音频信号处理装置、音频信号处理方法和存储介质与流程

本发明涉及音频信号处理装置、音频信号处理方法和存储介质。

背景技术：

最近，已经提出了通过检测身体运动、呼吸和心跳等生物信息并根据所检测的生物信息产生声音来增强睡眠或者施加放松效果的技术(例如，参考专利文献1)。此外，还提出了根据受试人的放松状态来调整所产生的声音的类型、音量和节奏中的至少一种的技术(例如，参考专利文献2)。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开no.h4-269972。

专利文献2：日本专利申请公开no.2004-344284。

技术实现要素：

本发明要解决的问题

当产生声音以增强听到声音的人(在下文中称为“受试人”)的睡眠时，如果产生单调的声音，则用于改善睡眠的声音可能由于诸如受试人对声音感到厌烦或者声音变得令受试人讨厌而阻碍或干扰睡眠。

本发明是考虑到上述情况而做出的，并且本发明要解决的问题之一是提供一种技术，通过该技术减少由声音引起的睡眠障碍的发生。这种睡眠障碍的发生与通过使用声音改善睡眠的预期效果相反。

解决问题的手段

为了解决上述问题，一方面，本发明的音频信号处理装置包括：获取器，其被构造为获取受试人的生物信息；处理器，其被构造为基于生物信息来识别受试人的呼吸周期和心跳周期中的至少一者；以及效果施加器，其被构造为向音频信号施加以根据呼吸周期或心跳周期的周期而变化的频率特性。

在这方面，音频信号的频率特性的时间变化与生物节律(例如，呼吸周期和心跳周期)相关联。因此可以增加从音频信号产生的声音的变化。描述“音频信号的频率特性的时间变化与生物节律(例如，呼吸周期和心跳周期)相关联”是指“音频信号的频率特性根据生物节律(例如，呼吸周期和心跳周期)变化”。而且，可以根据单个音频信号简单地创建变化丰富的声音。这样，受试人不会对与音频信号处理装置已经处理的音频信号相对应的声音感到厌烦，并且可以相对容易地引导受试人入睡。因此，在听到实际上旨在增强受试人的睡眠的声音时，可以避免对受试人的睡眠干扰。

这里，根据呼吸周期或心跳周期的周期不一定是实际的呼吸周期或心跳周期本身。只要在该周期与呼吸周期或心跳周期之间存在特定关系就足够。

另一方面，根据本发明的音频信号处理装置包括：获取器，其被构造为获取受试人的生物信息；估计器，其被构造为基于生物信息来估计睡眠状态；处理器，其被构造为根据由估计器估计的睡眠状态决定颤音周期；以及效果施加器，其被构造为向音频信号施加与由处理器决定的颤音周期相对应的颤音效果。

在这方面，可以改变颤音效果，使得例如受试人的睡眠状态变得比当前的睡眠状态更深。

附图说明

图1是示出包括根据第一实施例的音频信号处理装置的系统的整体构造的示图。

图2是示出根据第一实施例的音频信号处理装置的功能构造的框图。

图3是示出音频信号产生器的示例构造的框图。

图4是示出低通滤波器的截止频率的时间变化的示例的说明图。

图5是示出声音数据的波形、低通滤波器的截止频率的时间变化和触发信号之间的关系的时序图。

图6是示出根据第一实施例的音频信号处理装置的操作流程的流程图。

图7是示出根据第二实施例的音频信号处理装置的功能构造的框图。

图8是示出根据第二实施例的音频信号处理装置的操作流程的流程图。

图9是说明根据一个修改的音频信号处理装置中的频率特性的控制模式的说明图。

具体实施方式

以下将参考附图说明本发明的实施例。

第一实施例

图1是示出包括根据第一实施例的音频信号处理装置20的系统1的整体构造的示图。如图1中所示，系统1被构造为包括传感器11、音频信号处理装置20以及扬声器51和52。系统1旨在例如通过使仰卧在床5上的受试人e听到由扬声器51和52输出的声音来增强受试人e的睡眠。

传感器11例如可以是片状压电元件。传感器11例如设置在床5上的床垫下面。当受试人e躺在床5上时，传感器11检测受试人e的生物信息。传感器11检测由受试人e的生物活动(包括呼吸和心跳)引起的身体运动。传感器11输出检测信号，在该信号上叠加有这些生物活动的分量。为了方便起见，图1示出了经由有线连接将检测信号发送到音频信号处理装置20的构造；然而，替代地可以采用无线发送检测信号的构造。

音频信号处理装置20能够基于从传感器11输出的检测信号(生物信息)来获取受试人e的呼吸周期brm、心跳周期hrm和身体运动。音频信号处理装置20例如是便携式终端、个人计算机等。

扬声器51和52被布置在使得仰卧着的受试人e感知到立体声音的位置处。扬声器51通过内置放大器放大从音频信号处理装置20输出的立体声信号的左(l)音频信号，并且输出与立体声信号的放大的l音频信号对应的声音。同样地，扬声器52通过内置放大器放大从音频信号处理装置20输出的立体声信号的右(r)音频信号，并且输出与立体声信号的放大的r音频信号对应的声音。可替代地，可以采用耳机来为受试人e提供声音。但是，在本实施例中，采用了使用扬声器51和52的构造。

图2是主要示出系统1中音频信号处理装置20中的功能块的构造的示图。如图2所示，音频信号处理装置20包括a/d转换器205、控制器200、存储单元m、输入装置225以及d/a转换器261和262。

存储单元m例如是非暂态存储介质，并且可以是诸如cd-rom(光盘)之类的光存储介质，或诸如磁存储介质或半导体存储介质之类的公知存储介质。在本说明书中，“非暂态”存储介质涵盖除暂态传播信号之外的所有类型的计算机可读存储介质，并且不排除易失性存储介质。由控制器200执行的程序和供控制器200使用的各种数据被存储在存储单元m中。例如，多条声音信息被存储在存储单元m中。声音信息也可以被称为“声音内容”。声音信息(声音内容)例如是与声音产生有关的声音信息(声音内容)。程序可以经由通信网络(未示出)提供，然后被安装在存储单元m中。

输入装置225是显示单元(例如，液晶显示面板)和输入单元一体成形的输入/输出装置。显示单元在控制器200的控制下显示各种图像，并且用户(例如，受试人)使用输入单元向音频信号处理装置20输入指令。触摸面板是输入装置225的示例。输入装置225可以采用具有与显示单元分开设置的多个操作元件的装置。

控制器200例如由处理装置(例如cpu)构成。控制器200通过执行存储在存储单元m中的程序而起到获取器210、设置器220、处理器240、音频信号产生器245和效果施加器250的作用。这些功能的全部或一些可以由专用电子电路系统来实现。例如，音频信号产生器245和效果施加器250可以通过大规模集成(lsi)来构造。音频信号产生器245根据存储在存储单元m中的声音信息来产生音频信号sd(sd(l)和sd(r))。存储在存储单元m中的每个声音信息(声音内容)可以是任何声音，只要音频信号产生器245能够由此产生音频信号sd。声音信息可以仅是一条声音信息。表示演奏信息(例如音符和音高)的演奏数据、表示用于控制音频信号产生器245的参数等的参数数据以及声音的波形数据是声音信息的示例。声音信息的更具体的示例是：表示海浪声音的声音信息(例如，表示海浪声音的波形数据)；表示铃声的声音信息(例如，表示铃声的波形数据)；表示吉他声音的声音信息(例如，表示吉他声音的波形数据)；以及表示钢琴声音的声音信息(例如，表示钢琴声音的波形数据)。

a/d转换器205将由传感器11输出的检测信号转换为数字信号。例如，获取器210将数字检测信号暂时积累在存储单元m中。设置器220用于执行各种设置。音频信号处理装置20产生各种类型的音频信号v，以使得受试人e不会对声音感到厌烦。音频信号处理装置20能够从扬声器51和52输出对应于音频信号v的声音。

设置器220可以根据受试人e在输入装置225上执行的输入操作，从存储在存储单元m中的大量声音信息中选择和设置要播放(输出)的声音信息。具体而言，设置器220从输入装置225接收根据受试人e在输入装置225上执行的输入操作的操作信息。设置器220根据操作信息将表示待播放的声音信息的设置数据提供给处理器240。

处理器240根据从设置器220接收的设置数据来向音频信号产生器245提供指示待播放的声音信息的声音信息指令。

音频信号产生器245从存储单元m获取与声音信息指令对应的声音信息。音频信号产生器245基于获取的声音信息产生音频信号sd。音频信号sd也可以被称为“声音内容”。图3示出音频信号产生器245的详细构造。音频信号产生器245包括第一音频信号产生器410、第二音频信号产生器420、第三音频信号产生器430以及混合器451和452。在本示例中，音频信号处理装置能够同时输出三种类型的声音。例如，当输入装置225接收到指定三种类型的声音信息的输入操作时，输入装置225向设置器220提供与该输入操作相对应的操作信息。

当在设置器220处接收到操作信息时，设置器220向处理器240提供表示三种类型的声音信息的设置数据。当在处理器240处接收到设置数据时，处理器240向音频信号产生器245发出指示音频信号产生器245播放三种类型的声音信息的声音信息指令。在下文中，假设第一声音信息至第三声音信息用作三种类型的声音信息。在接收到声音信息指令时，第一音频信号产生器410、第二音频信号产生器420和第三音频信号产生器430中的每一个按照以下方式操作。第一音频信号产生器410从存储单元m获取第一声音信息，并产生与第一声音信息相对应的双声道格式的数字立体声音频信号。第二音频信号产生器420从存储单元m获取第二声音信息，并产生与第二声音信息相对应的双声道格式的数字立体声音频信号。第三音频信号产生器430从存储单元m获取第三声音信息，并产生与第三声音信息相对应的双声道格式的数字立体声音频信号。注意，音频信号产生器245可以仅由第一音频信号产生器410组成。在这种情况下，设置数据指示单一类型的声音信息。

混合器451将第一音频信号产生器410、第二音频信号产生器420和第三音频信号产生器430中相应的一个所输出的左(l)音频信号进行混合(相加)以产生音频信号sd(l)。同样，混合器452将从第一音频信号产生器410、第二音频信号产生器420和第三音频信号产生器430中相应的一个所输出的右(r)音频信号进行混合(相加)以产生音频信号sd(r)。

图2所示的效果施加器250通过向音频信号sd施加声学效果来产生施加了效果的音频信号v。效果施加器250包括效果单元。声学效果包括音频信号的频率特性随时间变化的效果，并且还包括音频信号的失真水平随时间变化的效果。也就是说，效果施加器250向音频信号sd施加随时间变化的声学效果，从而产生施加了效果的音频信号v，该音频信号v具有所施加的效果。声学效果的变化是周期性的，并且由处理器240指示效果施加器250来施加变化。

本示例中的效果施加器250设置有能够至少改变音频信号的频率特性的时变滤波器f。作为时变滤波器f的示例，将对使低频范围的频率分量通过的低通滤波器进行描述。然而，时变滤波器f可以是使高频范围的频率分量通过的高通滤波器，或者是使规定频带的频率分量通过的带通滤波器。

图4示出了低通滤波器的截止频率的时间变化的示例。如图4所示，截止频率在时间点t0处是频率f1，并且在时间点t1处增加到频率f2，在时间点t2处增加到频率f3。此后，截止频率在时间点t3处降低到频率f2，并且在时间点t4处进一步降低到频率f1。假设音频信号sd包括海浪声的波形数据，该波形数据由频率f1到频率f2范围内的频率分量组成，再假设音频信号包括铃声的波形数据，该波形数据由频率f2到频率f3的范围内的频率分量组成。在这种情况下，在从时间点t0到时间点t1期间和从时间点t3到时间点t4期间输出海浪声，但铃声静音，并在从时间点t1到时间点t3期间输出铃声和海浪声。因此，在音频信号sd的频率分量的至少一部分与低通滤波器的截止频率变化的频率范围重叠的情况下，重叠部分的频率分量的声音既可以播放(输出)重叠部分的频率分量的声音，也可以抑制重叠部分的频率分量的声音。因此，即使在使用由海浪声的波形数据和铃声的波形数据组成的单个音频信号(声音内容)时，如在本示例中那样，也可以在由单个音频信号产生的施加了效果的音频信号中建立变化。

效果施加器250根据从处理器240提供的触发信号来控制开始改变频率特性的定时。通过d/a转换器261将已经由效果施加器250施加了声学效果的音频信号sd(l)(即，施加了效果的音频信号v(l))转换成模拟信号，并将模拟音频信号v(l)提供给扬声器51。通过d/a转换器262将已经由效果施加器250施加了声学效果的音频信号sd(r)(即，施加了效果的音频信号v(r))转换成模拟信号，并将模拟音频信号v(r)提供给扬声器52。

处理器240以根据受试人e的呼吸周期brm的切换周期brs来激活触发信号。图5示出音频信号sd的波形、低通滤波器的截止频率的时间变化以及触发信号之间的关系。这里，根据呼吸周期brm的切换周期brs不一定与检测到的呼吸周期brm一致，只要在切换周期brs和检测到的呼吸周期brm之间存在特定关系就足够了。例如，将规定时间段内呼吸周期brm的平均值乘以k(k是自由选择的值，满足1≤k≤1.1)得到的值可以用作切换周期brs。在本例中，处理器240将呼吸周期brm的平均值乘以1.05得到的值设置为切换周期brs。在该情况下，假定受试人e的平均呼吸周期brm是5秒，则切换周期brs是5.25秒。当人放松时，呼吸周期brm倾向于变长。因此，通过采用比测量的呼吸周期brm稍微长的切换周期brs，可以引导受试人e入睡。

在图5所示的示例中，低通滤波器的截止频率在每个触发信号被激活的时刻是最小的。因此，在触发信号被激活时，音频信号sd衰减到最大程度。相应地，在触发信号被激活的时刻，受试人e可听到的并且与施加了效果的音频信号v对应的声音的音量变得最低。结果，受试人e能够根据音量的变化而感知他/她自己的呼吸周期brm。

在本示例中，截止频率基于受试人e的呼吸周期brm而变化；然而，截止频率可以基于根据受试人e的心跳周期hrm的切换周期hrs而变化。这里，根据心跳周期hrm的切换周期hrs不一定与检测到的心跳周期hrm一致；只要在切换周期hrs与检测到的心跳周期hrm之间存在特定关系就足够了。例如，将规定时间段内心跳周期hrm的平均值乘以l(l是自由选择的值，满足1≤l≤1.1)得到的值可以用作切换周期hrs。作为示例，可以将心跳周期hrm的平均值乘以1.02得到的值作为切换周期hrs。在该情况下，假定受试人e的平均心跳周期hrm为1秒，则切换周期为1.02秒。当人放松时，心跳周期hrm趋于变长。因此，通过采用比实际心跳周期hrm长的切换周期hrs，受试人e可以放松入睡。

效果施加器250以上述方式向音频信号sd施加以根据呼吸周期brm或心跳周期hrm中一个的周期而变化的频率特性，从而产生施加了效果的音频信号v。因此，可以输出(播放)各种声音。在前面的描述中，使用低通滤波器作为截止频率随时间变化的时变滤波器f的示例；然而，可以使用高通滤波器或带通滤波器作为时变滤波器f。

接下来，将说明音频信号处理装置20的操作。图6是示出音频信号处理装置20的操作流程的流程图。首先，处理器240基于由获取器210获取的指示受试人e的生物信息的检测信号来检测受试人e的心跳周期hrm和呼吸周期brm(sa1)。包含叠加在检测信号上的呼吸分量的频带在大约0.1hz到0.25hz的范围内，而包含叠加在检测信号上的心跳分量的频带在大约0.9hz到1.2hz的范围内。处理器240从检测信号中提取与呼吸分量相对应的频带中的信号分量，并且基于所提取的分量来检测受试人e的呼吸周期brm。处理器240还从检测信号中提取与心跳分量相对应的频带中的信号分量，并基于所提取的分量检测受试人e的心跳周期hrm。处理器240在执行下面描述的处理的同时不断检测受试人e的心跳周期hrm和呼吸周期brm。

设置器220在从输入装置225获取操作信息(sa2)时，将指示要从存储单元m读取的声音信息的设置数据提供给处理器240。处理器240将与该设置数据相对应的声音信息指令提供给音频信号产生器245以指定声音信息(sa3)。之后，音频信号产生器245根据声音信息指令读取声音信息，并开始使用该声音信息产生信号sd(sa4)。

接下来，处理器240判定是根据受试人e的呼吸周期brm的切换周期brs的触发定时，还是根据受试人e的心跳周期hrm的切换周期hrs的触发定时(sa5)。可以预先判定是采用根据呼吸周期brm的切换周期brs作为触发定时，还是采用根据心跳周期hrm的切换周期hrs作为触发定时。可替代地，可以基于在步骤sa3中指定的声音信息来做出上述判定。

当不满足步骤sa5的判定条件时，处理器240重复步骤sa5。当满足步骤sa5的判定条件时，处理器240激活触发信号。因此，效果施加器250重置将被施加到音频信号sd的声学效果的时间变化，并开始将已经预先设置的声学效果施加给音频信号sd(sa6)。特别地，时变滤波器f的频率特性根据从时间点t0开始截止频率的变化而变化，如图4所示。

如上所述，根据本实施例，可以将声学效果的时间变化与例如呼吸周期brm和心跳周期hrm的生物节律联系起来，由此可以增加声音的变化。也就是说，通过改变施加给音频信号的声学效果以及另外通过修改声学效果的时间变化，可以根据单个一条声音信息(声音内容)简单地创建富有变化的施加了效果的音频信号。因此，在本实施例中，受试人不会对输出声音(正在播放的声音)感到厌烦，从而可以引导受试人入睡。

第二实施例

在上述第一实施例中，效果施加器250向音频信号施加以根据生物周期(例如，呼吸周期brm和心跳周期hrm)的周期随时间变化的声学效果。相反，根据第二实施例的音频信号处理装置20基于受试人e的生物信息来估计睡眠阶段(睡眠状态)，并且根据估计的睡眠阶段，效果施加器250另外向音频信号施加颤音效果。

图7是示出根据第二实施例的系统1的示例构造的框图。除了以下方面之外，图7所示的根据第二实施例的音频信号处理装置20以与根据第一实施例的音频信号处理装置20基本相同的方式构造：根据第二实施例的音频信号处理装置20包括估计器230，并且另外处理器240基于估计器230的估计结果和心跳周期hrm来调整声学效果，此外，效果施加器250除了改变音频信号的频率特性之外还向音频信号施加颤音效果。术语“颤音效果”在狭义上用于指代以颤音周期来调制原始声音的频率的声学效果；然而，在本说明书中，该术语用于广义地指代包含被称为“震音”的效果的概念。即，本申请中的颤音效果还包括以颤音周期来调制原始声音的幅度的声学效果。

在本实施例中，例如在受试人e进入平静状态然后入睡的时间点到受试人e醒来的时间点期间，估计器230根据传感器11的检测信号来估计受试人e在三个阶段(睡眠阶段)的身心状态。一般而言，随着人的状态从平静状态变为深度睡眠，人的呼吸周期brm和心跳周期hrm趋于变长，呼吸周期brm的波动和心跳周期hrm的波动趋于变小。此外，随着睡眠加深，身体运动变小。考虑到上述因素，基于来自传感器11的检测信号(生物信息)，估计器230根据呼吸周期brm的变化、心跳周期hrm的变化和每单位时间的身体运动次数获得一个值，并将所获得的值与多个阈值进行比较，从而估计睡眠阶段为不同的睡眠阶段之一(即第一阶段、第二阶段和第三阶段)。

人在活跃的状态下时，几乎所有的脑电波都是β波。然后，当他/她变得放松时，开始出现α脑电波。α波的频率为8hz到14hz。例如，当一个人上床闭眼时，α波开始出现。然后，随着人变得更加放松，α波逐渐增加。从人变得放松到α波开始增加的时期大约相当于第一阶段。也就是说，第一阶段是在α波变为主导之前的阶段。

此外，随着人入睡，α波的比例增加。然而随着时间的推移，α波开始减少，θ波开始出现。当人处于冥想状态或打瞌睡状态时，就会出现θ波。大致上，到此为止的状态对应于第二阶段。也就是说，第二阶段是θ波成为主导之前的阶段。θ波的频率为4hz至8hz。

θ波随后成为主导，并且人基本上睡着。随着睡眠进一步进行，δ波开始出现。当人处于深度睡眠状态时，就会出现δ波。大致上，到此为止的状态对应于第三阶段。也就是说，第三阶段是δ波成为主导之前的阶段。δ波的频率是0.5hz到4hz。

处理器240根据由估计器230估计的睡眠状态来决定颤音周期。然后，处理器240使效果施加器250使用颤音周期向音频信号施加颤音效果。

在估计器230的估计结果为第一阶段的情况下，处理器240向效果施加器250提供第一指令，所述第一指令为将振动周期设置为与8hz到14hz(即α波的频率)对应的周期，。效果施加器250在接收到第一指令时，根据第一指令将颤音周期设置为与8hz到14hz(即α波的频率)相对应的周期。如上所述，第一阶段是α波成为主导之前的阶段。因此，通过将颤音周期设置为与8hz到14hz(即α波的频率)相对应的周期，可向受试人e将听到的声音施加与α波的频率相对应的频率波动。因此，可使受试人e得到进一步放松，并且更容易地将其引导到有利于开始睡眠的身心状态。

在估计器230的估计结果为第二阶段的情况下，处理器240向效果施加器250提供第二指令，所述第二指令为将颤音周期设置为与4hz到8hz(即θ波的频率)对应的周期。效果施加器250在接收到第二指令时，根据第二指令将颤音周期设置为与4hz到8hz(即θ波的频率)相对应的周期。如上所述，第二阶段是θ波成为主导之前的阶段。因此，通过将颤音周期设置为与4hz到8hz(即θ波的频率)相对应的周期，可向受试人e将听到的声音施加与θ波的频率相对应的频率波动。因此，可使受试人e得到进一步放松，并且更容易地将其引导到有利于开始睡眠的身心状态。

在估计器230的估计结果为第三阶段的情况下，处理器240向效果施加器250提供第三指令，所述第三指令指示将振动周期设置为与0.5hz到4hz(即δ波的频率对应)的周期。效果施加器250在接收到第三指令时，根据第三指令将颤音周期设置为与0.5hz到4hz(即δ波的频率)相对应的周期。如上所述，第三阶段是δ波成为主导之前的阶段。因此，通过将颤音周期设置为与0.5hz到4hz(即δ波的频率)相对应的周期，可向受试人e将听到的声音施加与δ波的频率相对应的频率波动。因此，可将受试人e引导到深度睡眠。

如上所述，处理器240根据由估计器230估计的睡眠阶段，决定由效果施加器250施加到音频信号的颤音周期。颤音周期是基于脑电波(α波、θ波和δ波)决定的，并且与呼吸周期brm或心跳周期hrm都没有特别的联系。然而，如下所述，可以改变颤音周期以便与呼吸周期brm或心跳周期hrm相关联。

首先，在估计器230的估计结果是第一阶段的情况下，处理器240如下所述将颤音周期设置为具有α波的频率。α波的频率是8hz到14hz。该频率(8hz到14hz)与480bpm到840bpm的音乐节奏的一拍与下一拍之间的时间间隔(以下称为“第一间隔”)对应。因此，第一间隔对应于α波的周期。平静状态期间的心跳周期hrm在被转换为音乐节奏时对应于大约60bpm到75bpm的音乐节奏。因此，在平静状态期间的心跳周期hrm(对应于大约60bpm到75bpm的音乐节奏)约为α波周期(对应于480bpm到840bpm的音乐节奏)的八倍。换句话说，60bpm到105bpm的音乐节奏的周期为480bpm到840bpm音乐节奏(对应于α波)的周期的八分之一。然后，假定60bpm至105bpm的音乐节奏中的一拍对应于四分音符(即，假定在60bpm至105bpm的音乐节奏中一拍与下一拍之间的时间间隔相当于由四分音符表示的时间段)时，第一间隔(对应于α波的周期)是相当于由三十二分音符表示的时间段的间隔。因此，假定受试人e将听到的声音的节奏被设置为60bpm到75bpm(平静状态下的心跳周期hrm)的音乐节奏，该60bpm到75bpm的音乐节奏中的一拍对应于四分音符，则可以实现以下效果。也就是说，可以通过向受试人e将会听到的声音里添加颤音来实现与心跳周期hrm相关联并且对应于α波的频率波动，所添加的颤音的周期对应于这样的间隔：该间隔相当于由三十二分音符表示的时间段。假定颤音周期是vis，在估计器230的估计结果为第一阶段的情况下，颤音周期vis由下面的等式1给出。

vis＝hrm/n1…等式1

在这里，n1是6到14(含6和14)的自然数。在n1＝8的情况下，实现与三十二分音符间隔对应的颤音。如上所述，通过将颤音周期vis设置为心跳周期hrm除以适当范围内的自然数n1得到的值，可以得到与心跳周期hrm相关联(与心跳周期的自然数分之一相关联)并且落入α波8hz到14hz的频率范围内的颤音周期vis。

在估计器230的估计结果是第二阶段的情况下，处理器240如下所述将颤音周期设置为具有θ波的频率。θ波的频率是4hz到8hz。该频率(4hz到8hz)与240bpm到480bpm的音乐节奏的一拍与下一拍之间的间隔(以下称为“第二间隔”)对应。因此，第二间隔对应于θ波的周期。如上所述，平静状态期间的心跳周期hrm被转换为音乐节奏时约为60bpm到75bpm。因此，平静状态期间的心跳周期hrm(对应于大约60bpm到75bpm的音乐节奏)大约是θ波(240bpm至480bpm的音乐节奏)的周期的四倍。在此，假定60bpm到120bpm的音乐节奏(周期是对应于θ波的240bpm到480bpm的音乐节奏的周期的四分之一)中的一拍相当于四分音符(即，假定60bpm到120bpm的音乐节奏中的一拍和下一拍之间的时间间隔相当于由四分音符表示的时间段)，则第二间隔(对应于θ波的周期)是相当于由十六分音符表示的时间段的间隔。因此，假定受试人e将听到的声音的节奏被设置为60bpm到75bpm(平静状态下的心跳周期hrm)的音乐节奏，该60bpm到75bpm的音乐节奏中的一拍对应于四分音符，则可以实现以下效果。也就是说，可以通过向受试人e将会听到的声音里添加颤音来实现与心跳周期hrm相关联并且对应于θ波的频率波动，所添加的颤音的周期对应于这样的间隔：该间隔相当于由十六分音符表示的时间段。

在估计器230的估计结果为第二阶段的情况下，颤音周期vis由下面的等式2给出。

vis＝hrm/n2…等式2

在这里，n2是2到8(含2和8)的自然数。

在n2＝4的情况下，实现与十六分音符间隔对应的颤音。如上所述，通过将颤音周期vis设置为心跳周期hrm除以适当范围内的自然数n2得到的值，可以得到与心跳周期hrm相关联(与心跳周期的自然数分之一相关联)并且落入θ波4hz到8hz的频率范围内的振动周期vis。可以适当修改n1和n2的范围。

在估计器230的估计结果是第三阶段的情况下，处理器240如下所述将颤音周期设置为具有δ波的频率。δ波的频率是0.5hz到4hz。该频率(0.5hz到4hz)与30bpm到240bpm的音乐节奏的一拍与下一拍之间的间隔(以下称为“第三间隔”)对应。因此，第三间隔对应于δ波的周期。这里，与δ波对应的30bpm到240bpm的音乐节奏包含与平静状态期间的心跳周期hrm对应的60bpm到75bpm的音乐节奏，并且因此，假定与平静状态期间的心跳周期hrm对应的大约60bpm到75bpm的音乐节奏的一拍对应于四分音符，则第三间隔(对应于δ波的周期)是相当于由四分音符表示的时间段的间隔。也就是说，第三间隔(对应于δ波的周期)对应于心跳周期hrm。因此，处理器240事实上仅需要使用心跳周期hrm来获得颤音周期vis。在如上文第一实施例所述，在以根据心跳周期hrm的周期施加声学效果的情况下，音频信号已经具有对应于δ波的频率波动。因此，处理器240不需要向效果施加器250发出进一步施加颤音效果的指令。另一方面，在效果施加器250以根据呼吸周期brm的周期施加根据第一实施例的效果施加的效果的情况下，则除了第一实施例中给出的效果施加之外，处理器240还可以为效果施加器250提供第三指令，该第三指令指示向音频信号sd施加具有与心跳周期hrm相对应的颤音周期vis的颤音效果。在这种情况下，在效果施加器250接收到第三指令时，根据第三指令将颤音周期设置为与心跳周期hrm相关联(与心跳周期的自然数分之一相关联)并落在δ波的0.5hz至4hz频率的范围内的周期。

如上所述，处理器240可以将颤音周期vis设置为根据心跳周期hrm的周期，并且是当睡眠状态变得比当前睡眠状态更深时预期出现的脑电波的周期。

接下来，将说明第二实施例的音频信号处理装置20的操作。图8是示出音频信号处理装置20的操作流程的流程图。步骤sb1至sb4中的处理基本上与参照图6描述并且涉及第一实施例的音频信号处理装置20的操作的步骤sa1至sa4中的处理相同，所以省略其描述。

在步骤sb5中，估计器230基于生物信息来估计受试人e的睡眠阶段。接下来，处理器240根据估计器230的估计结果来决定颤音周期vis(sb6)。然后，处理器240向效果施加器250提供指示向音频信号sd施加具有颤音周期vi的颤音效果的指令。在接收到来自频率识别器240的指令时，效果施加器250根据该指令产生施加了效果的音频信号v。之后，效果施加器250将施加了效果的音频信号v输出到d/a转换器261和262。由d/a转换器261和262将施加了效果的音频信号v转换成模拟信号，从扬声器51和52输出与模拟的施加了效果的音频信号v相对应的声音。

接下来，处理器240执行步骤sb7或者执行步骤sb7和sb8。步骤sb7和sb8中的处理基本上与参照图6描述并涉及第一实施例的音频信号处理装置20的操作的步骤sa5至sa6中的处理相同，所以将省略其描述。然后，处理器240判定睡眠阶段是否发生了变化(sb9)。当睡眠阶段发生变化时，处理器240向效果施加器250提供指令，该指令指示要向音频信号sd施加具有与变化后的睡眠阶段相对应的颤音周期vis的颤音效果，从而将当前设置的颤音周期改变为与变化后的睡眠阶段相对应的颤音周期(sb10)。然后，处理器240判定声音的输出是否终止(sb11)，并当不满足步骤sb11的判定条件时，处理器240将处理返回至步骤sb7。当满足步骤sb11的判定条件时，处理器240终止该处理。

如上所述，根据本实施例，估计睡眠阶段，并且以估计的睡眠阶段对应的颤音周期向音频信号sd施加颤音效果。由于颤音周期是根据将在随后的睡眠阶段中占主导的脑电波的频率的周期，所以可以引导受试人e进入随后的睡眠阶段，并进而快速引起受试人e进入睡眠。另外，通过使颤音周期vi成为根据心跳周期hrm的周期(心跳周期hrm的自然数分之一)，可以向与施加了效果的音频信号v对应的声音施加与从受试人e得到的生物周期相关联的频率波动，并且可以进一步增强受试人e的睡眠质量。

修改

本发明不限于上述实施例，可以进行如下所述的各种应用及修改。此外，可以视情况对从下面描述的应用和修改中自由选择的一种或多种修改进行组合。

修改1

在上述实施例中，使用片状传感器11来检测受试人e的生物信息。然而，用于检测受试人e的生物信息的传感器不限于片状传感器11，可以使用自由选择的传感器，只要该传感器能够检测生物信息即可。例如，可以使用脑电波传感器作为检测受试人e的生物信息的传感器。在这种情况下，例如，将脑电波传感器的电极附接到例如受试人e的前额以检测受试人e的脑电波(例如，α波、β波、δ波和θ波)。此外，可以使用脉搏波传感器作为检测受试人e的生物信息的传感器。在这种情况下，例如，将脉搏波传感器附接到受试人e的手腕以检测桡动脉的压力变化，即，脉搏波。由于脉搏波与心跳同步，所以检测脉搏波意味着间接检测心跳。此外，可以使用加速度传感器作为检测受试人e的生物信息的传感器。在这种情况下，例如，加速度传感器可以设置在受试人e的头部和枕头之间以根据受试人e的身体运动检测呼吸、心跳等等。

在上述实施例中，基于从传感器11输出的生物信息来识别呼吸周期brm和心跳周期hrm。但是，本发明不限于此。可以识别受试人的呼吸周期brm和心跳周期hrm中的至少一者，并且可以向音频信号sd施加声学效果，该声学效果的频率特性以根据两者(所识别的呼吸周期brm或所识别的心跳周期hrm)中任意一个的周期而变化。

修改2

在上述第一实施例中，对音频信号sd施加了以根据呼吸周期brm或心跳周期hrm的周期随时间变化的声学效果。例如，这种声学效果的时间变化是诸如图4所示出的时间变化，并且是固定的。但是，本发明不限于此。处理器240可以从多种这样的控制模式中随机地选择指示声学效果的时间变化的控制模式。例如，如图9所示，可以预先在存储单元m中存储十种控制模式，并且处理器240可以以根据呼吸周期brm或心跳周期hrm的周期从这十种控制模式中的一种控制模式随机切换到另一种控制模式。随机性的概念包括所谓的伪随机性，并且处理器240可以使用由最大长度序列产生器产生的伪随机信号来执行各种选择。通过如上所述随机切换控制模式，可以增加要输出(播放)的声音的变化。因此，即使当存储在存储单元m中的若干条声音信息很少时，也可以播放不会使受试人e感到厌烦的声音(回放的声音)给受试人e听。

在上述第一实施例中，效果施加器250以根据呼吸周期brm或心跳周期hrm的周期向音频信号sd施加随时间变化的声学效果。本发明不限于此，效果施加器250可以以这样的周期向音频信号sd施加随时间变化的声学效果：该周期是根据与受试人e的生物活动相关联的生物周期。

修改3

在上述第二实施例中，将固定周期或与心跳周期hrm相关联的周期用作颤音周期vis。但是，本发明不限于此。例如，在从生物信息中获得的且与受试人e的生物活动相关联的生物周期中，颤音周期vis可以与除心跳周期hrm之外的一个周期关联。例如，颤音周期vi可以与呼吸周期brm相关联。在这种情况下，第一阶段中使用的用于诱导α波的颤音周期vi由下面的等式3给出。

vis＝brm/n3…等式3

在这里，n3是30到70(含30和70)的自然数。

等式3用作将平静状态期间的呼吸周期(brm)变换为α波的周期(等式3中的vis)的变换。

下面的等式4给出了在第二阶段中使用的用于诱导θ波的颤音周期vis。

vis＝brm/n4…等式4

在这里，n4是10到40(含10和40)的自然数。

等式4用作将平静状态期间的呼吸周期(brm)变换为θ波的周期(等式4中的vis)的变换。

下面的等式5给出了在第三阶段使用的用于诱导δ波的颤音周期vis。

vis＝brm/n5…等式5

在这里，n5是5到10(含5和10)的自然数。

等式5用作将平静状态期间的呼吸周期(brm)变换为δ波的周期(等式5中的vis)的变换。在这里，通过将呼吸周期brm除以等式3到等式5中的每个中的n3、n4、n5中的相应的一个，来得到与呼吸周期brm相关的适当的颤音周期vis(即，呼吸周期brm的自然数分之一)。可以适当地改变n3、n4和n5中的每一者的范围。

修改4

上述第二实施例的效果施加器250除了施加第一实施例的声学效果之外，还施加颤音效果，但是本发明不限于此。例如，第二实施例的效果施加器250可以施加第二实施例的颤音效果，而不施加第一实施例的声学效果。也就是说，音频信号处理装置可以是包括以下各项的音频信号处理装置：获取器，其被构造为获取受试人的生物信息；估计器，其被构造为基于该生物信息估计睡眠状态；处理器(控制器)，其被构造为根据由估计器估计的睡眠状态来决定颤音周期；以及效果施加器，其被构造为向音频信号施加与由处理器决定的颤音周期相对应的颤音效果。

此外，音频信号产生器245可以向音频信号sd施加颤音效果，而不是效果施加器250向音频信号sd施加颤音效果。在这种情况下，当音频信号产生器245由如图3所示的多个音频信号产生器构成时，多个音频信号产生器中的至少一个可以向音频信号施加颤音效果。这里，音频信号产生器245根据来自处理器240的指令向音频信号施加颤音效果。

上述估计器230通过将睡眠状态分成三个阶段来估计睡眠状态。但是，本发明不限于此。例如，估计器230可以通过将睡眠状态分成为两个或更多个阶段来估计睡眠状态，或者可以估计指示睡眠深度的程度的指标。简而言之，只要估计器230能够估计受试人e的睡眠状态并且处理器240能够根据估计的睡眠来改变随时间变化的声学效果(例如，颤音效果)就足够了。

此外，可以使用改变声音平移的声学效果作为第一实施例的随时间变化的声学效果。具体而言，声音平移的位置可以按切换周期brs或hrs而被切换为l→r→l→r…。此外，可以使用以切换周期brs或hrs改变声音音高的音高变化作为随时间变化的声学效果。

以下模式是从上述实施例和修改中的至少一个中得到的。

效果施加器250设置有时变滤波器f，该时变滤波器f能够改变音频信号sd的截止频率，并且以根据呼吸周期brm或心跳周期hrm的周期来改变截止频率。

在该模式中，时变滤波器f的截止频率以根据生物周期(例如呼吸周期brm或心跳周期hrm)的周期而随时间变化，其结果是可以产生各种声音。特别地，在时变滤波器f是低通滤波器或高通滤波器的情况下，如果包括在音频信号sd中的特定声音的频率范围与其中低通滤波器或高通滤波器的截止频率改变的频率范围的一部分相对应，则可以创建诸如播放(输出)声音和静音的变化。

处理器240根据由估计器230估计的睡眠状态来决定颤音周期，并且效果施加器250向音频信号施加与由处理器240决定的颤音周期相对应的颤音效果。

在该模式中，可以向音频信号施加具有与睡眠状态相对应的颤音周期的颤音效果。

处理器240将颤音周期设置为在睡眠状态变得比当前睡眠状态更深的情况下预计出现的脑电波周期。

在该模式中，在睡眠变得更深的情况下预计出现的脑电波周期用作颤音周期，从而可以引导受试人e入睡，并且在受试人e睡着后，可以引导受试人e进入更深的睡眠。

处理器240将颤音周期设置为心跳周期或呼吸周期的自然数分之一。

在这种模式中，颤音周期被设置为受试人的心跳周期或呼吸周期的自然数分之一，因此，可以向输出声音施加与从受试人e(受试人e听到输出声音(播放声音))得到的生物周期相关联的频率波动，并且可以进一步提高受试人e的睡眠质量。

已经参照实施例描述了本发明，但是本发明不限于上述实施例。可以将本领域技术人员可理解的各种变化应用于本发明的构造和细节，只要它们在本发明的范围内。本申请要求基于2015年6月29日提交的日本专利申请no.2015-130156的优先权，其全部内容并入本文。

附图标记的描述

1：系统

11：传感器

20：音频信号处理装置

245：音频信号产生器

51、52扬声器

210：获取器

220：设置器

230：估计器

240：处理器

250：效果施加器

m：存储单元

f：时变滤波器