JP2005287600A - Sound information transmitter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音声情報を人体に伝達する音声情報伝達装置に関する。 The present invention relates to a voice information transmission device that transmits voice information to a human body.
この種の音声情報伝達装置として、難聴者用の補聴器が知られている。補聴器には、音の振動が鼓膜を介して脳の聴覚器官に伝達される気導型の補聴器と、音の振動が鼓膜を介さずに頭蓋骨などから直接人体に伝わる骨導型の補聴器とがあり、イヤホン又は振動子を人体の所定部位に取り付けて使用する。最近では、振動子を介して超音波振動を脳の聴覚器官に伝達することにより、音声情報の伝達を可能にした構成も知られている。例えば、特許文献1には、音声信号をDSB(両側波帯)変調により振幅変調し、超音波振動子を介して人体に伝達する構成が開示されている。
ところが、上述のような超音波振動方式の音声情報伝達装置は、入力された音声情報の子音部が使用者に伝達されにくく、この点において更に改良の余地があった。 However, the ultrasonic vibration type audio information transmission apparatus as described above has a room for further improvement in this respect because it is difficult for the consonant part of the input audio information to be transmitted to the user.
本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、音声情報の良好な識別性を得ることができる音声情報伝達装置の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a voice information transmission device that can obtain good discrimination of voice information.
本発明の前記目的は、音声情報を人体に伝達する音声情報伝達装置であって、外部から音声が入力されるマイクロフォンと、入力された音声信号に基づいて子音明瞭化信号を生成する音声信号処理部と、搬送波信号を生成する搬送波信号発生部と、前記搬送波信号を前記子音明瞭化信号により振幅変調する振幅変調部と、振幅変調された出力信号に基づく機械的振動を伝達する振動子とを備え、前記音声信号処理部は、前記音声信号に含まれる子音部を抽出する子音抽出部と、抽出された子音部を前記音声信号に付加することにより、前記音声信号における子音部が複数回反復された前記子音明瞭化信号を生成する反復処理部とを備える音声情報伝達装置により達成される。 The object of the present invention is an audio information transmitting apparatus for transmitting audio information to a human body, and a microphone for receiving audio from outside and an audio signal processing for generating a consonant clarification signal based on the input audio signal A carrier signal generation unit that generates a carrier signal, an amplitude modulation unit that modulates the amplitude of the carrier signal with the consonant clarification signal, and a vibrator that transmits mechanical vibrations based on the amplitude-modulated output signal. The audio signal processing unit extracts a consonant part included in the audio signal, and adds the extracted consonant part to the audio signal so that the consonant part in the audio signal is repeated a plurality of times. And an iterative processing unit for generating the consonant clarification signal.
この音声情報伝達装置において、前記子音抽出部における子音部の抽出は、前記音声信号の振幅が所定値以下となる区間を検出することに基づいて行うことができる。 In this speech information transmission device, the consonant extraction in the consonant extraction unit can be performed based on detecting a section in which the amplitude of the speech signal is a predetermined value or less.
また、前記音声信号処理部は、抽出された子音部の振幅を増幅する振幅増幅部を更に備えることが好ましく、前記反復処理部は、増幅された子音部が複数回反復された前記子音明瞭化信号を生成することが好ましい。 The audio signal processing unit preferably further includes an amplitude amplifying unit that amplifies the amplitude of the extracted consonant part, and the iterative processing unit includes the consonant clarification in which the amplified consonant part is repeated a plurality of times. Preferably, a signal is generated.
これらの音声情報伝達装置において、前記搬送波信号は、周波数が20〜100kHzであることが好ましい。 In these audio information transmission apparatuses, the carrier signal preferably has a frequency of 20 to 100 kHz.
本発明の音声情報伝達装置によれば、音声情報の良好な識別性を得ることができる。 According to the voice information transmitting apparatus of the present invention, it is possible to obtain good discrimination of voice information.
以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る音声情報伝達装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、この
音声情報伝達装置1は、外部から音声が入力されるマイクロフォン2と、入力された音声信号を増幅する音声増幅部4と、音声信号に基づいて子音明瞭化信号を生成する音声信号処理部20と、搬送波信号を生成する搬送波信号発生部6と、搬送波信号を子音明瞭化信号により振幅変調する振幅変調部8と、振幅変調部8からの出力信号を増幅する出力増幅部10と、増幅された出力信号に基づく機械的振動を伝達する振動子12とを備えている。
Hereinafter, actual forms of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a voice information transmission apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this audio
音声信号処理部20は、入力された音声信号を所定時間(例えば、数十〜数百ms)遅延させる遅延処理を行う遅延処理部22を備えている。遅延された音声信号は、反復処理部24に入力される。
The audio
また、音声信号処理部20に入力された音声信号は、子音抽出部26にも入力され、子音抽出部26において音声信号から子音部が抽出される。子音部の抽出方法は特に限定されるものではなく、例えば、音声信号の単位時間内のゼロクロス数を検出し、このゼロクロス数が所定数を越えた領域を子音部と判定することができるが、本実施形態においては、後述するように、音声信号の振幅が所定値以下の区間を検出することにより、子音部を抽出している。子音抽出部26で抽出された子音部は、振幅増幅部28において振幅増幅された後、反復処理部24に入力される。
The audio signal input to the audio
反復処理部24は、抽出された子音部を遅延処理部22からの音声信号に付加し、音声信号における子音部が複数回反復された子音明瞭化信号を生成する。
The
搬送波信号発生部6は、所望の搬送波信号を生成し、可変抵抗などを備えることにより、搬送波信号の周波数を振動子12の共振周波数近傍で調節可能に構成されている。振幅変調部8は、入力された搬送波信号を子音明瞭化信号により振幅変調して出力する。
The carrier signal generator 6 is configured to generate a desired carrier signal and include a variable resistor or the like so that the frequency of the carrier signal can be adjusted in the vicinity of the resonance frequency of the
振動子12は、例えば、図2に示すように、弾性変形可能なヘアバンド型の取付部材14の両端にそれぞれ設けることができ、取付部材14を頭部に装着することで、2つの振動子12,12を人体表面の所定部位に当接させた状態で固定することができる。
For example, as shown in FIG. 2, the
次に、本実施形態の音声情報伝達装置の作動について説明する。音声情報伝達装置のスイッチをONにした状態で外部から音声がマイクロフォン2に入力されると、この音声信号が音声増幅部4において所定のレベルまで増幅された後、音声信号処理部20に向けて出力される。
Next, the operation of the audio information transmission apparatus of this embodiment will be described. When sound is input from the outside to the
音声信号処理部20においては、音声信号から子音部の抽出処理が行われる。
音声信号における子音部は、図3に示すように、母音部との間にVOT(Voice Onset Time)が数十ms程度存在する。VOTは、子音の破裂から声帯が振動するまでの時間であるため、無音に近い状態である。したがって、子音部の立ち上がりや母音に比べて振幅は小さくなっているので、適当な基準値を設定し、振幅がこの基準値以下となる状態が所定時間(例えば、10ms程度)以上続く領域をVOTとして判別することにより、子音部の残余の部分や母音部と区別して、子音部の終期を特定することができる。
In the audio
As shown in FIG. 3, the consonant part in the audio signal has a VOT (Voice Onset Time) of about several tens of ms between the vowel part. Since VOT is the time from the burst of a consonant until the vocal cords vibrate, it is almost silent. Therefore, since the amplitude is smaller than the rise of the consonant part and the vowel, an appropriate reference value is set, and a region where the amplitude is below this reference value continues for a predetermined time (for example, about 10 ms) or more is VOT. As a result, it is possible to identify the end of the consonant part by distinguishing it from the remaining part of the consonant part and the vowel part.
一方、母音部の後、次に続く子音部との間にも、通常は数十ms以上の無音区間が存在する。したがって、上述したVOTの検出と同様にしてこの無音区間を判別することにより、次の子音部の始期を特定することができる。 On the other hand, there is usually a silent section of several tens of ms or more between the vowel part and the subsequent consonant part. Therefore, the beginning of the next consonant part can be specified by discriminating this silent section in the same manner as the VOT detection described above.
母音部の振幅は子音部の振幅よりも大きいことから、振幅が所定値以下の区間がVOTであるか母音後の無音区間であるかは、その区間の前後における振幅の大きさに基づいて判別することができる。したがって、VOTについては子音部に含める一方、母音後の無
音区間については子音部に含めないようにすることで、子音部の時間波形のみを抽出することができる。
Since the amplitude of the vowel part is larger than the amplitude of the consonant part, it is determined whether the section where the amplitude is equal to or less than the predetermined value is a VOT or a silent section after the vowel based on the magnitude of the amplitude before and after the section. can do. Therefore, only the time waveform of the consonant part can be extracted by including the VOT in the consonant part while not including the silent section after the vowel in the consonant part.
子音抽出部26における子音部の抽出は、上述したように子音部全体を抽出するようにしてもよいが、VOTのみを抽出するようにしてもよく、或いは、VOT以外の残余の部分のみを抽出するようにしてもよい。本実施形態においては、子音部からVOTを除いた部分を、抽出された子音部としている。
The consonant extraction in the
子音抽出部26で抽出された子音部は、振幅増幅部28を経て反復処理部24に入力される。振幅増幅部28における振幅増幅は、必ずしも必要ではなく、子音抽出部26で抽出された子音部が、振幅増幅部28を通過せずに直接反復処理部24へ入力されるように構成してもよい。また、子音部の振幅が大きく増幅され過ぎると、もとの音声が知覚されなくなるため好ましくない。したがって、振幅増幅部28の入力信号の振幅に対する出力信号の振幅の比は、1.0〜5.0の範囲が好ましい。
The consonant part extracted by the
反復処理部24は、子音抽出部26で抽出された子音部の時間波形に基づいて、遅延処理部22から遅れて入力される音声信号に含まれる同一の波形部分を検出する。そして、同一の波形部分を検出すると、増幅された子音部の時間波形を、子音部が複数回繰り返されるように音声信号の途中に挿入する。この結果、反復処理部24から出力される信号は、図4に示すように、子音部が繰り返されて強調された子音明瞭化信号となる。
Based on the time waveform of the consonant part extracted by the
子音明瞭化信号における子音部の繰り返し回数は、音声信号に最初から含まれる子音部も含めて複数回であれば特に限定されないが、回数が多すぎると使用者が違和感を覚えやすくなることから、2〜5回程度であることが好ましい。 The number of repetitions of the consonant part in the consonant clarification signal is not particularly limited as long as it is a plurality of times including the consonant part included in the sound signal from the beginning, but if the number is too large, it is easy for the user to feel uncomfortable. It is preferably about 2 to 5 times.
このように、音声信号に子音部を付加することにより、付加された子音部の分だけ子音に相当する区間が延長される。この延長された時間は、母音後の無音時間から削除することにより、次の子音又は母音までの時間を一定にすることが好ましい。 Thus, by adding the consonant part to the audio signal, the section corresponding to the consonant is extended by the added consonant part. It is preferable that the time until the next consonant or vowel is made constant by deleting the extended time from the silent time after the vowel.
一方、搬送波信号発生部6においては、正弦波からなる搬送波信号が生成される。本実施形態のように、振動子12を人体に当接させる構成の場合には、搬送波信号の周波数は、人間の皮膚、筋肉または骨を介して脳の聴覚機能に振動が良好に伝達されるように、20〜100kHzであることが好ましく、20〜50kHzであることがより好ましい。搬送波信号は、振幅変調部8に向けて出力される。
On the other hand, the carrier wave signal generation unit 6 generates a carrier wave signal composed of a sine wave. In the case of the configuration in which the
振幅変調部8は、搬送波信号発生部6からの搬送波信号を、音声信号処理部20で生成された子音明瞭化信号により振幅変調する。振幅変調の方法は特に限定されるものではなく、例えば、両側波体(DSB)変調などを挙げることができる。こうして変調された出力信号は、出力増幅部10において増幅され、入力された音声に対応する機械的振動が振動子12を介して人体に伝達される。
The amplitude modulation unit 8 modulates the amplitude of the carrier wave signal from the carrier wave signal generation unit 6 using the consonant clarification signal generated by the audio
このように、本実施形態の音声情報伝達装置によれば、従来のように入力された音声信号により搬送波信号を振幅変調するのではなく、音声信号に基づき音声信号処理部において子音明瞭化信号を生成し、この子音明瞭化信号により搬送波信号を振幅変調するようにしているので、子音が特に強調された情報を振動子12から出力することができる。したがって、従来は不明瞭になり易かった子音の識別力を向上させることができる。特に、搬送波信号の周波数が20〜100kHzの場合には、音声ではなく超音波振動として人体に伝達されるため、子音の識別性を高める効果がより顕著なものとなる。
As described above, according to the audio information transmitting apparatus of this embodiment, the carrier signal is not amplitude-modulated by the input audio signal as in the prior art, but the consonant clarification signal is generated in the audio signal processing unit based on the audio signal. Since the carrier wave signal is amplitude-modulated by the generated consonant clarification signal, information in which the consonant is particularly emphasized can be output from the
本発明に係る音声情報伝達装置の効果を確認するため、実際に語音同定テストを行った
。
In order to confirm the effect of the speech information transmission apparatus according to the present invention, a speech sound identification test was actually performed.
子音明瞭化信号における子音部の繰り返し回数は、図4に示すように、もとの音声信号に含まれる子音部も含めて3回とし、搬送波信号の周波数は、30kHzとした。このような条件下で、被験者20名に対し、「イチ」や「サン」などの一桁数字の認識率を調べた。また、比較例として、子音明瞭化処理を行わずに搬送波信号を音声信号により振幅変調した場合について、上記実施例と同様の試験を行った。この結果を図5に示す。 As shown in FIG. 4, the number of repetitions of the consonant part in the consonant clarification signal is 3 times including the consonant part included in the original audio signal, and the frequency of the carrier wave signal is 30 kHz. Under these conditions, the recognition rate of single-digit numbers such as “1” and “Sun” was examined for 20 subjects. Further, as a comparative example, the same test as in the above example was performed in the case where the carrier wave signal was amplitude-modulated by the audio signal without performing the consonant clarification process. The result is shown in FIG.
図5から明らかなように、大部分の被験者は、比較例よりも実施例の方が正答率が高くなっており、本発明により音声情報の識別性が向上していることを確認した。 As is clear from FIG. 5, most subjects confirmed that the correct answer rate was higher in the example than in the comparative example, and the discrimination of voice information was improved by the present invention.
1 音声情報伝達装置
2 マイクロフォン
4 音声増幅部
6 搬送波信号発生部
8 振幅変調部
10 出力増幅部
12 振動子
20 音声信号処理部
22 遅延処理部
24 反復処理部
26 子音抽出部
28 振幅増幅部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
外部から音声が入力されるマイクロフォンと、
入力された音声信号に基づいて子音明瞭化信号を生成する音声信号処理部と、
搬送波信号を生成する搬送波信号発生部と、
前記搬送波信号を前記子音明瞭化信号に基づいて振幅変調する振幅変調部と、
振幅変調された出力信号に基づく機械的振動を伝達する振動子とを備え、
前記音声信号処理部は、前記音声信号に含まれる子音部を抽出する子音抽出部と、
抽出された子音部を前記音声信号に付加することにより、前記音声信号における子音部が複数回反復された前記子音明瞭化信号を生成する反復処理部とを備える音声情報伝達装置。 A voice information transmission device that transmits voice information to a human body,
A microphone that receives sound from outside,
An audio signal processing unit that generates a consonant clarification signal based on the input audio signal;
A carrier signal generator for generating a carrier signal;
An amplitude modulator that modulates the amplitude of the carrier signal based on the consonant clarification signal;
A vibrator that transmits mechanical vibration based on an amplitude-modulated output signal,
The voice signal processing unit is configured to extract a consonant part included in the voice signal;
An audio information transmission apparatus comprising: an iterative processing unit that generates the consonant clarification signal in which the consonant part in the audio signal is repeated a plurality of times by adding the extracted consonant part to the audio signal.
前記反復処理部は、増幅された子音部が複数回反復された前記子音明瞭化信号を生成する請求項1又は2に記載の音声情報伝達装置。 The audio signal processing unit further includes an amplitude amplifying unit that amplifies the amplitude of the extracted consonant part,
The speech information transmitting apparatus according to claim 1, wherein the iterative processing unit generates the consonant clarification signal in which the amplified consonant part is repeated a plurality of times.
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