(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響空間内の対称位置に設置された第１および第２のスピーカと、
前記第１および第２のスピーカから等距離に配置されたマイクロホンと、
前記第１のスピーカから前記マイクロホンまでの第１の音響伝達関数と前記第２のスピーカから前記マイクロホンまでの第２の音響伝達関数を推定することにより、前記マイクロホンの出力信号に含まれる前記第１および第２のスピーカの出力音に対応する成分を抽出する成分抽出手段と、を備え、
前記成分抽出手段は、前記第１および第２の音響伝達関数の共通成分に対応する抽出を行う共通成分抽出手段と、前記第１および第２の音響伝達関数の差成分に対応する抽出を高域成分に着目して行う差成分抽出手段とを有することを特徴とする音響装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記共通成分抽出手段は、前記第１および第２のスピーカのそれぞれに入力される信号を参照信号として前記共通成分に相当する音響伝達関数を推定する第１の適応フィルタを備え、
前記差成分抽出手段は、前記第２のスピーカに入力される信号を参照信号として前記共通成分に相当する音響伝達関数を推定する第２の適応フィルタを備え、
前記第２の適応フィルタのタップ数を前記第１の適応フィルタのタップ数よりも少なく設定することを特徴とする音響装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１の適応フィルタは、入力された参照信号を遅延させた後に所定のタップ係数を乗算するＮ個の第１の乗算手段と、前記マイクロホンの出力信号から前記共通成分抽出手段と前記差成分抽出手段の各出力を差し引いた誤差信号のパワーが最小となるように前記タップ係数の値を更新する第１の係数更新処理手段とを備え、
前記第２の適応フィルタは、入力された参照信号を遅延させた後に所定のタップ係数を乗算するＮ個よりも少ないＭ個の第２の乗算手段と、前記マイクロホンの出力信号から前記共通成分抽出手段と前記差成分抽出手段の各出力を差し引いた誤差信号のパワーが最小となるように前記タップ係数の値を更新する第２の係数更新処理手段とを備えることを特徴とする音響装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記第１および第２の適応フィルタは、時間領域において処理を行うことを特徴とする音響装置。
【請求項５】
請求項２において、
前記第１および第２の適応フィルタは、周波数成分を解析する周波数成分解析手段を備え、周波数領域において処理を行うことを特徴とする音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車室内空間等の音響伝達関数を推定する音響装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車室内空間の音響伝達関数を推定することにより、スピーカから出力されてマイクロホンに到達するまでのオーディオ音を模擬する音声入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この音声入力装置にはオーディオ音除去部が備わっており、このオーディオ音除去部は、適応フィルタの係数をＬＭＳアルゴリズムによって更新することによって車室内空間の音響伝達関数を推定している。
【特許文献１】特開２００１−２３６０９０号公報（第３−６頁、図１−７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に開示された従来方式では、スピーカからマイクロホンまでの車室内空間の音響伝達関数が推定されるため、スピーカが複数ある場合にはスピーカの数だけ音響伝達関数を推定する必要があり、音響伝達関数を推定するための処理量（積和演算回数）が多くなるとともに、ハードウエア規模が大きくなってコスト増になるという問題があった。実際に車両に搭載されたオーディオ装置は、少なくとも左右２つのスピーカを備えているため、最低でも１スピーカに対応して音響伝達関数を推定するために必要な構成の２倍の構成が必要になる。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、処理量を軽減することができ、ハードウエア規模を小さくしてコスト低減を実現することができる音響装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明の音響装置は、音響空間内の対称位置に設置された第１および第２のスピーカと、第１および第２のスピーカから等距離に配置されたマイクロホンと、第１のスピーカからマイクロホンまでの第１の音響伝達関数と第２のスピーカからマイクロホンまでの第２の音響伝達関数を推定することにより、マイクロホンの出力信号に含まれる第１および第２のスピーカの出力音に対応する成分を抽出する成分抽出手段とを備え、成分抽出手段は、第１および第２の音響伝達関数の共通成分に対応する抽出を行う共通成分抽出手段と、第１および第２の音響伝達関数の差成分に対応する抽出を高域成分に着目して行う差成分抽出手段とを有している。音響空間内の対称位置に２つのスピーカを設置し、これらの各スピーカから等距離にマイクロホンを配置した場合には、２つのスピーカからマイクロホンまでのそれぞれの音響伝達関数は、低域成分（低周波成分）についてはほぼ同じになると考えられるため、この差成分に関しては高域成分（高周波成分）に着目すればよいことになる。このように、２つのスピーカのそれぞれからマイクロホンまでの各音響伝達関数を共通成分と差成分とに分けることにより、差成分については低域成分に対応する処理を省略することができるため、全体として処理量を軽減することができ、ハードウエア規模を小さくしてコスト低減を実現することができる。
【０００６】
また、上述した共通成分抽出手段は、第１および第２のスピーカのそれぞれに入力される信号を参照信号として共通成分に相当する音響伝達関数を推定する第１の適応フィルタを備え、差成分抽出手段は、第２のスピーカに入力される信号を参照信号として差成分に相当する音響伝達関数を推定する第２の適応フィルタを備え、第２の適応フィルタのタップ数を第１の適応フィルタのタップ数よりも少なく設定することが望ましい。具体的には、上述した第１の適応フィルタは、入力された参照信号を遅延させた後に所定のタップ係数を乗算するＮ個の第１の乗算手段と、マイクロホンの出力信号から共通成分抽出手段と差成分抽出手段の各出力を差し引いた誤差信号のパワーが最小となるようにタップ係数の値を更新する第１の係数更新処理手段とを備え、第２の適応フィルタは、入力された参照信号を遅延させた後に所定のタップ係数を乗算するＮ個よりも少ないＭ個の第２の乗算手段と、マイクロホンの出力信号から共通成分抽出手段と差成分抽出手段の各出力を差し引いた誤差信号のパワーが最小となるようにタップ係数の値を更新する第２の係数更新処理手段とを備えることが望ましい。これにより、差成分に関する演算を行う第２の適応フィルタの処理量を低減することが可能になる。
【０００７】
また、上述した第１および第２の適応フィルタは、時間領域において処理を行うことが望ましい。時間領域において処理を行う場合には、差成分に対応する第２の適応フィルタは、収束が速い高域成分のみを扱うことになるため、少ないタップ数で必要な演算を行うことが可能になり、タップ係数が設定された乗算手段やこのタップ数の値を更新する係数更新処理手段の処理を簡略化することができる。
【０００８】
また、上述した第１および第２の適応フィルタは、周波数成分を解析する周波数成分解析手段を備え、周波数領域において処理を行うことが望ましい。周波数領域において処理を行う場合には、差成分に対応する第２の適応フィルタは、周波数成分の解析によって得られた高域成分のみに対して必要な演算を行うことになるため、タップ係数が設定された乗算手段やこのタップ数の値を更新する係数更新処理手段の処理を簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明を適用した第１の実施形態のＡＳＣ（オーディオサウンドキャンセレーション）装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態のＡＳＣ装置の詳細構成を示す図である。図１に示すＡＳＣ装置１００は、マイクロホン２２０によって集音された音の中から、オーディオ装置２００に接続された左右２つのスピーカ２１０、２１２から出力されたオーディオ音に対応するオーディオ成分をキャンセルする動作を行う。
【００１０】
２つのスピーカ２１０、２１２は、車室内空間の左右対称位置に設置されている。例えば、車両後部の左側にスピーカ２１０が、右側にスピーカ２１２が設置されている。また、マイクロホン２２０は、車室内空間の左右のスピーカ２１０、２１２から均等な位置であってオーディオ音の聴取者に近い位置に設置されている。運転者や助手席の搭乗者を聴取者と考えた場合には、例えば運転席と助手席の中間位置に対応する天井に設置する場合が考えられる。
【００１１】
本実施形態では、音響伝達関数の左右対称性に着目して適応フィルタの処理量削減を行っている。具体的には、車室内空間においてスピーカ２１０、２１２が左右対称位置に配置されているため、マイクロホン２２０を左右のスピーカ２１０、２１２から等距離の位置に設置すれば、スピーカ２１０、２１２からマイクロホン２２０までの音響伝達関数もほぼ左右対称になり、共通化できる部分が多いという考え方に基づいている。
【００１２】
図２は、２チャンネルのオーディオ再生系に対応する従来のＡＳＣ装置の基本構成を示すブロック図である。図２に示すＡＳＣ装置１００Ａは、Ｌチャンネルのリファレンス信号ｘL（ｎ）を用いてＬチャンネルのスピーカ２１０からマイクロホン２２０までの音響伝達関数を推定するＦＩＲフィルタ１１０、係数更新処理部１１２と、Ｒチャンネルのリファレンス信号ｘR（ｎ）を用いてＲチャンネルのスピーカ２１２からマイクロホン２２０までの音響伝達関数を推定するＦＩＲフィルタ１２０、係数更新処理部１２２とを備えている。いま、Ｌチャンネルのスピーカ２１０からマイクロホン２２０までの音響伝達関数（第１の音響伝達関数）をｈL（ｎ）、Ｒチャンネルのスピーカ２１２からマイクロホン２２０までの音響伝達関数（第２の音響伝達関数）をｈR（ｎ）、マイクロホン２２０の出力信号をｄ（ｎ）、ｄ（ｎ）の中のＬチャンネルに対応する成分をｄL（ｎ）、ｄ（ｎ）の中のＲチャンネルに対応する成分をｄR（ｎ）とすると、
ｄ（ｎ）＝ｄL（ｎ）＋ｄR（ｎ）
＝ｘLT（ｎ）ｈL（ｎ）＋ｘRT（ｎ）ｈR（ｎ）                …（１）
と表すことができる。上述したように、車室内空間においてスピーカ２１０、２１２が左右対称位置に配置されおり、マイクロホン２２０を２つのスピーカ２１０、２１２から等距離の位置に設置した場合には、スピーカ２１０、２１２のそれぞれからマイクロホン２２０までの音響伝達関数ｈL（ｎ）、ｈR（ｎ）がほぼ同じになる。そこで、その差をΔｈRL（ｎ）とすると、
ｈR（ｎ）＝ｈL（ｎ）＋（ｈR（ｎ）−ｈL（ｎ））
＝ｈL（ｎ）＋ΔｈRL（ｎ）                                …（２）
となる。（２）式を（１）式に代入すると、
ｄ（ｎ）＝ｘLT（ｎ）ｈL（ｎ）＋ｘRT（ｎ）ｈR（ｎ）
＝ｘLT（ｎ）ｈL（ｎ）＋ｘRT（ｎ）（ｈL（ｎ）＋ΔｈRL（ｎ））
＝（ｘLT（ｎ）＋ｘRT（ｎ））ｈL（ｎ）＋ｘRT（ｎ）ΔｈRL（ｎ）
…（３）
と変形することができる。この式を時間領域において反映すると図１に示した構成ブロックとなる。
【００１３】
ところで、左右の音響伝達関数ｈL（ｎ）、ｈR（ｎ）は、ほぼ同じといっても全く同じではない。具体的には、低い周波数成分に対して（長い波長に対しては）はほぼ同じであると考えられるが、周波数が高くなればなるほど（オーディオ音の波長が短くなればなるほど）その差が明確になると考えられる。そこで、本実施形態では、オーディオ音の低周波成分については音響伝達関数の差分ΔｈRL（ｎ）が無視できる程度になるとの推定に基づいて、オーディオ音の高周波成分についてのみ音響伝達関数の差分ΔｈRL（ｎ）を考慮している。このように、処理対象となる帯域成分を狭くし、しかも高域成分のみに着目する場合には、ＦＩＲフィルタのタップ数を減らすことが可能となる。
【００１４】
次に、図１に示すＡＳＣ装置１００の詳細について説明する。図１に示すように、ＡＳＣ装置１００は、共通成分抽出部１３０、差成分抽出部１４０、加算部１５０、減算部１６０を備えている。共通成分抽出部１３０は、（３）式の右辺第１項に対応する成分を抽出するためのものであり、適応フィルタとしての構成を有する。具体的には、共通成分抽出部１３０は、Ｌチャンネルのリファレンス信号ｘL（ｎ）が入力される（Ｎ−１）段の遅延部１０と、Ｒチャンネルのリファレンス信号ｘR（ｎ）が入力される（Ｎ−１）段の遅延部２０と、これら（Ｎ−１）段の遅延部１０、２０の各段に入出力される２種類のリファレンス信号ｘL（ｎ）、ｘR（ｎ）等を加算するＮ個の加算部３０と、Ｎ個の加算部３０のそれぞれの出力に対してタップ係数ｗL（ｎ）、ｗL（ｎ−１）、…、ｗL（ｎ−Ｎ＋１）を乗算するＮ個の乗算部４０と、Ｎ個の乗算部４０の各出力を加算する（Ｎ−１）個の加算部５０とを備えている。
【００１５】
遅延部１０、２０、加算部３０を用いることによって、（３）式の右辺第１項に含まれる（ｘLT（ｎ）＋ｘRT（ｎ））の項の算出が行われる。したがって、加算部３０の出力を乗算部４０を通した後に加算部５０で加算することにより、この右辺第１項の全体（ｘLT（ｎ）＋ｘRT（ｎ））ｈL（ｎ）の算出が行われる。
【００１６】
差分抽出部１４０は、（３）式の右辺第２項に対応する成分の高域成分に着目して抽出するためのものであり、適応フィルタとしての構成を有する。具体的には、差分抽出部１４０は、Ｒチャンネルのリファレンス信号ｘR（ｎ）が入力される（Ｍ−１）段の遅延部２０（Ｍ＜Ｎ）と、これら（Ｍ−１）段の遅延部２０の各段に入出力されるリファレンス信号ｘR（ｎ）に含まれる高域成分のみを抽出するハイパスフィルタとして全体が動作するＭ個の乗算部６０と、Ｍ個の乗算部６０のそれぞれの出力に対してタップ係数ｗR（ｎ）、ｗR（ｎ−１）、…、ｗR（ｎ−Ｍ＋１）を乗算するＭ個の乗算部７０と、Ｍ個の乗算部７０の各出力を加算する（Ｍ−１）個の加算部８０とを備えている。上述した（Ｍ−１）段の遅延部２０は、共通成分抽出部１３０に含まれる（Ｎ−１）段の遅延部２０の中の初段から（Ｍ−１）段目までが用いられる。すなわち、（Ｎ−１）個の遅延部２０の中の（Ｍ−１）個が共通成分抽出部１３０と差成分抽出部１４０とで共通に使用されている。
【００１７】
遅延部２０を通すことにより、（３）式の右辺第２項に含まれるｘRT（ｎ）が抽出される。ところで、上述したように、本実施形態では、高域成分のみに着目することによって、ＦＩＲフィルタのタップ数、すなわち遅延部２０の数を（Ｎ−１）個から（Ｍ−１）個に減らしており、その結果、更新対象となるタップ係数ｗR（ｎ）、ｗR（ｎ−１）、…、ｗR（ｎ−Ｍ＋１）を有する乗算部７０の数も（Ｎ−１）個から（Ｍ−１）個に減らすことができる。
【００１８】
上述したスピーカ２１０、２１２が第１および第２のスピーカに、共通成分抽出部１３０および差成分抽出部１４０が成分抽出手段に、共通成分抽出部１３０が共通成分抽出手段に、差成分抽出部１４０が差成分抽出手段にそれぞれ対応する。また、共通成分抽出部１３０内の各構成が第１の適応フィルタに、差成分抽出部１４０内の各構成が第２の適応フィルタにそれぞれ対応する。さらに、乗算部４０が第１の乗算手段に、係数更新処理部４２が第１の係数更新処理手段に、乗算部７０が第２の乗算手段に、係数更新処理部７２が第２の係数更新処理手段にそれぞれ対応する。
【００１９】
このように、マイクロホン２２０の出力信号ｄ（ｎ）に含まれるＬチャンネルとＲチャンネルのオーディオ音に含まれる共通成分を共通成分抽出部１３０を用いて推定するとともに差成分を差成分抽出部１４０を用いて推定し、実際の出力信号ｄ（ｎ）からこれらの推定値を加算部１５０で加算した結果を減算部１６０によって減算することにより得られる誤差信号ｅ（ｎ）のパワーが最小となるように、共通成分抽出部１３０および差成分抽出部１４０のそれぞれのタップ係数（乗算部４０、７０の各乗算値）を係数更新処理部４２、７２によって更新することにより、マイクロホン２２０の出力信号ｄ（ｎ）に含まれるＬチャンネルとＲチャンネルのオーディオ成分をキャンセルすることが可能となる。特に、差成分抽出部１４０に含まれる乗算部７０の数を減らすことにより、各乗算部７０のタップ係数の値を更新する係数更新処理部７２の処理量を軽減することができるため、ハードウエア規模を小さくしてコスト低減を実現することができる。
【００２０】
図３は、本実施形態のＡＳＣ装置１００を用いてオーディオ音の推定を行った結果を示す図である。図３において、縦軸は誤差信号ｅ（ｎ）の絶対値を、横軸は処理の繰り返し回数（係数更新処理部４２、７２による乗算値の更新回数）を示している。図４は、比較のために図２に示した従来構成のＡＳＣ装置１００Ａを用いてオーディオ音の推定を行った結果を示す図である。図３および図４から明らかなように、本実施形態のＡＳＣ装置１００を用いても従来構成のＡＳＣ装置１００Ａと同等のオーディオ音推定を、ほとんど同じ処理時間にて行うことが可能となる。
【００２１】
〔第２の実施形態〕
ところで、上述した実施形態では、実時間領域で処理を行うＡＳＣ装置１００について説明したが、同様の処理を周波数領域で行うようにしてもよい。図５は、周波数領域で処理を行う第２の実施形態のＡＳＣ装置の構成を示す図である。なお、図１に示す構成と基本的に同じあるいは類似した動作を行うものについては同じ符号を付し、詳細な説明は省略するものとする。
【００２２】
図５に示すＡＳＣ装置１００Ｂは、共通成分抽出部１３０Ａ、差成分抽出部１４０Ａ、加算部１５０、減算部１６０を備えている。共通成分抽出部１３０Ａは、（３）式の右辺第１項に対応する成分を抽出するためのものであり、適応フィルタとしての構成を有するという基本構成は図１に示した共通成分抽出部１３０と同じである。この共通成分抽出部１３０Ａは、Ｌチャンネルのリファレンス信号ｘL（ｎ）が入力される（Ｎ−１）段の遅延部１０と、遅延部１０の各段に入出力されるリファレンス信号ｘL（ｎ）、ｘL（ｎ−１）、…、ｘL（ｎ−Ｎ＋１）を用いて離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行うことによりｘL（ｎ）の周波数成分を解析するＤＦＴ処理部１２と、Ｒチャンネルのリファレンス信号ｘR（ｎ）が入力される（Ｎ−１）段の遅延部２０と、遅延部２０の各段に入出力されるリファレンス信号ｘR（ｎ）、ｘR（ｎ−１）、…、ｘR（ｎ−Ｎ＋１）を用いて離散フーリエ変換を行うことによりｘR（ｎ）の周波数成分を解析するＤＦＴ処理部２２と、これら２つのＤＦＴ処理部１２、２２の解析によって得られた低周波成分同士を加算する複数の加算部３０と、低周波成分については加算部３０の出力を用い高域成分についてはＤＦＴ処理部１２の解析によって得られた高域成分を用いてそれぞれに対してタップ係数ＷL（０，ｎ）、ＷL（１，ｎ）、…、ＷL（Ｎ−２、ｎ）、ＷL（Ｎ−１、ｎ）を乗算するＮ個の乗算部４０と、Ｎ個の乗算部４０の各出力を加算する（Ｎ−１）個の加算部５０とを備えている。
【００２３】
遅延部１０、２０、ＤＦＴ処理部１２、２２、加算部３０を用いることによって、（３）式の右辺第１項に含まれる（ｘLT（ｎ）＋ｘRT（ｎ））の項の算出が周波数領域で（周波数成分毎に）行われる。したがって、加算部３０の出力を乗算部４０を通した後に加算部５０で加算することにより、この右辺第１項の全体（ｘLT（ｎ）＋ｘRT（ｎ））ｈL（ｎ）の算出が行われる。
【００２４】
差成分抽出部１４０Ａは、（３）式の右辺第２項に対応する成分を抽出するためのものであり、適応フィルタとしての構成を有するという基本構成は図１に示した共通成分抽出部１３０と同じである。具体的には、差成分抽出部１４０Ａは、Ｒチャンネルのリファレンス信号ｘR（ｎ）が入力される（Ｎ−１）段の遅延部２０と、これら（Ｎ−１）段の遅延部２０の各段に入出力されるリファレンス信号ｘR（ｎ）、ｘR（ｎ−１）、…、ｘR（ｎ−Ｎ＋１）を用いて離散フーリエ変換を行うことによりｘR（ｎ）の周波数成分を解析するＤＦＴ処理部２２と、ＤＦＴ処理部２２の解析によって得られた高域成分に対してタップ係数ＷR（Ｎ−２，ｎ）、ＷR（Ｎ−１，ｎ）を乗算する複数の乗算部７０と、乗算部７０の各出力を加算する加算部８０とを備えている。上述した（Ｎ−１）段の遅延部２０とＤＦＴ処理部２２は、共通成分抽出部１３０Ａに含まれる（Ｎ−１）段の遅延部２０とＤＦＴ処理部２２が共通に用いられる。上述したＤＦＴ処理部１２、２２が周波数成分解析手段に対応する。
【００２５】
このように、ＤＦＴ処理部２２を用いて周波数解析を行うことによって得られた高域成分に着目して差成分を算出することによっても、差成分抽出部１４０Ａに含まれる乗算部７０の数を減らし、各乗算部７０のタップ係数の値を更新する係数更新処理部７２の処理量を軽減することができるため、ハードウエア規模を小さくしてコスト低減を実現することができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、車室内空間にスピーカ２１０、２１２とマイクロホン２２０が設置された場合について説明したが、車室内空間以外の空間、例えば室内や屋外等にスピーカ等が設置される場合についても同様に本発明を適用することができる。
【００２７】
また、上述した実施形態では、マイクロホン２２０の出力信号に含まれるオーディオ成分をキャンセルする場合について説明したが、本発明は、スピーカとマイクロホンの配置の対称性に着目して空間の伝達関数を推定する際の処理量を低減するものであるため、処理対象となる信号はオーディオ音以外の音声やその他の信号であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施形態のＡＳＣ装置の詳細構成を示す図である。
【図２】２チャンネルのオーディオ再生系に対応する従来のＡＳＣ装置の基本構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態のＡＳＣ装置を用いてオーディオ音の推定を行った結果を示す図である。
【図４】比較のために図２に示した従来構成のＡＳＣ装置を用いてオーディオ音の推定を行った結果を示す図である。
【図５】周波数領域で処理を行う第２の実施形態のＡＳＣ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０、２０  遅延部
１２、２２  ＤＦＴ（離散フーリエ変換）処理部
３０、５０、８０  加算部
４０、６０、７０  乗算部
４２、７２  係数更新処理部
１００、１００Ａ、１００Ｂ  ＡＳＣ（オーディオサウンドキャンセレーション）装置
１３０、１３０Ａ  共通成分抽出部
１４０、１４０Ａ  差成分抽出部
１５０  加算部
１６０  減算部
２００  オーディオ装置
２１０、２１２  スピーカ
２２０  マイクロホン
【図１】
0004514153.tif 000002
【図２】
0004514153.tif 000003
【図３】
0004514153.tif 000004
【図４】
0004514153.tif 000005
【図５】
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