JP2011216946A

JP2011216946A - 放音装置

Info

Publication number: JP2011216946A
Application number: JP2010080336A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Kawahara; 毅彦川▲原▼
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-27
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP5573298B2

Abstract

【課題】情報重畳音信号のレベルを低下させることなく、情報重畳音信号に起因する音をユーザが聞こえにくくする。
【解決手段】音響信号処理部１０は音響信号を帯域制限して加算器５０へ出力する。情報重畳音信号生成部２０は情報コードで拡散コードを変調して帯域制限し、さらにこの情報重畳拡散コードで搬送波を変調して情報重畳音信号を生成し、加算器４０へ出力する。付加音信号生成部３０は、情報重畳音信号の周波数帯域および振幅レベルに基づいて、該情報重畳音信号の周波数帯域に近接する周波数帯域を有し、情報重畳音信号の振幅レベルよりも所定レベル低い振幅レベルの付加音信号を生成し、加算器４０へ出力する。加算器４０は、情報重畳音信号と付加音信号とを合成し加算器５０へ出力する。加算器５０は付加音合成済み情報重畳音信号と帯域制限音響信号を合成して、スピーカ６０へ与える。
【選択図】図１

Description

この発明は、音楽や音声等の音響信号と、情報が重畳された情報重畳音信号とを合成して放音する放音装置に関する。

従来、音声や音楽等の音響信号と、情報が重畳された情報重畳音信号とを合成して放音する放音装置が、各種考案されている。

例えば、特許文献１に記載の放音装置では、音響信号の高域成分を減衰する。この従来の放音装置は、減衰された音響信号の高音域に搬送波周波数が設定された情報重畳音信号を生成する。この従来の放音信号は、高域減衰した音響信号と情報重畳音信号とを合成（加算）して、スピーカから放音する。

特開２０１０−１６６２５号公報

しかしながら、特許文献１に示すような方法では、情報重畳音信号の周波数帯域が、音響信号の周波数帯域と重ならないように、搬送波信号で変調する情報コードとＰＮコードとからなるコードデータの周波数を狭帯域に制限している。

このため、情報重畳音信号は、搬送波信号の周波数を中心周波数とする非常に狭帯域なスペクトルの信号となる。

このような情報重畳音信号が空間放音されると、当該放音される空間にいるユーザに聞こえることがあり、ユーザにとって耳障りで不快感を与えることがある。

一方で、情報重畳音信号のレベルを低下させると、受信するマイクロホン側で、情報を復調できなくなる可能性がある。

したがって、本発明の目的は、情報重畳音信号のレベルを低下させることなく、情報重畳音信号に起因する音をユーザが聞こえにくくすることである。

この発明の放音装置は、情報重畳音信号生成部、付加音信号生成部、および放音部を備える。情報重畳音信号生成部は、所定周波数の搬送波信号を変調し、情報重畳音信号を生成する。付加音信号生成部は、情報重畳音信号の周波数帯域に基づく所定周波数帯域からなる付加音信号を生成する。放音部は、情報重畳音信号と付加音信号とを合成した信号を放音する。

この構成では、所定の帯域幅を有し情報重畳音信号に基づく周波数帯域の付加音信号が存在することで、情報重畳音信号の周波数スペクトルが、急峻に現れることを防止できる。これにより、情報重畳音信号に基づく音が目立って聞こえることを防止できる。

また、この発明の放音装置では、付加音信号生成部は、情報重畳音信号の周波数帯域を除く近傍の周波数成分により、付加音信号を生成する。

この構成では、情報重畳音信号にとってノイズとなる付加音信号の周波数帯域が、情報重畳音信号の周波数帯域と重ならない。これにより、情報重畳音信号のＳＮの低下を防止できる。

また、この発明の放音装置は、放音空間の環境音を測定する環境音測定部を備える。付加音信号生成部は、環境音に基づいて付加音信号を生成する。

この構成では、付加音を環境音、例えば空調の音等で生成することで、違和感の無い付加音にすることができる。

また、この発明の放音装置では、付加音信号生成部は、搬送波信号の周波数帯域よりも低域側のみの成分からなる付加音信号を生成する。

この構成では、情報重畳音信号の周波数帯域が全体音域の高い周波数位置にあるので、当該情報重畳音信号の周波数よりも低い側の周波数帯域からなる付加音を与えるだけで、十分に情報重畳音信号による音を聞こえにくくすることができる。これにより、付加音のボリュームも小さくできる。

また、この発明の放音装置では、付加音信号生成部は、搬送波信号の周波数に対する臨界帯域に基づいて付加音信号を生成する。

この構成では、臨界帯域に基づいて付加音声信号の周波数特性が設定されるので、効果的な付加音を生成することができる。例えば、必要以上に帯域幅の広い付加音でなく、必要最小限の帯域幅およびレベル特性からなる付加音を生成することができる。

この発明によれば、情報伝達に必要なレベルの情報重畳音信号を音響信号とともに放音しても、情報重畳音信号に基づく音をユーザに聞こえにくくすることができる。これにより、ユーザへの不快感を軽減することができる。

第１の実施形態に係る放音装置１の構成を示すブロック図である。図１に示す付加音信号生成部３０の具体的構成を示すブロック図である。第１の実施形態の各部で生成される信号の周波数スペクトルを示す図である。複数種類の付加音信号の振幅、周波数特性を示す図である。環境音に基づいて付加音信号を生成する場合の付加音信号生成部３０Ａの構成を示すブロック図である。環境音に基づいて付加音信号を生成する場合の他の構成からなる付加音信号生成部３０Ｂの構成を示すブロック図である。環境音を付加音信号に利用する場合の付加音信号生成部３０Ｃの構成を示すブロック図である。音響信号を放音しない場合の放音装置１Ａの構成を示すブロック図である。

本発明の第１の実施形態に係る放音装置について、図を参照して説明する。図１は本実施形態の放音装置１の全体構成を示すブロック図である。図２は図１に示す付加音信号生成部３０の具体的構成を示すブロック図である。図３は本実施形態の各部で生成される信号の周波数スペクトルを示す図であり、図３（Ａ）は帯域制限音響信号の周波数スペクトル、図３（Ｂ）は情報重畳音信号の周波数スペクトル、図３（Ｃ）は情報重畳音信号と付加音信号の周波数スペクトル、図３（Ｄ）は、スピーカ６０に入力される合成放音信号の周波数スペクトルを示す。

放音装置１は、音響信号処理部１０、情報重畳音信号生成部２０、付加音信号生成部３０、加算器４０、５０、およびスピーカ６０を備える。

音響信号処理部１０は、ローパスフィルタ１１および増幅器１２を備える。ローパスフィルタ１１には、楽曲音や音声等からなる音響信号が入力される。ローパスフィルタ１１は、音響信号を所定のカットオフ周波数ｆｃ以下の周波数成分を通過し、カットオフ周波数ｆｃよりも高域の周波数成分を減衰させる。これにより、ローパスフィルタ１１は、音響信号を帯域制限して、増幅器１２へ出力する。増幅器１２は、指定されたゲインで、帯域制限された音響信号を増幅し、加算器５０へ出力する。これにより、図３（Ａ）に示すような、カットオフ周波数ｆｃ以下の周波数成分からなる帯域制限音響信号が出力される。

情報重畳音信号生成部２０は、ミキサ２１，２３および帯域制限処理部２２を備える。ミキサ２１は、「０，１」の符号で所定の伝送したい情報を示す情報コードで、Ｍ系列等の拡散コード（ＰＮコード）を変調して情報重畳拡散コード信号を出力する。帯域制限処理部２２は、情報重畳拡散コードの帯域制限をする。この制限する帯域幅は、放音装置１の仕様や情報コードの通信仕様や環境等に応じて設定されている。

ミキサ２３は、帯域制限された情報重畳拡散コードで搬送波信号を変調し、情報重畳音信号を出力する。この際、搬送波信号の周波数ｆａは、スピーカ６０が放音可能な周波数帯域であって、帯域制限音響信号の周波数帯域よりも高く、且つ帯域制限音響信号の周波数帯域と情報重畳音信号（情報重畳拡散コードで搬送波信号を変調した信号）の周波数帯域とが、所定周波数帯域幅以上離間するように、設定されている。これにより、図３（Ｂ）に示すような、帯域制限音響信号のカットオフ周波数ｆｃから所定の周波数帯域幅だけ離間した周波数ｆａを中心周波数とし、狭帯域スペクトルからなる情報重畳音信号が出力される。

付加音信号生成部３０は、パラメータ調整部３１、信号生成部３２、および付加音パラメータＤＢ３３を備える。パラメータ調整部３１は、情報重畳音信号レベル、情報重畳音信号周波数に基づいて、付加音パラメータＤＢから読み出す各音源成分のレベル調整情報を生成する。パラメータ調整部３１は、各音源成分のパラメータ情報を信号生成部３２へ与える。パラメータ情報は、音源成分における付加音に利用する周波数帯域、および当該周波数帯域内の各周波数成分のレベルを含む情報である。例えば、図３（Ｃ）の斜線ハッチングに示すような特性となるようなパラメータ情報が記憶されている。

付加音パラメータデータベース（ＤＢ）３３は、付加音信号を生成するための各種の音源成分が予め記憶されている。

信号生成部３２は、付加音パラメータＤＢ３３から付加音に利用する音源成分を読み出す。信号生成部３２は、パラメータ情報に基づいて各音源成分の振幅、周波数特性を調整して、付加音信号を生成する。この際、信号生成部３２は、複数の音源成分を用いる場合であれば、各音源成分に対して振幅、周波数特性を調整した信号を加算して、付加音信号を生成する。信号生成部３２は、生成した付加音信号を加算器４０へ出力する。

これにより、図３（Ｃ）に示すような、搬送波周波数ｆａを中心周波数とする情報重畳音信号の周波数帯域に近接する所定の周波数帯域を有する付加音信号が出力される。この付加音信号の周波数帯域は、情報重畳音信号の周波数帯域に対して高域側と低域側と存在する。さらに、付加音信号の下限周波数は、帯域制限音響信号のカットオフ周波数ｆｃよりも所定周波数帯域幅分以上高くなるように設定する。この付加音信号の帯域幅は、例えば、いわゆる純音に対する臨界帯域という概念に基づいて設定される。ここでの臨界帯域とは、情報重畳音信号の中心周波数を基準にして、臨界帯域外では振幅レベルをあげても情報重畳音信号をマスキングできないと実験的、算術的に得られた周波数帯域である。より具体的には、本実施形態のように、音域の最も高い周波数の領域、例えば、情報重畳音信号の中心周波数（搬送波信号周波数ｆａ＝１７ｋＨｚ）の場合には、中心周波数に対して約１／４オクターブの帯域幅である。このような臨界帯域に基づく付加音信号を生成することで、不必要な周波数成分を生成する必要が無い。

また、付加音信号の振幅レベルは、上述の臨界帯域の概念に基づいて、情報重畳音信号の振幅レベルに対して、所定レベルだけ低い振幅レベルで、周波数軸に沿って一定に設定されている。

加算器４０は、情報重畳音信号と付加音信号とを合成して、付加音合成済み情報重畳音信号を加算器５０へ出力する。加算器５０は、付加音合成済み情報重畳音信号と帯域制限音響信号とを合成して、合成放音信号を生成し、スピーカ６０へ出力する。これにより、図３（Ｄ）に示すような、カットオフ周波数ｆｃ以下の周波数成分からなる帯域制限音響信号と、カットオフ周波数ｆｃよりも高く、狭帯域の情報重畳音信号と、当該情報重畳音信号の周波数帯域に近接する高域および低域に所定周波数帯域で広がる付加音信号とからなる合成放音信号が出力される。スピーカ６０は、合成放音信号に基づいて放音する。

このような周波数特性の合成放音信号を放音することで、音響信号に基づく楽曲音や音声と周波数が離れた狭帯域の情報重畳音であっても、当該情報重畳音の周波数の近接帯域に広がる付加音が存在する。これにより、放音空間にユーザが存在しても、情報重畳音が付加音により聞こえにくくなる。この結果、情報重畳音のレベルを低下させなくても、情報重畳音のみが顕著に聞こえることがなくなり、ユーザへの不快感が軽減する。

なお、付加音信号は、図３（Ｃ）に示すような振幅、周波数特性に限るものではなく、図４に示すような各種の振幅、周波数特性であってもよい。図４は、複数種類の付加音信号の振幅、周波数特性を示す図である。

図４（Ａ）の付加音信号は、図３（Ｃ）に示した付加音信号に対して、情報重畳音信号周波数帯域よりも低域側の成分のみからなる。このように、低域側のみの付加音信号であっても、同様に情報重畳音を聞こえにくくすることができる。また、低域成分のみであるので、付加音信号の全体レベルを低減することができる。

図４（Ｂ）の付加音信号は、図３（Ｃ）に示した付加音信号に対して、情報重畳音信号周波数帯域に重なる周波数成分も有する。図４（Ｃ）の付加音信号は、付加音信号の周波数帯域幅を広くし、情報重畳音信号周波数帯域から遠ざかるにしたがって振幅レベルを徐々に低下させる特性からなる。図４（Ｄ）の付加音信号は、図４（Ｃ）に示した付加音信号に対して、情報重畳音信号周波数帯域よりも低域側の成分のみからなる。これらのような周波数特性であっても、同様に情報重畳音を聞こえにくくすることができる。

図４（Ｅ）の付加音信号は、環境音に基づいて付加音信号の周波数スペクトルと設定したものである。このように、環境音が所定振幅レベルで存在する場合には、当該環境音に基づいて、もしくは当該環境音を用いて、付加音信号を生成するとよい。

図５は、環境音に基づいて付加音信号を生成する場合の付加音信号生成部３０Ａの構成を示すブロック図である。付加音信号生成部３０Ａは、パラメータ調整部３１Ａ、信号生成部３２Ａ、付加音パラメータデータベース３３、マイクロホン３４、および環境音解析部３５を備える。

マイクロホン３４は、放音空間の環境音を収音し、環境音信号を出力する。環境音解析部３５は、環境音信号の周波数特性を解析する。

パラメータ調整部３１Ａは、上述の情報重畳音信号レベル、情報重畳音信号周波数とともに、環境音信号の周波数特性に基づいて、付加音信号の元となる音源成分のパラメータを設定する。

信号生成部３２Ａは、付加音パラメータＤＢ３３から付加音に利用する音源成分を読み出す。信号生成部３２Ａは、環境音信号の周波数特性を加味したパラメータ情報に基づいて各音源成分の振幅、周波数特性を調整して、付加音信号を生成する。

このような構成とすれば、図４（Ｅ）に示すような環境音の周波数特性に応じて、適する周波数特性および振幅特性の付加音信号を生成することができる。これにより、環境音が変化しても、情報重畳音信号のＳＮを下げることなく、当該情報重畳音をユーザに聞こえにくくすることができる。なお、環境音の振幅レベル、特に付加音信号の周波数帯域での環境音の振幅レベルが、生成しようとする付加音信号の振幅レベル程度に高ければ、付加音信号を生成せずに放音してもよい。

なお、図５では、各種の音源成分を用いて付加音信号を生成する例を示したが、予め付加音信号となる音ファイルを収音記録しておき、これを再生して付加音信号に利用してもよい。図６は環境音に基づいて付加音信号を生成する場合の他の構成からなる付加音信号生成部３０Ｂの構成を示すブロック図である。

付加音信号生成部３０Ｂは、マイクロホン３４、環境音解析部３５、調整係数算出部３６、フィルタ３７、付加音データベース３８を備える。マイクロホン３４および環境音解析部３５は、図５の付加音信号生成部３０Ａと同じである。

調整係数算出部３６は、情報重畳音信号レベル、情報重畳音信号周波数とともに、環境音信号の周波数特性に基づいて、上述のような各種の付加音信号の周波数特性を実現するための各周波数成分に対するフィルタ係数を決定する。

付加音データベースＤＢ（３８）には、各種の付加音の音データが記憶されている。例えば、空調音の音ファイルや、オフィス内のコピー機等のオフィス機器の動作音等が記憶されている。

フィルタ３７は、調整係数算出部３６で決定されたフィルタ係数を用いて、付加音データベースＤＢ３８から読み出した付加音の音データをフィルタ処理することで、付加音信号を生成する。

このような構成および処理であっても、上述のように適する特性からなる付加音信号を生成することができる。

また、上述の構成および処理では、実際の放音空間の環境音とは一致しない付加音を用いた例を示したが、実際の放音空間の環境音を利用して付加音信号を生成してもよい。図７は環境音を付加音信号に利用する場合の付加音信号生成部３０Ｃの構成を示すブロック図である。

付加音信号生成部３０Ｃは、マイクロホン３４、環境音解析部３５、調整係数算出部３６Ａ、およびフィルタ３７Ａを備える。マイクロホン３４および環境音解析部３５は、図５の付加音信号生成部３０Ａおよび図６の付加音信号生成部３０Ｂと同じである。

調整係数算出部３６Ａは、情報重畳音信号レベル、情報重畳音信号周波数とともに、環境音信号の周波数特性に基づいて、上述のような各種の付加音のいずれかを環境音に重畳した状態での振幅スペクトルを環境音のみで実現するためのパラメータを決定する。このパラメータには、各周波数成分に対するフィルタ係数等が含まれている。

環境音加工部３７Ａは、例えば調整係数算出部３６Ａで決定されたパラメータを用いて、環境音をフィルタ処理する、または環境音の低域成分をローパスフィルタで取りだし、それを高域へ振幅変調する、等の処理を行って、付加音信号を生成する。このような構成および処理を行うことで、付加音信号が環境音のみから生成され、より違和感のない付加音を放音することができる。

なお、上述の図５、図６、図７の付加音信号生成部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃでは、環境音の取得タイミングを特に記載していない。しかしながら、例えば、合成放音信号や音響信号等を放音しない期間を設け、当該期間におけるマイクロホン３４の収音信号を環境音信号とするとよい。これにより、放音区間のより正確な環境音を得ることができ、より適する付加音信号を生成することができる。

また、上述の実施形態では、帯域制限音響信号に対して、狭帯域の情報重畳音信号と付加音信号を合成する例を示した。しかしながら、単に、狭帯域の情報重畳音信号と付加音信号とを合成して放音する場合にも、上述の構成および処理を適用できる。

図８は、音響信号を放音しない場合の放音装置１Ａの構成を示すブロック図である。この場合、図８に示すように、図１に示した放音装置１に対して、音響信号処理部１０および加算器５０が省略され、加算器４０の出力信号がスピーカ６０へ与えられる。これにより、図３に示す、帯域制限音響信号のスペクトルを除いた周波数スペクトルとなるが、付加音が存在することで情報重畳音による不快感を軽減することができる。

１−放音装置、１０−音響信号処理部、１１−ローパスフィルタ、１２−増幅器、２０−情報重畳音信号生成部、２１，２３−ミキサ、２２−帯域制限処理部、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ−付加音信号生成部、３１，３１Ａ−パラメータ調整部、３２，３２Ａ−信号生成部、３３−付加音パラメータデータベース（ＤＢ）、３４−マイクロホン、３５−環境音解析部、３６，３６Ａ−調整係数算出部、３７−フィルタ、３７Ａ−環境音加工部、３８−付加音データベース（ＤＢ）

Claims

所定周波数の搬送波信号を変調し、情報重畳音信号を生成する情報重畳音信号生成部と、
前記情報重畳音信号の周波数帯域に基づく所定周波数帯域からなる付加音信号を生成する付加音信号生成部と、
前記情報重畳音信号と前記付加音信号とを合成した信号を放音する放音部とを、備えた、放音装置。
請求項１に記載の放音装置であって、
前記付加音信号生成部は、前記情報重畳音信号の周波数帯域を除く近傍の周波数成分により、前記付加音信号を生成する、放音装置。
請求項１または請求項２に記載の放音装置であって、
放音空間の環境音を測定する環境音測定部を備え、
前記付加音信号生成部は、前記環境音に基づいて前記付加音信号を生成する、放音装置。
請求項１乃至請求項３のいすれかに記載の放音装置であって、
前記付加音信号生成部は、前記搬送波信号の周波数帯域よりも低域側のみの成分からなる前記付加音信号を生成する、放音装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の放音装置であって、
前記付加音信号生成部は、前記搬送波信号の周波数に対する臨界帯域に基づいて前記付加音信号を生成する、放音装置。