JP6226166B2 - 音響再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、車室内騒音に対して最適な受聴特性になるようにマイクで収音した騒音レベルに応じてオーディオ信号を補償して再生する音響再生装置に関するものである。

車室内騒音に対して最適な受聴特性になるようにオーディオ信号を補償する従来の音響再生装置として、マイクで収音した騒音の低域信号（可聴帯域下限周波数以下）の分析を行い、低域の騒音レベルに応じて音量補正を行う音響再生装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、車室内騒音に対してオーディオ信号を補償する従来の音響再生装置として、マイクで収音した騒音から再生中のオーディオ信号成分を除去し、各周波数帯域の騒音レベルを算出し、その騒音レベルに応じてオーディオ信号の補償を行う装置が知られている（例えば特許文献２参照）。

特開昭５６−７３６２２号公報 特開平９−３２６６５６号公報

しかしながら前者の音響再生装置では、可聴帯域である中高域の騒音レベルが上昇していないにも関わらず、可聴帯域下限周波数以下の低域騒音レベルが上昇する場合、過補償となる。また後者の音響再生装置では、マイクで収音した中高域の騒音と再生音・会話などを分離することが困難であり、補償量の誤差が大きくなり、聴感と合わない補償量を算出してしまう場合がある。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、車両内の騒音に対して聴感上で自然となるようなオーディオ信号の補償量を算出できる音響再生装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の音響再生装置は、車両内で再生されるオーディオ信号を、騒音に応じて補償する騒音補償イコライザと、車両内で収音されたマイク信号から低域騒音レベルを算出する低域騒音レベル算出部と、マイク信号から中域騒音レベルを算出する中域騒音レベル算出部と、中域騒音レベル算出部から出力される中域騒音レベルと低域騒音レベル算出部から出力される低域騒音レベルの比率を分析する低域中域騒音分析部と、比率に応じて低域騒音レベルに制限をかける乗算部と、乗算部により制限をかけられた低域騒音レベルを用いて、騒音補償イコライザの補償量を算出する補償量算出部と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、車両内の騒音に対して聴感上で自然となるようなオーディオ信号の補償量を算出できる。

本発明の実施の形態における音響再生装置のブロック図である。 図１の低域騒音レベル制限器の一例を示すブロック図である。 車速信号に対する低域の騒音レベルの一例を示す図である。 実車で収音した騒音データの一例を示す図である（ケース１）。 実車で収音した騒音データの一例を示す図である（ケース２）。 ケース１における、低域騒音増分と乗算器ゲインのシミュレーション結果を示す図である。 ケース２における、低域騒音増分のシミュレーション結果（その１）を示す図である。 ケース２における、低域騒音増分と乗算器ゲインのシミュレーション結果（その２）を示す図である。

以下、本発明の実施の形態における音響再生装置について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態における音響再生装置のブロック図である。図１において音響再生装置１００は、オーディオ信号を出力する図示しないＣＤプレイヤなどのオーディオ信号発生装置に、オーディオ信号入力端子１０７と車速信号入力端子１０８により接続される。また音響再生装置１００は、車両１０９内に設置されたスピーカ１１０、同じく車両１０９内に設置された騒音を検出するマイク１１１に接続される。

音響再生装置１００は、騒音に応じてオーディオ信号のコライザと音量を制御する騒音補償イコライザ１０１を有する。さらに音響再生装置１００は騒音補償イコライザ１０１の補償量を算出するために、騒音レベル変換器１０２、低域騒音レベル算出器１０３、中域騒音レベル算出器１０４、低域騒音レベル制限器１０５、補償量算出器１０６、第１加算器１２３、第２加算器１２４を有する。これらは、ハードウェア的には、任意のプロセッサ（例えば、ＤＳＰやマイコン）、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

騒音レベル変換器１０２は、車両１０９の速度に応じた騒音を算出する。低域騒音レベル算出器１０３および中域騒音レベル算出器１０４は、マイク１１１で収音した騒音の低域と中域のレベルを算出する。低域騒音レベル制限器１０５は、中域の騒音レベルを分析し、低域の騒音レベルに制限をかける。補償量算出器１０６は、騒音補償イコライザ１０１の補償量を算出する。

なお、オーディオ信号入力端子１０７から入力されるオーディオ信号がアナログ信号の場合には、音響再生装置１００とオーディオ信号入力端子１０７の間に、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が設けられても良い。また、音響再生装置１００とスピーカ１１０の間に、ディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、信号を増幅するためのアンプが設けられても良い。さらに、音響再生装置１００とマイク１１１の間にＡ／Ｄ変換器とアンプが設けられても良い。

以上のように構成された音響再生装置１００について、図１を用いてその処理動作を説明する。騒音補償イコライザ１０１は、車両１０９内の騒音によって聴こえにくくなった分を補償するために、オーディオ信号入力端子１０７に入力されたオーディオ信号の振幅周波数特性を変換する。スピーカ１１０は、騒音補償イコライザ１０１から入力されるオーディオ信号を車両１０９内に再生する。

騒音レベル変換器１０２は、車速信号入力端子１０８から入力された車速信号を、その車速信号に応じて可聴帯域下限周波数以下の低域騒音レベルN_{SPD_l}と、可聴帯域の中域騒音レベルN_{SPD_m}に変換する。低域騒音レベルN_{SPD_l}は補償量算出器１０６の一方の入力となる。マイク１１１は車両１０９内の騒音信号を検出し、低域騒音レベル算出器１０３および中域騒音レベル算出器１０４に出力する。低域騒音レベル算出器１０３および中域騒音レベル算出器１０４は、マイク１１１から入力される騒音信号をもとに低域騒音レベルN_lowおよび中域騒音レベルN_midを算出する。

第１加算器１２３は、低域騒音レベル算出器１０３から入力される車両１０９内の低域騒音レベルN_lowから、騒音レベル変換器１０２から入力される車速信号に応じた低域騒音レベルN_{SPD_l}を減算する。これにより車両１０９内の低域騒音増分N_{inc_l}が算出される。この低域騒音増分N_{inc_l}は低域騒音レベル制限器１０５の一方の入力となる。第２加算器１２４は、中域騒音レベル算出器１０４から入力される車両１０９内の中域騒音レベルN_midから、騒音レベル変換器１０２から入力される車速信号に応じた中域騒音レベルN_{SPD_m}を減算する。これにより車両１０９内の中域騒音増分N_{inc_m}が算出される。この中域騒音増分N_{inc_m}は低域騒音レベル制限器１０５のもう一方の入力となる。

低域騒音レベル制限器１０５は、第１加算器１２３から入力される低域騒音増分N_{inc_l}と第２加算器１２４から入力される中域騒音増分N_{inc_m}の比率をもとに、低域騒音増分N_{inc_l}のレベルを調整し、補償量算出器１０６に入力する。補償量算出器１０６は、騒音レベル変換器１０２から入力される低域騒音レベルN_{SPD_l}に、低域騒音レベル制限器１０５から入力される低域騒音増分N_{inc_l}を加算して、オーディオ信号の補償量を算出する。当該補償量は、騒音によって聴こえにくくなったオーディオ信号を聴こえやすくするための補償量である。補償量算出器１０６は、算出した補償量を騒音補償イコライザ１０１に通知する。騒音補償イコライザ１０１は、補償量算出器１０６から通知された補償量をもとにイコライザの特性を変更する。

以下、図１に示す騒音レベル変換器１０２の動作例を図３を用いて説明する。図３に、実車で収音した騒音データをもとに算出した、車速に対する低域騒音レベルを示す。騒音レベル変換器１０２は、図３に示される車速信号に対する車室内の低域騒音レベルを保持しており、入力される車速信号に応じて低域騒音レベルN_{spd_l}を出力する。また騒音レベル変換器１０２は、車速信号に対する車室内の中域の騒音レベルも保持しており、入力される車速信号に応じて中域騒音レベルN_{spd_m}も同時に出力する。

次に、図１に示す低域騒音レベル算出器１０３および中域騒音レベル算出器１０４の動作例を説明する。低域騒音レベル算出器１０３および中域騒音レベル算出器１０４は、マイク１１１の出力信号に対してフィルタ演算を施し、低域騒音レベルN_lowと中域騒音レベルN_midを抽出する。なお、マイク１１１が受聴位置から離れている場合、低域騒音レベル算出器１０３および中域騒音レベル算出器１０４は、レベル差を補正する必要がある。

次に、図１に示す低域騒音レベル制限器１０５の動作例を図２を用いて説明する。図２は、低域騒音レベル制限器１０５の一例を示すブロック図である。低域騒音レベル制限器１０５は、低域・中域騒音分析器１１２、乗算器１１３を含む。低域・中域騒音分析器１１２は、低域と中域の騒音レベルの比率を分析する。本実施の形態では低域騒音増分N_{inc_l}と中域騒音増分N_{inc_m}の比率を算出する。乗算器１１３は当該比率をもとに、低域騒音レベル制限する。本実施の形態では低域騒音増分N_{inc_l}を制限する。

以下、低域・中域騒音分析器１１２および乗算器１１３の動作例を図４−図８を用いて説明する。図４に、実車で収音した騒音から低域と中域の騒音レベルを抽出した時の騒音レベルを示す。図４に示すように、低域の騒音レベルと中域の騒音レベルが共に３０ｄＢ程度増加しており、聴感上で騒音レベルが大きいケースを表している。一方、図５は、低域の騒音レベルが３０ｄＢ程度増加しているにも関わらず、中域の騒音レベルは１０ｄＢ程度の増加にとどまっており、聴感上で騒音が大きくないケースを表している。

図４のようなケースに関しては、低域の騒音レベルの増加量に応じて補償量を算出し、オーディオ信号を補償する制御で問題は生じない。しかしながら図５のようなケースでは、低域の騒音レベルの増加量に応じて補償量を算出すると過補償になってしまう問題が生じる。この問題を解決するために、本実施の形態では、下記（式１）で表されるような関係式を用いて騒音レベルのゲインを調整する乗算器１１３のパラメータを変化させる。具体的には低域・中域騒音分析器１１２が低域の騒音レベルと中域の騒音レベルの比率を算出し、その比率に応じて乗算器１１３はパラメータを変化させる。

ここで、K_balは乗算器１１３のゲイン、K_midは定数、N_{inc_l}は低域騒音レベル算出器１０３の出力と騒音レベル変換器１０２の出力との差分、N_{inc_m}は中域騒音レベル算出器１０４の出力と騒音レベル変換器１０２の出力との差分である。

図４のようなケースの場合、ゲインK_balは大きい値となり、低域の騒音レベルが制限されることなく補償量が算出される。一方、図５のようなケースの場合、ゲインK_balは小さい値となり、低域の騒音レベルが制限されて補償量が算出される。これにより、聴感上で騒音が大きい時のみ音声信号の補償を行うことが可能となる。

図６は、図４のケースにおける乗算器１１３のゲインK_balのシミュレーション結果を表している。図７は、図５のケースにおいて乗算器１１３を無効にした時のシミュレーション結果を表している。図８は、図５のケースにおいて乗算器１１３を有効にした時の、乗算器１１３のゲインK_balのシミュレーション結果を表している。

図６に示すように図４のケースでは、低域と中域の騒音レベルが共に増加するため、乗算器１１３のゲインK_balが常に１．０となっており、低域の騒音レベルを制限していない。図７では乗算器１１３が無効となっているため、聴感上で騒音が大きくないにも関わらず低域騒音増分N_{inc_l}が最大値まで増加してしまっている。なお本シミュレーションでは低域騒音増分N_{inc_l}のレベルに飽和処理を加えており、最大増加量が６ｄＢになるように制御している。一方、図８では、低域の騒音レベルに対して中域の騒音レベルが小さいため、乗算器１１３のゲインK_balは小さい値となり低域の騒音レベルを制限している。

図６では低域騒音増分N_{inc_l}が最大値まで増加しているのに対して、図８では低域騒音増分N_{inc_l}が２．０程度に抑えられている。ここで、乗算器１１３のゲインK_bal によって低域の騒音レベルを制限する制御量は、定数K_midを変化させることによって調整可能である。

以上説明したように本実施の形態における音響再生装置によれば、車両内の低域騒音レベルと中域騒音レベルの比率に応じて低域騒音レベルに制限をかけ、その制限された低域騒音レベルに応じてオーディオ信号の補償量を決定する。これによれば、騒音に埋もれて聴こえにくくなったオーディオ信号を聴感上自然に補償することができる。即ち、低域騒音レベルのみ上昇するような場合でも、低域騒音レベルを下げるため、過補償になることがない。また、中域騒音レベルを補償量の制限のみに使用することで、再生音や会話がマイクに混入しても聴感上不自然な補償量を算出してしまうことがない。路面の変化などによって車両内の騒音特性が変動し、かつ、再生音や会話がマイクに混入しても聴感上自然な補償量を算出することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。こられ実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上記実施の形態においては、車室内騒音を車速信号とマイクを用いて検出するようにしたが、マイクで収音した車室内騒音のみを用いるようにしても良い。この場合、車速に対する騒音レベルを測定する必要がなくなり、システム構成が簡単になるという効果を有する。

また上記実施の形態における低域と中域を分ける周波数は、設計者が任意に設定できる。

車両内に搭載される音響再生装置に利用可能である。

１００ 音響再生装置、 １０１ 騒音補償イコライザ、 １０２ 騒音レベル変換器、 １０３ 低域騒音レベル算出器、 １０４ 中域騒音レベル算出器、 １０５ 低域騒音レベル制限器、 １２３ 第１加算器、 １２４ 第２加算器、 １０６ 補償量算出器、 １０７ オーディオ信号入力端子、 １０８ 車速信号入力端子、 １０９ 車両、 １１０ スピーカ、 １１１ マイク、 １１２ 低域・中域騒音分析器、 １１３ 乗算器。

Claims (2)

1. 車両内で再生されるオーディオ信号を、騒音に応じて補償する騒音補償イコライザと、
   車両内で収音されたマイク信号から低域騒音レベルを算出する低域騒音レベル算出部と、
   前記マイク信号から中域騒音レベルを算出する中域騒音レベル算出部と、
   前記中域騒音レベル算出部から出力される中域騒音レベルと前記低域騒音レベル算出部から出力される低域騒音レベルの比率を分析する低域中域騒音分析部と、
   前記比率に応じて低域騒音レベルに制限をかける乗算部と、
   前記乗算部により制限をかけられた低域騒音レベルを用いて、前記騒音補償イコライザの補償量を算出する補償量算出部と、
   を備えることを特徴とする音響再生装置。
2. 車速信号を騒音レベルに変換する騒音レベル変換部を、さらに備え、
   前記補償量算出部は、前記騒音レベルと、前記乗算部により制限をかけられた低域騒音レベルから、前記騒音補償イコライザの補償量を算出することを特徴とする請求項１に記載の音響再生装置。