(57)【要約】  音声信号は、信号の低音成分の高調波及び／又はサブ高調波のような、強化信号を付加することにより強化される。弱い出力又は会話中に不要な強化信号を避けるため、音声信号の目的音声信号成分を周波数範囲で監視し、目的音声信号が検出された場合のみ強化信号を付加することを提案する。目的音声検出器は、周波数範囲の主な周波数に等しい周波数を有するサイン及びコサイン信号生成器を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号強化方法であって、前記方法は：
前記音声信号の周波数範囲の目的音声信号成分を検出する段階、
強化信号を生成する段階、及び
前記周波数範囲の検出された目的音声信号に従い前記強化信号のレベルを調整する段階
を有する、方法。
【請求項２】
前記強化信号は、音声信号の一部の高調波又はサブ高調波である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記周波数範囲は、低音周波数を有する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記目的音声周波数成分を検出する段階は：
サイン信号及びコサイン信号を生成する下位段階、
前記サイン信号及びコサイン信号の両方に前記音声信号を乗算する下位段階、
前記乗算した信号のそれぞれをフィルタリングする下位段階、及び
検出信号を生成するため低域フィルタリングした信号の平均を決定する下位段階
を有する、上記の請求項の何れかに記載の方法。
【請求項５】
前記サイン及びコサイン信号の両方は、前記周波数範囲の主な周波数と実質的に等しい周波数を有する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
音声信号強化装置であって、前記装置は：
前記音声信号の周波数範囲の目的音声信号成分を検出する検出手段、
強化信号を生成する強化手段、及び
前記周波数範囲の検出された目的音声信号に従い前記強化信号のレベルを調整する調整手段
を有する、装置。
【請求項７】
前記強化信号は、音声信号の一部の高調波又はサブ高調波である、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記周波数範囲は、低音周波数を有する、請求項６又は７記載の装置。
【請求項９】
前記検出段階は：
サイン信号及びコサイン信号を生成する生成手段、
前記音声信号に前記サイン信号及びコサイン信号のそれぞれを乗算する乗算手段、
前記乗算したサイン信号及びコサイン信号をそれぞれフィルタリングするフィルター手段、及び
検出信号を生成するため前記フィルタリングした信号の平均を決定する平均手段
を有する、請求項６、７又は８記載の装置。
【請求項１０】
前記検出信号をスケーリングするスケーリング手段を更に有する、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記周波数範囲の周波数をトラッキングし前記生成手段を制御する周波数トラッキング手段を更に有する、請求項９又は１０記載の装置。
【請求項１２】
前記音声入力信号を強化前にフィルタリングする第１のフィルター、前記第１のフィルターを通過しない信号を通過させる第２のフィルター、及び前記強化信号と前記第２のフィルターを通過した信号を加算する加算手段を更に有する、請求項６乃至１１の何れか記載の装置。
【請求項１３】
目的音声信号検出器であって：
サイン信号及びコサイン信号を生成する生成手段、
前記音声信号に前記サイン信号及びコサイン信号のそれぞれを乗算する乗算手段、
前記乗算したサイン信号及びコサイン信号をそれぞれフィルタリングするフィルター手段、及び
検出信号を生成するため前記フィルタリングした信号の平均を決定する平均手段
を有する、検出器。
【請求項１４】
前記検出信号をスケーリングするスケーリング手段を更に有する、請求項１３記載の検出器。
【請求項１５】
前記周波数範囲の周波数をトラッキングし前記生成手段を制御する周波数トラッキング手段を更に有する、請求項１３又は１４記載の検出器。
【請求項１６】
音響システムであって、請求項６乃至１２の何れか記載の装置又は請求項１３乃至１５の何れか記載の検出器を有する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択的に音声信号を強化する方法に関連する。より詳細には、本発明は、強化（改良）信号を付加することにより認識した音声信号の品質を選択的に改善させる方法及び装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
例えばある周波数範囲を他の周波数範囲より強く増幅することにより、音声信号の質を強化することが知られている。この場合、一般に中域周波数より小さく認識される高周波及び低周波を「引き上げる」ことが可能である。しかしながら、多くの送受波器は、歪みなしに適切な雑音レベルで高周波数及び低周波数を再生できない。これは、特に低い可聴周波数又は「低音」周波数で問題である。
【０００３】
例えば、特許文献１及び特許文献２（フィリップス社）に開示されているように、低音信号の高調波を付加することにより、音声信号を改善することが提案されている。強化信号は、高調波発生器により生成され、そして（増幅された）原信号に付加される。付加された高調波は、増幅された低音信号として認識される。例えば、特許文献３（フィリップス社）に開示されているように、音声信号のサブ高調波を付加し、低音強化を行うことが更に提案されている。
【０００４】
上述の特許文献の音声信号強化方法は、有意な改善を供するが、それらは常に充分に機能していないことが分かった。つまり、低出力の音楽の再生中に、又は会話中に、低音強化はしばしば望ましくない。このような通過中に生成された強化信号は、しばしば音声信号の歪みとして認識される。
【特許文献１】米国特許第６，１３４，３３０号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１１１，９６０号明細書
【特許文献３】国際公開第０１／８４８８０号
【非特許文献１】ジー・クイン、イー・ジェイ・ハナン（G.Quinn,  E.J.Hanna）、ザ・エスティメーション・アンド・トラッキング・オブ・フリークエンシーズ（The  estimation  and  tracking  of frequencies）、ケンブリッジ大学出版局（Cambridge  University  Press）、２００１年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上記の及び他の従来技術の問題を克服し、強化信号が選択的に印加される音声信号を強化する方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、音声信号強化方法を提供する。前記方法は、前記音声信号の周波数範囲の目的音声信号成分を検出する段階、強化信号を生成する段階、及び前記周波数範囲の検出された目的音声信号に従い前記強化信号のレベルを調整する段階を有する。
【０００７】
音声信号の目的音声信号を検出する段階及び目的音声信号の存在に従い強化信号のレベルを調整する段階により、強化信号の雑音レベルを有意に減少させ、又は目的音声信号が存在しない場合に強化信号を除去できるようにする。
【０００８】
注意すべきは、目的音声信号は正弦波信号、つまり正弦波信号及び正弦波信号の高調波として表すことができる信号である点である。これと対照的に、非目的音声信号は、正弦波信号の組み合わせとして表せない。会話の信号は、例えば一般に雑音のような信号として散在する目的音声信号で構成される。目的音声信号の間は、通常、強化信号が必要とされる。しかしながら、雑音のような信号の間は、強化信号は、一般に必要性が少なく、量を減らすか又は完全に抑制されなければならない。
【０００９】
強化信号は、音声信号の一部の高調波又はサブ高調波であることが望ましい。これにより音声信号は、例えば上述の特許文献２のように改善される。有利なことに、当該周波数範囲は、低音周波数を有する。本発明は、入力信号の種類、つまり目的音声又は非目的音声（雑音のような信号）に従い、音声信号を選択的に強化する方法を提供する。注意すべきは、上述の特許文献２は、高調波信号を正規化するために、入力信号のレベルを検出する入力レベル検出器を開示している点である。しかしながら、特許文献２は、入力信号が目的音声か非目的音声かを区別しない。
【００１０】
本発明の好適な実施例では、目的音声周波数成分を検出する段階は、サイン信号及びコサイン信号を生成する下位段階、前記サイン信号及びコサイン信号の両方に前記音声信号を乗算する下位段階、前記乗算した信号のそれぞれをフィルタリングする下位段階、及び検出信号を生成するため低域フィルタリングした信号の平均を決定する下位段階を有する。
【００１１】
この場合、目的音声信号は非常に効率的に検出される。
【００１２】
前記サイン及びコサイン信号の両方は、前記周波数範囲の主な周波数と実質的に等しい周波数を有することが望ましい。これにより、目的音声信号成分は更に効率的に検出される。注意すべきは、特定周波数範囲の主な周波数は、一般に、最も強力な信号成分が存在する周波数、つまり特定周波数範囲の音声信号の周波数スペクトルが最大である周波数である点である。しかしながら、当業者に既知の重み付け測定のような、主な周波数を測定する他の方法も可能である。
【００１３】
本発明はまた、音声信号強化装置を提供する。前記装置は、前記音声信号の周波数範囲の目的音声信号成分を検出する検出手段、強化信号を生成する強化手段、及び前記周波数範囲の検出された目的音声信号に従い前記強化信号のレベルを調整する調整手段を有する。
【００１４】
本発明の方法と同様に、本発明の装置は、強化信号の雑音レベルを有意に減少させ、又は目的音声信号が存在しない場合に強化信号を除去できるようにする。
【００１５】
強化手段は、音声信号の一部の高調波又はサブ高調波を生成することが望ましい。当該周波数範囲は、低音周波数を有することが望ましい。
【００１６】
有利な実施例では、目的音声信号検出器は、サイン信号及びコサイン信号を生成する生成手段、前記音声信号に前記サイン信号及びコサイン信号のそれぞれを乗算する乗算手段、前記乗算したサイン信号及びコサイン信号をそれぞれフィルタリングするフィルター手段、及び検出信号を生成するため前記フィルタリングした信号の平均を決定する平均手段を有する。
【００１７】
有利なことに、本発明の装置は、検出信号をスケーリングするスケーリング手段を更に有して良い。これにより、検出器の信号に、強化手段の出力信号のような装置内の他の信号と適合させる。
【００１８】
好適な実施例では、装置は、周波数範囲の周波数をトラッキングし前記生成手段を制御する周波数トラッキング手段を更に有する。周波数トラッキング手段は、如何なる時間間隔においても、主な周波数が決定されるようにする。この周波数は、検出に利用されるサイン信号及びコサイン信号を生成するため生成手段により利用されて良い。
【００１９】
本発明はまた、上述の装置又は他の装置での利用に適した目的音声信号検出器を提供する。
【００２０】
本発明は、以上に説明された装置を有する音響システムを更に提供する。このような音響システムは、例えば、増幅器、ＤＶＤプレイヤー及び／又はチューナーのような音源、及び拡声器のようなトランスデューサーを有する、家庭又は職場で利用される音響セット（「ステレオセット」）により構成されて良い。音響システムはまた、放送システム、又は劇場の音響制御及び増幅システムであって良い。または、本発明の音響システムは、テレビ、コンピューター又はマルチメディアシステムの一部であって良い。
【実施例】
【００２１】
本発明は添付の図面に図示された実施例を参照し、以下に説明される。
【００２２】
図１に単に非限定的な例として示される音声信号強化装置１は、高調波生成器２、検出器３及び乗算器４を有する。高調波生成器２は、強化手段として機能し、入力音声信号の例示された高調波で、強化信号を生成する。検出器３は、目的音声信号を検出するよう機能し、図２及び３を参照して更に説明される。乗算器４は、高調波生成器２の出力を制御又は調整するよう機能し、制御信号は検出器３により供給される。
【００２３】
装置１は、音声信号を入力端子で受信する。この音声信号は、後に図５を参照して説明されるように特定の周波数帯に限定されて良く、高調波生成器２及び検出器３の両方に供給される。高調波生成器２は、音声信号の高調波（又はサブ高調波）を生成し、これら高調波を乗算器４に供給する。検出器３は、音声信号の目的音声信号成分を検出し、対応する制御信号を生成し、この制御信号も乗算器４に供給する。好適な実施例では、検出器３により生成された制御信号は、目的音声信号成分の振幅にほぼ比例し、高調波信号の振幅を徐々に調整する。しかし、制御信号は、２進法、つまり２つの信号値（「オン」及び「オフ」）のみでも良い。
【００２４】
高調波生成器２により生成された高調波信号は、示される実施例では、検出器３により生成された制御信号と乗算される。その結果、高調波信号は、目的音声信号成分が音声信号に存在する場合は装置１の出力へ通過し、目的音声信号成分が存在しない場合は実質的に抑制される。強化（高調波）信号は従って、音声信号の目的音声信号成分に従い、選択的に出力される。
【００２５】
注意すべきは、図１の構成は、単なる例であり、種々の代替の実施例が考えられることである。例えば、乗算器４は、制御スイッチ又はルックアップテーブルを有するデジタル論理素子により置き換えて良い。代案として、乗算器４又は等価物を、高調波生成器２の後段に配置する代わりに、前段に配置して良い。示される高調波生成器２の代わりに、サブ高調波生成器又は他の如何なる強化信号生成器が用いられても良い。
【００２６】
図２は、目的音声信号成分を検出する検出器３の実施例を示す。検出器３の入力で受信される音声信号は、第１の乗算器３３及び第２の乗算器３４へ供給され、サイン及びコサイン信号をそれぞれ乗算される。サイン信号及びコサイン信号は、第１の生成器３１及び第２の生成器３２でそれぞれ生成される。サイン及びコサイン信号の周波数は、実質的に等しいことが望ましく、例えば、特定の周波数帯の中間周波数と等しいなど予め定められて良い。生成器３１及び３２の周波数は、可変、つまり制御されても良い。
【００２７】
サイン信号と音声信号の積は、第１の低域通過フィルター３５へ供給される。同時にコサイン信号と音声信号の積は、第２の低域通過フィルター３６へ供給される。フィルター３５及び３６の遮断周波数は、好適な実施例では、当該周波数範囲の最も低い周波数とほぼ等しい。例えば、装置１が周波数範囲２０−２００Ｈｚで利用された場合、フィルター３５及び３６の遮断周波数は、約２０Ｈｚであることが望ましい。積として得た信号を低域通過フィルターにかけると、その結果、周波数に依存しない合成信号を得る。これは以下に数学的に示される。
【００２８】
目的音声信号Ｖ’ｉｎは、次式で表せる。
【００２９】
Ｖ’ｉｎ＝Ａ．ｓｉｎ（ω．ｔ＋φ）
Ａは振幅、ωは（角）周波数、そしてφは信号の位相である。Ｖ’ｉｎに共に周波数ωのサイン及びコサインを乗じ、次式を得る。
【００３０】
Ｓ＝Ａ．ｓｉｎ（ω．ｔ＋φ）．ｓｉｎ（ω．ｔ）、及び
Ｃ＝Ａ．ｓｉｎ（ω．ｔ＋φ）．ｃｏｓ（ω．ｔ）
Ｓ及びＣは次式で表せる。
【００３１】
Ｓ＝１／２．Ａ．（ｃｏｓ（φ）−ｃｏｓ（２．ω．ｔ＋φ））、及び
Ｃ＝１／２．Ａ．（ｓｉｎ（φ）＋ｓｉｎ（２．ω．ｔ＋φ））
低域通過フィルター（フィルター３５及び３６）は、周波数２．ωを有する信号成分を除去するので、次式を得る。
【００３２】
Ｓ’＝１／２．Ａ．ｃｏｓ（φ）、及び
Ｃ’＝１／２．Ａ．ｓｉｎ（φ）
平均化器３７は、フィルターされた信号Ｓ’ 及びＣ’の（相乗）平均を決定する。
【００３３】
Ｘ＝√（Ｓ’２＋Ｃ’２）＝√（１／４．Ａ２．ｃｏｓ２（φ）＋１／４．Ａ２．ｓｉｎ２（φ））＝１／２．Ａ
上式は、明らかにω及びφの両方と独立である。信号Ｘを２倍にするスケーリング装置３８を用いると、結果として、次式のように信号ＹはＡに等しくなる。
【００３４】
Ｙ＝２．Ｘ＝２．１／２．Ａ＝Ａ
言い換えると、検出器３の出力Ｙは、目的（正弦波）音声入力信号の振幅と等しい。しかしながら、音声入力信号Ｖ’ｉｎが正弦波でなく、雑音のような特徴を有する場合、サイン信号（又はコサイン信号）と雑音信号の積の平均は、ほぼゼロになるので、信号X及び従って信号Yは、ほぼゼロの値を有する。その結果、本発明は、目的音声信号の非常に効率的な検出方法を提供する。
【００３５】
注意すべきは、議論の都合上、倍率αは２に設定された点である。勿論、より高い（例えば３又は４．５）及びより低い（例えば０．７又は１．５）倍率を用いることも可能である。また１に近い倍率が望ましい場合は、スケーリング装置を省略できる。
【００３６】
更に注意すべき点は、示された例では、平均化器３７は相乗平均を生成するが、相加平均のような他の平均が用いられても良い。
【００３７】
図２の実施例では、生成器３１及び３２が動作する周波数ωは、予め定められるとする。この周波数は、例えば、周波数帯の中間周波数に等しくて良い。周波数帯が、例えば６０Ｈｚから１００Ｈｚの範囲である場合、予め定められた周波数は約８０Ｈｚが適切であろう。しかしながら、生成器３１及び３２の周波数は、可変であり、更には音声信号に依存する。
【００３８】
図３の実施例では、従って、検出器３は、音声入力信号Ｖ’ｉｎを受信しその（望ましくは主な）周波数を決定する周波数トラッカー（「ＦＴ」）を更に設ける。この周波数ωは、次に、生成器３１及び３２に供給される。周波数トラッカーは、入力信号を連続的に監視するので、生成器の周波数ωは、連続的に調整され、従って、目的音声信号成分の検出が向上される。
【００３９】
周波数トラッカーは、既知の「フェーズロックドループ」又は周波数を追跡する他の技術を用いて良い。これは非特許文献１を参照のこと。
【００４０】
図４は、本発明の装置の実施例を示す。周波数トラッカー３９は、周波数ｗを生成器３１及び３２だけでなく、高調波生成器（「ＨＧ」）２にも提供する。この実施例では、従って、音声入力信号Ｖ’ｉｎの代わりに周波数ωが、高調波生成器３９へ供給される。また、図４の実施例は、図３の検出器と図１の装置の組み合わせと等価である。
【００４１】
図５は、本発明の装置１の好適な実施例を示す。この実施例では、装置１は、高調波生成器２に加え、検出器３及び乗算器４、そして第１のフィルター８、第２のフィルター９、及び加算回路７を有する。第１のフィルター８は、装置１が動作する周波数帯、つまり強化対象の周波数帯を選択するよう機能する。第１のフィルター８は、帯域通過フィルター又は、例えば２０Ｈｚから２００Ｈｚの通過帯域を有する低域通過フィルターである。第２のフィルター９は、強化されていない音声入力信号の部分を、加算器７を経由して出力へ供給するよう機能する。加算器７は、強化された音声信号を強化されていない音声信号と結合し、合成された音声出力信号を生成するよう機能することが明らかであろう。
【００４２】
第２のフィルター９の機能は、装置１の個々の実施例、特に高調波生成器又は等価な強化手段２により、スケーリングして良い。高調波生成器２がサブ高調波を生成するよう構成される場合、第２のフィルター９は、全域通過フィルター、又は第１のフィルター８及び高調波生成器２における如何なる遅延も補償する遅延器であることが望ましい。高調波生成器２がより高次の高調波を生成するよう構成される場合、第２のフィルター９は、高調波が生成されない周波数を通過させるよう機能する高域通過フィルターであることが望ましい。
【００４３】
図５は、１組のフィルターと１つの強化装置２のみ示すが、多くのこのような回路は並列に構成されて良く、望ましくは第１のフィルター８のそれぞれは、別の周波数範囲を通過させるよう設計されることが明らかである。この場合、複数の周波数範囲が独立に強化できる。
【００４４】
本発明は、音声信号の一部の高調波又はサブ高調波のような音声信号の強化は、目的音声信号が生成される場合のみ必要とされるという見識に基づく。検出されるべき目的音声信号とほぼ同じ周波数を有する補助信号を用い、目的音声信号は乗算、フィルタリング及び平均化により検出できる、という点で、本発明は有利である。
【００４５】
注意すべき点は、本願明細書で用いられる如何なる語も、本発明の範囲を制限するものではない。特に「有する」の語は、具体的に記述されない如何なる要素も排除するものではない。単数（回路）表記の要素は、複数（回路）の要素又はそれらの等価物で置き換えられて良い。
【００４６】
当業者は、本発明は以上に説明された実施例に制限されず、請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更及び追加が行われて良いことを理解するだろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による装置の第1の実施例を示す。
【図２】本発明による目的音声検出器の第1の実施例を示す。
【図３】本発明による目的音声検出器の第２の実施例を示す。
【図４】本発明による装置の第２の実施例を示す。
【図５】本発明による装置の第３の実施例を示す。
【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】
2007514968.tif 000007
【国際調査報告】
2007514968.tif 000008
2007514968.tif 000009
2007514968.tif 000010