(57)【要約】オーディオ信号の知覚されるラウドネスは、オーディオ信号のスペクトル表示が基準スペクトル形状に、より近く合致する様にオーディオ信号のスペクトル表示を基準スペクトル形状の関数として修飾し、そしてオーディオ信号の修飾されたスペクトル表示の知覚されるラウドネスを決定することにより測定される。【選択図】図１
2010521706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号の知覚されるラウドネスを測定する方法であって、オーディオ信号のスペクトル表示を得て、
オーディオ信号のスペクトル表示が基準スペクトル形状により近く合致する
様に前記スペクトル表示を基準スペクトル形状の関数として修飾し、そして
オーディオ信号の修飾されたスペクトル表示の知覚されたラウドネスを計算
することを含む、
前記方法。
【請求項２】
。前記スペクトル表示を基準スペクトル形状の関数として修飾することには、前記スペクトル表示及び前記基準スペクトル形状の間の、差の関数を最小にして、前記基準スペクトル形状のレベルを最少化に対応させることを含む、請求項１の方法。
【請求項３】
差の関数を最小にすることは、前記スペクトル表示及び前記基準スペクトル形状の差の加重平均を最小にすることである、請求項２の方法。
【請求項４】
差の関数を最小にすることには、更に前記スペクトル表示及び前記基準スペクトル形状の差を変えるために相殺を適用することを含む、請求項2又は３の方法。
【請求項５】
前記相殺は一定の相殺である、請求項４の方法。
【請求項６】
前記スペクトル表示を基準スペクトル形状の関数として修飾することには、更に前記オーディオ信号のスペクトル表示及びレベルセット基準スペクトル形状の最大レベルを取ることを含む、請求項２乃至５のいずれか1項の方法。
【請求項７】
前記オーディオ信号のスペクトル表示は、内耳の基底膜に沿ったエネルギーの分布に近い励起信号である、請求項１乃至６のいずれか1項の方法。
【請求項８】
オーディオ信号の知覚されるラウドネスを測定する方法であって、オーディオ信号の表示を得て、
前記オーディオ信号の表示がどの程度基準表示にマッチするかを決定するた
めに前記オーディオ信号の表示を前記基準表示と比較し、
結果の修飾されたオーディオ信号の表示が基準表示により近くマッチする様
に前記オーディオ信号の表示の少なくとも一部を修飾し、そして
前記修飾されたオーディオ信号の表示からオーディオ信号の知覚されるラウドネスを決定することを含む、
前記方法。
【請求項９】
前記オーディオ信号の表示の少なくとも一部分を修飾することには、前記オーディオ信号の表示のレベルに対して基準表示のレベルを調整することを含む、請求項８の方法。
【請求項１０】
前記基準表示のレベルが、基準表示のレベル及びオーディオ信号の表示のレベルの間の差の関数を最小にする様に調整される、請求項９の方法。
【請求項１１】
前記オーディオ信号の表示の少なくとも一部分を修飾することには、オーディオ信号の部分のレベルを増大させることを含む、請求項８乃至１０のいずれか1項の方法。
【請求項１２】
オーディオ信号の知覚されるラウドネスを決定する方法であって、
オーディオ信号の表示を得て、
前記オーディオ信号表示のスペクトル形状を基準スペクトル形状と比較し、
前記オーディオ信号表示のスペクトル形状と前記基準スペクトル形状の間の差が減少する様に基準スペクトル形状のレベルをオーディオ信号表示のスペクトル形状にマッチする様に調整し、
前記オーディオ信号表示のスペクトル形状と前記基準スペクトル形状の間を更にマッチさせる様に前記オーディオ信号表示のスペクトル形状の部分を増大させることにより、前記オーディオ信号表示の修飾されたスペクトル形状を形成し、及び
前記オーディオ信号表示の修飾されたスペクトル形状に基づき、オーディオ信号の知覚されたラウドネスを決定することを含む、
前記方法。
【請求項１３】
前記調整することには、前記オーディオ信号表示のスペクトル形状及び前記基準スペクトル形状の間の差の関数を最小にし、そして前記最小化に対応して基準スペクトル形状のレベルを設定することを含む、請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記差の関数を最小にすることは、前記オーディオ信号表示のスペクトル形状及び前記基準スペクトル形状の間の差の加重平均を最小することである、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記差の関数を最小にすることには、更に前記オーディオ信号表示のスペクトル形状と前記基準スペクトル形状の差を変えるために相殺を適用することを含む、請求項１３又は１４の方法。
【請求項１６】
前記相殺は一定の相殺である、請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記スペクトル表示を基準スペクトル形状の関数として修飾することには、更に、前記オーディオ信号のスペクトル表示及びレベルセット基準スペクトル形状の最大レベルを取ることを含む、請求項１３乃至１６のいずれか1項の方法。
【請求項１８】
前記オーディオ信号表示は内耳の基底膜に沿ったエネルギー分布に近い励起信号である、請求項１２乃至１７のいずれか1項の方法。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれか1項の方法を実施するのに適した装置。
【請求項２０】
請求項１乃至１８のいずれか1項の方法をコンピュータに実施させるために、コンピュータ読取可能媒体に記憶され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】
本発明はオーディオ信号処理に関する。より具体的には、本発明はオーディオ信号のスペクトル表示が基準スペクトル形状により近く合致するようにオーディオ信号のスペクトル表示を基準スペクトル形状の関数に修飾し、そしてオーディオ信号の修飾されたスペクトル表示の知覚されるラウドネスを計算することにより、オーディオ信号の知覚されるラウドネスを測定することに関する。
【０００２】
（参照文献及び参照文献の組み入れ）
本発明の特徴をより良く理解する観点で有用な知覚される（心理音響的な）ラウドネスを客観的に測定するある技術は、2004年12月23日に国際特許公報ＷＯ2004/111994 A2に公開された国際特許出願のAlan Jeffrey Seefeldt等による「オーディオ信号の知覚されるラウドネスを計算し且つ調整するための方法、装置及びコンピュータプログラム」（Method, Apparatus and Computer Program for Calculating and Adjusting the Perceived Loudness of an Audio Signal）に（これは米国特許出願第2007/0092089号として2007年4月26日に公開された）及びAlan Seefeldt等のAudio Engineering Society Convention Paper 6236, San Francisco, 2004年10月28日の報告の「知覚されるラウドネスの新しい客観的測定」（A New Objective Measure of Perceived Loudness）に記載されている。前記国際特許公報ＷＯ2004/11994A2に係る出願及び米国特許出願第2007/0092089号及び前記報告はその全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００３】
オーディオ信号の知覚されるラウドネスを客観的に測定する多くの方法がある。それらの方法の例としてISO 532 (1975)の「音響学―ラウドネスレベルの算出法」（Acoustics - Method for calculating loudness level）及び前記WO 2004/111994 A2 係る出願及び米国特許出願第2007/0092089号に記載されている様なラウドネスの心理音響モデルのみならず、A−、B−、及びC−加重測定法を含む。加重測定法は入力オーディオ信号を採り、より知覚に感知される周波数を強調し、他方、それほど知覚に感知されない周波数は余り強調しない既知のフィルターを適用し、そしてフィルターろ過された信号の強さを事前に決められた時間の間に亘り平均化することにより行う。心理音響的方法は、通常より複雑であり人の耳の働きをより良くモデル化することを目的とする。その様な心理音響的方法は周波数応答及び耳の感度を真似た周波数帯域に信号を分割し、そしてその様な帯域を操作しそして統合する。一方、その方法は変化する信号強度を持つラウドネスの非線形的知覚のみならず、周波数及び一時的マスキングの様な心理音響的現象をも考慮する。全てのその様な方法の目的はオーディオ信号の主観的な印象に近似的にマッチする、数値による測定法を導き出すことである。
【０００４】
本発明者は、上に記載した客観的ラウドネス測定法はある種のオーディオ信号については主観的印象に正確にマッチさせることに成功していない。前記公開公報WO 2004/111994 A2 に係る出願及び米国特許出願第2007/0092089号において、その様な問題となる信号は「狭帯域」（narrowband）として記載されており、これは信号エネルギーの大半が聴取可能なスペクトルの一又は幾つかの小さい部分に集中していることを意味する。前記出願には、その様な信号に対処する方法が開示されており、2つのラウドネス増大関数を取り入れるためにラウドネス知覚の伝統的な心理音響的モデルの修飾を用いる：一つは「広帯域」(wideband）信号関数であり、その第２は「狭帯域」（narrowband）信号関数である。公開公報WO 2004/111994 A2 に係る出願及び米国特許出願第2007/0092089号は信号の「狭帯域の程度」（narrowbandedness）の測定に基づき2つの関数の間の補間法について記載する。
【０００５】
その様な補間法は主観的印象に関する客観的ラウドネス測定法の実施を改善するが、本発明者は、そのモデルが「狭帯域」の問題信号の客観的及び主観的ラウドネス測定法の間の違いをより良い方法で説明し、そして解決すると発明者が信じる、ラウドネス知覚の代替的な心理音響的モデルを発展させた。その様な代替的なモデルをラウドネスの客観的な測定法に適用することは本発明の一つの特徴である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は本発明の特徴を表す簡略化されたブロック略図である。
【図２Ａ】図２Aは、概念化された方法で、本発明の特徴に従い、スペクトル修飾を圧倒的にバス周波数を含む理想的な形のオーディオスペクトルに適用する例を示す。
【図２Ｂ】図２Bは、概念化された方法で、本発明の特徴に従い、スペクトル修飾を圧倒的にバス周波数を含む理想的な形のオーディオスペクトルに適用する例を示す。
【図２Ｃ】図２Cは、概念化された方法で、本発明の特徴に従い、スペクトル修飾を圧倒的にバス周波数を含む理想的な形のオーディオスペクトルに適用する例を示す。
【図３Ａ】図３Aは、概念化された方法で、本発明の特徴に従い、スペクトル修飾を基準スペクトルに類似の理想的な形のオーディオスペクトルに適用する例を示す。
【図３Ｂ】図３Bは、概念化された方法で、本発明の特徴に従い、スペクトル修飾を基準スペクトルに類似の理想的な形のオーディオスペクトルに適用する例を示す。
【図３Ｃ】図３Cは、概念化された方法で、本発明の特徴に従い、スペクトル修飾を基準スペクトルに類似の理想的な形のオーディオスペクトルに適用する例を示す。
【図４】図４は、心理音響的ラウドネスモデルの励起信号を計算するために有用な一組の臨界帯域フィルター応答を示す。
【図５】図５は、ISO 226のラウドネス等高曲線を示す。水平目盛はヘルツ表示の周波数（対数ベース１０の目盛り）及び垂直目盛はデシベル表示の音圧レベルである。
【図６】図６は修飾されていない心理音響的モデルの客観的ラウドネス測定値をオーディオ録音のデータベースの主観的ラウドネス測定値と比較したプロットを示す。
【図７】図７は、本発明の特徴を用いた心理音響的モデルの客観的ラウドネス測定値を、オーディオ録音の同じデータベースの主観的ラウドネス測定値と比較したプロットを示す。
【発明の詳細な説明】
【０００７】
本発明の特徴によると、オーディオ信号の知覚されるラウドネスを測定する方法は、オーディオ信号のスペクトル表示を得て、オーディオ信号のスペクトル表示が基準スペクトル形状により近く合致する様にスペクトル表示を基準スペクトル形状の関数として修飾し、そしてオーディオ信号の修飾されたスペクトル表示の知覚されたラウドネスを計算することを含む。前記スペクトル表示を基準スペクトル形状の関数として修飾することには、前記スペクトル表示及び前記基準スペクトル形状の間の差の関数を最小にして、基準スペクトル形状のレベルを最少化に対応させることを含んでも良い。差の関数を最小にすることは、前記スペクトル表示及び前記基準スペクトル形状の差の加重平均を最小にすることであっても良い。
【０００８】
差の関数を最小にすることには、更に前記スペクトル表示及び前記基準スペクトル形状の差を変えるために相殺を適用することを含んでも良い。相殺は一定の相殺であっても良い。前記スペクトル表示を基準スペクトル形状の関数として修飾することには、更にオーディオ信号のスペクトル表示及びレベルセット基準スペクトル形状の最大レベルを取ることを含んでも良い。オーディオ信号のスペクトル表示は、内耳の基底膜に沿ったエネルギーの分布に近い励起信号であっても良い。
【０００９】
本発明の更なる特徴では、オーディオ信号の知覚されるラウドネスを測定する方法はオーディオ信号の表示を得て、オーディオ信号の表示がどの程度基準表示にマッチするかを決定するためにオーディオ信号の表示を、基準表示と比較し、結果の修飾されたオーディオ信号の表示が基準表示により近くマッチする様にオーディオ信号の表示の少なくとも一部を修飾し、そしてオーディオ信号の表示から修飾されたオーディオ信号の知覚されるラウドネスを決定することを含む。
【００１０】
オーディオ信号の表示の少なくとも一部分を修飾することには、オーディオ信号の表示のレベルに対して基準表示のレベルを調整することを含んでも良い。基準表示のレベルは、基準表示のレベル及びオーディオ信号の表示のレベルの間の差の関数を最小にする様に調整しても良い。オーディオ信号の表示の少なくとも一部分を修飾することには、オーディオ信号の部分のレベルを増大させることを含んでも良い。
【００１１】
本発明の更なる特徴によると、オーディオ信号の知覚されるラウドネスを決定する方法は、オーディオ信号の表示を得て、オーディオ信号表示のスペクトル形状を基準スペクトル形状と比較し、オーディオ信号表示のスペクトル形状と基準スペクトル形状の間の差が減少する様に基準スペクトル形状のレベルをオーディオ信号表示のスペクトル形状にマッチさせる様に調整し、オーディオ信号表示のスペクトル形状と基準スペクトル形状の間を更にマッチさせる様にオーディオ信号表示のスペクトル形状の部分を増大させることにより、オーディオ信号表示の修飾されたスペクトル形状を形成し、及びオーディオ信号表示の修飾されたスペクトル形状に基づき、オーディオ信号の知覚されたラウドネスを決定することを含む。
【００１２】
前記調整することには、オーディオ信号表示のスペクトル形状及び基準スペクトル形状の間の差の関数を最小にし、そして最小化に対応して基準スペクトル形状を設定することを含んでも良い。
【００１３】
差の関数を最小にすることには、オーディオ信号表示のスペクトル形状及び基準スペクトル形状の間の差の加重平均を最小することを含んでも良い。
【００１４】
差の関数を最小にすることには、更にオーディオ信号表示のスペクトル形状と基準スペクトル形状の差を変えるために相殺を適用することを含んでも良い。相殺は一定の相殺であっても良い。
【００１５】
スペクトル表示を基準スペクトル形状の関数として修飾することには、更に、オーディオ信号のスペクトル表示及びレベルセット基準スペクトル形状の最大レベルを取ることを含んでも良い。
【００１６】
本発明の更なる特徴によれば、オーディオ信号表示は内耳の基底膜に沿ったエネルギー分布に近い励起信号であっても良い。
【００１７】
本発明の他の特徴としては、本発明は上に記載した任意の方法を実施する装置、上に記載した任意の方法をコンピュータに実施させるために、コンピュータ読取可能媒体に記憶させるコンピュータプログラムを含む。
【００１８】
（本発明を実施するための最良の形態）
一般的に言えば、上に述べた客観的なラウドネス測定法（加重測定法（weightted power measurements）及び心理音響的モデル）は周波数に渡りオーディオ信号のスペクトルの、ある表示を積分するものとして見ることが出来る。加重測定法の場合、このスペクトルは選択された重み付けするフィルターのパワースペクトルにより倍数化された信号のパワースペクトルである。心理音響的モデルの場合、このスペクトルは一連の連続した臨界帯域内のパワーの非線形関数であっても良い。上に述べた様に、その様なラウドネスの客観的測定基準は、先に「狭帯域」として表されたスペクトルを持つオーディオ信号の低減された効果を作り出すことが判明した。
【００１９】
本発明者は、その様な信号を狭帯域として見るよりもその様な信号は普通の音声の平均のスペクトル形状と類似しないとの前提に立って、より簡単な且つより直感的な説明を行った。日常出会う殆んどの音声、特に会話は平均の「予想される」スペクトル形状からそれ程大きく異っていないスペクトル形状を持つ。この平均のスペクトル形状はエネルギーの一般的減少を示す一方、最も低い聴取可能な周波数から最も高い聴取可能な周波数の間の帯域を通過する（band-passed)周波数を増大させることを示す。その様な平均スペクトル形状から大きく外れるスペクトルを持つ音のラウドネスを評価する場合、予想エネルギーを欠くスペクトルのこれらの領域をある程度意図して「埋める」と言うのが本発明者の仮説である。そして、ラウドネスの全体的な印象は、むしろ実際の信号スペクトルよりも意図して「埋められた」スペクトル部分を含む修飾されたスペクトルを周波数に渡り積分して得られる。例えば、ある人がバス  ギターのみにより演奏される一の音楽を聴いているとすると、一般的にその人は通常他の楽器は結局バスに加わりスペクトルを満たすと期待する。独演するバスの全体的ラウドネスをそのスペクトルのみから判断するよりもむしろ、本発明者はラウドネスの全体的な知覚の一部は、人がバスに伴奏すると期待する、欠けている周波数に基づくと信ずる。これの比喩は心理音響学で良く知られている「欠けている基本的」効果から類推しても良い。もし一連の調和した関連するトーンであるが、その一連のトーンの基本的な周波数が欠けている場合にも、人は、未だその一連のトーンは欠けている基音の周波数に対応するピッチを持つものとして知覚する。
【００２０】
本発明の特徴によると、上に述べた仮定の主観的現象は知覚されるラウドネスの客観的測定に統合される。図１は、上に述べた客観的測定（加重モデル及び心理音響的モデルの両者）に適用される場合の本発明の特徴の概観を表す。最初のステップとして、オーディオ信号ｘは、使用される特に客観的ラウドネス測定値に釣り合ったスペクトル表示Xに変換されても良い。一定の基準スペクトルYは上で議論した仮定の平均予想スペクトル形状を表す。この基準スペクトルは、例えば、通常の音声の代表的なデータベースのスペクトルを平均化することにより事前に計算しても良い。次のステップとして、基準スペクトルYはレベルセット基準スペクトルYMを生成するために信号スペクトルXに「マッチさせて」もよい。マッチングは、YMがYのレベルの倍率変更（level scaling）として生成され、そしてマッチングさせた基準スペクトルYMのレベルはXに合致するよう調整され、調整は周波数に渡りX及びYMの間のレベルの差の関数であることを言う。レベル調整は周波数に渡りX及びYMの間の加重又は加重されない差の最小化を含むこともある。その様な加重は多くの方法により定義することができるが、基準スペクトルYから最も外れているスペクトルXの部分が最も加重される様選択しても良い。その様に信号スペクトルXの最も「普通でない」部分はYMに最も近くなる様に調整される。次に修飾された信号スペクトルXCは、修飾の基準に従いXを、マッチさせた基準スペクトルYMに最も近くなる様に修飾することにより生成される。以下に詳細に述べる様に、この修飾は周波数に渡り単純にX及びYMの最大値を選択する形を取っても良く、この修飾は上で議論した意図して「埋める」ことを模倣するものである。最後に修飾された信号スペクトルXCは選択された客観的ラウドネス測定法（すなわち、周波数に渡りある種の積分を行う）に従い処理され、客観的ラウドネス値Lを生成しても良い。
【００２１】
図2A−C及び３A−Cは、各々、2つの異なる元の信号スペクトルXの修飾された信号スペクトルXCの計算例を示す。図２Aでは、実線で表された元の信号スペクトルXはバス周波数のエネルギーの大半を含む。破線で表された基準スペクトルYと比較して、信号スペクトルXの形状は「異常」と考えられる。図２Aでは、基準スペクトルはまず信号スペクトルXの上にある任意の開始レベル（上方の破線）に示される。基準スペクトルYはその後信号スペクトルXにマッチするレベルにスケールダウンされ、マッチされた基準スペクトルYM（下方の破線）を作る。YMはXのバス周波数に最も近くマッチしていることが判るが、Xは基準スペクトルと比較した場合信号スペクトルの「異常」部分であると考えても良い。図２Bでは、マッチさせた基準スペクトルYMの下に位置する信号スペクトルXの部分はYMに等しくせられ、それによって意識して「埋める」プロセスのモデルとなる。図２Cでは、点線で表される修飾された信号スペクトルXCは周波数に渡りX及びYMの最大値に等しい結果となることが判る。この場合、スペクトルの修飾を行う場合は、より大きい周波数において、元の信号スペクトルに非常に大きいエネルギーを加えている。その結果、修飾された信号スペクトルXCから計算されるラウドネスは、元の信号スペクトルXから計算されたものより大きくなりそれは望ましい効果である。
【００２２】
図３A―Cでは、信号スペクトルXは基準スペクトルYとその形状が類似する。その結果、マッチされた基準スペクトルYMは全ての周波数で信号スペクトルXより小さくなり、そして修飾された信号スペクトルXcは元の信号スペクトルXに等しいこともある。この例では、修飾は何れにせよ続くラウドネス測定に影響しない。信号の大半において、これらのスペクトルは、図３A−Cの様に、修飾されたスペクトルに十分近くなり、そのため修飾が適応されることはなく、したがって、ラウドネスの計算を変えることはない。好ましくは「異常」スペクトルのみが図２A−Cに示す様に修飾されるのが良い。
【００２３】
前記WO 2004/111994 A2に係る出願及び米国特許出願第2007/0092089号で、
Seefeldt 他は、中でも心理音響的モデルに基づいて知覚されるラウドネスの客観的測定について開示している。本発明の好ましい実施の態様においては、記載されたスペクトル修飾をその様な心理音響的モデルに適用しても良い。このモデルは、修飾されることなく、まず検討され、そして修飾の適用の詳細が提示される。
【００２４】
オーディオ信号ｘ[n]から、心理音響的モデルがまず時間ブロックｔの臨界帯域ｂで内耳の基底膜に沿ったエネルギー分布に近似の励起信号E[b,t]を計算する。この励起はオーディオ信号の短時間離散フーリエ変換(STDFT)から次の様に計算しても良い。
【数１】
2010521706.tif 000003
【００２５】
式中X[k, t]は時間ブロックt及び帯域kでのx[n]のSTDFTを表し、kは変換中の周波数帯域インデクスであり、T[k]は外耳及び中耳を通して伝達されるオーディオをシミュレートするフィルターの周波数応答を表し、及びCb[k]は臨界帯域ｂに対応する位置の基底膜の周波数応答を表す。図４はMoore及びGlasberg (B. C. J. Moore, B. Glasberg, T. Baer,「閾値、ラウドネス及び部分的ラウドネスの予測モデル」（A Model for the Prediction of Thresholds, Loudness, and Partial Loudness）、Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 45, No. 4, April 1997, 224-240ページ)により規定される同等矩形帯域幅（Equivalent Rectangular Bandwidth (ERB) ）尺度に沿って４０の帯域が均一に配置される、好適な一組の臨界帯域フィルター応答を示す。各フィルターの形状は丸めた自然対数関数で表され、そして帯域は１ERBの間隔で分布する。最後に（１）の平滑時間定数λbは帯域ｂ内の人のラウドネス知覚の積分時間に比例する様に選ぶのが都合が良い。
【００２６】
図５に示す様なラウドネス等高線を用いて、各帯域の励起が1kHzで同じラウドネスを生成する励起レベルに変換される。特異のラウドネス、周波数及び時間に渡り分布した知覚されるラウドネスの測定は、圧縮非線形を通して、変換された励起E1kHz[b,t]より計算される。特異のラウドネスN[b,t]を計算するための一つの、その様な好適な関数は以下の式により与えられる：
【数２】
2010521706.tif 000004
【００２７】
式中TQ1kHzは１kHzの静けさでの閾値であり、定数β及びαは１kHzトーンのラウドネスの増加の主観的印象にマッチするように選択される。βの数値0.24及びαの数値0.045は適切であることが分かったが、これらの値は決定的なものではない。最終的にソーン単位で表される全ラウドネスL[t] は帯域にわたる特異ラウドネスを合計して計算される。
【数３】
2010521706.tif 000005
【００２８】
この心理音響的モデルでは、全ラウドネスを計算する前に、オーディオの2つの中間スペクトル表示、すなわち、励起E[b,t] 及び特異ラウドネスN[b,t]が存在する。本発明では、スペクトル修飾は何れにも適用されるが、修飾を特異ラウドネスよりも励起に適用する方が計算が簡単である。この理由は、周波数に渡る励起の形状がオーディオ信号の全体のレベルで不変であるからである。これは、図２A−C及び３A−Cに示す様に、スペクトルが異なるレベルにおいて同じ形状を保っていることに反映されている。これは、式２が非線形であるため、特異ラウドネスについてはその様に成っていない。そして、本明細書に記載の例ではスペクトル修飾を励起スペクトル表示に適用する。
【００２９】
スペクトル修飾を励起に適用することにより、固定基準励起Y[b]が存在すると考えられる。事実、Y[b]は、多数の音声信号を含む音のデータベースから計算される励起を平均化することにより生成しても良い。基準励起スペクトルY[b]のソースは本発明にとり決定的なものではない。修飾を適用する場合、信号励起E[b,t]及び基準励起Y[b] をデシベル表示として作業することは有益である
【数４】
2010521706.tif 000006
【００３０】
最初のステップとして、デシベル基準励起YdB[b]はデシベル信号励起EdB[b,t]とマッチさせ、マッチさせたデシベル基準励起YdBM [b]を生成しても良い。ここでYdBM [b]は基準励起の倍数変更（scaling）(又はdBを用いる場合は加算による相殺)として表される：
【数５】
2010521706.tif 000007
【００３１】
マッチさせる相殺ΔMはEdB[b,t]とYdB[b]の差Δ[b]の関数として計算される：
【数６】
2010521706.tif 000008
【００３２】
この励起の差Δ[b]から、加重W[b]が、最小値ゼロを持つ様に正規化された差の励起の差として計算され、そしてγ乗される：
【数７】
2010521706.tif 000009
【００３３】
実際に、γ =2に設定することにより良く作動する。この値は決定的なものではなく、他の加重値により又は加重を全く行わない（すなわち、γ =1）ことでも良い。マッチングさせる相殺値ΔMが励起の差Δ[b]の加重平均プラス許容相殺値ΔTotとして計算される：
【数８】
2010521706.tif 000010
【００３４】
式７の加重は、１より大きい場合、基準励起YdB[b]と最も差のある信号励起EdB[b,t]の部分をマッチングさせる相殺値ΔMに最も寄与させる。
【００３５】
許容相殺値ΔTotは、修飾が適用される場合に起きる「埋める」量に影響を与える。実際に、ΔTot＝−１２dBとすると旨く機能し、オーディオスペクトルの大半が、修飾の適用過程を通して修飾されないまま残る。（図３A−Cでは、マッチングさせた基準スペクトルが信号スペクトルに釣り合うよりもむしろ完全にそれ以下に低減させ、その結果信号スペクトルが調整されないのは、このΔTotのマイナス値によるものである。
【００３６】
マッチさせた基準励起が計算されると、帯域に渡りEdB[b,t]とYdBM[b]の最大値を得ることにより、修飾された信号励起を生成するために修飾が適用される。
【数９】
2010521706.tif 000011
【００３７】
そしてデシベル表示の修飾された励起が線形表示に再変換される：
【数１０】
2010521706.tif 000012
【００３８】
この修飾された信号励起Ec[b,t]は、そして心理音響的モデル（すなわち、特異ラウドネスを計算し、そして式2及び３に示す、帯域に亙り特異ラウドネスを合計する）に従いラウドネスを計算する残りのステップにおいて元の信号励起E[b,t]にとって替わる。
【００３９】
開示された発明の実際の有用性を示すために、図６及び７は、如何に修飾されない及び修飾された心理音響的モデルがオーディオ録音のデータベースの客観的に評価されたラウドネスを予測するかを示すデータを表す。データベースの各々の試験録音において、被験者はある固定された基準録音のラウドネスにマッチさせるために、オーディオの容量を調節するように要求された。各試験録音において、被験者はラウドネスの差を判断するために試験録音及び基準録音の間を瞬時にスイッチを切換えることができた。各被験者は、最終的に調整されたｄBでの容量利得が、各試験録音について記憶され、これらの利得はそして、各試験録音の主観的ラウドネス測定値を生成するために多くの被験者について平均化された。修飾されていない及び修飾された心理音響的モデルの両方が、データベースの各録音のラウドネスの客観的測定値を生成するために用いられ、そしてこれらの客観的測定値は図6及び７の主観的測定値と比較された。両方の図面で、横軸はdB表示の主観的測定値を示し、縦軸はdB表示の客観的測定値を示す。図の各点はデータベース中の記録を表し、もし各客観的測定値が主観的測定値に完全にマッチする場合は、各点は厳密に斜線上にある。
【００４０】
図６の修飾されない心理音響的モデルでは、殆んどのデータ点は斜線の近辺にあるが、可也の数の外れ値が斜線の上部にある。その様な外れ値は先に議論した問題を表し、修飾されない心理音響的モデルはそれらを、主観的な評価の平均と比較して余りに静かなものであると評価する。全データベースにおいて、客観的及び主観的測定値の間の平均絶対誤差（AAE）は2.12 dBであり、これは可也低いが最大絶対誤差（MAE)は非常に高い10.2 dBに達する。
【００４１】
図７は修飾された心理音響的モデルと同じデータを示す。ここでは、データポイントの大半は図６と変わらないが、外れ値が斜線の周りにあるその他の点に一致する様に集まっている点が異なる。修飾されていない心理音響的モデルと比較して、AAE は幾らか減少して1.43 dBであり,そしてMAEは極めて大きく減少した4dBである。以前に中心から離れた信号に対する開示されたスペクトル修飾の利益は明らかである。
【００４２】
実施の態様
本発明は原則としてアナログ又はデジタル領域で実施することができ（又はこれら2つの組み合わせ）、本発明の実際の実施の態様では、オーディオ信号がデータのブロックによるサンプルで表示され、及び処理はデジタル領域で行われる。
【００４３】
本願発明はハードウェア又はソフトウエア、又はその両方の組合せ（例えば、プログラム可能論理アレイ）において実行しても良い。特に断らない限り、本願発明の一部に含まれるアルゴリズム及びプロセスは特定のコンピュータ又は他の装置に固有に関係するものではない。特に種々の汎用機械が本明細書の教示に沿って書かれたプログラムにより使用することができ、又は必要な方法のステップを実施するために、より特化した装置を構築する（例えば、集積回路）ことはより便宜であることもある。この様に本願発明は、一以上のプログラム可能なコンピュータシステムであり、各々のシステムは少なくとも一つのプロセッサ、少なくとも一つのデータ記憶システム（揮発性及び不揮発性メモリ及び/又は記憶素子）、少なくとも一つの入力装置又はポート及び少なくとも一つの出力装置又はポートを含むコンピュータシステム、を実施する一以上のコンピュータで実施しても良い。プログラムコードは本明細書に記載の機能を実施する入力データに適用され出力情報を作り出す。出力情報は知られた方法により一以上の出力装置に適用される。
【００４４】
その様なプログラムの各々は、コンピュータシステムと通信するために所望のコンピュータ言語（機械、アセンブリ、又は高度手順、論理又はオブジェクト指向プログラム言語）で実施しても良い。
【００４５】
その様なコンピュータプログラムの各々は、好ましくは記憶媒体又は装置（例えば、固定メモリ、又は媒体又は磁気又は光学媒体）に保存し又はダウンロードするのが良く、本明細書に記載の手順を実施するために記憶媒体又は装置がコンピュータシステムにより読み取られる場合、コンピュータを構成しそして稼動させるために、これらのプログラムは汎用又は特殊用途のプログラム可能なコンピュータにより読取可能である。本発明のシステムはまた、コンピュータによる読取可能な記憶媒体として実行されることを想定したものであっても良く、コンピュータプログラムを持つ様に構成されており、記憶媒体は、本明細書に記載の機能を実施するために特定の及び事前に規定される方法によりコンピュータシステムを機能させる。
【００４６】
本明細書に本発明の多くの実施の態様が記述されている。しかし、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく種々の修飾が可能であることは了解されるべきである。例えば、本明細書に記載のあるステップは独立した次元のものであり、したがって、記載のものと異なる次元で実施することが可能である。
【図１】
2010521706.tif 000013
【図２Ａ】
2010521706.tif 000014
【図２Ｂ】
2010521706.tif 000015
【図２Ｃ】
2010521706.tif 000016
【図３Ａ】
2010521706.tif 000017
【図３Ｂ】
2010521706.tif 000018
【図３Ｃ】
2010521706.tif 000019
【図４】
2010521706.tif 000020
【図５】
2010521706.tif 000021
【図６】
2010521706.tif 000022
【図７】
2010521706.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月27日(2009.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明の特徴によると、上に述べた仮定の主観的現象は知覚されるラウドネスの客観的測定に統合される。図１はそれが上に述べた客観的測定（加重モデル及び心理音響的モデルの両者）に適用される場合の本発明の特徴の概観を表す。最初のステップとして、オーディオ信号ｘは、使用される特に客観的ラウドネス測定値に釣り合ったスペクトル表示に変換されても良い。一定の基準スペクトルYは上で議論した仮定の平均予想スペクトル形状を表す。この基準スペクトルは、例えば、通常の音声の代表的なデータベースのスペクトルを平均化することにより事前に計算しても良い。次のステップとして、基準スペクトルYはレベルセット基準スペクトルYMを生成するために信号スペクトルXに「マッチされて」もよい。マッチングは、YMはYのレベル尺度として生成され、マッチングされた基準スペクトルYMのレベルはXと調整され、調整は周波数についてX及びYの間のレベルの差の関数である。レベル調整は周波数に渡りX及びYの間の加重又は加重されない差の最小化を含むこともある。その様な加重は多くの方法により定義することができるが、基準スペクトルYから最も外れているスペクトルXの部分が最も加重される様選択しても良い。その様に信号スペクトルXの最も「普通でない」部分はYMに最も近くなる様に調整される。次に修飾された信号スペクトルXCは、修飾の基準に従いXをマッチさせた基準スペクトルYMに最も近くなる様に修飾することにより生成される。以下に詳細に述べる様に、この修飾は周波数に渡り単純にX及びYMの最大値を選択する形を取っても良く、この修飾は上で議論した意図して「埋める」ことを模倣するものである。最後に修飾された信号スペクトルXCは選択された客観的ラウドネス測定法（すなわち、周波数に亙りある種の積分を行う）に従い処理され、客観的ラウドネス値Lを生成しても良い。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号の知覚されるラウドネスを測定する方法であって、オーディオ信号のスペクトル表示Xを得て、
レベルセット基準スペクトルYMを生成するために基準スペクトルYのレベルをスペクトル表示Xのレベルにマッチさせ、前記マッチングさせた基準スペクトルのレベルは前記スペクトル表示Xのレベルに合致する様に調整され、YMはYのレベルの倍率変更されたもの（level of scaling）であり、レベルの倍率変更は周波数に渡りX及びYの間の差の関数であり、及び
前記スペクトル表示X及び前記レベルセット基準スペクトルYMが互いの許容相殺ΔTol内にある場合、前記スペクトル表示Xが前記オーディオ信号の知覚されるラウドネスの測定値を生成する様に処理し、他方
前記スペクトル表示X及び前記レベルセット基準スペクトルYMが互いの許容相殺ΔTol内にない場合、前記スペクトル表示Xが、前記スペクトル表示Xより前記レベルセット基準スペクトルYMにより一致する修飾されたスペクトル表示Xcを生成する様に前記スペクトル表示Xを修飾する、
ことを含む前記方法
【請求項２】
基準スペクトルYのレベル倍率変更は周波数に渡りX及びYの間の差の加重された又は加重されない平均の関数として計算される、請求項１の方法。
【請求項３】
前記基準スペクトルYのレベル倍率変更は周波数に渡りX及びYの間の差の加重された平均の関数として計算され、そして前記基準スペクトルYから最も外れているスペクトルXの部分が他の部分よりも加重される、請求項２の方法。
【請求項４】
前記スペクトル表示X及び前記レベルセット基準スペクトルYMが互いの許容相殺ΔTol内にない場合、修飾されたスペクトル表示Xcを生成するために前記スペクトル表示Xを修飾することは、更に前記オーディオ信号のスペクトル表示レベル及びレベルセット基準スペクトル形状の内の大きい方を取ることを含む、請求項１乃至３のいずれか1項の方法。
【請求項５】
前記オーディオ信号のスペクトル表示は内耳の基底膜に沿ったエネルギー分布に近い励起信号である、請求項１乃至４のいずれか1項の方法。
【請求項６】
前記基準スペクトルYは仮定の平均予想スペクトル形状を表す、請求項１乃至５のいずれか1項の方法。
【請求項７】
前記基準スペクトルYが通常の音声の代表的なデータベースのスペクトルを平均化することにより事前に計算される、請求項６の方法。
【請求項８】
前記基準スペクトルYが一定である、請求項１乃至７のいずれか1項の方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか1項の方法のステップを実施するために適した手段を含む装置。
【請求項１０】
コンピュータにより実施される場合、請求項１乃至８のいずれか1項の方法を実施するコンピュータプログラム。
【請求項１１】
請求項１０のコンピュータプログラムを記憶するコンピュータ読取可能媒体。
【国際調査報告】
2010521706.tif 000024
2010521706.tif 000025
2010521706.tif 000026