JP4686622B2 - 音響補正装置、及び音響補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、出力する音響信号に対して処理を行う音響補正装置、及び音響補正方法に関するものである。

従来から、ヘッドホンやイヤホンを用いて音楽などの再生音声を聞くことが可能な、携帯性に優れた音響再生装置が広く普及している。このようなヘッドホンやイヤホンで音楽などを聴く際、耳をヘッドホンやイヤホンで塞ぐことにより生じる共鳴現象や、外部環境によるノイズなどの影響で、利用者が聞いている音声に劣化が生じるという問題がある。

そこで、共鳴現象を抑止するために、例えば、特許文献１に記載された技術では、マイク一体型イヤホンを備え、当該マイク一体型イヤホンを用いた測定で外耳道の音響特性を取得し、適応等化フィルタを用いて外耳道の共鳴特性を補正している。

特開２０００−９２５８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、マイクを共鳴特性の補正のみに用いており、ノイズキャンセルに利用していない。また、当該マイクは、共鳴現象補正用に外耳道側に備え付けられているため、ノイズキャンセル用のマイクが必要な場合、別のマイクが必要となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、適切に共鳴特性を抑えると共に、ノイズキャンセルを行う音響補正装置、及び音響補正方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる音響補正装置は、被測定対象物を含む対象空間と、当該被測定対象物を含まない外部空間と、からの音響信号を、１つの音響入力手段を介して取得する信号取得手段と、前記被測定対象物の音響特性を測定するための測定信号を、前記対象空間に対して出力する信号出力手段と、前記信号取得手段が取得した前記音響信号のうち、前記信号出力手段が出力した前記測定信号の応答である応答音響信号から、前記被測定対象物で生じる共鳴の共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定手段と、前記被測定対象物に供給される信号に対して、特定された補正係数の前記補正フィルタを用いてフィルタリングを行うフィルタリング手段と、前記信号取得手段が前記対象空間と、前記外部空間と、から取得した前記音響信号に基づいて、前記フィルタリング手段でフィルタリングされた信号に対して、取得した前記音響信号に含まれている、騒音の成分の除去を行う騒音除去手段と、前記騒音除去手段により前記騒音の成分が除去された前記音響信号を、前記被測定対象物に対して出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる音響補正方法は、音響補正装置で実行される音響補正方法であって、信号取得手段が、被測定対象物を含む対象空間と、当該被測定対象物を含まない外部空間と、からの音響信号を、１つの音響入力手段を介して取得する信号取得工程と、信号出力手段が、前記被測定対象物の音響特性を測定するための測定信号を、前記対象空間に対して出力する信号出力工程と、係数特定手段が、前記信号取得工程が取得した前記音響信号のうち、前記信号出力工程が出力した前記測定信号の応答である応答音響信号から、前記被測定対象物で生じる共鳴の共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定工程と、フィルタリング手段が、前記被測定対象物に供給される信号に対して、特定された補正係数の前記補正フィルタを用いてフィルタリングを行うフィルタリング工程と、騒音除去手段が、前記信号取得工程が前記対象空間と、前記外部空間と、から取得した前記音響信号に基づいて、前記フィルタリング工程でフィルタリングされた信号に対して、取得した前記音響信号に含まれている、騒音の成分の除去を行う騒音除去工程と、出力手段が、前記騒音除去工程により前記騒音の成分が除去された前記音響信号を、前記被測定対象物に対して出力する出力工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、共鳴特性の補正と、ノイズキャンセルと、を行うために必要な音響信号を取得する手段の数を抑えることで、実装コストを抑えることができるという効果を奏する。また、本発明によれば、配置／配線を簡略化でき、小型化が可能という効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態にかかる音響再生装置の例を示した図である。 図２は、第１の実施形態における、イヤホンの形状を示した構造図である。 図３は、第１の実施の形態にかかる音響補正装置の構成を示すブロック図である。 図４は、外耳道モデルを模擬した音響管にイヤホンを挿入した際の構造を示した概念図である。 図５は、モード切替の画面例を示した図である。 図６は、補正フィルタに用いられる、補正係数特定部により構築された音響モデルの例を示した図である。 図７は、第１の実施の形態の音響モデルと適応等化フィルタとの構成を示した図である。 図８は、第１の実施の形態にかかる音響補正装置において、ノイズキャンセルに用いられる構成を示した模式図である。 図９は、第１の実施の形態にかかる音響補正装置における、騒音信号ｎが流れる各構成の特性を示すブロック図である。 図１０は、第１の実施の形態にかかる音響補正装置における、音源信号再生時に音源信号ｓが経由する各構成の特性を示したブロック図である。 図１１は、音響補正装置の全体的な処理手順を示すフローチャートである。 図１２は、第１の実施の形態にかかる音響補正装置における補正設定モードによる処理手順を示すフローチャートである。 図１３は、第１の実施の形態にかかる音響補正装置における音響信号を出力するまでの処理手順を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる音響補正装置、及び音響補正方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる音響再生装置１００の例を示した図である。図１に示す例では、音響再生装置１００は、音響補正装置１５０と、携帯電話端末１１０と、で構成されている。そして、音響補正装置１５０は、イヤホン１２０と、筐体部１３０と、を備える。

携帯電話端末１１０は、内部の（図示しない）音声データ生成部が、音声データを生成（再生）し、音響補正装置１５０に出力する。音響補正装置１５０は、入力された音声データ(音源信号)に対して共鳴特性の補正とノイズキャンセル処理とをした後、処理後の音響信号を、イヤホン１２０から被測定対象物に対して出力する。本実施の形態では、被測定対象物を、利用者の外耳道の例とする。また、イヤホン１２０には、マイクロホンが内蔵されている。次にイヤホン１２０について説明する。

図２は、本実施形態における、イヤホン１２０の形状を示した構造図である。図２に示すように、イヤホン１２０は、音声を出力する音響出力部２０１（音筒部）と、マイクロホン２０２と、を備えている。そして、イヤホン１２０の音響出力部２０１と、マイクロホン２０２とは、それぞれ音響補正装置１５０の筐体部１３０と電気的に接続されている。

音響出力部２０１は、利用者がイヤホン１２０を装着した状態では、外耳道の鼓膜位置に対して、音声を出力する。

マイクロホン（音響入力部）２０２は、外部収音パスからの音声、及び内部収音パスからの音声を入力（収音）する。外部収音パスは、外部空間からマイクロホン２０２まで音声を経由させるパスであり、内部収音パスは、被測定対象物を含む測定対象空間（以下、外耳道内とも称す）からマイクロホン２０２まで音声を経由させるパスとする。本実施の形態では、内部収音パスを実現するために、イヤホン１２０内部に、符号２１１に示す経路が形成されている。そして、経路２１１の外耳道側の開口部は、音響出力部２０１の近傍に設けられているものとする。

つまり、外耳道内の共鳴を補正するためには、外耳道内の音を収音する必要がある。これに対し、騒音を低減するためには、外部環境の音を収音する必要がある。つまり、共鳴を補正するための収音すべき空間と、騒音を低減するために収音すべき空間と、は異なる。このため、通常であれば、外耳道内の音の収音するマイクロホンと、外部環境の音を収音するマイクロホンとの２つ備える必要があると考えられるが、本実施の形態においては各耳に一つのマイクロホン２０２のみ備えることとした。そして、マイクロホン２０２において、外部収音パスと内部収音パスとが設けられているため、２つの空間から音を収音することができる。そして、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０では、２つの経路から収音されることを考慮した上で、共鳴の補正、及びノイズキャンセリングを行う。次に、音響補正装置１５０の構成について説明する。

図３は、第１の実施の形態にかかる音響補正装置１５０の構成を示すブロック図である。本図に示すように、音響補正装置１５０は、筐体部１３０とイヤホン１２０とで構成される。

イヤホン１２０は、電気／音響変換部３０３と、音響出力部２０１と、マイクロホン２０２とを備える。そしてマイクロホン２０２は、音響入力部３０５と、音響／電気変換部３０６と、を備える。例えば、イヤホン１２０が備えているスピーカーが、電気／音響変換部３０３と、音響出力部２０１と、の両方の役割を果たしている。

電気／音響変換部３０３は、筐体部１３０から入力された電気信号である音源信号を、音声である音響信号に変換する。音響出力部２０１は、音響信号を出力する。

マイクロホン２０２の音響入力部３０５は、利用者の外耳道内（図３の被測定対象空間）及び、外部環境からの音響信号を入力処理する。本実施の形態においては、音響出力部２０１から測定用の音響信号（以下、測定音響信号と称す）が出力された場合に、当該測定音響信号に対応する応答音響信号を入力処理する。

また、音響入力部３０５は、後述する筐体部１３０でノイズキャンセルを行う時に、音響信号を入力処理する。

音響／電気変換部３０６は、入力処理された音響信号（応答音響信号）を、電気信号に変換する。本実施の形態では、電気信号に変換された応答音響信号を応答信号とする。

ところで、鼓膜位置の共鳴周波数を打ち消すことができれば、利用者にとって適切な補正を行ったことになるが、利用する度に利用者の鼓膜位置にマイクロホンを配置するのは難しい。このため、本実施の形態では、内部収音パスの経路２１１の開口部を、音響出力部２０１近傍に配置した。この理由について説明する。

図４は、外耳道モデルを模擬した音響管５０１にイヤホン１２０を挿入した際の構造を示した概念図である。図４に示すように、イヤホンの音響出力部２０１から鼓膜位置５０２までの距離の２倍を一波長とする周波数が、共鳴周波数となる。そして、定在波（共鳴波）の腹に配置すると、当該定在波のピーク値を取ることができなくなり、結果的として共鳴ピークをとる周波数特性を特定することが困難となる。

このため、定在波の節となるイヤホン１２０の音響出力部２０１近傍に、内部収音パスの経路２１１の開口部を設けた。これにより、音響出力部２０１近傍に設けられた内部収音パスの経路２１１の開口部と、鼓膜位置５０２とにおける、共鳴ピークをとる周波数特性（共鳴周波数）はほぼ一致することになる。

そこで、本実施の形態は、共鳴ピークをとる共鳴周波数がほぼ一致することを利用して構築された音響モデルを用いて、共鳴特性の補正を行うこととした。これにより、音質劣化の少ない補正が可能となる。つまり、外耳道入り口（イヤホン１２０の近傍位置）で計測された共鳴周波数のピーク値を打ち消すように補正係数を設定することで、鼓膜位置５０２の共鳴周波数のピーク値を打ち消すことができる。

そして、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０においては、耳毎に共鳴周波数を特定し、特定された共鳴周波数に応じて補正を行うこととする。これにより、耳毎に適切な補正を行うことができる。

図３に戻り、筐体部１３０は、音源入力部３０１と、音源出力モード処理部３０２と、補正設定モード処理部３０７と、切替部３０８と、を備える。

ところで、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０においては、２種類の処理モードを備える。これら処理モードのうち、一方は、補正設定モードとし、利用者の外耳道の周波数特性を測定し、補正フィルタ３１１で用いられる補正係数を特定するモードとする。その際、算出された共鳴特性は、ノイズキャンセルにも適用するよう設定を行う。

そして、他方のモードを、音源出力モードとし、特定された補正係数を用いた補正フィルタ３１１で音源信号の補正処理、及びノイズキャンセルを行った後、音響信号として出力するモードとする。

本実施の形態で補正に用いる周波数特性は、イヤホン１２０を装着した時の外耳道で共鳴が生じる周波数の特性とする。そして、周波数特性の特徴的な物理量として、共鳴周波数と、共鳴周波数における利得と、を用いた例について説明する。

切替部３０８は、補正設定モードと、音源出力モードと、を切り換える。そして、補正設定モードの場合には、補正設定モード処理部３０７による補正フィルタを設定するための処理が行われる。一方、音源出力モードの場合には、音源入力部３０１に対して入力された音源信号に対して、音源出力モード処理部３０２が処理した後、被測定対象に対して、音響信号が出力される。

本実施の形態においては、携帯電話端末１１０から音声データとして入力された電気信号を音源信号とする。そして、音響信号は、イヤホン１２０の音響出力部２０１から出力される音とする。

本実施の形態にかかる音響補正装置１５０では、各モードの切替を行うための画面を、携帯電話端末１１０に表示する。図５に示す画面は、モード切替の画面例を示した図である。図５に示す画面例において、「０．特性を計測しない」を選択した場合には、切替部３０８が、音源出力モードに切り換え、他の選択枝を選択した場合には、切替部３０８が、補正設定モードに切り換える。

補正設定モード処理部３０７は、測定信号生成部３２１と、補正係数特定部３２２と、特性特定部３２３と、応答データ取得部３２４と、を備える。本実施の形態においては、切替部３０８により音源出力モードに切り換えられた場合に、測定信号生成部３２１の測定基準信号の生成をトリガとして、各構成の処理が行われる。

測定信号生成部３２１は、外耳道の音響特性（周波数特性）を測定するための電気信号を示す測定基準信号を生成する。この測定基準信号は、外耳道の音響特性を測定するために予め定められた電気信号とする。

そして、測定信号生成部３２１で生成された測定基準信号は、電気／音響変換部３０３で、音響信号に変換される。音響信号に変換された測定基準信号を、測定用音響信号とする。この本実施の形態にかかる測定用音響信号は、単位パルス、タイムストレッチトパルス、白色騒音、測定帯域を含む帯域騒音、又は測定帯域内の正弦波のうちいずれか一つ以上を含む複数の正弦波で合成された信号とする。

そして、電気／音響変換部３０３で変換された測定用音響信号は、音響出力部２０１から外耳道（図３の被測定対象２５０）に対して出力される。その後、出力した当該測定用音響信号に対応する（反射音である）応答音響信号を、音響入力部３０５が、入力処理する。そして、入力処理された応答音響信号は、音響／電気変換部３０６で電気信号に変換する。変換された電気信号を、応答信号とする。

応答データ取得部３２４は、応答信号を取得する。応答信号は、外耳道で反射された応答音響信号を電気信号に変換された信号である。そして、特性特定部３２３が、当該信号を分析することで、補正係数特定部３２２が、適切な補正係数を取得できる。

特性特定部３２３は、取得した応答信号の周波数特性を分析し、外耳道の音響特性（周波数特性）を特定する。具体的には、特性特定部３２３は、応答信号を分析することで、共鳴ピークの音圧レベルと、共鳴ピークとなる共鳴周波数と、を特定する。共鳴ピークとしては、例えば、第１共鳴ピークや、第２共鳴ピークなどが特定される。これにより、利用者の外耳道の形状に応じた、共鳴ピークを特定できる。なお、共鳴周波数の特定手法は、周知の手法を問わず、あらゆる手法を用いて良い。

また、特性特定部３２３は、上述した処理で、ノイズキャンセルに用いる、外耳道の共鳴特性も特定したことになる。そして、特性特定部３２３は、特定された共鳴特性を、後述する音源出力モード処理部３０２のノイズキャンセル部３１２に出力する。

補正係数特定部３２２は、特性特定部３２３により特定された音響特性（周波数特性）に基づいて、補正係数を特定する。本実施の形態にかかる補正係数特定部３２２は、利得のピーク値（共鳴ピークの音圧レベル）と、当該ピーク値を取る共鳴周波数と、に基づいて音響モデルを構築し、さらに、構築した音響モデルに適応等化フィルタを適用することで、当該共鳴ピークを打ち消す補正フィルタの補正係数を特定する。本実施の形態においては、補正係数特定部３２２は、補正係数として例えば遅延時間を特定する。

例えば、音速（Ｖ）、周波数（Ｆ）、及び波長（ν）の関係として、以下に示す式（１）が成り立つ。なお、式（１）の音速（Ｖ）は、当然ながら周知の値である。
Ｖ＝ｆν……（１）

そして、外耳道入り口（イヤホン１２０の音響出力部２０１、及び内部収音パスの経路２１１の開口部の位置）から、鼓膜位置までの距離は、１／２νとなる。つまり、共鳴周波数が特定されることで、外耳道入り口から鼓膜位置までの距離が特定される。そして、補正係数特定部３２２は、音響信号当該距離を移動するための伝搬時間も特定することができる。

このように、補正係数特定部３２２は、特定された各パラメータに基づいて、補正を行うための外耳道の音響モデルを構築できる。そして、当該音響モデルに対して適応等化フィルタを適用することで、補正係数特定部３２２は、特定された共鳴周波数の成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する。例えば、補正係数特定部３２２は、特定された共鳴周波数の共鳴ピークを打ち消す補正フィルタに用いられる音響モデルを構成する遅延器に設定される伝搬時間を特定する。

さらに、補正係数特定部３２２は、検出した共鳴周波数から、外耳道内の音波の（遅延時間）伝搬時間の他に、共鳴ピークの音圧レベルから反射率を特定する。

音源入力部３０１は、外耳道に供給される音響信号の元となる音源信号を入力処理する。

音源出力モード処理部３０２は、補正フィルタ３１１と、ノイズキャンセル部３１２と、を備える。音源出力モードに切り換えられた場合、音源入力部３０１が入力処理した音源信号に対して、以下に示す補正フィルタ３１１、ノイズキャンセル部３１２、電気／音響変換部３０３、及び音響出力部２０１による処理が行われる。

補正フィルタ３１１は、入力処理された音源信号に対して、音響モデルにおいて補正係数が設定された各構成によるフィルタリング処理を行う。これにより補正処理を行うことができる。図６は、補正フィルタ３１１に用いられる、補正係数特定部３２２により構築された音響モデルの例を示した図である。

図６に示すように、音響モデルは、特定された遅延時間が設定された遅延器６０３、６００と、減衰器６０１、６０４と、フィルタ６０２と、和算器６０５と、を含み、これらの構成（遅延器６０３と、減衰器６０１、６０４と、フィルタ６０２）を介した音源信号が戻って、入力処理された音響信号と、和算器６０５により和算されるよう構成されている。

遅延器６０３、６００は、補正係数特定部３２２により特定された伝搬時間（遅延時間）が設定されている。共鳴ピークに対応する伝搬時間を設定することで、共鳴ピークを減少させることができる。

減衰器６０１には、補正係数特定部３２２により特定された、鼓膜側から鼓膜の反射率が設定されている。本実施の形態にかかる反射率は、補正係数特定部３２２により共鳴ピークの音圧レベルに基づいて設定される。

フィルタ６０２は、さらに反射率に周波数依存性を持たせるためのフィルタであり、本実施の形態ではハイパスフィルタとする。ハイパスフィルタを適用したのは、低域で反射が少ないことを考慮したためである。本実施の形態においては、低周波数帯域において共鳴が生じないため、高周波数帯域と比べて信号を通すように設計されている。なお、本実施の形態では、フィルタとしてハイパスフィルタを適用するが、バンドパスフィルタを適用しても良い。

減衰器６０４には、イヤホンの反射率が設定されている。

和算器６０５は、減衰器６０４から入力されたフィルタリング後の音源信号を、入力処理された音源信号と和算する。

つまり、入力処理された音源信号は、遅延器６００と、減衰器６０１と、フィルタ６０２と、遅延器６０３と、減衰器６０４と、を介して戻った後、入力処理された後で上述した構成を介していない音源信号と、和算器６０５にて和算される。このように、構築された音響モデルに基づいたフィルタで補正を行うことで、共鳴ピークが抑止し、音響の不自然さを解消できる。

そして、補正フィルタ３１１は、このような音響モデルと、適応等化フィルタと、を含むことで、音響特性の特徴的な物理量に基づいたパラメータ（補正係数）を有するフィルタを実現できる。なお、適応等化フィルタは、周知を問わず、様々な構成のものが適用できるものとして、説明を省略する。次に、音響モデルと、当該音響モデルに適用する適応等化フィルタの関係について説明する。

図７に示すように、音響モデル７０１と適応等化フィルタ７０２との直列接続回路として接続され、入力信号と出力信号との差分が最小になるときの適応等化フィルタ７０２の係数と同一の値を用いる。

そして、音響モデル７０１から出力された出力信号を、遅延器７０３を介して入力された入力信号で減算することで、誤差を求めることができる。そして、補正フィルタ３１１は、当該誤差を利用することで、音響信号の共鳴ピークを抑える。なお、当該誤差を利用した共鳴ピークの抑止する手法としては、あらゆる手法を用いて良いものとして、説明を省略する。

そして、補正フィルタ３１１で補正された後の信号は、電気／音響変換部３０３で音響信号に変換された後、ノイズキャンセル部３１２で騒音の除去が行われる。

図３に戻り、ノイズキャンセル部３１２は、特性算出部３３３と、特性設定部３３２と、除去回路３３１とを、備え、ノイズの除去が行われる。

図８は、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０において、ノイズキャンセルに用いられる構成を示した模式図である。図８に示す例では、入力される音源信号ｓに対して、騒音信号ｎの除去を行う際に、考慮すべき各構成の特性を示している。次に各特性について説明する。

Ｈｅを外部収音パスの伝達特性、Ｍをマイクロホン２０２の特性、Ｈｉを内部収音パスの伝達特性（以下、内部の収音特性と称す）、Ｅをイヤホンの特性、Ｐを鼓膜に提示される信号（音圧）、Ｈｒを外耳道内での共鳴を示す伝達特性（以下、共鳴特性と称す）、Ｌを騒音が外耳道内に漏れこむ際の伝達特性（以下、漏れ特性と称す）Ｌ、Ｉを筐体部１３０内の補正フィルタ３１１の特性（以下、共鳴補正フィルタ特性）とする。そして、伝達特性Ａは、マイクロホン２０２から入力された騒音信号ｎを調整するための、除去回路３３１の特性（以下、除去回路特性と称す）とする。

つまり、伝達特性Ａは、入力された騒音信号ｎを、加算部８０１で加算することで、ノイズが除去できるような特性が設定されるものとする。

図９は、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０における、騒音信号ｎが流れる各構成の特性を示すブロック図である。図９に示す各特性は、図８で示した各構成の特性を示している。

すなわち、騒音信号ｎは、外部収音パスと、外部環境から外耳道内に漏れこんだ後の内部収音パスと、の２経路から収音される。つまり、騒音信号ｎは、外部の伝達経路から収音される（外部環境からの収音特性Ｈｅを乗じる）とともに、外部環境から被測定対象（外耳道）へリーク（漏れ特性Ｌを乗じ）し、共鳴した（共鳴特性Ｈｒを乗じ）音を内部の伝達経路（内部の収音特性Ｈｉを乗じ）を介して収音される。

そして、これら２経路からの信号が加算部９０１で和算され、マイク（マイク特性Ｍを乗じ）へ入力される。マイクへ入力された信号を制御回路（除去回路特性Ａを乗じ）で調整し、イヤホン（イヤホン特性Ｅを乗じ）で出力する。

これにより、加算部９０２において、外部環境から外耳道へリークした信号（騒音信号ｎに漏れ特性Ｌを乗じた値）と、上述した経路を辿りイヤホン出力された値とが、音響的に加算される。そのときの音圧Ｐｎを以下の式（２）に示す。
Ｐｎ＝Ｌ・ｎ＋（Ｌ・Ｈｒ・Ｈｉ＋Ｈｅ）・Ｍ・Ａ・Ｅ・ｎ……（２）

そして、式（２）において、音圧Ｐｎが０になるとき、外部環境の騒音が除去できたことになる。このため、式（２）に音圧Ｐｎ＝０を代入した上で、除去回路特性Ａを算出する式に変形すると、以下の式（３）になる。
Ａ＝−Ｌ／（（Ｌ・Ｈｒ・Ｈｉ＋Ｈｅ）・Ｍ・Ｅ）……（３）

つまり、除去回路３３１に、式（３）に示す除去回路特性Ａに対応するパラメータが設定された場合に、適切に騒音の除去を行うことができる。

図３に戻り、特性算出部３３３は、補正設定モードの時に、特性特定部３２３により入力された共鳴特性Ｈｒを、式（３）に代入することで、除去回路特性Ａを算出する。なお、他の伝達特性等（Ｌ、Ｈｉ、Ｈｅ、Ｍ、及びＥ）は予め定められた値とする。

そして、特性設定部３３２は、算出された除去回路特性Ａに対応するパラメータを、除去回路３３１に対して設定する。

除去回路３３１は、音源出力モードの際に、補正フィルタ３１１を介して入力された音源信号に対して、特性設定部３３２により設定されたパラメータを用いて、騒音を除去する。

上述した構成が各処理を行うことで、イヤホン１２０が備えるマイクロホン２０２で２経路からの音響信号を入力処理される場合であっても、適切に騒音を除去することができる。

次に、除去回路特性Ａに基づいて騒音除去を行った場合の、内部の伝達経路から音源信号を拾ってしまうことによる音質への影響を検討する。図１０は、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０における、音源信号再生時に音源信号ｓが入力されてから音圧Ｐｏとして出力されるまでに、経由する各構成の特性を示したブロック図である。なお、図１０に示す例では、すでに騒音信号ｎは除去されているものとする。

図１０に示すように、加算部１００１は、音源信号ｓが補正フィルタ（共鳴補正フィルタ特性Ｉ）でフィルタリングされた信号と、除去回路３３１で調整された信号と、を和算する。除去回路３３１で調整された信号は、補正フィルタでフィルタリングされた信号がイヤホン１２０の音響出力部２０１（イヤホン特性Ｅ）から音として出力され、外耳道内において共鳴（共鳴特性Ｈｒ）し、当該共鳴音を、内部収音パス（内部の収音特性Ｈｉ）を経由して、マイクロホン２０２（マイクロホンの特性Ｍ）で収音された後、除去回路３３１（除去回路特性Ａ）で調整された信号とする。そして、加算部１００１で和算された信号は、イヤホン１２０から出力され、共鳴した音が被測定対象へ供給される。そのときの音圧Ｐｏは、以下の式（４）で示すことができる。
Ｐｏ＝（１＋Ｈｉ・Ｍ・Ａ）・Ｈｒ・Ｉ・Ｅ・ｓ……（４）

次に、これらの式を用いてどの程度の音質劣化が生じるのか、具体的な値を用いて検討する。まず、カナル型の遮音性（漏れ特性Ｌ）がおよそ−２０ｄＢ、マイク感度（マイク特性Ｍ）がおよそ−５０ｄＢとする。この場合、式（３）から、除去回路特性Ａが、およそ３０ｄＢとして導き出せる。

また、本実施の形態にかかるイヤホン１２０の内部収音パスは、外部収音パスと比べて伝達特性が−６ｄＢほど感度が低くなるように設計しているものとする（当然ながら、補正設定モードで共鳴ピークがとれる最小感度を保っていることを前提とする）。

上述した特性を備えることで、音質変化に関わる項Ｈｉ・Ｍ・Ａは、−２０ｄＢ以下になる。これを式（４）に代入すると、音質劣化がほとんど生じていないことになる。

換言すると、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０では、上述した構成を備えることで、イヤホン１２０に備えられた一つのマイクロホン２０２で、外部収音パスによる外部環境の音と、内部収音パスによる外耳道内の音とを、同時に収音する構造とした場合でも、外耳道内で生じる共鳴を適切に補正すると共に、ノイズキャンセル機能による騒音の除去が可能となる。そして、これらの機能を利用したことによる音質劣化を抑止することができる。

次に、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０の全体的な処理手順について説明する。図１１は、音響補正装置１５０の上述した処理手順を示すフローチャートである。

まず、切替部３０８が、周波数特性を計測するか否かを判定する（ステップＳ１１０１）。周波数特性（音響特性）を計測すると判定した場合（ステップＳ１１０１：Ｙｅｓ）、補正設定モード処理部３０７が補正設定モードによる処理を行う（ステップＳ１１０２）。その際に、ノイズキャンセル部３１２において、共鳴特性に基づく設定も行われる。

一方、周波数特性（音響特性）を測定しないと判定した場合（ステップＳ１１０１：Ｎｏ）、又はステップＳ１１０２の処理が終了した後、音源出力モード処理部３０２が音源出力モードによる処理を行う（ステップＳ１１０３）。上述した処理手順により、各モードによる処理が実行される。

次に、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０における補正設定モードによる処理について説明する。図１２は、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０における上述した処理の手順を示すフローチャートである。

まず、測定信号生成部３２１は、外耳道の音響特性（周波数特性）を測定するための電気信号を示す測定基準信号を生成する（ステップＳ１２０１）。次に、電気／音響変換部３０３が、測定基準信号を、測定用音響信号に変換する（ステップＳ１２０２）。その後、音響出力部２０１が、測定用音響信号を外耳道に出力する（ステップＳ１２０３）。

その後、音響入力部３０５が、外耳道から反射してきた応答音響信号を入力処理する（ステップＳ１２０４）。次に、音響／電気変換部３０６が、応答音響信号を、電気信号である応答信号に変換する（ステップＳ１２０５）。

そして、応答データ取得部３２４が、応答信号を取得する。次に、特性特定部３２３が、応答信号から、共鳴周波数（共鳴ピークなど）を含む音響特性を特定する（ステップＳ１２０６）。

そして、特性特定部３２３は、特定された共鳴周波数の音響特性（以下、共鳴特性と称す）を、特性算出部３３３に対して出力する（ステップＳ１２０７）。これにより、ノイズキャンセル部３１２においても共鳴特性を用いた設定が行われる。

特性特定部３２３からの共鳴特性の出力に伴い、ノイズキャンセル部３１２の特性算出部３３３は、入力された共鳴特性を用いて、ノイズを除去するために適切な除去回路特性を算出し、特性設定部３３２は、算出された除去回路特性に対応するパラメータを除去回路３３１に対して設定する（ステップＳ１２０８）。

一方、補正設定モード処理部３０７においては、補正係数特定部３２２が、特定された音響特性から、音響モデルを構築し、当該音響モデルと適応等化フィルタとを含む補正フィルタ３１１の補正係数を特定する（ステップＳ１２０９）。その後、補正係数特定部３２２が、特定された補正係数を、補正フィルタ３１１に設定する（ステップＳ１２１０）。

上述した処理手順により、利用者の外耳道に適切な補正係数が補正フィルタ３１１に設定されるとともに、除去回路３３１に騒音（ノイズ）を除去するための設定がなされたことになる。

次に、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０における音響信号を出力するまでの処理について説明する。図１３は、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０における上述した処理の手順を示すフローチャートである。

まず、音源入力部３０１が、携帯電話端末１１０から、電気信号である音源信号を、入力処理する（ステップＳ１３０１）。

次に、補正フィルタ３１１が、音源信号に対して、補正処理を行う（ステップＳ１３０２）。

その後、除去回路３３１が、補正処理された後の音源信号に対して、設定されたパラメータに基づくノイズキャンセリング（騒音成分の除去）を行う（ステップＳ１３０３）。

そして、電気／音響変換部３０３が、騒音成分が除去された後の音源信号を、音響信号に変換する（ステップＳ１３０４）。その後、音響出力部２０１が音響信号を、外耳道に出力する（ステップＳ１３０５）。

上述した処理手順により、利用者の耳に応じた補正処理が行われた音響信号を、出力することができる。

本実施の形態では、イヤホン１２０を適用した例について説明したが、イヤホンに制限するものではなく、例えばヘッドホンでも良い。

本実施の形態にかかる音響補正装置１５０により、利用者の耳の特徴に合わせた補正が可能となる。また、音響補正装置１５０は、左右の耳の違いや挿入状態に合わせた補正も可能となる。

さらに、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０は、上述した音響モデルに基づいたフィルタで、共鳴ピークを抑止する補正を行うので、音質の劣化をさせずに、不自然さを解消することができる。また、音響特性を用い、音響特性の同定結果などを用いないため、少ないパラメータで簡単にチューニングが可能となる。また演算処理を軽減することができる。

また、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０は、音源信号に対して、外部環境から収音された音に基づくノイズキャンセリングが可能となる。

さらに、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０は、共鳴の補正と、ノイズキャンセリング処理とを、一つのマイクロホン２０２で２経路から収音した音に基づいて行うことができる。これにより、実装コストを抑えることができる。また、本実施の形態にかかる音響補正装置１５０は、上述した構成を備えることで、一つのマイクロホン２０２で共鳴の補正とノイズキャンセリング処理とを行えるため、従来と比べて配置／配線を簡略化でき、小型化が可能になる。

そして、マイクロホン２０２は２経路から音を収音するが、２経路のうち、外部収音パスを、内部収音パスよりも伝達特性が−６ｄＢほど感度が低くすることで、外耳道内の音にほとんど影響されることなく、ノイズキャンセリングを行うことができる。なお、感度を低くする手法としては、いずれの手法を用いても良く、例えば内部収音パスの経路２２１について−６ｄＢになるような材質、径で設計を行う等が考えられる。

なお、上述した実施の形態にかかる音響補正装置１５０で実行される音響特性補正プログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。

上述した実施の形態にかかる音響補正装置１５０で実行される音響特性補正プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、上述した実施の形態にかかる音響補正装置１５０で実行される音響特性補正プログラムインターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、上述した実施の形態にかかる音響補正装置１５０で実行される音響特性補正プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

上述した実施の形態にかかる音響補正装置１５０で実行される音響特性補正プログラムは、上述した各構成を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記ＲＯＭから音響特性補正プログラム、又は音響特性計測プログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、上述した各構成が主記憶装置上に生成されるようになっている。

なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１００ 音響再生装置
１１０ 携帯電話端末
１２０ イヤホン
１３０ 筐体部
１５０ 音響補正装置
２０１ 音響出力部
２０２ マイクロホン
３０１ 音源入力部
３０２ 音源出力モード処理部
３０３ 電気／音響変換部
３０５ 音響入力部
３０６ 音響／電気変換部
３０７ 補正設定モード処理部
３０８ 切替部
３１１ 補正フィルタ
３１２ ノイズキャンセル部
３２１ 測定信号生成部
３２２ 補正係数特定部
３２３ 特性特定部
３２４ 応答データ取得部
３３１ 除去回路
３３２ 特性設定部
３３３ 特性算出部

Claims (8)

1. 被測定対象物を含む対象空間と、当該被測定対象物を含まない外部空間と、からの音響信号を、１つの音響入力手段を介して取得する信号取得手段と、
   前記被測定対象物の音響特性を測定するための測定信号を、前記対象空間に対して出力する信号出力手段と、
   前記信号取得手段が取得した前記音響信号のうち、前記信号出力手段が出力した前記測定信号の応答である応答音響信号から、前記被測定対象物で生じる共鳴の共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定手段と、
   前記被測定対象物に供給される信号に対して、特定された補正係数の前記補正フィルタを用いてフィルタリングを行うフィルタリング手段と、
   前記信号取得手段が前記対象空間と、前記外部空間と、から取得した前記音響信号に基づいて、前記フィルタリング手段でフィルタリングされた信号に対して、取得した前記音響信号に含まれている、騒音の成分の除去を行う騒音除去手段と、
   前記騒音除去手段により前記騒音の成分が除去された前記音響信号を、前記被測定対象物に対して出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とする音響補正装置。
2. 前記信号取得手段は、前記外部空間からの前記音響信号と比べて音圧レベルが低い、前記対象空間からの前記音響信号を取得すること、を特徴とする請求項１に記載の音響補正装置。
3. 取得した前記応答信号で、共鳴ピークを取る共鳴周波数を特定する周波数特定手段をさらに備え、
   前記係数特定手段は、特定された前記共鳴周波数に基づいて、当該共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定し、
   前記騒音除去手段は、特定された前記共鳴周波数の特性に、さらに基づいて、前記フィルタリング手段でフィルタリングされた信号に対して騒音の成分の除去を行うこと、
   を特徴とする請求項１又は２に記載の音響補正装置。
4. 前記信号取得手段は、前記外部空間で生じた前記騒音の成分を前記外部空間から取得すると共に、当該外部空間から前記対象空間に漏れ込んだ前記騒音の成分を、前記対象空間から取得し、
   前記騒音除去手段は、前記外部空間から生じた前記騒音の成分が前記対象空間に漏れ込む特性として定められた漏れ特性に、さらに基づいて、前記フィルタリング手段でフィルタリングされた信号に対して、前記外部空間で生じている騒音の成分の除去を行うこと、
   を特徴とする請求項３に記載の音響補正装置。
5. 前記騒音除去手段は、式：
   Ａ＝―Ｌ／（（Ｌ・Ｈｒ・Ｈｉ＋Ｈｅ）・Ｍ・Ｅ）
   （Ａは前記騒音除去手段の特性、Ｌは前記漏れ特性、Ｈｒは前記共鳴周波数の特性、Ｈｉは前記対象空間の伝達特性、Ｈｅは前記外部空間の伝達特性、Ｍは前記信号取得手段の特性、Ｅは前記出力手段の特性）
   で導き出せる前記騒音除去手段の特性Ａに基づいて、前記騒音成分の除去を行うこと、
   を特徴とする請求項４に記載の音響補正装置。
6. 前記信号出力手段と、前記音響入力手段とを有するイヤホンを備えていること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の音響補正装置。
7. 前記信号取得手段は、前記対象空間から前記イヤホン内部に設けられた経路を介して、前記イヤホンの前記外部空間側に配置された前記音響入力手段に入力された前記音響信号を取得すること、
   を特徴とする請求項６に記載の音響補正装置。
8. 音響補正装置で実行される音響補正方法であって、
   信号取得手段が、被測定対象物を含む対象空間と、当該被測定対象物を含まない外部空間と、からの音響信号を、１つの音響入力手段を介して取得する信号取得工程と、
   信号出力手段が、前記被測定対象物の音響特性を測定するための測定信号を、前記対象空間に対して出力する信号出力工程と、
   係数特定手段が、前記信号取得工程が取得した前記音響信号のうち、前記信号出力工程が出力した前記測定信号の応答である応答音響信号から、前記被測定対象物で生じる共鳴の共鳴周波数成分を低減させる補正フィルタの補正係数を特定する係数特定工程と、
   フィルタリング手段が、前記被測定対象物に供給される信号に対して、特定された補正係数の前記補正フィルタを用いてフィルタリングを行うフィルタリング工程と、
   騒音除去手段が、前記信号取得工程が前記対象空間と、前記外部空間と、から取得した前記音響信号に基づいて、前記フィルタリング工程でフィルタリングされた信号に対して、取得した前記音響信号に含まれている、騒音の成分の除去を行う騒音除去工程と、
   出力手段が、前記騒音除去工程により前記騒音の成分が除去された前記音響信号を、前記被測定対象物に対して出力する出力工程と、
   を含むことを特徴とする音響補正方法。

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