(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロフォン装置を作動する方法であって、
移動する音声発生源の位置に最適化された仮想のマイクロフォン位置に追従するために、音声を空間的に分散された複数の位置で検出し、
伝搬時間および／または位相および／または振幅などの変数の評価から、個別のマイクロフォン位置を重み付けし、
マイクロフォン（１，２，３）のオーディオ信号を相応に加算または合成する形式の、マイクロフォン装置を作動する方法において、
各マイクロフォンの位置が３次元空間をなす少なくとも３つのマイクロフォンを使用し、
全マイクロフォン信号を同時に評価することにより、個別のマイクロフォン信号の増幅度または位相または伝搬時間をシフトすることによって、マイクロフォン装置全体の指向特性を音声発生源の変化した位置に追従させ、
当該の追従を、前記マイクロフォン（１，２，３）によって得られた有効信号から、オーディオ信号を伝送する装置（９）への供給の前に行うことを特徴とする、
マイクロフォン装置を作動する方法。
【請求項２】
マイクロフォン信号の評価を、個別のマイクロフォン（１，２，３）への音伝搬時間評価によって行う
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記の求めた変数から頭部／音声発生源の位置／場所を求め、
当該位置を安全システム（４０）の起動に対する決定基準として使用する、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
マイクロフォン装置を介して音声信号をオーディオ装置または電話装置または機器の音声制御入力ユニット装置に入力可能であるマイクロフォン装置作動装置か、またはアクティブなノイズ補償の領域におけるマイクロフォン作動装置であって、
前記マイクロフォン装置は、空間的に分散配置された少なくとも２つのマイクロフォン（１，２，…）を含み、
すべてのマイクロフォン（１，２，３）の信号は、信号評価部（１０）に一緒に供給されており、
該信号評価部（１０）に手段（２０）が論理的に後置接続されており、これによって、マイクロフォン信号の全体から、音源ないしは音声発生源に最適なマイクロフォン（１，２，３）、または一括して求められる指向特性が一時的に選択／制御される形式の、マイクロフォン装置作動装置において、
該マイクロフォン装置作動装置には、少なくとも３つのマイクロフォンが設けられており、当該のマイクロフォン位置は３次元空間をなし、
前記手段は、マイクロフォン位置決定ユニット（２０）であり、
信号評価部（１０）とマイクロフォン位置決定ユニット（２０）との間の信号技術的な接続部（ＳＢ）は双方向に設計されており、これにより、マイクロフォン位置決定ユニット（２０）で求めた、仮想のマイクロフォン位置の結果によって応答信号が信号評価部（１０）に出力されて、マイクロフォン（１，２，３）が以降、適切に制御ないしは呼び出されることを特徴とする、
マイクロフォン装置を作動する装置。
【請求項５】
前記手段は、マイクロフォン位置決定ユニット（２０）とは別の付加的な、該ユニットに後置された別の計算ユニット（３０）からなる
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記マイクロフォン位置決定ユニット（２０）内で、全マイクロフォン信号の同時評価によって仮想のマイクロフォン位置決定が行われ、
当該仮想のマイクロフォン位置決定は、音声発生源の移動する位置に追従する
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
求めたデータから音源の目下の位置を求める計算ユニット（３０）にて評価が行われ、これによって相応に不利な位置では、エアーバッグ、シートベルトテンショナーなどの安全システム（４０）に対する阻止信号が出力される
請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
マイクロフォン信号を評価するため、マイクロフォン（１，２，４）は出力側で、１つずつの調整可能な増幅器（４，５，６）に接続されており、
該増幅器はそれぞれ、個別にまたは結合されて評価装置（７）により制御可能であり、
前記増幅器（４，５，６）の出力側は、オーディオ信号を伝送する装置（９）に接続された加算器（８）に接続されており、
前記増幅器（４，５，６）の各出力側は並列に、情報フィードバックするように評価装置（７）にも接続されている
請求項４から６までのいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１および４の上位概念に記載された、例えば自動車におけるマイクロフォン装置を作動する方法および装置に関する。
【０００２】
マイクロフォンないしはマイクロフォン装置は、自動車において例えばいわゆるハンズフリー装置を作動するために必要であり、さらに音声増幅および音声通信装置においても、またアクティブなノイズ抑圧のための装置においても必要である。
【０００３】
ここで重要であるのは、音を自動車乗員ないしは運転者の頭部のすぐそばで記録する、ないしは記録できることである。このために多くの場合にマイクロフォンは、ダッシュボードの領域またはヘッドコンソールの領域またはルームミラーに配置される。自動車電話装置におけるその他の点では簡単なフリーハンズ装置の場合も、電子機器の音声制御の入力インタフェースの場合も、簡単なマイクロフォンまたはマイクロフォン装置は問題であることが多い。ここでは音声情報は走行ノイズに重畳され、このことがフリーハンズ電話装置の場合だけでなく、音声制御の入力装置の場合にも問題を発生する。
【０００４】
ＤＥ１９６０８８６９Ａ１から自動車のコンポーネントに対する音声操作装置が公知であり、ここでは音声によって操作装置を操作することにより、応答が形成され、この応答によって、この操作装置が音声制御の命令を正しく受け取ったか否かを確認することができる。この形式の音声操作装置も、そのマイクロフォン形態に関して、従来のマイクロフォン構成ないしはマイクロフォン装置だけを対象としている。
【０００５】
ＤＥ１９５３３５４１Ｃ１から、類似の形式の音声制御操作方法が公知である。しかしながらここでは音声制御はつぎのように処理される。すなわちここでは確実な操作を得るために、極めて繁雑な音声認識方法が使用され、ノイズリダクション、エコー補償、特徴抽出、シンタックスおよびセマンティック検査の面から相互に別個に処理が行われる。ここで問題とされるのは、供給される音声信号をできる限りの手法によって後処理することだけである。音声の質それ自体の改善ないしは音声信号記録の改善はここで考慮されないままである。
【０００６】
ＥＰ０７２１１７８Ａ２から、複数のマイクロフォンと複数のスピーカとを有するマルチチャネル通信システムが公知である。ここでは全体装置は少なくとも２人の発話者に対して設計されており、これらの発話者は送信動作と受信動作とに切り替えられる。伝送手段は、バックグランドノイズ全体から音声情報を選別する。自動車に対して適用する場合、いわゆるエラーまたは比較マイクロフォンが、安全ベルトによって発話者の極めて近くに位置づけられる。ここではマイクロフォン位置も固定されている。またこの明細書の実施例では、２人またはそれ以上の人員の送信／受信動作向けに設計が行われている。
【０００７】
さらにＥＰ０７７３５３１Ａ２から、音響装置に対する周波数選択的なコントロールシステムが公知である。ここでは過制御の阻止が中心であるが、音声情報の受信品質の改善は考慮されていない。類似の形式のシステムはＥＰ０７２１１７９Ａ２からも公知である。そこに開示されている、安定性の問題を解消するための適応形トーンコントロールシステムも同様にすでに述べた過制御の阻止を中心に扱っている。
【０００８】
ＵＳ５５３９８５９にはノイズリダクションのための方法が開示されており、これはもっぱら固定の相互作用を及ぼし合う２つのマイクロフォンに関するものである。空間的な検出、殊に仮想のマイクロフォン位置の捕捉は行われない。
【０００９】
ＥＰ０４７２３５６Ａ１には、マイクロフォンを介して音声または命令発生源の方位測定だけを行う装置が開示されている。
【００１０】
従来技術を概観して基本的に判ることは、基本的にすでに受信した音声信号の改善が扱われていることである。しかしながら音声が形成される位置での記録品質の改善は、根本的ではないとしてもかなりなおざりにされている。
【００１１】
したがって本発明の課題は、請求項１および４の上位概念に記載された方法および装置を発展させて、システムに入力される音声信号の記録品質を根本的に改善することである。
【００１２】
この課題は上記の形式の方法において、本発明により請求項１の特徴的構成を有する方法によって解決される。
【００１３】
本発明の中心点は、方法の点から見てもまた装置の点からも見ても共に、仮想の最適化されたマイクロフォン位置を求めることである。このマイクロフォン位置は決められた通りに、音声発生源であるすなわち発話者の頭部の位置において仮想的に求められる。いわゆる空間のノイズまたは音声発生源の識別は、例えば伝搬時間測定によって行うことができる。これにより、複数のマイクロフォンを配置すれば、発話過程中に伝搬時間測定により音声発生源の空間位置を識別可能である。複数のマイクロフォンは値と位相とにしたがって加算され、これによって有効信号が加算されて増幅され、その一方でこの有効信号と相関しない障害信号が最適に減衰されるようにする。したがってすべてのマイクロフォンは補助的な機能を有し、一緒に評価を行う。ここではマイクロフォン信号の後処理ではなく、オーディオ信号を伝送する装置に供給される音声信号の改善が行われる。
【００１４】
本発明による方法の別の有利な実施形態は、請求項２〜３に記載されている。また本発明による装置の発展形態は、残りの請求項５〜８に記載されている。
【００１５】
本発明の中心点は、方法の点から見てもまた装置の点からも見ても共に、仮想の最適化されたマイクロフォン位置を求めることである。このマイクロフォン位置は決められた通りに、音声発生源であるすなわち発話者の頭部の位置において仮想的に求められる。いわゆる空間のノイズまたは音声発生源の識別は、例えば伝搬時間測定によって行うことができる。これにより、複数のマイクロフォンを配置すれば、発話過程中に伝搬時間測定により音声発生源の空間位置を識別可能である。複数のマイクロフォンは値と位相とにしたがって加算され、これによって有効信号が加算されて増幅され、その一方でこの有効信号と相関しない障害信号が最適に減衰されるようにする。したがってすべてのマイクロフォンは補助的な機能を有し、一緒に評価を行う。ここではマイクロフォン信号の後処理ではなく、一連の伝送路に供給される音声信号の改善が行われる。
【００１６】
本発明の基本思想が方法についても、装置についても殊に有利であるのは、上記のように選択されるマイクロフォンないしは本発明の基礎である伝搬時間測定と、発話者の頭部の位置決定とを組み合わられることである。
【００１７】
ＵＳ５３６６２４１から、エアバッグ制御に使用される、頭部位置を求める手段が公知である。しかしながらここでは頭部位置は、形成される音波によって求められる。ここでは音声操作されるマイクロフォンと組み合わせることは記載されていない。
【００１８】
本発明の別の有利な実施形態では、音声発生源の識別ないしはいわゆる仮想のマイクロフォン位置決定によって、頭部位置データを形成することができ、この頭部位置データによって安全システムが定量的に制御される。すなわち自動車電話または音声入力ユニットでの通常の音声操作と並行して、付加的に頭部位置が求められ、その際に付加的なさらなる手段を提供する必要がない。すなわち頭部がエアバッグシステムにとって不利な位置にある場合、必要であれば安全装置を制御して、エアバッグが起動しないようにすることができる。
【００１９】
したがってこのシステムは全体として複数の機能を有するが、実質的に行われているのは検出位置における音声品質の向上である。これによって自動車電話の場合に聞き取りの可能な伝送が音声操作中にも可能になる。さらに自動車の音声入力制御ユニットでは音声命令がより確実に識別されて変換される。
【００２０】
本発明を図面に示し、以下に詳しく説明する。
【００２１】
ここで、
図１は、基本的な構成をシステム概略図で示しており、
図２は、本発明の電子的な構成の実施例を示している。
【００２２】
図１には、基本的なエレメントの構成と、これらのエレメントの機能的な接続とが示されている。ここでは詳細な図示は行われておらず、システムの概略だけが示されている。
【００２３】
複数のマイクロフォン１，２，３が自動車内部に空間的に分散配置されている。ここで相応に有利に選択された位置決めを行えば、２つのマイクロフォンを有する装置でも十分である。さらに３つ以上のマイクロフォンを配置することも極めて有利である。ここでマイクロフォン位置の選択は任意であり、したがってダッシュボードまたはヘッドコンソールに固定的に取り付けたり、または別の固定エレメントを用いて自動車に空間的に分散させることができる。
【００２４】
しかしながら基本的に、座席毎に複数のマイクロフォンが必要であるという事実はそのままである。しかし正しい３次元配置のためには３つのマイクロフォンが必要である。この場合にこれらのマイクロフォン位置が３次元空間をなし、１つの平面内にあってはならない。これに対してマイクロフォンの相互の間隔が離れすぎていると、伝搬時間ないしは相関測定に十分な精度が得られない。
【００２５】
ここではすべてのマイクロフォンが相応の信号を供給し、この信号は信号評価部１０に一緒に供給される。自動車において音声情報が供給されると、これはすべてのマイクロフォンによって受信される。しかしながらこれらのマイクロフォンは空間的に分散されているため、一方では受信信号の質が異なり、他方では精度の高い評価では、限りのある音速によって形成される伝搬時間差が発生する。つぎに信号評価部１０内で伝搬時間が求められ、すべてのマイクロフォン信号の相関からノイズないしは音声形成の位置が求められる。つぎにこのようにして求められた音声発生源に対する３次元座標によって、いわゆる仮想のマイクロフォン位置を電子的に求めることができる。言い換えると、分散配置されたマイクロフォンからの複数のマイクロフォン信号により、すべての信号を相関させることによって、発話者の頭部に対する有利な位置をシミュレーションする、上述の仮想のマイクロフォン位置が得られるのである。頭部の位置が変わると、このことは再度、複数のマイクロフォンを有する装置によって相応に記録され、この頭部の位置の変化に、上述の伝搬時間測定によって仮想のマイクロフォン位置が、マイクロフォン信号の重み付けをシフトすることによって擬似的に追従する。評価は電子的に行われるため、全体の方法はほとんど遅延なしに、すなわち格別に感知できる時間遅延なしに実行される。
【００２６】
しかしながら別の方法では、基本的に常時、すべてのマイクロフォン信号を評価し、信憑度検査を用いて個別のマイクロフォン信号を比較することにより、音声情報を連続的に検証できるという特徴を有するようにすることも可能である。
【００２７】
本発明の実際の方法には依存せず信号評価部１０は、本発明では信号技術的に双方向に、後置のマイクロフォン位置決定ユニット２０に接続されている。つぎにこのマイクロフォン位置決定ユニット内では、受信ローブの決定と相応の計算とが行われるか、または目下のメインマイクロフォンが選定される。
【００２８】
つぎにマイクロフォン位置決定ユニット２０は、信号技術的に計算ユニット３０に接続されており、この計算ユニットを用いて、求めたデータないしは信号から頭部の位置決定が行われる。ここではさらなる計算、例えばパターンとの比較の計算が行われてもよい。ここでパターンとの比較は、計算時間を格段に短縮することができる。なぜならばこの場合、毎回最初から計算しないでもよいからである。エアバッグの起動の点から見たいわゆる「位置ずれ」（out-of-position）（すなわち発話者の頭部の位置）は直接、識別できる。したがって計算ユニット３０には、例えばエアバッグである安全システム４０、シートベルトテンショナー、その他を後置接続することができる。
【００２９】
信号評価部１０とマイクロフォン位置決定ユニット２０との間の双方向接続部ＳＢによって、ここでは中心に位置するマイクロフォンの制御が、発話者の頭部位置に依存して行われる。
【００３０】
発話者の頭部が音声操作中に動くと、本発明により、仮想のマイクロフォン位置のいわば追従が行われる。すなわち音声操作が、位置の上で最適化されたマイクロフォン１で開始され、位置が音声操作中に変化すると、この音声操作中に例えば、擬似的なメインマイクロフォンとしてのマイクロフォン２へ移動することによって、最適なマイクロフォン位置の追従が行われる。すなわち、一旦は最適に求められた仮想のマイクロフォン位置が、発話者の頭部位置が変わると自然に変わるのである。これが本発明の実質であり、ここではこれが有利にも簡単に解決される。仮想のマイクロフォン位置が、実際のマイクロフォンと一致するのは特殊な場合である。主として一括したマイクロフォン信号評価が行われ、指向特性が、個別のマイクロフォン信号の評価での擬似的な序列を相応にシフトすることによって、頭部の変化した位置に適合される。
【００３１】
分散配置されたマイクロフォンのマイクロフォン位置は、自動車の構成に依存する。そのため基本的には、人員毎に少なくとも２つのマイクロフォンを配置するのが有利である。奇数個のマイクロフォンを使用することも可能であり、この場合に１つまたは複数のマイクロフォンを複数の人員に配属させる。
【００３２】
図２は、図１に単なるシステムとして示した機能を実現する簡単な原理回路装置を示している。
【００３３】
マイクロフォン１，２，３はそれぞれ調整可能な増幅器４，５，６に接続されている。これらの調整可能な増幅器は、評価装置７によって制御される。これらの調整可能な増幅器のうちの２つは、制御側において結合ないしは相関的に結合することもできる。さらに個別の増幅器出力信号は、同様に上記の評価装置７に出力される。これと並列に、増幅されたマイクロフォン信号が加算器８に接続される。この加算器８は出力側において、オーディオ信号を伝送する装置９に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  基本的な構成のシステム概略図である。
【図２】  本発明の電子的な構成の実施例を示す図である。
【図１】
0004226214.tif 000002
【図２】
0004226214.tif 000003