JP2010226244A - 放収音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放音時の指向性を切り替えるときに、容易に切り替えを行うことができる放収音装置を提供すること。
【解決手段】本発明の実施形態に係る拡声器１は、収音した利用者の声が大きいときには広い範囲に放音する広指向性モードとし、小さいときには狭い範囲に放音する狭指向性モードとして、音の拡がり角度を変更することができる。したがって、利用者は、発声内容を広範囲にいる人に伝えているときに、ささやき声などの小声にして拡声器１の向きを特定の人に向けるようすれば、その他の操作をしなくても、音が到達する狭い範囲にいる特定の人に発声内容を伝えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、収音した音を放音するときにおける指向性を制御する技術に関する。

拡声器において、特定の領域にアナウンスしたい場合に、非常に指向性を狭くするようにして放音する一方、広い領域にアナウンスしたい場合には、指向性を広くして放音する技術がある（例えば、特許文献１）。

特開２００７−２６７３６８号公報

このような技術を用いると、放音時の指向性を切り替えることができるが、切り替え時には切り替えのための操作が必要であり、煩雑なものであった。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、放音時の指向性を切り替えるときに、容易に切り替えを行うことができる放収音装置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、周囲の音を収音して、収音内容を示すオーディオ信号を生成する収音手段と、前記オーディオ信号に係る音に指向性を付与して放音する放音手段と、前記収音手段によって生成されたオーディオ信号を解析して、前記オーディオ信号の特定の特徴を示す特徴量を抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された特徴量に応じて、前記放音手段によって付与される指向性を制御して、前記放音手段によって放音される音の拡がり角度を変化させる指向性制御手段とを具備することを特徴とする放収音装置を提供する。

また、別の好ましい態様において、前記指向性制御手段は、前記抽出手段によって抽出された特徴量が特定の条件を満たすか否かにより、前記音の拡がり角度を２段階に変化させることを特徴とする。

また、別の好ましい態様において、前記指向性制御手段による制御によって、前記音の拡がり角度を変更するときに、当該音の放音方向を視覚的に示す方向指示手段をさらに具備することを特徴とする。

本発明によれば、放音時の指向性を切り替えるときに、容易に切り替えを行うことができる放収音装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る拡声器の外観および指向性の制御態様を説明する図である。 本発明の実施形態に係る拡声器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る収音部から出力される特徴量情報の変化の一例を示す図である。 変形例９に係る拡声器の外観を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。

＜実施形態＞
図１は、本実施形態に係る拡声器１の外観および放音の指向性の制御態様を示す説明図である。まず、拡声器１の構成の概要について、図１を用いて説明する。拡声器１は、円柱状の筐体１００の一端にマイク部１１１が設けられ、他端にはスピーカアレイ部１２１および発光素子１６１が設けられている。また、筐体１００には、拡声器１を利用者の手で支持するための持ち手である支持部２００が設けられている。なお、支持部２００には、拡声器１の電源制御をおこなう操作ボタンなどの操作部が設けられていてもよい。

この拡声器１のマイク部１１１によって利用者の声が収音されると、スピーカアレイ部１２１から利用者の声が放音される。この例においては、放音される音は指向性を有し、以下に説明するような処理により、広い範囲（図１における実線Ｗ１、Ｗ２の間の範囲）に放音する広指向性モード、または狭い範囲（図１における破線Ｔ１、Ｔ２の間の範囲）に放音する狭指向性モードのいずれかになるように、音の拡がり角度が制御されるようになっている。なお、図１においては、拡声器１の側面方向から図として音の拡がり角度を説明したが、上面から見ても同様な音の拡がり角度の制御が行われる。

また、狭指向性モードにより放音されている場合には、発光素子１６１からレーザー光が照射され、その照射方向は、放音される音の方向と同じ方向となっている。すなわち、狭指向性モードにおいて放音される音の方向を、レーザー光を照射することにより視覚的に指し示すことにより利用者に対して視覚的に示すことができる。以下、図２を用いて、拡声器１の詳細な構成について説明する。

図２は、本発明の実施形態に係る放収音装置である拡声器１の構成を示すブロック図である。拡声器１は、収音部１１、放音部１２、抽出部１３、記憶部１４、指向性制御部１５および発光部１６を有する。

収音部１１は、周囲の音を収音するマイク部１１１を有し、収音した音を示すオーディオ信号を出力する。

放音部１２は、スピーカが複数の異なる直径の同心円を描く円周のそれぞれに沿って複数配置されたスピーカアレイ部１２１を有している。なお、スピーカアレイ部１２１は、複数のスピーカを有していればよく、指向性が制御可能な配置であれば、上記配置に限られるものではない。

放音部１２は、収音部１１から出力されたオーディオ信号を取得し、このオーディオ信号に対して、遅延処理、レベル調整処理などの指向性付与処理および増幅処理などの音響処理を施して、スピーカアレイ部１２１の複数のスピーカの各々に出力する。これにより、収音部１１から出力されたオーディオ信号に係る音に、指向性を付与した音として放音する。

放音部１２は、後述する指向性制御部１５によって、上述した広指向性モードまたは狭指向性モードのいずれかに制御され、放音する音の拡がり角度が各モードに対応したものとなるように、オーディオ信号に対して音響処理を施す。なお、広指向性モードのときは狭指向性モードのときに比べて、スピーカアレイ部１２１からが距離が遠いところにおける音圧の減少が大きいから、放音部１２は、スピーカアレイ部１２１に出力するオーディオ信号の出力レベルを増加させるように増幅処理を行ってもよい。

抽出部１３は、収音部１１から出力されるオーディオ信号を取得し、そのオーディオ信号を解析することによって、オーディオ信号の特定の特徴を示す特徴量を抽出する。この例においては、抽出部１３は、オーディオ信号に係る音量レベルを特徴量として抽出する。音量レベルの抽出は、例えば、オーディオ信号の波形のエンベロープを検出し、ローパスフィルタを通して平滑化することによって行えばよい。そして、抽出した特徴量を示す特徴量情報を出力する。

記憶部１４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、不揮発性メモリなどの記憶手段であって、抽出部１３によって抽出される特徴量と、指向性制御の内容とを対応付けた制御テーブルが記憶されている。この例においては、特徴量が特定のしきい値Ｌｔｈ以上である場合には広指向性モード、特定のしきい値Ｌｔｈ未満である場合には狭指向性モードになる対応関係を示すように、音量レベルを示す特徴量と指向性制御の内容とを対応付けた制御テーブルが記憶部１４に記憶されている。

指向性制御部１５は、抽出部１３から出力される特徴量情報を取得し、記憶部１４に記憶されている制御テーブルを参照して、広指向性モードまたは狭指向性モードのいずれかを選択し、選択したモードにより放音部１２を制御する。また、指向性制御部１５は、後述する発光部１６に対しても、選択した広指向性モードまたは狭指向性モードのいずれかのモードとして制御する。

発光部１６は、レーザー光を照射する発光素子１６１を有し、指向性制御部１５により狭指向性モードに制御されているときに照射するようになっている。このレーザー光の照射方向は、狭指向性モードにおいて放音部１２から放音される音が指向する方向と概ね同一方向であり、レーザー光が照射されている位置を確認することにより音が到達する大まかな範囲を視覚的に確認することができる。

なお、レーザー光の照射期間は、狭指向性モードに制御されている全期間に限らず、全期間中において定期的に照射または照射停止を繰り返してもよいし、狭指向性モードに制御された最初の所定期間だけでもよい。また、支持部２００に操作部が設けられていれば、操作によって照射を停止させるようにしてもよい。また、発光素子１６１は、レーザー光を照射するものに限らず、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、電球などを用いて光学的にビーム状の光（例えば、スポットライトのような光）として照射するものであってもよい。すなわち、狭指向性モードになったことにより音の拡がり角度が変更されたときに、視覚的に放音方向が示されるようになっていればよい。発光部１６については、構成として存在しなくてもよい。以上が拡声器１の構成についての説明である。次に、拡声器１の動作の一例について図３を用いて説明する。

図３は、抽出部１３から出力される特徴量情報の時刻変化の一例を示す図である。図３の縦軸は、特徴量情報が示す音量レベルであり、横軸は時刻の進行を示している。図３に示すように、時刻ｔ１までは、音量レベルがしきい値Ｌｔｈ未満であるから、放音部１２は、狭指向性モードに制御されている。

そして、時刻ｔ１になると、特徴量情報が示す音量レベルがしきい値Ｌｔｈ以上となり、放音部１２は広指向性モードに制御される。このように、利用者の声の大きさ（収音されたレベル）が特定の大きさ以上になると、広範囲に音を到達させる。その後、時刻ｔ２になると、特徴量情報が示す音量レベルがしきい値Ｌｔｈ未満となり、放音部１２は狭指向性モードに制御される。このように、利用者の声の大きさ（収音されたレベル）が特定の大きさ未満になると、狭い範囲に音を到達させる。そして、再び時刻ｔ３になると特徴量情報が示す音量レベルがしきい値Ｌｔｈ以上となり、放音部１２は広指向性モードに制御される。

このように、本発明の実施形態に係る拡声器１は、収音する利用者の声の大きさが大きいときには広い範囲に放音する広指向性モードとし、小さいときには狭い範囲に放音する狭指向性モードとして、音の拡がり角度を変更することができる。したがって、利用者は、発声内容を広範囲にいる人に伝えているときに、ささやき声などの小さい声にして拡声器１の向きを特定の人に向けるようすれば、その他の操作をしなくても、音が到達する狭い範囲にいる特定の人に発声内容を伝えることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな態様で実施可能である。

＜変形例１＞
上述した実施形態においては、抽出部１３は、取得したオーディオ信号を解析して、音量レベルを特徴量として抽出していたが、他の特徴量であってもよい。例えば、オーディオ信号の周波数分布をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理などにより算出し、その結果からフォルマント周波数を特徴量として抽出してもよい。この場合には、記憶部１４に記憶されている制御テーブルは、「ささやき声」のフォルマント周波数を示す特徴量と、指向性制御の内容（この場合には狭指向性モード）とを対応付けたものとする。この制御テーブルにおいては、「通常の声」のフォルマント周波数を示す特徴量と、指向性制御の内容（広指向性モード）とをさらに対応付けておいてもよい。

そして、指向性制御部１５は、制御テーブルにおける「ささやき声」のフォルマントを示す特徴量と、抽出部１３から出力された特徴量情報が示すフォルマントを比較し、オーディオ信号に係る音が「ささやき声」に該当するかを判定する。

そして、指向性制御部１５は、「ささやき声」であると判定すると、放音部１２を狭指向性モードとして制御し、「ささやき声」でないと判定すると、放音部１２を広指向性モードとして制御すればよい。

ここで、フォルマント周波数は、各母音により異なるため、各母音に対応する制御テーブルを記憶しておいてもよい。そして、特徴量情報との比較対照とすべき制御テーブルがどの母音のものを用いるかについては、制御テーブルと特徴量情報とのそれぞれが示す第１、第２、第３フォルマント周波数など複数のフォルマント周波数を比較することによって特定できるようにしておいてもよい。この場合には、指向性制御部１５は、特徴量情報が示すフォルマント周波数からどの母音に対応するかを識別し、その母音に対応する制御テーブルを参照するようにすればよい。

なお、フォルマントは利用者の声質によって異なる場合があるから、利用者の発音から「ささやき声」、「通常の声」のフォルマントを取得しておき、各利用者に対応付けた制御テーブルを用いてもよい。複数の利用者に対応する制御テーブルが存在する場合には、特徴量情報から現在発声している利用者について、各利用者に対応する制御テーブルを参照して、どの利用者であるか特定してもよい。

また、「ささやき声」は「通常の声」の第１フォルマントの周波数が高くなるものであり、「通常の声」のフォルマントだけを取得しておき、第１フォルマントの相対変化から「ささやき声」か「通常の声」かについての判定をしてもよい。「ささやき声」のフォルマントについては、以下の文献１に詳しい。
（文献１：「ささやき母音のフォルマント構造」 日本音響学会誌 ５６巻７号（２０００），ｐｐ．４７７−４８７）

このようにすれば、利用者が「通常の声」と「ささやき声」とを使い分けることにより、広指向性モードと狭指向性モードとを切り替えることができる。

また、別の態様として、抽出部１３は、オーディオ信号の周波数分布をＦＦＴ処理などにより算出し、その結果から音声認識処理を行って、利用者が発声している単語を認識し、認識した単語を特徴量として抽出してもよい。この場合には、記憶部１４に記憶されている制御テーブルは、狭指向性モードおよび広指向性モードに対して、特定の単語（例えば、「もしもし」、「さて」など）を示す特徴量を対応付けたものとする。

そして、指向性制御部１５は、抽出部１３から出力される特徴量情報が示す単語と、制御テーブルにおいて狭指向性モードに対応付けられた特定の単語とが対応すると判定すると、放音部１２を狭指向性モードとして制御する。一方、制御テーブルにおいて広指向性モードに対応付けられた特定の言葉が対応すると判定すると、放音部１２を広指向性モードとして制御する。

なお、広指向性モードを通常のモードであるものと規定した場合に、指向性制御部１５は、収音部１１から出力されるオーディオ信号の音量レベルを認識する構成とし、放音部１２が狭指向性モードに制御されているときに一定時間無音とみなせる状態（音量レベルがあるしきい値以下の状態）が続いたら、放音部１２を広指向性モードとして制御するようにしてもよい。

このようにすれば、利用者が特定の単語を発声することにより、広指向性モードと狭指向性モードとを切り替えることができる。

このように、抽出部１３は、取得したオーディオ信号から抽出する特徴量を様々な特徴を示す特徴量とすることができ、指向性制御部１５は、抽出部１３において抽出された特徴量に応じて広指向性モードか狭指向性モードかを選択して放音部１２を制御するようにすればよい。また、特徴量については、単一の種類の特徴量だけでなく、上述したような複数種類の特徴量を組み合わせて、広指向性モードか狭指向性モードかを切り替えるようにしてもよく、どのような基準で切り替えるかは記憶部１４に制御テーブルとして記憶しておけばよい。

＜変形例２＞
上述した実施形態においては、指向性制御部１５は、広指向性モードか狭指向性モードかのいずれかを選択することにより、放音部１２に対して２段階で制御していたが、さらに細かく拡がり角度を変更して多段階で制御するようにしてもよい。この場合には、制御テーブルを、音量レベルの範囲を複数のしきい値で分割して、各範囲と指向性制御の内容（この場合は音の拡がり角度）とを対応付ければよい。また、記憶部１４には、制御テーブルではなく、音量レベルと拡がり角度との関係式を記憶しておき、指向性制御部１５はこの関係式を用いて、特徴量である音量レベルから算出される音の拡がり角度により放音部１２を制御してもよい。このようにすれば、放音部１２から放音される音の拡がり角度をより細かく制御することができる。

＜変形例３＞
上述した実施形態において、制御テーブルにヒステリシスを持たせてもよい。例えば、広指向性モードから狭指向性モードへ切り替えるときのしきい値Ｌｔｈ１と、狭指向性モードから広指向性モードへ切り替えるときのしきい値Ｌｔｈ２とを異なるものとし、しきい値Ｌｔｈ１をしきい値Ｌｔｈ２より低くすればよい。このようにすれば、広指向性モードと狭指向性モードとが頻繁に切り替わるのを防止することができる。

＜変形例４＞
上述した実施形態においては、放音部１２において放音する音に指向性を付与するために、複数のスピーカを有するスピーカアレイ部１２１を用いていたが、別の構成により指向性を持たせるようにしてもよい。例えば、指向性を有する音を放音可能なホーンスピーカを複数有するようにし、それぞれ音の指向する方向が異なるようにして設ける。そして、広指向性モードにおいては全てのホーンスピーカから放音させ、狭指向性モードにおいては、一のホーンスピーカから放音させるようにすればよい。

また、機械的な構成により指向性を制御してもよい。例えば、上記のような複数のホーンスピーカについて、それぞれ放音する方向を変更できるようにホーンスピーカの向きを制御可能な構成とし、狭指向性モードにおいては、ホーンスピーカの放音方向を揃えるようにしてもよい。

また、別の態様としては、従来技術において述べた特許文献１（特開２００７−２６７３６８号公報）に記載されているような超音波スピーカを用いて指向性を有する音として放音させるようにしてもよい。このように、指向性を有する音として放音する構成は、様々な構成とすることができる。

＜変形例５＞
上述した実施形態においては、発光部１６の発光素子１６１によるレーザー光の照射によって、狭指向性モードにおいて放音される音の方向を視覚的に指し示すことによって利用者に対して確認させていたが、視覚的に示すものであれば、別の構成によるものであってもよい。例えば、放音される音の方向を撮影するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどの撮影手段を設けるとともに、撮影した映像を表示する表示手段を設ければよい。このようにしても、狭指向性モードに変更されたときに、放音される音の方向を利用者に対して視覚的に示すことができる。

また、この場合には、撮影手段による撮影範囲をズーム処理などにより変化させることができる構成としてもよい。これにより、放音部１２が広指向性モードに制御されているときには、撮影手段は放音される広い範囲に対応して広い範囲を撮影し、放音部１２が狭指向性モードに制御されているときには、撮影手段はズーム処理をすることにより、放音される狭い範囲に対応して狭い範囲を撮影することもできる。このようにすれば、利用者は、狭指向性モードにおいて放音される方向を容易に確認することができるとともに、音の広がり角度の変化も確認することができる。

＜変形例６＞
上述した実施形態においては、発光部１６の発光素子１６１によるレーザー照射は、狭指向性モードにおいてなされていたが、広指向性モードにおいても照射が行われるようにしてもよい。このときには、放音される範囲が拡がることにより、その範囲を視覚的に示すように照射態様を変化させてもよい。また、光学的に光を拡散させて、照射範囲を拡げてもよい。このようにすると、狭指向性モードから広指向性モードに変更されたときにおいても、利用者は音の拡がり角度の変化を容易に確認することができる。

＜変形例７＞
上述した実施形態においては、収音部１１のマイク部１１１と、放音部１２のスピーカアレイ部１２１とは、それぞれ筐体１００の両端に設けられていたが、分離可能な構成としてもよい。そして、分離した各構成間で有線または無線により信号を送受信できるようにすればよい。このようにすれば、マイク部１１１は利用者の口元に近づけて固定（ヘッドセット、ピンマイクなど）しておくことができ、利用者の発声方向を変えなくても放音部１２からの放音方向を自由に変更することができる。

＜変形例８＞
上述した実施形態においては、放音部１２が狭指向性モードに制御されているときの放音方向と、広指向性モードに制御されているとき放音方向は、拡がり角度を変更するだけであるため概ね同一方向であったが、狭指向性モードにおける放音方向において別の方向に制御するようにしてもよい。この場合は、制御する放音方向を制御テーブルに対応付けておき、指向性制御部１５は、この制御テーブルを参照して、放音部１２について狭指向性モードにおける放音方向も制御するようにすればよい。また、筐体１００または支持部２００などに操作部を設けて、利用者が操作部を操作することにより放音方向を変更できるようにしてもよい。

＜変形例９＞
上述した実施形態においては、収音部１１のマイク部１１１および放音部１２のスピーカアレイ部１２１は、それぞれ１つずつ設けられていたが、複数設けられていてもよい。この場合には、図４に示すような構成の拡声器１Ａとしてもよい。

図４は、本変形例に係る拡声器１Ａの外観を説明する図である。拡声器１Ａは、図４に示すように直方体状の筐体１００Ａの底面に支持部２００Ａが設けられている。また、拡声器１Ａは、直方体状の筐体の側面に、マイク部１１１Ａ−Ｆ、１１１Ａ−Ｒ（および１１１Ａ−Ｂ、１１１Ａ−Ｌ：それぞれ１１１Ａ−Ｆ、１１１Ａ−Ｒが設けられた面に対向する面であるため図４においては見えない面に配置されている）、スピーカアレイ部１２１Ａ−Ｆ、１２１Ａ−Ｒ（および１２１Ａ−Ｂ、１２１Ａ−Ｌ：それぞれ１２１Ａ−Ｆ、１２１Ａ−Ｒが設けられた面に対向する面であるため図４においては見えない面に配置されている）、および発光素子１６１Ａ−Ｆ、１６１Ａ−Ｒ（および１６１Ａ−Ｂ、１６１Ａ−Ｌ：それぞれ１６１Ａ−Ｆ、１６１Ａ−Ｒが設けられた面に対向する面であるため図４においては見えない面に配置されている）を有している。

このような構成の拡声器１Ａにおいては、一方の面に設けられたマイク部（例えば、１１１Ａ−Ｆ）において収音されたオーディオ信号については、対向する面に設けられたスピーカアレイ部（この場合には、１２１Ａ−Ｂ）から放音されるようになっている。このようにすると、利用者が発声した方向に放音されるようになり、支持部２００Ａが他の装置などに固定して接続されていても、利用者が発声する位置を変えることで様々な方向へ放音することが可能となる。

なお、本変形例において筐体１００Ａは直方体状であったが、これを円柱状としてもよい。この場合には、円柱の側面に沿って、複数のスピーカアレイ部１２１を設け、また、複数のマイク部１１１を設ければよい。このようにすれば、さらに細かく収音方向、放音方向を制御することもできる。

＜変形例１０＞
上述した実施形態においては、マイク部１１１を除く収音部１１の機能、スピーカアレイ部１２１を除く放音部１２の機能、抽出部１３の機能、指向性制御部１５の機能、発光素子１６１を除く発光部１６の機能は、それぞれハードウエア上で実現していたが、制御プログラムを記憶するＲＯＭから、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が制御プログラムを読み出して実行することにより、これらの各機能についてソフトウエア上で実現してもよい。

このような場合における制御プログラムは、磁気記録媒体（磁気テープ、磁気ディスクなど）、光記録媒体（光ディスクなど）、光磁気記録媒体、半導体メモリなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶した状態で提供し得る。また、ネットワークと接続可能な通信部を設け、インターネットのようなネットワーク経由でダウンロードさせることも可能である。

１，１Ａ…拡声器、１１…収音部、１１１，１１１Ａ−Ｆ，１１１Ａ−Ｒ…マイク部、１２…放音部、１２１，１２１Ａ−Ｆ，１２１Ａ−Ｒ…スピーカアレイ部、１３…抽出部、１４…記憶部、１５…指向性制御部、１６…発光部、１６１，１６１Ａ−Ｆ，１６１Ａ−Ｒ…発光素子、１００，１００Ａ…筐体、２００，２００Ａ…支持部

Claims (3)

1. 周囲の音を収音して、収音内容を示すオーディオ信号を生成する収音手段と、
   前記オーディオ信号に係る音に指向性を付与して放音する放音手段と、
   前記収音手段によって生成されたオーディオ信号を解析して、前記オーディオ信号の特定の特徴を示す特徴量を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段によって抽出された特徴量に応じて、前記放音手段によって付与される指向性を制御して、前記放音手段によって放音される音の拡がり角度を変化させる指向性制御手段と
   を具備することを特徴とする放収音装置。
2. 前記指向性制御手段は、前記抽出手段によって抽出された特徴量が特定の条件を満たすか否かにより、前記音の拡がり角度を２段階に変化させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の放収音装置。
3. 前記指向性制御手段による制御によって、前記音の拡がり角度を変更するときに、当該音の放音方向を視覚的に示す方向指示手段をさらに具備する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放収音装置。

Images