JP5391374B2 - Microphone device - Google Patents
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Description
本発明は、人体中を伝導する音声を利用したマイクロホン装置に関する。 The present invention relates to a microphone device using sound conducted through a human body.
近年、人体、特に骨格を伝導する音声(骨導音)の取得は、周囲騒音の影響を受けにくく、騒音下での音声通話や音声入力を可能にする手法として注目されている。しかし、骨導音の取得には、(1)音の表現に重要な高域成分が少ないために明瞭度が低い、(2)骨導音声の周波数特性は低域が高く高域が低いために音質が悪い、(3)外耳道の個人差やピックアップユニットの装着の仕方で明瞭度が大きく変化する、(4)コード(信号線)の摩擦などの異音を収音しやすい、(5)運動性雑音を拾いやすい、(6)効率やS/N比が悪い、(7)声帯や声道あるいは口などの各部位からの音声伝達が非常に複雑であるために骨導音声固有の音質が生ずる、といった不都合があるとされている。 In recent years, the acquisition of voice (bone conduction sound) conducted through the human body, particularly the skeleton, has been attracting attention as a technique that is less susceptible to ambient noise and enables voice calls and voice input under noise. However, in obtaining bone conduction sound, (1) the clarity is low because there are few high frequency components important for sound expression, and (2) the frequency characteristic of bone conduction speech is high in the low range and low in the high range. Sound quality is poor, (3) clarity varies greatly depending on individual differences in the external auditory canal and how the pickup unit is attached, (4) it is easy to pick up abnormal sounds such as friction of cords (signal lines), (5) Easy to pick up motility noise, (6) Poor efficiency and S / N ratio, (7) Sound quality inherent to bone-conducted speech due to very complicated voice transmission from each part such as vocal cords, vocal tract or mouth It is said that there is a disadvantage that occurs.
上記(1)〜(6)は骨導音を取得する従来方法が適切でないことにより発生する問題である。(1)〜(6)の問題を解決するものとして、ピックアップ素子の接触子に、人体の検出部位との間隔の大小差を緩和する調整機能を設け、人体の個人差に対する補正を簡便に行い、フィット感ないし装着性を向上させた技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。さらに、この特許文献1に記載された技術によれば、接触子が人体に接触する構成としたので、骨導音声認識の明瞭度やS/N比が向上し、良好に骨導音声を認識することができる。
ところで、上記の(7)については、骨導音が有する本質的な問題であり、骨導音から気導音と同等な再現性の高い音声情報を得るためには、適切な補正が必要である。特許文献1には、このような補正処理については記載されていない。 By the way, the above (7) is an essential problem of bone conduction sound, and in order to obtain highly reproducible audio information equivalent to air conduction sound from bone conduction sound, appropriate correction is necessary. is there. Patent Document 1 does not describe such correction processing.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、取得した骨導音から、気導音と同等な再現性の高い音声情報を得られるようにするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and makes it possible to obtain sound information having high reproducibility equivalent to air conduction sound from acquired bone conduction sound.
本発明の一側面のマイクロホン装置は、板状であって、その板状の一の面と密接する生体表面の振動を検出して電気信号に変換する圧電素子である検出部と、その検出部から出力される生体の発生器官から発声されたインパルス状の音声による生体表面の振動に応じた電気信号に基づいて、生体の発声器官から生体表面の検出部が取り付けられた位置までの当該生体の伝達関数、および、その逆伝達関数を算出する演算部と、その演算部で算出された逆伝達関数を利用した演算を行うフィルタを、検出部から出力される電気信号に適用してフィルタ処理を行う信号処理部と、その信号処理部によってフィルタ処理された電気信号を外部に出力する出力部と、を備える。また生体の発声器官から発声されて空間を伝播した気導音を収音し、電気信号に変換する収音部と、信号処理部において上記フィルタが適用された電気信号と、収音部から出力される電気信号とを比較し、比較結果に基づいて演算部で算出された逆伝達関数の補正量を算出する比較演算部と、を備える。演算部は、比較演算部で算出された補正量に基づいて、逆伝達関数を補正する。 A microphone device according to one aspect of the present invention has a plate-like detection unit that is a piezoelectric element that detects vibration of a living body surface that is in close contact with the plate-like one surface and converts the vibration into an electric signal, and the detection unit Based on the electrical signal corresponding to the vibration of the living body surface by the impulse-like sound uttered from the living organ that is output from the living body , the living body from the living body's vocal organ to the position where the detecting unit of the living body surface is attached Applying a transfer function, a calculation unit that calculates the inverse transfer function, and a filter that performs calculation using the inverse transfer function calculated by the calculation unit to the electrical signal output from the detection unit A signal processing unit to perform, and an output unit that outputs the electrical signal filtered by the signal processing unit to the outside. In addition, it collects air-conducted sound uttered from a living body's vocal organs and propagates through the space, and converts it into an electrical signal; an electrical signal to which the filter is applied in the signal processing unit; and an output from the sound collection unit A comparison operation unit that compares the calculated electric signal and calculates a correction amount of the inverse transfer function calculated by the operation unit based on the comparison result. The calculation unit corrects the inverse transfer function based on the correction amount calculated by the comparison calculation unit.
本発明の一側面においては、使用者の発声器官から体表の検出部が取り付けられた位置までの逆伝達関数を用いて骨導振動情報を補正するため、気導音に近い、原音の再現性が高い音質が得られる。 In one aspect of the present invention, bone conduction vibration information is corrected using a reverse transfer function from the user's vocal organ to the position where the body surface detection unit is attached. High sound quality can be obtained.
以上のように、本発明の一側面によれば、取得した骨導音から、気導音と同等な再現性の高い音声情報を得ることができる。 As described above, according to one aspect of the present invention, voice information having high reproducibility equivalent to air conduction sound can be obtained from the acquired bone conduction sound.
以下、本発明の実施の形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
以下に述べる実施の形態は、本発明を実施するための好適な形態の具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されている。ただし、本発明は、以下の実施の形態の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限られるものではない。したがって、例えば、以下の説明で挙げる使用材料とその使用量、処理時間、処理順序および各パラメータの数値的条件等は好適例に過ぎず、また、説明に用いた各図における寸法、形状および配置関係等も実施の形態の一例を示す概略的なものである。 The embodiment described below is a specific example of a preferred embodiment for carrying out the present invention, and therefore various technically preferable limitations are given. However, the present invention is not limited to these embodiments unless otherwise specified in the following description of the embodiments. Therefore, for example, the materials used in the following description, the amounts used, the processing time, the processing order, and the numerical conditions of each parameter are only suitable examples, and the dimensions, shapes, and arrangements in the drawings used for the description The relationship and the like are also schematic showing an example of the embodiment.
本発明は、人間など生体の発する音声を認識する手法として、人体中を伝導する音声を利用したものであり、特に骨格を伝導する音声(骨導音)を取得するマイクロホン装置に関する。そのマイクロホン装置は、大きく分けて、発音により体表に発生する微細振動を高周波数域まで計測可能なセンサと、そのセンサから出力される音声信号を補正する装置から構成される。 The present invention uses a voice conducted through a human body as a technique for recognizing a voice produced by a living body such as a human, and particularly relates to a microphone device that acquires a voice (bone conduction sound) conducted through a skeleton. The microphone device is roughly divided into a sensor capable of measuring fine vibrations generated on the body surface by sound generation up to a high frequency range, and a device for correcting an audio signal output from the sensor.
本発明の一実施の形態においては、上記センサに、歪みに応じて電荷を発生する圧電効果を有する素子、すなわち圧電素子であるポリフッ化ビニリデン(PVDF:PolyVinylidine DiFluoride) フィルムを利用する。このポリフッ化ビニリデン(以下、「PVDF」という。)フィルムを用いてPVDF骨導音センサを構成し、PVDF骨導音センサを体表の任意の箇所に固定して、そのPVDF骨導音センサが体表の振動を検出することにより骨導音を取得する。 In one embodiment of the present invention, an element having a piezoelectric effect that generates an electric charge according to strain, that is, a polyvinylidene difluoride (PVDF) film, which is a piezoelectric element, is used for the sensor. The polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as “PVDF”) film is used to form a PVDF bone conduction sound sensor, and the PVDF bone conduction sound sensor is fixed at an arbitrary position on the body surface. Bone conduction sound is acquired by detecting vibration of the body surface.
図1は、本発明の一実施の形態に係るPVDF骨導音センサの使用例を示した図である。
図示された例は、PVDF骨導音センサ1のPVDFフィルムを使用者の額に密着させ、ゴムバンド等の固定手段2で固定した場合の例である。額に固定したPVDF骨導音センサ1によって、使用者から発せられた音声を検出する。
FIG. 1 is a diagram showing a usage example of a PVDF bone conduction sound sensor according to an embodiment of the present invention.
The illustrated example is an example in which the PVDF film of the PVDF bone conduction sound sensor 1 is brought into close contact with the user's forehead and fixed with fixing means 2 such as a rubber band. A voice emitted from the user is detected by the PVDF bone conduction sound sensor 1 fixed to the forehead.
図2は、図1に示したPVDF骨導音センサの概略構成を示す斜視図である。また、図3は、図2に示したPVDF骨導音センサ1のX−X線に沿う断面図である。なお、図3では、固定手段2の記載は省略している。 FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the PVDF bone conduction sound sensor shown in FIG. Moreover, FIG. 3 is sectional drawing which follows the XX line of the PVDF bone-conduction sound sensor 1 shown in FIG. In FIG. 3, the description of the fixing means 2 is omitted.
図2,図3に示すように、PVDF骨導音センサ1は、PVDFフィルム11と、緩衝材12、絶縁板13、および、固定手段2を含むように構成される。さらにPVDFフィルム11の一方の端部近傍には、電極14が設けられ、その電極14にはリード線15が接続している。リード線15は、後述する増幅部21と接続している。 As shown in FIGS. 2 and 3, the PVDF bone conduction sound sensor 1 is configured to include a PVDF film 11, a buffer material 12, an insulating plate 13, and fixing means 2. Further, an electrode 14 is provided near one end of the PVDF film 11, and a lead wire 15 is connected to the electrode 14. The lead wire 15 is connected to an amplification unit 21 described later.
PVDFフィルム11は、その一の面が体表(例えば、額の表面など)に密着するよう略矩形もしくは正方形の板状に形成されている。PVDFフィルム11は、その形状が矩形の板状である場合、長手方向が骨導振動の検出方向になることが知られている。図2に示す例では、PVDFフィルム11の生体振動の検出方向は、体表に沿ってPVDFフィルム11の長手方向であるから、帯状の固定手段2の短手方向すなわち額の縦方向V1である。 The PVDF film 11 is formed in a substantially rectangular or square plate shape so that one surface thereof is in close contact with the body surface (for example, the surface of the forehead). When the shape of the PVDF film 11 is a rectangular plate shape, it is known that the longitudinal direction is the detection direction of bone conduction vibration. In the example shown in FIG. 2, the detection direction of the biological vibration of the PVDF film 11 is the longitudinal direction of the PVDF film 11 along the body surface, and thus is the short direction of the band-shaped fixing means 2, that is, the longitudinal direction V1 of the forehead. .
緩衝材12は、PVDFフィルム11を体表に均一に押し当てるとともに高品位の音声を取得するためのものであり、絶縁板13とPVDFフィルム11の間に挟装される。緩衝材12の形状は、おおよそ板状であり、緩衝材11には、絶縁板13を介して固定手段2からの押力が直接かからないよう海綿状の構造を持つスポンジ(発泡体)などが用いられる。その平面部分の面積(大きさ)は、PVDFフィルム11を体表に均一に押し当てる上で、PVDFフィルム11の平面部分の面積(大きさ)と同じか、または大きい方が好ましい。緩衝材12の材料としては、例えば化粧用パフに用いられるニトリルゴム(NBR)、エチレン酢酸ビニール共重合樹脂(EVA)、あるいは、プレーンゴムなどの有機高分子を主成分とする弾性材料が用いられる。 The cushioning material 12 is used to uniformly press the PVDF film 11 against the body surface and acquire high-quality sound, and is sandwiched between the insulating plate 13 and the PVDF film 11. The shape of the cushioning material 12 is approximately plate-like, and a sponge (foam) having a sponge-like structure is used for the cushioning material 11 so that the pressing force from the fixing means 2 is not directly applied via the insulating plate 13. It is done. The area (size) of the plane portion is preferably equal to or larger than the area (size) of the plane portion of the PVDF film 11 in order to uniformly press the PVDF film 11 against the body surface. As the material of the buffer material 12, for example, a nitrile rubber (NBR), an ethylene vinyl acetate copolymer resin (EVA) used for a cosmetic puff, or an elastic material mainly composed of an organic polymer such as plain rubber is used. .
なお、緩衝材12を設けず、ゴムバンド等の固定手段によってPVDFフィルム11を体表に押し当てるようにしてもよい。ただし、緩衝材12を設けた場合の方が、緩衝材12を使用しない場合のそれと比較して、音声の再現性が良好であることが、本発明者らによる実験で確かめられている。また、緩衝材はスポンジに限らず他の組成や構造を持つ材料でもよいが、スポンジは他の材料と比べて高周波数帯域の音声の再現性がよい。さらに、スポンジの厚みによってPVDFフィルム11で検出される音声の周波数特性が異なる。 In addition, you may make it press the PVDF film 11 against a body surface by fixing means, such as a rubber band, without providing the shock absorbing material 12. FIG. However, it has been confirmed by experiments by the present inventors that the sound reproducibility is better when the buffer material 12 is provided than when the buffer material 12 is not used. In addition, the cushioning material is not limited to a sponge but may be a material having another composition or structure. However, the sponge has a higher frequency reproducibility than other materials. Furthermore, the frequency characteristics of the sound detected by the PVDF film 11 vary depending on the thickness of the sponge.
絶縁板13は、PVDFフィルム11およびスポンジ12が設けられた側と、固定手段2側との間に設けられ、電気や熱の伝導を防ぐものである。本実施の形態では、絶縁板13としてゴム板を使用するが、この例に限られない。 The insulating plate 13 is provided between the side on which the PVDF film 11 and the sponge 12 are provided and the fixing means 2 side, and prevents conduction of electricity and heat. In the present embodiment, a rubber plate is used as the insulating plate 13, but is not limited to this example.
固定手段2は、PVDFフィルム11を体表に均一に押し当てるため、前記PVDFフィルム11の平面部の垂直方向に力を加えるものである。固定手段2によってPVDFフィルム11が表皮に密着できればよく、強い押し当て力は不要である。この例では、ゴムバンドを使用しているがこの例に限られない。例えば、帽子、ヘルメットまたはゴーグルなどを利用してPVDFフィルム11を体表に密着させるようにしてもよい。さらに、PVDFフィルムの額と密着する面に接着剤を塗布、または、粘着テープを貼付してPVDFフィルムと額を密着させるようにしてもよい。ただし、接着剤および粘着テープを使用しない場合の方が、それらを使用する場合と比較して体表の微細振動の検出感度が良好であることが、本願の出願人による実験で確かめられている。 The fixing means 2 applies force in the vertical direction of the flat portion of the PVDF film 11 in order to uniformly press the PVDF film 11 against the body surface. It is only necessary that the PVDF film 11 can be in close contact with the epidermis by the fixing means 2, and a strong pressing force is unnecessary. In this example, a rubber band is used, but the present invention is not limited to this example. For example, the PVDF film 11 may be brought into close contact with the body surface using a hat, a helmet, or goggles. Furthermore, you may make it apply | coat an adhesive agent to the surface which closely_contact | adheres to the forehead of a PVDF film, or affixes an adhesive tape, and makes a PVDF film and an amount | piece adhere. However, the experiment by the applicant of the present application has confirmed that the sensitivity of detecting fine vibrations on the body surface is better when the adhesive and the adhesive tape are not used than when they are used. .
従来の骨導振動を検出するセンサは、生体振動により加振されることで生じるセンサ内部の構造体の変形を電荷(電荷信号)に換えて出力するものがほとんどである。一方、本実施の形態に係るPVDF骨導音センサ1は、例えば額の表皮にPVDFフィルム11を密着させることにより、骨導音によって表皮に生じるひずみを直接電荷(電荷信号)に換えて出力する。これにより、PVDF骨導音センサ1自体の共振特性によらず、高域を含む広い周波数帯域で起伏のないフラットな出力特性を持たせることができる。 Most conventional sensors that detect bone-conduction vibrations output the deformation of the internal structure of the sensor caused by vibration caused by biological vibrations instead of electric charges (charge signals). On the other hand, the PVDF bone conduction sound sensor 1 according to the present embodiment, for example, closes the PVDF film 11 to the skin of the forehead, and outputs the distortion generated in the skin due to the bone conduction sound instead of the direct charge (charge signal). . Thereby, it is possible to have flat output characteristics with no undulations in a wide frequency band including a high frequency regardless of the resonance characteristics of the PVDF bone conduction sound sensor 1 itself.
また、生体振動の検出方向が体表に沿う方向であるため、外部の騒音による(体表に対し垂直方向に加わる)音圧の影響を受けにくい。 Further, since the detection direction of the biological vibration is a direction along the body surface, it is difficult to be affected by sound pressure due to external noise (applied in a direction perpendicular to the body surface).
さらに、空気と体表とのインピーダンスは大きく異なるため、生体外部からの騒音によって表皮にはほとんど歪みは生じない。そのため、特別なフィルタ回路を必要とせずにPVDF骨導音センサ1単体で外部からの騒音を遮断することができる。 Furthermore, since the impedance between air and the body surface is greatly different, the skin is hardly distorted by noise from outside the living body. Therefore, external noise can be blocked by the PVDF bone conduction sound sensor 1 alone without requiring a special filter circuit.
図4は、本発明の一実施の形態に係るPVDF骨導音センサの他の使用例を示した図である。
使用者の発声器官から発せられた音声の骨導振動を額で検出すると、その振動方向は額の表皮に沿って横方向であることが、本発明者らの実験により確かめられた。そこで、図4に示すように、PVDF骨導音センサ1(PVDFフィルム)の長手方向が、帯状の固定手段2の長手方向に沿うようにPVDF骨導音センサ1を固定する。このように、PVDF骨導音センサ1の骨導振動の検出方向を固定手段2の長手方向すなわち額の横方向V2にすることによって、図2に示したPVDF骨導音センサ1よりも、さらに微細な振動を検出することができるようになる。
FIG. 4 is a diagram showing another example of use of the PVDF bone conduction sound sensor according to one embodiment of the present invention.
When the bone conduction vibration of the voice emitted from the user's voice organ is detected with the forehead, it has been confirmed by the inventors' experiment that the vibration direction is the lateral direction along the skin of the forehead. Therefore, as shown in FIG. 4, the PVDF bone sound sensor 1 is fixed so that the longitudinal direction of the PVDF bone sound sensor 1 (PVDF film) is along the longitudinal direction of the belt-like fixing means 2. Thus, by making the detection direction of the bone conduction vibration of the PVDF bone conduction sensor 1 to be the longitudinal direction of the fixing means 2, that is, the lateral direction V2 of the forehead, the PVDF bone conduction sensor 1 shown in FIG. Fine vibrations can be detected.
ここで、図5〜図8を参照して、騒音環境下における実験によって得られた結果に基づいてPVDF骨導音センサを評価する。
実験に使用したPVDF骨導音センサは、PVDFフィルム11に東京センサ社製の「DT1−028K/L(30×12mm,厚さ28μm)」、緩衝材12としてスポンジ、絶縁板13としてゴム板を使用し、PVDFフィルム11とゴム板(絶縁板13)との間にスポンジ(緩衝材12)を挟んだ。そして、このPVDF骨導音センサを、ゴムバンドを固定手段2として用いて固定した。さらに、プラスチック板をゴム板(絶縁板13)に貼り付け、ゴム板(絶縁板13)とゴムバンド(固定手段2)の間にプラスチック板を配置した。
Here, with reference to FIGS. 5-8, a PVDF bone-conduction sound sensor is evaluated based on the result obtained by the experiment in a noisy environment.
The PVDF bone conduction sensor used in the experiment is “DT1-028K / L (30 × 12 mm, thickness 28 μm)” manufactured by Tokyo Sensor Co., Ltd. on the PVDF film 11, sponge as the buffer material 12, and rubber plate as the insulating plate 13. The sponge (buffer material 12) was sandwiched between the PVDF film 11 and the rubber plate (insulating plate 13). The PVDF bone conduction sound sensor was fixed using a rubber band as the fixing means 2. Further, a plastic plate was attached to the rubber plate (insulating plate 13), and the plastic plate was disposed between the rubber plate (insulating plate 13) and the rubber band (fixing means 2).
図5は、ホワイトノイズ下でPVDF骨導音センサより得られた信号の短時間高速フーリエ変換(短時間FFT(FFT:Fast Fourier Transform))結果の例を示す図である。横軸は時間[s]、縦軸は周波数[Hz]とパワースペクトラムを表す。アプリケーションの元データのパワースペクトラムの表示は、図ではカラー(有彩色)表示されていないが、実際はパワーの強い方から弱い方に向かって赤色、緑色、青色のように段階的にカラー表示されている。測定は、90dBのホワイトノイズの下、被験者が何も発声しない状態において、PVDF骨導音センサから出力される信号を検出し、検出した信号を短時間FFT処理する方法によって行った。なお、ホワイトノイズとは、全ての(広帯域にわたる)周波数を含む雑音のことである。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a result of a short-time fast Fourier transform (short-time FFT (FFT)) of a signal obtained from the PVDF bone conduction sound sensor under white noise. The horizontal axis represents time [s], and the vertical axis represents frequency [Hz] and power spectrum. The display of the power spectrum of the original data of the application is not displayed in color (chromatic color) in the figure, but in reality, it is displayed in stages such as red, green, and blue from the strongest to the weakest. Yes. The measurement was performed by a method in which a signal output from the PVDF bone conduction sound sensor is detected in a state where the subject does not speak anything under white noise of 90 dB, and the detected signal is subjected to FFT processing for a short time. White noise is noise including all frequencies (over a wide band).
一般に、気導音を検出するマイクロホンの場合には全周波数帯域で赤くなるが、図5に示した例では、外来ノイズ(空気中を伝導する音声)の検出が抑えられ、広い領域で緑色になっている。すなわち、PVDF骨導音センサの場合、1000Hz〜3000Hz付近の帯域以外の雑音は30dB程度抑えられており、PVDF骨導音センサそのものがバンドバスフィルタとして機能していることがわかる。なお、一般に音声の取得に必要な周波数帯域は、200Hz〜5000Hz程度とされている。 In general, in the case of a microphone that detects air conduction sound, it turns red in the entire frequency band. However, in the example shown in FIG. 5, the detection of external noise (sound conducted in the air) is suppressed, and it turns green in a wide area. It has become. That is, in the case of the PVDF bone conduction sound sensor, noise other than the band near 1000 Hz to 3000 Hz is suppressed by about 30 dB, and it can be seen that the PVDF bone conduction sound sensor itself functions as a bandpass filter. In general, the frequency band necessary for obtaining voice is about 200 Hz to 5000 Hz.
図6は、ホワイトノイズ下で測定された音声信号の短時間FFT結果の例を示す図であり、(a)はマイクロホン、(b)はPVDF骨導音センサの場合である。横軸は時間[s]、縦軸は周波数[Hz]とパワースペクトラムを表し、図5と同様に元データはカラー表示されている。測定は、90dBのホワイトノイズの下で、被験者がニュース原稿を読んだ場合にPVDF骨導音センサから出力される信号を検出し、検出した信号を短時間FFT処理する方法によって行った。なお、被験者の音声には、200Hz〜5000Hzのバンドパスフィルタをかけてある。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a short-time FFT result of an audio signal measured under white noise, where (a) is a microphone and (b) is a PVDF bone conduction sensor. The horizontal axis represents time [s], the vertical axis represents frequency [Hz] and the power spectrum, and the original data is displayed in color as in FIG. The measurement was performed by a method of detecting a signal output from the PVDF bone conduction sensor when the subject reads a news manuscript under 90 dB white noise and performing FFT processing on the detected signal for a short time. The subject's voice is subjected to a band pass filter of 200 Hz to 5000 Hz.
図6(a)に示すように、マイクロホンの場合、ホワイトノイズ下では約5000Hz以上の周波数帯域でも外来ノイズを拾ってしまい、赤く表示される。一方、PVDF骨導音センサの場合、図6(b)に示すように、音声明瞭度は低いものの約3000Hzを超える帯域の雑音が抑えられており、被験者の会話内容が断片的に聞き取れるものとなっている。 As shown in FIG. 6A, in the case of a microphone, external noise is picked up even in a frequency band of about 5000 Hz or more under white noise and is displayed in red. On the other hand, in the case of the PVDF bone conduction sound sensor, as shown in FIG. 6 (b), although the speech intelligibility is low, noise in a band exceeding about 3000 Hz is suppressed, and the conversation contents of the subject can be heard in a fragmentary manner. It has become.
図7は、工事現場騒音下で測定された音声信号の短時間FFT結果の例を示す図であり、(a)はマイクロホン、(b)はPVDF骨導音センサの場合である。横軸は時間[s]、縦軸は周波数[Hz]とパワースペクトラムを表し、図5と同様に元データはカラー表示されている。測定は、85dBの工事現場騒音の下で、被験者がニュース原稿を読んだ場合にPVDF骨導音センサから出力される信号を検出し、検出した信号を短時間FFT処理する方法によって行った。なお、上述同様、被験者の音声には、200Hz〜5000Hzのバンドパスフィルタをかけてある。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a short-time FFT result of an audio signal measured under construction site noise, where (a) is a microphone and (b) is a PVDF bone conduction sensor. The horizontal axis represents time [s], the vertical axis represents frequency [Hz] and the power spectrum, and the original data is displayed in color as in FIG. The measurement was performed by a method in which a signal output from the PVDF bone conduction sensor when a subject reads a news manuscript under a construction site noise of 85 dB is detected, and the detected signal is subjected to FFT processing for a short time. As described above, the subject's voice is subjected to a band-pass filter of 200 Hz to 5000 Hz.
図7(a)に示すように、マイクロホンの場合、ほぼ1000Hz以下のノイズを全ての時間にわたって拾ってしまう。一方、図7(b)は、PVDF骨導音センサの場合には、ほぼ1000Hz以下のノイズが全ての時間にわたって遮断されることを示している。 As shown in FIG. 7A, in the case of a microphone, noise of approximately 1000 Hz or less is picked up over the entire time. On the other hand, FIG. 7B shows that in the case of the PVDF bone conduction sensor, noise of approximately 1000 Hz or less is cut off over the entire time.
図8は、図7の工事現場騒音下で測定された音声信号の波形の例を示す図であり、(a)はマイクロホン、(b)はPVDF骨導音センサの場合である。図8(a),(b)からわかるように、PVDF骨導音センサの場合は会話内容に伴って音声の波形が変化しており、被験者の会話内容が明確に聞き取れるものとなっている。 FIG. 8 is a diagram showing an example of a waveform of an audio signal measured under the construction site noise of FIG. 7, where (a) is a microphone and (b) is a PVDF bone conduction sensor. As can be seen from FIGS. 8A and 8B, in the case of the PVDF bone-conducted sound sensor, the waveform of the voice changes with the conversation content, and the conversation content of the subject can be clearly heard.
以上説明したように、PVDF骨導音センサ1のPVDFフィルム11を使用者の体表の任意の位置に密着させるだけでよく、強い押し当て力は不要であるので、PVDFフィルム自体も感触が優しくて柔らかな薄型の形状に加工できる。このため、使用者の体表への装着性がよく、長時間装用が可能である。 As described above, the PVDF film 11 of the PVDF bone conduction sensor 1 only needs to be in close contact with an arbitrary position on the body surface of the user, and a strong pressing force is not required. Therefore, the PVDF film itself has a gentle touch. Can be processed into a soft and thin shape. For this reason, it is easy to wear on the user's body surface and can be worn for a long time.
また、生体振動(骨導振動)の検出方向が体表に沿う方向であるため、外部の騒音による(体表に垂直方向に加わる)音圧の影響を受けにくく、騒音環境下に強い。 In addition, since the detection direction of biological vibration (bone conduction vibration) is a direction along the body surface, it is not easily affected by sound pressure due to external noise (applied in a direction perpendicular to the body surface) and is strong in a noise environment.
また、PVDF骨導音センサ1のPVDFフィルム11の一の面を表皮に密着させるため、センサ構造由来の共振の影響がなく、高域までフラットな周波数特性が得られる。 Further, since one surface of the PVDF film 11 of the PVDF bone conduction sound sensor 1 is brought into close contact with the epidermis, there is no influence of resonance derived from the sensor structure, and a flat frequency characteristic up to a high range is obtained.
なお、図5〜図8に示した測定データは、PVDF骨導音センサに海綿状の構造を持つスポンジ(発泡体)で構成した緩衝材12を用いた場合の例であるが、緩衝材12の種類によって、取得できる周波数範囲や出力レベルが変わってくる。ただ、材質が変わっても、スポンジ状のものであれば、その差はそれほど大きくはない。 The measurement data shown in FIGS. 5 to 8 is an example in the case where the shock absorbing material 12 composed of a sponge (foam) having a spongy structure is used for the PVDF bone conduction sound sensor. The frequency range and output level that can be acquired vary depending on the type. However, even if the material changes, the difference is not so great if it is sponge-like.
それに対し、海綿状の構造を持つスポンジ(発泡体)に替えて硬質のプラスチック板を挿入すると、本発明者らの実験では周波数範囲はかなり狭くなるという結果が得られた。ただ、プラスチック板を用いた場合、外部の騒音も音声信号(200〜4000Hzあたり)の周波数で低下するので、会話の内容が重要で音声の質を問題にしない場合(音声認識等に用いない等)は、有用である。反対に、スポンジを用いた場合は、外部ノイズさえ消去できれば、計測可能な周波数範囲は広いので、音声認識等に利用するには適していると言える。
すなわち、スポンジを用いた場合は、周波数範囲は8000Hz程度以下で、音声認識に適している。一方、プラスチック板を用いた場合は、周波数範囲は4000Hz程度以下で、外部からの騒音が会話領域で小さく、語音認識に適している。
On the other hand, when a hard plastic plate was inserted instead of a sponge (foam) having a spongy structure, the results of the present inventors showed that the frequency range was considerably narrowed. However, when a plastic plate is used, the external noise also decreases at the frequency of the voice signal (200 to 4000 Hz), so the content of the conversation is important and the voice quality is not a problem (not used for voice recognition, etc.) ) Is useful. On the other hand, when a sponge is used, it can be said that it is suitable for use in speech recognition and the like because the measurable frequency range is wide as long as external noise can be eliminated.
That is, when a sponge is used, the frequency range is about 8000 Hz or less, which is suitable for voice recognition. On the other hand, when a plastic plate is used, the frequency range is about 4000 Hz or less, and external noise is small in the conversation area, which is suitable for speech recognition.
ところで、骨導音と気導音とでは、その伝達経路が異なるため、卓越する(伝導しやすい)周波数成分も異なる。よって、PVDF骨導音センサにより骨導振動を高品位に検出し、検出した信号を再生したとしても、気導音と異なった音質となる。通常、人間を含む動物は気導音によりコミュニケーション(会話)を行っている。したがって、骨導音を正確に再現するだけでは、人体の発声器官で発声された原音を忠実に再現する高品質のマイクロホン(「Hi−Fiマイクロホン」とも呼ばれる。)としては機能し得ず、取得した骨導振動を気導音と同等な周波数成分を持つ電気信号へと変換する必要がある。 By the way, the bone conduction sound and the air conduction sound have different transmission paths, and therefore have superior (easy to conduct) frequency components. Therefore, even if the bone conduction vibration is detected with high quality by the PVDF bone conduction sound sensor and the detected signal is reproduced, the sound quality is different from the air conduction sound. Usually, animals including humans communicate with each other by air conduction sound. Therefore, if the bone conduction sound is accurately reproduced, it cannot function as a high-quality microphone (also referred to as “Hi-Fi microphone”) that faithfully reproduces the original sound uttered by the human vocal organs. It is necessary to convert the bone conduction vibration into an electric signal having a frequency component equivalent to the air conduction sound.
そこで、本発明では、例えば舌打ちなどにより発生する擬似インパルス音により、人体の発声器官から額など体表のPVDF骨導音センサが固定された箇所までの伝達関数を求め、その逆伝達関数により、高品位に取得した骨導振動に対応する電気信号を補正して出力するようにする。また、周囲環境が比較的静寂な場合には、通常のマイクロホンで収音した音声情報と骨導振動情報から伝達関数およびその逆伝達関数を常に補正していく学習回路も用意する。 Therefore, in the present invention, for example, by using a pseudo impulse sound generated by tongue hitting or the like, a transfer function from a vocal organ of the human body to a place where the PVDF bone conduction sensor on the body surface such as the forehead is fixed is obtained, and by the inverse transfer function, The electrical signal corresponding to the bone conduction vibration acquired with high quality is corrected and output. In addition, when the surrounding environment is relatively quiet, a learning circuit that always corrects the transfer function and its inverse transfer function from voice information and bone conduction vibration information collected by a normal microphone is also prepared.
次に、本発明の一実施の形態に係るPVDF骨導音センサを適用したマイクロホン装置について説明する。 Next, a microphone device to which the PVDF bone conduction sound sensor according to one embodiment of the present invention is applied will be described.
図9は、上述したPVDF骨導音センサを適用したマイクロホン装置の概略構成を示すブロック図である。
図9に示すマイクロホン装置20は、PVDF骨導音センサ1と、増幅部21と、信号処理部22と、出力部23と、スイッチ24と、マイクロホン25と、増幅部26と、スイッチ27と、伝達関数演算処理部28を含む。さらに、プログラムメモリ30と、揮発性メモリ31と、不揮発性メモリ32と、制御演算部33と、比較演算部34と、操作部35を含むように構成される。各ブロックは、バス29を介して相互にデータの送受信が可能なように接続されている。
FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of a microphone device to which the above-described PVDF bone conduction sound sensor is applied.
A microphone device 20 shown in FIG. 9 includes a PVDF bone conduction sound sensor 1, an amplification unit 21, a signal processing unit 22, an output unit 23, a switch 24, a microphone 25, an amplification unit 26, a switch 27, A transfer function calculation processing unit 28 is included. Further, the program memory 30, the volatile memory 31, the nonvolatile memory 32, the control calculation unit 33, the comparison calculation unit 34, and the operation unit 35 are included. The blocks are connected to each other via a bus 29 so that data can be transmitted / received to / from each other.
PVDF骨導音センサ1は、上述したようにPVDFフィルム11(特許請求の範囲に記載した検出部の一例)およびその他の部品から構成され、使用者の体表、例えば額に取り付けられる。使用者の発声器官から発せられた音声による体表の骨導振動をPVDFフィルム11で検出し、検出した振動に応じた電荷を発生させて増幅部21へ出力するものである。 As described above, the PVDF bone conduction sound sensor 1 is composed of the PVDF film 11 (an example of the detection unit described in the claims) and other parts, and is attached to the body surface of the user, for example, the forehead. The bone conduction vibration of the body surface by the sound emitted from the voice organ of the user is detected by the PVDF film 11, the electric charge corresponding to the detected vibration is generated and output to the amplifying unit 21.
増幅部21は、PVDF骨導音センサ1から入力された電荷の情報を電気信号(電圧信号)に変換し、信号処理部22またはスイッチ24に出力するものである。この増幅部21には、電荷信号を電圧信号に変換するいわゆるチャージアンプを利用できる。 The amplifying unit 21 converts the charge information input from the PVDF bone conduction sound sensor 1 into an electric signal (voltage signal) and outputs the electric signal (voltage signal) to the signal processing unit 22 or the switch 24. As the amplifying unit 21, a so-called charge amplifier that converts a charge signal into a voltage signal can be used.
信号処理部22は、フィルタ回路を備えており、増幅部21から入力された電気信号u(t)にフィルタを適用し、フィルタ処理した出力音声信号y(t)を出力部23へ出力するものである。フィルタ回路は 使用者の発声器官から人体表面のPVDF骨導音センサ1が取り付けられた位置までの伝達関数G(s)に対する逆伝達関数G(s)−1に基づいてフィルタ処理を行う。計算に用いる逆伝達関数G(s)−1については、不揮発性メモリ32から読み込んで使用する。なお、tは時間、sは複素数を表しており、t領域は時間領域、s領域は複素領域を表す。この信号処理部22としては、汎用のプロセッサの他、デジタルシグナルプロセッサ(DSP:Digital Signal Processor)を用いることができる。 The signal processing unit 22 includes a filter circuit, applies a filter to the electric signal u (t) input from the amplification unit 21, and outputs the filtered output audio signal y (t) to the output unit 23. It is. The filter circuit performs filtering based on the inverse transfer function G (s) −1 with respect to the transfer function G (s) from the user's voice organ to the position where the PVDF bone conduction sound sensor 1 on the human body surface is attached. The inverse transfer function G (s) −1 used for the calculation is read from the nonvolatile memory 32 and used. Note that t represents time, s represents a complex number, t region represents a time region, and s region represents a complex region. As the signal processing unit 22, a digital signal processor (DSP) can be used in addition to a general-purpose processor.
ここで信号処理部22で実施されるフィルタ処理を説明する。まずt領域の入力信号u(t)をラプラス変換してs領域の関数U(s)を計算し、この関数U(s)に逆伝達関数G(s)−1をたたみ込み積分して関数Y(s)を得る。そして、関数Y(s)を逆ラプラス変換して時間領域の関数で表された出力音声信号y(t)が求められる。つまり、信号処理部22では、大きく2つの処理が行われている。
(1) Y(s)=G(s)−1・U(s)
(2) 逆ラプラス変換Y(s)→y(t)
Here, the filtering process performed by the signal processing unit 22 will be described. First, a Laplace transform is performed on the input signal u (t) in the t region to calculate a function U (s) in the s region, and the function U (s) is convolved with the inverse transfer function G (s) −1 to integrate the function. Y (s) is obtained. The function Y (s) is subjected to inverse Laplace transform to obtain an output audio signal y (t) represented by a time domain function. That is, the signal processing unit 22 performs two major processes.
(1) Y (s) = G (s) −1 · U (s)
(2) Inverse Laplace transform Y (s) → y (t)
出力部23は、外部のスピーカ、レコーダ、あるいは音声認識装置などに対して、信号処理部22から供給された出力音声信号を出力するインタフェースである。 The output unit 23 is an interface that outputs an output audio signal supplied from the signal processing unit 22 to an external speaker, a recorder, or a voice recognition device.
スイッチ24は、制御演算部32からの制御信号により開状態と閉状態を切り換える切換手段である。スイッチ24が閉状態のとき、増幅部21から出力された電気信号が、このスイッチ24を介して伝達関数演算処理部28に入力される。 The switch 24 is switching means for switching between an open state and a closed state by a control signal from the control calculation unit 32. When the switch 24 is in the closed state, the electrical signal output from the amplifying unit 21 is input to the transfer function calculation processing unit 28 via the switch 24.
マイクロホン25、増幅部26およびスイッチ27は、使用者の発声器官から人体表面のPVDF骨導音センサ1が取り付けられた位置までの伝達関数G(s)およびそれに対する逆伝達関数G(s)−1を補正するための信号を取得するのに設けられた回路である。 The microphone 25, the amplifying unit 26, and the switch 27 include a transfer function G (s) from the user's voice organ to the position where the PVDF bone conduction sensor 1 on the surface of the human body is attached, and an inverse transfer function G (s) − 1 is a circuit provided for acquiring a signal for correcting 1 ;
マイクロホン25は、特許請求の範囲に記載した収音部の一例であり、体表にPVDF骨導音センサ1が取り付けられた使用者の発声器官から発せられた音声の気導振動(音圧)を検出し、検出した気導振動に応じた電気信号(電圧信号)を発生して増幅部26に出力する。なお、このマイクロホン25は、使用者の体の任意の場所に取り付けてもよいし、マイクロホン装置20と完全に別体構成として後述する補正モードのときのみ使用者の口の近くに設置するとともに、マイクロホン装置20の増幅部26と接続するようにしてもよい。 The microphone 25 is an example of a sound collecting unit described in the claims, and air conduction vibration (sound pressure) of a sound emitted from a user's utterance organ to which the PVDF bone conduction sound sensor 1 is attached to the body surface. , And an electric signal (voltage signal) corresponding to the detected air conduction vibration is generated and output to the amplifying unit 26. The microphone 25 may be attached to an arbitrary place on the user's body, or installed near the user's mouth only in the correction mode described later as a completely separate configuration from the microphone device 20. You may make it connect with the amplifier 26 of the microphone apparatus 20. FIG.
増幅部26は、マイクロホン25から入力された電気信号を増幅し、増幅した電気信号をスイッチ27に出力するものである。この増幅部26は、マイクロホン25から入力される電気信号の信号レベルが十分に大きい場合は設けなくてもよい。 The amplifying unit 26 amplifies the electric signal input from the microphone 25 and outputs the amplified electric signal to the switch 27. The amplification unit 26 may not be provided when the signal level of the electric signal input from the microphone 25 is sufficiently high.
スイッチ27は、制御演算部33からの制御信号により開状態と閉状態を切り換える切換手段である。スイッチ26が閉状態のとき、マイクロホン25から出力された電気信号m(t)が、このスイッチ27を介して伝達関数演算処理部28に入力される。 The switch 27 is switching means that switches between an open state and a closed state in accordance with a control signal from the control calculation unit 33. When the switch 26 is in the closed state, the electrical signal m (t) output from the microphone 25 is input to the transfer function calculation processing unit 28 via the switch 27.
伝達関数演算処理部28は、特許請求の範囲に記載した演算部の一例であり、入力されたt領域の関数をs領域の関数に変換するラプラス変換を用いて、PVDF骨導音センサ1を用いたプロセス、および、マイクロホン25を用いたプロセスのそれぞれの動特性を表す伝達関数を求める。この伝達関数演算処理部28としては、汎用のプロセッサの他、デジタルシグナルプロセッサ(DSP:Digital Signal Processor)を用いることができる。 The transfer function calculation processing unit 28 is an example of a calculation unit described in the claims, and uses the Laplace transform that converts the input function of the t region into a function of the s region. A transfer function representing the dynamic characteristics of the process used and the process using the microphone 25 is obtained. As the transfer function arithmetic processing unit 28, a digital signal processor (DSP) can be used in addition to a general-purpose processor.
例えば、本実施の形態において、人体の発声器官から発声された音声(原音)の信号u0(t)をラプラス変換した関数をU0(s)、使用者の発声器官から体表のPVDF骨導音センサ1が取り付けられた位置までの伝達関数をG(s)、またPVDF骨導音センサ1から出力され増幅器21で増幅された電気信号u(t)をラプラス変換した関数をU(s)とすると、PVDF骨導音センサ1の入出力の関係は、次式のように表される。
U(s)=G(s)・U0(s)・・・・・(1)
For example, in the present embodiment, U 0 (s) is a function obtained by Laplace transform of a speech (original sound) signal u 0 (t) uttered from a human vocal organ, and a PVDF bone on the body surface from the user's vocal organ. The transfer function up to the position where the sound sensor 1 is attached is G (s), and the function obtained by Laplace transforming the electric signal u (t) output from the PVDF bone sound sensor 1 and amplified by the amplifier 21 is U (s). ), The input / output relationship of the PVDF bone conduction sound sensor 1 is expressed by the following equation.
U (s) = G (s) · U 0 (s) (1)
ここで、発声器官から発声された音声の信号u0(t)が、インパルス状である場合、信号u0(t)をラプラス変換すると1になることから、(1)式より次式が導かれる。
U(s)=G(s)・・・・・・・・・・(2)
Here, when the signal u 0 (t) of the voice uttered from the voicing organ is impulse-like, the signal u 0 (t) becomes 1 when the Laplace transform is performed. Therefore, the following equation is derived from the equation (1). It is burned.
U (s) = G (s) (2)
つまり、発声器官でインパルス状の音声を発声し、このとき増幅部21から入力される電気信号u(t)をラプラス変換し、s領域の関数U(s)を計算することにより、発声器官から体表のPVDF骨導音センサ1が取り付けられた位置までの伝達関数G(s)が求められる。そして、求めた伝達関数G(s)を、揮発性メモリ31に一時記憶する。 In other words, an impulse-like voice is uttered by the voicing organ, and at this time, the electrical signal u (t) input from the amplifying unit 21 is Laplace transformed, and a function U (s) in the s region is calculated. A transfer function G (s) to the position where the PVDF bone conduction sound sensor 1 on the body surface is attached is obtained. The obtained transfer function G (s) is temporarily stored in the volatile memory 31.
発声器官で発声するインパルス状の音声としては、一例として舌打ち音が挙げられる。舌打ち音は「あ」や「お」といった他の音と比較して多くの周波数成分が含まれているので、使用者が発した音声のより正確な周波数解析が行える。勿論、舌打ち音以外の他の発声音により、使用者の発声器官から体表の所定部位までの伝達関数を求めるようにしてもよい。なお、伝達関数G(s)からその逆伝達関数G(s)−1を計算することは容易であるから、伝達関数演算処理部28で伝達関数G(s)を計算するとともに逆伝達関数G(s)−1も計算し、揮発性メモリ31に一時記憶、もしくは不揮発性メモリ32に保存するようにしてもよい。 As an example of the impulse-like sound uttered by the voicing organ, a tongue-tapping sound can be cited. Compared with other sounds such as “A” and “O”, the tongue-sounding sound contains more frequency components, so that a more accurate frequency analysis of the voice uttered by the user can be performed. Of course, the transfer function from the user's vocal organs to a predetermined part of the body surface may be obtained from other vocal sounds other than the tongue hitting sound. Since it is easy to calculate the inverse transfer function G (s) −1 from the transfer function G (s), the transfer function calculation processing unit 28 calculates the transfer function G (s) and the inverse transfer function G. (S) −1 may also be calculated and temporarily stored in the volatile memory 31 or stored in the nonvolatile memory 32.
また、伝達関数演算処理部28は、マイクロホン25から出力され増幅器26で増幅された電気信号m(t)をラプラス変換して、s領域の関数M(s)を計算する。そして、求めた関数M(s)を、揮発性メモリ31に一時記憶する。なお、後述する比較演算部34での比較演算に使用するため、マイクロホン25で収音する音声と、PVDF骨導音センサ1で検出する骨動振動に対応する音声は、同一使用者の同一音源とすると、比較演算部34での比較処理をしやすく都合がよい。 The transfer function calculation processing unit 28 performs Laplace transform on the electrical signal m (t) output from the microphone 25 and amplified by the amplifier 26, and calculates a function M (s) in the s region. Then, the obtained function M (s) is temporarily stored in the volatile memory 31. Note that the sound collected by the microphone 25 and the sound corresponding to the bone motion vibration detected by the PVDF bone conduction sensor 1 are the same sound source of the same user for use in the comparison calculation in the comparison calculation unit 34 described later. Then, it is easy to perform the comparison process in the comparison calculation unit 34, which is convenient.
プログラムメモリ30は、ROM(Read Only Member)などの不揮発性の記憶手段であり、制御演算部33が制御または演算を行う際に読み出す各種のプログラムや設定値などを保存するものである。 The program memory 30 is a non-volatile storage unit such as a ROM (Read Only Member), and stores various programs and setting values that are read when the control calculation unit 33 performs control or calculation.
揮発性メモリ31は、RAM(Random Access Memory)などの揮発性の記憶手段であり、制御演算部33が制御または演算を行う際の作業領域として使用されるものである。この揮発性メモリ31には、伝達関数演算処理部28で計算された伝達関数G(s)や逆伝達関数G(s)−1が一時記憶される。 The volatile memory 31 is a volatile storage unit such as a RAM (Random Access Memory), and is used as a work area when the control calculation unit 33 performs control or calculation. The volatile memory 31 temporarily stores the transfer function G (s) and the inverse transfer function G (s) −1 calculated by the transfer function calculation processing unit 28.
不揮発性メモリ32は、不揮発性の記録手段であり、例えばフラッシュメモリなどの半導体メモリやハードディスクドライブ(HDD:Hard Disk Drive)、あるいはDVD(Digital Versatile Disk)等の記録メディアなどが適用される。この不揮発性メモリ32には、伝達関数演算処理部28で計算された伝達関数G(s)や逆伝達関数G(s)−1が保存される。 The non-volatile memory 32 is a non-volatile recording means, and for example, a semiconductor memory such as a flash memory, a hard disk drive (HDD), a recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disk), or the like is applied. The nonvolatile memory 32 stores the transfer function G (s) and the inverse transfer function G (s) −1 calculated by the transfer function calculation processing unit 28.
制御演算部33は、例えばCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサから構成され、プログラムメモリ30に記録されているプログラムを揮発性メモリ31に読み出して実行することにより、各ブロックの制御やデータの加工・演算等を行う。例えば、伝達関数演算処理部28において伝達関数G(s)や逆伝達関数G(s)−1を計算すると説明したが、この例に限られない。任意の信号から伝達関数G(s)やその逆伝達関数G(s)−1を計算するためのプログラムをプログラムメモリ30に保存しておき、制御演算部33が、そのプログラムを実行して、入力された信号の伝達関数G(s)やその逆伝達関数G(s)−1を計算するようにしてもよい。 The control calculation unit 33 is configured by a processor such as a CPU (Central Processing Unit), for example, and reads out the program recorded in the program memory 30 to the volatile memory 31 and executes it, thereby controlling each block and processing data.・ Calculates. For example, although it has been described that the transfer function calculation processing unit 28 calculates the transfer function G (s) and the inverse transfer function G (s) −1 , the present invention is not limited to this example. A program for calculating the transfer function G (s) and its inverse transfer function G (s) −1 from an arbitrary signal is stored in the program memory 30, and the control calculation unit 33 executes the program, The transfer function G (s) of the input signal and its inverse transfer function G (s) −1 may be calculated.
比較演算部34は、特許請求の範囲に記載した比較演算部の一例であって、学習機能の主要部である。比較演算部34では、PVDF骨導音センサ1の系統における信号処理部22の出力音声信号y(t)に対応するs領域の関数Y(s)(入力がインパルスのとき出力の関数Y(s)=G(s)である。)と、マイクロホン25の系統における増幅部26の出力信号m(t)に対応するs領域の関数M(s)とを比較する。関数Y(s)と関数M(s)は同一であることが理想だが、実際には使用者の発声器官から体表のPVDF骨導音センサ1が取り付けられた位置までの伝達関数の分だけ誤差が生じる。そこで、関数Y(s)と関数M(s)の間に予め設定した閾値以上の誤差がある場合には、誤差量に基づいて逆伝達関数G(s)−1の補正量ΔG(s)−1を計算し、信号処理部22へ供給する。補正量ΔG(s)−1が供給された信号処理部22では、比較演算部34から入力された補正量ΔG(s)−1に基づいて逆伝達関数の補正が行われる。 The comparison calculation unit 34 is an example of the comparison calculation unit described in the claims, and is a main part of the learning function. In the comparison operation unit 34, the function Y (s) in the s region corresponding to the output audio signal y (t) of the signal processing unit 22 in the PVDF bone conduction sensor 1 system (the output function Y (s) when the input is an impulse. ) = G (s)) and a function M (s) in the s region corresponding to the output signal m (t) of the amplification unit 26 in the microphone 25 system. It is ideal that the function Y (s) and the function M (s) are the same, but actually, only the transfer function from the user's vocal organ to the position where the PVDF bone conduction sensor 1 on the body surface is attached. An error occurs. Therefore, when there is an error greater than or equal to a preset threshold between the function Y (s) and the function M (s), the correction amount ΔG (s) of the inverse transfer function G (s) −1 based on the error amount. −1 is calculated and supplied to the signal processing unit 22. In the signal processing unit 22 to which the correction amount ΔG (s) −1 is supplied, the reverse transfer function is corrected based on the correction amount ΔG (s) −1 input from the comparison calculation unit 34.
操作部35は、使用者の操作に応じた操作信号を生成し、図示しないインタフェースを介して制御演算部に操作信号を供給するものであり、押ボタンや操作キーなどから構成される。使用者が操作部35を操作することにより、例えば使用者の発声器官からPVDF骨導音センサ1までの逆伝達関数G(s)−1を初期値として登録する登録モード、通常の録音を行う録音モード、さらに骨導振動情報(逆伝達関数)を補正する補正モードが切り換えられる。 The operation unit 35 generates an operation signal according to a user's operation, and supplies the operation signal to the control arithmetic unit via an interface (not shown), and includes a push button and an operation key. When the user operates the operation unit 35, for example, a registration mode in which the reverse transfer function G (s) −1 from the user's vocal organ to the PVDF bone conduction sensor 1 is registered as an initial value, normal recording is performed. A recording mode and a correction mode for correcting bone conduction vibration information (reverse transfer function) are switched.
次に、上述のように構成されたマイクロホン装置20の登録モード時の動作を説明する。
初期値登録モードが選択されたとき、制御演算部33は、スイッチ24を閉状態にする。登録モードにおいて、使用者の体表(例えば額)に取り付けたPVDF骨導音センサ1は、使用者が発したインパルス状の音声による体表の骨導振動を検出すると、その骨導振動に応じた電荷信号を発生する。この電荷信号は増幅部21で電気信号u(t)に変換されてスイッチ24を介して伝達関数演算処理部28に入力される。伝達関数演算処理部28は、入力された電気信号u(t)から、使用者の発声器官から体表のPVDF骨導音センサ1が取り付けられた位置までの伝達関数G(s)および逆伝達関数G(s)−1を計算する。そして、この逆伝達関数G(s)−1が不揮発性メモリ32に送られ保存される。
Next, the operation of the microphone device 20 configured as described above in the registration mode will be described.
When the initial value registration mode is selected, the control calculation unit 33 closes the switch 24. In the registration mode, when the PVDF bone conduction sound sensor 1 attached to the user's body surface (for example, forehead) detects bone conduction vibration of the body surface by the impulse-like sound emitted by the user, the PVDF bone conduction sound sensor 1 responds to the bone conduction vibration. Generate a charge signal. The charge signal is converted into an electric signal u (t) by the amplifier 21 and input to the transfer function arithmetic processing unit 28 via the switch 24. The transfer function calculation processing unit 28 transfers the transfer function G (s) and reverse transfer from the input electrical signal u (t) to the position where the PVDF bone conduction sound sensor 1 on the body surface is attached from the voice organ of the user. The function G (s) −1 is calculated. The inverse transfer function G (s) −1 is sent to the nonvolatile memory 32 and stored.
続いて、マイクロホン装置20の録音モード時の動作を説明する。
録音モードが選択されたとき、制御演算部33は、スイッチ24,27を開状態にする。これと並行して、信号処理部22は、登録モードにより登録された使用者の発声器官から体表に取り付けられたPVDF骨導音センサ1までの逆伝達関数G(s)−1を、不揮発性メモリ32から読み込んで内部のフィルタに設定する。
Next, the operation of the microphone device 20 in the recording mode will be described.
When the recording mode is selected, the control calculation unit 33 opens the switches 24 and 27. In parallel with this, the signal processing unit 22 stores the inverse transfer function G (s) −1 from the user's vocal organs registered in the registration mode to the PVDF bone conduction sensor 1 attached to the body surface in a nonvolatile manner. Read from the memory 32 and set to the internal filter.
そして、使用者の体表(例えば額)に取り付けたPVDF骨導音センサ1が、使用者の発した音声による体表の骨導振動を検出すると、その骨導振動に応じた電荷信号を発生する。この電荷信号は増幅部21で電気信号u(t)に変換されて信号処理部22に入力される。信号処理部22は、入力される電圧信号u(t)に対し逆伝達関数G(s)−1が設定されたフィルタを適用して出力音声信号y(t)を算出し、出力音声信号y(t)を出力部23へ出力する。出力部23は、信号処理部22から出力された出力音声信号y(t)を、スピーカ、レコーダあるいは音声認識装置等へ出力する。 When the PVDF bone conduction sound sensor 1 attached to the user's body surface (for example, the forehead) detects the bone conduction vibration of the body surface by the sound emitted by the user, a charge signal corresponding to the bone conduction vibration is generated. To do. This charge signal is converted into an electric signal u (t) by the amplifier 21 and input to the signal processor 22. The signal processing unit 22 calculates the output sound signal y (t) by applying a filter in which the inverse transfer function G (s) −1 is set to the input voltage signal u (t), and outputs the output sound signal y. (T) is output to the output unit 23. The output unit 23 outputs the output voice signal y (t) output from the signal processing unit 22 to a speaker, a recorder, a voice recognition device, or the like.
このように、使用者の発声器官から体表のPVDF骨導音センサ1が取り付けられた位置までの伝達関数G(s)の逆伝達関数G(s)−1を用いて、PVDF骨導音センサ1で検出した骨導振動情報(電気信号u(t))を補正するので、気導音に近い、つまり発声器官で発せられた音声に忠実な音声が得られる。 Thus, using the inverse transfer function G (s) −1 of the transfer function G (s) from the user's voice organ to the position where the PVDF bone conduction sensor 1 on the body surface is attached, the PVDF bone conduction sound is obtained. Since the bone conduction vibration information (electrical signal u (t)) detected by the sensor 1 is corrected, it is possible to obtain a sound that is close to the air conduction sound, that is, a sound that is faithful to the sound emitted from the vocal organ.
また、伝達関数G(s)および逆伝達関数G(s)−1を、初期値として下打ち音等のインパルス状の音声から導出することができるので、マイクロホン装置の使用に先立って予め学習をさせる必要がなく、使い勝手がよい。 Further, since the transfer function G (s) and the inverse transfer function G (s) −1 can be derived from impulse-like sounds such as undertones as initial values, learning is performed in advance before using the microphone device. Easy to use.
なお、上述したマイクロホン装置20のPVDF骨導音センサ1と増幅部21は、有線または無線で接続され、増幅部21を含む各ブロックを筐体に収納して該筐体を例えば視聴者の身体の任意の位置に取り付けたり、バッグなどに収納したりしてもよい。または、また、ノイズを軽減するために、少なくとも増幅部21をPVDF骨導音センサ1と一体構成としてもよい。さらにまた、PVDF骨導音センサ1を除く、または、PVDF骨導音センサ1と増幅部21を除く各ブロックの機能を携帯電話端末等の携帯機器に設けるようにしてもよい。 Note that the PVDF bone conduction sensor 1 and the amplifying unit 21 of the microphone device 20 described above are connected by wire or wirelessly, and each block including the amplifying unit 21 is housed in a housing, and the housing is, for example, the body of a viewer It may be attached at any position or stored in a bag or the like. Alternatively, at least the amplifying unit 21 may be integrated with the PVDF bone conduction sensor 1 in order to reduce noise. Furthermore, the functions of each block excluding the PVDF bone conduction sound sensor 1 or excluding the PVDF bone conduction sound sensor 1 and the amplification unit 21 may be provided in a portable device such as a cellular phone terminal.
次に、図10を参照して、マイクロホン装置20の学習機能、すなわち補正モード時の動作を説明する。 Next, the learning function of the microphone device 20, that is, the operation in the correction mode will be described with reference to FIG.
まず、ステップS1において、使用者が操作部35を操作して補正モードに切り換えると、制御演算部33は、補正モードに切り換えられたことを検出してスイッチ24,27を閉状態にする。この処理が終了すると、ステップS2に進む。 First, in step S1, when the user operates the operation unit 35 to switch to the correction mode, the control calculation unit 33 detects that the correction mode has been switched and closes the switches 24 and 27. When this process ends, the process proceeds to step S2.
ステップS2において、使用者が例えば舌打ち音などのインパルス状の音声を発すると、使用者の体表(例えば額)に取り付けたPVDF骨導音センサ1は、使用者が発したインパルス状の音声による体表の骨導振動を検出し、その骨導振動に応じた電荷信号を発生する。この電荷信号は増幅部21で電気信号u(t)に変換されてスイッチ24を介して伝達関数演算処理部28に入力される。一方、マイクロホン25は、使用者が発したインパルス状の音声(気導音)を検出して電気信号に変換し、その電気信号を増幅部26へ送る。増幅部26に送られた電気信号は増幅された後、スイッチ24を介して伝達関数演算処理部28に入力される。この処理が終了した後、ステップS3に進む。 In step S2, when the user utters an impulse-like sound such as a tapping sound, for example, the PVDF bone conduction sound sensor 1 attached to the user's body surface (for example, the forehead) is based on the impulse-like sound emitted by the user. A bone conduction vibration on the body surface is detected, and a charge signal corresponding to the bone conduction vibration is generated. The charge signal is converted into an electric signal u (t) by the amplifier 21 and input to the transfer function arithmetic processing unit 28 via the switch 24. On the other hand, the microphone 25 detects an impulse-like sound (air conduction sound) emitted by the user, converts it into an electrical signal, and sends the electrical signal to the amplification unit 26. The electric signal sent to the amplifying unit 26 is amplified and then input to the transfer function arithmetic processing unit 28 via the switch 24. After this process is completed, the process proceeds to step S3.
ステップS3において、伝達関数演算処理部28は、入力された電気信号u(t)からインパルス音の入力に対する、使用者の発声器官から体表のPVDF骨導音センサ1が取り付けられた位置までの伝達関数G(s)を計算する。この処理が終了した後、ステップS4に進む。 In step S3, the transfer function calculation processing unit 28, from the input electrical signal u (t) to the input of the impulse sound, from the user's vocal organ to the position where the PVDF bone conduction sensor 1 on the body surface is attached. Calculate the transfer function G (s). After this process ends, the process proceeds to step S4.
ステップS4において、伝達関数演算処理部28は、上記ステップS3の処理で計算した伝達関数G(s)に対応する逆伝達関数G(s)−1を計算し、揮発性メモリ31に一時記憶する。この処理が終了した後、ステップS5に進む。 In step S 4, the transfer function calculation processing unit 28 calculates an inverse transfer function G (s) −1 corresponding to the transfer function G (s) calculated in the process of step S 3 and temporarily stores it in the volatile memory 31. . After this process ends, the process proceeds to step S5.
ステップS5において、伝達関数演算処理部28は、逆伝達関数G(s)−1について補正処理を行う必要があるか否かを判定する。この判定は、後述する関数Y(s)と関数M(s)の比較結果(誤差)に基づいて算出される補正信号の有無により行われるので、初期段階では補正なしと判定し、ステップS7に進む。一方、補正ありと判定した場合はステップS6に進む。補正ありの場合の処理については後述する。 In step S <b> 5, the transfer function calculation processing unit 28 determines whether or not it is necessary to perform correction processing on the inverse transfer function G (s) −1 . Since this determination is made based on the presence or absence of a correction signal calculated based on a comparison result (error) between a function Y (s) and a function M (s) described later, it is determined that there is no correction at an initial stage, and the process proceeds to step S7. move on. On the other hand, when it determines with correction | amendment, it progresses to step S6. Processing in the case of correction will be described later.
ステップS7において、信号処理部22は、入力された電気信号u(t)をラプラス変換して、例えば図11(a)示すような、関数U(s)を得る。そして、その関数U(s)に逆伝達関数G(s)−1をたたみ込み積分して、例えば図11(b)に示すような、出力音声信号の関数Y(s)を得、この関数Y(s)を比較演算部34に送る。それと並行して、伝達関数演算処理部28は、入力された電気信号m(t)をラプラス変換して、例えば図11(b)に示すような、関数M(s)を得、この関数M(s)を比較演算部34に送る。この処理が終了した後、ステップS8に進む。 In step S7, the signal processing unit 22 performs Laplace transform on the input electrical signal u (t) to obtain a function U (s) as shown in FIG. 11A, for example. Then, the inverse transfer function G (s) −1 is convolved with the function U (s) to obtain a function Y (s) of the output audio signal as shown in FIG. 11B, for example. Y (s) is sent to the comparison calculation unit 34. In parallel with this, the transfer function calculation processing unit 28 performs Laplace transform on the input electric signal m (t) to obtain a function M (s) as shown in FIG. (S) is sent to the comparison calculation unit 34. After this process ends, the process proceeds to step S8.
ステップS8において、比較演算部34は、PVDF骨導音センサ1を経路した出力音声信号の関数Y(s)と、マイクロホン25を経路した出力信号の関数M(s)を比較する。この比較処理により、PVDF骨導音センサ1で検出した骨導音とマイクロホン25で検出した気導音との差異の有無により、信号処理部22で用いられる逆伝達関数G(s)−1が正確かどうか、つまり使用者が骨導音ではなく気導音を聞いているかのような感覚を奏するものであるか否かが判定される。この処理が終了した後、ステップS9に進む。 In step S <b> 8, the comparison calculation unit 34 compares the function Y (s) of the output audio signal routed through the PVDF bone conduction sound sensor 1 with the function M (s) of the output signal routed through the microphone 25. By this comparison processing, the inverse transfer function G (s) −1 used in the signal processing unit 22 is determined depending on whether or not there is a difference between the bone conduction sound detected by the PVDF bone conduction sound sensor 1 and the air conduction sound detected by the microphone 25. It is determined whether or not it is accurate, that is, whether or not the user feels as if he / she is listening to air conduction sound instead of bone conduction sound. After this process ends, the process proceeds to step S9.
ステップS9において、比較演算部34は、ステップS8における比較の結果、誤差があると判定した場合には、ステップS10に進む。一方、関数Y(s)と関数M(s)の比較結果に誤差がないと判定した場合には、ステップS11に進む。なお、ここでは実際の誤差の有無を判定の基準としたが、得られた誤差が予め不揮発性メモリ31等に保存しておいた所定の閾値の範囲内であれば、誤差なしと判定するようにしてもよい。 In step S9, when the comparison calculation unit 34 determines that there is an error as a result of the comparison in step S8, the process proceeds to step S10. On the other hand, if it is determined that there is no error in the comparison result between the function Y (s) and the function M (s), the process proceeds to step S11. Here, the presence or absence of an actual error is used as a criterion for determination. However, if the obtained error is within a predetermined threshold range stored in advance in the nonvolatile memory 31 or the like, it is determined that there is no error. It may be.
ステップS10において、比較演算部34は、ステップS9の比較結果すなわち誤差量に応じて逆伝達関数G(s)−1の補正量ΔG(s)−1を計算し、伝達関数演算処理部28に入力する。この処理が終了後、ステップS5の処理に進む。 In step S 10, the comparison calculation unit 34 calculates the correction amount ΔG (s) −1 of the inverse transfer function G (s) −1 according to the comparison result of step S 9, that is, the error amount, and sends it to the transfer function calculation processing unit 28. input. After this process is completed, the process proceeds to step S5.
ステップS5において、伝達関数演算処理部28は、先に求めた逆伝達関数G(s)−1について補正処理を行う必要があるか否かを判定する。ここでは、補正信号の入力があるので補正ありと判定し、ステップS6に進む。 In step S <b> 5, the transfer function calculation processing unit 28 determines whether or not it is necessary to perform correction processing on the inverse transfer function G (s) −1 obtained previously. Here, since there is an input of a correction signal, it is determined that there is correction, and the process proceeds to step S6.
ステップS6において、伝達関数演算処理部28は、入力されたΔG(s)−1に基づいて、先に求めた逆伝達関数G(s)−1を補正する。補正した逆伝達関数G′(s)−1(=G(s)−1+ΔG(s)−1)は新たな逆伝達関数として、揮発性メモリ31に一時記憶され、ステップS7以降の処理に使用される。 In step S6, the transfer function calculation processing unit 28 corrects the previously obtained inverse transfer function G (s) −1 based on the inputted ΔG (s) −1 . The corrected inverse transfer function G ′ (s) −1 (= G (s) −1 + ΔG (s) −1 ) is temporarily stored in the volatile memory 31 as a new inverse transfer function, and is used for the processing after step S7. used.
上記ステップS6の処理が終了後、ステップS7において、信号処理部22および伝達関数演算処理部28は各々、補正後の逆伝達関数G′(s)−1に基づいて、PVDF骨導音センサ1を経由した出力音声信号の関数Y(s)、および、マイクロホン25を経由した出力信号の関数M(s)を計算する。この処理が終了した後、ステップS8に進む。 After the processing of step S6 is completed, in step S7, the signal processing unit 22 and the transfer function calculation processing unit 28 are each based on the corrected inverse transfer function G ′ (s) −1 and the PVDF bone conduction sound sensor 1. The function Y (s) of the output audio signal passing through, and the function M (s) of the output signal passing through the microphone 25 are calculated. After this process ends, the process proceeds to step S8.
ステップS8において、比較演算部34は、PVDF骨導音センサ1を経路した出力音声信号の関数Y(s)と、マイクロホン25を経路した出力信号の関数M(s)を比較する。この処理が終了した後、ステップS9に進む。 In step S <b> 8, the comparison calculation unit 34 compares the function Y (s) of the output audio signal routed through the PVDF bone conduction sound sensor 1 with the function M (s) of the output signal routed through the microphone 25. After this process ends, the process proceeds to step S9.
ステップS9において、比較演算部34は、再度、関数Y(s)と関数M(s)を比較し、比較の結果、誤差があると判定した場合には、ステップS10に進む。一方、関数Y(s)と関数M(s)を比較して誤差がないと判定した場合には、ステップS11に進む。 In step S9, the comparison calculation unit 34 compares the function Y (s) with the function M (s) again. If it is determined that there is an error as a result of the comparison, the process proceeds to step S10. On the other hand, if it is determined that there is no error by comparing the function Y (s) and the function M (s), the process proceeds to step S11.
そして、ステップ11において、比較演算部34は、最終的に誤差なしと判定された逆伝達関数を、不揮発性メモリ32に保存する。この処理が終了した後、一連の補正モードの処理を終了する。 In step 11, the comparison calculation unit 34 stores the inverse transfer function finally determined to have no error in the nonvolatile memory 32. After this process ends, a series of correction mode processes ends.
このような補正モードにおける処理(学習機能)により、信号処理部22で用いられる逆伝達関数G(s)−1を常に正確なもの、原音の再現性の高いものに改善できる。それにより、使用者は、PVDF骨導音センサ1を用いて取り込まれた音声に対して、骨導音ではなく気導音を聞いているかのような感覚を得ることができる。 By such processing in the correction mode (learning function), the inverse transfer function G (s) −1 used in the signal processing unit 22 can be improved to always accurate and highly reproducible original sound. Thereby, the user can obtain a feeling as if he / she is listening to the air conduction sound instead of the bone conduction sound with respect to the voice captured using the PVDF bone conduction sound sensor 1.
なお、図11に示した例では、補正モードが選択されると逆伝達関数を逐一求めるような処理(ステップS2〜S4)としているが、登録モード時に不揮発性メモリ32に予め保存しておいた逆伝達関数を、以降の処理に利用するようにしてもよい。 In the example shown in FIG. 11, when the correction mode is selected, the process is such that the inverse transfer function is obtained one by one (steps S <b> 2 to S <b> 4), but stored in advance in the nonvolatile memory 32 during the registration mode. The inverse transfer function may be used for subsequent processing.
図12は、本発明の他の実施の形態に係るPVDF骨導音センサの使用例を示す図である。
この実施の形態では、PVDF骨導音センサに2枚のPVDFフィルム11A,11Bを使用し、これらを使用者の体表の任意の箇所、例えば額に重ねることで検出感度を向上させるようにしたものである。この場合、PVDFフィルム11Aの振動の検出方向とPVDFフィルム11Bの振動の検出方向を直交させて固定する。額で検出される骨導振動は、額の横方向が支配的ではあるが、縦方向からも検出される。したがって、このようにすることにより、額の横方向V2の振動のみならず、縦方向V1の振動も検出できるので、骨導振動のより高感度および高精度な検出が実現できる。
FIG. 12 is a diagram showing a usage example of the PVDF bone conduction sound sensor according to another embodiment of the present invention.
In this embodiment, two PVDF films 11A and 11B are used for the PVDF bone conduction sound sensor, and the detection sensitivity is improved by superimposing them on an arbitrary part of the user's body surface, for example, the forehead. Is. In this case, the vibration detection direction of the PVDF film 11A and the vibration detection direction of the PVDF film 11B are fixed orthogonally. The bone conduction vibration detected in the forehead is also detected from the vertical direction although the horizontal direction of the forehead is dominant. Therefore, by doing in this way, not only the vibration in the horizontal direction V2 of the forehead but also the vibration in the vertical direction V1 can be detected, so that more sensitive and highly accurate detection of the bone conduction vibration can be realized.
以上説明したように、本発明のマイクロホン装置によれば、骨導振動を検出するPVDF骨導音センサに用いるPVDFフィルムを使用者の体表(表皮)に密着させるだけでよく、強い押し当て力は不要である。したがって、PVDFフィルム自体も感触が優しくて柔らかな薄型の形状に加工できる。このため、使用者の体表への装着性がよく、長時間装用が可能である。 As described above, according to the microphone device of the present invention, the PVDF film used for the PVDF bone conduction sound sensor for detecting the bone conduction vibration need only be brought into close contact with the body surface (skin) of the user, and the strong pressing force can be obtained. Is unnecessary. Therefore, the PVDF film itself can be processed into a soft thin shape with a soft touch. For this reason, it is easy to wear on the user's body surface and can be worn for a long time.
また、PVDF骨導音センサに用いるPVDFフィルムの生体振動(骨導振動)の検出方向が体表に沿う方向であるため、外部の騒音による(体表に垂直方向に加わる)音圧の影響を受けにくく、騒音環境下に強い。 Moreover, since the detection direction of the biological vibration (bone conduction vibration) of the PVDF film used for the PVDF bone conduction sound sensor is a direction along the body surface, the influence of the sound pressure due to external noise (applied in the vertical direction to the body surface) is affected. Hard to receive and strong in noisy environments.
また、PVDF骨導音センサ1のPVDFフィルムの一の面を表皮に密着させるため、センサ構造由来の共振の影響がなく、高域までフラットな周波数特性が得られる。 Further, since one surface of the PVDF film of the PVDF bone conduction sound sensor 1 is brought into close contact with the skin, there is no influence of resonance derived from the sensor structure, and a flat frequency characteristic can be obtained up to a high frequency range.
また、使用者の発声器官から体表のPVDF骨導音センサが取り付けられた位置までの逆伝達関数を用いて骨導振動情報を補正するため、気導音に近い、原音の再現性が高い音質が得られる。 In addition, since bone conduction vibration information is corrected using a reverse transfer function from the user's voice organ to the position where the PVDF bone conduction sensor on the body surface is attached, the reproducibility of the original sound close to the air conduction sound is high. Sound quality is obtained.
また、上記の逆伝達関数は、初期値として使用者の舌打ち音から導出することができるので、事前の学習なしに直ちに使用することができる。また、初期値として登録した逆伝達関数を、その後の学習により随時改善することができるため、信号処理部で出力音声信号を得る処理で用いられる逆伝達関数を常に正確なものに補正でき、原音の再現性を向上させることができる。 In addition, since the inverse transfer function can be derived from the user's tongue hitting sound as an initial value, it can be used immediately without prior learning. In addition, since the inverse transfer function registered as the initial value can be improved at any time by subsequent learning, the inverse transfer function used in the process of obtaining the output audio signal in the signal processing unit can always be corrected to an accurate one. Reproducibility can be improved.
さらに上記のことから、本発明のマイクロホン装置は、高騒音環境下で、高品位な音声取得が可能となるため、災害時(レスキュー用など)や工場等で使用可能な通信手段(コミュニケーションデバイス)として活用できる。また、PVDF骨導音センサを小型化することにより、携帯電話端末等への応用も可能である。また、取得できる音声が高音質なため、騒音環境下における音声認識装置への応用も可能である。さらにまた、広い周波数の体表振動を取得可能であるため、心音や呼吸音、眼針等も長時間にわたって計測可能であり、在宅の患者に利用してもらい遠隔地の病院などで行う検診に用いられる在宅健康モニタリングデバイスなどへの応用も考えられる。 Furthermore, from the above, the microphone device of the present invention enables high-quality voice acquisition in a noisy environment, so that communication means (communication device) that can be used in a disaster (for rescue) or in factories, etc. Can be used as Further, by reducing the size of the PVDF bone conduction sound sensor, it can be applied to a mobile phone terminal or the like. Moreover, since the voice that can be acquired has high sound quality, it can be applied to a voice recognition device in a noisy environment. Furthermore, since body vibrations with a wide frequency can be acquired, heart sounds, breathing sounds, eye needles, etc. can be measured over a long period of time. Application to home health monitoring devices used is also conceivable.
図13は、PVDF骨導音センサを頸部(喉)に取り付けて脈拍を測定した場合の測定データ例である。横軸は時間(t)、縦軸は電圧(V)を表す。また、図14は、PVDF骨導音センサを目蓋に取り付けて眼針すなわち眼の動きを測定した場合の測定データ例である。横軸は時間(t)、縦軸は電圧(V)を表す。このように、微細振動を検出して良好な測定データが得られる。 FIG. 13 shows an example of measurement data when a pulse is measured with a PVDF bone conduction sound sensor attached to the neck (throat). The horizontal axis represents time (t), and the vertical axis represents voltage (V). FIG. 14 is an example of measurement data when a PVDF bone conduction sound sensor is attached to the eyelid and the eye needle, that is, the movement of the eye is measured. The horizontal axis represents time (t), and the vertical axis represents voltage (V). Thus, good measurement data can be obtained by detecting fine vibrations.
なお、上述した実施の形態では、PVDFフィルムを用いて骨導音を検出するセンサを構成したが、圧電効果を有する板状の圧電素子であればこの例に限られない。 In the above-described embodiment, the sensor for detecting the bone conduction sound is configured using the PVDF film. However, the present invention is not limited to this example as long as it is a plate-like piezoelectric element having a piezoelectric effect.
さらに、上述した実施の形態では、使用者が一人の場合を想定して説明したが、本発明のマイクロホン装置を、複数の使用者で共用してもよい。この場合、使用者毎に発声器官から体表のPVDF骨導音センサが取り付けられた位置までの伝達関数およびその逆伝達関数を計算し、逆伝達関数を使用者のID(識別情報)やパスワード等と対応づけて不揮発性メモリや記録メディア等に保存しておく。そして、マイクロホン装置の使用を開始する度に、制御演算部がIDやパスワード等により使用者を識別し、対応している逆伝達関数を不揮発性メモリから読み出して、信号処理部などでの信号処理に利用する。
このようにした場合、予め使用者毎に逆伝達関数を登録しておけば、後で使用する際に再度逆伝達関数を測定する必要がなく、操作が簡素化され使い勝手がよくなる。また、使用者は、他人の逆伝達関数を使用することなく、自分の逆伝達関数を利用して処理された音声が得られるので、違和感のない音声が得られる。
Furthermore, although the above-described embodiment has been described on the assumption that there is only one user, the microphone device of the present invention may be shared by a plurality of users. In this case, for each user, a transfer function from the voice organ to the position where the PVDF bone conduction sensor on the body surface is attached and its inverse transfer function are calculated, and the inverse transfer function is used as the user ID (identification information) and password. Are stored in a non-volatile memory or a recording medium. Each time the use of the microphone device is started, the control calculation unit identifies the user by an ID, a password, etc., reads the corresponding inverse transfer function from the nonvolatile memory, and performs signal processing in the signal processing unit or the like. To use.
In this case, if the inverse transfer function is registered for each user in advance, it is not necessary to measure the inverse transfer function again when it is used later, and the operation is simplified and the usability is improved. In addition, the user can obtain a sound processed by using his / her reverse transfer function without using another person's reverse transfer function, so that a sound with no sense of incongruity can be obtained.
1…PVDF骨導音センサ、2…固定手段、11,11A,11B…PVDFフィルム、12…緩衝材、13…絶縁板、14…電極、15…リード線、20…マイクロホン装置、21…増幅部、22…信号処理部、23…出力部、24,27…スイッチ、25…マイクロホン、26…増幅部、28…伝達関数演算処理部、30…プログラムメモリ、31…揮発性メモリ、32…不揮発性メモリ、33…制御演算部、34…比較演算部、35…操作部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... PVDF bone-conduction sound sensor, 2 ... Fixing means 11, 11A, 11B ... PVDF film, 12 ... Buffer material, 13 ... Insulating plate, 14 ... Electrode, 15 ... Lead wire, 20 ... Microphone apparatus, 21 ... Amplification part , 22 ... signal processing unit, 23 ... output unit, 24, 27 ... switch, 25 ... microphone, 26 ... amplification unit, 28 ... transfer function arithmetic processing unit, 30 ... program memory, 31 ... volatile memory, 32 ... non-volatile Memory, 33... Control calculation unit, 34... Comparison calculation unit, 35.
Claims (5)
前記検出部から出力される前記生体の発生器官から発声されたインパルス状の音声による前記生体表面の振動に応じた電気信号に基づいて、前記生体の発声器官から前記生体表面の前記検出部が取り付けられた位置までの当該生体の伝達関数、および、その逆伝達関数を算出する演算部と、
前記演算部で算出された前記逆伝達関数を利用した演算を行うフィルタを、前記検出部から出力される電気信号に適用してフィルタ処理を行う信号処理部と、
前記信号処理部によってフィルタ処理された電気信号を外部に出力する出力部と、
前記生体の発声器官から発声されて空間を伝播した気導音を収音し、電気信号に変換する収音部と、
前記信号処理部において前記フィルタが適用された電気信号と、前記収音部から出力される電気信号とを比較し、比較結果に基づいて前記演算部で算出された前記逆伝達関数の補正量を算出する比較演算部と、を備え、
前記演算部は、前記比較演算部で算出された前記補正量に基づいて、前記逆伝達関数を補正する
ことを特徴とするマイクロホン装置。 A detection unit that is a piezoelectric element that is plate-shaped and detects vibrations of a living body surface that is in close contact with one surface of the plate-shaped and converts it into an electrical signal;
The detection unit on the surface of the living body is attached from the sounding organ of the living body based on an electrical signal corresponding to the vibration of the surface of the living body due to the impulse-like sound uttered from the generating organ of the living body output from the detecting unit. A calculation unit for calculating a transfer function of the living body up to a given position and its inverse transfer function;
A signal processing unit that performs a filter process by applying a filter that performs the calculation using the inverse transfer function calculated by the calculation unit to the electrical signal output from the detection unit;
An output unit for outputting the electrical signal filtered by the signal processing unit to the outside;
A sound collection unit that collects the air conduction sound uttered from the living body's vocal organs and propagates through the space, and converts it into an electrical signal;
The electric signal to which the filter is applied in the signal processing unit is compared with the electric signal output from the sound collection unit, and the correction amount of the inverse transfer function calculated by the calculation unit based on the comparison result is obtained. A comparison operation unit for calculating,
The microphone unit corrects the inverse transfer function based on the correction amount calculated by the comparison calculation unit.
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロホン装置。 The microphone device according to claim 1 , wherein the impulse-like sound uttered from the voicing organ of the living body is a user's tongue hitting sound.
前記板状の検出部は、前記生体表面と前記緩衝材の一の面との間に狭持される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロホン装置。 A cushioning material provided on the opposite side of the surface close to the living body surface of the plate-like detection unit,
Said plate-shaped detector, microphone apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that it is held between the one surface of said living body surface the cushioning material.
ことを特徴とする請求項3に記載のマイクロホン装置。 The microphone device according to claim 3 , wherein the cushioning material is formed in a spongy shape.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のマイクロホン装置。 The microphone device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the piezoelectric element of the detection unit has a plate shape made of polyvinylidene fluoride.
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