JP4000697B2

JP4000697B2 - Microphone device and voice recognition device, car navigation system, and automatic driving system

Info

Publication number: JP4000697B2
Application number: JP36454598A
Authority: JP
Inventors: 岳河村; 丈郎金森; 悟茨木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: JP2000188795A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音源から得られる信号を高Ｓ／Ｎかつ、良好な音声伝達特性で収音することを目的とするマイクロホン装置に関する。また、これを用いた音声認識装置、カーナビゲーションシステム、自動車の自動運転システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高騒音下で目的の音を高Ｓ／Ｎで収音するためのマイクロホン装置として、複数のマイクロホンユニットを直線状に配列して、複数のマイクロホンユニットからの出力信号を加算し、超指向性を得るマイクロホンアレイがある。ここで、Ｓ／ＮのＳは目的音源、Ｎは周囲雑音の音圧感度を示すものとする。
【０００３】
このような機能を持つ従来のマイクロホン装置の構成について、図１９を用いて説明する。図１９はマイクロホンユニット数が５の場合の、従来例のマイクロホン装置の構成である。図１９において、１９１から１９５は第１から第５の単一指向性マイクロホンユニットである。１９６は信号加算手段で、第１から第５の指向性マイクロホンユニット１９１，１９２，１９３，１９４，１９５からの出力信号を入力として信号の加算を行う。このようにして、高騒音下で目的の音を収音することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成のマイクロホン装置では、比較的マイクロホンユニットの近くに音源が存在する場合、良好な収音が困難であるという課題があった。
【０００５】
図２０は、図１９に示す従来のマイクロホンアレイの、距離に対する正面感度特性を示したものである。図１９の第１から第５の指向性マイクロホンユニット１９１から１９５のユニット間隔は、それぞれ５ｃｍ、指向性マイクロホンユニットの向きは、全て図１９左方向に平行に向ける。ｘ軸を図１９の左方向、ｙ軸を図１９の下方向とし、原点を第３の指向性マイクロホンユニット１９３とする。また、正面感度特性とはマイクロホンアレイの中心線に沿う方向の音圧感度のことであり、ここでは音源をｘ軸上原点から１ｍまで移動したときの、距離減衰分を補償した正面感度を示している。
【０００６】
図２０から、音源とマイクロホンとの距離が近づくほど、音圧感度は低下することを示している。このことは、比較的指向性マイクロホンユニットの近くに音源が存在する場合、従来のマイクロホン装置による収音では、十分な収音が困難であることを意味している。特に、音声入力機能付きカーナビゲーション等、自動車に搭載される音声認識装置用マイクロホン装置においては、Ｓ／Ｎ比の上下が直接認識率の上下に影響を与えるため、従来のマイクロホン装置による収音では、十分な音声レベルが得られず、音声認識装置の認識率の低下を招いていた。
【０００７】
音源とマイクロホン装置との距離が近距離になるほど、音声利得が失われるのは、音源から各指向性マイクロホンユニットまでのそれぞれの距離が異なることに原因がある。すなわち、各ユニットに到達した音声信号が、特に高周波数領域において位相差により干渉を起こし、高域の音声信号の感度が低下する。さらに、距離減衰に差が生じることで、各指向性マイクロホンユニットに生じる電圧の波形レベルが不揃いとなり、全帯域で音圧感度が十分得られなくなる。このように、従来マイクロホン装置では近い音が拾いにくくなり、音声認識などの高Ｓ／Ｎが必要とされる収音には適さないという問題がある。
【０００８】
また、図２１は、マイクロホン装置の近傍に複数の反射面がある場合の、音源からマイクロホン出力までの音声伝達特性の一例である。矢印は、３００Ｈｚでのピーク〜ディップの音圧感度振れ幅を示している。この伝達特性は、特に音声認識に用いる場合、フラットであることが望ましいが、図２０では２００〜５００Ｈｚ前後での乱れ、すなわちピークやディップの発生が目立つ。これは各指向性マイクロホンユニットの向きが互いに平行であるため、反射音の影響を受けやすく、特定の周波数の音が打ち消されて伝達特性のディップとなったり、増幅されて伝達特性のピークとなったりすることに因るものである。このように、従来のマイクロホン装置では、近傍に複数の反射面がある場合、音声伝達特性が乱され、音声認識のようなフラットな伝達特性が必要とされる収音には、適さないという問題がある。
【０００９】
以上の問題点に鑑み、本発明は、音声認識装置用等の近距離音源を想定したマイクロホン装置のＳ／Ｎ比向上と、近傍に音響反射体が存在する場合においても音声伝達特性の平滑化を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願の請求項１の発明は、音源からの信号を収音するマイクロホン装置であって、所定の半径の略円弧状に配置され、複数個からなる指向性マイクロホンユニットと、前記指向性マイクロホンユニットから出力される信号を加算する加算手段とを具備し、前記指向性マイクロホンユニットは、指向性を前記円弧の焦点に向け、前記指向性マイクロホンユニットと前記焦点を含む平面に対して前記音源からのばした垂線との交点を目標点とし、前記目標点と前記指向性マイクロホンユニットとの間に前記焦点が配置されることを特徴とするものである。
【００１１】
本願の請求項２の発明は、音源からの信号を収音するマイクロホン装置であって、所定の半径の略円弧状に配置され、複数個の指向性マイクロホンユニットと、前記指向性マイクロホンユニットから出力される信号を加算する加算手段とを具備し、前記指向性マイクロホンユニットと前記焦点を含む平面に対して前記音源からのばした垂線との交点と前記焦点が一致するように配置され、前記指向性マイクロホンユニット近傍に音を反射する音響反射体が存在する場合は、前記指向性マイクロホンユニットの指向性のディップを一律に前記音響反射体の方向に向けることを特徴とするものである。
【００１２】
本願の請求項３の発明は、音源からの信号を収音するマイクロホン装置であって、略直線状に配置され、複数個からなる指向性マイクロホンユニットと、前記指向性マイクロホンユニットの出力信号を前記音源から前記指向性マイクロホンユニットまでの距離に応じて減衰した音波の振幅差を補償する複数の信号増幅器と、前記信号増幅器の出力信号を前記音源から前記指向性マイクロホンユニットまでの距離に応じて音波の到達時間の差を補償する複数の信号遅延器と、前記信号遅延器より出力される信号を加算する加算手段とを具備し、前記指向性マイクロホンユニットは、それぞれの指向性の延長線が一点て交わるように向け、その交点を焦点とし、前記指向性マイクロホンユニットと前記焦点を含む平面に対して前記音源からのばした垂線との交点を目標点とし、前記目標点と前記指向性マイクロホンユニットとの間に前記焦点が配置されることを特徴とするものである。
【００１３】
本願の請求項４の発明は、請求項１乃至３のマイクロホン装置において、複数個の指向性マイクロホンユニットが、自動車のサンバイザー面または、天井面に設置ないし内蔵され、音源は運転者又は搭乗者であることを特徴とするものである。
【００１４】
本願の請求項５の発明は、音声認識装置において、請求項１乃至４のいずれかのマイクロホン装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
本願の請求項６の発明は、カーナビゲーションシステムにおいて、請求項５の音声認識装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
本願の請求項７の発明は、自動車の自動運転システムにおいて、請求項５の音声認識装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のマイクロホン装置は、略円弧状に複数の指向性マイクロホンユニットを配置する、あるいは音源から前記指向性マイクロホンユニットまでの距離に応じて音波の到達時間の差を補償することにより、音源から直接ユニットに到達する音を、距離減衰や位相差による干渉の影響を受けることなく収音できる。またユニットの向きを工夫することで、マイク近傍に音響反射体が存在するときに、音声反射の影響を小さくすることができる。これにより、Ｓ／Ｎ比の向上、音声伝達特性の平滑化が図られ、特に音声認識機能における認識率を向上させることができる。
【００１８】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１におけるマイクロホン装置について、図１〜図９を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるマイクロホン装置の構成を示したものであり、１０は音源、１１，１２，１３，１４，１５は、第１から第５の単一指向性マイクロホンユニットである。尚、指向性マイクロホンユニットの個数は、５個に限定されるものではない。指向性マイクロホンユニット１１〜１５は所定の半径の略円弧状に配置され、その指向性は円弧の焦点１７に向けられる。また、音源１０と指向性マイクロホンユニット１１〜１５の位置関係は、焦点１７が、音源１０と指向性マイクロホンユニット１１〜１５との間にくるように配置される。本実施の形態では一例として半径１５ｃｍ、第１〜第５の指向性マイクロホンユニット間隔は５ｃｍとしているが、これに限定されるものではなく、第１〜第５の指向性マイクロホンユニット間隔は、焦点を中心として等角度であってもよい。１６は信号加算手段で、第１から第５の指向性マイクロホンユニット１１〜１５の出力信号を加算し、収音する。
【００１９】
図２は、図１のように構成されたマイクロホン装置の正面感度特性を示す。ｘ軸は図１の左方向、ｙ軸は図１の下方向、原点を第３の指向性マイクロホンユニット１３とし、周波数１ｋＨｚを発する音源がｘ軸上を原点から１ｍまで移動したときの、距離減衰分を補償した音圧感度特性である。音源１０と指向性マイクロホンユニット１３との距離が０．１５〜０．２０ｍで、感度は最大となり、それ以上距離が離れるほど音圧感度は低下する。一方、音源１０と指向性マイクロホンユニット１３との距離が０．１５ｍ以下すなわち、音源１０が焦点１７より内側にあると、感度は急激に低下する。従って、十分な音声レベルで収音するには、図１に示すように、焦点１７が、音源１０と指向性マイクロホンユニット１１〜１５との間にくるように、音源１０と指向性マイクロホンユニット１１〜１５を配置することが不可欠である。
【００２０】
図３は、無指向性ユニットのＳ／Ｎ周波数特性を基準に、すなわち全帯域０ｄＢとして換算したときの、図１の本実施の形態のマイクロホン装置と図１９の従来のマイクロホン装置におけるＳ／Ｎ周波数特性を示す。ここで、音源は原点から３０ｃｍの距離のｘ軸上、すなわちマイクロホンアレイの正面に配置した場合である（原点は図１の第３の指向性マイクロホンユニット１３、図１９の第３の指向性マイクロホンユニット１９３とする）。また、複数のノイズ音源が、原点を中心に十分遠方の半径１００ｍの球面上に、一様に存在する拡散音場を仮定している。
【００２１】
図３に示すように、本実施の形態のマイクロホン装置によれば、従来のマイクロホン装置よりも、全体で１〜３ｄＢ程度Ｓ／Ｎ比を向上することができた。さらに１ｋＨｚ以上の高域では、音源から指向性マイクロホンユニットまでの距離差がなくなることで位相干渉がなくなり、音声収音レベルがさらに向上する。
【００２２】
図４は、本実施の形態におけるマイクロホン装置の近傍に音響反射体が存在する場合を示しており、音響反射体４１を除いて図１の構成と同じである。
【００２３】
図５は、図４の場合の話者口元から指向性マイクロホンユニット出力までの音声伝達特性である。図中の矢印は、３００Ｈｚ付近のピーク−ディップの音圧感度振れ幅を示している。図２１に示す従来のマイクロホン装置の特性と比較して、低域２００〜５００Ｈｚ前後での音声伝達特性のピーク−ディップ幅が小さくなり、本実施の形態の方が、音声伝達特性を平滑化できる。
【００２４】
また、音声伝達特性の平滑度は、周波数特性における周波数軸方向７点移動平均と実データとの差を加算した値（パラメータＤ）を評価指標とすると、パラメータＤは次式で示される。音声伝達特性が平滑なほどパラメータＤは小さくなる。
【００２５】
【数１】

【００２６】
Ｈ（ω）は周波数ωに対する音声伝達関数、ｍはデータ数である。従来のマイクロホン装置ではＤ＝０．８９９５に対して、本実施の形態のマイクロホン装置によると、Ｄ＝０．８０７４となり音声伝達特性を平滑化できる。
【００２７】
すなわち、マイクロホンアレイは、本来複数の指向性マイクロホンユニットの信号加算構造による信号の平均化の効果があるが、このように、焦点１７に第１から第５の指向性マイクロホンユニット１１〜１５の指向性を向けることで、音響反射体４１からの反射音の影響を低減することができる。
【００２８】
尚、音源、指向性マイクロホンユニット、焦点が同一平面に存在する場合について説明したが、同一平面に存在しない場合にも適用できる。
【００２９】
図６は音源、指向性マイクロホンユニット、焦点が同一平面に存在せず、マイクロホンアレイが音響反射体である平面Ａ上に配置される場合のそれぞれの位置関係を示したもので、６１は音源、１１、１２、１３、１４、１５は図１同様略円弧状に配置された指向性マイクロホンユニットである。指向性マイクロホンユニット１１〜１５と円弧の焦点１７を含む平面を平面Ａとする。また、マイクロホンアレイの主軸（第３の指向性マイクロホンユニット１３と焦点１７の延長線）と音源６１を含む平面を平面Ｂとする。指向性マイクロホンユニット１１〜１５は、焦点１７を通り、平面Ａに垂直な直線上の任意の点に向けられるよう設置する。すなわち、平面Ａに対して任意の角度φをなすようにする。平面Ａへの音源６１からの垂線の交点を目標点６２とすると、焦点１７は、目標点６２と指向性マイクロホンユニット１１〜１５との間にくるように配置される。この様に配置された指向性マイクロホンユニット１１〜１５の指向特性Ｐｒは、次式のように近似される。
【００３０】
【数２】

【００３１】
ただし、音響反射体である平面Ａに対する音波の入射角度をθ、設計変数をαとする。（数２）よりφの値により指向特性の形は変化するが、θ＝０でＰｒは最大となる。すなわち、音響反射体に近接した指向性マイクロホンユニットの最も感度の高い方向は、常に音響反射体に沿う方向、この場合は平面Ａに沿う方向となる。このため、図６において、平面Ａに垂直で焦点１７を通る直線上の任意の点に指向性マイクロホンユニット１１〜１５を向けても、実質的に得られるマイクロホンアレイの指向性は焦点１７となる。
【００３２】
このように、目標点６２を図１に示す音源１０とみなすことで、音源、指向性マイクロホンユニット、焦点が同一平面に存在しない場合においても、音源、指向性マイクロホンユニット、焦点が同一平面に存在する場合と同様の効果が得られる。
【００３３】
以上、音源にではなく、その手前に焦点が合うよう略円弧状に複数の指向性マイクロホンユニットを配置することで、音源から各指向性マイクロホンユニットまでの距離減衰や位相差による干渉の影響を小さく抑えることができる。これにより、Ｓ／Ｎ比１〜３ｄＢの向上、音声伝達特性の平滑化が図られ、特にこれを用いた音声認識装置の認識率を向上させることができる。
【００３４】
さらに、本実施の形態のマイクロホン装置を自動車に設置する場合について説明する。図７は自動車の運転席付近を示したもので、第１から第５の指向性マイクロホンユニット１１〜１５は、サンバイザ７０又は天井７１の所定の位置に設置される。７２はフロントガラス、７３はサイドガラスで、天井７１と共に音響反射体として収音に悪影響を与える。７４は音源である話者である。
【００３５】
図８はサンバイザ７０に設置した一例で、図１同様第１から第５の指向性マイクロホンユニット１１〜１５は、所定の半径の略円弧状に配置され、その指向性は円弧の焦点に向けられる。
【００３６】
図９はマイクロホン装置を自動車に設置する場合の音源、指向性マイクロホンユニット、焦点の位置関係を示している。第１から第５の指向性マイクロホンユニット１１〜１５は、所定の半径の略円弧状にサンバイザ７０に配置され、その指向性は円弧の焦点１７に向けられる。また、指向性マイクロホンユニット１１〜１５と焦点１７を含む平面に対して音源６１からのばした垂線との交点を目標点６２とし、焦点１７が、目標点６２と指向性マイクロホンユニット１１〜１５との間にくるように配置される。
【００３７】
このような配置、構成にすることによって、天井やサイドガラスなど収音に悪影響を与える音響反射体が多い自動車の車室内においても、音源から各指向性マイクロホンユニットまでの距離減衰や位相差による干渉の影響を小さく抑えると共に、音響反射体からの反射音の影響を低減することができる。
【００３８】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２におけるマイクロホン装置について、図１０〜図１４を参照しながら説明する。図１０は、本実施の形態のマイクロホン装置の構成を示したもので、１００は音源、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５は、第１から第５の指向性マイクロホンユニットである。指向性マイクロホンユニット１０１〜１０５は所定の半径の円弧状に配置され、音源１００は円弧の焦点１０７に配置される。１０６は信号加算手段で、第１から第５の指向性マイクロホンユニット１０１〜１０５の出力信号を加算する。第１から第５の指向性マイクロホンユニット１０１〜１０５は同一の指向性を持ち、音響反射１０８の方向に、最も感度の低い指向性のディップを向けて配置する。
【００３９】
図１１は、指向性マイクロホンユニット１０１〜１０５の指向特性Ｐと音響反射体１０８との位置関係を示しており、指向特性Ｐは、指向性マイクロホンユニット１０１〜１０５の正面に対する音波の入射角度をθ、設計変数をαとすれば、次式のようになる。
【００４０】
【数３】

【００４１】
図１１は、α＝√２のときの指向特性で、最も感度の高い方向を矢印で示している。図１１のように、最も感度の低い指向性のディップθ＝２２５°を音響反射体に向け、最も感度の高い指向性の方向θ＝０°を左下の音源方向に向けて配置する。このような構成により、音響反射体１０８からの反射音の影響を低減することができる。（数１）による音声伝達特性の平滑度を示すパラメータＤは、Ｄ＝０．６３８６となり、実施の形態１のマイクロホン装置の平滑度Ｄ＝０．８０７４よりさらに平滑化される。
【００４２】
以上、実施の形態１と同様、指向性マイクロホンユニットを略円弧状に配置することで、従来の直線状に配置したマイクロホン装置よりＳ／Ｎ比が改善される。さらに、音響反射体に指向性のディップを向けることで、実施の形態１よりも伝達特性の平滑化を図ることができる。
【００４３】
尚、音源、指向性マイクロホンユニット、焦点が同一平面に存在する場合について説明したが、実施の形態１と同様、同一平面に存在しない場合にも適用できる。一例として、本実施の形態のマイクロホン装置を自動車に設置する場合について説明する。
【００４４】
図１２は自動車の運転席付近を示したもので、第１から第５の指向性マイクロホンユニット１０１〜１０５は、サンバイザ１２０又は天井１２１の所定の位置に設置される。１２２はフロントガラス、１２３はサイドガラスで、天井１２１と共に音響反射体として収音に悪影響を与える。１２４は音源である話者である。
【００４５】
図１３はサンバイザ１２０に設置した一例で、図１０同様指向性マイクロホンユニット１０１〜１０５は、所定の半径の略円弧状に配置され、最も感度の低いディップを音響反射体であるフロントガラス１２２又はサイドガラス１２３に向けられる。
【００４６】
図１４はマイクロホン装置を自動車に設置する場合の音源、指向性マイクロホンユニット、焦点の位置関係を示している。第１から第５の指向性マイクロホンユニット１０１〜１０５は、所定の半径の略円弧状にサンバイザ１２０に配置され、その指向性は円弧の焦点１０７に向けられる。また、指向性マイクロホンユニット１０１〜１０５と焦点１０７を含む平面に対して音源１００からのばした垂線との交点が、焦点１０７と一致するように配置される。
【００４７】
このような配置、構成にすることによって、天井やサイドガラスなど収音に悪影響を与える音響反射体が多い自動車の車室内においても、音声伝達特性の平滑化が図られ良好な収音ができる。
【００４８】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３におけるマイクロホン装置について、図１５を参照しながら説明する。図１５は、本実施の形態におけるマイクロホン装置の構成を示したもので、１５００は音源、１５０１，１５０２，１５０３，１５０４，１５０５は、第１から第５の指向性マイクロホンユニットである。指向性マイクロホンユニット１５０１〜１５０５は、略直線状に配置され、かつ、最も感度の高い指向性の延長線が一点で交わるように向けられる（交点を焦点１５１７と称す）。また、実施の形態１と同様、音源１５００よりも手前に焦点を作るよう向ける。１５０６，１５０７，１５０８，１５０９，１５１０は、第１から第５の信号増幅器であり、音源１５００から指向性マイクロホンユニット１５０１〜１５０５までの距離減衰分を補償する。１５１１，１５１２，１５１３，１５１４，１５１５は第１から第５の信号遅延器であり、音源１５００から指向性マイクロホンユニット１５０１〜１５０５までの音波の到達時間の差を補償する。１５１６は第１から第５の信号遅延器の出力信号を加算する信号加算手段である。
【００４９】
指向性マイクロホンユニット１５０１〜１５０５で得られた音源１５００からの信号は、信号増幅器１５０６〜１５１０で、音源１５００から各指向性マイクロホンユニット１５０１〜１５０５までの距離減衰分を補償され、同一の振幅レベルに増幅される。さらに信号遅延器１５１１〜１５１５において、信号到達時間差を補償することにより、信号の位相差をなくし同期をとる。
【００５０】
このようにして、指向性マイクロホンユニットが略直線状に配置される場合でも、実施の形態１のように略円弧状に配置される場合と同等の効果を発揮することができる。
【００５１】
以上により、実施の形態１のように指向性マイクロホンユニットを略円弧状に配置できない場合においても、本実施の形態では実施の形態１と同等のＳ／Ｎ比の向上が実現できる。また指向性マイクロホンユニットの向きを個々に変えているので、図４のように音響反射体が近傍に存在する場合でも、音声伝達特性の平滑化が図られ、Ｓ／Ｎ比向上の効果と合わせて、音声認識装置の認識率を向上させることができる。
【００５２】
尚、音源、指向性マイクロホンユニット、焦点が同一平面に存在する場合について説明したが、実施の形態１と同様、同一平面に存在しない場合にも適用できることは自明である。
【００５３】
（実施の形態４）
次に本発明の実施の形態４における音声認識装置について、図１６を参照しながら説明する。図１６は、本発明の実施の形態４における音声認識装置の構成を示したものであり、同図において１６１は音源である話者、１６２は本発明の実施の形態１〜３のいずれかのマイクロホン装置、１６３は音声区間を検出する音声区間検出手段、１６４は雑音を抑圧する雑音抑圧手段、１６５は音声を認識する音声認識手段である。話者１６１からの音声をマイクロホン装置１６２で収音し、音声区間検出手段１６３で音声・非音声を検出、雑音抑圧手段１６４および音声認識部１６５にその情報を出力する。雑音抑圧手段１６４で音声信号に含まれる雑音を除去し、音声認識手段１６５で音声認識を行う。
【００５４】
尚、音声区間検出手段１６３は、雑音抑圧手段１６４、音声認識部１６５に含めてそれぞれ独自に検出をしてもよい。また雑音抑圧手段１６４も、十分Ｓ／Ｎがよければ、省略することができる。
【００５５】
従来のマイクロホン装置を用いた音声認識装置では、高速道路走行時における音声認識率が６１．６％であったのに対して、本実施の形態の音声認識装置では、高速道路走行時における音声認識率を７８．９％まで向上することができる。
【００５６】
以上のように本実施の形態によれば、Ｓ／Ｎ比が高く音声伝達特性が平滑なマイクロホン装置を音声認識装置の入力手段とすることにより、音声認識装置の認識率を向上させることができる。
【００５７】
また、本実施の形態の音声認識装置を用いて、運転者や搭乗者に目的地までの経路誘導や道路交通情報を提供するカーナビゲーションシステムや、ドライバーの音声によってハンドル操作やアクセル／ブレーキ操作等を行う自動車の自動運転システムが実現できる。
【００５８】
図１７は本実施の形態の音声認識装置を用いたカーナビゲーションシステムの一例である。運転者や搭乗者である話者１７１からの音声を本実施の形態の音声認識装置１７２で認識し、話者１７１からの操作情報として経路誘導手段１７３、交通情報提供手段１７４に入力する。経路誘導手段１７３は目的地までの距離や経路を、交通情報提供手段１７４は話者１７１が要求した情報を、音声または表示によって案内する。
【００５９】
このように、高い認識率の音声認識装置を用いることで、音声によるカーナビゲーションシステムの操作が確実になり、従来のカーナビゲーション操作中の脇見運転や注意力の低下を防止し、より安全に自動車を運転することができる。
【００６０】
図１８は本実施の形態の音声認識装置を用いた自動車の自動運転システムの一例である。運転者や搭乗者である話者１８１からの音声を本実施の形態の音声認識装置１８２で認識し、話者１８１からの操作情報としてハンドル操作手段１８３、アクセル／ブレーキ操作手段１８４に入力する。操作情報をもとにハンドル操作手段１８３はハンドルの操作を、アクセル／ブレーキ操作手段１８４はアクセル又はブレーキの操作を行う。
【００６１】
このように、高い認識率の音声認識装置を用いることで、音声による自動運転システムの実現が容易となり、運転者が疲れた場合に運転を代行したり、身体に障害を有する者でも自動車を運転することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように請求項１及び４記載のマイクロホン装置によれば、音源にではなく、その手前に焦点が合うよう略円弧状に複数の指向性マイクロホンユニットを配置することで、音源から各指向性マイクロホンユニットまでの距離減衰や位相差による干渉の影響を小さく抑えることができる。これにより、Ｓ／Ｎ比１〜３ｄＢの向上、音声伝達特性の平滑化が図られ、特に天井やサイドガラスなど収音に悪影響を与える音響反射体が多い自動車の車室内に設置される場合、その効果は大きい。
【００６３】
また、請求項２記載のマイクロホン装置によれば、音響反射体に指向性マイクロホンユニットの指向性のディップを向けることで、さらに伝達特性の平滑化が図られ良好な収音ができる。
【００６４】
また、請求項３記載のマイクロホン装置によれば、指向性マイクロホンユニットが略直線状に配置される場合でも、請求項１記載のマイクロホン装置のように略円弧状に配置される場合と同等の効果を発揮することができる。
【００６５】
また、請求項５記載の音声認識装置によれば、音声認識装置の認識率を向上させることができる。
【００６６】
また、請求項６記載のカーナビゲーションシステムによれば、音声によるカーナビゲーションシステムの操作が確実になり、従来のカーナビゲーション操作中の脇見運転や注意力の低下を防止し、より安全に自動車を運転することができる。
【００６７】
さらに、請求項７記載の自動車の自動運転システムによれば、音声による自動運転システムの実現が容易となり、運転者が疲れた場合に運転を代行したり、身体に障害を有する者でも自動車を運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロホン装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるマイクロホン装置の音圧感度特性図
【図３】本発明の実施の形態１におけるマイクロホン装置と、従来のマイクロホン装置のＳ／Ｎ周波数特性図
【図４】本発明の実施の形態１におけるマイクロホン装置近傍に音響反射体が存在する場合の説明図
【図５】本発明の実施の形態１におけるマイクロホン装置の音声伝達特性図
【図６】本発明の実施の形態１におけるマイクロホン装置と音源との位置関係を示す説明図
【図７】本発明の実施の形態１において、自動車の車室内の説明図
【図８】本発明の実施の形態１におけるマイクロホン装置を、自動車のサンバイザに設置する場合の説明図
【図９】本発明の実施の形態１において、音源、指向性マイクロホンユニット、焦点の位置関係を示す説明図
【図１０】本発明の実施の形態２におけるマイクロホン装置の構成図
【図１１】本発明の実施の形態２における指向性マイクロホンユニットの指向特性図
【図１２】本発明の実施の形態２において、自動車の車室内の説明図
【図１３】本発明の実施の形態２におけるマイクロホン装置を、自動車のサンバイザに設置する場合の説明図
【図１４】本発明の実施の形態２において、音源、指向性マイクロホンユニット、焦点の位置関係を示す説明図
【図１５】本発明の実施の形態３におけるマイクロホン装置の構成図
【図１６】本発明の実施の形態４における音声認識装置のブロック図
【図１７】本発明の実施の形態４におけるカーナビゲーションシステムのブロック図
【図１８】本発明の実施の形態４の自動車の自動運転システムのブロック図
【図１９】従来のマイクロホン装置の構成図
【図２０】従来のマイクロホン装置の音圧感度特性図
【図２１】従来のマイクロホン装置の音声伝達特性図
【符号の説明】
１０音源
１１第１の指向性マイクロホンユニット
１２第２の指向性マイクロホンユニット
１３第３の指向性マイクロホンユニット
１４第４の指向性マイクロホンユニット
１５第５の指向性マイクロホンユニット
１６信号加算手段
１７焦点
４１音響反射体
６１音源
６２目標点
７０サンバイザ
７１天井
７２フロントガラス
７３サイドガラス
７４話者
１００音源
１０１第１の指向性マイクロホンユニット
１０２第２の指向性マイクロホンユニット
１０３第３の指向性マイクロホンユニット
１０４第４の指向性マイクロホンユニット
１０５第５の指向性マイクロホンユニット
１０６信号加算手段
１０７焦点
１０８音響反射体
１２０サンバイザ
１２１天井
１２２フロントガラス
１２３サイドガラス
１２４話者
１５００音源
１５０１第１の指向性マイクロホンユニット
１５０２第２の指向性マイクロホンユニット
１５０３第３の指向性マイクロホンユニット
１５０４第４の指向性マイクロホンユニット
１５０５第５の指向性マイクロホンユニット
１５０６第１の信号増幅器
１５０７第２の信号増幅器
１５０８第３の信号増幅器
１５０９第４の信号増幅器
１５１０第５の信号増幅器
１５１１第１の信号遅延器
１５１２第２の信号遅延器
１５１３第３の信号遅延器
１５１４第４の信号遅延器
１５１５第５の信号遅延器
１５１６信号加算手段
１５１７焦点
１６１話者
１６２マイクロホン装置
１６３音声区間検出手段
１６４雑音抑圧手段
１６５音声認識手段
１７１話者
１７２音声認識装置
１７３経路誘導手段
１７４交通情報提供手段
１８１話者
１８２音声認識装置
１８３ハンドル操作手段
１８４アクセル／ブレーキ操作手段
１９１第１の指向性マイクロホンユニット
１９２第２の指向性マイクロホンユニット
１９３第３の指向性マイクロホンユニット
１９４第４の指向性マイクロホンユニット
１９５第５の指向性マイクロホンユニット
１９６信号加算手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microphone device intended to collect a signal obtained from a sound source with high S / N and good sound transmission characteristics. The present invention also relates to a voice recognition device, a car navigation system, and an automatic driving system for a car using the same.
[0002]
[Prior art]
As a microphone device for picking up the target sound with high S / N under high noise, a plurality of microphone units are arranged in a straight line, and the output signals from the plurality of microphone units are added to provide super directivity. There is a microphone array to get. Here, S in S / N indicates the target sound source, and N indicates the sound pressure sensitivity of the ambient noise.
[0003]
The configuration of a conventional microphone device having such a function will be described with reference to FIG. FIG. 19 shows a configuration of a conventional microphone device when the number of microphone units is five. In FIG. 19, reference numerals 191 to 195 denote first to fifth unidirectional microphone units. Reference numeral 196 denotes signal adding means for adding signals with the output signals from the first to fifth

directional microphone units

191, 192, 193, 194, 195 as inputs. In this way, the target sound can be picked up under high noise.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the microphone device configured as described above has a problem that good sound collection is difficult when a sound source exists relatively near the microphone unit.
[0005]
FIG. 20 shows the front sensitivity characteristic with respect to the distance of the conventional microphone array shown in FIG. The unit interval between the first to fifth directional microphone units 191 to 195 in FIG. 19 is 5 cm, respectively, and the directions of the directional microphone units are all parallel to the left direction in FIG. The x-axis is the left direction in FIG. 19, the y-axis is the downward direction in FIG. 19, and the origin is the third directional microphone unit 193. The front sensitivity characteristic is the sound pressure sensitivity in the direction along the center line of the microphone array. Here, the front sensitivity is compensated for the distance attenuation when the sound source is moved from the origin on the x-axis to 1 m. ing.
[0006]
FIG. 20 shows that the sound pressure sensitivity decreases as the distance between the sound source and the microphone decreases. This means that when a sound source exists relatively near the directional microphone unit, it is difficult to collect sound sufficiently with the sound collection by the conventional microphone device. In particular, in a microphone device for a voice recognition device mounted on an automobile such as a car navigation system with a voice input function, the upper and lower of the S / N ratio directly affects the upper and lower of the recognition rate. As a result, a sufficient voice level cannot be obtained, leading to a reduction in the recognition rate of the voice recognition apparatus.
[0007]
The sound gain is lost as the distance between the sound source and the microphone device becomes shorter because the distance from the sound source to each directional microphone unit is different. That is, the audio signal that reaches each unit causes interference due to the phase difference particularly in the high frequency region, and the sensitivity of the high frequency audio signal decreases. Furthermore, the difference in distance attenuation causes the waveform levels of the voltages generated in the directional microphone units to be uneven, and sufficient sound pressure sensitivity cannot be obtained in the entire band. As described above, the conventional microphone device has a problem that it is difficult to pick up a close sound and is not suitable for sound collection that requires high S / N such as voice recognition.
[0008]
FIG. 21 is an example of sound transfer characteristics from the sound source to the microphone output when there are a plurality of reflecting surfaces in the vicinity of the microphone device. The arrow indicates the peak-dip sound pressure sensitivity fluctuation range at 300 Hz. This transfer characteristic is desirably flat, particularly when used for voice recognition, but in FIG. 20, the disturbance around 200 to 500 Hz, that is, the occurrence of peaks and dips is conspicuous. This is because the direction of each directional microphone unit is parallel to each other, so it is easily affected by reflected sound, and the sound of a specific frequency is canceled out, resulting in a dip in the transfer characteristic, or amplified to a peak in the transfer characteristic. It is due to that. As described above, in the conventional microphone device, when there are a plurality of reflection surfaces in the vicinity, the sound transfer characteristic is disturbed and is not suitable for sound collection that requires a flat transfer characteristic such as voice recognition. There is.
[0009]
In view of the above problems, the present invention improves the S / N ratio of a microphone device assuming a short-distance sound source for a speech recognition device, etc., and smoothes the sound transfer characteristics even when an acoustic reflector is present in the vicinity. It aims at realizing.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 of the present application is a microphone device that picks up a signal from a sound source, and is arranged in a substantially arc shape with a predetermined radius, and includes a plurality of directional microphones. A directional microphone unit including the directional microphone unit and the focal point. The directional microphone unit directs directivity toward the focal point of the arc. A point of intersection with a perpendicular extending from the sound source with respect to a plane is a target point, and the focal point is disposed between the target point and the directional microphone unit.
[0011]
The invention of claim 2 of the present application is a microphone device that picks up a signal from a sound source, and is arranged in a substantially arc shape with a predetermined radius, and outputs from a plurality of directional microphone units and the directional microphone unit. Adding means for adding signals to be transmitted, and arranged such that the focal point coincides with the intersection of the perpendicular line extending from the sound source with respect to a plane including the directional microphone unit and the focal point, and the directivity When an acoustic reflector that reflects sound is present in the vicinity of the directional microphone unit, the directional dip of the directional microphone unit is uniformly directed toward the acoustic reflector.
[0012]
The invention of claim 3 of the present application is a microphone device that picks up a signal from a sound source, and is arranged in a substantially straight line, and includes a plurality of directional microphone units, and an output signal of the directional microphone unit. A plurality of signal amplifiers that compensate for an amplitude difference between sound waves attenuated according to a distance from a sound source to the directional microphone unit, and an output signal of the signal amplifier is a sound wave according to a distance from the sound source to the directional microphone unit. A plurality of signal delay units for compensating for the difference in arrival time of the signal and an adding means for adding the signals output from the signal delay units, and each of the directional microphone units has one extension line for each directivity. Extending from the sound source to the plane including the directional microphone unit and the focal point. The intersection of the perpendicular and the target point, is characterized in that the focal point between said target point the directional microphone units are arranged.
[0013]
According to claim 4 of the present application, in the microphone device according to claims 1 to 3, a plurality of directional microphone units are installed or built in a sun visor surface or a ceiling surface of an automobile, and a sound source is a driver or a passenger. It is characterized by being.
[0014]
The invention of claim 5 of the present application is characterized in that the speech recognition apparatus includes the microphone device of any one of claims 1 to 4.
[0015]
The invention of claim 6 of the present application is characterized in that the car navigation system includes the voice recognition device of claim 5.
[0016]
The invention according to claim 7 of the present application is characterized in that the voice recognition device according to claim 5 is provided in an automatic driving system of an automobile.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The microphone device of the present invention directly arranges a plurality of directional microphone units in a substantially circular arc shape, or compensates for a difference in arrival time of sound waves according to a distance from a sound source to the directional microphone unit. Sounds that reach the unit can be collected without being affected by interference due to distance attenuation or phase difference. Further, by devising the direction of the unit, the influence of sound reflection can be reduced when an acoustic reflector is present in the vicinity of the microphone. As a result, the S / N ratio can be improved and the voice transfer characteristics can be smoothed. In particular, the recognition rate in the voice recognition function can be improved.
[0018]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
A microphone device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a configuration of a microphone device according to Embodiment 1 of the present invention. Reference numeral 10 denotes a sound source, and 11, 12, 13, 14, and 15 denote first to fifth unidirectional microphone units. It is. The number of directional microphone units is not limited to five. The directional microphone units 11 to 15 are arranged in a substantially arc shape with a predetermined radius, and the directivity is directed to the focal point 17 of the arc. The positional relationship between the sound source 10 and the directional microphone units 11 to 15 is arranged such that the focal point 17 is between the sound source 10 and the directional microphone units 11 to 15. In this embodiment, as an example, the radius is 15 cm and the first to fifth directional microphone unit intervals are 5 cm. However, the present invention is not limited to this, and the first to fifth directional microphone unit intervals are the focal points. May be equiangular with respect to. Reference numeral 16 denotes signal adding means for adding the output signals of the first to fifth directional microphone units 11 to 15 to collect sound.
[0019]
FIG. 2 shows a front sensitivity characteristic of the microphone device configured as shown in FIG. The x axis is the left direction in FIG. 1, the y axis is the downward direction in FIG. 1, the origin is the third directional microphone unit 13, and the distance when a sound source emitting a frequency of 1 kHz moves on the x axis from the origin to 1 m. It is a sound pressure sensitivity characteristic that compensates for attenuation. The sensitivity is maximum when the distance between the sound source 10 and the directional microphone unit 13 is 0.15 to 0.20 m, and the sound pressure sensitivity decreases as the distance further increases. On the other hand, if the distance between the sound source 10 and the directional microphone unit 13 is 0.15 m or less, that is, if the sound source 10 is inside the focal point 17, the sensitivity is drastically lowered. Therefore, in order to collect sound with a sufficient sound level, as shown in FIG. 1, the sound source 10 and the directional microphone unit 11 are arranged so that the focal point 17 is located between the sound source 10 and the directional microphone units 11 to 15. It is essential to place ~ 15.
[0020]
FIG. 3 shows the S / N frequency characteristics of the microphone device of the present embodiment of FIG. 1 and the conventional microphone device of FIG. Shows frequency characteristics. Here, the sound source is a case where the sound source is arranged on the x-axis at a distance of 30 cm from the origin, that is, in front of the microphone array (the origin is the third directional microphone unit 13 in FIG. 1 and the third directional microphone in FIG. 19). Unit 193). Further, it is assumed that a diffuse sound field in which a plurality of noise sound sources are uniformly present on a spherical surface with a radius of 100 m that is sufficiently far from the origin.
[0021]
As shown in FIG. 3, according to the microphone device of the present embodiment, the S / N ratio can be improved by about 1 to 3 dB as a whole as compared with the conventional microphone device. Furthermore, at a high frequency of 1 kHz or higher, there is no difference in distance from the sound source to the directional microphone unit, thereby eliminating phase interference and further improving the sound collection level.
[0022]
FIG. 4 shows a case where an acoustic reflector is present in the vicinity of the microphone device in the present embodiment, and is the same as the configuration of FIG. 1 except for the acoustic reflector 41.
[0023]
FIG. 5 shows the sound transfer characteristics from the speaker mouth to the output of the directional microphone unit in the case of FIG. The arrow in the figure indicates the peak-dip sound pressure sensitivity fluctuation range near 300 Hz. Compared with the characteristics of the conventional microphone device shown in FIG. 21, the peak-dip width of the sound transmission characteristics in the low frequency range of 200 to 500 Hz is reduced, and this embodiment can smooth the sound transmission characteristics. .
[0024]
The smoothness of the voice transfer characteristic is expressed by the following equation, where the evaluation index is a value (parameter D) obtained by adding the difference between the frequency axis direction 7-point moving average in the frequency characteristic and the actual data. The smoother the sound transfer characteristic, the smaller the parameter D.
[0025]
[Expression 1]

[0026]
H (ω) is an audio transfer function with respect to the frequency ω, and m is the number of data. In contrast to D = 0.8995 in the conventional microphone device, according to the microphone device of the present embodiment, D = 0.8074 and the sound transmission characteristics can be smoothed.
[0027]
That is, the microphone array originally has the effect of averaging signals by the signal addition structure of a plurality of directional microphone units. Thus, the directivity of the first to fifth directional microphone units 11 to 15 at the focal point 17 is thus obtained. Therefore, the influence of the reflected sound from the acoustic reflector 41 can be reduced.
[0028]
Although the case where the sound source, the directional microphone unit, and the focal point exist on the same plane has been described, the present invention can also be applied to a case where the sound source, the directional microphone unit and the focal point do not exist on the same plane.
[0029]
FIG. 6 shows the positional relationship when the sound source, the directional microphone unit, and the focal point do not exist on the same plane, and the microphone array is arranged on the plane A which is an acoustic reflector. 11, 12, 13, 14, and 15 are directional microphone units arranged in a substantially arc shape as in FIG. 1. A plane including the directional microphone units 11 to 15 and the arc focal point 17 is defined as a plane A. A plane including the main axis of the microphone array (the extension line of the third directional microphone unit 13 and the focal point 17) and the sound source 61 is defined as a plane B. The directional microphone units 11 to 15 are installed so as to be directed to arbitrary points on a straight line passing through the focal point 17 and perpendicular to the plane A. That is, an arbitrary angle φ is formed with respect to the plane A. Assuming that the intersection point of the perpendicular line from the sound source 61 to the plane A is the target point 62, the focal point 17 is disposed between the target point 62 and the directional microphone units 11 to 15. The directivity characteristics Pr of the directional microphone units 11 to 15 arranged in this way are approximated as follows.
[0030]
[Expression 2]

[0031]
However, the incident angle of the sound wave with respect to the plane A which is an acoustic reflector is θ, and the design variable is α. From (Equation 2), the shape of the directivity changes depending on the value of φ, but Pr becomes maximum when θ = 0. That is, the direction with the highest sensitivity of the directional microphone unit close to the acoustic reflector is always the direction along the acoustic reflector, in this case, the direction along the plane A. Therefore, in FIG. 6, even if the directional microphone units 11 to 15 are directed to arbitrary points on a straight line passing through the focal point 17 and perpendicular to the plane A, the directivity of the obtained microphone array is the focal point 17. .
[0032]
In this way, by regarding the target point 62 as the sound source 10 shown in FIG. 1, even when the sound source, the directional microphone unit, and the focal point do not exist on the same plane, the sound source, the directional microphone unit, and the focal point exist on the same plane. The same effect as that obtained can be obtained.
[0033]
As described above, by arranging a plurality of directional microphone units in a substantially arc shape so that the focal point is in front of the sound source instead of the sound source, the influence of interference due to distance attenuation and phase difference from the sound source to each directional microphone unit is reduced. Can be suppressed. As a result, the S / N ratio is improved by 1 to 3 dB and the voice transfer characteristics are smoothed. In particular, the recognition rate of a voice recognition apparatus using the same can be improved.
[0034]
Furthermore, the case where the microphone device of the present embodiment is installed in an automobile will be described. FIG. 7 shows the vicinity of the driver's seat of the automobile. The first to fifth directional microphone units 11 to 15 are installed at predetermined positions on the sun visor 70 or the ceiling 71. Reference numeral 72 denotes a windshield, and 73 denotes a side glass, which adversely affects sound collection as an acoustic reflector together with the ceiling 71. Reference numeral 74 denotes a speaker as a sound source.
[0035]
FIG. 8 shows an example installed in the sun visor 70. Like FIG. 1, the first to fifth directional microphone units 11 to 15 are arranged in a substantially arc shape with a predetermined radius, and the directivity is directed to the focal point of the arc. .
[0036]
FIG. 9 shows the positional relationship between the sound source, the directional microphone unit, and the focal point when the microphone device is installed in an automobile. The first to fifth directional microphone units 11 to 15 are arranged on the sun visor 70 in a substantially arc shape with a predetermined radius, and the directivity thereof is directed to the focal point 17 of the arc. The intersection of the directional microphone units 11 to 15 and the perpendicular extending from the sound source 61 with respect to the plane including the focal point 17 is a target point 62, and the focal point 17 is the target point 62 and the directional microphone units 11 to 15. It is arranged to come between.
[0037]
With such an arrangement and configuration, even in the vehicle interior of an automobile where there are many acoustic reflectors that adversely affect sound collection such as the ceiling and side glass, interference due to distance attenuation and phase difference from the sound source to each directional microphone unit While suppressing an influence small, the influence of the reflected sound from an acoustic reflector can be reduced.
[0038]
(Embodiment 2)
Next, a microphone device according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 shows the configuration of the microphone device according to the present embodiment. Reference numeral 100 denotes a sound source, and 101, 102, 103, 104, and 105 are first to fifth directional microphone units. The directional microphone units 101 to 105 are arranged in an arc shape with a predetermined radius, and the sound source 100 is arranged at the focal point 107 of the arc. Reference numeral 106 denotes signal adding means for adding the output signals of the first to fifth directional microphone units 101 to 105. The first to fifth directional microphone units 101 to 105 have the same directivity, and are arranged with the directional dip having the lowest sensitivity in the direction of the acoustic reflection 108.
[0039]
FIG. 11 shows the positional relationship between the directional characteristic P of the directional microphone units 101 to 105 and the acoustic reflector 108. The directional characteristic P represents the incident angle of the sound wave with respect to the front of the directional microphone units 101 to 105 as θ. If the design variable is α, the following equation is obtained.
[0040]
[Equation 3]

[0041]
FIG. 11 shows the directional characteristic when α = √2, and the direction with the highest sensitivity is indicated by an arrow. As shown in FIG. 11, the directional dip θ = 225 ° having the lowest sensitivity is directed to the acoustic reflector, and the directional direction θ = 0 ° having the highest sensitivity is arranged toward the lower left sound source direction. With such a configuration, the influence of reflected sound from the acoustic reflector 108 can be reduced. The parameter D indicating the smoothness of the sound transfer characteristic according to (Equation 1) is D = 0.6386, which is further smoothed than the smoothness D = 0.8074 of the microphone device of the first embodiment.
[0042]
As described above, by arranging the directional microphone units in a substantially arc shape as in the first embodiment, the S / N ratio is improved over the conventional microphone device arranged in a straight line. Furthermore, by directing a directional dip toward the acoustic reflector, the transmission characteristics can be smoother than in the first embodiment.
[0043]
Although the case where the sound source, the directional microphone unit, and the focal point exist on the same plane has been described, the present invention can also be applied to the case where they do not exist on the same plane as in the first embodiment. As an example, a case where the microphone device of the present embodiment is installed in an automobile will be described.
[0044]
FIG. 12 shows the vicinity of the driver's seat of the automobile. The first to fifth directional microphone units 101 to 105 are installed at predetermined positions on the sun visor 120 or the ceiling 121. 122 is a windshield, 123 is a side glass, and it adversely affects sound collection as an acoustic reflector together with the ceiling 121. A speaker 124 is a sound source.
[0045]
FIG. 13 shows an example of installation on the sun visor 120. Similar to FIG. 10, the directional microphone units 101 to 105 are arranged in a substantially arc shape with a predetermined radius, and the dip having the lowest sensitivity is a windshield 122 or side glass as an acoustic reflector. 123.
[0046]
FIG. 14 shows the positional relationship between the sound source, the directional microphone unit, and the focal point when the microphone device is installed in an automobile. The first to fifth directional microphone units 101 to 105 are arranged on the sun visor 120 in a substantially arc shape with a predetermined radius, and the directivity thereof is directed to the focal point 107 of the arc. Further, the intersection of the directional microphone units 101 to 105 and the perpendicular line extending from the sound source 100 with respect to the plane including the focal point 107 is arranged to coincide with the focal point 107.
[0047]
With such an arrangement and configuration, sound transmission characteristics can be smoothed and good sound collection can be achieved even in the interior of an automobile having many acoustic reflectors that adversely affect sound collection, such as the ceiling and side glass.
[0048]
(Embodiment 3)
Next, a microphone device according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 shows a configuration of the microphone device according to the present embodiment. Reference numeral 1500 denotes a sound source, and

reference numerals

1501, 1502, 1503, 1504, and 1505 denote first to fifth directional microphone units. The directional microphone units 1501 to 1505 are arranged in a substantially straight line, and are directed so that extension lines with the highest sensitivity directivity intersect at one point (the intersection is referred to as a focal point 1517). Further, as in the first embodiment, the focal point is directed to the front of the sound source 1500.

Reference numerals

1506, 1507, 1508, 1509, and 1510 denote first to fifth signal amplifiers that compensate for distance attenuation from the sound source 1500 to the directional microphone units 1501 to 1505.

Reference numerals

1511, 1512, 1513, 1514, and 1515 denote first to fifth signal delay units that compensate for differences in arrival times of sound waves from the sound source 1500 to the directional microphone units 1501 to 1505. Reference numeral 1516 denotes signal adding means for adding the output signals of the first to fifth signal delay units.
[0049]
Signals from the sound source 1500 obtained by the directional microphone units 1501 to 1505 are compensated for distance attenuation from the sound source 1500 to each of the directional microphone units 1501 to 1505 by the signal amplifiers 1506 to 1510, and have the same amplitude level. Amplified. Further, in the signal delay units 1511 to 1515, the signal arrival time difference is compensated to eliminate the signal phase difference and achieve synchronization.
[0050]
Thus, even when the directional microphone unit is arranged in a substantially linear shape, the same effect as that in the case where the directional microphone unit is arranged in a substantially arc shape as in the first embodiment can be exhibited.
[0051]
As described above, even when the directional microphone unit cannot be arranged in a substantially arc shape as in the first embodiment, the present embodiment can achieve the same S / N ratio improvement as in the first embodiment. In addition, since the direction of the directional microphone unit is individually changed, the sound transmission characteristics can be smoothed even when an acoustic reflector is present in the vicinity as shown in FIG. 4, and this is combined with the effect of improving the S / N ratio. Thus, the recognition rate of the voice recognition device can be improved.
[0052]
Although the case where the sound source, the directional microphone unit, and the focal point exist on the same plane has been described, it is obvious that the present invention can also be applied when the sound source, the directional microphone unit, and the focal point do not exist on the same plane.
[0053]
(Embodiment 4)
Next, a speech recognition apparatus according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 shows the configuration of the speech recognition apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 16, 161 is a speaker as a sound source, and 162 is one of the first to third embodiments of the present invention. A microphone device, 163 is a voice section detecting means for detecting a voice section, 164 is a noise suppressing means for suppressing noise, and 165 is a voice recognition means for recognizing voice. Voice from the speaker 161 is picked up by the microphone device 162, voice / non-voice is detected by the voice section detection means 163, and the information is output to the noise suppression means 164 and the voice recognition unit 165. Noise suppression means 164 removes noise contained in the voice signal, and voice recognition means 165 performs voice recognition.
[0054]
Note that the voice section detection means 163 may be included in the noise suppression means 164 and the voice recognition unit 165 and independently detected. The noise suppression means 164 can also be omitted if the S / N is sufficient.
[0055]
In the speech recognition apparatus using the conventional microphone device, the speech recognition rate when driving on an expressway was 61.6%, whereas in the speech recognition apparatus according to the present embodiment, speech recognition when traveling on an expressway. The rate can be increased to 78.9%.
[0056]
As described above, according to the present embodiment, the recognition rate of the speech recognition device can be improved by using the microphone device having a high S / N ratio and smooth speech transmission characteristics as the input means of the speech recognition device. .
[0057]
In addition, by using the speech recognition device of the present embodiment, a car navigation system that provides the driver and passengers with route guidance to the destination and road traffic information, steering operation and accelerator / brake operation by the driver's voice, etc. An automatic driving system for a car that performs
[0058]
FIG. 17 shows an example of a car navigation system using the speech recognition apparatus of this embodiment. The voice from the speaker 171 who is a driver or a passenger is recognized by the voice recognition device 172 of the present embodiment, and is input to the route guidance unit 173 and the traffic information providing unit 174 as operation information from the speaker 171. The route guidance unit 173 guides the distance and route to the destination, and the traffic information providing unit 174 guides the information requested by the speaker 171 by voice or display.
[0059]
In this way, by using a speech recognition device with a high recognition rate, the operation of the car navigation system by voice is ensured, preventing side-by-side driving and a reduction in attention during conventional car navigation operations, and more safely Can drive.
[0060]
FIG. 18 shows an example of an automatic driving system for an automobile using the speech recognition apparatus of this embodiment. The voice from the speaker 181 who is a driver or a passenger is recognized by the voice recognition device 182 according to the present embodiment, and is input to the handle operating means 183 and the accelerator / brake operating means 184 as operation information from the speaker 181. Based on the operation information, the handle operating means 183 operates the steering wheel, and the accelerator / brake operating means 184 operates the accelerator or the brake.
[0061]
In this way, by using a speech recognition device with a high recognition rate, it is easy to realize an automatic driving system by voice, so that when the driver gets tired, driving substitutes or driving a car even for people with physical disabilities can do.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the microphone device of the first and fourth aspects, by arranging a plurality of directional microphone units in a substantially arc shape so as to be focused in front of the sound source instead of the sound source, each directivity from the sound source can be obtained. The influence of interference due to the attenuation of the distance to the microphone unit and the phase difference can be reduced. As a result, the S / N ratio is improved by 1 to 3 dB and the sound transmission characteristics are smoothed. In particular, when installed in the vehicle interior of an automobile having many acoustic reflectors that adversely affect sound collection such as the ceiling and side glass, The effect is great.
[0063]
Further, according to the microphone device of the second aspect, by directing the directional dip of the directional microphone unit toward the acoustic reflector, the transmission characteristics can be further smoothed and good sound collection can be performed.
[0064]
According to the microphone device of the third aspect, even when the directional microphone unit is arranged in a substantially linear shape, the same effect as that in the case of being arranged in a substantially arc shape as in the microphone device of the first aspect. Can be demonstrated.
[0065]
Moreover, according to the speech recognition device of the fifth aspect, the recognition rate of the speech recognition device can be improved.
[0066]
In addition, according to the car navigation system of the sixth aspect, the operation of the car navigation system by voice is ensured, and a sideways driving and a reduction in attention are prevented during the conventional car navigation operation, and the car is driven more safely. can do.
[0067]
Furthermore, according to the automatic driving system for a car according to claim 7, it is easy to realize an automatic driving system by voice, so that when the driver gets tired, driving is performed, or even a person with a physical disability drives the car. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a microphone device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram of sound pressure sensitivity of the microphone device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an S / N frequency characteristic diagram of the microphone device according to the first embodiment of the present invention and a conventional microphone device.
FIG. 4 is an explanatory diagram when an acoustic reflector is present in the vicinity of the microphone device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sound transfer characteristic diagram of the microphone device according to the first embodiment of the present invention.
6 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a microphone device and a sound source according to Embodiment 1 of the present invention. FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram of the interior of the automobile according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram when the microphone device according to Embodiment 1 of the present invention is installed in a sun visor of an automobile.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the positional relationship between a sound source, a directional microphone unit, and a focus in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram of a microphone device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a directional characteristic diagram of a directional microphone unit according to Embodiment 2 of the present invention;
FIG. 12 is an explanatory diagram of the interior of an automobile in Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 13 is an explanatory diagram when the microphone device according to the second embodiment of the present invention is installed on a sun visor of an automobile.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the positional relationship between a sound source, a directional microphone unit, and a focal point in Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 15 is a configuration diagram of a microphone device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a block diagram of a speech recognition apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 17 is a block diagram of a car navigation system according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 18 is a block diagram of an automobile automatic driving system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a configuration diagram of a conventional microphone device.
FIG. 20 is a characteristic diagram of sound pressure sensitivity of a conventional microphone device.
FIG. 21 is a diagram of sound transmission characteristics of a conventional microphone device.
[Explanation of symbols]
10 sound sources
11 First directional microphone unit
12 Second directional microphone unit
13 Third directional microphone unit
14 Fourth directional microphone unit
15 Fifth directional microphone unit
16 Signal adding means
17 Focus
41 Acoustic reflector
61 sound source
62 Target Point
70 Sunvisor
71 Ceiling
72 windshield
73 Side glass
74 Speaker
100 sound sources
101 First directional microphone unit
102 Second directional microphone unit
103 3rd directional microphone unit
104 Fourth directional microphone unit
105 Fifth directional microphone unit
106 Signal adding means
107 focus
108 Acoustic reflector
120 sun visor
121 Ceiling
122 windshield
123 Side glass
124 Speaker
1500 sound source
1501 First directional microphone unit
1502 Second directional microphone unit
1503 Third directional microphone unit
1504 Fourth directional microphone unit
1505 fifth directional microphone unit
1506 first signal amplifier
1507 second signal amplifier
1508 Third signal amplifier
1509 fourth signal amplifier
1510 fifth signal amplifier
1511 1st signal delay device
1512 Second signal delay device
1513 Third signal delay device
1514 Fourth signal delay device
1515 fifth signal delay device
1516 Signal addition means
1517 focus
161 Speaker
162 Microphone device
163 Voice segment detection means
164 Noise suppression means
165 Voice recognition means
171 Speaker
172 Voice recognition device
173 Route guidance means
174 Traffic information provision means
181 Speaker
182 Voice recognition device
183 Handle operating means
184 Accelerator / brake operating means
191 First directional microphone unit
192 Second directional microphone unit
193 Third directional microphone unit
194 Fourth directional microphone unit
195 Fifth directional microphone unit
196 Signal addition means

Claims

近傍に音響反射体が存在する状態で、音源からの信号を収音するマイクロホン装置であって、所定の半径の略円弧状に配置された複数個の指向性マイクロホンユニットと、前記指向性マイクロホンユニットから出力される信号を加算する加算手段とを具備し、前記指向性マイクロホンユニットは、指向性を前記略円弧の焦点に向け、前記指向性マイクロホンユニットと前記焦点を含む平面と、前記平面に対して前記音源からのばした垂線との交点を目標点とし、前記目標点と前記指向性マイクロホンユニットとの間に前記焦点が配置されることを特徴とするマイクロホン装置。A microphone device that picks up a signal from a sound source in the vicinity of an acoustic reflector, and a plurality of directional microphone units arranged in a substantially arc shape with a predetermined radius, and the directional microphone unit Adding means for adding signals output from the directional microphone unit, the directivity microphone unit directs directivity toward the focal point of the substantially arc, the directional microphone unit and a plane including the focal point, and the plane A microphone device, wherein an intersection point with a perpendicular extending from the sound source is a target point, and the focal point is disposed between the target point and the directional microphone unit.

近傍に音響反射体が存在する状態で、音源からの信号を収音するマイクロホン装置であって、略直線状に配置された複数個の指向性マイクロホンユニットと、前記指向性マイクロホンユニットの出力信号において、前記音源から前記指向性マイクロホンユニットまでの距離に応じて減衰した音波の振幅差を補償する複数の信号増幅器と、前記信号増幅器の出力信号において、前記音源から前記指向性マイクロホンユニットまでの距離に応じて音波の到達時間の差を補償する複数の信号遅延器と、前記信号遅延器より出力される信号を加算する加算手段とを具備し、前記指向性マイクロホンユニットは、それぞれの指向性の延長線が一点で交わるように向け、その交点を焦点とし、前記指向性マイクロホンユニットと前記焦点を含む平面と、前記平面に対して前記音源からのばした垂線との交点を目標点とし、前記目標点と前記指向性マイクロホンユニットとの間に前記焦点が配置されることを特徴とするマイクロホン装置。A microphone device that picks up a signal from a sound source in the vicinity of an acoustic reflector, and a plurality of directional microphone units arranged substantially linearly, and an output signal of the directional microphone unit A plurality of signal amplifiers that compensate for the amplitude difference of the sound wave that is attenuated according to the distance from the sound source to the directional microphone unit; and in the output signal of the signal amplifier, the distance from the sound source to the directional microphone unit And a plurality of signal delay units that compensate for differences in arrival times of sound waves, and an adding unit that adds signals output from the signal delay units, and the directional microphone unit is an extension of each directivity. A line is made to intersect at one point, the intersection is a focal point, the directional microphone unit and a plane including the focal point, The intersection of the perpendicular line extended from the sound source and the target point with respect to the plane, the microphone and wherein said that the focal point is disposed between the directional microphone unit and the target point.

前記複数個の指向性マイクロホンユニットが、自動車のサンバイザー面または、天井面に設置ないし内蔵され、音源は運転者又は搭乗者であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のマイクロホン装置。The plurality of directional microphone units are installed or built in a sun visor surface or a ceiling surface of an automobile, and the sound source is a driver or a passenger. Microphone device.

請求項１から３のいずれかに記載のマイクロホン装置を備えた音声認識装置。A speech recognition device comprising the microphone device according to claim 1.

請求項４記載の音声認識装置を備えたカーナビゲーションシステム。A car navigation system comprising the voice recognition device according to claim 4.

請求項４記載の音声認識装置を備えた自動車の自動運転システム。An automatic driving system for an automobile provided with the voice recognition device according to claim 4.