JP4631939B2 - ノイズ低減音声再生装置およびノイズ低減音声再生方法 - Google Patents
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Description
「MATLABマルチメディア信号処理 下 音声・画像・通信」 池原雅章、島村徹也、真田幸俊共著、培風館発行、p67−74 「モルフォロジー処理を用いたスペクトルサブトラクションにおけるミュージックノイズ除去」斗澤秀亮、野村行弘、山下哲孝、呂建明、関屋大雄、谷萩隆嗣 千葉大学大学院自然研究科 第18回 回路とシステム 軽井沢ワークショップ 2005年4月25−26日
この発明によるノイズ低減音声再生装置の実施形態を説明する前に、NCシステムについて説明する。NCシステムには、フィードバック方式とフィードフォワード方式とがある。なお、このNCシステムについての参考文献としては、特許文献1(特開2008−122729号公報)が挙げられる。
まず、フィードバック方式のNCシステムについて説明する。図2は、このフィードバック方式のNC機能を搭載したヘッドホン装置の構成例を示すブロック図である。
・位相0deg.の点を通過するとき、ゲインは0dBより小さくなくてはならない
・ゲインが0dB以上であるとき、位相0deg.の点を含んではいけない
の2つの条件を満たす必要があることを意味している。
図6は、フィードフォワード方式のNCシステムを説明するためのブロック図である。この図6において、図2における場合と同様の部分については、同一番号を付してある。この図6の例におけるNC機能部30は、音響−電気変換手段としてのマイクロホン31、マイクアンプ32、ノイズ低減用のフィルタ回路33を備える構成とされている。
上述したNC手法により実際的な音声再生環境でのノイズ低減を図ると、聴取対象の音声信号は、実際的な騒音環境下で、音響−電気変換手段の例としてのマイクロホンで収音するものであるため、聴取対象の音声信号も、当該NC機能により低減してしまう。この実施形態では、当該NC機能により低減してしまう聴取対象の音声信号を、NR手法により音声強調するようにするものである。
[ハードウエア構成例]
図1は、この発明によるノイズ低減音声再生装置の第1の実施形態のブロック図である。この第1の実施形態は、この発明のノイズ低減音声再生装置が、上述のヘッドホン装置に適用された場合である。したがって、上述と同一部分には、同一の参照符号を付与してある。なお、図1は、説明の簡単のため、左右2チャンネルのうちの一方のチャンネルについての構成例のみを示した。他のチャンネルについても同様に構成することができる。
図9に示すように、操作部46の音声モニターボタンが押下されていないときには、図1の装置においては、制御部44によりスイッチ回路43がオフとされ、NR処理部42の系は働かないようにされている。このため、この第1の実施形態のノイズ低減音声再生装置(ヘッドホン装置)は、NC機能部のみがオンとなる通常NCモードとなる。
上述の第1の実施形態では、マイクロホン31からの音声信号に対して、NC処理系とNR処理部42とは、並列に設けられている。すなわち、マイクロホン31からの音声信号が、NC用フィルタ回路33に供給されると共に、不要帯域除去フィルタ41を通じてNR処理部42に供給される構成とされている。
この第2の実施形態においても、音声モニターボタンの押下の区間の最初の区間では、ノイズ収音モードとされ、その後の区間がノイズ低減モードとされて、音声強調されるのは、第1の実施形態と全く同様である。
以上の第1および第2の実施形態は、モノーラルの構成でも可能な構成としたが、この第3の実施形態は、左右2チャンネルステレオの構成とするノイズ低減音声再生装置の場合である。
第4の実施形態も、第3の実施形態と同様に、左右2チャンネルステレオの構成とするノイズ低減音声再生装置の場合である。そして、この第4の実施形態は、SS法を用いるNR処理部420とは異なる構成の音声強調回路を用いる点が、第3の実施形態とは異なる。
以上説明した第1〜第4の実施形態のノイズ低減音声再生装置においては、NC処理系としては、フィードフォワード方式のNC処理系を用いるようにした。しかし、NC処理系としては、マイクロホンをヘッドホン筐体内に設けるフィードバック方式のNC処理系を用いることもできる。ただし、その場合には、NR処理部42,420あるいは音声強調回路500に入力する音声信号の収音手段としてのマイクロホンは、NC処理系とは兼用することはできず、ヘッドホン筐体の外部に別個に設けられることになる。
第6の実施形態は、NC処理系が、フィードバック方式とフィードフォワード方式の併用の場合である。図22は、この第6の実施形態におけるノイズ低減音声再生装置のハードウエア構成例を示す図である。この図22の例は、モノーラル対応の構成であるが、図22の構成を左右チャンネルのそれぞれ設けることにより、ステレオ対応とすることもできる。この図22の例においても、上述した実施形態と同一部分には同一符号を付して示すものとする。
第7の実施形態は、NC処理系はフィードフォワード方式に行なうが、そのNC用フィルタ回路のフィルタ係数を、適応的に制御する例である。
以上の実施形態では、マイクロホンで当該時点で収音した人声の音声信号をNR処理などにより、音声強調するようにしたが、一旦、録音した音声信号の再生時において、当該再生音声を強調するようにすることもできる。
上述の第4の実施形態を除く他の実施形態では、NR処理部にSS法を用いている。そのため、音声モニターボタンを押下したときに、先ず、ノイズのパワースペクトルを得るためのノイズ収音モードとし、その後、ノイズ低減モードとするように制御したが、ノイズ収音モードは、別途のタイミング区間で実行するようにしてもよい。
Claims (2)
- ノイズ及び聴取しようとする音声信号を収音するための左耳用および右耳用のヘッドホン筐体の外部の音声を収音するための左耳用および右耳用の音響−電気変換手段と、
前記ヘッドホン筐体内に設けられた左耳用および右耳用の電気−音響変換手段と、
前記音響−電気変換手段で収音して得たノイズの音声信号から、前記ノイズと音響的に合成することで当該ノイズをキャンセルするようにするためのノイズキャンセル用音声信号を生成し、前記ノイズキャンセル用音声信号を、前記電気−音響変換手段で音響再生して、前記ノイズと音響的に合成するようにする左耳用および右耳用にそれぞれ設けられたノイズキャンセル処理系と、
前記音響−電気変換手段で収音された前記音声信号から前記ノイズのパワースペクトル成分を取得して、記憶部に予め記憶する手段と、
前記音響−電気変換手段で収音されたノイズを含む前記音声信号のパワースペクトルから、前記記憶部に記憶されているノイズのパワースペクトルを差し引くことで、聴取対象の音声成分を強調する前記左耳用および右耳用の音響−電気変換手段からの音声信号の一方または両方が供給される共通の1個とされた音声強調手段と、
前記音声強調手段からの前記聴取対象の音声成分が強調された音声信号を、前記ノイズキャンセル音声信号と合成し、その合成信号を前記電気−音響変換手段に供給する左耳用および右耳用にそれぞれ設けられた合成手段と、
前記音声強調手段からの前記聴取対象の音声成分が強調された音声信号を、制御信号に基づく区間でのみ、前記合成手段に供給するように制御する制御手段と、
前記聴取対象の音声成分が強調された音声信号を聴取する区間を指定する操作入力を受け付ける操作入力手段と、
を備え、
前記共通の1個の音声強調手段は、前記左耳用の音響−電気変換手段からの音声信号および右耳用の音響−電気変換手段からの音声信号のそれぞれを複数の周波数帯域の信号に分割する手段と、前記左耳用および前記右耳用の音声信号の複数の周波数帯域の信号の、同じ周波数帯域の信号同士の位相差を検出し、所定の位相差を呈する周波数帯域の信号のゲインを上げることにより、音声強調を行なうゲイン制御手段と、前記ゲイン制御手段でゲイン制御した前記複数の周波数帯域の信号を合成して、合成した信号を前記音声強調した信号として、左耳用および右耳用の前記ノイズキャンセル音声と合成する信号とする手段と、前記左耳用の音響−電気変換手段からの音声信号および右耳用の音響−電気変換手段からの音声信号の一方の音声信号または両者の合成信号のパワースペクトルから、予め記憶部に記憶されているノイズのパワースペクトルを差し引くことで、前記聴取対象の音声成分を強調する手段と、からなり、
前記制御手段は、前記操作入力手段を通じた前記操作入力で指定された区間のうちの最初の一部区間で、前記音響−電気変換手段で収音された前記音声信号から前記ノイズのパワースペクトル成分を取得して、前記記憶部に予め記憶し、前記指定された区間のうちの前記最初の一部区間の後の区間で、前記記憶部に記憶されているノイズのパワースペクトルを前記音響−電気変換手段で収音されたノイズを含む前記音声信号のパワースペクトルから差し引くことで、前記聴取対象の音声成分を強調し、前記強調された音声信号を、前記最初の一部区間の後の区間で、前記合成手段に供給するように制御する
ノイズ低減音声再生装置。 - ノイズキャンセル処理系が、ノイズ及び聴取しようとする音声信号を収音するための左耳用および右耳用のヘッドホン筐体の外部の音声を収音するための左耳用および右耳用の音響−電気変換手段で収音して得たノイズの音声信号から、前記ノイズと音響的に合成することで当該ノイズをキャンセルするようにするためのノイズキャンセル用音声信号を生成し、前記ノイズキャンセル音声信号を、前記ヘッドホン筐体内に設けられた左耳用および右耳用の電気−音響変換手段で音響再生して、前記ノイズと音響的に合成するようにする左耳用および右耳用ためのノイズキャンセル処理工程と、
前記音響−電気変換手段で収音された音声信号から前記ノイズのパワースペクトル成分を取得して、記憶部に予め記憶する記憶工程と、
音声強調手段が、聴取しようとする音声信号を収音するための前記音響−電気変換手段で収音したノイズを含む前記音声信号のパワースペクトルから、前記記憶部に記憶されているノイズのパワースペクトルを差し引くことで、聴取対象の音声成分を強調する音声強調工程と、
左耳用および右耳用にそれぞれ設けられた合成手段が、前記音声強調手段からの前記聴取対象の音声成分が強調された音声信号を、前記ノイズキャンセル音声信号と合成し、その合成信号をそれぞれの前記電気−音響変換手段に供給する合成工程と、
制御手段が、前記音声強調手段からの前記聴取対象の音声成分が強調された音声信号を、制御信号に基づく区間でのみ、前記合成手段に供給するように制御する制御工程と、
を備え、
前記音声強調工程において、前記左耳用の音響−電気変換手段からの音声信号および右耳用の音響−電気変換手段からの音声信号のそれぞれを複数の周波数帯域の信号に分割する工程と、前記左耳用および前記右耳用の音声信号の複数の周波数帯域の信号の、同じ周波数帯域の信号同士の位相差を検出し、所定の位相差を呈する周波数帯域の信号のゲインを上げることにより、音声強調を行なうゲイン制御工程と、前記ゲイン制御工程でゲイン制御した前記複数の周波数帯域の信号を合成して、合成した信号を前記音声強調した信号として、左耳用および右耳用の前記ノイズキャンセル音声と合成する信号とする工程と、前記左耳用の音響−電気変換手段からの音声信号および右耳用の音響−電気変換手段からの音声信号の一方の音声信号または両者の合成信号のパワースペクトルから、予め記憶部に記憶されているノイズのパワースペクトルを差し引くことで、前記聴取対象の音声成分を強調する工程と、からなり、
前記制御工程は、操作入力手段を通じた操作入力で指定された区間のうちの最初の一部区間で、前記音響−電気変換手段で収音された前記音声信号から前記ノイズのパワースペクトル成分を取得して、前記記憶部に予め記憶し、前記指定された区間のうちの前記最初の一部区間の後の区間で、前記記憶部に記憶されているノイズのパワースペクトルを前記音響−電気変換手段で収音されたノイズを含む前記音声信号のパワースペクトルから差し引くことで、前記聴取対象の音声成分を強調し、前記強調された音声信号を、前記最初の一部区間の後の区間で、前記合成手段に供給するように制御する
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