JP2012175151A

JP2012175151A - 自動音量制御装置

Info

Publication number: JP2012175151A
Application number: JP2011032034A
Authority: JP
Inventors: Junji Shimada; 純二嶋田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】騒音の大きさに応じ音量を自動的に可変させ、音楽や放送を効率よく聴けることが出来るようにする自動音量制御システムを提供する。
【解決手段】マイクロホン４で騒音を収集し、騒音の音量に応じて音声出力を可変する。音声出力装置１とスピーカー２を結ぶスピーカーライン１７を可聴周波数の２倍以上でスイッチし、音量を可変する。前記スピーカー２の周囲に発生する騒音をマイクロホン４で音声信号として取り出し、音声演算制御部５、パルス幅変調部６で、スイッチ部７のスイッチ時間を可変させ騒音レベルと連動するようにスピーカー２の音量を可変する。前記スピーカーライン１７に流れる音声信号の交流分を直流に変換し、装置の制御用自己電源１３を発生させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、騒音の発生している場所で音楽や放送を聞く場合、音声出力装置（１）とスピーカー（２）を結ぶスピーカーライン（１７）に本発明の自動音量制御装置（３）を取付けることで、騒音の大きさに応じ音量を自動的に可変させ、音楽や放送を効率よく聴けることが出来るようにする自動音量制御システム（図１、図２）に関するものである。

電車・車などの乗り物内部で音楽や放送を聞く場合、常に外部から騒音が発生している環境で聴かなければならなかった。この時に発生する騒音は、停車時、直線走行時、カーブ走行時、鉄橋走行時、などの全ての場合において音質・音量が大きく異なっていた。音楽や放送を聞き手に明瞭に伝えるには、騒音に対して放送音の大きさを常に一定以上の比率に保つ必要があった。

従来から音楽を聴きやすくする為に、騒音が大きいときは音楽の音量を大きく、騒音が小さいときは音楽の音量を小さくする自動音量制御システム（図７、図８）が考案されている。
特開平５−３０５５８に代表されるような従来の自動音量制御装置（５０）は、音声と外部騒音をマイクロホンで取得した電気信号（５１）と純粋な音声の電気信号（５２）を音声演算制御部（５３）で音声量制御信号（５４）に変換し、音声出力部（５５）で音声の増幅度を可変することで結果的にスピーカー（５６）の音量を可変していた。特開平６−３３４４５７、特開２００３−９２７６なども同様な自動音量制御システムであった。従来の自動音量制御装置（５０）の方式は騒音を如何に音声演算制御部（５３）で独自の処理をして聞きやすい音量制御をすることを主眼が置かれていた。従来の自動音量制御装置（５０）に共通した特徴は、騒音量を演算により生成した制御信号で音声出力装置（５５）の増幅度を可変してスピーカー（５６）の音量を制御する方法であった。

特開平5-30558 自動音量調整装置特開平6-334457 自動音量制御装置特開2003-9276 自動音量制御装置

これらの発明で騒音量に対する自動音量制御を実現するには、既設の音声出力装置は使えず、新たな専用の自動音量制御システム（図７、図８）が必要であった。また、電車のような多空間に対して同時放送を行う場合において、騒音量に対する自動音量制御を実現するには、スピーカー毎に従来の自動音量制御装置（５０）を設置する必要があり技術的・コスト的にも不適であった。

以上の課題を解決するために、マイクロホン（４）で騒音を収集し、騒音の音量に応じて音声出力を可変する自動音量制御装置（３）にあって、音声出力装置（１）とスピーカー（２）を結ぶスピーカーライン（１７）を可聴周波数の２倍以上でスイッチし、音量を可変することを特徴とする自動音量制御システムとし、前記スピーカー（２）の周囲に発生する騒音をマイクロホン（４）で音声信号として取り出し、音声演算制御部（５）、パルス幅変調部（６）で、前記スイッチ部（７）のスイッチ時間を可変させ騒音レベルと連動させるようにスピーカー（２）の音量を可変することとするようにする。前記スピーカーライン（１７）に流れる音声信号の交流分を整流して直流に変換し、装置の制御用自己電源（１３）を発生させるようにする。また、従来の音声出力装置（１）においても、外付けにより自動音量制御機能を追加できるような構成とした。

本発明においては、音声出力装置（１）とスピーカー（２）を結ぶスピーカーライン（１７）に本発明の自動音量制御装置（３）を設置する。自動音量制御システム（３０）は、マイクロホン（４）、音声演算制御部（５）、パルス幅変調部（６）、スイッチ部（７）、制御用自己電源発生部（８）から構成されている。
マイクロホン（４）を用い外部で発生する騒音（１４）と放送音（１５、１６）が混在する音声電気信号（９）を収集する。他方、音声出力装置から放送音の電気信号（１０）を収集する。これらの音声信号を音声演算制御部（５）で演算させ、騒音成分だけの電気信号（１１）を発生させる。

スピーカーから出た音声信号がマイクロホンに到達したときに、反射波（１５）と直接波（１６）が混合されているが、スピーカー（２）からマイクロホン（４）までの空間距離が短い為、音声の遅れは少なく音声演算制御部（５）の演算に影響は出ないことは以下で証明できる。
気温２５℃、スピーカー（２）からマイクロホン（４）までの空間距離を１０ｍとした場合、
放送音声遅延量＝１０ｍ÷（３３１．５ｍ＋（０．６１×２５℃））＝０．０２９（１/３５波長）
となり、（１５）と（１６）は僅かな遅れとなり、スピーカー（２）とマイクホン（４）の位置が固定されていることもあり、１０ｍ程度の距離では反射音声の影響は出ないと考えられる。

パルス幅変調部（６）は、可聴周波数の２倍以上の周期でパルス幅を可変させる。騒音成分の電気信号（１１）が大きいとパルス幅変調された電気信号（１２）を大きく、小さいとパルス幅変調された電気信号（１２）を小さくさせる。

スイッチ部（７）はパルス幅変調された電気信号でスピーカーライン（１７）に流れる音声信号電流をスイッチング（接続・接断）する。

音声信号をスイッチングする時間により音量が変化する動作概要を示す（図３、図４）。スピーカーライン（１７）の音声信号（１８）は、スイッチを接続した時間（２１）が短いと小さな音（１９）になり（図３）、スイッチを接続した時間（２２）が長いと大きな音（２０）になる（図４）。
音声が明瞭に聞こえる可聴周波数は最低で約４KHzまでの成分が必要である。可聴周波数の２倍以上でスイッチすることにより、音量は変化するが音質に影響は現れない（標本化定理）。従って、スイッチング周波数は８KHzから４８KHz程度に設定される。

制御用自己電源発生部（８）は、スピーカーライン（１７）に流れる音声信号電流を整流して直流に変換する。変換された直流を音声演算制御部（５）、パルス幅変調部（６）になどに必要な制御用自己電源（１３）を発生する。

これらで構成された自動音量制御システム（３０）は、外部騒音（１４）が少ないと放送音量を小さく、外部騒音（１４）が大きいと放送音量が大きくなるようにスピーカー（２）の出力を自動的に可変できる。音声出力装置（１）を最大音量に設定することで、無音から音声出力装置（１）の最大音量まで無段階にスピーカー（２）の音量可変が可能になる。

本発明の自動音量制御装置（３）を使った自動音量制御システム（３０）では、音声出力装置（１）とスピーカー（２）の間に取付けられることで、既設・新設に関わらず汎用の音声出力装置を使える。外部電源を必要としないことから、容易に設置できる。複数設置されたスピーカー（２）にも対応でき、音量を自動的に可変できるため、設置した個別の場所において放送音の明瞭度向上が可能になる。

発明の自動音量制御装置を使った自動音量制御システムの構成例である本発明の自動音量制御装置を使った自動音量制御システムの内部構成例であるパルス幅が小さい場合の動作を表す説明図であるパルス幅が大きい場合の動作を表す説明図である自動音量制御装置を動作させない場合の可聴波形である自動音量制御装置を動作させた場合の可聴波形である従来の音量制御装置を表した図である。従来の自動音量制御装置の内部構成図である

実際の電車内で発生する騒音と放送を本発明の自動音量制御装置（３）を使い、自動音量制御機能を動作させない場合（図５）と自動音量制御機能を動作させた場合（図６）の可聴音声を収録した波形である。
本発明の自動音量制御装置（３）を動作させない場合は、騒音が小さい場合は、騒音（２３）と放送音（２５）の騒音対信号比は１：３程度で放送内容は聞き取り可能であった（図５、Ａ)。
騒音が大きい場合は、騒音（２４）と放送音（２５）の騒音対信号比は１：２程度で放送内容は聞き取りに難かった（図５、Ｂ)
本発明の自動音量制御装置（３）を動作させた場合は、騒音が小さい場合は、騒音（２３）と放送音（２６）の騒音対信号比は１：３程度で放送内容は聞き取り可能であった（図６、Ａ)。騒音が大きい場合は、騒音（２４）と共に放送音（２７）も大きくなり騒音対信号比は１：３程度のままで、放送内容は聞き取り可能になった（図６、Ｂ)。

簡単な装置で周囲騒音に応じて音量が自動制御できることから、電車の社内放送等の用途以外に、スピーカーで音を出す装置には殆ど場合において利用可能となる。

１音声出力装置
２スピーカー
３自動音量制御装置
４マイクロホン
５音声演算制御部
６パルス幅変調部
７スイッチ部
８制御用自己電源発生部
９騒音・放送音の電気信号
１０放送音の電気信号
１１騒音成分の電気信号
１２パルス幅変調された電気信号
１３制御用自己電源
１４外部騒音
１５放送の反射波
１６放送の直接波
１７スピーカーライン
１８スピーカーラインに出力される音声信号
１９パルス幅が小さい時の出力音声信号
２０パルス幅が大きい時の出力音声信号
２１パルス幅が小さい電気信号
２２パルス幅が大きい電気信号
２３可聴した小さい騒音の信号波形
２４可聴した大きい騒音の信号波形
２５自動音量制御装置の非動作時に可聴した放送の信号波形
２６自動音量制御装置の動作時に可聴した放送の信号波形
２７自動音量制御装置の動作時に可聴した放送の信号波形
３０自動音量制御システム
５０従来の自動音量制御装置
５１騒音、音声成分が混合された電気信号
５２純粋な音声信号
５３音声演算制御部
５４音声量制御信号
５５増幅度を可変できる音声出力部
５６スピーカー

Claims

マイクロホン（４）で騒音を収集し、騒音の音量に応じて音声出力を可変する自動音量制御装置（３）であって、音声出力装置（１）とスピーカー（２）を結ぶスピーカーライン（１７）を可聴周波数の２倍以上でスイッチし、音量を可変することを特徴とする自動音量制御装置。
前記スピーカー（２）の周囲に発生する騒音を前期マイクロホン（４）で音声信号として取り出し、音声演算制御部（５）、パルス幅変調部（６）で、スイッチ部（７）のスイッチ時間を可変させ騒音レベルと連動させるように前期スピーカー（２）の音量を可変することを特徴とする請求項１記載の自動音量制御装置。
前記スピーカーライン（１７）に流れる音声信号を整流して直流に変換し、装置の制御用自己電源（１３）を発生させる制御用自己電源発生部（８）を設けたことを特徴とする請求項２記載の自動音量制御装置