(57)【要約】【課題】より高速に、スペクトルマスキングの影響を反映したラウドネスの計測を行う。【解決手段】収音装置１の疑似蝸牛管１１は、渦巻き状の蝸牛をまっすぐに引き延ばした蝸牛を模した形状を有しており、入り口側（左側）が径が大きく、吸音箱１３に連結された奥側（右側）の径が小さい、中空の円錐台形状を有している。振動シート１２は、蝸牛の基底膜３０１を模したシートであり、入り口側（左側）から奥側（右側）に向かって厚みが厚く、幅が広くなる、おおよそ台形のシートであり、疑似蝸牛管１１の内側に固定されている。３１個の振動センサ１４は、振動シート１２の上に、入り口側（左側）から奥側（右側）に向かって順次配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音を収音し、収音した音の各周波数帯域毎の成分を表す帯域毎信号を出力する収音装置であって、
中空部を有する疑似蝸牛管と、
前記疑似蝸牛管の中空部内の径方向中央部に、前記疑似蝸牛管の軸方向に沿って配置された振動シートと、
前記振動シートの振動を検知する複数のセンサとを有し、
前記疑似蝸牛管の一方の端側を入り口側、他方の端側を奥側として、前記収音する音は、前記入り口側から前記疑似蝸牛管の中空部内に進行し、
前記振動シートは、前記入り口側から前記奥側に向かって幅が大きくなる形状を有し、
前記複数のセンサは前記振動シート上に、前記入り口側から前記奥側に向かって配列され、当該複数のセンサの各々は、相互に異なる周波数帯域についての前記帯域毎信号を出力することを特徴とする収音装置。
【請求項２】
請求項１記載の収音装置であって、
前記疑似蝸牛管は、径の大きな方の底面側を前記入り口側とし、径の小さな方の底面側を前記奥側とする、中空の円錐台形状を有することを特徴とする収音装置。
【請求項３】
請求項２記載の収音装置であって、
前記疑似蝸牛管の前記円錐台形状の各底面は開口しており、前記疑似蝸牛管の前記奥側の底面の開口は音を吸収する吸音装置に連結していることを特徴とするラウドネス計測装置。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の収音装置であって、
前記振動シートには、複数のスリットが前記複数のセンサの配列方向と同方向に配列された形態で設けられており、前記複数のセンサの配列方向について、隣接する前記スリットの間に前記センサが位置していることを特徴とする収音装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４記載の収音装置と、計測装置とを有し、
前記計測装置は、前記収音装置が出力した各周波数帯域の音信号に基づいて、前記収音した音のラウドネスを算出することを特徴とするラウドネス計測装置。
【請求項６】
請求項５記載のラウドネス計測装置であって、
前記計測装置は、
前記各周波数帯域の帯域毎信号から、当該周波数帯域と当該帯域毎信号の大きさとに応じて、前記収音した音の当該周波数帯域の成分のラウドネスを算出すると共に、各周波数帯域の帯域毎信号から算出したラウドネスを加算して、前記収音した音全体のラウドネスを算定する聴覚周波数特性模擬部を有することを特徴とするラウドネス計測装置。
【請求項７】
請求項６記載のラウドネス計測装置であって、
前記聴覚周波数特性模擬部が算出した前記収音した音全体の各時間区間のラウドネスの大きさに応じて、各時間区間について算出されたラウドネスを、所定の時間マスキング特性に従ってマスクする時間マスキング模擬部を有することを特徴とするラウドネス計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人の聴覚上の音の大きさであるラウドネスを計測する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人の聴覚上の音の大きさであるラウドネスを計測する技術としては、マイクロフォンで収音した音声を周波数帯域毎の成分に分解し、各周波数帯域の音の大きさを、スペクトルマスキングの影響を考慮した聴覚上の音の大きさに変換した上で、全周波数帯域の聴覚上の音の大きさを算出する技術が知られている（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
ここで、スペクトルマスキングとは、各周波数帯域の音が、近傍の周波数帯域の小さな音をマスクし、聴こえないか聴こえにくくしてしまうという現象である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１-１４２２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したマイクロフォンで収音した音声を周波数帯域毎の成分に分解し、各周波数帯域の音の大きさをスペクトルマスキングの影響を考慮した聴覚上の音の大きさに変換した上で、全周波数帯域の聴覚上の音の大きさを算出する技術によれば、スペクトルマスキングの影響を反映するために、各周波数帯域毎に、当該周波数帯域の聴覚上の音の大きさを、当該周波数帯域及び周辺の周波数帯域の音の大きさを考慮して算出するという、煩雑で処理負荷の大きな処理を行わなければならず、高速またはリアルタイムにラウドネスの計測を行うことが容易ではなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、より高速に、スペクトルマスキングの影響を反映したラウドネスの計測を行うことができるラウドネス計測装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題達成のために、本発明は、音を収音し、収音した音の各周波数帯域毎の成分を表す帯域毎信号を出力する収音装置に、中空部を有する疑似蝸牛管と、前記疑似蝸牛管の中空部内の径方向中央部に、前記疑似蝸牛管の軸方向に沿って配置された振動シートと、前記振動シートの振動を検知する複数のセンサとを設けたものである。ただし、前記疑似蝸牛管の一方の端側を入り口側、他方の端側を奥側として、前記収音する音は、前記入り口側から前記疑似蝸牛管の中空部内に進行し、前記振動シートは、前記入り口側から前記奥側に向かって幅が大きくなる形状を有するものである。また、前記複数のセンサは前記振動シート上に、前記入り口側から前記奥側に向かって配列され、当該複数のセンサの各々は、相互に異なる周波数帯域についての前記帯域毎信号を出力するものである。
【０００８】
ここで、このような収音装置において、前記疑似蝸牛管は、径の大きな方の底面側を前記入り口側とし、径の小さな方の底面側を前記奥側とする、中空の円錐台形状を有するものとしてもよい。また、この場合には、前記疑似蝸牛管の前記円錐台形状の各底面は開口し、前記疑似蝸牛管の前記奥側の底面の開口は音を吸収する吸音装置に連結しているものとしてもよい。
【０００９】
また、このような収音装置において、前記振動シートには、複数のスリットが前記複数のセンサの配列方向と同方向に配列された形態で設けるようにしてもよい。ただし、前記複数のセンサの配列方向について、隣接する前記スリットの間に前記センサが位置するように各スリットは設ける。このようにすることにより、振動シートが振動し易くなり、より感度良く音を収音することができるようになる。
ここで、本発明は、併せて、このような収音装置と、計測装置とを備え、前記計測装置において、前記収音装置が出力した各周波数帯域の音信号に基づいて、前記収音した音のラウドネスを算出する計測装置も提供する。
【００１０】
ここで、このようなラウドネス計測装置は、前記計測装置に、前記各周波数帯域の帯域毎信号から、当該周波数帯域と当該帯域毎信号の大きさに応じて、前記収音した音の当該周波数帯域の成分のラウドネスを算出すると共に、各周波数帯域の帯域毎信号から算出したラウドネスを加算して、前記収音した音全体のラウドネスを算定する聴覚周波数特性模擬部を設けることも好ましい。
【００１１】
また、この場合には、計測装置に、さらに、前記聴覚周波数特性模擬部が算出した前記収音した音全体の各時間区間のラウドネスの大きさに応じて、各時間区間について算出されたラウドネスを、所定の時間マスキング特性に従ってマスクする時間マスキング模擬部を設けることも好ましい。
【００１２】
以上のような収音装置によれば、収音装置の疑似蝸牛管と振動シートは、人間の聴覚器官である蝸牛と基底膜を模した構造を備えているので、振動シートに配列した各センサによって、収音した音の周波数帯域毎の成分を表す帯域毎信号を、スペクトルマスキングの影響を反映した状態で生成することができる。よって、このような収音装置を用いたラウドネス計測装置では、スペクトルマスキングの算出を行う必要がなくなり、スペクトルマスキングの影響を反映したラウドネスの計測を高速に行うことができるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、より高速に、スペクトルマスキングの影響を反映したラウドネスの計測を行うことができるラウドネス計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るラウドネス計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る収音装置の構造を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る収音装置の機能を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係る聴覚周波数特性模擬部の機能を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態に係る時間マスキング模擬部の機能を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係る振動シートの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1に、本実施形態に係るラウドネス計測装置の構成を示す。
図示するように、ラウドネス計測装置は、収音装置１と、計測装置２とより構成される。
収音装置１は、音を収音し、収音した音の20Hzから20kHzまでの３１個の１/３オクターブバンドの各々の周波数帯域の成分を表す音信号を出力し、計測装置２は、３１個の各周波数帯域の音信号からラウドネスを算出し出力する。
【００１６】
また、計測装置２は、聴覚周波数特性模擬部２１、時間マスキング模擬部２２、ラウドネス出力部２３を備えている。
そして、聴覚周波数特性模擬部２１は、３１個の各周波数帯域の音信号のそれぞれに対応して設けた３１個の帯域毎ラウドネス変換部２１１と、加算器２１２とを備えている。また、各帯域毎ラウドネス変換部２１１は、ゲイン制御回路２１１１と、可変アンプ２１１２とを備えている。
【００１７】
また、時間マスキング模擬部２２は、遅延部２２１と、マスク制御部２２２と、可変増幅器２２３を備えている。
以下、収音装置１の詳細について説明する。
図２に、収音装置１の構成を示す。
図中、ａは収音装置１の外観を、ｂは収音装置１の側面を、ｃは収音装置１の前面を、ｄは収音装置１の上面を表している。
【００１８】
図示するように、収音装置１は、疑似蝸牛管１１と、振動シート１２と、吸音箱１３と、３１個の振動センサ１４とを備えている。
ここで、図３ａに人間の聴覚器官の構成を示す。
図示するように、人間の耳から入った音は外耳道を通り、鼓膜、耳小骨を振動させて蝸牛に到達する。蝸牛は音の周波数分解を行っている器官で、それがカタツムリの殻のように巻いた形をしている。また、蝸牛内部には、渦巻き状の管状の中空部があり、この中空部は、基底膜３０１という膜で上下２つに分けられている。
【００１９】
図３ｂ１、ｂ２は、渦巻き状の管をまっすぐに引き延ばして、基底膜の膜面と平行な方向と垂直な方向との２方向から見たようすを示したものである。
【００２０】
さて、図３ｂ１、ｂ２において、蝸牛に到達した振動は基底膜３０１を振動させながら蝸牛入り口（左側）から奥（右側）へ進み、基底膜３０１上にある神経細胞を興奮させる。このとき大きく振動する部分は入ってくる音の周波数によって異なり、高い周波数の音の場合には入り口付近で、低い場合には奥のほうで大きな振幅となる。
【００２１】
さて、図２ｂの断面線Ａ-Ａによる疑似蝸牛管１１の断面を表す図２ｅにも示すように、疑似蝸牛管１１は、図３ｂ１、ｂ２に示した蝸牛の渦巻き状の管をまっすぐに引き延ばした管を模した形状を有しており、入り口側（左側）が径が大きく、吸音箱１３に連結された奥側（右側）の径が小さい円錐台形状を有している。
【００２２】
そして、疑似蝸牛管１１の入り口側は開口しており、当該開口より計測対象の音が疑似蝸牛管１１の内側に取り入れられる。また、疑似蝸牛管１１の奥側も開口しており、当該開口より疑似蝸牛管１１を通った音は、吸音箱１３に送られ吸収される。
【００２３】
次に、振動シート１２は、基底膜３０１を模したシートであり、入り口側（左側）から奥側（右側）に向かって厚みが厚く、幅が広くなる、おおよそ台形のシートである。ただし、振動シート１２の厚みは一律としてもよい。
【００２４】
そして、振動シート１２は、疑似蝸牛管１１の入り口側（左側）の開口部に設けた梁１１１と、疑似蝸牛管１１の奥側（右側）の開口部に設けた梁１１２とに疑似蝸牛管１１の軸方向の端部となる辺が固定された形態で、疑似蝸牛管１１の内側に設けられている。また、振動シート１２の疑似蝸牛管１１の径方向の端部となる二つの辺のうちの一方の辺の全体は、疑似蝸牛管１１の内壁に固定されており、他方の辺は奥側（右側）において部分的に疑似蝸牛管１１の内壁に固定されている。
【００２５】
そして、３１個の振動センサ１４は、振動シート１２の上に、振動シート１２の全体が疑似蝸牛管１１の内壁に固定された辺に沿って、入り口側（左側）から奥側（右側）に向かって配置される。また、図示を省略したが各振動センサ１４の出力は、疑似蝸牛管１１の外側に引き出され、計測装置２に接続される。
【００２６】
ここで、上述のように蝸牛の基底膜３０１は、高い周波数の音の場合には入り口付近で、低い場合には奥のほうで大きな振幅で振動する。そして、このような蝸牛と基底膜３０１を模した、疑似蝸牛管１１と振動シート１２においても、振動シート１２は基底膜３０１と同様に、高い周波数の音の場合には入り口付近で、低い場合には奥のほうで大きな振幅で振動する。よって、３１個の振動センサ１４を、振動シート１２の上の適当な位置に配置することにより、３１個の振動センサ１４で、20Hzから20kHzまでの３１個の、１/３オクターブバンドの各々の周波数帯域の音信号を生成し、計測装置２に出力することができる。
【００２７】
さて、次に、このような収音装置１によれば、スペクトルマスキングも模擬することができる。
ここで、スペクトルマスキングとは、上述のように、各周波数帯域の音が、近傍の周波数帯域の小さな音をマスクし、聴こえないか聴こえにくくしてしまう現象である。
すなわち、図３ｃ１に示すように、周波数が離れた二つの音Ａ、Ｂのラウドネスは、図示するように二つの音Ａ、Ｂの大きさに対してそれぞれ定まる図３ｃ１に灰色で示した二つの概略台形の領域の面積の和となるのに対して、図３ｃ２に示すように、周波数が近接する二つの音Ａ、Ｂのラウドネスは、図３ｃ２に灰色で示した領域の面積、すなわち、二つの音Ａ、Ｂの大きさに対して定まる二つの概略台形の領域の和から、二つの概略台形の領域の重複部分の面積を引いた大きさとなる。
【００２８】
このようなスペクトルマスキングは、基底膜３０１は、ある周波数の音に対して、膜上の１点のみが振動するわけではなく、近傍の点も振動することが原因であると考えられている。
【００２９】
よって、蝸牛と基底膜３０１とを模した疑似蝸牛管１１と振動シート１２においても同様な現象が生じるので、本実施形態に係る収音装置１によれば、スペクトルマスキングの影響を反映した、各周波数帯域毎の音信号を出力できることとなる。
【００３０】
なお、以上のような収音装置１において、振動シート１２の上に配列するセンサとしては、振動センサ１４に代えて、マイクロフォンや加速度センサなども用いることができる。また、振動シート１２の上に配列するセンサとしてはMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)として作成されたものなどを用いることができる。
【００３１】
さて、図１に戻り、計測装置２の聴覚周波数特性模擬部２１の３１個の帯域毎ラウドネス変換部２１１は、対応する周波数帯域の音信号を、その音信号の聴覚上の大きさを表す帯域毎ラウドネス信号に変換する。
【００３２】
すなわち、図４の等ラウドネス曲線に示すように、各周波数帯域毎に、音信号が表す音圧レベル(dB)と、その音圧レベルの音が聴こえる聴覚上の大きさ（Phon）との標準的な関係は既知である。そこで、各帯域毎ラウドネス変換部２１１の、ゲイン制御回路２１１１は、対応する周波数帯域の音信号のレベルに応じて、図４に示したような関係に従って可変アンプ２１１２のゲインを制御し、対応する周波数帯域の音信号を、対応する周波数帯域のラウドネスを表す帯域毎ラウドネス信号に変換する。
【００３３】
たとえば、10kHzの音信号に対応する帯域毎ラウドネス変換部２１１は、入力された音の対応する周波数帯域の音信号の音圧レベルが10dBであれば、（10kHz、10dB）は、図４に白丸４０１で示すように、10Phonのラウドネス曲線上にあるので、10Phonを表す帯域毎ラウドネス信号を出力する。
【００３４】
次に、計測装置２の聴覚周波数特性模擬部２１の加算器２１２は、３１個の帯域毎ラウドネス変換部２１１が出力した帯域毎ラウドネス信号を加算し、ラウドネス信号として、時間マスキング模擬部２２に出力する。
【００３５】
さて、このようにして聴覚周波数特性模擬部２１からラウドネス信号を受け取った時間マスキング模擬部２２は、時間マスキングを模擬する。
ここで、時間マスキングとは、図５に示すように、大きなラウドネスの音が時間Ｔ発生すると、時間Ｔの前のTpreで示した逆行マスキング期間と、時間Ｔの後のTpostで示した順向マスキング期間、曲線５０１、５０２で示されるラウドネス以下の小さなラウドネスの音がマスキングされて聞こえなくなってしまう現象である。
【００３６】
ここで、時間マスキング模擬部２２は、マスク制御部２２２で聴覚周波数特性模擬部２１から入力するラウドネス信号を監視しながら可変増幅器２２３のゲインを制御して、遅延部２２１で遅延させたラウドネス信号の大きさを、監視結果に応じて定まる時間マスキングの影響が反映されるように調整することにより、時間マスキングの影響をラウドネス信号に反映し、可変増幅器２２３から出力される時間マスキングの影響を反映後のラウドネス信号を計測ラウドネス信号としてラウドネス出力部２３に出力する。
【００３７】
そして、計測装置２のラウドネス出力部２３は、時間マスキング模擬部２２から入力された計測ラウドネス信号が表すラウドネスの値を表示したり記憶する処理を行う
以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上の実施形態における収音装置１の振動シート１２には、複数のスリットを設けることも好ましい。
【００３８】
すなわち、図２ｂの断面線Ａ-Ａによる疑似蝸牛管１１の断面を表す図６ａ、図６ａにおいて点線で囲んだ振動シート１２の部分を拡大して表した図６ｂに示すように、振動センサ１４の並び方向と垂直な方向にのびる複数のスリット（切れ目）１２１を振動シート１２に設ける。ここで、各スリット１２１は、各振動センサ１４の並び方向について隣接するスリット１２１の間の略中央の位置に、一つの振動センサ１４が位置するように設ける。また、各スリット１２１の長さは、当該スリット１２１の方向の振動シート１２の長さ（幅）より短くする。すなわち、たとえば、図示したように、振動シート１２の疑似蝸牛管１１の径方向の端部となる二つの辺のうちの疑似蝸牛管１１の内壁に全体が固定されていない辺側に部分的に各スリット１２１を設ける。
【００３９】
また、上述のように各振動センサ１４が１/３オクターブバンドの各々の周波数帯域の音信号を生成するように、すなわち、振動シート１２の各振動センサ１４の位置の振動の周波数が、当該振動センサ１４が音信号を生成する周波数帯域の中心周波数となるように、各スリット１２１は設ける。
このように複数のスリット１２１を設けることにより、振動シート１２が振動し易くなり、収音装置１によって、より感度良く音を収音することができるようになる。
【符号の説明】
【００４０】
１…収音装置、２…計測装置、１１…疑似蝸牛管、１２…振動シート、１３…吸音箱、１４…振動センサ、２１…聴覚周波数特性模擬部、２２…時間マスキング模擬部、２３…ラウドネス出力部、１２１…スリット、２１１…帯域毎ラウドネス変換部、２１２…加算器、２２１…遅延部、２２２…マスク制御部、２２３…可変増幅器、３０１…基底膜、２１１１…ゲイン制御回路、２１１２…可変アンプ。
【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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