JP2005012784A

JP2005012784A - 音場測定装置

Info

Publication number: JP2005012784A
Application number: JP2004151336A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hashimoto; 裕之橋本; Kenichi Terai; 賢一寺井; Koichi Hashimoto; 孝一橋本; Kazuhide Sato; 和栄佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP4349972B2

Abstract

【課題】音場に存在する人数と位置、音場の残響時間を精度よく測定し、その測定結果に応じてオーディオ信号を調整する。
【解決手段】測定音源１からの広帯域信号を複数スピーカ１０１〜１０４で順次再生し、その再生音を複数マイク１１１，１１２で検出し、広帯域信号と一緒にＦＦＴ４ｂ，４ｃにおいて周波数特性を求める。高域レベルを低域レベルで正規化し、その値と基準値記憶部９に記憶されていた基準値とを判定部８で比較することで音場内の人数と位置を判定する。同時に、伝達関数計算部１０ａ，１０ｂでスピーカとマイク間の伝達関数を計算し、ＩＦＦＴ１２ａ，１２ｂでインパルス応答を求め、残響時間計算部１３においてインパルス応答から残響時間を計算する。判定部８と残響時間計算部１３の結果に応じて、オーディオ信号を調整することで、音場の変化に応じた最適なオーディオ再生が可能となる。
【選択図】図１７

Description

本発明は、オーディオ信号を再生する音場において、音場に存在する人数と位置、および音場の残響時間を測定する音場測定装置に関するものである。

ＣＤやＤＶＤなどのオーディオ信号を再生する場合、再生する部屋（リスニングルームや自動車室内など）、つまり音場内には、通常、１人以上の受聴者がいる。当然、複数の人間が同じ位置にいることはないので、人数とその位置に応じて、音質や音場感、定位感などをそれぞれの場合に応じて最適に調整したい。また、人間は本来、吸音体なので、人数に応じて音場の残響時間が変化するし、また部屋の内装などでも残響時間が異なるので、その残響時間も最適に調整したい。そのためには、音場にいる人数とその位置、および残響時間を測定する必要がある。

当然、専門的な測定装置を用いれば、これら測定は実現できるが、高価であり、また複雑な手順や高度な知識などが要求されるため、民生品として一般に提供されていないのが現状である。カーオーディオにおける車室内音場計測でも、専門ショップなどでプロが実施するサービスとなっており、また１つのマイクを用いた１点での計測であり、複数点を計測する場合はマイクを移動させて行う必要がある。つまり、位置の固定されたマイクを用いる場合には、１人（１座席）毎に１つのマイクが必要となる。

従来技術として、音響信号を検出するマイクではなく、機構的な位置を検出する搭乗者センサやシート位置検出手段を用いて、乗員の位置を検出し、オーディオ信号の調整をするものがある（例えば特許文献１および特許文献２参照。）。

一方、音場内に設置されたマイクによって、乗員判定を行う装置の説明がなされている。この技術のポイントは、乗員がシートに着座しているときにスピーカで再生された音を遮る位置にマイクが設置されていることと、その検出信号のレベルに応じて乗員有無の判断を行うことである。つまり、スピーカから再生された音の内、主に直接音の変化を乗員判定に使用するものである（例えば特許文献３参照。）。
特開２００２−１１２４００号公報特開平７−２２２２７７号公報特開２０００−１９８４１２号公報

しかしながら、シート位置検出では人の存在が検出できないという問題がある。また、搭乗者センサでは音場の変化そのものを検出していないため、その人がどの程度吸音性であるのかや、どの程度音質が変化したのかが分からず、さらには車内に吸音性の荷物があったときにその荷物が音場に与える影響が分からないという問題がある。

また、乗員１人毎にマイクが１つ必要であり、また１人の判定には１つのマイクしか使用していないため、音場の影響を強く受ける位置に設置するとマイクで検出する信号レベルに誤差が大きくなるという問題点がある。さらに、信号レベルのみを判定条件としているが、スピーカから再生される音量が変化した場合のレベル変動については何ら説明されていない。さらに、直接音を主に検出しているため、残響特性の変化は分からない。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、音場に存在する人数と位置をより正確に判定することのできる音場測定装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、音場の残響時間をより正確に測定することのできる音場測定装置を提供することである。また、本発明のさらに他の目的は、その判定結果または測定結果に応じてオーディオ信号を調整することで、音場内にいる位置で最適な音場感、音質、定位感、残響特性を調整することのできる音場測定装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号や図番号は、本発明の理解を助けるために図面との対応関係を示したものであって、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、本発明は、ハードウェアのみ、もしくはハードウェアとソフトウェアの任意の組合せで実現され得る。

本発明の音場測定装置は、信号を発生させる測定音源（１）と、前記測定音源からの信号を測定音として再生する複数のスピーカ（１０１，１０２，１０３，１０４）と、前記複数のスピーカから再生された測定音を検出する複数のマイク（１１１，１１２）と、前記複数のマイクで検出した測定音信号に基づいて、音場に存在する人数とその位置の判定または音場内の残響時間の算出を行う測定手段（４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ，８，９）と、から構成される。

上記音場測定装置の一具体例として、前記測定音源は少なくとも高域の信号を発生するものであり、前記測定手段は、前記複数のマイクで検出した各測定音信号の周波数特性を分析する周波数分析手段（図１の４ａ，４ｂ）と、前記周波数分析手段の分析結果に基づいて各測定音信号のレベルを求めるレベル計算手段（６ａ，６ｂ）と、基準値が記録されている基準値記憶手段（９）と、前記レベル計算手段によって求められた各測定音信号のレベル値を、前記基準値記憶手段に記憶されている基準値と比較することで、音場に存在する人数とその位置の判定を行う判定手段（８）とを含むことを特徴とする（図１）。

上記音場測定装置の他の具体例として、前記測定手段は、前記複数のマイクで検出した測定音信号の周波数特性と前記測定音源からの信号の周波数特性とを分析する周波数分析手段（図４の４ａ，４ｂ，４ｃ）と、前記周波数分析手段の分析結果に基づいて測定音信号毎に伝達関数を求める伝達関数計算手段（１０ａ，１０ｂ）と、前記伝達関数計算手段で求めた各伝達関数からインパルス応答を求めるインパルス応答計算手段（１２ａ，１２ｂ）と、前記インパルス応答計算手段で求めた各インパルス応答から音場内の各残響時間を算出する残響時間計算手段（１３）とを含むことを特徴とする。

好ましくは、前記判定手段によって判定された乗員数とその位置の結果に応じて、オーディオ信号の音像、音質および音量の少なくとも１つを調整するオーディオ信号調整手段（２６，２７，２８，２９）をさらに備えることを特徴とする。

好ましくは、前記残響時間計算手段によって計算された残響時間に応じて、オーディオ信号の音場を調整するオーディオ信号調整手段（２８，３０）をさらに備えることを特徴とする。

好ましくは、少なくとも３個のマイクを用いて、所望のスピーカへ指向特性を強くすることを特徴とする。

好ましくは、前記レベル計算手段は、前記複数のマイクで検出した測定音信号の２ｋ〜８ｋＨｚ内の任意の範囲におけるレベルを計算することを特徴とする。

好ましくは、前記測定手段は、前記周波数分析手段の分析結果に基づいて前記複数のマイクで検出した各測定音信号の高域（好ましくは２ｋ〜８ｋＨｚ）および低域（好ましくは８０〜８００Ｈｚ）の信号レベルをそれぞれ求める高域レベル計算手段（６ａ，６ｂ）および低域レベル計算手段（５ａ，５ｂ）をさらに含み、前記判定手段は、前記高域レベル計算手段からの高周波数帯域内の任意の範囲におけるレベル値を、前記低域レベル計算手段からの低周波数帯域内の任意の範囲におけるレベル値で正規化した値とし（７ａ，７ｂ）、その正規化値と、前記基準値記憶手段に記憶された基準値を比較することにより、どの位置に人がいるか、あるいはいないかを判定することを特徴とする。

好ましくは、前記残響時間計算手段は、Schroeder積分式を用いて各残響減衰波形を求めて、その減衰傾斜より残響時間を求めることを特徴とする。

好ましくは、前記残響時間計算手段は、求めた残響減衰波形において、−２０ｄＢになる時間と−５ｄＢになる時間の差分を取り、その値を４倍することで残響時間とすることを特徴とする。

本発明の音場測定装置は、各スピーカが再生した測定音を複数のマイクで検出し、これら複数のマイクの検出結果に基づいて、音場に存在する人数とその位置の判定または音場内の残響時間の算出を行うため、単一のマイクの検出結果を用いる場合に比べて、音場特性の局所的な変動による影響を受けにくく、より高精度な判定及び算出が可能となる。

また、測定広帯域信号に音楽信号や楽音を使用することにより、音場に存在する人間に違和感や不快感なく測定することができる。

また、少なくとも３つのマイクを用いて、測定信号が再生されているスピーカに指向性を強くすることにより、さらに精度よく音場に存在する人数とその位置の判定ができる。

さらに、低域レベルの計算においては、人の有無の影響が少ない周波数帯域、具体的には８０〜８００Ｈｚの任意の周波数範囲の平均レベルを計算し、高域レベルの計算においては、人の有無の影響が大きい周波数帯域、具体的には２ｋ〜８ｋＨｚの任意の周波数範囲の平均レベルを計算し、計算した高域レベルを低域レベルで正規化したことにより、スピーカより再生される広帯域信号の再生レベルに計算結果が影響されないという有利な効果が得られる。

本発明の音場測定装置は、広帯域信号を複数のスピーカから順次再生させ、再生された広帯域信号を複数のマイクで検出し、その検出信号と元の広帯域信号から各伝達関数を計算し、その伝達関数からインパルス応答を求め、その各インパルス応答から残響時間を計算することで、音場に存在する人や吸音性あるいは反射性の荷物の影響が残響時間の変化として得ることができるという有利な効果が得られる。

また、広帯域信号に音楽信号や楽音を使用することにより、音場に存在する人間に違和感や不快感なく測定することができる。

また計算した伝達関数の内、残響時間を求めるのに必要な周波数帯域に限定する（具体的には２〜６ｋＨｚ）ことにより、精度よく、且つ、演算負荷をかけずに残響時間を計算できる。

さらに、残響時間の計算において、Schroeder積分式を用いて残響減衰波形を求め、その減衰波形の−２０ｄＢになる時間と−５ｄＢになる時間の差分を取って４倍することにより、音場の暗騒音の影響を小さくして、精度よく残響時間を求めることができる。

また、判定手段の判定結果をオーディオ信号の音場調整、音質調整、音像調整に用いることで、音場に存在する人数と位置に応じた最適なオーディオ再生ができるという有利な効果が得られる。

また、残響時間計算手段の計算結果をオーディオ信号の音場調整、すなわち残響時間の補正に用いることで、音場に存在する人数や荷物などの影響により変化した残響時間を最適にしてオーディオ再生ができるという有利な効果が得られる。

加えて、音場測定に用いるマイクを音場内の暗騒音を測定する用途にも兼用し、検出した暗騒音のレベルあるいは周波数特性に応じて、オーディオ信号の音量あるいは周波数特性（音質）を調整することにより、暗騒音に影響されない、Ｓ／Ｎのよい状態でオーディオ信号を聴くことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図１８を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は実施の形態１における音場測定装置を示すものである。図１において、１は測定音源、２はスイッチ、３はスイッチ制御部、４ａ，４ｂは高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、５ａ，５ｂは低域レベル計算部、６ａ，６ｂは高域レベル計算部、７ａ，７ｂは正規化部、８は判定部、９は基準値記憶部、１０１は前右ドアに設置されたスピーカ、１０２は前左ドアに設置されたスピーカ、１０３は後右ドアに設置されたスピーカ、１０４は後左ドアに設置されたスピーカ、１１１，１１２は車室内中央付近天井部に設置されたマイク、２０１は自動車である。

図１を用いて音場測定装置の動作を説明する。測定音源１は、測定動作になれば、広帯域信号を発生する。測定音源１からの広帯域信号は、スイッチ２に入力され、スイッチ制御部３の制御信号に応じて、その出力先を選択される。そして広帯域信号は、スピーカ１０１〜１０４のいずれかから再生される。再生された広帯域信号は、マイク１１１，１１２で検出され、それぞれＦＦＴ４ａ，４ｂに入力される。ＦＦＴ４ａ，４ｂは、フーリエ変換によって、入力した検出信号の周波数特性を計算する。このとき、測定時間を例えば４つの区間に分け、各区間におけるＦＦＴ４ａ，４ｂの出力に対して平均化を行うようにすれば、安定した周波数特性が得られる。そして、その計算結果を低域レベル計算部５ａと高域レベル計算部６ａに入力する。低域レベル計算部５ａは、入力した各周波数特性の８０〜５００Ｈｚにおけるレベルを１／３オクターブ毎に求める。つまり、中心周波数が、８０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１２５Ｈｚ、１６０Ｈｚ、２００Ｈｚ、２５０Ｈｚ、３１５Ｈｚ、４００Ｈｚ、５００Ｈｚの９個の１／３オクターブバンドレベルをそれぞれ計算する。

例えば、スイッチ２が図１に示す状態の場合、スピーカ１０１から広帯域信号が再生されてマイク１１１で検出される。マイク１１１の音圧検出レベルをそれぞれ、Ｐ_101-111（８０）、Ｐ_101-111（１００）、Ｐ_101-111（１２５）、…、Ｐ_101-111（５００）とする。そして、それらの平均値、
averageＰ_101-111（８０〜５００）＝｛Ｐ_101-111（８０）＋Ｐ_101-111（１００）＋Ｐ_101-111（１２５）＋Ｐ_101-111（１６０）＋Ｐ_101-111（２００）＋Ｐ_101-111（２５０）＋Ｐ_101-111（３１５）＋Ｐ_101-111（４００）＋Ｐ_101-111（５００）｝／９・・・（式１）
を求め、低域レベル計算部５ａの最終計算結果とする。

なお、本実施形態では、Ｐ_101-111（８０）、Ｐ_101-111（１００）、Ｐ_101-111（１２５）、…、Ｐ_101-111（５００）を単純に平均化したものを低域レベル計算部５ａの最終計算結果としているが、本発明はこれに限らず、例えば人の有無の影響を受けにくい周波数帯域の音圧検出レベルに対してより大きな重みを割り当てて加重平均した結果を低域レベル計算部５ａの最終計算結果としてもよい。

次に、高域レベル計算部６ａは、入力した各周波数特性の２ｋ〜８ｋＨｚにおけるレベルを、中心周波数が、２ｋＨｚ、２．５ｋＨｚ、３．１５ｋＨｚ、４ｋＨｚ、５ｋＨｚ、６．３ｋＨｚ、８ｋＨｚの７個の１／３オクターブバンドレベルをそれぞれ計算する。その音圧レベルをそれぞれ、Ｐ_101-111（２ｋ）、Ｐ_101-111（２．５ｋ）、Ｐ_101-111（３．１５ｋ）、…、Ｐ_101-111（８ｋ）とする。

そして、低域レベル計算部５ａと高域レベル計算部６ａで求めた各レベルを正規化部７ａに入力する。正規化部７ａでは、マイク１１１で検出された高域レベルの各１／３オクターブバンドレベルを、以下のように低域レベルで正規化する。（式２）は、中心周波数２ｋＨｚの場合である。

normalizeＰ_101-111（２ｋ）＝Ｐ_101-111（２ｋ）／averageＰ_101-111（８０〜５００）・・・（式２）
他の周波数についても、同様に求めれば良い。

マイク１１１の場合と同様に、正規化部７ｂでは、マイク１１２で検出された高域レベルの各１／３オクターブバンドレベルを、以下のように低域レベルで正規化する。（式３）は、中心周波数２ｋＨｚの場合である。

normalizeＰ_101-112（２ｋ）＝Ｐ_101-112（２ｋ）／averageＰ_101-112（８０〜５００）・・・（式３）
他の周波数についても、同様に求めれば良い。

そして、正規化部７ａ，７ｂは、それぞれ求めた正規化値を判定部８に入力する。判定部８は、まずそれら正規化値の平均を計算する。すなわち、中心周波数２ｋＨｚの場合、
resultＰ₁₀₁（２ｋ）＝｛normalizeＰ_101-111（２ｋ）＋normalizeＰ_101-112（２ｋ）｝／２・・・（式４）
として平均値が求まる。この平均値は、スイッチ２が図１に示す状態、すなわちスピーカ１０１から広帯域信号が再生された場合に対応するものである。
同様に、スピーカ１０２〜１０４から広帯域信号が再生された場合についても、
resultＰ₁₀₂（２ｋ）＝｛normalizeＰ_102-111（２ｋ）＋normalizeＰ_102-112（２ｋ）｝／２・・・（式５）
resultＰ₁₀₃（２ｋ）＝｛normalizeＰ_103-111（２ｋ）＋normalizeＰ_103-112（２ｋ）｝／２・・・（式６）
resultＰ₁₀₄（２ｋ）＝｛normalizeＰ_104-111（２ｋ）＋normalizeＰ_104-112（２ｋ）｝／２・・・（式７）
と平均値を求める。

他の周波数についても同様に求める。

ところで、基準値記憶部９には、基準値として、乗員がいない場合に判定部８で得られるであろう平均値（すなわち、乗員がいない場合に（式４）〜（式７）により得られる平均値であって、実測値であってもよいし理想値であってもよい）が、referenceＰ₁₀₁（２ｋ）、referenceＰ₁₀₂（２ｋ）、referenceＰ₁₀₃（２ｋ）、referenceＰ₁₀₄（２ｋ）として記憶されている（これらは２ｋＨｚの場合であり、他の周波数帯域についても同様に記憶されている）。これらの基準値を、検出したい乗員に応じて、判定部８に入力する。

例えば乗員Ａを検出したい場合、判定部８は、スピーカ１０１から再生される広帯域信号を用いて判断する。すなわち、スピーカ１０１から広帯域信号を再生したときのマイク１１１，１１２の検出結果にそれぞれ対応した、正規化部７ａ〜７ｂからの出力の平均値と、基準値記憶部９に記憶されているスピーカ１０１に対応する基準値とから、乗員Ａの有無を判定する。

まず、
ΔＰ₁₀₁（２ｋ）＝referenceＰ₁₀₁（２ｋ）−resultＰ₁₀₁（２ｋ）・・・（式８）
ΔＰ₁₀₁（２．５ｋ）＝referenceＰ₁₀₁（２．５ｋ）−resultＰ₁₀₁（２．５ｋ）・・・（式９）
ΔＰ₁₀₁（３．１５ｋ）＝referenceＰ₁₀₁（３．１５ｋ）−resultＰ₁₀₁（３．１５ｋ）・・・（式１０）
ΔＰ₁₀₁（４ｋ）＝referenceＰ₁₀₁（４ｋ）−resultＰ₁₀₁（４ｋ）・・・（式１１）
ΔＰ₁₀₁（５ｋ）＝referenceＰ₁₀₁（５ｋ）−resultＰ₁₀₁（５ｋ）・・・（式１２）
ΔＰ₁₀₁（６．３ｋ）＝referenceＰ₁₀₁（６．５ｋ）−resultＰ₁₀₁（６．５ｋ）・・・（式１３）
ΔＰ₁₀₁（８ｋ）＝referenceＰ₁₀₁（８ｋ）−resultＰ₁₀₁（８ｋ）・・・（式１４）
と、各周波数での基準値と検出結果との差分を取り、これらの平均を計算する。
Ａ＝｛ΔＰ₁₀₁（２ｋ）＋ΔＰ₁₀₁（２．５ｋ）＋ΔＰ₁₀₁（３．１５ｋ）＋ΔＰ₁₀₁（４ｋ）＋ΔＰ₁₀₁（５ｋ）＋ΔＰ₁₀₁（６．３ｋ）＋ΔＰ₁₀₁（８ｋ）｝／７・・・（式１５）

この最終値Ａが予め決められたしきい値Ｓと比較して大きいか，小さいかで、乗員Ａの有無を判定する。例えば、
Ａ≦Ｓのときは、乗員Ａがいると判定し、
Ａ＞Ｓのときは、乗員Ａはいないと判定する。

同様に、乗員Ｂの有無を判定したい場合は、スピーカ１０２から再生される広帯域信号を用いて、
Ｂ＝｛ΔＰ₁₀₂（２ｋ）＋ΔＰ₁₀₂（２．５ｋ）＋ΔＰ₁₀₂（３．１５ｋ）＋ΔＰ₁₀₂（４ｋ）＋ΔＰ₁₀₂（５ｋ）＋ΔＰ₁₀₂（６．３ｋ）＋ΔＰ₁₀₂（８ｋ）｝／７・・・（式１６）
を計算し、この最終値Ｂとしきい値Ｓを比較して、例えば、
Ｂ≦Ｓのときは、乗員Ｂがいると判定し、
Ｂ＞Ｓのときは、乗員Ｂはいないと判定する。

以降、乗員ＣおよびＤについても同様に判定できる。

このように、各乗員に最も近いスピーカを用いて判定することで、その乗員がいるときといないときの各マイクで検出される特性に差が出易く、高い精度で乗員有無の判定が可能となる。

なお、本実施形態では、各周波数での基準値と検出結果との差分を平均したものを最終値Ａとし、この最終値Ａが予め決められたしきい値Ｓと比較して大きいか，小さいかで、乗員Ａの有無を判定するとしたが、本発明はこれに限らない。例えば、各周波数での基準値と検出結果との差分（すなわちΔＰ₁₀₁（２ｋ），ΔＰ₁₀₁（２．５ｋ），ΔＰ₁₀₁（３．１５ｋ），ΔＰ₁₀₁（４ｋ），ΔＰ₁₀₁（５ｋ），ΔＰ₁₀₁（６．３ｋ），ΔＰ₁₀₁（８ｋ））またはその絶対値が、予め決められたしきい値と比較して大きいか，小さいかをそれぞれ判定し、差分がしきい値を超えるものの数に応じて乗員Ａの有無を判定してもよい。

ところで、広帯域信号は、インパルス信号や、ホワイトノイズやピンクノイズなどのランダム信号（あるいはバーストランダム信号）、スイープパルス信号（チャープ信号）などの測定信号の他に、ピアノのスケールや複数の和音から構成される楽音や、音楽信号を用いてもよい。その場合、スイッチ制御部３は、各スピーカ１０１〜１０４から再生される音楽信号などに、測定に必要な周波数帯域が十分含まれるように、その広帯域信号の周波数変動に応じた期間でスイッチ２を切換えるように制御する。これによって、音楽信号などでも乗員の有無を測定することができる。その結果、自動車２０１室内にいる乗員は、スピーカ１０１〜１０４から広帯域測定信号が再生されても、不快感や違和感がない。

なお、測定音源から広帯域信号を出力する替わりに、低域の信号（８０〜５００Ｈｚ）と高域の信号（２ｋ〜８ｋＨｚ）とを時分割で出力するようにしてもよい。

また、自動車２０１室内のように複雑な音響特性を持つ音場では、測定時間を例えば４つの区間に分け、各区間におけるＦＦＴ４ａ，４ｂの出力に対して平均化を行う方が安定した周波数特性が得られるが、比較的素直な特性の音場で測定する場合には、必ずしも平均化処理をすることはない。

また、本実施の形態では低域レベル計算部５ａ，５ｂにおいて、８０〜５００Ｈｚでの低域レベルの計算を行ったが、必ずしもこの周波数帯域である必要はなく、各スピーカ１０１〜１０４とマイク１１１，１１２との間の音響特性において、いずれの音響特性においても安定的であるような周波数範囲を用いれば良い。通常、自動車室内や、家庭内のリスニングルームなど、それほど大きくないサイズの部屋では、８０〜８００Ｈｚの低周波で安定的である。８０Ｈｚ未満になると、暗騒音レベルが大きくなり、Ｓ／Ｎに影響を与える。逆に、１ｋＨｚ以上では、その部屋に人がいるかいないか、あるいは比較的大きな物などの影響があり、安定で一定なレベルを検出することは難しくなる。

同様に、高域レベル計算部６ａ，６ｂにおいて、２ｋ〜８ｋＨｚの周波数範囲で高域レベルの計算を行ったが、この範囲に限定するものではなく、人の有無により影響が出やすい周波数範囲を選べば良い。但し、１ｋＨｚ以下になれば、人の有無の影響が出にくいため適当ではなく、また逆に１０ｋＨｚ以上では、乗員が動く、物を置く（比較的小型な物も含む）など、わずかな音場の違いで検出特性に大きな影響が出やすいので適当ではないことを、実験的に確認している。

本実施の形態では、人の有無の影響が出やすい高周波帯域レベルを、安定な（すなわち人の有無の影響を受けにくい）低周波帯域レベルで正規化しているため、判定結果は、各スピーカ１０１〜１０４から再生する広帯域信号の再生レベルに影響されない。つまり、各スピーカ１０１〜１０４からの再生レベルを前回測定時と異ならせようが、測定中に変化させようが、判定結果はそれに左右されない。さらに言えば、基準値記憶部９に記憶されている基準値として実測値を用いる場合、この基準値を測定したときの再生レベルと、乗員Ａ〜Ｄを検出するために測定するときの再生レベルが異なっていても問題がない。このことは、基準値記憶部９に記憶する基準値として、複数の再生レベルに対応したものをそれぞれ準備する必要はなく、１つの任意の再生レベルで測定したものだけ（既に説明してきたように、各スピーカ毎、各周波数毎には必要である）を用意すればよいことを意味している。もちろん、基準値記憶部９の記憶容量が大きく、また判定部８での演算量に余裕がある場合には、複数の再生レベルに対応した基準値（この基準値は、乗員がいない状態において各再生レベルで広帯域信号を再生したときに高域レベル計算部６ａ，６ｂから出力される各マイク１１１，１１２に対応した２つの出力値の平均値）を基準値記憶部９に記憶しておき、高域レベル計算部６ａ，６ｂから出力される各マイク１１１，１１２に対応した２つの出力値の平均値を、低周波数帯域レベルで正規化することなく、対応する再生レベルの基準値と比較するようにしてもよい。その場合には、測定音源１からは少なくとも高域の信号だけを出力すればよく、また低域レベル計算部５ａ，５ｂや正規化部７ａ，７ｂは不要となる。

さらに、本実施の形態では、低域レベル計算部５ａ，５ｂと高域レベル計算部６ａ，６ｂにおいて、入力信号に１／３オクターブバンド処理を行っているが、これは単一周波数でのピーク，ディップの影響が大きく出ないように、入力信号を平均化する効果を持っている。よって、測定に用いる広帯域信号の周波数特性や、測定音場の音響特性に応じて、適当なバンドフィルタ、例えば１／１２オクターブバンドフィルタや１／１オクターブバンドフィルタなどに変更しても良い。

なお、スピーカ１０１〜１０４を車室内各ドアに設置されているとしたが、これに限定するものではなく、乗員の有無の影響が現れる設置位置であればよい。

また、マイク１１１〜１１２を車室内中央付近天井部に設置されているとしたが、これに限定されるものではなく、図２に示すように、運転席のシートバック上部車室中央付近と助手席のシートバック上部車室中央付近や、運転席サンバイザ近傍や、ルームミラー近傍に設置してもよい。

つまり、スピーカとマイクの設置に関しては、乗員の有無が検出できるように、高周波帯域において、スピーカとマイク間の音響特性に乗員の影響が現れる設置位置であれば良い。

また、本実施の形態では、マイクは２個使用するとしたが、これに限定するものではない。マイク個数が増えれば、情報量が多くなるため、乗員有無の判断精度が向上する。なお、マイクが１個だけの場合には、マイクの設置場所が音場の特異点（すなわちマイクで検出される音圧レベルが周囲よりも異常に高くなったり低くなったりする点）となる可能性があり、乗員有無の判断を安定して正確に行うことができない。一方、本発明では、各スピーカで再生される測定音のそれぞれを複数のマイクで同時に検出し、各マイクの検出結果に基づいて得られた音場の特性を平均化するため、乗員有無の判断を安定して正確に行うことができる。

さらに、本実施の形態では、自動車２０１室内の乗員を検出する測定方法について説明してきたが、自動車室内に限定するものではなく、図３のように、一般のリスニングルーム２０２などでも構わない。

（実施の形態２）
図４は実施の形態２における音場測定装置を示すものである。図４において、１は測定音源、２はスイッチ、３はスイッチ制御部、４ａ〜４ｃはＦＦＴ、１０ａ，１０ｂは伝達関数計算部、１１ａ，１１ｂはＢＰＦ、１２ａ，１２ｂは逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）、１３は残響時間計算部、１０１は前右ドアに設置されたスピーカ、１０２は前左ドアに設置されたスピーカ、１０３は後右ドアに設置されたスピーカ、１０４は後左ドアに設置されたスピーカ、１１１，１１２は車室内中央付近天井部に設置されたマイク、２０１は自動車である。

図４を用いて音場測定装置の動作を以下に説明する。測定音源１は、測定動作になれば、広帯域信号を発生する。測定音源１からの広帯域信号は、スイッチ２に入力され、スイッチ制御部３の制御信号に応じて、その出力先を選択される。そして広帯域信号は、スピーカ１０１〜１０４のいずれかから再生される。再生された広帯域信号は、マイク１１１，１１２で検出され、それぞれＦＦＴ４ｂ，４ｃに入力される。一方、測定音源１からの広帯域信号は、ＦＦＴ４ａにも入力される。

ＦＦＴ４ａ〜４ｃは、入力した広帯域信号と検出信号の周波数特性を計算し、その計算結果をそれぞれ伝達関数計算部１０ａ，１０ｂに入力する。伝達関数計算部１０ａ，１０ｂは、ＦＦＴ４ｂからの検出信号とＦＦＴ４ｃからの検出信号を、ＦＦＴ４ａからの広帯域信号で割り算する。

すなわち、例えば、スイッチ２が図４のような状態でスピーカ１０１から広帯域信号が再生する場合、ＦＦＴ４ｂから出力されるマイク１１１からの検出信号をＹ_101-111（ω）、ＦＦＴ４ｃから出力されるマイク１１２からの検出信号をＹ_101-112（ω）、ＦＦＴ４ａから出力される広帯域信号をＸ（ω）とすると、スピーカ１０１からマイク１１１までの伝達関数Ｈ_101-111（ω）とスピーカ１０１からマイク１１２までの伝達関数Ｈ_101-112（ω）は、
Ｈ_101-111（ω）＝Ｙ_101-111（ω）／Ｘ（ω）・・・（式１７）
Ｈ_101-112（ω）＝Ｙ_101-112（ω）／Ｘ（ω）・・・（式１８）
となる。

（式１７）、（式１８）で求めた伝達関数をそれぞれＢＰＦ１１ａ，１１ｂに入力し、以降の演算に必要な周波数成分に限定する。残響時間を最終的に求めたい場合、例えば、ＢＰＦ１１ａ，１１ｂの通過帯域を２ｋ〜６ｋＨｚにすればよい。ＢＰＦ１１ａ，１１ｂの特性がＧ（ω）とすると、ＢＰＦ１１ａ，１１ｂの出力は、それぞれＧ（ω）Ｈ_101-111（ω），Ｇ（ω）Ｈ_101-112（ω）となる。

ＢＰＦ１１ａ，１１ｂで帯域制限した各伝達関数Ｇ（ω）Ｈ_101-111（ω），Ｇ（ω）Ｈ_101-112（ω）を、ＩＦＦＴ１２ａ，１２ｂに入力し、逆フーリエ変換により周波数領域から時間領域に戻す、すなわちインパルス応答Ｉ_101-111（ｔ），Ｉ_101-112（ｔ）を計算する。

Ｉ_101-111（ｔ）＝ＩＦＦＴ｛Ｇ（ω）Ｈ_101-111（ω）｝・・・（式１９）
Ｉ_101-112（ｔ）＝ＩＦＦＴ｛Ｇ（ω）Ｈ_101-112（ω）｝・・・（式２０）
この結果を、残響時間計算部１３に入力する。残響時間計算部１３は、各インパルス応答より、残響時間を計算する。残響時間は、通常、定常状態の測定音を発生させて停止させ、音の強さが６０ｄＢ減衰するまでの時間で規定される（Ｗ．Ｃ．Ｓａｂｉｎｅ）。この方法だと、測定音源が限定されることや、測定環境、特にＳ／Ｎの影響が大きいため、インパルス応答より求める方法がある。

一般的には、Schroederの積分式より残響減衰波形が求められるので、その波形の傾斜から残響時間を読み取ることができる。これを（式１９），（式２０）に適用すると、

となる。この両式から、残響減衰波形をそれぞれ求め、その傾斜から残響時間を読み取ればよい。残響時間計算部１３では、マイク１１１とマイク１１２で検出した信号に対してそれぞれ求めるので、その両残響時間を平均化して、スピーカ１０１に対する求めるべき最終残響時間とする。

また、他の手法として、例えば、図５に示すように、求めたインパルス応答のエンベロープ（点線）を計算し、閾値Ｓになる時間Ｔ２と、インパルス応答の立ち上がりＴ１の時間差Ｔ２−Ｔ１を残響時間とする方法がある。

なお、この例では正側でのみ閾値Ｓを与えているが、負側で与えてもよく、また両方に与えてもよい。もし、正負両方に閾値を与えた場合、そのときの時間は異なる場合があるので、そのときは平均を取った値を時間Ｔ２とすればよい。

また、インパルス応答の各サンプル値の絶対値を取って正側にまとめてからエンベロープを計算してもよいし、あるいは各サンプル値の２乗を取って正側にまとめてもよい。

さらに他の手法について、図６を用いて説明する。図６（ａ）は、インパルス応答（点線）を示しており、丸印はその各サンプルである。これらの各サンプル値を２乗して、インパルス応答の最後尾より総和を取っていき、残響減衰波形を求める。つまり、図６（ａ）において、サンプル値をｓ（０），ｓ（１），ｓ（２），…，ｓ（Ｎ−１），ｓ（Ｎ）とすると、各サンプル時間の総和は、

より、図６（ｂ）のグラフが描ける。この減衰波形より、−６０ｄＢとなる時間Ｔを求めれば残響時間となる。

ところが、音場の暗騒音の影響により、−６０ｄＢ付近のＳ／Ｎはかなり悪いことが多い。そこで、−５ｄＢ時の時間Ｔ１と−２０ｄＢ時の時間Ｔ２の時間差Ｔ２−Ｔ１を求め、これを４倍することにより、残響時間としてもよい。

残響時間＝４（Ｔ２−Ｔ１）・・・（式２１）
こうすることで、Ｓ／Ｎ劣化の影響を防止でき、精度よい残響時間が求められる。

なお、スピーカ１０１に対する最終残響時間は、マイク１１１とマイク１１２で検出した信号についての残響時間を平均化する。

ところで、ここまではスピーカ１０１に対するマイク１１１，１１２のインパルス応答を求めて、その特性から残響時間を導くことを説明してきたが、スピーカ１０２〜１０４に対しても同様に残響時間を求め、その各スピーカ１０１〜１０４までの残響特性を全て平均化したものを音場計測装置全体での最終残響時間とする。

なお、広帯域信号は、インパルス信号や、ホワイトノイズやピンクノイズなどのランダム信号（あるいはバーストランダム信号）、スイープパルス信号（チャープ信号）などの測定信号の他に、ピアノのスケールや複数の和音から構成される楽音や、音楽信号を用いてもよい。その場合、スイッチ制御部３は、各スピーカ１０１〜１０４から再生される音楽信号などが、測定に必要な周波数帯域が十分含まれるように、その広帯域信号の周波数変動に応じた期間でスイッチ２を切換えるように制御する。これによって、音楽信号などでも乗員の有無を測定することができる。その結果、自動車２０１室内にいる乗員は、スピーカ１０１〜１０４から広帯域測定信号が再生されても、不快感や違和感を感じない。

また、自動車２０１室内のように複雑な音響特性を持つ音場では、ＦＦＴ４ａ〜４ｃでの周波数特性計算は、平均化処理を使用した方が安定した特性を得られるが、比較的素直な特性の音場で測定する場合には、必ずしも平均化処理をすることはない。

さらに、本実施の形態では、ＢＰＦ１１ａ，１１ｂの通過帯域を２ｋ〜６ｋＨｚとしたが、これに限定するものではなく、さらに帯域を広げてもよい。但し、低域に広げた場合、応答が長くなるため、演算負荷が大きくなることに注意しなければならない。また、高域に広げた場合も、情報量が多くなるため、これも演算負荷が大きくなる。よって、残響特性が判定でき、且つ、適度な演算負荷に収まる周波数帯域に限定するようＢＰＦ特性を決めるのが現実的である。

また、ＢＰＦ１１ａ，１１ｂを用いなくとも、例えば測定音源１からの広帯域信号に帯域処理を予め施しておけば、同等の効果が得られる。但し、実施の形態１で説明した乗員判定と組み合わせる場合、図４に示すＢＰＦ１１ａ，１１ｂを用いた構成であれば、同じ広帯域信号を用いて乗員有無の判定と残響特性の測定とを同時に行うことが可能である。その場合の構成は、図７のようになる。なお、図７において破線で囲まれた部分については、後述する第４の実施形態において測定部５０として引用する。

さらに、スピーカ１０１〜１０４を車室内各ドアに設置されているとしたが、これに限定するものではない。

また、マイク１１１，１１２を車室内中央付近天井部に設置されているとしたが、これに限定されるものではなく、図２に示すように、運転席のシートバック上部車室中央付近と助手席のシートバック上部車室中央付近や、運転席サンバイザ近傍や、ルームミラー近傍に設置してもよい。

通常、人は吸音体なので、乗員がいれば残響時間は短くなる。よって、スピーカとマイクの設置に関しては、高周波帯域において、スピーカとマイク間の音響特性に乗員の影響が現れる設置位置である方が望ましい。これを利用すれば、乗員の有無検出にも応用できる。その場合、図７のように残響時間計算部１３の結果を判定部８に入力すればよい。判定部８は、残響時間計算部１３から得られる残響時間をさらに考慮することにより、乗員の有無をより正確に判定することができる。

また、本実施の形態では、マイクは２個使用するとしたが、これに限定するものではない。マイク個数が増えれば、情報量が多くなるため、残響特性精度が向上する。

さらに、本実施の形態では、自動車２０１室内の残響時間を測定する測定方法について説明してきたが、実施の形態１で説明したように、自動車室内に限定するものではない。

（実施の形態３）
図８は実施の形態３における音場測定装置を示すものである。図８において、１は測定音源、２はスイッチ、３はスイッチ制御部、４はＦＦＴ、５は低域レベル計算部、６は高域レベル計算部、７は正規化部、８は判定部、９は基準値記憶部、１４は指向性処理部、１５は指向性記憶部、１０１は前右ドアに設置されたスピーカ、１０２は前左ドアに設置されたスピーカ、１０３は後右ドアに設置されたスピーカ、１０４は後左ドアに設置されたスピーカ、１１１〜１１３は車室内中央付近天井部に設置されたマイク、２０１は自動車である。

図８を用いて音場測定装置の動作を以下に説明する。測定音源１は、測定動作になれば、広帯域信号を発生する。測定音源１からの広帯域信号は、スイッチ２に入力され、スイッチ制御部３の制御信号に応じて、その出力先を選択される。そして広帯域信号は、スピーカ１０１〜１０４のいずれかから再生される。再生された広帯域信号は、マイク１１１〜１１３で検出され、指向性処理部１４に入力される。同時に、指向性処理部１４は、スイッチ制御部３によりスイッチ２の状態に応じて、指向性記憶部１５に記憶されていた指向特性を入力される。

例えば、図８に示す状態のように、スイッチ２によって広帯域信号がスピーカ１０１から再生されているときには、指向性記憶部１５からの指向特性は、スピーカ１０１方向に強くなっている。この指向特性を用いて、マイク１１１〜１１３からの検出信号を処理し、取り込んだ音響特性の内、スピーカ１０１方向の成分を強く抽出する。これにより、スピーカ１０１方向以外からの反射など、乗員Ａを検出する際の不要な成分を除去できるので、検出精度を向上できる。

ここで、マイク１１２，１１３は、スピーカ１０１とスピーカ１０４を結ぶ対角線（スピーカ１０１〜１０４を頂点とした四角形の対角線）（２点鎖線）上に設置されており、マイク１１１，１１３は、スピーカ１０２とスピーカ１０３を結ぶ対角線（２点鎖線）上に設置されている。特にマイク１１３は対角線の交点上に設置されている。これは、図９に示すように、マイク１１２，１１３によって、再生されているスピーカ１０１方向に指向特性を付けるためである。また、スイッチ２が切り換わって再生スピーカ１０２となれば、マイク１１１，１１３によってスピーカ１０２方向に指向特性を付けることができる。これは既に知られている原理であるが、図１０を用いて説明する。

図１０（ａ）において、マイクｍ１，ｍ２に、角度θで入射される音が存在する場合、その行路差ｄによって遅れる時間Ｔは、
Ｔ＝ｄ・ｃｏｓθ／ｃ（ｃ：音速）・・・（式２２）
となる。マイクｍ１の出力が遅延器１６で時間τだけ遅れられ、減算器１７でマイクｍ２の出力から減算される。よって、マイクｍ１，ｍ２の特性を等しい（いずれもｍである）とすると、減算器１７の出力Ｍは、
Ｍ＝ｍ｛１−ｅｘｐ（−ｊω（τ＋ｄｃｏｓθ／ｃ））｝・・・（式２３）
となる。（式２３）から、τの値に応じて、出力Ｍが変化する。

図１０（ｂ）は、τ＝０のときであり、このとき、θ＝±π／２で出力Ｍは最小となり、θ＝０、πで出力Ｍは最大となるので、図１０（ｂ）のような双方向の指向特性が得られる。

図１０（ｃ）は、τ＝ｄ／ｃのときであり、このとき、θ＝πで出力Ｍは最小となり、θ＝０で出力Ｍは最大となるので、図１０（ｃ）のような単一指向特性が得られる。

よって、τをその間の適当な値に設定すれば、図１０（ｄ）のような特性も得ることができる。

あるいは図１１（ａ）のような構成にすると、加算器１８の出力Ｍは、
Ｍ＝ｍ｛ｅｘｐ（−ｊωτ＋ｅｘｐ（−ｊωｄｃｏｓθ／ｃ））｝・・・（式２４）
となるので、図１１（ｂ）のように、τ＝ｄｃｏｓθ／ｃのとき、θ方向に最も指向特性が強くなる。指向特性の付け方は、図１０の手法でも、図１１の手法でも、どちらでもよい。

以上のように、指向性処理部１４は、スピーカ１０１から広帯域信号を再生されているときに図９に示すような指向特性により、スピーカ１０１からの広帯域信号を精度よく検出できる。

同様に、図１２に示すようにスピーカ１０２から広帯域信号を再生する場合には、マイク１１１，１１３を利用して、指向性処理部１４によりスピーカ１０２からの広帯域信号を精度よく検出できる。

同じく、図１３に示すようにスピーカ１０４から広帯域信号を再生する場合には、マイク１１２，１１３を利用して、指向性処理部１４によりスピーカ１０４からの広帯域信号を精度よく検出できる。

つまり、各スピーカ１０１〜１０４の対角線上にマイク１１１〜１１３を配置したことにより、全てのスピーカ方向に対応した指向特性をつけることができる。

このように指向性処理部１４で処理された信号は、ＦＦＴ４に入力される。以下の処理については、実施の形態１の場合と同様であるので、省略する。

本実施の形態では、指向性処理部１４によって、所望のスピーカからの広帯域信号を精度よく検出できるため、判定部８で最終的に出力される乗員の有無とその位置の判定結果の精度向上が可能となる。

なお、本実施の形態では、マイクを３つ用いる構成としたが、これに限定するものではなく、多く使用するほど、鋭い指向特性を付けることができる。その場合、指向性を付けたい方向に並べるのが一般的である。

また、マイクを車室中央付近天井部に設置する構成としたが、これに限定するものではなく、図２のように他の場所に設置してもよい。その場合、図１０あるいは図１１の遅延器１６の値を適当に調整して、指向特性を調整する必要がある。

さらに、図１４のようにマイク１１１，１１２をマイク１１３より後方に設置しても同様の指向特性を得ることができるのは、これまでの説明より明らかである。

なお、本実施の形態では、スイッチ２の制御に連動して指向性を制御するとしたが、これは必須ではない。なぜなら、本実施の形態では、マイク１１１〜１１３の検出結果を図１０や図１１のように処理することによって所望の指向性を実現しているが、マイク１１１〜１１３の検出結果を記憶装置に一旦記憶しておきさえすれば、この処理はいつでも可能だからである。

（実施の形態４）
図１５は実施の形態４における音場測定装置を示すものである。図１５において、１は測定音源、２ａ〜２ｆはスイッチ、３はスイッチ制御部、２０はオーディオ装置、２１は入力分配器、２２は音場制御部、２３は音質調整部、２４は音像制御部、２５はボリューム、２６は入力分配設定部、２７は音場制御設定部、２８は音質調整設定部、２９は音像制御設定部、３０はボリューム設定部、３１は騒音レベル計算部、５０は測定部、１０１は前右ドアに設置されたスピーカ、１０２は前左ドアに設置されたスピーカ、１０３は後右ドアに設置されたスピーカ、１０４は後左ドアに設置されたスピーカ、１０５はフロントインパネ中央に設置されたスピーカ、１０６はリアトレイに設置されたスピーカ、１１１，１１２は車室内中央付近天井部に設置されたマイク、２０１は自動車である。なお、測定部５０については図７に示したものと同一であるため、図１５では簡略化して示している。

図１５を用いて音場測定装置の動作を以下に説明する。測定音源１は、測定動作になれば、広帯域信号を発生する。測定音源１からの広帯域信号は、スイッチ２ａ〜２ｄに入力される。また、オーディオ装置２０から出力される信号が、入力分配器２１、音場制御部２２、音質調整部２３、音像制御部２４、ボリューム２５を介して、スイッチ２ａ〜２ｆに入力される。

スイッチ制御部３は、スイッチ２ａ〜２ｄにおいて、測定音源１からの広帯域信号とボリューム２５からの信号のうち、どの信号を出力するか、または何も出力しないかを制御し、さらにスイッチ２ｅ〜２ｆにおいて、ボリューム２５からの信号を出力するかしないかを制御する。スイッチ２ａ〜２ｄのいずれかひとつが、測定音源１からの広帯域信号を選択した場合には、実施の形態１〜３で説明してきた内容と同じであるので、省略する。

スイッチ２ａ〜２ｆが、ボリューム２５からの信号を選択した場合について、以下、説明する。

実施の形態１〜３のように音場測定すると、判定部８は、乗員数とその乗員の位置を結果として得る。その結果に応じて、入力分配設定部２６が、どのｃｈ入力をどこのｃｈ出力にどの程度のレベルで出力するかを、入力分配器２１へ設定する。同じく、音質調整設定部２８が、各ｃｈ入力の周波数特性をその結果に応じて調整するためのパラメータを、音質調整部２３へ設定する。同じく、音像制御設定部２９が、その結果に応じた音像制御をするためのパラメータを、音像制御部２４へ設定する。

同様に、残響時間計算部１３で得られた結果により、音場制御設定部２７が、適切な初期反射音や残響のパラメータを、音場制御部２２に設定する。

さらに、マイク１１１，１１２で自動車２０１室内の騒音レベルを騒音レベル計算部３１で求め、その結果に応じて、音質調整設定部２８が適切なパラメータを音質調整部２３に設定し、同じく、ボリューム設定部３０が適切なボリューム値をボリューム２５に設定する。

このように、適切なパラメータを、入力分配器２１、音場制御部２２、音質調整部２３、音像制御部２４、ボリューム２５に設定した状態で、例えばＤＶＤプレーヤなどのオーディオ装置２０を動作させる。すると各ｃｈ信号（ＣＴ信号，ＦＲ信号，ＦＬ信号，ＳＲ信号，ＳＬ信号，ＷＦ信号）は、入力分配器２１で、乗員が存在する位置に応じて適切に信号分配される。例えば、前座席にしか乗員がいない場合、ＦＬ信号とＦＲ信号はそれぞれスピーカ１０２とスピーカ１０１から再生すればよいが、後座席にも乗員がいる場合、スピーカ１０４とスピーカ１０３からも再生するなど、適宜、必要に応じて調整されることになる。

次に、音場制御部２２では、入力した各ｃｈ信号に初期反射音や残響を付加するなど、音場を拡大したり、距離感を制御したり、特定の音場をシミュレートするなど、音場制御を行う。ここで、人間は基本的に吸音体であるため、車室内に人が存在すると、その人数に応じて残響時間が変化する。人数が多くなれば、残響時間は小さくなるので、音場制御部２２によって、その補正を行う構成にしている。これにより、乗員数に関係なく、いつも適切な残響時間でオーディオ再生されることになる。また、さらなる特長として、残響時間を検出しているので、人以外にも、車室内の残響特性に影響を与える荷物（例えばコートやクッションなど）があった場合にも、残響時間を最適に補正した状態でオーディオ再生することができる。さらに、自動車２０１は、通常、購入時にいくつかの内装材を選択することができ、その種類に応じて残響特性が変わるため、その補正にも利用することができる。

次に、音質調整部２３は、各スピーカ１０１〜１０６の周波数特性を補正して好みの音質にするイコライザや、トーンコントロールなどで構成されており、判定部８の結果により、乗員がいる位置に応じて入力信号を最適な特性に調整する。また、騒音レベル計算部３１の結果に応じて、入力信号の周波数特性を変化させるように動作する。さらに、ボリューム２５においても、騒音レベル計算部３１の結果に応じてボリューム値が調整される。これらについては、図１６を用いて説明する。図１６（ａ）は、停止時のオーディオ信号再生レベル（細い実線）と暗騒音レベル（太い実線）を示している。このように、自動車２０１が停止中は、暗騒音レベルが低いため、Ｓ／Ｎが十分確保されている。図１６（ｂ）は、補正しない場合の走行時のオーディオ信号再生レベル（細い実線と破線）と走行時の暗騒音レベル（太い実線）を示している。なお比較のため、図１６（ｂ）には停止時の暗騒音レベル（太い破線）も示されている。自動車２０１が走行すると、暗騒音レベルが全体的に大きくなるが、特に遮音が困難な低域で顕著な変化となる。このため、オーディオ信号は、細い破線で示すように、その低域において走行騒音にマスキングされてしまう。マスキングされない中域〜高域でも、停止時と比較するとＳ／Ｎが悪くなる。そこで、騒音レベル計算部３１の結果に応じて、図１６（ｃ）の太い一点鎖線のような周波数特性の調整を施す。具体的には、ボリューム２５で全体的にボリュームアップさせ、さらに音質調整部２３で低域のレベルアップを行う。この結果、図１６（ｄ）のように、オーディオ信号は走行騒音に対して全体的にＳ／Ｎが十分に確保され、かつ低域が騒音にマスクされず、良好に聴くことができる。なお、音質調整部２３は、さらに、乗員数と位置に応じた好みの音質にすべく調整を加えてもよい。

次に、音像制御部２４は、判定部８の結果より、乗員数と位置に応じた各ｃｈ信号の最適音像制御を行う。例えば、運転手だけが乗車している場合には、その運転手にとって最適となるような音像制御を行い、他の乗員も存在する場合には音像制御を行わないようにすることができる。また、より好ましい例としては、複数の乗員が存在するときにその配置パターンに応じて最適に音像制御することもできる。その手法は、例えば、特願２００２−１６７１９７号などを参考にすればよい。

以上より、音場測定を行い、乗員数と位置、および残響時間を求め、その結果をオーディオ再生の調整に利用することで、自動で、且つ、最適なオーディオ再生が可能となる。

なお、図１５ではオーディオ信号を調整するパラメータの設定は、入力分配設定部２６と音場制御設定部２７と音質調整設定部２８と音像制御設定部２９とボリューム設定部３０が行う構成としたが、図１７のように各パラメータが、入力分配パラメータ記憶部３２と音場制御パラメータ記憶部３３と音質調整パラメータ記憶部３４と音像制御パラメータ記憶部３５とボリューム値記憶部３６にそれぞれ記憶されており、この中からその結果に応じた最適値を呼び出して設定するようにしてもよい。なお、図１７では、オーディオ信号の調整に関する部分以外の部分については、図１５と同様であるため図示を省略している。

さらに、図１８のように他の自動車情報（車載情報）と組み合わせて、オーディオ信号の調整をするようにしてもよい。図１８は、図１５における音場計測部分を省略して、新たに加える自動車２０１の情報を示している。

カレンダー３７からは月日が判断でき、時計３８とライト３９からは時間が判別できる。よって、季節や朝昼夜に応じて、音質や音場感、音像感などを調整できる。例えば、冬は寒いので、高域レベルを下げて中低域を上げるような、どちらかといえば暖かみのある音質にし、朝は元気を出すために、低域と高域を強調した、いわゆるドンシャリ系の音質にする。カレンダー３７や時計３８が付いていない車であっても、ライト３９が点灯しているかどうかの情報があれば、少なくとも夜（あるいは暗い）かどうかだけは分かる。

温度計４０からは室外気温が分かるので、ある程度季節感が判定できる。カレンダー３７と合わせれば、判断精度が向上する。

湿度計４１からは室外湿度が分かるので、雨が降っているかどうかの判定に使用でき、さらにワイパー４２の動作情報と組み合わせることで、その精度を向上できる。雨のときは、特に中高域の騒音レベルが大きくなるので、ボリューム２５と音質調整部２３でその騒音にマスキングされないように調整することができる。

速度計４３からは走行速度がわかるので、走行騒音の判定に利用でき、また騒音レベル計算部３１と組み合わせることで、その精度を向上できる。

同じく回転数計を利用すればエンジン回転数が分かるので、走行騒音の判定に利用でき、また騒音レベル計算部３１と組み合わせることで、その精度を向上できる。

ナビゲーションシステム４４からは走行位置がわかるので、街中か、海岸通か、高原地帯か、などに応じて、オーディオ再生を調整できる。

これら情報を有機的に利用することで、さらに細かい制御が可能となる。

本発明は、例えば車内における乗員の有無および乗員の位置をより正確に判定することを可能とし、その判定結果に基づいてオーディオ信号を調整することにより、車内環境に応じたオーディオ信号の再生が可能となる。

実施の形態１における自動車室内に適用した音場測定装置の全体構成を示す図マイクの設置位置を示す図実施の形態１における一般のリスニングルームに適用した音場測定装置の全体構成を示す図実施の形態２における音場測定装置の全体構成を示す図インパルス応答を示す図インパルス応答および残響減衰波形を示す図乗員判定と残響時間測定を合わせた場合の音場測定装置の全体構成を示す図実施の形態３における音場測定装置の全体構成を示す図スピーカとマイクの設置関係と指向特性例を示す図指向性制御の原理を示す図指向性制御の原理を示す図実施の形態３における音場測定装置の全体構成を示す図実施の形態３における音場測定装置の全体構成を示す図実施の形態３における音場測定装置の全体構成を示す図実施の形態４における音場測定装置の全体構成を示す図オーディオ信号再生レベルの調整方法を示す図実施の形態４における音場測定装置の全体構成を示す図実施の形態４における音場測定装置のオーディオ信号調整部を示す図

符号の説明

１測定音源
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆスイッチ
３スイッチ制御部
４ａ，４ｂ，４ｃＦＦＴ
５ａ，５ｂ低域レベル計算部
６ａ，６ｂ高域レベル計算部
７，７ａ，７ｂ正規化部
８判定部
９基準値記憶部
１０ａ，１０ｂ伝達関数計算部
１１ａ，１１ｂＢＰＦ
１２ａ，１２ｂＩＦＦＴ
１３残響時間計算部
１４指向性処理部
１５指向性記憶部
１６遅延器
１７減算器
１８加算器
２０オーディオ装置
２１入力分配器
２２音場制御部
２３音質調整部
２４音像制御部
２５ボリューム
２６入力分配設定部
２７音場制御設定部
２８音質調整設定部
２９音像制御設定部
３０ボリューム設定部
３１騒音レベル計算部
３２入力分配パラメータ記憶部
３３音場制御パラメータ記憶部
３４音質調整パラメータ記憶部
３５音像制御パラメータ記憶部
３６ボリューム値記憶部
３７カレンダー
３８時計
３９ライト
４０温度計
４１湿度計
４２ワイパー
４３速度計
４４ナビゲーションシステム
５０測定部
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６スピーカ
１１１，１１２，１１３マイク
２０１自動車
２０２リスニングルーム

Claims

信号を発生させる測定音源と、
前記測定音源からの信号を測定音として再生する複数のスピーカと、
前記複数のスピーカから再生された測定音を検出する複数のマイクと、
前記複数のマイクで検出した測定音信号に基づいて、音場に存在する人数とその位置の判定または音場内の残響時間の算出を行う測定手段とを備えた音場測定装置。
測定音を再生するスピーカの位置に関連して前記複数のマイクの指向特性を変化させる指向特性制御手段をさらに備えた請求項１に記載の音場測定装置。
前記測定音源は少なくとも高域の信号を発生するものであり、
前記測定手段は、
前記複数のマイクで検出した各測定音信号の周波数特性を分析する周波数分析手段と、
前記周波数分析手段の分析結果に基づいて各測定音信号のレベルを求めるレベル計算手段と、
基準値が記録されている基準値記憶手段と、
前記レベル計算手段によって求められた各測定音信号のレベル値を、前記基準値記憶手段に記憶されている基準値と比較することで、音場に存在する人数とその位置の判定を行う判定手段とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の音場測定装置。
前記測定手段は、
前記複数のマイクで検出した測定音信号の周波数特性と前記測定音源からの信号の周波数特性とを分析する周波数分析手段と、
前記周波数分析手段の分析結果に基づいて測定音信号毎に伝達関数を求める伝達関数計算手段と、
前記伝達関数計算手段で求めた各伝達関数から当該伝達関数毎にインパルス応答を求めるインパルス応答計算手段と、
前記インパルス応答計算手段で求めた各インパルス応答から当該インパルス応答毎に音場内の残響時間を算出する残響時間計算手段とを含むことを特徴とする、請求項１または３に記載の音場測定装置。
前記判定手段によって判定された乗員数とその位置の結果に応じて、オーディオ信号の音像、音質および音量の少なくとも１つを調整するオーディオ信号調整手段をさらに備えた、請求項３に記載の音場測定装置。
前記残響時間計算手段によって計算された残響時間に応じて、オーディオ信号の音場を調整するオーディオ信号調整手段をさらに備えた、請求項４に記載の音場測定装置。
前記測定音源からの信号が、インパルス信号，ホワイトノイズやピンクノイズなどのランダム信号，スイープパスル信号，音楽信号，およびピアノのスケールや複数の和音より構成される楽音のうちのいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の音場測定装置。
前記複数のスピーカは、前記測定音源からの信号を当該信号に応じた一定期間毎に順次再生するものであることを特徴とする、請求項１に記載の音場測定装置。
前記複数のスピーカは、自動車室内のドア部に設置されたことを特徴とする請求項１に記載の音場測定装置。
前記複数のマイクの少なくとも２個を、車室内中央の天井部，自動車室内の運転席および助手席のそれぞれのシートバック上部車室内中央付近，自動車室内の運転席サンバイザ近傍，およびルームミラー近傍のいずれかに設置したことを特徴とする、請求項１に記載の音場測定装置。
前記指向特性制御手段は、前記複数のマイクの少なくとも３個のマイクからの信号を処理することによって、測定音を再生するスピーカへ指向特性を強くするものであることを特徴とする、請求項２に記載の音場測定装置。
前記音場測定装置は、前記複数のスピーカとして、少なくとも前右スピーカ，前左スピーカ，後右スピーカおよび後左スピーカの４つのスピーカを備え、
前記前右スピーカおよび前記後左スピーカを結ぶ直線と、前記前左スピーカおよび前記後右スピーカを結ぶ直線とが交差する点に１つのマイクを設置し、
さらに当該マイクとは別のマイクを各前記直線上に１つずつ設置したことを特徴とする、請求項１１に記載の音場測定装置。
前記基準値記憶手段は、音場内に人がいない場合の各スピーカとマイク間の伝達特性、または、音場内に人がいない場合や特定の位置にいる全ての組合せについての各スピーカとマイク間の伝達特性を基準値としてそれぞれ記憶しておくものであることを特徴とする、請求項１に記載の音場測定装置。
前記測定音源は、広域信号を出力、もしくは高域信号と低域信号を時分割で出力するものであり、
前記測定手段は、前記周波数分析手段の分析結果に基づいて前記複数のマイクで検出した各測定音信号の高域および低域の信号レベルをそれぞれ求める高域レベル計算手段および低域レベル計算手段をさらに含み、
前記判定手段は、前記高域レベル計算手段からの高周波数帯域内の任意の範囲におけるレベル値を、前記低域レベル計算手段からの低周波数帯域内の任意の範囲におけるレベル値で正規化することによって得られる正規化値と、前記基準値記憶手段に記憶された基準値とを比較することによって、どの位置に人がいるか、あるいはいないかを判定するものであることを特徴とする、請求項３に記載の音場測定装置。
前記基準値は、音場に人が存在しない条件下での前記高域レベル計算手段からの高周波数帯域内の任意の範囲におけるレベル値を、音場に人が存在しない条件下での前記低域レベル計算手段からの低周波数帯域内の任意の範囲におけるレベル値で正規化したものであることを特徴とする、請求項１４に記載の音場測定装置。
前記判定手段は、人の有無を判定したい位置近傍のスピーカが測定音を再生したときに前記複数のマイクで検出される測定音信号に基づいて、当該位置における人の有無を判定するものであることを特徴とする、請求項１または３に記載の音場測定装置。
前記オーディオ信号調整手段は、前記判定手段で判定された乗員数とその位置に応じて、複数チャンネルのオーディオ信号をどのスピーカにどのチャンネル信号を振り分けるかを調整する入力分配器，複数チャンネルのオーディオ信号の各チャンネル信号をそれぞれ個別に音質調整する音質調整手段，および複数チャンネルのオーディオ信号の各チャンネル信号をそれぞれ個別に音像制御する音像制御手段の少なくとも１つを制御するものであることを特徴とする、請求項５に記載の音場測定装置。
前記オーディオ信号調整手段は、前記残響時間計算手段で計算された残響時間に応じて、複数チャンネルのオーディオ信号の各チャンネル信号に初期反射音や残響を個別に付加することによって、当該各チャンネル信号の音場を調整するものであることを特徴とする、請求項６に記載の音場測定装置。
前記音場測定装置は、前記複数のマイクからの信号に基づいて音場内の騒音を計算するための騒音レベル計算手段をさらに備え、
前記オーディオ信号調整手段は、計算した騒音レベルに応じて、オーディオ信号の音量を増減、またはオーディオ信号がその騒音によってマスキングされる周波数帯域のオーディオ信号レベルを増減させるものであることを特徴とする、請求項５または６に記載の音場測定装置。
前記オーディオ信号調整手段は、さらに車載情報としてカレンダー、時計、ライト点灯信号、温度計、湿度計、ワイパー動作信号、速度計、回転数計およびナビゲーションシステムのうちの少なくとも１つを利用して、オーディオ信号の音場、音像、音質、残響時間、音量を調整するものであることを特徴とする、請求項５または６に記載の音場測定装置。