JPH06310962A - 自動音量調整装置 - Google Patents

自動音量調整装置

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JPH06310962A
JPH06310962A JP5147561A JP14756193A JPH06310962A JP H06310962 A JPH06310962 A JP H06310962A JP 5147561 A JP5147561 A JP 5147561A JP 14756193 A JP14756193 A JP 14756193A JP H06310962 A JPH06310962 A JP H06310962A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロホン検出信号からスピーカ音の影響
を排除し、周囲騒音のみのレベルに応じてスピーカの出
力音量を調整できる自動音量調整装置を得る。 【構成】 制御増幅機１０２，１０３の出力をそれぞれ
Ａ／Ｄ変換機１１０，１１１を介し適応フィルタ１１
３，１１４へ入力し、その各出力を減算器１１５でマイ
クロホン１０９，アンプ１０６，Ａ／Ｄ変換器１１２を
通して得る周囲騒音信号から減算し、その出力をレベル
変換し増幅量調整器１１９で増幅量制御信号とし、制御
増幅器１０２，１０３に与えて自動音量調整を行う。適
応フィルタ１１３，１１４の係数更新用入力に減算器１
１０の出力を与える。また、Ａ／Ｄ変換器１１０，１１
１の出力をレベル変換した後、基準値と比較し、基準レ
ベ以下の場合は適応フィルタ１１３，１１４の係数を更
新しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、騒音環境で使用する音
響再生装置の自動音量制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来よりテレビジョン受信機、ラジオ受
信機、テープレコーダ等の音声出力段を有する機器にお
いて、周囲騒音のレベルの変化に従って音量等を自動的
に調整する試みが種々なされてきた。また、カーラジ
オ、カーステレオなど騒音環境で使用する音響再生装置
についても、周囲騒音のレベルに応じて自動的に再生音
量を上げ、騒音がある場合にも聴き易い状態を維持しよ
うとする試みが行われている。
【０００３】その主なものとして（イ）マイクロホンに
よって周囲騒音とスピーカ音との合成音を検出し、音声
信号回路からの信号とのレベル差をとることによって周
囲騒音のレベルを検出し、これによって音声出力回路の
利得等を制御するもの、（ロ）スピーカ非発音時にのみ
周囲騒音を検出し、スピーカ発音時にはそのレベルを保
持しながら音量を制御するもの、（ハ）マイクロホンに
よって周囲騒音とスピーカ音との合成音を検出し、音声
信号回路からの信号から適応フィルタを用いてスピーカ
音を模擬した信号をつくり、マイクロホン出力信号から
適応フィルタ出力信号を減算して周囲騒音を検出し、そ
のレベルに応じて音量を制御するもの等がある。
【０００４】然るに、（イ）の方式では周囲騒音とスピ
ーカ音との合成音から周囲騒音信号成分のレベルのみを
分離検出することは、スピーカ音の位相遅れ、スピーカ
の周波数特性及び室の残響特性等によりマイクロホンで
検出されるスピーカ音成分が元の電気信号と大きく特性
の異なるものとなっているため、適切な調整が困難であ
る。
【０００５】また、上述した（ロ）の方式では、スピー
カ発音中に周囲騒音が突発的、または定期的に変化する
ような場所においては実用性が乏しく、特に音源が楽音
等の連続音の場合には、スピーカ非発音ひん度が少ない
ためほとんど制御不能となるという欠点がある。。
【０００６】また、（ハ）の方式では、音源がモノラル
の場合には正しく動作するが、ステレオの場合には左右
の信号を足し合わせたもの等を適応フィルタへの入力と
しても、マイクロホンやスピーカの位置、部屋の形状な
どの影響を受けるため、周囲騒音を正しく推定するのは
困難であるという欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図１５は、本発明者が
平４−053228号で提案した従来例（ハ）の方式により構
成した装置の一例を示すブロック回路図である。１０１
は音源、１０４，１０５，１０６はアンプ、１０７，１
０８はスピーカ、１０９はマイクロホン、１１０，１１
１，１１２はＡ／Ｄ変換器、１１３は適応フィルタ、１
１５は減算器、１１６はＡ／Ｄ変換された信号をレベル
に変換しその大きさと基準値の大小を判定するレベル判
定器、１１８，１２０はそれぞれ減算器１１５，Ａ／Ｄ
変換器１１２の出力をレベルに変換する信号変換器、１
２１はＡ／Ｄ変換器１１１，１１２の出力を加算する加
算器である。
【０００８】このように構成された装置においては、適
応フィルタ１１３を用いることで、スピーカ１０７，１
０８からマイクロホンに至る系を最も良く近似した特性
を付加した信号により、マイクロホン１０９の出力から
スピーカ音を相殺するので、音源１０１から信号を出力
しない場合に信号変換器１２０の出力として周囲騒音の
レベルが得られ、音源１０１から信号を出力した場合に
は信号変換器１１８，１２０の出力としてそれぞれ周囲
騒音レベルの推定値、及びスピーカ音と周囲騒音の合成
音のレベルが得られる。
【０００９】図１６は図１５に示す装置で得られた結果
の一例を示すグラフであり、Ａはマイクロホンで得た周
囲騒音とスピーカ音との合成音のレベル、Ｂはこの従来
例により検出した周囲騒音のレベル、Ｃはスピーカ音を
発音させない場合にマイクロホンで得た周囲騒音のレベ
ルである。またここで周囲騒音はスピーカを用いて模擬
的に再生し付加したものを用いている。
【００１０】図１６から明らかなように、検出した周囲
騒音のレベルＢとスピーカ音を発音させないときに得た
周囲騒音のレベルＣとには僅かなずれがあり、周囲騒音
の正しい検出が行えないという問題があった。
【００１１】また、上述した従来例では、周囲騒音に応
じてスピーカ音の音量を調整することはできるが、スピ
ーカ音の音量の推定については特に考慮されていない。
この種の自動音量調整装置では、周囲騒音レベルに対す
る音量の変化量を人の聴覚特性にあった適切なものとす
るため、音響装置の再生音のレベルに従って音量を変化
させる必要がある。すなわち、音響装置の再生音のレベ
ルが大きいほど、同一の周囲騒音レベルに対応して与え
る音量の増幅量を小さくすることが適当である。
【００１２】この対策として、音量操作手段の音量設定
に応じて騒音レベル信号に対する増幅度を変化させる自
動音量調整装置が提案されている。図１７は特公平３−
１３７２６号公報に示された従来の音量自動調整装置を
示すブロック図である。図において、３６０は電圧制御
増幅器（以下、ＶＣＡという）、３６１は電力増幅器、
３６２はスピーカー、３６３は騒音検出回路、３６４は
音量調整手段、３６５は加算器、３６６は音量操作手
段、３６７は音量設定手段である。
【００１３】以上の構成において、音声信号は電圧制御
増幅器（ＶＣＡ）３６０、電力増幅器３６１をとおして
スピーカー３６２で再生される。ＶＣＡ３６０の増幅率
は加算器３０６出力で制御される。加算器には騒音検出
回路３６３で検出後、音量調整手段３６４でレベル調整
された騒音レベル信号と、音量操作手段３６６からの音
量増減操作信号をうけて使用者の希望音量に相当する音
量レベル信号を出力する音量設定手段３６７の出力が入
る。この構成より騒音検出回路で検出される騒音により
音量が制御される。また、音量調整手段３６４は音量操
作手段３６６の出力をうけその時の音量設定に応じて騒
音レベル信号に対する増幅度を変化し得るものである。
具体的には図１８のように、音量レベルが大きい時には
騒音レベルに対する増幅度を下げ、騒音増加に対する音
量増加を小さくし、音量レベルが小さい時には騒音レベ
ルに対する増幅度を上げ、騒音増加に対する音量増加を
大きくして周囲騒音に対する音量制御を聴感に適合性の
高いものにするというものである。
【００１４】ところが、実際に聴感として与えられるの
はスピーカ音であり、上述のように音量操作手段３６６
の音量設定に応じて音量増幅度を調整した場合は、また
は音量調整手段３６４からの出力に応じて音量増幅度を
調整した場合は、使用するスピーカの性能にあわせて、
音量の増幅率を調整する必要があるという問題があっ
た。また、音量設定により音声信号のレベルを代表して
騒音レベルに対する音声信号の利得を定めているため
に、音楽ソースの録音レベルの違いや、音楽のフレーズ
毎のレベル変化による聴感音量の過不足を免れないとい
う問題があった。
【００１５】また、前述した図１５に示した自動音量調
整装置では、マイクロホンからの信号および適応フィル
タへの入力信号は通常はＡ／Ｄ変換器によりデジタル信
号とするが、その際マイクロホンから前記Ａ／Ｄ変換器
への入力は一定の範囲内でなければならないため、スピ
ーカおよびマイクロホンの設置位置等によってマイクロ
ホン出力レベルをその都度最適値に調整しなければなら
ないといった問題点があった。
【００１６】また、騒音により生じる音量の不足感は、
騒音による音声信号のマスキングに主に起因するもので
あるため、マスクされる音声信号成分は、騒音の成分が
大きい周波数域で大きく、騒音成分が小さい周波数域で
は小さい。例えば、自動車の走行騒音は低音域の成分が
大きく、高音域の成分が小さい。
【００１７】このため、従来装置のように再生音量を制
御するのに音声信号の周波数に無関係の一律な処理を行
ったのでは、騒音の成分が大きい周波数域については、
効果が不足となり、騒音の成分が小さい周波数域では効
果が過重であるという問題がある。自動車の走行騒音に
対してこのような単なる利得増加処理を行った場合で
は、低音域の不足感、高音域の音量過大感は避けられな
い。
【００１８】この解決策として、騒音のスペクトラムを
仮定して音声信号の低音域をブーストする、または高音
域を減衰させるといった周波数特性の補償を行うことは
可能であるが、騒音のスペクトラムが変化する場合には
十分な解決とはならないという問題があった。
【００１９】本発明はこれらの事情に鑑みてなされたも
のであり、高精度に検出された周囲騒音レベルに応じ
て、スピーカからの出力音量を自動的に調整し得る自動
音量調整装置を提供することを目的とし、また、スピー
カからの再生音のレベルに応じて音量の増幅量を調整
し、スピーカからの出力音量を自動的に調整し得る自動
音量調整装置を提供することを目的とし、また、音楽再
生時の周囲騒音による聴感音量の減少を適切に補償し、
音声信号の全周波数帯域にわたり適当な音量を維持する
自動音量調整装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】第１発明に係る自動音量
調整装置は、音源の各チャンネルに対して設けた音量調
整器の出力にそれぞれ接続されている適応フィルタ（可
変係数デジタルフィルタ）と、この各フィルタからの出
力をマイクロホンの出力から減算する減算器と、この減
算器からの出力を音量調整器の音量制御信号に変換する
変換器と備え、この変換器の出力を制御信号として音量
調整器へ入力し、減算器の出力を適応フィルタへ入力す
るように構成してあることを特徴とする。
【００２１】第２発明に係る自動音量調整装置は、第１
発明において、適応フィルタの動作開始から収束するま
でのしばらく期間は自動音量調整を行なわないようにす
るための、音量調整器の音量制御信号の遮断装置を備え
ることを特徴とする。
【００２２】第３発明に係る自動音量調整装置は、第１
または第２発明において、音量調整器の出力をレベルに
変換する変換器とその出力の大きさと基準レベルとの大
小を判定し、音量調整器の出力レベルが小さい場合には
適応フィルタに係数を保持したまま更新を中止させる手
段を備えることを特徴とする。
【００２３】第４発明に係る自動音量調整装置は、音源
の音量調整器の出力に接続されている適応フィルタと、
該適応フィルタからの出力をマイクロホンの出力から減
算する減算器と、前記適応フィルタからの出力及び前記
減算器の出力をそれぞれレベル変換しこれを音量調整器
の音量制御信号に変換する変換器へ入力し、この変換器
の出力を音量調整器の制御信号とするように構成してあ
ることを特徴とする。
【００２４】第５発明に係る自動音量調整装置は、第４
発明において、音響装置から校正信号を発音させる基準
信号発生器と、マイクロホンからの信号のレベルを調整
する抵抗減衰器と、基準信号発生時に前記抵抗減衰器の
出力を読みとりこれを適当なレベルに調整するよう前記
抵抗減衰器の減衰量を調整する調整器と、設定された係
数を電源遮断後も保持する装置とを備えることを特徴と
する。
【００２５】第６発明に係る自動音量調整装置は、第４
発明において、音源の各チャンネルに対して設けた音量
調整器の出力がそれぞれ入力される２チャンネルの適応
フィルタを備え、夫々の適応フィルタの出力を加算して
レベル変換するように構成してあることを特徴とする。
【００２６】第７発明に係る自動音量調整装置は、第５
発明において、音源の各チャンネルに対して設けた音量
調整器の出力がそれぞれ入力される２チャンネルの適応
フィルタを備え、夫々の適応フィルタの出力を加算して
レベル変換するように構成してあることを特徴とする。
【００２７】第８発明に係る自動音量調整装置は、第７
発明において、音量調整装置にはオーディオ用のＤＳＰ
を使用し、抵抗減衰器の減衰量の調整に使用する校正信
号（例えばランダムノイズ等）の生成を、このＤＳＰに
て行うよう構成してあることを特徴とする。
【００２８】第９発明に係る自動音量調整装置は、第７
発明において、加算器及び減算器の出力よりそれぞれ変
換した信号のレベルを音響装置の音量の増幅量に変換す
る装置と、校正信号発生時にマイクロホン出力より変換
した信号のレベルをマイクロホン出力信号に対する利得
の調整量に変換する装置とを共通のマイクロコンピュー
タで構成してあることを特徴とする。
【００２９】第１０発明に係る自動音量調整装置は、音
声信号を複数の周波数帯域成分に分割して各々のレベル
を検出する音声信号分析手段と、騒音をこれに相当する
複数の周波数帯域成分に分割して各々のレベルを検出す
る周囲騒音分析手段と、分割された各周波数帯域毎に音
声信号に与えるべき利得を算定する利得算定手段と、音
声信号に対しこの周波数対利得特性を概略与えるフィル
タ手段と、フィルタ手段が音声信号を選択的に通過させ
るＦＩＲフィルタと、前記利得算定手段の出力を補間し
等周波数間隔の利得を与える補間手段と、この補間手段
の出力を逆フーリエ変換して前記ＦＩＲフィルタの係数
を決定するフィルタ係数算定手段とを備えることを特徴
とする。
【００３０】第１１発明に係る自動音量調整装置は、第
１０発明において、音声信号分析手段を音声信号の高速
フーリエ変換を行う高速フーリエ変換手段と、該高速フ
ーリエ変換手段の出力をほぼ一定の比帯域幅に振り分け
て各帯域に入る音声信号成分のレベルを求める音声信号
レベル分析手段とを備えることを特徴とする。
【００３１】第１２発明に係る自動音量調整装置は、第
１０発明において、周囲騒音信号分析手段を周囲騒音信
号の高速フーリエ変換を行う高速フーリエ変換手段と、
該高速フーリエ変換手段の出力をほぼ一定の比帯域幅に
振り分けて各帯域に入る周囲音騒音信号成分のレベルを
求める周囲騒音信号レベル分析手段とを備えることを特
徴とする。
【００３２】第１３発明に係る自動音量調整装置は、第
１０発明において、音声信号分析手段を音声信号の高速
フーリエ変換を行う第１の高速フーリエ変換手段と、該
第１の高速フーリエ変換手段の出力をほぼ一定の比帯域
幅に振り分けて各帯域に入る音声信号成分のレベルを求
める音声信号レベル分析手段とから構成し、且つ周囲騒
音信号分析手段を周囲騒音信号の高速フーリエ変換を行
う第２の高速フーリエ変換手段と、該第２の高速フーリ
エ変換手段の出力をほぼ一定の比帯域幅に振り分けて各
帯域に入る周囲騒音信号成分のレベルを求める周囲騒音
信号レベル分析手段とから構成し、第１の高速フーリエ
変換手段の出力と第２の高速フーリエ変換手段の出力と
を入力とし、第１の高速フーリエ変換手段の出力と各分
析周波数毎に予め定められたレベルとを比較し、または
第１の高速フーリエ変換手段の出力と第２の高速フーリ
エ変換手段の出力と比較し、比較結果に応じた第２の高
速フーリエ変換手段の出力を利得算定手段へ出力する比
較手段を備えることを特徴とする。
【００３３】請求項１４の発明に係る自動音量調整装置
は、第１０発明において、周囲騒音分析手段の入力側に
接続され周囲騒音信号から音声信号と相関の高い成分を
差し引いて出力するよう構成する適応フィルタ手段を備
えることを特徴とする。
【００３４】第１５発明に係る自動音量調整装置は、第
１１発明において、音声信号分析手段に第１の高速フー
リエ変換手段を、周囲騒音信号分析手段に第２の高速フ
ーリエ変換手段を備え、第１の高速フーリエ変換手段の
出力と第２の高速フーリエ変換手段の出力とを入力とす
る比較手段と、第１の高速フーリエ変換手段の信号入力
経路に時間遅延手段を備えることを特徴とする。
【００３５】請求項１６の発明に係る自動音量調整装置
は、第１３発明において、ＦＩＲフィルタの信号入力経
路に時間遅延手段を備えることを特徴とする。
【００３６】
【作用】第１発明に係る自動音量調整装置では、周囲騒
音をマイクロホンによって検知し、その際にマイクロホ
ンの出力に混じっているスピーカ音を、各音量調整器か
らの出力に適応フィルタで、音源の各チャンネルに対応
したそれぞれのスピーカからマイクロホンに至る系を最
もよく近似した特性を付加した信号によって相殺して周
囲騒音を検出し、ここで得られた信号レベルに合わせ
て、聞き取り易い音量に音響装置の出力を自動調整する
ことができる。
【００３７】第２発明に係る自動音量調整装置では、電
源投入の直後など適応フィルタが初期状態になった場合
には、適用フィルタは動作開始から収束するまでしばら
く時間を要するので、適当な時間が経過するまでは音量
の自動調整を行なわない。
【００３８】第３発明に係る自動音量調整装置では、音
量調整器からの出力のレベルが小さい場合又は出力がな
い場合には適応フィルタの係数が正常に更新されない可
能性が大きい。このために、音量調整器の出力をレベル
に変換し、このレベルと基準レベルとの大小を判定す
る。音量調整器の出力レベルが小さい場合には適応フィ
ルタに係数を保持したまま更新を中止させる。
【００３９】第４発明に係る自動音量調整装置では、周
囲騒音をマイクロホンによって検知し、適応フィルタを
用いて、マイクロホンの出力に混じっているスピーカ音
を、スピーカからマイクロホンに至る系を最もよく近似
した特性を付加した信号によって相殺し、周囲騒音を検
出している。そして、適応フィルタによって近似したマ
イクロホン位置での音響装置出力のレベルを検出し、こ
こで得られた周囲騒音及び音響装置出力のレベルに応じ
て、聞き取り易い音量に音響装置の出力を自動調整す
る。
【００４０】第５発明に係る自動音量調整装置では、音
響装置から基準信号を発生させ、このときのマイクロホ
ン出力信号のレベルに応じて信号レベルが適当な範囲に
納まるよう自動的にマイクロホン出力信号に対する利得
を調整するものである。また一度調整された値は電源遮
断後も保持され、毎回調整する必要がない。
【００４１】第６発明に係る自動音量調整装置では、周
囲騒音をマイクロホンによって検知し、その際にマイク
ロホンの出力に混じっているスピーカ音を、各音量調整
器からの出力に夫々の適応フィルタで、音源の各チャン
ネルに対応したそれぞれのスピーカからマイクロホンに
至る系を最もよく近似した特性を付加した信号によって
相殺して周囲騒音を検出すると同時に、適応フィルタに
よって近似したマイクロホン位置での音響装置出力のレ
ベルを検出し、ここで得られた周囲騒音及び音響装置出
力のレベルに応じて、聞き取り易い音量に音響装置の出
力を自動調整する。
【００４２】第７発明に係る自動音量調整装置では、音
響装置から基準信号を発生させ、このときのマイクロホ
ン出力信号のレベルに応じて信号レベルが適当な範囲に
納まるよう自動的にマイクロホン出力信号に対する利得
を調整するものである。また一度調整された値は電源遮
断後も保持され、毎回調整する必要がない。
【００４３】第８発明に係る自動音量調整装置では、音
量調整器としてＤＳＰを使用した場合に、マイクロホン
入力信号のレベルの調整を行う際に音響装置より出力す
る校正用信号（例えばランダムノイズ等）を、ＤＳＰ内
部で生成し出力することができる。
【００４４】第９発明に係る自動音量調整装置では、適
応フィルタより得られる周囲騒音レベル及び音響装置出
力レベルより音量の変化量を計算する手段としてマイク
ロコンピュータを使用した場合に、このマイクロコンピ
ュータをマイクロホン出力信号に対する利得の調整を行
う際のマイクロホン出力信号のレベルを、利得の調整量
に変換する手段として共用することができる。
【００４５】第１０発明に係る自動音量調整装置では、
音声信号が騒音によるマスキングをうけることによる聴
感音量の減少を、複数の周波数帯域について求めること
ができ、各帯域についての適正な補正量（利得）を算定
することが可能となる。またこうして求めた補正量とし
ての利得周波数特性を与えるフィルタを構成し、これに
音声信号を通すことにより、騒音の種類によらず音声信
号の全周波数領域にわたり聴感上の音量を適当に維持す
ることができる。ここにフィルタ手段は、聴感音量補正
のための利得周波数特性を逆フーリエ変換してＦＩＲフ
ィルタの係数に変換しこれをＦＩＲフィルタに与えて所
望の利得周波数特性を近似するものであり、必要な利得
周波数特性を効率良く生成する。
【００４６】第１１発明に係る自動音量調整装置では、
音声信号分析手段は音声信号の高速フーリエ変換を行
い、その出力をほぼ一定の比帯域幅に振り分けて各帯域
に入る音声信号成分のレベルを求めるものとする場合、
適当な周波数帯域細分化を行うとともに精度・効率の良
いレベル検出を行うことができる。
【００４７】第１２発明に係る自動音量調整装置では、
周囲騒音信号分析手段は周囲騒音信号の高速フーリエ変
換を行い、その出力をほぼ一定の比帯域幅に振り分けて
各帯域に入る周囲騒音信号成分のレベルを求めるものと
する場合、適当な周波数帯域細分化を行うとともに精度
・効率の良いレベル検出を行うことができる。
【００４８】第１３発明に係る自動音量調整装置では、
音声信号分析手段を構成する第１の高速フーリエ変換手
段と、周囲騒音信号分析手段を周囲騒音信号の高速フー
リエ変換を行う第２の高速フーリエ変換手段の出力を比
較し、周囲騒音信号に含まれる音声信号成分の影響を排
除することで精度の良い騒音レベル推定を可能とする。
【００４９】第１４発明に係る自動音量調整装置では、
適応フィルタ手段により周囲騒音信号分析手段の入力か
ら音声信号と相関の高い成分を抜き去ることで、再生音
声の影響排除を確実なものとし精度の良い騒音レベル推
定を行うことができる。
【００５０】第１５発明に係る自動音量調整装置では、
音声信号分析手段を構成する第１の高速フーリエ変換手
段の信号入力経路の時間遅延手段により周囲騒音信号に
含まれる音声信号がスピーカー等の音響再生手段から空
間を伝播して周囲騒音検出マイクロホンに達するまでの
時間に相当する時間遅れを与えて、ほぼ同一時点での音
声信号を比較できるようにして、騒音レベル推定におけ
る再生音声の影響排除を確実なものとする。
【００５１】第１６発明に係る自動音量調整装置では、
周波数分解能を十分にとる場合において必然的にレベル
検出時間遅れを生じる高速フーリエ変換器を音声信号レ
ベル検出に用いる場合、音量制御の時間遅れを補償し、
音声信号レベルの急増時の音量の不必要且つ一時的な増
大を抑える。
【００５２】
【実施例】実施例１．図１は本発明の実施例１を示すブ
ロック回路図であり、１０１は音源、１０２，１０３は
制御増幅器、１０４，１０５，１０６はアンプ、１０
７，１０８はスピーカ、１０９はマイクロホン、１１
０，１１１，１１２はＡ／Ｄ変換器、１１３，１１４は
適応フィルタ、１１５は減算器、１１６，１１７はＡ／
Ｄ変換された信号をレベルに変換しその大きさと基準値
の大小を判定するレベル判定器、１１８は減算器１１５
の出力をレベルに変換する信号変換器、１１９は信号変
換器１１８の出力に応じた増幅量制御信号を制御増幅器
１１２，１１３に送る増幅量調整器である。
【００５３】前記のように構成された自動音量調整装置
においては、音源１０１からの左右チャンネルの信号は
それぞれまず制御増幅器１２，１３を通り、アンプ１０
４，１０５及びＡ／Ｄ変換器１１０，１１１に入力され
る。アンプ１０４，１０５からの出力は、それぞれスピ
ーカ１０７，１０８に入り、音波となって放射される。
また、マイクロホン１０９で収音された周囲騒音＋スピ
ーカ音は、アンプ１０６を通ってＡ／Ｄ変換器１１２に
入力される。
【００５４】Ａ／Ｄ変換器１１０，１１１からの出力デ
ジタル信号は、それぞれ適応フィルタ１１３，１１４に
入力されフィルタリングされてその出力が減算器１１５
に入力される。またＡ／Ｄ変換器１１２からの出力デジ
タル信号も減算器１１５に入力され、これから適応フィ
ルタ１１３，１４双方の出力を減算したものが信号変換
器１１８に入力されると共に、適応フィルタ１１３，１
４にそれぞれ係数更新用信号として入力される。
【００５５】これを元に適応フィルタ１１３のフィルタ
係数は、Ａ／Ｄ変換器１１０からの信号を、制御増幅器
１０２からアンプ１０４を経てスピーカ１０７で音波と
して放射されマイクロホン１０９で受音され、アンプ１
０６を経てＡ／Ｄ変換器１１２に至るまでの系に最も近
くなるように更新される。また、適応フィルタ１１４の
フィルタ係数は、Ａ／Ｄ変換器１１１からの信号を、制
御増幅器３からアンプ１０５を経てスピーカ１０８で音
波として放射されマイクロホン１０９で受音され、アン
プ１０６を経てＡ／Ｄ変換器１１２に至るまでの系に最
も近くなるように更新される。
【００５６】ここで誤差信号、即ち減算器１１５の出力
信号を漸近的に最小とする係数更新アルゴリズムは周知
である。この結果、マイクロホンで検出したスピーカ音
成分は打ち消されて、正確な周囲騒音が得られる。
【００５７】また、信号変換器１１８の入力は、騒音計
の時定数を近似した時定数をもって直流に変換され、さ
らに対数変換されてデシベル値として増幅量調整器１１
９へ出力される。これを元に増幅量調整器１１９から制
御増幅器１０２，１０３に増幅量制御信号が送られる。
【００５８】Ａ／Ｄ変換器１１０，１１１の出力は適応
フィルタ１１３，１１４へ送られるとともにレベル判定
器１１６，１１７へ送られ、騒音計の時定数を近似した
時定数をもって直流に変換されたのちに基準値との大小
を比較される。ここでこの信号が基準信号よりも小さな
場合には適応フィルタ１１３，１１４にそれぞれ独立に
合図を送り、それを受けた時には適応フィルタ１１３，
１１４はそれぞれ係数を保持したまま更新を行なわない
ようにする。これによって適応フィルタ１１３，１１４
はどちらか片方の入力レベルが小さい場合には自動的に
入力レベルの大きい一方のみが動作し、他方は推定値に
影響を与えない。また、双方の入力が小レベル時にも係
数が異常な値に更新されてしまうことなく、次に通常の
レベルの信号が入力された場合に最適な状態でフィルタ
リング及び係数の更新を行える。
【００５９】前記のように構成された装置において、音
源１０１から信号を出力しない場合には、信号変換器１
１８の出力として周囲騒音のレベルが得られる。音源１
０１から信号を出力した場合には、信号変換器１１８の
出力として本実施例による周囲騒音レベルの推定値が得
られる。また、このときマイクロホン１０９で得られた
信号をレベル変換すればスピーカ音と周囲騒音の合成音
のレベルが得られる。
【００６０】図２は図１に示す装置で得られた結果の一
例を示すグラフであり、Ａはマイクロホンで得た周囲騒
音とスピーカ音との合成音のレベル、Ｄは本実施例によ
り検出した周囲騒音のレベル、Ｃはスピーカ音を発音さ
せない場合にマイクロホンで得た周囲騒音のレベルであ
る。またここで周囲騒音はスピーカを用いて模擬的に再
生し付加したものを用いている。
【００６１】図２から音響装置の信号がステレオの場合
にも本実施例によれば周囲騒音のレベルを正しく得られ
ることがわかる。
【００６２】なお、適応フィルタ１１３，１１４が動作
を開始してから適当な時間だけ制御を中止するために遅
延手段を設けても良い。図３は、適応フィルタ１１３，
１１４夫々に遅延手段１３０，１３１を設けた構成を示
すブロック図であり、図１と同部分には同符号を付し、
その説明を省略する。適応フィルタ１１３，１１４は、
動作開始時にこれを知らせる信号を遅延手段１３０，１
３１へ送り、遅延手段１３０，１３１はこれを受けてか
ら適当な時間だけ制御増幅器１０２，１０３の制御を中
止し、その後増幅量調整器１１９へ制御開始の信号を出
力することによって、適応フィルタ１１３，１１４が動
作を開始してからある程度収束するまでの時間は音量調
整を行なわず、誤動作を防止するという効果を得る。
【００６３】なお、実施例１では適応フィルタ１１３〜
増幅量調整器１１９は独立した装置として述べてきた
が、これらはデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を
用いてプログラム処理としても構成することが可能であ
る。
【００６４】実施例２．図４は本発明の一実施例による
自動音量調整装置を示すブロック回路図であり、図にお
いて、２０１は音源、２０２，２０３は音量増幅器、２
０４，２０５，２０６はアンプ、２０７，２０８はスピ
ーカ、２０９はマイクロホン、２１０は抵抗減衰器、２
１１，２１２，２１３はＡ／Ｄ変換器、２１４，２１５
は適応フィルタ、２１６は減算器、２１７は加算器、２
１８，２１９，２２０はＡ／Ｄ変換された信号をレベル
に変換する信号変換器、２２１は信号変換器２１９，２
２０の出力に応じた増幅量制御信号を音量増幅器２０
２，２０３に送る増幅量制御器、２２２は基準信号発生
器、２２３は基準信号発生器２２２を動作させこのとき
の信号変換器２１８の出力に応じた減衰量制御信号を抵
抗減衰器２１０に送る減衰量調整器、２２４は設定され
た減衰量を保持する係数保持器である。
【００６５】前記のように構成された自動音量調整装置
においては、音源２０１からの左右チャンネルの信号は
それぞれまず音量増幅器２０２，２０３を通り、アンプ
２０４，２０５及びＡ／Ｄ変換器２１２，２１３に入力
される。アンプ２０４，２０５からの出力は、それぞれ
スピーカ２０７，２０８に入り、音波となって放射され
る。また、マイクロホン２０９で収音された周囲騒音＋
スピーカ音は、アンプ２０６を通って抵抗減衰器２１０
を経てＡ／Ｄ変換器２１１に入力される。
【００６６】一方、Ａ／Ｄ変換器２１２，２１３からの
出力デジタル信号は、それぞれ適応フィルタ２１４，２
１５に入力されフィルタリングされてその出力が減算器
２１６及び加算器２１７に入力される。またＡ／Ｄ変換
器２１１からの出力デジタル信号も減算器２１６に入力
され、これから適応フィルタ２１４，２１５双方の出力
を減算したものがレベル変換器２１９に入力されると共
に、適応フィルタ２１４，２１５にそれぞれ係数更新用
信号として入力される。
【００６７】また、適応フィルタ２１４，２１５の出力
は加算器２１７へも入力され、ここで加算されたものが
レベル変換器２２０へ入力される。
【００６８】これを元に適応フィルタ２１４の係数は、
Ａ／Ｄ変換器２１２からの信号を、音量増幅器２０２か
らアンプ２０４を経てスピーカ２０７で音波として放射
されマイクロホン２０９で受音され、アンプ２０６、抵
抗減衰器２１０を経てＡ／Ｄ変換器２１１に至るまでの
系に最も近くなるように更新される。また、適応フィル
タ２１４のフィルタ係数は、Ａ／Ｄ変換器２１３からの
信号を、音量増幅器２０３からアンプ２０５を経てスピ
ーカ２０８で音波として放射されマイクロホン２０９で
受音され、アンプ２０６、抵抗減衰器２１０を経てＡ／
Ｄ変換器２１１に至るまでの系に最も近くなるように更
新される。
【００６９】ここで誤差信号、即ち減算器２１６の出力
信号を漸近的に最小とする係数更新アルゴリズムは周知
である。この結果、マイクロホンで検出したスピーカ音
成分は打ち消されて、正確な周囲騒音が得られる。
【００７０】また、信号変換器２１９，２２０の入力は
それぞれ騒音計の時定数を近似した時定数をもって直流
に変換され、さらに対数変換されてデシベル値として増
幅量制御器２２１へ出力される。これを元に増幅量制御
器２２１から音量調整器２０２，２０３に増幅量制御信
号が送られる。
【００７１】一方、Ａ／Ｄ変換器２１１の出力は減算器
２１６へ出力されるとともにレベル変換器２１８へ出力
され、騒音計の時定数を近似した時定数をもって直流に
変換され、さらに対数変換されてデシベル値として減衰
量調整器２２３へ出力される。
【００７２】減衰量調整器２２３は通常は係数保持器２
２４に記憶されている減衰量に抵抗減衰器２１０を常に
設定しておき、マイクロホンの利得調整要求があった場
合のみ基準信号発生器２２２より校正信号を発生させ、
このとき音量増幅器２０２，２０３からアンプ２０４，
２０５を経てスピーカ２０７，２０８で音波として放射
され、マイクロホン２０９で受音され、抵抗減衰器２１
０、Ａ／Ｄ変換器２１１、レベル変換器２１８を経て減
衰量調整器２２３に入力される信号のレベルが適当な範
囲に納まるよう、抵抗減衰器２１０の減衰量を調整する
とともに設定した減衰量を係数保持器２２４に保持させ
る。
【００７３】ところで、実施例２では適応フィルタ２１
４〜増幅量制御器２２１は独立した装置として述べてき
たが、これらはデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）
を用いてプログラム処理としても構成することが可能で
ある。
【００７４】実施例３．図５は本発明の他の実施例によ
る自動音量調整装置を示すブロック回路図であり、図に
おいて、図４と同一部分には同一符号を付し、この符号
の説明は既に説明をしたので省略する。２２５は音量増
幅を行うＤＳＰ、２２６は図４の２１４〜２２０と同じ
処理を行い周囲騒音レベルと音響再生レベルを検出する
ＤＳＰ、２２７はマイクロコンピュータ、２２８は不揮
発性メモリである。
【００７５】次に、実施例３の動作を図６，図７を参照
しながら説明する。図６はＤＳＰ２６に内蔵されたプロ
グラムの動作を示すフローチャート、図７はマイクロコ
ンピュータ２２７に内蔵されたプログラムの動作を示す
フローチャートである。
【００７６】前記のように構成された自動音量調整装置
においては、音源２０１からの左右チャンネルの信号は
それぞれまず音量増幅用のＤＳＰ２２５を通り、アンプ
２０４，２０５及びＡ／Ｄ変換器２１２，２１３に入力
される。アンプ２０４，２０５からの出力は、それぞれ
スピーカ２０７，２０８に入り、音波となって放射され
る。また、マイクロホン２０９で収音された周囲騒音＋
スピーカ音は、アンプ２０６を通って抵抗減衰器２１０
を経てＡ／Ｄ変換器２１１に入力される。
【００７７】騒音推定用のＤＳＰ２２６は図６に示すよ
うに、電源が投入されるとまず最初にＡ／Ｄ変換器２１
１〜２１３よりデータを受け取る。次にＡ／Ｄ変換器２
１２及びＡ／Ｄ変換器２１３より受け取ったデータをそ
れぞれ可変係数ＦＩＲデジタルフィルタでフィルタリン
グする。次にＡ／Ｄ変換器２１１より受け取ったデータ
から前記フィルタリング結果のデータを減算する。この
減算結果を利用して前記可変係数フィルタの係数を、そ
れぞれアンプ２０４，２０５を通りスピーカ２０７，２
０８で音波として放射されマイクロホン２０９で受音さ
れ、アンプ２０６、抵抗減衰器２１０を経てＡ／Ｄ変換
器２１１に至るまでの系に最も近くなるように更新す
る。さらに、フィルタリング結果同士を加算する。この
減算結果及び加算結果ならびにＡ／Ｄ変換器２１１から
の入力データの３つを、レベル変換したのちにそれぞれ
騒音レベル、音響再生レベル、マイクロホン信号レベル
としてマイクロコンピュータ２２７へ送信する。
【００７８】ここで、誤差信号、すなわち周囲騒音信号
推定値を漸近的に最小とする係数更新アルゴリズムは周
知である。この結果、マイクロホンで検出したスピーカ
音成分は打ち消されて、正確な周囲騒音が得られる。
【００７９】マイクロコンピュータ２２７は図７に示す
ように電源が投入されると、まず最初に抵抗減衰器２１
０の減衰量を不揮発性メモリ２２８から読みだした値に
設定する。その後、ＤＳＰ２２６より騒音レベル、音響
再生レベル、マイクロホン出力信号レベルの３つのデー
タを受け取り、このうち騒音レベルと音響再生レベル及
び抵抗減衰器２１０の減衰量の設定値から調整増幅量を
計算し、これをＤＳＰ２２５へ送信し、音量を変化させ
る。その後抵抗減衰器２１０の減衰量の再設定を行うか
どうかを確認し、これを行わない場合にはＤＳＰ２２６
より次のデータの組を受け取り前記のステップを繰り返
す。
【００８０】抵抗減衰器２１０の減衰量の再設定を行う
場合には、まずＤＳＰ２２５に校正用信号を出力するよ
う指示を送る。次にＤＳＰ２２６よりデータを受け取り
その中のマイクロホン出力信号レベルに応じて抵抗減衰
器２１０の減衰量を変化させることを、データが適当な
範囲に納まるまで繰り返す。データが適当な範囲に納ま
った場合には校正信号を止めるようＤＳＰ２２５に指示
し、その後に新たな抵抗減衰器２１０の減衰量の設定値
を不揮発性メモリに記憶させ、次回からは電源投入時に
はこの値が設定されるようにする。
【００８１】校正信号（例えばランダムノイズ等）を発
生する数学的処理は周知であり、デジタルシグナルプロ
セッサにてこれを実行させることに特に困難はない。
【００８２】実施例４．図８は本発明の第４の実施例に
おける自動音量調整装置を示すブロック図である。図に
おいて、３０１は入力端子、３０２は出力端子、３０３
はＡ／Ｄ変換器、３０４はＦＩＲフィルタ、３０５はＤ
／Ａ変換器、３０６は前記第１の高速フーリエ変換器
（ＦＦＴ）、３０７はレベル検出器、３０８は利得算定
手段、３０９は補間器、３１０はフィルタ係数算定手
段、３１１はマイクロホン、３１２は増幅器、３１３は
Ａ／Ｄ変換器、３１４は前記第２の高速フーリエ変換器
（ＦＦＴ）、３１５はレベル検出器、３１８はＡ／Ｄ変
換器である。また、３４０は音声信号分析手段、３４１
は周囲騒音分析手段、３４２はフィルタ手段を示す。な
お、本実施例では出力端子３０２はイヤホンのようなも
のであって、再生音声がマイクロホン３１１にほとんど
入らないという状況を設定している。
【００８３】入力音声信号は、Ａ／Ｄ変換器３１８にて
デジタル信号に変換の後、高速フーリエ変換器３０６に
より等周波数間隔の各中心周波数における信号成分のレ
ベルを与えるデータの組に変換される。これより入力と
して与える標本データ数ｎに対し標本化周波数の１／２
をｎ等分した各周波数帯域毎の分析期間における信号成
分レベルを得ることができる。この高速フーリエ変換手
法については周知であり、既に実用化されているデジタ
ル信号処理プロセッサ（以下ＤＳＰという）等により実
行可能である。
【００８４】ある周波数の音声信号成分（スペクトラ
ム）に対するマスキングはその周波数を中心とする臨界
帯域幅にはいる騒音のレベルで決定されるため、音声信
号および騒音の分析周波数帯域は、臨界帯域幅程度まで
細分して求めることが望ましいが、臨界帯域幅は低周波
域では狭く、高周波域では広くなるため、高速フーリエ
変換で得られる等周波数間隔のデータでは、低周波域で
適当な帯域幅をもたせると高周波域ではデータの周波数
間隔が密になりすぎる。
【００８５】レベル検出器３０７は、高速フーリエ変換
器３０６の出力を、適当な周波数帯域に分割して各周波
数帯域毎にこれに含まれる音声信号のレベルを与えるも
のであり、設定した周波数帯域内に入るデータ全体によ
る実効値を求める処理を行う。周波数帯域の分割は例え
ば音声周波数帯域（２０〜２０ＨZ ）を１オクターブ毎
にほぼ１０分割することで聴感上十分な性能を得る。ま
た、一般的な騒音のスペクトラムは低域でレベルが高く
高域ほどレベルが小さくなる（通常の家庭内騒音でー６
ｄＢ／ｏｃｔ、自動車の車室内騒音でー１０〜ー１２ｄ
Ｂ程度の割合で減少する）ことが知られている。このた
め、実用的には音声信号レベルおよび周囲騒音レベルの
高音域の検出範囲を狭めて高速フーリエ変換器における
処理量を低減することも可能である。
【００８６】なお、この高速フーリエ変換器３０６およ
びレベル検出器３０７は音声信号分析手段３４０を形成
するものであるが、別の手段として所要の周波数帯域に
対応する複数の帯域フィルタと、その出力を各々検波平
滑するレベル検出器とを、これに替えることもできる。
【００８７】次にマイクロホン３１１から得た周囲騒音
信号は、増幅器３１２で増幅の後、Ａ／Ｄ変換器３１３
にてデジタル信号に変換し高速フーリエ変換器３１４に
より等周波数間隔のレベルデータとする。レベル検出器
３１５は、高速フーリエ変換器３１４の出力を、適当な
周波数帯域に分割して各周波数帯域毎にこれに含まれる
周囲騒音信号のレベルを与える。
【００８８】なお、この高速フーリエ変換器３１４およ
びレベル検出器３１５は周囲騒音信号分析手段３４１を
形成するものであるが、別の手段として所要の周波数帯
域に対応する複数の帯域フィルタと、その出力を各々検
波平滑するレベル検出器とを、これに替えることもでき
る。
【００８９】以上説明の音声信号分析手段３４０の出力
データおよび周囲騒音分析手段３４１の出力データを受
けて、利得算定手段３０８にて各周波数帯域毎の利得を
決定する。
【００９０】ここで、利得算定の考え方について説明す
る。周囲騒音によるマスキングで生じる音声信号の聴感
音量の減少はソーンを単位とする感覚レベル（以下、聴
感音量という）において原点がマスキングレベル（単位
ソーン）に移動する現象と考えられる。即ち、Ｓm をマ
スキングがある場合の聴感音量、Ｓをマスキングが無い
場合の聴感音量、Ｓthをマスキングレベルに相当する聴
感音量とするとき、以下の関係が成り立つ。 Ｓm ＝Ｓ−Ｓth …（１）
【００９１】また、音の大きさＬ（単位ホン）と聴感音
量Ｓとの関係は、以下の式で近似できる。 Ｓ ＝２・ｅｘｐ｛（Ｌ−４０）／１０｝ …（２）
【００９２】図９は騒音レベルと音響レベルとの関係を
示す図であり、曲線３４５は周囲騒音がある場合であり
周囲騒音によるマスキングレベルを３４６に示してい
る。曲線３４７は周囲騒音が無い場合である。これより
周囲騒音がある場合に周囲騒音がない場合と同じ聴感音
量を得るためには図中矢印で示すように、音声信号の音
圧レベルを曲線３４７から曲線３４５に写像するように
上げる必要があることが分かる。
【００９３】利得算定手段３０８は図９の関係に基づき
音声信号分析手段で分析される各周波数帯域について音
声信号の聴感音量を周囲騒音がない場合と同等とするた
めに与えるべき利得を算定するものである。具体的に
は、まず音声信号分析手段３４０の出力から音量制御を
かけない場合の再生音の大きさＬ0 を推定し、周囲騒音
分析手段３４１の出力から得られる周囲騒音レベルから
マスキングレベルＬt を推定して、マスキングによる聴
感音量の減少を補償するために与えられるべき再生音の
大きさＬ1 を以下の式により求める。
【００９４】この式は先の説明式より導いたものであ
る。 Ｌ1 ＝Ｌ0 ＋３３．３・ｌｏｇ［１＋２ｅｘｐ｛（Ｌt −Ｌ0 ）／１０｝］ …（３）
【００９５】ここに音声信号に与えるべき利得は、Ｌ1
−Ｌ0 相当のものとなる。Ｌ1 −Ｌ0 の単位はホンとな
るため厳密には等ラウドネス曲線として知られるホンと
デシベルの関係に従い換算を行い物理的尺度（デシベ
ル）に変換する必要がある。しかし、特にホン値とデシ
ベル値の比が１から外れる低周波域を除けばＬ1 −Ｌ0
の値をデシベル値と読み替えることも可能である。例え
ば音声周波数帯域を１オクターブ毎に１０分割する場
合、１００Ｈz 以下を含む３帯域についてホン値からデ
シベル値への変換表による表引き処理もしくは近似計算
処理を設け、他の７帯域についてはＬ1 −Ｌ0 の値をそ
のままデシベル値と解釈することができる。式（３）の
計算は、ＤＳＰあるいはマイクロコンピュータ等により
近似計算、もしくはＬ0 、Ｌt 、Ｌ1 の関係の表による
表引き処理および補間処理により行うことができる。
【００９６】以上の説明から明かなとおり、利得算定手
段３０８は音声信号に対して各周波数帯域毎に与えるべ
き利得を出力するが、次の補間器３０９、フィルタ係数
算定手段３１０、ＦＩＲフィルタ３０４は音声信号に対
しこの利得対周波数特性を与えるためのフィルタ手段３
４２を形成する。
【００９７】ここにＦＩＲフィルタの係数が、ほぼ所望
のフィルタのインパルス応答となることが知られる。ま
た任意のフィルタの周波数応答とインパルス応答がフー
リエ変換により相互に変換できることも周知である。こ
の関係から任意の周波数応答を逆フーリエ変換してイン
パルス応答を求めこれをＦＩＲフィルタ係数とすること
で、所望の周波数応答に近似の特性を得ることができる
こともまた周知である。
【００９８】ここにフィルタ係数算定手段３１０は、補
間器３０３の出力を逆フーリエ変換してＦＩＲフィルタ
係数を求めＦＩＲフィルタ３０４に係数を送出する。こ
の際、フィルタ係数算定手段３１０へ与えるべき入力
は、ＦＩＲフィルタ段数をｎとするとき音声信号の標本
化周波数の１／２をｎ等分した各々の周波数での利得で
ある。補間器３０９は利得算定手段３０８で聴覚特性に
合わせてほぼ同一比帯域幅ごとに求めた利得をこの条
件、すなわち音声信号の標本化周波数の１／２をｎ等分
した各々の周波数での利得に変換する操作を行う。具体
的な数値処理方式は周知であり、ＤＳＰあるいはマイク
ロコンピュータ等により実行可能である。
【００９９】実施例５．図１０は本発明の第５の実施例
における自動音量調整装置を示すブロック図である。図
において、３０１は入力端子、３０２は出力端子、３０
３はＡ／Ｄ変換器、３０４はＦＩＲフィルタ、３０５は
Ｄ／Ａ変換器、３０６は高速フーリエ変換器、３０７は
レベル検出器、３０８は利得算定手段、３０９は補間
器、３１０はフィルタ係数算定手段、３１１はマイクロ
ホン、３１２は増幅器、３１３はＡ／Ｄ変換器、３１４
は高速フーリエ変換器、３１５はレベル検出器、３１６
は比較器、３１８はＡ／Ｄ変換器である。
【０１００】本実施例は実施例４が音声信号の再生手段
を例えばイヤホンのようなものとし再生音声が周囲騒音
収音用のマイクロホンにほとんど入らないという状況を
想定したものであるのに対し、音声再生手段がスピーカ
等であって収音用マイクロホンに再生音声が周囲騒音と
同時に入る場合に対応するものである。
【０１０１】ここに実施例４と同一番号のブロックは同
一の動作を行う。すなわち高速フーリエ変換器３０６
は、等周波数間隔の音声信号成分レベルを出力し、高速
フーリエ変換器３１４は、高速フーリエ変換器３０６と
同じ等周波数間隔の周囲騒音信号成分レベルを出力す
る。比較器３１６は、高速フーリエ変換器３０６と高速
フーリエ変換器３１４のそれぞれ同一の周波数成分レベ
ルを比較し、高速フーリエ変換器３１４の出力レベルが
高速フーリエ変換器３０６の出力レベルからその音声信
号成分がスピーカー等により再生されマイクロホンに収
音された場合に生じると想定されるレベルより十分大な
る場合に高速フーリエ変換器３１４の該当する出力をそ
のまま出力する。そうでない場合は、前回出力した値を
再び出力する（前値保持）か、又は各帯域毎に既定の値
を出力するか、又は隣接する帯域のレベルのうち小さい
方と同一値を出力するか、又は前回出力した値から既定
レベル小さな値を出力するかの何れか１つの処理を行
う。この処理によりスピーカー等からの再生音を騒音と
誤認識して、以降の音量調整処理を行うことを避けるこ
とができる。
【０１０２】このような比較器３１６の処理により周囲
騒音が検出される理由を説明する。高速フーリエ変換器
３０６，３１４では周波数帯域を細分化するため、特定
の帯域についてみれば大きな音声信号レベルが存在する
という確率が低くなる。一方、周囲騒音は連続した周波
数スペクトラムをもつことが多く、分割されたすべての
帯域においてある程度のレベルをもつことが多い。この
ため、音声信号レベルが十分小さいときには、周囲騒音
の検出が確実となる。またいくつかの帯域において騒音
レベルが検出不能であり前記のような処置を行ったとし
ても全体的には正しい騒音レベルを得る可能性が高くな
る。
【０１０３】以上の説明で比較器３１６で高速フーリエ
変換器３０６と高速フーリエ変換器３１４の出力を比較
するとしたが、これは周囲騒音のレベルが予め概略分か
っておれば音声信号レベルが十分小さい場合を検出する
こととしても良い、すなわち高速フーリエ変換器３０６
の出力と各帯域毎に既定の値を比較し、高速フーリエ変
換器３０６の出力が小さい場合に高速フーリエ変換器３
１４の出力をそのまま出力する。そうでない場合は、前
述のように前回出力した値を再び出力する（前値保持）
か、又は各帯域毎に既定の値を出力するか、又は隣接す
る帯域のレベルのうち小さい方と同一値を出力するか、
又は前回出力した値から既定レベル小さな値を出力する
かの何れか１つの処理を行うこととしても良い。
【０１０４】この実施例５ではマイクロホンに入る再生
音声信号の影響を排除するため、高速フーリエ変換器３
０６と高速フーリエ変換器３１４の出力を比較器３１６
で比較するが、マイクロホンに入る音声信号はスピーカ
ー等の電気音響変換手段から空間を伝播してマイクロホ
ンに達するため、その距離に相当する時間遅延をもつこ
ととなる。音声信号を周囲騒音と誤認識する不都合を避
けるためには高速フーリエ変換器３０６及び高速フーリ
エ変換器３１４の出力に含まれる音声信号のレベルを同
タイミングで比較する必要がある。図１１は、第１の高
速フーリエ変換器に適当な遅延時間を与えるための遅延
手段を設けた構成を示すブロック図であり、図１０と同
部分に同符号を付してその説明を省略する。マイクロホ
ン・スピーカー間の距離が大きい場合には、これに相当
の時間遅延を遅延手段３３０が音声信号レベル検出側の
経路即ち高速フーリエ変換器３０６に与えることによ
り、高速フーリエ変換器３０６及び高速フーリエ変換器
３１４の出力に含まれる音声信号のレベルを同タイミン
グで比較することができる。
【０１０５】また、高速フーリエ変換により音声信号お
よび周囲騒音のレベル検出を行う場合、周波数分解能に
関係する一定の時間のデータブロックについて分析を行
うためその結果を得るのに一定の時間がかかり、音量の
制御がこの時間分遅れる。音量の制御は既述のとおり音
声信号レベルと周囲騒音レベルにより行うが、通常周囲
騒音レベルへの追従の遅れはあまり問題とならない。し
かし音声信号レベルが急激に増加する場合に利得の減少
制御が遅れると一時的に不必要に大きなレベルで音声が
再生される結果となるため聴取する際の不快感が大き
い。これを避けるため音声信号経路、フィルタ手段３４
２の前にこの検出遅れ時間に相当する遅延を与えること
が適当である。但し、フィルタ手段３４２での遅延時間
をこれから差し引くことができるため、ＦＩＲフィルタ
４での遅延が大きければ別に遅延を設ける必要がない場
合もある。
【０１０６】実施例６．図１２は本発明の第６の実施例
における自動音量調整装置を示すブロック図である。図
において、３０１は入力端子、３０２は出力端子、３０
３はＡ／Ｄ変換器、３０４はＦＩＲフィルタ、３０５は
Ｄ／Ａ変換器、３０６は高速フーリエ変換器、３０７は
レベル検出器、３０８は利得算定手段、３０９は補間
器、３１０はフィルタ係数算定手段、３１１はマイクロ
ホン、３１２は増幅器、３１３はＡ／Ｄ変換器、３１４
は高速フーリエ変換器、３１５はレベル検出器、３１６
は比較器、３１７は適応フィルタ手段、３１８および３
１９はＡ／Ｄ変換器である。また３４０は音声信号分析
手段、３４１は周囲騒音分析手段、３４２はフィルタ手
段を示す。
【０１０７】ここに、実施例４および２と同一番号のブ
ロックは同一の動作を行う。本実施例も実施例５と同
様、音声再生手段がスピーカ等であって収音用マイクロ
ホンに再生音声が周囲騒音と同時に入る場合に対応する
ものであり、適応フィルタ手段３１７は、マイクロホン
３１１の出力を増幅、Ａ／Ｄ変換した周囲騒音信号を一
方の入力とし、スピーカー等から再生される音声信号に
できるだけ相関の高い音声信号をもう一方の入力（以
下、参照音声信号という；図１２ではＤ／Ａ変換器３０
５の出力をＡ／Ｄ変換器３１９でデジタル信号に変換し
て用いている）とするもので、周囲騒音信号から参照音
声信号に相関のある成分すなわちスピーカー等からの再
生音成分を抜き去り周囲騒音のみを出力する動作を行
う。
【０１０８】図１３は本発明の第６の実施例における適
応フィルタ手段の構成を示すブロック図であり、図にお
いて、３２３は可変係数ＦＩＲフィルタ、３２４は減算
手段、３２５は係数更新手段である。この構成の適応フ
ィルター３１７は周知である。減算手段３２４は周囲騒
音信号から可変係数ＦＩＲフィルタ３２３を通した参照
音声信号を差し引くものであり、係数更新手段３２５は
減算手段３２４の出力（以下、誤差信号という）を最小
とするように可変係数ＦＩＲフィルタ３２３の係数更新
を行なう。この係数更新により可変係数ＦＩＲフィルタ
３２３は結果的に、マイクロホンから得る音声信号が参
照音声信号取り出し点以降通過する系、即ちＤ／Ａ変換
器、電力増幅器、スピーカー等の電気音響変換器、音声
再生空間、マイクロホン等の伝達特性を模擬するものと
なる。言い換えれば可変係数ＦＩＲフィルタは、音声信
号の再生から収音までの系の伝達特性を模擬する特性を
参照音声信号に畳み込むことにより参照音声信号を、周
囲騒音信号に含まれる音声信号成分と同等となるよう変
形するものである。
【０１０９】なお、前述したように、高速フーリエ変換
により音声信号および周囲騒音のレベル検出を行う場
合、周波数分解能に関係する一定の時間のデータブロッ
クについて分析を行うためその結果を得るのに一定の時
間がかかり、音量の制御がこの時間分遅れ、一時的に不
必要に大きなレベルで音声が再生される結果となるため
聴取する際の不快感が大きい。これを避けるため音声信
号経路、フィルタ手段３４２の前にこの検出遅れ時間に
相当する遅延を与えることが適当である。図１４は、フ
ィルタ手段３４２の前に適当な遅延時間を与える遅延手
段３３１を設けた構成のブロック図であり、図１２と同
部分に同符号を付して説明を省略する。遅延手段３３１
が音量を制御するタイミングを遅延させてフィルタ手段
３４２に信号を与えることにより、一時的に不必要に大
きなレベルで音声が再生されることを防止できる。但
し、フィルタ手段３４２での遅延時間をこれから差し引
くことができるため、ＦＩＲフィルタ４での遅延が大き
ければ別に遅延を設ける必要がない場合もある。
【０１１０】以上の適応フィルタ手段における信号処理
手法については周知であり、既に実用化されているＤＳ
Ｐ等により実行可能である。
【０１１１】以上の説明において、ＦＩＲフィルタ３０
４、高速フーリエ変換器３０６、レベル検出器３０７、
利得算定手段３０８、補間器３０９、フィルタ係数算定
手段３１０、３１４は高速フーリエ変換器３１４、検出
器３１５、比較器３１６、適応フィルタ手段３１７は便
宜上それぞれ独立した装置の如く述べてきたが、これら
はＤＳＰにおいて、逐次実行される処理とすることがで
きる。また、処理能力等の制約より単一のＤＳＰですべ
ての処理実行できない場合も、複数のＤＳＰあるいはマ
イクロコンピュータで分散処理を行うことができる。
【０１１２】またこの場合、Ａ／Ｄ変換器３１３，３１
８，３１９は同一の素子を時分割的に使用して共用する
こともできる。
【０１１３】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【０１１４】音楽再生時、周囲騒音による聴感音量の減
少を、騒音のレベルとスペクトラムおよび音声信号のレ
ベルとスペクトラムに応じて聴感上適切に補償し音声信
号の全周波数帯域にわたり適当な音量を維持するという
従来に無い自動音量制御機能を提供することができる。
【０１１５】また、周囲騒音の検出に際し、音声信号の
再生音を騒音と誤認識する不都合を排除して自動音量制
御機能動作を確実なものとすることができる。
【０１１６】また、周囲騒音の検出の際の再生音声信号
の影響排除に関し参照する音声信号と周囲騒音信号に含
まれる音声信号成分とのタイミングを合わせて、再生音
声信号の影響排除を確実なものとして、自動音量制御機
能動作を確実なものとすることができる。
【０１１７】また、適応フィルタ手段を騒音検出に使用
し周囲騒音の検出精度を向上することで前記自動音量制
御機能動作を確実なものとすることができる。
【０１１８】また、音声信号に対する音量制御の遅れを
相対的に補償することで、一時的な且つ不要な音量増加
を抑えて前記自動音量制御機能動作をよる不快感などの
２次的効果を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１における自動音量調整装置
のブロック回路図である。
【図２】この発明の実施例１の結果の一例を示すグラフ
である。
【図３】この発明の実施例１において遅延手段を備えた
ブロック回路図である。
【図４】本発明の実施例２における自動音量調整装置の
ブロック回路図である。
【図５】本発明の実施例３における自動音量調整装置の
ブロック回路図である。
【図６】本発明の実施例３における周囲騒音レベル推定
を行うＤＳＰの動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例３におけるマイクロコンピュー
タの動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施例における自動音量調整装
置を示すブロック図である。
【図９】本発明の第４の実施例における自動音量調整装
置の動作説明図である。
【図１０】本発明の第５の実施例における自動音量調整
装置を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第５の実施例において遅延手段を備
えたブロック図である。
【図１２】本発明の第６の実施例における自動音量調整
装置を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第６の実施例における適応フィルタ
手段の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第６の実施例において遅延手段を備
えたブロック図である。
【図１５】従来例（ハ）を示すブロック回路図である。
【図１６】従来例（ハ）の結果の一例を示すグラフであ
る。
【図１７】従来の自動音量調整装置を示すブロック図で
ある。
【図１８】従来の自動音量調整装置の動作説明図であ
る。
【符号の説明】 １０１，２０１ 音源 １０２，１０３ 制御増幅器 １０４〜１０６，２０４〜２０６ アンプ １０７，１０８，２０７、２０８ スピーカ １０９，２０９，３１１ マイクロホン １１０〜１１２，２１１〜２１３ Ａ／Ｄ変換器 １１３，１１４，２１４、２１５ 適応フィルタ １１５，２１６ 減算器 １１６，１１７ レベル判定器 １１８，１２０ 信号変換器 １１９ 増幅量調整器 １２１，２１７ 加算器 １３０，１３１ 遅延手段 ２０２、２０３ 音量調整器 ２１０ 抵抗減衰器 ２１８〜２２０ レベル変換器 ２２１ 増幅量制御器 ２２２ 基準信号発生器 ２２３ 減衰量調整器 ２２４ 係数保持器 ２２５、２２６ ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッ
サ） ２２７ マイクロコンピュータ ２２８ 不揮発性メモリ ３０１ 入力端子 ３０２ 出力端子 ３０３，３１３，３１８，３１９ Ａ／Ｄ変換器 ３０４ ＦＩＲフィルタ ３０５ Ｄ／Ａ変換器 ３０６、３１４ 高速フーリエ変換器 ３０７、３１５ レベル検出器 ３０８ 利得算定手段 ３０９ 補間器 ３１０ フィルタ係数算定手段 ３１２ 増幅器 ３１６ 比較器 ３１７ 適応フィルタ手段 ３３０，３３１ 遅延手段 ３４０ 音声信号分析手段 ３４１ 周囲騒音分析手段 ３４２ フィルタ手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｓ 7/00 Ｃ 8421−5Ｈ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 周囲騒音に従ってスピーカより発音され
    る音量を自動的に調整する装置において、左右各チャン
    ネルの音声信号をそれぞれ入力とする２チャンネルの適
    応フィルタ（可変係数デジタルフィルタ）と、マイクロ
    ホンより得られるスピーカ音と周囲騒音との合成音信号
    より前記適応フィルタの各出力を減ずる減算手段とを備
    えるとともに、前記各適応フィルタの係数が前記減算手
    段の出力により順次更新され、前記減算手段の出力中の
    スピーカ音成分をほぼ零とするよう構成され、且つ前記
    減算手段の出力より変換した信号のレベルにより音響装
    置の音量を調整するよう構成されることを特徴とする自
    動音量調整装置。
  2. 【請求項２】 適応フィルタの動作開始後適当な時間が
    経過してから音量調整動作を開始させる手段を備えたこ
    とを特徴とする請求項１記載の自動音量調整装置。
  3. 【請求項３】 各音量調整器の出力側音声信号より変換
    した信号のレベルの基準値との大小を比較する手段と、
    前記各音量調整器の出力側音声信号より変換した信号の
    小レベル時にその音量調整器の出力を入力とする適応フ
    ィルタの係数更新を中止し係数を保持する手段とを備え
    たことを特徴とする請求項１または請求項２記載の自動
    音量調整装置。
  4. 【請求項４】 マイクロホンより得られる周囲騒音に応
    じて、音源からの音声信号に基づきスピーカより発音さ
    れる音量を自動的に調整する装置において、前記音声信
    号を入力とする適応フィルタ（可変係数デジタルフィル
    タ）と、前記マイクロホンより得られるスピーカ音と周
    囲騒音との合成音信号から前記適応フィルタの出力を減
    算し、減算した信号により前記適応フィルタの係数を順
    次更新して前記減算した信号中のスピーカ音成分をほぼ
    零とする減算手段と、前記適応フィルタの出力より変換
    した信号のレベル及び前記減算手段の出力より変換した
    信号のレベルに基づいて音響装置の前記音量を調整する
    手段とを備えることを特徴とする自動音量調整装置。
  5. 【請求項５】 スピーカに校正信号を発生させる手段
    と、校正信号発生時にマイクロホン出力信号に対する利
    得を調整する手段と、前記利得を電源遮断後も保持する
    手段とを備えることを特徴とする請求項４記載の自動音
    量調整装置。
  6. 【請求項６】 適応フィルタは、左右各チャンネルの音
    声信号をそれぞれ入力とする２チャンネルであることを
    特徴とする請求項４記載の自動音量調整装置。
  7. 【請求項７】 適応フィルタは、左右各チャンネルの音
    声信号をそれぞれ入力とする２チャンネルであることを
    特徴とする請求項５記載の自動音量調整装置。
  8. 【請求項８】 音響装置の音量調整手段と校正信号発生
    手段とを共通のＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）
    により構成したことを特徴とする請求項７記載の自動音
    量調整装置。
  9. 【請求項９】 適応フィルタの出力より変換した信号の
    レベルを音響装置の音量の増幅量に変換する手段と、前
    記校正信号発生時にマイクロホン出力より変換した信号
    のレベルをマイクロホン出力信号に対する利得の調整量
    に変換する手段とを共通のマイクロコンピュータで構成
    したことを特徴とする請求項７記載の自動音量調整装
    置。
  10. 【請求項１０】 音声信号を複数の周波数帯域の成分に
    分け各周波数帯域に入る音声信号成分のレベルを求める
    音声信号分析手段と、マイクロホンと、マイクロホンか
    ら得た周囲騒音信号を複数の周波数帯域の成分に分け各
    周波数帯域に入る周囲騒音信号成分のレベルを求める周
    囲騒音信号分析手段と、前記音声信号分析手段および周
    囲騒音信号分析手段の出力から音声信号分析手段にて分
    析された各帯域の音声信号に与えるべき利得を算定する
    利得算定手段と、この利得算定手段の出力として与えら
    れる利得周波数特性を概略実現するフィルタ手段とを備
    える自動音量調整装置であって、該フィルタ手段が音声
    信号を選択的に通過させるＦＩＲフィルタと、前記利得
    算定手段の出力を補間し等周波数間隔の利得を与える補
    間手段と、この補間手段の出力を逆フーリエ変換して前
    記ＦＩＲフィルタの係数を決定するフィルタ係数算定手
    段とを備えることを特徴とする自動音量調整装置。
  11. 【請求項１１】 音声信号分析手段が音声信号の高速フ
    ーリエ変換を行う高速フーリエ変換手段と、該高速フー
    リエ変換手段の出力をほぼ一定の比帯域幅に振り分けて
    各帯域に入る音声信号成分のレベルを求める音声信号レ
    ベル分析手段とから構成されることを特徴とする請求項
    １０記載の自動音量調整装置。
  12. 【請求項１２】 周囲騒音信号分析手段が周囲騒音信号
    の高速フーリエ変換を行う高速フーリエ変換手段と、該
    高速フーリエ変換手段の出力をほぼ一定の比帯域幅に振
    り分けて各帯域に入る周囲騒音信号成分のレベルを求め
    る周囲騒音信号レベル分析手段とから構成されることを
    特徴とする請求項１０記載の自動音量調整装置。
  13. 【請求項１３】 音声信号分析手段が音声信号の高速フ
    ーリエ変換を行う第１の高速フーリエ変換手段と、該第
    １の高速フーリエ変換手段の出力をほぼ一定の比帯域幅
    に振り分けて各帯域に入る音声信号成分のレベルを求め
    る音声信号レベル分析手段とを有し、周囲騒音信号分析
    手段が周囲騒音信号の高速フーリエ変換を行う第２の高
    速フーリエ変換手段と、該第２の高速フーリエ変換手段
    の出力をほぼ一定の比帯域幅に振り分けて各帯域に入る
    周囲騒音信号成分のレベルを求める周囲騒音信号レベル
    分析手段とを有し、第１の高速フーリエ変換手段の出力
    と第２の高速フーリエ変換手段の出力とを入力とし、第
    １の高速フーリエ変換手段の出力と各分析周波数毎に予
    め定められたレベルとを比較し、または第１の高速フー
    リエ変換手段の出力と第２の高速フーリエ変換手段の出
    力とを比較し、比較結果に応じた第２の高速フーリエ変
    換手段の出力を利得算定手段へ出力する比較手段を備え
    ることを特徴とする請求項１０記載の自動音量調整装
    置。
  14. 【請求項１４】 マイクロホンから得た周囲騒音信号と
    音声信号を入力とし周囲騒音信号から音声信号と相関の
    高い成分を差し引いて出力するよう構成される適応フィ
    ルタ手段を備えることを特徴とする請求項１０記載の自
    動音量調整装置。
  15. 【請求項１５】 第１の高速フーリエ変換手段の信号入
    力経路に時間遅延手段を設けることを特徴とする請求項
    １３記載の自動音量調整装置。
  16. 【請求項１６】 ＦＩＲフィルタの信号入力経路に時間
    遅延手段を設けることを特徴とする請求項１４記載の自
    動音量調整装置。
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