JPWO2011121955A1

JPWO2011121955A1 - オーディオ装置

Info

Publication number: JPWO2011121955A1
Application number: JP2012508068A
Authority: JP
Inventors: 博之小池
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2013-07-04
Also published as: EP2555192A1; US9047876B2; WO2011121955A1; CN102822890A; EP2555192A4; US20130016856A1

Abstract

音質の向上した再生環境において、圧縮された音声信号を再生しても、十分良好な聴感が得られるオーディオ装置を提供する。微小信号成分付加部（１２１）は、圧縮音声信号の出力レベルの大きな周波数直近の微小信号部分を補正するために、入力された音声信号に基づいて、特定の周波数領域を抽出し、高調波成分などからなるハーモニクス信号やノイズ信号からなる微小信号成分を半波整流や波形クリップにより生成し、生成した微小信号成分を入力された音声信号に付加する。高周波数帯域音声付加部（１２２）は、圧縮音声信号の省略された高周波数帯域の出力レベルを補正するために、入力された音声信号に基づいて、高調波成分などからなる半波整流や波形クリップによりハーモニクス信号やノイズ信号からなる高周波数帯域の音声を生成し、生成した高周波数帯域の音声を入力された音声信号に付加する。

Description

本発明は、圧縮された音声信号を再生するオーディオ装置に関する。

ｉＰｏｄ（登録商標）やＳＤ−Ａｕｄｉｏなどに代表される音楽再生装置は、データファイルを小さくするため、音声圧縮技術であるＭＰ３（MPEG Audio Layer 3）などを使用して、人間の耳で強く感じ取れない高周波数領域、例えば、２０ｋＨｚ以上の音声や、出力レベルの大きな周波数直近の微小信号が圧縮され、記録されている。そのため、従来のオーディオ装置では、音声信号を圧縮することによって失われた高周波音域を擬似的に復元している（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−３６６８５号公報

しかしながら、圧縮された音声信号を車両内など閉じられた空間において再生する場合、車に搭載されるスピーカの個数やレイアウト、音声再生装置の音質向上に伴い、高周波数領域の音声の補正だけでは音質劣化が顕著となり、圧縮以前の音声に近づけることができない。

本発明の目的は、音質の向上した再生環境において、圧縮された音声信号を再生しても、十分良好な聴感が得られるオーディオ装置を提供することである。

本発明のオーディオ装置は、圧縮された音声信号が入力されるオーディオ装置であって、圧縮された前記音声信号に含まれない微小信号成分を生成し、生成した前記微小信号成分を圧縮された前記音声信号に付加する微小信号成分付加部と、圧縮された前記音声信号に含まれない高周波数帯域音声を生成し、生成した前記高周波数帯域音声を圧縮された前記音声信号に付加する高周波数帯域音声付加部と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、音質の向上した再生環境において、圧縮された音声信号を再生しても、十分良好な聴感が得られる。

本発明の一実施の形態に係る車載オーディオ装置の構成を示すブロック図図１に示した微小信号成分付加部及び高周波数帯域音声付加部の動作を模式的に示す図図１に示した車載オーディオ装置の動作を示すフロー図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（一実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態に係る車載オーディオ装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、車載オーディオ装置１００は、一般的なオーディオ装置又はナビゲーション装置であり、スピーカ２００及び外部機器３００と接続されている。

スピーカ２００は、車載オーディオ装置１００のアンプ１０３と接続され、アンプ１０３から出力された音声信号を音声出力する。外部機器３００は、ＳＤカード（Secure Digital memory card）、ＨＤＤ又はＵＳＢメモリ等であり、車載オーディオ装置１００のメディア再生部１１２に接続されている。

なお、外部機器３００にはＢＵＳ機器が含まれ、ＢＵＳ機器を車載オーディオ装置１００の主制御部であるマイコン１０６及びオーディオ制御部１０２の入力切替部１２０に接続してもよい。

車載オーディオ装置１００は、音声再生部１０１、オーディオ制御部１０２、アンプ１０３、操作部１０４、表示部１０５、マイコン１０６、及び、記憶部１０７を備えている。

音声再生部１０１は、ディスク再生部１１０、ラジオチューナ部１１１及びメディア再生部１１２を備えており、メディア再生部１１２は外部機器３００と接続されている。音声再生部１０１は、ラジオ放送の音声、ＣＤ（Compact Disc）又はＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの円盤状記録媒体に記録された音声情報の再生音、外部機器３００の記録媒体に記録された音声情報の再生音を出力する。

オーディオ制御部１０２は、入力切替部１２０、微小信号成分付加部１２１、高周波数帯域音声付加部１２２、音質調整部１２３、及び、音量調整部１２４を備えており、これらを制御する主制御部であるマイコン１０６に接続されている。また、音量調整部１２４はアンプ１０３と接続されている。

オーディオ制御部１０２は、いわゆるＤＳＰ（Digital Signal Processor）機能を有するＬＳＩ又は個別の各機能を有するＩＣを接続した回路であり、信号処理、Ａ／Ｄ（Analog-Digital）変換、Ｄ／Ａ（Digital-Analog）変換、ボリュームなどの主要な機能を備えている。

以下、オーディオ制御部１０２の各部の構成について説明する。入力切替部１２０は、音声再生部１０１から出力された音声のうち、マイコン１０６からの信号に応じていずれかの音声を選択し、選択した音声を微小信号成分付加部１２１に出力する。

微小信号成分付加部１２１は、圧縮音声信号の出力レベルの大きな周波数直近の微小信号部分を補正するために、入力された音声信号に基づいて、特定の周波数領域（直前の出力レベルが大きく、その直後の出力レベルが０に近い）を抽出する。微小信号成分付加部１２１は、その抽出した特定の周波数領域において、高調波成分などからなるハーモニクス信号やノイズ信号からなる微小信号成分を半波整流や波形クリップにより生成し、その生成した微小信号成分を入力された音声信号（圧縮音声信号）に付加する。微小信号成分付加部１２１は、微小信号成分を付加した音声信号を高周波数帯域音声付加部１２２に出力する。

高周波数帯域音声付加部１２２は、圧縮音声信号において省略された高周波数帯域の出力レベルを補正する。具体的には、高周波数帯域音声付加部１２２は、入力された音声信号に基づいて、高調波成分などからなる半波整流や波形クリップによりハーモニクス信号やノイズ信号からなる高周波数帯域の音声を生成し、生成した高周波数帯域の音声を入力された音声信号に付加する。高周波数帯域音声付加部１２２は、高周波数帯域の音声を付加した音声信号を音質調整部１２３に出力する。なお、高周波数帯域の音声としてホワイトノイズのような全帯域ノイズを付加してもよい。

微小信号成分付加部１２１及び高周波数帯域音声付加部１２２の機能（以下、この機能を「音質補正」ということがある）を有効とするのは、圧縮された音声を再生する場合に限られている。よって、ＣＤ−ＤＡ（Compact Disc Digital Audio）再生時、音声の補正が困難なラジオには適用しない。この場合、マイコン１０６は、どのメディアのどのようなファイルを再生しているかを判断し、微小信号成分付加部１２１及び高周波数帯域音声付加部１２２の機能をオフにし、入力音声を素通りさせるようオーディオ制御部１０２に指示する。なお、オーディオ制御部１０２は、圧縮音声信号の音質補正を行う音質補正モードと、圧縮音声信号であっても音質補正を行わない通常モードとをマイコン１０６の指示によって切り替えることができる。

音質調整部１２３は、イコライザ、低音調整、高音調整、前後音量バランス、左右音声バランスなどの音質調整を行い、高周波数帯域音声付加部１２２から出力された音声信号に信号処理を施して所望の音質に調整する。音質調整部１２３は、その音質が調整された音声信号を音量調整部１２４に出力する。

音量調整部１２４は、音質調整部１２３で音質が調整された音声信号の音量を調整し、アンプ１０３に出力する。

アンプ１０３は、オーディオ制御部１０２で制御された音声を増幅し、スピーカ２００に出力する。

操作部１０４は、使用者が音声再生部１０１のディスクを再生するか、ラジオを聴くかなどの切り替え、どの程度の音量で音声を出力させるか、などの各種操作を行うスイッチである。

表示部１０５は、例えば、再生されている曲の曲名やトラック番号、再生時間、及び、音声出力されているラジオの放送局の周波数などを表示したり、操作部１０４によって操作された内容を表示したりする。

マイコン１０６は、車載オーディオ装置１００の全体的な制御処理を行う。マイコン１０６は、音声再生部１０１のどの音声が再生されているかを判断し、ＣＤ−ＤＡやラジオのような音質補正が不要又は有効ではない音声信号に対しては、微小信号成分付加部１２１及び高周波数帯域音声付加部１２２の機能をオフにする。さらに、マイコン１０６は、圧縮音声の再生時には、ＭＰ３，ＷＭＡ（Windows Media Audio），ＡＡＣ（Advanced Audio Coding）などのファイル形式と圧縮率の組み合わせから最適な制御パラメータを記憶部１０７から読み出して設定する。

記憶部１０７には、起動時に必要なプログラムソフト、使用者が設定した種々の値、音質補正を行わない通常モードの設定、及び、ファイル形式と圧縮率の組み合わせに適したパラメータテーブルなどが記憶されている。

ここで、上述した微小信号成分付加部１２１及び高周波数帯域音声付加部１２２の動作について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、音声圧縮前の音声信号波形を示す図であり、横軸が周波数を示し、縦軸が出力レベルを示す。図２（ｂ）〜（ｅ）における横軸と縦軸は、図２（ａ）と同様である。

音声圧縮が行われると、図２（ｂ）に示すように、出力レベルの大きな周波数直近の微小信号部分（２）が省略され、また、人間の耳で強く感じ取れない高周波数領域の音声（３）が圧縮された音源となる。

そこで、微小信号成分付加部１２１は、図２（ｂ）に示す圧縮信号の（１）部分の出力レベルの大きな周波数直近の微小信号部分を補正するために、入力された音声信号に基づいて、図２（ｃ）に示すように、特定の周波数領域（直前の出力レベルが大きく、その直後の出力レベルが０に近い）を抽出し、高調波成分などからなるハーモニクス信号やノイズ信号からなる微小信号成分（図２（ｂ）の（２）部分）を半波整流や波形クリップにより生成し、圧縮信号（入力された音声信号）に付加する。

微小信号成分付加部１２１は、レベル検出器を有しており、規定値以上の入力レベルを検出した場合、微小信号成分を生成する。例えば、微小信号成分付加部１２１は、入力信号の最大レベルを０ｄＢとした場合、−２０ｄＢ以上の入力信号を検出したとすると、この入力信号の倍音成分（微小信号成分）を生成し、−５０ｄＢ相当の信号レベルで入力された音声に付加する。これにより、圧縮により失われていると推測される−５０ｄＢ以下の周波数帯域に信号成分を重ね合わせることができ、また、入力信号に−５０ｄＢ以上の信号が含まれる周波数帯域に対しては過度の影響を及ぼすことなく音質補正を行うことができる。

このとき、微小信号成分付加部１２１は、入力音声信号に対する周波数通過帯域フィルタ（フィルタ係数）を設定することにより、いずれの周波数帯域の微小信号成分を生成するかを規定している。この周波数通過帯域フィルタを低音域に設定すると、低音域に対する音質補正に限定してチューニングすることができると共に、周波数帯域を制限することにより演算処理量を低減することができる。また、微小信号成分付加部１２１は、生成した微小信号成分に対する周波数通過帯域フィルタ（フィルタ係数）を設定することにより、微小信号成分を付加する帯域を規定する。これは、生成された微小信号成分が連続して高周波数帯域にまで及ぶため、高音域への過剰な付加を回避することができる。

また、高周波数帯域音声付加部１２２は、図２（ｂ）に示す圧縮信号の（３）部分の出力レベルを補正するために、入力された音声信号に基づいて、図２（ｄ）に示すように、高調波成分などからなる半波整流や波形クリップによりハーモニクス信号やノイズ信号からなる高周波数帯域の音声を圧縮信号（入力された音声信号）に付加する。

なお、ファイルの形式と圧縮率に応じて、圧縮時に削除される周波数帯域が異なるので、通過帯域フィルタは、これらに応じて付加する音声の周波数帯域を規定する。例えば、１２８ｋｂｐｓのＭＰ３形式のファイルの場合は、付加する音声の帯域フィルタを１６ｋＨｚ以上に設定する。付加音量に関しては、入力音声に含まれている信号成分と付加する音声が滑らかに連続するように設定される。

ここで、車両の車室内における、微小信号成分付加部１２１による微小信号成分の付加に関して説明する。

通常は、車室内においても、全ての帯域において規定値以上の入力レベルを検出した場合、微小信号成分を生成し付加する処理を行うことにより、圧縮信号で失われた部分を補正することができ、音質が改善すると考えられる。しかしながら、実際には、車室内においては、音質が改善するばかりか音質を悪くしてしまう。

これは、室内特性として特徴的な特性を示す車室内特性に起因するものである。すなわち、車室内特性は、スピーカの配置や座席の材質、ガラスの大きさ等により車両毎に異なる特性を示す。

例えば、共振点によるピークやディップのある周波数帯域は、車両毎に異なる。このような状況において、全ての帯域において、微小信号成分付加部１２１による微小信号成分の付加を行うと、共振点によるピークのある周波数帯域にさらに微小信号成分を付加したり、共振点によるディップのある周波数帯域には、少しの微小信号成分の付加しかないなどの好ましくない状態が生じる。このような状況では、各帯域のバランスが崩れ、音質が非常に悪い状態となる。

そこで、車室内特性に合わせて微小信号成分付加部１２１による微小信号成分の付加を行うことにより、劇的に音質が改善する。例えば、車室内特性の共振点によるピークには微小信号成分の付加を抑制するように、共振点によるディップには微小信号成分の付加を促進するように、周波数通過帯域フィルタを設定する。

なお、周波数通過帯域フィルタは、入力音声信号に対して設定してもよいし、生成した微小信号成分に対して設定してもよい。また、音質改善に効果的なメインとなる楽器（バスドラム、ボーカル、ピアノ、ギター、シンバルなど）の基音の周波数帯域は決まっているので、この周波数帯域を選択して周波数通過帯域フィルタを設定することは、音質改善に効果的である。

このように、周波数通過帯域フィルタを設定することは、音質を改善するだけでなく、信号処理量の削減を同時に達成することができる。特に、高周波数帯域音声付加部１２２による高周波数帯域の音声を付加する処理も同時に行う場合、これらの処理を同時にリアルタイム処理する必要があり、通常は信号処理量が膨大なものとなる。

また、近年、ミニバンなど座席の配置など、座席の形態を様々な状態とすることが可能な車種が存在する。しかし、座席の形態が異なると車室内特性も異なるものであり、微小信号成分付加部１２１による微小信号成分の付加により、圧縮音声の再生音の音質を悪化させてしまうことが考えられる。このため、座席の形態が異なることによって、音質が大幅に変化し、使い勝手の良くないものとなる。そこで、座席の形態毎に周波数通過帯域フィルタの制御パラメータを予め記憶部１０７に保持しておき、マイコン１０６が座席の形態に合わせて周波数通過帯域フィルタの制御パラメータの変更を微小信号成分付加部１２１に指示すれば、座席がどのような形態であっても音質を維持することが可能となる。

次に、上記構成を有する車載オーディオ装置１００の動作について、図３を用いて説明する。

図３において、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）４０１では、使用者はどの音声を再生するかを選択する。ここで、選択可能な音声とは、ラジオ放送の音声、ＣＤ及びＤＶＤなどの円盤状記録媒体に記録された音声情報の再生音、または外部機器３００などの記録媒体に記録された音声である。使用者は、操作部１０４を操作することによって、どの音声を再生するかを自由に切り替えられ、マイコン１０６がどの音声が再生されているかを認識している。

ＳＴ４０２では、オーディオ制御部１０２が音質補正を行う音質補正モードに設定されているか否かをマイコン１０６が判別し、音質補正モードである場合（ＹＥＳ）、ＳＴ４０３に移行し、音質補正モードではない場合（ＮＯ）、ＳＴ４０７に移行する。

ＳＴ４０３では、ＳＴ４０１において選択された音声が音質補正を必要とする音声か否かをマイコン１０６が判別する。すなわち、圧縮された音声を再生するか否かを判別する。音質補正が必要な音声であると判定された場合（ＹＥＳ）、ＳＴ４０４に移行し、音質補正が不要な音声であると判定された場合（ＮＯ）、ＳＴ４０７に移行する。

ＳＴ４０４では、マイコン１０６が現在の再生音量の大きさと音声の種類に応じた制御パラメータを記憶部１０７から取得する。ここで、現在の再生音量が大きいとは、例えば、音質補正による付加ゲインを６ｄＢとし、音量調整が−６ｄＢよりも大きく設定される場合、音声が０ｄＢを超えるため音声がクリップして歪みを発生する。しかし、これを防止するため、音質補正による付加ゲイン分のマージンを確保するのに充分なゲインを確保できなくなる音量を再生音量が大きいと規定する。

ＳＴ４０５では、微小信号成分付加部１２１が、ＳＴ４０４において取得した制御パラメータと、入力された音声信号とを用いて、高調波成分などからなるハーモニクス信号やノイズ信号からなる微小信号成分を生成し、元の音声信号に付加する。

ＳＴ４０６では、高周波数帯域音声付加部１２２が、ＳＴ４０４において取得した制御パラメータと、入力された音声信号とを用いて、高調波成分などからなるハーモニクス信号やノイズ信号からなる、元の音声信号に含まれていない高周波数帯域の音声を元の音声信号に付加する。

ＳＴ４０７では、音質調整部１２３が、イコライザ、低音調整、高音調整、前後音量バランスや、左右音声バランスなどの音質調整を行う。

ＳＴ４０８では、音量調整部１２４が、音声信号の音量を調整してアンプ１０３を介して、スピーカ２００から音声を出力する。

このように、本実施の形態によれば、圧縮によって失われた音声成分である微小信号成分と高周波数帯域音声とを、入力された圧縮音声信号に付加することにより、圧縮前の音声に近づけることができ、音質の向上した再生環境において、圧縮された音声信号を再生しても、十分良好な聴感を得ることができる。

また、マイコン１０６にプログラムされているソフトウェア制御において、マイコン１０６が入力された音声の種類を判断し、音質調整の要否を判断することにより、使用者の操作を必要とせず、自動的に微小信号成分と高周波数帯域音声とを生成することができる。

なお、本実施の形態において、音声再生部１０１は、ＣＤ又はＤＶＤなどの円盤状の記録媒体に記録された音声情報を再生するために必要な光ピックアップやターンテーブルなどを備えたディスク再生部１１０と、ＦＭ、ＡＭなどのラジオ放送を受信するためのラジオチューナ部１１１と、ＳＤ又はメモリカードなどの記録媒体に記録された音声情報を再生するためのメディア再生部１１２とを備えているが、音声再生部１０１に、ディスク再生部１１０、ラジオチューナ部１１１、メディア再生部１１２の全てが備えられた構成としてもよいし、そのいずれかが設けられた構成であってもよい。

なお、本発明の車載オーディオ装置１００は、マイコン１０６が再生音量を判断できる構成となっている。この構成により、再生音量が大きくなるに伴って、オーディオ制御部１０２の制御量を減衰させることができ、オーディオ制御部１０２のデジタル演算桁あふれによる音声歪みを発生させることなく、デジタル最大振幅の出力が可能となる。

２０１０年３月３０日出願の特願２０１０−０７８５１８の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明にかかるオーディオ装置は、車両等に適用できる。

１００車載オーディオ装置
１０１音声再生部
１０２オーディオ制御部
１０３アンプ
１０４操作部
１０５表示部
１０６マイコン
１０７記憶部
１１０ディスク再生部
１１１ラジオチューナ部
１１２メディア再生部
１２０入力切替部
１２１微小信号成分付加部
１２２高周波数帯域音声付加部
１２３音質調整部
１２４音量調整部
２００スピーカ
３００外部機器

Claims

圧縮された音声信号が入力されるオーディオ装置であって、
圧縮された前記音声信号に含まれない微小信号成分を生成し、生成した前記微小信号成分を圧縮された前記音声信号に付加する微小信号成分付加部と、
圧縮された前記音声信号に含まれない高周波数帯域音声を生成し、生成した前記高周波数帯域音声を圧縮された前記音声信号に付加する高周波数帯域音声付加部と、
を具備するオーディオ装置。
前記微小信号成分付加部は、室内特性に合わせた周波数通過帯域フィルタが設定された前記音声信号に対して微小信号成分を生成する請求項１に記載のオーディオ装置。
前記微小信号成分付加部は、生成した微小信号成分に対して室内特性に合わせた周波数通過帯域フィルタを設定する請求項１に記載のオーディオ装置。
前記周波数通過帯域フィルタは、室内特性における共振点のピーク部分に加える前記微小信号成分を抑制する請求項２に記載のオーディオ装置。
前記周波数通過帯域フィルタは、室内特性における共振点のディップ部分に加える前記微小信号成分を促進する請求項２に記載のオーディオ装置。
前記周波数通過帯域フィルタは、楽器の基音の周波数帯域を通過させる請求項２に記載のオーディオ装置。
前記室内特性は、車両における車室内特性である請求項２に記載のオーディオ装置。
前記車両は、座席の形態が変化可能であり、
座席の形態それぞれに対する前記周波数通過帯域フィルタの制御パラメータを保持する記憶部と、
現在の座席の形態に応じた前記周波数通過帯域フィルタの制御パラメータの適用を前記微小信号成分付加部へ指示するマイコンと、
を有する請求項７に記載のオーディオ装置。