JP2013046253A - 無線機及びゲイン調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成で周囲雑音を効率的に低減する無線機を提供すること。
【解決手段】無線機１は、音声と周囲雑音とを集音する音声用マイク１１−１と、周囲雑音を集音する周囲雑音用マイク１１−２と、音声用マイク１１−１が接続されるＬｃｈと周囲雑音用マイク１１−２が接続されるＲｃｈとを有し、Ｌｃｈへの入力を増幅するＰＧＡ１２１とＰＧＡ１２１の出力をディジタル変換するＡＤＣ１２３と、Ｒｃｈへの入力を増幅するＰＧＡ１２２とＰＧＡ１２２の出力をディジタル変換するＡＤＣ１２４とを備えるステレオコーディック１２と、ＡＤＣ１２３による第１ディジタル信号およびＡＤＣ１２４による第２ディジタル信号をソフトウェア処理にて同相のノイズ成分を打ち消し音声信号のみを出力するＤＳＰ１３と、ＤＳＰ１３からの出力信号を無線信号に変換して送信する送信部としての直交変調器１５、電力増幅器１６およびアンテナ１７を具備する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ノイズキャンセル機能を有する無線機及びゲイン調整方法に関する。

無線端末においては、様々な環境下での使用を考慮する必要があり、周囲雑音を考慮した対策はこれまでも様々な形で対応がなされてきた（例えば、特許文献１乃至３を参照。）。

特開２０００−２３６２８０号公報 特開平１１−１８７０８６号公報 特開平１０−１８７１９３号公報

ところが、従来の無線機においては、ノイズキャンセルＩＣを用いて音声信号のみを取り出す方式を採用しているが、ノイズのキャンセル量に制約があることやＩＣ自体の価格が高価であるという問題があった。
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、安価な構成で周囲雑音を効率的に低減することができる無線機及びゲイン調整方法を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の第１の態様は、音声と周囲雑音とを集音する第１マイクロホンと、周囲雑音を集音する第２マイクロホンと、第１マイクロホンが接続される第１チャンネルと第２マイクロホンが接続される第２チャンネルとを有し、前記第１チャンネルへの入力を増幅する第１増幅器と前記第１増幅器の出力をディジタル変換する第１変換器と、前記第２チャンネルへの入力を増幅する第２増幅器と前記第２増幅器の出力をディジタル変換する第２変換器とを備えるステレオコーディックと、前記ステレオコーディックから出力される第１変換器による第１ディジタル信号および前記第２変換器による第２ディジタル信号をソフトウェア処理にて同相のノイズ成分を打ち消し音声信号のみを出力する信号処理部と、前記信号処理部からの出力信号を無線信号に変換して送信する送信部とを具備する無線機を提供する。

また、この発明の第２の態様は、コンピュータによって、前記第１の態様の無線機における前記第１増幅器および前記第２増幅器のゲインを調整する方法であって、前記ステレオコーディックから出力される前記第１ディジタル信号および前記第２ディジタル信号を取り込み、前記第１ディジタル信号の第１振幅値と前記第２ディジタル信号の第２振幅値とを算出し、前記第１振幅値と前記第２振幅値との差が所定値以内になるように前記第２増幅器のゲインを調整するものである。

すなわちこの発明によれば、安価な構成で周囲雑音を効率的に低減することができる無線機及びゲイン調整方法を提供することができる。

第１実施形態に係る無線機を示すブロック図。 第２実施形態に係る無線機のマイクゲイン調整装置を示すブロック図。 マイク入力レベルのサンプリング方法を示す図。 本発明の第３実施形態に係る無線機のマイクゲイン調整設備を示す図。

以下、図面を参照してこの発明に係る実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態は、ステレオコーディックを用いたハードウェア構成により、ＤＳＰのソフト処理によってノイズキャンセル機能を実現するものである。
図１は、第１実施形態に係る無線機の構成を示すブロック図である。

無線機は、２つのマイクロホン１１−１，１１−２、ステレオコーディック１２、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）１３、ディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａコンバータ）１４、直交変換器１５、電力増幅器（ＰＡ：Power Amplifier）１６、アンテナ１７、およびマイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ：Micro Processing Unit）１８を備える。

ステレオコーディック１２のＬチャンネル（Ｌｃｈ）に音声用マイクロホン（音声用マイク）１１−１を接続し、Ｒチャンネル（Ｒｃｈ）に周囲雑音用マイクロホン（周囲雑音用マイク）１１−２を接続し、音声信号と周囲雑音信号を同時に取り込む。ステレオコーディック１２は、上記取り込んだ音声信号および周囲雑音信号をプログラム可能利得増幅器（ＰＧＡ：Programmable Gain Amplifier）１２１，１２２によりそれぞれ所定のゲイン調整値により増幅し、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）１２３，１２４によりＡ／Ｄ変換する。ＭＰＵ１８は、ステレオコーディック１２から出力される、音声信号と周囲雑音信号とを含むＩ２Ｓ（Inter-IC Sound）信号をＤＳＰ１３に出力する。

ＤＳＰ１３は、ＭＰＵ１８からＩ２Ｓ信号を取り込み、その音声信号と周囲雑音信号についてソフトウェア処理にて同相のノイズ成分を打消し音声信号のみを出力する。ＤＳＰ１３から出力されるノイズキャンセルされた音声信号は、Ｄ／Ａコンバータ１４でアナログ変換され、直交変換器１５で変調された後、ＰＡ１６にて電力増幅されアンテナ１７から送出される。このようにすることで、相手側に雑音の無いクリアな音声を伝えることができる。

以上述べたように、上記第１実施形態によれば、ステレオコーディックを用いてノイズキャンセル機能を実現するハードウェア構成とすることで、ノイズキャンセルＩＣが不要となるため、ＩＣの実装面積およびコスト面、さらに無線機において重要なパラメータである消費電流の面でも有利である。また、ＤＳＰのソフト処理によってノイズキャンセルを行うことによりノイズキャンセルレベルの自由度が増し、周囲雑音を効率的に低減することが可能となる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態の無線機においてノイズキャンセルを行うには、音声用マイク１１−１と周囲雑音用マイク１１−２を使用して、音声信号と周囲雑音信号をステレオコーディック１２で同時に取り込み、ＤＳＰ処理にて同相のノイズ成分を打消すことで、音声成分のみを変調し、相手側に雑音の無いクリアな音声を伝えることができる。

しかしながら、ノイズ成分を除去するには、音声用マイク１１−１と周囲雑音用マイク１１−２の入力レベル差をかなりの精度（例えば０．５ｄＢ以内）で調整する必要がある。一般的なマイクレベルの調整方法として、マイクロホンより音声を入力し、この信号で変調を行い、送信デビエーションを測定する方法があるが、この方法では、調整の精度に送信系の誤差も含まれることになる。

そこで、本発明の第２実施形態では、上記第１実施形態に係る無線機において、コーデックのマイク入力段でマイクレベルを調整することにより、無線送信系の測定誤差を含まずに高精度で調整する方法について説明する。
図２は、第２実施形態の構成を示すブロック図である。図２の無線機１Ａは、図１の無線機１の構成に、シリアルデータインタフェース（ＵＡＲＴ：Universal Asynchronous Receiver Transmitter）１９を追加したものである。シリアルインタフェース１９には、レベル変換器２を介してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３が接続される。なお、図２において、上記図１と同一部分には同一符号を付し、詳しい説明を省略する。

ＭＰＵ１８は、ステレオコーディック１２から出力される、音声信号と周囲雑音信号を含むＩ２Ｓ信号をＤＳＰ１３とＵＡＲＴ１９とに分配する。ＵＡＲＴ１９及びレベル変換器２は、ＭＰＵ１８とＰＣ３との間でデータの受け渡しを行う。

次に、第２実施形態における無線機のゲイン調整動作について、図３を参照して説明する。
（１）音声用マイク１１−１及び周囲雑音用マイク１１−２に指定レベルの音声信号を入力し、ステレオコーディック１２のＬｃｈ，Ｒｃｈで音声信号および周囲雑音信号を取り込み、各信号をそれぞれＰＧＡ１２１，１２２で増幅し、ＡＤＣ１２３，１２４でディジタル変換する。

（２）ＭＰＵ１８は、音声用マイク１１−１のＡＤＣ１２３からディジタル音声値を取り出し、ＵＡＲＴ１９およびレベル変換器２を介してマイクレベルデータとしてＰＣ３に供給する。ＰＣ３は、最大値３点および最小値３点を測定して、平均値より振幅値Ｇ１を算出し、振幅値Ｇ１からＰＧＡ１２１のゲイン調整値を求める。ＰＣ３は、ゲイン調整値をレベル変換器２およびＵＡＲＴ１９を介してＭＰＵ１８に送信し、ＭＰＵ１８は、このゲイン調整値をＰＧＡ１２１のメモリに登録する。

（３）ＭＰＵ１８は、周囲雑音用マイク１１−２のＡＤＣ１２４からディジタル音声値を取り出し、ＵＡＲＴ１９およびレベル変換器２を介してマイクレベルデータとしてＰＣ３に供給する。ＰＣ３は、上記（２）と同様にゲインを測定して振幅値Ｇ２を算出する。ＰＣ３は、レベル変換器２およびＵＡＲＴ１９を介して制御コマンドを送信してＰＧＡ１２２のゲインを可変し、振幅値Ｇ２が振幅値Ｇ１と同じレベルになるように調整する。

（４）ＰＣ３は、振幅値Ｇ２と振幅値Ｇ１とのレベル差が所定値以下となった場合に調整を終了し、このゲイン調整値をＰＧＡ１２２のメモリに登録する。
以上述べたように、上記第２実施形態によれば、コーデックのマイク入力段でマイク入力レベルを調整することにより、従来方式のように無線送信系の測定誤差を含まずに、高精度で調整が可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、上記第１実施形態の無線機の生産設備で行うマイクゲイン調整の方法について説明する。ノイズキャンセルのＤＳＰによるソフトウェア処理を行うには、音声用マイクからと周囲雑音用マイクからの入力レベルがほぼ同じである必要がある(０．５ｄＢ以内)。しかし、使用しているマイク単体の感度偏差は±２ｄＢであり、さらにマイクと筐体の間にある防塵ネットの通気性やマイクの組み込み誤差により、各マイクの入力レベル差は約５ｄＢの差が生じてしまう。そのためこの差を０．５ｄＢ以下とするために一方のマイクアンプ（ＰＧＡ１２２）のゲインを調整して入力レベル差を０．５ｄＢ以下とするためにマイクゲインの調整が必要である。

しかしながら、例えば、１つのスピーカで上記無線機のゲイン調整を行う場合には、音声用マイクと周囲雑音用マイクの取り付け位置が異なるため、スピーカの距離と高さを再調整する手間が生じる。また、装置のスピーカ固定部に可動部分があるため、位置決め精度に誤差を生じやすく、量産使用時の耐久性という面でも問題がある。そこで、このような問題を改善するための第３実施形態を提案する。

図４は、本発明の第３実施形態に係る無線機のマイクゲイン調整設備を示す図である。なお、図４において、上記図１と同一部分については同一符号を付し、詳しい説明を省略する。
マイクゲイン調整装置６は、音声マイク用スピーカ６１−１と周囲雑音マイク用スピーカ６１−２が無線機１から５ｃｍの距離で固定され、各スピーカ６１−１，６１−２は、オーディオアンプ５に接続される。またオーディオアンプ５に接続されるオシレータ４は、出力レベル制御可能とするためにＰＣ３と接続される。
無線機１は、各マイク内部のマイクアンプのゲインを調整するための制御コマンドを受け取るために、レベル変換器２を介してＰＣ３と、外部スピーカやマイクなどのアクセサリを接続する入出力端子であるＵＤＣ（Universal Device Connector）が接続される。

次に、第３実施形態の動作について説明する。
（マイクゲイン調整設備のスピーカ音圧校正）
音声マイク用スピーカおよび周囲雑音用スピーカの音圧校正（９１ｄＢＳＰＬ）について説明する。各スピーカ６１−１，６１−２は、騒音計を用いて音圧が９１ｄＢＳＰＬとなるようにオシレータ４の出力を可変して校正される。このときの調整値はＰＣ３のメモリに記憶しておき、各マイクゲイン調整時に出力される。

（マイクゲイン調整手順）
（１）無線機１をマイクゲイン調整装置６にセットする。
（２）マイクゲイン調整装置６のオーディオアンプ５を動作させ、事前に取得したオシレータ４の値を出力し、音声マイク用スピーカ６１−１より９１ｄＢＳＰＬの音圧を出力する
（３）無線機１を動作させ、ＰＣ３より制御コマンドにて、音声用マイク１１−１の入力レベルを測定し、測定値をＰＣ３に記憶させる。

（４）次に、周囲雑音用マイク１１−２の入力レベルを測定するために、事前に取得したオシレータ４の値（周囲雑音マイク用スピーカ６１−１の出力値）を出力し、周囲雑音マイク用スピーカ６１−１より９１ｄＢＳＰＬの音圧を出力する。
（５）ＰＣ３からの制御コマンドにより、周囲雑音用マイク１１−２の入力レベルを測定し、ＰＣ３に記憶しておいた音声用マイク１１−１の入力レベルと比較し、同じレベルとなるようにマイクアンプ（ＰＧＡ１２２）のゲインを可変し、同じ入力レベルとなった値を無線機１の制御コマンドにより調整値をＰＧＡ１２２の内部メモリに記憶させる。

上記第３実施形態によれば、ゲイン調整装置のスピーカを、音声マイク用と周囲雑音用の２個を固定しスピーカの可動部分を無くすことで、スピーカ位置の再設定時間を無くし、位置決め精度も向上させることができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…第１実施形態の無線機、１１−１…音声用マイクロホン，１１−２…周囲雑音用マイクロホン、１２…ステレオコーディック、１２１，１２２…プログラム可能利得増幅器（ＰＧＡ）、１２３，１２４…アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）、１３…ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、１４…ディジタル／アナログ変換器、１５…直交変換器、１６…電力増幅器（ＰＡ）、１７…アンテナ、１８…マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）、１Ａ…第２実施形態の無線機、１９…シリアルデータインタフェース、２…レベル変換器、３…パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、４…オシレータ、５…オーディオアンプ、６…マイクゲイン調整装置、６１−１，６１−２…スピーカ。

Claims (2)

1. 音声と周囲雑音とを集音する第１マイクロホンと、
   周囲雑音を集音する第２マイクロホンと、
   第１マイクロホンが接続される第１チャンネルと第２マイクロホンが接続される第２チャンネルとを有し、前記第１チャンネルへの入力を増幅する第１増幅器と前記第１増幅器の出力をディジタル変換する第１変換器と、前記第２チャンネルへの入力を増幅する第２増幅器と前記第２増幅器の出力をディジタル変換する第２変換器とを備えるステレオコーディックと、
   前記ステレオコーディックから出力される第１変換器による第１ディジタル信号および前記第２変換器による第２ディジタル信号をソフトウェア処理にて同相のノイズ成分を打ち消し音声信号のみを出力する信号処理部と、
   前記信号処理部からの出力信号を無線信号に変換して送信する送信部と
   を具備することを特徴とする無線機。
2. コンピュータによって、請求項１記載の無線機における前記第１増幅器および前記第２増幅器のゲインを調整する方法であって、
   前記ステレオコーディックから出力される前記第１ディジタル信号および前記第２ディジタル信号を取り込み、
   前記第１ディジタル信号の第１振幅値と前記第２ディジタル信号の第２振幅値とを算出し、
   前記第１振幅値と前記第２振幅値との差が所定値以内になるように前記第２増幅器のゲインを調整することを特徴とするゲイン調整方法。

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