(57)【要約】  出力される音声信号(O)を調整する音声調整装置(190)が、あるノイズレベルを生じる環境ノイズのノイズレベル(NM)を評価するよう構成されるノイズ特性化ユニット(106,112)と、その後段でそのノイズレベル(NM)に応じて、音量利得(GV)で音声信号(O)の音量を増幅する音量増幅ユニット(140)とを含む。音声調整装置(190)は、低音又は高音ノイズ周波数のノイズ帯域における環境ノイズの追加的なノイズレベル(NL,NH)を評価するよう構成されて有される追加的なノイズ特性化ユニット(108,114)(110,116)と、この追加的なノイズレベルに基づき、追加的な利得(GB,GT)で、音声信号(O)の低又は高音声周波数の音声帯域に対応するノイズ帯域における周波数成分の振幅を増幅する追加的な増幅ユニット(150,152)とを含む。結果は、ノイズの多い環境における音声が、ノイズがない又はノイズが減少された環境であるかのように実質的に聞こえるようにすることを達成する簡単な装置となる。
2007500466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力される音声信号を調整する音声調整装置であって、
環境ノイズのノイズレベルを評価するよう構成されるノイズ特性化ユニットと、
前記音声信号の音量を、前記ノイズレベルに依存して音量利得で増幅するよう構成される音量増幅ユニットとを有し、
低音周波数ノイズ帯域又は高音周波数ノイズ帯域における前記環境ノイズの追加的なノイズレベルを評価するよう構成される追加的なノイズ特性化ユニットが含まれ、
前記音声信号の低音周波数音声帯域又は高音周波数音声帯域における周波数成分の振幅を、前記追加的なノイズレベルに依存して追加的な利得で増幅するよう構成される追加的な増幅ユニットが含まれることを特徴とする音声調整装置。
【請求項２】
前記低音周波数音声帯域の上限が、実質的に60Hzから150Hzの範囲にあり、前記高音周波数音声帯域の下限は、実質的に8kHzから12kHzの範囲にある、請求項１に記載の音声調整装置。
【請求項３】
利得一致ユニットが、所定の数学的な基準に従い、時間による変動に一致するように利得を生じるよう構成されて有される、請求項１に記載の音声調整装置。
【請求項４】
利得分配ユニットが、増幅に利用可能なヘッドルームに基づき、最大許容利得を割り当てるよう構成されて有される、請求項１に記載の音声調整装置。
【請求項５】
前記追加的な増幅ユニットが、シェルビングフィルタを含む、請求項１に記載の音声調整装置。
【請求項６】
アクティブ・ノイズ・キャンセリング・ユニットが、キャンセレーション帯域の周波数における環境ノイズを実質的にキャンセルするよう構成されて有され、前記ノイズはマイクにより計測可能である、前記音声信号の再生に使用可能なヘッドフォン・ラウドスピーカに接続可能な請求項１に記載の音声調整装置。
【請求項７】
距離測定デバイスが、前記マイクと前記ヘッドフォン・ラウドスピーカとの間の距離を測定するよう構成されて有される、請求項６に記載の音声調整装置。
【請求項８】
音声信号の再生のためのラウドスピーカと、
前記音声信号の基になる入力音声信号に対するアクセスと、
請求項１に記載の音声調整装置とを有する音声再生装置。
【請求項９】
音声信号を調整する方法であって、
環境ノイズのノイズレベルを評価し、
前記音声信号の音量を、前記ノイズレベルに依存して音量利得で増幅することを有し、
低音周波数ノイズ帯域又は高音周波数ノイズ帯域における前記環境ノイズの追加的なノイズレベルが評価され、
前記音声信号の低音周波数音声帯域又は高音周波数音声帯域における周波数成分の振幅が、前記追加的なノイズレベルに依存して、追加的な利得で増幅されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
プロセッサに請求項９に記載の方法を実行させることを可能にするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力される音声信号を調整する音声調整装置に関し、それは、環境ノイズのノイズレベルを評価するよう構成されるノイズ特性化ユニットと、そのノイズレベルに基づき、音量利得で音声信号の音量を増幅するよう構成される音量増幅ユニットとを有する。
【０００２】
本発明は、また、音声信号を調整する方法に関し、それは、環境ノイズのノイズレベルを評価し、そのノイズレベルに基づき、音量利得で音声信号の音量を増幅することを有する。
【０００３】
本発明は、また、プロセッサにその方法を実行させることを可能にするコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００４】
音声調整装置の実施形態が、特許文献１の冒頭部により知られている。その装置は、カーラジオに具体化され、例えばモータノイズ、風切音、会話などの車内における環境ノイズのレベルの関数として、出力される音声信号の音量を増加させる。通常、増幅は、環境ノイズの単調増加関数である。マイクが環境ノイズを拾うのに使用され、それにより、所望の音声信号がそのノイズより大きく聞こえるように、音量増幅ユニットを制御するためのノイズレベルを備えるノイズ信号が結果として得られる。
【特許文献１】英国特許番号２，０７４，４０８  Ａ号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
その知られている装置における不都合な点は、音声がより粗く調整されることである。実際、リスナ(listener:聴取者)は、ラウドネス(loudness)が増加することに悩まされることに興味はないが、むしろ、音楽又は他の音声が、環境ノイズ以上に聞こえるように支配すべきであることに興味がある。
【０００６】
本発明の最初の目的は、冒頭で述べたように、知覚的に楽しめる態様で、ノイズに応じて音を調整することのできる音声調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
最初の目的は、以下で実現される：
低音周波数ノイズ帯域又は高音周波数ノイズ帯域における環境ノイズの追加的なノイズレベルを評価するよう構成される追加的なノイズ特性化ユニットが有され、
追加的なノイズレベルに依存し、音声信号におけるそれぞれ低音周波数音声帯域又は高音周波数音声帯域で、周波数成分の振幅を、追加的な利得で増幅するよう構成される追加的な増幅ユニットが有される。
【０００８】
本発明による基本的な概念は、ノイズが測定され、音声信号が、それに対応するようにして、知覚的に許容される周波数帯域、即ち低音及び／又は高音帯域でノイズをマスクするよう調整されることにある。好ましくは、ノイズは、２つ以上の帯域で解析される。つまり、出力される音声信号における低(low)周波数即ち低音周波数の低音周波数音声帯域に対応する周波数範囲を持つ第１ノイズ帯域、又は音声高音域(audio treble range)に含まれる周波数を有する高音周波数第１ノイズ帯域と、実質的に第１ノイズ帯域を補間する、つまり第１ノイズ帯域範囲に含まれない周波数をカバーする第２ノイズ帯域とである。「対応する」は、好ましくはノイズが、音声において調整されるのとほぼ同じ周波数に対して測定されることを意味する。つまり、低音周波数ノイズ帯域と低音周波数音声帯域との周波数範囲が実質的に似ていることを意味する。そこで、もし例えば、音声信号に存在する最低音声周波数が50Hzであり、調整が50Hzと100Hzとの間の周波数の増幅を有するならば、ノイズは、それらの低音周波数に対して測定される。しかしながら、当業者であれば容易に実現することができることだが、音声調整装置の別の実現は、70Hzと100Hzとの間の低音周波数音声帯域に含まれる低音周波数音声成分のみを増幅するが、ノイズについては50Hzと100Hzとの間の低音周波数ノイズ帯域に含まれるものを測定することができる。この別の実現においては、低音周波数における、より広い帯域でのノイズが、音声信号の音声低音周波数(audio bass frequencies)における、より狭い帯域を調整することによりマスクされる。つまり、低音周波数音声帯域の周波数の中には、低音周波数ノイズ測定においてスキップされるものがあってよい。２つの帯域でのノイズ測定の代わりに、低音及び高音音声調整を暗示する(implying)低音及び高音ノイズが共に測定されてもよい。本発明及びその利点は、実施形態の助けを借りて本書にて説明される。その実施形態において、音声は低音及び高音帯域の両方で制御され、それに相応して、３つの帯域、即ち、低周波数帯域、言い換えると低音帯域と、中周波数帯域と、高周波数帯域、言い換えると高音帯域とでノイズが測定される。従来技術としての英国特許番号２，０７４，４０８Ａ(GB-A-2,074,408)号と比較すれば、音量増幅に対して入力される（最初の）環境ノイズレベルが、本発明によれば、通常低音域と高音域との間、即ち例えば100Hzと8000Hzとの間の中音域ノイズ帯域の周波数で測定される。
【０００９】
本発明における有利な機能を簡単に説明するため、低音域（例えば、80Hzと160Hzとの間の成分を持つ）におけるケトルドラム・コンパウンド(compound:混成音)と、中音域にある声（例えば、300Hzと3000Hzとの間の周波数成分をもたらす歌声に含まれる母音）とを含む入力音声信号について検討する。もし環境ノイズが低音域にのみ存在する場合（例えば、近くにある低いうなり音を立てる装置から）、知られている音量調整装置は、ドラムと声とを両方増幅するであろう。こうして、歌手はより大声で歌い始めたように見え、それは煩わしいことかもしれない。本発明による装置においては、低音だけが強調されるであろう。それは、知覚的には、（低音）音量増加をしたように聞こえるものではなく、うなり音を立てる装置の低音周波数ノイズを減少させたように聞こえる。言い換えると、音楽は環境ノイズに対して、よりはっきり聞き取れるようになる。更に、中音域の声成分を増幅することにより、その知られている装置はノイズを支配するのに必要な分以上のヘッドルーム(headroom:上昇余地)を浪費する。ヘッドルームは、例えば、現在の最大信号振幅と、製造業者により可能にされる最大値にその装置の増幅をセットすることにより得られる最大限に許容可能な信号振幅との間の差として定義されることができる。
【００１０】
従来技術の装置においても、クリティカルバンド(critical band:臨界帯域)における振幅を修正するものが存在する。臨界帯域は、人間の耳におけるフィルタ帯域であり、その帯域内に含まれるノイズ成分は、その帯域内における音声成分をマスクすることができる。その帯域は、周波数が増加するにつれて、より一層広くなる。周波数軸は、こうして、バーク(bark)と呼ばれる臨界帯域のユニットに変形されることができる。ノイズスペクトラムが何であれ、例えば、白色ノイズスペクトラムであっても、音声信号成分の振幅は、各臨界帯域内で修正されることができる。その態様は、例えば、これらの成分が、それらがまるでノイズの導入前に絶対可聴閾値を超えていたかのように、その臨界帯域におけるノイズ以上の同数の知覚的に認識可能な距離にあるようにするために修正される。音声調整の知覚的な結果は、それほど多くの音量増加にはならず、むしろ環境ノイズのマスキングとなる。しかしながら、必要な量の臨界帯域フィルタ（20以上）を備える装置は高い。量を減らすこと、例えば１０にすることは、知覚的なマスキング、即ち環境ノイズの知覚的な減少がもはや最適に機能せず、音声が誇張されたもの(colored)として知覚されることになる（まるでイコライザを介して送信されたかのように）という事実をもたらす。帯域数が少なくなるにつれ、この問題はますます深刻になる。このことが、本発明において、広範な中音域帯域の周波数において測定される環境ノイズが、音声信号の中音域成分の振幅を増幅させるのに使用されず、音声信号の音量を調整するのに（即ち、すべての周波数に対して均等に）使用される理由である。そして、更に、１つ若しくは複数の低音帯域及び／又は１つ若しくは複数の高音帯域に含まれる信号の振幅が修正されてもよい。なぜなら、リスナは、長い間、修正された低音又は高音を備える音声を聞くことに慣れており、これは煩わしいことではないためである。そうした低音及び高音帯域に対して、正確には臨界帯域ではないが、ノイズの知覚的なマスキングがそれにも関わらずほぼ生じる。多くの環境において、本発明による装置は、その知られている音量調整装置よりも好ましいであろう。例えば、もしその装置がポータブル・オーディオ・プレイヤに組み込まれ、ストリートで使用される場合、信号の前で待つトラックの低周波数の待機エンジン音があるかもしれない。路面電車においては、軌道に対する車輪のきしみによる音程の高い音があるかもしれない。パブにおいては、音楽装置があまりに多くの低音成分を生み出すかもしれない。装置の置かれた部屋の吸収特性も環境ノイズスペクトラム等に影響を与える場合がある。別の言い方をすれば、本発明による装置は、環境ノイズ下にあっても、ノイズのない環境における原音に比較的近い音声が聞こえるように、音声を調整する。
【００１１】
音声調整装置の実施形態において、低周波数又は低音周波数の音声信号の上限は、実質的に60Hzから150Hzの範囲にある。高周波数又は高音周波数の音声信号の下限は、実質的に8kHzから12kHzの範囲にある。
【００１２】
本発明がうまく機能するために、低音及び高音帯域は、上記仕様に従い最適に選択される。もし低音帯域が150Hzを超える限界を持つよう選択される場合、カーラジオにおいて音楽がニュース速報により中断されるとき等のように、声がブーミィ(boomy:低音が大きく)になり、そしてより不明瞭になるであろう。100Hz又は120Hzは、低音フィルタの低音帯域上限としてはよい値である。高音帯域限界を8kHzより下にすると、結果として、「s」サウンドのような子音が、受け入れがたいほどシャープに聞こえる。そこで、低音及び高音限界は、その中間に広範な中音域周波数帯域が存在するように選択される。低音及び／又は高音帯域の別の組み合わせは、別の実施形態において都合がよい場合がある。例えば、単一の低音帯域の代わりに、２つの低音帯域が装置において採用されることができる。それは、例えば、例えば70Hzの上限を持つ深低音(deep bass)と、例えば150Hzまでのパンチ低音(punchy bass:力強い低音)との２つである。もしリソースがそれを許容するならば、高音帯域において、複数の帯域、例えば、最初の帯域が8kHzと10KHzとの間、２番目の帯域が10kHzと15KHzとの間にあるようにすることもできる。また、臨界帯域が高周波数に対してはかなり広がりを持つため、高音領域で臨界帯域が使用されるようにしてもよい。
【００１３】
フィルタは一般的に無限にシャープな勾配を持つ理想的なフィルタではないため、限界は、フィルタの最大量と比較して、例えば3dB分低いポイント(-3dB point)として規定されることができる。当業者であれば、あるフィルタの仕様に対して、限界の他の定義（即ち、その周波数を上回るか下回るかにより、フィルタの機能的な特性のレベルが、その最大値に対応する予め特定された量以上で減少されることを決定する周波数、又はもう１つの方法として、その周波数を上回るか下回るかにより、その最低値より大きい、ある予め特定された量よりフィルタが高くなるかを決定する周波数）と他のフィルタ形状パラメタとがより好適になる場合があるということは知っている。しかし、明確にするために、本発明は、限界を特定するのに、その「3dB分低いポイント」を用いて説明される。
【００１４】
こうした小さな低音帯域により、低音増幅の重要性が音量増幅と比べると比較的小さいであろうと思われることに留意されたい。しかしながら、音楽においてはしばしば、例えば、ポップス又はテクノにおいて、低音帯域のエネルギーは中音域のエネルギーと同程度であり、ノイズがしばしば低音周波数にも存在する。
【００１５】
音声調整装置のより詳細な実施形態においては、利得一致ユニット(gain consistency unit)が、所定の数学的基準に従い、時間による変動に一致するように利得を生じるよう構成されて有される。
【００１６】
もし、例えば、バイクが側で(by)スピードを上げると、特に、バイクの音がとても低い場合には急速に音を調整しても無駄である。このような急速で大きめの調整は、多くの場合音を好ましくない状態にしてしまうであろう。こうして、その人(he)は十分すぎるほど直ぐに居なくなってしまうのであるから、バイクに対する補間を行わない方がよい。利得一致ユニットは、必要な量、例えばノイズに対する音量調整がどの程度の規模かを分析し、そして、十分な時間的な持続性を持つノイズだけが補間されるように、音量をゆっくり適応させる。
【００１７】
音調調整装置の別の実施形態においては、利得分配ユニットが有され、増幅に対する利用可能なヘッドルームに基づき、許容可能な最大利得（最大許容利得）を割り当てるよう構成される。
【００１８】
利用可能なヘッドルームがそれほど多くないなら、それは、音量増幅、低音増幅及び高音増幅の中で分配されなければならない。さもないと、音量増幅が計算され、すべてのヘッドルームを消費するようにして適用されるであろう。すると、低音増幅及び高音増幅はもはや不可能になる。こうして、利得分配ユニットは、各増幅に対する最大利得を計算する。そのディスパッチャ(the dispatcher:利得分配ユニット)は、SN特性比(signal and
noise characteristic ratio)よりもゆっくりした更新比を備えるエネルギーを、例えば２秒おきに評価する。
【００１９】
実施形態においては、追加的な増幅ユニットがシェルビングフィルタを有する。シェルビングフィルタは、シグモイド特性(sigmoidal characteristic:Ｓ字カーブ特性)を持ち、その最大量は調整可能である。即ち、特定の周波数範囲において調整可能な振幅となる。フィルタと増幅機能とを１つにまとめることは簡単な方法である。
【００２０】
ノイズキャンセリングを行う実施形態において、音声調整装置は、音声信号の再生に使用可能なヘッドフォン・ラウドスピーカに接続可能であり、キャンセレーション帯域の周波数でノイズをキャンセルするよう構成されるアクティブ・ノイズ・キャンセリング・ユニットを有する。そのノイズは、マイクで測定可能である。
【００２１】
単にリスナの耳に過度の負担をかけない点からも、ノイズをマスクするより、ノイズをキャンセルする方が好適である。ヘッドフォン・ラウドスピーカとは、片耳で使うもの、例えば携帯電話など、又はステレオヘッドフォンとして理解されるべきである。ヘッドフォンに対するアクティブ・ノイズ・キャンセレーションは、従来技術により知られている。しかしながら、本発明は、マイク無しの標準的なヘッドフォン・ラウドスピーカが、例えば、リスナの腰付近のベルトに存在するマイク付きの音声再生装置に（有線又は無線で）接続されるとき、ノイズキャンセルを適用する問題を実質的に解決することができる。再生装置は、環境ノイズを測定し、音声信号を調整することができる。しかしながら、ノイズは、ヘッドフォン・ラウドスピーカの側、リスナの耳の内部又は耳の側における再生現場では測定されないので、ノイズは例えば100Hzまでのキャンセレーション帯域の低周波数においてのみ補間されることができる。高ノイズ周波数はキャンセルされないが、上述された音量増幅と低音及び／又は高音帯域増幅とによりその装置でマスクされる。マスキングには、ノイズがアクティブ・ノイズ・キャンセリングに求められるほど正確に測定される必要がないことに留意されたい。
【００２２】
ノイズキャンセリングを行う実施形態の別の実施形態においては、距離測定デバイスが、マイクとヘッドフォン・ラウドスピーカとの間の距離を測定するよう構成され有される。
【００２３】
マイクとヘッドフォン・ラウドスピーカとの間の距離は、キャンセレーション帯域の範囲を決定する。音声再生装置が、ベルト上又は腕の周りに装着されると、およそ1メートルの距離が、キャンセレーション帯域の上限周波数が約100Hzとなることをもたらす。その装置が胸ポケットに装着されると、0.5メートルの距離が、約140Hzの上限に対応する。ネックレスや宝石付きイアリング(earring jewel)として身に付けることができる小さなMP3プレイヤ等に組み込まれている装置に対しては、マイクと耳との距離が短いことは、ノイズキャンセルが200Hz以上で機能する場合があることを意味する。
【００２４】
音声調整装置は、有利には、音声再生デバイスにおいて具体化され、それは：
音声信号を再生するラウドスピーカと；
入力音声信号に対するアクセスとを有する。
【００２５】
その入力信号は、例えば、携帯電話の着信音のように内部的に生成されるか、又は、音声再生デバイスに組み込まれる若しくは音声再生デバイスの外部にある、例えばソリッドステート・メモリプレイヤ若しくはディスクプレイヤなどから取得されることができる。
【００２６】
本発明の第２の目的は、冒頭で述べたように、知覚的に楽しめる態様で、ノイズに応じて音を調整することのできる音声調整方法を提供することにある。この第２の目的は、以下により実現される：
低音周波数ノイズ帯域又は高音周波数ノイズ帯域における環境ノイズの追加的なノイズレベルが評価され、
音声信号の低音周波数音声帯域又は高音周波数音声帯域における周波数成分の振幅が、その追加的なノイズレベルに依存して追加的な利得で増幅される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明における音声調整装置及び音声再生装置のこれら及び他の側面は、本書に説明される実現及び実施形態と、添付図面とを参照して明らかとなり、かつ説明されるであろう。それらは、いくつかの側面又は実施形態の限定しない説明として機能するにすぎない。図面において点線で示される機能は、実施形態に依存し、任意である。
【００２８】
図１では、環境ノイズの発生源１０１からのノイズ、例えば、信号待ちをしているオートバイ若しくはトラック、又は空調機の動作音などがマイク１０４により拾われる。マイクは、その装置に含まれるか、又は、その装置に無線通信システム等を介して外部接続される例えば携帯電話といった既にマイクを備える別の家庭電化製品に含まれる。マイクは、電気的なノイズ信号Nを発生させ、それはオプションでノイズ信号から耳反共振周波数を除去するフィルタでフィルタリングされる。耳反共振周波数とは、耳に対して有害な共振がある周波数のことである。これらの周波数はリスナにはほとんど聞こえないので、音声信号が調整される必要がなく、従ってノイズにおけるそれらの周波数成分は測定される必要がない。フィルタは、好ましくは耳道の長さ2.5cmに対応して約3.5kHzのノッチ周波数を持つノッチフィルタである。中音域ノイズ特性化ユニットは、中音域ノイズフィルタ１０６とレベル決定ユニット１１２とを有する。中音域ノイズフィルタ１０６は通常、ローパス・ノイズフィルタ(low pass noise filter)１１０及びハイパス・ノイズフィルタ(high pass noise filter)１０８とにより通過させられた周波数を実質的に補間する帯域の周波数を通過させるバンド・パス・フィルタである。しかしながら、例えば、中音域における２、３の特性帯域におけるノイズを測定するなどして、他の中音域フィルタが使われてもよい。本発明の概念は、フルノイズスペクトル帯域を中音域帯域として使用するときは、装置が次善最適に機能するであろうが、出力音声音量を決定する中音域帯域と、高音及び低音訂正帯域とを持つことが、実際のフィルタを特定するにあたり多くの自由度を与えることを許容し、そしてかなりの量のオーバラップ(overlap)が可能になることにある。レベル決定ユニット１１２は、中音域帯域におけるノイズNのエネルギーを決定する。それは、例えばすべての周波数成分の二乗を所定時間分、例えば１秒分足し合わせたもの(the sum of the squares:二乗和)の平方根を計算することができる。他の関数、例えば信号の絶対値の時間積分が、中音域ノイズレベルNMに届くようレベル決定ユニット１１２で使われてもよい。同様に低周波数ノイズレベルNLと高周波数ノイズレベルNHとが、対応するローパス・ノイズフィルタ１１０と第２のレベル決定ユニットとにより、又はハイパス・ノイズフィルタ１０８と第３のレベル決定ユニット１１４とにより決定されることができる。空調装置における実施形態の中には、音声再生装置が、低音を自動的に最適化するダイナミック・バス・エンハンスメント(dynamic bass enhancement:重低音強調器)を有する場合がある。重低音強調器は、許容できない歪みを防止する。それは、入力信号における低音成分に基づく（例えば、シェルビングフィルタを介した）低音増幅を有する。重低音強調器により出力される信号が小さい場合、低音増幅はハイに(high:高く)セットされるかもしれない。しかし、入力される音楽がよりラウドに(louder:声が大きく)なることが原因で、この出力信号が突然大きくなる場合、制御信号は低音域の強調を縮小する。重低音強調器を伴うこうした実施形態において、低周波数又は低音処理は必要とされず、高周波数又は高音域パス(path)、及び中音域パスの処理だけが必要になる���なぜなら、低音はすでに最適に増幅されているためである。アクセス(access)１０２からの入力音声信号iは、同様に処理される。中音域音声フィルタ１３６は、好ましくは、中音域ノイズフィルタ１０６と同じ周波数特性を持ち、同様な設計上の議論がローパス音声フィルタ(low pass audio filter)１４６とハイパス音声フィルタ(high pass audio filter)１４２とに適用される。入力音声信号iは、（例えば電子音楽のように）内部的に生成されるか、又はたとえば、CDやMP3音源といったストレージから得られる。ユーザは、入力音声信号iに対する所望の出力音量をその人の意思でセットする音量制御器１３０（例えば、回転式ノブ、ボタン、又はグラフィカル・ユーザ・インタフェース）を持つことができる。入力信号iは、この音量に対して増幅される。どこでワード増幅(word amplification)が使用されても、これは明らかに1より小さい値との積算を行うことも含むべきであることに留意されたい。どれだけ多くの利得が必要とされるかをその装置が判定できるように、中音域比較器１１８、ローパス比較器(low pass comparator)１２２及びハイパス比較器(high pass comparator)１２０が含まれてもよい。比較器は、出力として、提案された利得(proposed gain)を発生させる。比較器は、ある帯域、例えばローパス帯域(low pass band)でのノイズエネルギーと、対応する信号帯域での音声信号レベル又はエネルギーとを、例えばその比を求めることにより比較する。音声信号レベルが、環境ノイズレベルの所定値K倍(Kは、例えば1又は1.5に等しい)を下回るなら、音声音量増幅、及び／又は低音若しくは高音音声帯域での成分の増幅が、増幅後の信号がその特定の帯域におけるノイズレベルのK倍を超えているように、利得値で増幅されているべきである。音声調整装置１９０の改良された実施形態は、時間的により一致した態様で利得を変化させるための利得一致ユニット１２４、１２６、１２８を有する。そうしないと、発生するバックグラウンドノイズ毎に応じて、利得が非常にジッタする(jitter:揺らぐ)。利得一致ユニット１２４、１２６、１２８は、例えば、次の計算を使用するよう構成されることができる：
【数１】
2007500466.tif 000003
である。
【００２９】
ここで、Gは、（低音、音量、又は高音のうちの）どの利得一致ユニット１２８、１２４、１２６が予定されたかに応じて、音量利得GV、低音利得GL又は高音利得GHという利得のうちの１つを指す。同様に、GMは音量、低音又は高音最大許容利得(GMV,GMB又はGMT)を指す。式１の式は、ある種のヒステリシスな振舞いをもたらす。時刻kにおいて、対応する比較器から、新しく提案された利得(new proposed gain)Ginkが利得一致ユニットに入力される。その新しい利得が以前の利得Gink-1と余りにも大きく異なるものではない場合、つまり、以前の利得Gink-1を所定の閾値定数Tu倍したものを超えない場合、その新しい出力利得Goutkは、利得振動を回避するため以前の出力利得Goutk-1と同じ値に留まる。新しい利得Ginkが以前の利得Gink-1よりかなり高い場合、新しい出力利得は、以前の出力利得に比べて増加される。しかし、新しい出力利得はその提案された新しい入力利得に等しいようにはセットされない。むしろ、出力利得は、小さなステップで適応する。このように、時間的に一致した体制で高い環境ノイズが発生するとき、利得は滑らかに適応する。有利には、適応ステップFacuはわずかな差、つまり1.1又は1dB（訓練されたリスナが最良の条件において単に識別することだけできるもの）である。閾値Tuは有利には、ちょうど知覚できる差に等しいように選択されることもでき、即ち3dB又は1.414である。なぜなら、リスナがいずれかの差もほとんど知覚できないなら、その装置は反応する必要がないからである。同様に、Tdは1/1.414に等しいように、Facdは1.1に等しいように選択されることができる。ステップが進むにつれ(by going down in steps)、利得は結局はとても低いものになるかもしれない。そこで、最大化演算器がGminで利得をクリップする(clip:つかむ)。好ましくは、Gminは１であるよう選択される。これは、音量制御について言えば、信号が既にノイズレベルを超えている場合、その信号が未処理のままにされることを意味する（１を積算することは何の増幅ももたらさない）。同様に、信号において十分な低音域の貢献(bass contribution)が存在する場合、これは可能性のある原因として、以前は低音ノイズレベルを下回っていた低音域の貢献が、音量制御の後、低音ノイズレベルを超えるよう増幅されることで生じるが、その場合低音帯域成分もまた未変更のままにされる。しかしながら、他の実施形態においては、振幅の減少に対応してGminは1を下回る場合がある。これは、リスナが手動で低音域の貢献をとてもハイに(high:高く)、どの程度かといえば、環境低音ノイズを超える可聴性に必要なレベルよりずっと高く設定する場合に興味深い。この低音域の貢献は、しかしながら、ヘッドルームを消費するだろうし、そのことで高音域ノイズを越えるように高音音声成分を増幅することが必要とされるかもしれない。しかし、現在の低音設定と増加された高音利得とでは、システム、例えば、ラウドスピーカ前のパワーアンプは、飽和状態になるだろう。こうして低音利得一致ユニット１２８は、高音増幅に対する余地(room:ヘッドルーム)を割り当てるため低音域の貢献を利得GB分、例えば0.8減少させることができる。
【００３０】
同様の理論が、利得分配ユニット１３４の導入に対しても適用される。ヘッドルームの量が与えられると、それは、式１においてGMと略記される、許容可能な最大音量利得（最大許容音量利得）GMV及び／又は許容可能な最大低音利得（最大許容低音利得）GMB、及び／又は許容可能な最大高音利得（最大許容高音利得）GMTを計算するよう構成される。例えば、信号がすべてのヘッドルームが消費されるまでに４倍に増幅されることが未だにでき、かつ音量利得GVが２倍の増幅（現在の増幅に加え、リスナにより音量制御器１３０でセットされた増幅によるもの）をもたらす場合、低音及び高音利得間で分割される要素２がまだある。式１以外の他の関数が、クリッピングの代わりに貢献に対する比(contribution pro rato)を分配するのに使用されることができる。最大利得要素GMは、利得分配ユニット１３４から入力される代わりに固定されてもよい。利得分配ユニット１３４は、次の式を使用することができる：
【数２】
2007500466.tif 000004
である。ここで、Minは、許容可能な最小利得（最小許容利得）、Mは最大許容利得、V、B及びTは、音量、低音、高音をそれぞれ表す。Einは（リスナによる手動の音量調節の後）レベル決定ユニット１３２で決定される入力信号のエネルギーであり、KEは実験的に決定される定数である。Lim関数は、次の様に定義される：
Lim(x,min,max) = min (x < minの場合)
= max (x > maxの場合)
= x (それ以外の場合)
【００３１】
低音及び高音音声信号成分の増幅は、有利には、信号処理能力が調整可能な調整可能フィルタで行われる。このようなフィルタは通常シグモイド特性を持つ場合がある。すなわち、ゼロdBの部分（又は言い換えると、これらの音声周波数成分をブロックすること）と、20logA dBに等しい最大利得の部分との間で過渡的な部分を持つ。ここで、Aは例えば12dB、10dBといった調整可能で柔軟なものである。このようなフィルタの一例はいわゆるシェルビングフィルタである。低音シェルビングフィルタが図３に、そして高音シェルビングフィルタが図４に示される。
【００３２】
高音フィルタ用の伝達関数は、例えば：
【数３】
2007500466.tif 000005
である。
【００３３】
ただし、
【数４】
2007500466.tif 000006
であり、f0はフィルタ関数が最大利得（図４では12dB）に対応して3dB分落とした(dropped &#8211;3dB)周波数であり、例えば8500Hzに等しく、fsはサンプリング周波数であり、例えば通常44.1kHzに等しい。Aは、そのフィルタの調整可能な最大利得を決定する。例示するグラフにおいては、A=4であり、20log4 = 12dBに対応する。その装置が高音域の貢献をより必要としない場合、Aは例えば3にセットされることができる。係数Aは、対応する利得一致ユニット又は比較器で出力される低音利得GB又は高音利得GTにより決定される。その関係は好ましくは線形であり、例えば、その比例定数は１に等しい。
【００３４】
ローパス・ノイズフィルタ、つまり低音ノイズフィルタ１１０と、ハイパス・ノイズフィルタ、つまり高音ノイズフィルタ１０８とは、シェルビングフィルタの関数特性に大まかに対応する関数特性を持つ二次フィルタであってもよい：
【数５】
2007500466.tif 000007
であり、ここで、M、a、b、c、d、e、及びfは所定の定数である。
【００３５】
中音域ノイズフィルタは次のような特性を持つ：
【数６】
2007500466.tif 000008
である。
【００３６】
また、低音及び高音ノイズフィルタは、図５の実施形態における高音シェルビングフィルタに示されるように、音声信号を調整するシェルビングフィルタに完全に等しくてもよい。
【００３７】
音量利得は、低音及び高音調整の前段で音声信号を調整する、標準的であり制御可能な音量増幅ユニット１４０を制御する。言い換えると、音量増幅の後、低音及び／又は高音成分が既に低音又は高音ノイズを超えている場合、何の追加的な低音及び／又は高音増幅が必要とされることはなく、その装置によって行われることもない。調整された音声信号Oは、ラウドスピーカ１６０に送信されることができる。これは、スタンドアロン型のラウドスピーカでも、例えば、カーラジオシステム、又は、例えば駅若しくはスーパーマーケットでのアナウンスに使用されるようなプロ用システムにおける音声装置に接続されたラウドスピーカであってもよい。しかしながら有利には、ラウドスピーカ１６０は、ヘッドフォン・ラウドスピーカである。それは耳に入れるか又は耳の近くで使用するラウドスピーカであり、モノラル又はステレオサウンド用に、１つ又は２つある。これは、例えば、電車内で使用するためのポータブルDVDプレイヤ又は携帯電話といった携帯デバイスに対して役に立つ。上述されたノイズマスキングの代わりに音声信号がヘッドフォン・ラウドスピーカに送信されるとき、音声調整装置が、図５で説明されるように部分ノイズキャンセリングを適用する場合もある。アクティブ・ノイズ・キャンセリングでキャンセルされることができないノイズ信号の一部が、上記と同様にしてマスクされる。
【００３８】
図２は、音声信号（又はそれに対応してノイズ信号）の種々のスペクトル領域を、ボックスフィルタ及び増幅器で実現されることができるマスキング例に対して概略的に示す図である。100Hzまでの１つの低音帯域があり、３つの高音帯域２０８、２１０、２１２がある。これらは、ノイズ及び信号に対する５つの処理パスが存在するという複雑性をもたらす。次善最適なソリューションは、３つの高音利得を、例えば、高音ノイズ測定のうちの２つだけと、内挿又は外挿とに基づきセットすることである。
【００３９】
図５は、アクティブ・ノイズ・キャンセリング・ユニット５４０を備える音声調整装置の実施形態を示す図である。また、そのマスキング機能がダイレクト・カリキュレーション・トポロジーではなくフィードバック・トポロジーで実現される。この場合の制御値は、多少異なっている。ノイズ対信号比N/Sから利得を直接計算するのではなく、フィードバック・トポロジーにおいて、信号対ノイズ比が係数K倍したものより大きいかがチェックされる。
【００４０】
アクティブ・ノイズ・キャンセリング・ユニットは、マイク１０４で測定されたノイズと反対の符号を持つ信号を生成する。それにより、ノイズは実質的にキャンセルされ(cancel:打ち消され)、こうしてもはやノイズは聞き取れない状態になる。しかしながら、ノイズキャンセルは、測定されたノイズ信号が耳に入る信号でもある場合にのみ合理的に機能する。本発明による装置は、ヘッドフォン・ラウドスピーカには接続されておらず、例えば、MP3プレイヤとしての二つ折の携帯電話などといった音声再生装置等に存在するマイクと共に機能することができるように構築される。この場合、キャンセレーション帯域内の最低周波数だけがキャンセルされることができる。それは、マイクが、ヘッドフォン・ラウドスピーカから離れれば離れるほど、ノイズがより確実にキャンセルされることができる最高周波数成分の周波数が一層低くなるためである。
【００４１】
音声調整装置の一つの実施形態は、ノイズキャンセルに関して固定された所定の上限を持つことができる。例えば、装置がウエストベルトに装着される場合、ヘッドフォン・ラウドスピーカとの距離は平均的な身長の人間に対して約1メートルであろう。この状況において、キャンセレーション帯域に対する上限は、約100Hzであろう。これは、ある実施形態において、ノイズキャンセルが環境ノイズの知覚可能性を実質的に完全に減少させるので、低音マスキングが必要でない場合があることを意味する。図５の例でいえば、低音ノイズの部分だけがノイズキャンセルにより除かれ、残りはマスクされた状態のままである。低音シェルビングフィルタ１５２は、この場合、下限が実質的にノイズキャンセル帯域の上限に等しく、例えば、100Hzであり、上限が、例えば、150Hzとなる機能特性５６０を備えるバス・バンド・フィルタ(bass band filter)５１２になる。なぜなら、キャンセルされた最低周波数低音ノイズは、マスクされる必要がなく、マスキングのために測定される必要がないので、従って低音ノイズフィルタは、それに対応するように設計される。マイクが、ヘッドフォン増幅器に近い場合、例えば、宝石に組み込まれ、頭に載せられる場合、中音ノイズ帯域の幅すら減少される場合がある。
【００４２】
より進んだ実施形態においては、マイクとヘッドフォン・ラウドスピーカとの距離を測定することが備えられ、従って、ノイズキャンセルとバスフィルタ(bass filter)とを適合させる。次の式は、ノイズを測定し、音を調整するためのバス・バンド・フィルタの下限を計算するのに使用されることができる：
【数７】
2007500466.tif 000009
【００４３】
構成される距離測定デバイス５９９は、一例として、波形、例えば、電磁波又は音響波形のマイクとヘッドフォン・ラウドスピーカとの間での飛行時間を測定するデバイスである。このようなデバイスは、従来技術により知られている。電磁波を受信するアンテナは、例えば携帯電話のアンテナであってよいし、送信アンテナはワイヤレスヘッドフォンのアンテナであってよい。必要とされるクロックも、一般的に、既に存在するであろうし、また、通常は、ある追加的なファームウェアを加えることだけが必要になる。アクティブ・ノイズ・キャンセリング・ユニットは、マスキングの後段において信号処理方向に置かれることもできる。その場合でも、マスキングはどの周波数がノイズキャンセルされ、マスクされる必要がないかを考慮に入れることができる。
【００４４】
所望の機能はすべてハードウェアで又はプロセッサ５５０上で動作するソフトウェアで実現されることができる。
【００４５】
音声再生装置は、例えば、ラジオ、テレビ、（ラップトップ）PC、ゲーム端末、パブに置かれるジュークボックス、携帯電話、アナウンスシステムなどである。ラウドスピーカは、音声調整装置に有線で又は無線で接続されることができる。音声信号は、モノラルでもステレオでもよく、後者の場合、２つのステレオ成分が通常同じモノラルノイズ測定で処理される。
【００４６】
コンピュータプログラムの下で、プロセッサに以下のことを実行させるコマンドの集まりが物理的に実現されることが理解されるべきである。それは、プロセッサに、それが汎用目的であっても専用目的であっても、一連のローディングステップの後プロセッサへのコマンドの取り込みを行わせ、本発明の特徴的な機能のいずれかを実行させることを可能にする。特に、コンピュータプログラムは、例えば、ディスク又はテープのようなキャリアに含まれるデータ、メモリに存在するデータ、ネットワーク接続（有線でも無線でも）を介して送受信されるデータ、又は紙に記載されるプログラムコードとして実現されることができる。プログラムコードは別として、プログラムに必要な特徴的なデータは、コンピュータプログラムとして具体化されてもよい。
【００４７】
上述した実施形態は、本発明を説明するものであり、限定するものではなく、当業者であれば、請求項の範囲から逸脱することなく、別の実施形態を設計することができることに留意すべきである。請求項において組み合わされるよな本発明の構成要素の組み合わせは別として、当業者により本発明の範囲に含まれると理解されるような構成要素の組み合わせの別の態様は、本発明によりカバーされる。要素の組み合わせはいかなるものも、単一の専用要素で実現されることができる。請求項において、括弧の間に置かれる参照符号は、いずれも請求項を限定することを意図するものではない。単語“comprising(有する)”は、請求項に記載されていない構成要素又は側面の存在を排除するものではない。構成要素に先行する冠詞”a”又は”an”は、このような構成要素が複数存在することを排除するものではない。
【００４８】
本発明は、ハードウェア又はコンピュータで動作するソフトウェアにより実現されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による音声調整装置の実施形態を概略的に示す図である。
【図２】音声信号又は環境ノイズ信号における低周波数帯域、中周波数帯域及び複数の高周波数帯域を概略的に示す図である。
【図３】低音シェルビングフィルタを概略的に示す図である。
【図４】高音シェルビングフィルタを概略的に示す図である。
【図５】本発明による音声調整装置の別の実施形態を概略的に示す図である。
【図１】
2007500466.tif 000010
【図２】
2007500466.tif 000011
【図５】
2007500466.tif 000012
【図３】
2007500466.tif 000013
【図４】
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【国際調査報告】
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2007500466.tif 000017
2007500466.tif 000018
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