JP2015008373A

JP2015008373A - 被試験体の音声出力検査装置及びその方法

Info

Publication number: JP2015008373A
Application number: JP2013132271A
Authority: JP
Inventors: 高田　英治; Eiji Takada; 英治高田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2033-06-25
Also published as: JP6136628B2

Abstract

【課題】ワークからの音声がドップラーシフトする場合でも正確にワークの評価ができるようにする。
【解決手段】搬送装置３で搬送される被試験体２は、第１の検査音源１５に基づいてスピーカ１１から音声を出力する。音声出力検査装置１は、被試験体２から出力された音声を第１の波形信号として集音し、演算部２４で演算処理して評価する。音声出力検査装置１は、第１の検査音源１５と同様の波形データを含む第２の検査音源２６を有し、第２の検査音源２６の第２の波形信号と、マイク２１で収集した第１の波形信号を比較して２つの信号のドップラーシフト量を算出し、第１の波形信号のドップラーシフトを補正する。補正後の第１の波形信号と第２の波形信号の相互相関を調べることにより、被試験体２のスピーカ１１を評価する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被試験体の音声出力検査装置及びその方法に関する。

コンピュータや携帯電話などのように、スピーカを有するワークの製造工程では、スピーカから実際に音を出力し、その音を検査装置のマイクロフォンで集音してスペクトラム解析することによって周波数特性やノイズ、音割れ等を計測することによってスピーカの動作確認をしている。

特開２００６−２７９７５８号公報

ところで、近年では、生産効率の向上を目的として短時間でスピーカの試験を行うことが要求されている。しかしながら、スペクトラム解析によるスピーカの試験方法では、サンプル長さと検査精度がトレードオフの関係にあるので、検査精度を保証するために検査時間を長く設定しなければならなかった。

ここで、マイクロフォンで収集した信号と、本来スピーカから出力されるはずの信号の相互相関を演算すると、短時間にスピーカの試験が可能になる。しかしながら、生産効率を向上させるためにワークを搬送装置で搬送しながらスピーカを検査すると、音源であるスピーカを搬送装置で移動させながら試験することになるので、マイクロフォンで収集する音声がドップラーシフトによる周波数変動を起こしてしまい、正しい音声データを収集することができなかった。特に、搬送装置の搬送速度が大きくなると、ドップラーシフトが大きくなるのでワークの正確な検査が困難になる。ドップラーシフトを補正するためには、ワークの位置や移動速度を計測するセンサが必要にあるが、これらのセンサは検査装置の装置構成を複雑化させる原因になる。

このために、ワークからの音声がドップラーシフトする場合でも、ワークの位置や速度を計測することなく、正確にワークの評価ができるようにすることが望まれていた。
そこで、１つの側面として、本発明では、ワークからの音声がドップラーシフトする場合でも、ワークの位置や速度を計測することなく、正確にワークの評価ができるようにすることを目的とする。

実施形態の一観点によれば、移動中の被試験体が有する波形信号に基づいてスピーカから出力させた音声を収集し、第１の波形信号を取得するマイクロフォンと、前記マイクロフォンで収集した前記第１の波形信号と、前記被試験体が有する前記波形信号と同じ波形を含む第２の波形信号とを比較し、前記第２の波形信号に対する前記第１の波形信号のドップラーシフト量を算出するドップラー比抽出器と、前記ドップラーシフト量を用いて前記第１の波形信号の周波数変動を補正する波形復元器と、前記波形復元器で復元した前記第１の波形信号と前記第２の波形信号の相互相関値を演算する相互相関演算器と、前記相互相関値が予め定められた閾値以上であった場合に、前記被試験体の前記スピーカを正常と判定する合否判定部と、を含むことを特徴とする移動する被試験体の音声出力検査装置が提供される。

また、実施形態の別の観点によれば、移動中の被試験体が有する波形信号に基づいてスピーカから出力された音声を収集し、第１の波形信号を取得する工程と、前記第１の波形信号と、前記被試験体が有する前記波形信号と同じ波形を含む第２の波形信号との間のドップラーシフト量を算出し、前記ドップラーシフト量から前記第１の波形信号のドップラーシフトを補正する工程と、補正した前記第１の波形信号と記第２の波形信号の相互相関値を演算する工程と、前記相互相関値が予め定められた閾値以上であった場合に、前記被試験体の前記スピーカを正常と判定する工程と、を含むことを特徴とする移動する被試験体の音声出力検査方法が提供される。

被試験体の位置や移動速度を計測するセンサを設けることなく、サンプル長と試験精度のトレードオフの関係を改善でき、相互相関演算による被試験体の試験が可能になる。

図１は、本発明の実施の形態に係る音声出力検査装置及び被試験体の概略構成の一例を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態に係る音声出力検査装置の演算部の構成の一例を示すブロック図である。図３は、本発明の実施の形態に係る音声出力検査装置の処理の一例を説明するフローチャートである。図４は、本発明の実施の形態に係る音声出力検査装置で処理される信号波形の一例を示す図である。図５は、本発明の実施の形態に係る音声出力検査装置の演算部の処理の一例を説明する図である。図６は、本発明の実施の形態に係る音声出力検査装置のドップラー比抽出器と波形復元器の構成の一例を示す図である。図７は、本発明の実施の形態に係る音声出力検査装置のドップラー比抽出器に入力される波形信号の一例を示す図である。図８は、本発明の実施の形態に係る音声出力検査装置のドップラー比抽出器の出力の一例を示す図である。図９は、本発明の実施の形態に係る音声出力検査装置の波形復元器の入力と出力の一例を並べて示す図である。図１０は、本発明の実施の形態に係る音声出力検査装置の相互相関演算の処理の一例を模式的に示す図である。

発明の目的及び利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素及び組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例及び説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。

最初に、実施形態の音声出力検査装置１の検査対象となる被試験体の構成について説明する。
ワークである被試験体２は、ベルトコンベアなどの搬送装置３によって矢印に示す方法に搬送される。被試験体２は、音声を出力するスピーカ１１と、スピーカ１１を制御するスピーカ制御装置１２と、各種のデータ処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）１３と、データの記憶装置１４とを含んで構成されている。このような被試験体２としては、例えば、ノートパソコンなどのコンピュータがある。この場合、被試験体２には、不図示の表示装置や、出力装置、データ入力装置や、通信制御装置などが必要に応じて付加される。また、被試験体２は、コンピュータ以外の装置でも良い。

さらに、記憶装置１４には、第１の検査音源１５が記憶されている。第１の検査音源１５は、試験時にスピーカ１１から音を出力させるための情報を有し、例えば、公知のファイル形式で記憶装置１４に格納されている。
ＣＰＵ１３は、第１の検査音源１５の読み出しや、第１の検査音源１５のデータをスピーカ制御装置１２に出力するように構成されている。
スピーカ制御装置１２は、第１の検査音源１５に基づく音声をスピーカ１１から出力できるようにスピーカ１１への電流供給を制御するように構成されている。

次に、被試験体２を検査する音声出力検査装置１の構成について説明する。
音声出力検査装置１は、被試験体２のスピーカ１１から出力された音声を収集するマイク２１と、マイク２１の音声をＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換するサンプラー２２と、サンプラー２２で変換した音声データの波形信号を記憶する記憶器２３とを有する。さらに、音声出力検査装置１は、データ処理と被試験体２の良否を判定する演算部２４と、記憶装置２５とを有する。記憶装置２５には、データ処理に使用する第２の検査音源２６（第２の波形信号）が保存されている。第２の検査音源２６は、第１の検査音源１５と同じ波形信号が含まれている。

次に、図２の機能ブロック図を参照して演算部２４について説明する。
頭出し信号検出部３１は、被試験体２から取得した音声データの波形信号に含まれる頭出し信号を検出する。頭出し信号検出部３１で頭出し信号を除去した波形信号は、記憶装置３２に出力される。記憶装置３２は、波形信号を一時的に保管可能で、その出力は第１の同期トーン抽出器３３と、第１の同期トーン除去器３４とに接続されている。第１の同期トーン抽出器３３は、波形信号から同期トーンを抽出する。第１の同期トーン除去器３４は、波形信号から同期トーンを除去する。

一方、第２の検査音源２６からは、第２の同期トーン抽出器３５と、第２の同期トーン除去器３６とに接続されている。第２の同期トーン抽出器３５は、第２の検査音源２６から同期トーンを抽出する。第２の同期トーン除去器３６は、第２の検査音源２６から同期トーンを除去する。

第１の同期トーン抽出器３３及び第２の同期トーン抽出器３５の出力は、ドップラー比抽出器３７に接続されている。ドップラー比抽出器３７は、後述する処理によってドップラーシフト量を算出する。ドップラーシフト量は、波形復元器３８に出力される。
波形復元器３８は、ドップラーシフト量に加えて、第１の同期トーン除去器３４から波形信号が入力され、ドップラー効果をキャンセルした波形信号を復元する。波形復元器３８の出力は、相互相関演算器３９に接続されている。
相互相関演算器３９には、第２の同期トーン除去器３６の出力も接続されている。相互相関演算器３９では、波形復元器３８で復元した波形信号の波形と、同期トーンを除去した第２の検査音源２６の波形との相互相関を演算する。相互相関演算器３９の出力は、合否判定部４０に接続されている。
合否判定部４０は、相互相関演算器３９の演算結果に基づいて被試験体２の良否を判定し、結果を出力するように構成されている。

次に、図３のフローチャートを参照して音声出力検査装置１の処理について説明する。
ステップＳ１０１では、被試験体２の記憶装置１４に記憶されている検査音声をスピーカ１１で出力させる。続くステップＳ１０２では、音声出力検査装置１がマイク２１を用いて被試験体２のスピーカ１１から出力した音声を収集し、サンプラー２２で収集した音声のアナログ信号をＡ／Ｄ変換する。さらに、Ａ／Ｄ変換後のデジタルの波形信号を記憶器２３に記憶する。

ステップＳ１０３では、まず、波形信号が演算部２４に入力される。演算部２４では、頭出し信号検出器３１が波形信号の先端部分に設けられている頭出し信号を検出し、頭出し信号を除去し、検査に必要な部分のみの波形信号を抽出する。抽出された波形信号（以下、第１の試験信号という）は、記憶装置３２に記憶される。この後のステップＳ１０４では、第１の同期トーン抽出器３３で第１の試験信号に含まれる同期トーン（受話同期トーン）を抽出する。一方、ステップＳ１０５では、第１の同期トーン除去器３４で、第１の試験信号から受話同期トーンを除去する。

一方、ステップＳ１０６では、演算部２４が、記憶装置２５に記憶されている第２の検査音源２６の波形信号（以下、基準試験信号という）を読み込む。続いて、ステップＳ１０７で、第２の同期トーン抽出器３５で基準試験信号に含まれる同期トーン（基準同期トーン）を抽出する。一方、ステップＳ１０８で、第２の同期トーン除去器３６が、基準試験信号から基準側同期トーンを除去する。

さらに、ステップＳ１０９では、ドップラー比抽出器３７に受話同期トーン及び基準同期トーンが入力され、音声出力検査装置１の検査音源２６の基準同期トーンに対する受話同期トーンの周波数変動量、即ちドップラーシフト量を抽出する。ステップＳ１１０では、ドップラーシフト量を使用し、ステップＳ１０５で受話同期トーンを除去した受話試験信号を補正し、周波数変調による変調を修正する。

この後、ステップＳ１１１で、補正した受話試験信号と、音声出力検査装置１が保有する第２の検査音源２６に基づく基準試験信号を使用し、相互相関演算部３９が相互相関演算を行う。続いて、ステップＳ１１２で、合否判定部４０が相互相関の演算結果に基づいて、被試験体２の良否判定を行う。具体的には、相互相関の演算結果と、予め定められた合否スライスレベルとを比較する。例えば、被試験体２のスピーカ１１から出力される音声に異常があれば、補正した受話試験信号と、基準試験信号の一致度が低くなるので、相互相関の演算結果の値が小さくなり、合否スライスレベルを下回る。この場合、合否判定部４０は、その被試験体２を不良品と判定する。これに対し、被試験体２のスピーカ１１から出力される音声が設計通りであれば、補正した受話試験信号と、基準試験信号の一致度が高くなるので、相互相関の演算結果の値が大きくなり、合否スライスレベル以上になる。この場合、合否判定部４０は、その被試験体２を良品と判定する。

ここで、波形信号の具体例について説明する。
図４に第１の検査音源１５の信号波形の一例を示す。図４（ａ）は、波形信号の信号波形の全体と、波形信号から抽出される各信号を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）の信号波形の領域ＡＲ１を拡大して示す図である。波形信号Ｓは、第１の検査音源１５に記憶されている波形信号に相当する。信号波形Ｓは、最初に頭出し信号Ｓ２を有し、この後に、検査用チャープである基準試験信号Ｓ３に基準同期トーン信号Ｓ４を重畳させた信号が続いている。頭出し信号Ｓ２の周波数は、例えば、１ｋＨｚである。基準試験信号Ｓ３の周波数は、例えば、１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚである。また、基準同期トーン信号Ｓ４は、２４ｋＨｚである。

試験時には、波形信号Ｓに相当する音声がスピーカ１１から出力されるが、音声出力検査装置１のマイク２１にはドップラー効果によって周波数が変調した音声が収集される。即ち、波形信号Ｓが周波数変調したデータが音声出力検査装置１の記憶器２３に入力される。
また、波形信号Ｓから頭出し信号Ｓ２を除去した残りの基準試験信号Ｓ３＋基準同期トーン信号Ｓ４の信号は、基準試験信号として音声出力検査装置１の第２の検査音源２６（第２の波形信号）に保存されている。なお、第２の検査音源は、図４（ａ）に示す頭出し信号を有しても良い。

次に、図４に示すような波形信号を使用したデータ処理の具体例について説明する。
被試験体２の検査は、例えば、搬送装置３の搬送速度を２ｍ／秒、スピーカ１１からマイク２１までの高さは０．３ｍ、搬送方向に直交する方向のスピーカ１１とマイク２１のオフセット量は０．２ｍとなる条件で実行する。このように被試験体２を移動させながらスピーカ１１から図４に示す波形信号Ｓに相当する音声を出力する。被試験体２が移動しているため、音声出力検査装置１のマイク２１で検出される信号は、図４に示す波形信号Ｓではなく、波形信号Ｓが周波数変動することによって形成される波形信号ＳＷになる。

波形信号ＳＷは、サンプラー２２でＡ／Ｄ変換後に記憶器２３に入力される。さらに、波形信号ＳＷは、記憶器２３から頭出し信号検出器３１に入力される。頭出し信号検出部３１では、頭出し信号Ｓ２を除去した第１の波形信号Ｓ３Ｗ＋Ｓ４Ｗが抽出される。第１の波形信号Ｓ３Ｗ＋Ｓ４Ｗは、図４（ａ）に示す波形信号Ｓ３＋Ｓ４がドップラー効果によって周波数変動したものである。第１の波形信号Ｓ３Ｗ＋Ｓ４Ｗは、一旦、記憶装置３２に格納され、第１の同期トーン抽出器３３によって受話同期トーン信号Ｓ４Ｗが抽出されると共に、第１の同期トーン除去器３４によって受話試験信号Ｓ３Ｗが抽出される。受話試験信号Ｓ３Ｗ及び受話同期トーン信号Ｓ４Ｗは、共に図４（ａ）にそれぞれ示す基準試験信号Ｓ３及び基準同期トーン信号Ｓ４がドップラー効果によって周波数変動したものである。

一方、音声出力検査装置１の記憶装置２５の第２の検査音源２６からは、本来の信号Ｓ３＋Ｓ４が得られる。この信号Ｓ３＋Ｓ４からは、第２の同期トーン抽出器３５によって基準同期トーン信号Ｓ４が抽出されると共に、第１の同期トーン除去器３６によって基準試験信号Ｓ３が抽出される。

続いて、周波数変動していない基準同期トーン信号Ｓ４と、被試験体２から出力された受話同期トーン信号Ｓ４Ｗとからドップラー比抽出器３７がドップラーシフト量を算出する。さらに、波形復元器３８では、被試験体２から出力された受話試験信号Ｓ３Ｗをドップラーシフト量で逆変調し、被試験体２から出力された波形信号Ｓｄを復元する。
そして、復元した波形信号Ｓｄと、周波数変調していないオリジナルの基準試験信号Ｓ３の相関を相互相関演算器３９で調べ、被試験体２を評価する。

ここで、図６を参照し、ドップラー比抽出器３７及び波形復元器３８の回路構成及び処理の具体例について説明する。
ドップラー比抽出器３７は、同期トーン信号Ｓ４Ｗが入力される第１の論理回路５１と、第２の論理回路５２を有する。また、基準同期トーンＳ４は、π／４移相器５３を介して第１の論理回路５１に入力されると共に、第２の論理回路５２に入力される。第１の論理回路５１の出力は、ローパスフィルタ５５を経て論理回路５７に入力される。一方、第２の論理回路５２の出力は、ローパスフィルタ５６を経て論理回路５７に入力される。そして、論理回路５７で、第１の論理回路５１の出力から第２の論理回路５２の出力を減算することによってドップラーシフト量が算出される。

例えば、図７に信号波形の一例の一部を重ねて示すように、受話同期トーンＳ４Ｗは、基準同期トーンＳ４に対して移送がずれている。図７の例では、受話同期トーンＳ４Ｗが基準同期トーンＳ４に対して移送が進んでいる。そして、これら２つの同期トーンＳ４，Ｓ４Ｗを用いて計算を行うことにより、図８に示すようなドップラーシフト量が算出される。図８は、横軸が時間を示し、縦軸が位相差検出結果、即ちドップラーシフト量を示している。

また、図６に示すように、波形復元器３８では、ドップラーシフト量が入力されると、符号判定器６１で符号を判定させた後、第１の論理回路６２と第２の論理回路６３に入力される。第１の論理回路６２には、受話試験信号Ｓ３Ｗがπ／４移相器６４を介して入力される。一方、第２の論理回路６２には、受話試験信号Ｓ３Ｗがそのまま入力される。第１の論理回路６２の出力は、ローパスフィルタ６５を経て論理回路６７に入力される。一方、第２の論理回路６３の出力は、ローパスフィルタ６６を経て論理回路６７に入力される。そして、論理回路６７で、第１の論理回路６２の出力から第２の論理回路６３の出力を減算することによって受話試験信号Ｓ３Ｗが周波数補正され、受話試験信号Ｓｄが得られる。なお、ドップラー比抽出器３７及び波形復元器３８の回路構成や信号処理のアルゴリズムは図７に示す例に限定されない。また、波形復元器３８は、同期トーンＳ４Ｗが重畳された第１の波形信号（Ｓ３Ｗ＋Ｓ４Ｗ）の周波数変動を補正しても良い。

ここで、周波数の補正前後の受話試験信号Ｓ３Ｗ，Ｓｄの一例を図９に示す。ドップラーシフト量を用いて周波数を補正することによって、受話試験信号Ｓ３Ｗの位相が補正され、被試験体２のスピーカ１１から実際に出力された受話試験信号Ｓｄが得られる。受話試験信号Ｓｄは、被試験体２の移動に伴う波形信号のドップラーシフトの影響を無効化したもので、被試験体２が移動していない状態で試験を行った場合にマイク２１で収集される波形信号に相当する。

次に、図３のステップＳ１１１に示す相互相関演算の一例を説明する
相互相関演算は、相互相関演算器３９が、２つの波形の瞬間値の積を取ってその総和を算出することによって得られる。相互相関は、例えば、以下の式で算出される。

ここで、ｘ_ｎは、基準試験信号の波形のデータを示す。ｙ_ｎは、ドップラーシフトを除去した受話試験信号Ｓｄのデータを示す。Ｎは、データ列の長さを示す。ｍは、想定される初期位相のズレ量を示す。例えば、図１０の例では、時間１における基準試験信号Ｓ３の瞬間値ｘ_１と、同時刻の受話試験信号Ｓ３ｄの瞬間値ｙ_１との積ｘ_１×ｙ_１を算出する。同様に、時間２においても積ｘ_２×ｙ_２を算出する。そして、これら積の総和を算出することによって相互相関値が得られる。そして、前記したように、合否判定部４０が相互相関値と合否スライスレベルとを比較して被試験体２の良否を判定する。

以上、説明したように、この実施の形態では、移動中の被試験体２から収集した第１の波形信号を第２の波形信号で補正することにより、被試験体２の移動によって生じるドップラーシフトを補正するようにした。これによって、被試験体２の位置や移動速度を計測するセンサを設けなくても第１の波形信号のドップラーシフト量の検出と、ドップラーシフトの補正が可能になる。その結果、相互相関演算による被試験体２の試験が可能になり、サンプル長と試験精度のトレードオフの関係が改善され、被試験体２を移動させながら音声出力の試験が行えるようになる。

ここで挙げた全ての例及び条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明及び概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例及び条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換及び変形を施すことができる。

１音声出力試験装置
２被試験体
１１スピーカ
２１マイクロフォン
１５第１の検査音源
２５記憶装置
２６第２の検査音源
３７ドップラー比抽出器
３８波形復元器
３９相互相関演算器
４０合否判定部
Ｓ３＋Ｓ４第２の波形信号
Ｓ３Ｗ＋Ｓ４Ｗ第１の波形信号
Ｓ４基準同期トーン
Ｓ４Ｗ受話同期トーン

Claims

移動中の被試験体が有する波形信号に基づいてスピーカから出力させた音声を収集し、第１の波形信号を取得するマイクロフォンと、
前記マイクロフォンで収集した前記第１の波形信号と、前記被試験体が有する前記波形信号と同じ波形を含む第２の波形信号とを比較し、前記第２の波形信号に対する前記第１の波形信号のドップラーシフト量を算出するドップラー比抽出器と、
前記ドップラーシフト量を用いて前記第１の波形信号の周波数変動を補正する波形復元器と、
前記波形復元器で復元した前記第１の波形信号と前記第２の波形信号の相互相関値を演算する相互相関演算器と、
前記相互相関値が予め定められた閾値以上であった場合に、前記被試験体の前記スピーカを正常と判定する合否判定部と、
を含むことを特徴とする移動する被試験体の音声出力検査装置。
前記第１の波形信号及び前記第２の波形信号には、波形信号の同期を取るための同期トーンが含まれており、
前記ドップラー比抽出器は、前記第１の波形信号及び前記第２の波形信号のそれぞれに含まれる同期トーンの位相シフト量からドップラーシフト量を算出するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の移動する被試験体の音声出力検査装置。
前記第２の波形信号を記憶する記憶装置２５を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の移動する被試験体の音声出力検査装置。
移動中の被試験体が有する波形信号に基づいてスピーカから出力された音声を収集し、第１の波形信号を取得する工程と、
前記第１の波形信号と、前記被試験体が有する前記波形信号と同じ波形を含む第２の波形信号との間のドップラーシフト量を算出し、
前記ドップラーシフト量から前記第１の波形信号のドップラーシフトを補正する工程と、
補正した前記第１の波形信号と記第２の波形信号の相互相関値を演算する工程と、
前記相互相関値が予め定められた閾値以上であった場合に、前記被試験体の前記スピーカを正常と判定する工程と、
を含むことを特徴とする移動する被試験体の音声出力検査方法。
前記第１の波形信号及び前記第２の波形信号には、波形信号の同期を取るための同期トーンが含まれており、
前記第１の波形信号及び前記第２の波形信号のそれぞれに含まれる同期トーンの位相シフト量からドップラーシフト量を算出することを特徴とする請求項４に記載の移動する被試験体の音声出力検査方法。