JP2005236380A

JP2005236380A - マイクアンプ回路

Info

Publication number: JP2005236380A
Application number: JP2004039876A
Authority: JP
Inventors: Ryo Murakami; 涼村上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】音声認識に適した音声信号を得る。
【解決手段】マイクロフォン１０からの音声信号を第１増幅回路１２、第２増幅回路１４において増幅し、増幅信号をＡ／Ｄ変換器１６によってデジタル信号に変換して出力する。ここで、第１増幅回路を反転増幅器として、その増幅率を５０倍とし、第２増幅回路を非反転増幅器として、その増幅率を１０倍とすることによって、歪みのない増幅信号を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロフォンにより得られるアナログの音声信号を増幅し、得られた増幅信号をアナログデジタル変換したデジタル信号として出力するマイクアンプ回路に関する。

従来より、音声認識装置が知られており、各種装置の制御用の入力手段などとして、広く利用されるようになってきている。

このような音声認識装置では、通常マイクロフォンにより得られるアナログの音声信号を増幅回路において増幅した後、デジタル信号に変換し、得られたデジタル信号について音声認識の処理を行っている。

また、複数のマイクロフォン（マイクロフォンアレイ）を用意し、音声発生源位置を区別して、音声認識を行うシステムもある。この場合には、マイクロフォンアレイからの多チャンネルの音声信号の混入を防止しなければならず、バイポーラトランジスタを用い、物理的に隔離した複数のアンプを有する大型のオーディオ用アンプが利用されていた。また、ＭＯＳを利用した回路も提案されているが、音声信号の歪みが大きくなるという問題があった。なお、このようなシステムについては、特許文献１に記載がある。

特開２００２−２１８５８４号公報

しかし、アンプを小さくしたという要求は強く、車両などに搭載する場合には、小型が強く要求される。

また、増幅器の特性が悪いと、その後の音声認識の効率が悪くなってしまう。特に、音声認識は、人の発声に基づく音声信号の特徴と認識し、内容を認識するため、音声信号の増幅回路においては、音声認識の対象とする周波数の信号についての歪みを小さくする必要がある。

本発明は、音声信号を増幅するアンプ回路を小型化するとともに、音声認識の効率を上昇できるマイクアンプ装置を提供することを目的とする。

本発明は、マイクロフォンにより得られるアナログの音声信号を増幅し、得られた増幅信号をアナログデジタル変換したデジタル信号として出力するマイクアンプ回路であって、前記音声信号を増幅する第１増幅回路と、この第１増幅回路の出力をさらに増幅する第２増幅回路と、この第２増幅回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を含み、前記第１および第２増幅回路をＣＭＯＳトランジスタを用いて構成するとともに、これら増幅回路を前記Ａ／Ｄ変換器とともに同一の基板上に搭載し、かつ前記第１増幅回路を反転増幅回路、前記第２増幅回路を非反転増幅回路で構成し、かつ前記第１増幅回路の増幅率を前記第２増幅回路の増幅率より大きくすることを特徴とする。

また、前記第１増幅回路の増幅率をほぼ５０倍、第２増幅回路の増幅率をほぼ１０倍に設定することが好適である。

また、マイクロフォンにより得られるアナログの音声信号を増幅し、得られた増幅信号をアナログデジタル変換したデジタル信号として出力するマイクアンプ回路であって、前記音声信号を増幅する第１増幅回路と、この第１増幅回路の出力をさらに増幅する第２増幅回路と、この第２増幅回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を含み、前記第１増幅回路の増幅率と、前記第２増幅回路の増幅率は、音声認識に利用する周波数３０Ｈｚ〜６ｋＨｚの信号歪みが小さくなるように設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、２段の増幅回路の増幅率を適正なものに設定することによって、音声認識に適した周波数において歪みの少ない信号を得ることができる。

また、ＣＭＯＳトランジスタを利用して増幅回路を構成することで、回路規模を小さくでき、全体を小型化することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

音声を電気信号（音声信号）に変換するマイクロフォン１０が複数（この例では４つ）設けられている。これらマイクロフォン１０は、マイクロフォンアレイを形成しており、それぞれが指向性を持つため、それぞれが対応する方向からの音声についての音声信号を出力する。

各マイクロフォン１０からの音声信号は、それぞれ対応する第１増幅回路１２に入力され、ここで予め定められた増幅率で増幅される。各第１増幅回路１２の出力は対応する第２増幅回路１４に入力され、ここでさらに増幅される。各第２増幅回路１４の出力は、Ａ／Ｄ変換器１６に入力され、ここでデジタル信号に変換され出力される。この例ではＡ／Ｄ変換器１６は、パラレルで入力される４つの増幅された音声信号をデジタル信号に変換して出力する。Ａ／Ｄ変換器１６は、例えばサンプリング周波数１２ｋＨｚで、１６ビットのデジタル信号に変換する。

なお、第１増幅回路１２と第２増幅回路１４を複数個ずつ１つのＩＣ（集積回路）にまとめることが好適であり、またＡ／Ｄ変換器１６も１つのＩＣで構成するとよい。

Ａ／Ｄ変換器１６からのデジタル出力は、音声認識装置に供給され、ここにおいて音声の解析認識がデジタル処理として行われる。なお、音声認識装置において認識された音声は、スイッチの操作やデータの入力などに利用される。

図２には、第１増幅回路１２および第２増幅回路１４の構成が示されている。マイクロフォン１０からの音声信号は、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ３を介しオペアンプＯＰ１の反転入力端子に入力される。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、電源ＶＤＤとグランドＧＮＤの間に直列接続した抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点の分圧された一定電圧が入力されている。そして、オペアンプＯＰ１の出力は、抵抗Ｒ４を介し反転入力端子に接続されている。

従って、マイクロフォン１０から入力されてくる音声信号はオペアンプＯＰ１において、抵抗Ｒ３、Ｒ４の抵抗比に応じて反転増幅される。例えば、抵抗Ｒ３＝１０ｋΩ、抵抗Ｒ４＝５００ｋΩとすることで、増幅率５０の増幅が行える。

オペアンプＯＰ１の出力は、抵抗Ｒ５、コンデンサＣ２を介し、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子に入力される。オペアンプＯＰ２の非反転入力端子には、電源ＶＤＤとグランドＧＮＤの間に直列接続した抵抗Ｒ６、Ｒ７の接続点が接続され、抵抗Ｒ６、Ｒ７によって分圧された直流電圧にバイアスされている。オペアンプＯＰ２の出力は、抵抗Ｒ８を介し反転入力端子に接続されて、この反転入力端子は、抵抗Ｒ９、コンデンサＣ３を介しグランドに接続されている。従って、オペアンプＯＰ１の出力である音声信号はオペアンプＯＰ２において、抵抗Ｒ９、Ｒ８の抵抗比に応じて非反転増幅される。例えば、抵抗Ｒ８＝１００ｋΩ、抵抗Ｒ９＝１０ｋΩとすることで、増幅率１０の増幅が行える。

なお、オペアンプＯＰ１、ＯＰ２は、ともに電源ＶＤＤと、グランドに接続され、電源ＶＤＤにより動作する。

オペアンプＯＰ２の出力は、抵抗Ｒ１０、コンデンサＣ４を介し、出力端に接続されている。また、出力端には、電源ＶＤＤとグランドＧＮＤの間に直列接続した抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の接続点が接続され、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２によって分圧された直流電圧にバイアスされている。

従って、オペアンプＯＰ２の出力である増幅された音声信号が所定の直流電圧にバイアスされて出力端から出力される。

なお、図２には、１つのチャンネル用の第１および第２増幅回路１２、１４のみを示したが、各チャンネルの第１および第２増幅回路１２、１４は同一の構成を有している。

ここで、第１および第２増幅回路１２、１４は、ＣＭＯＳトランジスタを利用したＩＣで構成する。これによって、回路素子を小さくすることができ、複数チャンネル用の増幅回路を１つの基板上に実装することが可能になる。また、オペアンプＯＰ１、オペアンプＯＰ２について、１つの電源ＶＤＤを利用して動作するようにしている。このため、負電源を必要とせず、単電源として、電源回路を小型化することができる。

ここで、第１および第２増幅回路１２、１４の増幅率は、内部の抵抗値の設定によって、決定できる。本実施形態では、第１増幅回路１２の増幅率を５０倍、第２増幅回路１４の増幅率を１０倍として、全体として５００倍の増幅を行っている。これは、このような増幅率により、Ａ／Ｄ変換器１６に入力する音声信号の歪み、特に３０Ｈｚ〜６ｋＨｚの歪みを小さく抑えられるからである。

表１に、第１および第２増幅回路１２、１４の増幅率を変更した場合の信号歪み（％）の大きさの実験結果を示す。なお、信号歪みは、３００Ｈｚ近傍のＴＨＤ（Total Harmonic Distortion）で評価した。

このように、第１増幅回路１２の増幅率を５０倍、第２増幅回路１４の増幅率を１０倍とした場合に、他の場合に比べ信号歪みを小さくできることが分かる。すなわち、２５倍−２０倍で信号歪み１．０２％、４０倍−１２．５倍で信号歪み０．８８％、５０倍−１０倍で信号歪み０．４２％、１００倍−５倍で信号歪み２．１１％であり、５０倍−１０倍で信号歪みが小さくできる。特に、本実施形態においては、音声信号は音声認識に利用される。この音声認識では、３０Ｈｚ〜６ｋＨｚ付近の波形から音声認識を行う。そこで、対象となる周波数において、波形が歪むと音声認識における誤認識が大きくなる。従って、この音声認識の対象となる周波数における信号歪みが小さいことは非常に重要である。本実施形態では、実際の回路により、この特性を調べ、第１および第２増幅回路１２、１４の増幅率を決定しており、これによって音声認識の前処理として、効果的な増幅が達成できる。

また、本実施形態では、第１および第２増幅回路１２、１４と、Ａ／Ｄ変換器１６を同一の基板に搭載した。従って、回路ボードの小型化が図れる。

さらに、本実施形態においては、第１増幅回路１２を反転増幅器とし、第２増幅回路１４を非反転増幅器としている。この組合せによって、５００倍という増幅率を確保しながら、増幅信号についての３０Ｈｚ〜６ｋＨｚにおける信号歪みを小さく抑えることができる。特に、反転増幅器のみとすると、回路は小さくなるが信号歪みが大きくなり、非反転増幅器のみにすると、回路が大きくなってしまう。従って、両者を組み合わせることが効果的である。

このようにして、本実施形態に係るアンプ回路において、多チャンネルマイク入力について、増幅して、デジタル信号に変換する回路を集積化し、小型で、音声認識に好適な信号歪みの小さな音声信号を得ることができる。

実施形態の全体構成を示す図である。第１および第２増幅回路の構成を示す図である。

符号の説明

１０マイクロフォン、１２，１４増幅回路、１６変換器。

Claims

マイクロフォンにより得られるアナログの音声信号を増幅し、得られた増幅信号をアナログデジタル変換したデジタル信号として出力するマイクアンプ回路であって、
前記音声信号を増幅する第１増幅回路と、
この第１増幅回路の出力をさらに増幅する第２増幅回路と、
この第２増幅回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
を含み、
前記第１および第２増幅回路をＣＭＯＳトランジスタを用いて構成するとともに、これら増幅回路を前記Ａ／Ｄ変換器とともに同一の基板上に搭載し、かつ前記第１増幅回路を反転増幅回路、前記第２増幅回路を非反転増幅回路で構成し、かつ前記第１増幅回路の増幅率を前記第２増幅回路の増幅率より大きくすることを特徴とするマイクアンプ回路。
前記第１増幅回路の増幅率をほぼ５０倍、第２増幅回路の増幅率をほぼ１０倍に設定することを特徴とするマイクアンプ回路。
マイクロフォンにより得られるアナログの音声信号を増幅し、得られた増幅信号をアナログデジタル変換したデジタル信号として出力するマイクアンプ回路であって、
前記音声信号を増幅する第１増幅回路と、
この第１増幅回路の出力をさらに増幅する第２増幅回路と、
この第２増幅回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
を含み、
前記第１増幅回路の増幅率と、前記第２増幅回路の増幅率は、音声認識に利用する周波数３０Ｈｚ〜６ｋＨｚの信号歪みが小さくなるように設定されていることを特徴とするマイクアンプ回路。