(57)【要約】      （修正有）【課題】音入力部の音信号のスペクトルに基づいて仮想スペクトルを生成する。【解決手段】２つの音入力部を有する信号処理装置200は、２つの音入力部MIC1,MIC2から入力された時間軸上の２つの音信号をそれぞれ周波数軸上のスペクトル信号に変換する直交変換部212,214と、その変換された周波数軸上の２つのスペクトル信号の間の位相差を求める位相差計算部222と、その２つの音入力部の位置を通る直線上の所定の位置に仮想の音入力部があると想定し、その位相差に基づいて、その所定の位置における仮想の音入力部から入力される音信号の周波数軸上のスペクトル信号を生成する仮想スペクトル生成部224と、を有する。【選択図】図３
2010107846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの音入力部を有する信号処理装置であって、
２つの音入力部から入力された時間軸上の２つの音信号を、それぞれ、周波数軸上のスペクトル信号に変換する直交変換部と、
前記変換された周波数軸上の２つのスペクトル信号間の位相差を求める位相差計算部と、
前記２つの音入力部の位置を通る直線上の所定の位置に仮想の音入力部があると想定し、前記位相差に基づいて、前記所定の位置における仮想の音入力部から入力される音信号の周波数軸上のスペクトル信号を生成する仮想スペクトル生成部と、
を具える信号処理装置。
【請求項２】
前記直交変換部は、それぞれ異なる所定の位置に配置された少なくとも第１と第２の音入力部によって生成されたそれぞれの時間軸上の音信号を周波数軸上の音信号に変換して、それぞれの少なくとも第１と第２のスペクトルを生成し、
前記位相差計算部は、前記周波数毎の前記第１と第２のスペクトルの間の位相差を算出し、
前記仮想スペクトル生成部は、前記第１と第２の音入力部の位置、仮想の音入力部の位置、および前記位相差に基づいて、周波数毎に前記第１と第２のスペクトルのうちの１つのスペクトルの各成分を移相して、前記第１と第２の音入力部の位置と前記仮想の音入力部の位置に対する仮想スペクトルを生成するものである、
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
さらに、前記仮想スペクトルと前記１つのスペクトルとを或る周波数について同期化して合成して第１の合成スペクトルを生成し、前記第１と第２のスペクトルを前記或る周波数について同期化して合成して第２の合成スペクトルを生成し、前記第１の合成スペクトルと前記第２の合成スペクトルとを前記或る周波数について同期化して合成して第３の合成スペクトルを生成するフィルタ部を具える、請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
さらに、前記仮想スペクトルと前記１つのスペクトルとを或る周波数について前記少なくとも第１と第２の音入力部における所定の方向の音成分を抑圧するように同期化してその一方と他方の差をとって第１の差スペクトルを生成し、前記第１と第２のスペクトルを前記或る周波数について前記少なくとも第１と第２の音入力部における所定の方向の音成分を抑圧するように同期化してその一方と他方の差をとって第２の差スペクトルを生成し、前記第１の差スペクトルと前記第２の差スペクトルとを前記或る周波数について前記少なくとも第１と第２の音入力部における所定の方向の音成分を抑圧するように同期化してその一方と他方の差をとって第３の差スペクトルを生成するフィルタ部を具える、請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項５】
さらに、前記仮想スペクトルと前記１つのスペクトルとを或る周波数について前記少なくとも第１と第２の音入力部における所定の方向の音成分を強調するように同期化してその一方と他方の和をとって第１の和スペクトルを生成し、前記１つのスペクトルと前記第１と第２のスペクトルのうちの他方のスペクトルとを前記或る周波数について前記少なくとも第１と第２の音入力部における前記所定の方向の音成分を強調するように同期化してその一方と他方の和をとって第２の和スペクトルを生成し、前記第１の和スペクトルと前記第２の和スペクトルとを前記或る周波数について前記少なくとも第１と第２の音入力部における前記所定の方向の音成分を強調するように同期化してその一方と他方の和をとって第３の和スペクトルを生成するフィルタ部を具える、請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記仮想スペクトル生成部は、前記第１と第２のスペクトルの振幅の平均値を前記仮想スペクトルの振幅と決定することを特徴とする、請求項２乃至５のいずれかに記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記第１と第２の音入力部の間の距離が、音速を前記音信号のサンプリング周波数で除算した値以上である場合、前記仮想スペクトル生成部は、音速を前記距離の２倍の値で除算した値より小さい周波数の範囲を有する前記仮想スペクトルを生成するものであることを特徴とする、請求項２乃至６のいずれかに記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記第１と第２の音入力部の間の距離が、音速を前記音信号のサンプリング周波数で除算した値より小さいことを特徴とする、請求項２乃至７のいずれかに記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記異なる位置は仮想の音入力部の位置であり、前記少なくとも第１と第２の音入力部の位置と、前記仮想の音入力部の前記異なる位置とが、直線上の互いに等しい間隔で配置されていることを特徴とする、請求項２乃至８のいずれかに記載の信号処理装置。
【請求項１０】
２つの音入力部を有する信号処理装置における信号処理方法であって、
２つの音入力部から入力された時間軸上の２つの音信号を、それぞれ、周波数軸上のスペクトル信号に変換する工程と、
前記変換された周波数軸上の２つのスペクトル信号に基づいてスペクトル信号間の位相差を求める工程と、
前記２つの音入力部の位置を通る直線上の所定の位置に仮想の音入力部があると想定し、前記位相差に基づいて、前記所定の位置における仮想の音入力部から入力される音信号の周波数軸上のスペクトル信号を生成する工程と、
を含む信号処理方法。
【請求項１１】
２つの音入力部を有する信号処理装置用の信号処理プログラムであって、
２つの音入力部から入力された時間軸上の２つの音信号を、それぞれ、周波数軸上のスペクトル信号に変換するステップと、
前記変換された周波数軸上の２つのスペクトル信号に基づいてスペクトル信号間の位相差を求めるステップと、
前記２つの音入力部の位置を通る直線上の所定の位置に仮想の音入力部があると想定し、前記位相差に基づいて、前記所定の位置における仮想の音入力部から入力される音信号の周波数軸上のスペクトル信号を生成するステップと、
を前記信号処理装置に実行させるための信号処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音信号の処理に関し、特に、周波数領域における音信号の処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロホン・アレイは、複数のマイクロホンのアレイを含み、受音して変換された音信号の処理によって音信号に指向性を与えることができる。
【０００３】
マイクロホン・アレイ装置においてＳ／Ｎ（信号対ノイズ）比を向上させるために、複数のマイクロホンからの音信号を処理することによって、受音方向と異なる方向または抑制方向から到来する音波中の不要な雑音を抑圧することができる。
【０００４】
既知のマイクロホン・アレイ装置では、複数の実マイクロホンが受音した音声信号に基づいて、複数の実マイクロホン以外に１つ又は複数のマイクロホンが存在すると仮定した場合に、その存在が仮定されたマイクロホンが受音すべき音声信号を時間領域で推定する推定部が設けられている。それによって、少数の実マイクロホンからなるマイクロホン・アレイを用いて、多くの実マイクロホンからなるマイクロホン・アレイを有するものと同等の特性を実現することができる。
【０００５】
既知の雑音除去装置では、入力信号の周波数スペクトル情報を算出する周波数分析器と、入力に含まれる雑音成分を推定する雑音パワー・スペクトル推定器と、入力パワー・スペクトルから雑音パワー・スペクトルを減算する減算器と入力の位相スペクトルと減算器で得られたパワー・スペクトルから時間信号に復元する周波数合成器とが設けられている。雑音パワー・スペクトル推定器は、周波数毎にある一定期間内の小レベルのパワー・スペクトルを雑音パワー・スペクトルとして抽出することによって、雑音区間の検出なしで雑音パワー・スペクトルを推定する。
【特許文献１】特開平１１−２３４７９０号公報
【特許文献２】特開平１１−１０２１９７号公報
【特許文献３】“小特集−マイクロホンアレー−”日本音響学会誌５１巻５号、１９９５、ｐｐ．３８４−４１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
既知の限られた数のマイクロホンを有するマイクロホン・アレイ装置では、受音方向とは逆の方向に抑圧方向ができるように、各音信号を時間領域で処理して、各音信号のサンプル遅延および減算を行う。この処理では、その抑圧方向からの雑音は充分に抑圧することができる。しかし、例えば車内の走行雑音および雑踏の雑音などの背景雑音の到来方向は抑圧方向から幾分かずれていので、充分にその雑音を抑圧することができない。一方、マイクロホンの数を増やすと、雑音抑圧の能力が高くなるが、コストが上昇しマイクロホン・アレイ装置のサイズが大きくなる。また、既知の時間領域での推定では、複数の音源が同時に存在する場合に推定精度が低くなることがある。
【０００７】
発明者は、限られた数の音入力部を有する装置において実際の音入力部とは別の仮想音入力部による仮想音信号の周波数領域の仮想スペクトルを生成して、実際の音入力部の音信号の周波数領域のスペクトルとともに処理すれば、より正確に充分に雑音を抑圧することができる、と認識した。
【０００８】
本発明の目的は、限られた数の音入力部からの音信号に基づいて仮想位置における仮想音信号の周波数領域の仮想スペクトルを生成することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、限られた数の音入力部の音信号を周波数領域で処理して雑音が相対的に低減された音信号を生成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の特徴によれば、２つの音入力部を有する信号処理装置は、２つの音入力部から入力された時間軸上の２つの音信号を、それぞれ、周波数軸上のスペクトル信号に変換する直交変換部と、その変換された周波数軸上の２つのスペクトル信号に基づいてスペクトル信号間の位相差を求める位相差計算部と、その２つの音入力部の位置を通る直線上の所定の位置に仮想の音入力部があると想定し、その位相差に基づいて、その所定の位置における仮想の音入力部から入力される音信号の周波数軸上のスペクトル信号を生成する仮想スペクトル生成部と、を具えている。
【００１１】
また、本発明は、上述の信号処理装置を実現するための方法およびプログラムに関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、限られた数の音入力部からの音信号に基づいて仮想位置における仮想音信号の周波数領域の仮想スペクトルを生成することができ、限られた数の音入力部の音信号を周波数領域で処理して雑音が相対的に低減された音信号を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態において用いられる、それぞれ音入力部としての実際のマイクロホンＭＩＣ１、ＭＩＣ２および仮定される仮想マイクロホンＭＩＣ０、ＭＩＣ３のアレイの配置を示している。但し、実際のマイクロホンの数は３つ以上であってもよい。また、仮想マイクロホンの数は３つ以上であってもよい。
【００１５】
一般的には、ｎ個の実際および仮想のマイクロホンＭＩＣ０〜ＭＩＣ（ｎ−１）のアレイが、直線上に互いに既知の距離ｄだけ離して配置される。ここで、ｎ＝０、１、．．．ｎ−１はマイクロホンの順序番号を表している。ここでは、典型例として、４つのマイクロホンＭＩＣ０〜ＭＩＣ３が直線上に互いに距離ｄだけ離して配置されているものとする。代替構成として、マイクロホンＭＩＣ０〜ＭＩＣ（ｎ−１）の隣接間の距離ｄは、等しい必要はなく、以下で説明するようにサンプリング定理またはナイキスト定理を満たすような既知の異なる距離ｄ１、ｄ２、ｄ３、．．．であってもよい。
【００１６】
受音目的の音源ＳＳは、平面波近似が成り立つように、マイクロホン・アレイＭＩＣ０〜ＭＩＣ３から距離１０×ｄより遠く離れた位置にあるものとする。図１において、目的音源ＳＳは直線上のマイクロホンＭＩＣ０の左側にあり、目的音源ＳＳの方向をマイクロホン・アレイＭＩＣ０〜ＭＩＣ３の受音方向または目的方向とする。典型的には、受音目的の音源ＳＳは話者の口であり、受音方向は話者の口の方向である。また、典型的には、受音方向とは逆の方向（＋π）を雑音の１次的抑圧方向とし、１次的抑圧方向から角度的にずれた別の抑圧方向を雑音の２次的抑圧方向としてもよい。雑音の２次的抑圧方向は音声周波数ｆ毎に決定してもよい。
【００１７】
マイクロホンＭＩＣ０〜ＭＩＣ（ｎ−１）の隣接間の距離ｄは、サンプリング定理またはナイキスト定理を満たすように、距離ｄ＜音速ｃ／サンプリング周波数ｆｓの条件を満たすように設定されることが好ましい。図１において、マイクロホン・アレイＭＩＣ０〜ＭＩＣ３の指向特性または指向性パターン（例えば、カーディオイド形）が閉じた破線の曲線で示されている。マイクロホン・アレイＭＩＣ０〜ＭＩＣ３によって実際にまたは仮想的に受音され処理される音声信号は、マイクロホン・アレイＭＩＣ０〜ＭＩＣ３が配置された直線に対する音波の入射角度θ（＝−π／２〜＋π／２）に依存し、その直線に垂直な平面上の半径方向の入射方向（０〜２π）には依存しない。
【００１８】
実際にはマイクロホンＭＩＣ１、ＭＩＣ２だけが存在し、仮想マイクロホンＭＩＣ０、ＭＩＣ３の位置において受音したと仮定される仮想音声信号は、実際のマイクロホンＭＩＣ１、ＭＩＣ２において受音された音声信号から推定される。
【００１９】
目的音源ＳＳの音声は、右側のマイクロホンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３において、それぞれの左側の隣接のマイクロホンＭＩＣ０〜ＭＩＣ２よりも遅延時間τ＝ｄ／ｃだけ遅延して検出される。一方、１次的抑圧方向の雑音１は、左側のマイクロホンＭＩＣ０〜ＭＩＣ２において、それぞれの右側の隣接のマイクロホンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３よりも遅延時間τ＝ｄ／ｃだけ遅延して検出される。２次的抑圧方向の雑音は、左側のマイクロホンＭＩＣ０〜ＭＩＣ２において、それぞれの右側の隣接のマイクロホンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３よりも遅延時間τ＝ｄ・sinθ／ｃだけ遅延して検出される。角度θは、想定される２次的抑圧方向の雑音２の到来方向である。図１において、一点鎖線は雑音２の波面を示している。θ＝＋π／２の場合の雑音１の到来方向が音声信号の抑圧方向である。
【００２０】
１次的抑圧方向の雑音１（θ＝＋π／２）は、右側のマイクロホンＭＩＣ１〜ＭＩＣ３の音声信号ＩＮ１（ｔ）〜ＩＮ３（ｔ）から、τ＝ｄ／ｃだけ遅延したそれぞれの左側の隣接のマイクロホンＭＩＣ０〜ＭＩＣ２の音声信号ＩＮ０（ｔ）〜ＩＮ２（ｔ）を減算することによって、雑音を抑圧することができる。しかし、抑圧方向からずれた角度方向θ（−π／２≦θ＜＋π／２）から到来する雑音２を抑圧することはできない。
【００２１】
発明者は、実際のマイクロホンＭＩＣ１、ＭＩＣ２の時間領域（ドメイン）の音声信号をフーリエ変換または直交変換して周波数領域の複素スペクトルを生成することによって、仮想マイクロホンＭＩＣ０、ＭＩＣ３の位置における周波数領域の仮想音声信号のスペクトルを生成することができる、と認識した。発明者は、マイクロホンＭＩＣ０〜ＭＩＣ３のうちの隣接するマイクロホンの音声信号のスペクトルのうちの一方を周波数毎にその他方に位相同期化して一方のスペクトルと他方のスペクトルの差をとることによって、目的音源方向以外の方向から到来する雑音を充分に抑圧することができる、と認識した。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態による、図１の実際のマイクロホンＭＩＣ１、ＭＩＣ２を含むマイクロホン・アレイ装置１０の概略的構成を示している。マイクロホン・アレイ装置１０は、マイクロホンＭＩＣ１、ＭＩＣ２、増幅器１２２、１２４、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１４２、１４４、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２００、およびメモリ２０２を具えている。マイクロホン・アレイ装置１０は、例えば音声認識機能を有する車載装置またはカー・ナビゲーション装置、ハンズフリー電話機、または携帯電話機のような情報機器であってもよい。
【００２３】
実際のマイクロホンＭＩＣ１、ＭＩＣ２によって音声から変換されたアナログ音声信号は、増幅器（ＡＭＰ）１２２、１２４にそれぞれ供給されて、増幅器１２２、１２４によって増幅される。増幅器１２２、１２４の出力は、例えば遮断周波数ｆｃ（例えば、３．９ｋＨｚ）の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１４２、１４４の入力にそれぞれ結合されて、低域濾波される。
【００２４】
低域通過フィルタ１４２、１４４の出力は、サンプリング周波数ｆｓ（例えば、８ｋＨｚ）（ｆｓ＞２ｆｃ）のアナログ−ディジタル変換器１６２、１６４の入力にそれぞれ結合されて、ディジタル音声信号に変換される。アナログ−ディジタル変換器１６２、１６４からの時間領域のディジタル音声信号ＩＮ１（ｔ）、ＩＮ２（ｔ）は、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２００の入力にそれぞれ結合される。
【００２５】
ディジタル信号プロセッサ２００は、例えばＲＡＭ等を含むメモリ２０２を用いて、時間領域のディジタル信号出力ＩＮ１（ｔ）、ＩＮ２（ｔ）を周波数領域の信号に変換して処理して、雑音を抑圧しまたは目的音源ＳＳの音声を強調し、処理済みの時間領域のディジタル音声信号ＩＮｄｄ（ｔ）を生成する。
【００２６】
ディジタル音声信号ＩＮｄｄ（ｔ）の出力は、例えば、音声認識または携帯電話機の通話に用いられる。ディジタル音声信号出力ＩＮｄｄ（ｔ）は、後続の利用アプリケーション４００に供給され、そこで、例えば、ディジタル−アナログ変換器４０４でディジタル−アナログ変換され低域通過フィルタ４０６で低域通過濾波されてアナログ信号が生成され、またはメモリ４１４に格納されて音声認識部４１６で音声認識に使用される。音声認識部４１６は、ハードウェアとして実装されたプロセッサであっても、またはソフトウェアとして実装された例えばＲＯＭおよびＲＡＭを含むメモリ４１４に格納されたプログラムに従って動作するプロセッサであってもよい。
【００２７】
ディジタル信号プロセッサ２００は、ハードウェアとして実装された信号処理回路であっても、またはソフトウェアとして実装された例えばＲＯＭおよびＲＡＭを含むメモリ２０２に格納されたプログラムに従って動作する信号処理回路であってもよい。
【００２８】
図３Ａは、図２のディジタル信号プロセッサ２００によって、図１の配置の実際のマイクロホンＭＩＣ１、ＭＩＣ２からの時間領域のアナログ音声信号から、図１の配置の仮想マイクロホンＭＩＣ０、ＭＩＣ３の仮想音声信号の周波数領域の仮想スペクトルを生成するための概略的構成を示している。
【００２９】
ディジタル信号プロセッサ２００は、アナログ−ディジタル変換器１６２、１６４の出力に入力が結合された高速フーリエ変換器２１２、２１４、および仮想信号スペクトル生成部２２０を含んでいる。仮想信号スペクトル生成部２２０は、各周波数ｆの複素スペクトル間の位相差を生成する位相差生成部２２２、および仮想音声信号の周波数領域の複素スペクトルを生成する仮想信号スペクトル推定部２２４を含んでいる。この実施形態では、周波数変換または直交変換に、高速フーリエ変換を用いたが、他の周波数変換可能な関数（例えば、離散コサイン変換またはウェーブレット変換、等）を用いてもよい。
【００３０】
アナログ−ディジタル変換器１６２、１６４からの時間領域のディジタル音声信号ＩＮ１（ｔ）、ＩＮ２（ｔ）は、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）２１２、２１４の入力にそれぞれ供給される。高速フーリエ変換器２１２、２１４は、既知の形態で、ディジタル音声信号ＩＮ１（ｔ）、ＩＮ２（ｔ）の各信号区間に、オーバラップ窓関数を乗算してその積をフーリエ変換して、周波数領域の複素スペクトルＩＮ１（ｆ）、ＩＮ２（ｆ）を生成する。ここで、ＩＮ１（ｆ）＝Ａ１ｅｊ（２πｆｔ＋φ１（ｆ））、ＩＮ２（ｆ）＝Ａ２ｅｊ（２πｆｔ＋φ２（ｆ））、ｆは音声周波数、Ａ１およびＡ２は振幅、ｊは単位虚数、φ１（ｆ）およびφ２（ｆ）は周波数ｆの関数である遅延位相である。オーバラップ窓関数として、例えば、ハミング窓関数、ハニング窓関数、 ブラックマン窓関数、３シグマガウス窓関数、または三角窓関数を用いることができる。
【００３１】
位相差生成部２２２は、距離ｄだけ離れた隣接の２つのマイクロホンＭＩＣ１とＭＩＣ２の間での音声周波数ｆ毎の音源方向を示す位相スペクトル成分の位相差ＤＩＦＦ（ｆ）（ラジアン、ｒａｄ）を次の式で求める。
ＤＩＦＦ（ｆ）＝ｔａｎ−１（ＩＮ２（ｆ）／ＩＮ１（ｆ））
＝ｔａｎ−１（（Ａ２ｅｊ（２πｆｔ＋φ２（ｆ））／Ａ１ｅｊ（２πｆｔ＋φ１（ｆ）））
＝ｔａｎ−１（（Ａ２／Ａ１）ｅｊ（φ２（ｆ）−φ１（ｆ）））
ここで、特定の音声周波数ｆの雑音の音源は１つの音源しかないものと近似する。また、マイクロホンＭＩＣ１とＭＩＣ２の音声信号の振幅（Ａ１、Ａ２）は同じであると近似できる場合には（｜ＩＮ１（ｆ）｜＝｜ＩＮ２（ｆ）｜）、値Ａ２／Ａ１は１と近似してもよい。
【００３２】
位相差生成部２２２は、隣接する２つの音声信号ＩＮ１（ｆ）、ＩＮ２（ｆ）の間の周波数ｆ毎の位相スペクトル成分の位相差ＤＩＦＦ（ｆ）の値を仮想信号スペクトル推定部２２４に供給する。
【００３３】
仮想信号スペクトル推定部２２４は、特定の音声周波数ｆについて、仮想マイクロホンＭＩＣ０の位置における音声信号中の目的方向以外の方向θ（−π／２≦θ＜＋π／２）の雑音（ノイズ）は、マイクロホンＭＩＣ１の音声信号中の同じ雑音が位相差ＤＩＦＦ（ｆ）だけ遅れて到達したものである、と推定する。また、仮想信号スペクトル推定部２２４は、特定の音声周波数ｆについて、仮想マイクロホンＭＩＣ３の位置における音声信号中の雑音（ノイズ）は、マイクロホンＭＩＣ２の音声信号中の同じ雑音より位相差ＤＩＦＦ（ｆ）だけ進んだ状態で（先に）到達したものである、と推定する。
【００３４】
従って、仮想信号スペクトル推定部２２４は、仮想マイクロホンＭＩＣ０、ＭＩＣ３の位置における音声信号の周波数領域における仮想スペクトルＩＮ０（ｆ）、ＩＮ３（ｆ）を求める。ここで、仮想マイクロホンＭＩＣ０、ＭＩＣ３は、実際のマイクロホンＭＩＣ１、ＭＩＣ２を結ぶ直線上のマイクロホンＭＩＣ１、ＭＩＣ２からそれぞれ外側に距離ｄだけ離れた異なる位置にあるものとする。
【００３５】
仮想マイクロホンＭＩＣ０（ｎ＝０＜１）の位置における仮想音声信号の周波数領域における仮想複素スペクトルＩＮ０（ｆ）は、各周波数ｆのスペクトル成分についてそれに最も近い実際のマイクロホンＭＩＣ１を基準にして次の式で表される。
ＩＮ０（ｆ）＝ＩＮ１（ｆ）・ｅｘｐ（−ｊＤＩＦＦ（ｆ））
【００３６】
代替構成として、ＩＮ０（ｆ）＝ＩＮ１’（ｆ）・ｅｘｐ（−ｊＤＩＦＦ（ｆ））
であってもよい。
ここで、ＩＮ１’（ｆ）の振幅は、ＩＮ１（ｆ）の振幅とＩＮ２（ｆ）の振幅の平均値であり、即ち｜ＩＮ１’（ｆ）｜＝（｜ＩＮ１（ｆ）｜＋｜ＩＮ２（ｆ）｜）／２であり、ＩＮ０（ｆ）＝ＩＮ１（ｆ）×（｜ＩＮ１（ｆ）｜＋｜ＩＮ２（ｆ）｜）／２｜ＩＮ１（ｆ）｜である。
【００３７】
図１において仮想マイクロホンＭＩＣ０がマイクロホンＭＩＣ１から左側に距離ｄ’（≠ｄ）だけ離れた異なる位置にある場合には、上式においてＤＩＦＦ（ｆ）はＤＩＦＦ（ｆ）×（ｄ’／ｄ）で置換される。
【００３８】
一方、仮想マイクロホンＭＩＣ３（ｎ＝３＞２）の位置における仮想音声信号の周波数領域における仮想複素スペクトルＩＮ３（ｆ）は、各周波数ｆのスペクトル成分についてそれに最も近い実際のマイクロホンＭＩＣ２を基準にして次の式で表される。
ＩＮ３（ｆ）＝ＩＮ２（ｆ）・ｅｘｐ（ｊＤＩＦＦ（ｆ））
【００３９】
代替構成として、ＩＮ３（ｆ）＝ＩＮ２’（ｆ）・ｅｘｐ（ｊＤＩＦＦ（ｆ））
であってもよい。
ここで、ＩＮ２’（ｆ）の振幅はＩＮ１（ｆ）の振幅とＩＮ２（ｆ）の振幅の平均値であり、即ち｜ＩＮ２’（ｆ）｜＝（｜ＩＮ１（ｆ）｜＋｜ＩＮ２（ｆ）｜）／２であり、ＩＮ３（ｆ）＝ＩＮ２（ｆ）×（｜ＩＮ１（ｆ）｜＋｜ＩＮ２（ｆ）｜）／２｜ＩＮ１（ｆ）｜である。
【００４０】
図１において仮想マイクロホンＭＩＣ３がマイクロホンＭＩＣ１から右側に距離ｄ’（≠ｄ）だけ離れた異なる位置にある場合には、上式においてＤＩＦＦ（ｆ）はＤＩＦＦ（ｆ）×（ｄ’／ｄ）で置換される。
【００４１】
このようにして、仮想信号スペクトル推定部２２４は、仮想マイクロホンＭＩＣ０およびＭＩＣ３の位置における仮想音声信号の周波数領域における推定された仮想複素スペクトルＩＮ０（ｆ）およびＩＮ３（ｆ）を生成する。仮想信号スペクトル推定部２２４は、仮想複素スペクトルＩＮ０（ｆ）とＩＮ３（ｆ）のうちの一方だけまたは双方を生成してもよい。
【００４２】
これを仮想マイクロホンＭＩＣｎの場合に一般化すると、実際のマイクロホンＭＩＣ１またはＭＩＣ２からｄの整数倍だけ離して配置された仮想マイクロホンＭＩＣｎ（ｎ＝０、−１、−２、．．．またはｎ＝３、４、５、．．．）の各位置における仮想音声信号の周波数領域における仮想複素スペクトルＩＮｎ（ｆ）（ｎは整数、ｎ＜１、ｎ＞２）は、各周波数ｆのスペクトル成分について次の式で求めることができる。
【００４３】
ｎ＜１の場合、マイクロホンＭＩＣ１の複素スペクトルＩＮ１（ｆ）を基準にして、
ＩＮｎ（ｆ）＝ＩＮ１（ｆ）・ｅｘｐ（−ｊ（１−ｎ）ＤＩＦＦ（ｆ））
【００４４】
ｎ＞２の場合、マイクロホンＭＩＣ２の複素スペクトルＩＮ２（ｆ）を基準にして、
ＩＮｎ（ｆ）＝ＩＮ２（ｆ）・ｅｘｐ（ｊ（ｎ−２）ＤＩＦＦ（ｆ））
【００４５】
仮想信号スペクトル推定部２２４は、仮想マイクロホンＭＩＣｎ（ｎ＝−１、−２、−３、．．．；ｎ＝４、５、６、．．．）の位置における仮想音声信号の周波数領域における推定された仮想複素スペクトルＩＮｎ（ｆ）を生成してもよい。
【００４６】
図３Ｂは、任意追加構成として、ディジタル信号プロセッサ２００において周波数領域の仮想複素スペクトルＩＮ０（ｆ）とＩＮ３（ｆ）から仮想マイクロホンＭＩＣ０、ＭＩＣ３の時間領域の仮想音声信号を実際に生成するための構成を示している。
【００４７】
ディジタル信号プロセッサ２００は、さらに逆高速フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）３８２を含んでいる。逆高速フーリエ変換器３８２は、仮想信号スペクトル推定部２２４から仮想スペクトルＩＮ０（ｆ）またはＩＮ３（ｆ）を受け取って逆フーリエ変換して、オーバラップ加算し、仮想マイクロホンＭＩＣ０またはＭＩＣ３の位置における時間領域の仮想音声信号ＩＮ０（ｔ）またはＩＮ３（ｔ）を生成する。
【００４８】
それによって、例えば、時間領域の仮想音声信号ＩＮ０（ｔ）またはＩＮ３（ｔ）を測定装置等で観測することができる。また、仮想音声信号ＩＮ０（ｔ）またはＩＮ３（ｔ）をディジタル−アナログ変換し低域濾波しスピーカから放音すれば、仮想音声信号を聴くことができる。
【００４９】
図４Ａおよび４Ｂは、図１のマイクロホンＭＩＣ０〜ＭＩＣ３のアレイの配置を用いた図３Ａの仮想信号スペクトル生成部２２０を含む、雑音の抑圧または目的音声の強調によって雑音を相対的に低減することができるマイクロホン・アレイ装置１０の概略的構成の例を示している。
【００５０】
図４Ａの構成要素１２２〜１６４、および２１２〜２２０は、図３Ａのものと同様である。図４Ａおよび４Ｂのマイクロホン・アレイ装置１０において、ディジタル信号プロセッサ２００は、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）２１２、２１４、仮想信号スペクトル生成部２２０、周波数領域の複素スペクトル（パワー・スペクトルおよび位相スペクトル）を濾波するフィルタ部３００、および逆高速フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）３８２を含んでいる。逆高速フーリエ変換器３８２の出力は、後段に位置する利用アプリケーション４００の入力に結合される。
【００５１】
フィルタ部３００は、同期化部３１２、３２２、３３２、および合成器としての減算器３１４、３２４、３３４を含んでいる。
【００５２】
ディジタル信号プロセッサ２００において、雑音抑圧または目的音声強調のために、（ａ）“スペクトルＩＮ０（ｆ）、ＩＮ１（ｆ）およびＩＮ２（ｆ）”のスペクトル組み合わせ、または（ｂ）“スペクトルＩＮ１（ｆ）、ＩＮ２（ｆ）およびＩＮ３（ｆ）”のスペクトル組み合わせのいずれかの組み合わせが用いられる。同期化および合成（減算または加算）の段数が増え信号処理負荷が多くなるが、例えば“スペクトルＩＮ０（ｆ）、ＩＮ１（ｆ）、ＩＮ２（ｆ）およびＩＮ３（ｆ）”４つ以上のスペクトル組み合わせを用いることも可能である。
【００５３】
スペクトル組み合わせ（ａ）と（ｂ）のいずれの場合も、高速フーリエ変換器２１２、２１４はスペクトルＩＮ１（ｆ）およびＩＮ２（ｆ）を図４Ｂのフィルタ部３００に供給する。スペクトル組み合わせ（ａ）の場合、仮想信号スペクトル生成部２２０は仮想スペクトルＩＮ０（ｆ）をフィルタ部３００に供給する。一方、スペクトル組み合わせ（ｂ）の場合、仮想信号スペクトル生成部２２０は仮想スペクトルＩＮ３（ｆ）をフィルタ部３００に供給する。
【００５４】
図４Ｂにおいて、スペクトル組み合わせ（ａ）の場合は、フィルタ部３００においてｉ＝０と設定される。また、スペクトル組み合わせ（ｂ）の場合は、フィルタ部３００においてｉ＝１と設定される。
【００５５】
フィルタ部３００において、同期化部３１２は、スペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）に対してスペクトルＩＮｉ（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｓｉ（ｆ）を生成する。また、減算器３１４は、その同期化されたスペクトルＩＮｓｉ（ｆ）からスペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）を減算して、差のスペクトルＩＮｄｉ（ｆ）を生成する。これによって、マイクロホンＭＩＣｉにおける１次的抑圧方向の雑音が抑圧される。
【００５６】
一方、同期化部３２２は、スペクトルＩＮ（ｉ＋２）（ｆ）に対してスペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｓ（ｉ＋１）（ｆ）を生成する。また、減算器３２４は、その同期化されたスペクトルＩＮｓ（ｉ＋１）（ｆ）からスペクトルＩＮ（ｉ＋２）（ｆ）を減算して、差のスペクトルＩＮｄ（ｉ＋１）（ｆ）を生成する。これによって、マイクロホンＭＩＣ（ｉ＋１）における１次的抑圧方向の雑音が抑圧される。
【００５７】
さらに、同期化部３３２は、スペクトルＩＮｄ（ｉ＋１）（ｆ）に対してスペクトルＩＮｄｉ（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｄｓｉ（ｆ）を生成する。減算器３３４は、その同期化されたスペクトルＩＮｄｓｉ（ｆ）からスペクトルＩＮｄ（ｉ＋１）（ｆ）を減算して、差のスペクトルＩＮｄｄｉ（ｆ）を生成する。これによって、マイクロホンＭＩＣｉにおける２次的抑圧方向の雑音が抑圧される。
【００５８】
従って、スペクトル組み合わせ（ａ）の場合はｉ＝０に対して、同期化部３１２は、スペクトルＩＮ１（ｆ）に対して仮想スペクトルＩＮ０（ｆ）を同期化して、同期化された仮想スペクトルＩＮｓ０（ｆ）を生成し、減算器３１４は、その同期化された仮想スペクトルＩＮｓ０（ｆ）からスペクトルＩＮ１（ｆ）を減算して、差のスペクトルＩＮｄ０（ｆ）を生成する。これによって、仮想マイクロホンＭＩＣ０における１次的抑圧方向の雑音が抑圧される。
【００５９】
また、同期化部３２２は、スペクトルＩＮ２（ｆ）に対してスペクトルＩＮ１（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｓ１（ｆ）を生成し、減算器３２４は、その同期化されたスペクトルＩＮｓ１（ｆ）からスペクトルＩＮ２（ｆ）を減算して、差のスペクトルＩＮｄ１（ｆ）を生成する。これによって、マイクロホンＭＩＣ１における１次的抑圧方向の雑音が抑圧される。
【００６０】
さらに、同期化部３３２は、スペクトルＩＮｄ１（ｆ）に対してスペクトルＩＮｄ０（ｆ）を同期化して、同期化された仮想スペクトルＩＮｄｓ０（ｆ）を生成し、減算器３３４は、その同期化されたスペクトルＩＮｄｓ０（ｆ）からスペクトルＩＮｄ１（ｆ）を減算して、差のスペクトルＩＮｄｄ０（ｆ）を生成する。これによって、仮想マイクロホンＭＩＣ０における２次的抑圧方向の雑音が抑圧される。
【００６１】
一方、スペクトル組み合わせ（ｂ）の場合はｉ＝１に対して、同期化部３１２は、スペクトルＩＮ２（ｆ）に対してスペクトルＩＮ１（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｓ１（ｆ）を生成し、減算器３１４は、その同期化されたスペクトルＩＮｓ１（ｆ）からスペクトルＩＮ２（ｆ）を減算して、差のスペクトルＩＮｄ１（ｆ）を生成する。これによって、マイクロホンＭＩＣ１における１次的抑圧方向の雑音が抑圧される。
【００６２】
また、同期化部３２２は、仮想スペクトルＩＮ３（ｆ）に対してスペクトルＩＮ２（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｓ２（ｆ）を生成し、減算器３２４は、その同期化されたスペクトルＩＮｓ２（ｆ）から仮想スペクトルＩＮ３（ｆ）を減算して、差のスペクトルＩＮｄ２（ｆ）を生成する。これによって、マイクロホンＭＩＣ２における１次的抑圧方向の雑音が抑圧される。
【００６３】
さらに、同期化部３３２は、スペクトルＩＮｄ２（ｆ）に対してスペクトルＩＮｄ１（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｄｓ１（ｆ）を生成し、減算器３３４は、その同期化されたスペクトルＩＮｄｓ１（ｆ）からスペクトルＩＮｄ２（ｆ）を減算して、差のスペクトルＩＮｄｄ１（ｆ）を生成する。これによって、マイクロホンＭＩＣ０における２次的抑圧方向の雑音が抑圧される。
【００６４】
同期化部３０２、３１２および３２２の各々は、入力のスペクトルＩＮｉ（ｆ）、ＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）またはＩＮｄｉ（ｆ）に、進み位相分ｅｘｐ（ｊ２πｆ×θ／（π×ｆｓ／２））を乗算して入力スペクトルを移相し、同期化する。ここで、角度θは、図１における抑圧すべき周波数ｆ成分の雑音の入射角度方向θを示しており、例えば１次的抑圧方向として＋π／２、２次的抑圧方向として＋π／４である。但し、距離ｄ’≠ｄに対して、位相差にｄ’／ｄを乗算する。
【００６５】
実際のおよび仮想のマイクロホンＭＩＣ０、ＭＩＣ１、ＭＩＣ２、ＭＩＣ３の隣接マイクロホン間の距離ｄが、音速ｃ／サンプリング周波数ｆｓ以上（ｄ≧ｃ／ｆｓ）であって、即ち“距離ｄ＜音速ｃ／サンプリング周波数ｆｓ”の条件を満たさない場合には、仮想信号スペクトル生成部２２０２の位相差生成部２２２および仮想信号スペクトル生成部２２０は、距離ｄ＜音速ｃ／（２×低域通過フィルタ帯域上限周波数ｆｃ）（但し、ｆｓ＞２ｆｃ）の条件を満たす周波数範囲の相対的に低い周波数ｆ成分（即ち、ｆ＜ｃ／２ｄ）についてのみ、仮想スペクトル成分ＩＮ０（ｆ）および／またはＩＮ３（ｆ）（ｆ＜ｃ／２ｄ）を生成すればよい。
【００６６】
フィルタ部３００は、所定の周波数範囲（ｆ＜ｆｃ）について、スペクトルＩＮ１（ｆ）およびＩＮ２（ｆ）（ｆ＜ｆｃ）と、ＩＮ０（ｆ）および／またはＩＮ３（ｆ）（ｆ＜ｃ／２ｄ）との合成処理を行う。従って、距離ｄ＜音速ｃ／サンプリング周波数ｆｓの条件を満たさない場合には、高域のｃ／２ｄ＜ｆ＜ｆｃの範囲の周波数ｆについては処理しない。
【００６７】
フィルタ部３００（減算器３３４）は、生成されたスペクトルＩＮｄｄｉ（ｆ）を逆高速フーリエ変換部３８２に供給する。逆高速フーリエ変換部３８２は、周波数領域のスペクトルＩＮｄｄｉ（ｆ）にオーバラップ逆窓関数（例えば、逆ハミング窓）を掛けて、オーバラップ加算または合成して所定の周波数範囲（ｆ＜ｆｃ）の時間領域のディジタル音声信号ＩＮｄｄｉ（ｔ）に逆変換して、その逆変換されたディジタル音声信号ＩＮｄｄｉ（ｔ）を図２と同様の利用アプリケーション４００に供給する。
【００６８】
図５は、図４Ｂのフィルタ部３００の代替構成であり、そのフィルタ部３００を変形したフィルタ部３０２の概略的構成を示している。
【００６９】
フィルタ部３０２において、同期化部３１２は、スペクトルＩＮｉ（ｆ）に対してスペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｓ（ｉ＋１）（ｆ）を生成する。また、減算器３１４は、スペクトルＩＮｉ（ｆ）からその同期化されたスペクトルＩＮｓ（ｉ＋１）（ｆ）を減算して、差のスペクトルＩＮｄｉ（ｆ）を生成する。
【００７０】
一方、同期化部３２２は、スペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）に対してスペクトルＩＮ（ｉ＋２）（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｓ（ｉ＋２）（ｆ）を生成する。また、減算器３２４は、スペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）からその同期化された仮想スペクトルＩＮｓ（ｉ＋２）（ｆ）を減算して、差のスペクトルＩＮｄ（ｉ＋１）（ｆ）を生成する。
【００７１】
さらに、同期化部３３２は、スペクトルＩＮｄｉ（ｆ）に対してスペクトルＩＮｄ（ｉ＋１）（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｄｓ（ｉ＋１）（ｆ）を生成する。減算器３３４は、スペクトルＩＮｄｉ（ｆ）からその同期化されたスペクトルＩＮｄｓ（ｉ＋１）（ｆ）を減算して、差のスペクトルＩＮｄｄｉ（ｆ）を生成する。
【００７２】
同期化部３０２、３１２および３２２の各々は、入力のスペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）、ＩＮ（ｉ＋２）（ｆ）またはＩＮｄ（ｉ＋１）（ｆ）に、遅延位相分ｅｘｐ（−ｊ２πｆ×θ／（π×ｆｓ／２））を乗算して入力スペクトルを移相し、同期化する。ここで、角度θは、図１における抑圧すべき周波数ｆ成分の雑音の入射角度方向θを示している。但し、距離ｄ’≠ｄに対して、位相角度にｄ’／ｄを乗算する。
【００７３】
代替構成として、仮想マイクロホンＭＩＣ０、ＭＩＣ３の位置の図３Ｂの時間領域の仮想音声信号ＩＮ０（ｔ）、ＩＮ３（ｔ）を用いて、雑音抑制のためのフィルタ処理を時間領域で行うこともできる。
【００７４】
一例として、図３Ｂの仮想マイクロホンＭＩＣ０の位置の時間領域の音声信号ＩＮ０（ｔ）に対して、図２のマイクロホンＭＩＣ１の位置の時間領域の仮想音声信号ＩＮ１（ｔ）を位相差τだけ遅延させて遅延音声信号ＩＮ１（ｔ＋τ）を生成して、時間領域で仮想音声信号ＩＮ０（ｔ）からその遅延した音声信号ＩＮ１（ｔ＋τ）を減算して、雑音が抑圧された音声信号ＩＮｄ０（ｔ）を生成することもできる。ここで、位相差τ＝ＤＩＦＦ（ｆ）である。
【００７５】
また、図２のマイクロホンＭＩＣ１の位置の時間領域の音声信号ＩＮ１（ｔ）に対して、マイクロホンＭＩＣ２の位置の時間領域の仮想音声信号ＩＮ２（ｔ）を位相差τだけ遅延させて遅延音声信号ＩＮ２（ｔ＋τ）を生成して、時間領域で仮想音声信号ＩＮ１（ｔ）からその遅延した音声信号ＩＮ２（ｔ＋τ）を減算して、雑音が抑圧された音声信号ＩＮｄ１（ｔ）を生成することもできる。
【００７６】
さらに、時間領域の音声信号ＩＮｄ０（ｔ）に対して、時間領域の音声信号ＩＮｄ１（ｔ）を位相差τだけ遅延させて遅延音声信号ＩＮｄ１（ｔ＋τ）を生成して、時間領域で音声信号ＩＮｄ０（ｔ）からその遅延した音声信号ＩＮｄ１（ｔ＋τ）を減算して、さらに雑音が抑圧された音声信号ＩＮｄｄ０（ｔ）を生成することもできる。但し、逆高速フーリエ変換の負荷が増大する。
【００７７】
別の例として、図２のマイクロホンＭＩＣ２の位置の時間領域の音声信号ＩＮ２（ｔ）に対して、図３Ｂの仮想マイクロホンＭＩＣ３の位置の時間領域の仮想音声信号ＩＮ３（ｔ）を位相差τだけ遅延させて遅延音声信号ＩＮ３（ｔ＋τ）を生成して、時間領域で音声信号ＩＮ２（ｔ）からその遅延した仮想音声信号ＩＮ３（ｔ＋τ）を減算して、雑音が抑圧された音声信号ＩＮｄ２（ｔ）を生成することもできる。
【００７８】
さらに、時間領域の音声信号ＩＮｄ１（ｔ）に対して、上述の時間領域の音声信号ＩＮｄ２（ｔ）を位相差τだけ遅延させて遅延音声信号ＩＮｄ２（ｔ＋τ）を生成して、時間領域で音声信号ＩＮｄ１（ｔ）からその遅延した音声信号ＩＮｄ２（ｔ＋τ）を減算して、さらに雑音が抑圧された音声信号ＩＮｄｄ１（ｔ）を生成することもできる。
【００７９】
代替構成として、図４においてマイクロホンＭＩＣ０またはＭＩＣ３の一方が実際のマイクロホンとして存在し、その他方が仮想マイクロホンとしてもよい。即ち、その一方のマイクロホンＭＩＣ１またはＭＩＣ３は、マイクロホンＭＩＣ１またはＭＩＣ２用の構成要素１２２〜２１４と同様の増幅器、低域通過フィルタ、アナログ−ディジタル変換器、高速フーリエ変換器およびフィルタ３００に接続されていてもよい。この場合、周波数領域の差のスペクトルＩＮｄｄ０（ｆ）とＩＮｄｄ１（ｆ）の双方が生成される。スペクトルＩＮｄｄ０（ｆ）とＩＮｄｄ１（ｆ）は、３次的抑圧方向の雑音を抑圧するために、さらにその一方を他方に対して同期化して減算しまたは合成されて、合成されたスペクトルＩＮｄｄｄ０（ｆ）が生成されてもよい。
【００８０】
図６は、図４Ｂのフィルタ部３００を変形した、目的信号強調のためのフィルタ部３０４の概略的構成を示している。
【００８１】
フィルタ部３０４は、同期化部３１３、３２３、３３３、および合成器としての加算器３１６、３２６、３３６を含んでいる。
【００８２】
同期化部３１３は、スペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）に対してスペクトルＩＮｉ（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｓｉ（ｆ）を生成する。また、加算器３１６は、その同期化されたスペクトルＩＮｓｉ（ｆ）にスペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）を加算して、和のスペクトルＩＮａｉ（ｆ）を生成する。これによって、マイクロホンＭＩＣｉにおける目的音源ＳＳからの音声信号が強調される。
【００８３】
一方、同期化部３２３は、スペクトルＩＮ（ｉ＋２）（ｆ）に対してスペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｓ（ｉ＋１）（ｆ）を生成する。また、加算器３２６は、その同期化されたスペクトルＩＮｓ（ｉ＋１）（ｆ）にスペクトルＩＮ（ｉ＋２）（ｆ）を加算して、和のスペクトルＩＮａ（ｉ＋１）（ｆ）を生成する。これによって、マイクロホンＭＩＣ（ｉ＋１）における目的音源ＳＳからの音声信号が強調される。
【００８４】
さらに、同期化部３３３は、スペクトルＩＮａ（ｉ＋１）（ｆ）に対してスペクトルＩＮａｉ（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮａｓｉ（ｆ）を生成する。加算器３３６は、その同期化されたスペクトルＩＮａｓｉ（ｆ）にスペクトルＩＮａ（ｉ＋１）（ｆ）を加算して、和のスペクトルＩＮａａｉ（ｆ）を生成する。これによって、マイクロホンＭＩＣｉにおける目的音源ＳＳからの音声信号が強調される。
【００８５】
同期化部３１３、３２３および３３３の各々は、入力のスペクトルＩＮｉ（ｆ）、ＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）、またはＩＮａｉ（ｆ）に、遅延位相分ｅｘｐ（ｊ２πｆ×θ／（π×ｆｓ／２））を乗算して入力スペクトルを移相し、同期化する。ここで、角度θは図１における強調すべき音源ＳＳからの周波数ｆ成分の目的信号の角度方向θ＝−π／２を示している。
【００８６】
図７は、図５のフィルタ部３０２または図６のフィルタ部３０４を変形した、目的信号強調のためのフィルタ部３０６の概略的構成を示している。
【００８７】
同期化部３１３は、スペクトルＩＮｉ（ｆ）に対してスペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｓ（ｉ＋１）（ｆ）を生成する。また、加算器３１６は、スペクトルＩＮｉ（ｆ）にその同期化されたスペクトルＩＮｓ（ｉ＋１）（ｆ）を加算して、和のスペクトルＩＮａｉ（ｆ）を生成する。
【００８８】
一方、同期化部３２３は、仮想スペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）に対してスペクトルＩＮ（ｉ＋２）（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮｓ（ｉ＋２）（ｆ）を生成する。また、加算器３２６は、スペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）にその同期化されたスペクトルＩＮｓ（ｉ＋２）（ｆ）を加算して、和のスペクトルＩＮａ（ｉ＋１）（ｆ）を生成する。
【００８９】
さらに、同期化部３３３は、スペクトルＩＮａｉ（ｆ）に対してスペクトルＩＮａ（ｉ＋１）（ｆ）を同期化して、同期化されたスペクトルＩＮａｓ（ｉ＋１）（ｆ）を生成する。加算器３３６は、スペクトルＩＮａｉ（ｆ）にその同期化されたスペクトルＩＮａｓ（ｉ＋１）（ｆ）を加算して、和のスペクトルＩＮａａｉ（ｆ）を生成する。
【００９０】
同期化部３１３、３２３および３３３の各々は、入力のスペクトルＩＮ（ｉ＋１）（ｆ）、ＩＮ（ｉ＋２）（ｆ）、またはＩＮａ（ｉ＋１）（ｆ）に、進み位相分ｅｘｐ（−ｊ２πｆ×θ／（π×ｆｓ／２））を乗算して入力スペクトルを移相し、同期化する。ここで、角度θは図１における強調すべき音源ＳＳからの周波数ｆ成分の目的信号の角度方向θ＝−π／２を示している。
【００９１】
図４Ｂのフィルタ部３００の代わりに図６または７のフィルタ部３０２または３０４を用いることによって、目的音源ＳＳからの音声信号を強調することができる。従って、目的音源ＳＳからの音声信号以外の雑音は相対的に低下する。
【００９２】
代替構成として、仮想マイクロホンＭＩＣ０、ＭＩＣ３の位置の図３Ｂの時間領域の仮想音声信号ＩＮ０（ｔ）、ＩＮ３（ｔ）を用いて、前述した雑音抑制の場合と同様の手法で、目的音源の音声の強調のためのフィルタ処理を時間領域で行うこともできる。
【００９３】
図３Ａの構成要素２１２、２１４、および２２０〜２２４、図４Ａ、４Ｂおよび５の構成要素２１２〜２２０、３００〜３２４および３８２、および図６および７の構成要素３０２〜３３６は、集積回路として実装されたまたはプログラムで実装されたディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２００によって実行されるフロー図と見ることもできる。
【００９４】
図８は、メモリ２０２に格納されたプログラムに従って図３Ａのディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２００によって実行される仮想複素スペクトルの生成のためのフローチャートを示している。従って、このフローチャートは、図３Ａの構成要素２１２、２１４および２２０によって実現される機能に対応する。
【００９５】
図３Ａおよび８を参照すると、ステップ５０２において、ディジタル信号プロセッサ２００（高速フーリエ変換部２１２、２１４）は、アナログ−ディジタル変換器１６２、１６４から供給された時間領域の２つのディジタル音声信号ＩＮ１（ｔ）およびＩＮ２（ｔ）をそれぞれ入力し捕捉する。
【００９６】
ステップ５０４において、ディジタル信号プロセッサ２００（高速フーリエ変換部２１２、２１４）は、２つのディジタル音声信号ＩＮ１（ｔ）およびＩＮ２（ｔ）の各々にオーバラップ窓関数を乗算する。
【００９７】
ステップ５０６において、ディジタル信号プロセッサ２００（高速フーリエ変換部２１２、２１４）は、ディジタル音声信号ＩＮ１（ｔ）およびＩＮ２（ｔ）をフーリエ変換して周波数領域の複素スペクトルＩＮ１（ｆ）およびＩＮ２（ｆ）を生成する。
【００９８】
ステップ５０８において、ディジタル信号プロセッサ２００（仮想信号スペクトル生成部２２０の位相差生成部２２２）は、スペクトルＩＮ１（ｆ）とＩＮ２（ｆ）の間の位相差ＤＩＦＦ（ｆ）＝ｔａｎ−１（ＩＮ２（ｆ）／ＩＮ１（ｆ））を計算する。
【００９９】
ステップ５１０において、ディジタル信号プロセッサ２００（仮想信号スペクトル生成部２２０の仮想信号スペクトル推定部２２４）は、位相差ＤＩＦＦ（ｆ）に基づいて、仮想マイクロホンＭＩＣ０、ＭＩＣ３の位置における音声信号の周波数領域における仮想スペクトルＩＮ０（ｆ）、ＩＮ３（ｆ）を推定する。
ｎ＜１の場合、ディジタル信号プロセッサ２００は、マイクロホンＭＩＣ１の複素スペクトルＩＮ１（ｆ）を基準にして、仮想スペクトルＩＮｎ（ｆ）＝ＩＮ１（ｆ）・ｅｘｐ（−ｊ（１−ｎ）ＤＩＦＦ（ｆ））を計算して、出力する。
一方、ｎ＞２の場合、ディジタル信号プロセッサ２００は、マイクロホンＭＩＣ２の複素スペクトルＩＮ１（ｆ）を基準にして、仮想スペクトルＩＮｎ（ｆ）＝ＩＮ２（ｆ）・ｅｘｐ（ｊ（ｎ−２）ＤＩＦＦ（ｆ））を計算して、出力する。
【０１００】
その後、手順はステップ５０２に戻る。ステップ５０２〜５１０は、所要の音声を処理するために所要の時間期間だけ繰り返される。
【０１０１】
このようにして、上述の実施形態によれば、限られた数のマイクロホンＭＩＣ１、ＭＩＣ２を用いて音声信号中の雑音を相対的に低減することができ、限られた数のマイクロホンＭＩＣ１、ＭＩＣ２の音声信号を周波数領域で処理して音声信号中の雑音を相対的に低減することができる。上述のように音声信号を周波数領域で処理するほうが、音声信号を時間領域で処理するよりも、より高い精度で位相差を検出することができ、従って雑音が低減されたより高い品質の音声を生成することができる。
【０１０２】
以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、その各実施形態の構成要素を組み合わせること、その変形およびバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理および請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】図１は、本発明の実施形態において用いられる、それぞれ音入力部としての実際のマイクロホンおよび仮定される仮想マイクロホンのアレイの配置を示している。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、図１の実際のマイクロホンを含むマイクロホン・アレイ装置の概略的構成を示している。
【図３】図３Ａは、図２のディジタル信号プロセッサによって、図１の配置の実際のマイクロホンからのアナログ音声信号から図１の配置の仮想マイクロホンの仮想音声信号の周波数領域のスペクトルを生成するための概略的構成を示している。図３Ｂは、任意追加構成として、ディジタル信号プロセッサにおいて仮想複素スペクトルから仮想マイクロホンの仮想音声信号を生成するための構成を示している。
【図４Ａ】図４Ａおよび４Ｂは、図１のマイクロホンのアレイの配置を用いた図３Ａの仮想信号スペクトル生成部を含む、雑音の抑圧または目的音声の強調によって雑音を相対的に低減することができるマイクロホン・アレイ装置の概略的構成の例を示している。
【図４Ｂ】(図4Aで説明)
【図５】図５は、図４Ｂのフィルタ部の代替構成であり、そのフィルタ部を変形したフィルタ部の概略的構成を示している。
【図６】図６は、図４Ｂのフィルタ部を変形した、目的信号強調のためのフィルタ部の概略的構成を示している。
【図７】図７は、図４Ｂのフィルタ部または図６のフィルタ部を変形した、目的信号強調のためのフィルタ部の概略的構成を示している。
【図８】図８は、メモリに格納されたプログラムに従って図３Ａのディジタル信号プロセッサによって実行される仮想複素スペクトルの生成のためのフローチャートを示している。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  マイクロホン・アレイ装置
ＭＩＣ１、ＭＩＣ２  実際のマイクロホン
ＭＩＣ０、ＭＩＣ３  仮想マイクロホン
１２２、１２４  増幅器
１４２、１４４  低域通過フィルタ
１６２、１６４  アナログ−ディジタル変換器
２１２、２１４  高速フーリエ変換器
２００  ディジタル信号プロセッサ
２２０  仮想信号スペクトル生成部
２２２  位相差生成部
２２４  仮想信号スペクトル生成部
【図１】
2010107846.tif 000003
【図２】
2010107846.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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