JP2013131957A - Acoustic reproduction apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は少ない消費電力で動作可能な音響再生装置に関するものである。 The present invention relates to a sound reproducing apparatus that can operate with low power consumption.
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車のような電気モーターを駆動力とする自動車の普及が進んでいる。このような自動車では、モーターを駆動するために大きな電力が必要になるため、カーオーディオやカーナビゲーションシステムなどの電装品が消費する電力を小さくすることが求められる。 In recent years, automobiles using an electric motor as a driving force, such as hybrid cars and electric cars, have been widely used. In such an automobile, a large amount of electric power is required to drive the motor. Therefore, it is required to reduce the electric power consumed by electrical components such as a car audio and a car navigation system.
一方、オーディオの消費電力を低減する技術として、オーディオが再生する音量の大小に応じて音声信号増幅器に供給する電源電圧を増減させることで、増幅器が消費する電力を低減するものが知られている（例えば特許文献１および特許文献２参照）。 On the other hand, as a technique for reducing the power consumption of audio, there is known a technique for reducing the power consumed by the amplifier by increasing or decreasing the power supply voltage supplied to the audio signal amplifier according to the volume of the audio reproduced. (For example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2).
また、従来のカーオーディオの消費電力を低減する技術として、バッテリーの電源電圧が低下したときに、オーディオの再生音量を自動的に小さくすることで消費電力を低減し、バッテリーあがりを回避するものが知られている（例えば特許文献３参照）。 In addition, as a technology for reducing the power consumption of conventional car audio, when the power supply voltage of the battery drops, the audio playback volume is automatically reduced to reduce the power consumption and avoid the battery rising. It is known (see, for example, Patent Document 3).
移動体の受ける空気抵抗は移動速度の二乗に比例して大きくなるため、電気自動車では高速走行時に特に大きな電力をモーターに供給する必要がある。 Since the air resistance received by the moving body increases in proportion to the square of the moving speed, an electric vehicle needs to supply particularly large electric power to the motor when traveling at high speed.
一方、走行速度が高くなると自動車の走行騒音は大きくなるため、搭乗者はオーディオの再生音量を大きくすることが多く、特許文献１あるいは特許文献２に記載の技術による消費電力の低減効果は小さくなる。 On the other hand, since the driving noise of the automobile increases as the driving speed increases, the passenger often increases the volume of audio reproduction, and the effect of reducing the power consumption by the technique described in Patent Document 1 or Patent Document 2 is reduced. .
したがって、従来の技術では再生音量のみを考慮して電源電圧を制御するため、高速走行時に生じる消費電力のピークを抑えることはできない。 Therefore, in the conventional technique, since the power supply voltage is controlled in consideration of only the reproduction volume, the peak of power consumption that occurs during high speed traveling cannot be suppressed.
また、特許文献３に記載の発明においては、再生音量を小さくすることで消費電力を低減しているため、搭乗者が意図しない音量の変化を感じ、聴感上で大きな違和感が生じる。 Further, in the invention described in Patent Document 3, since the power consumption is reduced by reducing the playback volume, the passenger feels a change in the volume that is not intended by the occupant, resulting in a great sense of discomfort.
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、車室内で発生する走行騒音によりマスキングされる音声を減衰させることで、高速走行時でも搭乗者が音質に違和感を感じることなく消費電力を低減することのできる音響再生装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional problems, and by damaging the voice masked by the running noise generated in the passenger compartment, the passenger does not feel uncomfortable with the sound quality even when driving at high speed. An object of the present invention is to provide a sound reproducing device capable of reducing electric power.
上記目的を達成するために本発明の音響再生装置は、入力された音声信号の周波数特性を変更する周波数特性変更部と、上記周波数特性変更部の出力信号のレベルを変更
する音量変更部と、上記周波数特性変更部の入出力特性および上記音量変更部の入出力特性を決定するための音響係数を保持する音響係数保持部と、上記音響係数保持部が保持する音響係数を上記周波数特性変更部および上記音量変更部に設定する再生特性算出部と、上記音量変更部の出力信号の周波数特性を分析する再生音分析部と、入力された走行騒音の相関信号から走行騒音の周波数特性を推定する騒音推定部とを備え、上記再生特性算出部が走行騒音によりマスキングされる再生音帯域を算出し、再生音の該当帯域を減衰させるように上記周波数特性変更部に音響係数を設定する構成を有している。
In order to achieve the above object, the sound reproducing apparatus of the present invention includes a frequency characteristic changing unit that changes a frequency characteristic of an input audio signal, a volume changing unit that changes a level of an output signal of the frequency characteristic changing unit, An acoustic coefficient holding unit for holding an acoustic coefficient for determining input / output characteristics of the frequency characteristic changing unit and an input / output characteristic of the volume changing unit, and an acoustic coefficient held by the acoustic coefficient holding unit as the frequency characteristic changing unit And a reproduction characteristic calculation unit set in the volume change unit, a reproduction sound analysis unit that analyzes a frequency characteristic of an output signal of the volume change unit, and a frequency characteristic of the running noise is estimated from the input correlation signal of the running noise. A noise estimation unit, wherein the reproduction characteristic calculation unit calculates a reproduction sound band masked by running noise, and causes the frequency characteristic change unit to perform sound so as to attenuate the corresponding band of the reproduction sound. It has a configuration to set the number.
本発明によれば、自動車の走行騒音にマスキングされる音声のみが減衰されるため、搭乗者が感じる音量および音質の変化はごく僅かのまま、消費電力を低減することができる。 According to the present invention, since only the voice masked by the driving noise of the automobile is attenuated, it is possible to reduce the power consumption while the change in volume and sound quality felt by the passenger is negligible.
さらに、高速走行時には大きい走行騒音が生じて、走行騒音によりマスキングされる音声の周波数帯域が広がるため、減衰される周波数帯域も拡大し、消費電力の低減効果を大きくできる。 Furthermore, a large traveling noise is generated during high-speed traveling, and the frequency band of the voice masked by the traveling noise is widened. Therefore, the frequency band to be attenuated is expanded, and the effect of reducing power consumption can be increased.
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態における音響再生装置について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a sound reproducing device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は本発明の実施の形態における音響再生装置のブロック図である。図１において、音声入力端子１０１は音響再生装置に音声信号を入力するための端子であり、ＣＤプレーヤーやＴＶチューナー、ポータブルオーディオプレーヤーなどの外部出力端子が接続され、それらの機器から音声信号を受信する。 FIG. 1 is a block diagram of a sound reproducing device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an audio input terminal 101 is a terminal for inputting an audio signal to the sound reproducing device, and is connected to an external output terminal such as a CD player, a TV tuner, or a portable audio player, and receives an audio signal from these devices. To do.
周波数特性変更部１０４は音声入力端子１０１に接続され、音声入力端子１０１から入力された音声信号から特定の周波数帯域の成分を除去あるいは減衰させる機能であり、デジタルフィルタにより構成される。 The frequency characteristic changing unit 104 is connected to the audio input terminal 101 and has a function of removing or attenuating a component of a specific frequency band from the audio signal input from the audio input terminal 101, and is configured by a digital filter.
音量変更部１０５は周波数特性変更部１０４に接続され、周波数特性変更部１０４から入力された音声信号に所定のゲインを付加する機能であり、平滑化処理が付いた乗算器などにより構成される。 The volume changing unit 105 is connected to the frequency characteristic changing unit 104 and has a function of adding a predetermined gain to the audio signal input from the frequency characteristic changing unit 104. The volume changing unit 105 includes a multiplier having a smoothing process.
スピーカ１０３は音量変更部１０５に接続され、音量変更部１０５から出力される音声
信号を空間に音として拡声する。
The speaker 103 is connected to the volume changing unit 105 and amplifies the sound signal output from the volume changing unit 105 as a sound in the space.
なお、図１では音声入力端子１０１およびスピーカ１０３がそれぞれ一つの場合を図示したが、これらを複数備える構成でも本発明は実施可能である。 Although FIG. 1 illustrates the case where there is one audio input terminal 101 and one speaker 103, the present invention can be implemented even with a configuration including a plurality of these.
騒音相関信号入力端子１０２は車速パルス信号を入力する端子であり、車両に備えられたＥＣＵあるいはカーナビゲーションシステムと接続される。 The noise correlation signal input terminal 102 is a terminal for inputting a vehicle speed pulse signal, and is connected to an ECU or a car navigation system provided in the vehicle.
騒音推定部１０９は騒音相関信号入力端子１０２に接続され、走行速度に応じた走行騒音の帯域別エネルギーを出力する機能であり、マイクロコンピューターあるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）上で動作するソフトウェアで構成される。また、騒音推定部１０９は、詳細後述する速度別走行騒音特性データを内部で保持するために、フラッシュＲＯＭやＤＲＡＭなどの半導体メモリを有する。 The noise estimation unit 109 is connected to the noise correlation signal input terminal 102 and has a function of outputting energy for each band of the traveling noise corresponding to the traveling speed. The noise estimating unit 109 is configured by software that operates on a microcomputer or DSP (Digital Signal Processor). The In addition, the noise estimation unit 109 has a semiconductor memory such as a flash ROM or DRAM in order to internally store speed-specific traveling noise characteristic data, which will be described in detail later.
再生音分析部１０８は音量変更部１０５の出力に接続され、音声信号の周波数特性を分析し、各周波数帯域における平均エネルギーを算出する機能であり、複数のバンドパスフィルタと積分器から構成され、あるいは、ＦＦＴ演算器などにより構成される。 The reproduction sound analysis unit 108 is connected to the output of the volume change unit 105, and is a function of analyzing the frequency characteristics of the audio signal and calculating the average energy in each frequency band, and includes a plurality of bandpass filters and integrators. Alternatively, it is configured by an FFT calculator or the like.
再生特性算出部１０７は再生音分析部１０８の出力と騒音推定部１０９の出力に接続され、音声信号の帯域別平均エネルギーと走行騒音の帯域別エネルギーから走行騒音によりマスキングされる音声の周波数帯域を算出する。 The reproduction characteristic calculation unit 107 is connected to the output of the reproduction sound analysis unit 108 and the output of the noise estimation unit 109. The reproduction characteristic calculation unit 107 calculates the frequency band of the voice masked by the running noise from the average energy for each band of the voice signal and the energy for each band of the running noise. calculate.
音響係数保持部１０６は、周波数特性変更部１０４および音量変更部１０５の入出力特性を決定する音響係数を保持するための記憶装置であり、フラッシュＲＯＭやＤＲＡＭなどの半導体メモリにより構成される。 The acoustic coefficient holding unit 106 is a storage device for holding acoustic coefficients that determine the input / output characteristics of the frequency characteristic changing unit 104 and the volume changing unit 105, and is configured by a semiconductor memory such as a flash ROM or DRAM.
以上のように構成された音響再生装置について、以下にその処理動作を説明する。 The processing operation of the sound reproducing apparatus configured as described above will be described below.
騒音推定部１０９は、車両のＥＣＵから車速パルス信号を受信し、走行速度を算出する。車速パルス信号は走行速度に比例して周期が短くなる矩形波であり、例えばＪＩＳ Ｄ５６０１などで規定されている。 The noise estimation unit 109 receives the vehicle speed pulse signal from the ECU of the vehicle and calculates the traveling speed. The vehicle speed pulse signal is a rectangular wave whose cycle is shortened in proportion to the traveling speed, and is defined by, for example, JIS D5601.
騒音推定部１０９では、一定時間（例えば５００ミリ秒）の間、車速パルス信号の立ち上がり回数を数え、立ち上がり回数とカウント時間と車両が準拠する車速パルス規格から走行速度を算出する。一般に、自動車の走行騒音は走行速度と強い相関があるので、本実施の形態では車速パルス信号を走行騒音の相関信号として受信する。 The noise estimation unit 109 counts the number of rising times of the vehicle speed pulse signal for a certain time (for example, 500 milliseconds), and calculates the traveling speed from the number of rising times, the counting time, and the vehicle speed pulse standard that the vehicle complies with. In general, since the running noise of an automobile has a strong correlation with the running speed, a vehicle speed pulse signal is received as a running noise correlation signal in the present embodiment.
以下、騒音推定部１０９が内部に保持する速度別走行騒音特性データについて詳しく説明する。 Hereinafter, the traveling noise characteristic data classified by speed that the noise estimation unit 109 holds inside will be described in detail.
図４は走行騒音周波数特性データの一例である。走行騒音周波数特性データは、走行収録実験により得られた様々な走行速度における車室内の走行騒音の周波数振幅特性（例えば図３）を、特定の帯域幅と分割数ｐで帯域分割したときの各帯域の平均エネルギーとして算出する。 FIG. 4 is an example of traveling noise frequency characteristic data. The traveling noise frequency characteristic data is obtained by dividing the frequency amplitude characteristics (for example, FIG. 3) of the traveling noise in the vehicle interior at various traveling speeds obtained by the traveling recording experiment into a band divided by a specific bandwidth and the number of divisions p. Calculated as the average energy of the band.
この帯域幅ＷＮ（ｋ） （ｋは１〜ｐ、ｋが小さいほど低い周波数帯域を示す）は、それぞれ聴感の周波数マスキングに影響する臨界帯域幅より狭いことが望ましいが、メモリ容量を削減するために、より広い１／１オクターブ幅でも良い。 The bandwidth WN (k) (k is 1 to p, and the smaller the k, the lower the frequency band is) is preferably narrower than the critical bandwidth that affects the frequency masking of the auditory sense, but in order to reduce the memory capacity Also, a wider 1/1 octave width may be used.
また、分割数ｐは可聴帯域を上記帯域幅で分割した数が望ましいが、走行騒音の主成分
が低音域に集中していることから、図４に示す例のように２０Ｈｚ〜１ｋＨｚに限定して分割数を減らしても良い。
Further, the division number p is preferably a number obtained by dividing the audible band by the above-mentioned bandwidth. However, since the main components of running noise are concentrated in the low sound range, it is limited to 20 Hz to 1 kHz as in the example shown in FIG. The number of divisions may be reduced.
なお、走行騒音周波数特性データの走行速度の分解能は５ｋｍ／ｈ程度で十分であるが、走行速度に対する騒音特性の変化が大きい車両では、より高い分解能を用いても良い。 In addition, although the resolution of the traveling speed of the traveling noise frequency characteristic data is about 5 km / h, a higher resolution may be used in a vehicle having a large change in noise characteristics with respect to the traveling speed.
騒音推定部１０９は、速度別走行騒音特性データから、走行速度ｖに対応する走行騒音周波数特性データＮ（ｖ）＝｛Ｎ１，Ｎ２，…，Ｎｐ｝を取得し、再生特性算出部１０７へ送信する。 The noise estimation unit 109 acquires travel noise frequency characteristic data N (v) = {N 1, N 2,..., Np} corresponding to the travel speed v from the travel noise characteristic data classified by speed, and transmits it to the reproduction characteristic calculation unit 107. To do.
再生音分析部１０８は、音響再生装置の再生する音声を周波数分析して、得られる周波数特性データＭ＝｛Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｐ｝を再生特性算出部１０７へ送信する。 The reproduction sound analysis unit 108 performs frequency analysis on the sound reproduced by the sound reproduction device, and transmits the obtained frequency characteristic data M = {M1, M2,..., Mp} to the reproduction characteristic calculation unit 107.
ここで、周波数分析する帯域幅ＷＭ（ｋ） （ｋは１〜ｐ’）および分割数ｐ’は前述の速度別走行騒音特性データの算出で用いたものと同じであることが望ましい。 Here, it is desirable that the bandwidth WM (k) (k is 1 to p ′) for frequency analysis and the division number p ′ are the same as those used in the above-described calculation of the traveling noise characteristic data for each speed.
ただし、ハードウェアの計算性能が十分に確保できない場合は、より広い帯域幅、少ない分割数で分析を行っても良い。 However, if sufficient hardware calculation performance cannot be ensured, the analysis may be performed with a wider bandwidth and a smaller number of divisions.
その場合、図５に示すように複数の帯域ＷＮ（ｉ） （ｉはｉ１〜ｉ２）を一つのＷＭ帯域で包括し、Ｍｉ （ｉはｉ１〜ｉ２）は同じ値を用いて、Ｎ（ｖ）とＭの要素数を同じにする。 In this case, as shown in FIG. 5, a plurality of bands WN (i) (i is i1 to i2) are included in one WM band, and Mi (i is i1 to i2) is the same value, and N (v ) And M have the same number of elements.
再生特性算出部１０７は、騒音推定部１０９よりＮ（ｖ）を受信し、再生音分析部１０８よりＭを受信して、それらから再生帯域を算出する。図６に再生特性算出部１０７における再生帯域算出の処理動作を示す。 The reproduction characteristic calculation unit 107 receives N (v) from the noise estimation unit 109, receives M from the reproduction sound analysis unit 108, and calculates a reproduction band from them. FIG. 6 shows a reproduction band calculation processing operation in the reproduction characteristic calculation unit 107.
図６において、６０１〜６０５では低い帯域から順に、帯域ｋに対してＮ（ｖ）とＭからマスキング量Ｃｋを算出し、Ｃｋがマスキング量閾値ＴＨＤより大きいかどうかを判定する。判定が真の場合は、ｋを増加させて隣の高い帯域の判定を続ける。 In FIG. 6, from 601 to 605, the masking amount Ck is calculated from N (v) and M for the band k in order from the lowest band, and it is determined whether Ck is larger than the masking amount threshold value THD. If the determination is true, k is increased and the determination of the adjacent high band is continued.
判定が偽になった場合、それ以上高い帯域はマスキングされないとして、図６の６０６において再生帯域をＷＮ（ｋ）以上とする。 If the determination is false, the higher band is not masked, and the reproduction band is set to WN (k) or more at 606 in FIG.
マスキング量算出に関しては聴覚モデルに基づく計算法が従来から発明されており、例えば日本音響学会講演論文集,５２３−５２４（１９９７年３月）に記載の方法を用いても良いし、簡易的にＣｋ＝Ｍｋ−Ｎｋとしても良い。 Regarding the calculation of the masking amount, a calculation method based on an auditory model has been invented in the past. For example, the method described in Acoustical Society of Japan, 523-524 (March 1997) may be used, or simply. It is good also as Ck = Mk-Nk.
また、マスキング量閾値ＴＨＤは本発明による消費電力の低減効果を決定付けるパラメータであり、低減効果を優先したい場合は小さく、広帯域再生を優先したい場合は大きく設定すると良い。代表的な値として１０ｄＢ程度が妥当である。 The masking amount threshold value THD is a parameter that determines the power consumption reduction effect according to the present invention, and is preferably set to a small value when priority is given to the reduction effect and large when priority is given to wideband reproduction. A typical value is about 10 dB.
音響係数保持部１０６は、遮断周波数が異なる複数の高域通過フィルタを実現するフィルタ係数をそれぞれ保持する。図７は遮断周波数がそれぞれｆｃ１〜ｆｃ５である高域通過フィルタの振幅特性である。 The acoustic coefficient holding unit 106 holds filter coefficients for realizing a plurality of high-pass filters having different cutoff frequencies. FIG. 7 shows the amplitude characteristics of the high-pass filter whose cutoff frequencies are fc1 to fc5, respectively.
ｆｃ１は高域通過フィルタが取り得る最低の遮断周波数であり、走行騒音によるマスキングが生じない場合に適用されるため、スピーカ１０３の最低共振周波数付近の値にする。 fc1 is the lowest cut-off frequency that can be taken by the high-pass filter, and is applied when masking due to running noise does not occur.
一方、ｆｃ５は高域通過フィルタが取り得る最高の遮断周波数であり、走行騒音が大きい場合に適用される。 On the other hand, fc5 is the highest cutoff frequency that can be taken by the high-pass filter, and is applied when the running noise is large.
ｆｃ５を高くすると、高い消費電力低減効果が得られるが、音質への影響が大きくなるため、例えば２００〜３００Ｈｚ程度にする。 When fc5 is increased, a high power consumption reduction effect is obtained, but the influence on sound quality is increased.
図８は、図７に示した５種の高域通過フィルタを実現するフィルタ係数であり、音響係数保持部１０６が保持する数値データである。 FIG. 8 shows filter coefficients for realizing the five types of high-pass filters shown in FIG. 7 and numerical data held by the acoustic coefficient holding unit 106.
ここでは、４次フィルタを例として、ｂ０〜ｂ４とａ１〜ａ４の係数を示したが、フィルタ次数は確保できるハードウェアの演算性能に応じて決定すると良い。 Here, the coefficients of b0 to b4 and a1 to a4 are shown by taking a fourth-order filter as an example, but the filter order may be determined according to the hardware computing performance that can be secured.
なお、図７および図８では５種の遮断周波数の例を示したが、メモリ容量が確保できる場合はより多くの遮断周波数に対するフィルタ係数を保持しても良い。 7 and 8 show examples of five types of cutoff frequencies, but filter coefficients for a larger number of cutoff frequencies may be held when the memory capacity can be secured.
再生特性算出部１０７は、上記の再生帯域算出により得られた再生帯域から、再生帯域外の低音域成分を除去する高域通過フィルタの遮断周波数ｆｃを決定し、ｆｃに対応するフィルタ係数を音響係数保持部１０６から読み出し、周波数特性変更部１０４へ設定する。ここで、再生帯域が「ＷＮ（ｋ）以上」の場合はｆｃをＷＮ（ｋ）の下限周波数とする。 The reproduction characteristic calculation unit 107 determines the cutoff frequency fc of the high-pass filter that removes low-frequency components outside the reproduction band from the reproduction band obtained by the above-described reproduction band calculation, and acoustically calculates the filter coefficient corresponding to fc. Read from the coefficient holding unit 106 and set to the frequency characteristic changing unit 104. Here, when the reproduction band is “WN (k) or more”, fc is the lower limit frequency of WN (k).
なお、再生特性算出部１０７が周波数特性変更部１０４へフィルタ係数を設定する際に、フィルタ係数を段階的に設定し、高域通過フィルタの振幅特性を徐々に変化させることで、フィルタ係数が切り替わる際の異音の発生を抑止する。 Note that when the reproduction characteristic calculation unit 107 sets the filter coefficient to the frequency characteristic changing unit 104, the filter coefficient is set stepwise, and the filter coefficient is switched by gradually changing the amplitude characteristic of the high-pass filter. Suppresses the occurrence of abnormal noise.
つまり、例えば周波数特性変更部１０４に遮断周波数ｆｃ２のフィルタ係数が設定されている状態で、再生帯域が「ｆｃ５以上」と算出された場合、ｆｃ３、ｆｃ４そしてｆｃ５と、一定の時間間隔（例えば２０ミリ秒程度）で、フィルタ係数を３回設定する。 That is, for example, when the reproduction band is calculated as “fc5 or more” in a state where the filter coefficient of the cutoff frequency fc2 is set in the frequency characteristic changing unit 104, fc3, fc4, and fc5 and a certain time interval (for example, 20 In about milliseconds, the filter coefficient is set three times.
以上のように構成された音響再生装置について、従来の特許文献に記載の技術と比較すると、特に電気モーターを備えた自動車が高速走行する際に、消費電力の低減効果に優位性がある。 Compared with the technology described in the conventional patent document, the sound reproducing device configured as described above has an advantage in the effect of reducing power consumption, particularly when an automobile equipped with an electric motor travels at a high speed.
特許文献１および２に記載の技術では、自動車が高速走行時に、駆動系に大きな電力が必要になるにも関わらず、再生音量のみを考慮しているためにカーオーディオの消費電力が低減されることはない。 In the techniques described in Patent Documents 1 and 2, when the automobile is traveling at high speed, the power consumption of the car audio is reduced because only the reproduction volume is taken into consideration even though a large amount of power is required for the drive system. There is nothing.
一方、本実施の形態による音響再生装置では、高速走行により走行騒音が増加した場合、Ｎ（ｖ）が大きな値を取るので、マスキング量Ｃｋも大きくなり、Ｃｋ≧ＴＨＤを満たす周波数帯域が広がる。 On the other hand, in the sound reproducing device according to the present embodiment, when traveling noise increases due to high speed traveling, N (v) takes a large value, so the masking amount Ck also increases, and the frequency band satisfying Ck ≧ THD is widened.
結果として、本実施の形態によれば、高域通過フィルタの遮断周波数が高くなり、スピーカ１０３に出力される音声信号のエネルギーは減少することで、カーオーディオの消費電力は低減される。 As a result, according to the present embodiment, the cutoff frequency of the high-pass filter is increased, and the energy of the audio signal output to the speaker 103 is reduced, so that the power consumption of the car audio is reduced.
特許文献３に記載の技術では、音量を自動的に下げることで消費電力を低減するため、受聴者が音質の変化に違和感を感じることがある。 In the technique described in Patent Document 3, since the power consumption is reduced by automatically lowering the volume, the listener may feel uncomfortable with the change in sound quality.
一方、本実施の形態による音響再生装置では、騒音によりマスキングされる低音域の音声のみを減衰させるため、聴感上への影響を小さくできる。 On the other hand, in the sound reproduction apparatus according to the present embodiment, only the low-frequency sound that is masked by noise is attenuated, so that the influence on the audibility can be reduced.
さらに、本実施の形態に加えて、音量変更部１０５をリミッターで構成しても良い。つまり、周波数特性変更部１０４で通過する周波数帯域を制限し、さらに音量変更部１０５で通過するレベルの上限を設けることで、より大きな消費電力の低減効果が得られる。 Furthermore, in addition to the present embodiment, the volume changing unit 105 may be configured with a limiter. That is, by limiting the frequency band that is passed by the frequency characteristic changing unit 104 and further setting the upper limit of the level that is passed by the volume changing unit 105, a greater effect of reducing power consumption can be obtained.
聴感の性質によると、レベルの高い音を受聴しても短い時間であれば、音の大きさに影響しないことが知られている。つまり、短い継続時間でレベルの大きいピーク性の音声信号をリミッターにより減衰させても、音量・音質への影響は低く抑えることができる。 According to the nature of audibility, it is known that even if a high-level sound is received, the sound volume is not affected if the time is short. That is, even if a peak level audio signal having a large level is attenuated by a limiter with a short duration, the influence on the volume and sound quality can be kept low.
なお、本実施の形態では、走行騒音の相関信号として車速パルス信号を用いる構成を示したが、車室内にマイクロフォンを設置して、マイクロフォン出力信号を走行騒音の相関信号としても良い。その場合、騒音推定部１０９において、マイクロフォン出力信号を周波数分析することでＮ（ｖ）を算出する。 In the present embodiment, the configuration using the vehicle speed pulse signal as the correlation signal of the traveling noise is shown. However, a microphone may be installed in the passenger compartment and the microphone output signal may be used as the correlation signal of the traveling noise. In that case, the noise estimation unit 109 calculates N (v) by frequency analysis of the microphone output signal.
なお、本実施の形態では、周波数特性変更部１０４を高域通過フィルタで構成したが、帯域分割コンプレッサで構成しても良い。 In the present embodiment, the frequency characteristic changing unit 104 is configured by a high-pass filter, but may be configured by a band division compressor.
この場合、再生特性算出部１０７で算出する各帯域のマスキング量Ｃｋを元に、コンプレッサの音響係数であるレベル閾値ＴＨＤ＿ｌｅｖと圧縮率α＿ｌｅｖを決定する。 In this case, based on the masking amount Ck of each band calculated by the reproduction characteristic calculation unit 107, the level threshold value THD_lev and the compression rate α_lev that are the acoustic coefficients of the compressor are determined.
つまり、Ｃｋが大きい帯域は、ＴＨＤ＿ｌｅｖを小さくしてα＿ｌｅｖを大きくすることで、マスキングされる音声を減衰させる。Ｃｋが小さい帯域は、ＴＨＤ＿ｌｅｖを大きくしてα＿ｌｅｖを小さくすることで、音声信号をそのまま出力させる。 That is, in the band where Ck is large, the sound to be masked is attenuated by decreasing THD_lev and increasing α_lev. In the band where Ck is small, the audio signal is output as it is by increasing THD_lev and decreasing α_lev.
なお、本実施の形態では、１Ｗａｙスピーカシステムを前提に説明したが、マルチＷａｙスピーカシステムでは、低域再生用スピーカへの音声信号にのみ周波数特性変更部１０４および音量変更部１０５の処理を行っても同様の効果を得ることができ、さらに構成を平易にすることができる。 In this embodiment, the description has been made on the assumption that the 1-way speaker system is used. However, in the multi-way speaker system, the frequency characteristic changing unit 104 and the volume changing unit 105 are processed only for the audio signal to the low-frequency reproduction speaker. The same effect can be obtained, and the configuration can be further simplified.
以上のように本実施の形態によれば、走行騒音によりマスキングされる低音域の音声のみを減衰させるため、受聴者に聴感上の違和感を感じさせることなく消費電力を低減することができ、特に、走行騒音が大きくなる高速走行時に大きな低減効果が見込める。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における音響再生装置について図面を参照しながら説明する。
As described above, according to the present embodiment, since only the low-frequency sound that is masked by the running noise is attenuated, power consumption can be reduced without causing the listener to feel uncomfortable. A great reduction effect can be expected during high-speed driving when the driving noise increases.
(Embodiment 2)
Hereinafter, a sound reproducing device according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.
図２は本発明の実施の形態２における音響再生装置のブロック図である。本実施の形態において、実施の形態１と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。 FIG. 2 is a block diagram of a sound reproducing device according to Embodiment 2 of the present invention. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
実施の形態２と実施の形態１との相違点は、音響再生装置で使用可能な電力量を外部から受信し、消費電力が指示された電力量まで低減するように動作することである。 The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the amount of power that can be used in the sound reproduction device is received from the outside, and the operation is performed so that the power consumption is reduced to the instructed power amount.
図２において、使用可能電力入力端子２０１は音響再生装置に使用可能な電力量を制御コマンドなどにより入力するための端子であり、ＥＣＵや車両協調機能を備えたナビゲーションシステムなどに接続される。 In FIG. 2, an available power input terminal 201 is a terminal for inputting the amount of power that can be used for the sound reproduction device by a control command or the like, and is connected to an ECU or a navigation system having a vehicle coordination function.
消費電力推定部２０２は音響再生装置の消費する電力を推定するものであり、音量変更部１０５の出力に接続され、実効値検出器などにより構成される。 The power consumption estimation unit 202 estimates the power consumed by the sound reproduction device, is connected to the output of the volume changing unit 105, and includes an effective value detector or the like.
以上のように構成された音響再生装置について、以下にその処理動作を説明する。 The processing operation of the sound reproducing apparatus configured as described above will be described below.
消費電力推定部２０２は、音量変更部１０５から出力される音声信号の実効値を算出することにより音響再生装置の消費電力を推定する。 The power consumption estimation unit 202 estimates the power consumption of the sound reproduction device by calculating the effective value of the audio signal output from the volume changing unit 105.
つまり、図９における９０１で示される音量変更部１０５の出力信号に対して、塗りつぶされた領域９０２の面積が信号の実効値Ｒｍｓであり、音量変更部１０５の出力からスピーカ１０３の入力までの増幅度Ｇとスピーカ１０３のインピーダンスＲ［Ω］とすると、Ｐｃ＝（Ｒｍｓ×Ｇ）２／Ｒを消費電力の推定値とする。 That is, with respect to the output signal of the volume changing unit 105 indicated by 901 in FIG. 9, the area of the filled region 902 is the effective value Rms of the signal, and amplification from the output of the volume changing unit 105 to the input of the speaker 103 Assuming that the degree G and the impedance R [Ω] of the speaker 103 are Pc = (Rms × G) 2 / R, the estimated value of power consumption is used.
ここで、増幅度ＧおよびインピーダンスＲは音響再生装置の設計時に決まる定数であるので、あらかじめ消費電力推定部２０２の内部にこれらの定数を保持する。 Here, since the amplification degree G and the impedance R are constants determined at the time of designing the sound reproducing device, these constants are held in the power consumption estimation unit 202 in advance.
なお、音量変更部１０５からスピーカ１０３までの音声回路において、増幅回路の最大出力電圧レベルなど最大振幅が制限されている場合は、音声信号の実効値を算出する際に飽和処理を行うことで推定精度を向上させる。 If the maximum amplitude such as the maximum output voltage level of the amplifier circuit is limited in the audio circuit from the volume changing unit 105 to the speaker 103, it is estimated by performing saturation processing when calculating the effective value of the audio signal. Improve accuracy.
つまり、最大振幅をＬｍａｘとして、図１０における１００１で示される音量変更部１０５の出力信号に対して、塗りつぶされた領域１００２のようにＬｍａｘ以上の振幅はＬｍａｘで飽和させて実効値を算出する。 That is, assuming that the maximum amplitude is Lmax, the effective value is calculated by saturating the amplitude greater than or equal to Lmax with the Lmax as in the filled region 1002 with respect to the output signal of the volume changing unit 105 indicated by 1001 in FIG.
ここで、Ｌｍａｘは音響再生装置の設計時に決まる定数であるので、あらかじめ消費電力推定部２０２の内部に保持する。 Here, since Lmax is a constant determined at the time of designing the sound reproducing device, it is stored in the power consumption estimating unit 202 in advance.
消費電力推定部２０２は、使用可能電力入力端子２０１から受信した使用可能電力Ｐａと、上記のように算出した消費電力の推定値Ｐｃの差を余剰消費電力Ｐｍ＝Ｐａ−Ｐｃとして、再生特性算出部１０７へ出力する。 The power consumption estimation unit 202 calculates the reproduction characteristics by setting the difference between the available power Pa received from the available power input terminal 201 and the estimated power consumption Pc calculated as described above as the surplus power consumption Pm = Pa−Pc. Output to the unit 107.
ここで、Ｐｍ＞０の場合は消費する電力を上げることができ、Ｐｍ＜０の場合は下げなければならないことを意味する。 Here, when Pm> 0, the consumed power can be increased, and when Pm <0, it means that it must be decreased.
再生特性算出部１０７では、前述の再生帯域算出の前に、図１１に示すマスキング量閾値ＴＨＤを更新する処理を行う。 The reproduction characteristic calculation unit 107 performs a process of updating the masking amount threshold value THD shown in FIG. 11 before the above-described reproduction band calculation.
図１０において、ΔはＴＨＤの更新時定数であり、ＴＨＤｍａｘはＴＨＤの最大値であり、使用可能電力の指示を受けてない場合の最小消費電力低減効果を決定付け、ＴＨＤｍｉｎはＴＨＤの最小値であり、最大低減効果を決定付けるパラメータである。 In FIG. 10, Δ is the THD update time constant, THDmax is the maximum value of THD, and determines the effect of reducing the minimum power consumption when an instruction for usable power is not received. THDmin is the minimum value of THD Yes, it is a parameter that determines the maximum reduction effect.
図１１の処理により、Ｐｍ＞０の場合はＴＨＤが大きくなるため、再生帯域算出でより低音域まで再生帯域に含まれるため、再生帯域が拡大して消費電力低減効果は弱まる。 According to the processing of FIG. 11, since THD increases when Pm> 0, the playback band is included in the playback band up to the lower sound range, so that the playback band is expanded and the power consumption reduction effect is weakened.
一方、Ｐｍ＜０の場合はＴＨＤが小さくなるため、再生帯域算出においてより再生帯域が狭まるために消費電力低減効果は高まる。 On the other hand, when Pm <0, the THD becomes small, and the reproduction band is narrowed in the calculation of the reproduction band, so the power consumption reduction effect is enhanced.
上記の動作により、ＴＨＤはＰｍが０に近づくように変動するので、消費電力の推定値Ｐｃは使用可能電力Ｐａに近づく。 With the above operation, THD varies so that Pm approaches 0, so that the estimated power consumption value Pc approaches the usable power Pa.
以上のように本実施の形態によれば、音響再生装置の消費電力を外部からの使用可能電力指示により制限することができ、さらに、走行騒音によりマスキングされる低音域の音声を優先的に減衰させるため、受聴者に与える聴感上の違和感を小さくできる。 As described above, according to the present embodiment, the power consumption of the sound reproduction device can be limited by an externally usable power instruction, and further, low-frequency sound masked by running noise is preferentially attenuated. Therefore, the sense of incongruity given to the listener can be reduced.
具体的な使用例として、バッテリー電力の消費を低減するＥＣＯモードを備える自動車において、搭乗者がＥＣＯモードを有効にした際に、車両ＥＣＵあるいはカーナビゲーションシステムが音響再生装置に小さい消費可能電力を指示することにより、バッテリー電力の消費を低減させることができる。 As a specific example, in an automobile equipped with an ECO mode that reduces battery power consumption, when the passenger activates the ECO mode, the vehicle ECU or the car navigation system instructs the sound reproduction device to use a small amount of consumable power. By doing so, battery power consumption can be reduced.
また、別の使用例として、自動車の急加速など駆動系に大きな電力が必要になる走行状況において、車両ＥＣＵが音響再生装置に小さい消費可能電力を指示することにより使用電力のピークを低く抑えることができ、生じた余剰分電力を駆動系に供給することができる。 Also, as another example of use, in a driving situation where a large amount of power is required for the drive system, such as sudden acceleration of an automobile, the vehicle ECU instructs the sound reproduction device to use a small amount of consumable power, thereby keeping the peak of the power consumption low. And the generated surplus power can be supplied to the drive system.
本発明の音響再生装置は、低い消費電力で動作可能なカーオーディオをとして有用である。 The sound reproducing device of the present invention is useful as a car audio that can operate with low power consumption.
１０１ 音声入力端子
１０２ 騒音相関信号入力端子
１０３ スピーカ
１０４ 周波数特性変更部
１０５ 音量変更部
１０６ 音響係数保持部
１０７ 再生特性算出部
１０８ 再生音分析部
１０９ 騒音推定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Audio | voice input terminal 102 Noise correlation signal input terminal 103 Speaker 104 Frequency characteristic change part 105 Volume change part 106 Acoustic coefficient holding part 107 Reproduction characteristic calculation part 108 Reproduction sound analysis part 109 Noise estimation part
Claims (8)
上記周波数特性変更部の出力信号のレベルを変更する音量変更部と、
上記周波数特性変更部の入出力特性および上記音量変更部の入出力特性を決定するための音響係数を保持する音響係数保持部と、
上記音響係数保持部が保持する音響係数を上記周波数特性変更部および上記音量変更部に設定する再生特性算出部と、
上記音量変更部の出力信号の周波数特性を分析する再生音分析部と、
入力された走行騒音の相関信号から走行騒音の周波数特性を推定する騒音推定部とを備え、
上記再生特性算出部が走行騒音によりマスキングされる再生音帯域を算出し、再生音の該当帯域を減衰させるように上記周波数特性変更部に音響係数を設定することを特徴とする音響再生装置。 A frequency characteristic changing unit for changing the frequency characteristic of the input audio signal;
A volume changing unit for changing the level of the output signal of the frequency characteristic changing unit;
An acoustic coefficient holding unit for holding an acoustic coefficient for determining the input / output characteristics of the frequency characteristic changing unit and the input / output characteristics of the volume changing unit;
A reproduction characteristic calculating unit that sets the acoustic coefficient held by the acoustic coefficient holding unit in the frequency characteristic changing unit and the volume changing unit;
A reproduction sound analysis unit for analyzing the frequency characteristics of the output signal of the volume changing unit;
A noise estimation unit that estimates the frequency characteristics of the running noise from the correlation signal of the inputted running noise,
An acoustic reproduction apparatus, wherein the reproduction characteristic calculation unit calculates a reproduction sound band masked by traveling noise, and sets an acoustic coefficient in the frequency characteristic change unit so as to attenuate the corresponding band of the reproduction sound.
上記音量変更部の出力信号から音響再生装置が消費する電力量を推定する消費電力推定部とを備え、
上記再生特性算出部は、上記周波数特性変更部により走行騒音にマスキングされる再生音帯域を減衰させることを優先的に行い、さらに減衰させる帯域を広くすることにより、音響再生装置の消費電力を上記使用可能な電力量まで低減することを特徴とする請求項１に記載の音響再生装置。 An available energy input terminal for inputting the amount of energy that can be used by the device,
A power consumption estimation unit that estimates the amount of power consumed by the sound reproduction device from the output signal of the volume changing unit,
The reproduction characteristic calculation unit preferentially attenuates a reproduction sound band masked by running noise by the frequency characteristic change unit, and further widens the attenuation band, thereby reducing the power consumption of the sound reproduction device. The sound reproducing apparatus according to claim 1, wherein the sound reproducing apparatus reduces the amount of power that can be used.
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