JP2010141468A

JP2010141468A - 車載音響装置

Info

Publication number: JP2010141468A
Application number: JP2008314110A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Koga; 健太郎古賀
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2010-06-24

Abstract

【課題】車両周辺で発生した音の影響を抑える車載音響装置を提供することを課題とする。
【解決手段】車内の複数箇所に設置された各スピーカ４へ音声信号を出力する車載音響装置３であって、音源となる音声信号が入力されると、音声信号を増幅して各スピーカ４へ出力する増幅処理手段６と、車両２に到来する車両周辺の音のモデルであって、音の到来方向に応じて用意された複数のモデルで構成される第一の音響モデル３１を記憶する記憶手段１９と、車両２周辺の音を検知するマイクロホン５からの信号と、記憶手段１９が記憶する第一の音響モデル３１とに基づく、車両２周辺の音の到来方向に応じた制御を増幅処理手段６へ行う音量調整手段９と、を備える。
【選択図】図１３

Description

本発明は、車載音響装置に関する。

車載オーディオ機器の分野では、車両周辺の騒音に応じて音量の調整等を行う技術が提案されている。例えば、特許文献１には、車両用音声認識技術であって、レーザーレーダーで近接車両を検知すると運転者方向にマイクロホンの指向性を向ける技術が開示されている。また、特許文献２には、前席用スピーカと後席用スピーカのうち付近の騒音が大きい方のスピーカの音量を上げる技術が開示されている。また、特許文献３には、検出した車内騒音のレベルと、車速信号から受聴者が感じる騒音レベルを推定し、この走行騒音レベルが大きくなるほど再生オーディオ信号の音量およびダイナミックレンジが大きくなるようにする技術が開示されている。
特開２００１−１５４６８８号公報実開平３−４２４４７号公報特開平６−３１９１９２号公報

車内でオーディオを聞いている際、車両の周辺で騒音が発生すると、騒音が発生している方向の音声が聞こえにくくなり、且つ聞こえ方に偏りが発生する。また、音量を上げても全てのスピーカの音量が上がるため、音の聞こえ方のバランスは偏ったままとなる。特に、各座席に人が座っている際に、音が聞こえにくい人の音量操作により他の人の音の聞こえ方が変わるので、音の偏りが生じる。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、車両周辺で発生した音の影響を抑える車載音響装置を提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、予め用意した各方向からの音の音響モデルと実測した音とに基づき、車両周辺の音の到来方向に応じた各スピーカの音のバランスの調整を行う。

詳細には、車内の複数箇所に設置された各スピーカへ音声信号を出力する車載音響装置であって、音源となる音声信号が入力されると、該音声信号を増幅して前記各スピーカへ出力する増幅処理手段と、車両に到来する車両周辺の音のモデルであって、音の到来方向に応じて用意された複数のモデルで構成される第一の音響モデルを記憶する記憶手段と、車両周辺の音を検知するマイクロホンからの信号と、前記記憶手段が記憶する前記第一の音響モデルとに基づく、該車両周辺の音の到来方向に応じた制御を前記増幅処理手段へ行う音量調整手段と、を備える。

ここで、上記車載音響装置が音声信号を出力する各スピーカは、車内の複数箇所に設置されているため、各スピーカの音量のバランスを調整することで乗員が感じる音の中心点を変えることが可能である。上記増幅処理手段は、各スピーカへ出力する音声信号の増幅率をスピーカ毎に調整することが可能であり、それらのバランスは増幅処理手段により適宜調整される。

ところで、外部騒音が到来した場合、到来方向に近い方から聞こえていたスピーカ音は騒音にかき消されて聞こえにくくなるため、乗員が感じる音の中心点がずれる。このため
、外部騒音が到来したら到来方向にあるスピーカの音量が他よりも大きくなるように各スピーカ間の音量のバランスを調整する必要がある。上記車載音響装置では、車両周辺で発生した音の到来方向にあるスピーカの音量が他よりも大きくなるようにするため、音の到来方向に応じて予め用意した複数のモデルと、実測した音の信号とを比較し、この比較結果に応じた増幅処理手段への制御を施すことにより、音のバランス調整を行う。

以上のように構成される車載音響装置によれば、車両周辺で発生した音の影響を抑えることが可能となる。

また、前記音量調整手段は、前記マイクロホンからの信号と前記第一の音響モデルとの尤度をモデル毎に算出し、各モデルに規定されている音の到来方向に対応する位置に設置されたスピーカの音量が、算出した該尤度に応じた音量になるように前記増幅処理手段を制御してもよい。これによれば、数値的なパラメータである尤度に応じた音量の調整が可能となるため、音の到来方向に応じたスピーカの音量の調整が精細に行われる。このため、車両周辺で発生した音の影響をより適切に抑えることが可能である。

また、前記記憶手段は、車両に到来する車両周辺の音のモデルであって、音の種類に応じて用意された複数のモデルで構成される第二の音響モデルを更に記憶し、前記音量調整手段は、前記マイクロホンからの信号と前記第二の音響モデルとに基づいて該車両周辺の音の種類を判別し、該音の種類に応じた前記増幅処理手段の制御を行うものであってもよい。このような構成にしておけば、各スピーカの音のバランスを車両周辺の音の種類に応じたものにすることが可能であり、車両周辺で発生した音の影響を抑える際の処理内容を適宜設定することが可能である。

車両周辺で発生した音の影響を抑えることが可能となる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を例示的に説明する。以下に示す実施形態は例示であり、本発明はこれらに限定されない。

＜システムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るオーディオシステム１を搭載した車両２を示す図である。図１に示すように、オーディオシステム１は、メインユニット３（本発明でいう、車載音響装置に相当する）、スピーカ４（ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬ）、及びマイク５（本発明でいう、マイクロホンに相当する）で構成されている。メインユニット３は、図示しない操作パネルを正面に有しており、運転席に着座しているドライバが操作しやすい位置に配置されている。メインユニット３には、車両２の正面に取り付けられたマイク５、及び車室内に配置された４つのスピーカ４が接続されている。車両２は、乗車可能な人数が４〜５名の普通自動車であり、４つのスピーカ４が右前の座席付近（スピーカ４ＦＲ）、左前の座席付近（スピーカ４ＦＬ）、右後の座席付近（スピーカ４ＲＲ）、左後の座席付近（スピーカ４ＲＬ）にそれぞれ取り付けられている。

各スピーカ４は、車室内の内装パネルやリアパーセルボード等に配置されており、メインユニット３から出力される電気音声信号を音波に変換する。スピーカ４は、周知のように、アンプから出力される電気音声信号の強度や周波数によって振幅や周期を変えるコイルが内蔵されており、コイルに連結されたコーンがコイルの動きを受けて振動することにより、電気信号を音波に変換する。

マイク５は、車両２正面のフロントバンパー付近に配置されており、車両２の周辺の音
を電気信号に変換する。マイク５は、周知のように、音波を電気信号に変換するコンデンサが内蔵されており、コンデンサが音波の振動で電気音声信号を生成する。なお、マイク５は、メインユニット３から供給される電力をコンデンサの両極に印加し、音波によって生ずる両極間の電位変動によって音波を電気信号に変換する。

図２は、オーディオシステム１のシステム構成図である。図２に示すように、オーディオシステム１のメインユニット３は、アンプユニット６（本発明でいう、増幅処理手段に相当する）、セレクタ７、ソースユニット８（本発明でいう、音源に相当する）、制御ユニット９（本発明でいう、音量調整手段に相当する）、及び操作スイッチパネル１０で構成されており、スピーカ４がアンプユニット６に接続されると共に、マイク５が制御ユニット９に接続されている。

アンプユニット６は、４つのアンプ１１（アンプ１１ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ）を内蔵した４チャンネルのパワーアンプであり、各アンプ１１が制御ユニット９からの制御信号に応じてセレクタ７を介したソースユニット８からの音声信号を増幅し、対応する各スピーカ４へ出力する。４つのアンプ１１は、増幅回路が互いに独立しており、各アンプ１１の増幅率を制御ユニット９が任意に設定可能なように構成されている。すなわち、制御ユニット９は、４つのアンプ１１のうち特定のアンプの増幅率を、他のアンプより高くしたり低くしたりすることができる。

セレクタ７は、複数のソースの音源を切り替えるセレクタスイッチ１２を内蔵しており、接続されるソースユニット８の複数のソースのうち何れかのソースの音声信号を選択し、アンプユニット６へ送る。なお、ソースから出力される音声信号は、左側（Ｌ）の音声信号と右側（Ｒ）の音声信号の２つであるため、２つのセレクタスイッチ１２を並列に有しており、左側と右側の音声信号をそれぞれ並列に切り替え可能である。ソースからの音声信号のうち、左側の音声信号はアンプ１１ＦＬ、ＲＬへ送られ、右側の音声信号はアンプ１１ＦＲ、ＲＲへ送られる。なお、セレクタ７のセレクタスイッチ１２は、制御ユニット９からの制御信号に応じて動作可能な電子スイッチである。

ソースユニット８は、ＣＤプレーヤ１３（ＣＤ：ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）、ＦＭチューナ１４（ＦＭ：ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、ＡＭチューナ１５（ＡＭ：ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、及び外部入力１６で構成されている。ＣＤプレーヤ１３は、ＣＤに記録された音響コンテンツを再生可能な再生装置であり、再生した音声データを電気音声信号に変換してセレクタ７へ出力する。また、ＦＭチューナ１４は、図示しないアンテナを介して受信したＦＭ放送の電波を電気音声信号に変換してセレクタ７へ出力する。ＡＭチューナ１５についてもＦＭチューナと同様、図示しないアンテナを介して受信したＡＭ放送の電波を電気音声信号に変換してセレクタ７へ出力する。また、外部入力１６は、メインユニット３の外装に設けられた図示しない入力端子を介して入力される音声信号をセレクタ７へ出力する回路である。これらＣＤプレーヤ１３の再生、早送り等の操作、ＦＭチューナ１４における選局操作、及びＡＭチューナ１５の選局操作は、制御ユニット９からの制御信号により実現される。なお、本実施形態では、ＣＤやＦＭ、ＡＭ等のソースを例示しているが、本発明はこのような音源に限定されるものでなく、例えば、フラッシュメモリー等を内蔵した携帯音楽プレーヤ等の音源であってもよい。

制御ユニット９は、マイクアンプ１７、Ａ／Ｄコンバータ１８（Ａ／Ｄ：ＡＮＡＬＯＧ−ｔｏ−ＤＩＧＩＴＡＬ）、メモリ１９（本発明でいう、記憶手段に相当する）、操作スイッチパネル１０、及びＣＰＵ２０（ＣＰＵ：ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）で構成されており、主にアンプユニット６やセレクタ７、ソースユニット８の動作を制御する。

ＣＰＵ２０は、コンピュータプログラムを実行することにより各種機能部を実現する演算処理装置であり、ユーザ操作によってメインユニット３のメイン電源がオンにされると、メモリ１９と協働することで騒音判定部２１、尤度算出部２２、アンプ制御部２３、ソース制御部２４、セレクタ制御部２５、操作処理部２６、及び増幅度決定部２７の諸機能を実現する。これらの各種機能部は、ＣＰＵ２０の動作開始と同時に全てが並列に実現されるものでなく、これらの各種機能部を実現するプログラムモジュールがＣＰＵ２０でタスク処理される。これら各機能部の動作については後述する処理フローにおいて詳細に説明する。

マイクアンプ１７は、マイク５からの電気音声信号を増幅してＡ／Ｄコンバータ１８へ送る信号増幅回路である。マイクアンプ１７によって増幅されたマイク５からの電気音声信号は、Ａ／Ｄコンバータ１８により、ＣＰＵ２０で数値演算処理が可能なデジタル信号に変換され、ＣＰＵ２０へ送られる。なお、Ａ／Ｄコンバータ１８は、周知のように、アナログ信号をデジタル信号に変換するコンバータである。

操作スイッチパネル１０は、各種操作釦や状態表示灯、液晶ディスプレイ等を備えるパネルであり、これらの釦や表示灯類がメインユニット３の正面に配置されるようになっている。操作スイッチパネル１０は、操作釦が押されるとこれを電気信号でＣＰＵ２０に伝えると共に、ＣＰＵ２０から送られる制御信号に基づいて状態表示灯を点灯、消灯したり、或いは液晶ディスプレイに情報を表示したりする。

メモリ１９は、記憶保持動作が不要なフラッシュメモリーであり、ＣＰＵ２０にアクセスされることでデータを格納したり消去したりする。メモリ１９には、後述する音響モデル３１（本発明でいう、第一の音響モデルに相当する）やバランスマップ２８、係数マップ２９、制御用パラメータ３０が格納されており、これらのデータ類にＣＰＵ２０がアクセスする。

図３は、メモリ１９に格納されている音響モデル３１の内容を示す図である。図３に示すように、音響モデル３１は、本オーディオシステム１の工場出荷時に予め作成されてメモリ１９に格納された、騒音の到来方向に応じた５つの音響モデル３１−３０、６０、９０、１２０、１５０で構成されている。符号に付した２ないし３桁の数値は、マイク５への騒音の到来方向を角度で示したものであり、図４に示すように、車両２前方の右方向を基点に、３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°となるように設定されている。これら５つの音響モデル３１−３０・・・１５０は、各方向からマイク５へ向かってやってくる雑音を収録し、この収録した音声信号に基づいて作成した音響モデル（ＧＭＭ：ＧａｕｓｓｉａｎＭｉｘｔｕｒｅＭｏｄｅｌ）であり、後述する第三動作フローの処理において、マイク５に入力された音の到来方向を同定する際に利用される音響モデルである。なお、音響モデルは、上記角度に限らず２１０°、２４０°、２７０°、３００°、３３０°のモデルも使用可能である。

図５は、バランスマップ２８の内容を示す図である。バランスマップ２８は、車室内における音のバランスを規定するものである。バランスマップ２８は、車両２の乗員の着座状態と各アンプ（アンプ１１ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬ）の増幅率との関係を定義したマップである。すなわち、バランスマップ２８は、車両２の乗員の耳に届く音の音量のバランスがなるべく均等になるように、右前、左前、右後、左後のシートの座面に埋め込まれた図示しない各着座センサ（ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬ）の検知状態に応じて各アンプの増幅率を定義したマップである。例えば、右前の席のみ乗員が座っており、その他の席には誰も座っていない場合、車室内で聞こえる音の中心点が右前の席付近になるように、左前、左後、右後のスピーカ４の音を増幅するアンプ１１ＦＬ、ＲＲ、ＲＬの増幅率が、アンプ
１１ＦＲよりも大きくなるように設定されている。なお、着座センサは、荷重によって乗員の有無を検知するセンサであり、着座していればオン「○」、着座していなければオフ「×」を検知する。なお、バランスマップ２８では、ＦＲの着座センサがオフの場合を定義していない。これは、オーディオシステム１が動作する際、ドライバが不在という車室内の状況は考えにくいためである。

図６は、係数マップ２９の内容を示す図である。係数マップ２９は、後述する演算処理によって同定した騒音の到来方向を基に、各アンプの増幅率を調整する際の係数を定義している。すなわち、係数マップ２９は、騒音が到来する方向のスピーカの音が大きくなるように、対応するアンプの増幅率の制御パラメータに乗算する係数を定義したものであり、例えば、３０〜６０°の方向で外部騒音が発生している場合は右前側の音が大きくなるように、１２０〜１５０°の方向で外部騒音が発生している場合は左前側の音が大きくなるように、増幅率の制御パラメータに乗算する係数を定義している（図７参照）。

図８は、制御用パラメータ３０の内容を示す図である。メモリ１９内には、各アンプ１１の増幅率を制御するため、図８に示すように制御用パラメータ３０を格納するための記憶領域が用意されている。パラメータ「ＶＯＬ」は、ユーザが操作スイッチパネル１０のボリュームつまみを操作すると増減するメイン音量のパラメータである。また、パラメータ「ＶＦＲ」はアンプ１１ＦＲ、「ＶＦＬ」はアンプ１１ＦＬ、「ＶＲＲ」はアンプ１１ＲＲ、「ＶＲＬ」はアンプ１１ＲＬの増幅率をそれぞれ個別に決定するためのパラメータであり、各パラメータにＶＯＬやその他の変数を乗算した値が、対応するアンプ１１の増幅率となる。なお、詳細については後述する。

＜オーディオシステムの動作フロー＞
オーディオシステム１のメイン電源がオンになると、メインユニット３の制御ユニット９では以下に示す３つの動作フローが並列に実行され、アンプユニット６やセレクタ７、ソースユニット８の制御が行われる。なお、以下に示す各動作フローは、電力の供給を受けてコンピュータプログラムの実行を開始したＣＰＵ２０が、メモリ１９のデータを参照し、Ａ／Ｄコンバータ１８や操作スイッチパネル１０からの信号を受け付けて処理することで実現される。以下、各動作フローについて順に説明する。なお、説明の便宜上、各動作フローについて順に説明するが、このオーディオシステム１は、各動作フローを並行に実行するにあたって互いに相関関係を有するものではなく、例えば、第一動作フローのステップＳ１０５の処理が実行される直前に、第三動作フローのステップＳ３０５が実行されて制御用パラメータが変化しても、ステップＳ１０５の処理が中断されたりするものではない。

図９は、第一動作フローを示す図である。以下、図９を参照しつつ、オーディオシステム１で実現される第一動作フローについて説明する。

（ステップＳ１０１）オーディオシステム１のメイン電源がオンになると、ＣＰＵ２０ではコンピュータプログラムが実行されることで、アンプ制御部２３が実現される。アンプ制御部２３は、図示しない４つの着座センサからの入力点を走査して右前、左前、右後、左後の着座状態を検知する。そして、アンプ制御部２３は、メモリ１９内に格納されているバランスマップ２８を参照し、検知した着座状態と一致するモードを索出する。例えば、１名の乗員が右前の席に着座していることを検知すれば、バランスマップ２８から「モードＡ」を索出する。そして、バランスマップ２８の「モードＡ」に定義されている各アンプの増幅率を読み出す。このようなバランスマップ２８に基づいて各アンプの増幅率が決定されることにより、乗員が一人の場合であっても複数人の場合であっても、全員にとって音のバランスが一番良くなるように、音の中心点が調整される。

（ステップＳ１０２）アンプ制御部２３は、ステップＳ１０１の処理が完了したら、次に、メモリ１９内の制御用パラメータ３０を参照する。すなわち、アンプ制御部２３は、変数ＶＦＲ、ＶＦＬ、ＶＲＲ、ＶＲＬ、ＶＯＬのパラメータを読み出す。なお、メインユニット３の起動後、後述する第三動作フローにおける係数調整処理（ステップＳ３０５）が未だ実行されていない場合、変数ＶＦＲ、ＶＦＬ、ＶＲＲ、ＶＲＬには「１．００」が設定されている。

（ステップＳ１０３）アンプ制御部２３は、ステップＳ１０１の処理で読み出した各アンプの増幅率と、ステップＳ１０２の処理で読み出した各アンプに対応する変数ＶＦＲ、ＶＦＬ、ＶＲＲ、ＶＲＬのパラメータとを乗算し、更にＶＯＬを乗算する。これにより、各アンプの増幅率の制御目標値が決定される。例えば、１名の乗員が右前の席に着座しており、変数ＶＦＲが１．００、ＶＯＬが１の場合、アンプ１１ＦＲの増幅率の制御目標値が５０に決定される。また、本第一動作フローと並行して実行される第三動作フローのステップＳ３０５の処理の実行により、メモリ１９内に格納されている制御用パラメータ３０のＶＦＲが例えば１．２になっており、更にユーザ操作によりＶＯＬが１．０５になっていれば、アンプ１１ＦＲの増幅率の制御目標値が５０×１．２×１．０５＝６３に決定される。

（ステップＳ１０４）アンプ制御部２３は、ステップＳ１０３の処理で決定した各アンプ１１の増幅率をアンプユニット６の各アンプ１１に制御信号で通知する。アンプ制御部２３から増幅率を通知された各アンプ１１は、この増幅率を制御目標値とし、セレクタ７を介してソースユニット８から送られる電気音声信号を増幅し、対応するスピーカ４へ送る。

（ステップＳ１０５）アンプ制御部２３は、オーディオシステム１のメイン電源がオンのままであれば、ステップＳ１０１以降の処理を再び実行する。他方、オーディオシステム１のメイン電源がオフになっていれば、一連の処理の実行を終了する。

第一動作フローについては以上の通りである。次に、第二動作フローについて説明する。図１０は、第二動作フローを示す図である。以下、図１０を参照しつつ、オーディオシステム１で実現される第二動作フローについて説明する。

（ステップＳ２０１）オーディオシステム１のメイン電源がオンになると、ＣＰＵ２０でコンピュータプログラムが実行されることにより、ソース制御部２４、セレクタ制御部２５、操作処理部２６が実現される。操作処理部２６は、操作スイッチパネル１０の釦の通電状態を走査し、ユーザによる操作の有無をチェックする。ユーザによるＣＤの再生操作、ＦＭの受信、ＡＭの受信、または外部入力の受付操作を検知すると、操作処理部２６は、ステップＳ２０２以降の処理を実行する。

（ステップＳ２０２）操作処理部２６によりＣＤの再生操作、ＦＭの受信、ＡＭの受信、または外部入力の受付操作が検知されると、セレクタ制御部２５は、セレクタ７に制御信号を送り、ユーザが要求するソースにセレクタスイッチ１２を合わせる。

（ステップＳ２０３）セレクタ制御部２５によりセレクタスイッチ１２の制御がなされた後、ソース制御部２４は、ソースユニット８を制御し、ユーザが要求するソースを起動する。すなわち、ステップＳ２０１において、ＣＤの再生操作がなされればＣＤプレーヤ１３を起動し、ＦＭの受信操作がなされればＦＭチューナ１４を起動し、ＡＭの受信操作がなされればＡＭチューナ１５を起動し、外部入力の受付操作がなされれば外部入力１６の回路をオンにする。

（ステップＳ２０４）ソース制御部２４によるステップＳ２０３の処理の実行が完了したのち、オーディオシステム１のメイン電源がオンのままであれば、操作処理部２６は、ステップＳ２０１の処理を再び実行する。他方、オーディオシステム１のメイン電源がオフになっていれば、一連の処理の実行を終了する。

第二動作フローについては以上の通りである。次に、第三動作フローについて説明する。図１１は、第三動作フローを示す図である。以下、図１１を参照しつつ、オーディオシステム１で実現される第三動作フローについて説明する。なお、本第三動作フローは、車両２の周辺で騒音があった場合に、この騒音の音声信号を基に推定した音響伝達特性と、メモリ１９内に予め格納された各方向における伝達特性の音響モデル３１との尤度を求めることで、騒音の到来方向を推定し、これに応じて各アンプ１１の増幅率を調整するものである。

（ステップＳ３０１）オーディオシステム１のメイン電源がオンになると、ＣＰＵ２０ではコンピュータプログラムが実行されることで、騒音判定部２１、尤度算出部２２、及び増幅度決定部２７が実現される。コンピュータプログラムの実行によって具現化された騒音判定部２１は、マイクアンプ１７で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１８によってデジタル信号へ変換されたマイク５からの音声信号を取得する。

（ステップＳ３０２）騒音判定部２１は、マイク５からの音声信号を解析し、マイク５で観測される信号のパワーが所定の閾値を例えば１ｓｅｃ以上連続して超えたら（この条件が、本発明でいう所定条件に相当する）、音量調整のためのアルゴリズムであるステップＳ３０３以降の処理を尤度算出部２２に実行させる。なお、所定の閾値とは、周辺騒音によりオーディオの音声が乗員に聞こえにくくなる時の周辺騒音の音量であり、車両２の防音性能等に応じて任意に設定可能なように構成されている。また、条件判定に要する所定閾値の継続時間は、１ｓｅｃ以外の値でもよく、例えば、ユーザが外部騒音により不快に感じ始めるよりも短い時間に設定する。

（ステップＳ３０３）尤度算出部２２は、以下の処理を実行することにより、マイク５で観測した騒音の音声信号からＭＦＣＣ（ＭｅｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｅｐｓｔｒｕｍＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の算出を行う。なお、ＭＦＣＣとは、音声認識等、音声の分析に際して広く利用されるパラメータであって、音源（騒音源）からマイク５までの音響伝達特性の特徴をメル尺度の周波数軸でスペクトルを表現するパラメータである。尤度算出部２２は、ＭＦＣＣの算出を行うため、以下に示す数式１により、マイク５で得た入力音声データの高域強調（プリエンファシス）を行う。

次に、尤度算出部２２は、上記数式１で高域を強調した音声データに対し、以下に示す
数式２の窓関数を適用する。これにより、有限区間内の音声データのみが残り、その後の数値解析が容易になる。

次に、尤度算出部２２は、上記数式２に示す窓関数を適用した音声データに対し、フーリエ変換（ＦＦＴ：ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）を行う。これにより、音声データが周波数領域に分解される。

次に、尤度算出部２２は、フーリエ変換後の音声データ（周波数領域）に三角フィルタ列のメルフィルタバンク処理を施す。なお、図１２は、メルフィルタバンク処理の概要を図示したものである。フーリエ変換後の音声データにメルフィルタバンク処理を施すことにより、三角フィルタの数に等しいｐ個の出力ｍ_ｊ（ｊ＝１，２・・・ｐ）が算出される。ｍ_ｊはｊ番目の領域のパワースペクトルを表す。

尤度算出部２２は、算出した各パワースペクトル値（ｍ_ｊ（ｊ＝１・・・ｐ））に対して自然対数をそれぞれとり、更に、下記の数式３による離散コサイン変換（ＤＣＴ（ＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ）−ＩＩ）を行うことにより、音声スペクトルの絶対位置を表すベクトル量であるケプストラム値を得る。

尤度算出部２２は、更に、上記のケプストラム値Ｃ_ｎ（ｎ＝１，２・・・１６）に下記の数式４を適用し、再スケールを行う。

尤度算出部２２は、上記演算処理により算出されたｎ次元のＣ_ｎ’をＭＦＣＣのパラメータとし、本ステップの処理を完了する。

（ステップＳ３０４）上記ステップＳ３０３の処理の実行によりＭＦＣＣのパラメータを算出した尤度算出部２２は、上記ステップＳ３０３で算出したＭＦＣＣのパラメータとメモリ１９内に格納されている各音響モデル（音響モデル３１−３０・・・１５０）とをそれぞれ比較し、各方向についての尤度を算出する。図１３は、各方向についての尤度を算出する際の処理内容を図示したものである。例えば、１２０〜１５０°の方向から騒音が到来した場合、各方向についての尤度は図１３に示すような値になる。

なお、音声信号に関する尤度の計算方法は次の通りである。すなわち、ＭＦＣＣの特徴量をｏとすると、音声尤度Ｐ（ｏ）は下記の数式５に示すようなＷ個の重み付き正規分布の和として求められる。

なお、Ｗ個の正規分布のうちｗ番目の平均はμｗ、分散はσｗである。また、λｗは下記の数式６を満たす重み係数である。

（ステップＳ３０５）尤度算出部２２が各方向の尤度を算出したら、増幅度決定部２７は、上記ステップＳ３０４で算出した尤度と係数マップ２９とに基づき、各アンプ１１の増幅度を算出する。具体的には、増幅度決定部２７は、メモリ１９にアクセスして現状の制御用パラメータ３０のＶＦＲ、ＶＦＬ、ＶＲＲ、ＶＲＬを参照する。そして、ステップＳ３０４で算出した各方向の尤度と係数マップ２９の各方向に対応する値とを乗算し、更にそれらを合算したものを、各スピーカに対応する制御パラメータに乗算する。

例えば、メモリ１９のＶＦＲには「１．００」が格納されており、ステップＳ３０４における演算の結果、３０度方向の尤度が「１」、６０度方向からの尤度が「２」、９０度方向からの尤度が「３」、１２０度方向からの尤度が「２０」、１５０度方向からの尤度が「１５」の場合を考える。この場合、係数マップ２９のＦＲは「５（３０度）」「５（６０度）」「４（９０度）」「４（１２０度）」「３（１５０度）」が定義されているため、各方向の尤度と係数マップ２９の各方向に対応する値とを乗算し、合算した値ｋＦＲは以下のようになる。
ｋＦＲ＝５＊１＋５＊２＋４＊３＋４＊２０＋３＊１５＝１３８
増幅度決定部２７は、算出したｋＦＲに所定の補正係数（例えば０．０１）を乗算して得た値を、ＶＦＲの新たな値としてメモリ１９のＶＦＲに上書きする。このような一連の演算処理を各パラメータについてそれぞれ行い、メモリ１９内に格納されている変数ＶＦＲ、ＶＦＬ、ＶＲＲ、ＶＲＬを順次上書き更新する（この例の場合であれば、ＶＦＲは１．３８、ＶＦＬは１．９８、ＶＲＲは０．８３、ＶＲＬは０．９７が上書きされる）。

第三動作フローの実行中、第一動作フローも並行して実行処理されているため、本ステップＳ３０５の処理によってメモリ１９内の変数ＶＦＲ、ＶＦＬ、ＶＲＲ、ＶＲＬが上書き更新されると、第一動作フローのステップＳ１０３で決定される各アンプの増幅率の制御目標値が本ステップＳ３０５の実行前後で変化し、各スピーカの音量が変化することとなる。よって、図１３に示したように、車両２の左前方である１２０〜１５０度の方向から騒音が到来している場合、ＶＦＲが１．００から１．３８へ、ＶＦＬが１．００から１．９８へ上書き更新されることにより、アンプ１１ＦＬ、ＦＲの増幅率が増大してスピーカ４ＦＬ、ＦＲの音が大きくなる。このように、車両２に到来する音の到来方向に応じて各パラメータが連続的に逐次更新されることにより、各スピーカ４の音量のバランスがとれた音響を実現できる。

（ステップＳ３０６）増幅度決定部２７によるステップＳ３０５の処理が完了したのち、オーディオシステム１のメイン電源がオンのままであれば、騒音判定部２１がステップＳ３０１以降の処理を再び実行する。他方、オーディオシステム１のメイン電源がオフになっていれば、一連の処理の実行が終了される。

以上、本実施形態に係るオーディオシステム１によれば、車両２の周辺から車室内へ騒音が到来した場合であっても、進入方向からのオーディオの音量が大きくなるように各スピーカの音量が調整されるため、周辺騒音が発生してもオーディオの音声が聞こえにくくなることがない。特に、本実施形態によれば、単一のマイク５で騒音源の方向を推定しているため、複数のマイクで音源の時間差や音差により騒音源の方向を推定するものに比べ、大幅なコスト削減やシステムの縮小化が可能である。システムの縮小化は、機器の搭載により空間に余裕が無い自動車等においてその効果が著しく、また、単一のマイク５であることにより配線の取り回し等も容易である。

なお、上記実施形態では、ステップＳ１０１で乗員の着座状態に応じたモード選択を行い、各アンプの増幅率を読み出していた。しかし、本発明はこのようなものに限定されるものでなく、乗員の着座状態を無視してもよい。この場合、ステップＳ１０１における処理で全てのアンプの増幅率が同じになるようにする（例えば、モードＤを選択する）。こ
れによれば、着座センサの設置等を省略することが可能であるため、システム構成を更に簡素化することが可能である。

また、上記実施形態では、２ｃｈステレオの音声信号を処理するシステム構成としていた。しかし、本発明は、このようなものに限定されるものでなく、例えば、１ｃｈモノラルの音声信号や５．１ｃｈサラウンドの音声信号を処理するシステムであってもよい。

＜変形例１＞
なお、上記実施形態では、第三動作フローのステップＳ３０２の処理において、音声信号のパワーや騒音の継続時間を基準に分岐処理を行っていたが、騒音判定部２１は、騒音の判定を次のように行ってもよい。

すなわち、騒音判定部２１は、走行騒音やクラクション等の雑音モデルが予め準備されたＧＭＭ（本発明でいう、第二の音響モデルに相当する）を基に、マイク５で観測された音声の信号とＧＭＭの尤度を算出し、雑音の種類判定を行う。雑音の種類判定は、予め用意されてメモリ１９に格納された複数種類の雑音のＧＭＭをマイク５の音声信号と比較してそれぞれの尤度を算出し、最も尤度の高い雑音モデルを特定する。そして、特定された雑音モデルに対応する処理を行う。

なお、特定された雑音モデルに対応する処理とは、雑音の種類に応じた各スピーカの音量調整処理であり、例えば、雑音の中でも過渡的な種類に属する場合はスピーカの音量調整を行わず、長時間継続するような雑音の場合に各スピーカの音量調整を行うことをいう。図１４は、本変形例に係る動作フロー図である。本変形例はステップＳ３０２の変形例であるため、図１４では、上述したステップＳ３０１、及びステップＳ３０３以降のフローを省略している。

騒音判定部２１は、図１４に示すように、マイク５で観測した音声信号からＭＦＣＣ特徴量を算出する（Ｓ３０２Ａ）。そして、騒音判定部２１は、算出したＭＦＣＣ特徴量とメモリ１９に予め格納されている各雑音モデルとの尤度をそれぞれ算出する。そして、騒音判定部２１は、最も尤度の高い雑音モデルを特定する（Ｓ３０２Ｂ）。騒音判定部２１は、雑音の種類を特定したら、各スピーカの音量制御の要否を雑音の種類から判定する。判定条件は、図１５に示すマップに定義されており、メモリ１９に予め格納されている。騒音判定部２１は、図１５に示すマップを参照することで、各スピーカの音量制御の要否を判定する（Ｓ３０２Ｃ）。

このような変形例によれば、雑音の種類に応じてスピーカ音量の制御の要否を判定しているため、過渡的な雑音によってスピーカの音量が変動することが無く、乗員がオーディオの音声を快適に聴くことができる。

＜変形例２＞
また、上記実施形態や変形例は、次のように変形してもよい。すなわち、上述した実施形態や変形例では、マイク５を車両正面の中央部分に配置していた。しかし、上記実施形態や変形例は、マイク５を車両正面の右側に配置してもよい（図１６参照）。この場合、メモリ１９に格納してある音響モデル５５や図６に示す係数マップは、右正面に配置したマイクで作成したものにしておく必要がある。上記実施形態や変形例は、このようにマイク５を任意の位置に配置することが可能であるため、車種に応じてマイクの取り付け箇所を選ぶこともできる。

＜変形例３＞
また、上記実施形態や変形例は、次のように変形してもよい。すなわち、上述した実施
形態や変形例では、一つのマイク５を使っていた。しかし、マイク５が配置されている側と反対側の騒音等はマイク５が拾いにくい場合がある。このような騒音をより確実に検知するため、マイク５を複数箇所に設置してもよい（図１７参照）。このようにしておくことで、例えば、大型車両のように車両の体格が大きい場合であっても車両周辺の騒音をマイク５で確実に拾うことができる。なお、本変形例は、マイク５が多数設けられているが、マイクアンプ１７やＡ／Ｄコンバータ１８を複数設ける必要は無い。すなわち、複数のマイク５からの信号を混合したのちにマイクアンプ１７で一つの信号として処理し、Ａ／Ｄコンバータ１８を介してＣＰＵ２０へ送る。但し、メモリ１９に格納してある音響モデル５５や図６に示す係数マップは複数のマイク５に基づいて作成したものにしておく必要がある。

＜音響モデルの準備について＞
以下、上記実施形態や各変形例で使用している音響モデル３１について補足説明する。上記オーディオシステム１の音響モデル３１は、工場出荷時に予めメモリ１９に格納されたものである。音響モデル３１は、上記実施形態のように、車両の正面に取り付けたマイクで各方向（すなわち、３０、６０、９０、１２０、１５０度）からの音を収録し、収録した音に基づいて作成されたモデルである。音響モデルを準備する際の車両と、上記オーディオシステム１が搭載されるユーザの車両２とは同一でないため、メモリ１９に格納される音響モデル３１が車両２周辺の音響特性に適合するとは限らないが、一般的に、普通車であれば車両の外形や大きさはほとんど同じであり、車両毎の外形や大きさの違いが音響モデルに大きな影響を与えることはほとんど無いと考えられる。このため、上記実施形態では工場出荷時にメモリ１９へ予め格納された音響モデル３１を使い、上記一連の処理を行っている。

オーディオシステムを搭載した車両を示す図。オーディオシステムのシステム構成図。音響モデルの内容を示す図。騒音の到来方向の角度を示す図。バランスマップの内容を示す図。係数マップの内容を示す図。係数の定義の仕方を示す図。制御用パラメータの内容を示す図。オーディオシステムの第一動作フロー図。オーディオシステムの第二動作フロー図。オーディオシステムの第三動作フロー図。メルフィルタバンク処理の概要を示す図。第三動作フローの概要を示した図。変形例に係る動作フロー図。判定マップの内容を示す図。変形例に係るマイクの設置位置を示す図。変形例に係るマイクの設置位置を示す図。

符号の説明

１・・・オーディオシステム
２・・・車両
３・・・メインユニット
４・・・スピーカ
５・・・マイク
６・・・アンプユニット
７・・・セレクタ
８・・・ソースユニット
９・・・制御ユニット
１０・・操作スイッチパネル

Claims

車内の複数箇所に設置された各スピーカへ音声信号を出力する車載音響装置であって、
音源となる音声信号が入力されると、該音声信号を増幅して前記各スピーカへ出力する増幅処理手段と、
車両に到来する車両周辺の音のモデルであって、音の到来方向に応じて用意された複数のモデルで構成される第一の音響モデルを記憶する記憶手段と、
車両周辺の音を検知するマイクロホンからの信号と、前記記憶手段が記憶する前記第一の音響モデルとに基づく、該車両周辺の音の到来方向に応じた制御を前記増幅処理手段へ行う音量調整手段と、を備える、
車載音響装置。
前記音量調整手段は、前記マイクロホンからの信号と前記第一の音響モデルとの尤度をモデル毎に算出し、各モデルに規定されている音の到来方向に対応する位置に設置されたスピーカの音量が、算出した該尤度に応じた音量になるように前記増幅処理手段を制御する、
請求項１に記載の車載音響装置。
前記記憶手段は、車両に到来する車両周辺の音のモデルであって、音の種類に応じて用意された複数のモデルで構成される第二の音響モデルを更に記憶し、
前記音量調整手段は、前記マイクロホンからの信号と前記第二の音響モデルとに基づいて該車両周辺の音の種類を判別し、該音の種類に応じた前記増幅処理手段の制御を行う、
請求項１または２に記載の車載音響装置。