声学处理设备、声学处理方法及声学处理程序的制作方法

声学处理设备、声学处理方法及声学处理程序的制作方法
【专利摘要】在本发明中，声学处理设备包括：共鸣带检测装置，其基于通过预定扬声器重放的预定测量信号的测量结果来检测从扬声器输出的声音的共鸣带；分析装置，其分析测量信号的测量结果；控制参数产生装置，其基于分析装置的分析结果来产生用于控制由共鸣带检测装置检测的共鸣带的控制参数；以及音频信号控制装置，其基于由控制参数产生装置产生的控制参数来控制从预定音频信号重放设备输入的音频信号，使得音频信号的重放声音的共鸣带分量在时间轴上是短的。
【专利说明】
声学处理设备、声学处理方法及声学处理程序
技术领域
[0001] 本发明涉及一种声学处理设备、声学处理方法及声学处理程序。
【背景技术】
[0002] 已知一种附接到车辆的顶棚基材的车内扬声器(例如，参见日本专利临时公开文 本No. 2005-22546A，下文称作为"专利文献Γ )。该类型的车内扬声器配置为使得其附接到 顶棚基材的本体部分起到振动器的作用，并且通过让内部材料（比如，顶棚材料和门饰板） 作为振动板而振动来输出声音。

【发明内容】

[0003] 由于在专利文献1中描述为示例的扬声器配置成通过本体部分的振动来传输声 音，所以本体部分的振动根据音频信号的输入水平而改变。当音频信号变强时，振动变强 (尤其是在重放低频带时）。此时，不仅可能发生由过多的振动声音产生的异常声音，而且会 由于扬声器的附接部分和扬声器的外围部件中产生的共鸣而产生失真声音(共鸣声音）。产 生这种类型的共鸣声音的频带对于扬声器的附接方法和/或附接位置、车辆的类型等等而 不同。
[0004] 在日本专利临时公开文本NO.2013-207689A(在下文中，被称作为"专利文献2"）中 描述了用于减小产生共鸣声音的频带的声学设备的具体示例。在专利文献2中描述的声学 设备配置成根据流经扬声器的电流的谐波失真的频率特性来检测产生共鸣声音的频带，并 且降低检测的频带的增益。实际上，可以通过降低产生共鸣声音的频带的增益来减少共鸣 声音。然而，发生声压与共鸣声音一起被降低的缺陷是不可避免的。此外，流经扬声器的电 流的谐波失真的频率特性仅仅提供对扬声器本身的特性(失真和共鸣）的检测。即，在专利 文献2中描述的结构不能够精确地检测根据收听环境(例如，各种类型的因素，包括扬声器 的附接方法和/或附接位置，车辆的类型，以及外围部件的共鸣）而波动的共鸣声音的频带。 因此，不能适当抑制在某些收听环境中产生的共鸣声音。
[0005] 鉴于上述情况提出了本发明，本发明的目的是提供一种声学处理设备、声学处理 方法和声学处理程序，其能够适当抑制在某些收听环境中产生的共鸣声音，而不降低声压。
[0006] 根据本发明的实施方案的声学处理设备包括:共鸣带检测装置，其基于通过扬声 器重放的预定测量信号的测量结果来检测从扬声器输出的声音的共鸣带;分析装置，其分 析预定测量信号的测量结果;控制参数产生装置，其基于分析装置的分析结果来产生用于 控制由共鸣带检测装置检测的共鸣带的控制参数；以及音频信号控制装置，其基于由控制 参数产生装置产生的控制参数来控制从预定音频信号重放装置输入的音频信号，使得将音 频信号的重放声音的共鸣带分量抑制为在时间轴上是短的。
[0007] 根据本发明的实施方案的声学处理设备包括:共鸣带检测装置，其基于通过扬声 器重放的预定测量信号的测量结果来检测从扬声器输出的声音的共鸣带;分析装置，其分 析每个输入水平的预定测量信号的测量结果;控制参数产生装置，其基于分析装置的分析 结果来产生用于控制由共鸣带检测装置检测的共鸣带的控制参数，针对预定测量信号的每 个输入水平来产生控制参数;控制参数存储装置，其存储控制参数产生装置针对每个输入 水平产生的控制参数；以及音频信号控制装置，其从控制参数存储装置选择与从预定音频 信号重放设备输入的音频信号的输入水平相对应的控制参数，并且基于选择的控制参数对 音频信号进行控制，使得将音频信号的重放声音的共鸣带分量抑制为在时间轴上是短的。
[0008] 预定测量信号例如包括预定扫频信号。在这种情况下，共鸣带检测装置配置成:利 用预定扫频信号的参考信号和预定扫频信号的测量结果来检测扬声器失真特性；以及基于 检测的扬声器失真特性来检测共鸣带。
[0009] 预定测量信号可以包括TSP(时间展宽脉冲)信号。在这种情况下，分析装置配置成 利用TSP信号的参考信号和TSP信号的测量结果来计算收听环境的脉冲响应，并且基于计算 的脉冲响应来分析测量结果。
[0010 ] 控制参数例如包括用于控制共鸣带的增益的控制增益和用于控制共鸣带的混响 时间的控制时间。
[0011] 共鸣带检测装置可以配置成针对每个输入水平、利用预定扫频信号的参考信号和 预定扫频信号的测量结果来检测扬声器失真特性。在这种情况下，控制参数产生装置配置 成:针对每个共鸣带，基于每个输入水平的扬声器失真特性来设置预定参考输入水平；以及 针对每个共鸣带，基于在预定测量信号的输入水平的扬声器响应特性的衰减斜率与在参考 输入水平的扬声器响应特性的衰减斜率之间的比来计算控制增益。控制参数产生装置可以 配置成针对每个共鸣带，基于在预定测量信号的输入水平的混响时间与在参考输入水平的 混响时间之间的比来计算控制时间。
[0012] 根据本发明的实施方案的声学处理方法包括:共鸣带检测步骤，其基于通过扬声 器重放的预定测量信号的测量结果来检测从扬声器输出的声音的共鸣带;分析步骤，其分 析预定测量信号的测量结果;控制参数产生步骤，其基于分析步骤的分析结果来产生用于 控制由共鸣带检测步骤检测的共鸣带的控制参数；以及音频信号控制步骤，其基于由控制 参数产生步骤产生的控制参数来控制从预定音频信号重放设备输入的音频信号，使得将音 频信号的重放声音的共鸣带分量抑制为在时间轴上是短的。
[0013] 根据本发明的实施方案的声学处理方法包括:共鸣带检测步骤，其基于通过扬声 器重放的预定测量信号的测量结果来检测从扬声器输出的声音的共鸣带;分析步骤，其分 析每个输入水平的预定测量信号的测量结果;控制参数产生步骤，其基于分析步骤的分析 结果来产生用于控制由共鸣带检测步骤检测的共鸣带的控制参数，针对预定测量信号的每 个输入水平来产生控制参数;控制参数存储步骤，其将控制参数产生步骤针对每个输入水 平产生的控制参数存储在预定存储介质中；以及音频信号控制步骤，其从存储在预定存储 介质中的控制参数中选择与从预定音频信号重放设备输入的音频信号的输入水平相对应 的控制参数，并且基于选择的控制参数对音频信号进行控制，使得将音频信号的重放声音 的共鸣带分量抑制为在时间轴上是短的。
[0014] 根据本发明的实施方案的声学处理程序是使计算机执行上述声学处理方法的程 序。
[0015] 根据本发明的实施方案，提供了一种声学处理设备、声学处理方法和声学处理程 序，其能够适当抑制在某些收听环境中产生的共鸣声音而不降低声压。
【附图说明】
[0016] 图1是示出根据本发明的实施方案的声学处理设备的结构的框图。
[0017] 图2是示出在OdB输入水平的累积频谱衰减的图。
[0018]图3是示出在每个输入水平(OdB至-20dB范围内、以2dB为间隔的水平）的扬声器失 真特性的图。
[0019] 图4是示出在根据本发明的实施方案的声学处理设备中设置的控制参数产生单元 的结构的框图。
[0020] 图5是示出图2中所示的累积频谱衰减的100Hz的扬声器响应特性的图。
[0021] 图6是示出在每个输入水平、100Hz的扬声器响应特性的衰减斜率的图。
[0022]图7是示出在100Hz共鸣带内关于输入水平的扬声器失真率的图。
[0023]图8是示出在100Hz频带内关于输入水平的控制增益的图。
[0024]图9是示出当输入水平为OdB时执行平滑处理前后的控制增益的图。
[0025]图10是示出对于每个输入水平的各频带的控制增益的图。
[0026]图11是示出当输入水平为OdB时执行平滑处理前后的控制时间的图。
[0027]图12是示出在根据本发明的实施方案的声学处理设备中设置的频谱域滤波单元 的结构的框图。
[0028]图13是示出在根据本发明的实施方案的声学处理设备中设置的FFT单元的音频信 号输入的图。
[0029] 图14示出了从根据本发明的实施方案的声学处理设备中设置的IFFT单元输出的 音频信号的图。
[0030] 图15是示出在OdB的输入水平、当控制参数应用到测量信号(TSP信号）时获得的累 积频谱衰减的图，其中对于OdB的输入水平，共鸣分量受到抑制。
【具体实施方式】
[0031] 在下文中，参照附图来对本发明的实施方案进行描述。在以下解释中，通过示例来 对声学处理设备进行描述，其中声学处理设备具有嵌入在车厢内的门饰板中的扬声器。 [00 32](声学处理设备1的结构）
[0033]当音频信号的输入水平提高时，扬声器本身的振动变大，从而扬声器的安装部分 和扬声器的外围组件共鸣。在这种情况下，由于扬声器响应变长，因此产生共鸣声音。为此， 根据本实施方案的声学处理设备通过测量每个输入水平的扬声器响应特性来获得失真特 性和扬声器的脉冲响应。根据本实施方案的声学处理设备基于获得的失真特性来检测产生 共鸣声音的频带(在下文中，被称作为"共鸣带"），并且基于根据检测的共鸣带和脉冲响应 获得的累积频谱衰减来产生用于控制扬声器响应的控制参数。根据本实施方案的声学处理 设备根据音频信号的输入水平、利用产生的控制参数来执行对扬声器的响应控制。结果，适 当地抑制车厢(车厢为收听环境）内产生的共鸣声音而不降低声压成为可能。
[0034]下面解释的声学处理设备1进行的处理通过声学处理设备1中设置的软件和硬件 之间的协作来执行。至少声学处理设备1中的软件的0S(操作系统)部分设置为嵌入式系统； 然而，软件的其他部分（比如，用于产生控制参数和响应于音频信号的输入水平、利用产生 的控制参数来执行扬声器的响应控制的软件模块)可以设置为能够分布在网络上的应用。
[0035] (在每个输入水平的重放声音的测量）
[0036] 图1是示出根据本实施方案的声学处理设备1的结构的框图。如图1中所示，声学处 理设备1包括:测量信号重放单元102、输入水平选择单元104、扬声器106、麦克风108和测量 信号存储单元110。
[0037] 测量信号重放单元102输出扫频信号和TSP(时间展宽脉冲)信号作为测量信号。通 过对40Hz至300Hz范围内的正弦波进行扫描来产生扫频信号。TSP信号是脉冲信号的相位与 频率的平方成比例的信号。输入水平选择单元104改变从测量信号重放单元102输入的扫频 信号和TSP信号的水平。
[0038]扬声器106重放输入水平已被输入水平选择单元104改变的扫频信号和TSP信号的 声音。测量信号存储单元110将通过麦克风108获得的重放声音存储作为测量结果(在下文 中，分别被称作为"测量的扫频信号"和"测量的TSP信号"），并且将从测量信号重放单元102 输入的扫频信号和TSP信号存储作为对于存储的测量结果的参考。在测量信号存储单元110 中，存储由输入水平选择单元104改变的各输入水平的测量结果（即，对应于各输入水平的 测量结果）。输入水平选择单元104在OdB至-20dB的范围内以2dB的间隔对输入水平进行改 变。
[0039](累积频谱衰减的计算）
[0040] 如图1中所示，声学处理设备1包括累积频谱衰减计算单元112。累积频谱衰减计算 单元112利用参考TSP信号和存储在测量信号存储单元110中的测量的TSP信号来计算扬声 器106与麦克风108之间的脉冲响应。通过对测量的TSP信号和参考TSP信号的逆特性进行傅 里叶变换以在频域中将它们相乘并且通过对于相乘得到的值进行傅里叶反变换，来获得脉 冲响应。累积频谱衰减计算单元112分析在每个输入水平获得的脉冲响应，并且计算对于每 个输入水平的累积频谱衰减。
[0041] 应该注意的是，累积频谱衰减照惯例用于观察扬声器的特性的累积频谱衰减方 法。累积频谱衰减方法由英国KEF的Fincham等人提出，作为用于评价扬声器系统的暂态特 性的时间频率分析方法。根据累积频谱衰减方法，对在扬声器和麦克风之间测量的脉冲响 应波形进行分析，并且可以基于分析结果来识别频率特性相对于时间推移的变化。
[0042]图2是示出在OdB输入水平的累积频谱衰减的图。如图2中所示，累积频谱衰减具有 振幅水平（功率）（单位:dB )，频率(单位:Hz)和时间（单位:秒）的三个轴。功率是振幅的平 方。人类听觉特性是关于频率的对数。横轴的频率以对数表示，以符合人类听觉特性。
[0043] 扬声器106嵌入在车厢内的门饰板中。因此，当输入水平变高时，扬声器106使其外 围部件振动的时间变长。参照图2中所示的累积频谱衰减，可以看出，扬声器的响应特性在 相对较低频带(大约100Hz)处较长，并且在大约100Hz处产生共鸣。
[0044](每个输入水平的共鸣带的检测）
[0045]如图1中所示，声学处理设备1包括扬声器失真特性计算单元114和共鸣带检测单 元116。扬声器失真特性计算单元114利用参考扫频信号和存储在测量信号存储单元110中 的测量的扫频信号，来计算在每个输入水平的扬声器失真特性。具体地，扬声器失真特性计 算单元114针对每个输入水平从测量的扫频信号中减去参考扫频信号。结果，可以获得除了 正弦波之外的分量(谐波失真和噪音），并且可以获得在每个输入水平的扬声器失真特性。 扬声器失真特性指的是表明包含的不期望的分量(谐波失真和噪音)相对于参考波(测量的 扫频信号）的分量的比（单位：％)。
[0046] 图3是示出在每个输入水平(在OdB至-20dB范围内、以2dB为间隔的水平）的扬声器 失真特性的图。在图3中，纵轴表示扬声器失真（失真率(单位：％ ))，横轴表示频率(单位： Hz) 〇
[0047] 共鸣带检测单元116基于由扬声器失真特性计算单元114计算的扬声器失真特性 来检测在每个输入水平的共鸣带。作为示例，通过将图2中所示的累积频谱衰减与图3中所 示的在OdB输入水平的图进行比较，可以看出，当扬声器失真率变高时，共鸣变强并且扬声 器响应特性变长。因此，共鸣带检测单元116检测扬声器失真率高于第一阈值的频带，作为 共鸣带。通常，在扬声器失真率为3 %至5 %时，收听者感觉到失真。为此，在该实施方案中， 第一阈值设置为3 %。在图3中所示的示例中，45Hz至50Hz附近的区域、75Hz至210Hz附近的 区域和250Hz至300Hz附近的区域被检测为共鸣带。
[0048](控制参数(控制增益和控制时间）的产生）
[0049] 如图1中所示，声学处理设备1包括控制参数产生单元118。图4是示出控制参数产 生单元118的结构的框图。如图4中所示，控制参数产生单元118包括：参考水平设置单元 118A、斜率计算单元118B、控制参数计算单元118C、dB转换单元118D以及平均处理单元118E 和118F。当由扬声器失真特性计算单元114计算的扬声器失真率超过第二阈值时，控制参数 产生单元118计算用于控制扬声器的响应的控制参数(控制增益和控制时间）。
[0050] 参考水平设置单元118A基于由扬声器失真特性计算单元114计算的扬声器失真特 性，将在由共鸣带检测单元116检测的共鸣带内、扬声器失真率小于或等于第二阈值的输入 水平设置为参考输入水平。第二阈值的值小于或等于第一阈值，并且允许用户通过用户操 作来理想地设置第二阈值的值(在该实施方案中，为1.5%)。
[0051] 下面将参照图3来对参考输入水平的设置进行解释。例如考虑到频率100Hz被检测 为在OdB输入水平的共鸣带，在100Hz的扬声器失真率小于或等于在-10dB输入水平的第二 阈值（l·5%)。因此，关于扬声器失真率超过第二阈值的输入水平(0dB、-2dB、-4dB、-6dB和-8dB)，-10dB设置为关于每个输入水平（0dB、-2dB、-4dB、-6dB和-8dB)的参考输入水平。当输 入水平小于或等于-10dB时，扬声器失真率小于或等于第二阈值。因此，对于小于或等于-10dB的输入水平，不设置参考水平。在针对各共鸣频率的各输入水平执行这种过程之后，针 对用于每个共鸣带的各输入水平设置(或者不设置)参考水平。
[0052]图5是示出在图2中所示的累积频谱衰减(输入水平:OdB)的100Hz处的特性的图。 在图5中，纵轴表示振幅水平(功率(单位:dB))，横轴表示时间（时间（单位:秒））。
[0053]斜率计算单元118B计算在每个输入水平的扬声器响应特性的斜率。在图5示出的 示例中，关于频率100Hz，斜率计算单元118B基于由累积频谱衰减计算单元112计算的累积 频谱衰减来获得扬声器响应特性，并且使用线性回归函数来计算获得的扬声器响应特性的 近似直线。如图5中所示，扬声器失真特性随着时间衰减。因此，表示扬声器失真特性的近似 直线具有负斜率。
[0054]下面是由斜率计算单元118B计算的近似直线的表达式。
[0055] y = ax+b
[0056] 其中，y =振幅水平(近似）
[0057] a =扬声器响应特性的衰减斜率
[0058] x =混响时间
[0059] b = 0ms处的振幅水平(近似）
[0060]混响时间指的是从声源停止输出声音的时间直到混响声音衰减到特定增益的时 间所经历的时间。
[0061 ] 图6是示出在每个输入水平（OdB，-2dB，-4dB，-6dB，-8dB，-10dB)的100Hz的扬声器 响应特性的衰减斜率的图。在图6中，纵轴表示振幅水平（功率(单位:dB))，横轴表示时间 (时间（单位:秒））。为了便于解释，在图6中，0ms处的输入水平b调整为相同水平。参考图6， 当输入水平变低时，扬声器特性的衰减斜率a在负方向上变大，从而扬声器的响应在时间轴 上变短。
[0062]控制参数计算单元118C针对每个共鸣带，计算在每个输入水平的扬声器响应特性 的衰减斜率a(在下文中，被称作为"参考衰减斜率a"）相对于在由参考水平设置单元118A确 定的参考输入水平的扬声器响应特性的衰减斜率a的比RUdB转换单元118D将计算的比R1 的线性刻度值转换成分贝刻度值，并且获得转换的比R1(分贝刻度值)作为控制参数(控制 增益）。因此获得的控制增益提供如下有益效果:通过使扬声器响应特性的衰减斜率a等于 或近似等于根据输入水平的参考衰减斜率a，从而衰减扬声器响应特性，来抑制共鸣声音的 发生。
[0063]图7是示出100Hz共鸣带内关于输入水平的扬声器失真率的图。在图7中，纵轴表示 扬声器失真率(失真率(单位：％ ))，横轴表示输入水平(输入水平(单位:dB))。可以通过在 图3中提取100Hz处的扬声器失真率来获得图7中所示的图。如图7中所示，在ΙΟΟζ的频带内， 当输入水平低于或等于-l〇dB时，扬声器失真率变低，而当输入水平超过-10dB时，扬声器失 真率快速变高。
[0064]让我们考虑计算关于100Hz共鸣带的控制增益的情况。在这种情况下，控制参数计 算单元118C针对100Hz共鸣带，计算在每个输入水平的衰减斜率a相对于在参考输入水平(-10dB)的参考衰减斜率a的比R1，其中，扬声器失真率在参考输入水平(_10dB)变得小于或等 于1.5%。比R1被计算为在y轴上的增加量相对于在X轴上的增加量，即功率(dB)/时间（秒）。 参考图6,衰减斜率a在OdB和-10dB的输入水平分别取值为-62.96(=-17(dB)/0.27(秒）） 和-237.5( = -19(dB)/0.08(秒））。在这种情况下，比 R1为0.265( =-62.96/-237.5)。通过由 dB转换单元118D转换为分贝刻度值，比R1变为-11.53(dB)。值-11.53(dB)是关于在OdB输入 水平100Hz的扬声器响应特性的控制增益。通过针对除了OdB之外的输入水平执行相似的计 算，可以针对100Hz共鸣带获得在每个输入水平的控制增益。进一步地通过针对除了 100Hz 之外的共鸣带执行相似的计算，可以针对每个共鸣带获得在每个输入水平的控制增益。 [0065]图8是示出在100Hz频带内关于输入水平的控制增益的图。在图8中，纵轴表示控制 增益(控制增益(单位:dB))，横轴表示输入水平(输入水平(单位:dB))。如图8中所示，当输 入水平低于或等于-10dB时，扬声器失真率小于或等于1.5%，并且不确定参考输入水平。在 这种情况下，不执行使用控制参数进行的控制。因此，控制增益为OdB。当输入水平超过-10dB时，控制增益随着输入水平变高而在负方向上变高。
[0066] 平均处理单元118E对dB转换单元118D输出的控制增益进行平滑处理，其中，平滑 处理执行为频域中的对数平均处理。图9是示出当输入水平为OdB时执行平滑处理前后的控 制增益的图。在图9中，纵轴表示控制增益(控制增益（单位:dB))，横轴表示频率(频率(单 位:Hz))。在图9中，图"校正增益"表明执行平滑处理之前的控制增益，图"平滑"表明执行平 滑处理之后的控制增益。控制增益是频域中的调节增益。在对数平均处理中，当傅里叶变换 长度是4096样本时(近似10.76Hz的间隔=采样频率44100Hz/傅里叶变换长度4096个样本） 所限定的控制点的数量被设置成傅里叶变换长度的一半（即，2048个样本），并且通过1/3倍 频程(已知为听觉的频率分辨率)的带宽对控制增益进行平滑。
[0067] 图10是示出对于每个输入水平的各频带的控制增益的图。在图10中，纵轴表示控 制增益(控制增益(单位:dB))，横轴表示频率(频率(单位:Hz))。当输入水平变高时，扬声器 的响应变长，从而共鸣声音变大。因此，如图10中所示，当输入水平变高时，控制增益在负方 向上变高。
[0068] 控制参数计算单元118C计算在每个输入水平的扬声器响应特性的混响时间相对 于在由参考输入水平设置单元118A确定的参考输入水平的扬声器响应特性的混响时间(在 下文中，被称作为"参考混响时间"）的比R2,并且获得计算出的比R2作为控制参数(控制时 间）。因此获得的控制时间提供了如下有益效果:通过将共鸣带中的扬声器响应特性抑制为 在时间轴上是短的来防止发生共鸣声音。
[0069]让我们考虑针对100Hz共鸣带计算控制时间的情况。在这种情况下，控制参数计算 单元118C针对100Hz共鸣带，计算在每个输入水平的混响时间相对于在参考输入水平（-10dB)的参考混响时间的比R2,其中，扬声器失真率在参考输入水平(_10dB)变得小于或等 于1.5%。参考图6，当输入水平是OdB和-10dB时，混响时间分别为0.2786秒和0.0885秒。在 这种情况下，比R2(控制时间）是3.1475秒（=0.2786/0.0885)。通过针对除了OdB之外的输 入水平执行相似的计算，可以针对100Hz共鸣带获得在各输入水平的控制时间。进一步地通 过针对除了 100Hz之外的共鸣带执行相似的计算，可以针对每个共鸣带获得在每个输入水 平的控制时间。
[0070] 平均处理单元118E对由控制参数计算单元118C输出的控制时间进行平滑处理，其 中，平滑处理执行为频域中的对数平均处理。图11是示出当输入水平为OdB时执行平滑处理 前后的控制时间的图。在图11中，纵轴表示控制时间（控制时间（单位:秒）），横轴表示频率 (频率(单位:Hz))。在图11中，图"校正时间"表明执行平滑处理之前的控制时间，图"平滑" 表明执行平滑处理之后的控制增益。在对数平均处理中，当傅里叶变换长度是4096个样本 时(近似10.76Hz的间隔=采样频率44100Hz/傅里叶变换长度4096个样本)所限定的控制点 的数量被设置成傅里叶变换长度的一半（即，2048个样本），并且通过1/3倍频程（已知为听 觉的频率分辨率）的带宽对控制时间进行平滑。如图11中所示，为了方便，共鸣带之外的控 制时间设置为最小值(比如，〇. 1秒）。
[0071] (使用控制参数的扬声器响应控制）
[0072] 如图1中所示，声学处理设备1包括FFT(快速傅里叶变换）单元120、水平检测单元 122、控制参数选择单元124、频谱域滤波单元126和IFFT(快速傅里叶反变换)单元128。 [0073]由音频信号重放设备(未示出）重放的音频信号输入到FFT单元120 JFT单元120对 输入音频信号进行叠加和加权处理，对处理的音频信号进行短时傅里叶变换以从时域转换 到频域，并且分别获得实数和虚数的频谱。然后，FFT单元120将获得的频谱转换成振幅谱信 号和相位谱信号。FFT单元120将振幅谱信号输出到水平检测单元122和频谱域滤波单元 126，并且将相位谱信号输出到IFFT单元128。
[0074] 水平检测单元122将从FFT单元120输入的振幅谱信号转换成分贝刻度信号以检测 在每个频带的最大值，并且执行保持处理。水平检测单元122将经过保持处理的信号输出到 控制参数选择单元124。
[0075] 控制参数选择单元124存储在控制参数产生单元118中产生的每个频带内，各输入 水平的控制参数(控制增益和控制时间）。控制参数选择单元124选择对应于音频信号的输 入水平的每个频带的控制增益（比如，针对OdB输入水平，图9中示出的平滑处理之后的控制 增益)和控制时间（比如，针对OdB输入水平，图11中示出的平滑处理之后的控制时间），并且 将选择的控制增益和控制时间输出到频谱域滤波单元126。
[0076]图12是示出频谱域滤波单元126的结构的框图。如图12中所示，频谱域滤波单元 126包括:共鸣控制单元126A、加法器126B和限制单元126C。频谱域滤波单元126针对每个振 幅谱，通过控制增益对从FFT单元120输入的音频信号(振幅谱信号)进行滤波处理、振幅限 制处理和振幅加权处理，但是不对音频信号(相位谱信号)进行这些处理。
[0077] 共鸣控制单元126A包括:HPF(高通滤波器)单元126Aa、振幅反相单元126Ab、限制 单元126Ac和乘法器126Ad。
[0078] 振幅谱信号从FFT单元120输入到HPF单元126Aa。利用从控制参数选择单元124输 入的控制参数(控制时间），提前计算或者当执行滤波处理时计算HPF单元126Aa的滤波系 数。HPF单元126Aa针对每个振幅谱，基于利用用于从FFT单元120输入的振幅谱的控制参数 (控制时间）而计算的滤波系数进行高通滤波处理(即，微分处理）。
[0079] 振幅反相单元126Ab将经过HPF单元126Aa进行的滤波处理的振幅谱乘以-1，以使 振幅谱信号的振幅反相。
[0080]限制单元126Ac将振幅限制在振幅谱信号的负值侧，其中已将该振幅谱信号的振 幅反相，以将振幅设置为从负值侧到零。结果，检测出每个振幅谱信号的尾分量(也即，余音 (共鸣)分量）。
[0081 ] HPF单元126Aa是1阶巴特沃斯滤波器。随着HPF单元126Aa中设置的截止频率的值 变大，共鸣的控制时间变短。另一方面，随着HPF单元126Aa中设置的截止频率的值变小，共 鸣的控制时间变长。通过调整截止频率，基于控制参数(控制时间）的共鸣的控制时间被调 整，从而共鸣的抑制程度(扬声器响应特性的减少程度)被改变。应该注意的是，截止频率的 倒数是共鸣的控制时间。在该实施方案中，可设置的截止频率范围是0.2Hz至10.0Hz(可设 置的控制时间范围:〇. 1秒至5.0秒）。
[0082]乘法器126Ad针对限制单元126Ac检测的每个振幅谱信号的共鸣分量进行加权(乘 法），并且将加权的信号输出到加法器126B。基于从控制参数选择单元124输入的每个频带 的控制参数(控制增益)来确定针对每个振幅谱信号的加权值。
[0083] 加法器126B将原始振幅谱信号（未对共鸣分量执行声学处理并且从FFT单元120直 接输入的振幅谱信号)与从加法器126Ad输入的振幅谱信号（已对共鸣分量执行声学处理的 振幅谱信号)进行合成。基于控制参数(控制增益）的加权值是负的。当加权值为负的时，将 共鸣带抑制为短的。加法器126B将合成的振幅谱信号输出到限制单元126C。
[0084]限制单元126C将从加法器126B输入的合成振幅谱信号(共鸣分量已被共鸣控制单 元126A调整的振幅谱信号）的负值侧限制到零，使得合成振幅谱信号的振幅不会为负值。
[0085]如上所述，在频谱域滤波单元12 6中，基于控制参数(控制增益和控制时间）对从 FFT单元120输入的每个频带的振幅谱信号进行针对共鸣分量的控制。已执行共鸣分量抑制 的振幅谱信号从限制单元126C输出到IFFT单元128。应该注意的是，抑制共鸣分量(调整余 音）的技术例如可以参考日本专利临时公开文本NO.2013-190470A。
[0086]基于由频谱域滤波单元126处理的振幅谱信号和从FFT单元120输入的相位谱信 号，IFFT单元128将这些信号转换成实数频谱和虚数频谱。然后，IFFT单元128通过窗函数对 转换的频谱进行加权，并且通过执行短时傅里叶反变换处理和叠加而将频谱从频域转换到 时域。通过扬声器106对从频域转换到时域的音频信号进行重放。
[0087]在该实施方案中，根据音频信号重放设备重放的音频信号的输入水平、基于合适 的控制参数(控制增益和控制时间）来对共鸣分量进行抑制。结果，对于扬声器响应特性较 长的带，即，共鸣带(扬声器106的附接部分和扬声器106的外围部件振动的带），将扬声器响 应特性抑制为在时间轴上是短的时间，从而可以适当抑制共鸣声音而不降低声压。对于依 据频带或输入水平的失真较小从而不产生共鸣声音的分量，不基于控制参数对扬声器响应 特性进行抑制。此外，根据实施方案，除了共鸣声音之外，对于由车厢内的长回声引起的不 舒服感的语音或声音，可以适当地抑制其余音分量。结果，即使在车厢的收听环境中，也可 以提高声音质量和声音的清晰度。
[0088](具体处理的示例）
[0089]下文中，参考图13至图15对根据实施方案的声学处理设备1进行的具体的处理示 例进行解释。图13是示出输入到FFT单元120的音频信号的图。图14(a)至图14(c)是示出从 IFFT单元128输出的音频信号的图。在图13和图14 (a)至图14 (c)的每个中，纵轴表示振幅水 平(振幅（由于振幅水平是归一化的，所以没有单位）），横轴表示时间（时间（单位:秒））。应 该注意的是，音频信号的采样频率为44.1kHz，频率分量为lOOH^FFT单元120的傅里叶变换 长度为4096个样本，叠加长度为3，840个样本(傅里叶变换长度的15/16)，窗函数为布莱克 曼，振幅谱的采样频率为 1721-Iz (44,100 Z (4,096 -3,840))芒 172)。
[0090] 如图13中所示，在具体的处理示例中，逐渐变大的100Hz的正弦脉冲信号(-20(18、-15(^、-10(^、-5(^、0(^)输入到？?1'单元120。结果，图14( &)中所示的正弦波脉冲信号从正卩丁 单元128输出。
[0091] 在图14(b)中，对于在-20dB输入水平的音频信号，输入到FFT单元120的波形与从 IFFT单元128输出的波形重叠。此外，在图14(c)中，对于在OdB输入水平的音频信号，输入到 FFT单元120的波形与从IFFT单元128输出的波形重叠。如图14(b)中所示，当输入水平是-20dB时（即，当输入水平较低并且不存在实质共鸣分量时），不基于控制参数(控制增益和控 制时间)对共鸣分量进行抑制。因此，输入波形和输出波形基本上彼此相等。另一方面，应该 理解的是，如图14(c)中所示，当输入水平为OdB时（当输入水平较高并且产生共鸣声音时）， 基于控制参数(控制增益和控制时间)对共鸣分量进行抑制，从而将输出波形抑制为在时间 轴上比输入波形短。
[0092]图15是示出在OdB的输入水平、当控制参数应用到测量信号(TSP信号）时获得的累 积频谱衰减的图，其中共鸣分量对于OdB的输入水平而受到抑制。与图15相反的是，图2中所 示的累积频谱衰减是不对共鸣分量进行抑制时限定的。通过将图2与图15进行比较，应该理 解的是，在80Hz至100Hz共鸣带中，将扬声器响应特性抑制为在时间轴上是短的，而不降低 声压(功率(dB))。如上所述，根据实施方案，基于控制参数(控制增益和控制时间)将音频信 号的共鸣分量抑制为在时间轴上是短的，从而可以适当抑制本实施方案中描述的收听环境 中可能发生的共鸣声音。
[0093]前面是关于本发明的实施方案的示例性解释。本发明不限于上述实施方案，而是 可以在本发明的范围内以各种方式对其进行改变。例如，说明书中明确描述的示例等等或 根据示例容易实现的示例的组合也包括在本发明的实施方案中。
【主权项】
1. 一种声学处理设备，其包括： 共鸣带检测装置，其基于通过扬声器重放的预定测量信号的测量结果来检测从扬声器 输出的声音的共鸣带； 分析装置，其分析预定测量信号的测量结果； 控制参数产生装置，其基于分析装置的分析结果来产生用于控制由共鸣带检测装置检 测的共鸣带的控制参数;以及 音频信号控制装置，其基于由控制参数产生装置产生的控制参数来控制从预定音频信 号重放设备输入的音频信号，使得将音频信号的重放声音的共鸣带分量抑制为在时间轴上 是短的。2. -种声学处理设备，其包括： 共鸣带检测装置，其基于通过扬声器重放的预定测量信号的测量结果来检测从扬声器 输出的声音的共鸣带； 分析装置，其分析每个输入水平的预定测量信号的测量结果； 控制参数产生装置，其基于由分析装置的分析结果来产生用于控制由共鸣带检测装置 检测的共鸣带的控制参数，针对预定测量信号的每个输入水平来产生控制参数； 控制参数存储装置，其存储由控制参数产生装置针对每个输入水平产生的控制参数； 以及 音频信号控制装置，其从控制参数存储装置选择与从预定音频信号重放设备输入的音 频信号的输入水平相对应的控制参数，并且基于选择的控制参数来对音频信号进行控制， 使得将音频信号的重放声音的共鸣带分量抑制为在时间轴上是短的。3. 根据权利要求1或2所述的声学处理设备， 其中： 预定测量信号包括预定扫频信号；以及 共鸣带检测装置配置成： 利用预定扫频信号的参考信号和预定扫频信号的测量结果来检测扬声器失真特性；以 及 基于检测的扬声器失真特性来检测共鸣带。4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的声学处理设备， 其中： 预定测量信号包括TSP(时间展宽脉冲)信号；以及 分析装置配置成利用TSP信号的参考信号和TSP信号的测量结果来计算收听环境的脉 冲响应，并且基于计算的脉冲响应来分析测量结果。5. 根据权利要求1至4中的任一项所述的声学处理设备， 其中，控制参数包括用于控制共鸣带的增益的控制增益和用于控制共鸣带的混响时间 的控制时间。6. 根据引用权利要求3的权利要求5所述的声学处理设备， 其中： 共鸣带检测装置配置成针对每个输入水平、利用预定扫频信号的参考信号和预定扫频 信号的测量结果来检测扬声器失真特性；以及 控制参数产生装置配置成： 针对每个共鸣带，基于每个输入水平的扬声器失真特性来设置预定参考输入水平；以 及 针对每个共鸣带，基于在预定测量信号的输入水平的扬声器响应特性的衰减斜率与在 参考输入水平的扬声器响应特性的衰减斜率之间的比来计算控制增益。7. 根据权利要求6所述的声学处理设备， 其中，控制参数产生装置配置成针对每个共鸣带，基于在预定测量信号的输入水平的 混响时间与在参考输入水平的混响时间之间的比来计算控制时间。8. -种声学处理方法，其包括： 共鸣带检测步骤，其基于通过扬声器重放的预定测量信号的测量结果来检测从扬声器 输出的声音的共鸣带； 分析步骤，其分析预定测量信号的测量结果； 控制参数产生步骤，其基于分析步骤的分析结果来产生用于控制由共鸣带检测步骤检 测的共鸣带的控制参数;以及 音频信号控制步骤，其基于由控制参数产生步骤产生的控制参数来控制从预定音频信 号重放设备输入的音频信号，使得将音频信号的重放声音的共鸣带分量抑制为在时间轴上 是短的。9. 一种声学处理方法，其包括： 共鸣带检测步骤，其基于通过扬声器重放的预定测量信号的测量结果来检测从扬声器 输出的声音的共鸣带； 分析步骤，其分析每个输入水平的预定测量信号的测量结果； 控制参数产生步骤，其基于分析步骤的分析结果来产生用于控制由共鸣带检测步骤检 测的共鸣带的控制参数，针对预定测量信号的每个输入水平来产生控制参数； 控制参数存储步骤，其将控制参数产生步骤针对每个输入水平产生的控制参数存储在 预定存储介质中；以及 音频信号控制步骤，其从存储在预定存储介质中的控制参数中选择与从预定音频信号 重放设备输入的音频信号的输入水平相对应的控制参数，并且基于选择的控制参数对音频 信号进行控制，使得将音频信号的重放声音的共鸣带分量抑制为在时间轴上是短的。10. 根据权利要求8或9所述的声学处理方法， 其中： 预定测量信号包括预定扫频信号；以及 在共鸣带检测步骤中，利用预定扫频信号的参考信号和预定扫频信号的测量结果来检 测扬声器失真特性，并且基于检测的扬声器失真特性来检测共鸣带。11. 根据权利要求8至10中的任一项所述的声学处理方法， 其中： 预定测量信号包括TSP(时间展宽脉冲)信号；以及 在分析步骤中，利用TSP信号的参考信号和TSP信号的测量结果来计算收听环境的脉冲 响应，并且基于计算的脉冲响应来分析测量结果。12. 根据权利要求8至11中的任一项所述的声学处理方法， 其中，控制参数包括用于控制共鸣带的增益的控制增益和用于控制共鸣带的混响时间 的控制时间。13. 根据引用权利要求10的权利要求12所述的声学处理方法， 其中： 在共鸣带检测步骤中，针对每个输入水平、利用预定扫频信号的参考信号和预定扫频 信号的测量结果来检测扬声器失真特性；以及 在控制参数产生步骤中，针对每个共鸣带，基于每个输入水平的扬声器失真特性来设 置预定参考输入水平，以及针对每个共鸣带，基于在预定测量信号的输入水平的扬声器响 应特性的衰减斜率与在参考输入水平的扬声器响应特性的衰减斜率之间的比来计算控制 增益。14. 根据权利要求13所述的声学处理方法， 其中，在控制参数产生步骤中，针对每个共鸣带，基于在预定测量信号的输入水平的混 响时间与参考输入水平的混响时间之间的比来计算控制时间。15. -种声学处理程序，其使计算机执行根据权利要求8至14中的任一项所述的声学处 理方法。
【文档编号】H04R3/04GK106031197SQ201580008931
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月4日
【发明人】藤田康弘, 桥本武志, 渡边哲生, 福江智, 福江一智
【申请人】歌拉利旺株式会社