JPH09140000A - 会議用拡聴器 - Google Patents

会議用拡聴器

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JPH09140000A
JPH09140000A JP29658095A JP29658095A JPH09140000A JP H09140000 A JPH09140000 A JP H09140000A JP 29658095 A JP29658095 A JP 29658095A JP 29658095 A JP29658095 A JP 29658095A JP H09140000 A JPH09140000 A JP H09140000A
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JP
Japan
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sound
sound source
source direction
microphone array
microphone
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JP29658095A
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Masahide Mizushima
昌英 水島
Kenzo Ito
憲三 伊藤
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 背景雑音を抑制し、目的音声のみを適切な音
量で歪みなく受聴できるようにすることである。 【解決手段】 マイクロホンアレイ12の両端のマイク
ロホン11に入力する音波の到来時間差を利用して音源
方向検出手段20で音源方向を検出し、各可変遅延素子
15の遅延量を調整して各マイクロホン11の出力が同
相になるようにして指向性を高め、また、入力する音源
が変わった時はその都度AGC手段30により増幅手段
40の利得を自動調整する構成を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主に難聴者が使用する
会議用拡聴器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】補聴器を装用していれば、一対一の会話
にはそれほど不自由しない補聴者の中でも、会議や講演
会等のように、話者との距離が遠くなると、相手の言っ
ていることがわからなくなると訴える人が非常に多い。
これには大きく二つの理由が考えられる。
【0003】一つは入力音圧レベルの低下である。一般
に音源と受聴位置の距離が遠くなれば遠くなるほど入力
音圧レベルは低下する。どのくらい低下するかは音源の
指向性や部屋の反響の状態に依存するが、例えば自由音
場(壁,床,天井等の音を反射する境界が全くない仮想
空間)で音源を点音源(360度どの方向にも均等に音
を放射する仮想音源)と仮定すると、音圧レベルは、音
源と受聴点の距離が2倍になると6dB減衰する。実際
の部屋では直接音だけでなく境界での反射音が加算され
るため、それほど減衰しないものの、5mも離れると1
mの位置での音圧レベルから10dB程度は減衰する。
健聴者の場合、比較的静かな部屋での10dB程度の減
衰であれば、話者が普通に発話していれば十分に聴き取
れるが、難聴者、特に内耳、聴覚神経に障害のある感音
性難聴者の場合かなり聴き取りにくくなる。
【0004】入力音圧レベルの低下と並ぶもう一つの理
由は、暗騒音と部屋の残響である。部屋の空調等で生じ
る背景雑音である暗騒音はほぼ一定であるから、話者の
声の入力音圧レベルが小さくなれば、当然SN比は悪く
なる。また、上記のように話者が遠くなると、直接音が
小さくなり、間接音である部屋の残響成分が相対的に大
きくなる。残響成分も暗騒音同様にことばの明瞭性を阻
害する。さらに難聴者の場合、この暗騒音、残響の音響
を健聴者に比べてより大きく受けることが確認されてい
る。
【0005】前者の入力音圧レベルの低下に対しては、
従来は難聴者自身が補聴器のボリュームコントローラで
利得を調節するしかなかった。しかし、入力音圧レベル
が変わる(例えば、話者が変わる)度に利得を調整する
ことは非常に煩わしく、うるさくて耐えられない時(例
えば地下鉄車内等)以外、ボリュームコントローラは動
かさないという人も多い。結果的に「声の小さい人、遠
くで発言している人の声は聴こえづらい」ことになる。
例えばコンプレッサと呼ばれる装置は、入力信号のダイ
ナミックレンジを圧縮して相対的に小さいレベルの入力
に対する利得を増やすことができる。しかしこの装置で
距離減衰による音圧低下を補償するには大きな圧縮率が
必要であり、その結果、目的音声が歪んでしまい明瞭性
を損ねてしまう。
【0006】後者の雑音,残響の影響に対しては、 1,マルチマイクロホンで目的音方向への指向性を鋭く
する方法(雑音,残響,両方に効果あり) 2,雑音は主に低域成分が強いことから、ハイパスフィ
ルタで低域をカットする方法(雑音のみに効果あり) 3,時間的に音入力を監視して、音声のみを増幅する方
法(雑音のみに効果あり) 等、様々な雑音・残響抑圧法が考えられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、難聴者の会議
受聴において不可欠なこれら二つの技術、即ち利得の自
動補償と雑音抑圧を同時に行なえる装置は従来なかっ
た。
【0008】本発明の目的は、難聴者が会議等で使用す
る拡聴器において、背景雑音を抑圧し、目的音声のみを
適切な音量でかつ歪みなく受聴できるものを提供するこ
とである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る会議用拡聴
器は、集音しようとする音源方向を検出する音源方向検
出手段と、この音源方向検出手段で検出された方向の音
を集音する集音手段と、音の指向性が切り替わる度に出
力レベルが一定になるように利得を自動的に調整する自
動利得調整手段とを備えたものである。
【0010】そして、前記集音手段は、マイクロホンア
レイであり、前記音源方向検出手段では、前記マイクロ
ホンアレイの両端のマイクロホンに入る音波の到来時間
差を利用して音源方向を検出するようにしたものであ
る。
【0011】さらに、マイクロホンアレイに、遅延和マ
イクロホンアレイを用いたものである。
【0012】
【作用】本発明においては、目的音(発言者)の方向を
検出し、その方向の音を集音し、出力する。発言者が変
わるなどして目的音の方向が変わったとき、それに応じ
て利得を自動的に調整し、出力レベルを一定に保つ。
【0013】また、マイクロホンアレイを用いてその両
端のマイクロホンに入る音波の到来の時間差を利用して
音源方向を探し、その方向にマイクロホンの指向性を向
ける。指向性を切り替えた時点から入力音圧のパワーを
測定し、その結果に基づいて利得を決め、適当な立上が
り、立下がりで、その利得まで増幅あるいは減衰させて
自動調整する。
【0014】さらに、マイクロホンアレイに遅延和マイ
クロホンアレイを用い、各マイクロホンの遅延量を異な
らせて出力の和をとることにより鋭い指向性を得る。
【0015】
【実施例】図1は、本発明の一実施例の基本構成を示す
ブロック図である。この図において、10は集音手段
で、指向性を変えることができるマイクロホンが用いら
れる。20は音源方向検出手段で、入力音の方向を検知
する。30は自動利得調整(AGC)手段で、前段の音
源方向検出手段20の出力をトリガとして起動する。4
0は増幅手段で、集音手段10の出力を増幅し、適当な
レベルとして出力する。また、出力レベルを可変できる
ように構成されている。一旦決めたレベルの調整はAG
C手段30によって自動的に行なわれる。
【0016】次に、動作について説明する。集音手段1
0に発言者の発音が入力されると、その入力方向(音源
方向)が音源方向検出手段20で検出される。この検出
された音源方向に集音手段10の指向性が調整される。
このようにして集音が行なわれ、その出力は増幅手段4
0で増幅される。発言者が変わるなどして音源の方向が
変わると、出力レベルも変動するので、AGC手段30
は出力レベルを一定に保つように増幅手段40の利得を
自動調整する。
【0017】図2は、本発明のより具体的な実施例の構
成を示すブロック図である。この実施例では、集音手段
10を6個のマクロホン11からなるマイクロホンアレ
イ12と、各マイクロホン11の出力をそれぞれ増幅す
る増幅器13と、遅延和回路14とで構成されており、
遅延和回路14はさらに可変遅延素子15と加算器16
とで構成されている。
【0018】また、増幅手段40は増幅器41と利得乗
算器42で構成されている。音源方向検出手段20はマ
イクロホンアレイ12の両端マイクロホン11の出力
(両端の増幅器13の出力)の時間差を利用している。
AGC手段30は音源方向検出手段20の出力をトリガ
として起動し、増幅器41の出力レベルを監視し、増幅
手段40の出力が一定になるように利得乗算器42の乗
算率を自動調整する。50はヘッドホンを示す。
【0019】次に、動作について説明する。まず、音源
方向検出手段20において、マイクロホンアレイ12の
両端のマイクロホン11に入る音波の到達時間差を利用
して音源方向を推定する。時間差の算出には、二つの入
力信号の相互相関関数を計算し、そのピーク位置を検出
する方法がある。音源方向を推定した後、その方向へ指
向性を向ける。一例として、指向性を目的音方向へ鋭
く、かつ電気的に可変にするように遅延和マイクロホン
アレイを用いる。
【0020】遅延和マイクロホンアレイで鋭い指向性が
得られる原理を図3を用いて説明する(「音響システム
とディジタル処理」,平成7年3月25日(初版)電子
情報通信学会発行参照)。目的音源が、マイクロホン1
1から十分遠い距離(原理的には無限遠方)にあると
し、マイクロホン11には平面波が入力するものと近似
する。各マイクロホン入力信号に次式で表される遅延を
付加する(θL は目的音方向、cは音速)。 Di=(1−i)τL ただし、i=1,2,3,・・・,N …(1) τL =(dsinθL )/c …(2) 目的音がθL 方向から入射しているとすると、各マイク
ロホン11で受音する信号xi(t)は、以下のように
表される。 xi(t)=x1(t−(i−1)τL ) …(3) この信号に(1)式の遅延を付加すると、 xi(t−Di)=x1(t) …(4) となり、各マイクロホン入力信号が全て同相の信号とな
る。即ち音源方向からの信号は全て同相化され、強調さ
れる。一方、他方向からの信号は時間的にずれたままで
あり、N個加算しても強調効果は少ないので、結果的に
目的音方向へ鋭い指向性が得られる。
【0021】指向性を切り替えると同時に音源方向検出
手段20より出力されるトリガでAGC手段30を作動
させ、必要利得を計算し、適当な立上がり、もしくは立
下がりを付加して利得乗算器42で入力信号に乗算す
る。
【0022】図4は、本発明を実際の会議で使用した場
合の一例である。図4において100はテーブル、20
1〜210は会議の出席者である。いま出席者203が
発言者、207が本発明の会議用拡聴器の装用者を示
す。指向性を適応的に変えることができる遅延和型のマ
イクロホンアレイ12は、常に発言者203の方向に指
向性が向いており、話者が変わる毎にその指向方向は音
源方向検出手段20(図2)により切り替わる。また同
時に、AGC手段30において必要利得を計算し、声が
小さい、あるいは距離が遠い話者の音声に対して、適切
な利得補償をする。その信号を例えば磁気を発生する磁
気コイル型のヘッドホン50等に入力し、Tモード補聴
器(マイクの他に誘電磁気を拾うコイルを内蔵し、切替
え使用するようになっており、それぞれTモード,Mモ
ードと呼ばれている。)で受聴する。
【0023】なお、上記実施例では、音源方向検出手段
20は集音手段10のマイクロホンを利用したが、これ
は別個に設けたものであってもよく、また、2本以上の
複数のマイクロホンを利用して空間的に探索する方法
や、人間の頭のように、2つのマイクロホンの間に障害
物をおくことで、音の回折情報を利用する方法などでも
よい。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、集音しよ
うとする音源方向を検出する音源方向検出手段と、この
音源方向検出手段で検出された方向の音を集音する集音
手段と、音の指向性が切り替わる度に出力レベルが一定
になるように利得を自動的に調整する自動利得調整手段
とを備えたので、常に話者の方向へ指向性を向けること
ができるため、空調の騒音や、大勢の人が一斉にしゃべ
ったザワザワとしたマルチトーカノイズ等を抑圧し、発
言者の声をより明瞭に聴くことができる。さらにAGC
手段により利得の補償を行なうことにより遠くにいる話
者や声の小さい話者の声に対してもその都度ボリューム
コントローラを使用者が補正せずに済む。その補正も話
者が変わった時のみ緩やかに行なうことにより、コンプ
レッサを使用したダイナミックレンジを圧縮する従来の
方法で起こるような音声の歪みは生じず、使用者が自分
でボリュームコントローラを適宜動かすのに近い動作が
実現でき、歪みのない明瞭な音声を常に受聴できること
になり、今まで会議での音声の受聴が困難、あるいは不
可能であった難聴者でも容易に会議場などで快適に相手
の人の話しを聴くことが可能となる。
【0025】また、集音手段として、マイクロホンアレ
イを用いたので、指向性の制御が容易であり、しかも両
端のマイクロホンを用いて音源方向の検出ができる利点
がある。
【0026】さらに、マイクロホンアレイに遅延和マイ
クロホンアレイを用いたので、指向性が鋭くなり、快適
な受聴ができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の基本構成を示すブロック図
である。
【図2】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図3】図1の実施例に用いた遅延和マイクロホンアレ
イの動作原理を説明する図である。
【図4】本発明の一使用例を示す説明図である。
【符号の説明】
10 集音手段 11 マイクロホン 12 マイクロホンアレイ 13 増幅器 14 遅延和回路 15 可変遅延素子 16 加算器 20 音源方向検出手段 30 AGC手段 40 増幅手段 41 増幅器 42 利得乗算器 50 ヘッドホン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 集音しようとする音源方向を検出する音
    源方向検出手段と、この音源方向検出手段で検出された
    方向の音を集音する集音手段と、音の指向性が切り替わ
    る度に出力レベルが一定になるように利得を自動的に調
    整する自動利得調整手段とを備えたことを特徴とする会
    議用拡聴器。
  2. 【請求項2】 前記集音手段は、マイクロホンアレイで
    あり、前記音源方向検出手段では、前記マイクロホンア
    レイの両端のマイクロホンに入る音波の到来時間差を利
    用して音源方向を検出することを特徴とする請求項1に
    記載の会議用拡聴器。
  3. 【請求項3】 マイクロホンアレイは遅延和マイクロホ
    ンアレイであることを特徴とする請求項2に記載の会議
    用拡聴器。
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