JP2012253772A - サブウーファー音量レベルの制御 - Google Patents

Abstract

【課題】メインオーディオシステムの音量に対するサブウーファー音量レベルの自動調整であり、より具体的には、メインシステムの音量に対してサブウーファーからの低周波数の音質のみ調整可能な、音量を下位変更するための改良されたアルゴリズム制御方法を提供する。
【解決手段】本発明は、音声信号を処理する方法であって、音声信号を受け取ることと、受け取った音声信号から低周波数の信号を抽出することと、調整された低周波数の信号を生成するように、前記低周波数の信号にアルゴリズムによるゲイン調整を適用することと、調整された低周波数の信号をサブウーファーに出力することと、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、概してメインオーディオシステムの音量に対するサブウーファー音量レベルの自動調整に関し、より具体的には、メインシステムの音量に対してサブウーファーからの低周波数の音質のみ調整可能な、サブウーファー音量を変更するための改良されたアルゴリズム制御方法に関する。

従来の音響システム又はオーディオシステムには低音調整及び高音調整が提供され、これら低音調整器及び高音調整器の各々によって、所望の音質を得るように音響を操作することを可能にする。オーディオシステム、特に車両用のエンターテインメントシステムの進歩にともない、これらのシステムの多くには、低周波数の音質を再生する別個のサブウーファースピーカーが含まれる。そのようなものとして、これらのシステムの多くは、リスナーがメインシステムの音量に対してサブウーファーの出力レベルを上げ下げしてもよいように、サブウーファー用の別個の調整も含んでいる。

これらの調整に関する１つの課題は、サブウーファー音量の調整により適用された変動量が、メインシステムの音量レベルに対して固定した関係又は線形の関係であったということであった。たとえば、操作者がサブウーファーのゲインを＋５だけ上げると、サブウーファーは、ユーザーがサブウーファー音量を調整したときのメインシステム音量レベルにおける、メインシステム音量に対する所望の相対出力レベルを有する場合がある。しかしながら、調整された音量に対してメインシステムレベルが減少すると、サブウーファー音量のゲインは高くなり過ぎる場合があり、メインシステム音量レベルを圧倒する場合がある。これにより、そのメインシステム音量において、中間周波数の音質及び高周波数の音質と比較して、所望されるよりもより強い低周波数の音質が生成される。同様に、システム音量が増加すると、メインシステム音量はサブウーファーを圧倒する場合があり、音量が最大値に近づくと、加えられたゲインのためにメインシステム音量が最大に達する前にサブウーファーは過度に駆動されたモードに達する場合がある。これにより、サブウーファーから望ましくない音響を生じさせる。メインシステム音量に対するこのようなサブウーファー出力レベルの線形的な調整は望ましくない。このように、メインシステム音量により、所望の音質や知覚される音声の差は、全範囲の音声出力レベルにわたっては保たれず、低周波数の音質は、小さいメインシステム音量においては中間周波数の音質及び高周波数の音質を圧倒し、大きいメインシステム音量においては力不足となり、場合によってはサブウーファーが過度に駆動されてしまう。

より具体的に述べると、サブウーファー出力レベルに固定したゲインを用いることにともなう課題は、システムがより大きい音量レベルに達するのに従い、サブウーファーのトランスデューサーが、機械的拘束及び電気的拘束によってかなりの量の歪を有する運転モードに入るため、システム出力レベルが増加するに従って音声音響の質が低下しがちになるということである。たとえば、サブウーファーのゲインがメインシステム音量の中間音量レベル近辺まで増加した場合に、メインシステム音量レベルを増加させると、サブウーファーは、望ましい運転領域を越えて駆動される場合がある。

サブウーファーに対する固定したゲインレベル制御に関する更なる課題は、制御は物理的にパワードサブウーファー装置に配置されているため、多くの場合ユーザーは容易にはサブウーファーのゲインレベルを変更できないということである。たとえば、多くのホームエンターテインメントシステム上、パワードサブウーファーは手が届きにくい領域に配置されており、パワードサブウーファー出力レベル用の制御ノブのみが、サブウーファー上に物理的に配置され、多くの場合サブウーファーの後部又は下部に配置される。

現在のサブウーファー技術の別の課題は、低周波数成分は、これがサブウーファー装置に送られる前に、他のすべての音声成分と共に結合するか、或いは他の音声成分と再結合するということである。そのため、スピーカーから出力される前の音に対する任意の他の操作と同様、中間周波数及び高周波数音質の操作は、サブウーファーが提供する音質に影響を与える場合がある。

本発明は、概してメインオーディオシステムの音量に対するサブウーファー音量レベルの自動調整に関し、より具体的には、メインシステムの音量に対してサブウーファーからの低周波数の音質のみ調整可能な、サブウーファー音量を変更する改良されたアルゴリズム制御方法に関する。

音声信号を処理する方法は、音声信号を受け取ることと、前記受け取った音声信号から低周波数の信号を抽出することと、調整された低周波数の信号を生成するように、前記低周波数の信号にアルゴリズムによるゲイン調整を適用することと、前記調整された低周波数の信号をサブウーファーに出力することと、を概して含む。調整された低周波数の信号は、前記サブウーファーに出力する前に前記音声信号と再結合されない。また、受け取った音声信号から低周波数の信号を抽出するステップは、高周波数の信号及び中間周波数の信号の少なくとも１つを抽出するステップも含み、前記低周波数の信号は、前記少なくとも１つの高周波数の信号及び中間の周波数信号に結合されない。

本発明のさらなる詳細、特徴、及び利点は、関連図面を参照して実施形態の実施例の以下の説明を精査した後に容易に明らかとなろう。

先行技術の従来のパワードサブウーファー用信号経路の模式図である。 本発明を用いたパワードサブウーファー用アルゴリズムソフトウェアの制御信号経路の模式図である。 本発明の模式図である。 メインシステム音量レベルに対する、本発明を用いたサブウーファーの出力レベルを示すグラフである。

本発明は、オーディオシステム又はエンターテインメントシステム１０を概して含み、オーディオシステム又はエンターテインメントシステム１０は、音声再生制御システム３０、スピーカー２０、パワードサブウーファー５０、及び音声再生制御システム３０とパワードサブウーファー５０との間のラインレベル出力４０を有する。スピーカー１０とパワードサブウーファー５０は、音声再生制御システム３０から受け取った音響を再生可能な任意のサイズ、形状、及び構成の任意のスピーカーおよびサブウーファーであってもよい。一般に、音声再生制御システム３０は、概してスピーカー２０に出力されるシステム音量レベルに対して、サブウーファー５０へのサブウーファー音量レベル出力を調整するアルゴリズムを概して用いる。また、本発明は、音声信号を処理する方法を概して対象とし、この方法は、高いマスター音量レベルにおけるサブウーファーの過度の駆動を防ぐ一方で、ユーザー用に調整された所望のサブウーファー音響レベルを最大にするように、サブウーファー音声出力にアルゴリズムによる非線形調整を適用するものである。

オーディオシステム、より具体的には音声再現システム３０は、マスターシステム音量レベル及びサブウーファー音量レベルを概して有する。従来は、マスターシステム音量レベルが増加すると、サブウーファー音量レベルは線形的に増加していた。本発明では、アルゴリズム制御を適用すると、図２に示すサブウーファーの音量レベルは非線形となる。これも図２に示すように、線形調整に対する類似性に関して、ゲインのより小さな増加が、図２に示す大きな増加のゲインよりも近くなるように、アルゴリズム調整の量は、サブウーファー音量レベルの所望の調整に依存して変化してもよい。また、これも図２に示すように、マスター音量レベルとサブウーファー音量レベルとを、サブウーファー５０を過度に駆動して、それによりサブウーファー５０が提供する音質が低下する量まで、決して結合させないように、アルゴリズムによる調整はサブウーファー音量レベルの上限も提供する。

本発明の方法は、音声信号を受け取るステップと、受け取った音声信号から低周波数の信号を抽出するステップと、調整された低周波数の信号を生成するように、抽出された低周波数の信号にアルゴリズムによるゲイン調整を適用するステップと、調整された低周波数の信号をサブウーファーに出力するステップと、を主として対象とする。アルゴリズムによるゲイン調整が正又は負のいずれかである可能性があり、具体的には、ゲインの負の方向への増加がサブウーファーの音量を減少させる一方で、ゲインの正の方向への増加がサブウーファーの音量出力を増加させることは明瞭であるべきである。アルゴリズムによる調整が正又は負のいずれかにかかわらず、この調整は非線形である。

任意の音声信号の受け取る信号は、一般的に、車両のエンターテインメントセンターなどのようなオーディオシステムによる出力を受け取る。たとえば、受け取る音声信号は、ＣＤプレーヤー、ＤＶＤプレーヤー、レシーバー、携帯電話若しくはＭＰ３プレーヤーなどのような大容量記憶装置、又は音声信号を生成可能な任意の他の装置からの信号に関連していることができる。本発明で言及するように、受け取る音声信号は、一般に増幅されて、スピーカー２０又はサブウーファー５０へ出力される前の音声信号である。受け取る音声信号は、一般に低周波数の信号、中間帯域周波数の信号及び高周波数帯域の信号を含む全帯域の信号である。

その後、音声再生現制御システム３０は、受け取った音声信号から低周波数の信号を抽出する。低周波数の信号のこの抽出は、音声信号を混合した後であるが、信号の増幅の前に起こってもよい。しかしながら、いかなる混合調整をも音声信号に適用する前に低周波数の信号を抽出することが好ましいと考えられている。本発明は、低周波フィルターなどのような音声信号から低周波数の信号を抽出する任意の公知の方法を用いてもよい。音声信号を混合する上述のステップは、低音調整、高音調整又は他の適用される調整に対する調整を含んでいてもよい。

抽出され、その後調整された低周波数の信号が、サブウーファーへの出力前に音声信号に再度結合しないように注意することが重要である。抽出された低周波数の信号、特に調整された低周波数の信号を別個に保つことによって、調整された低周波数の信号のパワードサブウーファー５０へのよりクリーンな出力を可能にする。先行技術では、低周波数の信号は、主音声信号と混合してから増幅し、その後パワードサブウーファーに送る前に、再抽出する。この増幅は、サブウーファーがメインシステム音量レベルを用いて線形的に調整可能なようになされた。しかしながら、本発明では、音声再生制御システムは、所望のマスター音量レベルを考慮し、このレベルを基準レベルとしてサブウーファー出力に用い、その後、低周波数の信号にアルゴリズムによるゲイン調整を適用するステップを用いてそのレベルを調整する。したがって、マスター音量レベルが、サブウーファー５０へのラインレベル出力４０を直接制御しないかもしれず、或いはラインレベル出力４０と相互作用しないかもしれないとしても、マスターシステム音量レベルは常にサブウーファーの基準レベルとなる。

上で考察したように、低周波数の信号にアルゴリズムによるゲイン調整を適用するステップでは、適用された調整は非線形である。マスター音量レベル及び適用された調整がサブウーファーの能力を超えないように、サブウーファーが駆動されてもよい最大レベルを入力することがこのシステムの製造者には期待される。特定のスピーカーとサブウーファーの組に当該アルゴリズムが設定される際、マスター音量レベルが最大レベルの５０％に達するときにユーザーが、図２に示すように２５％のマスター音量レベルでサブウーファーを＋５に調整する場合、サブウーファーに適用される追加調整量の増加が期待される。マスターレベル音量が増加すると、調整されたサブウーファーレベルとマスター音量レベルの組み合わせは、ある時点でサブウーファーの最大の能力に達する。そのため、ゲインは２５％のマスター音量レベルで＋５、５０％の音量レベルで＋９であってもよい一方、８０％の音量レベルで＋３だけ、１００％の音量レベルで０であってもよい。当然ながら、これらの量は、例示的でしかなく、ユーザーが選択したゲインの量と同様に、システム、設定及び所望の音声入力におけるシステム構成要素に依存してもよい。さらに、エンターテインメントセンターの構成要素と同様にエンターテインメント中心部が配置されたスペースの構成に従って、アルゴリズムを変更してもよい。

的確なアルゴリズムは、特定の車両での異なる消費者の好みのために最も上質な音響出力を提供するように、特定の車両のエンターテインメントシステムのために選択されるなどのように、オーディオシステムの製造者によって選択されてもよい。また、ユーザーが異なったアルゴリズムを選択する場合がある、などのように音声再生制御システム３０を調整する場合があることも可能性があり、ユーザーにサブウーファーのゲインを個々に変えさせることなしに、設定マスター音量レベルでのサブウーファー音量が変わる。たとえば、ユーザーが特定の低音の量を必要とするジャンルを聞いている場合、１つのアルゴリズムを用いてもよく、異なった音楽ジャンルのために、低音がより少ない別のアルゴリズムを用いてもよい。このアルゴリズムは、イコライザーが既定の設定を有するイコライゼーションのアルゴリズムと同様に設定されてもよく、音響出力音質が特定ジャンルに対して最大化される。

よって、本発明は、サブウーファーゲインレベル設定での使い易さと同様に高い音声出力音質を提供しながら、実際のサブウーファーアセンブリから音声再生制御システムまでサブウーファーゲイン制御を動かして、全帯域のシステム音声レベルにわたって音質を向上させる。アルゴリズムは、音声出力に歪みを誘発する運転モードにサブウーファーが入らないことを確実化するように特に構成されている。また、アルゴリズムは、マスター音量レベルの音量範囲にわたってサブウーファーを最適性能レベルに保つように選択又は開発される。さらに、このアルゴリズムは、サブウーファーが歪モードに入るかメインシステム音量を圧倒することを防ぐように制限されるまで、リスナーが、システムとサブウーファーとの間のゲインレベルの差をシステム音量のすべての範囲にわたって所望されるように又は知覚されるように維持することを可能にする。

１０ オーディオシステム又はエンターテインメントシステム
２０ スピーカー
３０ 音声再生制御システム
４０ ラインレベル出力
５０ パワードサブウーファー

Claims (16)

1. 音声信号を処理する方法であって、
   音声信号を受け取ることと、
   前記受け取った音声信号から低周波数の信号を抽出することと、
   調整された低周波数の信号を生成するように、前記低周波数の信号にアルゴリズムによるゲイン調整を適用することと、
   前記調整された低周波数の信号をサブウーファーに出力することと、
   を含む、方法。
2. 前記調整された低周波数の信号は、前記サブウーファーに出力する前に前記音声信号と再結合されない、請求項１に記載の方法。
3. 前記受け取った音声信号から低周波数の信号を抽出する前記ステップは、高周波数の信号及び中間周波数の信号の少なくとも１つを抽出するステップも含み、前記低周波数の信号は、前記少なくとも１つの高周波数の信号及び中間の周波数信号に結合されない、請求項１に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの高周波数の信号及び中間の周波数信号は、少なくとも１つのスピーカーに出力される前に増幅器によって増幅され、前記低周波数の信号は前記増幅器によって増幅されない、請求項１に記載の方法。
5. 前記低周波数の信号にアルゴリズムによるゲイン調整を適用する前記ステップは、マスターシステム音量に関連して前記低周波数の信号に非線形の調整を適用するステップを含む、請求項３に記載の方法。
6. 前記非線形の調整を適用する前記ステップは、前記マスターシステム音量の中間の音量レベルでの設定ゲイン、及び前記マスターシステム音量の低音量レベルで低減された設定ゲインを適用するステップを含む、請求項５に記載の方法。
7. アルゴリズムによるゲイン調整を適用する前記ステップは、前記ゲイン調整を制限するステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記ゲイン調整を制限する前記ステップは、マスターシステム音量に関連して前記ゲイン調整の前記制限を調整するステップを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記ゲイン調整を制限する前記ステップは、前記サブウーファーへの上限出力レベルを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記低周波数の信号を抽出する前記ステップは、前記音声信号に対するあらゆるゲイン調整又はイコライゼーション調整の前に起こる、請求項１に記載の方法。
11. 前記低周波数の信号を抽出する前記ステップは、前記音声信号に対するあらゆる他の音声調整前に起こる、請求項１に記載の方法。
12. 前記低周波数の信号を抽出した後に前記音声信号を混合するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
13. アルゴリズムによる調整を適用する前記ステップは、マスターシステム音量レベルをゼロに設定するときに、低周波数の信号をゼロに設定することを含む、請求項１に記載の方法。
14. アルゴリズムによる調整を適用する前記ステップは、メインシステム音量レベルからサブウーファーレベルの変動を生成し、前記変動の量はゲイン調整量に比例する、請求項１に記載の方法。
15. 前記低周波数の信号用のゲイン量を設定するステップを更に含み、前記ゲインが増加すると、線形歪からの前記アルゴリズムによる調整の前記変動量が増加する、請求項１に記載の方法。
16. 前記低周波数の信号を抽出する前記ステップは、前記音声信号を混合するステップ後であって、前記音声信号を増幅するステップ前に起こる、請求項１に記載の方法。

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