JP4894342B2 - 音響再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行中の車室内において、走行騒音に起因する音楽のマスキングに害されることなく、良好な音質で音楽が再生できる音響再生装置に関するものである。

従来の車載用音響再生装置として、マスキングモデルを用いて騒音状況下でも音楽が受聴できるよう各周波数に利得の補正を行う騒音感応制御が知られている。

なお、この出願に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、非特許文献１が知られている。
特開平７−３０７６３２号公報 境 久雄編著、中山 剛共著「聴覚と音響心理学」コロナ社、１９７８年５月２５日（Ｐ１３５−１６１）

しかしながら、騒音増加に対応して騒音にマスキングされないように音楽信号を補正する騒音感応制御を搭載した音響再生装置において、既知のマスキングモデルに基づいて補正を行うと、補正量が過多になってしまう、もしくは補正していることが受聴者に感じられてしまうといった課題があり、自然な音楽再生を妨げる要因となっていた。

これには大きく二つの要因が考えられる。一つ目は、補正方法として現在考案されている補正方法の多くは、ボリュームそのものを変更する方法か、周波数帯域を細かく分割してそれぞれの帯域ごとに補正フィルタを用いて補正する方法か、もしくは適応フィルタなどを用いて補正を行う方法であり、いずれも音楽が入力信号として入力される場合にこれらの補正方法を用いると、自然な音楽鑑賞を妨げる要因となってしまう可能性がある。これはカクテルパーティ効果に代表されるように、人間の聴覚はある程度別々の音源を分離して受聴することが可能であることに起因すると考えられ、フィルタ形状が複雑になる可能性のある適応フィルタを音楽信号にかけてしまうと、前記の理由から不自然さが感知されてしまうことによるものと考えられる。

二つ目は、マスキング量そのものを補正量として使用していることで、これはマスキングの具体的な算出式として、例えば非特許文献１に記載されているような音響心理学に基づく実験式を使用していることに起因すると考えられる。前記の例に挙げたような音響心理学の文献では、音響再生装置で受聴するような音楽信号に対してマスキングモデルではなく、純音、バンドノイズ、白色雑音といった雑音源に対してのマスキングモデルとなっている。そのため実際の音楽と騒音源に対して前記マスキングモデルを適用すると、特に大きなパワーの集中する低音域においての補正量が過多となり、自然な音楽受聴を著しく妨げる要因となってしまうという課題も有していた。

上記課題を解決するために本発明は、補正フィルタとして通常の音響再生装置でイコライザとして用いられるシェルビング型フィルタとピーキング型フィルタのどちらか一方もしくは両方を使用し、マスキングモデルに基づいて各周波数の補正量を算出し、さらに算出された補正量をもとに音楽信号に対して聴感的に自然な補正となるようにパラメータを決定する決定部を有する構成の音響再生装置とすることにより、従来のマスキングモデルから算出した補正手段では補正が不自然になってしまう音楽に対して自然な補正を行うことができるようになった。

本発明の音響再生装置によれば、補正手段として既知のマスキングモデルをもとに補正量を算出し、さらに算出された補正量をもとに入力信号に対して自然な補正となるような補正パラメータの決定部を設けて、補正フィルタの補正パラメータを制御信号を用いて変更するという構成を有しており、車速信号に応じて入力信号を補正する音響再生装置において、音楽再生を行う際に、騒音が増加しても極めて自然な補正を行うことができるという効果を有するものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における音響再生装置を説明するためのシステム図である。図２は算出部で各帯域ごとの音の強さの算出手順を説明するための図である。図３は計算部で１／３オクターブ帯域ごとの補正量の計算手順を説明するための図である。図４は基準騒音及び時速６０ｋｍ時の走行騒音の各周波数における音圧レベルを示す図である。図５は基準騒音から時速６０ｋｍ時の走行騒音まで騒音が変化したときの各周波数における補正量を示す図である。図６は基準騒音から時速６０ｋｍ時の走行騒音まで騒音が変化したときの各周波数における補正量をもとに求めたシェルビング型フィルタの利得と周波数特性を示す図である。図７は基準騒音から磁束６０ｋｍ時の走行騒音まで騒音が変化したときの各周波数における補正量をもとに求めたピーキング型フィルタの利得と周波数特性を示す図である。

まず算出部１２においては、入力された基準騒音Ｌ_noise、走行騒音Ｌ_cruise、及びピンクノイズ応答音Ｌ_pinkのそれぞれを任意の周波数帯域幅Ｂｎごとの音の強さを算出する算出部である。図２に算出部の詳細な構成を示す。なお図２における入力信号の時間領域から周波数領域への変換方法としては、フーリエ変換もしくはウェーブレット変換等があげられる。また任意の周波数帯域幅Ｂｎとしては、臨界帯域幅を用いるか、１／３オクターブバンドを用いると最も効果的である。また、音圧レベルから音の強さへの変換は式（１）を用いる。なお、Ｌは音圧レベル、Ｉは音の強さ、Ｉ₀は１０^-12［Ｗ／ｍ²］となる。

Ｉ＝１０^L/10×Ｉ₀ …(１)
次に算出部の算出結果をもとに各周波数帯域の補正量を計算する計算部では、式（２）に示す騒音状況下でのマスキングされた音の大きさを算出できるスティーブンスのベキ法則を用いて、任意の周波数においての補正量を算出する。なお、Ｓは音の大きさの感覚量［ｓｏｎｅ］を表し、ｋは周波数ごとの係数、Ｉは純音の強さ、Ｉ₀は騒音によって移動した純音の最小可聴域、ｎは実験値で０．２７もしくは０．３がよく用いられる。

Ｓ＝ｋ（Ｉⁿ−Ｉ₀ ⁿ）…(２)
ここで基準騒音が存在するときのピンクノイズ応答音の音の大きさＳ１は、式（３）で表される。

Ｓ１（Ｂｎ）＝ｋ｛Ｉ_pink（Ｂｎ）ⁿ−Ｉ_noise（Ｂｎ）ⁿ｝…(３)
また同様に、走行騒音が存在するときのピンクノイズ応答音の音の大きさＳ２は下記に示す式（４）で表すことができる。

Ｓ２（Ｂｎ）＝ｋ｛Ｉ_pink（Ｂｎ）ⁿ−Ｉ_cruise（Ｂｎ）ⁿ｝…(４)
補正量の算出方法は、式（５）で示すように走行騒音が存在するときに、ピンクノイズ応答音の音の大きさを補正して基準騒音のときと同じ大きさになるようにすればよい。

ｋ｛Ｉ_pink(Ｂｎ)ⁿ−Ｉ_noise(Ｂｎ)ⁿ｝＝ｋ｛Ｉ_pink’(Ｂｎ)ⁿ−Ｉ_cruise(Ｂｎ)ⁿ｝…(５)
すなわち
Ｉ _pink ’（Ｂｎ） ⁿ ＝Ｉ_pink（Ｂｎ）ⁿ−｛Ｉ_noise（Ｂｎ）ⁿ−Ｉ_cruise（Ｂｎ）ⁿ｝…(６)
となる。式（１）にＩ’を代入して得られた音圧レベルを式（７）に示す。

Ｌ_pink’（Ｂｎ）＝１０ ｌｏｇ｛Ｉ_pink’（Ｂｎ）／Ｉ₀｝…(７)
上記結果をもとに、補正量の算出式を式（８）に示す。

Ｃｏｒｒ（Ｂｎ）＝Ｌ_pink’（Ｂｎ）−Ｌ_pink（Ｂｎ）…(８)
決定部１０では算出部１２で算出した補正量をもとに、補正フィルタ３の補正パラメータの決定を行う。図４に例として基準騒音と走行騒音（時速６０ｋｍ）、図５にボリューム４が−３０ｄＢの時の基準騒音から走行騒音まで騒音量が増加したときの補正量を示す。図５における補正量をもとに聴感上自然になるよう補正フィルタ３の補正パラメータを決定し、記憶部９に記憶させておく。

なお補正パラメータの決定方法として、算出部で算出された補正量の任意の二点の平均値を利得とし、任意の一点の値を中心周波数としたシェルビング型フィルタとして用いることにより、定量的かつ自動的な補正パラメータの算出も可能である。図６に前記ボリューム４が−３０ｄＢ時の基準騒音から走行騒音（時速６０ｋｍ）まで騒音が変化したときの補正量から求めたシェルビング型フィルタの利得と周波数応答を示す。

また特に低域の補正を行う補正フィルタ３は、スピーカの最低共振周波数を中心周波数、前記中心周波数での補正量に対して一定の割合で減衰された値を利得としたピーキング型フィルタを用いることにより、特に低域において聴感的に自然な補正が可能となる。図７に前記ボリューム４が−３０ｄＢ時の基準騒音から走行騒音（時速６０ｋｍ）まで騒音が変化したときの補正量から求めたピーキング型フィルタの利得と周波数応答を示す。

前記のような処理を行った上で、任意の車速信号７が入力されたとき、記憶部９にある補正パラメータを選択して制御信号を前記補正フィルタ３に伝達し、入力信号１の利得を含む周波数特性を変更することで、入力信号１に対して自然な補正を行うことができる。

なお車速信号７としては、アナログの車速パルス及び車内ＬＡＮからの車速情報等の車速が判断できる信号であれば、処理が可能である。また本実施の形態では、走行中の騒音と高い相関関係が認められる車速信号７を用いたが、車速信号７の代わりに騒音と相関の高い他の信号を用いても、もしくは複数個の信号を用いても制御が可能である。

なお例えば基準騒音、走行騒音、ピンクノイズ応答音を予め記録しておき、さらに予め算出部１２、計算部１１、決定部１０までの演算を行って予め記憶部９に記録しておいた上で、マイクロフォン１３、算出部１２、計算部１１、決定部１０を音響再生装置に設置しないことにより、コストを抑えるといった効果も期待できる。

また逆にマイクロフォン１３、算出部１２、計算部１１、決定部１０を音響再生装置に設置して自動で補正パラメータを算出させるような構成としておくことにより、例えば不特定多数の車に対して本発明を適用させることもできる。

なお車速信号７としてはアナログの車速パルス及び車内ＬＡＮからの車速情報等の車速が判断できる信号であれば処理が可能である。

なお例えば車載の音響再生装置において、入力信号１に対して補正フィルタ３をかけて音を放射するスピーカ６は、音楽再生に用いられているすべてのスピーカに対して同様の補正パラメータを適用して行っても、もしくはスピーカごとに補正パラメータを変更して行っても、もしくはスピーカのうち、いくつかに対して補正フィルタ３を用いなくてもよい。これは例えばセンタースピーカに用いられるスピーカのように直径の小さいスピーカに対して低域の補正量を大きくし過ぎたり、またアクティブサブウーハのように、すでに利得を持っているスピーカに対して補正量を大きくしすぎると、音の再生の際に大きなひずみを生じてしまう可能性があるからである。

本発明にかかる音響再生装置は、騒音が増加しても入力信号に対して聴感的に極めて自然な補正を行うことが可能になるので、騒音状況の変化するカーオーディオのヘッドユニットやカーオーディオアンプ等に有用である。

本発明の実施の形態１における音響再生装置を説明するためのシステム図 算出部で各帯域ごとの音の強さの算出手順を説明するための図 計算部で各帯域ごとの補正量の計算手順を説明するための図 各周波数における音圧レベルを示す図 基準騒音から時速６０ｋｍ時の走行騒音まで騒音が変化したときの各周波数における補正量を示す図 基準騒音から時速６０ｋｍ時の走行騒音まで騒音が変化したときの各周波数における補正量をもとに求めたシェルビング型フィルタの利得と周波数特性を示す図 基準騒音から時速６０ｋｍ時の走行騒音まで騒音が変化したときの各周波数における補正量をもとに求めたピーキング型フィルタの利得と周波数特性を示す図

符号の説明

５ 電力増幅器
６ スピーカ
１３ マイクロフォン

Claims (6)

1. 車速の変化に伴う騒音の増加に対応して騒音にマスキングされないように入力信号を補正する騒音感応制御を搭載した音響再生装置において、
   入力信号の音色を調整する予め特性の固定されたイコライザと、
   前記イコライザの出力信号を入力とし制御信号により利得を含む周波数特性の補正が行われる少なくとも一つ以上の補正フィルタと、
   前記補正フィルタの出力を入力とし利得の調整を行うボリュームと、
   前記ボリュームの出力を入力とする電力増幅器と、
   前記電力増幅器の出力信号を出力信号音として放射するスピーカと、
   車速信号と前記ボリュームの値に基づいて予め記憶部に記憶されている前記補正フィルタの補正パラメータを選択し、前記補正フィルタに対して前記制御信号を伝達する選択部を備えた構成であって、
   車室内に設置されたマイクロフォンの位置において、前記入力信号をピンクノイズとし前記補正フィルタの周波数特性を平坦かつ利得を１とした場合に前記ボリュームがとり得る全ての値での各ボリューム値の前記スピーカからの出力信号音であるピンクノイズ応答音と、停車時の騒音である基準騒音と、所定間隔ごとの車速で走行時の車速情報を含む走行騒音とをそれぞれ採取し、
   これら採取された全てを順次算出部に入力してそれぞれに対して複数の帯域ごとの音圧レベルを求め前記音圧レベルから音の強さを算出し、さらに前記算出部の結果をもとに前記ボリュームがとり得る全ての値での各ボリューム値において、車速ごとに前記ピンクノイズ応答音の複数の帯域ごとの利得を含む周波数特性の補正量を前記ピンクノイズ応答音が前記走行騒音にマスキングされて音の大きさが小さくなった際に前記ピンクノイズ応答音が前記基準騒音にマスキングされているときの音の大きさと等しくなるように式（８）に基づいて計算部にて計算し、
   前記計算部の結果であるCorr(Bn)をもとに前記補正フィルタの補正パラメータを聴感上自然になるように決定する決定部の出力を予め前記記憶部に記憶させておいて、任意のボリューム値において任意の車速信号が入力されたとき、前記記憶部にある前記補正パラメータを選択して前記制御信号を前記補正フィルタに伝達し、入力信号の利得を含む周波数特性を変更することを特徴とした音響再生装置。
   Ｃｏｒｒ（Ｂｎ）＝Ｌ _pink ’（Ｂｎ）−Ｌ _pink （Ｂｎ）…(８)
   但し、
   Ｂｎ：任意の周波数帯域幅
   Ｌ _pink ：前記算出部に入力されたピンクノイズ応答音の音圧レベル
   Ｌ _pink ’（Ｂｎ）＝１０ ｌｏｇ｛Ｉ _pink ’（Ｂｎ）／Ｉ ₀ ｝…(７)
   Ｉ ₀ ＝１０ ^−１２ ［Ｗ／ｍ ^２ ］
   Ｉ _pink （Ｂｎ）’ ⁿ ＝Ｉ _pink （Ｂｎ） ⁿ −｛Ｉ _noise （Ｂｎ） ⁿ −Ｉ _cruise （Ｂｎ） ⁿ ｝…(６)
   ｎ：任意数
   Ｉ _pink ：前記算出部に入力されたピンクノイズ応答音の強さ
   Ｉ _noise ：前記算出部に入力された基準騒音の強さ
   Ｉ _cruise ：前記算出部に入力された走行騒音の強さ
2. 補正フィルタとしてシェルビング型のフィルタを用い、決定部における補正パラメータの決定方法として、任意の二点の帯域間の補正量の平均値を補正フィルタの利得とし、また任意の一点の帯域を中心周波数とすることを特徴とした請求項１に記載の音響再生装置。
3. 補正フィルタとしてピーキング型フィルタを用い、決定部における補正パラメータの決定方法として、スピーカの最低共振周波数を前記補正フィルタの中心周波数とし、また前記中心周波数での補正量に対して一定の割合で減衰された値を前記補正フィルタの利得とすることを特徴とした請求項１に記載の音響再生装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の補正パラメータの決定方法のどちらか一方もしくは両方を用い、決定部の補正パラメータを自動で決定することを特徴とした請求項１に記載の音響再生装置。
5. 所定間隔ごとの車速で走行時の車速情報を含む走行騒音を採取する代わりに、エンジン回転数信号を含む騒音または振動センサ信号を含む騒音を採取して、入力信号の補正を行うことを特徴とした請求項１から請求項４に記載の音響再生装置。
6. 車室内に設けられ、
   入力された信号の音色を調整するイコライザと、
   入力された信号の周波数特性の補正を行う補正フィルタと、
   入力された信号の利得の調整を行うボリュームと、
   電力増幅器と、
   前記電力増幅器からの出力信号を出力信号音として放射するスピーカとを備えた音響再生装置であり、
   車速信号が入力された際に、前記ボリュームの値に基づいて記憶部に予め記憶されている前記補正フィルタの補正パラメータを選択する選択部を有し、
   前記補正パラメータは、
   前記入力信号をピンクノイズとした場合の前記スピーカからの出力信号音であるピンクノイズ応答音と、停車時の騒音である基準騒音と、走行時の騒音である走行騒音とをマイクロフォンにて採取してこれらピンクノイズ応答音、基準騒音、および走行騒音の音の強さを算出部にて算出し、この結果をもとに計算部にて計算された各周波数帯域の補正量から決定される音響再生装置。

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