JP4153265B2 - 音声レベル調整システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホール、教室、オフィス、マーケット、駅舎、公共空間などにおける一般放送又は非常放送の拡声技術に関し、更に詳しくは、暗騒音変動に対応して音声拡声レベルを調整する音声レベル調整システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば音声又は音楽を拡声する場合においては、音声レベル又は音量を調整する必要がある。図１９に示した従来の一般的な放送拡声例における音響調整は、概ね次の（ａ）〜（ｃ）の３つの操作による。（ａ）話者の声の大きさに合わせてミキサー１の音量調節器であるボリューム（フェーダ）３を操作する。（ｂ）アンプ（電力増幅器）５のボリューム７を操作する。（ｃ）スピーカ９のボリューム１３（減衰器）を操作する。この例は、放送室１５からアナウンス又はＢＧＭを建物１７の各場所に放送する場合である。スピーカ９の一部は個別のボリューム１３を備えている。
【０００３】
図２０はホールなどで行われている従来の一般的な音量調整システムの構成図である。話者の音声がマイクロホンＭＩＣ１によって集音されミキサー１とアンプ５を経てスピーカ９から拡声される場合に、音量調整は調整マンがミキサー１のフェーダ３を操作して行う。ヒトが拡声音を聴取するとき、暗騒音は聞き取りを妨害する。暗騒音とは、聞き取ろうとする音以外の音全体を指している。図２１は聴取場所における騒音と拡声音の音量をモデル的に示している。この例では拡声音の音量はコントロールされていない。このため、騒音が変動し拡声音よりも大きくなると、拡声音を聞き取ることができなくなる。
【０００４】
これに対し、騒音を検出し、装置を安定に動作させるようにしたものに特公昭５２−１０００１号公報記載の騒音順応形自動音量制御装置の騒音検出方式がある。ここでは、長時間にわたって調べた図２２に示す騒音の平均値としての分布特性と、図２３に示す放送音声周波数分布特性とを重ね合わせて図２４を作り、この斜線の部分に対応する周波数を通過する濾波器を回路中におき、これを通して騒音を検出し、濾波器の通過する周波数分布のエネルギーをもって全体の騒音を代表せしめ、これによって騒音順応形自動音量制御装置を構成している。
【０００５】
また、騒音レベルを検出し、その騒音レベルに応じて再生音レベルをコントロールして良好な明瞭度を得るようにしたものには例えば特開昭６０−４３９０２号公報記載の拡声装置がある。この拡声装置では、騒音検出用マイクロホン、低域通過濾波器、自動利得制御回路、高域通過濾波器等から構成され、この構成によって再生する各スピーカ周囲の騒音レベルを検出し、その騒音レベルに応じて再生音レベルをコントロールすることにより、変動する騒音下においても明瞭度の高い再生音を得るようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、明瞭度の高い再生音が得られない原因には大きく分けて二つのものがあり、その第一の原因としては、話者の音量調整が最適に行われないこと、第二の原因としては、話者の音量は最適に調節されているがその拡声音が暗騒音に対応した大きさとなっていないことである。従って、これら二つの課題が同時に取り除かれていなければ最適な音量調整を実現することはできない。
【０００７】
しかしながら、上記第一の原因となる話者の音量調整では、通常の放送、音声拡声が図１９又は図２０のようなシステム方式で行われていることから、一般的には図１９に示した３種類のボリューム３、７、１３を操作して話者の音量を調整しなければならず、以下の（１）〜（４）の問題が生じていた。
（１）ボリューム３（ミキサーフェーダ）についての問題。
拡声音場の拡声音が聞こえない、又は聞こえにくい状態となるため、最適な調整が困難であった。例えば、図２０において調整室１９の調整マンは窓から聞こえてくる室内の拡声音を頼りに、ボリューム３を操作することになる。この図において、調整マンはリスナーが聴いている拡声音と同じ音を聞いていない。そのため、より精度の高い調整を行うには、調整マンは窓からの拡声音を聴いて拡声音場の拡声音が判るように訓練する必要がある。
また、一般に話者の声質には個人差があり、話の内容によっても変化する。更に、話者とマイクとの距離は、必ずしも一定でないため、同じ話者であってもマイクの集音レベルは常に変化している。これを適宜に判断しボリューム３を操作しなければならない。
【０００８】
（２）ボリューム５（アンプボリューム）についての問題。
ボリューム５は、ボリューム位置を固定的に設定するため、音量調整に向いていない。また。アンプ５が操作場所から離れて置かれていることが多いため、迅速な操作が行えない。
【０００９】
（３）ボリューム１３（スピーカアッテネータ）についての問題。
アンプ５から十分な音声信号が供給されないとボリューム１３で最大としても音量が足りないことがある。これは、拡声レベルがボリューム３からボリューム１３までの調整結果を総合的に反映したものとなるからである。このため、放送室１５であっても、或いは個別スピーカ９側であっても最適に音量調整を行うことは難しい。その結果、拡声音が聞こえない、又は大きすぎて煩わしいなどの問題がおこる。
【００１０】
（４）ハウリング問題。
従来の放送システムでは図２５に示すように▲１▼話者音声、▲２▼暗騒音、▲３▼拡声音の、常に変動する条件を全て把握したうえで、即時に音量調整操作を行うという必要があった。
拡声音▲３▼は常にマイクＭＩＣ１から集音されており、それがまた拡声されるというループを形成している。このループに関してループゲインが１を超えると、瞬時に最大拡声レベルまで拡声されるハウリング現象が起こる。これによりスピーカ９が破損する危険があった。
【００１１】
また、上記第二の原因となる拡声音の暗騒音に対する音量調整では、以下の（５）〜（６）の問題が生じていた。
（５）ボリューム３（ミキサーフェーダ）についての問題。
図１９において、放送室１５から拡声音場の騒音を把握することはできないため、音量は予想で設定するほかに方法がない。更に、実際には拡声場所ごとに騒音の状況が異なるため、全体の音量調整しかできない放送室１５からのコントロールは事実上不可能であった。
【００１２】
（６）ボリューム１３（スピーカアッテネータ）についての問題。
図１９において、騒音が変動している場合にはボリューム位置を常に調整する必要がある。ところが、各スピーカ９ごとの音量コントロールであるため、各スピーカ９ごとに担当者を置くことは極めて難しい。
【００１３】
一方、上記した特公昭５２−１０００１号公報記載の騒音順応形自動音量制御装置の騒音検出方式では、図２４の斜線の部分に対応する周波数を通過する濾波器を回路中におき、この濾波器の通過する周波数分布のエネルギーをもって全体の騒音を代表させている。また、特開昭６０−４３９０２号公報記載の拡声装置では、再生音と騒音とを分離するため、騒音検出用マイクホンに入った信号を低域通過濾過器に通し、ある帯域（約３００Ｈｚ以下）の成分だけとしている。このため、ある帯域（例えば約３００Ｈｚ以下）以外の帯域（例えば約３００Ｈｚ以上）の音声そのものが騒音となっている場合には、再生音がこの帯域（例えば約３００Ｈｚ以上）の音声によってマスクされてしまい、最適な音量調整が行えず、明瞭度の高い再生音を得ることができなかった。
【００１４】
このように、従来の技術では、話者の声が大きすぎる場合或いは小さすぎる場合の音量調整と、当該音量調整によって拡声された拡声音と暗騒音との相対的な音量調整とを同時に最適に実現することはできなかった。
【００１５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、話者の音量調整と、暗騒音に対する拡声音の音量調整とが最適に行われ、その結果、最終的な再生音が最適に音量調整可能となる音声レベル調整システムを提供し、もって、再生音における明瞭度の向上を図ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載の音声レベル調整システムは、話者マイクロホンと、拡声音場に設けた少なくとも一つの第二のマイクロホンと、話者が音声を発している音声区間に前記話者マイクロホンに入力される話者の音声レベルが基準音声レベルに近づくように話者音声レベルの音量を調整する第一の音量調整手段と、話者が音声を発していない暗騒音分析区間に前記第２のマイクロホンから得られる拡声音場の暗騒音レベルに基づいて、前記第１の音量調整手段で音量調整がなされた話者音声レベルを更に当該暗騒音レベルに応じた音量へ調整する第二の音量調整手段とを有する自動音量調整手段と、前記自動音量調整手段で音量の調整がなされた話者音声レベルの音量出力信号を受けるスピーカとを具備したことを特徴とする。
【００１７】
この音声レベル調整システムでは、話者音声レベルが評価され、第二のマイクロホンの位置での暗騒音が評価される。これにより、拡声されるべき音量目標が決定可能となり、暗騒音に応じた適切な拡声音が得られ、ハウリングなどの問題を避けながら最適な音量調整が可能となる。
【００１８】
請求項２記載の音声レベル調整システムは、請求項１記載の音声レベル調整システムにおいて、前記自動音量調整手段は、前記話者マイクロホンからの音声を入力する音声測定手段、該音声測定手段からの信号を受ける音声レベル算定手段、該音声レベル算定手段からの信号を受ける音声補正レベル算定手段からなり、前記第一の音量調整手段へ調整量を指示する処理シーケンスＡと、前記第二のマイクロホンからの暗騒音を入力する暗騒音測定手段、該暗騒音測定手段からの信号を受ける暗騒音レベル算定手段、該暗騒音レベル算定手段からの信号を受ける拡声目標レベル算定手段からなり、前記第二の音量調整手段へ調整量を指示する処理シーケンスＢと、前記話者マイクロホンからの音声入力の有無に応じて前記処理シーケンスＡと該処理シーケンスＢとを切り替え動作させる音声信号入力識別手段とを備えることを特徴とする。
また、請求項３記載の音声レベル調整システムは、請求項２記載の音声レベル調整システムにおいて、前記音声測定手段は、前記音声区間に前記話者マイクロホンから入力される話者の音声信号を、複数のメモリーアドレスをもつメモリーにタイムコードと対応付けて順次記憶することにより、話者の音声データをサンプリングし、前記音声レベル算出手段は、前記音声測定手段でサンプリングされた音声データを用いて、前記話者の音声レベルと相関のある音声レベル評価量を算出することを特徴とする。
【００１９】
この音声レベル調整システムでは、処理シーケンスＡの音声測定手段によって音声測定処理がなされ、音声レベル算定手段によって音声レベルの評価計算がなされ、話者音声が評価される。また、音声補正レベル算定手段によって音声レベルの補正処埋がなされ、調整量が計算される。一方、処理シーケンスＢの暗騒音測定手段によって音声測定手段の場合と同様に、暗騒音測定処理がなされ、暗騒音レベル算定手段によって暗騒音レベルが算定される。更に、その算定結果から拡声目標レベル算定手段によって、調整量が計算される。これら処理シーケンスＡと処理シーケンスＢとの処理が音声信号入力識別手段によってスイッチングされ、話者マイクロホン及び第二のマイクロホンから得られる話者音声と拡声音場とを用いて、話者音声レベル、暗騒音レベルに応じた音量の拡声レベルが決定される。
【００２０】
請求項４記載の音声レベル調整システムは、請求項１、２又は３記載の音声レベル調整システムにおいて、騒音レベルの異なる空間に対して複数台の前記スピーカを配設し、それぞれの該スピーカに応じて前記第二のマイクロホンを配設したことを特徴とする。
【００２１】
この音声レベル調整システムでは、各スピーカの配置ごとにその付近の暗騒音が測定され、評価されるため、音声聴取環境が異なる場合においても各スピーカの設置場所ごとで目的の音量補正、即ち、分散処理を行うことが可能となる。
【００２２】
請求項５記載の音声レベル調整システムは、請求項１、２又は３記載の音声レベル調整システムにおいて、前記第二の音量調整手段と前記スピーカとの間にリレーを介装し、前記第二のマイクロホンを用いずに、前記暗騒音測定手段を、前記リレーを用いて前記第二の動音量調整手段と選択的に前記スピーカへ接続可能としたことを特徴とする。
【００２３】
この音声レベル調整システムでは、音声区間外であるときには、リレーがオープンとされ、音量調整手段とスピーカとが切り離され、同時に暗騒音によってゆすられたスピーカのボイスコイルに生じる起電力が、暗騒音測定手段によって騒音として評価され、更に拡声目標レベルが決定される。その結果により音量調整が行われる。音声区間のときには、リレーがクローズされ、通常のスピーカとしての使用が可能となる。つまり、この音声レベル調整システムによれば、第二のマイクロホンの省略が可能となる。また、複数個のスピーカを第二のマイクロホンとして用いる場合、常に１個のスピーカを第二のマイクロホンとして用い順次切り替えて暗騒音を測定するが、音声信号は１つのスピーカから音声が出ていないだけなので全体の拡声音が途切れることはない。
【００２４】
請求項６記載の音声レベル調整システムは、請求項１、２又は３記載の音声レベル調整システムにおいて、前記スピーカが、二つのボイスコイルを備え、前記第二の音量調整手段を、一方のボイスコイルに接続し、前記第二のマイクロホンを用いずに、前記暗騒音測定手段を、他方のボイスコイルに接続したことを特徴とする。
【００２５】
この音声レベル調整システムでは、ボイスコイルの一つが、常に騒音測定用として使用可能となる。従って、第二のマイクロホン、及びリレーが不要になる。また、一方のボイスコイルは、常に騒音測定用として用いることができる。更に、このボイスコイルは、スピーカの動作チェックをリモート監視するためのものとしても利用が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る音声レベル調整システムの好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
最初に、本実施の形態による音声レベル調整システムの主要動作の概略を説明する。
先ず、話者の音声が入っている場合には、どの程度の補正が必要であるかを設定する。即ち、入力音声に応じてマイクロホンアンプの出力を自動的に上げる。その際、話者の音量調整と、暗騒音に対する拡声音の音量調整とを最適に行うのに、話者の音声がマイクロホンに入ったか否かを調べる必要がある。本実施の形態では、話者が音声を発しているとき（音声区間）と、発していないとき（暗騒音分析区間）とを区別する。これにより、話者自身の拡声音を測定しないようにしている。拡声音が入ったか否かの判定において、拡声音が入っていないときには外部の音、即ち、暗騒音を測定する。外部の音が測定できたなら、その測定結果に合わせて話者の拡声音量を調整する。つまり、後述する音声信号入力識別手段Ｆ１によって、音声が入ったか否かを識別し、音声が入っていないときには暗騒音の測定を行い、音声が入ったときには音声の測定を行うこととしている。以上が、本実施の形態による音声レベル調整システムの主要動作の概略である。
【００２７】
次に、本実施の形態による音声レベル調整システム２１を、その構成から順に詳述する。図１は本発明に係る音声レベル調整システムの概略を表す構成図である。
音声レベル調整システム２１は、話者マイクロホンＭＩＣ１を備え、更に拡声音場に調整マンの耳に相当する第二のマイクロホンＭＩＣ２を備える。なお、本発明に係る音声レベル調整システム２１におけるマイクロホンＭＩＣ１、マイクロホンＭＩＣ２の数はこれに限定されるものではない。即ち、話者マイクロホンＭＩＣ１と第二のマイクロホンＭＩＣ２とは、それぞれを複数個備えることができる。
【００２８】
このマイクロホンＭＩＣ１と、マイクロホンＭＩＣ２とは、それぞれがアンプ２３ａ、２３ｂを介して自動音量調整手段２５に接続される。自動音量調整手段２５は、その出力が出力側アンプ２７を介して各スピーカ９に接続されている。このような基本構成を有する音声レベル調整システム２１は、マイクロホンＭＩＣ１とマイクロホンＭＩＣ２から得られる話者音声と拡声音場とを用いて、自動音量調整手段２５が話者音声レベル、暗騒音レベルに応じた最適な音量の拡声レベルを決定するようになっている。そして、このようにして決定された最適な拡声レベルの音量処理信号が、出力側アンプ２７とスピーカ９を経てリスナーに拡声されるものである。ここで、自動音量調整手段２５は、図２に示す複数の構成手段からなる。
【００２９】
自動音量調整手段２５は、マイクロホンＭＩＣ１からの信号を受けることにより、音声と暗騒音との切り分けを行う音声信号入力識別手段Ｆ１を有している。音声信号入力識別手段Ｆ１は、マイクロホンＭＩＣ１から信号を受けることにより、音声区間開始の制御信号を出力し、マイクロホンＭＩＣ１から信号を受けないことにより、暗騒音区間開始の制御信号を出力する。
【００３０】
自動音量調整手段２５は、音声信号入力識別手段Ｆ１からの音声区間開始の制御信号を受ける音声測定手段Ｆ２と、音声測定手段Ｆ２からの信号を受ける音声レベル算定手段Ｆ３と、音声レベル算定手段Ｆ３からの信号を受ける音声補正レベル算定手段Ｆ４と、音声補正レベル算定手段Ｆ４からの信号を受ける第一の音量調整手段Ｆ８ａとを有する。これら音声測定手段Ｆ２、音声レベル算定手段Ｆ３、音声補正レベル算定手段Ｆ４は、処理シーケンスＡを構成している。
【００３１】
また、自動音量調整手段２５は、音声信号入力識別手段Ｆ１からの信号を受ける暗騒音測定手段Ｆ５と、暗騒音測定手段Ｆ５からの暗騒音区間開始の制御信号を受ける暗騒音レベル算定手段Ｆ６と、暗騒音レベル算定手段Ｆ６からの信号を受ける拡声目標レベル算定手段Ｆ７と、拡声目標レベル算定手段Ｆ７からの信号を受ける第二の音量調整手段Ｆ８ｂとを有する。これら暗騒音測定手段Ｆ５、暗騒音レベル算定手段Ｆ６、拡声目標レベル算定手段Ｆ７は、処理シーケンスＢを構成している。
【００３２】
即ち、マイクロホンＭＩＣ１から入った音声信号は、音声信号入力識別手段Ｆ１を通過した後、音量調整手段Ｆ８ａ、音量調整手段Ｆ８ｂを通過して出力側アンプ２７に入力される。この際、音声信号は、音量調整手段Ｆ８ａを通過することによって処理シーケンスＡにより補正されるとともに、音量調整手段Ｆ８ｂを通過することによって処理シーケンスＢにより補正される。
【００３３】
図３はリスナー位置における暗騒音と拡声音のレベルを表すグラフである。
音声信号入力識別手段Ｆ１は、マイクロホンＭＩＣ１が接続されたアンプ２３ａの出力を識別機能により、図３に示す「音声区間」と「暗騒音分析区間」とに識別する。即ち、音声信号入力識別手段Ｆ１は、拡声音がマイクロホンＭＩＣ１に入ったときには音声区間としての識別を行い、拡声音がマイクロホンＭＩＣ１に入らないときには暗騒音分析区間としての識別を行う。
【００３４】
音声信号入力識別手段Ｆ１の機能詳細を図４に示す。
音声信号入力識別手段Ｆ１は、上記の作動内容から音声区間識別手段とも称することができ、所謂ゲート回路と判定結果保持回路（フリップ・フロップ回路）とを組み合わせたものである。
ゲート回路に入力される音声信号は通常、図４下図（ゲート回路出力レベルと信号入力レベルの相関図）のように分析される音声・暗騒音・拡声音により構成されると考えられる。ここで、音声区間の開始はゲート設定レベル３１を超えたときと定義する。図４はゲート設定レベル３１が−２０ｄＢＵの場合である。なお、この値は、暗騒音などの条件により適宜に設定することができる。この例では、マイクアンプ２３ａからの信号入力レベルが−２０ｄＢＵ以下の場合、音声が入っていないと識別され、マイクアンプ２３ａからの信号入力レベルが−２０ｄＢＵ以上の場合、音声が入っていると識別される。ゲート回路とフリップ・フロップとからなる音声信号入力識別手段Ｆ１は、この識別結果から音声区間切り出し信号３３と、音声区間判定信号３５とを出力する。音声区間判定信号３５は、フリップフロップ＝１のときに音声区間とされ、フリップフロップ＝０のときに非音声区間（即ち、暗騒音区間）とされる。これにより、話者音声入力時には話者音声レベルの調整を行う一方、話者音声非入力時には調整のなされた話者音声レベルを更に暗騒音レベルに応じた音量へ調整する自動音量調整が可能となる。
【００３５】
図５は図２に示した音声測定手段Ｆ２の機能説明図である。
音声測定手段Ｆ２は、サンプルホールド回路４１と、適当なサンプルーレートと語長をもつ量子化器４３と、十分な大きさのデータ格納メモリー４５と、外部タイムコード入力部４７と、これらの制御ＭＰＵ（図示せず）とにより構成されている。メモリー４５は、指定長さのチェーンメモリーとして動作するように制御する。例えば１００個のアドレスをループ状にして順次記憶を行う。メモリーアドレスｋ（ｋ＝１〜１００）のタイムコードはＴ１ｋであり、データ値はＶ１ｋとなる。メモリーアドレスｋは、１０１番目のとき、再び１番目のアドレスへと戻るが、その際のタイムコードＴ１ｋと、データ値Ｖ１ｋは１番目のものとは異なるため、タイムコードＴ１ｋを基準としてデータ値Ｖ１ｋを特定することで、サンプリングごとのデータは上書きされることなく呼び出し可能となる。つまり、タイムコードＴ１ｋを絶対時間としてシーケンシャルなデータを作成している。音声測定手段Ｆ２における音声測定処理は、音声信号入力識別手段Ｆ１からの音声測定開始制御（即ち、図４のフリップフロップ＝１のとき）により、音声サンプリングを開始するとともに、音声信号入力識別手段Ｆ１からの騒音測定開始制御（音声区間判定信号３５）によりサンプリングを終了する。この測定完了と同時に音声測定手段Ｆ２からの測定データは、音声レベル算定手段Ｆ３に渡るように処理される。
【００３６】
図６は音声レベル算定の手順を表すフローチャートである。
音声レベル算定手段Ｆ３は、図６に示すように、音声測定手段Ｆ２からのデータに基づき音声レベル評価計算を行い、測定区間における話者音声を評価する。即ち、音声測定手段Ｆ２からのデータ値Ｖ１ｋ、タイムコードＴ１ｋを受け（ｓｔ１）、データ区間長さＴＬを算出し（ｓｔ３）、このデータ区間長さＴＬが最小分析時間より大きい場合（ｓｔ５）には音声レベル評価量を計算する（ｓｔ７）。一方、ある程度の分析時間が確保されない場合には、ｓｔ５から再びｓｔ１へと処理を戻す。この評価量に関しては、音声レベル又はそれと一定程度相関のある物理量であればよく、評価量を限定するものではない。
【００３７】
例えば母音又は拗音の主力周波数領域である１２５Ｈｚから１ｋＨｚ程度までの周波数に関して、帯域フィルタリングを施した後に、平均自乗信号を時定数０．１ｓ程度の時定数フィルターにより処理した信号を用いても良い。最終的に用いる物理量としては音声区間内の音声レベル変動を統計処理したもの、例えば最頻値Ｌ５０や９０％レンジ上端値Ｌ５などが良い。但し、一度評価量と決定したならば、以下に関係する処理機能においても当該評価量を用いなければならない。
【００３８】
当該処理機能は、話者音声レベルに着目した処理であり、基準音声レベルに対しての偏差を評価するために用いる。アンプ２３ａ（マイクアンプ）以降のミキサー内部回路から、後段の各種音響信号処理回路に至る回路の基準ゲイン及びスピーカ能率を仮定した場合に得られるスピーカ前方１ｍ点の音圧が設定値になるような音声レベルを基準音声レベルと定義する。
従って、音声レベル算定手段Ｆ３の処理結果、基準音声レベルよりも１０ｄＢ低い音声であれば、スピーカ前方１ｍ点の拡声音は１０ｄＢ低くなる。但し、後述する音量調整手段Ｆ８ａ、Ｆ８ｂの補正を受けないときである。
なお、音声区間が指定した時間以下であった時は、評価量を算出することなく、再び音声信号入力識別手段Ｆ１による測定開始待ちに戻る。
【００３９】
図７は音声レベル補正処理の手順を表すフローチャートである。
音声補正レベル算定手段Ｆ４は、音声レベル算定手段Ｆ３で音声レベル評価量が算出されたとき、図７に示す音声レベル補正処埋を実行する。ここで、調整速度時定数をＴｃ、最大音声レベルをＶＣｍａｘ、最小音声レベルをＶＣｍｉｎ、基準音声レベルをＶＣｒｅｆ、基準音声レベルを与えるボリューム値をＶＣ１、ボリューム現在値をＶＣｔ、補正量ｄ１とする。
【００４０】
音声補正レベル算定手段Ｆ４は、音声レベル算定手段Ｆ３から音声レベル評価量ＶＣｔを受けたなら（ｓｔ１１）、調整目標値ＶＣ０を計算する（ｓｔ１３）。次いで、タイマー起動値ｔ＝０としてタイマーをリセットする（ｓｔ１５）。調整速度時定数Ｔｃがタイマー値ｔより小さい場合には（ｓｔ１７）、ｄ１＝ＶＣｎ−ＶＣ０（ｄｔ／Ｔｃ）の式から補正量ｄ１を得る（ｓｔ１９）。この補正量ｄ１を指示（音量調整手段Ｆ８ａへ送出）する（ｓｔ２１）。なお、ｓｔ１５以後の処理は、ｔ＝ｔ＋ｄｔの加算処理を行い（ｓｔ２３）、一つ一つの所定時間ｔを加えながらゆっくりと補正量ｄ１を算出する。これは、拡声音に急激な変化が生じて不自然とならないようにするためである。この補正量ｄ１の指示処理（ｓｔ１７、ｓｔ１９、ｓｔ２１、ｓｔ２３）をｔ＞Ｔｃとなるまで繰り返す。
【００４１】
ここで注意すべき点は、ハードウエア上の制約により最大音声レベルＶＣｍａｘ、最小音声レベルＶＣｍｉｎが決まっていること、更には音声補正は瞬時に行えるが、聴感上の問題があるため調整速度はある程度ゆっくりする必要があることである。
以上のシステムパラメータは予め適当な数値を与えることとする。このようにして得た補正量ｄ１は、音量調整手段Ｆ８ａへの指示となるが、指示の実現方法は各種あるので後述する。
【００４２】
図８は図２に示した暗騒音測定手段の機能説明図である。
暗騒音測定手段Ｆ５は、前述の音声測定手段Ｆ２と同様の方法を暗騒音処理機能として用いる。従って、その構成は、音声測定手段Ｆ２と同様となる。
【００４３】
図９は暗騒音レベル算定の手順を表すフローチャートである。
暗騒音レベル算定手段Ｆ６は、暗騒音レベル算定では、評価量としてＪＩＳＺ８７３１に定める騒音レベルｄＢ（Ａ）の統計処理値を用いる。即ち、ＬＡｅｑＴ、Ｌ５、Ｌ５０などである。この処理手順は、音声レベル算定手段Ｆ３の場合と略同一となる。即ち、図９に示すように、暗騒音測定手段Ｆ５からのデータ値Ｖ２ｋ、タイムコードＴ２ｋを受け（ｓｔ３１）、データ区間長さＴＬを算出し（ｓｔ３３）、このデータ区間長さＴＬが最小分析時間より大きい場合（ｓｔ３５）には騒音レベル評価量を計算する（ｓｔ３７）。ここでもハードウエアの制約として、暗騒音レベルの最小・最大が決められる。
【００４４】
音声の拡声では、明瞭度確保の目的から、暗騒音よりも一定程度大きな値を設定する。経験値からその差は１０ｄＢ程度とするが、状況によって設定できるようにする。
一方、ＢＧＭを目的とした音楽再生では暗騒音よりも小さく拡声すべきである。このように、拡声目的により算定される目標値は異なるので、このシステムパラメータは拡声ソースによりダイナミックに変更される必要がある。
【００４５】
図１０は音量調整手段に対して調整量を指示する処理の手順を表すフローチャートである。
図１０に示す処理フローは、算定された暗騒音レベルと基準拡声レベル差及びボリューム現在値から調整目標を算定し、音量調整手段Ｆ８ｂに対して適当な調整時定数に従って調整量ｄ２を指示するものである。この処理は、音声補正レベル算定手段Ｆ４の場合と略同様にして行われる。即ち、暗騒音レベル算定手段Ｆ６から騒音レベル評価量Ｐｔを受けたなら（ｓｔ４１）、調整目標値ＡＴＴ０を計算する（ｓｔ４３）。次いで、タイマー起動値ｔ＝０としてタイマーをリセットする（ｓｔ４５）。タイマー値ｔが調整速度時定数Ｔｃより小さい場合には（ｓｔ４７）、ｄ２＝ＡＴＴｎ−ＡＴＴｏ（ｄｔ／Ｔｃ）の式から補正量ｄ２を得る（ｓｔ４９）。この補正量ｄ２を指示（音量調整手段Ｆ８ｂへ送出）する（ｓｔ５１）。次いで、ｔ＝ｔ＋ｄｔの加算処理を行い（ｓｔ５３）、ｔ＞Ｔｃとなるまで以上の処理を繰り返す。
【００４６】
以上により処理シーケンスＡにおける補正量ｄ１と、処理シーケンスＢにおける補正量ｄ２とが得られたことになる。
【００４７】
図１１は音量調整手段の接続構成図である。この図では、図２に示した音量調整手段Ｆ８ａと、音量調整手段Ｆ８ｂとを部分的に示している。また同図では、音量調整手段Ｆ８ａによる機能を音量調整機能１、音量調整手段Ｆ８ｂによる機能を音量調整機能２として表している。即ち、音量調整機能１によって音声に対する調整量が決められ、音量調整機能２によって暗騒音に対する調整量が決められることになる。
音量調整手段Ｆ８ａ、Ｆ８ｂは、音声補正レベル算定手段Ｆ４又は拡声目標レベル算定手段Ｆ７からの調整指示を実現できる手段であればよい。これらは例えば図１１に示したように音量調整手段Ｆ８ａ、音量調整手段Ｆ８ｂの順に直列接続されている。しかし、それらの処理はいずれも線形独立な処理であるため、順序は問題ではない。なお、その処理方式としては、アナログ型、デジタル型など各種の方法が考えられる。
【００４８】
従って、音声レベル調整システム２１において、音声信号入力識別手段Ｆ１は、処理シーケンスＡ（Ｆ２、Ｆ３及びＦ４）と、処理シーケンスＢ（Ｆ５、Ｆ６及びＦ７）とをスイッチングする処理機能を有することになる。これら音声信号入力識別手段Ｆ１、処理シーケンスＡ、Ｂは、コンピュータ上のデジタル信号処理として同一筐体内で実現しても良いし、空間的に全く異なる位置にバラバラに置かれ、それらを適当な通信手段（後述の通信手段５１、ＬＡＮ５３等）で連結することにより実現しても良い。更には、処理の必要なパフォーマンスが満足されれば処理シーケンスＡ、Ｂの各処理を同一のＰＣボード上で実現することも、バラバラに実現することも、それ自体は制約とならない。
【００４９】
個別ないしは部分空間に対する自動音量調整機能は、多くのメリットがある。しかし、実際には調整用パラメータを与える必要がある。この音声レベル調整システム２１における設定方法では、各種用意すべきことが好ましい。また音量の好みに関しては、個人差が存在するため、ＢＧＭの基準拡声レベルや騒音に対する拡声レベル差などの調整用パラメータは各種方法によって設定可能としておくことが好ましい。
【００５０】
このような構成を有する音声レベル調整システム２１によれば、拡声音聴取に次のような（Ａ）〜（Ｃ）の作用を奏する。
（Ａ）話者音声レベルが評価されるので、切り出された音声区間信号が最適に処理され（減衰又は増幅され）、電力増幅器に対する所定の信号が生成可能となる。
（Ｂ）マイクロホンＭＩＣ２の位置での暗騒音が評価されるので、拡声されるべき音量目標が決定される。
（Ｃ）上記（Ａ）の作用を受けた信号を、音量調整手段Ｆ８ａ、Ｆ８ｂの音量調整機能により、上記（Ｂ）の目標信号になるようにできる。
（Ｄ）最終的には暗騒音に応じた適切な拡声音が得られる。
従って、話者の声が大きすぎる場合或いは小さすぎる場合の音量調整と、当該音量調整によって拡声された拡声音と暗騒音との相対的な音量調整とを同時に最適に実現でき、その結果、最終的な再生音が最適に音量調整可能となり、再生音の明瞭度を向上させることができる。
また、暗騒音を特定の帯域をある帯域（約３００Ｈｚ以下）の成分だけとしないので、ある帯域（例えば約３００Ｈｚ以下）以外の帯域（例えば約３００Ｈｚ以上）の音声そのものの騒音も検出でき、再生音がこの帯域（例えば約３００Ｈｚ以上）の音声によってマスクされてしまうこともなく、これによっても明瞭度の高い再生音を得ることができる。
【００５１】
次に、上記した基本構成を有する音声レベル調整システム２１の変形例を説明する。
（変形例１）
図１２は変形例１の説明図である。
この変形例１では、放送室１５から行うアナウンスを、騒音レベルが異なる空間に対して複数台のスピーカ９を用いて拡声する場合を示している。本例では放送室１５において、アナウンス音声の自動音量補正（前述のＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ８ａによる処理）を行う。一方、各スピーカ９に併設してマイクロホンＭＩＣ２があり、拡声エリアの騒音レベルの測定、評価、拡声レベル目標設定並びに拡声レベル補正（前述のＦ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８ｂによる処理）を、放送室１５とは離れた場所（例えばデパートの特定の売り場等）１５ａで行う。
【００５２】
音声信号入力識別手段Ｆ１からの暗騒音測定開始制御命令及び音量補正後の音声信号は、通信手段５１を介して音声パケットとしてＬＡＮ５３に流される。本例ではすべてのＩＰＡで音声パケットを受け取る、所謂ブロードキャスト方式の通信を行う。同時に「暗騒音区間の開始」「暗騒音区間の終了」の判定結果も同じＬＡＮ５３に流される。つまり、処理シーケンスＡと処理シーケンスＢとをＬＡＮ５３によって通信送受可能に接続した構成となっている。
本変形例では複数のスピーカ９を設置した場合において、各スピーカ９の配置ごとにその付近の暗騒音が測定・評価されるため、音声聴取環境が異なる場合（例えば、図１２に示すように、静かな場所・ザワザワした場所・うるさい場所が混在する場所）においてもそれぞれの場所ごとに目的の音量補正を行うことが可能となる。また、複数個のスピーカ９を第二のマイクロホンとして用いる場合、常に１個のスピーカをマイクロホンＭＩＣ２として用い順次切り替えて暗騒音を測定するが、音声信号は１つのスピーカ９から音声が出ていないだけなので全体の拡声音が途切れることはない。
【００５３】
（変形例２：話者音声補正）
変形例１において、話者音声補正を行う機能群の変形例２（音声音量補正）を図１３に示す。マイクロホンＭＩＣ１のアンプ出力はエフェクトアウトから取り出し、前述の音声信号入力識別手段Ｆ１に送る。音声区間判定が決定されると処理シーケンスＡ（音声測定手段Ｆ２、音声レベル算定手段Ｆ３、音声補正レベル算定手段Ｆ４）が働き、調整量ｄ１が指示される。この指示はＭＩＤＩ５５からコントロールチェンジ命令形でデジタルミキサー５６内のマイクフェーダを制御する。音量調整を施された音声信号は、バスアウトから通信手段５１ａ、５１ｂに送られ、音声バケットなど通信可能なデータに変換されてＬＡＮ５３に送出される。通信手段５１ａ、５１ｂは、上記した音声信号入力識別手段Ｆ１の動作により、音声信号の場合には一方の通信手段５１ａ、暗騒音区間開始信号の場合には他方の通信手段５１ｂが交互に動作することになる。
【００５４】
（変形例３：拡声目標決定と音量調整）
この変形例３は、図１４に示すように、通常のスピーカ９とマイクロホンＭＩＣ２、及び自動音量調整機能を一体で構成した例である。図１２ではスピーカ９近傍の枠部分をＩＰＡとして表示している。この方式の場合、通信手段５１からの音声と、処理シーケンスＢからの指示とが一緒に音量調整手段Ｆ８ｂへと入り、各拡声エリアごとに拡声音量の調整が可能となる。即ち、各拡声エリアごとのスピーカ９の近傍に設けたマイクロホンＭＩＣ２から騒音が検出され、通信手段５１を介して入力された調整済みの音声信号が、更に各拡声エリアごとに分散配置した音量調整手段Ｆ８ｂによって、暗騒音に応じた調整量で調整される。
【００５５】
（変形例４：拡声目標決定と音量調整）
この変形例５は、図１５に示すように、複数のスピーカ９、マイクロホンＭＩＣ２での処理が行えるように、図１４とは異なり、暗騒音レベル算定手段Ｆ６による結果をマイクロホンＭＩＣ２ごとに分離してＬＡＮ５３へ送出している。即ち、通常のマイクロホンＭＩＣ２を用いて暗騒音測定手段Ｆ５及び暗騒音レベル算定手段Ｆ６にて、騒音測定、評価までを行い、その結果を通信手段５１ｄを介してＬＡＮ５３に送り処理した上で、音量調整機能（拡声目標レベル算定手段Ｆ７、音量調整手段Ｆ８ｂ）を持つスピーカ９に通信手段５１ｃを介して結果を反映させる例である。
本例でマイクロホンＭＩＣ２による暗騒音レベル算定結果を任意のＩＰＡに送るようにすれば、暗騒音測定に関わるコストを低減できる。更に複教のマイクロホンＭＩＣ２による騒音測定結果により、拡声エリアの騒音変動を面的に把握し、別設置の制御ＰＣなどでそれらの平均値など計算した上でＩＰＡにデータ通信することにより、安定した拡声が可能となる。
【００５６】
（変形例５：拡声目標決定と音量調整）
この変形例５では、図１６に示すように、通常のスピーカ９をマイクロホンＭＩＣ２として利用する。音声区間外であるときには、リレー５８をオープンにしてパワーアンプ２７とスピーカ９とを切り離す。同時に暗騒音によってゆすられたスピーカ９のボイスコイルに生じる起電力を増幅し、騒音測定と評価して、更に拡声目標レベルを決定する。その結果により音量調整を行い、音声区間のときにはリレー５８をクローズしてスピーカ９をドライブする。なお、この際のリレー５８は、接点切り替え制御信号を、音声信号入力識別手段Ｆ１から通信手段５１を介して送ることにより、制御することができる。
【００５７】
（変形例６：拡声目標決定と音量調整）
この変形例５では、図１７に示すように、変形例５において用いた通常のスピーカ９の代わりに、ボイスコイル５７ａ、５７ｂを二つ持ったスピーカ９ａを用いる。この場合、上記のリレー５８が不要になる。ボイスコイル５７ａ、５７ｂの一つは、常に騒音測定用として用いることができるためである。この場合は変形例４などと組み合わせて、「音声区間識別結果」をＬＡＮ５３から受け取る。ボイスコイル５７ａ、５７ｂは、交互に作動することとなる。
【００５８】
この変形例６に用いるスピーカ９は、ダブルボイスコイル構造となるが、この場合のコイル巻回構造としては、２つのコイルの電磁結合を少なくしてマイクロホンＭＩＣ２として使用できる周波数帯域を広く確保でき、また、スピーカ動作とマイクロホン動作の双方に最適なコイル設計となることが好ましい。例えば、図１８（ａ）に示すように、一方のボイスコイル５７ａの上に、他方のボイスコイル５７ｂを重ね巻きする構造、図１８（ｂ）に示すように、一方のボイスコイル５７ａと、他方のボイスコイル５７ｂとを同軸上で横並びに巻回する構造、図１８（ｃ）に示すように、一つの磁気回路デダブルギャップ（所謂、Ｄ．Ｄ．Ｄｒｉｖｅ等）構成とし、２つのボイスコイル５７ａ、５７ｂを離間して巻回した構造、図示は省略するが、１つの振動板に独立した磁気回路とコイルが設置され、電気・磁気回路的に略独立している構造等が好適となる。なお、図１８中、６１は駆動マグネット、６３はコーンサポートを示す。
また、上記の変形例５、変形例６は、各スピーカ９に対して信号電線の接続がなされるので、スピーカ９の動作チェックをリモート監視する機能としても利用することが可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る音声レベル調整システムによれば、話者マイクロホン及び第二のマイクロホンから得られる話者音声と拡声音場とのいずれか一方を逐次選択的に入力し、話者音声入力時には話者音声レベルの調整を行う一方、話者音声非入力時には調整のなされた話者音声レベルを更に暗騒音レベルに応じた音量へ調整する自動音量調整手段を備えたので、話者音声レベルが評価され、第二のマイクロホンの位置での暗騒音が評価され、拡声されるべき音量目標が決定可能となり、暗騒音に応じた適切な拡声音が得られる。この結果、ハウリングなどの問題を避けながら最適な音量調整を可能とし、再生音の明瞭度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る音声レベル調整システムの概略を表す構成図である。
【図２】図１に示した自動音量調整手段の構成を表すブロック図である。
【図３】リスナー位置における暗騒音と拡声音のレベルを表すグラフである。
【図４】図２に示した音声信号入力識別手段の機能説明図である。
【図５】図２に示した音声測定手段の機能説明図である。
【図６】音声レベル算定の手順を表すフローチャートである。
【図７】音声レベル補正処理の手順を表すフローチャートである。
【図８】図２に示した暗騒音測定手段の機能説明図である。
【図９】暗騒音レベル算定の手順を表すフローチャートである。
【図１０】音量調整手段に対して調整量を指示する処理の手順を表すフローチャートである。
【図１１】音量調整手段の接続構成図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態の変形例１を表す構成図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態の変形例２を表す構成図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態の変形例３を表す構成図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態の変形例４を表す構成図である。
【図１６】本発明に係る実施の形態の変形例５を表す構成図である。
【図１７】本発明に係る実施の形態の変形例６を表す構成図である。
【図１８】ダブルボイスコイル構造のコイル巻回例を表す構成図である。
【図１９】従来の一般的な放送拡声例を行うシステム構成図である。
【図２０】ホールなどで行われている従来の一般的な音量調整システムの構成図である。
【図２１】聴取場所における騒音と拡声音の音量をモデル的に表したグラフである。
【図２２】騒音の周波数分布特性を表すグラフである。
【図２３】放送音声周波数分布特性を表すグラフである。
【図２４】図２２及び図２３を重ね合わせて作ったグラフである。
【図２５】従来の放送システムにおけるマイク音の成分を分析した説明図である。
【符号の説明】
９…スピーカ、２１…音声レベル調整システム、２５…自動音量調整手段、５８…リレー、５７ａ、５７ｂ…ボイスコイル、Ｆ１…音声信号入力識別手段、Ｆ２…音声測定手段、Ｆ３…音声レベル算定手段、Ｆ４…音声補正レベル算定手段、Ｆ８ａ…第一の音量調整手段、Ｆ５…暗騒音測定手段、Ｆ６…暗騒音レベル算定手段、Ｆ７…拡声目標レベル算定手段、Ｆ８ｂ…第二の音量調整手段、ＭＩＣ１…話者マイクロホン、ＭＩＣ２…第二のマイクロホン

Claims (6)

1. 話者マイクロホンと、
   拡声音場に設けた少なくとも一つの第二のマイクロホンと、
   話者が音声を発している音声区間に前記話者マイクロホンに入力される話者の音声レベルが基準音声レベルに近づくように話者音声レベルの音量を調整する第一の音量調整手段と、話者が音声を発していない暗騒音分析区間に前記第２のマイクロホンから得られる拡声音場の暗騒音レベルに基づいて、前記第１の音量調整手段で音量調整がなされた話者音声レベルを更に当該暗騒音レベルに応じた音量へ調整する第二の音量調整手段とを有する自動音量調整手段と、
   前記自動音量調整手段で音量の調整がなされた話者音声レベルの音量出力信号を受けるスピーカと
   を具備したことを特徴とする音声レベル調整システム。
2. 請求項１記載の音声レベル調整システムにおいて、
   前記自動音量調整手段は、
   前記話者マイクロホンからの音声を入力する音声測定手段、該音声測定手段からの信号を受ける音声レベル算定手段、該音声レベル算定手段からの信号を受ける音声補正レベル算定手段からなり、前記第一の音量調整手段へ調整量を指示する処理シーケンスＡと、
   前記第二のマイクロホンからの暗騒音を入力する暗騒音測定手段、該暗騒音測定手段からの信号を受ける暗騒音レベル算定手段、該暗騒音レベル算定手段からの信号を受ける拡声目標レベル算定手段からなり、前記第二の音量調整手段へ調整量を指示する処理シーケンスＢと、
   前記話者マイクロホンからの音声入力の有無に応じて前記処理シーケンスＡと該処理シーケンスＢとを切り替え動作させる音声信号入力識別手段と
   を備えることを特徴とする音声レベル調整システム。
3. 請求項２記載の音声レベル調整システムにおいて、
   前記音声測定手段は、前記音声区間に前記話者マイクロホンから入力される話者の音声信号を、複数のメモリーアドレスをもつメモリーにタイムコードと対応付けて順次記憶することにより、話者の音声データをサンプリングし、
   前記音声レベル算出手段は、前記音声測定手段でサンプリングされた音声データを用いて、前記話者の音声レベルと相関のある音声レベル評価量を算出する
   ことを特徴とする音声レベル調整システム。
4. 請求項１、２又は３記載の音声レベル調整システムにおいて、
   騒音レベルの異なる空間に対して複数台の前記スピーカを配設し、それぞれの該スピーカに応じて前記第二のマイクロホンを配設したことを特徴とする音声レベル調整システム。
5. 請求項１、２又は３記載の音声レベル調整システムにおいて、
   前記第二の音量調整手段と前記スピーカとの間にリレーを介装し、
   前記第二のマイクロホンを用いずに、
   前記暗騒音測定手段を、前記リレーを用いて前記第二の音量調整手段と選択的に前記スピーカへ接続可能としたことを特徴とする音声レベル調整システム。
6. 請求項１、２又は３記載の音声レベル調整システムにおいて、
   前記スピーカが、二つのボイスコイルを備え、
   前記第二の音量調整手段を、一方のボイスコイルに接続し、
   前記第二のマイクロホンを用いずに、
   前記暗騒音測定手段を、他方のボイスコイルに接続したことを特徴とする音声レベル調整システム。

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