JP2019180073A - 音響システム、音響再生装置、および音響再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音に対して聴感上で自然となるようなオーディオ信号の補償量を算出する。【解決手段】第１騒音信号と第２騒音信号とを取得し、オーディオ信号を取得し、前記第１騒音信号と前記第２騒音信号に基づいて、騒音レベルを算出し、前記オーディオ信号に基づいて、前記オーディオ信号の信号レベルを算出し、前記第１騒音信号および第２信号の騒音レベル、前記オーディオ信号の信号レベルに基づいてマスキング量を算出し、前記マスキング量に基づいて決定した、前記オーディオ信号の補償量に基づいて、前記オーディオ信号の周波数特性を制御し、第１出力信号および第２出力信号を生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、音響システム、音響再生装置、および音響再生方法に関する。

従来の音響再生装置として、周波数帯域毎の騒音信号レベルとオーディオ信号レベルとの差の関数で表される近似式からマスキング量を算出し、オーディオ信号の周波数特性を変更してマスキング量分オーディオ信号のレベルを上げる音響再生装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−１７８６９５号公報

しかしながら前述の音響再生装置では、オーディオ信号の補償量が全てのスピーカに対して同じであるため、両耳位置での騒音レベルが左右で異なった場合、騒音レベルによるマスキング量が左右で異なることで、例えばボーカルの定位方向が、騒音レベルの小さな方向に移動してしまうという課題があった。

本開示の一態様は、第１騒音信号を取得する第１マイクと、第２騒音信号を取得する第２マイクと、オーディオ信号を入力するオーディオ信号入力部と、前記第１騒音信号と前記第２騒音信号に基づいて、前記第１騒音信号と前記第２騒音信号それぞれの騒音レベルを算出する騒音レベル分析部と、前記オーディオ信号に基づいて、前記オーディオ信号の信号レベルを算出する音源信号分析部と、前記第１騒音信号の騒音レベル、前記第２騒音信号の騒音レベル、前記オーディオ信号の信号レベルに基づいて、マスキング量を算出するマスキング量算出部と、前記マスキング量に基づいて、前記オーディオ信号の補償量を決定する補償量算出部と、算出した前記補償量に基づいて、前記オーディオ信号の周波数特性を制御し、第１出力信号および第２出力信号を生成する周波数特性制御部と、記第１出力信号および前記第２出力信号をそれぞれ出力する第１スピーカおよび第２スピーカと、を備える、音響システム。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、騒音によらず音の定位と音の広がりの変化を防止する音響再生装置を提供できる。

本開示の第１の実施形態における音響システムの一例を示すブロック図 本開示の第２の実施形態における音響システムの一例を示すブロック図 本開示の実施形態における車室内のマイク設置位置の一例を示す図 マスキング量特性を表わす概略図

以下、添付図面を適宜参照しながら、本開示に係る音響再生装置を具体的に開示した実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（第１の実施形態）
図１は、本開示の第１の実施形態における音響システムの一例を示すブロック図である。図１を用いて本開示の第１の実施形態を説明する。音響システム１は、音響再生装置１００、第１マイク２００、第２マイク３００、音源入力装置４００、第１スピーカ５００、および第２スピーカ６００を備える。音響再生装置１００は、騒音レベル分析部１０１、音源信号分析部１０２、マスキング量算出部１０３、補償量算出部１０４、周波数特性制御部１０５、周波数特性制御部１０６を備える。

第１マイク２００および第２マイク３００は、各々が配置された場所の周囲の騒音信号を取得する。騒音レベル分析部１０１は、第１マイク２００と第２マイク３００から入力された騒音信号に基づいて周波数帯域毎に騒音レベルを分析する。音源信号分析部１０２は、音源入力装置４００から出力された第１オーディオ信号および第２オーディオ信号を含む２チャンネルのオーディオ信号の信号レベルを一以上の周波数帯域毎に分析する。ここで、第１オーディオ信号と第２オーディオ信号それぞれの信号レベルが一以上の周波数帯域毎に分析されてもよい。

マスキング量算出部１０３は、騒音レベル分析部１０１において分析された騒音レベルと、音源信号分析部１０２において分析された信号レベルに基づいて、マスキング量を周波数帯域毎に算出する。

補償量算出部１０４は、マスキング量算出部１０３で算出したマスキング量に基づいて、オーディオ信号の補償量を決定し、周波数特性制御部１０５、１０６で用いるイコライザゲインを算出する。

周波数特性制御部１０５は、補償量算出部１０４で算出されたイコライザゲインに基づいて制御され、第１オーディオ信号に対して周波数帯域毎のイコライザゲインを変化させた第１出力信号を第１スピーカ５００へ出力する。

周波数特性制御部１０６は、周波数特性制御部１０５と同様に補償量算出部１０４で算出されたイコライザゲインに基づいて制御され、第２オーディオ信号に対して周波数毎のイコライザゲインを変化させた第２出力信号を第２スピーカ６００へ出力する。これによって、第１スピーカ５００および第２スピーカ６００は、騒音レベルに応じて、音源入力装置４００から出力されたオーディオ信号の出力を変化させて音源を再生できる。

ここで、騒音レベル分析部１０１の構成例を説明する。騒音レベル分析部１０１は、例えば、図示しない周波数帯域分割器、レベル分析器によって構成されていてもよい。

騒音レベル分析部１０１に入力された騒音信号は、周波数帯域分割器で複数の周波数帯域信号に分割される。

周波数帯域分割器は、異なる中心周波数を持つ複数のＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）、またはＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）のような、時間−周波数変換処理で実現される。周波数帯域分割器の出力信号は、レベル分析器へ入力され、周波数帯域毎にレベルが分析される。レベル分析器の分析は、例えばヒトが音の大きさを知覚する時間分解能である数１０ｍｓから数１００ｍｓの時間間隔ごとに行う。

次に、音源信号分析部１０２について説明する。音源信号分析部１０２は、騒音レベル分析部１０１と同様に、例えば、図示しない周波数帯域分割器、レベル分析器によって構成されていてもよい。このとき、音源信号分析部１０２の動作は、前述の騒音レベル分析部１０１と同様であるため、詳細な説明は省略するが、音源信号分析部１０２へ入力された２チャンネルのオーディオ信号について、周波数帯域毎にオーディオ信号レベルが算出される。

次に、マスキング量算出部１０３の動作について説明する。ユーザの視聴環境において、騒音信号が存在することでオーディオ信号が聞こえにくくなっている場合、騒音信号がないときのオーディオ信号の音の大きさと等しい音の大きさで聞こえさせるように必要なマスキング量は、オーディオ信号レベルと騒音信号レベルとの差と相関が高いことが知られている。

騒音信号レベルをＮ［ｄＢ］、オーディオ信号レベルをＳ［ｄＢ］とすると、マスキング量Ｍ［ｄＢ］は、以下の（式１）で近似できる。ただし、ａ、ｂ、ｃは定数である。
Ｍ ＝ ａ（Ｓ−Ｎ）^２＋ｂ（Ｓ−Ｎ）＋ｃ （式１）

図４は、マスキング量特性を表わす概略図である。具体的には、オーディオ信号レベルが７０ｄＢのときの、騒音信号レベルに対するマスキング量を表わしている。図４において、例えば騒音信号レベルが７０ｄＢのときには、マスキング量は約７．３ｄＢである。このことから、オーディオ信号レベルが７０ｄＢ、騒音信号レベルが７０ｄＢのときは、オーディオ信号レベルを７．３ｄＢだけ大きくすれば、ユーザは視聴環境に騒音信号が存在しないときと同じ大きさで、オーディオ信号を聴くことができる。このように、マスキング量算出部１０３は、騒音信号レベルに応じたマスキング量を周波数帯域毎に算出する。

次に、補償量算出部１０４について説明する。補償量算出部１０４は、音の定位と音の広がりの変化を防ぐため、ユーザの両耳位置において聴感上のオーディオ信号の音の大きさが一定になるように、補償量を決定する。

周波数特性制御部１０５と周波数特性制御部１０６は、決定された補償量に基づいて、２チャンネルのオーディオ信号に対して周波数帯域毎のイコライザゲインを変化させた第１出力信号および第２出力信号をそれぞれ第１スピーカ５００および第２スピーカ６００へ出力する。補償量は、第１スピーカ５００と第２スピーカ６００の出力がそれぞれユーザの両耳に入ることを考慮して決定される。また、補償量算出部１０４は、例えば、ヒトが音の大きさを知覚する時間分解能である数１０ｍｓから数１００ｍｓの時間間隔毎に、補償量を決定する。

このように、本開示の音響システム１によれば、視聴環境において存在する騒音信号によって聞こえにくくなったオーディオ信号の出力を制御でき、騒音信号によって音の定位と音の広がりの変化を防ぎ、ユーザの聴感上、違和感を低減した制御が可能となる。

なお、上記実施の形態においては、騒音信号をマイクで検出するようにしたが、騒音信号と相関の高い車速信号やエンジン回転パルスなどを用いて、ユーザの両耳位置の騒音信号を推定するようにしても良い。

その場合、ユーザの視聴環境においてマイクを設置する必要がなく、また同時にマイクで検出した騒音信号を分析する必要もなくなり、システム構成を簡単にできる効果を有する。本実施形態を含む各実施形態では、第１マイク２００と第２マイク３００の他にマイクがあってもよいが、本実施形態では、マイクは第１マイク２００、第２マイク３００のみであるものとして説明する。

また、本実施形態を含む各実施形態では、本音源入力装置４００の出力チャンネルは少なくとも１チャンネルあれば良いが、本実施形態では、出力チャンネルが２チャンネルとして説明する。音源入力装置４００の出力チャンネルが１チャンネルの場合は、周波数特性制御部１０５と周波数特性制御部１０６には、同一の信号が入力される。

また、本実施形態を含む各実施形態では、第１スピーカ５００、第２スピーカ６００の他にスピーカがあってもよいが、本実施形態では、スピーカは第１スピーカ５００、第２スピーカ６００のみであるものとして説明する。

なお、音響再生装置１００は、ディジタル信号処理が可能なディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）やマイコンなどで実現しても良い。

また、音源入力装置４００から入力されるオーディオ信号がアナログ信号の場合には、音響再生装置１００と音源入力装置４００の間にディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機が設けられていても良い。

また、音響再生装置１００と第１スピーカ５００、第２スピーカ６００の間にディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、信号を増幅するためのアンプが設けられていても良い。

また、音響再生装置１００と第１マイク２００、第２マイク３００の間にアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と信号を増幅するためのアンプ信号が設けられていても良い。さらに、音響再生装置１００と第１マイク２００、第２マイク３００の間に両耳位置での騒音信号を推定および分析を行う両耳位置騒音分析部が設けられていても良い。

なお、図１において図示していないが、音響再生装置１００は、第１マイク２００および第２マイク３００から騒音信号が入力される騒音信号入力部を備えるとしてもよい。さらに、音響再生装置１００は、音源入力装置４００からオーディオ信号が入力されるオーディオ信号入力部を備えるとしてもよい。また、音響再生装置１００は、オーディオ信号を第１スピーカ５００および第２スピーカへ出力するオーディオ信号出力部を備えるとしてもよい。

（第２の実施形態）
図２は、本開示の第２の実施形態における音響システムの一例を示すブロック図である。図２を用いて、本開示の第２の実施形態を説明する。なお、上述の第１の実施形態と重複する構成については、説明を省略する。音響システム２は、音響再生装置８００、第１マイク２００、第２マイク３００、音源入力装置４００、第１スピーカ５００、第２スピーカ６００を備える。

音響再生装置８００は、騒音差分分析部８０１、騒音量算出部８０２、騒音生成部８０３、周波数特性制御部８０４、周波数特性制御部８０５、加算器８０６、加算器８０７、周波数特性制御部８０８、騒音レベル分析部１０１、音源信号分析部１０２、マスキング量算出部１０３、補償量算出部１０４を備える。

騒音差分分析部８０１は、騒音レベル分析部１０１の分析結果に基づいて、ユーザの両耳位置での左右の騒音レベル差分量を周波数帯域毎に算出する。騒音量算出部８０２は、騒音差分分析部８０１によって出力された騒音レベルの差分量に基づいて補償量を決定し、周波数特性制御部８０４、および周波数特性制御部８０５で用いるイコライザゲインを周波数帯域毎に算出する。ここで、騒音量算出部８０２は、ユーザの両耳位置における左右の騒音レベル差が低減するようにイコライザゲインを周波数帯域毎に算出する。

また、騒音量算出部８０２は、例えば、ヒトが音の大きさを知覚する時間分解能である数１０ｍｓから数１００ｍｓの時間間隔ごとに、補償量を決定するとしてもよい。

騒音生成部８０３では、人工的に、例えば、ピンクノイズなどの擬似騒音信号を生成する。ここで、騒音生成部８０３の出力チャンネルは２チャンネルであるとして説明するが、出力チャンネルは２チャンネル以上であってもよい。

また、騒音生成部８０３は、第１マイク２００、第２マイク３００から取得した信号に基づいて騒音信号を生成しても良い。周波数特性制御部８０４は、騒音生成部８０３で生成した騒音信号を、騒音量算出部８０２で算出したイコライザゲインで周波数帯域毎に制御する。周波数特性制御部８０４は、騒音信号を２つの出力チャンネル毎に個別のイコライザゲインで制御してもよいが、本実施形態のように同一のイコライザゲインで制御してもよい。２つの出力チャンネルについて、同一のイコライザゲインで騒音信号を制御した場合、システム構成が簡単になるという効果を有する。ここで、同一のイコライザゲインで騒音信号を制御して良い理由を説明する。

本実施形態では、騒音信号の音の大きさは、周波数特性制御部８０４と周波数特性制御部８０５で算出されたイコライザゲインに基づいて、ユーザの聴感上、両耳位置の左右で同じ騒音レベルになるように制御される。このとき、（式１）に基づいて、両耳位置の左右で騒音信号レベルが同じである場合、オーディオ信号のマスキング量は同じになるため、同一のイコライザゲインを用いて騒音信号を制御してもよいと言える。

周波数特性制御部８０５は、周波数特性制御部８０４と同様に制御される。なお、音響再生装置８００は、ディジタル信号処理が可能なディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）やマイコンなどで実現しても良い。

加算器８０６は、周波数特性制御部８０８から出力される信号に、周波数特性制御部８０５から出力される信号を加算し、第１スピーカ５００へ出力する。加算器８０７は、周波数特性制御部８０８から出力される信号に、周波数特性制御部８０４から出力される信号を加算し、第２スピーカ６００へ出力する。

なお、図２において図示していないが、音響再生装置８００は、第１マイク２００および第２マイク３００から騒音信号が入力される騒音信号入力部を備えるとしてもよい。さらに、音響再生装置１００は、音源入力装置４００からオーディオ信号が入力されるオーディオ信号入力部を備えるとしてもよい。また、音響再生装置８００は、オーディオ信号を第１スピーカ５００および第２スピーカへ出力するオーディオ信号出力部を備えるとしてもよい。

図３は、本開示の実施形態における車室内のマイク設置位置の一例を示す図である。図３は、第１マイク２００と第２マイク３００が車両９００の車室内空間に配置される場合の配置位置の一例を示している。第１マイク２００は、設置位置９０１に設置され、第２マイク３００は、設置位置９０２に設置されている。ここでは、車両の運転座席におけるヘッドレストの左右に設置位置９０１および設置位置９０２が存在する例を示している。例えば、両耳位置の左右で騒音の大きさが異なる場合には、騒音レベルによるマスキング量が左右で異なるために、ボーカルの定位方向が、騒音レベルの小さな方向に移動してしまう。このような場所に第１マイク２００および第２マイク３００を配置すれば、ユーザ（運転手）が実際にオーディオ信号を視聴する場所における騒音を検出することができ、このような問題発生を抑制できる。また、第１マイク２００および第２マイク３００を設置する場所はこれに限らず、ユーザの両耳位置の左右で大きさの異なる騒音をそれぞれ検出可能であればどこに配置されてもよい。例えば、指向性を有するマイクを車両のコンソールパネルなどに配置して、運転手の両耳位置の左右で大きさの異なる騒音をそれぞれ検出するとしてもよい。また、例えば、車両の助手席のヘッドレストの左右に配置して、助手席に座るユーザの両耳位置における騒音を取得してもよい。

１、２ 音響システム
１００ 音響再生装置
１０１ 騒音レベル分析部
１０２ 音源信号分析部
１０３ マスキング量算出部
１０４ 補償量算出部
１０５ 周波数特性制御部
１０６ 周波数特性制御部
２００ 第１マイク
３００ 第２マイク
４００ 音源入力装置
５００ 第１スピーカ
６００ 第２スピーカ
８００ 音響再生装置
８０１ 騒音差分分析部
８０２ 騒音量算出部
８０３ 騒音生成部
８０４ 周波数特性制御部
８０５ 周波数特性制御部
８０６ 第１加算器
８０７ 第２加算器
８０８ 周波数特性制御部
９００ 車両
９０１ 第１マイク設置位置
９０２ 第２マイク設置位置

Claims (9)

1. 第１騒音信号を取得する第１マイクと、
   第２騒音信号を取得する第２マイクと、
   オーディオ信号を入力するオーディオ信号入力部と、
   前記第１騒音信号と前記第２騒音信号に基づいて、前記第１騒音信号と前記第２騒音信号それぞれの騒音レベルを算出する騒音レベル分析部と、
   前記オーディオ信号に基づいて、前記オーディオ信号の信号レベルを算出する音源信号分析部と、
   前記第１騒音信号の騒音レベル、前記第２騒音信号の騒音レベル、前記オーディオ信号の信号レベルに基づいて、マスキング量を算出するマスキング量算出部と、
   前記マスキング量に基づいて、前記オーディオ信号の補償量を決定する補償量算出部と、
   算出した前記補償量に基づいて、前記オーディオ信号の周波数特性を制御し、第１出力信号および第２出力信号を生成する周波数特性制御部と、
   前記第１出力信号および前記第２出力信号をそれぞれ出力する第１スピーカおよび第２スピーカと、を備える、
   音響システム。
2. 前記周波数特性制御部は、前記補償量に基づいて、前記オーディオ信号のイコライザゲインを変化させて前記第１出力信号および前記第２出力信号を生成する、
   請求項１に記載の音響システム。
3. 前記補償量算出部は、一以上の周波数帯域毎に前記補償量を算出する、
   請求項１または２のいずれか一項に記載の音響システム。
4. 前記周波数特性制御部は、前記補償量に基づいて、前記オーディオ信号のイコライザゲインを前記一以上の周波数帯域毎に変化させて、前記第１出力信号、および前記第２出力信号を生成する、
   請求項３に記載の音響システム。
5. 前記第１騒音信号は所定の視聴位置における視聴者の左耳近傍の騒音を示し、前記第２騒音信号は前記所定の視聴位置における前記視聴者の右耳近傍の騒音を示し、
   前記補償量算出部は、前記第１スピーカおよび前記第２スピーカから出力される前記第１出力信号および前記第２出力信号が、前記視聴者の両耳位置で等しい音の大きさとなるように前記補償量を算出する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の音響システム。
6. 前記第１騒音信号と前記第２騒音信号との騒音レベル差を分析する騒音差分分析部と、
   前記騒音レベル差に基づいて所定の騒音信号を生成する騒音生成部と、
   前記制御された騒音信号を前記オーディオ信号に加算する加算器と、をさらに備える、
   請求項１に記載の音響システム。
7. 前記オーディオ信号は、第１オーディオ信号および第２オーディオ信号を含む少なくとも２チャンネルの信号である、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の音響システム。
8. 第１地点における騒音を表わす第１騒音信号と、第２地点における騒音を表わす第２騒音信号とを入力する騒音信号入力部と、
   オーディオ信号を入力するオーディオ信号入力部と、
   前記第１騒音信号と前記第２騒音信号に基づいて、前記第１騒音信号と前記第２騒音信号それぞれの騒音レベルを算出する騒音レベル分析部と、
   前記オーディオ信号に基づいて、前記オーディオ信号の信号レベルを算出する音源信号分析部と、
   前記第１騒音信号の騒音レベル、前記第２騒音信号の騒音レベル、前記オーディオ信号の信号レベルに基づいて、マスキング量を算出するマスキング量算出部と、
   前記マスキング量に基づいて、前記オーディオ信号の補償量を決定する補償量算出部と、
   算出した前記補償量に基づいて、前記オーディオ信号の周波数特性を制御し、第１出力信号および第２出力信号を生成する周波数特性制御部と、
   生成された前記第１出力信号および前記第２出力信号を出力する出力部と、
   を備える音響再生装置。
9. 第１地点における騒音を表わす第１騒音信号と、第２地点における騒音を表わす第２騒音信号とを取得するステップと、
   オーディオ信号を取得するステップと、
   前記第１騒音信号と前記第２騒音信号に基づいて、前記第１騒音信号と前記第２騒音信号それぞれの騒音レベルを算出するステップと、
   前記オーディオ信号に基づいて、前記オーディオ信号の信号レベルを算出するステップと、
   前記第１騒音信号の騒音レベル、前記第２騒音信号の騒音レベル、前記オーディオ信号の信号レベルに基づいて、マスキング量を算出するステップと、
   前記マスキング量に基づいて、前記オーディオ信号それぞれの補償量を決定するステップと、
   算出した前記補償量に基づいて、前記オーディオ信号の周波数特性を制御し、第１出力信号および第２出力信号を生成するステップと、
   生成された前記第１出力信号および前記第２出力信号を出力するステップと、
   を備える音響再生方法。

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