JPH04282697A - 雑音制御装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、周波数に応じてその
レベルが変化する雑音を制御し得る雑音制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、雑音を含んだ信号から雑音を
除去あるいは低減するための装置が種々考案されており
、例えば特開昭６２−２７９７１９号公報では、車載の
ラジオ受信機において、ＡＧＣ検波器から出力されるＡ
ＧＣ電圧により中間周波増幅器のゲインコントロールを
行い、雑音の低減を図るようにした車載ラジオ受信機の
雑音防止装置が提案されている。

【０００３】ところで、信号源から出力された信号を高
速フーリエ変換することにより、該信号の周波数スペク
トルパターンが得られることは一般に良く知られている
。そして、周波数が変化してもそのレベルがあまり変動
しないタイプの雑音（ノイズ）の場合には、上記周波数
スペクトルパターンから、周波数軸方向に累積したヒス
トグラムを作成して各信号レベル帯についてその出現頻
度を各々分析し、出現頻度が高い信号レベルのものをノ
イズと特定することにより、比較的容易に、信号中に含
まれたノイズ成分を抽出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
走行中の自動車におけるロードノイズや電車の騒音など
のように、ノイズレベルが一定したものでなく周波数に
応じて変化するタイプのノイズの場合には、上記の方法
でノイズ成分を特定することは困難である。

【０００５】すなわち、自動車のロードノイズの場合を
例にとって説明すれば、図８に示すように、ロードノイ
ズは、一般に、高周波数領域ではレベルが低くしかも比
較的一定しているが、低周波数領域ではレベルが高く、
しかも周波数の低下に応じてそのノイズレベルが高くな
るような周波数特性を有している。このようなロードノ
イズが発生している中で、例えば車載の電話機で車外と
の通話が行なわれ、例えば図９に示すような周波数特性
の音声信号が発音された場合、通話相手には、図１０に
示すように、ロードノイズと車室内の通話者の音声信号
とが合成された信号が伝えられることになる。この合成
された信号からロードノイズの信号成分を除去あるいは
低減して通話相手に音声信号のみを伝えることができれ
ば好都合であるが、上記従来の方法では、このロードノ
イズのように周波数特性を有するノイズを特定すること
は困難であった。

【０００６】ところで、上記高速フーリエ変換で得られ
た周波数スペクトルパターンを各周波数に渡って微分処
理すると、この微分値から該周波数スペクトルパターン
の各周波数における勾配が得られる。周波数に応じてレ
ベルが変化するノイズを含んだ信号、例えば図１０に示
される車室内の合成信号について、その周波数スペクト
ルパターンを微分処理した場合、通常、音声信号と定常
的に含まれるノイズ成分の信号とでは、勾配及びその変
化の仕方が異なるので、この勾配（つまり微分値）及び
その変化の仕方により、音声信号とノイズ成分とを判別
することができる。

【０００７】すなわち、図１１及び図１２のグラフに示
すように、ノイズ成分については、一般に、勾配が緩や
かでしかもその変化の度合も小さいので、微分値は、そ
の絶対値が小さく、かつグラフも比較的フラットで略直
線状になる。一方、音声信号については、一般に、勾配
が急でしかもその変化の度合も大きいので、微分値は、
その絶対値の最大値（ピーク値）が大きく、かつグラフ
も上下の山形をなす。従って、この微分値が、その絶対
値の小さい周波数域からから立ち上がり、正のピーク及
び負のピークを越えて、再び小さい絶対値に落ち着くま
での周波数区間Ｓｎ’、つまり、この微分値のグラフに
おける正の山と負の山の１組みに相当する周波数区間Ｓ
ｎ’が、音声信号を含む周波数区間であると特定するこ
とができる。

【０００８】換言すれば、上記微分値のグラフにおける
負の山の終点から正の山の始点に至るまでの間に相当す
る周波数区間Ｎｎ’は、ノイズ成分のみの周波数区間で
あると見なすことができる。従って、上記微分値が、負
のピークを越えて負の所定値−β’に達する周波数Ｆ’
（ｎ）から、微分値がこの負の所定値−β’を越えて正
の所定値＋α’に達する周波数Ｆ’（ｎ＋１）までの周
波数区間は、確実にノイズ成分のみの周波数区間である
と特定することができる。

【０００９】この発明は、上記周波数スペクトルパター
ンの勾配の変化の仕方によって信号中のノイズ成分のみ
の周波数区間を特定できることに着目してなされたもの
で、周波数に応じてそのレベルが変化するノイズを制御
し得る雑音制御装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、この発明は、
信号源から得られた信号の周波数スペクトル解析を行う
解析手段と、該解析手段で得られた周波数スペクトルパ
ターンを各周波数に渡って微分処理する微分処理手段と
、上記微分処理で得られた微分値が負のピークを越えて
負の所定値に達する周波数から、上記微分値が上記負の
所定値を越えて正の所定値に達する周波数までの周波数
区間を抽出する抽出手段とを備えたものである。

【００１１】

【発明の効果】この発明によれば、上記抽出手段を備え
たので、信号源からの信号の周波数スペクトルパターン
を各周波数に渡って微分処理して得られた微分値が、負
のピークを越えて負の所定値に達する周波数から、上記
微分値がこの負の所定値を越えて正の所定値に達する周
波数までの周波数区間、つまりノイズ成分のみの周波数
区間を抽出することができる。すなわち、ノイズが周波
数に応じて変化する場合でもこのノイズ成分のみの周波
数区間を抽出し、ノイズ制御を行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を、例えばノイズ除去
装置に適用した場合について、添付図面を参照しながら
説明する。図１に示すように、本実施例に係るノイズ除
去装置１は、信号源２０からの信号が入力される入力端
子３に、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換
するデジタル変換器４（Ａ／Ｄ変換器）が接続され、該
デジタル変換器４の後段で、入力信号を出力側に送信す
る送信回路２と、入力信号中に含まれたノイズ成分を抽
出するノイズ抽出回路１０とに分岐している。

【００１３】該ノイズ抽出回路１０には、デジタル化さ
れた入力信号を高速フーリエ変換することにより、該入
力信号について周波数スペクトル解析を行い得る解析手
段としての高速フーリエ変換器１１と、この高速フーリ
エ変換で得られた周波数スペクトルパターンに波形処理
を行う波形処理手段１２と、この波形処理された周波数
スペクトルパターンを各周波数に渡って微分処理する微
分処理手段１３と、後で詳しく説明するように、上記微
分処理で得られた微分値データ、つまり周波数スペクト
ルパターンの勾配データより、入力信号中のノイズ成分
を特定して抽出するノイズ抽出手段１４とが順に配設さ
れている。一方、上記送信ライン２には、デジタル化さ
れた入力信号について所定の周波数帯域のみを通過させ
る複数の帯域通過フィルタＦＴ１，ＦＴ２，…，ＦＴｎ
で構成されたフィルタ回路５と、該フィルタ回路５を通
過した各周波数の信号を合成する加算器６と、該加算器
６からの合成信号をアナログ変換して出力端子８に送信
するアナログ変換器７（Ｄ／Ａ変換器）とが順に配設さ
れている。

【００１４】以上の構成において、信号源２０からノイ
ズを含んだアナログ信号が出力され、ノイズ除去装置１
の入力端子３に入力されると、このアナログ信号はデジ
タル変換器４でデジタル信号に変換された上で、高速フ
ーリエ変換器１１に入力される。そして、高速フーリエ
変換された結果、例えば図２に示すような周波数スペク
トルパターンが得られる。

【００１５】次に、より好ましくは、この周波数スペク
トルパターンに対して、パターン中の信号レベルの微少
な変動を除去するために、上記波形処理手段１２によっ
て波形処理が行なわれる。この波形処理は、例えば、上
記スペクトルパターンを周波数軸方向で積分処理し、信
号レベルの細かい変動がある部分について、この細かい
変動どうしが打ち消し合うように、波形を僅かにずらせ
た上で加算することによって行うことができる。この結
果、図３に示すように、信号レベルの微少な変動が除去
された滑らかな波形グラフが得られる。この場合、上記
信号中には、高周波数領域ではレベルが低くしかも比較
的一定しているが、低周波数領域ではレベルが高く、し
かも周波数の低下に応じてその信号レベルが高くなるよ
うな周波数特性を有するノイズが含まれている。

【００１６】次に、上記波形処理で得られた波形に対し
て全周波数領域に渡ってで微分処理を行い、各周波数で
の微分値（勾配）を求める。この結果、図４に示すよう
に、上記周波数スペクトルパターンの各周波数での微分
値を示すグラフが得られる。前述したように、この微分
値が、その絶対値の小さい周波数域からから立ち上がり
、正のピーク及び負のピークを越えて、再び小さい絶対
値に落ち着くまでの周波数区間、つまり、この微分値の
グラフにおける正の山と負の山の１組に相当する周波数
区間（例えば周波数Ｆ（ｎ−１）から周波数Ｆ（ｎ）に
至るまでの周波数区間）が、本来伝えられるべき信号を
含む周波数区間Ｓｎ（図３参照）であると特定すること
ができる。一方、上記微分値のグラフにおける負の山の
終点から正の山の始点に至るまでの間に相当する周波数
区間は、ノイズ成分のみの周波数区間であると見なすこ
とができる。従って、上記微分値が、負のピークを越え
て負の所定値−βに達する周波数から、微分値がこの負
の所定値−βを越えて正の所定値＋αに達する周波数ま
での周波数区間（例えば周波数Ｆ（ｎ）から周波数Ｆ（
ｎ＋１）に至るまでの周波数区間）は、確実にノイズ成
分のみの周波数区間Ｎｎであると特定することができる
。同様にして、他のノイズ成分のみの周波数区間Ｎｎ＋
１，Ｎｎ＋２なども特定することができる。

【００１７】このノイズと見なすことができる各周波数
区間を上記抽出手段１４で抽出して、送信回路２のフィ
ルタ回路５の各フィルタＦＴ１，ＦＴ２，…，ＦＴｎに
対して遮断周波数を制御する制御信号を出力するように
なっている。従って、送信回路に送られてきた入力信号
は、このフィルタ回路５を通過することによってノイズ
成分のみの周波数区間が除去される。そして、該フィル
タ回路５の各帯域フィルタＦＴ１，ＦＴ２，…，ＦＴｎ
を各々通過した、本来伝えられるべき信号を含んだ周波
数区間の信号のみが加算器６で合成され、アナログ変換
器７でアナログ信号に変換された上で、出力端子８を介
して外部の受信機器（不図示）に出力されるようになっ
ている。

【００１８】以上、説明したように、本実施例に係るノ
イズ除去装置１によれば、上記ノイズ抽出回路１０を設
けたので、信号源２０からの信号の周波数スペクトルパ
ターンを各周波数に渡って微分処理して得られた微分値
が、負のピークを越えて負の所定値−βに達する周波数
から、上記微分値がこの負の所定値−βを越えて正の所
定値＋αに達する周波数までの周波数区間（例えば周波
数Ｆ（ｎ）から周波数Ｆ（ｎ＋１）に至るまでの周波数
区間Ｎｎ）、つまりノイズ成分のみの周波数区間を抽出
することができる。すなわち、ノイズが周波数に応じて
変化する場合でもこのノイズ成分のみの周波数区間を抽
出し、ノイズ制御を行うことができるのである。

【００１９】上記ノイズ除去装置１は広範な用途を有す
るものであり、例えば車載用電話機に組み込まれた場合
には、車室内の通話者の音声と自動車の走行ノイズとが
合成された信号中から、走行ノイズのみの周波数区間を
抽出・除去して通話相手に音声信号のみを伝えるように
することができ、走行中の通話をスムースなものにする
ことが可能となる。

【００２０】尚、上記実施例は、信号源から送られて来
た信号について、その信号中のノイズ成分のみの周波数
区間を抽出して除去するものであったが、信号中のノイ
ズ成分のみの周波数区間を抽出してノイズのパターンを
求めておき、このノイズパターンにより、ノイズの影響
の低減あるいはノイズ解析などに役立たせることができ
る。例えば、音響装置を搭載した自動車の車室内に集音
マイクを設けて、走行ノイズ等を含む車室内の音を収集
し、ある時間ｔ＝Ｔにおいて、この収集音の信号を高速
フーリエ変換して周波数スペクトル解析を行い、得られ
た周波数スペクトルパターンに波形処理を施した後、図
５に示すように、ノイズ成分のみの周波数区間をそれぞ
れ抽出する。そして、所定時間ΔＴが経過した後（ｔ＝
Ｔ＋ΔＴ）、上記と同様の周波数スペクトル解析、波形
処理及びノイズ成分のみの周波数区間の抽出を行う（図
６参照）。これを繰り返すことによって得られた各ノイ
ズ成分のみの周波数区間の抽出結果を重ね合わせること
により、図７に示すように、音響信号に含まれるノイズ
のパターンが得られる。尚、上記の抽出結果を重ね合わ
せた場合に波形がとぎれる部分（図７の破線部分参照）
については、その前後の波形に基づいて、演算でノイズ
レベルを求め、当該部分の波形を定めることができる。 このパターンをメモリに記憶させておき、音響装置を作
動させる際には、上記メモリに記憶されたノイズパター
ンを呼び出してイコライザに入力し、ノイズレベルが高
い周波数領域については、そのレベルに応じて音圧レベ
ルを高く設定することによって走行ノイズなどをマスキ
ングし、ノイズの影響を低減することができる。

【００２１】また、本発明に係る雑音制御装置は、例え
ば、電車やバスなどの営業用車両において、上記のよう
にして得られたノイズパターンを表示し、乗客の会話音
声など、車両の走行ノイズ以外の音が混在している場合
でも、走行ノイズだけを表示し得るノイズ解析器に適用
することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の実施例に係るノイズ除去装置の概
略を示すブロック構成図である。

【図２】　　上記実施例におけるノイズを含んだ信号の
周波数スペクトルパターンの一例を示すグラフである。

【図３】　　上記周波数スペクトルパターンの波形処理
後の波形を示すグラフである。

【図４】　　上記波形の周波数スペクトルパターンを微
分処理して得られた微分値のグラフである。

【図５】　　本発明の他の実施例に係る雑音制御装置に
より抽出されたノイズ成分を示すグラフである。

【図６】　　上記他の実施例に係る雑音制御装置により
抽出された所定時間経過後におけるノイズ成分を示すグ
ラフである。

【図７】　　上記他の実施例に係る雑音制御装置により
得られたノイズパターンを示すグラフである。

【図８】　　自動車のロードノイズの周波数スペクトル
パターンの一例を示すグラフである。

【図９】　　車室内の通話音声の周波数スペクトルパタ
ーンの一例を示すグラフである。

【図１０】　　上記ロードノイズと通話音声とが合成さ
れた信号の周波数スペクトルパターンを示すグラフであ
る。

【図１１】　　上記ロードノイズと通話音声とが合成さ
れた信号の周波数スペクトルパターンの一部を拡大して
示すグラフである。

【図１２】　　図１１の周波数スペクトルパターンの各
周波数での微分値を示すグラフである。

【符号の説明】

１…ノイズ除去装置 １０…ノイズ抽出回路 １１…高速フーリエ変換器 １３…微分処理手段 １４…ノイズ抽出手段 ２０…信号源 Ｎｎ，Ｎｎ＋１，Ｎｎ＋２…周波数区間α…正の所定値 β…負の所定値

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　信号源から得られた信号の周波数スペ
   クトル解析を行う解析手段と、該解析手段で得られた周
   波数スペクトルパターンを各周波数に渡って微分処理す
   る微分処理手段と、上記微分処理で得られた微分値が負
   のピークを越えて負の所定値に達する周波数から、上記
   微分値が上記負の所定値を越えて正の所定値に達する周
   波数までの周波数区間を抽出する抽出手段とを備えたこ
   とを特徴とする雑音制御装置。