JP4012970B2

JP4012970B2 - 音声情報伝達装置

Info

Publication number: JP4012970B2
Application number: JP2004103586A
Authority: JP
Inventors: 誠司中川; 洋一藤坂; 洋輔岡本
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005287600A

Description

本発明は、音声情報を人体に伝達する音声情報伝達装置に関する。

この種の音声情報伝達装置として、難聴者用の補聴器が知られている。補聴器には、音の振動が鼓膜を介して脳の聴覚器官に伝達される気導型の補聴器と、音の振動が鼓膜を介さずに頭蓋骨などから直接人体に伝わる骨導型の補聴器とがあり、イヤホン又は振動子を人体の所定部位に取り付けて使用する。最近では、振動子を介して超音波振動を脳の聴覚器官に伝達することにより、音声情報の伝達を可能にした構成も知られている。例えば、特許文献１には、音声信号をＤＳＢ（両側波帯）変調により振幅変調し、超音波振動子を介して人体に伝達する構成が開示されている。
特開２００１−３２０７９９号公報

ところが、上述のような超音波振動方式の音声情報伝達装置は、入力された音声情報の子音部が使用者に伝達されにくく、この点において更に改良の余地があった。

本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、音声情報の良好な識別性を得ることができる音声情報伝達装置の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、音声情報を人体に伝達する音声情報伝達装置であって、外部から音声が入力されるマイクロフォンと、入力された音声信号に基づいて子音明瞭化信号を生成する音声信号処理部と、搬送波信号を生成する搬送波信号発生部と、前記搬送波信号を前記子音明瞭化信号により振幅変調する振幅変調部と、振幅変調された出力信号に基づく機械的振動を伝達する振動子とを備え、前記音声信号処理部は、前記音声信号に含まれる子音部を抽出する子音抽出部と、抽出された子音部を前記音声信号に付加することにより、前記音声信号における子音部が複数回反復された前記子音明瞭化信号を生成する反復処理部とを備える音声情報伝達装置により達成される。

この音声情報伝達装置において、前記子音抽出部における子音部の抽出は、前記音声信号の振幅が所定値以下となる区間を検出することに基づいて行うことができる。

また、前記音声信号処理部は、抽出された子音部の振幅を増幅する振幅増幅部を更に備えることが好ましく、前記反復処理部は、増幅された子音部が複数回反復された前記子音明瞭化信号を生成することが好ましい。

これらの音声情報伝達装置において、前記搬送波信号は、周波数が２０〜１００ｋＨｚであることが好ましい。

本発明の音声情報伝達装置によれば、音声情報の良好な識別性を得ることができる。

以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る音声情報伝達装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この
音声情報伝達装置１は、外部から音声が入力されるマイクロフォン２と、入力された音声信号を増幅する音声増幅部４と、音声信号に基づいて子音明瞭化信号を生成する音声信号処理部２０と、搬送波信号を生成する搬送波信号発生部６と、搬送波信号を子音明瞭化信号により振幅変調する振幅変調部８と、振幅変調部８からの出力信号を増幅する出力増幅部１０と、増幅された出力信号に基づく機械的振動を伝達する振動子１２とを備えている。

音声信号処理部２０は、入力された音声信号を所定時間（例えば、数十〜数百ｍｓ）遅延させる遅延処理を行う遅延処理部２２を備えている。遅延された音声信号は、反復処理部２４に入力される。

また、音声信号処理部２０に入力された音声信号は、子音抽出部２６にも入力され、子音抽出部２６において音声信号から子音部が抽出される。子音部の抽出方法は特に限定されるものではなく、例えば、音声信号の単位時間内のゼロクロス数を検出し、このゼロクロス数が所定数を越えた領域を子音部と判定することができるが、本実施形態においては、後述するように、音声信号の振幅が所定値以下の区間を検出することにより、子音部を抽出している。子音抽出部２６で抽出された子音部は、振幅増幅部２８において振幅増幅された後、反復処理部２４に入力される。

反復処理部２４は、抽出された子音部を遅延処理部２２からの音声信号に付加し、音声信号における子音部が複数回反復された子音明瞭化信号を生成する。

搬送波信号発生部６は、所望の搬送波信号を生成し、可変抵抗などを備えることにより、搬送波信号の周波数を振動子１２の共振周波数近傍で調節可能に構成されている。振幅変調部８は、入力された搬送波信号を子音明瞭化信号により振幅変調して出力する。

振動子１２は、例えば、図２に示すように、弾性変形可能なヘアバンド型の取付部材１４の両端にそれぞれ設けることができ、取付部材１４を頭部に装着することで、２つの振動子１２，１２を人体表面の所定部位に当接させた状態で固定することができる。

次に、本実施形態の音声情報伝達装置の作動について説明する。音声情報伝達装置のスイッチをＯＮにした状態で外部から音声がマイクロフォン２に入力されると、この音声信号が音声増幅部４において所定のレベルまで増幅された後、音声信号処理部２０に向けて出力される。

音声信号処理部２０においては、音声信号から子音部の抽出処理が行われる。
音声信号における子音部は、図３に示すように、母音部との間にＶＯＴ（Voice Onset Time）が数十ｍｓ程度存在する。ＶＯＴは、子音の破裂から声帯が振動するまでの時間であるため、無音に近い状態である。したがって、子音部の立ち上がりや母音に比べて振幅は小さくなっているので、適当な基準値を設定し、振幅がこの基準値以下となる状態が所定時間（例えば、１０ｍｓ程度）以上続く領域をＶＯＴとして判別することにより、子音部の残余の部分や母音部と区別して、子音部の終期を特定することができる。

一方、母音部の後、次に続く子音部との間にも、通常は数十ｍｓ以上の無音区間が存在する。したがって、上述したＶＯＴの検出と同様にしてこの無音区間を判別することにより、次の子音部の始期を特定することができる。

母音部の振幅は子音部の振幅よりも大きいことから、振幅が所定値以下の区間がＶＯＴであるか母音後の無音区間であるかは、その区間の前後における振幅の大きさに基づいて判別することができる。したがって、ＶＯＴについては子音部に含める一方、母音後の無
音区間については子音部に含めないようにすることで、子音部の時間波形のみを抽出することができる。

子音抽出部２６における子音部の抽出は、上述したように子音部全体を抽出するようにしてもよいが、ＶＯＴのみを抽出するようにしてもよく、或いは、ＶＯＴ以外の残余の部分のみを抽出するようにしてもよい。本実施形態においては、子音部からＶＯＴを除いた部分を、抽出された子音部としている。

子音抽出部２６で抽出された子音部は、振幅増幅部２８を経て反復処理部２４に入力される。振幅増幅部２８における振幅増幅は、必ずしも必要ではなく、子音抽出部２６で抽出された子音部が、振幅増幅部２８を通過せずに直接反復処理部２４へ入力されるように構成してもよい。また、子音部の振幅が大きく増幅され過ぎると、もとの音声が知覚されなくなるため好ましくない。したがって、振幅増幅部２８の入力信号の振幅に対する出力信号の振幅の比は、１．０〜５．０の範囲が好ましい。

反復処理部２４は、子音抽出部２６で抽出された子音部の時間波形に基づいて、遅延処理部２２から遅れて入力される音声信号に含まれる同一の波形部分を検出する。そして、同一の波形部分を検出すると、増幅された子音部の時間波形を、子音部が複数回繰り返されるように音声信号の途中に挿入する。この結果、反復処理部２４から出力される信号は、図４に示すように、子音部が繰り返されて強調された子音明瞭化信号となる。

子音明瞭化信号における子音部の繰り返し回数は、音声信号に最初から含まれる子音部も含めて複数回であれば特に限定されないが、回数が多すぎると使用者が違和感を覚えやすくなることから、２〜５回程度であることが好ましい。

このように、音声信号に子音部を付加することにより、付加された子音部の分だけ子音に相当する区間が延長される。この延長された時間は、母音後の無音時間から削除することにより、次の子音又は母音までの時間を一定にすることが好ましい。

一方、搬送波信号発生部６においては、正弦波からなる搬送波信号が生成される。本実施形態のように、振動子１２を人体に当接させる構成の場合には、搬送波信号の周波数は、人間の皮膚、筋肉または骨を介して脳の聴覚機能に振動が良好に伝達されるように、２０〜１００ｋＨｚであることが好ましく、２０〜５０ｋＨｚであることがより好ましい。搬送波信号は、振幅変調部８に向けて出力される。

振幅変調部８は、搬送波信号発生部６からの搬送波信号を、音声信号処理部２０で生成された子音明瞭化信号により振幅変調する。振幅変調の方法は特に限定されるものではなく、例えば、両側波体（ＤＳＢ）変調などを挙げることができる。こうして変調された出力信号は、出力増幅部１０において増幅され、入力された音声に対応する機械的振動が振動子１２を介して人体に伝達される。

このように、本実施形態の音声情報伝達装置によれば、従来のように入力された音声信号により搬送波信号を振幅変調するのではなく、音声信号に基づき音声信号処理部において子音明瞭化信号を生成し、この子音明瞭化信号により搬送波信号を振幅変調するようにしているので、子音が特に強調された情報を振動子１２から出力することができる。したがって、従来は不明瞭になり易かった子音の識別力を向上させることができる。特に、搬送波信号の周波数が２０〜１００ｋＨｚの場合には、音声ではなく超音波振動として人体に伝達されるため、子音の識別性を高める効果がより顕著なものとなる。

本発明に係る音声情報伝達装置の効果を確認するため、実際に語音同定テストを行った
。

子音明瞭化信号における子音部の繰り返し回数は、図４に示すように、もとの音声信号に含まれる子音部も含めて３回とし、搬送波信号の周波数は、３０ｋＨｚとした。このような条件下で、被験者２０名に対し、「イチ」や「サン」などの一桁数字の認識率を調べた。また、比較例として、子音明瞭化処理を行わずに搬送波信号を音声信号により振幅変調した場合について、上記実施例と同様の試験を行った。この結果を図５に示す。

図５から明らかなように、大部分の被験者は、比較例よりも実施例の方が正答率が高くなっており、本発明により音声情報の識別性が向上していることを確認した。

本発明の一実施形態に係る音声情報伝達装置の構成を示すブロック図である。上記音声情報伝達装置における振動子の取り付け状態の一例を示す斜視図である。音声信号の波形の一例を示す図である。子音明瞭化信号の波形の一例を示す図である。実施例および比較例の実験結果を示す図である。

符号の説明

１音声情報伝達装置
２マイクロフォン
４音声増幅部
６搬送波信号発生部
８振幅変調部
１０出力増幅部
１２振動子
２０音声信号処理部
２２遅延処理部
２４反復処理部
２６子音抽出部
２８振幅増幅部

Claims

音声情報を人体に伝達する音声情報伝達装置であって、
外部から音声が入力されるマイクロフォンと、
入力された音声信号に基づいて子音明瞭化信号を生成する音声信号処理部と、
搬送波信号を生成する搬送波信号発生部と、
前記搬送波信号を前記子音明瞭化信号に基づいて振幅変調する振幅変調部と、
振幅変調された出力信号に基づく機械的振動を伝達する振動子とを備え、
前記音声信号処理部は、前記音声信号に含まれる子音部を抽出する子音抽出部と、
抽出された子音部を前記音声信号に付加することにより、前記音声信号における子音部が複数回反復された前記子音明瞭化信号を生成する反復処理部とを備える音声情報伝達装置。
前記子音抽出部における子音部の抽出は、前記音声信号の振幅が所定値以下となる区間を検出することに基づいて行われる請求項１に記載の音声情報伝達装置。
前記音声信号処理部は、抽出された子音部の振幅を増幅する振幅増幅部を更に備え、
前記反復処理部は、増幅された子音部が複数回反復された前記子音明瞭化信号を生成する請求項１又は２に記載の音声情報伝達装置。
前記搬送波信号は、周波数が２０〜１００ｋＨｚである請求項１から３のいずれかに記載の音声情報伝達装置。