JP3309008B2 - オーディオ装置 - Google Patents

オーディオ装置

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JP3309008B2
JP3309008B2 JP20924593A JP20924593A JP3309008B2 JP 3309008 B2 JP3309008 B2 JP 3309008B2 JP 20924593 A JP20924593 A JP 20924593A JP 20924593 A JP20924593 A JP 20924593A JP 3309008 B2 JP3309008 B2 JP 3309008B2
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秀樹 佐藤
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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はオーディオ装置に係わ
り、特に総合周波数特性が所望の特性となるようにイコ
ライザの周波数特性を自動的に設定するオーディオ装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】オーディオ装置にはオートイコライザと
呼ばれる機能がある。これは、予め所定の周波数特性を
メモリに記憶しておき、オートイコライザキーの操作に
より該周波数特性をイコライザに設定して音響空間を含
む全体の総合周波数特性が所望の特性となるように制御
する機能である。
【0003】このオートイコライザ機能を実現するには
オーディオ音がスピーカより放射される音響空間の周波
数特性を把握する必要がある。図6は従来のオートイコ
ライザ機能を実現するオーディオ装置の要部構成図であ
る。図中、1はイコライザであり、オーディオソース
(図示せず)から出力されるオーディオ信号Saの各周
波数帯域成分を出力するバンドパスフィルタネットワー
ク1aと、各帯域成分に所定周波数特性に応じたゲイン
を乗算するゲイン可変アンプ1b1〜1bnと、各ゲイン
可変アンプ出力を合成する合成部1cを有している。2
は音響空間の周波数特性を測定するために使用されるノ
イズ発振器であり、例えば全域でフラットなレベルを有
するホワイトノイズを発生するようになっている。3は
イコライザ出力とノイズ発振器出力を選択するスイッ
チ、4はパワーアンプ、5は車室内空間等の音響空間で
ある。
【0004】音響空間5はオーディオ音を放射するスピ
ーカ5a、オーディオ音伝搬系5b、聴取者の耳元近傍
等の観測点に設けられ、スピーカより放射されて伝搬し
てくるオーディオ音を検出するマイクロフォン5cで構
成される。6はマイクにより検出された観測点における
オーディオ信号の各周波数帯域成分を出力するバンドパ
スフィルタネットワーク、7は観測点におけるオーディ
オ信号の各周波数帯域のレベル(振幅)を分析して、総
合周波数特性が所望の特性(例えばフラットな特性)と
なるように、イコライザの各周波数帯域におけるゲイン
を決定して内蔵のメモリに記憶し、オートイコライザ機
能が要求された時該ゲインをイコライザ1における各ゲ
イン可変アンプ1b1〜1bnに設定する周波数特性分析
部である。
【0005】オートイコライザ機能によりイコライザに
設定するゲインを決定するには、スイッチ3によりノイ
ズ発振器2の出力を選択し、スピーカ5aからホワイト
ノイズを出力する。マイク5cはスピーカより放射され
て伝搬してくるホワイトノイズを検出し、バンドパスフ
ィルタ6に入力する。バンドパスフィルタ6はマイクよ
り入力された観測点におけるホワイトノイズを周波数帯
域毎に分離して周波数特性分析部7に入力する。周波数
特性分析部7は各周波数帯域における信号レベルに基づ
いて総合周波数特性が所望の周波数特性となるようにゲ
イン可変アンプ1b1〜1bnのゲインを決定してメモリ
に記憶する。しかる後、スイッチ3によりイコライザ出
力を選択させる。オートイコライザ機能が要求されてい
ない場合にはイコライザ特性設定部(図示せず)で設定
したゲインをゲイン可変アンプ1b1〜1bnに入力して
周波数特性を制御するが、オートイコライザ機能が要求
されるとメモリに記憶してあるゲインをゲイン可変アン
プ1b1〜1bnに入力して総合周波数特性を所望の特性
にする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、オートイコラ
イザを実現する従来の方式では、全域でフラットなノイ
ズを音響空間に出力しなければならず、ユーザにとって
不快となる問題がある。又、従来の方式では、所望の総
合周波数特性となるようにゲインを決定する際には音楽
が聴けない問題がある。更に、従来の方式では、走行中
にゲインの決定を行うと測定精度が低下し、所望の総合
周波数特性を得ることができない問題がある。これは、
走行中では車室内にロードノイズやエンジン音などが発
生しているため、マイクで検出した信号にホワイトノイ
ズの他にロードノイズやエンジン音が含まれるからであ
る。
【0007】以上から、本発明の目的は、ホワイトノイ
ズを発生しなくても所望の総合周波数特性となるような
イコライザの周波数特性(各帯域のゲイン)を求めるこ
とができ、しかも、走行中であっても、又、音楽を聴き
ながらであっても所望の総合周波数特性となるようにイ
コライザの周波数特性を調整することができるオーディ
オ装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記オートイコライザに
関連する課題は、音響空間の所定の観測点における音を
検出する検出部と、検出部より出力される検出信号の低
域成分が入力されると共に、オーディオ信号の低域成分
が参照信号として入力され、該検出信号に含まれる低域
のオーディオ信号成分をキャンセルするように適応信号
処理を行う適応信号処理部と、前記検出信号に含まれる
オーディオ信号の高域成分と適応信号処理部から出力さ
れる観測点におけるオーディオ信号の低域成分を合成し
て観測点におけるオーディオ信号を出力するオーディオ
信号出力部と、オーディオソースから出力されるオーデ
ィオ信号と観測点におけるオーディオ信号の複数の周波
数帯域におけるレベルを求め、両信号の各周波数帯域に
おけるレベルに基づいて、イコライザ及び音響空間を含
む総合周波数特性が所定の周波数特性となるようにイコ
ライザの周波数特性を決定する周波数特性決定部とによ
り達成される。
【0009】
【0010】
【0011】
【作用】マイク等の検出部は音響空間の所定の観測点に
おける音を検出し、適応信号処理部は該検出信号の低域
成分と、参照信号として入力されるオーディオ信号の低
域成分とを用いて適応信号処理を実行し、適応フィルタ
より低域のオーディオ信号成分を出力する。オーディオ
信号出力部は検出信号に含まれるオーディオ信号の高域
成分と適応信号処理部(適応フィルタ)から出力される
観測点におけるオーディオ信号の低域成分を合成し、観
測点におけるオーディオ信号を出力する。周波数特性設
定部はオーディオソースから出力されるオーディオ信号
と観測点におけるオーディオ信号との複数の周波数帯域
におけるレベルを求め、両信号の各周波数帯域における
レベルに基づいて、総合周波数特性が所定の周波数特性
となるようにイコライザの周波数特性を決定する。この
ようにすれば、ホワイトノイズを発生しなくても所望の
総合周波数特性となるようにイコライザの周波数特性
(各帯域のゲイン)を求めることができ、しかも、走行
中であっても、又、音楽を聴きながらであっても所望の
総合周波数特性となるようにイコライザの周波数特性を
求めることができる。
【0012】又、ノイズ信号出力部は、オーディオ信号
の低域成分(適応フィルタ出力)を検出信号の低域成分
から減算して観測点におけるノイズ信号を出力し、周波
数特性補正部は複数の周波数帯域におけるノイズ信号の
レベルを検出し、該レベルが大きい程ゲインが大きくな
るようにイコライザの周波数特性を補正する。これによ
り、ノイズレベルに応じたマスキング補正ができる。更
に、ボリューム制御部はノイズレベルに基づいて音量を
制御し、ノイズレベルが大きくなっても音量を大きくし
て音楽を聴けるようにできる。
【0013】
【実施例】全体の構成 図1は本発明のオーディオ装置の全体の構成図である。
11はイコライザであり、オーディオソース(図示せ
ず)から出力されるオーディオ信号Saの各周波数帯域
成分を出力するバンドパスフィルタで構成されたフィル
タバンク11aと、各帯域成分に所定周波数特性に応じ
たゲインを乗算するゲイン可変アンプ11b1〜11bn
と、各ゲイン可変アンプ出力を合成する合成部11cを
有している。12は音量調整用の電子ボリューム、13
はパワーアンプ、14は車室内空間等の音響空間であ
る。音響空間14はオーディオ音を放射するスピーカ1
4a、オーディオ音伝搬系14b、聴取者の耳元近傍等
の観測点に設けられ、スピーカより放射されて伝搬して
くるオーディオ音を検出するマイクロフォン14cで構
成される。
【0014】15はオーディオソースから出力されるオ
ーディオ信号Saの低域成分を出力するローパスフィル
タであり、ロードノイズやエンジン音の周波数帯域に応
じた低域成分を出力するもの、16,17はスピーカか
らマイクまでの信号遅延特性を付与する遅延特性付与
部、18はマイクにより検出された検出信号Sd(観測
点におけるオーディオ信号、ノイズを含む)の低域成分
を出力するローパスフィルタであり、ロードノイズやエ
ンジン音の周波数帯域に応じた低域成分を出力する。1
9は適応信号処理部であり、検出信号Sdの低域成分S
d′が入力されると共に、オーディオ信号Saの低域成
分が参照信号として入力され、検出信号Sdに含まれる
低域のオーディオ信号成分をキャンセルするように、換
言すれば低域のオーディオ信号成分ynを出力するよう
にLMS(Least Mean Squuare)アルゴリズムに基づいて
適応信号処理を行う。
【0015】20はマイクにより検出された検出信号S
d(観測点におけるオーディオ信号、ノイズを含む)の
高域成分を出力するハイパスフィルタであり、ロードノ
イズやエンジン音の周波数帯域外の高域成分を出力す
る。従って、ハイパスフィルタ20からは観測点におけ
るオーディオ信号の高域成分が出力される。21は検出
信号Sdに含まれる低域成分Sd′(観測点におけるオ
ーディオ信号の低域成分とノイズを含んでいる)より適
応信号処理部19の出力信号yn(観測点における低域
のオーディオ信号)を減算してノイズ信号Snを出力す
る演算部、22は観測点におけるオーディオ信号の高域
成分と適応信号処理部19の出力信号yn(観測点にお
ける低域のオーディオ信号)を加算して観測点における
オーディオ信号Sa2を出力する演算部、23はオート
イコライジングやノイズのマスキング、ノイズレベルに
応じたボリュームの調整を行うコントローラである。
【0016】適応信号処理部 適応信号処理部19はデジタルフィルタ構成の適応フィ
ルタ19aとLMSアルゴリズムに従って適応信号処理
を行なうLMS信号処理部19bを有している。適応フ
ィルタ19aは、LMS信号処理部19bにより決定さ
れた係数を用いてオーディオ信号の低域成分xnにデジ
タルフィルタ処理を施して信号ynを出力する。適応フ
ィルタ19aは図2に示すように、FIR型デジタルフ
ィルタで構成され、例えば、入力信号xnを順次1サン
プリング時間遅延する遅延要素DL,DL・・・と、各
遅延要素出力に係数w1(n),w2(n),w3(n)・・・w
N(n)を乗算する乗算部ML,ML,・・・と、各乗算部
出力を順次加算する加算部AD,AD・・・で実現され
る。
【0017】現時刻n・Tsにおける入力信号をxn、そ
の時の各乗算器の係数をw1(n),w 2(n),w3(n)・・・
N(n)、出力をynとすれば、適応フィルタ19aは次
【数1】 の演算を実行し、信号ynを出力する。
【0018】LMS信号処理部19bは演算部21の出
力信号enが入力されると共に、オーディオ信号の低域
成分xnが参照信号として入力され、これら信号を用い
て演算部21の出力信号enに含まれるオーディオ信号
の低域成分が最小(=0)となるようにLMS適応信号
処理を行い、適応フィルタ19aの係数を決定する。す
なわち、LMS適応信号処理部19bは、現時刻n・T
sにおける適応フィルタ19aの係数をw1(n),w
2(n),w3(n)・・・wN(n)とすれば、1サンプリング時
間Ts後の時刻(n+1)・Tsにおける適応フィルタの係数
1(n+1),w2(n+1),w3(n+1)・・・wN(n+1)を次式
(係数更新式)により決定する。
【0019】
【数2】
【0020】尚、j番目のフィルタ係数更新式は wj(n+1)=wj(n)+μ・x(n-j+1)・en (3) となる。式中、(n)は現サンプリング時刻の値、(n+1)は
1サンプリング時間後の値、(n-1)は1サンプリング時
間前の値、(n-2)は2サンプリング時間前の値、・・・を意
味している。又、μは適応フィルタの係数を更新するス
テップを決める定数(ステップサイズパラメータ)であ
る。適応信号処理によれば、参照信号と相関がある信号
成分をキャンセルするように適応フィルタ19aの係数
を決定し、該適応フィルタより信号ynが出力される。
従って、信号ynは観測点における検出信号Sdに含ま
れるオーディオ信号の低域成分に等しくなる。
【0021】全体の動作 オーディオソース(図示せず)から出力されたオーディ
オ信号Saはイコライザ11に入力される。イコライザ
11はイコライザ特性設定部(図示せず)で設定された
周波数特性に基づいて各帯域のゲインを制御し、オーデ
ィオ信号に前記周波数特性を付与して出力する。電子ボ
リューム12はボリューム設定値に基づいてオーディオ
信号レベルを調整し、パワーアンプ13を介してスピー
カ14aに入力する。スピーカ14aは入力されたオー
ディオ信号に基づいてオーディオ音を音響空間に放射
し、聴取者は音楽等を聴取する。以上と並行して、オー
ディオ信号Saの低域成分にスピーカ14aからマイク
14cまでの遅延特性を付与された信号xnが参照信号
として適応信号処理部19に入力される。又、マイク1
4cで検出された観測点における信号(検出信号)Sd
の低域成分Sd′と適応フィルタ19aの出力信号yn
との差(誤差信号)enが適応信号処理部19に入力さ
れる。
【0022】LMS信号処理部19bは前述のLMS適
応信号処理を行って適応フィルタ19aの係数を決定
し、適応フィルタ19aは該決定された係数に基づいて
参照信号xnにフィルタリング処理を施して信号ynを出
力する。かかる適応信号処理を繰り返すと出力信号yn
は理想的に検出信号Sd′に含まれるオーディオ信号の
低域成分と等しくなり、演算部21の出力信号enには
オーディオ信号の低域成分が含まれなくなり、ノイズ信
号のみとなる。又、演算部22は適応フィルタ19aの
出力信号yn(観測点におけるオーディオ信号の低域成
分)とハイパスフィルタ出力(観測点におけるオーディ
オ信号の高域成分)を加算して観測点におけるオーディ
オ信号Sa2を出力する。
【0023】以上により、コントローラ23には観測点
におけるオーディオ信号Sa2が入力2として入力さ
れ、観測点におけるノイズ信号Snが入力3として入力
される。又、オーディオ信号Saにスピーカ14aから
マイク14cまでの遅延特性を付与されたオーディオ信
号Sa1が入力1としてコントローラ23に入力され
る。コントローラ23は入力1〜入力3を用いてオート
イコライジング、ノイズのマスキング、ボリュームの自
動調整を行う。以下、コントローラ23によるオートイ
コライジング、ノイズのマスキング、ボリュームの自動
調整(オートボリューム)に付いて説明する。
【0024】オートイコライジング 図3はコントローラ23内のオートイコライジング用制
御部の構成図である。オートイコライジングにおいて
は、音響空間を含む全体の総合周波数特性が所望の特性
となるように制御するもので、以下では所望の総合周波
数特性が全域でフラットな特性であるとして説明する。
51は音響空間14の遅延特性が付与されたオーディオ
信号(入力1)Sa1の各周波数帯域成分を分離・通過
させるフィルタバンクであり、多数のバンドパスフィル
タで構成されている。52a〜52nは各周波数帯域成
分の所定時間(ブロックという)内の平均を計算して出
力するブロック平均演算部、53はアンプ、54は各帯
域成分のブロック平均値を加算する加算器、55a〜5
5nは除算器であり、ブロック平均の合計値で各ブロッ
ク平均値を除算する。アンプ53、加算器54及び除算
器55a〜55nは、合計値を1とする正規化回路を構
成する。正規化する理由は、オーディオ信号Sa1と比
較すべき観測点におけるオーディオ信号Sa2の各周波
数帯域成分のレベルが異なるからである。尚、後述する
ように、当然、観測点におけるオーディオ信号Sa2
各周波数帯域成分も正規化される。
【0025】61は観測点におけるオーディオ信号(入
力2)Sa2の各周波数帯域成分を分離・通過させるフ
ィルタバンクであり、多数のバンドパスフィルタで構成
されている。62a〜62nは各周波数帯域成分の所定
時間内の平均を計算して出力するブロック平均演算部、
63はアンプ、64は各帯域成分のブロック平均値を加
算する加算器、65a〜65nは除算器であり、ブロッ
ク平均の合計値で各ブロック平均値を除算する。アンプ
63、加算器64及び除算器65a〜65nは、合計値
を1とする正規化回路を構成する。71a〜71nはオ
ーディオソースから出力されたオーディオ信号Sa1
観測点におけるオーディオ信号Sa2の各周波数帯域成
分(正規化されている)の差を演算する演算部、73は
オートイコライジング制御時におけるイコライザの周波
数特性(各帯域のゲイン)を決定する周波数特性決定部
(ゲイン決定部)である。
【0026】ゲイン決定部75はオーディオソースから
出力されたオーディオ信号Sa1と観測点におけるオー
ディオ信号Sa2の各周波数帯域成分の正規化値の差が
零となるように各帯域のゲインを決定してイコライザ1
1(図1参照)のゲイン可変アンプ11b1〜11bnに
設定し、総合周波数特性がフラットとなるように制御す
る。尚、オートイコライジング制御時にイコライザ11
にゲインを設定する方法には、リアルタイムに上記制
御でゲインを決定し、操作部よりオートイコライザが要
求された時のみ、該ゲインをイコライザに設定して固定
する方法、オートイコライジング制御時、リアルタイ
ムに上記制御を実行してゲインを決定し、該ゲインを逐
次イコライザに設定する方法、オートイコライジング
制御時、リアルタイムに上記制御でゲインを決定し、曲
間時に最新のゲインをイコライザに設定する方法等があ
る。
【0027】ノイズマスキング 図4はコントローラ23内のノイズマスキング用制御部
の構成図である。ノイズマスキングとはノイズの各周波
数帯域成分のレベルに基づいてイコライザ11の周波数
特性を補正する制御である。オーディオ音はノイズの大
きさに応じてマスキングされ、聴取者は明瞭にオーディ
オ音を聴取できなくなる。そこで、ノイズの各周波数帯
域成分を検出し、該成分のレベルに基づいてイコライザ
11の周波数特性を補正する。図4において、81はノ
イズ信号Sn(入力3)の各周波数帯域成分を分離・通
過させるフィルタバンクであり、多数のバンドパスフィ
ルタで構成されている。82a〜82nは各周波数帯域
成分の所定時間内の平均を計算して出力するブロック平
均演算部、83はゲイン補正部である。
【0028】ゲイン補正部83は、イコライザ11の周
波数特性(各帯域のゲイン)をノイズSnの各帯域にお
けるレベルに基づいて補正する。例えば、所定帯域のノ
イズレベルが大きい場合には該帯域のイコライザゲイン
が大きくなるように補正し、補正したゲインをゲイン可
変アンプ11b1〜11bnに設定する。具体的には、ノ
イズ成分の正規化値とゲイン補正量との対応表を記憶し
ておき、該対応表を用いてイコライザゲインを補正す
る。これにより、オーディオ音はノイズによりマスキン
グされず、明瞭なオーディオ音を聴取することができ
る。尚、ゲイン可変アンプ11b1〜11bn(図1参
照)の後段にそれぞれマスキング補正用の第2のゲイン
可変アンプを設け、所定帯域のノイズレベルが大きい場
合には該帯域のイコライザゲインがトータル的に大きく
なるように第2のゲイン可変アンプにゲインを設定する
構成とすることもできる。
【0029】オートボリューム 図5はコントローラ23内のオートボリューム用制御部
の構成図である。オートボリュームは、観測点における
オーディオ信号レベルとノイズレベルを比較して、その
割合に応じて音量制御を行う方法である。図5におい
て、91は観測点におけるオーディオ信号Sa2の所定
時間内の平均値を演算して出力するブロック平均演算
部、92は観測点におけるノイズ信号Snの所定時間内
の平均値を演算して出力するブロック平均演算部、9
3,94はアンプ、95は観測点におけるオーディオ信
号レベルとノイズ信号レベルの差分を演算する演算部、
96はボリュームの変化スピード調整用のローパスフィ
ルタ、96は音量決定部である。
【0030】音量決定部97は観測点におけるオーディ
オ信号レベルとノイズ信号レベルの差分に基づいてボリ
ュームで設定した音量設定値Vを補正して電子ボリュー
ム12(図1参照)に入力する。すなわち、音量決定部
97はノイズ信号レベルが大きくなると音量を大きくし
てオーディオ音を明瞭に聴取できるようにする。具体的
には、オーディオ信号レベルとノイズ信号レベルの差分
Dに応じて音量設定値Vを調整し、Vを電子ボリューム
12に入力して音量を制御する。以上、本発明を実施例
により説明したが、本発明は請求の範囲に記載した本発
明の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明はこれ
らを排除するものではない。
【0031】
【発明の効果】以上本発明によれば、ホワイトノイズを
発生しなくても所望の総合周波数特性となるようにイコ
ライザゲインを決定してオートイコライザ制御ができ
る。又、本発明によれば、観測点におけるオーディオ信
号とノイズ信号を分離し、該観測点におけるオーディオ
信号とオーディオソースから出力されるオーディオ信号
の各帯域成分に基づいてイコライザのゲインを決定する
ようにしたから、ノイズが発生している状況であって
も、例えば走行中であっても、又、音楽を聴きながらで
あっても、正確に所望の総合周波数特性となるようにイ
コライザゲインを決定してオートイコライジングを行う
ことができる。
【0032】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のオーディオ装置の構成図である。
【図2】適応フィルタの構成図である。
【図3】オートイコライザ制御部の構成図である。
【図4】マスキング補正制御部の構成図である。
【図5】オートボリューム制御部の構成図である。
【図6】オートイコライザ機能を実現する従来のオーデ
ィオ装置の要部構成図である。
【符号の説明】
11・・イコライザ 12・・電子ボリューム 14・・音響空間 19・・適応信号処理部 23・・コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−302204(JP,A) 特開 平1−106510(JP,A) 特開 昭61−101107(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03G 3/32 H03G 5/16 H03H 21/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オーディオソースから出力されるオーデ
    ィオ信号に所定の周波数特性を付与するイコライザと、
    イコライザから出力されるオーディオ信号を入力され音
    響空間にオーディオ音を放射するスピーカを備えたオー
    ディオ装置において、 音響空間の所定の観測点における音を検出する検出部
    と、 検出部より出力される検出信号の低域成分が入力される
    と共に、オーディオ信号の低域成分が参照信号として入
    力され、該検出信号に含まれる低域のオーディオ信号成
    分をキャンセルするように適応信号処理を行う適応信号
    処理部と、 前記検出信号に含まれるオーディオ信号の高域成分と適
    応信号処理部から出力される観測点におけるオーディオ
    信号の低域成分を合成して観測点におけるオーディオ信
    号を出力するオーディオ信号出力部と、 オーディオソースから出力されるオーディオ信号と観測
    点におけるオーディオ信号の複数の周波数帯域における
    レベルを求め、両信号の各周波数帯域におけるレベルに
    基づいて、イコライザ及び音響空間を含む総合周波数特
    性が所定の周波数特性となるようにイコライザの周波数
    特性を決定する周波数特性決定部を有することを特徴と
    するオーディオ装置。
JP20924593A 1993-08-24 1993-08-24 オーディオ装置 Expired - Fee Related JP3309008B2 (ja)

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