JP2006180455A - 呼気流センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】 呼気流と同時に音声を検出可能な呼気流センサを提供すること。
【解決手段】 本発明は、話者の音声および呼気流を電気信号に変換して出力するコンデ
ンサマイクと、前記コンデンサマイクからの出力信号のうち第1の周波数以上の信号を透
過するハイパスフィルタと、前記コンデンサマイクからの出力信号のうち第2の周波数以
下の信号を透過するローパスフィルタとを有する呼気流センサを提供する。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明は、話者の音声および呼気流を電気信号に変換して出力するコンデ
ンサマイクと、前記コンデンサマイクからの出力信号のうち第1の周波数以上の信号を透
過するハイパスフィルタと、前記コンデンサマイクからの出力信号のうち第2の周波数以
下の信号を透過するローパスフィルタとを有する呼気流センサを提供する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、発声あるいは発語訓練装置に用いられる呼気流センサに関する。特に、呼気流と同時に音声を取得可能な呼気流センサに関する。
呼気流は発声のためのエネルギー源であり、発音あるいは発語の訓練においては非常に重要な要素である。例えば英語のような言語においては、呼気流は子音の発音と密接に関係している。したがって、語学学習等の発声訓練装置において、呼気流の強さ等が監視対象のパラメータとして用いられている。呼気流を測定するためには、いわゆるコンデンサマイクを用いた呼気流センサが開発されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平6−105389号公報
しかし、特許文献1に記載の技術においては、呼気流を精度よく検出するためには、音声成分を除去するためのローパスフィルタを用いる必要があった。当然ながらこのローパスフィルタにより音声成分は除去されてしまうので、発声訓練装置に用いるには音声信号取得用のマイクを別途設置しなければならず、構造が複雑になってしまうという問題があった。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、呼気流と同時に音声を検出可能な呼気流センサを提供することを目的とする。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、呼気流と同時に音声を検出可能な呼気流センサを提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明は、話者の音声および呼気流を電気信号に変換して出力するコンデンサマイクと、前記コンデンサマイクからの出力信号のうち第1の周波数以上の信号を透過するハイパスフィルタと、前記コンデンサマイクからの出力信号のうち第2の周波数以下の信号を透過するローパスフィルタとを有する呼気流センサを提供する。
好ましい態様において、前記第1の周波数および前記第2の周波数が声帯振動周波数以下であってもよい。さらに、前記第1の周波数および前記第2の周波数が70〜120Hzの範囲にあってもよい。
好ましい態様において、前記第1の周波数および前記第2の周波数が声帯振動周波数以下であってもよい。さらに、前記第1の周波数および前記第2の周波数が70〜120Hzの範囲にあってもよい。
本発明によれば、1つのマイクで呼気流および音声を両方取得することができる。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
<原理>
図1は、本発明に係る呼気流センサ10の原理的な機能構成を示すブロック図である。コンデンサマイク11は音声および呼気流による音圧の変化を電気信号として出力する装置である。コンデンサマイク11はハイパスフィルタ(HPF)12を含む音声出力系統およびローパスフィルタ(LPF)13を含む呼気流出力系統の2つの出力系統に接続されている。音声出力系統において、コンデンサマイク11から出力された信号はHPF12により低周波数領域の信号がカットされる。呼気流の周波数は音声の周波数(声帯振動周波数)よりも低いので、適切なカットオフ周波数を有するハイパスフィルタを用いることによりコンデンサマイク11の出力信号から呼気流の成分を除去することができる。本実施形態において、HPF12のカットオフ周波数は120Hzである。一般に声帯振動周波数は最も低い成人男性で150Hz前後と言われている。したがって、カットオフ周波数120HzのHPF12を用いることによって出力信号から音声成分を効率的に除去することができる。このようにして、音声出力系統からは呼気流成分が除去された信号が出力される。
<原理>
図1は、本発明に係る呼気流センサ10の原理的な機能構成を示すブロック図である。コンデンサマイク11は音声および呼気流による音圧の変化を電気信号として出力する装置である。コンデンサマイク11はハイパスフィルタ(HPF)12を含む音声出力系統およびローパスフィルタ(LPF)13を含む呼気流出力系統の2つの出力系統に接続されている。音声出力系統において、コンデンサマイク11から出力された信号はHPF12により低周波数領域の信号がカットされる。呼気流の周波数は音声の周波数(声帯振動周波数)よりも低いので、適切なカットオフ周波数を有するハイパスフィルタを用いることによりコンデンサマイク11の出力信号から呼気流の成分を除去することができる。本実施形態において、HPF12のカットオフ周波数は120Hzである。一般に声帯振動周波数は最も低い成人男性で150Hz前後と言われている。したがって、カットオフ周波数120HzのHPF12を用いることによって出力信号から音声成分を効率的に除去することができる。このようにして、音声出力系統からは呼気流成分が除去された信号が出力される。
一方、呼気流出力系統においてコンデンサマイク11の出力信号は、LPF13により高周波数領域の信号がカットされる。本実施形態において、LPF13のカットオフ周波数は120Hzである。これにより出力信号から音声成分を除去することができる。このようにして、呼気流出力系統からは音声成分が除去された信号が出力される。
<第1実施形態>
図2は、本発明の第1実施形態に係るマイク1の構成を示すブロック図である。筐体101は、一端が開放された円筒形のケースである。筐体101の開放端側には呼気流センサユニット102が取り付けられている。呼気流センサユニット102は、呼気流を含む音声を電気信号に変換するコンデンサマイク103と、コンデンサマイク103から出力された信号を処理する信号処理回路104とから構成される。コンデンサマイク103は、呼気流を取得するための気室105と、圧力の変化を電気信号に変換するコンデンサ(キャパシタ)106とを有する。コンデンサ106は、振動板107および固定電極108の2つの電極を有する。振動板107と固定電極108の間には誘電体109が挟持されている。すなわち、コンデンサマイク103はエレクトレットコンデンサマイクである。振動板107は気室105に露出している。気室105において、振動板107を含む面と対向する面には開口部が設けられている。あるいは、面全体が開口していてもよい。図2に示されるように、気室105およびコンデンサ106において、コンデンサ106の電極に平行な面で切断した断面は円形であるが、正方形、長方形等、他の形状であってもよい。
図2は、本発明の第1実施形態に係るマイク1の構成を示すブロック図である。筐体101は、一端が開放された円筒形のケースである。筐体101の開放端側には呼気流センサユニット102が取り付けられている。呼気流センサユニット102は、呼気流を含む音声を電気信号に変換するコンデンサマイク103と、コンデンサマイク103から出力された信号を処理する信号処理回路104とから構成される。コンデンサマイク103は、呼気流を取得するための気室105と、圧力の変化を電気信号に変換するコンデンサ(キャパシタ)106とを有する。コンデンサ106は、振動板107および固定電極108の2つの電極を有する。振動板107と固定電極108の間には誘電体109が挟持されている。すなわち、コンデンサマイク103はエレクトレットコンデンサマイクである。振動板107は気室105に露出している。気室105において、振動板107を含む面と対向する面には開口部が設けられている。あるいは、面全体が開口していてもよい。図2に示されるように、気室105およびコンデンサ106において、コンデンサ106の電極に平行な面で切断した断面は円形であるが、正方形、長方形等、他の形状であってもよい。
筐体101の開放端すなわち呼気流センサユニット102が取り付けられてる端部には、カバー111が取り付けられる。また、筐体101はその内部に電池室を有しており、呼気流センサユニット102に駆動電圧を供給するための電池110を収納することができる。
図3は、呼気流センサユニット102の回路構成を示す図である。コンデンサ106に電圧を供給するための電池110に、信号処理回路104が接続されている。信号処理回路104は抵抗Rと、出力信号から呼気流成分を除去するためのHPF12と、音声成分を除去するためのLPF13とを有する。
続いて、マイク1の動作について説明する。
使用者がマイク1を口元に近づけて音声を発すると、音声は音波として伝播し、気室105の圧力を変化させる。気室105の圧力変化により、振動板107が振動する。振動板107の振動によりコンデンサ106の容量が変化する。容量の変化は電圧の変化を示す信号として出力される。呼気流センサユニット102は、音声出力および呼気流出力の2系統の出力系統を有する。音声出力系統において、出力信号は、HPF12により低周波数成分の信号が除去される。前述のようにHPF12のカットオフ周波数は120Hzであるので、低周波数領域に存在する呼気流成分が除去された音声信号が出力される。一方呼気流出力系統において、音声信号はカットオフ周波数120HzのLPF13により高周波の音声成分が除去され、呼気流信号として出力される。
使用者がマイク1を口元に近づけて音声を発すると、音声は音波として伝播し、気室105の圧力を変化させる。気室105の圧力変化により、振動板107が振動する。振動板107の振動によりコンデンサ106の容量が変化する。容量の変化は電圧の変化を示す信号として出力される。呼気流センサユニット102は、音声出力および呼気流出力の2系統の出力系統を有する。音声出力系統において、出力信号は、HPF12により低周波数成分の信号が除去される。前述のようにHPF12のカットオフ周波数は120Hzであるので、低周波数領域に存在する呼気流成分が除去された音声信号が出力される。一方呼気流出力系統において、音声信号はカットオフ周波数120HzのLPF13により高周波の音声成分が除去され、呼気流信号として出力される。
以上で説明したように、本実施形態によれば、1のコンデンサマイクにより音声信号および呼気流信号の2つの出力信号を同時に得ることができるので、呼気流センサと音声取得用のマイクとをそれぞれ別個に設ける必要がなくなるという効果が得られる。
なお、本実施形態は上述の態様に限られず種々の変形実施が可能である。
第1実施形態においては、コンデンサ106がエレクトレットコンデンサである態様について説明したが、誘電体109の代わりに空気を用いたコンデンサを採用してもよい。ただし、この場合は振動板107と固定電極108に電荷を蓄積するために高い電圧を印加しなければならないため、高電圧の電源を用いる必要がある。
信号処理回路104において、出力信号を増幅するための増幅器を設けてもよい。増幅器はコンデンサ106の出力の後段に設けてもよいし、HPF12あるいはLPF13の後段に設けてもよい。
第1実施形態においては、コンデンサ106がエレクトレットコンデンサである態様について説明したが、誘電体109の代わりに空気を用いたコンデンサを採用してもよい。ただし、この場合は振動板107と固定電極108に電荷を蓄積するために高い電圧を印加しなければならないため、高電圧の電源を用いる必要がある。
信号処理回路104において、出力信号を増幅するための増幅器を設けてもよい。増幅器はコンデンサ106の出力の後段に設けてもよいし、HPF12あるいはLPF13の後段に設けてもよい。
また、上述の実施形態においてはHPF12およびLPF13のカットオフ周波数がともに120Hzである態様について説明したが、カットオフ周波数の値は120Hzに限定されるものではなく、音声と呼気流を分離できる値であればよい。すなわち、声帯振動数以下であることが好ましい。より具体的には、カットオフ周波数は例えば70〜120Hzの範囲にあることが望ましい。さらに、上述の実施形態においてはHPF12のカットオフ周波数とLPF13のカットオフ周波数は同一である態様について説明したが、これらは異なっていてもよい。HPF12およびLPF13が透過する周波数帯にはオーバーラップ部分があってもよいし、逆にLPF13およびHPF12のどちらによっても透過されない周波数帯が存在してもよい。あるいは、カットオフ周波数を可変な構成としてもよい。
<第2実施形態>
続いて本発明の第2実施形態について説明する。以下の説明において、第1実施形態と共通する要素には共通の参照番号を付して説明する。
図4は本発明の第2実施形態に係るマイクシステム2の構成を示す模式図である。マイクシステム2は、マイク本体であるマイク2aと、信号処理回路を有する信号処理装置2bとから構成される。マイクシステム2において、音声信号と呼気流信号を分離するためのHPF12およびLPF13は、信号処理装置2b内に存在する。すなわち、マイクシステム2は、HPF12およびLPF13が外付けとなっている(HPF12およびLPF13がマイク本体に内蔵されていない)点において第1実施形態に係るマイク1と異なる。
続いて本発明の第2実施形態について説明する。以下の説明において、第1実施形態と共通する要素には共通の参照番号を付して説明する。
図4は本発明の第2実施形態に係るマイクシステム2の構成を示す模式図である。マイクシステム2は、マイク本体であるマイク2aと、信号処理回路を有する信号処理装置2bとから構成される。マイクシステム2において、音声信号と呼気流信号を分離するためのHPF12およびLPF13は、信号処理装置2b内に存在する。すなわち、マイクシステム2は、HPF12およびLPF13が外付けとなっている(HPF12およびLPF13がマイク本体に内蔵されていない)点において第1実施形態に係るマイク1と異なる。
マイク2aは、第1実施形態における呼気流センサユニット102の代わりに呼気流センサユニット202を有する。呼気流センサユニット202は、第1実施形態における信号処理回路104に代わり信号処理回路204を有する。信号処理回路204は、LPF13およびHPF12を有していない点が信号処理回路104とは異なる。
マイク2aと信号処理装置2bとは、ケーブル212によって接続されている。すなわち、呼気流センサユニット202の出力信号はケーブル212を介して信号処理装置2bに供給される。信号処理装置2bは、筐体213の内部に信号処理回路214を有する。信号処理回路214には、HPF12およびLPF13が含まれる。
図5は、マイクシステム2の回路構成を示す図である。
マイクシステム2は、第1実施形態に係るマイク1と構成要素の配置が異なるだけであって本質的な構成は同一であるため、その動作はマイク1と同様である。したがってその説明は省略する。
マイクシステム2は、第1実施形態に係るマイク1と構成要素の配置が異なるだけであって本質的な構成は同一であるため、その動作はマイク1と同様である。したがってその説明は省略する。
なお、本実施形態は上述の態様に限られず種々の変形実施が可能である。
上述の第2実施形態においては、マイクシステム2が有線マイクシステムである態様に着いて説明したが、マイク2aと信号処理装置2bとが無線により信号の授受を行う構成としてもよい。その場合、マイク2aが無線送信部を有し、信号処理装置2bが無線受信部を有する必要がある。
また、第1実施形態で説明した変形実施形態は第2実施形態にも適用可能である。
上述の第2実施形態においては、マイクシステム2が有線マイクシステムである態様に着いて説明したが、マイク2aと信号処理装置2bとが無線により信号の授受を行う構成としてもよい。その場合、マイク2aが無線送信部を有し、信号処理装置2bが無線受信部を有する必要がある。
また、第1実施形態で説明した変形実施形態は第2実施形態にも適用可能である。
<変形例>
図6は本発明の変形実施形態の基本構成を示す機能ブロック図である。図6に示されるように、コンデンサマイク11をn個(図6ではn=5)設けてもよい。n個のコンデンサマイク11からの出力信号は加算器14によって加算され、HPF12およびLPF13に提供される。
これによれば、例えば話者や発生する音等によりコンデンサマイクの位置を変更する必要がある場合に、複数のコンデンサマイクを異なる位置に設置すればマイクの位置を変えなくても話者の呼気流および音声を効率的に検出することができる。
本発明に係る呼気流センサは、語学学習だけでなく、聴覚障害者の発声訓練等の用途に用いることもできる。
図6は本発明の変形実施形態の基本構成を示す機能ブロック図である。図6に示されるように、コンデンサマイク11をn個(図6ではn=5)設けてもよい。n個のコンデンサマイク11からの出力信号は加算器14によって加算され、HPF12およびLPF13に提供される。
これによれば、例えば話者や発生する音等によりコンデンサマイクの位置を変更する必要がある場合に、複数のコンデンサマイクを異なる位置に設置すればマイクの位置を変えなくても話者の呼気流および音声を効率的に検出することができる。
本発明に係る呼気流センサは、語学学習だけでなく、聴覚障害者の発声訓練等の用途に用いることもできる。
1…マイク、2…マイクシステム、10…呼気流センサ、11…コンデンサマイク、12…HPF、13…LPF、14…加算器、100…呼気流センサ、101…筐体、102…呼気流センサユニット、103…コンデンサマイク、104…信号処理回路、105…気室、106…コンデンサ、107…振動板、108…固定電極、109…誘電体、110…電池、111…カバー、202…呼気流センサユニット、204…信号処理回路、212…ケーブル、213…筐体、214…信号処理回路
Claims (3)
- 話者の音声および呼気流を電気信号に変換して出力するコンデンサマイクと、
前記コンデンサマイクからの出力信号のうち第1の周波数以上の信号を透過するハイパスフィルタと、
前記コンデンサマイクからの出力信号のうち第2の周波数以下の信号を透過するローパスフィルタと
を有する呼気流センサ。 - 前記第1の周波数および前記第2の周波数が声帯振動周波数以下であることを特徴とする請求項1に記載の呼気流センサ。
- 前記第1の周波数および前記第2の周波数が70〜120Hzの範囲にあることを特徴とする請求項2に記載の呼気流センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005249792A JP2006180455A (ja) | 2004-11-29 | 2005-08-30 | 呼気流センサ |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004343684 | 2004-11-29 | ||
JP2005249792A JP2006180455A (ja) | 2004-11-29 | 2005-08-30 | 呼気流センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006180455A true JP2006180455A (ja) | 2006-07-06 |
Family
ID=36734092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005249792A Pending JP2006180455A (ja) | 2004-11-29 | 2005-08-30 | 呼気流センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006180455A (ja) |
-
2005
- 2005-08-30 JP JP2005249792A patent/JP2006180455A/ja active Pending
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