JP4131255B2

JP4131255B2 - オーディオ再生装置

Info

Publication number: JP4131255B2
Application number: JP2004198271A
Authority: JP
Inventors: 仁志秋山
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2004-07-05
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2024-07-05
Also published as: JP2006020231A

Description

この発明は、聴感補正機能を備えたオーディオ再生装置に関する。

一般に人間の聴覚は、音量が小さくなるほど低域と高域が聴き取りにくくなる特性を有している。小音量でのオーディオ再生において音に迫力がなくなって聞こえたり、会話音声が聞き取りにくくなるのは、そのためである。このような人間の聴覚特性を補正し、音を聞こえやすくするための手段としてラウドネス補正回路がある。このラウドネス補正回路は、低域あるいは高域のオーディオ信号をブーストし、低域あるいは高域の音を聞こえやすくする回路である。このラウドネス補正回路の他、人間の聴覚特性を補正するための手段としてダイナミックレンジ圧縮がある。これは、オーディオ再生装置の再生ボリュームの設定レベルが低いときに、小さなレベルのオーディオ信号の再生音が聞こえなくなるのを改善するために、小さなレベルの入力オーディオ信号を増幅するときの増幅率を引き上げ、再生音のダイナミックレンジを意図的に圧縮する技術である。このダイナミックレンジ圧縮を行うことにより、ボリュームが低いときでも、小さな音が聞き取りやすくなる。なお、ダイナミックレンジ圧縮を行う装置は、例えば特許文献１に開示されている。
特許３２９５４４０号

ところで、上述した従来の聴感補正のための装置は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチによりその機能の有効／無効が切り換えられるようになっているが、有効時におけるラウドネス補正回路のブースト量やダイナミックレンジ圧縮回路の圧縮率は固定されている。しかし、人間の聴覚特性には個人差があるため、スイッチＯＮ時におけるラウドネス補正やダイナミックレンジ圧縮が、ある人の聴感補正には適しているが、他の人には適していない、ということがある。

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、個々のユーザの聴覚特性に合わせて聴感補正を行うことができるオーディオ再生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、この発明は、各々周波数が異なり、時間経過に従って音量が変化する複数種類のテストトーン信号を順次出力するテストトーン信号発生回路と、リモコンまたは操作パネルと、前記複数種類のテストトーン信号の各々について、前記リモコンまたは前記操作パネルの操作が行われた時点におけるテストトーン信号の音量を、前記テストトーン信号発生回路に問い合わせることによって検出する制御回路と、再生対象であるオーディオ信号のダイナミックレンジ圧縮を行って出力するダイナミックレンジ圧縮回路と、相互に異なった通過帯域を各々有し、前記ダイナミックレンジ圧縮回路の出力信号における当該通過帯域内の周波数の信号を選択して出力する複数のフィルタと、前記複数のフィルタの出力信号を増幅する複数の可変利得増幅器と、を具備し、前記制御回路は、検出された各テストトーン信号の音量に基づいて、前記ダイナミックレンジ圧縮回路のダイナミックレンジ圧縮特性および前記複数の可変利得増幅器の増幅利得の設定を行うことを特徴とするオーディオ再生装置を提供する。
また、この発明は、各々周波数が異なり、時間経過に従って音量が変化する複数種類のテストトーン信号を順次出力するテストトーン信号発生回路と、リモコンまたは操作パネルと、前記複数種類のテストトーン信号の各々について、前記リモコンまたは前記操作パネルの操作が行われた時点におけるテストトーン信号の音量を、前記テストトーン信号発生回路に問い合わせることによって検出する制御回路と、相互に異なった通過帯域を各々有し、再生対象であるオーディオ信号における当該通過帯域内の周波数の信号を選択して出力する複数のフィルタと、前記複数のフィルタの出力信号のダイナミックレンジ圧縮を各々行って出力する複数のダイナミックレンジ圧縮回路と、前記制御回路は、検出された各テストトーン信号の音量に基づいて、前記複数のダイナミックレンジ圧縮回路のダイナミックレンジ圧縮特性の設定を行うことを特徴とするオーディオ再生装置を提供する。
本発明によれば、個々のユーザの聴覚特性に合わせて聴感補正を行うことができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、この発明の第１実施形態であるオーディオ再生装置１００の構成を示すブロック図である。このオーディオ再生装置１００において、前処理回路１は、ＣＤやＤＶＤなどのソースからオーディオ符号化データを読み取り、復号処理などの前処理を行い、ＰＣＭオーディオ信号を生成する回路である。聴感補正回路２は、前処理回路１から出力されるＰＣＭオーディオ信号にラウドネス補正やダイナミックレンジ圧縮などの聴感補正を施す回路である。なお、この聴感補正回路２の具体的構成については後述する。制御回路３は、メモリを内蔵しており、ユーザ８の聴覚特性を取得してメモリに格納する機能と、この取得した聴覚特性に従って聴感補正回路２の聴感補正を制御する機能を備えている。テストトーン発生回路４は、制御回路３による制御の下、ユーザ８の聴覚特性を測定するためのテストトーン信号を発生する回路である。このテストトーン発生回路４は、制御回路３によって指定された周波数で発振する発振器と、この発振器の出力信号を増幅する可変利得増幅器と、この可変利得増幅器のゲインを時間経過に伴って連続的に変化させる回路とにより構成されている。セレクタ５は、制御回路３からの指示に従い、聴感補正回路２の出力信号またはテストトーン信号を選択して出力する回路である。このセレクタ５の出力信号は、オーディオ出力部６から音として出力される。このオーディオ出力部６は、例えばスピーカやヘッドホンである。リモコン７は、ユーザ８からの操作を受け付け、これに応じて、オーディオ再生装置１００の制御回路３に各種の指令を送信する装置である。なお、ユーザ８は、このリモコン７の操作による他、オーディオ再生装置１００に設けられた操作パネル（図示略）を操作することによってもオーディオ再生装置１００の制御回路３に各種の指令を与えることができる。

図２は、聴感補正回路２の構成例を示すものである。この聴感補正回路２は、ダイナミックレンジ圧縮回路１０とラウドネス補正回路２０とにより構成されている。

ダイナミックレンジ圧縮回路１０は、ゲインの制御が可能な増幅器としての乗算器１１と、レベル検出部１２と、ゲインテーブル部１３とを有している。なお、本実施形態ではデジタル形式のオーディオ信号を取り扱うため、ゲインの制御が可能な増幅器として乗算器を用いたが、アナログオーディオ信号を取り扱う場合には、アナログ回路により構成された可変利得増幅器を用いてもよい。レベル検出部１２は、前処理回路１から出力されるＰＣＭオーディオ信号の音量レベルを検出し、検出した音量レベルを表す音量レベル信号をゲインテーブル部１３に出力する。レベル検出部１２の構成に関しては、各種の態様が考えられる。好ましい態様において、レベル検出部１２は、連続的に入力されるＰＣＭオーディオ信号からオーディオ信号波形の絶対値を順次検出し、絶対値の波形の瞬時ピーク値が描くエンベロープ波形を求め、このエンベロープ波形を持った音量レベル信号をゲインテーブル部１３に出力する。別の好ましい態様において、レベル検出部１２は、順次入力されるＰＣＭオーディオ信号（ＰＣＭサンプル）を各々一定期間だけバッファに蓄積し、バッファ内の各サンプルが示す音量レベルの平均値（すなわち、オーディオ信号の音量レベルの移動平均値）を示す音量レベル信号をゲインテーブル部１３に出力する。

ゲインテーブル部１３は、乗算器１１にダイナミックレンジ圧縮を行わせる際に参照されるゲインテーブルを複数種類記憶している。このゲインテーブルは、レベル検出部１２によって検出されるＰＣＭオーディオ信号の音量レベルと乗算器１１に適用するゲインとを対応付けたテーブルである。ゲインテーブル部１３は、制御回路３からの指令に従い、１つのゲインテーブルを選択し、そのゲインテーブルに従ってゲインを決定し、そのゲインを乗算器１１に与える。乗算器１１は、このゲインを前処理回路１から出力されるＰＣＭオーディオ信号に乗じることによりＰＣＭオーディオ信号のダイナミックレンジ圧縮を行う。

図３は、あるゲインテーブルに従って行われるダイナミックレンジ圧縮の例を示すものである。図３において、横軸は乗算器１１に入力されるＰＣＭオーディオ信号の音量レベル（以下、入力音量レベル）、縦軸は乗算器１１から出力されるＰＣＭオーディオ信号の音量レベル（以下、出力音量レベル）である。図３において、破線は、乗算器１１のゲインを標準値に固定した場合における入力音量レベルと出力音量レベルとの関係を示している。図３に示す例において、乗算器１１のゲインは、出力音量レベルが閾値Ｔｈ以上となる領域では標準値とされ、出力音量レベルが閾値Ｔｈ以下である領域では入力音量レベルが小さくなるに従って増加する。従って、後者の領域において、ＰＣＭオーディオ信号のダイナミックレンジが圧縮され、小音量のＰＣＭオーディオ信号の出力音量レベルが持ち上げられる。

本実施形態におけるゲインテーブル部１３は、小音量のＰＣＭオーディオ信号の出力音量レベルを持ち上げる度合い、具体的には図３に示すブースト量Ｂの異なった複数種類のゲインテーブルを記憶している。いずれのゲインテーブルをダイナミックレンジ圧縮に使用するかは、制御回路３がユーザ８の聴覚特性に基づいて決定する。

次に、ラウドネス補正回路２０について説明する。本実施形態では、可聴周波数帯域を低域、中域、高域に３分割し、これらの各帯域毎にゲインを調整してラウドネス補正を行う。ＬＰＦ２１、ＢＰＦ２２およびＨＰＦ２３は、乗算器１１から出力されるＰＣＭオーディオ信号の中から低域、中域および高域の各信号を各々選択し、乗算器２４、２５および２６に各々供給する。制御回路３は、ユーザ８の聴覚特性に基づいて、乗算器２４、２５および２６に与えるゲインを決定する。乗算器２４、２５および２６の各出力信号は加算器２７によって加算され、バッファ２８を介した後、Ｄ／Ａ変換され、図１におけるオーディオ出力部６から音として出力される。

次に、本実施形態の動作について説明する。ユーザ８は、リモコン７を操作することにより聴覚特性の測定要求を制御回路３に送ることができる。この測定要求を受け取ると、制御回路３は、図示しない表示部に例えば「あなたの聴覚を測定します。音が聞こえたらリモコンの○○キーを押して下さい。」というメッセージを表示させる。そして、制御回路３は、聴覚特性測定処理を開始する。

本実施形態では、ユーザ８の聴覚特性を測定するために、可聴周波数帯の下限から上限までの１０種類の周波数ｆ０〜ｆ９を有するテストトーン信号をテストトーン発生回路４により発生する。図４は、ＬＰＦ２１、ＢＰＦ２２およびＨＰＦ２３の各々の通過帯域と、テストトーン信号の周波数ｆ０〜ｆ９との関係を例示している。この例では、テストトーン信号の周波数ｆ０〜ｆ２はＬＰＦ２１の通過帯域内に、周波数ｆ３〜ｆ６はＢＰＦ２２の通過帯域内に、周波数ｆ７〜ｆ９はＨＰＦ２３の通過帯域内にある。

聴覚特性測定処理において、制御回路３は、まず、テストトーン発生回路４の出力信号を選択するべき旨の指令をセレクタ５に送る。その後、制御回路３は、周波数ｆ０〜ｆ９を順次選択し、選択した周波数を指定する情報とテストトーン生成指示をテストトーン発生回路４に送る。好ましい態様において、制御回路３は、テストトーン生成指示をテストトーン発生回路４に送る都度、図示しない表示部に例えば「音が出ます。聞こえますか？」といったメッセージを表示させる。この態様によれば、ユーザ８は、テストトーンが発生することを予め知ることができるので、その聞き取りに集中することができる。

テストトーン発生回路４は、周波数を指定する情報およびテストトーン生成指示を受け取ると、指定された周波数のテストトーン信号の生成を開始し、このテストトーン信号のレベルをスイープし、小音量から大音量に連続的に変化させる。このテストトーン信号はセレクタ５を介してオーディオ出力部６に送られ、オーディオ出力部６からテストトーンが出力される。

ユーザ８は、テストトーンが聞こえた時点でリモコン７における指示されたキーを押下する。制御回路３は、このキー押下に伴うリモコン信号を受信すると、テストトーン発生回路４に現在のテストトーン信号のレベルを問い合わせ、テストトーン発生回路４から報告されるレベルをテストトーン信号の周波数に対応付けてメモリに格納する。以上のような処理を予め決定された複数種類の周波数について各々実行されることにより、ユーザ８の聴覚特性測定結果がメモリ内に得られる。

図５は、以上の処理により制御回路３のメモリ内に格納された聴覚特性測定結果の例を示すものである。この聴覚特性測定結果は、ｆ０〜ｆ９までの１０種類の周波数のテストトーンについて、各々を聞き取ることができたユーザ８の可聴レベルを示している。

聴覚特性測定結果が得られると、制御回路３は、これに基づいて聴感補正回路２のパラメータ設定処理を行う。以下、図６を参照し、この処理について説明する。まず、制御回路３は、ＬＰＦ２１の通過帯域内にある周波数ｆ０〜ｆ２における可聴レベルの平均値（以下、低域可聴レベルという）と、ＢＰＦ２２の通過帯域内にある周波数ｆ３〜ｆ６における可聴レベルの平均値（以下、中域可聴レベルという）と、ＨＰＦ２３の通過帯域内にある周波数ｆ７〜ｆ９における可聴レベルの平均値（以下、高域可聴レベルという）とを求める。

次に、制御回路３は、低域可聴レベルおよび高域可聴レベルが中域可聴レベルに対してどれくらい大きいかあるいは小さいかの相対レベルを求め、その結果に基づき、乗算器２４〜２６に与えるゲインを決定する。図６に示す例では、低域可聴レベルが中域可聴レベルよりも１０ｄＢだけ高く、高域可聴レベルが中域可聴レベルよりも８ｄＢだけ高いので、例えば乗算器２４のゲインが乗算器２５のゲインよりも１０ｄＢだけ高く、かつ、乗算器２６のゲインが乗算器２５のゲインよりも８ｄＢだけ高くなるように各乗算器のゲインを設定する。乗算器のゲインの設定方法に関しては別の態様も考えられる。例えば低域可聴レベル、中域可聴レベル、高域可聴レベルの組み合わせを各種想定し、これらの各組み合わせに対応付けて乗算器２４〜２６に与えるべきゲインをメモリに予め記憶しておき、聴覚測定結果が示す組み合わせに対応したゲインの組をメモリから読み出して各乗算器に設定するようにしてもよい。

聴覚特性測定結果が可聴周波数帯域全域に亙って可聴レベルが高い（すなわち、大きな音でないと聞き取れない）ことを示している場合、制御回路３は、これに対処するためのパラメータ設定をダイナミックレンジ圧縮回路１０に対して行う。より具体的には次の通りである。まず、制御回路３は、周波数ｆ０〜ｆ９における各可聴レベルの最低レベルＭＩＮを求め、予め記憶している平均的最小可聴レベルＡＶＥと比較する。そして、最低レベルＭＩＮが平均的最小可聴レベルＡＶＥよりも低い場合、制御回路３は、ダイナミックレンジ圧縮を行わない旨の指令をゲインテーブル部１３に送る。この場合、ゲインテーブル部１３は、音量レベル信号の大きさ如何に拘わらず、標準値のゲインを乗算器１１に供給する。一方、最低レベルＭＩＮが平均的最小可聴レベルＡＶＥよりも高い場合、制御回路３は、両者の差分を求め、その差分に基づき、選択すべきゲインテーブルをゲインテーブル部１３に指示する。すなわち、差分が小さい場合には、図３に示すブースト量Ｂの小さなゲインテーブルの使用を、差分が大きい場合にはブースト量Ｂの大きなゲインテーブルの使用を、ゲインテーブル部１３に指示するのである。

以上のようにして聴感補正回路２のパラメータ設定が終了すると、制御回路３は、聴感補正回路２の出力信号を選択すべき旨の指令をセレクタ５に送る。ユーザ８がリモコン７の操作により音楽の再生を指示すると、図示しないソースからオーディオ符号化データが前処理回路１に供給され、前処理回路１からＰＣＭオーディオ信号が出力される。聴感補正回路２は、ユーザ８の聴覚特性測定結果に基づいて既にパラメータ設定がなされており、聴覚特性測定結果を反映した聴感補正をＰＣＭオーディオ信号に施し、セレクタ５を介してオーディオ出力部６に出力する。このように、ＰＣＭオーディオ信号を出力するに際して、ユーザ８の聴覚特性に応じた聴感補正が施されるので、聴覚特性の個人差を吸収し、多くの人にとって聞きやすい音楽等を提供することができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態は、図２に示す聴感補正回路２を図７に示す聴感補正回路２Ａに置き換えたものである。この聴感補正回路２Ａは、図２におけるラウドネス補正回路２０と同様なＬＰＦ３１、ＢＰＦ３２、ＨＰＦ３３、加算器３７およびバッファ３８を有している。ラウドネス補正回路２０と実質的に異なるのは、乗算器２４、２５および２６がダイナミックレンジ圧縮回路３４、３５および３６に置き換えられている点である。

本実施形態において、制御回路３は、聴覚特性測定により低域可聴レベル、中域可聴レベルおよび高域可聴レベルが得られると、これらを、予め記憶した平均的最小可聴レベルＡＶＥと比較する。そして、低域可聴レベル、中域可聴レベルおよび高域可聴レベルの中に平均的最小可聴レベルＡＶＥよりも大きなものがある場合には、それと平均的最小可聴レベルＡＶＥとの差分に応じたブースト量Ｂでダイナミックレンジ圧縮が行われるよう該当するダイナミックレンジ圧縮回路の制御を行うのである。
本実施形態によれば、帯域別に、適切なダイナミックレンジ圧縮が行われるという利点がある。

＜変形例＞
上記実施形態には、次のような変形例が考えられる。
（１）上記第２実施形態において、図７におけるダイナミックレンジ圧縮回路３４、３５および３６の後段に、乗算器を各々設けて、これらの乗算器のゲインの制御を行うことにより、ラウドネス補正を行うようにしてもよい。この場合のラウドネス補正の態様は、上記第１実施形態において説明したものと同様である。
（２）リモコンや操作パネルの操作に応じて、聴覚特性測定結果に基づいてパラメータ設定されたダイナミックレンジ圧縮およびラウドネス補正を有効化したり、無効化したり、切り換えうるように構成してもよい。切り換えの態様として次のものが考えられる。
ａ．ダイナミックレンジ圧縮もラウドネス補正も行う。
ｂ．ダイナミックレンジ圧縮は行うがラウドネス補正は行わない。
ｃ．ダイナミックレンジ圧縮は行わないがラウドネス補正は行う。
ｄ．ダイナミックレンジ圧縮もラウドネス補正も行わない。
（３）上記実施形態では、聴覚特性を測定するために、１０種類の周波数のテストトーン信号を用いたが、これはあくまでも一例である。何種類のテストトーン信号を用いるかは、必要とされる聴覚特性の測定精度に応じて決定すればよい。
（４）ＬＰＦ２１、ＢＰＦ２２およびＨＰＦ２３として通過帯域の制御が可能なものを使用し、リモコンや操作パネルの操作により、各々の通過帯域を調整し得るように構成してもよい。
（５）聴覚特性の測定結果の再利用を可能にする変形例も考えられる。この変形例において、ユーザ８は、聴覚特性の測定を指示する際、リモコンや操作パネルの操作により自分のＩＤを入力する。制御回路３は、聴覚特性測定結果が得られると、それをユーザ８のＩＤともにメモリに格納する。その後、ユーザ８がオーディオ再生装置を使用するとき、再度、聴覚特性の測定を指示する必要はなく、自分のＩＤをリモコンなどにより制御回路３に指示すればよい。この場合、制御回路３は、指示されたＩＤに対応付けられた聴覚特性測定結果をメモリから読み出し、これに基づいて聴感補正回路２のパラメータ設定を行う。なお、聴覚特性測定結果の代わりに、これに基づいて決定される聴感補正回路２のパラメータ（ダイナミックレンジ圧縮の使用するゲインテーブルを特定する情報やラウドネス補正のための乗算器のゲイン）をユーザのＩＤに対応付けてメモリに格納し、再利用するようにしてもよい。

この発明の第１実施形態であるオーディオ再生装置の構成を示すブロック図である。同実施形態における聴感補正回路の構成例を示すブロック図である。同実施形態におけるダイナミックレンジ圧縮の一例を示す図である。同実施形態におけるテストトーン信号の周波数とフィルタの通過帯域との関係を示す図である。同実施形態における聴覚特性測定結果の一例を示す図である。同実施形態における聴感補正のためのパラメータ設定を説明する図である。この発明の第２実施形態における聴感補正回路の構成を示すブロック図である。

符号の説明

２……聴感補正回路、３……制御回路、４……テストトーン発生回路、７……リモコン、１０……ダイナミックレンジ圧縮回路、２０……ラウドネス補正回路。

Claims

各々周波数が異なり、時間経過に従って音量が変化する複数種類のテストトーン信号を順次出力するテストトーン信号発生回路と、
リモコンまたは操作パネルと、
前記複数種類のテストトーン信号の各々について、前記リモコンまたは前記操作パネルの操作が行われた時点におけるテストトーン信号の音量を、前記テストトーン信号発生回路に問い合わせることによって検出する制御回路と、
再生対象であるオーディオ信号のダイナミックレンジ圧縮を行って出力するダイナミックレンジ圧縮回路と、
相互に異なった通過帯域を各々有し、前記ダイナミックレンジ圧縮回路の出力信号における当該通過帯域内の周波数の信号を選択して出力する複数のフィルタと、
前記複数のフィルタの出力信号を増幅する複数の可変利得増幅器と、を具備し、
前記制御回路は、検出された各テストトーン信号の音量に基づいて、前記ダイナミックレンジ圧縮回路のダイナミックレンジ圧縮特性および前記複数の可変利得増幅器の増幅利得の設定を行うことを特徴とするオーディオ再生装置。
各々周波数が異なり、時間経過に従って音量が変化する複数種類のテストトーン信号を順次出力するテストトーン信号発生回路と、
リモコンまたは操作パネルと、
前記複数種類のテストトーン信号の各々について、前記リモコンまたは前記操作パネルの操作が行われた時点におけるテストトーン信号の音量を、前記テストトーン信号発生回路に問い合わせることによって検出する制御回路と、
相互に異なった通過帯域を各々有し、再生対象であるオーディオ信号における当該通過帯域内の周波数の信号を選択して出力する複数のフィルタと、
前記複数のフィルタの出力信号のダイナミックレンジ圧縮を各々行って出力する複数のダイナミックレンジ圧縮回路と、
前記制御回路は、検出された各テストトーン信号の音量に基づいて、前記複数のダイナミックレンジ圧縮回路のダイナミックレンジ圧縮特性の設定を行うことを特徴とするオーディオ再生装置。