ゆらぎ信号発生装置、ゆらぎ信号発生方法、及びゆらぎ信号発生プログラム
【課題】様々な傾きを有したゆらぎを発生させるとともに、人の要求する山場（ピーク）位置もある程度設定できるゆらぎ信号発生装置を提供する。
【解決手段】ゆらぎ信号発生装置１０は、パワー密度を算出する関数とパワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力部１１と、入力部によって入力されたパラメータとパワー密度を算出する関数に基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出部１２と、パワー密度算出部によって算出された各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割部１３と、パワー密度分割部によって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成部１４と、時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力部１５と、を備えた。
【解決手段】ゆらぎ信号発生装置１０は、パワー密度を算出する関数とパワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力部１１と、入力部によって入力されたパラメータとパワー密度を算出する関数に基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出部１２と、パワー密度算出部によって算出された各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割部１３と、パワー密度分割部によって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成部１４と、時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力部１５と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゆらぎ信号発生装置、ゆらぎ信号発生方法、及びゆらぎ信号発生プログラムに関し、特に、人に快適感を与えるマッサージ機の強さ、刺激の間隔、空調装置の風量、温度、音楽の旋律、強弱、調光器における明るさ、色合いの制御などを行う、ゆらぎ信号を発生するゆらぎ信号発生装置、ゆらぎ信号発生方法、及びゆらぎ信号発生プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
扇風機の風速や空調機器の風量或いは温度又は照明装置の明るさなどは、それらが設定された値のままであるよりも、それらの設定された値を中心として、ある程度ゆらいでいた方が人間にとって自然の環境に近いものとなり心地よい刺激となる。そのため、そのような各種機器をゆらぎ信号で制御して、設定値に対してある程度ゆらいだ状態で制御することが提案されている。
【０００３】
自然の本性に根ざす変動（ゆらぎ）のスペクトル、すなわちパワースペクトルは、ほぼ周波数ｆに反比例する１／ｆ型の傾向を示している。従って、例えば扇風機の風量や空調機の温度などを１／ｆ型のパワースペクトルをもって変調するようにすると、自然に馴染んだ環境が作り出される。従来において、このように各種機器をゆらぎ制御するには、例えば、小川のせせらぎ、風の音のような自然界の音や自然界の風速、また心拍や脳波などの生体情報、クラシック音楽などを電気信号に変換して単位時間当たりのゼロ交差回数、すなわち単位時間に値ゼロを横切る回数を求めて１／ｆゆらぎデータとして用いられていた。或いは人工的に１／ｆゆらぎ特性を得るため、白色雑音に対して低域通過フィルタと高域通過フィルタとを組み合わせて特定の周波数帯のパワーを減衰させて１／ｆゆらぎ特性に近似した周波数特性を得るものがあった。また、人の好みも様々であり、自然界のゆらぎも様々であることから、自由に好みのゆらぎを選べるような制御が好ましい。
【０００４】
扇風機やマッサージ器を使用する場合、一般的に最初に強い刺激があり次第に癒されるとともに弱い刺激になって欲しいなど、人それぞれの使用状況によって感じ方が異なるため、それらをある程度満足できるようなゆらぎ制御の要望があった。また、音楽などでも、途中や最後の方に山場を持っていきたいなど様々である。しかし、自然界から得られるゆらぎや、これまでの研究成果では自由にこれらを操作し得ることが困難であった。
【０００５】
これまで、ゆらぎ信号発生装置に関するものとして特許文献１〜４に開示されるものがあった。
【０００６】
特許文献１には、ゆらぎ生成回路が開示されており、そのゆらぎ生成回路では、乱数とフラクタル変換を用いて１／ｆゆらぎ信号を作成し画像を作成している。それゆえ、この回路を用いて生成されるゆらぎは、フラクタル構造を有したゆらぎであり、その画像もフラクタル構造を有した画像となる。すなわち、このゆらぎ生成回路は、１／ｆゆらぎのみを作成する回路である。
【０００７】
特許文献２には、セミ・マルコフ系列を用いた１／ｆゆらぎ信号発生方法が開示されている。この１／ｆゆらぎ信号発生方法は、５個の異なる状態と乱数を用いて１／ｆゆらぎを生成する方法である。
【０００８】
特許文献３には、ダイオードやサーミスタの電流ゆらぎを増幅して１／ｆゆらぎを作成するゆらぎ信号発生装置が開示されている。
【０００９】
特許文献４には、振幅と位相の異なる正弦波の多数の発振器から出力を加算して１／ｆのゆらぎ信号、（１／ｆ）２のゆらぎ信号、１／ｆ１／２のゆらぎ信号などを発生させるゆらぎ信号発生装置が開示されている。このゆらぎ信号発生装置は、異なる周波数の正弦波の加算をハードウェアで実現したものであり、更に１／ｆのゆらぎ信号、（１／ｆ）２のゆらぎ信号、１／ｆ１／２のゆらぎ信号のみの作成をすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−４４３８９号公報
【特許文献２】特開２００２−７３７９号公報
【特許文献３】特開平９−３２６２９９号公報
【特許文献４】特開平７−１７６９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来のゆらぎ発生方法では、特許文献１〜４で開示する方法で作成するゆらぎ信号以外の傾きを有したゆらぎ信号を作成できないことや、信号のピーク位置を設定できないという問題点があった。ここで、傾きとは、ゆらぎの波形を分解して各周波数成分を横軸にとり、その成分のパワー密度を縦軸にとって両対数グラフに表したときの線の傾きをいう。
そこで、本出願人は、様々な傾きを有したゆらぎを発生させるとともに、人の要求する山場（ピーク）位置もある程度設定できる装置の開発に着手するにいたった。本発明は、このような背景からなされたものであって、特に人が快適感を感じることができる様々なゆらぎを発生することができるゆらぎ信号発生装置の開発を技術課題としたものである。
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、様々な傾きを有したゆらぎを発生させるとともに、人の要求する山場（ピーク）位置もある程度設定できるゆらぎ信号発生装置、ゆらぎ信号発生方法、及びゆらぎ信号発生プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るゆらぎ信号発生装置、ゆらぎ信号発生方法、及びゆらぎ信号発生プログラムは、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１４】
第１のゆらぎ信号発生装置（請求項１に対応）は、パワー密度を算出する関数とパワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力手段と、入力手段によって入力されたパワー密度を算出する関数とパラメータに基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出手段と、パワー密度算出手段によって算出された各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割手段と、パワー密度分割手段によって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成手段と、時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力手段と、を備えたことを特徴とする。
第２のゆらぎ信号発生装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、パワー密度を算出する関数が、各周波数をｆとし、その周波数におけるパワー密度をｐ（ｆ）としたときに、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）であり、パラメータは、Ｓ、ＤＣ、Ｂであることを特徴とする。
第３のゆらぎ信号発生装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、パワー密度分割手段が、各周波数ｆとその周波数におけるパワー密度ｐ（ｆ）において、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）となるＳの値によって決まった各ｐ（ｆ）を乱数により正弦波成分と余弦波成分に振り分けることを特徴とする。
第４のゆらぎ信号発生装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、入力手段が、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力する手段を含むことを特徴とする。
第１のゆらぎ信号発生方法（請求項５に対応）は、パワー密度を算出する関数とパワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力ステップと、入力ステップによって入力されたパワー密度を算出する関数とパラメータに基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出ステップと、パワー密度算出ステップによって算出された各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割ステップと、パワー密度分割ステップによって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成ステップと、時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力ステップと、を備えたことを特徴とする。
第２のゆらぎ信号発生方法（請求項６に対応）は、上記の方法において、好ましくは、パワー密度を算出する関数が、各周波数をｆとし、その周波数におけるパワー密度をｐ（ｆ）としたときに、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）であり、パラメータは、Ｓ、ＤＣ、Ｂであることを特徴とする。
第３のゆらぎ信号発生方法（請求項７に対応）は、上記の方法において、好ましくは、パワー密度分割ステップが、各周波数ｆとその周波数におけるパワー密度ｐ（ｆ）において、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）となるＳの値によって決まった各ｐ（ｆ）を乱数により正弦波成分と余弦波成分に振り分けることを特徴とする。
第４のゆらぎ信号発生方法（請求項８に対応）は、上記の方法において、好ましくは、入力ステップが、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力するステップを含むことを特徴とする。
第１のゆらぎ信号発生プログラム（請求項９に対応）は、パワー密度を算出する関数とパワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力プログラムと、入力プログラムによって入力されたパワー密度を算出する関数とパラメータに基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出プログラムと、パワー密度算出プログラムによって算出された各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割プログラムと、パワー密度分割プログラムによって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成プログラムと、時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力プログラムと、を備えたことを特徴とする。
第２のゆらぎ信号発生プログラム（請求項１０に対応）は、上記のプログラムにおいて、好ましくは、パワー密度を算出する関数が、各周波数をｆとし、その周波数におけるパワー密度をｐ（ｆ）としたときに、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）であり、パラメータは、Ｓ、ＤＣ、Ｂであることを特徴とする。
第３のゆらぎ信号発生プログラム（請求項１１に対応）は、上記のプログラムにおいて、好ましくは、パワー密度分割プログラムが、各周波数ｆとその周波数におけるパワー密度ｐ（ｆ）において、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）となるＳの値によって決まった各ｐ（ｆ）を乱数により正弦波成分と余弦波成分に振り分けることを特徴とする。
第４のゆらぎ信号発生プログラム（請求項１２に対応）は、上記のプログラムにおいて、好ましくは、入力プログラムが、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力するステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、利用者は、好みのパワー密度を算出する関数のパラメータとピーク位置の入力によって様々な時系列ゆらぎデータを作成し制御対象物をこのゆらぎデータで制御することによって快適な刺激を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置のブロック図である。
【図２】本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置を実際に実現するための装置のブロック図である。
【図３】本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置を実際に実現するための装置の記憶装置に記憶されるゆらぎ信号発生プログラムの構成を示す図である。
【図４】本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置のプログラム概略流れ図である。
【図５】本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置の各種入力データ画面を示す図である。
【図６】パワー密度と周波数空間における代表的ゆらぎのパワースペクトル図である。
【図７】１／ｆの同一のパラメータＳで作成した異なるゆらぎ時系列データ図である。
【図８】ピーク位置設定用データ図である。
【図９】１／ｆ２ゆらぎの各種ピーク位置設定によるゆらぎ時系列データ図である。
【図１０】本装置を応用した光制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置のブロック図である。なお以下の説明において各種ゆらぎを発生させるゆらぎ信号発生装置１０を単にゆらぎ信号発生装置１０と呼ぶことにする。本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置１０は、後述のゆらぎ信号発生プログラムを実行することにより利用者の好みのゆらぎを発生させるものであり、このゆらぎを各種ゆらぎ刺激やゆらぎ制御として用いることにより利用者に快適感を与えるものである。
【００１９】
ゆらぎ信号発生装置１０は、入力部（入力手段）１１とパワー密度算出部（パワー密度算出手段）１２とパワー密度分割部（パワー密度分割手段）１３と時系列データ生成部（時系列データ生成手段）１４とデータ出力部（データ出力手段）１５を備えている。
【００２０】
入力部１１は、パワー密度を算出する関数とパワー密度を算出する関数のパラメータを入力する手段である。また、入力部１１は、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力することもできる。パワー密度算出部１２は、入力部１１によって入力されたパラメータとパワー密度を算出する関数に基づいて、各周波数のパワー密度を算出する。パワー密度分割部１３は、パワー密度算出部１２によって算出された各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分ける。時系列データ生成部１４は、パワー密度分割部１３によって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する。データ出力部１５は、時系列データ生成部１４によって生成された時系列データに基づいて出力データを生成し出力する。
【００２１】
図１で示したゆらぎ信号発生装置１０は、パーソナルコンピュータまたはマイクロコンピュータで実現される。
【００２２】
図２に示すように、パーソナルコンピュータ（パソコン）２０は、表示装置２１と、入力装置２２と、記憶装置２３と、処理装置２４と、Ｄ／Ａ変換器２５と、入出力部２６とを備えて成るものである。パソコン２０は、一例として、市販のデスクトップ型パソコン等を用いても良いが、他の装置に組み込む場合は、小型化が可能なマイクロコンピュータが適用される。表示装置２１としては、カラー表示のディスプレイが適用されるが、他の装置に組み込む小型化や低コストが要求される場合は白黒表示でも可能である。入力装置２２としてはキーボード２２ａとマウス２２ｂが適用されるが、キーボード２２ａのみでも可能である。Ｄ／Ａ変換器２５としては、１出力以上のものが適用される。
【００２３】
パソコン２０の本体内には、処理装置２４であるＣＰＵと記憶装置２３であるＲＡＭ２３ａとＲＯＭ２３ｂ、Ｄ／Ａ変換器２５とを備えて成るものである。なお、Ｄ／Ａ変換器２５は、適宜別途外付けにしてもよい。また、パソコン２０は、マイクロコンピュータを用いることももちろん可能である。
【００２４】
図３は、本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置１０を実現するパソコン２０の記憶装置２３に記憶されるゆらぎ信号発生プログラム３０の構成を示す図である。記憶装置２３は、ゆらぎ信号発生プログラム３０を記憶するプログラム記憶領域２３ａと、ゆらぎ信号発生プログラム３０を実行するときに必要となるデータを記憶するためのデータ記憶領域２３ｂを備えている。
【００２５】
ゆらぎ信号発生プログラム３０は、入力プログラム３１とパワー密度算出プログラム３２とパワー密度分割プログラム３３と時系列データ生成プログラム３４とデータ出力プログラム３５を備えている。
【００２６】
入力プログラム３１は、図１で示した入力部１１の機能を実現するプログラムであり、パワー密度を算出する関数とパワー密度を算出する関数のパラメータを入力するプログラムである。また、入力プログラムには、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力するステップを含ませることができる。パワー密度算出プログラム３２は、図１で示したパワー密度算出部１２の機能を実現するプログラムであり、入力プログラム３１によって入力されたパラメータとパワー密度を算出する関数に基づいて、各周波数のパワー密度を算出するプログラムである。
【００２７】
パワー密度分割プログラム３３は、図１で示したパワー密度分割部１３の機能を実現するプログラムであり、パワー密度算出プログラム３２によって算出された各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるプログラムである。時系列データ生成プログラム３４は、図１で示した時系列データ生成部１４の機能を実現するプログラムであり、パワー密度分割プログラム３３によって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成するプログラムである。データ出力プログラム３５は、図１で示したデータ出力部１５の機能を実現するプログラムであり、時系列データ生成プログラム３４によって生成された時系列データに基づいて出力データを生成し出力するプログラムである。
【００２８】
パソコン２０は、上記のプログラムを処理装置２４によって実行することによってゆらぎ信号発生装置１０としての機能を実現する。
【００２９】
次に、本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置１０を実現するパソコン２０の記憶装置２３に記憶されるゆらぎ信号発生プログラム３０を図４のフローチャートを用いて説明する。ゆらぎ信号発生プログラム３０の各プログラムは、本発明に係るゆらぎ信号発生方法の各ステップに対応する。
【００３０】
ステップＳ１１において、パソコン２０は、各処理で共通に使用される各種変数の初期設定を行う。ステップＳ１２において、入力プログラム（入力ステップ）３１は、データ入力処理設定でキーボード等からデータを入力する。
【００３１】
この入力画面の一例を図５に示す。この画面４０において、入力項目０でパワー密度を算出する関数ｐ（ｆ）を設定する。ここでは、予め各周波数のパワー密度ｐ（ｆ）をｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）として設定されているものとする。入力項目１で最初に１回のフーリエ逆変換によって作成するデータ数を設定する。次に、入力項目２で繰り返し回数を入力する。それにより、出力全データ数が決定される。
【００３２】
入力項目３で、ゆらぎの傾き（パラメータＳ）と他のパラメータ（パラメータＤＣ、パラメータＢ）を入力する。パラメータＳの数値が０に近いほど変化が激しく、次に何が来るか予想できない変化となる。反対にパラメータＳの数値が２，３と大きくなるとゆっくりとした変化となる。ここで、パラメータＳとして１が入力されるといわゆる１／ｆゆらぎとなり、より快適な変化となる。
【００３３】
入力項目４では、周波数領域で、どの周波数範囲までパワー密度を決定するか入力する。サンプリング定理より全周波数範囲の半分までが有効であることから全周波数範囲の半分以上の高周波領域のパワー密度は全て０とするので、低周波から全周波数範囲の半分までの高周波領域のパワー密度を決定する。Ｎｏを選択すると前項目で入力した傾き（パラメータＳ）に従って全周波数範囲の半分までパワー密度が決定されるが、ＹＥＳの選択によって、２つ以上の周波数範囲をスタート番号と終了番号を整数数値で入力することによって指定することによってその番号間だけのパワー密度が決定され、その他の周波数のパワー密度は全て０となる。
【００３４】
入力項目５で１データの出力保持時間の設定を行う。ｓｅｃ又はｍｓｅｃを選択し、数値を入力することによって１データの出力時間が決定される。入力項目６でピーク位置の選択を行う。ＹＥＳを入力し、次の（１：前方、２：中央、３：後方）から選択することによってピーク位置を決定する。Ｎｏを入力した場合はどこにピーク位置がくるかは未定である。
【００３５】
入力項目７で出力電圧範囲の設定を行う。設定範囲は（１：０〜１Ｖ、２：−１〜＋１Ｖ）のどちらかを選択することによって出力される。
【００３６】
以上の入力項目１〜７を入力することによりステップＳ１２が終了する。
【００３７】
図４において、ステップＳ１３では、ステップＳ１２で入力した入力項目１と入力項目２で決定される全データが出力されたか否か判断する。もし、全データが出力を終了したならば、エンドとなる。また、もし、全データが出力を終了しないならば、ステップＳ１４を実行する。
【００３８】
ステップＳ１４では、パワー密度算出プログラム（パワー密度算出ステップ）３２が実行される。
【００３９】
ステップＳ１４のプログラム処理では、入力データ項目３で入力されたパラメータＳとパラメータＤＣとパラメータＢの数値に従って各周波数のパワー密度ｐ（ｆ）をｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）によって算出する。ここで、パラメータＤＣは、振幅の大きさを決めるものである。また、パラメータＢは、周波数領域で傾きＳの近傍でパワー密度に対してゆらぎを生じさせるものであり、乱数Ｒ（−１から＋１の値）によって傾きに影響を与えないようにしている。これらのパラメータＤＣおよびパラメータＢには０を入力するようにしても良い。
【００４０】
これによって、図６に示すように横軸周波数ｆと縦軸パワー密度ｐ（ｆ）としたとき、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）によって各周波数ｆに対するパワー密度ｐ（ｆ）が決定される。ここで、Ｓはゆらぎの傾きを決定する実数値である。Ｓ＝１で直線Ｓ１で示される（１／ｆ）ゆらぎとなり、人に快適感を与えるゆらぎの傾きとなる。また、Ｓ＝２で直線Ｓ２で示される（１／ｆ）２ゆらぎとなりゆったりとした変化となるなど、Ｓの値によって様々な傾きを有したゆらぎを発生できる。このパワー密度の算出範囲は、サンプリング定理から１回のフーリエ逆変換で作成する全データの半分に相当するデータ番号の高周波数まで設定し、その他のデータは全て０に設定すれば良い。
【００４１】
ここで、入力画面の項目４で「パワーの設定データ数を入力しますか？」に対してＹｅｓが選択された場合は、スタート番号から終了番号までの間だけパワー密度を算出して設定し、その他の周波数は全て０に設定する。
【００４２】
ステップＳ１５では、パワー密度分割プログラム（パワー密度分割ステップ）３３が実行される。
【００４３】
ステップＳ１５のプログラム処理では、ステップＳ１４で得られた各周波数のパワー密度を基に各周波数において余弦波と正弦波の成分に分配する。例えば、余弦波の最大振幅をａ、正弦波の最大振幅をｂとすれば、ｐ（ｆ）の絶対値は、ａ２＋ｂ２と等しくなる（ここで、ａ，ｂは、実効値を用いてもよい）。ａ，ｂの最大値は、ｐ（ｆ）の絶対値の平方根となる。そこで、この最大値に乱数（−１〜＋１）を乗算してａの値を決定すると、ｂの値も決定される。これを各周波数で行って余弦波成分と正弦波成分を算出する。この分配に乱数を用いることによって同じ傾きでも異なるゆらぎを発生できる。また、乱数に負の値も用いることによって、位相を大きく変えることができる。
【００４４】
さらに、入力画面の項目６でピーク位置の設定を行った場合、ピーク位置は周波数の低い数個の周波数例えば基本周波数ｆと、その２倍の２ｆおよび３倍の３ｆの周波数において、実数部と虚数部の割合を決定することによってほぼ決定できる。これは、周波数が高くなるにつれてパワーが著しく減少する特性を利用したものである。
【００４５】
ステップＳ１６では、時系列データ生成プログラム（時系列データ生成ステップ）３４が実行される。
【００４６】
ステップＳ１６のプログラム処理では、前処理によって周波数関数として作成されたデータをフーリエ逆変換によって時系列データを作成するプログラムである。データ数が２のべき乗であれば高速フーリエ逆変換が有効である。
【００４７】
ステップＳ１７では、データ出力プログラム（データ出力ステップ）３５が実行される。
【００４８】
ステップＳ１７のプログラム処理では、作成された時系列データを入力画面で選択された０〜１Ｖか−１〜＋１の範囲にデータ変化を行う。そして、入力画面の項目で設定された、データの保持時間をもとに各データを保持時間保持しながら書き換えを逐次行って出力する。
【００４９】
上記処理を入力画面の項目２で設定された回数繰り返して出力を行う。
【００５０】
図７（ａ）と図７（ｂ）は、同じ傾きＳ＝１（１／ｆゆらぎ）で１０２４のデータを作成した異なる時系列データ例である。縦軸は、振幅で、逆フーリエ変換によって作成された時系列データで、図７（ａ）と図７（ｂ）では、波形および最大値と最小値が異なっている。これらのデータを出力変換プログラムで必要な振幅変換して出力する。また、横軸の時間も設定によって異なってくる。
【００５１】
同じ傾きＳ＝２（１／ｆ２ゆらぎ）で、余弦波と正弦波の第３項までのそれぞれの最大振幅ａ，ｂの割合を図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）のように設定すると、図８（ａ）で前方、図８（ｂ）で中央、図８（ｃ）で後方にピーク値が設定される。それらの設定によって作成された各時系列データ例をそれぞれ図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示す。
【００５２】
なお、図４のステップＳ１２の入力項目０でのパワー密度を算出する関数の設定において、任意のパワー密度を算出する関数ｐ（ｆ）を設定することができる。例えば、下記のような式で決定できるなど様々な関数を定義して各周波数のパワー密度を決定することにより、様々なゆらぎを作成できる。
【００５３】
ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ｒ・ｆ−Ｓ・・・・・（１）
ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ｒ・ｆ−Ｓ＋Ｃ・ｐ（ｆ１）・・・・（２）
【００５４】
（１）式において、例えばｒに乱数を用いて±０．１以内に振った数値を用いると傾きＳに対して１０％の変動をパワースペクトル上で持たせたことになる。
（２）式においては、さらに、ある周波数ｆ１だけを強調したいときＣの値を大きくすることによって強調できる。これによって周波数ｆ１のリズムが強調できる。
【００５５】
周波数ゆらぎ出力時は、最大出力レベルと０レベルのそれぞれの保持時間をゆらぎデータで変化させることによって周波数ゆらぎデータを出力できる。
【００５６】
図１０に示す本装置の応用例としては、この各種ゆらぎ信号発生装置１０より発生した時系列ゆらぎ信号を位相制御回路５０に供給して、商用交流１００Ｖの流通角をゆらぎ信号によって制御し、その位相制御回路５０の出力により電球５１に流れる電流を制御することによって電球５１による輝度を変化させ、つまり調光して明るさをゆらいだ状態で制御するものである。
【００５７】
なお、マイクロコンピュータを用いる場合、パソコン上では、ｓｉｎ，ｃｏｓ，べき乗、乱数などの組み込み関数がＣ言語等で用意されているが、マイクロコンピュータでは四則演算のみとなるので、これらの関数は下記のような級数を使うことによって実現できる。これによってマイクロコンピュータでもフーリエ逆変換が可能となり容易に時系列データを発生することができる。
【００５８】
三角関数では、
ｓｉｎｘ＝ｘ−（１／３！）ｘ３＋（１／５！）ｘ５−（１／７！）ｘ７＋・・・＋（−１）ｎ（１／（２ｎ＋１）！）ｘ２ｎ＋１＋・・・
ｃｏｓｘ＝ｘ−（１／２！）ｘ２＋（１／４！）ｘ４−（１／６！）ｘ６＋・・・＋（−１）ｎ（１／（２ｎ）！）ｘ２ｎ＋・・・
平方根は、
Ｓ１／２＝０．５＊（Ｓ／Ａ＋Ａ）
べき乗は、
Ａ１０．９７９≒Ａ１０＋０．５＋０．２５＋０．１２５＋０．０６２５＋・・・
≒Ａ１０＊Ａ０．５＊Ａ０．２５＊Ａ０．１２５＊Ａ０．０６２５＊・・・
となる。平方根の近似式よりＡ＾（１／２ｎ）（ｎ＝１，２，３・・・）を用いることにより算出できる。
乱数は、Ｘｎ＋１＝（Ａ＊Ｘｎ＊Ｂ）ｍｏｄＭ により発生できる。
【００５９】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係るゆらぎ信号発生装置は、マッサージ機、空調装置、調光器等の各種装置をゆらいだ状態で制御するためのゆらぎ信号を発生する装置に利用される。
【符号の説明】
【００６１】
１０ ゆらぎ信号発生装置
１１ 入力部
１２ パワー密度算出部
１３ パワー密度分割部
１４ 時系列データ生成部
１５ データ出力部
２０ パーソナルコンピュータ
２１ 表示装置
２２ 入力装置
２３ 記憶装置
２４ 処理装置（ＣＰＵ）
２５ Ｄ／Ａ変換器
２６ 入出力部
３０ ゆらぎ信号発生プログラム
３１ 入力プログラム
３２ パワー密度算出プログラム
３３ パワー密度分割プログラム
３４ 時系列データ生成プログラム
３５ データ出力プログラム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゆらぎ信号発生装置、ゆらぎ信号発生方法、及びゆらぎ信号発生プログラムに関し、特に、人に快適感を与えるマッサージ機の強さ、刺激の間隔、空調装置の風量、温度、音楽の旋律、強弱、調光器における明るさ、色合いの制御などを行う、ゆらぎ信号を発生するゆらぎ信号発生装置、ゆらぎ信号発生方法、及びゆらぎ信号発生プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
扇風機の風速や空調機器の風量或いは温度又は照明装置の明るさなどは、それらが設定された値のままであるよりも、それらの設定された値を中心として、ある程度ゆらいでいた方が人間にとって自然の環境に近いものとなり心地よい刺激となる。そのため、そのような各種機器をゆらぎ信号で制御して、設定値に対してある程度ゆらいだ状態で制御することが提案されている。
【０００３】
自然の本性に根ざす変動（ゆらぎ）のスペクトル、すなわちパワースペクトルは、ほぼ周波数ｆに反比例する１／ｆ型の傾向を示している。従って、例えば扇風機の風量や空調機の温度などを１／ｆ型のパワースペクトルをもって変調するようにすると、自然に馴染んだ環境が作り出される。従来において、このように各種機器をゆらぎ制御するには、例えば、小川のせせらぎ、風の音のような自然界の音や自然界の風速、また心拍や脳波などの生体情報、クラシック音楽などを電気信号に変換して単位時間当たりのゼロ交差回数、すなわち単位時間に値ゼロを横切る回数を求めて１／ｆゆらぎデータとして用いられていた。或いは人工的に１／ｆゆらぎ特性を得るため、白色雑音に対して低域通過フィルタと高域通過フィルタとを組み合わせて特定の周波数帯のパワーを減衰させて１／ｆゆらぎ特性に近似した周波数特性を得るものがあった。また、人の好みも様々であり、自然界のゆらぎも様々であることから、自由に好みのゆらぎを選べるような制御が好ましい。
【０００４】
扇風機やマッサージ器を使用する場合、一般的に最初に強い刺激があり次第に癒されるとともに弱い刺激になって欲しいなど、人それぞれの使用状況によって感じ方が異なるため、それらをある程度満足できるようなゆらぎ制御の要望があった。また、音楽などでも、途中や最後の方に山場を持っていきたいなど様々である。しかし、自然界から得られるゆらぎや、これまでの研究成果では自由にこれらを操作し得ることが困難であった。
【０００５】
これまで、ゆらぎ信号発生装置に関するものとして特許文献１〜４に開示されるものがあった。
【０００６】
特許文献１には、ゆらぎ生成回路が開示されており、そのゆらぎ生成回路では、乱数とフラクタル変換を用いて１／ｆゆらぎ信号を作成し画像を作成している。それゆえ、この回路を用いて生成されるゆらぎは、フラクタル構造を有したゆらぎであり、その画像もフラクタル構造を有した画像となる。すなわち、このゆらぎ生成回路は、１／ｆゆらぎのみを作成する回路である。
【０００７】
特許文献２には、セミ・マルコフ系列を用いた１／ｆゆらぎ信号発生方法が開示されている。この１／ｆゆらぎ信号発生方法は、５個の異なる状態と乱数を用いて１／ｆゆらぎを生成する方法である。
【０００８】
特許文献３には、ダイオードやサーミスタの電流ゆらぎを増幅して１／ｆゆらぎを作成するゆらぎ信号発生装置が開示されている。
【０００９】
特許文献４には、振幅と位相の異なる正弦波の多数の発振器から出力を加算して１／ｆのゆらぎ信号、（１／ｆ）２のゆらぎ信号、１／ｆ１／２のゆらぎ信号などを発生させるゆらぎ信号発生装置が開示されている。このゆらぎ信号発生装置は、異なる周波数の正弦波の加算をハードウェアで実現したものであり、更に１／ｆのゆらぎ信号、（１／ｆ）２のゆらぎ信号、１／ｆ１／２のゆらぎ信号のみの作成をすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−４４３８９号公報
【特許文献２】特開２００２−７３７９号公報
【特許文献３】特開平９−３２６２９９号公報
【特許文献４】特開平７−１７６９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来のゆらぎ発生方法では、特許文献１〜４で開示する方法で作成するゆらぎ信号以外の傾きを有したゆらぎ信号を作成できないことや、信号のピーク位置を設定できないという問題点があった。ここで、傾きとは、ゆらぎの波形を分解して各周波数成分を横軸にとり、その成分のパワー密度を縦軸にとって両対数グラフに表したときの線の傾きをいう。
そこで、本出願人は、様々な傾きを有したゆらぎを発生させるとともに、人の要求する山場（ピーク）位置もある程度設定できる装置の開発に着手するにいたった。本発明は、このような背景からなされたものであって、特に人が快適感を感じることができる様々なゆらぎを発生することができるゆらぎ信号発生装置の開発を技術課題としたものである。
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、様々な傾きを有したゆらぎを発生させるとともに、人の要求する山場（ピーク）位置もある程度設定できるゆらぎ信号発生装置、ゆらぎ信号発生方法、及びゆらぎ信号発生プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るゆらぎ信号発生装置、ゆらぎ信号発生方法、及びゆらぎ信号発生プログラムは、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１４】
第１のゆらぎ信号発生装置（請求項１に対応）は、パワー密度を算出する関数とパワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力手段と、入力手段によって入力されたパワー密度を算出する関数とパラメータに基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出手段と、パワー密度算出手段によって算出された各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割手段と、パワー密度分割手段によって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成手段と、時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力手段と、を備えたことを特徴とする。
第２のゆらぎ信号発生装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、パワー密度を算出する関数が、各周波数をｆとし、その周波数におけるパワー密度をｐ（ｆ）としたときに、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）であり、パラメータは、Ｓ、ＤＣ、Ｂであることを特徴とする。
第３のゆらぎ信号発生装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、パワー密度分割手段が、各周波数ｆとその周波数におけるパワー密度ｐ（ｆ）において、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）となるＳの値によって決まった各ｐ（ｆ）を乱数により正弦波成分と余弦波成分に振り分けることを特徴とする。
第４のゆらぎ信号発生装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、入力手段が、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力する手段を含むことを特徴とする。
第１のゆらぎ信号発生方法（請求項５に対応）は、パワー密度を算出する関数とパワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力ステップと、入力ステップによって入力されたパワー密度を算出する関数とパラメータに基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出ステップと、パワー密度算出ステップによって算出された各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割ステップと、パワー密度分割ステップによって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成ステップと、時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力ステップと、を備えたことを特徴とする。
第２のゆらぎ信号発生方法（請求項６に対応）は、上記の方法において、好ましくは、パワー密度を算出する関数が、各周波数をｆとし、その周波数におけるパワー密度をｐ（ｆ）としたときに、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）であり、パラメータは、Ｓ、ＤＣ、Ｂであることを特徴とする。
第３のゆらぎ信号発生方法（請求項７に対応）は、上記の方法において、好ましくは、パワー密度分割ステップが、各周波数ｆとその周波数におけるパワー密度ｐ（ｆ）において、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）となるＳの値によって決まった各ｐ（ｆ）を乱数により正弦波成分と余弦波成分に振り分けることを特徴とする。
第４のゆらぎ信号発生方法（請求項８に対応）は、上記の方法において、好ましくは、入力ステップが、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力するステップを含むことを特徴とする。
第１のゆらぎ信号発生プログラム（請求項９に対応）は、パワー密度を算出する関数とパワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力プログラムと、入力プログラムによって入力されたパワー密度を算出する関数とパラメータに基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出プログラムと、パワー密度算出プログラムによって算出された各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割プログラムと、パワー密度分割プログラムによって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成プログラムと、時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力プログラムと、を備えたことを特徴とする。
第２のゆらぎ信号発生プログラム（請求項１０に対応）は、上記のプログラムにおいて、好ましくは、パワー密度を算出する関数が、各周波数をｆとし、その周波数におけるパワー密度をｐ（ｆ）としたときに、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）であり、パラメータは、Ｓ、ＤＣ、Ｂであることを特徴とする。
第３のゆらぎ信号発生プログラム（請求項１１に対応）は、上記のプログラムにおいて、好ましくは、パワー密度分割プログラムが、各周波数ｆとその周波数におけるパワー密度ｐ（ｆ）において、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）となるＳの値によって決まった各ｐ（ｆ）を乱数により正弦波成分と余弦波成分に振り分けることを特徴とする。
第４のゆらぎ信号発生プログラム（請求項１２に対応）は、上記のプログラムにおいて、好ましくは、入力プログラムが、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力するステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、利用者は、好みのパワー密度を算出する関数のパラメータとピーク位置の入力によって様々な時系列ゆらぎデータを作成し制御対象物をこのゆらぎデータで制御することによって快適な刺激を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置のブロック図である。
【図２】本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置を実際に実現するための装置のブロック図である。
【図３】本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置を実際に実現するための装置の記憶装置に記憶されるゆらぎ信号発生プログラムの構成を示す図である。
【図４】本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置のプログラム概略流れ図である。
【図５】本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置の各種入力データ画面を示す図である。
【図６】パワー密度と周波数空間における代表的ゆらぎのパワースペクトル図である。
【図７】１／ｆの同一のパラメータＳで作成した異なるゆらぎ時系列データ図である。
【図８】ピーク位置設定用データ図である。
【図９】１／ｆ２ゆらぎの各種ピーク位置設定によるゆらぎ時系列データ図である。
【図１０】本装置を応用した光制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置のブロック図である。なお以下の説明において各種ゆらぎを発生させるゆらぎ信号発生装置１０を単にゆらぎ信号発生装置１０と呼ぶことにする。本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置１０は、後述のゆらぎ信号発生プログラムを実行することにより利用者の好みのゆらぎを発生させるものであり、このゆらぎを各種ゆらぎ刺激やゆらぎ制御として用いることにより利用者に快適感を与えるものである。
【００１９】
ゆらぎ信号発生装置１０は、入力部（入力手段）１１とパワー密度算出部（パワー密度算出手段）１２とパワー密度分割部（パワー密度分割手段）１３と時系列データ生成部（時系列データ生成手段）１４とデータ出力部（データ出力手段）１５を備えている。
【００２０】
入力部１１は、パワー密度を算出する関数とパワー密度を算出する関数のパラメータを入力する手段である。また、入力部１１は、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力することもできる。パワー密度算出部１２は、入力部１１によって入力されたパラメータとパワー密度を算出する関数に基づいて、各周波数のパワー密度を算出する。パワー密度分割部１３は、パワー密度算出部１２によって算出された各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分ける。時系列データ生成部１４は、パワー密度分割部１３によって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する。データ出力部１５は、時系列データ生成部１４によって生成された時系列データに基づいて出力データを生成し出力する。
【００２１】
図１で示したゆらぎ信号発生装置１０は、パーソナルコンピュータまたはマイクロコンピュータで実現される。
【００２２】
図２に示すように、パーソナルコンピュータ（パソコン）２０は、表示装置２１と、入力装置２２と、記憶装置２３と、処理装置２４と、Ｄ／Ａ変換器２５と、入出力部２６とを備えて成るものである。パソコン２０は、一例として、市販のデスクトップ型パソコン等を用いても良いが、他の装置に組み込む場合は、小型化が可能なマイクロコンピュータが適用される。表示装置２１としては、カラー表示のディスプレイが適用されるが、他の装置に組み込む小型化や低コストが要求される場合は白黒表示でも可能である。入力装置２２としてはキーボード２２ａとマウス２２ｂが適用されるが、キーボード２２ａのみでも可能である。Ｄ／Ａ変換器２５としては、１出力以上のものが適用される。
【００２３】
パソコン２０の本体内には、処理装置２４であるＣＰＵと記憶装置２３であるＲＡＭ２３ａとＲＯＭ２３ｂ、Ｄ／Ａ変換器２５とを備えて成るものである。なお、Ｄ／Ａ変換器２５は、適宜別途外付けにしてもよい。また、パソコン２０は、マイクロコンピュータを用いることももちろん可能である。
【００２４】
図３は、本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置１０を実現するパソコン２０の記憶装置２３に記憶されるゆらぎ信号発生プログラム３０の構成を示す図である。記憶装置２３は、ゆらぎ信号発生プログラム３０を記憶するプログラム記憶領域２３ａと、ゆらぎ信号発生プログラム３０を実行するときに必要となるデータを記憶するためのデータ記憶領域２３ｂを備えている。
【００２５】
ゆらぎ信号発生プログラム３０は、入力プログラム３１とパワー密度算出プログラム３２とパワー密度分割プログラム３３と時系列データ生成プログラム３４とデータ出力プログラム３５を備えている。
【００２６】
入力プログラム３１は、図１で示した入力部１１の機能を実現するプログラムであり、パワー密度を算出する関数とパワー密度を算出する関数のパラメータを入力するプログラムである。また、入力プログラムには、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力するステップを含ませることができる。パワー密度算出プログラム３２は、図１で示したパワー密度算出部１２の機能を実現するプログラムであり、入力プログラム３１によって入力されたパラメータとパワー密度を算出する関数に基づいて、各周波数のパワー密度を算出するプログラムである。
【００２７】
パワー密度分割プログラム３３は、図１で示したパワー密度分割部１３の機能を実現するプログラムであり、パワー密度算出プログラム３２によって算出された各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるプログラムである。時系列データ生成プログラム３４は、図１で示した時系列データ生成部１４の機能を実現するプログラムであり、パワー密度分割プログラム３３によって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成するプログラムである。データ出力プログラム３５は、図１で示したデータ出力部１５の機能を実現するプログラムであり、時系列データ生成プログラム３４によって生成された時系列データに基づいて出力データを生成し出力するプログラムである。
【００２８】
パソコン２０は、上記のプログラムを処理装置２４によって実行することによってゆらぎ信号発生装置１０としての機能を実現する。
【００２９】
次に、本発明の本実施形態に係るゆらぎ信号発生装置１０を実現するパソコン２０の記憶装置２３に記憶されるゆらぎ信号発生プログラム３０を図４のフローチャートを用いて説明する。ゆらぎ信号発生プログラム３０の各プログラムは、本発明に係るゆらぎ信号発生方法の各ステップに対応する。
【００３０】
ステップＳ１１において、パソコン２０は、各処理で共通に使用される各種変数の初期設定を行う。ステップＳ１２において、入力プログラム（入力ステップ）３１は、データ入力処理設定でキーボード等からデータを入力する。
【００３１】
この入力画面の一例を図５に示す。この画面４０において、入力項目０でパワー密度を算出する関数ｐ（ｆ）を設定する。ここでは、予め各周波数のパワー密度ｐ（ｆ）をｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）として設定されているものとする。入力項目１で最初に１回のフーリエ逆変換によって作成するデータ数を設定する。次に、入力項目２で繰り返し回数を入力する。それにより、出力全データ数が決定される。
【００３２】
入力項目３で、ゆらぎの傾き（パラメータＳ）と他のパラメータ（パラメータＤＣ、パラメータＢ）を入力する。パラメータＳの数値が０に近いほど変化が激しく、次に何が来るか予想できない変化となる。反対にパラメータＳの数値が２，３と大きくなるとゆっくりとした変化となる。ここで、パラメータＳとして１が入力されるといわゆる１／ｆゆらぎとなり、より快適な変化となる。
【００３３】
入力項目４では、周波数領域で、どの周波数範囲までパワー密度を決定するか入力する。サンプリング定理より全周波数範囲の半分までが有効であることから全周波数範囲の半分以上の高周波領域のパワー密度は全て０とするので、低周波から全周波数範囲の半分までの高周波領域のパワー密度を決定する。Ｎｏを選択すると前項目で入力した傾き（パラメータＳ）に従って全周波数範囲の半分までパワー密度が決定されるが、ＹＥＳの選択によって、２つ以上の周波数範囲をスタート番号と終了番号を整数数値で入力することによって指定することによってその番号間だけのパワー密度が決定され、その他の周波数のパワー密度は全て０となる。
【００３４】
入力項目５で１データの出力保持時間の設定を行う。ｓｅｃ又はｍｓｅｃを選択し、数値を入力することによって１データの出力時間が決定される。入力項目６でピーク位置の選択を行う。ＹＥＳを入力し、次の（１：前方、２：中央、３：後方）から選択することによってピーク位置を決定する。Ｎｏを入力した場合はどこにピーク位置がくるかは未定である。
【００３５】
入力項目７で出力電圧範囲の設定を行う。設定範囲は（１：０〜１Ｖ、２：−１〜＋１Ｖ）のどちらかを選択することによって出力される。
【００３６】
以上の入力項目１〜７を入力することによりステップＳ１２が終了する。
【００３７】
図４において、ステップＳ１３では、ステップＳ１２で入力した入力項目１と入力項目２で決定される全データが出力されたか否か判断する。もし、全データが出力を終了したならば、エンドとなる。また、もし、全データが出力を終了しないならば、ステップＳ１４を実行する。
【００３８】
ステップＳ１４では、パワー密度算出プログラム（パワー密度算出ステップ）３２が実行される。
【００３９】
ステップＳ１４のプログラム処理では、入力データ項目３で入力されたパラメータＳとパラメータＤＣとパラメータＢの数値に従って各周波数のパワー密度ｐ（ｆ）をｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）によって算出する。ここで、パラメータＤＣは、振幅の大きさを決めるものである。また、パラメータＢは、周波数領域で傾きＳの近傍でパワー密度に対してゆらぎを生じさせるものであり、乱数Ｒ（−１から＋１の値）によって傾きに影響を与えないようにしている。これらのパラメータＤＣおよびパラメータＢには０を入力するようにしても良い。
【００４０】
これによって、図６に示すように横軸周波数ｆと縦軸パワー密度ｐ（ｆ）としたとき、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）によって各周波数ｆに対するパワー密度ｐ（ｆ）が決定される。ここで、Ｓはゆらぎの傾きを決定する実数値である。Ｓ＝１で直線Ｓ１で示される（１／ｆ）ゆらぎとなり、人に快適感を与えるゆらぎの傾きとなる。また、Ｓ＝２で直線Ｓ２で示される（１／ｆ）２ゆらぎとなりゆったりとした変化となるなど、Ｓの値によって様々な傾きを有したゆらぎを発生できる。このパワー密度の算出範囲は、サンプリング定理から１回のフーリエ逆変換で作成する全データの半分に相当するデータ番号の高周波数まで設定し、その他のデータは全て０に設定すれば良い。
【００４１】
ここで、入力画面の項目４で「パワーの設定データ数を入力しますか？」に対してＹｅｓが選択された場合は、スタート番号から終了番号までの間だけパワー密度を算出して設定し、その他の周波数は全て０に設定する。
【００４２】
ステップＳ１５では、パワー密度分割プログラム（パワー密度分割ステップ）３３が実行される。
【００４３】
ステップＳ１５のプログラム処理では、ステップＳ１４で得られた各周波数のパワー密度を基に各周波数において余弦波と正弦波の成分に分配する。例えば、余弦波の最大振幅をａ、正弦波の最大振幅をｂとすれば、ｐ（ｆ）の絶対値は、ａ２＋ｂ２と等しくなる（ここで、ａ，ｂは、実効値を用いてもよい）。ａ，ｂの最大値は、ｐ（ｆ）の絶対値の平方根となる。そこで、この最大値に乱数（−１〜＋１）を乗算してａの値を決定すると、ｂの値も決定される。これを各周波数で行って余弦波成分と正弦波成分を算出する。この分配に乱数を用いることによって同じ傾きでも異なるゆらぎを発生できる。また、乱数に負の値も用いることによって、位相を大きく変えることができる。
【００４４】
さらに、入力画面の項目６でピーク位置の設定を行った場合、ピーク位置は周波数の低い数個の周波数例えば基本周波数ｆと、その２倍の２ｆおよび３倍の３ｆの周波数において、実数部と虚数部の割合を決定することによってほぼ決定できる。これは、周波数が高くなるにつれてパワーが著しく減少する特性を利用したものである。
【００４５】
ステップＳ１６では、時系列データ生成プログラム（時系列データ生成ステップ）３４が実行される。
【００４６】
ステップＳ１６のプログラム処理では、前処理によって周波数関数として作成されたデータをフーリエ逆変換によって時系列データを作成するプログラムである。データ数が２のべき乗であれば高速フーリエ逆変換が有効である。
【００４７】
ステップＳ１７では、データ出力プログラム（データ出力ステップ）３５が実行される。
【００４８】
ステップＳ１７のプログラム処理では、作成された時系列データを入力画面で選択された０〜１Ｖか−１〜＋１の範囲にデータ変化を行う。そして、入力画面の項目で設定された、データの保持時間をもとに各データを保持時間保持しながら書き換えを逐次行って出力する。
【００４９】
上記処理を入力画面の項目２で設定された回数繰り返して出力を行う。
【００５０】
図７（ａ）と図７（ｂ）は、同じ傾きＳ＝１（１／ｆゆらぎ）で１０２４のデータを作成した異なる時系列データ例である。縦軸は、振幅で、逆フーリエ変換によって作成された時系列データで、図７（ａ）と図７（ｂ）では、波形および最大値と最小値が異なっている。これらのデータを出力変換プログラムで必要な振幅変換して出力する。また、横軸の時間も設定によって異なってくる。
【００５１】
同じ傾きＳ＝２（１／ｆ２ゆらぎ）で、余弦波と正弦波の第３項までのそれぞれの最大振幅ａ，ｂの割合を図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）のように設定すると、図８（ａ）で前方、図８（ｂ）で中央、図８（ｃ）で後方にピーク値が設定される。それらの設定によって作成された各時系列データ例をそれぞれ図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示す。
【００５２】
なお、図４のステップＳ１２の入力項目０でのパワー密度を算出する関数の設定において、任意のパワー密度を算出する関数ｐ（ｆ）を設定することができる。例えば、下記のような式で決定できるなど様々な関数を定義して各周波数のパワー密度を決定することにより、様々なゆらぎを作成できる。
【００５３】
ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ｒ・ｆ−Ｓ・・・・・（１）
ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ｒ・ｆ−Ｓ＋Ｃ・ｐ（ｆ１）・・・・（２）
【００５４】
（１）式において、例えばｒに乱数を用いて±０．１以内に振った数値を用いると傾きＳに対して１０％の変動をパワースペクトル上で持たせたことになる。
（２）式においては、さらに、ある周波数ｆ１だけを強調したいときＣの値を大きくすることによって強調できる。これによって周波数ｆ１のリズムが強調できる。
【００５５】
周波数ゆらぎ出力時は、最大出力レベルと０レベルのそれぞれの保持時間をゆらぎデータで変化させることによって周波数ゆらぎデータを出力できる。
【００５６】
図１０に示す本装置の応用例としては、この各種ゆらぎ信号発生装置１０より発生した時系列ゆらぎ信号を位相制御回路５０に供給して、商用交流１００Ｖの流通角をゆらぎ信号によって制御し、その位相制御回路５０の出力により電球５１に流れる電流を制御することによって電球５１による輝度を変化させ、つまり調光して明るさをゆらいだ状態で制御するものである。
【００５７】
なお、マイクロコンピュータを用いる場合、パソコン上では、ｓｉｎ，ｃｏｓ，べき乗、乱数などの組み込み関数がＣ言語等で用意されているが、マイクロコンピュータでは四則演算のみとなるので、これらの関数は下記のような級数を使うことによって実現できる。これによってマイクロコンピュータでもフーリエ逆変換が可能となり容易に時系列データを発生することができる。
【００５８】
三角関数では、
ｓｉｎｘ＝ｘ−（１／３！）ｘ３＋（１／５！）ｘ５−（１／７！）ｘ７＋・・・＋（−１）ｎ（１／（２ｎ＋１）！）ｘ２ｎ＋１＋・・・
ｃｏｓｘ＝ｘ−（１／２！）ｘ２＋（１／４！）ｘ４−（１／６！）ｘ６＋・・・＋（−１）ｎ（１／（２ｎ）！）ｘ２ｎ＋・・・
平方根は、
Ｓ１／２＝０．５＊（Ｓ／Ａ＋Ａ）
べき乗は、
Ａ１０．９７９≒Ａ１０＋０．５＋０．２５＋０．１２５＋０．０６２５＋・・・
≒Ａ１０＊Ａ０．５＊Ａ０．２５＊Ａ０．１２５＊Ａ０．０６２５＊・・・
となる。平方根の近似式よりＡ＾（１／２ｎ）（ｎ＝１，２，３・・・）を用いることにより算出できる。
乱数は、Ｘｎ＋１＝（Ａ＊Ｘｎ＊Ｂ）ｍｏｄＭ により発生できる。
【００５９】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係るゆらぎ信号発生装置は、マッサージ機、空調装置、調光器等の各種装置をゆらいだ状態で制御するためのゆらぎ信号を発生する装置に利用される。
【符号の説明】
【００６１】
１０ ゆらぎ信号発生装置
１１ 入力部
１２ パワー密度算出部
１３ パワー密度分割部
１４ 時系列データ生成部
１５ データ出力部
２０ パーソナルコンピュータ
２１ 表示装置
２２ 入力装置
２３ 記憶装置
２４ 処理装置（ＣＰＵ）
２５ Ｄ／Ａ変換器
２６ 入出力部
３０ ゆらぎ信号発生プログラム
３１ 入力プログラム
３２ パワー密度算出プログラム
３３ パワー密度分割プログラム
３４ 時系列データ生成プログラム
３５ データ出力プログラム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー密度を算出する関数と前記パワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力手段と、
前記入力手段によって入力された前記パワー密度を算出する関数と前記パラメータに基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出手段と、
前記パワー密度算出手段によって算出された前記各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割手段と、
前記パワー密度分割手段によって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成手段と、
前記時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力手段と、を備えたことを特徴とするゆらぎ信号発生装置。
【請求項２】
前記パワー密度を算出する関数は、各周波数をｆとし、その周波数におけるパワー密度をｐ（ｆ）としたときに、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）であり、
前記パラメータは、Ｓ、ＤＣ、Ｂであることを特徴とする請求項１記載のゆらぎ信号発生装置。
【請求項３】
前記パワー密度分割手段は、各周波数ｆとその周波数におけるパワー密度ｐ（ｆ）において、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）となるＳの値によって決まった各ｐ（ｆ）を乱数により正弦波成分と余弦波成分に振り分けることを特徴とする請求項１又は２記載のゆらぎ信号発生装置。
【請求項４】
前記入力手段は、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力する手段を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のゆらぎ信号発生装置。
【請求項５】
パワー密度を算出する関数と前記パワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力ステップと、
前記入力ステップによって入力された前記パワー密度を算出する関数と前記パラメータに基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出ステップと、
前記パワー密度算出ステップによって算出された前記各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割ステップと、
前記パワー密度分割ステップによって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成ステップと、
前記時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力ステップと、を備えたことを特徴とするゆらぎ信号発生方法。
【請求項６】
前記パワー密度を算出する関数は、各周波数をｆとし、その周波数におけるパワー密度をｐ（ｆ）としたときに、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）であり、
前記パラメータは、Ｓ、ＤＣ、Ｂであることを特徴とする請求項５記載のゆらぎ信号発生方法。
【請求項７】
前記パワー密度分割ステップは、各周波数ｆとその周波数におけるパワー密度ｐ（ｆ）において、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）となるＳの値によって決まった各ｐ（ｆ）を乱数により正弦波成分と余弦波成分に振り分けることを特徴とする請求項５又は６記載のゆらぎ信号発生方法。
【請求項８】
前記入力ステップは、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力するステップを含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のゆらぎ信号発生方法。
【請求項９】
パワー密度を算出する関数と前記パワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力プログラムと、
前記入力プログラムによって入力された前記パワー密度を算出する関数と前記パラメータに基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出プログラムと、
前記パワー密度算出プログラムによって算出された前記各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割プログラムと、
前記パワー密度分割プログラムによって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成プログラムと、
前記時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力プログラムと、を備えたことを特徴とするゆらぎ信号発生プログラム。
【請求項１０】
前記パワー密度を算出する関数は、各周波数をｆとし、その周波数におけるパワー密度をｐ（ｆ）としたときに、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）であり、
前記パラメータは、Ｓ、ＤＣ、Ｂであることを特徴とする請求項９記載のゆらぎ信号発生プログラム。
【請求項１１】
前記パワー密度分割プログラムは、各周波数ｆとその周波数におけるパワー密度ｐ（ｆ）において、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）となるＳの値によって決まった各ｐ（ｆ）を乱数により正弦波成分と余弦波成分に振り分けることを特徴とする請求項９又は１０記載のゆらぎ信号発生プログラム。
【請求項１２】
前記入力プログラムは、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力するステップを含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のゆらぎ信号発生プログラム。
【請求項１】
パワー密度を算出する関数と前記パワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力手段と、
前記入力手段によって入力された前記パワー密度を算出する関数と前記パラメータに基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出手段と、
前記パワー密度算出手段によって算出された前記各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割手段と、
前記パワー密度分割手段によって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成手段と、
前記時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力手段と、を備えたことを特徴とするゆらぎ信号発生装置。
【請求項２】
前記パワー密度を算出する関数は、各周波数をｆとし、その周波数におけるパワー密度をｐ（ｆ）としたときに、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）であり、
前記パラメータは、Ｓ、ＤＣ、Ｂであることを特徴とする請求項１記載のゆらぎ信号発生装置。
【請求項３】
前記パワー密度分割手段は、各周波数ｆとその周波数におけるパワー密度ｐ（ｆ）において、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）となるＳの値によって決まった各ｐ（ｆ）を乱数により正弦波成分と余弦波成分に振り分けることを特徴とする請求項１又は２記載のゆらぎ信号発生装置。
【請求項４】
前記入力手段は、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力する手段を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のゆらぎ信号発生装置。
【請求項５】
パワー密度を算出する関数と前記パワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力ステップと、
前記入力ステップによって入力された前記パワー密度を算出する関数と前記パラメータに基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出ステップと、
前記パワー密度算出ステップによって算出された前記各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割ステップと、
前記パワー密度分割ステップによって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成ステップと、
前記時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力ステップと、を備えたことを特徴とするゆらぎ信号発生方法。
【請求項６】
前記パワー密度を算出する関数は、各周波数をｆとし、その周波数におけるパワー密度をｐ（ｆ）としたときに、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）であり、
前記パラメータは、Ｓ、ＤＣ、Ｂであることを特徴とする請求項５記載のゆらぎ信号発生方法。
【請求項７】
前記パワー密度分割ステップは、各周波数ｆとその周波数におけるパワー密度ｐ（ｆ）において、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）となるＳの値によって決まった各ｐ（ｆ）を乱数により正弦波成分と余弦波成分に振り分けることを特徴とする請求項５又は６記載のゆらぎ信号発生方法。
【請求項８】
前記入力ステップは、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力するステップを含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のゆらぎ信号発生方法。
【請求項９】
パワー密度を算出する関数と前記パワー密度を算出する関数のパラメータを入力する入力プログラムと、
前記入力プログラムによって入力された前記パワー密度を算出する関数と前記パラメータに基づいて、各周波数のパワー密度を算出するパワー密度算出プログラムと、
前記パワー密度算出プログラムによって算出された前記各周波数のパワー密度を正弦波成分と余弦波成分に分けるパワー密度分割プログラムと、
前記パワー密度分割プログラムによって分割された成分に基づいて逆フーリエ変換により時系列データを生成する時系列データ生成プログラムと、
前記時系列データに基づいて出力データを生成し出力するデータ出力プログラムと、を備えたことを特徴とするゆらぎ信号発生プログラム。
【請求項１０】
前記パワー密度を算出する関数は、各周波数をｆとし、その周波数におけるパワー密度をｐ（ｆ）としたときに、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）であり、
前記パラメータは、Ｓ、ＤＣ、Ｂであることを特徴とする請求項９記載のゆらぎ信号発生プログラム。
【請求項１１】
前記パワー密度分割プログラムは、各周波数ｆとその周波数におけるパワー密度ｐ（ｆ）において、ｐ（ｆ）＝ｆ−Ｓ＋ＤＣ＋Ｂ・Ｒ（ｆ−Ｓ）となるＳの値によって決まった各ｐ（ｆ）を乱数により正弦波成分と余弦波成分に振り分けることを特徴とする請求項９又は１０記載のゆらぎ信号発生プログラム。
【請求項１２】
前記入力プログラムは、ゆらぎの大まかなピーク位置を入力するステップを含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のゆらぎ信号発生プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２５００６０（Ｐ２０１１−２５００６０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２０２２３（Ｐ２０１０−１２０２２３）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 電子情報通信学会２０１０年総合大会プログラム、社団法人 電子情報通信学会、平成２２年３月２日
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 電子情報通信学会２０１０年総合大会プログラム、社団法人 電子情報通信学会、平成２２年３月２日
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
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