JP2016052049A - 音環境制御装置、およびそれを用いた音環境制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】効果的にターゲット音を聞き取りやすくすることができる音環境制御装置、およびそれを用いた音環境制御システムを提供すること。【解決手段】２ｃｈ以上を組にして音を計測する音計測手段３１と、ノイズ音の発生源およびターゲット音の発生源と通信を行う通信手段３４と、音計測手段３１によって計測された音の信号に基づいてノイズ音の音響特性を求め、音響特性および通信手段３４から得た情報に応じたマスキング音を生成する制御装置３３と、２ｃｈ以上を組にしてマスキング音を３次元方向に放射可能とする音放射手段３２と、を備え、音放射手段３２は、ターゲット音を聞き取りやすくするエリアであるマスキングエリア２３におけるノイズ音の発生源側に配置され、マスキング音を前記ノイズ音の発生源の方向に向けて放射するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、住居空間における音環境が快適となるような制御を行う音環境制御装置、およびそれを用いた音環境制御システムに関するものである。

従来、マスキング効果を利用して音の漏れ聞こえを防ぐ技術が各種提案されている（たとえば、特許文献１および２参照）。マスキング効果とは、２種類の音信号を同じ空間内に伝播させた場合に、空間内の聴者において、一方の音（ノイズ音）が他方の音（マスキング音）によってかき消されて、ノイズ音が聞き取りにくくなる現象のことである。この種の技術の多くは、ターゲット音の発生源である話者が居る領域、および壁や衝立を介して隣接している領域に向けてマスキング音を放射するものである。なお、マスキング音としては、人の話し声、空調音、自然界の音（たとえば風や波）などが用いられる。

たとえば、仕事エリアと会議エリアとが隣接した環境において会議エリアで会議が行われている場合では、その会議エリアに隣接した仕事エリアへ会議者の話し声（ノイズ音）を聞こえにくくする（マスキングする）ための音（マスキング音）を放射する。これはスピーチプライバシーという考えに基づいた技術であり、こうすることにより、会議者の話し声が仕事エリアへ伝播して仕事エリアに居る人に迷惑が掛からないようにするとともに、会議者の話し声から仕事エリアに居る人に情報が漏洩しないようにしている。

また、通信手段を介してＴＶやラジオなどの聞きたい音（ターゲット音）を発生させる機器と掃除機などのノイズ音を発生させる機器との通信を行い、ノイズ音が発生したらターゲット音の音量を自動で上げることにより、ターゲット音を聞き取りやすくしているものが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

特許第５１０３９７３号公報 特開２０１２−１９４５２８号公報 特開２０１４−１００２８１号公報

しかし、特許文献１および２に記載のような従来の技術において、聞きたくない音であるノイズ音に加えて聞きたい音であるターゲット音が同一空間に存在する場合は、その両方の音をマスキング音によってマスキングしてしまい、ターゲット音が聞こえにくくなってしまうという課題があった。

また、上記技術は一般家庭に適用することもできるが、一般家庭でたとえば換気扇の音を消すために、マスキング音として空調機の音を用いた場合、換気扇の音に対して一応の効果を得ることはできるが、周波数特性の違いからマスキング音が騒音として聞こえてしまうという課題があった。また、マスキング音として自然界の音を用いた場合、一般家庭で聞くことのない音なので、そのような音が聞こえるのは聴取的に不自然な感覚を与えることになり、聴感的にも心理的にも不快感を与えてしまうという課題があった。

また、特許文献３に記載のような従来の技術は、単純な音圧制御であるため、周波数など聴感が考慮されておらず、つまり、居住空間の音響特性が考慮されていないことなどから、実際に人が聞く際にはターゲット音を聞き取りやすくするという効果が得られにくいという課題があった。

本発明は、以上のような課題を考慮してなされたもので、ノイズ音に加えてターゲット音が同一空間に存在する場合においても、ノイズ音のみを聞こえにくくして（ノイズ音を目立たないようにして）、効果的にターゲット音を聞き取りやすくする（ターゲット音に集中できる環境にする）ことができる音環境制御装置、およびそれを用いた音環境制御システムを提供することを目的としている。

本発明に係る音環境制御装置は、２ｃｈ以上を組にして音を計測する音計測手段と、ノイズ音の発生源およびターゲット音の発生源と通信を行う通信手段と、前記音計測手段によって計測された音の信号に基づいてノイズ音の音響特性を求め、該音響特性および前記通信手段から得た情報に応じたマスキング音を生成する制御装置と、２ｃｈ以上を組にして前記マスキング音を３次元方向に放射可能とする音放射手段と、を備え、前記音放射手段は、ターゲット音を聞き取りやすくするエリアであるマスキングエリアにおける前記ノイズ音の発生源側に配置され、前記マスキング音を前記ノイズ音の発生源の方向に向けて放射するものである。

本発明に係る音環境制御装置によれば、ノイズ音に加えてターゲット音が同一の居住空間に存在する場合においても、マスキングエリアにおけるノイズ音の発生源側に配置された音放射手段からマスキング音をノイズ音の発生源の方向に向けて放射することにより、マスキング対象者に対してノイズ音のみを聞こえにくくして、ターゲット音を聞き取りやすくすることができる。また、通信手段を介して得られたノイズ音の発生源およびターゲット音の発生源の情報に応じてマスキング音を調整することで高いマスキング効果が得られ、効果的にターゲット音を聞き取りやすくすることができる。

本発明の実施の形態１に係る音環境制御システムの導入例を示す側面図である。 本発明の実施の形態１に係る音環境制御システムの導入例を示す上面図である。 本発明の実施の形態１に係る音環境制御システムの制御装置の基本構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る音環境制御システムの制御フロー図である。 本発明の実施の形態１に係る周波数特性を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る換気扇の音の位相特性に対する音放射手段のマスキング音の位相制御例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る音放射手段の位相制御によるマスキング音の指向を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る音環境制御システムのマスキング前後による評価結果を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る音環境制御システムの導入例を示す上面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る音環境制御システムの導入例を示す側面図、図２は、本発明の実施の形態１に係る音環境制御システムの導入例を示す上面図である。
実施の形態１では、居住空間１００における音環境を快適にするために、マスキング音によるマスキング効果を利用する。なお、図１および図２では音環境制御装置を用いた音環境制御システムを一般家庭の居住空間１００に導入した例を示しており、その居住空間１００は、オープンキッチン１０とリビング２０とが互いに隣接し、それらがカウンター１２で仕切られている。また、図１および図２中の点線は、オープンキッチン１０とリビング２０との境界線を示している。また、図１および図２中のＬはＬチャンネルを、ＲはＲチャンネルをそれぞれ示している。

本実施の形態１に係る音環境制御装置は、マスキング音を放射させ、そのマスキング音でノイズ音をマスキングすることによって、ノイズ音のみを聞こえにくくして（ノイズ音を目立たないようにして）、ターゲット音を聞き取りやすくする（ターゲット音に集中できる環境にする）ものである。本実施の形態１では、ノイズ音の発生源としてオープンキッチン１０にある換気扇１１、ターゲット音の発生源としてリビング２０にあるＴＶ２１を例に説明する。また、マスキング対象者としては、リビング２０のソファ２２に座ってＴＶ２１を視聴している生活者（視聴者４０）とし、ソファ２２および視聴者４０は、ノイズ音の発生源である換気扇１１とターゲット音の発生源であるＴＶ２１との間のマスキングエリア２３に位置している。

ここで、マスキング対象者とは、マスキング音でノイズ音をマスキングすることによってターゲット音が聞き取りやすくなる者のことであり、マスキングエリアとは、マスキング対象者が居るエリアであり、マスキング音でノイズ音をマスキングすることによってターゲット音が聞き取りやすくなるエリアのことである。

なお、その他のノイズ音の発生源としては、食洗器、エアコン、冷蔵庫、電子レンジなどがあり、その他のターゲット音の発生源としては、ラジオ、コンポ、楽器などがある。
また、換気扇１１は本発明の「ノイズ音発生機器」に相当し、ＴＶ２１は本発明の「ターゲット音発生機器」に相当する。

そして、オープンキッチン１０に居る調理者４１が調理を行うために換気扇１１を運転させた場合、換気扇１１の音（ノイズ音）は図１および図２に示す矢印１３のようにリビング２０でＴＶ２１を視聴している視聴者４０に直接、または、図２に示す矢印１４のように壁に反射して伝播する。そのため、視聴者４０はそのノイズ音によって図１および図２に示す矢印２４のようにＴＶ２１から伝播した音（ターゲット音）が聞こえにくくなってしまう。

そこで、本実施の形態１では、音環境制御装置から放射したマスキング音で換気扇１１の音（ノイズ音）をマスキングすることによって、視聴者４０がＴＶ２１の音（ターゲット音）を聞き取りやすくする。

本実施の形態１に係る音環境制御システムは、少なくともターゲット音の発生源であるＴＶ２１と、音環境制御装置と、で構成されており、音環境制御装置は、少なくとも音計測手段３１と、音放射手段３２と、制御装置３３と、通信手段３４と、人検出手段３５と、で構成されている。

音計測手段３１は、音響特性を計測するものであり、少なくとも２ｃｈ（ステレオ方式）以上を組にして、音響インテンシティ法による音響計測（音の強さおよび音の方向を計測）をすることができる３次元マイクロホンである。また、音計測手段３１は、マスキングエリア２３で視聴者４０の左右の耳の近傍にそれぞれ設置される。それは、同じ居住空間１００でも位置によって音響特性は変わるため、視聴者４０の左右の耳に入る音にできるだけ近い音を計測するためである。そして、正確な換気扇１１の音（ノイズ音）の音響特性を得て、それに基づいてマスキング効果の高いマスキング音を生成するためである。
なお、本実施の形態１では、音計測手段３１は視聴者４０の頭上の天井に設置されているものとする。

ここで、マスキング対象者である視聴者４０の耳は左右に２つあり、その左右の耳に入る音の伝播経路や時間差などにより、音の方向性を知ることができる。また、視聴者４０の前後／左右／上下のあらゆる方向から換気扇１１の音が伝播してくることになり、この伝播してくる音の特性を知ることで視聴者４０に換気扇１１の音がどのように聞こえるかが正確に分かるようになっている。

そこで、音響特性（位相特性検出による音の方向性、音圧レベル、周波数特性など）を正確に知るために、上記のように２ｃｈ以上を組にし、また、マスキング対象者である視聴者４０の左右の耳の近傍に音響インテンシティ法による音響計測することができる３次元マイクロホンを設置して、その場所における換気扇１１の音の伝播に伴う音響特性を計測する。

音放射手段３２は、マスキング音を放射させるものであり、片耳毎に個別にマスキング音を放射させることができるように、少なくとも２ｃｈ（ステレオ方式）以上を組にして、所定の方向に放射することができる３次元スピーカーである。また、音放射手段３２は、マスキングエリア２３で視聴者４０の左右の耳の近傍（少なくとも視聴者４０の左右の耳よりも後ろ側（換気扇１１側））にそれぞれ設置される。

ここで、ノイズ音には換気扇１１からの直接音（矢印１３）と反射音（矢印１４）とが含まれており、反射音は居住空間１００の壁などに何段階にも反射しながら、視聴者４０に音が伝播される。そのため、音放射手段３２が視聴者４０から離れた位置に設置されていると、マスキング音を放射しても回り込んでくる反射音に対してはマスキングできず、高いマスキング効果が得られない。そこで、音放射手段３２を視聴者４０の左右の耳の近傍に配置することにより、上記の回り込んでくる反射音に対してもマスキングでき、高いマスキング効果が得られる。また、少なくとも視聴者４０の左右の耳よりも後ろ側（換気扇１１側）としたのは、ノイズ音が視聴者４０に伝搬する途中でマスキングできるようにするためである。
なお、本実施の形態１では、音放射手段３２は視聴者４０の頭上の天井に設置されており、真下を向いているものとする。

ここで、マスキング対象である視聴者４０の耳は左右に２つあり、片耳毎に個別にマスキング音を放射させることで、より高いマスキング効果を得ることができる。また、マスキング音をノイズ音に向けて放射することによっても高いマスキング効果を得ることができる。

以上より、音放射手段３２は高いマスキング効果を得るため２ｃｈ以上を組にし、また、マスキング音をノイズ音に向けて３次元方向に放射することができる３次元スピーカーとしている。

図３は、本発明の実施の形態１に係る音環境制御システムの制御装置３３の基本構成を示すブロック図である。なお、図３中のＬはＬチャンネルを、ＲはＲチャンネルをそれぞれ示している。
制御装置３３は、音響特性に応じたマスキング音を生成し、また、音放射手段３２を制御するためのものであり、たとえばＣＰＵやメモリなどで構成されている。また、図３に示すように音響検出部３３ａ、マスキング音処理部３３ｂ、通信処理部３３ｃ、検出処理部３３ｄ、および記憶部（図示せず）を備えている。

音響検出部３３ａは、３次元マイクロホンである音計測手段３１によって計測された音の信号に基づいて、音響特性（位相特性検出による音の方向性、音圧レベル、周波数特性など）を求める。

また、マスキング音処理部３３ｂは、音響検出部３３ａで求めた音響特性に基づいて音響制御（位相制御、音圧レベル調整、周波数調整など）を行う。つまり、音響特性に応じたマスキング音を生成する。また、音環境の変化がないと判断した場合は、記憶部（図示せず）に音響特性を保存する（メモリ機能）。

また、通信処理部３３ｃは、通信手段３４から機器の運転開始（ＰＯＷ ＯＮ）、風量設定（たとえば強／中／弱）、音量設定（たとえば大／中／小）などの情報を処理し、検出処理部３３ｄは、人検出手段３５からの人の有無、位置、顔の向きなどの情報を処理する。

通信手段３４は、ノイズ音の発生源である換気扇１１、およびターゲット音の発生源であるＴＶ２１の動作状態を制御装置３３と通信するためのものであり、たとえば電源特性を基にしてシステム化されたＨＥＭＳ、赤外線方式、無線方式などの手段がある。

なお、通信内容としては、換気扇１１の運転開始や風量設定の情報、およびＴＶ２１の運転開始や音量設定の情報などであり、それらの運転状態により変動する音を間接的に送受信できるようになっている。

ここで、ＨＥＭＳは近年急速に普及が広まり対応製品も増加していることから、住宅内の離れた機器間で通信を行う手段として有効である。また、赤外線方式についても、リモコンによる機器遠隔操作や、コンロと換気扇との連動など、通信方法として搭載された製品も多い。そのため、それら既存のものを通信手段３４として用いることで、専用の通信手段３４を設ける必要がなくなるため低コスト化が可能となる。また、音環境制御装置の設置を簡素化できる。

人検出手段３５は、人の有無、人の位置、顔の向きなどを検出するためのものであり、たとえば赤外線、超音波、可視光などのセンサで構成されている。単素子のセンサでは上下や左右に可動な構造とし、対象エリア内を走査することにより人の位置を正確に検出することができ、また、多素子のセンサとすることで人の高さや顔の向きまで検出することができるようになる。

なお、赤外線センサは、空調機器では人のエリアを検出し、人の位置や体の部位を判別して送風するために用いられるなど、既存の家電製品に多く搭載されている。そのため、その既存の赤外線センサを人検出手段３５として用いることで、専用の人検出手段３５を設ける必要がなくなるため低コスト化が可能となる。また、音環境制御装置の設置を簡素化できる。

図４は、本発明の実施の形態１に係る音環境制御システムの制御フロー図である。
居住空間１００には定常的に変化する時間変動を繰り返す音響特性が存在するため、３次元マイクロホンである音計測手段３１により、居住空間１００のそれが設置されている場所の音響特性（位相特性検出による音の方向性、音圧レベル、周波数特性など）を計測する（ステップＳ１）。そして、換気扇１１の音響特性を求める。このとき、ＴＶ２１の電源はＯＦＦにした方が換気扇１１の音響特性を容易に求めることができる。

音計測手段３１で計測するオープンキッチン１０からリビング２０に伝播してくる音には換気扇１１の音が含まれているため、音計測手段３１で計測した音のアナログ信号をデジタル信号に変換後、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理などの周波数分析を行うことにより、図５に示す換気扇１１の周波数特性を得ることができる。さらには、その周波数特性から換気扇１１の音圧レベル、位相特性を得ることができる。

図５は、本発明の実施の形態１に係る周波数特性を示す図である。なお、図５の横軸は周波数（Ｈｚ）を、縦軸は振幅（ｄＢ）をそれぞれ示している。また、本実施の形態１では、音計測手段３１として３次元マイクロホンを用いているため、実際は３次元（前後／左右／上下）方向からの周波数特性を得るが、図５ではある一次元方向からの周波数特性のみを示している。
この周波数特性から周波数分析を行うことで、換気扇１１の音響特性を得ることができる（実際には３次元方向それぞれの周波数分析を行うが、以下の説明では省略する）。

次に、ＴＶ２１の音響特性を求める。このとき、換気扇１１の電源はＯＦＦにした方がＴＶ２１の音響特性を容易に求めることができる。音計測手段３１で計測するリビング２０内において視聴者４０に伝播する音にはＴＶ２１の音が含まれているため、音計測手段３１で計測した音のアナログ信号をデジタル信号に変換後、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理などの周波数分析を行うことにより、図５に示すＴＶ２１の周波数特性を得ることができる。さらには、その周波数特性からＴＶ２１の音圧レベル、位相特性を得ることができる。

ここで、ＴＶ２１の音は放送／再生する媒体により、音楽やドラマ、および映画やニュースなど様々な媒体であり、定常性の音響特性になっているとは言いがたい。なお、放送中に含まれる人がかかわる音声には男女差はあるものの、５００Ｈｚ以上から３ｋＨｚ前後までの周波数帯域に特徴量を持つ特性を有している。

人の聴感的な特性としては、公知であるツビィッカー・ラウドネス曲線（図示せず）で見られるように、１ｋＨｚが最も聞き取りやすい特性を有しており、低い周波数に関しては聴感的な反応は鈍い。また、高い周波数に対しても年齢的な面も考慮すると３ｋＨｚ前後までが最も聞き取りやすい周波数帯域であることが知られている。

実際、ＴＶ２１などから伝播してくる音の周波数特性は図５に示すように、上記周波数帯域で説明できる音が伝播してくる。よって、ＴＶ２１などからの音を聞き取りやすくするためには、５００Ｈｚ〜３ｋＨｚの帯域の音を確実に聴取できることが重要になる。

図１および図２に示すような、換気扇１１（ノイズ音の発生源）と、ＴＶ２１（ターゲット音の発生源）と、視聴者４０と、の位置関係が有る場合、図５に示すような周波数特性を有するマスキング音を用いる。

そして、換気扇１１からはＴＶ２１の音とは関係ない周波数帯域の音が、大きな音圧レベルとしてＴＶ２１などを視聴している視聴者４０に伝播してくるために、音放射手段３２（３次元スピーカー）から後述する位相制御によって指向が制御された音を、換気扇１１の音が伝播してくる方向に放射することになる。

また、制御装置３３は、通信手段３４を介して換気扇１１の風量設定やＴＶ２１の音量設定の情報を得ることで、音計測手段３１で計測した音の変化があった場合に換気扇１１およびＴＶ２１のうちどちらによるものなのかを容易に判別することができる。そのため、特にＴＶ２１の音量のみが変化した場合には、マスキング音をリアルタイムに変化させる必要がなくなる。逆に、換気扇１１の風量が変化した場合には、基本的に直前（変化前）の換気扇１１の音響特性に対してマスキング音の音圧レベルのみを変化させるようにすればよい。たとえば、換気扇１１の風量が弱から強に変化した場合には、マスキング音の音圧レベルを上げるようにする。

以上のように、通信手段３４を介して得られた換気扇１１およびＴＶ２１の情報に応じてマスキング音を調整することで高いマスキング効果が得られ、効果的にターゲット音を聞き取りやすくすることができる。

また、人検出手段３５により視聴者４０の有無を検出し、居住空間１００に視聴者４０が居ることを検出した場合はマスキング音を放射するが、視聴者４０が居ないことを検出した場合はマスキング音を放射しないようにする。そうすることで、無駄なマスキング音の放射を抑制し、省エネ効果が得られる。

さらに、居住空間１００に音放射手段３２が複数配置されている場合において、人検出手段３５により視聴者４０の位置を検出することで、視聴者４０の位置に応じて音放射手段３２からマスキング音を放射することができるため、高いマスキング効果が得られる。具体的には、視聴者４０よりもノイズ音の発生源である換気扇１１側、かつ視聴者４０に近い位置に配置された音放射手段３２から換気扇１１に向けてマスキング音を放射することで、高いマスキング効果が得られる。

次に、制御装置３３は、通信手段３４を介して換気扇１１の風量設定やＴＶ２１の音量設定の情報を得る（ステップＳ２）。そして、上記のようにして得た換気扇１１の音響特性、および通信手段３４を介して得た各種情報に基づいて、制御装置３３のマスキング音処理部３３ｂでマスキング音を生成する（ステップＳ３）。

まず、周波数に依存せずに一定の音圧レベルになるように、音圧レベル調整を行う。なお、特徴的な周波数（ピークディップ）があると、聴感的な不快感を与える要因となる。そこで、図５に示すマスキング音の周波数特性のように、特徴的な周波数（ピークディップ）がなくなるように、たとえばフィルタ（ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ）を用いて音圧レベル調整を行うことにより、聴感的な不快感を低減させることができる。なお、制御する周波数範囲は５００Ｈｚ〜３ｋＨｚとする。

図６は、本発明の実施の形態１に係る換気扇１１の音の位相特性に対する音放射手段３２のマスキング音の位相制御例を示す図、図７は、本発明の実施の形態１に係る音放射手段３２の位相制御によるマスキング音の指向を示す図である。

次に、マスキング音をどの方向に出すかを決める音放射手段３２の位相制御を、たとえばオールパスフィルタを用いて行う。これは、マスキングエリア２３における換気扇１１の音の位相特性と、音放射手段３２のマスキング音との位相特性を一致させるための時間制御である。

本実施の形態１では、位相制御を行い、それぞれの音放射手段３２からは図５で示すようなマスキング音の周波数特性が、図６に示すように時間差および位相差を持って再生されている。

そして、それぞれの音放射手段３２からは図７に示すように位相制御によって指向が制御された音放射が行われ、視聴者４０の頭上からノイズ音の発生源方向である換気扇１１の伝播してくる音の方向に対して、マスキング音が放射される。なお、図７では、正面軸上（視聴者４０の頭上）から換気扇１１の方に４５度傾くように位相制御が行われているが、それに限定されるものではなく、高いマスキング効果が得られる角度にするとよい。

また、本実施の形態１では、換気扇１１の音を消す目的ではなく、換気扇１１の音を視聴者４０の位置で聞こえにくくすることが目的であり、つまりは、換気扇１１の特徴的な周波数特性を分かりにくくすることが目的となる。そのため、周波数特性は比較的平坦な特性となるような周波数制御を行うことになる。

また、換気扇１１（ノイズ音の発生源）に向けてマスキング音を放射し、換気扇１１の音が視聴者４０に伝播する前にマスキングすることにより、視聴者４０の位置でノイズ音が聞こえにくくなるようにしている。そのため、音放射手段３２は、視聴者４０の左右の耳よりも後ろ側（換気扇１１側）に設置される必要がある。なお、本実施の形態１では、音放射手段３２は視聴者４０の頭上の天井に設置されており、真下を向いているものとする。

また、図５に示すマスキング後の換気扇１１の周波数特性は、リビング２０に居る視聴者４０の近傍に伝播してくる換気扇１１の音がマスキング音によってマスキングされたときの周波数特性である。これは、視聴者４０の左右の耳の後方で音響特性を分析した結果であり、特徴的に突出した周波数帯域が広がる特性となっている。

ここで、音環境の変化がないと判断した場合は（ステップＳ４のＹｅｓ）、制御装置３３の記憶部（図示せず）に計測した音響特性を保存する（ステップＳ５）。上記のとおり、一般家庭における音環境は、模様替えなどで部屋の家具類を替えたり設置場所を変更させたりしない限り大きく変化しないため、計測した音響特性を保存しておけば、音環境が変化しない限り保存した音響特性を用いることができる。

次に、居住空間１００に視聴者４０が居ることを検知したら（ステップＳ６のＹｅｓ）、音放射手段３２から換気扇１１（ノイズ音の発生源）に向けてマスキング音を放射する（ステップＳ７）。そして、音放射手段３２から換気扇１１（ノイズ音の発生源）に向けてマスキング音が放射されたら、マスキング音の音響特性を求める。居住空間１００のリビング２０内からオープンキッチン１０に伝播していく音にはマスキング音が含まれているため、音計測手段３１で計測した音のアナログ信号をデジタル信号に変換後、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理などの周波数分析を行うことにより、マスキング音の音響特性（位相特性検出による音の方向性、音圧レベル、周波数特性など）を得ることができる（ステップＳ１）。具体的には、音の伝播時間の計測、音圧レベル検出、および方向別の音響特性解析である。これは、音放射手段３２からマスキング音が実際にどのように放射されているかを計測するためであり、この計測結果に基づいてマスキング音の調整を行う。つまり、フィードバック制御を行うことにより、ノイズ音に対して最適なマスキング音を放射させるようにしている。

なお、音環境の変化がない場合は、記憶部に保存されている音響特性を用いることにより、マスキング音の音響特性を容易に求めることができる。つまり、マスキング音を放射後に計測した音響特性と、マスキング音を放射前に計測した記憶部に保存されている音響特性との差分により、マスキング音の音響特性が得られる。

図８は、本発明の実施の形態１に係る音環境制御システムのマスキング前後による評価結果を示す図である。なお、（ａ）は、換気扇１１の音に対するマスキング前後での聴感的な反応について、（ｂ）は、ＴＶ２１の音に対するマスキング前後での聞こえの感性について、それぞれリビング２０のソファ２２に座った聴覚正常者（年齢ランダム）２０名に対して形容詞対を用いて７段階の意味尺度で主観評価した結果を示している。また、図８中の△はマスキング前、○はマスキング後の結果を示しており、△−△間および○−○間は、２０名の評価範囲を示すものである。

図８（ａ）に示すように、リビング２０のソファ２２に座った聴覚正常者（年齢ランダム）は、マスキング前では換気扇１１の音を（非常に）不快に感じていたが、マスキング後では（非常に）快適に感じていることが分かる。つまり、マスキングを行うことにより換気扇１１の音は聞こえにくくなった（ノイズ音が目立たなくなった）ことが確認できる。また、図８（ｂ）に示すように、リビング２０のソファ２２に座った聴覚正常者（年齢ランダム）は、マスキング前ではＴＶ２１の音が（十分に）聞き取れていなかったが、マスキング後では（十分に）聞き取れていることが分かる。つまり、マスキングを行うことによりＴＶ２１の音は聞こえやすくなった（ターゲット音に集中できる環境になった）ことが確認できる。

以上より、本実施の形態１では、ノイズ音に加えてターゲット音が同一空間に存在する場合において、音環境制御装置によってマスキング音を放射させ、そのマスキング音でノイズ音をマスキングする。そうすることにより、ノイズ音を聞き取りにくくする（ノイズ音を目立たないようにする）ことで、ターゲット音を聞き取りやすくする（ターゲット音に集中できる環境にする）ことができる。

また、通信手段３４を介して得られたノイズ音の発生源およびターゲット音の発生源の情報に応じてマスキング音を調整することで高いマスキング効果が得られ、効果的にターゲット音を聞き取りやすくすることができる。
また、人検出手段３５により視聴者４０の有無を検出し、居住空間１００に視聴者４０が居ることを検出した場合はマスキング音を放射するが、視聴者４０が居ないことを検出した場合はマスキング音を放射しないようにすることで、無駄なマスキング音の放射を抑制し、省エネ効果が得られる。さらに、居住空間１００に音放射手段３２が複数配置されている場合において、人検出手段３５により視聴者４０の位置を検出することで、視聴者４０の位置に応じた音放射手段３２からマスキング音を放射することができるため、高いマスキング効果が得られる。

なお、本実施の形態１では、音環境制御システムを比較的狭い空間である、オープンキッチン１０とリビング２０とからなる居住空間１００に導入した例を示したが、それに限定されず、より広い空間に導入してもよい。その場合は、音計測手段３１を複数箇所に設置し、同様に計測を行うことで広い空間を伝播する音の音響特性を得ることができる。また、音放射手段３２も複数箇所に設置することで、広範囲にわたってノイズ音をマスキングすることができる。

また、音計測手段３１および音放射手段３２は、視聴者４０の頭上の天井に設置されているものとしたが、それに限定されず、たとえば、視聴者４０の近傍に移動設置して計測し、音放射手段３２を視聴者４０の近傍にステレオ設置することで、すでに完成されている生活環境に対しても、マスキングによる制御空間を構成することができる。

ここで、一般的にＴＶには音放射用としてスピーカーが搭載されており、その音放射用のスピーカーはマイクとしても利用できる。そのため、居住空間１００に予め設けられている既存のＴＶのスピーカーなどを音計測手段３１として用いてもよい。そうすることで、専用の音計測手段３１を設ける必要がなくなるため低コスト化が可能となる。また、音環境制御装置の設置を簡素化できる。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る音環境制御システムの導入例を示す上面図である。
以下、本実施の形態２について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

実施の形態１では、ノイズ音の発生源が移動しない物体（静止物体）である換気扇１１の場合について説明したが、本実施の形態２では、ノイズ音の発生源が移動する物体（移動物体）である掃除機１５の場合について説明する。なお、掃除機１５は掃除者４２によって運転され、移動しているものとする。

また、居住空間１００のオープンキッチン１０からリビング２０に伝播してくる音には掃除機１５の音が含まれているが、リビング２０内では、掃除機１５からの直接音（矢印１６）と反射音（矢印１７）とが含まれており、反射音は居住空間１００の壁などに何段階にも反射しながら、リビング２０に居る視聴者４０に音が伝播される。

本実施の形態２では、移動するノイズ音の発生源を確実に検出するために、居住空間１００の任意の位置に音計測手段３６を複数個（３個以上）設置して、音の計測を行う。なお、音計測手段３６は、無指向性のマイクロホンとし、様々な方向からの音を検出するようにする。ただし、それに限定されず、指向性があるものでもよい。また、音計測手段３６は掃除機１５が移動するために必要な通路５０（廊下など）に、１次元または２次元方向に対して一定間隔（たとえば１ｍ）毎に設置されている。なお、２次元方向に対して設置することにより、掃除機１５の２次元方向の動きに対する音の計測をより正確にできる。

ここで、一般的に居住空間１００よりも小さな家電製品（掃除機１５など）から発生する音は、音響特性的には点音源とみなすことができ、居住空間１００全体に均一に音が伝播するものと想定できる。このときに、居住空間１００の通路５０において、掃除機１５などから発生する音は縦波として伝播することになるので、ノイズ音の発生源から出ている周波数の波長に応じた音波が一定間隔の波長で廊下を伝播することになる。

そのため、この波長を捕らえるため、複数の音計測手段３６を１次元または２次元方向に対して一定間隔毎に設置することで、音の粗密波を一定時間計測すれば、ノイズ音の周波数をＦＦＴ処理することにより、計算することができる。さらに、一定間隔毎に計測することにより上記周波数を用いてノイズの発生源である掃除機１５の移動速度も計算できることになる。

ここで、一定間隔をＭ、ノイズ音の周波数をＦ、音速をＣとすると、掃除機１５の移動速度はＦＭ−Ｃで求めることができる。そして、その移動速度、および各設置位置で計測した音計測手段３６で捉えた音圧レベルの差により、掃除機１５の位置も把握することができる。

そして、音放射手段３２から放射させる音圧レベルを、掃除機１５の位置とノイズ音の音圧レベルに応じて変化させることで、ノイズ音を効果的にマスキングすることができるため、ノイズ音を聞き取りにくくする（ノイズ音を目立たないようにする）とともにターゲット音を聞き取りやすくする（ターゲット音に集中できる環境にする）ことができる。

また、居住空間１００に音放射手段３２が複数配置されている場合において、人検出手段３５により視聴者４０の位置を検出することで、視聴者４０の位置および掃除機１５の位置に応じた音放射手段３２からマスキング音を放射することができるため、高いマスキング効果が得られる。具体的には、できるだけ掃除機１５と視聴者４０とを結ぶ直線上、かつ、視聴者４０よりも掃除機１５側、かつ視聴者４０に近い位置に配置された音放射手段３２から掃除機１５に向けてマスキング音を放射することで、高いマスキング効果が得られる。

なお、本実施の形態２では、居住空間１００の任意の位置に音計測手段３６を３個以上設置するとしたが、それに限定されず２個でもよい。

実施の形態３．
以下、本実施の形態３について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

一般家庭における音環境は、居住空間１００の家具などの配置によって残響や反射特性が変化するため、一度大まかな家具類の設置が完了すると、模様替えなどで部屋の家具類を替えたり設置場所を変更させたりしない限り大きく変化しないのが一般的である。そのため、最初に音計測手段３１で部屋の音響特性を計測すれば、その後は何度も計測する必要はない。そこで、本実施の形態３では、最初に音響特性を計測するときのみ音計測手段３１を居住空間１００に設置し、常時設置しないようにする。そうすることで、低コスト化が可能となる。なお、この場合は、実施の形態１で行っていたフィードバック制御は行わない。

１０ オープンキッチン、１１ 換気扇、１２ カウンター、１３ 矢印、１４ 矢印、１５ 掃除機、１６ 矢印、１７ 矢印、２０ リビング、２１ ＴＶ、２２ ソファ、２３ マスキングエリア、２４ 矢印、３１ 音計測手段、３２ 音放射手段、３３ 制御装置、３３ａ 音響検出部、３３ｂ マスキング音処理部、３３ｃ 通信処理部、３３ｄ 検出処理部、３４ 通信手段、３５ 人検出手段、３６ 音計測手段、４０ 視聴者、４１ 調理者、４２ 掃除者、５０ 通路、１００ 居住空間。

Claims (16)

1. ２ｃｈ以上を組にして音を計測する音計測手段と、
   ノイズ音の発生源およびターゲット音の発生源と通信を行う通信手段と、
   前記音計測手段によって計測された音の信号に基づいてノイズ音の音響特性を求め、該音響特性および前記通信手段から得た情報に応じたマスキング音を生成する制御装置と、
   ２ｃｈ以上を組にして前記マスキング音を３次元方向に放射可能とする音放射手段と、を備え、
   前記音放射手段は、
   ターゲット音を聞き取りやすくするエリアであるマスキングエリアにおける前記ノイズ音の発生源側に配置され、前記マスキング音を前記ノイズ音の発生源の方向に向けて放射する
   ことを特徴とする音環境制御装置。
2. マスキング対象者を検出する人検出手段を備え、
   該人検出手段により、マスキング対象者が居ることを検出した場合は前記マスキング音を放射し、マスキング対象者が居ないことを検出した場合は前記マスキング音を放射しない
   ことを特徴とする請求項１に記載の音環境制御装置。
3. 前記音放射手段が複数配置されている場合において、
   該人検出手段により、マスキング対象者の位置を検出し、マスキング対象者の位置に応じた前記音放射手段から前記マスキング音を放射する
   ことを特徴とする請求項２に記載の音環境制御装置。
4. 前記音計測手段は、音響インテンシティ法によって音響を計測することができる３次元マイクロホンであり、
   前記音計測手段はマスキングエリアに配置される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の音環境制御装置。
5. 前記音計測手段は無指向性のマイクロホンであり、
   前記音計測手段は間隔を持って複数配置される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の音環境制御装置。
6. 前記音計測手段は３個以上であり、前記間隔は一定である
   ことを特徴とする請求項５に記載の音環境制御装置。
7. 前記音響特性から得られた前記ノイズ音の周波数特性からピークディップ部分を取り除いたものを前記マスキング音の周波数特性とする
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の音環境制御装置。
8. 前記制御装置は、
   前記マスキング音の位相制御を行う
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の音環境制御装置。
9. 前記音計測手段によって計測された音の信号に基づいて前記マスキング音の音響特性を求め、該音響特性および前記情報に応じて前記マスキング音の調整を行う
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の音環境制御装置。
10. 音環境制御装置の設置時のみ前記音計測手段を備えた
    ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の音環境制御装置。
11. 前記ノイズ音の発生源であるノイズ音発生機器と、
    前記ターゲット音の発生源であるターゲット音発生機器と、
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の音環境制御装置と、を備えた
    ことを特徴とする音環境制御システム。
12. 前記ノイズ音発生機器は換気扇である
    ことを特徴とする請求項１〜４、７〜１０のいずれか一項に従属する請求項１１に記載の音環境制御システム。
13. 前記ノイズ音発生機器は掃除機である
    ことを特徴とする請求項１〜３、５〜１０のいずれか一項に従属する請求項１１に記載の音環境制御システム。
14. 前記ターゲット音発生機器はＴＶである
    ことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の音環境制御システム。
15. 居住空間で用いられる
    ことを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の音環境制御システム。
16. 前記ＴＶに搭載されているスピーカーを前記音計測手段として用いる
    ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の音環境制御システム。

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