JPWO2019106748A1 - 音響信号制御装置及び方法、並びにプログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
上記のマイクロホンは、騒音を低減したい位置の近くにあるほど騒音抑圧効果が高まる。そこで、例えば、車室内の能動騒音抑圧のために、マイクロホンをヘッドレストに配置し、シートの位置又は角度に応じて、モデルの特性を切り替え、それにより、シートの位置又は角度が変化しても、騒音を良好に打ち消すようにした騒音制御装置がある(特許文献1)。
以上車室内での騒音抑圧について述べたが、車室以外の空間、例えば居室、事務室、作業所などの空間における騒音抑圧についても同様の問題がある。
空間内の音響を検出する入力音響トランスデューサと、
前記空間内の人を撮像する画像センサと、
前記空間内に放出する出力音響トランスデューサとを備える音響制御装置における音響信号制御装置であって、
前記画像センサでの撮像で得られた画像を元に前記人の頭部の位置を示す情報を生成する制御部と、
前記入力音響トランスデューサで検出された音響を表す収音信号及び前記人の頭部の位置を示す情報に基づいて、前記人の頭部の位置における音響を制御する制御信号を生成する音響信号処理部と、
前記出力音響トランスデューサに、前記制御信号に対応する音響を前記空間内に放出させる出力信号変換部とを備える。
図1は、本発明の実施の形態1の音響信号制御装置110を備えた音響制御装置1を示す。図1に示す音響制御装置1は、音響信号制御装置110のほか、入力音響トランスデューサの一例としてのマイクロホン101、出力音響トランスデューサの一例としてのスピーカ102と、画像センサ103とを備える。
音響信号制御装置110は、制御部2と、メモリ3と、入力信号変換部4と、音響信号処理部5と、出力信号変換部6とを備える。
抑圧すべき騒音としては、原動機騒音、ロードノイズ等がある。以下では、原動機音を抑圧する場合を想定して説明する。
入力信号変換部4は、例えば、連続する160個のサンプル値を1フレームとして出力する。
サンプリングで得られた信号は、サンプリングのタイミング乃至番号を表すため「(n)」を付して、例えば「Sb(n)」で表されることがある。以下で説明する他の信号についても同様である。
出力信号変換部6は、必要に応じて、パワーアンプ等で増幅を行い、増幅後の信号で、スピーカ102を駆動する。
スピーカ102は、出力信号変換部6からの駆動信号(電気信号)Seを音Aeに変換して、音を空間に放出する。
図示の音響信号処理部5はバーチャルセンシング技術を用いて、運転者121の頭部122の位置における音を推定するとともに、音響信号処理部5から出力される打ち消し音信号Scに対応する、頭部位置における音(二次音響)を推定し、これらの推定結果から、頭部位置における騒音(一次音響)を推定し、推定された頭部位置における騒音に基づいて、打ち消し音信号Scを生成し、或いは更新する。ANCでは、頭部位置における音がゼロとなるように制御を行うので、頭部位置における音を誤差音と言い、該誤差音を示す信号を誤差信号と言うことがある。
即ち、ANCで人の耳に達する騒音を無くす場合には、人の頭部の位置を検出して、当該位置における音を推定する必要がある。人の頭部が動くと予想される範囲内に十分高い密度でマイクロホンを配置することができれば、各時点で、頭部の位置に最も近いマイクロホンで検出された音を、人の耳に達する音と推定することができる。
しかしながら、そのように高い密度でマイクロホンを配置することは、頭部の動きの妨げとなるといった問題、装置のコストが高くなるといった問題等がある。そこで、頭部が動くと予想される範囲内に又はそれに近接する位置にマイクロホンを配置し、当該マイクロホンで検出された音から、各時点における実際の頭部の位置における音を推定する技術が提案されている。この技術がバーチャルセンシングと呼ばれる。バーチャルセンシングについては上記の非特許文献1及び2に詳述されている。
二次経路モデル14の伝達関数は、頭部122の位置を表す情報Gbと、後述の、複数の固定位置についての伝達関数を表す情報Gft及びこれらの固定位置を表す情報(例えば、空間内の位置を表す座標)Gfpとに基づいて決定され、更新される。
二次経路モデル16の伝達関数も、頭部122の位置を表す情報Gbと、複数の固定位置についての伝達関数を表す情報Gft及びこれらの固定位置を表す情報Gfpとに基づいて決定され、更新される。
w(n+1)=w(n)+μ・Sh(n)・Sns(n) (1)
式(1)で、
μは、適応動作の収束速度と推定精度を調整するステップサイズパラメータであり、音場環境に応じて定められる。
wは、複数のフィルタ係数w0、w1、w2...から成る組(ベクトル)である。
Sh(n)、Sns(n)及びw(n)は、それぞれSh、Sns及びwのうち、サンプリングのタイミングnにおける値を示す。
w(n)は、更新前のフィルタ係数の組wの値、
w(n+1)は、更新後のフィルタ係数の組wの値、即ち、タイミングnの次のタイミングのデータに対して用いられるべきフィルタ係数の組wの値を表す。
ステップST1Aで、入力信号変換部4は、マイクロホン101で取り込まれたアナログ収音信号Saを、予め定められたサンプリング周波数でサンプリングしてA/D変換を行い時間領域のデジタル収音信号Sbを生成する。
ステップST1Bでは、サンプル値の数nが予め定められた数Nに達したか否かの判定を行い、達していなければステップST1Aに戻る。nがNに達したら、ステップST4に進む。Nは例えば160であり、1フレーム内のサンプル値の数を表す。N個のサンプル値により1フレームの収音信号(Sb(1)〜Sb(160))が形成される。
ステップST4で、頭部位置音響推定部11は、頭部122の位置を示す情報Gbと、収音信号Sbと、制御信号Scとに基づいて頭部位置音響信号Shを生成する。
終了すべきであれば(ST8でNOSの場合)、処理を終了する。
実施の形態1では、騒音を完全に打ち消すように制御を行うが、以下では、運転者の注意力が低下しているときに、低下の程度に応じて騒音抑圧の程度を調整する構成を実施の形態2として説明する。
図5に示される音響信号制御装置110bは、図1に示される音響信号制御装置110と概して同じである。但し、制御部2及び音響信号処理部5の代わりに制御部2b及び音響信号処理部5bが設けられている。
制御部2dは、これらの判定結果に基づいて、注意状態情報Gcを出力する。
またフィルタ処理部13から出力される打ち消し音信号が符号Scで示され、該打ち消し音信号Scを入力とする加算部43の出力が符号Sdで示されている。
注意力が低下しているときほど、係数kcが大きくされるので、運転者の耳には、注意力が低下しているときほど、より大きな騒音が聞こえることになる。これにより、運転者の注意力の回復を図ることができる。
フィルタ処理部13は、適応信号処理部12により更新されるフィルタ係数の組wを用いて、フィルタリングを行い、打ち消し音信号Scを出力する。
しかも、運転操作等によって頭の位置が変化しても、その効果が維持される。
上述の実施の形態1及び2においてはマイクロホンでの収音結果に基づいて騒音(一次音響)を推定しているが、実施の形態3では、予め生成され、記憶されている騒音データに基づいて、騒音を示す信号を生成する。騒音を示す信号(参照信号)を、既知のデータから生成するので、フィードフォワード制御と呼ばれる。以下では、打ち消しの対象となる騒音が、実施の形態1と同様に、原動機の動作に伴って発生する音(原動機音)である場合について説明する。
図7に示される音響信号制御装置110cは、図1に示される音響信号制御装置110と概して同じであるが、騒音信号生成部8が付加されている。
動作状態検出部131は、原動機130の動作状態、例えば起動、停止、回転数、回転位相等を示す動作状態情報Grを出力する。
w(n+1)=w(n)−μ・Sh(n)・Sno(n) (2)
式(2)は上記の式(1)と同様であるが、Sns(n)がSno(n)に置き換えられている。
Sno(n)はSnoのうち、サンプリングのタイミングnにおける値を示す。
実施の形態3では、騒音を完全に打ち消すように制御を行うが、以下では、運転者の注意力が低下しているときに、低下の程度に応じて騒音抑圧の程度を調整する構成を実施の形態4として説明する。
図9に示される音響信号制御装置110dは、図7に示される音響信号制御装置110cと概して同じである。但し、制御部2c及び音響信号処理部5cの代わりに制御部2d及び音響信号処理部5dが設けられている。
またフィルタ処理部13から出力される打ち消し音信号が符号Scで示され、該打ち消し音信号Scを入力とする加算部53の出力が符号Sdで示されている。
注意力が低下しているときほど、係数kcが大きくされるので、運転者の耳には、注意力が低下しているときほど、より大きな騒音が聞こえることになる。これにより、運転者の注意力の回復を図ることができる。
フィルタ処理部13は、適応信号処理部12により更新されるフィルタ係数の組wを用いて、フィルタリングを行い、打ち消し音信号Scを出力する。
しかも、運転操作等によって頭の位置が変化しても、その効果が維持される。
上記の実施の形態1及び3では、騒音を完全に打ち消すように制御を行い、実施の形態2及び4では、運転者の注意力の低下に応じて騒音抑圧の程度を調整するが、実施の形態5では、音響信号制御装置が設けられている車両(以下、「自車」と言う)から出る騒音、例えば原動機からの騒音を抑圧するとともに、自車から出る騒音とは異なる音、例えば自車とは異なる種類の車両から出る音を代替音として運転者に聞かせる。
自車とは異なる種類の車両から出る音を運転者に聞かせることで、運転者は、自車とは異なる種類の車両を運転している気分を味わうことでき、運転の楽しみが増す。また、運転者の注意力が低下しているときは、自車から出る騒音とは異なる音を大きくすることで、注意力の回復を図ることができる。
図11に示される音響信号制御装置110eは、図9に示される音響信号制御装置110dと概して同じである。但し、代替音データ記憶部20、データ選択部21及び代替音信号生成部22が付加されており、音響信号処理部5dの代わりに、音響信号処理部5eが設けられている。
代替音データ記憶部20は、複数の代替音データを記憶することができ、利用者、例えば運転者の操作に応じてデータ選択部21が、複数の代替音データのうちのいずれかを選択して読み出すことが可能となっている。
またフィルタ処理部13から出力される打ち消し音信号が符号Scで示され、該打ち消し音信号Scを入力とする加算部63の出力が符号Sdで示されている。
注意力が低下しているときほど、係数kdが大きくされるので、運転者の耳には、注意力が低下しているときほど、より大きな代替音が聞こえることになる。この結果、運転者の注意力を回復させることになる。
二次経路モデル65の伝達関数も、頭部122の位置を表す情報Gbと、複数の固定位置についての伝達関数を表す情報Gft及びこれらの固定位置を表す情報Gfpとに基づいて決定され、更新される。
フィルタ処理部13は、適応信号処理部12により更新されるフィルタ係数の組wを用いて、フィルタリングを行い、打ち消し音信号Scを出力する。
また、運転者の注意力が低下しているときには、係数kdを大きくして代替音をより大きくすることで、注意力の回復を図ることとしている。このようにすることで、安全運転に資することができる。しかも、運転操作等によって頭の位置が変化しても、その効果が維持される。
実施の形態5では、原動機騒音を抑圧するとともに、代替音の音量を調節可能としたが、原動機騒音の抑圧の程度をも調整可能とすることができる。
この場合、例えば図13に示される音響信号処理部5fが用いられる。
係数乗算部52は、図10の係数乗算部52と同様に、頭部位置一次音響信号Snhに係数kcを掛ける。
フィルタ処理部13は、適応信号処理部12により更新されるフィルタ係数の組wを用いて、フィルタリングを行い、打ち消し音信号Scを出力する。
実施の形態1〜6では、運転者の耳に達する音の制御を行うが、実施の形態7は、運転者に耳に達する音の制御とともに、運転者以外の人の耳に達する音の制御を行う。
図14に示される音響制御装置1gは、図11に示される音響制御装置1eと概して同じである。但し、図11のスピーカ102の代わりに、第1及び第2のスピーカ102A及び102Bが設けられており、図11の音響信号制御装置110eの代わりに、音響信号制御装置110gが設けられている。
第2の音響信号処理部5B内の頭部位置音響推定部11は、後部座席の乗員の頭部127の位置における音響を推定し、第2の音響信号処理部5B内の二次経路モデル18は、後部座席の乗員の頭部127と第2のスピーカ102Bとの間の伝達関数の推定値を有する。
一方、第2の音響信号処理部5B内の係数決定部50及び60は、情報GcBで示される休息を欲する度合いが高いほど、係数kc及びkdを小さくし、これにより、騒音の抑圧の程度を高くするとともに、代替音を小さくする。
この場合、オーディオ装置の音声出力部からの音響信号を、図12又は図13の代替音信号と同様に加算部63又は73で加算するとともに、二次伝達経路(図13の65)を通した後、加算部64又は74で減算すれば良い。
例えば、音響信号制御装置の各部分の機能をそれぞれ別個の処理回路で実現してもよいし、複数の部分の機能をまとめて一つの処理回路で実現しても良い。
なおまた、音響信号制御装置の各部分の機能のうち、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしても良い。
信号入出力部201は、マイクロホン101、スピーカ102、及び画像センサ103との接続のためのインタフェース回路である。
メモリ203は、ROM及びRAMを含み、音響信号制御装置110の処理を実現するための各種プログラムを記憶するプログラムメモリ、プロセッサ200がデータ処理を行う際に使用するワークメモリ、及び信号データを展開するメモリ等として使用される。
上記実施の形態1〜7において、入力信号変換部におけるサンプリング周波数を16kHzとして説明したが、サンプリング周波数は、これに限定されることは無く、例えば、8kHzであっても、48kHzであっても良い。
また、画像センサ103として2台以上のカメラを用いて、三角測量の原理で被写体の各部までの距離を求めても良い。
音響制御の対象となる空間が車室以外である場合には、「運転者」或いは「乗員」を一般化した「人」の頭部における音響を制御することになる。
空間内の音響を検出する入力音響トランスデューサと、
前記空間内の人を撮像する画像センサと、
前記空間内に放出する出力音響トランスデューサとを備える音響制御装置における音響信号制御装置であって、
前記画像センサでの撮像で得られた画像を元に前記人の頭部の位置を示す情報を生成する制御部と、
前記入力音響トランスデューサで検出された音響を表す収音信号及び前記人の頭部の位置を示す情報に基づいて、前記人の頭部の位置における音響を制御する制御信号を生成する音響信号処理部と、
前記出力音響トランスデューサに、前記制御信号に対応する音響を前記空間内に放出させる出力信号変換部とを備え、
前記音響信号処理部は、前記収音信号及び前記人の頭部の位置を示す情報に基づいて、前記人の頭部の位置における騒音を打ち消すための打ち消し音信号を生成し、前記打ち消し音信号に基づいて前記制御信号を生成し、
前記空間が車両内の空間であり、前記人が乗員であり、
前記制御部は、前記画像に基づいて、前記乗員の状態を示す情報を生成し、
前記音響信号処理部は、前記乗員の状態を示す情報に基づいて、前記乗員の頭部の位置における騒音が打ち消される程度を調整する。
制御部2bは、これらの判定結果に基づいて、注意状態情報Gcを出力する。
Claims (20)
- 空間内の音響を検出する入力音響トランスデューサと、
前記空間内の人を撮像する画像センサと、
前記空間内に放出する出力音響トランスデューサとを備える音響制御装置における音響信号制御装置であって、
前記画像センサでの撮像で得られた画像を元に前記人の頭部の位置を示す情報を生成する制御部と、
前記入力音響トランスデューサで検出された音響を表す収音信号及び前記人の頭部の位置を示す情報に基づいて、前記人の頭部の位置における音響を制御する制御信号を生成する音響信号処理部と、
前記出力音響トランスデューサに、前記制御信号に対応する音響を前記空間内に放出させる出力信号変換部とを備える
音響信号制御装置。 - 前記音響信号処理部は、
前記収音信号及び前記人の頭部の位置を示す情報に基づいて、前記人の頭部の位置における騒音を打ち消すための打ち消し音信号を生成し、前記打ち消し音信号に基づいて前記制御信号を生成する
請求項1に記載の音響信号制御装置。 - 前記音響信号処理部は、
前記収音信号に基づく、前記人の頭部の位置における音響の推定結果と、前記制御信号に対応する、前記人の頭部の位置における音響の推定結果とから、前記人の頭部の位置における騒音を推定して、
前記推定された、前記人の頭部の位置における騒音に基づいて前記打ち消し音信号を生成する
請求項2に記載の音響信号制御装置。 - 前記音響信号処理部は、
前記打ち消し音信号に、前記推定された騒音を表す信号に0から1までの範囲内の値を取る係数を掛けた信号を加算し、当該加算の結果を前記制御信号として出力する請求項3に記載の音響信号制御装置。 - 予め記憶されている騒音を示すデータに基づいて、前記騒音を表す騒音信号を生成する騒音信号生成部をさらに備え、
前記音響信号処理部は、前記騒音信号に基づいて前記打ち消し音信号を生成する
請求項2に記載の音響信号制御装置。 - 前記音響信号処理部は、
前記打ち消し音信号に、前記騒音信号に0から1までの範囲内の値を取る係数を掛けた信号を加算し、当該加算の結果を前記制御信号として出力する請求項5に記載の音響信号制御装置。 - 前記空間が車両内の空間であり、前記人が乗員である
請求項2から6のいずれか1項に記載の音響信号制御装置。 - 前記制御部は、前記画像に基づいて、前記乗員の状態を示す情報を生成し、
前記音響信号処理部は、前記乗員の状態を示す情報に基づいて、前記乗員の頭部の位置における騒音が打ち消される程度を調整する
請求項7に記載の音響信号制御装置。 - 前記乗員が運転者であり、前記乗員の状態を示す情報が、前記運転者の運転に対する注意力の度合いを示す情報であり、
前記音響信号処理部は、前記乗員の状態を示す情報により、前記注意力が低いことが示されるときには、前記騒音が打ち消される程度をより小さくする
請求項8に記載の音響信号制御装置。 - 前記車両の騒音とは異なる代替音を示す代替音データを記憶する代替音データ記憶部と、
前記代替音を示す信号を代替音信号として出力する代替音信号生成部とをさらに備え、
前記音響信号処理部は、前記打ち消し音信号に、前記代替音信号を加算した結果を前記制御信号として出力する
請求項8又は9に記載の音響信号制御装置。 - 前記車両の騒音は、前記音響信号制御装置が設けられた車両の原動機の騒音であり、
前記代替音は、前記音響信号制御装置が設けられた車両とは異なる種類の車両の原動機の音であり、
前記代替音信号生成部は、前記代替音データと、前記音響信号制御装置が設けられた車両の原動機の動作状態を示す情報とに基づいて、前記代替音信号を生成する
請求項10に記載の音響信号制御装置。 - 前記音響信号処理部は、前記乗員の状態を示す情報に基づいて、前記代替音の音量を調整する
請求項10又は11に記載の音響信号制御装置。 - 空間内の音響を検出する入力音響トランスデューサと、
前記空間内の第1及び第2の人を撮像する画像センサと、
前記空間内に音響を放出する第1及び第2の出力音響トランスデューサとを備える音響制御装置における音響信号制御装置であって、
前記画像センサでの撮像で得られた画像を元に前記第1の人の頭部の位置を示す情報及び前記第2の人の頭部の位置を示す情報を生成する制御部と、
前記入力音響トランスデューサで検出された音響を表す収音信号と、前記第1の人の頭部の位置を示す情報に基づいて、前記第1の人の頭部の位置における音響を制御するための第1の制御信号を生成する第1の音響信号処理部と、
前記収音信号と、前記第2の人の頭部の位置を示す情報とに基づいて、前記第2の人の頭部の位置における音響を制御するための第2の制御信号を生成する第2の音響信号処理部と、
前記第1の出力音響トランスデューサに、前記第1の制御信号に対応する音響を前記空間内に放出させる第1の出力信号変換部と、
前記第2の出力音響トランスデューサに、前記第2の制御信号に対応する音響を前記空間内に放出させる第2の出力信号変換部とを備える
音響信号制御装置。 - 前記第1の音響信号処理部は、前記収音信号及び前記第1の人の頭部の位置を示す情報に基づいて、前記第1の人の頭部の位置における騒音を打ち消すための第1の打ち消し音信号を生成し、前記第1の打ち消し音信号に基づいて前記第1の制御信号を生成し、
前記第2の音響信号処理部は、前記収音信号及び前記第2の人の頭部の位置を示す情報に基づいて、前記第2の人の頭部の位置における騒音を打ち消すための第2の打ち消し音信号を生成し、前記第2の打ち消し音信号に基づいて前記第2の制御信号を生成する
請求項13に記載の音響信号制御装置。 - 前記制御部は、前記画像に基づいて、前記第1の人の状態を示す情報と、前記第2の人の状態を示す情報とを生成し、
前記第1の音響信号処理部は、前記第1の人の状態を示す情報に基づいて、前記第1の人の頭部の位置における騒音が打ち消される程度を調整し、
前記第2の音響信号処理部は、前記第2の人の状態を示す情報に基づいて、前記第2の人の頭部の位置における騒音が打ち消される程度を調整する
請求項14に記載の音響信号制御装置。 - 前記空間が車両の内部の空間であり、前記第1の人が運転者であり、前記第2の人が運転者とは異なる他の乗員であり、
前記運転者の状態を示す情報が、前記運転者の運転に対する注意力の度合いを示す情報であり、
前記他の乗員の状態を示す情報が、前記他の乗員の休息を欲する度合いを示す情報であり、
前記第1の音響信号処理部は、前記運転者の状態を示す情報により、前記注意力が低いことが示されるときには、前記騒音が打ち消される程度がより小さくなる信号を前記第1の制御信号として生成し、
前記第2の音響信号処理部は、前記他の乗員の状態を示す情報により、前記休息を欲する度合いが高いことが示されるときには、前記騒音が打ち消される程度がより大きくなる信号を前記第2の制御信号として生成する
請求項15に記載の音響信号制御装置。 - 空間内の音響を検出する入力音響トランスデューサと、
前記空間内の人を撮像する画像センサと、
音響を前記空間内に放出する出力音響トランスデューサとを備えた音響制御装置における音響信号制御方法であって、
前記画像センサでの撮像で得られた画像を元に前記人の頭部の位置を示す情報を生成し、
前記入力音響トランスデューサで検出された音響を表す収音信号及び前記人の頭部の位置を示す情報に基づいて、前記人の頭部の位置における音響を制御する制御信号を生成し、
前記出力音響トランスデューサに、前記制御信号に対応する音響を前記空間内に放出させる
音響信号制御方法。 - 空間内の音響を検出する入力音響トランスデューサと、
前記空間内の第1及び第2の人を撮像する画像センサと、
前記空間内に音響を放出する第1及び第2の出力音響トランスデューサとを備える音響制御装置における音響信号制御方法であって、
前記画像センサでの撮像で得られた画像を元に前記第1の人の頭部の位置を示す情報及び前記第2の人の頭部の位置を示す情報を生成し、
前記入力音響トランスデューサで検出された音響を表す収音信号と、前記第1の人の頭部の位置を示す情報に基づいて、前記第1の人の頭部の位置における音響を制御するための第1の制御信号を生成し、
前記収音信号と、前記第2の人の頭部の位置を示す情報とに基づいて、前記第2の人の頭部の位置における音響を制御するための第2の制御信号を生成し、
前記第1の出力音響トランスデューサに、前記第1の制御信号に対応する音響を前記空間内に放出させ、
前記第2の出力音響トランスデューサに、前記第2の制御信号に対応する音響を前記空間内に放出させる
音響信号制御方法。 - 請求項1から16のいずれか1項に記載の音響信号制御装置における処理又は請求項17又は18に記載の音響信号制御方法における処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項19に記載のプログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
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