(57)【要約】【目的】  自動的にマイク感度に応じたゲイン調整を行なえるようにする「音声出力装置」を提供することである。【構成】  音響空間における騒音とスピーカから出力される音声との合成音をマイク１５で検出し、騒音信号と音声信号を分離し、騒音レベル及び音声信号レベルに基づいて音声信号のゲインを制御する音声出力装置である。マイク感度係数算出部５２は、スピーカ１４に入力する音声信号の音量Ａとマイク１５で検出した音声信号の音量Ａ′の比Ａ／Ａ′を算出し、ゲイン制御部５４は入力音声信号のゲインを音量比に基づいて制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響空間における騒音とスピーカから出力される音声との合成音をマイクで検出して騒音信号と音声信号に分離し、騒音レベル及び音声信号レベルに基づいて音声信号のゲインを制御する音声出力装置において、
スピーカに入力する音声信号の音量Ａとマイクで検出した音声信号の音量Ａ′の比を算出する音量比算出部、
該スピーカに入力する音声信号のゲインを前記音量比に基づいて制御するゲイン制御部、
を備えたことを特徴とする音声出力装置。
【請求項２】
前記ゲイン制御部は音量比Ａ／Ａ′をマイク感度補正ゲインとして、該ゲインを前記入力音声信号に付与する、
ことを特徴とする請求項１記載の音声出力装置。
【請求項３】
車種とスピーカ種類とに対応させて補正ゲインを保存しておき、実際の車種及びスピーカ種類に応じたゲインを前記入力音声信号に付与する、
ことを特徴とする請求項２記載の音声出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音声出力装置に係わり、特に音響空間における騒音とスピーカから出力される音声との合成音をマイクで検出して騒音信号と音声信号に分離し、騒音レベル及び音声信号レベルに基づいて音声信号のゲインを制御する音声出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーナビゲーションシステムやハンズフリー電話システムの音声出力部においてラウドネス補償技術を用いた音声明瞭度改善装置が採用されている。この音声明瞭度改善装置は、カーオーディオの再生音やエンジン音、走行雑音等の騒音があるとナビゲーション案内音声、ハンズフリー電話音声等が聴き取りにくくなるため、これら騒音が存在しても音声を明瞭に聞き取れるようにするもので、騒音のレベルに応じて音声ボリュームを適切に調整することを可能とするものである。
【０００３】
図４は従来の音声明瞭度改善機能を備えた音声出力装置の構成図である（例えば特許文献１参照）。この音声出力装置１は、案内音声等の音量を手動で調整する音量調整部１１、音声が明瞭になるように音声のゲインＧを制御するゲイン補正部１２、音声信号を増幅するアンプ１３、音声を空間に放射するスピーカ１４、騒音及び音声の合成音を検出するマイク１５、音声信号と騒音信号を分離して出力する信号分離部１６、ラウドネス補償技術を用いて音声が明瞭になるように音声のゲインＧoptを算出するラウドネス補償ゲイン算出部１７を含んで構成されている。また、音声出力装置１とは別にオーディオ音再生装置２が存在している。このオーディオ音再生装置２は、ＣＤプレーヤ，ミニディスクプレーヤ、チューナなどのオーディオソース２１、アンプ２２、スピーカ２３を備えており、スピーカ２３からオーディオ再生音を出力する。
【０００４】
音声出力装置１において、音量調整部１１は、ナビゲーション装置から入力する案内音声信号の音量調整を行う。ゲイン補正部１２は、音量調整後の案内音声信号にゲインを付与するもので、ラウドネス補償ゲイン算出部１７によって算出されたゲインGoptを案内音声信号に乗算する。アンプ１３は、ゲイン補正部１２から出力する案内音声信号を増幅する。スピーカ１４は、アンプ１３から入力する案内音声を車室内に放射し、マイクロホン１５は、オーディオ音再生部２のスピーカ２３から出力するオーディオ再生音、周囲の雑音、案内音声の合成音を取り込んで信号分離部１６に入力する。
信号分離部１６は、音声信号と騒音信号(オーディオ再生音信号と雑音信号の合成信号)とを分離するもので、スピーカ１４からマイクロホン１５までの音響系のインパルス応答を模擬する伝搬特性模擬フィルタ１６ａ、演算部１６ｂを有している。
【０００５】
ラウドネス補償ゲイン算出部１７は、伝搬特性模擬フィルタ１６ａから出力される案内音声信号と演算部１６ｂから出力される騒音信号(オーディオ再生音信号＋雑音信号)とに基づいて、案内音声信号に加える最適のゲインＧoptを算出し、この算出されたゲイン値をゲイン補正部１２に入力する。以下にラウドネス補償ゲイン算出の原理を説明する。
図５は、物理的な音圧レベルと、その音を人間が聞いているときに感じる「音の大きさ（ラウドネスと呼ぶ）」との対応関係を示したものでラウドネス曲線と呼ばれるものである。ラウドネス曲線において、横軸は物理的な音圧レベル（単位はSound Pressure Level SPL(dB))で、縦軸は人の感じる音の大きさを数値化したラウドネス（単位はsone)である。図５において(a)は静かな環境でのラウドネス曲線、(b)は雑音下でのラウドネス曲線である。ただし、(b)は、人の最小可聴値が約35dB上昇するような雑音の中での曲線であって、雑音が変化することによりこの曲線も様々に変化する。
【０００６】
ラウドネス曲線は縦軸のラウドネスの数値が同じであれば、人は音が同じ大きさであると感じていることを表している。よって、人が0.1soneの大きさに感じる音は、(a)の静かな環境では12dB SPLの物理的音圧レベルでよいが、(b)の雑音下では37dB SPLの物理的音圧レベルが必要である。言い換えると、静かな環境における12dB SPLの音と同じ大きさで人に聞かせるためには、(b)の雑音下では37dB SPLの音を出してやる必要がある。つまり25dBのゲインを加えなくてはならない。また、人が1soneの大きさに感じる音は、(a)の静かな環境では42dB SPLの物理的音圧レベルであるが、(b)の雑音下では49dB SPLの物理的音圧レベルが必要で、7dBのゲインを加えなくてならない。
【０００７】
以上より、同じ雑音下であっても案内音声信号のレベルによってゲインを変えてやる必要がある。同じ雑音下での音声信号レベルとゲインとの関係を示したグラフを図６に示す。図６の横軸は静かな環境の物理的音圧レベル（音声信号レベルに相当）で、縦軸は図５の(b)の雑音下において音声を静かな環境で聞いていたのと同じ大きさに聞こえるために必要なゲイン値である。
以上では、雑音環境として図５の(b)に示すように、人の最小可聴値が約35dB上昇する場合を説明したが、図７に示すように雑音レベルが変化することによりラウドネス曲線は様々に変化し、従って、ゲイン・信号特性も図８に示すように雑音環境に応じて変化する。尚、図７において(a)はラウドネスをφ、音の強さをIで表現した時、次式
φ＝ＫＩ
で与えられる理想的なラウドネス曲線である。(b)は血液の流れる音等の生理的雑音のみで外部雑音がない場合（図５の(a)の静穏状態に対応）のラウドネス曲線、(c)は最小可聴値を15dB上昇させる雑音が発生している状態でのラウドネス曲線、(d)は最小可聴値を35dB上昇させる雑音が発生している状態でのラウドネス曲線、(e)は最小可聴値を55dB上昇させる雑音が発生している状態でのラウドネス曲線である。
【０００８】
以上より、ラウドネス補償ゲイン算出部１７は (1) あらかじめ種々の騒音レベルにおけるゲイン・信号特性（図８参照）を内蔵のメモリに記憶しておき、(2) 実際の車室内の騒音レベルに応じたゲイン・信号特性を選び、(3) 該ゲイン・信号特性を参照して案内音声信号レベルに応じた最適なゲインGoptを算出し、(4) そのゲインGoptをゲイン補正部１２に入力する。ゲイン補正部１２はゲインGoptを案内音声信号に乗算する。これによって、騒音の中であっても、静かな環境と同等の音声を聞く事ができる。
【０００９】
すなわち、通常動作において、伝搬特性模擬フィルタ１６ａは音量調整部１１、ゲイン補正部１２を介して入力する案内音声信号に伝搬音響系のインパルス応答特性を付与して、観測点（マイク位置）におけるオーディオ信号を模擬的に発生し、ラウドネス補償ゲイン算出部１７に入力する。又、演算部１６ｂはマイク１５から出力する観測点における合成音信号から案内音声信号を減算して騒音信号(オーディオ再生音＋外部雑音)を発生し、ラウドネス補償ゲイン算出部１７に入力する。
【００１０】
ラウドネス補償ゲイン算出部１７は、騒音レベルに応じたゲイン・信号特性を選択し、該ゲイン・信号特性を参照して案内音声信号レベルに応じたゲインGoptを決定してゲイン補正部１２に入力する。ゲイン補正部１２は、入力案内音声信号にゲインGoptを乗算する。以後、上記と同一の制御が繰り返され、騒音の中であっても可能な限り騒音が無い状態と同等に案内音声を受聴できるようになる。
【特許文献１】特開平11-166835号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
通常車載機で使用されるマイク１５は小型、低価格であり、感度のバラツキが大きい。このため、ユーザはマイク感度に応じて音量調整機能の効き具合（ゲイン）を設定する必要がある。すなわち、ナビゲーション案内音声、ハンズフリー電話音声、効果音（キー操作時に発生する音）等を周囲のノイズレベルにかぶせて流す場合、マイク感度の部品バラツキにより、どの程度のノイズの時に原音にどれくらいのゲインを付与するかを調整する必要がある。
たとえば、図９に示す周辺ノイズがマイクに入力しているとき、ナビゲーション案内音声信号にノイズ相当分の音量を加味して図１０の音声信号を出力する。このときマイクよりフィードバックされる合成音は理想的に図１１に示すレベルの波形になるはずであるが、マイク感度の影響で図１２に示すレベルの波形になってしまう。これでは、ノイズレベルや音声信号レベルを正しく検出することができず正しいゲインGoptを算出できず、静かな環境と同等の音声を聞く事が不可能となる。このため、前述のようにマイク感度に応じて音量調整機能の効き具合（ゲイン）を設定する必要があるが、かかる作業は熟練度が要求されユーザにとっては困難な作業となる。また、スピーカの性能のバラツキをも考慮する必要があるがユーザにとってはスピーカ性能を考慮した調整を行なうのは難しい問題がある。。
以上から本発明の目的は、自動的にマイク感度に応じたゲイン調整を行なえるようにすることである。
本発明の別の目的はマイク感度に応じたゲイン調整に加えてスピーカ性能を考慮したゲイン調整を行なえるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記第1の課題は本発明によれば、音響空間における騒音とスピーカから出力される音声との合成音をマイクで検出して騒音信号と音声信号に分離し、騒音レベル及び音声信号レベルに基づいて音声信号のゲインを制御する音声出力装置において、スピーカに入力する音声信号の音量Ａとマイクで検出した音声信号の音量Ａ′の比を算出する音量比算出部、該スピーカに入力する音声信号のゲインを前記音量比に基づいて制御するゲイン制御部を備えた音声出力装置により達成される。この音声出力装置において、ゲイン制御部は音量比Ａ／Ａ′をマイク感度補正ゲインとして入力音声信号に乗算する。
上記第２の課題は本発明によれば、前記マイク感度補正に加えて、車種とスピーカ種類とに対応させて補正ゲインを保存しておき、実際の車種及びスピーカ種類に応じたゲインを入力音声信号に付与する音声出力装置により達成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、マイク感度を測定し、該マイク感度に基づいて自動的にスピーカに入力する音声信号に加えるゲインを制御することができる。
又、本発明によれば、車種とスピーカ種類とに対応させて補正ゲインを保存しておき、実際の車種及びスピーカ種類に応じたゲインを入力音声信号に付与することにより、マイク感度に応じたゲイン調整に加えてスピーカ性能を考慮したゲイン調整を行なうことができる。
以上により、本発明の音声出力装置によれば、マイク感度にばらつきがあっても、スピーカ性能等にばらつきがあっても、騒音下において静かな環境と同等の音声を聞けるように音量制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、音響空間における騒音とスピーカから出力される音声との合成音をマイクで検出し、騒音信号と音声信号を分離し、騒音レベル及び音声信号レベルに基づいて音声信号のゲインを制御する音声出力装置である。音量比算出部は、スピーカに入力する音声信号の音量Ａとマイクで検出した音声信号の音量Ａ′の比Ａ／Ａ′を算出し、ゲイン制御部は入力音声信号のゲインを音量比に基づいて制御する。このようにすれば、音声出力装置はマイク感度にばらつきがあっても、騒音下において静かな環境と同等の音声を聞けるように音量制御することが可能となる。
【実施例１】
【００１５】
図１は第１実施例の音声出力装置の構成図であり、図４の従来装置と同一部分には同一符号を付している。
マイク感度測定モードMSDHが設定されると、ゲイン補正部１２はゲインを１に固定する。又、音声信号抽出部５１、マイク感度係数算出部５２、マイク感度係数保存部５３が動作を開始し、更に、図示しない案内音声信号発生部は帯域が既知の擬似案内音声信号を出力する。
この擬似案内音声信号のスピーカ１４への入力音量Ａはマイク感度係数算出部５２に検出される。スピーカ１４から音響空間に放射された音声はマイク１５により検出され、音声信号抽出部５１に入力する。
マイク１５に検出された信号は、スピーカ１４から出力された擬似音声と騒音との合成音である。擬似音声の帯域は既知であるから、音声信号抽出部５１は該帯域以外の周波数成分を零とすることにより騒音を除去した擬似音声信号を抽出して、マイク感度係数算出部５２に入力する。なお、擬似音声の帯域に含まれる騒音信号成分が小さくなるような環境においてマイク感度測定をすると共に擬似音声の帯域を選択する。
【００１６】
マイク感度係数算出部５２は、抽出された擬似音声信号の音量Ａ′を検出し、ついで、擬似案内音声信号のスピーカ１４への入力音量Ａと該抽出された擬似音声信号の音量Ａ′の比α＝Ａ／Ａ′を算出する。マイク感度係数保存部５３はこの音量比α＝Ａ／Ａ′を保存すると共にマイク感度補正ゲインとして乗算部５４に入力し、乗算部５４はラウドネス補償ゲイン算出部１７から出力するゲインＧoptにαを乗算してマイク感度に基づいてゲインを補正する。なお、ゲインＧoptにαを乗算する代わりに、ゲイン補正部１２から出力する音声信号に音量比αを乗算しても同じ結果が得られる。
マイク感度測定モードが終了すれば、マイク感度係数算出部５２、マイク感度係数保存部５３は動作を停止する。一方、ゲイン補正部１２はゲインを乗算部５４が出力するゲインα・Ｇoptに切り替え、音声信号にゲインα・Ｇoptを付与してマイク感度のバラツキを補正する。
以上、第１実施例によれば、マイク感度を測定し、該マイク感度に応じて自動的にスピーカに入力する音声信号に加えるゲインを制御するようにしたから、マイク感度にばらつきがあっても、騒音下において静かな環境と同等の音声を聞けるように音量制御することが可能となる。
【実施例２】
【００１７】
図２は第２実施例の音声出力装置の構成図であり、図１の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。
第１実施例と異なる点は、スピーカ補正係数算出部６１と乗算部６２を設けた点である。スピーカ１４の性能や車室内の設置場所、車内音場効果等による影響で同じ音声信号を入力してもマイクに同じ音声信号が入力しない。そこで、スピーカ補正係数算出部６１は、図３に示すようにその影響度を車種、スピーカ別に予め測定してスピーカ補正係数として保存する。そして、実際の車種、スピーカ種類に応じた補正係数βを求め、乗算部６２はゲイン補正部１２から出力する音声信号に補正係数βを乗算してスピーカ性能のバラツキ等を補正する。
【００１８】
このように、スピーカ性能や車室内の設置場所、車内音場効果等による影響を補正した状態で第１実施例のマイク感度測定モードにより音量比αを決定する。マイク感度測定モードが終了すれば、ゲイン補正部１２は音声信号にゲインを乗算部５４が出力するゲインα・Ｇoptを付与してマイク感度のバラツキを補正、乗算部６２は実際の車種、スピーカ種類に応じた補正係数βを音声信号に乗算してスピーカ性能のバラツキ等を補正する。
以上、第２実施例によれば、車種とスピーカ種類とに対応させて補正係数（補正ゲイン）を保存しておき、実際の車種及びスピーカ種類に応じたゲインを入力音声信号に付与することにより、マイク感度に応じたゲイン調整に加えてスピーカ性能を考慮したゲイン調整を行なうことができ、マイク感度にばらつきがあっても、またスピーカ性能等にばらつきがあっても、騒音下において静かな環境と同等の音声を聞けるように制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施例の音声出力装置の構成図である。
【図２】第２実施例の音声出力装置の構成図である。
【図３】車種、スピーカ種類に応じた補正係数テーブル説明図である。
【図４】従来の音声明瞭度改善機能を備えた音声出力装置の構成図である。
【図５】ラウドネス曲線説明図である。
【図６】音声信号レベルとゲインとの関係を示したグラフである。
【図７】種々の雑音レベルに応じたラウドネス曲線説明図である。
【図８】種々の雑音レベルに応じたゲイン・信号特性である。
【図９】マイク感度に応じて音量調整機能の効き具合（ゲイン）を設定する必要性の第1の説明図である。
【図１０】マイク感度に応じて音量調整機能の効き具合（ゲイン）を設定する必要性の第２の説明図である。
【図１１】マイク感度に応じて音量調整機能の効き具合（ゲイン）を設定する必要性の第３の説明図である。
【図１２】マイク感度に応じて音量調整機能の効き具合（ゲイン）を設定する必要性の第４の説明図である。
【符号の説明】
【００２０】
１２  ゲイン補正部
１４  スピーカ
１５  マイク
１７  ラウドネス補償ゲイン算出部
５１  音声信号抽出部
５２  マイク感度係数算出部
５３  マイク感度係数保存部
５４  乗算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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