JP2015198297A - 音響制御装置、電子機器及び音響制御方法 - Google Patents
音響制御装置、電子機器及び音響制御方法 Download PDFInfo
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Abstract
することが容易な音響制御装置及び音響制御方法を提供する。
【解決手段】
実施形態の音響制御装置は、第1の音響信号を取得する取得部と、情報音を検出する検
出部と、検出部が情報音を検出した場合に、聴取位置に対して第1の方向に位置する仮想
位置から聴取位置までの音響伝達特性を示す第1の関数に基づいて第1の音響信号に対し
て畳み込み演算を行うことにより、第1の音響信号を第2の音響信号に補正する補正部と
、第2の信号を出力する出力部とを備える。
【選択図】図1
Description
がある。イヤホンを装着して音楽を聴取する場合、外部からの音を遮断することができる
が、外部からの情報として必要な音(以下、情報音)も同様に遮断してしまう。ここで、
情報音とは、例えば、周囲の人からの呼び掛けや、案内のためのガイド音、警告音(例え
ば、自動車からのクラクション)等である。したがって、イヤホンを装着して音楽を聴取
する際、イヤホンにより外部からの音が遮断される場合であっても、危険防止や聴覚支援
の観点から情報音については聴き逃さないことが望まれる。
者に対して提示する音響制御装置が存在する。しかしながら、街中の音には特に高いレベ
ルの暗騒音が混在するため、増幅された暗騒音が重畳してしまうことで、聴取の目的とな
る音楽(聴取音)が聴取し難くなる場合がある。
に、聴取音を聴取しつつ情報音を聴取することが容易な音響制御装置、電子機器及び音響
制御方法を提供することである。
出部と、検出部が情報音を検出した場合に、聴取位置に対して第1の方向に位置する仮想
位置から聴取位置までの音響伝達特性を示す第1の関数に基づいて第1の音響信号に対し
て畳み込み演算を行うことにより、第1の音響信号を第2の音響信号に補正する補正部と
、第2の信号を出力する出力部とを備える。
部が情報音を検出した場合に、聴取位置に対して第1の方向に位置する仮想位置から聴取
位置までの音響伝達特性を示す第1の関数に基づいて第1の音響信号に対して畳み込み演
算を行うことにより、第1の音響信号を第2の音響信号に補正し、第2音響信号を出力す
る。
図1は第1の実施形態に係る音響制御装置100のブロック図である。音響制御装置1
00は、例えばPC、携帯電話、タブレット端末、音楽プレイヤー、TV、ラジオ等のイ
ヤホンを用いて音楽や音声(以下、聴取音)を聴取することができる電子機器1000に
用いられる。この音響制御装置100には、図示しないイヤホンジャックを介して有線に
より、あるいは無線によりイヤホンを接続することができる。
10と、情報音を検出する検出部20と、検出部20が情報音を検出すると、聴取音の音
像を一定の方向に定位させるように音響信号を補正する補正部30を備える。また、補正
部30が補正した音響信号をイヤホンに出力する出力部40を備える。なお、補正部30
は、予め記憶部50に格納されている複数の音響伝達特性を用いて音響信号を補正する。
、補正部30の各処理は、CPU等の演算処理装置が記録媒体(例えば記憶部50)に記憶
されたプログラムに基づいて実行する。
取得する方法としては様々なバリエーションが考えられる。例えば、TV、オーディオ機
器或いはAV機器などのような、地上放送又は衛星放送等により、音響信号を含むコンテ
ンツ(例えば、音響信号のみを含むコンテンツ、動画像や静止画像を伴う音響信号を含む
コンテンツ、それらに更に他の関連情報を含むコンテンツなど)を取得することができる
。インターネット又はイントラネット若しくはホームネット等のネットワークを介してコ
ンテンツを取得してもよいし、CD、DVD、または内臓のディスク装置等の記録媒体に
格納されたコンテンツを読み込むことで取得してもよい。また、マイクロフォンにより入
力した音声を取得してもよい。
取が必要となる音であって、例えば一定方向から聴こえてくる定位音である。情報音とし
ては、例えば周囲にいる人からの呼び掛け、館内放送や案内のためのガイド音、自動車か
らのクラクション等が考えられる。また、情報音としては、聴取音の中に立体音響として
含まれる効果音等、音響制御装置100により立体音響として再生されるガイド音等も含
み得る。検出部20が情報音を検出する方法としては、音響制御装置100が図示しない
マイクロフォンを備え、このマイクロフォンが検出する音に基づいて検出することができ
る。また、イヤホンに備えられたマイクロフォンが検出する音に基づいて検出することが
できる。このとき、例えばマイクロフォンが検出した音から暗騒音の成分を除去し、残り
の成分のうち一定の音圧レベルを超える成分を情報音として検出することができる。
グ処理することにより、ステレオ信号(左のイヤホン用の音響信号及び右のイヤホン用の
音響信号)を生成し、各音響信号を出力部40に対して供給する。このとき、取得部10
が取得した音響信号がステレオ信号の場合には、取得した音響信号を出力部40に供給す
る。
納されている音響伝達特性を用いて、聴取音の音像を一定の方向(定位方向)に定位させ
るように音響信号を補正する。ここで、音像を一定の方向に定位させるとは、音響信号を
適切にフィルタリング処理することにより、あたかも聴取者(聴取位置)に対して一定の
方向にある仮想位置(仮想音源)から音(仮想音)が聴こえてくるように錯覚させる効果
を与えることをいう。
を除いた任意の方向であることが好ましい。このとき、定位方向は例えば後述の情報音の
到来方向が変化するに従って逐次変化するものであってもよい。なお、音像の定位につい
ては立体音響における公知の技術を用いることができる。ここで、音響伝達特性とは聴取
者に対して一定の方向にある仮想位置から聴取者まで音が伝わる際の伝達特性を示す関数
であり、例えば頭部伝達関数である。
示すように、聴取者を中心OとするXY座標系を考える。このとき、X軸正の方向を聴取者の
右手方向(θ=0°)とし、Y軸正の方向を聴取者の前方(θ=90°)とする。図3に
示す例では、記憶部50は、45°毎、すなわちθ=0°、45°、90°、135°、
180°、225°、270°、315°に対応する音響伝達特性(例えば左耳までの音
響伝達特性、右耳までの音響伝達特性のセット)を格納している。各音響伝達特性は、そ
れぞれ対応する方向から聴取者へ音が伝わる際の伝達特性を示しており、この音響伝達特
性を音響信号に畳み込むことにより得られる音響信号を聴取者に提示することで、対応す
る方向に音像を定位させることができる。
、選択した音響伝達特性(第1の音響伝達特性)を音響信号に対して畳み込み演算するこ
とで左のイヤホン用の音響信号PL及び右のイヤホン用の音響信号PRを生成する。生成
した各音響信号(第2の音響信号)を出力部40に対して供給する。
信号PL及び右のイヤホン用の音響信号PRを次式により生成する。ここで、HL,90は
左耳までの音響伝達特性、HR,90は右耳までの音響伝達特性、Sは音響信号を表している
。
PR=HR,90×S (2)
同様に、補正部30は、θ=135°のときは135°用の音響伝達特性HL,135、H
R,135を使うなど、それぞれの角度に合った音響特性を使うことで所望の方向に音像を定
位することができる。
、音響制御装置100に接続されているイヤホンに対して補正部30から取得した各音響
信号を出力する。これにより、イヤホンを装着した聴取者は、情報音が検出されない通常
時には音楽等の聴取音を聴取し、情報音が検出された検出時には一定の方向からの定位音
として聴取音を聴取しつつ、同時に情報音を聴取することができる。
により、第1の音響信号を第2の音響信号に補正する。
が情報音を検出している間繰り返す。
される平面を4つの象限に分割する。すなわち、第一象限(0°≦θ<90°)、第二象
限(90°≦θ<180°)、第三象限(180°≦θ<270°)、第四象限(270
°≦θ<360°)とする。
配したときの組み合わせ(相対位置関係)から、情報音が聴き取り易い相対位置関係につ
いての主観評価を行った。
取音(P)を固定とした場合に、情報音(S)が聴き取り易い範囲を示している。なお、聴
取者を中心として、聴取音(P)の角度をθP、情報音(S)の角度(定位角)をθSとする
。
、情報音(S)の位置が45°<θS<315°の場合に聴き取り易いとの結果が得られた
。特に90°≦θS≦270°の場合には、さらに聴き取り易いとの結果が得られた。一
方、情報音(S)の位置が0°≦θS≦45°、315°≦θS≦360°の場合に聴き取
り難いとの結果が得られた。
は、情報音(S)の位置が0°≦θS<135°、225°<θS≦360°の場合に聴き
取り易いとの結果が得られた。特に0°≦θS≦90°、270°≦θS≦360°の場合
には、さらに聴き取り易いとの結果が得られた。一方、情報音(S)の位置が135°≦
θS≦225°の場合に聴き取り難いとの結果が得られた。
は、情報音(S)の位置が0°≦θS<135°、225°<θS≦360°の場合に聴き
取り易いとの結果が得られた。特に0°≦θS≦90°、270°≦θS≦360°の場合
には、さらに聴き取り易いとの結果が得られた。一方、情報音(S)の位置が135°≦
θS≦225°の場合に聴き取り難いとの結果が得られた。
は、情報音(S)の位置が45°<θS<315°の場合に聴き取り易いとの結果が得られ
た。特に90°≦θS≦270°の場合には、さらに聴き取り易いとの結果が得られた。
取り難いとの結果が得られた。
からX軸に下ろした垂線とX軸との交点(Q)を基準として、X軸に下ろした垂線とX軸との
交点が交点(Q)よりも聴取者側の範囲に含まれる位置に存在する情報音(S)が聴き取り
易いことがわかる。一方、X軸に下ろした垂線とX軸との交点が交点(Q)よりも聴取者と
は反対側の範囲に含まれる位置に存在する情報音(S)が聴き取り難いことがわかる。な
お、聴取音(P)と情報音(S)の位置関係を逆にした場合にも同様のことが言える。
´)を基準として、X軸に下ろした垂線とX軸との交点が交点(Q´)よりも聴取者側の範
囲に含まれる位置となる方向のいずれかの方向を定位方向とする。さらに好ましくは、情
報音(S)の位置が第一象限または第四象限に存在する場合(聴取者に対して右手方向)
には、90°≦θS≦270°に含まれるいずれかの方向(聴取者に対して左手方向)を
定位方向とする。また、情報音(S)の位置が第二象限または第三象限に存在する場合(
聴取者に対して左手方向)には、0°≦θS≦90°、270°≦θS≦360°に含まれ
るいずれかの方向(聴取者に対して右手方向)を定位方向とする。補正部30は、この定
位方向に対応する音響伝達特性を選択することが好ましい。
報音に重ならない方向に聴取音の音像をずらすことで、聴取者がイヤホンを装着して聴取
音を聴取する場合であっても、聴取音を聴取しつつ情報音を聴取することが容易になる。
第1の変形例の音響制御装置200では、検出部20の動作が音響制御装置100とは
異なる。なお、音響制御装置100と同一の構成については説明を省略する。
してどの方向から情報音が聴こえてきたかを表している。検出部20は、例えば、音響制
御装置100またはイヤホンが図示しないマイクロフォンを備え、このマイクロフォンが
検出する音に基づいて情報音の方向を検出することができる。
を用いて情報音の方向を検出する。音響インテンシティとは、「単位面積を単位時間あた
り通過する音のエネルギーの流れ」で単位は W/m2 となる。例えばイヤホンに複数のマイ
クロフォンを組み込むことで音のエネルギーの流れを測定し、音の強さとともに流れの方
向をベクトル量として計測することができる。検出部20は、2本のマイクロフォンの間
を通過する時間差を利用して、情報音の方向を検出する。具体的には、音響
このとき、2本のマイクロフォンの音圧波形をP1(t)、P2(t)とすると、音響インテンシ
ティIは、平均音圧P(t)と粒子速度V(t)の積の時間平均として、次式により算出される。
ここで、ρは空気密度、Δrはマイク間距離を表している。測定周波数範囲はこのマイ
ク間隔Δrに依存し、音の波長λとの関係から、一般にはΔrが小さいほど、高域まで推
定できる。例えば、Δrが50mmのときは、上限周波数が1.25kHzであるが、Δ12mmにすると
、6.3kHzまで範囲が拡大する。Δrは好ましくはλ/2以上、さらに好ましくはλ/3程
度とする。すなわち、音声帯域ならば340Hzから含まれることからΔrは33cmから50cm程
度あることが好ましい。
して、X軸に下ろした垂線とX軸との交点が交点(Q´)よりも聴取者側の範囲に含まれる
位置となる方向のいずれかの方向に対応する音響伝達特性を選択する。さらに好ましくは
、情報音(S)の位置が第一象限または第四象限に存在する場合(聴取者に対して右手方
向)には、90°≦θS≦270°に含まれるいずれかの方向(聴取者に対して左手方向
)に対応する音響伝達特性を選択する。また、情報音(S)の位置が第二象限または第三
象限に存在する場合(聴取者に対して左手方向)には、0°≦θS≦90°、270°≦
θS≦360°に含まれるいずれかの方向(聴取者に対して右手方向)に対応する音響伝
達特性を選択する。
音の方向から離れるように聴取音の音像をずらすことで、聴取者がイヤホンを装着して聴
取音を聴取する場合であっても、聴取音を聴取しつつ情報音を聴取することが容易になる
。
第2の変形例の音響制御装置300では、検出部20の動作が音響制御装置100とは
異なる。なお、音響制御装置100と同一の構成については説明を省略する。
定位音)が含まれるかどうかを検出するためにIACFを用いることができる。本変形例に係
る検出部20は、例えばマイクロフォンが検出した音に基づいてIACF分析を行うことで、
情報音を検出するとともに情報音の到来方向を検出する。
る。ここで、PL(t)は時刻tにおける左耳に入る音圧を表し、PR(t)は時刻tに
おける左耳に入る音圧を表す。t1及びt2は、測定時間を表し、t1=0、t2=∞で
ある。実際の計算では、t2は、残響時間程度の測定時間に設定すればよく、例えば10
0ミリ秒(msec)に設定される。τは相関時間を表し、相関時間τの範囲は例えばマ
イナス1ミリ秒から1ミリ秒とされる。従って、両耳間相互相関関数を算出する信号上の
時間間隔ΔTは、測定時間以上に設定する必要がある。本実施形態では、時間間隔ΔTは
0.1秒である。
本実施形態においては、例えば45°単位で情報音の到来方向を特定することを考える
。この場合、前後方向の区別は困難とされるため、ユーザに提示する音像方向としては、
正面(真後ろを含む)、左斜め(左斜め前及び左斜め後ろを含む)、左横、右斜め(右斜
め前及び右斜め後ろを含む)、右横の5つの方向が候補となる。本実施形態では、これら
5つの方向に対応して、下記数式(2)〜(6)に示す5つの時間範囲を設定する。数式
(2)に示される時間範囲は、正面(0°又は180°)に対応し、数式(3)に示され
る時間範囲は、左斜め(45°又は135度)に対応し、数式(4)に示される時間範囲
は、左横(90°)に対応し、数式(5)に示される時間範囲は、右斜め(225°又は
315°)に対応し、数式(6)に示される時間範囲は、右横(270°)に対応する。
の時間範囲は不均一となる。さらに、人は真正面又は真後ろから到来したかどうかの判断
に関しては敏感であり、それ以外の方向からの音に関しては音像方向が斜めと判断する傾
向があるため、斜め方向については、数式(3)及び数式(5)に示すように、広い範囲
が設定される。
0.08msec≦τ(i)<0.6msec (8)
0.6msec≦τ(i)<1msec (9)
−0.6msec<τ(i) ≦−0.08msec (10)
−1msec<τ(i) ≦−0.6msec (11)
イヤホンが備えるマイクロフォンが検出した音に基づいてΔT毎に計算されたIACFの最
大ピークの発生時刻(ピーク時間)をτ(i)、強度をγ(i)とする(i=1〜N)。
が全て予め定められる複数の(本実施形態では5つの)時間範囲のうちの1つの特定の時
間範囲に含まれる場合に、この時間範囲に対応する方向から情報音が到来してきたものと
考えられる。
てIACF分析した結果を示している。なお、サンプリングは44.1kHzとし、10秒間の間に0.1
秒間隔で100点の最大ピークを計算した。この結果、最大ピークは点線で示した0.4sec(
135°に対応)を含む時間範囲に含まれることがわかる。すなわち、この結果からおお
よそ135°の方向から音声(情報音)が到来していることがわかる。
て、数式(1)に従ってΔT毎にIACFを計算する。所定の計算時間の間に計算したN個の
最大ピークのうち所定数以上の最大ピークが全て予め定められる複数の(本実施形態では
5つの)時間範囲のうちの1つの特定の時間範囲に含まれる場合、イヤホンが備えるマイ
クロフォンが検出した音に情報音が含まれていることを特定する。このとき、検出部20
は、例えば時間範囲の代表時刻を事前に設定しておくことで、この代表時刻に対応する方
向を到来方向として特定する。
する場合等と比較して、到来方向まで含めて評価ができるIACFを用いることでより精度よ
く情報音を検出することが可能となる。
図6は第2の実施形態の音響制御装置400を示すブロック図である。なお、音響制御
装置100と同一の構成については説明を省略する。
音と情報音を重ね合わせる重畳部60をさらに備える点で音響制御装置100とは異なる
。
に対応する1つの音響伝達特性(第2の音響伝達特性)を選択し、選択した音響伝達特性
を情報音に対して畳み込み演算することで左のイヤホン用の音響信号P´L及び右のイヤ
ホン用の音響信号P´Rを生成する。ここで、重畳部60が用いる音響伝達特性(第2の
音響伝達特性)は、補正部30が用いる音響伝達特性(第1の音響伝達特性)とは異なる
。重畳部60は、生成した各音響信号(第3の音響信号)と補正部30により生成された
各音響信号(第2の音響信号)を重ね合せた音響信号(第4の音響信号)を出力部40に
対して供給する。
ン用の音響信号P´L及び右のイヤホン用の音響信号P´Rを次式により生成する。ここ
で、HL,90は左耳までの音響伝達特性、HR,90は右耳までの音響伝達特性、S´は情報
音の音響信号を表している。
P´R=HR,90×S´ (13)
重畳部60は、各音響信号(第3の音響信号)と各音響信号(第2の音響信号)を重ね
合せることで、次式に従って左イヤホン用の音響信号PLout及び右イヤホン用の音響信号
PRout(第4の音響信号)生成する。
PRout=PR+P´R (15)
なお、補正部30が生成する各音響信号(第2の音響信号)の音像方向と、重畳部60
が生成する各音響信号(第3の音響信号)の音像方向とは異なる。
1乃至S205は、図2におけるS101乃至S105と同様のため説明を省略する。
畳み込み演算することにより、第3の音響信号を第4の音響信号に補正する。
第5の音響信号)をイヤホン(聴取者)に対して出力する。
が情報音を検出している間繰り返す。
本変形例に係る音響制御装置500は、例えば無線等により音響信号(データ)として
の情報音を検出し、取得部10が取得するこの音響信号を用いて聴取音に対して情報音を
重ね合わせる。音響制御装置500は、情報音を含む聴取音を聴取者に提示する。これに
より、例えば聴取者が音響制御装置500により音楽を聴きながらデパート等でショッピ
ングをしている際など、音響制御装置500により再生された各店舗からのガイド音を聴
取者に提示することができる。
検出した音響信号としての情報音を重ね合わせることで、情報音を含む聴取音を得る。こ
のとき、情報音の定位方向としては、例えば聴取者と情報音の発信元である各店舗との相
対的な位置関係に基づいて決定することができる。
0の位置と、情報音を発信する店舗の位置を特定する。重畳部60は、音響制御装置50
0と店舗の相対的な位置関係を保つように、すなわち音響制御装置500の位置を基準と
して店舗が位置する方向に情報音が定位するように情報音に対して音響伝達特性を畳み込
む。なお、重畳部60が用いる音響伝達特性(第2の音響伝達特性)は、補正部30が用
いる音響伝達特性(第1の音響伝達特性)とは異なる。
ような聴取者に対して、音楽の聴取を妨げない範囲で例えば店舗等からの有用な情報を効
果的に提示することができる。
ディスプレイ70、イヤホンジャック80、マイクロフォン90を備えている。音響制御
装置100の検出部20は図示しない通信ケーブルによりマイクロフォン90と接続して
いる。検出部20はマイクロフォン90が集音する音に基づいて情報音を検出する。また
、音響制御装置100の出力部40は図示しない通信ケーブルによりイヤホンジャック8
0と接続している。図示しないイヤホンがイヤホンジャック80に接続された状態で、出
力部40はイヤホンジャック70を介して第2の音響信号をイヤホンに出力する。
係る音響制御装置200、300、400、500のいずれか1つを備えるものであって
もよい。また、電子機器1000がマイクロフォン90を備える代わりに、電子機器10
00のイヤホンジャック80に接続されるイヤホンがマイクロフォン90を備えるもので
あってもよい。このとき、音響制御装置100はイヤホンジャック80を介してマイクロ
フォン90が集音した音の音響信号を受け取ることで、この音響信号に基づいて情報音を
検出する。
を装着して聴取音を聴取する場合に、聴取音を聴取しつつ情報音を聴取することが容易に
なる。
ていない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明
の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実
施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載され
た発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1000・・・電子機器
10・・・取得部
20・・・検出部
30・・・補正部
40・・・出力部
50・・・記憶部
60・・・重畳部
70・・・ディスプレイ
80・・・イヤホンジャック
90・・・マイクロフォン
Claims (6)
- 第1の音響信号を取得する取得部と、
情報音を検出する検出部と、
前記検出部が前記情報音を検出した場合に、聴取位置に対して第1の方向に位置する仮
想位置から前記聴取位置までの音響伝達特性を示す第1の関数に基づいて前記第1の音響
信号に対して畳み込み演算を行うことにより、前記第1の音響信号を第2の音響信号に補
正する補正部と、
前記第2の信号を出力する出力部と、
を備える音響制御装置。 - 前記検出部は前記情報音の到来方向を検出し、
前記第1の方向は前記到来方向を除いた方向である、請求項1に記載の音響制御装置。 - 前記検出部は両耳間相互相関関数に基づいて前記到来方向を検出する、請求項2に記載
の音響制御装置。 - 前記取得部は前記情報音の第3の音響信号を取得し、
前記第1の関数とは異なる第2の関数に基づいて前記第3の音響信号に対して畳み込み
演算を行うことにより、前記第3の音響信号を第4の音響信号に補正し、
前記出力部は前記第2の音響信号と前記第4の音響信号を重ね合わせた第5の音響信号
を出力する、請求項1に記載の音響制御装置。 - 請求項1乃至4いずれか1項に記載の音響制御装置を備えた電子機器。
- 聴取音の第1の音響信号を取得し、
情報音を検出し、
前記検出部が前記情報音を検出した場合に、聴取者に対して第1の方向に位置する仮想
位置から前記聴取者までの音響伝達特性を示す第1の関数に基づいて前記第1の音響信号
に対して畳み込み演算を行うことにより、前記第1の音響信号を第2の音響信号に補正し
、
前記第2音響信号を出力する、音響制御方法。
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