JP4313294B2

JP4313294B2 - 音声出力装置

Info

Publication number: JP4313294B2
Application number: JP2004360903A
Authority: JP
Inventors: 徹丸本; 望齊藤
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2024-12-14
Also published as: JP2006173839A

Description

本発明は、音声を出力する音声出力装置において、ユーザに聞こえる音声の明瞭度を改善する技術に関するものである。

音声を出力する音声出力装置において、ユーザに聞こえる音声の明瞭度を改善する技術としては、音声出力装置のスピーカから出力された音声と周辺騒音とをマイクを用いてピックアップし、マイクから出力される信号に含まれる周囲騒音成分のパワーと、マイクから出力される信号に含まれる音声出力装置から出力された音声成分のパワーとに応じて、音声出力装置から出力する音声のゲインを、人間のラウドネス特性に従って周波数帯域毎に調整するラウドネス補償の技術が知られている（たとえば、特許文献１）。

なお、この技術では、音声出力装置がスピーカに出力する音声信号と、マイクから出力される信号とより、音声出力装置がスピーカに出力した音声信号を入力としマイクの出力を出力とする系の伝達関数を学習する適応フィルタを設けている。そして、この適応フィルタと音声出力装置がスピーカに出力する音声信号とを用いて、マイクから出力される信号中に含まれるスピーカから出力された音声成分を推定する。そして、推定した音声成分を、マイクから出力される音声信号から除いた成分を、マイクから出力される信号中に含まれる周囲騒音成分として推定している。
特開２００１-２３６０９０号公報

前述した音声出力装置において、ユーザに聞こえる音声の明瞭度を改善する技術によれば以下の問題がある。
すなわち、適応フィルタによって、音声出力装置がスピーカに出力する音声信号を入力としマイクの出力を出力とする系の伝達関数の学習を開始した後、当該学習が安定的に収束するまでの間は、マイクから出力される信号中に含まれるスピーカから出力された音声成分の適応フィルタによる推定の精度が低く安定しないために、音声出力装置が音声信号をスピーカに出力している期間中、マイクから出力される信号に含まれるスピーカから出力された音声成分と周囲騒音成分の推定が適当に行われず、スピーカからユーザに対して不安定な音声出力が行われてしまう。

そこで、本発明は、音声を出力する音声出力装置において、より安定的に、ユーザに聞こえる音声の明瞭度を改善することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、ラウドネス補償を施した音声を出力する音声出力装置を、前記出力する音声を表す音声信号である出力音声信号を生成する音声信号生成手段と、音声信号生成手段が生成した出力音声信号のラウドネス補償を行うラウドネス補償手段と、前記ラウドネス補償手段がラウドネス補償を行った前記出力音声信号に基づき音声を出力するスピーカと、周辺音をピックアップするマイクと、前記マイクが出力する信号であるマイク出力信号と前記出力音声信号とに基づき、前記出力音声信号を入力としマイク出力信号を出力とする系の伝達関数を学習し、前記出力音声信号と学習した伝達関数とに基づいて前記マイク出力信号中の前記出力音声の成分を出力音声成分として推定する出力音声成分推定手段と、前記出力音声成分推定手段が推定した出力音声成分のパワーを算出する出力音声成分パワー算出手段と、前記マイク出力信号のパワーから前記出力音声成分パワー算出手段が算出した前記出力音声成分のパワーをキャンセルすることにより、前記マイク出力信号中の周囲騒音成分のパワーを算出する周囲騒音成分パワー算出手段と、前記出力音声成分パワー算出手段が算出した出力音声成分のパワーが所定レベル以下のときに、前記周囲騒音成分パワー算出手段が算出した前記周囲騒音成分のパワーを騒音パワーとして算出し、前記出力音声成分パワー算出手段が算出した出力音声成分のパワーが所定レベルを超えるときに、前記出力音声成分パワー算出手段が算出した出力音声成分のパワーが所定レベル以下であった期間の前記周囲騒音成分のパワーの平均値を騒音パワーとして算出する騒音パワー算出手段とを含めて構成し、前記ラウドネス補償手段において、前記出力音声成分パワー算出手段が算出した前記出力音声成分のパワーと、前記騒音パワー算出手段が算出した前記騒音パワーとに基づいて、スピーカに出力する出力音声信号のゲインの調整を、所定のラウドネス補償関数に従って行うようにしたものである。

このような音声出力装置によれば、マイク出力信号中の前記出力音声成分のパワーが大きい場合には、周囲騒音の騒音パワーとして、前記出力音声の成分のパワーが小さいときに算出した周囲騒音成分のパワーの平均値を、当該時点で推定される周囲騒音成分のパワーの代わりに用いてラウドネス補償を行う。ここで、前記出力音声成分のパワーが小さいときには、出力音声信号の伝達関数の学習が充分に適正に行われていなくとも、周囲騒音のパワーの算出に与える悪影響は小さい。したがって、このようにすることにより、伝達関数の学習が安定的に収束していない場合でも、前記出力音声成分のパワーが大きい期間に算出される騒音のパワーを安定化させることができると共に、前記出力音声成分のパワーが大きい期間に算出される騒音のパワーの値を近似的に適正化させることができる。よって、この騒音パワーを用いてラウドネス補償を行うことにより、スピーカからユーザに対して不安定な音声出力が行われてしまうことを抑制しつつ、スピーカから出力される音声のユーザにとっての明瞭化を図ることができる。

なお、このような音声出力装置は、前記騒音パワー算出手段において、音声出力装置の起動後、所定の期間が経過している場合には、前記出力音声成分パワー算出手段が算出した出力音声成分のパワーが所定レベル以下であるか否かに関わらず、前記周囲騒音成分パワー算出手段が算出した前記周囲騒音成分のパワーを騒音パワーとして算出するようにしてもよい。または、前記騒音パワー算出手段において、音声出力装置の起動後、所定の回数以上スピーカから音声が出力された後には、前記出力音声成分パワー算出手段が算出した出力音声成分のパワーが所定レベル以下であるか否かに関わらず、前記周囲騒音成分パワー算出手段が算出した前記周囲騒音成分のパワーを騒音パワーとして算出するようにしてもよい。

このようにすることにより、伝達関数の学習が安定的に収束した後は、より適正な騒音パワーの算出と、これに基づくラウドネス補償を行うことができるようになる。

以上のように、本発明によれば、音声を出力する音声出力装置において、より安定的に、ユーザに聞こえる音声の明瞭度を改善することができる。

以下、本発明に係る音声出力装置の実施形態について、自動車に搭載される車載装置への適用を例にとり説明する。
図１に、車載装置の構成を示す。
図示するように車載装置は、ユーザに対して現在位置や目的地までの経路案内を行うナビゲーション装置１、ラジオ受信機やCDプレイヤなどであるオーディオ機器２、音量調整アンプ３、イコライザ４、出力音声加算器５、出力アンプ６、スピーカ７、マイク８、入力音声パワー算出部９、加算器１０、ラウドネス補償制御部１１、適応フィルタ１２、係数更新部１３、出力音声パワー算出部１４、騒音パワー算出制御部１５、騒音パワー算出部１６とを備えている。ここで、ナビゲーション装置１は、ユーザに対して経路や操作を案内する案内音声を表す案内音声信号を音量調整アンプ３に出力する。

このような構成において、ナビゲーション装置１から出力された案内音声信号は、音量調整アンプ３で全体のゲインが調整された後に、イコライザ４で周波数帯域毎のゲインが調整され、出力音声加算器５に入力する。出力音声加算器５は、イコライザ４から入力する案内音声信号とオーディオ機器２から入力するオーディオ信号を加算し、出力音声信号として出力アンプ６に出力する。そして、出力アンプ６は、入力する出力音声信号を増幅し、スピーカ７から出力する。そして、スピーカ７から出力された出力音声（案内音声Ｓとオーディオ音Ａの合成音）と、カーノイズなどの周囲のノイズＮは、マイク８によってピックアップされ、電気信号として入力音声パワー算出部９に入力する。ここで、以下では説明の便宜上、このマイク８が出力する信号を「マイク出力信号」と称す。さて、入力音声パワー算出部９はマイク出力信号の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーを算出し、加算器１０に入力する。

一方、フィルタ１２は、ナビゲーション装置１の出力からマイク８の出力までの案内音声信号の伝達系のインパルス応答（伝達関数）を模擬するフィルタであり、このフィルタ１２のインパルス応答を算出、更新するのが係数更新部１３であり、このフィルタ１２と係数更新部１３とで適応フィルタを構成している。そして、出力音声パワー算出部１４は、フィルタ１２の出力する音声信号の単位時間当たりのパワーを周波数帯域毎に算出し、係数更新部１３は、LMS（平均二乗誤差）アルゴリズムやNLMS（正規化平均二乗誤差）アルゴリズムなどにより、加算器１０が出力する入力音声パワー算出部９の出力と、出力音声パワー算出部１４の出力との差分が最小となるようにフィルタ１２のフィルタ係数を算出し、フィルタ１２に設定する処理を繰り返し行う。

ここで、フィルタ１２のインパルス応答が、ナビゲーション装置１の出力からマイク８の出力までの案内音声信号の伝達系のインパルス応答を正確に模擬している場合、フィルタ１２の出力は、マイク８が出力する信号中の案内音声信号成分を表し、出力音声パワー算出部１４の出力は、マイク８が出力する信号中の案内音声信号成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーとなる。また、加算器１０の出力は、マイク８が出力する信号中の周囲騒音成分の周波数帯域毎のパワーとなる。ここで、周囲騒音成分とは、オーディオ音とカーノイズなどの周囲のノイズとを加算した、案内音声を聞くユーザにとっての周囲騒音となる音の、マイク８が出力する信号中の成分である。

さて、出力音声パワー算出部１４は、算出した案内音声信号成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーを、ラウドネス補償制御部１１にも出力する。一方、騒音パワー算出部１６は、加算器１０の出力する周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎パワーを、騒音パワーとしてラウドネス補償制御部１１に出力する。

そして、ラウドネス補償制御部１１は、入力する案内音声信号成分の周波数帯域毎のパワーと、周波数帯域毎の騒音パワーとに基づいて、音量調整アンプ３のゲインと、イコライザ４の周波数帯域毎のゲインを、所定のラウドネス補償関数に従って、案内音声がユーザに明瞭に聞こえるように調整する。

そして、騒音パワー算出制御部１５は、上述した騒音パワー算出部１６の、騒音パワー算出動作を制御する。
以下、騒音パワー算出制御部１５の動作について説明する。
図２ａに、騒音パワー算出制御部１５が行う騒音パワー算出制御処理の手順を示す。
図示するように、この処理では、まず、出力音声パワー算出部１４が算出している案内音声信号成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの合計が、所定のしきい値Ｔｈ以上であるかどうかを調べる（ステップ２０２）。このしきい値Ｔｈは、たとえば、ナビゲーション装置１が案内音声を出力しているときに、フィルタ１２から出力されることになる案内音声信号成分の周波数帯域毎の単位時間当たりのパワーの合計が取り得る値の最小値とする。

そして、しきい値Ｔｈ未満であれば、騒音パワー算出部１６に、周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの算出と、算出した周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーのラウドネス補償制御部１１への出力と、算出した周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの保存を指示する（ステップ２０４）。そして、ステップ２０２からの処理に戻る。

一方、ステップ２０２において、案内音声信号成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの合計がしきい値Ｔｈ以上であると判定された場合には、騒音パワー算出部１６に、周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの算出の停止と、保存されている周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの、過去一定期間分の平均値のラウドネス補償制御部１１の出力を指示する（ステップ２０６）。そして、ステップ２０２からの処理に戻る。

なお、騒音パワー算出部１６は、以上の騒音パワー算出制御部１５からの指示に従って、指示された動作を行う。
以上の騒音パワー算出制御処理の結果、マイク出力信号中の案内音声信号成分のパワーが大きい場合には、周囲騒音の騒音パワーとして、従来の周囲騒音のパワーに代えて、前記案内音声信号成分のパワーが小さいときに算出した周囲騒音のパワーの平均値を用いてラウドネス補償が行われる。ここで、前記案内音声信号成分のパワーが小さいときには、案内音声信号の伝達関数の学習が充分に行われていなくとも、周囲騒音のパワーの算出に与える悪影響は小さい。したがって、このようにすることにより、伝達関数の学習が充分に行われていない場合でも、案内音声信号成分のパワーが大きい期間に算出される騒音のパワーを安定化させることができると共に、前記案内音声信号成分のパワーが大きい期間に算出される騒音のパワーの値を近似的に適正化させることができ、スピーカ７からユーザに対して不安定な音声出力が行われてしまうことを抑制することができる。

ところで、以上の騒音パワー算出制御処理は、図２ｂに示すように行うようにしてもよい。
すなわち、この処理では、まず、車載システムが起動されてから所定時間TM（たとえば、３０秒）が経過しているかどうかを調べる（ステップ２５２）。そして、所定時間TMが経過していれば、無条件に騒音パワー算出部１６に、周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの算出と、算出した周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーのラウドネス補償制御部１１への出力と、算出した周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの保存を指示する（ステップ２５６）。

一方、所定時間TMが経過していなければ、図２ａに示した騒音パワー算出制御処理と同様に、出力音声パワー算出部１４が算出している案内音声信号成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの合計が、所定のしきい値Ｔｈ以上であるかどうかを調べ（ステップ２５４）、しきい値Ｔｈ未満であれば、騒音パワー算出部１６に、周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの算出と、算出した周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーのラウドネス補償制御部１１への出力と、算出した周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの保存を指示し（ステップ２５６）、しきい値Ｔｈ以上であれば、騒音パワー算出部１６に、周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの算出の停止と、保存されている周囲騒音成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの過去一定期間分の平均のラウドネス補償制御部１１の出力を指示する（ステップ２５８）。

このようにすることにより、フィルタ１２の学習が充分に適正に行われたことが期待できるに充分な期間が経過した後は、より適正な騒音パワーの算出と、これに基づくラウドネス補償を行うことができるようになる。
なお、この騒音パワー算出制御処理は、ステップ２５２において、ナビゲーション装置１からの案内音声の出力が所定回数（たとえば、１０回）以上行われたかどうかを調べ、所定回数以上行われた場合にステップ２５６に進み、所定回数未満しか行われていない場合にはステップ２５４に進む処理としてもよい。なお、この場合には、案内音声を出力するときにナビゲーション装置１から当該出力の旨の通知を騒音パワー算出制御部１５に対して行うようにし、騒音パワー算出制御部１５においてこの通知に基づいて案内音声の出力回数を算出するようにする。または、騒音パワー算出制御部１５において、出力音声パワー算出部１４が算出している案内音声信号成分の単位時間当たりの周波数帯域毎のパワーの合計から案内音声の出力の有無を判定することにより、案内音声の出力回数を算出するようにしてもよい。

このようにすることにより、フィルタ１２の学習が充分に適正に行われたことが期待できるに充分な量の案内音声が発生した後は、より適正な騒音パワーの算出と、これに基づくラウドネス補償を行うことができるようになる。
なお、以上の実施形態では、ナビゲーション装置１が出力する案内音声に対してラウドネス補償を行う場合について説明したが、本実施形態に係る音声明瞭化の技術は、任意の装置が出力する音声の明瞭化のために適用可能である。
また、以上では、イコライザ４を設け、周波数帯域毎にゲイン調整を行うことにより案内音声のラウドネス補償を行ったが、これはイコライザ４を廃して、音量調整アンプ３で案内音声の全体的なゲイン調整のみのラウドネス補償を行うようにしてもよい。なお、この場合には、入力音声パワー算出部９や出力音声パワー算出部１４では、周波数帯域毎のパワーを算出する必要はなく、案内音声信号成分や周囲騒音成分の全体としてのパワーを算出すれば足りる。

本発明の実施形態に係る車載装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る騒音パワー算出制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…ナビゲーション装置、２…オーディオ機器、３…音量調整アンプ、４…イコライザ、５…出力音声加算器、６…出力アンプ、７…スピーカ、８…マイク、９…入力音声パワー算出部、１０…加算器、１１…ラウドネス補償制御部、１２…フィルタ、１３…係数更新部、１４…出力音声パワー算出部、１５…騒音パワー算出制御部、１６…騒音パワー算出部。

Claims

ラウドネス補償を施した音声を出力する音声出力装置であって、
前記出力する音声を表す音声信号である出力音声信号を生成する音声信号生成手段と、
音声信号生成手段が生成した出力音声信号のラウドネス補償を行うラウドネス補償手段と
前記ラウドネス補償手段がラウドネス補償を行った前記出力音声信号に基づき音声を出力するスピーカと、
周辺音をピックアップするマイクと、
前記マイクが出力する信号であるマイク出力信号と前記出力音声信号とに基づき、前記出力音声信号を入力とし前記マイク出力信号を出力とする系の伝達関数を学習し、前記出力音声信号と学習した伝達関数とに基づいて前記マイク出力信号中の前記出力音声の成分を出力音声成分として推定する出力音声成分推定手段と、
前記出力音声成分推定手段が推定した出力音声成分のパワーを算出する出力音声成分パワー算出手段と、
前記マイク出力信号のパワーから前記出力音声成分パワー算出手段が算出した前記出力音声成分のパワーをキャンセルすることにより、前記マイク出力信号中の周囲騒音成分のパワーを算出する周囲騒音成分パワー算出手段と、
前記出力音声成分パワー算出手段が算出した出力音声成分のパワーが所定レベル以下のときに、前記周囲騒音成分パワー算出手段が算出した前記周囲騒音成分のパワーを騒音パワーとして算出し、前記出力音声成分パワー算出手段が算出した出力音声成分のパワーが所定レベルを超えるときに、前記出力音声成分パワー算出手段が算出した出力音声成分のパワーが所定レベル以下であった期間の前記周囲騒音成分のパワーの平均値を騒音パワーとして算出する騒音パワー算出手段とを有し、
前記ラウドネス補償手段は、前記出力音声成分パワー算出手段が算出した前記出力音声成分のパワーと、前記騒音パワー算出手段が算出した前記騒音パワーとに基づいて、スピーカに出力する出力音声信号のゲインの調整を、所定のラウドネス補償関数に従って行うことを特徴とする音声出力装置。
請求項１記載の音声出力装置であって、
前記騒音パワー算出手段は、音声出力装置の起動後、所定の期間が経過している場合には、前記出力音声成分パワー算出手段が算出した出力音声成分のパワーが所定レベル以下であるか否かに関わらず、前記周囲騒音成分パワー算出手段が算出した前記周囲騒音成分のパワーを騒音パワーとして算出することを特徴とする音声出力装置。
請求項１記載の音声出力装置であって、
前記騒音パワー算出手段は、音声出力装置の起動後、所定の回数以上スピーカから音声が出力された後には、前記出力音声成分パワー算出手段が算出した出力音声成分のパワーが所定レベル以下であるか否かに関わらず、前記周囲騒音成分パワー算出手段が算出した前記周囲騒音成分のパワーを騒音パワーとして算出することを特徴とする音声出力装置。