JP2012187995A - 車載用音響再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オーディオ信号が車室内騒音にマスキングされないようにオーディオを制御する際に、オーディオ信号のレベル変動が大きくても聴感上自然な制御ができる車載用音響装置を提供する。
【解決手段】オーディオ信号のレベル変動を少なくする制御量を算出する制御量算出器１０６と、その制御量に応じてオーディオ信号のレベルを制御するレベル調整イコライザ１０１と、騒音によって聴こえにくくなったオーディオ信号を聴こえやすくする補償量を算出する補償量算出器１０７と、その補償量に応じてオーディオ信号のレベルを制御する騒音補償イコライザ１０３とを備え、レベル調整イコライザ１０１によってオーディオ信号のレベル変動を少なくした後、騒音補償イコライザ１０３で騒音によって聴こえにくくなったオーディオ信号を制御するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、オーディオ信号が車室内騒音にマスキングされないようにオーディオ信号を制御したり、車室内の複数の座席で別々のオーディオ信号を再生する際にマスキングを利用して聴取効果を向上させる際に、オーディオ信号のレベルを考慮した車載用音響再生装置に関するものである。

従来の車室内騒音にマスキングされないようにオーディオ信号を制御する音響再生装置として、周波数帯域毎の騒音信号レベルとソース信号レベルとの差の関数で表される近似式からマスキング量を算出し、ソース信号の周波数特性を変更して再生するようにしたことを特徴とする音響再生装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、従来の車室内の複数の座席で別々のオーディオ信号を再生する車載用音響再生装置として、車室内の前後席それぞれのスピーカの再生音がお互いのスピーカから漏れ聞こえる音をマスキングするように音響特性制御手段を制御することを特徴とする車載用音響再生装置が知られている（例えば特許文献２参照）。

また、音の大きさのレベル（ラウドネスレベル）を測定する方法として、４０ｐｈｏｎの等感曲線に基づいた低周波数成分の寄与を抑えたＡ特性、レベルの高い音ではどの周波数成分の寄与もほぼ同様に大きさに寄与する（等感曲線は、ほぼ平らになる）のでより直線に近い重みづけ特性をもったＣ特性、その中間のレベルの音に用いられる７０ｐｈｏｎの等感曲線をもとにしたＢ特性のような補正回路を通して測定する方法が知られている。

また、より複雑な音の大きさの計算方法として、音をいくつかの周波数帯域（普通、１／３オクターブ帯域）に分割し、それぞれの帯域ごとのレベルをＳｔｅｖｅｎｓのべき法則によって音の大きさに換算し、それらを合計して全体の大きさを計算する方法が知られている（例えば非特許文献１参照）。

特許第３０６９５３５号公報 特開２００８−２０３７１６号公報

Ｂ．Ｃ．Ｊ．ムーア著 大串健吾監訳「聴覚心理学概論」、誠真書房、２００５年２月１０日発行、Ｐ．５７−５９

しかしながら、従来の音響再生装置や車載用音響再生装置においては、オーディオ信号のレベル変動が大きかったり、車室内で再生する別々のオーディオ信号間のレベル変動差が大きかったりする場合に、オーディオ信号の制御量の変動も大きくなり、オーディオ信号への追従性が遅いと聴感上不自然になってしまうという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、オーディオ信号のレベル変動が大きい場合にも、聴感上自然な制御ができる車載用音響装置を提供することを目的とする。

本発明の車載用音響装置は、車室内騒音によって聴こえにくくなったオーディオ信号を聴こえやすくするために、騒音に応じてイコライザを制御する再生装置において、オーディオ信号のレベル変動を少なくし聴感上同じ音の大きさで聴こえるように制御するレベル調整イコライザと、前記レベル調整イコライザの制御量を算出する制御量算出器と、騒音によって聴こえにくくなったオーディオ信号を聴こえやすくなるように制御する騒音補償イコライザと、前記騒音補償イコライザの制御量を算出する補償量算出器とを備えた構成を有している。

本発明は、オーディオ信号のレベル変動が大きくても、騒音によってここえにくくなったオーディオ信号の制御を聴感上自然な制御とすることができる。

本発明の第１の実施の形態における車載用音響装置のブロック図 本発明の第２の実施の形態における車載用音響装置のブロック図 本発明の車載用音響装置における音源分析器の一例を示すブロック図 本発明の車載用音響装置における音源分析器の他の例を示すブロック図 マスキング量特性図

（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態の車載用音響装置について、図面を用いて説明する。本発明の第１の実施の形態の車載用音響装置を図１に示す。

図１において、車載用音響装置１００は、オーディオ信号を出力する図示していないＣＤプレーヤなどのオーディオ信号発生装置にオーディオ信号入力端子１０９で接続され、車１１０内に設置されたスピーカ１１１、同じく車１１０内に設置された騒音を検出するマイク１１２に接続されている。

車載用音響装置１００は、オーディオ信号を制御するレベル調整イコライザ１０１、騒音補償イコライザ１０３を有する構成である。

車載用音響装置１００はまた、イコライザの制御量を算出するために、オーディオ信号を分析する音源分析器１０５、マイク１１２で検出される騒音信号を分析する騒音分析器１０８、イコライザの制御量あるいは補償量を算出する制御量算出器１０６、補償量算出器１０７、イコライザの制御量を変更するレベル調整イコライザ制御器１０２、騒音補償イコライザ制御器１０４を有する構成である。

なお、オーディオ信号入力端子１０９から入力されるオーディオ信号がアナログ信号の場合には、車載用音響装置１００とオーディオ信号入力端子１０９の間にアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機が設けられていても良い。

また、車載用音響装置１００とスピーカ１１１の間にディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、信号を増幅するためのアンプが設けられていても良い。
さらに、車載用音響装置１００とマイク１１２の間にＡ／Ｄ変換器とアンプが設けられていても良い。

車載用音響装置１００は、ディジタル信号処理が可能なディジタルシグナルプロセッサ
（ＤＳＰ）やマイコンなどで実現しても良い。

以上のように構成された車載用音響装置について、図１を用いてその動作を説明する。

オーディオ信号入力端子１０９に入力されたオーディオ信号は、オーディオ信号自身のレベル変動を小さくするレベル調整イコライザ１０１によって振幅周波数特性が変えられた後、車１１０内の騒音によって聴こえにくくなった分を補償する騒音補償イコライザ１０３によって振幅周波数特性が変えられ、スピーカ１１１によって車１１０内に再生される。

オーディオ信号入力端子１０９に入力されたオーディオ信号はまた、音源分析器１０５に入力され、音源分析器１０５によって音の大きさと相関の高い量に変換され制御量算出器１０６に入力される。

制御量算出器１０６は、音源分析器１０５によって分析された値をもとに、オーディオ信号のレベル変動が少なくなるようなレベル調整イコライザ１０１に設定する制御量を算出し、レベル調整イコライザ制御器１０２は、制御量算出器１０６によって算出された量に応じてレベル調整イコライザ１０１の特性を変更する。

マイク１１２によって検出された車１１０内の騒音信号は、騒音分析器１０８によってそのレベルが分析され、補償量算出器１０７の一方の入力となる。補償量算出器１０７のもう一方の入力は、制御量算出器１０６の出力である。

制御量算出器１０６から補償量算出器１０７には、音源分析器１０５によって分析されたオーディオ信号の特性と、制御量算出器１０６によって算出されたレベル調整イコライザ１０１の制御量が通知される。

補償量算出器１０７は、まず、制御量算出器１０６から通知されたオーディオ信号の特性と制御量からレベル調整イコライザ１０１によって制御された後のオーディオ信号の特性を算出する。制御量の算出には音源分析器１０５の分析結果を用いるため、再度音オーディオ信号の分析を行う必要はない。

補償量算出器１０７は、算出した制御後のオーディオ信号の特性と、騒音分析器１０８によって分析された騒音特性を用いて、騒音によって聴こえにくくなったオーディオ信号を聴こえやすくするような騒音補償イコライザ１０３に設定する補償量を算出し、騒音補償イコライザ制御器１０４に通知する。

騒音補償イコライザ制御器１０４は、その補償量に応じて騒音補償イコライザ１０３の特性を変更する。

ここで、音源分析器１０５の構成例と制御量算出器１０６の制御量算出例を、図３を用いて説明する。

図３は、音源分析器１０５の一例を示すブロック図であり、３０１は音の大きさのレベルを測定するための特性を補正するフィルタ、３０２はエネルギ算出器である。

フィルタ３０１には、例えばオーディオ信号のレベルに応じて等感曲線に基づいたＡ特性、Ｂ特性、Ｃ特性などが設定される。

フィルタ３０１に入力されたオーディオ信号は、フィルタ３０１によって、振幅周波数
特性が変えられる。

フィルタ３０１には等感曲線に基づいた重み付け特性が設定されているため、フィルタ３０１によって振幅周波数特性が変えられたオーディオ信号は、より聴感上の音の大きさの特性に近くなる。

フィルタ３０１の出力信号は、エネルギ算出器３０２に入力され、エネルギ算出器３０２によって、例えばヒトが音の大きさを知覚する時間分解能である数１０ｍｓから数１００ｍｓの時間間隔ごとエネルギが算出される。

制御量算出器１０６は、エネルギ算出器３０２によって算出されたエネルギが一定になるようなオーディオ信号のレベル調整量を、レベル調整イコライザ１０１の制御量として算出する。

なお、制御量算出器１０６で算出される制御量は、レベル調整イコライザ１０１の特性変化量が大きくなりすぎないように、逐次更新するようにしても良い。

次に、音源分析器１０５の他の構成例と制御量算出器１０６の他の制御量算出例を、図４を用いて説明する。

図４は、音源分析器１０５の他の例を示すブロック図であり、４０１は周波数帯域分割器、４０２はレベル分析器、４０３は音の大きさ分析器、４０４は加算器である。
周波数帯域分割器４０１に入力されたオーディオ信号は、周波数帯域分割器４０１によって複数の周波数帯域信号に分割される。

周波数帯域分割器４０１は、異なる中心周波数を持つ複数のＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）や、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）のような時間−周波数変換処理で実現される。周波数帯域分割器４０１の出力信号は、レベル分析器４０２によって、それぞれの帯域ごとレベルが分析される。

レベル分析器４０２の分析は、例えばヒトが音の大きさを知覚する時間分解能である数１０ｍｓから数１００ｍｓの時間間隔ごと行う。

音の大きさ分析器４０３は、例えば下式で表されるような関係式を用いて、レベル分析器４０２で分析されたレベルを音の大きさに関係の深い量にそれぞれの帯域ごと変換する。

Ｌ ＝ ｋＩ^０．３ （式１）
ここで、Ｌは音の大きさ、Ｉは音の物理的な強さ（レベル分析器４０２で分析された値）、ｋは定数である。

加算器４０４は、音の大きさ分析器４０３で各帯域ごと算出された音の大きさを加算して、出力する。

制御量算出器１０６は、加算器４０４で加算された音の大きさが一定になるようなオーディオ信号のレベル調整量を、レベル調整イコライザ１０１の制御量として算出する。
次に、補償量算出器１０７の補償量算出例を説明する。

オーディオ信号が騒音の存在によって聴こえにくくなっている場合、騒音がないときのオーディオ信号の音の大きさと等しい音の大きさで聴こえさせるのに必要な補償量（マス
キング量）は、オーディオ信号と騒音の信号レベルの差と相関が高いことが知られている。

騒音の信号レベルをＮ［ｄＢ］、オーディオの信号レベルをＳ［ｄＢ］とすると、マスキング量Ｍ［ｄＢ］は、
Ｍ ＝ ａ（Ｓ−Ｎ）^２＋ｂ（Ｓ−Ｎ）＋ｃ （式２）
で近似することができる。ただし、ａ、ｂ、ｃは定数である。

図５は、オーディオ信号の信号レベル（Ｓ）が７０ｄＢのときの、騒音の信号レベル（Ｎ）に対するマスキング量（Ｍ）のグラフを示したものである。

図５において、例えばＮ＝７０ｄＢのときには、マスキング量Ｍは約７．３ｄＢである。

このことから、Ｓ＝７０ｄＢ、Ｎ＝７０ｄＢのときは、オーディオ信号のレベル（Ｓ）を７．３ｄＢ大きくすれば、騒音が存在しないときと同じ音の大きさで、オーディオ信号を聴くことができる。

このように、補償量算出器１０７は、騒音補償イコライザ１０３で設定された周波数バンドごとマスキング量を算出する。

補償量算出器１０７は、例えばヒトが音の大きさを知覚する時間分解能である数１０ｍｓから数１００ｍｓの時間間隔ごと、補償量を算出するようにする。

このような本発明の第１の実施の形態の車載用音響装置によれば、オーディオ信号のレベル変動を少なくする制御量を算出する制御量算出器と、その制御量に応じてオーディオ信号のレベルを制御するレベル調整イコライザと、騒音によって聴こえにくくなったオーディオ信号を聴こえやすくする補償量を算出する補償量算出器と、その補償量に応じてオーディオ信号のレベルを制御する騒音補償イコライザを設けることにより、レベル調整イコライザによってオーディオ信号のレベル変動を少なくした後、騒音補償イコライザで騒音によって聴こえにくくなったオーディオ信号を制御することができ、オーディオ信号のレベル変動が大きくても、騒音によってここえにくくなったオーディオ信号の制御を聴感上自然な制御とすることができるものである。

なお、上記実施の形態においては、車室内騒音をマイクを用いて検出するようにしたが、車室内騒音と相関の高い車速信号やエンジン回転パルスなどを用いて車室内騒音を推定するようにしても良い。

その場合には、車室内に設置したマイクや、マイクで検出した騒音信号を分析する必要がなくなり、システム構成が簡単になるという効果を有する。
（実施の形態２）
つぎに、本発明の第２の実施の形態の車載用音響装置を図２に示す。

図２において、車載用音響装置２００は、オーディオ信号を出力する図示していないＣＤプレーヤなどのオーディオ信号発生装置にオーディオ信号入力端子２１２および２１３で接続され、車２１４内のフロント側に設置されたフロントスピーカ２１５、リア側に設置されたリアスピーカ２１６に接続されている。

オーディオ信号入力端子２１２からは、フロントスピーカ２１５に出力するオーディオ信号Ａが、オーディオ信号入力端子２１３からは、リアスピーカ２１６に出力するオーデ
ィオ信号Ｂが入力される。

オーディオ信号Ａとオーディオ信号Ｂは、別々のＣＤプレーヤなどからの信号であり、車２１４の同一空間に再生される。

車載用音響装置２００は、オーディオ信号を制御するためのレベル調整イコライザ２０２、２０９、およびマスキング補償イコライザ２０５を有している。

車載用音響装置２００はまた、レベル調整イコライザ２０２、２０９の特性を変更するために、音源分析器２０１、２０８、制御量算出器２０４、２１１、レベル調整イコライザ制御器２０３、２１０を有し、マスキング補償イコライザ２０５の特性を変更するために、補償量算出器２０７、マスキング補償イコライザ制御器２０６を有する構成である。

なお、オーディオ信号入力端子２１２、２１３から入力されるオーディオ信号がアナログ信号の場合には、車載用音響装置２００とオーディオ信号入力端子２１２または２１３の間にアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機が設けられていても良い。

また、車載用音響装置２００とフロントスピーカ２１５、またはリアスピーカ２１６の間にディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、信号を増幅するためのアンプが設けられていても良い。

車載用音響装置２００は、ディジタル信号処理が可能なＤＳＰやマイコンなどで実現しても良い。

以上のように構成された車載用音響装置について、図２を用いてその動作を説明する。オーディオ信号入力端子２１２に入力されたフロント用オーディオ信号Ａは、オーディオ信号Ａ自身のレベル変動を小さくするレベル調整イコライザ２０２によって振幅周波数特性が変えられた後、リアスピーカ２１６から出力されるリア用オーディオ信号Ｂによってマスキングされないように補償するマスキング補償イコライザ２０５によって振幅周波数特性が変えられ、フロントスピーカ２１５から車２１４内のフロント側に再生される。
一方、オーディオ信号入力端子２１３に入力されたリア用オーディオ信号Ｂは、オーディオ信号Ｂ自身のレベル変動を小さくするレベル調整イコライザ２０９によって振幅周波数特性が変えられ、リアスピーカ２１６から車２１４内のリア側に再生される。

オーディオ信号Ａのレベル変動を小さくするするための音源分析器２０１、制御量算出器２０４、レベル調整イコライザ制御器２０３、レベル調整イコライザ２０２の動作は、第１の実施の形態と同様である。

また、オーディオ信号Ｂのレベル変動を小さくするするための音源分析器２０８、制御量算出器２１１、レベル調整イコライザ制御器２１０、レベル調整イコライザ２０９の動作も、第１の実施の形態と同様である。

補償量算出器２０７には、制御量算出器２０４から音源分析器２０１によって分析されたオーディオ信号Ａの特性と制御量算出器２０４によって算出されたレベル調整イコライザ２０２の制御量と、制御量算出器２１１から音源分析器２０８によって分析されたオーディオ信号Ｂの特性と制御量算出器２１１によって算出されたレベル調整イコライザ２０９の制御量とが、通知される。

補償量算出器２０７は、制御量算出器２０４、２１１から通知された値を用いてレベル調整イコライザ２０２、２０９によって制御された後のオーディオ信号ＡおよびＢの特性
を算出し、オーディオ信号Ａがオーディオ信号Ｂによってマスキングされないような補償量を算出する。

補償量算出には音源分析器２０１、２０８の分析結果を用いるため、再度オーディオ信号Ａ、Ｂの分析を行う必要はない。

補償量算出器２０７、マスキング補償イコライザ制御器２０６、マスキング補償イコライザ２０５の動作は、第１の実施の形態における補償量算出器１０７、騒音補償イコライザ制御器１０４、騒音補償イコライザ１０３と同様である。

ただし、第１の実施の形態においてはオーディオ信号をＳ、騒音信号をＮとして、オーディオ信号の騒音信号によるマスキング量を算出していたが、本実施の形態においてはオーディオ信号ＡをＳ、オーディオ信号ＢをＮとして、オーディオ信号Ａのオーディオ信号Ｂによるマスキング量を算出するようにする。

このようにすることで、車２１４の同一空間内に別々のオーディオ信号（Ａ、Ｂ）が再生されている場合、フロント側で再生されるオーディオ信号Ａを、リア側で再生されるオーディオ信号Ｂにマスキングされずに、明瞭に聴くことができる。

このような本発明の第２の実施の形態の車載用音響装置によれば、同一空間内に異なるオーディオ信号を再生する場合に、オーディオ信号のレベル変動を少なくする制御量を算出する制御量算出器と、その制御量に応じてオーディオ信号のレベルを制御するレベル調整イコライザと、別のオーディオ信号によって聴こえにくくなったオーディオ信号を聴こえやすくする補償量を算出する補償量算出器と、その補償量に応じて聴こえにくくなったオーディオ信号のレベルを制御するマスキング補償イコライザを設けることにより、レベル調整イコライザによってオーディオ信号のレベル変動を少なくした後、マスキング補償イコライザで別のオーディオ信号によって聴こえにくくなったオーディオ信号を制御することができ、オーディオ信号のレベル変動が大きくても、騒音によってここえにくくなったオーディオ信号の制御を聴感上自然な制御とすることができるものである。

以上のように、本発明にかかる車載用音響装置は、オーディオ信号のレベル変動が大きくても、騒音や別のオーディオ信号によって聴こえにくくなったオーディオ信号の制御を聴感上自然な制御とすることができるという効果を有し、オーディオ信号が車室内騒音にマスキングされないようにオーディオ信号を制御したり、車室内の複数の座席で別々のオーディオ信号を再生する際にマスキングを利用して聴取効果を向上させる際に、オーディオ信号のレベルを考慮した車載用音響装置等として有用である。

１００、２００ 車載用音響装置
１０１、２０２、２０９ レベル調整イコライザ
１０２、２０３、２１０ レベル調整イコライザ制御器
１０３ 騒音補償イコライザ
１０４ 騒音補償イコライザ制御器
１０５、２０１、２０８ 音源分析器
１０６、２０４、２１１ 制御量算出器
１０７、２０７ 補償量算出器
１０８ 騒音分析器
１０９、２１２、２１３ オーディオ信号入力端子
１１０、２１４ 車
１１１ スピーカ
１１２ マイク
２０５ マスキング補償イコライザ
２０６ マスキング補償イコライザ制御器
２１５ フロントスピーカ
２１６ リアスピーカ
３０１ フィルタ
３０２ エネルギ算出器
４０１ 周波数帯域分割器
４０２ レベル分析器
４０３ 音の大きさ分析器
４０４ 加算器

Claims (4)

1. 車室内騒音に応じてイコライザを制御する再生装置において、
   オーディオ信号のレベル変動を低減する制御を実行するレベル調整イコライザと、前記レベル調整イコライザの制御量を算出する制御量算出器と、車室内騒音に応じてオーディオ信号の振幅周波数特性を制御する騒音補償イコライザと、前記騒音補償イコライザの制御量を算出する補償量算出器とを備え、
   前記レベル調整イコライザによってオーディオ信号のレベル変動を低減した後に、前記騒音補償イコライザが振幅周波数特性を制御することを特徴とする車載用音響再生装置。
2. 車室内の同一空間内において異なる複数の音源を再生する車載用音響再生装置において、
   オーディオ信号のレベル変動を低減する制御を実行するレベル調整イコライザと、前記レベル調整イコライザの制御量を算出する制御量算出器と、他のオーディオ信号のレベルに応じてオーディオ信号の振幅周波数特性を制御するマスキング補償イコライザと、前記マスキング補償イコライザの制御量を算出する補償量算出器とを備え、
   前記レベル調整イコライザによってオーディオ信号のレベル変動を低減した後、前記マスキング補償イコライザが振幅周波数特性を制御することを特徴とする車載用音響再生装置。
3. 聴覚の特性に応じて振幅周波数特性の重み付けを行うフィルタと、前記フィルタの出力信号のエネルギを算出するエネルギ算出器とからなる音源分析器を備え、
   前記音源分析器による分析結果から前記レベル調整イコライザの制御量が算出される請求項１または２記載の車載用音響再生装置。
4. 信号を複数の周波数帯域に分割する周波数分割器と、前記周波数分割器によって周波数分割された信号のレベルを分析するレベル分析器と、前記レベル分析器によって算出されたレベルを用いて音の大きさと相関の高い量に変換する音の大きさ分析器と、分割された周波数バンドごとの前記音の大きさ分割器の出力を合計する加算器とからなる音源分析器を備え、
   前記音源分析器による分析結果からレベル調整イコライザの制御量が算出される請求項１または２記載の車載用音響再生装置。