(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響空間の雑音に応じてオーディオ信号のラウドネスを制御するオーディオ装置において、
音響空間内の所定観測点で検出したオーディオ音と雑音との合成音信号より雑音信号を分離する雑音分離部と、
雑音のある環境におけるオーディオ信号のラウドネスを雑音のない環境におけるオーディオ信号のラウドネスに等しくするためのゲインをオーディオ信号レベルに対応させたゲイン・信号レベル特性を雑音レベル毎に記憶するゲイン・信号レベル特性記憶部と、
前記雑音分離部から出力する雑音信号の周波数帯域毎における雑音レベルをウェーブレット変換により算出する雑音レベル算出部と、
前記オーディオ信号の前記周波数帯域毎におけるオーディオ信号レベルをウェーブレット変換により算出する信号レベル算出部と、
前記雑音レベル算出部で算出された前記周波数帯域毎の雑音レベルに応じた前記ゲイン・信号レベル特性を前記ゲイン・信号レベル特性記憶部から抽出し、前記周波数帯域毎に前記オーディオ信号レベルに応じたゲインを決定するゲイン決定部と、
オーディオ信号の前記周波数帯域成分毎に前記ゲイン決定部で決定した前記周波数帯域毎のゲインを作用させる信号ゲイン制御部と、
前記信号ゲイン制御部から出力するオーディオ信号に応じたオーディオ音を音響空間に放射するスピーカーとを有し、
前記信号ゲイン制御部は、
オーディオ信号をウェーブレット変換して各周波数帯域毎に分離するウェーブレット変換部と、
オーディオ信号の各周波数帯域成分に前記各周波数帯域のゲインを乗算するゲイン乗算部と、
各ゲイン乗算部の出力を逆ウェーブレット変換する逆ウェーブレット変換部とにより構成されることを特徴とするオーディオ装置。
【請求項２】
前記スピーカーから前記観測点までのインパルス応答を測定する測定部と、
前記測定部で測定したインパルス方向に応じた係数が設定されて音響系を模擬し、入力オーディオ信号に音響系の特性を付与して出力する第１のフィルタと、
前記信号ゲイン制御部と同一特性を備え、前記第１のフィルタからの出力を補正する第２のフィルタとを有し、
前記雑音分離部は前記合成音信号と前記第２のフィルタの出力との演算により雑音信号を分離することを特徴とする請求項１に記載のオーディオ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雑音のある環境におけるオーディオ信号のラウドネスを雑音のない環境におけるオーディオ信号のラウドネスと等しくなるように制御するオーディオ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーオーディオ等のような騒音環境下で音楽を聴くシステムの場合、雑音により聴覚のマスキング現象（聞こえを邪魔する現象）が起こり、音楽が聞き取りにくくなる。このような問題に対処するため、従来より種々の装置、例えばオートボリューム装置やラウドネス補正装置が提案されてきた。
【０００３】
図１０はオートボリューム装置の一例を示す構成図で、１６はオーディオ信号が入力されるゲイン可変のゲイン制御部、１７はアンプ、１８はオーディオ信号に応じたオーディオ音を音響空間に放射するスピーカー、１９は音響空間内の所定観測点におけるオーディオ音と雑音との合成音信号を検出するマイクロホン、２０はオーディオ信号の平均レベルを算出する検波部、２１はマイクロホンにより検出された合成音信号（マイク信号）の平均レベルを算出する検波部、２２はマイク信号とオーディオ信号の平均レベルの差に基づいてゲインを決定するゲイン決定部である。検波部２０，２１はオーディオ信号とマイク信号の平均レベルをそれぞれ算出し、演算部２３はマイク信号平均レベルからオーディオ信号平均レベルを差し引き、ゲイン決定部２２は該差分を雑音平均レベル推定値とみなし、該雑音平均レベルに基づいてゲインを決定し、ゲイン制御部１６は決定されたゲインをオーディオ信号に乗算して出力する。この結果、雑音が大きくなればゲインが大きくなって音量が増大し、雑音が小さくなればゲインが小さくなり音量が減小する。
【０００４】
オートボリューム装置において、雑音平均レベル推定値を算出する原理は以下の通りである。オーディオ信号をＳ、雑音信号をＮとすると、マイクロホン１９で取り込まれる信号Ｍはオーディオ信号Ｓと雑音信号Ｎの重ね合わせであるため、
Ｍ＝Ｓ＋Ｎ
である。よってマイクロホンで取り込まれる信号平均パワーＥ［Ｍ2 ］は、
Ｅ［Ｍ2 ］＝Ｅ［（Ｓ＋Ｎ）2 ］
＝Ｅ［Ｓ2 ］＋２Ｅ［Ｓ・Ｎ］＋Ｅ［Ｎ2 ］
となる。ここで、Ｅ［・］は期待値演算子であり、長時間の平均を取ったことと等価である。マイクロホンで取り込まれる信号の平均パワーからオーディオ信号の平均パワーを差し引くことによって、
Ｅ［Ｍ2 ］−Ｅ［Ｓ2 ］
＝Ｅ［Ｓ2 ］＋２Ｅ［Ｓ・Ｎ］＋Ｅ［Ｎ2 ］−Ｅ［Ｓ2 ］
＝２Ｅ［Ｓ・Ｎ］＋Ｅ［Ｎ2 ］
となる。ここでオーディオ信号Ｓと雑音信号Ｎとは無相関であるため、長時間の平均をとることによってＥ［Ｓ・Ｎ］の項が０に近づき雑音信号Ｎの平均パワーが得られる。以上より、雑音平均レベル推定値の計算精度を良くするためには長時間の平均が必要である。
【０００５】
図１１はラウドネス補正装置の一例を示す構成図で、２４はオーディオ信号が入力されるゲイン可変のゲイン制御部、２５はアンプ、２６はオーディオ信号に応じたオーディオ音を音響空間に放射するスピーカー、２７は入力オーディオ信号のレベルに基づいてラウドネスレベル曲線にしたがって各周波数帯域のゲインを決定するゲイン決定部である。
【０００６】
人間の知覚する“音の大きさ（ラウドネス）”の単位はsoneであり、１ｋＨｚ、４０ｄＢの純音の大きさを１soneとする。人間の知覚に基づいているため、１soneに対して２soneは２倍の大きさに聞こえる。ラウドネスは音の強さだけでなく周波数スペクトルによっても変化する。図１２は、外部雑音の無い状態で、音圧レベルが１ｋＨｚ純音と同じラウドネスになる純音の音圧レベルを結んだもので等ラウドネスレベル曲線と呼ばれるものである。すなわち、等ラウドネスレベル曲線は、人が１ｋＨｚの正弦波と同じ大きさに聞こえる他の周波数のレベルをプロットしたものである。等ラウドネスレベル曲線は、レベルが小さくなるにしたがって低周波数域と高周波数域のレベルを持ち上げないと中間周波数域の音よりも小さく聞こえたり、音が聞こえなくなったりすることを示している。図１１のラウドネス補正装置では、等ラウドネスレベル曲線に基づいて入力オーディオ信号レベルが同じものでは同じ大きさに聞こえるようゲイン決定部２７で周波数毎のゲインを決定し、ゲイン制御部２４で該ゲインに基づいて周波数毎のレベル調整を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示すようなオートボリューム装置では、全周波数の音を一律にゲイン調整するため、自動車騒音のような低い周波数に騒音パワーが偏ったものに対しては音楽の低い周波数成分が聞こえず、逆に高い周波数成分が強く聞こえるという問題がある。また、騒音の平均レベルを全周波数帯域一律に算出しているため、騒音信号の時間変動が少ない低い周波数に合わせてレベル算出時間を設定した場合には、時間変動の激しい高い周波数についていけなくなり、逆に高い周波数に合わせてレベル算出時間を設定した場合には、低い周波数のレベルの算出誤差が大きくなるという問題もある。
【０００８】
また、図１１に示すようなラウドネス補正装置では騒音による影響を考慮していないため、騒音の変化に対応できない。更に、着目しているのが装置に入力された音楽信号だけなので、オーディオシステム又は車両が変わることにより補正量が最適でなくなることなどの問題がある。
以上から本発明の目的は、雑音の中であっても可能な限り雑音がない状態と同等に音楽等を聞くことができるオーディオ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、音響空間の雑音に応じてオーディオ信号のラウドネスを制御するオーディオ装置において、音響空間内の所定観測点で検出したオーディオ音と雑音との合成音信号より雑音信号を分離する雑音分離部と、雑音のある環境におけるオーディオ信号のラウドネスを雑音のない環境におけるオーディオ信号のラウドネスに等しくするためのゲインをオーディオ信号レベルに対応させたゲイン・信号レベル特性を雑音レベル毎に記憶するゲイン・信号レベル特性記憶部と、前記雑音分離部から出力する雑音信号の周波数帯域毎における雑音レベルをウェーブレット変換により算出する雑音レベル算出部と、前記オーディオ信号の前記周波数帯域毎におけるオーディオ信号レベルをウェーブレット変換により算出する信号レベル算出部と、前記雑音レベル算出部で算出された前記周波数帯域毎の雑音レベルに応じた前記ゲイン・信号レベル特性を前記ゲイン・信号レベル特性記憶部から抽出し、前記周波数帯域毎に前記オーディオ信号レベルに応じたゲインを決定するゲイン決定部と、オーディオ信号の前記周波数帯域成分毎に前記ゲイン決定部で決定した前記周波数帯域毎のゲインを作用させる信号ゲイン制御部と、前記信号ゲイン制御部から出力するオーディオ信号に応じたオーディオ音を音響空間に放射するスピーカーとを有し、前記信号ゲイン制御部は、オーディオ信号をウェーブレット変換して各周波数帯域毎に分離するウェーブレット変換部と、オーディオ信号の各周波数帯域成分に前記各周波数帯域のゲインを乗算するゲイン乗算部と、各ゲイン乗算部の出力を逆ウェーブレット変換する逆ウェーブレット変換部とにより構成されることを特徴とするオーディオ装置により解決する。
【００１０】
上記の構成に加えて、前記スピーカーから前記観測点までのインパルス応答を測定する測定部と、前記測定部で測定したインパルス応答に応じた係数が設定されて音響系を模擬し、入力オーディオ信号に音響系の特性を付与して出力する第１のフィルタと、前記信号ゲイン制御部と同一特性を備え、前記第１のフィルタからの出力を補正する第２のフィルタとを有することが好ましい。この場合、前記雑音分離部は前記合成音信号と前記第２のフィルタの出力との演算により雑音信号を分離する。
【００１１】
前記信号ゲイン制御部は、例えば、オーディオ信号をウェーブレット変換して各周波数帯域毎に分離するウェーブレット変換部と、オーディオ信号の各周波数帯域成分に前記各周波数帯域のゲインを乗算するゲイン乗算部と、各ゲイン乗算部の出力を逆ウェーブレット変換する逆ウェーブレット変換部とにより構成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の原理について説明し、その後本発明の実施の形態について説明する。
（ａ）原理
図１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))であり、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１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。但し、(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。
【００１３】
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、静かな環境で１２ｄＢ SPLの音をオーディオシステムから出力していた場合、(b) の雑音下では３７ｄＢ SPLの音をオーディオシステムから出力しなければ、同じ大きさの音と感じることができない。つまり、０．１soneの大きさに感じる音を雑音下で聞くためには、静かな環境で聞く場合に比べて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はならない。
【００１４】
このように、同じ雑音下であってもオーディオ信号のレベルによってゲインを変える必要がある。同じ雑音下でのオーディオ信号のレベルとゲインとの関係を示したグラフを図２（実線）に示す。図２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１(b) の雑音下においてオーディオ音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。この図で示すように、騒音下で静かな環境と同じように音を聞くためには、物理的な音圧SPL に応じてゲインを変化させる必要がある。なお、図中破線は、実線で示すゲイン・信号レベル特性曲線を直線近似したものである。
【００１５】
本発明のシステムでは、予めさまざまな騒音下における図２のようなオーディオ信号のレベルとゲインとの関係（以下、ゲインテーブルという）を調べておいて、それをメモリ等に記録しておく。そして、車室内の騒音を調べてその状態に応じたゲインテーブルを選び、そのゲインテーブルを用いてオーディオ信号のレベルから最適なゲインを算出し、そのゲインをオーディオ信号に加えることによって、騒音の中であっても、静かな環境と同等の大きさ（体感的な音量）で音楽等を聞くことができる。
【００１６】
また、本発明においては、雑音のレベル及びオーディオ音のレベルの算出に、ウェーブレット変換を用いる。ウェーブレット変換は、雑音及びオーディオ音を人間の聴覚特性に沿った周波数帯域に分割し、各周波数帯域の雑音レベル及びオーディオ音レベルを算出することができる。これにより、周波数帯域毎にオーディオ信号のレベルを適切に補正することができる。なお、ウェーブレット変換の詳細は後述する。
【００１７】
（ｂ）構成
図３は本発明の実施の形態のオーディオ装置の構成図である。なお、本実施の形態は、本発明を車載用オーディオ装置に適用した例を示している。図中、１はＣＤプレーヤ等のオーディオソース、２は音量調整用のボリューム、３はオーディオ信号の帯域毎に最適なゲインを加えるオーディオ信号補正用フィルタ、４はオーディオ信号を増幅するアンプ、５はアンプ４から出力されたオーディオ信号を音響空間（車室）に放射するスピーカー、７は音響空間内の所定の位置（観測点）におけるオーディオ音と雑音との合成音を検出して電気信号（合成音信号）に変換するマイクロホンである。フィルタ３についての詳細は後述する。
【００１８】
６はマイクロホン７から出力される合成音信号から雑音信号を分離して出力するとともに、オーディオ信号に音響空間内の伝播特性（伝達特性）を付与して出力する信号分離部である。８は雑音信号と、オーディオ信号（音楽信号）が入力され、周波数帯域毎の最適なゲインを計算してフィルタ３の係数（ゲイン）を書き換えるラウドネス補償ゲイン算出部である。ラウドネス補償ゲイン算出部８内のメモリＭＭには、図２に示すような雑音レベル毎のゲインテーブルが記録されている。なお、ゲイン・信号レベル特性曲線に替えて、図２中に破線で示す直線近似の式を記憶してもよい。このラウドネス補償ゲイン算出部８の詳細も後述する。
【００１９】
９は車室内の音響系Ｃのインパルス応答を同定するために白色雑音を発生する白色雑音源、１０は音響空間のインパルス応答同定時に白色雑音を信号分離部６に入力するスイッチである。１１は混合器であり、後述するインパルス応答の同定時には白色雑音源９から出力された白色雑音信号を次段のアンプ４に伝達し、通常動作時には補正用フィルタ３から入力したオーディオ信号を次段のアンプ４に伝達する。
【００２０】
信号分離部６において、６ａはスピーカー５からマイクロホン７に至るまでの音響系Ｃのインパルス応答を模擬するフィルタ、６ｂは補正用フィルタ３と同じ構成のフィルタであり、フィルタ３の係数が変わるたびにフィルタ６ｂの係数も書き換えられる。６ｃは加算器であり、マイクロホン７の出力からフィルタ６ｂの出力を減算して雑音成分のみを取り出す。これは、本発明の原理に基づくシステムが、雑音成分と音楽信号成分とを分離して、それぞれのレベルを知る必要があるためである。６ｄは音響系Ｃのインパルス応答を同定するための適応制御装置であり、適応制御部６１及び適応フィルタ６２により構成される。適応制御装置６ｄは、例えばＬＭＳ（Least Mean Square)適応アルゴリズムによる適応制御を行って音響系Ｃのインパルス応答（伝達特性）Ｃ＾を同定し、該インパルス応答Ｃ＾に応じた係数をＦＩＲ（Finite Impulse Responce ）型デジタルフィルタ構成の適応フィルタ６２に設定する。６ｅは混合器であり、後述するようにインパルス応答の同定時にはフィルタ６ｄから入力される白色雑音信号を次段の加算器６ｃに伝達し、通常動作時にはフィルタ６ｂから入力されるオーディオ信号を次段の加算器６ｃに伝達する。
【００２１】
（ｃ）音響系Ｃのインパルス応答の同定
通常動作を開始する前に音響系Ｃのインパルス応答を同定してフィルタ６ｂに設定する必要がある。図４は音響系Ｃのインパルス応答の同定説明図であり、インパルス応答の同定に関係する信号経路を太線で示している。
音響系Ｃのインパルス応答の同定に際して、オーディオソース１をオフにしてオーディオ信号の出力を停止する。これにより、オーディオ信号補正用フィルタ３，６ｂ及びラウドネス補償ゲイン算出部８は同定制御に何らの影響を与えない。
【００２２】
かかるオーディオ信号の停止状態において、白色雑音源９で白色雑音信号を発生させ、かつ、スイッチ１０をオンする。これにより、白色雑音信号はアンプ４を通ってスピーカー５に至り、音響空間（車室内）に音として放射される。音響空間内に放出された白色雑音は周囲の雑音とともにマイクロホン７により検出され、マイクロホン７から合成音信号が出力される。また、白色雑音源９から出力された白色雑音信号は適応制御装置６ｄに入力され、適応フィルタ６２でフィルタリング処理が施される。演算部６ｃはマイクロホン７から出力される合成音信号から適応フィルタ６２の出力信号を減算し、その差を誤差信号ｅとして適応制御装置６ｄにフィードバックする。適応制御部６１は誤差信号ｅのパワーが最小になるようＬＭＳ適応アルゴリズムによる適応制御を行って適応フィルタ６２の係数を設定する。以後、上記適応制御が繰り返され、最終的に適応フィルタ６２の出力とマイクロホン７の出力とが等しくなり、これにより適応フィルタ６２に音響系Ｃのインパルス応答Ｃ＾（厳密には、アンプ４の入力からマイクロホン７までのインパルス応答（伝達特性））が設定される。
【００２３】
音響系Ｃのインパルス応答の同定が終了した後、フィルタ６ａに適応フィルタ６２の係数をコピーし、スイッチ１０をオフして通常動作可能状態にする。このような音響系Ｃのインパルス応答の同定制御は、ユーザが製品を車両に取り付けたときなどに行う。この同定制御を行うことによって、ユーザ毎に異なるアンプ４のゲイン特性や音響系の周波数特性を補正することができる。
【００２４】
（ｄ）通常動作
通常動作において、フィルタ６ａはボリューム２から入力するオーディオ信号に音響系Ｃのインパルス応答特性Ｃ＾を付与して、観測点（マイクロホン位置）におけるオーディオ信号を発生し、ラウドネス補償ゲイン算出部８に入力する。また、演算部６ｃはマイクロホン７から出力される合成音信号からオーディオ信号成分を減算して雑音信号を抽出し、ラウドネス補償ゲイン算出部８に入力する。
【００２５】
ラウドネス補償ゲイン算出部８は、雑音信号が入力されると該雑音信号の各周波数帯域毎のレベルを算出し、オーディオ信号が入力されると該オーディオ信号の各周波数帯域毎のレベルを算出する。ついで、ラウドネス補償ゲイン算出部８は、雑音レベルに応じたゲイン・信号レベル特性をメモリＭＭから選択し、該ゲイン・信号レベル特性を参照して周波数帯域毎のオーディオ信号レベルに応じたゲイン（係数）を決定して補正用フィルタ３に設定し、同時にフィルタ６ｂに該ゲインをコピーする。すなわち、ラウドネス補償ゲイン算出部８は、雑音が発生している環境におけるオーディオ信号のラウドネスを、雑音のない環境におけるオーディオ信号のラウドネスに等しくするためのゲインを周波数帯域毎に決定して補正用フィルタ３及びフィルタ６ｂに設定する。
【００２６】
補正用フィルタ３，６ｂは入力オーディオ信号の各周波数帯域成分に前記各周波数帯域のゲインを加えて出力する。以後、上記と同一の制御が繰り返され、雑音の中であっても可能な限り雑音が無い状態と同等にカーオーディオ等の音楽を楽しめるようになる。
（ｅ）ラウドネス補償ゲイン算出部
ラウドネス補償ゲイン算出部８は、予め種々の雑音レベルにおけるゲイン・信号レベル特性をメモリＭＭに記憶しておき、実際の車室内の雑音レベルに応じたゲイン・信号レベル特性を選び、該ゲイン・信号レベル特性を参照してオーディオ信号レベルに応じた最適なゲインを周波数帯域毎に算出して出力する。
【００２７】
図５はかかるラウドネス補償ゲイン算出部８の構成図であり、８１はウェーブレット変換により各周波数帯域における雑音信号の平均値を出力する第１のウェーブレット変換演算部、８２はウェーブレット変換により各周波数帯域におけるオーディオ信号の平均値を出力する第２のウェーブレット変換演算部、８３は雑音レベル調整部であり、周知の周知のZwicker のラウドネス算出方法（ＩＳＯ５３２Ｂ）やStevens のラウドネス算出手法（ＩＳＯ５３２Ａ）を用いて、人間の聴覚特性を加味して各周波数毎の雑音信号レベルを調整する。８４は周波数帯域毎に、雑音レベルに応じたゲイン・信号レベル特性を選択するゲイン・信号レベル特性選択部、８５は種々の雑音レベルにおけるゲイン・信号レベル特性（図２）をメモリＭＭに記憶するとともに、雑音レベルに応じたゲイン・信号レベル特性を参照してオーディオ信号レベルに応じた最適なゲインを周波数帯域毎に出力する周波数帯域ゲイン決定部である。
【００２８】
雑音のパワースペクトルは平坦ではなく、全周波数帯域にわたって一様にオーディオ音がマスキングを受けるわけではない。すなわち、各周波数帯域の雑音レベルによりマスキングを受ける度合いが異なるため、周波数帯域毎にそれぞれゲインを算出して対応する必要がある。この場合、ある周波数の雑音は同じ周波数のオーディオ音だけでなくそれより上の周波数のオーディオ音に対してもマスキングを生じさせる。このため、雑音レベル調整部８３は、上述の如く、Zwicker のラウドネス算出方法やStevens のラウドネス算出手法を用いて、人間の聴覚特性を加味して、各周波数帯域毎の雑音信号レベルを調整する。
【００２９】
以下、ウェーブレット変換について説明する。
ウェーブレット変換とは、短時間フーリエ変換が下記（１）式で定義されるのに対し、下記（２）式で定義されるものである。
【００３０】
【数１】
0004522509.tif 000002
【００３１】
但し、Ｗ（ｔ−ｂ）は窓関数である。
【００３２】
【数２】
0004522509.tif 000003
【００３３】
（２）式において、（Ψ（ｘ−ｂ）／ａ）をマザーウェーブレットと呼び、例えば図６のような関数である。図６において、ａはスケールパラメータと呼び、マザーウェーブレットをａ倍に伸縮するパラメータである。ｂはマザーウェーブレットをｂだけ平行移動させるパラメータである。
ここで、図７に示すように正弦波に対してさまざまな時間長を持つ窓関数をかけて周波数解析した結果を考える。図の上側が時間波形で、下がそれに対応する周波数スペクトルである。この図を見てわかるように、時間窓長が広くなるようにａの値をとったときに、周波数解析の精度がよくなり、時間窓が狭くなるにつれて周波数解析の精度が悪くなる。逆に、周波数解析の精度を上げようとすると時間窓長を長くとらなくてはならず、時間解析の精度が悪くなる。
【００３４】
ウェーブレット変換とは、低い周波数のような、時間変動が少なく（換言すれば、時間解析精度は低くてもよい）、人間の耳では周波数分解能が高いところではスケールパラメータａを長くとって周波数分解能を高めて逆に時間分解能を落とし、高い周波数のような、時間変動が大きく（換言すれば、高い時間解析精度が必要）、人間の耳では周波数分解能が低いところではスケールパラメータａを短くとって時間分解能を高めて逆に周波数分解能を落として解析するものであり、人間の聴覚特性により近い解析を行うことができる。これに対して、短時間フーリエ変換は時間分解能及び周波数分解能がすべての周波数で一定である。
【００３５】
ウェーブレット変換と短時間フーリエ変換の時間分解能及び周波数分解能の比較を図８に示す。同図には、フーリエ変換の場合と時間信号の場合も併せて示してある。図８において、横軸は時間ｔ、縦軸は角周波数ω（周波数ｆ＝１／Ｔ＝ω／２π）である。すなわち、フーリエ変換の場合は、周波数分解能が高いものの、時間に対する情報は全くない。時間波形で表現した場合は周波数を解析することができない。短時間フーリエ変換では、周波数分解能及び時間分解能が全ての周波数で一定である。これらに対し、ウェーブレット変換では、周波数が高い領域では周波数分解能が低いかわりに時間分解能を高くし、周波数が低い領域では時間分解能が低いかわりに周波数分解能を高くすることができる。このように、ウェーブレット変換では、周波数に応じて時間分解能及び周波数分解能が変化する。
【００３６】
（ｆ）補正用フィルタ
補償用フィルタ３はラウドネス補償ゲイン算出部８から出力する周波数帯域毎のゲインをオーディオ信号に加えるものである。
図９は補正用フィルタの構成図であり、３１はウェーブレット変換演算部、３２は多数のゲイン可変アンプAMP1〜AMPnを備え、オーディオ信号の各周波数帯域成分にラウドネス補償ゲイン算出部８から出力する各周波数帯域のゲインを乗算して出力するゲイン可変部、３３はゲイン可変アンプ部の出力信号を逆ウェーブレット変換する逆ウェーブレット変換演算部である。
【００３７】
ウェーブレット変換演算部３１は、オーディオ信号をウェーブレット変換して各周波数帯域毎に分離出力する。ゲイン可変部３２はそれぞれの周波数帯域の出力信号に、ラウドネス補償ゲイン算出部８から出力する対応する周波数帯域のゲインを乗算する。逆ウェーブレット変換演算部３３はこれらゲイン調整された各周波数帯域の信号を逆ウェーブレット変換することにより合成して出力する。以上により、入力オーディオ信号の各周波数帯域成分毎にマスキングを補償するようにゲイン制御を施し、雑音環境であっても可能な限り雑音が無い状態に近づけることが可能になる。
【００３８】
但し、ゲインが時間的に急激に変化すると出力波形が不連続になってしまう。このため、次式
Ｇ（ｎ）＝αＧ（ｎ−１）＋βＧm
にしたがってゲインを制御することによりゲインを徐々に更新し、急激なゲインの変化が生じないようにすることが好ましい。但し、上式において、Ｇ（ｎ）は時間ｎにおけるゲイン特性、Ｇ（ｎ−１）は時間（ｎ−１）におけるゲイン特性、Ｇm はラウドネス補償ゲイン算出部で算出されたゲイン特性である。また、α，βは、α＋β＝１を満足する係数である。
【００３９】
上記の実施の形態では本発明を車載用オーディオ装置に適用した例を示したが、これにより本発明が車載用オーディオ装置に限定されるものではない。本発明は、車載用オーディオ装置の他、ホームオーディオ装置やその他のオーディオ装置に適用することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、雑音信号及びオーディオ信号をウェーブレット変換して各周波数帯域毎の雑音レベル及びオーディオ信号レベルを検出するので、人間の聴覚特性の近い状態で雑音に応じた周波数帯毎のオーディオ信号のレベル調整を行うことができる。また、本発明によれば、予め種々の雑音レベルにおけるゲイン・信号レベル特性をゲイン・信号レベル特性記憶部に記憶しておき、実際の音響空間の雑音に応じたゲイン・信号レベル特性を選び、該ゲイン・信号レベル特性を参照してオーディオ信号レベルに応じた適切なゲインを算出し、そのゲインをオーディオ信号に加えるようにしたので、雑音の中であっても、静かな環境と同等に音楽等を楽しむことができる。
【００４１】
また、本発明においては、スピーカーから観測点までの音響系インパルス応答を測定し、該インパルス応答に応じた係数をフィルタに設定して音響系を模擬し、該フィルタにオーディオ信号を入力して音響系の特性を付与して出力し、観測点で検出された合成音信号より該フィルタ出力を減算して雑音信号を出力するようにしたから、車両が変わってアンプや音響空間のゲイン、周波数特性が変化する場合であっても的確に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ラウドネス曲線の説明図である。
【図２】図２は、ゲイン・信号レベル特性図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態のオーディオ装置の構成図である。
【図４】図４は、音響空間のインパルス応答の同定方法を示す説明図である。
【図５】図５は、ラウドネス補償ゲイン算出部の構成図である。
【図６】図６は、マザーウェーブレットの例を示す図である。
【図７】図７は、正弦波に窓関数をかけて周波数解析した結果を示す図である。
【図８】図８は、フーリエ変換、時間波形、短時間フーリエ変換及びウェーブレット変換による時間−周波数分解能の比較を示す図である。
【図９】図９は、補正用フィルタの構成図である。
【図１０】図１０は、オートボリューム装置の一例を示す構成図である。
【図１１】図１１は、ラウドネス補正装置の一例を示す構成図である。
【図１２】図１２は、自由音場における最小可聴値と純音等ラウドネスレベル曲線を示す図である。
【符号の説明】
１  オーディオソース、
２  音量調整用ボリューム、
３  補正用フィルタ、
４  アンプ、
５  スピーカー、
６  信号分離部、
７  マイクロホン、
８  ラウドネス補償ゲイン算出部、
９  白色雑音源、
１０  スイッチ、
３１，８１，８２  ウェーブレット変換演算部、
３２  ゲイン可変部、
３３  逆ウェーブレット変換演算部、
８３  雑音レベル調整部、
８４  ゲイン・信号レベル特性選択部、
８５  周波数帯域ゲイン決定部。
【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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