JP4786701B2 - 音響補正装置、音響測定装置、音響再生装置、音響補正方法及び音響測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、信号の共鳴ピークを低減させるための処理を行う音響補正装置、音響測定装置、音響再生装置、音響補正方法及び音響測定方法に関するものである。

従来から、ヘッドホンやイヤホンを用いて音楽などの再生音声を聞くことが可能な、携帯性に優れた音響再生装置が広く普及している。このようなヘッドホンやイヤホンで音楽などを聴く際、耳をヘッドホンやイヤホンで防ぐことにより共鳴現象が生じ、当該共鳴現象により音質が不自然になるという問題がある。そこで、共鳴現象を抑止するために様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１に記載された技術では、マイク一体型イヤホンを備え、当該マイク一体型イヤホンを用いた測定で外耳道の音響特性を取得し、適応等化フィルタを用いて外耳道の共鳴特性を補正している。

他の例としては、特許文献２に記載された技術で、擬似頭を用いて鼓膜位置で外耳道の音響特性を取得し、これに基づいて補正フィルタを作成し、当該補正フィルタを用いて共鳴特性を補正している。

さらに、他の例としては、特許文献３に記載された技術で、測定した共鳴ピークを抑制するフィルタを作成することが記載されている。

特開２０００−９２５８９号公報 特開２００２−２０９３００号公報 特開平９−１８７０９３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、適応等化する共鳴特性にマイクの特性が含まれてしまうことや、マイクの位置によっては適切に共鳴特性を補正できないという問題がある。

さらに、特許文献２に記載された技術では、人の外耳道は個人差が大きく左右によっても特性が違うため、擬似頭で測定した補正では効果がでないことがある。

加えて、特許文献３に記載された技術では、測定した共鳴ピークを抑制するフィルタを作成することが提案されているが、具体的な作成手法について記載されていない。一般的な手法としては、測定データの逆フィルタやパラメトリックイコライザなどであるが、鼓膜位置で測定できないので正確な補正できないという問題がある。さらには、パラメトリックは、パラメータが多数あるためチューニングが難しく所望の特性が得られないなどの問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、適切に共鳴特性を抑え、音質の不自然さを解消する音響補正装置、音響測定装置、音響再生装置、音響補正方法及び音響測定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる音響補正装置は、被測定対象物の音響特性を測定するための信号を示す測定信号を出力する信号出力手段と、前記測定信号の前記被測定対象物からの応答である応答信号を取得する応答信号取得手段と、取得した前記応答信号の周波数特性で、共鳴ピークを取る共鳴周波数を特定する周波数特定手段と、特定された前記共鳴周波数に基づいて前記応答信号取得手段の位置と共振周波数が等価な前記被測定対象物の位置における音響モデルを構築し、当該モデルから特定される共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定手段と、前記被測定対象物に供給される信号に対して、特定された補正係数の前記補正フィルタを用いてフィルタリングを行うフィルタリング手段と、フィルタリングされた後の前記信号を、前記被測定対象物に対して出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる音響測定装置は、被測定対象物の音響特性を測定するための測定信号を出力する信号出力手段と、前記被測定対象物で反射された応答信号を取得する応答信号取得手段と、取得した前記応答信号の周波数特性で、共鳴ピークを取る共鳴周波数を特定する周波数特定手段と、特定された前記共鳴周波数に基づいて前記応答信号取得手段の位置と共振周波数が等価な前記被測定対象物の位置における音響モデルを構築し、当該モデルから特定される共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定手段と、前記係数特定手段が特定した前記補正係数を、出力する係数出力手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる音響再生装置は、被測定対象物の音響特性を測定するための信号を示す測定信号を出力する信号出力手段と、前記測定信号の前記被測定対象物からの応答である応答信号を取得する応答信号取得手段と、取得した前記応答信号の周波数特性で、共鳴ピークを取る共鳴周波数を特定する周波数特定手段と、特定された前記共鳴周波数に基づいて、前記応答信号取得手段の位置と共振周波数が等価な前記被測定対象物の位置における音響モデルを構築し、当該モデルから特定される共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定手段と、前記被測定対象物に供給される信号を生成する信号生成手段と、生成された前記信号に対して、特定された補正係数の前記補正フィルタを用いてフィルタリングを行うフィルタリング手段と、フィルタリングされた後の前記信号を、前記被測定対象物に対して出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる音響補正方法は、音響補正装置で実行される音響補正方法であって、被測定対象物の音響特性を測定するための信号を示す測定信号を出力する信号出力ステップと、前記測定信号の前記被測定対象物からの応答である応答信号を取得する応答信号取得ステップと、取得した前記応答信号の周波数特性で、共鳴ピークを取る共鳴周波数を特定する周波数特定ステップと、特定された前記共鳴周波数に基づいて前記被測定対象物の位置における音響モデルを構築し、当該モデルから特定される共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定ステップと、前記被測定対象物に供給される信号に対して、特定された補正係数の前記補正フィルタを用いてフィルタリングを行うフィルタリングステップと、フィルタリングされた後の前記信号を、前記被測定対象物に対して出力する出力ステップと、を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる音響計測方法は、音響測定装置で実行される音響測定方法であって、被測定対象物の音響特性を測定するための測定信号を出力する信号出力ステップと、前記被測定対象物で反射された応答信号を取得する応答信号取得ステップと、取得した前記応答信号の周波数特性で、共鳴ピークを取る共鳴周波数を特定する周波数特定ステップと、特定された前記共鳴周波数に基づいて前記被測定対象物の位置における音響モデルを構築し、当該モデルから特定される共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定ステップと、前記係数特定ステップが特定した前記補正係数を、出力する係数出力ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、共鳴ピークを抑止し、音質の不自然さを解消できるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる音響補正装置、音響測定装置、音響再生装置、音響補正方法及び音響測定方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の音響特性補正装置を適用された音響再生装置１００の例を示した図である。図１に示す例では、音響再生装置１００は、音響特性補正装置１５０と、携帯電話端末１１０と、で構成されている。そして、音響特性補正装置１５０は、イヤホン１２０と、筐体部１３０と、を備える。

携帯電話端末１１０は、内部の（図示しない）音声データ生成部が、音声データを生成（再生）し、音響特性補正装置１５０に出力する。音響特性補正装置１５０は、入力された音声データ(音源信号)に対して共鳴特性の補正した後、補正された音響信号を、イヤホン１２０から被測定対象物に対して出力する。本実施の形態では、被測定対象物を、利用者の外耳道の例とする。また、イヤホン１２０には、マイクロホンが内蔵されている。次にイヤホン１２０について説明する。

図２は、本実施形態における、共鳴特性の補正に用いるイヤホン１２０と周囲の環境を示した概念図である。図２に示すように、外耳道入り口にイヤホン１２０が装着されている。そして、イヤホン１２０の音響出力部２０１（音筒部）の近傍には、マイクロホンの音響入力部２０２が配置されている。そして、イヤホン１２０の音響出力部２０１と、マイクロホンの音響入力部２０２とは、それぞれ音響特性補正装置１５０の筐体部１３０と電気的に接続されている。そして、音響出力部２０１が出力した音響信号は、外耳道の鼓膜位置２５０まで届けられる。

なお、図２では、マイクロホンの音響入力部２０２は、視認しやすいようにイヤホン１２０の音響出力部２０１と別構成として表現した。実際はイヤホン１２０内部であって、音響出力部２０１近傍に備えられているものとする。

図３は、第１の実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０の構成を示すブロック図である。本図に示すように、音響特性補正装置１５０は、筐体部１３０とイヤホン１２０とで構成される。

イヤホン１２０は、電気／音響変換部３０３と、音響出力部２０１と、マイクロホン３３０とを備える。そしてマイクロホン３３０は、音響入力部２０２と、音響／電気変換部３０６と、を備える。例えば、イヤホン１２０が備えているスピーカーが、電気／音響変換部３０３と、音響出力部２０１と、の両方の役割を果たしている。

電気／音響変換部３０３は、筐体部１３０から入力された電気信号である音源信号を、音響信号に変換する。音響出力部２０１は、音響信号を出力する。

マイクロホン３３０の音響入力部２０２は、人の外耳道内からの音響信号を入力処理する。本実施の形態においては、音響出力部２０１から測定用の音響信号（以下、測定音響信号と称す）が出力された場合に、当該測定音響信号に対応する応答音響信号を入力処理する。上述したように、音響入力部２０２は、音響出力部２０１の近傍に設けられている。

音響／電気変換部３０６は、入力処理された音響信号（応答音響信号）を、電気信号に変換する。本実施の形態では、電気信号に変換された応答音響信号を応答信号とする。

ところで、鼓膜位置の共鳴周波数を打ち消すことができれば、利用者にとって適切な補正を行ったことになるが、利用する度に利用者の鼓膜位置にマイクロホンを配置するのは難しい。このため、本実施の形態では、マイクロホンをイヤホン１２０近傍に配置した。

次に、マイクロホンをイヤホン１２０近傍に配置した場合と、マイクロホンを鼓膜位置５０２に配置した場合の実験について説明する。図４は、外耳道モデルを模擬した音響管５０１にイヤホン１２０を挿入した際の、鼓膜位置に配置したマイクロホン５０２の測定と、外耳道入り口付近のマイクロホン（音響入力部２０２）の測定と、による比較実験を示した概念図である。図４に示すように、本実施の形態にかかる外耳道入り口付近のマイクロホン（音響入力部２０２）と、鼓膜位置のマイクロホン５０２との周波数特性の利得を計測した。

なお、図４に示すイヤホンの音響出力部２０１から鼓膜位置５０２までの距離の２倍を一波長とする周波数が、共鳴周波数となる。

図５は、鼓膜位置５０２の周波数特性の利得と、外耳道入り口（イヤホン１２０の近傍位置）の周波数特性の利得と、を示したグラフである。図５に示すように、外耳道入り口の周波数特性の利得６０１と、鼓膜位置の周波数特性の利得６０２と、は一致するものではない。このため、外耳道入り口で得られた応答信号から求めた逆フィルタを、そのまま適用したフィルタリングを行い、音響出力部２０１から音響信号として出力した場合、当該音響信号を聞いた利用者は、音質が劣化したように感じる。

しかしながら、外耳道入り口と、鼓膜位置との共鳴ピークをとる周波数特性（共鳴周波数）はほぼ一致する。そこで、本実施の形態は、共鳴ピークをとる共鳴周波数はほぼ一致することを利用して構築された音響モデルを用いることとした。本実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０は、当該音響モデルを用いることで、音質劣化の少ない補正が可能となる。つまり、外耳道入り口（イヤホン１２０の近傍位置）で計測された共鳴周波数のピーク値を打ち消すように補正係数を設定することで、鼓膜位置５０２の共鳴周波数のピーク値を打ち消すことができる。

次に、イヤホン１２０の音響出力部２０１近傍にマイクロホンを配置した理由について説明する。図６は、外耳道モデルを模擬した音響管５０１で、異なる位置に複数配置されたマイクロホンによる音響特性の比較実験の概要を示した図である。図６に示すように、マイクロホン７０２は、第１共鳴ピークをとる定在波の音圧の節に配置され、マイクロホン７０１は第２共鳴ピークをとる定在波の音圧の節に配置されている。そして、イヤホン１２０の音響出力部２０１から出力された測定音響信号に応答する応答音響信号を、図６に示した各位置に配置された各マイクロホンが入力処理した場合について説明する。

図７は、各マイクロホンが入力処理した応答音響信号を分析結果である、周波数特性を示した図である。図７に示すように、各マイクロホンの配置が異なる場合には、共鳴ピークも一致しない。つまり、定在波の節に配置すると、当該定在波のピーク値を取ることができなくなり、結果的として共鳴ピークをとる周波数特性を特定することが困難となる。このため、定在波の節以外の位置にマイクロホンを配置する必要があることが分かる。そこで、本実施の形態では、定在波の音圧の節以外の位置として、イヤホン１２０の音響出力部２０１近傍にマイクロホンを配置した。

次に個人別補正の有効性を示す。図８は、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０で特定された、利用者毎の周波数特性を示した図である。図８に示す周波数特性は、各利用者の左耳の周波数特性を示している。そして、図８に示すように、ピーク値を取る共鳴周波数は、利用者毎に異なる。例えば、符号８０１に第１共鳴ピークは５ｋＨｚ〜１０ｋＨｚあたりに分布している。さらに、第２共鳴ピークは、９ｋＨｚ〜１５ｋＨｚあたりに分布している。このように、利用者毎に周波数特性が違うため、利用者毎に適切な補正係数で補正する必要がある。

さらに、同一利用者であっても右耳と左耳とでは周波数特性が異なる。図９は、同一利用者の各耳の周波数特性を示した図である。図９に示した例では、右耳で第１共鳴ピークを取る共鳴周波数と、左耳で第１共鳴ピークをとる共鳴周波数とでは、１ｋＨｚほどずれている。このように、耳毎に共鳴周波数は異なる。

そして、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０は、耳毎に共鳴周波数を特定し、特定された共鳴周波数に応じて補正を行うことで、耳毎に適切な補正を行うことができる。

図３に戻り、筐体部１３０は、音源入力部３０１と、音源出力モード処理部３０２と、補正設定モード処理部３０７と、切替部３０８と、を備える。

本実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０においては、２種類の処理モードを備える。これら処理モードのうち、一方は、補正設定モードとし、利用者の外耳道の周波数特性を測定し、補正フィルタ３１１で用いられる補正係数を特定するモードとする。他方のモードを、音源出力モードとし、特定された補正係数を用いた補正フィルタ３１１で音源信号の補正処理を行った後、音響信号として出力するモードとする。

本実施の形態で補正に用いる周波数特性は、イヤホン１２０を装着した時の外耳道で共鳴が生じる周波数の特性とする。そして、周波数特性の特徴的な物理量として、共鳴周波数と、共鳴周波数における利得と、を用いた例について説明する。

切替部３０８は、補正設定モードと、音源出力モードと、を切り換える。そして、補正設定モードの場合には、補正設定モード処理部３０７による補正フィルタを設定するための処理が行われる。一方、音源出力モードの場合には、音源入力部３０１に対して入力された音源信号に対して、音源出力モード処理部３０２が処理した後、被測定対象に対して、音響信号が出力される。

本実施の形態においては、携帯電話端末１１０から音声データとして入力された電気信号を音源信号とする。そして、音響信号は、イヤホン１２０の音響出力部２０１から出力される音とする。

本実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０では、各モードの切替を行うための画面を、携帯電話端末１１０に表示する。図１０に示す画面は、モード切替の画面例を示した図である。図１０に示す画面例において、「０．特性を計測しない」を選択した場合には、切替部３０８が、音源出力モードに切り換え、他の選択枝を選択した場合には、切替部３０８が、補正設定モードに切り換える。

補正設定モード処理部３０７は、測定信号生成部３２１と、補正係数特定部３２２と、特性特定部３２３と、応答データ取得部３２４と、を備える。本実施の形態においては、切替部３０８により音源出力モードに切り換えられた場合に、測定信号生成部３２１の測定基準信号の生成をトリガとして、各構成の処理が行われる。

測定信号生成部３２１は、外耳道の音響特性（周波数特性）を測定するための電気信号を示す測定基準信号を生成する。この測定基準信号は、外耳道の音響特性を測定するために予め定められた電気信号とする。

そして、測定信号生成部３２１で生成された測定基準信号は、電気／音響変換部３０３で、音響信号に変換される。音響信号に変換された測定基準信号を、測定用音響信号とする。この本実施の形態にかかる測定用音響信号は、単位パルス、タイムストレッチトパルス、白色雑音、測定帯域を含む帯域雑音、又は測定帯域内の正弦波のうちいずれか一つ以上を含む複数の正弦波で合成された信号とする。

そして、電気／音響変換部３０３で変換された測定用音響信号は、音響出力部２０１から出力される。その後、出力した当該測定用音響信号に対応する（反射音である）応答音響信号を、音響入力部２０２が、入力処理する。そして、入力処理された応答音響信号は、音響／電気変換部３０６で電気信号に変換する。変換された電気信号を、応答信号とする。

応答データ取得部３２４は、応答信号を取得する。応答信号は、外耳道で反射された応答音響信号を電気信号に変換された信号である。そして、特性特定部３２３が、当該信号を分析することで、補正係数特定部３２２が、適切な補正係数を取得できる。

特性特定部３２３は、取得した応答信号の周波数特性を分析し、外耳道の音響特性を特定する。本実施の形態にかかる特性特定部３２３は、応答信号を分析することで、共鳴ピークの音圧レベルと、共鳴ピークとなる共鳴周波数と、を特定する。特定する対象としては、例えば、第１共鳴ピークや、第２共鳴ピークなどが考えられ、被測定対象物の形状に応じて、適切な共鳴ピークを特定するものとする。なお、共鳴周波数の特定手法は、周知の手法を問わず、あらゆる手法を用いて良い。

補正係数特定部３２２は、特性特定部３２３により特定された音響特性（周波数特性）に基づいて、補正係数を特定する。本実施の形態にかかる補正係数特定部３２２は、利得のピーク値（共鳴ピークの音圧レベル）と、当該ピーク値を取る共鳴周波数と、に基づいて音響モデルを構築し、さらに、構築した音響モデルに適応等化フィルタを適用することで、当該共鳴ピークを打ち消す補正フィルタの補正係数を特定する。本実施の形態においては、補正係数特定部３２２は、補正係数として例えば遅延時間を特定する。

例えば、音速（Ｖ）、周波数（Ｆ）、及び波長（ν）の関係として、以下に示す式（１）が成り立つ。なお、式（１）の音速（Ｖ）は、当然ながら周知の値である。
Ｖ＝ｆν……（１）

そして、外耳道入り口（イヤホン１２０の音響出力部２０１の位置）から、鼓膜位置までの距離は、１／２νとなる。つまり、共鳴周波数が特定されることで、外耳道入り口から鼓膜位置までの距離が特定される。そして、補正係数特定部３２２は、音響信号当該距離を移動するための伝搬時間も特定することができる。

このように、補正係数特定部３２２は、特定された各パラメータに基づいて、補正を行うための外耳道の音響モデルを構築できる。そして、当該音響モデルに対して適応等化フィルタを適用することで、補正係数特定部３２２は、特定された共鳴周波数の成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する。例えば、補正係数特定部３２２は、特定された共鳴周波数の共鳴ピークを打ち消す補正フィルタに用いられる音響モデルを構成する遅延器に設定される伝搬時間を特定する。

さらに、補正係数特定部３２２は、検出した共鳴周波数から、外耳道内の音波の（遅延時間）伝搬時間の他に、共鳴ピークの音圧レベルから反射率を特定する。

音源入力部３０１は、外耳道に供給される音響信号の元となる音源信号を入力処理する。

音源出力モード処理部３０２は、補正フィルタ３１１を備える。音源出力モードに切り換えられた場合、音源入力部３０１が入力処理した音源信号に対して、以下に示す補正フィルタ３１１、電気／音響変換部３０３、及び音響出力部２０１による処理が行われる。

補正フィルタ３１１は、入力処理された音源信号に対して、音響モデルにおいて補正係数が設定された各構成によるフィルタリング処理を行う。これにより補正処理を行うことができる。図１１は、補正フィルタ３１１に用いられる、補正係数特定部３２２により構築された音響モデルの例を示した図である。

図１１に示すように、音響モデルは、特定された遅延時間が設定された遅延器１１０３、１１００と、減衰器１１０１、１１０４と、フィルタ１１０２と、和算器１１０５と、を含み、これらの構成（遅延器１１０３と、減衰器１１０１、１１０４と、フィルタ１１０２）を介した音源信号が戻って、入力処理された音響信号と、和算器１１０５により和算されるよう構成されている。このような音響モデルと、適応等化フィルタと、を備えることで、音響特性の特徴的な物理量に基づいたパラメータ（補正係数）を有するフィルタを実現できる。なお、適応等化フィルタは、周知を問わず、様々な構成のものが適用できるものとして、説明を省略する。

遅延器１１０３、１１００は、補正係数特定部３２２により特定された伝搬時間（遅延時間）が設定されている。共鳴ピークに対応する伝搬時間を設定することで、共鳴ピークを減少させることができる。

減衰器１１０１には、補正係数特定部３２２により特定された、鼓膜側から鼓膜の反射率が設定されている。本実施の形態にかかる反射率は、補正係数特定部３２２により共鳴ピークの音圧レベルに基づいて設定される。

フィルタ１１０２は、さらに反射率に周波数依存性を持たせるためのフィルタであり、本実施の形態ではハイパスフィルタとする。ハイパスフィルタを適用したのは、低域で反射が少ないことを考慮したためである。本実施の形態においては、低周波数帯域において共鳴が生じないため、高周波数帯域と比べて信号を通すように設計されている。なお、本実施の形態では、フィルタとしてハイパスフィルタを適用するが、バンドパスフィルタを適用しても良い。

図１２は、フィルタ１１０２の周波数特性と利得との関係を示した図である。図１３は、フィルタ１１０２の周波数特性と位相との関係を示した図である。

図１１に戻り、減衰器１１０４には、イヤホンの反射率が設定されている。

和算器１１０５は、減衰器１１０４から入力されたフィルタリング後の音源信号を、入力処理された音源信号と和算する。

つまり、入力処理された音源信号は、遅延器１１００と、減衰器１１０１と、フィルタ１１０２と、遅延器１１０３と、減衰器１１０４と、を介して戻った後、入力処理された後で上述した構成を介していない音源信号と、和算器１１０５にて和算される。

図１４、図１５は、上述した音響モデルの周波数特性を示した図である。図１４は、周波数特性と、利得との関係を示した図である。図１５は、周波数特性と、位相との関係を示した図である。図１４に示す音響モデルの共鳴ピークをとる周波数特性が、図５に示す共鳴周波数と一致することが確認できる。つまり、この音響モデルに基づいたフィルタで補正を行うことで、共鳴ピークが抑止し、音響の不自然さを解消できる。さらには、利用者の聴力の低下を抑止することができる。次に、音響モデルと、当該音響モデルに適用する適応等化フィルタの関係について説明する。

図１６に示すように、音響モデル２１０１と適応等化フィルタ２１０２との直列接続回路として接続され、入力信号と出力信号との差分が最小になるときの適応等化フィルタ２１０２の係数と同一の値を用いる。

そして、音響モデル２１０１から出力された出力信号を、遅延器２１０３を介して入力された入力信号で減算することで、誤差を求めることができる。そして、補正フィルタ３１１は、当該誤差を利用することで、音響信号の共鳴ピークを抑えることができる。

そして、補正フィルタ３１１で補正された後の信号は、電気／音響変換部３０３で音響信号に変換された後、音響出力部２０１が、外耳道に音響信号を出力する。

次に、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０の全体的な処理手順について説明する。図１７は、音響特性補正装置１５０の上述した処理手順を示すフローチャートである。

まず、切替部３０８が、周波数特性を計測するか否かを判定する（ステップＳ１６０１）。周波数特性（音響特性）を計測すると判定した場合（ステップＳ１６０１：Ｙｅｓ）、補正設定モード処理部３０７が補正設定モードによる処理を行う（ステップＳ１６０２）。

一方、周波数特性（音響特性）を測定しないと判定した場合（ステップＳ１６０１：Ｎｏ）、又はステップＳ１６０２の処理が終了した後、音源出力モード処理部３０２が音源出力モードによる処理を行う（ステップＳ１６０３）。上述した処理手順により、各モードによる処理が実行される。

次に、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０における補正設定モードによる処理について説明する。図１８は、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０における上述した処理の手順を示すフローチャートである。

まず、測定信号生成部３２１は、外耳道の音響特性（周波数特性）を測定するための電気信号を示す測定基準信号を生成する（ステップＳ１７０１）。次に、電気／音響変換部３０３が、測定基準信号を、測定用音響信号に変換する（ステップＳ１７０２）。その後、音響出力部２０１が、測定用音響信号を外耳道に出力する（ステップＳ１７０３）。

その後、音響入力部２０２が、外耳道から反射してきた応答音響信号を入力処理する（ステップＳ１７０４）。次に、音響／電気変換部３０６が、応答音響信号を、電気信号である応答信号に変換する（ステップＳ１７０５）。

そして、応答データ取得部３２４が、応答信号を取得する。次に、特性特定部３２３が、応答信号から、共鳴周波数（共鳴ピークなど）を含む音響特性を特定する（ステップＳ１７０６）。その後、補正係数特定部３２２が、特定された音響特性から、音響モデルを構築し、当該音響モデルと適応等化フィルタとを含む補正フィルタ３１１の補正係数を特定する（ステップＳ１７０７）。その後、補正係数特定部３２２が、特定された補正係数を、補正フィルタ３１１に設定する（ステップＳ１７０８）。

上述した処理手順により、利用者の外耳道に適切な補正係数が補正フィルタ３１１に設定されたことになる。

次に、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０における音響信号を出力するまでの処理について説明する。図１９は、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０における上述した処理の手順を示すフローチャートである。

まず、音源入力部３０１が、携帯電話端末１１０から、電気信号である音源信号を、入力処理する（ステップＳ１８０１）。

次に、補正フィルタ３１１が、音源信号に対して、補正処理を行う（ステップＳ１８０２）。そして、電気／音響変換部３０３が、音源信号を、音響信号に変換する（ステップＳ１８０３）。その後、音響出力部２０１が音響信号を、外耳道に出力する（ステップＳ１８０４）。

上述した処理手順により、利用者の耳に応じた補正処理が行われた音響信号を、出力することができる。

本実施の形態では、イヤホン１２０を適用した例について説明したが、イヤホンに制限するものではなく、例えばヘッドホンでも良い。

本実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０により、個人の耳の特徴に合わせた補正が可能となる。また、音響特性補正装置１５０は、左右の耳の違いや挿入状態に合わせた補正も可能となる。

さらに、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０は、上述した音響モデルに基づいたフィルタで、共鳴ピークを抑止する補正を行うので、音質の劣化させずに、不自然さを解消することができる。また、音響特性を用い、音響特性の同定結果などを用いないため、少ないパラメータで簡単にチューニングが可能となる。また演算処理を軽減することができる。

（変形例）
第１の実施の形態は、上述した音響モデルに基づいた補正フィルタに制限するものではない。そこで、変形例として、音響モデルのパラメータを適用した逆フィルタモデルの例について説明する。なお、補正フィルタの構成以外は第１の実施の形態と同様として説明を省略する。

図２０は、補正係数特定部３２２に特定された補正係数を用いた逆フィルタモデルの構成例を示した図である。図２０に示す例では、図１１と同様の構成を備え、配置のみが異なっている。つまり、本変形例の逆フィルタモデルは、第１の実施の形態の音響モデルの構成を変形して作成したものとする。この逆フィルタモデルを用いた場合、適応等化フィルタを用いずとも、共鳴ピークを抑止できる。

すなわち、図２０に示す逆フィルタモデルでは、伝搬時間が設定された遅延器１１００を介した音源信号から、鼓膜の反射率を表した減衰器１１０１、反射率の周波数特性が設定されたフィルタ１１０２、伝搬時間が設定された遅延器１１０３、イヤホンの反射率を表した減衰器１１０４を介した音源信号を、減算する構成となっている。逆フィルタモデルを適用したフィルタを用いることで、音源信号から共鳴ピークを抑止する補正がなされることになり、音響信号の共鳴ピークを抑止できる。

図２１、図２２は、上述した逆フィルタモデルから得られる周波数特性を示した図である。図２１は、周波数と、利得との関係を示した図である。

なお、本変形例の逆フィルタも、各利用者の左右の耳毎で取得された音響特性から特定されるものとする。本変形例により、第１の実施の形態と同様の効果を得られる。

（第２の実施の形態）
また、第１の実施の形態においては、携帯電話端末１１０と接続され、入力された音源信号に対して補正を行う音響特性補正装置１５０の例について説明した。しかしながら、このような音響特性補正装置１５０に制限するものではなく、例えば、補正特性計測装置が補正係数の特定のみ行い、音源再生装置の補正フィルタ対して補正係数を設定するように構成しても良い。

図２３は、本実施の形態の音源再生装置２２５１と、音響特性計測装置２２０１との例を示した図である。図２３に示す例では、音響特性計測装置２２０１は、イヤホン１２０と、筐体部２２１１とを備える。イヤホン１２０は第１の実施の形態と同様とする。

そして、音響特性計測装置２２０１は、外耳道の音響特性を特定し、補正フィルタ用の補正係数を特定した後、補正係数を音源再生装置２２５１に出力する。そして、音源再生装置２２５１では、当該補正係数を用いたフィルタリング処理の後、音響信号を出力する。なお、音源再生装置２２５１に接続されたイヤホン２２５２は、通常のイヤホンと同様とする。

図２４は、第２の実施の形態にかかる音響特性計測装置２２０１の構成を示すブロック図である。本図に示すように、音響特性計測装置２２０１は、筐体部２２１１とイヤホン１２０とで構成される。なお、第１の実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し、説明を省略する。

筐体部２２１１は、測定信号生成部３２１と、補正係数特定部３２２と、特性特定部３２３と、応答データ取得部３２４と、補正情報出力部２３０１とを備える。

そして、第１の実施の形態と同様の処理で補正係数を特定した後、補正情報出力部２３０１が、特定した補正係数を、音源再生装置２２５１に出力する。これにより、音源再生装置２２５１では、入力された補正係数が設定された補正フィルタで、音源信号の補正処理を行うことができる。これにより、第１の実施の形態と同様の効果を得られる。

また、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、以下に例示するような種々の変形が可能である。

上述した第１、２の実施の形態の音響モデル、及び第１の実施の形態の変形例で示した音響モデルを適用した逆フィルタモデルに制限するものではなく、様々な音響モデルを適用して良い。

そこで、変形例として、音響モデルの別構成について説明する。なお、他の構成については上述した実施の形態及び変形例と同様の構成として説明を省略する。

図２５は、変形例１における音響モデルの構成を示した図である。図２５に示す例では、音響モデルは、補正係数特定部３２２で特定された遅延時間を含んだフィルタ２４０１、２４０２と、減衰器１１０１、１１０４と、和算器１１０５と、で構成されている。このような構成であっても、補正処理を行うことが可能である。

図２６は、変形例２における音響モデルの構成を示した図である。図２６に示す例では、音響モデルは、補正係数特定部３２２で特定された遅延時間と、反射率と、を含んだフィルタ２５０１、２５０２と、和算器１１０５と、で構成されている。このような構成であっても、補正処理を行うことが可能である。

図２７は、変形例３として、図２５で示した音響モデルのパラメータを適用した逆フィルタモデルの構成を示した図である。このような逆フィルタモデルを適用しても良い。

図２８は、変形例４として、図２６で示した音響モデルのパラメータを適用した逆フィルタモデルの構成を示した図である。このような逆フィルタモデルを適用しても良い。

上述した変形例で示した音響モデル、及び逆フィルタモデルを適用した場合でも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上述した実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０で実行される音響特性補正プログラム、及び音響特性計測装置２２０１で実行される音響特性計測プログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。

上述した実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０で実行される音響特性補正プログラム、及び音響特性計測装置２２０１で実行される音響特性計測プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、上述した実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０で実行される音響特性補正プログラム、及び音響特性計測装置２２０１で実行される音響特性計測プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、上述した実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０で実行される音響特性補正プログラム、及び音響特性計測装置２２０１で実行される音響特性計測プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

上述した実施の形態にかかる音響特性補正装置１５０で実行される音響特性補正プログラム、及び音響特性計測装置２２０１で実行される音響特性計測プログラムは、上述した各構成を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記ＲＯＭから音響特性補正プログラム、又は音響特性計測プログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、上述した各構成が主記憶装置上に生成されるようになっている。

第１の実施の形態の音響再生装置の例を示した図である。 第１の実施の形態における、音響特性の補正に用いるイヤホンと周囲の環境を示した概念図である。 第１の実施の形態にかかる音響特性補正装置の構成を示すブロック図である。 外耳道モデルを模擬した音響管にイヤホンを挿入した際の、鼓膜位置と外耳道入り口付近との違いを測定する比較実験を示した概念図である。 図４に示した音響管での計測結果として得られた、鼓膜位置の周波数特性の利得と、外耳道入り口の周波数特性の利得と、を示したグラフである。 外耳道モデルを模擬した音響管で、異なる位置に複数配置されたマイクロホンによる音響特性の比較実験の概要を示した図である。 図６で示した各マイクロホンで入力処理した応答音響信号の分析結果である周波数特性を示した図である。 第１の実施の形態にかかる音響特性補正装置で特定された利用者毎の周波数特性を示した図である。 同一利用者の各耳の周波数特性を示した図である。 音響特性を計測する際に提示される画面例を示した図である。 補正フィルタに用いられる、補正係数特定部により構築された音響モデルの例を示した図である。 第１の実施の形態にかかる音響モデルに含まれるハイパスフィルタの周波数と利得との関係を示した図である。 第１の実施の形態にかかる音響モデルに含まれるハイパスフィルタの周波数と位相との関係を示した図である。 第１の実施の形態にかかる音響モデルを用いた補正フィルタで補正された音響信号を出力した場合の、外耳道における周波数特性における周波数と、利得との関係を示した図である。 第１の実施の形態にかかる音響モデルを用いた補正フィルタで補正された音響信号を出力した場合の、外耳道における周波数特性における周波数と、位相との関係を示した図である。 第１の実施の形態の音響モデルと適応等化フィルタとの構成を示した図である。 音響特性補正装置の全体的な処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施の形態にかかる音響特性補正装置における補正設定モードによる処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施の形態にかかる音響特性補正装置における音響信号を出力するまでの処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施の形態の変形例にかかる補正係数特定部で特定された補正係数を用いた逆フィルタモデルの構成例を示した図である。 第１の実施の形態の変形例で適用した逆フィルタモデルから得られる周波数特性の、周波数と、利得との関係を示した図である。 第１の実施の形態の変形例で適用した逆フィルタモデルから得られる周波数特性の、周波数と、位相との関係を示した図である。 第２の実施の形態にかかる音源再生装置と、音響特性計測装置との関係を示した概念図である。 第２の実施の形態にかかる音響特性計測装置の構成を示すブロック図である。 変形例１における音響モデルの構成を示した図である。 変形例２における音響モデルの構成を示した図である。 変形例３における、図２５で示した音響モデルのパラメータを適用した逆フィルタモデルの構成を示した図である。 変形例４における、図２６で示した音響モデルのパラメータを適用した逆フィルタモデルの構成を示した図である。

符号の説明

１００ 音響再生装置
１１０ 携帯電話端末
１２０ イヤホン
１３０ 筐体部
１５０ 音響特性補正装置
２０１ 音響出力部
２０２ 音響入力部
３０１ 音源入力部
３０２ 音源出力モード処理部
３０３ 電気／音響変換部
３０６ 音響／電気変換部
３０７ 補正設定モード処理部
３０８ 切替部
３１１ 補正フィルタ
３２１ 測定信号生成部
３２２ 補正係数特定部
３２３ 特性特定部
３２４ 応答データ取得部
３３０ マイクロホン
１１００、１１０３ 遅延器
１１０１、１１０４ 減衰器
１１０２ フィルタ
１１０５ 和算器
２１０１ 音響モデル
２１０２ 適応等化フィルタ
２１０３ 回路
２２０１ 音響特性計測装置
２２１１ 筐体部
２２５１ 音源再生装置
２２５２ イヤホン
２３０１ 補正情報出力部
２４０１、２４０２、２５０１、２５０２ フィルタ

Claims (16)

1. 被測定対象物の音響特性を測定するための信号を示す測定信号を出力する信号出力手段と、
   前記測定信号の前記被測定対象物からの応答である応答信号を取得する応答信号取得手段と、
   取得した前記応答信号の周波数特性で、共鳴ピークを取る共鳴周波数を特定する周波数特定手段と、
   特定された前記共鳴周波数に基づいて前記応答信号取得手段の位置と共振周波数が等価な前記被測定対象物の位置における音響モデルを構築し、当該モデルから特定される共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定手段と、
   前記被測定対象物に供給される信号に対して、特定された補正係数の前記補正フィルタを用いてフィルタリングを行うフィルタリング手段と、
   フィルタリングされた後の前記信号を、前記被測定対象物に対して出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とする音響補正装置。
2. 前記周波数特定手段は、さらに、前記共鳴ピークの音圧レベルを特定し、
   前記係数特定手段は、前記補正係数として、被測定対象物までの伝搬時間を特定し、
   前記フィルタリング手段は、特定された前記伝搬時間が設定された遅延手段と、前記共鳴ピークの音圧レベルに基づく反射率を表した減衰手段と、を含み、前記遅延手段及び前記減衰手段を介した前記信号が、前記遅延手段及び前記減衰手段を介していない信号に和算される構成を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載の音響補正装置。
3. 被測定対象物の音響特性を測定する第１の動作モードと、入力された信号を補正して前記被測定対象物に信号を出力する第２の動作モードと、を切り換える切替手段をさらに備え、
   前記切替手段により前記第1の動作モードに切り換えられた場合に、前記信号出力手段と、前記応答信号取得手段と、前記周波数特定手段と、前記係数特定手段と、による処理を行い、前記第２の動作モードに切り換えられた場合に、前記フィルタリング手段と、前記音響出力手段と、による処理を行うこと、
   を特徴とする請求項１又は２に記載の音響補正装置。
4. 前記信号出力手段と、音響出力手段とが、同一構成であって、
   前記応答信号取得手段は、前記信号出力手段から前記被測定対象物に対して出力する前記測定信号による、定在波の音圧の節以外に設置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の音響補正装置。
5. 前記応答信号取得手段は、前記信号出力手段の近傍に配置されていること、
   を特徴とする請求項４に記載の音響補正装置。
6. 前記信号出力手段が出力する前記測定信号は、単位パルスあるいはタイムストレッチトパルスあるいは白色雑音あるいは測定帯域を含む帯域雑音あるいは測定帯域内の正弦波を含む複数の正弦波を合成した信号であること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の音響補正装置。
7. 被測定対象物の音響特性を測定するための測定信号を出力する信号出力手段と、
   前記被測定対象物で反射された応答信号を取得する応答信号取得手段と、
   取得した前記応答信号の周波数特性で、共鳴ピークを取る共鳴周波数を特定する周波数特定手段と、
   特定された前記共鳴周波数に基づいて前記応答信号取得手段の位置と共振周波数が等価な前記被測定対象物の位置における音響モデルを構築し、当該モデルから特定される共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定手段と、
   前記係数特定手段が特定した前記補正係数を、出力する係数出力手段と、
   を備えることを特徴とする音響測定装置。
8. 前記周波数特定手段は、さらに、前記共鳴ピークの音圧レベルを特定し、
   前記係数特定手段は、前記補正係数として、被測定対象物までの伝搬時間を特定し、
   前記フィルタリング手段は、特定された前記伝搬時間が設定された遅延手段と、前記共鳴ピークの音圧レベルに基づく反射率を表した減衰手段と、を含み、前記遅延手段及び前記減衰手段を介した前記信号が、前記遅延手段及び前記減衰手段を介していない信号に和算される構成を有すること、
   を特徴とする請求項７に記載の音響測定装置。
9. 被測定対象物の音響特性を測定するための信号を示す測定信号を出力する信号出力手段と、
   前記測定信号の前記被測定対象物からの応答である応答信号を取得する応答信号取得手段と、
   取得した前記応答信号の周波数特性で、共鳴ピークを取る共鳴周波数を特定する周波数特定手段と、
   特定された前記共鳴周波数に基づいて前記応答信号取得手段の位置と共振周波数が等価な前記被測定対象物の位置における音響モデルを構築し、当該モデルから特定される共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定手段と、
   前記被測定対象物に供給される信号を生成する信号生成手段と、
   生成された前記信号に対して、特定された補正係数の前記補正フィルタを用いてフィルタリングを行うフィルタリング手段と、
   フィルタリングされた後の前記信号を、前記被測定対象物に対して出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とする音響再生装置。
10. 前記周波数特定手段は、さらに、前記共鳴ピークの音圧レベルを特定し、
    前記係数特定手段は、前記補正係数として、被測定対象物までの伝搬時間を特定し、
    前記フィルタリング手段は、特定された前記伝搬時間が設定された遅延手段と、前記共鳴ピークの音圧レベルに基づく反射率を表した減衰手段と、を含み、前記遅延手段及び前記減衰手段を介した前記信号が、前記遅延手段及び前記減衰手段を介していない信号に和算される構成を有すること、
    を特徴とする請求項９に記載の音響再生装置。
11. 被測定対象物の音響特性を測定する第１の動作モードと、生成した信号を補正して前記被測定対象物に信号を出力する第２の動作モードと、を切り換える切替手段をさらに備え、
    前記切替手段により前記第1の動作モードに切り換えられた場合に、前記信号出力手段と、前記応答信号取得手段と、前記周波数特定手段と、前記係数特定手段と、による処理を行い、前記第２の動作モードに切り換えられた場合に、前記フィルタリング手段と、前記音響出力手段と、による処理を行うこと、
    を特徴とする請求項９又は１０に記載の音響再生装置。
12. 音響補正装置で実行される音響補正方法であって、
    被測定対象物の音響特性を測定するための信号を示す測定信号を出力する信号出力ステップと、
    前記測定信号の前記被測定対象物からの応答である応答信号を取得する応答信号取得ステップと、
    取得した前記応答信号の周波数特性で、共鳴ピークを取る共鳴周波数を特定する周波数特定ステップと、
    特定された前記共鳴周波数に基づいて前記被測定対象物の位置における音響モデルを構築し、当該モデルから特定される共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定ステップと、
    前記被測定対象物に供給される信号に対して、特定された補正係数の前記補正フィルタを用いてフィルタリングを行うフィルタリングステップと、
    フィルタリングされた後の前記信号を、前記被測定対象物に対して出力する出力ステップと、
    を有することを特徴とする音響補正方法。
13. 前記周波数特定ステップは、さらに、前記共鳴ピークの音圧レベルを特定し、
    前記係数特定ステップは、前記補正係数として、被測定対象物までの伝搬時間を特定し、
    前記フィルタリングステップは、特定された前記伝搬時間が設定された遅延手段と、共鳴ピークの音圧レベルに基づく反射率を表した減衰手段と、により遅延処理及び減衰処理が行われた前記信号が、前記遅延処理及び減衰処理を行っていない信号に和算すること、
    を特徴とする請求項１２に記載の音響補正方法。
14. 被測定対象物の音響特性を測定する第１の動作モードと、入力された信号を補正して前記被測定対象物に信号を出力する第２の動作モードと、を切り換える切替ステップをさらに有し、
    前記切替ステップにより前記第1の動作モードに切り換えられた場合に、前記信号出力ステップと、前記応答信号取得ステップと、前記周波数特定ステップと、前記係数特定ステップと、による処理を行い、前記第２の動作モードに切り換えられた場合に、前記フィルタリングステップと、前記信号出力ステップと、による処理を行うこと、
    を特徴とする請求項１２又は１３に記載の音響補正方法。
15. 音響測定装置で実行される音響測定方法であって、
    被測定対象物の音響特性を測定するための測定信号を出力する信号出力ステップと、
    前記被測定対象物で反射された応答信号を取得する応答信号取得ステップと、
    取得した前記応答信号の周波数特性で、共鳴ピークを取る共鳴周波数を特定する周波数特定ステップと、
    特定された前記共鳴周波数に基づいて前記被測定対象物の位置における音響モデルを構築し、当該モデルから特定される共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定ステップと、
    前記係数特定ステップが特定した前記補正係数を、出力する係数出力ステップと、
    を有することを特徴とする音響測定方法。
16. 前記周波数特定ステップは、さらに、前記共鳴ピークの音圧レベルを特定し、
    前記係数特定ステップは、前記補正係数として、被測定対象物までの伝搬時間を特定し、
    前記フィルタリングステップは、特定された前記伝搬時間が設定された遅延手段と、前記共鳴ピークの音圧レベルに基づく反射率を表した減衰手段と、により遅延処理及び減衰処理が行われた前記信号が、記遅延処理及び減衰処理を行っていない前記信号に和算すること、
    を特徴とする請求項１５に記載の音響測定方法。

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