(57)【要約】【課題】本来音声認識用マイクロホンによってのみ受信されるべき音声が騒音除去用の騒音信号に混入してしまうことを抑制する。【解決手段】騒音源１１を内包するロボット筐体１０の表面に設置された騒音用マイクロホン１２は、エンクロージャー１３によって覆われることにより、オペレータが発声した音声が入らぬ様、遮音されている。ロボット筐体１０外部には、音声用マイクロホン１４が設置されている。騒音用マイクロホン１２が受信した振動音を騒音に変換するための周波数特性補正用フィルタ２５の伝達が、騒音推定手段２６にセットされている。騒音推定手段２６は、騒音用マイクロホン１２からの振動音観測信号に周波数特性補正用フィルタ２５を施すことにより、騒音を推定する。騒音除去手段２７は、音声用マイクロホン１４からの観測信号及び推定された騒音に基づいて２チャンネルスペクトルサブトラクション法による処理を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オペレータが発した音声を受信したマイクロホンの観測信号を音声認識用に処理する音声認識用マイクロホンシステムであって、
騒音源を有する装置に設置され、前記騒音源から発した振動音を検知して振動音観測信号に変換する振動音検知器と、
前記装置外部の音を受信して音声観測信号に変換する音声用マイクロホンと、
前記振動音検知器から出力された振動音観測信号を、前記騒音に相当する推定騒音信号に変換する騒音推定手段と、
前記音声用マイクロホンから出力された音声観測信号から、前記騒音推定手段によって変換された推定騒音信号に相当する成分を除去する騒音除去手段と
を備えることを特徴とする音声認識用マイクロホンシステム。
【請求項２】
前記振動音検知器は、
振動音用マイクロホンと、
前記振動音用マイクロホンに外部の音が入らぬように遮音する遮音部材と
を有することを特徴とする請求項１記載の音声認識用マイクロホンシステム。
【請求項３】
前記騒音推定手段は、前記振動音検知器から出力された振動音観測信号に対して、所定のフィルタ伝達関数を実行することによって、前記騒音に相当する推定騒音信号に変換する
ことを特徴とする請求項１記載の音声認識用マイクロホンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声認識用マイクロホンからの音声信号から騒音成分を除去することができる音声認識用マイクロホンシステムに、関する。
【背景技術】
【０００２】
音声認識の技術は、例えば、産業用ロボットやヒューマノイドのようなロボットや、冷蔵庫，洗濯機等の家電製品において、オペレータの肉声によって命令を入力できるようにするために、用いられる。即ち、オペレータが発声を行うと、音声認識用マイクロホンが音声を受信して音声信号に変換し、音声解析部が、音声信号を文字列に変換し、当該文字列中に含まれる何れかのコマンド相当の文字列を抽出することにより、入力されたコマンドを認識する。そして、認識されたコマンドに応じて、制御部が上記各機械の動作を制御するのである。
【０００３】
従って、音声認識用マイクロホンは、上記各機械の筐体上又は筐体表面近傍に設置されざるを得ないので、不可避的に、上記各機械自身によって発生する騒音（モーター動作駆動音等）をも、受信してしまうことになる。
【０００４】
斯様にしてオペレータの音声が乗った音声信号に混入した騒音成分は、上述した音声解析部における音声認識性能を劣化させてしまうので、予め、音声信号から除去する必要がある。そのために、従来様々な技術が開発されている。
【０００５】
その一つが、音声及び雑音を受信することによって音声認識用マイクロホンから出力された観測信号Ｙ（ω，ｔ）から、予めサンプリングしておいた雑音成分Ｎ（ω，ｔ）を振幅スペクトル上で減算する「（１チャンネル）スペクトルサブトラクション（ＳＳ）法」と呼ばれる方式である。もう一つが、上記（１チャンネル）ＳＳ法におけるミッシングに因る音声の歪みを改良すべく、音声認識用マイクロホンと騒音用のマイクロホンとを併用し、音声及び雑音を受信することによって前者から出力された観測信号Ｙ（ω，ｔ）から、雑音のみを受信することによって後者から出力された観測信号Ｎ（ω，ｔ）を振幅スペクトル上で減算することによって雑音抑制を行う、「２チャンネルスペクトルサブトラクション（ＳＳ）法」と呼ばれる方式である（特許文献１参照）。当該２チャンネルＳＳ法によると、１チャンネルＳＳ法では抑制が困難であった非定常雑音をも、効果的に削減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６-２３３３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記２チャンネルＳＳ法によると、騒音用のマイクロホンに音声が混入してしまうと、音声認識用マイクロホンから出力された観測信号Ｙ（ω，ｔ）から音声成分も減算されてしまうので、やはり音声が歪んでしまうという問題がある。
【０００８】
この問題を解決するには、騒音用マイクロホンが音声を受信せぬように、音声用マイクロホンから十分に離して設置することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、騒音用マイクロホンは、音声認識用マイクロホンが受信する雑音と同じ
の音を受信しなければならないところ、音声認識用マイクロホンは、上述した機械の筐体上又はその表面近傍に設置しなければならないという制約があるために、騒音用のマイクロホンも、当該機械の筐体上又はその表面近傍に配置せざるを得ない。
【００１０】
そのため、特に小型ロボット等の小型機械の場合、騒音用のマイクロホンを音声認識用マイクロホンの近傍に配置せざるを得ないので、やはり、騒音用マイクロホンに音声が混入してしまい、上述した如き音声の歪みの問題が生じ、その結果、音声認識性能が劣化してしまうという問題を、避け得なかった。
【００１１】
そこで、本案は、本来音声認識用マイクロホンによってのみ受信されるべき音声が騒音除去用の信号にも混入してしまうことを抑制し、もって、音声認識性能の劣化を防止することができる音声認識用マイクロホンシステムの提供を、課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本案では、騒音源から発した振動音を検知して振動音観測信号に変換する振動音検知器が、騒音源を有する装置に設置される。また、装置外部の音を受信して音声観測信号に変換する音声用マイクロホンが、設けられる。そして、騒音推定手段が、振動音検知器から出力された振動音観測信号を、騒音（音声用マイクロホンに混入する、振動音に因る気伝導音および振動音自体の合成音）に相当する推定騒音信号に変換し、騒音除去手段が、音声用マイクロホンから出力された音声観測信号から、前記騒音推定手段によって変換された推定騒音信号に相当する成分を除去する。
【００１３】
以上のように構成されると、所謂騒音である気伝導音が騒音用のマイクロホンによって直接受信されるのではなく、振動音が振動音検知器によって検知され、検知された振動音を表す振動音観測信号が、騒音推定手段によって騒音（音声用マイクロホンに混入する、振動音に因る気伝導音および振動音自体の合成音）に相当する推定騒音信号に変換され、かかる推定騒音信号に基づいて、音声用マイクロホンからの音声観測信号から騒音成分が除去される。従って、推定騒音信号には、音声の成分が含まれないので、騒音成分除去後における音声観測信号の劣化が、防止されるのである。
【発明の効果】
【００１４】
本案によると、本来音声認識用マイクロホンによってのみ受信されるべき音声が騒音除去用の騒音信号に混入してしまうことを抑制し、もって、音声認識性能の劣化を防止することが、可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１による音声認識用マイクロホンシステムを含むロボットシステムを示すブロック図
【図２】実施例２による音声認識用マイクロホンシステムの要部を示す構造図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて、本案の実施の形態を説明する。以下の何れの実施例も、音声認識用マイクロホンシステムを、ロボットの制御コマンド入力用に適用したものである。
［実施例１］
図１は、実施例１の概略構成を示すブロック図である。図１に示されるように、実施例１は、概略、ロボット１と、コントローラ２とから、構成されている。もっとも、コントローラ２は、ロボット１内部又は表面に取り付けられていても良い。
【００１７】
ロボット１は、例えば、ヒューマノイド・ロボットであり、モーター駆動部や油圧機構，更には、歯車列やリンク機構といったメカニズムからなるロボット機構１１が筐体１０
内に内蔵された構造を有している。当該ロボット機構１１を構成するモーター駆動部や油圧機構は、コントローラ２によって制御されており、当該制御に従ってロボット機構１１全体が動作することによって機械振動が生じ、ロボット機構１１自体ないしロボット筐体１０自体が共鳴することに因り、固体を伝わって伝導する振動音が発生する。即ち、当該ロボット機構１１が、騒音源である。また、当該振動音は、ロボット筐体１０表面から空気を伝導して、外部まで伝わっていく（気伝導音）。ロボット１の外部において聞こえる騒音は、かかる気伝導音である。
【００１８】
ロボット筐体１０の表面上には、上記振動音を受信して電気信号（振動音観測信号：Ｎn（ω，ｔ），但し、ωは角周波数，ｔは時間）に変換するために、振動音検知器として
の騒音用マイクロホン１２が、取り付けられている。そして、当該騒音用マイクロホン１２の周囲は、当該騒音用マイクロホン１２にオペレータが発声した音声が混入しないように、遮音用の容器（遮音部材）であるエンクロージャー１３によって覆われている。かかるエンクロージャー１３は、本来、騒音用マイクロホン１２を密閉することが望ましいが、マイクロホン１２の構造によっては、振動板の自由運動を確保する為、エンクロージャー１３内部の気圧分布を均等にするための通気口を、穿つ場合がある。もっとも、かかる通気口は微小なもので良いので、かかる通気口からの音声の侵入は僅かで済む。
【００１９】
上記エンクロージャー１３の表面には、主に、オペレータが発声した音声を受信して電気信号（音声観測信号：Ｙ（ω，ｔ））に変換するために、音声用マイクロホン１４が取り付けられている。但し、当該音声用マイクロホン１４は、上述した騒音（音声用マイクロホンに混入する、振動音に因る気伝導音および振動音自体の合成音）も受信してしまうので、上記観測信号Ｙ（ω，ｔ）には、かかる騒音の成分も混入してしまう。
【００２０】
これら両マイクロホン１２，１４としては、相互に同一の周波数特性を有しているものがマッチングされて採用されることが、望ましい。両者の周波数特性が異なる場合、後述するコントローラ２でのスペクトルサブトラクション（ＳＳ）の処理を行っても、雑音を抑制し難くなる場合があるからである。
【００２１】
そして、両マイクロホン１２，１４から出力された各観測信号は、夫々、コントローラ２に入力される。
【００２２】
コントローラ２は、各マイクロホン１２，１４からの入力信号（観測信号：Ｎ（ω，ｔ），観測信号：Ｙ（ω，ｔ））を夫々Ａ／Ｄ変換する第１及び第２の入力インタフェース２１，２２，各入力インタフェース２１，２２に接続されたＣＰＵ２０，当該ＣＰＵ２０に接続されたフラッシュＲＯＭ２４及び出力インタフェース２３を主要要素として、構成されている。
【００２３】
フラッシュＲＯＭ２４は、ＣＰＵ２０により読み込まれて実行されるプログラム（ファームウェア）が格納された不揮発性書換可能リードオンリーメモリである。
【００２４】
ＣＰＵ２０は、上記フラッシュＲＯＭ２４から上記プログラムを読み出して実行することにより、その内部に、周波数特性補正用フィルタ設計部２５，騒音推定手段２６，騒音除去手段２７，音声解析部２８及び制御部２９の各機能を、生じる。
【００２５】
周波数特性補正用フィルタ設計部２５は、事前（オペレータが発声する前）に、ロボット機構１１を稼働させることにより、騒音（振動音，気伝導音）を発生させた状態で、騒音用マイクロホン１２が振動音を受信することによってＣＰＵ２０に入力された観測信号：Ｎn（ω，ｔ）、及び音声用マイクロホン１４が騒音（気伝導音と振動音の合成音）を
受信することによってＣＰＵ２０に入力された観測信号：Ｙn（ω，ｔ）の相関を調べ、
フィルタ伝達関数を求める機能である。具体的には、周波数特性補正用フィルタ設計部２５は、同時にサンプリングされた両信号Ｎn（ω，ｔ），Ｙn（ω，ｔ）に対して、振幅スペクトル上で、下記式（１）に示す演算を実行することにより、周波数特性補正用フィルタのフィルタ伝達関数Ｈ（ω，ｔ）を算出する。なお、下記式におけるアペンディックスｎは、騒音成分を含む信号であることを示す付加記号である。
【００２６】
Ｈ（ω，ｔ）＝Ｙn（ω，ｔ）／Ｎn（ω，ｔ）  ……（１）
周波数特性補正用フィルタ設計部２５は、斯様に算出した周波数特性補正用フィルタ：Ｈ（ω，ｔ）を、騒音推定手段２６にセットする。
【００２７】
騒音推定手段２６は、実際の使用時（オペレータが発声をしている時）において、第２のインタフェース２２を通じて入力された観測信号：Ｎn（ω，ｔ）に対して、振幅スペ
クトル上で、周波数特性補正用フィルタの伝達関数Ｈ（ω，ｔ）を乗じることにより、音声用マイクロホン１４が受信する騒音に相当する推定騒音信号（Ｈ（ω，ｔ）・Ｎn（ω
，ｔ））を生成する。騒音推定手段２６は、生成した推定騒音信号（Ｈ（ω，ｔ）・Ｎn
（ω，ｔ））を、騒音除去手段２７に入力する。
【００２８】
騒音除去手段２７は、第１入力インタフェース２１を通じて入力された観測信号：Ｙs+n（ω，ｔ）及び騒音推定手段２６によって入力された推定騒音信号（Ｈ（ω，ｔ）・Ｎn（ω，ｔ））に基づいて、２チャンネルスペクトルサブトラクション法に従った演算を、振幅スペクトル上で行うことにより、下記式（２），（３）に示すように、騒音成分を除去した出力信号Ｓ（ω，ｔ）を得る。ただし、Ｙs+n（ω，ｔ）＞α・Ｈ（ω，ｔ）・Ｎn（ω，ｔ）である場合には、式（２）に従って出力信号Ｓ（ω，ｔ）を算出し、それ以外の場合には、式（３）に従って出力信号Ｓ（ω，ｔ）を算出する。なお、下記式におけるアペンディックスs+nは、音声成分及び騒音成分を含む信号であることを示す付加記号で
ある。
【００２９】
Ｓ（ω，ｔ）＝Ｙs+n（ω，ｔ）−α・Ｈ（ω，ｔ）・Ｎn（ω，ｔ）……（２）
Ｓ（ω，ｔ）＝β・Ｙs+n（ω，ｔ）……（３）
式（２）において、αは、観測信号Ｙs+n（ω，ｔ）から推定騒音信号Ｈ（ω，ｔ）・
Ｎn（ω，ｔ）を、どの程度差し引くかを調整するための係数である。また、βは、Ｙs+n（ω，ｔ）≦α・Ｈ（ω，ｔ）・Ｎn（ω，ｔ）の場合に式（２）を実行すると出力信号
Ｓ（ω，ｔ）がマイナスになるが、マイナスの出力信号Ｓ（ω，ｔ）はあり得ないので、代替として、Ｙs+n（ω，ｔ）を十分に抑えて出力信号Ｓ（ω，ｔ）とすべく、十分に小
さい値に設定された、係数である。以上の処理を経て出力された出力信号Ｓ（ω，ｔ）は、理想的には、観測信号Ｙs+n（ω，ｔ）から騒音成分のみを除去して、音声成分のみを
含むものとなっている。そこで、騒音除去手段２７は、生成した出力信号Ｓ（ω，ｔ）を、音声解析部２８に入力する。
【００３０】
音声解析部２８は、入力された出力信号Ｓ（ω，ｔ）を言語的に解析することにより、その音声の内容を文字列に変換する。そして、得られた文字列を、予め登録された多数のコマンドと夫々マッチングすることにより、文字列に含まれるコマンド（及び、その前後に付加されるべきパラメータ）を抽出する。音声解析部２８は、斯様にして抽出したコマンドを、制御部２９に入力する。
【００３１】
制御部２９は、音声解析部２８から入力されたコマンドに応じて、ロボット機構１１を制御するための制御信号を生成して、出力する。このようにして制御部２９によって生成されてＣＰＵ２０から出力された制御信号は、出力インタフェース２３を通じて、ロボット機構１１に入力されて、当該ロボット機構１１を動作させる。
【００３２】
以上のように構成された本実施例による音声認識用マイクロホンシステムによると、オペレータがロボット１に対するコマンドとして発声した音声を主として受信する音声用マイクロホン１４によって出力された観測信号：Ｙs+n（ω，ｔ）が、騒音成分が除去され
ることによって音声成分のみを含む出力信号Ｓ（ω，ｔ）に変換された状態で、音声解析部２８に入力されるが、観測信号：Ｙs+n（ω，ｔ）から実際に（振幅スペクトル上で）
減算される騒音推定信号（Ｈ（ω，ｔ）・Ｎn（ω，ｔ））には、音声成分が含まれてい
ない。従って、騒音除去手段２７において、音声用マイクロホンからの観測信号：Ｙs+n
（ω，ｔ）から、２チャンネルスペクトルサブトラクション法によって騒音成分を除去するに際して、出力信号Ｓ（ω，ｔ）として音声解析部２８に入力される音声が歪んでしまうことがない。よって、音声解析部２８での音声解析が、正確になる。
【００３３】
なお、本実施例では、音声用マイクロホン１４と同一の周波数特性を有する騒音用マイクロホン１２によって振動音を受信していたが、騒音用マイクロホン１２を使用せずに、加速度センサによって振動を直接検出しても良い。
【００３４】
以上述べたように、本実施例によれば、ロボット１（等の機械）内部で駆動により生じる騒音の元となる振動音を振動音検出手段としての音声用マイクロホン１２により検出し、その検出音に基づいて騒音推定手段２６によって騒音を推定し、その推定値に基づいて騒音を抑圧するため、目的音声（オペレータ音声）の歪みを最小限に止めることができる。従って、出力信号Ｓ（ω，ｔ）が表す音声の品質を劣化させることなく、ロボット１の内部騒音を抑圧できるため、音声解析部２８での音声認識率を劣化させない内部騒音抑圧が可能となる。また、騒音用マイクロホン１２を使用した２チャンネルスペクトルサブトラクション法を用いるため、ロボット１の内部騒音に多く含まれる衝突音などの突発的な雑音も抑圧することが可能である。即ち、極めて効果的に、ロボット１の内部騒音を抑圧する騒音抑圧装置が実現でき、ロボット１の音声認識を飛躍的に高めることに寄与できる。
［実施例２］
上述する実施例１は、騒音用マイクロホン１２によって受信された振動音Ｎn（ω，ｔ
）のみから推定騒音信号（Ｈ（ω，ｔ）・Ｎn（ω，ｔ））を生成していたが、振動音Ｎn（ω，ｔ）が気伝導音に変化する途中では様々なファクターの影響を受けるので、実際には、振動音Ｎn（ω，ｔ）のみから推定騒音信号（Ｈ（ω，ｔ）・Ｎn（ω，ｔ））を生成するには、周波数補正用フィルタのフィルタ次数が非常に高次となり、周波数特性補正用フィルタ設計部２５の計算負荷が増大してしまうという難点がある。かかる難点は、ＣＰＵ２０の計算能力が高ければ問題とならないものの、ＣＰＵ２０の計算能力が低い場合には顕在化し、これを回避するために敢えてフィルタ次数を下げると、十分高精度の推定騒音信号（Ｈ（ω，ｔ）・Ｎn（ω，ｔ））が得られなくなってしまうという問題が生じる
。
【００３５】
そこで、実施例２では、音声解析部２８における音声解析の上で問題とならない範囲で音声の歪み（出力信号Ｓ（ω，ｔ）の劣化）を許容しつつ、周波数補正用フィルタのフィルタ次数が高くなるのを抑えることができる構成を、提案するものである。
【００３６】
図２は、実施例２におけるロボット１’の概略構成を示す構成図である。この図２に示すように、実施例２におけるロボット１’は、エンクロージャー１３’の構成のみを実施例２と異にし、他の構成を同一としている。そのため、図２では、実施例１と同じ構成については、同じ参照番号を付している。また、図２では、コントローラ２の図示を省略している。
【００３７】
図２に示すエンクロージャー１３’には、気伝導音を若干量騒音用マイクロホン１２に入力させるための微小穴１２ａが開けられている。当該微小穴１２ａの径ｄは、大きけれ
ば大きいほど、周波数補正用フィルタのフィルタ次数（計算負荷）を削減することができるが、あまり大きすぎると、音声が騒音用マイクロホン１２に受信されて、出力信号Ｓ（ω，ｔ）の劣化を引き起こしてしまう。そこで、微小穴１２ａの径ｄを決定するに当たっては、周波数補正用フィルタのフィルタ次数（計算負荷）の削減，騒音推定性能の高精度化，出力信号Ｓ（ω，ｔ）の劣化度合の間のトレードオフを図り、微小穴１２ａの径ｄを最適化する。
【００３８】
以上のように構成される実施例２によると、エンクロージャー１３’に最適化設計した径ｄを有す微小穴１２ａを形成したため、騒音推定手段２６のフィルタ次数（周波数特定補正用フィルタ設計部２５の計算負荷）の削減，雑音推定手段２６における雑音推定性能の高精度化，目的音声品質の劣化度合との間のトレードオフが図られ、実用的な騒音抑制装置を構成できる。
【００３９】
（付記１）
オペレータが発した音声を受信したマイクロホンの観測信号を音声認識用に処理する音声認識用マイクロホンシステムであって、
騒音源を有する装置に設置され、前記騒音源から発した振動音を検知して振動音観測信号に変換する振動音検知器と、
前記装置外部の音を受信して音声観測信号に変換する音声用マイクロホンと、
前記振動音検知器から出力された振動音観測信号を、前記騒音に相当する推定騒音信号に変換する騒音推定手段と、
前記音声用マイクロホンから出力された音声観測信号から、前記騒音推定手段によって変換された推定騒音信号に相当する成分を除去する騒音除去手段と
を備えることを特徴とする音声認識用マイクロホンシステム。
【００４０】
（付記２）
前記振動音検知器は、
振動音用マイクロホンと、
前記振動音用マイクロホンに外部の音が入らぬように遮音する遮音部材と
を有することを特徴とする付記１記載の音声認識用マイクロホンシステム。
【００４１】
（付記３）
前記遮音部材は、前記振動音用マイクロホンを収容する内部空間と外部とを連通する穴を設けた容器である
ことを特徴とする付記２記載の音声認識用マイクロホンシステム。
【００４２】
（付記４）
前記騒音推定手段は、前記振動音検知器から出力された振動音観測信号に対して、所定のフィルタ伝達関数を実行することによって、前記騒音に相当する推定騒音信号に変換する
ことを特徴とする付記１記載の音声認識用マイクロホンシステム。
【００４３】
（付記５）
前記フィルタ伝達関数は、予め、前記音声がない状態で前記振動音検知器から出力された振動音観測信号，及び前記音声用マイクロホンから出力された音声観測信号に基づき算出された、前記振動音観測信号を前記音声観測信号に変換する特性を有するフィルタ伝達関数である
ことを特徴とする付記４記載の音声認識用マイクロホンシステム。
【００４４】
（付記６）
前記騒音除去手段は、前記音声用マイクロホンから出力された音声観測信号に対して、前記騒音推定手段によって変換された推定騒音信号に基づく２チャンネルスペクトルサブトラクション法に基づく演算を実行する
ことを特徴とする付記１記載の音声認識用マイクロホンシステム。
【符号の説明】
【００４５】
１    ロボット
２    コントローラ
１０    ロボット筐体
１１    ロボット機構
１２    騒音用マイクロホン
１３    エンクロージャー
１４    音声用マイクロホン
２０    ＣＰＵ
２５    周波数特性補正用フィルタ設計部
２６    騒音推定手段
２７    騒音除去手段
２８    音声解析部
【図１】
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【図２】
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