(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロホン素子が飽和してしまう最大音圧レベルよりも高い音圧レベルの音波であっても歪み無く収音可能なマイクロホン装置を構成して、動電型スピーカーとマイクロホンとの音響的な結合が大きい場合においても、音声認識できない場合が発生するのを防ぐ音声再生収音装置および音声認識スピーカー装置を提供する。【解決手段】マイクロホン装置１は、収音する音波の音圧に応じた出力信号の出力感度並びに出力信号が飽和する最大音圧レベルが略等しい複数のマイクロホン素子と、マイクロホン素子２ａ〜２ｎを外部空間側との間に所定の音響透過損失を有する遮音部材４ｂ〜４ｎが介在するように取り付ける筐体３と、複数のマイクロホン素子のいずれか一つからの出力信号を選択して収音音声信号として出力する選択回路１０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収音する音波の音圧に応じた出力信号の出力感度、並びに、該出力信号が飽和する最大音圧レベルが略等しい複数のマイクロホン素子と、該マイクロホン素子を外部空間側との間に所定の音響透過損失を有する遮音部材が介在するように取り付ける筐体と、該複数のマイクロホン素子のいずれか一つからの出力信号を選択して収音音声信号として出力する選択回路と、を備える、
マイクロホン装置。
【請求項２】
前記外部空間側との間にそれぞれ介在するように取り付けられる複数の前記遮音部材が、それぞれ異なる前記所定の音響透過損失を有するように構成される、
請求項１に記載のマイクロホン装置。
【請求項３】
前記選択回路が、前記複数のマイクロホン素子からの前記出力信号をそれぞれ増幅する複数の増幅回路をさらに含み、それぞれの該増幅回路の利得が、該マイクロホン素子に対応する前記遮音部材の前記所定の透過損失に応じて設定されている、
請求項１または２に記載のマイクロホン装置。
【請求項４】
前記選択回路が、前記複数の増幅回路からの出力信号の波形を比較する処理に基づいて前記複数のマイクロホン素子からのそれぞれの該出力信号が飽和しているか／否かを判断する飽和検出回路をさらに有し、飽和していないと判断されるいずれかの該マイクロホン素子および該増幅回路からの該出力信号を選択して前記収音音声信号として出力する、
請求項３に記載のマイクロホン装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のマイクロホン装置を含み、振動板を有して音声を再生する少なくとも一つの動電型スピーカーが前記筐体に取り付けられて、該マイクロホン装置の前記選択回路が出力する前記収音音声信号から該動電型スピーカーに入力する再生音声信号を減算処理して、前記外部空間に外来する他の音声の成分を相対的に大きくした該収音音声信号を出力するエコーキャンセル回路をさらに備える、
音声再生収音装置。
【請求項６】
請求項５に記載の音声再生収音装置を含み、前記エコーキャンセル回路から出力される前記収音音声信号が入力されて前記他の音声の成分に含まれる音声命令を認識する音声認識回路と、をさらに備える、
音声認識スピーカー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のマイクロホンを備えて音声を収音するマイクロホン装置、および、音声を再生する動電型スピーカーがさらに筐体に取り付けられる音声再生収音装置、並びに、音声認識スピーカー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
操作キーなどの従来からのユーザー操作に代えて、ユーザーとの対話型の音声操作に対応した音声認識機能、ＡＩ（人工知能）アシスタント機能などを利用可能な音声認識スピーカー装置が従来から存在する。このような音声認識スピーカー装置は、サーバーなどが接続されているクラウド・サービスにネットワーク接続して、ユーザーから発せられる音声をマイクロホンで収音して音声認識し、かつ、その音声操作または質問に対応して音声の応答をスピーカーにより返すように動作する。
【０００３】
このような音声認識スピーカー装置は、音声を再生する動電型スピーカーと音声を収音するマイクロホン装置とが一つのキャビネットに取り付けられる音声再生収音装置である場合がある。音声再生収音装置において、同一のキャビネットに動電型スピーカーとマイクロホンとが取り付けられる場合には、動電型スピーカーから再生される音声は、マイクロホンから収音されるのが避けられない。すなわち、音声再生収音装置では、動電型スピーカーから音声再生している際にマイクロホンでユーザーの操作音声を収音しようとすると、動電型スピーカーからの再生音声が大きく操作音声に重畳した収音音声となり、収音音声からその操作音声を音声認識できない場合が出てきてしまう問題がある。
【０００４】
そこで、音声再生収音装置では、マイクロホンが収音する収音音声信号から動電型スピーカーに入力する再生音声信号を減算処理して、外部空間から外来する操作音声の成分を相対的に大きくした収音音声信号を出力するエコーキャンセル回路を備えることが必要になる（特許文献１、２）。しかし、動電型スピーカーが再生する音声の音圧レベルが高い場合、または、動電型スピーカーとマイクロホンとが接近して配置されている場合には、マイクロホンで飽和してしまい、エコーキャンセル回路だけでは動電型スピーカーが再生する音声を十分に打ち消すことが出来ずに、結果的に操作音声を音声認識できない場合が発生する問題がある。
【０００５】
そこで、天板付近に取り付けるマイクロホンと、下向きにベース付近に取り付けるスピーカーを離して、スピーカーをマイクロホンに向けないように配置する、などの対策が必要になる（特許文献１）。なお、動電型スピーカーとマイクロホンとを備える拡声電話機用送受話ユニットなどの音声再生収音装置において、動電型スピーカーとマイクロホンとの音響的な結合を小さくしようとする技術思想は、周知であり、様々な構成または方法が提案されている（特許文献２〜５）。
【０００６】
一方で、小型軽量な音声再生収音装置が求められる場合には、動電型スピーカーとマイクロホンとを取り付けるキャビネットが小さくなるので、結果的に動電型スピーカーとマイクロホンとが互いに近くに配置されてしまい、音響的な結合が大きくなってしまうという問題がある。動電型スピーカーとマイクロホンとの音響的な結合が大きくなると、マイクロホンが飽和せずに歪み無く収音できる最大音圧レベルを超えてしまう場合が生じて、例えエコーキャンセル回路を動作させても結果的に操作音声を音声認識できない場合が発生する問題がある。
【０００７】
動電型スピーカーを備えないマイクロホン装置としては、従来には、１つのハウジング内に、収音した音の音圧に応じた振幅の電気信号を出力する複数のサブシリコンマイクロフォンが収納され、各サブシリコンマイクロフォンの感度は互いに異なり、各サブシリコンマイクロフォンそれぞれから出力される電気信号に基づく信号処理を行う信号処理手段を含むシリコンマイクロフォンがある（特許文献６）。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第９，０６０，２２４号公報
【特許文献２】特許第４６４０２０９号公報
【特許文献３】特開昭５８−５６５６３号公報
【特許文献４】特開２０１２−２３５２６４号公報
【特許文献５】特開２００７−１７４１８９号公報
【特許文献６】特開２００８−２４５２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の従来技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、マイクロホン装置、音声再生収音装置、および、音声認識スピーカー装置に関し、マイクロホン素子が飽和してしまう最大音圧レベルよりも高い音圧レベルの音波であっても歪み無く収音可能なマイクロホン装置を構成して、動電型スピーカーとマイクロホンとの音響的な結合が大きい場合においても、音声認識できない場合が発生するのを防ぐ音声再生収音装置、および、音声認識スピーカー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のマイクロホン装置は、収音する音波の音圧に応じた出力信号の出力感度、並びに、出力信号が飽和する最大音圧レベルが略等しい複数のマイクロホン素子と、マイクロホン素子を外部空間側との間に所定の音響透過損失を有する遮音部材が介在するように取り付ける筐体と、複数のマイクロホン素子のいずれか一つからの出力信号を選択して収音音声信号として出力する選択回路と、を備える。
【００１１】
好ましくは、本発明のマイクロホン装置は、外部空間側との間にそれぞれ介在するように取り付けられる複数の遮音部材が、それぞれ異なる所定の音響透過損失を有するように構成される。
【００１２】
また、好ましくは、本発明のマイクロホン装置は、選択回路が、複数のマイクロホン素子からの出力信号をそれぞれ増幅する複数の増幅回路をさらに含み、それぞれの増幅回路の利得が、マイクロホン素子に対応する遮音部材の所定の透過損失に応じて設定されている。
【００１３】
また、好ましくは、本発明のマイクロホン装置は、選択回路が、複数の増幅回路からの出力信号の波形を比較する処理に基づいて複数のマイクロホン素子からのそれぞれの出力信号が飽和しているか／否かを判断する飽和検出回路をさらに有し、飽和していないと判断されるいずれかのマイクロホン素子および増幅回路からの出力信号を選択して収音音声信号として出力する。
【００１４】
また、好ましくは、本発明の音声再生収音装置は、上記のマイクロホン装置を含み、振動板を有して音声を再生する少なくとも一つの動電型スピーカーが筐体に取り付けられて、マイクロホン装置の選択回路が出力する収音音声信号から動電型スピーカーに入力する再生音声信号を減算処理して、外部空間に外来する他の音声の成分を相対的に大きくした収音音声信号を出力するエコーキャンセル回路をさらに備える。
【００１５】
また、本発明の音声認識スピーカー装置は、上記の音声再生収音装置を含み、エコーキャンセル回路から出力される収音音声信号が入力されて他の音声の成分に含まれる音声命令を認識する音声認識回路と、をさらに備える。
【００１６】
以下、本発明の作用について説明する。
【００１７】
本発明のマイクロホン装置は、複数のマイクロホン素子と、マイクロホン素子を取り付ける筐体と、複数のマイクロホン素子のいずれか一つからの出力信号を選択して収音音声信号として出力する選択回路と、を備える。複数のマイクロホン素子は、収音する音波の音圧に応じた出力信号の出力感度、並びに、出力信号が飽和する最大音圧レベルが略等しいものである。筐体は、マイクロホン素子を外部空間側との間に所定の音響透過損失を有する遮音部材が介在するように取り付ける。外部空間側との間にそれぞれ介在するように取り付けられる複数の遮音部材は、それぞれ異なる所定の音響透過損失を有するように構成されるのが好ましい。
【００１８】
したがって、このマイクロホン装置は、マイクロホン素子が飽和する最大音圧レベルよりも高い音圧レベルの音波であっても、所定の音響透過損失を有する遮音部材を介在させているので、そのマイクロホン素子に入力される音波の音圧レベルを音響透過損失の分だけ低くすることができる。遮音部材によりいずれかの他のマイクロホン素子に入る音圧レベルが最大音圧レベルよりも低くなれば歪み無く収音が可能になるので、選択回路がそのマイクロホン素子の出力信号を選択して収音音声信号として出力すればよい。
【００１９】
また、マイクロホン装置の選択回路は、複数のマイクロホン素子からの出力信号をそれぞれ増幅する複数の増幅回路をさらに含んでもよい。ここで、それぞれの増幅回路の利得が、マイクロホン素子に対応する遮音部材の所定の透過損失に応じて設定されているようにすれば、遮音部材で音響透過損失により音圧が低下しても、同じ振幅レベルの収音音声信号を得ることができ、結果的にマイクロホン装置として飽和する最大音圧レベルを、遮音部材での音響透過損失の分だけ実質的に高めることができる。
【００２０】
また、マイクロホン装置の選択回路は、複数の増幅回路からの出力信号の波形を比較する処理に基づいて複数のマイクロホン素子からのそれぞれの出力信号が飽和しているか／否かを判断する飽和検出回路をさらに有するのが好ましい。遮音部材で音響透過損失により音圧が低下しても同じ振幅レベルの収音音声信号を得ることができるので、これらの波形を比較することでマイクロホン素子での最大音圧レベルを超えた飽和が発生したかどうかを容易に検出して判断することができるからである。選択回路は、飽和していないと判断されるいずれかのマイクロホン素子および増幅回路からの出力信号を選択して収音音声信号として出力すればよい。
【００２１】
さらに、本発明の音声再生収音装置は、上記のマイクロホン装置を含み、振動板を有して音声を再生する少なくとも一つの動電型スピーカーが筐体に取り付けられて、マイクロホン装置の選択回路が出力する収音音声信号から動電型スピーカーに入力する再生音声信号を減算処理して、外部空間に外来する他の音声の成分を相対的に大きくした収音音声信号を出力するエコーキャンセル回路をさらに備えるようにすればよい。同様に、本発明の音声認識スピーカー装置は、上記の音声再生収音装置を含み、エコーキャンセル回路から出力される収音音声信号が入力されて他の音声の成分に含まれる音声命令を認識する音声認識回路と、をさらに備えるようにすればよい。マイクロホン装置が、マイクロホン素子が飽和する最大音圧レベルよりも高い音圧レベルの音波であっても歪み無く収音可能になるので、動電型スピーカーとマイクロホンとの音響的な結合が大きい場合においても、エコーキャンセルを良好に動作させ、音声認識できない場合が発生するのを防ぎ、操作音声の認識率を改善することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のマイクロホン装置は、マイクロホン素子が飽和する最大音圧レベルよりも高い音圧レベルの音波であっても歪み無く収音可能にして、動電型スピーカーとマイクロホンとの音響的な結合が大きい場合においても、音声認識できない場合が発生するのを防ぐ音声再生収音装置、および、音声認識スピーカー装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるマイクロホン装置１について説明するブロックダイアグラムである。（実施例１）
【図２】本発明の好ましい実施形態によるマイクロホン装置１の選択回路１０の飽和検出回路１２の動作について説明するグラフである。（実施例１）
【図３】本発明の好ましい実施形態によるマイクロホン装置１の選択回路１０の飽和検出回路１２の動作について説明するグラフである。（実施例１）
【図４】本発明の好ましい実施形態による音声再生収音装置１ａおよび音声認識スピーカー装置１ｂについて説明するブロックダイアグラムである。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態によるマイクロホン装置、音声再生収音装置、および、音声認識スピーカー装置について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるマイクロホン装置１について説明する図である。具体的には、図１はマイクロホン装置１の内部構成を示すブロックダイアグラムである。なお、以下において、本発明の説明に不要なマイクロホン装置１の一部の構造や、内部構造等は、図示並びに説明を省略する。
【００２６】
図１に示すように、マイクロホン装置１は、音声を収音する複数のマイクロホン素子２（２ａ〜２ｎ）が、筐体（キャビネット）３に取り付けられている。マイクロホン装置１は、キャビネット３が置かれる外部空間Ｓにおける音声を、複数のマイクロホン素子２を使用して収音し、出力端子５に収音音声信号として出力する。なお、図１では、複数のマイクロホン素子２の取付構造を模式的に示しており、キャビネット３の断面図において一列に複数のマイクロホン素子２が並ぶ場合に限られるものではない。
【００２７】
本実施例のマイクロホン素子２は、エレクトレットコンデンサ型であってアナログ信号の出力信号を出力する。マイクロホン素子２は、エレクトレットコンデンサ型またはダイナミック型を問わず、収音する音波の音圧に応じた出力信号が得られるものであればよい。なお、マイクロホン素子２の種類によっては、出力信号は、例えばＰＷＭ変調されるデジタル信号のようなものであってもよい。
【００２８】
マイクロホン素子２は、最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）において最大の振幅レベルＡ［ｍＶ］の出力信号を出力する出力感度および最大音圧レベルの特性を有している。したがって、最大音圧レベルＸ以下の音圧レベルの音場においては、マイクロホン素子２は、測定音場の音圧レベルに比例した振幅レベルの出力信号を出力する。一方で、最大音圧レベルＸを超える音圧レベルの測定音場においては、マイクロホン素子２の出力信号は一部が飽和して、最大の振幅レベルＡ［ｍＶ］（および−Ａ［ｍＶ］）でクリップした出力信号が出力されることになる。
【００２９】
複数のマイクロホン素子２ａ〜２ｎは、何れも収音する音波の音圧に応じた出力信号の出力感度、並びに、出力信号が飽和する最大音圧レベルが略等しいものとして、揃えられている。したがって、収音する音波の音圧レベルが同じであれば、同振幅レベルの出力信号が出力される。また、複数のマイクロホン素子２ａ〜２ｎは、キャビネット３に取り付けられているが、それぞれ異なる取り付け方が施されている。キャビネット３には貫通孔３ａが設けられて、一つのマイクロホン素子２ａが外部空間側に露出するように取り付けられている。そして、他のマイクロホン素子２ｂ〜２ｎは、外部空間側との間に所定の音響透過損失を有する遮音部材４ｂ〜４ｎがそれぞれ介在するようにキャビネット３に取り付けられている。具体的には、マイクロホン素子２ｂ〜２ｎは、キャビネット３に設けられたダクト状の貫通孔３ｂ〜３ｎにそれぞれ遮音部材４ｂ〜４ｎが充填されて、その奥にマイクロホン素子２ｂ〜２ｎが配置される。
【００３０】
遮音部材４は、吸音材として用いられるような通気性を有するグラスウール、フェルト、等の部材が好ましい。音響透過損失は、材料層への入射音と、それによる材料層から中に入った音の大きさの差（音圧レベル差）として定義される。本実施例の遮音部材４は、所定の音響透過損失を有する部材であって、同じ遮音部材がその材厚に応じて音響透過損失レベルＤ［ｄＢ］（ＳＰＬ）が増大する特性を有することを利用して、それぞれの遮音部材４ｂ〜４ｎにおいて順番に材厚を厚くして異なる音響透過損失レベルＤｂ〜Ｄｎ［ｄＢ］（ＳＰＬ）をそれぞれ得ている（Ｄｂ＜Ｄｃ＜・・・＜Ｄｎ）。音響透過損失の質量則により音が遮音部材に入射する際の単位面積当たりの質量が大きいほど遮音性能が大きくなることに起因して、遮音部材４は、単位面積あたりの質量を大きくするには材料を厚くすればよいからである。もちろん、遮音部材４ｂ〜４ｎは、それぞれ異なる所定の音響透過損失を有するように構成されていればよく、異なる材料の遮音部材をそれぞれに用いてもよい。
【００３１】
例えば、マイクロホン装置１が収音する外部空間Ｓにおける音圧レベルが、マイクロホン素子２の最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）に等しい場合には、外部空間側に露出するように取り付けられているマイクロホン素子２ａには、音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）の音波が入射することになる。そして、マイクロホン素子２ａは、最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）に対応する最大Ａ［ｍＶ］の振幅レベルの出力信号を出力する。
【００３２】
しかし、その場合に他のマイクロホン素子２ｂは、遮音部材４ｂが介在するようにキャビネット３に取り付けられているので、音響透過損失レベルＤｂだけ低下した（Ｘ−Ｄｂ）［ｄＢ］（ＳＰＬ）の音波が入射することになる。他のマイクロホン素子２ｃ〜２ｎの場合も同様であり、音響透過損失レベルＤｃ〜Ｄｎだけ低下した（Ｘ−Ｄｃ）〜（Ｘ−Ｄｎ）［ｄＢ］（ＳＰＬ）の音波が、それぞれのマイクロホン素子に入射することになる。そして、それぞれのマイクロホン素子２ｃ〜２ｎは、最大音圧レベル（Ｘ−Ｄｃ）〜（Ｘ−Ｄｎ）［ｄＢ］（ＳＰＬ）に対応した最大Ａ［ｍＶ］よりも低い振幅レベルの出力信号を、それぞれ出力する。
【００３３】
つまり、マイクロホン素子２ａがちょうど飽和するような高い最大音圧レベルＸの音声であっても、他のマイクロホン素子２ｂ〜２ｎでは、遮音部材４が音響透過損失を与えるので飽和して出力信号がクリップしてしまうようなことが無い。マイクロホン素子２ａ〜２ｎは、出力信号の出力感度、並びに、出力信号が飽和する最大音圧レベルが略等しいものとして、揃えられているからである。
【００３４】
したがって、マイクロホン素子２が飽和する最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）超える音圧レベルであっても、マイクロホン素子２ｂ〜２ｎのうちのいずれかの出力を選択的に利用すれば、歪み無く収音が可能になる。複数のマイクロホン素子２ａ〜２ｎの出力は、それぞれ選択回路１０に入力される。選択回路１０は、マイクロホン素子２ａ〜２ｎのいずれか一つからの出力信号を選択して収音音声信号として出力端子５に出力する。
【００３５】
選択回路１０は、複数のマイクロホン素子２ａ〜２ｎからの出力信号をそれぞれ増幅する複数の増幅回路１１ａ〜１１ｎをさらに含む。ここで、例えば、遮音部材４ｂが介在するように取り付けられたマイクロホン素子２ｂに接続する増幅回路１１ｂの利得は、遮音部材が介在せずに取り付けられたマイクロホン素子２ａに接続する増幅回路１１ａの利得よりも、遮音部材４ｂの所定の透過損失Ｄｂだけ高く設定される。同様に、マイクロホン素子２ｃに接続する増幅回路１１ｃの利得は、増幅回路１１ａの利得よりも遮音部材４ｃの所定の透過損失Ｄｃだけ高く設定される。同様に、マイクロホン素子２ｎに接続する増幅回路１１ｎの利得は、増幅回路１１ａの利得よりも遮音部材４ｎの所定の透過損失Ｄｎだけ高く設定される。
【００３６】
つまり、それぞれの増幅回路１１ｂ〜１１ｎの利得は、マイクロホン素子２ｂ〜２ｎに対応する遮音部材１１ｂ〜１１ｎの所定の透過損失に応じて設定されている。本実施例では、所定の音響透過損失を有する遮音部材４が介在して取り付けられた他のマイクロホン素子２ｂ〜２ｎに接続する増幅回路１１ｂ〜１１ｎの利得は、外部空間側に露出するように取り付けられたマイクロホン素子２ａに接続する増幅回路１１の利得よりも、所定の透過損失Ｄｂ〜Ｄｎに応じてそれぞれ高く設定される。その結果、増幅回路１１ａ〜１１ｎからの出力信号は、外部空間Ｓにおける音圧レベルが、マイクロホン素子２が飽和する最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）以下の場合には、それぞれ同じ振幅レベルになる。
【００３７】
増幅回路１１ａ〜１１ｎからの出力信号は、選択回路１０に含まれる飽和検出回路１２にそれぞれ入力される。飽和検出回路１２は、複数の増幅回路１１ａ〜１１ｎからの出力信号の波形を比較する処理に基づいて、複数のマイクロホン素子２ａ〜２ｎからのそれぞれの出力信号が飽和しているか／否かを判断する。飽和検出回路１２は、複数の増幅回路１１ａ〜１１ｎからの出力信号をそれぞれスイッチ回路１３に出力するとともに、スイッチ回路１３にいずれの出力信号を選択するかという命令を、それぞれの出力信号が飽和しているか／否かという判断に基づいて与える。すなわち、選択回路１０に含まれるスイッチ回路１３は、選択した出力信号を収音音声信号として出力端子５に出力する。
【００３８】
したがって、上述した例の場合であって、外部空間Ｓにおける音圧レベルが、マイクロホン素子２が飽和する最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）以下の場合には、選択回路１０は、外部空間側に露出するように取り付けられているマイクロホン素子２ａからの出力信号を選択して出力すればよい。他のマイクロホン素子２ｂ〜２ｎからの出力信号も同じ振幅レベルになるので、もちろんその他のいずれかの出力信号を選択して出力しても支障が無い。
【００３９】
しかし、外部空間Ｓにおける音圧レベルが、マイクロホン素子２が飽和する最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）を超えるように大きくなる場合には、外部空間側に露出するように取り付けられているマイクロホン素子２ａからの出力信号は、飽和してクリップした波形となる。その場合には、選択回路１０の飽和検出回路１２は、所定の音響透過損失を有する遮音部材４が介在して取り付けられた他のマイクロホン素子２ｂ〜２ｎが出力する出力信号のうちから、飽和していない出力信号を選択して収音音声信号として出力させればよい。所定の音響透過損失を有する異なる複数の遮音部材４ｂ〜４ｎを設けることにより、他のマイクロホン素子２ｂ〜２ｎのいずれかが飽和せずに、その出力信号にクリップした波形を含まないようにできるからである。
【００４０】
図２および図３は、選択回路１０の飽和検出回路１２の動作について説明するグラフである。図２および図３では、横軸が時間で縦軸が振幅レベルである出力信号の波形グラフを示し、マイクロホン素子２ａ〜２ｎの出力信号の波形と、その場合の増幅回路１１ａ〜１１ｎからの出力信号の波形と、をそれぞれ対比して表示している。そして、図２は、外部空間Ｓにおける音圧レベルがマイクロホン素子２が飽和する最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）以下の場合であり、図３は、外部空間Ｓにおける音圧レベルがマイクロホン素子２が飽和する最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）を超える場合である。なお、縦軸の振幅レベルは、波形を比較しやすいようにそれぞれの場合に基準化して記載している。
【００４１】
図２の場合には、外部空間Ｓにおける音圧レベルが、マイクロホン素子２が飽和する最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）以下の場合であるので、マイクロホン素子２ａ〜２ｄからの出力信号と、対応する増幅回路１１ａ〜１１ｎからの出力信号は、クリップしていない。また、上記の通り、増幅回路１１ａ〜１１ｎから飽和検出回路１２への出力信号は、それぞれ同じ振幅レベルに増幅されて、ほぼ同じ波形になっている。
【００４２】
一方で、図３の場合には、外部空間Ｓにおける音圧レベルが、マイクロホン素子２が飽和する最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）を超えるように大きい場合であって、マイクロホン素子２ａからの出力信号および増幅回路１１ａからの出力信号と、マイクロホン素子２ｂからの出力信号および増幅回路１１ｂからの出力信号とは、それぞれ飽和してクリップしている。これは、遮音部材４ｂによって所定の音響透過損失を与えたとしても、マイクロホン素子２ｂには最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）を超える音圧レベルになっている場合だからである。
【００４３】
しかし、マイクロホン素子２ｃからの出力信号および増幅回路１１ｃからの出力信号と、マイクロホン素子２ｎからの出力信号および増幅回路１１ｎからの出力信号とは、それぞれ飽和せずにクリップしていない。さらに厚い遮音部材４ｃによって所定の音響透過損失を与えると、マイクロホン素子２ｃには最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）を超えない音圧レベルになっている場合だからである。さらに大きい音響透過損失を与える遮音部材４ｎが介在して取り付けられたマイクロホン素子２ｎの場合にも同様であり、増幅回路１１ｃからの出力信号と増幅回路１１ｎからの出力信号とは、ほぼ同じ波形になっている。
【００４４】
このように、選択回路１０の飽和検出回路１２において、出力信号が飽和しているか／否かを判断する方法は、飽和検出回路１２に複数の同じ振幅レベルの出力信号が入力されることを利用して、複数の出力信号の波形を比較する処理に基づいて判断するようにするのが好ましい。複数の出力信号の波形を比較して、ほぼ同じ波形と判断できる複数の出力信号の組を見つけることができれば、複数のマイクロホン素子２ａ〜２ｎからのそれぞれの出力信号が飽和しているか／否かを判断することができる。
【００４５】
したがって、選択回路１０は、図２の場合には、マイクロホン素子２ａおよび増幅回路１１ａからの出力信号を選択し、図３の場合には、マイクロホン素子２ｃおよび増幅回路１１ｃからの出力信号を選択することができる。飽和していないと判断する増幅回路１１からの出力信号が複数存在する場合には、遮音部材４のうちで最も音響透過損失レベルが小さく、かつ、増幅回路１１における利得が小さくされるマイクロホン素子２からの出力信号を選択するのが好ましい。
【００４６】
もちろん、飽和検出回路１２は、波形のクリップ部分を検出するなど、他のどのような方法でも採用し得る。正弦波的な音声信号の振幅レベルが大きい部分で同レベルが続く部分をクリップ部分と見なして、検出することができる。波形でのクリップ部分を特定できれば、出力信号が飽和していると判断できる。一方で、出力信号の波形を比較してクリップ部分を含まない他の出力信号を、複数の波形を比較することで飽和していないと判断することができる。選択回路１０は、飽和検出回路１２が飽和していないと判断するいずれかの増幅回路１１からの出力信号を選択して、収音音声信号として出力端子５に出力すればよい。
【００４７】
なお、飽和検出回路１２並びにスイッチ回路１３は、アナログ信号を扱う回路で構成してもよいが、デジタル信号として扱うようにＡＤ（ＡＮＡＬＯＧ−ＤＩＧＩＴＡＬ）コンバータおよびＤＳＰ（ＤＩＧＩＴＡＬ  ＳＩＧＮＡＬ  ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ）により構成してもよい。もし、マイクロホン素子２がＰＷＭ変調されるデジタル信号を出力するような場合には、増幅回路１１を含めて選択回路１０を全てＤＳＰにより構成してもよい。
【００４８】
また、本実施例では、外部空間側に露出するように取り付けられたマイクロホン素子２ａおよびこれに接続する増幅回路１１ａを備えるが、必ずしも、キャビネット３に貫通孔３ａを設けてマイクロホン素子２ａが外部空間側に露出するように取り付けなくてもよい。すなわち、複数のマイクロホン素子２の全てに遮音部材４が外部空間側との間に介在するように構成してもよい。
【実施例２】
【００４９】
図４は、本発明の他の好ましい実施形態による音声再生収音装置１ａおよび音声認識スピーカー装置１ｂについて説明するブロックダイアグラムである。具体的には、音声認識スピーカー装置１ｂは、音声再生収音装置１ａを含むように構成され、音声再生収音装置１ａは、上述のマイクロホン装置１を含むように構成されている。したがって、上記のマイクロホン装置１の実施例と共通する構成については、説明を省略する。なお、以下において、本発明の説明に不要な一部の構造や、共通な内部構造等は、図示並びに説明を省略する。
【００５０】
図４に示すように、音声認識スピーカー装置１ｂは、音声を再生する動電型スピーカー７と、音場Ｓでの音声を収音するマイクロホン２とが、キャビネット５に取り付けられている。音声認識スピーカー装置１は、クラウド・サービス３０から供給される再生音声信号などを、増幅回路６で電力増幅して動電型スピーカー７に供給し、動電型スピーカー７が入力音声信号を音波に電気音響変換して音声を再生する。
【００５１】
本実施例の音声再生収音装置１ａは、上記実施例のマイクロホン装置１に対して、外部空間Ｓに音声を再生する動電型スピーカー７と、動電型スピーカー７に入力する再生音声信号を増幅する増幅回路６と、エコーキャンセル回路２０と、をさらに備えるようにして構成されている。
【００５２】
動電型スピーカー７は、音波を放射する振動板と、振動板に連結するボイスコイルと、ボイスコイルのコイルが配置される磁気空隙を有する磁気回路と、振動板およびボイスコイルを振動可能に支持するエッジおよび磁気回路が連結するフレームと、を備える。動電型スピーカー７の振動板の一方面は、外部空間側に露出しており、振動板の他方面は、キャビネット５が規定する内部空間に臨んでいる。
【００５３】
したがって、ボイスコイルのコイルに音声信号電流が供給されると、振動板およびボイスコイルに駆動力が働いて振動し、振動板から音波がその前後方向に逆位相の関係で放射される。動電型スピーカー７は、少なくとも人間の聴覚の主要な可聴周波数帯域が再生可能なフルレンジ（全帯域）スピーカーであればよい。なお、動電型スピーカー７は、複数の再生帯域に分かれた複数のスピーカーから構成されるマルチウェイスピーカーシステムであってもよい。
【００５４】
音声再生収音装置１ａが備えるエコーキャンセル回路２０は、マイクロホン装置１の選択回路１０が出力する収音音声信号から動電型スピーカー７に入力する再生音声信号を減算処理して、外部空間Ｓに外来する他の音声の成分を相対的に大きくした収音音声信号を出力できる。エコーキャンセル回路２０からの出力される収音音声信号は、ユーザーとの対話型の音声操作を行う音声認識スピーカー装置での音声認識に適する。
【００５５】
また、本実施例の音声認識スピーカー装置１ｂは、音声再生収音装置１ａに対して、さらに（図示しない）音声認識回路を備えるように構成される。この音声認識回路は、装置全体の動作を制御する制御回路２１の一部として構成されている。音声認識回路としての制御回路２１は、エコーキャンセル回路２０から出力される収音音声信号が入力されて、他の音声の成分に含まれる音声命令を認識することができる。また、制御回路２１は、クラウド・サービス３０に接続する（図示しない）通信制御回路を含む。音声認識スピーカー装置１ｂは、さらに（図示しない）電源部、等を含んで構成される。
【００５６】
その結果、このマイクロホン装置１を含んで構成される音声認識スピーカー装置１ｂは、ユーザーから発せられる操作音声をマイクロホン素子２で収音して音声認識する際に、動電型スピーカー７により音声再生している場合であっても、音声認識できない場合が発生するのを防ぐことができる。筐体であるキャビネット３が比較的に小さいような場合には、動電型スピーカー７とマイクロホン素子２との音響的な結合が大きくなりやすい音声のダイナミックレンジは極めて広いので、比較的に大きな再生音の動電型スピーカー７からの再生音波にユーザーの操作音声が重畳すると、マイクロホン素子２が飽和する最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）を超えるようなことが発生しやすい。
【００５７】
ただし、この音声再生収音装置１ａ並びに音声認識スピーカー装置１ｂは、マイクロホン素子２が飽和してしまうＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）よりも高い音圧レベルの音波であっても歪み無く収音可能なマイクロホン装置１を含むように構成されているので、動電型スピーカー７とマイクロホン素子２との音響的な結合が大きくなるような場合にも、音声認識できない場合が発生するなどの不具合を防ぐことができる。外部空間Ｓにおける音圧レベルが、マイクロホン素子２が飽和する最大音圧レベルＸ［ｄＢ］（ＳＰＬ）を超えるように大きくなる場合であっても、所定の音響透過損失を有する異なる複数の遮音部材４ｂ〜４ｎを設けるマイクロホン素子２ｂ〜２ｎが出力する出力信号のうちから、飽和していない出力信号を選択して収音音声信号として出力させるので、歪み無く収音可能になり、エコーキャンセル回路２０をたとえ備えていても、再生する音声の音圧レベルが高くなると発生しやすくなる音声認識できない場合を、抑制することができる。
【００５８】
音声認識スピーカー装置１ｂは、ユーザーから発せられる音声をマイクロホン素子２で収音して音声認識し、かつ、その音声操作または質問に対応して音声の応答を動電型スピーカー７により再生して返すように動作する。つまり、音声認識スピーカー装置１ｂは、エコーキャンセル回路２０を動作させて音声命令を認識する音声認識回路を含む制御回路２１を含むので、動電型スピーカー７により音声再生している場合であっても、ユーザーの操作音声を相対的に大きくした収音音声信号を得ることができて、音声認識に基づく音声操作を実現することができる。
【００５９】
音声認識スピーカー装置１ｂは、通信制御回路２３を介して接続するクラウド・サービス３０において、音声命令を認識する音声認識を動作させてもよい。その場合には、音声認識スピーカー装置１ｂの制御回路２１は、エコーキャンセル回路２０から出力される収音音声信号か、制御回路２１の音声認識回路から出力される音声命令か、のいずれかを外部の音声認識装置であるクラウド・サービス３０に伝送するように通信する。通信制御回路および制御回路２１は、クラウド・サービス３０から供給される命令、並びに、音声信号に基づいて、音声認識スピーカー装置１ｂの動作を制御する。
【００６０】
また、マイクロホン装置１は、上記のような直方体状のキャビネット３を備える場合に限られない。マイクロホン装置１は、音声認識スピーカー装置のように動作して、ユーザーの頭部に載置して使用するヘッドホン、耳部に装着するイヤホン、首に掛けて使用する首掛け型スピーカー装置、等の音声再生収音装置を含み得るような電子機器に適用するように、キャビネット３を変形することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の音声再生収音装置および音声認識スピーカー装置は、家庭用のステレオ再生、もしくは電話通信に限られず、車載用のオーディオ機器や、映画館等の音響再生設備にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１            マイクロホン装置
１ａ          音声再生収音装置
１ｂ          音声認識スピーカー装置
２            マイクロホン
３            筐体（キャビネット）
４            遮音部材
５            出力端子
６、１１      増幅回路
７            動電型スピーカー
１０          選択回路
１２          飽和検出回路
１３          スイッチ回路
２０          エコーキャンセル回路
２１          制御回路（音声認識回路）
３０          クラウド・サービス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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