音声処理装置
【課題】周囲雑音のある中で、ラジオからの交通情報やナビゲーションなどの音声明瞭化や、車載オーディオを使用したハンズフリーフォン通話の明瞭に聞こえるようにする。
【解決手段】音声データをデジタル信号フォーマットで出力する音声信号源手段（１）と、音声信号源手段（１）の出力に対して処理を加えて複数の信号を出力する信号処理手段（２）と、信号処理手段（２）の出力を受けて増幅しアナログ信号として出力する複数の信号増幅手段（４〜７）と、信号増幅手段（４〜７）にそれぞれ接続されてアナログ信号を音声として出力するスピーカ手段（８〜１１）とを備え、音声収集手段（１２〜１５）による収集音声に基づいて信号処理手段（２）における明瞭化信号処理を行う。
【解決手段】音声データをデジタル信号フォーマットで出力する音声信号源手段（１）と、音声信号源手段（１）の出力に対して処理を加えて複数の信号を出力する信号処理手段（２）と、信号処理手段（２）の出力を受けて増幅しアナログ信号として出力する複数の信号増幅手段（４〜７）と、信号増幅手段（４〜７）にそれぞれ接続されてアナログ信号を音声として出力するスピーカ手段（８〜１１）とを備え、音声収集手段（１２〜１５）による収集音声に基づいて信号処理手段（２）における明瞭化信号処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声処理装置に関し、特に車載ネットワークに接続した複数の音響機器／通信機器に関連し、これらの機器から発せられる音声の明瞭度を、周囲雑音の観測に基づいて改善する音響制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車室内で携帯電話機などを使用する際に、オーディオ再生したままで通話音声を明瞭化するために、アッテネータによる音量調整や、オーディオイコライザによる周波数振幅特性調整を行う方法がとられる場合があった。この方法では、通話者以外にも車室内のすべての受聴位置において音量及び周波数振幅特性調整の影響を受けていた。これに対して、特許文献１では特定の座席の受聴位置において、オーディオ信号内の音声帯域信号成分の振幅と位相を変化させて音声帯域信号を調整し、他の座席の受聴位置では変化させないシステムを提案している。
【０００３】
また、特許文献２は例えばＭＯＳＴ（Media Oriented Systems Transport：車載ネットワークの欧州規格）に従った光ネットワークをベースとして構築されたシステムにおいて、車載ネットワークに接続されたＡ／Ｖ機器システムの作動方法を提案している。なお、この文献においては、車載ネットワークをベースとした音声の明瞭化については一切触れられていない。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２０５２９９号公報
【特許文献２】特開２００１−２２３７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来の装置では、再生しているオーディオ信号に特性調整を加えて、通話者と非通話者との両立を図ろうとするものであり、ラジオからの交通情報やナビゲーションなどの音声明瞭化や、車載オーディオを使用したハンズフリーフォン通話に対応できるものではない。また、車室内における走行雑音など、周囲雑音に由来する通話音声の明瞭度悪化には考慮が及んではいない。
【０００６】
本発明の課題は、車室内の周囲雑音観測に基づいてスピーカから再生される音声の明瞭度を改善しうる、音声処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、
音声データをデジタル信号フォーマットで出力する音声信号源手段と、
前記音声信号源手段の出力に対して処理を加えて複数の信号を出力する信号処理手段と、
前記信号処理手段の出力を受けて増幅しアナログ信号として出力する複数の信号増幅手段と、
前記信号増幅手段にそれぞれ接続されて前記アナログ信号を音声として出力するスピーカ手段と、
音声を収集してデジタル信号フォーマットで出力する単数或いは複数の音声収集手段と、
前記音声信号源手段と、前記信号処理手段と、前記信号増幅手段と、前記音声収集手段との間で信号伝達するための伝送媒体とを備え、
前記信号処理手段が、前記音声収集手段により収集した音声に基づいて明瞭化のための信号処理を行う音声処理装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、音声収集手段により音声を収集し、伝送媒体を通じて信号処理手段に集められて車室内の雑音分布を導出し、また音声信号源手段からの音声信号を周波数分析して音声のホルマント分布を導出し、これらの導出結果の比較に基づいて、雑音分布の振幅が低い領域のホルマント分布を強調する信号処理を行ったり、このホルマント分布強調と合わせて雑音分布の振幅が高い領域のホルマント分布を抑制するなどして、雑音状況と音声信号の特徴に適合した明瞭化を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる音声処理装置の基本構成を示すブロック図であって、１は音声信号源手段、２は信号処理手段、４〜７は信号増幅手段、８〜１１はスピーカ、１２〜１５は音声収集手段、１６〜１９はマイクであり、これらは伝送媒体３により互いに結合されている。
【００１０】
このように構成された車載ネットワーク及び車載音響システムにおいて、
音声信号源手段１は例えばラジオ受信機であり、伝送媒体３との接続のためにデジタル信号フォーマットの音声データインターフェースを備え、音声データをデジタル信号フォーマットで出力する。
信号処理手段２は音声信号源手段１の出力の音声データを受けて信号処理を加え、複数系統への出力を行う。
信号増幅手段４〜７は、信号処理手段２の複数系統出力のうちそれぞれ自己への割り当てに相当する信号を受けて増幅し、アナログ信号として出力しそれぞれスピーカ８〜１１供給する。
スピーカ８〜１１は、信号増幅手段４〜７にそれぞれ接続されて、信号増幅手段４〜７からのアナログ信号を音声として出力する。
音声収集手段１２〜１５はマイク１６〜１９から取得した音声をデジタル信号フォーマットの音声データとして伝送媒体に出力する。
伝送媒体３は例えばＭＯＳＴに従った光ネットワークであり、音声信号源手段１、信号処理手段２、信号増幅手段４〜７、音声収集手段１２〜１５が接続されている。音声信号源手段１から信号処理手段２へ、音声収集手段１２〜１５から信号処理手段２へ、信号処理手段２から信号増幅手段４〜７へ、伝送媒体３を介して各信号が伝達される。
【００１１】
音声収集手段１２〜１５により収集された車室内音声は、伝送媒体３を介して信号処理手段２に集められ、信号処理手段２において車室内音声を周波数分析して雑音分布を導出し、音声信号源手段１からの音声信号に対して雑音分布に基づいて明瞭化信号処理を行う。
【００１２】
この明瞭化信号処理として、例えば、音声信号源手段１からの音声信号を周波数分析して音声のホルマント分布を導出し、雑音分布とホルマント分布を比較して、雑音分布の振幅が低い領域のホルマント分布を強調する信号処理を行うこととしてもよい。
【００１３】
上記の明瞭化信号処理として、さらに、雑音分布とホルマント分布を比較して、雑音分布の振幅が高い領域のホルマント分布を抑制することとしてもよい。
【００１４】
図２は本実施の形態に係わる装置の配置構成を説明する図であり、スピーカ８〜１１とマイク１６〜１９が自動車室ＣＢ内に配置されている。同図で、ＦＦは自動車室ＣＢのフロント側部分、ＲＲはリア側部分を示す。図示のように、フロント側部分ＦＦの右側の端部にスピーカ８及びマイク１６が設けられ、フロント側部分ＦＦの左側の端部にスピーカ９及びマイク１７が設けられ、リア側部分ＲＲの右側の端部にスピーカ１０及びマイク１８が設けられ、リア側部分ＲＲの左側の端部にスピーカ１１及びマイク１９が設けられている。このように、図示の例では、フロント側部分ＦＦとリア側部分ＲＲの各２系統のスピーカ及びマイクが設けられている。尚、図面では、マイク１６〜１９がスピーカ８〜１１に対してそれぞれ車室ＣＢの内側にあるものとして示されているが、この位置関係に限定するものではなく、それぞれが車室のフロント側部分ＦＦ及びリア側部分のＲＲの左右の隅、即ち車質ＣＢの四隅に配置されていれば良い。
【００１５】
図３（ａ）は音声の周波数スペクトルの一例ＳＰ１を示している。人間の声は、声帯から発せられる原音が口腔を経て口から放出されるまでのいわゆる声道空間の形や容積の変化により共振周波数が変わり、それぞれ独特の声として口から発せられる。この声となる過程で、図３（ａ）に示すようなエネルギーの集中が複数のピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３となって現れる。このピーク部分をホルマントと呼び、周波数の低い側から順に第１ホルマント、第２ホルマント、第３ホルマントと呼ばれる。図の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３はそれぞれホルマント周波数と呼ぶ。通常の場合、周波数が高くなるほどホルマントの振幅が低くなる性質がある。声の明瞭度はこのホルマントと関係があり、低くなったホルマントの振幅を上げることにより、声の明瞭度を高めることが出来る。即ち、図３（ｂ）に矢印ＥＮで示すようにホルマントを持ち上げて、周波数スペクトルを破線ＳＰ２で変更することにより、声の明瞭度が高まる訳である。
【００１６】
図４（ａ）は走行自動車内での走行雑音分布を示した一例である。数百Ｈｚ以下の低周波のロードノイズが目立っている。図４（ｂ）は図４（ａ）の雑音分布ＮＺ１の１ｋＨｚから１０ｋＨｚまでの部分を移記してホルマント分布例ＳＰ１と重ねた図であり、明瞭化処理の一例を示す図である。ホルマント分布の左から第１ホルマントＰ１、第２ホルマントＰ２までは雑音レベルの高い領域に重なっており、第３ホルマントＰ３のみが雑音レベルの低い領域と重なっている。同図の例では雑音レベルの低い領域にある第３ホルマントＰ３を矢印ＥＮ３で示すように強調し、第２ホルマントＰ２は現状を維持し、第１ホルマントＰ１は矢印ＡＴ１で示すように抑制し、周波数スペクトルを破線ＳＰ３で示すものに変更している。これは周囲雑音とのレベル差を大きく取れる第３ホルマントを強調し、周囲雑音とのレベル差が小さい第２ホルマントは現状維持し、第１ホルマントは第３ホルマントを強調したことによる全体としての音声レベルの上昇を抑えるために抑制している。このように周囲雑音分布を考慮して、より雑音とのレベル差のとれるホルマントを強調することにより、雑音環境下で効果的な音声の明瞭化を行うことが出来る。
【００１７】
図５は雑音分布の他の例ＮＺ２に基づく明瞭化の処理を示している。この例では、第１ホルマントＰ１及び第３ホルマントＰ３が雑音レベルの高い領域と重なっており、第２ホルマントＰ２のみが雑音レベルの低い領域と重なっている。周囲雑音とのレベル差が大きい第２ホルマントＰ２を矢印ＥＮ２で示すように強調し、周囲雑音とのレベル差の小さい第１ホルマントＰ１を矢印ＡＴ１で示すように抑制して全体としての音声レベルの上昇を抑えている。第３ホルマントＰ３は現状維持とし、周波数スペクトルを破線ＳＰ４で示すように変更している。この場合にも、周囲雑音分布を考慮してより雑音とのレベル差のとれるホルマントを強調することにより、雑音環境下で効果的な音声の明瞭化を行うことが出来る。
【００１８】
図６は信号処理手段２の構成の一例であり、運転席にいる乗員に対して音声の明瞭化を行う場合として説明する。また、ホルマントの強調／抑制は３系統のフィルタで行う例としている。伝送媒体３を経由して音声収集手段１２〜１５より入来した車室内のマイク音声信号は、Ｉ／Ｆ回路２ａからＦＦＴ回路２ｂに入力されて周囲雑音のスペクトラム分布が求められる。この時、全てのマイク入力に対してスペクトラム分布を求めても良いが、単純化のために運転席に近いマイク１６からの入力に基づく周囲雑音のスペクトラム分布のみを求めるものとする。雑音分布判定回路２ｃではＦＦＴ回路２ｂ出力に基づき、積分するなどして平滑化し、一般に第１ホルマントから第３ホルマントまでが位置する１ｋＨｚ付近から８ｋＨｚ付近までの雑音レベル差の分布が把握される。即ち、ＦＦＴ回路２ｂ及び雑音分布判定回路２ｃにより図４（ｂ）の実線ＮＺ１に示すような車室内の雑音分布導出のための手段３１が構成される。
【００１９】
一方、伝送媒体３を経由して音声信号源手段１より入来した音声信号は、Ｉ／Ｆ回路２ａからフィルタ２ｄ及びＦＦＴ回路２ｇに入力される。ＦＦＴ回路２ｇでは音声信号のスペクトラム分布（例えば、図４（ｂ）に破線ＳＰ１で示される）が求められ、これに基づいてホルマント推定回路２ｈではスペクトラム分布の包絡線を求めて、そのピークＰ１〜Ｐ３、即ち第１から第３ホルマントまでの周波数ｆ１〜ｆ３を求める。更にホルマント推定回路２ｈで求められたホルマントの周波数ｆ１〜ｆ３と、雑音分布判定回路２ｃで求められた車室内の雑音分布ＮＺ１は、フィルタ係数確定回路２ｉに入力されてホルマント強調のためのフィルタ係数の決定に使用される。
【００２０】
フィルタ係数確定回路２ｉで求められた係数はフィルタ２ｄ〜２ｆに入力され、Ｉ／Ｆ回路２ａ出力の音声信号に対して順次フィルタ処理が行われ、ホルマントの強調／抑制が行われる。
【００２１】
以上のうち、フィルタ２ｄ〜２ｆにより、ホルマントの強調／抑制のための強調／抑圧手段３２が構成され、ＦＦＴ回路２ｇ、ホルマント推定回路２ｈ、及びフィルタ係数確定回路２ｉにより、強調／抑制の制御のための制御手段３３が構成される。
【００２２】
図７（ａ）はフィルタ２ｄ〜２ｆの各々の構成の一例として２次ＩＩＲフィルタを示している。
遅延手段１０１，１０２，１０３，１０４は、１サンプル時間の遅延時間を有し、係数乗算器１１０，１１１，１１２，１１３，１１４の係数ａ０〜ｂ２はフィルタ係数確定回路２ｉにより決定される。
総和算出器１２１は、係数乗算器の出力の総和を求め、総和算出器１２１の出力がフィルタの出力となる。
図７（ａ）のフィルタの伝達関数Ｈｚは以下の式で表される。
Ｈ（ｚ）＝（ａ２＊ｚ−２＋ａ１＊ｚ−１＋ａ０）／（ｂ２＊ｚ−２＋ｂ１＊ｚ−１＋１）
【００２３】
図７（ｂ）はフィルタの特性の一例としてプレゼンスフィルタを示している。ある周波数を中心に実線ＥＬで示すようにゲインを上げるもしくは破線ＬＷで示すようにゲインを下げる、いわゆるイコライザとしての動作を行う。カットオフ周波数ｆｃ、ゲインＧ、クオリティファクタＱを与えることにより、所望の強調／抑制を行えるフィルタの係数ａ０、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を求め、これによりフィルタの伝達関数が確定する。これらのｆｃ、Ｇ、Ｑの値は、ホルマント推定回路２ｈ出力に基づくホルマント分布と、雑音分布判定回路２ｃ出力に基づく車室内の雑音分布に基づいて決める。例えば図４（ｂ）の例では、第１ホルマントＰ１に対してはｆｃを１．５ｋＨｚ、Ｇをマイナスに、第３ホルマントＰ３に対してはｆｃを６．５ｋＨｚ、Ｇをプラスに定めて算出される。Ｑは図４（ｂ）のホルマント間の谷部分からピークまで滑らかに変化させる適切な数値が選ばれ、Ｇについては全体の音声レベル上昇とならないようにそれぞれ適切な数値が選ばれる。
【００２４】
以上のように、Ｉ／Ｆ回路２ａの音声信号出力ＲＷに対してホルマント強調／抑制を行った結果のフィルタ２ｆ出力ＡＪは、選択処理回路２ｊに入力される。
また、Ｉ／Ｆ回路２ａの音声信号出力ＲＷは、遅延調整のための遅延手段２ｋを介して選択処理回路２ｊに供給される。遅延手段２ｋは、強調／抑制手段２２における信号処理のための遅延にタイミングを合わせるためのものである。
選択処理回路２ｊでは、運転席に近いスピーカ８に相当する信号増幅手段４に対してはフィルタ２ｆ出力の信号ＡＪを選択して供給し、その他のスピーカに対しては、Ｉ／Ｆ回路２ａの音声信号出力ＲＷ（遅延手段２ｋを介して供給されるもの）を選択して供給する。
選択処理回路２ｊからの選択出力は、Ｉ／Ｆ回路２ａを経由して伝送媒体３へと出力され、それぞれ目的とするスピーカに供給される。
以上のようにして車室内の雑音観測に基づいた音声の明瞭化が行われる。
【００２５】
尚、音声明瞭化処理の開始／終了や対象となる席の指定は、例えば機器の操作ユニット３０のスイッチ操作によって行われる。この場合、スイッチ操作の結果発生された信号が選択処理回路２ｊに供給され、選択処理回路２ｊが信号に基づき選択処理を行う。このようなスイッチ操作の代わりに、音声収集手段１２〜１５による集音結果の音声認識や音声信号源手段１からの音声信号ソースの内容分析の結果に基づいて自動的に選択処理回路２ｊの制御を行ってもよい。
【００２６】
また、図８は信号処理手段２以外の構成要素、音声信号源手段１、信号増幅手段４〜７、音声収集手段１２〜１５の構成を示したもので、それぞれＩ／Ｆ回路を介して伝送媒体３と接続される構成であることを示している。即ち、音声信号源手段１は、音声信号源１ａと、伝送媒体３に接続されたＩ／Ｆ回路１ｂとを有し、信号増幅手段４は、伝送媒体３に接続されたＩ／Ｆ回路４ａと、スピーカ８に接続された増幅回路４ｂとを有し、音声収集手段１２は、マイク１６に接続されたＡ／Ｄ回路１２ａと、伝送媒体３に接続されたＩ／Ｆ回路１２ｂとを有する。
他の信号増幅手段５〜７も信号増幅手段４と同様に構成され、他の音声収集手段１３〜１５も音声収集手段１２と同様に構成される。
【００２７】
図９は信号増幅手段４〜７と音声収集手段１２〜１５のＩ／Ｆ部分を共用化した例であり、信号増幅／音声収集手段２０〜２３にスピーカ８〜１１とマイク１６〜１９が共に接続されている構成である。
即ち、信号増幅／音声収集手段２０は、図１の信号増幅手段４及び音声収集手段１２の代わりに用いられるものであり、伝送媒体２０ａに接続されたＩ／Ｆ回路２０ａと、スピーカ８に接続された増幅回路２０ｂと、マイク１６に接続されたＡ／Ｄ回路２０ｃとを有する。
他の信号増幅／音声収集手段２１〜２３も、信号増幅／音声収集手段２０と同様に構成される。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の活用例として、自動車室内の騒音環境において、音声の明瞭化を行う上で有益である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係わる装置の配置構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１の音声明瞭化処理を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１の音声明瞭化処理を説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態１の音声明瞭化処理を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１の信号処理手段２の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態１の信号処理手段２を構成するフィルタ２ｄ〜２ｆの一例を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態１の信号処理手段２を除く要素の構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係わる装置の他の基本構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 音声信号源手段、 ２ 信号処理手段、 ３ 伝送媒体、 ４〜７ 信号増幅手段、 ８〜１１ スピーカ、 １２〜１５ 音声収集手段、 １６〜１９ マイク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声処理装置に関し、特に車載ネットワークに接続した複数の音響機器／通信機器に関連し、これらの機器から発せられる音声の明瞭度を、周囲雑音の観測に基づいて改善する音響制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車室内で携帯電話機などを使用する際に、オーディオ再生したままで通話音声を明瞭化するために、アッテネータによる音量調整や、オーディオイコライザによる周波数振幅特性調整を行う方法がとられる場合があった。この方法では、通話者以外にも車室内のすべての受聴位置において音量及び周波数振幅特性調整の影響を受けていた。これに対して、特許文献１では特定の座席の受聴位置において、オーディオ信号内の音声帯域信号成分の振幅と位相を変化させて音声帯域信号を調整し、他の座席の受聴位置では変化させないシステムを提案している。
【０００３】
また、特許文献２は例えばＭＯＳＴ（Media Oriented Systems Transport：車載ネットワークの欧州規格）に従った光ネットワークをベースとして構築されたシステムにおいて、車載ネットワークに接続されたＡ／Ｖ機器システムの作動方法を提案している。なお、この文献においては、車載ネットワークをベースとした音声の明瞭化については一切触れられていない。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２０５２９９号公報
【特許文献２】特開２００１−２２３７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来の装置では、再生しているオーディオ信号に特性調整を加えて、通話者と非通話者との両立を図ろうとするものであり、ラジオからの交通情報やナビゲーションなどの音声明瞭化や、車載オーディオを使用したハンズフリーフォン通話に対応できるものではない。また、車室内における走行雑音など、周囲雑音に由来する通話音声の明瞭度悪化には考慮が及んではいない。
【０００６】
本発明の課題は、車室内の周囲雑音観測に基づいてスピーカから再生される音声の明瞭度を改善しうる、音声処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、
音声データをデジタル信号フォーマットで出力する音声信号源手段と、
前記音声信号源手段の出力に対して処理を加えて複数の信号を出力する信号処理手段と、
前記信号処理手段の出力を受けて増幅しアナログ信号として出力する複数の信号増幅手段と、
前記信号増幅手段にそれぞれ接続されて前記アナログ信号を音声として出力するスピーカ手段と、
音声を収集してデジタル信号フォーマットで出力する単数或いは複数の音声収集手段と、
前記音声信号源手段と、前記信号処理手段と、前記信号増幅手段と、前記音声収集手段との間で信号伝達するための伝送媒体とを備え、
前記信号処理手段が、前記音声収集手段により収集した音声に基づいて明瞭化のための信号処理を行う音声処理装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、音声収集手段により音声を収集し、伝送媒体を通じて信号処理手段に集められて車室内の雑音分布を導出し、また音声信号源手段からの音声信号を周波数分析して音声のホルマント分布を導出し、これらの導出結果の比較に基づいて、雑音分布の振幅が低い領域のホルマント分布を強調する信号処理を行ったり、このホルマント分布強調と合わせて雑音分布の振幅が高い領域のホルマント分布を抑制するなどして、雑音状況と音声信号の特徴に適合した明瞭化を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる音声処理装置の基本構成を示すブロック図であって、１は音声信号源手段、２は信号処理手段、４〜７は信号増幅手段、８〜１１はスピーカ、１２〜１５は音声収集手段、１６〜１９はマイクであり、これらは伝送媒体３により互いに結合されている。
【００１０】
このように構成された車載ネットワーク及び車載音響システムにおいて、
音声信号源手段１は例えばラジオ受信機であり、伝送媒体３との接続のためにデジタル信号フォーマットの音声データインターフェースを備え、音声データをデジタル信号フォーマットで出力する。
信号処理手段２は音声信号源手段１の出力の音声データを受けて信号処理を加え、複数系統への出力を行う。
信号増幅手段４〜７は、信号処理手段２の複数系統出力のうちそれぞれ自己への割り当てに相当する信号を受けて増幅し、アナログ信号として出力しそれぞれスピーカ８〜１１供給する。
スピーカ８〜１１は、信号増幅手段４〜７にそれぞれ接続されて、信号増幅手段４〜７からのアナログ信号を音声として出力する。
音声収集手段１２〜１５はマイク１６〜１９から取得した音声をデジタル信号フォーマットの音声データとして伝送媒体に出力する。
伝送媒体３は例えばＭＯＳＴに従った光ネットワークであり、音声信号源手段１、信号処理手段２、信号増幅手段４〜７、音声収集手段１２〜１５が接続されている。音声信号源手段１から信号処理手段２へ、音声収集手段１２〜１５から信号処理手段２へ、信号処理手段２から信号増幅手段４〜７へ、伝送媒体３を介して各信号が伝達される。
【００１１】
音声収集手段１２〜１５により収集された車室内音声は、伝送媒体３を介して信号処理手段２に集められ、信号処理手段２において車室内音声を周波数分析して雑音分布を導出し、音声信号源手段１からの音声信号に対して雑音分布に基づいて明瞭化信号処理を行う。
【００１２】
この明瞭化信号処理として、例えば、音声信号源手段１からの音声信号を周波数分析して音声のホルマント分布を導出し、雑音分布とホルマント分布を比較して、雑音分布の振幅が低い領域のホルマント分布を強調する信号処理を行うこととしてもよい。
【００１３】
上記の明瞭化信号処理として、さらに、雑音分布とホルマント分布を比較して、雑音分布の振幅が高い領域のホルマント分布を抑制することとしてもよい。
【００１４】
図２は本実施の形態に係わる装置の配置構成を説明する図であり、スピーカ８〜１１とマイク１６〜１９が自動車室ＣＢ内に配置されている。同図で、ＦＦは自動車室ＣＢのフロント側部分、ＲＲはリア側部分を示す。図示のように、フロント側部分ＦＦの右側の端部にスピーカ８及びマイク１６が設けられ、フロント側部分ＦＦの左側の端部にスピーカ９及びマイク１７が設けられ、リア側部分ＲＲの右側の端部にスピーカ１０及びマイク１８が設けられ、リア側部分ＲＲの左側の端部にスピーカ１１及びマイク１９が設けられている。このように、図示の例では、フロント側部分ＦＦとリア側部分ＲＲの各２系統のスピーカ及びマイクが設けられている。尚、図面では、マイク１６〜１９がスピーカ８〜１１に対してそれぞれ車室ＣＢの内側にあるものとして示されているが、この位置関係に限定するものではなく、それぞれが車室のフロント側部分ＦＦ及びリア側部分のＲＲの左右の隅、即ち車質ＣＢの四隅に配置されていれば良い。
【００１５】
図３（ａ）は音声の周波数スペクトルの一例ＳＰ１を示している。人間の声は、声帯から発せられる原音が口腔を経て口から放出されるまでのいわゆる声道空間の形や容積の変化により共振周波数が変わり、それぞれ独特の声として口から発せられる。この声となる過程で、図３（ａ）に示すようなエネルギーの集中が複数のピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３となって現れる。このピーク部分をホルマントと呼び、周波数の低い側から順に第１ホルマント、第２ホルマント、第３ホルマントと呼ばれる。図の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３はそれぞれホルマント周波数と呼ぶ。通常の場合、周波数が高くなるほどホルマントの振幅が低くなる性質がある。声の明瞭度はこのホルマントと関係があり、低くなったホルマントの振幅を上げることにより、声の明瞭度を高めることが出来る。即ち、図３（ｂ）に矢印ＥＮで示すようにホルマントを持ち上げて、周波数スペクトルを破線ＳＰ２で変更することにより、声の明瞭度が高まる訳である。
【００１６】
図４（ａ）は走行自動車内での走行雑音分布を示した一例である。数百Ｈｚ以下の低周波のロードノイズが目立っている。図４（ｂ）は図４（ａ）の雑音分布ＮＺ１の１ｋＨｚから１０ｋＨｚまでの部分を移記してホルマント分布例ＳＰ１と重ねた図であり、明瞭化処理の一例を示す図である。ホルマント分布の左から第１ホルマントＰ１、第２ホルマントＰ２までは雑音レベルの高い領域に重なっており、第３ホルマントＰ３のみが雑音レベルの低い領域と重なっている。同図の例では雑音レベルの低い領域にある第３ホルマントＰ３を矢印ＥＮ３で示すように強調し、第２ホルマントＰ２は現状を維持し、第１ホルマントＰ１は矢印ＡＴ１で示すように抑制し、周波数スペクトルを破線ＳＰ３で示すものに変更している。これは周囲雑音とのレベル差を大きく取れる第３ホルマントを強調し、周囲雑音とのレベル差が小さい第２ホルマントは現状維持し、第１ホルマントは第３ホルマントを強調したことによる全体としての音声レベルの上昇を抑えるために抑制している。このように周囲雑音分布を考慮して、より雑音とのレベル差のとれるホルマントを強調することにより、雑音環境下で効果的な音声の明瞭化を行うことが出来る。
【００１７】
図５は雑音分布の他の例ＮＺ２に基づく明瞭化の処理を示している。この例では、第１ホルマントＰ１及び第３ホルマントＰ３が雑音レベルの高い領域と重なっており、第２ホルマントＰ２のみが雑音レベルの低い領域と重なっている。周囲雑音とのレベル差が大きい第２ホルマントＰ２を矢印ＥＮ２で示すように強調し、周囲雑音とのレベル差の小さい第１ホルマントＰ１を矢印ＡＴ１で示すように抑制して全体としての音声レベルの上昇を抑えている。第３ホルマントＰ３は現状維持とし、周波数スペクトルを破線ＳＰ４で示すように変更している。この場合にも、周囲雑音分布を考慮してより雑音とのレベル差のとれるホルマントを強調することにより、雑音環境下で効果的な音声の明瞭化を行うことが出来る。
【００１８】
図６は信号処理手段２の構成の一例であり、運転席にいる乗員に対して音声の明瞭化を行う場合として説明する。また、ホルマントの強調／抑制は３系統のフィルタで行う例としている。伝送媒体３を経由して音声収集手段１２〜１５より入来した車室内のマイク音声信号は、Ｉ／Ｆ回路２ａからＦＦＴ回路２ｂに入力されて周囲雑音のスペクトラム分布が求められる。この時、全てのマイク入力に対してスペクトラム分布を求めても良いが、単純化のために運転席に近いマイク１６からの入力に基づく周囲雑音のスペクトラム分布のみを求めるものとする。雑音分布判定回路２ｃではＦＦＴ回路２ｂ出力に基づき、積分するなどして平滑化し、一般に第１ホルマントから第３ホルマントまでが位置する１ｋＨｚ付近から８ｋＨｚ付近までの雑音レベル差の分布が把握される。即ち、ＦＦＴ回路２ｂ及び雑音分布判定回路２ｃにより図４（ｂ）の実線ＮＺ１に示すような車室内の雑音分布導出のための手段３１が構成される。
【００１９】
一方、伝送媒体３を経由して音声信号源手段１より入来した音声信号は、Ｉ／Ｆ回路２ａからフィルタ２ｄ及びＦＦＴ回路２ｇに入力される。ＦＦＴ回路２ｇでは音声信号のスペクトラム分布（例えば、図４（ｂ）に破線ＳＰ１で示される）が求められ、これに基づいてホルマント推定回路２ｈではスペクトラム分布の包絡線を求めて、そのピークＰ１〜Ｐ３、即ち第１から第３ホルマントまでの周波数ｆ１〜ｆ３を求める。更にホルマント推定回路２ｈで求められたホルマントの周波数ｆ１〜ｆ３と、雑音分布判定回路２ｃで求められた車室内の雑音分布ＮＺ１は、フィルタ係数確定回路２ｉに入力されてホルマント強調のためのフィルタ係数の決定に使用される。
【００２０】
フィルタ係数確定回路２ｉで求められた係数はフィルタ２ｄ〜２ｆに入力され、Ｉ／Ｆ回路２ａ出力の音声信号に対して順次フィルタ処理が行われ、ホルマントの強調／抑制が行われる。
【００２１】
以上のうち、フィルタ２ｄ〜２ｆにより、ホルマントの強調／抑制のための強調／抑圧手段３２が構成され、ＦＦＴ回路２ｇ、ホルマント推定回路２ｈ、及びフィルタ係数確定回路２ｉにより、強調／抑制の制御のための制御手段３３が構成される。
【００２２】
図７（ａ）はフィルタ２ｄ〜２ｆの各々の構成の一例として２次ＩＩＲフィルタを示している。
遅延手段１０１，１０２，１０３，１０４は、１サンプル時間の遅延時間を有し、係数乗算器１１０，１１１，１１２，１１３，１１４の係数ａ０〜ｂ２はフィルタ係数確定回路２ｉにより決定される。
総和算出器１２１は、係数乗算器の出力の総和を求め、総和算出器１２１の出力がフィルタの出力となる。
図７（ａ）のフィルタの伝達関数Ｈｚは以下の式で表される。
Ｈ（ｚ）＝（ａ２＊ｚ−２＋ａ１＊ｚ−１＋ａ０）／（ｂ２＊ｚ−２＋ｂ１＊ｚ−１＋１）
【００２３】
図７（ｂ）はフィルタの特性の一例としてプレゼンスフィルタを示している。ある周波数を中心に実線ＥＬで示すようにゲインを上げるもしくは破線ＬＷで示すようにゲインを下げる、いわゆるイコライザとしての動作を行う。カットオフ周波数ｆｃ、ゲインＧ、クオリティファクタＱを与えることにより、所望の強調／抑制を行えるフィルタの係数ａ０、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を求め、これによりフィルタの伝達関数が確定する。これらのｆｃ、Ｇ、Ｑの値は、ホルマント推定回路２ｈ出力に基づくホルマント分布と、雑音分布判定回路２ｃ出力に基づく車室内の雑音分布に基づいて決める。例えば図４（ｂ）の例では、第１ホルマントＰ１に対してはｆｃを１．５ｋＨｚ、Ｇをマイナスに、第３ホルマントＰ３に対してはｆｃを６．５ｋＨｚ、Ｇをプラスに定めて算出される。Ｑは図４（ｂ）のホルマント間の谷部分からピークまで滑らかに変化させる適切な数値が選ばれ、Ｇについては全体の音声レベル上昇とならないようにそれぞれ適切な数値が選ばれる。
【００２４】
以上のように、Ｉ／Ｆ回路２ａの音声信号出力ＲＷに対してホルマント強調／抑制を行った結果のフィルタ２ｆ出力ＡＪは、選択処理回路２ｊに入力される。
また、Ｉ／Ｆ回路２ａの音声信号出力ＲＷは、遅延調整のための遅延手段２ｋを介して選択処理回路２ｊに供給される。遅延手段２ｋは、強調／抑制手段２２における信号処理のための遅延にタイミングを合わせるためのものである。
選択処理回路２ｊでは、運転席に近いスピーカ８に相当する信号増幅手段４に対してはフィルタ２ｆ出力の信号ＡＪを選択して供給し、その他のスピーカに対しては、Ｉ／Ｆ回路２ａの音声信号出力ＲＷ（遅延手段２ｋを介して供給されるもの）を選択して供給する。
選択処理回路２ｊからの選択出力は、Ｉ／Ｆ回路２ａを経由して伝送媒体３へと出力され、それぞれ目的とするスピーカに供給される。
以上のようにして車室内の雑音観測に基づいた音声の明瞭化が行われる。
【００２５】
尚、音声明瞭化処理の開始／終了や対象となる席の指定は、例えば機器の操作ユニット３０のスイッチ操作によって行われる。この場合、スイッチ操作の結果発生された信号が選択処理回路２ｊに供給され、選択処理回路２ｊが信号に基づき選択処理を行う。このようなスイッチ操作の代わりに、音声収集手段１２〜１５による集音結果の音声認識や音声信号源手段１からの音声信号ソースの内容分析の結果に基づいて自動的に選択処理回路２ｊの制御を行ってもよい。
【００２６】
また、図８は信号処理手段２以外の構成要素、音声信号源手段１、信号増幅手段４〜７、音声収集手段１２〜１５の構成を示したもので、それぞれＩ／Ｆ回路を介して伝送媒体３と接続される構成であることを示している。即ち、音声信号源手段１は、音声信号源１ａと、伝送媒体３に接続されたＩ／Ｆ回路１ｂとを有し、信号増幅手段４は、伝送媒体３に接続されたＩ／Ｆ回路４ａと、スピーカ８に接続された増幅回路４ｂとを有し、音声収集手段１２は、マイク１６に接続されたＡ／Ｄ回路１２ａと、伝送媒体３に接続されたＩ／Ｆ回路１２ｂとを有する。
他の信号増幅手段５〜７も信号増幅手段４と同様に構成され、他の音声収集手段１３〜１５も音声収集手段１２と同様に構成される。
【００２７】
図９は信号増幅手段４〜７と音声収集手段１２〜１５のＩ／Ｆ部分を共用化した例であり、信号増幅／音声収集手段２０〜２３にスピーカ８〜１１とマイク１６〜１９が共に接続されている構成である。
即ち、信号増幅／音声収集手段２０は、図１の信号増幅手段４及び音声収集手段１２の代わりに用いられるものであり、伝送媒体２０ａに接続されたＩ／Ｆ回路２０ａと、スピーカ８に接続された増幅回路２０ｂと、マイク１６に接続されたＡ／Ｄ回路２０ｃとを有する。
他の信号増幅／音声収集手段２１〜２３も、信号増幅／音声収集手段２０と同様に構成される。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の活用例として、自動車室内の騒音環境において、音声の明瞭化を行う上で有益である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係わる装置の配置構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１の音声明瞭化処理を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１の音声明瞭化処理を説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態１の音声明瞭化処理を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１の信号処理手段２の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態１の信号処理手段２を構成するフィルタ２ｄ〜２ｆの一例を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態１の信号処理手段２を除く要素の構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係わる装置の他の基本構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 音声信号源手段、 ２ 信号処理手段、 ３ 伝送媒体、 ４〜７ 信号増幅手段、 ８〜１１ スピーカ、 １２〜１５ 音声収集手段、 １６〜１９ マイク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声データをデジタル信号フォーマットで出力する音声信号源手段と、
前記音声信号源手段の出力に対して処理を加えて複数の信号を出力する信号処理手段と、
前記信号処理手段の出力を受けて増幅しアナログ信号として出力する複数の信号増幅手段と、
前記信号増幅手段にそれぞれ接続されて前記アナログ信号を音声として出力するスピーカ手段と、
音声を収集してデジタル信号フォーマットで出力する単数或いは複数の音声収集手段と、
前記音声信号源手段と、前記信号処理手段と、前記信号増幅手段と、前記音声収集手段との間で信号伝達するための伝送媒体とを備え、
前記信号処理手段が、前記音声収集手段により収集した音声に基づいて明瞭化のための信号処理を行う音声処理装置。
【請求項２】
前記音声収集手段により収集された車室内音声を、前記伝送媒体を介して前記信号処理手段に集め、
前記信号処理手段において前記車室内音声を周波数分析して雑音分布を導出し、
前記音声信号源手段からの音声信号に対して前記雑音分布に基づいて明瞭化信号処理を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の音声処理装置。
【請求項３】
前記明瞭化信号処理として、
前記音声信号源手段からの音声信号を周波数分析して音声のホルマント分布を導出し、
前記雑音分布と前記ホルマント分布を比較して、前記雑音分布の振幅が低い領域のホルマント分布を強調する信号処理を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の音声処理装置。
【請求項４】
前記明瞭化信号処理として、さらに、
前記雑音分布と前記ホルマント分布を比較して、前記雑音分布の振幅が高い領域のホルマント分布を抑制することを特徴とする請求項３に記載の音声処理装置。
【請求項１】
音声データをデジタル信号フォーマットで出力する音声信号源手段と、
前記音声信号源手段の出力に対して処理を加えて複数の信号を出力する信号処理手段と、
前記信号処理手段の出力を受けて増幅しアナログ信号として出力する複数の信号増幅手段と、
前記信号増幅手段にそれぞれ接続されて前記アナログ信号を音声として出力するスピーカ手段と、
音声を収集してデジタル信号フォーマットで出力する単数或いは複数の音声収集手段と、
前記音声信号源手段と、前記信号処理手段と、前記信号増幅手段と、前記音声収集手段との間で信号伝達するための伝送媒体とを備え、
前記信号処理手段が、前記音声収集手段により収集した音声に基づいて明瞭化のための信号処理を行う音声処理装置。
【請求項２】
前記音声収集手段により収集された車室内音声を、前記伝送媒体を介して前記信号処理手段に集め、
前記信号処理手段において前記車室内音声を周波数分析して雑音分布を導出し、
前記音声信号源手段からの音声信号に対して前記雑音分布に基づいて明瞭化信号処理を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の音声処理装置。
【請求項３】
前記明瞭化信号処理として、
前記音声信号源手段からの音声信号を周波数分析して音声のホルマント分布を導出し、
前記雑音分布と前記ホルマント分布を比較して、前記雑音分布の振幅が低い領域のホルマント分布を強調する信号処理を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の音声処理装置。
【請求項４】
前記明瞭化信号処理として、さらに、
前記雑音分布と前記ホルマント分布を比較して、前記雑音分布の振幅が高い領域のホルマント分布を抑制することを特徴とする請求項３に記載の音声処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２９５３４７（Ｐ２００７−２９５３４７Ａ）
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２１７７３（Ｐ２００６−１２１７７３）
【出願日】平成１８年４月２６日（２００６．４．２６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２６日（２００６．４．２６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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