JP2014082718A

JP2014082718A - 聴感補正装置

Info

Publication number: JP2014082718A
Application number: JP2012231038A
Authority: JP
Inventors: Keiji Ueno; 圭司上野
Original assignee: Teac Corp
Current assignee: Teac Corp
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2014-05-08

Abstract

【課題】客観的かつ再現性良く、聴感を補正することができる装置を提供する。
【解決手段】複数周波数の基準音声信号を順次出力する音源１８と、基準音声信号を増幅するアンプ１４と、アンプ１４で増幅された基準音声信号を出力するスピーカ１６と、複数周波数の各周波数毎に、基準音声信号が聴こえない状態から聴こえる状態に変化したタイミング、あるいは基準音声信号が聴こえる状態から聴こえない状態に変化したタイミングをユーザが入力可能な情報入力装置２４と、複数周波数の各周波数毎に、情報入力装置２４から入力されたタイミングにおけるアンプ１４のゲインを記憶し、記憶されたゲインに基づき、所定の理想周波数特性を補正するＣＰＵ２２を備える。補正された理想周波数特性となるようにプログラマブルイコライザ１２を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は聴感補正装置に関し、特にイコライザにおける周波数特性の補正に関する。

従来から、ユーザあるいはリスナーの聴感特性あるいは好みに沿って聴感補正を行う技術が提案されている。

例えば、引用文献１には、周波数帯域毎に補正用基準音を出力し、リスナーに操作部を操作させて、補正用基準音の周波数特性が全周波数帯域において略平坦な状態と感じられるように、周波数帯域毎別聴取音圧レベルを調整することが記載されている。

特開２００５−３０９２１２号公報

ところで、近年において、携帯型音楽プレーヤやオーディオセット、補聴器等、ある音源に対してアンプ、ヘッドフォン、スピーカ等の電気的処理を施してユーザ（リスナー）が聴取する際には、ユーザはこれらアンプ、ヘッドフォン、ユーザの聴覚等、各種の周波数特性を持つ装置あるいは器官を介して音を聞き取る。周波数特性を補正する装置としてイコライザが知られているが、どの周波数帯域をどの程度補正すべきかは、ユーザの好みに任されており、音源に忠実に聴取されているかは全く担保されない状態にある。

上記の従来技術においても、ユーザ（リスナー）が略平坦（フラット）と感じられるように操作部を操作しており、この操作が真に音源に忠実であるかは担保されておらず、特に、略平坦と感じる操作位置の再現性にも疑問が生じ得る。

本発明の目的は、より客観的かつ再現性良く、聴感を補正することができる装置を提供することにある。

本発明は、複数周波数の基準音声信号を順次出力する音源と、前記基準音声信号を増幅するアンプと、前記アンプのゲインを順次変化させる手段と、前記アンプで増幅された基準音声信号を出力するスピーカと、前記複数周波数の各周波数毎に、前記基準音声信号が聴こえない状態から聴こえる状態に変化したタイミング、あるいは前記基準音声信号が聴こえる状態から聴こえない状態に変化したタイミングをユーザが入力可能な操作手段と、前記複数周波数の各周波数毎に、前記操作手段から入力されたタイミングにおける前記アンプのゲインを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたゲインに基づき、所定の理想周波数特性を補正する補正手段と、前記補正手段により補正された理想周波数特性に応じて入力音声信号を処理するイコライザとを備えることを特徴とする。

本発明の１つの実施形態では、前記補正手段は、前記記憶手段に記憶されたゲインをゲイン特性とし、該ゲイン特性を周波数軸に対して反転させて周波数特性を算出し、前記理想周波数特性と前記周波数特性の差分を補正量として算出し、前記補正量を用いて前記理想周波数特性を補正することを特徴とする。

本発明によれば、基準音声信号が聴こえない状態から聴こえる状態に変化したタイミング、あるいは基準音声信号が聴こえる状態から聴こえない状態に変化したタイミングをユーザが入力することで所定の理想周波数特性を補正することができるので、略平坦な特性であるか否かを識別する場合に比べてより客観的かつ再現性良く聴感を補正し、理想的若しくはこれに近い音声信号を聴取することができる。

実施形態における聴感補正装置のシステム構成図である。実施形態の処理フローチャートである。周波数毎の音が聞こえなくなるアンプゲインの特性説明図である。図３の反転特性の説明図である。補正量の算出説明図である。補正後のアンプゲインの特性説明図である。携帯情報機器の操作画面説明図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１に、本実施形態における聴感補正装置を備えるオーディオ装置１の構成ブロック図を示す。オーディオ装置１は、音源１０と、プログラマブルイコライザ１２と、アンプ１４と、スピーカ１６と、正弦波音源１８と、セレクタ２０と、ＣＰＵ２２と、情報入力装置２４を備える。

音源１０は、マイク等の音声入力装置や音楽ソース等を含み、アナログ音声信号あるいはデジタル音声信号を供給する。アナログ音声信号はデジタル音声信号に変換された後、プログラマブルイコライザ１２に供給される。

プログラマブルイコライザ１２は、デジタル音声信号を周波数毎に増幅してセレクタ２０に供給する。プログラマブルイコライザ１２は、具体的にはデジタルフィルタで構成され、デジタルフィルタの各タップの係数はＣＰＵ２２により制御される。

正弦波音源１８は、複数の周波数の正弦波音声信号を出力する音源であり、可聴周波数帯における複数の周波数、例えば、２０Ｈｚ、５０Ｈｚ、・・・、１００Ｈｚ、・・１５ｋＨｚ、２０ｋＨｚの正弦波音声信号を出力する。正弦波音源１８は、ＣＰＵ２２からの制御指令に基づいて各周波数の正弦波音声信号を基準音声信号として順次出力する。

セレクタ２０は、正弦波音源１８から出力された正弦波音声信号と、プログラマブルイコライザ１２から出力された音声信号を選択的に切り替えて出力する。セレクタ２０は、ＣＰＵ２２からの制御指令に基づいて２つの音声信号を切り替えて出力する。具体的には、聴感補正する必要がある場合には、セレクタ２０は正弦波音源１８からの正弦波音声信号を出力し、聴感補正した後、あるいは聴感補正する必要がない場合には、セレクタ２０はプログラマブルイコライザ１２からの音声信号を出力する。聴感補正する必要がある場合とは、具体的にはユーザがオーディオ装置１を聴感補正モードに設定した場合である。

アンプ１４は、セレクタ２０から出力された音声信号を増幅してスピーカ１６に供給する。聴感補正する必要がある場合、アンプ１４のゲインは、ＣＰＵ２２からの制御指令により順次減少制御される。すなわち、アンプ１４のゲインは所定の上限値から所定の下限値まで順次減少される。他方、聴感補正した後、あるいは聴感補正する必要がない場合、アンプ１４のゲインはユーザからの入力（ボリューム操作）に基づき、ユーザの所望値に調整される。

ＣＰＵ２２は、オーディオ装置１全体を統括制御し、聴感補正する必要がある場合に、正弦波音源１８、セレクタ２０、アンプ１４を制御して、プログラマブルイコライザ１２の調整値を取得し、プログラマブルイコライザ１２を所望の特性に設定する。所望の特性は、ユーザが理想周波数特性若しくはこれに近い特性で音声信号を聴取し得る特性である。

情報入力装置２４は、ユーザからの指示／操作を入力する装置である。オーディオ装置１は、聴感補正モードと、通常の再生モードを備え、ユーザが情報入力装置２４から聴感補正モードを入力すると、ＣＰＵ２２はこの指示に基づいて各部を制御する。また、情報入力装置２４は、聴感補正モードにおいて、ユーザの聴感を入力する機能も有する。具体的には、ユーザは、複数の周波数の正弦波音声信号が聞こえなくなるタイミングを情報入力装置２４から入力する。ＣＰＵ２２は、情報入力装置２４から入力された、ユーザが聞こえなくなるタイミングのデータに基づいてプログラマブルイコライザ１２の調整値を取得する。情報入力装置２４は、ボタンやつまみ等であり、タッチパネルにおけるタッチボタンとして構成することもできる。

聴感補正モードにおける動作と、通常の再生モードにおける動作をまとめると以下の通りである。

＜聴感補正モード＞
ＣＰＵ２２の指令により正弦波音源１８が動作状態となり、複数の周波数の正弦波音声信号を聴感補正用の基準音声信号として順次出力する。セレクタ２０は、正弦波音源１８からの正弦波音声信号を選択的に出力する。アンプ１４は、正弦波音声信号のゲインを順次減少させてスピーカ１６に出力する。情報入力装置２４は、各周波数の正弦波音声信号においてユーザ操作に応じ、ユーザが聞こえなくなるタイミングをＣＰＵ２２に出力する。ＣＰＵ２２は、このタイミングのアンプ１４のゲインに基づいてプログラマブルイコライザ１２の調整値を取得し、この調整値を用いてプログラマブルイコライザ１２を調整する。

＜通常の再生モード＞
ＣＰＵ２２の指令により正弦波音源１８は非動作状態となり、音源１０が動作状態となって音声信号を出力する。プログラマブルイコライザ１２は、ＣＰＵ２２により調整された周波数特性で音声信号をイコライジングして出力する。セレクタ２０は、プログラマブルイコライザ１２からの音声信号を選択的に出力する。アンプ１４は、情報入力装置２４から入力されたユーザ所望のゲインで音声信号を増幅してスピーカ１６に出力する。

図２に、本実施形態における聴感補正モードでの処理フローチャートを示す。ユーザが情報入力装置２４から聴感補正モードを指示すると、正弦波音源１８は、ＣＰＵ２２からの制御指令に応じ、複数の周波数のうちの１つの周波数ｆの正弦波音声信号を出力する（Ｓ１０１）。例えば、周波数ｆとして、２０Ｈｚの正弦波音声信号を出力する。セレクタ２０は、ＣＰＵ２２からの制御指令に応じ、正弦波音源１８からの周波数ｆの正弦波音声信号を選択的にアンプ１４に出力する。アンプ１４は、周波数ｆの正弦波音声信号を増幅してスピーカ１６から出力する。ユーザは、スピーカ１６から出力される正弦波音声信号、すなわち聴感補正用の基準音声信号を聴く。

次に、ＣＰＵ２２は、アンプ１４のゲインを順次減少制御する（Ｓ１０２）。具体的には、アンプ１４のゲインを所定の上限値から所定の下限値まで、所定の減少幅で順次減少させる。これにより、スピーカ１６から出力される正弦波音声信号の音は徐々に小さくなり、ユーザにとって聴き取り難くなる。

次に、ＣＰＵ２２は、情報入力装置２４からユーザの入力があったか否かを判定する（Ｓ１０３）。ユーザは、徐々に小さくなる正弦波音声信号が聴こえている間は情報入力装置２４に入力しないが、正弦波音声信号が聴こえなくなったタイミングで、情報入力装置２４に入力する。ＣＰＵ２２は、情報入力装置２４からユーザの入力がない場合には、継続してアンプ１４のゲインを順次減少制御し、他方、情報入力装置２４からユーザの入力があった場合には、このタイミングにおけるアンプ１４のゲインをメモリに記憶する（Ｓ１０４）。

次に、ＣＰＵ２２は、正弦波音源１８が出力すべき全ての周波数に対してゲインのデータを取得したか否かを判定し（Ｓ１０５）、取得していない場合には、周波数ｆを変更して（Ｓ１０６）、再びＳ１０１以降の処理を繰り返す。例えば、５０Ｈｚの正弦波音声信号を出力し、アンプ１４のゲインを順次小さくしてユーザからの入力の有無を判定する。ユーザからの入力があれば、そのタイミングにおけるアンプ１４のゲインをメモリに記憶する。

Ｓ１０１〜Ｓ１０４の処理を全ての周波数に対して繰り返し実行すると、全ての周波数に対してアンプ１４のゲインのデータがメモリに記憶される。アンプ１４のゲインは周波数と組にして記憶される。（周波数，ゲイン）＝（ｆ１，Ｇ１）、（ｆ２，Ｇ２）、（ｆ３、Ｇ３）、・・・の如くである。

次に、ＣＰＵ２２は、取得したアンプ１４のゲイン特性に基づいてユーザの聴感の周波数特性を算出する（Ｓ１０７）。そして、ＣＰＵ２２は、算出した周波数特性に基づいて、音源１０の理想的な周波数特性を補正し、補正後の周波数特性に一致するようにプログラマブルイコライザ１２の係数を調整する（Ｓ１０８）。理想的な周波数特性の補正は、補正量を算出する第１ステップと、算出した補正量を用いて理想的な周波数特性を補正する第２ステップから構成される。

図３に、各周波数において、正弦波音声信号が聴こえなくなったタイミングのアンプ１４のゲインを示す。図２のＳ１０４でメモリに記憶されるアンプ１４のゲインである。図において、横軸は正弦波音声信号の周波数であり、縦軸はアンプ１４のゲインである。例えば、周波数ｆ＝２０Ｈｚでは、アンプ１４のゲインがＧ１以上では正弦波音声信号は聴こえているが、ゲインがＧ１となったタイミングで正弦波音声信号は聴こえなくなったことを示す。同様に、周波数ｆ＝５０Ｈｚでは、アンプ１４のゲインがＧ２以上（例えばＧ１）では正弦波音声信号は聴こえているが、ゲインがＧ２となったタイミングで正弦波音声信号が聴こえなくなったことを示す。これらのゲインは、ユーザが聴こえなくなったタイミングのゲインであるから、言い換えれば、ユーザの聴覚の感度を示すものである。図３において、ゲイン特性１００の上側の領域１００ａはユーザが聴こえる領域であり、ゲイン特性１００の下側の領域１００ｂはユーザが聴こえない領域である。２０Ｈｚよりも１ＫＨｚの聴覚感度は高く、１ｋＨｚよりも２０ｋＨｚの聴覚感度が低いと言える。

図４に、図２のＳ１０７の処理、すなわちアンプ１４のゲイン特性に基づき算出される周波数特性２００を示す。周波数特性２００は、図３に示すゲイン特性１００を周波数軸に平行な軸１５０を中心として反転させた特性２００として算出される。軸１５０の高さ（アンプゲイン軸値）は、いわゆるボリューム調整に相当し、周波数特性には寄与しないため、任意に設定できる。図４において、周波数特性２００は、２０Ｈｚから１ＫＨｚに向けて感度が増大していき、１ｋＨｚから２０ｋＨｚに向けて逆に感度が低下していくことを示す。

図５に、Ｓ１０８の処理、すなわち理想周波数特性の補正処理の第１ステップを示す。理想周波数特性は、音源１０からの音声信号の理想的な周波数特性であり、図５に破線で示す特性３００である。理想周波数特性は、音源により変わり得るが、図５では２０Ｈｚ〜５ｋＨｚまでは略平坦（フラット）であり、５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚでは周波数とともに強度が減少する特性である。他方、ユーザの聴覚特性は図４に示すような周波数特性２００であるから、理想周波数特性３００とユーザの周波数特性２００とを比較してその差分２５０を各周波数毎に演算する。具体的には、例えばユーザの聴覚感度特性２００のピーク値を理想周波数特性３００に一致させるように上下にシフトさせ、理想周波数特性３００と聴覚感度特性２００との差分値として算出する。ＣＰＵ２２は、周波数毎に算出した差分値を補正量としてメモリに記憶する。

図６に、Ｓ１０８の処理、すなわち理想周波数特性の補正処理の第２ステップを示す。第１ステップで算出した補正量を用いて理想周波数特性３００を補正する。具体的には、理想周波数特性３００に周波数毎の補正量を加算して補正周波数特性４００を算出する。
算出した補正周波数特性４００は、フラッシュメモリ等に記憶しておき、オーディオ装置１を起動したときに、自動的あるいはユーザの指示に基づいて、フラッシュメモリ等から読み出すようにしてもよいし、オーディオ装置１を起動する度にユーザに再調整させるようにしてもよい。この補正周波数特性４００は、ユーザの聴覚感度特性２００を補償するような周波数特性である。すなわち、２０Ｈｚの感度は１ｋＨｚよりも低いが、その分だけゲインを増大することで感度の低さを補償する。１ｋＨｚの感度は相対的に高いためほとんど補正しない（あるいは補正しても相対的に少しだけ補正する）。また、２０ＫＨｚの感度も１ｋＨｚより低いため、その分だけゲインを増大することで感度の低さを補償する。ＣＰＵ２２は、以上のような演算により理想周波数特性３００を補正して補正周波数特性４００を算出し、補正周波数特性４００が得られるようにプログラマブルイコライザ１２の各係数を調整する。従って、仮に図６に示す補正周波数特性４００で音源１０からの音声信号をプログラマブルイコライザ１２でイコライジングしてスピーカ１６から出力すれば、ユーザには理想周波数特性３００で音声信号が聴取されることになる。

なお、図４に示す周波数特性２００は、アンプ１４及びスピーカ１６の特性、並びにユーザの聴覚特性を含めた特性であるから、補正周波数特性４００は、オーディオ装置１固有の、かつ、ユーザ固有の特性を含めた補正周波数特性４００である。ユーザは、音声信号が聴こえなくなったタイミングで情報入力装置２４から入力すればよく、音声信号が「聴こえる／聴こえない」の識別は比較的容易かつ再現性があるから、ゲイン特性１００及び周波数特性２００を再現性良く、確実に取得することが可能である。

このように、本実施形態ではユーザがスピーカ１６から出力される基準音声信号を聴いて情報入力装置２４からタイミングを入力することで補正周波数特性４００を得ることができるが、このような処理はオーディオ装置１に限られず、携帯電話機やスマートフォン等の携帯情報機器を用いて実行することができる。

図７に、スマートフォンを利用して補正周波数特性４００を得るための画面例を示す。スマートフォン３０は、ＣＰＵ２２としてのマイクロプロセッサ、正弦波音源１８、アンプ１４、スピーカ１６、情報入力装置２４としてのタッチパネル３１を備える。

スマートフォン３０のマイクロプロセッサは、タッチパネル３１に、「音が聞こえなくなったらボタンを押して下さい」とのメッセージ３２を表示するとともに、ボリュームレベル３４、正弦波音声信号の周波数を表す矢印表示３６、ボタン３８を表示する。

マイクロプロセッサは、正弦波音源１８に指令して、最初の周波数ｆの正弦波音声信号をスピーカ１６から出力させ（イヤホン端子を介してイヤホンに出力してもよい）、アンプ１４のゲインを順次減少させる。アンプ１４のゲインを順次減少させるとともに、ボリュームレベル３４をアンプ１４のゲインに合わせて順次減少表示させる。また、最初の周波数であることを示すべく、複数の矢印のうちの最初の矢印（図中最も左側にある矢印）をハイライト表示させる。

ユーザは、スマートフォン３０のスピーカ１６から出力される、徐々に低くなっていく音声信号を聴く。そして、音声信号が聴き取れなくなったタイミングで、ボタン３８を操作（タッチ）する。マイクロプロセッサは、ボタン３８が操作されたタイミングにおけるアンプ１４のゲインをメモリに記憶する。

次に、マイクロプロセッサは、正弦波音源１８に指令して、次の周波数ｆの正弦波音声信号をスピーカ１６から出力させ、アンプ１４のゲインを順次減少させる。アンプ１４のゲインを順次減少させるとともに、ボリュームレベル３４をアンプ１４のゲインに合わせて順次減少表示させる。また、次の周波数であることを示すべく、複数の矢印のうちの左から２番目の矢印をハイライト表示させる。

以上の処理を正弦波音声信号の最後の周波数となるまで繰り返し実行することで、図３のゲイン特性を得ることができ、これを反転することで図４に示す周波数特性を得ることができる。さらに、予めスマートフォン３０に設定されている理想周波数特性３００を補正して補正周波数特性４００を得ることができる。得られた補正周波数特性４００は、スマートフォン３０のプログラマブルイコライザを調整するために用いられる。プログラマブルイコライザを調整した後、スマートフォン３０のメモリに記憶された、例えばＭＰ３ファイルを再生し、調整済のプログラマブルイコライザでＭＰ３ファイルの音声信号をイコライジングしてスピーカから出力する。

なお、図７の画面は単なる例示であり、当業者であれば任意の画面を用いることができよう。本実施形態では、音声信号が聴き取れなくなったタイミングでユーザがタッチパネル３１を操作すればよいので、何らかのゲーム画面でこれを実現することも好適であろう。図３のゲイン特性１００あるいは周波数特性２００をタッチパネル３１に表示してユーザに知らせることも好適である。

本実施形態では、正弦波音源１８から複数の周波数の正弦波音声信号を順次出力しているが、複数の周波数の数は特に問わない。但し、少なくとも３つ以上の周波数とすることが望ましい。出力する周波数の順序も任意である。

また、本実施形態では、ＣＰＵ２２がアンプ１４のゲインを順次減少させたが、逆に、アンプ１４のゲインを順次増大させてもよい。この場合、ユーザは音声信号が聴こえたタイミングで情報入力装置２４から入力することになる。要するに、ユーザは、音声信号が「聴こえる／聴こえない」の境界のタイミングを情報入力装置２４から入力すればよい。

また、本実施形態では、基準音声信号として正弦波を用いているが、これに限定されず、任意の波形の音声信号を用いることができる。

さらに、本実施形態では聴感補正機能を有するオーディオ装置１を例示したが、これに限定されるものではなく、聴感補正機能を有するプログラマブルイコライザとしてもよい。本発明の聴感補正装置には、イコライザ、オーディオ装置、音声信号再生装置、録音再生装置等が含まれる。

１オーディオ装置、１０音源、１２プログラマブルイコライザ、１４アンプ、１６スピーカ、１８正弦波音源、２０セレクタ、２２ＣＰＵ、２４情報入力装置。

Claims

複数周波数の基準音声信号を順次出力する音源と、
前記基準音声信号を増幅するアンプと、
前記アンプのゲインを順次変化させる手段と、
前記アンプで増幅された基準音声信号を出力するスピーカと、
前記複数周波数の各周波数毎に、前記基準音声信号が聴こえない状態から聴こえる状態に変化したタイミング、あるいは前記基準音声信号が聴こえる状態から聴こえない状態に変化したタイミングをユーザが入力可能な操作手段と、
前記複数周波数の各周波数毎に、前記操作手段から入力されたタイミングにおける前記アンプのゲインを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されたゲインに基づき、所定の理想周波数特性を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された理想周波数特性に応じて入力音声信号を処理するイコライザと、
を備えることを特徴とする聴感補正装置。
請求項１記載の聴感補正装置において、
前記補正手段は、前記記憶手段に記憶されたゲインをゲイン特性とし、該ゲイン特性を周波数軸に対して反転させて周波数特性を算出し、前記理想周波数特性と前記周波数特性の差分を補正量として算出し、前記補正量を用いて前記理想周波数特性を補正することを特徴とする聴感補正装置。