JPH11298990A

JPH11298990A - オーディオ装置

Info

Publication number: JPH11298990A
Application number: JP10243198A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Ise; 友彦伊勢; Nozomi Saito; 望斉藤
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 1999-10-29
Anticipated expiration: 2018-04-14
Also published as: JP3505085B2

Abstract

(57)【要約】【課題】雑音の中であっても可能な限り雑音が無い状
態と同等にカーオーディオ等の音楽を聞き取れるように
する。【解決手段】あらかじめ種々の雑音レベルにおけるゲ
イン・信号特性をラウドネス補償ゲイン算出部８のメモ
リＭＭに記憶しておき、車室内の雑音信号を信号分離部
７で分離し、ラウドネス補償ゲイン算出部は雑音レベル
に応じたゲイン・信号特性を選び、該ゲイン・信号特性
を参照して音楽信号レベルに応じた最適なゲインを算出
し、補正用フィルタ３はそのゲインを音楽信号に加えて
スピーカ５に入力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はオーディオ装置に係
わり、特に、雑音のある環境におけるオーディオ信号の
ラウドネスを雑音のない環境におけるオーディオ信号の
ラウドネスと等しくなるように制御するオーディオ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】カーオーディオ等のような騒音下で音楽
を聴く場合、雑音により聴覚のマスキング現象（聞こえ
を邪魔する現象）が起こり、音楽が聞き取りにくくな
る。このような問題に対処するため、従来より種々の装
置、たとえばオートボリューム装置、ラウドネス補正装
置が提案されてきた。図１３はオートボリューム装置の
１例を示す構成図で、１６はオーディオ信号が入力され
るゲイン可変のゲイン制御部、１７はアンプ、１８はオ
ーディオ信号に応じたオーディオ音を音響空間に放射す
るスピーカ、１９は音響空間内の所定観測点におけるオ
ーディオ音と雑音との合成音信号を検出するマイクロホ
ン、２０はオーディオ信号の平均レベルを算出する検波
部、２１はマイクロホンにより検出された合成音信号
（マイク信号）の平均レベルを算出する検波部、２２は
マイク信号とオーディオ信号の平均レベルの差に基づい
てゲインを決定するゲイン決定部である。検波部２０，
２１はオーディオ信号とマイク信号の平均レベルをそれ
ぞれ算出し、演算部２２′はマイク信号平均レベルから
オーディオ信号平均レベルを差し引き、ゲイン決定部２
２は該差分を雑音平均レベル推定値とみなし、該雑音平
均レベルに基づいてゲインを決定し、ゲイン制御部１６
は決定されたゲインをオーディオ信号に乗算して出力す
る。この結果、雑音が大きくなればゲインが大きくなっ
て音量が増大し、雑音が小さくなればゲインが小さくな
り音量が減小する。

【０００３】オートボリューム装置において、雑音平均
レベル推定値を算出する原理は以下の通りである。オー
ディオ信号をＳ、雑音信号をＮとすると、マイクロホン
１９で取り込まれる信号Ｍはオーディオ信号Ｓと雑音信
号Ｎの重ね合わせであるため、Ｍ＝Ｓ＋Ｎである。よってマイクロホンで取り込まれる信号平均パ
ワーE[M²]は、 E[M²]＝E[(S+N)²]=E[S²]+2E[S・N]+E[N²] となる。ここで、E[・] は期待値演算子であり、長時間
の平均を取ったことと等価である。マイクロホンで取り
込まれる信号の平均パワーからオーディオ信号の平均パ
ワーを差し引くことによって、 E[M²]-E[S²]=E[S²]+2E[S・N]+E[N²]-E[S²]=2E[S・N]+E[N²] となる。ここでオーディオ信号Ｓと雑音信号Ｎとは無相
関であるため、長時間の平均をとることによってE[S・N]
の項が０に近づき雑音信号Ｎの平均パワーが得られる。
以上より、雑音平均レベル推定値の計算精度を良くする
ためには長時間の平均が必要である。

【０００４】図１４はラウドネス補正装置の１例を示す
構成図で、２３はオーディオ信号が入力されるゲイン可
変のゲイン制御部、２４はアンプ、２５はオーディオ信
号に応じたオーディオ音を音響空間に放射するスピー
カ、２６は入力オーディオ信号のレベルに基づいてラウ
ドネスレベル曲線にしたがって各周波数帯域のゲインを
決定するゲイン決定部である。人間の知覚する”音の大
きさ（ラウドネス）”の単位はsoneであり、1KHz、40dB
の純音の大きさを1soneとする。人間の知覚に基づいて
いるため、1soneに対して2soneは２倍の大きさに聞こえ
る。ラウドネスは音の強さだけでなく周波数スペクトル
によっても変化する。図１５は、外部雑音の無い状態
で、音圧レベルが1kHz純音と同じラウドネスになる純音
の音圧レベルを結んだもので等ラウドネスレベル曲線と
呼ばれるものである。すなわち、等ラウドネスレベル曲
線は、人が1kHzの正弦波と同じ大きさに聞こえる他の周
波数のレベルをプロットしたものである。等ラウドネス
レベル曲線は、レベルが小さくなるにしたがって低周波
数域と高周波数域のレベルを持ち上げないと中間周波数
域の音よりも小さく聞こえたり、音が聞こえなくなった
りすることを示している。図１４のラウドネス補正装置
では、等ラウドネスレベル曲線に基づいて入力オーディ
オ信号レベルが同じものでは同じ大きさに聞こえるよう
ゲイン決定部２６で周波数毎のゲインを決定し、ゲイン
制御部２３で該ゲインに基づいて周波数毎のレベル調整
を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１３の従来のオート
ボリューム装置では、以下の問題がある。すなわち、 (1) 精度の良い雑音信号を分離して出力するために長時
間を要し、高速なゲイン値の変更が難しく、このため、
人声の子音成分と母音成分のつなぎ目や楽器の余韻とい
った急激にレベルが変化する信号に対応できず、レベル
の小さい子音成分や余韻成分が聞こえなくなる。 (2) オーディオ信号の変動が大きい場合には雑音信号の
平均パワーの推定値に誤差が生じ、精度の高いボリュー
ム制御ができない。 (3) ゲイン制御部１６から出力されたオーディオ信号が
アンプ１７や音響空間を通ってマイクロホン１９に入る
間にゲインや周波数特性が様々に変化するが、かかる点
に対処する部分はどこにも無い。 (4) ゲイン制御部１６に設定されるゲインは時々刻々と
変化し、したがってマイクロホン１９に入るオーディオ
信号の音量も時々刻々と変化するが、かかる変化に対処
する部分はどこにも無い。 (5) 全周波数一律にゲインを変えるため、自動車のよう
な低い周波数にスペクトルの偏った雑音下では、音楽の
低周波数が聞こえず、高周波数が大きくなりすぎてきつ
くなる。

【０００６】また、図１４のラウドネス補正装置では、
(1) オーディオ信号レベルにのみ着目し、雑音による影
響を考慮していないため、特に車室内で音楽の低周波数
が聞こえなくなる、(2) 着目しているのが音楽ソースか
らのオーディオ信号レベルであり、実際の耳の地点での
レベルではないため、補正量がオーディオシステム・車
が変わることによって最適ではなくなる、などの問題が
ある。以上から本発明の目的は、従来技術の問題を解決
し、かつ従来技術よりも、より制御精度が高く、人間の
聴覚特性に密着した、雑音下でも良好に音楽を楽しむこ
とができるオーディオ装置を提供することである。本発
明の別の目的は、雑音の中であっても可能な限り雑音が
無い状態と同等にカーオーディオ等の音楽を聞き取れる
ようにするオーディオ装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、(1) 音響空間内の所定観測点で検出したオーディオ
音と雑音との合成音信号より雑音信号を分離する雑音分
離部、(2) 雑音のある環境におけるオーディオ信号のラ
ウドネスを雑音のない環境におけるオーディオ信号のラ
ウドネスに等しくするためのゲインを、オーディオ信号
レベルに対応させたゲイン・信号レベル特性を雑音レベ
ル毎に記憶するゲイン・信号レベル特性記憶部、(3) 前
記雑音分離部から出力する雑音信号の各周波数帯域にお
ける雑音レベルを算出する雑音レベル算出部、(4) 前記
オーディオ信号の各周波数帯域におけるオーディオ信号
レベルを算出する信号レベル算出部、(5) 各周波数帯域
の雑音レベルに応じた前記ゲイン・信号レベル特性よ
り、周波数帯域毎に前記オーディオ信号レベルに応じた
ゲインを決定するゲイン決定部、(6) オーディオ信号の
各周波数帯域成分に前記各周波数帯域のゲインを作用さ
せる信号ゲイン制御部、(7) 前記信号ゲイン制御部から
出力するオーディオ信号に応じたオーディオ音を音響空
間に放射するスピーカを備えたオーディオ装置により達
成される。

【０００８】

【発明の実施の形態】（ａ）原理図１は、物理的な音圧レベルと、その音を人間が聞いて
いるときに感じる「音の大きさ（ラウドネスと呼ぶ）」
との対応関係を示したものでラウドネス曲線と呼ばれる
ものである。ラウドネス曲線において、横軸は物理的な
音圧レベル（単位はSound Pressure Level SPL(dB))
で、縦軸は人の感じる音の大きさを数値化したラウドネ
ス（単位はsone)である。図１において(a)は静かな環境
でのラウドネス曲線、(b)は雑音下でのラウドネス曲線
である。ただし、(b)は、人の最小可聴値が約35dB上昇
するような雑音の中での曲線であって、雑音が変化する
ことによりこの曲線も様々に変化する。

【０００９】ラウドネス曲線は縦軸のラウドネスの数値
が同じであれば、人は音が同じ大きさであると感じてい
ることを表している。よって、人が0.1soneの大きさに
感じる音は、(a)の静かな環境では12dB SPLの物理的音
圧レベルでよいが、(b)の雑音下では37dB SPLの物理的
音圧レベルが必要である。言い換えると、静かな環境で
12dB SPLの音をオーディオシステムから出していたのと
同じ大きさで人に聞かせるためには、(b)の雑音下では3
7dB SPLの音をオーディオシステムから出してやる必要
がある。つまり25dBのゲインを加えなくてはならない。
また、人が1soneの大きさに感じる音は、(a)の静かな環
境では42dB SPLの物理的音圧レベルであるが、(b)の雑
音下では49dB SPLの物理的音圧レベルが必要で、7dBの
ゲインを加えなくてならない。以上より、同じ雑音下で
あってもオーディオ信号のレベルによってゲインを変え
てやる必要がある。同じ雑音下でのオーディオ信号レベ
ルとゲインとの関係を示したグラフを図２（実線）に示
す。図２の横軸は静かな環境の物理的音圧レベル（音声
信号レベルに相当）で、縦軸は図１(b)の雑音下におい
てオーディオ信号を静かな環境で聞いていたのと同じ大
きさに聞こえるために必要なゲイン値である。

【００１０】以上では、雑音環境として図１(b)に示す
ように、人の最小可聴値が約35dB上昇する場合を説明し
たが、図３に示すように雑音レベルが変化することによ
りラウドネス曲線は様々に変化し、また、ゲイン・信号
レベル特性も図４に示すように雑音環境に応じて変化す
る。尚、図３において(a)はラウドネスをφ、音の強さ
をIで表現した時、次式 φ＝ＫＩで与えられる理想的なラウドネス曲線である。実際は血
流音等の生理的雑音や外来雑音があるため、ラウドネス
曲線は、これら雑音下での最小可聴値の強さをＩ_thとし
て、次式 φ＝Ｋ（Ｉ −Ｉ_th) で表わされる。(b)は血液の流れる音等の生理的雑音の
みで外部雑音がない場合（図１(a)の静穏状態に対応）
のラウドネス曲線、(c)は最小可聴値を15dB上昇させる
雑音が発生している状態でのラウドネス曲線、(d)は最
小可聴値を35dB上昇させる雑音が発生している状態での
ラウドネス曲線、(e)は最小可聴値を55dB上昇させる雑
音が発生している状態でのラウドネス曲線である。

【００１１】本発明のオーディオ装置では、(1) あらか
じめ種々の雑音レベルにおけるゲイン・信号特性（図
２、図４）をメモリに記憶しておき、(2) 実際の車室内
の雑音レベルに応じたゲイン・信号レベル特性を選び、
(3) 該ゲイン・信号レベル特性を参照してオーディオ信
号レベルに応じた最適なゲインを算出し、(4) そのゲイ
ンをオーディオ信号に加える。これによって、雑音の中
であっても、静かな環境と同等のオーディオ信号を聞く
事ができる。尚、オーディオ装置に大容量メモリを設け
ることができない場合は、図２、図４の点線で示すよう
にゲイン・信号レベル特性を直線で近似して傾きと切片
のみを記憶するようにする。このようにすれば、データ
は傾きと切片のみとなりメモリが小さくても実現が可能
となる。以上では、周波数が1KHzのラウドネス曲線の場
合について説明したが、周波数が変化するとラウドネス
曲線も変化する。図６は周波数が100Hzの場合のラウド
ネス曲線であり、(a)は静かな環境でのラウドネス曲
線、(b)は雑音下でのラウドネス曲線である。したがっ
て、オーディオ装置の別の構成法として、(1) 図２に示
すゲイン・信号レベル特性を、各周波数帯域の各雑音レ
ベル毎に記憶しておき、(2) 実際の車室内の各周波数帯
域の雑音レベルに応じたゲイン・信号レベル特性を選
び、(3) 該ゲイン・信号レベル特性を参照してオーディ
オ信号レベルに応じた最適なゲインを各周波数帯域毎に
算出し、(4) そのゲインをオーディオ信号に加える。こ
のようにすれば、より制御精度を向上できる。

【００１２】（ｂ）構成図６は本発明のオーディオ装置の構成図である。図中、
１はＣＤプレーヤ等のオーディオソース、２は音量調整
用のボリューム、３は信号ゲイン制御部としての補正用
フィルタで、雑音レベル及び入力オーディオ信号レベル
に応じた最適なゲインを周波数毎に加えて出力するもの
である。４はオーディオ信号を増幅するアンプ、５はア
ンプから出力するオーディオ信号に応じたオーディオ音
を音響空間（車室）に放射するスピーカ、６は音響空間
内の所定観測点におけるオーディオ音と雑音との合成音
信号を検出するマイクロホン、７は信号分離部でマイク
ロホンで検出した合成音信号より雑音信号を分離して出
力すると共に、オーディオ信号に音響空間の伝搬特性
（伝達特性）を付与して出力するものである。８はラウ
ドネス補償ゲイン算出部であり、(1) 図４に示すゲイン
・信号レベル特性を雑音レベル毎にメモリＭＭに記憶
し、(2) 雑音信号の各周波数帯域におけるレベルを算出
すると共にオーディオ信号の各周波数帯域におけるレベ
ルを算出し、(3)周波数帯域毎に、雑音レベルに応じた
ゲイン・信号レベル特性を参照してオーディオ信号レベ
ルに応じたゲインを決定して補正用フィルタ３に設定す
るものである。９は車室内の音響系Ｃのインパルス応答
を同定するために白色雑音を発生する白色雑音源、１０
は音響空間のインパルス応答同定時に白色雑音を信号分
離部７に入力するスイッチである。

【００１３】信号分離部７において、７ａは車室内の音
響系Ｃのインパルス応答を同定するための適応制御装置
で、７１は適応制御部、７２は適応フィルタである。適
応制御部７１は例えばＬＭＳ（Least Mean Square)適応
アルゴリズムによる適応制御を行って音響系Ｃのインパ
ルス応答（伝達特性）Ｃ＾を同定し、該インパルス応答
Ｃ＾に応じた係数をＦＩＲ型デジタルフィルタ構成の適
応フィルタ７２に設定する。７ｂはスピーカ５からマイ
クロホン６までの音響系Ｃのインパルス応答Ｃ＾を模擬
するフィルタであり、観測点におけるオーディオ信号に
応じた信号を発生してラウドネス補償ゲイン算出部８に
入力する。７ｃは補正用フィルタ３と同一の特性が設定
されるフィルタであり、補正用フィルタ３の係数が変わ
るたびに書き換えられるもの、７ｄは信号合成部、７ｅ
はマイクロホン６から出力する合成音信号から観測点に
おけるオーディオ信号を減算して雑音信号を出力する演
算部である。

【００１４】（ｃ）音響系Ｃのインパルス応答の同定通常動作を開始する前に音響系Ｃのインパルス応答を同
定してフィルタ７ｂに設定する必要がある。図７は音響
系Ｃのインパルス応答の同定説明図であり、インパルス
応答の同定に関係する信号経路を太線で示している。音
響系Ｃのインパルス応答の同定に際して、オーディオソ
ース１をオフしてオーディオ信号の出力を停止する。こ
れにより、オーディオ音補正用フィルタ３，７ｃ、ラウ
ドネス補償ゲイン算出部８は同定制御に何らの影響を与
えない。かかるオーディオ信号の停止状態において、白
色雑音源９を起動し、かつ、スイッチ１０をオンする。
これにより、白色雑音はアンプ４を通ってスピーカ５に
到り、車室内音響空間に放射され、マイクロホン６によ
り検出される。白色雑音はまた適応制御装置７ａに入力
し、適応フィルタ７２でフィルタリング処理を施され
る。演算部７ｅはマイクロホン６による検出信号から適
応フィルタ７２の出力信号を減算し、その差をエラー信
号ｅとして適応制御装置７ａにフィードバックする。適
応制御部７１は誤差信号ｅのパワーが最小になるようＬ
ＭＳアルゴリズムによる適応制御を行って適応フィルタ
７２の係数を決定して設定する。以後、上記適応制御が
繰り返され、最終的に適応フィルタ７２の出力とマイク
ロホン出力が等しくなり、これにより適応フィルタ７２
に音響系Ｃのインパルス応答Ｃ＾が設定される。厳密に
は、アンプ４の入力からマイクロホン６までのインパル
ス応答特性（伝達特性）が適応フィルタ７２に設定され
る。

【００１５】音響系Ｃのインパルス応答の同定が終了し
た後、フィルタ７ｂに適応フィルタ７２の係数をコピー
し、スイッチ１０をオフして通常動作可能状態にする。
かかる音響系Ｃのインパルス応答の同定制御は、ユーザ
ーが製品を車両に取り付けた時などに行う。この同定制
御を行うことによって、ユーザ毎に異なるアンプ４のゲ
イン特性や音響系の周波数特性を考慮することができ
る。

【００１６】（ｄ）通常動作通常動作において、フィルタ７ｂ（図６）はボリューム
２から入力するオーディオ信号に音響系Ｃのインパルス
応答特性Ｃ＾を付与して、観測点（マイクロホン位置）
におけるオーディオ信号を発生し、ラウドネス補償ゲイ
ン算出部８に入力する。又、演算部７ｅはマイクロホン
６から出力する観測点における合成音信号からオーディ
オ信号を減算して雑音信号を発生し、ラウドネス補償ゲ
イン算出部８に入力する。

【００１７】ラウドネス補償ゲイン算出部８は、雑音信
号が入力すると該雑音信号の各周波数帯域におけるレベ
ルを算出し、オーディオ信号が入力すると該オーディオ
信号の各周波数帯域におけるレベルを算出する。つい
で、ラウドネス補償ゲイン算出部８は、周波数帯域毎の
雑音レベルに応じたゲイン・信号レベル特性を選択し、
該ゲイン・信号レベル特性を参照して周波数帯域毎のオ
ーディオ信号レベルに応じたゲインを決定して補正用フ
ィルタ３に設定し、同時にフィルタ７ｃに該ゲインをコ
ピーする。すなわち、ラウドネス補償ゲイン算出部８
は、雑音が発生している環境におけるオーディオ信号の
ラウドネスを、雑音のない環境におけるオーディオ信号
のラウドネスに等しくするためのゲインを周波数毎に決
定して補正用フィルタ３及びフィルタ７ｃに設定する。
補正用フィルタ３，７ｃは入力オーディオ信号の各周波
数帯域成分に前記各周波数帯域のゲインを作用させて出
力する。以後、上記と同一の制御が繰り返され、雑音の
中であっても可能な限り雑音が無い状態と同等にカーオ
ーディオ等の音楽を楽しめるようになる。

【００１８】（ｅ）ラウドネス補償ゲイン算出部ラウドネス補償ゲイン算出部８は、あらかじめ種々の雑
音レベルにおけるゲイン・信号レベル特性をメモリＭＭ
に記憶しておき、実際の車室内の雑音レベルに応じたゲ
イン・信号レベル特性を選び、該ゲイン・信号レベル特
性を参照してオーディオ信号レベルに応じた最適なゲイ
ンを周波数毎に算出して出力する。図８はかかるラウド
ネス補償ゲイン算出部の構成図であり、８１はＦＦＴ演
算により各周波数帯域における雑音信号の平均値を出力
する第１のＦＦＴ演算部、８２はＦＦＴ演算により各周
波数帯域におけるオーディオ信号の平均値を出力する第
２のＦＦＴ演算部、８３は雑音レベル調整部であり、周
知のZwickerのラウドネス算出方法やStevensのラウドネ
ス算出手法を用いて、人間の聴覚特性を加味して各周波
数毎の雑音信号レベルを調整するもの、８４は周波数帯
域毎に、雑音レベルに応じたゲイン・信号レベル特性を
選択するゲイン・信号レベル特性選択部、８５は種々の
雑音レベルにおけるゲイン・信号レベル特性（図４）を
メモリＭＭ₁〜ＭＭmに記憶すると共に、雑音レベルに応
じたゲイン・信号レベル特性を参照してオーディオ信号
レベルに応じた最適なゲインＧ₁〜Ｇnを周波数毎に出力
する周波数帯域ゲイン決定部である。

【００１９】雑音のパワースペクトルは平坦ではなく、
全周波数帯域にわたって一様にオーディオ音がマスキン
グを受けるわけではない。すなわち、各周波数帯域の雑
音レベルによりマスキングを受ける度合いが異なるた
め、周波数毎（例えば１／３オクターブバンド毎、）に
それぞれゲインを算出して対応する必要がある。この場
合、ある周波数の雑音は同じ周波数のオーディオ音だけ
でなくそれより上の周波数のオーディオ音に対してもマ
スキングを生じさせる。このため、雑音レベル調整部８
３はZwickerのラウドネス算出方法(ISO 532B)やStevens
のラウドネス算出手法(ISO 532A)を用いて、人間の聴覚
特性を加味して、各周波数毎の雑音信号レベルを調整す
る。

【００２０】第１のＦＦＴ演算部８１は、雑音信号に対
し短時間のブロック毎にＦＦＴ演算(Fast Fourier Tran
sform)を施し、所定の周波数帯域毎に雑音信号の平均レ
ベルを計算する。雑音レベル調整部８３は周波数帯域毎
の平均レベルを入力され、前述のZwickerのラウドネス
算出方法やStevensのラウドネス算出手法に基づいて各
周波数帯域の雑音信号レベルを調整して出力する。ゲイ
ン・信号レベル特性選択部８４は各周波数帯域の雑音レ
ベルに応じた最適なゲイン・信号レベル特性を周波数帯
域毎に選択する。第２のＦＦＴ演算部８２は、オーディ
オ信号に対し短時間のブロック毎にＦＦＴ演算を施し、
所定の周波数帯域毎にオーディオ信号の平均レベルを計
算する。周波数帯域ゲイン決定部８５は、各周波数帯域
の雑音レベルに応じたゲイン・信号レベル特性を参照し
て対応する周波数帯域のオーディオ信号レベルに応じた
最適なゲインＧ₁〜Ｇnを周波数毎に決定して出力する。
以上では、ゲイン・信号レベル特性を雑音レベル毎に周
波数帯域共通に設けた場合であるが、ゲイン・信号レベ
ル特性を各周波数帯域の各雑音レベル毎に設けることも
できる。かかる場合には、(1) 周波数帯域ゲイン決定部
８５のメモリＭＭに各周波数帯域の各雑音レベル毎にゲ
イン・信号レベル特性を記憶しておき、(2)ゲイン・信
号レベル特性選択部８４で実際の車室内の各周波数帯域
の雑音レベルに応じたゲイン・信号レベル特性を選び、
(3) 周波数帯域ゲイン決定部８５で該ゲイン・信号レベ
ル特性を参照してオーディオ信号レベルに応じた最適な
ゲインＧ₁〜Ｇnを各周波数帯域毎に算出して出力する。
尚、この変形例によれば、雑音レベル数をｍ、周波数帯
域数をｎとすれば、ｍ×ｎ個のゲイン・信号レベル特性
をメモリＭＭに記憶する必要がある。

【００２１】図９はラウドネス補償ゲイン算出部の別の
構成図である。図中、８６は多数のバンドパスフィルタ
ＢＰＦ₁〜ＢＰＦnを備え雑音信号の各周波数帯域成分を
分離出力するフィルタバンク、８７は各周波数帯域にお
ける雑音信号成分を所定時間ブロック毎に平均して出力
するブロック平均部、８８は多数のバンドパスフィルタ
ＢＰＦ₁〜ＢＰＦnを備えオーディオ信号の各周波数帯域
成分を分離出力するフィルタバンク、８９は各周波数帯
域におけるオーディオ信号成分を任意時間ブロック毎に
平均して出力するブロック平均部である。図８の構成で
はＦＦＴ演算により雑音信号及びオーディオ信号の各周
波数帯域毎の平均レベルを計算したが、図９の構成で
は、第１、第２のＦＦＴ演算部に替えて、フィルタバン
ク８６，８８とブロック平均部８７，８９を設けて雑音
信号及びオーディオ信号の各周波数帯域毎の平均レベル
を計算して出力する。

【００２２】（ｆ）補正用フィルタ補正用フィルタ３はラウドネス補償ゲイン算出部８から
出力するゲインＧ₁〜Ｇnをオーディオ信号に加えるもの
であり、以下の３つの構成が考えられる。第１の構成図１０は補正用フィルタの第１の実施例構成図であり、
バンドパスフィルタバンクとゲイン可変アンプを用いた
ものであり、３１は多数のバンドパスフィルタBPF1〜BP
Fnを備え、オーディオ信号の各周波数帯域成分を分離出
力するフィルタバンク、３２は多数のゲイン可変アンプ
AMP1〜AMPnを備え、オーディオ信号の各周波数帯域成分
にラウドネス補償ゲイン算出部８から出力する各周波数
帯域のゲインＧ₁〜Ｇnを乗算して出力するゲイン可変
部、３３は各ゲイン可変アンプの出力信号を加算して出
力する加算部である。

【００２３】フィルタバンク３１はオーディオ信号を各
周波数帯域毎に分離出力する。ゲイン可変部３２はそれ
ぞれの周波数帯域の出力信号に、ラウドネス補償ゲイン
算出部８から出力する対応する周波数帯域のゲインを乗
算する。加算部３３はこれらゲイン調整された各周波数
帯域の信号を合成して出力する。以上により、入力オー
ディオ信号の各周波数帯域成分毎にマスキングを補償す
るようにゲイン制御を施し、雑音環境であっても可能な
限り雑音が無い状態に近づけることが可能になる。な
お、この第１の構成のメリットは、アナログ回路でより
安価に実現できることである。

【００２４】第２の構成図１１は補正用フィルタの第２の実施例構成図であり、
周波数サンプリングフィルタを用いた例である。スプラ
イン関数補間部４１はラウドネス補償ゲイン算出部８に
よって算出された各周波数帯域のゲインＧ₁〜Ｇnを該帯
域の中心周波数におけるゲインとみなし、各ゲイン間を
周知のスプライン関数を用いて滑らかに接続補間（スプ
ライン補間）する。ＩＦＦＴ演算部４２は、スプライン
補間によって得られる周波数領域における滑らかなゲイ
ン特性にＩＦＦＴ(Inverse FastFourier Transfrom)演
算を施し、該ゲイン特性を時間領域のインパルス応答
(所定サンプリング時間毎のインパルス応答)に変換す
る。ＦＩＲ型デジタルフィルタ４３は該所定サンプリン
グ時間毎のインパルス応答値を対応するタップの係数と
して設定する。かかる状態において、ＦＩＲ型デジタル
フィルタ４３は入力したオーディオ信号に上記インパル
ス応答特性に応じたフィルタリング処理を施して出力
し、これにより所望のマスキング補償を実現する。この
第２の構成のメリットは、第１の構成では不可能な直線
位相フィルタを実現できることである。

【００２５】第３の構成図１２は補正用フィルタの第３の実施例構成図であり、
周波数領域フィルタを用いた例である。スプライン関数
補間部５１は、ラウドネス補償ゲイン算出部８によって
算出された各周波数帯域のゲインＧ₁〜Ｇnを該帯域の中
心周波数におけるゲインとみなし、各ゲイン間を周知の
スプライン関数を用いて補間して周波数領域における滑
らかなゲイン特性にする。一方、ＦＦＴ演算部５２はオ
ーディオ信号にＦＦＴ演算を施して周波数領域に変換す
る。周波数領域フィルタリング部５３はこの周波数領域
におけるオーディオ音信号をスプライン関数補間部５１
で求めた滑らかな周波数・ゲイン特性でフィルタリング
して出力する。すなわち、周波数領域フィルタリング部
５３は各周波数帯域のオーディオ信号成分に対応する周
波数帯域のゲインを乗算して出力する。ＩＦＦＴ演算部
５４は周波数領域フィルタリング部５３から出力する周
波数領域信号（各周波数帯域のオーディオ信号成分）に
ＩＦＦＴ演算を施して時間領域信号に戻して出力する。
これにより所望のマスキング補償を実現する。この第３
の構成において必要となる線形フィルタリングの演算を
実現するために、周知の重畳加算法(overlap-add metho
d)や重畳保留法(oversave-add method)を用いるのが好
ましい。第３の構成のメリットは、フィルタのタップ数
が大きい時に第２の構成よりも計算効率が良くなること
である。

【００２６】以上のように、補正用フィルタ３を上記第
１〜第３の構成によって実現するが、いずれの構成にお
いてもゲインが急に変化すると出力波形が不連続になっ
てしまう。このため、次式 G(nT)=αG((n-1)T)+βGm にしたがってゲインを制御することによりゲインを徐々
に更新し、急激なゲインの変化が生じないようにする。
ただし、上式において、G(n)は時間nTにおけるゲイン特
性、G((n-1)T)は時間(n-1)Tにおけるゲイン特性、Gmは
ラウドネス補償ゲイン算出部やスプライン関数補間部に
よって算出されたゲイン、α、βは次式 α+β=1 を満足する定数である。以上、本発明を実施例により説
明したが、本発明は請求の範囲に記載した本発明の主旨
に従い種々の変形が可能であり、本発明はこれらを排除
するものではない。

【００２７】

【発明の効果】以上本発明によれば、あらかじめ種々の
雑音レベルにおけるゲイン・信号レベル特性をメモリに
記憶しておき、実際の車室内の雑音レベルに応じたゲイ
ン・信号レベル特性を選び、該ゲイン・信号レベル特性を
参照してオーディオ信号レベルに応じた最適なゲインを
算出して、そのゲインをオーディオ信号に加えるように
したから、雑音の中であっても、静かな環境と同等のオ
ーディオ信号を聞く事ができる。又、ゲイン・信号レベ
ル特性を、各周波数帯域の各雑音レベル毎に記憶してお
き、実際の車室内の各周波数帯域の雑音レベルに応じた
ゲイン・信号レベル特性を選び、該ゲイン・信号レベル特
性を参照してオーディオ信号レベルに応じた最適なゲイ
ンを各周波数帯域毎に算出し、そのゲインをオーディオ
信号に加えるようにすれば、より制御精度を向上でき
る。

【００２８】又、本発明によれば、(1)オーディオ信号
を各周波数帯域毎に分離するフィルタバンク、(2) オー
ディオ信号の各周波数帯域成分にマスキングを補償する
ために計算された各周波数帯域のゲインを乗算するゲイ
ン乗算部、(3) 各ゲイン乗算部出力を加算する加算部と
で補正用フィルタを構成したから、補正用フィルタをア
ナログ回路でより安価に実現することができる。又、本
発明によれば、(1) マスキングを補償するために計算さ
れた各周波数帯域のゲインに該ゲイン間を補間する処理
を施す補間部、(2) 補間処理により得られた周波数領域
のゲインを時間領域のインパルス応答に変換する変換
部、(3) 該時間領域のインパルス応答が設定されるデジ
タルフィルタとで補正用フィルタを構成したから、直線
位相フィルタを実現することができる。

【００２９】又、本発明によれば、(1) マスキングを補
償するために計算された各周波数帯域のゲインに補間処
理を施す補間部、(2) オーディオ信号を時間領域から周
波数領域に変換する第１の変換部、(3) 周波数領域のオ
ーディオ信号に前記補間処理により得られた周波数領域
のゲイン特性を作用させる周波数領域フィルタリング
部、(4) 周波数領域フィルタリング部から出力する周波
数領域のオーディオ信号を時間領域のオーディオ信号に
変換して出力する第２の変換部とで補正用フィルタを構
成したから、フィルタのタップ数が大きい場合であって
も計算効率を向上できる。又、本発明によれば、スピー
カから観測点までの音響系のインパルス応答を測定し、
該インパルス応答に応じた係数をフィルタに設定して音
響系を模擬し、該フィルタにオーディオ信号を入力して
音響系の特性を付与して出力し、観測点で検出された合
成音信号より該フィルタ出力を減算して雑音信号を出力
するようにしたから、車が変わってアンプや音響空間の
ゲイン、周波数特性が変化する場合であっても、対応す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラウドネス曲線の説明図である。

【図２】ゲイン・信号レベル特性図である。

【図３】種々の騒音環境下におけるラウドネス曲線の説
明図である。

【図４】種々の騒音環境下におけるゲイン・信号レベル
特性図である。

【図５】100Hzにおけるラウドネス曲線の説明図であ
る。

【図６】本発明のオーディオ装置の構成図である。

【図７】音響空間のインパルス応答特性を同定するため
の説明図である。

【図８】ラウドネス補償ゲイン算出部の構成図である。

【図９】ラウドネス補償ゲイン算出部の別の構成図であ
る。

【図１０】第１の補正用フィルタの構成図である。

【図１１】第２の補正用フィルタの構成図である。

【図１２】第３の補正用フィルタの構成図である。

【図１３】オートボリューム装置の構成図である。

【図１４】ラウドネス補正装置の構成図である。

【図１５】自由音場における最小可聴値と純音等ラウド
ネスレベル曲線である。

【符号の説明】

１オーディオソース２音量調整用のボリューム３補正用フィルタ４アンプ５スピーカ６マイクロホン７信号分離部８ラウドネス補償ゲイン算出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０３Ｈ 17/02 ６１３Ｈ０４Ｒ 3/00 ３１０Ｈ０４Ｒ 3/00 ３１０Ｇ１０Ｋ 15/00 Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】雑音のある環境におけるオーディオ信号
のラウドネスを雑音のない環境におけるオーディオ信号
のラウドネスと等しくなるように制御するオーディオ装
置において、音響空間内の所定観測点で検出したオーディオ音と雑音
との合成音信号より雑音信号を分離する雑音分離部、雑音のある環境におけるオーディオ信号のラウドネスを
雑音のない環境におけるオーディオ信号のラウドネスに
等しくするためのゲインをオーディオ信号レベルに対応
させたゲイン・信号レベル特性を雑音レベル毎に記憶す
るゲイン・信号レベル特性記憶部、前記雑音分離部から出力する雑音信号の各周波数帯域に
おける雑音レベルを算出する雑音レベル算出部、前記オーディオ信号の各周波数帯域におけるオーディオ
信号レベルを算出する信号レベル算出部、各周波数帯域の雑音レベルに応じた前記ゲイン・信号レ
ベル特性より、周波数帯域毎に前記オーディオ信号レベ
ルに応じたゲインを決定するゲイン決定部、オーディオ信号の各周波数帯域成分に前記各周波数帯域
のゲインを作用させる信号ゲイン制御部、前記信号ゲイン制御部から出力するオーディオ信号に応
じたオーディオ音を音響空間に放射するスピーカを備え
たことを特徴とするオーディオ装置。
【請求項２】前記ゲイン・信号レベル特性を、各周波
数帯域の各雑音レベル毎に記憶しておき、前記ゲイン決
定部は各周波数帯域の雑音レベルに応じたゲイン・信号
レベル特性を参照して該周波数帯域のゲインを決定する
ことを特徴とする請求項１記載のオーディオ装置。
【請求項３】前記信号分離部は、スピーカから観測点までの音響系のインパルス応答を測
定する測定部、該インパルス応答に応じた係数が設定されて音響系を模
擬し、入力オーディオ信号に音響系の特性を付与して出
力するフィルタ、前記合成音信号より該フィルタ出力を減算して雑音信号
を出力する演算部、を有することを特徴とする請求項１
記載のオーディオ装置。
【請求項４】前記信号ゲイン制御部は、オーディオ信号を各周波数帯域毎に分離するフィルタバ
ンク、オーディオ信号の各周波数帯域成分に前記各周波数帯域
のゲインを乗算するゲイン乗算部、各ゲイン乗算部出力を加算する加算部、を備えたことを
特徴とする請求項１又は請求項２記載のオーディオ装
置。
【請求項５】前記信号ゲイン制御部は、前記各周波数帯域のゲインに該ゲイン間を補間する処理
を施す補間部、前記補間処理により得られた周波数領域のゲインを時間
領域のインパルス応答に変換する変換部、該時間領域のインパルス応答に応じた各係数が設定され
るデジタルフィルタ、を備えたことを特徴とする請求項
１又は請求項２記載のオーディオ装置。
【請求項６】前記信号ゲイン制御部は、前記各周波数帯域のゲインに該ゲイン間を補間する処理
を施す補間部、オーディオ信号を時間領域から周波数領域に変換する第
１の変換部、周波数領域のオーディオ信号に前記補間処理により得ら
れた周波数領域のゲインを作用させる周波数領域フィル
タリング部、周波数領域フィルタリング部から出力する周波数領域の
オーディオ信号を時間領域のオーディオ信号に変換して
出力する第２の変換部、を備えたことを特徴とする請求
項１又は請求項２記載のオーディオ装置。