JP3306600B2 - 自動音量調整装置 - Google Patents
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Description
響再生装置の自動音量制御に関するものである。
信機、テープレコーダ等の音声出力段を有する機器にお
いて、周囲騒音のレベルの変化に従って音量等を自動的
に調整する試みが種々なされてきた。また、カーラジ
オ、カーステレオなど騒音環境で使用する音響再生装置
についても、周囲騒音のレベルに応じて自動的に再生音
量を上げ、騒音がある場合にも聴き易い状態を維持しよ
うとする試みが行われている。
よって周囲騒音とスピーカ音との合成音を検出し、音声
信号回路からの信号とのレベル差をとることによって周
囲騒音のレベルを検出し、これによって音声出力回路の
利得等を制御するもの、(ロ)スピーカ非発音時にのみ
周囲騒音を検出し、スピーカ発音時にはそのレベルを保
持しながら音量を制御するもの、(ハ)マイクロホンに
よって周囲騒音とスピーカ音との合成音を検出し、音声
信号回路からの信号から適応フィルタを用いてスピーカ
音を模擬した信号をつくり、マイクロホン出力信号から
適応フィルタ出力信号を減算して周囲騒音を検出し、そ
のレベルに応じて音量を制御するもの等がある。
ーカ音との合成音から周囲騒音信号成分のレベルのみを
分離検出することは、スピーカ音の位相遅れ、スピーカ
の周波数特性及び室の残響特性等によりマイクロホンで
検出されるスピーカ音成分が元の電気信号と大きく特性
の異なるものとなっているため、適切な調整が困難であ
る。
カ発音中に周囲騒音が突発的、または定期的に変化する
ような場所においては実用性が乏しく、特に音源が楽音
等の連続音の場合には、スピーカ非発音ひん度が少ない
ためほとんど制御不能となるという欠点がある。。
の場合には正しく動作するが、ステレオの場合には左右
の信号を足し合わせたもの等を適応フィルタへの入力と
しても、マイクロホンやスピーカの位置、部屋の形状な
どの影響を受けるため、周囲騒音を正しく推定するのは
困難であるという欠点がある。
特願平4−053228号で提案した従来例(ハ)の方式によ
り構成した装置の一例を示すブロック回路図である。1
01は音源、104,105,106はアンプ、10
7,108はスピーカ、109はマイクロホン、11
0,111,112はA/D変換器、113は適応フィ
ルタ、115は減算器、116はA/D変換された信号
をレベルに変換しその大きさと基準値の大小を判定する
レベル判定器、118,120はそれぞれ減算器11
5,A/D変換器112の出力をレベルに変換する信号
変換器、121はA/D変換器111,112の出力を
加算する加算器である。
応フィルタ113を用いることで、スピーカ107,1
08からマイクロホンに至る系を最も良く近似した特性
を付加した信号により、マイクロホン109の出力から
スピーカ音を相殺するので、音源101から信号を出力
しない場合に信号変換器120の出力として周囲騒音の
レベルが得られ、音源101から信号を出力した場合に
は信号変換器118,120の出力としてそれぞれ周囲
騒音レベルの推定値、及びスピーカ音と周囲騒音の合成
音のレベルが得られる。
例を示すグラフであり、Aはマイクロホンで得た周囲騒
音とスピーカ音との合成音のレベル、Bはこの従来例に
より検出した周囲騒音のレベル、Cはスピーカ音を発音
させない場合にマイクロホンで得た周囲騒音のレベルで
ある。またここで周囲騒音はスピーカを用いて模擬的に
再生し付加したものを用いている。
音のレベルBとスピーカ音を発音させないときに得た周
囲騒音のレベルCとには僅かなずれがあり、周囲騒音の
正しい検出が行えないという問題があった。
じてスピーカ音の音量を調整することはできるが、スピ
ーカ音の音量の推定については特に考慮されていない。
この種の自動音量調整装置では、周囲騒音レベルに対す
る音量の変化量を人の聴覚特性にあった適切なものとす
るため、音響装置の再生音のレベルに従って音量を変化
させる必要がある。すなわち、音響装置の再生音のレベ
ルが大きいほど、同一の周囲騒音レベルに対応して与え
る音量の増幅量を小さくすることが適当である。
に応じて騒音レベル信号に対する増幅度を変化させる自
動音量調整装置が提案されている。図7は特公平3−1
3726号公報に示された従来の音量自動調整装置を示
すブロック図である。図において、360は電圧制御増
幅器(以下、VCAという)、361は電力増幅器、3
62はスピーカー、363は騒音検出回路、364は音
量調整手段、365は加算器、366は音量操作手段、
367は音量設定手段である。
増幅器(VCA)360、電力増幅器361をとおして
スピーカー362で再生される。VCA360の増幅率
は加算器306出力で制御される。加算器には騒音検出
回路363で検出後、音量調整手段364でレベル調整
された騒音レベル信号と、音量操作手段366からの音
量増減操作信号をうけて使用者の希望音量に相当する音
量レベル信号を出力する音量設定手段367の出力が入
る。この構成より騒音検出回路で検出される騒音により
音量が制御される。また、音量調整手段364は音量操
作手段366の出力をうけその時の音量設定に応じて騒
音レベル信号に対する増幅度を変化し得るものである。
具体的には図8のように、音量レベルが大きい時には騒
音レベルに対する増幅度を下げ、騒音増加に対する音量
増加を小さくし、音量レベルが小さい時には騒音レベル
に対する増幅度を上げ、騒音増加に対する音量増加を大
きくして周囲騒音に対する音量制御を聴感に適合性の高
いものにするというものである。
はスピーカ音であり、上述のように音量操作手段366
の音量設定に応じて音量増幅度を調整した場合は、また
は音量調整手段364からの出力に応じて音量増幅度を
調整した場合は、使用するスピーカの性能にあわせて、
音量の増幅率を調整する必要があるという問題があっ
た。また、音量設定により音声信号のレベルを代表して
騒音レベルに対する音声信号の利得を定めているため
に、音楽ソースの録音レベルの違いや、音楽のフレーズ
毎のレベル変化による聴感音量の過不足を免れないとい
う問題があった。
装置では、マイクロホンからの信号および適応フィルタ
への入力信号は通常はA/D変換器によりデジタル信号
とするが、その際マイクロホンから前記A/D変換器へ
の入力は一定の範囲内でなければならないため、スピー
カおよびマイクロホンの設置位置等によってマイクロホ
ン出力レベルをその都度最適値に調整しなければならな
いといった問題点があった。
騒音による音声信号のマスキングに主に起因するもので
あるため、マスクされる音声信号成分は、騒音の成分が
大きい周波数域で大きく、騒音成分が小さい周波数域で
は小さい。例えば、自動車の走行騒音は低音域の成分が
大きく、高音域の成分が小さい。
御するのに音声信号の周波数に無関係の一律な処理を行
ったのでは、騒音の成分が大きい周波数域については、
効果が不足となり、騒音の成分が小さい周波数域では効
果が過重であるという問題がある。自動車の走行騒音に
対してこのような単なる利得増加処理を行った場合で
は、低音域の不足感、高音域の音量過大感は避けられな
い。
仮定して音声信号の低音域をブーストする、または高音
域を減衰させるといった周波数特性の補償を行うことは
可能であるが、騒音のスペクトラムが変化する場合には
十分な解決とはならないという問題があった。
のであり、高精度に検出された周囲騒音レベルに応じ
て、スピーカからの出力音量を自動的に調整し得る自動
音量調整装置を提供することを目的とし、また、スピー
カからの再生音のレベルに応じて音量の増幅量を調整
し、スピーカからの出力音量を自動的に調整し得る自動
音量調整装置を提供することを目的とし、また、音楽再
生時の周囲騒音による聴感音量の減少を適切に補償し、
音声信号の全周波数帯域にわたり適当な音量を維持する
自動音量調整装置を提供することを目的とする。
調整装置は、音源の音量調整器の出力に接続されている
適応フィルタと、該適応フィルタからの出力をマイクロ
ホンの出力から減算する減算器と、前記適応フィルタか
らの出力及び前記減算器の出力をそれぞれレベル変換
し、両者を音量調整器の音量制御信号にそれぞれ変換
し、変換後の両方の信号で音量調整器を制御するように
構成してあることを特徴とする。
発明において、音源から校正信号を発音させる基準信号
発生器と、マイクロホンからの信号のレベルを調整する
抵抗減衰器と、基準信号発生時に前記抵抗減衰器の出力
を読みとりこれを適当なレベルに調整するよう前記抵抗
減衰器の減衰量を調整する調整器と、設定された係数を
電源遮断後も保持する装置とを備えることを特徴とす
る。
発明において、音源の各チャンネルに対して設けた音量
調整器の出力がそれぞれ入力される2チャンネルの適応
フィルタを備え、夫々の適応フィルタの出力が減算器へ
減算値として入力されると共に、夫々の適応フィルタの
出力を加算してレベル変換するようにしてあり、これに
よりこのレベル変換後の信号と、減算器の出力をレベル
変換した信号とで2チャンネルの音量調整器を制御する
ようにしてあることを特徴とする。
発明において、音源の各チャンネルに対して設けた音量
調整器の出力がそれぞれ入力される2チャンネルの適応
フィルタを備え、夫々の適応フィルタの出力を加算して
レベル変換するように構成してあることを特徴とする。
発明において、音量調整装置にはオーディオ用のDSP
を使用し、抵抗減衰器の減衰量の調整に使用する校正信
号(例えばランダムノイズ等)の生成を、このDSPに
て行うよう構成してあることを特徴とする。
発明において、加算器及び減算器の出力よりそれぞれ変
換した信号のレベルを音源の音量の増幅量に変換する装
置と、校正信号発生時にマイクロホン出力より変換した
信号のレベルをマイクロホン出力信号に対する利得の調
整量に変換する装置とを共通のマイクロコンピュータで
構成してあることを特徴とする。
音をマイクロホンによって検知し、適応フィルタを用い
て、マイクロホンの出力に混じっているスピーカ音を、
スピーカからマイクロホンに至る系を最もよく近似した
特性を付加した信号によって減算器で相殺して周囲騒音
を検出している。一方、適応フィルタによって近似した
マイクロホン位置での音源からの出力のレベルを検出
し、ここで得られた音源からの出力のレベルと、減算器
で検出された周囲騒音のレベルとに応じて音量調整器を
制御することにより、聞き取り易い音量に音源からの出
力を自動調整する。
源から基準信号を発生させ、このときのマイクロホン出
力信号のレベルに応じて信号レベルが適当な範囲に納ま
るよう自動的にマイクロホン出力信号に対する利得を調
整するものである。また一度調整された値は電源遮断後
も保持され、毎回調整する必要がない。
囲騒音をマイクロホンによって検知し、その際にマイク
ロホンの出力に混じっているスピーカ音を、各音量調整
器からの出力に夫々の適応フィルタで、音源の各チャン
ネルに対応したそれぞれのスピーカからマイクロホンに
至る系を最もよく近似した特性を付加した信号によって
減算器で相殺して周囲騒音を検出すると同時に、適応フ
ィルタによって近似したマイクロホン位置での音源から
の出力のレベルをも検出し、ここで得られた音源からの
出力のレベルと、減算器で検出された周囲騒音のレベル
とに応じて音量調整器を制御することにより、聞き取り
易い音量に音源からの出力を自動調整する。
源から基準信号を発生させ、このときのマイクロホン出
力信号のレベルに応じて信号レベルが適当な範囲に納ま
るよう自動的にマイクロホン出力信号に対する利得を調
整する、という第2発明に加えて、音源の各チャンネル
に対応して適応フィルタが備えられている。
量調整器としてDSPを使用した場合に、マイクロホン
入力信号のレベルの調整を行う際に音源から出力する校
正用信号(例えばランダムノイズ等)を、DSP内部で
生成し出力することができる。
応フィルタより得られる周囲騒音レベル及び音源からの
出力レベルより音量の変化量を計算する手段としてマイ
クロコンピュータを使用した場合に、このマイクロコン
ピュータをマイクロホン出力信号に対する利得の調整を
行う際のマイクロホン出力信号のレベルを、利得の調整
量に変換する手段として共用することができる。
ブロック回路図であり、図において、201は音源、2
02,203は音量調整器、204,205,206は
アンプ、207,208はスピーカ、209はマイクロ
ホン、210は抵抗減衰器、211,212,213は
A/D変換器、214,215は適応フィルタ、216
は減算器、217は加算器、218,219,220は
A/D変換された信号をレベルに変換するレベル変換
器、221はレベル変換器219,220の出力に応じ
た増幅量制御信号を音量調整器202,203に送る増
幅量制御器、222は基準信号発生器、223は基準信
号発生器222を動作させこのときのレベル変換器21
8の出力に応じた減衰量制御信号を抵抗減衰器210に
送る減衰量調整器、224は設定された減衰量を保持す
る係数保持器である。
においては、音源201からの左右チャンネルの信号は
それぞれまず音量調整器202,203を通り、アンプ
204,205及びA/D変換器212,213に入力
される。アンプ204,205からの出力は、それぞれ
スピーカ207,208に入り、音波となって放射され
る。また、マイクロホン209で収音された周囲騒音+
スピーカ音は、アンプ206を通って抵抗減衰器210
を経てA/D変換器211に入力される。
出力デジタル信号は、それぞれ適応フィルタ214,2
15に入力されフィルタリングされてその出力が減算器
216及び加算器217に入力される。またA/D変換
器211からの出力デジタル信号も減算器216に入力
され、これから適応フィルタ214,215双方の出力
を減算したものがレベル変換器219に入力されると共
に、適応フィルタ214,215にそれぞれ係数更新用
信号として入力される。
は加算器217へも入力され、ここで加算されたものが
レベル変換器220へ入力される。
係数は、A/D変換器212からの信号を、音量調整器
202からアンプ204を経てスピーカ207で音波と
して放射されマイクロホン209で受音され、アンプ2
06、抵抗減衰器210を経てA/D変換器211に至
るまでの系に最も近くなるように更新される。また、適
応フィルタ215のフィルタ係数は、A/D変換器21
3からの信号を、音量調整器203からアンプ205を
経てスピーカ208で音波として放射されマイクロホン
209で受音され、アンプ206、抵抗減衰器210を
経てA/D変換器211に至るまでの系に最も近くなる
ように更新される。
信号を漸近的に最小とする係数更新アルゴリズムは周知
である。この結果、マイクロホン209で検出したスピ
ーカ音成分は打ち消されて、正確な周囲騒音が得られ
る。
はそれぞれ騒音計の時定数を近似した時定数をもって直
流に変換され、さらに対数変換されてデシベル値として
増幅量制御器221へ出力される。これを元に増幅量制
御器221から音量調整器202,203に増幅量制御
信号が送られる。
216へ出力されるとともにレベル変換器218へ出力
され、騒音計の時定数を近似した時定数をもって直流に
変換され、さらに対数変換されてデシベル値として減衰
量調整器223へ出力される。
24に記憶されている減衰量に抵抗減衰器210を常に
設定しておき、マイクロホンの利得調整要求があった場
合のみ基準信号発生器222より校正信号を発生させ、
このとき音量調整器202,203からアンプ204,
205を経てスピーカ207,208で音波として放射
され、マイクロホン209で受音され、抵抗減衰器21
0、A/D変換器211、レベル変換器218を経て減
衰量調整器223に入力される信号のレベルが適当な範
囲に納まるよう、抵抗減衰器210の減衰量を調整する
とともに設定した減衰量を係数保持器224に保持させ
る。
4〜増幅量制御器221は独立した装置として述べてき
たが、これらはデジタルシグナルプロセッサ(DSP)
を用いてプログラム処理としても構成することが可能で
ある。
すブロック回路図であり、図において、図1と同一部分
には同一符号を付し、この符号の説明は既に説明をした
ので省略する。225は音量増幅を行うDSP、226
は図1の214〜220と同じ処理を行い周囲騒音レベ
ルと音響再生レベルを検出するDSP、227はマイク
ロコンピュータ、228は不揮発性メモリである。
しながら説明する。図3はDSP26に内蔵されたプロ
グラムの動作を示すフローチャート、図4はマイクロコ
ンピュータ227に内蔵されたプログラムの動作を示す
フローチャートである。
においては、音源201からの左右チャンネルの信号は
それぞれまず音量増幅用のDSP225を通り、アンプ
204,205及びA/D変換器212,213に入力
される。アンプ204,205からの出力は、それぞれ
スピーカ207,208に入り、音波となって放射され
る。また、マイクロホン209で収音された周囲騒音+
スピーカ音は、アンプ206を通って抵抗減衰器210
を経てA/D変換器211に入力される。
うに、電源が投入されるとまず最初にA/D変換器21
1〜213よりデータを受け取る。次にA/D変換器2
12及びA/D変換器213より受け取ったデータをそ
れぞれ可変係数FIRデジタルフィルタでフィルタリン
グする。次にA/D変換器211より受け取ったデータ
から前記フィルタリング結果のデータを減算する。この
減算結果を利用して前記可変係数フィルタの係数を、そ
れぞれアンプ204,205を通りスピーカ207,2
08で音波として放射されマイクロホン209で受音さ
れ、アンプ206、抵抗減衰器210を経てA/D変換
器211に至るまでの系に最も近くなるように更新す
る。さらに、フィルタリング結果同士を加算する。この
減算結果及び加算結果ならびにA/D変換器211から
の入力データの3つを、レベル変換したのちにそれぞれ
騒音レベル、音響再生レベル、マイクロホン信号レベル
としてマイクロコンピュータ227へ送信する。
推定値を漸近的に最小とする係数更新アルゴリズムは周
知である。この結果、マイクロホンで検出したスピーカ
音成分は打ち消されて、正確な周囲騒音が得られる。
ように電源が投入されると、まず最初に抵抗減衰器21
0の減衰量を不揮発性メモリ228から読みだした値に
設定する。その後、DSP226より騒音レベル、音響
再生レベル、マイクロホン出力信号レベルの3つのデー
タを受け取り、このうち騒音レベルと音響再生レベル及
び抵抗減衰器210の減衰量の設定値から調整増幅量を
計算し、これをDSP225へ送信し、音量を変化させ
る。その後抵抗減衰器210の減衰量の再設定を行うか
どうかを確認し、これを行わない場合にはDSP226
より次のデータの組を受け取り前記のステップを繰り返
す。
場合には、まずDSP225に校正用信号を出力するよ
う指示を送る。次にDSP226よりデータを受け取り
その中のマイクロホン出力信号レベルに応じて抵抗減衰
器210の減衰量を変化させることを、データが適当な
範囲に納まるまで繰り返す。データが適当な範囲に納ま
った場合には校正信号を止めるようDSP225に指示
し、その後に新たな抵抗減衰器210の減衰量の設定値
を不揮発性メモリに記憶させ、次回からは電源投入時に
はこの値が設定されるようにする。
生する数学的処理は周知であり、デジタルシグナルプロ
セッサにてこれを実行させることに特に困難はない。
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
少を、騒音のレベル及び音声信号のレベルに応じて聴感
上適切に補償し音声信号の全周波数帯域にわたり適当な
音量を維持するという従来に無い自動音量制御機能を提
供することができる。
再生音を騒音と誤認識する不都合を排除して自動音量制
御機能動作を確実なものとすることができる。
し周囲騒音の検出精度を向上することで前記自動音量制
御機能動作を確実なものとすることができる。
ブロック回路図である。
ブロック回路図である。
を行うDSPの動作を示すフローチャートである。
タの動作を示すフローチャートである。
る。
る。
サ) 227 マイクロコンピュータ 228 不揮発性メモリ
Claims (6)
- 【請求項1】 マイクロホンから得られる周囲騒音に応
じて、音源からの音声信号に基づいてスピーカから発生
されるスピーカ音の音量を自動的に調整する装置におい
て、 前記音声信号を入力とする適応フィルタ(可変係数デジ
タルフィルタ)と、 前記マイクロホンから得られるスピーカ音と周囲騒音と
の合成音信号から前記適応フィルタの出力を減算した出
力信号により前記適応フィルタの係数を順次更新するこ
とにより、前記減算した出力信号中のスピーカ音成分を
実質的に零とする減算手段と、 前記減算手段の出力から得られる信号のレベルと、前記
適応フィルタの出力から得られる信号のレベルとに基づ
いて前記音源の音量を調整する音量調整手段とを備える
ことを特徴とする自動音量調整装置。 - 【請求項2】 校正信号をスピーカから発生させる手段
と、校正信号発生時にマイクロホンから得られる出力信
号に対する利得を調整する手段と、該手段により調整さ
れた利得を電源遮断後も保持する手段とを更に備えるこ
とを特徴とする請求項1記載の自動音量調整装置。 - 【請求項3】 適応フィルタは、音源の左右各チャンネ
ルの音声信号をそれぞれ入力とする2チャンネルであ
り、前記減算手段には前記2チャンネルの適応フィルタ
の出力が減算値として入力され、前記音量調整手段には
前記減算手段の出力から得られる信号のレベルと、前記
適応フィルタの2チャンネルの出力の加算値から得られ
る信号のレベルとが与えられるようにしてあることを特
徴とする請求項1記載の自動音量調整装置。 - 【請求項4】 適応フィルタは、左右各チャンネルの音
声信号をそれぞれ入力とする2チャンネルであることを
特徴とする請求項2記載の自動音量調整装置。 - 【請求項5】 音源の音量調整手段と校正信号発生手段
とを共通のDSP(デジタルシグナルプロセッサ)によ
り構成したことを特徴とする請求項4記載の自動音量調
整装置。 - 【請求項6】 前記適応フィルタの2チャンネルの出力
の加算値から得られる信号のレベルを前記音源の音量の
増幅量に変換する手段と、前記校正信号発生時にマイク
ロホン出力より変換した信号のレベルをマイクロホン出
力信号に対する利得の調整量に変換する手段とを共通の
マイクロコンピュータで構成したことを特徴とする請求
項4記載の自動音量調整装置。
Priority Applications (3)
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