JP2010118975A - 集音装置及びノイズ抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 実装上の制約が少なく、かつ、機器の大型化を招くことなく、かつ、フィルタ情報を生成するための演算処理を必要とすることなく、コンティニュアスＡＦ機構のようなノイズ源にて発生するノイズが、同一筐体のマイクを介して入力される音声信号に及ぼす影響を抑制する。
【解決手段】 ノイズ源装置、マイク、イコライザを備える集音装置のノイズ源装置が作動時に発生する固有の周波数スペクトルを測定し、固有の周波数スペクトルに応じてイコライザにてカットする阻止帯域を定め、マイクを介して入力された音声からイコライザが所定の阻止帯域をカットする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、集音装置内において発生するノイズが集音に及ぼす影響を低減するための技術に関する。

昨今では携帯電話端末をはじめとする多くの携帯機器・小型機器がオートフォーカス機能付きカメラを搭載しており、携帯電話端末を用いて静止画、動画、動画を記録することが一般的になりつつある。これに伴いこうした機器にて記録した静止画、動画に対してより高い品質が求められている。

デジタルカメラで撮影した画像を高画質化する要求に応える形でカメラの画素数の向上や各種動画技術の開発が続いている。特に動画の品質を向上する技術のひとつに、コンティニュアスオートフォーカス（コンティニュアスＡＦ、自動フォーカス追従方式）がある。コンティニュアスＡＦによれば動画撮影の間にピント調整を連続的かつ自動的に行うので、動く被写体の動画を撮影する際に撮影者自身が絶えずピント調整操作を行なわなくてもピントの合った動画を得ることができる。

一般にコンティニュアスＡＦでは合焦の際にレンズを駆動するが、その際に駆動部は振動を発生し、この振動は機器の筐体を伝播して音を発生する場合がある。また、作動した駆動部自身が直接的に音を発生する場合もある。こうしたコンティニュアスＡＦの作動音は機器筐体或いはその内部の空気を伝播するので、ビデオカメラや音声付動画を撮影する機能を有する携帯電話端末では、内蔵のマイクがコンティニュアスＡＦの作動音を拾ってしまうという現象が発生する。その結果、コンティニュアスＡＦ作動時の音声品質が劣化するという問題が生じていた。この問題は小型の同一筐体内にマイクとコンティニュアスＡＦ機構の両方を実装する携帯電話端末において特に顕著である。

従来、構造・実装的な手法からのアプローチによってこうした問題の解決を図っていたが、この種のアプローチでは、実装上の制約を伴い、また多くの場合、機器の大型化といったデメリットを伴う。特に、ノイズ源となる部位がコンティニュアスＡＦ機構以外にも存在する場合はそれぞれの部位について実装上の制約や機器大型化の要因を生むことになる。

こうしたデメリットを伴うことなく、機器内のノイズ源が発するノイズの影響を抑えるための技術が特許文献１に記載されている。同文献には、機器内部で雑音を発生する制御の実行が開始されると、これに応じて、音声信号を複数の周波数成分に分割して各周波数成分の入力音レベル情報を生成するのと並行して、予め記憶装置に保持した雑音除去フィルタ情報（各周波数成分のレベル情報）の読み出しを行い、両情報を比較することにより新たな雑音除去フィルタ情報を生成し、新しい雑音除去フィルタ情報を用いてマイクロフォンから集音した音声信号に対して雑音成分を抑制または除去する発明が記載されている。この発明によれば、音声信号を複数周波数成分に分割する処理、各成分の入力音レベル情報を生成する処理、既存の雑音除去フィルタ情報を読み出す処理、各成分の入力音レベル情報と読み出した雑音除去フィルタ情報を比較して新しい雑音除去フィルタ情報を生成する処理といった一連の処理を、雑音を発生する制御を開始する度毎に実行する必要がある。このため、これらの処理を実行するための処理装置が必要になるのは勿論のこと、雑音源となる制御対象装置が作動する度毎に上述の一連の処理を実行するための電力が消費されることになる。

特開２００３−２８４１８１（第５２〜５５段落）

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、実装上の制約が少なく、かつ、機器の大型化を招くことなく、かつ、フィルタ情報を生成するための演算処理を必要とすることなく、コンティニュアスＡＦ機構のようなノイズ源にて発生するノイズが、同一筐体のマイクを介して入力される音声信号に及ぼす影響を抑制する技術を提供することである。

上述の課題を解決するための手段として本発明は以下の集音装置及びノイズ抑制方法を提供する。

まず、本発明の一態様として、作動時に固有の周波数スペクトルを有するノイズを発生するノイズ源装置、マイク、及び、固有の周波数スペクトルに応じて予め定められた阻止帯域を、マイクを介して入力された音声からカットするイコライザを備えることを特徴とする集音装置を提供する。

また、本発明の他の一態様として、ノイズ源装置、マイク、イコライザを備える集音装置のノイズ源装置が作動時に発生する固有の周波数スペクトルを測定する段階と、固有の周波数スペクトルに応じてイコライザにてカットする阻止帯域を定める段階と、マイクを介して入力された音声からイコライザが阻止帯域をカットする段階とを含むことを特徴とするノイズ抑制方法を提供する。

本発明によれば次のような効果を得ることができる。
・ノイズを抑制するためだけに必要な要素が少ないので実装上の制約が少ない。
・筐体に隔壁を設ける等の構造上の制限を課すことがないので機器を大型化する必要がない。
・ノイズ源となる装置が複数ある場合であっても、阻止帯域の数を増やすことでノイズの抑制を図ることができる。
・所定の阻止帯域をカットするだけなので必要な演算処理能力が低く、このために低い消費電力でノイズを抑制することができる。

本発明では、動画撮影や録音の際に発生する騒音のうち、固有の周波数スペクトルを有する騒音に対してイコライジング処理を施すことにより、こうした騒音を抑制乃至除去する音声信号処理を行う。更に、周囲騒音のレベルが低い場合はノイズサプレッサにより全帯域にゲインロスを与えることにより騒音を低減する。

本発明の一実施の形態である携帯電話端末１について説明する。図１を参照すると、携帯電話端末１は、カメラデバイス２、コンティニュアスオートフォーカス機構（ＣＡＦ機構）３、マイク４、アナログアンプ５、アナログ‐デジタルコンバータ（Ａ／Ｄコンバータ）６、デジタルアンプ７、イコライザ８、ノイズサプレッサ９、デジタルアンプ１０、録音システム１１を備える。マイク４から入力された音声信号は、アナログアンプ５、Ａ／Ｄコンバータ６、デジタルアンプ７、イコライザ８、ノイズサプレッサ９、デジタルアンプ１０を順次通過して録音システム１１に入力される。

図２に示すように、携帯電話端末１の筐体は、下部筐体１２、上部筐体１３、これら筐体を回転可能に接続するヒンジ１４からなる。下部筐体１２内部にはカメラデバイス２、ＣＡＦ機構３、マイク４が内蔵されている。図２の斜視図にはマイク４の開口部の位置を示し、側面図には携帯電話端末１の側面から見たときのカメラデバイス２、ＣＡＦ機構３、マイク４の位置をそれぞれ示している。

尚、携帯電話端末１は、上述の要素の他にも、移動体通信網の基地局との間で無線通信を行うための無線通信部、キー入力を受け付けるためのテンキー部、スピーカ、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示装置等を備えるが、本発明の動作とは直接の関係がないために説明を省略する。

ＣＡＦ機構３は作動時に固有の周波数スペクトルを有するノイズを発生する。マイク３から入力されたノイズは、アナログアンプ５、Ａ／Ｄコンバータ６を経てデジタル音声信号となる。この音声信号に対して、イコライザ８にてイコライジング処理を適用してノイズ成分を抑制し、更に、ノイズサプレッサ９にてノイズレベルを抑制して、最終的に録音システム１１へデータを出力する。以下に更に詳しく説明する。

カメラデバイス２はＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の撮像素子、レンズ等を備える。

ＣＡＦ機構３は、カメラデバイス２のレンズをサーボモータで駆動することにより、カメラデバイス２で撮像した画像が合焦するように作動するオートフォーカス機構であり、特に動画を撮影している間、合焦した状態が持続するように継続的かつ自動的にレンズ位置を調整する。以下ではＣＡＦ機構３が作動しているときに発生する作動音をＣＡＦ動作ノイズと記す。ＣＡＦ動作ノイズの周波数スペクトルは、カメラデバイス２、携帯電話端末１の筐体（特に下部筐体１２）、不図示の基板その他携帯電話端末１を構成する部品からなる振動系に固有のものとなる。ここではＣＡＦ機構３は作動時に図３に示すような周波数スペクトルのＣＡＦ動作ノイズを発生するものとする。この周波数スペクトルの時間波形を図４に示す。

マイク４は動画撮影をしている間の外部の音声を入力するためのマイクである。携帯電話端末１では通話用のマイクを兼ねている。

イコライザ８は入力された音声信号から予め定められた阻止帯域を除去する。イコライザ８の種類はパラメトリックイコライザであってもグラフィックイコライザであってもよい。阻止帯域は、ＣＡＦ動作ノイズの周波数スペクトルの測定結果に基づいて設定される。図５は阻止帯域の設定例であり、本例では２００Ｈｚ、７００Ｈｚ、２．５ｋＨｚを中心とした３つの阻止帯域を設定している。

一般に、人の聴感特性では１／３オクターブ以下の周波数範囲では音の識別が難しく、１／３オクターブ以下の周波数帯域の欠損は聴感上気にならない。また、欠損を与える周波数帯域が複数存在する場合であっても、互いの間隔が１／３オクターブ以上あれば聴感上気にならない。

このような知見に基づいて、本発明では、ノイズ源が発するノイズの固有の周波数スペクトルにおいて大きなピークを有する周波数を中心として阻止帯域を設定する。図３を参照すると２００Ｈｚ及び２．５ｋＨｚ付近に比較的大きなピークがあることがわかる。そのため、図５の例では２００Ｈｚを中心とする１／３オクターブ以下の周波数範囲の阻止帯域と、２．５ｋＨｚを中心とする１／３オクターブ以下の周波数範囲の阻止帯域とを設定している。更に、図５の例では、７００Ｈｚの周波数帯域にも阻止帯域を設けて、低域、中域、高域の都合３つの阻止帯域を設定している。

図３に示す周波数スペクトルを有するＣＡＦ動作ノイズがマイク２から入力されたとき、図５に示すイコライザ特性を付与したイコライザ８によりイコライジング処理を施すと、図６に示すような周波数スペクトルとなり、このとき図７に示すような時間波形となる。図３と図６とを比較するとＣＡＦ動作ノイズが効果的に抑制されていることがわかる。このとき、上述した人の聴感特性により聴覚上の違和感はほとんど発生しない。

イコライザ８の出力波形に対して、ノイズサプレッサ９は、ＣＡＦ動作ノイズのレベルを電気的に下げることにより、動画撮影時のノイズ音を更に抑制・除去する。ノイズサプレッサの方式は特に問わない。周囲騒音のレベルが低い場合、ノイズサプレッサ９は、全帯域にゲインロスを与える。これによりＣＡＦ動作ノイズの更なる低減を図る。

録音システム１１はエンコーダ、デコーダ、記録媒体、記録媒体のリード／ライト装置を備え、イコライザ８及びノイズサプレッサ９にてノイズを抑制、除去された後の音声信号を記録する。

このようにして、携帯電話端末１では、動画撮影において、コンティニュアスＡＦによる画質の改善を図りつつも、コンティニュアスＡＦの作動に伴うノイズによる悪影響を削減し、高い録音音声品質を確保して、高画質と高音質の両立を図ることが可能となる。

以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で自由に変更を加えたものであっても本発明の技術的範囲に属することは、当業者には明らかであろう。例えば、上述の携帯電話端末１はデジタルアンプ、を備えるが、これらは必須の要素ではない。また、携帯電話端末１ではデジタルアンプ、イコライザ、ノイズサプレッサ、デジタルアンプの順に音声信号を処理するが、この順番は一例であり、順番を入れ替えてもよい。また、上述の実施の形態ではカメラ付きの携帯電話端末を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ノイズ源となる装置とマイク等の集音デバイスとの両方を同一の筐体に納める構造を有する装置に対して適用可能であり、例えば小型のビデオカメラなどに好適である。また、ノイズ源となる装置はＣＡＦ機構に限定されるものではなく、作動時に特定の周波数スペクトルを有するノイズを発生する装置であればよく、例えば固定磁気ディスク装置であってもよい。

本発明の一実施の形態である携帯電話端末１での音声信号処理について説明するためのブロック図である。 携帯電話端末１の筐体におけるＣＡＦ機構３とマイク４の位置関係を説明するための斜視図及び側面図である。 ＣＡＦ機構３が作動時に発生するノイズ（ＣＡＦ作動ノイズ）に固有の周波数スペクトルの一例を示すグラフである。 図３に示した周波数スペクトルの時間波形を示すグラフである。 図３に示すＣＡＦ作動ノイズ固有の周波数スペクトルに基づいて定めたイコライザ８のイコライザ特性の一例を示すグラフである。 図３のＣＡＦ作動ノイズに対して図５のイコライザ特性を有するイコライジング処理を施した後のＣＡＦ作動ノイズの周波数スペクトルを示すグラフである。 図６の周波数スペクトルの時間波形を示すグラフである。

符号の説明

１ 携帯電話端末
２ カメラデバイス
３ コンティニュアスオートフォーカス機構（ＣＡＦ機構）
４ マイク
５ アナログアンプ
６ アナログ‐デジタルコンバータ（Ａ／Ｄコンバータ）
７ デジタルアンプ
８ イコライザ
９ ノイズサプレッサ
１０ デジタルアンプ
１１ 録音システム
１２ 下部筐体
１３ 上部筐体
１４ ヒンジ

Claims (14)

1. 作動時に固有の周波数スペクトルを有するノイズを発生するノイズ源装置、
   マイク、及び、
   前記固有の周波数スペクトルに応じて予め定められた阻止帯域を、前記マイクを介して入力された音声からカットするイコライザ
   を備えることを特徴とする集音装置。
2. 前記阻止帯域の帯域幅が１／３オクターブ以下の周波数範囲であることを特徴とする請求項１に記載の集音装置。
3. それぞれの間が１／３オクターブ以上離れている複数の阻止帯域が定められることを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載の集音装置。
4. 周囲騒音の大きさを予め定められた閾値と比較し、前記周囲騒音が前記閾値よりも大きい場合、入力された音声信号の全帯域にゲインロスを与える手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の集音装置。
5. 少なくとも前記ノイズ源装置及びマイクが配置される筐体を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の集音装置。
6. 前記ノイズ源装置はオートフォーカス機能を有するカメラであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の集音装置。
7. 前記オートフォーカス機能は自動フォーカス追従方式であることを特徴とする請求項６に記載の集音装置。
8. ノイズ源装置、マイク、イコライザを備える集音装置の前記ノイズ源装置が作動時に発生する固有の周波数スペクトルを測定する段階と、
   前記固有の周波数スペクトルに応じて前記イコライザにてカットする阻止帯域を定める段階と、
   前記マイクを介して入力された音声から前記イコライザが前記阻止帯域をカットする段階と
   を含むことを特徴とするノイズ抑制方法。
9. 前記阻止帯域の帯域幅が１／３オクターブ以下の周波数範囲であることを特徴とする請求項８に記載のノイズ抑制方法。
10. それぞれの間が１／３オクターブ以上離れている複数の阻止帯域が定められることを特徴とする請求項８及び９のいずれかに記載のノイズ抑制方法。
11. 周囲騒音の大きさを予め定められた閾値と比較し、前記周囲騒音が前記閾値よりも大きい場合、入力された音声信号の全帯域にゲインロスを与える段階を更に含むことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載のノイズ抑制方法。
12. 前記集音装置は少なくとも前記ノイズ源装置及びマイクが配置される筐体を更に備えることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のノイズ抑制方法。
13. 前記ノイズ源装置はオートフォーカス機能を有するカメラであることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載のノイズ抑制方法。
14. 前記オートフォーカス機能は自動フォーカス追従方式であることを特徴とする請求項１３に記載のノイズ抑制方法。

Images