(57)【要約】【課題】鼓膜に届くノイズを低減させる。【解決手段】音響特性補正装置１００は、外耳道空間に対して音源信号を出力する電気／音響変換部１１３と、電気／音響変換部１１３により出力された音源信号の応答である応答信号の入力を受け付ける音響／電気変換部１１２と、電気／音響変換部１１３により出力された音源信号の一つであって、外耳道空間を測定するための測定用音源信号の応答である測定用応答信号を除算することで予め設定された周波数特性の逆フィルタ処理を用いて、電気／音響変換部１１３により出力された音源信号に対する応答として、音響／電気変換部１１２が入力を受け付けた第２の応答信号から雑音成分信号を抽出する第１のフィルタ部３０５と、雑音成分信号の抽出後に、当該雑音成分信号を、電気／音響変換部１１３から出力される音源信号から除算する第２の除算部３０９と、を備えた。【選択図】図３
2010259008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音源信号の提供先である外部環境に対して、音源信号を出力する出力手段と、
前記出力手段により出力された音源信号の応答である応答信号の入力を受け付ける入力受付手段と、
前記出力手段により出力された音源信号の一つであって、外部環境を測定するための測定用音源信号から、当該測定用音源信号の応答である測定用応答信号を除算することで予め設定された周波数特性の逆フィルタ処理を用いて、前記出力手段により出力された音源信号に対する応答として、前記入力受付手段が入力を受け付けた応答信号から、雑音成分信号を抽出する抽出手段と、
前記雑音成分信号の抽出後に、当該雑音成分信号を、前記出力手段から出力される音源信号から除去する除去手段と、
を備えたことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記抽出手段は、
前記周波数特性の逆フィルタ処理を、前記応答信号に対して行うフィルタ処理手段と、
前記フィルタ処理手段により前記逆フィルタ処理された前記応答信号の応答元である、音源信号を遅延させる遅延手段と、
前記フィルタ処理手段により逆フィルタ処理された前記応答信号から、前記遅延手段により遅延させた前記音源信号を除算して、前記雑音成分信号を生成する除算手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記測定用音源信号を生成する信号生成手段と、
前記出力手段により出力された前記測定用音源信号の応答である前記測定用応答信号を、前記入力受付手段を介して取得する取得手段と、
前記信号生成手段により生成された前記測定用音源信号から、前記取得手段が取得した前記測定用応答信号を除算して、前記出力手段、前記外部環境及び前記入力受付手段による周波数特性を算出する特性算出手段と、
前記特性算出手段により算出された前記周波数特性の逆周波数特性を算出する逆特性算出手段と、を備え、
前記抽出手段は、前記逆特性算出手段により算出された前記逆周波数特性に基づくフィルタ係数を用いて逆フィルタ処理を行うこと、
を特徴とする請求項１又は２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記入力受付手段及び前記外部環境の周波数特性の逆フィルタ処理を、前記除去手段で前記雑音成分信号を除去する前の音源信号に対して行う信号フィルタ手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記出力手段が前記音源信号を出力する前記外部環境が外耳道空間であること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の信号処理装置。
【請求項６】
音源信号の提供先である外部環境に対して、音源信号を出力する出力手段と、
前記出力手段により出力された音源信号の応答である応答信号の入力を受け付ける入力受付手段と、
前記出力手段により出力された音源信号の一つであって、外部環境を測定するための測定用音源信号から、当該測定用音源信号の応答である測定用応答信号を除算することで予め設定された周波数特性の逆フィルタ処理を用いて、前記出力手段により出力された音源信号に対する応答として、前記入力受付手段が入力を受け付けた応答信号から、雑音成分信号を抽出する抽出手段と、
前記雑音成分信号の抽出後に、当該雑音成分信号を、前記出力手段から出力される音源信号から除去する除去手段と、
を備えることを特徴とする音響装置。
【請求項７】
出力手段が、音源信号の提供先である外部環境に対して、音源信号を出力する出力ステップと、
入力受付手段が、前記出力ステップにより出力された音源信号の応答である応答信号の入力を受け付ける入力受付ステップと、
抽出手段が、前記出力ステップにより出力された音源信号の一つであって、外部環境を測定するための測定用音源信号から、当該測定用音源信号の応答である測定用応答信号を除算することで予め設定された周波数特性の逆フィルタ処理を用いて、前記出力手段により出力された音源信号に対する応答として、前記入力受付ステップが入力を受け付けた応答信号から、雑音成分信号を抽出する抽出ステップと、
除去手段が、前記雑音成分信号の抽出後に、当該雑音成分信号を、前記出力ステップから出力される音源信号から除去する除去ステップと、
を有することを特徴とする信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズを軽減させる信号処理装置、音響装置及び信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ヘッドホンやイヤホンを用いて音楽などの再生音声を聞くことが可能な、携帯性に優れた音響再生装置が広く普及している。このようなヘッドホンやイヤホンで音楽などを聴く際、外部環境で生じている外部ノイズにより、再生音声を適切に聞くことができないという問題がある。そこで、外部ノイズを軽減するために様々な技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載された技術では、外部ノイズを収音して、当該外部ノイズをキャンセルするためのノイズキャンセル信号を生成し、生成したノイズキャンセル信号で外部ノイズを相殺する技術が提案されている。これにより、受聴者は、外部ノイズを軽減して、再生音声を聞くことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２４２２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、収音部、放音部、外耳道空間の周波数特性の影響により、正確に収音信号からノイズ信号を分離することができず、外部ノイズの低減の効果が小さいという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、収音部、放音部、外耳道空間などの外部環境の周波数特性に基づいてノイズを軽減させる信号処理装置、音響装置及び信号処理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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる信号処理装置は、音源信号の提供先である外部環境に対して、音源信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された音源信号の応答である応答信号の入力を受け付ける入力受付手段と、前記出力手段により出力された音源信号の一つであって、外部環境を測定するための測定用音源信号から、当該測定用音源信号の応答である測定用応答信号を除算することで予め設定された周波数特性の逆フィルタ処理を用いて、前記出力手段により出力された音源信号に対する応答として、前記入力受付手段が入力を受け付けた応答信号から、雑音成分信号を抽出する抽出手段と、前記雑音成分信号の抽出後に、当該雑音成分信号を、前記出力手段から出力される音源信号から除去する除去手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる音響装置は、音源信号の提供先である外部環境に対して、音源信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された音源信号の応答である応答信号の入力を受け付ける入力受付手段と、前記出力手段により出力された音源信号の一つであって、外部環境を測定するための測定用音源信号から、当該測定用音源信号の応答である測定用応答信号を除算することで予め設定された周波数特性の逆フィルタ処理を用いて、前記出力手段により出力された音源信号に対する応答として、前記入力受付手段が入力を受け付けた応答信号から、雑音成分信号を抽出する抽出手段と、前記雑音成分信号の抽出後に、当該雑音成分信号を、前記出力手段から出力される音源信号から除去する除去手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる信号処理方法は、出力手段が、音源信号の提供先である外部環境に対して、音源信号を出力する出力ステップと、入力受付手段が、前記出力ステップにより出力された音源信号の応答である応答信号の入力を受け付ける入力受付ステップと、抽出手段が、前記出力ステップにより出力された音源信号の一つであって、外部環境を測定するための測定用音源信号から、当該測定用音源信号の応答である測定用応答信号を除算することで予め設定された周波数特性の逆フィルタ処理を用いて、前記出力手段により出力された音源信号に対する応答として、前記入力受付ステップが入力を受け付けた応答信号から、雑音成分信号を抽出する抽出ステップと、除去手段が、前記雑音成分信号の抽出後に、当該雑音成分信号を、前記出力ステップから出力される音源信号から除去する除去ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、外部からの雑音信号を効果的に軽減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施の形態の音響特性補正装置の例を示した図である。
【図２】図２は、イヤホンの構造を示した図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態にかかる音響特性補正装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態にかかる音響特性補正装置を用いた場合の音響領域のモデルを示した図である。
【図５】図５は、本実施の形態にかかる音響特性補正装置における、第１のフィルタ部に対してフィルタ係数を設定するまでの処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本実施の形態にかかる音響特性補正装置における音声を出力するまでの処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本実施の形態にかかる音響特性補正装置における、雑音成分信号の算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、第２の実施の形態にかかる音響特性補正装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、第２の実施の形態の音響特性補正装置の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる信号処理装置、音響装置及び信号処理方法を適用した音響出力装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の音響特性補正装置１００の例を示した図である。図１に示す例では、音響特性補正装置１００は、音源信号の再生を行う音響再生装置１３０と接続する。そして、音響特性補正装置１００は、筐体部１２０と、信号線１１５と、イヤホン１１０とを備えている。なお、図１に示す例では、左耳側のイヤホン１１０のみ示したが、同様の構成の右耳側のイヤホンも備えているものとする。これにより、Ｌ（左）、Ｒ（右）による２チャンネルステレオのそれぞれのノイズを抑止する音響特性補正装置を実現できる。
【００１４】
音響再生装置１３０は、内部の（図示しない）音声データ生成部が、音声データ（音源信号）を生成（再生）し、音響特性補正装置１００に出力する。音響特性補正装置１００は、入力された音声データ(音源信号)に対してノイズを抑止する補正を行った後、補正された音源信号を、イヤホン１１０から外部環境に対して出力する。本実施の形態では、外部環境を、受聴者の外耳道空間の例とする。
【００１５】
次に、イヤホン１１０について説明する。図２は、イヤホン１１０の構造を示した図である。図２に示すように、イヤホン１１０は、スピーカ１１３と、マイクロホン１１２と、ノズル部１１１と、ハウジング部１１４と、を含む構成とする。
【００１６】
図１及び図２に示すように、スピーカ１１３は、受聴者が左耳の外耳道空間１５１にイヤホン１１０を装着した場合に、当該受聴者の左耳１５０の鼓膜１５２に対応する位置に設けられている。そして、ハウジング部１１４は、スピーカ１１３を包み込む形状で形成されている。
【００１７】
ノズル部１１１は、パイプ（細い形状）とする。さらに、ハウジング部１１４の外側において、外耳道空間１５１内の音声を収音できる位置にマイクロホン１１２が設けられている。ハウジング部１１４の外部にマイクロホン１１２が設けられているのは、スピーカ１１３から出力される音声の影響を直接に受けないようにするため、及びスピーカ１１３から出力される音声の特性に影響を与えないためである。そして、マイクロホン１１２は、ノズル部１１１を通じて外耳道内の音声を収音する。なお、本実施の形態では、マイクロホン１１２をハウジング部１１４の外側に設けたが、スピーカ１１３から出力される音声の影響を受けず、スピーカ１１から出力される音声の特性に影響を与えなければ、ハウジング部１１４の内部に設けても良い。
【００１８】
ところで、従来の音響補正装置においては、左耳１５０の外側に向けられたマイクロホンから収音した音声を打ち消すように音響補正を行っていた。しかしながら、左耳１５０の外側に向けられたマイクロホンから収音した音声では、収音部（マイクロホン１１２含む）、放音部（スピーカ１１３含む）、及び外耳道空間１５１の周波数特性が考慮されていなかった。そこで、本実施の形態においては、マイクロホン１１２が、ノズル部１１１を介して外耳道空間１５１から集音することとした。次に、マイクロホン１１２が収音した音声に基づいて音響補正を行う構成について説明する。
【００１９】
図３は、第１の実施の形態にかかる音響特性補正装置１００の構成を示すブロック図である。本図に示すように、音響特性補正装置１００は、筐体部１２０と、イヤホン１１０と、を備えている。
【００２０】
イヤホン１１０は、電気／音響変換部１１３と、音響／電気変換部１１２と、を備える。なお、図１及び図２で示したスピーカ１１３は、電気／音響変換部１１３の役割を果たし、マイクロホン１１２が、音響／電気変換部１１２の役割を果たしているものとする。
【００２１】
電気／音響変換部１１３は、筐体部１２０から入力された電気信号である音源信号を音声に変換して、外耳道空間１５１に出力する。
【００２２】
音響／電気変換部１１２は、外耳道空間１５１内の音声を収音し、収音した音声を、電気信号に変換する。本実施の形態では、電気信号に変換された音声を（アナログ）応答信号とする。つまり、音響／電気変換部１１２は、電気／音響変換部１１３により出力された音源信号の応答である応答信号を、外耳道空間１５１から入力を受け付ける。
【００２３】
音響／電気変換部（マイクロホン）１１２では電気／音響変換部（スピーカ）１１３から放音される音声とイヤーチップの隙間より漏れ込み、外耳道空間１５１の内部に到達した周囲のノイズ（雑音信号）が収音される。つまり、本実施の形態にかかる音響／電気変換部１１２は、従来の技術とは異なり、外耳道空間１５１内部のノイズ（雑音信号）を収音する。
【００２４】
また、筐体部１２０は、音響補正を行う補正部３００と、補正部３００で音響補正を行うためのフィルタ係数の算出、設定を行うフィルタ係数導出部３５０とで構成されている。イヤホン１１０で放音及び収音をし、補正部３００で雑音低減処理をする。なお、補正部３００は、音響再生装置１３０に内蔵してもよい。
【００２５】
本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００においては、２種類の処理モードを備える。これら処理モードのうち、一方は、フィルタ係数設定モードとし、収音部（マイクロホン１１２含む）、放音部（スピーカ１１３含む）、及び外耳道空間１５１の周波数特性を測定し、第１のフィルタ部３０５で用いられる補正係数を設定するモードとする。他方のモードを、音響出力モードとし、設定されたフィルタ係数を用いた第１のフィルタ部３０５で音源信号の補正処理を行った後、音源信号として出力するモードとする。
【００２６】
受聴者が、イヤホン１１０を装着する毎に、音響特性補正装置１００は、フィルタ係数設定モードが設定され、当該受聴者の外耳道空間１５１、収音部（マイクロホン１１２含む）、及び放音部（スピーカ１１３含む）の周波数特性から、第１のフィルタ部３０５のフィルタ係数を設定する処理を行う。そして、フィルタ係数の設定が終了した後、音響特性補正装置１００は、音響出力モードに移行する。当該処理を行うことで、受聴者毎に異なる外耳道空間１５１の周波数特性を考慮したノイズ除去を行うことができる。
【００２７】
フィルタ係数導出部３５０は、フィルタ係数設定部３５１と、測定信号生成部３５２と、応答信号取得部３５３と、フィルタ係数算出部３５４と、逆特性算出部３５５と、特性算出部３５６と、を備えている。そして、フィルタ係数導出部３５０は、音響特性補正装置１００の処理モードがフィルタ係数設定モードの場合に、フィルタ係数を設定する処理を行う。
【００２８】
測定信号生成部３５２は、当該受聴者の外耳道空間１５１、収音部（マイクロホン１１２含む）、及び放音部（スピーカ１１３含む）の周波数特性を測定するためのデジタル信号を示す（デジタル）測定信号を生成する。この測定信号は、周波数特性を測定するために予め定められたデジタル（電気）信号とする。
【００２９】
そして、測定信号生成部３５２で生成されたデジタル測定信号は、後述するデジタル／アナログ変換部３０１、第１の増幅部３０２、及び出力インターフェース３１１を介した後、電気／音響変換部１１３で、測定用音声に変換され、外耳道空間１５１に出力される。
【００３０】
その後、出力した測定用音声に対応する（反射音である）応答音声を、音響／電気変換部１１２が入力を受け付ける。そして、入力を受け付けた応答音声は、音響／電気変換部１１２でアナログ（電気）信号に変換される。この変換されたアナログ（電気）信号を、アナログ応答信号とする。そして、アナログ応答信号は、入力インターフェース３１２、第２の増幅部３０３、及びアナログ／デジタル変換部３０４を介して、デジタル信号に変換された後、応答信号取得部３５３に取得される。なお、アナログ応答信号から変換されたデジタル信号を、デジタル応答信号とする。
【００３１】
応答信号取得部３５３は、上述したように、電気／音響変換部１１３により出力された測定用音声に対応するデジタル応答信号を、音響／電気変換部１１２、入力インターフェース３１２、第２の増幅部３０３及びアナログ／デジタル変換部３０４を介して取得する。
【００３２】
特性算出部３５６は、測定信号生成部３５２で生成されたデジタル測定信号から、応答信号取得部３５３が取得したデジタル応答信号を除算し、放音部、外耳道空間、及び収音部による周波数特性を算出する。
【００３３】
次に、特性算出部３５６による、デジタル／アナログ変換部３０１と第１の増幅部３０２と電気／音響変換部（スピーカ）１１３との伝達関数、音響／電気変換部（マイクロホン）１１２と第２の増幅部（マイクアンプ）３０３とアナログ／デジタル変換部３０４との伝達関数、外耳道空間１５１の伝達関数を導出する方法の一例を挙げる。
【００３４】
図４は、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００を用いた場合の音響領域のモデルを示した図である。図４に示す例では、デジタル／アナログ変換部３０１、第１の増幅部３０２、及び電気／音響変換部１１３による放音部４０１の伝達関数をＤとする。また、音響／電気変換部１１２、第２の増幅部３０３、及びアナログ／デジタル変換部３０４による収音部４０４の伝達関数をＭとする。そして、外耳道空間１５１（図４の符号４０３）の伝達関数をＣとする。そして、雑音信号をＮとする。そして、雑音信号Ｎは、イヤホン１１０と左耳１５０の間から入ってくるため、加算部４０２で加算されることを意味する。
【００３５】
そして、周囲の雑音が無視できる外耳道空間１５１で、測定信号生成部３５２が、測定信号として測定用信号Ｘ（例えば、インパルス、タイムストレッチトパルス）を生成し、放音部４０１を介して出力する。そして、マイクロホンで収音した後、収音部４０４を介して、応答信号取得部３５３が、応答信号である電気信号Ｙを取得する。この場合、電気信号Ｙは、以下に示す式（１）で示すことができる。
Ｙ＝Ｄ・Ｃ・Ｍ・Ｘ……（１）
【００３６】
そして、Ｙ／Ｘ＝Ｄ・Ｃ・Ｍのため、特性算出部３５６は、Ｙ／ＸからＤ・Ｃ・Ｍの（放音部、外耳道空間、及び収音部の伝達関数を合成した伝達関数である）伝達関数を導出できる。そして、特性算出部３５６は、導出した伝達関数から、周波数特性を算出する。伝達関数の周波数特性の算出手法については、周知の手法を問わず、あらゆる手法を用いることができる。そして、算出された周波数特性をフィルタリング処理で用いることで、放音部、外耳道空間１５１及び収音部の周波数特性を考慮することができる。
【００３７】
図３に戻り、逆特性算出部３５５は、特性算出部３５６により算出された周波数特性の逆周波数特性を算出する。
【００３８】
フィルタ係数算出部３５４は、逆特性算出部３５５により算出された逆周波数特性に基づくフィルタ係数を算出する。なお、フィルタ係数の算出手法については、周知の手法を問わずあらゆる手法が考えられる。
【００３９】
フィルタ係数設定部３５１は、フィルタ係数算出部３５４により算出されたフィルタ係数を、第１のフィルタ部３０５に対して設定する。これにより、放音部、外耳道空間、及び収音部による周波数特性を考慮した逆フィルタ処理が可能となる。
【００４０】
補正部３００は、デジタル／アナログ変換部３０１と、第１の増幅部３０２と、出力インターフェース３１１と、入力インターフェース３１２と、第２の増幅部３０３と、アナログ／デジタル変換部３０４と、第１のフィルタ部３０５と、第１の除算部３０６と、第２のフィルタ部３０７と、第３の増幅部３０８と、第２の除算部３０９と、遅延部３１０と、を備えている。そして、補正部３００は、音響特性補正装置１００の処理モードが音響出力モードの場合に、音源信号の補正処理及び出力処理を行う。
【００４１】
デジタル／アナログ変換部３０１は、第２の除算部３０９から入力されたデジタル音源信号を、アナログ音源信号に変換する。なお、本実施の形態においては、音響再生装置１３０から音声データとして入力されたデジタル信号をデジタル音源信号とする。
【００４２】
第１の増幅部３０２は、デジタル／アナログ変換部３０１から入力されたアナログ音源信号を、第１の所定の増幅率で増幅する。第１の所定の増幅率は、実施の形態に応じて適切な値が設定されるものとする。
【００４３】
出力インターフェース３１１は、増幅されたアナログ音源信号を、イヤホン１１０の電気／音響変換部（スピーカ）１１３に出力する。これにより、電気／音響変換部（スピーカ）１１３から、アナログ音源信号が音声として出力される。
【００４４】
また、電気／音響変換部１１３、デジタル／アナログ変換部３０１、及び第１の増幅部３０２、は、音源信号を音声として出力する構成であり、換言すれば放音部に相当する。
【００４５】
そして、音響／電気変換部（マイクロホン）１１２は、放音部により出力された音声の応答である応答音声の入力を受け付け、入力を受け付けた応答音声を、アナログ信号であるアナログ応答信号に変換する。
【００４６】
入力インターフェース３１２は、音響／電気変換部１１２により変換されたアナログ応答信号を入力処理する。
【００４７】
第２の増幅部３０３は、入力インターフェース３１２が入力処理したアナログ応答信号を第２の所定の増幅率で増幅する。なお、第２の所定の増幅率は、実施の形態に応じて適切な値が設定されるものとする。
【００４８】
アナログ／デジタル変換部３０４は、第２の増幅部３０３で増幅されたアナログ応答信号を、デジタル応答信号に変換する。変換されたデジタル応答信号は、第１のフィルタ部３０５又は応答信号取得部３５３に出力される。
【００４９】
また、音響／電気変換部１１２、アナログ／デジタル変換部３０４、及び第２の増幅部３０３は、外耳道空間１５１から収音した音声から、応答信号を生成する構成であり、換言すれば収音部に相当する。
【００５０】
つまり、本実施の形態においては、上述した放音部、外耳道空間１５１、及び収音部を考慮した周波数特性の逆フィルタ処理を行うことで、従来考慮されていなかった放音部、外耳道空間１５１及び収音部の周波数特性を考慮した、雑音信号の分離を行うことができる。これにより、従来技術よりも正確に雑音信号を分離することが可能となる。
【００５１】
そして、以下に示す第１のフィルタ部３０５、第１の除算部３０６、遅延部３１０、第２のフィルタ部３０７、第３の増幅部３０８及び第２の除算部３０９は、放音部により出力された測定信号から、当該測定信号の応答である測定用応答信号を除算して求められた周波数特性の逆フィルタ処理を用いて、新たに収音部が収音した応答信号から、放音部が出力した音源信号の雑音成分信号を抽出する。次に、各構成について説明する。
【００５２】
第１のフィルタ部３０５は、フィルタ係数設定部３５１により設定された、フィルタ係数（Ｙ／Ｘの周波数特性の逆特性から導出されたフィルタ係数）によるフィルタ処理を、アナログ／デジタル変換部３０４から入力された応答信号に対して行う。
【００５３】
遅延部３１０は、放音部により放音される前のデジタル音源信号を遅延調整する。
【００５４】
第１の除算部３０６は、第１のフィルタ部３０５により逆フィルタ処理された応答信号から、遅延部３１０により遅延調整された、当該応答信号の放音前のデジタル音源信号を除算して、雑音成分信号を生成する。そして、雑音成分信号は、第２のフィルタ部３０７に出力される。
【００５５】
第２のフィルタ部３０７は、第１の除算部３０６から入力された雑音成分信号を、位相補償の低域通過フィルタ処理を行う。
【００５６】
第３の増幅部３０８は、低域通過フィルタ処理された雑音成分信号を、第２の所定の増幅率（雑音低減量を決定する）で増幅する。
【００５７】
第２の除算部３０９は、音響再生装置１３０から入力された音源信号から、第３の増幅部３０８で増幅された雑音成分信号（位相を反転させた雑音信号）を減算する。
【００５８】
そして、雑音成分信号が除算された音源信号は、デジタル／アナログ変換部３０１、第１の増幅部３０２、出力インターフェース３１１、電気／音響変換部１１３を介して放音される。これにより、放音部、外耳道空間１５１及び収音部の周波数特性を考慮した雑音成分信号を除算した音響信号を出力したこととなる。
【００５９】
次に、ノイズが除去された音源信号について説明する。まず、デジタル音源信号をＳ、雑音成分信号をＮ、電気／音響変換部（スピーカ）１１３、デジタル／アナログ変換部３０１及び第１の増幅部３０２からなる放音部の伝達関数をＤ、音響／電気変換部（マイクロホン）１１２、アナログ／デジタル変換部３０４及び第２の増幅部３０３からなる収音部の伝達関数をＭ、外耳道空間１５１の伝達関数をＣ、第２のフィルタ部３０７の伝達関数をα、第３の増幅部３０８の増幅率をＡとする。
【００６０】
そして、第１のフィルタ部３０５でフィルタ処理を行わない、従来通りの鼓膜に到達する信号Ｐは、以下に示す式（２）で示される。
【００６１】
【数１】
2010259008.tif 000003
【００６２】
これに対し、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００においては、第１のフィルタ部３０５でフィルタ処理を行うことで、鼓膜１５２に到達する信号Ｐは、以下に示す式（３）で示される。
【００６３】
【数２】
2010259008.tif 000004
【００６４】
これにより、本実施の形態においては、音源信号を劣化することなく、雑音成分信号が１／（１＋αＡ）倍に低減された明瞭な音声を受聴することを可能とする。ただし、式（３）に示される式の系が、雑音低減対象の周波数帯域にて発振することなく、安定した動作をするためには、以下に示す式（４）が成立している必要がある。
【００６５】
【数３】
2010259008.tif 000005
【００６６】
次に、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００における第１のフィルタ部３０５に対してフィルタ係数を設定するまでの処理について説明する。図５は、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００における上述した処理の手順を示すフローチャートである。
【００６７】
まずは、測定信号生成部３５２が、測定信号を生成する（ステップＳ５０１）。そして、生成された測定信号は、デジタル／アナログ変換部３０１、第１の増幅部３０２、出力インターフェース３１１、及び電気／音響変換部１１３を介して測定用音声として出力される。
【００６８】
その後、外耳道空間１５１から測定用音声の応答である（応答）音声の入力を受け付け、入力を受け付けた（応答）音声は、音響／電気変換部１１２、入力インターフェース３１２、第２の増幅部３０３、及びアナログ／デジタル変換部３０４を介して、デジタル応答信号として、出力される。
【００６９】
そして、応答信号取得部３５３が、測定信号の応答であるデジタル応答信号を取得する（ステップＳ５０２）。
【００７０】
次に、特性算出部３５６が、測定信号生成部３５２が生成したデジタル測定信号と、応答信号取得部３５３が取得したデジタル応答信号と、から、放音部、外耳道空間１５１及び収音部の周波数特性を算出する（ステップＳ５０３）。
【００７１】
そして、逆特性算出部３５５が、算出された周波数特性の逆特性を算出する（ステップＳ５０４）。
【００７２】
その後、フィルタ係数算出部３５４が、逆特性算出部３５５により算出された逆特性から、第１のフィルタ部３０５に設定するフィルタ係数を算出する（ステップＳ５０５）。
【００７３】
そして、フィルタ係数設定部３５１が、フィルタ係数算出部３５４により算出されたフィルタ係数を、第１のフィルタ部３０５に対して設定する（ステップＳ５０６）。
【００７４】
上述した処理手順により、放音部、外耳道空間１５１及び収音部の周波数特性を考慮したフィルタ係数が、第１のフィルタ部３０５に設定される。
【００７５】
次に、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００における音声を出力するまでの処理について説明する。図６は、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００における上述した処理の手順を示すフローチャートである。
【００７６】
まず、第１のフィルタ部３０５、第１の除算部３０６、第２のフィルタ部３０７、及び第３の増幅部３０８等の構成により、既に出力された音源信号に基づく雑音成分信号を抽出し、第２の除算部３０９に出力する（ステップＳ６０１）。なお、詳細な処理手順については後述する。
【００７７】
ステップＳ６０１の処理と並行して、第２の除算部３０９が、音響再生装置１３０から、デジタル音源信号を入力処理する（ステップＳ６０２）。
【００７８】
そして、第２の除算部３０９が、入力したデジタル音源信号から、入力された雑音成分信号を減算する（ステップＳ６０３）。
【００７９】
次に、デジタル／アナログ変換部３０１が、雑音成分信号が減算されたデジタル音源信号を、アナログ音源信号に変換する（ステップＳ６０４）。その後、第１の増幅部３０２が、アナログ音源信号を増幅する（ステップＳ６０５）。
【００８０】
その後、電気／音響変換部１１３が、増幅されたアナログ音源信号を、音声に変換した後、出力する（ステップＳ６０６）。
【００８１】
上述した処理手順により、放音部、外耳道空間１５１及び収音部の周波数特性を考慮した上で、雑音成分信号が除去された音声を出力できる。
【００８２】
次に、図６のステップＳ６０１で示した雑音成分信号の算出処理について説明する。図７は、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００における上述した処理の手順を示すフローチャートである。
【００８３】
まず、音響／電気変換部１１２が、外耳道空間１５１から外耳道内音の入力を受け付ける（ステップＳ７０１）。この外耳道内音は、スピーカ１１３が出力した音声（音源信号）と雑音信号とを含む音とする。
【００８４】
そして、音響／電気変換部１１２が、入力を受け付けた外耳道内音を、電気信号（アナログ応答信号）に変換する（ステップＳ７０２）。
【００８５】
次に、第２の増幅部３０３が、変換されたアナログ応答信号を増幅する（ステップＳ７０３）。
【００８６】
その後、アナログ／デジタル変換部３０４が、増幅されたアナログ応答信号を、デジタル信号（デジタル応答信号）に変換する（ステップＳ７０４）。
【００８７】
次に、第１のフィルタ部３０５が、変換されたデジタル応答信号に対して、放音部、外耳道空間１５１、及び放音部の周波数特性の逆特性でフィルタ処理を行う（ステップＳ７０５）。なお、当該フィルタ処理で用いるフィルタ係数は、図５で示したフローチャートで設定されたものとする。
【００８８】
そして、第１の除算部３０６は、フィルタ処理されたデジタル応答信号から、遅延部３１０で遅延された音源信号を減算し、雑音成分信号を抽出する（ステップＳ７０６）。
【００８９】
次に、第２のフィルタ部３０７が、抽出された雑音成分信号に対して、ループ帯域を制限するフィルタ処理を行う（ステップＳ７０７）。
【００９０】
その後、第３の増幅部３０８が、フィルタ処理された後の雑音成分信号を増幅する（ステップＳ７０８）。
【００９１】
上述した処理手順により、雑音成分信号が算出されたことになる。そして、第２の除算部３０９で、算出された雑音成分信号を、デジタル音源信号から除算することができる。これにより、放音部、外耳道空間１５１、及び収音部の周波数特性を考慮した上で、デジタル音源信号から、雑音成分信号を除去することが可能となる。
【００９２】
上述したように、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００は、放音部、外耳道空間１５１、及び収音部の周波数特性を考慮した上で、デジタル音源信号から、雑音成分信号を除去することで、従来技術と比べてよりいっそう、鼓膜に届くノイズを抑止することが可能となる。
【００９３】
また、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００では、受聴者の聴感は鼓膜上の音圧に対して生じるという観点から、鼓膜に近い位置（マイクロホン１１２を外耳道内に配置）で雑音を収音することで、効果的に雑音を低減できる。
【００９４】
また、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００では、上述した処理手順で、雑音成分信号を抽出するため、周囲の雑音に加え、タッチノイズも低減できる。
【００９５】
また、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００では、外耳道空間１５１から収音を行うため、当該収音結果に基づいて外耳道空間１５１で生じる共鳴の補正手段を、さらに備えることができる。これにより、雑音成分信号を除去すると共に、受聴者の外耳道空間１５１内の共鳴を補正することが可能となる。
【００９６】
また、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００では、当該音響特性補正装置１００の放音部及び収音部、並びに外耳道空間１５１の周波数特性を考慮することで、効果的に雑音を低減できる。
【００９７】
また、本実施の形態にかかる音響特性補正装置１００では、上述したように雑音成分信号の除去等をデジタル回路で実現することで、物理的な部品素子の交換などをすることなく、上述した処理モードを変更することで、受聴者の外耳道空間に周波数特性に基づく逆フィルタ処理が可能となる。これにより、受聴者の各種の個人差やイヤホン１１０を装着したときの状態ばらつきを補正することができる。
【００９８】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態においては、さらなるノイズの除去を可能とした音響特性補正装置の例とする。
【００９９】
図８は、第２の実施の形態にかかる音響特性補正装置８００の構成を示すブロック図である。本図に示すように、音響特性補正装置８００は、筐体部８５０と、イヤホン１１０と、を備えている。本実施の形態にかかる音響特性補正装置８００は、第１の実施の形態にかかる音響特性補正装置１００と比べて、筐体部１２０と処理が異なる筐体部８５０を備えている点が異なる。さらに、音響特性補正装置８００は、出荷前に収音部の周波数の伝達関数Ｍを導出する収音特性導出装置８６０と接続する。
【０１００】
図９は、出荷前に収音特性導出装置８６０と接続された音響特性補正装置８００の例を示した図である。
【０１０１】
図９に示すように、収音特性導出装置８６０は、リファレンスマイク８６１を備えている。リファレンスマイク８６１は、周波数特性がフラットな高品質のマイクロホンとする。そして、イヤホン１１０のスピーカ１１１が測定用音声を出力する。その後、リファレンスマイク８６１及びマイクロホン１１２のそれぞれで、測定用音声の応答の収音を行う。その後、収音特性導出装置８６０は、当該リファレンスマイク８６１を含む参照用収音部と、イヤホン１１０のマイクロホン１１２を含む収音部と、の収音結果の違いから、音響特性補正装置８００の収音部の特性（伝達関数）を算出し、音響特性補正装置８００の筐体部８５０内部に算出した特性（伝達関数）を保持させる。その後、収音特性導出装置８６０を、音響特性補正装置８００から取り外すこととする。
【０１０２】
次に、図８に戻り、収音特性導出装置８６０の構成について説明する。
【０１０３】
収音特性導出装置８６０は、参照用音響／電気変換部（リファレンスマイク）８６１と、参照用増幅部８６２と、参照用アナログ／デジタル変換部８６３と、参照用特性算出部９５４と、関数導出部８６５と、を備える。
【０１０４】
参照用音響／電気変換部（リファレンスマイク）８６１は、外部環境の音声を収音し、収音した音声を、電気信号に変換する。
【０１０５】
参照用増幅部８６２は、参照用音響／電気変換部８６１から入力されたアナログ応答信号を、第４の所定の増幅率で増幅する。なお、第４の所定の増幅率は、実施の形態に応じて適切な値が設定されるものとする。
【０１０６】
参照用アナログ／デジタル変換部８６３は、第参照用増幅部８６３で増幅されたアナログ応答信号を、デジタル応答信号に変換する。変換されたデジタル応答信号は、参照用特性算出部８６４に出力される。
【０１０７】
参照用音響／電気変換部８６１、参照用増幅部８６２、及び参照用アナログ／デジタル変換部８６３は、周波数特性が全体帯域フラットな参照用収音部とする。
【０１０８】
参照用特性算出部９５４は、測定用音声として測定信号生成部３５２で生成された（デジタル）測定信号から、参照用アナログ／デジタル変換部８６３から入力されたデジタル応答信号を除算し、放音部、外耳道空間、及び参照用収音部による伝達関数を算出する。なお、測定用信号生成部３５２が生成する（デジタル）測定信号は、予め参照用特性算出部９５４内部で持っていても良いし、音響特性補正装置８００から装置接続Ｉ／Ｆ９５２を介して入力されても良い。
【０１０９】
ところで、参照用特性算出部９５４が算出した「放音部、外耳道空間、及び参照用収音部による伝達関数」は、参照用収音部の周波数特性が全体帯域フラットなため、「放音部及び外耳道空間による伝達関数」にほぼ相当する。そこで、本実施の形態にかかる関数導出部８６５は、算出された伝達関数が、「放音部及び外耳道空間」のものとして処理に用いる。
【０１１０】
関数導出部８６５は、装置接続Ｉ／Ｆ９５２を介して入力された特性算出部３５６が算出した伝達関数と、参照用特性算出部９５４が算出した伝達関数と、の差分から、収音部（音響／電気変換部１１２、第２の増幅部３０３、及びアナログ／デジタル変換部３０４）の伝達関数Ｍを導出する。
【０１１１】
そして、関数導出部８６５が導出した伝達関数Ｍは、装置接続Ｉ／Ｆ９５２を介して、伝達関数保持部９５２に出力する。その後、伝達関数保持部９５２は、入力された伝達関数Ｍを保持し続ける。そして、音響特性補正装置８００と収音特性導出装置８６０と接続が解消される。そして、音響特性補正装置８００が出荷された後、伝達関数保持部９５２が保持する伝達関数Ｍは、第３のフィルタ部９０１にフィルタ係数を設定する度に利用される。
【０１１２】
筐体部８５０は、音響補正を行う補正部９００と、補正部９００の第１のフィルタ部３０５のためのフィルタ係数の算出、設定を行うフィルタ係数導出部３５０と、補正部９００の第３のフィルタ部９０１のためのフィルタ係数の算出、設定を行う第２のフィルタ係数導出部９５０と、で構成されている。
【０１１３】
補正部９００は、第１の実施の形態の補正部３００と比べて、第３のフィルタ部９０１が追加された構成とする。
【０１１４】
第３のフィルタ部９０１は、後述する第２のフィルタ係数設定部９５６により設定されたフィルタ係数によるフィルタ処理を、入力端の直後のデジタル音源信号に対して行う。
【０１１５】
第３のフィルタ部９０１によるフィルタ処理では、放音部の伝達関数Ｄと外耳道空間１５１の伝達関数Ｃとの周波数特性の逆フィルタ処理を行うこととする。これにより、鼓膜に到達する音声信号Ｐは、以下の式（５）で示すことができる。
【０１１６】
【数４】
2010259008.tif 000006
【０１１７】
式（５）に示されたように、放音部の周波数特性及び外耳道空間の周波数特性が補正されるので、音源信号が鼓膜上で忠実に受聴することができる。
【０１１８】
本実施の形態においては、放音部の周波数特性及び外耳道空間１５１の周波数特性は、第１の実施の形態で算出した放音部、外耳道空間１５１及び収音部の周波数特性から、収音部の周波数特性の差分を取ることで導出できる。なお、収音部の周波数特性は、伝達関数保持部９５２が保持する伝達関数Ｍから導き出せる。
【０１１９】
次に、第３のフィルタ部９０１にフィルタ係数を設定するために必要な第２のフィルタ係数導出部９５０について説明する。
【０１２０】
第２のフィルタ係数導出部９５０は、第２のフィルタ係数設定部９５６と、第２のフィルタ係数算出部９５５と、差分特性算出部９５４と、伝達関数保持部９５３と、装置接続Ｉ／Ｆ９５２と、第２の逆特性算出部９５１と、を備え、第３のフィルタ部９０１に対してフィルタ係数を設定する。
【０１２１】
また、第２のフィルタ係数導出部９５０による、第３のフィルタ部９０１のフィルタ係数の設定は、上述したフィルタ係数設定モードの際に行うものとする。
【０１２２】
装置接続Ｉ／Ｆ９５２は、収音特性導出装置８６０と接続し、信号（例えば、（デジタル）測定信号）や伝達関数などの入出力を行うためのインターフェースとする。なお、装置接続Ｉ／Ｆ９５２は、出荷した後にユーザが使用できないように覆い隠しても良い。
【０１２３】
伝達関数保持部９５３は、収音特性導出装置８６０により入力された、音響特性補正装置８００の収音部の伝達関数Ｍを保持する。
【０１２４】
差分特性算出部９５４は、第１の実施の形態で導出した放音部、外耳道空間１５１及び収音部の伝達関数Ｄ・Ｃ・Ｍと、伝達関数保持部９５３が保持する伝達関数Ｍとの差分から、放音部及び外耳道空間１５１の伝達関数Ｄ・Ｃの周波数特性を導出する。
【０１２５】
第２の逆特性算出部９５１は、差分算出部９５４により導出された、放音部及び外耳道空間１５１の周波数特性の逆周波数特性を算出する。
【０１２６】
第２のフィルタ係数算出部９５５は、第２の逆特性算出部９５１により算出された逆周波数特性に基づくフィルタ係数を算出する。なお、フィルタ係数の算出手法については、周知の手法を問わずあらゆる手法が考えられる。
【０１２７】
第２のフィルタ係数設定部９５６は、第２のフィルタ係数算出部９５５により算出されたフィルタ係数を、第３のフィルタ部９０１に対して設定する。これにより、放音部及び外耳道空間による周波数特性を考慮した逆フィルタ処理が可能となる。
【０１２８】
第２の実施の形態にかかる音響特性補正装置８００においては、上述した構成を備えることで、放音部（デジタル／アナログ変換部３０１、第１の増幅部３０２、及び電気／音響変換部１１１）の周波数特性及び外耳道空間１５１の周波数特性が補正され、より忠実な音声が鼓膜上で受聴することができる。
【０１２９】
なお、上述した実施の形態にかかる音響特性補正装置で実行される音響特性補正プログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。
【０１３０】
上述した実施の形態にかかる音響特性補正装置で実行される音響特性補正プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。
【０１３１】
さらに、上述した実施の形態にかかる音響特性補正装置で実行される音響特性補正プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、上述した実施の形態にかかる音響特性補正装置で実行される音響特性補正プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
【０１３２】
上述した実施の形態の音響特性補正装置で実行される音響特性補正プログラムは、上述した各部を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記ＲＯＭから音響特性補正プログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、上述した各部が主記憶装置上に生成されるようになっている。
【０１３３】
なお、本発明は、上記実施の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することができる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【０１３４】
１００、８００  音響特性補正装置
１１０  イヤホン
１１１  ノズル部
１１２  音響／電気変換部（マイクロホン）
１１３  電気／音響変換部（スピーカ）
１１４  ハウジング部
１１５、８１０  信号線
１２０、８５０  筐体部
１３０  音響再生装置
１５０  左耳
１５１  外耳道空間
１５２  鼓膜
３００、９００  補正部
３０１  デジタル／アナログ変換部
３０２  第１の増幅部
３０３  第２の増幅部
３０４  アナログ／デジタル変換部
３０５  第１のフィルタ部
３０６  第１の除算部
３０７  第２のフィルタ部
３０８  第３の増幅部
３０９  第２の除算部
３１０  遅延部
３１１  出力インターフェース
３１２  入力インターフェース
３５０  フィルタ係数導出部
３５１  フィルタ係数設定部
３５２  測定信号生成部
３５３  応答信号取得部
３５４  フィルタ係数算出部
３５５  逆特性算出部
３５６  特性算出部
８６０  収音特性導出装置８６０
８６１  参照用音響／電気変換部
８６２  参照用増幅部
８６３  参照用アナログ／デジタル変換部
８６４  参照用特性算出部
８６５  関数導出部
９０１  第３のフィルタ部
９５０  第２のフィルタ係数導出部
９５１  第２の逆特性算出部
９５２  装置接続Ｉ／Ｆ
９５３  伝達関数保持部
９５４  差分特性算出部
９５５  第２のフィルタ係数算出部
９５６  第２のフィルタ係数設定部
【図１】
2010259008.tif 000007
【図２】
2010259008.tif 000008
【図３】
2010259008.tif 000009
【図４】
2010259008.tif 000010
【図５】
2010259008.tif 000011
【図６】
2010259008.tif 000012
【図７】
2010259008.tif 000013
【図８】
2010259008.tif 000014
【図９】
2010259008.tif 000015