JPS60500472A - スピ−チ信号を処理する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 スピーチ信号を処理する方法及び装置 本発明は、一般に、スピーチ信号の処理に係り、特に、スピーチ信号の情報内容 に悪影響を及ぼすことなく難聴者用としてスピーチ信号を増巾する方法及び装置 に係る。

聴覚に障害のある者は、一般に、クイナミンクレンジが著しく限定され、即ち、 かろうして聴き取ることのできるスピーチ強度レベル（例えば、スピーチ認識限 界Ｓ　Ａ　′「）と、最も容易に聴き取ることのできるスピーチ強度レベル（最 適レベルＭ　ＣＬ　）と、ｍｌえられない程の音量のスピーチ強度レベル（不快 音量レベル［ＪＣＬ）との間の差が凡常に小さいことが分かつている。そこで、 一般に、広いレンジのスピーチ強度レベルヲ、聴覚にＲ？ｊのある各個人に適し た限定されたレンジまで下げることか強く要望されいる。然し乍ら、ピーククリ ップ及び瞬時千警ｒ？を用むまた公°入１１Ｃ）装置では、スビーナムこ文１し て強い低ｊｈノ仮奴ｌ）を強調し、高い周誠岐を不鼾明にするような拮音歪力叫 ルる。１９７９年４月、ロックヒル、マリラントに所在するアメリカンスピーチ 　ランゲノン・ヒγリンク了ソシエーノヨンで出版されたＢｒＸＬｉｄａ氏等著 の“′補聴器−リニア増ｌ】、振巾圧縮及び周波Ｆ１．低下に関するこγ１．ま での研究の再検討（ｌｌｅａｒｉｎｇ　Ａｉｄｓ　−Ａ　Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　 Ｐａ５ｔ　１ｌｅｓｅａｒＣｈ　ｏｎＬｉｎｅａｒ　ＡｍｐｌｉｆｉｃａＬｉｏ ｎ、八ｍｐｌｉＬｕｄｅ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ、ａｎｄ　Ｆｒｅｑｌｌｅｎ Ｃ）’Ｌｏｗｅｒｉｎｇ）　”と題する文献に広範な調査結果が示されてＬ）る 。、：の文献には、圧縮という考え方の指導と共に圧♀ｊ６について広範囲に厳 富に再桟Ｆされている。こＣ）文献では、ここに示したＪ−うな圧縮による効果 が得られない場合は、振巾圧縮自体Ｇこ木来効檗力・ないというのてばなく　、 ８１１．１査老の側で圧管１の考え方及びその複雑ぎを理δＡ＋１’Ｊ　；こも 実際的にも充分に理解してい１ぎいためであると示唆している。

スピーチの音９パターンは、次のような３つの主時間顛域成分Ｇこおいて系統的 に分析できると分っている。（１）各短い音セグメントのスペクトルカー布を表 わしている微田ム一時的パターン、＋２１　、二の微細な一時的パターンの変化 に恭一ついた種々の音セグメントの時間中を表わしているおおまかな一時的パタ ーン、及び（ｚ３１時間と共に変化する振巾パターン。５ないし１０ミリ秒のス ペクトルセグメントから生しる微細な一時的なキューは、子音の発音位置を識別 するに充分な情報をしばしば聴取者に与える。同扛に、おおまかな一時的パター ンは、特に摩擦音、破擦音及び破裂音の甲で発音の仕方に関して充分な情報をし ばしば与える。時間と共に変化する振巾パターン、即ぢ゛スビーナ信号包格線” は、スピーチ形成プロセスＧこよって自グ・に生しるものであるか、おおま力な 一時的パターンによって既Ｇこ伝わった最も冗長な情（Ｉを伝えるごともできる 。Ｒｏｂｉｎｓｏｎ氏及び旧＋ｎＬｉｎｇｔｏｎ氏は、１９７３イ「４月Δｃｏ ｕｓｔｉｃａｌ　５ａｔＩｅＬｙ　ｏ（Ａｍ、：ｒｉｃａの前０こ行った談話の 中で、従狂の圧縮増巾では、短い時定数を用いに時に不所望な歪か介入し７、一 方、時定数が長い場合は緩慢なものになり過きることを認めた。

数十ミリ秒の間隔でスピーチ波形の平均電力を連続的ζ、二川用Ｉｉｆシ、これ を用いて、各間隔の中央て波形にちえるへき利ｅトを決定し、これにより生した 振中圧１１６信号を平均間隔の長さの半分を二は遅延する方法が提案された。コ ンピュータシュミレーンヨン乙こｃｌ−って予め得らｎ、ｆこ結果ては、スピー チの四面さ乃・このブ１：Ｉセノでピグ善できると示唆さｊ’ｌている。然し乍 ら、Ｒａｈｉｎｓｏｎ氏及！：Ｊ’１ｌｕｎ１．１ｎＢＬθｎ氏は、このプロセ スを開発するＡ：めの研究（そわ以上行っていな３ い。

本発明の目的は、スピーチの漬輸同容を干すせること４ｆ＜容易Ｇこ１殿できる ようにする改良６れ７：スピーチ処理方法を提供することである。

本発明の更に別の目的Ｓ４、スピーチの微絹九一時的・ぐターン及びおおまかな 一時的パターンに悪影古を及はずごとｔ６＜、時間と共に変化する振巾パターン 即ち包絡線の変化を最小にするようにスピーチパターンを圧ｉｔ！＋する装置を 提供することである。

本発明は、時間と共に変化する平均値もしくは実効値（Ｒ〜Ｉｓ）振巾パターン を得、こわを用いて、スピーチの時間と共に変化する振巾パターンを正規化する と共に、スピーチ認識限界と不快音量レベル吉の間で理想的には聴取者の最適レ ベルに位置する圧縮スピーチパターンを形成するようなスピーチ処理方法及び装 置に閃づ−る。スペクトル整形をｌｆｉいて高［古ｊ７Ｌり成力か２独調ｄン′ ）イ）。木冗明；二、里−ちレンて′、ｌ！、　’４：（、：す゛て１壬す・・ 、・１？（装置ても２−腎て士イＬＪ歯当な一１’　１′、１０ホン士段を用い てスピーチパターンかル区）ＦＢ→ら才９、マイク１コホンからＣ：Ｉスビ−ナ パター〉かｉ；１置増］４１さ初５、そして適当な整形フ、イノ１夕て処理さ７ ｊて、高周彼歇成うＪか肝調さノ・する。

このスベク［・ル整形さｌまた信号の振巾の実効１［ＩＩＩ（ＲＭ　Ｓ　）か’ Ｊ！Ｆ五ｔの時間周間′ζ泗１さチ１、この実効（Ｊの逆数をｌｉｔいて、スペ クトルＶ形された信冒か変調され、正規化された振巾か形成される。重要なこと に、整形された信号は、振巾圧縮の前に、実効値の／Ｖ！１疋に含まれる時間遅 延を補償する乙こ充分な時間たけ遅延される。これにより生した信号か圧薙さ２ −１５、吹いで、スペクトル整形により微細な一時的バタ“−ン及び８８まかな 一時的パターンか保持さ２′１゜るようにして」−記１３号か所望の千と取しン ー・に調整６カる４゜本発明、亜ひにその目的皮び特１″ｊは、添１１図面を参 〇、ヴした以Ｆの計則を説すＪ、及び請求のｉ、芭匹力・ら明らかとなろう。

第１１メレよ、不発１男の一人う（１夕１１．こより里−ナヤンλ２ルのスビー ナ処■ｖ装置を示す０″Ｊ能フロック図である。

第２］ズｉ：よ、本発明Ｑこよるスピーチのｌ廂を示すクラ７−（ある。

第３１悶ば、本発明によるスピーチ処理装置の多チヤンネル実施１り１ｌ−２示 す（氏「１ヒフｌ−Ｉノクレ１である。

第４Ａ図及び第４［３図は、本発明の他の実施例によるテープ記録装置の閤能フ ロノクレ１である。

添付図面を説明ずイ′１は、第１図は、一般の重囲部品を用いて構成した本発明 の一実施例による里−ナヤンネルスピーナ処理装置の機能フロック図である。こ の実施ｉ＋すｃこおいて、広い周波数応答特性を有するマイクロホン１０　（例 えば、１００Ｈ２ないし１０ＫＨ２の応答特性を右するＫｎｏ匈ｌｅｓ　Ｆ、Ａ １９３４のようなエレクｌし２・ｌ・マイクロホン）乙↓、音声信号を取り上げ −（，１０（ｌ　Ｎ　。

ないＬｌｏｌ、ＩＩＩ、のＴ１川Ｓ、ｌ幻器して２６ｄＢの利得を有するｉ；１ 置増巾器１２・＼電気（５弓をＪｘる。増＋ｊ＋さ第１た仁シ、は、次い（、高 周波弓・Ｉ！膠囲ｄ各１４　（１少１：えは　’ｌ’　ｌ　Ｏｂ　４りン（ト増 １↑Ｊ器９−・」スイ、γ１、この旧旧よ、ｌ００ＫＩＩ□ムいし２ＫＨ，の和 Ｉ用に女ｉしては６ｄ１：／オフターフの利得をＩｊえ、そして２　ｋ　ｌ−１ 、以」−の周波数Ｇこり↑しては平らな応答を与える。例えば、ランオ受信器か らの信号を高層＄強調回路１４へ供給できるように、位置１６４こ補助入力か設 けられている。

高闇波強ｌｉ＋回路１４がらの信ぢは、ＲＭ　Ｓ検出器１６−・送らボＩ。

ると共Ｇこ、ごのＲＭＳ検出器１６の時定数に等しい遅延を６える遅延回路１８ にも送られる。−実施例己こおいては、ＲＭ　Ｓ　＋＝　出ＲＸかアテロ４直列 △ｌ−）　５３６　Ａて構成１８Ｊｆ、、そして近うルｉ１１路１８かレチコン （１ｌｅｔｉｃｏｎ　）ＳＡ　Ｄ　４０９６／’（ノノンリレー型デバイスζ＋ ｊ八へＥ名、この装置は８ｏＫＨ２のデノタルクロノク２０によって作動される 。

遅延装；ろ１８て遅延さｒｌだ信号は、除算回路２０　（例えは、アナ１コクデ バイス？ｔ：　（Ａｎａｌｏｇ　ｌｉ：ｖｉｃｅｓ　）　０）　Ａ　Ｄ　５３５ 高精μｓ除算器）４ごてシ〕子としてｉＸられ、そして遅延さボまた１Ｓぢの１ ．１　Ｍ　Ｓ振＋１１かｆｒ爵とＵ７て防、９器・＼送らとする。（疋って、断 纜、器２０からの出カシよ、遅延されて振中圧♀ｔＷされた信号とムリ、これか 受信器２２（Ｋｎｏｗｌｅｙ、Ｅ　ｌ）　１９２５　）　ヘ送られる。

第２図ムま、マイクロホン１０からの信号の入力レベルｄＢＳ１〕１−に対して 、受信器２２へ送られる信号の圧縮出力レベルｄ　１３３　Ｉ）　Ｌをプロット したものである。入力レベルが約４５ｄＢより低い場合には、出力レベルが減衰 される。入力レベルか４５ｄ　１３である時には、出力レベルが圧縮され、約１ ００ｄＢｓＰＬ□　これＬ：Ｍｃ　＋−，レベルである□に均一に紺持さ７１ろ 。

Ａへｄｌ＜　−４：　１′）犬戸イ入力り、へ７１．４コ対し−Ｃは、圧ｉ宿Ｉ ＬＺｊ”　Ｉ　Ｏ：　ｌ　ｊ１’、２い；９！：イブ′）５以上〇ご保ｆこれる 。

第；３「図８６し、複多′くの１司、皮表１帯又−°（Ｓこ２い一ζ１言）うを フィルりし１＋１０才るよう八木４を明の別の実施（々ｌｉｄこよる多チャンネ ル−１Ｌ吋圧τ１０装置を示し２ている。この′Ａ施例ては、マイクロホン３０ からの仁“・ｊか低地（１００−４００８２）フィルタ３２、中域（４００−１ ６００１」２）ソ１′ルタ３４及び高域（＋６００−６４００Ｈ７）フィルタ３ ６に送られる。各フィル［夕からの信号シよ振１１’ｌ　、１．’ｆｉ稲凹Ｍτ ３８．４０及び４２・＼送吐）ねる。各々の圧′１１図路・−よ、第１図に示し ７たような遅延回路、ＲＭＳ検出回路及び除初回路を備えている。各チー・ノ不 ルは狭帯域の周波数を金色ので、第１Ｉ図の高置、皮↓ン強調凹陀り、Ｆ不′Ｐ てシ）る。圧鞘１さ才１．　ｉ）　１．ユＺ、オ朋豹増［遅器７１４・＼送シ、 ２７、幻（１αさ２謬、掬吟１１百″−ｉか受（占器・１６・＼迷らン′）る。

第４　Ａ　１ｐ、ｉ及び第４１３　ｊｇｌ　’＝’、：、チー７７’　ｌ−ヨー クと共に使用ず；　ノＨ（−有用ｊ６米発明Ｇ）別の夫ｂΦ１りＩｊを示覆椴能 −Ｚｌ’　ｌ：ｌツク１ヌ１であり、この場合は、圧縮さ才）た信号と、検出さ ボ１．た１ぜ〜Ｉ　Ｓ　（ＩＩ“１の両方か時間１ＳＪｃ：二１１１１’ｊ玖に デーブレコータに記録される。第４Ａ図の場合Ｇごは、マイクロホン′５０又は 他の音声源からの信号か、第１し１のようなψ−ナヤン２ル装置又は第３Ｍのよ うな多チヤンネル装置である振巾圧縮装置５２へ送られる。圧ｉｈされた音声信 号はチープレコータ５４のアナロクナヤン２ルに記録され、そして検出されたＲ 　Ｍ　Ｓイ１６はレコーダ５４のＦ　Ｍナヤンネルに記録される。その後、記録 された圧縮音声信号及び記録されたｌ？　Ｍ　Ｓ値は、乗算器５６・＼送られ、 ここから、元の音声信号と元のダイナミックレンジとが形成される。こねにより 生じる圧縮解除された信号は、周波数強１１１除去回路５８を経て受信器５９へ 送られる。

第４１３図は　第４Ａ図のアナｌ−Ｖり装置と同様の４ノシブリ７′り］（テー プ記録装置を示していイ）。この冥廁１列て↓、ｔ、マイクｌ：！　十＞６０か らの信ぢ力・第１！　Ａ　ｉイ’：の場合と同（屋こ振巾圧陥装：＋！ｉ：　ｆ ｌ　２・辻ら３′、　、　欲：いて、汗、伯サイ１．た’Ｇ’　Ｉ”　’ｌＲ゛ ・Ｊ及ｒ−＼＋＜　ｘｉ　ｓ値カフ　−Ｊ−１：ｌ　１’　５−ソタル変換回路 ６３及び６５によ−、′（う−ノタル形咋６．二変模さボｊ５イ１゜次いで、こ のデノタル信号はテープ記録装置ｉ’Ｚ：　６４　Ｌこ記１０さ才する。

この記録されｆこ借覧は、テノタル−７すｌｊクコンハータ５７ｙｐ乙′乗’１ １　Ｄ　Ａ　Ｃ：　６６１ごよって再つ了す【：Ｊり信υに変換さγｊ、る。１ −）△０６６からの圧縮解除された信号は、周ヂζ故・ｊｑｊ調除去回ＵｆＨ６ ８ＬＩ　Ｊって強調除去さ羽、次い−で、受信器６９へＪｘられる。

チープレコータは典型的にダイナミックレンジが１（Ｒ定さ４ｊているのて、本 発明のごれらの実施例は′ｌ１１にイーｉ効−ζある。従って、圧ｅｉ？さ２ま た畠−１もゴ言ヒ砂、’Ｑ’　！？　ｘｉ　Ｓ　ｊｌ？＋をレコーダＧこ記１す る、二とＭ、Ｉ、す、記録５れた信号の全クイナミノクレ７）を４１モ９器５０ ルーぴ６６乙こ右いて＋ｊＴ　＋Ｉ〜１１戊する、二とかできる。

１１１１こＪホ・＼ｆ二好ましいＰ：側倒ては、ｌ？　Ｍ　：）暎出器を１吏用 した。

然し２乍ら、成る時間１７；ｉ　ｊｊＪｉ　ｒ、：：わたる信号振…の池の尺度 、平均１１１支び尺Ｍ　Ｓ　４１′ｌの近供（＋ｆｆｌを含む、を使用すること もて＠る。ここで使用ずろ１ぜＭ　Ｓ　（１１＋は、その適当な近１慶（ｌＩ！ ８含Ｌ９更うこ、＋＋’ｉ−ましい実）１例ては、圧縮信号を得るために除算器 を使用した力・、検出さ彊たＩ’？　Ｍ　Ｓ　イ１ｒｉ又は平均仙の対数尺度を 用いて、圧賀白仙を得ることもできる。

本発明は、例えば、補聴器及び音声記１ａ媒体（Ｌ記の如き）、サンプリング式 デジタル記憶装置、放送システム、拡声装置、電話を含む一般の音声通信装置の ような広範な用途に利用できる。

本発明は、ノイズの多い環境で通信を行なったり、現場に用いられたノイズの多 い通信リンクを介して通信を行なったりする場合乙こ特ごご有効である。

特定の実ｈｉ！！例？、′ついて本発明を説明−すニブ１）　二灼°ｒ了発明／ ぢ一！説するためのものてあ−１て、不発明をこ眉６二限疋す菊（のでは２い。

請求の範囲で規定する本発明の真の績神支乙ζｉｉｌ！凹乃゛・ら逸脱せずζこ 多数の変史皮ひ応１１．かなさγ１得ることか当業者（こ明Ｃ１かであろう。

２０　４０　６０　８０　１００ 万１４回路入の入力し”Ｃｈ　：　ｄＢ　５ＰＬＦＩＧ、−２ ＦＩＧ、−４Ａ ＦＩＧ、−４Ｂ ４続補正書（方式） ％式％ ２、発明の名称　スピーナ信号を処理する方法及び装置３、補正をする者 事件との関係　出　願　人 氏　名　ヘンリノクソン　ラリ−キース外１名 ５、補正命令の日付　昭和５９年１２月２５日図面の翻訳文の浄書（内容に変更 なし）。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スピーチ信号を含む音声信号を処理する装置において、選択された時間周期 中にスピーナ信号の振巾の尺度を得る手段と、上記選択された時間周期中の音声 信号を上記振巾の尺度に基づいて圧縮する手段とを具備したことを特徴とする装 置。 ２　振巾の尺度を得る上記手段は、実効値（ＲＭ　Ｓ　）検出器より成る請求の 範囲第１項に記載の装置。 ３　十記実効値抄ｕ３器か上記選択された時間ｒｇ期について上記音μ月、１可 の振［［１の実効１＋ｉｌ！を得る間、賃１４１信号を上記選択された時間周期 だけ遅延する手段を更に錨えた請求の範囲第２項に記載の装置。 ４、」−記選択された時間周期中に音声信号の振巾の上記尺度が得られる間、音 声信号を上記選択された時間周期だけ遅延する遅延手段を（Ｉｉｉえた請求の範 囲第１Ｊβに記載の装置。 ５　、’ｒ’Ｎ　、１’・を受信し５てこ相に応しム：電気信号を発住するマイ ク［１ホン手段と、 このマイクロボン手段ｚ、Ｘ接続さ利ていて、上記電気信号を増巾する高［、！ ；１波数強言ｉｉｔ手段と、この高ＩＮ１波数強調手段に接続されてい−（、増 ］↑Ｊさ、？′１．１こ信号を受け、選択された時間周期に対するこの増巾され た信号の実効（ＲＭ　Ｓ　）振巾を得る振１１検出手段と、高周波数強調手段に 接続さイア、てい−ζ、スペクトル整形さ力、た電気信号を受け、そしてこの信 号を上記選択された時間周期だけ遅延する遅延手段と、 」−記Ｉ２ｉ！延手段及び上記振巾検出手段に接続されていて、上ｇＦ増［１］ さ＞”Ｌ　遅延さボ１ム：電気信号を上記実効平均１１へζこ暴ついて圧縮する 信号圧扁手段とを具イ萌したことを特鹸とする音声処理装置。 ６　上記高量波数ｌ揮、、１８］手段Ｂ、Ｈ１上記屯気１°、）号を、少なくと も２に１−１゜まては６ｔｌ１３／オクターフで増甲樗る請求の範囲第５１ｊｉ に記載の装置。 ７、　上記遅延手段は、ハゲッリレー型デバイスより成る請求の範囲第５項Ｇご 記載の装置。 ８、　上記圧縮手段は、上記遅延された非リニアな増ｒｌ＋ｉ３号をに記実効値 で除算する除算器を含む請求の範囲第５項るご記載の装置。 ９　上記マイクロホン手段を上記高醐汲赦強訪、１手段６ご相Ｕ接続する前置増 ＋４］手段を更に＃ｉＡえた請求の範囲第５項に記載の装置。 １０、音声信号処理装置内で信号の振巾を圧縮する方法において、選択された時 間周期にわたり上記信号の振ｒ［Ｊの尺度を得、そして 上記選択された時間周期に対応する上記信号を上記振巾の尺Ｉｆ　ｌこηついて ｌ玉キ１６する、ことを１寺１枚とずろカｌ去。 １１１−記４１：山の尺（色°魁臭今１「イ直てあろ士−！水の工枦井Ｊ詰ｊｆ １％ｆ、二記１１Ｍの方法。 １２　上記の圧縮段階は、選択された時ｆ！ｊ：　、ｌＲｊ　！！Ｊｌ　６二幻 ずイ）ト記信シ、をその゛人効振＋ｔ１稙で除算することを含もａ才の範囲第１ １項に記載の方法。 １３　上記実効値を得る前に上記信号の高周波紗成分を仰調する段階を更に（Ｉ ａえた請求の範囲第１０狼に記載の方法。 １４、音声信号を受け取ってこれを複数の固定された周ｅ故帯域ハ、とフィルタ する抱数の帯域通過フィルタと、この帯域ｉ［ｉ！通過ィルタに各々接続された 蝮故の振巾圧縮手段とを具！＋ｉＭし、各々の振巾圧縮手段は、正灰された時１ １１１周期中に音声信号の振［１１の尺１度を得ろ手段と、音用信何を上記選択 さゎた時間１１期１こけ！！延させる手段と、上記時間周期中！！延された１０ 音声信号を上記振巾の尺度に基ついて圧下宿する手段とを０１０え、そして更に 、上記複数の振巾圧４ｔ？１手段に接続されていて、圧ｉ＋１された音声信号を 受け取って加算する加算手段を具備したことを特徴とする音声信号処理装置。 １５、振１１１の尺度を得る上記手段ルよ、′実効（１カ（１２１ψＳ）検出器 より成る請求の範囲第１４項に記載の装置。 Ｉ６、音声信号を記録し、この記録した信号から元のダイナミックレンジを得る 方法において、 選択された時間周期にわたり音声信号の振巾の尺度を得、上記選択された時間周 期に対応する音声信号を上記振巾の尺度に基づいて圧縮し、 圧縮された音声信号を記録し、 そして、音声信号の上記振巾の尺度を記録することを特徴とする方法。 １７　上記振巾（７）尺度は、実効ｆｌｕ　’Ｃ；’８４請ｆ’ｊＺ　Ｏ）　、 ｊｉｌ　ｉｍ、”ｉｌ’ｉ　ｌ　６ＩＱ　：コ記＠Ｑの方７′去。 １８　圧縮さ羽記録された音声１３号と、記録Ｃ：２１ム＝市声信翼の尺１隻と を検索し、 」二記記録された音声信号の振［１］尺度を用いて」−記匡抽さ眉記録された首 座信号を圧縮解除する請求の範囲第１６項にＪこ↓（の方法。 １９、１記の記録段階は、圧縮されたアナログ信号及び振巾の尺１！１をデジタ ル形態に変換することを含め、そして上記の圧縮解除段階は、記録されたデジタ ル信号をアナログ信号に変換することを含む請求の範囲第１８世に記載の方法。 ２０　上記の記録段階は、圧縮されたアナログ信号及び振巾の尺度をデジタル形 態に変換することを含む請求の範囲第１６項に記載の方法。