JP6604376B2 - 信号処理装置、信号処理方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
1.概要
2.ヒアスルー効果を実現するための原理
2.1.概要
2.2.基本的な機能構成
3.第1の実施形態
4.第2の実施形態
4.1.概略的な機能構成
4.2.遅延量を低減するための構成例
4.3.変形例
4.4.まとめ
5.第3の実施形態
6.ハードウェア構成
7.まとめ
まず、本開示に係る信号処理装置の特徴をよりわかりやすくするために、当該信号処理装置を適用し得る、イヤフォンやヘッドフォンのような頭部装着型音響デバイスの適用例について説明したうえで、本開示に係る信号処理装置の課題について整理する。
[2.1.概要]
まず、ヒアスルー効果を実現するための原理の一例について、所謂、FF(Feed-Forward)型のNC(Noise Canceling)イヤフォン(もしくは、ヘッドフォン)の例と比較して説明する。例えば、図2は、ヒアスルー効果を実現するための原理の一例について説明するための説明図であり、頭部装着型音響デバイス51を、所謂FF型のNCイヤフォンとして構成する場合における、当該頭部装着型音響デバイス51の概略的な機能構成の一例を示している。
次に、図5を参照して、ヒアスルー効果を実現するための信号処理装置の基本的な機能構成の一例について説明する。図5は、本開示の一実施形態に係る信号処理装置80の基本的な機能構成の一例を示したブロック図である。なお、前述の通り、信号処理装置80は、各音響信号をデジタル信号に変換して各種フィルタ処理を施すため、実際にはDAC及びADCを含むが、図5に示す例では、説明をよりわかりやすくするために、DAC及びADCの記載を省略している。
まず、図7を参照して、本開示の第1の実施形態に係る信号処理装置の機能構成の一例について説明する。図7は、本実施形態に係る信号処理装置の機能構成の一例について示したブロック図である。なお、以降の説明では、本実施形態に係る信号処理装置を、前述した信号処理装置80(図5参照)と区別するために、「信号処理装置11」と称する場合がある。また、図7に示す機能構成は、図5に示した例と同様に、説明をよりわかりやすくするために、DAC及びADCの記載を省略している。
次に、本開示の第2の実施形態に係る信号処理装置について説明する。前述した第1の実施形態では、オキュリュージョンキャンセラ161を設けることにより、ユーザUが聴取される自身の声に違和感を覚えない態様で、ヒアスルー効果を実現していた。一方で、前述した第1の実施形態に係る信号処理装置11では、オキュリュージョンキャンセラ161が処理対象とする音響信号には、頭部装着型音響デバイス51のスピーカから出力された差分信号の成分が含まれている。そのため、オキュリュージョンキャンセラ161によって当該音響信号に基づき生成されるノイズ低減信号により、差分信号の成分が抑制され、ヒアスルー効果が十分に得られない(もしくは、ユーザUに特性の異なる環境音が聴取される)場合がある。
まず、図9を参照して、本実施形態に係る信号処理装置12の機能構成の一例について説明する。図9は、本実施形態に係る信号処理装置の機能構成の一例について示したブロック図である。なお、図9に示す機能構成は、図5及び図7に示した例と同様に、説明をよりわかりやすくするために、DAC及びADCの記載を省略している。
次に、本実施形態に係る信号処理装置12において、外部マイクロフォン513による集音結果に基づく差分信号や、内部マイクロフォン515による集音結果に基づくノイズ低減信号が、音響入力に加算され、スピーカから出力されるまでの遅延量を低減する仕組みの一例について説明する。
次に、図12を参照して、本実施形態に係る信号処理装置12の変形例について説明する。図12は、本実施形態の変形例に係る信号処理装置の機能構成の一例について示したブロック図である。なお、変形例に係る信号処理装置を、図9及び図10を参照して説明した本実施形態に係る信号処理装置12と区別するために、「信号処理装置13」と称する場合がある。なお、図12に示す例では、図10と同様に、アナログ信号とデジタル信号との間の変換処理を行うためのADC及びDACと、デジタル信号のサンプリングレートを変換するフィルタとが明示的に示されている。
以上、説明したように、本実施形態に係る信号処理装置12は、内部マイクロフォン515の集音結果に基づく音響信号から、音響入力の成分に加えて差分信号に相当する成分を減算している。このような構成により、本実施位形態に係る信号処理装置12では、オキュリュージョンキャンセラ161がノイズ低減信号を生成するための処理対象から、差分信号の成分を除外することが可能となる。即ち、本実施位形態に係る信号処理装置12では、ノイズ低減信号により、差分信号の成分が抑制されるといった事態を防止することが可能となる。そのため、本実施形態に係る信号処理装置12は、前述した第1の実施形態に係る信号処理装置11に比べて、より自然な態様(即ち、ユーザUがより違和感を覚えない態様)で、ヒアスルー効果を実現することが可能となる。
次に、本開示の第3の実施形態に係る信号処理装置について説明する。前述したように、本開示の各実施形態に係る信号処理装置では、内部マイクロフォン515による内部空間を伝搬する音響の集音結果を利用して、外耳道UAに伝搬するユーザの声の成分を抑制するためのノイズ低減信号を生成している。このような構成のため、内部マイクロフォン515の集音結果に基づく音響信号(即ち、内部空間を伝搬する音響)には、前述したように声の成分(即ち、ユーザUの頭部の骨や肉を介して外耳道UAに伝搬する当該ユーザUの声の成分)が含まれていることは前述した通りである。
次に、図16を参照して、本開示の各実施形態に係る信号処理装置10(即ち、上述した信号処理装置11〜14)のハードウェア構成の一例について説明する。図16は、本開示の各実施形態に係る信号処理装置10のハードウェア構成の一例を示した図である。
以上、説明したように、本開示の各実施形態に係る信号処理装置10(即ち、上述した信号処理装置11〜14)は、頭部装着型音響デバイス51の装着部510の外側の外部空間を伝搬する環境音の集音結果に基づき、差分信号を生成する。また、信号処理装置10は、装着部510の内側の内部空間に伝搬する音響の集音結果に基づき、当該内部空間に伝搬する声の成分を抑制するためのノイズ低減信号を生成する。そして、信号処理装置10は、入力される音響入力に対して、生成した差分信号とノイズ低減信号とを加算し、当該加算結果に基づき生成される音響信号を頭部装着型音響デバイス51のドライバ511に出力する。これにより、当該音響信号によりドライバ511が駆動され、当該音響信号に基づく音響が内部空間に放射される。
(1)
聴取者の耳に対して装着される装着部の外側の外部空間を伝搬する第1の音響の集音結果を取得する第1の取得部と、
前記装着部の内側において外耳道と連接する内部空間を伝搬する第2の音響の集音結果を取得する第2の取得部と、
前記第1の音響の集音結果に基づき、前記外部空間から前記外耳道内に向けて直接伝搬する前記第1の音響と、前記外部空間から前記装着部を介して前記内部空間に伝搬する前記第1の音響との差分に略等しい差分信号を生成する第1のフィルタ処理部と、
前記第2の音響の集音結果から、前記第1の音響の集音結果に基づく第1の信号成分と、前記装着部の内側から前記内部空間に向けて音響デバイスから出力させる入力音響信号に基づく第2の信号成分とが減算された減算信号を生成する減算部と、
前記減算信号に基づき、当該減算信号を低減するためのノイズ低減信号を生成する第2のフィルタ処理部と、
前記入力音響信号に対して、前記差分信号と、前記ノイズ低減信号とを加算することで、前記音響デバイスを駆動するための駆動信号を生成する加算部と、
を備える、信号処理装置。
(2)
前記第1の音響の集音結果に基づく音響信号に対して、少なくとも、前記音響デバイスから出力される音響信号が、前記内部空間を介して前記第2の音響として集音されるまでの系の伝達関数に応じた特性を付与し、前記第1の信号成分として出力する第3のフィルタ処理部を備える、前記(1)に記載の信号処理装置。
(3)
前記第3のフィルタ処理部は、前記第1の音響の集音結果を入力信号として、前記第1の信号成分を生成する、前記(2)に記載の信号処理装置。
(4)
前記第3のフィルタ処理部は、前記第1のフィルタ処理部から出力される前記差分信号を入力信号として、前記第1の信号成分を生成する、前記(2)に記載の信号処理装置。
(5)
前記第3のフィルタ処理部は、入力された前記前記第1の音響の集音結果に基づく音響信号のうち、遅延成分を処理するための第4のフィルタ処理部と、周波数成分を処理するための第5のフィルタ処理部とを備える、前記(2)〜(4)のいずれか一項に記載の信号処理装置。
(6)
前記第4のフィルタ処理部は、無限インパルス応答フィルタを含む、前記(5)に記載の信号処理装置。
(7)
前記第5のフィルタ処理部は、有限インパルス応答フィルタを含む、前記(5)または(6)に記載の信号処理装置。
(8)
前記入力音響信号を第1の目標特性に等化して前記加算部に出力する第1の等化処理部と、
当該入力音響信号を第2の目標特性に等化して、前記第2の信号成分として前記減算部に出力する第2の等化処理部と、
を備える、前記(1)〜(7)のいずれか一項に記載の信号処理装置。
(9)
前記第2の音響の集音結果からの前記第1の信号成分の減算結果に基づく信号成分を、音声信号として出力する音声信号出力部を備える、前記(1)〜(8)のいずれか一項に記載の信号処理装置。
(10)
音声信号出力部は、前記減算信号を前記音声信号として出力する、前記(9)に記載の信号処理装置。
(11)
前記第1の音響を集音する第1の集音部と、前記第2の音響を集音する第2の集音部とのうち、少なくともいずれかを含む、前記(1)〜(10)のいずれか一項に記載の信号処理装置。
(12)
前記音響デバイスを含む、前記(1)〜(11)のいずれか一項に記載の信号処理装置。
(13)
聴取者の耳に対して装着される装着部の外側の外部空間を伝搬する音響の集音結果を取得する取得部と、
前記音響の集音結果に基づき、前記外部空間から外耳道内に向けて直接伝搬する前記音響と、前記外部空間から前記装着部を介して前記外耳道内に伝搬する前記音響との差分に略等しい差分信号を生成するフィルタ処理部と、
前記装着部の内側から前記外耳道内に向けて音響デバイスから出力させる入力音響信号に対して、前記差分信号を加算することで、前記音響デバイスを駆動するための駆動信号を生成する加算部と、
を備え、
前記外部空間を伝搬する音響が集音されてから、当該音響に基づく前記差分信号が加算された前記駆動信号に基づく音響が、前記音響デバイスから出力されるまでの遅延量が100μ秒以下である、
信号処理装置。
(14)
前前記外部空間を伝搬する音響の集音結果を、第1のサンプリングレートで第1のデジタル信号にAD変換するAD変換部と、
前記第1のデジタル信号を、前記第1のサンプリングレートよりも低く、前記入力音響信号を標本化するための第2のサンプリングレートよりも高い、第3のサンプリングレートにダウンサンプリングすることで第2のデジタル信号を生成する、デシメーションフィルタと、
前記第3のサンプリングレートで標本化されたデジタル信号を、第1のサンプリングレートにアップサンプリングするインターポレーションフィルタと、
前記インターポレーションフィルタの出力結果をアナログの音響信号にDA変換するDA変換部と、
を備え、
前記フィルタ処理部は、前記第2のデジタル信号を入力信号として、前記差分信号を生成する、
前記(13)に記載の信号処理装置。
(15)
プロセッサが、
聴取者の耳に対して装着される装着部の外側の外部空間を伝搬する第1の音響の集音結果を取得することと、
前記装着部の内側の外耳道と連接する内部空間を伝搬する第2の音響の集音結果を取得することと、
前記第1の音響の集音結果に基づき、前記外部空間から前記外耳道内に向けて直接伝搬する前記第1の音響と、前記外部空間から前記装着部を介して前記内部空間に伝搬する前記第1の音響との差分に略等しい差分信号を生成することと、
前記第2の音響の集音結果から、前記第1の音響の集音結果に基づく第1の信号成分と、前記装着部の内側から前記内部空間に向けて音響デバイスから出力させる入力音響信号に基づく第2の信号成分とが減算された減算信号を生成することと、
前記減算信号に基づき、当該減算信号を低減するためのノイズ低減信号を生成することと、
前記入力音響信号に対して、前記差分信号と、前記ノイズ低減信号とを加算することで、前記音響デバイスを駆動するための駆動信号を生成することと、
を含む、信号処理方法。
(16)
コンピュータに、
聴取者の耳に対して装着される装着部の外側の外部空間を伝搬する第1の音響の集音結果を取得することと、
前記装着部の内側の外耳道と連接する内部空間を伝搬する第2の音響の集音結果を取得することと、
前記第1の音響の集音結果に基づき、前記外部空間から前記外耳道内に向けて直接伝搬する前記第1の音響と、前記外部空間から前記装着部を介して前記内部空間に伝搬する前記第1の音響との差分に略等しい差分信号を生成することと、
前記第2の音響の集音結果から、前記第1の音響の集音結果に基づく第1の信号成分と、前記装着部の内側から前記内部空間に向けて音響デバイスから出力させる入力音響信号に基づく第2の信号成分とが減算された減算信号を生成することと、
前記減算信号に基づき、当該減算信号を低減するためのノイズ低減信号を生成することと、
前記入力音響信号に対して、前記差分信号と、前記ノイズ低減信号とを加算することで、前記音響デバイスを駆動するための駆動信号を生成することと、
を実行させる、プログラム。
111 マイクアンプ
113 デシメーションフィルタ
121 HTフィルタ
123 加算部
133 インターポレーションフィルタ
134 インターポレーションフィルタ
141 パワーアンプ
143 インターポレーションフィルタ
151 マイクアンプ
153 デシメーションフィルタ
161 オキュリュージョンキャンセラ
171 減算部
181 モニターキャンセラ
183 デシメーションフィルタ
184 IIRフィルタ
185 FIRフィルタ
186 インターポレーションフィルタ
191 減算部
411 ノイズゲート
412 EQ
413 コンプレッサ
51 頭部装着型音響デバイス
510 装着部
511 ドライバ
513 外部マイクロフォン
515 内部マイクロフォン
61 解析部
611 音声認識部
613 自然言語処理部
63 制御部
65 処理実行部
Claims (16)
- 聴取者の耳に対して装着される装着部の外側の外部空間を伝搬する第1の音響の集音結果を取得する第1の取得部と、
前記装着部の内側において外耳道と連接する内部空間を伝搬する第2の音響の集音結果を取得する第2の取得部と、
前記第1の音響の集音結果に基づき、前記外部空間から前記外耳道内に向けて直接伝搬する前記第1の音響と、前記外部空間から前記装着部を介して前記内部空間に伝搬する前記第1の音響との差分に略等しい差分信号を生成する第1のフィルタ処理部と、
前記第2の音響の集音結果から、前記第1の音響の集音結果に基づく第1の信号成分と、前記装着部の内側から前記内部空間に向けて音響デバイスから出力させる入力音響信号に基づく第2の信号成分とが減算された減算信号を生成する減算部と、
前記減算信号に基づき、当該減算信号を低減するためのノイズ低減信号を生成する第2のフィルタ処理部と、
前記入力音響信号に対して、前記差分信号と、前記ノイズ低減信号とを加算することで、前記音響デバイスを駆動するための駆動信号を生成する加算部と、
を備える、信号処理装置。 - 前記第1の音響の集音結果に基づく音響信号に対して、少なくとも、前記音響デバイスから出力される音響信号が、前記内部空間を介して前記第2の音響として集音されるまでの系の伝達関数に応じた特性を付与し、前記第1の信号成分として出力する第3のフィルタ処理部を備える、請求項1に記載の信号処理装置。
- 前記第3のフィルタ処理部は、前記第1の音響の集音結果を入力信号として、前記第1の信号成分を生成する、請求項2に記載の信号処理装置。
- 前記第3のフィルタ処理部は、前記第1のフィルタ処理部から出力される前記差分信号を入力信号として、前記第1の信号成分を生成する、請求項2に記載の信号処理装置。
- 前記第3のフィルタ処理部は、入力された前記第1の音響の集音結果に基づく音響信号のうち、遅延成分を処理するための第4のフィルタ処理部と、周波数成分を処理するための第5のフィルタ処理部とを備える、請求項2〜4のいずれか一項に記載の信号処理装置。
- 前記第4のフィルタ処理部は、無限インパルス応答フィルタを含む、請求項5に記載の信号処理装置。
- 前記第5のフィルタ処理部は、有限インパルス応答フィルタを含む、請求項5に記載の信号処理装置。
- 前記入力音響信号を第1の目標特性に等化して前記加算部に出力する第1の等化処理部と、
当該入力音響信号を第2の目標特性に等化して、前記第2の信号成分として前記減算部に出力する第2の等化処理部と、
を備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載の信号処理装置。 - 前記第2の音響の集音結果からの前記第1の信号成分の減算結果に基づく信号成分を、音声信号として出力する音声信号出力部を備える、請求項1〜8のいずれか一項に記載の信号処理装置。
- 音声信号出力部は、前記減算信号を前記音声信号として出力する、請求項9に記載の信号処理装置。
- 前記第1の音響を集音する第1の集音部と、前記第2の音響を集音する第2の集音部とのうち、少なくともいずれかを含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の信号処理装置。
- 前記音響デバイスを含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の信号処理装置。
- 聴取者の耳に対して装着される装着部の外側の外部空間を伝搬する音響の集音結果を取得する取得部と、
前記音響の集音結果に基づき、前記外部空間から外耳道内に向けて直接伝搬する前記音響と、前記外部空間から前記装着部を介して前記外耳道内に伝搬する前記音響との差分に略等しい差分信号を生成するフィルタ処理部と、
前記装着部の内側から前記外耳道内に向けて音響デバイスから出力させる入力音響信号に対して、前記差分信号を加算することで、前記音響デバイスを駆動するための駆動信号を生成する加算部と、
を備え、
前記外部空間を伝搬する音響が集音されてから、当該音響に基づく前記差分信号が加算された前記駆動信号に基づく音響が、前記音響デバイスから出力されるまでの遅延量が100μ秒以下である、
信号処理装置。 - 前記外部空間を伝搬する音響の集音結果を、第1のサンプリングレートで第1のデジタル信号にAD変換するAD変換部と、
前記第1のデジタル信号を、前記第1のサンプリングレートよりも低く、前記入力音響信号を標本化するための第2のサンプリングレートよりも高い、第3のサンプリングレートにダウンサンプリングすることで第2のデジタル信号を生成する、デシメーションフィルタと、
前記第3のサンプリングレートで標本化されたデジタル信号を、第1のサンプリングレートにアップサンプリングするインターポレーションフィルタと、
前記インターポレーションフィルタの出力結果をアナログの音響信号にDA変換するDA変換部と、
を備え、
前記フィルタ処理部は、前記第2のデジタル信号を入力信号として、前記差分信号を生成する、
請求項13に記載の信号処理装置。 - プロセッサが、
聴取者の耳に対して装着される装着部の外側の外部空間を伝搬する第1の音響の集音結果を取得することと、
前記装着部の内側の外耳道と連接する内部空間を伝搬する第2の音響の集音結果を取得することと、
前記第1の音響の集音結果に基づき、前記外部空間から前記外耳道内に向けて直接伝搬する前記第1の音響と、前記外部空間から前記装着部を介して前記内部空間に伝搬する前記第1の音響との差分に略等しい差分信号を生成することと、
前記第2の音響の集音結果から、前記第1の音響の集音結果に基づく第1の信号成分と、前記装着部の内側から前記内部空間に向けて音響デバイスから出力させる入力音響信号に基づく第2の信号成分とが減算された減算信号を生成することと、
前記減算信号に基づき、当該減算信号を低減するためのノイズ低減信号を生成することと、
前記入力音響信号に対して、前記差分信号と、前記ノイズ低減信号とを加算することで、前記音響デバイスを駆動するための駆動信号を生成することと、
を含む、信号処理方法。 - コンピュータに、
聴取者の耳に対して装着される装着部の外側の外部空間を伝搬する第1の音響の集音結果を取得することと、
前記装着部の内側の外耳道と連接する内部空間を伝搬する第2の音響の集音結果を取得することと、
前記第1の音響の集音結果に基づき、前記外部空間から前記外耳道内に向けて直接伝搬する前記第1の音響と、前記外部空間から前記装着部を介して前記内部空間に伝搬する前記第1の音響との差分に略等しい差分信号を生成することと、
前記第2の音響の集音結果から、前記第1の音響の集音結果に基づく第1の信号成分と、前記装着部の内側から前記内部空間に向けて音響デバイスから出力させる入力音響信号に基づく第2の信号成分とが減算された減算信号を生成することと、
前記減算信号に基づき、当該減算信号を低減するためのノイズ低減信号を生成することと、
前記入力音響信号に対して、前記差分信号と、前記ノイズ低減信号とを加算することで、前記音響デバイスを駆動するための駆動信号を生成することと、
を実行させる、プログラム。
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