JPS58160996A - 雑音抑圧方式 - 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】 この発明は２点で目的音を受音して目的とする信号の他
に雑音′及び反射音の付加された信号音から雑音及び反
射音の成分の抑圧、除去を行う雑音抑圧方式に関するも
のである。

〈従来技術〉 従来、上記の目的に用いられる雑音抑圧方式としては、
スペクトルナブト２クシヨン法、コム・フィルタ法を始
めとして数多くの方式が提案されているが、これらの方
式で祉雑音低減感は得られるものの、１）音声の明瞭度
が改善されない、２）音声など目的とする信号音（以下
目的信号と略す）や雑音の性質に関する事前情報を必要
とする、という欠点があった。これらの問題点を解決す
るため、この発明者は信号音をその音場内の２点におい
てマイクロホンで受音し、受音され良信号の相関演算処
理を行い、その結果よシ前記！イクロホンよりの受音信
号を外部へ送出するときの振幅を制御する２点受音雑音
抑圧方式の提案を行った。

その詳細社特願昭５５−１３９４９５号や昭和５６年ｌ
θ月音響学金講演論文集３−２−８に詳細に述べである
。しかし、この方式においても、１）処理上の残留＃！
皆が発生する、２）室内反射音が加わる仁とにより処理
歪を発生する、という問題点が残されていた。

この従来の２点受音雑音抑圧方式は、ｌ）雑音がランダ
ムな方向から到来する場合、２つのマイクロホンで受音
された信号の相関係数はこれら２つのマイクロホンの間
の距離を十分に離せばはｙＯに等しい、２）室内反射音
が無視できる場合、目的信号を２つのマイクロホンで受
音し、各マイクロホンへの到達時間の補正（遅延等化）
を行った後のこれら２つのマイクロホンより得られた信
号の相関係数は１である、という２つの◆実に基づいて
雑音抑圧を行うものである。

第１図は従来の２点受音雑音抑圧方式を示し、音源１か
ら発せられる目的信号と周囲雑音は２つのマイクロホン
２，３を用いて受音される。これらマイクロホン２．３
よシの２つの受音信号ｘ　（ｔｌｚ　（ｔ）に含まれる
目的信号成分を時間軸上で同相にするために遅延等化を
行う。そのために信号ｘ　（ｔ）、？”（ｔ）の相互相
関関数が遅嬌勢化手段４中の相互相関関数算出部４３に
おいて算出され、信号ｘ　（ｔ）Ｋ含まれる目的信号成
分に対する信号ｘ　（ｔ）に含まれる目的信号成分の遅
れτ・を検出する。その結果τ・を用いて可変遅延子＊
４２の遅延量τマを固定遅延子１Ｒ４１の遅延量τｆに
対して τｖｗＭｆｆ＋τ・（１） となるように設定し、これら遅延手段４１．４２にそれ
ぞれマイクロホン２，３の出力信号ｘ（ｔ）。

？（ｔ）を通すととによシ目的信号成分が時間軸上で同
相となつ良信号ｘ　（ｔ）　、　ｓ　（ｔ）を得る。

これら信号ｘ　（ｔ）　＊　ｘ　（ｔ）はそれぞれＦＦ
Ｔ（高速フーリエ変換）実行回路５．６において、周波
数帯域分割を行つ死後、つま）各周波数成分に分離し死
後、各帯域成分（同一周波数成分）を表わす短時間フー
リエ変換出力ＸｋＨ，Ｚｋ（，１（但し、ｋは周波数を
表わすパラメータ、ｍは時間を表わすパラメータ）を加
算器９において加算して加算信号Ｙｋ−を得る。この加
算操作扛同期加算と同様の効果を持ち、ＳＮ比は約３ｄ
Ｂ改善される。

相関算出部７において、短時間フーリエ変換出出Ｘｋ（
ｏ４．Ｚｋ−の間の相関係数Ｒｋ−を次式によシ算出す
る。

（２） 但ＩＡＷｎ−は相関係畝其出のだめの時間窓＄は複索共
役 この時、フーリエ変換出力Ｘｋ＆ｎｌ、Ｚｋ−に目的信
号成分が多く含まれている場合には、Ｒｋ（ｍ１＝１と
なり、またフーリエ変換出力Ｘｋ−９ｚｋ（ｏｌｌｌが
雑音成分のみを含む場合にはＲｋ−：；ｏとなる。した
がって、例えば、 と表わされるような重みづけ値を重み関数部８により定
め、その値を乗算器１０によシ加算器９の出力仝に−に
乗じてやれば％　ｆｔｃＷ；ｌ；Ｏとなるような雑音成
分のみを會む周波数成分は出力されず、雑音抑圧が行わ
れることＫなる。以上のような操作を各周波数成分につ
いて行った後、これらの周波数成分に対して逆ＦＦＴ実
行回路１１において逆フーリエ変換を行えば、雑音抑圧
処理出力Ｆ　（ｔｌが得られる。

この２点受音による雑音抑圧方式は先に述べえように明
瞭度が向止すゐという、他の雑音抑圧方式では得られな
い特長を有するものであるが、１）罵ざわシな残雪雑音
が発生する、２）室内反射音が加った場合に処理歪を発
生する、という問題点を残してい丸。

〈発明の概要〉 この発明は前記２点受音雑音抑圧方式における欠点を解
決する九めＫＸｔずマイクロホンによシ受音された信号
において、時間軸上での有音区間と無音区間の推定を行
い、その結果を用いて、２点受音雑音抑圧方弐における
相関演算処理を適応的に変化、つｔｅ、ｔ）相関演算処
理の積分時間の適応変化、又は／及び２）２魚受音信号
間の相関算出法の適応変化を行う。

〈実施例〉 第２図はこの発明の一実施例を示し、第１図に示した従
来の方式との相違点は有音区間推定ｓ１２において時間
軸上での有音区間、即ち目的とする信号の含まれている
時間区間と無音区間、即ち目的とする信号音が含まれて
おらず、雑音のみが含まれている時間区間との推定を行
い、相関算出部１３において、前記推定結果を用いて相
関処理の適応変化を行う点にある。

有音区間の推定部１２においては現在目的信号が受音さ
れている「有音区間」なのか、雑音しか受音されていな
い「無音区間」なのかの判定を行う。仁の判定は仁の実
施例においては２点で受音された信号の相互相関関数を
マイクロホン２．３で得られた２つの信号の平均パワー
で正規化し、その最大値ｒ　（ｔ）　（ｘ　（ｔ）とｚ
　（ｔ）の相関係数に相当する量）がある値ｒｔ（例え
ば０．４）を越えた場合はこれを有音区間と判定し、あ
る一定時間ＴｒＱ間、ｒ　ｉｔ）がある値、ｒ＠（例え
ば０．２）よシ小さかった時にはこれを無音区間と判定
する方法で行う。しかし、有音区間の判定法として従来
知られている瞬時パワーの大小に基づ〈方法その他を用
いることも可能である。

さて、有音区間の推定情報を用いて、相関算出部１３に
おいては、次の２つの適応変化を行う。

相関演算の積分時間（Ｔ１）の適応変化相関演算の積分
時間（Ｔ１）とは相関係数ＲｋＭＤ算出式（（２）式）
Ｋおける時間窓Ｗａ−の窓長に相当する量である。２点
受音雑音抑圧方弐における処理出力の雑音（残留雑音）
のレベルははソ１／Ｔ＆に比例することが知られている
（昭和５５年１１月信学技法ＥＡ８０−５１参照、）。

したがって積分時間Ｔａを大とすれば処理出力に含まれ
る残留雑音レベルは低下する。しかし、一方、有音区間
において積分時間Ｔ１を大とすると、音声が目的信号で
ある場合には明瞭性の劣化、残響感の付加などの処理歪
が発生する。よってこれまでの方式では積分時間Ｔ１を
十分大にはとれず、残留雑音の発生が押さえられなかっ
た。

そこで、この発明においては、従来の方式のように全処
理時間を通じて一定の積分時間Ｔａで処理を行うのでは
なく、有音区間の推定結果を用いて相関算出部１３にお
ける相関演算の積分時間Ｔａの適芯変化を行う。即ち、
無音区間においては積分時間Ｔａを十分大とし、例えば
Ｔ＆≧１２８１！Ｉｓの範囲の値とし、有音区間におい
ては従来通シの積分時間Ｔルの値、即ち１６ｍ５≦Ｔａ
≦２５６ｍ５の範囲の値を用いることにより、無音区間
における残留雑音レベルの低減化を行う。

相関算出の適応変化 室内反射音が目的信号に加わった場合、信号Ｘ（１）と
ｚ　（ｔ）の相関係数値は１より低下し、餉１図に示し
た従来の処理法でれ処理歪が発生する。この具体例を第
３図に示す。第３図において破＠１４は反射音が無い場
合の相関係数、実１１１５／ｒｉ反射音が加わった時の
相関係数をそれぞれ示している。

、　　この図より、反射音が加わった場合は鈷頒では大
巻な値を持つ相関係数の値ｒ　（ｔｌが時間Ｏ経過に従
い、反射音の影響を受けて低下していくことがわかる。

従来の処理法を適用した場合、このような相関係数値の
低下する部分で処理歪が生ずる。

相関係数値低下の原因の一つとして、目的信号成分の位
相変化が考えられる。例えば目的信号が正弦波（−ωｔ
）で、Ｎ個の反射音が加わった場合受音信号は ｍｌ　＝ｍｔａｚ　を十Σａｉｍ（ω（ｔ−τｉ））＝
ａ−ｍ（ｃａ＋ｔ＋φＸ）−ｓ 但し、鳳ｉ：反射音レベル τｌ：直接音に対する反射音の遅れ時間となシ、反射音
レベル＆ｉと遅れ時間τ１で決まる位相変化φ８を持つ
。この時、２つの受音点ではａ魚、ｔｌの値祉それぞれ
異なるので２点で受音された信号は、異った位相変化φ
Ｘ、φ２を持つ信号と′＆シ、相関係数の値は低下する
。その結果、目的信号の存在が無視されることとなシ、
処理歪が発生する。

そこでこの発明においては、従来定義してい友処理上の
周波数成分毎の相関係数Ｒｋ（４（（２１式）に加えて
各周波数成分毎の正規化され九相関関数の最大値に＠幽
する量であるＲｋｌｏｊ（５） を導入する。このＲｋ（ｆＩｌ！を用いれば、目的信号
の位相変化にかかわらず、その相関の検出が可能とな）
、処理歪が軽減される。

例えば、目的信号が正弦波（幽ωｔ）で、反射音が加っ
た結果、２つの受音信号”　（ｔ）　＊　ｓ　（ｔ）に
おいて、位相変化φＸ、φ２が発生し、２つのチャンネ
ル間位相差φ・が、 φ０冒φＸ−φｚ　＝　−１６） であったと仮定する。この時、両チャンネルの目的信号
のレベルか岬しいとすると、その殻時間フーリエ変換の
関係祉、 Ｘｋ−■ｊｅＺｋｍ　　　　　　　　　　　（７）と表
わされる。このような場合、従来の処理方式におけるＲ
ｋ−でａ％（７１式を（２）弐に代入し計算すればわか
るように、Ｒｋ（ｎｌ−０となシ、目的信号であるにも
かかわらず相関値が低く算出される丸め、これを雑音と
みなして抑圧してしまい、処理歪を発生してしまう。一
方、（５）式で表わされ九Ｉｋ−を用いれば、（７）式
を（５）式に代入すればわかるようＫＲｋｉ−１となシ
、目的信号の位相変化にかかわらず高い相関値を示し、
目的信号の存在が検出され、処理歪の発生が防止できる
。

しかし、（５）式で表わされるＲｋ−は雑音成分に対し
ても比較的高い相関値を示すので、雑音抑圧効果は低下
する。そこで、この発明においては有音区間の推定結果
を用い、有音区間と推定された区間において、各時刻の
相関係数値ｒ　（ｔ）が小さい場合、例えば０．６以下
の場合にのみπに−を用い、それ以外の場合には従来通
ＤＲｋ−を用いる。このように相関算出部１３にお叶る
相関処理の算出法の適応変化を行い、処理歪の軽減をは
かる。

以上の２項目、すなわち、相関演算処理にお叶る積分時
間の適応変化と、相関算出法（相関係数と相関関数の最
大値）の適応変化の一方のみを行うのみならず、両者を
同時に行うことによシ、この発明による雑音抑圧゛方式
の効果を一段と高めることが可能である。

〈効　果〉 以上述べてきたこの実施例にもとづき、処理効果確認の
ための実験を以下のように行った。まず残響時間が０．
６秒であシ、かつ信号源のほかに騒音源が存在する室内
において、２つのマイクロホン間距離を０．５ｍとして
、音声の２点受音を行った。なおこの時の８Ｎ比ｆｌｌ
ＯｄＢであった。次に処理上のパラメータとし℃、信号
のサンプリング周波数１０に翫、ＦＦＴを行うための窓
長Ｈ６，４ｍｆ３とし、相関演算の積分時間Ｔａは有音
区間においては１６≦Ｔ１≦２５６ｍ５の範囲の値と定
め、を九無音区間においてはＴ１≧２５６ｍ５と定めた
。更に有音区間において２つの入力信号ｘ　（ｔ）とｚ
　（ｔｌの相関係数の値が０．６よ如低下した場合には
相関値として（５）式で表わされるｌｋ−を用い、それ
以外の場合には（２）式で表わされるＲｋ−を用いて処
理を行った。その結果、無音区間における残留雑音レベ
ルは入力雑音レベルに比べてＺＯｄＢ以上低下し、また
音声信号に対する処理歪も軽減され、良好な雑音抑圧処
理結果を得ることが確かめられた。

以上説明したように、この発明によれば、従来の２点受
音雑音抑圧方式の欠点であった。残留雑音及び／ｌたは
反射音が付加された場合の処理歪の軽減が可能となる。

また、この発明における積分時間Ｔａの適応変化の考え
方を、スペクトルナブト２クシヨン法として知られる従
来の雑音抑圧法に適用し、同方式の残留雑音低減のため
のスペクトル平均時間Ｔｓの適応変化を行うなら、以上
説明を行ったものと同様の理由で、よシ効果的な残留雑
音の低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の２点受音雑音抑圧方式を示すブロック図
、第２図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第３
図は反射音の加わった音声の相関係数の時間的変化例を
表わす図である。 １：音源、２１３：マイクロホン、４：遅延等化手段、
５．６：ＦＦＴ実行回路、７：相関算出部、８：重み関
数部、９：加算器、１０：乗算器、１１：逆ＦＦＴ実行
回路、１２：有音区間の推定部、１３：相関算出部、１
４：反射音が無い場合の２点受音された信号の相関係数
値、１５：反射音が加わった場合の２点受音された信号
の相関係数値。 特許出願人　　日本電信電話公社 代理人　単針　卓

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つのマイクロホンを並場内の２点にそれぞれ配
   置し、これら２つのマイクロホンよυ得られた信号の相
   関演算処理を行い、その結果により、上ｂピマイクロホ
   ンよシ得られたイｇ号を外部へ送出するときの振−を制
   御する雑音抑圧方式において、上ｈピマイクロホンより
   得られた１ｄ号の時間軸上での有曾区聞及び無音区間の
   推足を行い、その結果を用いて上記相関演算処理を：Ｉ
   Ｍ応変化させることを軸社とする雑音抑圧方式。
2. （２）上記適応変化は積分時間を適応変化させることで
   ある％ｎｉ＊求の範囲第１項記載の雑音抑圧力式。
3. （３）上記適応変化は、相関係数の演算と相関関数の最
   大１１の？１ｍ鼻とのいずれかに適応変化することであ
   る％吐訪求の範囲第１項記載の雑音抑圧方式。