JP2004023446A

JP2004023446A - 能動音制御方式

Info

Publication number: JP2004023446A
Application number: JP2002175725A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kondo; 近藤　和弘; Seiji Nakagawa; 中川　清司
Original assignee: YAMAGATA UNIV RES INST; YAMAGATA UNIV RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: YAMAGATA UNIV RES INST; YAMAGATA UNIV RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】人間が発声する音をその源で低減する方式の提供。
【解決手段】音声信号を発生個所近辺で入力及び標本化する手段と、これより一定時間先の音声信号を予測する手段と、予測した音声信号を再生する手段とを備えた能動音制御方式。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音の能動制御に関し、特に人間が発声する音声の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば携帯電話、ＰＨＳ、ＰＤＡなどの携帯端末の普及に伴ない、周囲の騒音により良好な音声信号が相手方に伝わらなかったり、また音声の発生に伴なう新たな騒音源が生じている。かかる騒音の問題を解決する方法として、従来から、音の能動制御が知られており、例えば「音響システムとディジタル信号処理」（電子情報通信学会編、第８章）に詳しく記述されている。ここに記載されているのはヘッドホンから周囲音と逆の位相を持つ音を再生して、内耳内の騒音を低減する技術に関するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では周囲の騒音については低減できる可能性はあるが、人間が発声する音を低減する方法ではなく、かかる点については全く考慮されていない。また周囲の騒音の低減についても必ずしも十分とはいえない。
【０００４】
従って、本発明の目的は、人間が発声する音声をその源で低減する制御方式を開発することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に従えば、音声信号を発生個所近辺で入力及び標本化する手段、入力手段から得られる音声信号を等化して口から発生される音に近い信号に変換する手段及び変換された信号を伝達する手段とを備えた音声通信方式が提供される。
【０００６】
本発明に従えば、また、音声信号を発生個所近辺で入力及び標本化する手段と、これより一定時間先の音声信号を予測する手段と、予測した音声信号を再生する手段とを備えていることを特徴とする能動音制御方式が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において、前記入力及び標本化音声信号は予測、再生された音声は含まないものである。そこで、得られる入力及び標本化音声信号から、まず例えば線形予測分析を用いて、次の標本化点における音声信号を推定する。この推定した音声信号の位相を反転し、スピーカ等の再生手段により再生する。これにより任意観測点において口から発生される音圧と、予測・反転され再生された音圧とが加算される。予測音声が、口から発生する音声に対し推定精度が十分であり、かつ口から観測点までの伝播特性と再生手段と観測点までの伝播特性が十分近ければ、再生音声が位相反転されているために、観測点における合成音圧はほぼ無くなり、騒音は消滅する。
【０００８】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明するが、本発明の範囲をこれらに限定するものでないことはいうまでもない。
【０００９】
図１に本発明の第１の実施例を示す。口より放射される音声信号の振動は頭部の骨を伝わって内耳にも達する。この振動を例えばイヤホン型など骨伝導マイク１０で検出する。骨伝導マイクは従来から知られたものであり、例えば丸谷義郎「骨伝導送話の検討」、信学技報ＥＡ９５−５６（１９９５年１１月）などに記載（又は使用）されているものをそのまま使用することができる。この振動は、その伝達経路からも明らかなように、２次音源も含めた周囲騒音は含まず、ほぼ音声のみを含むものである。
【００１０】
しかしながら、骨伝導音は伝達経路の違いから、口から放射される音と大きく異なる音となる。特に伝導路が低減通過特性を持つと思われるので、本発明ではまずこれを等化し、口から放射される音声となるべく近い特性を持つように補正する。かかる等化器としては、例えば「音響システムとディジタル信号処理」（電子情報通信学会編、第５章）記載のものを使用することができる。なお、骨伝達特性に個人差はあるが、時間的な変化、音韻依存性は比較的少ないので、あらかじめ補正係数を算出しておくことによって個人差は矯正することができる。
【００１１】
図２に本発明で使用する骨伝導マイク特性等化器の一例の構成を示す。この例では入力信号を１サンプルずつ遅延し、各遅延サンプルにあらかじめ定められた係数α_ｉ　（ｉ＝１，２，…）を乗算し、総和するいわゆる非巡回フィルタの構成をとっている。骨伝導マイク１０より収録された音はこのフィルタを通過することにより一定の時間遅延され、このフィルタによって周波数特性はほぼ口から発生されるものと同等のものに補正される。
【００１２】
本発明では、つぎに骨伝導マイク特性等化器の出力から一定時間先の音声サンプルを推定する。図３にその音声サンプル推定器の一例の構成を示す。この音声サンプル推定器も、前記骨伝導マイク特性等化器と同様に、入力信号を１サンプルずつ遅延し、各遅延サンプルにあらかじめ定められた係数α_ｉ　（ｉ＝１，２，…）を乗算し、総和するいわゆる非巡回フィルタの構成をとっている。ただし、この場合は、係数α_ｉ　は固定ではなく、入力信号の特性に応じて予測係数算出器が更新する。予測係数の算出は例えばＬｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎ−板倉のアルゴリズムで行うことができる。このアルゴリズムについては例えばＳ．Ｈａｙｋｉｎ著“Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｆｉｌｔｅｒ　Ｔｈｅｏｒｙ”（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ社、１９９６年２５４項）に詳しく記述されている通りである。予測係数は音声サンプル推定器の出力が入力音声の次のサンプルを最も精度良く推定するように調整するのが好ましく、かかる調整は推定信号と実際の信号の誤差を計算し、その大きさ、正負からＬｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎ−板倉のアルゴリズムによって行なうことができる。
【００１３】
Ｌｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎ−板倉のアルゴリズムによる予測係数の算出は計算量がやや多いので、精度をある程度犠牲にしてよければ、例えば最急降下法を用いて行うことができる。このアルゴリズムについては、例えばＳ．Ｈａｙｋｉｎ著“Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｆｉｌｔｅｒ　Ｔｈｅｏｒｙ”（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ社、１９９６年３３９項）に詳しく記述されている。この場合も予測係数はやはり音声サンプル推定器の出力が入力音声の次のサンプルを最も精度良く推定するように調整するのが好ましい。特に最急降下法は比較的計算量が少ないので、予測係数を増加して精度低下を補償でき、また１サンプルを処理する毎に係数を更新することができるという特徴がある。
【００１４】
音声サンプル推定器出力は位相反転器で位相が反転され、２次音源から口の近傍で再生される。これにより口より発生される不要な音声を低減されることができる。
【００１５】
以上の第一の実施例によれば、２次音源より位相反転した線形予測による推定音声を口近傍で再生することにより、線形予測次数として１２８次を用いた場合は口より発生する不要音声を１４ｄＢ程度も低減することができる。
【００１６】
次にエラーマイクを口前方に配置し、このマイク入力が小さくなるように適応フィルタを制御し、口前方の音声放射を特に小さく抑える本発明の第二の実施例について説明する。図４にこの実施例を示す。骨伝導マイク入力を等化し、その出力から先の音声サンプルを推定する構成は第一の実施例と同様なので、ここでは省略する。第二の実施例では、第一の実施例に対し、エラーマイクで、特に音量の多くなる口前方の制御できなかった音声を収録し、更に好ましくは、これを用いて音声サンプル推定器の出力がなるべくエラーマイク入力が小さくなるように適応フィルタを用いて更に制御する。このため、音声推定器の出力を更に適応フィルタでろ波し、この信号を２次音源から再生する。この方式によれば、特に音量が多く、よって能動制御が困難な口前方でエラーマイクによって制御残量を測定し、そのエラー信号を用いて適応フィルタの特性を制御することができる。図５に本発明の第二の実施例で用いる適応フィルタの構成を示す。
【００１７】
適応フィルタの構成は第一の実施例に示した音声サンプル推定器と同様な構成となっており、遅延素子と系数値が可変な乗算器と加算器より構成することができる。係数の更新は音声推定器からの出力とエラー信号で行い、エラー信号が最小となるように逐次更新する。この適応フィルタの更新方法については、例えば「音響システムとディジタル信号処理」（電子情報通信学会編、第８章）に詳しく記述されている。
【００１８】
前述の本発明の第二の実施例によれば、特に放射量が多くなる口前方において、エラーマイクを口前方に配置し、このマイク入力が小さくなるように適応フィルタを制御することにより、この方向の音声放射量を特に抑えることができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、携帯電話等による会話音声を明瞭に受信することができると共に、その音声の周囲への漏洩を防ぐことができ、また妨害となることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を示す図である。
【図２】第一の実施例における骨伝導マイク特性等化器の一例の構成を示す図である。
【図３】第一の実施例における音声サンプル推定器の構成を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施例を示す図である。
【図５】第二の実施例における適応フィルタの構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０…骨伝導マイク
１１…骨伝導マイク特性等化器
１２…音声サンプル推定器
１３…位相反転器
１４…２次音源

Claims

音声信号を発生個所近辺で入力及び標本化する手段、入力手段から得られる音声信号を等化して口から発生される音に近い信号に変換する手段及び変換された信号を伝達する手段とを備えた音声通信方式。
音声信号を発生個所近辺で入力及び標本化する手段と、これより一定時間先の音声信号を予測する手段と、予測した音声信号を再生する手段とを備えていることを特徴とする能動音制御方式。
音声信号を入力する手段が骨伝導により声道振動を検出する手段である請求項２に記載の能動音制御方式。
音声信号の入力手段から得られる音声信号を等化して口から発生される音に近い信号に変換する手段及び変換された信号を伝達する手段を備えた請求項２又は３に記載の能動音制御方式。
線形予測分析により一定時間先の音声信号を予測する請求項２〜４のいずれか１項に記載の能動音制御方式。
最急降下法により一定時間先の音声信号を予測する請求項２〜４のいずれか１項に記載の能動音制御方式。
誤差成分収録用マイクと、この入力によりその特性を変更する適応フィルタを更に備えてなる請求項２〜６のいずれか１項に記載の能動音制御方式。