JP3146691B2 - 音色評価方法及びその装置 - Google Patents

音色評価方法及びその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、振幅変動音の人間の聴
感に与える変動感あるいは心地よさの感覚を適切に評価
する音色評価方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】日常、人間が接する音のほとんどは、そ
の音圧振幅が時間的に変動している。こういった音は、
その変動の仕方によって、不快感を催したり心地よい音
になったりする。従来、このような振幅変動音を評価す
る方法として、音の各周波数成分の変動量を測定し、変
動の音圧レベル(音圧振幅)の大きさに応じた聴感補正
を行った後、評価値を算出する方法が提案されている。
(例えば特開平3−82922)しかし、上記の方法は
人間の聴感の特性を考慮しているとはいえない。たとえ
ば1kHz の音の 音圧振幅が30Hzで変動している場合
と、1kHzの音の音圧振幅が300Hzで変動している場
合を比べると、たとえ変動の音圧レベル(音圧振幅)の
大きさが同じであっても、前者のほうが後者より変動感
は強く、後者の音はほとんど変動感を感じない。それに
もかかわらず上記の従来技術では、両者は同じ補正が行
なわれるため聴感にあった評価を行うことができない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
[着眼点]振幅変動音に対する人間の聴感は、振幅変調
波の特徴量に対して極値もつような特性を示す。例えば
図3に破線で示す音圧波形の包絡線によって定義される
振幅変調波の周波数に関して例を挙げれば、1kHzの音
の振幅変調波の周波数が3Hzである場合と、30Hzであ
る 場合と、300Hzである場合とを比べると、たとえ
3者の変動の大きさが同じであっても、人間の聴感上は
30Hzの音の変動感が最も強く、3Hzおよび300Hzの
音はほとんど変動感を感じない。また、前記振幅変調波
の周波数fの時間的ゆらぎに関して考えた場合、図10
に示す周波数fの時間的ゆらぎの周波数分布(周波数毎
の頻度)がゆらぎの周波数fに対して、1/f0.5の 音
と、1/fの音と、1/f2の音とを比べると、ゆらぎ
の周波数分布が1/fの音が聴感上最も心地よい。本発
明は、上記のような人間の聴感上の特性に着眼し、音の
振幅変調波の特徴量に対して極値を持つような聴感特性
係数を用いることにより、人間の聴感にあった評価を行
なうことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
の第1発明は、評価対象とする音を電気信号に変換する
工程と、該周波数帯域成分の信号波形の包絡線である振
幅変調波を検出する工程と、前記振幅変調波を分析し振
幅変調波の周波数毎の振幅変動量を演算する工程と、該
振幅変動量と、前記振幅変調波の特徴量に対して極値を
持つ聴感特性係数とに基づき評価値を演算する工程と、
該評価値に基づき音色を評価する工程とから成ることを
特徴とする音色評価方法である。
【0005】
【作用】本第1発明は、以下に述べるような作用を奏す
る。まず、評価対象とする音を電気信号に変換し、該電
気信号波形の包絡線である振幅変調波を検出する。次
に、前記振幅変調波を分析し振幅変調波の周波数毎の振
幅変動量を演算する。さらに、該振幅変動量と、前記振
幅変調波の特徴量に対して極値を持つ聴感特性係数とに
基づき評価値を演算し、該評価値に基づき音色を評価す
る。
【0006】
【発明の効果】本第1発明は、前記振幅変調波の特徴量
に対して極値をもつような補正を行なうことによって、
音の振幅変調波の特徴量が聴感上の音色に強く影響する
という人間の聴感上の特性に着眼し、音の振幅変調波の
特徴量に対して極値を持つような聴感特性係数を用いる
ことにより、人間の聴感にあった音色評価を行なうこと
が可能になる。
【0007】(その他の発明)請求項2に記載の本発明
の第2発明は、評価対象とする音を収音し電気信号に変
換するマイクロホンと、該電気信号波形の包絡線である
振幅変調波を検出する振幅変調波検出部と、前記振幅変
調波を分析し振幅変調波の周波数毎の振幅変動量を演算
する振幅変動量演算部と、該振幅変動量と該振幅変調波
の特徴量に対して極値を持つ聴感特性係数とに基づき評
価値を演算する評価値演算部と、該評価値算出部の出力
に基づき音色を評価する音色評価部とから成ることを特
徴とする音色評価装置である。本第2発明は、前記第1
発明と同様の作用・効果を奏する。
【0008】
【実施例】
(第1実施例)本発明の第1実施例として、自動車など
の機械から発生し、周期的に振幅が変動する音の変動感
を評価する音色評価装置に関して説明する。図1は、本
発明の第1実施例にかかわる音色評価装置の全体構成を
示す。マイクロホン1は、評価対象とする音を収録し電
気信号に変換する。A/D変換器8は、前記電気信号を
デジタル信号に変換する。A/D変換器8及び以下に説
明するデータ記憶部9、帯域フィルタ2、振幅変調波検
出部3、振幅変調波周波数分析部4、評価値演算部5、
音色評価部6は、パーソナルコンピュータで構成され、
表示部7は該パーソナルコンピュータに接続されたディ
スプレイ装置で構成される。
【0009】データ記憶部9はA/D変換器8から出力
されるデジタル信号を記憶する。帯域フィルタ2は、デ
ータ記憶部9に保存されたデジタル信号から各周波数帯
域成分の信号を抽出するものである。ここで、帯域通過
フィルタ2の中心周波数および帯域幅は人間の聴覚系の
特性である臨界帯域(E.Zwicker:Subdivision of theau
dible frequency range into critical bands",J. Acou
st.Soc.Am. 33,248 (1961))に示されるよう に、中心
周波数50、150、250、・・・、13.5kHz、
帯域幅80、100、1000、・・・・、3500Hz
の24の帯域フィルタである。振幅変調波検出部3は、
帯域フィルタ2からの出力波形(図4に実線で示す)の
包絡線(図4に破線で示す)である振幅変調波を検出す
る。振幅変調波周波数分析部4は振幅変調波をFFT分
析し、振幅変調波の周波数毎の振幅変動量D(f)を算
出する。評価値演算部5は、振幅変調波の周波数毎の振
幅変動量D(f)と振幅変調波の周波数に応じた聴感特
性係数C(f)より次式のように評価値Eを求める。 E=∫D(f)・C(f)df ・・・ (1)
【0010】上記聴感特性係数C(f)はあらかじめ官
能評価実験などにより求められるものであり、振幅変調
波の周波数に対して極値を持つ特性となる。例えば帯域
フィルタの中心周波数が250Hzの周波数帯域での聴感
特性係数C(f)を図2に、4kHzの周波数帯域での聴
感特性係数C(f)を図3に示す。ここで特徴的なの
は、振幅変動の特徴量として振幅変調波の周波数に着目
し、振幅変調波の周波数に対して極値をもつような特性
を用いることである。これによって、「発明が解決しよ
うとする課題」の「着眼点」で説明しているように、1
kHzの音の振幅変調波の周波数が3Hzである場合と、3
0Hzである場合と、300Hzで ある場合とを比べる
と、たとえ3者の変動の大きさが同じであっても、人間
の聴感上は30Hzの音の変動感が最も強く、3Hzおよび
300Hzの音はほとんど変動感を感じないという人間の
聴感上の特性に着眼し、音の振幅変動の特徴量に対して
極値を持つような聴感補正を行うことにより、人間の聴
感にあった評価を行なうことが可能になる。さらに、評
価値演算部の出力は、音色評価部6で加算して集計され
音色評価値となり、その結果が表示部7で表示される。
【0011】次に上記構成における作用を説明する。本
第1実施例のフローチャートを図11に示す。評価対象
音はマイクロホン1により、電気信号に変換される。該
電気信号はA/D変換器8によってデジタル信号に変換
され、その信号のうち200msec程度の長さの信号がデ
ータ記憶部9において保存され、さらに帯域通過フィル
タ2により各帯域に分割される。この出力信号の例を図
4に示す。次にその出力信号が振幅変調波検出部3にお
いて振幅変調波に変換される。この振幅変調波の例を図
5に示す。次に、振幅変調波周波数分析部4において振
幅変調波の周波数毎の振幅変動量D(f)が算出され
る。D(f)の例を図6に示す。さらに、評価値算出部
5において、振幅変調波の周波数毎の振幅変動量D
(f)と振幅変調波の周波数に応じた聴感特性係数C
(f)より前記(1)式により評価値Eを求める。
【0012】ここで特徴的なのは、振幅変調波の特徴量
として振幅変調波の周波数に着目し、振幅変調波の周波
数に対して極値をもつような特性を用いることである。
これによって、「発明が解決しようとする課題」の「着
眼点」で説明しているように、1kHzの音の振幅変調波
の周波数が3Hzである場合と、30Hzである場合と、3
00Hzで ある場合とを比べると、たとえ3者の変動の
大きさが同じであっても、人間の聴感上は30Hzの音の
変動感が最も強く、3Hzおよび300Hzの音はほとんど
変動感を感じないという人間の聴感上の特性に着眼し、
音の振幅変動の特徴量に対して極値を持つような特性係
数を用いることにより、人間の聴感にあった評価を行な
うことが可能になる。そして、評価値算出部5の出力
は、集計部6で加算して集計され、その結果が表示部7
で表示される。
【0013】本第1実施例の音色評価装置を用いて自動
車の排気音の評価を行なった。車種の異なる10種類の
排気音の変動感の評価実験をした結果を図7に示す。縦
軸は本装置による変動感の評価値の時間的平均値で、横
軸は専門家による変動感の官能評価値である。図7より
本装置による変動感の評価値の時間的平均値と、専門家
による変動感の官能評価値との相関が強いことが分か
る。以上のように、本第1実施例の音色評価装置は、振
幅変動の特徴量として振幅変調波の周波数に着目し、振
幅変調波の周波数に対して極値をもつような特性係数を
用いることによって人間の聴感と合致した評価値を得る
ことができる。
【0014】(第2実施例)本発明の第2実施例とし
て、音のゆらぎの心地よさを評価する音色評価装置に関
して説明する。第8図は本発明の第2実施例にかかわる
音色評価装置の全体構成を示す。マイクロホン11は評
価対象とする音を収録し、電気信号に変換する。A/D
変換器19は、前記電気信号をデジタル信号に変換す
る。A/D変換器19及び以下に説明するデータ記憶部
20、帯域フィルタ12、振幅変調波検出部13、振幅
変調波周波数分析部14、ゆらぎ分布指標演算部15、
評価値演算部16、音色評価部17は、パーソナルコン
ピュータで構成され、表示部18は該パーソナルコンピ
ュータに接続されたディスプレイ装置で構成される。
【0015】データ記憶部20は、A/D変換器19か
ら出力されるデジタル信号を記憶する。帯域フィルタ1
2は、データ記憶部9に保存されたデジタル信号から各
周波数帯域成分の信号を抽出するものである。ここで、
帯域フィルタ12の中心周波数および帯域幅は前記第1
実施例と同様である。振幅変調波検出部13は、帯域フ
ィルタ12からの出力波形(図4に実線で示す)の包絡
線(図4に破線で示す)である振幅変調波を検出する。
振幅変調波周波数分析部14は振幅変調波をFFT分析
し、振幅変調波の周波数毎の振幅変動量D(f)を算出
する。ゆらぎ分布指数演算部15は、振幅変調波の周波
数f毎の振幅変動量D(f)よりa及びbを(2)式で
求める。 D(f)=b/(fa) ・・・ (2) 具体的には、(2)式の両辺の対数をとり、最小二乗法
によりa、bを定める。前記aは、ゆらぎ分布指標であ
る。評価値算出部16は、ゆらぎ分布指標aに応じた係
数P(a)より次式のように評価値Eを求める。 E=P(a) ・・・ (3) 上記係数P(a)はあらかじめ官能評価実験などにより
求められるものであり、a=1のとき極値を持つ特性と
なる。図9に例を示す。さらに、音色評価部17は、評
価値演算部16の出力を加算し集計して音色評価値と
し、表示部18でその結果が表示される。
【0016】ここで上記構成における作用を説明する。
本第2実施例のフローチャートを図12に示す。評価対
象音はマイクロホン11により、電気信号に変換され
る。その出力信号は、A/D変換器19でデジタル信号
に変換され、その信号のうち5分程度の長さの信号がデ
ータ記憶部20に記憶される。データ記憶部20に記憶
された信号は、帯域フィルタ12によって各帯域に分割
され、さらに振幅変調波検出部13において振幅変調波
に変換される。その振幅変調波より振幅変動量演算部1
4において振幅変調波の周波数毎の振幅変動量D(f)
が算出される。さらに、ゆらぎ分布指標演算部15にお
いて、振幅変調波の周波数毎の振幅変動量D(f)より
ゆらぎ分布指標aが算出される。次に、評価値演算部1
6でゆらぎ分布指標aより評価値Eが前記(2)式によ
り求まる。
【0017】ここで特徴的なのは、振幅変調波の特徴量
として振幅変調波の周波数のゆらぎ分布指標に着目し、
振幅変調波の周波数のゆらぎ分布指標に対して極値をも
つような特性を用いることである。図9にゆらぎ分布指
標aに対する補正係数P(a)の関係を示す。これによ
って、「発明が解決しようとする課題」の「着眼点」で
説明しているように、振幅変調波の周波数fの時間的ゆ
らぎに関して考えた場合、該周波数fの時間的ゆらぎの
周波数分布(周波数毎の頻度)がゆらぎの周波数fに対
して、1/f0.5の音と、1/f の音と、1/f2の音
とを比べると、たとえ3者の変動の大きさが同じであっ
ても、ゆらぎの周波数分布が1/fの音が聴感上最も心
地よいという人間の聴感上の特性を考慮した評価が可能
となる。さらに、評価値演算部16の出力は、音色評価
部17で加算して集計され音色評価値となり、その結果
が表示部18で表示される。以上のように、本第2実施
例によれば、人間の聴感上の心地よさと良く対応がとれ
た適切な音色評価を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の全体構成を示す図
【図2】本発明の第1実施例の振幅変調波の周波数fと
補正係数C(f)との関係を表す線図(帯域フィルタの
中心周波数250Hz)
【図3】本発明の第1実施例の振幅変調波の周波数fと
補正係数C(f)との関係を表す線図(帯域フィルタの
中心周波数4kHz)
【図4】本発明の第1および第2実施例の評価対象とす
る音を電気信号に変換した波形を表す線図
【図5】本発明の第1および第2実施例の振幅変調波の
波形を表す線図
【図6】本発明の第1および第2実施例の振幅変調波の
周波数fと振幅変動量D(f)との関係を表す線図
【図7】本発明の第1実施例の音色評価値と官能評価値
との相関を表す線図
【図8】本発明の第2実施例の全体構成を示す図
【図9】本発明の第2実施例のゆらぎ分布指標aと補正
係数P(a)との関係を表す線図
【図10】本発明の第2実施例のゆらぎ分布指標aの定
義を表す線図
【図11】本発明の第1実施例のフローチャート
【図12】本発明の第2実施例のフローチャート
【符号の説明】
1 マイクロホン 2 帯域フィルタ 3 振幅変調波検出部 4 振幅変動量演算部 5 評価値演算部 6 音色評価部 7 表示部 8 A/D変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01H 3/00 G01H 17/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 評価対象とする音を電気信号に変換する
    工程と、 該電気信号波形の包絡線である振幅変調波を検出する工
    程と、 前記振幅変調波を分析し振幅変調波の周波数毎の振幅変
    動量を演算する工程と、 該振幅変動量と、前記振幅変調波の特徴量に対して極値
    を持つ聴感特性係数とに基づき評価値を演算する工程
    と、 該評価値に基づき音色を評価する工程と、から成ること
    を特徴とする音色評価方法。
  2. 【請求項2】 評価対象とする音を収音し電気信号に変
    換するマイクロホンと、 該電気信号波形の包絡線である振幅変調波を検出する振
    幅変調波検出部と、 前記振幅変調波を分析し振幅変調波の周波数毎の振幅変
    動量を演算する振幅変動量演算部と、 該振幅変動量と、該振幅変調波の特徴量に対して極値を
    持つ聴感特性係数とに基づき評価値を演算する評価値演
    算部と、 該評価値算出部の出力に基づき音色を評価する音色評価
    部と、から成ることを特徴とする音色評価装置。
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