JPH1169496A - 音声処理装置 - Google Patents

音声処理装置

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JPH1169496A
JPH1169496A JP22591197A JP22591197A JPH1169496A JP H1169496 A JPH1169496 A JP H1169496A JP 22591197 A JP22591197 A JP 22591197A JP 22591197 A JP22591197 A JP 22591197A JP H1169496 A JPH1169496 A JP H1169496A
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Masami Miura
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 手軽に使用できる音声処理装置を提供する。 【解決手段】 入力された音声信号をレベル変換して出
力するレベル変換回路と、このレベル変換回路の入出力
特性を、基準の状態、第1の状態および第2の状態に設
定する設定手段とを設ける。レベル変換回路の入出力特
性は、基準の状態に設定したときには、所定の利得で、
線形な特性90とされ、第1の状態に設定したときに
は、所定の利得よりも大きい利得で、入力レベルが小さ
くなるほど、大きな利得となる特性91、92とされ、
第2の状態に設定したときには、所定の利得よりも小さ
い利得で、入力レベルが大きくなるほど、小さな利得と
なる特性93、94とされる。

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、例えば補聴器、
電話、拡声器、音声通信などの分野で用いられる音声処
理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】音声信号の伝送系のダイナミックレンジ
が狭いとき、あるいは難聴者のように受聴可能なダイナ
ミックレンジが狭いとき、対象となる音声信号のレベル
の小さい部分は増幅し、大きい部分は制限する手法があ
る。
【0003】ところが、このような方法では、次のよう
な問題点を生じてしまう。
【0004】(1) 反射や残響のある空間に発声された音
声は、受聴地点では反射音・残響音を伴っていることが
多い。そして、本来の反射音・残響音のレベルは直接音
よりも小さいが、ダイナミックレンジの圧縮および増幅
が行われることにより、反射音・残響音のレベルが大き
くなるので、相対的に反射音・残響音が目立つようにな
り、結果として聞き取りにくい音声になる。
【0005】(2) ダイナミックレンジの圧縮率を大きく
設定した場合に、音量も大きくしようとすると、結果的
に小さい入力音に対する利得が大きくなるので、暗騒音
が目立ったり、ハウリングが生じやすくなる。
【0006】そこで、この発明の発明者は、特願平8−
198340号において、次のような音声処理システム
を提案した。図3は、その音声処理システムを補聴器に
適用するとともに、音声帯域を3分割して処理を行うよ
うにした場合である。
【0007】すなわち、マイクロフォン11により音声
などが収音され、その音声信号が、アンプ12を通じて
バンドパスフィルタ13に供給されて有効な周波数帯
域、例えば100Hz 〜8000Hzの周波数成分の音声信号S13
が取り出され、この信号S13がA/Dコンバータ14に
供給されて量子化ビット数が例えば16ビットのデジタル
音声信号S14にA/D変換され、この信号S14がDSP
15に供給される。
【0008】このDSP15の詳細については後述する
が、DSP15は、信号S13の帯域ごとに非線形のレベ
ル変換を行うように、信号S14を処理し、その処理結果
を信号S15として出力するものである。
【0009】そして、このDSP15からの信号S15
が、D/Aコンバータ16に供給されてアナログ音声信
号S16にD/A変換され、この信号S16がアンプ17を
通じて例えばダイナミック型に構成されたイヤホン18
に供給される。したがって、マイクロフォン11により
収音された音声などを、イヤホン18により聴くことが
できる。
【0010】さらに、符号20はマイクロコンピュータ
を示す。このマイクロコンピュータ20は、DSP15
が等価的に実現する回路の特性あるいはパラメータを設
定するためのものであり、このため、マイクロコンピュ
ータ20には、医師の処方箋にしたがって調整される半
固定の可変抵抗器(トリマ)RHA〜RLA、RHB〜RLB
と、受聴者が任意に調整する可変抵抗器RHC〜RLC、R
RCとが接続される。そして、これら可変抵抗器RHA〜R
RCから得られるアナログ電圧の大きさがマイクロコンピ
ュータ20により検出され、その検出結果にしたがって
DSP15が実現する回路の特性あるいはパラメータが
制御される。
【0011】そして、DSP15は、図3に示すよう
に、信号S14の供給される3つのフィルタ51H、51
M、51Lと、3つのレベル変換回路52H、52M、
52Lと、加算回路53とを等価的に実現しているもの
である。
【0012】この場合、フィルタ51Hは、ほぼ3kHz
以上を通過帯域とするハイパスフィルタとされ、このフ
ィルタ51Hからは信号S13の第3フォルマントおよび
子音の成分のデジタル信号S1Hが取り出される。
【0013】また、フィルタ51Mは、ほぼ1kHz〜3
kHzを通過帯域とするバンドパスフィルタとされ、この
フィルタ51Mからは信号S13の第2フォルマントの成
分のデジタル信号S1Mが取り出される。さらに、フィル
タ51Lは、ほぼ1kHz以下を通過帯域とするバンドパ
スフィルタあるいはローパスフィルタとされ、このフィ
ルタ51Lからは信号S13のピッチおよび第1フォルマ
ントの成分のデジタル信号S1Lが取り出される。
【0014】そして、これら信号S1H、S1M、S1Lが、
レベル変換回路52H、52M、52Lにそれぞれ供給
される。
【0015】この場合、レベル変換回路52Hは、例え
ば図4に示すような入出力特性で非線形増幅を行うもの
である。すなわち、図4において、符号HLは、図3の
補聴器を使用する受聴者の最小可聴値(言葉の聞き取り
が可能な最小レベル)に対応するレベルを示し、符号U
CLは、同じく不快閾値(大きすぎて不快に感じるレベ
ル)に対応するレベルを示す。したがって、HLとUC
Lとの間のレベル範囲が、対象とする受聴者にとって受
聴可能な範囲である。
【0016】そして、レベル変換回路52Hの入出力特
性は、実線の折れ線Cで示すように、UCLとHLとを
結ぶ直線部分を有するとともに、HL上にニーポイント
(折れ曲がり点)PN を有する非線形特性とされる。ま
た、このとき、可変抵抗器RHAを調整すると、UCLが
図4の矢印Aの示す範囲で上下し、可変抵抗器RHBを調
整すると、HLが矢印Bの示す範囲で上下するようにさ
れる。さらに、可変抵抗器RHCを調整すると、ニーポイ
ントPN が、HL上で左右に変化するようにされる。
【0017】したがって、レベル変換回路52Hの入出
力特性のうち、UCLとHLとの間の範囲、すなわち、
受聴可能範囲と、この受聴可能範囲における特性の傾き
を、可変抵抗器RHA〜RHCにより調整できることにな
る。
【0018】例えば、可変抵抗器RHBを調整して図4に
破線で示すようにHLを高くすると、入出力特性も破線
で示すようになるので、実線の特性の場合に比べ、受聴
できる入力音圧レベルの範囲は変化しないが、音声がよ
り大きな音圧で出力されることになる。また、可変抵抗
器RHCを調整してニーポイントPN を小入力側に変更す
ると、入出力特性は鎖線で示すようになるので、実線の
特性の場合に比べ、より小さな音圧の音声まで受聴でき
ることになる。
【0019】さらに、レベル変換回路52M、52L
も、レベル変換回路52Hと同様に構成されるもので、
可変抵抗器RMA〜RMC、RLA〜RLCにより、レベル変換
回路52M、52LのUCL、HL、ニーポイントPN
がそれぞれ変化し、その結果、レベル変換回路52M、
52Lの入出力特性が変化するようにされている。
【0020】したがって、可変抵抗器RHA〜RLA、RHB
〜RLBを調整することにより、イヤホン18の出力音圧
レベルを受聴可能範囲に収めることができ、可変抵抗器
RHC〜RLCを調整することにより、入力音圧の範囲を変
更することができる。
【0021】そして、レベル変換回路52H、52M、
52Lからの信号S2H、S2M、S2Lが加算回路53に供
給されて加算され、その加算信号が上記の信号S15とし
て取り出される。
【0022】このような構成によれば、医師の処方箋に
したがって、すなわち、受聴者の聴力にしたがって、可
変抵抗器RHA〜RLA、RHB〜RLBを調整することによ
り、UCLおよびHLを変更できるので、イヤホン18
から出力される音声のレベルを受聴可能範囲に収めるこ
とができ、音声を適切に受聴することができる。
【0023】また、受聴者が可変抵抗器RHC〜RLCを調
整することにより、ニーポイントPN の左右位置を変更
することができるので、例えば図5に実線で示す入出力
特性とすれば、静かな場所で、ささやき声を聴くことが
できる。あるいは図5の破線の特性とすれば、小さな声
を聴くことができ、鎖線の特性とすれば、暗騒音のある
場所で、大きな声を聴くことができる。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、図3〜
図5により説明した補聴器においては、その入出力特性
を、受聴者の聴覚特性に対応してきわめて適切に設定す
ることができるので、その聴覚特性を十分に補助するこ
とができる。
【0025】ところが、上述の説明からも明らかなよう
に、この補聴器により最大の効果を得るには、受聴者の
不快閾値UCLおよび最小可聴値HLをあらかじめ検査
・測定しておき、それに合わせて可変抵抗器RHA〜RL
A、RHB〜RLBを設定する必要がある。そして、そのた
めには、医師による診断が必要である。したがって、上
述の補聴器は、手軽に使用することができない。
【0026】この発明は、このような問題点を解決しよ
うとするものである。
【0027】
【課題を解決するための手段】このため、この発明にお
いては、入力された音声信号をレベル変換して出力する
レベル変換回路と、このレベル変換回路の入出力特性
を、基準の状態、第1の状態および第2の状態に設定す
る設定手段とを有し、上記レベル変換回路の入出力特性
は、上記基準の状態に設定したときには、所定の利得
で、線形な特性とされ、上記第1の状態に設定したとき
には、上記所定の利得よりも大きい利得で、入力レベル
が小さくなるほど、大きな利得となる特性とされ、上記
第2の状態に設定したときには、上記所定の利得よりも
小さい利得で、上記入力レベルが大きくなるほど、小さ
な利得となる特性とされるようにした音声処理装置とす
るものである。したがって、設定手段により、レベル変
換回路の入出力特性が適切な特性に変更される。
【0028】
【発明の実施の形態】図1は、この発明を補聴器に適用
するとともに、音声帯域を3分割して音声信号の処理を
行うようにした場合である。
【0029】すなわち、マイクロフォン11により音声
などが収音され、その音声信号が、アンプ12を通じて
バンドパスフィルタ13に供給されて有効な周波数帯
域、例えば100Hz 〜8000Hzの周波数成分の音声信号S13
が取り出され、この信号S13がA/Dコンバータ14に
供給されて量子化ビット数が例えば16ビットのデジタル
音声信号S14にA/D変換され、この信号S14がDSP
15に供給される。
【0030】このDSP15の詳細については後述する
が、DSP15は、信号S13の帯域ごとに非線形のレベ
ル変換を行うように、信号S14を処理し、その処理結果
を信号S15として出力するものである。
【0031】そして、このDSP15からの信号S15
が、D/Aコンバータ16に供給されてアナログ音声信
号S16にD/A変換され、この信号S16がアンプ17を
通じて例えばダイナミック型に構成されたイヤホン18
に供給される。したがって、マイクロフォン11により
収音された音声などを、イヤホン18により聴くことが
できる。
【0032】さらに、符号20はマイクロコンピュータ
を示す。このマイクロコンピュータ20は、DSP15
が等価的に実現する回路の特性あるいはパラメータを設
定するためのものであり、受聴者が任意に調整する可変
抵抗器RHD、RMD、RLDが接続される。そして、この可
変抵抗器RHD〜RLDから得られるアナログ電圧の大きさ
がマイクロコンピュータ20により検出され、その検出
結果にしたがってDSP15が実現する回路の特性ある
いはパラメータが制御される。
【0033】そして、DSP15は、図3に示すよう
に、信号S14の供給される3つのフィルタ51H、51
M、51Lと、3つのレベル変換回路52H、52M、
52Lと、加算回路53とを等価的に実現しているもの
である。
【0034】この場合、フィルタ51Hは、ほぼ3kHz
以上を通過帯域とするハイパスフィルタとされ、このフ
ィルタ51Hからは信号S13の第3フォルマントおよび
子音の成分のデジタル信号S1Hが取り出される。
【0035】また、フィルタ51Mは、ほぼ1kHz〜3
kHzを通過帯域とするバンドパスフィルタとされ、この
フィルタ51Mからは信号S13の第2フォルマントの成
分のデジタル信号S1Mが取り出される。さらに、フィル
タ51Lは、ほぼ1kHz以下を通過帯域とするバンドパ
スフィルタあるいはローパスフィルタとされ、このフィ
ルタ51Lからは信号S13のピッチおよび第1フォルマ
ントの成分のデジタル信号S1Lが取り出される。
【0036】そして、これら信号S1H、S1M、S1Lが、
レベル変換回路52H、52M、52Lにそれぞれ供給
される。
【0037】この場合、レベル変換回路52Hは、例え
ば図2AおよびBに示すような入出力特性および利得特
性で非線形増幅を行うものである。すなわち、図2Aに
おいて、横軸はマイクロフォン11の入力音圧レベルに
換算したレベル変換回路52Hの入力レベルを示し、縦
軸はイヤホン18の出力音圧レベルに換算したレベル変
換回路52Hの出力レベルを示す。また、図2Bにおい
て、横軸はマイクロフォン11の入力音圧レベルに換算
したレベル変換回路52Hの入力レベルを示し、縦軸は
その利得を示す。なお、図2においては、入力レベルが
45dB以下は、暗騒音領域とみなして無視している場合で
ある。
【0038】そして、可変抵抗器RHDが基準の設定位置
にあるときには、レベル変換回路52Hの入出力特性は
基準の特性の状態となるもので、例えば折れ線90、9
0Gで示す特性となる。この特性は、 ・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは65dB(利
得は20dB) ・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは120dB
(利得は20dB) というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、
すべての入力レベル範囲で20dBの利得を有する線形な入
出力特性である。
【0039】また、入力レベルが45dB以下の範囲でも、
利得は20dBで、線形な入出力特性である。しかし、入力
レベルが100dB 以上の範囲では、出力レベルが120dB に
制限され、大音量から受聴者を保護するようにされてい
る。
【0040】そして、可変抵抗器RHDを例えば時計方向
に調整したときには、例えば折れ線91、91Gで示す
特性となる。この特性は、 ・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは75dB(利
得は30dB) ・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは120dB
(利得は20dB) というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、
特性90、90Gよりも利得は大きいが、入力レベルが
大きくなるにつれて利得が小さくなる特性である。
【0041】また、入力レベルが45dB以下の範囲では、
特性90、90Gよりも利得は大きいが、入力レベルが
小さくなるにつれて利得も小さくなるレベル伸長特性と
される。さらに、入力レベルが100dB 以上の範囲では、
出力レベルは120dB に制限される。
【0042】そして、可変抵抗器RHDをさらに時計方向
に調整したときには、例えば折れ線92、92Gで示す
特性となる。この特性は、 ・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは90dB(利
得は45dB) ・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは120dB
(利得は20dB) というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、
特性91、91Gよりも利得は大きいが、入力レベルが
大きくなるにつれて利得が小さくなる特性である。
【0043】また、入力レベルが45dB以下の範囲では、
特性91、91Gよりも利得は大きいが、入力レベルが
小さくなるにつれて利得がさらに小さくなるレベル伸長
特性とされる。さらに、入力レベルが100dB 以上の範囲
では、出力レベルは120dB に制限される。
【0044】したがって、可変抵抗器RHDを時計方向に
調整すると、小入力レベルに対する利得が大きくなると
ともに、可変抵抗器RHDを時計方向に調整するにつれて
小入力レベルに対する利得はより大きくなる。
【0045】一方、可変抵抗器RHDを、上記とは逆に反
時計方向に調整したときには、例えば折れ線93、93
Gで示す特性となる。この特性は、 ・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは62dB(利
得は17dB) ・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは111dB
(利得は11dB) というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、
特性90、90Gよりも利得は小さく、入力レベルが大
きくなるにつれて利得が小さくなる特性である。
【0046】また、入力レベルが45dB以下の範囲では、
特性90、90Gよりも利得は小さく、入力レベルが大
きくなるにつれて利得はさらに小さくなるレベル圧縮特
性とされる。さらに、入力レベルが100dB 以上の範囲で
は、出力レベルも対応した小さな値111dB に制限され
る。
【0047】そして、可変抵抗器RHDをさらに反時計方
向に調整したときには、例えば折れ線94、94Gで示
す特性となる。この特性は、 ・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは58dB(利
得は13dB) ・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは102dB
(利得は2dB) というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、
特性93、93Gよりも利得は小さく、入力レベルが大
きくなるにつれて利得が小さくなる特性である。
【0048】また、入力レベルが45dB以下の範囲では、
特性93、93Gよりも利得は小さく、入力レベルが大
きくなるにつれて利得がさらに小さくなるレベル圧縮特
性とされる。さらに、入力レベルが100dB 以上の範囲で
は、出力レベルも対応した小さな値102dB に制限され
る。
【0049】したがって、可変抵抗器RHDを反時計方向
に調整すると、利得が小さくなるとともに、可変抵抗器
RHDを反時計方向に調整するにつれて大入力レベルに対
する利得はより小さくなる。
【0050】こうして、可変抵抗器RHDを調整すると、
レベル変換回路52Hの入出力特性は、特性92←→特
性90←→特性94の間を、その調整に対応して変更さ
れる。
【0051】さらに、レベル変換回路52M、52L
も、レベル変換回路52Hと同様に構成されるものであ
り、可変抵抗器RMD、RLDの調整により、レベル変換回
路52M、52Lの入出力特性もレベル変換回路52H
の入出力特性と同様に変更される。
【0052】そして、レベル変換回路52H、52M、
52Lからの信号S2H、S2M、S2Lが加算回路53に供
給されて加算され、その加算信号が上記の信号S15とし
て取り出される。
【0053】このような構成によれば、受聴者は、可変
抵抗器RHD〜RLDを調整することにより、レベル変換回
路52H〜52Lの入出力特性を、図2における特性9
2←→特性90←→特性94の間で変更することができ
る。
【0054】そこで、中等度の難聴でも少し重い難聴者
が小さい音声を聴く場合、特性92に設定すれば、55dB
の大きさの音声が95dBの大きさの音声に変換されるの
で、その音声を聴くことができる。また、中等度の難聴
でも少し重い難聴者が普通の大きさの音声を聴く場合、
特性91に設定すれば、65dBの大きさの音声が90dBの大
きさの音声に変換されるので、その音声を聴くことがで
きる。
【0055】一方、軽い難聴者が小さい音声を聴く場
合、特性91に設定すれば、55dBの大きさの音声が80dB
の大きさの音声に変換されるので、その音声を聴くこと
ができる。さらに、軽い難聴者が大きい音声を聴く場
合、特性94に設定すれば、70dBの大きさの音声が80dB
の大きさの音声に変換されて聞こえる。
【0056】すなわち、変換回路52H〜52Lの入出
力特性を、特性90から特性92の方向に変更すれば、
小さい音の出力レベルがより大きくなり、音を大きくし
たように聞こえる。逆に、変換回路52H〜52Lの入
出力特性を、特性90から特性94の方向に変更する
と、大きい音のレベルがより小さくなり、音を小さくし
たように聞こえる。
【0057】したがって、この入出力特性の変更は、使
用者から見れば、いわゆるボリューム操作のような感じ
となって違和感がなく、使用者本人にとって目的とする
音を聞きやすいように調整をすることができる。したが
って、図1の補聴器は、図3の補聴器のように、聴力の
診断結果にしたがって補聴器の特性を設定する必要がな
いので、手軽に使用することができる。
【0058】また、図2の特性の場合、その最大利得は
45dBに制限されるので、例えばイヤホン18の後部にマ
イクロフォン11が一体に設けられて受聴者の耳部の位
置で音声などの収音を行うようにされている場合でも、
ハウリングマージンが45dB以下になっていれば、可変抵
抗器RHD〜RLDをどのように調整しても、ハウリングを
防止できる。
【0059】さらに、ボリュームを大きくしても、例え
ば45dB以下の暗騒音の目だつこともない。また、120dB
以上の過大な音が受聴者に供給されることもない。
【0060】なお、上述においては、可変抵抗器RHD〜
RLDによりレベル変換回路52H〜52Lの入出力特性
の設定を行うとしたが、プッシュスイッチの操作により
設定を行うようにすることもできる。
【0061】また、上述においては、レベル変換回路5
2H〜52Lの入出力特性を可変抵抗器RHD〜RLDによ
り独立して設定できるとしたが、それらの入出力特性を
連動とすることもでき、その場合には、1つの可変抵抗
器あるいはプッシュスイッチとすることができる。さら
に、この発明は、電話、拡声器、音声通信などに適用し
た場合においても、有効である。
【0062】
【発明の効果】この発明によれば、例えば、補聴器に適
用した場合、聴力の診断結果にしたがって特性を設定す
る必要がなく、受聴者が本人にとって目的とする音を聞
きやすいように調整するだけでよいので、手軽に使用す
ることができる。
【0063】また、受聴者が設定を行う場合、ハウリン
グの起きにくい設定条件で使用できるので、設定が楽で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一形態を示す系統図である。
【図2】この発明を説明するための特性図である。
【図3】この発明を説明するための系統図である。
【図4】この発明を説明するための特性図である。
【図5】この発明を説明するための特性図である。
【符号の説明】
11…マイクロフォン、13…バンドパスフィルタ、1
4…A/Dコンバータ、15…DSP、16…D/Aコ
ンバータ、18…イヤホン、20…マイクロコンピュー
タ、51H…ハイパスフィルタ、51Lおよび51M…
バンドパスフィルタ、52H、52Lおよび52M…レ
ベル変換回路、53…加算回路、RHD、RLDおよびRMD
…可変抵抗器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力された音声信号をレベル変換して出力
    するレベル変換回路と、 このレベル変換回路の入出力特性を、基準の状態、第1
    の状態および第2の状態に設定する設定手段とを有し、 上記レベル変換回路の入出力特性は、 上記基準の状態に設定したときには、所定の利得で、線
    形な特性とされ、 上記第1の状態に設定したときには、上記所定の利得よ
    りも大きい利得で、入力レベルが小さくなるほど、大き
    な利得となる特性とされ、 上記第2の状態に設定したときには、上記所定の利得よ
    りも小さい利得で、上記入力レベルが大きくなるほど、
    小さな利得となる特性とされるようにした音声処理装
    置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の音声処理装置において、 上記第1の状態に設定した場合、上記入力レベルが所定
    のレベルよりも小さい範囲では、上記基準の状態におけ
    る利得よりも大きい利得で、かつ、上記入力レベルが小
    さくなるにつれて利得が小さくなるレベル伸長特性とさ
    れるようにした音声処理装置。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の音声処理装置において、 上記入力レベルが所定のレベルよりも大きいときには、
    上記出力レベルを所定値に制限するようにした音声処理
    装置。
  4. 【請求項4】請求項1、請求項2あるいは請求項3に記
    載の音声処理装置において、 上記第2の状態に設定した場合、上記入力レベルが所定
    のレベルよりも小さい範囲では、上記基準の状態におけ
    る利得よりも小さい利得で、かつ、上記入力レベルが大
    きくなるにつれて利得が小さくなるレベル圧縮特性とさ
    れるようにした音声処理装置。
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