JP4281568B2 - 通話装置 - Google Patents
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特に本発明は、マイクロフォンの近傍に配置されたスピーカからのノイズの影響を効果的に排除し、A/D変換器のビット数を低減でき、信号処理手段、たとえば、エコーキャンセル処理の負担を軽減できる通話装置に関する。
しかしながら、遠隔会議方式としては、テレビ会議システムのような複雑な装置を用いず、音声だけで行うことでも十分な場合が多い。たとえば、同じ社内の本社と遠隔地の営業所との間で複数の会議参加者同士が会議を行うような場合は、顔見知りでもあり、互いに肉声を理解しているから、テレビ会議システムによる映像なしでも十分会議を行うことができる。
また、テレビ会議システムを導入すると、テレビ会議システム自体を導入する投資額の大きさと、操作の複雑さと、撮像画像を伝送するために通信負担が大きいという不利益がある。
特に本発明は、マイクロフォンの近傍に配置されたスピーカからのノイズの影響を排除し、A/D変換器のビット数を低減でき、信号処理手段、たとえば、エコーキャンセル処理の負担を軽減できる、通話装置を提供することにある。
さらに通話装置内のエコーキャンセル処理を行う信号処理手段などの負担が軽減する。
図1(A)〜(C)は本発明の通話装置が適用される1例を示す構成図である。
図1(A)に図解したように、遠隔に位置する2つの会議室901、902にそれぞれ通話装置1A、1Bが設置されており、これらの通話装置1A、1Bが電話回線920で接続されている。
2つの会議室901、902において、通話装置1A、1Bがそれぞれテーブル911、912の上に置かれている。ただし、図1(B)においては、図解の簡略化のため、会議室901内の通話装置1Aについてのみ図解している。会議室902内の通話装置1Bも同様である。通話装置1A、1Bの外観斜視図を図2に示す。
通話装置1A、1Bの周囲にそれぞれ複数(本実施の形態においては6名)の会議参加者A1〜A6が位置している。ただし、図1(C)においては、図解の簡略化のため、会議室901内の通話装置1Aの周囲の会議参加者のみ図解している。他方の会議室902内の通話装置1Bの周囲に位置する会議参加者の配置も同様である。
通常、電話回線920を介しての会話は、一人の話者と一人の話者同士、すなわち、1対1で通話を行うが、通話装置は1つの電話回線920を用いて複数の会議参加者A1〜A6同士が通話できる。ただし、詳細は後述するが、音声の混雑を回避するため、同時刻(同じ時間帯)の話者は、相互に一人に限定する。
本発明の通話装置は音声(通話)を対象としているから、電話回線920を介して音声を伝送するだけである。換言すれば、テレビ会議システムのような多量の画像データは伝送しない。さらに、本発明の通話装置は会議参加者の通話を圧縮して伝送しているので電話回線920の伝送負担は軽い。
図2〜図4を参照して本発明の1実施の形態としての通話装置の構成について述べる。
図2は本発明の1実施の形態としての通話装置の斜視図である。
図3は図2に図解した通話装置の断面図である。
図4は図1に図解した通話装置のマイクロフォン・電子回路収容部の平面図であり、図3の線X−X−Yにおける平面図である。
図3に図解したように、スピーカ収容部14は、音反射面14aと、底面14bと、上部音出力開口部14cとを有する。音反射面14aと底面14bで包囲された空間である内腔14dに受話再生スピーカ16が収容されている。スピーカ収容部14の上部に音反射板12が位置し、スピーカ収容部14と音反射板12とが連結部材13によって連結されている。
相手会議室の話者が話した音声は、受話再生スピーカ16を介して上部音出力開口部14cから抜け、音反射板12の音反射面12aとスピーカ収容部14の音反射面14aとで規定される空間に沿って軸C−Cを中心として360度の全方位に拡散する。
音反射板12の音反射面12aの断面は図解したように、ゆるやかなラッパ型の弧を描いている。音反射面12aの断面は軸C−Cを中心として360度にわたり(全方位)、図解した断面形状をしている。
同様にスピーカ収容部14の音反射面14aの断面も図解したように、ゆるやかな凸面を描いている。音反射面14aの断面も軸C−Cを中心として360度にわたり(全方位)、図解した断面形状をしている。
受話再生スピーカ16から出力された音Sの拡散状態を矢印で図示した。
プリント基板21には、図4に平面を図解したように、マイクロフォン・電子回路収容部2のマイクロフォンMC1〜MC6、発光ダイオードLED1〜6、マイクロプロセッサ23、コーデック(CODEC)24、第1のディジタルシグナルプロセッサ(DSP1)DSP25、第2のディジタルシグナルプロセッサ(DSP2)DSP26、A/D変換器ブロック27、D/A変換器ブロック28、増幅器ブロック29などの各種電子回路が搭載されており、音反射板12はマイクロフォン・電子回路収容部2を支持する部材としても機能している。
図4に図解したように、プリント基板21の中心軸Cから等角度で放射状にかつ等間隔(本実施の形態では60度間隔で)で6本のマイクロフォンMC1〜MC6が位置している。各マイクロフォンは単一指向性を持つマイクロフォンである。その特性については後述する。
各マイクロフォンMC1〜MC6は、共に柔軟性または弾力性のある第1のマイク支持部材22aと第2のマイク支持部材22bとで、揺動自在に支持されており(図解を簡単にするため、マイクロフォンMC1の部分の第1のマイク支持部材22aと第2のマイク支持部材22bとについてのみ図解している)、上述した緩衝材を用いたダンパー18による受話再生スピーカ16からの振動の影響を受けない対策に加えて、柔軟性または弾力性のある第1のマイク支持部材22aと第2のマイク支持部材22bとで受話再生スピーカ16からの振動で振動するプリント基板21の振動を吸収して受話再生スピーカ16の振動の影響を受けないようにして、受話再生スピーカ16の騒音を回避している。
会議参加者A1〜A6は、通常、図1(C)に例示したように、通話装置1の周囲360度方向に、60度間隔で配設されているマイクロフォンMC1〜MC6の近傍にほぼ等間隔で位置している。
後述する話者を決定したことを通報する手段(マイクロフォン選択結果表示手段30)として発光ダイオードLED1〜6がマイクロフォンMC1〜MC6の近傍に配置されている。
発光ダイオードLED1〜6は上部カバー11を装着した状態でも、全ての会議参加者A1〜A6から視認可能に設けられている。したがって、上部カバー11は発光ダイオードLED1〜6の発光状態が視認可能なように透明窓が設けられている。もちろん、上部カバー11に発光ダイオードLED1〜6の部分に開口が設けられていてもよいが、マイクロフォン・電子回路収容部2への防塵の観点からは透光窓が好ましい。
本実施の形態においては、DSP25を各種電子回路27〜29とともにフィルタ処理、マイクロフォン選択処理などの処理を行う信号処理手段として用い、DSP26をエコーキャンセラーとして用いている。
マイクロプロセッサ23はマイクロフォン・電子回路収容部2の全体制御処理を行う。 コーデック24は相手方会議室に送信する音声を圧縮符号化する。
DSP25が下記に述べる各種の信号処理、たとえば、フィルタ処理、マイクロフォン選択処理などを行う。
DSP26はエコーキャンセラーとして機能する。
図5においては、A/D変換器ブロック27の1例として、4個のA/D変換器271〜274を例示し、D/A変換器ブロック28の1例として、2個のD/A変換器281〜282を例示し、増幅器ブロック29の1例として、2個の増幅器291〜292を例示している。
その他、マイクロフォン・電子回路収容部2としては電源回路など各種の回路がプリント基板21に搭載されている。
なお、A/D変換器271〜274は可変利得型増幅機能付きのA/D変換器271〜274として構成することもできる。
A/D変換器271〜274で変換したマイクロフォンMC1〜MC6の集音信号はDSP25に入力されて、後述する各種の信号処理が行われる。
DSP25の処理結果の1つとして、マイクロフォンMC1〜MC6のうちの1つを選択した結果が、マイクロフォン選択結果表示手段30の1例である発光ダイオードLED1〜6に出力される。
DSP26の処理結果が、D/A変換器281〜282でアナログ信号に変換される。D/A変換器281からの出力が、必要に応じて、コーデック24で符号化されて、増幅器291を介して電話回線920(図1(A))のラインアウトに出力され、相手方会議室に設置された通話装置1の受話再生スピーカ16を介して音として出力される。
相手方の会議室に設置された通話装置1からの音声が電話回線920(図1(A))のラインインを介して入力され、A/D変換器274においてディジタル信号に変換されて、DSP26に入力されてエコーキャンセル処理に使用される。また、相手方の会議室に設置された通話装置1からの音声は図示しない経路でスピーカ16に印加されて音として出力される。
D/A変換器282からの出力が増幅器292を介してこの通話装置1の受話再生スピーカ16から音として出力される。すなわち、会議参加者A1〜A6は、上述した受話再生スピーカ16から相手会議室の選択された話者の音声に加えて、その会議室のいる発言者が発した音声をも受話再生スピーカ16を介して聞くことが出来る。
図6は各マイクロフォンMC1〜MC6の特性を示すグラフである。
各単一指向特性マイクフォンは発言者からマイクロフォンへの音声の到達角度により図6に図解のように周波数特性、レベル特性が変化する。複数の曲線は、集音信号の周波数が、100Hz、150Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、700Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz、3000Hz、4000Hz、5000Hz、7000Hzの時の指向性を示している。ただし、図解を簡単にするため、図6は代表的に、150Hz、500Hz、1500Hz、3000Hz、7000Hzについての指向性を図解している。
図6の指向性を持つマイクロフォンを用いた場合、マイクロフォンの正面に強い指向性を示す。本実施の形態においては、このような特性を活用して、DSP25においてマイクロフォンの選定処理を行う。
さらに、マイクロフォンの指向性を得る方法として、複数の無指向性マイクロフォンを使用したマイクアレイを用いることもできるが、このような方法では、複数の信号の時間軸(位相)の一致のため複雑な処理を要するため、時間がかかり応答性が低いし、装置構成を複雑になる。すなわち、DSPの信号処理系にも複雑な信号処理を必要とする。本発明は図6に例示した指向性のあるマイクロフォンを用いてそのような問題を解決している。
マイクアレイ信号を合成して指向性収音マイクロフォンとして利用するためには外形形状が通過周波数特性によって規制され外形形状が大きくなるという不利益がある。本発明はこの問題も解決している。
上述した構成の通話装置は下記の利点を示す。
(1)等角度で放射状かつ等間隔に配設された偶数個のマイクロフォンMC1〜MC6と受話再生スピーカ16との位置関係が一定であり、さらにその距離が非常に近いことで受話再生スピーカ16から出た音が会議室(部屋)環境を経てマイクロフォンMC1〜MC6に戻ってくるレベルより直接戻ってくるレベルが圧倒的に大きく支配的である。そのために、スピーカ16からマイクロフォンMC1〜MC6に音が到達する特性(信号レベル(強度)、周波数特性(f特)、位相)がいつも同じである。つまり、本発明の実施の形態における双方向通話装置1においてはいつも伝達関数が同じという利点がある。
(2)それ故、話者が異なった時に相手方会議室に送出するマイクロフォンの出力を切り替えた時の伝達関数の変化がなく、マイクロフォンを切り替える都度、マイクロフォン系の利得を調整をする必要がないという利点を有する。換言すれば、本双方向通話装置の製造時に一度調整をすると調整をやり直す必要がないという利点がある。
(3)上記と同じ理由で話者が異なった時にマイクロフォンを切り替えても、エコーキャンセラー(DSP26)が一つでよい。DSPは高価であり、種々の部材が搭載されて空きが少ないプリント基板21に複数のDSPを配置する必要がなく、プリント基板21におけるDSPの配置するスペースも少なくてよい。その結果、プリント基板21、ひいては、通話装置を小型にできる。
(4)上述したように、受話再生スピーカ16とマイクロフォンMC1〜MC6間の伝達関数が一定であるため、たとえば、±3dBもあるマイクロフォン自体の感度差調整を通話装置のマイクロフォンユニット単独で出来るという利点がある。感度差調整の詳細は後述する。
(5)通話装置1が搭載されるテーブルは、通常、円いテーブル(円卓)または多角テーブルを用いるが、通話装置1内の一つの受話再生スピーカ16で均等な品質の音声を軸Cを中心として360度全方位に均等に分散(拡散)するスピーカシステムが可能になった。
(6)受話再生スピーカ16から出た音は円卓のテーブル面を伝達して(バウンダリ効果)会議参加者まで有効に能率良く均等に上質な音が届き、会議室の天井方向に対しては対向側の音と位相がキャンセルされて小さな音になり、会議参加者に対して天井方向からの反射音が少なく、結果として参加者に明瞭な音が配給されるという利点がある。
(7)受話再生スピーカ16から出た音は等角度で放射状かつ等間隔に配設された全てのマイクロフォンMC1〜MC6に同時に同じ音量で届くので発言者の音声なのか受話音声なのかの判断が容易になる。その結果、マイクロフォン選択処理の誤判別が減る。その詳細は後述する。
(8)偶数個、たとえば、6本のマイクロフォンを等角度で放射状かつ等間隔で、対向する1対のマイクロフォンを一直線上に配置したことで方向検出の為のレベル比較が容易に出来る。
(9)ダンパー18、マイクロフォン支持部材22などにより、受話再生スピーカ16の音による振動が、マイクロフォンMC1〜MC6の集音に与える影響を低減することができる。
(10)図3に図解したように、構造的に、受話再生スピーカ16の音が直接、マイクロフォンMC1〜MC6には伝搬しない。したがって、この通話装置1においは受話再生スピーカ16からのノイズの影響が少ない。
図2〜図3を参照して述べた通話装置1は、下部に受話再生スピーカ16を配置させ、上部にマイクロフォンMC1〜MC6(および関連する電子回路)を配置させたが、受話再生スピーカ16とマイクロフォンMC1〜MC6(および関連する電子回路)の位置を、図8に図解したように、上下逆にすることもできる。このような場合でも上述した効果を奏する。
以下、主として第1のディジタルシグナルプロセッサ(DSP)25で行う処理内容について述べる。
図9はDSP25が行う処理の概要を図解した図である。以下、その概要を述べる。
初期動作として、好ましくは、通話装置1が設置される周囲のノイズの測定する。
通話装置1は種々の環境(会議室)で使用されうる。マイクロフォンの選択の正確さを期し、双方向通話装置1の性能を高めるために、本発明においては、初期段階において、双方向通話装置1が設置される周囲環境のノイズを測定し、そのノイズの影響をマイクロフォンで集音した信号から排除することを可能とする。
もちろん、通話装置1を同じ会議室で反復して使用するような場合、事前にノイズ測定が行われており、ノイズ状態が変化しないような場合にこの処理は割愛できる。
なお、ノイズ測定は通常状態においても行うことができる。
通話装置1を双方向会議に使用する場合、それぞれの会議室における議事運営を取りまとめる議長がいることが有益である。したがって、本発明の1態様としては、通話装置1を使用する初期段階において、通話装置1の操作部15から議長を設定する。議長の設定方法としては、たとえば、操作部15の近傍に位置する第1マイクロフォンMC1を議長用マイクロフォンとする。もちろん、議長用マイクロフォンを任意のものにすることもできる。
なお、通話装置1を反復して使用する議長が同じ場合はこの処理は割愛できる。あるいは、事前に議長が座る位置のマイクロフォンを決めておいてもよい。その場合はその都度、議長の選定動作は不要である。もちろん、議長の選定は初期状態に限らず、任意のタイミングで行うことができる。
初期動作として、好ましくは、受話再生スピーカ16とマイクロフォンMC1〜MC6との音響結合が等しくなるように、マイクロフォンMC1〜MC6の信号を増幅する増幅部の利得または減衰部の減衰値を自動的に調整する。
(3)マイクロフォン選択、切り替え処理
1つの会議室において同時に複数の会議参加者が通話すると、音声が入り交じり相手側会議室内の会議参加者A1〜A6にとって聞きにくい。そこで、本発明においては、原則として、ある時間帯には1人ずつ通話させる。そのため、DSP25においてマイクロフォンの選択・切り替え処理を行う。その結果、選択されたマイクロフォンからの通話のみが、電話回線920を介して相手方会議室の通話装置1に伝送されてスピーカから出力される。もちろん、図5を参照して述べたように、選択された話者のマイクロフォンの近傍のLEDが点灯し、さらに、その部屋の通話装置1のスピーカからも選択された話者の音声を聞くことができ、誰が許可された話者かを認識することができる。
この処理により、発言者に対向した単一指向性マイクの信号を選択し、送話信号として相手方にS/Nの良い信号を送ることを目的としている。
(4)選択したマイクロフォンの表示
話者のマイクロフォンが選択され、話すことが許可された会議参加者のマイクロフォンがどれであるかを、会議参加者A1〜A6全員に容易に認識できるように、マイクロフォン選択結果表示手段30、たとえば、発光ダイオードLED1〜6の該当するもの点灯させる。
(5)上述したマイクロフォン選択処理の背景技術として、または、マイクロフォン選択処理を正確に遂行するため下記に例示する各種の信号処理を行う。
(a)マイクロフォンの集音信号の帯域分離と、レベル変換処理
(b)発言の開始、終了の判定処理
発言者方向に対向したマイク信号の選択判定開始トリガとして使用するため。
(c)発言者方向マイクロフォンの検出処理
各マイクロフォンの集音信号を分析し、発言者の使用しているマイクロフォンを判定するため。
(d)発言者方向マイクロフォンの切り換えタイミング判定処理、および、検出された発言者に対向したマイク信号の選択切り替え処理
上述した処理結果から選択したマイクロフォンへ切り換えの指示をする。
(e)通常動作時のフロアノイズの測定
図10はマイクロフォンで集音した音信号を前処理として、DSP25で行うフィルタリング処理を示す構成図であり、1マイクロフォン(チャネル(1集音信号))分の処理について示す。
各マイクロフォンの集音信号は、たとえば、100Hzのカットオフ周波数を持つアナログ・ローカットフィルタ101で処理され、100Hz以下の周波数が除去されたフィルタ処理された音声信号がA/D変換器102に出力され、A/D変換器102でディジタル信号に変換された集音信号が、それぞれ7.5KHz、4KHz、1.5KHz、600Hz、250Hzのカットオフ周波数を持つ、ディジタル・ハイカットフィルタ103a〜103e(総称して103)で高周波成分が除去される(ハイカット処理)。ディジタル・ハイカットフィルタ103a〜103eの結果はさらに、減算器104a〜104d(総称して104)において隣接するディジタル・ハイカットフィルタ103a〜103eのフィルタ信号ごとの減算が行われる。
本発明の実施の形態において、ディジタル・ハイカットフィルタ103a〜103eおよび減算器104a〜104dは、実際はDSP25において処理している。A/D変換器102はA/D変換器ブロック27の1つとして実現できる。
マイクロフォン選択処理の開始のトリガの1つに発言の開始、終了の判定を行う。そのために使用する信号が、DSP25で行う図12に図解したバンドパス・フィルタ処理およびレベル変換処理によって得られる。図12はマイクロフォンMC1〜MC6で集音した6チャネル(CH)の入力信号処理中の1CHのみを示す。
DSP25内のバンドパス・フィルタ処理およびレベル変換処理部は、各チャネルのマイクロフォンの集音信号を、それぞれ100〜600Hz、200〜250Hz、250〜600Hz、600〜1500Hz、1500〜4000Hz、4000〜7500Hzの帯域通過特性を持つバンドパス・フィルタ201a〜201a(総称してバンドパス・フィルタ・ブロック201)と、元のマイクロフォン集音信号および上記帯域通過集音信号をレベル変換するレベル変換器202a〜202g(総称して、レベル変換ブロック202)を有する。
本実施の形態においては周波数特性がフラットな信号からハイカットフィルタを通した信号を引き算すれば残りはローカットフィルタを通した信号とほぼ同等になることを利用する。
(1)全体帯域通過フィルタ用として、入力信号を7.5KHzのハイカットフィルタを通す。このフィルタ出力信号は入力のアナログのローカット合わせにより [100Hz-7.5KHz] のバンドパス・フィルタ出力となる。
(1)バンドパス・フィルタ(BPF5=[4KHz〜7.5KHz])は、フィルタ出力[1]-[2]([100Hz〜7.5KHz] - [100Hz〜4KHz])の処理を実行すると上記信号出力[4KHz〜7.5KHz]となる。
(2)バンドパス・フィルタ(BPF4=[1.5KHz〜4KHz])は、フィルタ出力[2]-[3]([100Hz〜4KHz] - [100Hz〜1.5KHz])の処理を実行すると、上記信号出力[1.5KHz〜4KHz]となる。
(3)バンドパス・フィルタ(BPF3=[600Hz〜1.5KHz])は、フィルタ出力[3]-[4]([100Hz〜1.5KHz] - [100Hz〜600Hz])の処理を実行すると、上記信号出力[600Hz〜1.5KHz]となる。
(4)バンドパス・フィルタ(BPF2=[250Hz〜600Hz])は、フィルタ出力[4]-[5]([100Hz〜600Hz] - [100Hz〜250Hz]) の処理を実行すると上記信号出力[250Hz〜600Hz]となる。
(5)バンドパス・フィルタ(BPF1=[100Hz〜250Hz])は上記(5)で得られる信号をそのままで出力信号(5)とする。
(6)バンドパス・フィルタ(BPF6=[100Hz〜600Hz])は(4)で得られる信号をそのままで上記(4)の出力信号とする。
DSP25における以上の処理で、必要とされるバンドパス・フィルタ出力が得られる。
第1のディジタルシグナルプロセッサ(DSP1)25は、音圧レベル検出部から出力される値を元に、図19に図解したように、マイクロフォン集音信号レベルがフロアノイズより上昇し、発言開始レベルの閾値を越した場合発言開始と判定し、その後開始レベルの閾値よりも高いレベルが継続した場合発言中、発言終了の閾値よりレベルが下がった場合をフロアノイズと判定し、発言終了判定時間、たとえば、0.5秒間継続した場合発言終了と判定する。
発言の開始、終了判定は、図12に図解したマイク信号変換処理部202bで音圧レベル変換された100Hz〜600Hzのバンドパス・フィルタを通過した音圧レベルデータ(マイク信号レベル(1))が図14に例示した閾値レベル以上になった時から発言開始と判定する。
DSP25は、頻繁なマイクロフォン切り替えに伴う動作不良を回避するため、発言開始を検出してから、発言終了判定時間、たとえば、0.5秒間は次の発言開始を検出しないようにしている。
DSP25は、相互通話システムにおける発言者方向検出および発言者に対向したマイク信号の自動選択を、いわゆる、「星取表方式」に基づいて行う。
通話装置1は、マイクロフォンMC1〜MC6からの集音信号に応じて音声信号監視処理を行い、発言開始・終了判定を行い、発言方向判定を行い、マイクロフォン選択を行い、その結果をマイクロフォン選択結果表示手段30、たとえば、発光ダイオードLED1〜6に表示する。
図15は通話装置1の通常処理を示すフローチャートである。
マイクロフォンMC1〜MC6で集音した信号はそれぞれ、図12を参照して述べた、バンドパス・フィルタ・ブロック201、レベル変換ブロック202において、7種類のレベルデータとして変換されているから、DSP25は各マイクロフォン集音信号についての7種類の信号を常時監視する。
その監視結果に基づいて、DSP25は、発言者方向検出処理1、発言者方向検出処理2、発言開始・終了判定処理のいずれかの処理に移行する。
DSP25は図14を参照して、さらに下記に詳述する方法に従って、発言の開始、終了の判定を行う。DSP25が処理が発言開始を検出した場合、ステップ4の発言者方向の判定処理へ発言開始検出を知らせる。
ステップ2における発言の開始、終了の判定処理が発言レベルが発言終了レベルより小さくなった時、発言終了判定時間(たとえば、0.5秒)のタイマを起動し発言終了判定時間、発言レベルが発言終了レベルより小さい時、発言終了と判定する。
発言終了判定時間以内に発言終了レベルより大きくなったら再び発言終了レベルより小さくなるまで待ちの処理に入る。
DSP25における発言者方向の検出処理は、常時発言者方向をサーチし続けて行う。その後、ステップ4の発言者方向の判定処理へデータを供給する。
DSP25に発言者方向マイクの切り換え処理におけるタイミング判定処理はステップ2の処理とステップ3の処理の結果から、その時の発言者検出方向と今まで選択していた発言者方向が違う場合に、新たな発言者方向のマイク選択をステップ4のマイク信号切り換え処理へ指示する。
ただし、議長のマイクロフォンが操作部15から設定されていて、議長のマイクロフォンと他の会議参加者とが同時的に発言がある場合、議長の発言を優先する。
この時に、選択されたマイク情報をマイクロフォン選択結果表示手段30、たとえば、発光ダイオードLED1〜6に表示する。
マイク信号切り換え処理は6本のマイク信号の中からステップ4処理により選択されたマイク信号のみを送話信号として、通話装置1から電話回線920を介して相手側の通話装置に伝送するため、図5に図解した電話回線920のラインアウトへ出力する。
処理1:電源を投入直後に各マイクロフォンそれぞれの所定時間、たとえば、1秒間分のフロアノイズを測定する。
DSP25は、音圧レベル検出部のピークホールドされたレベル値を一定時間間隔、本実施の形態では、たとえば、10mSec間隔で読み出し、所定時間、たとえば、1分間の値の平均値を算出しフロアノイズとする。
DSP25は測定されたフロアノイズレベルを元に発言開始の検出レベル(フロアノイズ +9dB)、発言終了の検出レベルの閾値(フロアノイズ+6dB)を決定する。DSP25は、以後も、音圧レベル検出器のピークホールドされたレベル値を一定時間間隔で読み出す。
発言終了と判定された時は、DSP25は、フロアノイズの測定として働き、発言開始の検出し、発言終了の検出レベルの閾値を更新する。
処理2は処理1ではフロアノイズが大きく自動で閾値レベルを更新されると、発言開始、終了検出がしにくい時の対策として下記を行う。
DSP25は、予測されるフロアノイズレベルを元に発言開始の検出レベル、発言終了の検出レベルの閾値を決定する。
DSP25は、発言開始閾値レベルは発言終了閾値レベルより大きく(たとえば、3dB以上の差)に設定する。
DSP25は、音圧レベル検出器でピークホールドされたレベル値を一定時間間隔で読み出す。
処理1、6個のマイクロフォンに対応した音圧レベル検出器の出力レベルと、発言開始レベルの閾値を比較し発言開始レベルの閾値を越した場合発言開始と判定する。
DSP25は、全てのマイクロフォンに対応した音圧レベル検出器の出力レベルが、発言開始レベルの閾値を越した場合は、受話再生スピーカ16からの信号であると判定し、発言開始とは判定しない。なぜなら、受話再生スピーカ16と全てのマイクロフォンMC1〜MC6との距離は同じであるから、受話再生スピーカ16からの音は全てのマイクロフォンMC1〜MC6にほぼ均等に到達するからである。
すなわち下記の演算を実行する。
(マイク2の信号レベル−マイク5の信号レベル)の絶対値・・・[2]
(マイク3の信号レベル−マイク6の信号レベル)の絶対値・・・[3]
この処理の場合、処理1のように全ての絶対値が発言開始レベルの閾値より大きくなることは無いので(受話再生スピーカ16からの音が全てのマイクロフォンに等しく到達するから)、受話再生スピーカ16からの音か話者からの音声かの判定は不要になる。
発言者方向の検出には図6に例示した単一指向性マイクロフォンの特性を利用する。単一指向特性マイクロフォンは発言者からマイクロフォンへの音声の到達角度により図6に例示したように、周波数特性、レベル特性が変化する。その結果を図7(A)〜(D)に例示した。図7(A)〜(D)は、通話装置1から所定距離、たとえば、1.5メートルの距離にスピーカーを置いて各マイクロフォンが集音した音声を一定時間間隔で高速フーリエ変換(FFT)した結果を示す。X軸が周波数を、Y軸が信号レベルを、Z軸が時間を表している。横線は、バンドパス・フィルタのカットオフ周波数を表し、この線にはさまれた周波数帯域のレベルが、図10〜図13を参照して述べたマイク信号レベル変換処理からの5バンドのバンドパス・フィルタを通した音圧レベルに変換されたデータとなる。
各帯域バンドパス・フィルタの出力レベルに対しそれぞれ適切な重み付け処理(1dBフルスパン(1dBFs)ステップなら0dBFsの時0、-3dBFsなら3というように、又はこの逆に)を行う。この重み付けのステップで処理の分解能が決まる。
1サンプルクロック毎に上記の重み付け処理を実行し、各マイクの重み付けされた得点を加算して一定サンプル数で平均値化して合計点の小さい(大きい)マイク信号を発言者に対向したマイクロフォンと判定する。
MIC2 Level = L2-1 + L2-2 + L2-3 + L2-4 + L2-5
MIC3 Level = L3-1 + L3-2 + L3-3 + L3-4 + L3-5
MIC4 Level = L4-1 + L4-2 + L4-3 + L4-4 + L4-5
MIC5 Level = L5-1 + L5-2 + L5-3 + L5-4 + L5-5
MIC6 Level = L6-1 + L6-2 + L6-3 + L6-4 + L6-5
図15のステップ2の発言開始判定結果により起動し、ステップ3の発言者方向の検出処理結果と過去の選択情報から新しい発言者のマイクロフォンが検出された時、DSP25は、ステップ5のマイク信号の選択切り替え処理へマイク信号の切り換えコマンドを発効すると共に、マイクロフォン選択結果表示手段30(発光ダイオードLED1〜6)へ発言者マイクが切り替わったことを通知し、発言者に自分の発言に対し通話装置1が応答した事を知らせる。
図15のステップ1のマイク信号レベル変換処理結果、および、ステップ3の発言者方向の検出処理結果から、本実施の形態においては、マイク選択切り替えタイミングは2通りを準備する。
選択されていたマイクロフォンの方向からの発言が終了し新たに別の方向から発言があった場合。
この場合は、DSP25は、全てのマイク信号レベル(1)とマイク信号レベル(2)が発言終了閾値レベル以下になってから発言終了判定時間(たとえば、0.5 秒)以上経過してから発言が開始され、どれかのマイク信号レベル(1)が発言開始閾値レベル以上になった時発言が開始されたと判断し、音源方向マイク番号の情報を元に発言者方向に対向したマイクロフォンを正当な集音マイクロフォンと決定し、ステップ5のマイク信号選択切り替え処理を開始する。
この場合はDSP25は発言開始(マイク信号レベル(1)が閾値レベル以上になった時)から発言終了判定時間(たとえば、0.5秒)以上経過してから判定処理を開始する。
発言終了検出前に、3の処理からの音源方向マイク番号が変更になり、安定していると判定された場合、DSP25は音源方向マイク番号に相当するマイクロフォンに現在選択されている発言者よりも大声で発言している話者がいると判断し、その音源方向マイクロフォンを正当な集音マイクロフォンと決定し、ステップ5のマイク信号選択切り替え処理を起動する。
DSP25は図15のステップ4の発言者方向マイクの切り換えタイミング判定処理からのコマンドで選択判定されたコマンドにより起動する。
DSP25のマイク信号の選択切り替え処理は、図16に図解したように、6回路の乗算器と6入力の加算器で構成する。マイク信号を選択する為には、DSP25は選択したいマイク信号が接続されている乗算器のチャネルゲイン(チャネル利得:CH Gain)を〔1〕に、その他の乗算器のCH Gainを〔0〕とする事で、加算器には選択された(マイク信号×〔1])の信号と(マイク信号×〔0])の処理結果が加算されて希望のマイク選択信号が出力に得られる。
乗算器のゲインを連続的に変化させると、フェーダとして動作させることができ、さらに、2つのマイクロフォンの信号をクロスフェードさせることができる。
もちろん、本発明の通話装置は会議用に限定されることなく、種々の他の用途に適用できる。すなわち、本発明の第1実施の形態の通話装置は、各通過帯域の群遅延特性を重視しなくても良い時通過帯域の電圧レベルの測定にも適している。したがって、たとえば、簡易スペクトラム・アナライザ、高速フーリエ変換(FFT)処理を行う(FFT的な)レベルメータ、グラフィクイコライザーなどのイコライザー処理結果の確認用レベル検出処理装置、カーステレオ、ラジカセ等のレベルメーターなどにも適用できる。
(1)複数の単一指向性を持つマイクロフォンと受話再生スピーカとの位置関係が一定であり、さらにその距離が非常に近いことで受話再生スピーカから出た音が会議室(部屋)環境を経て複数のマイクロフォンに戻ってくるレベルより直接戻ってくるレベルが圧倒的に大きく支配的である。そのために、受話再生スピーカから複数のマイクロフォンに音が到達する特性(信号レベル(強度)、周波数特性(f特)、位相)がいつも同じである。つまり、通話装置においてはいつも伝達関数が同じという利点がある。
(a)複数の単一指向性マイクを等間隔で放射状に配置して音源方向を検知可能とし、マイク信号を切り換えてS/Nの良い音、クリアな音を集音(収音)して、相手方に送信することができる。
(b)周辺の発言者からの音声をS/N良く集音して、発言者に対向したマイクを自動選択できる。
(c)本発明の通話装置においては、マイク選択処理の方法として通過音声周波数帯域を分割し、それぞれの分割された周波数帯域事のレベルを比較する事で、信号分析を簡略化している。
(d)本発明のマイク信号切り換え処理をDSPの信号処理として実現し、複数の信号をすべてにクロスフェード処理する事で切り換え時のクリック音を出さないようにしている。
(e)マイク選択結果を、発光ダイオードなどのマイクロフォン選択結果表示手段、または、外部への通知処理することができる。したがって、たとえば、テレビカメラへの発言者位置情報として活用することもできる。
本発明のマイクロフォン・スピーカ一体構成型・通話装置(通話装置)の第2実施の形態として、マイクロフォンの感度差を自動的に調整する技術を述べる。
本発明の第2実施の形態においては、上述した問題を克服するため、下記に述べる方法でマイクロフォンの感度差を自動的に調整する。
1.本発明の実施の形態の通話装置1には、たとえば、図5に図解したように、受話再生スピーカ16を有している。そこで、基準信号をライン・インすれば、A/D変換器274を介してDSP26およびDSP25に入力できるので、特別な測定装置を設けることなく、マイクロフォンの感度差を調整できるという利点をいかす。
2.感度差の誤差範囲をDSP25のプログラムにより自由に設定できる。
3.自動調整を行うことにより、規格外のマイクロフォンの判別、接続不良の検出する。同様に、マイクロフォンの信号を増幅する増幅部の不良なども検出する。
前提条件として、第2実施の形態において、マイクロフォンは図4に図解したように、偶数本、たとえば、6本、等角度で放射状かつ等間隔で、受話再生スピーカ16から等距離に配設されている。
マイクロフォンMC1〜MC6と受話再生スピーカ16との配置関係は、図3に図解したように、マイクロフォンMC1〜MC6の下部に受話再生スピーカ16が配設されているか、図8に図解したように、マイクロフォンMC1〜MC6の上部に受話再生スピーカ16が配設されていてもよい。
第2実施の形態を行う装置構成は基本的に図5に図解したものであり、詳細は図18および図19に図解した構成となる。
図18において、図5におけるマイクロフォンMC1〜MC6とA/D変換器271〜273との間には実際には、利得調整を行う可変利得型増幅器301〜306が配設されている。あるいは、図5におけるA/D変換器271〜274は可変利得型増幅器301〜306付のA/D変換器271〜274としてもよい。
DSP25は上述した各種の処理を行うが、増幅器301〜306の感度差を調整する部分として、第1〜第6可変減衰部(ATT)2511〜2516、第1〜第6レベル検出部2521〜2526、レベル判定・利得制御部253、テスト信号発生部254を有する。
ある程度の広さの部屋(会議室)で、騒音計または受話再生スピーカ16からテスト音を出すと、特に反射物や吸音物が無い限り、騒音計または受話再生スピーカ16と等間隔d隔てて配設されている各マイクロフォンMC1〜MC6へはほぼ同等の信号が到達する。
マイクロフォンMC1〜MC6が集音した騒音計または受話再生スピーカ16からのテスト音声を可変利得型増幅器301〜306で増幅して、A/D変換器271〜273でディジタル信号に変換し、DSP25内の可変減衰部2511〜2516において減衰する。レベル検出部2521〜2526におけるバンドパス・フィルタ252aで所定帯域の周波数成分が通過し、絶対値演算部252bで表6に示した演算が行われ、ピークレベル検出・保持部252cで最大値が検出されて保持される。
レベル判定・利得制御部253は可変減衰部2511〜2516の減衰量(減衰係数)を調整して各マイクロフォンMC1〜MC6の感度差を調整する。
第2実施の形態においては、マイクロフォン感度の公称誤差として、たとえば、±3dBのマイクロフォンを想定している。
また第2実施の形態においては、感度差調整誤差の設計値として、たとえば、0.5dB以内を目標としている。なお、通話装置が設置される環境によって変わってしまうので、実際の感度差調整誤差としては、たとえば、0.5〜1.0dB程度が妥当でもある。
この場合、レベル判定・利得制御部253は可変減衰部2511〜2516の減衰値を調整する。すなわち、可変利得型増幅器301〜306はマイクロフォンの感度が最低のものを使用した時に必要最低限のライン出力レベルが得られる様に利得設計をしておき、レベル判定・利得制御部253は可変減衰部2511〜2516の減衰値を調整する。
以下、図20を参照してレベル判定・利得制御部253の処理を述べる。
ステップS202:レベル検出部2521〜2526でレベル変換された各マイク信号の平均レベルを測定する。
ステップS203〜207:測定した平均値を参照して各チャネルが感度差調整誤差の設計値レベルになるように可変減衰部2511〜2516の減衰値を変更する。また、可変減衰部2511〜2516の減衰値を変更した後の第1〜第6レベル検出部2521〜2526でレベル変換された各マイク信号の平均レベルを用いて、反復して各チャネルが感度差調整誤差の設計値レベルになるように可変減衰部2511〜2516の減衰値を変更する。この時のレベル差を追い込む精度で感度差の調整精度が決まる。
このように、減衰値の調整範囲をあらかじめ決めておくことにより、マイクロフォンの不良検出ができる。
図21に図解したように、レベル判定・利得制御部253は、可変利得型増幅器301〜306の利得を調整する下記の処理を行う。
ステップS211:可変利得型増幅器301〜306の利得を初期値に設定する。さらに、可変減衰部2511〜2516の減衰値を0dB(1)にセットし、レベル検出部2521〜2526におけるレベル検出が安定するまで待機する。
ステップS212:レベル検出部2521〜2526でレベル変換された各マイクロフォンの平均値を測定する。
ステップS213〜219:測定結果が感度差調整誤差の設計値である±0.5dBの値に入るチャネルのマイクロフォンがあれば、そのチャネルの調整を終了する。そうでなければ、感度差調整誤差の設計値の範囲に入るように各マイクロフォンの可変利得型増幅器301〜306の利得を変更する(調整する)。また、可変利得型増幅器301〜306の利得を変更した後のレベル検出部2521〜2526でレベル変換された各マイク信号の平均レベルを用いて、反復して各チャネルが感度差調整誤差の設計値レベルになるように可変利得型増幅器301〜306の利得を変更する。
このように、可変利得型増幅器301〜306の利得の調整範囲をあらかじめ決めておくことにより、可変利得型増幅器301〜306またはマイクロフォン不良検出ができる。
図22に図解したように、レベル判定・利得制御部253は、まず、可変利得型増幅器301〜306の利得調整を行い(ステップS231〜S237)、その後、可変減衰部2511〜2516の減衰量の調整とを行う(ステップS238〜S241)。
すなわち、ステップS231において、可変利得型増幅器301〜306の利得を初期値に設定し、可変減衰部2511〜2516の減衰値を0dB(1)にセットし、レベル検出部2521〜2526でレベル変換された各マイクロフォンの平均値を測定する。測定結果が感度差調整誤差の設計値である±0.5dBの値に入るチャネルのマイクロフォンがあれば、そのチャネルの調整を終了する。そうでなければ、可変利得型増幅器301〜306の利得を設定して平均レベルが感度差調整誤差の設計値より+の値に入るように残りの可変利得型増幅器301〜306の利得を設定する。
このように、減衰値と可変利得型増幅器301〜306の利得の調整範囲をあらかじめ決めておく事で、可変利得型増幅器301〜306またはマイクの不良検出ができる。
図23、図24に図解したように、レベル判定・利得制御部253は、下記の処理を行う。
ステップS252、S272:レベル検出部2521〜2526で検出したレベル検出の平均値処理を行う。
図23は可変利得型増幅器301〜306の利得調整を先に行い、可変減衰部2511〜2516の減衰量の調整を後で行う方法であり(場合4−1)、図24は図23に図解の方法とは逆に、可変減衰部2511〜2516の減衰量の調整を先に行い、可変利得型増幅器301〜306の利得調整を後で行う方法である(場合4−2)。
図25に図解したように、レベル判定・利得制御部253は、まず、可変減衰部2511〜2516の減衰量の調整を行い(S293〜S297)、次いで、可変利得型増幅器301〜306の利得調整を行い(S298〜S303)、さらに、可変減衰部2511〜2516の減衰量の調整を行う(S304〜S308)。以下詳述する。
ステップS292:レベル検出部2521〜2526でレベル変換された各マイク信号の平均値処理をする。
ステップS293〜S297:可変利得型増幅器301〜306の利得の設定できるグループ内のマイクロフォンチャネルの最低レベルのチャネル信号レベルに、他の信号レベルを合わせるように可変減衰部2511〜2516の減衰値を調整する。
ステップS298〜S303:マイク信号チャネルの平均レベル値が感度差調整誤差の設計値の±1dBに入るように可変利得型増幅器301〜306の利得を調整する。
ステップS304〜S308:再度、マイク信号レベルが感度差調整誤差の設計値の±0.5dBになるように可変減衰部2511〜2516の減衰値を調整する。
このように、減衰値、可変利得型増幅器301〜306の利得の調整範囲をあらかじめ決めておく事で、回路またはマイクロフォンの不良検出ができる。
本発明のマイクロフォン・スピーカ一体構成型・通話装置(通話装置)の第3実施の形態として、単一指向性マイクロフォンを2本を1対(1組)として複数対(組)を使用したときの発言者を特定する方法について図26〜図28を参照してより詳細に述べる。
発言者の特定方法についての基本的な考えたかたは第1実施の形態において述べた。第3実施の形態は、第1実施の形態と関連づけて、さらに詳細かつ好適な発言者の特定方法について述べる。
マイクロフォンは図4に図解したように、等角度で放射状かつスピーカ16から等間隔で配設されており、特に、たとえば、第1番目のマイクロフォンMC1と第4番目のマイクロフォンMC4のように、中心軸Cを挟んで対向する1対のマイクロフォンは一直線上に位置している。図4に図解したマイクロフォンMC1〜MC6は6本あるから60度の角度で等角度で放射状に配置されており、これらの前方に会議者が位置する。
音源からの信号音の周波数を、たとえば、500Hzと仮定し、たとえば、第1番目のマイクロフォンMC1の方向に音源(話者の音声)が有った場合、単一指向性マイクロフォンMC1〜MC6を放射状に60度間隔で配置したとき、各マイクロフォンMC1〜MC6が集音する音圧レベルは、図7(A)の正面方向レベルを0dBと正規化すると、下記表1に示した値になる。
音源方向角度 0 60 120 180 240 300
正規化レベル 0.0 -4.0 -14.7 -15.3 -14.7 -4.0
(dB)0 −1
他方、第1番目のマイクロフォンMC1方向に音源が有る場合の各マイクロフォンMC1〜MC6が集音する音圧レベルは、たとえば、下記になると推察される。
マイクロフォン 検出音圧 番号
マイク1のレベルが一番高い [ 0 dB] [1]
マイク2、6のレベルが2番目 [- 4 dB] [2]
マイク3、5のレベルが3番目 [-14.7dB] [3]
マイク4のレベルが一番低い [-15.3dB] [4]
マイクA−マイクB 音圧差 番号
(1)MC1− MC4 0 - (-15.3) = 15.3dB [5]
(2)MC2− MC5 -4 -(-14.7) = 10.7dB [6]
(3)MC3− MC6 -14.7 - (-4) =-10.7dB [7]
この判定処理は、第1のディジタルシグナルプロセッサ(DSP1)DSP25が行い、その処理内容を図26のフローチャートに示す。
なお、A/D変換器271〜273には対向して一直線に配置された1対のマイクロフォンの検出信号が入力されており、音圧レベル検出部はそのような1対のマイクロフォンの検出信号についてレベル差、その絶対値算出などの上記処理を行う。
バンドパス・フィルタ201aで100Hz〜600Hzの通過帯域を通した信号を用いる理由は、他の音源方向判定処理と共用のためであり、音源方向を特定するための特別な条件ではない。したがって、任意の帯域通過特性を持つバンドパスフィルタの出力を用いて上記処理を行うことができる。
音源装置方向特定処理手段255の判定結果は、マイクロフォン選択結果表示手段30としてのLEDに表示される。
ステップS331:最大レベルを検出したマイクに隣接するマイクの確認
音源装置方向特定処理手段255は、メモリの"2nd"の内容が第2マイクロフォンMC2または第6マイクロフォンMC6であることを確認する。その理由は、(a)2番目に高い音圧を検出したマイクロフォン(第2マイクロフォンMC)が第2番目のマイクロフォンMC2の場合、第1番目のマイクロフォンMC1とこの第1番目のマイクロフォンMC1と隣接する第2番目のマイクロフォンMC2との間に音源が存在すると判断し、または、(b)2番目に高い音圧を検出したマイクロフォンが第6番目のマイクロフォンMC6の場合、第1番目のマイクロフォンMC1とこの第1番目のマイクロフォンMC1と隣接する第6番目のマイクロフォンMC6との間に音源が存在すると判断することが妥当であるからである。すなわち、本実施の形態においては、最大レベルを検出したマイクロフォンMCに隣接する位置に存在するマイクロフォンMCのレベル検出状態も参照して、音源方向に位置するマイクロフォンの特定の信頼性を高めている。
なお、2番目に高いレベルを検出したマイクロフォンを片方だけ検出しているのは、本実施の形態においては、音源方向の分解能をマイク正面方向(60度)に限定して、隣り合ったマイク間の方向は無視しているためである。
上記以外のときは、音源装置方向特定処理手段255は判定不能としてメモリの"RESLT"部分に判定不能状態を記憶する。
次いで、音源装置方向特定処理手段255は、メモリの"sub1","sub2","sub3"の内容が、上記表に示したように、"+","+","−"であることを確認する。
ステップS334:音源方向とマイクロフォンMCとの一致を確定
この状態に一致した場合、音源装置方向特定処理手段255は第1番目のマイクロフォンMC1方向に音源が有ると確定し、メモリの"RESLT"部分に第1番目のマイクロフォンMC1の番号を記憶する。
上記表の状態に不一致の場合は、音源装置方向特定処理手段255はステップS332に飛び、判定不能としてメモリの"RESLT"部分に判定不能を示す情報を記憶する。
選択音源装置方向特定処理手段255は上述した処理により、正当に第1番目のマイクロフォンMC1の方向に音源が存在すると判定した場合、図32に図解したように、マイクロフォン選択結果表示手段30の第1番目のマイクロフォンMC1に隣接するマイクロフォン選択結果表示手段30としてのLEDを点灯して、第1番目のマイクロフォンMC1が特定(選定)されたことを明示する。
音源装置方向特定処理手段255は、メモリ"second"部分第2番目のマイクロフォンMC2と隣接する第3番目のマイクロフォンMC3か第1番目のマイクロフォンMC1かをチェックする。
上記以外のときは、音源装置方向特定処理手段255は判定不能としてメモリの"RESLT"部分に判定不能状態を記憶する。
音源装置方向特定処理手段255はメモリの"sub1","sub2","sub3"の内容が上記表に示した"+","+","+"で有る事を確認したとき第2番目のマイクロフォンMC2方向に音源が有ると確定し、メモリの "RESLT" に第2マイクロフォンMC2の番号を記憶する。
上記表の状態で不一致の場合は、判定不能としてメモリの"RESLT"部分に判定不能を示す情報を記憶する。
選択音源装置方向特定処理手段255は上述した処理により、正当に第2番目のマイクロフォンMC2の方向に音源が存在すると判定した場合、マイクロフォンMC2に隣接するLEDを点灯して、第2番目のマイクロフォンMC2が特定(選定)されたことを明示する。
すなわち、音源装置方向特定処理手段255は、メモリの"second"部分の内容と、メモリの"sub1","sub2","sub3"の内容が表13の"−","+","+"で有る事を確認し第3番目のマイクロフォンMC3方向に音源が有ると確定する。
これ以外のときは判定不良とする。
正当に音源方向に対応するマイクロフォンを確定(特定)できたときは、音源装置方向特定処理手段255は確定したマイクロフォンに該当するLEDを点灯する。
その結果、第3実施の形態によれば、通話装置において信頼性高く音源方向を特定できる。
上記実施の形態においては、他の音源方向判定処理と共用のためバンドパス・フィルタ201aで100Hz〜600Hzの通過帯域を通した信号のピークレベルを信号の検出レベルとして使用して判定処理を実現したが、図12に図解したように、複数のパンドパスフィルタ201a〜201fの通過帯域信号についてレベル変換処理部202b〜202gでレベル変換処理した結果を用いることもできる。もちろん、上述したように、DSP25においてはそのような信号処理を行っている。
その場合、レベル変換処理部202b〜202gでレベル変換した結果について、それぞれ、図26および図27に図解した処理を行い、第1次の判定(仮判定)を行い、第2判定として、複数の第1次判定結果について多数決で最も多い場合を最終的な判定結果として決定し、その結果をステップS321において選択出力することができる。
このような方法によれば、音源方向の判定結果の信頼度(精度)はさらに向上する。
図29を参照して本発明の通話装置の第4実施の形態を述べる。
上述した各種の通話装置において、受話再生スピーカ16と、マイクロフォンMC1〜MC6と、話者との距離関係を考察すると、図3に例示したように、たとえば、スピーカ16と各マイクロフォンMC1〜MC6との間と数センチメートル(cm)程度であるが、図1(B)に例示したように、話者とマイクロフォンMC1〜MC6との間は数10cm〜2m程度と、圧倒的に、スピーカ16と各マイクロフォンMC1〜MC6との間の距離が短い。
上述したように、スピーカ16に対して各マイクロフォンMC1〜MC6は等間隔に配置されており、スピーカ16からの音は各マイクロフォンMC1〜MC6にほぼ同じレベルで同じ位相で到達する。
しかしながら、たとえば、マイクロフォンMC1〜MC6と発言者との距離が平均的に1mあり、マイクロフォンMC1〜MC6とスピーカ16との距離が5cmであった場合、マイクロフォンMC1〜MC6には、20倍の距離の相違が音の強さに換算すると1/400の相違になり、往復の距離を考慮すると、音の強さは1/1600の相違になる。本発明においは上述実施の形態でも述べているように、極力、スピーカ16からマイクロフォンMC1〜MC6への音の回り込みが少ないような構造をとっているが、スピーカ16からマイクロフォンMC1〜MC6への微小な音の到達も、上述した状況から、マイクロフォンは、発言者の音を検出するよりも、スピーカ16からの到達音を強く検出する可能性が高い。
しかしながら、発言者の音を感知するより高い音をマイクロフォンが感知しているとすれば、DSP26におけるエコーキャンセル処理は相当複雑な処理を行う必要があり、エコーキャンセラーとしての負担が重い。
加えて、マイクロフォンで検出した信号に、発言者の音より高いスピーカ16からの音がノイズとして重畳している場合、DSP25において相当複雑なノイズ除去処理を行う必要もある。
さらに、DSP25において複雑なノイズ除去処理を行うにしても、マイクロフォンで検出した信号に発言者の音より高いスピーカ16からの音がノイズとして重畳している場合、A/D変換器271〜273の分解能、あるいは、ビット数は、発言者の音を変換するに必要なビット数より非常に大きなビット数が必要になる。換言すれば、非常に高価なA/D変換器271〜273を設ける必要がある。
上述した問題は通話装置の価格を高騰させる可能性がある。
図29に図解したように、第4実施の形態の通話装置においては、たとえば、図18に図解した通話装置の構成に対して、各マイクロフォンの検出信号を増幅する前置増幅器(プリアンプ)401〜406(代表して、400)と、平均化回路410と、切替スイッチ420と、差動増幅器431〜436(代表して、430)を、マイクロフォンMC1〜MC6とA/D変換器271〜273との間に付加する。
平均化回路410はスピーカ16などからのノイズ音の平均値を算出しているから、差動増幅器431〜436で、各プリアンプ401〜406からの信号から平均化回路410の信号を減じると(増幅すると)、差動増幅器431〜436においてスピーカ16などのノイズを除去していることになる。その結果、差動増幅器431〜436からは、スピーカ16などのノイズが除去された、マイクロフォンで検出した発言者の音声が出力されてA/D変換器271〜273に印加される。
また、DSP25には、A/D変換器271〜273に入力する前にノイズ除去された音声信号が入力されるから、DSP25における信号処理は精度よく、複雑になることもない。
なお、DSP25には、図8を参照して述べた、可変減衰部251、レベル検出部252、レベル判定・利得制御部253:音源装置方向特定処理手段255などの手段が適宜設けられている他、上記実施の形態で述べた各種の処理を行う。
DSP26は、図18など図解して述べたように、エコーキャンセル送話処理部261とエコーキャンセル受話部262とを有する。
本実施の形態において、エコーキャンセル送話処理部261およびエコーキャンセル受話部262の詳細な処理についての記述は割愛する。
平均化回路410としては、図29(B)に例示した回路に限らず、マイクロフォンMC1〜MC6の検出信号を平均する種々の回路構成をとることができる。
図30を参照して本発明の通話装置の第5実施の形態を述べる。
第5実施の形態は第4実施の形態と同様の目的を達成するため、他の方法で実現する方法に関する。
本願発明者の考察によれば、第4実施の形態の他、指向性の観点から選択されたマイクロフォンと対向する位置に位置するマイクロフォンからの回り込み信号の影響が大きく無視できないことが分かった。
場合によっては、第4実施の形態より、選択されたマイクロフォンと対向する位置のマイクロフォンの音信号の影響を排除したほうが、良質な音が選択されたマイクロフォンから抽出できることを見いだした。
そのような方法によれば、第2のDSP26におけるエコーキャンセル処理も容易になり、エコーキャンセル処理結果も良好な音を生成できることが分かった。
ステップ401、第1のDSP25は、上述した方法で、あるマイクロフォンを選択する。この例示では、図4に図解したマイクロフォンの配置において、第1マイクロフォンMC1が選択されたとする。このマイクロフォンを選択用マイクロフォンと呼ぶ。
ステップ402、第1のDSP25は、選択した第1マイクロフォンMC1と対向する位置に設置されているマイクロフォンを検出する。なお、第1のDSP25において、複数のマイクロフォンMC1〜MC6の設置位置を記憶しておく。これにより、第1のDSP25において上述した方法で、たとえば、第1マイクロフォンMC1を選択したとき、記憶されたマイクロフォン設置位置情報を参照して、第1マイクロフォンMC1と対向する位置に設置されている第4マイクロフォンMC4を検出する。このマイクロフォンを補正用マイクロフォンと呼ぶ。
ステップ403、第1のDSP25は補正用マイクロフォンMC4の検出音信号を入力し、その検出音に所定の重み係数、たとえば、0.2〜.0.5の係数を乗じて補正信号を算出する。
ステップ404、第1のDSP25は、選択用マイクロフォンMC1の検出音信号から、補正信号を減じて、その結果をエコーキャンセル処理を行う第2のDSP26に出力する。
さらに本願の発明者に考察によれば、マイクロフォンの配置によっては、選択マイクロフォン、たとえば、第1マイクロフォンMC1と対向する補正用マイクロフォンMC4だけでなく、対向するマイクロフォンMC4と隣接する、図4における第3および第5マイクロフォンMC3、MC5をも補正用マイクロフォンとして追加した上述した補正を行うことが好ましいことを見いだした。
その処理の概要を図31に図解した。
ステップ402Aにおいて、第1のDSP25はマイクロフォン設置位置情報を参照して第1補正用マイクロフォンとして第4マイクロフォンMC4を抽出し、さらに、マイクロフォン設置位置情報を参照して第4マイクロフォンMC4に隣接する第2補正用マイクロフォンとして、第3および第5マイクロフォンMC3、MC5を抽出する。
ステップ403Aにおいて、第1のDSP25は第1補正用マイクロフォンMC4の検出音信号を入力し、さらに第2補正用マイクロフォンMC3、MC5の検出音信号を入力する。第1のDSP25は、たとえば、第1補正用マイクロフォンMC4の検出音信号に0.3の重み係数を乗じ、第2補正用マイクロフォンMC3、MC5の検出音信号に0.1の重み係数を乗じ、これら重み係数を乗じた結果を補正信号として求める。
ステップ404において、選択用マイクロフォンMC1の検出音信号から、ステップ403で求めた補正信号を減じて、その結果をエコーキャンセル処理を行う第2のDSP26に出力する。
ステップ401:第1マイクロフォン選択手段
ステップ402、402A:補正用マイクロフォン選択手段
ステップ403、403A:補正信号算出手段
ステップ404、信号補正手段
また、マイクロフォンの設置状態情報を記憶している部分と記憶手段に該当する。
11・・上部カバー
12・・音反射板
12a・・音反射面、12b・・拘束部材固定部
13・・連結部材
14・・スピーカ収容部
14a・・音反射面、14b・・底面
14c・・上面14b、14d・・内腔
14e・・拘束部材下部固定部
14f・・拘束部材貫通部
15・・操作部
16・・受話再生スピーカ
17・・拘束部材
18・・ダンパ
2・・マイクロフォン・電子回路収容部
21・・プリント基板
MC1〜MC・・マイクロフォン
22・・マイクロフォン支持部材
22a・・第1のマイク支持部材
22b・・第2のマイク支持部材
23・・マイクロプロセッサ、24・・コーデック
25・・第1のディジタルシグナルプロセッサ(DSP1)
301〜306・・可変利得型増幅器
251・・可変減衰部
252・・レベル検出部
253・・レベル判定・利得制御部
254・・テスト信号発生部
255・・音源装置方向特定処理手段
26・・第2のディジタルシグナルプロセッサ(DSP2)
27・・A/D変換器ブロック
271〜274・・A/D変換器
28・・D/A変換器ブロック
29・・増幅器ブロック
30・・マイクロフォン選択結果表示手段
LED1〜6・・発光ダイオード
301〜306・・可変利得型増幅器
401〜406・・前置増幅器(プリアンプ)
410・・平均化回路
420・・切替スイッチ
431〜436・・差動増幅器
Claims (3)
- 底面と、前記底面に対して凸状に湾曲しその上部に音声出力手段を収容する音反射面とを有する音声出力手段収容部と、
連結部材によって前記音反射面に連結され、かつ、前記連結部材及び前記音反射面を貫く拘束部材によって前記底面に拘束されている音反射板であって、前記音反射板は前記音反射面と対向して前記音声出力手段から出力される音声を、前記音声出力手段の周囲に放射するラッパ状の音放射空間を規定する、音反射板と、
前記音反射板にダンパーを介して固定されたプリント基板に、前記音声出力手段から等距離で隔てられ、前記音声出力手段から放射状に配置された複数の単一指向性を有するマイクロフォンと、
該複数のマイクロフォンの設置位置を記憶している記憶手段と、
前記複数のマイクロフォンのうち音圧レベルの最も高い1つを選択する第1マイクロフォン選択手段と、
前記記憶手段に記憶されている設置位置情報を参照して前記選択されたマイクロフォンと対向する位置またはその近傍に設けられたマイクロフォンを補正用マイクロフォンとして選択する第2マイクロフォン選択手段と、
該第2マイクロフォン選択手段で選択した補正用マイクロフォンの検出信号から補正信号を算出するする補正信号算出手段と、
前記第1マイクロフォン選択手段で選択したマイクロフォンの検出信号から前記補正信号算出手段で算出した補正信号を減じる信号補正手段と、
前記補正手段の後段に設けられたエコーキャンセル処理を行う信号処理手段と、
を具備する通話装置。 - 前記第2マイクロフォン選択手段は、前記記憶手段に記憶されている設置位置情報を参照して前記対向する位置またはその近傍の位置に設けられた補正用マイクロフォンに隣接する第2補正用マイクロフォンをさらに選択し、
前記補正信号算出手段は、前記補正用マイクロフォンの検出信号と前記第2補正用マイクロフォンの検出信号とに重み係数を乗じて前記補正信号を算出し、
前記信号補正手段は、前記第1マイクロフォン選択手段で選択したマイクロフォンの検出信号から前記補正信号算出手段で算出した補正信号を減じる、
請求項1記載の通話装置。 - 前記複数のマイクロフォンは、等角度で放射状に設置されており、
前記複数のマイクロフォンの近傍、に配置された音声出力手段をさらに有する、
請求項1に記載の通話装置。
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