JP2010212898A - 音声信号処理装置及びテレビジョン受像機 - Google Patents

Abstract

【課題】音声を出力する装置において、高齢者が聞き取りやすい音質に簡単かつ適正に調整できるようにする。
【解決手段】入力音声信号が供給されるフィルタ４２と、フィルタの出力が供給さえるリミッタ４３，４４と、リミッタの出力が供給される増幅部４５を備える。フィルタ４２は、入力した音声信号の発音音声エネルギーが分布した特定周波数帯域から若干下の第１の周波数位置よりも下の周波数帯域を減衰させると共に、特定周波数帯域から若干上の第２の周波数位置よりも上の周波数帯域を減衰させる。リミッタ４３，４４は、フィルタが出力した音声信号の内の、ほぼ特定周波数帯域内の信号に対して、一定の信号レベルを超える信号を所定比率で圧縮する。増幅部４５は、リミッタが出力する音声信号に対して増幅を行い、圧縮により低下したレベルにほぼ相当する分だけレベルを持ち上げる処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばテレビジョン受像機の音声信号処理系に適用して好適な音声信号処理装置、及びその音声信号処理装置を内蔵したテレビジョン受像機に関する。

従来、スピーカ付きのテレビジョン受像機やオーディオ再生装置などのオーディオ再生を行う機器においては、再生されるオーディオ信号の補正を行って音質調整ができるようにしてある。
音質調整としては、例えば低音を強調させて迫力のある再生音が得られるようにする低音増強補正処理や、再生映像の種類に合わせた音質とする補正処理など様々なものがある。これらの補正処理は、通常は予めプリセットされており、メニュー画面などで該当するモードを選択することで、比較的簡単に設定することができる。
また、トーンコントロールなどの音質調整が複数段階に細かく可能な機器の場合には、その調整を細かく行うことで、好みの音質で再生させることが可能である。

特開２０００−３５２９９１号公報

ところで、音質補正を行う目的として、聴取者（視聴者）が聞き取りやすい音質とすることがある。特に、高齢者が聞き取る場合には聴覚の感度に衰えがあるため、話し声などの音声が聞き取りにくくなる問題があり、再生音質の補正をした方が好ましい場合が多々ある。

ところが、トーンコントロールなどの音質調整用ボリュームなどの調整では、ユーザが効果を簡単に確認するのは困難であり、手動の調整で話し声が聞き取りやすい音質にユーザが簡単に調整するのは困難である。例えば高齢者用電話機などの、高齢者向けに開発された機器では、高齢者が聞き取りやすい音質に調整されたものも存在するが、テレビジョン受像機の如きユーザの年齢を特定しない機器においては、そのような調整が行われたものは存在しない。
特許文献１に記載の技術では、音声合成された音を出力させる場合に、高齢者が聞き取りやすい周波数スペクトルの音声とすることについての記載があるが、テレビジョン放送の音声のような、音声ストリームデータの処理には適用できない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高齢者が聞き取りやすい音質に簡単かつ適正に調整できるようにすることを目的とする。

本発明は、入力した音声信号が供給されるフィルタと、フィルタの出力が供給さえるリミッタと、リミッタの出力が供給される増幅部とを備える。
フィルタは、入力した音声信号の発音音声エネルギーが分布した特定周波数帯域から若干下の第１の周波数位置よりも下の周波数帯域を減衰させると共に、特定周波数帯域から若干上の第２の周波数位置よりも上の周波数帯域を減衰させる。
リミッタは、フィルタが出力した音声信号の内の、ほぼ特定周波数帯域内の信号に対して、一定の信号レベルを超える信号を所定比率で圧縮する。
増幅部は、リミッタが出力する音声信号に対して増幅を行い、圧縮により低下したレベルにほぼ相当する分だけレベルを持ち上げる処理を行う。

このように構成したことで、フィルタでの通過帯域周波数が、人間の話す声の周波数範囲である発音音声エネルギーが分布した周波数帯域から若干広げた周波数帯域となり、明瞭感を損なわないフィルタ特性とすることができる。
そして、発音音声エネルギーが分布した周波数帯域より若干広い周波数帯域について、リミッタによる圧縮で、平坦化処理が行われる。
さらに、その平坦化処理が行われた音声信号に対して、平坦化で低くなったレベルを持ち上げる増幅処理が行われることで、この補正処理による音量を防ぐことが可能となる。

本発明によると、音声に含まれる人間の話す声が聞き取りやすい信号が出力されるようになる。しかも、フィルタで抽出する周波数を、発音音声エネルギーが分布した周波数帯域から若干広げた周波数帯域としたことで、音声信号の明瞭感を向上させることができる。さらに、リミッタによる平坦化処理で減少したレベルを補う増幅処理を行うようにしたことで、出力音声の音量を補正の有無でほとんど変化させないようにでき、違和感のない良好な音声出力が可能となる。

本発明の一実施の形態による音声信号処理構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態によるテレビジョン受像機の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態によるフィルタ処理例を示す特性図である。 本発明の一実施の形態による圧縮増幅周波数帯域設定例を示す特性図である。 本発明の一実施の形態による圧縮処理例を示す特性図である。 本発明の一実施の形態による増幅処理例を示す特性図である。

以下の順序で、本発明の一実施の形態の例を説明する。
１．テレビジョン受像機の構成（図２）
２．音声処理部の構成（図１）
３．音声処理状態の説明（図３〜図６）
４．実施の形態による効果
５．変形例の説明

［１．テレビジョン受像機の構成：図２］
図２は、本実施の形態の例を適用した装置であるテレビジョン受像機の全体構成を示した図である。
アンテナ１１が接続されたＢＳチューナ１２と、アンテナ１３が接続された地上波チューナ１４とを備える。それぞれのチューナ１２，１４でテレビジョン放送信号などを受信して映像信号Ｖ及び音声信号Ａを得る。
受信して得た映像信号Ｖと音声信号Ａは、切替え部１５に供給して、受像させることが選択された信号を選択して、後段の処理系に供給する。図示はしないが、切替え部１５では、外部入力端子から入力した映像信号及び音声信号を選択することもできる。切替え部１５での切替えについては、このテレビジョン受像機の動作を制御する制御部３１の制御に基づいて行われる。各チューナ１２，１４で受信するチャンネルについても、制御部３１により制御される。

切替え部１５で選択された映像信号Ｖは、画像処理部２１に供給して、表示させるために必要な各種画像処理が行われる。ここでの画像処理とは、例えば、輝度成分や色成分の補正，画素数やフレーム周波数の変換処理などが行われる。画像処理部２１で処理された画像信号を、パネル駆動部２２に供給して、表示パネル２３の表示駆動を行う。表示パネル２３としては、例えば液晶画像表示パネルが使用される。

切替え部１５で選択された音声信号Ａは、音声処理部４０に供給して、音声信号をスピーカから出力させるための各種音声処理が行われる。音声処理部４０は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor：デジタルシグナルプロセッサ）と称されるデジタル処理ブロックで構成される。ＤＳＰは、音声信号をデジタル信号化して、音声信号に関する各種処理が行われる回路である。例えば、ステレオ音声信号に立体音響感を付与するサラウンド処理が行われる。後述する高齢者用の音声補正処理についても、この音声処理部４０で実行される。高齢者用の音声補正処理を行うための処理構成については後述する。

音声処理部４０で処理された音声信号（２チャンネルのアナログ音声信号）は、出力用増幅部２４に供給してスピーカを駆動する出力に増幅される。その増幅された２チャンネルの音声信号は、チャンネルごとに個別のスピーカ２５Ｌ，２５Ｒに供給して出力させる。ここでは２チャンネルの出力を行う構成を示したが、１チャンネル出力を行う構成、あるいは３チャンネル以上の出力構成としてもよい。また、ヘッドホンやイヤホンなどのテレビジョン受像機（再生装置本体）とは別体の音声出力装置を接続して出力させる構成としてもよい。

テレビジョン受像機内の各部は、内部バスにより接続された制御部３１からの指令で制御される構成としてある。音声処理部４０で音声処理を行う場合の処理モードについても、制御部４０により制御される。
制御部４０は、内部バスによりメモリ３２が接続してあり、制御に必要なデータをメモリ３２に記憶させる。音声処理部４０での音声処理モードの設定情報についてもメモリ３２に記憶される。
またテレビジョン受像機は、ユーザが操作するキーなどで構成された操作部３３を備え、操作部３３の操作指令を内部バスを介して制御部３１に供給する構成としてある。操作部３３としては、テレビジョン受像機本体に配置された操作キーの他に、本体と別体のリモートコントロール装置（図示せず）に配置された操作キーであってもよい。リモートコントロール装置を使う場合には、リモートコントロール装置からテレビジョン受像機本体まで伝送させるための手段が必要である。

なお、操作部３１として、後述する高齢者音声モードを設定するキーを用意してもよい。そのキーを用意することで、高齢者用音声モードをキー操作で簡単に設定できるようになる。特にリモートコントロール装置に、高齢者用音声モードを設定するキーを用意することで、リモートコントロール装置でモードの設定及び解除が簡単に行えるようになる。高齢者用音声モードを設定するための専用の操作キーを設けない場合には、例えばメニュー画面で音声モードの選択画面を表示させた際に、選択できるモードの一覧の中に、高齢者用音声モードを用意して選択できる構成とすればよい。このようにすることで、メニュー画面から簡単に高齢者用音声モードを設定できるようになる。

［２．音声処理部の構成：図１］
次に、音声処理部４０内で、音声補正処理を行う構成について、図１，図３〜図６を参照して説明する。図１は処理構成を示した図であり、
この図１の構成は、高齢者用音声モードを設定した際に、その高齢者用音声モードに特有の処理を行う構成を示したものである。なお、図１では、それぞれの手段を独立した処理部として構成させてあるが、各処理部での処理は、１つの処理部で一括して行うようにしてもよく、また、ソフトウェアの実行による演算処理で同様の処理を行ってもよい。

図１の構成について説明すると、入力端子４１に得られる音声信号は、バンドパスフィルタ４２に供給する。バンドパスフィルタ４２は、発音音声エネルギーが分布した特定周波数帯域より若干広い周波数帯域を通過させる。そして、発音音声エネルギーが分布した特定周波数帯域から若干下の第１の周波数位置よりも下の周波数帯域を減衰させ、特定周波数帯域から若干上の第２の周波数位置よりも上の周波数帯域を減衰させる。

このバンドパスフィルタ４２の出力を、圧縮増幅周波数帯域設定用フィルタ４３に供給して、圧縮処理を行う帯域を抽出する。圧縮処理を行う帯域は、発音音声エネルギーが分布した特定周波数帯域とほぼ同じ帯域としてある。
圧縮増幅周波数帯域設定用フィルタ４３で抽出された帯域の音声信号は、圧縮処理部４４に供給し、一定の信号レベルを超える信号を所定比率で圧縮するリミット処理を行う。また、圧縮処理部４４では、圧縮増幅周波数帯域設定用フィルタ４３で抽出されていない帯域の信号に対して、圧縮処理を行わないようにしてある。

圧縮処理部４４で圧縮処理された音声信号は、増幅部４５に供給して増幅させる。増幅部４５は、圧縮処理部４４での圧縮で、低下したレベルにほぼ相当する分だけレベルを持ち上げる増幅手段である。増幅部４６で増幅された音声信号を、出力端子４６から後段の回路に供給する。

［３．音声処理状態の説明：図３〜図６］
図３から図６は、この図１の構成による各部での処理状態を示したものである。
図３は、バンドパスフィルタ４２での処理状態を示した図である。この図３に示すように、人間の話し声である発音音声エネルギー分布が、１５０Ｈｚから４ｋＨｚに存在している。このように発音音声エネルギー分布が存在している場合に、１２５Ｈｚよりも下の周波数を減衰させると共に、９ｋＨｚよりも上の周波数を減衰させる。つまり、バンドパスフィルタ４２では、発音音声エネルギー分布帯域よりも若干広い帯域である、１２５Ｈｚから９ｋＨｚの帯域をそのまま通過させて、その上下の周波数帯域を減衰させる処理を行う。

このような特性のバンドパスフィルタ４２は、例えば、カットオフ周波数１２５Ｈｚのハイパスフィルタと、カットオフ周波数９ｋＨｚのローパスフィルタとを組み合わせて構成される。
カットオフ周波数１２５Ｈｚのハイパスフィルタは、例えば、カットオフ周波数１２５Ｈｚでスロープ特性が−１５ｄＢ／０．７ｏｃｔの特性のものを使用する。カットオフ周波数９ｋＨｚのローパスフィルタは、カットオフ周波数９ｋＨｚでスロープ特性が−１５ｄＢ／０．７ｏｃｔの特性のものを使用する。

図４は、圧縮増幅周波数帯域設定用フィルタ４３で抽出する周波数帯域を示した図である。このフィルタ４３では、発音音声エネルギー分布帯域とほぼ一致した帯域を抽出させる。即ち、図４の例では、１８０Ｈｚから７．５ｋＨｚの帯域を抽出している。
このような特性のバンドパスフィルタ４３は、例えば、カットオフ周波数１８０Ｈｚのハイパスフィルタと、カットオフ周波数７．５ｋＨｚのローパスフィルタとを組み合わせて構成される。
カットオフ周波数１８０Ｈｚのハイパスフィルタは、例えば、カットオフ周波数１８０Ｈｚでスロープ特性が−１５ｄＢ／０．７ｏｃｔの特性のものを使用する。カットオフ周波数７．５ｋＨｚのローパスフィルタは、カットオフ周波数７．５ｋＨｚでスロープ特性が−１５ｄＢ／０．７ｏｃｔの特性のものを使用する。

図５は、圧縮処理部４４で圧縮処理が行われる状態を示した図である。フィルタ４３で抽出した図４に示した１８０Ｈｚから７．５ｋＨｚの帯域の信号に対して行われる圧縮処理を示したものである。ここでは、−２５ｄＢをスレッショルド周波数として、それ以上のレベルの信号を１／４のレベルに減衰させるリミット処理（圧縮処理）を行い、信号レベルの平均化処理を行う。−２５ｄＢ以下のレベルはそのままのレベルである。また、１８０Ｈｚから７．５ｋＨｚの帯域以外の信号に対しては、レベルを減衰させない。但し、１８０Ｈｚから７．５ｋＨｚの帯域以外の信号については、それより若干広い抽出周波数のフィルタ４２で減衰させてあり、それほど信号成分のレベルが高くはない。

図６は、圧縮処理部４４で圧縮処理が行われた信号に対して、増幅部４５で行われる増幅処理を示した図である。図６に示すように、全てのレベルの信号に対して１０ｄＢ出力ゲインを高くする処理を行ってある。この増幅部４５での増幅は、圧縮処理部４４での圧縮で低下したレベルにほぼ相当する分だけレベルを持ち上げる処理である。
このような設定は、アナウンス音声などの聞き取りやすさにあわせた特性の設定である。圧縮による平坦化を行う帯域を制限することで、必要以外の帯域の音量を上げることなく、目的帯域のみの音量を均一化することが出来る。

この図３から図６に示した信号処理状態の処理が行われる図１の音声信号補正処理系が、テレビジョン受像機で高齢者用音声モードを設定した際に使用される。高齢者用音声モードを設定しない場合には、図１の処理系では処理は行われない。

［４．実施の形態による効果］
以上説明した高齢者用音声モードを設定した場合には、人間の話し声が含まれる周波数帯域が強調されると共にレベルが平均化されることになる。従って、聴覚特性が減衰した高齢者にとって、ニュース番組などのアナスンス音声などの話し声が、非常に聞き取りやすくなる。
また、フィルタ４２での通過帯域周波数を、人間の話す周波数範囲から若干広げてあるため、明瞭感を損なわないフィルタ特性となり、スピーカからの出力音声の明瞭感が良好である。さらに、フィルタ４２による周波数補正と、フィルタ４３と圧縮処理部４４と増幅部４５とによる平坦化処理を同時に行うことで、ノイズ等のレベルが持ち上がることなく、人間の発音帯域の明瞭な聞き取りを実現できる効果を有する。

なお、本実施の形態の処理をＤＳＰで構成された音声処理部での演算処理で実行することで、本実施の形態の処理は、ＤＳＰに組み込ませるプログラムで実現でき、既存のハードウェアリソースで容易に実現可能である。従って、プログラムの作成にかかわるコストの増加だけで本実施の形態の処理が適用でき、低コストで導入可能となる効果を有する。
また、実施の形態で説明したように、高齢者用音声モードとして予めプリセットしておくことで、簡単な操作でこの音声モードを実行でき、操作性が向上する。

［５．変形例の説明］
なお、上述した実施の形態では、テレビジョン受像機の音声信号処理部に本発明を適用した例としたが、本実施の形態の音声信号処理部を、その他の音声信号を出力させる各種電子機器に適用してもよい。例えば、各種媒体に記録された映像信号や音声信号を再生するビデオ記録再生装置が備える再生系の音声信号処理部に適用してもよい。あるいはまた、ラジオ放送受信機や音声録音再生装置などの再生音声信号処理部に適用してもよい。

また、上述した実施の形態で示したフィルタなどで処理する周波数の値については一例を示したものであり、上述した値に限定されるものではない。例示した値の近傍であれば、ほぼ同様の効果が得られる。また、使用する音源などにより、フィルタ処理や圧縮・増幅処理を行う周波数帯域を最適化して、周波数を可変させる構成としてもよい。

また、圧縮処理部４４での圧縮処理として、所定レベル（―２５ｄＢ以上）の信号を１／４のレベルに圧縮させたが、所定レベルで完全にリミットさせるリミッタとして構成してもよい。

また、再生させる音声信号として、サラウンド再生用のマルチチャンネルの音声信号である場合には、一部のチャンネルだけを、上述した実施の形態で説明した高齢者用音声モードとしてもよい。例えば、左チャンネルと右チャンネルとセンタチャンネルとリアチャンネルとを有する場合、主としてセリフの話し声が多く含まれるセンタチャンネルの音声信号だけに対して、上述した実施の形態で説明した高齢者用音声モード用の処理を行うようにしてもよい。
あるいはまた、ユーザ操作で高齢者用音声モードを設定するのではなく、受信する放送番組の種類によって自動的に設定するようにしてもよい。例えば、ニュース番組や会話が多いジャンルの番組の場合に、高齢者用音声モードを設定し、映画や音楽番組の場合に高齢者用音声モードを設定しない構成としてもよい。

１１…アンテナ、１２…ＢＳチューナ、１３…アンテナ、１４…地上波チューナ、１５…切替え部、２１…画像処理部、２２…パネル駆動部、２３…表示パネル、２４…出力用増幅部、２５Ｌ，２５Ｒ…スピーカ、３１…制御部、３２…メモリ、３３…操作部、４０…音声処理部、４１…入力端子、４２…バンドパスフィルタ、４３…圧縮増幅周波数帯域設定用フィルタ、４４…圧縮処理部、４５…増幅部、４６…出力端子

Claims (5)

1. 入力した音声信号の発音音声エネルギーが分布した特定周波数帯域から若干下の第１の周波数位置よりも下の周波数帯域を減衰させると共に、前記特定周波数帯域から若干上の第２の周波数位置よりも上の周波数帯域を減衰させるフィルタと、
   前記フィルタが出力した音声信号の内の、ほぼ前記特定周波数帯域内の信号に対して、一定の信号レベルを超える信号を所定比率で圧縮するリミッタと、
   前記リミッタが出力する音声信号に対して増幅を行い、前記圧縮により低下したレベルにほぼ相当する分だけレベルを持ち上げる増幅部とを備えた
   音声信号処理装置。
2. 前記フィルタと前記リミッタと前記増幅部での音声信号の処理は、所定のモードを設定した際に行う
   請求項１記載の音声信号処理装置。
3. 前記発音音声エネルギーが分布した特定周波数帯域は、約１５０Ｈｚから約４ｋＨｚであり、前記リミッタで圧縮を行う下限周波数を約１８０Ｈｚとし、前記リミッタで圧縮を行う上限周波数を約７．５ｋＨｚとした
   請求項２記載の音声信号処理装置。
4. 前記リミッタで圧縮を行う前記下限周波数及び前記上限周波数を、前記それぞれの周波数値から調整可能とした
   請求項３記載の音声信号処理装置。
5. 映像信号及び音声信号の受信又は入力を行う受信部と、
   前記受信部で受信又は入力した映像信号による画像表示を行う表示処理部と、
   前記受信部で受信又は入力した音声信号の発音音声エネルギーが分布した特定周波数帯域から若干下の第１の周波数位置よりも下の周波数帯域を減衰させると共に、前記特定周波数帯域から若干上の第２の周波数位置よりも上の周波数帯域を減衰させるフィルタと、
   前記フィルタが出力した音声信号の内の、ほぼ前記特定周波数帯域内の信号に対して、一定の信号レベルを超える信号を所定比率で圧縮するリミッタと、
   前記リミッタが出力する音声信号に対して増幅を行い、前記圧縮により低下したレベルにほぼ相当する分だけレベルを持ち上げる増幅部と、
   前記増幅部で増幅された音声信号を出力する音声出力部とを備えた
   テレビジョン受像機。

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