JP2010181448A - Sound adjusting device and sound adjusting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音響調整装置及び音響調整方法に関するものである。 The present invention relates to an acoustic adjustment device and an acoustic adjustment method.
従来より、所定の空間内においてスピーカとスピーカから発せられる音楽等を聴取する聴取者との間における音響伝達関数を推定(同定)し、その音響伝達関数に基づいてフィルタ係数を設定した適応フィルタを通して音声信号をスピーカから出力させることによって、聴取者が聴取する音声(例えば音楽等)の臨場感を向上させる技術が知られている。 Conventionally, an acoustic transfer function is estimated (identified) between a speaker and a listener who listens to music or the like emitted from the speaker in a predetermined space, and through an adaptive filter in which a filter coefficient is set based on the acoustic transfer function. A technique for improving the sense of reality of sound (for example, music) listened to by a listener by outputting an audio signal from a speaker is known.
音響伝達関数の同定を行う方法としては、テスト用に生成した所定の信号(以下、「ホワイトノイズ」という。)を用いる方法が一般的である。この方法で音響伝達関数の同定を行う場合、聴取者が音楽を聴取する位置にマイクを設置しておき、このマイクによってスピーカから発せられたホワイトノイズを集音する。 As a method for identifying an acoustic transfer function, a method using a predetermined signal generated for testing (hereinafter referred to as “white noise”) is generally used. When the acoustic transfer function is identified by this method, a microphone is installed at a position where the listener listens to music, and white noise emitted from the speaker is collected by the microphone.
図1は、従来の音響伝達関数の同定方法の説明図である。図1(a)に示すように、ホワイトノイズは低周波から高周波にわたり一定の信号レベルをもつ信号である。そのため、このホワイトノイズをマイクにより集音し、その結果得られる信号の周波数特性や信号レベルを解析することによって、図1(b)に示すように、スピーカ−マイク間の空間における低周波から高周波までの求めたい音響特性を満遍なく算出することができ、この測定結果に基づいて音響伝達関数の同定を行うことができる。 FIG. 1 is an explanatory view of a conventional acoustic transfer function identification method. As shown in FIG. 1A, white noise is a signal having a constant signal level from low frequency to high frequency. Therefore, this white noise is collected by a microphone, and the frequency characteristics and signal level of the signal obtained as a result are analyzed, so that a low frequency to a high frequency in the space between the speaker and the microphone is obtained as shown in FIG. The acoustic characteristics desired to be obtained can be calculated uniformly, and the acoustic transfer function can be identified based on the measurement results.
このように、ホワイトノイズは、低周波から高周波までの広い周波数帯域を含んでいるため、音響伝達関数の同定に用いるには有効な信号であるが、あくまでノイズであるため、聴取者にとっては耳障りな音である。そのため、ホワイトノイズによる音響周波数の同定は、予め、聴取者が居ないときや音楽等を再生する前の時点で行われていた。 As described above, white noise includes a wide frequency band from low frequency to high frequency, so it is an effective signal for use in identifying an acoustic transfer function. It is a sound. Therefore, the identification of the acoustic frequency due to white noise has been performed in advance when there is no listener or before music or the like is reproduced.
このように、予め音響伝達関数の同定を行った場合、その後、音楽等の再生中に空間の温度や湿度、スピーカと聴取者の位置関係が変化した場合には、スピーカ−聴取者間の空間における音響特性が変化するおそれがある。そのため、音響伝達関数の同定は随時行うことが望ましいが、上記のようにホワイトノイズは聴取者にとって耳障りな音なため、音楽等の再生中にホワイトノイズによる音響伝達関数の同定を随時行うと、聴取者の快適性を阻害してしまうという問題が生じるおそれがある。 As described above, when the acoustic transfer function is identified in advance, the space between the speaker and the listener is changed when the temperature or humidity of the space or the positional relationship between the speaker and the listener changes during reproduction of music or the like. There is a possibility that the acoustic characteristics in the case change. Therefore, it is desirable to identify the acoustic transfer function at any time, but since white noise is annoying sound for the listener as described above, identifying the acoustic transfer function by white noise during playback of music, etc. There may be a problem that the comfort of the listener is disturbed.
かかる問題を解消する技術として、ホワイトノイズではなく、音楽の再生中にスピーカへ出力される音楽信号を用いて、空間の音響特性を同定する技術が考案されている(たとえば、特許文献1参照。)。 As a technique for solving such a problem, a technique for identifying the acoustic characteristics of a space using a music signal output to a speaker during music playback instead of white noise has been devised (see, for example, Patent Document 1). ).
しかしながら、上記従来技術のように音楽信号を用いた場合、空間の音響特性を精度よく測定することができない場合があり、空間の音響特性を正しく同定できないおそれがあった。 However, when a music signal is used as in the above prior art, the acoustic characteristics of the space may not be accurately measured, and the acoustic characteristics of the space may not be correctly identified.
音楽信号は、メロディーの進行に伴って音階や音の強弱が変化する音声(以下、「有色音」という。)を信号化したものであるため、ホワイトノイズのように低周波から高周波までの周波数帯域において一定の信号レベルをもたない場合が多い。 Since the music signal is a voice signal that changes the scale and the intensity of the sound as the melody progresses (hereinafter referred to as “colored sound”), the frequency ranges from low to high frequencies like white noise. In many cases, there is no constant signal level in the band.
たとえば、図1(c)に示すように、ある時刻(t)における有色音の音声信号が、比較的周波数の低い帯域(以下、「低周波帯域」という。)における信号レベルが十分に高く、比較的周波数の高い帯域(以下、「高周波帯域」という。)における信号レベルが非常に低かった場合を考える。 For example, as shown in FIG. 1C, a colored sound signal at a certain time (t) has a sufficiently high signal level in a relatively low frequency band (hereinafter referred to as “low frequency band”), Consider a case where the signal level in a relatively high frequency band (hereinafter referred to as “high frequency band”) is very low.
この場合、ある空間における実際の音響特性が、仮に図1(b)に示した音響特性であったとすると、計算により求めた音響特性は、図1(d)に示すように、低周波帯域については、音楽信号の信号レベルが十分に高いため、良好に音響特性を再現することができるが、高周波領域については、音楽信号の信号レベルが非常に低いため、音響特性を良好に再現することができず、実際の音響特性(図1(d)中の一点鎖線)よりも信号レベルが低い音響特性が再現されてしまう。 In this case, if the actual acoustic characteristic in a certain space is the acoustic characteristic shown in FIG. 1B, the acoustic characteristic obtained by calculation is about the low frequency band as shown in FIG. Can reproduce sound characteristics satisfactorily because the signal level of the music signal is high enough, but in the high frequency range, the signal level of music signals is very low, so the sound characteristics can be reproduced well. This is not possible, and an acoustic characteristic having a signal level lower than that of the actual acoustic characteristic (the one-dot chain line in FIG. 1D) is reproduced.
一方、図1(e)に示すように、ある時刻(t+1)における有色音の音声信号が、低周波帯域における信号レベルが非常に低く、高周波帯域における信号レベルが十分に高かった場合は、図1(f)に示すように、高周波帯域については、音楽信号の信号レベルが十分に高いため、良好に音響特性を再現することができるが、低周波領域については、音楽信号の信号レベルが非常に低いため、音響特性を良好に再現することができず、実際の音響特性(図1(f)中の一点鎖線)よりも信号レベルが低い音響特性が再現されてしまう。 On the other hand, as shown in FIG. 1 (e), when a colored sound signal at a certain time (t + 1) has a very low signal level in the low frequency band and a sufficiently high signal level in the high frequency band. As shown in FIG. 1 (f), since the signal level of the music signal is sufficiently high in the high frequency band, the acoustic characteristics can be reproduced satisfactorily, but the signal level of the music signal is in the low frequency region. Is very low, the acoustic characteristics cannot be reproduced satisfactorily, and the acoustic characteristics having a signal level lower than the actual acoustic characteristics (the one-dot chain line in FIG. 1F) are reproduced.
このように、ある空間の音響伝達関数等の音響特性を有色音の音声信号を用いて同定した場合には、音声信号の周波数特性が時間的に変化するので、空間の音響特性を精度よく測定することができない場合があり、空間の音響特性を正しく同定できないおそれがあった。 In this way, when the acoustic characteristics such as the acoustic transfer function of a certain space are identified using a colored sound signal, the frequency characteristics of the sound signal change over time, so the sound characteristics of the space can be measured accurately. In some cases, the acoustic characteristics of the space cannot be correctly identified.
そこで、本発明は、有色音の音声信号を用いて、空間の音響特性を正しく同定することができる音響調整装置、および音響調整方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an acoustic adjustment device and an acoustic adjustment method that can correctly identify the acoustic characteristics of a space using a colored sound signal.
本発明では、スピーカと前記スピーカが再生する音声を集音するマイクとの間における音響伝達関数を推定することで所定の空間における音響を調整する音響調整装置であって、前記スピーカによって再生される有色音の音源信号を複数の部分周波数帯域へ分割するとともに、前記マイクによって集音された集音信号についても前記部分周波数帯域へ分割する分割手段と、前記部分周波数帯域における音源信号の信号レベルに基づいて当該音源信号が伝達関数の推定に有効であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって有効であると判定された前記音源信号および前記集音信号に基づいて、当該音源信号および集音信号の前記部分周波数帯域における前記音響伝達関数をあらわす部分音響伝達関数を推定する推定手段と、前記推定手段によって推定された前記部分音響伝達関数を複数の前記部分周波数帯域について合成する合成手段とを備えた音響調整装置を提供することとした。 The present invention is an acoustic adjustment device that adjusts sound in a predetermined space by estimating an acoustic transfer function between a speaker and a microphone that collects sound reproduced by the speaker, and is reproduced by the speaker. A sound source signal of colored sound is divided into a plurality of partial frequency bands, and a sound collecting signal collected by the microphone is also divided into the partial frequency bands, and a signal level of the sound source signal in the partial frequency band is determined. Based on the sound source signal determined based on the sound source signal and the sound collection signal determined to be effective by the determination unit, the determination unit determining whether the sound source signal is effective in estimating the transfer function based on the sound source signal And an estimation means for estimating a partial acoustic transfer function representing the acoustic transfer function in the partial frequency band of the collected sound signal; It was decided to provide an acoustic adjustment apparatus and a combining means for combining said partial acoustic transfer function estimated by means for a plurality of said partial frequency bands.
本発明によれば、有効と判定された音源信号と、その音源信号と同一の部分周波数帯域の集音信号とに基づいて、伝達関数の推定に有効と判定された音源信号の部分周波数帯域における部分音響伝達関数を推測し、各部分周波数帯域毎に推定した部分音響伝達関数同士を合成するため、有色音の音声信号を用いて、ある空間の音響伝達関数等の音響特性を同定した場合に、空間の音響特性を精度よく測定することができ、空間の音響特性を正しく同定することができる。 According to the present invention, based on a sound source signal determined to be valid and a sound collection signal in the same partial frequency band as the sound source signal, the sound source signal determined to be effective for estimating the transfer function in the partial frequency band In order to estimate the partial acoustic transfer function and synthesize the partial acoustic transfer functions estimated for each partial frequency band, when identifying acoustic characteristics such as acoustic transfer functions in a certain space using colored sound signals The acoustic characteristics of the space can be accurately measured, and the acoustic characteristics of the space can be correctly identified.
以下、本発明に係る音響調整装置および音響調整方法の一実施形態について、添付図面を参照して具体的に説明する。図2は、本実施形態に係る音響調整装置の適用例を示す説明図である。図2に示すように、本実施形態に係る音響調整装置10は、CD(Compact Disc)やDVD(Digital Versatile Disc)といった可搬型記憶媒体に記憶された音楽や音声、ラジオ、テレビ、カーナビゲーションシステム等の音楽や音声を出力する再生装置200から入力される音声や音楽の信号(以下、「音源信号」という。)を、後述の適応フィルタ部62(図6参照)を通してスピーカ201へ出力させることによって、空間における音響を調整し、聴取者203が聴取する音楽等の臨場感を向上させる装置である。
Hereinafter, an embodiment of an acoustic adjustment device and an acoustic adjustment method according to the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an application example of the acoustic adjustment device according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the
図2中の符号202は、聴取者203の近傍に設置され、スピーカ201から出力された音楽等の有色音を集音するマイクである。このマイク202は、集音した有色音を音声信号(以下、「集音信号」という。)に変換して音響調整装置10へ出力する。ここで、有色音とは、メロディー等の進行に伴って音階や音の強弱が変化する音のことである。
この音響調整装置10では、再生装置200から入力される音源信号とマイク202から入力される集音信号とに基づいて、スピーカ201と聴取者203との間における空間の音響伝達関数を随時推定する。そして、この音響調整装置10は、推定した音響伝達関数に基づいて計算したフィルタ係数を調整した適応フィルタを通して音源信号をスピーカ201へ出力する。
In the
ここで、本実施形態の音響調整装置10の構成について、図3を参照して説明する。図3は、音響調整装置10の構成を示す機能ブロック図である。図3に示すように、分割部20と、判定部30と、推定部40と、記憶部50と、合成部60とを備えている。
Here, the structure of the
分割部20は、スピーカ201によって再生される有色音の音源信号を複数の部分周波数帯域へ分割するとともに、マイク202によって集音された集音信号についても、音源信号の部分周波数帯域と同じ部分周波数帯域に分割する分割手段として機能する処理部である。
The dividing
本実施形態において、分割部20は、再生装置200から入力される音源信号を可聴域(人に聞こえる周波数の範囲)における中間周波数を境として、中間周波数よりも高い周波数帯域(以下、「高周波帯域H」という。)と、中間周波数以下の周波数帯域(以下、「低周波帯域L」という。)という2つの部分周波数帯域に分割して、判定部30へ出力する。
In the present embodiment, the dividing
また、分割部20は、マイク202から入力される集音信号を音源信号と同様に、周波数が中間周波数よりも高い高周波帯域Hと、周波数が中間周波数以下の低周波帯域Lという2つの部分周波数帯域に分割する。この集音信号を分割した各部分周波数帯域毎の集音信号は、それぞれ推定部40へ出力される。
Similarly to the sound source signal, the dividing
なお、本実施形態では、分割部20により音源信号と集音信号とをそれぞれ2つの部分周波数帯域に分割しているが、分割する部分周波数帯域数は、これに限定するものではなく、任意の部分周波数帯域に分割してもよい。ただし、音源信号及び集音信号を3つ以上の部分周波数領域に分割する場合であっても、音源信号及び集音信号は、それぞれ同じ周波数幅で分割する。
In the present embodiment, the sound source signal and the collected sound signal are each divided into two partial frequency bands by the dividing
判定部30は、分割部20から入力された各部分周波数帯域における各音源信号の信号レベルに基づいて、当該音源信号が音響伝達関数の推定に有効であるか否かを判定する処理部である。この判定部30は、高周波帯域H及び低周波帯域Lのそれぞれの音源信号が所定の信号レベル以上であった場合に、その音源信号を音響伝達関数の推定に有効であると判定して推定部40へ出力する。
The
すなわち、この判定部30は、分割部20から入力される各部分周波数帯域毎の音源信号が音響伝達関数の推定に有効か無効かを判定する基準として、所定の閾値を備えている。ここで設定する閾値としては、たとえば、ホワイトノイズの信号レベルの値を用いる。そして、音源信号の信号レベルがこの閾値以上であった場合に、その音源信号を音響伝達関数の推定に有効と判定するのである。また、この判定部30は、音源信号の信号レベルが所定の信号レベルに達していなかった場合には、その音源信号を推定部40へ出力することなく破棄する。
That is, the
たとえば、ある時刻(t)において、図4(a)に示すような音源信号が分割部20に入力された場合、図4(a)の中央に示す一点鎖線よりも左側の領域に示す音源信号が低周波帯域Lの音源信号として判定部30へ入力され、図4(a)の中央に示す一点鎖線よりも右側の領域に示す音源信号が高周波帯域Hの音源信号として判定部30へ入力される。
For example, when a sound source signal as shown in FIG. 4A is input to the dividing
この場合、判定部30は、時刻(t)における低周波帯域Lの音源信号の信号レベルが閾値以上であるため音響伝達関数の推定に有効と判定し、その音源信号を後段の推定部40へ出力する。一方、判定部30は、時刻(t)における高周波帯域Hの音声信号の信号レベルが閾値未満であるため無効と判断して、その音源信号を後段の推定部40へ出力することなく破棄する。
In this case, the
その後、時刻(t+1)において、図4(c)に示すような音源信号が分割部20に入力された場合、図4(c)の中央に示す一点鎖線よりも左側の領域に示す音源信号が低周波帯域Lの音源信号として判定部30へ入力され、図4(c)の中央に示す一点鎖線よりも右側の領域に示す音源信号が高周波帯域Hの音源信号として判定部30へ入力される。
Thereafter, when a sound source signal as shown in FIG. 4C is input to the dividing
この場合、判定部30は、時刻(t+1)における低周波帯域Lの音源信号の信号レベルが閾値未満であるため無効と判定し、その音源信号を後段の推定部40へ出力することなく破棄する。一方、判定部30は、時刻(t+1)における高周波帯域Hの音源信号の信号レベルが閾値以上であるため音響伝達関数の推定に有効と判定し、その音源信号を後段の推定部40へ出力する。
In this case, the
本実施形態では、判定部40により、信号レベルが所定の信号レベル以上の音源信号を音響伝達関数の推定に有効と判定しているが、音源信号の信号レベルが所定範囲内であった場合に、当該音源信号が音響伝達関数の推定に有効であると判定するように構成してもよい。かかる構成により、ノイズや違法電波等の不必要に信号レベルの高い音源信号が入力された場合に、その音源信号を音響伝達関数の推定に有効と判定することがないので、後段の推定部40による部分音響伝達関数の推定精度の低下を未然に防止することができる。
In the present embodiment, the
なお、音源信号が音響伝達関数の推定に有効であるか否かは、各音源信号の電圧値、電流値、振幅値等、音源信号の強度を判定できるものであれば、任意の値に基づいて判定を行ってもよい。 Whether the sound source signal is effective for estimating the acoustic transfer function is based on an arbitrary value as long as the intensity of the sound source signal can be determined, such as the voltage value, current value, amplitude value, etc. of each sound source signal. Determination may be performed.
推定部40は、判定部30によって音響伝達関数の推定に有効であると判定された音源信号および集音信号とに基づいて、当該音源信号及び集音信号の部分周波数帯域における音響伝達関数をあらわす部分音響伝達関数を推定する処理部である。
The
この推定部40は、音響伝達関数を算出する周知の演算式により、信号レベルが所定の信号レベル以上の音源信号と、その音源信号と同じ部分周波数帯域の集音信号との差分から、スピーカ201―マイク202間の空間における各部分周波数帯域での音響特性を計算し、その音響特性から理想的な部分音響伝達関を計算し、その計算結果を記憶部50へ出力する。
The
たとえば、推定部40は、時刻(t)において、図4(a)に示すような音源信号が分割部20に入力された場合、判定部30から低周波領域Lの音源信号が入力されるので、図4(b)に示すように、低周波帯域Lに関する音響特性だけを計算し、その音響特性から得られた低周波帯域Lに関する部分音響伝達関数を後段の記憶部50に記憶させる。
For example, when the sound source signal as shown in FIG. 4A is input to the dividing
上記のように、このとき判定部30に入力される低周波帯域Lの音源信号は、その信号レベルが閾値以上であり、ホワイトノイズと同様に一定の信号レベルを備えた信号であるため、判定部30は、低周波帯域Lに関しては、ホワイトノイズを用いたときと同様の再現性で空間の音響特性を計算することができる。
As described above, the sound source signal of the low frequency band L input to the
また、推定部40は、時刻(t+1)において、図4(c)に示すような音源信号が分割部20に入力された場合、判定部30から高周波帯域Hの音源信号だけが入力されるので、図4(d)に示すように、高周波帯域Hに関する音響特性だけを計算し、その音響特性から得られた高周波帯域Hに関する部分音響伝達関数を後段の記憶部50に記憶させる。
In addition, when a sound source signal as shown in FIG. 4C is input to the dividing
このとき、判定部30に入力される高周波帯域Hの音源信号は、その信号レベルが閾値以上であり、ホワイトノイズと同様に一定の信号レベルを備えた信号であるため、判定部30は、高周波帯域Hに関しては、ホワイトノイズを用いたときと同様の再現性で空間の音響特性を計算することができる。
At this time, the sound source signal in the high frequency band H input to the
記憶部50は、各部分周波数帯域毎に部分音響伝達関数を記憶する。この記憶部50は、後述の合成フィルタ部51、52(図6参照)において部分音響伝達関数およびフィルタ係数が設定されるメモリに相当するものである。
The
ここで、図5を参照して、記憶部50に各部分音響伝達関数が記憶(設定)される手順について説明する。図5は、記憶部に各部分音響伝達関数が記憶される手順を示す説明図である。図5(a)〜(e)では、高周波帯域HをH、低周波帯域LをL、部分音響関数をYで示しており、高周波帯域Hにおける部分音響伝達関数YをYH、低周波領域Lにおける部分音響伝達関数YをYLで示している。なお、YH、YL横のカッコ内は、音響調整装置10に音源信号が入力された時刻を示している。
Here, with reference to FIG. 5, a procedure for storing (setting) each partial acoustic transfer function in the
本実施形態の音響調整装置10に音源信号が入力される前の状態(時刻(0))において、記憶部50には、図5(a)に示すように、初期値として標準的な高周波帯域における部分音響伝達関数YH(0)と、標準的な低周波帯域における部分音響伝達関数YL(0)が記憶されている。
In the state (time (0)) before the sound source signal is input to the
その後、時刻(t)において、音響調整装置10に音源信号が入力されたとする。このとき、入力された音源信号に関して、高周波帯域Hの音源信号だけが音響伝達関数の推定に有効と判定された場合、記憶部50には、図5(b)に示すように、時刻(t)における高周波帯域Hの部分音響伝達関数YH(t)が記憶される。ここでは、低周波帯域Lにおける音源信号が無効と判定されるため、初期値として記憶されている低周波帯域Lの部分音響伝達関数YL(0)は更新されることなく保持される。
Thereafter, it is assumed that a sound source signal is input to the
次に、時刻(t+1)において、音響調整装置10に入力された音源信号に関して、低周波帯域Lだけが音響伝達関数の推定に有効と判定された場合、記憶部50には、図5(c)に示すように、低周波帯域Lにおける部分音響伝達関数Yが時刻(t+1)における低周波領域Lの部分音響伝達関数YL(t+1)に更新されて記憶される。ここでは、高周波帯域Hにおける音源信号が無効と判定されるため、高周波帯域Hの部分音響伝達関数YH(t)は更新されることなく保持される。
Next, when it is determined at time (t + 1) that only the low frequency band L is effective for estimating the acoustic transfer function with respect to the sound source signal input to the
その後、時刻(t+2)において、音響調整装置10に入力された音源信号に関して、高周波帯域Hだけが音響伝達関数の推定に有効と判断された場合、記憶部50には、図5(d)に示すように、高周波帯域Hの部分音響伝達関数YH(t+1)がYH(t+2)に更新され、低周波帯域Lの部分音響伝達関数YL(t+1)は保持される。
Thereafter, when it is determined at time (t + 2) that only the high frequency band H is valid for the estimation of the acoustic transfer function with respect to the sound source signal input to the
そして、時刻(t+3)において、音響調整装置10に入力された音源信号に関して、低周波帯域Lだけが音響伝達関数の推定に有効と判断された場合、同様に、高周波帯域Hの部分音響伝達関数YH(t+2)が保持され、低周波帯域Lの部分音響伝達関数YL(t+1)がYL(t+3)に更新される。
Then, at time (t + 3), when it is determined that only the low frequency band L is effective for estimating the acoustic transfer function with respect to the sound source signal input to the
合成部60は、推定部40によって推定された部分音響伝達関数を複数の部分周波数帯域について合成する処理部である。この合成部60は、記憶部50に記憶している各部分周波数帯域毎の部分音響伝達関数を合成することによって、可聴域における全周波数帯域の音響特性に対応する音響伝達関数を生成する。
The synthesis unit 60 is a processing unit that synthesizes the partial acoustic transfer functions estimated by the
たとえば、合成部60は、推定部40により、図4(b)及び(d)に示したような音響特性が算出され、これらの音響特性から得られた部分音響伝達関数が記憶部50に記憶されていた場合、そのときに記憶部50に記憶されている低周波帯域Lの部分音響伝達関数と高周波帯域Hの部分音響伝達関数とを合成することによって、図4(e)に示すように、可聴域における全周波数帯域について良好に空間の音響特性を再現することができる。
For example, the synthesizing unit 60 calculates acoustic characteristics as shown in FIGS. 4B and 4D by the estimating
このように、本実施形態の音響調整装置10では、再生装置200から入力される有色音の音源信号を複数の部分周波数帯域に分割し、分割した各音源信号の信号レベルが所定の信号レベル以上であると判定された場合に、その音源信号を用いて、その音源信号の部分周波数帯域における部分音響伝達関数を推定するように構成している。
As described above, in the
そのため、この音響調整装置10では、推定部40により推定された部分周波数帯域毎の各部分音響伝達関数が、それぞれホワイトノイズを用いた場合と同様に、一定の信号レベルを備えた音源信号を用いて各周波数帯域毎の部分音響伝達関数を推定することができるので、これらの各部分音響伝達関数を合成部60によって合成することで、可聴域における全周波数帯域について良好に空間の音響特性を再現することができる。
Therefore, in this
しかも、この音響調整装置10では、音源信号の入力中に、音源信号が音響伝達関数の推定に有効と判定される度に記憶部50に記憶している部分音響伝達関数を最新のものに更新するため、たとえば、音楽の再生中に空間の音響特性が変化した場合であっても、その音響特性の変化に応じて部分音響伝達関数を随時変更して、環境の変化に応じた理想的な音響伝達関数を得ることができる。
In addition, in the
ここで、本実施形態に係る音響調整装置10の更に具体的な構成および音響調整装置10における信号の流れについて、図6を参照して説明する。図6は、音響調整装置10の詳細な構成を示す説明図である。
Here, a more specific configuration of the
図6に示すように、音響調整装置10は、同期部71、音源信号用の周波数変換部81、集音信号用の周波数変換部82、音源信号用のハイパスフィルタ部21、ローパスフィルタ部22、1/2ダウンサンプル部91、92、集音信号用のハイパスフィルタ部23、ローパスフィルタ部24、1/2ダウンサンプル部93、94、音源信号用のレベルチェック部31、32、適応制御部41、42、2アップサンプル部95、96、合成フィルタ部51、52、加算部61、適応フィルタ部62、逆周波数変換部100を備えている。
As shown in FIG. 6, the
この音響調整装置10は、CPU(Central Processing Unit)とROM(Read Only Memory)とRAM(Random Access Memory)とを備えたDSP(Digital Signal Processor)により構成しており、このDSPのCPUがROMに記憶している所定の音響調整プログラムをRAMを作業領域として実行することによって、上記同期部71、周波数変換部81、周波数変換部82、ハイパスフィルタ部21、ローパスフィルタ部22、1/2ダウンサンプル部91、92、ハイパスフィルタ部23、ローパスフィルタ部24、1/2ダウンサンプル部93、94、レベルチェック部31、32、適応制御部41、42、2アップサンプル部95、96、合成フィルタ部51、52、加算部61、適応フィルタ部62、逆周波数変換部100等として機能する。
The
同期部71は、再生装置200から入力される音源信号を遅延処理することによって、音源信号と集音信号との位相を同期させた後、音源信号を周波数変換部81へ出力する。
The synchronization unit 71 delays the sound source signal input from the
音源信号用の周波数変換部81は、同期部71から入力された音源信号をFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)により周波数領域へと変換した後、ハイパスフィルタ部21およびローパスフィルタ部22へ出力すると共に、この周波数領域に変換した音源信号を適応フィルタ62へ出力する。
The
集音信号用の周波数変換部82は、マイク202から入力される集音信号をFFTにより周波数領域へと変換した後、ハイパスフィルタ部23およびローパスフィルタ部24へ出力する。
The
音源信号用のハイパスフィルタ部21は、周波数領域に変換された音源信号の低周波帯域L成分をカットし、高周波帯域H成分のみの音源信号を生成して1/2ダウンサンプル部91へ出力する。また、音源信号用のローパスフィルタ部22は、周波数領域に変換された音源信号の高周波帯域H成分をカットし、低周波帯域Lのみの音源信号を生成して1/2ダウンサンプル部92へ出力する。
The high-pass filter unit 21 for the sound source signal cuts the low frequency band L component of the sound source signal converted into the frequency domain, generates a sound source signal having only the high frequency band H component, and outputs the sound source signal to the 1/2 down-
同様に、集音信号用のハイパスフィルタ部23は、高周波帯域H成分のみの集音信号を1/2ダウンサンプル部93へ出力し、集音信号用のローパスフィルタ部24は、低周波帯域L成分のみの集音信号を1/2ダウンサンプル部94へ出力する。
Similarly, the high-
音源信号用の1/2ダウンサンプル部91、92は、それぞれに入力される各音源信号を音源信号周波数の1/2倍のサンプリング周波数でサンプリング(ダウンサンプル)した後、各1/2ダウンサンプル部91、92の後段のレベルチェック部31、32へ出力する。
The
集音信号用の1/2ダウンサンプル部93、94は、それぞれに入力される集音信号を集音信号周波数の1/2倍のサンプリング周波数でサンプリング(ダウンサンプル)した後、1/2ダウンサンプル部93、94の後段の適応制御部41、42へ出力する。
The
レベルチェック部31、32は、それぞれに入力される音源信号の信号レベルが所定の信号レベル以上であるか否かを判定し、信号レベルが所定の信号レベル以上であると判定した音源信号をそれぞれ後段の適応制御部41、42へ出力する。一方、このレベルチェック部31、32は、信号レベルが所定の信号レベルに達していないと判定した場合、その信号を適応制御部41、42へ出力することなく破棄する。
The
適応制御部41、42は、それぞれに入力される音源信号と集音信号とに基づいて、それぞれ各部分周波数帯域における音響特性を計算し、得られた各音響特性に応じた部分音響伝達関数を求めて(推定して)同定処理を行い、同定処理後の部分音響伝達関数を適用した信号を各適応制御部41、42の後段の2アップサンプル部95、96へ出力する。
The
2アップサンプル部95、96は、それぞれに入力される信号を、その信号周波数の2倍のサンプリング周波数でサンプリング(アップサンプル)した後、後段の合成フィルタ部51、52へ出力する。
The two up-sampling
合成フィルタ部51、52は、周知の最適化アルゴリズムに従って、各部分周波数帯域における部分音響伝達関数を自己適応させる適応型フィルタ(adaptive filter)であり、それぞれに入力される信号に基づいて、各部分周波数帯域における部分音響伝達関数を適用したフィルタ係数を自己適応させる。これらの各合成フィルタ部51、52は、前段の2アップサンプル部95、96から信号が入力されるたびに、その信号に基づいて、部分音響伝達関数とフィルタ係数とを更新する。
The
加算部61は、高周波帯域用Hの合成フィルタ51と低周波帯域Lの合成フィルタ52とを加算処理する。この加算部61の加算処理により、後段の適応フィルタ部62におけるフィルタ係数が決定することとなる。すなわち、この加算処理の結果、合成フィルタ部51のフィルタ係数が適応フィルタ部62の高周波帯域Hにおけるフィルタ係数として設定され、合成フィルタ部52のフィルタ係数が適応フィルタ部62の低周波帯域Lにおけるフィルタ係数として設定される。
The
適応フィルタ部62は、周波数変換部81から入力される周波数領域に変換された音源信号に対して、そのとき設定されているフィルタ係数に応じたフィルタ処理を施して逆周波数変換部100へ出力する。
The
逆周波数変換部100は、適応フィルタ部62から入力される周波数領域の音源信号をIFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)により時間領域へと変換した後、スピーカ201へ出力する。
The inverse
次に、音響調整装置10が音響調整を行う際にDSPのCPUが実行する処理について、図7を参照して説明する。図7は、DSPのCPUが音響調整プログラムを実行するときの処理の流れを示すフローチャートである。
Next, processing executed by the CPU of the DSP when the
図7に示すように、CPUは、まず音源信号と集音信号との位相を同期させる同期処理を実行し(ステップS101)、その後、音源信号および集音信号を周波数領域へと変換する周波数変換処理を実行する(ステップS102)。 As shown in FIG. 7, the CPU first executes a synchronization process for synchronizing the phases of the sound source signal and the sound collection signal (step S101), and then converts the sound source signal and the sound collection signal into the frequency domain. Processing is executed (step S102).
続いて、CPUは、周波数領域に変換された音源信号と集音信号とをそれぞれ高周波帯域Hと低周波帯域Lとに分割する分割処理を実行し(ステップS103)、その後、各信号周波数の1/2倍のサンプリング周波数によるダウンサンプル処理を実行する(ステップS104)。 Subsequently, the CPU executes a dividing process of dividing the sound source signal and the collected sound signal converted into the frequency domain into the high frequency band H and the low frequency band L, respectively (step S103), and thereafter, 1 for each signal frequency. A downsampling process with a sampling frequency of / 2 is executed (step S104).
ここで、CPUは、ダウンサンプル処理が施された各部分周波数帯域の音源信号毎に、信号レベルが所定の信号レベル以上であるか否かを判定することによって、その音源信号が音響伝達関数の推定に有効か否かを判定する処理を実行する(ステップS105)。 Here, the CPU determines whether or not the signal level is equal to or higher than a predetermined signal level for each sound source signal of each partial frequency band subjected to the down-sampling process, so that the sound source signal is the acoustic transfer function. Processing for determining whether or not the estimation is effective is executed (step S105).
そして、CPUは、音源信号が音響伝達関数の推定に有効であると判定した場合(ステップS105:Yes)、その音源信号と部分周波数帯域が同じ集音信号とに基づいて、その部分周波数帯域における部分音響伝達関数を推定する同定処理を実行し(ステップS106)、その後、設定中の部分音響伝達関数を今回の同定処理により得た部分音響伝達関数に更新する更新処理を実行して(ステップS107)、処理をステップS108へ移す。一方、CPUは、ステップS105において音源信号が音響伝達関数の推定に有効でないと判定した場合に(ステップS105:No)、処理をステップS108へ移す。 Then, when the CPU determines that the sound source signal is effective for estimation of the acoustic transfer function (step S105: Yes), based on the sound source signal and the collected sound signal having the same partial frequency band, in the partial frequency band An identification process for estimating the partial sound transfer function is executed (step S106), and then an update process for updating the partial sound transfer function being set to the partial sound transfer function obtained by the current identification process is executed (step S107). ), And the process proceeds to step S108. On the other hand, if the CPU determines in step S105 that the sound source signal is not effective for estimating the acoustic transfer function (step S105: No), the process proceeds to step S108.
続いて、CPUは、アップサンプル処理を実行し(ステップ108)、その後、高周波帯域Hの合成フィルタ部51と低周波帯域Lの合成フィルタ部52とを合成する合成処理を実行する(ステップS109)。
Subsequently, the CPU executes an upsampling process (step 108), and then executes a synthesis process for synthesizing the
そして、CPUは、音源信号に対して適応フィルタ部62による畳み込み処理を実行し(ステップS110)、その後、畳み込み処理が施された音源信号を時間領域へと変換する逆周波数変換処理を実行して(ステップS111)、スピーカ201へ出力した後処理を終了する。
Then, the CPU executes convolution processing by the
このように、本実施形態の音響調整装置10では、音響伝達関数の同定に、ホワイトノイズではなく、再生装置200から入力される有色音である音源信号を用いるため、音楽等の再生中に随時音響伝達関数の同定を行っても聴取者の快適性を阻害することがない。
As described above, in the
また、この音響調整装置10は、再生装置200から入力される音源信号を周波数領域へと変換したうえで複数の部分周波数帯域に分割し、各部分周波数帯域毎に音源信号の信号レベルをチェックして、信号レベルが所定の信号レベル以上であると判定された音源信号と、その音源信号と同じ部分周波数帯域の集音信号とに基づいて、当該部分周波数帯域における部分音響伝達関数を同定するので、再生装置200から入力される信号レベルが時刻によって変化する場合であっても、音源信号の信号レベルが所定の信号レベル以上となっている部分周波数帯域では、良好に空間の音響特性を再現することができるので、好適に部分音響伝達関数の同定を行うことができる。
In addition, the
そして、この音響調整装置10では、部分周波数帯域毎に分割された音源信号の信号レベルが所定の信号レベル以上であると判定された部分周波数帯域においては、当該部分周波数帯域に対応する合成フィルタ部51、52のフィルタ係数を更新し、音源信号の信号レベルが所定の信号レベルに満たないと判定された部分周波数帯域においては、当該部分周波数帯域に対応する合成フィルタ部51、52のフィルタ係数を更新せずに、前回更新されたフィルタ係数を保持する。
In the
そのため、この音響調整装置10では、非常に信号レベルの低い音源信号等、部分音響伝達関数の同定に適さない音源信号が入力された場合に、その音源信号に基づいて合成フィルタ部51、52のフィルタ係数を更新することがないので、音響特性の再現性が低減することを防止することができる。
Therefore, in this
また、上記した実施形態では、音響調整装置10に音源信号が入力される前の状態において、記憶部50に、初期値として標準的な高周波帯域における部分音響伝達関数と、標準的な低周波帯域における部分音響伝達関数とを記憶させているが、音源信号の入力が停止された場合に、記憶部50は、そのときに記憶されている各部分音響伝達関数を次に音源信号が入力されるまで保持する。
Further, in the above-described embodiment, the partial acoustic transfer function in the standard high frequency band as the initial value and the standard low frequency band are stored in the
これにより、この音響調整装置10を車載型のオーディオシステム等に適用した場合に、音楽の再生中にエンジンを停止させても、エンジンを再始動させたときに記憶部50には、エンジンを停止させた際の各部分音響伝達関数が保持されているため、音響伝達関数の同定までに要する時間を短縮することができる。
Thereby, when this
10 音響調整装置
20 分割部
30 判定部
40 推定部
50 記憶部
60 合成部
200 再生装置
201 スピーカ
202 マイク
203 聴取者
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記スピーカによって再生される有色音の音源信号を複数の部分周波数帯域へ分割するとともに、前記マイクによって集音された集音信号についても前記部分周波数帯域へ分割する分割手段と、
前記部分周波数帯域における音源信号の信号レベルに基づいて当該音源信号が伝達関数の推定に有効であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって有効であると判定された前記音源信号および前記集音信号に基づいて、当該音源信号および集音信号の前記部分周波数帯域における前記音響伝達関数をあらわす部分音響伝達関数を推定する推定手段と、
前記推定手段によって推定された前記部分音響伝達関数を複数の前記部分周波数帯域について合成する合成手段と、
を備えたことを特徴とする音響調整装置。 An acoustic adjustment device that adjusts sound in a predetermined space by estimating an acoustic transfer function between a speaker and a microphone that collects sound reproduced by the speaker,
A dividing unit that divides a colored sound source signal reproduced by the speaker into a plurality of partial frequency bands, and also divides a collected signal collected by the microphone into the partial frequency band;
Determining means for determining whether the sound source signal is effective for estimating a transfer function based on a signal level of the sound source signal in the partial frequency band;
Estimation that estimates a partial sound transfer function representing the sound transfer function in the partial frequency band of the sound source signal and the sound collection signal based on the sound source signal and the sound collection signal determined to be effective by the determination unit Means,
Synthesizing means for synthesizing the partial acoustic transfer functions estimated by the estimating means for a plurality of the partial frequency bands;
An acoustic adjustment device comprising:
前記推定手段は、前記判定手段により伝達関数の推定に有効であると判定された前記音源信号と前記集音信号とに基づいて推定した前記部分音響伝達関数を前記記憶手段に記憶させ、
前記合成手段は、前記記憶手段に記憶している各部分周波数帯域毎の前記部分音響伝達関数を合成することを特徴とする請求項1に記載の音響調整装置。 Storage means for storing the partial acoustic transfer function for each partial frequency band;
The estimation means causes the storage means to store the partial acoustic transfer function estimated based on the sound source signal and the sound collection signal determined to be effective for estimation of a transfer function by the determination means,
2. The acoustic adjustment apparatus according to claim 1, wherein the synthesizing unit synthesizes the partial acoustic transfer function for each partial frequency band stored in the storage unit.
前記音響調整装置が、
前記スピーカによって再生される有色音の音源信号を複数の部分周波数帯域へ分割するとともに、前記マイクによって集音された集音信号についても前記部分周波数帯域へ分割する分割ステップと、
前記部分周波数帯域における音源信号の信号レベルに基づいて当該音源信号が伝達関数の推定に有効であるか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップによって有効であると判定された前記音源信号および前記集音信号に基づいて、有効であると判定された前記音源信号の前記部分周波数帯域における前記音響伝達関数をあらわす部分音響伝達関数を推定する推定ステップと、
前記推定ステップによって推定された前記部分音響伝達関数を複数の前記部分周波数帯域について合成する合成ステップと
を備えたことを特徴とする音響調整方法。 An acoustic adjustment method by an acoustic adjustment device that adjusts sound in a predetermined space by estimating an acoustic transfer function between a speaker and a microphone that collects sound reproduced by the speaker,
The acoustic adjustment device is
A division step of dividing the colored sound source signal reproduced by the speaker into a plurality of partial frequency bands, and also dividing the collected sound signal collected by the microphone into the partial frequency band;
A determination step of determining whether the sound source signal is effective for estimating a transfer function based on the signal level of the sound source signal in the partial frequency band;
A partial acoustic transfer function representing the acoustic transfer function in the partial frequency band of the sound source signal determined to be effective based on the sound source signal determined to be effective and the sound collection signal determined by the determination step; An estimation step to estimate;
And a synthesis step of synthesizing the partial acoustic transfer functions estimated in the estimation step for a plurality of the partial frequency bands.
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JP2014127734A (en) * | 2012-12-25 | 2014-07-07 | Yamaha Corp | Multitrack sound recording apparatus |
JP2015139060A (en) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | キヤノン株式会社 | Sound field correction device, control method thereof, and program |
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-
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