JP3284176B2 - オーディオ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部ノイズレベル
（騒音）の変化が大きい例えば車内等において使用する
場合でも、静かな環境と同等なオーディオ音を聴取でき
るようにしたオーディオ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車載用コンパクトディスク（ＣＤ）プレ
ーヤー等、あるいは戸外で使用されるオーディオ装置
は、周囲のノイズ状態によって聴取環境が大きく変化
し、常に良好な音声出力とすることが困難である。例え
ば、走行中の自動車内でＣＤの音楽を再生しているよう
な場合、静かな曲の場合は、通常の再生ボリュームレベ
ルであっても、自動車の走行による騒音（以下、オーデ
ィオ装置に起因しない外部の騒音等を外部ノイズとい
う）によってまったく聞こえなくなってしまうという状
態も発生する。

【０００３】図６は、騒音下での純音の聞こえの大きさ
（ラウドネス）を測定したものである。

【０００４】図６は１０００Ｈｚ純音に種々のレベルの
白色雑音を加えたときの１０００Ｈｚのレベルの変化に
伴うラウドネス曲線であり、横軸が実際の音圧レベル
（物理量、単位ｄＢ）、縦軸が音の大きさ（聞えの大き
さ（感覚量）、単位ソーン）を示している。なお、人間
の知覚に対する音の大きさ（ラウドネス）の単位は、１
０００Ｈｚ，４０ｄＢの純音の大きさを１ソーンとす
る。

【０００５】図６では、雑音のレベルを、雑音なし（純
音のみ）、雑音ありの場合、５０ｄＢ、６０ｄＢ、７０
ｄＢ、８０ｄＢ、９０ｄＢ、１００ｄＢに分けており、
図より雑音レベルが大きいほど純音が聞こえにくくなっ
ていることが判る。すなわち、図６からラウドネスは、
最小可聴限に近付く程急激に減少し、その度合いはノイ
ズのレベルによって異なることがわかる。これは白色雑
音によるマスキング効果を表している。

【０００６】そこで、例えば特開平７−２３５８５０号
公報に記載されているように、外部ノイズレベルの高い
場合は、ダイナミックレンジの圧縮された音声出力信号
を得ることができるようなオーディオ装置が提案されて
いる。この方式は、外部ノイズの周波数特性がフラット
（白色）な場合において、例えばノイズレベルが大きい
時は小レベルの信号レベルが高くなり、ノイズレベルに
応じて良好なオーディオ再生が可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図７は１０００Ｈｚを
中心とする７０ｄＢＳＰＬの狭帯域雑音が、５００〜２
５００Ｈｚの範囲の純音の大きさに及ぼす部分マスキン
グを示すもので、縦軸は部分マスキングの量、すなわ
ち、マスキング音のない場合の純音とマスクされた純音
が等しい大きさに聞こえる場合の２音のレベル差をあら
わしている。また、パラメータはマスクされた純音の大
きさのレベルを示している。

【０００８】図７に明らかなように、例えば、マスキン
グのある状態で５ホーン聞こえる１０００Ｈｚの純音
は、マスキングのない状態で５ホーンの大きさに聞こえ
る純音より６２ｄＢ音圧レベルが高いことを示してい
る。逆に言えば、雑音のない状態で５ホーンの大きさに
聞こえる音を、マスキングがある状態で同じレベルの大
きさに聞くためには、音量を６２ｄＢ上げる必要がある
ことを示している。そして図では、例えば、１０００Ｈ
ｚで５ホーンの大きさに聞こえる純音は、６２ｄＢのマ
スキングを受けるが、２０００Ｈｚになると１６ｄＢの
マスキングしか受けないことも示している。このよう
に、狭帯域雑音の場合はマスクできる周波数の範囲は限
られることが知られている。

【０００９】このことから、外部ノイズの周波数特性が
フラットでない場合、帯域毎にマスキング量が変わるか
ら、帯域に依らずダイナミックレンジを一斉に変えると
帯域によってラウドネスが元の音と異なり、結果として
不自然な音質となる問題があった。すなわち、低域にノ
イズが集中している場合は、高域のオーディオ信号のラ
ウドネスが大きくなり、逆に高域にノイズが集中してい
るときは、低域のオーディオ信号のラウドネスが大きく
なる。また、従来のオーディオ装置にはグライコによっ
てこの問題を解決することが可能であったが、ユーザー
が手動で操作しなければならないので、刻々と変化する
外部ノイズに対して最適な設定を行なうことは非常に困
難であった。

【００１０】以上から、本発明の目的は、帯域毎にノイ
ズレベルに応じ音響制御を自動的に行ない、ラウドネス
を補償することにより、ノイズ下でも静穏状態と同様の
よう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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のオーディオ装置
は、オーディオソースから信号を入力し音響出力する手
段と、オーディオソースからの入力信号のレベルを帯域
毎に算出する手段と、外部ノイズを検出し、ノイズレベ
ルを帯域毎に算出するノイズレベル算出手段と、ノイズ
レベル算出手段で算出されたノイズレベルに基づいて外
部ノイズによる帯域毎の静寂時からの最小可聴限の上昇
量を算出する手段と、算出された帯域毎のオーディオソ
ースレベルおよびノイズレベル算出手段で算出されたノ
イズレベルに基づいて算出された最小可聴限の上昇量に
応じて、上記音響出力を帯域毎に調整する音量調整手段
と、を備え、上記音量調整手段は、算出された最小可聴
限の上昇量が多く、オーディオソースからの入力信号の
レベルが大きいほどダイナミックレンジが圧縮されるよ
うに形成された音量上昇量変換テーブルに基づいて、帯
域毎に音量レベルを調整することを特徴とする。

【００１２】ここで、外部ノイズによる帯域毎の最小可
聴限を算出し、静寂時からの最小可聴限の上昇量に基づ
いて音響出力を帯域毎に調整すると、音質の劣化がなく
なおよい。また、例えば、ノイズによる最小可聴限の上
記上昇量が多く、オーディオソースからの入力信号のレ
ベルが大きいと、ダイナミックレンジが圧縮されるよう
に形成すれば、ノイズ下でもより静穏状態と同様のよう
に音楽を楽しむことができるオーディオ装置が提供でき
る。さらに、前記入力信号のレベルの算出は、オーディ
オソースがあらかじめ帯域分割されている場合、分割さ
れた帯域毎にレベルを算出することにより、あるいは、
前記音量調整手段は、オーディオソースがあらかじめ帯
域分割されている場合、分割された帯域毎に音量を調整
することにより、処理量を低減して高品質化を実現する
オーディオ装置が提供できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の１実施例を示した
ものである。

【００１４】図中、１０はＣＤ再生装置、ＭＤ再生装
置、テープ再生装置、ラジオチューナーなどの、オーデ
ィオソースである。１１はＡ／Ｄ変換部であり、オーデ
ィオソース１０から出力されたアナログ信号はＡ／Ｄ変
換回路１１によってデジタル信号とされ、帯域分割を行
なうＢＰＦ回路１２を介して、平均信号レベルを算出す
る平均信号レベル算出部１３ および音量制御部１４に
出力される。なお、オーディオソース１０がＣＤ再生装
置、ＭＤ再生装置であり、その出力信号が既にＤ／Ａ変
換されてアナログ信号とされている場合は、Ａ／Ｄ変換
回路１１を経てＢＰＦ回路１２に入力されることになる
が、ディジタル信号のまま出力される場合はＡ／Ｄ変換
回路１１はスルーされる。音量制御部１４は、後述する
音量調整部２３の出力に基づいて帯域分割された信号の
レベル制御を行なう。合成部１５は帯域分割された信号
を合成するフィルターで、Ｄ／Ａ変換回路１６でアナロ
グに変換された後、パワーアンプ１７で電力増幅されて
スピーカ１８により電気音響変換される。

【００１５】１９は常に外部ノイズのレベルを検出して
いるノイズ検出回路で、検出されたノイズは、Ａ／Ｄ変
換回路２０でディジタル信号に変換され、ＢＰＦ回路２
１で帯域分割された後、平均ノイズレベル算出部２２で
帯域毎に平均ノイズレベルを算出する。音量調整部２３
は、ユーザーによって設定できる音量調整器２４の設定
値と、算出した平均信号レベルおよび平均ノイスレベル
に基づいてオーディオ信号の音量を帯域毎に設定し、音
量制御部１４に出力する。

【００１６】これらの全体の処理をＣＰＵ２５が制御す
る構成となる。

【００１７】なお、平均ノイズレベル算出部２２として
は、出力音声レベルを同時に把握しておき、検出された
周囲の音声のレベルから、出力音声のレベルを減算した
値をノイズレベルとして検出するようにする。また、ヘ
ッドホン式プレイヤーの場合はスピーカー１８はヘッド
ホンに替わるが、外部ノイズに出力音声が重畳しないの
で、上記の減算処理は必要でない。

【００１８】上記のように、オーディオ装置として、帯
域毎の音量調整部２３をそなえ、帯域毎のノイズレベル
に応じて音量を自動制御するように構成することによ
り、外部ノイズレベルに対して音声出力が常に最善の聴
取状態で得られるように出力信号の音量を自動的に変化
させることができるものとなる。つまり、通常はノイズ
の種類によって、オーディオ信号の聞こえやすい帯域と
聞こえにくい帯域が生じて、結果的に不自然なオーディ
オの再生になるが、本方式では、ノイズレベルの大きい
帯域の音量を自動的に上げることにより、聴取状態を改
善することができる。

【００１９】常に最善の聴取状態を得るには、外部ノイ
ズレベルの周波数特性に応じて帯域毎の音量を段階的に
変化させればよい。その音量調整部２３の動作について
図２のフローチャートを用いて更に詳細に説明する。

【００２０】ステップＳ１：音量調整器２４の設定値ｖ
（０≦ｖ≦１）、および帯域毎に外部ノイズレベルＮｎ
および信号レベルＳｎを入力する。なお、ｎは帯域番号
である。

【００２１】ステップＳ２：最もノイズレベルの低い帯
域のノイズレベルＮｍｉｎを算出する。

【００２２】ステップＳ３：各帯域のノイズレベルから
次式で正規化ノイズレベルＮｎを算出する。

【００２３】Ｎｎ＝（Ｎｎ−Ｎｍｉｎ）＊ ｖ ステップＳ４：ＮｎとＳｎから表１に示す変換テーブル
をもちいて各帯域毎の音量上昇量Ｘｎを算出する。

【００２４】

【表１】

【００２５】ステップＳ５：Ｘｎを音量制御部１４に出
力する。

【００２６】以上の処理で、帯域毎の音量を設定する。
例えば、表１によれば、ある帯域のノイズレベルが２０
ｄＢで信号レベルが３０ｄＢのときは、信号レベルを１
５ｄＢ増加することとなる。なお表１は、先に述べたよ
うにラウドネスは最小可聴限に近付く程、急激に減少す
ることを考慮したもので、このことによりノイズ下でも
静寂時と変わらないラウドネスが得られる。つまり、表
１において、ノイズによる最小可聴限からの上昇量が多
く、オーディオソース１０からの入力信号のレベルが大
きいと、ダイナミックレンジが圧縮されるように形成さ
れており、ノイズ下で、より静穏状態と同様のように音
楽を楽しむことができるようにしている。

【００２７】なお、外部ノイズレベルは通常、常に細か
く変動しているものであるため、ＢＰＦ２０で分割され
た信号は適当にフィルタリングされることにより、ある
時点間の平均ノイズレベルとされて、音量調整部２３に
供給されることが望ましい。

【００２８】次に更に高品質化をはかるため、外部ノイ
ズによる最小可聴限の上昇を推定して音量を設定する第
２の実施例を図３に示す。

【００２９】これは図１に比べて、ＢＰＦ２０と平均ノ
イズレベル算出部２２に代わって最小可聴限算出部２６
を設けている点が異なる。最小可聴限算出部２６による
最小可聴限算出手順の一例を図４のフローチャートに基
づいて説明する。

【００３０】ステップＳ１１：Ａ／Ｄ変換されたノイズ
を入力する． ステップＳ１２：５１２ポイントでＦＦＴ分析を行な
う。 なお、Ｘ（ｉ）をスペクトルラインで、ｉはスペ
クトルライン番号を表わす。

【００３１】ステップＳ１３：各帯域の音圧を計算（Ｆ
ＦＴ出力の最大値）する。

【００３２】ステップＳ１４：スペクトルラインを各臨
界帯域内ですべて加算し、Ｘｎ（ｚ）（ｊ）とする。な
お、z（j）はｊ番目の臨界帯域のバーク値をあらわす。

【００３３】ステップＳ１５：各臨界帯域におけるマス
キングしきい値を次式で得る。

【００３４】

【数１】

【００３５】ステップＳ１６：全体マスキング量ＬＴｇ
（ｉ）を次式で得る。

【００３６】

【数２】

【００３７】ただし、ｍは臨界帯域の数を表わす。

【００３８】ステップＳ１７：各帯域毎にＬＴｇ（ｉ）
の最大値（最小可聴限）から、表２の静寂時の最小可聴
限を差し引いた値Ｎｎを、ノイズレベルとして音量調整
部２３に出力する。

【００３９】

【表２】

【００４０】以上の処理で最小可聴限の上昇量の算出を
行なう。ただしこれは、ＭＰＥＧ等のオーディオ符号化
で用いられている心理聴覚分析手法を簡略したものだ
が、特に本アルゴリズムに限定するものでなく、他のア
ルゴリズムを用いても良い。

【００４１】この実施例は図１の実施例に比べて計算量
が増えるが、厳密にマスキングの影響を考慮にいれてい
るため、ノイズの影響による音質の劣化をより抑えるこ
とができる。

【００４２】なお、図３の実施例において、表１のよう
なテーブルを採用し、ノイズによる最小可聴限の上記上
昇量が多く、オーディオソース１０からの入力信号のレ
ベルが大きいと、ダイナミックレンジが圧縮されるよう
に形成すれば、ノイズ下でもより静穏状態と同様のよう
に音楽を楽しむことができるオーディオ装置が提供でき
る。

【００４３】次にオーディオ信号がＭＤやＭＰＥＧのよ
うに帯域分割符号化データの場合について述べる。図５
は図３の実施例の改良に係るものであり、この場合、図
５に示すように、図３のようなＢＰＦ１２が不要であっ
て、平均信号レベル算出部１３または／および音量調整
部２３において、あらかじめ帯域分割された信号に対し
て帯域毎に平均信号レベルの算出または／および音量の
調整をすることにより、図３に比べて計算量の削減が可
能となる。なお、図１の実施例おいてもＢＰＦ１２を不
要にして同様に構成できことは明らかである。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明のオーディオ
装置は、帯域毎にノイズレベルに応じ音量制御を自動的
に行ない、ラウドネスを補償することにより、ノイズ下
でも静穏状態と同様のように音楽を楽しむことができ
る。すなわち、騒音時に単に全体の音量レベルを増加す
るものに比較してノイズでマスキングされやすい帯域を
中心に音量を自動的に上げるので、ノイズの種類が変わ
っても常に最良のオーディオ再生が可能なことから、車
載用オーディオおよび携帯型ヘッドホンに有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示すオーディオ装置のブロ
ック図である。

【図２】音量調整部の動作を説明するフローチャートで
ある。

【図３】本発明の他の実施例を示すオーディオ装置のブ
ロック図である。

【図４】最小可聴限を算出手順を説明するフローチャー
トである。

【図５】本発明のさらに他の実施例のオーディオ装置の
ブロック図である。

【図６】白色雑音により影響を受けたラウドネス曲線の
説明図である。

【図７】狭帯域雑音による純音のマスキングの説明図で
ある。

【符号の説明】

１０ オーディオソース １１ ＢＰＦ １３ 平均信号レベル算出部 １４ 音量制御部 １８ スピーカ １９ ノイズ検出回路 ２１ ＢＰＦ ２２ 平均ノイズレベル算出部 ２３ 音量制御部 ２５ ＣＰＵ ２６ 最小可聴限算出部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−175772（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−37270（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−90508（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−299957（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−307632（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−7350（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−235850（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−66651（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−35624（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03G 3/32 G10K 15/04 304 G10L 21/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーディオソースから信号を入力し音響
   出力する手段と、 オーディオソースからの入力信号のレベルを帯域毎に算
   出する手段と、 外部ノイズを検出し、ノイズレベルを帯域毎に算出する
   ノイズレベル算出手段と、ノイズレベル算出手段で算出されたノイズレベルに基づ
   いて 外部ノイズによる帯域毎の静寂時からの最小可聴限
   の上昇量を算出する手段と、 算出された帯域毎のオーディオソースレベルおよびノイ
   ズレベル算出手段で算出されたノイズレベルに基づいて
   算出された最小可聴限の上昇量に応じて、上記音響出力
   を帯域毎に調整する音量調整手段と、を備え、 上記音量調整手段は、算出された最小可聴限の上昇量が
   多く、オーディオソースからの入力信号のレベルが大き
   いほどダイナミックレンジが圧縮されるように形成され
   た音量上昇量変換テーブルに基づいて、帯域毎に音量レ
   ベルを調整することを特徴とするオーディオ装置。
2. 【請求項２】 上記オーディオソースからの入力信号が
   帯域分割符号化データの場合に、上記音量調整手段は、
   あらかじめ帯域分割された信号に対して帯域毎に音量の
   調整を行なうことを特徴とする請求項１に記載のオーデ
   ィオ装置。
3. 【請求項３】 前記入力信号のレベルを帯域毎に算出す
   る手段とは、あらかじめ帯域分割されたオーディオソー
   スの、分割された帯域毎に対応するレベルを算出するこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載のオーデ
   ィオ装置。
4. 【請求項４】 前記音響出力を帯域毎に調整する音量調
   整手段は、あらかじめ帯域分割されたオーディオソース
   の、分割された帯域毎に対応して音響出力を調整するこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載のオーデ
   ィオ装置。