JPH11265199A - 送話器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気導マイクロホンにより収音された音声が周
囲騒音に埋もれていても騒音の抑圧された音声を得る。 【解決手段】 気導マイクロホン及び骨導あるいは外耳
道マイクロホン２により収音された信号を各々スペクト
ルに変換し、各周波数成分について骨導あるいは外耳道
マイクロホン２の振幅スペクトルの出力レベルから、気
導マイクロホン１に含まれる音声の周波数成分を判定、
抽出し、この抽出したスペクトルを時間波形に変換する
ことにより、騒音の抑圧された送話信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、周囲騒音が混在
した信号に対して、周囲騒音を抑圧し、音声信号を抽出
する機能を有する送話器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】騒音下で、ＳＮ比がよく音声を収音する
従来技術として、音声の調波構造を利用した騒音抑圧技
術、例えばコームフィルタリングを用いた雑音抑圧技術
がある（例えば、“長淵 裕実「コームフィルタリング
騒音抑圧法の基本性能とＰＣＭ音声の品質改善への応
用」、電子通信学会論文誌Ａ、Ｖｏｌ．Ｊ６５−Ａ、Ｎ
ｏ．６、ｐｐ．５７２−５７８”）。

【０００３】図１９は、その従来技術の例を説明するブ
ロック図である。気導マイクロホン１の出力信号、ある
いはその出力信号が供給されるスペクトル変換部３の出
力から基本周波数計算部１８において基本周波数を計算
する。音声が調波構造を持っていることを利用し、計算
した基本周波数にもとづき、音声周波数成分抽出部５に
おいて、音声の基本周波数およびその倍音に相当する音
声の周波数成分を、スペクトル変換部３の出力から抽出
して、それ以外の周波数成分を騒音成分と見なし除去す
る。次に時間波形変換部６において、抽出部５で抽出さ
れた音声の基本周波数およびその基本周波数の倍音成分
を時間軸信号として合成することにより、騒音の抑圧さ
れた音声信号を得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この従来技術では、ま
ず第一に音声から基本周波数を正確に求める必要があ
る。しかし、気導マイクロホン１より収音された音声が
周囲騒音に埋もれている場合には、周囲騒音の影響によ
って正確な基本周波数の計算ができず、騒音周波数成分
除去性能が劣化するという問題があった。

【０００５】また、調波構造を持たない子音について
は、基本周波数を求めることができないため、充分な騒
音抑圧効果を期待できないという問題点があった。この
発明の目的は、従来の調波構造を利用した騒音抑圧技術
のもつ問題点、すなわち、基本周波数推定誤差による騒
音周波数成分除去性能の劣化と調波構造を持たない子音
への適用による騒音抑圧効果の劣化、の以上２つの問題
点を解決した送話器を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明によ
れば、空気中を伝搬する音声を収音する気導マイクロホ
ン（以下第１マイクロホンと記す）と、話者の骨振動あ
るいは外耳道内音圧を収音する骨導あるいは外耳道マイ
クロホン（以下第２マイクロホンと記す）とが設けら
れ、前記第１、第２マイクロホンの各々の出力信号が第
１、第２スペクトル変換手段により振幅スペクトルと位
相スペクトルに変換され、音声周波数成分選択手段で前
記第２スペクトル変換手段の出力振幅スペクトルと、予
め設定されたしきい値とが各周波数成分ごとに比較さ
れ、しきい値よりも大きな周波数成分は音声の周波数成
分と判定され、前記第１スペクトル変換手段の出力振幅
スペクトルから、前記音声周波数成分選択手段により音
声の周波数成分と判定された周波数に対応する成分が音
声周波数成分抽出手段で抽出され、前記音声周波数成分
抽出手段により抽出された周波数成分のスペクトルが前
記第１スペクトル変換手段により算出された位相スペク
トルを用いて時間波形に時間波形変換手段により変換さ
れる。

【０００７】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の送話器において、前記音声周波数成分選択手段で音
声の周波数成分と判定されなかった周波数成分について
は前記第２スペクトル変換手段の出力振幅スペクトル中
の対応する周波数成分が騒音周波数成分抽出手段で抽出
され、前記時間波形変換手段においては、前記音声周波
数成分抽出手段および前記騒音周波数成分抽出手段によ
りそれぞれ出力された振幅スペクトルが前記第１スペク
トル変換手段により算出される位相スペクトルを用いて
時間波形に変換される。

【０００８】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の送話器において、前記音声周波数成分選択手段で音
声の周波数成分と判定されなかった前記第１スペクトル
変換手段の出力振幅スペクトルに対して予め設定された
減衰が騒音周波数成分抑圧手段により与えられ、前記時
間波形変換手段においては、前記音声周波数成分抽出手
段および前記騒音周波数成分抑圧手段によりそれぞれ出
力された振幅スペクトルが前記第１スペクトル変換手段
により算出された位相スペクトルを用いて時間波形に変
換される。

【０００９】請求項４記載の発明によれば、請求項３記
載の送話器において、前記音声周波数成分選択手段にお
いて音声の周波数成分と判定されなかった前記第１スペ
クトル変換手段の出力振幅スペクトルが抽出され、その
抽出された振幅スペクトルから音声の周波数成分以外の
周囲騒音スペクトルと出力レベルが騒音レベル推定手段
により推定され、前記騒音レベル推定手段の推定結果に
応じて前記騒音周波数成分抑圧手段における減衰量が騒
音抑圧量算出手段で決定される。

【００１０】請求項５記載の発明によれば、請求項１乃
至４の何れかに記載の送話器において、前記音声周波数
成分抽出手段により出力される振幅スペクトル中のカッ
トオフ周波数ω_ch以上の成分が高域通過フィルタ手段で
通過され、前記第２スペクトル変換手段により出力され
る振幅スペクトル中のカットオフ周波数ω_cl以下の成分
が低域通過フィルタ手段で通過され、前記時間波形変換
手段においては、前記高域通過フィルタ手段により出力
される振幅スペクトルを前記第１スペクトル変換手段に
より算出された位相スペクトルを用いて変換した時間波
形と、前記低域通過フィルタ手段により出力される振幅
スペクトルを前記第２スペクトル変換手段により算出さ
れた位相スペクトルを用いて変換した時間波形とが合成
される。

【００１１】請求項６記載の発明によれば、請求項５記
載の送話器において、前記騒音レベル推定手段の推定結
果から前記高域通過フィルタ手段のカットオフ周波数ω
_chと前記低域通過フィルタ手段のカットオフ周波数ω_cl
がカットオフ周波数算出手段で決定される。請求項７記
載の発明によれば、請求項１乃至６の何れかに記載の送
話器において、前記第１スペクトル変換手段の出力振幅
スペクトルの大きさと、予め設定された無発声区間判定
しきい値とが無発声区間検出手段により比較され、前記
振幅スペクトルの大きさが前記無発声区間判定しきい値
よりも小さいとき無発声状態であると判定され、前記無
発声区間検出手段により無発声状態と判定された場合
に、各周波数成分について前記音声周波数成分選択手段
に用いるしきい値を、前記第２スペクトル変換手段の出
力振幅スペクトルの値よりも大きくなるようにしきい値
算出手段により更新される。

【００１２】請求項８記載の発明によれば、請求項１乃
至７の何れかに記載の送話器において、前記第２スペク
トル変換手段の出力振幅スペクトルの大きさと、予め設
定された無発声区間判定しきい値とが無発声区間検出手
段により比較され、前記振幅スペクトルの大きさが前記
無発声区間判定しきい値よりも小さいとき無発声状態で
あると判定され、前記無発声区間検出手段により無発声
状態と判定された場合において、前記時間波形変換手段
の出力信号が無発声区間減衰手段で減衰される。作 用 請求項１記載の発明においては、骨導あるいは外耳道マ
イクロホンの出力信号が、気導マイクロホンの出力信号
と相関のある音声情報を有していること、その音声情報
が騒音に対して頑健であること、の２点に着目し、気導
マイクロホンの出力信号のスペクトルより音声の周波数
成分が抽出される。骨導あるいは外耳道マイクロホンに
よって収音された音声は高域成分が減衰しており、低域
成分が強いため音質は悪いが、周囲騒音の影響を受けに
くい。このため、そのスペクトル微細構造は音声成分が
強い周波数成分が強調された形をとる。図２０は、騒音
下（ホスノイズ ８０ｄＢＡ）で収音した骨導音と気導
音の短時間スペクトル例（母音）であるが、同図より骨
導音は騒音下においても音声成分が強調されたスペクト
ル構造を維持していることが確認できる。そこで、骨導
あるいは外耳道マイクロホンの出力信号のスペクトル中
の大きい周波数成分を求め、これらに対応する周波数成
分を気導マイクロホンの出力信号のスペクトルから抽出
する。このような音声の周波数成分の抽出処理によれ
ば、音声の調波構造を直接利用していないので、従来の
調波構造を利用した騒音抑圧技術のもつ問題点、すなわ
ち、基本周波数推定誤差による騒音周波数成分除去性能
の劣化と調波構造を持たない子音への適用による騒音抑
圧効果の劣化、の以上２つの問題点を解決した騒音抑圧
が可能になる。

【００１３】請求項２記載の発明においては、請求項１
記載の発明において音声の周波数成分と判定されなかっ
た周波数成分については、骨導あるいは外耳道マイクロ
ホンの出力信号が気導マイクロホンの出力中の対応する
周波数成分に置き換える。この騒音周波数成分抽出手段
によって、騒音に重畳した気導マイクロホンの周波数成
分を、耐騒音性に優れた骨導あるいは外耳道マイクロホ
ンの周波数成分に置き換えて、音質を向上させる。

【００１４】請求項３記載の発明においては、請求項１
記載の発明において音声の周波数成分と判定されなかっ
た周波数成分に対して予め設定された減衰処理を行う騒
音周波数成分抑圧手段を具備する。この騒音周波数成分
抑圧手段によって、音声の周波数成分と判定されなかっ
た周波数成分に重畳している音声周波数成分が欠落して
しまうことによる処理信号の音質劣化を防ぎ、音質を向
上させる。

【００１５】請求項４記載の発明においては、請求項３
記載の発明において騒音周波数特性推定手段で騒音の振
幅スペクトル特性と出力レベルを推定し、その推定結果
に応じて音声の周波数成分と判定されなかった周波数成
分の減衰量を、騒音レベル推定手段で決定して、音声の
周波数成分と判定されなかった周波数成分の減衰量を周
囲騒音の状況に応じて制御し、音質を向上させる。

【００１６】請求項５に記載の発明においては、請求項
１乃至４の何れかに記載の発明において、前記音声周波
数成分抽出手段の出力中の高周波数帯域のみがカットオ
フ周波数ω_chの前記骨導あるいは外耳道マイクロホンの
振幅スペクトル中の低周波数帯域のみがカットオフ周波
数ω_clの低域通過フィルタ手段で通過され、前記時間波
形変換手段では前記高域通過フィルタ手段の出力スペク
トルを変換した時間波形と前記低域通過フィルタ手段の
出力スペクトルを変換した時間波形とが合成される。こ
れら高域通過フィルタ手段、低域通過フィルタ手段、時
間波形変換手段によって、処理信号の低域における音質
劣化を防ぎ、音質を向上させる。

【００１７】請求項６記載の発明においては、請求項５
記載の発明において前記高域通過フィルタ手段のカット
オフ周波数ω_chと前記低域通過フィルタ手段のカットオ
フ周波数ω_clが、前記騒音レベル推定部の推定結果に応
じてカットオフ周波数算出手段により算出される。この
カットオフ周波数算出手段によって、周囲騒音の特性に
応じたω_ch、ω_clの算出が可能となり、音質を向上させ
る。

【００１８】請求項７記載の発明においては、請求項１
乃至６の何れかに記載の発明において、無発声状態であ
ることが無発声区間検出手段で判定され、前記無発声区
間検出手段により無発声状態と判定された場合におい
て、しきい値算出手段により、しきい値が算出し更新さ
れる。これら無発声区間検出手段としきい値算出手段に
よって、音声周波数成分選択手段において音声の周波数
成分の判定精度を向上させ、音質を向上させる。

【００１９】請求項８記載の発明においては、請求項１
乃至７の何れかに記載の発明において、前記無発声区間
検出手段により無発声状態と判定された場合において、
処理後の信号が無発声区間減衰手段で減衰され、無発声
状態であるときの騒音抑圧効果を向上させる。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施例１ 図１にこの発明の実施例を示す。この発明では気導マイ
クロホン１と、骨導あるいは外耳道マイクロホン２が用
いられ、これらマイクロホン１、２の各出力信号はスペ
クトル変換部３、４でスペクトル成分に変換される。

【００２１】つまりこの請求項１の発明の実施例の動作
は図９に示すように、まず、気導マイクロホン１、骨導
あるいは外耳道マイクロホン２に騒音、音声あるいはこ
れらが互いに重畳しあった信号が収音され、これら収音
信号はディジタル信号とされる（Ｓ０２）。このディジ
タル信号として取り込んだマイクロホン１、２の信号を
以下では、Ｌ（ｔ_h ），Ｒ（ｔ_h ）（ｈ＝１，２，…，
ｎ）とする。

【００２２】スペクトル変換部３、４では、取り込んだ
信号Ｌ，Ｒを各々スペクトルＬ（ω _h ）、Ｒ（ω_h ）に
変換する（Ｓ０３）。この変換は、例えば各マイクロホ
ンの出力信号を各々離散的フーリエ変換することにより
行う。次に、音声周波数成分選択部７でスペクトル変換
部４の出力係数である各周波数成分について音声の周波
数成分か否かの判定を行う（Ｓ０４）。音声の周波数成
分の判定条件は外部から設定した各周波数成分のしきい
値Ｔｈ（ω_h ）と骨導あるいは外耳道マイクロホン２の
出力中の各周波数成分Ｒ（ω_h ）の大小関係によって決
定される。

【００２３】 Ｔｈ（ω_h ）＜Ｒ（ω_h ） → 音声の周波数成分 外部から設定するＴｈ（ω_h ）の値は、例えば、騒音下
でマイクロホン２によって収音した騒音の長時間スペク
トルを参考に決定する。つまり、無発声時におけるマイ
クロホン２で求めた騒音レベル（振幅）の平均値より少
し大きめな値とする。

【００２４】音声周波数成分選択部７において音声の周
波数成分と判定された周波数成分については、音声周波
数成分抽出部５でスペクトル変換部３の出力から抽出さ
れ、それらの値はＳ（ω_h ）（ｈ＝１，２，…，ｎ）と
して記憶部（図示せず）に格納される（Ｓ０５）。 Ｓ（ω_m ）＝Ｌ（ω_m ）（ｍ＝ｉ，ｊ，…） なお、音声の周波数成分と判定されなかった周波数成分
に対応するＳ（ω_m ）（ｍ＝ｋ，ｌ，…）については、
それらの値を０とする。

【００２５】最後に、音声周波数成分抽出部５で抽出さ
れたＳ（ω_h ）（ｈ＝１，２，…，ｎ）を時間波形変換
部６によって逆フーリエ変換し、時間波形信号を出力す
る（Ｓ０６）。以上の処理はフレーム処理を基本とし、
（Ｓ０２）で読み込んだ信号の時間長をシフトして重ね
合わせる方法で行う。例えば、時間長４０ｍｓのときシ
フト幅を１／２にすればフレーム周期２０ｍｓで上記
（Ｓ０２）〜（Ｓ０６）の処理がくり返されることにな
る。実施例２ 請求項１記載の発明では、音声の周波数成分と判定され
なかった周波数成分については完全に除去する。しか
し、音声と騒音の周波数成分が互いに重なっているよう
な成分についても完全に除去してしまうのは好ましくな
い。請求項２記載の発明は、騒音の重畳が無視できない
振幅スペクトル成分については耐騒音性に優れた骨導あ
るいは外耳道音の振幅スペクトルに置き換え、音質を向
上させるものである。

【００２６】図２は請求項２の実施例を示し、騒音周波
数成分抽出部８を音声周波数成分選択部７の出力側に接
続したことを除けば、図１と同じ構成である。以下で、
請求項２の実施例を示す流れ図１０を用いて騒音周波数
成分抽出部８の処理について説明する。騒音周波数成分
抽出部８では、音声周波数成分選択部７において音声の
周波数成分と判定されなかった周波数成分Ｌ（ω_m ）
（ｍ＝ｋ，ｌ，…）の振幅スペクトルを対応する骨導ま
たは外耳道音の振幅スペクトル｜Ｒ（ω_m ）｜に置き換
え、それらの値をＳ（ω_m ）として記憶部に格納する
（Ｓ０６）。

【００２７】Ｓ（ω_m ）＝｜Ｒ（ω_m ）｜×（Ｌ
（ω_m ）／｜Ｌ（ω_m ）｜） （ｍ＝ｋ，ｌ，…） 上式で、（Ｌ（ω_m ）／｜Ｌ（ω_m ）｜）はスペクトル
成分Ｌ（ω_m ）の位相項を表す。従って、音声の周波数
成分と判定されなかった周波数成分はマイクロホン２の
対応周波数成分が時間波形変換部６で時間波形に変換さ
れる。実施例３ 請求項２記載の発明では、騒音の重畳が無視できない周
波数成分について骨導または外耳道音の振幅スペクトル
に置き換えた。請求項３記載の発明は、マイクロホン１
の出力信号中の、音声の周波数成分と判定されなかった
周波数成分を完全に除去するのではなく、予め設定され
た重み係数を乗ずることにより、音声の周波数成分と判
定されなかった周波数成分に重畳している音声周波数成
分が欠落してしまうことによる処理信号の音質劣化を防
ぎ、音質を向上させるものである。

【００２８】図３は請求項３の実施例を示し、騒音周波
数成分抑圧部９をスペクトル変換部３と音声周波数成分
選択部７に接続したことを除けば、図１と同じ構成であ
る。以下で、請求項３の実施例を示す流れ図１１を用い
て騒音周波数成分抑圧部９における処理について説明す
る。騒音周波数成分抑圧部９では、スペクトル変換部３
の出力中の、音声周波数成分選択部７において音声の周
波数成分と判定されなかった周波数成分Ｌ（ω_m ）（ｍ
＝ｋ，ｌ，…）を、外部より設定された減衰量で抑圧す
る。例えば、大きさが１より小さい重み係数ｗ（ω_m ）
（ｍ＝ｋ，ｌ，…）をスペクトル変換部３の周波数中の
対応するものに乗ずることにより抑圧処理を行う（Ｓ０
６）。

【００２９】Ｓ（ω_m ）＝ｗ（ω_m ）×Ｌ（ω_m ）（ｍ
＝ｋ，ｌ，…） 重み係数ｗ（ω_m ）の値は、処理音声の騒音抑圧効果と
音質との兼ね合いから決定される。例えば、騒音の抑圧
効果を重視したい場合にはｗ（ω_m ）の値は０に近い小
さな値とし、音質を重視する場合にはｗ（ω_m ）の値は
１に近い大きな値に調整する。実施例４ 請求項３記載の発明では、音声の周波数成分と判定され
なかった周波数成分の減衰量を外部より設定する。この
場合、騒音の変化が大きい場所で適切な騒音減衰量に調
整するのは困難になる。請求項４記載の発明は、騒音の
スペクトルと出力レベルを推定し、その推定結果に応じ
て音声の周波数成分と判定されなかった周波数成分の減
衰量を決定することにより、騒音に応じた騒音抑圧処理
を可能にし音質を向上させるものである。

【００３０】図４は、請求項４の実施例を示し、スペク
トル変換部３の出力と、音声周波数成分選択部の出力と
が騒音レベル推定部１０に入力され、その出力から騒音
抑圧量算出部１１に入力された構成を除けば、図３と同
じである。以下で、請求項４の実施例の動作を示す流れ
図１２を用いて騒音レベル推定部１０、および騒音抑圧
量算出部１１における処理について説明する。

【００３１】まず、騒音レベル推定部１０で、Ｌ
（ω_h ）（ｈ＝１，２，…，ｎ）より音声の周波数成分
と判定されなかった周波数成分Ｌ（ω_m ）（ｍ＝ｋ，
ｌ，…）を抽出する。この抽出した成分Ｌ（ω_m ）（ｍ
＝ｋ，ｌ，…）より、騒音の振幅スペクトル｜Ｎ
（ω_h ）｜（ｈ＝１，２，…，ｎ）と、騒音の全帯域に
わたる出力レベルＬｖを推定する（Ｓ０６）。

【００３２】｜Ｎ（ω_h ）｜（ｈ＝１，２，…，ｎ）に
ついては、例えば、Ｌ（ω_m ）（ｍ＝ｋ，ｌ，…）が形
成する振幅スペクトル包絡をスプライン補間することに
より求める。Ｌｖは、｜Ｎ（ω_h ）｜（ｈ＝１，２，
…，ｎ）のパワーとして次式により求められる。

【００３３】 Ｌｖ＝２０ log １０（Σ｜Ｎ（ω_h ）｜） あるいは、以下の式のように｜Ｌ（ω_m ）｜（ｍ＝ｋ，
ｌ，…）を全帯域にわたり平均化することによって求め
ることもできる。 Ｌｖ＝２０ log １０（（ｎ／ｑ）×Σ｜Ｌ（ω_m ）
｜） ここで、ｑは音声の周波数成分と判定されなかった周波
数成分の個数、和Σは音声の周波数成分と判定されなか
った周波数ω_m （ｍ＝ｋ，ｌ，…）に対応するものにつ
いてとる。

【００３４】騒音抑圧量算出部１１では、音声の周波数
成分と判定されなかった周波数成分に乗ずる重み係数ｗ
（ω_m ）（ｍ＝ｋ，ｌ，…）を算出する（Ｓ０７）。ｗ
（ω _m ）の算出には例えば次式を用いる。 ｗ（ω_m ）＝Ｃ （Ｌｖ＜Ｌｖｌ） Ｃ（（Ｌｖｈ−Ｌｖ）／（Ｌｖｈ−Ｌｖｌ））^npw （Ｌｖｌ≦Ｌｖ≦Ｌｖｈ） ０ （Ｌｖ＞Ｌｖｈ） ここで、Ｃ＝０≦Ｃ≦１を満たす定数、Ｌｖｈは騒音抑
圧を充分に行う必要があるような大きい騒音レベルの目
安、Ｌｖｌは騒音抑圧をそれほど行う必要がない程度の
小さい騒音レベルの目安、Ｃはｗ（ω_m ）を変化させる
範囲を、ｎｐｗはｗ（ω_m ）を変化させる勾配を決める
定数である。

【００３５】図１７にＣ＝１としたときの上式のｗ（ω
_m ）−Ｌｖ特性を示す。この図が示すように、騒音が小
さいときには重み係数ｗ（ω_m ）は１に近づく。この場
合には、騒音抑圧量は小さくなるため処理後の信号の劣
化や残留雑音の問題が克服される。また、高騒音下にお
いては、重み係数ｗ（ω_m ）は０に近づくため、騒音抑
圧量が大きくなり、処理後の信号の明瞭性を向上させる
ことができる。

【００３６】なお、ステップＳ０７で算出される重み係
数は騒音の全帯域における出力レベルＬｖに応じて算出
されるが、これらの値は、騒音振幅スペクトル｜Ｎ（ω
_h ）｜（ｈ＝１，２，…，ｎ）を複数（ｒ個）のサブ帯
域に分け、各々の出力レベルＬｖ_p （ｐ＝１，２，…，
ｒ）を上式に適用することにより、各サブ帯域ごとの騒
音の出力レベルに応じた値として求めることができる。
また、ステップＳ０７で算出したような重み係数による
騒音抑圧ではなく、推定された騒音振幅スペクトル｜Ｎ
（ω_h ）｜（ｈ＝１，２，…，ｎ）を信号Ｌの振幅スペ
クトル｜Ｌ（ω _h ）｜から差引くスペクトルサブトラク
ション処理を適用することも可能である。実施例５ 骨導あるいは外耳道マイクロホン２により収音された音
声は高域成分が小さいので音質は悪いが、低域成分が強
いので周囲騒音には影響を受けにくい特徴をもつ。そこ
で低域成分には骨導あるいは外耳道マイクロホン２で収
音した信号を、高域成分には気導マイクロホン１により
収音された信号を処理した信号を、それぞれ用いて合成
することにより音質を向上させる。

【００３７】図５は請求項５の実施例を示し、音声周波
数成分抽出部５及び騒音周波数成分抑圧部９の各出力側
に、高域通過フィルタ１２を、スペクトル変換部４の出
力側に低域通過フィルタ１３をそれぞれ接続し、これら
フィルタ１２，１３の出力が時間波形変換部６へ供給さ
れる。この時間波形変換部６における処理が異なったこ
とを除けば図４と同じ構成、動作である。以下、請求項
５の実施例を示す流れ図１３を用いて高域通過フィルタ
１２、低域通過フィルタ１３、時間波形変換部６におけ
る処理について説明する。

【００３８】高域通過フィルタ１２は、音声周波数成分
抽出部５と騒音周波数成分抑圧部９の各出力スペクトル
Ｓ（ω_h ）（ｈ＝１，２，…，ｎ）のカットオフ周波数
ω_ch以上の高域成分を通過させる。以下、通過した出力
スペクトルをＬ′（ω_h ）（ｈ＝１，２，…，ｎ）とす
る（Ｓ０９）。低域通過フィルタ９は、骨導あるいは外
耳道マイクロホン２より算出されたスペクトルＲ
（ω_h ）（ｈ＝１，２，…，ｎ）のカットオフ周波数ω
_cl以下の低域成分を通過させる。以下、通過した出力ス
ペクトルをＲ′（ω_h ）（ｈ＝１，２，…，ｎ）とする
（Ｓ１０）。例えばω_ch＝ω_cl＝１ｋＨｚ程度とされ
る。

【００３９】時間波形変換部６では、（Ｓ０９）および
（Ｓ１０）の出力スペクトルＬ′（ω_h ），Ｒ′
（ω_h ）（ｈ＝１，２，…，ｎ）をフーリエ逆変換によ
って各々時間波形Ｌ′（ｔ_h ），Ｒ′（ｔ_h ）（ｈ＝
１，２，…，ｎ）に戻し（Ｓ１１）、これらＬ′
（ｔ_h ），Ｒ′（ｔ_h ）を加算して出力する（Ｓ１
２）。実施例６ 請求項６記載の発明では、高域通過フィルタ８のカット
オフ周波数ω_chと低域通過フィルタ９のカットオフ周波
数ω_clを、周囲騒音の状況を考慮して適切に選ぶことに
より、さらに騒音が少なく音質の良い音声が得られる。

【００４０】図６は請求項６の実施例を示し、カットオ
フ周波数算出部１４を騒音レベル推定部１０の出力側に
接続したことを除けば図５と同じ構成である。以下で請
求項６の実施例の動作を示す流れ図１４を用いてカット
オフ周波数算出部１４における処理について説明する。
カットオフ周波数算出部１４では、騒音レベル推定部１
０で推定された騒音レベルＬｖを参照して決定される
（Ｓ０９）。例えば、次式によりω_cl，ω_chを決定す
る。

【００４１】 ω_cl＝ω_cl0 （Ｌｖ＜Ｌｖ１） ω_cl0 ＋（ω_ch0 −ω_cl0 ）×（Ｌｖ−Ｌｖ１）／（Ｌｖｈ−Ｌｖ１） （Ｌｖｌ≦Ｌｖ≦Ｌｖｈ） ω_ch0 （Ｌｖ＞Ｌｖｈ） ω_ch＝ω_cl ここで、ω_cl0 はカットオフ周波数の下限値、ω_ch0 は
カットオフ周波数の上限値である。この式によれば、推
定騒音レベルＬｖが大きい場合にはω_cl，ω_chがより高
周波に設定され、ＳＮ比の劣化した気導音の出力が押さ
えられる。逆に騒音の広域成分が小さい場合にはω_cl，
ω_chがより低周波に設定され、ＳＮ比が比較的良い気導
音の出力が強調される。実施例７ 請求項１から請求項６記載の発明では、音声周波数成分
選択部７において、ある周波数成分が音声の周波数成分
であるか否かを判定するしきい値Ｔｈ（ω_h ）（ｈ＝
１，２，…，ｎ）を外部より設定している。請求項７記
載の発明は、無発声状態であるときに周囲騒音によって
生じている骨導あるいは外耳道マイクロホンの出力レベ
ルを利用して、しきい値Ｔｈ（ω_h ）（ｈ＝１，２，
…，ｎ）を算出し、修正することにより音声周波数成分
選択部７において音声の周波数成分の判定精度を向上さ
せ、音質を向上させるものである。

【００４２】図７は請求項７の実施例を示し、スペクト
ル変換部４の出力側に無発声区間検出部１５としきい値
算出部１６をそれぞれ接続し、また無発声区間検出部１
５の出力をしきい値算出部１６に出力することを除け
ば、図６と同じ構成である。以下で、流れ図１５を用い
て無発声区間検出部１５、およびしきい値算出部１６に
おける処理について説明する。

【００４３】無発声区間検出部１５では、まずスペクト
ル変換部４の出力Ｒ（ω_h ）（ｈ＝１，２，…，ｎ）の
振幅スペクトルの大きさを表す指標として、例えば、次
式で表されるＲＰを計算する（Ｓ０４）。 ＲＰ＝２０ log １０（Σ｜Ｒ（ω_h ）｜） ここで、和Σは全帯域にわたる周波数成分についてと
る。骨導あるいは外耳道マイクロホン２の出力は、周囲
騒音に頑健であるため、上記ＲＰの値は無発声区間では
小さな値を、発声区間では大きな値を取ると考えられ
る。そこで、無発声区間か否かの判定を次式で行う（Ｓ
０５）。

【００４４】 ＲＰ ≦ ＰＴｈ 無発声区間 ＲＰ ＞ ＰＴｈ 発声区間 ＰＴｈは、外部より設定される無発声区間判定しきい値
であり、例えば無発声区間でのマイクロホン２の出力パ
ワー（騒音パワー）より少し大きめの値とする。無発声
区間判定において、無発声区間と判定された場合には、
変数ｍｕｔｅを“ｏｎ”（Ｓ０７）、発声区間と判定さ
れた場合にはｍｕｔｅを“ｏｆｆ”（Ｓ０８）として出
力する。

【００４５】しきい値算出部１６では、無発声区間検出
部１５のｍｕｔｅが“ｏｎ”である分析フレームにおい
て（Ｓ０８）、スペクトル変換部４の出力Ｒ（ω_h ）
（ｈ＝１，２，…，ｎ）としきい値Ｔｈ（ω_h ）（ｈ＝
１，２，…，ｎ）を比較し、各周波数についてＲ
（ω_h ）以上となるようにしきい値Ｔｈ（ω_h ）を更新
する（Ｓ０９）。

【００４６】Ｔｈ（ω_h ）＝Ｒ（ω_h ）（Ｔｈ（ω_h ）
＜Ｒ（ω_h ）のときのみ）実施例８ 請求項８記載の発明は、無発声区間検出部１５により無
発声状態と判定された場合に、時間波形変換部６の出力
を減衰させ、騒音抑圧効果を向上させるものである。

【００４７】図８は請求項８の実施例を示し、時間波形
変換部６の出力側に無発声区間減衰部１７を接続したこ
とを除けば、図７と同じ構成である。以下で、流れ図１
６を用いて無発声区間減衰部１７における処理について
説明する。無発声区間減衰部１７では、無発声区間検出
部１５の出力変数ｍｕｔｅが“ｏｎ”である場合には
（Ｓ２０）、時間波形変換部６の出力Ｓ（ｔ_h ）（ｈ＝
１，２，…，ｎ）を減衰させる。実験例 請求項１に記載の発明を適用した実験例を以下に示す。
実験室内で気導マイクロホン１を耳元に、骨導マイクロ
ホン２を耳孔内に設置した。収音は、実験室内で８０ｄ
Ｂ（Ａ）のホワイトノイズを発生させたときに２つのマ
イクロホンに混入する騒音と、無騒音下で発声したとき
の音声について行った。そして、別々に収音された騒音
と音声を計算機上で加算した信号を処理前のデータとし
て利用した。Ｓ／Ｎ比は音声信号の平均電力と騒音信号
の平均電力の比で定義し、このときマイクロホン１にお
けるその値は１ｄＢであった。信号のスペクトル分解の
周波数分解能は２２Ｈｚ、分析フレームは４６ｍｓ、分
析フレームの更新周期は２３ｍｓとした。

【００４８】図１８Ａに、気導マイクロホン１で収音し
た処理前の音声信号、同図Ｂに騒音信号、同図Ｃに騒音
加算音声信号、同図Ｄに処理後の信号をそれぞれ示す。
この図から、処理後の信号（Ｄ）が処理前の音声信号
（Ａ）をよく復元していることが確認できる。上述の説
明から明らかなように、図５において騒音レベル推定部
１０、騒音抑圧量算出部１１は省略してもよい。図６に
おいて騒音抑圧量算出部１１を省略してもよい。図７中
の無発声区間検出部１５、しきい値算出部１６を図１乃
至図５の何れかに設けてもよい。同様に図８中の無発声
区間検出部１５と無発声区間減衰部１７を図１乃至図６
の何れかに設けてもよい。更に図１乃至図８に示す構成
は機能的なものでありマイクロプロセッサを主体とする
制御手段によりプログラムの読出し、解読実行により、
各部の処理を順次作動させてもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１記載の
発明は、空気中を伝搬する音声を収音する気導マイクロ
ホンと、話者の骨振動あるいは外耳道内音圧を収音する
骨導あるいは外耳道マイクロホンとを用い、これら第
１、第２のマイクロホンの各々の出力信号を第１、第２
のスペクトル変換手段で、振幅スペクトルと位相スペク
トルに変換し、前記骨導あるいは外耳道マイクロホンの
出力信号の振幅スペクトルと、予め設定されたしきい値
とを各周波数成分ごとに音声周波数成分選択手段で比較
して、しきい値よりも大きな周波数成分を音声の周波数
成分と判定し、前記気導マイクロホンの出力信号の振幅
スペクトルから、前記音声周波数成分選択手段により音
声の周波数成分と判定された周波数に対応する成分を音
声周波数成分抽出手段で抽出し、この抽出された周波数
成分のスペクトルを、前記気導マイクロホンの前記スペ
クトル変換手段により算出される位相スペクトルを用い
て時間波形に時間波形変換手段で変換しているので、従
来の調波構造を利用した騒音抑圧技術のもつ問題点、す
なわち、基本周波数推定誤差による騒音周波数成分除去
性能の劣化と、調波構造を持たない子音への対応、の以
上２つの問題点を解決している。したがって、従来技術
では基本周波数推定誤差のため、あるいはもともと基本
周波数を持たない子音の存在のため、騒音除去の効果が
なかった場合においても威力を発揮する送話器が得られ
る。

【００５０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の送
話器において、前記音声周波数成分選択手段において音
声の周波数成分と判定されなかった周波数成分について
は前記骨導あるいは外耳道マイクロホンの出力信号にお
いて対応する周波数成分を騒音周波数成分抽出手段で抽
出し、前記時間波形変換手段においては、前記音声周波
数成分抽出手段および前記騒音周波数成分抽出手段によ
りそれぞれ出力されたスペクトルを、前記気導マイクロ
ホンの前記スペクトル変換手段により算出される位相ス
ペクトルを用いて時間波形に変換するので、騒音に重畳
した気導マイクロホンの周波数成分を、耐騒音性に優れ
た骨導あるいは外耳道マイクロホンの周波数成分に置き
換えることになり、音質を向上させた送話器が得られ
る。請求項３記載の発明は、請求項１記載の送話器にお
いて、前記音声周波数成分選択手段において音声の周波
数成分と判定されなかった前記気導マイクロホンの出力
信号の周波数成分に対して予め設定された減衰を、騒音
周波数成分抑圧手段で行い、前記時間波形手段において
は、前記音声周波数成分抽出手段および前記騒音周波数
成分抑圧手段によりそれぞれ出力されたスペクトルを、
前記気導マイクロホンの前記スペクトル変換手段により
算出される位相スペクトルを用いて時間波形に変換する
ので、音声の周波数成分と判定されなかった周波数成分
に重畳している音声周波数成分が欠落してしまうことに
よる処理信号の音質劣化を防ぎ、音質を向上させた送話
器が得られる。

【００５１】請求項４記載の発明は、請求項３記載の送
話器において、前記音声周波数成分選択手段において音
声の周波数成分と判定されなかった前記気導マイクロホ
ンの出力信号の振幅スペクトルを抽出し、その振幅スペ
クトルから音声の周波数成分以外の周囲騒音スペクトル
と出力レベルを騒音レベル推定手段で推定し、その推定
結果に応じて前記騒音周波数成分抑圧手段における減衰
量を騒音抑圧量算出手段で決定するので、音声の周波数
成分と判定されなかった周波数成分の減衰量を周囲騒音
の状況に応じて制御し、音質を向上させた送話器が得ら
れる。

【００５２】請求項５記載の発明は、請求項１、請求項
２、請求項３、または請求項４記載の送話器において、
前記音声周波数成分抽出手段により出力される振幅スペ
クトル中の高周波数帯域がカットオフ周波数ω_chの高域
通過フィルタ手段で通過させられ、前記骨導あるいは外
耳道マイクロホンの前記スペクトル変換手段により出力
される振幅スペクトル中の低周波数帯域がカットオフ周
波数ω_clの低域通過フィルタ手段で通過させられ、前記
時間波形変換手段においては、前記高域通過フィルタ手
段により出力される振幅スペクトルを前記気導マイクロ
ホンの前記スペクトル変換手段により算出される位相ス
ペクトルを用いて変換した時間波形と、前記低域通過フ
ィルタ手段により出力される振幅スペクトルを前記骨導
あるいは外耳道マイクロホンの前記スペクトル変換手段
により算出される位相スペクトルを用いて変換した時間
波形とを合成するので、処理信号の低域における音質劣
化を防ぎ、音質を向上させた送話器が得られる。

【００５３】請求項６記載の発明は、請求項５記載の送
話器において、前記騒音レベル推定手段の推定結果から
前記高域通過フィルタ手段のカットオフ周波数ω_chと前
記低域通過フィルタ手段のカットオフ周波数ω_clがカッ
トオフ周波数算出手段で決定されるので、周囲騒音の特
性に応じたω_ch、ω_clの算出が可能となり、音質を向上
させた送話器が得られる。

【００５４】請求項７記載の発明は、請求項１、請求項
２、請求項３、請求項４、請求項５または請求項６記載
の送話器において、無発声区間検出手段で、前記骨導あ
るいは外耳道マイクロホンの出力信号の振幅スペクトル
の大きさと、予め設定された無発声区間判定しきい値と
を比較し、前記振幅スペクトルの大きさが前記無発声区
間しきい値よりも小さいとき無発声状態であると判定
し、無発声状態と判定された場合に、各周波数成分につ
いて前記音声周波数成分選択手段に用いるしきい値が、
前記骨導あるいは外耳道マイクロホンの出力信号の振幅
スペクトルの値よりも大きくなるようにしきい値算出手
段で、更新されるので、音声周波数成分選択部において
音声の周波数成分の判定精度を向上させ、音質を向上さ
せた送話器が得られる。

【００５５】請求項８記載の発明は、請求項１、請求項
２、請求項３、請求項４、請求項５または請求項６記載
の送話器において、無発声区間検出手段で、前記骨導あ
るいは外耳道マイクロホンの出力信号の振幅スペクトル
の大きさと、予め設定された無発声区間判定しきい値と
を比較し、前記振幅スペクトルの大きさが前記無発声区
間判定しきい値よりも小さいとき無発声状態であると判
定し、無発声状態と判定された場合において、前記時間
波形変換手段の出力信号が無発声区間減衰手段で減衰さ
れるので、無発声状態であるときの騒音抑圧効果を向上
させた送話器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の実施例の機能的構成を示すブ
ロック図。

【図２】請求項２の発明の実施例の機能的構成を示すブ
ロック図。

【図３】請求項３の発明の実施例の機能的構成を示すブ
ロック図。

【図４】請求項４の発明の実施例の機能的構成を示すブ
ロック図。

【図５】請求項５の発明の実施例の機能的構成を示すブ
ロック図。

【図６】請求項６の発明の実施例の機能的構成を示すブ
ロック図。

【図７】請求項７の発明の実施例の機能的構成を示すブ
ロック図。

【図８】請求項８の発明の実施例の機能的構成を示すブ
ロック図。

【図９】図１の実施例の動作を示す流れ図。

【図１０】図２の実施例の動作を示す流れ図。

【図１１】図３の実施例の動作を示す流れ図。

【図１２】図４の実施例の動作を示す流れ図。

【図１３】図５の実施例の動作を示す流れ図。

【図１４】図６の実施例の動作を示す流れ図。

【図１５】図７の実施例の動作を示す流れ図。

【図１６】図８の実施例の動作を示す流れ図。

【図１７】実施例４におけるｗ（ω_m ）のＬｖ特性例を
示す図。

【図１８】請求項１の発明を適用した実験例における処
理前の音声信号、騒音信号、騒音加算音声信号、及び処
理後の信号をそれぞれ示す図。

【図１９】従来技術の送話器の機能的構成を示すブロッ
ク図。

【図２０】騒音下における骨導音と気導音の短時間スペ
クトル例を示す図。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気中を伝搬する音声を収音する気導マ
   イクロホン（以下第１マイクロホンと記す）と、 話者の骨振動あるいは外耳道内音圧を収音する骨導ある
   いは外耳道マイクロホン（以下第２マイクロホンと記
   す）と、 前記第１、第２マイクロホンの各々の出力信号を振幅ス
   ペクトルと位相スペクトルに変換する第１、第２のスペ
   クトル変換手段と、 前記第２スペクトル変換手段の出力振幅スペクトルと、
   予め設定されたしきい値とを各周波数成分ごとに比較
   し、しきい値よりも大きな周波数成分を音声の周波数成
   分と判定する音声周波数成分選択手段と、 前記第１スペクトル変換手段の出力振幅スペクトルか
   ら、前記音声周波数成分選択手段により音声の周波数成
   分と判定された周波数に対応する成分を抽出する音声周
   波数成分抽出手段と、 前記音声周波数成分抽出手段により抽出された周波数成
   分のスペクトルを前記第１スペクトル変換手段により算
   出される位相スペクトルを用いて時間波形に変換する時
   間波形変換手段とを有することを特徴とする送話器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の送話器において、 前記音声周波数成分選択手段において音声の周波数成分
   と判定されなかった周波数成分については前記第２スペ
   クトル変換手段の出力スペクトル中の対応する周波数成
   分を抽出する騒音周波数成分抽出手段を具備し、 前記時間波形変換手段においては、前記音声周波数成分
   抽出手段および前記騒音周波数成分抽出手段により出力
   された振幅スペクトルを、前記第１スペクトル変換手段
   により算出される位相スペクトルを用いて時間波形に変
   換することを特徴とする送話器。
3. 【請求項３】 請求項１記載の送話器において、 前記音声周波数成分選択手段において音声の周波数成分
   と判定されなかった前記第１スペクトル変換手段の出力
   スペクトル成分に対して予め設定された減衰を行う騒音
   周波数成分抑圧手段を具備し、 前記時間波形変換手段においては、前記音声周波数成分
   抽出手段および前記騒音周波数成分抑圧手段により出力
   された振幅スペクトルを前記第１スペクトル変換手段に
   より算出される位相スペクトルを用いて時間波形に変換
   することを特徴とする送話器。
4. 【請求項４】 請求項３記載の送話器において、 前記音声周波数成分選択手段において音声の周波数成分
   と判定されなかった前記第１スペクトル変換手段の出力
   振幅スペクトルを抽出し、その抽出した振幅スペクトル
   から音声の周波数成分以外の周囲騒音スペクトルと出力
   レベルを推定する騒音レベル推定手段と、 前記騒音レベル推定手段の推定結果に応じて前記騒音周
   波数成分抑圧手段における減衰量を決定する騒音抑圧量
   算出手段とを具備することを特徴とする送話器。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４の何れかに記載の送話器
   において、 前記音声周波数成分抽出手段により出力される振幅スペ
   クトル中のカットオフ周波数ω_ch以上の成分を通過させ
   る高域通過フィルタ手段と、 前記第２スペクトル変換手段により出力される振幅スペ
   クトル中のカットオフ周波数ω_cl以下の成分を通過させ
   る低域通過フィルタ手段とを具備し、 前記時間波形変換手段においては、前記高域通過フィル
   タ手段により出力される振幅スペクトルを前記第１スペ
   クトル変換手段により算出される位相スペクトルを用い
   て変換した時間波形と、前記低域通過フィルタ手段によ
   り出力される振幅スペクトルを前記第２スペクトル変換
   手段により算出される位相スペクトルを用いて変換した
   時間波形とを合成することを特徴とする送話器。
6. 【請求項６】 請求項５記載の送話器において、 前記騒音レベル推定手段の推定結果から前記高域通過フ
   ィルタ手段のカットオフ周波数ω_chと前記低域通過フィ
   ルタ手段のカットオフ周波数ω_clを決定するカットオフ
   周波数算出手段を具備することを特徴とする送話器。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６の何れかに記載の送話器
   において、 前記第２スペクトル変換手段の出力振幅スペクトルの大
   きさと、予め設定された無発声区間判定しきい値とを比
   較し、前記振幅スペクトルの大きさが前記無発声区間判
   定しきい値よりも小さいとき無発声状態であると判定す
   る無発声区間検出手段と、 前記無発声区間検出手段により無発声状態と判定された
   場合に、各周波数成分について前記音声周波数成分選択
   手段に用いるしきい値を、前記第２スペクトル変換手段
   の出力振幅スペクトルの値よりも大きくなるように更新
   するしきい値算出手段とを具備することを特徴とする送
   話器。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７の何れかに記載の送話器
   において、 前記第２スペクトル変換手段の出力振幅スペクトルの大
   きさと、予め設定された無発声区間判定しきい値とを比
   較し、前記振幅スペクトルの大きさが前記無発声区間判
   定しきい値よりも小さいとき無発声状態であると判定す
   る無発声区間検出手段と、 前記無発声区間検出手段により無発声状態と判定された
   場合において、前記時間波形変換手段の出力信号を減衰
   させる無発声区間減衰手段とを具備することを特徴とす
   る送話器。