JP3735414B2

JP3735414B2 - 音声処理装置および音声処理方法

Info

Publication number: JP3735414B2
Application number: JP19834096A
Authority: JP
Inventors: 雅美三浦; 進矢部; 良彦出岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2016-07-09
Also published as: JPH1026998A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば補聴器、電話、拡声器、音声通信などの分野で用いられる音声処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声信号の伝送系のダイナミックレンジが狭いとき、あるいは難聴者のように受聴可能なダイナミックレンジが狭いとき、対象となる音声信号のレベルの小さい部分は増幅し、大きい部分は制限する手法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように音声信号のダイナミックレンジの圧縮および増幅を行うと、次のような問題点を生じてしまう。
【０００４】
(1) 反射や残響のある空間に発声された音声は、受聴地点では反射音・残響音を伴っていることが多い。そして、本来の反射音・残響音のレベルは直接音よりも小さいが、ダイナミックレンジの圧縮および増幅が行われることにより、反射音・残響音のレベルが大きくなるので、相対的に反射音・残響音が目立つようになり、結果として聞き取りにくい音声になる。
【０００５】
(2) ダイナミックレンジの圧縮率を大きく設定した場合に、音量も大きくしようとすると、結果的に小さい入力音に対する利得が大きくなるので、暗騒音が目立ったり、ハウリングが生じやすくなる。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明においては、
入力された音声信号のレベルを、言葉の聞き取りが可能な最小レベルである最小可聴値から大きすぎて不快に感じる不快閾値までの範囲に変換する音声処理装置において、
レベル圧縮回路を有し、
このレベル圧縮回路が、上記最小可聴値と、この最小可聴値まで増幅されるべき入力音声レベルと、上記不快閾値と、この不快閾値で制限されるべき入力音声レベルとで設定される入出力レベル変換特性をもつ
ようにした音声処理装置
とするものである。
【０００８】
したがって、音声の知覚・理解に必要な音声レベルの範囲が、受聴者の聞きやすいダイナミックレンジ内に増幅および圧縮される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明を補聴器に適用するとともに、音声帯域を３分割して音声信号の処理を行うようにした場合である。
【００１０】
すなわち、マイクロフォン１１が受聴用のイヤホン１８の後部に設けられ、受聴者の耳部の位置で音声などの集音を行うようにされている。
【００１１】
そして、このマイクロフォン１１により集音された音声の音声信号がアンプ１２を通じてバンドパスフィルタに供給されて有効な周波数帯域、例えば100Hz〜8000Hzの周波数成分の音声信号Ｓ13が取り出され、この信号Ｓ13がＡ／Ｄコンバータ１４に供給されて量子化ビット数が例えば16ビットのデジタル音声信号Ｓ14にＡ／Ｄ変換され、この信号Ｓ14がＤＳＰ１５に供給される。
【００１２】
このＤＳＰ１５の詳細については後述するが、ＤＳＰ１５は、信号Ｓ13の帯域ごとにレベル圧縮を行うように、信号Ｓ14を処理し、その処理結果を信号Ｓ15として出力するものである。
【００１３】
そして、このＤＳＰ１５からの信号Ｓ15が、Ｄ／Ａコンバータ１６に供給されてアナログ音声信号Ｓ16にＤ／Ａ変換され、この信号Ｓ16がアンプ１７を通じて例えばダイナミック型に構成されたイヤホン１８に供給される。したがって、マイクロフォン１１により集音された音声を、イヤホン１８により聴くことができる。
【００１４】
さらに、符号２０はマイクロコンピュータを示す。このマイクロコンピュータ２０は、ＤＳＰ１５が等価的に実現する回路の特性あるいはパラメータを設定するためのものであり、このため、マイクロコンピュータ２０には、処方箋にしたがって調整される半固定の可変抵抗器（トリマ）ＲHA〜ＲLA、ＲHB〜ＲLBと、受聴者が任意に調整する可変抵抗器ＲHC〜ＲLC、ＲRCとが接続される。そして、これら可変抵抗器ＲHA〜ＲRCから得られるアナログ電圧の大きさがマイクロコンピュータ２０により検出され、その検出結果にしたがってＤＳＰ１５が実現する回路の特性あるいはパラメータが制御される。
【００１５】
そして、ＤＳＰ１５は、図１に示すように、信号Ｓ14の供給される３つのフィルタ５１Ｈ、５１Ｍ、５１Ｌと、３つのレベル圧縮回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌと、加算回路５３とを等価的に実現しているものである。
【００１６】
この場合、フィルタ５１Ｈは、ほぼ３ｋHz以上を通過帯域とするハイパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｈからは信号Ｓ13の第３フォルマントおよび子音の成分のデジタル信号Ｓ1Hが取り出される。また、フィルタ５１Ｍは、ほぼ１ｋHz〜３ｋHzを通過帯域とするバンドパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｍからは信号Ｓ13の第２フォルマントの成分のデジタル信号Ｓ1Mが取り出される。さらに、フィルタ５１Ｌは、ほぼ１ｋHz以下を通過帯域とするバンドパスフィルタあるいはローパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｌからは信号Ｓ13のピッチおよび第１フォルマントの成分のデジタル信号Ｓ1Lが取り出される。
【００１７】
そして、これら信号Ｓ1H、Ｓ1M、Ｓ1Lが、レベル圧縮回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌにそれぞれ供給される。
【００１８】
この場合、レベル圧縮回路５２Ｈは、例えば図２に示すような入出力特性で非線形増幅を行うものである。すなわち、図２において、符号ＨＬは、図１の補聴器を使用する受聴者の最小可聴値（言葉の聞き取りが可能な最小レベル）に対応するレベルを示し、符号ＵＣＬは、同じく不快閾値（大きすぎて不快に感じるレベル）に対応するレベルを示す。したがって、ＨＬとＵＣＬとの間のレベル範囲が、対象とする受聴者にとって受聴可能な範囲である。
【００１９】
そして、圧縮回路５２Ｈの入出力特性は、実線の折れ線Ｃで示すように、ＵＣＬとＨＬとを結ぶ直線部分を有するとともに、ＨＬ上にニーポイント（折れ曲がり点）ＰNを有する非線形特性とされる。また、このとき、可変抵抗器ＲHAを調整すると、ＵＣＬが図２の矢印Ａの示す範囲で上下し、可変抵抗器ＲHBを調整すると、ＨＬが矢印Ｂの示す範囲で上下するようにされる。さらに、可変抵抗器ＲHCを調整すると、ニーポイントＰNが、ＨＬ上で左右に変化するようにされる。
【００２０】
したがって、圧縮回路５２Ｈの入出力特性のうち、ＵＣＬとＨＬとの間の範囲、すなわち、受聴可能範囲と、この受聴可能範囲における特性の傾きを、可変抵抗器ＲHA、ＲHB、ＲHCにより調整できることになる。
【００２１】
例えば、可変抵抗器ＲHBを調整して図２に破線で示すようにＨＬを高くすると、入出力特性も破線で示すようになるので、実線の特性の場合に比べ、受聴できる入力音圧レベルの範囲は変化しないが、音声がより大きな音圧で出力されることになる。また、可変抵抗器ＲHCを調整してニーポイントＰNを小入力側に変更すると、入出力特性は鎖線で示すようになるので、実線の特性の場合に比べ、より小さな音圧の音声まで受聴できることになる。
【００２２】
さらに、レベル圧縮回路５２Ｍ、５２Ｌも、レベル圧縮回路５２Ｈと同様に構成されるもので、可変抵抗器ＲMA〜ＲMC、ＲLA〜ＲLCにより、圧縮回路５２Ｍ、５２ＬのＵＣＬ、ＨＬ、ニーポイントＰNがそれぞれ変化し、その結果、圧縮回路５２Ｍ、５２Ｌの入出力特性が変化するようにされている。
【００２３】
したがって、可変抵抗器ＲHA〜ＲLA、ＲHB〜ＲLBを調整することにより、イヤホン１８の出力音圧レベルを受聴可能範囲に収めることができ、可変抵抗器ＲHC〜ＲLCを調整することにより、入力音圧の範囲を変更することができる。
【００２４】
そして、圧縮回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌからの信号Ｓ2H、Ｓ2M、Ｓ2Lが加算回路５３に供給されて加算され、その加算信号が上記の信号Ｓ15として取り出される。
【００２５】
さらに、以上の構成だけの場合には、ニーポイントＰNを小入力側に変更した場合、小入力に対する利得が大きくなるので、イヤホン１８から出力された音声がマイクロフォン１１により集音され、ハウリングを生じることがある。あるいは暗騒音まで大きなレベルで出力されることがある。
【００２６】
そこで、この発明においては、さらに次のように構成される。すなわち、例えばレベル圧縮回路５２Ｈにおいては、ＨＬ上におけるニーポイントＰNの左右位置は可変抵抗器ＲHCにより変更されるが、ニーポイントＰNを小入力側に変更する場合には、所定値ＬIMよりも小入力側には変更できないように、ニーポイントＰNの設定可能範囲が制限されるとともに、その制限値ＬIMは、ＨＬが大きくなるほど大入力側となるように、ＨＬに対応して変更される。
【００２７】
図３は、その制限値ＬIMの一例を示すもので、例えばＨＬが出力音圧レベルの40dBに対応するときには、制限値ＬIMは入力音圧レベルの15dBに対応する値とされ、ＨＬが出力音圧レベルの80dBに対応するときには、制限値ＬIMは入力音圧レベルの26dBに対応する値とされる。
【００２８】
また、レベル圧縮回路５２Ｍ、５２Ｌにおいても、レベル圧縮回路５２Ｈと同様、ニーポイントＰNの設定可能範囲の下限が制限される。
【００２９】
さらに、レベル圧縮回路５２Ｈ〜５２Ｌのレベル圧縮動作のリカバリータイム（解除時間）ＴRCが可変とされるとともに、そのリカバリータイムＴRCが可変抵抗器ＲRCを通じて受聴者により任意に変更できるようにされる。ただし、この場合、ＵＣＬとＨＬとのレベル差が小さいときには、すなわち、圧縮回路５２Ｈ〜５２Ｌの圧縮率が大きいときには、小さいときに比べ、リカバリータイムＴRCが小さくならないように制限される。
【００３０】
このような構成によれば、聴力に応じて（処方箋にしたがって）可変抵抗器ＲHA〜ＲLA、ＲHB〜ＲLBを調整することにより、ＵＣＬおよびＨＬを変更できるので、イヤホン１８から出力される音声のレベルを受聴可能範囲に収めることができ、音声を適切に受聴することができる。
【００３１】
また、受聴者が可変抵抗器ＲHC〜ＲLCを調整することにより、ニーポイントＰNの左右位置を変更することができるので、例えば図４に実線で示す入出力特性とすれば、静かな場所で、ささやき声を聴くことができる。あるいは図４の破線の特性とすれば、小さな声を聴くことができ、鎖線の特性とすれば、暗騒音のある場所で、大きな声を聴くことができる。
【００３２】
さらに、可変抵抗器ＲHC〜ＲLCによりニーポイントＰNを変更するとき、ニーポイントＰNの設定可能範囲の下限は、例えば図３に示す位置に制限され、これよりも小入力側には設定できないので、ハウリングを防止することができる。また、暗騒音が大きなレベルとなって出力されることもない。
【００３３】
図５Ａは道路わきにおける会話の音声波形を示し、会話の途切れている期間ＴNの交通騒音が目立っている。しかし、可変抵抗器ＲHC〜ＲLCを調整してニーポイントＰNおよび入出力特性を図４の鎖線の状態にすると、図５Ｂに示すように、期間ＴNにおける交通騒音は抑圧される。
【００３４】
また、例えば図６に示すように、期間ＴDに直接音が得られ、続く期間ＴEに反射音・残響音が得られるとする。すると、圧縮回路５２Ｈ〜５２ＬのリカバリータイムＴRCが短い場合には、入力レベルの変化に追従して圧縮回路５２Ｈ〜５２Ｌの利得が変化するとともに、その利得は入力レベルが小さいときには大きくなる。したがって、リカバリータイムＴRCが短い場合には、図６Ａに示すように、期間ＴEに出力される反射音・残響音のレベルは大きくなってしまい、結果として聞き取りにくい音声になってしまう。
【００３５】
しかし、この補聴器においては、可変抵抗器ＲRCによりリカバリータイムＴRCを長い状態に設定することができるので、期間ＴEにおける圧縮回路５２Ｈ〜５２Ｌの利得は、期間ＴDの直接音のレベルに対応した小さな値に保持されている。したがって、図６Ｂに示すように、期間ＴEに出力される反射音・残響音のレベルは十分に小さくなり、聞き取りやすい音声になる。
【００３６】
こうして、上述の補聴器によれば、受聴者の最小可聴値や暗騒音のレベルを考慮し、音声の知覚・理解に必要な音声レベルの範囲を、受聴者の聞きやすいダイナミックレンジ内に増幅および圧縮するようにしているので、目的とする音声だけを適切に受聴者に提供することができる。
【００３７】
なお、上述においては、可変抵抗器ＲHA〜ＲLC、ＲRCにより、各種の調整あるいは設定を行うとしたが、プッシュスイッチの操作により調整あるいは設定を行うようにすることもできる。また、暗騒音あるいはノイズレベルが高い場合であれば、電話、拡声器、音声通信などにおいても、有効である。
【００３８】
【発明の効果】
この発明によれば、ハウリングが起きにくい設定条件で使用することができ、設定が楽である。また、騒音が大きいときでも、騒音が目立たないようにできる。さらに、利得や圧縮率を大きく設定しても、反射音・残響音までが増幅されることがなく、反射・残響音により邪魔をされずに音声を聴くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一形態を示す系統図である。
【図２】この発明を説明するための特性図である。
【図３】この発明を説明するための特性図である。
【図４】この発明を説明するための特性図である。
【図５】この発明を説明するための波形図である。
【図６】この発明を説明するための波形図である。
【符号の説明】
１１…マイクロフォン、１３…バンドパスフィルタ、１４…Ａ／Ｄコンバータ、１５…ＤＳＰ、１６…Ｄ／Ａコンバータ、１８…イヤホン、２０…マイクロコンピュータ、５１Ｈ〜５１Ｌ…ハイパスフィルタ、５２Ｈ〜５２Ｌ…レベル圧縮回路、５３…加算回路、ＲHA〜ＲLC、ＲRC…可変抵抗器

Claims

入力された音声信号のレベルを、言葉の聞き取りが可能な最小レベルである最小可聴値から大きすぎて不快に感じる不快閾値までのレベル範囲に変換する音声処理装置において、
上記最小可聴値およびこの最小可聴値まで増幅されるべき入力音声レベルの交点であるニーポイントと、上記不快閾値およびこの不快閾値で制限されるべき入力音声レベルの交点とを結ぶ入出力レベル変換特性を有するレベル圧縮回路と、
このレベル圧縮回路の動作中に、上記ニーポイントを与える入力音声レベルを任意のレベルに設定する設定手段と、
この設定手段の設定に基づいて上記ニーポイントを入力音声レベルのレベル方向に変更する制御部と
を有する音声処理装置。
請求項１に記載の音声処理装置において、
上記制御部は、上記最小可聴値が大きいときには、この最小可聴値まで増幅されるべき入力音声レベルの設定可能範囲の下限を制限する
ようにした音声処理装置。
請求項１に記載の音声処理装置において、
上記制御部は、暗騒音レベルが大きいときには、上記最小可聴値まで増幅されるべき入力音声レベルの設定可能範囲の下限を制限する
ようにした音声処理装置。
請求項１に記載の音声処理装置において、
上記制御部は、上記入出力レベル特性の圧縮動作のリカバリータイムを変更するリカバリータイム変更手段を更に備えるようにした音声処理装置。
レベル圧縮回路により、入力された音声信号のレベルを、言葉の聞き取りが可能な最小レベルである最小可聴値から大きすぎて不快に感じる不快閾値までのレベル範囲に変換する音声処理方法であって、
上記レベル圧縮回路に、上記最小可聴値およびこの最小可聴値まで増幅されるべき入力音声レベルの交点であるニーポイントと、上記不快閾値およびこの不快閾値で制限されるべき入力音声レベルの交点とを結ぶ入出力レベル変換特性を与えるとともに、
上記レベル圧縮回路の動作中に、所定の設定手段により、上記ニーポイントを与える入力音声レベルを任意のレベルに設定して上記ニーポイントを入力音声レベルのレベル方向に変更する
ようにした音声処理方法。