JPH03256100A - 集音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、開口部を有する室内の特定位置の音源が発す
る音響を集音する装置に関し、特に、室外の音源が発生
する音響（ノイズ）に対して該特定位置の音源が発生す
る音響（主音響）を選択収集する集音装置に関する。

（従来の技術） 例えば車輌上でドライバ（運転者）が各種車載機器を操
作する場合、操作可能なスイッチの数が多いと、操作す
べきスイッチの位置を捜し、指をそのスイッチ上に位置
決めするまでの確認を視覚的に行なう必要があるので、
車輌の走行中は、ドライバのスイッチ操作による各種車
載機器の制御は、車輌運転上安全性の点で問題がある。

そこで、視覚的な認識と手指の操作を不要にするために
、運転者の発声（主音響）を音声認識装置で検出して発
声によるコマンドを識別し、コマンドに対応して車載機
器を制御することが提案されている。

ところが、特に車上においては、ドライバの音声（主音
響）とともに音声認識装置に入力される外部雑音（ノイ
ズ）のレベルが大きい場合があり、音声認識に著しく不
都合をきたす場合がある。外部雑音としては、車外から
の音、自動車のエンジン音、車内の音響装置からの音、
あるいは同乗者の音声、Ｖ々がある。

そこで、特定のスイッチが操作されると、音声入力に備
えて、雑音のレベルを低減するために、車上音響装置の
出力を下げ、窓ガラスを閉じる。

雑音低減装置が、特開昭６３−２９７５５号公報に提案
されている。また、本発明者らは、オーディオスピーカ
ーの音やエンジン音に対し７て、ドライバの発声を明瞭
に摘出する集音装置を提供した（特願平１−７７７７６
号、特願平１−７９５１２号）。

しかし、雑音レベルを低減するために音声入力前に特定
のスイッチ操作を行なうものは、この操作に煩わしさが
伴い、また、窓ガラスが全閉になるまで待つ必要があり
、音声入力開始までに時間がかかる等の問題がある。

また、スピーカーやエンジン等によるノイズに対して音
響信号処理を行なう、前記特願平１−７７７７６号およ
び特願平１−７９５１２号に提案した集音装置は、車内
の特定位ばにあるオーディオＩ！器などの音源が発する
音響（ノイズ）、いわゆる固定ノイズ、に対してはノイ
ズを抑制して音声信号（主音響）を高利得で分離できる
が、対向車など車外の音源からのノイズ、すなわち移動
ノイズ、に対してはノイズの抑制効果が低く、音声信号
Ｃ主音響）の高利得分離が十分ではない。すなわち、特
定位置のノイズ源が発生するノイズに対しては。

集音対象の音源が発する主音響を高利得で集音すること
ができるが、他のノイズ源が発生するノイズに対しては
、ノイズ抑制効果が低い。

そこで本発明者らはさらに、車内の特定位置のノイズ源
のみならず、同乗者の音声など、他のノイズ源が発生す
るノイズに対しても、集音対象の音源（ドライバなど特
定の者：操作者）が発する主音響を高利得で集音できる
ように、操作者の音声を入力する主音響入力手段を取り
囲むように複数の副音響入力手段を配置し、ノイズ源が
不確定な場合のノイズに対しても対応できる装置（特願
平１−２３４２４３号）を提供した。

（Ｊｉ！明が解決しようとする課題） しかし、前述の装置Ｉ（特願平１−２３４２４３号〉を
車輌の運転席内のような閉空間で用いた場合、ドライバ
が発した音声が閉空間内で反射し、副音響入力手段側に
入って、音響の一部が消えてしまう欠点がある。例えば
、発音する際に語尾を延して発音した場合、母音が最終
的な発音となり、主音響入力手段に入力される音声が周
期性波形となる。

同様に閉空間内で反射し副音響入力手段から入力される
音声も周期性波形となる。つまり、それぞれの入力が周
期性波形であると主音響入力手段からの入力と副音響入
力手段からの入力との位相のずれ具合によって波形がほ
ぼ一致することがあり、これらが互いに打ち消し合うよ
うに作用する。また、母音の周波数が元来、人間がより
聴覚認識しやすい周波数域にあり、母音が打消されると
音声の一部が消え、集音した音声の明瞭度が低下する。

本発明は、車室内、電話ボックス内などの比較的に狭い
室内で主音源の音波を集音するにおいて、窓や出入口な
どの開口からから進入するノイズ。

いわゆる外乱ノイズを集音信号から低減し主音源の音響
を高利得で得ることを目的とする。

〔発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明の集音装置は、開口部を有する室内にあって、該
室内の集音対象の音源の近傍に位置し、音響を電気信号
に変換する主音響入力手段（１７）　；前記聞口部を取
り囲む形で分散配置された。音響を電気信号に変換する
複数の副音響入力手段（２０〜２９）：および、主音響
入力手段（１７）が発生する電気信号より副音響入力手
段（２０〜２９）が発生する電気信号骨を実質上消去し
た音響信号を出力する音響信号処理手段（１００）　；
を備える。なお、カッコ内の記号は、図面に示し後述す
る実施例の対応要素を示す。

（作用） 副音響入力手段（２０〜２９〉が開口部を取り囲む形で
分散配置されているので、開口部より進入した集音対象
の音源以外の音源が発する音響（外部ノイズ）は、まず
副音響入力手段（２０〜２９）に達しそして主音響入力
手段（１７）に達するので、主音響入力手段（１７）が
ノイズ対応の電気信号を発生するときには、副音響入力
手段（２０〜２９）が発生したノイズ対応の電気信号が
、音響信号処理手段（１００）に到達している。このた
め、音響信号処理手段（１００）が、主音響入力手段（
１７）が発生する電気信号より副音響入力手段（２０〜
２９）が発生する電気信号骨を実質上消去した音響信号
を出力するので、出力される音響信号はノイズ成分が低
減したものとなる。

一方、集音対象の音源が発した主音響はまず主音響入力
手段（１７）に達し、そしてそれからある時間遅れの後
に副音響入力手段（２０〜２９）に達するので、副音響
入力手段（２０〜２９）が発生する電気信号は、主音響
入力手段（１７〉が発生する電気信号に対しである遅れ
をもっており、これにより、主音響入力手段（１７）が
発生する、主音響対応の電気信号は、ある程度波形が乱
れるものの、音響信号として出力される。

以上により、室外の音源から発せられるノイズは出力さ
れる音響信号中では大さく抑制され、集音対象の音源が
発生する主音響の集音利得が高い。

また、主音響が室内で反射して副音響入力手段（２０〜
２９）から進入するのを防止するため、本発明の好まし
い実施例では、主音響入力手段（１７）は集音対象の音
源に向けて指向性を有し；副音響入力手段（２０〜２９
）は開口部の開口に向かう方向に指向性を有し；音響信
号処理手段（１００）は、主音響入力手段（１７）が発
生する電気信号と副音響入力手段（２０〜２９）が発生
する電気信号との差が実質上最小となる電気信号を発生
する適応フィルタ（６０〜６９）と、主音響入力手段（
１７）が発生する電気信号より適応フィルタ（６０〜６
９）が発生する電気信号を減じた音響信号を出力する減
算手段（７０）と、を含むものとする。

これによれば、主音響入力手段（１７）が集音対象の音
源が発生する主音響を高レベルの電気信号に変換する。

また、副音響入力手段（２０〜２９）は室外に向けてそ
の指向性を有することになるので、副音響入力手段（２
０〜２９）は室内での反射による音響の影響を受けにく
く、集音対象音源の音響を低レベルの電気信号に変換す
る。主音響入力手段（１７）が発生する主音響の電気信
号から副音響入力手段（２０〜２９）が発生する主音響
の電気信号を減することにより、出力音響信号中の主音
響成分のレベル低下および波形の乱れが小さくなる。ノ
イズ成分はこの逆に、レベルが低下する。また、適応フ
ィルタ（６０〜６９）を介した場合、その出力は入力に
対して遅れる。この遅延時間に対応して、副音響入力手
段（２０〜２９）にノイズが到来してそれが主音響入力
手段（１７）に達するときに、該ノイズ対応の出力を適
応フィルタ（６０〜６９）が出力する関係に、副音響入
力手段（２０〜２９）に対する主音響入力手段（１７）
の距離を設定することにより、出力する音響信号中のノ
イズ成分が極く低くなり、主音響の集音利得が格段に高
くなる。

さらに本発明の好ましい実施例では、音響処理手段（１
００）は、副音響入力手段（２０〜２９）が発生する電
気信号が所定のレベル以下になると、該電気信号の適応
フィルタ（６０〜６９）への転送を休止する中継手段（
８０〜８９）を有する。従って、室の開口が閉じられた
時や外部ノイズがほとんどない時など、副音響入力手段
（２０〜２９）の入力信号レベルが小さい場合には、中
継手段（８０〜８９）が入力信号の中継を行なわないの
で、例えば集音対象の音源からの音響が室内で反射して
副音響入力手段に入力された場合、低レベル信号を発す
るが、この信号が完全に遮断され、集音対象の波形が乱
れない。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の
、実施例の説明より明らかになろう。

（実施例） 第１図に、本発明の一実施例を搭載した自動車の車室内
の外観の概略を示す。この自動車には、ナビゲーション
装置の操作を、ドライバ（運転者）の音声入力によって
行なうシステムが備わっている。

第１図を参照すると、草本体１０には、センタコンソー
ル部分にナビゲーション装置のモニタテレビ１３が組込
まれており、その近傍の隠れた位置に、ナビゲーション
装置の本体であるナビゲーションユニット１２が設けら
れている。天井１４には運転席側の窓ガラス１５寄りの
位置、すなわち着座したドライバの口の少し前方の真上
の位置、に主入力マイク１７が装着されている。また、
運転席側のドア１６には窓ガラスエ５が開閉する領域を
取り囲む形状のマイクロフォンアレイ１１が取り付けら
れている。

マイクロフォンアレイ１１部のみを第２ａｙ！ｉに示し
、第２ｂ図にマイクロフォンアレイ１１の拡大断面図を
示す。マイクロフォンアレイ１】には窓トガラス１５が
開閉する領域を囲むように複数の副入力マイク２０〜２
９が取付けられている。

これらの副入力マイク２０〜２９は、窓ガラス１５が閉
の状態になると外部と遮断されるように。

窓ガラス１５よりも内側にある。窓ガラス１５が開の状
態となると副入力マイク２０〜２９は外部に露出するの
で、それぞれに防風対策がなされている。また主入力マ
イク１７は垂直方向で下方に指向性を有するのに対して
、副入力マイク２０〜２９は、主入力マイク１７に向か
う方向と逆方向に指向性を有する。すなわち、副入力マ
イク２０〜２９は、ガラス１５がｒＭｒＡする領域の中
央に向けて車外に指向性を有する。さらに、ドライバの
口（音源）と主入力マイク１７との距離が、ドライバの
口（音源）と副入力マイク２０〜２９の距離よりも短く
なっている。

このように主入力マイク１７と副入力マイク２０〜２９
を配置することにより、ドライバの音声は５副入カマイ
ク２０〜２９のいずれに到達するのよりも早く、主入力
マイク１７に到達する。

またドライバの音声が運転席内で反射しても、副入力マ
イク２０〜２９のそれぞれの指向性は車輌の外側を向い
ているので、その影響がほとんどない。さらに外部から
のノイズは、副入力マイク２０〜２９のいずれかに到達
してから主入力マイク１７に到達する。

第３図に、主入力マイク１７および副入力マイク２０〜
２９に接続されたノイズキャンセルユニットｌＯＯの構
成を示す、このノイズキャンセルユニット１００は、副
入力マイク２０〜２９のいずれよりも早く主入力マイク
１７に入力があった場合に、主入力マイク１７からの信
号を、次段に接続されている音声Ｆ！Ｉｔユニット２０
０に伝達するものである。

以下に、第３図を参照しながらノイズキャンセルユニッ
ト１００の構成および動作について説明する。

入力マイク１７．２０〜２９から出力されたそれぞれの
音響信号は、バンドパスフィルタ１８゜３０〜３９とＡ
ＭＰ１９，４０〜４９を介してＡ／Ｄコンバータ５０に
入力され、ここでＡ／Ｄ’＆換される。この変換された
信号のうち、副入力マイク２０〜２９からの信号のみが
ゲート回路８０〜８９を介して適応フィルタ６０〜６９
に送られる。

ゲート回路８０〜８９は、入力された信号のレベルが所
定値以下であると信号をカットし次段の適応フィルタに
信号を伝達せず、信号のレベルが所定値を越えている間
のみ次段の適応フィルタに信号を伝える。これは入力さ
れた信号（ノイズレベル）が小さい時や、窓ガラス１５
が閉じられている時に、ノイズキャンセルユニットｌＯ
Ｏの動作を実質上体止するためである。

適応フィルタ６０〜６９のそれぞれは、１２７段の遅延
要素（ｚ−１：遅延素子）、１２８段の可変増幅要素（
Ａｓ　−Ａｔ　２８　：乗算器）および１２７段の加算
要素（加算器）を含んでおり、可変増幅要素ＡＩ　−Ａ
ｔ　２　ｅの各々に設定する係数をＲ整することにより
、このフィルタの特性を様々に変化させることができる
。

係数制御回路６０ａ〜６９ａは、減算器７ｏの出力、す
なわち主入力マイク１７からの信号をＡ／Ｄ変換した出
力ｄｋと適応フィルタ６０〜６９が出力する信号ｙｋＯ
”ｙｋｓとの差分、を入力とし、その二乗平均値が最小
となるような係数群を生成し、それらを可変増幅要素Ａ
】〜Ａ１２日の各々に印加する。すなわち、減算器７０
での出力が最小となるように、各増幅要素のゲインを制
御する。この例では、係数制御回路６０ａ〜６９ａは公
知のアルコリズムを実行するようになっている。

ところで、各入力マイクから出力される信号は、それぞ
れ時間および振幅が異なる。副入力マイク２０〜２９に
入力された信号は適応フィルタ６０〜６９を通すことに
よって位相や振幅が調整される。しかし、主入力マイク
１７の出力ライン上には適応フィルタや遅延回路等を介
していないため、副入力マイク２０〜２９のいずれかに
入力されるよりも早く入力された音響はそのまま次段の
音声認識ユニット２００に到達する。

副入力マイク２０〜２９の出力成分に対応する主入力マ
イク１７の出力成分は、適応フィルタ６０〜６９の出力
を、減算器７０で主入力マイク１７の出力より減算する
ことにより、音声認識ユニット２００には実質上与えら
れない。すなわち、外部からのノイズについては、固定
ノイズ、移動ノイズにかかわらず、副入力マイク２０〜
２９のいずれかに入力された後に主入力マイクエ７に入
力される。ノイズキャンセルユニットｌＯＯ内において
、副入力マイク２０〜２９の出力は、適応フィルタ６０
〜６９で遅延され主入力マイク１７の出力のタイミング
と合い、ノイズに関しては。

マイク２０〜２９で入力された信号はそれぞれが打消さ
れるように回路が働く。従って、主入力マイク１７より
先に副入力マイク２０〜２９に入力があった音響（ノイ
ズ）は音声認識ユニット２００へ実質上出力されない。

第４ａ図は、運転席でドライバが「もしもし」という言
葉を発した時のノイズキャンセルユニット１００の入力
と出力の実測波形を示すものである。図からもわかるよ
うにノイズキャンセルユニット１００に入力される音声
波形は入力と出力とがほぼ等しい波形であり、音声入力
はそのまま出力側に伝達されることがわかる。

第４ｂ図は運転席の外部（車外）より音響（対向車の通
過ノイズ）が到来した時のノイズキャンセルユニット１
００の入力と出力の実測波形を示すものである。この場
合、ノイズキャンセルユニット１００からの出力がほと
んどなく、外部からのノイズ入力は出力側に伝達されな
いことがわかる。

さらに第４ｃ図は、運転内で「もしもし」という音声を
発し、同時に運転席外部（車外）よりノイズを入力した
時のノイズキャンセルユニット１００の入力と出力の実
測波形を示すものである。

音声と外部ノイズとが同時に入力された場合、ノイズキ
ャンセルユニット１００からは音声のみの波形が出力さ
れ、ノイズは出力側に伝達しないことがわかる。

以上のように、主、副マイクロフォンの配置とノイズキ
ャンセルユニット１００によって実質上ドライバの音声
信号のみが抽出され音声認識ユニット２００に出力され
る。なお、この音声認識ユニット２００は、公知のアル
コリズムを実行して、ドライバの発した音声の認識を行
ない、更に、認識した音声情報と予め定めたナビゲーシ
ョンに関する指令語（例えば道路地図の表示に関する、
拡大。

縮小、オン、オフ、上、下、右、左等々）の各々との適
合の有無を識別し、適合した場合には、その指令語に対
する指令信号を、ナビゲーションユニット１２に出力す
る。

従ってこの例では、ドライバの音声入力によって、ナビ
ゲーションユニットＩ２に指示を与えてそれを制御する
ことができる。

なお、この実施例においては、適応フィルタの係数制御
をＬＭＳアルゴリズムで実行するものを示したが、その
他のアルゴリズム、例えば学習同定法を用いてもよい。

また１本実施例においては副入力マイクを運転席のドラ
イバの窓ガラス１５側に配置しであるが。

助手席あるいは後部座席の窓ガラス部にも同等の副入力
マイクを配置することにより、他の窓から進入する外部
ノイズに対しても対処することかでさる。

更に、上記実施例は車上でドライバの発声を集音する態
様であるが、街頭の電話ボックス、チケット売場、広い
室内の区切られた空間でも同様に利用でき、また集音対
象は音声に限らず、例えば機械の運転状態を監視するた
めの、監視対象の機械の動作音であってもよい。

〔発明の効果〕

以上のとおり本発明によれば、外部より進入するノイズ
を充分に低減して、集音対象の音源が発する音響のみを
、明瞭に抽出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を塔載した自動車の車室内
の外観を示す斜視図である。 第２ａ図は第１図に示すマイクロフォンアレイ１１の拡
大正面図である。 第２ｂ図は、第２ａ図のｔｌＢ−ＪＩＢ線拡大断面図で
ある。 第３図は、第１図に示すマイクロフォンアレイＩＩのマ
イクロフォンに接続されたノイズキャンセルユニット１
００の構成を示すブロック図である。 第４ａ図は、車輌の運転席内で音声を発した時のノイズ
キャンセルユニット１００の入出力信号を示すタイムチ
ャートである。 第４ｂ図は、車外より、音ＩＩ（ノイズ）が到来した時
の、ノイズキャンセルユニット１００の入出力の信号の
波形を示すタイムチャートである。 第４ｃ図は、車輌の運転席で音声を発し、同時に車外よ
りノイズが到来した時の、ノイズキャンセルユニット１
００の入出力の波形を示すタイムチャートである。 ＩＯ＝車本体　　　　　　　　　　１１：マイクロフォ
ンアレイ１２：ナビゲーションユニット　　１３：モニ
ターテレビＩ４；天井　　　　　　　　　　　１５：窓
ガラス１６：ドア １７：主入力マイク（主音響入力手段）２０〜２９：副
入力マイク（副音響入力手段）１８．３０〜３９：バン
ドパスフィルタ　１９．４０〜４９：アンプ５０：Ａ／
Ｄコンバータ ６０〜６９：適応フィルタ（適応フィルタ）６０ａ〜６
９ａ：係数制御回路　　　　７０：減算器（減算手段）
８０〜８９：ゲート回路（中継手段） １００：ノイズキャンセルユニット（音響信号処理手段
）２００：音声認識ユニット 東１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）開口部を有する室内にあって、該室内の集音対象
   の音源の近傍に位置し、音響を電気信号に変換する主音
   響入力手段； 前記開口部を取り囲む形で分散配置された、音響を電気
   信号に変換する複数の副音響入力手段；および、 前記主音響入力手段が発生する電気信号より副音響入力
   手段が発生する電気信号分を実質上消去した音響信号を
   出力する音響信号処理手段；を備える集音装置。
2. （２）主音響入力手段は集音対象の音源に向けて指向性
   を有し；副音響入力手段は前記開口部の開口に向かう方
   向に指向性を有し；音響信号処理手段は、主音響入力手
   段が発生する電気信号と副音響入力手段が発生する電気
   信号との差が実質上最小となる電気信号を発生する適応
   フィルタと、主音響入力手段が発生する電気信号より適
   応フィルタが発生する電気信号を減じた音響信号を出力
   する減算手段と、を含む；前記特許請求の範囲第（１）
   項記載の、集音装置。
3. （３）音響処理手段は、前記副音響入力手段が発生する
   電気信号が所定のレベル以下になると、該電気信号の適
   応フィルタへの転送を休止する中継手段を有する、前記
   特許請求の範囲第（２）項記載の、集音装置。