JP6838588B2 - 音声分析装置、音声分析方法、プログラム、および記録媒体 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態による音声分析装置の概略機能構成を示すブロック図である。図示するように、音声分析装置101は、マイクロフォン2と、音声取得部3と、測定部4と、演算部6と、出力部7と、入力部8と、測定値記憶部9と、制御部11とを含んで構成される。制御部11は、演算スイッチ5と、閾値記憶部10とを含むものである。
なお、音声分析装置は「音量計」とも呼ばれる。
上記の各機能部は、例えば、電子回路を用いて実現される。また、各機能部は、必要に応じて、半導体メモリーや磁気ハードディスク装置などといった記憶手段を内部に備えてよい。また、各機能を、コンピューターおよびソフトウェアによって実現するようにしてもよい。
マイクロフォン2は、その置かれた環境における音を捉え、電気信号に変換する。マイクロフォン2は、音声分析装置101に内蔵されている形態であっても、外付けの形態であってもよい。
音声取得部3は、マイクロフォン2から出力される音声の信号を取得する。音声取得部3が、マイクロフォン2の代わりに何らかの装置から、音を表すアナログ信号あるいはデジタル信号を取得するものであってもよい。
測定部4が複数の種類の測定値を出力するようにしてもよい。例えば、測定部4が、周波数解析等の分析処理用には比較的高いサンプリング周波数で測定された測定値を出力し、音量に基づく制御の判断のためには比較的低いサンプリング周波数で測定された測定値を出力するようにする。
つまり、出力部7は、測定部4が出力する時系列データと、演算部6による演算結果とを、外部の装置等に出力する。
閾値記憶部10は、制御部11における判断処理で用いられる閾値を記憶する。閾値は、入力部8において入力される値である。閾値記憶部10は、複数の閾値を記憶することもできる。閾値の具体的な種類や役割については、後で説明する。
また、制御部11は、測定部4によって出力された測定値から、測定値記憶部9に記憶された数値を減じて得られる差分、あるいは当該差分の絶対値が、所定の範囲であるか否か(例えば、所定値以上であるか否か)に応じて、前記測定値が前記分析対象範囲に含まれるか否かを判定する。
また、制御部11は、閾値記憶部10で記憶される閾値に基づいて、測定値が分析対象範囲(異常範囲)に含まれるか否かを判定するものである。
なお、制御部11に代わって、演算部6が、測定部4によって出力された測定値から、測定値記憶部9に記憶された数値を減じて得られる差分、あるいは当該差分の絶対値が、所定の範囲であるか否か(例えば、所定値以上であるか否か)に応じて、前記測定値が前記分析対象範囲に含まれるか否かを判定してもよい。また、制御部11に代わって、演算部6が、閾値記憶部10で記憶される閾値に基づいて、測定値が分析対象範囲に含まれるか否かを判定してもよい。これらの場合には、演算部6は、測定値が分析対象範囲に含まれるか否かについての自身の判定の結果に基づいて、分析処理のための演算を行うか否かを制御する。
なお、変数vは音量の測定値を表す。変数vの値の単位は、例えば、音圧レベルのデシベル(dB)値や、このデシベル値を基に算出されるホン(phon)である。測定値の推移の具体例については、後で図2を参照しながら説明する。
なお、以下の説明において、時間長Tiniや、音量に関するVsta,Vmem,Vthの値などは、各々、適切に定められる。
音声分析装置101の起動直後の初期状態においては、測定値記憶部9には過去の測定値は記憶されていない。ただし、音声分析装置101の起動直後であっても、それ以前に音声分析装置101が稼働していた実績がある場合には、そのときの過去の測定値を測定値記憶部9が維持していてもよい。
音声分析装置101の起動後において、所定の時間Tiniの間、音量vの変動幅が所定の量Vsta以下である状態が続いた場合、測定値記憶部9は、所定の音量の値を記憶する。ここで測定値記憶部9が記憶する値は、例えば、その時間Tiniの期間の最後の時点(所定のタイミング)(ただし、代わりに、当該期間の他の時点を用いてもよい)における音量vの値である。測定値記憶部9がその時点で記憶した測定値を、Vmemとする。
その後、式(1)が真であり続ける間、制御部11は、演算スイッチ5をオンに維持する。つまり、制御部11は、演算部6が稼働し続けるように制御する。
その後、式(1)が偽となった場合、そのタイミングで、制御部11は、演算スイッチ5をオフに切り替える。つまり、そのタイミングで、制御部11は、演算部6が不稼働となるように制御する。
時刻T0からT1までの間に時間Tiniが経過した。また、時刻T0からT1までの間の期間において、音量測定値vの変動幅が所定量Vsta以下である状態が続いた。したがって、時刻T1のタイミングにおいて、測定値記憶部9は、時刻T1における音量測定値vの値を記憶する。つまり、時刻T1以後、測定値記憶部9は、過去の測定値として値Vmemを内部に保持する。このような条件において測定値記憶部9に記憶される値Vmemは、通常時(正常時)の音量のレベルであると想定することができる。
時刻T3において、時刻T1以後で初めて、式(1)が真となる。即ち、音量測定値vから測定値記憶部9が記憶する値Vmemを減じた値が、閾値Vth以上となる。よって、時刻T3において、制御部11は、演算スイッチ5の状態をオンに切り替える。
その後、式(1)が真である状態が維持される。これにしたがって、制御部11は、演算スイッチ5の状態をオンに維持する。
時刻T4において、式(1)が偽の状態となる。即ち、音量測定値vから測定値記憶部9が記憶する値Vmemを減じた値が、閾値Vth未満となる。よって、時刻T4において、制御部11は、演算スイッチ5の状態をオフに切り替える。
時刻T4以後、図示するグラフの範囲内においては、式(1)が偽である状態が維持される。これにしたがって、制御部11は、演算スイッチ5の状態をオフに維持する。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、前実施形態において既に説明した事項については以下において説明を省略する場合がある。ここでは、本実施形態に特有の事項を中心に説明する。
本実施形態による音声分析装置102は、第1実施形態の音声分析装置101が有していた測定値記憶部9を持たない。また、本実施形態による制御部12は、第1実施形態の制御部11とは異なる判断基準による判断と、その判断結果に基づく制御を行う。
本実施形態においても、入力部8は、閾値記憶部10が記憶する閾値を設定するための数値を外部から入力する。また、本実施形態では、入力部8は、例えば、ユーザーによる操作にしたがい、演算スイッチ5のオン/オフの状態を切り替える。
制御部12は、式(3)が真のときには、即ち、測定値vが異常値であって、閾値Vth2以上のときには、演算スイッチ5がオンになるようにする。つまり、制御部12は、演算部6が稼働して周波数解析処理を行うように制御する。
時刻T10において、閾値記憶部10には、既に閾値Vth2が設定されている。
時刻T10の時点では、式(3)は偽である。つまり、制御部12は、演算スイッチ5をオフにしている。
時刻T10以後、時刻T11が到来するまでの間は、式(3)は偽である。つまり、制御部12は、演算スイッチ5がオフの状態を維持している。
時刻T11において、測定値vが閾値Vth2以上となる。即ち、式(3)が真となる。このタイミングで、制御部12は、演算スイッチ5をオンに切り替える。
時刻T11以後、時刻T12が到来するまでの間は、式(3)は真である。つまり、制御部12は、演算スイッチ5がオンの状態を維持している。
時刻T12より後では、測定値vが閾値Vth2未満となる。即ち、式(3)が偽となる。このタイミングで、制御部12は、演算スイッチ5をオフに切り替える。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、前実施形態までにおいて既に説明した事項については以下において説明を省略する場合がある。ここでは、本実施形態に特有の事項を中心に説明する。
次に、第4実施形態について説明する。なお、前実施形態までにおいて既に説明した事項については以下において説明を省略する場合がある。ここでは、本実施形態に特有の事項を中心に説明する。
次に、第5実施形態について説明する。なお、前実施形態までにおいて既に説明した事項については以下において説明を省略する場合がある。ここでは、本実施形態に特有の事項を中心に説明する。
音声分析装置105の特徴は、正常値記憶部21を有する点である。正常値記憶部21は、音量測定値の過去の正常値を記憶するものである。制御部15が、正常値記憶部21のデータを読み書きする。
本実施形態では、第2実施形態と同様に、入力部8は、閾値記憶部10が記憶する閾値を設定するための数値を外部から入力するとともに、例えば、ユーザーによる操作にしたがい、演算スイッチ5のオン/オフの状態を切り替える。
制御部15は、測定部4が出力した過去の測定値に基づいて正常値を決定するとともにその正常値を正常値記憶部21に書き込む。制御部15は、演算スイッチ5がオンの状態のときに演算スイッチをオフに切り替える(第1状態から第2状態への遷移)か否かを判定する場合には、正常値記憶部21から読み出した正常値と、前記測定値との関係に基づく判断を行う。
より具体的には、次の通りである。測定部4から制御部15に測定値のデータが渡されたとき、制御部15は、演算スイッチ5の状態を確認する。制御部15は、演算スイッチ5の状態に応じて、以下の動作をする。なお、値Vsta,Vmem,Vthのそれぞれについては、第1実施形態で説明したとおりである。ここでは、値VstaおよびVthは、適宜与えられている。また、下の説明において、測定値記憶部9には値Vmemがすでに書き込まれている。
なお、制御部15に代わって、演算部6が、測定部4が出力した過去の測定値に基づいて正常値を決定するとともにその正常値を正常値記憶部21に書き込み、上記の第1状態から第2状態に遷移するか否かを判定してもよい。この場合には、演算部6が、正常値記憶部21から読み出した正常値と、前記測定値との関係に基づく判断を行う。この場合には、演算部6は、測定値が分析対象範囲に含まれる(第1状態)か否かについての自身の判定の結果に基づいて、分析処理のための演算を行うか否かを制御する。
なお、本実施形態においては、制御部15が演算スイッチ5をオフからオンに切り替える際に、測定値記憶部9に記憶されている値(過去の測定結果の値)Vmemを正常値記憶部21に書き込む。正常値記憶部21が保持する値をVnormalとする。
一方、演算スイッチ5がオンの状態の場合、制御部15は、測定部4から受け取った直近の測定値と、正常値記憶部21が記憶している値とを比較し、比較結果に応じた制御を行う。このとき制御部15は、下の式(5)または式(6)の真偽を判定する。
式(6) |v−Vnormal|≧Vth3
そして、制御部15は、式(5)または式(6)(いずれか、判定に用いたほうの式)が偽であれば、演算スイッチ5をオフに切り替える。制御部15は、式(5)または式(6)が真であれば、演算スイッチ5をオンの状態に維持する。
時刻T20の時点で、測定値記憶部9には過去の測定値にVmemが記憶されている。また、閾値Vthの値も既に設定されている。また、演算スイッチ5はオフの状態である。
時刻T20の後、測定値vは変動するが、式(1)が偽である状態がしばらく続く。
時刻T21において、制御部15は、式(1)が真であると判定する。したがって、このタイミングで、制御部15は、演算スイッチ5をオンに切り替える。また、制御部15は、この時点における測定値記憶部9に記憶されている値Vmemを、正常値として、正常値記憶部21に書き込む。即ち、Vnormal=Vmemとする。
時刻T21の後、測定値vは、(Vmem+Vth)の値を上回る状態が続く。この間、制御部15は、演算スイッチ5をオンの状態で維持する。
時刻T22以後、測定値vは、(Vmem+Vth)の値を下回る。即ち、式(1)は偽となる。しかしながら、前述の通り、演算スイッチ5がオンである場合、制御部は、式(5)に基づく判定を行う。時刻T22以後も、まだ式(5)は真である。
時刻T23において、測定値vは、値Vnormalと等しくなる。また、時刻T23の後、測定値vはVnormalを下回る。即ち、式(5)が偽となる。式(5)が偽となったとき、制御部15は、演算スイッチ5をオフに切り替える。
時刻T23より後は、演算スイッチ5がオフの状態であるので、制御部15は、前述の通り、式(1)によって演算スイッチ5を切り替えるか否かの判断を行う。つまり、時刻T24より後には式(5)が真となるものの、式(1)が偽であるため、制御部15は、演算スイッチ5をオフの状態で維持する。
以上説明したように、本実施形態の制御部15は、演算スイッチ5のオフからオンへの切り替えを行うか否かの判断と、オンからオフへの切り替えを行うか否かの判断を、異なる基準によって行う。つまり、音声分析装置105は、測定値vと演算スイッチ5の状態(即ち、演算部6の稼働/不稼働の状態)との関係においてヒステリシスを持つ。これにより、制御部15は、演算スイッチ5をオフからオンに切り替える場合にも、オンからオフに切り替える場合にも、より慎重な判断基準に基づく制御を行う。即ち、図8の例を参照してもわかるように、それまで正常であった測定値が異常であると判定するための基準を十分に高くし、それまで異常であった測定値が正常であると判定するための基準を十分に低くしている。これによると、制御部15は、演算スイッチのオン/オフの状態のチャタリングを防ぐことができる。即ち、音声分析装置の動作が安定する。
第5実施形態では、正常値記憶部21には、所定のタイミングにおける測定値記憶部9に記憶されている値(過去の測定値の値)が、制御部15によって書き込まれていた。
その変形例として、他の方法によって求められた正常値(正常であると推定される値)を、制御部15が正常値記憶部21に書き込んでもよい。
また、例えば、制御部は、過去の測定値vの統計に基づいて、最も安定性の高い測定値の範囲に基づいて、正常値記憶部21に書き込む値(正常値)を決定してもよい。具体的には、制御部15は、所定時間内における測定値の変動幅と、そのときの測定値が属する範囲との相関関係を予め求めておく。そして、制御部は、その相関関係に基づいて、最も安定性の高い(即ち、所定時間内における変動幅の小さい)ときの測定値が属する範囲を選定する。そして、選定された範囲の中の代表値を正常値として決定する。所定の範囲の中の代表値を決定する方法については、上記に書いた方法を用いることができる。正常状態にある時間において測定値は安定している(所定時間内の変動の度合いが少ない)という前提を用いれば、この決定方法は妥当である。つまり、制御部15は、安定性に基づいて正常値を決定する。
また、頻度に基づく決定方法と安定性に基づく決定方法との両方を用いることによって総合的に評価する方法で、正常値を決定するようにしてもよい。
さらに他の方法で正常値を決定するようにしてもよい。
第5実施形態では、音声分析装置105は、入力部8と、測定値記憶部9と、正常値記憶部21とを含む構成を有していた。
その変形例として、次のような音声分析装置を実施してもよい。
即ち、音声分析装置は、入力部8を持たず、測定値記憶部9と、正常値記憶部21とを有する構成である。つまり、この音声分析装置は、第3実施形態の音声分析装置103に、正常値記憶部21を付加した構成である。
この場合、制御部は、正常値記憶部21に、過去の測定値に基づいて決定される正常値を書き込む。そして、制御部は、演算スイッチ5がオンからオフに切り替えるか否かを判断する際に、測定値と正常値との比較結果に基づく判断を行う。
図9は、第6実施形態による音声分析装置の概略機能構成を示すブロック図である。図示するように、本実施形態による音声分析装置106は、音声取得部3と、測定部4と、演算部36とを含んで構成される。本実施形態における音声取得部3および測定部4の各々は、前述の実施形態におけるそれと同様の機能を有するものである。即ち、音声取得部3は、音声信号を取得する。また、測定部4は、取得された音声信号に基づき音量を表す数値の時系列データを出力する。
上記の実施形態では、測定値が異常であると考えられるあるいは考え得る範囲に入ったときに演算スイッチをオンにして、演算部を稼働させた。しかしながら、演算スイッチをオンにさせるのは測定値が異常と考え得る範囲である場合に限定する必要はなく、測定値が所定の何らかの分析対象範囲に入ったときに演算スイッチをオンにして、演算部を稼働させるようにしてもよい。また、測定値が上記の分析対象範囲から外れた場合には、演算スイッチをオフにして演算部を不稼働とする。制御部は、このように、測定値が分析対象範囲であるか否かに応じて、制御を行う。
Claims (8)
- 音声信号を取得する音声取得部と、
前記音声信号に基づき音量を表す数値の時系列データを出力する測定部と、
前記測定部が出力する前記時系列データを分析するための演算を行う演算部と、
所定のタイミングにおいて前記測定部が出力する数値を記憶する測定値記憶部と、
を具備し、
前記演算部は、前記測定部が出力する数値である測定値から前記測定値記憶部に記憶された数値を減じて得られる差分、あるいは当該差分の絶対値が、所定値以上であるか否かに応じて、前記測定値が分析対象と判断される範囲である分析対象範囲に含まれるか否かを判定し、前記測定値が前記分析対象範囲に含まれる第1状態の場合に前記演算を行い、前記測定値が前記分析対象範囲に含まれない第2状態の場合に前記演算を行わない、
ことを特徴とする音声分析装置。 - 所定の閾値を記憶する閾値記憶部、
をさらに具備し、
前記演算部は、前記閾値に基づいて、前記測定値が前記分析対象範囲に含まれるか否かを判定するものである、
請求項1に記載の音声分析装置。 - 前記測定値に関する正常値を記憶する正常値記憶部、
をさらに具備し、
前記演算部は、前記測定部が出力した過去の前記測定値に基づいて正常値を決定するとともに前記正常値を前記正常値記憶部に書き込み、前記第1状態から前記第2状態に遷移するか否かを判定する場合には、前記正常値記憶部から読み出した前記正常値と、前記測定値との関係に基づく判断を行う、
請求項2に記載の音声分析装置。 - 前記測定部が出力する前記時系列データと、前記演算部による演算結果とを出力する出力部を具備する、
請求項1から3までのいずれか一項に記載の音声分析装置。 - 前記演算部を稼働させるときにオンとし前記演算部を不稼働とさせるときにオフとする演算スイッチと、
前記第1状態の場合に前記演算スイッチをオンにして、前記第2状態の場合に前記演算スイッチをオフにするよう制御する制御部と、
を具備し、
前記演算部は、前記演算スイッチのオンに基づいて前記演算を行い、前記演算スイッチのオフに基づいて前記演算を行わない、
請求項1から4までのいずれか一項に記載の音声分析装置。 - 音声信号を取得する音声取得過程と、
前記音声信号に基づき音量を表す数値の時系列データを出力する測定過程と、
前記測定過程で出力する前記時系列データを分析するための演算を行う演算過程と、
所定のタイミングにおいて前記測定過程が出力する数値を記憶する測定値記憶過程と、
を含み、
前記演算過程は、前記測定過程が出力する数値である測定値から前記測定値記憶過程で記憶された数値を減じて得られる差分、あるいは当該差分の絶対値が、所定値以上であるか否かに応じて、前記測定値が分析対象と判断される範囲である分析対象範囲に含まれるか否かを判定し、前記測定値が前記分析対象範囲に含まれる第1状態の場合に前記演算を行い、前記測定値が前記分析対象範囲に含まれない第2状態の場合に前記演算を行わない、
ことを特徴とする音声分析方法。 - コンピューターを、
音声信号を取得する音声取得部と、
前記音声信号に基づき音量を表す数値の時系列データを出力する測定部と、
前記測定部が出力する前記時系列データを分析するための演算を行う演算部と、
所定のタイミングにおいて前記測定部が出力する数値を記憶する測定値記憶部と、
を具備し、
前記演算部は、前記測定部が出力する数値である測定値から前記測定値記憶部に記憶された数値を減じて得られる差分、あるいは当該差分の絶対値が、所定値以上であるか否かに応じて、前記測定値が分析対象と判断される範囲である分析対象範囲に含まれるか否かを判定し、前記測定値が前記分析対象範囲に含まれる第1状態の場合に前記演算を行い、前記測定値が前記分析対象範囲に含まれない第2状態の場合に前記演算を行わない、
音声分析装置として機能させるためのプログラム。 - コンピューターを、
音声信号を取得する音声取得部と、
前記音声信号に基づき音量を表す数値の時系列データを出力する測定部と、
前記測定部が出力する前記時系列データを分析するための演算を行う演算部と、
所定のタイミングにおいて前記測定部が出力する数値を記憶する測定値記憶部と、
を具備し、
前記演算部は、前記測定部が出力する数値である測定値から前記測定値記憶部に記憶された数値を減じて得られる差分、あるいは当該差分の絶対値が、所定値以上であるか否かに応じて、前記測定値が分析対象と判断される範囲である分析対象範囲に含まれるか否かを判定し、前記測定値が前記分析対象範囲に含まれる第1状態の場合に前記演算を行い、前記測定値が前記分析対象範囲に含まれない第2状態の場合に前記演算を行わない、
音声分析装置として機能させるためのプログラム、を記録したコンピューター読み取り可能な記録媒体。
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