JP4305313B2 - オーディオ調整パラメータ決定方法およびオーディオ装置 - Google Patents

Description

この発明は、マルチチャンネルのオーディオアンプ等において、スピーカの出力レベル調整等の音場設定を行うためのテスト音声信号の出力方式の改善に関する。

マルチチャンネルオーディオシステムにおいては、各チャンネルのスピーカから出力した音声が聴取位置（リスニングポイント）で調和して聴こえるように各チャンネルのオーディオ信号の音量，周波数特性，出力タイミング等の出力特性を最適化する音場設定処理が行われる。

従来は、専門の技術者が測定器を用いて測定しながら音場設定を行っていたが、これでは手間と費用がかかってしまうため、スピーカからテスト音声信号を発生し、これをマイクで受信してその受信信号波形に基づいて上記出力特性を最適化するオーディオシステムが提案されている（たとえば、特許文献１）。

しかし、特許文献１の方式では、テスト音声信号を出力してマイクで集音しているとき、マイクは、周囲のノイズ・雑音も一緒に集音してしまい、測定結果に誤差を生じてしまうという問題点があった。そこで、これを解決するために、最初に周囲の環境ノイズのレベルを測定し、このノイズレベルよりも十分に大きいレベルのテスト音声信号を出力して音場設定する方式も提案されている（たとえば、特許文献２）。
実開平６−１３２９２号公報 特開２００２−３３０５００公報

しかしながら、一般家庭では、リスニングルームの遮音が十分でないため、外部から侵入してくるノイズや空調ノイズによるノイズレベルが高いうえ、リスニングルーム内で発生した音が外部に漏れてしまうという問題点もある。したがって、ノイズレベルよりも十分に大きいレベルのテスト音声信号を出力した場合、このテスト音声が非常に大きい音になり、これが外部に漏れて近隣に迷惑をかけてしまうという問題点があった。

この発明は、部屋のノイズレベルが高くてもテスト音声信号のレベルを高くせずに音場設定を行うことができるオーディオ調整パラメータ決定方法およびオーディオ装置を提供することを目的とする。

この発明のオーディオ調整パラメータ決定方法は、聴取位置にマイクを設置し、マイクの入力レベルを測定することによってノイズレベルを測定し、測定されたノイズレベルに応じてテスト音声信号の出力レベルを決定し、決定した出力レベルが一定値を超える場合には、その超えた値に基づいて測定回数を決定するとともに、その決定した測定回数に応じて前記決定した出力レベルを低下させて再決定し、決定された出力レベルのテスト音声信号をスピーカから出力すると同時に前記マイクで音声信号を受信する動作を決定された回数繰り返し、前記決定された回数の受信信号をテスト音声信号の位相を合わせて加算合成し、加算合成した受信信号中のテスト音声信号に基づき、前記スピーカに供給するオーディオ信号を調整するパラメータを決定することを特徴とする。

この発明のオーディオ装置は、入力されたオーディオ信号のレベル，周波数特性等を調整してスピーカに供給する通常モード動作を実行するオーディオ信号処理部と、自動設定モード時に聴取位置に設置されたマイクが接続されるマイク端子と、を備えたオーディオ装置であって、オーディオ信号処理部は、前記自動設定モード時に、前記マイクの入力レベルを測定することによってノイズレベルを測定し、測定されたノイズレベルに応じてテスト音声信号の出力レベルを決定し、決定した出力レベルが一定値を超える場合には、その超えた値に基づいて測定回数を決定するとともに、その決定した測定回数に応じて前記決定した出力レベルを低下させて再決定し、決定された出力レベルのテスト音声信号を前記スピーカから出力すると同時に前記マイクで音声信号を受信する動作を決定された回数繰り返し、前記決定された回数の受信信号をテスト音声信号の位相を合わせて加算合成し、通常モードにおいて、前記加算合成した受信信号中のテスト音声信号に基づいて前記スピーカに供給するオーディオ信号を調整することを特徴とする。

この発明では、ノイズレベルを測定し、そのノイズレベルに応じてテスト音声信号のレベルを決定する。すなわち、ノイズの影響を無視できる程度に大きいレベルに決定する。この信号レベルが一定値（たとえば、周辺に迷惑をかけない限度レベル）を超えない範囲であれば、この信号レベルで１回の測定を行ってオーディオ信号を調整するパラメータを決定するが、信号レベルが一定値を超える場合には、レベルを下げたテスト音声信号を用いて複数回の測定を行う。

「受信信号のうちテスト音声信号は、波形の位相を合わせて加算合成することにより、信号レベルが増幅される。一方、ノイズ（ランダムノイズ）は様々な周波数成分の混ざった非周期信号であるため、合成すると互いに打ち消しあってレベルが小さくなる」というコンポジット合成の原理を利用し、上記複数回の受信信号をテスト音声信号の位相を合わせて合成することにより、目的の信号であるテスト音声信号を強調し、ノイズレベルを下げる。

これにより、環境ノイズのレベルが大きくて、これよりも十分に大きいレベルのテスト音声信号を出力しようとすれば、周囲に迷惑をかけてしまいそうな場合に、測定回数を増やすことにより、テスト音声信号を低いレベルに抑えてもノイズの影響を回避した音場設定を行うことが可能になる。

この発明によれば、ノイズレベルの高いリスニングルームでも、テスト音声レベルを一定以上大きくしないで、音場設定のための測定を行うことができる。また、この発明のオーディオ装置では、テスト音声レベルを一定以上大きくすることなく、スピーカに供給するオーディオ信号を調整して音場の自動設定をすることができる。

図１はこの発明の実施形態であるオーディオアンプのブロック図、図２は同オーディオアンプに接続されるマルチチャンネルのスピーカの配置例を示す図である。このオーディオアンプは、マルチチャンネル再生に対応したオーディオアンプであり、この実施形態では、８台のスピーカを接続し、８チャンネルのオーディオ信号を再生している。８チャンネルのオーディオチャンネル（およびスピーカ）は、それぞれ、センタチャンネルＣ、フロント左ＦＬ、フロント右ＦＲ、サラウンド左ＳＬ、サラウンド右ＳＲ、サラウンドバック左ＳＢＬ、サラウンドバック右ＳＢＲ、サブウーファＳＷと呼ばれる。

各チャンネルのスピーカは、図３に示すように聴取位置（リスニングポイント）Ｐに対して同一距離（Ｐを中心とする同一円周上）に配置されることが理想であるが、部屋の形状の制約等があるため、実際には図２に示すように、部屋中央の聴取位置Ｐに対して、センタスピーカＣが正面壁際の中央、フロント左右スピーカＦＬ，ＦＲが正面壁際の左右隅、サラウンド左右スピーカＳＬ，ＳＲが左右側壁際の後より、サラウンドバック左右スピーカＳＢＬ，ＳＢＲが背面壁際の左右にそれぞれ設置される。また、サブウーファスピーカＳＷは任意の位置に配置すればよいが、この例では、正面壁際の左よりに配置されている。

図１において、オーディオアンプ１は、オーディオ信号供給部１４からオーディオ信号を入力し、このオーディオ信号を信号処理部１０で処理したのち、各チャンネルに対応するＤＡコンバータ１５、パワーアンプ１６を介して上記各チャンネルのスピーカ２に出力する。

オーディオ信号供給部１４は、外部からオーディオ信号を入力する入力インタフェースで構成してもよく、内部にオーディオソースの発生源またはストレージを備え、自らオーディオ信号を再生出力するもので構成してもよい。オーディオ信号供給部１４は、信号処理部１０に対してデジタルのオーディオ信号を入力する。

信号処理部１０はＤＳＰで構成されており、通常モード時には、マイクロプログラムによってレベルコントロールアンプ、パラメトリックイコライザ、ディレイ回路などの処理部が構成され、オーディオ信号供給部１４から入力されたオーディオ信号に対してレベル調整、周波数特性調整、ディレイ調整などの処理を行う。このレベル調整、周波数特性調整、ディレイ調整などの処理は、図２のように（どのように）スピーカが設置されている場合でも、図３に示す理想的な配置のスピーカからオーディオ信号が出力されたように聴取位置で聴こえるように各チャンネルのオーディオ信号を調整する処理である。この調整処理を最適化という。

各チャンネルを最適化するための最適化パラメータ（レベル補正値、周波数特性パラメータ、ディレイ時間）は、後述の自動設定モード動作によって決定され、コントロール部１１のメモリに記憶される。通常モード動作時には、コントロール部１１から信号処理部１０に与えられる。コントロール部１１は、制御用のマイコン・メモリおよびユーザインタフェースである操作・表示部を含んでいる。

信号処理部１０から出力されたオーディオ信号は、各チャンネル別のＤＡコンバータ１５に入力される。ＤＡコンバータ１５は、信号処理部１０から出力されたデジタルオーディオ信号をアナログのオーディオ信号に変換する。パワーアンプ１６は、このアナログのオーディオ信号を各チャンネルのスピーカを駆動できるパワーに増幅して各チャンネルのスピーカ２に供給する。

前記自動設定モード動作は、ユーザにより、聴取位置にマイク３が設置され、自動設定モードを実行する旨の操作がされたとき、コントロール部１１によって実行される。

この自動設定モードのために、オーディオアンプ１は、マイク３を接続するマイク接続端子１７を有し、マイク接続端子１７はフロントエンドの増幅器１２およびＡＤコンバータ１３を介して信号処理部１０に接続されている。

自動設定モードの動作が指示されると、コントローラ部１１は、信号処理部１０に自動設定モード用のマイクロプログラムをロードする。自動設定モード用のマイクロプログラムにより、信号処理部１０は、図４（Ａ），（Ｂ）に示すような機能を実行する。同図（Ａ）は、マイク３から入力される音声信号のレベル（ノイズレベル）を検出する構成である。同図（Ｂ）は、所定のテスト音声信号（ストレッチドパルス）を発生して、いずれかのチャンネル（Ｃ，ＦＬ，ＦＲ，ＳＬ，ＳＲ，ＳＢＬ，ＳＢＲ，ＳＷ）のＤＡコンバータ１５に出力し、そのチャンネルのスピーカ２から出力された音響をマイク３で受信する構成であり、分析器が、受信した信号のレベル，周波数特性，遅れ時間等を分析する。上記所定のテスト音声としてはタイムストレッチドパルスが用いられる。タイムストレッチドパルスは、約０．３秒でＤＣからｆｓ（サンプリング周波数）／２まで連続的に上昇するオーディオ信号である。

以下、自動設定モード時の信号処理部１０およびコントロール部１１の動作について説明する。
自動設定モードでは、以下の測定処理を行う。信号処理部１０がテスト音声信号（タイムストレッチパルス）を発生し、１つのチャンネルのスピーカに対してこのテスト音声を入力する。スピーカから出力されたテスト音声信号をマイク３で受信して信号処理部１０に入力する。信号処理部１０は、マイク３で受信した信号からテスト音声信号を抽出し、その信号レベル，周波数特性，出力から受信までの遅れ時間を検出する。この測定処理を全てのチャンネルのスピーカについて行う。

上記測定処理ののち、以下のパラメータ決定処理を行う。各チャンネル間の信号レベルの差、遅れ時間差に基づき、各チャンネルのスピーカから出力した音声が聴取位置に同じレベル関係で（同じレベルの信号は同じレベルで）到達するように各チャンネルのレベル補正値を決定するとともに、各チャンネルのスピーカから同時に出力した音声は同時に聴取位置に到達するように各チャンネルのディレイ時間を決定する。そして、各チャンネル毎に聴取位置へ到達する音声信号の周波数特性がフラットになるようにパラメトリックイコライザの周波数特性パラメータを決定する。決定された最適化パラメータ（レベル補正値，周波数特性パラメータ，ディレイ時間）は、コントロール部１１に入力されてメモリに記憶される。

以上が、自動設定モードの概略動作であり、通常モードでは、コントロール部１１に記憶されている最適化パラメータが信号処理部１０に設定され、信号処理部１０がマルチチャンネルオーディオ信号を最適化処理する。この最適か処理により、聴取位置では理想的な音場が形成される。

上記の自動設定モードの測定処理において、マイク３にはスピーカから出力されたテスト音声以外に環境ノイズも入力される。マイク３にノイズが入力されると、マイク３が受信したテスト音声信号の信号レベル，周波数特性に誤差が生じるとともに、テスト音声の受信タイミング（すなわち遅れ時間）の検出精度も低下する。測定処理においてノイズの影響を軽減するためには、テスト音声信号のレベルがノイズに対して１５ｄＢ以上であること、すなわちＳ／Ｎ比が１５ｄＢ以上であることが望ましい。

そこで、このオーディオアンプでは、自動設定モードの最初に測定処理に先立って、テスト音声信号を発生せずにマイク３から入力される音声信号のレベルを測定して、この信号レベルをノイズレベルとし、このノイズレベルよりも１５ｄＢ大きいレベルをテスト音声信号の出力レベルとしている。ただし、周囲への騒音を考慮して、決定した出力レベルが一定レベル（たとえば７０ｄＢ）を超える場合には、以下の手法で出力レベルを再決定する。

すなわち、テスト音声信号を２回発生してマイク３で受信し、この２回の受信信号を、周期信号であるテスト音声信号の位相を合わせて加算合成（コンポジット合成）すると非周期信号であるノイズが相殺され、１回の受信信号よりもノイズレベルを−３ｄＢ抑制することができる。この合成処理を２回以上繰り返した場合も回数が倍になる毎にノイズレベルを−３ｄＢ抑制することができる。

このノイズ抑制効果を利用し、環境ノイズのレベルが高く、１回で良好な測定をしようとすればテスト音声信号の信号レベルが７０ｄＢを超えてしまうような場合には、測定回数を増やして加算平均することでノイズを抑制し、比較的低い信号レベルでも大レベルの環境ノイズの影響を受けない測定を可能にしている。

たとえば、ノイズレベルが６５ｄＢの場合、１回で測定しようとすれば８０ｄＢのテスト音声信号を発生する必要がある。しかし、８回で測定する場合には、ノイズを−９ｄＢ抑制できるため、７１ｄＢのテスト音声信号を出力すればよいことになる。

図５を参照して自動設定モードの詳細な動作について説明する。
まず、テスト音声信号を出力しない状態でマイク３が受信し音声信号を観察してノイズレベルを測定する（ｓ１）。このとき信号処理部１０は、図４（Ａ）のように構成されている。

ここで、ＡＤコンバータ１３を介してマイク３から入力された（ノイズの）入力信号をｘ（ｎ）、マイク入力信号にＣ特性を与えたものをｙ（ｎ）、Ｃ特性のインパルス応答をｈ（ｎ）とすると、騒音量（等価騒音レベル）Ｐは、

で表される。

算出された騒音量Ｐに基づいて、テスト音声信号の出力レベルおよび繰り返し回数を決定する（ｓ２）。この決定は、上記のように、テスト音声信号の出力レベルが７０ｄＢを超えない範囲で、コンポジット合成による実質的なＳ／Ｎ比が１５ｄＢ以上となるように決定する。

そして、この決定された出力レベルのテスト音声信号をスピーカから出力してマイク３で受信する測定処理を実行する（ｓ３）。このとき信号処理部１０は、図５（Ｂ）のように構成されている。この測定処理を決定された回数だけ繰り返し実行する（ｓ４）。信号処理部１０は、測定処理ののち、測定結果（信号レベル，周波数特性，遅れ時間等）を割り出し、コントロール部１０は、この測定結果を取得する。以上の処理をチャンネルを切り換えて、全てのチャンネルについて実行する（ｓ６，ｓ７）。

全てのチャンネルについての測定処理が完了すると、この測定結果に基づいて各チャンネルの最適化パラメータを決定する（ｓ８）。この最適化パラメータをメモリに記憶して（ｓ９）、動作を終了する。

この自動設定モードの動作ののち、動作は通常モードの動作にもどるが、このとき、信号処理部１０には、レベルコントロールアンプ、パラメトリックイコライザ、ディレイ回路などの処理部が構成され、メモリに記憶した最適化パラメータが読み出されて各処理部に設定される。

この実施形態では、信号処理部１０に、レベルコントロールアンプ、パラメトリックイコライザ、ディレイ回路を設け、これらの処理部に設定するレベル補正値、周波数特性パラメータ、ディレイ時間を最適化パラメータとして自動測定・自動設定するようにしているが、最適化パラメータとしては、上記レベル補正値、周波数特性パラメータ、ディレイ時間のうちの一部でもよく、また、これ以外のパラメータを含んでもよい。

また、発生するテスト音声信号は、０．３秒のタイムストレッチパルスに限定されない。たとえば、ホワイトノイズやピンクノイズでもよい。

オーディオシステムのチャンネル数は８チャンネルに限定されない。また、１チャンネル、２チャンネルの簡易なシステムに適用してもよい。

この発明の実施形態であるオーディオアンプのブロック図 同オーディオアンプに接続されるマルチチャンネルスピーカの配置例を示す図 理想的なマルチチャンネルスピーカの配置例を示す図 同オーディオアンプの自動設定モード時の機能ブロック図 同オーディオアンプの制御部の自動設定モード時の動作を示すフローチャート

符号の説明

１…オーディオアンプ
２…スピーカ
３…マイク
１０…信号処理部
１１…コントロール部
１２…増幅器
１３…ＡＤコンバータ
１４…オーディオ信号供給部
１５…ＤＡコンバータ
１６…パワーアンプ

Claims (2)

1. 聴取位置にマイクを設置し、
   マイクの入力レベルを測定することによってノイズレベルを測定し、
   測定されたノイズレベルに応じてテスト音声信号の出力レベルを決定し、
   決定した出力レベルが一定値を超える場合には、その超えた値に基づいて測定回数を決定するとともに、その決定した測定回数に応じて前記決定した出力レベルを低下させて再決定し、
   決定された出力レベルのテスト音声信号をスピーカから出力すると同時に前記マイクで音声信号を受信する動作を決定された回数繰り返し、
   前記決定された回数の受信信号をテスト音声信号の位相を合わせて加算合成し、
   加算合成した受信信号中のテスト音声信号に基づき、前記スピーカに供給するオーディオ信号を調整するパラメータを決定する
   オーディオ調整パラメータ決定方法。
2. 入力されたオーディオ信号のレベル，周波数特性等を調整してスピーカに供給する通常モード動作を実行するオーディオ信号処理部と、
   自動設定モード時に聴取位置に設置されたマイクが接続されるマイク端子と、
   を備えたオーディオ装置であって、
   オーディオ信号処理部は、
   前記自動設定モード時に、前記マイクの入力レベルを測定することによってノイズレベルを測定し、測定されたノイズレベルに応じてテスト音声信号の出力レベルを決定し、決定した出力レベルが一定値を超える場合には、その超えた値に基づいて測定回数を決定するとともに、その決定した測定回数に応じて前記決定した出力レベルを低下させて再決定し、決定された出力レベルのテスト音声信号を前記スピーカから出力すると同時に前記マイクで音声信号を受信する動作を決定された回数繰り返し、前記決定された回数の受信信号をテスト音声信号の位相を合わせて加算合成し、
   通常モードにおいて、前記加算合成した受信信号中のテスト音声信号に基づいて前記スピーカに供給するオーディオ信号を調整する
   オーディオ装置。

Images