JP2010514235A - 音量自動調整方法及びシステム - Google Patents

Abstract

音響が出力される室の測定及び音響統計の計算に基づき、音響送信機の音量を自動的に調整するための制御方法である。システムは、少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つのセンサによって収集された信号の統計を決定する計算機と、計算機によってもたらされたこれらの統計を使用して、室内の送信機の音量を調整する制御装置とを備えている。

Description

本発明は、空間における音響の音量の自動調整のためのシステム及び方法に関する。特に、本発明は、空間における周囲雑音の音響測定と、統計分析とに基づく、自動音量調整方法及びシステムに関する。

例えば、音響マスキングアプリケーションでは、音響マスキングシステムを使用して、音声プライバシー及び労働環境における労働者の快適性を高める。音響マスキングの原理は、気を散らす雑音をマスキングするのに必要なだけ、室の背景雑音を増大させることである。一般に、気を散らす雑音は、情報（例えば、会話、プリンタ雑音、電話ベル音など）を含むショートアコースティックイベント（short acoustic event）を含んでいる。

音声マスキングシステムが開発されるにつれて、その有効性が、十分な精度を有する理想的なマスキング音響スペクトルを出力する能力に関係していることが今日では確立されている。理想的なマスキング音響は、聴取者の位置で、最適化された音声プライバシーを達成するように定義される（例えば、Acoustical Design of Conventional Open Plan Offices, Institute, for research I Construction, National Research Council, Canadian Acoustic, vol. 27. No. 3 (2003) -23）。

一般に、２個のパラメータ（例えば、音響マスキングシステムで、（１）マスキング音響のスペクトル形状、（２）マスキング音響のグローバルレベル（global level）（又は音量））が、最適なプライバシー及び労働者の快適性を得るために考慮される。

マスキング音響の理想的なスペクトル形状を得るため、マスキングシステムのイコライザが、多数のパラメータを（例えば、室のサイズ、室の壁面の塗料、室内の家具を含む）考慮して、各環境に対して調整される。イコライザの調整は手動で実行することができる。また、例えば、米国特許出願公開第2006/0009969号明細書（題名「自動調整音響マスキングシステム及び方法」）に開示されたように、自動較正システムが既知である。

一方では、最適な効果のため、マスキング音響のグローバルレベル又は音量は、室の専用に設定される。例えば、一般に、銀行のホールにおける音響マスキングのレベルは、事務員のオープンオフィスにおける音響マスキングレベルよりも、より高いレベルに設定されるが、閉鎖されたオフィスにおける音響マスキングレベルはより低く設定される。

他方では、最適な快適性のため、音響マスキングレベルは、監視されるゾーンにおける活動強度に従って調整される。環境が静かになるとき（例えば、業務時間外）、高レベルのマスキング音響は必要ではなく、かつ、これに対して、音響マスキングレベルが、まだいる労働者に最適な快適性を提供するため、減少されるように必要である。

そのような時間変動に合致するため、一部の音響マスキングシステム（時間と共にマスキング音響のグローバルレベルを指定することができる音量カレンダを含む）が現在は市場に出ている。この特徴によって、例えば、業務時間外により低いマスキング音響を設定し、かつ、１日のうちの期間中（騒々しい活動が予期される）により高いマスキング音響を設定することができる。しかし、そのようなシステムは、現実のアコースティカル（acoustical）活動に対する反応を含まないので、室内の活動強度に関連したマスキング音響のグローバルレベルは、多くの場合は間違った結果となる。

音量カレンダに対する代替物は、センサ（周囲雑音を検出するための室内に配置された）を使用し、かつ、周囲雑音が現在の活動によって増大したとき、音響マスキングレベルを増大させる動的な制御装置である。制御装置の入力は、マイクロホン（マスキング音量を制御しなければならない室内に配置された）から来る信号である。したがって、マイクロホンで測定されたグローバルレベルを使用して、アコースティック活動評価を取得し、かつ、時間と共に必要とされるマスキング音量を決定する。

しかし、制御装置が周囲雑音の増大に応答して、マスキング音量を増大させた場合、次いで、制御装置のマイクロホンによって測定されたグローバルレベルは増大し、かつ、これらの新規のより高いグローバルレベルに基づき、制御装置はマスキング音響レベルを増大させ続けるので、マスキング音量を調整するためにグローバルエネルギに基づく反応を使用することは不安定性に苦しむ。

ページングアプリケーションの場合、音響信号が規則的ではないので、グローバルエネルギ制御システムは安定し、かつ、これらのアプリケーションに対して、一般に、音量調整は呼出しの間に測定された背景雑音に基づいている。音響マスキングシステムは一定の信号を生成し、かつ、雑音測定はマスキング音響を常に考慮する。音響マスキング信号を増大することによって、室内のグローバルエネルギの規則的な増大を生じ、グローバルエネルギ制御装置を不安定か又は少なくとも不正確にさせる。

要約すれば、音響マスキングレベルは、苦痛でなく、有効であるように、高い精度で調整しなければならない。例えば、オープンオフィスでは、一般に、音響マスキングは、１日のうちで静かな時間中の43〜45 dBA（人の耳の音響への応答を近似するように重み付けした周波数の使用に関連した単位）から、忙しい期間中の最大48 dBAまで変化する（例えば、The Acoustical design of conventional open plan offices Bradley, J. S., NRCC-46274 Canadian Acoustics, v. 31, no. 2, June 2003, pp. 23-31を参照）。したがって、グローバルエネルギ制御装置を使用してマスキング音量を調整したにも拘らず、その不安定性によって、正確な調整をまだ確実に行うことができない。

米国特許第4,438,526号明細書（Thomalla、1984年発行）は、自動音量及び周波数制御マスキングシステムを開示している。このシステムでは、マスキング音量は、室内のマイクロホンによって測定された雑音に従ってその出力中に調整されて、全雑音（活動雑音及びマスキング音響とも）の一定のレベル及びターゲットスペクトル形状を取得する（第２ページ第10行を参照）。室内の一定の雑音レベル及びターゲットスペクトル形状を取得するために使用された方法は、マイクロホンから来た信号に対して行われたフィルタリングオペレーションに基づいている。フィルタの出力信号を使用して、分割回路の分母を決定する。室内の全雑音（活動による雑音及び音響マスキングシステムによって出力された音響とも）が増大するとき、室内の一定の全雑音レベル及びターゲットスペクトル形状を取得するために、マスキング音響スピーカによって出力された音響は減少される。したがって、このシステムでは、室内の人の活動による雑音レベルが増大するとき、マスキング音響は減少される。したがって、このシステムの目的は、自動音量制御装置（室内の気を散らす音響が増大したとき、マスキング音響を増大することを目的とする）の目的とは、大きく異なっている。Thomallaによって開示されたシステムは、室内のグローバル雑音が増大するとき、マスキング音響が減少されるので、標準的なグローバルエネルギ制御装置の不安定性挙動を有していないことに注意しなければならない。

今日まで、マスキング音量の自動調整のための安定した制御装置には、まだ技術的な課題が残っている。A. Singminによる加国特許出願公開第2,122,164号明細書は、周囲背景雑音を監視して、白色雑音刺激装置（ジェネレータ）の音量を自動調整し、それによって、マスキング音響を継続的に手動調整する必要性をなくすことを教示している。しかし、この明細書は、システムがどのように動作し、かつ、不安定性問題をどのように克服するかについて説明していない。

つい最近では、R. Goubran及びR. Botosが、周囲雑音に従ってマスキング雑音の雑音レベル及び周波数内容を増大させることに基づく、適応音響マスキングシステム（米国特許出願公開第2003/0103632号明細書）を教示している。特に、適応音響マスキングシステムは、マスキングされる音響を時間ブロックに分割しつつ、周波数スペクトル及びグローバルレベルを推定し、かつ、マッチングスペクトルを備えた白色雑音及びグローバルレベルを継続的に生成して、望まれない音響をマスキングする。このシステムでは、増幅器のスケーリングファクタは、標準エネルギ制御装置に基づいている。不安定性問題を回避するため、マイクロホンは第１領域内に配置され、かつ、スピーカは第２領域内に配置されている。これは、望まれない音響が測定される同じ領域（即ち、室）内に、マスキングスピーカが存在することができないので、このシステムのアプリケーションを制限する可能性がある。さらに、開示されたシステムは、擾乱雑音（会話、電話）によるマスキングレベルの高速適応率（50 ms毎）に基づいている。

したがって、音響自動音量調整方法及びシステムのための分野にはまだ需要がある。

米国特許出願公開第2006/0009969号明細書 米国特許第4,438,526号明細書 加国特許出願公開第2,122,164号明細書 米国特許出願公開第2003/0103632号明細書

Acoustical Design of Conventional Open Plan Offices, Institute, for research I Construction, National Research Council, Canadian Acoustic, vol. 27. No. 3 (2003) -23 The Acoustical design of conventional open plan offices Bradley, J. S., NRCC-46274 Canadian Acoustics, v. 31, no. 2, June 2003, pp. 23-31

特に、音響送信機が設けられた室の自動音量調整のためのシステムであって、
室内の音響を表すデータを収集する取得ユニットと、
これらのデータのグローバルレベル統計を計算する計算機グローバルエバリュエータ（calculator global evaluator）と、
制御装置と
を具備し、制御装置は、計算機によってもたらされたグローバルレベルを使用して、室内の送信機によって出力された音響の音量を調整する。

さらに、音響送信ユニットが設けられた室内の自動音量調整のための方法であって、
室内の音響を表すデータを取得するステップと、
データのグローバルレベル統計を決定するステップと、
統計を使用して、室内の音響送信ユニットによって出力された音響の音量を調整するステップと
を具備している。

さらなるシステムが提供される。

本発明の他の目的、利点及び特徴は、添付図面を参照して、ほんの一例として与えられた、以下の限定されない実施例の説明によって、より明らかになる。

本発明の１態様の１実施例によるシステムである。 本発明の他の態様の１実施例による方法のフローチャートである。 図１のシステムのグローバルレベル統計エバリュエータの詳細である。 図１のシステムの音量制御装置の詳細である。

送信機によって出力された音響の音量の自動調整を可能にするシステムであって、音響測定と、室（送信機が設置されている）の音の統計の計算とに基づいている。

送信機によって出力された音量の自動調整方法であって、音響測定と、室（送信機が設置されている）の音の統計の計算とに基づいている。

以下の記載では、説明のため、前記送信機は音響マスキングシステムによって例示される。

本明細書では、前記送信機は、音響マスキングユニット100として例示され、一般に、マスキング音響ジェネレータ40と、イコライザ50と、電力増幅器と、少なくとも１つのスピーカ60と備えている。

そのような音響マスキングマスキングユニット100が備えられた室では、室内に配置された少なくとも１つのセンサから来た信号を収集するために、取得ユニット110が使用される。例えば、センサは、室内の音響信号を収集する、室内に配置された１又は複数のマイクロホン112であってもよい。例えば、カメラビデオ（室の画像を収集し、かつ、ソフトウェアと関連して、ビデオにキャプチャされた活動に対応する音響信号を発生させる）などの他のタイプのセンサを意図してもよい。

図１に示されたマイクロホン112などの複数のセンサの場合、取得ユニット110は、種々のセンサによって収集された信号を平均するためのモジュール10を備えてもよい。

取得ユニット110は、計算機（例えば、図１のグローバルレベル統計エバリュエータ20と呼ばれる）をさらに備えて、センサによって収集された信号か、又は、上記したように、複数のセンサの場合には、平均化された信号のグローバルレベル統計を計算する。

当業者には理解されるように、計算機は、当技術分野で既知のように、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）（室内で収集されたアナログ信号を変換するアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）からのデジタル信号を使用する）であってもよい。

取得ユニット110は、制御装置30（これらのグローバルレベルを使用して、音響マスキングユニット100の音量60を調整する）をさらに具備している。

特に、グローバルレベル統計エバリュエータ20は、収集された信号（又は、複数のセンサの場合には平均化された信号）を使用して、固定された短期間（一般に１秒以下）にわたって瞬間のグローバルレベルを計算する。グローバルレベル統計エバリュエータ20は、背景雑音レベルとショートアコースティックイベントのグローバルレベルとを計算し、かつ、固定された期間に対する全ての瞬間のグローバルレベルをコンパイルすることによって統計を導出する。背景雑音とショートアコースティックイベントのグローバルレベルとの間の差異によって、音量制御装置30は、設定ポイントと比べて誤差を決定することができる。設定ポイントは、背景雑音グローバルレベルと、ショートアコースティックイベント（情報を含む雑音）のグローバルレベルとの間の所望の差異である。

背景雑音とマスキング音量とは直接的な相関関係にあるので、音量制御装置30によって計算された誤差を直接使用して、音響マスキングユニット100によって出力された音響の音量を調整することができる。

さらに、下限と上限とを備えた音量飽和モジュール（図４に関連して、以降にさらに検討される）によって、マスキング音量のためのオペレーション範囲を指定することが可能であってもよい。

上記したシステムのコンポーネントに対応する参照ラベルをステップ番号として使用して、本発明の更なる態様の実施例による方法がここで説明される。

一般に、方法は、室内の音響に関するデータを収集するステップと、これらのデータの統計を計算するステップと、これらの統計に基づき、送信機によって室内に追加される音響の音量を調整するステップとを具備している。

例えば、図２に示すように、ステップ10では、室内に配置されたマイクロホンから来た１又は複数の信号は収集され、かつ、複数のデータソースが使用されて、室内のアコースティック活動の空間的な代表性を改善させる場合には、収集された信号を平均化するためのモジュール10によって平均化される。実際に、当技術分野で周知のように、室内で収集された信号の平均の使用によって、室内のアコースティック活動の正確な空間的な代表性を得ることができる。

ステップ20では、モジュール10から来た平均化された信号のグローバルレベル統計は、図３に詳細に示されたように、グローバルレベル統計エバリュエータ20によって計算される。

図３に示すように、グローバルレベルは、固定された時間基準21を備えたグローバルレベル推定機によって計算される（ステップ22）。グローバルレベルを計算するために使用された時間基準は短く、一般に１秒以下である。次いで、グローバルレベルの分布曲線26が計算されて（ステップ27）、ショートアコースティックイベント28と背景雑音29との両方に対するグローバルレベルを抽出する（以降に検討される）。

特に、ステップ27で計算された分布曲線は、固定された期間23にわたって、ステップ22におけるグローバルレベル推定機によって計算された全てのグローバルレベルを用いて決定される。この固定された期間23は、調整されて、全体制御のより速いか又はより遅い応答を可能にしてもよい。分布曲線は、パーセンテージの関数でグローバルレベルを表している。分布曲線上の所定のグローバルレベルに対して、対応するパーセンテージは、グローバルレベル（又はより低いグローバルレベル）が時間23のこのパーセンテージで測定されていることを意味している。

２個の値（（１）ショートアコースティックイベントのグローバルレベル28、（２）背景雑音29のグローバルレベル）を前記分布曲線から抽出してもよい。ショートアコースティックイベントのためのグローバルレベル28は、値（ショートアコースティックイベントのためのパーセンテージ25と呼ばれる）によって指定されたパーセンテージで、分布曲線上を読みとられる。背景雑音のためのグローバルレベル29は、値（背景雑音のためのパーセンテージ24と呼ばれる）によって指定されたパーセンテージで、分布曲線上を読みとられる。例えば、それぞれが10％及び90％のショートアコースティックイベント及び背景雑音のためのグローバルレベルを読み取るために使用されたパーセンテージの値は、例えば、音響マスキングシステムの場合に、適切な制御レベルを導出するために見つけられる。

ステップ30では、図４に詳細を示すように、統計的なデータ（28,29）が音量制御装置30によって使用されて、音響マスキングユニット100（図１を参照）によって出力された音響の音量を調整する。

図４に示されたように、音量制御装置30は、グローバルレベル統計エバリュエータ20によって計算されたショートアコースティックイベント28と背景雑音29とのグローバルレベルを使用して、音響マスキングユニット100の適切な音量を計算する。

特に、制御装置30は、ショートアコースティックイベントと背景雑音とのグローバルレベル間の差異を計算する（ステップ31）。次いで、この差異が固定された設定ポイント32と比較されて（ステップ33）、誤差34を決定する。設定ポイント32は、背景雑音とショートアコースティックイベントのグローバルレベルとの間の所望の差異である。背景雑音上のマスキング音響の寄与が直接的であるので、誤差34を使用して、音響マスキングユニットの音量を調整することができる（ステップ34）。

制御装置30によって、同じ領域（雑音測定が行われている）において、マスキング音量を調整することができる。さらに、より長い期間（数秒から数分）に適応させて、マスキング音響レベルの急速な変化を回避することができる（さもないと、例えば、室内の労働者に迷惑となり得る）。

図４に示すように、音量飽和モジュール35を音量制御装置30によって使用して、マスキング音量を所望の範囲に制限してもよい（音量制御装置30に下限（ライン36）と上限（ライン37）とを指定することによって）。

当業者に理解されるように、グローバルレベル統計の使用によって、安定性問題を克服することができる。本方法では、制御装置は、背景雑音と室内の活動に関連したショートアコースティックイベントとを識別することが可能であり、したがって、測定において、マスキングされる雑音からマスキング音響を抽出することが可能である。背景雑音に対するマスキング音響ユニットの寄与が直接的であるので、したがって、制御装置は、マスキングされる音響による情報から、マスキング音響による情報を区別することが可能であり、安定した制御システムをもたらしている。

さらに、背景雑音とショートアコースティックイベントとのグローバルレベル間の差異を使用して、音響マスキングユニットの適切な音量を自動的に計算し、マイクロホンから来た信号の較正を回避することができる、所望の設定ポイントを取得する。実際に、dBでグローバルレベルを計算するために使用されたリファレンスが何であっても、差異は同じである。

音量飽和モジュールを使用して、音量のための範囲をさらに定義し、音響マスキングユニット100の増幅器ステージ60の制限を考慮することができる（例えば、制御システムに伴う問題（誤差を含むマイクロホン信号、音響マスキングユニットに関連付けられないスピーカ雑音など）の場合には、監視された室内の人の快適性の増大のため）。

本システム及び方法は、時間中に周囲雑音の発生を追跡するために満足な速度で、周囲雑音に対する反応において、約0.5 dBで、生成された音響の音量の正確な調整を可能にする。

本統計制御装置によって可能となったより高い精度のため、当業者に既知のように、本システム及び方法は、一定の音響を出力するさまざまな送信機に適用してもよい。例えば、これらは、一定ではない音響送信機（待合室のＴＶセット、ボールルームの音楽プレーヤなど）にさらに適用して、補正制御パラメータ（即ち、例えば、上記した分布曲線に使用されたパーセンテージ値）を提供してもよい。

本発明は、その実施例のため、上記したように説明されたが、上記した本願発明の性質及び教示から逸脱することなく、変更してもよい。

100 音響マスキングユニット
110 取得ユニット
112 マイクロホン
10 平均
20 グローバルレベル統計エバリュエータ
30 音量制御装置
40 白色雑音ジェネレータ
50 イコライザ
60 音量

Claims (12)

1. 音響送信機が設けられた室の自動音量調整のためのシステムであって、
   前記室内の前記音響を表すデータを収集する取得ユニットと、
   前記データのグローバルレベル統計を計算する計算機グローバルエバリュエータと、
   制御装置と
   を具備し、前記制御装置は、前記計算機によってもたらされたグローバルレベルを使用して、前記室内の前記送信機によって出力された前記音響の前記音量を調整することを特徴とするシステム。
2. 前記計算機は、固定された時間基準を備えた前記グローバルレベル統計と、統計データを導出するための前記グローバルレベルの分布曲線とを決定し、
   前記制御装置は、前記統計データを使用して、前記送信機によって出力された前記音響の前記音量を調整することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記計算機は、背景雑音レベルと、ショートアコースティックイベントのグローバルレベルとを計算し、かつ、統計を導出し、
   前記制御装置は、ショートアコースティックイベントの前記グローバルレベルと、前記背景雑音レベルとの間の差異を取得し、前記差異を固定された設定ポイントと比較して、誤差を決定し、かつ、
   前記誤差を使用して、前記送信機によって出力された前記音響の前記音量を調整することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 音量飽和モジュールをさらに備え、
   前記制御装置は、前記音量飽和モジュールを使用して、所望の範囲に、前記送信機によって出力された前記音響の前記音量を制限することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 音響送信ユニットが設けられた室内の自動音量調整のための方法であって、
   ａ）前記室内の前記音響を表すデータを取得するステップと、
   ｂ）前記データのグローバルレベル統計を決定するステップと、
   ｃ）前記統計を使用して、前記室内の前記音響送信ユニットによって出力された前記音響の音量を調整するステップと
   を具備する方法。
6. 前記ステップａ）は、前記室内に配置された少なくとも１つのマイクロホンから信号を収集するステップを具備することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記ステップｂ）は、
   固定された時間基準を備えたグローバルレベルを計算するステップと、
   ショートアコースティックイベントと背景雑音との両方のための前記グローバルレベルを抽出するステップと
   を具備することを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記固定された時間基準は１秒以下であることを特徴する請求項７に記載の方法。
9. 前記ステップｂ）は、
   固定された時間基準を備えたグローバルレベルを計算するステップと、
   前記グローバルレベルの分布曲線を取得するステップと、
   前記分布曲線から、ショートアコースティックイベントと背景雑音との両方のための前記グローバルレベルを抽出するステップと
   を具備し、かつ、
   前記ステップｃ）は、
   ショートアコースティックイベントのための前記グローバルレベルと、背景雑音のための前記グローバルレベルとを使用して、前記音響送信ユニットの適切な音量を決定するステップ
   を具備することを特徴とする請求項５に記載の方法。
10. 前記ステップｂ）は、
    固定された時間基準を備えたグローバルレベルを計算するステップと、
    前記グローバルレベルの分布曲線を取得するステップと、
    前記分布曲線から、ショートアコースティックイベントと背景雑音との両方のための前記グローバルレベルを抽出するステップと
    を具備し、かつ、
    前記ステップｃ）は、
    ショートアコースティックイベントと背景雑音とのグローバルレベル間の差異を計算するステップと、
    前記差異を固定された設定ポイントと比較して、誤差を決定するステップと、
    前記誤差を使用して、前記音響送信ユニットの前記音量を調整するステップと
    を具備することを特徴とする請求項５に記載の方法。
11. 前記音響送信ユニットの前記音量を所望の範囲に制限するステップをさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の方法。
12. 空間の自動音響レベル制御のための制御装置であって、
    前記空間内に配置された音響送信ユニットと、
    取得ユニットと、
    計算機と、
    制御装置と
    を具備し、
    前記取得ユニットは、前記空間内の音響信号を収集し、
    前記計算機は、前記信号の平均から、グローバルレベル統計を計算し、かつ、
    前記制御装置は、前記グローバルレベル統計を使用して、前記音響送信ユニットの前記音量を調整することを特徴とする制御装置。

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