WO2016132409A1 - 車載用音響処理装置 - Google Patents

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vehicle
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小倉　洋
祐介 竹内
古川　博基
丈郎 金森
慎一 杠
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/13—Acoustic transducers and sound field adaptation in vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an in-vehicle acoustic processing apparatus used for hands-free calling or voice recognition in a vehicle interior.
  • Voice recognition used in in-vehicle navigation for performing a hands-free call or searching for a destination in an automobile cabin is performed by an in-vehicle acoustic processing device including an acoustic conversion element.
  • the sound pressure taken into the acoustic transducer includes air blower sound (wind noise), engine sound, and driving Noises such as noise that exist in the space in the passenger compartment are also included. Therefore, in the case of a hands-free call, the listener hears the voice of the speaker mixed with noise, and it is difficult to establish a good conversation. In the case of voice recognition, the voice recognition rate is reduced.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for increasing speech recognition rate and the like by collecting spoken speech and estimating the position of the speaker.
  • Patent Documents 2 and 3 disclose a technique for suppressing noise such as wind noise using an audio signal processing technique.
  • Patent Document 4 discloses a method of mounting a microphone module that can prevent noise from being mixed.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2001-13994 JP 2010-283506 A Japanese Patent No. 3146804 Japanese Patent No. 3936154
  • a microphone module is arranged in the vicinity of the speaker to accurately collect the voice of the speaker, and a head unit provided separately from the plurality of microphone modules is input to the microphone module.
  • a head unit provided separately from the plurality of microphone modules is input to the microphone module.
  • the noise generated in the passenger compartment varies depending on the position. Therefore, the sound input to the microphone module contains a lot of noise depending on the arrangement position of the microphone module, and there is a problem that the accuracy of the sound processing is lowered.
  • Patent Documents 1 to 4 described above do not disclose a configuration for solving such a problem.
  • An object of the present invention is to provide a vehicle-mounted acoustic processing device that improves the processing accuracy of sound collected in a passenger compartment.
  • An in-vehicle acoustic processing apparatus is an in-vehicle acoustic processing apparatus including a microphone module installed in a vehicle interior and a head unit separated from the microphone module and installed in the vehicle interior.
  • the microphone module has a plurality of acoustic transducers that convert input audio signals into electrical signals, and variation in sensitivity between the plurality of acoustic transducers with respect to signals input from the plurality of acoustic transducers.
  • a sensitivity correction unit that corrects the signal, and a signal processed by the sensitivity correction unit is output to the head unit.
  • an in-vehicle acoustic processing device that improves the processing accuracy of sound collected in a vehicle interior.
  • the schematic diagram which shows the inside of the vehicle carrying the vehicle-mounted sound processing apparatus which concerns on embodiment of this invention The schematic diagram which shows the inside of the vehicle carrying the vehicle-mounted sound processing apparatus which concerns on embodiment of this invention.
  • Sectional drawing which shows the structure of the microphone module which concerns on embodiment of this invention The figure which shows the function of the audio
  • voice signal processing which concerns on embodiment of this invention The figure which shows the difference etc. of the processing amount of DSP in each function distribution of the microphone module which concerns on embodiment of this invention, and a head unit
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the inside of a vehicle equipped with an in-vehicle acoustic processing apparatus according to the present embodiment.
  • a vehicle equipped with an in-vehicle acoustic processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 1 for convenience of explanation, a right-hand drive type vehicle is shown, but the vehicle on which the in-vehicle sound processing device of the present embodiment is mounted may be a left-hand drive type vehicle.
  • this embodiment demonstrates as an example the case where a vehicle is a motor vehicle, a vehicle is not limited to a motor vehicle.
  • the vehicle 1 includes a windshield 2, a handle 4, an overhead console (OHC) 5, and a head unit 7.
  • the overhead console 5 is attached to the center of the front of the driver 3 in the left direction above the driver 3, that is, on the ceiling inside the vehicle 1.
  • the overhead console 5 is provided with a sound pressure intrusion hole 6 through which sound pressure such as voice of a passenger (driver, passenger) of the vehicle 1 enters.
  • a microphone module (see FIG. 2 and FIG. 3), which will be described later, is disposed on the back side of the sound pressure intrusion hole 6.
  • the head unit 7 is an apparatus that constitutes the in-vehicle acoustic processing apparatus of the present embodiment together with the microphone module.
  • the head unit 7 is disposed in the front portion of the driver's seat, is connected to the microphone module by electrical wiring (not shown), and inputs the audio signal output from the microphone module.
  • the on-vehicle sound processing device of the present embodiment has a configuration in which the microphone module and the head unit are separately disposed, and the microphone module is disposed on the ceiling inside the vehicle.
  • the performance of the microphone module can be further exhibited.
  • the SN ratio of the microphone module deteriorates by about 10 dB (deteriorates in proportion to the logarithm of the distance). Therefore, it is better to make the distance between the microphone module and the speaker as close as possible, and it is most desirable that the microphone module is practically arranged on the ceiling inside the vehicle.
  • the microphone module is installed in the overhead console 5, but the microphone module may be embedded in the ceiling of the vehicle 1. Even in this configuration, the microphone module can be arranged in the vicinity of the speaker.
  • An example of a configuration in which the microphone module is embedded in the ceiling of the vehicle is shown in FIG.
  • the vehicle 1 includes microphone modules 9a to 9f, a head unit 10, a relay module 11, and an electrical wiring 12.
  • the head unit 10 may be arranged in the front part of the driver's seat as in FIG. 1 or may be arranged on the ceiling of the name part of the vehicle 1.
  • the relay module 11 is a device that relays between the microphone modules 9 a to 9 f and the head unit 10. Further, the microphone modules 9a to 9f provided in the vicinity of each seat are connected to the relay module 11 via the electric wiring 12. Further, the relay module 11 is connected to the head unit 10 via an electrical wiring 12. Therefore, in the example of FIG. 2, the sound input from the microphone modules 9a to 9f is output to the head unit 10 via the relay module 11 as an audio signal.
  • the transmission method of the electrical wiring 12 between the microphone modules 9a to 9f and the head unit 10 may be an analog transmission method or a digital transmission method.
  • signal multiplexing can be performed using the digital transmission method. It is preferable to use a digital transmission method.
  • the digital transmission method as will be described later, when performing echo cancellation, the clock synchronization between the microphone module and the head unit can be substantially matched, and compared with the analog transmission, the onboard sound The performance of the processing apparatus can be improved.
  • I2S As digital transmission systems, I2S, CXPI, LIN, CAN, FlexRay, MOST, IEEE 1394 (nicknamed “FireWire” (registered trademark)), LVDS, USB, and the like are generally used for in-vehicle LANs, which is desirable. .
  • the number of wirings to be used is reduced even if the number of acoustic conversion elements or microphone modules increases. Can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the cost required for wiring when the on-vehicle acoustic processing device is mounted on the vehicle, which is advantageous.
  • FIG. 3A is a perspective view illustrating the configuration of the microphone module
  • FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating the configuration of the microphone module.
  • the microphone module 13 has an upper case 14.
  • a face cloth that prevents intrusion of dust and the like may be disposed on the upper surface of the upper case 14.
  • the microphone module 13 includes a holder 15 that holds the acoustic conversion element and an acoustic conversion element 16.
  • the acoustic conversion element 16 is shown in two forms, but it is not limited to two, and two or more may be arranged.
  • the microphone module 13 is shown as an electret condenser microphone (ECM), but may be another type of acoustic conversion element called a MEMS microphone.
  • ECM electret condenser microphone
  • the microphone module 13 includes a connector 17, a circuit board 18, a connector 19, a connector 20, an electric / electronic component 21, and a bottom case 22.
  • the connector 17 is for connecting the acoustic transducer 16 to the circuit board 18.
  • the connector 19 is provided on the circuit board 18 and is for connecting the connector 17.
  • the connector 20 is for outputting an electrical signal from the microphone module 13.
  • the electrical / electronic component 21 also includes a digital signal processor (DSP) that performs acoustic signal processing.
  • DSP digital signal processor
  • the output format of the connector 20 may be analog output or digital output, and is not particularly specified. Further, the connector 20 may not be provided, and an electric signal output wiring may be directly connected or joined from the circuit board 18.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a function of audio signal processing of the in-vehicle acoustic processing device.
  • Each function 23 to 28 shown in FIG. 4 is mounted on either the microphone module or the head unit as shown in FIG.
  • the microphone module includes a plurality of acoustic conversion elements 23.
  • the plurality of acoustic conversion elements 23 inputs a voice signal (for example, a sound in which a speaker's voice and noise are mixed) and converts the voice signal into an electrical signal.
  • a voice signal for example, a sound in which a speaker's voice and noise are mixed
  • the sensitivity correction function 24 (also referred to as a sensitivity correction unit) corrects variations in sensitivity or phase between the plurality of acoustic conversion elements 23 with respect to signals input from the plurality of acoustic conversion elements 23. 4 and 5, the sensitivity correction function 24 is illustrated as “sensitivity and phase correction”.
  • the noise removal function 25 (also referred to as a noise removal unit) performs non-correlated component extraction on the signal input from the sensitivity correction function 24, and suppresses and removes noise such as wind, vibration, and thermal noise. 4 and 5, the noise removal function 25 is illustrated as “vibration / wind / thermal noise removal”.
  • the adaptive beamformer 26 (also referred to as an adaptive beamformer unit) performs spatial separation of sound by directivity control on the signal input from the noise removal function 25.
  • the echo canceller 27 (also referred to as an echo canceller) separates, for example, an echo when performing a hands-free call from the signal input from the adaptive beamformer 26 and the voice of the speaker.
  • a speaker signal 32 is input to the echo canceller 27 because a speaker signal is required when performing the echo canceller.
  • the always-learning multi-channel winner filter (Mch WF) 28 performs linear or non-linear operation on the signal input from the echo canceller 27 to separate sounds.
  • 29, 30, 31 and 33 represent electric signals
  • 29 is a mixed signal of target sound (such as the voice of the speaker) and noise
  • 30 is a signal containing a large amount of target sound
  • 31 is noise.
  • 33 indicates a signal input from a speaker.
  • FIG. 5 shows an example in which each function of the audio signal processing shown in FIG. 4 is divided and implemented by a microphone module and a head unit.
  • FIG. 5 shows an example of six types of function sharing [1] to [6].
  • [2] to [6] in FIG. 5 show forms in which at least one of the sensitivity correction function 24 to the constantly learning type multi-channel winner filter 28 shown in FIG. 4 is mounted on the microphone module.
  • the in-vehicle sound processing apparatus adopts one of the functional arrangements [2] to [6] in FIG.
  • the selection of the function arrangement of [2] to [6] described above is determined in consideration of the conditions shown in FIG.
  • FIG. 6 shows the difference in the DSP processing amount in the functional arrangement of [1] to [6] shown in FIG. 5, and the difference in whether or not the speaker signal needs to be input to the microphone module (see FIG. 4). It is the table shown.
  • [MIPS] in FIG. 6 is a unit indicating the processing capability of the DSP and is an abbreviation of “Million Instructions Per Second”. Note that the number of MIPS in [1] to [6] in FIG. 6 is an approximate value when a general DSP is used, and is not necessarily fixed to this value.
  • the DSP processing load of the microphone module is the smallest [1] and the largest [6].
  • the DSP processing load of the head unit is largest for [1] and smallest for [6].
  • the input of speaker signals to the microphone module does not require [1] to [4], but [5] and [6] are necessary.
  • the number of microphone module signal outputs is large from [1] to [3], [4] and [5] are smaller than [1] to [3], and [6] is the smallest number of signal outputs. (See the number of signal outputs (number of arrows) in FIG. 5).
  • the number of inputs of the head unit that inputs the signal of the microphone module changes according to the number of outputs from [1] to [6] of the microphone module.
  • the functional arrangement of the microphone module and the head unit to be mounted on the vehicle is determined in view of various circumstances when the vehicle is mounted and the above-described conditions of FIG.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of an in-vehicle acoustic processing apparatus that inputs sound (sound pressure) with a microphone module and outputs sound (sound pressure) with a speaker.
  • 34 is an acoustic conversion element itself or a microphone module
  • 35 is a speaker
  • 36 is an A / D converter that converts an analog signal input from the microphone module 34 into digital vibration
  • 37 is a signal process that performs digital signal processing.
  • Reference numeral 38 denotes a D / A converter for converting a digital signal into an analog signal, and an arrow in the figure indicates a flow of an electric signal.
  • An analog signal is output as sound from the speaker 35.
  • FIG. 7 shows that sound such as voice which is an analog signal is once converted into a digital signal (A / D conversion), and the result of the digital signal processing is converted into an analog signal (D / A conversion).
  • Sampling clocks are used for the conversion operation of analog input / output devices (A / D converter 36 and D / A converter 38).
  • the sampling clocks of the devices may differ, and the clocks may be synchronized or transmitted. It is necessary to perform the sampling process again on the digital signal to absorb the clock difference.
  • clock synchronization via a transmission path such as a cable becomes difficult, and therefore an asynchronous communication method may be used for digital signal connection.
  • a technique using oversampling may be employed in order to make data of another clock asynchronously from the already digitized signal.
  • the echo canceller function can be operated without any trouble by adopting a method of synchronizing clocks between analog input / output devices or absorbing a clock difference.
  • the microphone module and the head unit are configured by the functional arrangement of any of [2] to [6] shown in FIG.
  • the processing accuracy does not depend on the position of the microphone module. Therefore, in the present embodiment, it is possible to improve the processing accuracy of sound collected in the passenger compartment.
  • the present invention can be used for a vehicle-mounted acoustic processing device used for hands-free calling or voice recognition in a vehicle interior.

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Abstract

　車室内で収集される音声の処理精度を向上させる車載用音響処理装置を提供すること。車室内に設置されるマイクロホンモジュールと、マイクロホンモジュールと分離されて車室内に設置されるヘッドユニットとを備える車載用音響処理装置であって、マイクロホンモジュールは、入力した音声信号を電気信号へ変換する複数の音響変換素子と、複数の音響変換素子から入力した信号に対して、複数の音響変換素子間の感度のばらつきを補正する感度補正部と、を具備し、感度補正部で処理された信号をヘッドユニットへ出力する。

Description

車載用音響処理装置
　本発明は、自動車の車室内においてハンズフリー通話または音声認識に用いられる車載用音響処理装置に関する。
　自動車の車室内において、ハンズフリー通話、または、目的地検索等を行う車載ナビゲーションなどで使用される音声認識は、音響変換素子を含む車載用音響処理装置により実施される。しかしながら、音響変換素子に取込まれる音圧には、運転者、または、運転席以外の座席に座る同乗者などの発話者の音声以外に、エアコンのブロアー音（風雑音）、エンジン音、走行ノイズ等、車室内の空間に存在する雑音も含まれる。よって、ハンズフリー通話の場合、受話者は雑音が混じった発話者の声を聞くことになり、良好な会話が成立しにくくなる。また、音声認識の場合、音声認識率の低下が発生する。
　このような問題を解決する技術として、例えば以下のものが提案されている。例えば、特許文献１、２には、発話された音声を収集し、発話者の位置を推定することにより、音声認識率等を高める技術が開示されている。また、例えば、特許文献２、３には、音声信号処理技術を用いて、風雑音等のノイズを抑制する技術が開示されている。また、例えば、特許文献４には、雑音混入の防止可能なマイクロホンモジュールの搭載方法が開示されている。
特開２００１―１３９９４号公報 特開２０１０―２８３５０６号公報 特許第３１４６８０４号公報 特許第３９３６１５４号公報
　車載用音響処理装置には、発話者の音声を精度良く収集するためにマイクロホンモジュールが発話者の近傍に配置され、複数のマイクロホンモジュールとは別に設けられたヘッドユニットがマイクロホンモジュールに入力された音声の処理を行うものがある。しかしながら、車室内で生じる雑音は位置によって異なる。そのため、マイクロホンモジュールに入力される音声はマイクロホンモジュールの配置位置によっては雑音を多く含むことになり、音声処理の精度が低下するという課題がある。上述した特許文献１～４には、このような課題を解決する構成について開示されていない。
　本発明の目的は、車室内で収集される音声の処理精度を向上させる車載用音響処理装置を提供することである。
　本発明の一態様に係る車載用音響処理装置は、車室内に設置されるマイクロホンモジュールと、前記マイクロホンモジュールと分離されて前記車室内に設置されるヘッドユニットとを備える車載用音響処理装置であって、前記マイクロホンモジュールは、入力した音声信号を電気信号へ変換する複数の音響変換素子と、前記複数の音響変換素子から入力した信号に対して、前記複数の音響変換素子間の感度のばらつきを補正する感度補正部と、を具備し、前記感度補正部で処理された信号を前記ヘッドユニットへ出力する構成を採る。
　本発明によれば、車室内で収集される音声の処理精度を向上させる車載用音響処理装置を提供することができる。
本発明の実施の形態に係る車載用音響処理装置を搭載した車両の内部を示す模式図 本発明の実施の形態に係る車載用音響処理装置を搭載した車両の内部を示す模式図 本発明の実施の形態に係るマイクロホンモジュールの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態に係るマイクロホンモジュールの構成を示す断面図 本発明の実施の形態に係る車載用音響処理装置の音声信号処理の機能を示す図 本発明の実施の形態に係る音声信号処理の機能分担を示す図 本発明の実施の形態に係るマイクロホンモジュールとヘッドユニットの各々の機能配分におけるＤＳＰの処理量の違い等を示す図 本発明の実施の形態に係る車載用音響処理装置の模式図
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
　まず、図１を用いて、本実施の形態の車載用音響処理装置の配置例について説明する。図１は、本実施の形態に係る車載用音響処理装置を搭載した車両の内部を示す模式図である。なお、図１では、説明の便宜上、右ハンドルタイプの車両を示しているが、本実施の形態の車載用音響処理装置が搭載される車両は、左ハンドルタイプの車両であってもよい。また、本実施の形態では、車両が自動車である場合を例として説明するが、車両は自動車に限定されない。
　図１に示すように、車両１は、フロントガラス２、ハンドル４、オーバーヘッドコンソール（ＯＨＣ）５、ヘッドユニット７を備えている。オーバーヘッドコンソール５は、運転者３の頭上左方向、すなわち、車両１の内部の天井において前方中央部に取り付けられている。このオーバーヘッドコンソール５には、車両１の乗員（運転者、同乗者）の音声などの音圧が侵入する音圧侵入孔６が設けられている。音圧侵入孔６の裏側には、後述するマイクロホンモジュール（図２、図３参照）が配置される。
　ヘッドユニット７は、マイクロホンモジュールとともに本実施の形態の車載用音響処理装置を構成する装置である。ヘッドユニット７は、運転席の前方部分に配置され、マイクロホンモジュールと電気配線により接続されており（図示せず）、マイクロホンモジュールから出力された音声信号を入力する。
　本実施の形態の車載用音響処理装置は、マイクロホンモジュールとヘッドユニットとが分離して配置され、マイクロホンモジュールが車両内部の天井に配置される構成とする。この構成は、マイクロホンモジュールがヘッドユニットに内蔵される構成と比べて、発話者（乗員）とマイクロホンモジュールとの距離が近くなるため、マイクロホンモジュールの性能をより発揮させることができる。例えば、マイクロホンモジュールと発話者の距離が３倍になると、マイクロホンモジュールのＳＮ比は約１０ｄＢ悪化する（距離の対数に比例し悪化する）。従って、マイクロホンモジュールと発話者との距離は極力近づけた方が良く、マイクロホンモジュールは、実用上、車両内部の天井に配置することが最も望ましい。
　図１では、マイクロホンモジュールをオーバーヘッドコンソール５内に設置する例としたが、マイクロホンモジュールは車両１の天井に埋め込んでもよい。この構成でも、マイクロホンモジュールを発話者の近傍に配置することができる。マイクロホンモジュールを車両の天井に埋め込んだ構成の例を図２に示す。
　図２に示すように、車両１は、マイクロホンモジュール９ａ～９ｆ、ヘッドユニット１０、中継モジュール１１、電気配線１２を備える。ヘッドユニット１０は、図１と同様に運転席の前方部分に配置してもよいし、車両１の名部の天井に配置してもよい。中継モジュール１１は、マイクロホンモジュール９ａ～９ｆとヘッドユニット１０とを中継する装置である。また、各座席の近傍に設けられたマイクロホンモジュール９ａ～９ｆは、電気配線１２を介して中継モジュール１１と接続されている。また、中継モジュール１１は、電気配線１２を介してヘッドユニット１０に接続されている。よって、図２の例では、マイクロホンモジュール９ａ～９ｆにて入力された音声は、音声信号として、中継モジュール１１を介してヘッドユニット１０へ出力される。
　マイクロホンモジュール９ａ～９ｆとヘッドユニット１０との間の電気配線１２の伝送方式は、アナログ伝送方式でもよいし、デジタル伝送方式でもよい。ただし、図２に示すようにマイクロホンモジュールが複数個存在する場合、あるいはマイクロホンモジュール内の音響素子が２個以上存在する場合には、デジタル伝送方式を使用すると信号の多重化が実施可能となるので、デジタル伝送方式を使用するほうが望ましい。また、デジタル伝送方式を使用することにより、後述するように、エコーキャンセルを実施する際に、マイクロホンモジュールとヘッドユニット間のクロック同期をほぼ一致させることができ、アナログ伝送と比べて、車載用音響処理装置の性能を高めることができる。
　デジタル伝送方式としては、Ｉ２Ｓ、ＣＸＰＩ、ＬＩＮ、ＣＡＮ、ＦｌｅｘＲａｙ、ＭＯＳＴ、ＩＥＥＥ１３９４（愛称“FireWire”（登録商標））、ＬＶＤＳ、ＵＳＢ等が、一般的に車載ＬＡＮ用に使用されているため、望ましい。
　また、マイクロホンモジュール９ａ～９ｆとヘッドユニット１０間のデジタル信号のやりとりに多重伝送方式（信号の多重化）を用いた場合、音響変換素子あるいはマイクロホンモジュールの数が多くなっても、用いる配線数を少なくすることができる。よって、車載用音響処理装置の車両搭載時に配線に要する費用を削減でき、有利となる。
　次に、図３を用いて、図１および図２を用いて説明したマイクロホンモジュールの構成例について説明する。図３Ａは、マイクロホンモジュールの構成を示す斜視図であり、図３Ｂは、マイクロホンモジュールの構成を示す断面図である。
　図３Ａにおいて、マイクロホンモジュール１３は、上部ケース１４を有する。上部ケース１４の上面にはごみ等の侵入を防ぐ面布を配置してもよい。また、マイクロホンモジュール１３は、音響変換素子を保持するホルダー１５、音響変換素子１６を有する。図３Ａ、図３Ｂでは、音響変換素子１６が２個の形態で示されているが、２個に限定するものではなく、２個以上が配置されてもよい。
　また、図３Ａ、図３Ｂでは、マイクロホンモジュール１３を、エレクトレットコンデンサーマイクロホン（ＥＣＭ）として示しているが、ＭＥＭＳマイクロホンと呼ばれる別形態の音響変換素子であっても構わない。
　また、マイクロホンモジュール１３は、コネクタ１７、回路基板１８、コネクタ１９、コネクタ２０、電気電子部品２１、底面ケース２２を有する。コネクタ１７は、音響変換素子１６を回路基板１８へ接続するためのものである。コネクタ１９は、回路基板１８上に設けられ、コネクタ１７を接続するためのものである。コネクタ２０は、マイクロホンモジュール１３から電気信号を出力するためのものである。電気電子部品２１は、複数個あり、音響変換素子１６に入力された音声信号（音圧）を電気信号に変換するものである。電気電子部品２１は、音響信号処理を実施するデジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）も含まれる。
　なお、コネクタ２０の出力形式は、アナログ出力でもデジタル出力でもよく、特に規定するものではない。また、コネクタ２０を設けず、回路基板１８より電気信号出力用の配線を直接、接続もしくは接合する形態でも構わない。
　次に、図４を用いて、本実施の形態の車載用音響処理装置の音声信号処理について説明する。図４は、車載用音響処理装置の音声信号処理の機能を示す図である。図４に示す２３～２８の各機能は、後述する図５で示すように、マイクロホンモジュールまたはヘッドユニットのどちらか一方に実装される。
　図４に示すように、マイクロホンモジュールは、複数の音響変換素子２３を備えている。複数の音響変換素子２３は、音声信号（例えば、発話者の音声と雑音が混在した音）を入力し、その音声信号を電気信号に変換する。
　感度補正機能２４（感度補正部ともいう）は、複数の音響変換素子２３から入力した信号に対して複数の音響変換素子２３間の感度または位相のばらつきを補正する。なお、図４、図５では、感度補正機能２４を「感度、位相補正」と図示している。
　雑音除去機能２５（雑音除去部ともいう）は、感度補正機能２４から入力した信号に対して無相関成分抽出を行い、風、振動、熱雑音等の雑音を抑圧して除去する。なお、図４、図５では、雑音除去機能２５を「振動・風・熱雑音除去」と図示している。
　適応ビームフォーマ２６（適応ビームフォーマ部ともいう）は、雑音除去機能２５から入力した信号に対して指向性制御による音の空間分離を実施する。
　エコーキャンセラ２７（エコーキャンセラ部ともいう）は、適応ビームフォーマ２６から入力した信号に対して、例えばハンズフリー通話を実施する際のエコーと発話者の音声との分離を行う。エコーキャンセラを実施する際には、スピーカ信号が必要であるためエコーキャンセラ２７にはスピーカ信号３２が入力される。
　常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタ（Ｍｃｈ ＷＦ）２８は、エコーキャンセラ２７から入力した信号に対して、線形または非線形演算を行い、音の分離を行う。
　また、図４において、２９、３０、３１および３３は電気信号を表しており、２９は目的音（発話者の音声など）とノイズの混在信号、３０は目的音を多く含む信号、３１はノイズを多く含む信号、３３はスピーカから入力される信号を示している。
　次に、上述した音声信号処理の機能分担について説明する。図５は、図４で示した音声信号処理の各機能をマイクロホンモジュールとヘッドユニットとで分担して実装した例を示している。図５では、［１］～［６］の６種類の機能分担の例を示している。
　図５の［１］は、マイクロホンモジュールに複数の音響変換素子のみが搭載されており、ヘッドユニットには、図４に示した感度補正機能２４～常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタ２８が実装された形態を示している。［１］に示す機能配置（機能配分）は、車載用音響処理装置の機能配置として市販されている。
　図５の［２］～［６］は、それぞれ、図４に示した感度補正機能２４～常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタ２８のうち少なくとも１つをマイクロホンモジュールに実装した形態を示している。
　本実施の形態の車載用音響処理装置は、図５の［２］～［６］のいずれかの機能配置を採る。上述した［２］～［６］の機能配置の選択は、図６に示す条件を考慮されて決定される。
　次に、図６を用いて、上述した機能配置の選択に考慮される条件について説明する。図６は、図５に示した［１］～［６］の機能配置におけるＤＳＰの処理量の違いを示すとともに、マイクロホンモジュールにスピーカ信号の入力が必要か否かの違い（図４参照）を示した表である。図６中の、[ＭＩＰＳ]とは、ＤＳＰの処理能力を示す単位であり、「Million Instructions Per Second」の略である。なお、図６の［１］～［６］のＭＩＰＳ数は、一般的なＤＳＰを使用した際の概ねの概算値であり、必ずしもこの値に固定されるわけではない。
　図６において、マイクロホンモジュールのＤＳＰ処理負荷は、［１］が最も小さく、［６］が最も大きい。一方、ヘッドユニットのＤＳＰ処理負荷は、［１］が最も大きく、［６］が最も小さい。また、マイクロホンモジュールへのスピーカ信号の入力は、［１］から［４］は不要であるが、［５］と［６］は必要となる。また、マイクロホンモジュール信号出力数は、［１］から［３］が多く、［４］と［５］は［１］から［３］と比べて少なくなり、さらに［６］は信号出力数が最小になる（図５における信号出力数（矢印の数）参照）。マイクロホンモジュールの信号を入力するヘッドユニットの入力数は、入力数がマイクロホンモジュールの［１］から［６］の出力数に対応して変化する。
　マイクロホンモジュールとヘッドユニットとをどのような機能配置で車両に搭載するかは、車両搭載時の諸種の事情、および、上述した図６の諸条件を鑑みて決定される。
　次に、図７を用いて、本実施例におけるエコーキャンセラ機能を不具合なく動作させる方法について記載する。
　図７は、音（音圧）をマイクロホンモジュールで入力し、スピーカで音（音圧）を出力する車載用音響処理装置の模式図である。図７において、３４は音響変換素子そのものあるいはマイクロホンモジュール、３５はスピーカ、３６はマイクロホンモジュール３４で入力したアナログ信号をデジタル振動へ変換するＡ／Ｄ変換器、３７はデジタル信号処理を実施する信号処理部、３８はデジタル信号をアナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換器を示しており、図中の矢印は電気信号の流れを示している。スピーカ３５からは、アナログ信号を音として出力している。
　図７は、アナログ信号である音声などの音を、一旦デジタル信号に変換し（Ａ／Ｄ変換）、デジタル信号処理の結果をアナログ信号に変換(Ｄ／Ａ変換)することを示している。アナログ入出力機器（Ａ／Ｄ変換器３６とＤ／Ａ変換器３８）の変換動作にはサンプリングクロックが用いられるが、機器同士のサンプリングクロックが異なることがあり、クロック同期を行うか、伝送されたデジタル信号に対して再度サンプリング処理を行って、クロックの違いを吸収する必要が生じる。サンプリング周波数が高くなると、ケーブルなどの伝送経路を経由したクロック同期は困難になるため、デジタル信号接続では非同期の通信方法を使用することもある。非同期通信で伝送したデジタル信号に対して再サンプリングを行うには、既にデジタル化された信号から非同期に別のクロックのデータにするために、オーバーサンプリングを用いる手法を採ってもよい。
　上述したようにアナログ入出力機器間のクロック同期を取るか、または、クロックの違いを吸収する手法を採ることにより、エコーキャンセラ機能を不具合なく動作させることができる。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、図５に示す［２］～［６］のいずれかの機能配置により、マイクロホンモジュールとヘッドユニットを構成するため、車室内で収集される音声の処理精度がマイクロホンモジュールの配置位置に依存することがない。よって、本実施の形態では、車室内で収集される音声の処理精度を向上させることができる。
　２０１５年２月１６日出願の特願２０１５－０２７５２９の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本発明は、自動車の車室内においてハンズフリー通話または音声認識に用いられる車載用音響処理装置に利用可能である。
　１　車両
　２　フロントガラス
　３　運転者
　４　ハンドル
　５　オーバーヘッドコンソール
　６　音圧侵入孔
　７、１０　ヘッドユニット
　９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、１３　マイクロホンモジュール
　１１　中継モジュール
　１２　電気配線
　１４　上部ケース
　１５　ホルダー
　１６、２３　音響変換素子
　１７、１９、２０　コネクタ
　１８　回路基板
　２１　電気電子部品
　２２　底面ケース
　２４　感度補正機能
　２５　雑音除去機能
　２６　適応ビームフォーマ
　２７　エコーキャンセラ
　２８　常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタ
　２９、３０、３１、３３　電気信号
　３２　スピーカ信号
　３４　音響変換素子またはマイクロホンモジュール
　３５　スピーカ
　３６　Ａ／Ｄ変換器
　３７　信号処理部
　３８　Ｄ／Ａ変換器

Claims (16)

  1. 　車室内に設置されるマイクロホンモジュールと、前記マイクロホンモジュールと分離されて前記車室内に設置されるヘッドユニットとを備える車載用音響処理装置であって、
    　前記マイクロホンモジュールは、
    　入力した音声信号を電気信号へ変換する複数の音響変換素子と、
    　前記複数の音響変換素子から入力した信号に対して、前記複数の音響変換素子間の感度のばらつきを補正する感度補正部と、を具備し、
    　前記感度補正部で処理された信号を前記ヘッドユニットへ出力する、
    　車載用音響処理装置。
  2. 　前記マイクロホンモジュールは、
    　前記感度補正部で処理された信号から雑音成分を除去する雑音除去部をさらに具備し、
    　前記雑音除去部で処理された信号を前記ヘッドユニットへ出力する、
    　請求項１に記載の車載用音響処理装置。
  3. 　前記マイクロホンモジュールは、
    　前記雑音除去部で処理された信号に対して指向性制御による音の空間分離を実施する適応ビームフォーマ部をさらに具備し、
    　前記適応ビームフォーマ部で処理された信号を前記ヘッドユニットへ出力する、
    　請求項２に記載の車載用音響処理装置。
  4. 　前記マイクロホンモジュールは、
    　前記適応ビームフォーマ部で処理された信号に対してエコーと音声とに分離するエコーキャンセラ部をさらに具備し、
    　前記エコーキャンセラ部で処理された信号を前記ヘッドユニットへ出力する、
    　請求項３に記載の車載用音響処理装置。
  5. 　前記マイクロホンモジュールは、
    　前記エコーキャンセラ部で処理された信号に対して線形または非線形演算を行う常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタをさらに具備し、
    　前記常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタで処理された信号を前記ヘッドユニットへ出力する、
    　請求項４に記載の車載用音響処理装置。
  6. 　前記マイクロホンモジュールを構成する回路基板上に、デジタル伝送出力用のコネクタが実装されている、
    　請求項１に記載の車載用音響処理装置。
  7. 　前記マイクロホンモジュールを構成する回路基板上に、デジタル伝送用の配線ケーブルが実装されている、
    　請求項１に記載の車載用音響処理装置。
  8. 　前記マイクロホンモジュールの搭載位置が、前記車室内の天井またはオーバーヘッドコンソール内である、
    　請求項１に記載の車載用音響処理装置。
  9. 　前記ヘッドユニットは、
    　前記マイクロホンモジュールから入力した信号から雑音成分を除去する雑音除去部と、
    　前記雑音除去部で処理された信号に対して指向性制御による音の空間分離を実施する適応ビームフォーマ部と、
    　前記適応ビームフォーマ部で処理された信号に対してエコーと音声とに分離するエコーキャンセラ部と、
    　前記エコーキャンセラ部で処理された信号に対して線形または非線形演算を行う常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタと、を具備する、
    　請求項１に記載の車載用音響処理装置。
  10. 　前記ヘッドユニットは、
    　前記マイクロホンモジュールから入力した信号に対して指向性制御による音の空間分離を実施する適応ビームフォーマ部と、
    　前記適応ビームフォーマ部で処理された信号に対してエコーと音声とに分離するエコーキャンセラ部と、
    　前記エコーキャンセラ部で処理された信号に対して線形または非線形演算を行う常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタと、を具備する、
    　請求項２に記載の車載用音響処理装置。
  11. 　前記ヘッドユニットは、
    　前記マイクロホンモジュールから入力した信号に対してエコーと音声とに分離するエコーキャンセラ部と、
    　前記エコーキャンセラ部で処理された信号に対して線形または非線形演算を行う常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタと、を具備する、
    　請求項３に記載の車載用音響処理装置。
  12. 　前記ヘッドユニットは、
    　前記マイクロホンモジュールから入力した信号に対して線形または非線形演算を行う常時学習型マルチチャンネルウィナーフィルタを具備する、
    　請求項４に記載の車載用音響処理装置。
  13. 　前記マイクロホンモジュールと前記ヘッドユニットとの間で伝送される信号は、アナログ信号である、
    　請求項１に記載の車載用音響処理装置。
  14. 　前記マイクロホンモジュールと前記ヘッドユニットとの間で伝送される信号は、デジタル信号である、
    　請求項１に記載の車載用音響処理装置。
  15. 　前記マイクロホンモジュールと前記ヘッドユニットとの間で伝送される信号は、多重伝送方式を用いて伝送される、
    　請求項１４に記載の車載用音響処理装置。
  16. 　前記マイクロホンモジュールと前記ヘッドユニットとの間の信号の入出力処理において、クロック同期を取るか、または、クロックの違いを吸収する、
    　請求項１４に記載の車載用音響処理装置。
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