JP2000278786A - マイクロホン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 息吹き雑音などの雑音により、マイクロホン
の利得が音声の聴取困難になるまで低くなるのを防ぎ、
かつ、話者とマイクロホンとの相対位置の変動による録
音レベルや拡声音レベルの変動を小さくする。 【解決手段】 マイクロホンユニット１１０からのアナ
ログ音声信号をデジタル音声信号に変換して周波数帯域
分割フィルタ部１３０に入力する。周波数帯域分割フィ
ルタ部１３０では、複数の周波数帯域フィルタにより、
デジタル音声信号を複数の周波数帯域に分割する。レベ
ル変換回路１４０では、各周波数帯域信号を入力し、各
周波数帯域信号を各帯域毎にレベル変換し、各帯域信号
を合成して出力する。制御部１６０では、レベル変換回
路１４０における各周波数帯域信号のレベルを非線形に
変換し、入力レベルの大きい周波数帯域成分の増幅率は
小さくし、入力レベルの小さい周波数帯域では増幅率は
大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば拡声器、電
話、音声通信等の分野で用いられるマイクロホン装置に
関し、特にマイクロホン装置における信号処理回路の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種のマイクロホン装置に
おいて、音声を伝送、再生する場合、伝送系、再生系の
ダイナミックレンジが十分広くないときに、小さいレベ
ルの音声の増幅率を大きくし、大きいレベルの音声の増
幅率を小さくするよう自動利得制御装置（ＡＧＣ）によ
って制御するようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の自動利得制御装置においては、設定や動作の安定性
について、次のような問題点があった。 （１）マイクロホンへの息の吹きかけ、風雑音や、マイ
クロホンをぶつけたりしたときの衝撃音などが入った後
では、利得が小さくなり、音声が聞き取れなくなること
がある。 （２）話者の顔の向きが変わり、マイクロホンの指向特
性から外れた方向から音声が入るとき、低域周波数より
高域周波数の方が音声放射指向特性が鋭いので、結果的
に高域周波数のレベルが相対的に小さくなり、音声が不
明瞭になることがある。 （３）うるさい環境で拡声された音声を聞くとき、子音
等の小さいレベルの成分が雑音にマスクされて、言葉が
聞き取りにくいことがある。

【０００４】そこで本発明の目的は、息吹き雑音などの
雑音により、マイクロホンの後段に接続される自動レベ
ル制御の録音機や拡声器の利得が音声の聴取困難になる
まで低くなるのを防ぎ、かつ、話者とマイクロホンとの
相対位置の変動による録音レベルや拡声音レベルの変動
を小さくすることができるマイクロホン装置を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、マイクロホンユニットから入力される音声信
号を周波数帯域分割する帯域分割手段と、前記帯域分割
手段から入力された信号を各帯域毎にレベル変換して出
力するレベル変換手段と、各帯域毎のレベル変換手段か
らの信号を加算合成する合成手段と、前記レベル変換手
段の入出力特性を各帯域毎に設定することにより、特定
帯域の成分の伝達を相対的に抑制する設定手段とを有す
ることを特徴とする。

【０００６】本発明のマイクロホン装置では、入力音声
信号の要素成分を周波数帯域分割し、それぞれの周波数
帯域毎に非線形にレベル変換する。例えば、入力レベル
の大きい周波数帯域成分の増幅率は小さくし、入力レベ
ルの小さい周波数帯域成分の増幅率は大きくするように
レベル変換することで、特定帯域の成分の伝達を抑制す
る。これにより、後段のマイクロホンアンプ、電力増幅
器、ラウドスピーカ等のダイナミックレンジの範囲内に
音声の主要な成分を入れることができるので、特別な操
作をすることなく、明瞭な拡声、伝送、録音等を行うこ
とができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるマイクロホン
装置の実施の形態について説明する。図１（Ａ）は、本
発明によるマイクロホン装置の大まかな構成例を示すブ
ロック図であり、低電圧動作のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換部を
内蔵したタイプのデジタル信号処理プロセッサ（ＤＳ
Ｐ）を用いる場合を示している。このマイクロホン装置
は、マイクロホンユニット１１０と、Ａ／Ｄ変換部１２
０と、周波数帯域分割フィルタ部１３０と、レベル変換
部１４０と、Ｄ／Ａ変換部１５０と、制御部１６０とを
有するものであり、Ａ／Ｄ変換部１２０からＤ／Ａ変換
部１５０までの構成がＤＳＰにより構成されている。ま
た、以上の各部には、１．５Ｖの電源電圧が供給されて
いる。

【０００８】マイクロホンユニット１１０は、マイクロ
ホン１１２とアンプ１１４とを有し、マイクロホン１１
２から入力された音声信号をアンプ１１４により増幅し
てＡ／Ｄ変換部１２０に出力する。Ａ／Ｄ変換部１２０
は、マイクロホンユニット１１０からのアナログ音声信
号をデジタル音声信号に変換して周波数帯域分割フィル
タ部１３０に出力する。周波数帯域分割フィルタ部１３
０は、複数の周波数帯域フィルタにより、デジタル音声
信号を複数の周波数帯域に分割して、各周波数帯域信号
をレベル変換回路１４０に出力する。

【０００９】レベル変換回路１４０は、各周波数帯域信
号を各帯域毎にレベル変換して、各帯域信号を合成し、
Ｄ／Ａ変換部１５０に出力する。Ｄ／Ａ変換部１５０
は、レベル変換回路１４０からの各帯域毎のデジタル信
号をアナログ信号に変換して出力する。制御部１６０
は、レベル変換回路１４０における入出力特性（レベル
変換率）を設定するものであり、この設定に際して、人
の近傍での発話音圧レベルを、前記マイクロホンユニッ
トの後段に接続される回路の基準入力レベルに基づいて
変換する。

【００１０】すなわち、この制御部１６０では、レベル
変換回路１４０における各周波数帯域信号のレベルを非
線形に変換し、入力レベルの大きい周波数帯域成分の増
幅率は小さくし、入力レベルの小さい周波数帯域では増
幅率は大きくすることにより、後段のマイクロホンアン
プ、電力増幅器、ラウドスピーカのダイナミックレンジ
の範囲内に音声の主要な成分を入れることで、特別な操
作をすることなく、息吹き雑音や衝撃音を抑制した状態
で、音声の主要成分の明瞭な伝達を可能とし、明瞭な拡
声、伝送、録音等を行えるようにするものである。

【００１１】図１（Ｂ）は、上述した周波数帯域分割フ
ィルタ部１３０とレベル変換部１４０の各処理要素を原
理的に示すブロック図である。図示のように、この装置
では、入力音声信号Ｓ５１を３つのバンドパスフィルタ
５４Ｌ、５４Ｍ、５４Ｈによって３つの周波数帯域に分
割し、各帯域毎にレベル変換処理部５０Ｌ、５０Ｍ、５
０Ｈによってレベル変換を行う。そして、レベル変換処
理部５０Ｌ、５０Ｍ、５０Ｈの出力信号を加算回路５５
により合成して出力する。上述した周波数帯域分割フィ
ルタ部１３０の処理がバンドパスフィルタ５４Ｌ、５４
Ｍ、５４Ｈによる処理に相当し、レベル変換部１４０の
処理がレベル変換処理部５０Ｌ、５０Ｍ、５０Ｈと加算
回路５５による処理に相当する。

【００１２】次に、以上のような構成によるマイクロホ
ン装置のレベル制御方法について説明する。また、図２
（Ａ）（Ｂ）は、口元での音声の周波数成分分布と時間
波形の例を示す説明図であり、図２（Ａ）において縦軸
はレベル（ｄＢ）、横軸は周波数（ｋＨｚ）を示し、図
２（Ｂ）において縦軸はレベル（Ｖ）、横軸は時間（ｍ
ｓｅｃ）を示している。また、図３（Ａ）（Ｂ）は、マ
イクロホンに息を吹きかけたときの息吹き雑音の周波数
成分分布と時間波形の例を示す説明図であり、図３
（Ａ）において縦軸はレベル（ｄＢ）、横軸は周波数
（ｋＨｚ）を示し、図３（Ｂ）において縦軸はレベル
（Ｖ）、横軸は時間（ｍｓｅｃ）を示している。さら
に、図４（Ａ）（Ｂ）は、マイクロホンに物が当たった
時の衝撃音の周波数成分分布と時間波形の例を示す説明
図であり、図４（Ａ）において縦軸はレベル（ｄＢ）、
横軸は周波数（ｋＨｚ）を示し、図４（Ｂ）において縦
軸はレベル（Ｖ）、横軸は時間（ｍｓｅｃ）を示してい
る。

【００１３】息吹き雑音等は、音声の周波数成分分布に
くらべて、低域周波数に大きいレベルの成分を有してお
り、この成分の信号レベルで信号全体の利得制御が行わ
れると、ＡＧＣ回路は利得を小さくするように働くの
で、高域周波数成分は小さくなり、聞き取りにくくな
る。そこで本例では、入力音声を周波数帯域分割し、そ
れぞれの帯域毎に独立してレベル変換をして利得制御を
行う。

【００１４】図５は、本例のマイクロホン装置における
周波数帯域分割と利得制御の具体例を示す説明図であ
る。この例では、周波数帯域として、ピッチ及び第１フ
ォルマント成分の帯域、第２フォルマント成分の帯域、
第３フォルマント成分及び子音成分の帯域の３つの帯域
に分割している。各帯域の境界周波数は、固定でも可変
でもよい。境界周波数固定の場合には、例えば、１．２
ｋＨｚ、３．２ｋＨｚで３分割する。そして、図示のよ
うに、低帯域になるほど、大きい入力レベルに対して出
力レベルの増幅率を小さく設定することにより、低帯域
の周波数成分の伝達を抑制する。このようにすれば、息
吹き雑音等による大きいレベルの低域周波数成分によっ
て他の周波数成分の利得が小さくなることがない。

【００１５】ところで、このように周波数帯域分割した
場合の各帯域の利得制御の実際の値は、マイクロホンユ
ニットの音圧−電圧変換感度やマイクロホンアンプの利
得、後段の伝送路、録音機、拡声器等の影響を受けるも
のである。そこで以下の説明では、周波数帯域毎の音声
信号における利得制御の方法を、入力音圧レベル−出力
音圧レベルの特性図に置き換えて説明する。通常、接話
マイクロホンは、口元に接近して音を拾うような使われ
方をする。そして、口元での発話音声レベルは、９５デ
シベル程度である。このレベルを入力レベルの中心に考
え、入力レベル−出力レベル変換すればよい。

【００１６】図８は、接話マイクロホンの利用者の頭と
接話マイクロホンとの相対位置変動や声の大きさの変動
を考慮したときのレベル変換の例を示す説明図である。
口元での通常の声の音圧レベルは９５デシベル程度であ
り、大声では１１５デシベル程度、小さい声では７５デ
シベル程度である。図８の例では、これを通常聞き易い
音圧レベル（快適受聴レベル）とされている６５デシベ
ルを中心にレベル変換している。なお、変換後のレベル
の絶対値は、本例のマイクロホン装置を利用する機器等
に応じて異なってくる。例えば、本マイクロホン装置が
ラインレベルを入力とする拡声装置に接続されていると
きには、図８の出力レベル６５デシベルが後段の拡声装
置の基準入力レベルに相当するようにする。

【００１７】図６は、一般的な入力レベル−出力レベル
変換特性の２つの例を示す説明図である。図６（Ａ）の
破線に示すように、特性図の傾きが小さいほど、レベル
圧縮の度合いが大きく、図６（Ｂ）の破線に示すよう
に、特性図の傾きが同じなら上にあるほど、増幅の度合
いが大きいことを意味している。図６（Ａ）に示すよう
に、レベル圧縮設定になっている特性図を入力レベルに
ついてみれば、入力レベルの小さいときのほうが入力レ
ベルの大きいときに比べて増幅率は大きくなる。また、
入力レベル範囲によって、非線形レベル変換動作を変え
るために、図７の点Ａのような折れ曲がり点をもたせる
こともある。通常、この点Ａのことを「ニーポイント」
と呼ぶ。

【００１８】図６に示す場合には、Ａ点より大きい入力
レベルでは、ダイナミックレンジが圧縮変換され、Ａ点
より小さい入力レベルではダイナミックレンジが伸張変
換される。また、このＡ点の他に、レベル変換特性の最
大出力レベルを制限するためのＢ点を「出力制限ポイン
ト」と呼び、低入力レベルでのレベル変換特性を決める
ためのＣ点を「暗騒音抑圧ポイント」と呼ぶ。なお、Ｐ
Ａ装置のように、マイクロホンからの信号が増幅されて
スピーカから出力され、再びマイクロホンに入力される
フィードバックループを形成する場合には、通称ハウリ
ングと呼ばれる発振現象が生じる。そこで、このループ
による発振を防止するため、図７の一点破線のような増
幅利得限界を設け、ニーポイントの移動範囲を制限する
ようにする。本例のマイクロホン装置では、以上のよう
な各条件を考慮しつつ、レベル変換後の出力音圧レベル
を、理想的な快適受聴レベルである６５デシベル程度に
なるように制御するものとする。

【００１９】以上のように、本例のマイクロホン装置に
おいては、周波数帯域分割した音声信号毎にレベル変換
を行うことにより、接話マイクロホンで音声を拾うとき
に、大きすぎる周波数成分を抑えて、逆に小さい周波数
成分を大きくするレベル変換を行うことができる。した
がって、発話者の口とマイクロホンとの相対位置を安定
に保つことができない場合に、口元とマイクロホンの位
置関係がずれても、音量操作によりレベル修正を行う必
要がない。また、マイクロホンに風雑音や衝撃音が入り
易い状況での使用、および受聴環境がうるさい場合に
も、マイクロホンに入る風雑音や衝撃音等に対応したレ
ベル修正や周波数特性修正の必要がない。さらに、明瞭
な拡声音声を得ることが可能となる。

【００２０】ところで、以上のようなレベル圧縮増幅動
作は、瞬時のレベルに対して行われることもあるが、出
力波形が大きく歪むので、多くの場合、直前のレベルに
対して大きなレベルが入力されたときには、増幅率を小
さく抑える動作は瞬時に行い、逆に直前のレベルよりも
小さいレベルが入力されたときには、増幅率を上げる動
作については時間遅れをもって行わせるものが提案され
ている（詳しくは、例えば特願平１０−１８３８２９号
参照）。そこで、このようなレベル圧縮増幅動作を入力
レベルの変化に応じて時間差を持たせるようにした回路
を本発明による周波数帯域分割によるレベル変換処理機
能とを組み合わせることも可能である。

【００２１】図９は、入力レベルの変化に応じて遅延動
作を含むレベル圧縮増幅動作を行う回路の構成を原理的
に示すブロック図である。この回路は、例えば図１
（Ｂ）に示したレベル変換処理部５０Ｌ、５０Ｍ、５０
Ｈにそれぞれ設けられるものである。図９において、上
述のように周波数帯域分割された入力音声信号は、入力
端子５１を通じて利得制御アンプ５２に供給され、この
利得制御アンプ５２においてレベル変換されてから出力
端子５３に出力される。

【００２２】また、入力端子５１からの音声信号は、整
流回路６１１及びローパスフィルタ６１２から構成され
るレベル検出回路６１に供給され、入力音声信号のエン
ベロープを示す信号、すなわち、入力音声信号の瞬時レ
ベルの変化に対応する検出信号が取り出される。そし
て、この検出信号が制御信号形成回路６３及び遅延回路
６２に供給される。遅延回路６２は、検出信号に応じた
遅延信号を制御信号形成回路６３に出力し、制御信号形
成回路６３は、検出信号と遅延信号に基づいて、制御信
号を利得制御アンプ５２に出力する。また、制御信号形
成回路６３からの制御信号は、上述した周波数分割帯域
毎の利得設定値に基づいて決定されるものである。

【００２３】このような構成により、直前のレベルに対
して大きなレベルが入力されたときには、増幅率を小さ
く抑える動作を瞬時に行い、逆に直前のレベルよりも小
さいレベルが入力されたときには、増幅率を上げる動作
を遅延して行うことができる。なお、実際の装置におい
ては、図９に示す回路も主要な要素は、図１に示すＤＳ
Ｐによって構成されるものとする。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明のマイクロホ
ン装置では、マイクロホンユニットから入力される音声
信号を周波数帯域分割し、各帯域毎に設定される入出力
特性に基づいてレベル変換し、各帯域毎のレベル変換信
号を合成して出力することにより、特定帯域成分の伝達
を相対的に抑制するようにした。

【００２５】このため、マイクロホンで音声を拾うとき
に、大きすぎる周波数成分を抑えて、逆に小さい周波数
成分を大きくするレベル変換を行うことができ、息吹き
雑音などの雑音により、マイクロホンの後段に接続され
る自動レベル制御の録音機や拡声器の利得が音声の聴取
困難になるまで低くなるのを防ぎ、かつ、話者とマイク
ロホンとの相対位置の変動による録音レベルや拡声音レ
ベルの変動を小さくすることができる。

【００２６】したがって、例えば、発話者の口とマイク
ロホンとの相対位置を安定に保つことができない場合
に、口元とマイクロホンの位置関係がずれても、音量操
作によりレベル修正を行う必要がない。また、マイクロ
ホンに風雑音や衝撃音が入り易い状況での使用、および
受聴環境がうるさい場合にも、マイクロホンに入る風雑
音や衝撃音等に対応したレベル修正や周波数特性修正の
必要がない。さらに、明瞭な拡声音声を得ることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマイクロホン装置の構成例を示す
ブロック図である。

【図２】口元での音声の周波数成分分布と時間波形の例
を示す説明図である。

【図３】マイクロホンに息を吹きかけたときの息吹き雑
音の周波数成分分布と時間波形の例を示す説明図であ
る。

【図４】マイクロホンに物が当たった時の衝撃音の周波
数成分分布と時間波形の例を示す説明図である。

【図５】図１に示すマイクロホン装置における周波数帯
域分割と利得制御の具体例を示す説明図である。

【図６】一般的な入力レベル−出力レベル変換特性の２
つの例を示す説明図である。

【図７】ニーポイント等を設けた入力レベル−出力レベ
ル変換特性の例を示す説明図である。

【図８】図１に示すマイクロホン装置で用いる入力レベ
ル−出力レベル変換特性の例を示す説明図である。

【図９】本発明の応用例によるマイクロホン装置のレベ
ル変換処理部の構成例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１１０……マイクロホンユニット、１２０……Ａ／Ｄ変
換部、１３０……周波数帯域分割フィルタ部、１４０…
…レベル変換部、１５０……Ｄ／Ａ変換部、１６０……
制御部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロホンユニットから入力される音
   声信号を周波数帯域分割する帯域分割手段と、 前記帯域分割手段から入力された信号を各帯域毎にレベ
   ル変換して出力するレベル変換手段と、 各帯域毎のレベル変換手段からの信号を加算合成する合
   成手段と、 前記レベル変換手段の入出力特性を各帯域毎に設定する
   ことにより、特定帯域の成分の伝達を相対的に抑制する
   設定手段と、 を有することを特徴とするマイクロホン装置。
2. 【請求項２】 前記特定帯域は、入力レベルの大きい周
   波数帯域であり、前記設定手段は、入力レベルの大きい
   周波数帯域成分の増幅率は小さくし、入力レベルの小さ
   い周波数帯域では増幅率は大きくするようにしたことを
   特徴とする請求項１記載のマイクロホン装置。
3. 【請求項３】 前記特定帯域は、音声の主要成分を伝達
   する周波数に対して低域の周波数帯域であることを特徴
   とする請求項１記載のマイクロホン装置。
4. 【請求項４】 前記設定手段は、前記レベル変換手段に
   よるレベル変換後の出力音圧レベルがマイクロホンの後
   段に接続される回路の基準入力レベルとなるように、前
   記レベル変換手段の入出力特性を設定するようにしたこ
   とを特徴とする請求項１記載のマイクロホン装置。
5. 【請求項５】 前記設定手段は、前記帯域分割手段によ
   って各周波数帯域の音声信号のダイナミックレンジを圧
   縮するように、前記レベル変換手段の入出力特性を設定
   することを特徴とする請求項１記載のマイクロホン装
   置。
6. 【請求項６】 前記レベル変換手段の動作を、直前のレ
   ベルよりも大きいレベルが入力された時には瞬時に行
   い、直前のレベルよりも小さいレベルが入力された時に
   は一定の遅延をもって行うことを特徴とする請求項１記
   載のマイクロホン装置。
7. 【請求項７】 前記帯域分割手段、前記レベル変換手
   段、前記合成手段、及び前記設定手段は、入力部にＡ／
   Ｄ変換部を有するとともに、出力部にＤ／Ａ変換部を有
   するデジタル信号処理プロセッサにより構成されること
   を特徴とする請求項１記載のマイクロホン装置。