JP4045132B2 - ノイズ抑圧装置を備えた骨伝導スピーカーと骨伝導マイクを用いた同時双方向通話装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノイズ抑圧装置を備えた、骨伝導スピーカーと骨伝導マイクを用いた同時双方向通話装置、より詳細には、有効なノイズ除去効果を発揮し、工事現場等の高騒音下において使用するのに好適な骨伝導マイク及び骨伝導スピーカーを用いた同時双方向通話装置を実現し得るノイズ抑圧装置を備えた、骨伝導スピーカーと骨伝導マイクを用いた同時双方向通話装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工事現場騒音、交通騒音、トンネル内騒音等の高騒音下において使用される通話機器として、主に、スロートマイク（気管前壁音を利用する喉頭コンタクトマイクロホン）又は接話マイクと、イヤーマフに組み込んだスピーカーとのセットが用いられていた。
【０００３】
しかるに、上記通話セットの場合、スロートマイクにおいては、首に装着しなければならないために装着感が悪く、接話マイクにおいては、口元直近に置かなければならないために、作業の邪魔になることが多いという問題があった。また、イヤーマフは、大きな側圧で押さえ続けなければならないために装着感が悪く、その使用中にはヘルメットを被ることができないという不都合があった。更に、スロートマイクや接話マイクの場合には、高騒音下では騒音を拾うことは避けられないために、通話音質の点でも問題があった。
【０００４】
このようにイヤーマフ組込みスピーカーとスロートマイク又は接話マイクとの組み合わせは、通話音質に問題があるだけでなく、装着に手間がかかって装着感も悪く、これらを利用しての長時間作業は、実質的に困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したように、従来の高騒音下において使用される通話機器が多くの問題を抱えていることに鑑みてなされたもので、有効なノイズ除去効果を発揮し、従来不可能とされてきた１００ｄＢ（Ａ）以上の騒音環境下においても、明瞭な双方向同時通話を可能にするノイズ抑圧装置を備えた、骨伝導スピーカーと骨伝導マイクを用いた同時双方向通話装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明に係るノイズ抑圧方法は、受信した信号から、閾値により正規化した振幅の絶対値を、閾値においてそれを超える振幅部分と滑らか又は近似的に滑らかにつながり、且つ、閾値以下において、元の振幅よりも小さくなる関数を通し、得た数値を元の振幅に乗じて、閾値以下のノイズを減衰するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決するための本発明に係るノイズ抑圧装置は、信号振幅の絶対値を得るための絶対値演算器と、前記信号振幅の絶対値が閾値を超えるか否かを判定して出力切替えを行なうレベル判定器と、前記信号振幅の絶対値を正規化する除算器と、前記除算器において正規化された正規信号を平方根演算する平方根演算器とから成ることを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決するための本発明に係る同時双方向通話装置は、骨伝導スピーカーと骨伝導マイクを用い、前記骨伝導マイクからの音声信号のＤＳＰ処理に、受信した信号から、閾値により正規化した振幅の絶対値を、閾値においてそれを超える振幅部分と滑らか又は近似的に滑らかにつながり、且つ、閾値以下において、元の振幅よりも小さくなる関数を通し、得た数値を元の振幅に乗じて、閾値以下のノイズを減衰するようにしたノイズ抑圧方法を取り入れたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、上記課題を解決するための本発明に係る同時双方向通話装置は、骨伝導スピーカーと骨伝導マイクを用い、前記骨伝導マイクからの音声信号のＤＳＰ処理部に、信号振幅の絶対値を得るための絶対値演算器と、前記信号振幅の絶対値が閾値を超えるか否かを判定して出力切替えを行なうレベル判定器と、前記信号振幅の絶対値を正規化する除算器と、前記除算器において正規化された正規信号を平方根演算する平方根演算器とから成るノイズ抑圧装置を組み込んだことを特徴とするものである。
【００１０】
上記本発明に係る同時双方向通話装置は、ヘルメットその他の帽体に取り付けて使用することができ、その場合は、ヘルメットの着用が、即通話装置の装着ということになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に依拠して説明する。本発明に係る同時双方向通話装置においては、マイクロホンとして骨伝導マイクが用いられ、スピーカーとして骨伝導スピーカーが用いられる。骨伝導マイクは加速度検出型なので音（空気振動）を拾いにくく、耐騒音性に優れている。また、骨伝導スピーカーは、直接聴覚器官に音を伝達することができるので、耳孔に簡単な耳栓を挿入するだけで、高騒音下であっても、十分に音を聞くことができる。
【００１２】
骨伝導スピーカーや骨伝導マイクは、基本的には、頭部に密着しさえすれば頭部のどこに装着しても良く、ヘルメット等への取り付け自由度が大きい。図１は、本発明に係る同時双方向通話装置をヘルメット１１に取り付けた場合の外観例を示すもので、骨伝導スピーカー１は、ヘルメット１１の左右、具体的には、ヘルメット１１内の下縁部に沿って延びる、顎紐等を取り付けるためのフレーム１２に固定され、ヘルメット１１の着用時に、耳殻近接部に当接状態となる。
【００１３】
なお、骨伝導マイクは、図示してないが、例えば上記フレーム１２の頭頂部分に取り付け、ヘルメット着用時に頭部に当接するようにする。
【００１４】
骨伝導スピーカー１と骨伝導マイクをこのようにしてヘルメット１１に設置することにより、ヘルメット１を被ることが、即ち骨伝導マイクと骨伝導スピーカー１を頭部に装着することになり、通信のために、その都度スピーカーやマイクを装着する手間が省ける。
【００１５】
本装置ではマイク、スピーカー共に骨伝導タイプのものを使用しているので、同時双方向通信をしようとするとハウリングを起こす。この問題を解決するために、ＤＳＰ処理部にハウリングキャンセラーが組み込まれる。
【００１６】
また、携帯電話やＰＨＳ等の通信ではサイドトーンがある場合が多く、これによってもハウリングが発生するので、ハウリングキャンセラーと同様の機能のサイドトーンキャンセラーをＤＳＰ処理部に組み込むことにより、サイドトーンによるハウリング問題を回避するようにする。
【００１７】
このサイドトーンキャンセラー及び上記ハウリングキャンセラーは、基本的に既存のものをそのまま利用することができる。
【００１８】
骨伝導マイクは、耐騒音性に優れているとはいえ、高騒音下では若干ノイズを拾って通話品質を悪化させる。そこで、本発明においては、ＤＳＰ処理部における上記ハウリングキャンセラーの後段に、ＤＳＰ処理スペクトルサブトラクション方式のノイズキャンセラーを組み込むことにより、通話品質の向上を図っている。
【００１９】
一般にスペクトルサブトラクション方式は、目的信号の強調を行なうもので、雑音抑圧量が多く、有効なノイズキャンセラーとして知られている。
【００２０】
この方式は、雑音スペクトルを求め、観測信号のスペクトルから減算することで強調信号のスペクトルを算出するものであるが、一般に雑音スペクトルは分散を持つことから、雑音スペクトルの引き残しを生ずる虞があり、その影響で、ミュージカルノイズと言われるノイズが残って、耳障りとなる欠点がある。この欠点を改善するため、本発明者は、後述するようなノイズ抑圧手法を創案した。
【００２１】
小振幅の雑音抑圧には、無信号時に信号伝達回路を遮断するノイズ・ゲートが用いられることが多い。図２はノイズ・ゲートの構成を示すブロック回路図で、レベル判定器によって信号振幅の絶対値が閾値を超えるか否かが判定され、信号振幅の絶対値が閾値を超える場合は原信号が出力され、信号振幅の絶対値が閾値以下の場合は“０”が出力されることにより、出力切り替え器が切り替えられる。
【００２２】
このノイズ・ゲートによる場合、小振幅の信号が総て遮断されてしまうので、小振幅の必要な信号まで全く通過しなくなってしまい、通話に不自然さが出る欠点がある。
【００２３】
本発明は、この不自然さを改善するため、従来のノイズ・ゲートを改良した新規なノイズ抑圧装置を提案する。図３は、本発明に係るノイズ抑圧装置の構成を示すブロック回路図で、そこにおいて、レベル判定器３は、信号振幅の絶対値が閾値を超えるか否かを判定し、出力切り替え器４を切り替える。除算器５は信号振幅の絶対値を閾値で除算し、正規化する。正規化信号は平方根演算器６で平方根演算され、乗算器７で原信号と乗算され、信号振幅の絶対値が閾値以下の場合は乗算器７の出力が出力される。
【００２４】
このノイズ抑圧装置における受信信号の処理手順を示せば、次の通りである。
（１）絶対値演算器２によって原信号の絶対値を求める。
（２）レベル判定器３によって上記絶対値が閾値以下か否かを判定する。
（３）上記絶対値が閾値を超える場合は、原信号をそのまま出力する。
（４）上記絶対値が閾値以下の場合は、以下の処理を行う。
（５）除算器５によって上記絶対値を閾値で除算し、閾値を１とする正規化を行う。
（６）平方根演算器６によって、除算結果の平方根、即ち、ノイズ抑圧のための乗算係数を求める。
（７）乗算器７によって平方根と原信号を乗算し、出力とする。
【００２５】
本発明に係るノイズ抑圧方法は、このように閾値により正規化した振幅の絶対値を閾値においてそれを超える振幅部分と滑らか、または、近似的に滑らかにつながり、且つ、閾値以下において、元の振幅よりも小さくなる関数を通し、得た数値を元の振幅に乗じて、閾値以下のノイズを減衰するようにするものである。
【００２６】
ここで「振幅部分と滑らか」とは、閾値付近における傾き（微分値）が連続的に変化することであって、不連続点が波形に存在しないことを意味する。また、「近似的に滑らか」とは、閾値付近における傾き（微分値）が不連続であっても、その不連続点における微分値の跳躍が小さいことを意味する。
【００２７】
上記ノイズ抑圧方法に用いる関数の例としては、次のものがある。
Ｆ（ｘ）＝（｜ｘ｜）＾（１／２）
また、更に滑らかさを求めるには、次のような関数が用いられるが、この関数以外にも公知の数学的手法を用いることができる。
Ｆ（ｘ）＝（１−（ｘ−１）＾２）＾（１／２）
【００２８】
なお、上記の処理手順に基づき、絶対値が閾値以下の雑音を含む信号に対し、閾値で正規化した絶対値の平方根を信号に乗算し、信号の振幅が閾値に近い程、抑圧量を少なくして閾値以上の信号と滑らかに接続させ、信号の振幅が小さくなる程抑圧量を大きくして、聴感上のＳＮ比を向上させるためのプログラム例を示せば、次の通りである。
【００２９】

【００３０】
図４乃至図６は、本発明の有効性を確認するために行なった比較試験における出力波形を示すものである。これらは、ピンクノイズ１０ｍＶｒｍｓ入力時において、ノイズキャンセラー及び本ノイズ抑圧装置を共にＯＦＦとした場合（図４）、ノイズキャンセラーのみＯＮとした場合（図５）、並びに、ノイズキャンセラー及び本ノイズ抑圧装置を共にＯＮとした場合（図６）の出力波形を、それぞれ示すものである。
【００３１】
これによれば、図５の場合には、ノイズレベルが約１０ｄＢ下がってはいるが、ヒュルヒュルという耳障りな雑音（ミュージカルノイズ）が残っているのに対し、図６の場合には、ミュージカルノイズが抑圧され、レベルの低い自然な雑音となっていることが分かり、本発明の有効性を確認することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上述した通りであって、本発明に係るノイズ抑圧方法及びノイズ抑圧装置によれば、閾値以下の信号は抑圧されるが信号は遮断されず、信号の連続性が保たれるため、自然性の高いノイズ抑圧が可能となる。また、演算は単純な平方根で済むので、小規模な回路、あるいは、簡単なプログラムで実現できる効果がある。
【００３３】
また、本発明に係るノイズ抑圧装置を組み込んだ同時双方向通話装置においては、従来不可能であった１００ｄＢ（Ａ）以上の高騒音状況下においても、明瞭な双方向同時通話が可能となり、これをヘルメット等の帽体に取り付ける場合には、装着が非常に容易となり、しかも快適な装着性が得られ、工事現場等で利用する場合には、工事等の効率向上や安全性等にも寄与し得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る同時双方向通話装置をヘルメットに取り付けた状態を示す図である。
【図２】一般的構成のノイズ・ゲートのブロック構成図である。
【図３】本発明に係るノイズ抑圧装置のブロック構成図である。
【図４】本発明に係るノイズ抑圧装置の有効性確認試験における出力波形図である。
【図５】本発明に係るノイズ抑圧装置の有効性確認試験における出力波形図である。
【図６】本発明に係るノイズ抑圧装置の有効性確認試験における出力波形図である。
【符号の説明】
１ 骨伝導スピーカー
２ 絶対値演算器
３ レベル判定器
４ 出力切り替え器
５ 除算器
６ 平方根演算器
７ 乗算器
１１ ヘルメット
１２ フレーム

Claims (3)

1. 骨伝導マイクからの音声信号のＤＳＰ処理に、受信した信号から、閾値により正規化した振幅の絶対値を、閾値においてそれを超える振幅部分と滑らか又は近似的に滑らかにつながり、且つ、閾値以下において、元の振幅よりも小さくなる関数を通し、得た数値を元の振幅に乗じて、閾値以下のノイズを減衰するようにしたノイズ抑圧方法を用いた、骨伝導スピーカーと骨伝導マイクを用いた同時双方向通話装置。
2. 骨伝導マイクからの音声信号のＤＳＰ処理部に、信号振幅の絶対値を得るための絶対値演算器と、前記信号振幅の絶対値が閾値を超えるか否かを判定して出力切替えを行なうレベル判定器と、前記信号振幅の絶対値を正規化する除算器と、前記除算器において正規化された正規信号を平方根演算する平方根演算器とから成るノイズ抑圧装置を備えた、骨伝導スピーカーと骨伝導マイクを用いた同時双方向通話装置。
3. ヘルメットその他の帽体に取り付けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のノイズ抑圧装置を備えた、骨伝導スピーカーと骨伝導マイクを用いた同時双方向通話装置。

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