取得された第１音響信号と第２音響信号と第３音響信号とに基づく出力音響信号を出力する、
付記１乃至付記４のいずれかに記載の信号処理装置。
【0093】
（付記７）
所定の周波数は約１３Ｈｚであり、
第１音響信号の振幅の変化の位相は第２音響信号の振幅の変化の位相よりも約１２０度進んでおり、
第２音響信号の振幅の変化の位相は第３音響信号の振幅の変化の位相よりも約１２０度進んでいる、
付記６に記載の信号処理装置。
所定の周波数は約１３Ｈｚであり、
第１音響信号の振幅の変化の位相は第２音響信号の振幅の変化の位相よりも約１２０度進んでおり、
第２音響信号の振幅の変化の位相は第３音響信号の振幅の変化の位相よりも約１２０度進んでいる、
付記６に記載の信号処理装置。
【0094】
（付記８）
第１音響信号の振幅波形の包絡線と、第２音響信号の振幅波形の包絡線は、矩形波状、三角波状又は台形波状である、
付記１乃至付記７のいずれかに記載の信号処理装置。
第１音響信号の振幅波形の包絡線と、第２音響信号の振幅波形の包絡線は、矩形波状、三角波状又は台形波状である、
付記１乃至付記７のいずれかに記載の信号処理装置。
【0095】
（付記９）
入力音響信号は、音楽コンテンツを含む音響信号である、
付記１乃至付記８のいずれかに記載の信号処理装置。
入力音響信号は、音楽コンテンツを含む音響信号である、
付記１乃至付記８のいずれかに記載の信号処理装置。
【0096】
（付記１０）
ユーザの認知機能を改善するための認知機能改善システム（１）であって、
付記１から付記９の何れかに記載の信号処理装置と、
信号処理装置により出力される出力音響信号に応じた音をユーザに聞かせることで、ユーザの脳内でガンマ波の誘発と同期との少なくとも何れかを引き起こす手段（３０）と、を備える、
認知機能改善システム。
ユーザの認知機能を改善するための認知機能改善システム（１）であって、
付記１から付記９の何れかに記載の信号処理装置と、
信号処理装置により出力される出力音響信号に応じた音をユーザに聞かせることで、ユーザの脳内でガンマ波の誘発と同期との少なくとも何れかを引き起こす手段（３０）と、を備える、
認知機能改善システム。
【0097】
（付記１１）
コンピュータ（１０）が、
入力音響信号を受け付けるステップ（Ｓ１１０）と、
入力音響信号に含まれる第１部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応する振幅の変化を有する第１音響信号を取得するステップ（Ｓ１１２）と、
入力音響信号に含まれる第２部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応し且つ第１音響信号とは位相が異なる振幅の変化を有する第２音響信号を取得するステップ（Ｓ１１２）と、
取得された第１音響信号と第２音響信号とに基づく出力音響信号を出力するステップ（Ｓ１１４）と
を実行する、方法。
コンピュータ（１０）が、
入力音響信号を受け付けるステップ（Ｓ１１０）と、
入力音響信号に含まれる第１部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応する振幅の変化を有する第１音響信号を取得するステップ（Ｓ１１２）と、
入力音響信号に含まれる第２部分信号を振幅変調することで、所定の周波数に対応し且つ第１音響信号とは位相が異なる振幅の変化を有する第２音響信号を取得するステップ（Ｓ１１２）と、
取得された第１音響信号と第２音響信号とに基づく出力音響信号を出力するステップ（Ｓ１１４）と
を実行する、方法。
【0098】
（付記１２）
コンピュータに、付記１～付記９の何れかに記載の信号処理装置の各手段を実現させるためのプログラム。
コンピュータに、付記１～付記９の何れかに記載の信号処理装置の各手段を実現させるためのプログラム。
【0099】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。また、上記の実施形態及び変形例は、組合せ可能である。
【符号の説明】
【0100】
１ ：音響システム
１０ ：信号処理装置
１１ ：記憶装置
１２ ：プロセッサ
１３ ：入出力インタフェース
１４ ：通信インタフェース
２１ ：ディスプレイ
３０ ：音響出力装置
５０ ：音源装置
１０ ：信号処理装置
１１ ：記憶装置
１２ ：プロセッサ
１３ ：入出力インタフェース
１４ ：通信インタフェース
２１ ：ディスプレイ
３０ ：音響出力装置
５０ ：音源装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
