JP4576305B2

JP4576305B2 - 音響伝達装置

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Publication number: JP4576305B2
Application number: JP2005239068A
Authority: JP
Inventors: 修平織田; 真理子青木; 章俊片岡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2025-08-19
Also published as: JP2007052373A

Description

本発明は、人に対して、音響の到来方向とともにその存在を知らせる音響伝達装置に関する。

例えば聴覚障害者は、日常生活における音を、聞くことあるいは聞き分けることが困難であるため、聴覚以外の感覚器（例えば目である。）を頼りに自身の周囲環境を認識しなければならない。このような聴覚障害者などの不便を解消するために、マイクロフォンによって収音し、この収音した音響信号に基づいて振動、光その他の音以外の情報を発生させてこれを聴覚障害者などに提示する装置（音響伝達装置）が提案されている（例えば、非特許文献１、２、３、４参照。）。

これらの装置は、いずれも、知らせて欲しい音源の近くにマイクロフォンを設置し、閾値以上の音量が発生した場合に、振動あるいは光などを発生する構造を採用している。これらの他に、知らせて欲しい音を予め登録しておき、入力された音と比較してマッチングした所望の音を認識し、認識結果を振動や文字によって提示する音響伝達装置も開発されている（例えば、非特許文献５、６参照。）。

さらに、収音した音を予め録音登録している音と比較して、同一音と判断した場合に、この音に対応する振動を聴覚障害者に伝達する音響伝達装置も開発されている（例えば特許文献１参照。）。

これらの従来技術では、所望の音の到来方向を検出することが出来ない。つまり、任意の方向から到来する音を判定して聴覚障害者などに到来方向を伝えることが出来ない。

この解決方法としては、上記従来技術に加えて、マイクロフォンアレー技術などに用いられるように、マイクロフォンを３チャネル以上用いてチャネル間の到達時間差を抽出することで、所望の音の到来方向を前、後、左、右などと判別する方法が考えられる（例えば、非特許文献７参照。）。
株式会社自立コムのアラートマスター［平成１７年８月９日検索］、インターネット〈URL：http://www.jiritsu.com/〉株式会社アシストのシステムファイブ［平成１７年８月９日検索］、インターネット〈URL：http://www3.ocn.nejp/~assisthp/〉リオン株式会社のおしらせらんぷ［平成１７年８月９日検索］、インターネット〈URL：http://www.rion.co.jp/〉株式会社東京信友のシルウォッチ［平成１７年８月９日検索］、インターネット〈URL：http://www.shinyu.co.jp/〉具本栄、伊藤憲三、「聴覚障害者支援を目的とした生活音識別法に関する検討」、信学技報、ＷＩＴ２００２−６９、２００２．安藤真也、外４名、「聴覚障害者のための警告音の識別」、信学技報、ＥＡ２００１−１１９、２００２．大賀寿郎、山崎芳男、金田豊著、「音響システムとディジタル処理」、株式会社コロナ社、ｐ．１９７−２０９特開平１１−１２０４６８号公報

音響伝達装置においては、音の到来方向を極めて正確に判定して伝達することよりも、簡易な装置でありながら音の到来方向を誤認しない程度に迅速に伝達することに重点が置かれる。従って、できるだけ小規模な装置構成を可能とし、音の到来方向判定のための演算量も多いものではないことが重要になる。

しかしながら、音の到来方向を推定する上記従来的方法では、マイクロフォンを３つ以上用意しなければならず、費用コストがかかり装置の規模が大きくなる、３つのマイクロフォンから収音された音響信号の分析のための演算量が相当程度必要になる、という問題があった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、２個の収音手段によって収音された音の到来方向を判定して伝達することが可能な音響伝達装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、音響信号を収音可能な指向性を有する２つの収音手段と、各収音手段によって収音された各収音信号の到達位相差および／または到達レベル差の大小関係から、音響信号の到来方向を少なくとも人のおよそ前後左右の４方向について判定する到来方向判定手段と、各収音手段によって収音された各収音信号に所定の音響信号が含まれるか否かを判定するフィルタ手段と、フィルタ手段によって少なくとも上記各収音信号のいずれかに所定の音響信号が含まれると判定された場合に、到来方向判定手段によって判定された音響信号の到来方向を人に提示する提示手段とを備え、収音手段それぞれの指向性の向きは、人のおよそ斜め左後方およびおよそ斜め右後方であることを特徴とする音響伝達装置とする。このような構成とすることによって、小規模の音響伝達装置となり費用コストも低減できる。

本発明の音響伝達装置においては、上記各収音手段によって収音された各収音信号を、上記収音手段それぞれの指向性の向きからの音響信号に分離して出力する音源分離手段を備え、上記フィルタ手段が、音源分離手段によって出力された音響信号それぞれについて、所定の音響信号が含まれるか否かを判定するものであるとしてもよい。このような構成とすることによって、フィルタ手段における所定の音響信号が含まれるか否かの判定精度を向上させることができる。

本発明の音響伝達装置においては、上記各収音手段と上記提示手段とを、人の異なる部位に装着するとし、各収音手段の指向性の向きと提示手段における前後左右方向との相対的な角度差を検出する角度検出手段を備え、上記到来方向判定手段が、各収音手段によって収音された各収音信号の到達位相差および／または到達レベル差の大小関係から判定された音響信号の到来方向を、角度検出手段によって検出された角度差によって補正して、音響信号の到来方向を判定するものであるとすることでもよい。このような構成とすることによって、人の体の運動に伴う音響信号の到来方向の誤判定を低減することができる。

また、本発明の音響伝達装置においては、上記提示手段が、少なくとも２個の加振装置からなり、当該提示手段が、各加振装置が人の左体側、右体側に位置するように人に装着され、各加振装置の振動強弱が、上記到来方向判定手段によって到来方向がおよそ前と判定された場合とおよそ後と判定された場合とで異なるものであるとしてもよい。このような構成とすることによって、より一層の小規模の音響伝達装置となり費用コストも低減できる。

さらに、本発明の音響伝達装置においては、上記各加振装置の振動強弱が、上記到来方向判定手段によって到来方向がおよそ前と判定された場合よりもおよそ後と判定された場合の方が強いものであるとしてもよい。このような構成とすることによって、後方からの音響信号に対して、人の注意を強く喚起することができる。

この発明によれば、収音手段を２個とし、音響信号の到来方向を少なくとも人のおよそ前後左右の４方向によって提示するため、従来技術に比べてより少ない装備および低コストで音響伝達装置を実現できる。

また、この発明によれば、次のような効果も享受できる。即ち、収音手段を２個とするので、音響伝達装置全体の重量を軽減することができ、また装置容積を小さくすることができる。さらに、２個の収音手段から収音された音響信号の分析のための演算量は、従来技術のように３個以上の収音手段から収音された音響信号の分析のための演算量に比して低減したものとなるから、小型軽量の演算処理装置によって当該演算を実行することができる。加えて、このような小型軽量の演算処理装置は消費電力が小さいので、音響伝達装置の電力供給装置（例えば電池）は小型軽量のものを用いることができるようになり、従来技術における電力供給装置と同様の規模の電力供給装置を用いる場合には、長時間の音響伝達装置を稼動させることができる。

以下に、本発明の実施形態を、図１〜図１４を参照しながら説明するが、各図中の対応する部分は同一参照番号を付けて重複説明を省略する。
本実施形態は、本発明である音響伝達装置（Ａ）を人に装着した場合を例にしており（図３、図４参照）、２つのマイクロフォンを使用することで、音の到来方向を４方向に分けて判別・伝達することが可能なものとなっている。

図１および図２に例示するように、本実施形態に係わる音響伝達装置（Ａ）は、収音出力部（ａ）、統括部（ｂ）、提示部（ｃ）から構成される。

統括部（ｂ）のハードウェア構成について説明する。
統括部（ｂ）は、後述する収音出力部（ａ）のマイクロフォンやジャイロセンサが接続可能な入力部（１００）、後述する提示部（ｃ）の加振装置が接続可能な出力部（１０１）、ＤＳＰ〔Digital Signal Processor〕（１０２）〔キャッシュメモリなどを備えていてもよい。〕、メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）（１０３）、ＲＯＭ（Read Only Memory）（１０４）並びにこれらの入力部（１００）、出力部（１０１）、ＤＳＰ（１０２）、ＲＡＭ（１０３）、ＲＯＭ（１０４）間のデータのやり取りが可能なように接続する伝送路（１０５）などを備えている。ＤＳＰ（１０２）に替え、ＣＰＵ（Central Processing Unit）としてもよい。

統括部（ｂ）のＲＯＭ（１０４）には、音響伝達を可能にするためのプログラムおよびこのプログラムの処理において必要となるデータなどが保存記憶されている。また、これらのプログラムの処理によって得られるデータなどは、ＲＡＭ（１０３）などに適宜に保存記憶される。

より具体的には、ＲＯＭ（１０４）には、マイクロフォンで収音された収音信号を（時間領域の）離散信号に変換するためのプログラム、離散信号から適宜の長さでフレームを切り出すためのプログラム、時間領域のフレームを周波数領域信号に変換（離散フーリエ変換）するためのプログラム、複数のマイクロフォンで収音された信号から到達位相差／到達レベル差を算出するためのプログラム、マイクロフォンの指向領域に存在する音源からの音響信号の周波数成分を選択するためのプログラム、周波数領域信号を時間領域信号に変換（逆離散フーリエ変換）するためのプログラム、マイクロフォンの指向領域に存在する音源からの音響信号に目的とする音響信号が含まれるか否かを判定するためのプログラム、到達位相差／到達レベル差から音の到来方向を判定するためのプログラム、提示部（ｃ）の加振装置を駆動制御するためのプログラムが保存記憶されている。その他、これらのプログラムに基づく処理を制御するための制御プログラムも適宜に保存しておく。

本実施形態に係る音響伝達装置（Ａ）の統括部（ｂ）では、ＲＯＭ（１０４）に記憶された各プログラムとこの各プログラムの処理に必要なデータが必要に応じてＲＡＭ（１０３）に読み込まれて、ＤＳＰ（１０２）で解釈実行・処理される。その結果、ＤＳＰ（１０２）が所定の機能（Ａ／Ｄ変換部、フレーム切出部、周波数分析部、到達位相差／到達レベル差算出部、選択部、信号合成部、フィルタ部、到来方向判定部、駆動制御部）を実現する。

収音出力部（ａ）および統括部（ｂ）、提示部（ｃ）および統括部（ｂ）は、それぞれ電線（６０）を介して接続される。より具体的には、統括部（ｂ）の入力部（１００）と後述する収音出力部（ａ）の各マイクロフォンとは電線（６０）を介して接続され、統括部（ｂ）の出力部（１０１）と後述する提示部（ｃ）の各加振装置とは電線（６０）を介して接続される。

音響伝達装置（Ａ）の収音出力部（ａ）は、周囲の音を収音する指向性のある２チャネルのマイクロフォン（１２Ｌ）およびマイクロフォン（１２Ｒ）を備え、人の頭部に装着可能な構成となっている。収音出力部（ａ）は、具体的には、例えば頭部に巻きつけることの可能なベルト（１１）の所定の位置に、各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）を取り付けたものとなっている。もちろん、ベルト（１１）に限定する趣旨のものではなく、例えば帽子に各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）を取り付けるようにしてもよい。換言すれば、各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）を頭部付近に保持することが可能なものであればよい。

各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）の指向性の種類に絶対的な限定はないものの、音の到来方向を判定することに鑑みれば、一般的には、全指向性（無指向性）マイクロフォンを用いることが好適とは云えない。本実施形態では、単一指向性（狭指向性、鋭指向性を含む。）のマイクロフォンを用いるとし、図５では、単一指向性のマイクロフォンを用いた場合を例として図示している。

ベルト（１１）に各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）を取り付ける位置は、収音出力部（ａ）を人の頭部に装着した際に、それぞれのマイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）の向き（各マイクロフォンの指向性の向き）が、人の前後方向（顔を前、後頭部を後とする。）を挟んでおよそ対称になるような位置とするのが好ましい（図５の角度α、βを参照のこと。なお、指向性は、一般的にメインローブ・サイドローブを有するが、図５ではこれらを略し、模式的に図示していることに留意すること。）。また、各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）の指向性の（おおよそ鉛直面内における）向きは、収音出力部（ａ）を頭部に装着した状態で、人が正面を正視したときに、およそ水平となるようにするのがよい。ただし、人の行動に伴い頭部も動くので、各マイクロフォンをおよそ水平になるように取り付けることに格別の限定的意味は無く、各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）の指向性の向きを地面に向けたり、あるいは空に向けたりすることが一般的とは云えない場合を想定して、およそ水平になるようにするとしている。また、各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）の指向性の（おおよそ水平面内における）向きは、収音出力部（ａ）を頭部に装着した状態で、人が正面を正視したときに、それぞれ斜め左後方、斜め右後方になるようにするのがよい。

これに対して、各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）の指向性の（おおよそ水平面内における）向きを、斜め左前方、斜め右前方になるように配置するようにしてもよい。本実施形態では、特に視界に入りにくい後方左右の音響情報（例えば警告報知音などである。）を迅速に伝達することが重要となる場合が多いことに鑑み、後方の音の検出精度をより良くするためにも斜め左後方、斜め右後方になるように配置するとしている。
もちろん、各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）の指向性の（おおよそ水平面内ないし鉛直面内における）向きは、音響伝達装置（Ａ）の使用状況などに応じて、適宜に変更するようにしてもよい。

収音出力部（ａ）は、各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）によって収音した周囲の音をそれぞれ収音信号Ｌ、収音信号Ｒとして出力する（ステップＳ１）。これらの収音信号は、統括部（ｂ）におけるＡ／Ｄ変換部（２）の入力となる。

音響伝達装置（Ａ）の統括部（ｂ）は、収音出力部（ａ）によって出力された収音信号Ｌ、収音信号Ｒそれぞれから、各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）それぞれの指向する各領域（以下、「指向領域」という。図５参照）に存在する音源の音響信号を分離抽出する（ステップＳ２）。

このような指向領域に存在する音源からの音響信号を分離抽出する手段として、出願人が特許保有しているゾーン分離収音技術（特許第３３５５５９８号）を例にとって説明を加える。もちろん、このような手段として、ゾーン分離収音技術に限定する趣旨のものではなく、およそ指向領域に存在する音源からの音響信号を分離抽出可能であれば、その手段に限定はない。

以下に、本実施形態におけるゾーン分離収音技術の概略について図６、図７、図８、図９を参照しながら説明する。ゾーン分離収音技術の詳細については、参考文献１を参照のこと。
（参考文献１）特許第３３５５５９８号公報

統括部（ｂ）におけるＡ／Ｄ変換部（２）は、収音出力部（ａ）によって出力された収音信号Ｌ、収音信号Ｒそれぞれを、例えば１１,０２５Ｈｚのサンプリングレートでサンプリングし、適宜量子化して離散信号Ｌ、離散信号Ｒに変換する。なお、収音信号から離散信号へのＡ／Ｄ変換は公知技術と同様にして達成されるので、詳細な説明を略する。Ａ／Ｄ変換部（２）は、これらの離散信号を出力する。これらの離散信号は、統括部（ｂ）におけるフレーム切出部（３）の入力となる。

フレーム切出部（３）は、離散信号Ｌ、離散信号Ｒそれぞれから、時間軸方向に一定時間幅で始点を移動させながら、所定時間長の離散信号をフレームＬ、フレームＲとして切り出す。例えば５１２サンプル点長の音響信号を、２５６サンプル点ずつ始点を移動させながら切り出す。各フレームの切り出しは、離散信号に公知の窓関数（例えば、ハミング窓、ガウス窓）を適用すればよい。窓関数の適用によるフレームの切り出しは公知技術と同様にして達成されるので、詳細な説明を略する。フレーム切出部（３）は、切出した各フレームを出力する。これらの各フレームは、統括部（ｂ）における周波数分析部（４１）の入力となる。

周波数分析部（４１）は、フレームＬ、フレームＲそれぞれに対して離散フーリエ変換を行い、それぞれの離散スペクトルを求める。周波数分析部（４１）は、フレームＬ、フレームＲそれぞれに対する離散スペクトルＬ、離散スペクトルＲを出力する。離散スペクトルＬおよび離散スペクトルＲは、到達位相差／到達レベル差算出部（４２）および選択部（４３）の入力となる。

統括部（ｂ）における到達位相差／到達レベル差算出部（４２）は、周波数分析部（４１）によって出力された離散スペクトルＬと離散スペクトルＲとの間における周波数ごとの到達レベル差および／または到達位相差（到達時間差）を算出する。

統括部（ｂ）における選択部（４３）は、到達位相差／到達レベル差算出部（４２）によって出力された、離散スペクトルＬと離散スペクトルＲとの間における周波数ごとの到達レベル差および／または到達位相差に基づき、周波数ごとの周波数成分を各離散スペクトルの周波数成分から選択する。この選択は、例えば、ある周波数における到達位相差が、マイクロフォン（１２Ｌ）の指向領域に存在する音源からの音響信号の到達位相差に相当すると判定されると、離散スペクトルＬの当該周波数における周波数成分に１ないし１に近い値を重みとして乗じ、離散スペクトルＲの当該周波数における周波数成分に０ないし０に近い値を乗じることによって処理される。
このような選択によって、選択部（４３）は、マイクロフォン（１２Ｌ）の指向領域に存在する音源からの音響信号の周波数成分として選択された周波数成分からなる離散スペクトルＬａを出力する。この離散スペクトルＬａは統括部（ｂ）における信号合成部（４４Ｌ）の入力となる。また、選択部（４３）は、マイクロフォン（１２Ｒ）の指向領域に存在する音源からの音響信号の周波数成分として選択された周波数成分からなる離散スペクトルＲａも出力する。この離散スペクトルＲａは統括部（ｂ）における信号合成部（４４Ｒ）の入力となる。

信号合成部（４４Ｌ）は、離散スペクトルＬａに対して逆フーリエ変換を行い、マイクロフォン（１２Ｌ）の指向領域に存在する音源からの音響信号Ｌを出力する。また、信号合成部（４４Ｒ）は、離散スペクトルＲａに対して逆フーリエ変換を行い、マイクロフォン（１２Ｒ）の指向領域に存在する音源からの音響信号Ｒを出力する。各信号合成部（４４Ｌ）（４４Ｒ）から出力された音響信号Ｌ、音響信号Ｒは統括部（ｂ）におけるフィルタ部（５）の入力となる。

フィルタ部（５）は、音響信号Ｌ、音響信号Ｒそれぞれについて、予め決められた条件の下で目的とする音響信号が含まれているか否かを判定し、この判定結果を出力する（ステップＳ３）。判定結果は、統括部（ｂ）における駆動制御部（７）の入力となる。「目的とする音響信号」としては、例えば、物と物とが接触することで発生する衝撃音、車のクラクション・サイレン、号笛などのように突発的に発生する音、電化製品などから発生する報知音などがある。「予め決められた条件」は、このような音響信号の音響的特徴に着目して条件を設定すればよい。例えば、音響信号Ｌないし音響信号Ｒが突発的に発生する音を含むか否かを判定する場合は、「音響信号Ｌないし音響信号Ｒの音圧レベルが所定の音圧レベル以上である」「音響信号Ｌないし音響信号Ｒの音圧レベルが周囲の暗騒音の音圧レベルと比較して所定以上の差がある」ことなどを条件にしてもよいし、また、音響信号Ｌないし音響信号Ｒが報知音などを含むか否かを判定する場合は、報知音などが財団法人日本規格協会のＪＩＳＳ００１３に規格されるような特徴的な周波数およびパターンを含むことに着目して「音響信号Ｌないし音響信号Ｒに含まれる周波数が、所定の周波数に集中している」ことなどを条件に設定することでもよい。また、複数の条件を組み合わせることで、音響信号Ｌないし音響信号Ｒが目的の音響信号を含むか否かを判定するようにしてもよい。これらの具体的処理方法は種々のものがあり、その一例が参考文献２において開示されている。
（参考文献２）特開２００４−２４０８５５号公報

なお、上記の選択部（４３）および各信号合成部（４４Ｌ）（４４Ｒ）は、指向領域に存在する音源からの音響信号を分離抽出するための構成要素である（これらを一括りにして音源分離部（ｄ）と表記する。）。従って、予め音源方向が判明している場合には、音源分離部（ｄ）は不要となり、収音出力部（ａ）によって出力された収音信号Ｌ、収音信号Ｒそれぞれがフィルタ部（５）の入力となる。この場合、フィルタ部（５）は、収音信号Ｌ、収音信号Ｒそれぞれについて、予め決められた条件の下で目的とする音響信号が含まれているか否かを判定し、この判定結果を出力する。

統括部（ｂ）における到来方向判定部（６）は、到達位相差／到達レベル差算出部（４２）によって出力された、離散スペクトルＬと離散スペクトルＲとの間における周波数ごとの到達レベル差および／または到達位相差に基づき、目的とする音響信号の到来方向を４方向に分けて判定し、この判定結果を出力する（ステップＳ４）。４方向に分けて判定する方法の例を以下に説明する。まず、到達位相差／到達レベル差算出部（４２）によって出力された離散スペクトルＬと離散スペクトルＲとの間における周波数ごとの到達レベル差について、いずれか一方の離散スペクトルの方が大きいと判定される割合（以下、「帯域割合」という。）を周波数帯域全体で求め、帯域割合が所定の閾値μ（例えばμ＝０．７とする。）を越えるか否かを判定する（ステップＳ４１）。次に、離散スペクトルＬの方が大きいと判定される帯域割合が所定の閾値μを越える場合には、『左』を目的とする音響信号の到来方向とする（ステップＳ４２）。逆に、離散スペクトルＲの方が大きいと判定される帯域割合が所定の閾値μを越える場合には、『右』を目的とする音響信号の到来方向とする（ステップＳ４３）。いずれか一方の離散スペクトルの方が大きいと判定される帯域割合が所定の閾値μを越えない場合には、指向性を有するマイクロフォンは指向領域の音を収音する能力が高いという特徴および各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）の位置関係に着目して、マイクロフォン（１２Ｌ）もしくはマイクロフォン（１２Ｒ）が収音した収音信号の音圧レベルが、予め決められた閾値τ（例えばτ＝０．６とする。）より大きい場合は『後』を目的とする音の到来方向とし（ステップＳ４４）、逆に小さい場合は『前』を目的とする音の到来方向とする（ステップＳ４５）。この「予め決められた閾値τ」はマイクロフォンの特性および使用環境などによって決めておく。
到来方向判定部（６）によって出力された判定結果は、統括部（ｂ）における駆動制御部（７）の入力となる。

また、指向性を有するマイクロフォンは指向領域の音を収音する能力が高いという特徴および各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）の位置関係に基づき、上記で説明した到来方向判定方法の変形例を以下に説明する。この変形例では、ステップＳ４１、Ｓ４４、Ｓ４５、Ｓ４６は上記の判定方法と同様であるから説明を略する。
上記の到来方向判定方法では、ステップＳ４２において、離散スペクトルＬの方が大きいと判定される帯域割合が所定の閾値μを越える場合には、『左』を目的とする音響信号の到来方向としていた。この変形例では、離散スペクトルＬの方が大きいと判定される帯域割合が所定の閾値μを越える場合には、マイクロフォン（１２Ｌ）が収音した収音信号の音圧レベルγ（適宜正規化されているとする。）と、予め決められた閾値ξ_１、ξ_２（例えばξ_１＝０．４、ξ_２＝０．６とする。）との大小関係を判定する（ステップＳ４２ａ）。マイクロフォン（１２Ｌ）が収音した収音信号の音圧レベルγが、ξ_２＜γの場合には、『左後』を目的とする音響信号の到来方向とする（ステップＳ４２ｂ）。マイクロフォン（１２Ｌ）が収音した収音信号の音圧レベルγが、γ＜ξ_１の場合には、『左前』を目的とする音響信号の到来方向とする（ステップＳ４２ｃ）。マイクロフォン（１２Ｌ）が収音した収音信号の音圧レベルγが、ξ_１≦γ≦ξ_２の場合には、『左』を目的とする音響信号の到来方向とする（ステップＳ４２ｄ）。
また、上記の到来方向判定方法では、ステップＳ４３において、離散スペクトルＲの方が大きいと判定される帯域割合が所定の閾値μを越える場合には、『右』を目的とする音響信号の到来方向としていた。この変形例では、離散スペクトルＲの方が大きいと判定される帯域割合が所定の閾値μを越える場合には、マイクロフォン（１２Ｒ）が収音した収音信号の音圧レベルγ（適宜正規化されているとする。）と、予め決められた閾値ξ_１、ξ_２（例えばξ_１＝０．４、ξ_２＝０．６とする。）との大小関係を判定する（ステップＳ４３ａ）。マイクロフォン（１２Ｒ）が収音した収音信号の音圧レベルγが、ξ_２＜γの場合には、『右後』を目的とする音響信号の到来方向とする（ステップＳ４３ｂ）。マイクロフォン（１２Ｒ）が収音した収音信号の音圧レベルγが、γ＜ξ_１の場合には、『右前』を目的とする音響信号の到来方向とする（ステップＳ４３ｃ）。マイクロフォン（１２Ｒ）が収音した収音信号の音圧レベルγが、ξ_１≦γ≦ξ_２の場合には、『右』を目的とする音響信号の到来方向とする（ステップＳ４３ｄ）。

以上のような到来方向の判定方法では、例えば、人の前方で大きな（所定の）音が発生した場合や人の後方で小さい（所定の）音が発生した場合で前後方向の誤判定が生じることがある。しかし、到来方向判定部（６）による到来方向の判定は、フレーム切出部（３）によって切出された比較的短時間の時間幅であるフレームに対する到来方向判定であるから、多少の誤判定は人に感知し難く、また、音響伝達装置においては、正確無比の到来方向判定よりも、迅速に目的とする音響信号の存在と到来方向を人に伝達することの方が重要であるし、聴覚以外の感覚器による周囲状況の認識等が行われるのが通常であるから、多少の誤判定が存在しても大きな問題にはならない。

駆動制御部（７）の動作について説明する前に、音響伝達装置（Ａ）の提示部（ｃ）について説明する。
音響伝達装置（Ａ）の提示部（ｃ）は、４つの加振装置を備え、人の腰部に装着可能な構成となっている。提示部（ｃ）は、具体的には、例えば腰部に巻きつけることの可能なベルト（７１）の所定の位置に、各加振装置（７２Ｌ）（７２Ｒ）（７２Ｆ）（７２Ｂ）を取り付けたものとなっている。もちろん、ベルト（７１）に限定する趣旨のものではなく、各加振装置（７２Ｌ）（７２Ｒ）（７２Ｆ）（７２Ｂ）を腰部付近に保持することが可能なものであればよい。

ベルト（７１）に各加振装置（７２Ｌ）（７２Ｒ）（７２Ｆ）（７２Ｂ）を取り付ける位置は、提示部（ｃ）を腰部に装着した際に、各加振装置（７２Ｌ）（７２Ｒ）（７２Ｆ）（７２Ｂ）が人の前、後、左、右付近に備わるような位置とするのが好ましい。つまり、人の腰部（前）に加振装置（７２Ｆ）が、人の腰部（後）に加振装置（７２Ｂ）が、人の腰部（左）に加振装置（７２Ｌ）が、人の腰部（右）に加振装置（７２Ｒ）が備わる。

駆動制御部（７）は、フィルタ部（５）によって出力された判定結果および到来方向判定部（６）によって出力された判定結果を入力として、提示部（ｃ）の加振装置の駆動を制御する（ステップＳ５）。具体的には、駆動制御部（７）は、まず、フィルタ部（５）によって出力された判定結果について判定を行う。当該判定結果が「目的とする音響信号が含まれている」というものではない場合、提示部（ｃ）の加振装置の駆動を行わない。これに対し、当該判定結果が「目的とする音響信号が含まれている」というものである場合、到来方向判定部（６）によって出力された判定結果に基づき、しかるべき加振装置を駆動する。例えば、到来方向判別部（６）によって出力された判定結果が『右』の場合には、腰部（右）に備わる加振装置（７２Ｒ）を駆動して振動させる。この振動が人に伝わり、人は、この振動を知覚し、ひいては目的とする音の存在とその到来方向（この場合、右である。）を認識することができる。

また、上記の到来方向判定方法の変形例で説明したような判定方法による場合には、例えば、到来方向判別部（６）によって出力された判定結果が『右後』の場合には、腰部（右）に備わる加振装置（７２Ｒ）および腰部（後）に備わる加振装置（７２Ｂ）を共に駆動して振動させるようにすればよい。

なお、フィルタ部（５）は、判定結果のみならず、信号合成部（４４Ｌ）（４４Ｒ）で出力された音響信号も出力するとして、駆動制御部（７）は、当該音響信号を振動で人が感知可能な周波数に変換し、この周波数で振動するように提示部（ｃ）の加振装置を駆動するとしてもよい。

また、提示部（ｃ）の加振装置は２つでもよい。加振装置２つで４方向を区別する方法の一例は、次のとおりである。ここでは、２つの加振装置（７２Ｒ）（７２Ｌ）は、腰部（右）および腰部（左）に備わるとする。例えば、到来方向が左あるいは右の場合は、腰部（左）に備わる加振装置（７２Ｌ）あるいは腰部（右）に備わる加振装置（７２Ｒ）を駆動して振動させる。到来方向が前あるいは後の場合には、左右の加振装置（７２Ｌ）（７２Ｒ）を共に駆動させるとし、到来方向が前の場合には弱い振動、到来方向が後の場合には強い振動とする。これとは逆に、到来方向が前の場合には強い振動、到来方向が後の場合には弱い振動とすることも考えられるが、聴覚障害者などにとって視覚的にある程度判断できる前方からの音よりも、視覚判断が比較的困難な後方・左右からの音情報が重要であるので、到来方向が後の音の場合に強い振動とするのが好ましい。

提示部（ｃ）の提示方法は、音の存在とその到来方向を人に提示することが可能であれば振動という提示方法に限定されるものではない。例えば、上述のような加振装置ではなく、可搬型ディスプレイ上に視覚的に、音の存在とその到来方向を表示する方法としてもよく、その一例として、人の位置を中心として音の到来方向を矢印や文字などによって表示する。

本実施形態では、図３および図４に例示するように収音出力部（ａ）を頭部に装着し、提示部（ｃ）を腰部に装着するとした。この場合、例えば後ろからの音（つまり、加振装置（７２Ｂ）の振動）に反応して振り返ると、腰部の位置はおよそそのままの状態で頭部が水平回転することがある。そうすると、収音出力部（ａ）によって収音した音の到来方向と駆動される加振装置が一致せずに到来方向を正確に把握できなくなる場合が生じる可能性がある。このような可能性に対処する方法としては、収音出力部（ａ）と提示部（ｃ）とを別々の部位に装着するのではなく、収音出力部（ａ）と提示部（ｃ）とを同じ部位に装着する方法がある。つまり、例えばベルト（７１）に各マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）を備えるようにすればよい。
あるいは、収音出力部（ａ）と提示部（ｃ）とを上記の実施形態で説明したように別々の部位に装着する場合において、位置や角度を検出することが可能なセンサ、例えばジャイロセンサ（８０）を収音出力部（ａ）に備えて（収音出力部（ａ）におけるジャイロセンサ（８０）の取り付け位置に限定はない。）、ジャイロセンサ（８０）が頭部の回転角度θを検知して、これを出力するようにする（図２、図４、図８、図９参照）。ジャイロセンサ（８０）によって出力された回転角度θは、到来方向判定部（６）に入力される。そして、到来方向判定部（６）は、ジャイロセンサ（８０）が出力した回転角度θの分だけ到来方向判定基準を同じ方向に回転（角度θ）し、この基準に基づいて到来方向を判定するようにしてもよい。このようにすることで、例えば頭部が水平に９０度右へ回転した場合、仮に目的とする音が頭部の後方（つまり、腰部の左方向である。）で発生しても、到来方向判定部（６）は到来方向を『左』と判定し、提示部（ｃ）は左の加振装置（７２Ｌ）を駆動する。

本発明は、音の存在とその到来方向を人に伝達することが可能であるから、聴覚障害者や両耳を被覆するようなヘルメットなどを装着して作業を行う人のように聴覚が制限された人の聴覚の代替・補助に有用である。

音響伝達装置（Ａ）のハードウェア構成例。ジャイロセンサ（８０）を備えた音響伝達装置（Ａ）のハードウェア構成例。音響伝達装置（Ａ）を人に装着した例を示した図。ジャイロセンサ（８０）を備えた音響伝達装置（Ａ）を人に装着した例を示した図。各指向性マイクロフォン（１２Ｌ）（１２Ｒ）の指向性を例示した図。音響伝達装置（Ａ）の機能ブロック図。音源分離部（ｄ）を備えない音響伝達装置（Ａ）の機能ブロック図。ジャイロセンサ（８０）を備えた音響伝達装置（Ａ）の機能ブロック図。ジャイロセンサ（８０）は備えるが音源分離部（ｄ）は備えない音響伝達装置（Ａ）の機能ブロック図。音響伝達装置（Ａ）における処理フローを示す図。到来方向判定部（６）における到来方向判定の処理フローを示す図。到来方向判定部（６）における到来方向判定の処理フローの変形例を示す図（その１）。到来方向判定部（６）における到来方向判定の処理フローの変形例を示す図（その２）。到来方向判定部（６）における到来方向判定の処理フローの変形例を示す図（その３）。

符号の説明

Ａ音響伝達装置
ａ収音出力部
ｂ統括部
ｃ提示部
ｄ音源分離部
１２Ｌ指向性マイクロフォン
１２Ｒ指向性マイクロフォン
２Ａ／Ｄ変換部
３フレーム切出部
４１周波数分析部
４２到達位相差／到達レベル差算出部
４３選択部
４４Ｌ信号合成部
４４Ｒ信号合成部
５フィルタ部
６到来方向判定部
７駆動制御部
７２Ｆ加振装置
７２Ｂ加振装置
７２Ｌ加振装置
７２Ｒ加振装置
８０ジャイロセンサ

Claims

音響信号を収音可能な指向性を有する２つの収音手段と、
各収音手段によって収音された各収音信号の到達位相差および／または到達レベル差の大小関係から、音響信号の到来方向を少なくとも人のおよそ前後左右の４方向について判定する到来方向判定手段と、
各収音手段によって収音された各収音信号に所定の音響信号が含まれるか否かを判定するフィルタ手段と、
フィルタ手段によって、少なくとも上記各収音信号のいずれかに所定の音響信号が含まれると判定された場合に、到来方向判定手段によって判定された音響信号の到来方向を人に提示する提示手段と、
各収音手段の指向性の向きと提示手段における前後左右方向との相対的な角度差を検出する角度検出手段と
を備え、
各収音手段と提示手段とを、人の異なる部位に装着するとし、
収音手段それぞれの指向性の向きは、人のおよそ斜め左後方およびおよそ斜め右後方であり、
到来方向判定手段は、各収音手段によって収音された各収音信号の到達位相差および／または到達レベル差の大小関係から判定された音響信号の到来方向を、角度検出手段によって検出された角度差によって補正して、音響信号の到来方向を判定する
ことを特徴とする音響伝達装置。
上記各収音手段によって収音された各収音信号を、上記収音手段それぞれの指向性の向きからの音響信号に分離して出力する音源分離手段を備え、
上記フィルタ手段は、音源分離手段によって出力された音響信号それぞれについて、所定の音響信号が含まれるか否かを判定するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の音響伝達装置。
上記提示手段は、少なくとも２個の加振装置からなり、
当該提示手段は、各加振装置が人の左体側、右体側に位置するように人に装着され、
各加振装置の振動強弱が、上記到来方向判定手段によって到来方向がおよそ前と判定された場合とおよそ後と判定された場合とで異なるものである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響伝達装置。
上記各加振装置の振動強弱が、上記到来方向判定手段によって到来方向がおよそ前と判定された場合よりもおよそ後と判定された場合の方が強いものである
ことを特徴とする請求項３に記載の音響伝達装置。