(57)【要約】【課題】災害時等に周囲に告知された音声情報が正しく周囲に放送されたか否かを判定できる装置を提供する。【解決手段】音声発声状態判断装置は、音声情報をスピーカーなどの音声発声手段によって周囲に音声告知する装置において、告知する音声情報を記憶保持し、装置周辺の音を集音し、集音情報と音声情報とを比較し、比較結果に基づき音声の品質状態を判定する。比較手段は、集音情報の信号スペクトラムの入力音量レベルが所定の閾値以上のレベルの場合に比較し、音声情報および集音情報の信号スペクトラムを正規化し、集音情報の信号スペクトラムの内、所定の音声帯域の周波数と振幅と、音声情報の周波数と振幅との相関値を演算し、集音情報における音声帯域のスペクトルと音声帯域内外のスペクトルのＳ／Ｎ比を演算し、相関値が所定値以上で、Ｓ／Ｎ比が所定値以上の場合に、音声の品質が良好と判定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声情報をスピーカーなどの音声発声手段によって周囲に音声告知する装置において、
告知する前記音声情報を記憶保持する音声情報保持手段と、
装置周辺の音を集音する集音手段と、
前記集音手段から集音された集音情報と前記音声情報とを比較する比較手段と、
前記集音情報と前記音声情報とを比較した結果に基づき、前記音声発声手段から出力された音声の品質状態を判定する判定手段と、
を少なくとも備え、
前記比較手段は、
前記集音情報の信号スペクトラムの入力音量レベルが所定の閾値以上のレベルの場合に比較処理をする入力レベル判定ステップと、
前記音声情報および前記集音情報の信号スペクトラムを正規化する正規化ステップと、
前記集音情報の信号スペクトラムの内、所定の音声帯域の周波数と振幅と、前記音声情報の周波数と振幅との相関値を演算する相関演算ステップと、
前記集音情報における前記音声帯域のスペクトルと前記音声帯域外のスペクトルのＳ／Ｎ比を演算するＳ／Ｎ比演算ステップとを有し、
前記判定手段は、
前記相関演算ステップにおける相関値が所定値以上で、かつ、前記Ｓ／Ｎ比演算ステップにおけるＳ／Ｎ比が所定値以上の場合に、前記音声発声手段から出力された音声の品質が良好と判定する判定ステップを有する、
ことを特徴とする音声発声状態判断装置。
【請求項２】
音声情報を有線もしくは無線通信により受信する音声情報受信手段を更に備え、
前記音声情報受信手段により受信した音声情報を前記音声情報保持手段により記憶保持することを特徴とする請求項１に記載の音声発声状態判断装置。
【請求項３】
前記判定手段の判定ステップにおいて、良好と判定された以外の前記音声情報を再び前記音声発声手段によって周囲に音声告知する、リトライ手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の音声発声状態判断装置。
【請求項４】
前記比較手段及び／又は前記判定手段の結果を外部出力する結果出力手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の音声発声状態判断装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の音声発声状態判断装置を備えた防災システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカーで発した音声情報を、マイクロホンから集音し、発した音声情報の音声品質状態をチェックする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、災害時等に情報収集し、その収集情報に基づいて避難を促すような音声情報をスピーカーなどで放送する際、設置されているスピーカーから正しい音声情報が放送されているか否かを確かめる手段がなかった。例えば、スピーカー設備の不良や、強風による音声情報の乱れが原因となって音声情報が期待通りに、周囲に告知されない場合がある。また、災害時においては、周囲の雑音やノイズなどで重要な音声情報が掻き消されてしまうケースがある。また、人には聴覚心理という特性がある。聴覚心理とは、例えば大きな音があるとその周辺の周波数の小さな音の有無が知覚できない、というような人間の耳が持つ特性の一つである。
【０００３】
一方、再生した音声を収音し、正しく発音をしているかを確かめる手段として、外国語のリスニング試験等で使用されるヘッドフォン内のスピーカー近くにマイクを設置し、試験問題の音声が正しく再生されているかを確認するためのものがあった（特許文献１参照）。これは、音声が正しく再生されているかの確認だけに使用されるものであり、災害時等に起こり得る、再生音声に騒音やノイズが入り混じっているかどうかを確認するためのものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２１５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
音声情報を周囲に音声告知する場合、スピーカー設置場所の現場状況などにより、周囲に告知できたか否かは、音声情報を発信している側には不明である。またスピーカーに関わる回線の断線や、アンプ，マイク，スピーカーなどの機器不良や、また電磁波による障害などが原因となり、音声にノイズや歪みが発生する。このような場合、特に防災情報など緊急の放送であれば、人命にも影響するため、音声が正しく発声されているか判別する仕組みが要望されている。
上記状況に鑑みて、本発明では、災害時等に周囲に告知された音声情報が正しく周囲に放送されたか否かを判定できる装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく、本発明に係る音声発声状態判断装置は、音声情報をスピーカーなどの音声発声手段によって周囲に音声告知する装置において、
１）告知する音声情報を記憶保持する音声情報保持手段と、
２）装置周辺の音を集音する集音手段と、
３）上記の集音手段から集音された集音情報と上記音声情報とを比較する比較手段と、
４）上記の集音情報と上記音声情報とを比較した結果に基づき、上記の音声発声手段から出力された音声の品質状態を判定する判定手段と、
を少なくとも備え、
５）上記３）の比較手段は、
５−１）上記集音情報の信号スペクトラムの入力音量レベルが所定の閾値以上のレベルの場合に比較処理をする入力レベル判定ステップと、
５−２）上記音声情報および上記集音情報の信号スペクトラムを正規化する正規化ステップと、
５−３）上記集音情報の信号スペクトラムの内、所定の音声帯域の周波数と振幅と、上記音声情報の周波数と振幅との相関値を演算する相関演算ステップと、
５−４）上記集音情報における音声帯域のスペクトルと音声帯域外のスペクトルのＳ／Ｎ比を演算するＳ／Ｎ比演算ステップとを有し、
６）上記４）の判定手段は、上記５−３）の相関演算ステップにおける相関値が所定値以上で、かつ、上記５−４）のＳ／Ｎ比演算ステップにおけるＳ／Ｎ比が所定値以上の場合に、上記音声発声手段から出力された音声の品質が良好と判定する判定ステップを有する、ことを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、周囲に告知された音声情報が正しく周囲に放送されたか否かを判定できる。
ここで、音声情報とは、人が聞きうる言葉による指示や避難を促す警告音やサイレン、をいう。人間が発する音声だけでなく、コンピュータが生成した音声も含まれる。
また、集音手段とは、マイクやマイクロホンなどの周囲の音を収集できるものをいう。
【０００８】
音声の品質状態の判定は、集音情報の信号スペクトラムの入力音量レベルが閾値以上のレベルの場合に、音声情報および集音情報の信号スペクトラムを正規化し、集音情報の信号スペクトラムの音声帯域の周波数と振幅と、音声情報の周波数と振幅との相関値を演算し、集音情報における音声帯域のスペクトルと音声帯域外のスペクトルのＳ／Ｎ比を演算し、相関値が所定値以上で、かつ、Ｓ／Ｎ比が所定値以上の場合に、音声品質が良好と判定するものである。
【０００９】
なお、音声帯域のスペクトルとは、人が聞き取れる音声帯域である３００〜３４００Ｈｚの帯域の音波のスペクトルである。音声帯域のスペクトルと音声帯域外のスペクトルのＳ／Ｎ比を演算するのは、３００〜３４００Ｈｚ帯域内の音波は音声情報の信号として処理し、３００〜３４００Ｈｚ帯域以外の音波をノイズ（雑音）として見做し、Ｓ／Ｎ比を演算するためである。Ｓ／Ｎ比は、一般に信号（Ｓ）に対するノイズ（Ｎ）の量を対数で表したものであり、アンプなどの電気回路の性能を表すときなどに使われるものである。基準信号を入力したときの出力レベル（信号レベル）を、入力なしの場合の出力レベル（雑音レベル）に対してｄＢ (デシベル)で表す。このｄＢの数値が大きいほど雑音が少なく高品質の信号が得られることを意味する。従って、音声帯域のスペクトルと音声帯域外のスペクトルのＳ／Ｎ比を演算すれば、音声情報が存在する音声帯域のスペクトルと音声情報ではないノイズが存在する音声帯域外のスペクトルのＳ／Ｎ比が求まる。Ｓ／Ｎ比が小さい場合には、音声情報がノイズの影響を大きくうける。上述したように、人には聴覚心理といった特性があり、大きなノイズ音があるとその周辺の周波数の小さな音の有無が知覚できないために、Ｓ／Ｎ比が小さい場合は、装置の周囲に正常に音声情報が告知できないものと判定することとしたものである。
なお、ノイズには大別して２種類ある。間欠ノイズと一定の周波数で入ってくる騒音等のノイズである。Ｓ／Ｎ比が小さく、ノイズがある場合は正常に音声情報が周囲に告知できなかったこととするのである。
【００１０】
また、本発明に係る音声発声状態判断装置は、上記の構成において、更に、音声情報を有線もしくは無線通信により受信する音声情報受信手段を備え、音声情報受信手段により受信した音声情報を上記の音声情報保持手段により記憶保持することを特徴とする。
かかる構成により、告知する音声情報を遠隔の場所から発信することができる。有線通信とは、LANやWANなどのネットワーク通信をいい、無線通信とは、事業用無線や防災無線など広域で使用されるワイヤレスLANなどのネットワーク通信をいう。
【００１１】
また、本発明に係る音声発声状態判断装置は、上記の構成における判定手段の判定ステップにおいて、良好と判定された以外の前記音声情報を再び音声発声手段によって周囲に音声告知する、リトライ手段を備えたことを特徴とする。
かかる構成により、告知した音声情報の品質状態が良好でない場合に、再度、音声情報を周囲に発声することができる。これにより、防災時の重要な告知メッセージを確実に周囲の住民に伝達することが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る音声発声状態判断装置は、上記の構成において、上記の比較手段及び／又は判定手段の結果を外部出力する結果出力手段を更に備えたことを特徴とする。
かかる構成により、防災時の重要な告知メッセージを確実に周囲の住民に伝達することができたか否かの報告が可能となる。
ここで、外部出力とは、比較結果や判定結果を印刷出力したり、或は、外部のコンピュータ装置と通信してデータ出力したり、装置に接続されている表示装置に表示したりすることをいう。結果出力手段とは、例えば、プリンタなどの紙媒体への出力装置や無線機などの外部との通信装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の音声発声状態判断装置によれば、災害時等に周囲に告知された音声情報が正しく周囲に放送されたか否かを判定できるといった効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の音声発声状態判断装置のシステム構成図
【図２】装置本体１の内部の処理フロー
【図３−１】相関演算アルゴリズム
【図３−２】Ｓ／Ｎ比演算アルゴリズム
【図３−３】品質状態判定アルゴリズム
【図４】Ｓ／Ｎ比演算の説明図
【図５】音声品質判定基準表（一例）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明していく。
【実施例１】
【００１６】
図１は、実施例１の音声発声状態判断装置のシステム構成図を示している。図１に示すように、音声発声状態判断装置は、装置本体１と音声発声手段となるスピーカー２とスピーカー２の傍に集音手段となるマイク３が設置された構成を有する。そして、装置本体１の中には、比較手段および判定手段となるＣＰＵ１１とＲＡＭ１２やＲＯＭ１３のメモリがある。また、音声情報や外部トリガー信号を入力できる外部インタフェースのＬＡＮ Ｉ／Ｆ１４やＩ／Ｏコントローラ１５を備えている。
ＣＰＵ１１は、オペレーティング・システム（ＯＳ）、比較プログラムや判定プログラム等その他のアプリケーションに基づいた処理を行う。ＲＡＭ１２やＲＯＭ１３のメモリは、ＣＰＵ１１に対して作業領域を提供する。ＲＯＭ１３のメモリは、オペレーティング・システム（ＯＳ）、アプリケーションプログラムを記憶保持する。
また、スピーカー２やマイク３の音声を入出力する端子（２３，２４）と、その音声信号を入出力するＣＯＤＥＣ２２と、それを制御するＲＴＰコントローラ２０がある。ＣＯＤＥＣ２２と入出力端子（２３，２４）の間には、増幅器（２５，２６）が設けられている。
また、無線もしくは有線の通信ネットワークにインタフェースするＬＡＮ Ｉ／Ｆ１４がある。また、外部のアナログ入出力、ディジタル入出力（接点）とインタフェースするＩ／Ｏコントローラ１５がある。さらに、演算専用プロセッサのＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）３０がある。これらは内部バス１６を介して接続されている。
【００１７】
次に、図２を用いて装置本体１の内部の処理について説明する。先ず、装置本体１からスピーカー２を介して発声される音声情報は、装置本体１内のＲＡＭ１２やＲＯＭ１３のメモリに記憶保持されている。この音声情報は、予めメモリに記憶保持されているものや、通信ネットワークインタフェースや無線インタフェースなどの外部インタフェースのＬＡＮ Ｉ／Ｆ１４により、送られてくるものもある。装置本体１は、ＬＡＮ Ｉ／Ｆ１４からの信号トリガーにより、メモリに記憶保持されている音声情報を再生し、スピーカー２から発声する。
マイク３は、スピーカー２からの直接音を収音する。そして、マイク３から収音された音は、以下の処理により、多段階で音声品質をチェックされ、品質状態が判定される。
【００１８】
先ず、ＣＰＵ１１が比較プラグラムの手順に従って、マイク３から集音された集音情報と、メモリに記憶保持された音声情報とを比較する。
（処理１）集音情報の信号スペクトラムの入力音量レベルが所定の閾値以上のレベルの場合に比較処理をする（入力レベル判定ステップ；Ｓ１１）。
入力音量レベルが所定の閾値より小さいものは、周囲に十分に告知できていないものと判断するためである。
【００１９】
（処理２）音声情報および集音情報の信号スペクトラムを正規化する（正規化ステップ；Ｓ１２）。
正規化するのは、例えば、音声情報の発生源である無線機のレベルの差に影響されなく、信号スペクトラム成分だけの比較を行うためである。
【００２０】
（処理３）集音情報の信号スペクトラムの内、所定の音声帯域の周波数と振幅と、音声情報の周波数と振幅との相関値を演算する（相関演算ステップ；Ｓ１３）。
スピーカー２より発声された音声情報とマイク３から集音された集音情報とでは、スピーカー２やマイク３の特性や設置環境等により影響を受けるため、情報を完全一致させることは困難である。また、単純な音声のレベル（音声波形の大小）比較だと環境の騒音が入ってくるとわからない。そこで、集音情報の信号と音声情報の信号の２つの信号の相関を調べることにより、２つの信号の品質の良否をチェックすることとしたものである。
また、集音情報の信号スペクトラムの内、所定の音声帯域の周波数と振幅を処理対象としているのは、トラックの騒音、風の音、人の歓声、飛行機の音、騒音、鳴き声などのバックグラウンドの音を排除するためである。
具体的には、２つの信号の信号スペクトラムにおいて、音声帯域の周波数と振幅の相関関数を演算して、２つの信号の類似性を数値化している。相関関数の値が大きい信号同士が似た信号となる。
ここで、音声帯域とは、５０Ｈｚ〜１０ＫＨｚの周波数帯域をいう。この帯域の範囲内で、特に、通常の音声であれば、３００Ｈｚ〜３４００Ｈｚ帯域に存在する。かかる音声帯域の周波数範囲は、本発明装置において、チューニングできるパラメータとする。
【００２１】
（処理４）集音情報における音声帯域のスペクトルと音声帯域外のスペクトルのＳ／Ｎ比、音声帯域での原音スペクトルのＳ／Ｎ比を演算する（Ｓ／Ｎ比演算ステップ；Ｓ１４）
音声帯域の信号スペクトルと音声帯域の外側の信号スペクトルとのＳ／Ｎ比をとることにより、Ｓ／Ｎ比の高いものを明瞭度が高い音と看做している。
また、音声帯域の信号スペクトルにノイズとなる信号がある場合、音声帯域での原音スペクトルのＳ／Ｎ比をとり、Ｓ／Ｎ比の高いものを明瞭度が高い音と看做している。
図４にＳ／Ｎ比の演算についての説明図を示す。
図４（１）は、Ｓ／Ｎ比が高い場合を示しており、図４（２）は音声帯域以外の周波数帯域Ｚ１（Ｈｚ）にピークがあり、Ｓ／Ｎ比が低い場合の例を示している。
また、図４（３）は音声帯域内の周波数帯域Ｚ２（Ｈｚ）にピークを有するノイズ信号があるものは、音声帯域での原音スペクトルのＳ／Ｎ比が演算して、後述する音声品質判定基準の判定レベルに基づいて処理される。
【００２２】
そして、ＣＰＵ１１が判定プラグラムの手順に従って、集音情報と音声情報とを比較した結果に基づき、スピーカー２から出力された音声の品質状態を判定する（品質状態判定ステップ；Ｓ１５）。
音声の品質が良好という判定基準は、相関演算ステップ（Ｓ１３）における相関値が所定値以上で、かつ、Ｓ／Ｎ比演算ステップ（Ｓ１４）におけるＳ／Ｎ比が所定値以上の条件を満足することとしている。
この良好の判定基準は、多段階で音声品質を判定することが可能である。
図５に、音声品質判定基準表の一例を示す。図５で示される音声品質判定基準は５段階の判定レベルに分けられている。“５”が最も音声品質がよく、数値が下がるに従って音声品質が悪くなる。判定レベルが“１”の場合は、音声情報の伝達無し（音が聞こえない）といった無音状態と意味する。判定レベル５〜２が、スピーカーから発せられる音声が聞こえる状態である。判定レベル“５”は、スピーカーから発せられる原音とマイクで収集された音が完全相似であり、いわゆるクリアの音声品質状態である。次に、判定レベル“４”は、マイクで収集された音に、原音に比べて、ややザワツキ（ノイズ）が聞こえるといった音声品質状態である。音声はクリアである。Ｓ／Ｎ比でいうと２０ｄＢ以上の状態を指す。また、判定レベル“３”は、マイクで収集された音から、音声を聞き分けることが可能といった音声品質状態である。Ｓ／Ｎ比でいうと１０ｄＢ以上２０ｄＢ未満の状態を指す。そして、判定レベル“２”は、マイクで収集された音から、音声を聞き分けることが可能であるが、ノイズと音声の両方が聞こえるといった音声品質状態である。Ｓ／Ｎ比でいうと６ｄＢ以下の状態を指す。
【００２３】
なお、マイク３で集音する集音情報は、スピーカー２からの直接音のみが対象である。仮に、ホールなど周辺の建築物等により反響音がある場合は、遅延を考慮した演算を行うことで、品質状態の判定を行うことができる。
【００２４】
また、マイク３より収音された集音情報は全て、本体装置１のメモリ１２によって保存される。ＣＰＵ１１は、外部インタフェース１３を介して、比較プログラムの結果や判定プログラムの結果を日時情報を付加してプリンタ出力する。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、事業用無線を利用する広域監視システムや防災無線を利用する防災システムなどの音声告知装置として有用である。
【符号の説明】
【００２６】
１    装置本体
２    スピーカー
３    マイク
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＡＭ
１３  ＲＯＭ
１４  ＬＡＮインタフェース（Ｉ／Ｆ）
１５  Ｉ／Ｏコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４】
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【図５】
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