JP2016062034A

JP2016062034A - 音声分析装置

Info

Publication number: JP2016062034A
Application number: JP2014191782A
Authority: JP
Inventors: 滋樹青島; Shigeki Aoshima; 徳満半仁田; Norimitsu Hanita; 靖隆村上; Yasutaka Murakami; 正人諸岡; Masato Morooka; 勉熊谷; Tsutomu Kumagai; 大介高井; Daisuke Takai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2016-04-25

Abstract

【課題】安定的な分析結果を得ることができる音声分析装置を提供する。【解決手段】音声分析装置は、車両のラジオ受信器に接続されるスピーカから出力されるアナログ音声信号を集音するマイクと、互いに通過帯域の異なる複数のオクターブバンドフィルタを有し、前記マイクによって集音される前記アナログ音声信号のオクターブ分析を前記複数のオクターブバンドフィルタで行い、前記アナログ音声信号の信号レベルの前記通過帯域毎のＳ／Ｎ特性を出力するオクターブ分析部とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、音声分析装置に関する。

従来より、放送波を受信して音声信号を再生する受信機において、放送波の音声復調信号の信号レベルを検出する信号レべル検出手段と、該信号レべル検出手段により検出された信号レべルに応じた圧縮特性で前記音声復調信号を圧縮する圧縮手段と、前記放送波の受信状態を検出する受信状態検出手段と、該受信状態検出手段により検出された受信状態に応じて前記圧縮手段の圧縮特性を制御する圧縮特性制御手段とを備えていることを特徴とする受信機がある。（例えば、特許文献１参照）。

前記受信状態検出手段は、受信した放送波の音声復調信号のノイズレベルを検出するノイズレベル検出手段を備えており、前記ノイズ検出手段は、前記音声復調信号を高速フーリエ変換し、その周波数分析結果に基づいてノイズレベルを検出する高速フーリエ変換分析手段を備えている。

特開２０００−２４４３４５号公報

ところで、従来の受信機は、受信した放送波の音声復調信号のノイズレベルの検出にフーリエ変換を用いているため、検出されるノイズレベルは、離散した周波数についてのノイズレベルになる。このため、周波数の変化に応じてノイズレベルが変動する場合に、安定的な検出結果が得られないおそれがある。

そこで、安定的な分析結果を得ることができる音声分析装置を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の音声分析装置は、車両のラジオ受信器に接続されるスピーカから出力されるアナログ音声信号を集音するマイクと、互いに通過帯域の異なる複数のオクターブバンドフィルタを有し、前記マイクによって集音される前記アナログ音声信号のオクターブ分析を前記複数のオクターブバンドフィルタで行い、前記アナログ音声信号の信号レベルの前記通過帯域毎のＳ／Ｎ特性を出力するオクターブ分析部とを含む。

安定的な分析結果を得ることができる音声分析装置を提供することができる。

車両のラジオ受信器、及び、スピーカの位置を示す図である。実施の形態の音声分析装置１００を示す図である。オクターブ分析で得られる音声信号のＳ／Ｎ特性を示す図である。オクターブ分析で得られる音声信号の周波数特性を示す図である。フーリエ分析で得られる音声信号のＳ／Ｎ特性を示す図である。ピンクノイズについてオクターブ分析を行うことによって得られるＳ／Ｎ特性を示す図である。

以下、本発明の音声分析装置を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図１は、車両のラジオ受信器、及び、スピーカの位置を示す図である。

車両１０の室内のダッシュボード１１には、アナログのラジオの信号を受信するラジオ受信器１２が設けられている。ラジオ受信器１２は、例えば、フロントガラス又はリアガラス等に印刷されたアンテナ１３と、車室内に設けられるスピーカ１４に接続されており、アンテナ１３で受信されたラジオの信号を復調及び増幅し、スピーカ１４から出力する。

図２は、実施の形態の音声分析装置１００を示す図である。

音声分析装置１００は、分析装置１１０及びマイク１２０を含む。音声分析装置１００は、アナログの音声信号の分析を行うものである。図２では、アンテナ１３とラジオ受信器１２との間に、アンテナアンプ１３Ａを示す。

音声分析装置１００で車室内におけるスピーカ１４から出力される音声又は音響の分析を行う際には、アンテナ１３の近傍にシグナルジェネレータを配置し、シグナルジェネレータが出力する所定の周波数の複合サイン波をアンテナ１３で受信し、スピーカ１４から出力される音声をマイク１２０で拾い、分析装置１１０に入力する。

このようなシグナルジェネレータを用いるのは、音声又は音響の分析を屋内で行うことからラジオの信号の受信状況が屋外ほど良好ではない場合があるためと、試験用の複合サイン波の方が実際のラジオの信号よりも試験に適しているためである。このような理由から、シグナルジェネレータに擬似的なラジオの信号として複数のサイン波を複合した複合サイン波を出力させ、アンテナ１３で受信することにしている。

また、分析装置１１０で音声又は音響の分析を行う際には、複合サイン波の出力を変化させて、様々な出力の複合サイン波を用いた分析を行う。複合サイン波は、後述するオクターブ分析に必要な周波数帯域をカバーする信号であり、例えば、５０Ｈｚから３ｋＨｚまでの帯域を有する。

また、本実施の形態では、例えば、車両１０の乗員（特に運転者）が視聴する、スピーカ１４から出力される音声信号の特性を測定するために、車内のシートのヘッドレストにマイク１２０を固定して、スピーカ１４から出力される音声信号の特性を測定する。これは、乗員が実際に聴く音声を良好にするために、より良い分析結果を得るためである。

分析装置１１０は、オクターブ分析部１１１を有する。分析装置１１０は、例えば、ＰＣ(Personal Computer)で実現される。分析装置１１０は、オクターブ分析に必要な演算処理を行える装置であればよく、ＰＣ以外の装置であってもよい。

オクターブ分析部１１１は、マイク１２０によって集音されるアナログ音声信号のオクターブ分析を行い、信号レベルのＳ／Ｎ特性を出力する。

また、オクターブ分析部１１１は、マイク１２０によって集音される音声アナログ信号の複数の周波数帯についてオクターブ分析を行うことにより、信号レベルの周波数特性を出力する。

このようなオクターブ分析部１１１としては、例えば、所謂１／Ｎオクターブバンドフィルタを用いることができる。ここで、Ｎは、オクターブバンドフィルタの分母の数値であり、例えば、Ｎ＝１、３、６等の数値を取り得る。本実施の形態では、一例として、Ｎ＝１の場合について説明する。

オクターブ分析部１１１は、例えば、５０Ｈｚから３ｋＨｚまでの帯域について、１／１オクターブバンドフィルタでオクターブ分析を行えばよい。１／１オクターブバンドフィルタは、下限遮断周波数と上限遮断周波数とが１オクターブの関係になるバンドパスフィルタである。換言すれば、上限遮断周波数は下限遮断周波数の２倍の周波数である。１／１オクターブバンドフィルタは、上限遮断周波数と下限遮断周波数とで規定される帯域の信号を平均化して出力する。

実施の形態のオクターブ分析部１１１は、一例として、中心周波数が異なる９つの１／１オクターブバンドフィルタを含む。９つの中心周波数には、１２５Ｈｚ、５００Ｈｚ、２０００Ｈｚの３つが含まれる。

オクターブ分析部１１１は、各中心周波数について、信号レベルのＳ／Ｎ特性と周波数特性の両方を分析結果として出力する。

マイク１２０は、車両１０のラジオ受信器１２に接続されるスピーカ１４から出力されるアナログ音声信号を集音するために設けられている。

以上のように、音声分析装置１００は、スピーカ１４から出力される音声信号を分析する。スピーカ１４から出力される音声信号は、アンテナ１３で受信され、ラジオ受信器１２で復調されたラジオの信号に基づく音声信号である。

図３は、オクターブ分析で得られる音声信号のＳ／Ｎ特性を示す図である。図３（Ａ）は、１２５Ｈｚの音声信号のＳ／Ｎ特性、図３（Ｂ）は５００Ｈｚの音声信号のＳ／Ｎ特性、図３（Ｃ）は２０００Ｈｚの音声信号のＳ／Ｎ特性を示す。なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）において、実線は音声信号に含まれる信号（Ｓ）レベルであり、破線は音声信号に含まれるノイズ（Ｎ）レベルである。

図３（Ａ）〜（Ｃ）において、横軸は、オクターブ分析部１１１の１／１オクターブバンドフィルタから出力される音声信号の信号レベルであり、縦軸は、マイク１２０で集音され、オクターブ分析部１１１に入力される音声信号の信号レベルである。縦軸に示す信号レベルの変化は、複合サイン波の出力の変化に伴うものである。

本実施の形態では、オクターブ分析部１１１は、９つの１／１オクターブバンドフィルタを含むため、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す音声信号のＳ／Ｎ特性は９つ得られるが、ここでは、９つのうちの３つの音声信号のＳ／Ｎ特性を図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す。

図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、１２５Ｈｚ、５００Ｈｚ、及び２０００Ｈｚの音声信号のＳ／Ｎ特性のうちの信号（Ｓ）レベルは、すべて、横軸に示すオクターブ分析部１１１の１／１オクターブバンドフィルタから出力される音声信号の信号レベルが−１０（ｄＢμＶ）から＋５（ｄＢμＶ）程度まで増大するに従って安定的に増大しており、信号レベルがそれ以上すると飽和する特性になっている。

また、１２５Ｈｚ、５００Ｈｚ、及び２０００Ｈｚの音声信号のＳ／Ｎ特性のうちのノイズ（Ｎ）レベルは、すべて、横軸に示すオクターブ分析部１１１の１／１オクターブバンドフィルタから出力される音声信号の信号レベルが−１０（ｄＢμＶ）から＋５（ｄＢμＶ）程度まで増大するまでは略一定であり、信号レベルがそれ以上すると、徐々に低下する特性になっている。

このように、オクターブ分析によれば、音声信号のＳ／Ｎ特性の安定的な分析結果を得ることができる。

図４は、オクターブ分析で得られる音声信号の周波数特性を示す図である。図４（Ａ）は、オクターブ分析部１１１の１／１オクターブバンドフィルタから出力される音声信号の信号レベルが１９（ｄＢμＶ）の場合の音声信号の周波数特性、図４（Ｂ）は、４（ｄＢμＶ）の場合の音声信号の周波数特性、図４（Ｃ）は、−８（ｄＢμＶ）の場合の音声信号の周波数特性を示す。なお、図４（Ａ）〜（Ｃ）において、実線は音声信号に含まれる信号（Ｓ）レベルであり、破線は音声信号に含まれるノイズ（Ｎ）レベルである。

図４（Ａ）〜（Ｃ）において、横軸は、オクターブ分析部１１１の１／１オクターブバンドフィルタから出力される音声信号の周波数であり、縦軸は、マイク１２０で集音され、オクターブ分析部１１１に入力される音声信号の信号レベルである。

図４（Ａ）〜（Ｃ）に示す音声信号の周波数特性は、実際には一例として９つの周波数の音声信号の周波数特性を求めたうちの３つであり、それぞれ、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す３つのＳ／Ｎ特性に対応するものである。

図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、信号（Ｓ）レベル及びノイズ（Ｎ）レベルの両方が周波数の変化に伴って安定的に変化する音声信号の周波数特性が得られていることが分かる。

このように、オクターブ分析によれば、音声信号の周波数特性の安定的な分析結果を得ることができる。

また、実施の形態の音声分析装置１００は、９つの１／１オクターブバンドフィルタを有するオクターブ分析部１１１を含むので、複合サイン波の出力値（マイク１２０で集音され、オクターブ分析部１１１に入力される音声信号の信号レベル）、オクターブ分析部１１１の１／１オクターブバンドフィルタから出力される音声信号の信号レベル、及び周波数（観測周波数）の３つの軸で構築される３次元データを短時間で入手できるというメリットがある。

ここで、図５及び図６を用いて、比較例によるＳ／Ｎ特性について説明する。

図５は、フーリエ分析で得られる音声信号のＳ／Ｎ特性を示す図である。図５に示すＳ／Ｎ特性は、４００Ｈｚの正弦波信号に対してフーリエ分析を行って得た特性である。

図５に示すように、信号（Ｓ）レベル及びノイズ（Ｎ）レベルの両方が、入力信号のレベルに対して不安定である。

フーリエ変換を用いた周波数分析では、アナログの音声信号をサンプリングし、周波数変換をデジタル処理で行うため、離散時間信号処理になる。また、ラジオの信号（アナログ信号）には、周波数の揺らぎがある。このため、周波数に揺らぎのある信号をフーリエ変換すると、ラジオの信号の周波数の揺らぎと、フーリエ変換が取得する離散的なデータとの相乗効果によって、分析結果が安定しない。特に、アナログの音声信号が周波数に対して大きく変動するような場合に、図５に示すように、変動を正しく安定的に捉えることができなくなるおそれがある。

これに対して、実施の形態の音声分析装置１００は、アンテナ１３で受信されるラジオの信号に基づく音声信号についてオクターブ分析による平均化処理を行うことによってＳ／Ｎ特性を求めているため、アナログ処理で連続的な周波数分析を行うことができ、安定的で正確な分析結果を得ることができる。

また、実施の形態の音声分析装置１００は、９つの１／１オクターブバンドフィルタを有するオクターブ分析部１１１を含むので、複合サイン波の出力値、１／１オクターブバンドフィルタから出力される音声信号の信号レベル、及び周波数（観測周波数）の３つの軸で構築される３次元データを短時間で入手できるというメリットがある。フーリエ変換では、複数の周波数についての分析結果を同時に入手することはできないので、この点も実施の形態の音声分析装置１００の大きなメリットである。

図６は、ピンクノイズについてオクターブ分析を行うことによって得られるＳ／Ｎ特性を示す図である。ピンクノイズとは、出力が周波数に反比例する雑音である。

図６に示すように、信号（Ｓ）レベル及びノイズ（Ｎ）レベルの両方が、入力信号のレベルに対して不安定である。これは、ピンクノイズは様々な周波数の信号を含むものの、ノイズであるがゆえに、信号レベルの変動が大きいからである。

これに対して、実施の形態の音声分析装置１００は、アンテナ１３で受信されるラジオの信号に基づく音声信号についてオクターブ分析を行うことによってＳ／Ｎ特性を求めているため、安定的で正確な分析結果を得ることができる。

アンテナ１３で受信されるラジオの信号に基づく音声信号は、ピンクノイズとは異なり、複数の周波数の正弦波が複合された信号であるため、連続的な周波数分析を行うことができ、安定的な周波数分析が可能になるからである。

以上、実施の形態によれば、安定的な分析結果を得ることができる音声分析装置１００を提供することができる。

以上、本発明の例示的な実施の形態の音声分析装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１０車両
１１ダッシュボード
１２ラジオ受信器
１３アンテナ
１４スピーカ
１００音声分析装置
１１０分析装置
１１１オクターブ分析部
１２０マイク

Claims

車両のラジオ受信器に接続されるスピーカから出力されるアナログ音声信号を集音するマイクと、
互いに通過帯域の異なる複数のオクターブバンドフィルタを有し、前記マイクによって集音される前記アナログ音声信号のオクターブ分析を前記複数のオクターブバンドフィルタで行い、前記アナログ音声信号の信号レベルの前記通過帯域毎のＳ／Ｎ特性を出力するオクターブ分析部と
を含む、音声分析装置。
前記オクターブバンドフィルタは、１／Ｎオクターブバンドフィルタであり、Ｎは、オクターブバンドフィルタの分母の数値である、請求項１記載の音声分析装置。