WO2015122324A1 - 音響処理装置、音響処理方法及び音響処理プログラム - Google Patents

Abstract

　音響処理装置を、所定のスピーカを介して再生される所定の測定信号の測定結果に基づき、スピーカより出力される音の共振帯域を検出する共振帯域検出手段と、測定信号の測定結果を解析する解析手段と、解析手段による解析結果に基づいて、共振帯域検出手段により検出された共振帯域を制御するための制御パラメータを生成する制御パラメータ生成手段と、所定のオーディオ信号再生装置より入力されるオーディオ信号による再生音の共振帯域成分が時間軸上で短く抑えられるように、制御パラメータ生成手段により生成された制御パラメータに基づいてオーディオ信号を制御するオーディオ信号制御手段とにより構成する。

Description

音響処理装置、音響処理方法及び音響処理プログラム

　本発明は、音響処理装置、音響処理方法及び音響処理プログラムに関する。

　車両の天井基材に取り付けられる車載用スピーカが知られている（例えば特開２００５－２２５４６号公報参照、以下、特開２００５－２２５４６号公報を「特許文献１」と記す。）。この種の車載用スピーカは、天井基材に取り付けられた本体部が振動子として機能し、天井基材やドアトリム等の内装材を振動版として振動させることにより、音を出力する。

　特許文献１に例示されるスピーカは、本体部が振動して音を伝達させる構成であるため、オーディオ信号の入力レベルに応じて本体部の振動が変化する。オーディオ信号の入力レベルを増加させると、特に低域再生時に振動が大きくなる。このとき、過大な振動音によって異音が発生するだけでなく、スピーカの取り付け部やスピーカの周辺部品が共振することによって歪音（共振音）が発生する虞がある。この種の共振音が発生する周波数帯域は、例えば、スピーカの取り付け方や取り付け位置、車種等によって異なる。

　共振音が発生する周波数帯域を低減する音響装置の具体的構成例が特開２０１３－２０７６８９号公報（以下、「特許文献２」と記す。）に記載されている。特許文献２に記載の音響装置は、スピーカに流れる電流の高調波歪みの周波数特性から共振音が発生する周波数帯域を検出し、検出された周波数帯域のゲインを低下させる構成となっている。共振音が発生する周波数帯域のゲインを低下させることで確かに共振音を低減させることができる。しかし、共振音とともに音圧も低下するという不都合が避けられない。また、スピーカに流れる電流の高調波歪みの周波数特性では、スピーカ自体の特性（歪みや共振）が検出されるだけに留まる。すなわち、特許文献２に記載の構成では、聴取環境（例えば、スピーカの取り付け方や取り付け位置、車種、周辺部品の共振等の種々の因子）によって変動する共振音の周波数帯域を精度良く検出することができない。そのため、ある聴取環境において発生する共振音を好適に抑えることができない。

　本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ある聴取環境において発生する共振音を音圧を低下させることなく好適に抑えることが可能な音響処理装置、音響処理方法及び音響処理プログラムを提供することである。

　本発明の実施形態の音響処理装置は、所定のスピーカを介して再生される所定の測定信号の測定結果に基づき、スピーカより出力される音の共振帯域を検出する共振帯域検出手段と、測定信号の測定結果を解析する解析手段と、解析手段による解析結果に基づいて、共振帯域検出手段により検出された共振帯域を制御するための制御パラメータを生成する制御パラメータ生成手段と、所定のオーディオ信号再生装置より入力されるオーディオ信号による再生音の共振帯域成分が時間軸上で短く抑えられるように、制御パラメータ生成手段により生成された制御パラメータに基づいてオーディオ信号を制御するオーディオ信号制御手段とを備える。

　また、本発明の実施形態の音響処理装置は、所定のスピーカを介して再生される所定の測定信号の測定結果に基づき、スピーカより出力される音の共振帯域を検出する共振帯域検出手段と、各入力レベルの測定信号の測定結果を解析する解析手段と、解析手段による解析結果に基づいて、共振帯域検出手段により検出された共振帯域を制御するための制御パラメータであって、測定信号の各入力レベルに応じたものを生成する制御パラメータ生成手段と、制御パラメータ生成手段により生成された各入力レベルに応じた制御パラメータを保持する制御パラメータ保持手段と、所定のオーディオ信号再生装置より入力されるオーディオ信号による再生音の共振帯域成分が時間軸上で短く抑えられるように、制御パラメータ保持手段からオーディオ信号の入力レベルに応じた制御パラメータを選択し、選択された制御パラメータに基づいてオーディオ信号を制御するオーディオ信号制御手段とを備える。

　測定信号は、例えば所定のスイープ信号を含む。この場合、共振帯域検出手段は、スイープ信号のリファレンスとスイープ信号の測定結果とを用いてスピーカ歪み特性を検出し、検出されたスピーカ歪み特性に基づいて共振帯域を検出する。

　また、測定信号は、所定のＴＳＰ信号（Time Stretched Pulse）を含む。この場合、解析手段は、ＴＳＰ信号のリファレンスとＴＳＰ信号の測定結果とを用いて聴取環境のインパルス応答を計算し、計算されたインパルス応答に基づいて測定結果を解析する。

　制御パラメータは、例えば、共振帯域のゲインを制御する制御ゲインと、共振帯域の残響時間を制御する制御時間を含む。

　共振帯域検出手段は、各入力レベルについて、スイープ信号のリファレンスとスイープ信号の測定結果とを用いたスピーカ歪み特性の検出を行う構成としてもよい。この場合、制御パラメータ生成手段は、各共振帯域について、各入力レベルのスピーカ歪み特性に基づいて所定の基準入力レベルを設定し、測定信号の入力レベルでのスピーカ応答特性の減衰傾きと、基準入力レベルでのスピーカ応答特性の減衰傾きとの比率に基づいて制御ゲインを計算する。また、制御パラメータ生成手段は、各共振帯域について、測定信号の入力レベルでの残響時間と、基準入力レベルでの残響時間との比率に基づいて制御時間を計算する構成としてもよい。

　本発明の実施形態の音響処理方法は、所定のスピーカを介して再生される所定の測定信号の測定結果に基づき、該スピーカより出力される音の共振帯域を検出する共振帯域検出ステップと、測定信号の測定結果を解析する解析ステップと、解析ステップでの解析結果に基づいて、共振帯域検出ステップにて検出された共振帯域を制御するための制御パラメータを生成する制御パラメータ生成ステップと、所定のオーディオ信号再生装置より入力されるオーディオ信号による再生音の共振帯域成分が時間軸上で短く抑えられるように、制御パラメータ生成ステップにて生成された制御パラメータに基づいてオーディオ信号を制御するオーディオ信号制御ステップとを含む。

　また、本発明の実施形態の音響処理方法は、所定のスピーカを介して再生される所定の測定信号の測定結果に基づき、スピーカより出力される音の共振帯域を検出する共振帯域検出ステップと、各入力レベルの測定信号の測定結果を解析する解析ステップと、解析ステップでの解析結果に基づいて、共振帯域検出ステップにて検出された共振帯域を制御するための制御パラメータであって、測定信号の各入力レベルに応じたものを生成する制御パラメータ生成ステップと、制御パラメータ生成ステップにて生成された各入力レベルに応じた制御パラメータを所定の記憶媒体に保持させる制御パラメータ保持ステップと、所定のオーディオ信号再生装置より入力されるオーディオ信号による再生音の共振帯域成分が時間軸上で短く抑えられるように、記憶媒体に保持された制御パラメータの中からオーディオ信号の入力レベルに応じた制御パラメータを選択し、選択された制御パラメータに基づいてオーディオ信号を制御するオーディオ信号制御ステップとを含む。

　本発明の実施形態の音響処理プログラムは、上記の音響処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

　本発明の実施形態によれば、ある聴取環境において発生する共振音を音圧を低下させることなく好適に抑えることが可能な音響処理装置、音響処理方法及び音響処理プログラムが提供される。

本発明の実施形態の音響処理装置の構成を示すブロック図である。 入力レベルが０ｄＢ時の立下り累積スペクトルを示す図である。 入力レベル毎（０ｄＢ～－２０ｄＢの範囲内で２ｄＢ刻みの各レベル）のスピーカ歪み特性を示す図である。 本発明の実施形態の音響処理装置に備えられる制御パラメータ生成部の構成を示すブロック図である。 図２に示される立下り累積スペクトルのうち１００Ｈｚのスピーカ応答特性を示す図である。 入力レベル毎の１００Ｈｚのスピーカ応答特性の減衰傾きを示す図である。 １００Ｈｚの共振帯域における入力レベルに応じたスピーカ歪み率を示す図である。 １００Ｈｚの周波数帯域における入力レベルに応じた制御ゲインを示す図である。 入力レベルが０ｄＢである場合のスムージング処理前後の制御ゲインを示す図である。 入力レベルに応じた各周波数帯域の制御ゲインを示す図である。 入力レベルが０ｄＢである場合のスムージング処理前後の制御時間を示す図である。 本発明の実施形態の音響処理装置に備えられる周波数スペクトル領域フィルタリング部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の音響処理装置に備えられるＦＦＴ部に入力されるオーディオ信号を示す図である。 本発明の実施形態の音響処理装置に備えられるＩＦＦＴ部より出力されるオーディオ信号を示す図である。 共振帯域が抑制された入力レベルが０ｄＢ時の測定信号（ＴＳＰ信号）に対して制御パラメータを施したときの立下り累積スペクトルを示す図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態として、車両内のドアトリムに埋設されたスピーカを備える音響処理装置を例に取り説明する。

［音響処理装置１の構成］
　オーディオ信号の入力レベルを増加させるほど、スピーカ自体の振動が大きくなりスピーカの取り付け部やスピーカの周辺部品が共振してスピーカの応答が長くなるため、共振音が発生する。そこで、本実施形態の音響処理装置は、入力レベル毎にスピーカ応答特性を測定してスピーカの歪み特性とインパルス応答を求める。本実施形態の音響処理装置は、求められたスピーカの歪み特性に基づいて共振音の発生する周波数帯域（以下、「共振帯域」と記す。）を検出し、検出された共振帯域及びインパルス応答から求まる立下り累積スペクトルに基づいてスピーカの応答を制御するための制御パラメータを生成する。本実施形態の音響処理装置は、生成された制御パラメータを用いてオーディオ信号の入力レベルに応じたスピーカの応答制御を行う。これにより、車両内という聴取環境において発生する共振音を、音圧を低下させることなく好適に抑えることができる。

　なお、以下に説明される音響処理装置１による処理は、音響処理装置１に備えられるソフトウェアとハードウェアとが協働することにより実行される。音響処理装置１のソフトウェアのうち少なくともＯＳ（Operating System）部分は、組み込み系システムとして提供されるが、それ以外の部分、例えば、制御パラメータを生成しこれを用いてオーディオ信号の入力レベルに応じたスピーカの応答制御を行うソフトウェアモジュールについては、ネットワーク上で配布可能なアプリケーションとして提供されてもよい。

［入力レベル毎の再生音の測定］
　図１は、本実施形態の音響処理装置１の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、音響処理装置１は、測定信号再生部１０２、入力レベル選択部１０４、スピーカ１０６、マイクロフォン１０８及び測定信号保持部１１０を備えている。

　測定信号再生部１０２は、測定信号としてスイープ信号（Sweep signal）及びＴＳＰ信号（Time Stretched Pulse）を出力する。スイープ信号は、正弦波を４０Ｈｚ～３００Ｈｚの範囲でスイープさせた信号である。ＴＳＰ信号は、パルス信号の位相が周波数の２乗に比例した信号である。入力レベル選択部１０４は、測定信号再生部１０２より入力されるスイープ信号及びＴＳＰ信号のレベルを変化させる。

　スピーカ１０６は、入力レベル選択部１０４により入力レベルが変化されたスイープ信号及びＴＳＰ信号を再生する。測定信号保持部１１０は、マイクロフォン１０８によって収音された再生音（スイープ信号、ＴＳＰ信号）を測定結果（以下、それぞれを「測定スイープ信号」、「測定ＴＳＰ信号」と記す。）として保持すると共に、保持された測定結果のリファレンスとして、測定信号再生部１０２より入力されるスイープ信号及びＴＳＰ信号を保持する。測定信号保持部１１０には、入力レベル選択部１０４により変化された入力レベル毎の（入力レベルに応じた）測定結果が保持される。なお、入力レベル選択部１０４による入力レベルは、例えば、０ｄＢ～－２０ｄＢの範囲内であり、２ｄＢ刻みで変化される。

［立下り累積スペクトルの算出］
　図１に示されるように、音響処理装置１は、立下り累積スペクトル算出部１１２を備えている。立下り累積スペクトル算出部１１２は、測定信号保持部１１０に保持されているリファレンスのＴＳＰ信号と測定ＴＳＰ信号を用いて、スピーカ１０６とマイクロフォン１０８間のインパルス応答を計算する。インパルス応答は、測定ＴＳＰ信号とリファレンスのＴＳＰ信号の逆特性をフーリエ変換して周波数上で乗算し、乗算された値を逆フーリエ変換することで求まる。立下り累積スペクトル算出部１１２は、求められた各入力レベルのインパルス応答を解析して、各入力レベルに対する立下り累積スペクトルを算出する。

　なお、立下り累積スペクトルは、従来より、スピーカの特性を観察するための立下り累積スペクトル法に用いられている。立下り累積スペクトル法は、イギリスのＫＥＦ社のFinchamらがスピーカシステムの過度特性を評価する時間周波数分析手法として提案した手法である。立下り累積スペクトル法によれば、スピーカとマイクロフォン間にて測定されたインパルス応答波形が解析され、解析結果に基づき時間経過に対する周波数特性の変化が把握可能である。

　図２は、入力レベルが０ｄＢ時の立下り累積スペクトルを示す図である。図２に示されるように、立下り累積スペクトルは、振幅レベル（Power（単位：ｄＢ））、周波数（Frequency（単位：Ｈｚ））、時間（Time（単位：ｓｅｃ））の３軸のグラフで表される。Powerは、振幅を自乗したものである。また、人間の聴覚特性は、周波数に対して対数的である。横軸の周波数は、人間の聴覚特性に合わせて対数表示となっている。

　スピーカ１０６は、車両内のドアトリムに埋設されているため、入力レベルが高いほどその周辺部品等を長く共振させる。図２に示される立下り累積スペクトルを参照すると、スピーカ応答特性が１００Ｈｚ当たりの比較的低い周波数帯域で長く、１００Ｈｚ当たりで共振が発生していることが判る。

［入力レベル毎の共振帯域の検出］
　図１に示されるように、音響処理装置１は、スピーカ歪み特性算出部１１４及び共振帯域検出部１１６を備えている。スピーカ歪み特性算出部１１４は、測定信号保持部１１０に保持されているリファレンスのスイープ信号と測定スイープ信号を用いて入力レベル毎のスピーカ歪み特性を算出する。具体的には、スピーカ歪み特性算出部１１４は、入力レベル毎に、測定スイープ信号からリファレンスのスイープ信号を差し引く。これにより、正弦波以外の成分（高調波歪み及びノイズ）が求まり、入力レベル毎のスピーカ歪み特性が算出される。ここで、スピーカ歪み特性は、基本波となる成分（測定スイープ信号）に対して不要な成分（高調波歪み及びノイズ）がどの程度含まれているかの割合（単位：％）を示す。

　図３は、入力レベル毎（０ｄＢ～－２０ｄＢの範囲内で２ｄＢ刻みの各レベル）のスピーカ歪み特性を示す図である。図３中、縦軸は、スピーカ歪み率（Distortion Rate（単位：％））を示し、横軸は、周波数（Frequency（単位：Ｈｚ））を示す。

　共振帯域検出部１１６は、スピーカ歪み特性算出部１１４により算出されたスピーカ歪み特性に基づいて入力レベル毎の共振帯域を検出する。一例として、図２に示される立下り累積スペクトルと、図３において入力レベルが０ｄＢのグラフとを比較すると、スピーカ歪み率が高いほど共振が発生し、スピーカ応答特性が長いことが判る。そこで、共振帯域検出部１１６は、スピーカ歪み率が第１の閾値を超える周波数帯域を共振帯域として検出する。なお、一般に、聴取者は、スピーカ歪み率が３％～５％であるときに歪みを感じるといわれている。そのため、本実施形態において第１の閾値は３％に設定されている。図３の例では、４５Ｈｚ～５０Ｈｚ当たり、７５Ｈｚ～２１０Ｈｚ当たり及び２５０Ｈｚ～３００Ｈｚ当たりが共振帯域として検出される。

［制御パラメータ（制御ゲイン・制御時間）の生成］
　図１に示されるように、音響処理装置１は、制御パラメータ生成部１１８を備えている。図４は、制御パラメータ生成部１１８の構成を示すブロック図である。図４に示されるように、制御パラメータ生成部１１８は、基準入力レベル設定部１１８Ａ、傾き算出部１１８Ｂ、制御パラメータ算出部１１８Ｃ、ｄＢ変換部１１８Ｄ、平均化処理部１１８Ｅ及び１１８Ｆを備えている。制御パラメータ生成部１１８は、共振帯域検出部１１６にて検出された共振帯域において、スピーカ歪み特性算出部１１４により算出されたスピーカ歪み率が第２の閾値を超える場合に、スピーカの応答を制御する制御パラメータ（制御ゲイン・制御時間）を算出する。

　基準入力レベル設定部１１８Ａは、共振帯域検出部１１６にて検出された共振帯域において、スピーカ歪み特性算出部１１４により算出されたスピーカ歪み特性に基づき、スピーカ歪み率が第２の閾値以下となる入力レベルを基準入力レベルとして設定する。第２の閾値は、第１の閾値以下の値（ここでは１．５％）であり、ユーザ操作により任意に設定可能である。

　図３を用いて基準入力レベルの設定について説明する。例えば入力レベルが０ｄＢ時に共振帯域として検出された１００Ｈｚでは、図３に示されるように、入力レベルが－１０ｄＢ時にスピーカ歪み率が第２の閾値（１．５％）以下となる。そのため、スピーカ歪み率が第２の閾値を超える入力レベル（０ｄＢ、－２ｄＢ、－４ｄＢ、－６ｄＢ、－８ｄＢ）については、各入力レベルに対する基準入力レベルとして－１０ｄＢが設定される。また、入力レベルが－１０ｄＢ以下の場合は、スピーカ歪み率が既に第２の閾値以下である。そのため、－１０ｄＢ以下の各入力レベルに対しては、基準入力レベルが設定されない。このような処理が各共振帯域の各入力レベルに対して行われると、各共振帯域について入力レベル毎の基準入力レベルが設定される（又は設定されない）。

　図５は、図２に示される立下り累積スペクトル（入力レベル：０ｄＢ）のうち１００Ｈｚの特性（スピーカ応答特性）を示す図である。図５中、縦軸は、振幅レベル（Power（単位：ｄＢ））を示し、横軸は、時間（Time（単位：ｓｅｃ））を示す。

　傾き算出部１１８Ｂは、各共振帯域について、入力レベル毎のスピーカ応答特性の傾きを算出する。図５の例では、傾き算出部１１８Ｂは、１００Ｈｚの周波数帯域について、立下り累積スペクトル算出部１１２により算出された立下り累積スペクトルに基づいてスピーカ応答特性を取得し、取得されたスピーカ応答特性の近似直線を１次の回帰関数により計算する。図５に示されるように、スピーカ応答特性は、時間経過に伴い減衰する。そのため、スピーカ応答特性を近似的に表現する近似直線は、マイナス符号の傾きを持つ。

　下記に、傾き算出部１１８Ｂにより計算される近似直線の式を示す。
　
ｙ＝ａｘ＋ｂ
　
ｙ：振幅レベル（近似値）
ａ：スピーカ応答特性の減衰傾き
ｘ：残響時間
ｂ：０ｍｓ時の振幅レベル（近似値）
なお、残響時間とは、音源が音を発しなくなってから残響音がある一定ゲイン減衰するまでにかかる時間をいう。

　図６は、入力レベル毎（０ｄＢ、－２ｄＢ、－４ｄＢ、－６ｄＢ、－８ｄＢ、－１０ｄＢ）の１００Ｈｚのスピーカ応答特性の減衰傾きａを示す図である。図６中、縦軸は、振幅レベル（Power（単位：ｄＢ））を示し、横軸は、時間（Time（単位：ｓｅｃ））を示す。図６では、説明の便宜上、各入力レベルの０ｍｓ時の振幅レベルｂを同一の値に揃えている。図６を参照すると、入力レベルが低いほど、スピーカ応答特性の減衰傾きａがマイナス方向に大きくなりスピーカの応答が時間軸上で短くなることが判る。

　制御パラメータ算出部１１８Ｃは、各共振帯域について、基準入力レベル決定部１１８Ａにより決定された基準入力レベルでのスピーカ応答特性の減衰傾きａ（以下、「基準減衰傾きａ」と記す。）に対する、入力レベル毎のスピーカ応答特性の減衰傾きａの比率Ｒ１を計算する。ｄＢ変換部１１８Ｄは、計算された比率Ｒ１をリニアスケール値からデシベルスケール値に変換し、変換された比率Ｒ１（デシベルスケール値）を制御パラメータ（制御ゲイン）として得る。このようにして得られた制御ゲインは、入力レベルに応じてスピーカ応答特性の減衰傾きａを基準減衰傾きａに一致又は近似させることにより、スピーカ応答特性を減衰させて共振音の発生を抑える効果を持つ。

　図７は、１００Ｈｚの共振帯域における入力レベルに応じたスピーカ歪み率を示す図である。図７中、縦軸は、スピーカ歪み率（Distortion Rate（単位：％））を示し、横軸は、入力レベル（Input Level（単位：ｄＢ））を示す。図３中、１００Ｈｚのスピーカ歪み率を抽出すると、図７に示されるグラフが得られる。図７に示されるように、１００Ｈｚの周波数帯域において、スピーカ歪み率は、入力レベルが－１０ｄＢ以下のときには低く、－１０ｄＢを超えると急激に高くなる。

　１００Ｈｚの共振帯域に対する制御ゲインを算出する場合を考える。この場合、制御パラメータ算出部１１８Ｃは、１００Ｈｚの共振帯域について、スピーカ歪み率が１．５％以下となる基準入力レベル（－１０ｄＢ）での基準減衰傾きａに対する、入力レベル毎の減衰傾きａの比率Ｒ１を計算する。比率Ｒ１は、ｘ軸の増加量に対するｙ軸の増加量、すなわちPower(dB)/Time(sec)により算出される。図６を参照すると、入力レベルが０ｄＢ、－１０ｄＢであるとき、減衰傾きａはそれぞれ、－６２．９６（＝－１７（ｄＢ）／０．２７（ｓｅｃ））、－２３７．５（＝－１９（ｄＢ）／０．０８（ｓｅｃ））である。この場合、比率Ｒ１は、０．２６５（＝－６２．９６／－２３７．５）となる。比率Ｒ１は、ｄＢ変換部１１８Ｄによってデシベルスケール値へ変換されると、－１１．５３（ｄＢ）となる。－１１．５３（ｄＢ）は、入力レベルが０ｄＢ時の１００Ｈｚのスピーカ応答特性に対する制御ゲインである。同様の計算が０ｄＢ以外の入力レベルに対しても行われると、１００Ｈｚの共振帯域について入力レベル毎の制御ゲインが得られる。更に、１００Ｈｚ以外の共振帯域についても同様の計算が行われると、各共振帯域について入力レベル毎の制御ゲインが得られる。

　図８は、１００Ｈｚの周波数帯域における入力レベルに応じた制御ゲインを示す図である。図８中、縦軸は、制御ゲイン（Control Gain（単位：ｄＢ））を示し、横軸は、入力レベル（Input Level（単位：ｄＢ））を示す。図８に示されるように、入力レベルが－１０ｄＢ以下の場合は、スピーカ歪み率が１．５％以下であり基準入力レベルも決定されないため、制御パラメータを用いた制御の対象外である。そのため、制御ゲインも０ｄＢである。また、入力レベルが－１０ｄＢを超える場合は、入力レベルが大きいほど制御ゲインがマイナス方向に大きな値を取る。

　平均化処理部１１８Ｅは、ｄＢ変換部１１８Ｄより出力される制御ゲインに対し、対数平均化処理により周波数領域でのスムージング処理を施す。図９は、入力レベルが０ｄＢである場合のスムージング処理前後の制御ゲインを示す図である。図９中、縦軸は、制御ゲイン（Control Gain（単位：ｄＢ））を示し、横軸は、周波数（Frequency（単位：Ｈｚ））を示す。また、図９中、correct gainのグラフがスムージング処理前の制御ゲインを示し、smoothingがスムージング処理後の制御ゲインを示す。制御ゲインは、周波数領域での調整ゲインである。対数平均化処理では、フーリエ変換長が４０９６サンプルであるときの制御ポイント（約１０．７６Ｈｚ刻み＝サンプリング周波数４４１００Ｈｚ／フーリエ変換長４０９６サンプル）を半分の２０４８サンプル分とし、聴覚の周波数分解能として知られている１／３オクターブバンド幅で制御ゲインをスムージングする。

　図１０は、入力レベルに応じた各周波数帯域の制御ゲインを示す図である。図１０中、縦軸は、制御ゲイン（Control Gain（単位：ｄＢ））を示し、横軸は、周波数（Frequency（単位：Ｈｚ））を示す。入力レベルが大きいほどスピーカの応答が長く共振音が発生しやすいため、図１０に示されるように、制御ゲインがマイナス方向に大きな値を取ることが判る。

　制御パラメータ算出部１１８Ｃは、各共振帯域について、基準入力レベル決定部１１８Ａにより決定された基準入力レベルでのスピーカ応答特性の残響時間（以下、「基準残響時間」と記す。）に対する、入力レベル毎のスピーカ応答特性の残響時間の比率Ｒ２を計算し、計算された比率Ｒを制御パラメータ（制御時間）として得る。このようにして得られた制御時間は、共振帯域におけるスピーカの応答特性を時間軸上で短く抑えることにより、共振音の発生を抑える効果を持つ。

　１００Ｈｚの共振帯域に対する制御時間を算出する場合を考える。この場合、制御パラメータ算出部１１８Ｃは、１００Ｈｚの共振帯域について、スピーカ歪み率が１．５％以下となる基準入力レベル（－１０ｄＢ）での基準残響時間に対する、入力レベル毎の残響時間の比率Ｒ２を計算する。図６を参照すると、入力レベルが０ｄＢ、－１０ｄＢであるとき、残響時間はそれぞれ、０．２７８６ｓｅｃ、０．０８８５ｓｅｃである。この場合、比率Ｒ２（制御時間）は、３．１４７５ｓｅｃ（＝０．２７８６／０．０８８５）となる。同様の計算が０ｄＢ以外の入力レベルに対しても行われると、１００Ｈｚの共振帯域について入力レベル毎の制御時間が得られる。更に、１００Ｈｚ以外の共振帯域についても同様の計算が行われると、各共振帯域について入力レベル毎の制御時間が得られる。

　平均化処理部１１８Ｆは、制御パラメータ算出部１１８Ｃより出力される制御時間に対し、対数平均化処理により周波数領域でのスムージング処理を施す。図１１は、入力レベルが０ｄＢである場合のスムージング処理前後の制御時間を示す図である。図１１中、縦軸は、制御時間（Correct Time（単位：ｓｅｃ））を示し、横軸は、周波数（Frequency（単位：Ｈｚ））を示す。また、図１１中、correct timeのグラフがスムージング処理前の制御時間を示し、smoothingがスムージング処理後の制御時間を示す。対数平均化処理では、フーリエ変換長が４０９６サンプルであるときの制御ポイント（約１０．７６Ｈｚ刻み＝サンプリング周波数４４１００Ｈｚ／フーリエ変換長４０９６サンプル）を半分の２０４８サンプル分とし、聴覚の周波数分解能として知られている１／３オクターブバンド幅で制御時間をスムージングする。なお、図１１に示されるように、共振帯域以外の制御時間は、便宜上、最小値（例えば０．１ｓｅｃ）に設定される。

［制御パラメータを用いたスピーカ応答制御］
　図１に示されるように、音響処理装置１は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１２０、レベル検出部１２２、制御パラメータ選択部１２４、周波数スペクトル領域フィルタリング部１２６及びＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部１２８を備えている。

　図示省略されたオーディオ信号再生装置により再生されるオーディオ信号は、ＦＦＴ部１２０に入力される。ＦＦＴ部１２０は、入力されたオーディオ信号に対してオーバラップ処理と窓関数により重み付けを行った後、短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ：Short-Term Fourier Transform）により、時間領域から周波数領域に変換して、実数と虚数の周波数スペクトルを求める。ＦＦＴ部１２０は次いで、求められた周波数スペクトルを振幅スペクトル信号と位相スペクトル信号に変換する。ＦＦＴ部１２０は、振幅スペクトル信号をレベル検出部１２２及び周波数スペクトル領域フィルタリング部１２６に出力し、位相スペクトル信号をＩＦＦＴ部１２８に出力する。

　レベル検出部１２２は、ＦＦＴ部１２０より入力される振幅スペクトル信号をデシベルスケール値に変換して周波数帯域毎に最大値を検出し、ホールド処理を行う。レベル検出部１２２は、ホールド処理された信号を制御パラメータ選択部１２４に出力する。

　制御パラメータ選択部１２４は、制御パラメータ生成部１１８にて生成された入力レベルに応じた各周波数帯域の制御パラメータ（制御ゲイン・制御時間）を保持している。制御パラメータ選択部１２４は、レベル検出部１２２より入力された最大値ホールド信号に基づき、オーディオ信号の入力レベルに応じた各周波数帯域の制御ゲイン（例えば入力レベルが０ｄＢの場合は図９のスムージング処理後の制御ゲイン）及び制御時間（例えば入力レベルが０ｄＢの場合は図１１のスムージング処理後の制御時間）を選択して、周波数スペクトル領域フィルタリング部１２６に出力する。

　図１２は、周波数スペクトル領域フィルタリング部１２６の構成を示すブロック図である。図１２に示されるように、周波数スペクトル領域フィルタリング部１２６は、共振制御部１２６Ａ、加算器１２６Ｂ及びリミッタ部１２６Ｃを備えている。周波数スペクトル領域フィルタリング部１２６は、ＦＦＴ部１２０より入力されるオーディオ信号（振幅スペクトル信号）に対して振幅スペクトル毎にフィルタリング処理や振幅制限処理、制御ゲインによる振幅重み付け処理を行うものであり、オーディオ信号（位相スペクトル信号）については処理を行わない。

　共振制御部１２６Ａは、ＨＰＦ（High Pass Filter）部１２６Ａａ、振幅反転部１２６Ａｂ、リミッタ部１２６Ａｃ及び乗算器１２６Ａｄを備えている。

　ＨＰＦ部１２６Ａａには、ＦＦＴ部１２０より振幅スペクトル信号が入力される。また、ＨＰＦ部１２６Ａａのフィルタ係数は、制御パラメータ選択部１２４より入力される制御パラメータ（制御時間）を用いて予め又はフィルタリング処理の際に計算される。ＨＰＦ部１２６Ａａは、ＦＦＴ部１２０より入力される振幅スペクトル信号に対し、振幅スペクトル毎に、制御パラメータ（制御時間）を用いて計算されたフィルタ係数に基づくハイパスフィルタリング処理、すなわち微分処理を行う。

　振幅反転部１２６Ａｂは、ＨＰＦ部１２６Ａａによりフィルタリング処理された振幅スペクトル信号に－１を乗算して振幅を反転させる。

　リミッタ部１２６Ａｃは、振幅が反転された振幅スペクトル信号のマイナス側の振幅を制限してゼロに設定する。これにより、振幅スペクトル毎の信号の立ち下がり成分、すなわち余韻（共振）成分が検出される。

　ここで、ＨＰＦ部１２６Ａａは、一次のバターワースフィルタである。ＨＰＦ部１２６Ａａにおいて設定されるカットオフ周波数の値が大きくなるほど共振の制御時間が短くなり、カットオフ周波数の値が小さくなるほど共振の制御時間が長くなる。カットオフ周波数を調整することにより、制御パラメータ（制御時間）に基づく共振の制御時間の調整が行われ、共振の抑制度合い（スピーカ応答特性の低減度合い）が変化する。なお、カットオフ周波数の逆数は、共振の制御時間である。本実施形態において、設定可能なカットオフ周波数の範囲は、０．２Ｈｚ～１０．０Ｈｚ（調整可能な制御時間の範囲：０．１ｓｅｃ～５．０ｓｅｃ）である。

　乗算器１２６Ａｄは、リミッタ部１２６Ａｃにより検出された各振幅スペクトル信号の共振成分に対して重み付け（乗算）を行い加算器１２６Ｂに出力する。各振幅スペクトル信号に対する重み付け値は、制御パラメータ選択部１２４より入力される各周波数帯域の制御パラメータ（制御ゲイン）に基づいて決定される。

　加算器１２６Ｂは、もとの振幅スペクトル信号（ＦＦＴ部１２０より直接入力される、共振成分の音響処理が行われていない振幅スペクトル信号）と、乗算器１２６Ａｄより入力される振幅スペクトル信号（共振成分の音響処理が行われた振幅スペクトル信号）とを合成する。制御パラメータ（制御ゲイン）に基づく重み付け値は、マイナスである。共振帯域は、重み付け値がマイナスである場合に時間軸上で短く抑えられる。加算器１２６Ｂは、合成処理後の振幅スペクトル信号をリミッタ部１２６Ｃに出力する。

　リミッタ部１２６Ｃは、加算器１２６Ｂより入力される合成処理後の振幅スペクトル信号（共振制御部１２６Ａにより共振成分の調整が行われた振幅スペクトル信号）の振幅がマイナスの値にならないようにマイナス側の振幅を制限してゼロに設定する。

　このように、周波数スペクトル領域フィルタリング部１２６では、ＦＦＴ部１２０より入力される各周波数帯域の振幅スペクトル信号に対して制御パラメータ（制御ゲイン・制御時間）に基づく共振成分の抑制が行われる。共振成分の抑制が行われた振幅スペクトル信号は、リミッタ部１２６ＣよりＩＦＦＴ部１２８へ出力する。なお、共振成分を抑制（余韻成分を調整）する技術については、例えば特開２０１３－１９０４７０号公報にて参照することができる。

　ＩＦＦＴ部１２８は、周波数スペクトル領域フィルタリング部１２６にて処理された振幅スペクトル信号及びＦＦＴ部１２０より入力される位相振幅スペクトル信号に基づいて、当該信号を実数と虚数の周波数スペクトルに変換する。ＩＦＦＴ部１２８は次いで、変換された周波数スペクトルに対して窓関数により重み付けを行い、短時間逆フーリエ変換処理とオーバラップ加算とを行うことにより、周波数領域から時間領域に信号を変換する。周波数領域から時間領域へと変換されたオーディオ信号は、スピーカ１０６より再生される。

　本実施形態では、オーディオ信号再生装置により再生されるオーディオ信号に対し、その入力レベルに応じた適切な制御パラメータ（制御ゲイン・制御時間）に基づく共振成分の抑制が行われる。これにより、スピーカ応答特性の長い帯域、すなわち共振帯域（例えばスピーカ１０６の取り付け部やスピーカ１０６の周辺部品が共振する帯域）についてスピーカ応答特性が時間軸上で短く抑えられ、音圧低下を伴うことなく共振音が好適に抑えられる。周波数帯域や入力レベルによって歪みが少なく実質的に共振音が発生しない成分については、制御パラメータに基づくスピーカ応答特性の抑制が行われない。更に、本実施形態によれば、共振音だけなく、例えば車両内でいつまでも鳴り響くことで違和感のある音声や音楽についても音圧低下を伴うことなくその余韻が好適に抑えられる。この結果、車両内という聴取環境下であっても音質が向上し、音の明瞭度が向上する。

［具体的処理例］
　次に、図１３～図１５を用いて、本実施形態の音響処理装置１による具体的処理例を説明する。図１３は、ＦＦＴ部１２０に入力されるオーディオ信号を示す図である。図１４（ａ）～図１４（ｃ）は、ＩＦＦＴ部１２８より出力されるオーディオ信号を示す図である。図１３及び図１４（ａ）～図１４（ｃ）中、縦軸は、振幅レベル（Amplitude（正規化されているため単位なし））を示し、横軸は、時間（Time（単位：ｓｅｃ））を示す。なお、オーディオ信号は、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚであり、周波数成分が１００Ｈｚである。また、ＦＦＴ部１２０は、フーリエ変換長が４０９６サンプルであり、オーバラップ長Ｍがフーリエ変換長の１５／１６倍となる３、８４０サンプルであり、窓関数がブラックマン、振幅スペクトルのサンプリング周波数が１７２Ｈｚ（４４，１００／（４，０９６－３，８４０）≒１７２）である。

　具体的処理例において、ＦＦＴ部１２０には、図１３に示されるように、段階的に増幅された（－２０ｄＢ、－１５ｄＢ、－１０ｄＢ、－５ｄＢ、０ｄＢの入力レベルを持つ）１００Ｈｚの正弦波パルス信号が順に入力される。これにより、図１４（ａ）に示される正弦波パルス信号がＩＦＦＴ部１２８より出力される。

　ここで、図１４（ｂ）に、入力レベルが－２０ｄＢのオーディオ信号について、ＦＦＴ部１２０に入力される時の波形と、ＩＦＦＴ部１２８から出力される時の波形とを重ねて示す。また、図１４（ｃ）に、入力レベルが０ｄＢのオーディオ信号について、ＦＦＴ部１２０に入力される時の波形と、ＩＦＦＴ部１２８から出力される時の波形とを重ねて示す。図１４（ｂ）に示されるように、入力レベルが－２０ｄＢであるとき（入力レベルが低く実質的に共振音が発生しないとき）には、制御パラメータ（制御ゲイン・制御時間）に基づく共振成分の抑制が行われない。そのため、入力時の波形と出力時の波形とが実質同一である。一方、図１４（ｃ）に示されるように、入力レベルが０ｄＢであるとき（入力レベルが高く共振音が発生するとき）には、制御パラメータ（制御ゲイン・制御時間）に基づいて共振成分が抑制されることにより、出力時の波形が入力時の波形よりも時間軸上で短く抑えられていることが判る。

　図１５は、共振成分が抑制された入力レベルが０ｄＢ時の測定信号（ＴＳＰ信号）に対して制御パラメータを施したときの立下り累積スペクトルを示す図である。なお、図１５に対し、共振成分を抑制しない場合の立下り累積スペクトルが図２に示されるものとなる。図２と図１５とを比較すると、特に８０Ｈｚ～１００Ｈｚの共振帯域において音圧（power（ｄＢ））が低下されることなくスピーカ応答特性が時間軸上で短く抑えられていることが判る。このように、本実施形態によれば、制御パラメータ（制御ゲイン・制御時間）に基づいてオーディオ信号の共振成分が時間軸上で短く抑えられることにより、本実施形態の聴取環境下で発生し得る共振音が音圧低下を伴うことなく好適に抑えられる。

　以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施例等又は自明な実施例等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。

Claims (15)

1. 　所定のスピーカを介して再生される所定の測定信号の測定結果に基づき、該スピーカより出力される音の共振帯域を検出する共振帯域検出手段と、
   　前記測定信号の測定結果を解析する解析手段と、
   　前記解析手段による解析結果に基づいて、前記共振帯域検出手段により検出された共振帯域を制御するための制御パラメータを生成する制御パラメータ生成手段と、
   　所定のオーディオ信号再生装置より入力されるオーディオ信号による再生音の共振帯域成分が時間軸上で短く抑えられるように、前記制御パラメータ生成手段により生成された制御パラメータに基づいて該オーディオ信号を制御するオーディオ信号制御手段と、
   を備える、
   音響処理装置。
2. 　所定のスピーカを介して再生される所定の測定信号の測定結果に基づき、該スピーカより出力される音の共振帯域を検出する共振帯域検出手段と、
   　各入力レベルの前記測定信号の測定結果を解析する解析手段と、
   　前記解析手段による解析結果に基づいて、前記共振帯域検出手段により検出された共振帯域を制御するための制御パラメータであって、前記測定信号の各入力レベルに応じたものを生成する制御パラメータ生成手段と、
   　前記制御パラメータ生成手段により生成された各入力レベルに応じた制御パラメータを保持する制御パラメータ保持手段と、
   　所定のオーディオ信号再生装置より入力されるオーディオ信号による再生音の共振帯域成分が時間軸上で短く抑えられるように、前記制御パラメータ保持手段から該オーディオ信号の入力レベルに応じた制御パラメータを選択し、選択された制御パラメータに基づいて該オーディオ信号を制御するオーディオ信号制御手段と、
   を備える、
   音響処理装置。
3. 　前記測定信号は、
   　　所定のスイープ信号を含み、
   　前記共振帯域検出手段は、
   　　前記スイープ信号のリファレンスと該スイープ信号の測定結果とを用いてスピーカ歪み特性を検出し、
   　　検出されたスピーカ歪み特性に基づいて前記共振帯域を検出する、
   請求項１又は請求項２に記載の音響処理装置。
4. 　前記測定信号は、
   　　所定のＴＳＰ信号（Time Stretched Pulse）を含み、
   　前記解析手段は、
   　　前記ＴＳＰ信号のリファレンスと該ＴＳＰ信号の測定結果とを用いて聴取環境のインパルス応答を計算し、計算されたインパルス応答に基づいて該測定結果を解析する、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の音響処理装置。
5. 　前記制御パラメータは、
   　　前記共振帯域のゲインを制御する制御ゲインと、該共振帯域の残響時間を制御する制御時間を含む、
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の音響処理装置。
6. 　前記共振帯域検出手段は、
   　前記各入力レベルについて、前記スイープ信号のリファレンスと該スイープ信号の測定結果とを用いたスピーカ歪み特性の検出を行い、
   　前記制御パラメータ生成手段は、
   　　各前記共振帯域について、
   　　　前記各入力レベルのスピーカ歪み特性に基づいて所定の基準入力レベルを設定し、
   　　　前記測定信号の入力レベルでのスピーカ応答特性の減衰傾きと、前記基準入力レベルでのスピーカ応答特性の減衰傾きとの比率に基づいて前記制御ゲインを計算する、
   請求項３を引用する請求項５に記載の音響処理装置。
7. 　前記制御パラメータ生成手段は、
   　　各前記共振帯域について、
   　　　前記測定信号の入力レベルでの残響時間と、前記基準入力レベルでの残響時間との比率に基づいて前記制御時間を計算する、
   請求項６に記載の音響処理装置。
8. 　所定のスピーカを介して再生される所定の測定信号の測定結果に基づき、該スピーカより出力される音の共振帯域を検出する共振帯域検出ステップと、
   　前記測定信号の測定結果を解析する解析ステップと、
   　前記解析ステップでの解析結果に基づいて、前記共振帯域検出ステップにて検出された共振帯域を制御するための制御パラメータを生成する制御パラメータ生成ステップと、
   　所定のオーディオ信号再生装置より入力されるオーディオ信号による再生音の共振帯域成分が時間軸上で短く抑えられるように、前記制御パラメータ生成ステップにて生成された制御パラメータに基づいて該オーディオ信号を制御するオーディオ信号制御ステップと、
   を含む、
   音響処理方法。
9. 　所定のスピーカを介して再生される所定の測定信号の測定結果に基づき、該スピーカより出力される音の共振帯域を検出する共振帯域検出ステップと、
   　各入力レベルの前記測定信号の測定結果を解析する解析ステップと、
   　前記解析ステップでの解析結果に基づいて、前記共振帯域検出ステップにて検出された共振帯域を制御するための制御パラメータであって、前記測定信号の各入力レベルに応じたものを生成する制御パラメータ生成ステップと、
   　前記制御パラメータ生成ステップにて生成された各入力レベルに応じた制御パラメータを所定の記憶媒体に保持させる制御パラメータ保持ステップと、
   　所定のオーディオ信号再生装置より入力されるオーディオ信号による再生音の共振帯域成分が時間軸上で短く抑えられるように、前記記憶媒体に保持された制御パラメータの中から該オーディオ信号の入力レベルに応じた制御パラメータを選択し、選択された制御パラメータに基づいて該オーディオ信号を制御するオーディオ信号制御ステップと、
   を含む、
   音響処理方法。
10. 　前記測定信号は、
    　　所定のスイープ信号を含み、
    　前記共振帯域検出ステップにて、
    　　前記スイープ信号のリファレンスと該スイープ信号の測定結果とを用いてスピーカ歪み特性が検出され、
    　　検出されたスピーカ歪み特性に基づいて前記共振帯域が検出される、
    請求項８又は請求項９に記載の音響処理方法。
11. 　前記測定信号は、
    　　所定のＴＳＰ信号を含み、
    　前記解析ステップにて、
    　　前記ＴＳＰ信号のリファレンスと該ＴＳＰ信号の測定結果とを用いて聴取環境のインパルス応答が計算され、計算されたインパルス応答に基づいて該測定結果が解析される、
    請求項８から請求項１０の何れか一項に記載の音響処理方法。
12. 　前記制御パラメータは、
    　　前記共振帯域のゲインを制御する制御ゲインと、該共振帯域の残響時間を制御する制御時間を含む、
    請求項８から請求項１１の何れか一項に記載の音響処理方法。
13. 　前記共振帯域検出ステップにて、
    　前記各入力レベルについて、前記スイープ信号のリファレンスと該スイープ信号の測定結果とを用いたスピーカ歪み特性の検出が行われ、
    　前記制御パラメータ生成ステップにて、
    　　各前記共振帯域について、
    　　　前記各入力レベルのスピーカ歪み特性に基づいて所定の基準入力レベルが設定され、
    　　　前記測定信号の入力レベルでのスピーカ応答特性の減衰傾きと、前記基準入力レベルでのスピーカ応答特性の減衰傾きとの比率に基づいて前記制御ゲインが計算される、
    請求項１０を引用する請求項１２に記載の音響処理方法。
14. 　前記制御パラメータ生成ステップにて、
    　　各前記共振帯域について、
    　　　前記測定信号の入力レベルでの残響時間と、前記基準入力レベルでの残響時間との比率に基づいて前記制御時間が計算される、
    請求項１３に記載の音響処理方法。
15. 　請求項８から請求項１４の何れか一項に記載の音響処理方法をコンピュータに実行させるための音響処理プログラム。

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