CN116156395A - 音频系统 - Google Patents

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CN116156395A CN202211409367.XA CN202211409367A CN116156395A CN 116156395 A CN116156395 A CN 116156395A CN 202211409367 A CN202211409367 A CN 202211409367A CN 116156395 A CN116156395 A CN 116156395A
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Abstract

本发明提供朝向多个用户输出按照每个用户而不同的音源的声音的、良好地减少朝向其他用户输出的声音泄漏的“音频系统”。第i个音频源设备ASi输出的声音X1(f)由第i个噪声减少滤波器Wi以对噪声减少滤波器Wi设定的频率传递函数Wii(f)调整，并从第i个扬声器SPKi输出。对噪声减少滤波器Wi设定如下频率传递函数Wii(f)：将m设为1至n中的除i以外的整数，在具有与从SPKi到用户Pi的频率传递函数Cii(f)的增益相比、从SPKi到用户Pm的频率传递函数Cim(f)的增益相对较大的倾向的频率下，减小声音，在具有与Cii(f)的增益相比、Cim(f)的增益相对较小的倾向的频率下，增大声音。

Description

音频系统
技术领域
本发明涉及朝向多个用户输出按照每个用户而不同的音源的声音的音频系统。
背景技术
作为朝向多个用户输出按照每个用户而不同的音源的声音的音频系统，已知有朝向落座于汽车的不同座位的用户分别输出不同音源的声音的音频系统(例如专利文献1)。
这里，在这种对多个用户输出按照每个用户而不同的音源的声音的音频系统中，能被各用户听到的、朝向其他用户输出的声音成为噪声。
而且，作为减少这种能被各用户听到的朝向其他用户输出的声音的技术，已知有控制朝向用户输出的声音的指向性以使该声音不会到达其他用户的技术、从扬声器输出抵消噪声的声音的主动型噪声控制的技术(例如该专利文献1)。
现有技术文献：
专利文献：
专利文献1：日本特开2020-12917号公报
发明内容
发明将要解决的课题：
在朝向多个用户输出按照每个用户而不同的音源的声音的音频系统中，在通过上述的指向性的控制来减少能被各用户听到的朝向其他用户输出的声音的情况下，虽然在高频(5kHz以上)中可获得良好的效果，但在人耳的灵敏度最高的频带(2～4kHz周围)中难以获得充分的效果。
另外，在上述的主动型噪声控制中，难以扩大能够减少较高的频率的噪声的区域，难以获得充分的效果。
因此，本发明的课题在于，在朝向多个用户输出按照每个用户而不同的音源的声音的音频系统中，良好地减少能被各用户听到的朝向其他用户输出的声音。
用于解决课题的手段：
为了实现所述课题，本发明在朝向从第1个到第n个(其中，n＞2)的n个用户输出按照每个用户而不同的音源的声音的音频系统中设有从第1个到第n个的n个音源装置、从第1个到第n个的n个扬声器、及n个滤波器。第i(其中，i是1至n的整数)个滤波器将第i个音源装置输出的声音以设定的频率传递特性传递给第i个扬声器。此外，对第i个滤波器设定的频率传递特性为如下频率传递函数：将m设为1至n中的除i以外的整数，在具有从第i个扬声器到第m个用户的频率传递函数的增益与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数的增益之比相对较大的倾向的频率下，减小声音，在具有从第i个扬声器到第m个用户的频率传递函数的增益与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数的增益之比相对较小的倾向的频率下，增大声音。
这里，该音频系统也可以是，将从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数设为Cii(f)，将Cii(f)的复共轭设为C* ii(f)，将从第i个扬声器到第m个用户的频率传递函数设为Cim(f)，将Cim(f)的复共轭设为C* im(f)，对第i个滤波器设定的频率传递特性Wii用如下数式表示：
【数式1】
Figure BDA0003937882690000021
另外，该音频系统也可以是，对于以第i个音源装置输出的声音作为输入且输出成为第i个扬声器的输入的自适应滤波器，预先将进行如下自适应动作的结果所获得的该自适应滤波器的频率传递特性，作为频率传递特性设定给第i个滤波器，该自适应动作为，将对第i个音源装置输出的声音实施了与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数相同的频率传递函数而得的声音与配置于第i个用户的声音听取位置的麦克风的输出之差、以及配置于第m个用户的声音听取位置的麦克风的输出作为错误。
或者，该音频系统也可以是，对于以第i个音源装置输出的声音作为输入且输出成为第i个扬声器的输入的自适应滤波器，预先将进行如下自适应动作的结果所获得的该自适应滤波器的频率传递特性，作为频率传递特性设定给第i个滤波器，该自适应动作为，将对于对第i个音源装置输出的声音实施了与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数相同的频率传递函数而得的声音与配置于第i个用户的声音听取位置的麦克风的输出之差以规定的权重加权而得的值、以及对于配置于第m个用户的声音听取位置的麦克风的输出以按照每个麦克风设定的权重加权而得的值作为错误。
另外，为了实现所述课题，本发明在朝向从第1个到第n个(其中，n＞2)的n个用户输出按照每个用户而不同的音源的声音的音频系统中具备从第1个到第n个的n个音源装置、从第1个到第n个的n个扬声器以及n个滤波器。第i(其中，i是1至n的整数)个滤波器将第i个音源装置输出的声音以设定的频率传递特性传递给第i个扬声器。另外，将从第i个扬声器到第i个用户以外的用户的频率传递函数的增益与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数的增益之比最大的第i个用户以外的用户作为关注用户，对第i个滤波器设定的频率传递特性为如下频率传递函数：在从第i个扬声器到关注用户的频率传递函数的增益与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数的增益之比相对较大的频率下，减小声音，在从第i个扬声器到关注用户的频率传递函数的增益与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数的增益之比相对较小的频率下，增大声音。
这里，该音频系统中，也可以是，将从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数设为Cii(f)，将Cii(f)的复共轭设为C* ii(f)，将关注用户设为第d个用户，将从第i个扬声器到第d个用户的频率传递函数设为Cid(f)，将Cid(f)的复共轭设为C* id(f)，对第i个滤波器设定的频率传递特性Wii用如下数式表示：
【数式2】
Figure BDA0003937882690000031
另外，该音频系统也可以是，对于以第i个音源装置输出的声音作为输入且输出成为第i个扬声器的输入的自适应滤波器，预先将进行如下自适应动作的结果所获得的该自适应滤波器的频率传递特性，作为频率传递特性设定给第i个滤波器，该自适应动作为，将对第i个音源装置输出的声音实施了与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数相同的频率传递函数而得的声音与配置于第i个用户的声音听取位置的麦克风的输出之差、以及配置于关注用户的声音听取位置的麦克风的输出作为错误。
这里，在以上的音频系统中，所述各滤波器也可以是图形均衡器。
根据以上那样的音频系统，能够以尽量不降低第i个用户可听取的第i个扬声器的输出声音的音量、听觉上的品质的方式，抑制第i个以外的用户听到的从第i个扬声器泄漏的输出声音。
发明效果：
如以上那样，根据本发明，在朝向多个用户输出按照每个用户而不同的音源的声音的音频系统中，能够良好地减少能被各用户听到的朝向其他用户输出的声音。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的音频系统的构成的框图。
图2是表示本发明的实施方式的音频系统的应用例的图。
图3是表示本发明的实施方式的噪声减少滤波器的传递函数的学习的构成的图。
图4是表示本发明的实施方式的噪声减少滤波器的传递函数的学习的其他构成的图。
附图标记说明：
AS1-ASn…音频源设备，AD1-ADn…减法器，MC1-MCn…麦克风，MP1-MPn…乘法器，P1-Pn…用户，SPK1-SPK…扬声器，W1-Wn…噪声减少滤波器，301…目标设定部，302…自适应滤波器，3011…滤波器，3021…可变滤波器，3022…自适应算法执行部。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
图1中示出本实施方式的音频系统的构成。
图示的音频系统是朝向P1至Pn的n(n≥2)人的用户输出按照每个用户而不同的音源的声音的音频系统，具备AS1至ASn的n个音频源设备、W1至Wn的n个噪声减少滤波器、SPK1至SPKn的n个扬声器。
而且，第i个音频源设备ASi(i是1至n的整数)是输出第i个用户Pi听取的声音的装置，第i个音频源设备ASi输出的声音Xi(f)被第i个噪声减少滤波器Wi以对噪声减少滤波器Wi设定的频率传递函数Wii(f)调整，并从第i个扬声器SPKi输出。
即，举例表示，第2个音频源设备AS2是输出第2个用户P2听取的声音的装置，第2个音频源设备AS2输出的声音X2(f)被第2个噪声减少滤波器W2以对噪声减少滤波器W2设定的频率传递函数W22(f)调整，并从第2个扬声器SPK2输出。
例如如图2所示，音频系统是朝向落座于汽车的各座位的用户Pi输出不同的音频源设备ASi的声音的系统，第i个扬声器SPKi例如配置于第i个座位PSi的附近，以便朝向落座于第i个座位PSi的用户Pi发出声音。
即，举例表示，第2个扬声器SPK2例如配置于第2个座位PS2的附近，以便朝向落座于第2个座位PS2的用户P2发出声音。
返回图1，将j设为1至n的整数，图中的Cij(f)表示从第i个扬声器SPKi到第j个用户Pj的、扬声器SPKi输出的声音的频率传递函数，是其值依赖于频率f而变化的复数。
举例表示，C11(f)表示从第1个扬声器SPK1到第1个用户P1的、扬声器SPK1输出的声音的频率传递函数，C12表示从(f)第1个扬声器SPK1到第2个用户P2的、扬声器SPK1输出的声音的频率传递函数。
接下来，在噪声减少滤波器Wi中，设定如下频率传递函数Wii(f)：将m设为1至n中的除i以外的整数，在具有Cim(f)的增益与Cii(f)的增益之比相对较大的倾向的频率下，减小声音，在具有Cim(f)的增益与Cii(f)的增益之比相对较小的倾向的频率下，增大声音，第i个音频源设备ASi输出的声音Xi(f)在噪声减少滤波器Wi(f)中以频率传递函数Wii(f)被调整，从第i个扬声器SPKi输出。
更具体而言，基于表示Cim(f)的增益的大小相对于Cii(f)的增益的倾向的式1，预先计算具有上述那样的频率特性的频率传递函数Wii(f)，将其设定给噪声减少滤波器Wii(f)。其中，X*表示X的复共轭。
【数式3】
Figure BDA0003937882690000061
其结果，在不设置噪声减少滤波器Wi而是直接从第i个扬声器SPKi输出第i个音频源设备ASi输出的声音Xi(f)的情况下的第i个用户Pi以外的用户Pm听到的从扬声器SPKi的输出声音相对较大的频率的声音被噪声减少滤波器Wi抑制后从扬声器SPKi输出，在不设置噪声减少滤波器Wi而是直接从第i个扬声器SPKi输出第i个音频源设备ASi输出的声音Xi(f)的情况下的第i个用户Pi以外的用户Pm听到的从扬声器SPKi的输出声音相对较小的频率的声音被噪声减少滤波器Wi(f)强调后从扬声器SPKi输出。
因而，通过设置噪声减少滤波器Wi，到达第i个用户Pi以外的用户Pm的扬声器SPKi的输出声音相对变小，因此能够以不降低第i个用户Pi可听取的扬声器SPKi的输出声音的音量、听觉上的品质的方式减少第i个以外的用户Pm听到的从扬声器SPKi泄漏的输出声音。
若例示以上，对第1个噪声减少滤波器W1设定如下频率传递函数W11(f)：将m设为从2到n的整数，在具有与C11(f)的增益相比、通过式1求出的C1m(f)的增益较大的倾向的频率下，减小声音，在具有与C11(f)的增益相比、通过式1求出的C1m(f)的增益较小的倾向的频率下，增大声音，第1个音频源设备AS1输出的声音X1(f)在噪声减少滤波器W1(f)中以频率传递函数W11(f)被调整而从第1个扬声器SPK1输出。
然后，其结果，与不设置噪声减少滤波器W1的情况相比，到达第1个用户P1以外的用户Pm的扬声器SPK1的输出声音相对变小，能够以尽量不降低第1个用户P1可听取的扬声器SPK1的输出声音的音量、听觉上的品质的方式，减少第1个以外的用户Pm听到的从扬声器SPK1泄漏的输出声音。
接下来，说明计算对噪声减少滤波器Wi设定的频率传递函数Wii(f)的动作。
以下，以对噪声减少滤波器W1设定的频率传递函数W11(f)的计算为例，对计算频率传递函数Wii(f)的动作进行说明。
频率传递函数W11(f)的计算预先在图3所示的构成中进行。
如图示那样，该构成具备音频源设备AS1、目标设定部301、自适应滤波器302、扬声器SPK1、MC1到MCn的n个麦克风、AD1到ADn的n个减法器。
第i个麦克风MCi配置于第i个用户Pi的声音的听取位置。
目标设定部301具备将音频源设备AS1的输出X1(f)作为输入的n个滤波器3011，对第i个滤波器3011设定从作为目标的扬声器SPK1到第i个用户Pi的频率传递函数H1i(f)。
自适应滤波器302具备将音频源设备AS1的输出X1(f)作为输入的可变滤波器3021与自适应算法执行部3022，可变滤波器3021的输出从扬声器SPK1输出。
第i个加法器ADi从被设定了频率传递函数H1i(f)的第i个滤波器3011的输出Di(f)减去第i个麦克风MCi的输出Yi(f)，作为第i个错误Ei(f)向自适应滤波器302输出。
自适应滤波器302的自适应算法执行部3022执行Multiple Error Filtered-XLMS(MEFX LMS)等规定的自适应算法，进行更新可变滤波器3021的频率传递特性G11(f)的自适应动作，以使从n个运算器AD1-ADn输出的n个错误信号、即错误信号E1(f)到错误信号En(f)的各个功率的总和成为最小。
而且，在这种构成中，一边使音频源设备AS1进行X1(f)的输出，一边使自适应算法执行部3022进行自适应动作，如果可变滤波器3021的频率传递特性G11收敛，则将收敛的频率传递特性G11作为对噪声减少滤波器W1设定的频率传递函数W11(f)。
这里，也可以将实际的扬声器SPK1到第1个用户P1的频率传递函数C11(f)设为作为目标的扬声器SPK1到第1个用户P1的频率传递函数，将频率传递函数C11(f)设定为目标设定部301的第1个滤波器3011的频率传递函数H11(f)。另外，也可以将m设为2到n的整数，将作为目标的扬声器SPKm到第m个用户Pm的频率传递函数针对全部频率设为增益为0的频率传递函数，将第2个以后的滤波器3011的频率传递函数H1m针对全部频率设定成增益为0。
如此，在将频率传递函数C11(f)设为频率传递函数H11(f)、将第2个以后的滤波器3011的频率传递函数H1m针对全部频率设定成增益为0的情况下，计算出的频率传递函数W11(f)如式2所示。
【数式4】
Figure BDA0003937882690000081
另外，设定为频率传递函数H11(f)的、从实际的扬声器SPK1到第1个用户P1的频率传递函数C11(f)也可以被预先调整。
以上，说明了对第1个噪声减少滤波器W1设定的频率传递函数W11(f)的计算。
这里，对任意的噪声减少滤波器Wi设定的频率传递函数Wii(f)也可以通过以第i个成为第1个的方式替换顺序而应用以上的构成、动作来同样地计算，与式2对应的、对噪声减少滤波器Wi设定的频率传递函数Wii(f)的式子如果用i表示则成为式3。
【数式5】
Figure BDA0003937882690000082
然而，以上那样的第1个噪声减少滤波器W1的频率传递函数W11(f)的计算也可以如图4所示，设置MP1到MPn的乘法器，利用乘法器MPi对ADi输出的错误Ei(f)乘以权重Ki并向自适应滤波器302输出。
另外，在这种情况下，也可以将C1m*(f)C1m(f)/C11*(f)C11(f)成为最大的m设为d，将错误Ed(f)与错误E1(f)以外的、错误i(f)的权重Ki设为0。另外，在这种情况下，错误Ed(f)与错误E1(f)的权重Kd、K1也可以设为1。
在该情况下，计算出的频率传递函数W11(f)如式4所示。
【数式6】
Figure BDA0003937882690000091
由此，能够最有效地减少能最大程度听到扬声器SPK1的泄漏输出声音的用户Pd所听到的扬声器SPK1的输出声音。另外，也能够减少频率传递函数W11(f)的计算所需的自适应算法执行部3022的自适应动作的处理量。
这里，关于任意的噪声减少滤波器Wi，也同样地将Cim*(f)Cim(f)/Cii*(f)ii(f)成为最大的m设为d，将错误Ed(f)与错误Ei(f)以外的错误Em(f)的权重Km设为0，将错误Ed(f)与错误Ei(f)的权重Kd、Ki设为1，在该情况下，与式4对应的、对噪声减少滤波器Wi设定的频率传递函数Wii(f)的式子成为式5。
【数式7】
Figure BDA0003937882690000092
以上，说明了本发明的实施方式。
这里，以上的实施方式中的噪声减少滤波器Wi的作用是调整第i个音频源设备ASi输出的声音Xi(f)的每个频率的增益，因此作为噪声减少滤波器Wi，也可以使用例如按照每1/3倍频程带这样的每个频带调整增益的图形均衡器。

Claims (8)

1.一种音频系统，朝向从第1个到第n个的n个用户输出按照每个用户而不同的音源的声音，其中，n＞2，其特征在于，所述音频系统具有：
从第1个到第n个的n个音源装置；
从第1个到第n个的n个扬声器；以及
n个滤波器，
第i个滤波器将第i个音源装置输出的声音以设定的频率传递特性传递给第i个扬声器，其中，i是1至n的整数，
对第i个滤波器设定的频率传递特性为如下频率传递函数：将m设为1至n中的除i以外的整数，在具有从第i个扬声器到第m个用户的频率传递函数的增益与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数的增益之比相对较大的倾向的频率下，减小声音，在具有从第i个扬声器到第m个用户的频率传递函数的增益与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数的增益之比相对较小的倾向的频率下，增大声音。
2.一种音频系统，朝向从第1个到第n个的n个用户输出按照每个用户而不同的音源的声音，其中，n＞2，其特征在于，所述音频系统具有：
从第1个到第n个的n个音源装置；
从第1个到第n个的n个扬声器；以及
n个滤波器，
第i个滤波器将第i个音源装置输出的声音以设定的频率传递特性传递给第i个扬声器，其中，i是1至n的整数，
将第i个用户以外的、从第i个扬声器到该用户的频率传递函数的增益与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数的增益之比最大的用户作为关注用户，对第i个滤波器设定的频率传递特性为如下频率传递函数：在从第i个扬声器到关注用户的频率传递函数的增益与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数的增益之比相对较大的频率下，减小声音，在从第i个扬声器到关注用户的频率传递函数的增益与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数的增益之比相对较小的频率下，增大声音。
3.根据权利要求1所述的音频系统，其特征在于，
将从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数设为Cii(f)，将Cii(f)的复共轭设为C* ii(f)，将从第i个扬声器到第m个用户的频率传递函数设为Cim(f)，将Cim(f)的复共轭设为C* im(f)，对第i个滤波器设定的频率传递特性Wii用如下数式表示：
【数式1】
Figure FDA0003937882680000021
4.根据权利要求2所述的音频系统，其特征在于，
将从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数设为Cii(f)，将Cii(f)的复共轭设为C* ii(f)，将关注用户设为第d个用户，将从第i个扬声器到第d个用户的频率传递函数设为Cid(f)，将Cid(f)的复共轭设为C* id(f)，对第i个滤波器设定的频率传递特性Wii用如下数式表示：
【数式2】
Figure FDA0003937882680000022
5.根据权利要求1所述的音频系统，其特征在于，
对于以第i个音源装置输出的声音作为输入且输出成为第i个扬声器的输入的自适应滤波器，预先将进行如下自适应动作的结果所获得的该自适应滤波器的频率传递特性，作为频率传递特性设定给第i个滤波器，该自适应动作为，将对第i个音源装置输出的声音实施了与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数相同的频率传递函数而得的声音与配置于第i个用户的声音听取位置的麦克风的输出之差、以及配置于第m个用户的声音听取位置的麦克风的输出作为错误。
6.根据权利要求1所述的音频系统，其特征在于，
对于以第i个音源装置输出的声音作为输入且输出成为第i个扬声器的输入的自适应滤波器，预先将进行如下自适应动作的结果所获得的该自适应滤波器的频率传递特性，作为频率传递特性设定给第i个滤波器，该自适应动作为，将对第i个音源装置输出的声音实施了与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数相同的频率传递函数而得的声音与配置于第i个用户的声音听取位置的麦克风的输出之差被以规定的权重加权而得的值、以及对于配置于第m个用户的声音听取位置的麦克风的输出以按照每个麦克风设定的权重加权而得的值作为错误。
7.根据权利要求2所述的音频系统，其特征在于，
对于以第i个音源装置输出的声音作为输入且输出成为第i个扬声器的输入的自适应滤波器，预先将进行如下自适应动作的结果所获得的该自适应滤波器的频率传递特性，作为频率传递特性设定给第i个滤波器，该自适应动作为，将对第i个音源装置输出的声音实施了与从第i个扬声器到第i个用户的频率传递函数相同的频率传递函数而得的声音与配置于第i个用户的声音听取位置的麦克风的输出之差、以及配置于关注用户的声音听取位置的麦克风的输出作为错误。
8.根据权利要求1所述的音频系统，其特征在于，
所述各滤波器是图形均衡器。
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