JP5504445B2 - Microphone device - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロホン装置に関し、より詳細には、骨伝導を利用したマイクロホン装置に関する。 The present invention relates to a microphone device, and more particularly to a microphone device using bone conduction.
従来、人間が発話した際に声帯などの振動が頭蓋骨を伝わり直接聴覚神経に音が伝わる骨伝導という現象が知られている。この骨伝導により伝わる音声は、外部雑音の影響をほとんど受けないので、近年、骨伝導を利用した様々な音声処理装置が開発されており、その一つに、携帯電話等のヘッドセットがある。 Conventionally, when humans speak, a phenomenon called bone conduction is known in which vibration of the vocal cords is transmitted through the skull and sound is transmitted directly to the auditory nerve. Since the voice transmitted through the bone conduction is hardly affected by external noise, various voice processing devices using the bone conduction have been developed in recent years, and one of them is a headset such as a mobile phone.
骨伝導を利用したヘッドセット(マイクロホン装置)では、その内部に高感度の骨伝導マイクロホン及び超小型マグネティックスピーカーが組み込まれており、次のような利点を有する。
(1)骨伝導マイクロホンを片方の耳に装着するだけで双方向通信が可能になる。
(2)外部の騒音を拾い難いので、耐騒音性に優れた特性を有する。
(3)口元が完全にオープンとなるので、防毒マスク等の顔面を覆う呼吸装置を利用していても快適な通信が可能になる。
In a headset (microphone device) using bone conduction, a highly sensitive bone conduction microphone and an ultra-small magnetic speaker are incorporated in the headset, and has the following advantages.
(1) Two-way communication is possible simply by wearing a bone conduction microphone on one ear.
(2) Since it is difficult to pick up external noise, it has excellent noise resistance.
(3) Since the mouth is completely open, comfortable communication is possible even if a breathing apparatus that covers the face such as a gas mask is used.
上述のように、骨伝導により伝わる音声は、原理上、外部雑音には強いが、骨伝導マイクロホンを用いたヘッドセット等を環境雑音レベルの高い状況で使用すると、外部雑音の影響を受けて通話音声の品質が劣化することがある。そこで、従来、そのような環境雑音レベルの高い状況において通話音声をより明瞭にするための様々な技術が提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。 As mentioned above, the voice transmitted by bone conduction is strong against external noise in principle, but when a headset using a bone conduction microphone is used in a high environmental noise level, it is affected by the external noise. Audio quality may be degraded. Therefore, conventionally, various techniques have been proposed for making call voice clearer in such a high environmental noise level (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
特許文献1では、骨伝導音声信号と、気導音声信号とを含むマルチチャンネルの音声信号を取得し、その音声信号から、独立成分分析により雑音成分を除去する技術が提案されている。 Patent Document 1 proposes a technique for acquiring a multi-channel audio signal including a bone conduction audio signal and an air conduction audio signal, and removing a noise component from the audio signal by independent component analysis.
また、特許文献2には、利用者が装着する骨伝導マイクロホンと、骨伝導マイクロホンからの信号によってトリガーされ、利用者の発話時間を識別するスイッチと、そのスイッチに接続された通常のマイクロホンと、スイッチの出力側に設けられた発話音声分析装置とを備えるコンビネーション・マイクロホンシステムが提案されている。
この特許文献2のシステムでは、骨伝導マイクロホンからの信号によりスイッチを制御し、利用者の発話時間のみ、通常のマイクロホンで収集した音声信号が発話音声分析装置に入力される。そして、発話音声分析装置では、入力された音声信号から、利用者の発話音声と他者の発話音声(雑音)とを分離している。
In the system of
上述のように、従来、骨伝導マイクロホンを用いた音声処理装置(以下、単に骨伝導マイクロホン装置という)では、外部雑音への様々な対策が提案されている。しかしながら
、骨伝導により伝わる音声の品質は、外部雑音だけでなく、利用者の体内で発生する種々の雑音の影響によっても劣化する。
As described above, conventionally, various countermeasures against external noise have been proposed in an audio processing device using a bone conduction microphone (hereinafter simply referred to as a bone conduction microphone device). However, the quality of sound transmitted by bone conduction is deteriorated not only by external noise but also by various noises generated in the user's body.
そのような体内雑音の一つに、例えば利用者が発話した際の歯の衝突音や顎の関節音等により突発的に発生する雑音(以下、突発雑音という)がある。これは、十人に一人程度の割合で発生する体内雑音である。 One example of such internal noise is noise (hereinafter referred to as sudden noise) that occurs suddenly due to, for example, a tooth collision sound or a chin joint sound when a user speaks. This is internal noise that occurs at a rate of about 1 in 10 people.
ここで、図6(a)及び(b)に、突発雑音が発生しないときに骨伝導マイクロホンで検出される音声信号の波形、及び、突発雑音が発生したときに骨伝導マイクロホンで検出される音声信号の波形をそれぞれ示す。なお、図6(a)及び(b)中の横軸は時間であり、縦軸は信号の振幅である。発話中に突発雑音200aが混ざると、音声信号200において、突発雑音200aの発生時に、図6(b)に示すように、インパルス状に振幅が増大する。
Here, in FIGS. 6A and 6B, the waveform of the audio signal detected by the bone conduction microphone when no sudden noise occurs and the voice detected by the bone conduction microphone when sudden noise occurs. Each of the signal waveforms is shown. In FIGS. 6A and 6B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents signal amplitude. When sudden noise 200a is mixed during speech, when the sudden noise 200a is generated in the
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、骨伝導マイクロホンを用いた例えばヘッドセット等のマイクロホン装置において、上述のような利用者の体内で発生する突発雑音を除去することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is a sudden occurrence occurring in a user's body as described above in a microphone device such as a headset using a bone conduction microphone. It is to remove noise.
上記課題を解決するために、本発明のマイクロホン装置は、骨伝導マイクロホンと、突発音抽出部と、突発音除去部とを備える構成とし、各部の機能を次のようにする。突発音抽出部は、骨伝導マイクロホンで検出された音声信号の包絡線を算出し、該包絡線に基づいて該音声信号に含まれる突発雑音の信号成分に対応する信号を抽出する。そして、突発音除去部は、突発音抽出部で抽出された突発雑音の信号成分に対応する信号に基づいて、音声信号から突発雑音の信号成分を除去する。この際、突発音抽出部が、音声信号の包絡線を算出し、包絡線から所定周波数以上の信号を抽出し、該抽出した信号を突発雑音の信号成分に対応する信号として出力する。
また、本発明のマイクロホン装置は、骨伝導マイクロホンと、突発音抽出部と、突発音除去部とを備える構成とし、各部の機能を次のようにする。突発音抽出部は、骨伝導マイクロホンで検出された音声信号の包絡線を算出し、該包絡線に基づいて該音声信号に含まれる突発雑音の信号成分に対応する信号を抽出する。そして、突発音除去部は、突発音抽出部で抽出された突発雑音の信号成分に対応する信号に基づいて、音声信号から突発雑音の信号成分を除去する。この際、突発音抽出部が、音声信号を所定周波数以上の処理周波数でヒルベルト変換して音声信号の解析信号を算出し、該解析信号の実部及び虚部に基づいて音声信号の包絡線を算出し、且つ、該包絡線を突発雑音の信号成分に対応する信号として出力する。
In order to solve the above-described problems, a microphone device of the present invention includes a bone conduction microphone, a sudden sound extraction unit, and a sudden sound removal unit, and functions of each unit are as follows. The sudden sound extraction unit calculates an envelope of the audio signal detected by the bone conduction microphone, and extracts a signal corresponding to the signal component of the sudden noise included in the audio signal based on the envelope. The sudden sound removal unit removes the sudden noise signal component from the audio signal based on the signal corresponding to the sudden noise signal component extracted by the sudden sound extraction unit. At this time, the sudden sound extraction unit calculates an envelope of the audio signal, extracts a signal having a predetermined frequency or more from the envelope, and outputs the extracted signal as a signal corresponding to the signal component of the sudden noise.
In addition, the microphone device of the present invention includes a bone conduction microphone, a sudden sound extraction unit, and a sudden sound removal unit, and functions of each unit are as follows. The sudden sound extraction unit calculates an envelope of the audio signal detected by the bone conduction microphone, and extracts a signal corresponding to the signal component of the sudden noise included in the audio signal based on the envelope. The sudden sound removal unit removes the sudden noise signal component from the audio signal based on the signal corresponding to the sudden noise signal component extracted by the sudden sound extraction unit. At this time, the sudden sound extraction unit calculates an analysis signal of the audio signal by Hilbert transforming the audio signal at a processing frequency equal to or higher than a predetermined frequency, and calculates an envelope of the audio signal based on a real part and an imaginary part of the analysis signal. The envelope is calculated and output as a signal corresponding to the signal component of the sudden noise.
上述のように、本発明のマイクロホン装置では、まず、突発音抽出部において、骨伝導マイクロホンで検出した音声信号の包絡線から突発雑音の成分信号を抽出する。そして、突発音除去部において、抽出された突発雑音の信号成分に対応する信号に基づいて、音声信号から突発雑音の信号成分を除去する。この際、突発音抽出部が、音声信号の包絡線を算出し、包絡線から所定周波数以上の信号を抽出し、該抽出した信号を突発雑音の信号成分に対応する信号として出力する。
また、本発明のマイクロホン装置は、骨伝導マイクロホンと、突発音抽出部と、突発音除去部とを備える構成とし、各部の機能を次のようにする。突発音抽出部は、骨伝導マイクロホンで検出された音声信号の包絡線を算出し、該包絡線に基づいて該音声信号に含まれる突発雑音の信号成分に対応する信号を抽出する。そして、突発音除去部は、突発音抽出部で抽出された突発雑音の信号成分に対応する信号に基づいて、音声信号から突発雑音の信号成分を除去する。この際、突発音抽出部が、音声信号を所定周波数以上の処理周波数でヒルベルト変換して音声信号の解析信号を算出し、該解析信号の実部及び虚部に基づいて音声信号の包絡線を算出し、且つ、該包絡線を突発雑音の信号成分に対応する信号として出力する。
それゆえ、本発明のマイクロホン装置によれば、骨伝導マイクロホンで検出した音声信号から、上述のような利用者の体内で発生する突発雑音を除去することができる。
As described above, in the microphone device of the present invention, first, the sudden sound extraction unit extracts the sudden noise component signal from the envelope of the audio signal detected by the bone conduction microphone. Then, the sudden sound removal unit removes the sudden noise signal component from the audio signal based on the extracted signal corresponding to the sudden noise signal component. At this time, the sudden sound extraction unit calculates an envelope of the audio signal, extracts a signal having a predetermined frequency or more from the envelope, and outputs the extracted signal as a signal corresponding to the signal component of the sudden noise.
In addition, the microphone device of the present invention includes a bone conduction microphone, a sudden sound extraction unit, and a sudden sound removal unit, and functions of each unit are as follows. The sudden sound extraction unit calculates an envelope of the audio signal detected by the bone conduction microphone, and extracts a signal corresponding to the signal component of the sudden noise included in the audio signal based on the envelope. The sudden sound removal unit removes the sudden noise signal component from the audio signal based on the signal corresponding to the sudden noise signal component extracted by the sudden sound extraction unit. At this time, the sudden sound extraction unit calculates an analysis signal of the audio signal by Hilbert transforming the audio signal at a processing frequency equal to or higher than a predetermined frequency, and calculates an envelope of the audio signal based on a real part and an imaginary part of the analysis signal. The envelope is calculated and output as a signal corresponding to the signal component of the sudden noise.
Therefore, according to the microphone device of the present invention, the sudden noise generated in the user's body as described above can be removed from the audio signal detected by the bone conduction microphone.
以下に、本発明の一実施形態に係る骨伝導マイクロホン装置の一構成例を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す例では、骨伝導マイクロホン装置が例えば携帯電話等で用いるヘッドセットである場合を説明する。 Hereinafter, a configuration example of a bone conduction microphone device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the example shown below, the case where the bone conduction microphone device is a headset used in, for example, a mobile phone will be described.
また、以下に示す例では、利用者が発話した際の歯の衝突音や顎の関節音等により発生する突発雑音を除去する例を説明する。なお、このような突発雑音の周波数は、通常、約4kHz以上(パルス幅が約0.25msec以下)となる。また、突発雑音が発生した場合、図6(b)で示すように、音声信号の振幅がインパルス状に増大するが、その振幅をAとし、同時刻に突発雑音が発生しないときの振幅をBとすると、振幅AとBとの差(A−B)は、振幅Bの約2倍以上となる。 Further, in the following example, an example will be described in which sudden noise generated due to a tooth collision sound, a jaw joint sound, or the like when a user speaks is removed. The frequency of such sudden noise is usually about 4 kHz or more (pulse width is about 0.25 msec or less). Further, when sudden noise occurs, the amplitude of the audio signal increases in an impulse shape as shown in FIG. 6B. The amplitude is A, and the amplitude when no sudden noise occurs at the same time is B. Then, the difference (A−B) between the amplitudes A and B is about twice or more the amplitude B.
[1.骨伝導マイクロホン装置の構成]
図1に、本発明の一実施形態に係る骨伝導マイクロホン装置の概略構成を示す。なお、図1には、上述した突発雑音の除去処理に必要な構成部分のみを示す。また、図1に示す構成部分以外の構成は、従来の例えばヘッドセット等の骨伝導マイクロホン装置と同様に構成することができる。
[1. Configuration of bone conduction microphone device]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a bone conduction microphone device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows only the components necessary for the above-described sudden noise removal process. 1 can be configured in the same manner as a conventional bone conduction microphone device such as a headset.
骨伝導マイクロホン装置10(マイクロホン装置)は、骨伝導マイクロホン1と、アナログデジタル変換器2と、信号処理モジュール3とを備える。骨伝導マイクロホン1、アナログデジタル変換器2及び信号処理モジュール3は、音声の検出側からこの順で電気的に接続される。
The bone conduction microphone device 10 (microphone device) includes a bone conduction microphone 1, an analog /
骨伝導マイクロホン1は、従来の例えばヘッドセット等の骨伝導マイクロホン装置で用いる骨伝導マイクロホンと同様のものを用いることができる。骨伝導マイクロホン1は、利用者の例えば耳の中、具体的には、外耳道内に挿入して使用される。そして、骨伝導マイクロホン1は、利用者が発声した際に、骨に伝わる声帯の振動、いわゆる「骨導音」と呼ばれる振動を外耳道からピックアップして音声信号に変換し、その音声信号を出力する。 The bone conduction microphone 1 can be the same as the bone conduction microphone used in a conventional bone conduction microphone device such as a headset. The bone conduction microphone 1 is used by being inserted into a user's ear, for example, specifically into the ear canal. The bone conduction microphone 1 picks up vibrations of the vocal cords transmitted to the bone when the user utters, so-called “bone conduction sound”, from the ear canal, converts it into an audio signal, and outputs the audio signal. .
アナログデジタル変換器2は、その入力端子が骨伝導マイクロホン1に接続され、骨伝導マイクロホン1から出力されたアナログの音声信号をデジタルの音声信号に変換する。
The analog-
信号処理モジュール3は、音声信号から突発雑音の信号成分を抽出する突発音抽出部4と、音声信号から突発雑音の信号成分を除去する突発音除去部5とを備える。なお、信号処理モジュール3は、図1に示す突発雑音の除去処理に関連する回路部以外にも、従来の骨伝導マイクロホン装置と同様にアナログデジタル変換器2から入力された音声信号に対して様々な処理を施すための回路部を備える。
The
ここで、図2に、突発音抽出部4及び突発音除去部5の内部構成を示す。突発音抽出部4は、エンベロープ算出部11(包絡線算出部)と、ハイパスフィルタ12(フィルタ回路部)とを有する。
Here, FIG. 2 shows an internal configuration of the sudden sound extraction unit 4 and the sudden
エンベロープ算出部11は、アナログデジタル変換器2から入力される音声信号100に対してピーク検波を行い、音声信号100の包絡線(以下、包絡信号という)を算出する。なお、エンベロープ算出部11は、例えばDSP(Digital Signal Processor)等で構成することができ、ソフトウェア上で音声信号100の包絡信号を算出することができる。
The envelope calculation unit 11 performs peak detection on the audio signal 100 input from the analog-
図3に、エンベロープ算出部11で算出される包絡信号の一波形例を示す。図3中の破線で示す波形がアナログデジタル変換器2から入力される音声信号100の波形であり、実線で示す波形がエンベロープ算出部11で算出される包絡信号101の波形である。エンベロープ算出部11で算出された包絡信号101では、図3に示すように、突発雑音100aが発生する時刻で包絡信号101の振幅が急激に増大する。なお、エンベロープ算出部11における包絡信号の算出手法については、後で詳述する。
FIG. 3 shows a waveform example of the envelope signal calculated by the envelope calculation unit 11. The waveform indicated by the broken line in FIG. 3 is the waveform of the audio signal 100 input from the analog-
ハイパスフィルタ12は、エンベロープ算出部11から入力される包絡信号101から、所定周波数以上の高周波成分を抽出する。ハイパスフィルタ12は、例えばFIR(Finite Impulse Response)等のデジタルフィルタで構成される。
The
なお、通常、骨伝導マイクロホン1で検出される発話音の最大周波数は約2〜4kHz程度であり、また、例えば発話した際の歯の衝突音や顎の関節音等により発生する突発雑音の周波数は、上述のように、約4kHz以上である。それゆえ、このような突発雑音を抽出する場合には、ハイパスフィルタ12を、その通過帯域が約4kHz以上となるように構成する。
Normally, the maximum frequency of the utterance sound detected by the bone conduction microphone 1 is about 2 to 4 kHz, and the frequency of the sudden noise generated by, for example, a tooth collision sound or a chin joint sound when speaking. Is about 4 kHz or more as described above. Therefore, when extracting such sudden noise, the
上記構成のハイパスフィルタ12にエンベロープ算出部11で算出された包絡信号101を通過させると、ハイパスフィルタ12からは、図2中の右上に示す信号波形のように、主に、突発雑音100aが発生した時刻おいてのみ、振幅がパルス状に増大する信号102(突発雑音の信号成分に対応する信号:以下、抽出信号という)が出力される。
When the envelope signal 101 calculated by the envelope calculation unit 11 is passed through the high-
また、突発音除去部5は、遅延回路13と、積算器14とで構成される。
The sudden
遅延回路13は、その入力端子がアナログデジタル変換器2の出力端子に接続され、アナログデジタル変換器2から入力される音声信号100を所定時間遅延する。なお、遅延回路13では、遅延回路13の出力信号(音声信号)とハイパスフィルタ12の出力信号(抽出信号)との位相を揃えるために、ハイパスフィルタ12における信号の遅延量に対応する分だけ音声信号100を遅延する。
The
積算器14は、その2つの入力端子がそれぞれ遅延回路13及びハイパスフィルタ12の出力端子に接続されており、遅延回路13から入力される音声信号100と、ハイパスフィルタ12から入力される突発雑音の抽出信号102とを積算する。
The
ただし、この際、突発雑音の抽出信号102の逆数を音声信号100と積算する。すなわち、本実施形態では、積算器14では、実質的には、音声信号100を突発雑音の抽出信号102で除算する。この場合、突発雑音が発生する時刻において、抽出信号102の突発雑音成分102aの振幅aの逆数1/aが音声信号100に積算され、音声信号100の振幅が低減(抑制)される。これにより、積算器14からは、突発雑音が除去された音声信号が出力される。
At this time, however, the reciprocal of the sudden
なお、本実施形態では、積算器14の代わりに、突発雑音の抽出信号102の振幅が増大するとゲインが低下するようにゲイン制御が可能な増幅器を用いてもよい。
In the present embodiment, an amplifier capable of gain control may be used in place of the
[2.包絡信号の算出手法]
次に、エンベロープ算出部11における包絡信号の算出手法の一例を説明する。包絡信号の算出手法としては、音声信号に対してピーク検波が可能な手法であれば任意の手法を用いることができる。ここでは、ヒルベルト変換を用いて包絡信号を算出する手法と、連続する3つのサンプリング時刻における音声信号の3つの振幅値(以下、サンプリング値という)を高低比較して包絡信号を算出する手法について説明する。
[2. Envelope signal calculation method]
Next, an example of an envelope signal calculation method in the envelope calculation unit 11 will be described. As a method for calculating the envelope signal, any method can be used as long as it can perform peak detection on the audio signal. Here, a method for calculating an envelope signal using the Hilbert transform and a method for calculating an envelope signal by comparing three amplitude values (hereinafter referred to as sampling values) of an audio signal at three consecutive sampling times are described. To do.
(1)ヒルベルト変換を用いる手法
この手法では、まず、エンベロープ算出部11に入力された音声信号S(t)をヒルベルト変換して、実部信号Re(t)と虚部信号Im(t)からなる解析信号(=Re(t)+jIm(t))を生成する。次いで、実部信号Re(t)及び虚部信号Im(t)をそれぞれ2乗する。
(1) Method Using Hilbert Transform In this method, first, the audio signal S (t) input to the envelope calculator 11 is subjected to Hilbert transform, and from the real part signal Re (t) and the imaginary part signal Im (t). An analysis signal (= Re (t) + jIm (t)) is generated. Next, the real part signal Re (t) and the imaginary part signal Im (t) are squared, respectively.
次いで、2乗された実部信号Re(t)及び虚部信号Im(t)の和(Re(t)2+Im(t)2)を算出する。そして、算出された和信号の平方根を算出することにより包絡信号Em(t)(=[Re(t)2+Im(t)2]1/2)を算出する。 Next, the sum (Re (t) 2 + Im (t) 2 ) of the squared real part signal Re (t) and imaginary part signal Im (t) is calculated. Then, the envelope signal Em (t) (= [Re (t) 2 + Im (t) 2 ] 1/2 ) is calculated by calculating the square root of the calculated sum signal.
(2)サンプリング値の高低比較を用いる手法
図4に、連続する3つのサンプリング時刻における音声信号の3つのサンプリング値を高低比較して包絡信号Em(t)を算出する際の原理概要を示す。この手法では、まず、エンベロープ算出部11に入力された音声信号S(t)の絶対値信号100b(|S(t)|)を算出する。
(2) Method Using Level Comparison of Sampling Values FIG. 4 shows an outline of the principle when calculating the envelope signal Em (t) by comparing three sampling values of audio signals at three consecutive sampling times. In this method, first, the absolute value signal 100b (| S (t) |) of the audio signal S (t) input to the envelope calculation unit 11 is calculated.
次いで、連続する3つのサンプリング時刻における絶対値信号100bの3つのサンプリング値の大小比較を行う。具体的には、図4に示すように、所定のサンプリング時刻tnのサンプリング値|An|と、その1サンプル前の時刻tn−1のサンプリング値|An−1|と、1サンプル後の時刻tn+1のサンプリング値|An+1|との大小を比較する。 Next, the three sampling values of the absolute value signal 100b at three consecutive sampling times are compared in magnitude. Specifically, as shown in FIG. 4, the sampling value | A n | at a predetermined sampling time t n , the sampling value | A n-1 | at the time t n−1 one sample before, and one sample Compare with the sampling value | A n + 1 | at a later time t n + 1 .
この際、図4に示すように、|An−1|<|An|且つ|An+1|<|An|の条件が成立するとき、サンプリング時刻tnにおける包絡信号Em(tn)=|An|とする。一方、3つのサンプリング値|An−1|、|An|及び|An+1|の間に、上記条件が成立しない場合には、サンプリング時刻tnにおける包絡信号Em(tn)を、サンプリング時刻tn―1で算出した包絡信号Em(tn−1)とする(Em(tn)=Em(tn−1))。この算出工程を各サンプリング時刻で繰り返し行うことにより、音声信号S(t)の包絡信号Em(t)を算出することができる。 At this time, as shown in FIG. 4, when the condition of | A n-1 | <| A n | and | A n + 1 | <| A n | is satisfied, the envelope signal Em (t n ) at the sampling time t n is satisfied. = | A n | On the other hand, if the above condition is not satisfied between the three sampling values | A n−1 |, | A n |, and | A n + 1 |, the envelope signal Em (t n ) at the sampling time t n is sampled. The envelope signal Em (t n-1 ) calculated at time t n-1 is assumed (Em (t n ) = Em (t n-1 )). By repeating this calculation step at each sampling time, the envelope signal Em (t) of the audio signal S (t) can be calculated.
ここで、上述した2つの算出手法(1)及び(2)を比較すると、精度の観点では算出手法(1)の方が有利であるが、処理量(処理時間)や装置の小型化等の観点では算出手法(2)の方が有利である。それゆえ、包絡信号Em(t)の算出精度が求められる用途では、上記算出手法(1)を用い、高速処理及び/または小型化が求められる用途では、上記算出手法(2)を用いることが好ましい。 Here, comparing the two calculation methods (1) and (2) described above, the calculation method (1) is more advantageous from the viewpoint of accuracy, but the processing amount (processing time), downsizing of the apparatus, and the like From the viewpoint, the calculation method (2) is more advantageous. Therefore, the calculation method (1) is used in applications where the calculation accuracy of the envelope signal Em (t) is required, and the calculation method (2) is used in applications where high-speed processing and / or downsizing is required. preferable.
なお、本実施形態のようにエンベロープ算出部11をDSPで構成した場合には、上述した包絡信号Em(t)の算出処理はソフトウェア上で実現することができるが、本発明は、これに限定されない。上述した包絡信号Em(t)の各算出工程の処理回路をハードウェアで構成してもよい。 When the envelope calculation unit 11 is configured by a DSP as in the present embodiment, the above-described calculation process of the envelope signal Em (t) can be realized on software, but the present invention is not limited to this. Not. You may comprise the processing circuit of each calculation process of the envelope signal Em (t) mentioned above with hardware.
[3.骨伝導マイクロホン装置の動作]
次に、本実施形態の骨伝導マイクロホン装置10の動作例を、図5(a)及び(b)を参照しながら説明する。なお、図5(a)は、骨伝導マイクロホン装置10の各部から出力される信号の波形図であり、図5(b)は、骨伝導マイクロホン装置10の概略構成図である。
[3. Operation of bone conduction microphone device]
Next, an operation example of the bone
まず、利用者の片方の耳内に装着された骨伝導マイクロホン1は、利用者が発話した際の音声信号(アナログ信号)を検出し、その音声信号をアナログデジタル変換器2に出力する。次いで、アナログデジタル変換器2は、入力されたアナログの音声信号をデジタルの音声信号に変換し、そのデジタルの音声信号を信号処理モジュール3内の突発音抽出部4及び突発音除去部5に出力する。
First, the bone conduction microphone 1 mounted in one ear of the user detects an audio signal (analog signal) when the user speaks and outputs the audio signal to the analog-to-
ここで、図5(a)中の左図に、アナログデジタル変換器2から突発音抽出部4に入力される音声信号200の波形を示す。この例では、音声信号200中に2回、突発雑音2
00aが発生する場合を示す。
Here, the left diagram in FIG. 5A shows the waveform of the
The case where 00a occurs is shown.
次いで、突発音抽出部4内のエンベロープ算出部11は、例えば上述した算出手法(1)や(2)等の手法を用いて、入力された音声信号200からその包絡信号を算出し、その包絡信号をハイパスフィルタ12に出力する。次いで、ハイパスフィルタ12は、入力された包絡信号から、それに含まれる所定周波数(例えば約4kHz)以上の高周波成分、すなわち、突発雑音200aの成分(図5(a)中央図の突発雑音成分202a)を抽出する。そして、ハイパスフィルタ12は、生成した突発雑音の抽出信号を突発音除去部5に出力する。
Next, the envelope calculation unit 11 in the sudden sound extraction unit 4 calculates the envelope signal from the
ここで、図5(a)中の中央図に、突発音抽出部4から突発音除去部5に入力される突発雑音の抽出信号202の波形を示す。この例では、突発雑音200aの2つの発生時刻において、振幅がパルス状に急激に増大した抽出信号202が、突発音抽出部4から出力される。
Here, the central diagram in FIG. 5A shows the waveform of the sudden
次いで、突発音除去部5は、その内部に設けられた遅延回路13により所定時間だけ遅延された音声信号200と、突発音抽出部4から入力された突発雑音の抽出信号202とに基づいて、音声信号200から突発雑音成分を除去する。本実施形態では、音声信号200に突発雑音の抽出信号202の逆数を積算する。これにより、突発雑音200aの2つの発生時刻において、音声信号200の振幅が抑制され、突発雑音成分を除去することができる。
Next, the sudden
ここで、図5(a)中の右図に、突発音除去部5から出力される音声信号の波形を示す。突発音除去部5から出力される音声信号では、突発雑音200aの2つの発生時刻の振幅が抑制され、突発雑音200aが除去された波形となる。本実施形態の骨伝導マイクロホン装置10では、上述のようにして、骨伝導マイクロホン1で検出した音声信号200から突発雑音200aを除去する。
Here, the right diagram in FIG. 5A shows the waveform of the audio signal output from the sudden
上述のように、本実施形態の骨伝導マイクロホン装置10では、簡易な構造で且つ容易に音声信号から体内で発生する突発雑音の影響を除去することができる。それゆえ、本実施形態では、構造が簡易であり、より高品質で且つより快適な通話が可能な骨伝導マイクロホン装置を提供することができる。
As described above, the bone
なお、上記実施形態の骨伝導マイクロホン装置10では、突発音抽出部4をエンベロープ算出部11及びハイパスフィルタ12で構成する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、エンベロープ算出部11でヒルベルト変換を利用して音声信号の包絡信号(包絡線)を算出する際に、その処理周波数を所定周波数以上(例えば4kHz以上)に設定した場合には、ハイパスフィルタ12を用いなくてもよい。
In the bone
より具体的に説明すると、エンベロープ算出部11で音声信号をヒルベルト変換する際の処理周波数を例えば4kHz以上に設定すると、ヒルベルト変換により突発雑音の信号成分に対応する解析信号が得られる。この場合、エンベロープ算出部11で、解析信号の実部及び虚部を用いて包絡信号を算出することにより、直接、突発雑音の信号成分に対応する抽出信号(図2中の抽出信号102)を得ることができる。
More specifically, when the processing frequency when the envelope calculation unit 11 performs the Hilbert transform on the audio signal is set to 4 kHz or more, for example, an analysis signal corresponding to the signal component of the sudden noise is obtained by the Hilbert transform. In this case, the envelope calculation unit 11 calculates the envelope signal using the real part and the imaginary part of the analysis signal, thereby directly obtaining the extraction signal (
すなわち、この場合には、エンベロープ算出部11で、包絡信号の算出機能と突発雑音の信号成分の抽出機能(ハイパスフィルタ機能)とを兼ね備えることができる。それゆえ、この場合には、図2に示すハイパスフィルタ12が不要となり、突発音抽出部4の構成をより簡易にすることができる。
That is, in this case, the envelope calculation unit 11 can have both an envelope signal calculation function and a sudden noise signal component extraction function (high-pass filter function). Therefore, in this case, the high-
また、上記実施形態では、骨伝導マイクロホン装置として、例えば携帯電話等で用いるヘッドセットを例に挙げ説明したが、本発明はこれに限定されない。骨伝導マイクロホンを用い、且つ、発話音より高い周波数の体内雑音が骨伝導マイクロホンで検出されるような用途では、任意の装置に本発明を適用することができ、同様の効果が得られる。 Moreover, in the said embodiment, although the headset used, for example with a mobile telephone etc. was mentioned as an example as a bone-conduction microphone apparatus, this invention is not limited to this. In applications where a bone conduction microphone is used and internal noise having a frequency higher than the speech sound is detected by the bone conduction microphone, the present invention can be applied to any device, and the same effect can be obtained.
1…骨伝導マイクロホン、2…アナログデジタル変換器、3…信号処理モジュール、4…突発音抽出部、5…突発音除去部、10…骨伝導マイクロホン装置、11…エンベロープ算出部、12…ハイパスフィルタ、13…遅延回路、14…積算器、100,200…音声信号、100a,200a…突発雑音、101…包絡信号、102,202…抽出信号、102a,202a…突発雑音成分 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Bone conduction microphone, 2 ... Analog-digital converter, 3 ... Signal processing module, 4 ... Sudden sound extraction part, 5 ... Sudden sound removal part, 10 ... Bone conduction microphone apparatus, 11 ... Envelope calculation part, 12 ... High pass filter , 13 ... delay circuit, 14 ... integrator, 100, 200 ... audio signal, 100a, 200a ... sudden noise, 101 ... envelope signal, 102, 202 ... extracted signal, 102a, 202a ... sudden noise component
Claims (4)
前記骨伝導マイクロホンで検出された音声信号の包絡線を算出し、該包絡線に基づいて該音声信号に含まれる突発雑音の信号成分に対応する信号を抽出する突発音抽出部と、
前記突発音抽出部で抽出された前記突発雑音の信号成分に対応する信号に基づいて、前記音声信号から前記突発雑音の信号成分を除去する突発音除去部とを備え、
前記突発音抽出部が、
前記音声信号の包絡線を算出する包絡線算出部と、
前記包絡線から所定周波数以上の信号を抽出し、該抽出した信号を前記突発雑音の信号成分に対応する信号として出力するフィルタ回路部とを有する
マイクロホン装置。 With bone conduction microphones,
A sudden sound extraction unit that calculates an envelope of an audio signal detected by the bone conduction microphone and extracts a signal corresponding to a signal component of sudden noise included in the audio signal based on the envelope;
A sudden sound removing unit that removes the sudden noise signal component from the audio signal based on a signal corresponding to the sudden noise signal component extracted by the sudden sound extraction unit ;
The sudden sound extraction unit
An envelope calculation unit for calculating an envelope of the audio signal;
A microphone device having a filter circuit unit that extracts a signal having a predetermined frequency or more from the envelope and outputs the extracted signal as a signal corresponding to the signal component of the sudden noise .
請求項1に記載のマイクロホン装置。 The envelope calculation section compares the three high and low amplitude values of the audio signal at the three sampling successive times, the microphone apparatus according to claim 1 for calculating the envelope of the audio signal.
請求項1に記載のマイクロホン装置。 The envelope calculation section, the speech signal Hilbert transform to calculate the analytic signal of the audio signal, to claim 1 for calculating the envelope of the audio signal based on the real part and the imaginary part of the analytic signal The microphone device described.
前記骨伝導マイクロホンで検出された音声信号の包絡線を算出し、該包絡線に基づいて該音声信号に含まれる突発雑音の信号成分に対応する信号を抽出する突発音抽出部と、A sudden sound extraction unit that calculates an envelope of an audio signal detected by the bone conduction microphone and extracts a signal corresponding to a signal component of sudden noise included in the audio signal based on the envelope;
前記突発音抽出部で抽出された前記突発雑音の信号成分に対応する信号に基づいて、前記音声信号から前記突発雑音の信号成分を除去する突発音除去部とを備え、A sudden sound removing unit that removes the sudden noise signal component from the audio signal based on a signal corresponding to the sudden noise signal component extracted by the sudden sound extraction unit;
前記突発音抽出部が、The sudden sound extraction unit
前記音声信号を所定周波数以上の処理周波数でヒルベルト変換して前記音声信号の解析信号を算出し、該解析信号の実部及び虚部に基づいて前記音声信号の包絡線を算出し、且つ、該包絡線を前記突発雑音の信号成分に対応する信号として出力する包絡線算出部を有するCalculating an analysis signal of the audio signal by performing a Hilbert transform on the audio signal at a processing frequency equal to or higher than a predetermined frequency, calculating an envelope of the audio signal based on a real part and an imaginary part of the analysis signal; and An envelope calculation unit that outputs an envelope as a signal corresponding to the signal component of the sudden noise;
マイクロホン装置。Microphone device.
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