JPH06334457A - 自動音量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 音楽再生時の周囲騒音による聴感音量の減少
および聴者の聴覚特性を適切に補償し音声信号の全周波
数帯域にわたり適当な音量を維持する自動音量制御装置
を提供する。 【構成】 音声信号を複数の周波数帯域の成分に分け各
周波数帯域に入る音声信号成分のレベルを求める音声信
号分析手段と，マイクロホンと，マイクロホンから得た
周囲音信号を複数の周波数帯域の成分に分け各周波数帯
域に入る周囲音信号成分のレベルを求める周囲音信号分
析手段と，聴者の聴覚特性を保持する聴覚特性保持手段
と、前記音声信号分析手段の出力、周囲音信号分析手段
の出力および聴覚特性保持手段に保持される聴覚特性か
ら前記複数の周波数帯域の各音声信号成分に与えるべき
利得を算定する利得算定手段と，この利得算定手段の出
力として与えられる利得周波数特性を実現するフィルタ
手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音響再生装置の自動音量
制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カーラジオ，カーステレオなど騒音環境
で使用する音響再生装置では，従来から周囲騒音のレベ
ルに応じて，自動的に再生音量を上げ，騒音がある場合
にも聴き易い状態を維持しようとする試みが行われてき
た。

【０００３】図８は例えば特公平３−１３７２６号公報
に示された従来の音量自動調整装置を示すブロック図で
ある。図において、３００は電圧制御増幅器，３０１は
電力増幅器，３０２はスピーカー，３０３は騒音検出回
路，３０４は音量調整手段，３０５は加算器，３０６は
音量操作手段，３０７は音量設定手段である。

【０００４】以上の構成において音声信号は電圧制御増
幅器（以下、ＶＣＡと記す）３００，電力増幅器３０１
をとおしてスピーカー３０２で再生される。ＶＣＡ３０
０の増幅率は加算器６出力で制御される。加算器には騒
音検出回路３０３で検出後，音量調整手段３０４でレベ
ル調整された騒音レベル信号と，音量操作手段３０４か
らの音量増減操作信号をうけて使用者の希望音量に相当
する音量レベル信号を出力する音量設定手段３０７の出
力が入る。この構成より騒音検出回路で検出される騒音
により音量が制御される。また音量調整手段３０４は音
量操手段３０４の出力をうけその時の音量設定に応じて
騒音レベル信号に対する増幅度を変化し得るものであ
る。具体的には図９のように，音量レベルが大きい時に
は騒音レベルに対する増幅度を下げ，騒音増加に対する
音量増加を小さくし，音量レベルが小さい時には騒音レ
ベルに対する増幅度を上げ，騒音増加に対する音量増加
を大きくして周囲騒音に対する音量制御を聴感に適合性
の高いものにするというものである。

【０００５】以上のとおり，従来行われてきた内容は，
音量レベルへの配慮はあるものの騒音のレベルに応じて
単に再生音量を上げるといったものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが，騒音により
生じる音量の不足感は，騒音による音声信号のマスキン
グに主に起因するものであるため，マスクされる音声信
号成分は，騒音の成分が大きい周波数域で大きく，騒音
成分の小さい周波数域では小さい。

【０００７】このため，従来の装置のように再生音量を
制御するのに音声信号の周波数に無関係の一律な処理を
行ったのでは，騒音の成分の大きい周波数域について
は，効果が不足となり，騒音の成分の小さい周波数域で
は効果が不足するという問題がある。実際，自動車の走
行騒音は低音域の成分が大きく，高音域の成分が小さい
ため，単なる利得増加処理では，低音域の不足感，高音
域の音量過大感が避けられない。

【０００８】この解決策として，騒音のスペクトラムを
仮定して音声信号の低音域をブーストする，高音域を減
衰させるといった周波数特性の補償を行うことは可能で
あるが，騒音のスペクトラムが変化する場合には十分な
解決とはならない。

【０００９】従来の装置におけるもう一つの問題は，音
量設定により音声信号のレベルを代表して騒音レベルに
対する音声信号の利得を定めているため，音楽ソースの
録音レベルの違いや，音楽のフレーズ毎のレベル変化に
よる聴感音量の過不足を免れないことである。

【００１０】また従来の音響再生装置の別の問題とし
て，聴者個々の特性を考慮していないという点が上げら
れる。つまり個々人の聴覚特性はすべて同一ではなく、
特に高齢者になるほど高音域の感度が低下することは良
く知られている。

【００１１】この解決策として，聴者の調整に委ねられ
る音質調整器のごときものを設け、高音域の音量を調整
することが考えられるが、高齢者の高音域への感度低下
といった聴力欠損は、多くは最小可聴値が上昇する現象
であって、再生音のレベルが十分に大きい場合における
感度はさほど低下しない。いずれにせよ最大可聴限界は
あまり変化しないため、単に音量を増加したのでは元々
音量の大きい音に対しては不必要にうるさくなりすぎる
という問題が残り十分な解決とはならない。

【００１２】また、個々人の聴覚特性は均一でないため
その個性に合わせて適切な調整を行えるようにするとい
った問題点がある。

【００１３】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、音楽再生時の周囲騒音による聴感
音量の減少および聴者の聴覚特性を適切に補償し、音声
信号の全周波数帯域にわたり適当な音量を維持する自動
音量制御装置を得ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る自
動音量制御装置は、音声信号を複数の周波数帯域成分に
分割して各々のレベルを検出する音声信号分析手段と，
騒音をこれに相当する複数の周波数帯域成分に分割して
各々のレベルを検出する周囲音分析手段と，分割された
各周波数帯域毎に聴者の最小可聴値相当のデータを保持
する聴覚特性保持手段と、分割された各周波数帯域毎に
音声信号に与えるべき利得を算定する利得算定手段と，
音声信号に対しこの周波数対利得特性を概略与えるフィ
ルタ手段とを備えるものである。

【００１５】請求項２の発明に係る自動音量制御装置
は、音声信号を複数の周波数帯域の成分に分け各周波数
帯域に入る音声信号成分のレベルを求める音声信号分析
手段と，マイクロホンと，マイクロホンから得た周囲音
信号と音声信号を入力とし周囲音信号から音声信号と相
関の高い成分を差し引いて出力するよう構成される適応
フィルタ手段と，該適応フィルタ手段出力として与えら
れる周囲音信号を複数の周波数帯域の成分に分け各周波
数帯域に入る周囲音信号成分のレベルを求める周囲音信
号分析手段と，聴者の聴覚特性を保持する聴覚特性保持
手段と、前記音声信号分析手段の出力、周囲音信号分析
手段の出力および聴覚特性保持手段に保持される聴覚特
性から前記複数の周波数帯域の各音声信号成分に与える
べき利得を算定する利得算定手段と，この利得算定手段
の出力として与えられる利得周波数特性を概略実現する
フィルタ手段とを備えるものである。

【００１６】請求項３の発明に係る自動音量制御装置
は、音声信号を複数の周波数帯域成分に分割して各々の
レベルを検出する音声信号分析手段と，騒音をこれに相
当する複数の周波数帯域成分に分割して各々のレベルを
検出する周囲音分析手段と，分割された各周波数帯域毎
に聴者の最小可聴値相当のデータを保持する聴覚特性保
持手段と、分割された各周波数帯域毎に音声信号に与え
るべき利得を算定する利得算定手段と，音声信号に対し
この周波数対利得特性を概略与えるフィルタ手段とを備
えるもので、聴覚特性保持手段に保持される聴覚特性も
しくは、保持される複数の聴覚特性のうち一つを聴者が
変更し得るよう構成し、且つ、特性変更の対称とする周
波数帯域に中心的勢力をもつ試験信号を発生する試験信
号発生手段を備えるものである。

【００１７】

【作用】請求項１の発明に係る自動音量制御装置は、音
声信号が騒音によるマスキングをうけることによる聴感
音量の減少および聴者の聴力を，複数の周波数帯域につ
いて求めることができ，各帯域についての適正な補正量
（利得）を算定することが可能となる。またこうして求
めた補正量としての利得周波数特性を与えるフィルタを
構成し，これに音声信号を通すことにより，騒音の種類
によらず音声信号の全周波数領域にわたり聴感上の音量
を適当に維持することができる。

【００１８】請求項２の発明に係る自動音量制御装置
は、適応フィルタ手段により周囲音信号分析手段の入力
から音声信号と相関の高い成分を抜き去ることで，再生
音声の影響を排除し精度の良い騒音レベル推定を行うた
め騒音のマスキングによる聴感音量の減少を精度良く補
償することができる。

【００１９】請求項３の発明に係る自動音量制御装置
は、聴覚特性保持手段に保持される聴覚特性もしくは、
保持される複数の聴覚特性のうち一つを聴者が変更し得
るよう構成するので、聴者個々の特性により良く適合す
るよう音量制御動作を調整することができる。更に、特
性変更の対称とする周波数帯域に中心的勢力をもつ試験
信号を発生する試験信号発生手段を備え、この信号音の
再生レベルを聴者が調整し、この調整量から聴者の聴覚
特性を推定することにより、聴者の聴覚特性を正確かつ
容易に測定することができる。

【００２０】

【実施例】実施例１．図１は請求項１の発明の一実施例
による自動音量制御装置を示すブロック図である。図に
おいて、１は入力端子，２は出力端子，３はＡ／Ｄ変換
器，４はＦＩＲフィルタ，５はＤ／Ａ変換器，６は高速
フーリエ変換器，７はレベル検出器，８は利得算定手
段，９は補間器，１０はフィルタ係数算定手段，１１は
マイクロホン，１２は増幅器，１３はＡ／Ｄ変換器，１
４は高速フーリエ変換器，１５はレベル検出器，１８は
Ａ／Ｄ変換器、２０は聴覚特性保持手段、２１は比較器
である。また１００は音声信号分析手段，１０１は周囲
音分析手段，１０２はフィルタ手段を示す。

【００２１】入力音声信号は，Ａ／Ｄ変換器１８にてデ
ジタル信号に変換の後，高速フーリエ変換器６により等
周波数間隔の各中心周波数における信号成分のレベルを
与えるデータの組に変換される。これより入力として与
える標本データ数ｎに対し標本化周波数の１／２をｎ等
分した各周波数帯域毎の分析期間における信号成分レベ
ルを得ることができる。この高速フーリエ変換手法につ
いては周知であり，既に実用化されているデジタル信号
処理プロセッサ（以下、ＤＳＰと記す）等により実行可
能である。

【００２２】ある周波数の音声信号成分（スペクトラ
ム）に対するマスキングはその周波数を中心とする臨界
帯域幅にはいる騒音のレベルで決定されるため，音声信
号および騒音の分析周波数帯域は，臨界帯域幅程度まで
細分して求めることが望ましいが，臨界帯域幅は低周波
域では狭く，高周波域では広くなるため，高速フーリエ
変換で得られる等周波数間隔のデータでは，低周波域で
適当な帯域幅をもたせると高周波域ではデータの周波数
間隔が密になりすぎる。

【００２３】レベル検出器７は，高速フーリエ変換器６
の出力を，適当な周波数帯域に分割して各周波数帯域毎
にこれに含まれる音声信号のレベルを与えるものであ
り，設定した周波数帯域内に入るデータ全体による実効
値を求める処理を行う。周波数帯域の分割は例えば音声
周波数帯域(20〜20kHz）を１オクターブ毎にほぼ１０分
割することで聴感上十分な性能を得る。また一般的な騒
音のスペクトラムは低域でレベルが高く高域ほどレベル
が小さくなる（通常の家庭内騒音で-6dB/oct，自動車の
車室内騒音で-10〜-12dB程度の割合で減少する）ことが
知られている。このため実用的には音声信号レベルおよ
び周囲音レベルの高音域の検出範囲を狭めて高速フーリ
エ変換器における処理量を低減することも可能である。

【００２４】この高速フーリエ変換器６およびレベル検
出器７は音声信号分析手段１００を形成するものである
が，別の手段として所要の周波数帯域に対応する複数の
帯域フィルタと，その出力を各々検波平滑するレベル検
出器とを，これに替えることもできる。

【００２５】次に、マイクロホン１１から得た周囲音信
号は，増幅器１２で増幅の後，Ａ／Ｄ変換器１３にてデ
ジタル信号に変換し高速フーリエ変換器１４により等周
波数間隔のレベルデータとする。レベル検出器１５は，
高速フーリエ変換器１４の出力を，適当な周波数帯域に
分割して各周波数帯域毎にこれに含まれる周囲音信号の
レベルを与える。

【００２６】この高速フーリエ変換器１４およびレベル
検出器１５は周囲音信号分析手段１０１を形成するもの
であるが，別の手段として所要の周波数帯域に対応する
複数の帯域フィルタと，その出力を各々検波平滑するレ
ベル検出器とを，これに代えることもできる。

【００２７】一方、聴覚特性保持手段２０は人の年齢別
の平均的聴覚特性を保持するもので、具体的には、図６
に例示するように周囲音信号の周波数帯域分割と同じ周
波数帯域の聴力（最小可聴値）をデータとして保持する
ものである。保持する幾つかの特性のうちいずれを使用
するかは、聴者の選択による。

【００２８】比較器２１は、周囲音分析手段１０１の出
力データと聴覚特性保持手段２０の出力とを分割された
周波数帯域毎に比較し、大なる方を利得算定手段８に出
力するものである。利得算定手段８では各周波数帯域毎
の利得を決定する。

【００２９】ここで利得算定の考え方について説明す
る。先ず周囲騒音によるマスキングで生じる音声信号の
聴感音量の減少について説明する。周囲騒音によるマス
キングで生じる音声信号の聴感音量の減少はソーンを単
位とする感覚レベル（以下、聴感音量と記す）において
原点がマスキングレベル（単位ソーン）に移動する現象
と考えられる。即ち、Ｓ_m をマスキングがある場合の聴
感音量，Ｓをマスキングが無い場合の聴感音量，Ｓ_thを
マスキングレベルに相当する聴感音量とするとき、以下
の関係が成り立つ。 Ｓ_m ＝Ｓ−Ｓ_th＝Ｋ（Ｉ_a −Ｉ_th ^a） −−（１） ここにＩは音の強さ（単位Ｗ／ｍ² ）、Ｉ_thはマスキン
グレベル相当の音の強さ、Ｋ、ａは周波数に依存する定
数である。

【００３０】また音圧レベルＰ（単位ｄＢｓｐｌ）と音
の強さＩとの関係は平面波の場合、以下となる。 Ｐ ＝１０・ｌｏｇ（Ｉ）＋１５０ −−（２）

【００３１】図７は音圧レベルと音の強さとの関係を示
す図であり，曲線２００は周囲騒音がある場合であり周
囲騒音によるマスキングレベルを２０１に示している。
曲線２０２は周囲騒音が無い場合である。これより周囲
騒音がある場合に周囲騒音がない場合と同じ聴感音量を
得るためには図中矢印で示すように，音声信号の音圧レ
ベルを曲線２０２から曲線２００に写像するよう上げて
やる必要があることが分かる。

【００３２】利得算定手段８は図７の関係に基づき音声
信号分析手段で分析される各周波数帯域について音声信
号の聴感音量を周囲騒音がない場合と同等とするために
与えるべき利得を算定するものである。具体的には、ま
ず音声信号分析手段１００の出力から音量制御をかけな
い場合の再生音の大きさＰ₀ を推定し，周囲音分析手段
１０１の出力から得られる周囲音レベルからマスキング
レベルＰ_t を推定して，マスキングによる聴感音量の減
少を補償するために与えられるべき再生音の大きさＰ₁
を以下の式により求める。この式は先の説明式より導い
たものである。 Ｐ₁ ＝Ｐ₀ ＋１０・ｌｏｇ｛１＋１０^{(pt-pO)・a/10}｝／ａ −−（３） ここに音声信号に与えるべき利得は，Ｐ₁ −Ｐ₀ 相当の
ものとなる。ａの値は１ｋＨｚ純音についてほぼ０．３
であり、周波数毎に異なった値をとるが、低周波域を除
けば０．３として計算して実用上問題ない。低周波域に
ついては、例えば音声周波数帯域を１オクターブ毎に１
０分割する場合，１００Ｈｚ以下を含む３帯域について
個別のａ値をもって計算し、他の７帯域についてはａを
０．３として計算することができる。式（３）の計算
は，ＤＳＰあるいはマイクロコンピュータ等により近似
計算もしくはＰ_O ，Ｐ_t ，Ｐ₁ の関係の表による表引き
処理および補間処理により行うことができる。

【００３３】次に、聴覚特性（聴力欠損）による音量の
減少は多くの場合、図７に示す如き周囲騒音のマスキン
グによる最小可聴値の上昇と同等の特性を示すことが知
られる。即ち聴覚の形成を伝音系と、感音系に分けたと
きの、感音系に起因する聴力欠損はこの型となることが
知られており、人の加齢による高音域の聴力低下も多く
この型となる。

【００３４】従って、実際の音量の低下（加齢による聴
力欠損を含む）は、周囲騒音のマスキングにより上昇し
た最小可聴値と、聴覚特性保持手段２０出力として与え
られる最小可聴値とのうち、大なる方をＰ_thとし式
（２）および式（１）を適用することで求めることがで
きる。また、音声信号に与えるべき利得は、このＰ_thを
式（３）に適用して求めることができる。既に説明した
とおり、利得算定手段８はこの計算を各周波数帯域毎に
行い音声信号に与えるべき利得を出力するものである。

【００３５】次の補間器９，フィルタ係数算定手段１
０，ＦＩＲフィルタ４は音声信号に対しこの利得対周波
数特性を与えるためのフィルタ手段１０２を形成する。

【００３６】ここに、ＦＩＲフィルタの係数が，ほぼ所
望のフィルタのインパルス応答となることが知られる。
また任意のフィルタの周波数応答とインパルス応答がフ
ーリエ変換により相互に変換できることも周知である。
この関係から任意の周波数応答を逆フーリエ変換してイ
ンパルス応答を求めこれをＦＩＲフィルタ係数とするこ
とで，所望の周波数応答に近似の特性を得ることができ
る。

【００３７】ここに、フィルタ係数算定手段１０は，補
間器９の出力を逆フーリエ変換してＦＩＲフィルタ係数
を求めＦＩＲフィルタ４に係数を送出する。この際フィ
ルタ係数算定手段１０へ与えるべき入力は，ＦＩＲフィ
ルタ段数をｎとするとき音声信号の標本化周波数の１／
２をｎ等分した各々の周波数での利得である。補間器９
は利得算定手段８で聴覚特性に合わせてほぼ同一比帯域
幅ごとに求めた利得をこの条件，すなわち音声信号の標
本化周波数の１／２をｎ等分した各々の周波数での利得
に変換する操作を行う。具体的な数値処理は、ＤＳＰあ
るいはマイクロコンピュータ等により実行可能である。

【００３８】実施例２．図２は請求項１の発明の他の実
施例による自動音量制御装置を示すブロック図である。
図において、１は入力端子，２は出力端子，３はＡ／Ｄ
変換器，４はＦＩＲフィルタ，５はＤ／Ａ変換器，６は
高速フーリエ変換器，７はレベル検出器，８は利得算定
手段，９は補間器，１０はフィルタ係数算定手段，１１
はマイクロホン，１２は増幅器，１３はＡ／Ｄ変換器，
１４は高速フーリエ変換器，１５はレベル検出器，１６
は比較器，１８はＡ／Ｄ変換器、２０は聴覚特性保持手
段，２１は比較器である。

【００３９】本実施例は実施例１が音声信号の再生手段
を、例えばイヤホンのようなものとし再生音声が周囲音
収音用のマイクロホンにほとんど入らないという状況を
想定したものであるのに対し，音声再生手段がスピーカ
等であって収音用マイクロホンに再生音声が周囲音と同
時に入る場合に対応するものである。

【００４０】ここに、実施例１と同一番号のブロックは
同一の動作を行う。すなわち、高速フーリエ変換器６
は，等周波数間隔の音声信号成分レベルを出力し，高速
フーリエ変換器１４は，高速フーリエ変換器６と同じ等
周波数間隔の周囲音信号成分レベルを出力する。比較器
１６は，高速フーリエ変換器６と高速フーリエ変換器１
４のそれぞれ同一の周波数成分レベルを比較し，高速フ
ーリエ変換器１４の出力レベルが高速フーリエ変換器６
の出力レベルからその音声信号成分がスピーカー等によ
り再生されマイクロホンに収音された場合に生じると想
定されるレベルより十分大なる場合に高速フーリエ変換
器１４の該当する出力をそのまま出力し，そうでない場
合は前回出力した値を再び出力する（前値保持），
各帯域毎に既定の値を出力する，隣接する帯域のレベ
ルのうち小さい方と同一値を出力する，前回出力した
値から既定レベル小さな値を出力する，のうち一つの処
理を行う。この処理によりスピーカー等からの再生音を
騒音と誤認識して，以降の音量調整処理を行うことを避
けることができる。

【００４１】高速フーリエ変換器６および１４では周波
数帯域を細分化するため，特定の帯域についてみれば大
きな音声信号レベルがが存在するという確率が低くな
る。一方騒音の方は連続した周波数スペクトラムをもつ
ことが多く，分割されたすべての帯域においてある程度
のレベルをもつことが多いため，確率的に見て騒音の検
出が確実となる。またいくつかの帯域において騒音レベ
ルが検出不能であり前記のような処置を行ったとしても
全体的には正しい騒音レベルを得る可能性が高くなる。

【００４２】以上の説明で比較器１６で高速フーリエ変
換器６と高速フーリエ変換器１４の出力を比較するとし
たが，これは周囲音のレベルが予め概略分かっておれば
音声信号レベルが十分小さい場合を検出することとして
も良い，すなわち高速フーリエ変換器６の出力と各帯域
毎に既定の値を比較し，高速フーリエ変換器６の出力が
小さい場合に高速フーリエ変換器１４の出力をそのまま
出力し，そうでない場合、前記の説明の〜の一の処
理を行うこととしても良い。

【００４３】この実施例２ではマイクロホンに入る再生
音声信号の影響を排除するため，高速フーリエ変換器６
と高速フーリエ変換器１４の出力を比較器１６で比較す
るが，マイクロホンに入る音声信号はスピーカー等の電
気音響変換手段から空間を伝播してマイクロホンに達す
るため，その距離に相当する時間遅延をもつこととな
る。音声信号を周囲音と誤認識する不都合を避けるため
には高速フーリエ変換器６と高速フーリエ変換器１４の
出力に含まれる音声信号のレベルを同タイミングで比較
する必要がある。従ってマイクロホン・スピーカー間の
距離が大きい場合はこれに相当の時間遅延を音声信号レ
ベル検出側の経路に与えることが必要である。

【００４４】また，高速フーリエ変換により音声信号お
よび周囲音のレベル検出を行う場合，周波数分解能に関
係する一定の時間のデータブロックについて分析を行う
ためその結果を得るのに一定の時間がかかり，音量の制
御がこの時間分遅れる。音量の制御は既述のとおり音声
信号レベルと周囲騒音レベルにより行うが，通常周囲騒
音レベルへの追従の遅れはあまり問題とならない。しか
し音声信号レベルが急激に増加する場合に利得の減少制
御が遅れると一時的に不必要に大きなレベルで音声が再
生される結果となるため聴取する際の不快感が大きい。
これを避けるため音声信号経路，フィルタ手段１０２の
前にこの検出遅れ時間に相当する遅延を与えることが適
当である。但し，フィルタ手段１０２での遅延時間をこ
れから差し引くことができるため，ＦＩＲフィルタ４で
の遅延が大きければ別に遅延を設ける必要がない場合も
ある。

【００４５】実施例３．図３は請求項２の発明の一実施
例による自動音量制御装置を示すブロック図である。図
において、１は入力端子，２は出力端子，３はＡ／Ｄ変
換器，４はＦＩＲフィルタ，５はＤ／Ａ変換器，６は高
速フーリエ変換器，７はレベル検出器，８は利得算定手
段，９は補間器，１０はフィルタ係数算定手段，１１は
マイクロホン，１２は増幅器，１３はＡ／Ｄ変換器，１
４は高速フーリエ変換器，１５はレベル検出器，１６は
比較器，１７は適応フィルタ手段，１８および１９はＡ
／Ｄ変換器、２０は聴覚特性保持手段、２１は比較器で
ある。また１００は音声信号分析手段，１０１は周囲音
分析手段，１０２はフィルタ手段を示す。

【００４６】ここに、実施例１および２と同一番号のブ
ロックは同一の動作を行う。本実施例も実施例２と同
様，音声再生手段がスピーカ等であって収音用マイクロ
ホンに再生音声が周囲音と同時に入る場合に対応するも
のであり，適応フィルタ手段１７は，マイクロホン１１
の出力を増幅，Ａ／Ｄ変換した周囲音信号を一方の入力
とし，スピーカー等から再生される音声信号にできるだ
け相関の高い音声信号をもう一方の入力（以下，参照音
声信号と記す；図３ではＤ／Ａ変換器５の出力をＡ／Ｄ
変換器１９でデジタル信号に変換して用いている）とす
るもので，周囲音信号から参照音声信号に相関のある成
分すなわちスピーカー等からの再生音成分を抜き去り周
囲音のみを出力する動作を行う。

【００４７】図４は実施例３における自動音量制御装置
の動作説明図であり、適応フィルタ手段１７の内部処理
を示す。図において、３０は周囲音信号入力端子，３１
は音声信号入力端子，３２は出力端子，３３は可変係数
ＦＩＲフィルタ処理，３４は減算処理，３５は係数更新
処理である。この構成の適応フィルターは周知である。
減算処理３４は周囲音信号から可変係数ＦＩＲフィルタ
処理３３を通した参照音声信号を差し引くものであり，
係数更新処理３５は減算処理３４の出力（以下，誤差信
号と記す）を最小とするように可変係数ＦＩＲフィルタ
３３の係数更新を行なう。この係数更新により可変係数
ＦＩＲフィルタ処理３３は結果的に，マイクロホンから
得る音声信号が参照音声信号取り出し点以降通過する
系，即ちＤ／Ａ変換器，電力増幅器，スピーカー等の電
気音響変換器，音声再生空間，マイクロホン等の伝達特
性を模擬するものとなる。言い換えれば可変係数ＦＩＲ
フィルタ処理は，音声信号の再生から収音までの系の伝
達特性を模擬する特性を参照音声信号に畳み込むことに
より参照音声信号を，周囲音信号に含まれる音声信号成
分と同等となるよう変形するものである。

【００４８】以上の適応フィルタ手段における信号処理
は、既に実用化されているＤＳＰ等により実行可能であ
る。

【００４９】実施例４．図５は請求項３の発明の一実施
例による自動音量制御装置を示すブロック図である。図
において、１は入力端子，２は出力端子，３はＡ／Ｄ変
換器，４はＦＩＲフィルタ，５はＤ／Ａ変換器，６は高
速フーリエ変換器，７はレベル検出器，８は利得算定手
段，９は補間器，１０はフィルタ係数算定手段，１１は
マイクロホン，１２は増幅器，１３はＡ／Ｄ変換器，１
４は高速フーリエ変換器，１５はレベル検出器，１６は
比較器，１８はＡ／Ｄ変換器、２０は聴覚特性保持手
段、２１は比較器、２２は調整制御手段、２３は操作キ
ー、２４は表示器、２５は信号発生手段、２６は信号切
替え手段である。また、１００は音声信号分析手段，１
０１は周囲音分析手段，１０２はフィルタ手段を示す。

【００５０】ここに、実施例１、２および３と同一番号
のブロックは同一の動作を行う。本実施例は、聴覚特性
保持手段２０に保持される特性を聴者の聴覚特性に合わ
せて調整する場合の構成である。調整制御手段２２を例
えばマイクロコンピュータとし、聴覚特性保持手段２０
を、このマイクロコンピュータのメモリー上に構成され
る特定のデータ領域とすることができる。操作キー２３
および表示器２４は、聴者の反応を調整制御装置２０が
受け取り、また調整に関する状態表示をする手段であ
り、通常は音量調整の操作、音声信号レベルの表示など
別の目的に使用することもできる。信号発生手段２５は
例えばＤＳＰの一部機能を用いて構成するものであって
調整制御装置２０からの指令により、出力信号の中心周
波数およびレベルを変更するものである。信号切替え手
段２６は調整制御装置２０の指令により、Ｄ／Ａ変換器
５に与える信号をＦＩＲフィルタ４出力とするか、信号
発生手段２５の出力とするかの切替えを行うものであ
る。

【００５１】以上のように構成した自動音量調整装置に
おいて、聴者の聴覚特性に装置動作を合わせるための調
整は以下の手順で行うことができる。 １．操作キー２３への聴者操作を受け調整制御手段２０
が以下の調整動作を開始する。 ２．表示器２４に調整動作開始を表示する。信号発生手
段２５から２５Ｈｚを中心周波数とするテスト信号を発
生する。 ３．信号切替え手段２６を切替えて信号発生手段２５出
力をＤ／Ａ変換器５に与える。 ４．聴者に操作キー２３よりテスト信号が辛うじて聞き
取れる最小レベルとし、調整終了操作を行うよう表示器
２４に指示表示をする。 ５．聴者の操作キー２３に対する音量調整操作を受け、
信号発生手段２５の出力信号レベルを調整する。また聴
者の操作キー２３に対する調整終了操作を受け２５Ｈｚ
帯にたいする調整を終え、その時点の信号発生器２５の
出力レベルより、再生音圧レベルを知る。このレベルは
ほぼ聴者の最小可聴値となるので、これを聴覚特性保持
手段２０の聴者対応特性のうち２５Ｈｚ帯のデータとし
て記録する。 ６．５０Ｈｚ以上の帯域について４．５．の動作を繰り
返し５０Ｈｚ帯の最小可聴値データを聴覚特性保持手段
２０に記録する。 ７．１００Ｈｚ〜１２．８ｋＨｚ帯まで同様に繰り返し
調整を行う。 ８．全体域について調整が終了したら、調整動作を終
了、信号切替え手段２６を切替えてＦＩＲフィルタ４出
力をＤ／Ａ変換器５に与え音声信号を再生する通常動作
にもどる。

【００５２】以上、実施例４では補償すべき聴覚特性
を、個々の聴者に対して測定して動作するため、より適
切な自動音量調整動作を行うことを可能とする。

【００５３】以上の説明において，ＦＩＲフィルタ４，
高速フーリエ変換器６，レベル検出器７，利得算定手段
８，補間器９，フィルタ係数算定手段１０，１４は高速
フーリエ変換器１４，検出器１５，比較器１６，適応フ
ィルタ手段１７は便宜上それぞれ独立した装置の如く述
べてきたが，これらはＤＳＰにおいて，逐次実行される
処理とすることができる。また，処理能力等の制約より
単一のＤＳＰですべての処理実行できない場合も，複数
のＤＳＰあるいはマイクロコンピュータで分散処理を行
うことができる。

【００５４】またこの場合，Ａ／Ｄ変換器１３，１８お
よび１９は同一の素子を時分割的に使用して共用するこ
ともできる。

【００５５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成して
いるので、以下に記載するような効果を奏する。

【００５６】音楽再生時，周囲騒音による聴感音量の減
少を，騒音のレベルとスペクトラムおよび音声信号のレ
ベルとスペクトラムに応じ、また聴者の聴覚特性および
音楽信号のレベルとスペクトラムに応じて聴感上適切に
補償し音声信号の全周波数帯域にわたり適当な音量を維
持するという従来にない自動音量制御機能を提供するこ
とができる。

【００５７】また、聴者の聴覚特性を容易に測定できる
手段を備えるので、個々人によるばらつきの大きい聴覚
特性を精度良く補償し、快適な音楽聴取を可能とする自
動音量制御機能を提供することができる。

【００５８】また，周囲騒音の検出に際し，音声信号の
再生音を騒音と誤認識する不都合を排除して上記自動音
量制御機能動作を確実なものとすることができる。

【００５９】また，周囲騒音の検出の際の再生音声信号
の影響排除に関し参照する音声信号と周囲音信号に含ま
れる音声信号成分とのタイミングを合わせて，再生音声
信号の影響排除を確実なものとして，前記自動音量制御
機能動作を確実なものとすることができる。

【００６０】また，適応フィルタ手段を騒音検出に使用
し周囲騒音の検出精度を向上することで前記自動音量制
御機能動作を確実なものとすることができる。

【００６１】また，音声信号に対する音量制御の遅れを
相対的に補償することで，一時的な且つ不要な音量増加
を抑えて前記自動音量制御機能動作をよる不快感などの
２次的効果を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の一実施例による自動音量制御
装置を示すブロック図である。

【図２】請求項１の発明の他の実施例による自動音量制
御装置を示すブロック図である。

【図３】請求項２の発明の一実施例による自動音量制御
装置を示すブロック図である。

【図４】実施例３における自動音量制御装置の動作説明
図である。

【図５】請求項３の発明の一実施例による自動音量制御
装置を示すブロック図である。

【図６】本発明における聴覚特性を説明するための図で
ある。

【図７】本発明における音圧レベルと音の強さとの関係
を示す図である。

【図８】従来の自動音量制御装置のブロック図である。

【図９】従来の自動音量制御装置の動作説明図である。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ 出力端子 ３、１３、１８、１９ Ａ／Ｄ変換器 ４ ＦＩＲフィルタ ５ Ｄ／Ａ変換器 ６、１４ 高速フーリエ変換器 ７、１５ レベル検出器 ８ 利得算定手段 ９ 補間器 １０ フィルタ係数算定手段 １１ マイクロホン １２ 増幅器 １６、２１ 比較器 １７ 適応フィルタ手段 ２０ 聴覚特性保持手段 １００ 音声信号分析手段 １０１ 周囲音分析手段 １０２ フィルタ手段

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】ここで利得算定の考え方について説明す
る。先ず周囲騒音によるマスキングで生じる音声信号の
聴感音量の減少について説明する。周囲騒音によるマス
キングで生じる音声信号の聴感音量の減少はソーンを単
位とする感覚レベル（以下、聴感音量と記す）において
原点がマスキングレベル（単位ソーン）に移動する現象
と考えられる。即ち、Ｓ_m をマスキングがある場合の聴
感音量，Ｓをマスキングが無い場合の聴感音量，Ｓ_thを
マスキングレベルに相当する聴感音量とするとき、以下
の関係が成り立つ。 Ｓ_m ＝Ｓ−Ｓ_th＝Ｋ（Ｉ^a −Ｉ_th ^a） −−（１） ここにＩは音の強さ（単位Ｗ／ｍ² ）、Ｉ_thはマスキン
グレベル相当の音の強さ、Ｋ、ａは周波数に依存する定
数である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】また音圧レベルＰ（単位ｄＢｓｐｌ）と音
の強さＩとの関係は平面波の場合、以下となる。 Ｐ ＝１０・ｌｏｇ（Ｉ）＋１２０ −−（２）

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｈ 17/02 Ｄ 7037−5Ｊ Ｋ 7037−5Ｊ 17/06 Ａ 7037−5Ｊ 21/00 7037−5Ｊ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音声信号を複数の周波数帯域の成分に分
   け各周波数帯域に入る音声信号成分のレベルを求める音
   声信号分析手段と，マイクロホンと，マイクロホンから
   得た周囲音信号を複数の周波数帯域の成分に分け各周波
   数帯域に入る周囲音信号成分のレベルを求める周囲音信
   号分析手段と，聴者の聴覚特性を保持する聴覚特性保持
   手段と、前記音声信号分析手段の出力、周囲音信号分析
   手段の出力および聴覚特性保持手段に保持される聴覚特
   性から前記複数の周波数帯域の各音声信号成分に与える
   べき利得を算定する利得算定手段と，この利得算定手段
   の出力として与えられる利得周波数特性を概略実現する
   フィルタ手段とを備えたことを特徴とする自動音量制御
   装置。
2. 【請求項２】 音声信号を複数の周波数帯域の成分に分
   け各周波数帯域に入る音声信号成分のレベルを求める音
   声信号分析手段と，マイクロホンと，マイクロホンから
   得た周囲音信号と音声信号を入力とし周囲音信号から音
   声信号と相関の高い成分を差し引いて出力するよう構成
   される適応フィルタ手段と，該適応フィルタ手段出力と
   して与えられる周囲音信号を複数の周波数帯域の成分に
   分け各周波数帯域に入る周囲音信号成分のレベルを求め
   る周囲音信号分析手段と，聴者の聴覚特性を保持する聴
   覚特性保持手段と、前記音声信号分析手段の出力、周囲
   音信号分析手段の出力および聴覚特性保持手段に保持さ
   れる聴覚特性から前記複数の周波数帯域の各音声信号成
   分に与えるべき利得を算定する利得算定手段と，この利
   得算定手段の出力として与えられる利得周波数特性を概
   略実現するフィルタ手段とを備えたことを特徴とする自
   動音量制御装置。
3. 【請求項３】 音声信号を複数の周波数帯域の成分に分
   け各周波数帯域に入る音声信号成分のレベルを求める音
   声信号分析手段と，マイクロホンと，マイクロホンから
   得た周囲音信号を複数の周波数帯域の成分に分け各周波
   数帯域に入る周囲音信号成分のレベルを求める周囲音信
   号分析手段と，聴者の聴覚特性を保持する聴覚特性保持
   手段と、前記音声信号分析手段の出力、周囲音信号分析
   手段の出力および聴覚特性保持手段に保持される聴覚特
   性から前記複数の周波数帯域の各音声信号成分に与える
   べき利得を算定する利得算定手段と，この利得算定手段
   の出力として与えられる利得周波数特性を概略実現する
   フィルタ手段と、試験信号発生手段とを備えており、聴
   覚特性保持手段に保持される聴覚特性もしくは、保持さ
   れる複数の聴覚特性のうち一つが聴者により変更可能に
   構成され、且つ、試験信号発生手段が特性変更の対称と
   なる周波数帯域に中心的勢力をもつ試験信号を発生し得
   るよう構成したことを特徴とする自動音量制御装置。