CN110268722A - 滤波器生成装置以及滤波器生成方法 - Google Patents

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Abstract

本实施方式涉及的滤波器生成装置的处理装置(210)包括：第一同步加法运算部(213)，生成第一同步加法运算信号；第二同步加法运算部(214)，通过对在麦克风被佩戴在收听者以外的其他收听者的状态下获取的拾音信号以第二同步加法运算次数进行同步加法运算来生成第二同步加法运算信号，第二同步加法运算次数大于第一同步加法运算次数；第一变换部(220)，将第一同步加法运算信号和第二同步加法运算信号变换为频域数据，以获取与第一同步加法运算信号对应的第一频谱和与第二同步加法运算信号对应的第二频谱；第一校正部(222)，对校正频带中的第一频谱的数据进行校正，生成第三频谱；以及第一逆变换部(223)，将第三频谱逆变换为时域数据。

Description

滤波器生成装置以及滤波器生成方法
技术领域
本发明涉及滤波器生成装置以及滤波器生成方法。
背景技术
作为声像定位技术有使用头戴耳机将声像定位在收听者的头部外侧的头外定位技术。在头外定位技术中，通过消除从头戴耳机到耳朵的特性，并赋予从立体声扬声器到耳朵的4种特性，使声像定位在头外。
在头外定位再现中，用设置在收听者本人的耳朵上的麦克风(以下，称为麦克风)对从2个通道(以下，记载为ch)的扬声器发出的测定信号(脉冲音等)进行录音。然后，处理装置基于通过脉冲响应得到的拾音信号来生成滤波器。通过将所生成的滤波器卷积到2ch的音频信号中，可以实现头外定位再现。
在专利文献1中，公开了一种获取一组被个性化的室内脉冲响应的方法。在专利文献1中，在收听者的各耳朵的附近设置麦克风。并且，左右的麦克风对驱动扬声器时的脉冲音进行录音。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2008-512015号公报
专利文献2：日本专利4184420号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在脉冲响应测定期间，存在诸如暗噪声和电源噪声的干扰。因此，在脉冲响应测定中，进行多次相同条件下的脉冲响应测定，将由麦克风拾取的拾音信号进行同步加法运算(专利文献2)。由此，能够排除干扰的影响，能够提高S/N比。在进行同步加法运算的情况下，同步加法运算次数越多，干扰的影响越小。然而，在测定时，用户必须保持静止而不移动，并且连续多次听到测定声音对用户来说是一种负担。
本实施方式是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够减轻用户的负担并适当地生成与传递特性对应的滤波器的滤波器生成装置以及滤波器生成方法。
用于解决问题的手段
本实施方式涉及的滤波器生成装置包括：麦克风，对从输出测定信号的声源输出的所述测定信号进行拾音，获取拾音信号；以及滤波器生成部，基于所述拾音信号来生成与从所述声源到所述麦克风的传递特性对应的滤波器，所述滤波器生成部包括：第一同步加法运算部，通过对在麦克风被佩戴在收听者的状态下获取的所述拾音信号以第一同步加法运算次数进行同步加法运算来生成第一同步加法运算信号；第二同步加法运算部，通过对在麦克风被佩戴在所述收听者以外的其他收听者的状态下获取的所述拾音信号以第二同步加法运算次数进行同步加法运算来生成第二同步加法运算信号，所述第二同步加法运算次数大于所述第一同步加法运算次数；变换部，将所述第一同步加法运算信号和所述第二同步加法运算信号变换为频域，以获取与所述第一同步加法运算信号对应的第一频谱和与所述第二同步加法运算信号对应的第二频谱；校正部，使用预定频率以下的频带中的第二频谱来校正所述第一频谱，以生成第三频谱；以及逆变换部，将所述第三频谱逆变换为时域。
本实施方式涉及的滤波器生成方法通过用麦克风对从声源输出的测定信号进行拾音而生成与传递特性对应的滤波器，所述滤波器生成方法包括如下步骤：通过对在麦克风被佩戴在收听者的状态下获取的拾音信号以第一同步加法运算次数进行同步加法运算来生成第一同步加法运算信号；通过对在麦克风被佩戴在所述收听者以外的其他收听者的状态下获取的拾音信号以第二同步加法运算次数进行同步加法运算来生成第二同步加法运算信号，所述第二同步加法运算次数大于所述第一同步加法运算次数；将所述第一同步加法运算信号和所述第二同步加法运算信号变换为频域，以获取与所述第一同步加法运算信号对应的第一频谱和与所述第二同步加法运算信号对应的第二频谱；使用预定频率以下的频带中的第二频谱来校正所述第一频谱，以生成第三频谱；以及将所述第三频谱逆变换为时域数据。
发明效果
根据本实施方式，提供能够减轻用户的负担并且适当地生成与传递特性对应的滤波器的滤波器生成装置以及滤波器生成方法。
附图说明
图1是示出本实施方式涉及的头外定位处理装置的框图。
图2是示出生成滤波器的滤波器生成装置的构成的图。
图3是使用仿真头以16次同步加法运算次数测定的同步加法运算信号的对数功率谱的RAW数据。
图4是使用仿真头以64次同步加法运算次数测定的同步加法运算信号的对数功率谱的RAW数据。
图5是使用仿真头对以16次同步加法运算次数测定的同步加法运算信号进行了处理的对数功率谱。
图6是使用仿真头以64次同步加法运算次数测定的同步加法运算信号的对数功率谱。
图7是示出同步加法运算次数为16次和64次的驻波衰减率的曲线图。
图8是在个人测定中以64次同步加法运算次数测定的同步加法运算信号的对数功率谱。
图9是示出滤波器生成方法的概要的流程图。
图10是示出校正前的对数功率谱的曲线图。
图11是示出校正后的对数功率谱的曲线图。
图12是示出滤波器生成装置的构成的控制框图。
图13是示出滤波器生成方法的流程图。
图14是示出个人测定的对数功率谱和校正后的对数功率谱的例子1。
图15是示出个人测定的对数功率谱和校正后的对数功率谱的例子2。
图16是示出个人测定的对数功率谱和校正后的对数功率谱的例子3。
图17是示出个人测定的对数功率谱和校正后的对数功率谱的例子4。
图18是示出个人测定的对数功率谱和校正后的对数功率谱的例子5。
具体实施方式
在本实施方式中，测定从扬声器到麦克风的传递特性。然后，基于所测定的传递特性，滤波器生成装置生成滤波器。
将说明使用本实施方式涉及的滤波器生成装置生成的滤波器的声像定位处理的概要。在此，对作为声像定位处理装置的一例的头外定位处理进行说明。本实施方式涉及的头外定位处理使用个人的空间音响传递特性(也称为空间音响传递函数)和外耳道传递特性(也称为外耳道传递函数)进行头外定位处理。外耳道传递特性是从外耳道入口到鼓膜的传递特性。在本实施方式中，使用从扬声器到收听者的耳朵的空间音响传递特性以及佩戴头戴耳机的状态下的外耳道传递特性的逆特性来实现头外定位处理。
本实施方式涉及的头外定位处理装置是个人计算机、智能电话、平板PC等信息处理装置，具备处理器等处理单元、存储器或硬盘等存储单元、液晶监视器等显示单元、触摸面板、按钮、键盘、鼠标等输入单元、具有头戴耳机或耳机的输出单元。
实施方式1
图1示出作为本实施方式涉及的声场再现装置的一例的头外定位处理装置100。图1是头外定位处理装置的框图。头外定位处理装置100对佩戴头戴耳机43的用户U再现声场。因此，头外定位处理装置100对Lch和Rch的立体声输入信号XL、XR进行声像定位处理。Lch和Rch的立体声输入信号XL、XR是从CD(Compact Disc)播放器等输出的模拟的音频再现信号，或者是mp3(MPEG Audio Layer-3)等数字音频数据。另外，头外定位处理装置100不限于物理上单一的装置，也可以由一部分处理不同的装置进行。例如，一部分处理由个人计算机等进行，剩余的处理也可以通过内置在头戴耳机43中的DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)等来进行。
头外定位处理装置100包括头外定位处理部10、滤波器部41、滤波器部42、以及头戴耳机43。
头外定位处理部10包括卷积运算部11～12、21～22、以及加法运算器24、25。卷积运算部11～12、21～22进行使用了空间音响传递特性的卷积处理。来自CD播放器等的立体声输入信号XL、XR被输入到头外定位处理部10。在头外定位处理部10中设定有空间音响传递特性。头外定位处理部10对各ch的立体声输入信号XL、XR卷积空间音响传递特性。空间音响传递特性可以是在用户U的头部或耳廓处测定的头部传递函数HRTF，或者也可以是仿真头或第三方的头部传递函数。这些传递特性可以在当场测定，也可以预先准备。
空间音响传递特性具有对应于四个传递特性H1s、Hlo、Hro、Hrs的滤波器。能够使用后述的滤波器生成装置求出对应于4个传递特性的滤波器。
并且，卷积运算部11对Lch的立体声输入信号XL卷积与传递特性Hls对应的滤波器。卷积运算部11将卷积运算数据输出到加法运算器24。卷积运算部21对Rch的立体声输入信号XR卷积与传递特性Hro对应的滤波器。卷积运算部21将卷积运算数据输出到加法运算器24。加法运算器24将两个卷积运算数据进行加法运算，并输出到滤波器部41。
卷积运算部12对Lch的立体声输入信号XL卷积与传递特性Hlo对应的滤波器。卷积运算部12将卷积运算数据输出到加法运算器25。卷积运算部22对Rch的立体声输入信号XR卷积与传递特性Hrs对应的滤波器。卷积运算部22将卷积运算数据输出到加法运算器25。加法运算器25将两个卷积运算数据进行加法运算，并输出到滤波器部42。
在滤波器部41、42中设定有用于消除头戴耳机特性(头戴耳机的再现单元与麦克风之间的特性)的逆滤波器。然后，对头外定位处理部10中实施了处理的再现信号卷积逆滤波器。滤波器部41对来自加法运算器24的Lch信号卷积逆滤波器。同样地，滤波器部42对来自加法运算器25的Rch信号卷积逆滤波器。当佩戴着头戴耳机43时，逆滤波器消除从头戴耳机单元到麦克风的特性。麦克风可以位于从外耳道入口到鼓膜之间的任何位置。逆滤波器可以根据当场测定用户U本人的特性的结果来计算，也可以预先准备根据使用仿真头等任意的外耳测定的头戴耳机特性计算出的逆滤波器。
滤波器部41将校正后的Lch信号输出到头戴耳机43的左单元43L。滤波器部42将校正后的Rch信号输出到头戴耳机43的右单元43R。用户U佩戴着耳机43。头戴耳机43向用户U输出Lch信号和Rch信号。由此，可以再现定位在用户U的头部外部的声像。
(滤波器生成装置)
使用图2对测定空间音响传递特性(以下称为传递特性)来生成滤波器的滤波器生成装置进行说明。图2是示意性地示出滤波器生成装置200的测定构成的图。另外，滤波器生成装置200可以是与图1所示的头外定位处理装置100共用的装置。或者，滤波器生成装置200的一部分或全部也可以是与头外定位处理装置100不同的装置。
如图2所示，滤波器生成装置200具有立体声扬声器5和立体声麦克风2。立体声扬声器5设置在测定环境中。测定环境可以是用户U自家的房间或音频系统的销售店铺或陈列室等。
在本实施方式中，滤波器生成装置200的处理装置(在图2中未图示)进行用于适当地生成与传递特性对应的滤波器的运算处理。处理装置例如具有MP3(MPEG-1Audio-Layer-3)播放器、CD播放器等音乐播放器等。处理装置也可以是个人计算机(PC)、平板终端、智能电话等。
立体声扬声器5包括左扬声器5L和右扬声器5R。例如，左扬声器5L和右扬声器5R设置在收听者1的前方。左扬声器5L和右扬声器5R输出用于进行脉冲响应测定的脉冲音等。
下面，在本实施方式中，将成为声源的扬声器的数量为两个(立体声扬声器)进行说明，但测定中使用的声源的数量不限于两个，只要是一个以上即可。即，在1ch的单声道、或者5.1ch、7.1ch等所谓的多声道环境中也同样能够适用本实施方式。
立体声麦克风2包括左麦克风2L和右麦克风2R。左麦克风2L设置在收听者1的左耳9L上，右麦克风2R设置在收听者1的右耳9R上。具体而言，优选在左耳9L、右耳9R的外耳道入口或鼓膜位置设置麦克风2L、2R。麦克风2L、2R对从立体声扬声器5输出的测定信号进行拾音而获取拾音信号。例如，测定信号可以是脉冲信号、TSP(Time-Streched-Pule)信号等。麦克风2L、2R将拾音信号输出到后述的滤波器生成装置200。收听者1可以是人，也可以是仿真头。即，在本实施方式中，收听者1是不仅包含人还包含仿真头的概念。
如上所述，通过用麦克风2L、2R测定由左右扬声器5L、5R输出的脉冲音来测定脉冲响应。滤波器生成装置200将基于脉冲响应测定而获取的拾音信号存储在存储器等中。由此，测定左扬声器5L和左麦克风2L之间的传递特性H1s、左扬声器5L和右麦克风2R之间的传递特性Hlo、右扬声器5L和左麦克风2L之间的传递特性Hro、右扬声器5R和右麦克风2R之间的传递特性Hrs。即，左麦克风2L对从左扬声器5L输出的测定信号进行拾音，由此获取传递特性Hls。右麦克风2R对从左扬声器5L输出的测定信号进行拾音，由此获取传递特性Hlo。左麦克风2L对从右扬声器5R输出的测定信号进行拾音，由此获取传递特性Hro。右麦克风2R对从右扬声器5R输出的测定信号进行拾音，由此获取传递特性Hrs。
然后，滤波器生成装置200基于拾音信号来生成与从左右扬声器5L、5R到左右麦克风2L、2R的传递特性H1s、Hlo、Hro、Hrs对应的滤波器。具体而言，滤波器生成装置200以预定的滤波器长度切出传递特性Hls、Hlo、Hro、Hrs，并进行运算处理。由此，滤波器生成装置200生成作为在头外定位处理装置100的卷积运算中使用的滤波器。如图1所示，头外定位处理装置100使用与左右扬声器5L、5R和左右麦克风2L、2R之间的传递特性H1s、Hlo、Hro、Hrs对应的滤波器进行头外定位处理。即，通过将与传递特性对应的滤波器与音频再现信号进行卷积来进行头外定位处理。
这里，对于与电源噪声或空调等引起的所谓的接近暗噪声(驻波、固定波)的频带即低频带进行有关进一步提高通过测定得到的特性的精度的研究进行说明。在此，研究基于仿真头的详细测定和使用通过该测定得到的特性的各个人的特性数据的校正。
为了减轻上述的暗噪声等或突发噪声等干扰的影响，滤波器生成装置200进行同步加法运算。左扬声器5L或右扬声器5R以一定的时间间隔反复输出相同的测定信号。并且，左麦克风2L和右麦克风2R对多个测定信号进行拾音，将与各个测定信号对应的拾音信号同步加法运算。例如，在同步加法运算次数为16次的情况下，左扬声器5L或右扬声器5R输出16次测定信号。并且，左麦克风2L和右麦克风2R将16个拾音信号进行同步加法运算。由此，能够减轻由暗噪声等或突发性噪声等干扰引起的影响，能够生成适当的滤波器。
左扬声器5L或右扬声器5R需要在没有前一测定信号的混响等的状态下输出下一测定信号。因此，必须在一定程度上延长输出测定信号的时间间隔。因此，如果同步加法运算次数增多，则整体的测定时间变长。收听者1在测定中必须不动地静止。当收听者1为用户U个人时，延长测定时间对用户U来说是负担。因此，在本实施方式中，在用户个人的测定中，减少同步加法运算次数。
另一方面，通过增加同步加法运算次数，能够进一步减少干扰的影响。因此，在使用了仿真头的测定中，即使增加同步加法运算次数，也不会成为用户U的负担。因此，在本实施方式中，在使用了仿真头的测定和用户U个人的测定中改变同步加法运算次数。
例如，在将立体声麦克风2佩戴在作为收听者1的仿真头上的状态下，进行同步加法运算次数为64次的测定。另一方面，在将麦克风2佩戴在实际的用户U上的状态下，进行同步加法运算次数为16次的测定。这里，将立体声麦克风2佩戴在仿真头上的状态下得到的测定作为配置(configuration)测定，并将基于配置测定的数据作为配置数据。将麦克风2佩戴在实际进行头外定位收听的用户U上的状态下的测定作为个人测定，并将基于个人测定的数据作为个人测定数据。滤波器生成装置200用配置数据校正个人测定数据。
具体而言，对于比校正上限频率低的低频带(也称为校正频带)，用配置数据校正个人测定数据。例如，对于低频带，个人测定数据的值(例如，功率或振幅)被配置数据的值(例如，功率或振幅)代替。对于比校正上限频率高的高频带，直接使用个人测定数据的值。这样，滤波器生成装置200通过合成配置数据和个人测定数据，生成与传递特性对应的滤波器。在本实施方式中，不校正相位频谱，而仅校正功率频谱。
通过使个人测定的同步加法运算次数少于配置测定的同步加法运算次数，可以减轻用户的负担。即，通过减少个人测定的同步加法运算次数，能够缩短用户U实际收听测定信号的测定时间。由此，能够减轻用户负担。此外，通过增加配置测定中的同步加法运算次数，能够适当地设定滤波器的低频带。
这里，说明基于同步加法运算次数的测定数据的差异。图3示出将同步加法运算次数设为16次的测定数据，图4示出将同步加法运算次数设为64次的测定数据。图3、图4示出通过快速傅立叶变换(FFT)对同步加法运算后的同步加法运算信号进行分析的对数功率谱。此外，图3、图4均示出了作为收听者1使用了仿真头时的测定数据。在本实施方式的测定中，采样频率为48kHz，测定帧长度为8192个样本。图3和图4示出了8192个样本的数据(以下称为RAW数据)的对数功率谱。
图3和图4示出了4个传递特性H1s、Hlo、Hro和Hrs的对数功率谱。在图3中示出将16次的同步加法运算次数作为1组而进行5组测定的结果，图4示出将64次的同步加法运算次数作为1组而进行5组测定的结果。因此，在图3、图4的各自中针对传递测定Hls示出了5个对数功率谱。同样，针对传递特性Hlo、Hro、Hrs，也分别示出了5个对数功率谱。在图3、图4中，分别示出了20个对数功率谱。
从图3、图4中被圆框包围的部位可以看出，在约40Hz～200Hz的频带中，与16次的同步加法运算次数相比64次的同步加法运算次数的传递特性稳定、精度高。即，当同步加法运算次数为16次时，如图3所示，在约40Hz～200Hz的频带中，每组的偏差变大。
图5、图6示出进行了麦克风特性的校正、对4096个样本长度的滤波器的切出、以及加窗处理的同步加法运算信号的对数功率谱。图5示出了对同步加法运算次数为16次的测定数据、即与图3对应的RAW数据进行了处理的对数功率谱。图6示出了对同步加法运算次数为64次的测定数据、即与图4对应的RAW数据进行了处理的对数功率谱。
在这种情况下，从图5、图6中被圆框包围的部位可以看出，在约40Hz～200Hz的频带中，与16次的同步加法运算次数相比64次的同步加法运算次数的传递特性稳定、精度高。即，当同步加法运算次数为16次时，如图5所示，在约40Hz～200Hz的频带中，每组的偏差变大。
图7示出了基于同步加法运算的驻波衰减率。图7示出了在采样频率48kHz、同步帧内样本数8192个的情况下从纯音1Hz到200Hz的每1Hz的驻波衰减率。另外，在图7中，示出了当同步加法运算次数为16次和64次时的驻波衰减率。可知当同步加法运算次数为64次时能够得到大致-20dB以上的衰减率。即，可知当同步加法运算次数为64次时干扰引起的驻波充分衰减。此外，可知与同步加法运算次数为16次的相比64次时总体上获得了几十dB的改善。因此，在200Hz以下的低频带中，通过使同步加法运算次数为64次，能够充分降低干扰的影响。
为了提高接近于暗噪声的频带的低频带的测定制度，优选增加同步加法运算次数。因此，在本实施方式中，对于低频带，通过进行使用了仿真头的配置测定来增加同步加法运算次数。即，通过在仿真头上佩戴立体声麦克风2的状态下进行传递特性的测定，即使在增加同步加法运算次数的情况下，也能够减轻用户的负担。然后，滤波器生成装置200用配置数据校正个人测定数据。
这里，个人测定数据的一个例子在图8中示出。图8是示出将收听者1作为用户U时的测定结果的曲线图。与图6同样，在图8中示出了对于进行了麦克风特性校正、向4096个样本长度的滤波器的切出、加窗的数据进行了FFT分析的对数功率谱。图8示出了将同步加法运算次数进行了64次时的个人测定数据。
比较图6和图8可知，低频带的对数功率谱的形状在配置数据和个人测定数据之间是同等的。理论上，已知低频带的头部传递函数在每个个体中几乎没有差别。即，低频带的对数功率谱的形状几乎没有由用户U引起的个体差异。因此，可以用配置数据校正低频带的个人测定数据。
这里，在图6、图8等中所示的对数功率谱中，关于同步加法运算信号的时间波形中的样本值的平方总和(＝分段功率)，对数据进行归一化，使得传递特性H1s、Hrs中的任一个大的一方为1。即，通过对4个传递特性H1s、Hlo、Hro、Hrs乘以相同的系数，进行归一化。但是，可知即使进行了归一化，如图6、图8的圆框所示，低频带的水平也产生不同。
因此，在本实施方式中，优选根据调整频带中的配置数据和个人测定数据来进行水平调整。调整频带包含比校正上限频率高的频率。调整频带例如为200Hz～500Hz。即，关于该水平调整的详细情况在后面叙述。
接着，使用图9说明本实施方式涉及的滤波器生成方法。图9是示出滤波器生成方法概要的流程图。
首先，为了进行配置测定，滤波器生成装置200使用仿真头进行同步加法运算次数64次的测定(S11)。即，在图2所示的测定环境中，在收听位置设置仿真头，在仿真头上佩戴立体声麦克风2。然后，立体声扬声器5输出64次相同的测定信号。将立体声麦克风2拾取的64个拾音信号进行同步加法运算。由此，获取与传递特性Hls、Hlo、Hro、Hrs分别对应的同步加法运算信号。
接着，进行滤波器的切出(S12)。例如，作为预处理，对在S11中获取的同步加法运算信号进行向4096个样本长度的滤波器的切出处理。由于考虑到房间的混响等，同步加法运算信号是充分长的时间的数据，所以滤波器生成装置200以必要的样本数的数据长度进行切出。另外，滤波器生成装置200作为预处理也可以对被切出的滤波器进行DC分量的切出、麦克风特性的校正、以及加窗等处理。
然后，滤波器生成装置200将预处理后的数据保存为配置数据(S13)。具体而言，滤波器生成装置200将预处理后的配置数据变换为频域数据。滤波器生成装置200将频域数据作为配置数据保存。例如，滤波器生成装置200通过进行FFT来计算对数功率谱和相位谱。对数功率谱和相位谱作为配置数据保存在存储器等中。
接着，为了获取个人测定数据，在用户U上佩戴立体声麦克风2进行同步加法运算次数16次的测定(S21)。即，用户U坐在图2所示的测定环境的收听位置并佩戴立体麦克风2。然后，立体声扬声器5输出相同的测定信号16次。将立体声麦克风2拾取的16个拾音信号进行同步加法运算。由此，获取与传递特性Hls、Hlo、Hro、Hrs分别对应的同步加法运算信号。
接着，进行滤波器的切出(S22)。例如，作为预处理，对在S21中获取的同步加法运算信号进行向4096个样本长度的滤波器的切出处理。由于考虑到房间的混响等，同步加法运算信号是足够长的时间的数据，所以滤波器生成装置200以必要的样本数的数据长度进行切出。另外，滤波器生成装置200作为预处理也可以对被切出的滤波器进行DC分量的切出、麦克风特性的校正、以及加窗等处理。
接着，滤波器生成装置200对个人测定数据进行使用了配置数据的校正(S23)。因此，首先，滤波器生成装置200将在S22中进行了预处理的个人测定数据变换为频域数据。例如，滤波器生成装置200通过进行FFT来计算对数功率谱和相位谱。
然后，用配置数据的对数功率谱校正个人测定数据的对数功率谱。具体而言，滤波器生成装置200在比校正上限频率低的低频带中将个人测定数据的功率值置换为配置数据的功率值。滤波器生成装置200在比校正上限频率高的高频带中直接使用个人测定数据的功率值。即，滤波器生成装置200通过组合低频带的配置数据的功率值和高频带的个人测定数据的功率值来生成校正数据。
另外，滤波器生成装置200在进行校正时也可以调整个人测定数据和配置数据的水平。具体而言，基于调整频带的个人测定数据和配置数据的对数功率谱，进行配置数据的对数功率谱的水平调整。调整频带是第一频率与第二频率之间的频带。第一频率高于第二频率，并且高于上述校正上限频率。另外，在此，使第二频率高于校正上限频率，但是第一频率也可以是比校正上限频率低的频率。
图10、图11示出校正前的对数功率谱和校正后的对数功率谱的一个例子。在图10中，用虚线表示校正前的个人测定数据，用实线表示配置数据。在图11中，用虚线表示校正后的数据，用实线表示配置数据。在低频带中，校正后的对数功率谱与配置数据一致。
在一个具体的例子中，校正上限频率为150Hz，第一频率为500Hz，第二频率为200Hz。即，调整频带为200Hz～500Hz。滤波器生成装置200用配置数据置换个人测定数据中的150Hz以下的功率值。用于校正个人测定数据的低频带是从最低频率到150Hz的频带。不校正个人测定数据的高频带是比校正上限频率高的频带。校正上限频率优选为100Hz以上且200Hz以下。
接着，详细说明滤波器生成装置200的处理装置以及其处理。图12是示出滤波器生成装置200的处理装置210的控制框图。图13是示出处理装置210中处理的流程图。
处理装置210作为滤波器生成装置(滤波器生成部)而发挥功能。处理装置210包括测定信号生成部211、拾音信号获取部212、第一同步加法运算部213、第二同步加法运算部214、波形切出部215、DC截断部216、第一加窗部217、归一化部218、相位对准部219、第一变换部220、水平调整部221、第一校正部222、第一逆变换部223、第二加窗部224、第二变换部225、第二校正部226、第二逆变换部227和第三加窗部228。
例如，处理装置210是个人计算机、智能电话、平板终端等信息处理装置，具备语音输入接口(IF)和语音输出接口。即，处理装置210是具有与立体声麦克风2和立体声扬声器5连接的输入输出端子的音响设备。
测定信号生成部211具备D/A转换器或放大器等，生成测定信号。测定信号生成部211将生成的测定信号分别输出到立体声扬声器5。左扬声器5L和右扬声器5R分别输出用于测定传递特性的测定信号。分别进行左扬声器5L的脉冲响应测定和右扬声器5R的脉冲响应测定。测定信号包含脉冲音等测定音。
立体声麦克风2的左麦克风2L、右麦克风2R分别对测定信号进行拾音，并将拾音信号输出到处理装置210。拾音信号获取部212获取来自左麦克风2L、右麦克风2R的拾音信号。另外，拾音信号获取部212可以具有A/D转换器以及放大器等，对来自左麦克风2L、右麦克风2R的拾音信号进行A/D转换、放大等。拾音信号获取部212将获取的拾音信号输出到第一同步加法运算部213或第二同步加法运算部214。
当个人测定时，测定信号生成部211重复16次测定信号，并将其输出到左扬声器5L或右扬声器5R。然后，测定信号生成部211将与16次测定信号对应的拾音信号输出到第一同步加法运算部213。第一同步加法运算部213通过对16次的拾音信号进行同步加法运算，生成第一同步加法运算信号。第一同步加法运算部213分别按传递特性H1s、Hlo、Hro、Hrs生成同步加法运算信号。
当配置测定时，测定信号生成部211重复64次测定信号，并将其输出到左扬声器5L或右扬声器5R。然后，测定信号生成部211将与64次测定信号对应的拾音信号输出到第二同步加法运算部214。第二同步加法运算部214通过对64次的拾音信号进行同步加法运算，生成第二同步加法运算信号。第二同步加法运算部214分别按传递特性H1s、Hlo、Hro、Hrs生成同步加法运算信号。
第一同步加法运算信号是个人测定数据，而第二同步加法运算信号是配置数据。
接着，波形切出部215从第一以及第二同步加法运算信号中切出必要的数据样本长度的波形(S31)。具体而言，从具有8192个样本长度的第一和第二同步加法运算信号中切出4096个样本长度的数据。
DC截断部216对切出后的第一以及第二同步加法运算信号的DC分量(直流分量)进行截断(S32)。由此，第一以及第二同步加法运算信号的DC噪声分量被除去。
第一加窗部217对DC分量截断后的第一以及第二同步加法运算信号进行第一加窗(S33)。窗函数以同步加法运算信号的绝对最大值为基准乘以前后窗长度不同的窗函数的一半。例如，窗函数可以是汉宁窗，也可以是汉明窗。此外，也可以不在整体上乘以窗函数，而仅在两端的一部分上乘以窗函数。在第一加窗部217中使用的窗函数没有特别限定。
另外，S31至S33的处理对于第一同步加法运算信号和第二同步加法运算信号是相同的。即，切出样本长度和窗函数在第一同步加法运算信号和第二同步加法运算信号之间是相同的。此外，第一同步加法运算信号和第二同步加法运算信号的处理顺序没有特别限定。可以在对第二同步加法运算信号进行S31～S33的预处理之后，对第一同步加法运算信号进行S31～S33的预处理。或者，也可以在对第一同步加法运算信号进行S31～S33的预处理之后，对第二同步加法运算信号进行S31～S33的预处理。即，可以对第一同步加法运算信号比第二同步加法运算信号先进行S31～S33的预处理，也可以对第二同步加法运算信号比第一同步加法运算信号先进行S31～S33的预处理。
接着，归一化部218对加窗处理后的同步加法运算信号进行归一化(S34)。具体而言，归一化部218针对传递特性Hls、Hlo、Hro、Hrs这4个同步加法运算信号求出数据的平方总和。归一化部218求出4个平方总和中最大值为1的系数。归一化部218对传递特性Hls、Hlo、Hro、Hrs这4个同步加法运算信号乘以其系数。例如，在第一同步加法运算信号中，传递特性H1s、Hlo、Hro、Hrs的系数K1是相同的值。在第二同步加法运算信号中，传递特性H1s、Hlo、Hro、Hrs的系数K2是相同的值。
相位对准部219进行归一化后的第一同步加法运算信号和第二同步加法运算信号的相位对准(S35)。具体而言，相位对准部219针对传递特性Hls、Hlo、Hro、Hrs的每一个，求出具有绝对最大值的样本位置。然后，在第一同步加法运算信号和第二同步加法运算信号中，使第二同步加法运算信号移位，以使具有绝对最大值的样本位置相同。
例如，说明进行传递特性H1s的第一同步加法运算信号和传递特性H1s的第二同步加法运算信号的相位对准的情况。假设传递特性H1s的第一同步加法运算信号的绝对最大值是样本位置N1，传递特性H1s的第二同步加法运算信号的绝对最大值是样本位置N2。在该情况下，使第二同步加法运算信号仅移位(N1-N2)，使得第一同步加法运算信号和第二同步加法运算信号的绝对最大值在样本位置N1一致。
同样地，对于传递特性Hlo，也使第二同步加法运算信号移位，使得第一同步加法运算信号和第二同步加法运算信号的绝对最大值一致。对于传递特性Hro，也使第二同步加法运算信号移位，使得第一同步加法运算信号和第二同步加法运算信号的绝对最大值一致。对于传递特性Hrs，也使第二同步加法运算信号移位，以使第一同步加法运算信号和第二同步加法运算信号的绝对最大值一致。另外，相位对准的方法不限于上述方法，可以使用第一同步加法运算信号和第二同步加法运算信号的相关等。
接着，第一变换部220将相位对准后的第一以及第二同步加法运算信号变换为频域数据(S36)。第一变换部220使用FFT根据第一同步加法运算信号生成第一对数功率谱和第一相位谱。同样地，第一变换部220使用FFT根据第二同步加法运算信号生成第二对数功率谱和第二相位谱。
第一对数功率谱和第一相位谱是个人测定数据，第二对数功率谱和第二相位谱是配置数据。另外，第一变换部220也可以代替对数功率谱而生成振幅谱。此外，第一变换部220也可以通过离散傅立叶变换或离散余弦变换将同步加法运算信号变换为频域数据。
水平调整部221基于对数功率谱的基准值，进行配置数据的水平调整(S37)。具体而言，水平调整部221求出第一对数功率谱和第二对数功率谱的基准值。基准值例如是预定的频率范围中的对数功率谱的平均值。另外，水平调整部221也可以排除一定值以上的偏离值。或者，水平调整部221也可以将一定值以上的偏离值限制为一定值。另外，基准值的计算方法不限于此。例如，也可以将实施了基于倒谱平滑、移动平均、线性近似等进行平滑或变换后的数据的平均值用作基准值，或者，也可以将它们中央值用作基准值。
水平调整部221计算第一对数功率谱的基准值作为第一基准值，计算第二对数功率谱的基准值作为第二基准值。然后，水平调整部221基于第一基准值以及第二基准值进行第二对数功率谱的水平调整。具体而言，调整第二对数功率谱的功率值，使得第二基准值与第一基准值一致。例如，将与第一基准值和第二基准值之比对应的系数K3与第二对数功率谱相加或相减。另外，当代替对数功率谱而使用振幅谱时，通过乘以系数K3来调整振幅值。对于系数K3，可以使用与频率无关的固定值。这样，水平调整部221基于第一对数功率谱来进行第二对数功率谱的水平调整。
第一校正部222在水平调整之后使用对数功率谱来校正第一对数功率谱(S38)。具体而言，将第一对数功率谱的低频带的功率值置换为第二对数功率谱的功率值。由此，图10所示的对数功率谱被校正为图11所示的对数功率谱。另外，所谓低频带是如上所述的校正上限频率以下的频带。例如，由于校正上限频率为150Hz，所以低频带为最低频率～150Hz。在比校正上限频率高的高频带中，第一校正部222不校正第一对数功率谱的功率值而直接使用。另外，将由第一校正部222校正后的对数功率谱也称为第一校正数据或第三对数功率谱。
第一逆变换部223将第三对数功率谱逆变换为时域(S39)。具体而言，第一逆变换部223使用快速傅立叶逆变换(IFFT)将第一校正数据逆变换为时域。例如，第一逆变换部223通过对第三对数功率谱和第一相位谱实施离散傅里叶逆变换，第一校正数据成为时域数据。第一逆变换部223也可以不通过离散傅里叶逆变换，而通过离散余弦逆变换等进行逆变换。
第二加窗部224对经逆变换的第一校正数据进行第二加窗(S40)。由于第二加窗处理是与S33的第一加窗处理相同的处理，因此省略说明。用于第二加窗的窗函数可以与用于第一加窗的窗函数相同，也可以不同。
第二变换部225将第二加窗后的第一校正数据变换为频域(S41)。第二变换部225与第一变换部220同样，使用FFT将时域中的第二加窗后的第一校正数据变换为频域的第一校正数据。将第二变换部225计算出的对数功率谱和相位谱作为第四对数功率谱和第四相位谱。第四对数功率谱和第四相位谱是第二加窗后的对数功率谱和第四相位谱。
接着，第二校正部226从基于第二加窗的衰减率校正第三对数功率谱(S42)。具体而言，第二校正部226求出在S38中计算出的第三对数功率谱和在S41中计算出的第四对数功率谱的功率的衰减率。第二校正部226比较第二加窗前后的第一校正数据，计算出预定频带中的功率的减数率。并且，第二校正部226根据衰减率对第三对数功率谱进行第二校正。另外，将由第二校正部226校正后的对数功率谱作为第五对数功率谱或第二校正数据。
这里，将用于计算衰减率的频带作为计算用频带。计算用频带是对数功率谱的部分频带。计算用频带可以使用同步加法运算信号的样本数或采样率来求出。计算用频带是比预定频率低的频率的频带。计算用频带可以是与低频带不同的频带，也可以是相同的频带。
第二校正部226通过比较计算用频带中的第三对数功率谱的功率值和第四对数功率谱的功率值，求出基于第二加窗处理的衰减率。然后，在计算用频带中根据衰减率提高第三对数功率谱的功率值。例如，通过对计算用频带中的第三对数功率谱的功率值加上或乘以与衰减率对应的值来提高计算用频带中的第三对数功率谱的功率值。具体而言，第二校正部226对第三对数功率谱进行校正，使得第四对数功率谱和第五对数功率谱的衰减率为1。
然后，第二逆变换部227将第五对数功率谱逆变换为时域(S43)。第二逆变换部227与S39同样地进行离散傅里叶逆变换等，将第二校正数据变换为时域。例如，通过第二逆变换部227对第五对数功率谱和第一相位谱实施离散傅里叶逆变换，第二校正数据成为时域数据。第二逆变换部227也可以不通过离散傅立叶逆变换，而通过离散余弦逆变换来进行逆变换。
然后，第三加窗部228对时域中的第二校正数据进行加窗(S44)。第三加窗部228使用与S40的加窗相同的窗函数来进行加窗。由此，处理结束。
通过进行上述处理，处理装置210能够生成与传递特性对应的滤波器。低频带的特性是频带相近，难以排除电源噪声或空调等引起的所谓的暗噪声(驻波、固定波)的影响。此外，低频带的特性是个体差异小。因此，对于低频带，用配置数据置换个人测定数据。由此，能够适当地生成与传递特性对应的滤波器。处理装置210针对每个传递特性Hls、Hlo、Hro、Hrs生成滤波器。然后，将处理装置210生成的滤波器设定在图1的卷积运算部11、12、21、22中。通过这种方式，可以适当地进行头外定位处理。
由于头外定位处理装置100的用户U仅需要短时间的简单测定，因此可以减轻用户U的负担。使用上述滤波器的结果，能够提高头外定位的再生音的音质。由此，具有如下效果等，即在听觉上，(1)残留在耳朵周围的低频带的声像变得清晰，(2)左右的偏差被校正而减少不协调感，(3)中低频的声压平衡变好等。
个人测定数据的对数功率谱和校正后的对数功率谱如图14～图18所示。图14～图18示出对不同的5个用户U测定的个人测定数据的对数功率谱和校正后的对数功率谱。在图14～图18中，粗线是校正后的对数功率谱，细线是校正前的个人测定谱。另外，在图14～图18中，使用了相同的配置数据。从图14～图18可知，低频带的特性的偏差通过校正处理而稳定化。
另外，第一校正部222通过置换低频带的功率值而进行第一校正，但校正的方法没有特别限定。也可以在校正上限频率的附近设定边界频带，在边界频带中，使功率值按指数函数或线性渐近。
例如，可以将校正上限频率设为200Hz，将200Hz～1kHz设为边界频带。在200Hz以下的低频带中，用第二对数功率谱的功率值置换第一对数功率谱的功率值。在1kHz以上时，直接使用第一对数功率谱的功率值。在边界频带(200Hz～1kHz)中，基于渐近地连接200Hz的功率值和1kHz的功率值的函数来设定功率值。该函数例如可以为指数函数或线性函数。
此外，还可以根据个人测定来改变校正上限频率。例如，指定一定的频率宽度，在该频率宽度的范围内，搜索第一对数功率谱和第二对数功率谱的差异最小的频率点。可以将搜索出的频率点作为校正上限频率。例如，当频率宽度作为50Hz进行搜索时，在80Hz～130Hz的频率宽度处，第一对数功率谱和第二对数功率谱的差异最小。在这种情况下，可以将校正上限频率设定为130Hz。
虽然将配置测定中的同步加法运算次数设为64次，将个人测定中的同步加法运算次数设为16次，但各个同步加法运算次数不限于此。即，只要配置测定中的同步加法运算次数比个人测定中的同步加法运算次数多即可。只要个人测定中的同步加法运算次数为2次以上即可。
可以通过使个人测定中的同步加法运算次数少于配置测定中的同步加法运算次数来缩短个人测定时间。因此，能够减轻用户U的负担。
可以通过使用仿真头来增加同步加法运算次数，因此能够降低干扰等的影响。另外，虽然可以通过使用仿真头进行配置测定来减轻用户U的负担，但是配置测定也可以是与进行个人测定的个人(用户U)不同的个人。即，可以使多个用户U使用一个人的配置数据。即使这样，也能够减轻用户U的负担。
在处理装置210中实施的所有处理不是必需的。例如，可以省略S31～S34处理以及S35等处理的一部分或全部。此外，可以通过由水平调整部221进行S37来适当地生成滤波器，但也能够适当地省略。也可以省略S40～S44等处理的一部分或全部。
另外，处理设备210不限于物理上的单个设备。即，也可以由其他装置进行处理装置210的一部分处理。例如，准备由其他装置测定的配置数据。然后，处理装置210将配置数据的第二对数功率谱存储在存储器等中。通过将配置数据预先存储在存储器中，能够用于多个用户U的个人测定数据的校正。
上述处理中的一部分或全部也可以通过计算机程序来执行。上述程序可以使用各种类型的非临时计算机可读介质(non-transitory computer readable medium)存储，并提供给计算机。非临时计算机可读介质包括具有各种类型的实体的记录介质(tangiblestorage medium)。非临时计算机可读介质的示例包括磁记录介质(例如，软盘、磁带、硬盘驱动器)、磁光记录介质(例如，磁光盘)，CD-ROM(Read Only Memory只读存储器)、CD-R、CD-R/W、半导体存储器(例如，掩模ROM、PROM(Programmable ROM)、EEPROM(Erasable PROM)、闪存ROM、RAM(Random Access Memory随机存取存储器))。此外，程序还可以通过各种类型的临时计算机可读介质(transitory computer readable medium)提供给计算机。临时计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。临时计算机可读介质可以经由电线和光纤等有线通信路径或无线通信路径将程序提供给计算机。
以上，基于实施方式具体说明了本发明人完成的发明，但本发明并不限于上述实施方式，在不脱离其要旨的范围内可以进行各种变更。
本申请要求以2017年2月15日申请的日本申请特愿2017-25707为基础的优先权，并将其全部公开内容纳入此处。
产业上的可利用性
本申请可适用于生成与传递特性对应的滤波器的滤波器生成装置。
符号说明
U 用户
1 收听者
2L 左麦克风
2R 右麦克风
5L 左扬声器
5R 右扬声器
9L 左耳
9R 右耳
10 头外定位处理部
11 卷积运算部
12 卷积运算部
21 卷积运算部
22 卷积运算部
24 加法运算器
25 加法运算器
41 滤波器部
42 滤波器部
43 头戴耳机
100 头外定位处理装置
200 滤波器生成装置
210 处理装置
211 测定信号生成部
212 拾音信号获取部
213 第一同步加法运算部
214 第二同步加法运算部
215 波形切出部
216 DC截断部
217 第一加窗部
218 归一化部
219 相位对准部
220 第一变换部
221 水平调整部
222 第一校正部
223 第一逆变换部
224 第二加窗部
225 第二变换部
226 第二校正部
227 第二逆变换部
228 第三加窗部

Claims (8)

1.一种滤波器生成装置，包括：
麦克风，对从输出测定信号的声源输出的所述测定信号进行拾音，获取拾音信号；以及
滤波器生成部，基于所述拾音信号来生成与从所述声源到所述麦克风的传递特性对应的滤波器，
所述滤波器生成部包括：
第一同步加法运算部，通过对在麦克风被佩戴在收听者的状态下获取的所述拾音信号以第一同步加法运算次数进行同步加法运算来生成第一同步加法运算信号；
第二同步加法运算部，通过对在麦克风被佩戴在所述收听者以外的其他收听者的状态下获取的所述拾音信号以第二同步加法运算次数进行同步加法运算来生成第二同步加法运算信号，所述第二同步加法运算次数大于所述第一同步加法运算次数；
变换部，将所述第一同步加法运算信号和所述第二同步加法运算信号变换为频域，以获取与所述第一同步加法运算信号对应的第一频谱和与所述第二同步加法运算信号对应的第二频谱；
校正部，使用预定频率以下的频带中的第二频谱来校正所述第一频谱，以生成第三频谱；以及
逆变换部，将所述第三频谱逆变换为时域。
2.如权利要求1所述的滤波器生成装置，还包括：
调整部，使用在第一频率和第二频率之间的频带中包含的数据来调整所述第二频谱的水平，所述第一频率大于所述预定频率，所述第二频率小于所述第一频率，
所述校正部使用由所述调整部调整的所述第二频谱的数据来校正所述预定频率以下的频带中的所述第一频谱的数据。
3.如权利要求1或2所述的滤波器生成装置，其中，
所述校正部将所述预定频率以下的频带中的所述第一频谱的数据置换为所述第二频谱的数据。
4.如权利要求1至3中任一项所述的滤波器生成装置，其中，
所述第二同步加法运算部通过对在所述麦克风被佩戴在仿真头的状态下获取的所述拾音信号进行加法运算来生成所述第二同步加法运算信号。
5.一种滤波器生成方法，通过用麦克风对从声源输出的测定信号进行拾音而生成与传递特性对应的滤波器，所述滤波器生成方法包括如下步骤：
通过对在麦克风被佩戴在收听者的状态下获取的拾音信号以第一同步加法运算次数进行同步加法运算来生成第一同步加法运算信号；
通过对在麦克风被佩戴在所述收听者以外的其他收听者的状态下获取的拾音信号以第二同步加法运算次数进行同步加法运算来生成第二同步加法运算信号，所述第二同步加法运算次数大于所述第一同步加法运算次数；
将所述第一同步加法运算信号和所述第二同步加法运算信号变换为频域，以获取与所述第一同步加法运算信号对应的第一频谱和与所述第二同步加法运算信号对应的第二频谱；
使用预定频率以下的频带中的第二频谱来校正所述第一频谱，以生成第三频谱；以及
将所述第三频谱逆变换为时域数据。
6.如权利要求5所述的滤波器生成方法，还包括如下步骤：
使用在第一频率和第二频率之间的频带中包含的数据来调整所述第二频谱的水平，所述第一频率大于所述预定频率，所述第二频率小于所述第一频率，
在所述校正的步骤中，使用调整了水平的所述第二频谱来校正所述预定频率以下的频带中的所述第一频谱。
7.如权利要求5或6所述的滤波器生成方法，其中，
在所述校正的步骤中，将所述预定频率以下的频带中的所述第一频谱的数据置换为所述第二频谱的数据。
8.如权利要求5至7中任一项所述的滤波器生成方法，其中，
通过对在所述麦克风被佩戴在仿真头的状态下获取的所述拾音信号进行加法运算来生成所述第二同步加法运算信号。
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