JPH01134398A

JPH01134398A - 音声分析装置

Info

Publication number: JPH01134398A
Application number: JP62293595A
Authority: JP
Inventors: Mikiro Yamaguchi; 山口　幹郎; Masao Tanabe; 田辺　昌男; Yusuke Tsukahara; 祐輔塚原
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1987-11-19
Filing date: 1987-11-19
Publication date: 1989-05-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、入力音声信号のスペクトル包絡に基づいて、
当該音声信号を分析する音声分析装置に関する。

（従来の技術）音声認識装置、聴覚障害者のための発生練習装置、音声
分析合成による通信システムあるいは音声合成装置など
においては、目的とする処理を実現するために、入力音
声信号の分析及びその特徴抽出が必要になる。入力音声
信号の分析は、一般に、その周波数スペクトルに基づ・
いてなされる。

それは、人間の聴覚が音声信号の時間変化波形そのもの
より、むしろ音声信号のスペクトルに対して敏感であり
、同一のスペクトル形状を持った信号を同じ音韻として
認識するという事実によっている。

音声信号は、有声音部分においては、声帯振動によって
駆動される周期的信号としての構造を持つ、その結果、
有声音部分の周波数スペクトルは、線スペクトル的構造
を持つ、一方、無声音部分においては、音声信号は声帯
振動をともなわず、むしろ声道を通過する気流によって
起こされる雑音をその音源としている。その結果、この
無音声部分の周波数スベクＩ・ルは、線スペクトルのよ
うな周期性を持たない、これに対応して、従来の音声分
析においては、入力音声信号の音源として周期的パルス
発生源を想定する方法と、ノイズ音源を想定する方法が
ある。前者は自己回帰モデル（ＡＲモデル）による音声
分析で良く知られ、後者はケプストラム分析による音声
分析で良く知られている。これらの音声分析によれば・
、入力音声信号のスペクトルから微細な構造を取り除い
たいわゆるスペクトル包絡が得られる。

入力音声信号を、上記のＡＲモデルによる分析方法ある
いはクプスドラム分析方法などの方法で分析し、スペク
トル包絡を求める場合、これらの方法は系の時間的定常
性を仮定しているため、本来的には、時間的に音韻が変
化する場合には、適用できないものである。そこで、こ
れらの分析方法においては、系が大きく変化しないと見
られるような短い時間領域の信号を切り出し、これに端
点の影響が出ないようにハミング窓、パニング窓などの
窓関歌をかけることで、時間的に準定常的な信号を作り
出している。そして、この信号を分析することによって
得られるスペクトル包絡を、上記信号きり切り出し時点
でのスペクトル包絡としている。

なお、上記のスペクトル包絡の時系列を得る分析方法の
ほか、モデルの前提として、系の時間的な変化を仮定し
た非定常な音声信号の分析方法も提案されている。しか
し、この分析方法においても、結果としてスペクトル包
絡の時系列が得られることに変わりはない。

さらに上記の分析方法以外の有力な分析方法として、フ
ィルタバンクによる周波数分析方法がある。この分析方
法は、入力音声信号を多数のそれぞれ異なる中心周波数
を持つバンドパスフィルタに通し、それらのフィルタ出
力をもってスペクトル強度とするものである。この分析
方法の特徴は、例えば、ハードウェア化による実時間処
理の容易さにある。

このように、音声分析においては、入力音声信号のスペ
クトル包絡を求めることが多いが、求めたスペクトル包
絡から最終的に、音声信号を分析する方法としては、そ
の局所的ピーク（以下、ローカルピークと記す）からの
フォルマントの周波数及び幅などを抽出することによっ
て分析するフォルマント分析が知られている。この分析
方法は、母音部がそれぞれ固有のフォルマント周波数及
びフォルマント幅を持ち、かつ子音部では、後続する母
音部へ向かってのフォルマント周波数の変化の様子に各
子音の特徴があるという事実に基づくものである０例え
ば、日本語の５母音（アイウェオ）は、周波数の低い側
から２つのフォルマント周波数Ｆｌ、Ｆ２で特徴づけら
れ、同性で同年代の人物の音声では、Ｆｌ、Ｆ２はそれ
ぞれほぼ同じ値となる。したがって、フォルマント周波
数Ｆ１、Ｆ２を検出することによって、母音を識別する
ことが可能である。

また、フォルマントにこだわらず、スペクトル包絡のロ
ーカルビークを抽出し、その周波数と時間的な遷移に注
目するローカルビークの分析も知られている。この分析
方法は、母音の変化部分や子音部分では、ローカルビー
クの時間的変化に、音韻の特徴が現われていると考えら
れる点に基づいている。

その他、スペクトル包絡の曲線そのものをもって音声信
号の特徴量とし、以降の処理で識別、分類あるいは表示
に用いる方法も提示されている。

以上述べたように、音声信号の分析においては、スペク
トル包絡を抽出することが重要であり、さらに、そのス
ペクトル包絡以外にも、そこから得られるフォルマント
の周波数や幅、さらには、ローカルビークの周波数とそ
の遷移なども音声を特徴づける量として用いられる。

（発明が解決しようとしている問題点）ところで、人間
が音声を発する場合、その音印は声道の共振、半共振特
性によって形成されると考えられている０例えば、共振
周波数はスペクトル包絡上にフォルマントとして現われ
る。したがって、声道構造がほぼ同一の人間同志では、
同一の音韻に対しては、はぼ同様なスペクトルが得られ
る。

ところが、男性と女性、子供と大人のように、声道長が
著しく異なる場合には、共振あるいは反共振の周波数が
ずれるなめ、同一の音韻に対するスペクトル包絡の形が
一致しないことが知られている。したがって、この場合
は、ローカルビークやフォルマントの周波数もずれるこ
とになる。このことは、不特定話者の音声認識や聴覚障
害者用の音声の視覚的表示など、発声者ｔこよらず、同
一音韻に対しては、同一の結果を抽出することを目的と
した分析には、著しく不都合である。

このような問題を解決する方法としては、従来、多数の
標準パターンを用意する方法と、フォルマント周波数の
比を取る方法が知られている。

前者は、男性、女性、大人、子供などの多数の異なった
人間のスペクトル包絡を標準パターンとして登録してお
き、未知の入カバターンを、それら多数の標準パターン
中の最も類似のものに分類することによって、不特定話
者の入力音声を認識しようとするものである。しかし、
この方法では、任意の人間の入力音声に対応するために
は、非常に多数の標準パターンを用意しておかなければ
ならず、また、それらのパターンの比較に長時間を要す
る欠点がある。また、この方法は、声道長を規格化した
結果を抽出するわけではないので、声道長によらない音
韻の特徴を表示する目的では使用できない。

後者のフォルマント周波数の比を取る方法は、声道長に
よらない母音韻の特徴を抽出する方法としてよく知られ
ている。この方法について、さらに説明を付は加えれば
、まず、スペクトル包絡中のローカルビークのうち、母
音について比較的安定と考えられている第１、第２、第
３のフォルマントの周波数Ｆｌ、Ｆ２．Ｆ３を抽出し、
それらの間の比、例えば、Ｆｌ／Ｆ３．Ｆ２／Ｆ３を求
めて、特徴量とするものである。声道長がａ倍になれば
、フォルマント周波数は１　／　ａ倍、つまり、Ｆｌ／
ａ、Ｆ２／ａ、Ｆ３／ａになるが、それらの比は不変で
あるというのが、この方法の根拠である。

この方法は、母音について、第１、第２、第３のフォル
マントが安定に抽出される場合は、良い結果をもたらす
が、安定に抽出されない場合は、分析結果の信顆性が著
しく低下するという問題を有する。また、この方法は、
子音部分には適用できないという欠点がある。つまり、
子音部分では、声道の共振特性であるフォルマントは定
義されず、実際、スペクトル包絡上にも、第１、第２、
第３のフォルマントに対応するローカルと−クが観察さ
れるとは限らないので、Ｆｌ、Ｆ２．Ｆ３を抽出して比
を取ることができないのである。また、子音部分に限ら
ず母音でも、立ち上がり部分や終了部分では、７オルマ
ントが必ずしも安定ではないので、誤ったフォルマント
周波数が抽出されることがある。このような場合は、フ
ォルマント周波数の比が不連続に変化し、全く誤った値
を取ってしまう、したがって、この方法は、音声信号中
の母音部分のうち、安定な部分にしか用いることができ
ず、母音部分の初めや終わりの部分及び子音部分は別の
方法を用いて分析しなくてはならない、しかし、その場
合、母音安定部分とその他の部分では、抽出パラメータ
が異なることになるため、子音部分から母音部分への連
続した変化を記述することができない、つまり、フォル
マント周波数の比を取る方法は、本質的に、定常的な母
音だけしか適用できないものである。

以上述べたように、声道長の異なる不特定話者の声道全
般のスペクトル包絡から、音韻に固有の特徴量を抽出す
る方法は、いまだ見いだされていない。

しかしながら、先願の特願昭６１−２２７２８６号　に
おいて塚原、益田らにより、音声の周波数スペクトルを
周波数に関して積分して、この積分関数上に上記のスペ
クトル包絡を射影することにより個人の差によらない音
韻固有のパターンが得られるという提案がある０本発明
は、その手法に則り以下の事由を目的とする。

この発明の目的は、発声者の性別、年齢などによる声道
長の違いに左右されることなく音韻に個有のスペクトル
を音声の入力と同時の実時間で簡便なオシロスコープ上
に表示することができる音声分析装置を提供するところ
にある。

（問題点を解決するための手段及び作用）上記目的を達
成するためにこの発明は、入力される第１の制御信号に
したがって、入力音声信号からスペクトル包絡を表すデ
ータを出力するためのスペクトル包絡抽出手段に、入力
される音声信号の高域レベルが低域のレベルに近付くよ
うに高域強調を行なうための高域強調手段と、高域強調
された音声信号を予め決められた複数のチャンネルに分
割し、帯域制限を行うためのバンドパスフィルタ手段と
、前記バンドパスフィルタ手段によって帯域制限された
各チャンネルの音声信号を全波整流するための整流手段
と、前記整流手段によって全波整流された音声信号から
帯域制限されたスペクトル包絡を検出するためのローパ
スフィルタ手段と、および、各チャンネルから出力され
、各チャンネルに対応するスペクトル包絡に関するデー
タを、第１の制御信号に従って、選択的に出力するため
のマルチプレクサ手段でスペクトル包絡を抽出し、その
スペクトル包絡を、その値が適切になるように変換する
ための変換手段に、入力されるスペクトル包絡のデータ
を対数化するための対数化手段に、入力されるスペクト
ル包絡のデータを対数演算するための対数演算手段と、
この対数変換されたスペクトル包絡を積分するための積
分手段に、予め決められた変数として周波数に関して、
入力される第２の制御信号に従って、積分する積分器と
、対数変換されたスペクトル包絡と、積分器によって積
分されたスペクトル包絡を入力し、積分スペクトルに関
するスペクトル包絡を射影するための射影手段として、
Ｘ−Ｙ表示モードを有するオシロスコープ表示装置と、
および、前記スペクトル抽出手段に前記第１の制御信号
を出力し、前記積分手段に前記第２の制御信号を出力す
るための制御手段で構成した音声分析装置である。

（実施例）以下、添付図面を参照して、この発明の一実施例による
音声分析装置について詳細に説明する。

第１図は本実施例の処理を行なうための構成を示すブロ
ック図である。第１図において、スペクトル包絡抽出部
１　は、入力音声信号（Ａｉｎ）のスペクトル包絡Ｐ（
ｆ）を抽出する。ここでスペクトル包絡を抽出する方法
としては、フィルタバンクによるスペクトル包絡抽出方
法を用いている。対数化部２　は、スペクトル包絡抽出
部１で抽出されたスペクトル包絡Ｐ　（ｆ）の大きさを
対数化する。ここで対数化部２　から出力される対数ス
ペクトル包絡１ｏｇＩＰ（ｆ）Ｉを得る方法としては、
対数アンプによる対数化方法を用いている。積分部３　
は、対数化部２　から出力される対数スペクトル包絡１
ｏｇＩＰ（ｆ）Ｉを積分する。この積分部３　は、対数
目盛上の周波数を変数として対数スペクトル包絡ｌｏｇ
　ＩＰ　（ｆ）１を積分する積分器３１　を用いている
。射影表示部４　は、対数化部２　から出力される対数
スペクトル包絡ｌｏｇＩＰ（ｆ）ｌと積分部３　がら出
力される積分結果の供給を受け、対数スペクトル包絡ｌ
　ｏｇ　ＩＰ　（ｆ）Ｉを周波数（ｆ）上から積分間数
Ｌｐ（ｆ）上に射影し表示する。この射影部４　は、ｘ
−ｙ直交座標のＸ軸にＬｐ（ｆ）を取り、ｙ軸にｌｏｇ
ＩＰ（ｆ）ｌをとることにより、入力音声信号（Ａｉｎ
）の分析結果をオシロスコープ上にパターン化するもの
である。制御部５　は、スペクトル包絡抽出部１　へ入
力される音声信号からスペクトル包絡に関するデータを
選択的に出力させる制御信号Ｃｍｐｘ５６０　　と、積
分部３　の積分器３１　を制御する制御信号Ｃ５ｒ５５
０　　を出力するものである。

次に第２図から第６図を参照して、各部の構成を詳細に
説明する。

第２図は、入力音声信号（Ａｉｎ）からスペクトル包絡
Ｐ　（ｆ）を抽出するスペクトル包絡抽出部の回路図で
、フィルタバンクによるスペクトル包絡抽出方法を用い
ている。

このフィルタバンク回路は、ＢＵＧ社製ＶＴＡＤ０２型
を使用している。

第２図の構成を詳細に説明する。

入力調整部１１　は、マイクアンプ１１０　と高域強調
アンプ１１１　で構成されており、マイクアンプ１１０
　は、マイクロホンから取り込んだ音声入力信号（Ａ　
ｉ　ｎ　）を増幅し、高域強調アンプ１１１　は、入力
される音声信号の高域を強調する回路とで構成されてい
る。

分配部１２　は、入力調整部１１　から出力される信号
を後段のために適当に周波数分割するローパスフィルタ
１２１　から１２３　の回路で構成されている。

ＢＰＦ部１３　は、音声の周波数範囲をバンドパスフィ
ルタ１３０１　から１３１５　が１５個で対数的に等分
割する方法で構成されている。

ＢＰＦクロック部１４　は、ＢＰＦ部１３　のバンドパ
スフィルタ１３０１　から１３１５　の各中心周波数を
対数的に等分割するようなりロック発生回路で構成され
ている。

整流部１５　は、ＢＰＦ部１３　の各出力を整流し、そ
の振幅成分だけを取り出す全波整流回路で構成されてい
る。

ＬＰＦ部１６　は、整流部１５　からの信号から低周波
成分を取り出すローパスフィルタ１６０１から１６１５
　による平滑回路で構成されている。

マルチプレクサ部１７　は、ＬＰＦ部１６　の各出力を
制御部５　のマルチプレクサ制御信号Ｃｍｐｘ５６０　
　により１５個の対数分割された周波数帯域のデータを
順次周波数の低いほうから高いほうへ出力させることに
よりスペクトル包絡Ｐ（ｆ）を得るマルチプレクサ回路
で構成されている。

第３図は、スペクトル包絡抽出部１　から入力されるス
ペクトル包絡Ｐ　（ｆ）を対数化する対数化部２　と、
対数化部２　から入力される対数スペクトル包絡１ｏｇ
ＩＰ（ｆ）ｌを積分する積分部３　と、第１図のブロッ
ク図には示していないが、対数化部２　の出力の対数ス
ペクトル包絡ｌｏｇ　ＩＰ　（ｆ）Ｉと積分部３　の積
分出力ＬＰ（ｆ）を補強して出力する出力バッファ部６
　、及び、射影表示部４　のオシロスコープ４１　の構
成を示す回路図である。

第３図の構成を詳細に説明する。

対数化部２　は、インターシル社の対数アンプ■ＣＬ８
０４８を使用してスペクトル包絡抽出部１からの周波数
スペクトル包！ＩＰ（ｆ）のデータを対数化している。

オペアンプ２１　、オペアンプ２２　、オペアンプ２４
　の各オペアンプは、対数アンプ２３　の入力バッファ
と出力バイアスＷＱｕ回路を構成する。

積分部３　は、オペアンプ３７　とコンデンサ３４　で
構成される積分器３１　と制御部５　の積分器制御信号
Ｃ５ｒ５５０　　のリセット信号５５６　でコンデンサ
３４　に蓄積された電荷をショートして放電させるアナ
ログスイッチ３２　と制御部５　の積分器制御信号Ｃ５
ｒ５５０　　のセット信号５５７　で積分器３１　への
対数化部２からの対数スペクトルｌｏｇＩＰ（ｆ）ｌの
信号を０Ｎ−ＯＦＦをするアナログスイッチ３３　とオ
ペアンプ３５　で構成されている。

出力バッファ部６　は、対数スペクトル包絡ｌＯｇＩＰ
（ｆ）Ｉの信号を補強するオペアンプ６１と積分器の積
分出力ＬＰ（ｆ）の信号を補強するオペアンプ６２　で
構成される。

射影表示部４　は、ｘ−ｙ表示モードを持つオシロスコ
ープ４１　を表示装置としてテクトロニクス社製２４６
５型を使用しており、オシロスコープ４１　のチャンネ
ル１にはオペアンプ６２　でバッファされた積分器３１
の積分出力ＬＰ（ｆ）のデータを入力し、チャンネル２
にはオペアンプ６１　でバッファされた対数スペクトル
包絡ｌＯｇＩＰ（ｆ）Ｉのデータを入力しｘ−ｙ表示モ
ードで表示動作をさせる構成となっている。

第４図から第６図までは、制御部５　に関するものであ
るためまとめて構成を詳細に説明していく。

第４図は、制御部５　のマルチプレクサ制御信号Ｃｍｐ
ｘ５６０　　と積分器制御信号Ｃ５ｒ５５０を生成する
ための構成を示すブロック図である。

このブロック図は、本実施例の時間的なタイミングとし
て、スペクトル包絡を得る時間として６００μｓｅｃ、
ｍ分器３１　のリセット時間として１１μＳｅｃと決め
てあり、このタイミングをＩＭ）１２の水晶発振器のク
ロックパルスを基として６００μｓｅｃで１５個の対数
分割された周波数帯域のデータを順次周波数の低いほう
から高いほうへ切り替えて出力するようなマルチプレク
サ制御信号Ｃｍｐｘ５６０　　を繰り返し出力するパル
スを作成することと、これと同期して１１．ｕｓｅｃの
パルス幅の積分器制御信号Ｃ５ｒ５５０　　を６００ｐ
ｓｅｃの初めに出力する構成を示している。

第５図は、第４図の制御部５　のブロック図から実際に
マルチプレクサ制御信号Ｃｍｐｘ５６０と積分器制御信
号Ｃ５ｒ５５０　　を生成するタイミングチャートを示
している。

第６図は、第５図のタイミングチャートから作成した制
御回路の回路図を示している。

ここで制御部５　のマルチプレクサ制御信号Ｃｍｐｘ５
６０　　と積分器制御信号Ｃ５ｒ５５０を作成する課程
を説明する。

まず第４図のブロック図を参照して構成を詳細に説明し
ていく。

１Ｍ＋ｚ水晶発振クロック５０１　は、２つに分れて、
まず一方は、１０分周されて１００ｋＨ，クロック５０
２　になりさらに４分周されて２５　ｋ　Ｈｚのクロッ
ク信号５０３　になりこれをカウンタクロック５０４　
　とする１５進カウンタ５０５　の各出力がマルチプレ
クサ制御信号Ｃｍｐｘ５６０となり、カウンタクロック
５０４　のパルスが１５個になると１５進カウンタ５０
５　をクリアするカウンタクリア５０７　の信号が作ら
れる。

他の一方は、スタートパルスカウンタクロック５１１　
を生成するために供給される。

スタートパルスカウンタクロック５１１　は、２５ｋＨ
ｚクロツク５０３　の反転５０８　と１５進カウンタ５
０５の反転５０９　でスタートパルス窓生成５１０　を
つくりこれとＩＭＨｚ水晶発振クロック５０１　で作ら
れる。

スタートパルスカウンタクロック５１１　で１１進カウ
ンタ５１２　を駆動しスタートパルス５１４　を伴る。

スタートパルス５１４　は、１１進カウンタ５１２　で
スタートパルスカウンタクロック５１１のパルスが１１
発目に作られるカウンタクリア５１３とスタートパルス
カウンタクロック５１１で作られる。

スタートパルス５１４　によって積分器制御信号Ｃ５ｒ
５５０　　は作られ、積分器３１　を制御するセット５
５７　とリセット５５６が作られる。

次に第５図を参照して構成を詳細に説明していく。

第５図のタイミングチャートの時間軸は、同一ではなく
て３つの時間軸に分けて描いである。これは同一時間軸
のスケールで描くと細かすぎたり大まかに過ぎて波形が
１つしか描けなくて所望のパルスを求める過程が描けな
くなるのを避けるためである。

第５図の上から３本目までのタイングチヤードの時間軸
のスケールは同一で、１００　ｋ　Ｈｚクロック５０２
０　の１パルスがｌ、０ｐｓｅｃのスケールで描いであ
る。第５図の上から４本目から１５本目までのタイミン
グチャートの時間軸は同一で、カウンタクロック５０４
０　の１パルスが４０ｐｓｅｅのスケールで描いである
。第５図の上から１６本目から終わりまでの時間軸は同
一で、ＩＭＨ２水晶発振クロック５０１０　の１パルス
が１．ｕｓｅｃのスケールで描いである。

まず１００に＋ｚクロック５０２０　は、Ｉ　Ｍ　Ｈｚ
水晶発振クロック５０１０　を１０分周して作られるが
ここでは同一のスケールでは細かすぎるため示していな
い。

これをさらに４分周すると１パルスが４０μｓｅｃの２
５　ｋ　Ｈｚクロック５０３０　が得られる。この２５
　ｋ　Ｈｚクロック５０３０　のスケールを変えて描い
たカウンタクロック５０４０　を１５進カウンタ５０５
０　に入力すればマルチプレクサ制御信号Ｃｍｐｘ５６
０　　として４本の信号が得られる。４本の信号はデジ
タル信号であり４ｂｉｔの信号と言える、４ｂｉｔで表
せる数は１６である０本実施例においてはスペクトル包
絡に関するデータは１５個であるから１６の数を表す必
要はなく１５までのカウンタで良いため、カウンタクロ
ック５０４０　のパルスを１５まで数えたら１５進カウ
ンタをクリアするカウンタクリア５０７０　を出力する
ようにしマルチプレクサ制御信号Ｃｍｐｘ５６０　　と
して、４本の制御線で第２図のスペクトル包絡抽出部１
　のマルチプレクサ部１７　に入力される。

２５　ｋ　Ｈｚクロック５０３０を反転した信号である
反転５０９０　と１５進カウンタ５０５　　の４本の出
力を反転した信号である反転５０９０　　とでスタート
パルス窓生成５１００　を作る。

ここでスタートパルス窓生成５１００　とＩ　Ｍ　Ｈ！
水晶発振クロック５０１０　でスタートパルスカウンタ
クロック５１１０を作る。スタートパルスカウンタクロ
ック５１１０は、１１進カウンタ５１２０　に入力され
、スタートパルスカウンタクロック５１１０　のパルス
の１１発目に出るパルスで１１進カウンタをクリアする
カウンタクリア５１３０　を作る。

カウンタクリア５１３０　とスタートパルス窓生成５１
００　でスタートパルス５１４０　を作る。

スタートパルス５１４０　は、積分器制御信号Ｃ５ｒ５
５０　　を作り第３図の積分部３　の積分器３１　を制
御するリセット５５６　の信号と、セット５５７　の信
号をイ営る。

以上を実際の回路としたものが第６国の回路図であり構
成を詳細に説明する。

まずＩＭＨ２水晶発振クロックはインバータ１５０　に
より反転されるが、反転した信号を基として考えている
ためにこの反転出力がＩ　Ｍ　Ｈｚ水晶発振クロック５
０１０　と言える。

このインバータ１５０　の出力は、一方でカウンタ１５
１　に入力され１０分周され、もう一方で、アンド１６
１　に入力される。

カウンタ１５１　で１０分周された出力は、カウンタ１
５２　で４分周されカウンタ１５３　に入力されて、マ
ルチプレクサ制御信号Ｃｍｐｘ５６０　として出力され
る。

カウンタ１５３　を１５進のカウンタとするために、カ
ウンタ１５３　の出力をアンド１５４　に入力しカウン
タ１５３　をり６リアする。

また、カウンタ１５２　の出力とカウンタ１５３の出力
をインバータ１５５　からインバータ１５６　で反転し
てナンド１５９　に入力しスタートパルス窓５１００　
を生成する。

インバータ１５０　の出力とナンド１５９　の出力をイ
ンバータ１５７　で反転した信号をアンド１６１　に入
力しスタートパルスカウンタクロック５１１０　を作る
。

アンド１６１　の出力をカウンタ１６２　に入力し１１
進のカウンタを構成するようにアンド１６３　とオア１
６０　でカウンタ１６２　をクリアする。

オア１６０　　には、ナンド１５９　の出力も入力され
てスタートパルス窓生成５１００　以外のタイミングで
カウンタ１６２　が動作しないようにクリアされている
。

ナンド１５９　とアンド１６３　の出力は、Ｅｘ−オア
１６４　に入力されスタートパルスを作る。

Ｅｘ−オア１６４　の出力は、バッファ１６５からバフ
ァ１６７　までで適当な時間遅れを与えられる。

この時間遅れは、次のカウンタ１６８　との同期の関係
で時間調節のために挿入されている。

カウンタ１６８　は、スタートパルス窓生成５１００　
の間だけ有効になるようにインバータ１６９　の出力で
クリアされている。カウンタ１６８にバッファ１６７　
の信号が入力されることにより積分器制御信号Ｃ５ｒ５
５０　　としてカウンタ１６８　の出力をインバータ１
７０　及びバッファ１７１　を通してそれぞれリセット
信号５５６、セット信号５５７　として得ることができ
る。

次に上記の構成の音声分析装置の動作について説明する
。

本実施例の音声分析装置は、アナログ回路でスペクトル
包絡抽出部１　、対数化部２　と積分部３　を構成して
おり、時間的な制御を制御部５のデジタル回路で行なっ
ている。

アナログ回路は常に動作状態でありアナログ信号データ
が入力されしだい、所定の動作をして出力するようにな
っている。

デジタル回路も常に動作状態でありアナログ信号データ
の入力の有無にかかわらずに動作している。

そのため本実施例の音声分析装置は音声の分析をほぼ実
時間で処理して音韻に固有のパターンをオシロスコープ
上に表示することができる。

以上をさらに詳細に説明する。音声信号が入力される前
に、制御部５　からマルチプレクサ制御信号Ｃｍｐｘ５
６０　　によりスペクトル包絡抽出部１　のマルチプレ
クサ部１７　は、常にスペクトル包絡に関するデータを
出力するように動作している。

対数化部２　は、スペクトル包絡のデータを対数化する
ための動作状態でありデータが入力されるのを待ってい
る状態である。

また積分部３　も同様に制御部５　からの積分器制御信
号Ｃ５ｒ５５０　　により常に入力信号のデータの積分
を行なっている動作状態である。

さらに射影表示部４　のオシロスコープ４１　もデータ
が入力され表示をする動作待ちの状態にある。

本実施例の音声分析装置は、いわばフリーランをしてい
るリアルタイム音声分析表示装置と言うことができる。

次に音声が入力された場合の動作に対して説明する。

電源を投入し本実施例の音声分析装置がフリーランの状
態になった後、マイクロホン等で音声信号が入力１１Ｍ
部１１　　に入力されマイクアンプ１１０　で増幅され
後段のアナログ回路で取り扱い易い信号レベルに調整さ
れる。

調整された信号は、高域強調アンプ１１１　に入力され
る。音声信号は、高域になるに従い減衰するので、低域
と大体同じレベルになるように、高域強調アンプ１１１
　で高域周波数成分を強調して、分配部１２　に出力す
る。

分配部１２　は、３つの周波数帯域を持つローパスフィ
ルタ群１２１　がら１２３　で構成されており、後段の
バンドパスフィルタ群１３ｏ１　から１３１５　に余分
な帯域を持った周波数成分を出力しないようにしである
。

ＢＰＦ部１３　は、１５個のバンドパスフィルタ群１３
０１　　から１３１５　で構成されている。

１５個のバンドパスフィルタ群１３ｏ１　から１３１５
　の中心周波数は、１５個で大体音声の周波数範囲をカ
バーするように分割されており、各バンドパスフィルタ
１３ｏ１　がら１３１５　の中心周波数は、対数的に等
分割されるようにＢＰＦクロック部１４　のデジタルパ
ルス信号で制御されている。

ＢＰＦ部１３　のバンドパスフィルタ群１３ｏ１から１
３１５　は分配部１２　の３つのローパスフィルタ群１
２１　がら１２３　　の周波数帯域の範囲の中心周波数
を持つように各々に分けて接続されているため余分な周
波数の成分がバンドパスフィルタ群１３ｏ１　から１３
１５　に入力されることはない。

ＢＰＦ部１３　の１５個の出力は、音声信号の各帯域ご
とのスペクトル包絡に関するデータであり、整流部１５
　へ出力される。

整流部１５　は、各整流器１５ｏ１　がら１５１５　で
スペクトル包絡に関するデータの信号を整流してその振
幅成分だけを取り出しＬＰＦ部１６へ出力する。

整流された信号は、ＬＰＦ部１６　の各ローパスフィル
タ１６０１　から１６１５　により音声のピッチ成分が
取り除がれて音声の緩やかに変化するうねりの成分だけ
が取り出されて後段に出方される。

マルチプレクサ部１７　は、制御部５　のマルチプレク
サＳ御信号Ｃｍｐｘ５６０　　によりスペクトル包絡に
関するデータとして１５個のローパスフィルタ群１６０
１　がら１６１５　からの出力を順に周波数の低いほう
がら高いほうヘシリアルなデータとして出力する。

マルチプレクサ部１７　がらの出力は、対数化部２　で
対数化されるが、まずオペアンプ２１　で入力を受ける
。

これは、本実施例の音声分析装置の構成としてスペクト
ル包絡抽出部１　が１枚の基板であり、対数化部２　と
積分部３　及び制御部５　で１枚の基板とした回路構成
のためにノイズの低減のために信号をオペアンプ２１　
の差動入力で受けている。

オペアンプ２１　の出力は、オペアンプ２２　でバイア
スを与えられ、対数アンプ２３　に入力される。オペア
ンプ２２のバイアスは、入力ゼロの場合の対数を取ると
マイナス無限大となり、対数アンプの入力としては不都
合であるために極くわずか誤差が出ない程度に与えであ
る。

対数アンプ２３　で対数化された信号は、処理を容易に
するためにオペアンプ２４　に入力されバイアスを与え
られ信号の極性を反転される。

対数化部２　で対数化された信号は、対数スペクト包絡
１ｏｇＩＰ（ｆ）ｌとしてオペアンプ２４から出力され
る。対数スペクト包絡１ｏｇｌＰ（ｆ）１は、積分部３
　に入力され積分される。

まずオペアンプ２４の出力は、アナログスイッチ３３　
でオペアンプ３５　に積分のセット時間の間接続されて
いる。

オペアンプ３５　の出力は、出力バッファ部のオペアン
プ６１　に入力され、他方は積分器３１へ入力される。

オペアンプ２４　の出力をオペアンプ６１に入力しても
同じであるが本実施例の音声分析装置の場合は上記のよ
うにした。

積分部３　の動作を詳細に説明する。

積分器３１　は、リセット信号５５６　と同期するアナ
ログスイッチ３２　でコンデンサ３４　に蓄えられた電
荷をショートして放電してリセット状態になりリセット
信号５５６　の解除と同時にセット信号５５７　が有効
になって対数スペクト包絡１ｏｇＩＰ（ｆ）ｌの信号が
オペアンプ２４よりアナログスイッチ３３　をとおりオ
ペアンプ３５　に入力されオペアンプ３７　がコンデン
サ３４　に電荷をチャージして積分を開始する。

積分の開始と同時に対数スペクト包絡１ｏｇｌＰ（ｆ）
１の信号がオペアンプ６１　に入力され補強されてオシ
ロスコープ４１　のチャンネル２に出力される。

また対数スペクト包絡１ｏｇＩＰ（ｆ）Ｉを積分した積
分値も積分の開始と同時にオペアンプ３７から出力され
オペアンプ６２　で補強されてオシロスコープ４１　の
チャンネル２に出力される。

ここでオシロスコープの表示をｘ−ｙ表示モードにして
おけば実時間で入力された音声の音韻に固有のパターン
を目で見ることができる。

（発明の効果）この発明によれば、声道長に影響されることなく、音韻
固有の分析パターンを実時間で得ることができるので、
不特定話者の音声認識など、発生者によらず同一音韻に
対しては同一分析結果を得たい場合に、多大に寄与する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例の構成を示すブロック図、第２図は一
実施例のスペクトル包絡抽出部の回路図、第３図は一実
施例の対数化部と積分部と出力バッファ部と射影表示部
の回路図、第４図は一実施例の制御部のタイミングを生
成する構成を示すブロック図、第５図は一実施例の制御
部のタイミングを示すタイミングチャート、第６図は一
実施例の制御部の回路図を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力される第１の制御信号にしたがつて、入力音
声信号からスペクトル包絡を表すデータを出力するため
のスペクトル包絡抽出手段と、前記スペクトル包絡抽出
手段から入力されるスペクトル包絡を、その値が適切に
なるように変換するための変換手段と、前記変換手段に
よって変換されたスペクトル包絡を入力し、入力される
第２の制御信号に従って、予め決められた変数に関して
入力スペクトル包絡を積分するための積分手段と、前記
変換手段によって変換されたスペクトル包絡と、前記積
分手段によって積分されたスペクトル包絡を入力し、積
分スペクトルに関するスペクトル包絡を射影するための
射影手段と、および、前記スペクトル抽出手段に前記第
１の制御信号を出力し、前記積分手段に前記第２の制御
信号を出力するための制御手段とを具備することを特徴
とする音声分析装置。
（２）前記変換手段は、入力されるスペクトル包絡のデ
ータを対数化するための対数化手段を具備することを特
徴とする特許請求範囲第１項に記載の音声分析装置。
（３）前記積分手段による積分は、予め決められた変数
として、周波数に関してなされることを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の音声分析装置。
（４）前記スペクトル包絡抽出手段は、入力される音声
信号の高域レベルが低域のレベルに近付くように高域強
調を行なうための高域強調手段と、高域強調された音声信号を予め決め
られた複数のチャンネルに分割し、帯域制限を行うため
のバンドパスフィルタ手段と、前記バンドパスフィルタ
手段によって帯域制限された各チャンネルの音声信号を
全波整流するための整流手段と、前記整流手段によって
全波整流された音声信号から帯域制限されたスペクトル
包絡を検出するためのローパスフィルタ手段と、および
、力され、各チャンネルに対応するスペクトル包絡に関
するデータを、前記第１の制御信号に従って、選択的に
出力するためのマルチプレクサ手段とを具備することを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の音声分析装置
。
（５）前記対数化手段は、入力されるスペクトル包絡の
データを対数演算するための対数演算手段を具備するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の音声分析
装置。
（６）前記積分手段による積分は、入力される第２の制
御信号に従つて、全記変換手段によって変換されたスペ
クトル包絡を、予め決められた変数として、周波数に関
して積分する積分器を具備することを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の音声分析装置。
（７）前記射影手段は、前記変換手段によって変換され
たスペクトル包絡と、前記積分手段によつて積分された
スペクトル包絡を入力し、積分スペクトルに関するスペ
クトル包絡を表示するための表示手段を具備することを
特徴とする特許求請の範囲第１項に記載の音声分析装置
。
（８）前記表示手段は、前記積分スペクトルに関するス
ペクトル包絡を表示するためのＸ−Ｙ表示モードを有す
るオシロスコープ表示手段を具備することを特徴とする
特許請求の範囲第７項に記載の音声分析装置。
（９）前記オシロスコープ表示手段は、前記積分手段に
よって積分されたスペクトル包絡を前記オシロスコープ
表示手段のチャンネル１に入力し、前記変換手段によっ
て変換されたスペクトル包絡を前記オシロスコープ表示
手段のチャンネル２に入力し、積分スペクトルに関する
スペクトル包絡をｘ−ｙ表示モードで表示することを特
徴とする特許請求の範囲第８項に記載の音声分析装置。