音響補正装置、及び音響補正方法
【課題】聴覚心理に基づき、広い領域に渡って、高音質を実現することが出来る音響補正装置、及び音響補正方法を提供する。
【解決手段】一実施形態に係る音響補正装置は、音声信号を音として出力する出力手段と、前記音声信号をタップ係数に基づいて補正するフィルタ手段とを備える音響再生装置に接続される音響補正装置であって、前記出力手段から出力された音がそれぞれ異なる位置に存在する検出点で録音された複数の録音信号を取得する音響測定手段と、前記音響測定手段により取得した複数の録音信号に基づいて複数の周波数特性を算出し、前記複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に最大振幅を特定して最大振幅特性を算出し、前記複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に平均群遅延特性を算出し、前記最大振幅特性及び前記平均群遅延特性に基づいてタップ係数を算出し、前記フィルタ係数を前記音響再生装置の前記フィルタ手段に出力する音響補正手段と、を具備する。
【解決手段】一実施形態に係る音響補正装置は、音声信号を音として出力する出力手段と、前記音声信号をタップ係数に基づいて補正するフィルタ手段とを備える音響再生装置に接続される音響補正装置であって、前記出力手段から出力された音がそれぞれ異なる位置に存在する検出点で録音された複数の録音信号を取得する音響測定手段と、前記音響測定手段により取得した複数の録音信号に基づいて複数の周波数特性を算出し、前記複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に最大振幅を特定して最大振幅特性を算出し、前記複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に平均群遅延特性を算出し、前記最大振幅特性及び前記平均群遅延特性に基づいてタップ係数を算出し、前記フィルタ係数を前記音響再生装置の前記フィルタ手段に出力する音響補正手段と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、音響補正装置、及び音響補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の空間に対してスピーカから音を出力し、スピーカから出力された音を１つまたは複数のマイクにより検出し、検出した音に基づいてスピーカから出力する音の音質を補正する音響補正装置が一般的に知られている。
【０００３】
聴取者が空間内のどの位置にいてもスピーカからの音声を明瞭に聴き取れるように、音響補正装置は、推奨される聴取位置の近傍における複数の観測点で周波数特性を測定する。音響補正装置は、測定した周波数特性を平均化してパワーレスポンスを算出することにより、スピーカから出力される音声の音質を補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２４６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、複数の観測点で周波数特性を測定する場合、観測点の違いにより、同一周波数でもピーク（周波数特性における山）の場合と、ディップ（周波数特性における谷）の場合とがある。この為、ピークとディップとが混在する周波数に対して、平均化した結果を基に補正すると、位置によっては、ピークを過小に、またはディップを過大にする補正を施してしまう場合がある。
【０００６】
一般的に聴覚心理では周波数特性におけるピークに敏感であり、ディップには鈍感であるとされている。この為、ディップを過大にする補正が施される場合、聴取者に不快音を与える可能性があるという課題がある。
【０００７】
本発明は、聴覚心理に基づき、広い領域に渡って、高音質を実現することが出来る音響補正装置、及び音響補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態に係る音響補正装置は、音声信号を音として出力する出力手段と、前記音声信号をタップ係数に基づいて補正するフィルタ手段とを備える音響再生装置に接続される音響補正装置であって、前記出力手段から出力された音がそれぞれ異なる位置に存在する検出点で録音された複数の録音信号を取得する音響測定手段と、前記音響測定手段により取得した複数の録音信号に基づいて複数の周波数特性を算出し、前記複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に最大振幅を特定して最大振幅特性を算出し、前記複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に平均群遅延特性を算出し、前記最大振幅特性及び前記平均群遅延特性に基づいてタップ係数を算出し、前記フィルタ係数を前記音響再生装置の前記フィルタ手段に出力する音響補正手段と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態に係る音響補正装置の構成例について説明するための図である。
【図２】図２は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図３】図３は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図４】図４は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図５】図５は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図６】図６は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図７】図７は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図８】図８は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図９】図９は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図１０】図１０は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図１１】図１１は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図１２】図１２は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図１３】図１３は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図１４】図１４は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参照しながら、一実施形態に係る音響補正装置、及び音響補正方法ついて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、一実施形態に係る音響補正装置１００の構成について説明する為の説明図である。
図１に示すように、音響補正装置１００は、検査信号生成部１０１、インパルス応答算出部１０２、同期化部１０３、周波数応答算出部１０４、最大振幅特性算出部１０５、平均群遅延特性算出部１０６、差分特性算出部１０７、及びタップ係数算出部１０８などを備える。
【００１２】
さらに、音響補正装置１００は、音響再生装置２００に接続される。音響再生装置２００は、スピーカ２０１、及びフィルタ部２０２などを備える。スピーカ２０１は、供給される信号に基づいて音（音波）を出力する。フィルタ部２０２は、例えばＦｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ＦＩＲ）フィルタなどにより構成される。フィルタ部２０２は、設定されるフィルタ係数に基づいて、スピーカ２０１に供給する信号に対して信号処理を施す。
【００１３】
検査信号生成部１０１は、検査信号および検査信号の逆信号を生成する。検査信号生成部１０１は、生成した検査信号を音響再生装置２００に供給する。また、検査信号生成部１０１は、生成した検査信号の逆信号をインパルス応答算出部１０２に供給する。音響再生装置２００のスピーカ２０１は、供給される検査信号を再生し、音を出力する。
【００１４】
また、音響補正装置１００は、マイク３０１に接続される。マイク３０１は、スピーカ２０１から出力される音を拾い、音を電気信号（録音信号）に変換する。マイク３０１は、録音信号を音響補正装置１００に供給する。
【００１５】
なお、検査信号生成部１０１は、複数の検査信号を生成し、複数の検査信号を連続してスピーカ２０１に供給する。これにより、スピーカ２０１は、連続して検査信号に基づく音を出力する。さらに、マイク３０１は、連続して音を検出し、複数の録音信号を取得する。マイク３０１は、取得した録音信号を逐次音響補正装置１００に供給する。
【００１６】
インパルス応答算出部１０２は、マイク３０１から供給される録音信号と検査信号生成部１０１から供給される検査信号の逆信号とを畳み込み演算することにより複数のインパルス応答を算出する。同期化部１０３は、複数のインパルス応答を同期化する。周波数応答算出部１０４は、同期化後のインパルス応答に基づいて、複数の周波数応答を算出する。
【００１７】
即ち、インパルス応答算出部１０２、同期化部１０３、及び周波数応答算出部１０４は、スピーカの音響特性を解析する音響解析手段（モジュール）として機能する。
【００１８】
最大振幅特性算出部１０５は、複数の周波数応答に基づいて最大振幅特性を算出する。平均群遅延特性算出部１０６は、複数の周波数応答に基づいて平均群遅延特性を算出する。差分特性算出部１０７は、予め設定される目標振幅特性と最大振幅特性との差分振幅特性を算出する。さらに、差分特性算出部１０７は、予め設定される目標群遅延特性と平均群遅延特性との差分群遅延特性を算出する。タップ係数算出部１０８は、差分振幅特性及び差分群遅延特性に基づいてタップ係数を算出する。タップ係数算出部１０８は、算出したタップ係数を音響再生装置２００のフィルタ部２０２に供給する。即ち、最大振幅特性算出部１０５、平均群遅延特性算出部１０６、差分特性算出部１０７、及びタップ係数算出部１０８は、タップ係数を算出する音響補正手段（モジュール）として機能する。
【００１９】
フィルタ部２０２は、タップ係数算出部１０８から供給されるタップ係数に基づいて、スピーカ２０１に供給する信号に対して信号処理を施す。これにより、音響補正装置１００は、音響再生装置２００から出力される音を補正することができる。
【００２０】
以下、各モジュールの動作について具体的に説明する。
検査信号生成部１０１は、例えば、下記の数式１に示すピンクタイムストレッチトパルスを検査信号Ｈとして生成する。さらに、検査信号生成部１０１は、ピンクタイムストレッチトパルスの逆の特性を有する数式２に示す信号（逆特性信号）Ｈ−１を生成する。また、検査信号生成部１０１は、例えば、ホワイトノイズ、ピンクノイズ、またはバンドノイズ等の手法に基づいて検査信号を生成する構成であってもよい。
【数１】
【００２１】
【数２】
【００２２】
なお、上記の数式１及び数式２において、Ｈは周波数応答であり、Ｈ−１は逆周波数応答であり、Ｎは信号長である。この場合、次の数式３が成り立つ。
【数３】
【００２３】
検査信号生成部１０１は、検査信号を周期的に所定回数（例えばＮ回）繰り返して生成する。図２は、検査信号生成部１０１により生成される検査信号の例について説明する為の説明である。検査信号生成部１０１は、図２に示す波形３１１のような信号をＮ回繰り返し出力する。なお、検査信号生成部１０１は、検査信号の不連続性を抑える為に、ダミーの検査信号をＮ個の検査信号の前後に１つずつ配置する。
【００２４】
検査信号生成部１０１は、生成した検査信号を音響再生装置２００に供給する。また、 検査信号生成部１０１は、生成した逆特性信号をインパルス応答算出部１０２供給する。検査信号生成部１０１から供給された検査信号は、フィルタ部２０２を通過し、スピーカ２０１により再生される。これにより、Ｎ回＋ダミー２回分の音がスピーカ２０１から出力される。なお、フィルタ部２０２は、初期状態において全ての周波数で０ｄＢゲインの特性、即ちフラットな特性に設定されている。この為、この段階ではフィルタ部２０２は、実質的に信号処理を行わない。
【００２５】
スピーカ２０１から出力された音は、マイク３０１により録音される。図３は、図１に示すマイク３０１の構成例について説明する為の説明図である。なお、ここでは、音響再生装置２００は、スピーカ２０１及び表示部２０３を含むテレビなどにより構成されると仮定して説明する。
【００２６】
マイク３０１は、図３に示すように、音響再生装置２００に設置されるスピーカ２０１と対向する位置に設置される。マイク３０１は、スピーカ２０１と対向する平面（測定平面）上を移動しつつ、スピーカ２０１から出力される音を録音し、録音信号を取得する。インパルス応答算出部１０２は、マイク３０１により取得される録音信号を逐次受信する。
【００２７】
マイク３０１は、測定平面上のＮ箇所の検出点においてそれぞれ１回ずつ音を録音する。これにより、マイク３０１は、図４に示すような連続するＮ個の録音信号４１０を取得する。即ち、この複数の録音信号４１０は、それぞれ異なる位置に存在する検出点において録音される複数の波形を有する。
【００２８】
なお、この場合、スピーカ２０１とマイク３０１の各検出点との距離は均一ではない。この為、マイク３０１により取得する録音信号４１０の各波形間の到達時間は一定ではない。即ち、図４に示す波形４１１と波形４１２とはタイミングずれが生じている。
【００２９】
図５は、インパルス応答算出部１０２における処理について説明する為の説明図である。
図５に示すように、インパルス応答算出部１０２には、録音信号４１０と、検査信号生成部１０１により生成される逆特性信号５００とが入力される。なお、図４に示すように、録音信号４１０には連続するＮ個の波形が含まれている。
【００３０】
インパルス応答算出部１０２は、マイク３０１から供給される録音信号４１０の各波形に対して検査信号生成部１０１から供給される逆特性信号を畳み込み演算する。これにより、インパルス応答算出部１０２は、図６に示すようなＮ個（Ｎポイント）のインパルス応答５１０を算出する。なお、インパルス応答算出部１０２は、周波数領域で乗算してインパルス応答５１０を算出する構成であってもよい。
【００３１】
同期化部１０３は、インパルス応答算出部１０２により算出されたインパルス応答５１０に対して同期化処理を行う。上記したように、マイク３０１を連続移動させて録音信号４１０を取得する場合、スピーカ２０１とマイク３０１との間の距離の誤差、またはドップラーシフトなどにより、算出された各インパルス応答５１０にタイミングのずれが生じる。この為、同期化部１０３は、例えば、算出されたインパルス応答５１０に基づいて第一ピーク時間を揃える処理を行う事により、各インパルス応答５１０における時間ずれを調整する。
【００３２】
また、同期化部１０３は、時間分解能が足りない場合、アップサンプリング処理をして時間ずれを調整し、さらにダウンサンプリング処理を行うことにより、インパルス応答５１０における時間ずれを調整する構成であってもよい。
【００３３】
周波数応答算出部１０４は、同期化部１０３により同期化処理が施された各インパルス応答５１０をフーリエ変換し、図７に示す振幅特性７１０及び図８に示す群遅延特性８１０を算出する。
【００３４】
例えば、周波数応答算出部１０４は、各インパルス応答５１０をそれぞれフーリエ変換し、フーリエ変換したものの絶対値を算出し、振幅特性７１０を取得する。即ち、周波数応答算出部１０４は、図７に示すようにＮ個の振幅特性７１０を取得する。また、例えば、周波数応答算出部１０４は、各インパルス応答５１０をそれぞれフーリエ変換し、フーリエ変換したものの複素平面における角度に対して偏微分を行い、群遅延特性８１０を取得する。即ち、周波数応答算出部１０４は、図８に示すようＮ個の群遅延特性８１０を取得する。
【００３５】
なお、周波数応答算出部１０４は、窓関数をインパルス応答５１０に掛け合わせ、さらにフーリエ変換を行う構成であってもよい。この場合、窓関数により指定される区間外のデータが「０」になる為、数値解析が容易になる。
【００３６】
最大振幅特性算出部１０５は、周波数応答算出部１０４により算出されたＮ個の振幅特性７１０に基づいて図９に示す最大振幅特性７１２を算出する。図９に示す複数の点線は、それぞれ振幅特性を示す。例えば、最大振幅特性算出部１０５は、Ｎ個の振幅特性７１０における最大値を各周波数毎に算出することにより、最大振幅特性７１２を算出する。また、最大振幅特性算出部１０５は、例えば、各周波数毎の振幅値のヒストグラムを基に正規分布を外れる値を除外して最大値を算出するような、特異点の影響を受けない構成であってもよい。
【００３７】
平均群遅延特性算出部１０６は、周波数応答算出部１０４により算出されたＮ個の群遅延特性８１０に基づいて図１０に示す平均群遅延特性８１２を算出する。図１０に示す複数の点線は、それぞれ群遅延特性を示す。例えば、平均群遅延特性算出部１０６は、Ｎ個の群遅延特性８１０の平均値を各周波数毎に算出することにより、平均群遅延特性８１２を算出する。また、平均群遅延特性算出部１０６は、例えば、各周波数毎の群遅延値のヒストグラムを基に正規分布を外れる値を除外して平均値を算出するような、特異点の影響を受けない構成であってもよい。
【００３８】
図１１に示すように、差分特性算出部１０７は、最大振幅特性算出部１０５により算出された最大振幅特性７１２と、予め設定される目標振幅特性７１３との差分振幅特性７１４を算出する。例えば、差分特性算出部１０７は、予め設定される目標振幅特性７１３から最大振幅特性算出部１０５により算出された最大振幅特性７１２を対数領域で減算し、差分振幅特性７１４を算出する。
【００３９】
また、図１２に示すように、差分特性算出部１０７は、平均群遅延特性算出部１０６により算出された平均群遅延特性８１２と、予め設定される目標群遅延特性８１３との差分群遅延特性８１４を算出する。例えば、差分特性算出部１０７は、予め設定される目標群遅延特性８１３から平均群遅延特性算出部１０６により算出された平均群遅延特性８１２を減算し、差分群遅延特性８１４を算出する。
【００４０】
なお、ここでは、一例として、目標振幅特性７１３及び目標群遅延特性８１３は、共に補正対象である周波数範囲においてフラットな特性であると仮定して図１１及び図１２を示す。また、目標振幅特性７１３は、境界線７１５、７１６の内側を補正対象とし、目標群遅延特性８１３は、境界線８１５、８１６の内側を補正対象としている。
【００４１】
また、音響補正装置１００において用いられる目標振幅特性７１３及び目標群遅延特性８１３は、予め設定されると説明したが、この構成に限定されない。例えば、音響補正装置１００は、ユーザによる操作入力信号を受け取る手段を具備し、受け取った操作入力信号に基づいて目標振幅特性７１３及び目標群遅延特性８１３を調整する構成であってもよい。
【００４２】
タップ係数算出部１０８は、差分振幅特性及び差分群遅延特性に基づいて逆フーリエ変換し、図１３に示すインパルス応答（ＦＩＲフィルタのタップ係数）９１０を算出する。
【００４３】
タップ係数算出部１０８は、算出したタップ係数９１０を音響再生装置２００のフィルタ部２０２に供給する。フィルタ部２０２は、音響補正装置１００から供給されるタップ係数９１０を保持し、保持されたタップ係数９１０を用いてスピーカ２０１に供給するオーディオ信号に対して信号処理を施す。これにより、音響補正装置１００は、音響再生装置２００から出力される音を補正することができる。
【００４４】
図１４は、音響補正装置１００から供給されたタップ係数９１０に基づいて音響補正が施されてスピーカ２０１から出力された音の波形９１４を示す図である。
【００４５】
従来の音響補正によると、位置によっては、周波数特性におけるピークが目標特性を上回る場合がある。この為、再生される音によりユーザに不快音を与える可能性がある。
【００４６】
しかし、図１４に示すように、本実施形態に係る音響補正装置１００及び音響再生装置２００によると、目標振幅特性７１３を上回るピークを抑えることができる。
【００４７】
上記したように、一実施形態に係る音響補正装置１００は、異なるポイントで検出された複数の振幅特性７１０に基づいて最大振幅特性７１２を算出し、さらに異なるポイントで検出された複数の群遅延特性８１０に基づいて平均群遅延特性８１２を算出する。さらに、音響補正装置１００は、予め設定される目標振幅特性７１３及び目標群遅延特性８１３に基づいて、差分振幅特性７１４及び差分群遅延特性８１４を算出する。音響補正装置１００は、差分振幅特性７１４及び差分群遅延特性８１４に基づいて逆フーリエ変換を行い、フィルタにおいて用いられるタップ係数９１０を算出する。
【００４８】
これにより、音響補正装置１００は、複数の検出ポイントにおいて検出した録音信号に基づいて音の補正を行う為、不快音として感じるピーク成分を除去することができ、ユーザがどの位置にいても違和感の無い音響を提供することができる。
【００４９】
即ち、音響補正装置１００は、複数位置で測定された振幅特性の周波数毎の最大値を補正対象としてタップ係数９１０を算出する。これにより、音響補正装置１００は、ディップよりピークを重点的に補正することができる。このため、音響補正装置１００は、音が伝搬する空間中に存在する耳障りな音を低減することができる。
【００５０】
この結果、聴覚心理に基づき、広い領域で高音質を実現することが出来る音響補正装置、及び音響補正方法を提供することができる。
【００５１】
なお、上記した実施形態では、フィルタ部２０２は、ＦＩＲフィルタとしたが他のフィルタにより構成されていてもよい。この場合、音響補正装置１００は、音響再生装置２００が備えるフィルタの種類に応じたフィルタ係数９１０を差分振幅特性７１４及び差分群遅延特性８１４に基づいて算出する。
【００５２】
なお、上述の各実施の形態で説明した機能は、ハードウエアを用いて構成するに留まらず、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現することもできる。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。
【００５３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１００…音響補正装置、１０１…検査信号生成部、１０２…インパルス応答算出部、１０３…同期化部、１０４…周波数応答算出部、１０５…最大振幅特性算出部、１０６…平均群遅延特性算出部、１０７…差分特性算出部、１０８…タップ係数算出部、２００…音響再生装置、２０１…スピーカ、２０２…フィルタ部、２０３…表示部、３０１…マイク。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、音響補正装置、及び音響補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の空間に対してスピーカから音を出力し、スピーカから出力された音を１つまたは複数のマイクにより検出し、検出した音に基づいてスピーカから出力する音の音質を補正する音響補正装置が一般的に知られている。
【０００３】
聴取者が空間内のどの位置にいてもスピーカからの音声を明瞭に聴き取れるように、音響補正装置は、推奨される聴取位置の近傍における複数の観測点で周波数特性を測定する。音響補正装置は、測定した周波数特性を平均化してパワーレスポンスを算出することにより、スピーカから出力される音声の音質を補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２４６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、複数の観測点で周波数特性を測定する場合、観測点の違いにより、同一周波数でもピーク（周波数特性における山）の場合と、ディップ（周波数特性における谷）の場合とがある。この為、ピークとディップとが混在する周波数に対して、平均化した結果を基に補正すると、位置によっては、ピークを過小に、またはディップを過大にする補正を施してしまう場合がある。
【０００６】
一般的に聴覚心理では周波数特性におけるピークに敏感であり、ディップには鈍感であるとされている。この為、ディップを過大にする補正が施される場合、聴取者に不快音を与える可能性があるという課題がある。
【０００７】
本発明は、聴覚心理に基づき、広い領域に渡って、高音質を実現することが出来る音響補正装置、及び音響補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態に係る音響補正装置は、音声信号を音として出力する出力手段と、前記音声信号をタップ係数に基づいて補正するフィルタ手段とを備える音響再生装置に接続される音響補正装置であって、前記出力手段から出力された音がそれぞれ異なる位置に存在する検出点で録音された複数の録音信号を取得する音響測定手段と、前記音響測定手段により取得した複数の録音信号に基づいて複数の周波数特性を算出し、前記複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に最大振幅を特定して最大振幅特性を算出し、前記複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に平均群遅延特性を算出し、前記最大振幅特性及び前記平均群遅延特性に基づいてタップ係数を算出し、前記フィルタ係数を前記音響再生装置の前記フィルタ手段に出力する音響補正手段と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態に係る音響補正装置の構成例について説明するための図である。
【図２】図２は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図３】図３は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図４】図４は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図５】図５は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図６】図６は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図７】図７は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図８】図８は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図９】図９は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図１０】図１０は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図１１】図１１は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図１２】図１２は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図１３】図１３は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【図１４】図１４は、図１に示す音響補正装置における処理の例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参照しながら、一実施形態に係る音響補正装置、及び音響補正方法ついて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、一実施形態に係る音響補正装置１００の構成について説明する為の説明図である。
図１に示すように、音響補正装置１００は、検査信号生成部１０１、インパルス応答算出部１０２、同期化部１０３、周波数応答算出部１０４、最大振幅特性算出部１０５、平均群遅延特性算出部１０６、差分特性算出部１０７、及びタップ係数算出部１０８などを備える。
【００１２】
さらに、音響補正装置１００は、音響再生装置２００に接続される。音響再生装置２００は、スピーカ２０１、及びフィルタ部２０２などを備える。スピーカ２０１は、供給される信号に基づいて音（音波）を出力する。フィルタ部２０２は、例えばＦｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ＦＩＲ）フィルタなどにより構成される。フィルタ部２０２は、設定されるフィルタ係数に基づいて、スピーカ２０１に供給する信号に対して信号処理を施す。
【００１３】
検査信号生成部１０１は、検査信号および検査信号の逆信号を生成する。検査信号生成部１０１は、生成した検査信号を音響再生装置２００に供給する。また、検査信号生成部１０１は、生成した検査信号の逆信号をインパルス応答算出部１０２に供給する。音響再生装置２００のスピーカ２０１は、供給される検査信号を再生し、音を出力する。
【００１４】
また、音響補正装置１００は、マイク３０１に接続される。マイク３０１は、スピーカ２０１から出力される音を拾い、音を電気信号（録音信号）に変換する。マイク３０１は、録音信号を音響補正装置１００に供給する。
【００１５】
なお、検査信号生成部１０１は、複数の検査信号を生成し、複数の検査信号を連続してスピーカ２０１に供給する。これにより、スピーカ２０１は、連続して検査信号に基づく音を出力する。さらに、マイク３０１は、連続して音を検出し、複数の録音信号を取得する。マイク３０１は、取得した録音信号を逐次音響補正装置１００に供給する。
【００１６】
インパルス応答算出部１０２は、マイク３０１から供給される録音信号と検査信号生成部１０１から供給される検査信号の逆信号とを畳み込み演算することにより複数のインパルス応答を算出する。同期化部１０３は、複数のインパルス応答を同期化する。周波数応答算出部１０４は、同期化後のインパルス応答に基づいて、複数の周波数応答を算出する。
【００１７】
即ち、インパルス応答算出部１０２、同期化部１０３、及び周波数応答算出部１０４は、スピーカの音響特性を解析する音響解析手段（モジュール）として機能する。
【００１８】
最大振幅特性算出部１０５は、複数の周波数応答に基づいて最大振幅特性を算出する。平均群遅延特性算出部１０６は、複数の周波数応答に基づいて平均群遅延特性を算出する。差分特性算出部１０７は、予め設定される目標振幅特性と最大振幅特性との差分振幅特性を算出する。さらに、差分特性算出部１０７は、予め設定される目標群遅延特性と平均群遅延特性との差分群遅延特性を算出する。タップ係数算出部１０８は、差分振幅特性及び差分群遅延特性に基づいてタップ係数を算出する。タップ係数算出部１０８は、算出したタップ係数を音響再生装置２００のフィルタ部２０２に供給する。即ち、最大振幅特性算出部１０５、平均群遅延特性算出部１０６、差分特性算出部１０７、及びタップ係数算出部１０８は、タップ係数を算出する音響補正手段（モジュール）として機能する。
【００１９】
フィルタ部２０２は、タップ係数算出部１０８から供給されるタップ係数に基づいて、スピーカ２０１に供給する信号に対して信号処理を施す。これにより、音響補正装置１００は、音響再生装置２００から出力される音を補正することができる。
【００２０】
以下、各モジュールの動作について具体的に説明する。
検査信号生成部１０１は、例えば、下記の数式１に示すピンクタイムストレッチトパルスを検査信号Ｈとして生成する。さらに、検査信号生成部１０１は、ピンクタイムストレッチトパルスの逆の特性を有する数式２に示す信号（逆特性信号）Ｈ−１を生成する。また、検査信号生成部１０１は、例えば、ホワイトノイズ、ピンクノイズ、またはバンドノイズ等の手法に基づいて検査信号を生成する構成であってもよい。
【数１】
【００２１】
【数２】
【００２２】
なお、上記の数式１及び数式２において、Ｈは周波数応答であり、Ｈ−１は逆周波数応答であり、Ｎは信号長である。この場合、次の数式３が成り立つ。
【数３】
【００２３】
検査信号生成部１０１は、検査信号を周期的に所定回数（例えばＮ回）繰り返して生成する。図２は、検査信号生成部１０１により生成される検査信号の例について説明する為の説明である。検査信号生成部１０１は、図２に示す波形３１１のような信号をＮ回繰り返し出力する。なお、検査信号生成部１０１は、検査信号の不連続性を抑える為に、ダミーの検査信号をＮ個の検査信号の前後に１つずつ配置する。
【００２４】
検査信号生成部１０１は、生成した検査信号を音響再生装置２００に供給する。また、 検査信号生成部１０１は、生成した逆特性信号をインパルス応答算出部１０２供給する。検査信号生成部１０１から供給された検査信号は、フィルタ部２０２を通過し、スピーカ２０１により再生される。これにより、Ｎ回＋ダミー２回分の音がスピーカ２０１から出力される。なお、フィルタ部２０２は、初期状態において全ての周波数で０ｄＢゲインの特性、即ちフラットな特性に設定されている。この為、この段階ではフィルタ部２０２は、実質的に信号処理を行わない。
【００２５】
スピーカ２０１から出力された音は、マイク３０１により録音される。図３は、図１に示すマイク３０１の構成例について説明する為の説明図である。なお、ここでは、音響再生装置２００は、スピーカ２０１及び表示部２０３を含むテレビなどにより構成されると仮定して説明する。
【００２６】
マイク３０１は、図３に示すように、音響再生装置２００に設置されるスピーカ２０１と対向する位置に設置される。マイク３０１は、スピーカ２０１と対向する平面（測定平面）上を移動しつつ、スピーカ２０１から出力される音を録音し、録音信号を取得する。インパルス応答算出部１０２は、マイク３０１により取得される録音信号を逐次受信する。
【００２７】
マイク３０１は、測定平面上のＮ箇所の検出点においてそれぞれ１回ずつ音を録音する。これにより、マイク３０１は、図４に示すような連続するＮ個の録音信号４１０を取得する。即ち、この複数の録音信号４１０は、それぞれ異なる位置に存在する検出点において録音される複数の波形を有する。
【００２８】
なお、この場合、スピーカ２０１とマイク３０１の各検出点との距離は均一ではない。この為、マイク３０１により取得する録音信号４１０の各波形間の到達時間は一定ではない。即ち、図４に示す波形４１１と波形４１２とはタイミングずれが生じている。
【００２９】
図５は、インパルス応答算出部１０２における処理について説明する為の説明図である。
図５に示すように、インパルス応答算出部１０２には、録音信号４１０と、検査信号生成部１０１により生成される逆特性信号５００とが入力される。なお、図４に示すように、録音信号４１０には連続するＮ個の波形が含まれている。
【００３０】
インパルス応答算出部１０２は、マイク３０１から供給される録音信号４１０の各波形に対して検査信号生成部１０１から供給される逆特性信号を畳み込み演算する。これにより、インパルス応答算出部１０２は、図６に示すようなＮ個（Ｎポイント）のインパルス応答５１０を算出する。なお、インパルス応答算出部１０２は、周波数領域で乗算してインパルス応答５１０を算出する構成であってもよい。
【００３１】
同期化部１０３は、インパルス応答算出部１０２により算出されたインパルス応答５１０に対して同期化処理を行う。上記したように、マイク３０１を連続移動させて録音信号４１０を取得する場合、スピーカ２０１とマイク３０１との間の距離の誤差、またはドップラーシフトなどにより、算出された各インパルス応答５１０にタイミングのずれが生じる。この為、同期化部１０３は、例えば、算出されたインパルス応答５１０に基づいて第一ピーク時間を揃える処理を行う事により、各インパルス応答５１０における時間ずれを調整する。
【００３２】
また、同期化部１０３は、時間分解能が足りない場合、アップサンプリング処理をして時間ずれを調整し、さらにダウンサンプリング処理を行うことにより、インパルス応答５１０における時間ずれを調整する構成であってもよい。
【００３３】
周波数応答算出部１０４は、同期化部１０３により同期化処理が施された各インパルス応答５１０をフーリエ変換し、図７に示す振幅特性７１０及び図８に示す群遅延特性８１０を算出する。
【００３４】
例えば、周波数応答算出部１０４は、各インパルス応答５１０をそれぞれフーリエ変換し、フーリエ変換したものの絶対値を算出し、振幅特性７１０を取得する。即ち、周波数応答算出部１０４は、図７に示すようにＮ個の振幅特性７１０を取得する。また、例えば、周波数応答算出部１０４は、各インパルス応答５１０をそれぞれフーリエ変換し、フーリエ変換したものの複素平面における角度に対して偏微分を行い、群遅延特性８１０を取得する。即ち、周波数応答算出部１０４は、図８に示すようＮ個の群遅延特性８１０を取得する。
【００３５】
なお、周波数応答算出部１０４は、窓関数をインパルス応答５１０に掛け合わせ、さらにフーリエ変換を行う構成であってもよい。この場合、窓関数により指定される区間外のデータが「０」になる為、数値解析が容易になる。
【００３６】
最大振幅特性算出部１０５は、周波数応答算出部１０４により算出されたＮ個の振幅特性７１０に基づいて図９に示す最大振幅特性７１２を算出する。図９に示す複数の点線は、それぞれ振幅特性を示す。例えば、最大振幅特性算出部１０５は、Ｎ個の振幅特性７１０における最大値を各周波数毎に算出することにより、最大振幅特性７１２を算出する。また、最大振幅特性算出部１０５は、例えば、各周波数毎の振幅値のヒストグラムを基に正規分布を外れる値を除外して最大値を算出するような、特異点の影響を受けない構成であってもよい。
【００３７】
平均群遅延特性算出部１０６は、周波数応答算出部１０４により算出されたＮ個の群遅延特性８１０に基づいて図１０に示す平均群遅延特性８１２を算出する。図１０に示す複数の点線は、それぞれ群遅延特性を示す。例えば、平均群遅延特性算出部１０６は、Ｎ個の群遅延特性８１０の平均値を各周波数毎に算出することにより、平均群遅延特性８１２を算出する。また、平均群遅延特性算出部１０６は、例えば、各周波数毎の群遅延値のヒストグラムを基に正規分布を外れる値を除外して平均値を算出するような、特異点の影響を受けない構成であってもよい。
【００３８】
図１１に示すように、差分特性算出部１０７は、最大振幅特性算出部１０５により算出された最大振幅特性７１２と、予め設定される目標振幅特性７１３との差分振幅特性７１４を算出する。例えば、差分特性算出部１０７は、予め設定される目標振幅特性７１３から最大振幅特性算出部１０５により算出された最大振幅特性７１２を対数領域で減算し、差分振幅特性７１４を算出する。
【００３９】
また、図１２に示すように、差分特性算出部１０７は、平均群遅延特性算出部１０６により算出された平均群遅延特性８１２と、予め設定される目標群遅延特性８１３との差分群遅延特性８１４を算出する。例えば、差分特性算出部１０７は、予め設定される目標群遅延特性８１３から平均群遅延特性算出部１０６により算出された平均群遅延特性８１２を減算し、差分群遅延特性８１４を算出する。
【００４０】
なお、ここでは、一例として、目標振幅特性７１３及び目標群遅延特性８１３は、共に補正対象である周波数範囲においてフラットな特性であると仮定して図１１及び図１２を示す。また、目標振幅特性７１３は、境界線７１５、７１６の内側を補正対象とし、目標群遅延特性８１３は、境界線８１５、８１６の内側を補正対象としている。
【００４１】
また、音響補正装置１００において用いられる目標振幅特性７１３及び目標群遅延特性８１３は、予め設定されると説明したが、この構成に限定されない。例えば、音響補正装置１００は、ユーザによる操作入力信号を受け取る手段を具備し、受け取った操作入力信号に基づいて目標振幅特性７１３及び目標群遅延特性８１３を調整する構成であってもよい。
【００４２】
タップ係数算出部１０８は、差分振幅特性及び差分群遅延特性に基づいて逆フーリエ変換し、図１３に示すインパルス応答（ＦＩＲフィルタのタップ係数）９１０を算出する。
【００４３】
タップ係数算出部１０８は、算出したタップ係数９１０を音響再生装置２００のフィルタ部２０２に供給する。フィルタ部２０２は、音響補正装置１００から供給されるタップ係数９１０を保持し、保持されたタップ係数９１０を用いてスピーカ２０１に供給するオーディオ信号に対して信号処理を施す。これにより、音響補正装置１００は、音響再生装置２００から出力される音を補正することができる。
【００４４】
図１４は、音響補正装置１００から供給されたタップ係数９１０に基づいて音響補正が施されてスピーカ２０１から出力された音の波形９１４を示す図である。
【００４５】
従来の音響補正によると、位置によっては、周波数特性におけるピークが目標特性を上回る場合がある。この為、再生される音によりユーザに不快音を与える可能性がある。
【００４６】
しかし、図１４に示すように、本実施形態に係る音響補正装置１００及び音響再生装置２００によると、目標振幅特性７１３を上回るピークを抑えることができる。
【００４７】
上記したように、一実施形態に係る音響補正装置１００は、異なるポイントで検出された複数の振幅特性７１０に基づいて最大振幅特性７１２を算出し、さらに異なるポイントで検出された複数の群遅延特性８１０に基づいて平均群遅延特性８１２を算出する。さらに、音響補正装置１００は、予め設定される目標振幅特性７１３及び目標群遅延特性８１３に基づいて、差分振幅特性７１４及び差分群遅延特性８１４を算出する。音響補正装置１００は、差分振幅特性７１４及び差分群遅延特性８１４に基づいて逆フーリエ変換を行い、フィルタにおいて用いられるタップ係数９１０を算出する。
【００４８】
これにより、音響補正装置１００は、複数の検出ポイントにおいて検出した録音信号に基づいて音の補正を行う為、不快音として感じるピーク成分を除去することができ、ユーザがどの位置にいても違和感の無い音響を提供することができる。
【００４９】
即ち、音響補正装置１００は、複数位置で測定された振幅特性の周波数毎の最大値を補正対象としてタップ係数９１０を算出する。これにより、音響補正装置１００は、ディップよりピークを重点的に補正することができる。このため、音響補正装置１００は、音が伝搬する空間中に存在する耳障りな音を低減することができる。
【００５０】
この結果、聴覚心理に基づき、広い領域で高音質を実現することが出来る音響補正装置、及び音響補正方法を提供することができる。
【００５１】
なお、上記した実施形態では、フィルタ部２０２は、ＦＩＲフィルタとしたが他のフィルタにより構成されていてもよい。この場合、音響補正装置１００は、音響再生装置２００が備えるフィルタの種類に応じたフィルタ係数９１０を差分振幅特性７１４及び差分群遅延特性８１４に基づいて算出する。
【００５２】
なお、上述の各実施の形態で説明した機能は、ハードウエアを用いて構成するに留まらず、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現することもできる。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。
【００５３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１００…音響補正装置、１０１…検査信号生成部、１０２…インパルス応答算出部、１０３…同期化部、１０４…周波数応答算出部、１０５…最大振幅特性算出部、１０６…平均群遅延特性算出部、１０７…差分特性算出部、１０８…タップ係数算出部、２００…音響再生装置、２０１…スピーカ、２０２…フィルタ部、２０３…表示部、３０１…マイク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号を音として出力する出力手段と、前記音声信号をタップ係数に基づいて補正するフィルタ手段とを備える音響再生装置に接続される音響補正装置であって、
前記出力手段から出力された音がそれぞれ異なる位置に存在する検出点で録音された複数の録音信号を取得する音響測定手段と、
前記音響測定手段により取得した複数の録音信号に基づいて複数の周波数特性を算出する音響解析手段と、
前記音響解析手段により算出された複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に最大振幅を特定して最大振幅特性を算出し、前記音響解析手法により算出された複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に平均群遅延特性を算出し、前記最大振幅特性及び前記平均群遅延特性に基づいて、タップ係数を算出し、前記タップ係数を前記音響再生装置の前記フィルタ手段に出力する音響補正手段と、
を具備する音響補正装置。
【請求項２】
前記音響測定手段は、検査信号を生成して前記音響補正装置の前記出力手段に送信し、前記出力手段により前記検査信号に基づいて出力される音がそれぞれ異なる位置に存在する検出点において録音された複数の録音信号を取得し、前記検査信号と逆の特性を有する逆特性信号を生成して前記音響解析手段に送信する、
請求項１に記載の音響補正装置。
【請求項３】
前記音響解析手段は、
前記音響測定手段により生成される前記逆特性信号と、前記複数の録音信号とに基づいて複数のインパルス応答を算出し、前記複数のインパルス応答に基づいて複数の振幅特性及び群遅延特性を算出する、
請求項２に記載の音響補正装置。
【請求項４】
前記音響補正手段は、
前記複数の振幅特性において各周波数毎に最大値を算出することにより前記最大振幅特性を算出し、前記複数の群遅延特性において各周波数毎に平均値を算出することにより前記平均群遅延特性を算出し、前記最大振幅特性及び前記平均群遅延特性と、予め設定される目標振幅特性及び目標群遅延特性とに基づいてタップ係数を算出し、前記音響再生装置の前記フィルタ手段に出力する、
請求項３に記載の音響補正装置。
【請求項５】
音声信号を音として出力する出力手段と、前記音声信号をタップ係数に基づいて補正するフィルタ手段とを備える音響再生装置に接続される音響補正装置における音響補正方法であって、
前記出力手段から出力された音がそれぞれ異なる位置に存在する検出点で録音された複数の録音信号を取得し、
前記取得した複数の録音信号に基づいて、複数の周波数特性を算出し、
前記複数の周波数特性に基づいて、各周波数毎に最大振幅を特定して最大振幅特性を算出し、前記複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に平均群遅延特性を算出し、
前記算出された前記最大振幅特性と前記平均群遅延特性とに基づいて、タップ係数を算出し、前記タップ係数を前記音響再生装置の前記フィルタ手段に出力する、
音響補正方法。
【請求項１】
音声信号を音として出力する出力手段と、前記音声信号をタップ係数に基づいて補正するフィルタ手段とを備える音響再生装置に接続される音響補正装置であって、
前記出力手段から出力された音がそれぞれ異なる位置に存在する検出点で録音された複数の録音信号を取得する音響測定手段と、
前記音響測定手段により取得した複数の録音信号に基づいて複数の周波数特性を算出する音響解析手段と、
前記音響解析手段により算出された複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に最大振幅を特定して最大振幅特性を算出し、前記音響解析手法により算出された複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に平均群遅延特性を算出し、前記最大振幅特性及び前記平均群遅延特性に基づいて、タップ係数を算出し、前記タップ係数を前記音響再生装置の前記フィルタ手段に出力する音響補正手段と、
を具備する音響補正装置。
【請求項２】
前記音響測定手段は、検査信号を生成して前記音響補正装置の前記出力手段に送信し、前記出力手段により前記検査信号に基づいて出力される音がそれぞれ異なる位置に存在する検出点において録音された複数の録音信号を取得し、前記検査信号と逆の特性を有する逆特性信号を生成して前記音響解析手段に送信する、
請求項１に記載の音響補正装置。
【請求項３】
前記音響解析手段は、
前記音響測定手段により生成される前記逆特性信号と、前記複数の録音信号とに基づいて複数のインパルス応答を算出し、前記複数のインパルス応答に基づいて複数の振幅特性及び群遅延特性を算出する、
請求項２に記載の音響補正装置。
【請求項４】
前記音響補正手段は、
前記複数の振幅特性において各周波数毎に最大値を算出することにより前記最大振幅特性を算出し、前記複数の群遅延特性において各周波数毎に平均値を算出することにより前記平均群遅延特性を算出し、前記最大振幅特性及び前記平均群遅延特性と、予め設定される目標振幅特性及び目標群遅延特性とに基づいてタップ係数を算出し、前記音響再生装置の前記フィルタ手段に出力する、
請求項３に記載の音響補正装置。
【請求項５】
音声信号を音として出力する出力手段と、前記音声信号をタップ係数に基づいて補正するフィルタ手段とを備える音響再生装置に接続される音響補正装置における音響補正方法であって、
前記出力手段から出力された音がそれぞれ異なる位置に存在する検出点で録音された複数の録音信号を取得し、
前記取得した複数の録音信号に基づいて、複数の周波数特性を算出し、
前記複数の周波数特性に基づいて、各周波数毎に最大振幅を特定して最大振幅特性を算出し、前記複数の周波数特性に基づいて各周波数毎に平均群遅延特性を算出し、
前記算出された前記最大振幅特性と前記平均群遅延特性とに基づいて、タップ係数を算出し、前記タップ係数を前記音響再生装置の前記フィルタ手段に出力する、
音響補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１１４８２６（Ｐ２０１２−１１４８２６Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６３９７９（Ｐ２０１０−２６３９７９）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【特許番号】特許第４８９２０９５号（Ｐ４８９２０９５）
【特許公報発行日】平成２４年３月７日（２０１２．３．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【特許番号】特許第４８９２０９５号（Ｐ４８９２０９５）
【特許公報発行日】平成２４年３月７日（２０１２．３．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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