JP4610443B2 - 送信機及び音声送信方法 - Google Patents

Description

本発明は、送信機及び音声送信方法に関する。

特許文献１は、アナログ無線通信機におけるトーン信号検出について開示する。

アナログ無線通信機は、同一の周波数を利用する他のグループメンバーとの混信を回避するために、トーン・スケルチ（Tone Squelch。「ＣＴＣＳＳ（Continuous Tone Coded Squelch System）」とも呼ばれる。）を装備し、音声信号と共にトーン信号を送受し、トーン信号が一致するとき（逆トーン・スケルチでは、不一致であるとき）、スケルチを開いて、音声の送受を行うようにしている。

なお、本明細書では、「音声」とは、人声に限定されず、あらゆる音を含むものとして使用している。そして、音声を特に人声に限定する場合は、「人声」又は「人間の音声」と呼ぶことにする。

トーン信号は、１個のみ（＝単一周波数のみ）を採用する場合、及びデジタル化したコードを用いるために複数個を採用する場合がある。いずれの場合にも、トーン信号は、３００Ｈｚ未満のｓｕｂ−Ａｕｄｉｏ帯域に周波数を割り当てられており、通話中は、常に、このｓｕｂ−Ａｕｄｉｏ帯域を使って、伝送されることになっている。

アナログ無線通信機により送信する音声信号は一般的に３００Ｈｚから約４ｋＨｚまでの周波数帯域とされる。これは人間の音声の特徴を反映しており、送信する音声信号がこのような周波数帯域に限定されても、音声通信における重要事項である「会話の内容を正確に相手に伝えること」を十分に保証できる。したがって、アナログ無線通信機は、音声信号から３００Ｈｚ未満の成分を取り除き、音声信号を除去した３００Ｈｚ未満の周波数帯域にトーン信号を挿入して、音声信号の周波数帯域とトーン信号の周波数帯域とを含む全体の周波数帯域についての信号を１個のキャリアにより受信機へ送信するようにしている。
特開２００５−９１２５５号公報

ところが、無線通信機においても、時折り、人間の音声以外の情報（背景ノイズや音楽等）を相手に伝えたいことがある。また、音声の基本周波数や第１ホルマント成分は３００Ｈｚ以下に存在することも多く、自然な音声の再現には３００Ｈｚ以下の周波数成分の存在も重要であることが知られている。

前述したように、音声通信で重視されることは「会話の内容を正確に相手に伝えること」であり、トーン・スケルチを使用している無線機では、音声信号の内、３００Ｈｚ未満の周波数成分の送信が省略されることになるので、３００Ｈｚ以下の基本周波数や第１ホルマント成分が、受信側の無線機においてスピーカから流れず、特に声の似ている人物同士を声で識別することがしずらくなっている。

また、無線機を使用する職種によっては、音声と共に背景雑音や音楽などを伝送したいこともあるが、これらの信号の低域成分が失われるために不自然な音となってしまうことがあった。

本発明の目的は、所定の周波数の音声に係る信号を送信することなく、受信側では、該音声をユーザに認識させることができる送信機及び音声送信方法を提供することである。

本発明の送信機及び音声送信方法は、ミッシング・ファンダメンタル現象を利用する。ミッシング・ファンダメンタル現象とは、基本周波数が欠けた複数個の調波構造音を流すと、実際には存在しない基本波成分の周波数に対応するピッチ（バーチャルピッチ）が人に知覚される現象である。例えば、４００, ８００, １０００, １２００Ｈｚの純音を呈示すると、実際には存在しない２００Ｈｚの音声が知覚される。ミッシングファンダメンタル現象が差音、すなわち時間包絡によるピッチの影響ではないことは、次のようなことから確認されている。例えば、８１０, １０１０, １２１０, １４１０Ｈｚの純音を呈示した場合、２００Ｈｚの差音が生じるが、２００Ｈｚのヴァーチャルピッチは感じられない。また、差音は低域雑音でマスクすることができるが、ヴァーチャルピッチは低域雑音ではマスクすることができない。さらに、片耳に８００, １２００Ｈｚを呈示し、もう一方の耳に１０００, １４００Ｈｚを呈示すると２００Ｈｚのヴァーチャルピッチが感じられる。これらのことからヴァーチャルピッチは末梢で創り出されているのではなく、中枢で創り出されていると考えられている。

本発明では、第１の音声に対し、該第１の音声をミッシング・ファンダメンタル現象により再現するための複数個の調波構造音に係る再現用音声信号を生成する。そして、第１の音声に係る第１の音声信号の代わりに、再現用音声信号を送信する。受信側では複数個の再現用音声信号に係る音声が再生され、受信側の聴取者は、これら複数個の再現用音声信号に係る音声に基づきミッシング・ファンダメンタル現象により第１の音声を知覚する。

本発明によれば、第１の音声信号を送信する代わりに、再現用音声信号を送信し、受信側では、複数個の調波構造音が流される。結果、第１の音声の送信が省略されても、受信側の聴取者には、ミッシング・ファンダメンタル現象により第１の音声を知覚させることができる。

図１は送信機１０のブロック図である。送信機１０及び後述の受信機３０（図２）は、図面上、分離して描かれているが、ユーザが所持する典型的な無線通信機は、送信機１０及び受信機３０を兼ね備えたものとなっている。該無線通信機は、ユーザに携帯されたり、タクシー等の車両に搭載されたり、各車両と無線で通信する本部に設置されたりする。

送信機１０におけるユーザの発声は、マイクロホン１１により収音され、電気信号の音声信号へ変換される。マイクロホン１１から出力された音声信号は、増幅器１２において増幅されてから、加算器１３及びローパス・フィルタ１４へ供給される。

ローパス・フィルタ１４では、音声信号の成分の中から、３００Ｈｚ以上のものがカットされ、３００Ｈｚ未満の音声信号成分のみがミッシング・ファンダメンタル生成器１５へ送られる。ミッシング・ファンダメンタル生成器１５では、入力された音声信号成分の全部、３００Ｈｚ未満の周波数帯域内の所定周波数帯域部分の音声信号成分の全部、又は３００Ｈｚ未満の周波数帯域内で選択された複数個の周波数の音声信号成分に対して、それらをミッシング・ファンダメンタル現象により再現するための複数個の調波構造音に係る再現用音声信号を生成する。なお、ミッシング・ファンダメンタル現象により再現する各周波数の音声が、複数個の調波構造音に対応している。

ミッシング・ファンダメンタル生成器１５において生成された再現用音声信号には、３００Ｈｚ以上の周波数のものだけでなく、３００Ｈｚ未満の周波数のものが存在することがあるが、３００Ｈｚ未満の周波数の音声信号成分は後述のハイパス・フィルタ１６において除去される。

加算器１３は、増幅器１２からの入力とミッシング・ファンダメンタル生成器１５からの入力とを加算し、加算により生成した音声信号をハイパス・フィルタ１６へ送る。ハイパス・フィルタ１６は、加算器１３からの入力信号の内から、３００Ｈｚ未満の音声信号成分をカットする。

スケルチ用トーン発生部２１は、ユーザに選択された所定のトーン信号を生成する。加算器２２は、ハイパス・フィルタ１６の出力とスケルチ用トーン発生部２１の出力とを（厳密には両者の振幅を）加算する。図２は加算器２２の出力のスペクトル図である。周波数範囲は、３００Ｈｚを境に、低域側のｓｕｂ−Ａｕｄｉｏ帯域と高域側のＡｕｄｉｏ帯域に分割される。スケルチ用トーン発生部２１におけるトーンは、ｓｕｂ−Ａｕｄｉｏ帯域に属し、音声は、Ａｕｄｉｏ帯域のもののみが加算器２２から出力される。以下、図２に表わされる低域側のｓｕｂ−Ａｕｄｉｏ帯域のトーン信号と高域側のＡｕｄｉｏ帯域の音声信号とを合わせた信号を「トーン付き音声信号」と呼ぶことにする。

変調部２３では、加算器２２からのトーン付き音声信号をベースバンド信号として、ＦＭやＡＭ等の変調を行なって、ＲＦ信号を生成する。送信ＲＦ部２４は、変調部２３からのＲＦ信号をアンテナ２５から無線で送信する。

図３は受信機３０のブロック図である。受信ＲＦ部３２は、アンテナ３１においてＲＦ信号を無線で受信する。復調部３３は、受信ＲＦ部３２からのＲＦ信号を復調して、送信機１０におけるベースバンド信号としてのトーン付き音声信号を生成する。復調部３３の出力は、ローパス・フィルタ３４及びハイパス・フィルタ３６へ送られる。

ローパス・フィルタ３４は、復調部３３からの入力信号より３００Ｈｚ未満の成分を抽出し、トーン検出部３５へ送る。トーン検出部３５は、ローパス・フィルタ３４からの入力信号にユーザが予め設定したトーン信号を含むか否かを判定する。トーン検出部３５は、トーン信号を含むか否かの判定に代えて、トーン信号から抽出したコードが、ユーザが予め設定したものと同一であるか否かを判定することもある。

トーン検出部３５は、スケルチ機能を実行するものであり、ユーザが予め設定したトーン信号が含まれない、あるいはコードが一致しないと判断した場合には、スケルチを閉じ、すなわち、増幅器３７からの出力を禁止して、スピーカ３８をミュート状態にする。トーン検出部３５は、ユーザが予め設定した所定のトーン信号が含まれる、あるいはコードが一致すると判断した場合には、スケルチを開き、すなわち、増幅器３７からの出力を許容する。

なお、逆トーン・スケルチでは、トーン検出部３５は、ユーザが予め設定したトーン信号が含まれない、あるいはコードが一致しないと判断した場合に、スケルチを開き、すなわち、増幅器３７からの出力を許容する。そして、ユーザが予め設定した所定のトーン信号が含まれる、あるいはコードが一致すると判断した場合には、スケルチを閉じ、すなわち、増幅器３７からの出力を禁止して、スピーカ３８をミュート状態にする。

ハイパス・フィルタ３６は、復調部３３からの入力信号より３００Ｈｚ以上の音声信号成分を抽出して、増幅器３７へ送る。トーン検出部３５が増幅器３７の出力を許容している場合のみ、ハイパス・フィルタ３６において抽出された音声がスピーカ３８から流れる。

受信機３０が受信するＲＦ信号を復調した音声信号には、３００Ｈｚ未満の音声をミッシング・ファンダメンタル現象により再現するための複数個の調波構造音に係る再現用音声信号が含まれる。したがって、スピーカ３８からの音声には、通常の音声、すなわち再現用音声信号に係る音声ではない音声と共に、再現用音声信号に係る音声が含まれている。結果、受信機３０のユーザは、３００Ｈｚ未満である音声をミッシング・ファンダメンタル現象に基づき聞くことができる。

図４は送信機５５のブロック図である。送信機５５は再現用音声信号生成手段５６及び送信手段５７を有している。図１の送信機１０は送信機５５の一例である。ミッシング・ファンダメンタル生成器１５は再現用音声信号生成手段５６の一例であり、送信ＲＦ部２４は送信手段５７の一例である。

また、以下の第１の音声の一例は、送信機１０における３００Ｈｚ未満の音声であり、第２の音声の一例は送信機１０における３００Ｈｚ以上の音声であり、トーン信号の一例は送信機１０におけるスケルチ用トーン発生部２１の出力である。

再現用音声信号生成手段５６は、第１の音声に対し、該第１の音声をミッシング・ファンダメンタル現象により再現するための複数個の調波構造音に係る再現用音声信号を生成する。送信手段５７は、第１の音声に係る第１の音声信号の代わりに、再現用音声信号を送信する。

典型的には、送信手段における送信は、無線で行なわれるが、有線での送信を除外しない。また、典型的には、送信機５５は、音声をデジタル化することなくアナログのまま送信するものであるが、音声をデジタル化して送信する場合を除外しない。送信機５５が、第１の音声に係る第１の音声信号の代わりに、再現用音声信号を送信するものであれば、どのような送信機５５であってもよい。

送信機５５が、第１の音声に係る第１の音声信号の代わりに、再現用音声信号を送信する理由は、前述の送信機１０の場合のように、トーン信号送信確保のための音声信号の送信周波数帯域に関する制限（例：３００Ｈｚ以上）のために、第１の音声信号を直接、送信できないことに限定されない。第１の音声信号が送信可能であっても、何らかの理由により、第１の音声信号を送信する代わりに、再現用音声信号を送信するような場合にも、該送信機５５が適用される。

送信機５５は、典型的には、ユーザに携帯される携帯型であるが、タクシーやトラック等の車両に装備される車載型や及び各車両に指示を出す本部に設置されるものであってもよい。

ここで、所定周波数（例：３００Ｈｚ）に対してそれぞれ下側及び上側に第１及び第２の周波数帯域を設定する。典型的には、第１の音声と複数個の調波構造音とは、それぞれ第１及び第２の周波数帯域に含まれるものとなっているが、これに限定されない。例えば、第１の音声は、その周波数が第２の周波数帯域に含まれるものであってもよい。

例えば、第１の周波数帯域は、トーン・スケルチに係るトーン信号の周波数が設定される周波数帯域である。送信機５５は、例えば、トーン・スケルチを装備するものである。トーン・スケルチを装備する送信機５５では、トーン信号は、所定周波数（例：３００Ｈｚ）未満の周波数帯域に設定され、トーン信号と、該所定周波数以上の周波数帯域における音声とが受信機（図示せず）へ送信される。

再現用音声信号生成手段５６は、例えば、第１の周波数帯域に含まれる全周波数の音声、第１の周波数帯域内の所定の部分帯域に含まれる全周波数の音声、又は第１の周波数帯域内の離散的な複数個の周波数の音声について、再現用音声信号を生成するものである。

受信側において、ミッシング・ファンダメンタル現象により再現する第１の音声は、第１の周波数帯域に含まれる全周波数の音声でなくても、一部のみで十分な場合があり、第１の音声を、第１の周波数帯域内の所定の部分帯域に含まれる全周波数の音声、又は第１の周波数帯域内の離散的な複数個の周波数の音声に絞る場合には、再現用音声信号生成手段５６の負荷が軽減する。

こうして、第１の音声をミッシング・ファンダメンタル現象により再現するための複数個の調波構造音に係る再現用音声信号を生成して、該再現用音声信号を送信することにより、第１の音声を送信しなくても、受信側において、第１の音声をユーザに認識させることができる。

好ましい送信機５５では、第１の音声をミッシング・ファンダメンタル現象により再現するための複数個の調波構造音に係る再現用音声信号を生成して、該再現用音声信号を送信するか否かは、ユーザが状況に応じて適宜、手動で切り替えることができるようになっている。

図５はさらに具体化した送信機５５のブロック図である。図５の送信機５５では、図４の送信機５５に対して加算手段５９が追加される。加算手段５９は、周波数が第１の周波数帯域に含まれるトーン信号と、周波数が第２の周波数帯域に含まれる第２の音声に係る第２の音声信号と、周波数が第２の周波数帯域に含まれる再現用音声信号とを加算する。送信手段５７は加算手段５９の出力を送信する。加算手段５９の一例は送信機１０における加算器２２である。

こうして、第１の音声をミッシング・ファンダメンタル現象により再現するための複数個の調波構造音に係る再現用音声信号は、その他の音声信号と共に、第２の周波数帯域の信号として送信され、受信側では、再現用音声信号は、第２の周波数帯域の信号として、その他の音声信号と共に、再生される。なお、受信機は、従来の構造のものを、特に変更することなく、使用することができる。

好ましくは、再現用音声信号は、その周波数が、第２の周波数帯域において、第２の音声信号が含まれる帯域部分とは別の帯域部分に含まれているものとされている。別の帯域部分とは、例えば、第２の周波数帯域において第２の音声信号が存在する帯域部分が、第２の周波数帯域の低域側範囲に偏在している場合の高域側範囲や、所定の中間範囲で抜け落ちている場合の該抜け落ちている所定の中間範囲である。これにより、再現用音声信号が、第２の音声信号と干渉して、ユーザへの第２の音声信号の聴取に支障が生じるのを回避できる。

図６は音声送信方法６５のフローチャートである。音声送信方法６５はＳ６６，Ｓ６７を必須のステップとして有し、Ｓ６８を適宜追加可能なステップとして有している。

Ｓ６６では、第１の音声に対し、該第１の音声をミッシング・ファンダメンタル現象により再現するための複数個の調波構造音に係る再現用音声信号を生成する。Ｓ６７では、第１の音声に係る第１の音声信号の代わりに、再現用音声信号を送信する。

所定周波数に対してそれぞれ下側及び上側に第１及び第２の周波数帯域を設定する。音声送信方法６５では、好ましくは、第１の音声と複数個の調波構造音とは、それぞれ第１及び第２の周波数帯域に含まれるものとなっている。第１の周波数帯域は、例えば、トーン・スケルチに係るトーン信号の周波数が設定される周波数帯域である。

Ｓ６６では、例えば、第１の周波数帯域に含まれる全周波数の音声、第１の周波数帯域内の所定の部分帯域に含まれる全周波数の音声、又は第１の周波数帯域内の離散的な複数個の周波数の音声を第１の音声として、対応の再現用音声信号を生成するものである。

好ましくは、Ｓ６６において生成する再現用音声信号は、その周波数が、第２の周波数帯域において、第２の音声信号が含まれる帯域部分とは別の帯域部分に含まれているものとされている。

Ｓ６８をＳ６６とＳ６７との間に追加した音声送信方法６５における該Ｓ６８では、周波数が第１の周波数帯域に含まれるトーン信号と、周波数が第２の周波数帯域に含まれる第２の音声に係る第２の音声信号と、周波数が第２の周波数帯域に含まれる再現用音声信号とを加算する。そして、Ｓ６７では、Ｓ６８における加算により生成された信号を送信する。

本発明を最良の形態について説明したが、本発明は、これに限定されず、要旨の範囲内で種々の形態により実施可能であることは言うまでもない。

送信機のブロック図である。 加算器の出力のスペクトル図である。 受信機のブロック図である。 別の送信機のブロック図である。 図４の送信機をさらに具体化したブロック図である。 音声送信方法のフローチャートである。

符号の説明

５５：送信機、５６：ミッシング・ファンダメンタル現象用音声信号生成手段、５７：送信手段、５９：加算手段、６５：音声送信方法。

Claims (4)

1. 音声信号を所定周波数に対して下側に第１の周波数帯域と、上側に第２の周波数帯域とを設定し、前記音声信号の前記第１の周波数帯域の成分のみを通過させる第１のフィルタと、
   前記第１のフィルタを通過した第１の音声信号から複数個の調波構造音の再現用音声信号を生成するミッシング・ファンダメンタル生成器と、
   前記音声信号と前記再現用音声信号とを加算する第１の加算器と、
   前記第１の加算器の出力信号の前記第２の周波数帯域の成分のみを通過させる第２のフィルタと、
   前記第１の周波数帯域の範囲の周波数のトーン信号を発生するトーン信号生成部と、
   前記第２のフィルタの出力と前記トーン信号とを加算する第２の加算器と、
   を備えたことを特徴とする送信機。
2. 前記ミッシング・ファンダメンタル生成器は、前記第１の周波数帯域内に含まれる全周波数の音声、前記第１の周波数帯域内の所定の部分帯域に含まれる全周波数の音声、又は前記第１の周波数帯域内の離散的な複数個の周波数帯域内に含まれる全周波数の音声より前記再現用音声信号を生成するものであることを特徴とする請求項１に記載の送信機。
3. 前記ミッシング・ファンダメンタル生成器は、
   前記第２のフィルタを通過した第２の音声信号が含まれる周波数帯域と、
   前記第２のフィルタを通過した前記再現用音声信号が含まれる周波数帯域と、
   は異なるように前記再現用音声信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の送信機。
4. 音声信号を所定周波数に対して、下側に第１の周波数帯域と、上側に第２の周波数帯域とを設定し、前記音声信号が、前記第１の周波数帯域の成分のみを通過せさる第１フィルタを通過するステップと、
   前記第１のフィルタを通過した第１の音声信号をミッシング・ファンダメンタル現象により再現するための複数個の調波構造音の再現用音声信号を生成するステップと、
   前記音声信号と前記再現用音声信号とを加算する第１の加算ステップと、
   前記第１の加算ステップによる出力信号が、前記第２の周波数帯域のみを通過させる第２のフィルタを通過するステップと、
   前記第１の周波数帯域の範囲の周波数のトーン信号を発生するステップと、
   前記第２のフィルタの出力と前記トーン信号とを加算する第２の加算ステップと、
   前記第２の加算ステップで加算された信号を変調し送信するステップと、
   を含むことを特徴とする音声送信方法。

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