JPH04328798A - パブリックアドレス明瞭度強調システム - 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】本発明は音声通信、特に高い周辺
雑音がある場合の人間の音声の明瞭度の強調に関する。

【０００２】

【従来の技術】公共アドレスシステムはアナウンスする
か、或はそうでなければ同じ全体区域における多数の人
々と音声通信するために大面積で使用される。聞き手が
位置する領域は非常に高い背景雑音にさらされ、その雑
音レベルが公共アドレスラウドスピーカシステムからの
所望の発声された通信の明瞭度をかなり劣化させるレベ
ルになることがしばしばある。高い周辺雑音レベルはそ
れが聞き手によって聞かれたときにアナウンサの音声を
マスクするか或は歪めるために、通信が失われるか或は
少なくとも部分的に失われる多数の環境がある。これら
の環境には空港、地下鉄、バスおよび鉄道ターミナル、
航空機および列車、航空母艦、上陸用舟艇、ヘリコプタ
、ドック施設およびその他の騒音の多い場所が含まれる
。飛行機または列車の到着または出発に関して公共アナ
ウンスメントを理解しようとして、このような背景雑音
があるときに有効な情報を得ることが困難であると認識
しない者はいない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高い背景雑音があると
きに明瞭度の損失を最小にしようとする試みとして等化
器、クリッピング回路の使用または公共アドレスアナウ
ンスメントの音量を単に増加すること等がある。等化器
およびクリッピング回路自身は背景雑音を増加し、した
がって問題を解決することはできない。公共アドレスシ
ステムの音またはボリュームのレベル全体を増加するこ
とは明瞭度をあまり強調せず、フィードバックおよび聞
き手の不快等の別の問題を生じさせることが多い。

【０００４】問題の広範囲な長年の認識にもかかわらず
まだ解決方法は得られていない。高い周辺雑音条件によ
ってマスクされる公共アドレスアナウンスメント等のよ
うな公共通信の明瞭度を大幅に改良する方法は従来知ら
れていない。

【０００５】したがって、本発明の目的は背景雑音によ
って劣化される音声通信の改良された明瞭度を提供する
ことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】好ましい実施例にしたが
って本発明の原理を実行する際に、音声フォルマントは
改良された明瞭度の音声信号を提供するように選択的に
増幅され結合される。発声された音および発声されてい
ない音の両フォルマントの選択的な強調は、たとえ非常
に高い背景雑音があったとしても結合された出力信号を
生成するために強調されたフォルマントの選択的な加重
および結合と共に大きく増加された明瞭度の音声信号を
提供する。

【０００７】

【実施例】図１は音声明瞭度処理を有する公共アドレス
システムの基本的部分をかなり簡単な形態で示す。音声
アナウンスメントを支持しているライブマイクロホンま
たはカセット、ディイスク等の記録された記録プレーヤ
であってもよい音源１０は、ライン１４で出力信号を供
給する増幅システム１２に電気音声信号を供給し、その
音声信号は従来は全体的に１６で示されているラウドス
ピーカシステムに直接供給されていた。スピーカシステ
ム１６は一般に公共アドレスアナウンスメントが聞かれ
る区域の周辺の種々の箇所に位置された多数のラウドス
ピーカを含む。前に述べられたように、このような区域
は公共アドレスアナウンスメントの明瞭度を著しく劣化
させる高い雑音背景を有する。空港ターミナル、駅また
は類似した高い背景雑音環境において公共アドレスアナ
ウンスメントのワードの全てを理解しようとすると聞き
手は十分に注意を払い、集中することが要求される。そ
の場合でもアナウンスメントの内容全体の完全な認識が
欠けていると、場合によってアナウンスメントはほぼ完
全に理解不可能である。

【０００８】本発明によると、非常に高い背景雑音が存
在しているときでも、スピーカ１６によって生成された
音のレベルをそれ程高めずにスピーカシステム１８によ
って投射された音声音にかなり改良された明瞭度を持た
せる音声プロセッサシステム１８がシステム増幅器１２
とスピーカシステム１６との間に配置されている。スピ
ーカシステム１６として示された装置と記録装置を置換
するだけで、図１のシステムは雑音環境において再生さ
れるか、或は雑音環境において最初に発声された音声を
記録するように強調された明瞭度記録を形成するために
使用されてもよい。以下、このようなシステムをさらに
詳細に説明する。

【０００９】音声プロセッサ１８は人間のスピーチが生
成され、個人の耳および脳によって聞取られ、処理され
る方法を利用するアクチブな自己適合システムである。 簡単に述べると、処理システム１８は母音、子音、摩擦
子音および破裂音の音声フォルマントを識別し、選択的
に増幅してそれらを加重し、大きく増大された明瞭度の
音声信号を供給するようにそれらを結合する。

【００１０】スピーチ発声および理解の機構の簡単な説
明は本発明の特性を理解することを助けるであろう。人
間のスピーチは発声管において音を生じることによって
生成され、これらの音を異なる周波数で共鳴させる。母
音は一般に音声コードとして知られている人間の音声フ
ォールドの振動を生じさせるように肺から吐出された気
流によって発声される。音声コードの振動によって生成
された音は、連続的に高い周波数で基本周波数またはベ
ースバンド並びに多数の高調波部分音または倍音から構
成される。高調波の振幅は１オクターブ当り約１２デシ
ベルの率で周波数の増加と共に減少する。ベースバンド
または基本周波数およびその倍音は、複数の個々の共振
を提供する喉、頭および口内に種々の空洞を含んでいる
音声管を通過する。音声管は共振の複数の特性モードを
有し、ある程度までベースバンドまたは基本周波数およ
びその倍音上で複数の共振器として動作する。音声管の
選択的な共振動作のために、音声コードの基本周波数の
いくつかの部分音の振幅は増加した周波数により滑らか
な曲線で減少するのではなく、音声管の特定の共振に対
応した周波数でシャープなピークを示す。これらのピー
クまたは共振は“フォルマント”と呼ばれている。

【００１１】図２は多数の高調波の周波数に対する振幅
を示す発声音（例えば母音）のグラフを示す。グラフの
左側において、最低周波数において基本周波数またはベ
ースバンドが音声コードの振動によって生じる。このベ
ースバンド周波数は、典型的な成人男性の音声に対して
約６０乃至２５０　ヘルツの間にある。基本周波数の多
数の高調波は２２ａ　，２２ｂ　，２２ｃ　等の個々の
成分によって示される。音声信号全体は周波数帯域全体
に対してベースバンドおよび多数の個々の高調波から構
成されることが理解できる。音声信号において重要な周
波数帯域は一般に６０乃至７，５００　ヘルツである。 図２は、周波数の増加と共に自然に減少する振幅を持つ
個々の高調波の振幅が滑らかな曲線で減少せず、２６，
２８および３０で示されたようなあるピークを表すこと
を示す。これらのピークは音声管の個々の共振を表し、
通常の人間の音声管において４，５またはそれ以上であ
るが、例示のために３個が示されている。これらのピー
クまたは音声管共振は発声された音声のフォルマントで
ある。成人男性では第１の４（低い周波数）フォルマン
トは約５００　，１５００，２５００および３５００ヘ
ルツ付近にそれぞれある。種々の発声器官（あご、舌本
体、舌先を含む）は広範囲にわたっていくつかのフォル
マントの周波数を変化させる。異なるフォルマント周波
数は個々の発声器官を形状および位置に対して異なる感
度を有している。各発声者が選択された母音に音声を与
えるために使用するのがこれらの器官の選択された運動
である。反対に、発声されたワードを聞くときに、各母
音はその特有の組のフォルマントによって認識されるこ
とができる。

【００１２】図２の発声された音およびフォルマントに
関して上記された論議は、音声管の共振空洞によって生
成されたフォルマントを有する発声されない音に対して
同様に適応される。発声された音は肺によって発生され
た気流中で音声コードの振動により生じたものであり、
発声されたワードの母音を含む。発声されない音は、音
声コードの振動がないときに音声管によって発生された
ものである。発声されない音は子音、破裂音、摩擦音を
含む。これらの音は肺からの空気の放出を制御する舌、
歯および口の動作によって、しかし音声コードの振動を
伴わずに生成されたものである。これらは種々の子音の
音を含む。発声されない音は、文字Ｍ，Ｎ，Ｌ，Ｚ，Ｇ
（ｆｒｉｇｉｄのように）、ＤＧ（ｊｕｄｇｅのように
）等を含む発声ワードの音を含む。これらの破裂音、摩
擦音および子音は、音声コード振動を含んでいないが、
一般に音声コード振動の基本周波数より高く、２，００
０　乃至３，０００　ヘルツの範囲であることが多い特
性周波数を有する。しかしながら、音声管で生成された
音が音声コードの振動によって生成された（発声された
音）か、或は発声コードを振動せずに生成された（子音
、破裂音および摩擦音）ことにかかわらず、音声管共振
は、発声された基本周波数の高調波の異なるものにおい
て共振ピークであるフォルマントを生成するように動作
する。

【００１３】人間のスピーチ中のフォルマントは聞き手
へのスピーチの明瞭度に対する主な要因であることが認
められている。すなわち、人間の聞き手はそのフォルマ
ントの特定のパターンによって限定された母音または子
音、破裂音または摩擦音を認識する。これはいくつかの
フォルマントの相対周波数のパターンである。フォルマ
ントパターンは女性または子供の音声の高いピッチのま
たは男性の音声の低いピッチのような高または低ピッチ
の基本周波数に基づいている。しかしながら、共振ピー
クの相対周波数であるフォルマントのパターンは聞き手
に対して発声された音の性質を識別する。人間の音声の
音響学的な論議はＣ．Ｈｕｔｃｈｉｎｓ　氏による、Ｗ
．Ｈ．Ｆｒｅｅｍａｎ　ａｎｄ　　Ｃｏｍｐａｎｙによ
り１９４８年に出版された文献（“Ｔｈｅ　Ａｃｏｕｓ
ｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｉｎｇｉｎｇ　Ｖｏｉｃｅ
”，Ｒｅａｄｉｎｇｓ　ｆｒｏｍ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉ
ｃ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　，ＴｈｅＰｈｙｓｉｃｓ　ｏｆ
　Ｍｕｓｉｃ）に認められる。

【００１４】人間の耳に対する音の明瞭度はＧｌｅｎ　
Ｂａｌｌｏｕ　氏による文献（“Ｈａｎｄ　Ｆｏｒ　Ｓ
ｏｕｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ−Ｔｈｅ　Ｎｅｗ　Ａｕ
ｄｉｏ　Ｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ　”Ｈｏｗａｒｄ　Ｗ．
Ｓａｍｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ　により１９８７年
出版）に部分的に示されている。この文献の１６２　頁
には、発声された音声に含まれた異なる周波数が発声さ
れたワードの明瞭度に異なる量で影響することを発見し
たことが説明されている。したがって、約１．５　乃至
３．５　キロヘルツ程度の中帯域周波数は明瞭度に大き
い比率で影響する。例えば、約２５０　ヘルツ乃至５キ
ロヘルツまたはそれ以上の周波数範囲のオクターブによ
る分類によって２５０　ヘルツに中心を持つオクターブ
は聞き手によって聞かれた発声された音声の明瞭度を７
．２　％影響し、５００　ヘルツに中心を持つオクター
ブ１４．４％影響し、また１キロヘルツに中心を持つも
のは２２．２％影響する。 ２キロヘルツに中心を持つオクターブは最大３２．８％
影響し、４キロヘルツに中心を持つオクターブは２３．
４％影響する。　　本発明は、スピーチが生成される方
法および種々の発声されたおよび発声されない音が形成
され、高い背景雑音があるときでも大幅に強調された明
瞭度を有する全体的スピーチ信号を供給するように選択
的に増幅されたスピーチフォルマントの特有の加重を使
用する。基本的には、ここに示された実施例によると音
声の明瞭度はスピーチフォルマントを選択的に増幅し、
強調されたフォルマントを結合することによって強調さ
れる。

【００１５】図３には本発明の１実施例のブロック図が
示されている。マイクロホンまたは記録再生媒体または
類似の音源から得られるライン４０上の入力電気信号は
４４および４６で示された分離した出力ラインまたは周
波数チャンネル上に表れる異なる周波数成分の例えば３
０のような複数のものに入来した信号を分解するスペク
トル分析器４２に供給される。ライン４４および４６は
、それぞれ周波数の異なる狭帯域でスペクトル分析器の
出力からの３０の異なる出力ラインを表していることが
理解されるであろう。各個々の周波数チャンネルにおけ
る信号の処理はこの装置における各別のものにおける信
号の処理と同じであるため、スペクトル分析器の出力の
チャンネル４４における信号の処理は他の各チャンネル
における処理を説明するのに十分である。チャンネル４
４の信号は電圧制御増幅器（ＶＣＡ）５０の信号入力に
供給され、ライン５２上に信号入力およびライン５４上
に利得制御入力を有する。ライン５４上の利得制御入力
は入力ライン５２から調節可能な抵抗５６を介して得ら
れる。３０のチャンネル４４乃至４６およびそれらの電
圧制御増幅器５０乃至５８のグループは結合ネットワー
ク６４において結合されるライン６０および６２（３０
の個々のラインを表わす）上に出力を有する。チャンネ
ル４４乃至４６は発声された信号または母音音を処理す
る。

【００１６】同じ３０個のチャンネル中のスペクトルア
ナライザ出力信号も子音および摩擦音チャンネル７０乃
至７２に供給され、３０以上のこれらのチャンネルが１
／３オクターブのインクレメントで間隔を隔てられてお
り、それぞれ周波数以外互いに同一であることが理解さ
れる。しかしながら、子音および摩擦音チャンネルの場
合には５または１０個のような少数のチャンネルが適当
である。子音および摩擦音チャンネル７０乃至７２は母
音（発声された）チャンネル４４乃至４６に類似してお
り、それぞれチャンネル７０に対する増幅器７４のよう
な電圧制御増幅器を含み、その入力としてのチャンネル
７０中に信号を有し、調節可能な抵抗７８を介して入力
から供給された電圧制御入力７６を有する。チャンネル
７２も電圧制御増幅器８０を含み、調節可能な抵抗８２
を介して信号入力からの制御入力を有する。発声された
チャンネルによるように破裂音および摩擦音チャンネル
の出力は結合回路８４において結合される。

【００１７】入力信号４０はまた発声された信号が存在
するか否かを示す出力ライン９２，９４上で選択信号を
供給する発声された／発声されないスイッチ９０に供給
される。 発声された／発声されない信号セレクタスイッチは３０
０　ヘルツまたはそれ以下の周波数を通過させるローパ
スフィルタを含む。換言すると、このスイッチは選択的
に母音の基本周波数を通過させる。一般に、発声された
母音の基本周波数（発声された音）は約６０乃至２５０
　ヘルツ間にあるため、このローパス帯域中の信号が存
在する場合、発声された信号が存在し、一方ローパスフ
ィルタからの出力がない場合、入力信号は発声されない
音だけを含むことが知られる。発声された信号があると
き、ライン９２は発声されたチャンネルの電圧制御増幅
器５０および５８をオンに切替える制御信号を供給し、
一方発声された信号があるときにライン９４上の信号は
発声されないチャンネルの電圧制御増幅器７４，８０を
オフに切替える。その代りとして、発声された成分がな
い（例えば母音がない）とき、ライン９２上の信号は発
声されたチャンネル増幅器５０乃至５８をオフに切替え
、ライン９４上の信号は発声されないチャンネル増幅器
７４乃至８０をオンに切替える。

【００１８】処理後もとの処理されない音および、特に
ベースバンドまたは音声の基本周波数と発声されたおよ
び発声されない音とを結合することが望ましい。しかし
ながら、スペクトル分析器およびそのいくつかのフィル
タは出力信号にある程度の位相シフトを導入するため、
処理された発声されたおよび発声されない信号と結合さ
れるべき処理されない音声信号はスペクトル分析器の出
力から得られるため、結合された信号は同じ位相シフト
にさらされる。したがって、チャンネル４４乃至４６を
含むスペクトル分析器出力ライン全てからの信号はスペ
クトル分析器によって与えられる全ての位相シフトを有
する再構成された結合音声信号をその出力ライン１０６
　上に供給する合計および結合ネットワーク１０４　に
ライン１００　および１０２を介して供給され、したが
ってレベル調節電位差計１１０　，１１２　および１１
４　を介してミキサ１０８　中で結合器６４からの結合
された発声された信号および結合器８４からの結合され
た発声されない信号と適切に結合される。 ライン１１６　上のミキサ１０８の出力は強調された明
瞭度の音声信号を供給する。

【００１９】いくつかのチャンネル４４乃至４６および
７０乃至７２中の信号のいくつかの成分を適切に加重す
るために、明瞭度への各影響にしたがって電圧制御増幅
器の制御入力における種々の抵抗５６，５７，７８およ
び８２はスペクトル分析器のいくつかの成分の増幅度の
加重のために使用される。

【００２０】以下の表１は、１／３オクターブの周波数
帯域または全オクターブ周波数帯域に分割される人間の
音声信号の異なる周波数成分の明瞭度への影響のパーセ
ンテージを示す。電圧制御調節抵抗５６，５７，７８，
８２等はこの表にしたがって調節される。明瞭度をさら
に支配する周波数帯域中のこれらのフォルマントは、表
１によると比例的に大きくなる程度に増幅される。例え
ば、スペクトル分析器に対する１オクターブ帯域により
、２ｋＨｚを中心とするチャンネルは３２．８の相対値
の利得制御信号を供給するようにその利得制御抵抗を有
し、一方５００　Ｈｚを中心とするチャンネルは１４．
４の相対値の利得制御信号を供給するようにその利得制
御抵抗を有する等である。

【００２１】 図３に示されたシステムはその振幅により各個々の音声
フォルマントを自動的に選択する。図２において理解で
きるように、フォルマントは発声管の共振ピークのため
に増加された振幅を有し、したがって各チャンネル中の
いくつかの電圧制御増幅器は個々の周波数成分帯域中の
最高の振幅周波数成分を選択し、示された２乗法則の増
幅度によって振幅を増加する（増幅器の入力はその利得
を制御するために使用される）。個々の電圧制御増幅器
への入力の振幅が予め定められたレベルより下ならば、
信号レベルは増幅されずに増幅器によって減衰される。 したがって、比較的高い振幅のフォルマントを含むスペ
クトル分析器の出力における周波数帯域に対して、この
ようなフォルマントは個々の電圧制御増幅器によって増
幅され、その利得は加重電位差計５６または５７によっ
て調節されるので入力信号自身によって制御される同じ
動作はチャンネル７０乃至７２において破裂音および摩
擦音に関して生じる。基本的にシステムはスピーチ中の
フォルマントを選択的に識別し、２乗法則の増幅度でこ
れらのフォルマントを増幅し、フォルマントの増幅度（
例えば利得）の選択的な加重の後、明瞭度の強調された
出力を供給するためにもとの信号とフォルマントを結合
する。

【００２２】図３のプロセッサの修正され、簡単化され
た変形が図４に示されている。図３のものに類似したこ
のプロセッサは、標準化された公共アドレスまたは記録
システムに含まれたときに図１のプロセッサ１８を限定
する。

【００２３】図４のシステムにおいて、信号は発声され
たおよび発声されない成分に分離されず、また各電圧制
御増幅器もそれ自身の入力によって制御されるものでは
ない。したがって構造はかなり簡単化され、しかも等価
なまたは改良された特性を提供する。さらに図４の構造
において、個々のフォルマント増幅の予め定められたま
たは予め計算されたおよび一般化された加重も使用され
ない。反対に、簡単な較正工程に続いてベースバンド信
号のレベルに各フォルマントのレベルを上げる。　　図
４のライン１２０　上の入力音声信号は、任意の所望の
数のチャンネルを有するスペクトル分析器１２４　にバ
ッファ増幅器１２２を介して供給される。スペクトル分
析器はオクターブまたは１／３オクターブまたは類似の
分割状態に分割される。典型的なシステムにおいて、以
下において特に説明するように、スペクトル分析器は連
続的に高い周波数の３０の異なる出力周波数帯域を提供
するように３０の分離したチャンネルを具備し、それぞ
れ隣りの帯域は隣接している。スペクトル分析器の最低
の出力帯域はライン１３０　上に出力され、約３００　
ヘルツより下の低い周波数帯域の全ての信号成分を含む
。これはベースバンドまたは音声コードの基本範囲であ
る。複数の付加的な帯域（実際に数で２９でもよい）は
１３２　，１３４，１３６および１３８　で示されてい
る。これらのそれぞれはそれ自身の個々の電圧制御増幅
器１４０　，１４２　，１４４　および１４６　に信号
を供給する。スペクトル分析器の出力の全てにおける信
号は全て、接地された非反転入力を有し、合計増幅器と
して使用される演算増幅器１５８　の反転入力に合計抵
抗１５６　を介して供給されるライン１５４上の結合さ
れた信号を出力する混合または結合ネットワーク１５０
　に入力として供給される。

【００２４】結合ネットワーク１５０　の出力はまた増
幅器１６０　に、したがって調節電位差計１６２　を介
してバッファ増幅器１６４　に供給される。バッファ増
幅器１６４　の出力は、ライン１６６　上でプロセッサ
のいくつかのチャンネルの各電圧制御増幅器１４０　乃
至１４６　等に共通の利得制御入力を供給する。バッフ
ァ増幅器１４４　におけるライン１６６上の制御信号は
上記の加重を行うように各電圧制御増幅器において個別
に大きさに調節される（以下に説明されるように）。し
たがって、各電圧制御増幅器１４０乃至１４６　は、個
々のチャンネルの適切な加重を行うように設定された調
節可能な電位差計（図４に示されていない）を含む。こ
の加重はベースバンドおよび１つのチャンネルだけが調
節されることを除いてスペクトル分析器の全てのチャン
ネルの最初に接続を解除することによって経験ベースで
行われる。ベースバンド信号および電圧制御された増幅
器（例えばＶＣＡ１４０　）の出力の振幅が比較される
。このＶＣＡに供給された制御信号の量を変化する電位
差計は、ベースバンドチャンネル中の信号の振幅のレベ
ルまで調節されている個々のＶＣＡの出力の振幅を上げ
るように増幅器利得制御を調節するために調節される。 １チャンネルを調節した後、このチャンネルはオフに切
替えられ、次のチャンネルは１つだけが特別にオンに切
替えられる。その電圧制御増幅器からの出力はベースバ
ンドの振幅に等しくなるように比較され調節される。こ
の過程は分析器の全チャンネルが個別に調節されるまで
各スペクトル分析器チャンネルにより個別に連続して行
われ、各ＶＣＡの出力の振幅はベースバンドチャンネル
中の信号の振幅に個別にもたらされる。したがって、任
意の適切な音声またはシミュレートされた音声信号の形
態で入力１２０　において較正信号により調節が行われ
る。試験信号はフォルマントを含む共振ピークのない全
ての高調波によりベースバンド信号を表す信号を含む。

【００２５】増幅器１６０　は約＋５の利得を有し、こ
れは電位差計１６２　の調節によって効果的に減衰され
る。バッファ増幅器１６４　は利得１を有する。全ての
チャンネルの入力が演算増幅器１５８　の反転入力で合
計され、合計抵抗１７０　，１７２　，１７４　，１７
６　，１７８　および１５６　を含む合計ネットワーク
は増幅器の入力において入力の全てを等しく合計するよ
うに形成される。したがって、演算増幅器１５８　のフ
ィードバック抵抗１８０　は互いに全て等しい各合計抵
抗１７０　乃至１７８　および１５６　に等しい。

【００２６】図４の実施例において、発声されたまたは
発声されない音のいずれかから得られたフォルマントは
全て同じ方法で同類の経験的に決定された加重により処
理される。個々の電圧制御増幅器がスペクトル分析器の
出力における個々の周波数帯域内において最高の振幅成
分に関してのみ動作するため、信号出力が予め定められ
たしきい値より上の場合にのみ、各フォルマントは個々
に選択され強調される。いくつかのＶＣＡはこのしきい
値より下にこれらの信号を効果的に取除き、高い振幅を
選択的に増幅する。いくつかの電圧制御増幅器はベース
バンド信号自身によって効果的に制御される。ベースバ
ンド信号は他のものおよびベースバンドの高調波である
高い周波数と結合されるが、後者は高調波よりもかなり
大きく、子音、摩擦音および破裂音より高い振幅であり
、したがって個々の電圧制御増幅器の制御入力の全てに
供給されるライン１６６　上に制御信号の最も大きい成
分を提供する。したがって、図４の構造においていくつ
かのフォルマントはベースバンド信号の制御下において
効果的に増幅され、一方図３の構造において各個々のフ
ォルマントはそれ自身の制御下において効果的に増幅さ
れる。

【００２７】複数のナショナルセミコンダクタ社のカウ
ンタまたはドライバチップモデル１２０　ＴＰＱの相互
接続に基づいたスペクトル分析器の一例が図５に示され
ている。したがって１０個の異なるチップ２００　，２
０２　，２０４　，２０６　，２０８　，２１０　，２
１２　，２１４　，２１６　および２１８　はそれぞれ
図５に示されたように相互接続され、チップ２００のラ
イン２２０　上の出力は次のチップ２２２　のライン２
２２　上の入力に順次接続されている。全てのチップは
、シーケンスの第１のものであるチップ２００　がキャ
パシタ２２６　および２２７　を通じて接地に接続され
た１メガヘルツ水晶２２４　の形態で周波数基準を具備
していることを除いて同様にして接続される。各チップ
の出力は、チップ２００　の出力からのライン２３２上
にクロック入力を有するスイッチドキャパシタフィルタ
チップ２３０　を除き、直列に次のチップに入力周波数
基準を与え、クロック周波数から高い信号周波数を分離
するフィルタを提供する。ライン２３３　上のフィルタ
２３０　のクロック出力はライン２３６　を介してチッ
プ２１０　および２１２　の入力および第２のスイッチ
ドキャパシタフィルタ２３４　の入力に供給される。フ
ィルタ２３４　はチップ２１４　，２１６　および２１
８　への入力を制御するように接続された出力を有する
。フィルタチップ２３０　はチップ２１０　および２１
２　並びにチップ２０６　および２０８　への入力を制
御する。図４のライン１２０　からの入力はチップ２０
０　，２０２　および２０４　並びにスイッチドキャパ
シタフィルタチップ２３０　に直接供給される。このス
ペクトル分析器の３０個の異なる周波数出力はＣ１　乃
至Ｃ３０の符号を付けられた３０個のラインに現れ、Ｃ
３０が最高の周波数チャンネルであり、Ｃ１　が最低の
周波数である。例えば、出力Ｃ１　，Ｃ２　およびＣ３
　はそれぞれほぼ２０、３２および４０ヘルツの周波数
を有し、一方チャンネルＣ３０上の最高の周波数は約２
０キロヘルツの出力周波数を有する。システムは６０乃
至８，０００　ヘルツの１／３オクターブ周波数だけを
使用する。チップ２００　は周波数が水晶２２４　およ
びキャパシタ２２６　によって制御された内蔵された発
振器を有する。周波数は前に述べられた３０個の異なる
周波数を得るためにいくつかのチップを介して分割され
る。スイッチドキャパシタフィルタ２３０　，２３４　
はナショナルセミコンダクタ社のチップ“ＬＭＦ，６０
−１００”であってもよい。

【００２８】図４のプロセッサの全チャンネルに対して
同一である電圧制御増幅器（ＶＣＡ）の一例が図６に示
されている。各電圧制御増幅器チップ３００　は図６に
示された修正された入力および出力回路を備えた二重チ
ャンネルの高い特性利得制御回路であるシグネチックス
ＮＥ／ＳＡ５７２　“プログラムされたアナログコンパ
ンダ”である。ＶＣＡチップ３００　はライン３０６　
からキャパシタ３０４　を介してスペクトル分析器１２
４　のライン３０２　（ライン１３２　，１３４　，１
３６　および１３８　に対応する）上に入力を有する。 ライン１６６　上のバッファ１６４　の出力に設けられ
た（図４）この増幅器に対する電圧制御入力は較正およ
び加重電位差計３０８　（図３の電位差計５６，５７，
５８，８２に対応する）を通して、したがって電位差計
ワイパーアームからキャパシタ３１０　および入力抵抗
３１２　を介して利得制御ＶＣＡチップ３００　の制御
入力に供給される。合計ネットワーク１７２　，１７４
　，１７６　，１７８　，１５６　への電圧制御増幅器
出力（図４）は出力端子３２０　から供給され、これは
固定電源から固定抵抗３２２および電圧調節電位差計３
２４　を介してバイアスされる。電圧制御増幅器出力は
演算増幅器３２６　の反転入力に供給され、その反転入
力は接地され、ライン３２８　で図４の合計ネットワー
ク１７０　乃至１７８　および１５６　に出力を供給す
る。制御の電圧制御増幅器の加重を制御するのは電位差
計３０８　である。これは各チャンネルの振幅をベース
バンド信号の振幅に個々にもたらすように１チャンネル
づつチャンネルについて調節される抵抗である。もちろ
ん、一度電位差計３０８　の抵抗の適切な大きさを決定
すると、後者は少量だけ微調節されることができる固定
抵抗として設けられてもよい。

【００２９】上記のように、図１は音声通信システムに
実時間で適用される本発明の音声処理方法および装置の
使用を示す。同じ音声処理が通常の公共アドレスシステ
ムの音入力として後に反復的に使用される任意の適切な
記録の作成に適用されることができることは容易に理解
されるであろう。このような記録の形成においてここに
示された音声処理および明瞭度強調技術を使用するとき
に、結果的な記録は固有に処理回路によって与えられた
明瞭度強調を含む。したがって、このような記録が通常
の公共アドレスまたは他のラウドスピーカシステムによ
り再生されたとき、さらに別の明瞭度強調処理は不要で
ある。

【００３０】このような記録を形成するために、図１に
示されたものと実質的に同じシステムが使用される。唯
一の相違はスピーカ１６の代わりにテープレコーダ等の
ような記録装置が配置されているため、テープまたは他
の記録媒体に記録された音は強調され、結合されたフォ
ルマントは前に示されたように回路１８によって処理さ
れる。

【００３１】図１の構造においてスピーカ１６として識
別された素子は実際にスピーカシスムの代りに記録装置
であり、明瞭度の強調された記録がこのような記録装置
によって形成された場合、ソース１０からの入力信号は
例えば音響スタジオまたは背景雑音のない他の環境にお
いて発声された信号のような明瞭ではっきりした音声信
号である。しかしながら、示された処理はまた入力音が
雑音背景環境において生じた発声された音声を含む明瞭
度の強調された記録を提供する。このような条件は、航
空機のコックピットにおける出来事および乗務員の会話
の記録を形成するために例えば民間航空機のコックピッ
トの音声レコーダ（ＣＶＲ）の場合のような多数の状況
に存在する。コックピット環境は極めて騒音が大きいた
め、過去にはコックピット音声レコーダによって形成さ
れた記録はそれらの劣化した明瞭度のために理解するこ
とが難しかった。本発明は通常の再生装置で再生された
ときに記録された音の明瞭度を強調するためにこのよう
なコックピット音声レコーダに適用される。本発明の明
瞭度の強調されたコックピット音声レコーダは本質的に
図１に示されたシステムと同じであり、ソース１０は既
知の音声レコーダ（図１のスピーカ１６の代わりにされ
た）において記録するために収集された音に対して使用
されるマイクロホンを具備している。マイクロホン１０
（音源）の出力は増幅器１２のような適切な増幅器に供
給される。増幅器の出力は前に示されたように明瞭度強
調音声処理回路１４に供給される。回路１４は最初に比
較的高レベルの背景雑音にあっても音声信号のフォルマ
ントを選択的に識別し増幅する。したがって、上記のよ
うなフォルマント処理は記録が雑音を含んでいても強調
された明瞭度の記録を結果的に形成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】典型的なラウドスピーカまたは記録システムに
おける音声プロセッサの接続を示した簡単なブロック図
。

【図２】人間のスピーチ中に存在するある典型的なフォ
ルマントを示したグラフ。

【図３】スピーチの明瞭度を強調するための処理システ
ムのブロック図。

【図４】スピーチ明瞭度を強調するための処理システム
の修正された形態のブロック図。

【図５】図４のシステムに使用されるスペクトル分析器
のブロック図。

【図６】図４の処理システムにおいて使用するための典
型的な電圧制御増幅器のブロック図。

Claims (45)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フォルマントの少なくともいくつかの
   それぞれ１つを選択的に増幅し、強調された音声信号を
   提供するために前記増幅されたフォルマントを結合する
   ステップを含むことを特徴とするフォルマントを有する
   電気音声信号から得られた入力信号を受信するラウドス
   ピーカからの周辺雑音の領域に投射されるように音声の
   明瞭度を強調する方法。
2. 【請求項２】　　前記音声信号はベースバンド成分を含
   み、前記方法は前記増幅されたフォルマントに前記ベー
   スバンド成分を結合するステップを含んでいる請求項１
   記載の方法。
3. 【請求項３】　　前記結合するステップの前に前記フォ
   ルマントおよびベースバンド成分を位相シフトするステ
   ップを含んでいる請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】　　前記音声信号は母音、子音および摩擦
   子音を含み、選択的に増幅する前記ステップは前記母音
   、子音および摩擦子音のフォルマントを強調し、前記ベ
   ースバンド成分と前記強調されたフォルマントを結合す
   るステップを含んでいる請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】　　前記音声信号は振幅を有するベースバ
   ンド信号を含み、前記フォルマントの個々の１つを選択
   的に増幅する前記ステップは前記ベースバンド成分の振
   幅に前記フォルマントの振幅を上昇するステップを含ん
   でいる請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】　　明瞭度に対する選択されたフォルマン
   トの影響力にしたがって前記フォルマントの増幅度を選
   択的に加重するステップを含んでいる請求項１記載の方
   法。
7. 【請求項７】　　約１ＫＨｚ乃至４ＫＨｚの範囲の周波
   数で大きい加重を、また約１ＫＨｚより下および４ＫＨ
   ｚより上の周波数で小さい加重を行うように前記フォル
   マントの選択された１つの振幅を相対的に加重するステ
   ップを含んでいる請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】　　前記加重ステップは約２乃至３ＫＨｚ
   の範囲の周波数において大きい加重を行うことを含んで
   いる請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】　　予め定められたレベルに前記フォルマ
   ントの各群の振幅を増加することによって前記増幅され
   たフォルマントを加重するステップを含んでいる請求項
   １記載の方法。
10. 【請求項１０】　　フォルマントを選択的に増幅する前
    記ステップはそれ自身の振幅にしたがって各フォルマン
    トのレベルを制御するステップを含んでいる請求項１記
    載の方法。
11. 【請求項１１】　　前記フォルマントの個々の１つを選
    択的に増幅する前記ステップは前記音声信号のレベルを
    表す制御信号を供給し、この制御信号の大きさにしたが
    って前記選択されたフォルマントを個々に増幅すること
    を含んでいる請求項１記載の方法。
12. 【請求項１２】　　前記フォルマントの個々の１つを選
    択的に増幅する前記ステップは予め定められた周波数帯
    域におけるフォルマントを選択するためにスペクトル分
    析器を使用し、前記周波数帯域の制御の１つにおけるフ
    ォルマントの個々の１つを増幅し、前記音声信号の振幅
    にしたがって前記フォルマントの増幅度を制御すること
    を含んでいる請求項１記載の方法。
13. 【請求項１３】　　増幅度を制御する前記ステップは増
    幅制御信号を供給するために前記周波数帯域におけるフ
    ォルマントを結合し、前記制御信号の個々に加重された
    大きさにしたがって前記フォルマントの個々の１つを増
    幅するステップを含んでいる請求項１２記載の方法。
14. 【請求項１４】　　強調された出力信号を供給するよう
    に前記制御信号に前記増幅されたフォルマントを結合す
    るステップを含んでいる請求項１３記載の方法。
15. 【請求項１５】　　ベースバンド周波数および複数のそ
    れより高い周波数を含む異なる周波数の複数の個々の周
    波数成分に電気音声信号を分離し、、少なくともいくつ
    かの前記個々の周波数成分を選択的に増幅し、少なくと
    も１つの前記個々の周波数成分から増幅制御信号を発生
    し、少なくとも前記１つの個々の周波数成分の増幅度を
    制御するために前記制御信号を使用するステップを含ん
    でいるラウドスピーカがベースバンド成分および複数の
    フォルマント成分を含む音声を表す電気音声信号から得
    られた入力信号を供給される周辺雑音の領域に音を投射
    するラウドスピーカの出力の明瞭度を強調する方法。
16. 【請求項１６】　　周波数成分を選択的に増幅し、前記
    制御信号を使用する前記ステップは、それ自身の大きさ
    に応じた量だけ少なくとも１つの前記個々の周波数成分
    を増幅するステップを含んでいる請求項１５記載の方法
    。
17. 【請求項１７】　　結合された信号を供給するように前
    記個々の周波数成分の群を結合し、この結合された信号
    と前記選択的に増幅された個々の周波数成分とを結合す
    るステップを含んでいる請求項１５記載の方法。
18. 【請求項１８】　　増幅制御信号を発生する前記ステッ
    プは複数の前記個々の周波数成分を結合するステップを
    含んでいる請求項１５記載の方法。
19. 【請求項１９】　　前記個々の周波数成分の増幅度を選
    択的に加重するステップを含んでいる請求項１５記載の
    方法。
20. 【請求項２０】　　予め選択された周波数範囲をカバー
    する複数の異なる周波数チャンネルにおいてベースバン
    ド信号を含む周波数帯域信号を供給するために電気音声
    信号に応答する周波数選択手段と、前記チャンネルの各
    群において各チャンネルで信号を増幅し、増幅制御入力
    を有する増幅器手段と、増幅制御信号を供給するように
    前記周波数帯域信号の少なくとも１つに応答する手段と
    、少なくともいくつかの前記増幅制御入力に前記増幅制
    御信号を供給する手段と、強調された信号出力を供給す
    るように前記ベースバンド信号に前記増幅された周波数
    帯域信号を結合する手段とを具備していることを特徴と
    する電気音声信号の明瞭度を強調するための音声明瞭度
    強調装置。
21. 【請求項２１】　　前記強調された出力信号を供給する
    ために前記ベースバンドチャンネル中の信号および前記
    周波数チャンネル中の増幅された信号と前記増幅制御信
    号を結合する請求項２０記載のシステム。
22. 【請求項２２】　　個々の増幅手段の出力に前記ベース
    バンド信号と実質的に同じレベルを持たせるために前記
    増幅制御入力の個々のものに供給される制御信号の振幅
    を調節する手段を含む請求項２０記載のシステム。
23. 【請求項２３】　　前記チャンネルの異なるものの各群
    の前記信号は前記電気音声信号のフォルマントを表す振
    幅を有し、前記フォルマント振幅は周波数増加と共に減
    少し、前記ベースバンド信号の振幅に実質的に等しい振
    幅になるようにフォルマントを表す前記各信号の増幅度
    を制御するために前記増幅器手段中の手段を含んでいる
    請求項２０記載のシステム。
24. 【請求項２４】　　明瞭度が強調され、互いに異なる周
    波数帯域の複数の個々の周波数帯域出力チャンネルにお
    いて個々の周波数帯域信号を有している電気音声信号を
    受信するように構成されたスペクトル分析器と、前記チ
    ャンネルの個々のものに対してそれぞれ個別に設けられ
    、それぞれ１つの信号チャンネルからの入力を有し、利
    得制御入力を有する複数の電圧制御増幅器と、少なくと
    も１つの前記増幅器の利得制御入力に利得制御信号を供
    給するために少なくとも１つの前記チャンネルにおける
    信号に応答する制御発生手段と、複数の前記周波数帯域
    チャンネルの個々のものからの入力を有し、結合された
    出力を供給する結合回路と、強調された音声信号出力を
    供給するように前記増幅器の出力および前記結合された
    出力を結合する手段とを具備している音声明瞭度強調シ
    ステム。
25. 【請求項２５】　　前記制御発生手段は、前記チャンネ
    ルの１つにおける信号に応答して前記１つのチャンネル
    における増幅器の利得制御入力に利得制御信号を供給す
    る手段を具備している請求項２４記載のシステム。
26. 【請求項２６】　　前記制御発生手段は複数の前記増幅
    器の利得制御入力に利得制御信号を供給するために前記
    結合された出力に応答する手段を含んでいる請求項２４
    記載のシステム。
27. 【請求項２７】　　前記結合された出力および前記増幅
    器の前記出力を結合する前記手段は前記強調された出力
    を供給するように前記増幅器の前記出力および前記結合
    された信号を持つ前記チャンネルの最低周波数の１つで
    前記スペクトル分析器から供給された信号を結合する手
    段を含んでいる請求項２４記載のシステム。
28. 【請求項２８】　　前記最低周波数チャンネルにおける
    信号のレベルと実質的に同じレベルに個々の増幅器の出
    力のレベルを変化させるように各前記電圧制御増幅器に
    よって与えられた増幅度を調節する制御レベル調節手段
    を具備している請求項２７記載のシステム。
29. 【請求項２９】　　前記周波数帯域チャンネルの１つは
    人間の音声コードの自然周波数に実質的に等しいが、そ
    れより大きくない低周波数の帯域を通すベースバンドチ
    ャンネルである請求項２４記載のシステム。
30. 【請求項３０】　　前記チャンネルの１つは約３００　
    ヘルツより大きくない周波数の帯域を通す請求項２４記
    載のシステム。
31. 【請求項３１】　　フォルマントを含む前記電気音声信
    号の成分を選択する手段と、前記選択された成分を増幅
    する手段と、前記増幅された成分を結合する手段とを具
    備している電気音声信号によって表された発声されたワ
    ードの明瞭度を強調する装置。
32. 【請求項３２】　　前記選択された成分を結合する前に
    それらを選択的に加重する手段を具備している請求項３
    １記載の装置。
33. 【請求項３３】　　増幅前に前記選択された成分を結合
    する手段と、前記結合された選択された成分と前記増幅
    された成分を結合する手段とを具備している請求項３２
    記載の装置。
34. 【請求項３４】　　フォルマントを含む電気音声信号の
    成分を選択し、前記選択された成分を増幅し、強調され
    た信号を供給するように前記増幅された成分を結合し、
    前記結合された増幅された成分を記録するステップを含
    むことを特徴とする電気音声信号の強調された明瞭度を
    有する記録を行う方法。
35. 【請求項３５】　　前記成分を結合する前にそれらのい
    くつかを選択的に加重するステップを含む請求項３４記
    載の方法。
36. 【請求項３６】　　増幅の前に前記選択された成分を結
    合し、前記結合された選択された成分と前記増幅された
    成分を結合する請求項３５記載の方法。
37. 【請求項３７】　　請求項３４の方法によって行われる
    記録。
38. 【請求項３８】　　請求項３６の方法によって行われる
    記録。
39. 【請求項３９】　　ベースバンド信号および複数のフォ
    ルマントを有する電気音声信号の強調された修正である
    出力音声信号を前記音響記録応答装置に生成させるよう
    に記録媒体プレーヤの音響記録応答装置上で作用するよ
    うに構成された信号生成手段を有する記録媒体であって
    、前記出力音声信号は、（ａ）前記ベースバンド信号と
    、（ｂ）音響記録応答装置からの前記出力音声信号を供
    給するように前記ベースバンド信号と結合されている複
    数の増幅されたフォルマント成分との組合せを含んでい
    る記録媒体を備えている背景雑音があるときにスピーカ
    に強調された明瞭度の出力音声信号を生成させることを
    特徴とするスピーカと共に使用される再生システムと使
    用するための音響記録。
40. 【請求項４０】　　前記増幅されたフォルマント成分は
    前記ベースバンド信号の振幅に関してこのような成分の
    振幅を強調するように個々に加重されている請求項３９
    記載の音響記録。
41. 【請求項４１】　　入力電気音声信号の修正である音声
    出力信号を音響記録応答装置に生成させるように記録プ
    レーヤの音響記録応答装置上で作用するように構成され
    た信号生成手段を有する記録媒体であって、前記音声出
    力信号は、音声コードの自然周波数を表すベースバンド
    信号成分と、前記ベースバンド成分のフォルマントを表
    し、選択的に増幅され、前記ベースバンド成分と結合さ
    れる複数のフォルマント成分とを含んでいる記録媒体を
    備えていることを特徴とする雑音背景において強調され
    た明瞭度の音声音をスピーカに生成させるようにスピー
    カと共に使用される記録プレーヤにおいて信号応答を発
    生するように構成された音響記録。
42. 【請求項４２】　　前記フォルマント成分は前記ベース
    バンド信号の振幅にその振幅を上昇するように増幅され
    る請求項４１記載の音響記録。
43. 【請求項４３】　　コックピットにおいて発生された音
    を受信し、発声された音声および背景雑音を含み、電気
    音声信号を発生する入力手段と、前記電気音声信号のフ
    ォルマントを識別する手段と、前記フォルマントを選択
    的に増幅する手段と、結合された信号を供給するように
    前記増幅されたフォルマントを結合する手段と、前記結
    合された信号を記録する手段とを含んでいるコックピッ
    ト音声レコーダ。
44. 【請求項４４】　　前記電気音声信号はベースバンド信
    号を含み、前記結合する手段は前記増幅されたフォルマ
    ントと前記ベースバンド信号を結合することを含む請求
    項４３記載のコックピット音声レコーダ。
45. 【請求項４５】　　前記フォルマントの異なるものに対
    して異なる増幅度を与えるように前記フォルマントの増
    幅を選択的に加重する手段を具備している請求項４３記
    載のコックピット音声レコーダ。