JP3961183B2 - イコライザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ信号の周波数帯毎のレベルを自動的に調整するイコライザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、オーディオシステムにより音楽等を再生する場合に、スピーカから放射された音波が聴取位置に到達するまでの間の伝達特性は、音波の反射や吸収等の度合いにより音響空間毎に異なっている。このように、音響空間による伝達特性の違いは、聴取位置に到達する音波の周波数毎のレベルの変化を生じさせ、聴取者が違和感を感じる原因となる。このため、音響空間毎の伝達特性に対応して、オーディオ信号の周波数帯毎のレベルを調整することが望ましい。
【０００３】
オーディオ信号の周波数帯毎のレベル（以後、これを「バンドレベル」と称する）を調整する従来技術として、オートグラフィックイコライザが知られている。オートグラフィックイコライザでは、聴取位置にマイクロホンを設置し、スピーカに入力する信号とマイクロホンによって集音されて出力される信号とを比較して、スピーカに入力する信号のバンドレベルを自動的に調整している。
【０００４】
一般的な家庭用オーディオシステムでは、聴取者の前方の左右に１つずつのスピーカを配置するいわゆる２チャンネルステレオシステムが主流である。従来のオートグラフィックイコライザは、このような２チャンネルステレオシステムを対象としており、左側スピーカおよび右側スピーカのそれぞれに入力されるオーディオ信号について個別にバンドレベルを調整するという処理を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車載用オーディオシステムでは、フロント席の近傍の左右２箇所およびリア席近傍の左右２箇所のそれぞれにスピーカが配置されている場合が多い。このような車載用オーディオシステムにおけるバンドレベルの調整方法として、従来は、上述した家庭用オーディオシステムと同様の方法が採用されていた。具体的には、左のフロント側およびリア側の各スピーカから出力されるオーディオ音を単一のチャンネル（左チャンネル）、右のフロント側およびリア側を別の単一のチャンネル（右チャンネル）と考えて、まず、左チャンネルのフロントスピーカおよびリアスピーカに対して同時に信号を入力してバンドレベルの調整を行い、その後、右チャンネルのフロントスピーカおよびリアスピーカに対して同時に信号を入力してバンドレベルの調整を行っていた。
【０００６】
ところが、左のフロント側およびリア側と右のフロント側およびリア側のそれぞれを単一のチャンネルとしてバンドレベルの調整を行った場合には、フロントスピーカおよびリアスピーカの設置位置によっては、フロントスピーカから放射された音波とリアスピーカから放射された音波との間で位相が一致せずに、互いに打ち消し合ってしまう場合がある。このように、フロントスピーカおよびリアスピーカのそれぞれから放射された音波が互いに打ち消し合ってしまうと、単に調整対象としている側のチャンネルについて所定の周波数帯のゲインを増加させたとしても、聴取位置において聴取される音波の音圧レベルが上がらず、良好な音質調整を行うことができないという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、音響空間による伝達特性の変化によらず良好な音質調整を行うことができるイコライザ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明のイコライザ装置は、所定の測定用信号を信号発生手段によって発生し、この信号発生手段と複数のスピーカとの間に接続されたレベル調整手段において、それぞれが複数のゲイン値を選択的に設定し、実際に各スピーカから放射された音波をマイクロホンで集音する。そして、誤差検出手段によって、このマイクロホンから出力される信号に基づいて、マイクロホンの設置位置（聴取位置）における音響特性と、所定の目標特性との誤差を検出する。このような誤差の検出動作を遺伝的アルゴリズムを用いて繰り返し行い、誤差が小さくなる複数のレベル調整手段のそれぞれのゲイン値の組み合わせを、ゲイン設定手段によって決定している。複数のレベル調整手段における膨大な数のゲイン値の組み合わせの中から所望の目標特性が得られる組み合わせが決定されるため、音響空間による伝達特性の変化によらず良好な音質調整を行うことができる。また、遺伝的アルゴリズムを用いることにより、少ない試行回数、すなわち上述した設定動作に要する時間を短縮することができ、しかも良好な目標特性を得ることができる。
【０００９】
また、上述した複数のスピーカのそれぞれの前段に、遅延時間が調整可能な複数の遅延手段を接続するとともに、遅延時間設定手段によって、信号発生手段から出力される測定用信号に対応する音波がマイクロホンに到達するまでの時間が一致するように、これら複数の遅延手段の遅延時間を設定することが望ましい。車室内等の音響空間を考えた場合には、各スピーカからマイクロホンまでの距離が大きく異なる場合もあるため、各スピーカから放射されてマイクロホンに到達する音波の状態によっては音波の相互干渉によってレベル調整手段によるゲイン調整だけでは目標特性が実現できない、あるいは実現が容易でない場合が生じるが、マイクロホンに到達するまでの時間を各遅延手段によって一致させることにより、音波の相互干渉による影響を低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車載用のイコライザ装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、一実施形態のイコライザ装置の全体構成を示す図である。同図に示すイコライザ装置は、音源１０、信号切替部１１、６つのグラフィックイコライザ（Ｇ−ＥＱ）部１２〜１７、混合器１８、５つの信号遅延部１９〜２３、増幅器２４〜２８、フィルタバンク部２９、バンドレベル計算部３０、バンドレベル比較部３１、目標バンドレベル設定部３２、メモリ３３、フィルタ係数選択・設定部３４、制御部３５、マイクロホン４０を含んで構成されている。
【００１２】
また、本実施形態のイコライザ装置によって音質補正を行う対象となる音響空間としての車室内の所定位置には、５つのスピーカ４１〜４５がそれぞれ設置されている。具体的には、スピーカ４１が左側前部、スピーカ４２が左側後部、スピーカ４３が右側前部、スピーカ４４が右側後部の所定位置にそれぞれ設置されている。また、スピーカ４５は、主に低音域を再生するためのものであり、中央後部の所定位置に設置されている。
【００１３】
図１に示す音源１０は、制御部３５からの指示にしたがって、所定の測定用信号（ピンクノイズ信号またはタイムストレッチドパルス信号）を出力する。信号切替部１１は、制御部３５から与えられる指示に基づいて内部スイッチの接続状態を可変することにより、音源１０から出力される測定用信号をグラフィックイコライザ部１２〜１７に対して選択的に出力する。具体的には、信号切替部１１からの信号出力状態としては、例えば、（１）グラフィックイコライザ部１２〜１７のいずれか１つに測定用信号を出力する状態、（２）全てのグラフィックイコライザ部１２〜１７に測定用信号を出力する状態、等の各種の状態がある。
【００１４】
グラフィックイコライザ部１２〜１７は、フィルタ係数選択・設定部３４によって設定されたフィルタ係数に基づいて、入力されたオーディオ信号の周波数帯毎のレベル（バンドレベル）を調整する。グラフィックイコライザ部１２から出力された信号は、信号遅延部１９によって所定時間だけ遅延された後に増幅器２４によって増幅されて左側前部のスピーカ４１に入力される。また、グラフィックイコライザ部１３から出力された信号は信号遅延部２０によって所定時間だけ遅延された後に増幅器２５によって増幅されて左側後部のスピーカ４２に入力される。
【００１５】
同様に、グラフィックイコライザ部１５から出力された信号は信号遅延部２１によって所定時間だけ遅延された後に増幅器２６によって増幅されて右側前部のスピーカ４３に入力される。また、グラフィックイコライザ部１６から出力された信号は信号遅延部２２によって所定時間だけ遅延された後に増幅器２７によって増幅されて右側後部のスピーカ４４に入力される。
【００１６】
また、グラフィックイコライザ部１４およびグラフィックイコライザ部１７のそれぞれから出力された信号は、混合器１８によって混合され、信号遅延部２３によって所定時間だけ遅延された後に増幅器２８によって増幅されて、車室内の中央後部のスピーカ４５に入力される。なお、上述した信号遅延部１９〜２３の遅延時間については、制御部３５によって予め適切な値に設定されているものとする。遅延時間を設定する方法の詳細については後述する。また、増幅器２４〜２８のゲインについては、制御部３５によって適宜、設定されるものとする。
【００１７】
マイクロホン４０は、運転席周辺の聴取位置に設置されており、スピーカ４１〜４５のそれぞれから放射される音波を集音し、これを電気信号に変換して出力する。フィルタバンク部２９は、マイクロホン４０から出力された信号をグラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれにおける各分割帯域に合わせた周波数帯毎に分割する。バンドレベル計算部３０は、フィルタバンク部２９から出力されるバンドレベル（検出バンドレベル）を計算する。
【００１８】
目標バンドレベル設定部３２は、音質補正を行う際に目標とするバンドレベル（例えば、全再生周波数帯域においてフラットな周波数特性や、高域を強調した周波数特性など、聴取者の好みの周波数特性に対応したバンドレベルであり、以後、これを「目標バンドレベル」と称する）を格納している。
【００１９】
バンドレベル比較部３１は、目標バンドレベル設定部３２に格納された目標バンドレベルと、バンドレベル計算部３０から出力される検出バンドレベルとを比較し、各周波数帯毎に両者の誤差を求める。バンドレベル比較部３１によって求められた誤差は、メモリ３３に記憶される。
【００２０】
制御部３５は、イコライザ装置全体の動作を制御する。具体的には、制御部３５は、メモリ３３に記憶されている誤差に応じて、フィルタ係数選択・設定部３４を制御し、グラフィックイコライザ部１２〜１７のフィルタ係数を設定する動作や、信号遅延部１９〜２３の遅延時間および増幅器２４〜２８のゲインを設定する動作等を行う。
【００２１】
図２は、上述したグラフィックイコライザ部１２〜１７の詳細構成を示す図である。同図に示すように、グラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれは、ｎ個のバンドフィルタＢ−１〜Ｂ−ｎが縦続接続されて構成されている。各バンドフィルタＢ−１〜Ｂ−ｎは、それぞれ４つの遅延素子５１と、５つのフィルタ係数部５２と、混合器５３とを備えており、各フィルタ係数部５２のゲインを調整することにより周波数帯毎のレベルを変化させることができるようになっている。図３は、グラフィックイコライザ部１２〜１７の動作について説明する図である。図３に示すように、グラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれは、フィルタ係数部５２のゲインを調整することにより、周波数帯毎に、例えば−４〜＋３ｄＢの間で１ｄＢ単位でレベルを変化させることができるようになっている。
【００２２】
上述した音源１０が信号発生手段に、グラフィックイコライザ部１２〜１７がレベル調整手段に、フィルタバンク部２９、バンドレベル計算部３０、バンドレベル比較部３１、目標バンドレベル設定部３２が誤差検出手段に、フィルタ係数選択・設定部３４がゲイン設定手段にそれぞれ対応する。また、信号遅延部１９〜２３が遅延手段に、制御部３５が遅延時間設定手段にそれぞれ対応する。
【００２３】
本実施形態のイコライザ装置は上述した構成を有しており、次に、スピーカ４１〜４５から放射された音波が聴取位置に到達するまでの伝播時間が聴感上同じになるように信号遅延部１９〜２３の遅延時間を設定する動作について説明する。
【００２４】
図４は、信号遅延部１９〜２３の遅延時間を設定する場合の動作手順を示す流れ図である。初めに、制御部３５は、音源１０に対してピンクノイズ信号を出力するよう指示を行う。指示を受けた音源１０は、ピンクノイズ信号を出力する（ステップ１００）。次に、制御部３５は、スピーカ４１〜４５から出力される音波の音圧レベルが一定になるように増幅器２４〜２８のゲインを調整する（ステップ１０１）。
【００２５】
具体的には、制御部３５は、増幅器２４のゲインを調整する場合であれば、グラフィックイコライザ部１２にのみ信号が入力されるように信号切替部１１の接続状態を制御し、マイクロホン４０から出力される信号が所定レベルになるように増幅器２４のゲインを調整する。同様に、制御部３５は、増幅器２５のゲインを調整する場合にはグラフィックイコライザ部１３にのみ信号が入力され、増幅器２６のゲインを調整する場合にはグラフィックイコライザ部１５にのみ信号が入力され、増幅器２７のゲインを調整する場合にはグラフィックイコライザ部１６にのみ信号が入力されるように信号切替部１１の接続状態をそれぞれ制御し、それぞれの場合においてマイクロホン４０から出力される信号が所定レベルになるように増幅器２５〜２７のゲインを調整する。また、制御部３５は、増幅器２８のゲインを調整する場合にはグラフィックイコライザ部１４および１７に信号が入力されるように信号切替部１１の接続状態を制御し、マイクロホン４０から出力される信号が所定レベルになるように増幅器２８のゲインを調整する。
【００２６】
上述した手順により増幅器２４〜２８のゲインが調整されると、次に制御部３５は、スピーカ４１〜４５のそれぞれについてインパルス応答を測定し、各スピーカから放射された音波がマイクロホン４０に到達するまでに要する伝播時間を、これらの測定結果に基づいて計算する。
【００２７】
例えば、スピーカ４１に対応した伝播時間を計算する場合であれば、制御部３５は、グラフィックイコライザ部１２にのみ信号が入力されるように信号切替部１１の接続状態を制御した後に音源１０に対してタイムストレッチドパルス信号を出力するよう指示する。指示を受けた音源１０は、タイムストレッチドパルス信号を出力する（ステップ１０２）。
【００２８】
次に制御部３５は、音源１０から出力されたタイムストレッチドパルス信号に対応してスピーカ４１から放射される音波に基づき、インパルス応答の測定を行う（ステップ１０３）。なお、インパルス応答については、タイムストレッチドパルス信号の入力に対応してマイクロホン４０から出力される信号（タイムストレッチドパルス応答信号）に対して、元のタイムストレッチドパルス信号を時間軸上で反転した信号を畳み込み演算することにより得ることができる。
【００２９】
その後、制御部３５は、得られたインパルス応答に基づいて、音源１０におけるタイムストレッチドパルス信号の発生時から対応する音波がマイクロホン４０に到達するまでの伝播時間を計算する（ステップ１０４）。
【００３０】
次に、制御部３５は、全てのスピーカ４１〜４５に対応して伝播時間が求められたか否かを判定する（ステップ１０５）。全てのスピーカ４１〜４５に対応する伝播時間が求められていない場合には、ステップ１０２に戻り、伝播時間を求める動作が繰り返される。なお、スピーカ４２〜４４のそれぞれに対応した伝播時間については、上述したスピーカ４１の場合と同様にしてステップ１０３〜１０５に示した処理を行うことにより求めることができる。また、スピーカ４５に対応する伝播時間を求める場合には、グラフィックイコライザ部１４および１７のいずれか一方に信号が入力されるように信号切替部１１の接続状態を制御した後に、上述したステップ１０２〜１０５で説明した処理を行うことにより、伝播時間を求めることができる。
【００３１】
信号遅延部１９〜２３のそれぞれに対応する５つの伝播時間が求められると、制御部３５は、これら５つの伝播時間の中から最大値ＴM を特定し（ステップ１０６）、最大値ＴM と他の各伝播時間との差に応じて信号遅延部１９〜２３の遅延時間をそれぞれ設定する（ステップ１０７）。例えば、スピーカ４１〜４５のそれぞれに対応して測定された５つの伝播時間をそれぞれｔ41、ｔ42、ｔ43、ｔ44、ｔ45とし、この中で最大値がｔ41である（ＴM ＝ｔ41である）場合には、信号遅延部２０の遅延時間は（ＴM −ｔ42）、信号遅延部２１の遅延時間は（ＴM −ｔ43）、信号遅延部２２の遅延時間は（ＴM −ｔ44）、信号遅延部２３の遅延時間は（ＴM −ｔ45）にそれぞれ設定され、信号遅延部１９の遅延時間は０に設定される。
【００３２】
次に、グラフィックイコライザ部１２〜１７に対して、それぞれに最適なフィルタ係数の組み合わせを設定する動作について説明する。図５および図６は、グラフィックイコライザ部１２〜１７に対してフィルタ係数を設定する場合のイコライザ装置の動作手順について説明する図である。なお、以下の説明では、グラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれにおいてゲインが調整可能なｎ個の周波数帯域のそれぞれの中心周波数をｆ1 、ｆ2 、ｆ3 、…とし、このうちで中心周波数ｆ1 に対応する周波数帯域に着目して最適なフィルタ係数の組み合わせを設定する動作手順について説明を行うが、他の周波数帯域についても同様の手順によりフィルタ係数の組み合わせを設定することができる。
【００３３】
フィルタ係数選択・設定部３４は、データとして予め格納されているフィルタ係数の組み合わせの全てに対して、それぞれを識別可能な任意のバイナリコード（２進数符号）を付与する（ステップ２００）。図７は、各フィルタ係数の組み合わせによって実現される各グラフィックイコライザ部のゲインと、これに対応して付与されるバイナリコードについて説明する図である。図７に示すように、中心周波数がｆ1 の周波数帯域に対応するグラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれのゲイン（図２に示したバンドフィルタＢ−１に含まれる５つのフィルタ係数部５２を設定することにより実現されるバンドフィルタＢ−１のゲイン）を、ｇ2 、ｇ3 、ｇ4 、ｇ5 、ｇ6 、ｇ7 とすると、これらのゲインを実現するフィルタ係数の第１の組み合わせに対して適当なバイナリコードが付与される。例えば、グラフィックイコライザ部１２〜１７に含まれる各バンドフィルタのフィルタ係数部５２を調整することにより、グラフィックイコライザ部１２〜１７に含まれる各バンドフィルタＢ−１のゲインが、−４〜＋３ｄＢの範囲で１ｄＢ単位で調整可能である場合には、各バンドフィルタＢ−１に対応して、５つのフィルタ係数部５２の各ゲインの組み合わせとして８パターンを考えればよい。この８パターンを表現するためには少なくとも３ビットのバイナリコードが必要であり、これを６つのグラフィックイコライザ１２〜１７について考慮することになるため、結局、図７に示すように、１８ビットからなるバイナリコード（“０００１０１１０１１０００１１００１”）を用意する必要がある。同様にして、中心周波数ｆ1 に対応する各グラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれのフィルタ係数の全ての組み合わせについて、互いに識別可能な１８ビットのバイナリコードが付与される。
【００３４】
次に、フィルタ係数選択・設定部３４は、上述したステップ２００において各フィルタ係数の組み合わせに対して付与された各バイナリコードの中から、所定個数（例えば、１０個）のバイナリコードをランダムに選択する（ステップ２０１）。本実施形態では、初期状態には、各バイナリコードが選択される確率は、全てのバイナリコードについて同じ値に設定されている。例えば、上述した例のように、バイナリコードの数が２18個の場合であれば、初期状態においてそれぞれのバイナリコードに選択される確率は１／２18となる。また、この選択確率は、以後の処理においてその値が適宜更新される。なお、選択確率を更新する処理については後述する。なお、以後の説明では、ステップ２０１において選択された所定個数のバイナリコードをまとめて「バイナリコード・グループ」と称することとする。
【００３５】
次に、フィルタ係数選択・設定部３４は、バイナリコード・グループの中から、任意に１つのバイナリコードを抽出し（ステップ２０２）、この抽出したバイナリコードに対応するそれぞれのフィルタ係数を、６つのグラフィックイコライザ部１２〜１７に設定する（ステップ２０３）。例えば、中心周波数ｆ1 の周波数帯域に対応するバイナリコード“０００１０１１０１１０００１１００１”が抽出された場合であれば、上述したフィルタ係数の第１の組み合わせに基づいてグラフィックイコライザ部１２〜１７の各バンドフィルタＢ−１のゲイン値が「ｇ2 、ｇ3 、ｇ4 、…」と設定される。
【００３６】
次に、フィルタ係数選択・設定部３４は、音源１０に対してピンクノイズ信号（測定用信号）を出力するよう指示を行う。音源１０からピンクノイズ信号が出力され、対応する音波がスピーカ４１〜４５から放射されてマイクロホン４０によって検出されると、フィルタバンク部２９は、マイクロホン４０から出力される信号に対して帯域分割を行う。その後、バンドレベル計算部３０は、フィルタバンク部２９から出力される各周波数帯域毎のレベル（検出バンドレベル）を計算する（ステップ２０４）。
【００３７】
検出バンドレベルが計算されると、バンドレベル比較部３１は、目標バンドレベル設定部３２に格納された目標バンドレベルと、バンドレベル計算部３０から出力される検出バンドレベルとを比較して、現在着目している中心周波数ｆ1 の周波数帯域ついて両者の誤差を計算し、得られた誤差をメモリ３３に格納する（ステップ２０５）。
【００３８】
次に、フィルタ係数選択・設定部３４は、バイナリコード・グループの中で、上述したステップ２０２に示した処理においてまだ抽出されていないバイナリコードがあるか否かを判定する（ステップ２０６）。抽出されていないバイナリコードがある場合には、フィルタ係数選択・設定部３４は、ステップ２０２に戻り、抽出されていないバイナリコードの中から任意の１つを抽出し、その後の処理を繰り返す。したがって、例えば、バイナリコード・グループに含まれるバイナリコードの数が１０個である場合には、この１０個のバイナリコードの全てについて、対応する誤差が得られるまで、ステップ２０２〜２０６に示した処理が繰り返される。
【００３９】
未抽出のバイナリコードがない場合には、ステップ２０６において否定判断がなされ、フィルタ係数選択・設定部３４は、バイナリコード・グループに含まれる各バイナリコードに対応したフィルタ係数の組み合わせを用いた際に得られた誤差をメモリ３３から読み出し、この誤差に基づいて各バイナリコードに対応する選択確率を更新する（ステップ２０７）。本実施形態では、上述したように初期状態では全てのバイナリコードに対して同じ選択確率が与えられており、バイナリコード・グループとして選択されて誤差測定が行われた後には、これらのバイナリコードに対して、その誤差が小さいほど選択確率が大きくなるような更新が行われる。
【００４０】
次に、フィルタ係数選択・設定部３４は、誤差に応じて選択確率が更新されたバイナリコードの中から、所定個数（例えば、１０個）のバイナリコードをランダムに選択する（ステップ２０８）。
【００４１】
図８は、選択確率が更新されたバイナリコードの中から所定個数のバイナリコードをランダムに選択する処理について概念的に説明する図である。まず、１つの円を考え、この円の内部をバイナリコードの数に合わせて円周方向に所定領域数に分割する。この際に、各領域の面積は、各バイナリコードに対応した選択確率に比例しており、選択確率が大きいほど面積も大きくなっている。選択確率に比例した面積が設定された後に、ちょうどルーレットで針を回して止まった位置を選ぶような要領で、ランダムに所定個数のバイナリコードが選択される。したがって、当然ながら選択確率が高い（面積の広い）バイナリコードは選択される可能性が高く、反対に選択確率が低い（面積の狭い）バイナリコードは選択される可能性が低くなる。このため、１０個のバイナリコードの選択を繰り返すと、選択確率が高い同一のバイナリコードが複数回選択される場合もあり、反対に、選択確率が低いバイナリコードについては１回も選択されない場合もある。
【００４２】
このようにして、選択確率を考慮して選択された所定個数のバイナリコード（以後、これを「選択バイナリコード・グループ」と称する）が得られると、フィルタ係数選択・設定部３４は、この選択バイナリコード・グループに含まれるバイナリコードの所定個数（例えば、８個）以上が、同一の係数か否かを判定する（ステップ２０９）。
【００４３】
選択バイナリコード・グループに含まれるバイナリコードの所定個数以上が同一でない場合には、ステップ２０９において否定判断がなされ、次にフィルタ係数選択・設定部３４は、１点交叉処理を行う（ステップ２１０）。
【００４４】
図９は、１点交叉処理について具体的に説明する図である。フィルタ係数選択・設定部３４は、選択バイナリコード・グループに含まれる各バイナリコードについて、２個ずつを１組とし、これら１組のバイナリコードについて、任意に設定した交叉点より下位のビットデータを２個のバイナリコード間で互いに交換する処理を行う。例えば、図９に示すように、“０００１０００１１０１００１０１０１”と“０１０１０１０１１１０１００１０１０”からなる１組のバイナリコードにおいて、下位から１０ビット目と１１ビット目の間に交叉点が設定された場合を考えると、１０ビット目より下位のビットデータについて互いに交換され、１点交叉処理後のバイナリコードとして、“０００１０００１１１０１００１０１０”と“０１０１０１０１１０１００１０１０１”からなる１組のバイナリコードが得られる。同様に、他の２個１組からなるバイナリコードに対しても１点交叉処理が行われる。なお、上述した１点交叉処理によって得られた新たなバイナリコードが実際には存在しない内容を有する場合には、この組に対応して行われた１点交叉処理の結果を取り消し、元の２個のバイナリコードを用いて以後の処理が行われる。
【００４５】
次にフィルタ係数選択・設定部３４は、１点交叉処理を行って得られた各バイナリコードに対して突然変異処理を行う（ステップ２１１）。図１０は、上述した突然変異処理について具体的に説明する図である。なお、図１０では、説明を簡略化するために、バイナリコードの桁数が４桁の場合を例にとって突然変異処理についての説明を行うが、同じ方法により任意の桁数に設定されたバイナリコードに対して処理を行うことができる。
【００４６】
突然変異処理では、まず、１点交叉処理によって得られたバイナリコードの各ビット毎に適当なランダム変数が付与される。図１０に示す例では、例えば、バイナリコード“１００１”に対して、下位から４ビット目に「０．０５０」、３ビット目に「０．００１」、２ビット目に「０．２７０」、１ビット目に「０．０３１」というランダム変数がそれぞれ付与されており、バイナリコード“０１０１”に対して、下位から４ビット目に「０．９５０」、３ビット目に「０．０１０」、２ビット目に「０．１５０」、１ビット目に「０．００７」というランダム変数がそれぞれ付与されている。
【００４７】
次に、あらかじめ設定されている所定のしきい値（本実施形態では「０．００８」）に基づいて、各ビット毎に付与されているランダム変数が所定のしきい値よりも小さいか否かが判定され、所定のしきい値よりも小さいランダム変数が付与されているビットについて、そのビットデータが反転される。図１０に示す例では、バイナリコード“１００１”は、３ビット目に付与されたランダム変数「０．００１」がしきい値「０．００８」よりも小さいために３ビット目のビットデータが“０”から“１”に反転され、新たなバイナリコード“１１０１”に変換される。同様に、バイナリコード“０１０１”は、１ビット目に付与されたランダム変数「０．００７」がしきい値「０．００８」よりも小さいために１ビット目のビットデータが“１”から“０”に反転され、新たなバイナリコード“０１００”に変換される。
【００４８】
次にフィルタ係数選択・設定部３４は、突然変異処理によって得られた各バイナリコードをまとめて新たなバイナリコード・グループとして設定する（ステップ２１２）。その後、フィルタ係数選択・設定部３４は、上述したステップ２０２〜２１２に示した処理を行った回数（以後、これを「試行回数」と称する）が所定回数を超えたか否かを判定する（ステップ２１３）。試行回数が所定回数を超えている場合には、上述したステップ２０１に戻り、所定個数のバイナリコードをランダムに選択する処理以降の動作が繰り返される。また、試行回数が所定回数を超えない場合には、上述したステップ２０２に戻り、以降の動作が繰り返される。
【００４９】
なお、本実施形態では、突然変異処理後に得られた各バイナリコードの中に、実際に使われているバイナリコード、すなわち、実現可能なフィルタ係数の組み合わせに対応して付与された各バイナリコード（図３参照）に当てはまらないものがあった場合には、このバイナリコードは、突然変異処理が行われる以前の元のバイナリコードに戻される。
【００５０】
また、上述したステップ２０９において、選択バイナリコード・グループに含まれるバイナリコードの所定個数以上が同一であると判定された場合（肯定判断がなされた場合）に、フィルタ係数選択・設定部３４は、この所定個数以上含まれているバイナリコードの中で大多数をしめているものを抽出し、対応するフィルタ係数をグラフィックイコライザ１２〜１７のそれぞれについて設定する（ステップ２１４）。
【００５１】
このように、本実施形態のイコライザ装置は、遺伝的アルゴリズムを用いて誤差が小さいフィルタ係数の組み合わせを決定しており、少ない試行回数、すなわちフィルタ係数の設定動作に要する時間を短縮することができ、しかも良好な目標特性を得ることができる。
【００５２】
また、本実施形態のイコライザ装置は、複数のスピーカ４１〜４５のそれぞれの前段に、遅延時間が調整可能な複数の信号遅延部１９〜２３を接続し、これらの各遅延時間を、音源１０から出力された所定の測定用信号に対応する音波がマイクロホン４０に到達するまでの時間がほぼ一定となるように調整することにより、主に各スピーカとマイクロホン４０との間の距離の相違に基づいて発生する音波の相互干渉等による影響を抑えることができる。
【００５３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態において、増幅器２４〜２８の各ゲインを調整する場合や、グラフィックイコライザ部１２〜１７のフィルタ係数を設定する場合に、測定用信号としてピンクノイズ信号を用いたが、他の信号、例えばホワイトノイズ信号等を用いるようにしてもよい。また、上述した実施形態では、スピーカ４１〜４５から放射された音波が聴取位置に到達するまでの伝播時間が聴感上同じになるように信号遅延部１９〜２３の遅延時間を設定していたが、この伝播時間の差がほとんどなく実用上無視することができるような場合には、信号遅延部１９〜２３のそれぞれを省略してもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態では、グラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれにおける中心周波数ｆ1 の周波数帯域に着目して最適なフィルタ係数の組み合わせを設定する動作手順について説明したが、他の中心周波数ｆ2 、ｆ3 、…を有する各周波数帯域についても同様の方法を用いて、最適なフィルタ係数の組み合わせを設定することができる。また、各中心周波数ｆ1 、ｆ2 、ｆ3 、…のそれぞれに対応したフィルタ係数の設定動作を並行して行うようにしてもよい。
【００５５】
また、上述した実施形態では、本発明のイコライザ装置を車載用のオーディオシステムに適用した場合の一例について詳細に説明したが、これに限定されるものではなく、家庭用のオーディオシステム等の他のオーディオシステムに対しても適用することができる。
【００５６】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、膨大な数のゲイン値の組み合わせの中から所望の目標特性が得られる組み合わせが決定されるため、音響空間による伝達特性の変化によらず良好な音質調整を行うことができる。また、遺伝的アルゴリズムを用いることにより、少ない試行回数、すなわち上述した設定動作に要する時間を短縮することができ、しかも良好な目標特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のイコライザ装置の全体構成を示す図である。
【図２】グラフィックイコライザ部の詳細構成を示す図である。
【図３】グラフィックイコライザ部の動作について説明する図である。
【図４】信号遅延部の遅延時間を設定する場合の動作手順を示す流れ図である。
【図５】グラフィックイコライザ部に対してフィルタ係数を設定する場合のイコライザ装置の動作手順について説明する図である。
【図６】グラフィックイコライザ部に対してフィルタ係数を設定する場合のイコライザ装置の動作手順について説明する図である。
【図７】各フィルタ係数の組み合わせによって実現される各グラフィックイコライザ部のゲインと、これに対応して付与されるバイナリコードについて説明する図である。
【図８】全バイナリコードの中から所定個数のバイナリコードをランダムに選択する処理について概念的に説明する図である。
【図９】１点交叉処理について具体的に説明する図である。
【図１０】突然変異処理について具体的に説明する図である。
【符号の説明】
１０ 音源
１１ 信号切替部
１２〜１７ グラフィックイコライザ（Ｇ−ＥＱ）部
１９〜２３ 信号遅延部
２４〜２８ 増幅器
２９ フィルタバンク部
３０ バンドレベル計算部
３１ バンドレベル比較部
３２ 目標バンドレベル設定部
３３ メモリ
３４ フィルタ係数選択・設定部
３５ 制御部
４０ マイクロホン
４１〜４５ スピーカ
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ信号の周波数帯毎のレベルを自動的に調整するイコライザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、オーディオシステムにより音楽等を再生する場合に、スピーカから放射された音波が聴取位置に到達するまでの間の伝達特性は、音波の反射や吸収等の度合いにより音響空間毎に異なっている。このように、音響空間による伝達特性の違いは、聴取位置に到達する音波の周波数毎のレベルの変化を生じさせ、聴取者が違和感を感じる原因となる。このため、音響空間毎の伝達特性に対応して、オーディオ信号の周波数帯毎のレベルを調整することが望ましい。
【０００３】
オーディオ信号の周波数帯毎のレベル（以後、これを「バンドレベル」と称する）を調整する従来技術として、オートグラフィックイコライザが知られている。オートグラフィックイコライザでは、聴取位置にマイクロホンを設置し、スピーカに入力する信号とマイクロホンによって集音されて出力される信号とを比較して、スピーカに入力する信号のバンドレベルを自動的に調整している。
【０００４】
一般的な家庭用オーディオシステムでは、聴取者の前方の左右に１つずつのスピーカを配置するいわゆる２チャンネルステレオシステムが主流である。従来のオートグラフィックイコライザは、このような２チャンネルステレオシステムを対象としており、左側スピーカおよび右側スピーカのそれぞれに入力されるオーディオ信号について個別にバンドレベルを調整するという処理を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車載用オーディオシステムでは、フロント席の近傍の左右２箇所およびリア席近傍の左右２箇所のそれぞれにスピーカが配置されている場合が多い。このような車載用オーディオシステムにおけるバンドレベルの調整方法として、従来は、上述した家庭用オーディオシステムと同様の方法が採用されていた。具体的には、左のフロント側およびリア側の各スピーカから出力されるオーディオ音を単一のチャンネル（左チャンネル）、右のフロント側およびリア側を別の単一のチャンネル（右チャンネル）と考えて、まず、左チャンネルのフロントスピーカおよびリアスピーカに対して同時に信号を入力してバンドレベルの調整を行い、その後、右チャンネルのフロントスピーカおよびリアスピーカに対して同時に信号を入力してバンドレベルの調整を行っていた。
【０００６】
ところが、左のフロント側およびリア側と右のフロント側およびリア側のそれぞれを単一のチャンネルとしてバンドレベルの調整を行った場合には、フロントスピーカおよびリアスピーカの設置位置によっては、フロントスピーカから放射された音波とリアスピーカから放射された音波との間で位相が一致せずに、互いに打ち消し合ってしまう場合がある。このように、フロントスピーカおよびリアスピーカのそれぞれから放射された音波が互いに打ち消し合ってしまうと、単に調整対象としている側のチャンネルについて所定の周波数帯のゲインを増加させたとしても、聴取位置において聴取される音波の音圧レベルが上がらず、良好な音質調整を行うことができないという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、音響空間による伝達特性の変化によらず良好な音質調整を行うことができるイコライザ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明のイコライザ装置は、所定の測定用信号を信号発生手段によって発生し、この信号発生手段と複数のスピーカとの間に接続されたレベル調整手段において、それぞれが複数のゲイン値を選択的に設定し、実際に各スピーカから放射された音波をマイクロホンで集音する。そして、誤差検出手段によって、このマイクロホンから出力される信号に基づいて、マイクロホンの設置位置（聴取位置）における音響特性と、所定の目標特性との誤差を検出する。このような誤差の検出動作を遺伝的アルゴリズムを用いて繰り返し行い、誤差が小さくなる複数のレベル調整手段のそれぞれのゲイン値の組み合わせを、ゲイン設定手段によって決定している。複数のレベル調整手段における膨大な数のゲイン値の組み合わせの中から所望の目標特性が得られる組み合わせが決定されるため、音響空間による伝達特性の変化によらず良好な音質調整を行うことができる。また、遺伝的アルゴリズムを用いることにより、少ない試行回数、すなわち上述した設定動作に要する時間を短縮することができ、しかも良好な目標特性を得ることができる。
【０００９】
また、上述した複数のスピーカのそれぞれの前段に、遅延時間が調整可能な複数の遅延手段を接続するとともに、遅延時間設定手段によって、信号発生手段から出力される測定用信号に対応する音波がマイクロホンに到達するまでの時間が一致するように、これら複数の遅延手段の遅延時間を設定することが望ましい。車室内等の音響空間を考えた場合には、各スピーカからマイクロホンまでの距離が大きく異なる場合もあるため、各スピーカから放射されてマイクロホンに到達する音波の状態によっては音波の相互干渉によってレベル調整手段によるゲイン調整だけでは目標特性が実現できない、あるいは実現が容易でない場合が生じるが、マイクロホンに到達するまでの時間を各遅延手段によって一致させることにより、音波の相互干渉による影響を低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車載用のイコライザ装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、一実施形態のイコライザ装置の全体構成を示す図である。同図に示すイコライザ装置は、音源１０、信号切替部１１、６つのグラフィックイコライザ（Ｇ−ＥＱ）部１２〜１７、混合器１８、５つの信号遅延部１９〜２３、増幅器２４〜２８、フィルタバンク部２９、バンドレベル計算部３０、バンドレベル比較部３１、目標バンドレベル設定部３２、メモリ３３、フィルタ係数選択・設定部３４、制御部３５、マイクロホン４０を含んで構成されている。
【００１２】
また、本実施形態のイコライザ装置によって音質補正を行う対象となる音響空間としての車室内の所定位置には、５つのスピーカ４１〜４５がそれぞれ設置されている。具体的には、スピーカ４１が左側前部、スピーカ４２が左側後部、スピーカ４３が右側前部、スピーカ４４が右側後部の所定位置にそれぞれ設置されている。また、スピーカ４５は、主に低音域を再生するためのものであり、中央後部の所定位置に設置されている。
【００１３】
図１に示す音源１０は、制御部３５からの指示にしたがって、所定の測定用信号（ピンクノイズ信号またはタイムストレッチドパルス信号）を出力する。信号切替部１１は、制御部３５から与えられる指示に基づいて内部スイッチの接続状態を可変することにより、音源１０から出力される測定用信号をグラフィックイコライザ部１２〜１７に対して選択的に出力する。具体的には、信号切替部１１からの信号出力状態としては、例えば、（１）グラフィックイコライザ部１２〜１７のいずれか１つに測定用信号を出力する状態、（２）全てのグラフィックイコライザ部１２〜１７に測定用信号を出力する状態、等の各種の状態がある。
【００１４】
グラフィックイコライザ部１２〜１７は、フィルタ係数選択・設定部３４によって設定されたフィルタ係数に基づいて、入力されたオーディオ信号の周波数帯毎のレベル（バンドレベル）を調整する。グラフィックイコライザ部１２から出力された信号は、信号遅延部１９によって所定時間だけ遅延された後に増幅器２４によって増幅されて左側前部のスピーカ４１に入力される。また、グラフィックイコライザ部１３から出力された信号は信号遅延部２０によって所定時間だけ遅延された後に増幅器２５によって増幅されて左側後部のスピーカ４２に入力される。
【００１５】
同様に、グラフィックイコライザ部１５から出力された信号は信号遅延部２１によって所定時間だけ遅延された後に増幅器２６によって増幅されて右側前部のスピーカ４３に入力される。また、グラフィックイコライザ部１６から出力された信号は信号遅延部２２によって所定時間だけ遅延された後に増幅器２７によって増幅されて右側後部のスピーカ４４に入力される。
【００１６】
また、グラフィックイコライザ部１４およびグラフィックイコライザ部１７のそれぞれから出力された信号は、混合器１８によって混合され、信号遅延部２３によって所定時間だけ遅延された後に増幅器２８によって増幅されて、車室内の中央後部のスピーカ４５に入力される。なお、上述した信号遅延部１９〜２３の遅延時間については、制御部３５によって予め適切な値に設定されているものとする。遅延時間を設定する方法の詳細については後述する。また、増幅器２４〜２８のゲインについては、制御部３５によって適宜、設定されるものとする。
【００１７】
マイクロホン４０は、運転席周辺の聴取位置に設置されており、スピーカ４１〜４５のそれぞれから放射される音波を集音し、これを電気信号に変換して出力する。フィルタバンク部２９は、マイクロホン４０から出力された信号をグラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれにおける各分割帯域に合わせた周波数帯毎に分割する。バンドレベル計算部３０は、フィルタバンク部２９から出力されるバンドレベル（検出バンドレベル）を計算する。
【００１８】
目標バンドレベル設定部３２は、音質補正を行う際に目標とするバンドレベル（例えば、全再生周波数帯域においてフラットな周波数特性や、高域を強調した周波数特性など、聴取者の好みの周波数特性に対応したバンドレベルであり、以後、これを「目標バンドレベル」と称する）を格納している。
【００１９】
バンドレベル比較部３１は、目標バンドレベル設定部３２に格納された目標バンドレベルと、バンドレベル計算部３０から出力される検出バンドレベルとを比較し、各周波数帯毎に両者の誤差を求める。バンドレベル比較部３１によって求められた誤差は、メモリ３３に記憶される。
【００２０】
制御部３５は、イコライザ装置全体の動作を制御する。具体的には、制御部３５は、メモリ３３に記憶されている誤差に応じて、フィルタ係数選択・設定部３４を制御し、グラフィックイコライザ部１２〜１７のフィルタ係数を設定する動作や、信号遅延部１９〜２３の遅延時間および増幅器２４〜２８のゲインを設定する動作等を行う。
【００２１】
図２は、上述したグラフィックイコライザ部１２〜１７の詳細構成を示す図である。同図に示すように、グラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれは、ｎ個のバンドフィルタＢ−１〜Ｂ−ｎが縦続接続されて構成されている。各バンドフィルタＢ−１〜Ｂ−ｎは、それぞれ４つの遅延素子５１と、５つのフィルタ係数部５２と、混合器５３とを備えており、各フィルタ係数部５２のゲインを調整することにより周波数帯毎のレベルを変化させることができるようになっている。図３は、グラフィックイコライザ部１２〜１７の動作について説明する図である。図３に示すように、グラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれは、フィルタ係数部５２のゲインを調整することにより、周波数帯毎に、例えば−４〜＋３ｄＢの間で１ｄＢ単位でレベルを変化させることができるようになっている。
【００２２】
上述した音源１０が信号発生手段に、グラフィックイコライザ部１２〜１７がレベル調整手段に、フィルタバンク部２９、バンドレベル計算部３０、バンドレベル比較部３１、目標バンドレベル設定部３２が誤差検出手段に、フィルタ係数選択・設定部３４がゲイン設定手段にそれぞれ対応する。また、信号遅延部１９〜２３が遅延手段に、制御部３５が遅延時間設定手段にそれぞれ対応する。
【００２３】
本実施形態のイコライザ装置は上述した構成を有しており、次に、スピーカ４１〜４５から放射された音波が聴取位置に到達するまでの伝播時間が聴感上同じになるように信号遅延部１９〜２３の遅延時間を設定する動作について説明する。
【００２４】
図４は、信号遅延部１９〜２３の遅延時間を設定する場合の動作手順を示す流れ図である。初めに、制御部３５は、音源１０に対してピンクノイズ信号を出力するよう指示を行う。指示を受けた音源１０は、ピンクノイズ信号を出力する（ステップ１００）。次に、制御部３５は、スピーカ４１〜４５から出力される音波の音圧レベルが一定になるように増幅器２４〜２８のゲインを調整する（ステップ１０１）。
【００２５】
具体的には、制御部３５は、増幅器２４のゲインを調整する場合であれば、グラフィックイコライザ部１２にのみ信号が入力されるように信号切替部１１の接続状態を制御し、マイクロホン４０から出力される信号が所定レベルになるように増幅器２４のゲインを調整する。同様に、制御部３５は、増幅器２５のゲインを調整する場合にはグラフィックイコライザ部１３にのみ信号が入力され、増幅器２６のゲインを調整する場合にはグラフィックイコライザ部１５にのみ信号が入力され、増幅器２７のゲインを調整する場合にはグラフィックイコライザ部１６にのみ信号が入力されるように信号切替部１１の接続状態をそれぞれ制御し、それぞれの場合においてマイクロホン４０から出力される信号が所定レベルになるように増幅器２５〜２７のゲインを調整する。また、制御部３５は、増幅器２８のゲインを調整する場合にはグラフィックイコライザ部１４および１７に信号が入力されるように信号切替部１１の接続状態を制御し、マイクロホン４０から出力される信号が所定レベルになるように増幅器２８のゲインを調整する。
【００２６】
上述した手順により増幅器２４〜２８のゲインが調整されると、次に制御部３５は、スピーカ４１〜４５のそれぞれについてインパルス応答を測定し、各スピーカから放射された音波がマイクロホン４０に到達するまでに要する伝播時間を、これらの測定結果に基づいて計算する。
【００２７】
例えば、スピーカ４１に対応した伝播時間を計算する場合であれば、制御部３５は、グラフィックイコライザ部１２にのみ信号が入力されるように信号切替部１１の接続状態を制御した後に音源１０に対してタイムストレッチドパルス信号を出力するよう指示する。指示を受けた音源１０は、タイムストレッチドパルス信号を出力する（ステップ１０２）。
【００２８】
次に制御部３５は、音源１０から出力されたタイムストレッチドパルス信号に対応してスピーカ４１から放射される音波に基づき、インパルス応答の測定を行う（ステップ１０３）。なお、インパルス応答については、タイムストレッチドパルス信号の入力に対応してマイクロホン４０から出力される信号（タイムストレッチドパルス応答信号）に対して、元のタイムストレッチドパルス信号を時間軸上で反転した信号を畳み込み演算することにより得ることができる。
【００２９】
その後、制御部３５は、得られたインパルス応答に基づいて、音源１０におけるタイムストレッチドパルス信号の発生時から対応する音波がマイクロホン４０に到達するまでの伝播時間を計算する（ステップ１０４）。
【００３０】
次に、制御部３５は、全てのスピーカ４１〜４５に対応して伝播時間が求められたか否かを判定する（ステップ１０５）。全てのスピーカ４１〜４５に対応する伝播時間が求められていない場合には、ステップ１０２に戻り、伝播時間を求める動作が繰り返される。なお、スピーカ４２〜４４のそれぞれに対応した伝播時間については、上述したスピーカ４１の場合と同様にしてステップ１０３〜１０５に示した処理を行うことにより求めることができる。また、スピーカ４５に対応する伝播時間を求める場合には、グラフィックイコライザ部１４および１７のいずれか一方に信号が入力されるように信号切替部１１の接続状態を制御した後に、上述したステップ１０２〜１０５で説明した処理を行うことにより、伝播時間を求めることができる。
【００３１】
信号遅延部１９〜２３のそれぞれに対応する５つの伝播時間が求められると、制御部３５は、これら５つの伝播時間の中から最大値ＴM を特定し（ステップ１０６）、最大値ＴM と他の各伝播時間との差に応じて信号遅延部１９〜２３の遅延時間をそれぞれ設定する（ステップ１０７）。例えば、スピーカ４１〜４５のそれぞれに対応して測定された５つの伝播時間をそれぞれｔ41、ｔ42、ｔ43、ｔ44、ｔ45とし、この中で最大値がｔ41である（ＴM ＝ｔ41である）場合には、信号遅延部２０の遅延時間は（ＴM −ｔ42）、信号遅延部２１の遅延時間は（ＴM −ｔ43）、信号遅延部２２の遅延時間は（ＴM −ｔ44）、信号遅延部２３の遅延時間は（ＴM −ｔ45）にそれぞれ設定され、信号遅延部１９の遅延時間は０に設定される。
【００３２】
次に、グラフィックイコライザ部１２〜１７に対して、それぞれに最適なフィルタ係数の組み合わせを設定する動作について説明する。図５および図６は、グラフィックイコライザ部１２〜１７に対してフィルタ係数を設定する場合のイコライザ装置の動作手順について説明する図である。なお、以下の説明では、グラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれにおいてゲインが調整可能なｎ個の周波数帯域のそれぞれの中心周波数をｆ1 、ｆ2 、ｆ3 、…とし、このうちで中心周波数ｆ1 に対応する周波数帯域に着目して最適なフィルタ係数の組み合わせを設定する動作手順について説明を行うが、他の周波数帯域についても同様の手順によりフィルタ係数の組み合わせを設定することができる。
【００３３】
フィルタ係数選択・設定部３４は、データとして予め格納されているフィルタ係数の組み合わせの全てに対して、それぞれを識別可能な任意のバイナリコード（２進数符号）を付与する（ステップ２００）。図７は、各フィルタ係数の組み合わせによって実現される各グラフィックイコライザ部のゲインと、これに対応して付与されるバイナリコードについて説明する図である。図７に示すように、中心周波数がｆ1 の周波数帯域に対応するグラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれのゲイン（図２に示したバンドフィルタＢ−１に含まれる５つのフィルタ係数部５２を設定することにより実現されるバンドフィルタＢ−１のゲイン）を、ｇ2 、ｇ3 、ｇ4 、ｇ5 、ｇ6 、ｇ7 とすると、これらのゲインを実現するフィルタ係数の第１の組み合わせに対して適当なバイナリコードが付与される。例えば、グラフィックイコライザ部１２〜１７に含まれる各バンドフィルタのフィルタ係数部５２を調整することにより、グラフィックイコライザ部１２〜１７に含まれる各バンドフィルタＢ−１のゲインが、−４〜＋３ｄＢの範囲で１ｄＢ単位で調整可能である場合には、各バンドフィルタＢ−１に対応して、５つのフィルタ係数部５２の各ゲインの組み合わせとして８パターンを考えればよい。この８パターンを表現するためには少なくとも３ビットのバイナリコードが必要であり、これを６つのグラフィックイコライザ１２〜１７について考慮することになるため、結局、図７に示すように、１８ビットからなるバイナリコード（“０００１０１１０１１０００１１００１”）を用意する必要がある。同様にして、中心周波数ｆ1 に対応する各グラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれのフィルタ係数の全ての組み合わせについて、互いに識別可能な１８ビットのバイナリコードが付与される。
【００３４】
次に、フィルタ係数選択・設定部３４は、上述したステップ２００において各フィルタ係数の組み合わせに対して付与された各バイナリコードの中から、所定個数（例えば、１０個）のバイナリコードをランダムに選択する（ステップ２０１）。本実施形態では、初期状態には、各バイナリコードが選択される確率は、全てのバイナリコードについて同じ値に設定されている。例えば、上述した例のように、バイナリコードの数が２18個の場合であれば、初期状態においてそれぞれのバイナリコードに選択される確率は１／２18となる。また、この選択確率は、以後の処理においてその値が適宜更新される。なお、選択確率を更新する処理については後述する。なお、以後の説明では、ステップ２０１において選択された所定個数のバイナリコードをまとめて「バイナリコード・グループ」と称することとする。
【００３５】
次に、フィルタ係数選択・設定部３４は、バイナリコード・グループの中から、任意に１つのバイナリコードを抽出し（ステップ２０２）、この抽出したバイナリコードに対応するそれぞれのフィルタ係数を、６つのグラフィックイコライザ部１２〜１７に設定する（ステップ２０３）。例えば、中心周波数ｆ1 の周波数帯域に対応するバイナリコード“０００１０１１０１１０００１１００１”が抽出された場合であれば、上述したフィルタ係数の第１の組み合わせに基づいてグラフィックイコライザ部１２〜１７の各バンドフィルタＢ−１のゲイン値が「ｇ2 、ｇ3 、ｇ4 、…」と設定される。
【００３６】
次に、フィルタ係数選択・設定部３４は、音源１０に対してピンクノイズ信号（測定用信号）を出力するよう指示を行う。音源１０からピンクノイズ信号が出力され、対応する音波がスピーカ４１〜４５から放射されてマイクロホン４０によって検出されると、フィルタバンク部２９は、マイクロホン４０から出力される信号に対して帯域分割を行う。その後、バンドレベル計算部３０は、フィルタバンク部２９から出力される各周波数帯域毎のレベル（検出バンドレベル）を計算する（ステップ２０４）。
【００３７】
検出バンドレベルが計算されると、バンドレベル比較部３１は、目標バンドレベル設定部３２に格納された目標バンドレベルと、バンドレベル計算部３０から出力される検出バンドレベルとを比較して、現在着目している中心周波数ｆ1 の周波数帯域ついて両者の誤差を計算し、得られた誤差をメモリ３３に格納する（ステップ２０５）。
【００３８】
次に、フィルタ係数選択・設定部３４は、バイナリコード・グループの中で、上述したステップ２０２に示した処理においてまだ抽出されていないバイナリコードがあるか否かを判定する（ステップ２０６）。抽出されていないバイナリコードがある場合には、フィルタ係数選択・設定部３４は、ステップ２０２に戻り、抽出されていないバイナリコードの中から任意の１つを抽出し、その後の処理を繰り返す。したがって、例えば、バイナリコード・グループに含まれるバイナリコードの数が１０個である場合には、この１０個のバイナリコードの全てについて、対応する誤差が得られるまで、ステップ２０２〜２０６に示した処理が繰り返される。
【００３９】
未抽出のバイナリコードがない場合には、ステップ２０６において否定判断がなされ、フィルタ係数選択・設定部３４は、バイナリコード・グループに含まれる各バイナリコードに対応したフィルタ係数の組み合わせを用いた際に得られた誤差をメモリ３３から読み出し、この誤差に基づいて各バイナリコードに対応する選択確率を更新する（ステップ２０７）。本実施形態では、上述したように初期状態では全てのバイナリコードに対して同じ選択確率が与えられており、バイナリコード・グループとして選択されて誤差測定が行われた後には、これらのバイナリコードに対して、その誤差が小さいほど選択確率が大きくなるような更新が行われる。
【００４０】
次に、フィルタ係数選択・設定部３４は、誤差に応じて選択確率が更新されたバイナリコードの中から、所定個数（例えば、１０個）のバイナリコードをランダムに選択する（ステップ２０８）。
【００４１】
図８は、選択確率が更新されたバイナリコードの中から所定個数のバイナリコードをランダムに選択する処理について概念的に説明する図である。まず、１つの円を考え、この円の内部をバイナリコードの数に合わせて円周方向に所定領域数に分割する。この際に、各領域の面積は、各バイナリコードに対応した選択確率に比例しており、選択確率が大きいほど面積も大きくなっている。選択確率に比例した面積が設定された後に、ちょうどルーレットで針を回して止まった位置を選ぶような要領で、ランダムに所定個数のバイナリコードが選択される。したがって、当然ながら選択確率が高い（面積の広い）バイナリコードは選択される可能性が高く、反対に選択確率が低い（面積の狭い）バイナリコードは選択される可能性が低くなる。このため、１０個のバイナリコードの選択を繰り返すと、選択確率が高い同一のバイナリコードが複数回選択される場合もあり、反対に、選択確率が低いバイナリコードについては１回も選択されない場合もある。
【００４２】
このようにして、選択確率を考慮して選択された所定個数のバイナリコード（以後、これを「選択バイナリコード・グループ」と称する）が得られると、フィルタ係数選択・設定部３４は、この選択バイナリコード・グループに含まれるバイナリコードの所定個数（例えば、８個）以上が、同一の係数か否かを判定する（ステップ２０９）。
【００４３】
選択バイナリコード・グループに含まれるバイナリコードの所定個数以上が同一でない場合には、ステップ２０９において否定判断がなされ、次にフィルタ係数選択・設定部３４は、１点交叉処理を行う（ステップ２１０）。
【００４４】
図９は、１点交叉処理について具体的に説明する図である。フィルタ係数選択・設定部３４は、選択バイナリコード・グループに含まれる各バイナリコードについて、２個ずつを１組とし、これら１組のバイナリコードについて、任意に設定した交叉点より下位のビットデータを２個のバイナリコード間で互いに交換する処理を行う。例えば、図９に示すように、“０００１０００１１０１００１０１０１”と“０１０１０１０１１１０１００１０１０”からなる１組のバイナリコードにおいて、下位から１０ビット目と１１ビット目の間に交叉点が設定された場合を考えると、１０ビット目より下位のビットデータについて互いに交換され、１点交叉処理後のバイナリコードとして、“０００１０００１１１０１００１０１０”と“０１０１０１０１１０１００１０１０１”からなる１組のバイナリコードが得られる。同様に、他の２個１組からなるバイナリコードに対しても１点交叉処理が行われる。なお、上述した１点交叉処理によって得られた新たなバイナリコードが実際には存在しない内容を有する場合には、この組に対応して行われた１点交叉処理の結果を取り消し、元の２個のバイナリコードを用いて以後の処理が行われる。
【００４５】
次にフィルタ係数選択・設定部３４は、１点交叉処理を行って得られた各バイナリコードに対して突然変異処理を行う（ステップ２１１）。図１０は、上述した突然変異処理について具体的に説明する図である。なお、図１０では、説明を簡略化するために、バイナリコードの桁数が４桁の場合を例にとって突然変異処理についての説明を行うが、同じ方法により任意の桁数に設定されたバイナリコードに対して処理を行うことができる。
【００４６】
突然変異処理では、まず、１点交叉処理によって得られたバイナリコードの各ビット毎に適当なランダム変数が付与される。図１０に示す例では、例えば、バイナリコード“１００１”に対して、下位から４ビット目に「０．０５０」、３ビット目に「０．００１」、２ビット目に「０．２７０」、１ビット目に「０．０３１」というランダム変数がそれぞれ付与されており、バイナリコード“０１０１”に対して、下位から４ビット目に「０．９５０」、３ビット目に「０．０１０」、２ビット目に「０．１５０」、１ビット目に「０．００７」というランダム変数がそれぞれ付与されている。
【００４７】
次に、あらかじめ設定されている所定のしきい値（本実施形態では「０．００８」）に基づいて、各ビット毎に付与されているランダム変数が所定のしきい値よりも小さいか否かが判定され、所定のしきい値よりも小さいランダム変数が付与されているビットについて、そのビットデータが反転される。図１０に示す例では、バイナリコード“１００１”は、３ビット目に付与されたランダム変数「０．００１」がしきい値「０．００８」よりも小さいために３ビット目のビットデータが“０”から“１”に反転され、新たなバイナリコード“１１０１”に変換される。同様に、バイナリコード“０１０１”は、１ビット目に付与されたランダム変数「０．００７」がしきい値「０．００８」よりも小さいために１ビット目のビットデータが“１”から“０”に反転され、新たなバイナリコード“０１００”に変換される。
【００４８】
次にフィルタ係数選択・設定部３４は、突然変異処理によって得られた各バイナリコードをまとめて新たなバイナリコード・グループとして設定する（ステップ２１２）。その後、フィルタ係数選択・設定部３４は、上述したステップ２０２〜２１２に示した処理を行った回数（以後、これを「試行回数」と称する）が所定回数を超えたか否かを判定する（ステップ２１３）。試行回数が所定回数を超えている場合には、上述したステップ２０１に戻り、所定個数のバイナリコードをランダムに選択する処理以降の動作が繰り返される。また、試行回数が所定回数を超えない場合には、上述したステップ２０２に戻り、以降の動作が繰り返される。
【００４９】
なお、本実施形態では、突然変異処理後に得られた各バイナリコードの中に、実際に使われているバイナリコード、すなわち、実現可能なフィルタ係数の組み合わせに対応して付与された各バイナリコード（図３参照）に当てはまらないものがあった場合には、このバイナリコードは、突然変異処理が行われる以前の元のバイナリコードに戻される。
【００５０】
また、上述したステップ２０９において、選択バイナリコード・グループに含まれるバイナリコードの所定個数以上が同一であると判定された場合（肯定判断がなされた場合）に、フィルタ係数選択・設定部３４は、この所定個数以上含まれているバイナリコードの中で大多数をしめているものを抽出し、対応するフィルタ係数をグラフィックイコライザ１２〜１７のそれぞれについて設定する（ステップ２１４）。
【００５１】
このように、本実施形態のイコライザ装置は、遺伝的アルゴリズムを用いて誤差が小さいフィルタ係数の組み合わせを決定しており、少ない試行回数、すなわちフィルタ係数の設定動作に要する時間を短縮することができ、しかも良好な目標特性を得ることができる。
【００５２】
また、本実施形態のイコライザ装置は、複数のスピーカ４１〜４５のそれぞれの前段に、遅延時間が調整可能な複数の信号遅延部１９〜２３を接続し、これらの各遅延時間を、音源１０から出力された所定の測定用信号に対応する音波がマイクロホン４０に到達するまでの時間がほぼ一定となるように調整することにより、主に各スピーカとマイクロホン４０との間の距離の相違に基づいて発生する音波の相互干渉等による影響を抑えることができる。
【００５３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態において、増幅器２４〜２８の各ゲインを調整する場合や、グラフィックイコライザ部１２〜１７のフィルタ係数を設定する場合に、測定用信号としてピンクノイズ信号を用いたが、他の信号、例えばホワイトノイズ信号等を用いるようにしてもよい。また、上述した実施形態では、スピーカ４１〜４５から放射された音波が聴取位置に到達するまでの伝播時間が聴感上同じになるように信号遅延部１９〜２３の遅延時間を設定していたが、この伝播時間の差がほとんどなく実用上無視することができるような場合には、信号遅延部１９〜２３のそれぞれを省略してもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態では、グラフィックイコライザ部１２〜１７のそれぞれにおける中心周波数ｆ1 の周波数帯域に着目して最適なフィルタ係数の組み合わせを設定する動作手順について説明したが、他の中心周波数ｆ2 、ｆ3 、…を有する各周波数帯域についても同様の方法を用いて、最適なフィルタ係数の組み合わせを設定することができる。また、各中心周波数ｆ1 、ｆ2 、ｆ3 、…のそれぞれに対応したフィルタ係数の設定動作を並行して行うようにしてもよい。
【００５５】
また、上述した実施形態では、本発明のイコライザ装置を車載用のオーディオシステムに適用した場合の一例について詳細に説明したが、これに限定されるものではなく、家庭用のオーディオシステム等の他のオーディオシステムに対しても適用することができる。
【００５６】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、膨大な数のゲイン値の組み合わせの中から所望の目標特性が得られる組み合わせが決定されるため、音響空間による伝達特性の変化によらず良好な音質調整を行うことができる。また、遺伝的アルゴリズムを用いることにより、少ない試行回数、すなわち上述した設定動作に要する時間を短縮することができ、しかも良好な目標特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のイコライザ装置の全体構成を示す図である。
【図２】グラフィックイコライザ部の詳細構成を示す図である。
【図３】グラフィックイコライザ部の動作について説明する図である。
【図４】信号遅延部の遅延時間を設定する場合の動作手順を示す流れ図である。
【図５】グラフィックイコライザ部に対してフィルタ係数を設定する場合のイコライザ装置の動作手順について説明する図である。
【図６】グラフィックイコライザ部に対してフィルタ係数を設定する場合のイコライザ装置の動作手順について説明する図である。
【図７】各フィルタ係数の組み合わせによって実現される各グラフィックイコライザ部のゲインと、これに対応して付与されるバイナリコードについて説明する図である。
【図８】全バイナリコードの中から所定個数のバイナリコードをランダムに選択する処理について概念的に説明する図である。
【図９】１点交叉処理について具体的に説明する図である。
【図１０】突然変異処理について具体的に説明する図である。
【符号の説明】
１０ 音源
１１ 信号切替部
１２〜１７ グラフィックイコライザ（Ｇ−ＥＱ）部
１９〜２３ 信号遅延部
２４〜２８ 増幅器
２９ フィルタバンク部
３０ バンドレベル計算部
３１ バンドレベル比較部
３２ 目標バンドレベル設定部
３３ メモリ
３４ フィルタ係数選択・設定部
３５ 制御部
４０ マイクロホン
４１〜４５ スピーカ
Claims (3)
- 所定の測定用信号を発生する信号発生手段と、
前記信号発生手段と複数のスピーカとの間に接続され、それぞれが複数のゲイン値を選択的に設定可能な複数のレベル調整手段と、
複数の前記スピーカから出力される音の聴取位置に設定されたマイクロホンと、
前記マイクロホンから出力される信号に基づいて、前記聴取位置における音響特性と、所定の目標特性との誤差を検出する誤差検出手段と、
前記誤差検出手段によって検出される誤差が小さくなる前記複数のレベル調整手段のそれぞれのゲイン値の組み合わせを、遺伝的アルゴリズムを用いて決定するゲイン設定手段と、を備え、
前記複数のレベル調整手段のそれぞれのゲイン値の全ての組み合わせのそれぞれに対して所定の選択確率が設定されており、
前記ゲイン設定手段は、前記ゲイン値の全ての組み合わせの中から所定個数の組み合わせを重複を許容しながらランダムに選択し、選択されたそれぞれの組み合わせに対応して実際に前記信号発生手段によって発生した前記測定信号を用いて前記誤差検出手段による誤差検出を行ったときに誤差が小さいほど前記選択確率が大きくなるように選択確率の更新を行いながら前記所定個数の選択を繰り返し、選択された所定個数の組み合わせ中に同一の組み合わせが所定数以上含まれているときにこの同一の組み合わせに対応する前記複数のレベル調整手段のゲイン値を設定することを特徴とするイコライザ装置。 - 請求項１において、
前記ゲイン設定手段は、前記選択された所定個数の組み合わせの中に同一の組み合わせが所定個数以上含まれていない場合に、前記複数の組み合わせのそれぞれを示すバイナリコードの中から２個ずつを１組として、任意に設定した交叉点より下位のビットデータを２個のバイナリコード間で交差する１点交叉処理を行い、さらにこの１点交叉処理で得られた各バイナリコードの各ビットにランダム変数を割り当て、この割り当てたランダム変数がしきい値よりも小さい場合にこのランダム変数に対応するビットデータを反転させる突然変異処理を行い、前記１点交叉処理と前記突然変異処理が行われた後のバイナリデータに対応するゲイン値の組み合わせに対して前記誤差検出と前記選択確率の更新を繰り返し、選択された所定個数の組み合わせ中に同一の組み合わせが所定数以上含まれているときにこの同一の組み合わせに対応する前記複数のレベル調整手段のゲイン値を設定することを特徴とするイコライザ装置。 - 請求項１または２において、
前記複数のスピーカのそれぞれの前段に接続されており、遅延時間が調整可能な複数の遅延手段と、
前記信号発生手段から出力される前記測定用信号に対応する音波が前記マイクロホンに到達するまでの時間が一致するように、前記複数の遅延手段の遅延時間を設定する遅延時間設定手段と、
をさらに備えることを特徴とするイコライザ装置。
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