JP4078429B2

JP4078429B2 - 音声情報伝達装置

Info

Publication number: JP4078429B2
Application number: JP2004099395A
Authority: JP
Inventors: 誠司中川; 清藤本; 洋一藤坂; 洋輔岡本
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP2005286792A

Description

本発明は、音声情報を人体に伝達する音声情報伝達装置に関する。

この種の音声情報伝達装置として、難聴者用の補聴器が知られている。補聴器には、音の振動が鼓膜を介して脳の聴覚器官に伝達される気導型の補聴器と、音の振動が鼓膜を介さずに頭蓋骨などから直接人体に伝わる骨導型の補聴器とがあり、イヤホン又は振動子を人体の所定部位に取り付けて使用する。最近では、振動子を介して超音波振動を脳の聴覚器官に伝達することにより、音声情報の伝達を可能にした構成も知られている。
例えば、特許文献１には、入力された音声信号を増幅し、増幅された音声信号を搬送波信号（キャリア信号）によりＤＳＢ（両側波帯）変調した後、このＤＳＢ変調信号を超音波振動子を介して人体に伝達する体伝導聴覚機が開示されている。搬送波信号、音声信号及びＤＳＢ変調信号の一例として、それぞれ図６（ａ）〜（ｃ）に示すものが挙げられており、搬送波信号の好適な周波数として、超音波域である２７ｋＨｚ前後が例示されている。
特開２００１−３２０７９９号公報

上記従来の体伝導聴覚機におけるＤＳＢ変調は、搬送波を抑圧しない通常の振幅変調である。すなわち、搬送波信号をｘ１（ｔ）、音声信号をｓ１（ｔ）とすると、変調された信号ｙ１（ｔ）は、次式（１）で表される（但し、ｍは変調度）。

これを周波数スペクトルで表すと、図７に示すとおりであり、搬送波の周波数であるｗ_cにおいて高いスペクトル強度を示している。

上記従来の体伝導聴覚機は、このようなＤＳＢ変調を行っていたため、スペクトル強度が高い搬送波成分が人体に伝達される結果、使用者に不快感を与えるおそれがあった。また、低周波成分（１２５Ｈｚ程度）の弁別性が良好でなく、音声情報の識別性において更に改良の余地があった。

本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、音声情報の識別性および快適性の向上を図ることができる音声情報伝達装置の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、音声情報を人体に伝達する音声情報伝達装置であって、外部から音声が入力されるマイクロフォンと、入力された音声信号を増幅する音声増幅部と、搬送波信号を生成する搬送波信号発生部と、音声信号を搬送波信号により搬送波抑圧変調し、前記搬送波抑圧変調により搬送波成分が除去された搬送波抑圧信号を生成する搬送波抑圧変調部と、搬送波抑圧信号を増幅する出力増幅部と、増幅された搬送波抑圧信号に基づく機械的振動を伝達する振動子とを備える音声情報伝達装置により達成される。

この音声情報伝達装置において、前記搬送波信号は、周波数が２０〜１００ｋＨｚの正弦波とすることができる。或いは、前記搬送波信号は、中心周波数が２０〜１００ｋＨｚの帯域雑音もしくは一様雑音とすることができる。

本発明の音声情報伝達装置によれば、音声情報の識別性および快適性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る音声情報伝達装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この音声情報伝達装置１は、外部から音声が入力されるマイクロフォン２と、入力された音声信号を増幅する音声増幅部４と、搬送波信号を生成する搬送波信号発生部６と、音声信号を搬送波信号により搬送波抑圧変調する搬送波抑圧変調部８と、搬送波抑圧変調部８から出力された搬送波抑圧信号を増幅する出力増幅部１０と、増幅された搬送波抑圧信号に基づく機械的振動を伝達する振動子１２とを備えている。

搬送波信号発生部６は、所望の搬送波信号を生成し、可変抵抗などを備えることにより、搬送波信号の周波数を振動子１２の共振周波数近傍で調節可能に構成されている。搬送波抑圧変調部８は、搬送波の周波数成分を除去し、両側波帯のみが生じるように変調を行う。

振動子１２は、例えば、図２に示すように、弾性変形可能なヘアバンド型の取付部材２０の両端にそれぞれ設けることができ、取付部材２０を頭部に装着することで、２つの振動子１２，１２を人体表面の所定部位に当接させた状態で固定することができる。

次に、本実施形態の音声情報伝達装置の作動について説明する。音声情報伝達装置のスイッチをＯＮにした状態で外部から音声がマイクロフォン２に入力されると、この音声信号が音声増幅部４において所定のレベルまで増幅された後、搬送波抑圧変調部８に向けて出力される。音声信号の一例を図３（ａ）に示す。

一方、搬送波信号発生部６においては、従来と同様、正弦波からなる搬送波信号が生成される。本実施形態のように、振動伝達部３０が人体に当接させる振動子を備える構成の場合には、搬送波信号の周波数は、人間の皮膚、筋肉または骨を介して脳の聴覚機能に振動が良好に伝達されるように、２０〜１００ｋＨｚであることが好ましく、２０〜５０ｋＨｚであることがより好ましい。搬送波信号は、搬送波抑圧変調部８に向けて出力される。

搬送波抑圧変調部８は、音声信号を搬送波により搬送波抑圧変調し、搬送波抑圧信号を生成する。搬送波をｘ２（ｔ）、音声信号をｓ２（ｔ）とすると、変調された搬送波抑圧信号ｙ２（ｔ）は、次式（２）で表される。

搬送波抑圧信号の一例を図３（ｃ）に示し、これを周波数スペクトルで表すと、図４に示すとおりである。すなわち、生成された搬送波抑圧信号は、搬送波成分が除去され、両
側波帯のみから構成される。この搬送波抑圧信号は、出力増幅部１０において増幅され、入力された音声に対応する機械的振動が振動子１２を介して人体に伝達される。

このように、本実施形態の音声情報伝達装置によれば、音声信号を搬送波により変調する際に、従来のように搬送波を抑制しない通常のＤＳＢ変調を行うのではなく、搬送波を除去して両側波帯のみを生じるように搬送波抑制変調するため、搬送波成分が使用者に不快感を与えることを防止しつつ、音声情報を確実に伝達することができる。

また、搬送波抑制変調により、特に低周波数成分（１２５Ｈｚ程度）の識別成績が向上することが、本発明者らの実験から明らかになった。図５は、音声信号（変調信号）の周波数によって周波数識別閾がどのように変化するかを、本発明の音声情報伝達装置（搬送波抑制変調）および従来の音声情報伝達装置（通常のＤＳＢ変調）のそれぞれについて測定した結果を示すグラフである。音声信号（変調信号）は、中心周波数が０．１２５，０．２５，０．５，１，２，４，６及び８ｋＨｚの８種類とし、搬送波信号の周波数は３０ｋＨｚとした。また、周波数識別閾は、被験者４人の平均値をプロットした。

図５に示すように、本発明に係る音声情報伝達装置によれば、従来と比較して、低周波（１２５Ｈｚ程度）において周波数識別閾が小さくなる一方、高周波（４ｋＨｚおよび８ｋＨｚ）において周波数識別閾が大きくなっている。周波数識別性能は、音声信号（変調信号）の周波数の大きさに対する相対的なものとして評価されるため、音声信号（変調信号）の周波数が小さくなるほど周波数識別閾も小さくなることが好ましいが、本発明に係る音声情報伝達装置によれば、音声信号（変調信号）の周波数に対する周波数識別閾の変化が、このような理想状態に近くなり、広範な周波数域において音声情報の良好な識別性を得ることができる。

本実施形態においては、搬送波信号発生部６が、一定の振幅及び周波数を有する正弦波からなる搬送波信号を発生するようにしているが、この代わりに、帯域雑音（例えば、周波数域が３０±４ｋＨｚ）や、一様雑音（平坦なパワースペクトル密度を有し、振幅確率密度関数が矩形波状である雑音）などからなる搬送波信号を発生させるようにしてもよい。このような雑音を用いることにより、同じ強さの純音に比べてラウドネス（主観的に知覚される音の大きさ）が大きくなるため、搬送波成分を相対的に小さくすることができる結果、音声情報伝達時のフィーリングをより良好にすることができる。帯域雑音または一様雑音は、中心周波数が２０〜１００ｋＨｚであることが好ましい。

また、搬送波信号として帯域雑音もしくは一様雑音を使用する場合には、従来と同様に通常のＤＳＢ変調を行う場合であっても、音声情報伝達時の快適感が向上することを実験により確認している。一様雑音を通常のＤＳＢ変調した結果の一例を、図８に示す。

本発明の一実施形態に係る音声情報伝達装置の構成を示すブロック図である。上記音声情報伝達装置における振動伝達部の構成の一例を示す斜視図である。上記音声情報伝達装置における（ａ）音声信号、及び（ｂ）搬送波抑圧信号の波形の一例を示す図である。上記搬送波抑圧信号の周波数スペクトルを示す図である。音声信号（変調信号）の周波数と周波数識別閾との関係を示す図である。従来の音声情報伝達装置における（ａ）搬送波信号、（ｂ）音声信号、及び（ｃ）ＤＳＢ変調信号の波形の一例を示す図である。上記ＤＳＢ変調信号の周波数スペクトルを示す図である。一様雑音をＤＳＢ変調した結果を示す図である。

符号の説明

１音声情報伝達装置
２マイクロフォン
４音声増幅部
６搬送波信号発生部
８搬送波抑圧変調部
１０出力増幅部
１２振動子

Claims

音声情報を人体に伝達する音声情報伝達装置であって、
外部から音声が入力されるマイクロフォンと、
入力された音声信号を増幅する音声増幅部と、
搬送波信号を生成する搬送波信号発生部と、
音声信号を搬送波信号により搬送波抑圧変調し、前記搬送波抑圧変調により搬送波成分が除去された搬送波抑圧信号を生成する搬送波抑圧変調部と、
搬送波抑圧信号を増幅する出力増幅部と、
増幅された搬送波抑圧信号に基づく機械的振動を伝達する振動子とを備える音声情報伝達装置。
前記搬送波信号は、周波数が２０〜１００ｋＨｚの正弦波である請求項１に記載の音声情報伝達装置。
前記搬送波信号は、中心周波数が２０〜１００ｋＨｚの帯域雑音もしくは一様雑音である請求項１に記載の音声情報伝達装置。