JPH07111527A - 音声の加工方法およびそれを用いた装置 - Google Patents

音声の加工方法およびそれを用いた装置

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JPH07111527A
JPH07111527A JP5256713A JP25671393A JPH07111527A JP H07111527 A JPH07111527 A JP H07111527A JP 5256713 A JP5256713 A JP 5256713A JP 25671393 A JP25671393 A JP 25671393A JP H07111527 A JPH07111527 A JP H07111527A
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JP
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spectrum
ambient noise
frame
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signal
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JP5256713A
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Yoshito Nene
義人 禰寝
Toshiyuki Aritsuka
俊之 在塚
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】周囲雑音下でも聞き取れるように、電話の受話
音声等を加工する。 【構成】周囲雑音のスペクトルからマスキング曲線を算
出し、マスキング曲線を目的音声のスペクトル包絡線が
越えるように、目的音声のスペクトルを加工する。 【効果】雑音下において特別な操作なしに目的音声を聞
き取ることができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、音声信号の加工方法に
係り、特に、周囲雑音の大きい場所での聞き取りの補助
に有効な音声信号処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、急速に需要が広がっている携帯型
電話機や、町中に設置されている公衆電話機は、周囲の
雑音の中で受話音声聞き取らなくてはならない場合が多
い。このため周囲雑音が大きい場合には、周囲雑音によ
るマスキング作用が生じ、受話内容が聞き取れない場合
がある。
【0003】このような問題を回避するため、従来の公
衆電話機等では受話音量を増加する手段が設けられてい
る。これは使用者がボタンを押すなどして受話音量を調
整し、周囲雑音の影響がなくなる程度の音量で通話を行
うという方法である。しかし、このような使用者による
調整は、周囲雑音が頻繁に変動する場合には、使用者の
行う調整が煩雑になるという問題があった。
【0004】このような点を考慮して、電話機自身に自
動的に周囲雑音を検知する手段を設け、受話特性を自動
的に調整する方式が提案されている。
【0005】これを実現する第一の従来例は、例えば、
特開平5−22382号あるいは特開平5−110637号公報に開
示されているように、周囲雑音を検知する手段を設け、
その検知手段の出力の大きさに基づいて受話音量を増加
させたり、あるいは送話器から混入する側音の音量を低
下させたりする方法がある。図6にこの第一の従来方式
を表わすブロック図を示す。
【0006】また第二の従来例は、例えば、特開平5−1
10643 号公報に開示されているように、受話音声の周波
数をシフトさせ使用者が聞きやすい周波数帯域に受話音
の特性を移して通話を行う方式がある。図7にこの第二
の従来方式を表わすブロック図を示す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記第一の従来の技術
では、周囲雑音を検知する手段により受話音量が自動的
に増減されるが、その増減量をどのように設定するかに
ついては明示されていなかった。さらに、受話音量ある
いは側話音量の制御を、単純に周囲雑音の大きさにだけ
基づいて行っており、雑音に含まれている各周波数成分
ごとの影響についてはなんら考慮されていなかった。
【0008】一方上記第二の従来技術では、受話音声の
周波数特性を変化させることは考慮しているものの、や
はり周囲雑音に含まれている各周波数成分ごとの影響に
ついてはなんら考慮されておらず、どの周波数帯域にシ
フトすれば聞きやすくなるかという点は、使用者の選択
に任されており、自動的な調整を行う方式ではなかっ
た。
【0009】本発明の目的は、周囲雑音の周波数特性を
考慮して、受話音声の特性を自動的かつ適応的に制御す
るための音声信号処理方法と、それを用いた電話機およ
びその他の装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、まず検出した周囲雑音の周波数特性に
基づいて、その雑音が使用者の聴覚に生じさせるマスキ
ングの特性を算出し、次いで受話音声のスペクトルの包
絡線が、上記マスキングレベルよりも常に高くなるよう
に、受話音声を周波数特性を加工する手段を設ける。
【0011】
【作用】周囲雑音の周波数特性を分析し、その周波数特
性からその雑音が聴覚に生じさせるマスキングレベルを
算出しているので、受話音声のスペクトルの包絡線は、
常に周囲雑音よりも高いレベルで使用者に呈示される。
このため使用者は、常に周囲雑音のマスキングの影響を
受けることなく、受話音声を聞き取ることが可能とな
る。
【0012】
【実施例】図1は本発明の音声加工方式の信号処理手順
を表わす図である。本方式では、まず周囲雑音信号をA
/D変換でディジタル化した後、適当な時間長を有する
フレームに分割し、そのフレームに含まれる信号に対し
て周波数分析を行った後、その全ての周波数成分が使用
者の聴覚に生じさせるマスキング曲線の算出を行う。
【0013】マスキングとは、ある音の存在によって他
の音に対する聴覚のしきい値が高められる現象と考えら
れ、この高められたしきい値曲線をマスキング曲線とい
う。なお一般に、他の信号を聴感上聞こえなくしてしま
う入力信号をマスカー、マスカーによって隠されてしま
う信号のことをマスキーと呼ぶ。
【0014】図2にマスキング曲線の一例を示す。これ
は1kHz周波数を持つ異なる音圧レベルのマスカー音
が存在した場合のマスキング曲線の変化を示したもので
ある。同図の太い線はマスキングがない場合の聴覚のし
きい値曲線、細い線は各音圧レベルの1kHzのマスカ
ー音が呈示されている場合のしきい値曲線、すなわちマ
スキング曲線である。
【0015】複数の周波数成分を持つ雑音が入力した場
合には、その雑音に含まれる全ての周波数成分がマスキ
ング作用を起こすため、マスキング曲線はより複雑な形
状となるが、その算出は周波数分析結果の各周波数成分
が与えるマスキング曲線を加算した曲線を求めることに
より達成できる。なお、1kHz以外の周波数に対する
図2のようなデータは、多くの人の聴覚に対する実験に
基づいてすでに詳しく測定されており、よく知られたデ
ータとして与えられている。このデータは、DCC(デ
ィジタルコンパクトカセット)などの音声信号情報の圧
縮にも利用されている。これに関しては、例えば藤本健
文「DCCの開発に携わって」、日本音響学会誌49巻
4号(1993)p.284−292などに説明されて
いる。
【0016】図1の本発明の音声加工方式の説明に戻
る。マスキング曲線を算出した後、今度は入力音声(電
話の場合は受話音)の加工を行う。ここではまず入力音
声を、先に周囲雑音信号を切り出すのに用いたのと同じ
時間長を持つフレームに分割する。次にこのフレームデ
ータに対して周波数分析を行い、そのスペクトルを算出
し、スペクトルの包絡線を算出する。この算出には、例
えば、音声分析の分野でよく知られているケプストラム
分析やLPC分析を利用することができる。
【0017】次にスペクトルの包絡線が、先に算出した
マスキング曲線を越えるようにスペクトル分布上の各成
分値を増加させるスペクトル加工処理を行う。次に加工
後のスペクトル分布に対応する時間領域でのフレーム波
形を算出する。これには、例えば、逆フーリエ変換を利
用することができる。以上の処理はフレーム毎に行われ
るが、最後に加工フレーム波形をなめらかに接続して、
出力波形のデータを得た後、D/A変換でアナログ信号
に変換して出力音声を得る。
【0018】図3は図1で斜線をかけたスペクトル加工
処理の内容を、あるフレームにおけるスペクトルを例に
して周波数空間で説明した図である。入力音声の原スペ
クトルは、その包絡線がマスキング曲線を越えるように
加工されている。
【0019】図4は本発明の音声加工方式を応用した電
話機の実施例を示すブロック図である。周囲雑音検出手
段41は周囲の雑音信号を検出する。A/D変換手段4
2は、周囲雑音信号をディジタル化する。マスキング曲
線算出手段43は入力された周囲雑音信号をフレームに
分割し、フレーム毎にマスキング曲線を算出して出力す
る。一方、受話信号は第二のA/D変換手段44により
ディジタル化される。ただし電話回線系がディジタル回
線で既にディジタル信号として与えられる場合には、こ
のA/D変換器は不要である。ディジタル化された受話
信号は周波数分析手段45によりスペクトル分布とその
包絡線が算出される。算出されたスペクトル情報と包絡
線情報と先に得られたマスキング曲線情報は、スペクト
ル加工手段46に入力される。スペクトル加工手段で
は、図3で説明したとおり包絡線がマスキング曲線を越
えるようにスペクトル情報を加工する。周波数/時間変
換手段47は、加工後のスペクトル情報からそれに対応
する時間領域波形を生成し、隣り合うフレームデータを
なめらかに接続する。D/A変換手段48は、接続後の
ディジタルデータをアナログ信号に変換する。そしてこ
のアナログ信号は受話器49内のスピーカー491を駆
動し、音として呈示される。
【0020】図5は電車内や駅構内で用いられる放送用
装置に、本発明の音声加工方式を応用した実施例を示す
ブロック図である。本実施例の装置は、例えば、車内放
送の音質を車内の雑音レベルに合わせて適応的に加工す
る。同図において、周囲雑音検出手段51は、例えば、
乗客の耳の位置に近いいずれかの場所に設置される。
【0021】周囲雑音検出手段で得られた雑音信号は、
A/D変換手段52によってディジタル化される。マス
キング曲線算出手段53は入力された周囲雑音信号をフ
レームに分割し、フレーム毎にマスキング曲線を算出し
出力する。一方、放送音声信号は第二のA/D変換手段
54によりディジタル化される。ディジタル化された放
送信号は周波数分析手段55によりスペクトル分布とそ
の包絡線が算出される。算出されたスペクトル情報と包
絡線情報と先に得られたマスキング曲線情報は、スペク
トル加工手段56に入力される。
【0022】スペクトル加工手段56では、図3で説明
したように、包絡線がマスキング曲線を越えるようにス
ペクトル情報を加工する。周波数/時間変換手段57
は、加工後のスペクトル情報からそれに対応する時間領
域波形を生成し、隣り合うフレームデータをなめらかに
接続する。D/A変換手段58は、接続後のディジタル
データをアナログ信号に変換する。そしてこのアナログ
信号は車内のスピーカ59を駆動し、音として呈示され
る。
【0023】放送用装置への応用の場合、電話機への応
用とは異なり、放送音声自体が周囲雑音とともに周囲雑
音検出手段により検出されてしまうという問題がある。
これを回避するために、本発明では図5のマスキング曲
線検出手段の中に、スペクトル減算手段533を設けて
ある。このスペクトル減算手段533は、放送音声のス
ペクトル分布を周囲雑音のスペクトル分布より引き算す
る手段である。これにより、周囲雑音検出手段が放送音
声自体を雑音と同時に検出してしまうという問題を回避
することができる。なお、スペクトルの引き算に用いる
放送音声のスペクトル分布は、その時点で加工を施そう
としているフレームの一つ前のフレームの放送音声のス
ペクトル分布である。このため各フレームでの放送音声
のスペクトル分布はスペクトル情報記憶手段60により
次のフレームの処理の時刻まで保持されるようになって
いる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、周囲雑音の多い環境に
おいて周囲雑音により生じるマスキングが生じるような
場合でも、使用者による細かい音量調節などを必要とせ
ずに、電話の受話音声や車内あるいは構内放送音声を聞
き取ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の音声加工方式を示すフローチャート。
【図2】1kHzの音が生じさせるマスキング曲線の説
明図。
【図3】本発明の音声加工方式を周波数空間で表現した
説明図。
【図4】本発明の音声加工方式を応用した電話機のブロ
ック図。
【図5】本発明の音声加工方式を応用した車内あるいは
構内放送用装置のブロック図。
【図6】第一の従来の技術を示すブロック図。
【図7】第二の従来の技術を示すブロック図。
【符号の説明】
41…周囲雑音検出手段、42…A/D変換手段、43
…マスキング曲線算出手段、44…A/D変換手段、4
5…周波数分析手段、46…スペクトル加工手段、47
…周波数/時間変換手段、48…D/A変換手段、49
…受話器。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周囲雑音のスペクトルから、その周囲雑音
    が聴覚に生じさせるマスキング曲線を予測し、このマス
    キングの影響を受けない程度のレベルまで、目的音声の
    周波数特性を変化させることを特徴とする音声の加工方
    法。
  2. 【請求項2】周囲雑音をA/D変換によりディジタル化
    し、このディジタル周囲雑音データを任意の時間幅を有
    するフレームに分割し、各フレーム毎に周波数分析を行
    いスペクトルを計算し、スペクトル情報よりこの周囲雑
    音が人間の聴覚に生じるマスキング曲線を算出し、一
    方、加工される入力音声をA/D変換によりディジタル
    化し、ディジタル化された入力音声データを任意の時間
    幅を有するフレームに分割し、各フレーム毎に周波数分
    析を行いスペクトルを計算し、そのスペクトルの包絡線
    を計算し、スペクトル包絡線が前記マスキング曲線を越
    えるように、前記入力音声のスペクトルの形状を加工
    し、加工したスペクトルを有する時間領域波形を計算
    し、このフレーム毎の時間領域波形をなめらかに接続し
    た後、D/A変換によりアナログ信号に変換して出力音
    声信号を得ることを特徴とする音声の加工方法。
  3. 【請求項3】周囲雑音検出手段と、周囲雑音信号をディ
    ジタル化する第一のA/D変換手段と、周囲雑音信号を
    フレームに分割しフレーム毎の周囲雑音スペクトルを計
    算し、その周囲雑音スペクトルからマスキング曲線を算
    出するマスキング曲線算出手段と、受話音声信号をディ
    ジタル化する第二のA/D変換手段と、受話音声信号を
    フレームに分割しフレーム毎の受話音声信号スペクトル
    とその包絡線を算出する周波数分析手段と、前記受話音
    声信号スペクトルをその包絡線が前記マスキング曲線を
    越えるように前記受話音声信号スペクトルを加工するス
    ペクトル加工手段と、加工されたスペクトルを有する時
    間領域波形を算出し、隣り合うフレームの算出波形デー
    タをなめらかに接続して出力音声波形データを算出する
    周波数/時間変換手段と、その出力音声波形データをア
    ナログ信号に変換するD/A変換手段とを有することを
    特徴とする電話機。
  4. 【請求項4】周囲雑音検出手段と、周囲雑音信号をディ
    ジタル化する第一のA/D変換手段と、周囲雑音信号を
    フレームに分割しフレーム毎の周囲雑音スペクトルを計
    算し、その周囲雑音スペクトルからマスキング曲線を算
    出するマスキング曲線算出手段と、放送音声信号をディ
    ジタル化する第二のA/D変換手段と、放送音声信号を
    フレームに分割しフレーム毎の放送音声信号スペクトル
    とその包絡線を算出する周波数分析手段と、前記放送音
    声信号スペクトルをその包絡線が前記マスキング曲線を
    越えるように前記放送音声信号スペクトルを加工するス
    ペクトル加工手段と、加工されたスペクトルを有する時
    間領域波形を算出し、各フレーム毎の算出波形データを
    なめらかに接続して出力音声波形データを算出する周波
    数/時間変換手段と、その出力音声波形データをアナロ
    グ信号に変換するD/A変換手段とを有することを特徴
    とした放送用設備。
  5. 【請求項5】請求項4において、前記マスキング曲線算
    出手段は、フレーム分割手段とフレーム毎のスペクトル
    算出手段とフレーム毎のスペクトル減算手段とを有し、
    現在のフレーム時刻における周囲雑音のスペクトルか
    ら、一つ前のフレーム時刻における放送音声信号のスペ
    クトルを減算し、その減算した結果のスペクトルから、
    マスキング曲線を計算する放送用設備。
  6. 【請求項6】請求項5において、前記スペクトル減算に
    利用するため、各フレーム時刻における放送音声信号の
    スペクトル情報を、次のフレーム時刻まで保持するため
    のスペクトル情報記憶手段を有する放送用設備。
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