特許 7419854 収音装置、収音プログラム、及び収音方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-15

(45)【発行日】2024-01-23

(54)【発明の名称】収音装置、収音プログラム、及び収音方法

(51)【国際特許分類】

   G10K 15/00 20060101AFI20240116BHJP

   G01H 3/00 20060101ALI20240116BHJP

【ＦＩ】

G10K15/00 L

G01H3/00 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020020650

(22)【出願日】2020-02-10

(65)【公開番号】P2021128180

(43)【公開日】2021-09-02

【審査請求日】2022-11-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100180275

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 倫太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100161861

【弁理士】

【氏名又は名称】若林 裕介

(72)【発明者】

【氏名】福田 光太郎

【審査官】堀 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１４７１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０２３２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１８０４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ１０Ｋ １５／００

Ｇ０１Ｈ ３／００

Ｈ０４Ｒ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロホンを備える収音装置であって、
スピーカから所定の音源の音を出力し、前記スピーカから所定の距離に配置される音圧測定器を用いて測定した音圧レベルの測定値と、前記スピーカから所定の距離に配置される前記マイクロホンを用いて測定した音量の測定値とを相関関係データとして対応付けて記憶する相関関係データ記憶手段と、
前記相関関係データに基づいて、新たに前記マイクロホンを用いて測定した音の音量の測定値から逆算により音圧レベルを算出する音圧レベル算出手段と
を有することを特徴とする収音装置。

【請求項2】

マイクロホンを備える収音装置であって、
スピーカから所定の音源の音を出力し、前記スピーカから所定の距離に配置される音圧測定器を用いて測定した音圧レベルの測定値と、前記スピーカから所定の距離に配置される前記マイクロホンを用いて測定した音量の測定値とを相関関係データとして対応付けて記憶する相関関係データ記憶手段と、
前記相関関係データに基づいて、新たに前記マイクロホンを用いて測定した音の音量の測定値から音圧レベルを算出する音圧レベル算出手段とを有し、
前記所定の音源は、ホワイトノイズである
ことを特徴とする収音装置。

【請求項3】

前記相関関係データは、自由音場に近い環境下で計測されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の収音装置。

【請求項4】

マイクロホンを備える収音装置に搭載されるコンピュータを、
スピーカから所定の音源の音を出力し、前記スピーカから所定の距離に配置される音圧測定器を用いて測定した音圧レベルの測定値と、前記スピーカから所定の距離に配置される前記マイクロホンを用いて測定した音量の測定値とを相関関係データとして対応付けて記憶する相関関係データ記憶手段と、
前記相関関係データに基づいて、新たに前記マイクロホンを用いて測定した音の音量の測定値から逆算により音圧レベルを算出する音圧レベル算出手段と
して機能させることを特徴とする収音プログラム。

【請求項5】

マイクロホンを備える収音装置に使用する収音方法であって、
相関関係データ記憶手段は、スピーカから所定の音源の音を出力し、前記スピーカから所定の距離に配置される音圧測定器を用いて測定した音圧レベルの測定値と、前記スピーカから所定の距離に配置される前記マイクロホンを用いて測定した音量の測定値とを相関関係データとして対応付けて記憶し、
音圧レベル算出手段は、前記相関関係データに基づいて、新たに前記マイクロホンを用いて測定した音の音量の測定値から逆算により音圧レベルを算出する
ことを特徴とする収音方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、収音装置、収音プログラム、及び収音方法に関する。

【背景技術】

【0002】

雑音環境下で音声通信システムや音声認識応用システムを利用する場合、必要な目的音声と同時に混入する周囲の雑音は、良好なコミュニケーションを阻害し、音声認識率の低下をもたらす厄介な存在である。従来、このような複数の音源が存在する環境下において、特定の方向の音のみ分離・収音することで不要音の混入を避け必要な目的音を得る技術として、マイクロホンアレイを用いたビームフォーマ（Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｅｒ；以下「ＢＦ」とも呼ぶ）がある。ＢＦとは各マイクロホンに到達する信号の時間差を利用して指向性を形成する技術である。しかしＢＦだけでは収音を目的とするエリア（以下、「目的エリア」と呼ぶ）の周囲に他の音源が存在する場合、目的エリア内に存在する音（以下、「目的エリア音」と呼ぶ）だけを収音することが難しい。そのため、従来、特許文献１等により、複数のマイクロホンアレイを用いて目的エリアを収音するエリア収音方式が提案されている。

【0003】

ところで、特許文献１では、予め設定した閾値と比較することで、目的エリア内に音声が存在するか否かを判別できる技術が開示されている（例えば、段落「００５３」、「００５８」等を参照）。上記閾値の決定のためには、目的音（音声）と背景雑音の差分（ＳＮ比）が必要であり、エリア収音装置を設置する現場に人が赴いて、騒音計を用いて背景雑音を計測し、入力音声との差分を算出し、ＳＮ比と閾値の対応関係表に当てはめて閾値を決定するという方法をとっていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－１２７４５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、前述の方法では、騒音計を扱う人に専門知識が必須であり、専門知識の無い一般人が効果的に背景雑音を計測することが困難であった。また、騒音計自体が高額であり、気軽に導入できるものでもなかった。さらに、背景雑音を測定し直す度に有識者が装置の設置場所まで赴く必要があり、手間が掛る問題があった。

【0006】

そのため、騒音計を用いなくても収音装置を設置する現場の背景雑音の音量を算出できる収音装置、収音プログラム、及び収音方法が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の本発明は、マイクロホンを備える収音装置であって、（１）スピーカから所定の音源の音を出力し、前記スピーカから所定の距離に配置される音圧測定器を用いて測定した音圧レベルの測定値と、前記スピーカから所定の距離に配置される前記マイクロホンを用いて測定した音量の測定値とを相関関係データとして対応付けて記憶する相関関係データ記憶手段と、（２）前記相関関係データに基づいて、新たに前記マイクロホンを用いて測定した音の音量の測定値から逆算により音圧レベルを算出する音圧レベル算出手段とを有することを特徴とする。
第２の本発明は、マイクロホンを備える収音装置であって、（１）スピーカから所定の音源の音を出力し、前記スピーカから所定の距離に配置される音圧測定器を用いて測定した音圧レベルの測定値と、前記スピーカから所定の距離に配置される前記マイクロホンを用いて測定した音量の測定値とを相関関係データとして対応付けて記憶する相関関係データ記憶手段と、（２）前記相関関係データに基づいて、新たに前記マイクロホンを用いて測定した音の音量の測定値から音圧レベルを算出する音圧レベル算出手段とを有し、前記所定の音源は、ホワイトノイズであることを特徴とする。

【0008】

第３の本発明の収音プログラムは、マイクロホンを備える収音装置に搭載されるコンピュータを、（１）スピーカから所定の音源の音を出力し、前記スピーカから所定の距離に配置される音圧測定器を用いて測定した音圧レベルの測定値と、前記スピーカから所定の距離に配置される前記マイクロホンを用いて測定した音量の測定値とを相関関係データとして対応付けて記憶する相関関係データ記憶手段と、（２）前記相関関係データに基づいて、新たに前記マイクロホンを用いて測定した音の音量の測定値から逆算により音圧レベルを算出する音圧レベル算出手段として機能させることを特徴とする。

【0009】

第４の本発明は、マイクロホンを備える収音装置に使用する収音方法であって、（１）相関関係データ記憶手段は、スピーカから所定の音源の音を出力し、前記スピーカから所定の距離に配置される音圧測定器を用いて測定した音圧レベルの測定値と、前記スピーカから所定の距離に配置される前記マイクロホンを用いて測定した音量の測定値とを相関関係データとして対応付けて記憶し、（２）音圧レベル算出手段は、前記相関関係データに基づいて、新たに前記マイクロホンを用いて測定した音の音量の測定値から逆算により音圧レベルを算出することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、騒音計を用いなくても収音装置を設置する現場の背景雑音の音量を算出できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係るエリア収音装置の機能的構成を示すブロック図である。

【図2】実施形態に係る背景雑音測定環境を示す説明図である。

【図3】実施形態に係る背景雑音測定環境の下で測定された騒音計の測定値と、収音装置の測定値との相関関係の一例を示す説明図である。

【図4】実施形態に係る実際の使用環境下におけるエリア収音装置の実際の背景雑音の音量を算出するイメージを示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明による収音装置、収音プログラム、及び収音方法の一実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

【0013】

（Ａ－１）実施形態の構成
図１は、実施形態に係るエリア収音装置の機能的構成を示すブロック図である。図１において、エリア収音装置１０は、マイクロホンアレイＭＡ１、ＭＡ２、測定部１１、相関関係データ１２、及び音圧レベル算出部１３を有する。

【0014】

エリア収音装置１０は、プロセッサやメモリ等を有するコンピュータにプログラム（実施形態に係る収音プログラム）をインストールして実現するようにしても良いが、この場合でも、エリア収音装置１０は機能的には図１を用いて示すことができる。なお、エリア収音装置１０については一部又は全部をハードウェア的に実現するようにしても良い。

【0015】

マイクロホンアレイＭＡ１、ＭＡ２は、人の音声や背景雑音を受音する複数本のマイクであり、目的エリアが存在する空間の任意の場所に配置される。エリア収音装置１０は、２つのマイクロホンアレイＭＡ（ＭＡ１、ＭＡ２）を用いて、目的エリアの音源からの目的エリア音を収音する処理を行う。

【0016】

測定部１１は、マイクロホンアレイＭＡ１、ＭＡ２で捕捉される入力信号の音量を測定するものである。測定方法の具体的な手法については限定されないものであり種々の手法を適用することができる。この実施形態では、測定部１１は、マイクロホンアレイＭＡ１中の所定の１のマイクで背景雑音を測定する例を示すが、これに限らず、状況に合わせて最適なマイクを選択しても良く、例えば、マイクロホンアレイＭＡ１、ＭＡ２中の各マイクの音量の統計値（平均値、中央値等）を背景雑音の測定値としても良い。

【0017】

相関関係データ１２は、当該エリア収音装置１０で測定した背景雑音の測定値と、後述する騒音計３０で測定した背景雑音の測定値の相関を示すデータである。この相関関係データ１２は、例えば、図２に示すような環境で予め測定して当該エリア収音装置１０に記憶される。

【0018】

図２に示すように、背景雑音測定環境１では、雑音相当の音源を出力するスピーカ２０、背景雑音（騒音）の音圧レベルを計測する騒音計３０、及びエリア収音装置１０が配置される。背景雑音測定環境１は、無響室のような自由音場に近い空間であり、各装置はこの空間内の任意の場所に設置される。

【0019】

例えば、騒音計３０の収音部分と、エリア収音装置１０のマイク部分（図２の例では、マイクロホンアレイＭＡ１のマイクＭ１）を、スピーカ２０の音声出力部から任意の距離に配置するが、この際、騒音計３０の収音部分とエリア収音装置１０のマイク部分は、いずれもスピーカ２０の音声出力部から同じ距離に設置する。即ち、スピーカ２０の音声出力部と騒音計３０の収音部分との距離Ｌ１と、スピーカ２０の音声出力部とエリア収音装置１０のマイク部分との距離Ｌ２は、同じである。

【0020】

さらに、騒音計３０とエリア収音装置１０は、互いの入力音に影響を及ぼさないような位置に設置する（即ち、騒音計３０とエリア収音装置１０との距離Ｗは、影響を及ぼさないように十分に間隔を空ける）。

【0021】

なお、スピーカ２０から出力する雑音相当の音源は、例えば、ホワイトノイズでも良く、また実際にエリア収音装置１０が設置される使用環境下の雑音相当の音源でも良い。

【0022】

音圧レベル算出部１３は、測定部１１から与えられた測定値と、予め作成された相関関係データ１２を基に、実際の背景雑音の音量を算出（逆算）するものである。言い換えれば、音圧レベル算出部１３は、実際の使用環境下で騒音計３０を用いて測定したと仮定した場合の背景雑音の音量（音圧レベル）を推定するものである。

【0023】

（Ａ－２）実施形態の動作
次に、以上のような構成を有するこの実施形態のエリア収音装置１０の動作を説明する。

【0024】

まず、エリア収音装置１０の相関関係データ１２の作成方法について説明する。先に述べたように、相関関係データ１２は、図２に示すような背景雑音測定環境１で作成（計測）される。

【0025】

即ち、スピーカ２０から雑音相当音を出力し、騒音計３０で測定した値（実際の騒音量）と、エリア収音装置１０のマイクロホンアレイＭＡ１中の１個のマイクで測定した値の相関関係を求める。この際、スピーカ２０から複数の音量の雑音相当音を出力して、各音量の相関関係を求める。

【0026】

例えば、図３は、実施形態に係る背景雑音測定環境の下で測定された騒音計の測定値と、収音装置の測定値との相関関係の一例を示している。エリア収音装置１０は、図３のような関係性を有するデータを相関関係データ１２として内部に記憶する。

【0027】

次に、エリア収音装置１０を実際の使用環境の下に配置して、背景雑音（騒音）を測定する動作を説明する。

【0028】

マイクロホンアレイＭＡ１が背景雑音を受音すると、測定部１１は、マイクロホンアレイＭＡ１のマイクＭ１の測定値を音圧レベル算出部１３に与える。

【0029】

音圧レベル算出部１３は、相関関係データ１２を参照し、与えられた測定値から騒音計の測定値を逆算することで、実際の騒音量（背景雑音の音量）を算出する。

【0030】

図４は、実施形態に係る実際の使用環境下におけるエリア収音装置の実際の背景雑音の音量を算出するイメージを示す説明図である。図４に示すように、エリア収音装置１０は、マイクロホンアレイＭＡ１（マイクＭ１）の測定値（－２５ｄＢｍ）と相関関係データ１２を基に、背景雑音の音量（６５ｄＢｓｐｌ）を算出する。

【0031】

（Ａ－３）実施形態の効果
この実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。

【0032】

この実施形態のエリア収音装置１０は、予め騒音計３０の測定値とエリア収音装置１０との測定値を求めて相関関係データ１２として記憶することにより、実際の使用環境下では騒音計３０を備えていなくても、エリア収音装置１０のみで背景雑音の音量を算出することができる。

【0033】

（Ｂ）他の実施形態
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。

【0034】

（Ｂ－１）上記実施形態では、或るエリア収音装置１０の１個体に適用した例を示したが、使用するハードウェアやシステムの、個体性能差や誤差範囲等があらかじめ分かっている場合は、その性能差を考慮した相関関係を作れば、同じ構成の収音装置の全てに同じ相関関係を適用することができる。

【0035】

（Ｂ－２）上記実施形態では、実際の現場での音量の測定を１回だけ行った例を示したが、時間経過等の条件によって音量を再測定するようにすれば、背景雑音量の変化に追従することができる。

【0036】

（Ｂ－３）上記実施形態では、本発明の収音装置をエリア収音装置１０に適用する例を示したが、これに限らず、マイクを用いて音を収音する装置であれば、種々様々な装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0037】

１…背景雑音測定環境、１０…エリア収音装置、１１…測定部、１２…相関関係データ、１３…音圧レベル算出部、２０…スピーカ、３０…騒音計、Ｍ１…マイク、ＭＡ１、ＭＡ２…マイクロホンアレイ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】