JP4381291B2

JP4381291B2 - 車載用オーディオ装置

Info

Publication number: JP4381291B2
Application number: JP2004355531A
Authority: JP
Inventors: 友彦伊勢
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2024-12-08
Also published as: US8112283B2; US20060147055A1; JP2006166110A

Description

本発明は、車載用オーディオ装置に関し、特に、車両の走行中に発生する騒音レベルに応じてオーディオ信号を補正する技術に関する。

自動車室内でＣＤ、ＤＶＤ、ラジオ放送などの音楽を聞くとき、エンジンノイズやロードノイズなどの騒音にさらされると、音楽をよく聞くことができなくなる。これに対処するため、自動車室内に設置されたマイクロホンで騒音レベルを測定し、その騒音レベルに最適な補正（例えば音量の補正）を行うシステムがある。このシステムでは、車室内の音声を抽出するためにマイクロホンを用い、マイクロホンから入力された外来音声信号からオーディオ信号をキャンセルし、騒音を抽出している。

例えば特許文献１は、マイクロホンにより検出された車室内音信号から騒音信号だけを抽出する騒音信号抽出手段と、騒音信号抽出手段により検出された騒音信号に応じてオーディオ装置の音量を補正する音量補正手段を有し、車室内の騒音レベルに対応して、乗員が好適な音量でオーディオ信号源からの音響信号を聴取できるようにする騒音感応自動音量調節装置を提供している。

特開平１０−３３５９６０号

しかしながら、従来の車載用オーディオ装置では、再生された音楽を騒音と間違えないように峻別する機能はあるが、自動車室内で人が話す会話音声を峻別することができず、会話音声も騒音に含めて補正を行っていた。人の話し声は、周波数スペクトル・音量の変動が激しく、突発的に変化するため、会話音声を含む騒音レベルに基づきオーディオ信号の補正をかけると、その補正量の変動も激しくなり、音質上の違和感が発生するという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するために成されたもので、特に騒音から会話音声を除去してオーディオ信号の補正を行うことができるオーディオ装置を提供することを目的とする。

本発明に係る騒音レベルに応じてオーディオ信号を補正する機能を備えたオーディオ装置は、入力されたオーディオ信号を補正係数に基づき補正する補正手段と、補正されたオーディオ信号に基づきオーディオ再生音を出力する出力手段と、オーディオ再生音および騒音が混在する外来音声を入力するマイクロホンと、マイクロホンにより検出された外来音声信号から騒音信号を抽出する騒音抽出手段と、抽出された騒音信号に基づき前記補正係数を算出し、算出した補正係数を前記補正手段へ供給する補正係数算出手段とを有し、前記騒音抽出手段はさらに、予め用意された騒音スペクトル情報に基づき前記騒音信号から会話音声信号を除去する会話音声除去手段を含むものである。

さらに、車載用オーディオ装置における騒音レベルに応じたオーディオ信号の再生方法は、車内空間におけるオーディオ再生音および騒音が混在する外来音声をマイクロホンから入力し、マイクロホンにより検出された外来音声信号から騒音信号を抽出し、かつ騒音スペクトル情報を参照して抽出された騒音信号から会話音声信号を除去し、会話音声が除去された騒音信号に応じた補正係数を算出し、算出された補正係数に基づきオーディオ信号を補正し、補正されたオーディオ信号に基づきオーディオ再生音を出力するステップを備えている。

本発明に係るオーディオ装置では、騒音スペクトル情報に基づき会話音声を騒音から除去し、その騒音に基づきオーディオ信号を補正するようにしたので、突発的な周波数変化の生じる会話音声による影響を抑制し、実際の騒音レベルに適した音質のオーディオ再生音を得ることができる。

以下、本発明に係るオーディオ装置の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明に係るオーディオ装置は、好ましくは車載用オーディオ装置または車載用オーディオシステムにおいて実施される。

本発明は，自動車の走行騒音スペクトルと人の話し声のスペクトルとの差に基づき両者を区別し、人の話し声には補正を加えないように処理を行うものである。図１は、本発明の実施例に係る車載用オーディオ装置の構成を示すブロック図である。同図において、オーディオ装置１０は、ＣＤ、ＤＶＤ等に記憶されたオーディオ信号あるいはラジオ放送やテレビ放送からのオーディオ信号を生成する音声再生部１２と、音声再生部１２からのオーディオ信号を入力し、当該オーディオ信号を聴感補正係数Ｃに基づき周波数特性や音量等を補正する聴感補正フィルタ１４と、補正されたオーディオ信号を増幅するアンプ１６と、増幅されたオーディオ信号を可聴音として車内空間に出力するスピーカ１８とを有している。

さらに車載用オーディオ装置１０は、車内空間における外来音声を入力するためのマイクロホン２０と、マイクロホン２０により検知された外来音声信号Ｍを入力し、当該外来音声信号Ｍから騒音信号を抽出する騒音抽出部３０と、騒音抽出部３０で抽出された騒音に基づき聴感補正係数Ｃを算出し、算出された聴感補正係数Ｃを聴感補正フィルタ１４へ出力する聴感補正係数算出部４０とを有している。

車内の音響空間では、スピーカ１８から出力されたオーディオ再生音に加えて、搭乗者間の会話音声および走行中のエンジン音やロード音などの走行騒音が混在される。こられの混在された音声が外来音声としてマイクロホン２０に入力される。従って、マイクロホン２０により検知された外来音声信号Ｍは、オーディオ再生音信号Ｓｐと騒音信号Ｎを含み（Ｍ＝Ｓｐ+Ｎ）、騒音信号Ｎはさらに会話音声信号Ｎｓとその他の走行騒音信号Ｎｐを含む（Ｎ＝Ｎｓ+Ｎｐ）。

本実施例に係る騒音抽出部３０は、オーディオキャンセル部３２、会話音声判別・除去部３４および騒音バンドレベル生成・記憶部３６を含んでいる。オーディオキャンセル部３２は、聴感補正フィルタ１４の出力であるオーディオ信号Ｓと、マイクロホン２０からの外来音声信号Ｍ（Ｍ＝Ｓｐ+Ｎ）とを入力し、両者の差分からオーディオ再生音信号Ｓｐがキャンセルされる。この際、オーディオキャンセル部３２は、車室内の音響空間におけるオーディオ信号の伝達特性Ｈによりオーディオ信号Ｓを補正し、Ｓｐ＝Ｈ・Ｓとなる処理を行う。これにより、外来音声信号Ｍからオーディオ再生音信号Ｓｐが除去され、騒音信号Ｎ（Ｎ＝Ｎｓ+Ｎｐ）が抽出される

会話音声判別・除去部３４は、オーディオキャンセル部３２から騒音信号Ｎを受け取り、かつ、騒音バンドレベル生成・記憶部３６から閾値Ｔｈを読出し、両者を比較し、騒音信号Ｎに会話音声信号Ｎｓが含まれているか否かを判定する。会話音声信号Ｎｓが含まれていると判定したとき、騒音信号Ｎから会話音声信号Ｎｓを除去する。これにより走行騒音信号Ｎｐが抽出され、これが聴感補正係数算出部４０へ出力される。

騒音バンドレベル生成・記憶部３６は、予め用意された騒音スペクトル情報に基づき閾値Ｔｈを生成し、これをメモリ等に記憶する。騒音スペクトル情報は、例えば、図２に示すような自動車の騒音のスペクトルを用いることができる。このスペクトルは、自動車の走行時の典型的な騒音の周波数特性を示すもので、横軸は周波数（対数）、縦軸はゲイン（ｄＢ）である。この周波数スペクトルから、自動車の走行騒音は、低周波（低音）が大きく、それが高周波に向けて徐々に減少するスペクトルパターンを持つことがわかる。

騒音バンドレベル生成・記憶部３６は、図２に示す騒音スペクトルから所定の周波数バンド毎に閾値Ｔｈを生成する。例えば、図３（ａ）に示すように、１０〜１００Ｈｚ、１００〜１ＫＨｚ、１ＫＨｚ〜１ＧＨｚ、１ＧＨｚ〜のバンド１、バンド２、バンド３、バンド４において、図２の騒音スペクトルの対応する周波数バンドのゲインの平均値Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４を算出し、これを閾値Ｔｈとする。

あるいは、図３（ｂ）に示すように、図２の騒音スペクトルのゲインの平均値が、例えば１０ｄＢずつ減少するバンド１、バンド２、・・・バンドｎを算出し、そのバンド毎に閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２・・・Ｔｈｎを生成するようにしてもよい。

一方、人の話し声は、図４に示す音声スペクトルを有する。横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は１ｈｚ当たりの長時間実効値［ｄＢ］であり、実線は距離３３．５ｃｍでのスペクトル、破線は距離３ｃｍでのスペクトルである。ここから、会話音声のスペクトルパターンは、中域にピークを持ち、低音と高音は小さいことがわかる。

オーディオキャンセル部３２から抽出された騒音信号Ｎは、会話音声信号Ｎｓと走行騒音信号Ｎｐとを含むものであり、言い換えれば、図２に示す走行騒音のスペクトルパターンに、図４に示す音声スペクトルパターンが重畳されたものである。会話音声判定・除去部３４は、そのような重畳された騒音信号Ｎと閾値Ｔｈとを周波数バンド毎に比較し、閾値Ｔｈよりも騒音信号Ｎが大きいとき、会話音声信号Ｎｓが含まれていると判定し、騒音信号を閾値Ｔｈに置き換える処理を行う。これにより、騒音信号Ｎから会話音声信号Ｎｓが取り除かれることになる。

聴感補正係数算出部４０は、騒音抽出部３０によって抽出された走行騒音信号Ｎｐに応じて、適切な補正係数Ｃを算出し、この補正係数Ｃを聴感補正フィルタ１４へ出力する。

次に、騒音抽出部における会話音声判定・除去部３４の動作について図５のフローチャートを参照して説明する。自動車の走行中に、スピーカ１８からオーディオ再生音が出力され、マイクロホン２０により車内空間の外来音声が入力されているものとする。会話音声判定・除去部３４は、オーディオキャンセル部３２から騒音信号Ｎを受け取ると（ステップＳ１０１）、次に、周波数バンド毎に会話音声の有無の判定等を行う。ここでは、低音のバンドレベルから順に、バンド１、バンド２・・・バンドｎとする。

低音のバンドレベル、すなわちバンド１から会話音声の有無の判定が開始され（ステップＳ１０２）、バンド１における騒音信号Ｎと閾値Ｔｈとが比較される（ステップＳ１０３）。閾値Ｔｈは、バンド１に対応するものが選択される。騒音信号Ｎ＞閾値Ｔｈであるとき、騒音信号Ｎに会話音声信号Ｎｓが含まれると判定し（ステップＳ１０４）、騒音信号Ｎを閾値Ｔｈに置き換える（ステップＳ１０５）。一方、騒音信号Ｎが閾値Ｔｈ以下であるとき、騒音信号Ｎには会話音声信号Ｎｓが含まれていないと判定し（ステップ１０６）、騒音信号Ｎを走行騒音信号Ｎｐ（Ｎｐ＝Ｎ）とする（ステップＳ１０７）。こうして、バンド１における騒音の抽出および決定が行われる（ステップＳ１０８）。

次に、バンド２についてステップＳ１０３からステップＳ１０８までの処理が行われ、この処理は、全バンドが終了するまで繰り返される（ステップＳ１０９）。全バンドについて騒音の抽出・決定が終了すると、会話音声判定・抽出部３４は、走行騒音信号Ｎｐを聴感補正係数４０に対し出力する（ステップＳ１１０）。

このように本実施例のオーディオ装置によれば、会話音声に反応しない、騒音下でのオーディオ信号補正システムを実現する事ができる。

次に本発明の別の実施例について説明する。上記実施例では、会話音声信号の有無を判別するために、騒音信号Ｎを対応する周波数バンドの閾値Ｔｈと比較するようにしたが、第２の実施例では、騒音信号Ｎをそれよりも低い周波数の騒音信号Ｎと比較する。上記したように、会話音声のスペクトルは中域にピークを有するものであるから、図２に示す騒音スペクトルに図４の音声スペクトルが重畳されたとき、低域から中域にかけての騒音信号Ｎのゲインの減少が抑制される。音声スペクトルのピークは約３００Ｈｚ〜１ＫＨｚであり、特にこの間の減少が抑制される。

例えば周波数３００Ｈｚ〜１ＫＨｚを、所定のバンド幅ｂ１、ｂ２・・・ｂｎとするとき、ｂ２の騒音信号Ｎ２とそれより一つ低周波であるｂ１の騒音信号Ｎ１との差分が閾値よりも大きいか否かを比較する。差分が、閾値より小さければ、騒音のゲインの減少が抑制されており、会話音声が含まれていると判定し、騒音信号Ｎ２を騒音信号Ｎ１に置き換える処理をする。差分が閾値より大きければ、会話音声が含まれていないと判定し、騒音信号Ｎ２をそのまま走行騒音Ｎｐと決定する。

図６は第２の実施例の動作を説明するフローチャートである。会話音声判定・除去部３４は、オーディオキャンセル部３２から騒音信号Ｎを受け取ると（ステップＳ２０１）、低音のバンドレベル、すなわちバンド２から会話音声の有無の判定が開始される（ステップＳ２０２）。バンド２における騒音信号Ｎ２バンド１における騒音信号Ｎ２との差分が閾値と比較される（ステップＳ２０３）。バンド１、バンド２の騒音信号Ｎ１、Ｎ２は、そのバンドにおける平均値である。また、閾値は、自動車毎にパラメータ調整などを行うことができる調整係数である。

騒音信号Ｎ１−騒音信号Ｎ２＜閾値であるとき、騒音信号Ｎ２に会話音声信号Ｎｓが含まれると判定し（ステップＳ２０４）、騒音信号Ｎ２を騒音信号Ｎ１に置き換える（ステップＳ２０５）。一方、騒音信号Ｎ１と騒音信号Ｎ２の差分が閾値以上であるとき、騒音信号Ｎ２には会話音声信号Ｎｓが含まれていないと判定し（ステップ２０６）、騒音信号Ｎ２を走行騒音信号Ｎｐ（Ｎｐ＝Ｎ２）とする（ステップＳ２０７）。こうして、バンド２における騒音の抽出および決定が行われる（ステップＳ２０８）。

次に、バンド３についてステップＳ２０３からステップＳ２０８までの処理が行われ、この処理は、全バンドが終了するまで繰り返される（ステップＳ２０９）。全バンドについて騒音の抽出・決定が終了すると、会話音声判定・抽出部３４は、走行騒音信号Ｎｐを聴感補正係数４０に対し出力する（ステップＳ２１０）。

このような処理により、低音よりもレベルの大きな中域のレベルを排除することができ、会話音声を騒音から取り除き、会話音声への補正を行わないようにすることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明に係るオーディオ装置は、車載用のオーディオ機能を備えたナビゲーション装置、ナビゲーションシステム、さらにはラジオ放送やテレビ放送の受信機能を備えた車載用電子機器において広く利用することができる。

本発明の実施例に係る車載用オーディオ装置の構成を示すブロック図である。自動車の走行時の騒音スペクトルを示すグラフである。騒音スペクトルからの閾値の生成例を示し、図３（ａ）は所定の周波数バンド毎の閾値Ｔｈの生成例であり、図３（ｂ）はゲインが一定値ずつ低下するときの周波数バンド毎の閾値Ｔｈの生成例である。音声のスペクトルを示すグラフである。第１の実施例のオーディオ装置の動作を説明するフローチャートである。本発明の第２の実施例のオーディオ装置の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０：車載用オーディオ装置１２：音声再生部
１４：聴感補正フィルタ１６:アンプ
１８：スピーカ２０：マイクロホン
３０：騒音抽出部３２：オーディオキャンセル部
３４：会話音声判定・除去部３６：騒音バンドレベル生成・記憶部
４０：聴感補正係数算出部
Ｍ：外来音声信号
Ｎ：騒音信号
Ｓ：オーディオ信号
Ｓｐ：オーディオ再生音信号
Ｃ：補正係数

Claims

騒音レベルに応じてオーディオ信号を補正する機能を備えたオーディオ装置であって、
入力されたオーディオ信号を補正係数に基づき補正する補正手段と、
補正されたオーディオ信号に基づきオーディオ再生音を出力する出力手段と、
オーディオ再生音および騒音が混在する外来音声を入力するマイクロホンと、
マイクロホンにより検出された外来音声信号から騒音信号を抽出する騒音抽出手段と、
抽出された騒音信号に基づき前記補正係数を算出し、算出した補正係数を前記補正手段へ供給する補正係数算出手段とを有し、
前記騒音抽出手段はさらに、予め用意された騒音スペクトル情報に基づき前記騒音信号から会話音声信号を除去する会話音声除去手段を含み、
前記会話音声除去手段は、騒音スペクトル情報から生成された閾値と外来音声信号に含まれる騒音信号とを比較し、騒音信号が閾値を超えるとき当該騒音信号が会話音声を含むと判定し、当該騒音信号を閾値に置換する、
オーディオ装置。
前記会話音声除去手段は、前記騒音スペクトル情報から前記閾値を生成し、かつ生成された閾値をメモリに記憶する、請求項１に記載のオーディオ装置。
前記閾値は、騒音スペクトル情報の周波数バンド毎に定められる、請求項１または２に記載のオーディオ装置。
前記騒音スペクトル情報は、自動車の走行時の騒音スペクトルを含む、請求項１ないし３いずれか１つに記載のオーディオ装置。
各周波数バンドの閾値は、騒音スペクトル情報の対応する周波数バンドの騒音レベルの平均値である、請求項１ないし４いずれか１つに記載のオーディオ装置。
前記補正手段は、補正係数に基づきオーディオ信号のゲインを補正する、請求項１ないし５いずれか１つに記載のオーディオ装置。
車載用オーディオ装置におけるオーディオ信号の再生方法であって、
車内空間におけるオーディオ再生音および騒音が混在する外来音声をマイクロホンから入力し、
マイクロホンにより検出された外来音声信号から騒音信号を抽出し、かつ騒音スペクトル情報を参照して抽出された騒音信号から会話音声信号を除去し、
会話音声が除去された騒音信号に応じた補正係数を算出し、
算出された補正係数に基づきオーディオ信号を補正し、
補正されたオーディオ信号に基づきオーディオ再生音を出力する、
ステップを備え、
前記騒音信号から会話音声信号を除去するステップは、騒音スペクトル情報から生成された閾値と騒音信号とを比較し、騒音信号が閾値より大きいとき騒音信号が会話音声信号を含むと判定し、当該騒音信号を閾値に置換するステップを含む、
オーディオ信号の再生方法。
前記騒音スペクトル情報は、自動車の走行時の騒音スペクトルを含み、前記閾値は、自動車の騒音スペクトルに基づき所定の周波数バンド毎に生成されている、請求項７に記載のオーディオ信号の再生方法。
前記オーディオ信号を補正するステップは、前記補正係数に基づきオーディオ信号のゲインを補正する、請求項７に記載のオーディオ信号の再生方法。