(57)【要約】【課題】  騒音をより抑えることが可能な収音装置を提供する。【解決手段】  入力された音の音圧に応じた強度の処理前音声信号と前記音圧の時間微分値に応じた強度の時間微分信号と二次元直交座標系の各軸方向についての前記音圧の空間微分値に応じたｘ微分信号及びｙ微分信号とをそれぞれ出力する受音部１と、受音部１が出力した処理前音声信号と時間微分信号とｘ微分信号とｙ微分信号との荷重和により所定の目標位置以外からの騒音が抑えられた処理後音声信号を生成する音声処理部２とを備える。音声処理部２は、処理後音声信号の生成に用いる荷重の決定に用いられる基準距離を適宜更新する。基準距離を常に目標位置までの距離に常に一致させる場合に比べ、目標位置以外からの音（騒音）をより抑えることが可能となる。【選択図】図１
2010066506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された音の音圧に応じた強度の処理前音声信号と前記音圧の時間微分値に応じた強度の時間微分信号と二次元直交座標系の各軸方向についての前記音圧の空間微分値に応じたｘ微分信号及びｙ微分信号とをそれぞれ出力する受音部と、
受音部が出力した処理前音声信号と時間微分信号とｘ微分信号とｙ微分信号との荷重和により処理後音声信号を生成する音声処理部とを備え、
音声処理部は、前記荷重和に用いる荷重を、目標とする音声が存在すると見なされる所定の目標位置に応じて決定された基準位置からの音に対する利得を一定とするという拘束条件の下で、所定の荷重和算出時間にわたる処理後音声信号の強度の２乗の積分値である処理後パワーを最低とするようなＭＶ法で決定するものであり、
基準位置を、受音部を起点とし目標位置を通る直線上から選択するものであって、
処理後パワーを最低とするように、受音部と基準位置との距離である基準距離を更新する可能性がある更新動作を定期的に行うことを特徴とする収音装置。
【請求項２】
前記荷重和算出時間にわたる処理前音声信号の強度の２乗の積分値である処理前パワーを演算する処理前パワー演算部と、処理前パワー演算部で得られた処理前パワーを所定の音量閾値と比較する判定部とを備え、音声処理部は、更新動作時、判定部における比較の結果として処理前パワーが音量閾値未満であれば、基準距離を変更しないことを特徴とする請求項１記載の収音装置。
【請求項３】
前記荷重和算出時間にわたる処理前音声信号の強度の２乗の積分値である処理前パワーを演算する処理前パワー演算部と、処理後パワーを演算する処理後パワー演算部と、処理前パワー演算部が出力した処理前音声パワーに対する、処理後パワー演算部が出力した処理後音声パワーの比である処理比を演算するとともに得られた処理比を所定の目的音閾値と比較する判定部とを備え、音声処理部は、更新動作時、判定部で得られた処理比が目的音閾値以上であれば基準距離を変更しないことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の収音装置。
【請求項４】
受音部が出力した処理前音声信号と時間微分信号とｘ微分信号とｙ微分信号との荷重和により、目標位置からの音声が反映されない不感音声信号を生成する不感処理部と、前記荷重和算出時間にわたる処理前音声信号の強度の２乗の積分値である処理前パワーを演算する処理前パワー演算部と、前記荷重和算出時間にわたる不感音声信号の強度の２乗の積分値である不感処理後パワーを演算する不感処理後パワー演算部と、処理前パワー演算部が出力した処理前音声パワーに対する、不感処理後パワー演算部が出力した不感処理後音声パワーの比である不感処理比を演算するとともに得られた不感処理比を所定の騒音閾値と比較する判定部とを備え、音声処理部は、更新動作時、判定部で得られた不感処理比が騒音閾値未満であれば基準距離を変更しないことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の収音装置。
【請求項５】
音声処理部は、更新動作時、判定部で得られた処理比が目的音閾値未満であった場合に、基準距離を、処理比を最小とするような値に更新することを特徴とする請求項３記載の収音装置。
【請求項６】
処理後パワーを演算する処理後パワー演算部を備え、
音声処理部は、更新動作時、判定部で得られた不感処理比が騒音閾値以上であった場合に、基準距離を、不感処理後パワー演算部が出力した不感処理後パワーに対する、処理後パワー演算部が出力した処理後パワーの比を最小とするような値に更新することを特徴とする請求項４記載の収音装置。
【請求項７】
音声処理部は、基準距離を更新する際、受音部が出力した処理前音声信号と時間微分信号とｘ微分信号とｙ微分信号とに基いて、音源の個数が１個か否かを判定するとともに、音源の個数が１個であった場合には、該音源までの距離を推定し、推定された音源までの距離を更新後の基準距離とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の収音装置。
【請求項８】
音声処理部は、一回の更新動作での基準距離の変更幅を所定の上限幅以下とすることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の収音装置。
【請求項９】
音声処理部が更新動作時に基準距離に関して行う可能性がある動作は、基準距離を変更しない、基準距離を所定の単位増加量だけ増加させる、基準距離を所定の単位減少量だけ減少させる、のいずれかであることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の収音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収音装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロホン等が出力した処理前音声信号を用いて、所定の目標位置からの音が選択的に反映された処理後音声信号を生成する収音装置が提供されている（例えば、特許文献１〜３参照）。目標位置としては、目的とする音の音源（話者など）が存在するとみなされる位置が選択される。
【０００３】
また、入力された音の音圧に応じた強度の処理前音声信号と前記音圧の時間微分値に応じた強度の時間微分信号と二次元直交座標系の各軸方向についての前記音圧の空間微分値に応じたｘ微分信号及びｙ微分信号とをそれぞれ出力する受音手段を用いる時空間勾配法において、処理前音声信号と時間微分信号とｘ微分信号とｙ微分信号との荷重和により処理後音声信号を生成するという技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。上記の荷重和に用いる荷重を、目標位置からの音に対する利得を一定とするという拘束条件の下で、所定の荷重和算出時間にわたる処理後音声信号の強度の２乗の積分値である処理後パワーを最低とするようなＭＶ（Minimum  Variance：最小分散）法で決定すれば、得られる処理後音声信号においては、目標位置以外からの音が抑えられ、目標位置からの音が選択的に反映される。
【特許文献１】特開２００６−１５４３１４号公報
【特許文献２】特開２０００−４７６９９号公報
【特許文献３】特許第３４８４１１２号公報
【非特許文献１】小野, 安藤, “音場の計測と指向性制御, 第22回センシングフォーラム資料, pp. 305-310,2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の収音装置では、処理後音声信号において、目標位置以外の位置からの周囲雑音や残響音等の音（以下、「騒音」と呼ぶ。）が可能な限り抑えられることが望ましい。例えば、上記の収音装置が出力する処理後音声信号が音声認識に用いられる場合、処理後音声信号における騒音の低減は認識の精度の向上につながる。
【０００５】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、騒音をより抑えることが可能な収音装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、入力された音の音圧に応じた強度の処理前音声信号と前記音圧の時間微分値に応じた強度の時間微分信号と二次元直交座標系の各軸方向についての前記音圧の空間微分値に応じたｘ微分信号及びｙ微分信号とをそれぞれ出力する受音部と、受音部が出力した処理前音声信号と時間微分信号とｘ微分信号とｙ微分信号との荷重和により処理後音声信号を生成する音声処理部とを備え、音声処理部は、前記荷重和に用いる荷重を、目標とする音声が存在すると見なされる所定の目標位置に応じて決定された基準位置からの音に対する利得を一定とするという拘束条件の下で、所定の荷重和算出時間にわたる処理後音声信号の強度の２乗の積分値である処理後パワーを最低とするようなＭＶ法で決定するものであり、基準位置を、受音部を起点とし目標位置を通る直線上から選択するものであって、処理後パワーを最低とするように、受音部と基準位置との距離である基準距離を更新する可能性がある更新動作を定期的に行うことを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、荷重の決定に用いられる基準位置を常に目標位置に一致させる場合に比べ、処理後音声信号において目標位置以外からの騒音をより抑えることが可能となる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記荷重和算出時間にわたる処理前音声信号の強度の２乗の積分値である処理前パワーを演算する処理前パワー演算部と、処理前パワー演算部で得られた処理前パワーを所定の音量閾値と比較する判定部とを備え、音声処理部は、更新動作時、判定部における比較の結果として処理前パワーが音量閾値未満であれば、基準距離を変更しないことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、受音部に入射する音の音圧（音量）が不十分であるときに基準距離が変更されることを避けることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、前記荷重和算出時間にわたる処理前音声信号の強度の２乗の積分値である処理前パワーを演算する処理前パワー演算部と、処理後パワーを演算する処理後パワー演算部と、処理前パワー演算部が出力した処理前音声パワーに対する、処理後パワー演算部が出力した処理後音声パワーの比である処理比を演算するとともに得られた処理比を所定の目的音閾値と比較する判定部とを備え、音声処理部は、更新動作時、判定部で得られた処理比が目的音閾値以上であれば基準距離を変更しないことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、騒音が少ないときに基準距離が変更されることを避けることができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、受音部が出力した処理前音声信号と時間微分信号とｘ微分信号とｙ微分信号との荷重和により、目標位置からの音声が反映されない不感音声信号を生成する不感処理部と、前記荷重和算出時間にわたる処理前音声信号の強度の２乗の積分値である処理前パワーを演算する処理前パワー演算部と、前記荷重和算出時間にわたる不感音声信号の強度の２乗の積分値である不感処理後パワーを演算する不感処理後パワー演算部と、処理前パワー演算部が出力した処理前音声パワーに対する、不感処理後パワー演算部が出力した不感処理後音声パワーの比である不感処理比を演算するとともに得られた不感処理比を所定の騒音閾値と比較する判定部とを備え、音声処理部は、更新動作時、判定部で得られた不感処理比が騒音閾値未満であれば基準距離を変更しないことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、騒音が少ないときに基準距離が変更されることを避けることができる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項３の発明において、音声処理部は、更新動作時、判定部で得られた処理比が目的音閾値未満であった場合に、基準距離を、処理比を最小とするような値に更新することを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、処理後パワーを演算する処理後パワー演算部を備え、音声処理部は、更新動作時、判定部で得られた不感処理比が騒音閾値以上であった場合に、基準距離を、不感処理後パワー演算部が出力した不感処理後パワーに対する、処理後パワー演算部が出力した処理後パワーの比を最小とするような値に更新することを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの発明において、音声処理部は、基準距離を更新する際、受音部が出力した処理前音声信号と時間微分信号とｘ微分信号とｙ微分信号とに基いて、音源の個数が１個か否かを判定するとともに、音源の個数が１個であった場合には、該音源までの距離を推定し、推定された音源までの距離を更新後の基準距離とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項５〜７のいずれかの発明において、音声処理部は、一回の更新動作での基準距離の変更幅を所定の上限幅以下とすることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、一回の更新動作で基準距離が大きく変更されることに伴う処理後音声信号の歪みが抑えられ、処理後音声信号を変換（再生）した音声が与える違和感が低減される。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項５〜７のいずれかの発明において、音声処理部が更新動作時に基準距離に関して行う可能性がある動作は、基準距離を変更しない、基準距離を所定の単位増加量だけ増加させる、基準距離を所定の単位減少量だけ減少させる、のいずれかであることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、一回の更新動作で基準距離が大きく変更されることに伴う処理後音声信号の歪みが抑えられ、処理後音声信号を変換（再生）した音声が与える違和感が低減される。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、音声処理部は、前記荷重和に用いる荷重を、目標とする音声が存在すると見なされる所定の目標位置に応じて決定された基準位置からの音に対する利得を一定とするという拘束条件の下で、所定の荷重和算出時間にわたる処理後音声信号の強度の２乗の積分値である処理後パワーを最低とするようなＭＶ法で決定するものであって、基準位置を、受音部を起点とし目標位置を通る直線上から選択するものであって、処理後パワーを最低とするように、受音部と基準位置との距離である基準距離を更新する可能性がある更新動作を定期的に行うので、荷重の決定に用いられる基準位置を常に目標位置に一致させる場合に比べ、処理後音声信号において目標位置以外からの騒音をより抑えることが可能となる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、前記荷重和算出時間にわたる処理前音声信号の強度の２乗の積分値である処理前パワーを演算する処理前パワー演算部と、処理前パワー演算部で得られた処理前パワーを所定の音量閾値と比較する判定部とを備え、音声処理部は、更新動作時、判定部における比較の結果として処理前パワーが音量閾値未満であれば、基準距離を変更しないので、受音部に入射する音の音圧（音量）が不十分であるときに基準距離が変更されることを避けることができる。
【００２３】
請求項３の発明によれば、前記荷重和算出時間にわたる処理前音声信号の強度の２乗の積分値である処理前パワーを演算する処理前パワー演算部と、処理後パワーを演算する処理後パワー演算部と、処理前パワー演算部が出力した処理前音声パワーに対する、処理後パワー演算部が出力した処理後音声パワーの比である処理比を演算するとともに得られた処理比を所定の目的音閾値と比較する判定部とを備え、音声処理部は、更新動作時、判定部で得られた処理比が目的音閾値以上であれば基準距離を変更しないので、騒音が少ないときに基準距離が変更されることを避けることができる。
【００２４】
請求項４の発明によれば、受音部が出力した処理前音声信号と時間微分信号とｘ微分信号とｙ微分信号との荷重和により、目標位置からの音声が反映されない不感音声信号を生成する不感処理部と、前記荷重和算出時間にわたる処理前音声信号の強度の２乗の積分値である処理前パワーを演算する処理前パワー演算部と、前記荷重和算出時間にわたる不感音声信号の強度の２乗の積分値である不感処理後パワーを演算する不感処理後パワー演算部と、処理前パワー演算部が出力した処理前音声パワーに対する、不感処理後パワー演算部が出力した不感処理後音声パワーの比である不感処理比を演算するとともに得られた不感処理比を所定の騒音閾値と比較する判定部とを備え、音声処理部は、更新動作時、判定部で得られた不感処理比が騒音閾値未満であれば基準距離を変更しないので、騒音が少ないときに基準距離が変更されることを避けることができる。
【００２５】
請求項８の発明によれば、音声処理部は、一回の更新動作での基準距離の変更幅を所定の上限幅以下とし、請求項９の発明によれば、音声処理部が更新動作時に基準距離に関して行う可能性がある動作は、基準距離を変更しない、基準距離を所定の単位増加量だけ増加させる、基準距離を所定の単位減少量だけ減少させる、のいずれかであるので、それぞれ、一回の更新動作で基準距離が大きく変更されることに伴う処理後音声信号の歪みが抑えられ、処理後音声信号を変換（再生）した音声が与える違和感が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
本実施形態は、図１に示すように、入力された音声を電気信号に変換する受音部１と、受音部１の出力を用いて、所定の目標位置からの音が選択的に反映された処理後音声信号を生成する音声処理部２とを備える。
【００２８】
受音部１は、入力された音の音圧ｆに応じた強度の処理前音声信号と、前記音圧ｆの時間微分値ｆｔに応じた強度の時間微分信号と、所定のｘ軸方向についての前記音圧ｆの空間微分値ｆｘに応じたｘ微分信号と、前記ｘ軸方向に直交する所定のｙ軸方向についての前記音圧ｆの空間微分値ｆｙに応じたｙ微分信号とをそれぞれ出力する。
【００２９】
具体的には、受音部１は、例えば図２に示すように正方形の頂点の配置で設けられそれぞれ入力された音の音圧に応じた強度ｆA〜ｆDの原音声信号を生成する４個のマイクロホン１０Ａ〜１０Ｄと、各マイクロホン１０Ａ〜１０Ｄが出力した原音声信号を用いて処理前音声信号と時間微分信号とｘ微分信号とｙ微分信号とをそれぞれ生成する時空間勾配処理部（図示せず）とを有する。上記のようなマイクロホン１０Ａ〜１０Ｄや時空間勾配処理部は周知技術で実現可能であるので、詳細な図示は省略する。
【００３０】
すなわち、時空間勾配処理部は、各マイクロホン１０Ａ〜１０Ｄの出力の強度ｆA〜ｆDと、上記の正方形の一辺の長さｄとを用いて、音圧ｆと、時間微分値ｆｔと、空間微分値ｆｘ，ｆｙとを、次式(1)〜(4)によって得る。
【００３１】
ｆ＝（ｆA＋ｆB＋ｆC＋ｆD）／４          …(1)
ｆｔ＝ｄｆ／ｄｔ                        …(2)
ｆｘ＝{（ｆA＋ｆB）−（ｆC＋ｆD）}／２ｄ  …(3)
ｆｙ＝{（ｆA＋ｆC）−（ｆB＋ｆD）}／２ｄ  …(4)
音声処理部２は、受音部１が出力した上記の処理前音声信号、時間微分信号、並びに、ｘ微分信号及びｙ微分信号の荷重和をとることにより、所定の基準位置からの音が選択的に反映された処理後音声信号を生成する。すなわち、処理後音声信号の強度は、音圧ｆと時間微分値ｆｔと空間微分値ｆｘ，ｆｙとの荷重和に応じた強度となる。音声処理部２は周知の電子回路で実現可能であるので、詳細な回路図等は省略する。
【００３２】
ここで、入力ベクトルＦを、Ｆ＝（ｆ  ｆｔ  ｆｘ  ｆｙ）Ｔと定義し、荷重ベクトルＷを、Ｗ＝（ｗ  ｗｔ  ｗｘ  ｗｙ）Ｔと定義すると、処理後音声信号の強度はＷＨＦと表される。
【００３３】
上記の荷重和に用いられる荷重ベクトルＷの決定には、周知のＭＶ（Minimum  Variance：最小分散）法が用いられる。ＭＶ法は、時空間勾配法を用いて指向性を制御する手法であり、時空間勾配法とは、そもそも動画像中の見かけの速度場であるオプティカルフローを決定する手法の一つとして提案されたものである（参考文献１参照）。より具体的には、ＭＶ法は、基準位置からの音声に対し処理後音声信号での利得を一定にすることを拘束条件とし、処理後音声信号の強度の２乗の、所定期間での平均値（分散）Ｅ[（ＷＨＦ）２]を最小化するという拘束条件付最適化を行うというものである。これにより、処理後音声信号においては基準位置以外からの音が抑えられることになる。
【００３４】
以下、具体的に荷重ベクトルＷを決定する方法について説明する(参考文献２〜４参照)。簡単のため、音源は１個とし、図２のように受音部１の位置（以下、「観測点」と呼ぶ。）を原点とする座標系を考える。音速をc、音源の座標を(x,y,z)、音源と観測点との距離をｒ=(x2+y2+z2)1/2、音源の位置で形成される音場をｇとおくと、観測点に形成される音場すなわち音圧ｆは次式で表される。
【００３５】
【数１】
2010066506.tif 000003
【００３６】
観測点における音圧ｆのｘ、ｙ方向の空間微分（勾配）ｆｘ，ｆｙは、
【００３７】
【数２】
2010066506.tif 000004
【００３８】
ここで、
ξx=x/r2,ξy=y/r2    …(8)
は強度勾配と呼ばれ、
τx=x/cr,τy=y/cr    …(9)
はx,y方向時間勾配と呼ばれる。
【００３９】
観測点における音圧ｆ(t)のx,y方向の空間勾配を示した式(6)(7)を、音源から観測点に向かうベクトルＲ=(-x,-y,-z)（つまり|R|＝ｒ）を用いて書き直すと
【００４０】
【数３】
2010066506.tif 000005
【００４１】
となる。次にｆ(t),ｆt(t),∇ｆ(t)が観測される時、これらの荷重和は
【００４２】
【数４】
2010066506.tif 000006
【００４３】
と表される。ここで、ｗ,ｗtは実数定数、ＷＳ=(wx,wy,0)は単位ベクトルである。式(10)を式(11)に代入すると、
【００４４】
【数５】
2010066506.tif 000007
【００４５】
となる。よって時空間勾配の荷重和は、ｆ(t),ｆt(t)に対してそれぞれ異なる指向特性Ｈ(Ｒ)，Ｈt(Ｒ)をもつフィルタの和として表される。Ｈ(Ｒ)=αのとき、式(13)は
【００４６】
【数６】
2010066506.tif 000008
【００４７】
と変形できる。ここで、一般に、２つのベクトルａ，ｂの成す角をθとすると以下の公式が成り立つ。
【００４８】
【数７】
2010066506.tif 000009
【００４９】
式(18)の公式を用いると式(16)は次式のように書き換えられる。
【００５０】
【数８】
2010066506.tif 000010
【００５１】
ここで、｜ＷＳ｜=１より、
【００５２】
【数９】
2010066506.tif 000011
【００５３】
という球の方程式で表される。ｗ+α=0の場合には、式(15)は
Ｒ・ＷＳ=０      …(22)
となる。また、Ｈt(Ｒ)=αの時には式(14)は
【００５４】
【数１０】
2010066506.tif 000012
【００５５】
となるので、ベクトルＲとＷＳの成す角をθ(Ｒ)とすると｜ＷＳ｜=１より
【００５６】
【数１１】
2010066506.tif 000013
【００５７】
となる。よって、式(23)は
【００５８】
【数１２】
2010066506.tif 000014
【００５９】
となる。
【００６０】
式(21)、(22)、(25)より、Ｈ(Ｒ)，Ｈt(Ｒ)について次のような性質を得る。
１）２つの指向特性Ｈ(Ｒ)，Ｈt(Ｒ)はＷｓを軸とする回転対称体をもつ
２）Ｈ(Ｒ)=０の時、Ｒの分布は直径1/ｗ(ｗ≠0)の球面または平面(ｗ=0)を成す
３）Ｈt(Ｒ)=０の時、Ｒの分布は頂角2cｗt(ｗt≠0）の円錐面または平面(ｗt=0)を成す
４）Ｈ(Ｒ)=０とＨt(Ｒ)=０の時のＲの分布の交わりは円または平面を成す
上述の指向特性Ｈ(Ｒ)，Ｈt(Ｒ)をそれぞれＨ1(Ｒ1)，Ｈ2(Ｒ1)と置き換えて下記のように定義する。但し、Ｒ1は基準位置の位置ベクトル、r1=|R1|は観測点から基準位置までの距離（以下、「基準距離」と呼ぶ。）、ｎ1x，ｎ1yはそれぞれベクトルＲ1と同じ向きの単位ベクトルＲ1/r1のｘ成分とy成分であり、ｎ1x２＋ｎ1y２＝１である。
【００６１】
【数１３】
2010066506.tif 000015
【００６２】
さらに、これらのＨ1(R1)，Ｈ2(R1)に対して、下記の式(28),(29)のような２つの拘束条件をおく。
WHH1(R1)＝p  …(28)
WHH2(R1)＝q  …(29)
ここで、p,qはそれぞれ正の実数定数である。すると、ベクトルＲ１で示された基準位置にある音源からの音に対し、荷重ベクトルＷを用いた荷重和による利得は一定値ｐ+jωqとなるので、これを補償するために、図２の音声処理部２においては、荷重和をとる荷重和演算部２１の後段に、(p+jωq)-1という１次の低域通過フィルタ２２を設けている。これにより、ベクトルＲ１で示された基準位置にある音源からの音に対して音声処理部２全体での利得は１となっている。本実施形態では、p=1/r1,q=1/cとしている。
【００６３】
すると、処理後音声信号において基準位置からの音を抑圧せず基準位置以外からの音（騒音）を最も抑圧するような荷重ベクトルWは、式(28),(29)の条件のもとで、観測時間区間Γにおける処理後音声信号のパワー（以下、「処理後パワー」と呼ぶ。）Pc
【００６４】
【数１４】
2010066506.tif 000016
【００６５】
を最小化するというMinimum Variance Beamformer（ＭＶ法）を用いることにより得られる。すなわち、観測窓Γが請求項における荷重和算出時間に相当する。この解は、下記の式(31),(32)のように表される。
【００６６】
【数１５】
2010066506.tif 000017
【００６７】
但し、式(32)のＢij(i,j=a,x,y)は式(33)で表されるものであり、式(33)のba(t),bx(t),by(t)はそれぞれ式(34)〜(36)で表されるものである。
【００６８】
ここで、本発明者のシミュレーションによれば、図２及び図３（ａ）（ｂ）に示すように基準位置Ｓをｚ軸上とした場合であっても、図４及び図５のように基準位置Ｓをｚ軸から外れた位置とした場合であっても、観測点（すなわち受音部１の位置であり、上記の座標系での原点）Ｏと基準位置Ｓとを結ぶ直線上の音源からの音は処理後音声信号では殆ど抑圧されない。つまり、上記の基準位置Ｓが、処理後音声信号において選択的に残したい音の音源が存在すると見なされる目標位置と一致していなくても、観測点Ｏと目標位置とを結ぶ直線上に基準位置Ｓがあるならば、目標位置の音源からの音の抑圧を避けるという目的は達成される。言い換えれば、基準距離ｒ１は必ずしも観測点と目標位置との距離（以下、「目標距離」と呼ぶ。）に一致している必要はなく、基準距離ｒ１と目標距離とが互いに異なっていたとしても、処理後音声信号において目標位置の音源からの音が抑えられてしまうようなことはない。なお、図２〜図５に示した各シミュレーションでは、それぞれ音源は１個としている。また、図３（ａ）（ｂ）及び図５はそれぞれ処理後音声信号における音の抑圧量（以下、「騒音抑圧量」と呼ぶ）と音源の位置との関係を示す図であり、色が濃い位置ほど、その位置に音源が存在したと仮定した場合におけるその音源からの音に対する騒音抑圧量が高くなることを意味する。図３（ａ）及び図５ではそれぞれ基準距離ｒ１は０．５ｍとされ、図３（ｂ）では基準距離ｒ１は１ｍとされている。
【００６９】
さらに、本発明者のシミュレーションによれば、観測点Ｏを中心とし基準距離ｒ１を半径とする球面（図５の白線）上の点であって基準位置Ｓ以外の点に対しては比較的に騒音抑圧量が高くなるといったように、観測点と基準位置とを結ぶ直線から外れた位置に騒音源があった場合での処理後音声信号における騒音抑圧量は、基準距離ｒ１に依存する。例えば、基準位置Ｓをｚ軸上にとった場合を考える。図６に示すように、騒音源Ｎがｚ軸に対してなす角φが３０°である方向であって１．０ｍの距離にある場合、図７及び図８に示すように、基準距離ｒ１を０．５ｍとした場合には騒音抑圧量が１４．５ｄＢであるのに対し、基準距離ｒ１を騒音源Ｎへの距離と同じ１ｍとした場合には騒音抑圧量が最大の２５．６ｄＢとなっている。なお、図８（ａ）は処理前音声信号の波形を示し、図８（ｂ）は基準距離ｒ１を０．５ｍとした場合における処理後音声信号の波形を示し、図８（ｃ）は基準距離ｒ１を１．０ｍとした場合における処理後音声信号の波形を示す。また、図９に示すようにｚ軸に対してなす角φが４５°である方向に２個の騒音源Ｎ１，Ｎ２があり、一方の騒音源Ｎ１と観測点との距離が１．０ｍであって他方の騒音源Ｎ２と観測点との距離が０．５ｍといったように２個の騒音源Ｎ１，Ｎ２が互いに離れている場合であっても、図１０に示すように基準距離ｒ１を観測点から２個の騒音源Ｎ１，Ｎ２の中間までの距離程度としたときに騒音抑圧量がピーク値となっている。すなわち、基準距離ｒ１を適宜変更すれば、基準位置を常に目標位置に一致させる場合に比べ、目標位置以外からの音（騒音）がより抑えられる可能性がある。
【００７０】
そこで、本実施形態では、目標位置以外からの音（騒音）がより抑えられるように、荷重ベクトルＷの決定に用いられる基準距離ｒ１を随時更新する。
【００７１】
詳しく説明すると、音声処理部２は、所定時間おきに、荷重ベクトルＷを更新する更新動作を行っており、このときに基準距離ｒ１を更新する可能性がある。更新動作の具体的な内容を、図１１の流れ図を用いて説明する。
【００７２】
音声処理部２は、更新動作を開始する（Ｓ１）と、まず、受音部１に入力されている音量が十分かどうかを判定する（Ｓ２）。すなわち、本実施形態は、更新動作の開始時点を基準として決定された観測窓Γにおける処理前音声信号のパワー（以下、「処理前パワー」と呼ぶ。）Ｐｆ
【００７３】
【数１６】
2010066506.tif 000018
【００７４】
を演算する処理前パワー演算部３１と、得られた処理前パワーＰｆを所定の無音閾値と比較する判定部３０とを有している。判定部３０において処理前パワーＰｆが無音閾値未満と判定された場合、音声処理部２は、入力された音量が十分でなく基準距離ｒ１や荷重ベクトルＷの更新に適さないと判定して更新動作を終了する（Ｓ３）。一方、判定部３０において処理前パワーＰｆが無音閾値以上と判定された場合、音声処理部２は、音量が十分であると判定し、まず更新前の基準距離ｒ１を用いたＭＶ法により荷重ベクトルＷを決定する（Ｓ４）。
【００７５】
荷重ベクトルＷを決定した後、音声処理部２は、騒音が存在するか否かを判定する（Ｓ５）。すなわち、本実施形態は、ステップＳ４において決定された荷重ベクトルＷを用いて得られた処理後音声信号のパワー（処理後パワー）Ｐｃを式(30)により算出する処理後パワー演算部３２を有しており、判定部３０は、処理後パワー演算部３２が出力した処理後パワーＰｃの、処理前パワー演算部３１が出力した処理前パワーＰｆに対する比（以下、「処理比」と呼ぶ。）Ｐｃ／Ｐｆを所定の目的音閾値と比較する。判定部３０において処理比が目的音閾値未満であると判定されれば、つまり処理前音声信号の音圧ｆに対して処理後音声信号の全体としての音圧がある程度低下しているならば、音声処理部２は騒音が存在すると判定し、判定部３０において処理比が目的音閾値以上と判定されれば音声処理部２は騒音が存在しないと判定する。一方、判定部３０において処理比が目的音閾値未満と判定されたことにより騒音が存在しないと判定された場合、基準距離を更新する意味はないので、音声処理部２はそのままステップＳ３に進んで更新動作を終了する。一方、騒音が存在すると判定された場合、音声処理部２は、音源の個数が１個であるか否かを判定する（Ｓ６）。上記の目的音閾値は、１より小さい正の定数とされる。上記の判定部３０、処理前パワー演算部３１、処理後パワー演算部３２はそれぞれ周知の電子回路によって実現可能であるので、詳細な図示は省略する。
【００７６】
ステップＳ６の判定の具体的な方法について説明する。音声処理部２は、観測窓Γから推定される共分散行列Ｓ
【００７７】
【数１７】
2010066506.tif 000019
【００７８】
の階数rank(S)を演算することによって音源の個数を推定する。このような音源の個数の推定については参考文献４に記載されている。すなわち、階数rank(S)が２であれば音源の数は１であり、階数rank(S)が３であれば音源の数は２であり、階数rank(S)が４であれば音源の数は３以上である。
【００７９】
ステップ６において、音源の個数が１個であると判定された場合、音声処理部２は、音源までの距離を演算し、得られた距離を新たな基準距離として基準距離ｒ１を更新するとともに、新たな基準距離ｒ１に合わせて再度荷重ベクトルＷを演算して更新し（Ｓ７）、その後ステップＳ３に進んで更新動作を終了する。音源までの距離を演算する具体的な方法について説明する（参考文献５参照）。まず、式(8)(9)のτx,τy,ξx,ξyを、最小自乗法により求める。短時間の観測窓Γにおいて評価関数を
J=∫Γ｛(fx+ξxf+τxft)2+(fy+ξyf+τyft)2｝dt        …(39)
とする。式(39)をτx,τy,ξx,ξyに関して偏微分し、０とおくと次式が得られる。
【００８０】
【数１８】
2010066506.tif 000020
【００８１】
式(21)の共分散行列Ｓの行列要素を用いると、式(40)(41)は
【００８２】
【数１９】
2010066506.tif 000021
【００８３】
と書き直される。式(42)，(43)を解くことにより、τx,τy,ξx,ξyが次式のように求め
られる。
【００８４】
【数２０】
2010066506.tif 000022
【００８５】
音源までの距離ｒは、式(8)，(9)から最小自乗法を適用することにより求められる。評価関数を
【００８６】
【数２１】
2010066506.tif 000023
【００８７】
とし、これを1/rで偏微分して0とおくと
【００８８】
【数２２】
2010066506.tif 000024
【００８９】
となる。これを解くと
【００９０】
【数２３】
2010066506.tif 000025
【００９１】
のように音源までの距離rが求められる。ステップＳ７では、音声処理部２は、式(38)(44)(45)(48)で得られた距離ｒを、新たな基準距離ｒ１とするのである。
【００９２】
また、ステップＳ６において音源が２個以上であると判定された場合、音声処理部２は、騒音抑圧量を最大化するような（つまり、処理後パワーＰｃ及び処理比をそれぞれ最小化するような）基準距離ｒ１を探索し（Ｓ８）、基準距離ｒ１をステップＳ８において得られた値に更新するとともに、新たな基準距離ｒ１に合わせて再度荷重ベクトルＷを演算して更新（Ｓ９）した上で、ステップＳ３に進んで更新動作を終了する。具体的には、基準距離ｒ１を所定の単位幅だけ増減させた上で荷重ベクトルＷを決定するとともに処理後パワーＰｃを処理後パワー演算部３２から得て記憶するといった動作を繰り返し、増減いずれの方向に変化させても処理後パワーＰｃが増大する（つまり騒音抑圧量が低下する）ような基準距離ｒ１に更新する。
【００９３】
上記構成によれば、基準距離を常に目標距離とする場合に比べ、騒音をより抑えることが可能となる。
【００９４】
また、時空間勾配法に基く手法であるため、一般のビームフォーマや超指向性マイクロホンと比べて受音部１の小型化が可能であり、演算を全て時間領域で行うため、ＦＥＴを用いて周波数領域での演算を必要とする他の方式と比べて演算コストの削減が可能である。
【００９５】
なお、図１２に示すように、目標位置からの音が反映されない（つまり目標位置を不感点とする）不感音声信号を生成する不感処理部３３と、不感音声信号のパワー（以下、「不感処理後パワー」と呼ぶ）Ｐｚを演算する不感処理後パワー演算部３４とを設けるとともに、ステップＳ５においては判定部３０は、不感処理後パワー演算部３４が出力した不感処理後パワーＰｚの、処理前パワー演算部３１が出力した処理前パワーＰｆに対する比（以下、「不感処理比」と呼ぶ。）ＰＺ／Ｐｆを所定の騒音閾値と比較するようにしてもよい。この場合、判定部３０において不感処理比が騒音閾値以上であると判定されれば、目標位置以外からの音声がある程度存在することになるので、音声処理部２は騒音が存在すると判定し、逆に判定部３０において処理比が騒音閾値未満と判定されれば音声処理部２は騒音が存在しないと判定する。上記の騒音閾値は、１より小さい正の定数とされる。不感処理部３３や不感処理後パワー演算部３４は音声処理部２等と同様に周知の電子回路で実現可能であるので、詳細な回路図等は省略する。不感処理部３３の動作について詳しく説明する。式(26),(27)で定義したＨ1(R1)，Ｈ2(R1)に対して、基準位置を示すベクトルR1を目標位置を示すベクトルR0に置き換えるとともに、下記の式(49),(50)のような２つの拘束条件をおく。
WZHH1(R0)＝0  …(49)
WZHH2(R0)＝0  …(50)
この条件を満たす荷重ベクトル（以下、「不感点荷重ベクトル」と呼ぶ。）WZ=（ｗ'  ｗ'ｔ  ｗ'ｘ  ｗ'ｙ）Ｔによる荷重和WZHF(t)で得られる不感音声信号は、目標位置に不感点を形成するものとなる。不感処理後パワーＰｚは次式で表される。
【００９６】
【数２４】
2010066506.tif 000026
【００９７】
さらに、図１２の例において、処理後パワー演算部３２を追加するとともに、ステップＳ８では、不感処理後パワー演算部３４が出力した不感処理後パワーＰｚに対する、処理後パワー演算部３２が出力する処理後パワーＰＣの比ＰＣ／ＰＺを最小とするような基準距離ｒ１を探索するようにしてもよい。
【００９８】
また、ステップＳ７やステップＳ９において、１回の更新動作当りの基準距離ｒ１の変動幅に上限値（以下、「上限幅」と呼ぶ。）を設け、ステップＳ７やステップＳ８において得られた基準距離と更新前の基準距離ｒ１との差の絶対値が上限幅を上回る場合には上限幅の分だけ基準距離ｒ１を変化させるようにしてもよい。この構成を採用すれば、基準距離ｒ１が大きく変更されることによる処理後音声信号の歪みが抑えられ、処理後音声信号を変換（再生）した音声が与える違和感が低減される。
【００９９】
または、ステップＳ７やステップＳ９において、１回の更新動作での基準距離ｒ１の変動幅を一定としてもよい。具体的には例えば、音声処理部２は、基準距離ｒ１を変更しない、基準距離ｒ１を単位増加幅だけ増加させる、基準距離ｒ１を単位減少幅だけ減少させる、の３通りの動作のうちから、更新動作の終了後の基準距離ｒ１を、ステップＳ７の演算やステップＳ８の探索によって得られた基準距離に最も近くするような１つの動作を実行する。この場合において、単位増加幅と単位減少幅とは互いに異なっていてもよい。この構成を採用すれば、基準距離が大きく変更されることによる処理後音声信号の歪みが抑えられ、処理後音声信号を変換（再生）した音声が与える違和感が低減される。
＜参考文献一覧＞
参考文献１：安藤  繁  「画像の時空間微分算法を用いた速度ベクトル分布計測システム」  計測自動制御学会論文集  22-12，1330/1336(1986)
参考文献２：N. Ono, T. Arita, Y. Senjo, and S. Ando, “Directivity steeringprinciple for biomimicry silicon microphone”, Proc. Int. Conf. Solid State Sensors,
Actuators, and Microsystems (Transducers'05), pp. 792-795, 2005.
参考文献３：小野, 安藤, “音場の計測と指向性制御, 第22回センシングフォーラム資料, pp. 305-310,2005. 
参考文献４：小野, 有田, 千條, 安藤, “時空間勾配計測に基づく指向性制御と音源分離の理論, 日本音響学会2005年春季研究発表会講演論文集, 2-6-13, pp. 607-608, 2005.
参考文献５：安藤  繁・篠田  裕之・小川  勝也・光山  訓  「時空間勾配法に基づく３次元音源定位センサシステム」  計測自動制御学会論文集  第２９巻第５号，p520~528，1993
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上における基準位置と受音部との位置関係の一例を示す説明図である。
【図３】（ａ）（ｂ）はそれぞれ図２の場合における騒音抑圧量の分布の一例を示す説明図であり、（ａ）は基準距離を０．５ｍとした場合を示し、（ｂ）は基準距離を１．０ｍとした場合を示す。
【図４】同上における基準位置と受音部との位置関係の別の例を示す説明図である。
【図５】図４の場合における騒音抑圧量の分布の一例を示す説明図である。
【図６】同上における騒音源の位置と受音部との位置関係の一例を示す説明図である。
【図７】図６の場合における基準距離と騒音抑圧量との関係を示す説明図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同上の動作を示す説明図であり、（ａ）は処理前音声信号の波形を示し、（ｂ）は基準距離を０．５ｍとした場合における処理後音声信号の波形を示し、（ｃ）は基準距離を１．０ｍとした場合における処理後音声信号の波形を示す。
【図９】同上における騒音源の位置と受音部との位置関係の別の例を示す説明図である。
【図１０】図９の場合における基準距離と騒音抑圧量との関係を示す説明図である。
【図１１】同上における更新動作を示す流れ図である。
【図１２】同上の別の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  受音部
２  音声処理部
３０  判定部
３１  処理前パワー演算部
３２  処理後パワー演算部
３３  不感処理部
３４  不感処理後パワー演算部
【図１】
2010066506.tif 000027
【図２】
2010066506.tif 000028
【図４】
2010066506.tif 000029
【図６】
2010066506.tif 000030
【図７】
2010066506.tif 000031
【図８】
2010066506.tif 000032
【図９】
2010066506.tif 000033
【図１０】
2010066506.tif 000034
【図１１】
2010066506.tif 000035
【図１２】
2010066506.tif 000036
【図３】
2010066506.tif 000037
【図５】
2010066506.tif 000038