(57)【要約】  収音装置は、指向性の第１マイクと、無指向性の第２マイクと、レベル制御部と、を備えている。レベル制御部は、前記第１マイクの第１収音信号および前記第２マイクの第２収音信号の相関を求めて、該相関の算出結果に応じて前記第１収音信号または前記第２収音信号のレベル制御を行なう。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性の第１マイクと、
無指向性の第２マイクと、
前記第１マイクから生成される第１収音信号および前記第２マイクから生成される第２収音信号の相関を求めて、該相関の算出結果に応じて前記第１収音信号または前記第２収音信号のレベル制御を行なう、レベル制御部と、
を備えた収音装置。
【請求項２】
前記レベル制御部は、前記第１マイクの出力信号と、前記第２マイクの出力信号から前記第１マイクの出力信号を差分した差分信号と、のうち高レベルの信号いずれかの信号を、前記第１収音信号として選択する選択部を備えた、
請求項１に記載の収音装置。
【請求項３】
前記レベル制御部は、
ノイズ成分を推定し、前記レベル制御として、該推定したノイズ成分を前記第１収音信号または前記第２収音信号から除去する処理を行なう、
請求項１または請求項２に記載の収音装置。
【請求項４】
前記レベル制御部は、前記相関の算出結果に応じて、前記ノイズ成分を除去する処理をオンまたはオフする、
請求項３に記載の収音装置。
【請求項５】
前記レベル制御部は、人の声に基づく調波成分を除去するコムフィルタを備えた、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の収音装置。
【請求項６】
前記レベル制御部は、前記相関の算出結果に応じて、前記コムフィルタによる処理をオンまたはオフする、
請求項５に記載の収音装置。
【請求項７】
前記レベル制御部は、前記第１収音信号または前記第２収音信号のゲインを制御するゲイン制御部を備えた、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の収音装置。
【請求項８】
前記相関は、コヒーレンスを含み、
前記レベル制御部は、前記コヒーレンスが所定の閾値を超える周波数成分の割合に基づいて、前記レベル制御を行なう、
請求項１乃至請求項７に記載の収音装置。
【請求項９】
前記相関は、コヒーレンスを含み、
前記レベル制御部は、前記コヒーレンスが所定の閾値を超える周波数成分の割合に基づいて、前記ゲイン制御部のゲインを変更する、
請求項７に記載の収音装置。
【請求項１０】
前記レベル制御部は、前記割合が第１閾値未満となった場合に、前記割合に応じて前記ゲインを減衰させる、
請求項９に記載の収音装置。
【請求項１１】
前記第１閾値は、所定時間内に算出された前記割合に基づいて決定される、
請求項１０に記載の収音装置。
【請求項１２】
前記レベル制御部は、前記割合が第２閾値未満となった場合に、前記ゲインを最小ゲインに設定する、
請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の収音装置。
【請求項１３】
前記レベル制御部は、周波数毎に前記相関が前記閾値を超えるか否かを判定し、該閾値を超える周波数の数を集計した集計結果として、前記周波数成分の割合を求め、前記集計結果に応じて前記レベル制御を行なう、
請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載の収音装置。
【請求項１４】
指向性の第１マイクの第１収音信号および無指向性の第２マイクの第２収音信号の相関を求めて、該相関の算出結果に応じて前記第１収音信号または前記第２収音信号のレベル制御を行なう、
収音方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態は、マイクを用いて音源の音を取得する収音装置および収音方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１乃至特許文献３には、２つのマイクのコヒーレンスを求めて、話者の声等の目的音を強調する手法が開示されている。【０００３】
例えば、特許文献２の手法は、無指向性マイクを２つ用いて２つの信号の平均コヒーレンスを求め、求めた平均コヒーレンスの値に基づいて、目的音声であるか否かを判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−０４２６１３号公報
【特許文献２】特開２０１３−０６１４２１号公報
【特許文献３】特開２００６−１２９４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、無指向性マイクを２つ用いる場合、特に低域成分に位相差が生じ難く、精度が低下する。【０００６】
そこで、本発明の一実施形態の目的は、従来よりも高精度に遠方の雑音を低減することができる収音装置および収音方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
収音装置は、指向性の第１マイクと、無指向性の第２マイクと、レベル制御部と、を備えている。レベル制御部は、前記第１マイクの第１収音信号および前記第２マイクの第２収音信号の相関を求めて、該相関の算出結果に応じて前記第１収音信号または前記第２収音信号のレベル制御を行なう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、従来よりも高精度に遠方の雑音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】収音装置１の構成を示す概略図である。
【図２】マイク１０Ａおよびマイク１０Ｂの指向性を示す平面図である。
【図３】収音装置１の構成を示すブロック図である。
【図４】レベル制御部１５の構成の一例を示す図である。
【図５】図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、ゲインテーブルの一例を示す図である。
【図６】変形例１に係るレベル制御部１５の構成を示す図である。
【図７】図７（Ａ）は、指向性形成部２５および指向性形成部２６の機能的構成を示すブロック図であり、図７（Ｂ）は、指向性を示す平面図である。
【図８】変形例２に係るレベル制御部１５の構成を示す図である。
【図９】強調処理部５０の機能的構成を示すブロック図である。
【図１０】レベル制御部１５の動作を示すフローチャートである。
【図１１】変形例に係るレベル制御部１５の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態の収音装置は、指向性の第１マイクと、無指向性の第２マイクと、レベル制御部と、を備えている。レベル制御部は、前記第１マイクの第１収音信号および前記第２マイクの第２収音信号の相関を求めて、該相関の算出結果に応じて前記第１収音信号または前記第２収音信号のレベル制御を行なう。
【００１１】
特許文献２（特開２０１３−０６１４２１号公報）のように、無指向性マイク２つと第１の指向性形成部１１とを用いる場合、θ方向から到来した音が除去されることが期待されるが、マイクの感度が一致していること、およびマイクの取り付け位置に誤差がないことが必要になってしまう。特に、低域成分は位相差が生じ難く、指向性形成後の信号が非常に小さくなってしまうため、マイクの感度差や設置位置などの誤差によって容易に精度が低下する。
【００１２】
また、遠方の音は、残響音成分が多く、到来方向の定まらない音である。指向性マイクは、特定の方向の音を高感度に収音し、無指向性マイクは、全方向を均等な感度で収音する。すなわち、指向性マイクと無指向性マイクとでは、遠方の音に対する収音性能が大きく異なる。収音装置は、指向性の第１マイクと、無指向性の第２マイクと、を用いるため、遠方の音源の音が入力された場合には第１収音信号と第２収音信号との相関が小さくなり、装置に近い音源の音が入力された場合には相関の値が大きくなる。この場合、マイクの指向性自体がどの周波数でも異なるため、例えば位相差が生じ難い低域成分が入力された場合であっても、遠方の音源の場合に相関が小さくなり、マイクの感度の差や配置などの誤差の影響を受けにくい。
【００１３】
したがって、収音装置は、装置に近い音源の音を安定かつ高精度に強調することができ、遠方の雑音を低減することができる。
【００１４】
図１は、収音装置１の構成を示す外観の概略図である。図１においては、収音に係る主構成を記載して、その他の構成は記載していない。収音装置１は、円筒形状の筐体７０、マイク１０Ａ、およびマイク１０Ｂ、を備えている。
【００１５】
マイク１０Ａおよびマイク１０Ｂは、筐体７０の上面に配置されている。ただし、筐体７０の形状、およびマイクの配置態様は一例であり、この例に限るものではない。
【００１６】
図２は、マイク１０Ａおよびマイク１０Ｂの指向性を示す平面図である。図２に示すように、マイク１０Ａは、装置の前方（図中の左方向）の感度が最も強く、後方（図中の右方向）に感度が無い、指向性マイクである。マイク１０Ｂは、全方向に均一な感度を有する無指向性マイクである。
【００１７】
図３は、収音装置１の構成を示すブロック図である。収音装置１は、マイク１０Ａ、マイク１０Ｂ、レベル制御部１５、およびインタフェース（Ｉ／Ｆ）１９を備えている。
【００１８】
レベル制御部１５は、マイク１０Ａの収音信号Ｓ１およびマイク１０Ｂの収音信号Ｓ２を入力する。レベル制御部１５は、マイク１０Ａの収音信号Ｓ１またはマイク１０Ｂの収音信号Ｓ２をレベル制御して、Ｉ／Ｆ１９に出力する。
【００１９】
図４は、レベル制御部１５の構成の一例を示す図である。図１０は、レベル制御部１５の動作を示すフローチャートである。レベル制御部１５は、コヒーレンス算出部２０、ゲイン制御部２１、およびゲイン調整部２２を備えている。なお、レベル制御部１５の機能は、パーソナルコンピュータ等の一般的な情報処理装置で実現することも可能である。この場合、情報処理装置は、フラッシュメモリ等の記憶媒体に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、レベル制御部１５の機能を実現する。
【００２０】
コヒーレンス算出部２０は、マイク１０Ａの収音信号Ｓ１およびマイク１０Ｂの収音信号Ｓ２を入力する。コヒーレンス算出部２０は、相関の一例として、収音信号Ｓ１および収音信号Ｓ２のコヒーレンスを算出する。
【００２１】
ゲイン制御部２１は、コヒーレンス算出部２０の算出結果に基づいて、ゲイン調整部２２のゲインを決定する。ゲイン調整部２２は、収音信号Ｓ２を入力する。ゲイン調整部２２は、収音信号Ｓ２のゲインを調整して、Ｉ／Ｆ１９に出力する。
【００２２】
なお、この例では、マイク１０Ｂの収音信号Ｓ２のゲインを調整して、Ｉ／Ｆ１９に出力する態様となっているが、マイク１０Ａの収音信号Ｓ１のゲインを調整して、Ｉ／Ｆ１９に出力する態様としてもよい。ただし、マイク１０Ｂは、無指向性マイクであるため、全周囲の音を収音することができる。よって、マイク１０Ｂの収音信号Ｓ２のゲインを調整して、Ｉ／Ｆ１９に出力することが好ましい。
【００２３】
コヒーレンス算出部２０は、収音信号Ｓ１および収音信号Ｓ２をそれぞれフーリエ変換して、周波数軸の信号Ｘ（ｆ、ｋ）およびＹ（ｆ，ｋ）に変換する（Ｓ１１）。「ｆ」は周波数であり、「ｋ」は、フレーム番号を表す。コヒーレンス算出部２０は、以下の数式１に従って、コヒーレンス（複素クロススペクトルの時間平均値）を算出する（Ｓ１２）。
【００２４】
【数１】
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ただし、上記数式１は、一例である。例えば、コヒーレンス算出部２０は、以下の数式２または数式３に従ってコヒーレンスを算出してもよい。
【００２５】
【数２】
2018173267.tif 000004
【００２６】
【数３】
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【００２７】
なお、「ｍ」は、サイクル番号（所定フレーム数からなる信号のまとまりを示す識別番号）であり、「Ｔ」は、１サイクルのフレーム数を表す。
【００２８】
ゲイン制御部２１は、上記コヒーレンスに基づいて、ゲイン調整部２２のゲインを決定する。例えば、ゲイン制御部２１は、全周波数（周波数ビンの数）に対して、コヒーレンスの振幅が所定の閾値γｔｈを超えた周波数ビンの割合Ｒ（ｋ）を求める（Ｓ１３）。
【００２９】
【数４】
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【００３０】
閾値γｔｈは、例えばγｔｈ＝０．６に設定される。なお、上記数式４におけるｆ０は、下限周波数ビンであり、ｆ１は、上限周波数ビンである。
【００３１】
ゲイン制御部２１は、この割合Ｒ（ｋ）に応じて、ゲイン調整部２２のゲインを決定する（Ｓ１４）。より具体的には、ゲイン制御部２１は、周波数ビン毎にコヒーレンスが閾値γｔｈを超えるか否かを判定し、該閾値を超える周波数ビン数を集計し、集計結果に応じてゲインを決定する。図５（Ａ）は、ゲインテーブルの一例を示す図である。図５（Ａ）に示す例のゲインテーブルによれば、ゲイン制御部２１は、割合Ｒが、所定値Ｒ１以上では、減衰しない（ゲイン＝１）。ゲイン制御部２１は、割合Ｒが所定値Ｒ１からＲ２までは、割合Ｒの低下にしたがって、ゲインが減衰するように設定する。ゲイン制御部２１は、割合ＲがＲ２よりも小さい場合には、最小ゲイン値で維持する。最小ゲイン値は、０であってもよいが、０よりもわずかに大きな値として、わずかに音が聞こえる状態としてもよい。これにより、ユーザは、故障等により音が途切れたと勘違いすることがない。
【００３２】
コヒーレンスは、２つの信号の相関が高い場合に、高い値を示す。遠方の音は、残響音成分が多く、到来方向の定まらない音である。本実施形態における指向性のマイク１０Ａと無指向性のマイク１０Ｂとでは、遠方の音に対する収音性能が大きく異なる。したがって、コヒーレンスは、遠方の音源の音が入力された場合には小さくなり、装置に近い音源の音が入力された場合には大きくなる。
【００３３】
よって、収音装置１は、装置から遠い音源の音を収音せず、装置に近い音源の音を目的音として強調することができる。
【００３４】
なお、上記例では、ゲイン制御部２１は、全周波数に対して、コヒーレンスが所定の閾値γｔｈを超えた周波数の割合Ｒ（ｋ）を求め、該割合に応じてゲイン制御を行なう例を示したが、例えば、ゲイン制御部２１は、コヒーレンスの平均を求め、該平均に応じてゲイン制御を行なう態様としてもよい。ただし、近傍の音および遠方の音には少なくとも反射音が含まれているため、コヒーレンスが極端に低くなる周波数がある。この様な極端に低い値が含まれていると、平均が低くなる場合がある。しかし、上記割合Ｒ（ｋ）は、閾値以上の周波数成分がどの程度存在するかにのみ影響し、閾値未満におけるコヒーレンスの値自体が低い値であるか、高い値であるかは、ゲイン制御には全く影響しないため、割合Ｒ（ｋ）に応じてゲイン制御を行なうことで、遠方の雑音を低減することができ、目的音を高精度で強調することができる。
【００３５】
なお、所定値Ｒ１および所定値Ｒ２は、どの様な値に設定してもよいが、所定値Ｒ１は、減衰させずに収音したい最大範囲に応じて設定する。例えば、音源の位置が半径約３０ｃｍよりも遠い場合に、コヒーレンスの割合Ｒの値が低下する場合に、距離が約４０ｃｍとなる時のコヒーレンスの割合Ｒの値を、所定値Ｒ１に設定することで、半径約４０ｃｍまでは、減衰させずに収音することができる。また、所定値Ｒ２は、減衰させたい最小範囲に応じて設定する。例えば、距離が１００ｃｍとなる時の割合Ｒの値を、所定値Ｒ２に設定することで、距離が１００ｃｍ以上ではほとんど収音されず、距離が１００ｃｍよりも近くなると、徐々にゲインが上昇して収音されることになる。
【００３６】
また、所定値Ｒ１および所定値Ｒ２は、固定値ではなく、動的に変化させてもよい。例えば、レベル制御部１５は、所定時間内の過去に算出された割合Ｒの平均値Ｒ０（あるいは最も大きい値）を求め、所定値Ｒ１＝Ｒ０＋０．１、所定値Ｒ２＝Ｒ０−０．１とする。これにより、現在の音源の位置を基準として、該音源の位置よりも近い範囲の音は収音され、音源の位置よりも遠い範囲の音が収音されない状態となる。
【００３７】
なお、図５（Ａ）の例は、所定距離（例えば３０ｃｍ）から急激にゲインが低下して、所定距離（例えば１００ｃｍ）以上の音源はほとんど収音されない態様であり、リミッタの機能に類似する。しかし、ゲインテーブルは、他にも図５（Ｂ）に示すように、様々な態様が考えられる。図５（Ｂ）の例では、割合Ｒに応じて徐々にゲインが低下し、所定値Ｒ１からゲインの低下度合いが大きくなり、所定値Ｒ２以上では、再び徐々にゲインが低下する態様であり、コンプレッサの機能に類似する。
【００３８】
次に、図６は、変形例１に係るレベル制御部１５の構成を示す図である。レベル制御部１５は、指向性形成部２５および指向性形成部２６を備えている。図１１は、変形例１に係るレベル制御部１５の動作を示すフローチャートである。図７（Ａ）は、指向性形成部２５および指向性形成部２６の機能的構成を示すブロック図である。
【００３９】
指向性形成部２５は、マイク１０Ｂの出力信号Ｍ２を、そのまま収音信号Ｓ２として出力する。指向性形成部２６は、図７（Ａ）に示すように、減算部２６１および選択部２６２を備えている。
【００４０】
減算部２６１は、マイク１０Ｂの出力信号Ｍ２からマイク１０Ａの出力信号Ｍ１を差分して、選択部２６２に入力する。
【００４１】
選択部２６２は、マイク１０Ａの出力信号Ｍ１のレベルと、およびマイク１０Ｂの出力信号Ｍ２からマイク１０Ａの出力信号Ｍ１を差分した差分信号のレベルと、を比較し、高レベル側の信号を収音信号Ｓ１として出力する（Ｓ１０１）。図７（Ｂ）に示すように、マイク１０Ｂの出力信号Ｍ２からマイク１０Ａの出力信号Ｍ１を差分した差分信号は、マイク１０Ｂの指向性を反転した状態となる。
【００４２】
このようにして、変形例１に係るレベル制御部１５は、指向性のある（特定の方向の音に感度を有しない）マイクを用いた場合であっても、装置の全周囲に対して、感度を持たせることができる。この場合も、収音信号Ｓ１は指向性を有し、収音信号Ｓ２は無指向性であるため、遠方の音に対する収音性能が異なる。よって、変形例１に係るレベル制御部１５は、装置の全周囲に対して感度を持たせながらも、装置から遠い音源の音を収音せず、装置に近い音源の音を目的音として強調することができる。
【００４３】
次に、図８は、変形例２に係るレベル制御部１５の構成を示す図である。レベル制御部１５は、強調処理部５０を備えている。強調処理部５０は、収音信号Ｓ１を入力し、目的音（装置に近い話者が発した声の音）を強調する処理を行なう。強調処理部５０は、例えば、ノイズ成分を推定し、該推定したノイズ成分を用いたスペクトルサブトラクション法により、ノイズ成分を除去することで、目的音を強調する。
【００４４】
あるいは、強調処理部５０は、以下に示す強調処理を行なってもよい。図９は、強調処理部５０の機能的構成を示すブロック図である。
【００４５】
人の声は、所定の周波数毎にピーク成分を有する調波構造となっている。したがって、コムフィルタ設定部７５は、以下の数式５に示すように、人の声のピーク成分を通過させ、ピーク成分以外を除去するゲイン特性Ｇ（ｆ、ｔ）を求め、コムフィルタ７６のゲイン特性として設定する。
【００４６】
【数５】
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【００４７】
すなわち、コムフィルタ設定部７５は、収音信号Ｓ２をフーリエ変換し、振幅を対数演算したものをさらにフーリエ変換してケプストラムｚ（ｃ、ｔ）を求める。コムフィルタ設定部７５は、このケプストラムｚ（ｃ，ｔ）を最大にするｃの値ｃｐｅａｋ（ｔ）＝ａｒｇｍａｘｃ｛ｚ（ｃ，ｔ）｝を抽出する。コムフィルタ設定部７５は、ｃの値がｃｐｅａｋ（ｔ）およびその近辺以外の場合には、ケプストラム値ｚ（ｃ，ｔ）＝０として、ケプストラムのピーク成分を抽出する。コムフィルタ設定部７５は、このピーク成分ｚｐｅａｋ（ｃ、ｔ）を周波数軸の信号に戻し、コムフィルタ７６のゲイン特性Ｇ（ｆ，ｔ）とする。これにより、コムフィルタ７６は、人の声の調波成分を強調するフィルタとなる。
【００４８】
なお、ゲイン制御部２１は、コヒーレンス算出部２０の算出結果に基づいて、コムフィルタ７６による強調処理の強さを調整してもよい。例えば、ゲイン制御部２１は、上述の割合Ｒ（ｋ）の値が所定値Ｒ１以上の場合に、コムフィルタ７６による強調処理をオンして、上述の割合Ｒ（ｋ）の値が所定値Ｒ１未満の場合に、コムフィルタ７６による強調処理をオフする。この場合、コムフィルタ７６による強調処理も、相関の算出結果に応じて収音信号Ｓ２（または収音信号Ｓ１）のレベル制御を行なう一態様に含まれる。したがって、収音装置１は、コムフィルタ７６による目的音の強調処理だけを行なってもよい。
【００４９】
なお、レベル制御部１５は、例えば、ノイズ成分を推定し、該推定したノイズ成分を用いたスペクトルサブトラクション法により、ノイズ成分を除去することで、目的音を強調する処理を行なってもよい。さらに、レベル制御部１５は、コヒーレンス算出部２０の算出結果に基づいて、ノイズ除去処理の強さを調整してもよい。例えば、レベル制御部１５は、上述の割合Ｒ（ｋ）の値が所定値Ｒ１以上の場合に、ノイズ除去処理による強調処理をオンして、上述の割合Ｒ（ｋ）の値が所定値Ｒ１未満の場合に、ノイズ除去処理による強調処理をオフする。この場合、ノイズ除去処理による強調処理も、相関の算出結果に応じて収音信号Ｓ２（または収音信号Ｓ１）のレベル制御を行なう一態様に含まれる。
【００５０】
最後に、本実施形態の説明は、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、本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲を含む。
【符号の説明】
【００５１】
１…収音装置
１０Ａ，１０Ｂ…マイク
１５…レベル制御部
１９…Ｉ／Ｆ
２０…コヒーレンス算出部
２１…ゲイン制御部
２２…ゲイン調整部
２５，２６…指向性形成部
５０…強調処理部
５７…帯域分割部
５９…帯域合成部
７０…筐体
７５…コムフィルタ設定部
７６…コムフィルタ
２６１…減算部
２６２…選択部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018173267.tif 000014
【図８】
2018173267.tif 000015
【図９】
2018173267.tif 000016
【図１０】
2018173267.tif 000017
【図１１】
2018173267.tif 000018
【国際調査報告】
2018173267.tif 000019
2018173267.tif 000020
2018173267.tif 000021
2018173267.tif 000022