JP3322479B2 - Audio equipment - Google Patents
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- Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
- Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
Description
【０００１】[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、ラウドネスに基づいて雑音下でのオーディオ
信号を、雑音のない場合と等しくし、観測点において雑
音下であっても静かな環境と同等なオーディオ音を聴取
できるようにしたオーディオ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an audio device, and more particularly to a method for equalizing an audio signal under noise on the basis of loudness as if there is no noise, and providing a quiet environment even at noise at an observation point. The present invention relates to an audio device capable of listening to an equivalent audio sound.
【０００２】[0002]
【従来の技術】人間の知覚する”音の大きさ（ラウドネ
ス）”の単位はsoneであり、1KHz、40dBの純音の大きさ
を1soneとする。人間の知覚に基づいているため、1sone
に対して2soneは２倍の大きさに聞こえる。図１４は100
0Hz純音のラウドネス曲線であり、横軸が実際の音のレ
ベル(dB)であり、縦軸が知覚する音の大きさ(ラウドネ
ス)である。図中、(a)はラウドネスをφ、音の強さをI
で表現した時、次式 φ＝ＫＩn で与えられる理想的なラウドネス曲線である。しかし、
実際は血流音等の生理的雑音や外来雑音があるため、ラ
ウドネス曲線は、これら雑音下での最小可聴値の強さを
Ｉthとして、次式 φ＝Ｋ（Ｉn −Ｉth n ) で表わされる。図中の(b)は血液の流れる音等の生理的
雑音のみで外部雑音がない場合（静穏状態）のラウドネ
ス曲線、(c)は最小可聴値を15dB上昇させる雑音が発生
している状態でのラウドネス曲線、(d)は最小可聴値を3
5dB上昇させる雑音が発生している状態でのラウドネス
曲線、(e)は最小可聴値を55dB上昇させる雑音が発生し
ている状態でのラウドネス曲線である。生理的雑音は普
通に存在するものなので、以下では、外来雑音の無い状
態を雑音のない状態、外来雑音の有る状態を雑音の有る
状態とする。図１４から明らかなように、人間が知覚
する音の大きさは、音の強さが最小可聴値に近づく程、
急激に減少し、また、その減少の度合いも、ノイズの
レベルによって異なる。さらに、ラウドネスは音の強さ
だけでなく周波数スペクトルによっても変化し、これが
周波数スペクトルの最も単純な純音の場合、純音の周波
数がラウドネスに影響を与えることになる。図１５は、
外部雑音の無い状態で、音圧レベルがxdBの1kHz純音と
同じラウドネスになる純音の音圧レベルを結んだもので
等ラウドネスレベル曲線と呼ばれるものである。図１５
から明らかなように、中音域に比べて、低音域や高音域
の方が、ラウドネスの増加率は高い。つまり、音のレ
ベルが全周波数にわたって一様に変化すると、各周波数
成分の相対的なラウドネスが変化し、音のバランスが崩
れてしまう。このため、従来のオーディオ装置には、
の点のみに着目し、ボリュームで音量を絞った時、絞り
量に応じて低域及び高域の音量を持ち上げるラウドネス
回路が設けられている。これが等ラウドネスレベル曲線
に忠実に従うものであれば、間接的にを満たすことに
なる。2. Description of the Related Art The unit of "sound volume (loudness)" perceived by humans is sone, and the volume of a pure tone of 1 KHz and 40 dB is defined as 1 sone. 1sone because it is based on human perception
On the other hand, 2sone sounds twice as big. FIG. 14 shows 100
This is a loudness curve of a 0 Hz pure tone, the horizontal axis is the actual sound level (dB), and the vertical axis is the perceived loudness (loudness). In the figure, (a) shows loudness φ and sound intensity I
Is an ideal loudness curve given by the following equation: φ = KI n . But,
Since the actual have a physiological noise and external noise, such as blood flow sound loudness curve, the intensity of the minimum audible value under these noise as I th, the following equation φ = K (I n -I th n ). In the figure, (b) is a loudness curve when there is no external noise (quiet state) with only physiological noise such as sound of blood flowing, and (c) is a state where noise that raises the minimum audible value by 15 dB is generated. Loudness curve, (d) is the minimum audible value of 3.
A loudness curve in a state where a noise that raises 5 dB is generated, and (e) is a loudness curve in a state where noise that raises the minimum audible value by 55 dB is generated. Since physiological noise exists normally, hereinafter, a state without external noise is referred to as a state without noise, and a state with external noise is referred to as a state with noise. As is clear from FIG. 14, the loudness of the sound perceived by humans increases as the sound intensity approaches the minimum audible value.
It decreases sharply, and the degree of the decrease also depends on the noise level. Furthermore, the loudness changes not only with the sound intensity but also with the frequency spectrum, and when this is the simplest pure tone of the frequency spectrum, the frequency of the pure tone affects the loudness. FIG.
In a state where there is no external noise, the sound pressure level is obtained by connecting the sound pressure levels of pure tones having the same loudness as a 1 kHz pure tone of xdB, and is called an equal loudness level curve. FIG.
As is clear from the above, the increase rate of the loudness is higher in the low range and the high range than in the middle range. That is, if the sound level changes uniformly over all frequencies, the relative loudness of each frequency component changes, and the sound balance is lost. For this reason, conventional audio devices include:
Focusing only on the above point, a loudness circuit is provided that raises the volume of the low and high frequencies according to the amount of aperture when the volume is reduced by the volume. If this faithfully follows the equal loudness level curve, it will be satisfied indirectly.
【０００３】又、オーディオ装置にはイコライザが設け
られ、イコライザにより操作部等から設定した所望の周
波数特性をオーディオ信号に付与するようにしている。
理想的な音響系においては、イコライザに希望する周波
数特性を設定すれば、音響空間における聴取位置におい
て、設定した通りの周波数特性が付与された音声を聴取
することができる。しかし、一般の音響系は、周波数
特性が平坦でなく、また直線位相系ではない。の理
由から、設定したイコライザの周波数特性は聴取位置に
おいて乱れることになる。また、たとえ音響系の周波数
特性の乱れを考慮してイコライザの周波数特性を設定し
たとしても、イコライザは位相特性まで制御していない
ので、の理由から聴取位置において所望の音声は得ら
れなくなる。このため、設定した伝達特性通りの音声を
聴取できるようにした適応イコライザとよばれる技術が
提案されている。図１６は適応イコライザの構成図であ
り、１はオーディオ信号Ｓａを出力するオーディオソー
ス（チューナ、テープデッキ、ＣＤプレーヤ等）、２は
目標伝達特性（インパルスレスポンス）を設定すると共
に、オーディオ信号Ｓａが入力される目標特性設定部
（デジタルフィルタ）、４は車室内音響空間の聴取位置
における音声を検出するマイク、５は検出された音声信
号Ｓdとデジタルフィルタ２から出力される音声信号Ｓ
ｅとの差を演算する演算部、６は前記差が零なるように
信号Ｓｃを発生する信号処理装置、７は該信号Ｓｃに応
じた音声を車室内音響空間ＣＳＳに放射するスピーカで
ある。Also, an equalizer is provided in the audio device, and a desired frequency characteristic set from an operation unit or the like is given to the audio signal by the equalizer.
In an ideal sound system, if a desired frequency characteristic is set in the equalizer, a sound with the set frequency characteristic can be heard at a listening position in an acoustic space. However, general acoustic systems do not have flat frequency characteristics and are not linear phase systems. For this reason, the set equalizer frequency characteristics are disturbed at the listening position. Further, even if the frequency characteristics of the equalizer are set in consideration of the disturbance of the frequency characteristics of the acoustic system, the desired sound cannot be obtained at the listening position for the reason that the equalizer does not control the phase characteristics. For this reason, a technique called an adaptive equalizer has been proposed which allows the user to listen to the sound according to the set transfer characteristics. FIG. 16 is a configuration diagram of an adaptive equalizer. 1 is an audio source (a tuner, a tape deck, a CD player, etc.) for outputting an audio signal Sa, 2 is a target transfer characteristic (impulse response), and the audio signal Sa is The input target characteristic setting unit (digital filter), 4 is a microphone for detecting a sound at a listening position in a vehicle interior acoustic space, 5 is a detected sound signal Sd and a sound signal S output from the digital filter 2.
e, a calculation unit for calculating a difference from e, a signal processing device 6 for generating a signal Sc such that the difference becomes zero, and a speaker 7 for emitting a sound corresponding to the signal Sc to the vehicle interior acoustic space CSS.
【０００４】信号処理装置６は、オーディオ信号Ｓａを
参照信号として入力されると共に、前記演算部５から出
力される差信号（検出音声信号Ｓdとデジタルフィルタ
出力信号Ｓｅとの差）をエラ−信号Ｅとして入力され、
該エラ−信号が最小（零）となるように適応信号処理を
行って信号Ｓｃを出力する。信号処理装置６は、適応信
号処理部（ＬＭＳ）６ａと、デジタルフィルタ構成の適
応フィルタ（ＡＤＦ）６ｂと、参照信号Ｓａにスピーカ
７から聴取位置までの音声伝搬系の伝搬特性（伝達関
数）を畳み込んで信号処理用参照信号（フィルタードリ
ファレンス信号）Ｒを作成する信号処理フィルタ（フィ
ルタードＸ信号作成用フィルタ）６ｃを有している。The signal processing device 6 receives the audio signal Sa as a reference signal and outputs the difference signal (the difference between the detected audio signal Sd and the digital filter output signal Se) output from the arithmetic unit 5 as an error signal. Entered as E,
Adaptive signal processing is performed so that the error signal becomes minimum (zero), and a signal Sc is output. The signal processing device 6 includes an adaptive signal processing unit (LMS) 6 a, an adaptive filter (ADF) 6 b having a digital filter configuration, and a reference signal Sa which indicates the propagation characteristics (transfer function) of the sound propagation system from the speaker 7 to the listening position. It has a signal processing filter (filtered X signal generation filter) 6c that generates a signal processing reference signal (filtered reference signal) R by convolution.
【０００５】適応信号処理部６ａは聴取位置におけるエ
ラー信号Ｅと信号処理フィルタ６ｃを介して入力される
信号処理用参照信号Ｒを入力され、これら信号を用いて
聴取位置における音声信号（第１、第２スピーカの合成
信号）Ｓｄがデジタルフィルタ出力音声信号Ｓｅと等し
くなるように適応信号処理を行って適応フィルタ６ｂの
係数を決定する。例えば、適応信号処理部６ａは周知の
フィルタードＸ ＬＭＳ(Least Mean Square)適応アルゴ
リズムに従って、エラ−信号Ｅが最小となるように適応
フィルタ６ｂの係数を決定する。適応フィルタ６ｂは適
応信号処理部６ａにより決定された係数に従ってオーデ
ィオ信号Ｓａにデジタルフィルタ処理を施して信号Ｓｃ
を出力する。従って、適応信号処理によりＳｄ＝Ｓｅと
なるように適応フィルタ６ｂの係数が所定値に収束すれ
ば、聴取位置において、デジタルフィルタ２に設定した
伝達特性通りの音声を聴取することができる。The adaptive signal processing section 6a receives the error signal E at the listening position and the signal processing reference signal R input through the signal processing filter 6c, and uses these signals to generate an audio signal (first, first) at the listening position. The adaptive signal processing is performed so that the synthesized signal (Sd of the second speaker) becomes equal to the digital filter output audio signal Se, and the coefficient of the adaptive filter 6b is determined. For example, the adaptive signal processing unit 6a determines coefficients of the adaptive filter 6b according to a well-known filtered X LMS (Least Mean Square) adaptation algorithm so that the error signal E is minimized. The adaptive filter 6b performs digital filter processing on the audio signal Sa according to the coefficient determined by the adaptive signal processing unit 6a, and performs signal Sc on the audio signal Sa.
Is output. Therefore, if the coefficient of the adaptive filter 6b converges to a predetermined value so that Sd = Se by the adaptive signal processing, it is possible to listen to the sound according to the transfer characteristics set in the digital filter 2 at the listening position.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のラウド
ネス回路では、雑音レベルに応じて音量制御を行わない
ため、雑音下では効果が得られない問題があった。又、
従来の適応イコライザでは、雑音に対する対策が取られ
ていないため、雑音下ではオーディオ音がマスキングさ
れて、所望の効果が得られない問題があった。以上から
本発明の第１の目的は、帯域毎に雑音レベルに応じて音
量制御を行い、ラウドネスを補償することにより雑音下
でも静穏状態と同等のように音楽を楽しむことができる
オーディオ装置を提供することである。本発明の第２の
目的は、ラウドネスに基づいて、帯域毎に音量制御する
ためのゲインを簡単に求めることができるオーディオ装
置を提供することである。本発明の第３の目的は、ラウ
ドネスを補償し、しかも、設定した希望伝達特性通りの
音を聴取できるオーディオ装置を提供することである。However, in the conventional loudness circuit, since the volume control is not performed according to the noise level, there is a problem that the effect cannot be obtained under the noise. or,
Since the conventional adaptive equalizer does not take measures against noise, there is a problem that an audio sound is masked under noise and a desired effect cannot be obtained. As described above, a first object of the present invention is to provide an audio apparatus that can enjoy music in the same manner as in a quiet state even under noise by performing volume control according to the noise level for each band and compensating for loudness. It is to be. A second object of the present invention is to provide an audio apparatus capable of easily obtaining a gain for controlling the volume for each band based on loudness. A third object of the present invention is to provide an audio device capable of compensating for loudness and listening to sound having a desired desired transfer characteristic.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記第１、第２の目的
は、本発明によれば、音響空間内の所定観測点における
オーディオ信号と雑音を分離する雑音・信号分離手段
と、帯域毎に、ラウドネスを補償するためのゲインの計
算に必要な係数を算出する係数算出部と、帯域毎に、前
記係数と観測点におけるオーディオ信号レベルとを用い
て雑音をマスクするためのゲインを算出するゲイン算出
部と、オーディオソースから入力されたオーディオ信号
の各帯域のレベルを前記算出されたゲインにより制御
し、各帯域のゲイン制御されたオーディオ信号を合成し
て出力するゲイン制御部と、該オーディオ信号に応じた
オーディオ音を音響空間に放射するスピーカを備えたオ
ーディオ装置により達成される。According to the first and second objects of the present invention, a noise / signal separating means for separating an audio signal and a noise at a predetermined observation point in an acoustic space, A coefficient calculator for calculating a coefficient necessary for calculating a gain for compensating for loudness, and a gain for calculating, for each band, a gain for masking noise using the coefficient and an audio signal level at an observation point. A calculator, a gain controller that controls the level of each band of the audio signal input from the audio source by the calculated gain, and combines and outputs the gain-controlled audio signal of each band; This is achieved by an audio device including a speaker that emits an audio sound corresponding to the sound to an acoustic space.
【０００８】上記第３の目的は、本発明によれば、目標
伝達特性を設定すると共にオーディオ信号が入力される
目標伝達特性設定部と、音響空間における音声信号を検
出する検出部と、前記検出された音声信号と前記目標周
波数特性を付与されたオーディオ信号との差を演算する
演算部と、オーディオ信号が入力される適応フィルタ
と、オーディオ信号と前記差信号が入力され、該差信号
が零となるように適応信号処理を行って適応フィルタの
係数を決定する適応信号処理部と、適応フィルタから出
力される信号に応じた音声を音響空間に放射するスピー
カと、目標伝達特性を設定するオーディオ信号経路に設
けられたラウドネス補償手段とを備えたオーディオ装置
により達成される。According to the third object of the present invention, a target transfer characteristic setting section for setting a target transfer characteristic and receiving an audio signal, a detecting section for detecting a sound signal in an acoustic space, A calculating unit for calculating a difference between the obtained audio signal and the audio signal provided with the target frequency characteristic, an adaptive filter to which the audio signal is input, an audio signal and the difference signal being input, and the difference signal being zero. An adaptive signal processing unit that performs adaptive signal processing so as to determine coefficients of an adaptive filter, a speaker that emits sound corresponding to a signal output from the adaptive filter to an acoustic space, and an audio that sets a target transfer characteristic This is achieved by an audio device comprising a loudness compensation means provided in the signal path.
【０００９】[0009]
【作用】第１の発明において、雑音・信号分離手段は音
響空間内の所定観測点におけるオーディオ信号と雑音を
分離し、係数算出部は帯域毎に、ラウドネスを補償する
ためのゲインの計算に必要な係数を算出する。ゲイン算
出部は帯域毎に、前記係数と観測点におけるオーディオ
信号レベルとを用いてラウドネスを補償するためのゲイ
ンを算出する。ゲイン制御部はオーディオソースから入
力されたオーディオ信号の各帯域のレベルを前記算出さ
れたゲインにより制御し、各帯域のゲイン制御されたオ
ーディオ信号を合成して出力し、スピーカより該オーデ
ィオ信号に応じたオーディオ音を音響空間に放射する。
以上のように雑音レベルに応じて音量制御を行うため、
雑音下でも静かな環境と同等の音楽を楽しむことができ
る。In the first aspect, the noise / signal separating means separates an audio signal and a noise at a predetermined observation point in the acoustic space, and the coefficient calculating section is necessary for calculating a gain for compensating loudness for each band. Calculate the appropriate coefficient. The gain calculation unit calculates a gain for compensating loudness using the coefficient and the audio signal level at the observation point for each band. The gain control unit controls the level of each band of the audio signal input from the audio source by the calculated gain, synthesizes and outputs the gain-controlled audio signal of each band, and outputs the synthesized signal from the speaker according to the audio signal. Radiated audio sound into the acoustic space.
As described above, to control the volume according to the noise level,
Even under noisy conditions, you can enjoy music equivalent to a quiet environment.
【００１０】第２の発明において、ラウドネス補償手段
は、音響空間内の観測点におけるラウドネスを補償する
ように帯域毎にオーディオ信号のゲインを算出し、該ゲ
インでオーディオ信号の各帯域のレベルを制御する。目
標伝達特性設定部はラウドネス補償手段から出力される
オーディオ信号に目標伝達特性を付与して出力する。適
応信号信号処理装置（信号処理部、適応フィルタ）は、
音響空間における音声信号と目標伝達特性が付与された
オーディオ信号との差が零となるように適応信号処理を
行って適応フィルタの係数を決定する。適応フィルタは
該係数に基づいてオーディオ信号にフィルタリング処理
を施し、スピーカは適応フィルタから出力された信号に
応じた音声を音響空間に放射する。このようにすれば、
ラウドネスを補償し、しかも、設定した希望周波数特性
通りの音を聴取することができる。In the second invention, the loudness compensating means calculates the gain of the audio signal for each band so as to compensate for the loudness at the observation point in the acoustic space, and controls the level of each band of the audio signal with the gain. I do. The target transfer characteristic setting unit adds a target transfer characteristic to the audio signal output from the loudness compensator and outputs the audio signal. The adaptive signal signal processing device (signal processing unit, adaptive filter)
Adaptive signal processing is performed so that the difference between the audio signal in the acoustic space and the audio signal to which the target transfer characteristic is added becomes zero, and the coefficient of the adaptive filter is determined. The adaptive filter performs a filtering process on the audio signal based on the coefficient, and the speaker emits a sound corresponding to the signal output from the adaptive filter to an acoustic space. If you do this,
Loudness can be compensated, and a sound according to the set desired frequency characteristic can be heard.
【００１１】[0011]
(a) 本発明の第１の実施例 (a-1) 原理 図１４のラウドネス曲線を参照すると、静穏時に実際の
音のレベルが12dBであればラウドネスは0.1soneとな
る。一方、雑音が最小可聴値を15dB上昇させる状態にお
いて、このラウドネス0.1soneを得るためには実際の音
のレベルは20dB、雑音が最小可聴値を35dB上昇させる状
態においては37dB、雑音が最小可聴値を55dB上昇させる
状態においては55dBでなければならない。すなわち、同
一値のラウドネスを得るためには雑音が大きい程、実際
の音のレベルが大きくしなければならない。このこと
は、換言すれば、「静穏状態におけるラウドネスを与え
るように、雑音の大きさに応じて実際の音のレベルを制
御すれば、雑音下でも静穏状態と同等の音が聴ける」こ
とを意味している。(a) First Embodiment of the Present Invention (a-1) Principle Referring to the loudness curve in FIG. 14, if the actual sound level is 12 dB in a quiet state, the loudness is 0.1sone. On the other hand, when noise raises the minimum audible value by 15 dB, the actual sound level is 20 dB to obtain this loudness of 0.1 sone, 37 dB when noise raises the minimum audible value by 35 dB, and noise is the minimum audible value. Must be 55 dB when the is raised by 55 dB. That is, in order to obtain the same loudness, the larger the noise, the higher the actual sound level must be. This means, in other words, that if the actual sound level is controlled according to the loudness of the noise so as to provide loudness in a quiet state, a sound equivalent to the quiet state can be heard even under the noise. are doing.
【００１２】図１は、ある周波数での静穏状態のラウド
ネス曲線(a)と所定レベルNLの雑音状態のラウドネス曲
線(b)を示すものである。静穏状態において音圧レベル
がＬの場合、雑音状態において音圧レベルSPLがＬ′
（＞Ｌ）であれば人間には同じ大きさで聞こえる。そこ
で、同一のラウドネス（sone)が得られるＬ−Ｌ′の関
係をプロットすると図２の実線（ラウドネス補償曲線）
で示すようになる。尚、点線で示す対角線はＬ′＝Ｌの
場合（静穏状態）の補償曲線である。このラウドネス補
償曲線より、ある周波数において雑音レベルがNLであ
り、オーディオ信号レベルがＬであれば、オーディオ信
号レベルがＬ′になるようにゲインＧを求め、オーディ
オ信号の前記周波数におけるレベルをＧ倍すればラウド
ネスを補償できるといえる。FIG. 1 shows a loudness curve (a) in a quiet state at a certain frequency and a loudness curve (b) in a noise state at a predetermined level NL. When the sound pressure level is L in the quiet state, the sound pressure level SPL is L 'in the noise state.
(> L), humans can hear the same size. Then, plotting the relationship of L-L 'that can obtain the same loudness (sone) results in a solid line in FIG. 2 (loudness compensation curve).
It becomes as shown by. The diagonal line shown by the dotted line is a compensation curve when L '= L (quiet state). From the loudness compensation curve, if the noise level is NL at a certain frequency and the audio signal level is L, a gain G is obtained so that the audio signal level becomes L ′, and the level of the audio signal at the frequency is G times. It can be said that loudness can be compensated.
【００１３】(a-2) ゲイン算出回路 図３は所定周波数において、雑音レベルＮＬを種々変更
した場合の、オーディオ信号の音圧レベルとゲインＧの
関係を示す音圧レベル・ゲイン曲線である。図４は音圧
レベル・ゲイン曲線を直線近似したものである。直線近
似すると、ゲインＧはオーディオ信号の音圧レベルＬを
用いて次式Ｇ＝Ａ・Ｌ＋Ｃ ・・・(1)で与えられ
る。ただし、Ａは傾き、Ｃは定数である。最大の音圧レ
ベルＬMにおいては図２に示すようにＬ＝Ｌ′になるか
ら、この時のゲインＧはＧ＝０となる。従って、 Ｃ＝−Ａ・ＬM となり、(1)式は次式 Ｇ＝Ａ・Ｌ−Ａ・ＬM ・・・(2) となる。ただし、Ｌ，ＬM，ＧはｄＢ値である。(A-2) Gain Calculation Circuit FIG. 3 is a sound pressure level / gain curve showing the relationship between the sound pressure level of an audio signal and the gain G when the noise level NL is variously changed at a predetermined frequency. FIG. 4 shows a linear approximation of the sound pressure level / gain curve. By linear approximation, the gain G is given by the following equation using the sound pressure level L of the audio signal, G = A · L + C (1). Here, A is a slope and C is a constant. Since becomes L = L ', as shown in FIG. 2 in the maximum sound pressure level L M, the gain G at this time becomes G = 0. Therefore, C = −A · L M , and the equation (1) becomes G = A · L−A · L M (2). Here, L, L M and G are dB values.
【００１４】図５は周波数がｆnの時のノイズレベルが
ＮＬfnの場合におけるゲイン算出回路の構成図である。
図中、Ｌfnは周波数がｆnの時のオーディオ信号レベ
ル、Ａfn(NLfn)はノイズレベルがＮＬfnの時の(2)式の
傾きである。又、ＭＬＰ１は(2)式の右辺第１項を演算
する乗算器、ＭＬＰ２は右辺第２項を演算する乗算器、
ＡＤＤは右辺の加算を実行する加算器であり、該加算器
よりラウドネスを補償するためのゲインＧfnが出力され
る。ＬＯＧは入力信号ｌfnをｄＢ値Ｌfnに変換する対数
演算器、ＰＯＷはゲインのｄＢ値Ｇfnをゲインｇfnに変
換するべき乗演算器である。FIG. 5 is a configuration diagram of the gain calculation circuit when the noise level is NLfn when the frequency is fn.
In the figure, Lfn is the audio signal level when the frequency is fn, and Afn (NLfn) is the slope of equation (2) when the noise level is NLfn. MLP1 is a multiplier for calculating the first term on the right side of the equation (2), MLP2 is a multiplier for calculating the second term on the right side,
ADD is an adder that performs addition on the right side, and a gain Gfn for compensating loudness is output from the adder. LOG is a logarithmic calculator for converting the input signal Ifn to a dB value Lfn, and POW is a power calculator for converting the dB value Gfn of the gain to a gain gfn.
【００１５】(a-3) 本発明のオーディオ装置の全体の構
成 図６は本発明の第１実施例の全体構成図である。１１は
ゲイン制御部であり、オーディオソースから出力される
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、
各帯域成分にラウドネスを補償するためのゲインｇf1，
ｇf2，・・・，ｇfnを乗算するゲイン可変アンプ１１ｂ
1〜１１ｂn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１４ａ、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１
４ｃで構成される。(A-3) Overall Configuration of Audio Device of the Present Invention FIG. 6 is an overall configuration diagram of a first embodiment of the present invention. Reference numeral 11 denotes a gain control unit, which includes a filter bank 11a including a band-pass filter that outputs each frequency band component of the audio signal Sa output from the audio source.
The gain gf1 for compensating the loudness for each band component,
gf2,..., gfn
A synthesizing unit 11c for synthesizing 1 to 11bn and each gain variable amplifier output is provided. Reference numeral 12 denotes an electronic volume for volume control, 13 denotes a power amplifier, and 14 denotes an acoustic space such as a vehicle interior space. The acoustic space 14 is provided at an observation point such as a speaker 14a that emits audio sound, an audio sound propagation system 14b, and the vicinity of the listener's ear, and a microphone 1 that detects audio sound emitted and propagated from the speaker.
4c.
【００１６】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。１９は適応
信号処理部であり、検出信号Ｓｄの低域成分Ｓｄ′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。Reference numeral 15 denotes a low-pass filter for outputting a low-frequency component of an audio signal Sa output from an audio source, which outputs a low-frequency component corresponding to a frequency band of a road noise or an engine sound. Delay characteristic giving section for giving a signal delay characteristic up to 18
Is a low-pass filter that outputs a low-frequency component of a detection signal Sd (including an audio signal and noise at the observation point) detected by the microphone, and outputs a low-frequency component corresponding to a frequency band of a road noise or an engine sound. Reference numeral 19 denotes an adaptive signal processing unit to which the low-frequency component Sd 'of the detection signal Sd is input, the low-frequency component of the audio signal Sa is input as a reference signal, and the low-frequency audio signal component included in the detection signal Sd. LMS so as to output the low-frequency audio signal component yn.
Adaptive signal processing is performed based on the (Least Mean Squuare) algorithm.
【００１７】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Ｓａ′を出力する演算部、２３はコント
ローラ（ラウドネス補償ゲイン算出部）であり、ラウド
ネスを補償するための各帯域におけるゲインｇf1，ｇf
2，・・・，ｇfnを算出してゲイン制御部１１のゲイン
可変アンプ１１ｂ 1〜１１ｂnに設定する。Reference numeral 20 denotes a detection signal S detected by the microphone.
d (including the audio signal and noise at the observation point)
A high-pass filter that outputs high-frequency components.
Output high-frequency components outside the frequency band of noise and engine sounds.
You. Therefore, from the high-pass filter 20 at the observation point
The high frequency component of the audio signal is output. 21 is detection
The low-frequency component Sd 'included in the signal Sd (the
Audio signal (including low frequency components and noise).
The output signal yn of the response signal processing unit 19 (low range at the observation point)
To output a noise signal Sn
Operation unit 22 is a high frequency band of the audio signal at the observation point.
Component and the output signal yn of the adaptive signal processing unit 19 (at the observation point
Low-frequency audio signal at the observation point
An arithmetic unit for outputting an audio signal Sa ',
Roller (loudness compensation gain calculation unit)
Gains gf1 and gf in each band for compensating the ness
2,..., Gfn are calculated and the gain of the gain control unit 11 is calculated.
Variable amplifier 11b 1Set to ~ 11bn.
【００１８】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
を行なう信号処理部１９ｂを有している。適応フィルタ
１９ａは、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７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)・・・ｗN(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。 Adaptive Signal Processing Unit The adaptive signal processing unit 19 has an adaptive filter 19a having a digital filter configuration and a signal processing unit 19b for performing adaptive signal processing according to the LMS algorithm. The adaptive filter 19a performs digital filtering on the low-frequency component xn of the audio signal using the coefficient determined by the signal processing unit 19b, and outputs a signal yn. Adaptive filter 19a
Is composed of an FIR type digital filter as shown in FIG. 7. For example, delay elements DL, DL... For sequentially delaying the input signal xn by one sampling time, and coefficients w 1 (n), are multiplied by w 2 (n), w 3 (n),..., w N (n), and adders AD, AD,. Is achieved.
【００１９】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)・・・
ｗN(n）、出力をｙnとすれば、適応フィルタ１９ａは次
式 ｙn＝Σｗi(n)・ｘ(n-i+1) ・・・(3) の演算を実行し、信号ｙnを出力する。信号処理部１９
ｂ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１
９ｂは、現時刻ｎ・Ｔsにおける適応フィルタ１９ａの
係数をｗ1(n)，ｗ2(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ｗ1(n+1)，ｗ2(n+1)，ｗ3(n+1)・・・
ｗN(n+1)を次式（係数更新式） ｗj(n+1)＝ｗj(n)＋μ・ｘ(n-j+1)・ｅn (4) により決定する。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。The input signal at the current time n · Ts is xn,
Is the coefficient of each multiplier at w1(n), w Two(n), wThree(n) ・ ・ ・
wN(n), assuming that the output is yn, the adaptive filter 19a
Expression yn = Σwi (n) · x (n−i + 1) (3) is executed to output a signal yn. Signal processing unit 19
b receives the output signal en of the arithmetic unit 21 and outputs
The low frequency component xn of the audio signal is input as a reference signal.
These signals are used to include in the output signal en of the arithmetic unit 21.
The low frequency component of the audio signal to be input becomes minimum (= 0)
The LMS adaptive signal processing is performed as described above, and the adaptive filter 19a
Is determined. That is, the LMS adaptive signal processing unit 1
9b is the value of the adaptive filter 19a at the current time n · Ts.
Coefficient w1(n), wTwo(n), wThree(n) ・ ・ ・ wN(n)
At the time (n + 1) · Ts after one sampling time Ts
Filter coefficient w1(n + 1), wTwo(n + 1), wThree(n + 1) ・ ・ ・
wN(n + 1) is calculated by the following equation (coefficient updating equation) wj(n + 1) = wj(n) + μ · x (n−j + 1) · en (4) Where (n) is the current sampling time
Value, (n + 1) is the value after one sampling time, (n-1) is one sample
The value before the pulling time, (n-2) is the value two sampling times before
Value, ... Μ is the coefficient of the adaptive filter
(Step size parameter)
Meter). According to the adaptive signal processing,
Adaptive filter to cancel certain signal components
19a is determined, and a signal yn is obtained from the adaptive filter.
Is output. Therefore, the signal yn is the detection signal at the observation point.
Equal to the low-frequency component of the audio signal contained in the signal Sd.
You.
【００２０】(a-4) 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はゲイン制御部１１に入力される。ゲイン制
御部１１の各ゲイン可変アンプ11b1〜11bnはコントロー
ラ(ラウドネス補償ゲイン算出部）２３により設定され
たゲイン(ラウドネスを補償するゲイン)ｇf1，ｇf2，・
・・，ｇfnに基づいて各帯域のゲインを制御して出力す
る。尚、コントローラ２３によるゲインｇf1，ｇf2，・
・・，ｇfnの算出法については後述する。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１４
ａ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１４ｃ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。(A-4) Overall Operation The audio signal Sa output from an audio source (not shown) is input to the gain control unit 11. Each of the variable gain amplifiers 11b1 to 11bn of the gain control unit 11 has a gain (gain for compensating loudness) gf1, gf2,... Set by a controller (loudness compensation gain calculation unit) 23.
Controlling the gain of each band based on gfn and outputting. The gains gf1, gf2,.
.., Gfn will be described later. The electronic volume 12 adjusts the audio signal level based on the volume set value, and outputs a speaker 14 via a power amplifier 13.
Input to a. The speaker 14a emits audio sound to an acoustic space based on the input audio signal, and the listener listens to music and the like. In parallel with the above, the signal xn in which the low-frequency component of the audio signal Sa is given the delay characteristic from the speaker 14a to the microphone 14c is input to the adaptive signal processing unit 19 as a reference signal. The difference (error signal) en between the low-frequency component Sd 'of the signal (detection signal) Sd at the observation point detected by the microphone 14c and the output signal yn of the adaptive filter 19a is input to the adaptive signal processing unit 19.
【００２１】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Ｓ
ａ′を出力する。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Ｓａ′が入力１として入力
され、観測点におけるノイズ信号Ｓｎが入力２として入
力される。コントローラ２３は入力１〜入力２を用いて
各帯域のラウドネスを補償するためのゲインｇf1，ｇf
2，・・・，ｇfnを算出し、これらをゲイン制御部１１
の各ゲイン可変アンプ11b1〜11bnに設定する。The signal processing unit 19b performs the above-described LMS adaptive signal processing to determine the coefficients of the adaptive filter 19a, and the adaptive filter 19a performs a filtering process on the reference signal xn based on the determined coefficients to generate a signal yn. Output.
By repeating such adaptive signal processing, the output signal yn ideally becomes equal to the low-frequency component of the audio signal included in the detection signal Sd ', and the output signal en of the arithmetic unit 21 does not include the low-frequency component of the audio signal. , And only a noise signal. The arithmetic unit 22 adds the output signal yn (the low-frequency component of the audio signal at the observation point) of the adaptive filter 19a and the output of the high-pass filter (the high-frequency component of the audio signal at the observation point) to add the audio signal S at the observation point.
a 'is output. As described above, the audio signal Sa ′ at the observation point is input to the controller 23 as input 1, and the noise signal Sn at the observation point is input as input 2. The controller 23 uses the inputs 1 and 2 to control the gains gf1 and gf for compensating the loudness of each band.
, Gfn are calculated, and these are calculated by the gain control unit 11.
Are set to the respective gain variable amplifiers 11b1 to 11bn.
【００２２】(a-5) ラウドネス補償 図９はラウドネス補償部（コントローラ）の構成図であ
る。１１はゲイン制御部、２３はラウドネス補償ゲイン
算出部である。ラウドネス補償ゲイン算出部２３におい
て、５１は観測点におけるオーディオ信号（入力１）Ｓ
ａ′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、５３ａ〜５３ｎは(2)式に従って、ラウドネ
スを補償するに必要なゲインを算出するゲイン算出部で
ある。５４は観測点における雑音信号（入力２）Ｓｎ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。５
５ａ〜５５ｎは雑音信号の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、５６
ａ〜５６ｎは各帯域における(2)式の傾き(係数)Ａを雑
音レベルに基づいて算出する係数算出部である。(A-5) Loudness Compensation FIG. 9 is a configuration diagram of a loudness compensation unit (controller). 11 is a gain control unit, and 23 is a loudness compensation gain calculation unit. In the loudness compensation gain calculation unit 23, 51 is an audio signal (input 1) S at the observation point.
This is a filter bank for separating and passing each frequency band component of a ', and is composed of a number of band pass filters. 52a to 52n are block average calculators for calculating and outputting an average of each frequency band component within a predetermined time (referred to as a block), and 53a to 53n calculate a gain necessary for compensating loudness according to the equation (2). It is a gain calculator. Reference numeral 54 denotes a filter bank for separating and passing each frequency band component of the noise signal (input 2) Sn at the observation point, and is constituted by a number of band-pass filters. 5
Reference numerals 5a to 55n denote block average calculators 56 for calculating and outputting an average of each frequency band component of the noise signal within a predetermined time.
a to 56n are coefficient calculators for calculating the slope (coefficient) A of the equation (2) in each band based on the noise level.
【００２３】各帯域毎に設けられた係数算出部５６ａ〜
５６ｎはそれぞれ図１０に示すように、該当帯域におけ
る雑音レベルＮＬfiと傾き（係数）Ａfiの対応関係を記
憶する係数記憶部ＣＥＭと、雑音レベルＮＬfiに対応す
る傾き（係数）Ａfiを係数記憶部から読み出して出力す
る係数読出部ＣＲＤを有している。各帯域毎に設けられ
たゲイン算出部５３ａ〜５３ｎは図１１に示すように、
観測点における所定帯域のオーディオ信号レベルＬfnを
１つ前に算出したゲインＧfnで減算する加算器ＡＤＤ１
と、(2)式の右辺第１項を演算する乗算器ＭＬＰ１と、
(2)式の右辺第２項を演算する乗算器ＭＬＰ２と、(2)式
の右辺の加算を実行する加算器ＡＤＤ２と、１つ前に算
出したゲインＧfnを記憶する記憶部ＲＥＧと、入力信号
ｌfnをｄＢ値Ｌfnに変換する対数演算器ＬＯＧと、ゲイ
ンｄＢ値Ｇをゲインｇに変換するべき乗演算器ＰＯＷを
備えている。尚、Ｌfnは帯域ｆnのオーディオ信号レベ
ル、Ａfnは帯域ｆnにおける所定雑音時の傾き（係数）
である。オーディオ信号レベルＬfnを１つ前に算出した
ゲインＧfnで減算する理由は以下の通りである。ゲイン
がかからないオーディオ信号レベルとノイズレベルに基
づいて(2)式によりラウドネスを補償するためのゲイン
Ｇfnを求めている。ところが、観測点において検出され
たオーディオ信号には、ゲイン制御部１１においてゲイ
ンｇfnが掛けられている。このため、減算部ＡＤＤ１で
１つ前に求めたゲイン（現ゲイン）Ｇfnで減算するので
ある。The coefficient calculators 56a-56 provided for each band
As shown in FIG. 10, reference numerals 56n respectively denote a coefficient storage unit CEM for storing a correspondence relationship between the noise level NLfi and the slope (coefficient) Afi in the corresponding band, and a slope (coefficient) Afi corresponding to the noise level NLfi from the coefficient storage unit. It has a coefficient reading section CRD for reading and outputting. As shown in FIG. 11, the gain calculators 53a to 53n provided for each band
An adder ADD1 for subtracting the audio signal level Lfn of a predetermined band at the observation point by the gain Gfn calculated immediately before.
A multiplier MLP1 for calculating the first term on the right side of the equation (2);
A multiplier MLP2 that calculates the second term on the right side of the equation (2); an adder ADD2 that performs addition on the right side of the equation (2); a storage unit REG that stores the gain Gfn calculated immediately before; A logarithmic calculator LOG for converting the signal Ifn to a dB value Lfn and a power calculator POW for converting the gain dB value G to a gain g are provided. Note that Lfn is the audio signal level of the band fn, and Afn is the slope (coefficient) of the band fn at the time of predetermined noise.
It is. The reason why the audio signal level Lfn is subtracted by the gain Gfn calculated immediately before is as follows. The gain Gfn for compensating the loudness is obtained by the equation (2) based on the audio signal level and the noise level to which no gain is applied. However, the gain control section 11 multiplies the audio signal detected at the observation point by a gain gfn. Therefore, the subtraction is performed by the gain (current gain) Gfn obtained immediately before by the subtraction unit ADD1.
【００２４】以上の構成により、ラウドネス補償部２３
は、観測点における各帯域毎のオーディオ信号レベルと
雑音レベルに基づいて、(2)式に従ってラウドネス補償
するための各帯域におけるゲインｇf1，ｇf2，・・・，
ｇfnを算出してゲイン制御部１１のゲイン可変アンプ１
１ｂ1〜１１ｂnに設定する。第１実施例によれば、帯域
毎に雑音レベルに応じて音量制御を行うから、雑音下で
も静穏状態と同等の音楽を楽しむことができる。又、帯
域毎にラウドネスを補償するためのゲインを簡単に求め
ることができる。With the above configuration, the loudness compensating section 23
Are gains gf1, gf2,..., In each band for loudness compensation in accordance with equation (2) based on the audio signal level and noise level of each band at the observation point.
gfn is calculated and the gain variable amplifier 1 of the gain control unit 11 is calculated.
Set to 1b 1 ~11bn. According to the first embodiment, since the volume is controlled in accordance with the noise level for each band, it is possible to enjoy music equivalent to a quiet state even under noise. Further, a gain for compensating the loudness can be easily obtained for each band.
【００２５】(b) 第２実施例 (b-1) 全体の構成 図１２は本発明の別のオーディオ装置の実施例構成図で
ある。６１はオーディオ信号Ｓａを出力するオーディオ
ソース（チューナ、テープデッキ、ＣＤプレーヤ等）、
６２はボリューム、６３はオーディオ信号Ｓａ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。６４は音
響空間の観測点における雑音を分離し、かつ、(2)式に
おける傾き(係数)Ａfiを算出し、かつ該傾きＡfiと入力
信号から、ラウドネスを補償するためのゲインｇfiを算
出する雑音分離・傾き算出・ゲイン算出部、６５は各帯
域のオーディオ信号に該ゲインｇfiを乗算して雑音のな
い場合とラウドネスが等しくなる音量にするゲイン制御
部、６６は各帯域のオーディオ信号を合成する合成部、
６７は目標周波数特性Ｈを設定すると共に、合成部から
出力されるオーディオ信号Ｓａ′が入力される目標伝達
特性設定部（デジタルフィルタ）、６８は音響空間、例
えば車室内音響空間ＣＳＳの聴取位置（観測点）におけ
る音声を検出するマイク、６９は検出された音声信号Ｓ
dとイコライザ６７から出力される音声信号Ｓｅとの差
を演算する演算部、７０は前記差が零となるように信号
Ｓｃを発生する信号処理装置、７１は該信号Ｓｃに応じ
た音声を車室内音響空間ＣＳＳに放射するスピーカであ
る。尚、適所にアンプやＤＡ変換器、ＡＤ変換器等が設
けられているが省略している。(B) Second Embodiment (b-1) Overall Configuration FIG. 12 is a configuration diagram of another audio device according to an embodiment of the present invention. 61 is an audio source (a tuner, a tape deck, a CD player, etc.) for outputting an audio signal Sa,
62 is a volume, 63 is a filter bank for separating and passing each frequency band component of the audio signal Sa,
It is composed of a number of bandpass filters. Reference numeral 64 denotes a noise for separating noise at the observation point in the acoustic space, calculating a slope (coefficient) Afi in the equation (2), and calculating a gain gfi for compensating loudness from the slope Afi and the input signal. A separation / slope calculation / gain calculation section 65 is a gain control section for multiplying the audio signal of each band by the gain gfi to make the volume equal to the loudness when there is no noise, and a synthesis section 66 synthesizes the audio signal of each band. Synthesis section,
Reference numeral 67 designates a target frequency characteristic H, and a target transfer characteristic setting unit (digital filter) to which the audio signal Sa 'output from the synthesizing unit is inputted. Reference numeral 68 denotes a listening position of an acoustic space, for example, a vehicle interior acoustic space CSS. Microphone for detecting the sound at the observation point), 69 is a detected sound signal S
a calculating unit for calculating a difference between d and the audio signal Se output from the equalizer 67; 70, a signal processing device for generating a signal Sc such that the difference becomes zero; 71, a vehicle corresponding to the signal Sc; It is a speaker that radiates to the indoor acoustic space CSS. Although an amplifier, a DA converter, an AD converter, and the like are provided in appropriate places, they are omitted.
【００２６】信号処理装置７０は、オーディオ信号Ｓａ
を参照信号として入力されると共に、前記演算部６９か
ら出力される差信号（検出音声信号Ｓdとデジタルフィ
ルタ出力信号Ｓｅとの差）をエラ−信号Ｅとして入力さ
れ、該エラ−信号が最小（零）となるように適応信号処
理を行って信号Ｓｃを出力する。信号処理装置７０は、
適応信号処理部（ＬＭＳ）７０ａと、デジタルフィルタ
構成の適応フィルタ（ＡＤＦ）７０ｂと、参照信号Ｓａ
にスピーカ７１から聴取位置までの音声伝搬系の伝搬特
性（伝達関数）を畳み込んで信号処理用参照信号（フィ
ルタードリファレンス信号）Ｒを作成する信号処理フィ
ルタ（フィルタードＸ信号作成用フィルタ）７０ｃを有
している。The signal processing device 70 outputs the audio signal Sa
Is input as a reference signal, and a difference signal (difference between the detected audio signal Sd and the digital filter output signal Se) output from the arithmetic unit 69 is input as an error signal E, and the error signal is minimized ( (0), and outputs a signal Sc by performing adaptive signal processing. The signal processing device 70
An adaptive signal processing unit (LMS) 70a, an adaptive filter (ADF) 70b having a digital filter configuration, and a reference signal Sa
Signal processing filter (filtered X signal creation filter) 70c for creating a signal processing reference signal (filtered reference signal) R by convolving the propagation characteristic (transfer function) of the sound propagation system from the speaker 71 to the listening position have.
【００２７】適応信号処理部７０ａは聴取位置における
エラー信号Ｅと信号処理フィルタ７０ｃを介して入力さ
れる信号処理用参照信号Ｒを入力され、これら信号を用
いて聴取位置における音声信号Ｓｄがデジタルフィルタ
出力音声信号Ｓｅと等しくなるように適応信号処理を行
って適応フィルタ７０ｂの係数を決定する。例えば、適
応信号処理部７０ａは周知のフィルタードＸ ＬＭＳ(Le
ast Mean Square)適応アルゴリズムに従って、エラ−信
号Ｅが最小となるように適応フィルタ７０ｂの係数を決
定する。適応フィルタ７０ｂは適応信号処理部７０ａで
決定した係数に基づいてオーディオ信号Ｓａにデジタル
フィルタ処理を施して信号Ｓｃを出力する。従って、適
応信号処理によりＳｄ＝Ｓｅとなるように適応フィルタ
７０ｂの係数が所定値に収束すれば、聴取位置におい
て、雑音下でもラウドネスが補償され、かつデジタルフ
ィルタ６７で設定した周波数特性通りの音声を聴取する
ことができる。The adaptive signal processing unit 70a receives the error signal E at the listening position and the signal processing reference signal R input via the signal processing filter 70c, and uses these signals to convert the audio signal Sd at the listening position into a digital filter. The adaptive signal processing is performed so as to be equal to the output audio signal Se, and the coefficient of the adaptive filter 70b is determined. For example, the adaptive signal processing unit 70a is a well-known filtered X LMS (Le
The coefficient of the adaptive filter 70b is determined so that the error signal E is minimized according to an adaptive algorithm (ast mean square). The adaptive filter 70b performs digital filter processing on the audio signal Sa based on the coefficient determined by the adaptive signal processing unit 70a, and outputs a signal Sc. Therefore, if the coefficient of the adaptive filter 70b converges to a predetermined value so that Sd = Se by the adaptive signal processing, the loudness is compensated at the listening position even under noise, and the sound has the frequency characteristic set by the digital filter 67. Can be heard.
【００２８】(b-2) 雑音分離・傾き算出・ゲイン算出部
及びゲイン制御部の構成 図１３は図１２における各部の構成図であり、６４は雑
音分離・傾き算出・ゲイン算出部、６５はゲイン制御部
である。雑音分離・傾き算出・ゲイン算出部６４におい
て、６４ａは雑音信号分離部、６４ｂは傾き算出部、６
４ｃはゲイン算出部である。雑音信号分離部６４ａは図
６における雑音信号分離部分と同一の構成を備えてお
り、同一の符号を付している。オーディオ信号Ｓａの低
域成分にスピーカ７１（図１２）からマイク６８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７１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Ｓ
ｄ′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１９ｂに入力される。尚、
低域成分Ｓｄ′にはオーディオ信号の低域成分と雑音信
号が含まれている。信号処理部１９ｂは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、雑音信号のみとな
る。(B-2) Configuration of Noise Separation / Slope Calculation / Gain Calculation Unit and Gain Control Unit FIG. 13 is a block diagram of each unit in FIG. 12, 64 is a noise separation / slope calculation / gain calculation unit, and 65 is It is a gain control unit. In the noise separation / slope calculation / gain calculation section 64, 64a is a noise signal separation section, 64b is a slope calculation section, 6
4c is a gain calculation unit. The noise signal separating section 64a has the same configuration as the noise signal separating section in FIG. 6, and is denoted by the same reference numeral. A signal xn in which a low-frequency component of the audio signal Sa is given a delay characteristic from the speaker 71 (FIG. 12) to the microphone 68 is input to the adaptive signal processing unit 19 as a reference signal. The low-frequency component S of the signal (detection signal) Sd at the observation point detected by the microphone 71
The difference (error signal) en between d 'and the output signal yn of the adaptive filter 19a is input to the adaptive signal processing unit 19b. still,
The low frequency component Sd 'includes a low frequency component of the audio signal and a noise signal. The signal processing unit 19b performs LMS adaptive signal processing to determine the coefficients of the adaptive filter 19a, and the adaptive filter 19a performs a filtering process on the reference signal xn based on the determined coefficients and outputs a signal yn.
By repeating such adaptive signal processing, the output signal yn ideally becomes equal to the low-frequency component of the audio signal included in the detection signal Sd ', and the output signal en of the arithmetic unit 21 does not include the low-frequency component of the audio signal. , Only the noise signal.
【００２９】傾き算出部６４ｂにおいて、８１は雑音信
号Ｓｎ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は雑音信号の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は各帯域における(2)式の傾き(係数)Ａf1〜Afn
を雑音レベルに基づいて算出する係数算出部であり、各
帯域毎に図１０に示す構成を備えている。ゲイン算出部
６４ｃは、１つの帯域の構成のみが示されているが、各
帯域に同様の構成が設けられている。６５ａはオーディ
オ信号の所定周波数帯域成分の所定時間内の平均ｌfnを
計算して出力するブロック平均演算部、６５ｂは(2)式
に従って、ラウドネス補償するに必要なゲインＧfnを算
出するゲイン算出部であり、図５に示す構成を有してい
る。ゲイン制御部６５はゲイン可変アンプであり、ゲイ
ン算出部で算出されたゲインｇfnを設定され、オーディ
オ信号に該ゲインを掛けて出力する。これも各帯域に同
様の構成が設けられている。In the slope calculating section 64b, reference numeral 81 denotes a filter bank for separating and passing each frequency band component of the noise signal Sn, and is constituted by a number of band pass filters. Reference numerals 82a to 82n denote block average calculators for calculating and outputting an average of each frequency band component of the noise signal within a predetermined time, and 83 denotes a slope (coefficient) Af1 to Afn of the equation (2) in each band.
Is a coefficient calculation unit that calculates the based on the noise level, and has a configuration shown in FIG. 10 for each band. Although only one band configuration is shown in the gain calculation unit 64c, a similar configuration is provided for each band. 65a is a block average calculator for calculating and outputting an average Iffn of a predetermined frequency band component of the audio signal within a predetermined time, and 65b is a gain calculator for calculating a gain Gfn necessary for loudness compensation according to the equation (2). And has the configuration shown in FIG. The gain control unit 65 is a variable gain amplifier. The gain control unit 65 sets the gain gfn calculated by the gain calculation unit, multiplies the audio signal by the gain, and outputs the audio signal. This also has a similar configuration in each band.
【００３０】(b-3) 動作 ラウドネス補償回路６５は、ラウドネスを補償するよう
に各帯域毎にオーディオ信号にゲインを掛けてデジタル
フィルタに入力する。デジタルフィルタ６７は該オーデ
ィオ信号に希望する伝達特性を付与して出力する。信号
処理装置７０は適応信号処理によりＳｄ＝Ｓｅとなるよ
うに適応フィルタ７０ｂの係数を決定する。適応信号処
理を継続すると該係数は所定値に収束する。かかる状態
においては、聴取位置におけるラウドネスが補償され、
かつイコライザ６７で設定した伝達特性通りの音声を聴
取することができる。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。(B-3) Operation The loudness compensation circuit 65 multiplies the audio signal for each band by a gain so as to compensate for the loudness, and inputs the resulting signal to the digital filter. The digital filter 67 adds desired transfer characteristics to the audio signal and outputs the signal. The signal processing device 70 determines the coefficients of the adaptive filter 70b so that Sd = Se by the adaptive signal processing. When the adaptive signal processing is continued, the coefficient converges to a predetermined value. In such a state, the loudness at the listening position is compensated,
In addition, it is possible to listen to the sound according to the transfer characteristics set by the equalizer 67. As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention can be variously modified in accordance with the gist of the present invention described in the claims, and the present invention does not exclude these.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上本発明によれば、音響空間内の所定
観測点におけるオーディオ信号と雑音を検出し、帯域毎
にラウドネスを補償するためのゲインを算出し、オーデ
ィオ信号の各帯域のレベルを該算出されたゲインにより
制御し、各帯域のゲイン制御されたオーディオ信号を合
成してスピーカに入力するようにしたから、雑音下で
も、雑音の無い場合と同等の音声を聴取でき、快適に音
楽を楽しむことができる。又、本発明によれば、ラウド
ネス曲線に基づいて雑音下でのラウドネスを補償するた
めのゲイン計算に必要な係数を算出し、該係数を用いて
ゲインを算出しているため、ラウドネスを補償するため
のゲインを正確に、しかも簡単に求めることできる。更
に、本発明によれば、適応イコライザを構成する目標伝
達特性設定部（デジタルフィルタ）に直列にラウドネス
補償手段を設け、該ラウドネス補償において、音響空間
内の観測点におけるラウドネスを補償するように帯域毎
にオーディオ信号のゲインを算出し、該ゲインでオーデ
ィオ信号の各帯域のレベルを制御するようにしたから、
雑音のない場合と同等の音声を聴取でき、しかも、設定
した希望周波数特性通りの音を聴取することができる。As described above, according to the present invention, an audio signal and noise at a predetermined observation point in an acoustic space are detected, a gain for compensating loudness is calculated for each band, and the level of each band of the audio signal is calculated. Since the gain is controlled by the calculated gain and the audio signal of each band whose gain is controlled is synthesized and input to the speaker, even under noise, the same sound as in the case without noise can be heard, and the music can be comfortably performed. You can enjoy. Further, according to the present invention, a coefficient required for gain calculation for compensating loudness under noise is calculated based on a loudness curve, and the gain is calculated using the coefficient. The gain can be determined accurately and easily. Further, according to the present invention, the loudness compensating means is provided in series with the target transfer characteristic setting section (digital filter) constituting the adaptive equalizer, and in the loudness compensation, the band is set so as to compensate the loudness at the observation point in the acoustic space. Since the gain of the audio signal is calculated for each and the level of each band of the audio signal is controlled by the gain,
It is possible to listen to the same sound as in the case where there is no noise, and to listen to the sound according to the set desired frequency characteristics.
【図１】静穏状態と雑音状態におけるラウドネス曲線説
明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a loudness curve in a quiet state and a noise state.
【図２】ある周波数におけるラウドネス補償曲線説明図
である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a loudness compensation curve at a certain frequency.
【図３】雑音レベルを変えた時の音圧レベル・ゲイン曲
線説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a sound pressure level / gain curve when a noise level is changed.
【図４】音圧レベル・ゲインの近似特性説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of approximate characteristics of sound pressure level / gain.
【図５】ゲイン算出回路の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a gain calculation circuit.
【図６】本発明のオーディオ装置の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of an audio device of the present invention.
【図７】適応フィルタの構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of an adaptive filter.
【図８】信号処理用フィルタの構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a signal processing filter.
【図９】ラウドネス補償部の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a loudness compensation unit.
【図１０】係数算出部の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a coefficient calculation unit.
【図１１】ゲイン算出部の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a gain calculator.
【図１２】本発明の別のオーディオ装置の構成図であ
る。FIG. 12 is a configuration diagram of another audio device of the present invention.
【図１３】各部の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of each unit.
【図１４】ラウドネス曲線説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of a loudness curve.
【図１５】等ラウドネス曲線説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram of an equal loudness curve.
【図１６】従来の適応イコライザの構成図である。FIG. 16 is a configuration diagram of a conventional adaptive equalizer.
１１・・ゲイン制御部 １４・・音響空間 １９・・適応信号処理装置 ２３・・コントローラ（雑音マスク制御部） ５３ａ〜５３ｎ・・ゲイン算出部 ５６ａ〜５６ｎ・・係数算出部 11 Gain control unit 14 Acoustic space 19 Adaptive signal processing device 23 Controller (noise mask control unit) 53a to 53n Gain calculation unit 56a to 56n Coefficient calculation unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03G 5/16 H03G 3/32 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03G 5/16 H03G 3/32
Claims (4)
ィオ信号と雑音を分離する雑音・信号分離手段と、 帯域毎に、雑音によってマスキングされたオーディオ信
号のラウドネスを、雑音のない場合でのオーディオ信号
のラウドネスと等しくするためのゲイン、すなわち、ラ
ウドネスを補償するためのゲインの計算に必要な係数を
雑音レベルに基づいて算出する係数算出部と、 帯域毎に、前記係数と観測点におけるオーディオ信号レ
ベルとを用いてラウドネスを補償するためのゲインを算
出するゲイン算出部と、 オーディオソースから入力されたオーディオ信号の各帯
域のレベルを前記算出されたゲインにより制御し、各帯
域のゲイン制御されたオーディオ信号を合成して出力す
るゲイン制御部と、 該オーディオ信号に応じたオーディオ音を音響空間に放
射するスピーカを備えたオーディオ装置。1. A noise / signal separating means for separating noise from an audio signal at a predetermined observation point in an acoustic space, and a loudness of an audio signal masked by noise for each band, and an audio signal in a case where there is no noise. The gain required to calculate the gain to equalize the loudness of
A coefficient calculation unit that calculates based on the noise level, a gain calculation unit that calculates, for each band, a gain for compensating loudness using the coefficient and the audio signal level at the observation point, A gain control unit that controls the level of each band of the audio signal by the calculated gain, synthesizes and outputs a gain-controlled audio signal of each band, and radiates an audio sound corresponding to the audio signal to an acoustic space. Audio device provided with a speaker.
ンの計算に必要な係数との対応を記憶する記憶部と、 帯域毎の雑音レベルを求め、該雑音レベルに応じた係数
を前記記憶部から求める手段を有する請求項１記載のオ
ーディオ装置。2. A coefficient calculating section comprising: a storing section for storing a correspondence between a noise level and a coefficient required for calculating a gain for compensating loudness for each band; a noise level for each band; 2. The audio device according to claim 1, further comprising means for obtaining a coefficient according to a level from the storage unit.
レベルを該帯域の前記ゲインで減算する手段を備え、 前記ゲイン算出部は、該減算結果と前記係数を用いて新
たなゲインを決定する請求項１又は請求項２記載のオー
ディオ装置。3. The apparatus according to claim 2, further comprising: a unit for subtracting an audio signal level of each band at an observation point by the gain of the band, wherein the gain calculating unit determines a new gain using the subtraction result and the coefficient. The audio device according to claim 1 or 2.
ィオ信号に所望の伝達特性を付与するオーディオ装置に
おいて、 目標伝達特性を設定すると共にオーディオ信号が入力さ
れる目標伝達特性設定部と、 音響空間における音声信号を検出する検出部と、 前記検出された音声信号と前記目標周波数特性を付与さ
れたオーディオ信号との差を演算する演算部と、 オーディオ信号が入力される適応フィルタと、 オーディオ信号と前記差信号が入力され、該差信号が零
となるように適応信号処理を行って適応フィルタの係数
を決定する適応信号処理部と、 適応フィルタから出力される信号に応じた音声を音響空
間に放射するスピーカと、 目標伝達特性を設定するオーディオ信号経路に設けられ
たラウドネス補償手段とを備え、該ラウドネス補償手段
は、 音響空間内の観測点における雑音を検出する雑音検出手
段と、 帯域毎に、ラウドネスを補償するためのゲインの計算に
必要な係数を算出する係数算出部と、 帯域毎に、前記係数とオーディオ信号レベルとを用いて
ラウドネスを補償するためのゲインを算出するゲイン算
出部と、 オーディオ信号の各帯域のレベルを前記算出されたゲイ
ンにより制御するゲイン制御部とを備えていることを特
徴とするオーディオ装置。4. An audio apparatus for providing a desired transfer characteristic to an audio signal output from an audio source, comprising: a target transfer characteristic setting unit for setting a target transfer characteristic and receiving an audio signal; A calculating unit for calculating a difference between the detected audio signal and the audio signal provided with the target frequency characteristic; an adaptive filter to which an audio signal is input; an audio signal and the difference signal And an adaptive signal processing unit that performs adaptive signal processing to determine the coefficient of the adaptive filter so that the difference signal becomes zero, and a speaker that emits a sound corresponding to a signal output from the adaptive filter to an acoustic space. And a loudness compensating means provided on an audio signal path for setting a target transfer characteristic. The stage comprises: noise detection means for detecting noise at an observation point in an acoustic space; a coefficient calculation unit for calculating a coefficient required for calculating a gain for compensating loudness for each band; and the coefficient for each band. A gain calculation unit for calculating a gain for compensating loudness using the audio signal level and a gain control unit for controlling the level of each band of the audio signal by the calculated gain. Audio device.
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1994
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