JP5251710B2

JP5251710B2 - 音声信号処理装置

Info

Publication number: JP5251710B2
Application number: JP2009110534A
Authority: JP
Inventors: 俊英石本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: JP2010263280A

Description

本発明は、ビデオカメラやボイスレコーダなどに内蔵される音声信号処理装置に関する。

近年、例えばビデオカメラに使用されるマイクロホンなどでは、複数のマイクロホンユニットを使用し、指向特性を生成するマイクロホン装置が使用されており、そのマイクロホンユニットの感度差による指向特性を均一にするような装置も実現されている（例えば、特許文献１参照）。

以下、従来のマイクロホン装置について、図面を参照しながら説明する。

図６に示すように、マイクロホンユニット６１、６２、マイクロホンユニット６１、６２からの音声信号を複数の周波数帯域に分割する周波数帯域分割回路６３、６４、ｎ個の内基準となる１つのマイクロホンユニットから出力される音声信号から分割された同じ帯域毎の音声信号と音声信号レベルを比較するレベル比較回路６５〜６８、レベル比較回路６５〜６８から出力された音声信号のレベル差を基に周波数帯域分割回路６４から出力される音声信号のレベルを制御するレベル制御回路６９〜７２、レベル制御回路６９〜７２から出力される音声信号を合成する周波数帯域合成回路７３、７４、帯域合成回路７３、７４の出力からたとえばステレオの単一指向性等の指向性を生成する指向性合成回路７５を設けている。

以上の構成要素からなる音声信号処理装置について図６を用いてその各構成要素の関係と動作を説明する。

マイクロホンユニット６１、６２は、それぞれ無指向性のマイクロホンユニットである。それぞれのマイクロホンユニットの出力は、周波数帯域分割回路６３及び６４へと入力される。

周波数帯域分割回路６３及び６４は、例えば図７に示すような回路で構成されており、遅延器８１〜８９と、乗算器９０〜９８と、音声信号入力端子７ａと、帯域分割された音声信号の出力端子７ｂ〜７ｅとを含む。音声信号入力端子７ａから入力された音声信号は、この帯域分割回路を通過させることにより、図８に示すような出力端子７ｂから出力される低域の音声信号、出力端子７ｃから出力される中低域の音声信号、出力端子７ｄから出力される中高域の音声信号、出力端子７ｅから出力される高域の音声信号というような４つの帯域に分割された音声出力信号を得ることができる。

図６に示す回路の場合、マイクロホンユニット６１に入力され、周波数帯域分割回路６４から出力される音声信号を基準信号とし、帯域分割回路６３から出力される信号を比較対象の音声信号として、同じ周波数帯域毎に音声レベル比較回路６５〜６８で音声信号レベルが比較される。

音声レベル制御回路６９〜７２では、音声レベル比較回路６５〜６８から出力された音声信号のレベル差を基に、周波数帯域分割回路６４から出力される音声信号のレベルを制御することにより、帯域分割回路６３から出力されるそれぞれの周波数帯域の音声信号を、帯域分割回路６４から出力されるそれぞれの周波数帯域の音声信号レベルとあわせることが可能となる。

それぞれの周波数帯域毎に音声信号レベルの合わせ込みを行った音声信号は、帯域合成回路７３、７４により周波数帯域が合成され、指向性合成回路７５へと入力される。

指向性合成回路７５では、周波数帯域合成回路７３及び７４から出力された音声信号を基に、例えば単一指向性を持つステレオの指向特性を持つ音声信号へと変換されることになる。

指向性合成回路７５に入力される音声に音声信号レベルのレベル差や、周波数特性に差がある場合、指向性合成回路７５で生成される指向性を十分に得ることができないが、従来の場合、入力される音声信号を周波数分割し、音声レベルの比較を行い、指向性合成回路７５に入力される音声信号の周波数特性を合わせることにより、ある程度の十分な指向特性を得ることが可能となる。

特開２００６−８０５９０号公報

しかしながら、上記従来の構成では、マイクロホンユニットから出力される音声信号の帯域を分割する帯域通過フィルタの帯域分割数により、十分にマイクロホンユニットから出力される音声信号の特性を合わせることができず、得られる指向特性の均一性が保たれないという課題を持つ。

上記課題を解決する為に、本発明の音声信号処理装置は、互いに間隔をおいて配置された複数のマイクロホンと、前記マイクロホンから出力される音声信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部と、前記アナログデジタル変換部から出力される音声信号における低い周波数成分を低減する高域通過フィルタと、前記高域通過フィルタ毎に、所定の帯域以外の周波数成分を低減する帯域通過フィルタと、前記帯域通過フィルタから出力される複数の音声信号の信号レベルを比較する感度差比較部と、前記感度差比較部の出力に基づき、前記高域通過フィルタにおいて低減する周波数成分を調整する係数生成部と、前記高域通過フィルタの出力信号を基に、少なくとも単一の指向性を有する音声信号を生成する指向性合成部と、を備える。

本発明の音声信号処理装置は、上記の構成により、マイクロホンユニットから出力される音声信号が、レベル差や異なる周波数特性を有する場合でも、指向性合成回路に入力される音声信号のレベル差や周波数特性を調整することができ、指向性合成回路の出力音声の指向性や音声出力レベルのばらつきを抑えることができる。

実施の形態１における音声信号処理装置の構成を示すブロック図実施の形態１におけるマイクロホンユニットの出力音声信号のイメージ図実施の形態１における感度差比較器の構成を示すブロック図実施の形態１における係数生成部に於いて生成される高域通過フィルタの係数のイメージ図実施の形態１における係数による高域通過フィルタの特性を示す図従来の指向性合成回路のブロック図従来の指向性合成回路の帯域分割フィルタのブロック図従来の帯域分割フィルタの周波数特性図

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる音声信号処理装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、音声信号処理装置は、マイクロホンユニット１及び２と、マイクロホンユニット１又は２から出力される音声信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器３及び４と、アナログデジタル変換器３又は４から出力される音声毎に所定の係数に従って高い周波数成分のみを通過させる高域通過フィルタ５及び６と、高域通過フィルタ毎に所定の帯域の周波数成分のみを通過させる帯域通過フィルタ７及び８と、帯域通過フィルタ７及び８の出力信号レベルを比較する感度差比較器９と、感度差比較器９の出力よりマイクロホン毎の出力信号の特性差を判断して、高域通過フィルタで用いる係数を算出する係数生成部１０と、高域通過フィルタ５及び６の出力信号を基に、単一指向性等の指向性を生成する指向性合成回路１１を設けている。

以上の構成要素からなる音声信号処理装置について、図１を用いてその各構成要素の関係と動作を説明する。

マイクロホンユニット１及び２は、それぞれ無指向性のマイクロホンユニットである。それぞれのマイクロホンユニットの出力は、アナログデジタル変換器３又は４へと入力され、デジタル音声信号へと変換される。

アナログデジタル変換器３及び４でデジタル信号へと変換された音声信号は、次の高域通過フィルタ５又は６を通過し、指向性合成回路１１へと入力され、単一指向性等の指向特性が生成される。

高域通過フィルタ５及び６は、一般的に下式のような伝達特性を持つような１次フィルタで構成される。

Ｈ（ｚ）＝（１−ｂ×ｚ＾−１）／（１−ａ×ｚ＾−１）
一方、高域通過フィルタ５又は６から出力される音声信号は、同時に帯域通過フィルタ７又は８に入力され、所定の帯域の周波数成分のみを通過させた後、感度差比較器９へと出力される。

感度差比較器９は、たとえば図３に示すような回路で構成されており、帯域通過フィルタの出力信号が入力される入力端子３１及び３２と、入力端子の一方の出力から、もう一方の出力を減算する減算器３３と、減算器３３の出力を受け、その符号を判定する符号判定器３４とを含む。

図３で示す感度差比較器９では、帯域通過フィルタ７及び８の出力のどちらの出力がどれだけ大きいかを算出し、その算出された差成分と、符号判定器３４の出力結果とを係数生成部１０へと出力する。

係数生成部１０では、減算器３３から出力される差成分と、符号判定器３４の出力とが入力され、符号および差成分を基に、高域通過フィルタの伝達関数式の係数ｂおよび係数ａを生成する。

この係数生成部１０では、図４に示すように、差成分をｄ１〜ｄｎ（ｎは正の整数）とした場合、それに応じて係数ａとしてａ１〜ａｎ、係数ｂとしてｂ１〜ｂｎの係数を生成する。

高域通過フィルタ５及び６は、図５に示すように、係数ａ１およびｂ１を用いた場合、図５の５ａのような特性を示し、係数ａｎおよび係数ｂｎを用いた場合には、図５の５ｂのような特性を示すように設計されている。

指向性合成回路１１に入力される音声信号は、マイクロホンユニット１及び２のそれぞれの個体差により、特性が全く均一とはならず、図２に示すように、周波数特性等が異なっていることが多い。

たとえば、アナログデジタル変換器３、高域通過フィルタ５を通過して指向性合成回路１１に入力される音声信号が、図２の２ａで示すような特性となり、もう一方のアナログデジタル変換器４、高域通過フィルタ６を通過して指向性合成回路１１に入力される音声信号が、図２の２ｂで示すような特性となることがある。

このように指向性合成回路１１に入力される２つの音声信号に図２に示すような特性差がある場合、指向性合成回路１１より出力される指向特性を持つ音声出力１２及び１３は、音声特性が均一とはならず、指向特性に問題を生じることになる。

本実施の形態１における音声信号処理装置では、図２に示すような特性差がある場合、高域通過フィルタ５及び６の出力を、帯域通過フィルタ７又は８を通して感度差比較器９に入力して、その差成分より係数生成部１０に於いて、高域通過フィルタの伝達関数の係数ａｍおよびｂｍ（ｍは１〜ｎの間の整数）を算出し、高域通過フィルタ５又は６が出力する音声信号の内、音声出力レベルの大きな方の高域通過フィルタの係数を調整し、特性を変更することにより、指向性合成回路１１へ入力される２つのデジタル音声信号の周波数特性を均一にすることが可能となり、その結果、指向性合成回路１１の出力においても、十分な指向特性を得ることが可能となる。

なお、帯域通過フィルタの特性については、図２の特性差を測定できるように、比較的周波数の低い帯域で信号を通過させるような特性を持たせておく。

本実施の形態１ではマイクロホンユニットを２個使用した場合について記載したが、３個以上のマイクロホンユニットを使用しても構わない。この場合、複数の高域通過フィルタの係数を調整し、指向性合成回路１１へ入力されるデジタル音声信号の周波数特性を均一にする。

また、周波数帯域分割を４つの周波数帯域に分割した場合について記載したが、分割する帯域を３つや５つ以上の周波数帯域に分割しても構わない。

また、生成される指向特性に関してステレオ特性に関して記載しているが、これ以外の特性を使用することも可能である。

本発明の音声信号処理装置は、ビデオカメラ等の音声信号収音装置として有用である。

１、２マイクロホンユニット
３、４アナログデジタル変換器
５、６高域通過フィルタ
７、８帯域通過フィルタ
９感度差比較器
１０係数生成部
１１指向性合成回路
１２、１３音声出力端子

Claims

互いに間隔をおいて配置された複数のマイクロホンと、
前記マイクロホンから出力される音声信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部と、
前記アナログデジタル変換部から出力される音声信号における低い周波数成分を低減する高域通過フィルタと、
前記高域通過フィルタ毎に、所定の帯域以外の周波数成分を低減する帯域通過フィルタと、
前記帯域通過フィルタから出力される複数の音声信号の信号レベルを比較する感度差比較部と、
前記感度差比較部の出力に基づき、前記高域通過フィルタにおいて低減する周波数成分を調整する係数生成部と、
前記高域通過フィルタの出力信号を基に、少なくとも単一の指向性を有する音声信号を生成する指向性合成部と、
を備える音声信号処理装置。
前記係数生成部は、
前記高域通過フィルタが出力する音声信号の周波数特性が略均一となるように、前記高域通過フィルタにおける伝達関数の係数を調整する
請求項１に記載の音声信号処理装置。