JP2009206629A - オーディオ出力装置、オーディオ出力方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロードノイズなどによるマスキングが発生する状況で好適な音楽等の再生を実現する。
【解決手段】ノイズによってマスキングされる帯域の信号成分についてピッチシフトを行い、少なくとも２倍の周波数の信号成分を含むピッチシフト信号とし、そのピッチシフト信号成分を含むオーディオ信号をスピーカ出力させることで、マスキング効果によって聞こえなくなる帯域の音を、マスキングされにくい倍音成分でユーザに聴感させ、ミッシングファンダメンタル現象によってマスキングされた帯域の音を知覚させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に外来ノイズの多い環境において好適なオーディオ出力装置、オーディオ出力方法に関するものである。

特開２００６−２２２６７０号公報 特開２００７−５３４３２号公報

例えば自動車内などノイズの多い環境では、音楽等を快適に楽しめない場合が多い。
図１０は、走行時の自動車の車室内のノイズレベルを測定した例を示している。図からわかるように、走行時の車内は、特に低周波数帯域において高いレベルの騒音が発生している。
車載用のオーディオシステムで音楽等を聴取する場合においては、このようなノイズによって音楽における特に低域がマスキングされることが多い。

このため車載用のオーディオシステムで音楽等を聴取する場合において、走行中などで外部騒音が大きくなった場合には、ユーザは、音楽のボリューム（音量）を騒音に負けない程度にまで上げたり、また機器の機能によってイコライザによる低域周波数のブースト、を行ったり、或いはコンプレッション処理による小信号レベルのブースト等を行うことで対応している。
しかしながら、車室内では走行スピードによりノイズレベルも上昇するため、マスキングを防ぐためには、ノイズのレベル以上に音楽信号をブーストする必要が出てくる。
このため搭乗者の意図しないままに、非常に大きな音量レベルになったりする可能性があり、なかなか快適なリスニング環境が得られない。

そこで本発明は、自動車内等のノイズの多い環境であっても、音楽等を快適に楽しめるようにするオーディオ出力装置、オーディオ出力方法を提供することを目的とする。

本発明のオーディオ出力装置は、オーディオ信号出力音に対しての、環境音によるマスキングの発生が見込まれる周波数帯域を判定して対象周波数帯域とするマスキング帯域判定部と、入力されるオーディオ信号から上記マスキング帯域判定部で判定された対象周波数帯域の信号成分を抽出する帯域成分抽出部と、上記帯域成分抽出部で抽出された対象周波数帯域の信号成分のピッチシフトを行い少なくとも２倍の周波数の信号成分を含むピッチシフト信号を生成するピッチシフト部と、上記ピッチシフト部で得られた上記ピッチシフト信号を含むオーディオ信号を接続されたスピーカに供給するオーディオ信号とする信号出力部とを備える。

また上記帯域成分抽出部は、上記対象周波数帯域の信号成分と、他の周波数帯域の信号成分とを分離して、上記対象周波数帯域の信号成分を上記ピッチシフト部に供給し、上記信号出力部は、上記他の周波数帯域の信号成分と、上記ピッチシフト信号とを合成したオーディオ信号を、スピーカに供給するオーディオ信号とする。
或いは、上記帯域成分抽出部は、入力されたオーディオ信号から、上記対象周波数帯域の信号成分を抽出して上記ピッチシフト部に供給し、上記信号出力部は、上記入力されたオーディオ信号と、上記ピッチシフト信号とを合成したオーディオ信号を、スピーカに供給するオーディオ信号とする。
また上記マスキング帯域判定部は、マイクロホンで集音された環境音について周波数解析を行って、各周波数帯域毎の環境音レベルに基づいて、上記対象周波数帯域の判定を行う。
また上記ピッチシフト部は、上記対象周波数帯域の信号成分についての２倍の周波数の信号成分と、さらに他の倍音成分を含む上記ピッチシフト信号を生成する。

本発明の他のオーディオ出力装置は、オーディオ信号出力音に対しての環境音によるマスキングの発生の有無を判定するマスキング判定部と、上記マスキング判定部でマスキング発生有りと判定されることに応じて、入力されるオーディオ信号から特定周波数帯域の信号成分を抽出する帯域成分抽出部と、上記帯域成分抽出部で抽出された対象周波数帯域の信号成分のピッチシフトを行い、少なくとも２倍の周波数の信号成分を含むピッチシフト信号を生成するピッチシフト部と、上記ピッチシフト部で得られた上記ピッチシフト信号を含むオーディオ信号を、接続されたスピーカに供給するオーディオ信号とする信号出力部とを備える。

本発明のオーディオ出力方法は、オーディオ信号出力音に対しての、環境音によるマスキングの発生が見込まれる周波数帯域を判定して対象周波数帯域とするステップと、入力されるオーディオ信号から、上記対象周波数帯域の信号成分を抽出するステップと、抽出された対象周波数帯域の信号成分のピッチシフトを行い、少なくとも２倍の周波数の信号成分を含むピッチシフト信号を生成するステップと、上記ピッチシフト信号を含むオーディオ信号を、接続されたスピーカに供給するオーディオ信号として出力するステップとを備える。

これらの本発明では、オーディオ信号において、ノイズによってマスキングされる帯域の信号成分をピッチシフトする。
例えば音楽を車の中で聴く場合、エンジン音や走行中のロードノイズ等の騒音によって、特に低域周波数がマスキングされる傾向にある。このためノイズの状況、即ちノイズのレベルや帯域に応じて、マスキングされる音楽等のオーディオ信号の周波数成分を、マスキングされにくい周波数帯域へピッチシフトにより移動させることで、ノイズ環境下でも明瞭な再生を可能にする。
オーディオ信号をピッチシフトすることによっては音程が変わってしまうが、本発明の場合はミッシングファンダメンタル現象を利用する。ミッシングファンダメンタル現象とは、或る基本周波数の音の整数倍音を含む音声については、基本周波数の音が含まれていなくても、人間が基本周波数の音を知覚する現象である。そこで本発明では、マスキングされる周波数帯域の信号成分のピッチシフトを行い、少なくとも２倍の周波数の信号成分を含むピッチシフト信号とする。即ちノイズにマスキングされる帯域成分を、マスキングされにくい帯域に移動させるとともに、ユーザには、そのピッチシフト信号成分による出力音によって基本周波数成分を知覚させる。

本発明によれば、ノイズによってマスキングされる帯域の信号成分についてピッチシフトを行い、少なくとも２倍の周波数の信号成分を含むピッチシフト信号とし、そのピッチシフト信号成分を含むオーディオ信号をスピーカ出力させることで、マスキング効果によって聞こえなくなる帯域の音を、マスキングされにくい倍音成分でユーザに聴感させ、ミッシングファンダメンタル現象によってマスキングされた帯域の音を知覚させる。
これによってノイズによるマスキングの影響を低減でき、ノイズ環境下において、むやみに音量を上げたり、マスキングされる帯域をブーストしたりしなくとも、音楽等を快適に楽しめる状況を創出できるという効果がある。

以下、本発明の第１，第２，第３の実施の形態として、車載用オーディオ装置に本発明を採用した例を説明する。

［第１の実施の形態］
図１に第１の実施の形態の車載用のオーディオ装置１の構成を示す。
このオーディオ装置１は、マイクロホン２、マイクアンプ３、スペクトラム解析／制御部４、オーディオ再生部５、帯域分割部６、ピッチシフト部７、合成部８、Ｄ／Ａ変換器９、パワーアンプ１０、スピーカ１５を備える。

マイクロホン２は、車内で感じる騒音、いわゆるロードノイズを集音するために用いられるものであって、自動車内の適切な場所に設置される。
マイクロホン２で得られるノイズ音声信号は、マイクアンプ３を経てスペクトラム解析／制御部４に供給される。
スペクトラム解析／制御部４は、入力されたノイズ音声信号についてスペクトラム解析を行い、周波数帯域毎のレベルを検出する。また、後述するように、その検出結果に応じて帯域分割部６やピッチシフト部７に対する動作制御を行う。

オーディオ再生部５は、例えば光ディスク再生部、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、メモリカードドライブ、磁気テーププレーヤなどとされる。つまり光ディスク、ハードディスク、メモリカード、磁気テープ等の記録媒体から音楽コンテンツ等のオーディオ信号ＳＡ１を再生する部位として示している。
説明上、オーディオ再生部５から出力されるオーディオ信号ＳＡ１は、デジタルオーディオ信号であるとする。但し、アナログオーディオ信号であっても構わない。

なお、この例ではオーディオ信号ＳＡ１の音源部としてオーディオ再生部５を挙げているが、これは一例であり、この音源部としてはオーディオ信号ＳＡ１を出力する部位であれば、記録媒体に対する再生部として構成されなくてもよい。例えばラジオチューナ部や、テレビジョンチューナ部やビデオ再生部などのオーディオ出力系などを、オーディオ再生部５に置き換える構成例も考えられる。
また説明の簡略化のため、オーディオ信号ＳＡに対応する回路系（帯域分割部６、ピッチシフト部７、合成部８、Ｄ／Ａ変換器９、パワーアンプ１０、スピーカ１５）を１系統のみ示しているが、ステレオシステムの場合は、これらが２系統となることは言うまでもない。もちろんより多チャンネルのシステムの場合、各チャンネルに対応して同様の構成が設けられればよい。もしくは多チャンネルのうちの一部のチャンネルに関して、この図１の構成が設けられるようにしてもよい。

帯域分割部６は、オーディオ再生部５からのオーディオ信号ＳＡ１について帯域分割を行い、帯域分割したオーディオ信号ＳＡ２、ＳＡ３を出力する。分割した一方の帯域を、ピッチシフト処理の対象周波数帯域のオーディオ信号ＳＡ３として、ピッチシフト部７に供給する。
この帯域分割部６は、一例として図２のように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２、通過帯域可変ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３０、通過帯域可変ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）３１により構成することができる。
スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、スペクトラム解析／制御部４からの制御信号Ｃ１によってオン／オフされる。この場合、いずれか一方がオンとされる構成となっている。
通過帯域可変ＬＰＦ３０、通過帯域可変ＨＰＦ３１は、それぞれカットオフ周波数がスペクトラム解析／制御部４からの制御信号Ｃ２によって連動的に制御される。

この図２の構成において、図のようにスイッチＳＷ１がオン，スイッチＳＷ２がオフの場合は、オーディオ信号ＳＡ１は、通過帯域可変ＬＰＦ３０、通過帯域可変ＨＰＦ３１に供給される。そして通過帯域可変ＬＰＦ３０、通過帯域可変ＨＰＦ３１が制御信号Ｃ２によって、例えばカットオフ周波数＝１００Ｈｚに制御されているとすると、通過帯域可変ＬＰＦ３０で１００Ｈｚ以下の周波数帯域の信号成分が抽出され、これがピッチシフト処理の対象周波数帯域のオーディオ信号ＳＡ３として、ピッチシフト部７に出力される。また通過帯域可変ＨＰＦ３１では１００Ｈｚ以上の周波数帯域の信号成分が通過し、これがオーディオ信号ＳＡ２として出力され、合成部８に供給される。
一方、スイッチＳＷ１がオフ，スイッチＳＷ２がオンの場合は、オーディオ信号ＳＡ１は、そのまま帯域分割されずにオーディオ信号ＳＡ２として出力される。この場合、ピッチシフト部７に対するオーディオ信号ＳＡ２は出力されない。

例えばこのような構成で、帯域分割部６は図１に示すようにオーディオ信号ＳＡ２，ＳＡ３を出力する。
帯域分割部６から出力されるオーディオＳＡ３は、ピッチシフト部７に入力される。ピッチシフト部７は、オーディオ信号ＳＡ３のピッチシフトを行い、少なくとも２倍の周波数の信号成分を含むピッチシフト信号ＳＡ３’を出力する。

このピッチシフト部７の構成の一例を図３に示す。例えばメモリ２０、メモリコントローラ２１、逓倍器２２で構成できる。
メモリ２０は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、或いはＤＲＡＭの一種であるＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）、或いはＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）などとすればよい。
メモリコントローラ２１には書込用のクロックとして周波数ｆｓのクロックＣＫ１が供給される。また、クロックＣＫ１が逓倍器２２で２倍の周波数（２ｆｓ）とされたクロックＣＫ２が、読出用のクロックとしてメモリコントローラ２１に供給される。
メモリコントローラ２１は、入力されるオーディオ信号ＳＡ３を、クロックＣＫ１に従ってメモリ２０に書き込んでいく。またメモリコントローラ２１は、メモリ２０に書き込んだオーディオ信号ＳＡ３を、所定単位毎に２倍の周波数のクロックＣＫ２に従って２回連続して読み出しを行う。この読み出した信号を連続的に出力することで、オーディオ信号ＳＡ３を、２倍の周波数のピッチシフト信号ＳＡ３’として出力することができる。つまりオーディオ信号ＳＡ３として含まれる基音成分が２倍音とされたピッチシフト信号ＳＡ３’が出力される。
メモリコントローラ２１は、スペクトラム解析／制御部４からの制御信号Ｃ３に基づいて、このようなピッチシフト動作を実行する。

図１のように、ピッチシフト部７から出力されるピッチシフト信号ＳＡ３’と、帯域分割部６からのオーディオ信号ＳＡ２は、合成部８に供給される。
合成部８はピッチシフト信号ＳＡ３’とオーディオ信号ＳＡ２を加算合成して、スピーカ１５に供給するためのオーディオ信号ＳＡ４を生成する。
このオーディオ信号ＳＡ４は、Ｄ／Ａ変換器９でアナログオーディオ信号に変換された後、パワーアンプ１０で増幅され、スピーカ１５から音声、即ち音楽等の再生音声として出力される。

なお、この図１の構成において、本発明請求項の構成要件との対応は次のようになる。
マスキング帯域判定部：スペクトラム解析／制御部４
帯域成分抽出部：帯域分割部６
ピッチシフト部：ピッチシフト部７
信号出力部：合成部８

このようなオーディオ装置１の動作を説明する。
図１０に示したように、走行時の車室内ノイズは、高域に比べ低域で大きなレベルとなっている。このため、低域の音楽信号成分はこ走行時ノイズでマスキングされる傾向となる。本例では、このマスキングを防止するため、車室内のノイズをマイクロホン２で集音し、低域のノイズレベルの状況に応じて、低域周波数を適宜マスキングされにくい帯域にシフトさせるものである。
このためのスペクトラム解析／制御部４の処理を図４に示す。また、図４の処理に応じた動作処理のイメージを、図５に模式的に示す。
図４の処理は、オーディオ装置１によってオーディオ再生部５からの音楽等の再生を実行している期間に、スペクトラム解析／制御部４が繰り返し継続的に実行するものである。

スペクトラム解析／制御部４は、ステップＦ１０１で、ノイズ音を入力する。即ちマイクロホン２、マイクアンプ３を介して入力されるノイズ音声信号を取り込む。
スペクトラム解析／制御部４は、ステップＦ１０１で所定期間単位で取り込んだノイズ音声信号に対してスペクトラム解析を実行する。そしてステップＦ１０３で、スペクトラム解析結果として各帯域毎のレベル検出を行い、再生音楽等に対するマスキングが発生する可能性の高い周波数帯域の判定を行う。
例えば各帯域のノイズレベルを所定のスレッショルドレベルｔｈと比較して、マスキングの可能性を判定すればよい。

図５（ａ）（ｂ）は、ノイズ音のスペクトラム解析結果の例を示している。図５（ａ）の場合、ノイズ音は、低域であってもスレッショルドレベルｔｈ未満でさほど大きなレベルとはなっておらず、マスキングは発生しないと判断する。例えば自動車の停車時などであってノイズが低い場合などがこれに該当する。
一方、図５（ｂ）は、走行スピードが増してロードノイズが増えたような場合であって、ノイズ音が、その低域においてスレッショルドレベルｔｈを越えている状況を示している。このようにスレッショルドレベルｔｈを越えたノイズレベルが検出された場合は、スピーカ出力音についてのマスキング発生が見込まれると判定する。

判定結果として、図５（ａ）のようにノイズレベルが小さく、マスキング発生は見込まれないとした場合、スペクトラム解析／制御部４はステップＦ１０４からＦ１０７に進み、ピッチシフト不実行制御を行う。
即ちこの場合は、制御信号Ｃ１によって、図２の帯域分割部６のスイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオンとし、またピッチシフト部７に対して制御信号Ｃ３によってピッチシフト動作を実行させないようにする。
従ってこの場合は、オーディオ再生部５からのオーディオ信号ＳＡ１は、帯域分割部６で特に帯域分割されない状態で、そのままオーディオ信号ＳＡ２として合成部８に供給され、一方ピッチシフト信号ＳＡ３’は合成部８に入力されない。
合成部８は、オーディオ信号ＳＡ２（＝ＳＡ１）を、そのままスピーカ出力用のオーディオ信号ＳＡ４として（つまりＳＡ４＝ＳＡ１）出力する。従って、この場合はオーディオ再生部５からのオーディオ信号ＳＡ１は、そのままスピーカ出力されることになる。

ところが図５（ｂ）のように、ロードノイズが大きくなり、マスキング発生が見込まれる場合は、スペクトラム解析／制御部４は処理をステップＦ１０４からＦ１０５に進める。ステップＦ１０５では、ピッチシフトを行う対象の帯域を決定する。例えば図５（ｂ）において、スレッショルドレベルｔｈを越えたノイズレベルが周波数ｆｘ以下の帯域で観測されていたのあれば、この周波数ｆｘ以下の帯域を、ピッチシフトを行う対象の帯域とする。
そしてその決定した帯域についてステップＦ１０６でピッチシフト実行制御を行う。
即ちこの場合は、制御信号Ｃ１によって、図２の帯域分割部６のスイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２をオフとし、また制御信号Ｃ２によってカットオフ周波数＝ｆｘを指示する。さらにピッチシフト部７に対して制御信号Ｃ３によってピッチシフト動作の実行を指示する。

この場合のオーディオ信号のイメージを図５（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）に示している。
オーディオ再生部５からのオーディオ信号ＳＡ１が、周波数軸上で図５（ｃ）のようであったとする。
この場合、帯域分割部６からは、図５（ｄ）の周波数ｆｘ以上の帯域の信号成分がオーディオ信号ＳＡ２として出力され、また図５（ｅ）の周波数ｆｘ未満の帯域の信号成分が、オーディオ信号ＳＡ３としてピッチシフト部７に供給される。
ピッチシフト部７ではオーディオ信号ＳＡ３に対してピッチシフト処理を行い、図５（ｆ）のような信号成分からなるピッチシフト信号ＳＡ３’を出力する。
そして合成部８では、図５（ｄ）のオーディオ信号ＳＡ２と、図５（ｆ）のピッチシフト信号ＳＡ３’が加算合成され、その結果がオーディオ信号ＳＡ４（ＳＡ４＝ＳＡ２＋ＳＡ３’）としてスピーカ出力に供されることになる。

例えばｆｘ＝１００Ｈｚであったとすると、１００Ｈｚ以下の帯域の信号成分が２倍の周波数にピッチシフトされ、それが１００Ｈｚ以上の帯域の信号成分に加算されてスピーカ出力されるものとなる。
このような本例の処理によって、ノイズによるマスキングの影響を低減でき、走行中の車内のようにノイズの大きい環境下において、オーディオ再生部５で再生される音楽等の出力音量を上げたり、マスキングされる帯域をブーストしたりしなくとも、音楽等を快適に楽しめる状況を創出できる。

即ち、オーディオ信号ＳＡ１内において、ノイズによってマスキングされる帯域の信号成分をピッチシフトすることは、当該帯域の信号成分、つまりマスキングでユーザが聴感できない信号成分を、マスキングされにくい帯域にシフトすることとなり、つまりピッチシフト後の音声出力をユーザに聴感させるものとなる。
ここで、オーディオ信号成分、例えば１００Ｈｚの信号成分を２００Ｈｚにピッチシフトさせると、マスキングはされなくとも音程が変わってしまうことが懸念されるが、実際にはミッシングファンダメンタル現象によって、ユーザには音楽等は通常どおりに知覚される。
ミッシングファンダメンタル現象は、公知のとおり、或る基本周波数の音の整数倍音を含む音声については、基本周波数の音が含まれていなくても、人間が基本周波数の音を知覚する現象であり、基本周波数（この場合例えば１００Ｈｚ）の成分が無くても、その倍音成分（２００Ｈｚ）があれば基本周波数（１００Ｈｚ）の音を人間が知覚する。この現象により、本例のようにピッチシフトを行っても、元の音楽等のイメージを損なうことは無い。従って、ノイズによるマスキングの影響を低減させて、快適に音楽等を楽しめることとなる。特にマスキングされていた低域を明瞭に聞き取ることができるようになる。また、これによってむやみにスピーカ出力音量を上げるなども不要となる。

なお、本例ではピッチシフト部７は２倍の周波数にピッチシフトを行うものとした。
ミッシングファンダメンタル現象で基本周波数を知覚させるには、少なくとも基本周波数の２倍音の存在が必要であり、さらに３倍音、４倍音等の連続した整数倍音を含むことが適切である。上記のような音楽等のオーディオ信号の場合、元々、連続する整数倍音は含まれていると考えられる。即ち、２倍音としたピッチシフト信号ＳＡ３’のみを出力するのではなく、高域側のオーディオ信号ＳＡ２をミックスして出力するものであるため、最終的なスピーカ出力においては、高いレベルの２倍音とともに、連続した整数倍音成分も含まれており、これによってユーザは基本周波数を知覚できると考えられる。

ここで、さらにピッチシフト信号ＳＡ３’としては、２倍音だけでなく、他の整数倍音成分を含むようにすることも考えられる。
例えばピッチシフト部７を図６のように構成する。これは、図３のメモリ２０，メモリコントローラ２１、逓倍器２２に加えて、メモリ２３，メモリコントローラ２４、逓倍器２５、及び加算器２６を設けたものである。
メモリコントローラ２４には、書込用のクロックとして周波数ｆｓのクロックＣＫ１が供給され、また、クロックＣＫ１が逓倍器２５で４倍の周波数（４ｆｓ）とされたクロックＣＫ２が、読出用のクロックとして供給される。

メモリコントローラ２１側では、入力されるオーディオ信号ＳＡ３を、クロックＣＫ１に従ってメモリ２０に書き込み、またメモリ２０に書き込んだオーディオ信号ＳＡ３を、所定単位毎に２倍の周波数のクロックＣＫ２に従って２回連続して読み出しを行うことで、オーディオ信号ＳＡ３を、２倍の周波数にピッチシフトした信号を出力する。
またメモリコントローラ２４側では、入力されるオーディオ信号ＳＡ３を、クロックＣＫ１に従ってメモリ２３に書き込み、またメモリ２３に書き込んだオーディオ信号ＳＡ３を、所定単位毎に４倍の周波数のクロックＣＫ３に従って４回連続して読み出しを行うことで、オーディオ信号ＳＡ３を、４倍の周波数にピッチシフトした信号を出力する。
そして加算器２６で、２倍の周波数にピッチシフトした信号と４倍の周波数にピッチシフトした信号を加算し、これをピッチシフト信号ＳＡ３’として出力する。

このように、２倍音だけでなく、他の整数倍音成分を積極的にピッチシフト信号ＳＡ３’に加えるようにすることも考えられる。
もちろんさらに、３倍音、５倍音、６倍音などもピッチシフト信号ＳＡ３’に含ませるようにしてもよい。

ところで本例の場合、マイクロホン２はノイズ集音のためのものであって、オーディオ信号ＳＡ１に基づく再生音楽等の音は集音されにくいようにする必要がある。
このため、自動車内におけるマイクロホン２の設置箇所や指向性の設定によって、スピーカ１５から出力される音が集音されにくいようにすることが適切である。
或いはロードノイズが低域、例えば２００Ｈｚ以下が主体であることから、マイクロホン２で得られた音声信号についてＬＰＦを介して２００Ｈｚ以下などの低域成分をスペクトラム解析／制御部４に供給するようにすることも考えられる。
さらには、オーディオ再生部５からのオーディオ信号ＳＡ１を位相反転させ、逆相信号としてスペクトラム解析／制御部４に供給し、これをマイクロホン２で得られた音声信号に加算することで、オーディオ信号ＳＡ１の成分を打ち消したうえで、ロードノイズ成分がスペクトラム解析／制御部４で解析されるようにしてもよい。

また、スペクトラム解析／制御部４でのマスキングの判定は、帯域毎のノイズレベルを所定のスレッショルドレベルｔｈと比較するものとしたが、このスレッショルドレベルｔｈは、帯域にかかわらず同じレベルとしてもよいし、帯域毎に異なるスレッショルドレベルｔｈを設定しても良い。
さらには、スピーカ出力されるオーディオ信号の音量レベルに応じて、マスキング判定のスレッショルドレベルｔｈを可変するようにしてもよい。
また、オーディオ再生部５からのオーディオ信号ＳＡ１をスペクトラム解析／制御部４に供給するようにし、ノイズと同様、オーディオ信号ＳＡ１についても帯域毎のレベルを検出し、帯域毎のノイズレベルとオーディオ信号レベルの比較を行って、マスキング発生の有無や、マスキングが発生する帯域を検出するようにしてもよい。

また図１の例では、オーディオ信号ＳＡ１はデジタルオーディオ信号としての例で説明したが、オーディオ信号ＳＡ１をアナログオーディオ信号とし、アナログオーディオ信号を対象として帯域分割部６、ピッチシフト部７，合成部８等の処理が行われるようにする構成例も考えられる。

なお、以上の各点、即ち多数の倍音成分をピッチシフト信号ＳＡ３’に含めるようにすることや、マイクロホン２によるノイズ検出手法、マスキング判定手法、オーディオ信号のデジタル処理／アナログ処理の置き換え可能性などは、繰り返しの記述は避けるが、以下に述べる第２，第３の実施の形態でも同様に考えられるものである。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態のオーディオ装置１の構成を図７に示す。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、重複説明は避ける。
この場合、オーディオ再生部５からのオーディオ信号ＳＡ１は、そのまま合成部８に供給されるとともに、通過帯域可変フィルタ部１１に供給される。

通過帯域可変フィルタ部１１は、例えば図８のように、スイッチＳＷ１と通過帯域可変ＬＰＦ３０で構成される。スイッチＳＷ１はスペクトラム解析／制御部４からの制御信号Ｃ１によってオン／オフ制御され、また通過帯域可変ＬＰＦ３０のカットオフ周波数は、スペクトラム解析／制御部４からの制御信号Ｃ２によって可変設定される。
そして通過帯域可変ＬＰＦ３０の出力が、ピッチシフト処理の対象の帯域のオーディオ信号ＳＡ３としてピッチシフト部７に供給される。
ピッチシフト部７では、オーディオ信号ＳＡ３について、少なくとも２倍音にピッチシフトしたピッチシフト信号ＳＡ３’を生成し、合成部８に出力する。
なお、この図８の構成例の場合、本発明請求項にいう帯域成分抽出部には通過帯域可変フィルタ部１１が相当することとなる。

この第２の実施の形態の場合も、スペクトラム解析／制御部４は図４の処理を行えばよい。
マスキングが発生しないと判断した状況で図４の処理がステップＦ１０７に進む場合は、スペクトラム解析／制御部４は、ピッチシフト不実行制御として。通過帯域可変フィルタ部１１のスイッチＳＷ１をオフとし、またピッチシフト部７に対して制御信号Ｃ３によってピッチシフト動作を実行させないようにする。
従ってこの場合は、オーディオ再生部５からのオーディオ信号ＳＡ１が、そのまま合成部８からスピーカ出力用のオーディオ信号ＳＡ４として（ＳＡ４＝ＳＡ１）出力される。

一方、ロードノイズが大きく、マスキング発生が見込まれる場合として、スペクトラム解析／制御部４の処理がステップＦ１０５に進んだ場合は、まずスペクトラム解析結果からピッチシフトを行う対象の帯域を決定し、ステップＦ１０６でピッチシフト実行制御を行う。
即ちこの場合は、制御信号Ｃ１によって、図２の通過帯域可変フィルタ部１１のスイッチＳＷ１をオンとし、また制御信号Ｃ２によって通過帯域可変ＬＰＦ３０のカットオフ周波数を指示する。さらにピッチシフト部７に対して制御信号Ｃ３によってピッチシフト動作の実行を指示する。

これによってピッチシフト部７には、通過帯域可変ＬＰＦ３０によって抽出された低域のオーディオ信号ＳＡ３が供給され、ピッチシフト部７は、オーディオ信号ＳＡ３からピッチシフト信号ＳＡ３’を生成して合成部８に出力する。
従ってこの場合、合成部８では、図５（ｃ）のオーディオ信号ＳＡ１と、図５（ｆ）のピッチシフト信号ＳＡ３’が加算合成され、その結果がオーディオ信号ＳＡ４としてスピーカ出力に供されることになる。
つまり第１の実施の形態との差異は、マスキング発生が見込まれる帯域も含めて全帯域成分を持つオーディオ信号ＳＡ１に、ピッチシフト信号ＳＡ３’を加算する形として、スピーカ出力用のオーディオ信号ＳＡ４（ＳＡ４＝ＳＡ１＋ＳＡ３’）を生成する点である。
このような第２の実施の形態によっても、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第３の実施の形態］
図９で第３の実施の形態を説明する。図１と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。
図９の構成では、図１のスペクトラム解析／制御部４に代えて、低域ノイズ検出／制御部１４を設けている。この低域ノイズ検出／制御部１４は、簡易なスペクトル解析を行う部位と考えることができ、例えばマイクロホン２で集音されるノイズ音声信号を、或る特定の周波数ｆｘをカットオフ周波数としたＬＰＦによって低域のみ抽出し、その抽出した帯域のノイズレベルを検出する。そしてその検出されたノイズレベルによって、マスキング発生の有無を判定する。

オーディオ再生部５からのオーディオ信号ＳＡ１は、合成部８に供給されるとともに、スイッチ１２がオンである場合は、ＬＰＦ１３を介してピッチシフト部７に供給される。ＬＰＦ１３は、カットオフ周波数が周波数ｆｘで固定とされている。

この場合、低域ノイズ検出／制御部１４は、周波数ｆｘ以下の帯域のノイズレベルを検出する。そしてその検出結果により、低域のノイズレベルが小さく、マスキングが発生しないと判断した場合は、制御信号Ｃ１によってスイッチ１２をオフとする。またピッチシフト部７に対して制御信号Ｃ３によってピッチシフト動作を実行させないようにする。
従ってこの場合は、オーディオ再生部５からのオーディオ信号ＳＡ１が、そのまま合成部８からスピーカ出力用のオーディオ信号ＳＡ４として（ＳＡ４＝ＳＡ１）出力される。

一方、ロードノイズが大きく、低域ノイズレベルが上昇してマスキング発生が見込まれると判定したら、低域ノイズ検出／制御部１４は、制御信号Ｃ１によってスイッチ１２をオンとし、またピッチシフト部７に対して制御信号Ｃ３によってピッチシフト動作の実行を指示する。
これによってピッチシフト部７には、ＬＰＦ１３によって抽出された低域のオーディオ信号ＳＡ３が供給され、ピッチシフト部７は、オーディオ信号ＳＡ３からピッチシフト信号ＳＡ３’を生成して合成部８に出力する。
従ってこの場合、合成部８では、オーディオ信号ＳＡ１とピッチシフト信号ＳＡ３’が加算合成され、その結果がオーディオ信号ＳＡ４としてスピーカ出力に供されることになる。
つまりこの第３の実施の形態は、ピッチシフト部７に供給するオーディオ信号ＳＡ３の帯域を固定として構成及び処理を簡略化した例である。
例えば低域ノイズ検出／制御部１４がレベル検出を行う帯域を１００Ｈｚ以下、ＬＰＦ１３のカットオフ周波数を１００Ｈｚなどと固定とする。これによって１００Ｈｚ以下の帯域でマスキングが発生する状況では、オーディオ信号ＳＡ１における当該帯域をピッチシフトして加算するという手法で、第１，第２の実施の形態と同様の効果を得るようにする。
ピッチシフト処理の対象とする帯域を固定とすることで、実際のノイズ状況に合致した精細な制御はできないが、第１，第２の実施の形態における効果を、より簡易な構成で実現しようとする場合に適している。

以上、第１，第２，第３の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、多様な変形例、適用例が想定される。
特に車載用のオーディオ装置としたが、これ以外にも、航空機内、列車内でのオーディオ装置、工場、店舗などに設置するオーディオ装置など、ノイズ環境下で使用されるオーディオシステムとして好適である。

本発明の第１の実施の形態のオーディオ装置のブロック図である。 実施の形態の帯域分割部のブロック図である。 実施の形態のピッチシフト部のブロック図である。 実施の形態のスペクトラム解析／制御部の処理のフローチャートである。 実施の形態の動作イメージの模式的な説明図である。 実施の形態のピッチシフト部のブロック図である。 本発明の第２の実施の形態のオーディオ装置のブロック図である。 実施の形態の通過帯域可変フィルタ部のブロック図である。 本発明の第３の実施の形態のオーディオ装置のブロック図である。 自動車内のノイズ測定結果の説明図である。

符号の説明

１ オーディオ装置、２ マイクロホン、３ マイクアンプ、４ スペクトラム解析／制御部、５ オーディオ再生部、６ 帯域分割部、７ ピッチシフト部、８ 合成部、９ Ｄ／Ａ変換器、１０ パワーアンプ、１１ 通過帯域可変フィルタ部、１４ 低域ノイズ検出／制御部、１５ スピーカ

Claims (7)

1. オーディオ信号出力音に対しての、環境音によるマスキングの発生が見込まれる周波数帯域を判定して対象周波数帯域とするマスキング帯域判定部と、
   入力されるオーディオ信号から、上記マスキング帯域判定部で判定された対象周波数帯域の信号成分を抽出する帯域成分抽出部と、
   上記帯域成分抽出部で抽出された対象周波数帯域の信号成分のピッチシフトを行い、少なくとも２倍の周波数の信号成分を含むピッチシフト信号を生成するピッチシフト部と、
   上記ピッチシフト部で得られた上記ピッチシフト信号を含むオーディオ信号を、接続されたスピーカに供給するオーディオ信号とする信号出力部と、
   を備えることを特徴とするオーディオ出力装置。
2. 上記帯域成分抽出部は、上記対象周波数帯域の信号成分と、他の周波数帯域の信号成分とを分離して、上記対象周波数帯域の信号成分を上記ピッチシフト部に供給し、
   上記信号出力部は、上記他の周波数帯域の信号成分と、上記ピッチシフト信号とを合成したオーディオ信号を、スピーカに供給するオーディオ信号とすることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ出力装置。
3. 上記帯域成分抽出部は、入力されたオーディオ信号から、上記対象周波数帯域の信号成分を抽出して上記ピッチシフト部に供給し、
   上記信号出力部は、上記入力されたオーディオ信号と、上記ピッチシフト信号とを合成したオーディオ信号を、スピーカに供給するオーディオ信号とすることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ出力装置。
4. 上記マスキング帯域判定部は、マイクロホンで集音された環境音について周波数解析を行って、各周波数帯域毎の環境音レベルに基づいて、上記対象周波数帯域の判定を行うことを特徴とする請求項１に記載のオーディオ出力装置。
5. 上記ピッチシフト部は、上記対象周波数帯域の信号成分についての２倍の周波数の信号成分と、さらに他の倍音成分を含む上記ピッチシフト信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のオーディオ出力装置。
6. オーディオ信号出力音に対しての、環境音によるマスキングの発生の有無を判定するマスキング判定部と、
   上記マスキング判定部でマスキング発生有りと判定されることに応じて、入力されるオーディオ信号から、特定周波数帯域の信号成分を抽出する帯域成分抽出部と、
   上記帯域成分抽出部で抽出された対象周波数帯域の信号成分のピッチシフトを行い、少なくとも２倍の周波数の信号成分を含むピッチシフト信号を生成するピッチシフト部と、
   上記ピッチシフト部で得られた上記ピッチシフト信号を含むオーディオ信号を、接続されたスピーカに供給するオーディオ信号とする信号出力部と、
   を備えることを特徴とするオーディオ出力装置。
7. オーディオ信号出力音に対しての、環境音によるマスキングの発生が見込まれる周波数帯域を判定して対象周波数帯域とするステップと、
   入力されるオーディオ信号から、上記対象周波数帯域の信号成分を抽出するステップと、
   抽出された対象周波数帯域の信号成分のピッチシフトを行い、少なくとも２倍の周波数の信号成分を含むピッチシフト信号を生成するステップと、
   上記ピッチシフト信号を含むオーディオ信号を、接続されたスピーカに供給するオーディオ信号として出力するステップと、
   を備えることを特徴とするオーディオ出力方法。

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