JP3949774B2 - 音量調節システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は自動車に搭載されたオーディオ装置において、車室内の音量を走行中の車室内の騒音レベルに対応して聴取しやすいように自動調整する音量調節システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に搭載されたオーディオ装置は車室内の乗員に対し、音楽あるいはラジオ放送からの音声による情報等をスピーカから音響信号として伝えている。しかし、車両の走行に伴い、車室内にはロードノイズ、風切り音あるいはエンジン音などの騒音が入り込み、乗員は停車時の音量レベルでは音響信号の聴取が困難となり、絶えず音量ボリュームを操作することになる。この状況を解決するため、騒音レベルに対応して自動的に音場レベルを加減するのが音量調整システムである。
【０００３】
これまでに提案され実用になっている制御方式は、
（Ａ）車速と車室内の騒音の関連を想定して、車速信号から直接音量を調節する方式
（Ｂ）車室内に設置したマイクロホンで音量レベルを検出し、オーディオ信号源に含まれる周波数帯域以下の低周波を抽出し、これを騒音レベルとして音量を調節する方式
（Ｃ）車室内に設置したマイクロホンでオーディオ信号源と騒音が混在した音場レベルを検出し、別にオーディオ信号源を直接電気信号から検出して先のオーディオ信号源と騒音が混在した信号と比較し、騒音のみを検出して音量を調節する方式
（Ｄ）カー・ナビゲーションからの情報を利用して、制御の質を向上させる方式
（Ｅ）上記各方式を併用した方式
が採用されている。
【０００４】
また、上記の基本的な自動音量調整システムに加えて、乗員が違和感、不快感なく自然な状況でオーディオ信号を聴取出来る自動音量制御に関する各種方法が発明されている。
車室内の騒音に応じた制御が比較的良好に行える上記（Ｃ）の音量調整システムの構成は図４に示すようになものとなる。ＣＤプレーヤやラジオ受信機等のオーディオ信号源再生装置５１から発生する信号は、色々な音場空間（例えばコンサートホール、ライブハウスや教会等）での音楽聴取を再現するオーディオ信号処理回路５２により、遅延処理や遅延した信号を元の信号に加算する加算処理等が施される。そして、オーディオ信号処理回路５２により処理された信号は、音量制御回路５３により音量が調整され、そして、増幅器５４により増幅されてスピーカ５５より、車室内に音響信号として供給される。一方、車室内の室内音は再生されたオーディオ信号と騒音が混在したもので、車室内に設置されたマイクロホン５６により検出される。このマイクロホン５６により検出された室内音は、オーディオ信号源再生装置５１の出力信号と騒音検出回路５７で比較（減算処理）されて騒音成分のみが取り出され、音量制御回路５３に制御信号として加えらる。そして、音量制御回路５３により、音響信号のレベルが騒音レベルに対応したスピーカ出力（レベル）となるように調節される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来における車室内に設置したマイクロホンでオーディオ信号源と騒音が混在した音場レベルを検出し、別にオーディオ信号源を直接電気信号から検出して、先のオーディオ信号源と騒音が混在した信号と比較し、騒音のみを検出して音量を調節する方式においては、オーディオ信号源の検出点を図４に示すように信号源に近い点で、しかも、ステレオ信号の場合は右（Ｒ），左（Ｌ）チャネル信号を合成し、１ラインの信号として利用している。そのため、それ以降の音場もしくは音量制御（たとえば、左右の音場レベルを変える「バランス」、前後の音場レベルを変える「フェーダ」、周波数特性を変える「イコライザ」など）の信号処理が反映されないので、特に複数個のスピーカを設置した車載用オーディオ装置では、乗員が上記の条件を変えた場合などに、正確な騒音レベルを検出できず、乗員に対し違和感、不快感を与えることがあった。
【０００６】
本発明に係わる自動音量調節システムは上記の課題を解決するために発明されたものであり、車室内の音響条件が変化しても騒音に対応した音量での再生を実現出来るシステムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するために、本発明による音量調整システム（１）は、車室内に設置され、音響信号発生源からの音響信号に音場制御処理を施す音場処理手段を有するオーディオ装置において、車室内に設置され、車室内の室内音を検出するマイクロホンと、前記マイクロホンにより検出された室内音から、前記音場処理手段により処理された音響信号を減算処理し、車室内における騒音信号を摘出する騒音信号摘出手段と、前記騒音信号摘出手段により摘出された騒音信号に応じて音響信号の音量を制御する音量制御手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
上記音量調整システム（１）によれば、音量制御処理や音場制御処理が施された後の信号を、つまりスピーカより出力される音声に対して常に相関性の高い信号を用いて、室内音から騒音を摘出する処理が行われるので、音量および音場調整状態に左右されず常に正確な騒音状態を検出でき、音量調整を適切に行える。また、本発明による音量調整システム（２）は、音量調整システム（１）において、前記騒音信号摘出手段は、車室内に設置された複数のスピーカへの各音響信号のレベルを各々調整するレベル調整手段と、前記レベル調整手段によりレベル調整された前記各音響信号を加算する加算手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
上記音量調整システム（２）によれば、各スピーカの位置とマイクロホンの位置による音響信号の再生音の検出誤差を少なくすることができ、より適切な音量調整を行うことができる。
そして、本発明による音量調整システム（３）は、音量調整システム（２）において、前記レベル調整手段は、前記各スピーカと前記マイクロホン間の音響伝達特性により、音響信号の調整特性が設定されていることを特徴とする。
【００１０】
上記音量調整システム（３）によれば、各スピーカの位置とマイクロホンの位置による音響信号の再生音の検出誤差を、その伝達特性に応じた補正により少なくすることができ、より適切な音量調整を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明に関する自動音量調節システムの実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は騒音に感応する自動音量調節システムの構成を示す構成図である。ＣＤプレーヤやラジオ受信機等のオーディオ信号源再生装置４１から発生する信号は、色々な音場空間（例えばコンサートホール、ライブハウスや教会等）での音楽聴取を再現するオーディオ信号処理回路４２により、遅延処理や遅延した信号を元の信号に加算する加算処理等が施される。なお、オーディオ信号処理回路４２は、デジタル信号により遅延・加算処理等を行えるデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）が用いられる。そして、オーディオ信号処理回路４２により処理された信号は、制御信号により減衰度が制御される電子ボリウム等から構成される音量制御回路４３により音量が調整され、そして、増幅器４４により増幅されてスピーカ４５より、車室内に音響信号として供給される。
【００１２】
一方、車室内の室内音は再生されたオーディオ信号と騒音が混在したもので、車室内に設置されたマイクロホン４６により検出され、このマイクロホン４６により検出された室内音は、騒音検出回路４８に出力される。
このマイクロホン４６の設置部位は小型乗用車からワンボックスカー、大バスまで車体構造が違った場合、また、乗員の人数、場所が異なっても車室内の音場レベルを正確に検出することにあり、さらにコスト低減を図るため、既存の車室内のルームランプ等と一体化することが望ましい。車体構造によって単一または複数個のマイクロホンを配置し、オーディオ信号源からの直接音と外部からの騒音を忠実に検出し、制御に悪い影響を与える反射音を検出しない配置が望まれる。このような条件を比較的満足するような代表的な設置部位としては、車室内センタールームランプ近傍、車室内フロントルームランプ近傍、フロント・インパネ中央部、ルームミラーまたはフロントガラス中央部、車室内天井面中央ライン近傍への複数個配置がある。
【００１３】
一方、オーディオ信号処理回路４２で処理された信号は、補正回路４７によりマイクロホン４６と各スピーカ４５の位置等により定まる伝達特性に応じたレベル補正、また時間（位相）補正が加えられ、マイクロホン４６により検出されべき音響信号が再現され、騒音検出回路４８に出力される。そして、騒音検出回路４８で、マイクロホン４６からの室内音信号と、補正回路４７からの信号とが比較（減算処理）されて騒音成分のみが取り出され、音量制御回路４３に制御信号として加えらる。なお、騒音検出回路４８は、音量制御回路４３での音量調整量を検知しており、補正回路４７からの信号がその音量調整量でさらに補正され、マイクロホン４６が検出すべき音響信号をより忠実に再現できるようになっている。そして、音量制御回路４３により、音響信号のレベルが騒音レベルに対応したスピーカ出力（レベル）となるように調節される。なお、補正回路４７、騒音検出回路４８も、デジタルシグナルプロセッサにより構成することができ、またその処理能力によってはオーディオ信号処理回路４２と兼用することも可能である。
【００１４】
尚、音響信号等のデジタル処理により、次のような高度制御を実行することも可能である。
（ａ）オーディオ信号源と車室内音響信号の周波数帯域を制限する。
（ｂ）音量制御動作をする閾値を設定し、それ以下の僅かな騒音では動作を制限する。
（ｃ）設定した周期よりも短い周期で騒音が変動する場合には動作を制限する。
（ｄ）騒音レベルが増大する場合は実際より応答時間を遅らせ、反対に減少する場合は早く応答させる。
【００１５】
そして、このような処理における、騒音レベルと応答時間の閾値は乗員が最適な値に設定できるように、ボリウム等の設定手段を設けることが望ましい。
次により詳細な構成について説明する。図３は、図２に示した構成の要部の具体例を示す構成図である。なお、この回路構成は４スピーカ車載オーディオ装置の場合で記述している。スピーカの数、種類、配置など種々の形態が考えられるが騒音に対する音量の調節についての基本原理は同等である。
【００１６】
再生音源１１はコンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤ，ミニディスク（ＭＤ）プレーヤ，カセットテープ（ＣＳ）プレーヤあるいはラジオ・テレビ放送等の受信機などが用いられる。再生音源１１からの出力は、アナログ信号の場合はＡ／Ｄコンバータ１２でデジタル信号に変換して、またデジタル信号の場合はそのまま、オーディオ信号処理回路１３に入力される。オーディオ信号処理回路１３は前述の音場制御や音質（トーンやバス）、分配制御等の音響制御（バランスやフェーダコントロール）を行う。オーディオ信号処理回路１３により音場制御等が施された信号は、周波数特性を設定するフロント（スピーカ）用及びリア（スピーカ）用イコライザ１４ｆ，１４ｒにより、その周波数特性が調整され、乗員の好みや、車室内空間音響（周波数）特性を補正するように音質（周波数特性）が制御される。これらイコライザ１４ｆ，１４ｒからの出力信号は、次段のＤ／Ａコンバータ１５でアナログ信号に変換され、電子ボリウム１６に出力される。電子ボリウム１６では、乗員により設定された音量および車室内の騒音に応じた特性で、Ｄ／Ａコンバータ１５からの信号を減衰し、増幅器１７に出力する。そして、増幅器１７で増幅された信号が音声として、スピーカ１８から出力される。
【００１７】
他方、イコライザ１４ｆ，１４ｒからの出力信号は、設定された係数との乗算処理を行う乗算器から構成される重みづけ部１９により、乗算処理されて重みづけされ、そして加算器２０により加算される。なお、必要に応じて加算器２０による加算の前に遅延処理を施しても良い。なお、これら乗算器の係数、また遅延回路の遅延特性は、マイクロホン２１と各スピーカ１８との間の音響伝達特性に応じて定められ、その値は車種毎に実験等により求めることができる。つまり、重みづけ部１９で、各スピーカに加えられる信号が個別に検出され、そして各スピーカとマイクロホンとの音響伝達特性に応じた重みづけ係数ＦＲ（フロント・右），ＦＬ（フロント・左）、ＲＲ（リア・右）、ＲＬ（リア・左）により重み付けされ、加算（合成）される。そして、加算器２０で合成された信号は、バンドパスフイルタ２４ｓ、乗算器２５ｓ，検波器２６ｓ，積分器２７ｓででデジタル的に信号処理される。バンドパスフイルタ２４ｓでは音源信号の周波数帯域を、例えば４０〜４００Ｈｚに制限し、騒音検出に不要な信号を除去している。乗算器２５ｓは騒音のない状態で、マイクロホン２１へ入力される車室内の音響信号と音源信号との差を無くす補正を行うものであり、また電子ボリウム１６の調整値をマイクロコンピュータ１６から入力し、電子ボリウム１６による音量調整量による再生音量の変化量を補正するものである。また、検波器２６ｓで整流された信号は積分２７ｓで数秒程度の時定数で平滑と保持を行って信号レベルに応じた信号に変換し、騒音検出に適切な比較が出来るようにしている。
【００１８】
また、車室内の音は車室内音場検出マイクロホン２１で集音される。この室内音信号はスピーカ群１８によって車室内に再生されたオーディオ成分と車室の内外で発生する騒音成分とが含まれる。マイクロホン２１からの信号はマイクアンプ２２で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ２３でデジタル信号に変換される。このデジタル化された室内音信号はバンドパスフイルタ２４ｎ、乗算器２５ｎ、検波器２６ｎ，積分器２７ｎで音響信号源１１の信号と同様の処理が施される。
【００１９】
このようにして得られた室内音信号とオーディオ信号は比較部（減算部）２８で比較（減算）され、騒音部２９で騒音レベルとして検出される。そして、騒音部２９で検出された騒音レベルは、パラメータ選択部３０を介してマイクロコンピュータ３１に入力される。パラメータ選択部３０は該当する車両ごとに、検出した騒音レベルに応じた騒音制御に最適な（音量制御）パラメータを予め記憶させてあり、検出した騒音レベルに応じてハード的あるいはソフト的に選択するように構成されている。
【００２０】
マイクロコンピュータ（マイコン）３１に入力された音量制御パラメータは、マイコン３１で他の入力条件（乗員による設定音量、そして例えば、当該システムの動作ＯＮ／ＯＦＦの切替え、曲間の無信号状態など）を加味して演算処理がなされ、電子ボリウム１６に対する制御信号（データ）が算出される。そして、この制御信号が電子ボリューム１６に加えられ、該当する再生音量となる制御が実行される。
【００２１】
なお、オーディオ信号処理部１３、イコライザ１４、重みづけ部１９、加算器２０、バンドパスフィルタ２４、乗算器２５、検波器２６、積分器２７、減算器２８、騒音検出部２９、パラメータ選択部３０は、ＤＳＰにより構成でき、そしてＤＳＰにより構成することにより（特に音場制御用のＤＳＰを兼用することにより）、新たなハード構成をあまり追加することなく制御プログラムの変更等により実現できる低コストで実現できる。
【００２２】
次に本実施の態様における重要な機能である重みづけ部１９について、補足説明を図３を用いて行う。図３は車室内を上部より平面的に見たオーディオ装置の主要ユニットの配置を表わしたもので、集音マイクロホンはダッシュボードの中央に設置され、車室内の前後、左右に４個のスピーカが配置された場合を示している。各スピーカからの音響伝達状況はマイクロホンとの距離、障害物の有無などによって異なり、それぞれの伝達係数はＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬで表わしている。車室内の各スピーカからの音響伝達は線形特性とみなして良く、複数個のスピーカからマイクロホンへの総合伝達特性はそれぞれの伝達係数を単純に加算することによって得ることが出来る。これらの音響伝達係数を用いて補正を施し、比較する信号（マイクロホンからの信号と音響信号源からの信号）が比較に適切なものとなるように補正する。
【００２３】
以上のように本実施の態様によれば、オーディオ信号源の検出位置を従来の方式より後段に移し、車室内の音場及び音響特性を設定した後で、複数個のスピーカへ供給する信号ラインから取出し、各スピーカから集音マイクロホンまでの伝達特性を個別に設定できるので、乗員が車室内の音場及び音響特性を変化させても、また、マイクロホンの設置場所に制約されることもなく、正確に騒音レベルが検出でき、制御に必要な信号処理はすべてデジタルで実行されるので、あらゆる条件に対しても違和感のない、しかも小型、低コストで騒音に対応する自動音量調節システムが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の態様による音量調整システムの構成図である。
【図２】 本発明の実施の態様による音量調整システムの詳細構成構成図である。
【図３】 重みづけ処理を説明するための説明図である。
【図４】 従来の音量調節システムの構成図である。
【符号の説明】
１３・・・オーディオ信号処理部
１９・・・重みづけ部
２０・・・加算器
２８・・・比較（減算）器
３１・・・マイクロコンピュータ
１８・・・スピーカ
１６・・・電子ボリウム
２１・・・マイクロホン

Claims (3)

1. 車室内に設置され、音響信号にデジタル処理で音場制御処理を施す音場処理手段と、
   前記音場処理手段により処理されたデジタル音響信号からアナログ音響信号に変換する変換手段と、
   前記アナログ音響信号の音量を制御する音量制御手段と、
   前記音量制御手段により音量制御された音響信号を出力するスピーカと、
   車室内に設置され、車室内の室内音を検出するマイクロホンと、
   前記マイクロホンにより検出された室内音と、前記音場処理手段により処理された音響信号と、前記音量制御手段にかける音量調整量とに基づいて演算処理し、車室内における騒音信号を摘出する騒音信号摘出手段とを具備し、
   前記騒音信号摘出手段により摘出された騒音信号に応じて音響信号の音量を制御することを特徴とする音量調節システム。
2. 前記騒音信号摘出手段は、
   複数のスピーカへの各音響信号のレベルを各々調整するレベル調整手段と、
   前記レベル調整手段によりレベル調整された前記各音響信号を加算する加算手段とを有することを特徴とする請求項１記載の音量調節システム。
3. 前記レベル調整手段は、前記各スピーカと前記マイクロホン間の音響伝達特性により、音響信号の調整特性が設定されていることを特徴とする請求項２記載の音量調節システム。

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