JP5003482B2 - 受音装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のマイクロホン素子（以下、単に「マイクロホン」と称す。）からなるマイクロホンアレイを有する受音装置に関するものである。

従来から音声入力装置として、特定話者方向に指向特性をもったマイクロホン装置が提案されている（たとえば、下記特許文献１を参照。）。このマイクロホン装置では、平面上に複数のマイクロホンを配列し、各マイクロホン出力を、それぞれ遅延回路を経て加算して出力を得る指向性マイクロホンであり、無音検出機能部が、各マイクロホン出力信号間における、信号間の所定の時間差範囲に対する相互相関関数値と、設定された音源位置に対応する信号間の時間差に対する相互相関関数との比を求めて、この比の値が予め定められた閾値条件を満たすとき、設定された位置に音源があることを検出することによって、有音／無音の判定を行う。

特開平９−２３８３９４号公報

しかしながら、上述したマイクロホン装置を室内や自動車の車内など、比較的狭い空間に配置する場合、室内の壁面やテーブル上に配置される場合が殆どである。このように、従来のマイクロホン装置を、壁面やテーブル上に設置すると、壁面やテーブルからの反射音波の影響で、不明瞭な音声になることが知られており、特に音声認識システムで、その音声を認識させた場合、認識率が低下するという問題があった。

また、バウンダリマイクロホン装置は、話者からの直接の音波のみを受音し、壁面等からの反射波を受音しないように工夫されているが、複数のバウンダリマイクを利用して、マイクロホンアレイ装置として動作させる場合は、バウンダリマイクの構造の複雑さから、バウンダリマイクロホン特性の個体差により、指向性性能が十分発揮できないという問題があった。さらに、マイクロホンアレイ装置を車載する場合、車室空間が狭いために、反射音波の影響が著しく、十分な指向性性能が発揮できないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単な構成により指向性の向上を図ることができる受音装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる受音装置は、到来してくる音波を受音するマイクロホンと、前記マイクロホンを支持するとともに、空隙が形成されている筺体と、前記筺体の空隙を通過する音波を拡散反射させる拡散反射部材と、を備えることを特徴とする。

また、上記発明において、前記拡散反射部材における前記空隙を通過する音波の入射面が、ランダムな凹凸形状に構成されていることとしてもよい。

また、上記発明において、前記拡散反射部材は、当該部材の内部に、前記空隙を通過する音波を拡散反射させる複数の拡散反射物質をランダムに含んだ構成であることとしてもよい。

また、上記発明において、前記複数の拡散反射物質は、互いに硬さが異なる物質であることとしてもよい。

また、上記発明において、前記複数の拡散反射物質は、互いに溶解しない物質であることとしてもよい。

また、上記発明において、前記拡散反射部材は、当該部材の内部に、前記空隙を通過する音波の伝搬速度を空気よりも遅くするゲル状物質を含んだ構成であることとしてもよい。

本発明にかかる受音装置は、簡単な構成により指向性の向上を図ることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる受音装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、この発明の実施の形態にかかる受音装置を含む音声処理装置について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかる受音装置を含む音声処理装置を示すブロック図である。図１において、音声処理装置１００は、受音装置１０１と、信号処理部１０２と、スピーカ１０３と、を備えている。

受音装置１０１は、筐体１１０と、複数（図２では簡略化のため２個）のマイクロホン１１１，１１２からなるマイクロホンアレイ１１３と、拡散反射部材１２０と、から構成されている。マイクロホンアレイ１１３は、所定間隔ｄで配置されている。マイクロホンアレイ１１３は、外部から到来してくる音波ＳＷを所定の位相差で受音する。すなわち、距離ａ（ａ＝ｄ・ｓｉｎθ）分ずれた時間差τ（τ＝ａ／ｃ、ｃは音速）を有することとなる。

信号処理部１０２は、マイクロホンアレイ１１３からの出力信号に基づいて、目的音源からの音声を推定する。具体的には、たとえば、信号処理部１０２は、基本構成として、同相化回路１２１と、加算回路１２２と、音源判定回路１２３と、乗算回路１２４と、を備えている。同相化回路１２１は、マイクロホン１１２からの出力信号をマイクロホン１１１からの出力信号と同相化する。加算回路１２２は、マイクロホン１１１からの出力信号と同相化回路１２１からの出力信号とを加算する。

音源判定回路１２３は、マイクロホンアレイ１１３からの出力信号に基づいて音源を判定し、１ビットの判定結果を出力（「１」の場合は目的音源、「０」の場合は雑音源）する。乗算回路１２４は、加算回路１２２からの出力信号と音源判定回路１２３からの判定結果とを乗算する。また、スピーカ１０３は、信号処理部１０２によって推定された音声信号、すなわち乗算回路１２４からの出力信号に応じた音声を出力する。

つぎに、実施例１にかかる受音装置１０１について説明する。図２は、実施例１にかかる受音装置１０１の外観を示す斜視図である。実施例１では、上述した拡散反射部材１２０として、板状の樹脂シートによって形成されている拡散反射部材２００を用いている。図２において、受音装置１０１の筐体１１０はたとえば直方体形状とされており、空隙が形成されている。筐体１１０は、各面を網目状にすることによって、空隙を多数形成しており、音波の影響がない構造とされている。

すなわち、筐体１１０を網目状に形成することで、筐体１１０の内周壁で音波が反射されず、筐体１１０を通過（透過）するため、筐体１１０の反射音波がマイクロホンアレイ１１３に受音されない。なお、網目に限らず格子状であってもよい。また、筐体１１０の前面２０１には、マイクロホンアレイ１１３が支持されている。

また、筐体１１０の背面２０２側には、拡散反射部材２００が配置されている。拡散反射部材２００は、板状に形成された樹脂シートである。また、拡散反射部材２００の前面２１０は、ランダムな凹凸形状とされている。この前面２１０は、筐体１１０の背面２０２と所定間隔をおいて対面している。なお、前面２１０と背面２０２は当接していてもよい。拡散反射部材２００は、シリコンゴム、アクリル、ＰＶＡゲルなどの材料によって構成されている。

図３は、図２に示した受音装置１０１の断面図である。図３の断面図は、図２に示した受音装置１０１を上から見た断面図である。図３において、音波ＳＷのうち音波ＳＷａは、所定の位相差でマイクロホン１１１，１１２に受音される。一方、音波ＳＷｂは、網目状の筐体１１０を通過して、拡散反射部材２００の前面２１０に到達する。前面２１０はランダムな凹凸面であるため、前面２１０において、位相差を乱して拡散（乱反射）する。

したがって、前面２１０からの反射音波ＳＷｃは、正しい位相差でマイクロホン１１１，１１２に到達せず、また、到達した場合であっても、音波ＳＷａの位相差とは異なる位相差でマイクロホン１１１，１１２に受音され、図１に示した音源判定回路１２３により雑音と判定される。したがって、この実施例１にかかる受音装置１０１によれば、正しい位相差の音波ＳＷａのみを受音することができ、指向性の向上を図ることができる。

つぎに、実施例２にかかる受音装置について説明する。図４は、実施例２にかかる受音装置の外観を示す斜視図である。なお、マイクロホンアレイ１１３および筐体１１０については実施例１と同一構成であるためその説明は省略する。図４において、拡散反射部材４００は、実施例２の拡散反射部材２００と同様、筐体１１０の背面２０２側に配置されている。拡散反射部材４００は、板状に形成された樹脂シートである。また、拡散反射部材４００は、シリコンゴム、アクリル、ＰＶＡゲルなどの材料によって構成されている。ＰＶＡゲルは、音波の伝搬速度を空気よりも遅くするゲル状物質である。なお、拡散反射部材４００の前面４１０は、平坦面とされている。

つぎに、実施例２にかかる拡散反射部材４００の製造方法について一例を説明する。図５は、実施例２にかかる拡散反射部材４００の製造方法を示す工程図である。図５の（ａ）において、まず、容器５００の底面にＰＶＡゲル５０１を少量入れて固め、固まったＰＶＡゲル５０１の表面５１１に、球状の拡散反射物質を置く。この拡散反射物質は、互いに溶解しない物質であることが好ましい。したがって、たとえば、シリコンゴム、アクリル、鉛などの物質が拡散反射物質に適している。

つぎに、（ｂ）において、（ａ）で固まったＰＶＡゲル５０１の表面５１１に、さらにＰＶＡゲル５０１を入れて固める。なお、ＰＶＡゲル５０１を入れる際には空気も入る。この空気も拡散反射物質として機能する。空気の混入を気にせずに製造することができる。そして、固まったＰＶＡゲル５０１の表面５１２に、球状の拡散反射物質（シリコンゴム、アクリル、鉛）を置く。

さらに、（ｃ）において、（ｂ）で固まったＰＶＡゲル５０１の表面５１２に、さらにＰＶＡゲル５０１を入れて固める。なお、ＰＶＡゲル５０１を入れる際には空気も入る。そして、固まったＰＶＡゲル５０１の表面５１３に、さらに球状の拡散反射物質（シリコンゴム、アクリル、鉛）を置く。

最後に、（ｄ）において、（ｃ）で固まったＰＶＡゲル５０１の表面５１３に、さらに球状物質を埋設するようにＰＶＡゲル５０１を入れて固める。これにより、拡散反射させる複数の拡散反射物質をランダムに含んだ拡散反射部材４００を製造することができる。なお、埋設する拡散反射物質は、球状でなくても良い。

図６は、図４に示した受音装置１０１の断面図である。図６の断面図は、図４に示した受音装置１０１を上から見た断面図である。図６において、音波ＳＷのうち音波ＳＷａは、所定の位相差でマイクロホン１１１，１１２に受音される。一方、音波ＳＷｂは、網目状の筐体１１０を通過して、拡散反射部材４００の前面４１０に到達する。前面４１０に到達した音波ＳＷｂは、拡散反射部材４００の内部に進行し、内部の拡散反射物質（シリコンゴム、アクリル、鉛）や空気に位相差を乱して拡散（乱反射）するか、拡散反射部材４００を透過する。

したがって、筐体１１０を通過した音波ＳＷｂおよび拡散反射部材４００からの反射音波ＳＷｃは、正しい位相差でマイクロホン１１１，１１２に到達せず、また、到達した場合であっても、音波ＳＷａの位相差とは異なる位相差でマイクロホン１１１，１１２に受音され、図１に示した音源判定回路１２３により雑音と判定される。したがって、この実施例２にかかる受音装置１０１によっても、正しい位相差の音波ＳＷａのみを受音することができ、指向性の向上を図ることができる。

（受音装置の適用例）
つぎに、この発明の実施の形態（実施例１，２）にかかる受音装置の適用例について説明する。図７〜図９は、この発明の実施の形態にかかる受音装置の適用例を示す説明図である。図７は、ビデオカメラに適用した例である。受音装置１０１は、ビデオカメラ７００に内蔵されており、前面２０１とスリット板部７０１とが当接する。

また、図８は、腕時計に適用した例である。受音装置１０１は、腕時計８００の時計盤の左右両端に内蔵され、それぞれ前面２０１とスリット板部８０１とが当接する。また、図９は、携帯電話機に適用した例である。受音装置１０１は、携帯電話機９００の送話部に内蔵され、前面２０１とスリット板部９０１とが当接する。これにより、目的音源からの音波を精度よく受音することができる。また、図示以外にも、例えば自動車のナビゲーションシステムの音声認識装置として適用し、運転席付近の壁面もしくは壁に埋め込む形で受音装置１０１を配置することが可能である。

以上説明したように、この発明の実施の形態では、マイクロホンに直接到達する音波のみ正しい位相差で受音するとともに、反射音波の受音を防止することにより、目的音源からの音波を精度よく検出することができ、マイクロホンアレイの指向性の高い受音装置を実現することができるという効果を奏する。また、簡単な構成により、不要な方向からの音波の位相差を乱して、目的音源からの音波を高精度に検出することができ、指向性がよい高感度の受音装置を実現することができるという効果を奏する。

なお、上述した実施の形態においては、マイクロホン１１１，１１２を一列に配置したが、受音装置１０１を適用する環境や装置に応じて２次元的に配置することとしてもよい。また、上述した実施の形態に適用したマイクロホン１１１，１１２は、無指向性のマイクロホンであることが好ましい。これにより、安価な受音装置を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる受音装置は、室内や車内など所定の閉空間で用いるマイクロホンアレイに有用であり、特に、カーナビゲーション装置、テレビ会議、工場内の作業ロボット、ビデオカメラ、腕時計、携帯電話機などに適している。

図１は、この発明の実施の形態にかかる受音装置を含む音声処理装置を示すブロック図である。 図２は、実施例１にかかる受音装置の外観を示す斜視図である。 図３は、図２に示した受音装置の断面図である。 図４は、実施例２にかかる受音装置の外観を示す斜視図である。 図５は、実施例２にかかる拡散反射部材の製造方法を示す工程図である。 図６は、図４に示した受音装置の断面図である。 図７は、この発明の実施の形態にかかる受音装置の適用例（デジタルビデオカメラ）を示す説明図である。 図８は、この発明の実施の形態にかかる受音装置の適用例（腕時計）を示す説明図である。 図９は、この発明の実施の形態にかかる受音装置の適用例（携帯電話機）を示す説明図である。

符号の説明

１００ 音声処理装置
１０１ 受音装置
１０２ 信号処理部
１０３ スピーカ
１１０ 筐体
１１１，１１２ マイクロホン
１２０（２００，４００） 拡散反射部材
ＳＷ，ＳＷａ，ＳＷｂ 音波
ＳＷｃ 反射音波

Claims (5)

1. 到来してくる音波を受音する複数のマイクロホンと、
   前記マイクロホンを音波が到来する外周面で支持するとともに、空隙が形成されている筺体と、
   前記筺体の空隙を通過する音波を拡散反射させる拡散反射部材と、
   を備えることを特徴とする受音装置。
2. 前記拡散反射部材における前記空隙を通過する音波が到達する面が、ランダムな凹凸を有する面であることを特徴とする請求項１に記載の受音装置。
3. 前記拡散反射部材は、当該部材の内部に、前記空隙を通過する音波を拡散反射させる複数の拡散反射物質をランダムに含んだ構成であることを特徴とする請求項１に記載の受音装置。
4. 前記複数の拡散反射物質は、互いに硬さが異なる物質であることを特徴とする請求項３に記載の受音装置。
5. 前記拡散反射部材は、当該部材の内部に、前記空隙を通過する音波の伝搬速度を空気よりも遅くするゲル状物質を含んだ構成であることを特徴とする請求項１、３または４に記載の受音装置。

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