JP5538249B2

JP5538249B2 - ステレオヘッドセット

Info

Publication number: JP5538249B2
Application number: JP2011009938A
Authority: JP
Inventors: 学岡本; 陽一羽田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: JP2012151745A

Description

この発明はステレオ信号を受聴するヘッドホンやイヤホンに収音用のマイクがついたステレオヘッドセットに関する。

ヘッドホンやイヤホンにマイクをつけたヘッドセットは、放送や通信分野等で使用され、装着者が対地（接続先）等の音声を聞きながら、装着者の発した音声をマイクで収音し、対地へ送信したり、あるいは録音等を行うために使用されている。

一般的なヘッドセットは、装着者の片耳もしくは両耳にスピーカが接するように配置され、かつ装着者の口の近くに一つのマイクが配置される。

図７はヘッドセットの従来構成の一例を示したものであり、この例ではヘッドセットはステレオ信号の左右それぞれの信号を再生するための２式のスピーカ１１Ｌ，１１Ｒとマイク１２とを備え、２式のスピーカ１１Ｌ，１１Ｒが装着者の両耳に接するように装着される。

スピーカ１１Ｌ，１１Ｒにはそれぞれ左ｃｈ受話信号及び右ｃｈ受話信号が入力され、装着者はスピーカ１１Ｌ，１１Ｒで再生される対地の音を受聴することができ、同時に装着者が発した音声はマイク１２で収音され、送話信号として対地や録音機へ送信される。なお、マイクが口の近くではなく、スピーカの近くに配置される形態もあるが、装着者の音声を収音し、送信する点で機能は同等である。

一方、特許文献１には装着者の口の近くに配置されたマイクとは別に、スピーカの近傍に環境音収録用マイクを配置した構成が記載されており、装着者の音声と合わせて装着者の周囲の環境音を収音し、対地等へ送信することを実現している。環境音収録用マイクは装着者の左右の耳それぞれの近くに位置しているため、それぞれの収音信号を２ｃｈとして送信することにより、装着者が位置する空間情報を送信することができる。例えば、受信者が左右の耳それぞれで受聴することにより、収録地点の環境音を音像定位感をもって聴くことが可能となる。

対地へ装着者の音声を送信するのではなく、装着者の周囲の環境音を積極的に収音し、記録や送信を行うことを目的にしたものもある。特許文献２ではヘッドホンの近傍にマイクを設置し、装着者の周囲の環境音を収音し、かつ装着者が環境音を受聴する（モニタする）際にハウリングが起きにくくすることを実現する構成が記載されている。

この特許文献２に記載されている構成（バイノーラルヘッドホンマイクロホン）を左右の耳それぞれに装着し、それぞれ２ｃｈの信号として記録、送信した場合、空間情報を保持したまま、周囲環境音を記録、送信することができる。また、その信号を左右の耳それぞれで受聴したものは、収録地点の環境音を音像定位感をもって聴くことが可能となる。

これに対し、ヘッドセットのマイクから収音された音から装着者の音声以外の環境音を除去するために、装着者の口近辺以外に別途マイクを設置し、その別途設置したマイクの収音した信号を基に、口近辺のマイクで収音した音から装着者の音声以外を除去するものもある。非特許文献１にはこの構成が記載されており、音声用マイクに混入したノイズ（騒音）をノイズ用マイクの収音信号を基に信号処理を行い、送信するものとなっている。

特許第３５５６９８７号公報実公昭６０−１０１５６号公報

青木真理子、外３名、「音源分離方式ＳＡＦＩＡをベースとした高騒音下雑音抑圧−Ｆ１サーキットへの挑戦−」、信学技報、電子情報通信学会、２００４年４月、ＥＡ２００４−２、ｐ．７−１２

上述したように、一般的なヘッドセットはマイクが一つであり、装着者の音声を送信することができるが、装着者の周囲の環境音を空間情報を保持したまま送信することができない。同様に、非特許文献１に記載されている口近辺のマイクで収音した音から、他のマイクの信号を用い、周囲の雑音を除去する方式も装着者の音声を送信することができるが、周囲の環境音を空間情報を保持したまま送信することができない。

一方、特許文献１や特許文献２に記載されている構成では周囲環境音を空間情報を保持したまま送信、記録可能であるが、装着者が音声を発した場合、その音声が周囲環境音に混入してしまう。装着者の音声は周囲環境音より大きな音で収音されるため、送信、記録される信号では音声が大きくなり、周囲環境音が聴きにくいといった問題があった。

この発明の目的はこの問題に鑑み、装着者の周囲の環境音を、装着者が聴いている音の空間情報を保持したまま、送信、記録可能にすると共に、装着者が発声した音声を小さくしたり消去したりすることが可能なステレオヘッドセットを提供することにある。

請求項１の発明によれば、ステレオ信号の左右それぞれの信号を再生するための２式のスピーカを備えたステレオヘッドセットは、スピーカのそれぞれ近傍に、スピーカと音響的に隔絶されて配置された２式の環境音収音マイクと、環境音収音マイクと離れて位置し、ステレオヘッドセット装着者の発声を収音する発声収音マイクと、環境音収音マイクで収音された信号から発声収音マイクで収音された信号を減算処理して出力する減算処理手段とを具備する。

請求項２の発明では請求項１の発明において、減算処理手段は、発声収音マイクで収音された信号から環境音収音マイクで収音された信号に含まれている前記発声に基づく信号を推定して出力する信号推定器と、任意の利得を設定可能とされ、その設定された利得を出力する利得設定器と、信号推定器の出力に利得設定器の出力を掛算する掛算器と、環境音収音マイクで収音された信号から掛算器の出力を減算する減算器とを具備する。

請求項３の発明では請求項２の発明において、減算処理手段は、環境音収音マイクで収音された信号及び発声収音マイクで収音された信号の各入力端にフーリエ変換器を備え、減算器の出力端に逆フーリエ変換器を備えており、信号推定器、掛算器及び減算器の処理を周波数領域で行う構成とされる。

請求項４の発明では請求項１の発明において、減算処理手段は、環境音収音マイクで収音された信号及び発声収音マイクで収音された信号が入力され、環境音収音マイクで収音された信号に含まれている前記発声に基づく信号を消去する適応フィルタと、任意の利得を設定可能とされ、その設定された利得を出力する利得設定器と、発声収音マイクで収音された信号に利得設定器の出力を掛算する掛算器と、適応フィルタの出力に掛算器の出力を加算する加算器とを具備する。

この発明によれば、装着者の周囲の環境音を、装着者が聴いている音の空間情報を保持したまま、送信、記録することができ、装着者が発声した場合もその音声を消去したり、あるいは任意の大きさに小さくして送信、記録することができる。

この発明によるステレオヘッドセットの一実施例の構成を示す図。図１における減算処理手段の第１の構成例を示す図。図１における減算処理手段の第２の構成例を示す図。図１における減算処理手段の第３の構成例を示す図。この発明によるステレオヘッドセットの第１の変形例を示す図。この発明によるステレオヘッドセットの第２の変形例を示す図。ステレオヘッドセットの従来構成例を示す図。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。

図１はこの発明によるステレオヘッドセットの一実施例の構成を示したものである。ステレオヘッドセットは図７に示した従来例と同様、ステレオ信号の左右それぞれの信号を再生するための２式のスピーカ１１Ｌ，１１Ｒを備える。スピーカ１１Ｌ，１１Ｒにはそれぞれ左ｃｈ受話信号及び右ｃｈ受話信号が入力される。ステレオヘッドセットを装着者に装着すると、スピーカ１１Ｌ，１１Ｒは装着者の左右耳穴に向かって装着される。

この例ではこれらスピーカ１１Ｌ，１１Ｒのそれぞれ近傍に、スピーカ１１Ｌ，１１Ｒと音響的に隔絶されて２式の環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒが配置される。環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒはそれぞれ装着者周囲の環境音を収音する。これら環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒは装着者の左右耳穴の位置の近辺に配置されるため、環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒで収音された信号は音像定位情報を保持しており、収音された信号をそのまま左右信号として受聴すれば、装着者が受聴している音を同じような位置関係で受聴することができる。

しかしながら、両環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒには周囲環境音と共に、装着者が発声した場合、装着者の声も収音される。装着者の声は、口から環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒまで空気中を伝わって収音される経路と、装着者の体内を伝わって収音される経路があるが、いずれも装着者の発声した声を基とした音である。

この例ではスピーカ１１Ｌ，１１Ｒの近傍の環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒとは別のマイクを装着者の口近辺に発声収音マイク２２として配置する。発声収音マイク２２は環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒと離れて位置する。発声収音マイク２２は周囲環境音も収音するが、装着者の口が近いため、収音される音の主たる成分は装着者が発声した音声となる。

左の環境音収音マイク２１Ｌで収音された信号及び発声収音マイク２２で収音された信号は減算処理手段３０Ｌに入力され、同様に右の環境音収音マイク２１Ｒで収音された信号及び発声収音マイク２２で収音された信号は減算処理手段３０Ｒに入力される。これら減算処理手段３０Ｌ，３０Ｒは同じ構成を有するものとされ、入力された信号を処理し、処理した信号をそれぞれ左ｃｈ送話信号及び右ｃｈ送話信号として出力する。

図２はこれら減算処理手段３０（３０Ｌ，３０Ｒ）の構成を示したものであり、減算処理手段３０は信号推定器３１と利得設定器３２と掛算器３３と減算器３４とによって構成されている。発声収音マイク２２の出力（収音信号）は信号推定器３１に入力され、環境音収音マイク２１Ｌ（２１Ｒ）の出力（収音信号）は減算器３４に入力される。

信号推定器３１は発声収音マイクの出力を基に、環境音収音マイクの出力に含まれている装着者の発声に基づく信号を推定して出力する。装着者の発声に対する発声収音マイク２２の収音特性と環境音収音マイク２１Ｌ（２１Ｒ）の収音特性の差は既知であるため、この収音特性の差に基づき、信号推定器３１は環境音収音マイクの出力に含まれている装着者の発声に基づく信号を推定して出力する。

利得設定器３２は任意の利得を設定可能とされる。利得の設定は例えば装着者が適宜、行うことができ、詳細図示を省略しているが、利得を調整・設定するための調整つまみ等を具備するものとされる。利得設定器３２は設定された利得を出力する。

信号推定器３１の出力及び利得設定器３２の出力は掛算器３３に入力され、掛算器３３は信号推定器３１の出力に利得設定器３２から出力される利得を掛算する。この掛算器３３の出力は減算器３４に入力され、減算器３４は環境音収音マイクの出力から掛算器３３の出力を減算する。

上記のような処理を行う減算処理手段３０（３０Ｌ，３０Ｒ）を具備することにより、この例では環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒの出力信号に含まれている装着者の音声の割合を任意に調整でき、つまり装着者の音声のみ音量調整することができる。これにより、音像定位情報を保持したまま、周囲環境音を収音した信号から装着者の音声を消去することが可能となり、また任意の大きさに小さくすることが可能となる。

図３は減算処理手段の第２の構成例を示したものであり、この例では減算処理手段３０’は図２に示した第１の構成例の減算処理手段３０に対し、フーリエ変換器（ＦＦＴ）３５，３６及び逆フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）３７を追加したものとなっている。

ＦＦＴ３５，３６は環境音収音マイクの出力（収音信号）及び発声収音マイクの出力（収音信号）の各入力端に配置され、ＩＦＦＴ３７は減算器３４の出力端に配置されている。環境音収音マイクの出力及び発声収音マイクの出力はそれぞれＦＦＴ３５，３６に入力されて周波数領域の信号に変換される。これにより、信号推定器３１、掛算器３３及び減算器３４の各処理は周波数領域で行われるものとなっている。つまり、この例では減算処理を周波数領域で行い、処理後、時間信号に復元するものとなっている。このように周波数領域で減算処理を行うことにより、位相変動などに強い音声の消去、音量調整が可能となる。

次に、図４に示した減算処理手段の第３の構成例について説明する。この例では減算処理手段３０''は適応フィルタを用いるものとされる。環境音収音マイクの出力（収音信号）及び発声収音マイクの出力（収音信号）は適応フィルタ３８に入力される。適応フィルタ３８は環境音収音マイクの出力に含まれている装着者の発声に基づく信号を消去する処理を行い、つまり自動的な適応処理により環境音収音マイクの出力から装着者の音声を消去する。

この例では周囲環境音から装着者の音声を一旦、消去した後、装着者の音声を所望の音量、周囲環境音に加えられるものとなっている。このため、適応フィルタ３８に加え、利得設定器３２と掛算器３３と加算器３９とを具備する。

利得設定器３２で設定された利得は掛算器３３に入力される。掛算器３３は発声収音マイクの出力に利得を掛算して加算器３９に出力する。加算器３９は適応フィルタ３８の出力に掛算器３３の出力を加算する。これにより、この例では周囲環境音から装着者の音声を消去でき、かつ必要に応じて装着者の音声を所望の音量、周囲環境音に加えることができるものとなっている。

以上、減算処理手段の各種構成例を説明したが、減算処理手段を例えば減算器のみとし、環境音収音マイクの出力から発声収音マイクの出力を単に減算するだけの構成とすることもできる。

ところで、上述した実施例では環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒをスピーカ１１Ｌ，１１Ｒと音響的に隔絶して配置し、これによりスピーカ１１Ｌ，１１Ｒの音が環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒに入らないようにして、環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒの出力の音質の劣化やハウリングの防止を行えるものとなっているが、そのため、装着者は耳穴を密閉する形でスピーカ１１Ｌ，１１Ｒを左右の耳に装着することになる。従って、装着者は自分の周囲の環境音を直接聴くことができない。

図５に示したステレオヘッドセットの構成はこの問題に対し、装着者が周囲の環境音を受聴できるようにしたものであり、この例では左ｃｈ受話信号及び右ｃｈ受話信号の各入力端に加算器４０Ｌ，４０Ｒを設けた構成となっている。加算器４０Ｌ，４０Ｒは減算処理手段３０Ｌ，３０Ｒから出力される左ｃｈ送話信号及び右ｃｈ送話信号を、スピーカ１１Ｌ，１１Ｒに入力される左ｃｈ受話信号及び右ｃｈ受話信号にそれぞれ加算する。これにより、装着者は周囲の環境音を受聴することが可能となる。

次に、図６に示したステレオヘッドセットの構成について説明する。この構成では減算処理手段３０Ｌ，３０Ｒから出力される左ｃｈ送話信号及び右ｃｈ送話信号の他に、発声収音マイク２２で収音された装着者の音声を別のチャネルで出力するようにしたものであり、装着者の音声を別のチャネルで送信、記録すれば、装着者の音声と周囲環境音とを個別に扱うことが可能となる。

以上、ステレオヘッドセットの装着者が聴いている周囲の環境音を、装着者が感じている音像定位情報を保持したまま、送信、記録可能とし、その際に装着者が発声しても、その装着者の音声の音量を環境音の邪魔にならないように消去したり小さくしたりすることが可能なステレオヘッドセットの各種構成について説明したが、例えば環境音から消去したい音が機器の動作音等、装着者の音声以外に存在する場合は、消したい音を個別に収音できるマイクを、その消したい音の数に応じて配置し、環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒで収音した信号から上述した例と同様に減算処理することにより、消去したり、または小さくすることができる。

なお、環境音収音マイク２１Ｌ，２１Ｒと離れて位置する発声収音マイク２２は上述した例では装着者の口近辺に一つ配置されるものとなっているが、発声収音マイク２２を複数用いるようにしてもよい。

この発明によるステレオヘッドセットを例えば通信会議等、実時間で通信する際に用いれば、装着者の音環境を遠隔で共有し、装着者を遠隔者の代理人のように没入感をもって装着者のいる空間を感じることが可能であり、その際に装着者の音声も遠隔者は聴きやすい音量で聴くことができる。

また、この発明によるステレオヘッドセットの出力（送話信号）を記録すれば、装着者が現場で聴いた音を立体感のある音を含むコンテンツとして作成することができる。この場合、図６に示した構成のように、装着者の音声を別チャネルで出力できるようにすれば、装着者の音声をガイド音声として個別に記録したり、装着者の音声のみを音声認識などで文字化し、コンテンツに目次を振ることが可能となる。

Claims

ステレオ信号の左右それぞれの信号を再生するための２式のスピーカを備えたステレオヘッドセットであって、
前記スピーカのそれぞれ近傍に、スピーカと音響的に隔絶されて配置された２式の環境音収音マイクと、
前記環境音収音マイクと離れて位置し、ステレオヘッドセット装着者の発声を収音する発声収音マイクと、
前記環境音収音マイクで収音された信号から前記発声収音マイクで収音された信号を減算処理して出力する減算処理手段とを具備し、
前記減算処理手段は、
前記環境音収音マイクで収音された信号及び前記発声収音マイクで収音された信号が入力され、前記環境音収音マイクで収音された信号に含まれている前記発声に基づく信号を消去する適応フィルタと、
任意の利得を設定可能とされ、その設定された利得を出力する利得設定器と、
前記発声収音マイクで収音された信号に前記利得設定器の出力を掛算する掛算器と、
前記適応フィルタの出力に前記掛算器の出力を加算する加算器と、
を具備することを特徴とするステレオヘッドセット。
請求項１記載のステレオヘッドセットにおいて、
前記減算処理手段は、前記環境音収音マイクで収音された信号及び前記発声収音マイクで収音された信号の各入力端にフーリエ変換器を備え、前記加算器の出力端に逆フーリエ変換器を備えており、
前記適応フィルタ、前記掛算器及び前記加算器の処理を周波数領域で行う構成とされていることを特徴とするステレオヘッドセット。