JP6284003B2 - 音声強調装置及び方法 - Google Patents

Description

本開示は、音声信号の子音を強調して明瞭度を改善する音声強調装置及び方法に関する。

従来、入力される音声信号に対して子音を増幅することで明瞭度を改善する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この方法のように、子音を増幅しても、母音から子音へのマスキング量に関係する子音の信号レベルに対する母音の信号レベルは、発話者や言語や音韻によって大きく変わるため、一定の増幅率で子音を増幅しても、子音の信号レベルが小さい場合には音声の明瞭度を改善することは難しい。一方母音の時間伸張率に応じて子音の増幅率を変えることで、自然の発話による音声信号におけるエネルギーバランスに近似させ、明瞭化を図る方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−２０３６８３号公報 特開平１０−１４５８９７号公報

しかしながら、特許文献２の方法では、信号レベルが小さい子音の場合には、母音の時間伸長率を上げない限り、子音に対する母音からのマスキングは十分に補償されないため、子音を十分に増幅させるために母音の時間長を大きく伸長させると、不自然な音声しか得られないという課題があった。さらに、特許文献１及び２の方法では、子音と母音の識別を行っているが、実環境で発声された音声から子音と母音を確実に識別することは困難であるため、正しく子音が増幅されない結果、音声の明瞭度を改善できないという課題があった。

本開示の目的は以上の課題を解決し、音声の明瞭度を改善することが可能な音声強調装置及び方法を提供することにある。

本開示に係る音声強調装置は、
所定のサンプリング周波数で入力される音声信号から、子音らしさを示す値を生成して出力する生成部と、
前記子音らしさを示す値に基づいて、前記音声信号内の子音部分と母音部分とを識別した子音・母音識別信号を生成し、前記音声信号及び前記子音・母音識別信号に基づいて、前記音声信号における母音部分の第１の信号レベルと子音部分の第２の信号レベルとを検出し、前記第２の信号レベルに対する前記第１の信号レベルの関係を示すレベル関係信号を出力する演算部と、
前記レベル関係信号に基づいて、前記第２の信号レベルが前記第１の信号レベルよりも小さいときに、“１”を超える利得係数であって、前記第２の信号レベルが前記第１の信号レベルに対して小さくなるにつれて当該利得係数が大きくなるように当該利得係数を決定する決定部と、
前記音声信号に前記利得係数を乗算して前記音声信号の子音部分を強調した音声信号を出力する乗算部とを備える。

これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、コンピュータプログラム並びにシステム、方法及びコンピュータプログラムの任意の組み合わせにより実現してもよい。

本開示に係る音声強調装置及び音声強調方法によれば、子音の信号レベルが小さい場合でも音声の明瞭度を改善可能で、音声信号以外の音楽信号などが入力されたと推測される場合には処理を行わない音声強調装置及び方法を提供することができる。

本開示の第１の実施形態に係る音声強調装置１００の構成を示すブロック図である。 図１の音声強調装置１００の構成を示すブロック図である。 図２の相関除去フィルタ回路１０７の構成を示すブロック図である。 本開示の第２の実施形態に係る音声強調装置１００Ａの構成を示すブロック図である。 本開示の第３の実施形態に係る音声強調装置１００Ｂの構成を示すブロック図である。 本開示の第３の実施形態の変形例に係る音声強調装置１００Ｃの構成を示すブロック図である。 本開示の第４の実施形態に係る音声強調装置１００Ｄの構成を示すブロック図である。 本開示の第５の実施形態に係る音声強調装置１００Ｅの構成を示すブロック図である。 本開示の第６の実施形態に係る音声強調装置１００Ｆの構成を示すブロック図である。 本開示の第７の実施形態に係る音声強調装置１００Ｇの構成を示すブロック図である。 本開示の第８の実施形態に係る音声強調装置１００Ｈの構成を示すブロック図である。 本開示の第９の実施形態に係る音声強調装置１００Ｉの構成を示すブロック図である。 図８Ｄの関数値回路１６０の入力値ｘに対する出力値ｙの変化を示すグラフである。 本開示の第９の実施形態の変形例に係る、図８Ｄの関数値回路１６０の入力値ｘに対する出力値ｙの変化を示すグラフである。 本開示の第１０の実施形態に係る音声強調装置１００Ｊの構成を示すブロック図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。すなわち、本開示は下記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態及び運用技術が明らかとなろう。

第１の実施形態．
（音声強調装置１００の構成）
図１は、本開示の第１の実施形態に係る音声強調装置１００の構成を示すブロック図である。図１の音声強調装置１００は、入力端子１０１と、生成部１０２と、演算部１０３と、決定部１０４と、乗算部１０５と、出力端子１０６とを備えて構成される。

図２は、図１の音声強調装置１００の構成を示すブロック図である。図において、子音らしさを示す値を生成して出力する生成部１０２は、相関除去フィルタ回路１０７と、比較回路１０８と、第１の平滑化回路１０９とを備えて構成される。また、演算部１０３は、高速充電低速放電型の第１の積分回路である第１のピークホールド回路１１１と、高速充電低速放電型の第２の積分回路である第２のピークホールド回路１１２と、除算回路１１３と、子音／母音判定回路１１０とを備えて構成される。ここで、子音らしさを示す値を入力し、当該子音らしさを示す値に基づいて、音声信号内の子音部分と母音部分とを識別した子音・母音識別信号を生成し、音声信号及び子音・母音識別信号に基づいて、前記音声信号における母音部分の第１の信号レベルと子音部分の第２の信号レベルとを検出し、第２の信号レベルに対する第１の信号レベルの関係を示すレベル関係信号を出力する。

図２において、決定部１０４は、減算回路１１５と、第１の判定回路である判定回路１１６と、第１の乗算回路１１７と、加算回路１１９と、しきい値ｔｈを発生させるしきい値発生器１１４と、定数“１．０”を発生させる定数値発生器１１８とを備えて構成される。ここで、上述した第２の信号レベルに対する第１の信号レベルの関係を示すレベル関係信号に基づいて、第２の信号レベルが第１の信号レベルよりも小さいときに、“１”を超える利得係数であって、第２の信号レベルが第１の信号レベルに対して小さくなるにつれて当該利得係数が大きくなるように当該利得係数を決定する。なお、利得係数は、第２の信号レベルが第１の信号レベルよりも大きいときに“１”近傍の値となる。すなわち、子音の信号レベルが母音の信号レベルよりも小さい場合には、母音の信号レベルと同程度となるように子音の信号レベルのみを増幅させる。また、母音の信号レベルが子音の信号レベルよりも小さい場合には、子音の信号レベルを増幅させる必要がない音楽である可能性が高いので利得係数は１となるように設定される。

乗算部１０５は、第２の乗算回路１２０を備えて構成される。ここで、音声信号に利得係数を乗算して音声信号の子音部分を強調した音声信号を出力する。また、入力端子１０１は、音声信号ｆ_０を入力するための端子である。入力端子１０１から入力された音声信号ｆ_０は、相関除去フィルタ回路１０７、比較回路１０８、乗算部１０５、第１のピークホールド回路１１１及び第２のピークホールド回路１１２に出力される。音声信号ｆ_０は、所定のサンプリング周波数でサンプリングすることによって生成された信号である。サンプリング周波数は、例えば、音楽ＣＤであれば４４．１ｋＨｚであり、電話回線であれば８ｋＨｚである。

相関除去フィルタ回路１０７は、入力端子１０１から音声信号ｆ_０を入力し、当該音声信号ｆ_０から自己相関を有する信号成分を除去し、周期性のない信号を抽出して、当該周期性のない信号をフィルタ出力信号ｆ_ｎとして比較回路１０８に出力する。ここで、詳細後述する相関除去フィルタ回路１０７は、入力端子１０１から入力された音声信号ｆ_０から自己相関を有する信号成分を除去するための格子型フィルタ回路である。相関除去フィルタ回路１０７は、周期性のある信号成分以外の、周期性のない信号（後述する「前向き予測誤差信号ｆ_ｎ」に対応する。）を抽出する。周期性のある信号成分は自己相関があり、この信号の例は母音のような信号である。また、周期性のない信号は自己相関がなく、この信号の例は子音のような信号である。

比較回路１０８は、入力端子１０１から入力された音声信号ｆ_０の振幅と相関除去フィルタ回路１０７から入力されたフィルタ出力信号ｆ_ｎの振幅とを比較し、当該比較結果を第１の平滑化回路１０９に出力する。ここで、比較回路１０８は、相関除去フィルタ回路１０７から出力されるフィルタ出力信号ｆ_ｎの振幅が入力された音声信号ｆ_０の振幅よりも大きいときには、入力された音声信号ｆ_０は自己相関を有さず子音のような周期性のない信号であると判断して“１”の値を出力する。また、相関除去フィルタ回路１０７のフィルタ出力信号ｆ_ｎの振幅が入力された音声信号ｆ_０の振幅よりも小さいときには、入力された音声信号は自己相関を有する母音のような周期性のある信号であると判断して“０”の値を出力する。

第１の平滑化回路１０９は、比較回路１０８から出力される音声信号ｆ_０に対する“０”と“１”の判断結果を積分して平滑し、または、比較回路１０８から出力される“１”の値の頻度を算出することにより子音らしさを示す値を算出し、当該子音らしさを示す値を子音／母音判定回路１１０及び乗算回路１１７に出力する。ここで、比較回路１０８から“１”の値が出力された頻度が高い場合には、子音らしさの確率が高く、子音らしさを示す値として“１”近傍の値を出力し、子音らしさの確率が低いほど、子音らしさを示す値として“０”近傍の値を出力する。

子音／母音判定回路１１０は、第１の平滑化回路１０９から入力された子音らしさを示す値と所定のしきい値とを比較し、入力された音声信号ｆ_０が子音であるかもしくは子音でないかを示す子音・母音識別信号を生成し、当該子音・母音識別信号を第１のピークホールド回路１１１及び第２のピークホールド回路１１２に出力する。ここで、第１の平滑化回路１０９から出力された子音らしさを示す値が所定のしきい値よりも大きいときには入力された音声信号ｆ_０が子音であったと判定して子音・母音識別信号として“１”の値を生成して出力し、第１の平滑化回路１０９から出力された子音らしさを示す値が所定のしきい値よりも小さいときには入力された音声信号ｆ_０は子音以外と判定して子音・母音識別信号として“０”の値を生成して出力する。

第１のピークホールド回路１１１は、子音／母音判定回路１１０から子音・母音識別信号として“０”の値を入力すると、入力端子１０１から入力された音声信号ｆ_０の信号レベルＶを計測し、当該信号レベルＶの値を除算回路１１３に出力する。ここで、第１のピークホールド回路１１１は、子音／母音判定回路が子音以外と判定した場合に信号レベルＶを計測する。

第２のピークホールド回路１１２は、子音／母音判定回路１１０から子音・母音識別信号として“１”の値を入力すると、入力端子１０１から入力された音声信号ｆ_０の信号レベルＣを計測し、当該信号レベルＣの値を除算回路１１３に出力する。ここで、第２のピークホールド回路１１２は、子音／母音判定回路が子音と判定した場合に信号レベルＣを計測する。

除算回路１１３は、第１のピークホールド回路１１１から入力された音声信号ｆ_０の子音以外の信号レベルＶを、第２のピークホールド回路１１２から入力された音声信号ｆ_０の子音の信号レベルＣで除算してレベル比（Ｖ／Ｃ）を算出して当該レベル比（Ｖ／Ｃ）の値を減算回路１１５に出力する。ここで、音声信号ｆ_０の第２の信号レベルＣに対する音声信号ｆ_０の第１の信号レベルＶの関係を示すレベル関係信号は当該レベル比（Ｖ／Ｃ）として生成される。

続いて、図２の決定部１０４の各回路の動作について説明する。

減算回路１１５は、除算回路１１３から入力されたレベル比（Ｖ／Ｃ）の値からしきい値ｔｈを差し引き、当該減算結果を判定回路１１６に出力する。また、判定回路１１６は、減算回路１１５から減算結果を入力し、当該減算結果に基づき、当該減算結果の値が負の値の場合には当該減算結果の値を強制的に“０”の値に修正し、当該“０”の値を第１の乗算回路１１７に出力し、負の値以外の場合はレベル比（Ｖ／Ｃ）の値をそのまま第１の乗算回路１１７に出力する。

第１の乗算回路１１７は、第１の平滑化回路１０９から入力された子音らしさを示す値に判定回路１１６から入力された“０”の値もしくはレベル比（Ｖ／Ｃ）の値を乗算して、当該乗算結果の値を加算回路１１９に出力する。また、加算回路１１９は、第１の乗算回路１１７から入力された乗算結果の値に定数“１．０”を加算し、当該加算結果の値を利得係数として第２の乗算回路１２０に出力する。

以上説明したように、決定部１０４は、入力された音声信号ｆ_０が子音以外の場合には“１”近傍の値を第２の乗算回路１２０に出力し、入力された音声信号ｆ_０が子音の場合には“１”より大きい値を第２の乗算回路１２０に出力する。すなわち、利得係数は、音声信号ｆ_０における母音部分の信号レベルが音声信号ｆ_０における子音部分の信号レベルよりも小さい場合は“１”近傍の値となり、音声信号ｆ_０における子音部分の信号レベルが音声信号ｆ_０における母音部分の信号レベルよりも小さい場合は“１”よりも大きい値となる。

第２の乗算回路１２０は、入力端子１０１から入力された音声信号ｆ_０に加算回路１１９から入力された利得係数を乗算して、当該乗算結果を出力端子１０６に出力する。ここで、入力された音声信号ｆ_０が子音以外の場合には第２の乗算回路１２０の出力信号の信号レベルの変化は少なく、入力された音声信号ｆ_０が子音の場合には第２の乗算回路１２０の出力信号の信号レベルの変化は大きくなる。すなわち、音声信号ｆ_０の母音部分の信号レベルはほとんど変化しない一方で、音声信号ｆ_０の子音部分の信号レベルは大幅に増幅される。

（相関除去フィルタ回路１０７の構成）
図３は、図２の相関除去フィルタ回路の構成を示すブロック図である。図３において、相関除去フィルタ回路１０７は、入力端子２０１と、前向きフィルタ減算回路２２０−１〜２２０−Ｎと、遅延回路２３０−１〜２３０−Ｎと、後向きフィルタ減算回路２４０−１〜２４０−Ｎと、前向きフィルタ係数乗算回路２５０−１〜２５０−Ｎと、後向きフィルタ係数乗算回路２６０−１〜２６０−Ｎと、出力端子２０７とを備えて構成される。ここで、Ｎは自然数であり、段数を示す。このような格子型フィルタ回路であって逐次適応型フィルタ回路である相関除去フィルタ回路１０７では、前向きフィルタと後ろ向きフィルタとによって、時間的に前後から音声信号のうち自己相関を有する信号成分を高速で収束させることができる。

入力端子２０１は、入力端子１０１から入力される音声信号ｆ_０を前向きフィルタ減算回路２２０−１、遅延回路２３０−１及び後向きフィルタ係数乗算回路２６０−１に出力する。前向きフィルタ減算回路２２０−１〜２２０−Ｎは互いに縦続接続されて構成される。ここで、各前向きフィルタ減算回路２２０−１〜２２０−Ｎは、入力される信号を次式（１）に基づいて演算する。

ここで、変数ｉは、各前向きフィルタ減算回路２２０−１〜２２０−Ｎの段数を示し、変数ｊは、各前向きフィルタ減算回路２２０−１〜２２０−Ｎに入力される信号の時刻を示している。なお、時刻を示す変数ｊは、音声信号ｆ_０のサンプリング周波数の逆数である単位時間で進行する。単位時間は、音楽ＣＤであれば１／４４１００（秒）であり、電話回線であれば１／８０００（秒）である。また、式（１）において、ｋ_ｉ，ｊはｉ段目の時刻ｊにおけるフィルタ係数であり、ｂ_ｉ−１はｉ−１段目の後向き予測誤差信号である。

まず、１段目の前向きフィルタ減算回路２２０−１は、式（１）の変数ｉを１として音声信号ｆ_０を演算することによって、前向き予測誤差信号ｆ_１を生成する。前向きフィルタ減算回路２２０−１は、前向き予測誤差信号ｆ_１を前向きフィルタ減算回路２２０−２、前向きフィルタ係数乗算回路２５０−１及び後向きフィルタ係数乗算回路２６０−１に出力する。

次に、２段目の前向きフィルタ減算回路２２０−２は、式（１）の変数ｉを２として前向き予測誤差信号ｆ_１を演算することによって、前向き予測誤差信号ｆ_２を生成する。前向きフィルタ減算回路２２０−２は、前向き予測誤差信号ｆ_２を次段へと出力する。

以上の処理が（Ｎ−１）段目まで繰り返し行われた後、前向き予測誤差信号ｆ_Ｎ−１がＮ段目の前向きフィルタ減算回路２２０−Ｎに入力される。Ｎ段目の前向きフィルタ減算回路２２０−Ｎは、式（１）の変数ｉをＮとして前向き予測誤差信号ｆ_Ｎ−１を演算することによって、前向き予測誤差信号ｆ_Ｎを生成する。本実施形態において、前向き予測誤差信号ｆ_Ｎの振幅は、音声信号ｆ_０の自己相関が高いほど“０”に近づき、音声信号ｆ_０の自己相関が低いほど大きく発散する。

ここで、音声信号のうち母音は自己相関が高く、音声信号のうち子音は自己相関が低い。従って、前向き予測誤差信号ｆ_Ｎの振幅は、音声信号ｆ_０が母音である場合には小さくなり、音声信号ｆ_０が子音である場合には大きくなる。このような前向き予測誤差信号ｆ_Ｎは、前向きフィルタ減算回路２２０−Ｎから出力端子２０７、前向きフィルタ係数乗算回路２５０−Ｎ及び後向きフィルタ係数乗算回路２６０−Ｎに出力される。本実施形態に係る出力端子２０７は、前向き予測誤差信号ｆ_Ｎをフィルタ出力信号ｆ_Ｎとして比較回路１０８に出力する。

遅延回路２３０−１〜２３０−Ｎ及び後向きフィルタ減算回路２４０−１〜２４０―Ｎは互い違いに縦続接続されて構成される。各遅延回路２３０−１〜２３０−Ｎは、入力される信号に対して単位時間の遅延処理を施す。まず、１段目の遅延回路２３０−１は、音声信号ｆ_０に単位時間の遅延を施すことによって遅延信号ｂ_０を生成する。２段目の遅延回路２３０−２は、後述する後向きフィルタ減算回路２４０−１によって生成される後向き予測誤差信号ｂ_１に単位時間の遅延処理を施す。このような処理が繰り返し行われた後、Ｎ段目の遅延回路２３０−Ｎは、Ｎ−１段目の後向きフィルタ減算回路によって生成される後向き予測誤差信号ｂ_Ｎ−２に単位時間の遅延処理を施す。各遅延回路２３０−１〜２３０−Ｎは、遅延処理を施した信号を後向きフィルタ減算回路２４０−１〜２４０−Ｎ及び前向きフィルタ係数乗算回路２５０−１〜２５０−Ｎに出力する。

各後向きフィルタ減算回路２４０−１〜２４０−Ｎは、入力される信号を次式（２）に基づいて演算する。

ここで、ｋ_ｉ，ｊはｉ段目の時刻ｊにおけるフィルタ係数であり、ｆ_ｉ−１はｉ−１段目の前向き予測誤差信号である。

まず、１段目の後向きフィルタ減算回路２４０−１は、式（２）の変数ｉを１として遅延信号ｂ_０を演算することによって、後向き予測誤差信号ｂ_１を生成する。後向きフィルタ減算回路２４０−１は、後向き予測誤差信号ｂ_１を遅延回路２３０−２に出力する。次に、２段目の後向きフィルタ減算回路２４０−２は、遅延回路２３０−２によって単位時間の遅延処理を施された後向き予測誤差信号ｂ_１を、式（２）の変数ｉを２として演算することによって、後向き予測誤差信号ｂ_２を生成する。

以上の処理が（Ｎ−１）段目まで繰り返し行われた後、遅延回路２３０−Ｎによって単位時間の遅延処理を施された後向き予測誤差信号ｂ_Ｎ−１がＮ段目の後向きフィルタ減算回路２４０−Ｎに入力される。Ｎ段目の後向きフィルタ減算回路２４０−Ｎは、式（２）の変数ｉをＮとして後向き予測誤差信号ｂ_Ｎ−１を演算することによって、後向き予測誤差信号ｂ_Ｎを生成する。

各前向きフィルタ係数乗算回路２５０−１〜２５０−Ｎは、遅延回路２３０−１〜２３０−Ｎから入力される信号にフィルタ係数ｋ_ｉ，ｊを乗算して前向きフィルタ減算回路２２０−１〜２２０−Ｎに出力する。ここで、前向きフィルタ係数乗算回路２５０−１〜２５０−Ｎは、次式（３）に基づいて、フィルタ係数ｋ_ｉ，ｊを単位時間毎に更新する。上述の通り、単位時間は、音楽ＣＤであれば１／４４１００（秒）であり、電話回線であれば１／８０００（秒）である。

ここで、ｋ_ｉ，ｊはｉ段目の時刻ｊにおけるフィルタ係数であり、αは相関除去フィルタ回路１０７における収束の速さを決める定数（ただし、０．０≦α≦２．０）である。

このように、各前向きフィルタ係数乗算回路２５０−１〜２５０−Ｎは、ｉ段目の前向き予測誤差信号ｆ_ｉをｉ−１段目の後向き予測誤差信号ｂ_ｉ−１で除算した商に定数αを乗算した値をフィルタ係数ｋ_ｉ，ｊに加算することで、ｉ段目の時刻ｊ＋１でのフィルタ係数ｋ_{ｉ，ｊ＋１}を求める。従って、フィルタ係数ｋ_ｉ，ｊとフィルタ係数ｋ_{ｉ，ｊ＋１}との差（すなわち、単位時間当たりの修正量）は、前向き予測誤差信号ｆ_ｉが大きいほど大きくなる。このように、前向きフィルタ係数乗算回路２５０−１〜２５０−Ｎにおいてフィルタ係数ｋ_ｉ，ｊの学習が単位時間毎に実行される。

第１の実施形態に係る音声強調装置１００によれば、入力される音声信号内の子音部分の第２の信号レベルと母音部分の第１の信号レベルとの関係を示すレベル関係信号を生成し、当該レベル関係信号に基づいて、第２の信号レベルが第１の信号レベルに比較して小さくなるにつれて利得係数が大きくなるので、入力される音声信号の子音部分を強調した音声信号を出力することが可能となる。

また、第１の実施形態に係る音声強調装置１００によれば、第１の平滑化回路１０９が相関除去フィルタ回路１０７から出力されるフィルタ出力信号ｆ_ｎに基づいて子音らしさの確率が高いほど“１”近傍の値を出力し、子音らしさの確率が低いほど“０”近傍の値を出力し、加算回路１１９が第１の平滑化回路１０９から出力される子音らしさを示す値に“１”の値を加算し、当該加算結果の値を入力された音声信号ｆ_０に乗算する。従って、子音と母音とを明確に識別することなく、実環境で発声された音声に対しても、母音のような周期性のある信号以外の、子音のような周期性のない信号レベルを高くすることができる。そのため、高音域の聴力が低下した人の聴力を補償し、もしくは母音によりマスキングされ易い子音の信号レベルを補償することによって、音声信号の明瞭度を改善することができる。

さらに、第１の実施形態に係る音声強調装置１００によれば、第１の乗算回路１１７が、判定回路１１６が出力する子音以外の部分の信号レベルＶと子音部分の信号レベルＣとのレベル比（Ｖ／Ｃ）の値を、第１の平滑化回路１０９から出力される子音らしさを示す値に乗算する。従って、母音から子音へのマスキング量に応じた子音の信号レベルの振幅を補償できるようになり、また子音の信号レベルＣが子音以外の部分の信号レベルＶよりも十分に大きい場合には第１の乗算回路１１７の出力の値は“０”の値もしくは“０”近傍の値となるため、必要以上に子音の信号レベルを増幅する必要がなく、さらに入力された音声信号ｆ_０が打楽器のような周期性のない信号が多く含まれる音楽の場合でも信号レベルがほぼ一定となるので、音楽性が損なわれることを回避することができる。

またさらに、第１の実施形態に係る音声強調装置１００によれば、相関除去フィルタ回路１０７のフィルタ係数は、単位時間（すなわち、サンプリング周波数の逆数）ごとに更新する。従って、相関除去フィルタ回路１０７に入力された音声信号ｆ_０が、母音のような周期性のある信号であるのか、あるいは子音のような周期性のない信号であるのかを極めて迅速に予測することができるので、音声信号ｆ_０から精度良く子音を抽出することができる。

第２の実施形態．
次に、第２の実施形態に係る音声強調装置１００Ａについて、図面を参照しながら説明する。以下においては、第１の実施形態との相違点について主に説明する。

図４は、本開示の第２の実施形態に係る音声強調装置１００Ａの構成を示すブロック図である。図４において、演算部１０３Ａは、図２の演算部１０３に比較して、除算回路１１３の後段に第２の平滑化回路１２１をさらに備えたことを特徴とする。

図４において、第２の平滑化回路１２１は、除算回路１１３が出力する子音以外の信号レベルＶと、子音の信号レベルＣとのレベル比（Ｖ／Ｃ）の値を入力し、当該レベル比（Ｖ／Ｃ）の値を平滑化処理し、平滑化された値を減算回路１１５に出力する。すなわち、信号レベルＣに対する信号レベルＶの関係を示すレベル関係信号を平滑化処理して決定部１０４に出力する。

本実施形態に係る音声強調装置１００Ａによれば、第１の実施形態と同様の作用効果を有する。また、本実施形態に係る音声強調装置１００Ａによれば、第１の実施形態に係る音声強調装置１００に比較して、さらに第２の平滑化回路１２１を備えているので、除算回路１１３が出力するレベル比（Ｖ／Ｃ）が平滑化されるため、子音以外の信号レベルＶと、子音の信号レベルＣとが短時間に大きく変化しても、第２の平滑化回路１２１の出力は緩やかな変化となる。従って、第１の実施形態に係る音声強調装置１００に比較して、入力端子１０１から入力される音声信号ｆ_０の子音の種類や母音の種類が変わることに伴う信号レベルの変化によりレベル比（Ｖ／Ｃ）の値が大きく変化することがなくなるので、第２の乗算回路１２０で入力された音声信号ｆ_０の子音部の増幅も滑らかになって聞き取りやすくなる。

第３の実施形態．
上述した実施形態によれば、入力された音声信号ｆ_０のうちの子音の信号レベルの振幅を大きくすることによって、音声の明瞭度を向上させたが、本開示はこれに限られるものではない。例えば、入力された音声信号ｆ_０のうちの雑音の振幅を小さくすることによっても音声の明瞭度を向上させることもできる。以下第３の実施形態について具体的に説明する。

図５Ａは、本開示の第３の実施形態に係る音声強調装置１００Ｂの構成を示すブロック図である。図５Ａにおいて、音声強調装置１００Ｂは、図２の音声強調装置１００に比較して、決定部１０４の代わりに決定部１０４Ａを備えたことを特徴とする。また、決定部１０４Ａは、図２の決定部１０４に比較して、加算回路１１９の代わりに減算回路１１９Ａを備えたことを特徴とする。

図５Ａにおいて、減算回路１１９Ａは、定数“１．０”から第１の乗算回路１１７から入力された乗算結果の値を減算し、当該減算結果を利得係数として第２の乗算回路１２０に出力する。ここで、減算結果が負の値の場合には“０”の値を出力し、正の値の場合には第１の乗算回路１１７から入力された値をそのまま出力する。

本実施形態に係る音声強調装置１００Ｂによれば、第２の乗算回路１２０の出力信号において、母音のような周期性のある信号以外の雑音のような周期性のない信号の信号レベルの振幅を小さくすることができる。従って、音声信号ｆ_０から雑音を取り除くことができるので、音声の明瞭度を改善することができる。

本実施形態に係る音声強調装置１００Ｂによれば、第１の実施形態と同様の作用効果を有する。また、本実施形態に係る音声強調装置１００Ｂによれば、音声信号ｆ_０のうち打楽器音の振幅を小さくすることによって、音声の明瞭度を向上させることができる。

さらに、本実施形態に係る音声強調装置１００Ｂによれば、音声信号ｆ_０に打楽器音と弦楽器音とが混ざっている場合に、第２の乗算回路１２０の出力信号において、弦楽器音のような周期性のある信号以外の打楽器音のような周期性のない信号の信号レベルの振幅だけを抑制させることができる。

図５Ｂは、本開示の第３の実施形態の変形例に係る音声強調装置１００Ｃの構成を示すブロック図である。図５Ｂにおいて、音声強調装置１００Ｃは、図２の音声強調装置１００に比較して、決定部１０４の代わりに決定部１０４Ｂを備えたことを特徴とする。また、決定部１０４Ｂは、図２の決定部１０４に比較して、減算回路１１９Ａをさらに備え、例えばユーザにより、第１の乗算回路１１７からの乗算結果の値を、第１の実施形態に係る加算回路１１９を介して第２の乗算回路１２０に出力するか、もしくは、第３の実施形態に係る減算回路１１９Ａを介して第２の乗算回路１２０に出力するかを選択的に切り替える第１の切替部である切替部２００をさらに備えたことを特徴とする。この場合には、切替部２００によって加算回路１１９に切り替えることによって、周期性のない打楽器音だけを強調させることが可能となる。すなわち、例えばユーザが子音部分を強調させたいときは切替部２００を用いて加算回路１１９に切り替え、母音部分を強調させたいときは切替部２００を用いて第２の減算回路である減算回路１１９Ａに切り替える。

第４の実施形態．
図６は、本開示の第４の実施形態に係る音声強調装置１００Ｄの構成を示すブロック図である。図６において、音声強調装置１００Ｄは、図２の音声強調装置１００に比較して、演算部１０３の代わりに演算部１０３Ｂを備えたことを特徴とする。また、図６の演算部１０３Ｂは、図２の演算部１０３に比較して、第１のピークホールド回路１１１において信号レベルＶの計測を停止させる第１の判定部である判定回路１２９をさらに備え、当該判定回路１２９の前段にしきい値レベル１２８Ｒを有する比較器１２８をさらに備えたことを特徴とする。

図６において、比較器１２８は、入力された音声信号ｆ_０の電圧レベルと所定のしきい値レベル１２８Ｒとを比較し、当該比較結果を判定回路１２９に出力する。また、判定回路１２９は、比較器１２８からの比較結果に基づいて、第１のピークホールド回路１１１を停止させる信号を生成し、当該信号を第１のピークホールド回路１１１に出力する。ここで、判定回路１２９は、音声信号ｆ_０の電圧レベルがしきい値レベル１２８Ｒ以下の場合に、第１のピークホールド回路１１１を停止させる。

本実施形態に係る音声強調装置１００Ｄによれば、第１の実施形態と同様の作用効果を有する。また、本実施形態に係る音声強調装置１００Ｄによれば、第１の実施形態に係る音声強調装置１００に比較すると、子音／母音判定回路１１０から子音・母音識別信号として“０”の値が出力される場合にさらに、入力された音声信号ｆ_０の電圧レベルがしきい値レベル１２８Ｒ以下の場合には、第１のピークホールド回路１１１における計測を停止させるので、無音区間での信号レベル計測が回避されて演算量をさらに減少させる一方で母音の信号レベルを正しく求めることが可能となる。すなわち、音声信号ｆ_０の電圧レベルが所定のしきい値１２８Ｒ以下であれば無音と判定して積分演算を停止させる。

なお、本実施形態では、判定回路１２９は、音声信号ｆ_０の電圧レベルを用いて第１のピークホールド回路１１１を停止させる信号を生成したが、本開示はこれに限らず、音声信号ｆ_０の電流レベルを用いても同様の効果を得ることができる。

第５の実施形態．
図７は、本開示の第５の実施形態に係る音声強調装置１００Ｅの構成を示すブロック図である。図７において、音声強調装置１００Ｅは、図２の音声強調装置１００に比較して、演算部１０３の代わりに演算部１０３Ｃを備えたことを特徴とする。また、演算部１０３Ｃは、図２の演算部１０３に比較して、第１のピークホールド回路１１１において信号レベルＶの計測を停止させる第２の判定部である判定回路１３１をさらに備えたことを特徴とする。

図７において、判定回路１３１は、比較回路１０８からの比較結果に基づいて、第１のピークホールド回路１１１を停止させる信号を生成し、当該信号を第１のピークホールド回路１１１に出力する。ここで、判定回路１３１は、入力された音声信号ｆ_０の電圧レベルの振幅が相関除去フィルタ回路１０７のフィルタ出力信号ｆ_ｎの電圧レベルの振幅に比べて例えば１０倍程度大きく相関除去フィルタ回路１０７が収束していると推測される場合には、音声信号ｆ_０の信号レベルＶの計測を行い、それ以外の場合には音声信号ｆ_０の信号レベルＶの計測を停止させる。

本実施形態に係る音声強調装置１００Ｅによれば、第１の実施形態と同様の作用効果を有する。また、本実施形態に係る音声強調装置１００Ｅによれば、第１の実施形態に係る音声強調装置１００に比較すると、子音／母音判定回路１１０から子音・母音識別信号として“０”の値が出力される場合にさらに、入力された音声信号ｆ_０の振幅が相関除去フィルタ回路１０７のフィルタ出力信号ｆ_ｎの振幅に比べて例えば１０倍程度大きく相関除去フィルタ回路１０７が収束していると推測される場合には、信号レベルＶの計測を行い、それ以外の場合には信号レベルＶの計測を停止させることができるので、相関除去フィルタ回路１０７が収束しておらず母音ではなく無音である可能性が高い区間での信号レベル計測が回避され、演算量を減らしながら母音の信号レベルを正しく求めることができる。

なお、本実施形態では、音声信号ｆ_０の電圧レベルを用いて第１のピークホールド回路１１１を停止させる信号を生成したが、本開示はこれに限らず、音声信号ｆ_０の電流レベルを用いても同様の効果を得ることができる。

第６の実施形態．
図８Ａは、本開示の第６の実施形態に係る音声強調装置１００Ｆの構成を示すブロック図である。図８Ａにおいて、音声強調装置１００Ｆは、図２の音声強調装置１００に比較して、演算部１０３の代わりに演算部１０３Ｄを備えたことを特徴とする。また、演算部１０３Ｄは、図２の演算部１０３に比較して、除算回路１１３を動作させる第３の判定部である判定回路１４０をさらに備えたことを特徴とする。

図８Ａにおいて、判定回路１４０は、子音／母音判定回路１１０から入力された子音・母音識別信号に基づいて、除算回路１１３を動作させる信号を生成し、当該信号を除算回路１１３に出力する。ここで、除算回路１１３は、第１のピークホールド回路１１１が出力する子音以外の信号レベルＶの値を第２のピークホールド回路１１２が出力する子音の信号レベルＣの値で除算してレベル比（Ｖ／Ｃ）の値を出力する頻度を、子音から母音に変化した時や、逆に母音から子音に変化した時や、第１のピークホールド回路１１１または第２のピークホールド回路１１２がピークを検出した後に限定することが可能となる。例えば、第６の実施形態において、判定回路１４０は、子音から母音に変化した後もしくは母音から子音に変化した後の一定期間のみ除算回路１１３を動作させる第２の判定回路である。

本実施形態に係る音声強調装置１００Ｆによれば、第１の実施形態と同様の作用効果を有する。また、本実施形態に係る音声強調装置１００Ｆによれば、第１の実施形態に係る音声強調装置１００に比較すると、除算回路１１３が、第１のピークホールド回路１１１が出力する子音以外の信号レベルＶを第２のピークホールド回路１１２が出力する子音以外の信号レベルＣで除算してレベル比（Ｖ／Ｃ）の値を出力する頻度を減らすことができるので、演算量をさらに減らすことが可能となる。

第７の実施形態．
図８Ｂは、本開示の第７の実施形態に係る音声強調装置１００Ｇの構成を示すブロック図である。図８Ｂにおいて、音声強調装置１００Ｇは、図２の音声強調装置１００に比較して、演算部１０３の代わりに演算部１０３Ｅを備えたことを特徴とする。また、演算部１０３Ｅは、図２の演算部１０３に比較して、第１のピークホールド回路１１１と、第２のピークホールド回路１１２と、除算回路１１３とを動作させるタイマー回路１５０をさらに備えたことを特徴とする。

図８Ｂにおいて、タイマー回路１５０は、例えば数秒間などの所定の第１の時間を計測して、第１のピークホールド回路１１１及び第２のピークホールド回路１１２が当該所定の第１の時間内の音声信号ｆ_０の信号レベルＶ及び信号レベルＣの最大値を計測するように各第１のピークホールド回路１１１及び第２のピークホールド回路１１２を周期的に繰り返し動作させる。また、タイマー回路１５０は、所定の第１の時間が経過する毎に除算回路１１３を周期的に繰り返し動作させる。例えば、第７の実施形態において、タイマー回路１５０は例えば３秒間などの一定時間を計測し、第１のピークホールド回路１１１及び第２のピークホールド回路１１２は３秒間での最大値をそれぞれ検出し、除算回路１１３は３秒間が経過する毎に動作する。この構成によれば、除算回路１１３が動作する頻度を、タイマー回路１５０が第１の時間を計測し終わる時に限定することが可能となる。

本実施形態に係る音声強調装置１００Ｇによれば、第１の実施形態と同様の作用効果を有する。また、本実施形態に係る音声強調装置１００Ｇによれば、第１の実施形態に係る音声強調装置１００に比較すると、除算回路１１３が、第１のピークホールド回路１１１が出力する子音以外の信号レベルＶを第２のピークホールド回路１１２が出力する子音信号レベルＣで除算してレベル比（Ｖ／Ｃ）の値を出力する頻度を減らすことができるので、演算量をさらに減らすことが可能となる。

第８の実施形態．
図８Ｃは、本開示の第８の実施形態に係る音声強調装置１００Ｈの構成を示すブロック図である。図８Ｃにおいて、音声強調装置１００Ｈは、図２の音声強調装置１００に比較して、演算部１０３の代わりに演算部１０３Ｆを備えたことを特徴とする。また、演算部１０３Ｆは、図２の演算部１０３に比較して、後述する切替部１５７を動作させる低速充電高速放電型の第３の積分回路であるディップホールド回路１５５と、定数“０．０”を発生させる定数発生器１５６と、当該定数発生器１５６からの定数“０．０”の値を、減算回路１１５に出力するか、もしくは除算回路１１３からのレベル比（Ｖ／Ｃ）の値を減算回路１１５に出力するかを選択的に切り替える第２の切替部である切替部１５７をさらに備えたことを特徴とする。

図８Ｃにおいて、ディップホールド回路１５５は、入力端子１０１から入力された音声信号ｆ_０の最低信号レベルを計測し、当該最低信号レベルが所定の第２のしきい値以上の場合は、当該定数発生器１５６からの定数“０．０”の値を減算回路１１５に出力し、当該最低信号レベルが所定の第２のしきい値未満の場合は、除算回路１１３からのレベル比（Ｖ／Ｃ）の値を減算回路１１５に出力するように切替部１５７を制御する。ここで、所定の第２のしきい値は、背景雑音や背景音楽の信号レベルが高くて子音を増幅することが困難である場合において、ディップホールド回路１５５が計測する最低信号レベルが超える値に設定する。すなわち、背景雑音や背景音楽の信号レベルが比較的高いときは切替部１５７を用いて定数発生器１５６に切り替え、背景雑音や背景音楽の信号レベルが比較的低いときは切替部１５７を用いて除算回路１１３に切り替える。

本実施形態に係る音声強調装置１００Ｈによれば、第１の実施形態と同様の作用効果を有する。また、本実施形態に係る音声強調装置１００Ｈによれば、第１の実施形態に係る音声強調装置１００に比較すると、背景雑音や背景音楽の信号レベルが高い場合には、定数発生器１５６からの定数“０．０”を減算回路１１５に出力するので、入力端子１０１から入力された音声信号ｆ_０が全く増幅されない。従って、背景雑音や背景音楽の信号レベルが高い場合に子音が増幅されることが回避されるので、出力端子１０６から出力される出力信号の品質を改善することが可能となる。

第９の実施形態．
第１の実施形態に係る第１の平滑回路１０９は、比較回路１０８の判定結果を積分して平滑し、または、比較回路１０８の判定結果において“１”の値を出力する頻度を算出することによって子音らしさを示す値を算出するが、子音をより強調させるために第１の平滑回路１０９からの出力値に対して所定の演算処理を実行することにより子音らしさを示す値を算出するようにしてもよい。

図８Ｄは、本開示の第９の実施形態に係る音声強調装置１００Ｉの構成を示すブロック図である。図８Ｄにおいて、音声強調装置１００Ｉは、図２の音声強調装置１００に比較して、生成部１０２の代わりに生成部１０２Ａを備えたことを特徴とする。また、生成部１０２Ａは、図２の生成部１０２に比較して、第１の平滑化回路１０９からの平滑処理後の値に基づいて、子音らしさを示す値を生成して出力する関数値回路１６０をさらに備えたことを特徴とする。

図８Ｄにおいて、関数値回路１６０は、第１の平滑化回路１０９から平滑処理された値を入力し、平滑処理された値に対して所定の演算処理を行い、当該演算結果の値を子音らしさを示す値として子音／母音判定回路１１０及び第１の乗算回路１１７に出力する。

図９Ａは、図８Ｄの関数値回路１６０の入力値ｘに対する出力値ｙの変化を示すグラフである。図９Ａにおいて、関数値回路１６０は、第１の平滑化回路１０９からの入力値ｘに対して、出力値ｙを次式（４）により算出する。ここで、出力値ｙは子音らしさを示す値である。

本実施形態に係る音声強調装置１００Ｉによれば、第１の実施形態と同様の作用効果を有する。また、本実施形態に係る音声強調装置１００Ｉによれば、第１の実施形態に係る音声強調装置１００に比較して、入力された音声信号ｆ_０が子音の場合には関数値回路１６０からの出力値ｙはより“１”に近い値となり、入力された音声信号ｆ_０が子音以外の場合には関数値回路１６０からの出力値ｙはより“０”に近い値となるので、子音以外に比べて子音をより強調させることが可能となる。

なお、本実施形態では、上述した式（４）に示すような係数を用いたが、本開示はこれに限らず次式（５）を用いて同様の効果を得ることができる。

ここで、ａは１以上の実数であり、ｂは実数であり、ｘは関数値回路１６０に対する入力値であり、ｙは関数値回路１６０からの出力値である。なお、出力値ｙは子音らしさを示す値である。

また、上述した演算式以外の演算式を用いてもよい。

図９Ｂは、本開示の第９の実施形態の変形例に係る、図８Ｄの関数値回路１６０の入力値ｘに対する出力値ｙの変化を示すグラフである。図９Ｂにおいて、関数値回路１６０は、第１の平滑化回路１０９からの入力値ｘに対して、出力値ｙは次式（６）を用いて算出する。ここで、出力値ｙは子音らしさを示す値である。

第９の実施形態の変形例に係る音声強調装置によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を有する。また、本実施形態に係る音声強調装置によれば、第１の実施形態に係る音声強調装置１００に比較して、入力された音声信号ｆ_０が子音の場合には関数値回路１６０からの出力値ｙはより“１”に近い値となり、入力された音声信号ｆ_０が子音以外の場合には関数値回路１６０からの出力値ｙはより“０”に近い値となるので、子音以外に比べて子音をより強調させることが可能となる。

なお、上述した第９の実施形態の変形例では、上述した式（６）に示すような係数を用いたが、本開示はこれに限らず次式（７）を用いて同様の効果を得ることができる。ここで、定数ｃは１．０未満であり、定数ｂは１．０以上である。

ここで、ｘは関数値回路１６０に対する入力値であり、ｙは関数値回路１６０からの出力値である。なお、出力値ｙは子音らしさを示す値である。

第１０の実施形態．
図１０は、本開示の第１０の実施形態に係る音声強調装置１００Ｊの構成を示すブロック図である。図１０において、音声強調装置１００Ｊは、図２の音声強調装置１００に比較して、演算部１０３の代わりに演算部１０３Ｇを備えたことを特徴とする。ここで、演算部１０３Ｇは、図２の演算部１０３に比較して、第１のピークホールド回路１１１の後段にしきい値レベル１７０Ｒを有する比較器１７０と、第２のピークホールド回路１１２の後段にしきい値レベル１７１Ｒを有する比較器１７１と、当該比較器１７０，１７１からの出力結果に基づいて除算回路１１３を停止させる第３の判定回路である判定回路１５８と、除算回路１１３から出力されるレベル比（Ｖ／Ｃ）の値を格納するメモリ１７２とをさらに備えたことを特徴とする。

図１０において、比較器１７０は、第１のピークホールド回路１１１から出力された電圧レベルと所定のしきい値レベル１７０Ｒとを比較し、当該比較結果を判定回路１５８に出力する。また、比較器１７１は、第２のピークホールド回路１１２から出力された電圧レベルと所定のしきい値レベル１７１Ｒとを比較し、当該比較結果を判定回路１５８に出力する。

判定回路１５８は、比較器１７０からの比較結果及び比較器１７１からの比較結果に基づいて、除算回路１１３を停止させる信号を生成し、当該信号を除算回路１１３に出力し、除算回路１１３を停止させる。また、判定回路１５８は、比較器１７０からの比較結果及び比較器１７１からの比較結果に基づいて、メモリ１７２から除算回路１１３が停止する直近に格納されたレベル比（Ｖ／Ｃ）のデータを読み出して、当該読み出されたデータを減算回路１１５に出力し続ける。ここで、判定回路１５８は、第１のピークホールド回路１１１から出力された電圧レベルが所定のしきい値レベル１７０Ｒ以下の場合か、もしくは第２のピークホールド回路１１２から出力された電圧レベルが所定のしきい値レベル１７１Ｒ以下の場合に、除算回路１１３の動作を停止させ、除算回路１１３が停止する直近のレベル比（Ｖ／Ｃ）の値を第２の減算回路である減算回路１１５に出力し続ける第３の判定回路である。一方、第１のピークホールド回路１１１から出力された電圧レベルが所定のしきい値レベル１７０Ｒよりも高くかつ第２のピークホールド回路１１２から出力された電圧レベルが所定のしきい値レベル１７１Ｒよりも高い場合は、除算回路１１３は、第１のピークホールド回路１１１から入力された音声信号ｆ_０の子音以外の信号レベルＶを、第２のピークホールド回路１１２から入力された音声信号ｆ_０の子音の信号レベルＣで除算してレベル比（Ｖ／Ｃ）を算出して当該レベル比（Ｖ／Ｃ）の値を減算回路１１５に出力する。

本実施形態に係る音声強調装置１００Ｊによれば、第１の実施形態と同様の作用効果を有する。また、本実施形態に係る音声強調装置１００Ｊによれば、第１のピークホールド回路１１１もしくは第２のピークホールド回路１１２から出力された電圧レベルのうちのいずれかがそれぞれの所定のしきい値以下であれば除算回路１１３を停止させ、除算回路１１３が停止する直近のレベル比（Ｖ／Ｃ）の値を減算回路１１５に出力し続けさせることができる。従って、無音区間と推測される場合にはレベル比（Ｖ／Ｃ）の値を一定に保つことができるので、無音区間後の有音区間において、直ちにかつ適切に子音の信号レベルを増幅させることが可能となる。

変形例１．
上述した実施形態では、相関除去フィルタ回路１０７のフィルタ係数ｋ_ｉ，ｊ（ｉは１〜Ｎである。）は式（３）に基づいて単位時間毎に更新され続けるとしたが、本開示はこれに限られるものではない。例えば、比較回路１０８が前向き予測誤差信号ｆ_Ｎの振幅が音声信号ｆ_０の振幅よりも大きいと判定した場合にはフィルタ係数ｋ_ｉ，ｊを“０”に設定してもよい。すなわち、相関除去フィルタ回路１０７は、それぞれ所定のフィルタ係数を有する前向きフィルタ係数乗算回路及び後向きフィルタ係数乗算回路を含み、フィルタ出力信号が音声信号の振幅よりも大きいときに、フィルタ係数を“０”に設定する。この場合には、予測誤差信号ｆ_Ｎの振幅が音声信号ｆ_０の振幅よりも大きいことは、相関除去フィルタ回路１０７によって音声信号ｆ_０が予測されていないことを意味する。従って、この場合、相関除去フィルタ回路１０７を通過している音声信号ｆ_０は子音である可能性が高い。そこで、フィルタ係数ｋ_ｉ，ｊを“０”に設定することによって、無相関信号が格子型フィルタ回路に入力し続けることによるフィルタ係数ｋ_ｉ，ｊの発散を防止して、相関除去フィルタ回路１０７を安定的に動作させることができる。

上述した変形例１に係る音声強調装置によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、変形例１に係る音声強調装置によれば、第１の実施形態に係る音声強調装置１００に比較して、相関除去フィルタ回路１０７をさらに安定して動作させることが可能となる。

変形例２．
上述した実施形態では、判定回路１１６は、減算回路１１５の出力が負の値の場合には“０”の値を出力し、それ以外の場合はレベル比（Ｖ／Ｃ）の値をそのまま出力しているが、本開示はこれに限られるものではない。減算回路１１５の出力の値が負の値の場合には“０”の値を出力し、それ以外の場合は定数の値を出力することによって、入力された音声信号ｆ_０が子音の場合に第２の乗算回路１２０において入力された音声信号ｆ_０に乗算される値も定数となるので、上述した実施形態に係る音声強調装置に比較して、子音の増幅利得が固定化されて聞き取りやすくすることが可能となる。

変形例３．
上述した実施形態に係る音声強調装置においては、相関除去フィルタ回路１０７として格子型フィルタ回路を用いたが、本開示はこれに限らず、例えばＦＩＲフィルタ回路、ＩＩＲフィルタ回路などを用いてもよい。この場合においては、上述した実施形態に比較して、演算量をさらに削減することが可能となる。

変形例４．
上述した実施形態に係る音声強調装置においては、除算回路１１３でレベル比（Ｖ／Ｃ）を求めているが、本開示はこれに限らず、例えばレベル比（Ｖ／Ｃ）に上限値を設定してもよい。この構成によれば、上述した実施形態に比較して、過度な子音の増幅を防ぐことが可能となる。

なお、上述した定数値発生器１１８，１５６は、例えば記憶領域を有するシフトレジスタであってもよいし、もしくは定数値を発生させる、コンピュータにより実行可能なプログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータにより読取可能な記録媒体であってもよい。

以上詳述したように、本開示に係る音声強調装置及び音声強調方法によれば、音声信号の明瞭度を改善することができるので、補聴器や語学学習機器のように聴取者の聴力を支援することが必要な用途に適用できる。

１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ，１００Ｉ，１００Ｊ…音声強調装置、
１０１…入力端子、
１０２，１０２Ａ…生成部、
１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄ，１０３Ｅ，１０３Ｆ，１０３Ｇ…演算部、
１０４，１０４Ａ，１０４Ｂ…決定部、１０５…乗算部、
１０６…出力端子、
１０７…相関除去フィルタ回路、
１０８…比較回路、
１２８，１７０，１７１…比較器、
１０９…第１の平滑化回路、
１１０…子音／母音判定回路、
１１１…第１のピークホールド回路、
１１２…第２のピークホールド回路、
１１３…除算回路、
１１４…しきい値発生器、
１１５，１１９Ａ…減算回路、
１１６，１２９，１３１，１４０，１５８…判定回路、
１１７…第１の乗算回路、
１１８，１５６…定数発生器、
１１９…加算回路、
１２０…第２の乗算回路、
１２１…第２の平滑化回路、
１２２…第３の平滑化回路、
１５０…タイマー回路、
１５５…ディップホールド回路、
１５７，２００…切替部、
１６０…関数値回路、１７２…メモリ、
２０１…入力端子、
２０７…出力端子、
２２０−１〜２２０−Ｎ…前向きフィルタ減算回路、
２３０−１〜２３０−Ｎ…遅延回路、
２４０−１〜２４０−Ｎ…後向きフィルタ減算回路、
２５０−１〜２５０−Ｎ…前向きフィルタ係数乗算回路、
２６０−１〜２６０−Ｎ…後向きフィルタ係数乗算回路。

Claims (19)

1. 所定のサンプリング周波数で入力される音声信号から、子音らしさを示す値を生成して出力する生成部と、
   前記子音らしさを示す値に基づいて、前記音声信号内の子音部分と母音部分とを識別した子音・母音識別信号を生成し、前記音声信号及び前記子音・母音識別信号に基づいて、前記音声信号における母音部分の第１の信号レベルと子音部分の第２の信号レベルとを検出し、前記第２の信号レベルに対する前記第１の信号レベルの関係を示すレベル関係信号を出力する演算部と、
   前記レベル関係信号に基づいて、前記第２の信号レベルが前記第１の信号レベルよりも小さいときに、“１”を超える利得係数であって、前記第２の信号レベルが前記第１の信号レベルに対して小さくなるにつれて当該利得係数が大きくなるように当該利得係数を決定する決定部と、
   前記音声信号に前記利得係数を乗算して前記音声信号の子音部分を強調した音声信号を出力する乗算部とを備えた音声強調装置。
2. 前記利得係数は、前記第２の信号レベルが前記第１の信号レベルよりも大きいときに“１”近傍の値である請求項１記載の音声強調装置。
3. 前記生成部は、
   前記音声信号から自己相関を有する信号成分を除去し、周期性のない信号をフィルタ出力信号として出力する相関除去フィルタ回路と、
   前記周期性のない信号の振幅と、前記音声信号の振幅とを比較し、当該比較結果を出力する比較回路と、
   前記比較結果を平滑化処理して前記子音らしさを示す値を生成して出力する第１の平滑化回路とを備えた請求項１又は２記載の音声強調装置。
4. 前記生成部は、
   前記音声信号から自己相関を有する信号成分を除去し、周期性のない信号をフィルタ出力信号として出力する相関除去フィルタ回路と、
   前記周期性のない信号の振幅と、前記音声信号の振幅とを比較し、当該比較結果を出力する比較回路と、
   前記比較結果を平滑化処理し、当該平滑化処理後の値を出力する第１の平滑化回路と、
   前記平滑化処理後の値に基づいて、前記子音らしさを示す値を生成して出力する関数値回路とを備え、
   前記関数値回路は、前記子音らしさを示す値を、
   

   

   により算出し、
   ここで、ａは１以上の実数であり、ｂは実数であり、ｘは関数値回路に対する入力値であり、ｙは子音らしさを示す値である請求項１又は２記載の音声強調装置。
5. 前記相関除去フィルタ回路は、逐次適応型フィルタ回路である請求項３又は４記載の音声強調装置。
6. 前記相関除去フィルタ回路は、それぞれ所定のフィルタ係数を有する前向きフィルタ係数乗算回路及び後向きフィルタ係数乗算回路を含み、
   前記フィルタ出力信号が前記音声信号の振幅よりも大きいときに、前記フィルタ係数を０に設定する請求項３〜５のうちのいずれか１つに記載の音声強調装置。
7. 前記演算部はさらに、前記レベル関係信号を平滑化処理して前記決定部に出力する第２の平滑化回路を備える請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載の音声強調装置。
8. 前記演算部は、
   前記子音らしさを示す値に基づいて、前記音声信号が子音もしくは子音以外であるかを示す子音・母音識別信号を生成して出力する子音／母音判定回路と、
   前記子音・母音識別信号に基づいて、前記第１の信号レベルを検出する第１の積分回路と、
   前記子音・母音識別信号に基づいて、前記第２の信号レベルを検出する第２の積分回路と、
   前記第１の信号レベルを前記第２の信号レベルで除算してレベル比を算出し、当該レベル比を前記レベル関係信号として出力する除算回路とを備えた請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の音声強調装置。
9. 前記決定部は、
   前記除算回路から出力されるレベル比から所定のしきい値を減算し、当該減算結果の値を出力する第１の減算回路と、
   前記第１の減算回路から出力された減算結果の値が負の値となる場合には“０”の値を出力し、前記第１の減算回路の減算結果が負の値以外の場合には当該減算結果の値をそのまま出力する第１の判定回路と、
   前記子音らしさを示す値に前記第１の判定回路から入力された値を乗算し、当該乗算結果の値を出力する乗算回路と、
   前記乗算回路から入力された前記乗算結果の値に定数“１．０”を加算し、当該加算結果の値を前記利得係数として前記乗算部に出力する加算回路とを備えた請求項８記載の音声強調装置。
10. 前記決定部は、
    前記除算回路から出力されるレベル比から所定のしきい値を減算し、当該減算結果の値を出力する第１の減算回路と、
    前記第１の減算回路から出力された減算結果の値が負の値となる場合には“０”の値を出力し、前記第１の減算回路の減算結果が負の値以外の場合には所定の定数を出力する第１の判定回路と、
    前記子音らしさを示す値に前記第１の判定回路から入力された値を乗算し、当該乗算結果の値を出力する乗算回路と、
    前記乗算回路から入力された前記乗算結果の値に定数“１．０”を加算し、当該加算結果の値を前記利得係数として前記乗算部に出力する加算回路とを備えた請求項８記載の音声強調装置。
11. 前記決定部はさらに、
    前記乗算回路から出力される乗算結果の値を定数“１．０”の値から減算し、当該減算結果の値を前記利得係数として前記乗算部に出力する第２の減算回路と、
    前記乗算回路から出力される乗算結果の値を、前記加算回路を介して前記乗算部に出力するか、もしくは、前記第２の減算回路を介して前記乗算部に出力するかを選択的に切り替える第１の切替部とを備えた請求項９又は１０記載の音声強調装置。
12. 前記演算部はさらに、
    前記音声信号の最低信号レベルを計測する第３の積分回路と、
    前記最低信号レベルが所定の第２のしきい値以上の場合は、定数“０．０”の値を前記第１の減算回路に出力するか、もしくは、前記最低信号レベルが所定の第２のしきい値未満の場合は、前記除算回路から出力されるレベル比の値を前記第１の減算回路に出力するかを選択的に切り替える第２の切替部とを備えた請求項９〜１１のうちのいずれか１つに記載の音声強調装置。
13. 前記第１の積分回路は、第１のピークホールド回路であり、
    前記第２の積分回路は、第２のピークホールド回路である請求項８〜１２のうちのいずれか１つに記載の音声強調装置。
14. 前記演算部はさらに、
    前記入力される音声信号の信号レベルが所定のしきい値以下であれば無音と判定して前記第１の積分回路を停止させる第１の判定部を備えた請求項８〜１３のうちのいずれか１つに記載の音声強調装置。
15. 前記演算部はさらに、
    前記音声信号の信号レベルと前記フィルタ出力信号の信号レベルとの差が所定値よりも小さければ無音と判定して前記第１の積分回路を停止させる第２の判定部を備えた請求８〜１４のうちのいずれか１つに記載の音声強調装置。
16. 前記演算部はさらに、
    前記子音・母音識別信号に基づいて、子音から母音に変化した後もしくは母音から子音に変化した後の一定期間のみ前記除算回路を動作させる第２の判定回路を備えた請求項８〜１５のうちのいずれか１つに記載の音声強調装置。
17. 前記演算部はさらに、
    前記除算回路から出力されたレベル比の値を格納するメモリと、
    前記第１の積分回路もしくは前記第２の積分回路から出力された電圧レベルのうちのいずれかがそれぞれの所定のしきい値以下であれば無音と判定して前記除算回路を停止させ、前記メモリから前記除算回路が停止する直近に格納された前記レベル比の値を読み出して前記第２の減算回路に出力し続けさせる第３の判定回路とを備えた請求項８〜１６のうちのいずれか１つに記載の音声強調装置。
18. 前記演算部はさらに、
    所定の第１の時間を計測し、前記所定の第１の時間内の前記第１の信号レベル及び前記第２の信号レベルの最大値を計測するように前記第１の積分回路及び前記第２の積分回路を動作させ、前記所定の第１の時間が経過する毎に前記除算回路を動作させるタイマー回路を備えた請求項８〜１７のうちのいずれか１つに記載の音声強調装置。
19. 入力される音声信号をその子音部分を強調するための音声強調装置のための音声強調方法であって、
    前記音声強調方法は、
    所定のサンプリング周波数で入力される音声信号から、子音らしさを示す値を生成して出力することと、
    前記子音らしさを示す値に基づいて、前記音声信号内の子音部分と母音部分とを識別した子音・母音識別信号を生成し、前記音声信号及び前記子音・母音識別信号に基づいて、前記音声信号における母音部分の第１の信号レベルと子音部分の第２の信号レベルとを検出し、前記第２の信号レベルに対する前記第１の信号レベルの関係を示すレベル関係信号を出力することと、
    前記レベル関係信号に基づいて、前記第２の信号レベルが前記第１の信号レベルよりも小さいときに、“１”を超える利得係数であって、前記第２の信号レベルが前記第１の信号レベルに比較して小さくなるにつれて当該利得係数が大きくなるように当該利得係数を決定することと、
    前記音声信号に前記利得係数を乗算して前記音声信号の子音部分を強調した音声信号を出力することとを含む音声強調方法。

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