JPS5949742A - Apparatus for detecting exhalation force - 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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 ｒｙ’ｒ：：業上の利用分野 本発明に発話に伴なうＬ１気流に対応する（Ｎ　−４１
４，（以１；、呼気力信刊と称す。）を検出する装置に
関するものである。[Detailed description of the invention] ry'r:: Field of industrial use Corresponding to the L1 airflow accompanying speech (N -41
4, (hereinafter referred to as 1; exhalation force shinkan).

従来例の構成とその問題点 従来、発話に伴なう口気流の検出装置としては例えば、
榛細の白金線を検出部として用いた熱線式の流速側等が
あシ、口の前方の気流の速度を測定し電気信号を出力す
るものである。しかしながら、この流速側は構造が複雑
であり高価である。Configuration of conventional example and its problems Conventionally, as a detection device for oral airflow accompanying speech, for example,
It uses a hot wire type flow velocity side that uses a thin platinum wire as the detection part, and measures the velocity of the air flow in front of the mouth and outputs an electrical signal. However, this flow rate side has a complicated structure and is expensive.

まだ、大型であるだめ５発話に伴なう口気流を検出する
際、口の前力に配置された検出部によりわずられしさを
感じる等の問題等があった。However, there are still problems such as the detection part placed in the front of the mouth making it feel cumbersome when detecting the oral airflow associated with speech.

ところて、安価て小型のコンテンザマイクロホンを１」
の前方に配置することにより、発話に伴なう［−１気流
に対応する呼気力信号を出力としてｆｌ）られることが
実験により確かめられた。しかしながら、このコンプン
サマイクロホンを取シ巻＜室内の周囲雑音等により、コ
ンテンサマイクロボンは数十Ｈｚ以下の低周波成分を多
くイｊする電圧変動を発生する。従って、全話語や発話
の仕方により、例えば、破裂音を含む栄２語を弱く発声
した用台、ときに破裂音時の呼気力信号は前記電圧変動
内に埋もれてしまうことがあり、コンデンザマイクロホ
ンで呼気力信号を検出することができなくなるという問
題が明らかとなった。By the way, I have a cheap and small contenza microphone.
It has been experimentally confirmed that by placing the expiratory force signal in front of the speaker, an expiratory force signal corresponding to [-1 airflow fl) accompanying speech can be outputted. However, due to ambient noise surrounding the condenser microphone in the room, the condenser microphone generates voltage fluctuations that include many low frequency components of several tens of Hz or less. Therefore, depending on the whole language and the way it is uttered, for example, if the two words containing a plosive are weakly uttered, the expiratory force signal at the time of the plosive may be buried within the voltage fluctuation, and the condenser A problem was identified in which the microphone could no longer detect the expiratory force signal.

本発明の目的 本発明の目的は周囲性１音等の影響にかかわらず、発話
に伴なう呼気力信号を確実、簡便に検出する呼気力検出
装置を扶供することである。OBJECTS OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an expiratory force detection device that reliably and easily detects an expiratory force signal accompanying speech, regardless of the influence of ambient sounds and the like.

発明の構成 本発明の呼気力検出装置は、１］の前方に配置された第
１のマイクロホンとは別に、第２のマイクロボンを発話
に伴なう「１気流が影響しない位置に配置し、演算回路
により第１のマイクロホンの出力信号より第２のマイク
ロホンの出力信号を減容。Composition of the Invention The exhalation force detection device of the present invention has a second microphone placed in front of the first microphone, and a second microphone placed in a position where the air flow accompanying speech does not affect the sound. The arithmetic circuit reduces the output signal of the second microphone from the output signal of the first microphone.

するように構成したものであり、マイク１−、ンを取り
巻く室内の周囲雑音等の影響をうけることなく発話に伴
なう呼気力を確実、簡便に検出することができるもので
ある。This configuration allows the exhalation force associated with speech to be detected reliably and easily without being affected by ambient noise in the room surrounding the microphones 1-, 1-, 2-, etc.

実施例の説明 以ト、本発明の実施例について図面とともに説明する。Description of examples Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第１図は本発明の呼気力検出装置を用いた破裂音抽出部
ろ゛の一実施例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a plosive sound extraction section using the expiratory force detection device of the present invention.

第１図において、１は発話に伴なう呼気力信号と音声の
音圧を検出する第１コンデンザマイクロボンであ地風防
部分を取り除き発話者の口の前方に配置される。２は第
１コンテンサマイクロホント同等の第２コンテンザマイ
クロホンて゛あり、発話に伴なう口気流か影響しないよ
うに配置件される。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a first condenser microbond for detecting an expiratory force signal and sound pressure of voice accompanying speech, and is placed in front of the speaker's mouth with the ground windshield removed. Reference numeral 2 denotes a second condenser microphone equivalent to the first condenser microphone, which is arranged so as not to affect the oral air flow accompanying speech.

３　ｉｉ：　第１コンテンザマイクロホン１の出力信号
１り第２コンテンザマイクロホン２の出力信”ｉ　ヲ’
６１’ｊ。3 ii: Output signal 1 of the first contenza microphone 1 and output signal of the second contenza microphone 2 "i wo"
61'j.

ｑする減幻回路である。なお、減麹回路３ば、第２コン
デンザマイクロホン２の出力係号を反転するイン・・−
夕と加算回路で構成することもてきる８４は減９回路３
の出力信号より破裂音のみを検出する破裂音抽出部であ
る。４１−減發回路３の出力信号の低周波成分のみを通
過させるローパスフィルタであり、例えば遮断周波数２
００Ｈｚ−減衰傾度１２ｄＢ１０ｃｔ程度のアクティブ
フィルりでｌｔ＋）成される。４２はｅ、！４−回路３
の出力信号の高周波成分のみを通過さぜるノ・イパスフ
ィルタてあり。It is a subtraction circuit that does q. In addition, the koji reduction circuit 3 has an inverter for inverting the output coefficient of the second condenser microphone 2.
84 can also be composed of a subtraction circuit and an addition circuit.
This is a plosive extractor that detects only plosives from the output signal of the plosive. 41 - A low-pass filter that passes only the low frequency components of the output signal of the reduction circuit 3, for example, a cutoff frequency of 2
lt+) is achieved by an active fill of about 00 Hz-attenuation slope of 12 dB and 10 ct. 42 is e! 4-Circuit 3
Equipped with a no-pass filter that passes only the high frequency components of the output signal.

例えば遮断周波数３００　Ｈｚ、減衰傾度１２ｄＢ１０
ｃｔ程度のアクティブフィルタで構成される。４３ｄ、
このバイパスフィルタ４２の出力信゛号のパワーを検出
するパワー検出回路であり、例えば２乗回路舌を用いて
構成されるが、全波まだは半波整流回路等で代用すると
ともできる。４４はこのパワー検出回路４３の出力信刊
を積分する積分回路であり、例えば−次おくれ回路等が
用いられる。４５はこの積分回路４４の出力が犬なる時
、ローパスフィルタ４１の出力を小とする処」里回路で
ありｙ例えば電圧制御ｔｊ■変利得増幅回路、割ａ回路
等で構成さノＬる。さらＫはゲート回路を用いることも
できる。For example, cutoff frequency 300 Hz, attenuation slope 12 dB10
It consists of an active filter of about ct. 43d,
This is a power detection circuit that detects the power of the output signal of the bypass filter 42, and is configured using, for example, a square circuit, but it may be replaced with a full-wave or half-wave rectifier circuit. Reference numeral 44 denotes an integrating circuit that integrates the output signal of the power detection circuit 43, and for example, a negative second delay circuit or the like is used. 45 is a circuit that reduces the output of the low-pass filter 41 when the output of the integrating circuit 44 is negative, and is composed of, for example, a voltage control circuit, a variable gain amplifier circuit, a divider circuit, etc. Furthermore, a gate circuit can also be used for K.

第２図（イ）〜（グ→及び第３図（イ）〜（ブう（は第
１図Ｐこ７１＜シた破裂音抽出装丁ｒｌの各部の信号波
形を示すものであり、第２図は破裂音、第３図は無声摩
擦音を含む中語を弱く発話し／ζ場合をそｉｔそれ示し
ている。Figures 2 (a) to (g) and Figure 3 (a) to (buu) show the signal waveforms of each part of the plosive sound extraction binding rl in Figure 1. The figure shows a weak utterance of a middle word containing a plosive, and Figure 3 shows a weakly uttered middle word containing a voiceless fricative.

第２図及び第３図において、波形Ａ、ａはそれぞオを破
裂音を含むｌｌ／ｒにｊ（と無声摩擦音を含む？Ｖ詔の
音声波形の代表例を表わし、波形Ｂ、ｂは第１図に示す
第１コンテンザマイクロホン１の出力信号を、波形Ｇ、
ｃは第２コンテンザマイクロホン２の出力信号を、波形
り、ｄは誠譜回路３の出力信号を、波形Ｊｅはローパス
フィルタ４１の出力信号を、波形Ｆ、ｆは］・イパスフ
ィルタ４２の出力信号を、波形Ｃｒ、ｑは積分回路４４
の出力係号を、波形Ｈ，ｈは処理回路４５の出力波形を
それぞれ表わす。In Figures 2 and 3, waveforms A and a represent typical examples of the speech waveforms of o, ll/r including plosives, j (and voiceless fricatives), and waveforms B and b respectively The output signal of the first contenza microphone 1 shown in FIG.
c is the output signal of the second contenza microphone 2; d is the output signal of the Seifu circuit 3; waveform Je is the output signal of the low-pass filter 41; waveform F, f is the output of the I-pass filter 42; The signal, waveform Cr, q is the integration circuit 44
The waveforms H and h represent the output waveforms of the processing circuit 45, respectively.

以北のような構成において、破裂音、例えば／に／　を
含む単語「あか／ａｋａ／Ｊを弱く発話した鳩舎、口の
前方に配置された第１コンテンサマイクロホン１は第２
図（ロ）に示すようなど成形Ｂを出力として生じる。In a configuration like the one above, the first condenser microphone 1 placed in front of the pigeon's mouth is the second
Forming B is produced as an output as shown in Figure (b).

この出力波形Ｂは第１コンテンサマイクロホン１を取り
巻く室内の周囲雑音等により生じる出力、いわゆる電圧
変動と、口気流により生じる出力、すなわち呼気力信号
と、発話時の空気振動に基づく音Ｌ１．により生じる出
力とが邦貨さノ上だものである。すなわち、前記したよ
うに破裂時の呼気力信号が電圧変動に埋もｆしてし甘い
、特ＪｌｊＳ的に］１丁気力信号の検出が回灯な出力波
形となっている。This output waveform B includes an output caused by ambient noise in the room surrounding the first condenser microphone 1, so-called voltage fluctuation, an output caused by mouth airflow, that is, an expiratory force signal, and a sound L1. The output produced by this is equivalent to Japanese currency. That is, as described above, the expiratory force signal at the time of rupture is easily submerged by voltage fluctuations, and the detection of the expiratory force signal has a round output waveform.

一方、発話に伴なう口気流が影響しないように配置され
た第２コンデンサマイクロホン２は第２図０→に示すよ
うな波形Ｃを出力として生じる、この出力波形Ｃは第２
コンデンーリマイクロホン２を取り巻く室内の周囲雑音
等により生じる出力、いわゆる電圧変動と、発話時の空
気撮動に基づく宵月によシ生じる出力とが重信、された
ものである。On the other hand, the second condenser microphone 2, which is arranged so as not to be affected by the oral airflow associated with speech, outputs a waveform C as shown in FIG.
The outputs generated by ambient noise in the room surrounding the condenser microphone 2, so-called voltage fluctuations, and the outputs generated by Yozuki based on the aerial photography during speech are considered to be important.

ここで１発話しない場合における第１コンテンザマイク
ロホン１と第２コンデンザマイクロホン２の出力信号は
、第２Ｎ−）、（ハ）に示すように同相。Here, when no utterance is made, the output signals of the first condenser microphone 1 and the second condenser microphone 2 are in phase as shown in 2nd N-) and (C).

同しベル電用であることが実験で確かめらｈノこ。It has been confirmed through experiments that it is the same one for Bell Den.

従って、第１コンテンザマイクロホン１の出力信号から
第２コンデンサマイクロホン２の出力信号を減算するよ
うな演算回路３よシ第２図に）に示すような波形りを出
力として得ることができる。Therefore, the arithmetic circuit 3 that subtracts the output signal of the second condenser microphone 2 from the output signal of the first condenser microphone 1 can obtain a waveform as shown in FIG. 2 as an output.

この出力信号は周囲’Ａｉ音等にょシ生じる出力、いわ
ゆる電圧変動のない呼気力信号である。This output signal is an output generated by ambient sounds, etc., and is a so-called exhalation force signal without voltage fluctuation.

同様に、χｌＩ＋；声摩擦音、例えば／Φ／を含む坪語
１あふ（／ａΦＵ／）」を弱く発話したｊ場合、第１コ
ンデンザマイクロホン１は第３図（ロ）に示すような波
形すを出力として生じる。Similarly, when a user weakly utters χlI+; a vocal fricative, for example, "Tsubogo 1 afu (/aΦU/) containing /Φ/", the first condenser microphone 1 produces a waveform as shown in FIG. 3 (b). is produced as output.

また、第２コンデンザマイクロホン２は第３図（ハ）に
示すような波形Ｃを出力とじて生じる。従って、６９回
路３よシ第３図に）に示すような波形ｄを出力として得
ることかで・きる。Further, the second condenser microphone 2 outputs a waveform C as shown in FIG. 3(c). Therefore, the 69 circuit 3 can obtain a waveform d as shown in FIG. 3 as an output.

以」二のようにコンテンサマイクロボンを取す巻く室内
の周囲雑音等にかかわらず、−１だ、発話詔や発話の仕
方に関係なく１発話に伴なう呼気力信号を６′６′実、
簡便で検出することができる。As shown in Figure 2, regardless of the ambient noise in the room surrounding the condenser microphone, it is -1, and the expiratory force signal associated with one utterance is 6'6', regardless of the utterance or the manner of utterance. fruit,
It is easy to detect.

さ１しに、破裂音発話時の＋＋ｆ気力信号は、非破裂音
発話時の緩慢な小さい呼気力信号に対し、立」二りの鋭
い大きなパルス状を呈し、これに対応してローパスフィ
ルタ４コの出力も代表的には第２図（ホ）Ｋ示すような
パルス状の波形Ｅとなり、一般の非破裂音発話時にロー
パスフィルタ４１の出力が殆ど、生じないのに対し明ら
かに区別される。First, the ++f force signal when a plosive is uttered has a sharp large pulse shape, compared to the slow and small expiratory force signal when a non-plosive is uttered, and the low-pass filter 4 corresponds to this. The output of E also typically has a pulse-like waveform E as shown in Figure 2 (E) K, which is clearly distinguishable from the output of the low-pass filter 41 which hardly occurs during general non-plosive utterances. .

しかしながら、非破裂音のうちの無声摩Ｆ　、７４、！
目に／Φ／の発話時には速度の早い動揺性の呼気力信号
を生じるだめ、ローパスフィルタ４１の出力波形が破裂
音のそれと区別しにくくなる。すなわち、第３図は無声
摩擦音、特に／Φ／を含むｔ、ｉ′１語１−あふ（／ａ
ΦＵ／）」を弱く発話した」易企てあり、ローパスフィ
ルタ４１の出力は波形ｅのようＶこ、第２図（ホ）に示
すような破裂音に対する波形Ｅと区別がつきにくくなり
、ローパスフィルタ４１の出力のみでケよ１確な破裂高
の抽出が困蕪゛Ｃある。However, voiceless F of non-plosive sounds, 74,!
When the word /Φ/ is uttered, a fast and oscillating expiratory force signal is generated, making it difficult to distinguish the output waveform of the low-pass filter 41 from that of a plosive. That is, Figure 3 shows the unvoiced fricatives, especially t, i'1 words 1-af (/a
The output of the low-pass filter 41 becomes difficult to distinguish from the waveform E for plosives as shown in Figure 2 (e), and the low-pass It is difficult to accurately extract the burst height using only the output of the filter 41.

これに対し、実験の結果、次の点が明らかとなった。即
チ、破裂音の場合のローパスフィルタ４１の出力は破裂
がはじまった直後に生じるのに苅し、無声摩擦音、特に
／Φ／の場合のローパスフィルタ４１の出力は摩擦の開
始時点よりがなりの後。On the other hand, as a result of experiments, the following points became clear. In other words, the output of the low-pass filter 41 in the case of a plosive occurs immediately after the plosive begins, and the output of the low-pass filter 41 in the case of a voiceless fricative, especially /Φ/, occurs at a later point than the beginning of the fricative. rear.

多くは摩擦音区間の中火附近で牛しること、寸だ、破裂
音−の」場合のバイパスフィルタ４２の出力に、第２図
（へ）に示すように破裂時点より以降の期間に生じるが
、一方、り１（（声摩擦音、特に／Φ／の場合には第３
図（へ）に示すように摩擦全区間にゎだりイ１．じ、こ
の成分に摩擦による高声の音圧によるものの他、第１コ
ンテンザマイクロホン１の振動膜が１−１気流によりシ
ンダノ・に偏位ぜられることにより生じるものから成っ
ている、 ？ｔ’ｆｉ−で、破裂音、無声摩擦音を発話しノこ時の
積分回路４４の出力は、そＩＬぞれ第２図（ト）、第３
図（ト）に示ずような波形Ｇ、ｑになる。す々ゎち、ロ
ー　ハス７　、ｆルノ４１に大きな出力を生しる時点で
の４：ｌｉ分回路４４の出力は破裂音に対し、；ｉｆ！
ｌ−声摩擦ｉ７，１１１１′Ｖ？Ｘ遥かに犬となる。故
にこの積分回路４４の出力によりローパスフィルタ４１
の出力か小となるようにすれば、破裂音及び無声Ｉ９擦
音、行に／Φ／に対して、処理回路４５の出力ばそれぞ
）を第２図ヴ→、第３四例に示ずような波形Ｈ，ｈとな
る。図より明らかなように、処理回路４５より破裂１等
の場合には、ＪＢｒ、声摩擦音の場合ンこ対し、電１１
′変動のない届かに犬なるパルス出力がｆｌ）らえり、
フイ１１「声摩擦７′Ａとの区別をＩＬ僅に行ない１（
）るリアルタイツ・ての破裂音抽出装置か実現できる。Most of the noises occur in the output of the bypass filter 42 in the case of ``sounds, plosives, and plosive sounds near medium heat in the fricative sound section,'' as shown in FIG. , while ri1 ((vocal fricative, especially /Φ/, the third
As shown in the figure (f), there is a difference in the entire friction section.1. Similarly, in addition to the sound pressure of high-pitched voices due to friction, this component also includes a component caused by the vibration membrane of the first contenza microphone 1 being deflected in a syndano direction by the 1-1 airflow. The outputs of the integrating circuit 44 when uttering a plosive and a voiceless fricative at t'fi- are shown in FIGS. 2 (g) and 3, respectively.
The waveforms G and q will be as shown in the figure (G). Susuwachi, the output of the 4:li branch circuit 44 at the time when it produces a large output on the Rohas 7 and f Luno 41 is against the plosive sound; if!
l-Voice friction i7, 1111'V? X Haruka becomes a dog. Therefore, the output of this integrating circuit 44 causes the low-pass filter 41 to
If the output of the processing circuit 45 is made small, the output of the processing circuit 45 for the plosive and the unvoiced I9 fricative, and /Φ/ in the line, respectively) are shown in Figure 2 V → and Example 34. This results in similar waveforms H and h. As is clear from the figure, the processing circuit 45 determines that JBr is the case for rupture 1, while for the voice fricative it is
'A dog pulse output fl) is received without fluctuation,
Fi 11 ``IL slightly distinguishes it from voice friction 7'A 1 (
) It is possible to realize a plosive sound extraction device using real tights.

なおン本−）−ｒ　ＩＡ例にお“ては破裂音抽出装置ｒ
５，１に適用し７０例を示しだが、こノ′１．に限るも
のＱ（ｒｌ、なく本発明の呼気力検出装置は摩擦音検出
装置バ、ハ行γ１検出装尚′なとに適用することもｉ−
＋Ｊ能である。Naonhon-)-r In the case of IA, there is a plosive extraction device.
5.1 and showed 70 examples, but this '1. The expiratory force detection device of the present invention may be applied to a friction sound detection device, a γ1 detection device, etc.
+J Noh.

まだ、本実施例においては第１コンテンザマイクロボン
は１個であったが、［ニ１の前刃に複数のコンテンサマ
イ／７０ホンを配置し、これう各コンテンザマイクロホ
ンの出力信号から第２コンデンザマイクロボンの出力信
号を減算するようにしてもよい。In this embodiment, there was only one first contenza microphone, but a plurality of contenza microphones/70 microphones were arranged on the front blade of 2, and the second contenza microphone was The output signal of the condenser microbond may be subtracted.

発明の効果 以」二の説明から明らかなように、本発明による呼気力
検出装置は、センサーとして２個の同等のコンテンザマ
イクロホンを用いるのみてよく、回路も簡単であるので
、安価、小型でかつ装置を節部になし尚るとともに、周
囲有１音等にか力・わらず、確実、リアルタイムでの呼
気力信号の検出かり能である。As is clear from the explanation in ``Effects of the Invention'', the expiratory force detection device according to the present invention only needs to use two equivalent condenser microphones as sensors, and the circuit is simple, so it is inexpensive and small. In addition, the device is not attached to the joint, and the expiratory force signal can be detected reliably and in real time regardless of the presence of surrounding sounds or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の呼気力検出装置を用いた破裂音抽出装
置の一実施例を示すブロック図、第２図（イ）〜（ホ）
、第３図（イ）〜（力は同装置の構成各部の信号波形図
である。 １・・・・・・第１コンテンサマイクロホンー２・・・
・・・第２コンテンザマイクロホン、３・・・・・・６
１回路。 將８′「出願人　　工業技術院長　　石　坂　誠　−第
２図 α　　　ｋｔｌ ／ （へ） 第３図 ７．７ｆFIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a plosive sound extraction device using the expiratory force detection device of the present invention, and FIG. 2 (A) to (E)
, Fig. 3(A) - (The figures are signal waveform diagrams of each component of the device. 1...First condenser microphone-2...
...Second contenza microphone, 3...6
1 circuit. Sho 8' Applicant Makoto Ishizaka, Director General of the Agency of Industrial Science and Technology - Figure 2 α ktl / (to) Figure 3 7.7f

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 口の前力に配置された第１のマイクロホンと、第１のマ
イクロポンと同等で、かっ、発話に伴なう［コ気流が影
響しないように配置された第２のマイクロポンと、前記
第１のマイクロホンの出力信号より第２のマイク「コポ
ンの出力信号を減毅する減切回路とを（ｉｔｅｉえ、前
記減貌゛回路の出カイ菖号より発話時の口気流に対応す
る呼気力信号を検出することを特徴とする呼気力検出装
置。A first microphone placed at the front of the mouth; A reduction circuit that reduces the output signal of the second microphone from the output signal of the first microphone is used. An expiratory force detection device characterized by detecting a signal.