JP4238224B2 - 警報音自動検知方法とその装置及びそれを用いた補聴器 - Google Patents

Description

本発明は、サイレン音などの警報音を自動的に検出する警報音自動検知方法とその装置及びそれを用いた補聴器に関する。

聴覚障害者にとっては、警報音の感知が困難な場合がある。例えば、聴覚障害者が自動車を運転する場合に、前後方の視覚による確認は可能であるが、サイレン音により緊急車両の接近を感知できないことがある。それにより、緊急車両の運行を妨げたり、場合によっては危険な状態が発生したりすることもある。また、聴力正常者であっても、大音量のカーステレオ等により同様の事態が発生し得る。
そこで、緊急車両のサイレン音に相当する周波数の音が、一定時間継続するかどうかを検出する手法により、緊急車両を検知し表示するシステムが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

大塚他:「車載マイクロフォンによる緊急車両の存在と方向検知システム」、電気学会論文誌（D）124巻4号388ページ（2004）

しかし、非特許文献１に記載されたシステムにおいては、検出する周波数範囲が５０Ｈｚと広く設定されているため、その周波数帯域に含まれる他の持続的な音に反応し誤動作を生じる虞がある。また、緊急車両の検知確率は示されているが、それ以外の音による誤動作の程度についての検証結果は示されていない。 周波数帯域を狭く設定すれば誤動作は減少するが、サイレン音の周波数のばらつきや、緊急車両の走行に伴うドップラー効果による周波数の変化によって検出ができなくなるという問題があった。

本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サイレン音の周波数のばらつきや、緊急車両の走行に伴うドップラー効果による周波数の変化が生じてもサイレン音などの警報音を確実に検出することができる警報音自動検知方法とその装置及びそれを用いた補聴器を提供しようとするものである。

上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、サイレン音などの警報音の自動検知方法であって、検出対象音に警報音の周波数や警報音の周波数近傍の周波数が存在する場合に、それらの周波数を検出する周波数検出工程と、この周波数検出工程で検出した各周波数についての音の断続パターン又は音量変化パターンを検出する音パターン検出工程と、この音パターン検出工程で検出した音の断続パターン又は音量変化パターンの組み合わせの何れかが、警報音の音の断続パターン又は音量変化パターンに合致しているか否かを判定する警報音判定工程と、この警報音判定工程で検出対象音が警報音であると判定された場合に、検出対象音が警報音であることを示す情報を発する警報音報知工程からなり、検出対象音の周波数が前記周波数検出工程に設定されている何れかの周波数と一致し、且つ検出対象音のその一致した周波数の時間パターンが警報音の時間パターンと一致する場合にのみ、検出対象音が警報音であると認定するものである。

請求項２に係る発明は、２音以上の組み合わせにより構成される警報音の自動検知方法であって、検出対象音に警報音を構成する各音の周波数や警報音を構成する各音の周波数近傍の周波数が存在する場合に、それらの周波数を検出する周波数検出工程と、この周波数検出工程で検出した各周波数についての音の断続パターン又は音量変化パターンを検出する音パターン検出工程と、この音パターン検出工程で検出した音の断続パターン又は音量変化パターンの組み合わせの何れかが、警報音を構成する各音の音の断続パターン又は音量変化パターンに合致しているか否かを判定する警報音判定工程と、この警報音判定工程で検出対象音が警報音であると判定された場合に、検出対象音が警報音であることを示す情報を発する警報音報知工程からなり、検出対象音の周波数が前記周波数検出工程に設定されている何れかの周波数と一致し、且つ検出対象音のその一致した周波数の時間パターンが警報音の時間パターンと一致する場合にのみ、検出対象音が警報音であると認定するようにした。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の警報音自動検知方法において、前記周波数検出工程では、ロックインアンプ又は離散フーリエ変換により周波数検出が行われるようにした。

請求項４に係る発明は、請求項１又は２記載の警報音自動検知方法において、前記音パターン検出工程では、音の断続パターン検出又は音量変化パターン検出が相互相関関数の算出により行われるようにした。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかの請求項に記載の警報音自動検知方法を用いたことを特徴とする補聴器である。

請求項６に係る発明は、サイレン音などの警報音の自動検知装置であって、検出対象音に警報音の周波数や警報音の周波数近傍の周波数が存在する場合に、それらの周波数を検出する周波数検出手段と、この周波数検出手段が検出した各周波数についての音の断続パターンを検出する音の断続パターン検出手段又は各周波数についての音量変化パターンを検出する音量変化パターン検出手段と、この音の断続パターン検出手段が検出した音の断続パターン又は前記音量変化パターン検出手段が検出した音量変化パターンの組み合わせの何れかが、警報音の音の断続パターン又は音量変化パターンに合致しているか否かを判定する警報音判定手段と、この警報音判定手段が検出対象音を警報音であると判定した場合に、検出対象音が警報音であることを示す情報を発する警報音報知手段を備え、検出対象音の周波数が前記周波数検出手段に設定されている何れかの周波数と一致し、且つ検出対象音のその一致した周波数の時間パターンが警報音の時間パターンと一致する場合にのみ、検出対象音が警報音であると認定するものである。

請求項７に係る発明は、２音以上の組み合わせにより構成される警報音の自動検知装置であって、検出対象音に警報音を構成する各音の周波数や警報音を構成する各音の周波数近傍の周波数が存在する場合に、それらの周波数を検出する周波数検出手段と、この周波数検出手段が検出した各周波数についての音の断続パターンを検出する音の断続パターン検出手段又は各周波数についての音量変化パターンを検出する音量変化パターン検出手段と、前記音の断続パターン検出手段が検出した音の断続パターン又は前記音量変化パターン検出手段が検出した音量変化パターンの組み合わせの何れかが、警報音を構成する各音の音の断続パターン又は音量変化パターンに合致しているか否かを判定する警報音判定手段と、この警報音判定手段が検出対象音を警報音であると判定した場合に、検出対象音が警報音であることを示す情報を発する警報音報知手段を備え、検出対象音の周波数が前記周波数検出手段に設定されている何れかの周波数と一致し、且つ検出対象音のその一致した周波数の時間パターンが警報音の時間パターンと一致する場合にのみ、検出対象音が警報音であると認定するようにした。

請求項８に係る発明は、請求項６又は７記載の警報音自動検知装置において、前記周波数検出手段を、ロックインアンプ手段又は離散フーリエ変換手段により構成した。

請求項９に係る発明は、請求項６又は７記載の警報音自動検知装置において、前記音の断続パターン検出手段又は前記音量変化パターン検出手段を、相互相関関数算出手段により構成した。

請求項１０に係る発明は、請求項６乃至請求項９のいずれかの請求項に記載の警報音自動検知装置を組み込んだ補聴器である。

本発明に係る警報音自動検知方法によれば、検出対象音に警報音の周波数や警報音の周波数近傍の周波数が存在する場合に、それらの周波数を検出する周波数検出工程と、この周波数検出工程で検出した各周波数についての音の断続パターン又は音量変化パターンを検出する音パターン検出工程を設けたことにより、他の音に起因する誤動作が極めて少なく、サイレン音などの警報音の周波数のばらつきや、緊急車両の走行に伴うドップラー効果による周波数の変化が生じてもサイレン音などの警報音を確実に検出することができる。

本発明に係る警報音自動検知装置によれば、検出対象音に警報音の周波数や警報音の周波数近傍の周波数が存在する場合に、それらの周波数を検出する周波数検出手段と、この周波数検出手段が検出した各周波数についての音の断続パターンを検出する音の断続パターン検出手段又は各周波数についての音量変化パターンを検出する音量変化パターン検出手段を設けたことにより、他の音に起因する誤動作が極めて少なく、サイレン音などの警報音の周波数のばらつきや、緊急車両の走行に伴うドップラー効果による周波数の変化が生じてもサイレン音などの警報音を確実に検出することができる。

本発明に係る警報音自動検知方法又はその装置を用いた補聴器によれば、サイレン音などの警報音を聴覚障害者にとって聞き取り易い音に替えることができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る警報音自動検知装置の第１実施の形態の構成図、図２はロックインアンプの構成図、図３は第１実施の形態による警報音自動検知のフローチャート、図４は第２実施の形態の構成図、図５は第２実施の形態による警報音自動検知のフローチャートである。

本発明に係る警報音自動検知装置の第１実施の形態は、図１に示すように、検出対象音を電気信号に変換するマイクロホン１、７個の周波数検出器２ａ〜２ｇ、時間パターン生成器３、７個の相関器４ａ〜４ｇ、最大信号選択器５、レベル判定器６及び警報音報知器７からなる。

第１の実施の形態では、ＩＳＯ８２０１：１９８７による緊急避難信号音の時間パターンであるＯＮ（０．５秒）−ＯＦＦ（０．５秒）−ＯＮ（０．５秒）−ＯＦＦ（０．５秒）−ＯＮ（０．５秒）−ＯＦＦ（１．５秒）の繰り返しで、周波数１０００Ｈｚの音を発生する警報音を検出するように構成されている。

７個の周波数検出器２ａ〜２ｇは、マイクロホン１により変換された電気信号（マイクロホン信号Ｄ）の周波数のうち所定の周波数を検出するもので、各周波数検出器２ａ〜２ｇには警報音の周波数１０００Ｈｚを中心にして、周波数１０００Ｈｚの−３％から＋３％の範囲に１％の刻みで検出する周波数が設定されている。即ち、周波数検出器２ａには１０３０Ｈｚ、周波数検出器２ｂには１０２０Ｈｚ、周波数検出器２ｃには１０１０Ｈｚ、周波数検出器２ｄには１０００Ｈｚ、周波数検出器２ｅには９９０Ｈｚ、周波数検出器２ｆには９８０Ｈｚ、周波数検出器２ｇには９７０Ｈｚが検出対象の周波数として設定されている。

周波数検出器２ａ〜２ｇは、夫々図２に示すようなロックインアンプ１０により構成され、周波数検出信号Ｆａ〜Ｆｇを出力する。ロックインアンプ１０は、入力信号ＩＮ_ｋに検出対象の周波数ｆ_ＤＰで位相が９０°異なる２種類の正弦波（ｓｉｎ（２πｆ_ＤＰｋ／ｆ_Ｓ）、ｃｏｓ（２πｆ_ＤＰｋ／ｆ_Ｓ））を乗じ、各々を所定の時定数τで平均化し、その結果を自乗した後に足し合わせて検出信号ＯＵＴ_ｋとするように構成されている。なお、ｆ_Ｓはサンプリング周波数である。

ロックインアンプ１０による演算方法は、入力信号ＩＮ_ｋに９０°位相が異なる正弦波（ｓｉｎ（２πｆ_ＤＰｋ／ｆ_Ｓ）、ｃｏｓ（２πｆ_ＤＰｋ／ｆ_Ｓ））を乗じる点で、離散フーリエ変換の定義と合致している。但し、乗算結果を時間窓で平均化する代わりに、時定数τによる平均化を用いている。このような演算方法では、検出対象の周波数に関係する演算しか行わないので効率がよい。ここで、時定数τによる平均化の処理は、その入力と出力を夫々ｘ_ｋ，ｙ_ｋとすると次式（１）になる。

ちなみに、時定数τを大きくすれば、離散フーリエ変換において演算窓長を大きくしたことに相当するので、検出対象の周波数の検出精度が高くなり雑音が抑制されるが、検出対象のレベルが急に変化すると追従し難くなる。本実施の形態では、時定数τを５０ｍｓにした。

時間パターン生成器３は、前記したＩＳＯ８２０１：１９８７による時間パターンを有する緊急避難信号音を電気信号で生成した時間パターン信号Ｔを出力する。

７個の相関器４ａ〜４ｇは、夫々周波数検出器２ａ〜２ｇの出力信号である周波数検出信号Ｆａ〜Ｆｇと、時間パターン生成器３の出力信号である時間パターン信号Ｔを入力し、周波数検出信号Ｆａ〜Ｆｇと時間パターン信号Ｔの相関演算を行って相互相関関数を算出し、相関信号Ｉａ〜Ｉｇを出力する。

即ち、相関器４ａ〜４ｇは、周波数検出信号Ｆａ〜Ｆｇと時間パターン信号Ｔとのサンプル毎の乗算結果の和を時間差の関数として算出し、相関信号Ｉａ〜Ｉｇとして出力する。例えば、周波数検出器２ｄに警報音と一致する周波数１０００Ｈｚで、且つ警報音の時間パターン信号Ｔとある（所定の）時間差において一致する時間パターンの音が入力されると、相関器４ｄが相関信号として優位な高レベルのピーク値を有する信号を出力する。

最大信号選択器５は、相関器４ａ〜４ｇが出力する相関信号Ｉａ〜Ｉｇのうちで、最もレベルの高いピーク値を有する信号を選択し、最大相関信号Ｉ_ｍａｘとして出力する。レベル判定器６は、最大信号選択器５が出力する最大相関信号Ｉ_ｍａｘが所定のレベルを超えた時にだけ、警報音検出信号Ｅを出力する。警報音報知器７は、レベル判定器６が警報音検出信号Ｅを出力した場合に、検出対象音が警報音であることを示す刺激（例えば、光、振動など）を発する。

以上のように構成した本発明に係る警報音自動検知装置の第１実施の形態の動作及び本発明に係る警報音自動検知方法について、図３に示すフローチャートにより説明する。

先ず、ステップＳＰ１（周波数検出工程）において、マイクロホン１が検出対象音を捉えてマイクロホン信号Ｄに変換すると、マイクロホン信号Ｄが全ての周波数検出器２ａ〜２ｇに入力される。すると、各周波数検出器２ａ〜２ｇが検出対象音を形成する周波数に周波数検出器２ａ〜２ｇに設定されている周波数（１０００Ｈｚなど）が含まれるかを検出し、周波数検出信号Ｆａ〜Ｆｇを出力する。

次いで、ステップＳＰ２（音パターン検出工程）において、相関器４ａ〜４ｇが、各周波数検出器２ａ〜２ｇの出力信号である周波数検出信号Ｆａ〜Ｆｇと、時間パターン生成器３の出力信号である時間パターン信号Ｔを入力して、周波数検出信号Ｆａ〜Ｆｇと時間パターン信号Ｔの相関演算により相互相関関数を算出し、相関信号Ｉａ〜Ｉｇを出力する。

次いで、ステップＳＰ３（警報音判定工程）において、最大信号選択器５が、相関器４ａ〜４ｇが出力する相関信号Ｉａ〜Ｉｇのうちで、最もレベルの高いピーク値を有する信号を選択し、最大相関信号Ｉ_ｍａｘとして出力する。そして、最大相関信号Ｉ_ｍａｘが所定のレベルを超えている場合には、レベル判定器６が警報音検出信号Ｅを出力する。

次いで、ステップＳＰ４（警報音報知工程）において、レベル判定器６が警報音検出信号Ｅを出力した場合には、検出対象音が警報音であることを示す刺激（例えば、光、振動など）を警報音報知器７が発して聴覚障害者に知らせる。

このように、検出対象音の周波数が周波数検出器２ａ〜２ｇに設定されている何れかの周波数と一致し、且つ検出対象音のその一致した周波数の時間パターンが警報音の時間パターンと一致する場合にのみ、検出対象音が警報音であると認定する。従って、他の音に起因する誤動作が極めて少なく、警報音自体の周波数にばらつきがあっても、また緊急車両の走行に伴うドップラー効果によって検出対象音の周波数に変化が生じても、サイレン音などの警報音を確実に検出することができる。

次に、本発明に係る警報音自動検知装置の第２実施の形態は、図４に示すように、検出対象音を電気信号に変換するマイクロホン１１、１４個のロックインアンプ１２ａ〜１２ｇ，１３ａ〜１３ｇ、２個の時間パターン生成器１４，１５、１４個の相関器１６ａ〜１６ｇ，１７ａ〜１７ｇ、最大乗算結果選択器１８、レベル判定器１９及び警報音報知器２０からなる。

第２の実施の形態では、道路運送車両の保安基準により決められている高音が周波数９６０Ｈｚ、低音が周波数７７０Ｈｚの救急車のサイレン音（ピーポー音）を検出するように構成されている。但し、救急車のサイレン音は救急車の走行によるドップラー効果により周波数が変化する。例えば、相対速度４０ｋｍ／ｈで救急車がサイレン音を発しながら接近している場合に、サイレン音を検出する側ではサイレン音の周波数は約３．４％高くなる。

１４個のロックインアンプ１２ａ〜１２ｇ，１３ａ〜１３ｇは、マイクロホン１により変換された電気信号（マイクロホン信号Ｄ１）の周波数のうち所定の周波数を検出するもので、図２に示すロックインアンプ１０と同様である。７個のロックインアンプ１２ａ〜１２ｇには、ピーポー音の高音に相当する周波数９６０Ｈｚを中心にして、周波数９６０Ｈｚの−３％から＋３％の範囲に１％の刻みで検出する周波数が設定されている。また、７個のロックインアンプ１３ａ〜１３ｇには、ピーポー音の低音に相当する周波数７７０Ｈｚを中心にして、周波数７７０Ｈｚの−３％から＋３％の範囲に１％の刻みで検出する周波数が設定されている。

即ち、ロックインアンプ１２ａには９８８．８Ｈｚ、ロックインアンプ１２ｂには９７９．２Ｈｚ、ロックインアンプ１２ｃには９６９．６Ｈｚ、ロックインアンプ１２ｄには９６０Ｈｚ、ロックインアンプ１２ｅには９５０．４Ｈｚ、ロックインアンプ１２ｆには９４０．８Ｈｚ、ロックインアンプ１２ｇには９３１．２Ｈｚが検出対象の周波数として設定されている。

また、ロックインアンプ１３ａには７９３．１Ｈｚ、ロックインアンプ１３ｂには７８５．４Ｈｚ、ロックインアンプ１３ｃには７７７．７Ｈｚ、ロックインアンプ１３ｄには７７０Ｈｚ、ロックインアンプ１３ｅには７６２．３Ｈｚ、ロックインアンプ１３ｆには７５４．６Ｈｚ、ロックインアンプ１３ｇには７４６．９Ｈｚが検出対象の周波数として設定されている。

時間パターン生成器１４は、１．３秒周期でオンオフを繰り返す時間パターン信号Ｔ１を出力し、時間パターン生成器１５も、１．３秒周期でオンオフを繰り返す時間パターン信号Ｔ２を出力する。但し、時間パターン信号Ｔ１と時間パターン信号Ｔ２では、位相が１８０°ずれており、オンオフ状態が互いに逆になっている。

７個の相関器１６ａ〜１６ｇは、ロックインアンプ１２ａ〜１２ｇの出力信号である周波数検出信号Ｆ１ａ〜Ｆ１ｇと、時間パターン生成器１４の出力信号である時間パターン信号Ｔ１を入力し、周波数検出信号Ｆ１ａ〜Ｆ１ｇと時間パターン信号Ｔ１の相関演算を行って相互相関関数を算出し、相関信号Ｉ１ａ〜Ｉ１ｇを出力する。

また、７個の相関器１７ａ〜１７ｇは、ロックインアンプ１３ａ〜１３ｇの出力信号である周波数検出信号Ｆ２ａ〜Ｆ２ｇと、時間パターン生成器１５の出力信号である時間パターン信号Ｔ２を入力し、周波数検出信号Ｆ２ａ〜Ｆ２ｇと時間パターン信号Ｔ２の相関演算を行って相互相関関数を算出し、相関信号Ｉ２ａ〜Ｉ２ｇを出力する。

即ち、相関器１６ａ〜１６ｇは、周波数検出信号Ｆ１ａ〜Ｆ１ｇと時間パターン信号Ｔ１とのサンプル毎の乗算結果の和を時間差の関数として算出し、相関信号Ｉ１ａ〜Ｉ１ｇとして出力する。同様に、相関器１７ａ〜１７ｇは、周波数検出信号Ｆ２ａ〜Ｆ２ｇと時間パターン信号Ｔ２とのサンプル毎の乗算結果の和を時間差の関数として算出し、相関信号Ｉ２ａ〜Ｉ２ｇとして出力する。

例えば、ロックインアンプ１２ｄにサイレン音と一致する周波数９６０Ｈｚで、且つサイレン音の時間パターン信号Ｔ１とある時間差において一致する時間パターンの音が入力されると、相関器１６ｄが相関信号Ｉ１ｄとして優位な高レベルのピーク値を有する信号を出力する。

最大乗算結果選択器１８は、７つの相関信号Ｉ１ａ〜Ｉ１ｇと７つの相関信号Ｉ２ａ〜Ｉ２ｇとの全ての組み合わせ（４９通り）の乗算を行い、その結果のうち最大のピーク値を有するものを選択し、最大乗算結果信号Ｍ_ｍａｘを出力する。レベル判定器１９は、最大乗算結果選択器１８が出力する最大乗算結果信号Ｍ_ｍａｘが所定のレベルを超えた時にだけ、警報音検出信号Ｅ１を出力する。警報音報知器２０は、レベル判定器１９が警報音検出信号Ｅ１を出力した場合に、検出対象音がサイレン音であることを示す刺激（例えば、光、振動など）を発する。

以上のように構成した、高音が周波数９６０Ｈｚで低音が周波数７７０Ｈｚの救急車のサイレン音（ピーポー音）を検出対象とする本発明に係る警報音自動検知装置の第２実施の形態の動作及び本発明に係る警報音自動検知方法について、図５に示すフローチャートにより説明する。

先ず、ステップＳＰ１１（周波数検出工程）において、マイクロホン１１が検出対象音を捉えてマイクロホン信号Ｄ１に変換すると、マイクロホン信号Ｄ１が全てのロックインアンプ１２ａ〜１２ｇ，１３ａ〜１３ｇに入力される。すると、ロックインアンプ１２ａ〜１２ｇでは、検出対象音を形成する周波数にロックインアンプ１２ａ〜１２ｇに設定されている高音の周波数（９６０Ｈｚなど）が含まれるかを検出し、周波数検出信号Ｆ１ａ〜Ｆ１ｇを出力する。

また、ロックインアンプ１３ａ〜１３ｇでは、検出対象音を形成する周波数にロックインアンプ１３ａ〜１３ｇに設定されている低音の周波数（７７０Ｈｚなど）が含まれるかを検出し、周波数検出信号Ｆ２ａ〜Ｆ２ｇを出力する。

次いで、ステップＳＰ１２（音パターン検出工程）において、相関器１６ａ〜１６ｇが、ロックインアンプ１２ａ〜１２ｇの出力信号である周波数検出信号Ｆ１ａ〜Ｆ１ｇと、時間パターン生成器１４の出力信号である時間パターン信号Ｔ１を入力して、周波数検出信号Ｆ１ａ〜Ｆ１ｇと時間パターン信号Ｔ１の相関演算により相互相関関数を算出し、高音側の相関信号Ｉ１ａ〜Ｉ１ｇを出力する。

また、相関器１７ａ〜１７ｇが、ロックインアンプ１３ａ〜１３ｇの出力信号である周波数検出信号Ｆ２ａ〜Ｆ２ｇと、時間パターン生成器１５の出力信号である時間パターン信号Ｔ２を入力して、周波数検出信号Ｆ２ａ〜Ｆ２ｇと時間パターン信号Ｔ２の相関演算により相互相関関数を算出し、低音側の相関信号Ｉ２ａ〜Ｉ２ｇを出力する。

次いで、ステップＳＰ１３（警報音判定工程）において、最大乗算結果選択器１８が、７つの高音側の相関信号Ｉ１ａ〜Ｉ１ｇと７つの低音側の相関信号Ｉ２ａ〜Ｉ２ｇとの全ての組み合わせ（４９通り）の乗算を行い、その結果のうちで最大のピーク値を有するものを選択し、最大乗算結果信号Ｍ_ｍａｘを出力する。そして、最大乗算結果信号Ｍ_ｍａｘが所定のレベルを超えている場合には、レベル判定器１９が警報音検出信号Ｅ１を出力する。

次いで、ステップＳＰ１４（警報音報知工程）において、レベル判定器１９が警報音検出信号Ｅ１を出力した場合には、検出対象音がサイレン音であることを示す刺激（例えば、光、振動など）を警報音報知器２０が発して聴覚障害者に知らせる。

このように、検出対象音の高音の周波数がロックインアンプ１２ａ〜１２ｇに設定されている何れかの周波数と一致し、且つ検出対象音の高音の一致した周波数の時間パターンがサイレン音の高音の時間パターンと一致し、更に検出対象音低音の周波数がロックインアンプ１３ａ〜１３ｇに設定されている何れかの周波数と一致し、且つ検出対象音の低音の一致した周波数の時間パターンが、サイレン音の低音の時間パターンと、高音と同じ時間差において一致する場合にのみ、検出対象音がサイレン音であると認定する。

従って、他の音に起因する誤動作が極めて少なく、サイレン音自体の周波数のばらつきがあっても、また救急車の走行に伴うドップラー効果によって検出対象音の周波数に変化が生じても、サイレン音を確実に検出することができる。

次に、第２実施の形態による実施結果について説明する。図６は救急車のサイレン音の周波数スペクトルを示し、同図（ａ）はサイレン音サンプルＡで、サイレン音に「救急車が通ります。進路を譲って下さい。」という女性のアナウンスが重なっている場合であり、同図（ｂ）はサイレン音サンプルＢで、女性のアナウンスは含まれないがサイレン音の録音状態がよくない場合である。いずれの場合も、７７０Ｈｚと９６０Ｈｚに相当するスペクトルのピークを確認することができる。

図７は救急車サイレン音サンプルＡの低音（中心周波数７７０Ｈｚ）に対するロックインアンプ処理の結果、即ち周波数検出信号Ｆ２ａ〜Ｆ２ｇを示し、図８は救急車サイレン音サンプルＡの高音（中心周波数９６０Ｈｚ）に対するロックインアンプ処理の結果、即ち周波数検出信号Ｆ１ａ〜Ｆ１ｇを示す。これらは、図２に示す検出信号ＯＵＴ_ｋの平方根に対応している。なお、ロックインアンプ１２ａ〜１２ｇ及びロックインアンプ１３ａ〜１３ｇの時定数τは、５０ｍｓに設定されている。

図７に示す低音（７７０Ｈｚ）については、周波数７７０Ｈｚの−２％に相当する７５４．６Ｈｚに対して顕著な検出信号が得られた。図８に示す高音（９６０Ｈｚ）については、周波数９６０Ｈｚの−１％に相当する９５０．４Ｈｚの出力が最大であった。また、検出信号の波形から高音と低音が交互に検出されていることが分かる。そして、救急車サイレン音サンプルＡにはアナウンス音が重なっているにも拘らず、安定した波形の検出信号が得られた。

救急車サイレン音サンプルＢについては、不図示であるが、低音（７７０Ｈｚ）と高音（９６０Ｈｚ）に対して夫々−２％の周波数と＋１％の周波数で出力が最大の検出信号が得られた。

周波数の偏差がドップラー効果によるものであれば、低音と高音が同じ比率でずれるものと考えられるが、サイレン音そのものの周波数精度が余りよくないためか、この結果は必ずしもそうではなかった。いずれにしても、低音（７７０Ｈｚ）と高音（９６０Ｈｚ）の周波数の±３％の範囲において１％間隔でロックインアンプ処理を行い、そのうちの最大の検出信号を１．３秒周期でオンオフを繰り返す規定の時間パターン信号Ｔ２と比較することにより、大方のサイレン音を検出できると考えられる。

なお、上述したように、ロックインアンプ１２ａ〜１２ｇ，１３ａ〜１３ｇの演算の性質は、離散フーリエ変換と酷似しているため、高速フーリエ変換等によっても同様の結果を得ることができると考えられる。例えば、周波数１０Ｈｚ刻みのフーリエ変換結果を得るには、分析窓長を１００ｍｓにすればよい。

図９は救急車サイレン音サンプルＡに対する第２実施の形態による実施結果であり、図１０はサイレン音が含まれない音声信号Ａ（「次は２行目に書いてください」というアナウンス）に対する第２実施の形態による実施結果である。

夫々、最上段が原信号、２段目が低音（７７０Ｈｚ）のロックインアンプ出力（「最大乗算結果信号」をもたらす周波数のもの）、３段目が高音（９６０Ｈｚ）のロックインアンプ出力（「最大乗算結果信号」をもたらす周波数のもの）、４段目が時間パターンと低音（７７０Ｈｚ）のロックインアンプ出力との相関信号、５段目が時間パターンと高音（９６０Ｈｚ）のロックインアンプ出力との相関信号、最下段は最大乗算結果信号である。

救急車サイレン音サンプルＡに対しては、顕著な最大乗算結果信号が得られているが、サイレン音が含まれない音声信号Ａには殆ど乗算結果信号が得られていない。最大乗算結果信号の最大ピーク値をおおよそ０〜１の値を取るように正規化した値（以下、「サイレン音インデックス値」という）は、救急車サイレン音サンプルＡが０．９６、音声信号Ａが０．０１３であり、明らかな差がみられた。従って、第２実施の形態によればサイレン音を精度よく検出することができると考えられる。

表１に種々の音サンプルに対して、第２実施の形態により得られたサイレン音インデックス値を示す。救急車サイレン音サンプルＡが０．９６、救急車サイレン音サンプルＢが０．３５、救急車サイレン音サンプルＣが０．２０の値が得られた。救急車サイレン音サンプルＢは録音状態が悪いためか救急車サイレン音サンプルＡより低値であった。救急車サイレン音サンプルＣは、接近して遠ざかる救急車で、最も接近したレベルの高い部分では救急車のエンジン音もかなり強く録音されていて、救急車サイレン音サンプルＡよりは低値であるがこちらの方が現実的ともいえる。

一方、救急車サイレン音以外の音のインデックス値は、殆どが０．０１以下であった。パトカーのサイレン音Ｂ、音声信号Ｂ及び２種の音楽信号Ａ，Ｂにつては、０．０１を超えていたが０．０５以下であった。理想信号とは、周波数７７０Ｈｚと周波数９６０Ｈｚの純音を連結して作成した人工的サイレン音で、これは高インデックス値（本発明では、このインデックス値が１に近くなるように正規化してある）であった。このような結果から、救急車のサイレン音とそれ以外の音では、インデックス値に大きな差があるため、本発明によりサイレン音を安定的に検知することができると考える。

実際の車両運行時には、サイレン音に道路交通騒音等が混入する。そのような状況を模擬するために、救急車サイレン音と他の騒音を混合した場合のインデックス値を算出した。救急車サイレン音サンプルＡにピンクノイズを、Ｓ／Ｎ比＝０ｄＢ、−１０ｄＢ、−２０ｄＢで混合した信号のインデックス値は、０．５６、０．０９８、０．００８３となった。

Ｓ／Ｎ比＝０ｄＢとＳ／Ｎ比＝−１０ｄＢでは、サイレン音以外の音よりも高い値が得られた。Ｓ／Ｎ比＝−２０ｄＢでは、比較的高値のパトカーのサイレン音Ｂ、音声信号Ｂ、音楽信号Ａ，Ｂよりは低かった。Ｓ／Ｎ比＝−２０ｄＢの場合は、聴力正常者であっても、よほど注意していなければサイレン音に気付かない程度のかすかな音であった。

次に、表１に示すように、救急車サイレン音の中でも走行音の影響でインデックス値の低い救急車サイレン音サンプルＣに、現実的に混入する可能性の高い乗用車の走行音を、Ｓ／Ｎ比＝５ｄＢ〜−２５ｄＢについて５ｄＢ刻みで混入させて調べた。これも、Ｓ／Ｎ比が悪化するのに伴ってインデックス値が低下するが、Ｓ／Ｎ比＝−１０ｄＢまでは０．０５以上、Ｓ／Ｎ比＝−２０ｄＢまでは０．０１以上であった。

以上から、例えばサイレン音インデックス値が０．０５以上の時にサイレン音ありと判定するように設定して運用すれば、通常のレベルの救急車サイレン音を安定的に検知することができる。また、サイレン音インデックス値が０．０１以上の時にサイレン音ありと判定すれば、周囲騒音レベルがかなり高くても検知できると考えられるが、救急車以外でもサイレン音インデックス値が０．０１を超える場合があることから誤検出の虞がある。

救急車サイレン音の高音と低音を含む周波数帯域以外を遮断するフィルタを併用すれば、サイレン音の検出感度が向上すると考えられるが、サイレン音以外の音に対してもその周波数が強調されることになるため誤検出の虞も増加すると考えられる。

本発明によれば、他の音に起因する誤動作が極めて少なく、サイレン音などの警報音の周波数のばらつきや、緊急車両の走行に伴うドップラー効果による周波数の変化が生じてもサイレン音などの警報音を確実に検出することができる。
また、本発明は、聴覚障害者に緊急車両の接近を視覚的に知らせる車載型の機器、聴覚障害者が身体に装着し警報音を振動等で認知するための機器、警報音や報知音が鳴っていることをフラッシュライト等で知らせる家庭用機器、サイレンや警報音を聴覚障害者にとって聞き取り易い音に替えて聞かせる補聴器等に利用が可能である。

本発明に係る警報音自動検知装置の第１実施の形態の構成図 ロックインアンプの構成図 第１実施の形態による警報音自動検知のフローチャート 第２実施の形態の構成図 第２実施の形態による警報音自動検知のフローチャート 救急車のサイレン音の周波数スペクトルで、（ａ）はサイレン音サンプルＡの周波数スペクトル、（ｂ）はサイレン音サンプルＢの周波数スペクトル サイレン音サンプルＡ（低音）に対するロックインアンプの検出信号 サイレン音サンプルＡ（高音）に対するロックインアンプの検出信号 サイレン音サンプルＡの検出結果 音声信号Ａの検出結果

符号の説明

１，１１…マイクロホン、２ａ〜２ｇ…周波数検出器、３，１４，１５…時間パターン生成器、４ａ〜４ｇ，１６ａ〜１６ｇ，１７ａ〜１７ｇ…相関器、５…最大信号選択器、６，１９…レベル判定器、７，２０…警報音報知器、１０，１２ａ〜１２ｇ，１３ａ〜１３ｇ…ロックインアンプ、１８…最大乗算結果選択器。

Claims (10)

1. サイレン音などの警報音の自動検知方法であって、検出対象音に警報音の周波数や警報音の周波数近傍の周波数が存在する場合に、それらの周波数を検出する周波数検出工程と、この周波数検出工程で検出した各周波数についての音の断続パターン又は音量変化パターンを検出する音パターン検出工程と、この音パターン検出工程で検出した音の断続パターン又は音量変化パターンの組み合わせの何れかが、警報音の音の断続パターン又は音量変化パターンに合致しているか否かを判定する警報音判定工程と、この警報音判定工程で検出対象音が警報音であると判定された場合に、検出対象音が警報音であることを示す情報を発する警報音報知工程からなり、検出対象音の周波数が前記周波数検出工程に設定されている何れかの周波数と一致し、且つ検出対象音のその一致した周波数の時間パターンが警報音の時間パターンと一致する場合にのみ、検出対象音が警報音であると認定することを特徴とする警報音自動検知方法。
2. ２音以上の組み合わせにより構成される警報音の自動検知方法であって、検出対象音に警報音を構成する各音の周波数や警報音を構成する各音の周波数近傍の周波数が存在する場合に、それらの周波数を検出する周波数検出工程と、この周波数検出工程で検出した各周波数についての音の断続パターン又は音量変化パターンを検出する音パターン検出工程と、この音パターン検出工程で検出した音の断続パターン又は音量変化パターンの組み合わせの何れかが、警報音を構成する各音の音の断続パターン又は音量変化パターンに合致しているか否かを判定する警報音判定工程と、この警報音判定工程で検出対象音が警報音であると判定された場合に、検出対象音が警報音であることを示す情報を発する警報音報知工程からなり、検出対象音の周波数が前記周波数検出工程に設定されている何れかの周波数と一致し、且つ検出対象音のその一致した周波数の時間パターンが警報音の時間パターンと一致する場合にのみ、検出対象音が警報音であると認定することを特徴とする警報音自動検知方法。
3. 前記周波数検出工程では、ロックインアンプ又は離散フーリエ変換により周波数検出が行われる請求項１又は２記載の警報音自動検知方法。
4. 前記音パターン検出工程では、音の断続パターン検出又は音量変化パターン検出が相互相関関数の算出により行われる請求項１又は２記載の警報音自動検知方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかの請求項に記載の警報音自動検知方法を用いたことを特徴とする補聴器。
6. サイレン音などの警報音の自動検知装置であって、検出対象音に警報音の周波数や警報音の周波数近傍の周波数が存在する場合に、それらの周波数を検出する周波数検出手段と、この周波数検出手段が検出した各周波数についての音の断続パターンを検出する音の断続パターン検出手段又は各周波数についての音量変化パターンを検出する音量変化パターン検出手段と、この音の断続パターン検出手段が検出した音の断続パターン又は前記音量変化パターン検出手段が検出した音量変化パターンの組み合わせの何れかが、警報音の音の断続パターン又は音量変化パターンに合致しているか否かを判定する警報音判定手段と、この警報音判定手段が検出対象音を警報音であると判定した場合に、検出対象音が警報音であることを示す情報を発する警報音報知手段を備え、検出対象音の周波数が前記周波数検出手段に設定されている何れかの周波数と一致し、且つ検出対象音のその一致した周波数の時間パターンが警報音の時間パターンと一致する場合にのみ、検出対象音が警報音であると認定することを特徴とする警報音自動検知装置。
7. ２音以上の組み合わせにより構成される警報音の自動検知装置であって、検出対象音に警報音を構成する各音の周波数や警報音を構成する各音の周波数近傍の周波数が存在する場合に、それらの周波数を検出する周波数検出手段と、この周波数検出手段が検出した各周波数についての音の断続パターンを検出する音の断続パターン検出手段又は各周波数についての音量変化パターンを検出する音量変化パターン検出手段と、前記音の断続パターン検出手段が検出した音の断続パターン又は前記音量変化パターン検出手段が検出した音量変化パターンの組み合わせの何れかが、警報音を構成する各音の音の断続パターン又は音量変化パターンに合致しているか否かを判定する警報音判定手段と、この警報音判定手段が検出対象音を警報音であると判定した場合に、検出対象音が警報音であることを示す情報を発する警報音報知手段を備え、検出対象音の周波数が前記周波数検出手段に設定されている何れかの周波数と一致し、且つ検出対象音のその一致した周波数の時間パターンが警報音の時間パターンと一致する場合にのみ、検出対象音が警報音であると認定することを特徴とする警報音自動検知装置。
8. 前記周波数検出手段が、ロックインアンプ手段又は離散フーリエ変換手段により構成される請求項６又は７記載の警報音自動検知装置。
9. 前記音の断続パターン検出手段又は前記音量変化パターン検出手段が、相互相関関数算出手段により構成される請求項６又は７記載の警報音自動検知装置。
10. 請求項６乃至請求項９のいずれかの請求項に記載の警報音自動検知装置を組み込んだことを特徴とする補聴器。