JP3308780B2 - 騒音抑圧回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロホンによ
り音声波などを音声信号に変換する際の外部騒音を抑圧
する回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、周囲騒音が存在する環境で使用す
る騒音抑圧回路は、音源を検知するマイクロホンと雑音
を検知するマイクロホンに分かれており、マイクロホン
の設置位置，方向の設計上の制約や騒音の種類および到
来方向の多様性のため、騒音除去の機能には限界があ
り、充分な騒音防止効果を有するものではない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】マイクロホンを使用し
た音声波などの音響電気変換時において、周囲騒音がマ
イクロホン入力に混入され各種の妨害が発生する。マイ
クロホンから入った騒音が相手に伝わり、相手を不快に
させること、および自分の声が騒音と混じって相手に伝
わり、自分の話した内容が相手に充分に伝わらないこと
がある。しかし、従来技術ではこのような妨害に充分に
配慮した騒音抑圧回路は提案されていない。

【０００４】本発明の目的は、騒音が音声信号に混入す
る上記原因を考慮し、騒音の混入を著しく軽減すること
ができる騒音抑圧回路を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明による騒音抑圧回路は、音源方向に向けた第
１のマイクロホンと、該第１のマイクロホンと設置位置
および方向を変えた第２のマイクロホンとを備えた音声
周波回路において、前記第１のマイクロホンの出力を第
１の原信号とし前記第２のマイクロホンの出力を第１の
誤差信号とし、該第１の誤差信号に含まれる雑音に対し
逆極性となりレベルが近似する雑音を第１の推定雑音信
号として作成し、前記第１のマイクロホンから出力され
る前記第１の原信号に加えて騒音を打ち消すように動作
する第１の騒音抑圧回路と、前記第２のマイクロホンの
出力を第２の原信号とし前記第１のマイクロホンの出力
を第２の誤差信号とし、該第２の誤差信号に含まれる雑
音に対し逆極性となりレベルが近似する雑音を第２の推
定雑音信号として作成し、前記第２のマイクロホンから
出力される前記第２の原信号に加えて騒音を打ち消すよ
うに動作する第２の騒音抑圧回路と、騒音源と前記第１
のマイクロホンおよび前記第２のマイクロホンとの位置
関係により定まる到達騒音の位相差を考慮して、原信号
に使用する第１又は第２のマイクロホンの位相が早くな
るようにし、前記第１の騒音抑圧回路の出力雑音レベル
と前記第２の騒音抑圧回路の出力雑音レベルを比較し雑
音の低い回路を選択して送出信号とする雑音比較回路と
を備えた構成を有している。

【０００６】

【発明の実施の形態】騒音に対して、その騒音を打ち消
すような信号をつくり、騒音を相殺するようにたし合わ
せて変換された出力において騒音を抑圧して、妨害のほ
とんどない良好な音声などの信号変換が行えるようにす
る。

【０００７】

【実施例】図１は本発明による騒音抑圧回路の一実施例
である。耳に挿入するイヤーピース（ＥＰ）３の内部
に、音源方向に向けたマイクロホン１と、前記マイクロ
ホン１と設置位置，方向を変えたマイクロホン２を実装
する。マイクロホン１およびマイクロホン２は、音源お
よび周囲騒音を検出する。この周囲騒音は、マイクロホ
ン１へ、またマイクロホン２へ入力する。音源は、マイ
クロホン１へ、またマイクロホン２へ、前記周囲騒音と
同様に入力する。マイクロホン１の信号は、送話ノイズ
を打ち消すための打ち消し信号のもととなる信号とし
て、また送話信号として、増幅器９で増幅された後、ノ
イズキャンセラ６と、加算器５と、音声検出回路１１へ
入力される。マイクロホン２の信号は、送話ノイズを打
ち消すための打ち消し信号の基となる信号として、また
送話信号として、増幅器１０で増幅された後、加算器４
と、ノイズキャンセラ７と、音声検出回路１１へ入力さ
れる。ノイズキャンセラ６の出力信号は、前記マイクロ
ホン２から増幅器１０を介して与えられる信号に加算器
４でたし合わされる。ノイズキャンセラ６は、このたし
合わされた結果の信号と音声検出回路１１の出力とで制
御される。ノイズキャンセラ７の出力信号は、前記マイ
クロホン１から増幅器９を介して与えられる信号に加算
器５でたし合わされる。ノイズキャンセラ７は、このた
し合わされた結果の信号と音声検出回路１１の出力とで
制御される。加算器４の出力は、比較器８およびスイッ
チ回路１２の端子ａに入力される。加算器５の出力は、
比較器８およびスイッチ回路１２の端子ｂに入力され
る。比較器８の出力は、加算器４から入力される信号の
レベルと加算器５から入力される信号のレベルの大小に
より、可変の時定数を制御してスイッチ回路１２に入力
される。スイッチ回路１２は後述の動作によりノイズレ
ベルの低い方に接続され、端子ｃから送話信号として出
力される。音声検出回路１１は、入力された信号から音
声信号、またはノイズ信号を検知し、ノイズキャンセラ
６およびノイズキャンセラ７の制御を行う。

【０００８】次に、本発明による騒音抑圧回路の動作に
ついて説明する。マイクロホン１の信号は、騒音を打ち
消すための原信号、または送話信号として増幅器９で増
幅された後、ノイズキャンセラ６、または加算器５に入
力される。マイクロホン２の信号は、騒音を打ち消すた
めの原信号、または送話信号として増幅器１０で増幅さ
れた後、ノイズキャンセラ７および加算器４に入力され
る。なお、詳細な説明は省略するが前記各々の信号はア
ナログ−ディジタル変換器ＡＤ１，ＡＤ２およびディジ
タル／アナログ変換器ＤＡ１を用いて変換されており、
以下で説明する信号処理はディジタル信号処理として行
われる。

【０００９】ノイズキャンセラ６は、マイクロホン２か
ら入力される騒音に対し逆極性となる信号を、マイクロ
ホン１出力を原信号とし加算器４出力を残差信号として
用い作成する。騒音源Ｎで発生する雑音は、マイクロホ
ン２に漏入する（以下、漏入雑音ｎＲ２という）。一方
騒音源Ｎで発生する雑音はマイクロホン１にも入る（以
下、検出雑音ｎｋ１という）。漏入雑音と検出雑音の間
には音源とノイズ源からの音声と雑音が共に入力される
ことから明らかに相関があり、検出雑音ｎＫ１を用いて
漏入雑音ｎＲ２を推定することができる。ノイズキャン
セラ６は、加算器４出力の残差信号が零になるように推
定動作を繰り返すことで、漏入雑音ｎＲ２の伝搬経路の
伝達関数に検出雑音ｎｋ１の伝搬経路の伝達関数を合わ
せることができる。ノイズキャンセラ６を実現するアル
ゴリズムとしては学習同定法の如き適応方法を用いるこ
とができる。なお、送話信号が存在する場合は、音声検
出回路１１により送話信号の存在を検出し、送話信号の
存在を検出した場合は、ノイズキャンセラ６の適応動作
を停止させるように構成されている。

【００１０】ノイズキャンセラ７は、マイクロホン１か
ら入力される騒音に対し逆極性となる信号を、マイクロ
ホン２の出力を原信号とし加算器５出力を残差信号とし
て用い作成する。騒音源Ｎで発生する雑音は、マイクロ
ホン１に漏入する（以下、漏入雑音ｎＲ１という）。一
方騒音源Ｎで発生する雑音はマイクロホン２にも入る
（以下、検出雑音ｎＫ２という）。漏入雑音ｎＲ１と検
出雑音ｎＫ２の間には前述したように明らかに相関があ
り、検出雑音ｎＫ２を用いて漏入雑音ｎＲ１を推定する
ことができる。ノイズキャンセラ７は、加算器５出力の
残差信号が零になるように推定動作を繰り返すことで、
漏入雑音ｎＲ１の伝搬経路の伝達関数に検出雑音の伝搬
経路の伝達関数を合わせることができる。ノイズキャン
セラ７を実現するアルゴリズムとしては学習同定法の如
き適応方法を用いることができる。なお、送話信号が存
在する場合は、音声検出回路１１により送話信号の存在
を検出し、送話信号の存在を検出した場合は、ノイズキ
ャンセラ７の適応動作を停止させるように構成されてい
る。

【００１１】原信号に使用するマイクロホン入力は、誤
差信号に使用するマイクロホン入力に比べ、位相が早い
必要がある。このため、原信号に使用するマイクロホン
を、騒音源Ｎに近い方向のマイクロホンに切り替える必
要がある。比較器８は、加算器４出力の雑音レベルと加
算器５出力の雑音レベルを比較し雑音の低い回路を選択
するようにスイッチ回路１２を制御する。

【００１２】次に、本発明回路による騒音抑圧回路の騒
音抑圧量の測定結果について説明する。図２は測定条件
を説明するための略図である。騒音源Ｎは１ｍ離れた位
置で６０ホーンとなるようにピンクノイズを出力する。
イヤーピースＥＰ（センサマイクロホン２：無指向性、
気導マイクロホン：指向性）をダミーヘッドＡの右耳Ａ
ａに挿入し、騒音源Ｎを前後左右に移動した場合の測定
データを１／３オクターブ実時間分析器（リオン製ＳＡ
−２７）により測定する。図３〜図１６に騒音抑圧量を
示している。いずれも、横軸は０．３ｋＨｚ〜３．４ｋ
Ｈｚにおける各周波数毎の特性（波高値）を示し、縦軸
の左右両側の特性はその各波高値を積分したノイズ電力
Ｖｐ（ｄＢｍ）を表す。

【００１３】（１）騒音源Ｎを前方Ｆに置いた場合の測
定データが、図３〜図５に示されている。第１の騒音抑
圧回路（４，６，１１）のノイズキャンセラ６を使用し
ない場合（Ｆａ）のノイズ電力Ｖｐは−２７ｄＢｍであ
り、ノイズキャンセラ６を使用した場合（Ｆｂ）のノイ
ズ電力Ｖｐは−３５ｄＢｍ、ノイズキャンセラ７を使用
した場合のノイズ電力Ｖｐは−４５ｄＢｍである。ノイ
ズキャンセラ６を使用した場合には、それを使用しない
場合に比べ８ｄＢのノイズ電力が抑圧された。また、第
２の騒音抑圧回路（５，７，１１）のノイズキャンセラ
７を使用した場合（Ｆｃ）には、ノイズ電力Ｖｐは−５
５ｄＢｍであり、１８ｄＢのノイズ電力が抑圧されてい
る。従って、ノイズ源Ｎが前方Ｆに位置する場合にはノ
イズキャンセラ７が効果的であり、マイクロホン１入力
の波形がマイクロホン２入力の波形より位相が早いこと
によるものと考えられる。

【００１４】（２）騒音源Ｎを左側Ｌに置いた場合の測
定データが図６〜図８に示されている。第１の騒音抑圧
回路のノイズキャンセラ６を使用しない場合（Ｌａ）の
ノイズ電力Ｖｐは−４３ｄＢｍであり、ノイズキャンセ
ラ６を使用した場合Ｌｂのノイズ電力Ｖｐは−４７ｄＢ
ｍ、第２の騒音抑圧回路のノイズキャンセラ７を使用し
た場合のノイズ電力Ｖｐは−５０ｄＢｍである。ノイズ
キャンセラ６を使用した場合には、それを使用しない場
合に比べ４ｄＢのノイズ電力が抑圧された。またノイズ
キャンセラ７を使用した場合（Ｌｃ）に７ｄＢのノイズ
電力が抑圧されている。従って、ノイズ源Ｎが左側Ｌに
位置する場合はノイズキャンセラ７が効果的であり、マ
イクロ１入力の波形がマイクロホン２入力の波形より位
相が早いことによるものと考えられる。

【００１５】（３）騒音源Ｎを右側Ｒに置いた場合の測
定データが図９〜図１１に示されている。第１の騒音抑
圧回路のノイズキャンセラ６を使用しない場合（Ｒａ）
のノイズ電力Ｖｐは−３０ｄＢｍであり、ノイズキャン
セラ６を使用した場合（Ｒｂ）のノイズ電力Ｖｐは−４
９ｄＢｍ、第２の騒音抑圧回路のノイズキャンセラ７を
使用した場合（Ｒｃ）のノイズ電力Ｖｐは−４０ｄＢｍ
である。ノイズキャンセラ６を使用した場合には、それ
を使用しない場合に比べ１９ｄＢのノイズ電力が抑圧さ
れた。またノイズキャンセラ７を使用した場合（Ｒｃ）
に１０ｄＢのノイズ電力が抑圧されている。従って、ノ
イズ源Ｎが右側Ｒに位置する場合はノイズキャンセラ６
が効果的であり、マイクロホン２入力の波形がマイクロ
ホン１入力の波形より位相が早いことによるものと考え
られる。

【００１６】（４）騒音源Ｎを後方Ｂに置いた場合の測
定データが図１２〜図１４に示されている。第１の騒音
抑圧回路を使用しない場合（Ｂａ）のノイズ電力Ｖｐは
−２８ｄＢｍであり、ノイズキャンセラ６を使用した場
合（Ｂｂ）のノイズ電力Ｖｐは−４５ｄＢｍ、第２の騒
音抑圧回路のノイズキャンセラ７を使用した場合（Ｂ
ｃ）のノイズ電力Ｖｐは−３９ｄＢｍである。ノイズキ
ャンセラ７を使用した場合には、それを使用しない場合
に比べ１７ｄＢのノイズ電力が抑圧された。またノイズ
キャンセラ７を使用した場合に１１ｄＢのノイズ電力が
抑圧されている。従って、ノイズ源Ｎが後方Ｂに位置す
る場合はノイズキャンセラ６が効果的であり、マイクロ
ホン２入力の波形がマイクロホン１入力の波形より位相
が早いことによるものと考えられる。

【００１７】以上の測定からノイズ源Ｎが前方Ｆおよび
左側Ｌに位置する場合には、第２の騒音抑圧回路のノイ
ズキャンセラ７が効果的であり、マイクロホン１入力の
波形がマイクロホン２入力の波形より位相が早いことが
考えられる。また、ノイズ源Ｎが後方Ｂおよび右側Ｒに
位置する場合には、第１の騒音抑圧回路のノイズキャン
セラ６が効果的であり、マイクロホン２入力の波形がマ
イクロホン１入力の波形より位相が早いことによるもの
と考えられる。

【００１８】マイクロホンの種類を換えた場合の騒音抑
圧量の測定結果を図１５および図１６に示す。すなわ
ち、マイクロホン１に無指向性のマイクロホンを用い、
マイクロホン２に指向性のマイクロホンを用いて、騒音
源Ｎを前方Ｆとした図３〜図５と同条件での測定を行っ
た。第１の騒音抑圧回路のノイズキャンセラ６を用いた
図１５は図５とほとんど同様であり、第２の騒音抑圧回
路ノイズキャンセラ７を用いた図１６は図４とほとんど
同様であることから指向性および無指向性のマイクロホ
ン特性の相違をノイズキャンセラ６，７が相殺している
ものと考えられる。

【００１９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば第１，第２の騒音抑圧回路を設けて制御することに
よって騒音による送話信号への騒音の混入を抑圧するこ
とができるため、騒音レベルの高い環境における通話品
質の向上に対する効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による騒音抑圧回路の実施例を示すブロ
ック図である。

【図２】本発明による騒音抑圧回路の騒音抑圧量の測定
条件を説明するための略図である。

【図３】騒音源を前方Ｆに置いた場合の第１の測定デー
タを示す図である。

【図４】騒音源を前方Ｆに置いた場合の第２の測定デー
タを示す図である。

【図５】騒音源を前方Ｆに置いた場合の第３の測定デー
タを示す図である。

【図６】騒音源を左側Ｌに置いた場合の第１の測定デー
タを示す図である。

【図７】騒音源を左側Ｌに置いた場合の第２の測定デー
タを示す図である。

【図８】騒音源を左側Ｌに置いた場合の第３測定データ
を示す図である。

【図９】騒音源を右側Ｒに置いた場合の第１の測定デー
タを示す図である。

【図１０】騒音源を右側Ｒに置いた場合の第２の測定デ
ータを示す図である。

【図１１】騒音源を右側Ｒに置いた場合の第３の測定デ
ータを示す図である。

【図１２】騒音源を後方Ｂに置いた場合の第１の測定デ
ータを示す図である。

【図１３】騒音源を後方Ｂに置いた場合の第２の測定デ
ータを示す図である。

【図１４】騒音源を後方Ｂに置いた場合の第３の測定デ
ータを示す図である。

【図１５】マイクロホンの接続を変更した場合の第１の
測定データを示す図である。

【図１６】マイクロホンの接続を変更した場合の第２の
測定データを示す図である。

【符号の説明】

１ マイクロホン ２ マイクロホン ３ マイクロホン設置用イヤーピース（ＥＰ） ４，５ 加算器 ６，７ ノイズキャンセラ ８ 比較器 ９，１０ 増幅器 １１ 音声検出回路 １２ スイッチ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 茂明 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 三橋 和正 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−173582（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04R 3/00 320 H03H 17/00 601 H03H 21/00 H04B 1/10 H04R 1/40 320

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音源方向に向けた第１のマイクロホン
   と、該第１のマイクロホンと設置位置および方向を変え
   た第２のマイクロホンとを備えた音声周波回路におい
   て、 前記第１のマイクロホンの出力を第１の原信号とし前記
   第２のマイクロホンの出力を第１の誤差信号とし、該第
   １の誤差信号に含まれる雑音に対し逆極性となりレベル
   が近似する雑音を第１の推定雑音信号として作成し、前
   記第１のマイクロホンから出力される前記第１の原信号
   に加えて騒音を打ち消すように動作する第１の騒音抑圧
   回路と、 前記第２のマイクロホンの出力を第２の原信号とし前記
   第１のマイクロホンの出力を第２の誤差信号とし、該第
   ２の誤差信号に含まれる雑音に対し逆極性となりレベル
   が近似する雑音を第２の推定雑音信号として作成し、前
   記第２のマイクロホンから出力される前記第２の原信号
   に加えて騒音を打ち消すように動作する第２の騒音抑圧
   回路と、 騒音源と前記第１のマイクロホンおよび前記第２のマイ
   クロホンとの位置関係により定まる到達騒音の位相差を
   考慮して、原信号に使用する第１又は第２のマイクロホ
   ンの位相が早くなるようにし、前記第１の騒音抑圧回路
   の出力雑音レベルと前記第２の騒音抑圧回路の出力雑音
   レベルを比較し雑音の低い回路を選択して送出信号とす
   る雑音比較回路とを備えた騒音抑圧回路。