WO2020203383A1 - 周波数特性変更装置、その方法、およびプログラム - Google Patents

周波数特性変更装置、その方法、およびプログラム Download PDF

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noise
frequency
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小林　和則
翔一郎 齊藤
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日本電信電話株式会社
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    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/13—Acoustic transducers and sound field adaptation in vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a sound collecting / discharging technique for facilitating conversation in a vehicle using a microphone and a speaker. For example, by installing a speaker and a microphone in a car and emitting sound from the front row seat to the back row seat or from the back row seat to the front row seat, it is easy to have a conversation under noise such as while driving. ..
  • Non-Patent Document 1 Functions called inker communication and conversation assist are being installed in automobiles (see Non-Patent Document 1). This facilitates conversation by collecting the voice of a person in the front seat with the microphone 91F and reproducing it with the speaker 92R in the rear seat (see FIG. 1). Further, there is also one in which the sound of the rear seat is picked up by the microphone 91R and reproduced by the speaker 92F of the front seat.
  • the frequency characteristics of the sound picked up by the microphone are adjusted with an equalizer with fixed frequency characteristics set, and the sound is emitted from the speaker (see Non-Patent Document 2).
  • the unique frequency characteristics are set in consideration of two main things. The first is to correct the characteristics of the microphone and speaker so that the reproduced sound of the speaker becomes a natural sound so that the total frequency characteristics become flat (hereinafter also referred to as "uniformization”). Is.
  • the second is to prevent the transmission phenomenon (hereinafter, also referred to as "howling") caused by the acoustic wraparound of the microphone from the speaker.
  • An object of the present invention is to provide a frequency characteristic changing device, a method thereof, and a program that achieve both the natural reproduced sound of a speaker and howling prevention.
  • the frequency characteristic changing device is such that the sound emitting device is arranged at the first position inside the vehicle, and the noise at the first position.
  • the frequency characteristic changing device is such that the sound emitting device is arranged at the first position inside the vehicle, and is at the internal position.
  • the magnitude of noise in the third position which is a position different from the first position, becomes larger, the target sound picked up by the sound collecting device installed in the second position is emitted by the sound emitting device.
  • the volume is increased and the degree of signal processing applied to the target sound is increased, so that the first position and the third position are different positions.
  • the frequency characteristic changing device has a noise level estimation unit that estimates the magnitude of noise at the first position inside the vehicle, and N is 2 One of the above integers, the change setting database section that holds N change settings consisting of a combination of frequency characteristics and thresholds that represent the relationship between frequency and gain, and the magnitude of the noise magnitude estimate and threshold. Collected by the change setting selection unit that selects one change setting from N change settings based on the relationship, and the sound collector installed in the second position based on the frequency characteristics corresponding to the selected change setting. Includes a change part that changes the frequency characteristics of the sound picked up signal.
  • ⁇ Points of the first embodiment> When the amount of noise (hereinafter, also referred to as "noise level”) is small at the listening position, it is not necessary to output sound from the speaker at a loud volume, and as the noise level increases, it becomes difficult to hear the sound. You need to turn up the volume. Focusing on this point, when the noise level is low, the volume of the speaker is set low, and no howling is performed at any frequency, and the characteristics of the microphone and the speaker are only corrected flat. As a result, the equalizer is set so that the sound quality is in the best condition. When the noise level is high, it is more important to set the volume so that it can be heard rather than the sound quality.
  • the equalizer setting gives priority to sound quality over sound quality when the noise is small, and prioritizes volume over sound quality when the noise is large. be able to. Further, the degree of signal processing on the sound collecting side and the volume of sound emitted are determined according to the noise level on the sound emitting side.
  • FIG. 2 shows a functional block diagram of the frequency characteristic changing device according to the first embodiment
  • FIG. 3 shows a processing flow thereof.
  • the frequency characteristic changing device 100 includes a noise level estimation unit 110, a change setting database unit 120, a change setting selection unit 130, and a change unit 140.
  • the frequency characteristic changing device 100 receives the sound collecting signals X F and X R collected by the microphones 91F and 91R as inputs, changes the frequency characteristics of the sound collecting signals X R , and changes the changed signal (reproduced signal) Y. F is output to the speaker 92F. Further, the frequency characteristic changing device 100 receives the sound collecting signals X F and X R collected by the microphones 91F and 91R as inputs, changes the frequency characteristics of the sound collecting signals X F , and changes the changed signal (reproduction signal). ) Y R may be output to the speaker 92R. Since the processing itself is the same except that the input / output of each part is different, the configuration for changing the frequency characteristics of the sound pick-up signal X R will be described in this embodiment.
  • the signals X F , X R , Y F , Y R are complex numbers of a certain frequency component of each signal.
  • the signals in the frequency domain X F , X R , Y F , Y R may be used as input / output as they are, or the signals in the time domain may be input and the signals in the frequency domain X F , X R in the frequency domain converter (not shown).
  • Fourier transform may be used, or the frequency domain signals Y F , Y R are converted into time domain signals (for example, inverse Fourier transform) in a time domain conversion unit (not shown) and output. You may.
  • the signal in the time domain may be input, the FIR filter or IIR filter may be processed in the time domain, and the signal in the time domain may be output.
  • the vehicle on which the frequency characteristic changing device 100 is mounted has the structure as shown in FIG. 1 and includes three rows of seats.
  • the vehicle of the present embodiment includes a microphone 91F that mainly collects the voice of the speaker in the first row and a microphone 91R that mainly collects the voice of the speaker in the third row.
  • the microphones 91F and 91R are each composed of V microphones. Note that F and R are indexes indicating the front and the rear with respect to the traveling direction of the vehicle, respectively.
  • the vehicle of the present embodiment includes a speaker 92F that reproduces sound for listeners in the first row of seats and a speaker 92R that reproduces sound for listeners in the third row of seats.
  • Each speaker 92F and 92R is composed of W speakers.
  • W is any integer of 1 or more and represents the number of channels of the reproduced signal.
  • the conversation between the seats in the first row and the third row is described, but the conversation may be between the seats in the first row and the second row of the automobile having two rows of seats.
  • the frequency characteristic changing device 100 is configured by loading a special program into, for example, a publicly known or dedicated computer having a central processing unit (CPU: Central Processing Unit), a main storage device (RAM: Random Access Memory), and the like. It is a special device.
  • the frequency characteristic changing device 100 executes each process under the control of the central processing unit, for example.
  • the data input to the frequency characteristic changing device 100 and the data obtained by each process are stored in, for example, the main storage device, and the data stored in the main storage device is read out to the central processing unit as needed. It is used for other processing.
  • At least a part of each processing unit of the frequency characteristic changing device 100 may be configured by hardware such as an integrated circuit.
  • Each storage unit included in the frequency characteristic changing device 100 can be configured by, for example, a main storage device such as RAM (RandomAccessMemory) or middleware such as a relational database or a key-value store.
  • a main storage device such as RAM (RandomAccessMemory) or middleware such as a relational database or a key-value store.
  • each storage unit does not necessarily have to be provided inside the frequency characteristic changing device 100, and is composed of an auxiliary storage device composed of semiconductor memory elements such as a hard disk, an optical disk, or a flash memory, and has a frequency. It may be configured to be provided outside the characteristic changing device 100.
  • the noise level estimation unit 110 receives the sound collection signal X F as an input, estimates the noise level at the first position inside the vehicle (S110), and outputs the estimated value N F.
  • the first position is the listening position with respect to the speaker 92F.
  • the noise level estimation unit 110 estimates the noise level at the listening position from the sound pick-up signal X F observed by the microphone 91 F located as close as possible to the listening position.
  • microphones 91F and 91R installed for collecting the voice of the listener can be used as this microphone.
  • any method may be used for calculating the noise level. For example, it can be obtained by the average value of the signal power for a long time or the dip hold value.
  • the sound pickup signal X F and the noise level estimated value N F are expressed as X F ( ⁇ , t) and N F ( ⁇ , t), respectively, in order to clarify that the processing is performed for each frequency and each frame. .. Note that ⁇ represents the frequency and t represents the frame number.
  • the noise level estimation unit 110 obtains the magnitude of the sound collection signal X F ( ⁇ , t).
  • the magnitude is, for example, the absolute value of the sound collection signal X F ( ⁇ , t)
  • 2 a measure of the absolute value
  • 2 are referred to as level P F ( ⁇ , t). Dip hold processing that holds the minimum value of the calculated level P F ( ⁇ , t) is performed, and the steady-state noise power is obtained.
  • N F ( ⁇ , t) ⁇ N F ( ⁇ , t-1) + (1- ⁇ ) P F ( ⁇ , t) P F ( ⁇ , t)> N F ( ⁇ , t-1)
  • N F ( ⁇ , t) ⁇ N F ( ⁇ , t-1) + (1- ⁇ ) P F ( ⁇ , t) P F ( ⁇ , t) ⁇ N F ( ⁇ , t-1)
  • Each value is 0 to 1 with ⁇ > ⁇ .
  • the estimated value of the noise level of each frequency N F ( ⁇ , t) by adding for the frequency omega, and obtains the estimated value N F of the noise level of all frequency components (t)
  • the addition may be performed after multiplying the weight W F ( ⁇ ) for the preset frequency.
  • the following equation is obtained.
  • the change setting database unit 120 holds N preset change settings. N is any integer greater than or equal to 2.
  • the change setting consists of a combination of the threshold value and the frequency characteristic. This frequency characteristic represents the relationship between frequency and gain. Alternatively, the coefficient of the FIR filter or the coefficient of the IIR filter having the desired frequency characteristics is retained.
  • FIG. 4 shows an example of the frequency characteristics of the change setting.
  • the gain of the change setting EQ1 for a low noise level is set so that the total frequency characteristics of the microphone 91R and the speaker 92F are flattened (uniformized) so that the reproduced sound from the speaker 92F realizes a natural sound quality. Will be done.
  • the gain of the change setting EQN for a high noise level is set so that the total frequency characteristics of the microphone 91R and the speaker 92F can be made flat as much as possible, and the volume can be increased without howling. I would like to set the frequency characteristic with the increased gain of the frequency characteristic of EQ1 shown by the broken line in Fig. 4 when the noise level is large, but since howling occurs, EQ2 and EQ3 with the gain of the frequency causing howling decreased , Set as a change setting when the noise level is large.
  • Change setting selection unit 130 inputs the estimated value N F of the noise level, on the basis of the magnitude relationship between the N threshold of N changes settings in the noise level estimate N F and change configuration database 120 One change setting is selected from the N change settings (S130), and the frequency characteristic or filter coefficient corresponding to the selected change setting is taken out from the change setting database unit 120 and output to the change unit 140. For example, in the case of a value in which the estimated value N F increases as the noise increases, the estimated value N F and the threshold value are compared, and one of the change settings held in the change setting database unit 120 is selected.
  • the change setting EQ1 For example, if the estimated value N F is less than the threshold TH1, select the change setting EQ1, if the threshold is TH1 or more and less than TH2, select the change setting EQ2, and if the threshold is TH (n-1) or more and less than THn, select the change setting EQn. Select, and if it is TH (N-1) or higher, select the change setting EQN.
  • the change unit 140 inputs the sound pickup signal X R picked up by the microphone 91R and the frequency characteristic or filter coefficient corresponding to the change setting selected by the change setting selection unit 130, and sets the frequency characteristic corresponding to the change setting. Based on this, the frequency characteristics of the sound collection signal X R are changed (S140), and the changed signal is output. In this example, by multiplying the collected sound signal X R gain for each frequency of the frequency characteristic corresponding to change settings for each frequency, it changes the frequency characteristics of the collected sound signal X R.
  • the position where the microphone 91R is installed is also referred to as a second position.
  • the input signal in the time domain may be filtered by an FIR filter or an IIR filter in which a filter coefficient corresponding to the change setting is set, and the time domain signal may be output.
  • the frequency characteristic changing device 100 increases in volume when the target sound picked up by the microphone 91R is emitted by the speaker 92F as the magnitude of noise at the listening position with respect to the speaker 92F increases. Increase the degree of signal processing applied to the target sound.
  • the signal processing applied to the target sound is a process of lowering the gain of the frequency at which howling occurs, and is a howling suppression process.
  • EQ1 of FIG. 4 when it is determined that the noise level estimated value N F belongs to the range where the noise level is the smallest (for example, when it is smaller than the threshold value TH1)), the frequency characteristics of the microphone 91R and the speaker 92F are made uniform. Only processing is performed and howling suppression processing is not performed.
  • EQ2 of FIG. 4 in addition to the processing for equalizing the frequency characteristics, howling suppression processing is performed in a low frequency band, and in EQ3, the howling suppression processing is further increased and the gain reduction width is increased to strengthen the howling suppression processing. There is.
  • the change setting is changed according to the noise level of the listening position corresponding to the speaker 92F, the sound quality is prioritized over the volume when the noise is small, and the volume is prioritized over the sound quality when the noise is large. can do.
  • ⁇ Modification example> in addition to the process of changing the frequency characteristics, another process such as noise suppression process or echo cancel process may be performed between the microphone and the speaker.
  • noise suppression processing, echo cancellation processing, or the like may be performed instead of the howling suppression processing or in addition to the howling suppression processing.
  • the greater the magnitude of the noise the stronger the degree of signal processing (howling suppression, noise suppression, echo cancellation) applied to the target sound.
  • the target sound is picked up by the microphone 91R installed in the same vehicle as the speaker 92F, but is the sound picked up outside the vehicle in which the speaker 92F is installed and is transmitted by an in-vehicle call or the like. What is done may be the target sound.
  • FIG. 6 shows a functional block diagram of the frequency characteristic changing device 100 according to the second embodiment.
  • the processing flow is the same as that of the first embodiment.
  • the noise level estimation unit 110 receives the sound collection signal X F as an input, estimates the noise level inside the vehicle (S110), and outputs the estimated value N.
  • the change setting selection unit 130 uses the estimated value N instead of the estimated value N R to select the change setting.
  • the position where the microphone 91F is installed is also referred to as a second position.
  • the frequency characteristic changing device 100 increases the volume when the target sound picked up by the microphone 91F is emitted by the speaker 92R as the magnitude of the noise at the second position increases, and adds the target sound to the target sound. Increase the degree of signal processing.
  • the target sound is picked up by the microphone 91R installed in the same vehicle as the speaker 92R, but is the sound picked up outside the vehicle in which the speaker 92F is installed and is transmitted by an in-vehicle call or the like. What is done may be the target sound. However, it is necessary to equip the vehicle with a microphone for estimating the noise level.
  • the position where the microphone is installed is also called the third position.
  • the microphone that collects the target sound and the microphone for estimating the noise level match, and the second position and the third position match.
  • the loudness of the reproduced sound of the in-vehicle audio (hereinafter, also referred to as the reproduction level) is used to set the change.
  • the music and radio sounds played in the car also make it difficult to hear the voice during conversation, so the higher the audio playback level, the higher the noise level change setting is used.
  • FIG. 7 shows a functional block diagram of the frequency characteristic changing device 300 according to the third embodiment
  • FIG. 8 shows a processing flow thereof.
  • the frequency characteristic changing device 300 includes a noise level estimation unit 110, a change setting database unit 120, an audio level estimation unit 350, a change setting selection unit 330, and a change unit 140.
  • the frequency characteristic changing device 300 receives the sound collecting signals X F , X R and the audio signal X au collected by the microphones 91F and 91R, respectively, and changes the frequency characteristics of the sound collecting signal X R , after the change.
  • the signal (reproduced signal) Y F is output to the speaker 92 F.
  • the frequency characteristic changing device 300 receives the sound collecting signals X F , X R and the audio signal X au collected by the microphones 91F and 91R, respectively, and changes the frequency characteristics of the sound collecting signal X F.
  • the later signal (reproduced signal) Y R may be output to the speaker 92 R. Since the processing itself is the same except that the input / output of each part is different, the configuration for changing the frequency characteristics of the sound pick-up signal X R will be described in this embodiment.
  • the vehicle equipped with the frequency characteristic changing device 100 includes a speaker 92 au that reproduces an audio signal.
  • the audio signal X au is reproduced by the speaker 92 au , but it may be reproduced by the speaker 92F or the speaker 92R.
  • an adder is provided in front of the speaker 92F or the speaker 92R, the audio signal X au and the output of the change unit 140 are added in the adder, and the added signal is output to the speaker 92F or the speaker 92R.
  • the specific processing contents are as follows.
  • ⁇ Audio level estimation unit 350> The audio level estimation unit 350 receives the audio signal X au as an input, estimates the audio reproduction level inside the vehicle (S350), and outputs the estimated value N au . Any method may be used for calculating the reproduction level. For example, an audio level estimation unit 350 calculates the long-term average level of the audio signal X au, may be obtained an estimate N au reproduction level of the audio, and determined in the same manner as the noise level estimator 110 May be good.
  • the change setting database unit 320 holds N preset change settings.
  • the change setting consists of a combination of a threshold value for noise level, a threshold value for reproduction level, and frequency characteristics.
  • the change setting selection unit 330 inputs the noise level estimated value N F and the audio reproduction level estimated value N au, and the noise level estimated value N F and the change setting database unit 120 contains N change settings. Select one change setting from the N change settings based on the magnitude relationship with the threshold value for N noise levels. This process is the same as S130 of the first embodiment.
  • the change setting selection unit 330 sets N changes based on the magnitude relationship between the estimated playback level N au and the thresholds for the N audio levels of the N change settings included in the change setting database unit 120. Select one change setting from the above (S330). For example, if the estimated value N au increases value as reproduced sound is large, it compares the estimated value N au a threshold, selecting one of the change settings stored in the change configuration database 320. For example, if the estimated value N au is less than the threshold THO 1, select the change setting EQ 1, select the change setting EQ 2 if the threshold THO 1 or more and less than THO 2, and if the threshold THO (n-1) or more and less than THO on, select the change setting EQ n. Select, and if it is THO (N-1) or higher, select the change setting EQN.
  • the change setting selection unit 330 is used for a higher noise level or a reproduction level among the change setting selected based on the noise level estimate N F and the change setting selected based on the reproduction level estimate N au .
  • the change setting is selected, the frequency characteristic corresponding to the selected change setting is taken out from the change setting database unit 320, and output to the change unit 140.
  • the frequency characteristic changing device 300 can increase the volume when the target sound is emitted from the speaker 92F as the volume of the second target sound emitted from the speaker 92 au becomes larger. it can.
  • the change setting can be changed according to both the noise level and the audio level.
  • the program that describes this processing content can be recorded on a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium may be, for example, a magnetic recording device, an optical disk, a photomagnetic recording medium, a semiconductor memory, or the like.
  • this program is carried out, for example, by selling, transferring, renting, etc., a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM on which the program is recorded.
  • the program may be distributed by storing the program in the storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.
  • a computer that executes such a program first temporarily stores a program recorded on a portable recording medium or a program transferred from a server computer in its own storage unit. Then, when the process is executed, the computer reads the program stored in its own storage unit and executes the process according to the read program. Further, as another embodiment of this program, a computer may read the program directly from a portable recording medium and execute processing according to the program. Further, each time the program is transferred from the server computer to this computer, the processing according to the received program may be executed sequentially. In addition, the above processing is executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes the processing function only by the execution instruction and result acquisition without transferring the program from the server computer to this computer. May be. In addition, the program shall include information used for processing by a computer and equivalent to the program (data that is not a direct command to the computer but has a property of defining the processing of the computer, etc.).

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Abstract

スピーカの自然な再生音とハウリング防止を両立する周波数特性変更装置、その方法、およびプログラムを提供する。周波数特性変更装置は、放音装置は乗り物の内部の第一の位置に配置されるものとし、第一の位置における雑音の大きさが大きくなるほど、第二の位置に設置される収音装置により収音された対象音を放音装置で放音する際の音量を大きく、かつ、対象音に対して加える信号処理の度合いを強くする。

Description

周波数特性変更装置、その方法、およびプログラム
　本発明は、マイクとスピーカを用いて車両内で会話を円滑に行う収音放音技術に関する。例えば、自動車の中に、スピーカとマイクを設置して、前列シートから後列シート、もしくは後列シートから前列シートへ、音声を放音することにより、走行中などの騒音下での会話をしやすくする。
　インカーコミュニケーションや会話アシストと呼ばれる機能が自動車に搭載されつつある(非特許文献１参照)。これは前席に乗車している人の声をマイク９１Ｆで収音して後席のスピーカ９２Ｒで再生することで会話を行いやすくするものである（図１参照）。さらに後席の音声をマイク９１Ｒで収音して前席のスピーカ９２Ｆで再生するものもある。
　インカーコミュニケーションや会話アシストと呼ばれる機能では、マイクで収音した音の周波数特性を固定の周波数特性を設定されたイコライザーで調整してスピーカから放音する（非特許文献２参照）。固有の周波数特性は、主に２つのことを考慮して設定される。１つ目は、スピーカの再生音が自然な音となるように、マイクとスピーカの特性を補正して、トータルの周波数特性がフラットになるようにする（以下「均一化する」ともいう）ことである。２つ目は、スピーカからマイクの音響的な回り込みのために生じる発信現象（以下「ハウリング」ともいう）が生じないようにすることである。
"「インテリジェントマイク for car」の技術について"、［online］、2018年、日本電信電話株式会社、[平成31年3月19日]、インターネット<URL:http://www.ntt.co.jp/news2018/1802/pdf/180219c.pdf> 「イコライザー」［online］、2018年、[平成31年3月19日]、インターネット<URL:https://www.ymm.co.jp/word/data.php?key=%E3%82%A4%E3%82%B3%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%82%B6%E3%83%BC%EF%BC%BBequalizer%EF%BC%BD>
　周波数特性の均一化による自然な再生音とハウリング防止が、同じ周波数特性で達成されれば問題はないが、通常は、スピーカからマイクへの音響的な回り込み特性はフラットではないため、ハウリング防止のため特定の周波数の利得を下げる必要があり、マイクからスピーカまでのトータルの周波数特性をフラットにはできない。したがって、絶対条件であるハウリングを起こさないことを優先してイコライジングを行うことで、スピーカの再生音の音質劣化が生じる。
　本発明は、スピーカの自然な再生音とハウリング防止を両立する周波数特性変更装置、その方法、およびプログラムを提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、周波数特性変更装置は、放音装置は乗り物の内部の第一の位置に配置されるものとし、第一の位置における雑音の大きさが大きくなるほど、第二の位置に設置される収音装置により収音された対象音を放音装置で放音する際の音量を大きく、かつ、対象音に対して加える信号処理の度合いを強くする。
　上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、周波数特性変更装置は、放音装置は乗り物の内部の第一の位置に配置されるものとし、内部の位置であって、第一の位置とは異なる位置である第三の位置における雑音の大きさが大きくなるほど、第二の位置に設置される収音装置により収音された対象音を放音装置で放音する際の音量を大きく、かつ、対象音に対して加える信号処理の度合いを強くし、第一の位置と第三の位置とは異なる位置である。
　上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、周波数特性変更装置は、乗り物の内部の第一の位置における雑音の大きさを推定する雑音レベル推定部と、Nを2以上の整数の何れかとし、周波数と利得との関係を表す周波数特性と閾値との組合せからなる変更設定をN個保持する変更設定データベース部と、雑音の大きさの推定値と閾値との大小関係に基づきN個の変更設定の中から1つの変更設定を選択する変更設定選択部と、選択された変更設定に対応する周波数特性に基づき、第二の位置に設置される収音装置により収音された収音信号の周波数特性を変更する変更部とを含む。
　本発明によれば、ハウリングを防止しつつ、スピーカの自然な再生音を実現するという効果を奏する。
第一実施形態に係る周波数特性変更装置が搭載される車両を説明するための図。 第一実施形態に係る周波数特性変更装置の機能ブロック図。 第一実施形態に係る周波数特性変更装置の処理フローの例を示す図。 変更設定の周波数特性の例を示す図。 第二実施形態に係る周波数特性変更装置が搭載される車両を説明するための図。 第二実施形態に係る周波数特性変更装置の機能ブロック図。 第三実施形態に係る周波数特性変更装置の機能ブロック図。 第三実施形態に係る周波数特性変更装置の処理フローの例を示す図。
　以下、本発明の実施形態について、説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行うステップには同一の符号を記し、重複説明を省略する。以下の説明において、ベクトルや行列の各要素単位で行われる処理は、特に断りが無い限り、そのベクトルやその行列の全ての要素に対して適用されるものとする。
＜第一実施形態のポイント＞
　受聴位置において雑音の大きさ(以下、「雑音レベル」ともいう)が小さい場合には、スピーカから大きな音量で音声を出力する必要はなく、雑音レベルが大きくなるに従い音声が聞き取りにくくなるのでスピーカの音量を上げる必要がある。この点に着目して、雑音レベルが小さい場合には、スピーカの音量は小さ目にして、どの周波数もハウリングしない設定として、マイクとスピーカの特性をフラットに補正することのみを行う。これにより、音質をベストの状態とするイコライザの設定となる。雑音レベルが大きい場合は、音質よりも聞き取れる音量とすることが重要であるので、ハウリング防止の観点を重要視したイコライザの設定で、なるべく大きな音量が出るように設定する。このように受聴位置の雑音レベルに応じて、イコライザの設定を変えることで、雑音が小さいときは音量よりも音質を優先し、雑音が大きいときは音質よりも音量を優先したイコライザの設定とすることができる。また、放音側の雑音レベルに応じて、収音側の信号処理の度合いと放音する音量を決める。
　これを実現するための具体的な構成は以下の通りである。
＜第一実施形態＞
　図２は第一実施形態に係る周波数特性変更装置の機能ブロック図を、図３はその処理フローを示す。
　周波数特性変更装置１００は、雑音レベル推定部１１０と、変更設定データベース部１２０と、変更設定選択部１３０と、変更部１４０とを含む。
　周波数特性変更装置１００は、マイク９１Ｆ，９１Ｒでそれぞれ収音した収音信号XF,XRを入力とし、収音信号XRの周波数特性を変更して、変更後の信号（再生信号）YFをスピーカ９２Ｆに出力する。また、周波数特性変更装置１００は、マイク９１Ｆ，９１Ｒでそれぞれ収音した収音信号XF,XRを入力とし、収音信号XFの周波数特性を変更して、変更後の信号（再生信号）YRをスピーカ９２Ｒに出力してもよい。各部の入出力が異なるだけで処理自体は同じため、本実施形態では、収音信号XRの周波数特性を変更する構成について説明する。なお、信号XF,XR,YF,YRは、それぞれの信号のある周波数成分の複素数表示である。ここで、周波数領域の信号XF,XR,YF,YRをそのまま入出力としてもよいし、時間領域の信号を入力とし図示しない周波数領域変換部において周波数領域の信号XF,XRに変換(例えばフーリエ変換等)して用いてもよいし、周波数領域の信号YF,YRを図示しない時間領域変換部において時間領域の信号に変換(例えば逆フーリエ変換等)して出力してもよい。もしくは、時間領域の信号を入力とし、FIRフィルタやIIRフィルタを時間領域で処理し、時間領域の信号を出力しても良い。
　本実施形態では、周波数特性変更装置１００が搭載される車両は、図１のような構造とし、３列シートを備える。さらに、本実施形態の車両は、主に１列目の話者の音声を収音するマイク９１Ｆと、主に３列目の話者の音声を収音するマイク９１Ｒとを備える。マイク９１Ｆ、９１Ｒは、それぞれV個のマイクで構成される。なお、Ｆ，Ｒはそれぞれ車両の進行方向に対して前方、後方を示すインデックスである。さらに、本実施形態の車両は、１列目の座席の聴取者に対して音を再生するスピーカ９２Ｆと、３列目の座席の聴取者に対して音を再生するスピーカ９２Ｒとを備える。各スピーカ９２Ｆ，９２ＲはそれぞれW個のスピーカで構成される。ただし、Wは1以上の整数の何れかであり、再生信号のチャネル数を表す。本例では１列目と３列目のシート間での会話で説明しているが、２列シートの自動車の１列目と２列目のシート間の会話であっても良い。
　周波数特性変更装置１００は、例えば、中央演算処理装置（CPU: Central Processing Unit）、主記憶装置（RAM: Random Access Memory）などを有する公知又は専用のコンピュータに特別なプログラムが読み込まれて構成された特別な装置である。周波数特性変更装置１００は、例えば、中央演算処理装置の制御のもとで各処理を実行する。周波数特性変更装置１００に入力されたデータや各処理で得られたデータは、例えば、主記憶装置に格納され、主記憶装置に格納されたデータは必要に応じて中央演算処理装置へ読み出されて他の処理に利用される。周波数特性変更装置１００の各処理部は、少なくとも一部が集積回路等のハードウェアによって構成されていてもよい。周波数特性変更装置１００が備える各記憶部は、例えば、RAM（Random Access Memory）などの主記憶装置、またはリレーショナルデータベースやキーバリューストアなどのミドルウェアにより構成することができる。ただし、各記憶部は、必ずしも周波数特性変更装置１００がその内部に備える必要はなく、ハードディスクや光ディスクもしくはフラッシュメモリ（Flash Memory）のような半導体メモリ素子により構成される補助記憶装置により構成し、周波数特性変更装置１００の外部に備える構成としてもよい。
　以下、各部について説明する。
＜雑音レベル推定部１１０＞
　雑音レベル推定部１１０は、収音信号XFを入力とし、乗り物の内部の第一の位置における雑音レベルを推定し（Ｓ１１０）、推定値NFを出力する。本実施形態では、第一の位置をスピーカ９２Ｆに対する受聴位置とする。別の言い方をすると、雑音レベル推定部１１０は、受聴位置になるべく近い位置にあるマイク９１Ｆで観測された収音信号XFから、受聴位置の雑音レベルを推定する。例えば、双方向の通話システムであった場合は、受聴者の音声を収音するために設置されたマイク９１Ｆ，９１Ｒが、このマイクとして利用できる。
　雑音レベルの算出方法としてはどのようのものを用いてもよい。例えば長時間の信号パワーの平均値や、ディップホールド値で求めることができる。以下では、周波数毎、フレーム毎の処理であることを明示するために収音信号XF、雑音レベルの推定値NFをそれぞれXF(ω,t),NF(ω,t)と表す。なお、ωは周波数を表し、tはフレーム番号を表す。
　雑音レベル推定部１１０は、収音信号XF(ω,t)の大きさを求める。大きさとは、例えば、収音信号XF(ω,t)の絶対値｜XF(ω,t)｜やそのパワー｜XF(ω,t)｜2等である。以下、絶対値｜XF(ω,t)｜やそのパワー｜XF(ω,t)｜2をレベルPF(ω,t)と表記する。計算したレベルPF(ω,t)の、最小値を保持するディップホールド処理を行い、定常雑音パワーを求める。
　例えばレベル上昇時は長い時定数で平均処理を行い、レベル下降時は短い時定数で平均処理を行うことで実現できる。
NF(ω,t)=βNF(ω,t-1)+(1-β)PF(ω,t)   PF(ω,t)＞NF(ω,t-1)
NF(ω,t)=γNF(ω,t-1)+(1-γ)PF(ω,t)   PF(ω,t)≦NF(ω,t-1)
γ＞βでそれぞれ０～１の値をとる。
　さらに、次式により、周波数ごとの雑音レベルの推定値NF(ω,t)を周波数ωに対して加算することで、全周波数成分の雑音レベルの推定値NF(t)を求める
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
また、あらかじめ設定しておいた周波数に対するウェイトWF(ω)を乗じてから加算を行っても良い。この場合は、次式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
以下、フレーム毎に同様の処理を行うため、フレーム番号tを省略する。
＜変更設定データベース部１２０＞
　変更設定データベース部１２０は、あらかじめ設定したN個の変更設定を保持する。Nを2以上の整数の何れかである。変更設定は、閾値と周波数特性との組合せからなる。この周波数特性は、周波数と利得との関係を表したものである。もしくは、所望の周波数特性を有するFIRフィルタの係数やIIRフィルタの係数が保持される。
　図４は変更設定の周波数特性の例を示す。例えば、低い雑音レベル用の変更設定EQ1の利得は、マイク９１Ｒとスピーカ９２Ｆとのトータルの周波数特性をフラットにして（均一化して）スピーカ９２Ｆからの再生音が自然な音質を実現するように設定される。また、例えば、高い雑音レベル用の変更設定EQNの利得は、できるだけマイク９１Ｒとスピーカ９２Ｆとのトータルの周波数特性をフラットにしつつ、ハウリングせずに音量が大きく出せるように設定される。図４で破線で示した、EQ1の周波数特性の利得を上げた周波数特性を、雑音レベルが大きい場合に設定をしたいが、ハウリングを生じるため、ハウリングを生じる周波数の利得を下げたEQ2やEQ3を、雑音レベルが大きい場合の変更設定として設定する。
＜変更設定選択部１３０＞
　変更設定選択部１３０は、雑音レベルの推定値NFを入力とし、雑音レベルの推定値NFと変更設定データベース部１２０に含まれるN個の変更設定のN個の閾値との大小関係に基づきN個の変更設定の中から1つの変更設定を選択し（Ｓ１３０）、選択した変更設定に対応する周波数特性またはフィルタ係数を変更設定データベース部１２０から取り出し、変更部１４０に出力する。例えば、雑音が大きいほど推定値NFが大きくなる値の場合、推定値NFと閾値とを比較して、変更設定データベース部１２０に保持されている変更設定のうち一つを選択する。例えば、推定値NFが、閾値TH1より小さい場合は変更設定EQ1を選択し、閾値TH1以上TH2未満では変更設定EQ2を選択し、閾値TH(n-1)以上THn未満の場合は変更設定EQnを選択し、TH(N-1)以上の場合は変更設定EQNを選択する。
＜変更部１４０＞
　変更部１４０は、マイク９１Ｒにより収音された収音信号XRと変更設定選択部１３０で選択された変更設定に対応する周波数特性またはフィルタ係数とを入力とし、変更設定に対応する周波数特性に基づき、収音信号XRの周波数特性を変更し（Ｓ１４０）、変更後の信号を出力する。この例では、変更設定に対応する周波数特性の周波数毎の利得を周波数毎に収音信号XRに乗じて、収音信号XRの周波数特性を変更する。なお、マイク９１Ｒが設置される位置を第二の位置ともいう。時間領域の入力信号を変更設定に対応するフィルタ係数が設定されたFIRフィルタやIIRフィルタでフィルタリングし、時間領域信号を出力する構成であっても良い。
　以上の構成により、周波数特性変更装置１００は、スピーカ９２Ｆに対する受聴位置における雑音の大きさが大きくなるほど、マイク９１Ｒにより収音された対象音をスピーカ９２Ｆで放音する際の音量を大きく、かつ、対象音に対して加える信号処理の度合いを強くする。本実施形態では、対象音に対して加える信号処理は、ハウリングを生じる周波数の利得を下げる処理であり、ハウリング抑圧処理である。図４のEQ1(雑音レベルの推定値NFが、雑音レベルが最も小さい範囲に属すると判断された場合（例えば、閾値TH1より小さい場合）)ではマイク９１Ｒとスピーカ９２Ｆの周波数特性を均一化する処理のみを行いハウリング抑圧処理を行わない。図４のEQ2では周波数特性を均一化する処理に加え、低い周波数帯域でハウリング抑圧処理を行い、EQ3ではさらにハウリング抑圧処理を行う帯域を増やすとともに利得の下げ幅を増やし、ハウリング抑圧処理を強めている。
＜効果＞
　以上の構成により、ハウリングを防止しつつ、スピーカの自然な再生音を実現することができる。本実施形態によれば、スピーカ９２Ｆに対応する受聴位置の雑音レベルに応じて、変更設定を変え、雑音が小さいときは音量よりも音質を優先し、雑音が大きいときは音質よりも音量を優先することができる。
＜変形例＞
　また、マイクとスピーカとの間に、周波数特性を変更する処理の他に、雑音抑圧処理やエコーキャンセル処理などの別の処理を行ってもよい。
　また、対象音に対して加える信号処理として、ハウリング抑圧処理に代えて、または、ハウリング抑圧処理とともに、雑音抑圧処理やエコーキャンセル処理等を行ってもよい。この場合も、雑音の大きさが大きくなるほど、対象音に対して加える信号処理(ハウリング抑圧、雑音抑圧、エコーキャンセル)の度合いを強くする。
　本実施形態では、対象音はスピーカ９２Ｆと同じ車両内に設置されたマイク９１Ｒにより収音されるが、スピーカ９２Ｆが設置された車両の外部で収音された音であって車内通話などで伝送されてくるものを対象音としてもよい。
＜第二実施形態＞
　第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
　1列目のみにマイクがあり、拡声を3列目のみに行う場合など、受聴位置近くにマイクがない場合（図５参照）に、送話用のマイクの雑音レベルを変更選択用の雑音レベルとして使用する。自動車の中の空間は狭いので、1列目の雑音が大きければ、3列目も大きいと想定される。
　図６は第二実施形態に係る周波数特性変更装置１００の機能ブロック図を示す。処理フローは第一実施形態と同様である。
＜雑音レベル推定部１１０＞
　雑音レベル推定部１１０は、収音信号XFを入力とし、乗り物の内部における雑音レベルを推定し（Ｓ１１０）、推定値Nを出力する。
＜変更設定選択部１３０＞
　変更設定選択部１３０では、推定値NRに代えて推定値Nを用いて変更設定を選択する。
　本実施形態では、マイク９１Ｆが設置される位置を第二の位置ともいう。周波数特性変更装置１００は、第二の位置における雑音の大きさが大きくなるほど、マイク９１Ｆにより収音された対象音をスピーカ９２Ｒで放音する際の音量を大きく、かつ、対象音に対して加える信号処理の度合いを強くする。
＜効果＞
　このような構成とすることで、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
　本実施形態では、対象音はスピーカ９２Ｒと同じ車両内に設置されたマイク９１Ｒにより収音されるが、スピーカ９２Ｆが設置された車両の外部で収音された音であって車内通話などで伝送されてくるものを対象音としてもよい。ただし、車両内に雑音レベル推定用のマイクを備える必要がある。そのマイクが設置される位置を第三の位置とも言う。本実施形態では、対象音を収音するマイクと雑音レベル推定用のマイクとが一致し、第二の位置と第三の位置とが一致する。
＜第三実施形態＞
　第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
　雑音レベルの他に車載オーディオの再生音の大きさ（以下、再生レベルともいう）も用いて変更の設定を行う。車内に再生されている音楽やラジオの音も、会話をする際に音声を聞き取りにくくするので、オーディオの再生レベルが大きいほど、高い雑音レベル用の変更設定を用いる。
　図７は第三実施形態に係る周波数特性変更装置３００の機能ブロック図を、図８はその処理フローを示す。
　周波数特性変更装置３００は、雑音レベル推定部１１０と、変更設定データベース部１２０と、オーディオレベル推定部３５０と、変更設定選択部３３０と、変更部１４０とを含む。
　周波数特性変更装置３００は、マイク９１Ｆ，９１Ｒでそれぞれ収音した収音信号XF,XRとオーディオ信号Xauとを入力とし、収音信号XRの周波数特性を変更して、変更後の信号（再生信号）YFをスピーカ９２Ｆに出力する。また、周波数特性変更装置３００は、マイク９１Ｆ，９１Ｒでそれぞれ収音した収音信号XF,XRとオーディオ信号Xauとを入力とし、収音信号XFの周波数特性を変更して、変更後の信号（再生信号）YRをスピーカ９２Ｒに出力してもよい。各部の入出力が異なるだけで処理自体は同じため、本実施形態では、収音信号XRの周波数特性を変更する構成について説明する。
　本実施形態では、周波数特性変更装置１００が搭載される車両は、オーディオ信号を再生するスピーカ９２ａｕを備える。マイク９１Ｆ、９１Ｒ、スピーカ９２Ｆ，９２Ｒを備える点は、第一実施形態と同様である。なお、本実施形態では、オーディオ信号Xauをスピーカ９２ａｕで再生する構成としたが、スピーカ９２Ｆまたはスピーカ９２Ｒで再生する構成としてもよい。例えば、スピーカ９２Ｆまたはスピーカ９２Ｒの前段に加算部を設け、加算部においてオーディオ信号Xauと変更部１４０の出力とを加算し、加算後の信号をスピーカ９２Ｆまたはスピーカ９２Ｒに出力する。
　具体的な処理内容は以下のとおりである。
＜オーディオレベル推定部３５０＞
　オーディオレベル推定部３５０は、オーディオ信号Xauを入力とし、乗り物の内部におけるオーディオの再生レベルを推定し（Ｓ３５０）、推定値Nauを出力する。再生レベルの算出方法としてはどのようのものを用いてもよい。例えば、オーディオレベル推定部３５０は、オーディオ信号Xauの長時間平均レベルを計算し、オーディオの再生レベルの推定値Nauを求めてもよいし、雑音レベル推定部１１０と同様の方法により求めてもよい。
＜変更設定データベース部３２０＞
　変更設定データベース部３２０は、あらかじめ設定したN個の変更設定を保持する。変更設定は雑音レベル用の閾値と再生レベル用の閾値と周波数特性との組合せからなる。
＜変更設定選択部３３０＞
　変更設定選択部３３０は、雑音レベルの推定値NFとオーディオの再生レベルの推定値Nauとを入力とし、雑音レベルの推定値NFと変更設定データベース部１２０に含まれるN個の変更設定のN個の雑音レベル用の閾値との大小関係に基づきN個の変更設定の中から1つの変更設定を選択する。この処理は第一実施形態のＳ１３０と同様である。
　さらに、変更設定選択部３３０は、再生レベルの推定値Nauと変更設定データベース部１２０に含まれるN個の変更設定のN個のオーディオレベル用の閾値との大小関係に基づきN個の変更設定の中から1つの変更設定を選択する（Ｓ３３０）。例えば、再生音が大きいほど推定値Nauが大きくなる値の場合、推定値Nauと閾値とを比較して、変更設定データベース部３２０に保持されている変更設定のうち一つを選択する。例えば、推定値Nauが、閾値THO1より小さい場合は変更設定EQ1を選択し、閾値THO1以上THO2未満では変更設定EQ2を選択し、閾値THO(n-1)以上THOn未満の場合は変更設定EQnを選択し、THO(N-1)以上の場合は変更設定EQNを選択する。
　変更設定選択部３３０は、雑音レベルの推定値NFに基づいて選択した変更設定と、再生レベルの推定値Nauに基づいて選択した変更設定とのうち、より高い雑音レベルまたは再生レベル用の変更設定を選択し、選択した変更設定に対応する周波数特性を変更設定データベース部３２０から取り出し、変更部１４０に出力する。
　このような構成により、周波数特性変更装置３００は、スピーカ９２ａｕから放音される第二の対象音の大きさが大きくなるほど、スピーカ９２Ｆで対象音を放音する際の音量を大きくすることができる。
＜効果＞
　このような構成とすることで、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態によれば、雑音レベルとオーディオレベルの両方に応じて、変更設定を変えることができる。
＜その他の変形例＞
　本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
＜プログラム及び記録媒体＞
　また、上記の実施形態及び変形例で説明した各装置における各種の処理機能をコンピュータによって実現してもよい。その場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記各装置における各種の処理機能がコンピュータ上で実現される。
　この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。
　また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させてもよい。
　このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶部に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記憶部に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実施形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、プログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。
　また、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、各装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。

Claims (8)

  1. 　放音装置は乗り物の内部の第一の位置に配置されるものとし、前記第一の位置における雑音の大きさが大きくなるほど、第二の位置に設置される収音装置により収音された対象音を前記放音装置で放音する際の音量を大きく、かつ、前記対象音に対して加える信号処理の度合いを強くする、
    　周波数特性変更装置。
  2. 　放音装置は乗り物の内部の第一の位置に配置されるものとし、前記内部の位置であって、前記第一の位置とは異なる位置である第三の位置における雑音の大きさが大きくなるほど、第二の位置に設置される収音装置により収音された対象音を前記放音装置で放音する際の音量を大きく、かつ、前記対象音に対して加える信号処理の度合いを強くし、
    　前記第一の位置と前記第三の位置とは異なる位置である、
    　周波数特性変更装置。
  3. 　請求項１または請求項２の周波数特性変更装置であって、
    　前記雑音の大きさが所定の閾値以下である場合、前記収音装置と前記放音装置の周波数特性を均一化するものである、
    　周波数特性変更装置。
  4. 　請求項１から請求項３の何れかの周波数特性変更装置であって、
    　前記内部の放音装置で放音される第二の対象音の大きさが大きくなるほど、前記対象音を放音する際の音量を大きく、かつ、前記対象音に対して加える信号処理の度合いを強くする、
    　周波数特性変更装置。
  5. 　乗り物の内部の第一の位置における雑音の大きさを推定する雑音レベル推定部と、
    　Nを2以上の整数の何れかとし、周波数と利得との関係を表す周波数特性と閾値との組合せからなる変更設定をN個保持する変更設定データベース部と、
    　前記雑音の大きさの推定値と前記閾値との大小関係に基づき前記N個の変更設定の中から1つの変更設定を選択する変更設定選択部と、
    　選択された前記変更設定に対応する周波数特性に基づき、第二の位置に設置される収音装置により収音された収音信号の周波数特性を変更する変更部とを含む、
    　周波数特性変更装置。
  6. 　放音装置は乗り物の内部の第一の位置に配置されるものとし、前記第一の位置における雑音の大きさが大きくなるほど、第二の位置に設置される収音装置により収音された対象音を前記放音装置で放音する際の音量を大きく、かつ、前記対象音に対して加える信号処理の度合いを強くする、
    　周波数特性変更方法。
  7. 　放音装置は乗り物の内部の第一の位置に配置されるものとし、前記内部の位置であって、前記第一の位置とは異なる位置である第三の位置における雑音の大きさが大きくなるほど、第二の位置に設置される収音装置により収音された対象音を前記放音装置で放音する際の音量を大きく、かつ、前記対象音に対して加える信号処理の度合いを強くし、
    　前記第一の位置と前記第三の位置とは異なる位置である、
    　周波数特性変更方法。
  8. 　請求項１から請求項５の何れかの周波数特性変更装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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