(57)【要約】【課題】スピーカから放音していても収音信号を基にして話者方位を正確に検出することが可能な放収音装置を提供する。【解決手段】マイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８は、スピーカＳＰ１、ＳＰ２の配置位置を中心に回転対称となるように形成された収音領域ＭＡ１〜ＭＡ８の音声を収音して合成信号ＳＡ１〜ＳＡ８(以下、ＳＡｋ）を生成する。対数計算部Ｌ１〜Ｌ８は、合成信号ＳＡｋのパワーレベルの対数値Ｐｋを計算する。アンプ部１１はパワーレベルの対数値Ｐｋからパワーレベル平均値ＡＶを計算し、減算部はパワーレベルの対数値Ｐｋからパワーレベル平均値ＡＶをそれぞれ差し引いて差分信号レベルＤｋを生成する。最大値検出部１２は、差分信号レベルＤｋを比較して最大値を検出する。制御部２０は、最大値を示した差分信号レベルＤｋＭに対応する収音領域の方位を話者方位として検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放音信号に基づいて放音し、自装置周囲から収音して収音信号を生成するとともに、該収音信号に基づいて話者方位を検出する放収音装置であって、
前記放音を実行する放音部と、
前記放音部からの放音音声が全てに均等に回り込むように設定された収音領域をそれぞれに形成し、該収音領域から収音して収音信号を生成する複数の収音部と、
前記複数の収音部からの前記収音信号のパワーの対数値及び、該複数の収音信号のパワーの対数値の平均値を計算し、各収音信号のパワーの対数値から前記平均値を減算することで、それぞれの収音部に対応する差分レベル信号を生成する差分レベル算出部と、
前記差分レベル信号のレベル値を比較して最大値を検出し、前記最大値を示した差分レベル信号に対応する収音部の方位を話者方位として検出する話者方位検出部と、
を備えている放収音装置。
【請求項２】
前記話者方位検出部は、前記差分レベル信号のレベル値に対する話者音検出閾値を予め設定しており、前記最大値が前記話者音検出閾値よりも大きくなるときに、前記最大値を示した差分レベル信号に対応する収音部の方位を話者方位とする、
請求項１に記載の放収音装置。
【請求項３】
前記差分レベル算出部は、前記収音信号の低音域成分のみを用いる、
請求項１または２に記載の放収音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、話者方位を収音信号に基づいて検出する放収音装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複数のマイクロホンによって形成されるマイクロホンアレーの指向性を変化させて、マイクロホンアレーの出力が最大となる収音方向を音源の到来方向として検出する放収音装置がある。
【０００３】
しかし、上記のような放収音装置では、スピーカが放音しているときには、その放音音声がマイクロホンで収音され、スピーカ近傍に位置するマイクロホンの収音方向（方位）を音声到来方向として誤って検出するという問題があった。
【０００４】
特許文献１には、通信先からの受話信号を検出したときに、受話信号に基づいて放音しているスピーカ近傍に位置する収音領域にマイクロホンアレーの指向性を向けることを防止する放収音装置について開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１８１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示す放収音装置では、受話信号（放音信号）に基づいてスピーカが放音しているときには、話者方位の検出を正確に行なうことができないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明では、スピーカから放音していても収音信号を基にして話者方位を正確に検出することが可能な放収音装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の放収音装置は、放音部、複数の収音部、差分レベル算出部、話者方位検出部、を備え、放音信号に基づいて放音し、自装置周囲から収音して収音信号を生成するとともに、収音信号に基づいて話者方位を検出する。放音部は、放音を実行する。複数の収音部は、放音部からの放音音声が全てに均等に回り込むように設定された収音領域をそれぞれに形成し、収音領域から収音して収音信号を生成する。差分レベル算出部は、複数の収音部からの収音信号のパワーの対数値及び、該複数の収音信号のパワーの対数値の平均値を計算し、各収音信号のパワーの対数値から平均値を減算することで、それぞれの収音部に対応する差分レベル信号を生成する。話者方位検出部は、差分レベル信号のレベル値を比較して最大値を検出し、最大値を示した差分レベル信号に対応する収音部の方位を話者方位として検出する。
【０００８】
この構成では、放音部からの放音音声が全てに均等に回り込むように設定された各収音領域の音声を収音して収音信号を生成し、収音信号のパワーの対数値と、収音信号のパワーの対数値の平均値を求める。そして、収音信号のパワーの対数値から上記平均値を差し引いて差分レベル信号を生成する。さらに、最大値を示した差分レベル信号に対応する収音部の収音方位を話者方位として検出する。これにより、放音部が放音しているときであっても、各差分信号を比較して最大値を示した収音領域から話者方位を検出することができる。
【０００９】
この構成において、話者方位検出部は、差分レベル信号のレベル値に対する話者音検出閾値を予め設定しており、最大値が話者音検出閾値よりも大きくなるときに、最大値を示した差分レベル信号に対応する収音部の方位を話者方位としても良い。これにより、話者音検出閾値を基にして話者方位を検出することができる。
【００１０】
さらに、差分レベル算出部は、収音信号の低音域成分のみを用いるようにしても良い。
【００１１】
これにより、収音信号に含まれる可聴域の周波数成分のうち、人の声の周波数成分が多く含まれる低音域成分を用いて話者方位の検出を行なうことができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、スピーカと複数のマイクとが一つの筐体に設置されているような放収音装置において、スピーカが放音していても収音信号を基にして話者方位を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の一実施形態に係る放収音装置１について図面を参照して説明する。
【００１４】
放収音装置１は、上面視において円状となる筒状の筐体（図示せず）を有している。図１は、上面視における放収音装置１のスピーカＳＰ１、ＳＰ２およびマイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８の位置関係と、放収音装置１周辺に形成される収音領域ＭＡ１〜ＭＡ８とを模式的に示す図である。また、図２は、放収音装置１における話者方位検出の流れを模式的に示す図である。
【００１５】
図１および図２に示すように、放収音装置１は、マイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８、対数計算部Ｌ１〜Ｌ８、加算器１０、アンプ部１１、減算器ＳＲ１〜ＳＲ８、最大値検出部１２、比較器１４、制御部２０、スピーカＳＰ１、ＳＰ２、エコーキャンセラ（図示せず）等を備えている。
【００１６】
スピーカＳＰ１、ＳＰ２は、上面視において、放収音装置１の略中心に筐体内部に配置されており、筐体の上面側のおよび下面側の領域を放音領域として放音信号Ｓに基づいて放音する。
【００１７】
マイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８は、上面視におけるスピーカＳＰ１、ＳＰ２の配置位置を中心として、それぞれが４５度回転対称な位置となるように配置されている。ここで、４５度回転対称とは、ある図形を回転対称中心点を基準にして４５度回転させたときに元の図形に重なることを意味する。また、４５度回転対称は、８回回転対称とも表現することができる。
【００１８】
また、マイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８は、それぞれ収音領域ＭＡ１〜ＭＡ８の音声を収音するように収音指向性が設定されている。ここで、収音領域ＭＡ１〜ＭＡ８は、スピーカＳＰ１、ＳＰ２の配置位置を中心として８回回転対称となるようにそれぞれ形成されている。
【００１９】
このような配置では、スピーカＳＰ１、ＳＰ２からの放音音声がそれぞれ収音領域ＭＡ１〜ＭＡ８を介してマイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８で収音されるまでの回り込み伝達経路長が全てのマイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８で略同じになる。これにより、スピーカＳＰ１、ＳＰ２から放音される音がマイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８に回り込んで収音される回り込み音声レベルを均一にすることができる。
【００２０】
ここで、マイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８の構成について、マイクロホンユニットＭＵ１を例に挙げて説明すると、以下の通りである。なお、マイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８は、収音領域が異なるのみで同一の構成を有している。
【００２１】
マイクロホンユニットＭＵ１は、マイクロホンＭＩＣ１〜ＭＩＣ４、線形フィルタＦ１〜Ｆ４、加算器ＳＵ１、を有している。
【００２２】
マイクロホンＭＩＣ１〜ＭＩＣ４は、所定の基準面に沿って一列に配置されており、それぞれ所定の収音指向性を有している。
【００２３】
線形フィルタＦ１〜Ｆ４は、マイクロホンＭＩＣ１〜ＭＩＣ４において収音された収音信号に対して遅延処理を行なう。加算器ＳＵ１は、線形フィルタＦ１〜Ｆ４において遅延処理を行なった収音信号を合成処理する。このような構成および処理を用いることで、マイクロホンユニットＭＵ1全体として収音領域ＭＡ１を実現する収音指向性を設定する。
【００２４】
加算器ＳＵ１は、対数計算部Ｌ１へ上記合成処理を行なった合成信号ＳＡ1を出力する（図２参照）。
【００２５】
対数計算部Ｌ１〜Ｌ８は、マイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８から出力される上記合成信号ＳＡｋに含まれる低音成分の対数値（対数パワー）を式（１）によってそれぞれ計算する。ｋは、マイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８を示す1から8までの添え字である。
【００２６】
ここで、一般に、人間の可聴域の周波数帯域は２０Ｈｚから２００００Ｈｚであるのに対し、人間の音声は、当該可聴域の比較的低音成分である４００Ｈｚから４０００Ｈｚの周波数帯域成分を多く含んでいる。
【００２７】
そこで、放収音装置１では、対数計算部Ｌ１〜Ｌ８において、例えば、上述の低音成分である４００Ｈｚから４０００Ｈｚの周波数帯域の信号パワーの対数値を用いている。これにより、人の声の多く含まれる周波数成分を話者方位検出に用いることができる。このため、話者方位をより正確に検出することができる。
【００２８】
【数１】
2009089133.tif 000003
【００２９】
ここで、ｘｋは、上記合成信号ＳＡｋ（ＳＡ1〜ＳＡ８）の信号レベルを示し、Ｐｋは合成信号ＳＡｋに対するパワー信号ＳＢｋ（ＳＢ１〜ＳＢ８）の信号レベル（パワーレベル）の対数値を示す。また、ｋは、マイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８のうちいずれのマイクロホンユニットから出力される合成信号であるのかを示す1から8までの添え字である。ｔは、時間を示す。Ｔは合成信号ＳＡｋのサンプリング時間長により設定される。
【００３０】
そして、対数計算部Ｌ１〜Ｌ８は、上記式（１）によって計算されたパワーレベルの対数値Ｐｋをそれぞれ出力する（図２参照）。
【００３１】
加算器１０およびアンプ部１１は、式（２）に基づいてパワーレベルの対数値Ｐｋからパワーレベル平均値ＡＶを計算する。より具体的には、加算器１０は、パワーレベルの対数値Ｐｋの和を計算してアンプ部１１へ出力する。アンプ部１１は、対数値からなる各パワーレベルＰｋの和を合成信号ＳＡｋの数Ｎ（本実施形態においては、Ｎ＝８）で除算することで、パワーレベル平均値ＡＶを算出する。
【００３２】
【数２】
2009089133.tif 000004
【００３３】
減算器ＳＲ１〜ＳＲ８は、パワーレベルの対数値Ｐｋからパワーレベル平均値ＡＶを差し引いて差分信号レベルＤｋをそれぞれ生成する（下記式（３）参照）。
【００３４】
【数３】
2009089133.tif 000005
【００３５】
ここで、Ｄｋは差分信号レベルを示す。
【００３６】
最大値検出部１２は、差分信号レベルＤｋの中から最大値を示す差分信号レベルＤｋＭを検出して比較器１４へ出力する（図２参照）。
【００３７】
比較器１４は、閾値Ｔｈと、最大値検出部１２から出力されてくる最大値を示した差分信号レベルＤｋＭと、を比較する。そして、閾値Ｔｈよりも差分信号レベルＤｋＭが大きい場合には、当該差分信号レベルＤｋＭを制御部２０へ出力する。なお、閾値Ｔｈは、自装置の話者が発言して収音したものと判断し得るレベルであって、当該レベルに基づいて収音音声レベルが放音音声レベルに対して所定レベル分高くなった状態の差分信号レベルから設定される。一方、比較器１４は、差分信号レベルＤｋＭが閾値Ｔｈ以下となる場合、当該差分信号レベルＤｋＭを制御部２０へ出力しない。これにより、収音領域ＭＡ１〜ＭＡ８のいずれかで、話者が放音音声よりもある程度大きな声で発話しているときに、話者が発話している収音領域の差分信号レベルＤｋＭを話者方位検出に用いることができる。
【００３８】
制御部２０は、比較器１４から差分信号レベルＤｋＭを受け付けると、マイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８の中から差分信号レベルＤｋＭを出力したマイクロホンユニットに関連付けられた方位情報を話者方位情報として出力する。そして、制御部２０は、新たに、比較器１４から閾値Ｔｈを超える差分信号レベルＤｋＭを受け付けるまで、検出した話者位置を維持する。
【００３９】
これにより、放音信号Ｓに基づいてスピーカＳＰ１、ＳＰ２が放音していても、マイク
ロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８から出力される合成信号ＳＡｋを基にして話者方位を正確に検出することができる。
【００４０】
本実施形態に係る放収音装置１では、比較器１４において差分信号レベルＤｋＭと閾値Ｔｈを比較する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、比較器１４を用いる代わりに、所定時間ごとに制御部２０に直接最大値を示す差分信号レベルＤｋＭを出力して話者方位を検出するといったことも考えられる。
【００４１】
ここで、話者方位の検出方法としては、放音信号Ｓの信号レベルと合成信号ＳＡ１〜ＳＡ８の信号レベルｘｋとを比較して、両者の差分信号を基にして話者位置を検出するといったことも考えられる。しかし、この場合において、放音が無い場合には放音信号Ｓの値が０になるので、当該「０」である放音信号のレベルを基準レベルとして計算を行おうとしても、大きな計算誤差を生じ易くなり、信号処理上問題となるおそれがある。また、放音信号と収音信号とではノイズ特性が異なるため、単純に両者を比較しても話者方位を精度良く検出することが難しいといった問題もある。
【００４２】
一方で、放収音装置１では、式（３）に示すように、パワーレベルの対数値Ｐｋから対数値のパワーレベル平均値ＡＶを差し引いて差分信号レベルＤｋを算出する。このため、放音信号Ｓの信号レベルを算出式に直接用いずに差分信号レベルＤｋを算出することができる。このため、合成信号ＳＡ１〜ＳＡ８の信号レベルｘｋだけを基にして話者方位を精度良く検出することができる。また、式（３）では、対数値を用いることで、差分信号レベルＤｋをパワーレベルの対数値Ｐｋとパワーレベル平均値ＡＶとの差として計算することができる。このため、閾値Ｔｈを固定値として設定することができ、この固定値である閾値Ｔｈを用いて話者方位を検出することができるといった効果もある。
【００４３】
なお、本実施形態では、閾値Ｔｈは固定されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、比較器１４に複数の閾値を記憶させておくといったことも考えられる。この場合には、放収音装置１の使用環境に応じて閾値Ｔｈを切り換えることができる。
【００４４】
次に、図３を用いて、放収音装置１の話者方位検出の具体例について説明する。
【００４５】
図３（Ａ）は、放音信号Ｓのレベルおよび各収音領域での発声音（話者音声）のレベルＷｋの変化を示す図である。また、図３（Ｂ）は、パワーレベルの対数値Ｐｋおよびパワーレベル平均値ＡＶの変化を示す図である。また、図３（Ｃ）は、閾値Ｔｈおよび差分信号レベルＤｋを模式的に示す図である。なお、図３では、添え字ｉは、収音領域ＭＡ１〜ＭＡ８の中でパワーレベルの対数値Ｐｋが最も大きい値となる収音領域を示している。これに対して、添え字ｊは添え字ｉ以外の収音領域を示している。なお、図３では、Ｐｊは、簡単のため一つの出力だけを示している。
【００４６】
図３に示す時間帯Ｉでは、スピーカＳＰ１、ＳＰ２からの放音が無く、且つ、収音領域ＭＡ１〜ＭＡ８の話者の誰も発話していないときの信号レベルの状態を模式的に示している。この場合には、図３（Ｃ）に示すように、差分信号レベルＤｉ，Ｄｊがともに閾値Ｔｈよりも小さくなるので、制御部２０は、新たな話者方位を設定しない。
【００４７】
図３に示す時間帯IIでは、収音領域ＭＡ１〜ＭＡ８のうち一つの収音領域（ｉに対応する領域）で話者が発話し、且つ、スピーカＳＰ１、ＳＰ２から放音の無いときの各信号レベルの状態を模式的に示している。
【００４８】
この場合には、図３（Ｃ）に示すように、差分信号レベルＤｉが閾値Ｔｈよりも大きくなり、他の差分信号レベルＤｊが閾値Ｔｈよりも小さくなる。このため、制御部２０は、話者方位を添え字ｉの示すマイクロホンユニットの方位へ設定する。
【００４９】
図３に示す時間帯IIIでは、収音領域ＭＡ１〜ＭＡ８のうち一つの収音領域（ｉに対応する領域）で話者が発話し、且つ、スピーカＳＰ１、ＳＰ２から放音がされているときで、さらに発話音声レベルが、回り込んだ放音音声の収音レベルと略同じである場合の各信号レベルの状態を模式的に示している。この場合には、図３（Ｃ）に示すように、差分信号レベルＤｉが閾値Ｔｈよりも小さくなる。このため、制御部２０は、話者方位を更新しない。すなわち、直前の時間帯IIの時点で設定した話者方位を維持する。
【００５０】
図３に示す時間帯IVでは、スピーカＳＰ１、ＳＰ２から放音されているが、その放音よりもある程度大きな声で収音領域ＭＡ１〜ＭＡ８のいずれか一つの収音領域（ｉに対応する領域）で話者が発話しているときの各信号レベルの状態を示す。
【００５１】
この場合には、図３（Ｃ）に示すように、差分信号レベルＤｉが閾値Ｔｈよりも大きくなり、他の差分信号レベルＤｊが閾値Ｔｈよりも小さくなる。このため、制御部２０は、話者方位を添え字ｉの示すマイクロホンユニットの方位へ設定する。
【００５２】
このような処理を行うことで、スピーカＳＰ１，ＳＰ２からの放音状態に関係なく、話者方位を確実に検出することができる。また、スピーカからの放音音声レベルにより話者の方位が検出できなくなっても、直前の話者方位を維持することで、話者方位が無くなったり、ランダムに変わったりすることが無く、最も話者方位の可能性が高い方位をそのまま維持することができる。
【００５３】
なお、上記実施形態では、スピーカＳＰ１、ＳＰ２を中心にマイクロホンユニットＭＵ１〜ＭＵ８が８回転対称な配置となるように八角形状に配置されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、スピーカからの放音音声の回り込みが全てのマイクロホンユニットで同等になればよく、例えば、スピーカＳＰ１、ＳＰ２を中心として各収音領域が回転対称に形成されるのであれば、マイクロホンユニットは正三角形状に配置されていても良い。この場合には、各マイクロホンユニットが収音する各収音領域を３回回転対称に形成することができるので、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
上記実施形態では、スピーカＳＰ１、ＳＰ２を中心に収音領域ＭＡ１〜ＭＡ８が回転対称に形成されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、所定のサンプリング時間幅におけるスピーカからの放音音声の回り込みが収音する全てのマイクロホンユニットで同等となる場合には、所定のサンプリング時間幅ごとに収音するマイクロホンユニットのＯＮ／ＯＦＦを切り替える、あるいは、各収音領域の形状を変更するように設定するといったことも考えられる。この場合にも、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
また、スピーカＳＰ１、ＳＰ２からの放音特性（指向性）が可変となる場合には、この変化に応じて全てのマイクロホンユニットで同じレベルの回り込みが得られるように、各マイクロホンユニットの収音指向性を制御するようにしても良い。すなわち、全てのマイクロホンユニットでの回り込み音声レベルが同じになれば、機構的な位置関係は特に限定されるものではない。
【００５６】
なお、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る放収音装置の正面視におけるスピーカおよびマイクロホンユニットの位置関係、と各収音領域と、を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す放収音装置における話者方位検出の流れを模式的に示す図である。
【図３】（Ａ）は、放音信号Ｓのレベルおよび各収音領域での発声音（話者音声）のレベルＷｋの変化を示す図であり、（Ｂ）は、パワーレベルの対数値Ｐｋおよびパワーレベル平均値ＡＶの変化を示す図であり、（Ｃ）は、閾値Ｔｈおよび差分信号レベルＤｋを模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１      放収音装置
１０    加算器
１１    アンプ部
１２    最大値検出部
１４    比較器
２０    制御部
ＡＶ    パワーレベル平均値
Ｄｋ、ＤｋＭ  差分信号レベル
Ｆ１〜Ｆ３２  線形フィルタ
Ｌ１〜Ｌ８  対数計算部
ＭＡ１〜ＭＡ８  収音領域
ＭＵ１〜ＭＵ８  マイクロホンユニット
Ｐｋ    パワーレベルの対数値
Ｓ      放音信号
ＳＡｋ  合成信号
ＳＢｋ  パワー信号
ＳＰ１、ＳＰ２  スピーカ
ＳＲ１〜ＳＲ８  減算器
ＳＵ１〜ＳＵ８  加算器
【図１】
2009089133.tif 000006
【図２】
2009089133.tif 000007
【図３】
2009089133.tif 000008