JP2013062609A - 放送音声の音量制御装置、及びその音量制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】「聞きづらさ」を感じない程度の音量で放送音声を出力可能な放送音声の音量制御装置を提供する。
【解決手段】音量制御装置は、所定の周波数帯域における、放送音声信号と騒音信号との信号対雑音比を算出する算出部と、算出された信号対雑音比が放送音声の最低可聴音量の指標である信号対雑音比の目標値となるように、放送音声信号を増幅する増幅器の増幅率を決定する制御部と、を備える
【選択図】図７

Description

本発明は、放送音声の音量制御技術に関する。

列車内では車内放送を通じて乗客（利用者）に様々な情報提供を行っている。しかし、列車の特定の走行環境下（例えば地下区間やトンネル等を走行中の場合）には、良好な放送音声の聴取を阻害する騒音が生じる場合がある。騒音環境下では、放送音声の音量を増大させて、乗客への適正な情報伝達環境を維持することが要求される。

特開２００８−１７０９８０号公報 特開２００７−８２１７３号公報

放送音声の音量を増加させることで、放送音声が騒音にかき消されて聞こえなくなることを回避することが可能となる。しかし、放送音声の音量を大きくしすぎると、乗客が放送音声を「耳障り」に感じてしまう可能性がある。逆に、音量の増加が不十分であれば、乗客は「聞きづらさ」を感じてしまう可能性がある。しかしながら、騒音に対して放送音声の音量をどの程度にすれば良いかについては明確な基準や指標が無かった。

本発明は、騒音環境下において、「聞きづらさ」を感じない程度の音量で放送音声を出力可能な放送音声の音量制御装置を提供することを目的とする。

本発明の態様の一つは、放送音声の音量制御装置であり、放送音声信号と騒音信号との信号対雑音比を算出する算出部と、算出された信号対雑音比が放送音声の最低可聴音量の指標である信号対雑音比の目標値となるように、放送音声信号を増幅する増幅器の増幅率を決定する制御部と、を備える。

一態様における音量制御装置の制御部は、前記算出された信号対雑音比における放送音声のパワーに対応する目標値における放送音声のパワーが放送音量下限時のパワーを下回る場合には、前記増幅器によって増幅された放送音声のパワーが前記放送音量下限時のパワーとなる増幅率を決定する、ように構成してもよい。

また、一態様における所定の周波数帯域は、１０００Ｈｚ以上、且つ４ｋＨｚ以下である、ことが好ましい。また、周波数帯域は、１．５ｋＨｚ以上、且つ４ｋＨｚ以下であることが好ましく，２ｋＨｚ以上、且つ３．５ｋＨｚ以下であることが好ましい。さらに周波数帯域は、２ｋＨｚ以上、且つ４ｋＨｚ以下であることが好ましい。

また、本発明の態様の一つは、放送音声の音量制御方法であり、所定の周波数帯域における、放送音声信号と騒音信号との信号対雑音比を算出するステップと、算出された信号対雑音比が放送音声の最低可聴音量の指標である信号対雑音比の目標値となるように、放送音声信号を増幅する増幅器の増幅率を決定する制御ステップと、を備える。

一態様における音量制御方法の制御ステップでは、前記算出された信号対雑音比におけ
る放送音声のパワーに対応する目標値における放送音声のパワーが放送音量下限時のパワーを下回る場合には、前記増幅器によって増幅された放送音声のパワーが前記放送音量下限時のパワーとなる増幅率を決定する、ように構成しても良い。

一態様によれば、騒音環境下において、「聞きづらさ」を感じない程度の音量で放送音声を出力可能な放送音声の音量制御装置を提供することができる。

図１は、部屋内に設けた実験設備を示す。 図２は、実験に使用した実録車内騒音３種（騒音Ａ，騒音Ｂ，騒音Ｃ）のパワースペクトルを示す。 図３は、可聴試験で測定された騒音レベルと最低可聴音量の関係を例示する図である。 図４は、周波数帯域別に算出したＳＮＲを例示する図である。 図５は、多数条件下におけるＳＮＲの平均及び標準偏差を例示する図である。 図６は、可聴試験における被験者のＳＮＲの平均及び標準偏差を例示する図である。 図７は、音量制御装置の構成を説明するブロック図を例示する図である。 図８は、音量制御処理の説明図である。 図９は、増幅率制御処理のフローチャートである。 図１０は、音量制御装置の変形例の構成を説明するブロック図を例示する図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

〔音量制御の指標探索の実験〕
走行中の騒音下での列車内放送音量は、小さすぎると「聞こえない」状態となり、大きすぎると「耳障り」となる。これまで実録の車内騒音を対象とした放送音量の検討はなされていない。本願の発明者は、「注意して聴けば放送内容が理解できる最低の音量」を「最低可聴音量」と定義し、車内放送音量を最低可聴音量に制御するための指標を見いだすための実験・研究を行った。

＜最低可聴音量の実験＞
複数種類の車内騒音と放送音声に対する最低可聴音量を求める実験を行った。実験は、部屋内に実録車内騒音と放送音声とが流れる模擬的な列車の車内環境を作り、当該車内環境下で被験者の最低可聴音量を求めることによって実施した。

実験条件は以下の通りである。
（１）部屋の寸法：９．０［Ｗ：幅］×５．０［Ｄ：奥行き］×２．４[Ｈ：高さ]ｍ
（２）残響時間：０．３８ｓｅｃ
（３）使用騒音：実録車内騒音３種
（４）騒音レベル：７０ｄＢＡ，８０ｄＢＡ，９０ｄＢＡ（被験者耳元で測定）
（５）放送音声：女性アナウンサー２名の音声。各１文章（約８秒）
（６）被験者：２０代の男性３名、女性１名
図１は、部屋内に設けた実験設備を示す。部屋内に複数のスピーカ５１〜５５が被験者の周囲に配置され、各スピーカ５１〜５５から実録車内騒音（noise）が流れるようにし
て、走行中の車内騒音を再現した。尚、車内騒音の低音域を確実に再現するため、スピーカ５１として無指向性の低音用スピーカ（woofer）を使用し、スピーカ５２〜５５として一般的なスピーカを使用した。一方、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）５６から出力される放送音声信号が、ＤＡ（ディジタル−アナログ）変換器５７でアナログ信号に変換され、増幅器（amp）５８で増幅された後、スピーカ５Ａから出力されるようにして、騒音下
での車内放送を再現した。なお、スピーカ５Ａと被験者との間には１ｍの間隙を設けた。さらに、被験者が音量調整器（ボリューム：vol）５９を操作し、増幅器５８の増幅率を
変えてスピーカ５Ａからの音量を調整できるようにした。そして、被験者近傍のサウンドをマイクロフォン５Ｂで集音し、集音された信号（サウンド信号）がＡＤ（アナログ−ディジタル）変換器５Ｃでディジタル信号に変換された後にＰＣ５６に入力されるようにし、集音されたサウンドの音量をＰＣ５６で測定するようにした。音量調整器５９の操作により、放送音声の音量を変動させ、被験者が「注意して聴けば放送内容が理解できる最低の音量」と感じるときの放送音声の音量を、「最低可聴音量」として記録するようにした。

図２は、実験に使用した実録車内騒音３種（騒音Ａ，騒音Ｂ，騒音Ｃ）のパワースペクトルを示す。各騒音は、騒音量の変動が小さい定常的な騒音を用いた。図２に示すグラフの縦軸はパワー［ｄＢ］を表し、横軸は周波数［Ｈｚ］を表す。図２のグラフにおいて、「騒音Ａ」は、１ｋＨｚ以上の周波数領域において「騒音Ｂ」及び「騒音Ｃ」より相対的にパワーが大きい周波数成分を含む。騒音Ａは、例えば、走行中の車両の車輪とレールとが擦れる際の「シャー」という音が主の騒音である。「騒音Ｂ」は、１ｋＨｚ以上の周波数領域において「騒音Ａ」より相対的に小さく、且つ「騒音Ｃ」より相対的に大きいパワーを有する周波数成分を含む。騒音Ｂは、例えば、走行中の車両の「ガー」という音が主の騒音である。「騒音Ｃ」は、１ｋＨｚ以上の周波数領域において「騒音Ａ」及び「騒音Ｂ」より小さいパワーの周波数成分を含む。騒音Ｃは、例えば、地下鉄やトンネル内を走行中の車両音や風切り音等が反響して重畳された「ゴー」という音が主の騒音である。騒音Ａ〜Ｃのパワースペクトル曲線は、８００Ｈｚ近傍までは周波数にほぼ比例して減衰する特性を有している。８００Ｈｚ近傍を境とし、相対的に低い周波数帯域の「騒音Ｃ」のパワースペクトルは、減衰傾斜を強め、１ｋＨｚにおいて、「騒音Ａ」と「騒音Ｂ」との強度差は約７〜８ｄＢ程度となる。「騒音Ａ」と「騒音Ｂ」のパワースペクトルはほぼ１．８ｋＨｚ近傍までは同様に減衰する特性を有し、以降の周波数では「騒音Ｂ」のパワースペクトルは、減衰傾斜を強める。そして、４ｋＨｚの周波数では、「騒音Ｂ」と「騒音Ｃ」とのの強度差は２０ｄＢ以上、「騒音Ａ」と「騒音Ｃ」との強度差は３５ｄＢ以上となる。尚、４ｋＨｚでは、「騒音Ｂ」と「騒音Ａ」とのパワースペクトルの強度差は、約１５ｄＢ〜１８ｄＢ程度となる。

実験手順として、以下のような手順で実験を行った。すなわち、スピーカ５１〜５５から実録車内騒音の再生音を出力し、走行中の車内環境（騒音環境）を模擬した。この状態で、ＰＣ５６からの放送音声をスピーカ５Ａから繰り返し出力し、被験者に放送音声の音量が「最低可聴音量」レベルとなるようにボリューム５９を調整してもらった。そして、「最低可聴音量」レベルに調整されたときの放送音声をマイクロフォン５Ｂで集音し、ＰＣ５６にて録音した。

このような実験を、騒音の種類、騒音の大きさ（Ａ特性音圧レベル）、放送音声（アナウンス音声）の種類、及び被験者の組合せを変えて、複数回行った。

なお、Ａ特性音圧レベル値の単位である「ｄＢＡ」とは、騒音計等で利用される聴感補正特性であるＡ特性によって補正されたデシベル値を表す（注：「ｄＢＡ」は、単に「ｄＢ」と表す場合もあるが、ここでは、他の物理量との混乱を避けるため「ｄＢＡ」と表す）。人の聴覚周波数特性では低周波音は感度が低いことが知られており、このような人が
感じる聴感に近似させるためである。例えば、このような、人間の聴覚感度を表すものとして等ラウドネス曲線（例えば、次の文献参照：鈴木陽一、竹島久志、「最小可聴値と等ラウドネス曲線をめぐる最近の話題」、日本音響学会誌、５８巻２号（２００２）、１３０〜１３７頁）等が知られている。

＜実験結果と問題点＞
図３は、実験結果として得られた騒音レベル（注：騒音のＡ特性音圧レベルのことを「騒音レベル」と略称する）と最低可聴音量の関係を示す。図３のグラフは、或る被験者１名の実験結果を示しており、３種類の騒音（騒音Ａ，騒音Ｂ，騒音Ｃ）と、２種類の放送音声（音声１，音声２）との各組合せにおいて、騒音レベルがそれぞれ７０ｄＢＡ，８０ｄＢＡ，９０ｄＢＡであるときの、最低可聴音量[ｄＢＡ]をプロットしたものである。

図３に示すように、最低可聴音量は、騒音の種類及び放送音声の種類によらず、騒音レベルの大きさに比例して増大することが分かった。しかしながら、「最低可聴音量」は、被験者及び騒音レベルが同一であっても、騒音の種類及び放送音声の種類によって大幅に異なることが分かった。例えば、騒音レベルが７０ｄＢＡの環境下において、“騒音Ｃ，音声２”の組合せ（図３の一番下のグラフ）に対して被験者が感じた「最低可聴音量」は約４２ｄＢＡであるのに対し、“騒音Ａ，音声１”の組合せ（図３の一番上のグラフ）では、約６３ｄＢＡとなり、ばらつきが大きい。このような騒音の種類及び放送音声の種類に依存する「最低可聴音量」のばらつきは、８０ｄＢＡ，９０ｄＢＡにおいても同様である。

このような結果は、走行中の車両内の騒音レベルが測定できたとしても、騒音レベルに応じた適正な放送音声レベルの設定ができないことを意味する。換言すれば、従来、騒音や放送音声の測定指標として用いられるＡ特性音圧レベル（ｄＢＡ）は、放送音量を「最低可聴音量」に制御するための指標としてふさわしいものではないことが分かった。

＜周波数帯域のＳＮＲ分析＞
本願の発明者は、Ａ特性音圧レベルに代わる音量制御の指標を探るため、或る被験者について最低可聴音量となったときの放送音声と騒音との関係を周波数帯域別に分析した。具体的には、騒音Ａ，Ｂ，Ｃ（８０ｄＢＡ）の環境下で１つの放送音声について１人の被験者から得られた最低可聴音量時の放送音声のエネルギーと、各騒音Ａ，Ｂ，Ｃとのエネルギーとの比である信号対雑音比（ＳＮＲ（Signal Noise Ratio））を１０００Ｈｚ毎に算出した。

図４は、１０００Ｈｚ毎の周波数帯域別（最低帯域のみ０．５ｋＨｚ〜１ｋＨｚの５００Ｈｚ帯域）に算出したＳＮＲの計算結果を示す。図４に示すグラフの縦軸は算出されたＳＮＲ［ｄＢ］であり、表示範囲は−４０ｄＢ〜２０ｄＢである。同図の横軸は周波数［ｋＨｚ］であり、表示範囲は０．５ｋＨｚ〜８ｋＨｚである。

図４のグラフから明らかなように、低周波数帯域，高周波数帯域では、騒音Ａ，Ｂ，Ｃに対するＳＮＲ値が大幅にばらついている。例えば、０．５〜１ｋＨｚの計算結果、及び４ｋＨｚ以上の計算結果では、ＳＮＲ値がばらついている。このため、これらの領域におけるＳＮＲ値は、最低可聴音量の指標として用いるにふさわしいものではない。

これに対し、２ｋＨｚ〜４ｋＨｚの周波数帯域において、各騒音Ａ，Ｂ，Ｃに対するＳＮＲ値のばらつきが少ない。特に、２ｋＨｚ〜３ｋＨｚの計算結果においては、ＳＮＲ値が一点に集中している。

図４に示した結果から、２ｋＨｚ〜４ｋＨｚのＳＮＲに着目し、車内騒音と放送音声と
のＳＮＲが、例えば−１０ｄＢ〜−１５ｄＢの範囲となるように放送音声の音量を制御すれば、騒音の種類によらない最低可聴音量制御が実現できることが見いだされた。

図４に示した結果の一般性を確認するために、１人の被験者に対する、騒音Ａ，Ｂ，Ｃの騒音レベル３種類（７０ｄＢＡ，８０ｄＢＡ，９０ｄＢＡ）、２種類の放送音声（音声１，音声２）について、図４に関して示した手法と同様の手法で、１０００Ｈｚ毎に各周波数帯域別のＳＮＲを算出した。そして、各周波数帯域別のＳＮＲの平均と標準偏差を算出した。図５に算出結果を示す。

図５において、縦軸に平行な垂線は、１０００Ｈｚ毎に算出されたＳＮＲの標準偏差を示し、長さが短い程ばらつきが小さいことを示す。標準偏差を示す垂線上のプロット点は、ＳＮＲ平均値を示す。図５に示すように、図４の結果で着目した２ｋＨｚ〜４ｋＨｚでは、他の周波数帯域に比べてサンプル（ＳＮＲ）のばらつきが小さいことが分かる。すなわち、図５の結果は、２ｋＨｚ〜４ｋＨｚのＳＮＲのばらつきが、騒音レベルによらず、他の周波数帯域より小さくなることが分かる。

図６のグラフは、図５に示した周波数帯域別の平均及び標準偏差を実験に参加した被験者４人全員（男性３名、女性１名）について行い、被験者毎に得られた周波数帯域１０００Ｈｚ毎の標準偏差を人数（４人）で平均した値を示す。１０００ヘルツ単位で示された棒グラフは、被験者４人の標準偏差の平均値を示す。図６に示す結果においても、２ｋＨｚ〜４ｋＨｚに対するＳＮＲの標準偏差は、約３ｄＢであり、他の周波数帯域に比べて小さいことが分かる。図６の結果より、図４での結果は、騒音の種類及び騒音レベル、放送音声の種類、被験者に依存しない一般的なものであることが確認できた。換言すれば、２ｋＨｚ〜４ｋＨｚの周波数帯域におけるＳＮＲが騒音環境下における最低可聴音量設定の指標として有効であることが確認できた。

〔音量制御装置〕
次に、上述した実験・研究の結果を踏まえた、放送音声の音量制御装置について説明する。図７に、本実施形態に係る放送音声の音量制御装置の構成例を示す。図７において、音量制御装置１は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３、増幅器（ＡＭＰ）４、マイクロフォン５、スピーカ６、制御装置１０を備える。尚、図７に例示する音量制御装置１は、図示せぬスイッチ等のオン／オフにより、車内放送に合わせ、走行中の騒音を測定することができる。

ＢＰＦ２は、入力される放送音声の音声信号中の、所定の通過帯域の信号成分を通過させるフィルタである。ＢＰＦ３は、マイクロフォン５で集音される、列車（車両）走行中の車内音声（騒音）の信号が入力され、所定の通過帯域の信号成分のみを通過させる。ＢＰＦ２及びＢＰＦ３の通過帯域は共通である。ＢＰＦ２及びＢＰＦ３の通過帯域は、例えば、１０００Ｈｚ以上４ｋＨｚ以下である。通過帯域は、好ましくは１．５ｋＨｚ以上４ｋＨｚ以下である。さらに好ましくは２ｋＨｚ以上４ｋＨｚであり、さらに好ましくは２ｋＨｚ以上３．５ｋＨｚ以下である。ＢＰＦ２及び３には、上記した範囲から選択された共通な固定の通過帯域が設定されている。なお、ＢＰＦの代わりに、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とローパスフィルタ（ＬＰＦ）の組合せが用いられても良い。

増幅器４は、入力された音声信号を制御装置１０から出力される増幅制御量（増幅率）に応じた利得によって増幅する利得増幅器である。増幅器４は、例えば、可変利得増幅器（ＶＧＡ：Variable Gain Amplifier）が例示できる。増幅器４は、制御装置１０で決定
された増幅制御量に応じて音声信号を増幅し、スピーカ６に出力する。尚、増幅器４は、利得が可変な増幅器に限定されない。例えば、固定された利得を有する増幅器を複数段に備え、制御装置１０から出力される増幅制御量に応じて動作する増幅器を切替えて選択す
るように構成してもよい。

マイクロフォン５は、走行中の車両内の騒音を集音し、電気信号に変換する。マイクロフォン５によって変換された騒音は、騒音信号としてＢＰＦ３に出力される。また、ＢＰＦ３を通過した騒音信号は、制御装置１０に出力される。スピーカ６は、増幅器４が出力する音声信号を物理振動に再生し、放送アナウンス音声として、例えば車両内空間に出力する。尚、マイクロフォン５は、予め定められた騒音レベルを超える騒音を検知しないように検知レベルに閾値を持たせた構成としてもよい。このような騒音レベルとしては、例えば９０ｄＢＡ（ピーク値）の音圧レベル値が例示できる。

制御装置１０は、例えば、各種演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）や
ＤＳＰ（Digital Signal Processor）のようなプロセッサ、プロセッサの作業領域としての主記憶装置（例えばＲＡＭ（Random Access Memory））、プロセッサによって実行される処理手順が記述されたプログラムや、プログラム実行時に使用されるデータを格納する二次記憶（例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスク（ＨＤＤ））、入出力ユニット（Ｉ／Ｏ）、各ＢＰＦ２，３からの音声信号、騒音信号のような、制御装置１０に入力される信号のアナログ−ディジタル変換を行う複数のＡＤ変換器や、制御装置１０から出力される信号に対する必要なディジタル−アナログ変換を行うＤＡ変換器等を含む。制御装置１０は、上記した構成要素が集約されたシステムＬＳＩ（Large Scale Integrated-Circuit）で実現することも可能である。

尚、制御装置１０は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の論理
デバイスや、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の複数機能を備
えた専用デバイス等のハードウェア回路として実現してもよい。

制御装置１０は、プロセッサがプログラムを実行することによって、ＳＮＲ算出部１１，ＳＮＲ目標値格納部１２，増幅率制御部１３を備えた装置として機能する。制御装置１０には、ＢＰＦ２，ＢＰＦ３を介して周波数帯域が抽出された音声信号及び騒音信号が入力される。本実施形態では、ＢＰＦ２を介して入力された音声信号のパワーを、現在の増幅器４の増幅率（「増幅率設定情報」と呼ぶ）に従って増幅したときのパワーに補正し、この補正した値をＳＮＲ算出に用いる（第１の形態）。但し、増幅器４の出力を直接に、ＢＰＦ２に入力することで、増幅後の音声信号のパワーをＳＮＲ算出に使用するようにしても良い（第２の形態）。以降の説明は、第１の形態を適用した例について説明する。

ＳＮＲ算出部１１は、増幅率制御部１３から得られる増幅率設定情報に基づきパワーを補正した音声信号と、ＢＰＦ３を介して入力された騒音信号とから信号対雑音比（ＳＮＲ）を算出する。なお、第２の形態では、ＢＰＦ２から入力された音声信号とＢＰＦ３を介して入力された騒音信号とから信号対雑音比（ＳＮＲ）を算出することとなる。ＳＮＲ算出部１１は、信号対雑音比（ＳＮＲ）として、音声信号のパワーと騒音信号のパワーとの比（ＳＮＲ（ｄＢ）＝（音声信号のパワー）／（騒音信号のパワー））を算出する。尚、ＳＮＲ算出部１１は、算出部の例示である。

ＳＮＲ目標値格納部１２は、例えば、ＲＯＭやＨＤＤに用意された記憶領域であり、増幅器４の増幅率を決定するための目標ＳＮＲ値が保持されている。目標ＳＮＲ値は、騒音下における最低可聴音量の指標である。例えば、上記した実験・研究において説明したような、２ｋＨｚ〜４ｋＨｚの帯域に対して、−１０ｄＢ〜−１５ｄＢとなるような値が、ＳＮＲ目標値として設定される。

増幅率制御部１３は、詳細を後述するように、測定された信号対雑音比（測定ＳＮＲ）が目標ＳＮＲとなるように増幅率を決定する。すなわち、増幅率制御部１３は、測定ＳＮ
Ｒが目標ＳＮＲと異なるときには、測定ＳＮＲが目標ＳＮＲに近づくように増幅率を決定する。また、増幅率制御部１３は、決定した増幅率が所定の閾値以下である場合には、一旦決定した増幅率を、それより大きい一定の増幅率に変更する（再決定する）。換言すれば、決定した増幅率が閾値以下の場合には、一定の増幅率で音声信号を増幅することを決定する。決定された増幅率は、ＳＮＲ算出部１１に与えられる。尚、増幅率制御部１３は、制御部の例示である。

増幅率制御部１３は、決定した増幅率（ゲイン）で増幅器４が音声信号の増幅を行うための制御信号を生成し、増幅器４に供給する。増幅器４は、入力される音声信号を、制御装置１０からの制御信号に従って増幅し、スピーカ６へ向けて出力する。スピーカ６は、放送音声を出力する。なお、増幅率制御部１３が決定する増幅率は、測定ＳＮＲが最低可聴音量を有する目標ＳＮＲになるように決定された増幅率であっても良く、測定ＳＮＲが最低可聴音量にさらに所定マージンを加味した目標ＳＮＲとなるように増幅率を決定しても良い。すなわち、スピーカ６から出力される放送音声の音量が最低可聴音量以上となるように増幅率が制御されても良く、最低可聴音量に所定マージンを加えた音量となるように増幅率が制御されても良い。マージンによって、受聴場所や個人差による最低可聴音量のばらつきを吸収することができる。

ＳＮＲ算出部１１から出力されたＳＮＲ（測定ＳＮＲ）がＳＮＲ目標値格納部１２に格納された目標ＳＮＲ未満の場合では、放送音量を大きくする増幅率が決定され、測定ＳＮＲが目標ＳＮＲ値を超える場合には、放送音量を小さくする増幅率が決定される。このような制御により、測定ＳＮＲが目標ＳＮＲに近づくように放送音量が制御される。このため、聴取者は、最低可聴音量以上の放送音声を、「耳障り」に感じない範囲の音量で聴取することができる。

また、測定ＳＮＲと目標ＳＮＲとの比較において決定された増幅率での放送音量が放送音量としての下限値（「放送音量下限」とも表記）に満たない場合には、一定の増幅率（放送音量下限に対応する増幅率）で放送音声を増幅することが決定される。このような制御により、放送音量が小さくなりすぎて聴取者にとって放送音声が「聞きづらくなる」状態を回避することができる。

〔音量制御処理〕
次に、本実施形態の音量制御装置１における音量制御処理（増幅率制御部１３の増幅率制御処理）を説明する。図８に音量制御処理の説明図を例示し、図９に制御装置１０で実行される音量制御処理フローを例示する。制御装置１０は、例えば、ＲＡＭ等に実行可能に展開されたプログラムにより音量制御処理を実行する。

図８は、制御装置１０に入力される音声信号（増幅率設定情報により補正した音声信号）と騒音信号の関係をグラフ化した説明図である。図８の縦軸（Ｙ軸）は、補正後の音声信号のパワー（Ｐｓ）であり、横軸（Ｘ軸）はＢＰＦ３通過後の騒音信号のパワー（Ｐｎ）である。図８には、一定の傾斜を有する直線Ｂ，Ｃと太線Ｄが例示されている。図８に例示する実線Ｂは、例えばＳＮＲ＝−１０ｄＢとなる最低可聴音量のグラフである。また、図８に例示する細破線Ｃは、実線Ｂで例示された最低可聴音量にマージン（例えば、１０ｄＢ）を加えたグラフである。そして、太線Ｄは、本実施形態の制御装置１０で実行される音量制御処理の目標ＳＮＲを示す。尚、騒音信号の増加に依らず横軸に水平な破線Ａは、放送音量下限を示し、そのときのパワーＰｓを“Ｐｓ３”とする。

図８において“Ｘ”で示されるポイントは、“Ｐｓ１”の音声信号及び“Ｐｎ１”の騒音信号のＳＮＲであり、“Ｙ” で示されるポイントは、“Ｐｓ２”の音声信号及び“Ｐ
ｎ１”の騒音信号のＳＮＲである。尚、図８において騒音信号“Ｐｎ１”計測時の目標Ｓ
ＮＲは、（Ｐｓ０，Ｐｎ１）である。

測定ＳＮＲが例えばポイント“Ｘ”の場合には、目標ＳＮＲを超えた測定ＳＮＲが算出されるため、当該測定ＳＮＲが目標ＳＮＲとなるように、音声信号のパワーＰｓが“Ｐｓ１”からグラフＣ上の“Ｐｓ０”となる増幅率を増幅率制御部１３が決定する。これに対し、測定ＳＮＲが“Ｙ”の場合には、目標ＳＮＲに達しない測定ＳＮＲが算出されるため、当測定ＳＮＲが目標ＳＮＲとなるように、音声信号のパワーＰｓが“Ｐｓ２”からグラフＣ上の“Ｐｓ０”となる増幅率を増幅率制御部１３が決定する。さらに、測定ＳＮＲに対応するグラフＣ上の点（パワーＰｎだけＹ軸から離れたＹ軸に平行な直線とグラフＣとの交点）が放送音量の下限値（破線Ａ）以下となる場合には、放送音声のパワーＰｓが放送音量の下限値に対応するパワーＰｓ３となる増幅率を増幅率制御部１３が決定する。増幅率制御部１３は、決定された増幅率で増幅器４に入力される放送音声を増幅するための制御信号を増幅器４に供給する。例えば、現在の増幅率（ゲイン）が１０ｄＢで、目標ＳＮＲに応じた増幅率（ゲイン）として“２０ｄＢ”が決定された場合には、増幅率（ゲイン）を２０ｄＢにする（増幅率を１０ｄＢ増加する）制御信号が増幅器４に供給される。

尚、図８の例では、最低可聴音量のグラフＢが−１０ｄＢである場合について説明したが、最低可聴音量は、例えば、−１０ｄＢ〜−１５ｄＢ、或いは−２０ｄＢ〜＋１０ｄＢの中から適宜設定可能である。また、グラフＣとして、グラフＢ（最低可聴音量）に１０ｄＢのマージンを設けたグラフを例示したが、マージンは１０ｄＢに限られず、適宜の値を決定できる。また、グラフＣではなくグラフＢを用いても良い。

図９に例示する音量制御処理フローは、放送アナウンスの音声信号が入力されたタイミングで実行される（“ＳＴＡＲＴ”）。音量制御装置１は、例えば、図示せぬスイッチ等のオン／オフにより、車内放送に合わせ音量制御処理を実行するようにしてもよい。

制御装置１０のＳＮＲ算出部１１は、ＢＰＦ２を介して入力された音声信号のパワーを増幅率設定情報に基づき補正した音声信号のパワーＰｓと、ＢＰＦ３を介して入力された騒音信号のパワーＰｎとから、信号対雑音比（ＳＮＲ）を算出する（Ｓ１）。すなわち、ＳＮＲ算出部１１は、パワーＰｓと、パワーＰｎとの比を算出し、算出結果を増幅率制御部１３に通知する。

制御装置１０の増幅率制御部１３は、算出された信号対雑音比（測定ＳＮＲとも表記）とＳＮＲ目標値格納部１２に保持された目標ＳＮＲ値（図８、グラフＣ）との比較を実行する（Ｓ２）。増幅率制御部１３は、算出されたＳＮＲ値が目標ＳＮＲ値と同値の場合（Ｓ２、“Ｎｏ”）にはステップＳ１に移行し、再び所定の周波数帯域における信号対雑音比（ＳＮＲ）を算出する。一方、算出されたＳＮＲ値が目標ＳＮＲ値と異なる場合（Ｓ２、“Ｙｅｓ”）にはステップＳ３に移行する。

ステップＳ３に移行した増幅率制御部１３は、測定ＳＮＲが目標ＳＮＲとなる増幅率を決定し、ステップＳ４に移行する。ステップＳ３で決定される増幅率は、図８において音声信号のパワーがＰｓ０となるような増幅率であって、図８に例示するポイント“Ｘ”及び“Ｙ”を用いて述べたように、騒音信号のパワーＰｎがグラフＣ上の対応する点（Ｙ軸からパワーＰｎだけ離れたＹ軸に平行な直線とグラフＣとの交点）となる増幅率である。

ステップＳ４では、増幅率制御部１３は、放送音量下限（図８、破線Ａ）に相当する増幅率との比較を行う。増幅率制御部１３は、決定された増幅率が放送音量下限に相当する増幅率以下である場合（Ｓ４、“Ｙｅｓ”）には、パワーＰｓが放送音量下限に対応するパワーＰｓ３となる増幅率の適用を決定する（Ｓ５）。一方、決定された増幅率が放送音量下限に相当する増幅率を超える場合（Ｓ４、“Ｎｏ”）にはステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、増幅率制御部１３は、ステップＳ３もしくはステップＳ５で決定された増幅率に対応する制御信号（制御量）を増幅器４に供給する。また、増幅率制御部１３は、ステップＳ３で決定された増幅率設定情報をＳＮＲ算出部１１に出力する。増幅器４は、増幅率制御部１３から出力された制御信号に応じて音声信号を増幅し、スピーカ６に出力する。スピーカ６は、測定ＳＮＲ値が目標ＳＮＲ値に近づくように調整された放送音声を出力する。

音量制御処理は、以上の処理を、信号対雑音比（ＳＮＲ）が目標ＳＮＲ値となるように繰り返す。

なお、上記した増幅率制御による音量制御処理（図８）では、増幅器４から出力される放送音声のパワーＰｓの上限を決めていないが、上限を適宜設定することができる。例えば、パワーＰｓの上限は、増幅器４に設定する増幅率の上限を定めることで、設定することができる。また、増幅器４の規格によって、増幅器４から出力可能な放送音声のパワーＰｓの上限はあり得る。増幅率の上限が設定されることで、増幅器４から出力される音声信号、即ち放送音声のＡ特性音圧レベルにも上限ができ、放送音声について聴取者に「耳障り感」が生じるのを抑えることができる。

また、上述したフローチャート（図９）の処理では、ステップＳ４において、増幅率での比較を行っているが、測定ＳＮＲのパワーＰｓに対応するグラフＣのパワーＰｓが最低音量時のパワーＰｓ３以下か否かを判定するように変形することができる。

〔効果〕
以上説明した、本実施形態の音量制御装置１によれば、最低可聴音量の指標値として所定の周波数帯域における放送音声と騒音との信号対雑音比（ＳＮＲ）を適用し、測定ＳＮＲが最低可聴音量の指標値である目標ＳＮＲと異なる場合には、測定ＳＮＲが目標ＳＮＲとなるような、音量制御が行われる。これによって、従来のＡ特性音圧レベル（ｄＢＡ）を用いた制御とは異なり、騒音の種類に依存することなく、騒音環境下で、放送音声が最低可聴音量以上の音量でスピーカ６から出力されることを保証することができる。従って、放送音声が騒音でかき消されて聞こえなくなることを防止することができる。

〔変形例〕
図１０に音量制御装置の変形例を例示する。図１０は、音量制御装置として複数のＢＰＦを備える構成である。以下、図７に例示する第1実施形態との相違点について説明する
。変形例の音量制御装置２０は、ＢＰＦ２１，２２，２３，スイッチ２４，２５、周波数帯域制御部２６等を備える。変形例においては、複数のＢＰＦとスイッチを備える事により、例えば、放送アナウンス時の騒音に応じたＳＮＲによる放送音声の音量制御が可能となる。

ＢＰＦ２１，２２，２３は、放送アナウンス音声及び走行中の騒音の、所定の通過帯域の信号成分を通過させるフィルタである。各ＢＰＦの通過帯域は、少なくとも１０００Ｈｚ以上、且つ４ｋＨｚ以下の周波数範囲を通過できる帯域であればよい。例えば、ＢＰＦ２１の通過帯域として２ｋＨｚ〜４ｋＨｚ、ＢＰＦ２２の通過帯域として１．５ｋＨｚ〜４ｋＨｚ、ＢＰＦ２３の通過帯域として２ｋＨｚ〜３．５ｋＨｚの周波数帯域が例示できる。尚、変形例のＢＰＦ数は３段に限定されない。例えば、５段であってもよく、８段のＢＰＦ群から構成されてもよい。少なくとも１０００Ｈｚ以上、且つ４ｋＨｚ以下の周波数範囲内での複数の組み合わせが可能である。

スイッチ２４は、後段に備えられる複数のＢＰＦ数に応じた一入力多出力の多段切替ス
イッチである。図例では、３段のＢＰＦを備えるため３系統の出力が可能な一入力３出力の切替えスイッチである。例えば、ＳＰ３Ｔ（Single Pole 3 throw）や多接点のリレー
スイッチ等が例示できる。スイッチ２５は、前段に備えられる複数のＢＰＦ数に応じた多入力一出力の多段切替スイッチである。図例では、３段のＢＰＦを備えるため３系統の入力が可能な３入力一出力の切替えスイッチである。尚、スイッチ２４，２５は同一構成の多段切替スイッチで構成することが可能である。

スイッチ２４及びスイッチ２５には、周波数帯域制御部２６から出力される制御信号が共通に入力する。スイッチ２４及び２５は、周波数帯域制御部２６から出力される制御信号により、放送音声及び騒音の信号伝達経路の切り替えを行う。例えば、ＢＰＦ２１への信号伝達経路が選択された場合、放送音声信号及び騒音信号の信号伝達経路に挿入されたスイッチ２４はＢＰＦ２１への入力経路切り替えを行い、同時に、スイッチ２５はＢＰＦ２１からの出力経路切り替えを行う。放送音声及び騒音は、同一の通過帯域を有するＢＰＦを通過し、制御装置１０に入力する。

周波数帯域制御部２６は、複数段に設けられたＢＰＦへの放送音声及び騒音の信号伝達経路の切替制御を行う。周波数帯域制御部２６は、例えば、制御装置１０に搭載されたプログラムの実行によって実現できる。周波数帯域制御部２６は、放送アナウンス時の騒音環境に応じて放送音声及び騒音の周波数帯域を選択する。周波数帯域制御部２６は、例えば、予め車両の走行路線の経路領域に応じて、ＢＰＦの通過帯域を選択するように構成できる。また、図示しない、操作者によるボタン操作等の入力に応じてＢＰＦの通過帯域を選択するように構成してもよい。

このように、変形例では複数段に設けられたＢＰＦの中から騒音環境に応じて適切な周波数帯域（通過帯域）を選択することにより、適切な信号対雑音比（ＳＮＲ）を得ることが可能となる。制御装置１０は、算出されたＳＮＲに応じて放送音声の音量制御を行うことにより、走行車両の騒音環境に最適な放送音声の音量制御を行うことができる。周波数帯域の選択においては、予め車両の走行路線の領域に応じてＢＰＦの通過帯域を選択するように構成することにより、例えば、鉄橋，地下構内、トンネル、急峻なカーブ等、通過経路の環境に応じた放送アナウンスを行うことができる。また、操作者によるボタン操作等の入力に応じてＢＰＦの通過帯域を選択するように構成することにより、例えば、雨、風、雪等の天候や運行時間、気温、湿度等の走行時の運行環境に応じた音量制御が実現できる。また、上述した周波数帯域の選択を組合せることも可能である。細やかな放送アナウンス音声の音量制御が実現できる。

なお、本実施形態は、列車の車内放送音声の音量制御装置について説明したが、音量制御装置の構成は、公共空間でのアナウンス（放送）音声の制御にも適用が可能である。

１ 音量制御装置
２ バンドパスフィルタ
３ バンドパスフィルタ
４ 増幅器
５ マイクロフォン
６ スピーカ
１０ 制御装置
１１ ＳＮＲ算出部
１２ ＳＮＲ目標値格納部
１３ 増幅率制御部
２０ 音量制御装置
２１ ＢＰＦ
２２ ＢＰＦ
２３ ＢＰＦ
２４ スイッチ
２５ スイッチ
２６ 周波数帯域制御部

Claims (5)

1. 所定の周波数帯域における、放送音声信号と騒音信号との信号対雑音比を算出する算出部と、
   算出された信号対雑音比が放送音声の最低可聴音量の指標である信号対雑音比の目標値となるように、前記放送音声信号を増幅する増幅器の増幅率を決定する制御部と、
   を備える音量制御装置。
2. 前記制御部は、前記算出された信号対雑音比における放送音声のパワーに対応する目標値における放送音声のパワーが放送音量下限時のパワーを下回る場合には、前記増幅器によって増幅された放送音声のパワーが前記放送音量下限時のパワーとなる増幅率を決定する、
   請求項１に記載の音量制御装置。
3. 前記所定の周波数帯域は、１０００Ｈｚ以上、且つ４ｋＨｚ以下である、請求項１または２の何れかに記載の音量制御装置。
4. 所定の周波数帯域における、放送音声信号と騒音信号との信号対雑音比を算出するステップと、
   算出された信号対雑音比が放送音声の最低可聴音量の指標である信号対雑音比の目標値となるように、前記放送音声信号を増幅する増幅器の増幅率値を決定する制御ステップと、
   を備える音量制御方法。
5. 前記制御ステップでは、前記算出された信号対雑音比における放送音声のパワーに対応する目標値における放送音声のパワーが放送音量下限のパワーを下回る場合には、前記増幅器によって増幅された放送音声のパワーが前記放送音量下限のパワーとなる増幅率を決定する、
   請求項４に記載の音量制御方法。

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