JP5097523B2 - 音声入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、音声入力装置に関する。

電話などによる通話や、音声認識、音声録音などに際しては、目的の音声（ユーザの音声）のみを収音することが好ましい。しかし、音声入力装置の使用環境では、背景雑音など目的の音声以外の音が存在することがある。そのため、雑音を除去する機能を有する音声入力装置の開発が進んでいる。

雑音が存在する使用環境で背景雑音を除去する技術として、マイクロフォンに鋭い指向性を持たせること、あるいは、音波の到来時刻差を利用して音波の到来方向を識別して信号処理により雑音を除去する方法が知られている。

また、近年では、電子機器の小型化が進んでおり、音声入力装置を小型化する技術が重要になっている。
特開平７−３１２６３８号公報 特開平９−３３１３７７号公報 特開２００１−１８６２４１号公報

図１１は、差動マイクの周波数特性について説明するための図である。横軸は周波数（ｋＨｚ）であり縦軸は出力音圧値（デシベル）である。１００２は音源が差動マイクから２５ｍｍ程度の距離にある場合（接話型音声入力装置において想定される話者の位置に音源がある場合）の周波数と差動マイクの出力値（デシベル）の関係を示す関数のグラフである。１００４は音源が差動マイクから１０００ｍｍ程度の距離にある場合（接話型音声入力装置において十分に遠方の雑音）の周波数と差動マイクの出力値（デシベル）の関係を示す関数のグラフである。

差動マイクは遠方雑音の抑圧効果があることが知られているが、１００２、１００４に示すように高周波数域で感度が増加するため、ノイズの高域成分が強調されやすく、話者音声の高域あるいはノイズの高域が強調されて聴感上の違和感が発生したり、耳障りな音質になる傾向があった。

本発明のいくつかの態様の目的は、差動マイクの特性を生かすと共に、聞き取りやすい音声信号を提供する音声入力装置を提供することにある。

（１）本発明は、
差動マイク部と、
前記差動マイク部の周辺のノイズを測定するノイズ測定部と、
前記ノイズ測定部の測定結果に基づき、前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧する有無の制御及び抑圧する周波数帯域を変更する制御の少なくとも一方を行う差動信号抑圧制御部と、
を含むことを特徴とする音声入力装置である。

差動信号抑圧制御部は、
前記ノイズ測定部の測定結果を所定の閾値と比較した比較結果に基づき、前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分の抑圧の有無を制御してもよい。

差動信号抑圧制御部は、
前記ノイズ測定部の測定結果を所定の閾値と比較した比較結果に基づき、前記差動マイク部から出力される差動信号を抑圧する周波数帯域を変更してもよい。

本発明によれば周囲の雑音が所定のレベルより小さい場合や高周波雑音が少ない場合には差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧せず、周囲の雑音が所定のレベルよりも大きい場合には差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧することで、差動マイクの特性を生かすとともに聞き取りやすい音声信号を提供する音声入力装置（静かな環境では高域を強調して音声を明瞭にし、高騒音環境では背景雑音の高域が強調されるのを抑圧してＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を向上させる音声入力装置）を提供することができる。

（２）本発明は、
差動マイク部と、
前記差動マイクのノイズ抑制に関するモードの設定／変更に係るノイズ抑制モード情報を受け付けるノイズ抑制モード情報受け付け部と、
前記ノイズ抑制モード情報に基づき、前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧の有無の制御及び抑圧する周波数帯域を変更する制御の少なくとも一方を行う差動信号抑圧制御部と、を含むことを特徴とする音声入力装置である。

ノイズ抑制モード情報は音声入力装置に設けられた操作部（ボタンやスイッチ）からの操作入力により受け付けるようにしてもよい。例えばユーザーは周囲がうるさいと感じた場合にノイズ抑制モードをオンにすると、ノイズ抑制モードとなり前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧が行われるようにしてもよい。

本発明によればユーザーが周囲の環境等に応じてノイズ抑制モード情報を入力することで差動マイクの特性をいかすとともに聞き取りやすい音声信号を提供する音声入力装置（静かな環境では高域を強調して音声を明瞭にし、高騒音環境では背景雑音高域が強調されるのを抑圧してＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を向上させる音声入力装置）を提供することができる。

（３）前記音声入力装置の、
前記差動信号抑圧制御部は、
前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧するローパスフィルタを含み、
前記ノイズ測定部の測定結果またはノイズ抑制モード情報に基づき、出力される差動信号の前記ローパスフィルタの通過の有無を切り替える制御を行ってもよい。

（４）前記音声入力装置の、
前記差動信号抑圧制御部は、
前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧するローパスフィルタであって、抑圧する周波数帯域の異なる複数のローパスフィルタを含み、
前記ノイズ測定部の測定結果またはノイズ抑制モード情報に基づき、出力される差動信号が通過するローパスフィルタを変更する制御を行ってもよい。

（５）前記音声入力装置の、
前記差動信号抑圧制御部は、
前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧するローパスフィルタであって、カットオフ周波数を変更可能なローパスフィルタを含み、
前記ノイズ測定部の測定結果またはノイズ抑制モード情報に基づき、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を変更する制御を行ってもよい。

カットオフ周波数を変更可能なローパスフィルタは、抵抗を可変に制御可能なローパスフィルタを用いて、前記ノイズ測定部の測定結果またはノイズ抑制モード情報に基づき、前記ローパスフィルタの抵抗値を変更することにより実現してもよい。

（６）前記音声入力装置の、
前記差動信号抑圧制御部は、
１次の遮断特性を有するローパスフィルタを用いて前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧してもよい。

（７）前記音声入力装置の、
前記差動信号抑圧制御部は、
カットオフ周波数が１ｋＨｚ以上、５ｋＨｚ以下のいずれかの値に設定されたローパスフィルタを用いて前記差動マイク部から出力される差動信号の周波数成分を抑圧してもよい。

（８）前記音声入力装置の、
前記ノイズ測定部は、
差動マイクの遅延バランスを変更してノイズ測定結果信号を生成するノイズ測定結果信号生成部を含み、
前記差動信号抑圧制御部は、
ノイズ測定結果信号に基づき、前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧する有無の制御及び抑圧する周波数帯域を変更する制御の少なくとも一方を行ってもよい。

差動マイクの遅延バランスの変更は、例えば２つのマイクロフォンからの入力信号に基づき差動信号を生成する場合には一方のマイクロフォンからの入力信号に遅延を与えることで実現してもよい。

また例えば１つのマイクロフォンからの入力信号に基づき差動信号を生成する場合にはマイクロフォンの位置を動かして遅延バランスを変更してもよい。

（９）前記音声入力装置の、
前記ノイズ測定部は、
前記差動マイク部から出力される差動信号に基づき前記差動マイクの周辺のノイズを測定してノイズ測定結果信号を出力し、
前記差動信号抑圧制御部は、
ノイズ測定結果信号に基づき、前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧する有無の制御及び抑圧する周波数帯域を変更する制御の少なくとも一方を行ってもよい。

（１０）前記音声入力装置の、
差動差動マイク部は、
第１の振動膜を有する第１のマイクロフォンと、
第２の振動膜を有する第２のマイクロフォンと、
前記第１のマイクロフォンで取得された第１の電圧信号と、前記第２のマイクロフォンで取得された第２の電圧信号と差分に基づき第１の電圧信号と第２の電圧信号の差動信号を生成する差動信号生成部とを含み、
前記ノイズ測定部は、
前記第２のマイクロフォンで取得された第２の電圧信号にノイズ検出用の遅延を与えて出力するノイズ検出用遅延部と、
前記ノイズ検出用遅延部によってノイズ検出用の所定の遅延を与えられた第２の電圧信号と、前記第１のマイクロフォンで取得された第１の電圧信号との差分に基づきノイズ測定結果信号を生成するノイズ測定結果信号生成部と、含み、
前記差動信号抑圧制御部は、
ノイズ測定結果信号に基づき、前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧する有無の制御及び抑圧する周波数帯域を変更する制御の少なくとも一方を行ってもよい。

（１１）前記音声入力装置の、
前記ノイズ検出用の遅延は、第１および第２の振動膜の中心間距離を音速で除算した時間に設定されてもよい。

（１２）前記音声入力装置は、
音情報を出力するスピーカと、
前記ノイズ測定部の測定結果に基づき前記スピーカの音量を制御する音量制御部と、
をさらに含んでもよい。

前記ノイズのレベルが所定レベルより大きいときはスピーカ音量を上げ、前記ノイズのレベルが所定レベルより小さいときはスピーカ音量を下げるようにしてもよい。

以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、本発明は、以下の内容を自由に組み合わせたものを含むものとする。

図１は本実施の形態に係る音声入力装置の構成について説明するための図である。

本実施の形態に係る音声入力装置７００は、差動マイク部７１０を含む。差動マイク部７１０は、２つの受音部に入力される音声信号に基づき差動信号７３０を生成して出力する。差動信号は複数のマイクロフォンからの入力信号に基づき生成されてもよいし、１つのマイクロフォンで振動膜の表面および裏面に入力される音圧差に基づき生成されてもよい。

本実施の形態に係る音声入力装置７００は、ノイズ測定部７４０を含む。ノイズ測定部７４０は、差動マイクの周辺のノイズを測定して測定結果７５０を出力する。ノイズ測定部７４０は、例えばノイズ収集用のマイクロフォン（例えば全指向性を持つマイクロフォン）を設けて音を収集し、ノイズのスペクトルをデジタル的に検出してノイズの大きさを測定してもよい。

本実施の形態に係る音声入力装置７００は、差動信号抑圧制御部７６０を含む。差動信号抑圧制御部７６０は、ノイズ測定部７４０の測定結果に基づき、差動マイク部７１０から出力される差動信号７３０の所定周波数以上の周波数成分を抑圧する。例えばノイズ測定部７４０の測定結果７５０を所定の閾値と比較して比較結果に基づき、差動マイク部７１０から出力される差動信号７３０の所定周波数以上の周波数成分の抑圧の有無を制御してもよい。

差動信号７３０の所定周波数以上の周波数成分の抑圧はローパスフィルタを用いて行ってもよい。ローパスフィルタは、１次の遮断特性を有するフィルタを用いてもよい。図１３で説明するように差分信号の高周波数域は１次特性（２０ｄＢ／ｄｅｃ）で上がっていくため、この逆特性を持つ１次のローパスフィルタで高域を減衰させると、差分信号の周波数特性をフラットに保つことができ、聴感上の違和感が発生するのを防止することができる。

またローパスフィルタのカットオフ周波数は、１ｋＨｚ以上、５ｋＨｚ以下の間のいずれかの値に設定してもよい。

ローパスフィルタ部のカットオフ周波数は、低く設定しすぎると音がこもったようになり、高く設定しすぎると高域ノイズが耳障りであるので、マイクロフォン間の距離に応じて適切な値に設定することが好ましい。最適なカットオフ周波数はマイクロフォン間の距離によって変わるが、例えばマイクロフォン間の距離が約５ｍｍ程度の場合にはローパスフィルタ部のカットオフ周波数を１．５ｋＨｚ以上、３ｋＨｚ以下に設定することが好ましい。

図１２は、図１１において、差動マイクの後段にローパスフィルタを設けた場合の周波数特性について説明するための図である。横軸は周波数であり縦軸は出力値（デシベル）である。１００２’は音源が差動マイクから２５ｍｍ程度の距離にある場合（接話型音声入力装置において想定される話者の位置に音源がある場合）の周波数と差動マイクの出力値（デシベル）の関係を示す関数のグラフである。１００４’は音源が差動マイクから１０００ｍｍ程度の距離にある場合（接話型音声入力装置において十分に遠方の雑音合）の周波数と差動マイクの出力値（デシベル）の関係を示す関数のグラフである。

１００２’１００４’に示すように、差動マイクの後段にローパスフィルタを設けることで、近傍の話者及び背景雑音の高域が強調されるのを抑圧することができる。

図１３は、差動マイクの周波数特性について説明するための図である。横軸は周波数であり縦軸はゲインである。１０１０は、差動マイクの話者想定位置での周波数とゲインの関係を示すグラフであり、例えば第１のマイクロフォン７１０−１および第２のマイクロフォン７１０−２の中心から２５ｍｍ程度離れた位置での周波数特性を表している。１０１２は、差動マイクの後段にローパスフィルタを設け、ローパスフィルタ通過後の差動信号の周波数とゲインの関係を示すグラフである。

第１のマイクロフォン７１２−１および第２のマイクロフォン７１２−２がフラットな周波数特性であっても、１０１０に示すように差分信号の高周波数域は約１ｋＨｚ付近から１次特性（２０ｄＢ／ｄｅｃ）で上がっていくので、この逆特性を持つ１次のローパスフィルタで高域を減衰させると、差分信号の周波数特性をフラットにすることができ、聴感上の違和感が発生するのを防止することができる。

一方、人間の耳は年齢と共に高域での感度が低下する傾向にあるので、状況によっては高域を強調した方がクリアに聞こえる場合がある。

本実施の形態では、ノイズ測定部７４０の測定結果に基づき、差動マイク部７１０から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧の有無や抑圧する周波数帯域を変更することができる。従って例えば周囲の雑音が所定のレベルより小さい場合や高周波雑音が少ない場合には、ローパスフィルタをオフにして（ローパスフィルタを通過させないで）出力し、周囲の雑音が所定のレベルよりも大きい場合（高周波、低周波を問わず周囲雑音レベルが高い場合）にはローパスフィルタをオンにして（ローパスフィルタを通過させて）出力することで、差動マイクの特性を生かすとともに聞き取りやすい音声信号を提供する音声入力装置（静かな環境では高域を強調して音声を明瞭にし、高騒音環境では背景雑音高域が強調されるのを抑圧してＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を向上させる音声入力装置）を提供することができる。

図２，図３は本実施の形態に係る音声入力装置の差動信号抑圧制御部の構成の一例について説明するための図である。

差動信号抑圧制御部７６０は、差動マイク部７１０から出力される差動信号７３０の所定周波数以上の周波数成分を抑圧するフィルタを含み、ノイズ測定部７４０の測定結果７５０を所定の閾値と比較してノイズの有無又は強弱を判定し、ノイズ有り又はノイズ強と判定した場合には前記フィルタを用いて差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧してもよい。

例えば図２に示すように、差動信号抑圧制御部７６０を、差動信号７３０の高域の周波数成分をカットするローパスフィルタ７７０と、ノイズ測定部７４０の測定結果７５０に基づき差動信号７３０の出力経路を切り替えるための切り替え制御信号７６６を生成して出力する切り替え制御信号生成部７６２と、切り替え制御信号７６６に基づき差動信号７３０の出力経路をローパスフィルタ７７０通過またはローパスフィルタ７７０非通過のいずれかに切り替える切り替え部７６２を含んで構成してもよい。切り替え部７６２は、例えばスイッチ回路等や選択回路等で構成しても良い。

差動信号抑圧制御部７６０は、ノイズ測定部７４０の測定結果を１又は複数の基準値と比較して比較結果に基づき、差動マイク部７１０から出力される差動信号７３０の高域抑圧する周波数帯域を変更するようにしてもよい。

例えば図３に示すように、差動信号抑圧制御部７６０を、差動信号７３０の所定周波数以上の周波数成分を抑圧するフィルタであって遮断周波数域の異なる複数のフィルタ（ここでは第１のローパスフィルタ７６６、第２のローパスフィルタ７６８）と、ノイズ測定部７４０の測定結果７５０に基づき差動信号７３０の出力経路を切り替えるための切り替え制御信号７６６を生成して出力する切り替え制御信号生成部７６２と、切り替え制御信号７６６に基づき差動信号７３０の出力経路を第１のローパスフィルタ７７２通過または第２のローパスフィルタ７７４通過に切り替える切り替え部７６２を含んで構成してもよい。切り替え部７６２は、例えばスイッチ回路等や選択回路等で構成しても良い。

なお、カットオフ周波数を変更可能なローパスフィルタを用いる場合には切り替え制御信号７６６に基づき、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を変更する制御を行ってもよい。抵抗およびコンデンサでローパスフィルタを構成する場合は、抵抗値を変更することで容易にカットオフ周波数の変更が可能である。

例えば、カットオフ周波数が１．５ｋＨｚの第１のローパスフィルタ７６６と、カットオフ周波数が１０ｋＨｚの第２のローパスフィルタ７６８とを用意し、これらをノイズレベルに応じて選択的に切り替えてもよい。高騒音下においてはカットオフ周波数の低い第１のローパスフィルタ７６６を使用して、遠方雑音を抑圧し、かつ背景ノイズの高域が強調されて耳障りになるのを抑えることができる。一方、低騒音下においてはカットオフ周波数の高い第２のローパスフィルタ７６６を使用して、高域強調型の特性となるようにする。ここで、低騒音下においては背景ノイズの高域パワー自体が低いため、高域強調型の特性としても耳障りになることはなく、話者音声の高域が強調されることで年齢と共に低下する耳の高域感度を補って明瞭に音声を聴き取ることが可能である。

従って、ノイズが所定の閾値以上である場合には第１のローパスフィルタ７６６を使用し、ノイズが所定の閾値未満である場合には第２のローパスフィルタ７６６を使用するように構成してもよい。

図４は本実施の形態に係る音声入力装置の差動マイク部の構成の一例について説明するための図である。

差動マイク部７１０は、第１の振動膜を有する第１のマイクロフォン７１２−１と、第２の振動膜を有する第２のマイクロフォン７１２−２と、差動信号生成部７１４を含んで構成しても良い。 差動信号生成部７１４は、第１のマイクロフォン７１２−１で取得された第１の電圧信号Ｓ１と、前記第２のマイクロフォン７１２−２で取得された第２の電圧信号Ｓ２とに基づき第１の電圧信号Ｓ１と第２の電圧信号Ｓ２の差分信号を生成する。

このようにすると、第１及び第２のマイクロフォンで取得された第１及び第２の電圧信号の差を示す差分信号を、雑音成分が除去された、入力音声を示す信号とみなすことができる。そのため、本発明によると、差分信号を生成するだけの単純な構成で雑音除去機能を実現することが可能な音声入力装置を提供することができる。

なお、この音声入力装置では、差分信号生成部は、第１及び第２の電圧信号に対する解析処理（フーリエ解析処理など）を行うことなく、差動信号を生成する。そのため、差分信号生成部の信号処理負担を軽減して、非常に簡易な回路で、低コストに実現することが可能である。

なお差動信号生成部７１４は、第１のマイクロフォン７１２−１で取得された第１の電圧信号Ｓ１を入力して所定の増幅率（ゲイン）で増幅して、所定のゲインで増幅された第１の電圧信号Ｓ１’と、前記第２のマイクロフォン７１２−２で取得された第２の電圧信号Ｓ２の差分に基づき差動信号７３０を生成して出力してもよい。

また差動信号生成部７１４は、第１のマイクロフォン７１２−１で取得された第１の電圧信号Ｓ１および第２のマイクロフォン７１２−２で取得された第２の電圧信号Ｓ２の少なくとも一方に所定遅延を与えて、少なくとも一方に遅延を与えられた第１の電圧信号と第２の電圧信号の差分に基づき差動信号を生成して出力してもよい。

ここで、マイクロフォンとは、音響信号を電気信号へ変換する電気音響変換器である。第１及び第２のマイクロフォン７１２−１、７１２−２は、それぞれ、第１及び第２の振動膜（振動板）の振動を、電圧信号として出力する変換器であってもよい。

第１及び第２のマイクロフォン７１２−１、７１２−２の機構については特に限定されるものではない。振動膜を有するコンデンサ型マイクロフォンでもよい。振動膜は、音波を受けて振動する膜（薄膜）で、導電性を有し、電極の一端を形成している。コンデンサ型マイクロフォンの電極は、振動膜と対向して配置され、振動膜と電極とで容量を形成すし、音波が入射すると、振動膜が振動して、振動膜と電極との間隔が変化し、振動膜電極との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を、例えば電圧の変化として出力することによって、コンデンサ型マイクロフォンに入射する音波を、電気信号に変換することができる。なお、本発明に適用可能なマイクロフォンは、コンデンサ型マイクロフォンに限られるものではなく、既に公知となっているいずれかのマイクロフォンを適用することができる。例えば、第１及び第２のマイクロフォン７１２−１、７１２−２として、動電型（ダイナミック型）、電磁型（マグネティック型）、圧電型（クリスタル型）等のマイクロフォンを適用してもよい。

第１及び第２のマイクロフォン７１２−１、７１２−２は、第１及び第２の振動膜がシリコンによって構成されたシリコンマイク（Ｓｉマイク）であってもよい。シリコンマイクを利用することで、第１及び第２のマイクロフォン７１２−１、７１２−２の小型化、及び、高性能化を実現することができる。このとき、第１及び第２のマイクロフォン７１２−１、７１２−２は、１つの集積回路装置として構成されていてもよい。すなわち、第１及び第２のマイクロフォン７１２−１、７１２−２は、１つの半導体基板に構成されていてもよい。第１及び第２のマイクロフォン７１２−１、７１２−２は、いわゆるメムス（MEMS：Micro Electro Mechanical Systems）として構成されていてもよい。 第１及び第２の振動膜１２，２２は、例えば、中心間距離が５．２ｍｍ以下になるように配置されていてもよい。

なお、本実施の形態に係る音声入力装置では、第１及び第２の振動膜の向きは、特に限定されるものではない。

図５は本実施の形態に係る音声入力装置のノイズ測定部の構成の一例について説明するための図である。

ノイズ測定部７４０は、第１のマイクロフォン７１２−１で取得された第１の電圧信号と、前記第２のマイクロフォン７１２−１で取得された第２の電圧信号の少なくとも一方に基づき前記差動マイクの周辺のノイズを測定してノイズ測定結果信号７５０を出力する。

差動信号抑圧制御部７６０は、ノイズ測定結果信号７５０に基づき、差動マイク部７１０から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧する制御を行う。

このようにすれば、第１のマイクロフォン７１２−１で取得された第１の電圧信号と、前記第２のマイクロフォン７１２−２で取得された第２の電圧信号の少なくとも一方に基づき前記差動マイクの周辺のノイズを測定するため、ノイズ測定用のマイクロフォンを別途設ける必要がない。

図６は本実施の形態に係る音声入力装置のノイズ測定部の構成の一例について説明するための図である。

ノイズ測定部７４０は、第２のマイクロフォン７１２−２で取得された第２の電圧信号にノイズ検出用の遅延を与えて出力するノイズ検出用遅延部７４２と、ノイズ検出用遅延部７４２によってノイズ検出用の所定の遅延を与えられた第２の電圧信号７４４と、第１のマイクロフォン７１２−１で取得された第１の電圧信号Ｓ１との差分をとって差分に基づきノイズ測定結果信号７５０を生成するノイズ測定結果信号生成部７４６と、を含んで構成してもよい。

このようにすると差動マイクの指向特性を制御して話者音声を除いた周囲の雑音の状態を検出し、検出した雑音のレベルに応じて前記差動マイク部から出力される差動信号の高域周波数の抑圧の有無、又は抑圧する周波数帯域を変更する制御を行うことができる。

図７、図８は差動マイクの指向性について説明するための図である。

図７は２つのマイクロフォンＭ１、Ｍ２の位相がずれていない状態での指向特性を表している。円状の領域８１０−１と、８１０−２は、両マイクロフォンＭ１、Ｍ２の出力の差分により得られる指向特性を示しており、両マイクロフォンＭ１、Ｍ２を結ぶ直線方向を０度、１８０度とし、両マイクロフォンＭ１、Ｍ２を結ぶ直線方向と直角な方向を９０度、２７０度とすると、０度、１８０度方向に最大感度を有し、９０度、２７０度方向に感度を持たない両指向性であることを表している。

両マイクロフォンＭ１、Ｍ２でとらえた信号の一方に遅延を与えた場合、指向特性が変化する。例えば、マイクロフォンＭ２の出力に対し、マイクロフォン間隔ｄを音速ｃで除算した時間に相当する遅延を与えた場合、両マイクロフォンＭ１、Ｍ２の指向性を示す領域は図８の８２０に示すようなカーディオイド型になる。このような場合、０度の話者方向に対して感度のない（ヌル）指向特性を実現でき、話者の音声を選択的にカットして周囲の音（周囲の雑音）のみをとらえることができる。

例えば、マイクロフォン間隔ｄを５ｍｍとした場合、音速を３４０ｍ／ｓとすると、遅延量としては１４．７μｓを設定すればよい。

従ってノイズ検出用遅延部７４２で設定するノイズ検出用の遅延を、第１および第２の振動板の中心間距離を音速で除算した時間に設定するようにしてもよい。例えば用遅延部７４２で第２のマイクロフォン７１２−２で取得された第２の電圧信号にマイクロフォン間隔ｄを音速ｃで除算した時間に相当する遅延をあたえて、当該遅延を与えられた第２の電圧信号７４４と、第１のマイクロフォン７１２−１で取得された第１の電圧信号Ｓ１との差分をとって差分に基づきノイズ測定結果信号７５０を生成してもよい。このように遅延量を設定して、音声入力装置の指向特性をカーディオイド型にし、話者の位置を指向性のヌル位置近傍に設定することで、話者音声をカットして周囲雑音のみを拾いやすい指向性となるため、ノイズ検出用に利用することができる。

なお、前記ノイズ検出用の遅延は、第１および第２の振動板の中心間距離（図７のｄ参照）を音速で除算した時間でなくてもよい。話者の方向が０度方向でない場合であっても、指向特性の感度のない方向（ヌル）を話者方向に設定できれば、話者音声をカットして周囲の雑音を拾うような指向性をもつノイズ検出に適した特性を実現することができる。例えば、ハイパーカーディオイド、スーパーカーディオイド型の指向特性を持つように遅延を設定して、話者音声をカットするものであって構わない。

図９は差動信号抑圧制御部のローパスフィルタのオン／オフの切り替えの動作例を示すフローチャートである。

ノイズ測定部から出力されるノイズ測定結果信号が所定のしきい値（ＬＴＨ）より小さい場合には（ステップＳ１１０）、ローパスフィルタをオフにし（ステップＳ１１２）、ノイズ測定結果信号が所定のしきい値（ＬＴＨ）よりの小さくない場合には（ステップＳ１１０）、ローパスフィルタをオンにする（ステップＳ１１４）。ローパスフィルタをオンにするとはローパスフィルタを通過させた信号を出力することを意味し、ローパスフィルタをオフにするとは、ローパスフィルタを通過させない信号を出力することを意味する。

図１６は、差動信号抑圧制御部のローパスフィルタのカットオフ周波数の切り替えの動作例を示すフローチャートである。

ノイズ測定部から出力されるノイズ測定結果信号が所定のしきい値（ＬＴＨ）より小さい場合には（ステップＳ１３０）、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃを高く（例えば、ｆｈ＝１０ｋＨｚ）に設定し（ステップＳ１３２）、ノイズ測定結果信号が所定のしきい値（ＬＴＨ）よりの小さくない場合には（ステップＳ１３０）、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃを低く（例えば、ｆｌ＝１．５ｋＨｚ）に設定する（ステップＳ１１４）。

図１７は、フィルタのカットオフ周波数ｆｃを変化させたときのマイクロフォン特性と、フィルタとを合わせた総合特性を示している。実線は差動マイクのみの周波数特性を示している。ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃをｆｌ（＝１．５ｋＨｚ）にした場合、差動マイクの高域が抑圧されて、点線のようにほぼフラットな特性になる。そして、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃをｆｈ（＝１０ｋＨｚ）にした場合、差動マイクの高域を抑圧する帯域が高域側にシフトするため、一点鎖線のように１．５ｋＨｚから１０ｋＨｚにかけてゲインが増加し、１０ｋＨｚ以降でフラットとなるような特性を示す。

音情報を出力するスピーカを有する音声入力装置においては、図１４に示すようにノイズ測定結果信号７５０に基づきスピーカ７８０の音量を制御する音量制御部７７０を含むようにしてもよい。

図１０はノイズ検出によるスピーカの音量制御の動作例を示すフローチャートである。

ノイズ測定部から出力されるノイズ測定結果信号が所定のしきい値（ＬＴＨ）よりの小さい場合には（ステップＳ１２０）スピーカの音量を第１の値に設定し（ステップＳ１２２）、ノイズ測定部から出力されるノイズ測定結果信号が所定のしきい値（ＬＴＨ）よりの小さくない場合には（ステップＳ１２０）スピーカの音量を第１のより大きな音量の第２の値に設定する（ステップＳ１２４）。

またノイズ測定部から出力されるノイズ測定結果信号が所定のしきい値（ＬＴＨ）よりの小さい場合にはスピーカの音量を下げ、ノイズ測定部から出力されるノイズ測定結果信号が所定のしきい値（ＬＴＨ）よりの小さくない場合にはスピーカの音量を上げるようにしてもよい。

図１５は、本実施の形態に係る音声入力装置の他の構成について説明するための図である。

本実施の形態に係る音声入力装置７００’は、差動マイク部７１０を含む。差動マイク部７１０は、差動マイク（２つのマイクロフォン）からの入力信号に基づき差動信号７３０を生成して出力する。

なお、ノイズ測定結果に基づく、ローパスフィルタのオン／オフ制御、あるいはカットオフ周波数ｆｃの変更、あるいはスピーカの音量制御について、単一の閾値ＬＴＨに対する大小のみで制御するのではなく、複数の閾値を設けてヒステリシスを持って制御するものであっても構わない。例えば、ＬＴＨ１以下で第１のモード（ローパスフィルタオフ）に移行、ＬＴＨ２以上で第２のモード（ローパスフィルタオン）に移行するような構成であっても構わない。

本実施の形態に係る音声入力装置７００’は、ノイズ抑制モード情報受け付け部７９０を含む。ノイズ抑制モード情報受け付け部７９０は、差動マイクのノイズ抑制に関するモードの設定／変更に係るノイズ抑制モード情報を受け付ける。ノイズ抑制モード情報は、音声入力装置に設けられたスイッチやボタン等の操作部からの操作入力により受け付けても良い。

本実施の形態に係る音声入力装置７００は、差動信号抑圧制御部７６０’を含む。差動信号抑圧制御部７６０’は、ノイズ抑制モード情報７９２に基づき、差動マイク部７１０から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧の有無を制御してもよい。例えばノイズ抑制モード情報７９２が第１のモード（例えばノイズ抑圧有りモード、高騒音環境モード）の場合には、差動マイク部７１０から出力される差動信号７３０の所定周波数以上の周波数成分の抑圧を行い、第２のモード（例えばノイズ抑圧無しモード、静寂環境モード）の場合には、差動マイク部７１０から出力される差動信号７３０の所定周波数以上の周波数成分の抑圧を行なわないようにしてもよい。

また差動信号抑圧制御部７６０’は、ノイズ抑制モード情報７９２に基づき、差動マイク部７１０から出力される差動信号の抑圧する周波数帯域を変更する制御（カットオフ周波数の異なるローパスフィルタを切り替える制御）を行っても良い。例えば第１のローパスフィルタとしてカットオフ周波数が１．５ｋＨｚ以上、第２のローパスフィルタとしてカットオフ周波数が１０ｋＨｚ以上を用意して、ノイズ抑制モード情報７９２が第１のモード（例えばノイズ抑圧有りモード、高騒音環境モード）の場合には、差動マイク部７１０から出力される差動信号７３０を第１のローパスフィルタを通過させて１．５ｋＨｚ以上の周波数成分の抑圧を行い、第２のモード（例えばノイズ抑圧無しモード、静寂環境モード）の場合には、第２のローパスフィルタを通過させて１０ｋＨｚ以上の周波数成分の抑圧を行うようにしてもよい。

高騒音下においてはカットオフ周波数の低い第１のローパスフィルタを使用することで、遠方雑音を抑圧し、かつ背景ノイズの高域が強調されて耳障りになるのを抑えることができる。一方、低騒音下においてはカットオフ周波数の高い第２のローパスフィルタを使用することで、高域強調型の特性となるようにする。ここで、低騒音下においては背景ノイズの高域パワー自体が低いため、高域強調型の特性としても耳障りになることはなく、話者音声の高域が強調されることで年齢と共に低下する耳の高域感度を補って明瞭に音声を聴き取ることが可能である。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

音声入力装置について説明するための図。 差動信号抑圧制御部について説明するための図。 差動信号抑圧制御部について説明するための図。 差動マイク部について説明するための図。 ノイズ測定部について説明するための図。 ノイズ測定部について説明するための図。 差動マイクの指向性について説明するための図。 差動マイクの指向性について説明するための図。 ノイズ測定結果によるローパスフィルタオン／オフ切り替えの動作例を示すフローチャート。 ノイズ測定結果によるスピーカの音量制御の動作例を示すフローチャート。 差動マイクの周波数特性について説明するための図。 差動マイクの周波数特性について説明するための図。 差動マイクの周波数特性について説明するための図。 音声入力装置について説明するための図。 音声入力装置について説明するための図。 差動信号抑圧制御部のローパスフィルタのカットオフ周波数の切り替えの動作例を示すフローチャート。 フィルタのカットオフ周波数ｆｃを変化させたときのマイクロフォン特性と、フィルタとを合わせた総合特性を示す図。

符号の説明

７００ 音声入力装置、７１０ 差動マイク部、７１２−１ 第１のマイクロフォン、７１２−２ 第２のマイクロフォン、７１４ 差動信号生成部、７３０ 差動信号、７４０ ノイズ測定部、７４２ ノイズ検出用遅延部、７４６ ノイズ測定結果信号生成部、７５０ ノイズ測定結果尊号、７６０ 差動信号抑圧制御部、７７０ 音量制御部、７８０ スピーカ、７９０ ノイズ抑制モード情報受け付け部

Claims (8)

1. 第１の振動膜を有する第１のマイクロフォンと、
   第２の振動膜を有する第２のマイクロフォンと、
   前記第１のマイクロフォンで取得された第１の電圧信号と、前記第２のマイクロフォンで取得された第２の電圧信号と差分に基づき第１の電圧信号と第２の電圧信号の差動信号を生成する差動信号生成部と、
   前記第１のマイクロフォンおよび前記第２のマイクロフォンの周辺ノイズを測定するノイズ測定部と、
   前記差動信号の所定周波数以上の周波数成分の抑圧の有無の制御及び抑圧する周波数帯域を変更する制御の少なくとも一方を行う差動信号抑圧制御部とを含み、
   前記第１のマイクロフォンと前記第２のマイクロフォンを結ぶ方向の想定話者の音声を収音する音声入力装置であって、
   前記ノイズ測定部は、
   前記第２の電圧信号に遅延を与えて出力する遅延部を含み、
   前記遅延部によって所定の遅延を与えられた第２の電圧信号と、前記第１の電圧信号とを差分することにより前記想定話者方向に対して感度のない指向特性を形成して前記周辺ノイズを測定するものであり、
   前記差動信号抑圧制御部は、
   前記周辺ノイズの測定結果に基づき、前記差動信号の所定周波数以上の周波数成分の抑圧の有無の制御及び抑圧する周波数帯域を変更する制御の少なくとも一方を行うことを特徴とする音声入力装置。
2. 請求項１において、
   前記遅延部の遅延は、前記第１の振動膜および前記第２の振動膜の中心間距離を音速で除算した時間に設定されることを特徴とする音声入力装置。
3. 請求項１乃至２のいずれかにおいて、
   前記差動信号抑圧制御部は、
   前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧するローパスフィルタを含み、
   前記ノイズ測定部の測定結果に基づき、出力される差動信号の前記ローパスフィルタ通過の有無を切り替える制御を行うことを特徴とする音声入力装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記差動信号抑圧制御部は、
   前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧するローパスフィルタであって、抑圧する周波数帯域の異なる複数のローパスフィルタを含み、
   前記ノイズ測定部の測定結果に基づき、出力される差動信号が通過するローパスフィルタを変更する制御を行うことを特徴とする音声入力装置。
5. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記差動信号抑圧制御部は、
   前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧するローパスフィルタであって、カットオフ周波数を変更可能なローパスフィルタを含み、
   前記ノイズ測定部の測定結果に基づき、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を変更する制御を行うことを特徴とする音声入力装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記差動信号抑圧制御部は、
   １次の遮断特性を有するローパスフィルタを用いて前記差動マイク部から出力される差動信号の所定周波数以上の周波数成分を抑圧することを特徴とする音声入力装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記差動信号抑圧制御部は、
   カットオフ周波数が１ｋＨｚ以上、５ｋＨｚ以下のいずれかの値に設定されたローパスフィルタを用いて前記差動マイク部から出力される差動信号の周波数成分を抑圧することを特徴とする音声入力装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   音情報を出力するスピーカと、
   前記ノイズ測定部の測定結果に基づき前記スピーカの音量を制御する音量制御部と、
   をさらに含むことを特徴とする音声入力装置。

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