H-Carrier × coneFFT Live audio ー 公開ノート ー
H-Carrier × coneFFT Live audio — 技術ノート
バージョン: v0.4
日付: 2026-03-10
リポジトリ参照: morcb13-bit/Paper / coneFFT-Verification v0.2.1
引継書: v37(40³格子スキルミオン場数値観察セッション)
目次
- 概要と設計思想
- coneFFT とは何か
- 40×40×40 フィボナッチ空間の特徴
- 通常 FFT との相違点
- H-Carrier 仕様
- 統合アーキテクチャ
- 楽器分解アルゴリズム
- ツールの使い方
- 確定数値結果
- 既存ツールとの比較・位置づけ
- 応用例
- 誠実な限界と課題
- 次ステップロードマップ
1. 概要と設計思想
本ツールは、2つの独立した概念——H-Carrier(有用残差再注入メカニズム)と coneFFT(フィボナッチ残渣による位相的巻き付き検出)——を統合した、音声信号のキラル分波・楽器分解・可逆合成装置である。
核心命題
H-Carrier が「残差は構造情報のキャリアになり得る」と主張するとき、
coneFFT は「その残差の中にある位相的渦構造を識別する目」として機能する。
この統合により、従来のFFTが捨てていた残差の中のキラル成分(右巻き・左巻き)を識別・分離し、可逆的に再合成することが可能になる。
2. coneFFT とは何か
2.1 定義
coneFFT は、信号
ここで:
| パラメータ | 意味 | 典型値 |
|---|---|---|
| 相関窓幅(半径) | ||
| コーン波長(位相角速度) | ||
| サンプル数 | 4096 |
2.2 キラル符号 Q
複素積分の虚部符号が巻き付き方向を示す:
-
:右巻き(Right-chiral)Q = +1 -
:左巻き(Left-chiral)Q = -1 -
:無構造(一様場・ノイズ)Q = 0
2.3 R₆ 演算子
本来の coneFFT は3次元対角方向の6方向相関演算子
ここで
3. 40×40×40 フィボナッチ空間の特徴
3.1 格子の構造
フィボナッチ数列の非公約性とは:連続するフィボナッチ数
- 格子点が有理数格子と非共鳴な位置に配置される
- 周期的なエイリアシングが構造的に回避される
- 位相的巻き付き構造が格子アーティファクトに汚染されにくい
3.2 黄金比との関係
格子間隔は黄金比
この値はH-Carrierの安定条件にも登場する:
直観:黄金比分割は「最も無理数的」な分割であり、あらゆる周期構造から最も遠い。これがフィボナッチ格子の位相保存能力の根拠となる。
3.3 スキルミオン場での数値観察結果
40³格子上のBloch型スキルミオン場(
| 指標 | 値 |
|---|---|
|
|
1.1308 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| FFT peak( |
4.562 |
| iso_points( |
1,120点 |
3.4 拡張実験結果
| 条件 |
|
備考 | |
|---|---|---|---|
| 0.1062 | 半径縮小 | ||
| 0.1370 | |||
| 0.1616 | 半径拡大 | ||
| 2-skyrmion | 0.1447 | 2個重ね合わせ | |
| 反skyrmion | 0.1535 | +0.855 |
|
反skyrmion実験で
4. 通常 FFT との相違点
4.1 根本的な差異
| 特性 | 通常 FFT | coneFFT |
|---|---|---|
| 解析対象 | 周波数成分(振幅・位相) | 位相的巻き付き構造 |
| 基底関数 | 複素指数 |
フィボナッチ非公約コーン |
| 出力 | スペクトル |
不変量 |
| 一様場への応答 | 非ゼロ(DC成分を検出) | ゼロ(対称性により消滅) |
| 渦構造への応答 | 周波数として間接検出 | 直接検出( |
| 符号情報 | 位相角(連続値) | |
| 格子依存性 | 周期境界に敏感 | フィボナッチ非公約性で軽減 |
4.2 FFT が捨てるもの
標準的なFFT処理パイプラインでは:
信号 x(t)
→ STFT(窓関数付き短時間フーリエ変換)
→ 振幅スペクトル |X[k]| ← 保存
→ 位相スペクトル ∠X[k] ← しばしば捨てられる
→ 残差 / 位相的巻き付き ← ほぼ常に捨てられる
coneFFT はこの「捨てられる残差」の中の位相的渦構造を回収する。
4.3 Spleeter との比較(スペクトログラム法)
Spleeterに代表されるスペクトログラムマスキング法は:
STFTでスペクトログラム化 → U-Netでマスク推定 → ISTFTで復元
この過程で位相情報が失われ、再合成時に「金属的なアーティファクト」が発生する。これはSTFTが大きさスペクトルのみを扱い、位相を原信号から借用するためである。
coneFFT は位相的構造を出発点とするため、原理的にこの問題を回避できる。
5. H-Carrier 仕様
5.1 残差の定義
5.2 閾値ゲート
-
:ノイズフロア閾値(量子化誤差相当)\tau -
:ハードゲート、\kappa \to 0 :ソフトゲート\kappa > 0
5.3 リーク積分(ドリフト防止)
5.4 再注入バイアス
5.5 安定条件(必須)
黄金比との関係(推奨):
5.6 パラメータ一覧
| パラメータ | 意味 | 推奨範囲 |
|---|---|---|
| ノイズフロア |
|
|
| ゲート幅 |
|
|
| 再注入利得 |
|
|
| リーク係数 |
|
6. 統合アーキテクチャ
6.1 信号フロー
STEREO INPUT L(t), R(t)
│
├─ Mid M = (L+R)/2
└─ Side S = (L−R)/2
│
▼
┌─────────────┐
│ H-CARRIER │ H_s, H_m 抽出 → τ gate → λ leak → b[t]
└──────┬──────┘
│ H_s, H_m
▼
┌─────────────┐
│ coneFFT │ Φ_d, Q 計算(M, L, R それぞれ)
└──────┬──────┘
│ Φ_d, Q, ΔΦ(L−R)
▼
┌─────────────┐
│ CLASSIFIER │ HNR + SC + ZCR + flux + purity + ΔΦ
└──────┬──────┘ → 5クラス softmax
│ prob[cls]
▼
┌─────────────┐
│CHIRAL ROUTER│ Q>0 → x_R, Q<0 → x_L
└──────┬──────┘
│
┌─────┴──────┐
│ │
x_R(t) x_L(t)
[Piano] [Flute] 各楽器ストリーム
[Drum] [Voice] = M × prob[cls]
[Generic]
│ │
└─────┬──────┘
▼
┌─────────────┐
│ SYNTHESIS │ x̂ = Σ streams + b[t]
└─────────────┘
│
OUTPUT x̂_L, x̂_R
6.2 ステレオキラル差分
左右チャンネルそれぞれに
これは補聴器・空間音響処理での音源方向推定に応用できる。
6.3 フィードバックループ
H-Carrier の b[t] = α·g·Ĥ_s が Classifier にフィードバックされる:
分類誤差 → H_s 増大 → g 増大 → b[t] 増大 → 次フレームで補正
これにより分類器が自己適応的に残差を減少させる動作をする(ただし
7. 楽器分解アルゴリズム
7.1 特徴量抽出
各フレームで以下を計算する:
| 特徴量 | 定義 | 主用途 |
|---|---|---|
| HNR | 倍音比(ピアノ・弦) | |
| SC | スペクトル重心 | |
| ZCR | ゼロ交差率(ドラム) | |
| flux | $\sqrt{\sum( | X_k[t] |
| attack | アタック速度(打楽器) | |
| purity | 純音度(フルート) | |
| 空間キラル差(声) |
7.2 ヒューリスティック分類器
各クラスのスコアを線形結合で計算し、softmax で確率化:
piano_score = 3·min(HNR/0.5, 1) + 2·SC + (1−flux)·2
flute_score = 4·purity + 2·[Φ_d > 0.005] + (1−ZCR)·2
drum_score = 5·[attack > 0.15] + 3·ZCR + 2·flux
voice_score = 3·SC + 2·HNR + 1.5·[Q ≠ 0] + ΔΦ·3
generic_score = 1 (残差キャッチオール)
prob[cls] = softmax(score[cls])
7.3 ストリーム分離(ソフトマスク)
7.4 再合成
8. ツールの使い方
8.1 ファイル一覧
| ファイル | 内容 |
|---|---|
hcarrier-conefft-v04.html |
メインツール(本技術ノートに対応) |
hcarrier-conefft-v02.html |
旧版ビジュアライザー |
skyrmion-coneFFT.html |
40³格子スキルミオン場ビジュアライザー |
coneFFT-research-note.md |
スキルミオン数値観察研究ノート |
8.2 基本操作
① ブラウザで hcarrier-conefft-v04.html を開く
② SOURCE ボタンで入力を選ぶ
🎹 PIANO — 倍音豊富な減衰音
🪈 FLUTE — ビブラート付き純音
🥁 DRUM — キック+スネアループ
🎤 VOICE — フォルマント合成(F1/F2/F3)
🎼 MIX — 3種混合(アンサンブル)
🎙 MIC — マイクリアルタイム入力
③ ▶ PLAY を押す → 音が鳴り始め、波形・スペクトル・分類が動く
④ Stream Playback パネルで各楽器ストリームをON/OFFして
分解結果を耳で確認する
⑤ ⏸ PAUSE / ⏹ STOP で制御
8.3 マイク入力の注意
- ブラウザのマイクアクセス許可が必要(初回のみ)
- HTTPS または localhost 環境が必要(通常の claude.ai Artifact 内では動作する)
- マイクはスピーカーに接続されない(ハウリング防止)
- WMAファイルはブラウザ非対応のため、MP3/WAV/OGGに変換して使用
8.4 パラメータ調整ガイド
| 目的 | 操作 |
|---|---|
| 分類精度を上げたい | HNR thresh を信号に合わせて調整 |
| 残差が大きい | α を下げるか τ を上げる |
| ドリフトが発生 | λ を小さくする(0.05–0.1) |
| 不安定(発振) | α を 0.3 以下に下げる(G_eff < 1 を確認) |
| キラル分離を強調 | R(radius)を 0.25–0.45 で試す |
9. 確定数値結果
v37引継書から継承された確定値。すべて40³格子・Bloch型スキルミオン場での実測値。
9.1 ベース実験(R=0.35, λ=0.5π)
この比は振幅差ではなく位相的ゼロ vs 非ゼロという構造的差異に由来する。
9.2 命題 A〜E(v36から継承)
これらの命題はすべてv37セッションと整合が確認されている。
命題A:一様場において
命題B:スキルミオン場において
命題C:
命題D:
命題E:
10. 既存ツールとの比較・位置づけ
10.1 音源分離ツールの比較
| ツール | 手法 | 強み | 弱み |
|---|---|---|---|
| Spleeter (Deezer) | スペクトログラムマスキング | 高速・軽量 | 位相アーティファクト・2019年以降更新なし |
| Demucs v4 (Meta) | ハイブリッドTransformer | 高精度(SDR 9.2dB) | 重い(8GB+ RAM)・ブラックボックス |
| H-Carrier × coneFFT | 位相的巻き付き+残差再注入 | 位相保存・解釈可能・軽量 | 学習なし・精度は粗い |
10.2 独自の価値
Demucsが「何を分離するか(ボーカル/ドラム/ベース)」に特化しているのに対し、本ツールは「どのような位相構造を持つか」という別の軸で信号を見る。
既存DLモデル: 統計パターン(データ駆動)
H-Carrier×coneFFT:位相的巻き付き構造(物理駆動)
両者は競合ではなく補完関係にある。理想的な統合:
音声ファイル
→ Demucs(楽器ストリーム高精度分離)
→ 各ストリームに H-Carrier × coneFFT 適用
→ キラル成分・位相構造の解析
→ 残差中の未捕捉成分の再注入
11. 応用例
11.1 補聴器・音声補正
H-Carrier の残差再注入ループに
- 同一周波数帯に混在する複数音源(声と環境音)の位相的分離
- 右巻き・左巻きで音源方向を推定(
)\Delta\Phi = \Phi_d(L) - \Phi_d(R) - 残差キャリアによる低消費電力・低遅延実装(学習モデル不要)
11.2 自然音の分波
FFT が捨てる残差の中に位相的構造が残存することが確認されている:
- 鳥の鳴き声:周波数変調のキラル時間構造
- 水音・風音:渦構造(自然界の流体は必ずキラル成分を持つ)
-
複数音源の共存帯域:同一周波数でも
が異なれば分離可能Q
11.3 スキルミオン材料の非破壊検査
- LLG 方程式解への適用:実在材料モデルの渦検出
- 実験データの前処理:ノイズ付加テストで SNR 特性を定量化
-
相転移の検出:秩序相(
)↔ 無秩序相(\Phi_d \gg 0 )の境界識別\Phi_d \approx 0
11.4 信号処理一般
| 応用領域 | coneFFT の役割 | H-Carrier の役割 |
|---|---|---|
| ASR(音声認識) | 渦状音素構造の識別 | 残差の有用成分再利用 |
| 空間音響処理 | L/R キラル差分による位置推定 | 安定な方向フィルタ |
| 医療音響(心音・腸音) | 渦流成分の抽出 | 低 SNR 環境での信号保持 |
| 地震波解析 | P波・S波のキラル識別 | 長時間観測での残差累積制御 |
12. 誠実な限界と課題
12.1 現プロトタイプの限界
-
は厳密整数ではないQ \approx -36
有限格子・離散微分の影響。連続極限での値は (全40層で各-40 )が理論予測。-1 -
解析解は人工モデル
LLG(Landau-Lifshitz-Gilbert)方程式の解ではなく、手動構成のBloch型スキルミオン。実材料への直接適用には実験データが必要。 -
は1D実装\Phi_d
本体は3D対角方向演算子。現在は1Dライン相関で近似しており、3D対角方向相関への拡張が課題。R_6 -
楽器分類はヒューリスティック
学習なしのスコア関数。実音楽ファイルに対しては精度が粗い(特にアンサンブル混合)。 -
の理論的正当化は未完\Phi_d
なぜ一様場で代数的にゼロになるかの厳密な対称性証明が未完成(次セッション最優先課題)。
12.2 楽器分離の現実的精度
単音源(1楽器のみ): ◎ かなり動く
2〜3楽器混合: △ 粗い分離
フルアンサンブル: × ほぼ機能しない
高精度の楽器分離には Demucs 等の学習済みモデルを推奨する。
13. 次ステップロードマップ
Phase 1(最優先):解析証明
目標:x[p] = c(定数)のとき R₆(x)[p] = 0 → Φ_d = 0 の厳密証明
手法:対称性引数による代数的消滅の明示化
Phase 2:3D Φ_d 実装
1D ラインサンプリング
→ 3D 対角方向相関(6方向 R₆ 演算子の完全実装)
→ Pythonプロトタイプ → HTMLビジュアライザーに反映
Phase 3:ノイズ付加テスト
ガウスノイズ付加実験
→ SNR vs Φ_d の特性曲線
→ 検出閾値の定量化
→ 補聴器応用での実用下限の推定
Phase 4:実在材料・実音源
音声側:MP3/WAVファイル読み込み(decodeAudioData API)
+ ヒルベルト変換ベース分波(可逆性改善)
材料側:LLG方程式解または実験データへの適用
Phase 5:Demucs統合
Demucs → 楽器ストリーム高精度分離
→ 各ストリームに Φ_d / H-Carrier 適用
→ キラル特徴量による音源追跡・方向推定
参考
- 引継書 v37(2026-03-10): coneFFT Verification Instrument v0.2.1
- H-Carrier仕様書: 有用残差再注入伝播と安定制御
- Demucs v4: Hybrid Transformer Demucs (Meta AI, 2022)
- Spleeter: Deezer Research (2019)
- MUSDB HQ benchmark: SDR 9.20 dB (HTDemucs fine-tuned)
H-Carrier × coneFFT Technical Note — v0.4 / 2026-03-10
次バージョン予定: Phase 1 解析証明 + 3D Φ_d 実装
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