(57)【要約】【課題】ユーザの発する微かな動作音を、暗騒音やユーザの動作に無関係な音がある環境下でも容易且つ高精度に検出する。【解決手段】マイクロフォンアンプ２Ａからの音声信号を位相反転および増幅させ且つマイクロフォンアンプ２Ｂからの音声信号と合成することによって暗騒音を除去する暗騒音除去部３と、暗騒音除去後の音声信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換部４と、ディジタル化後の信号を周波数解析し、全周波数帯域を分割する周波数解析部５と、可聴帯域より低い低周波帯域と高い高周波帯域とから音圧を抽出する音圧抽出部６と、抽出された音圧に基づいてユーザによる動作音を検出する動作音検出部７を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの存在しうる環境に設置されたマイクロフォンからの音声信号から暗騒音を除去する暗騒音除去部と、
前記暗騒音除去後の音声信号の予め定めた周波数以下の帯域から音圧を抽出する音圧抽出部と、
前記抽出された音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する動作音検出部と
を備えることを特徴とする動作音検出装置。
【請求項２】
前記周波数は１００Ｈｚである
ことを特徴とする請求項１記載の動作音検出装置。
【請求項３】
前記音圧抽出部は、予め定めた前記周波数より高い周波数以上の帯域から音圧を抽出し、
前記動作音検出部は、当該音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する
ことを特徴とする請求項１または２記載の動作音検出装置。
【請求項４】
前記高い周波数は１５ｋＨｚである
ことを特徴とする請求項３記載の動作音検出装置。
【請求項５】
前記暗騒音除去部は、２つの前記マイクロフォンの一方のマイクロフォンからの音声信号を位相反転させ、他方の前記マイクロフォンからの音声信号と合成する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の動作音検出装置。
【請求項６】
動作音検出装置の暗騒音除去部が、ユーザの存在しうる環境に設置されたマイクロフォンからの音声信号から暗騒音を除去し、
前記動作音検出装置の音圧抽出部が、前記暗騒音除去後の音声信号の予め定めた周波数以下の帯域から音圧を抽出し、
前記動作音検出装置の動作音検出部が、前記抽出された音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する
ことを特徴とする動作音検出装置の動作方法。
【請求項７】
前記音圧抽出部が、予め定めた前記周波数より高い周波数以上の帯域から音圧を抽出し、
前記動作音検出部が、当該音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する
ことを特徴とする請求項６記載の動作音検出装置の動作方法。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれかに記載の動作音検出装置としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作音検出装置およびその動作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
省エネや監視、高齢者の見守りなどを目的として、赤外線センサ、カメラ、マイクロフォン等を利用し、ユーザの存在や動きの有無を感知するさまざまな方法が提案されている。赤外線センサは、人体から出ている赤外線と人体の動きによる赤外線の強弱を検知し、これにより、照明のコントロールなどが行われる。カメラは、非特許文献１に示す事例において、テレビに搭載され、顔認識や動作検出などの画像認識処理を行い、人の存在だけでなくテレビの視聴の有無も検知して省エネ制御を行っている。このように赤外線センサやカメラを用いる場合は、その向きによって感知可能な範囲が限られるという問題がある。また、赤外線センサはセンサに向かって直進する動きに弱く、カメラは姿を直接撮影するなどプライバシーの問題がある。
【０００３】
そこで、無指向性のマイクロフォンを用いて周囲の音を集音し、ユーザの動作検知に活用する提案がなされている。非特許文献２に示す事例においては、マイクロフォンによって集音した音の音圧の強さからユーザの存在を検知して、日々の生活パターンの推定を行っている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】鶴見辰吾，“画像認識とヒュ-マンインタフェ-ス 3．画像認識を応用したヒュ-マンインタフェ-ス 3-1インテリジェント人感センサ”，映像情報メディア学会誌Vol．64 No．12 Page．1809-1811
【非特許文献２】品川佳満，岸本俊夫，太田茂，”マイクロフォンセンサを用いた在宅行動モニタリンク”川崎医療福祉学会誌，15(2)，615-620，2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マイクロフォンは、人感センサとして活用する場合、例えば宅外から発生する騒音や宅内の空調や冷蔵庫が発する振動や音を拾い、これが定常的なノイズとなることがある。非特許文献２ではこのような暗騒音への対策として、無音と有音を区別するために音圧の閾値を設け、その値以上の出力値のみを採用している。しかしながら、閾値によって弱い音圧のデータは除去されてしまい、微かな動作音が検出されづらくなってしまうという問題があった。
【０００６】
また、ユーザの動きとは無関係に発する音、例えばテレビから発せられる音声や電話の音など機器のスピーカから発する音によって、動作音がかき消され、誤検出が生じるおそれがある。足音や着座の音、物を動かす音などのユーザの動作音のみを検出の対象としたい場合に、宅内の機器のスピーカが発する音を拾うことは都合が悪い。
【０００７】
さらに、従来はノイズ環境下でのＳＮ比を高めるために、マイクロフォンの感度を下げて近傍の音のみを拾うことが行われてきた。その際には、広い範囲を感知すべく、同じ室内でもマイクロフォンを複数台設置する必要があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ユーザの発する微かな動作音を、暗騒音やユーザの動作に無関係な音がある環境下でも容易且つ高精度に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、第１の本発明は、ユーザの存在しうる環境に設置されたマイクロフォンからの音声信号から暗騒音を除去する暗騒音除去部と、前記暗騒音除去後の音声信号の予め定めた周波数以下の帯域から音圧を抽出する音圧抽出部と、前記抽出された音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する動作音検出部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
例えば、前記周波数は１００Ｈｚである。例えば、前記音圧抽出部は、予め定めた前記周波数より高い周波数以上の帯域から音圧を抽出し、前記動作音検出部は、当該音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する。例えば、前記高い周波数は１５ｋＨｚである。例えば、前記暗騒音除去部は、２つの前記マイクロフォンの一方のマイクロフォンからの音声信号を位相反転させ、他方の前記マイクロフォンからの音声信号と合成する。
【００１１】
第２の本発明は、動作音検出装置の暗騒音除去部が、ユーザの存在しうる環境に設置されたマイクロフォンからの音声信号から暗騒音を除去し、前記動作音検出装置の音圧抽出部が、前記暗騒音除去後の音声信号の予め定めた周波数以下の帯域から音圧を抽出し、前記動作音検出装置の動作音検出部が、前記抽出された音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出することを特徴とする。
【００１２】
例えば、前記音圧抽出部が、予め定めた前記周波数より高い周波数以上の帯域から音圧を抽出し、前記動作音検出部が、当該音圧に基づいて前記ユーザによる動作音を検出する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ユーザの発する微かな動作音を、暗騒音やユーザの動作に無関係な音がある環境下でも容易且つ高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態に係る動作音検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】マイクロフォン１Ａおよびマイクロフォン１Ｂに届く音の波とマイクロフォン１Ａおよびマイクロフォン１Ｂによる作用を説明するための図である。
【図３】マイクロフォン１Ａからの音声信号の波形Ａと、マイクロフォン１Ｂからの音声信号の波形Ｂと、位相反転および合成後の波形Ｃを示す図である。
【図４】周波数解析部５により得られる周波数スペクトルの一部を示す図である。
【図５】低周波帯域、可聴帯域および高周波帯域に含まれる音の種類を示す図である。
【図６】動作音検出装置によるフィルタリングを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係る動作音検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１７】
動作音検出装置は、例えば、人などのユーザの存在しうる環境に設置された隣接する２つのマイクロフォン１Ａおよびマイクロフォン１Ｂと、マイクロフォン１Ａから出力される音声信号を増幅するマイクロフォンアンプ２Ａと、マイクロフォン１Ｂから出力される音声信号を増幅するマイクロフォンアンプ２Ｂと共に用いられる。
【００１８】
動作音検出装置は、マイクロフォンアンプ２Ａから出力される音声信号を位相反転および増幅させ且つマイクロフォンアンプ２Ｂから出力される音声信号と合成することによって暗騒音を除去する暗騒音除去部３と、暗騒音除去後の音声信号（アナログ信号）をディジタル化するＡ／Ｄ変換部４と、ディジタル化後の信号を周波数解析し、全周波数帯域を可聴帯域（例えば、１００Ｈｚ〜１５ｋＨｚ）と可聴帯域より低い帯域（例えば、１００Ｈｚ以下の帯域であり、以下、低周波帯域という）と可聴帯域より高い帯域（例えば、１５ｋＨｚ以上の帯域であり、以下、高周波帯域という）に分割する周波数解析部５と、低周波帯域と高周波帯域とから音圧を抽出する音圧抽出部６と、抽出された音圧に基づいてユーザによる動作音を検出する動作音検出部７を備える。
【００１９】
ノイズキャンセル部３は、マイクロフォンアンプ２Ａからの音声信号を位相反転する位相反転部３１と、位相反転後の音声信号を増幅する可変アンプ３２とを備える。
【００２０】
動作音検出装置では、まず、暗騒音除去部３が暗騒音を除去する。  
図２に示すように、例えば、マイクロフォン１Ａおよびマイクロフォン１Ｂの間の距離は、３ｃｍである。マイクロフォン１Ａおよびマイクロフォン１Ｂに対し、空調や室外からの暗騒音は平面波として到達するので、同一面での位相差が少なく、マイクロフォン１Ａおよびマイクロフォン１Ｂには、位相の揃った音の波が届く。したがって、暗騒音除去部３が、マイクロフォン１Ａからの音声信号を反転し、マイクロフォン１Ｂからの音声信号と合成することで、暗騒音を除去できる。
【００２１】
一方、マイクロフォン１Ａおよびマイクロフォン１Ｂの周囲で、例えば、人などが動き、微小な動作音が発生すると、動作音はマイクロフォン１Ａおよびマイクロフォン１Ｂに対し、球面波として到達する。
【００２２】
また、テレビなどのスピーカから発する音もマイクロフォン１Ａおよびマイクロフォン１Ｂに対し、球面波として到達する。
【００２３】
球面波の位相差は、球面でなければ揃わないので、マイクロフォン１Ａおよびマイクロフォン１Ｂには、位相差のある音の波が届く。したがって、暗騒音除去部３が、マイクロフォン１Ａからの音声信号を反転し、マイクロフォン１Ｂからの音声信号と合成しても、動作音とスピーカから発する音は残り、つまり、その後、スピーカから発する音を除去すれば、動作音だけを残すことができる。
【００２４】
図３の波形Ａは、マイクロフォン１Ａからの音声信号の波形の一例であり、経過時間と振幅レベルの関係を示すものである。波形Ｂは、マイクロフォン１Ｂからの音声信号の波形の一例であり、経過時間と振幅レベルの関係を示すものである。
【００２５】
波形Ａ、Ｂには、共に、暗騒音による波形Ｍが含まれ、位相は揃っている。一方、波形Ａ、Ｂには、共に、動作音による波形Ｎが含まれるが、位相は揃っておらず、位相差がある。よって、位相反転および合成後の波形Ｃでは、波形Ｍが除去され、波形Ｃは波形Ｎによるものとなる。
【００２６】
次に、周波数解析部５は、全周波数帯域を可聴帯域（例えば、１００Ｈｚ〜１５ｋＨｚ）と可聴帯域より低い低周波帯域と可聴帯域より高い高周波帯域に分割する。
【００２７】
図４は、周波数解析部５により得られる周波数スペクトルの一部を示す図である。  
１００Ｈｚ以下の低周波帯域において、ユーザによる動作音（足音など）の音圧波形が含まれ、テレビなどのスピーカから発する音圧波形は見られない。
【００２８】
一方、１００Ｈｚを超える可聴帯域においては、ユーザによる動作音と、テレビなどのスピーカから発する音の音圧波形が混在する。
【００２９】
次に、音圧抽出部６は、音圧波形が混在する可聴帯域からでなく、低周波帯域と高周波帯域とから音圧を抽出する。
【００３０】
図５に示すように、テレビの音声や電話の音など、機器のスピーカから発する音の周波数は、主に人が聞き取りやすい可聴帯域に含まれる。
【００３１】
一方、低周波帯域には、例えば、ユーザによる動作音である足音や物音などの周波数が含まれる。低周波帯域には、また、空調などの暗騒音の周波数が含まれる。低周波帯域では、一般的なスピーカの再生能力は低下する。
【００３２】
また、高周波帯域には、例えば、ユーザによる動作音である台所で水を流す音や食器のあたる音の周波数が含まれる。
【００３３】
つまり、低周波帯域と高周波帯域の音は、ユーザによる動作音である可能性が高いので、音圧抽出部６は、可聴帯域からでなく、低周波帯域と高周波帯域とから音圧を抽出する。
【００３４】
最後に、動作音検出部７は、抽出された音圧に基づいてユーザによる動作音を検出する。例えば、動作音検出部７は、低周波帯域と高周波帯域の少なくとも一方から抽出された音圧が、予め定めた閾値以上であるなら、周囲にユーザが存在すると判定し、両方の音圧が共に閾値未満なら、周囲にユーザが存在しないと判定する。
【００３５】
なお、動作音検出部７は、低周波帯域から抽出された音圧が、予め定めた閾値以上であるなら、周囲にユーザが存在すると判定し、音圧が閾値未満なら、周囲にユーザが存在しないと判定してもよい。
【００３６】
したがって、図６に示すように、動作音検出装置では、暗騒音、スピーカから発する音、ユーザによる動作音のうち、暗騒音除去部３を通過するのは、スピーカから発する音、ユーザによる動作音だけである。
【００３７】
周波数解析部５は、全周波数領域を、スピーカから発する音が含まれる可聴帯域と、ユーザによる動作音の音が含まれる低周波帯域および高周波帯域に分割する。
【００３８】
可聴帯域に含まれるスピーカから発する音の音圧と、低周波帯域および高周波帯域に含まれるユーザによる動作音の音圧のうち、音圧抽出部６で抽出されるのは、低周波帯域および高周波帯域に含まれるユーザによる動作音の音圧だけである。その結果、動作音検出部７は、ユーザによる動作音だけを検出することができる。
【００３９】
したがって、動作音検出装置によれば、ユーザの存在しうる環境に設置されたマイクロフォン１Ａ、１Ｂからの音声信号から暗騒音を除去する暗騒音除去部３と、暗騒音除去後の音声信号の予め定めた周波数１００Ｈｚ以下の低周波帯域から音圧を抽出する音圧抽出部６と、抽出された音圧に基づいてユーザによる動作音を検出する動作音検出部７とを備えることで、ユーザの発する微かな動作音を、暗騒音やユーザの動作に無関係なスピーカなどの音がある環境下でも容易且つ高精度に検出することができる。
【００４０】
また、音圧抽出部６は、周波数１００Ｈｚより高い周波数１５ｋＨｚ以上の高周波帯域から音圧を抽出し、動作音検出部７は、当該音圧に基づいてユーザによる動作音を検出するので、より高精度に動作音を検出することができる。
【００４１】
また、暗騒音除去部３は、マイクロフォン１Ａからの音声信号を位相反転させ、マイクロフォン１Ｂからの音声信号と合成することで、位相の揃った暗騒音を除去でき、位相の揃った暗騒音のある環境下で、動作音を検出することができる。
【００４２】
なお、周波数１００Ｈｚ、１５ｋＨｚは一例であり、環境に応じて、他の周波数を用いてもよい。また、音圧の閾値も環境に応じた値とすることが好ましい。
【００４３】
また、動作音検出装置のうち、Ａ／Ｄ変換部４、周波数解析部５、音圧抽出部６および動作音検出部７は、コンピュータにより構成でき、そのコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムは、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録でき、また、インターネットなどの通信網を介して伝送させて、広く流通させることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１Ａ、１Ｂ  マイクロフォン
２Ａ、２Ｂ  マイクロフォンアンプ
３  ノイズキャンセル部
３  暗騒音除去部
４  Ａ／Ｄ変換部
５  周波数解析部
６  音圧抽出部
７  動作音検出部
３１  位相反転部
３２  可変アンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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