(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２のマイクロフォンの少なくとも一方で収音された音声に基づき第１の音声区間と第２の音声区間とを判定する音声区間判定器と、
前記第１のマイクロフォンで収音された音に応じた第１の収音信号と前記第２のマイクロフォンで収音された音に応じた第２の収音信号とに基づき、前記音声の到来方向を検知する音声方向検知器と、
前記音声区間判定器から出力された第１の音声区間情報および前記音声方向検知器から出力された音声方向情報に基づき、前記第１の収音信号と前記第２の収音信号とを用いてノイズ低減処理を実施する適応フィルタと、を備え、
前記音声区間判定器は、前記第１の音声区間よりも更に高い確率で音声区間であると判定された第２の音声区間情報を前記音声方向検知器に出力し、
前記音声方向検知器は、前記音声区間判定器が前記第２の音声区間と判定した場合に、前記音声の到来方向を検知する、
ノイズ低減装置。
【請求項２】
前記音声方向検知器は、前記第１の収音信号と前記第２の収音信号の位相差に基づき前記音声の到来方向を検知する、請求項１に記載のノイズ低減装置。
【請求項３】
前記適応フィルタは、前記第１の収音信号と前記第２の収音信号とのうち、より位相が早いいずれか一方の収音信号に含まれるノイズ成分を他方の収音信号を用いて低減する、
請求項２に記載のノイズ低減装置。
【請求項４】
前記第１の収音信号の位相と前記第２の収音信号の位相の位相差が所定の範囲内である場合、
前記適応フィルタはノイズ低減処理を実施することなく前記第１の収音信号または前記第２の収音信号を出力する、
請求項２に記載のノイズ低減装置。
【請求項５】
前記音声方向検知器は、前記第１の収音信号の大きさと前記第２の収音信号の大きさに基づき前記音声の到来方向を検知する、請求項１に記載のノイズ低減装置。
【請求項６】
前記第１の収音信号の大きさが前記第２の収音信号の大きさよりも大きい場合、
前記適応フィルタは、前記第１の収音信号と前記第２の収音信号とのうち、より大きさの大きいいずれか一方の収音信号に含まれるノイズ成分を他方の収音信号を用いて低減する、
請求項５に記載のノイズ低減装置。
【請求項７】
前記第１の収音信号の大きさと前記第２の収音信号の大きさの差であるパワー差が所定の範囲内である場合、
前記適応フィルタはノイズ低減処理を実施することなく前記第１の収音信号または前記第２の収音信号を出力する、
請求項５に記載のノイズ低減装置。
【請求項８】
前記音声方向検知器は、前記第１の収音信号と前記第２の収音信号の位相差、並びに前記第１の収音信号の大きさおよび前記第２の収音信号の大きさに基づき、前記音声の到来方向を検知する、請求項１に記載のノイズ低減装置。
【請求項９】
前記第１の収音信号の位相が前記第２の収音信号の位相よりも早い場合、前記音声区間判定器は、前記第１の収音信号に基づき音声区間を判定し、
前記第２の収音信号の位相が前記第１の収音信号の位相よりも早い場合、前記音声区間判定器は、前記第２の収音信号に基づき音声区間を判定する、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のノイズ低減装置。
【請求項１０】
前記音声方向検知器には、前記第１および第２の収音信号としてサンプリング周波数が２４ｋＨｚ以上の信号が供給され、
前記適応フィルタには、前記第１および第２の収音信号としてサンプリング周波数が１２ｋＨｚ以下の信号が供給される、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のノイズ低減装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０に記載のノイズ低減装置を備えた音声入力装置であって、
前記第１のマイクロフォンは前記音声入力装置の第１の面に設けられ、
前記第２のマイクロフォンは、前記第１の面と所定の距離を隔てて対向している第２の面に設けられている、
音声入力装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１０に記載のノイズ低減装置を備えた無線通信装置であって、
前記第１のマイクロフォンは前記無線通信装置の第１の面に設けられ、
前記第２のマイクロフォンは、前記第１の面と所定の距離を隔てて対向している第２の面に設けられている、
無線通信装置。
【請求項１３】
第１および第２のマイクロフォンの少なくとも一方で収音された音声に基づき第１の音声区間を判定する第１の音声区間判定ステップと、
前記第１の音声区間よりも更に高い確率で音声区間である第２の音声区間を判定する第２の音声区間判定ステップと、
前記第２の音声区間であると判定された場合に、前記第１のマイクロフォンで収音された音に応じた第１の収音信号と前記第２のマイクロフォンで収音された音に応じた第２の収音信号とに基づき前記音声の到来方向を検知する音声方向検知ステップと、
前記第１の音声区間の判定結果である第１の音声区間情報および前記音声の到来方向を示す音声方向情報に基づき、前記第１の収音信号と前記第２の収音信号とを用いてノイズ低減処理を実施するノイズ低減ステップと、
を含むノイズ低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はノイズ低減装置、音声入力装置、無線通信装置、およびノイズ低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声信号に含まれるノイズ成分を低減して音声を聞き取りやすくするノイズキャンセル機能（ノイズ低減装置）がある。
【０００３】
ノイズキャンセル機能では、例えば、音声を主に収音するマイクロフォンによって収音された音声信号から、ノイズを主に収音するマイクロフォンによって収音されたノイズ信号を差し引くことで、音声信号に含まれるノイズ成分を除去することができる。
【０００４】
特許文献１には、低減対象ではない音声成分がノイズ成分に混入する場合であっても、音声成分自体の低減を防止することができるノイズ低減装置に関する技術が開示されている。特許文献２には、ノイズ源の位置に関係なく大きなＳＮ比の改善効果が得られるマイクロフォンシステムに関する技術が開示されている。また、特許文献３には、複数の環境において、マイクロフォンから入力される音声信号のノイズを好適に減じることができる音声処理装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−６７６９３号公報
【特許文献２】特開２０００−３０５５９４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３２８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１乃至３に開示されている技術では、周囲のノイズレベルが高い場合、音声信号に含まれるノイズ成分を適切に低減することができないという問題があった。また、音声を送受信するための無線通信装置では、ノイズが多い環境など様々な環境下において通話の品質を確保することが求められている。
【０００７】
上記課題に鑑み本発明の目的は、様々な環境下においても音声信号に含まれるノイズ成分を適切に低減することができるノイズ低減装置、音声入力装置、無線通信装置、およびノイズ低減方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかるノイズ低減装置は、第１および第２のマイクロフォンの少なくとも一方で収音された音声に基づき音声区間を判定する音声区間判定器と、前記第１のマイクロフォンで収音された音に応じた第１の収音信号と前記第２のマイクロフォンで収音された音に応じた第２の収音信号とに基づき、前記音声の到来方向を検知する音声方向検知器と、前記音声区間判定器から出力された音声区間情報および前記音声方向検知器から出力された音声方向情報に基づき、前記第１の収音信号と前記第２の収音信号とを用いてノイズ低減処理を実施する適応フィルタと、を備え、前記音声方向検知器は、前記音声区間判定器が音声区間と判定した場合に、前記音声の到来方向を検知する。
【０００９】
前記音声方向検知器は、前記第１の収音信号と前記第２の収音信号の位相差に基づき前記音声の到来方向を検知してもよい。
【００１０】
前記適応フィルタは、前記第１の収音信号と前記第２の収音信号とのうち、より位相が早いいずれか一方の収音信号に含まれるノイズ成分を他方の収音信号を用いて低減してもよい。
【００１１】
前記第１の収音信号の位相と前記第２の収音信号の位相の位相差が所定の範囲内である場合、前記適応フィルタはノイズ低減処理を実施することなく前記第１の収音信号または前記第２の収音信号を出力してもよい。
【００１２】
前記音声方向検知器は、前記第１の収音信号の大きさと前記第２の収音信号の大きさに基づき前記音声の到来方向を検知してもよい。
【００１３】
前記第１の収音信号の大きさが前記第２の収音信号の大きさよりも大きい場合、前記適応フィルタは、前記第１の収音信号と前記第２の収音信号とのうち、より大きさの大きいいずれか一方の収音信号に含まれるノイズ成分を他方の収音信号を用いて低減してもよい。
【００１４】
前記第１の収音信号の大きさと前記第２の収音信号の大きさの差であるパワー差が所定の範囲内である場合、前記適応フィルタはノイズ低減処理を実施することなく前記第１の収音信号または前記第２の収音信号を出力してもよい。
【００１５】
前記音声方向検知器は、前記第１の収音信号と前記第２の収音信号の位相差、並びに前記第１の収音信号の大きさおよび前記第２の収音信号の大きさに基づき、前記音声の到来方向を検知してもよい。
【００１６】
前記第１の収音信号の位相が前記第２の収音信号の位相よりも早い場合、前記音声区間判定器は、前記第１の収音信号に基づき音声区間を判定してもよく、前記第２の収音信号の位相が前記第１の収音信号の位相よりも早い場合、前記音声区間判定器は、前記第２の収音信号に基づき音声区間を判定してもよい。
【００１７】
前記音声方向検知器には、前記第１および第２の収音信号としてサンプリング周波数が２４ｋＨｚ以上の信号が供給されてもよく、前記適応フィルタには、前記第１および第２の収音信号としてサンプリング周波数が１２ｋＨｚ以下の信号が供給されてもよい。
【００１８】
前記音声区間判定器は、前記適応フィルタに出力される音声区間判定情報よりも更に高い確率で音声区間であると判定された音声区間判定情報を前記音声方向検知器に出力してもよい。
【００１９】
本発明にかかるノイズ低減装置を備えた音声入力装置において、前記第１のマイクロフォンは前記音声入力装置の第１の面に設けられていてもよく、前記第２のマイクロフォンは、前記第１の面と所定の距離を隔てて対向している第２の面に設けられていてもよい。
【００２０】
本発明にかかるノイズ低減装置を備えた無線通信装置において、前記第１のマイクロフォンは前記無線通信装置の第１の面に設けられていてもよく、前記第２のマイクロフォンは、前記第１の面と所定の距離を隔てて対向している第２の面に設けられていてもよい。
【００２１】
本発明にかかるノイズ低減方法は、第１および第２のマイクロフォンの少なくとも一方で収音された音声に基づき音声区間を判定し、音声区間であると判定された場合に、前記第１のマイクロフォンで収音された音に応じた第１の収音信号と前記第２のマイクロフォンで収音された音に応じた第２の収音信号とに基づき前記音声の到来方向を検知し、前記音声区間の判定結果である音声区間情報および前記音声の到来方向を示す音声方向情報に基づきノイズ低減処理を実施する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、様々な環境下においても音声信号に含まれるノイズ成分を適切に低減することができるノイズ低減装置、音声入力装置、無線通信装置、およびノイズ低減方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態１にかかるノイズ低減装置を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかるノイズ低減装置が備える音声区間判定器の一例を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１にかかるノイズ低減装置が備える音声区間判定器の他の例を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１にかかるノイズ低減装置が備える音声方向検知器の一例を示すブロック図である。
【図５】実施の形態１にかかるノイズ低減装置が備える音声方向検知器の他の例を示すブロック図である。
【図６】実施の形態１にかかるノイズ低減装置が備える適応フィルタの一例を示すブロック図である。
【図７】実施の形態１にかかるノイズ低減装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】実施の形態１にかかるノイズ低減装置の他の例を示すブロック図である。
【図９】実施の形態１にかかるノイズ低減装置を用いた音声入力装置の一例を示す図である。
【図１０】実施の形態１にかかるノイズ低減装置を用いた無線通信装置の一例を示す図である。
【図１１】実施の形態２にかかるノイズ低減装置を示すブロック図である。
【図１２】実施の形態２にかかるノイズ低減装置が備える信号決定部の一例を示すブロック図である。
【図１３】実施の形態２にかかるノイズ低減装置が備える信号決定部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１４】実施の形態２にかかるノイズ低減装置が備える信号決定部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】実施の形態２にかかるノイズ低減装置が備える適応フィルタの一例を示すブロック図である。
【図１６】実施の形態２にかかるノイズ低減装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１７】実施の形態３にかかるノイズ低減装置を示すブロック図である。
【図１８】実施の形態３にかかるノイズ低減装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１９】実施の形態４にかかる音声入力装置を示す図である。
【図２０】実施の形態４にかかる音声入力装置の裏面に設けられた参照音用マイクロフォンの位置を説明するための図である。
【図２１】実施の形態４にかかる無線通信装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態１にかかるノイズ低減装置を示すブロック図である。図１に示すノイズ低減装置１は、音声用マイクロフォン１１、参照音用マイクロフォン１２、ＡＤコンバータ１３、１４、音声区間判定器１５、音声方向検知器１６、適応フィルタ制御部１７、および適応フィルタ１８を有する。
【００２５】
音声用マイクロフォン１１および参照音用マイクロフォン１２はそれぞれ、音声成分やノイズ成分を含む音を収音することができる。音声用マイクロフォン１１は、主に音声成分を含む音を収音してアナログ信号に変換し、変換後のアナログ信号をＡＤコンバータ１３に出力する。参照音用マイクロフォン１２は、主にノイズ成分を含む音を収音してアナログ信号に変換し、変換後のアナログ信号をＡＤコンバータ１４に出力する。例えば、参照音用マイクロフォン１２で収音された音に含まれるノイズ成分は、音声用マイクロフォン１１で収音された音に含まれるノイズ成分を低減するために用いられる。
【００２６】
なお、本実施の形態にかかるノイズ低減装置では、マイクロフォンが２つの場合（つまり、音声用マイクロフォン１１と参照音用マイクロフォン１２）の構成について説明するが、例えば参照音用マイクロフォンを更に追加してマイクロフォンを３つ以上設けてもよい。
【００２７】
ＡＤコンバータ１３は、音声用マイクロフォン１１から出力されたアナログ信号を所定のサンプリングレートでサンプリングしてデジタル信号に変換し、収音信号２１を生成する。ＡＤコンバータ１３で生成された収音信号２１は、音声区間判定器１５、音声方向検知器１６、および適応フィルタ１８に出力される。
【００２８】
ＡＤコンバータ１４は、参照音用マイクロフォン１２から出力されたアナログ信号を所定のサンプリングレートでサンプリングしてデジタル信号に変換し、収音信号２２を生成する。ＡＤコンバータ１４で生成された収音信号２２は、音声方向検知器１６および適応フィルタ１８に出力される。
【００２９】
本実施の形態において、音声用マイクロフォン１１および参照音用マイクロフォン１２に入力される音声の周波数帯域の例は、おおよそ１００Ｈｚから４０００Ｈｚ程度である。よって、ＡＤコンバータ１３、１４におけるサンプリング周波数を８ｋＨｚ〜１２ｋＨｚ程度とすることで、音声成分を含むアナログ信号をデジタル信号として取り扱うことができる。
なお、本明細書では、主に音声成分を含む収音信号を音声信号とも記載し、主にノイズ成分を含む収音信号を参照信号とも記載する。
【００３０】
音声区間判定器１５は、ＡＤコンバータ１３から出力された収音信号２１に基づき音声区間を判定する。そして、音声区間判定器１５は、音声区間と判定した場合、音声方向検知器１６および適応フィルタ制御部１７に音声区間情報２３、２４をそれぞれ出力する。
【００３１】
音声区間判定器１５における音声区間判定処理には任意の技術を用いることができる。しかし、ノイズレベルが高い環境下でノイズ低減装置が使用される場合は、高い精度で音声区間を判定する必要がある。この場合、例えば特願２０１０−２６０７９８に記載されている技術（以下、音声区間判定技術Ａという）や、特願２０１１−０２０４５９に記載されている技術（以下、音声区間判定技術Ｂという）を用いることで、音声区間を高い精度で判定することができる。音声には人の声以外の音も含まれるが、この例では、主に人の声を検出する。
【００３２】
音声区間判定技術Ａでは、音声の主要部分である母音成分の持つ周波数スペクトルに着目し、音声区間を判定している。音声区間判定技術Ａでは、適切なノイズレベルを帯域毎に設定し、母音周波数成分のピークとの信号対ノイズレベル比を求め、信号対ノイズレベル比が所定のレベル比かつ所定のピーク数であるか否かを観察することで、音声区間を判定している。
【００３３】
図２は、音声区間判定技術Ａを用いた音声区間判定器１５'の一例を示すブロック図である。図２に示す音声区間判定器１５'は、フレーム化部３１、スペクトル生成部３２、帯域分割部３３、周波数平均部３４、保持部３５、時間平均部３６、ピーク検出部３７、および音声判定部３８を備える。
【００３４】
フレーム化部３１は、収音信号２１を予め定められた時間幅を有するフレーム単位（所定サンプル数長）で順次切り出し、フレーム単位の入力信号（以下、フレーム化入力信号と称す）を生成する。
【００３５】
スペクトル生成部３２は、フレーム化部３１から出力されたフレーム化入力信号の周波数分析を行い、時間領域のフレーム化入力信号を周波数領域のフレーム化入力信号に変換して、スペクトルを集めたスペクトルパターンを生成する。スペクトルパターンは、所定の周波数帯域に渡って、周波数とその周波数におけるエネルギーとが対応付けられた、周波数毎のスペクトルを集めたものである。ここで用いられる周波数変換法は、特定の手段に限定しないが、音声のスペクトルを認識するために必要な周波数分解能が必要であるため、比較的分解能が高いＦＦＴ（Fast Fourier Transform）やＤＣＴ（Discrete Cosine 
Transform）等の直交変換法を用いるとよい。本実施の形態において、スペクトル生成部３２は、少なくとも２００Ｈｚから７００Ｈｚのスペクトルパターンを生成する。
【００３６】
後述する音声判定部３８が音声区間を判定する際に検出する対象である、音声の特徴を示すスペクトル（以下、フォルマントと称す）には、通常、基音に相当する第１フォルマントから、その倍音部分である第ｎフォルマント（ｎは自然数）まで複数ある。このうち、第１フォルマントや第２フォルマントは２００Ｈｚ未満の周波数帯域に存在することが多い。しかし、この帯域には、低域ノイズ成分が比較的高いエネルギーで含まれているため、フォルマントが埋没し易い。また７００Ｈｚ以上のフォルマントは、フォルマント自体のエネルギーが低いため、やはりノイズ成分に埋没し易い。そのため、ノイズ成分に埋没し難い２００Ｈｚから７００Ｈｚのスペクトルパターンを音声区間の判定に用いることで、判定対象を絞り、効率的に音声区間の判定を行うことができる。
【００３７】
帯域分割部３３は、適切な周波数帯域単位で音声に特徴的なスペクトルを検出するため、スペクトルパターンの各スペクトルを、予め定められた帯域幅で分割された周波数帯域である複数の分割周波数帯域に分割する。本実施の形態において、予め定められた帯域幅は、１００Ｈｚから１５０Ｈｚ程度の帯域幅とする。
【００３８】
周波数平均部３４は、分割周波数帯域毎の平均エネルギーを求める。本実施の形態では、周波数平均部３４は、分割周波数帯域毎に、分割周波数帯域におけるすべてのスペクトルのエネルギーを平均するが、演算負荷軽減のためスペクトルのエネルギーの代わりにスペクトルの最大または平均振幅値（絶対値）を代用してもよい。
【００３９】
保持部３５は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）、フラッシュメモリ等の記憶媒体で構成され、帯域毎の平均エネルギーを過去の予め定められた数（本実施の形態においてはＮとする）のフレーム分保持する。
【００４０】
時間平均部３６は、分割周波数帯域毎に、周波数平均部３４で導出された平均エネルギーの時間方向の複数のフレームに渡る平均である帯域別エネルギーを導出する。すなわち、帯域別エネルギーは、分割周波数帯域毎の平均エネルギーの時間方向の複数のフレームに渡る平均値である。また、時間平均部３６は、直前のフレームの分割周波数帯域毎の平均エネルギーに、重み付け係数と時定数を用いて平均化に準じる処理をして、帯域別エネルギーの代用値を求めてもよい。
【００４１】
ピーク検出部３７は、スペクトルパターンの各スペクトルと、そのスペクトルが含まれる分割周波数帯域における帯域別エネルギーとのエネルギー比（ＳＮＲ：Signal to Noise ratio）を導出する。そして、ピーク検出部３７は、スペクトル毎のＳＮＲと、予め定められた第１閾値とを比較し、第１閾値を超えるか否かを判定する。ＳＮＲが第１閾値を超えるスペクトルがあると、このスペクトルをフォルマントとみなし、フォルマントが検出された旨を示す情報を、音声判定部３８に出力する。
【００４２】
音声判定部３８は、フォルマントが検出されたという情報をピーク検出部３７から受け付けると、ピーク検出部３７の判定結果に基づいて、該当フレームのフレーム化入力信号が音声であるか否か判定する。音声判定部３８は、フレーム化入力信号が音声であると判定した場合、音声方向検知器１６および適応フィルタ制御部１７に音声区間情報２３、２４をそれぞれ出力する。
【００４３】
図２に示す音声区間判定器１５'は、分割周波数帯域毎に、その分割周波数帯域の帯域別エネルギーを設定している。そのため、音声判定部３８は、他の分割周波数帯域のノイズ成分の影響を受けずに、それぞれの分割周波数帯域毎にフォルマントの有無を精度よく判定することができる。
【００４４】
上述したように、フォルマントには、第１フォルマントから、その倍音部分である第ｎフォルマントまで複数ある。したがって、任意の分割周波数帯域の帯域別エネルギー（ノイズレベル）が上昇し、フォルマントの一部がノイズに埋没しても、他の複数のフォルマントを検出できる場合がある。特に、周囲ノイズは低域に集中するため、基音に相当する第１フォルマントや２倍音に相当する第２フォルマントが低域のノイズに埋没していても、３倍音以上のフォルマントを検出できる可能性がある。よって、音声判定部３８は、ＳＮＲが第１閾値を超えるスペクトルが所定数以上である場合、フレーム化入力信号が音声であると判定することで、よりノイズに強い音声区間の判定を行うことができる。
【００４５】
以上で説明したように、音声区間判定技術Ａを用いた音声区間判定器１５'は、入力信号を予め定められた時間幅を有するフレーム単位で切り出し、フレーム化入力信号を生成するフレーム化部３１と、フレーム化入力信号を、時間領域から周波数領域に変換して、周波数毎のスペクトルを集めたスペクトルパターンを生成するスペクトル生成部３２と、スペクトルパターンの各スペクトルと、予め定められた帯域幅で分割された周波数帯域である複数の分割周波数帯域のうちスペクトルが含まれる分割周波数帯域における帯域別エネルギーとのエネルギー比が、予め定められた第１閾値を超えるか否かを判定するピーク検出部３７と、ピーク検出部の判定結果に基づいて、フレーム化入力信号が音声であるか否か判定する音声判定部３８と、スペクトルパターンの各分割周波数帯域におけるスペクトルの周波数方向の平均エネルギーを導出する周波数平均部３４と、分割周波数帯域毎に、平均エネルギーの時間方向の平均である前記帯域別エネルギーを導出する時間平均部３６と、を備える。
【００４６】
例えば、音声判定部３８は、エネルギー比が第１閾値を超えるスペクトルが予め定められた数以上であると、フレーム化入力信号が音声であると判定することができる。
【００４７】
次に、音声区間判定技術Ｂについて説明する。音声区間判定技術Ｂでは、子音の特徴であるスペクトルパターンが右上がりになる傾向があるという性質に着目して、音声区間を判定している。音声区間判定技術Ｂでは、子音のスペクトルパターンを中高域の周波数帯において測定し、更に部分的にノイズ成分によって埋没してしまった子音の周波数分布の特徴を、ノイズの影響があまり無かった帯域に特化して抽出することで、音声区間を高精度で判定することを可能にしている。
【００４８】
図３は、音声区間判定技術Ｂを用いた音声区間判定器１５''の一例を示すブロック図である。音声区間判定器１５''は、フレーム化部４１、スペクトル生成部４２、帯域分割部４３、平均導出部４４、ノイズレベル導出部４５、判定選択部４６、および子音判定部４７を備える。
【００４９】
フレーム化部４１は、収音信号２１を予め定められた時間幅を有するフレーム単位で順次切り出し、フレーム単位の入力信号であるフレーム化入力信号を生成する。
【００５０】
スペクトル生成部４２は、フレーム化部４１から出力されたフレーム化入力信号の周波数分析を行い、時間領域のフレーム化入力信号を周波数領域のフレーム化入力信号に変換して、スペクトルを集めたスペクトルパターンを生成する。スペクトルパターンは、所定の周波数帯域に渡って、周波数とその周波数におけるエネルギーとが対応付けられた、周波数毎のスペクトルを集めたものである。ここで用いられる周波数変換法は、特定の手段に限定しないが、音声のスペクトルを認識するために必要な周波数分解能が必要であるため、比較的分解能が高いＦＦＴやＤＣＴ等の直交変換法を用いるとよい。
【００５１】
帯域分割部４３は、スペクトル生成部４２が生成したスペクトルパターンの各スペクトルを、予め定められた帯域幅毎に分割し、複数の分割周波数帯域を生成する。本実施の形態において、帯域分割部４３は、例えば、８００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚの周波数範囲について、例えば、１００Ｈｚ〜３００Ｈｚ程度の帯域幅毎に分割する。
【００５２】
平均導出部４４は、スペクトルパターンにおける、連接する、帯域分割部４３が分割した分割周波数帯域（バンド）毎の平均エネルギーである帯域別平均エネルギーを導出する。
【００５３】
子音判定部４７は、平均導出部４４が導出した帯域別平均エネルギー同士を比較し、より高周波数帯域の帯域別平均エネルギー程、高いエネルギーとなっていると、そのフレーム化入力信号に子音が含まれると判定する。
【００５４】
一般的に、子音はスペクトルパターンが右上がりになる傾向がある。そこで、音声区間判定技術Ｂを用いた音声区間判定器１５''は、スペクトルパターンにおける帯域別平均エネルギーを導出し、その帯域別エネルギー同士を比較することで子音に特徴的な、スペクトルパターンにおける右上がりの傾向を検出する。そのため、音声区間判定器１５''は、入力信号に子音が含まれる子音区間を精度よく検出することができる。
【００５５】
子音判定部４７は、隣接する帯域間の帯域別平均エネルギーが、高い周波数の帯域の方が隣接する低い周波数の帯域より大きい組み合わせを計数し、計数した計数値が、予め定められた第１閾値以上であると、子音が含まれると判定する第１判定手段を備える。また、子音判定部４７は、隣接する帯域間の帯域別平均エネルギーが、高い周波数の帯域の方が隣接する低い周波数の帯域より大きい組み合わせを計測し、更にこの組み合わせが帯域を跨いで連続する場合に重み付けをして計数し、計数した計数値が、予め定められた第２閾値以上であると、子音が含まれると判定する第２判定手段を備える。子音判定部４７は、第１判定手段と第２判定手段をそれぞれノイズレベルに応じて使い分ける。
【００５６】
ここで、第１判定手段と第２判定手段とを適宜選択すべく、ノイズレベル導出部４５は、フレーム化入力信号のノイズレベルを導出する。例えば、ノイズレベルは、フレーム化入力信号のすべての周波数帯域の帯域別平均エネルギーの平均値とすることができる。また、ノイズレベル導出部４５は、フレーム化入力信号毎にノイズレベルを導出してもよいし、所定時間分のフレーム化入力信号のノイズレベルの平均値を用いてもよい。判定選択部４６は、導出されたノイズレベルが所定の閾値未満の場合、第１判定手段を選択し、所定の閾値以上の場合、第２判定手段を選択する。
【００５７】
以上で説明したように、音声区間判定技術Ｂを用いた音声区間判定器１５''は、入力信号を予め定められたフレーム単位で切り出し、フレーム化入力信号を生成するフレーム化部４１と、フレーム化入力信号を、時間領域から周波数領域に変換して、周波数毎のスペクトルを集めたスペクトルパターンを生成するスペクトル生成部４２と、スペクトルパターンにおける、連接する予め定められた帯域幅毎の平均エネルギーである帯域別平均エネルギーを導出する平均導出部４４と、導出された帯域別平均エネルギー同士を比較し、より高周波数帯域の帯域別平均エネルギー程、高いエネルギーとなっていると、フレーム化入力信号に子音が含まれると判定する子音判定部４７と、を備える。
【００５８】
例えば、子音判定部４７は、スペクトルパターンの隣接する帯域間の帯域別平均エネルギーが、高い周波数の帯域の方が隣接する低い周波数の帯域より大きい組み合わせを計数し、計数した計数値が、予め定められた閾値以上であると、子音が含まれると判定することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態にかかるノイズ低減装置に上記の音声区間判定技術Ａ、Ｂを適用する場合、製品毎にパラメータを設定することができる。すなわち、より確実な音声区間の判定が要求される製品に音声区間判定技術Ａ、Ｂを適用する場合、音声区間判定のパラメータとしてより厳しい閾値を設定することができる。
【００６０】
また、図１に示すノイズ低減装置１では、音声は音声用マイクロフォン１１において収音される確率が高いことを前提とし、音声区間判定器１５が、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１のみに基づき音声区間を判定する場合を示した。しかしながら、ノイズ低減装置の使用状況によっては、音声用マイクロフォン１１よりも参照音用マイクロフォン１２の方が多く音声を収音する場合も考えられる。よって、図８に示すノイズ低減装置２のように、音声区間判定器１９が音声用マイクロフォン１１の収音信号２１および参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２に基づき、音声区間を判定するように構成してもよい。
【００６１】
この場合、例えば図８に示すノイズ低減装置２の音声区間判定器１９は、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１に音声が含まれているかを判定する回路と、参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２に音声が含まれているかを判定する回路と、をそれぞれ備えるように構成してもよい。なお、図８に示すノイズ低減装置２の他の構成は図１に示したノイズ低減装置１の構成と同様である。
【００６２】
図１に示すノイズ低減装置１の音声方向検知器１６は、収音信号２１と収音信号２２とに基づき、音声の到来方向を検知し、音声方向情報２５を適応フィルタ制御部１７に出力する。音声の到来方向を検知する方法は、例えば収音信号２１と収音信号２２の位相差に基づいて音声の到来方向を検知する方法や、音声用マイクロフォン１１で収音された音（収音信号２１）の大きさと参照音用マイクロフォン１２で収音された音（収音信号２２）の大きさの差や比（パワー差やパワー比であり、これらを総称してパワー情報と称す）に基づき、音声の到来方向を検知する方法等がある。このとき、音声方向検知器１６は、音声区間判定器１５が音声区間と判定した場合に、音声の到来方向を検知している。つまり、音声方向検知器１６は、音声が到来している音声区間において音声方向を検知し、音声区間以外のときは音声方向を検知していない。
【００６３】
また、例えば、トランシーバーのような携帯機器（無線通信装置）や、無線通信装置に付属するスピーカーマイクロフォン（音声入力装置）のような小型機器に、本実施の形態にかかるノイズ低減装置を適用する場合、音声を拾い易い表側に音声用マイクロフォン１１を設け、音声を拾い難い裏側に参照音用マイクロフォン１２を設ける。これにより、音声用マイクロフォン１１では音声成分を主に収音し、参照音用マイクロフォン１２ではノイズ成分を主に収音することができる。
【００６４】
上記の無線通信装置や音声入力装置は、一般的に人間の握りこぶしよりも少し小さい程度の大きさである。よって、音源と音声用マイクロフォン１１との距離と、音源と参照音用マイクロフォン１２との距離の差は、機器毎やマイクロフォンの配置により異なるものの、５〜１０ｃｍ程度であると考えられる。ここで、音声の空間伝達速度を３４０００ｃｍ／ｓとすると、サンプリング周波数が８ｋＨｚの場合、１サンプル間において音声が伝達する距離は３４０００÷８０００＝４．２５であるので、４．２５ｃｍとなる。仮に、音声用マイクロフォン１１と参照音用マイクロフォン１２との距離が５ｃｍであれば、サ
ンプリング周波数が８ｋＨｚでは音声の方向を推定するには不十分である。
【００６５】
この場合、サンプリング周波数を８ｋＨｚの３倍である２４ｋＨｚとすると、３４０００÷２４０００≒１．４２ｃｍとなり、５ｃｍの間に３〜４点の位相差ポイントを測定することができる。よって、収音信号２１と収音信号２２の位相差に基づいて音声の到来方向を検知する場合は、音声方向検知器１６に入力される収音信号２１と収音信号２２のサンプリング周波数を２４ｋＨｚ以上にするとよい。
【００６６】
図１に示すノイズ低減装置１において、例えばＡＤコンバータ１３、１４から出力された収音信号２１、２２のサンプリング周波数が８〜１２ｋＨｚである場合は、ＡＤコンバータ１３、１４と音声方向検知器１６との間に、サンプリング周波数変換器を設け、音声方向検知器１６に供給される収音信号２１、２２のサンプリング周波数を２４ｋＨｚ以上に変換してもよい。
【００６７】
一方、例えばＡＤコンバータ１３、１４から出力された収音信号２１、２２のサンプリング周波数が２４ｋＨｚ以上である場合は、ＡＤコンバータ１３と音声区間判定器１５との間、およびＡＤコンバータ１３、１４と適応フィルタ１８との間に、サンプリング周波数変換器を設け、音声区間判定器１５および適応フィルタ１８に供給される収音信号２１、２２のサンプリング周波数を８〜１２ｋＨｚに変換してもよい。
【００６８】
まず、収音信号２１と収音信号２２の位相差に基づいて音声の到来方向を検知する場合について説明する。図４は、本実施の形態にかかるノイズ低減装置１が備える音声方向検知器の一例を示すブロック図である。図４に示す音声方向検知器１６'は、基準信号バッファ５１、基準信号抽出部５２、比較信号バッファ５３、比較信号抽出部５４、相互相関値算出部５５、および位相差情報取得部５６を備える。
【００６９】
基準信号バッファ５１は、ＡＤコンバータ１３から出力された収音信号２１を一時的に蓄積する。比較信号バッファ５３は、ＡＤコンバータ１４から出力された収音信号２２を一時的に蓄積する。
【００７０】
ユーザが送話しているときのような、音源が一つで同時刻に発せられる音声は、各マイクロフォン１１、１２への伝達経路が異なるため各マイクロフォン１１、１２で検出される位相（遅延量）や振幅値（減衰量）に差が生じる。しかし、音源が一つで同時刻に発せられる音声は、各マイクロフォン１１、１２で検出される音声成分の位相や振幅値は一定の関係が成り立ち、相関性は非常に高いといえる。
【００７１】
一方、ノイズ成分のように音源が様々な場所に存在する場合、各マイクロフォン１１、１２で検出される音声成分の位相や振幅値は音源毎に異なる位相差になり、減衰量も異なるため、相関性は低い。本実施の形態では、音声区間において音声の到来方向を検知しているので、各マイクロフォン１１、１２で検出される音声成分の相関性は非常に高いといえる。よって、音声区間に限定して、この相関性を測定することで位相差を求めることができ、音源の方向を推定することができる。２つのマイクロフォン１１、１２の間における位相差は、例えば相互相関関数や最小二乗法を用いて算出することができる。
【００７２】
２つの信号波形ｘ１（ｔ）とｘ２（ｔ）の相互相関関数は次の式で表すことができる。
【数１】
0005958218.tif 000002
【００７３】
基準信号抽出部５２は、収音信号（基準信号）２１に含まれる信号波形ｘ１（ｔ）を抽出して固定する。比較信号抽出部５４は、収音信号（比較信号）２２に含まれる信号波形ｘ２（ｔ）を抽出し、当該信号波形ｘ２（ｔ）を移動する。相互相関値算出部５５は、信号波形ｘ１（ｔ）と信号波形ｘ２（ｔ）とに対して畳み込み演算（積和演算）を実施することで、収音信号２１と収音信号２２の相関が高いポイントを判断する。このとき、収音信号２２のサンプリング周波数とマイクロフォン１１、１２の空間的な距離から算出される最大位相差分に応じて、信号波形ｘ２（ｔ）を前後にシフトしながら畳み込み演算値を計算する。畳み込み演算値が最大となるポイントは符号が一致する場所であり最も相関が高いと判断することができる。
【００７４】
また、最小二乗法を用いる場合は、次の式を用いることができる。
【数２】
0005958218.tif 000003
【００７５】
最小二乗法を用いる場合、基準信号抽出部５２は、収音信号（基準信号）２１に含まれる信号波形を抽出して固定する。比較信号抽出部５４は、収音信号（比較信号）２２に含まれる信号波形を抽出し、当該信号波形を移動する。相互相関値算出部５５は、収音信号２１に含まれる信号波形と収音信号２２に含まれる信号波形との差分値の二乗和を計算する。この二乗和が最小となるポイントは、収音信号２１に含まれる信号波形と収音信号２２に含まれる信号波形とが互いに相似形となる（重なり合う）場所であり、最も相関が高いと判断することができる。最小二乗法を用いる場合は基準信号と比較信号の大きさを揃えることが望ましく、一方を基準として予め正規化しておくのが好ましい。
【００７６】
相互相関値算出部５５は、上記の演算により得られた、基準信号と比較信号の相関関係に関する情報を位相差情報取得部５６に出力する。すなわち、相互相関値算出部５５で相関が高いと判断された２つの信号波形（つまり、収音信号２１に含まれる信号波形と収音信号２２に含まれる信号波形）は、音源を同一とする音声の信号波形である可能性が高い。よって、位相差情報取得部５６は、相関が高いと判断された２つの信号波形の位相差を求めることで、音声用マイクロフォン１１で収音された音声成分と参照音用マイクロフォン１２で収音された音声成分の位相差を求めることができる。
【００７７】
そして、音声用マイクロフォン１１で収音された音に含まれる音声成分の位相（つまり、収音信号２１の音声成分の位相）が、参照音用マイクロフォン１２で収音された音に含まれる音声成分の位相（つまり、収音信号２２の音声成分の位相）よりも早い場合（つまり、位相差がプラスの場合）、参照音用マイクロフォン１２よりも音声用マイクロフォン１１に近い位置に音源がある、つまり、音声用マイクロフォン１１に向かって話者が話していると推測することができる。
【００７８】
一方、音声用マイクロフォン１１で収音された音に含まれる音声成分の位相が、参照音用マイクロフォン１２で収音された音に含まれる音声成分の位相よりも遅い場合（つまり、位相差がマイナスの場合）、音声用マイクロフォン１１よりも参照音用マイクロフォン１２に近い位置に音源がある、つまり、参照音用マイクロフォン１２に向かって話者が話していると推測することができる。
【００７９】
また、音声用マイクロフォン１１で収音された音に含まれる音声成分の位相と、参照音用マイクロフォン１２で収音された音に含まれる音声成分の位相との位相差が所定の範囲内である場合（−Ｔ＜位相差＜Ｔ、つまり、位相差の絶対値が所定の値Ｔよりも小さい場合）、音声用マイクロフォン１１と参照音用マイクロフォン１２の中間付近に音源が位置していると推測することができる。
【００８０】
位相差情報取得部５６は、取得した位相差情報を音声方向情報２５として、適応フィルタ制御部１７に出力する。
【００８１】
音声方向検知器１６は、音声区間判定器１５が音声区間と判定した場合に、音声の到来方向を検知している。よって、ノイズが混入した場合であっても、音声区間判定器１５が音声区間と判定した場合は、音声用マイクロフォン１１で収音される音声成分と参照音用マイクロフォン１２で収音される音声成分の位相差を精度よく算出することができるので、音声方向を高精度に検知することができる。
【００８２】
次に、収音信号２１と収音信号２２のパワー情報に基づいて音声の到来方向を検知する場合について説明する。図５は、本実施の形態にかかるノイズ低減装置１が備える音声方向検知器の他の例を示すブロック図である。図５に示す音声方向検知器１６''は、音声信号バッファ６１、音声信号パワー算出部６２、参照信号バッファ６３、参照信号パワー算出部６４、パワー差算出部６５、およびパワー情報取得部６６を備える。図５に示す音声方向検知器１６''は、ある一定の単位時間における収音信号２１および収音信号２２のパワー情報（図５に示す場合は、パワー差）を求めることができる。
【００８３】
音声信号バッファ６１は、単位時間分の収音信号２１を蓄積するために、供給された収音信号２１を一時的に蓄積する。参照信号バッファ６３は、単位時間分の収音信号２２を蓄積するために、供給された収音信号２２を一時的に蓄積する。
【００８４】
音声信号パワー算出部６２は、音声信号バッファ６１に蓄積された単位時間分の収音信号を用いて、単位時間当たりのパワー値を算出する。また、参照信号パワー算出部６４は、参照信号バッファ６３に蓄積された単位時間分の収音信号を用いて、単位時間当たりのパワー値を算出する。
【００８５】
ここで、単位時間当たりのパワー値とは、単位時間における収音信号２１、２２の大きさであり、例えば、単位時間における収音信号２１、２２の振幅の最大値や、単位時間における収音信号２１、２２の振幅の積分値等を用いることができる。なお、本実施の形態では、収音信号２１、２２の大きさを示す値であれば、パワー値として上記の最大値や積分値以外の値を用いてもよい。
【００８６】
パワー差算出部６５は、音声信号パワー算出部６２で求めた収音信号のパワー値と、参照信号パワー算出部６４で求めた収音信号のパワー値とのパワー差を算出し、算出されたパワー差をパワー情報取得部６６に出力する。
【００８７】
パワー情報取得部６６は、パワー差算出部６５から出力されたパワー差に基づいて、収音信号２１と収音信号２２のパワー情報を取得する。
【００８８】
例えば、音声用マイクロフォン１１で収音された音の大きさが、参照音用マイクロフォン１２で収音された音の大きさよりも大きい場合、つまり、収音信号２１のパワー値が収音信号２２のパワー値よりも大きい場合、参照音用マイクロフォン１２よりも音声用マイクロフォン１１に近い位置に音源がある、つまり、音声用マイクロフォン１１に向かって話者が話していると推測することができる。
【００８９】
一方、音声用マイクロフォン１１で収音された音の大きさが、参照音用マイクロフォン１２で収音された音の大きさよりも小さい場合、つまり、収音信号２１のパワー値が収音信号２２のパワー値よりも小さい場合、音声用マイクロフォン１１よりも参照音用マイクロフォン１２に近い位置に音源がある、つまり、参照音用マイクロフォン１２に向かって話者が話していると推測することができる。
【００９０】
また、音声用マイクロフォン１１で収音された音と、参照音用マイクロフォン１２で収音された音の差が所定の範囲内である場合（−Ｐ＜パワー差＜Ｐ、つまり、パワー差の絶対値が所定の値Ｐよりも小さい場合）、音声用マイクロフォン１１と参照音用マイクロフォン１２の中間付近に音源が位置していると推測することができる。
【００９１】
パワー情報取得部６６は、取得したパワー情報（つまり、パワー差に関する情報）を音声方向情報２５として、適応フィルタ制御部１７に出力する。
【００９２】
以上で説明したように、音声方向検知器１６は、収音信号２１と収音信号２２の位相差に基づいて音声の到来方向を検知する方法や、収音信号２１と収音信号２２のパワー情報に基づいて音声の到来方向を検知する方法を用いることができる。位相差を用いる方法とパワー情報を用いる方法は、それぞれ単独で使用してもよいし、互いに組み合わせて使用してもよい。例えば、トランシーバーのような携帯機器（無線通信装置）や、無線通信装置に付属するスピーカーマイクロフォン（音声入力装置）のような小型機器は、持ち方によりマイク開口部が手で塞がれたり、衣服などによってマイク開口部が遮蔽されたりする場合がある。よって、音声方向を正確に検知するために、位相差を用いる方法とパワー情報を用いる方法を組み合わせて使用すると、音声方向をより高精度に検知することができる。
【００９３】
図１に示す適応フィルタ制御部１７は、音声区間判定器１５から出力された音声区間情報２４および音声方向検知器１６から出力された音声方向情報２５に基づき、適応フィルタ１８を制御するための制御信号を生成し、生成された制御信号２６を適応フィルタ１８に出力する。ここで、制御信号２６は、音声区間情報２４および音声方向情報２５を含んでいる。
【００９４】
適応フィルタ１８は、収音信号２１と収音信号２２とを用いて、ノイズが低減された音声信号を生成し、このノイズが低減された音声信号を出力信号２７として出力する。適応フィルタ１８は、収音信号（音声信号）２１に含まれたノイズ成分を低減するために、参照音用マイクロフォン１２を用いてノイズ成分を含む参照音を収音し、この参照音に基づき収音信号２１に含まれている可能性があるノイズ成分を擬似的に生成する。そして、適応フィルタ１８は、収音信号２１から、この擬似的に生成したノイズ成分を差し引くことで、ノイズ低減処理を実施することができる。
【００９５】
ここで、参照音用マイクロフォン１２に音声成分が多く混入すると、音声信号のレベルが低下するか、またはエコー成分となり音声信号の明瞭度が低下するおそれがある。よって、例えば、参照音用マイクロフォン１２に音声成分が混入する場合の許容値を予め求めておき、音声成分の混入が許容値の範囲内であれば適応フィルタ１８によるノイズ低減処理を行う。また、音声成分の混入が許容値の範囲外であれば、適応フィルタ１８におけるノイズ低減処理を省略し、音声用マイクロフォン１１の収音信号（音声信号）２１をそのまま出力してもよい。
【００９６】
また、音声成分の混入が許容値の範囲外の場合、音声用マイクロフォン１１に主としてノイズ成分が、参照音用マイクロフォン１２に主として音声成分が収音されている場合も想定される。この場合は、適応フィルタ１８において、収音信号２１と収音信号２２とを入れ替えてもよい。つまり、参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２を音声信号として扱い、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１を参照信号として扱うことで、適応フィルタ１８において適切にノイズ低減処理を実施することができる。
【００９７】
適応フィルタ制御部１７は、上記処理を実施するための制御信号２６を適応フィルタ１８に出力する。また、適応フィルタ制御部１７に供給される音声区間情報２４は、適応フィルタ１８における適応フィルタ係数の更新のタイミングを決定する情報である。例えば、音声区間判定器において音声区間ではない（つまり、ノイズ区間）と判断された場合は、積極的にノイズ成分を低減するために、適応フィルタ１８の適応フィルタ係数の更新を実施してもよい。一方、例えば、音声区間判定器において音声区間と判断された場合は、既存の適応フィルタ係数を用いて、ノイズ低減処理を実施してもよい。
【００９８】
また、例えば、図４に示す音声方向検知器１６において求められた、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１に含まれる音声成分の位相と、参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２に含まれる音声成分の位相との位相差を位相差ＰＤ１とする。また、所定の値をＴ（正の値）とする。
【００９９】
適応フィルタ制御部１７は、位相差ＰＤ１≧Ｔの関係が成り立つ場合は、例えば適応フィルタ１８において通常のノイズ低減処理を行うよう制御する。すなわち、この場合は音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の位相が参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の位相よりも早いので、適応フィルタ１８は、収音信号（音声信号）２１に含まれるノイズ成分を収音信号（参照信号）２２を用いて低減することで出力信号２７を生成する。このとき、音声区間判定器１５は、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１に基づいて音声区間を判定することができる。
【０１００】
適応フィルタ制御部１７は、位相差ＰＤ１≦−Ｔの関係が成り立つ場合は、例えば適応フィルタ１８において、収音信号２１と収音信号２２とを入れ替えるよう制御してもよい。すなわち、この場合は、参照用マイクロフォン１２の収音信号２２の位相が音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の位相よりも早いので、適応フィルタ制御部１７は参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２を音声信号として扱い、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１を参照信号として扱う。そして、適応フィルタ制御部１７は適応フィルタ１８において、収音信号（音声信号）２２に含まれるノイズ成分を収音信号（参照信号）２１を用いて低減するよう制御することで出力信号２７を生成することができる。このとき、音声区間判定器１５は、参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２に基づいて音声区間を判定してもよい（図８の構成の場合）。参照用マイクロフォン１２の収音信号２２の位相が音声用マイクロフォン１１の収音信
号２１の位相よりも早い場合には、参照用マイクロフォン１２の収音信号２２のほうが音声用マイクロフォン１１の収音信号２１よりも音声区間検出に適しているからである。
【０１０１】
適応フィルタ制御部１７は、−Ｔ＜位相差ＰＤ１＜Ｔの関係が成り立つ場合は、収音信号２１、２２は、適応フィルタ１８におけるノイズ低減処理に不向きな信号であると判断することができる。この場合は、適応フィルタ１８は収音信号２１または収音信号２２をそのまま出力してもよい。すなわち、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の位相と参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の位相の位相差の絶対値が所定の値（Ｔ）よりも小さい場合、適応フィルタ１８はノイズ低減処理をすることなく収音信号２１または収音信号２２を出力信号２７として出力してもよい。
【０１０２】
なお、この場合、位相差ＰＤ１が小さい収音信号２１、２２はノイズ低減処理に不向きな信号であるため、少しでも良い条件を選択するために、適応フィルタ制御部１７は、さらに、音の大きさを判定し、例えば音声用マイクロフォン１１で収音された音の大きさが参照音用マイクロフォン１２で収音された音の大きさよりも大きい場合、収音信号２１を出力信号２７として出力するよう制御してもよい。また、適応フィルタ制御部１７は、例えば音声用マイクロフォン１１で収音された音の大きさが参照音用マイクロフォン１２で収音された音の大きさよりも小さい場合、収音信号２２を出力信号２７として出力してもよい。
【０１０３】
収音信号２１と収音信号２２のパワー情報に基づいて音声の到来方向を検知した場合（図５参照）は、次の様に処理をすることができる。ここで、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の大きさと、参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の大きさとの差をパワー差ＰＤ２とする。また、所定の値をＰ（正の値）とする。
【０１０４】
パワー差ＰＤ２≧Ｐの関係が成り立つ場合は、例えば適応フィルタ１８において通常のノイズ低減処理を行う。すなわち、この場合は音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の大きさが参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の大きさよりも大きいので、適応フィルタ１８は、収音信号（音声信号）２１に含まれるノイズ成分を収音信号（参照信号）２２を用いて低減することで出力信号２７を生成する。このとき、音声区間判定器１５は、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１に基づいて音声区間を判定することができる。
【０１０５】
パワー差ＰＤ２≦−Ｐの関係が成り立つ場合は、例えば適応フィルタ１８において、収音信号２１と収音信号２２とを入れ替えてもよい。すなわち、この場合は参照用マイクロフォン１２の収音信号２２の大きさが音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の大きさよりも大きいので、参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２を音声信号として扱い、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１を参照信号として扱う。そして、適応フィルタ１８において、収音信号（音声信号）２２に含まれるノイズ成分を収音信号（参照信号）２１を用いて低減することで出力信号２７を生成することができる。このとき、音声区間判定器１５は、参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２に基づいて音声区間を判定してもよい。
【０１０６】
−Ｐ＜パワー差ＰＤ２＜Ｐの関係が成り立つ場合は、収音信号２１、２２は、適応フィルタ１８におけるノイズ低減処理に不向きな信号であると判断することができる。この場合は、適応フィルタ１８は収音信号２１または収音信号２２をそのまま出力してもよい。すなわち、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の大きさと参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の大きさのパワー差の絶対値が所定の値（Ｐ）よりも小さい場合、適応フィルタ１８はノイズ低減処理をすることなく収音信号２１または収音信号２２を出力信号２７として出力してもよい。
【０１０７】
なお、この場合、パワー差ＰＤ２が小さい収音信号２１、２２はノイズ低減処理に不向きな信号であるため、少しでも良い条件を選択するために、適応フィルタ制御部１７は、さらに、位相を判定し、例えば音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の位相が参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の位相よりも早い場合、収音信号２１を出力信号２７として出力してもよい。また、例えば音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の位相が参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の位相よりも遅い場合、収音信号２２を出力信号２７として出力してもよい。
【０１０８】
図６は、適応フィルタ１８の一例を示すブロック図である。適応フィルタ１８は、遅延素子７１_１〜７１_ｎ、乗算器７２_１〜７２_ｎ＋１、加算器７３_１〜７３_ｎ、適応係数調整部７４、減算器７５、出力信号選択部７６、およびセレクタ７７を備える。
【０１０９】
セレクタ７７は、適応フィルタ制御部１７から出力された制御信号２６（例えば、音声方向情報２５）に応じて、収音信号２１および収音信号２２をそれぞれ音声信号８１および参照信号８２として出力する場合と、収音信号２１および収音信号２２をそれぞれ参照信号８２および音声信号８１として出力する場合とを切り替える。例えば、セレクタ７７は、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の位相が参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の位相よりも早い場合、収音信号２１および収音信号２２をそれぞれ音声信号８１および参照信号８２として出力する。一方、セレクタ７７は、参照用マイクロフォン１２の収音信号２２の位相が音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の位相よりも早い場合、収音信号２１および収音信号２２をそれぞれ参照信号８２および音声信号８１として出力する。
【０１１０】
また、例えば、セレクタ７７は、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の大きさが参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の大きさよりも大きい場合、収音信号２１および収音信号２２をそれぞれ音声信号８１および参照信号８２として出力する。一方、セレクタ７７は、参照用マイクロフォン１２の収音信号２２の大きさが音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の大きさよりも大きい場合、収音信号２１および収音信号２２をそれぞれ参照信号８２および音声信号８１として出力する。
【０１１１】
遅延素子７１_１〜７１_ｎ、乗算器７２_１〜７２_ｎ＋１、および加算器７３_１〜７３_ｎは、ＦＩＲフィルタを構成する。遅延素子７１_１〜７１_ｎ、乗算器７２_１〜７２_ｎ＋１、および加算器７３_１〜７３_ｎを用いて参照信号８２を処理することで、擬似ノイズ信号８３が生成される。
【０１１２】
適応係数調整部７４は、制御信号２６（例えば、音声方向情報２５及び音声区間信号２４）に応じて、乗算器７２_１〜７２_ｎ＋１の係数を調整する。すなわち、適応係数調整部７４は、音声区間情報２４がノイズ区間（非音声区間）を示している場合、適応誤差が少なくなるように係数を調整する。一方、音声区間情報２４が音声区間を示している場合、適応フィルタ１８の係数を維持するか、または係数を微調整するのみとする。更に、適応係数調整部７４は、適切ではない方向から音声が到来していることを音声方向情報２５が示している場合、適応フィルタ１８の係数を維持するか、または係数を微調整するのみとする。適切ではない方向から音声が到来していることを音声方向情報２５が示している場合、ノイズ低減処理によるノイズ低減効果を意識的に落とすことにより音声成分がキャンセルされることを抑制することができる。なお、音声区間情報２４がノイズ区間（非音声区間）を示し、且つ、適切ではない方向から音声が到来していることを音声方向情報２５が示している場合であっても、係数調整部７４は適応フィルタ１８の係数を維持するか、または係数を微調整するのみとする。従って、音声成分が入力されたときに、キャンセルされることを抑制することができる。
【０１１３】
減算器７５は、音声信号８１から疑似ノイズ信号８３を差し引くことで、ノイズ低減処理後の信号８４を生成し、出力信号選択部７６に出力する。また、減算器７５は、音声信号８１から疑似ノイズ信号８３を差し引くことで、フィードバック用の信号８５を生成し、適応係数調整部７４に出力する。なお、ノイズ低減処理後の信号８４とフィードバック用の信号８５は同一信号である。
【０１１４】
出力信号選択部７６は、適応フィルタ制御部１７から出力された制御信号２６（例えば、音声方向情報２５）に応じて、音声信号８１を出力信号２７としてそのまま出力するか、またはノイズ低減処理後の信号８４を出力信号２７として出力するかを選択する。例えば、適切ではない方向から音声が到来していることを音声方向情報２５が示している場合（例えば、−Ｔ＜位相差ＰＤ１＜Ｔの場合）、出力信号選択部７６は音声信号８１を出力信号２７としてそのまま出力する。一方、適切な方向から音声が到来していることを音声方向情報２５が示している場合（例えば、位相差ＰＤ１≧Ｔ、位相差ＰＤ１≦−Ｔの場合）、出力信号選択部７６はノイズ低減処理後の信号８４を出力信号２７として出力する。
【０１１５】
次に、本実施の形態にかかるノイズ低減装置１の動作について説明する。図７は、本実施の形態にかかるノイズ低減装置１の動作を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは例えば、音の受信が開始されたときに開始される。
【０１１６】
音声方向検知器１６で生成される音声方向情報２５は、音声区間であることが確実な場合に更新される。よって、予め音声方向情報２５を初期化し、所定の初期値に設定する（ステップＳ１）。ここで初期値とは、例えばノイズ低減装置を備える機器が適切な状態で使用された場合（マイクロフォンの位置が適切な状態で使用された場合）に設定されるパラメータである。
【０１１７】
次に、音声区間判定器１５を用いて、音声用マイクロフォン１１において収音された音が音声区間であるか否かを判定する（ステップＳ２）。この際、音声区間と判定するための条件を厳しくすることで、音声区間を確実に判定することができる。なお、図１に示すノイズ低減装置１では、音声は音声用マイクロフォン１１において収音される確率が高いことを前提とし、音声区間判定器１５が、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１のみに基づき音声区間を判定する場合を示した。しかしながら、ノイズ低減装置の使用状況によっては、音声用マイクロフォン１１よりも参照音用マイクロフォン１２の方が多く音声を収音する場合も考えられる。よって、図８に示すノイズ低減装置２のように、音声区間判定器１９が音声用マイクロフォン１１の収音信号２１および参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２に基づき、音声区間を判定するように構成してもよい。
【０１１８】
音声区間判定器１５は、音声区間を検出した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、音声方向検知器１６および適応フィルタ制御部１７に音声区間情報２３、２４をそれぞれ出力する。そして、音声方向検知器１６は、収音信号２１と収音信号２２とに基づき、音声の到来方向を検知する（ステップＳ４）。音声の到来方向を検知する方法は、例えば収音信号２１と収音信号２２の位相差に基づいて音声の到来方向を検知する方法や、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の大きさと参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の大きさに関するパワー情報（つまり、収音信号の差や比）に基づき、音声の到来方向を検知する方法等がある。
【０１１９】
音声方向検知器１６は、音声方向情報２５を、新規に求めた音声の到来方向に更新する（ステップＳ５）。一方、音声区間判定器１５において音声区間ではないと判断された場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、音声方向検知器１６は新規に音声の到来方向の検知を実施しないので、音声方向情報２５は更新されない。音声区間以外の場合には、上記したような収音信号２１と収音信号２２の位相差やパワー情報を検出したとしても、収音信号２１と収音信号２２には音声が含まれていない可能性が高いためである。
【０１２０】
ここで上述したように、音声方向検知器１６で生成される音声方向情報２５は、音声区間であることが確実な場合に更新されることが好ましい。図１に示すノイズ低減装置１では、音声区間情報２３と音声区間情報２４は１つの音声区間判定器１５から同時に出力される信号であったが、変形例として、音声方向検知器１６に出力される音声区間情報は、適応フィルタ制御部１７に出力される音声区間情報よりも条件を厳しくして判定された音声区間情報としてもよい。
言い換えれば、音声方向検知器１６に出力される音声区間情報は、適応フィルタ制御部１７に出力される音声区間情報よりも更に高い確率で音声区間であると判定された音声区間情報としてもよい。
【０１２１】
より具体的な１つ目の例として、１つの音声区間判定器１５に第１の条件と第１の条件より厳しい第２の条件の２つの条件を設定し同時に２つの音声区間判定を行いながら、それぞれ適用フィルタ制御部１７と音声方向検知器１６に出力する。また、より具体的な２つ目の例として、音声区間判定器１５の代わりに適応フィルタ制御用の第１音声区間判定器（図示せず）と適応フィルタ制御用とは別の音声方向検知用の第２音声区間判定器（図示せず）を設けておき、第１音声区間判定器及び第２音声区間判定器の両方にＡＤコンバータ１３から収音信号２１を入力する。第１音声区間判定器は、収音信号２１に基づき第１の条件で音声区間判定を行い、音声区間判定を行った結果の第１音声区間情報を適応フィルタ制御部１７に対し出力する。第２音声区間判定器は、収音信号２１に基づき第１の条件より厳しい第２の条件で音声区間判定を行い、音声区間判定を行った結果の第２音声区間情報を音声方向検知器１６に対し出力する。
【０１２２】
第２の条件を第１の条件より厳しくする方法として、例えば、第１音声区間判定器および第２音声区間判定器に音声区間判定技術Ａを用いる場合の例としては、ピーク検出部３７でスペクトル毎のＳＮＲを取得し、対象となるスペクトルが音声の特徴であるピークを有するか判定する際に、ＳＮＲと予め定められた第1閾値を用いて判断していたが、この第１閾値を第２音声区間判定器では第１音声区間判定器よりＳＮＲの値として大きい値に設定することなどが考えられる。
【０１２３】
これらの変形例によれば、適応フィルタ制御に利用する音声区間判定においては、音声区間と判定する条件を甘めとする（音声区間と判定されやすい閾値の設定とする）ことで、ノイズの多い環境下で、正確な音声区間判定ができずに音声を消し去ってしまうことを抑止し、かつ、音声方向検知に利用する音声区間判定においては、音声区間と判定する条件を厳しくとする（音声区間と判定されにくい閾値の設定とする）ことで、話者の位置を正確に判定することが可能となる。すなわち、通話中は、マイクロフォンと話者の位置は、固定される場合が多いため、音声方向検知器は厳しい条件で音声区間と検知された場合にのみ、音声方向情報を更新すればよい。従って、音声方向検知器に出力するための音声区間判定は条件を厳しくとする（音声区間と判定されにくい閾値の設定とする）ことが有効である。
【０１２４】
次に、適応フィルタ制御部１７は、音声方向検知器１６から過去に行った音声方向の更新に基づいた現時点における音声方向情報２５を取得する（ステップＳ６）。そして、参照音用マイクロフォン１２で収音された参照音が、音声用マイクロフォン１１で収音された音に含まれるノイズ成分の低減に利用可能か否か判断する（ステップＳ７）。
【０１２５】
適応フィルタ制御部１７は、参照音用マイクロフォン１２で収音された参照音を用いてノイズ低減処理を実施可能であると判断した場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、適応フィルタ１８によるノイズ低減処理を実施する（ステップＳ８）。一方、適応フィルタ制御部１７は、参照音用マイクロフォン１２で収音された参照音を用いてノイズ低減処理を実施するのは不可能であると判断した場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、適応フィルタ１８によるノイズ低減処理を実施しない。
【０１２６】
例えば、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１に含まれる音声成分の位相と、参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２に含まれる音声成分の位相との位相差を用いて、音声方向を検知した場合は、以下のように処理をする。
【０１２７】
位相差ＰＤ１≧Ｔの関係が成り立つ場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、例えば適応フィルタ１８において通常のノイズ低減処理を行う（ステップＳ８）。一方、位相差ＰＤ１≦−Ｔの関係が成り立つ場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、例えば参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２を音声信号として扱い、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１を参照信号として扱う。そして、適応フィルタ１８において、収音信号２２に含まれるノイズ成分を収音信号２１を用いて低減することで出力信号２７を生成することができる（ステップＳ８）。
【０１２８】
また、−Ｔ＜位相差ＰＤ１＜Ｔの関係が成り立つ場合、音声用マイクロフォン１１と音源との距離及び参照音用マイクロフォン１２と音源との距離が同等である可能性が高いので、収音信号２１、２２は、適応フィルタ１８におけるノイズ低減処理に不向きな信号であると判断することができる（ステップＳ７：Ｎｏ）。この場合は、適応フィルタ１８はノイズ低減処理を実施することなく、収音信号２１または収音信号２２を出力信号としてそのまま出力する。
【０１２９】
この場合、例えば音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の大きさが参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の大きさよりも大きい場合、収音信号２１を出力信号２７として出力してもよい。また、例えば音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の大きさが参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の大きさよりも小さい場合、収音信号２２を出力信号２７として出力してもよい。
【０１３０】
また、例えば、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の大きさと、参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の大きさとを用いて、音声方向を検知した場合は、以下のように処理をする。
【０１３１】
パワー差ＰＤ２≧Ｐの関係が成り立つ場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、例えば適応フィルタ１８において通常のノイズ低減処理を行う（ステップＳ８）。一方、パワー差ＰＤ２≦−Ｐの関係が成り立つ場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、例えば参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２を音声信号として扱い、音声用マイクロフォン１１の収音信号２１を参照信号として扱う。そして、適応フィルタ１８において、収音信号２２に含まれるノイズ成分を収音信号２１を用いて低減することで出力信号２７を生成することができる（ステップＳ８）。
【０１３２】
−Ｐ＜パワー差ＰＤ２＜Ｐの関係が成り立つ場合は、音声用マイクロフォン１１と音源との距離及び参照音用マイクロフォン１２と音源との距離が同等である可能性が高いので、収音信号２１、２２は、適応フィルタ１８におけるノイズ低減処理に不向きな信号であると判断することができる（ステップＳ７：Ｎｏ）。この場合は、適応フィルタ１８はノイズ低減処理を実施することなく、収音信号２１または収音信号２２を出力信号としてそのまま出力する。
【０１３３】
この場合、例えば音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の位相が参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の位相よりも早い場合、収音信号２１を出力信号２７として出力してもよい。また、例えば音声用マイクロフォン１１の収音信号２１の位相が参照音用マイクロフォン１２の収音信号２２の位相よりも遅い場合、収音信号２２を出力信号２７として出力してもよい。
【０１３４】
ノイズ低減装置１は、音声用マイクロフォン１１等により音（音声やノイズ）を受信しているか否かをチェックする（ステップＳ９）。そして、音を受信している場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。一方、音を受信していない場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、ノイズ低減装置１によるノイズ低減処理が終了する。
【０１３５】
次に、本実施の形態にかかるノイズ低減装置を用いた音声入力装置について説明する。図９は、本実施の形態にかかるノイズ低減装置を用いた音声入力装置５００の一例を示す図である。図９（ａ）は、音声入力装置５００の前面図であり、図９（ｂ）は、音声入力装置５００の背面図である。図９に示すように、音声入力装置５００はコネクタ５０３を介して無線通信装置５１０に接続可能に構成されている。無線通信装置５１０は一般的な無線機であり、所定の周波数において他の無線通信装置と通信可能に構成されている。無線通信装置５１０には音声入力装置５００を介して話者の音声が入力される。
【０１３６】
音声入力装置５００は、本体５０１、コード５０２、及びコネクタ５０３を有する。本体５０１は、話者の手で把持されるのに適するサイズ及び形状に構成されており、マイクロフォン、スピーカー、電子回路、ノイズ低減装置を内蔵する。図９（ａ）に示すように、本体５０１の前面にはスピーカー５０６および音声用マイクロフォン５０５が設けられている。図９（ｂ）に示すように、本体５０１の背面には参照音用マイクロフォン５０８およびベルトクリップ５０７が設けられている。本体５０１の頂面には、ＬＥＤ５０９が設けられている。本体５０１の側面にはＰＴＴ（Push To Talk）５０４が設けられている。ＬＥＤ５０９は、音声入力装置５００による話者の音声の検出状態を話者に対して報知する。ＰＴＴ５０４は、無線通信装置５１０を音声送信状態とするためのスイッチであり、突起状部分が筐体内に押し込まれることを検出する。
【０１３７】
本実施の形態にかかるノイズ低減装置１は音声入力装置５００に内蔵されており、ノイズ低減装置１が備える音声用マイクロフォン１１が音声入力装置５００の音声用マイクロフォン５０５に対応し、ノイズ低減装置１が備える参照音用マイクロフォン１２が音声入力装置５００の参照音用マイクロフォン５０８に対応している。また、ノイズ低減装置１から出力される出力信号２７は、音声入力装置５００のコード５０２を経由して無線通信装置５１０に供給される。すなわち、音声入力装置５００は、ノイズ低減装置１でノイズ低減処理された後の出力信号２７を、無線通信装置５１０に供給する。よって、無線通信装置５１０から他の無線通信装置に送信される音声はノイズ低減処理された音声となる。
【０１３８】
次に、本実施の形態にかかるノイズ低減装置を用いた無線通信装置（トランシーバー）６００について説明する。図１０は、本実施の形態にかかるノイズ低減装置を用いた無線通信装置６００の一例を示す図である。図１０（ａ）は、無線通信装置６００の前面図であり、図１０（ｂ）は、無線通信装置６００の背面図である。図１０に示すように、無線通信装置６００は、入力ボタン６０１、表示部６０２、スピーカー６０３、音声用マイクロフォン６０４、ＰＴＴ（Push To Talk）６０５、スイッチ６０６、アンテナ６０７、参照音用マイクロフォン６０８、および蓋６０９を備える。
【０１３９】
本実施の形態にかかるノイズ低減装置１は無線通信装置６００に内蔵されており、ノイズ低減装置１が備える音声用マイクロフォン１１が無線通信装置６００の音声用マイクロフォン６０４に対応し、ノイズ低減装置１が備える参照音用マイクロフォン１２が無線通信装置６００の参照音用マイクロフォン６０８に対応している。また、ノイズ低減装置１から出力される出力信号２７は、無線通信装置６００の内部回路において高周波処理されて、アンテナ６０７から他の無線通信装置に無線送信される。ここで、ノイズ低減装置１から出力される出力信号２７はノイズ低減処理が実施された信号であるので、他の無線通信装置に送信される音声はノイズ低減処理された音声となる。ユーザによるＰＴＴ６０５の押下により音の送信が開始されたときに、図７で示したようなノイズ低減装置１の処理を開始し、ユーザがＰＴＴ６０８の押下を中止して、音の送信が終了したときに、図７で示したようなノイズ低減装置１の処理を終了しても良い。
【０１４０】
本発明の課題で説明したように、特許文献１乃至３に開示されている技術では、周囲のノイズレベルが高い場合、音声信号に含まれるノイズ成分を適切に低減することができないという問題があった。
【０１４１】
すなわち、従来のノイズ低減装置では、周囲のノイズレベルが高い状況を考慮しておらず、音声が十分に収音できない状況においても音声の到来方向を検知しているため、ノイズ成分が多い環境下において、音声信号に含まれるノイズ成分を適切に低減することはできなかった。
【０１４２】
例えば、トランシーバーのような携帯型の無線通信装置は、作業用機械の動作音などかなり高いレベルの騒音が発生している工場内や雑踏や交差点などで用いられることが多い。このため、トランシーバーのような携帯型の無線通信装置では、マイクロフォンに混入するノイズ成分を低減することが求められている。
【０１４３】
また、トランシーバーは、携帯電話と違い本体側のスピーカーから送信される音声を耳元から離した状態で聞くという使われ方をする場合がある。よって、トランシーバーは、一般的に身体から離れた状態で所持され、その持ち方についても様々なスタイルがある。更に、トランシーバー本体から収音部（マイクロフォン）と再生部（スピーカー）を分離し携帯性を高めたスピーカーマイクロフォン装置（音声入力装置）は、利便性のある使用形態を提供することができる。例えば、首からぶら下げたり肩に置いたりできるなど、話者がマイクロフォンに向かうことを意識することなく会話を行う場合や、マイク受信部表側よりむしろマイク背面に近い方向からしゃべる場合もある。よって、スピーカーマイクロフォン装置を使用する場合は、必ずしも音声が理想的な方向から到来するわけではない。
【０１４４】
したがって、このような環境下で使用されるトランシーバーやスピーカーマイクロフォン装置においてノイズ低減処理を実施するには、高いレベルのノイズで通話が妨げられる中で、音声が実際に発せられている音声区間を確実に判定し、その音声区間のみで音声の到来方向を検知する必要がある。
【０１４５】
これに対して本実施の形態にかかるノイズ低減装置では、音声区間判定器１５を用いることで、ノイズレベルが高い場合であっても音声が発せられている区間を判定することができる。そして、音声区間判定器１５で音声区間であると判定されている場合に、音声方向検知器１６で音声の到来方向を検知して音声方向情報を更新している。よって、音声方向検知器１６で音声の到来方向を検知するための処理量を低減することができる。また、音声方向検知器１６は音声区間において音声方向情報を更新しているので、信頼性の高い音声方向情報を得ることができる。そして、適応フィルタ１８は、信頼性の高い音声方向情報と音声区間情報とに基づいて、ノイズ低減処理を実施することができるので、様々な環境下においても音声信号に含まれるノイズ成分を適切に低減することができる。
【０１４６】
より具体的な効果としては、例えば話者の後方から到来するノイズを低減することができる。例えば、音源がさまざまな方向から到来した場合にも演算負荷が増大することなく、所定の適応フィルタの処理量で対応できる。
そして、回路規模、消費電力、及びコストが低減される。また、例えば音声用マイクロフォン及び参照用マイクロフォンの中間の位置に音源が存在する場合にも、ノイズ低減処理により、必要な音声レベルまで低下させることを防止できる。また、高いノイズレベルが混入する環境にも対処できる。
【０１４７】
以上で説明したように、本実施の形態にかかる発明により、様々な環境下においても音声信号に含まれるノイズ成分を適切に低減することができるノイズ低減装置、音声入力装置、無線通信装置、およびノイズ低減方法を提供することが可能となる。
【０１４８】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図１１は、実施の形態２にかかるノイズ低減装置３を示すブロック図である。本実施の形態にかかるノイズ低減装置３は、図１に示した実施の形態１にかかるノイズ低減装置１と比べて、参照音用マイクロフォンを２つ備えている点、信号決定部１１６を備えている点が異なる。
【０１４９】
図１１に示すノイズ低減装置３は、音声用マイクロフォン１０１、参照音用マイクロフォンＡ（１０２）、参照音用マイクロフォンＢ（１０３）、ＡＤコンバータ１０４、１０５、１０６、音声区間判定器１１５、信号決定部１１６、適応フィルタ制御部１１７、および適応フィルタ１１８を有する。
【０１５０】
音声用マイクロフォン１０１、参照音用マイクロフォン１０２、１０３はそれぞれ、音声成分やノイズ成分を含む音を収音することができる。音声用マイクロフォン１０１は、主に音声成分を含む音を収音してアナログ信号に変換し、変換後のアナログ信号をＡＤコンバータ１０４に出力する。参照音用マイクロフォンＡ（１０２）は、主にノイズ成分を含む音を収音してアナログ信号に変換し、変換後のアナログ信号をＡＤコンバータ１１２に出力する。参照音用マイクロフォンＢ（１０３）は、主にノイズ成分を含む音を収音してアナログ信号に変換し、変換後のアナログ信号をＡＤコンバータ１０６に出力する。例えば、参照音用マイクロフォンＡ（１０２）や参照音用マイクロフォンＢ（１０３）で収音された音に含まれるノイズ成分は、音声用マイクロフォン１０１で収音された音に含まれるノイズ成分を低減するために用いられる。
【０１５１】
なお、本実施の形態にかかるノイズ低減装置３では、音声用マイクロフォン１０１、参照音用マイクロフォン１０２、１０３が接続されている例について、説明する。しかしながら、ノイズ低減装置３にマイクロフォンが３つ接続されている場合の他に例えば参照音用マイクロフォンを更に追加してマイクロフォンを４つ以上設けてもよい。
【０１５２】
ＡＤコンバータ１０４は、音声用マイクロフォン１０１から出力されたアナログ信号を所定のサンプリングレートでサンプリングしてデジタル信号に変換し、収音信号１１１を生成する。ＡＤコンバータ１０４で生成された収音信号１１２は、音声区間判定器１１５、信号決定部１１６、および適応フィルタ１１８に出力される。
【０１５３】
ＡＤコンバータ１０５は、参照音用マイクロフォンＡ（１０２）から出力されたアナログ信号を所定のサンプリングレートでサンプリングしてデジタル信号に変換し、収音信号１１２を生成する。ＡＤコンバータ１０５で生成された収音信号１１２は、信号決定部１１６および適応フィルタ１１８に出力される。
【０１５４】
ＡＤコンバータ１０６は、参照音用マイクロフォンＢ（１０３）から出力されたアナログ信号を所定のサンプリングレートでサンプリングしてデジタル信号に変換し、収音信号１１３を生成する。ＡＤコンバータ１０６で生成された収音信号１１３は、信号決定部１１６および適応フィルタ１１８に出力される。
【０１５５】
音声の周波数帯域は、おおよそ１００Ｈｚから４０００Ｈｚ程度である。よって、ＡＤコンバータ１０４、１０５、１０６におけるサンプリング周波数を８ｋＨｚ〜１２ｋＨｚ程度とすることで、音声成分を含むアナログ信号をデジタル信号として取り扱うことができる。
【０１５６】
音声区間判定器１１５は、ＡＤコンバータ１０４から出力された収音信号１１１に基づき音声区間を判定する。そして、音声区間判定器１１５は、音声区間と判定した場合、信号決定部１１６および適応フィルタ制御部１１７に音声区間情報１２３、１２４をそれぞれ出力する。
【０１５７】
音声区間判定器１１５における音声区間判定処理には任意の技術を用いることができる。しかし、ノイズレベルが高い環境下でノイズ低減装置が使用される場合は、高い精度で音声区間を判定する必要がある。この場合、例えば特願２０１０−２６０７９８に記載されている技術（音声区間判定技術Ａ）や、特願２０１１−０２０４５９に記載されている技術（音声区間判定技術Ｂ）を用いることで、音声区間を高い精度で判定することができる。なお、音声区間判定技術Ａ、音声区間判定技術Ｂについては、実施の形態１で説明したので、重複した説明は省略する。
【０１５８】
また、図１１に示すノイズ低減装置３では、音声は音声用マイクロフォン１０１において収音される確率が高いことを前提とし、音声区間判定器１１５が、音声用マイクロフォン１０１の収音信号１１１のみに基づき音声区間を判定する場合を示した。しかしながら、ノイズ低減装置の使用状況によっては、音声用マイクロフォン１０１よりも参照音用マイクロフォンＡ（１０２）や参照音用マイクロフォンＢ（１０３）の方が多く音声を収音する場合も考えられる。よって、図８に示すように音声用マイクロフォン１０１の収音信号１１１以外に、参照音用マイクロフォンＡ（１０２）の収音信号１１２や参照音用マイクロフォンＢ（１０３）の収音信号１１３に基づき、音声区間判定器１１５が音声区間を判定するように構成してもよい。
【０１５９】
信号決定部１１６は、収音信号１１１、収音信号１１２、および収音信号１１３の中からノイズ低減処理に用いる２つの収音信号を決定し、当該決定された２つの収音信号の位相差情報を取得する。信号決定部１１６は、ノイズ低減処理に用いる２つの収音信号に関する収音信号選択情報１２５と、当該決定された２つの収音信号の位相差情報１２６を適応フィルタ制御部１１７に出力する。
【０１６０】
なお、実施の形態１で説明した理由から、収音信号１１１と収音信号１１２の位相差、収音信号１１１と収音信号１１３の位相差、収音信号１１２と収音信号１１３の位相差を取得する場合は、信号決定部１１６に入力される収音信号１１１、収音信号１１２、および収音信号１１３のサンプリング周波数を２４ｋＨｚ以上にするとよい。
【０１６１】
また、本実施の形態にかかるノイズ低減装置３では、参照音用マイクロフォンを２つ備えている。この場合は、例えば図１９（ｂ）や図２１（ｂ）に示すように、２つの参照音用マイクロフォンを対角線上に所定の距離を隔てて配置することが好ましい。このように配置することで、例えば図１９（ｂ）に示す音声入力装置や図２１（ｂ）に示す無線通信装置を持つ手の影響で、一方の参照音用マイクロフォンの音の経路が妨げられてとしても、他方の参照音用マイクロフォンを用いることで、適切に音声方向を検知することができる。
【０１６２】
図１２は、本実施の形態にかかるノイズ低減装置３が備える信号決定部１１６を示すブロック図である。図１２に示す信号決定部１１６は、相互相関値算出部１３１、パワー情報取得部１３２、位相差情報取得部１３３、参照信号選択部１３４、相互相関値算出部１３５、位相差算出部１３６、および判定部１３７を備える。
【０１６３】
図１１に関して説明されたように、音声用マイクロフォン１０１の収音信号が音声区間判定器１１５において音声区間であると判定された場合、音声区間判定器１１５は音声区間情報１２３を信号決定部１１６に出力する。
音声区間情報１２３が図１２に示す信号決定部１１６に入力された場合、相互相関値算出部１３１は、参照音用マイクロフォンＡ（１０２）の収音信号１１２と参照音用マイクロフォンＢ（１０３）の収音信号１１３とを用いて、収音信号１１２と収音信号１１２の相関関係に関する情報を取得し、この取得した情報を位相差情報取得部１３３に出力する。位相差情報取得部１３３は、相関が高いと判断された２つの信号波形の位相差を求めることで、収音信号１１２の音声成分の位相と収音信号１１３の音声成分の位相の位相差を求めることができる。また、位相差情報取得部１３３は、取得した収音信号１１２と収音信号１１３の位相差情報を参照信号選択部１３４および判定部１３７に出力する。
【０１６４】
ここで、相互相関値算出部１３１で収音信号１１２と収音信号１１２の相関関係に関する情報を取得する方法と、位相差算出部１３３で収音信号１１２と収音信号１１３の位相差を求める方法は、図４の音声方向検知器１６'で説明した方法（特に、相互相関値算出部５５、位相差情報取得部５６を参照）と同様であるので、重複した説明は省略する。
【０１６５】
なお、本実施の形態において、信号決定部１１６は音声区間判定器１１５において音声区間であると判定された場合に位相差を算出している。よって、収音信号にノイズが混入している場合であっても高い精度で位相差を算出することができる。
【０１６６】
また、パワー情報取得部１３２は、音声区間判定器１１５において音声区間であると判定された場合、参照音用マイクロフォンＡ（１０２）の収音信号１１２の大きさと、参照音用マイクロフォンＢ（１０３）の収音信号１１３の大きさとに基づき、パワー情報（つまり、収音信号１１２と収音信号１１３のパワー比やパワー差）を取得する。取得したパワー情報は参照信号選択部１３４に出力される。パワー情報取得部１３２で収音信号１１２と収音信号１１３のパワー情報を求める方法は、図５の音声方向検知器１６で説明した方法と同様であるので、重複した説明は省略する。
【０１６７】
適応フィルタ１１８のフィルタ係数を精度良く更新することができる理想的な参照信号は、２つの条件がある。１つ目の条件Ａは音声成分の混入が少ないことである。２つ目の条件Ｂは音声に混入するノイズ成分の特性に近いことである。参照信号への音声成分の混入を少なくするには、音声の音源に対して参照用マイクロフォンの距離が遠い程好ましい。音声の音源と参照用マイクロフォンとの距離が遠い位置は、位相が最も遅れているポイントを調べることで把握することができる。例えば、本実施の形態にかかるノイズ低減装置３のように参照用マイクロフォンＡ（１０２）と参照音用マイクロフォンＢ（１０３）とがある場合、参照用マイクロフォンＡ（１０２）の収音信号１１２と参照音用マイクロフォンＢ（１０３）の収音信号１１３とを比較し、位相が遅いほうを理想的な参照信号として選択することが好ましい。当然、音声の音源からの距離が遠ければ、音声の大きさ（音圧レベル）も下がることになるが、もう一つの条件である音声用マイクロフォンに混入するノイズ成分の特性に近いかを調べるためノイズ低減装置３が使用される外部環境も同時に考慮する必要がある。つまり、音響特性の観点からみると、遮蔽物が与える影響は大きく、位相差と共にマイクロフォン開口部付近が外部に対し開放された状態であるか、すなわち、マイクロフォンに入力される音の音圧レベルが保たれているかを観察することで、参照信号として適しているか否かを把握することができる。
【０１６８】
参照信号選択部１３４は、位相差情報取得部１３３から出力された位相差情報とパワー情報取得部１３２から出力されたパワー情報とに基づき、収音信号１１２および収音信号１１３のうち参照信号として適切な収音信号を選択する。このように、参照信号の選択に位相差情報とパワー情報とを用いることで、参照信号を選択する際に外部環境による影響を反映することができる。
【０１６９】
相互相関値算出部１３５は、音声用マイクロフォン１０１の収音信号１１１と、参照信号選択部１３４で選択された収音信号１３８とを用いて、これらの収音信号の相関関係に関する情報を取得し、この取得した情報を位相差算出部１３６に出力する。位相差算出部１３６は、相関が高いと判断された２つの信号波形の位相差を求めることで、収音信号１１１の音声成分の位相と、参照信号選択部１３４で選択された収音信号１３８の音声成分の位相との位相差を求めることができる。位相差算出部１３６は、取得した位相差情報を判定部１３７に出力する。
【０１７０】
ここで、相互相関値算出部１３５で収音信号１１１と、参照信号選択部１３４で選択された収音信号１３８の相関関係に関する情報を取得する方法と、位相差算出部１３６でこれらの収音信号の位相差を求める方法は、図４の音声方向検知器１６'で説明した方法（特に、相互相関値算出部５５、位相差情報取得部５６を参照）と同様であるので、重複した説明は省略する。
【０１７１】
なお、図１２に示す信号決定部１１６では、相互相関値算出部１３１と相互相関値算出部１３５、および位相差情報取得部１３３と位相差算出部１３６はそれぞれ別々に設けられているが、これらは同様の処理をするため共通化してもよい。
【０１７２】
判定部１３７は、位相差算出部１３６から出力された位相差情報に基づき、収音信号１１１を音声信号として使用できるか、また、参照信号選択部１３４で選択された収音信号（つまり、収音信号１１２または１１３）を参照信号として使用できるか判定する。そして、判定部１３７は、ノイズ低減処理に用いる２つの収音信号を決定し、選択された２つの収音信号に関する収音信号選択情報１２５を適応フィルタ制御部１１７に出力する。また、判定部１３７は、選択された２つの収音信号の位相差情報１２６を適応フィルタ制御部１１７に出力する。
【０１７３】
次に、信号決定部１１６における動作について説明する。図１３および図１４は、信号決定部１１６の動作を説明するためのフローチャートである。図１３は参照用マイクロフォンを選択する参照用マイクロフォン選択処理である。ここで、収音信号１１１は音声信号として使用でき、また、参照信号選択部１３４で選択された収音信号（つまり、収音信号１１２または１１３）は参照信号として使用できると判定部１３７により判定されているものとする。
【０１７４】
図１３に示すように信号決定部１１６は、まず、位相差を比較する際に基準となる参照音用マイクロフォンと比較対象となる参照音用マイクロフォンを設定する（ステップＳ２１）。例えば、参照音用マイクロフォンＡ（１０２）を基準とし、参照音用マイクロフォンＢ（１０３）を比較対象とする。次に、相互相関値算出部１３１および位相差情報取得部１３３において、参照音用マイクロフォンＡ（１０２）の収音信号１１２と参照音用マイクロフォンＢ（１０３）の収音信号１１３の位相差情報を取得する。また、パワー情報取得部１３２において、収音信号１１２と収音信号１１３のパワー情報（この場合は、パ
ワー比）を取得する（ステップＳ２２）。
【０１７５】
次に、参照信号選択部１３４は、収音信号１１２と収音信号１１３に所定の位相差があるか判断する（ステップＳ２３）。すなわち、収音信号１１２と収音信号１１３の位相差が所定の範囲内であるか（つまり、−Ｔ＜位相差＜Ｔの条件を満たすか）判断する。ここで、Ｔは所定の基準値であり、任意に設定することができる。−Ｔ＜位相差＜Ｔの条件を満たす場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、所定の位相差がないと判断される。この場合、参照信号選択部１３４は、収音信号１１２と収音信号１１３のパワー比（Ａ／Ｂ）に基づき選択する信号を決定する。例えば、収音信号１１２と収音信号１１３のパワー比（Ａ／Ｂ）が１よりも大きい場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、収音信号１１２（つまり、参照音用マイクロフォンＡ）を選択する（ステップＳ２８）。一方、収音信号１１２と収音信号１１３のパワー比（Ａ／Ｂ）が１よりも小さい場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、収音信号１１３（つまり、参照音用マイクロフォンＢ）を選択する（ステップＳ２９）。なお、ステップＳ２４ではパワー比の基準を１としたが、この値はこれに限定されることはなく、任意に変更することができる。例えば、ステップＳ２３における位相差の基準値Ｔに応じて変更してもよい。
【０１７６】
ステップＳ２３において所定の位相差がないと判断された場合、ステップＳ２４において収音信号１１２と収音信号１１３のパワー比を比較することで、より適した参照信号を選択することができる。つまり、所定の位相差がない場合は、マイクロフォンの開口部に遮蔽物等の要因がない限り、収音信号１１２と収音信号１１３との間でパワー差が生じない。しかし、マイクロフォンの開口部が話者の手や衣服等の遮蔽物により遮られたりした場合は、収音信号の音圧レベルが下がる。ここで、遮蔽物は音響特性に影響を及ぼし、適応フィルタにおいてノイズ成分を擬似的に生成する際に悪影響を及ぼす。よって、遮蔽物の影響が少ない信号を選択することで、より適した参照信号を選択することができる。
【０１７７】
−Ｔ＜位相差＜Ｔの条件を満たさない場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、所定の位相差があると判断される。この場合、参照信号選択部１３４は、どちらの位相が早いか判断する。つまり、位相差≧Ｔの条件を満たすか判断する（ステップＳ２５）。位相差≧Ｔの条件を満たす場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、収音信号１１２（つまり、参照音用マイクロフォンＡ）の位相が先行している。このとき、参照信号の候補は位相が遅い信号であるので、収音信号１１３（つまり、参照音用マイクロフォンＢ）が参照信号の候補となる。そして、収音信号１１３と収音信号１１２のパワー比（Ｂ／Ａ）が所定の値Ｐよりも大きい場合（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、収音信号１１３のパワーが確保されている（つまり、遮蔽物等の影響が少ない）と判断することができるので、収音信号１１３（つまり、参照音用マイクロフォンＢ）を参照信号として選択する（ステップＳ３０）。
【０１７８】
一方、収音信号１１３と収音信号１１２のパワー比（Ｂ／Ａ）が所定の値Ｐ以下である場合（ステップＳ２６：Ｎｏ）、遮蔽物等の影響で収音信号１１３のパワーが確保されていないと判断することができる。よって、この場合は、収音信号１１２（つまり、参照音用マイクロフォンＡ）を参照信号として選択する（ステップＳ３１）。信号のパワーは音源との距離の二乗に比例して減衰する。よって、位相差がある場合、位相が遅い（つまり、音源より遠い）信号は位相が早い信号に対して信号のパワーが減衰している。パワー比の所定の値Ｐはこの位相差を考慮した減衰量に、更に遮蔽物による影響が無視できないような減衰量を加えて求めたしきい値である。
【０１７９】
また、位相差≧Ｔの条件を満たさない場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、収音信号１１３（つまり、参照音用マイクロフォンＢ）の位相が先行している。このとき、参照信号の候補は位相が遅い信号であるので、収音信号１１２（つまり、参照音用マイクロフォンＡ）が参照信号の候補となる。そして、収音信号１１２と収音信号１１３のパワー比（Ａ／Ｂ）が所定の値Ｐよりも大きい場合（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、収音信号１１２のパワーが確保されている（つまり、遮蔽物等の影響が少ない）と判断することができるので、収音信号１１２（つまり、参照音用マイクロフォンＡ）を参照信号として選択する。
【０１８０】
一方、収音信号１１２と収音信号１１３のパワー比（Ａ／Ｂ）が所定の値Ｐ以下である場合（ステップＳ２７：Ｎｏ）、遮蔽物等の影響で収音信号１１２のパワーが確保されていないと判断することができるので、収音信号１１３（つまり、参照音用マイクロフォンＢ）を参照信号として選択する（ステップＳ３３）。
【０１８１】
参照信号選択部１３４は、上記処理により選択された参照音用マイクロフォン（収音信号）を候補として決定する（ステップＳ３４）。そして、全ての参照音用マイクロフォンの調査が終了した場合は（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、上記処理により選択された参照音用マイクロフォンを使用することを決定する（ステップＳ３６）。一方、全ての参照音用マイクロフォンの調査が終了していない場合は（ステップＳ３５：Ｎｏ）、再びステップＳ２１〜Ｓ３４の処理を繰り返す。このとき、例えば、上記処理により選択された参照音用マイクロフォンを基準とし、新たに調査対象となった参照音用マイクロフォンを比較対象とする。
【０１８２】
以上の処理により、参照音用マイクロフォンＡ（１０２）および参照音用マイクロフォンＢ（１０３）のうち参照音用マイクロフォンとして、使用されるマイクロフォンが決定される。すなわち、参照音用マイクロフォンＡ（１０２）および参照音用マイクロフォンＢ（１０３）のうち選択された参照音用マイクロフォンの収音信号（１１２または１１３）が参照信号の候補とされる。
【０１８３】
なお、以上で説明した処理では、参照信号選択部１３４が、位相差情報取得部１３３から出力された位相差情報と、パワー情報取得部１３２から出力されたパワー比とに基づいて、参照信号として適切な収音信号を選択していた。しかし、参照信号選択部１３４は、位相差情報取得部１３３から出力された位相差情報のみに基づいて、参照信号として適切な収音信号を選択してもよい。この場合、図１２に示した信号決定部１１６が備えるパワー情報取得部１３２を省略することができる。また、図１３におけるステップＳ２４、Ｓ２６、Ｓ２７を省略することができる。また、図１３におけるステップＳ２２においては、位相差情報のみを取得し、パワー比の取得を省略することができる。
このとき、ステップＳ２３において所定の位相差がないと判断された場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、収音信号１１２または収音信号１１３を参照信号として選択することができる。また、ステップＳ２５において収音信号１１２が先行していると判断された場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、収音信号１１３を参照信号として選択することができる。また、ステップＳ２５において収音信号１１３が先行していると判断された場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、収音信号１１２を参照信号として選択することができる。
【０１８４】
音声用マイクロフォン１０１と音声の音源である話者の口元との位置関係が良好な状態である場合（例えば、頭部に固定されるヘッドセットやヘルメットに音声用マイクロフォンが固定されている場合など）、音声用マイクロフォン１０１の収音信号１１１を音声信号として、選択された参照音用マイクロフォンの収音信号（１１２または１１３）を参照信号として使用することができる。
【０１８５】
しかしながら、例えばトランシーバーやスピーカーマイクロフォン装置では、音声を発する音源と、音声を収音する音声用マイクロフォンとの位置関係が一定とならない場合がある。このため、例えば音声用マイクロフォンに向かって音声を発しない場合や、参照音用マイクロフォンの開口部に向かって音声を発する場合など、適切な状態でノイズ低減装置が使用されない場合が想定される。よって、音声用マイクロフォン１０１の収音信号１１１を音声信号として、また選択された参照音用マイクロフォンの収音信号（１１２または１１３）を参照信号として、それぞれ使用可能かどうかを検証する必要がある。このような検証処理を実施することで、最もノイズ低減効果が高いと推定される音声信号と参照信号の組み合わせを、収音信号１１１〜１１３の中から選択することができる。図１４は、このような検証処理を説明するためのフローチャートである。
【０１８６】
図１４に示すように信号決定部１１６は、まず、音声用マイクロフォン１０１を基準とし、図１３に示した参照用マイクロフォン選択処理のステップＳ３６で選択された参照音用マイクロフォンを比較対象として決定する（ステップＳ４１）。次に、相互相関値算出部１３５および位相差算出部１３６において、音声用マイクロフォン１０１の収音信号１１１に含まれる音声成分の位相と、選択された参照音用マイクロフォンの収音信号１３８に含まれる音声成分の位相の位相差情報を取得する（ステップＳ４２）。
【０１８７】
判定部１３７は、収音信号１１１と選択された収音信号１３８に所定の位相差があるか判断する（ステップＳ４３）。すなわち、収音信号１１１と選択された収音信号１３８の位相差が所定の範囲内であるか（つまり、−Ｔ＜位相差＜Ｔの条件を満たすか）判断する。−Ｔ＜位相差＜Ｔの条件を満たす場合（ステップＳ４３：Ｙｅｓ）、所定の位相差がないと判断される。この場合、収音信号１１１には選択された収音信号１３８（最も位相遅れがある収音信号）と同程度の位相遅れがあることが推測されるので、最も位相が早い参照音用マイクロフォンの収音信号（つまり、参照信号選択部１３４で選択されなかった方
の収音信号）を音声信号とし、選択された参照音用マイクロフォンの収音信号を参照信号とする（ステップＳ４５）。
【０１８８】
つまり、参照信号選択部１３４で選択された収音信号１３８は、最も位相遅れがある収音信号であるので、収音信号１１１と選択された収音信号１３８の位相差が所定の範囲内であるということは、収音信号１１１も最も位相遅れがある収音信号と同程度の位相遅れがあると推測することができる。この場合は、音声用マイクロフォン１０１が音声を収音する役割を果たしていないと推測される。よって、ステップＳ４５では、最も位相が早い参照音用マイクロフォンの収音信号（つまり、参照信号選択部１３４で選択されなかった方の収音信号）を音声信号とし、選択された参照音用マイクロフォンの収音信号を参照信号としている。
【０１８９】
なお、参照音用マイクロフォンが３つ以上ある場合は、図１３に示した位相遅れが最大となる収音信号を検出する処理と類似した処理を行うことで、最も位相が早い参照音用マイクロフォンの収音信号を決定することができる。図１３に示した処理では、位相が遅れている方の収音信号を選択する処理を実施したが、最も位相が早い収音信号を決定する場合は、位相が早い方の収音信号を選択する処理を繰り返して実施すればよい。
【０１９０】
一方、−Ｔ＜位相差＜Ｔの条件を満たさない場合（ステップＳ４３：Ｎｏ）、基準信号と比較対象の信号には所定の位相差があると判断される。この場合、判定部１３７は、位相差≧Ｔの条件を満たすか判断する（ステップＳ４４）。位相差≧Ｔの条件を満たす場合（ステップＳ４４：Ｙｅｓ）、収音信号１１１（つまり、音声用マイクロフォン１０１）の位相が先行している。この場合は、音声用マイクロフォン１０１の収音信号１１１を音声信号とし、選択された参照音用マイクロフォンの収音信号（１１２または１１３）を参照信号とする（ステップＳ４６）。
【０１９１】
また、位相差≧Ｔの条件を満たさない場合（ステップＳ４４：Ｎｏ）、選択された参照音用マイクロフォンの収音信号１３８の位相が先行している。このような場合、例えば話者が参照音用マイクロフォンに向かって発話していると考えられる。よって、この場合は、音声用マイクロフォン１０１の収音信号１１１を参照信号とし、選択された参照音用マイクロフォンの収音信号（１１２または１１３）を音声信号とする（ステップＳ４７）。
【０１９２】
判定部１３７は、上記処理に基づき、適応フィルタ１１８におけるノイズ低減処理に用いられるマイクロフォンを決定し、これらの位相差情報を決定する（ステップＳ４８）。判定部１３７は、ノイズ低減処理に用いる２つの収音信号に関する情報を収音信号選択情報１２５として適応フィルタ制御部１１７に出力する。
【０１９３】
位相差情報１２６については２つのケースがある。第１のケースは、音声用マイクロフォン１０１の収音信号１１１と、参照音用マイクロフォン１０２の収音信号１１２または参照音用マイクロフォン１０３の収音信号１１３から選択された収音信号１３８と、をノイズ低減処理のための信号とした場合である（ステップＳ４６またはＳ４７）。第２のケースは、参照用マイクロフォン１０２、１０３の収音信号１１２、１１３をノイズ低減処理のための信号とした場合である（ステップＳ４５）。
【０１９４】
図１２で、第１のケースにおいて、判定部１３７は、適応フィルタ制御部１１７に供給される位相差情報１２６のような位相差出力を位相差算出部１３６から適応フィルタ制御部１１７に出力する。
一方、第２のケースでは、判定部１３７は、適応フィルタ制御部１１７に供給される位相差情報１２６のような位相差出力を位相差情報取得部１３３から適応フィルタ制御部１１７に出力する。
【０１９５】
図１４の処理は、以下に説明するような概略である。一つの音声用マイクロフォンと複数の参照音用マイクロフォンがあるとき、複数の参照音用マイクロフォンの中の特定の参照音用マイクロフォンから得られる特定の収音信号の位相（特定の収音信号の位相は、複数の参照用マイクロフォンから得られた収音信号の位相の中で最も進んでいる）は、音声用マイクロフォンから得られた収音信号の位相よりも進んでいる場合がある。この場合、信号決定部１１６は特定の収音信号を第１のノイズ成分を低減される第１の収音信号として決定することが好ましい。
【０１９６】
また、一つの音声用マイクロフォンと複数の参照音用マイクロフォンがあるとき、複数の参照音用マイクロフォンの中の特定の参照音用マイクロフォンから得られる特定の収音信号の位相（特定の収音信号の位相は、複数の参照用マイクロフォンから得られた収音信号の位相の中で最も遅れている）は、音声用マイクロフォンから得られた収音信号の位相よりも遅れている場合がある。この場合、信号決定部１１６は、特定の収音信号を、ノイズを低減される信号として決定された第１の収音信号に含まれるノイズ成分の低減に用いられる第２の収音信号として決定することが好ましい。
なお、図１４で説明した処理では、位相差情報に基づき、ノイズ低減処理に用いられるマイクロフォンを決定したが、位相差情報に加えてパワー情報も考慮して、ノイズ低減処理に用いられるマイクロフォンを決定してもよい。
【０１９７】
具体的に、図１４の処理で、信号決定部１１６は複数の収音信号の中で最も進んだ位相を持つ収音信号をノイズ低減に用いる１つ目の収音信号として決定すると共に、最も遅い位相を持つ収音信号を第１の収音信号によってノイズ成分の低減に用いられる第２の収音信号として決定する。しかしながら、信号決定部１１６は、複数の収音信号の中から最も遅い位相でかつ、所定値（たとえば、Ｐ以上）より大きいレベルの収音信号を第１の収音信号に含まれるノイズ成分の低減に用いられる第２の収音信号として決定してもよい。さらに、複数の収音信号の中で最も遅い位相を持つ収音信号の大きさが所定値以下の場合もある。この場合、信号決定部は、収音信号の複数の中から最も遅い位相の次に遅い位相を持つ特定の収音信号を第１の収音信号に含まれるノイズ成分の低減に用いられる第２の収音信号として決定することが好ましい。
【０１９８】
また、複数の収音信号の中で第１の収音信号を除いてそれぞれの位相差が所定値以内である場合（例えば、−Ｔ＜位相差＜Ｔ）がある。この場合、信号決定部１１６は、収音信号の大きさが第１の収音信号を除いてもっとも大きい特定の収音信号を第１の収音信号に含まれるノイズ成分の低減に用いられる第２の収音信号として決定することが好ましい。
【０１９９】
図１１に示す適応フィルタ制御部１１７は、音声区間判定器１１５から出力された音声区間情報１２４、並びに信号決定部１１６から出力されたノイズ低減処理に用いる２つの収音信号に関する情報（収音信号選択情報）１２５および当該決定された２つの収音信号の位相差情報１２６に基づき、適応フィルタ１１８を制御するための制御信号を生成し、生成された制御信号１２７を適応フィルタ１１８に出力する。ここで、制御信号１２７は、音声区間情報１２４、収音信号選択情報１２５、および位相差情報１２６を含んでいる。
【０２００】
適応フィルタ１１８は、収音信号１１１〜１１３の中から選択された２つの収音信号を用いて、ノイズが低減された音声信号を生成し、このノイズが低減された音声信号を出力信号１２８として出力する。ここで、適応フィルタ１１８におけるノイズ低減処理に用いられる２つの収音信号は、信号決定部１１６で決定された収音信号である。適応フィルタ１１８は、音声信号に含まれたノイズ成分を低減するために、参照信号を用いて音声信号に含まれている可能性があるノイズ成分を擬似的に生成する。そして、適応フィルタ１１８は、音声信号から、この擬似的に生成したノイズ成分を差し引くことで、ノイズ低減処理を実施することができる。
【０２０１】
適応フィルタ制御部１１７は、適応フィルタ１１８が上記処理を実施するための制御信号１２７を適応フィルタ１１８に出力する。また、適応フィルタ制御部１１７に供給される音声区間情報１２４は、適応フィルタ１１８における適応フィルタ係数の更新のタイミングを決定する情報である。例えば、音声区間判定器において音声区間ではない（つまり、ノイズ区間）と判断された場合は、積極的にノイズ成分を低減するために、適応フィルタ１１８の適応フィルタ係数の更新を実施してもよい。一方、例えば、音声区間判定器において音声区間と判断された場合は、既存の適応フィルタ係数を用いて、ノイズ低減処理を実施してもよい。
【０２０２】
図１５は、適応フィルタ１１８の一例を示すブロック図である。適応フィルタ１１８は、遅延素子１７１_１〜１７１_ｎ、乗算器１７２_１〜１７２_ｎ＋１、加算器１７３_１〜１７３_ｎ、適応係数調整部１７４、減算器１７５、出力信号選択部１７６、およびセレクタ１７７を備える。
【０２０３】
セレクタ１７７は、適応フィルタ制御部１１７から出力された制御信号１２７に応じて、収音信号１１１〜１１３のうちの２つを、音声信号１８１および参照信号１８２として出力する。すなわち、セレクタ１７７は、信号決定部１１６から出力された収音信号選択情報１２５に基づいて、収音信号１１１〜１１３のうちの２つを選択し、一方を音声信号１８１として他方を参照信号１８２として出力する。
【０２０４】
遅延素子１７１_１〜１７１_ｎ、乗算器１７２_１〜１７２_ｎ＋１、および加算器１７３_１〜１７３_ｎは、ＦＩＲフィルタを構成する。遅延素子１７１_１〜１７１_ｎ、乗算器１７２_１〜１７２_ｎ＋１、および加算器１７３_１〜１７３_を用いて参照信号１８２を処理することで、擬似ノイズ信号１８３が生成される。
【０２０５】
適応係数調整部１７４は、制御信号１２７（例えば、位相差情報１２６及び音声区間信号１２４）に応じて、乗算器１７２_１〜１７２_ｎ＋１の係数を調整する。すなわち、適応係数調整部１７４は、音声区間情報１２４がノイズ区間（非音声区間）を示している場合、適応誤差が少なくなるように係数を調整する。一方、音声区間情報１２４が音声区間を示している場合、適応フィルタ１１８の係数を維持するか、または係数を微調整する。更に、適応係数調整部１７４は、音声信号と参照信号の位相差が所定の範囲内である場合（つまり、位相差がほとんどない場合）は、適応フィルタ１１８の係数を維持するか、または係数を微調整するのみとする。音声信号と参照信号の位相差がほとんどない場合は、適切ではない方向から音声が到来していると推測することができるため、ノイズ低減処理によるノイズ低減効果を意識的に落とすことにより音声成分がキャンセルされることを抑制することができる。
【０２０６】
減算器１７５は、音声信号１８１から疑似ノイズ信号１８３を差し引くことで、ノイズ低減処理後の信号１８４を生成し、出力信号選択部１７６に出力する。また、減算器１７５は、音声信号１８１から疑似ノイズ信号１８３を差し引くことで、フィードバック用の信号１８５を生成し、適応係数調整部１７４に出力する。
【０２０７】
出力信号選択部１７６は、適応フィルタ制御部１１７から出力された制御信号１２７（例えば、信号決定部１１６から出力された位相差情報１２６）に応じて、音声信号１８１を出力信号１２８としてそのまま出力するか、またはノイズ低減処理後の信号１８４を出力信号１２８として出力するかを選択する。例えば、音声信号と参照信号の位相差がほとんどない場合は、出力信号選択部１７６は音声信号１８１を出力信号１２８としてそのまま出力する。一方、音声信号と参照信号の位相差が所定の値以上である場合は、出力信号選択部１７６はノイズ低減処理後の信号１８４を出力信号１２８として出力する。
【０２０８】
次に、本実施の形態にかかるノイズ低減装置３の動作について説明する。図１６は、本実施の形態にかかるノイズ低減装置３の動作を説明するためのフローチャートである。
【０２０９】
信号決定部１１６で生成される収音信号選択情報１２５および位相差情報１２６は、音声区間であることが確実な場合に更新される。よって、予め収音信号選択情報１２５および位相差情報１２６を初期化し、所定の初期値に設定する（ステップＳ５１）。ここで初期値とは、例えばノイズ低減装置を備える機器が適切な状態で使用された場合（マイクロフォンの位置が適切な状態で使用された場合）に設定されるパラメータである。
【０２１０】
次に、音声区間判定器１１５を用いて、音声用マイクロフォン１０１において収音された音が音声区間であるか否かを判定する（ステップＳ５２）。この際、音声区間と判定するための条件を厳しくすることで、音声区間を確実に判定することができる。
【０２１１】
音声区間判定器１１５は、音声区間を検出した場合（ステップＳ５３：Ｙｅｓ）、信号決定部１１６および適応フィルタ制御部１１７に音声区間情報１２３、１２４をそれぞれ出力する。そして、信号決定部１１６は、収音信号選択情報１２５および位相差情報１２６を取得する（ステップＳ５４）。信号決定部１１６は、図１３および図１４に示した処理を実施することで、収音信号選択情報１２５と位相差情報１２６を取得することができる。
【０２１２】
適応フィルタ制御部１１７は、適応フィルタ１１８に供給する制御信号１２７に含まれる収音信号選択情報１２５および位相差情報１２６を、新規に求めた情報に更新する（ステップＳ５５）。一方、音声区間判定器１１５において音声区間ではないと判断された場合（ステップＳ５３：Ｎｏ）、適応フィルタ制御部１１７は、適応フィルタ１１８に供給する制御信号１２７に含まれる収音信号選択情報１２５と位相差情報１２６を更新しない。
【０２１３】
次に、適応フィルタ１１８のセレクタ１７７において、収音信号選択情報１２５に基づいて収音信号１１１〜１１３の中から音声信号と参照信号を選択する（ステップＳ５６）。そして、適応フィルタ１１８は、選択された２つの収音信号を用いてノイズ低減処理を実施する（ステップＳ５７）。
【０２１４】
ノイズ低減装置３は、音声用マイクロフォン１０１等により音（音声やノイズ）を受信しているか否かをチェックする（ステップＳ５８）。そして、音を受信している場合（ステップＳ５８：Ｙｅｓ）、ステップＳ５２以降の処理を繰り返す。一方、音を受信していない場合（ステップＳ５８：Ｎｏ）、ノイズ低減装置３によるノイズ低減処理が終了する。
【０２１５】
本実施の形態にかかるノイズ低減装置３では、音声区間判定器１１５を用いることで、ノイズレベルが高い場合であっても音声が発せられている区間を判定することができる。
そして、音声区間判定器１１５で音声区間であると判定されている場合に、信号決定部１１６で、収音信号１１１〜１１３のうちノイズ低減処理に用いる２つの収音信号を決定し、当該決定された２つの収音信号の位相差情報を更新している。よって、信号決定部１１６における情報処理量を低減することができる。また、信号決定部１１６は音声区間において収音信号選択情報と位相差情報を更新しているので、信頼性の高い収音信号選択情報と位相差情報を得ることができる。また、複数の収音信号の中から、ノイズ低減処理に使用される最適な２つの収音信号を選択することができるので、ノイズ低減装置を用いた機器が様々な状態で使用された場合であっても、精度よくノイズ低減処理を実施することができる。
【０２１６】
以上で説明したように、本実施の形態にかかる発明により、様々な環境下においても音声信号に含まれるノイズ成分を適切に低減することができるノイズ低減装置、音声入力装置、無線通信装置、およびノイズ低減方法を提供することが可能となる。
【０２１７】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
図１７は、実施の形態３にかかるノイズ低減装置４を示すブロック図である。本実施の形態にかかるノイズ低減装置４は、音声用マイクロフォン２０１の収音信号２１１に加えて、参照音用マイクロフォン２０２、２０３の収音信号２１２、２１３も音声区間判定器２１５に供給されている点、および信号決定部２１６が音声区間判定器２１５に対して収音信号選択情報２２３を供給している点が、図１１に示した実施の形態２にかかるノイズ低減装置３と異なる。これ以外は、実施の形態２で説明したノイズ低減装置３と同様であるので、適宜、重複した説明は省略する。
【０２１８】
図１７に示すノイズ低減装置４は、音声用マイクロフォン２０１、参照音用マイクロフォンＡ（２０２）、参照音用マイクロフォンＢ（２０３）、ＡＤコンバータ２０４、２０５、２０６、音声区間判定器２１５、信号決定部２１６、適応フィルタ制御部２１７、および適応フィルタ２１８を有する。
【０２１９】
本実施の形態にかかるノイズ低減装置４が備える音声用マイクロフォン２０１、参照音用マイクロフォン２０２、２０３、およびＡＤコンバータ２０４、２０５、２０６はそれぞれ、図１１で説明した実施の形態２にかかるノイズ低減装置３が備える音声用マイクロフォン１０１、参照音用マイクロフォン１０２、１０３、およびＡＤコンバータ１０４、１０５、１０６と同様の構成であるので、重複した説明は省略する。
【０２２０】
本実施の形態にかかるノイズ低減装置では、ＡＤコンバータ２０４、２０５、２０６からそれぞれ出力された収音信号２１１、２１２、２１３は、音声区間判定器２１５、信号決定部２１６、および適応フィルタ２１８に供給される。
【０２２１】
信号決定部２１６は、収音信号２１１、収音信号２１２、および収音信号２１３の中から、音声区間判定器２１５における音声区間判定に用いる収音信号を決定し、音声区間判定に用いる収音信号に関する情報を収音信号選択情報２２３として音声区間判定器２１５に出力する。ノイズ低減装置に音声が入力されている場合、音声を含む収音信号の位相が最も早いとみなすことができる。よって、信号決定部２１６は、例えば、収音信号２１１、収音信号２１２、および収音信号２１３のうち位相が最も早い収音信号を音声区間判定に用いる収音信号として決定することができる。
【０２２２】
例えば、信号決定部２１６の構成は図１２に示した信号決定部１１６の構成と同様であり、信号決定部２１６の動作は、図１３および図１４に示したフローチャートに示した動作と同様である。すなわち、信号決定部２１６は、図１４に示したフローチャートのステップＳ４５〜Ｓ４７において音声信号とみなされた収音信号を、音声区間判定に用いる収音信号として決定することができる。
【０２２３】
また、信号決定部２１６は、収音信号２１１、収音信号２１２、および収音信号２１３の中からノイズ低減処理に用いる２つの収音信号を決定し、当該決定された２つの収音信号の位相差情報を取得する。信号決定部２１６は、ノイズ低減処理に用いる２つの収音信号に関する収音信号選択情報２２５と、当該決定された２つの収音信号の位相差情報２２６を適応フィルタ制御部２１７に出力する。
【０２２４】
音声区間判定器２１５は、収音信号２１１、収音信号２１２、および収音信号２１３のうち、信号決定部２１６から出力された信号選択情報２２３に応じて選択された収音信号を用いて音声区間を判定する。そして、音声区間判定器２１５は、音声区間と判定した場合、適応フィルタ制御部２１７に音声区間情報２２４を出力する。
【０２２５】
音声区間判定器２１５における音声区間判定処理には任意の技術を用いることができる。しかし、ノイズレベルが高い環境下でノイズ低減装置が使用される場合は、高い精度で音声区間を判定する必要がある。この場合、例えば特願２０１０−２６０７９８に記載されている技術（音声区間判定技術Ａ）や、特願２０１１−０２０４５９に記載されている技術（音声区間判定技術Ｂ）を用いることで、音声区間を高い精度で判定することができる。なお、音声区間判定技術Ａ、音声区間判定技術Ｂについては、実施の形態１で説明したので、重複した説明は省略する。
【０２２６】
適応フィルタ制御部２１７は、音声区間判定器２１５から出力された音声区間情報２２４に応じて、適応フィルタ２１８の制御に用いる収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６を決定する。すなわち、適応フィルタ制御部２１７には、信号決定部２１６から出力された収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６が所定のタイミング毎に供給されている。しかし、この中には音声区間以外のタイミングにおいて取得された収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６も含まれている。音声区間以外のタイミングにおいて取得された収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６は、精度が低い情報である。
【０２２７】
これに対して、音声区間判定器２１５が音声区間と判定した場合における収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６は、精度が高い情報である。よって、適応フィルタ制御部２１７は、音声区間判定器２１５において音声区間と判定されたタイミングにおける収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６を、適応フィルタ２１８の制御に用いる収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６と決定する。このように、音声区間における収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６を適応フィルタ２１８の制御に用いることで、適応フィルタ２１８において精度よくノイズを低減することができる。
【０２２８】
ここで、音声区間情報２２４は音声区間判定器２１５における音声区間判定処理の後に適応フィルタ制御部２１７に出力される。よって、所定のタイミングにおける収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６が適応フィルタ制御部２１７に供給されるタイミングは、当該所定のタイミングに対応する音声区間情報２２４が適応フィルタ制御部２１７に供給されるタイミングよりも早い。よって、適応フィルタ制御部２１７はこれらのタイミングを調整するために、供給された収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６を一時的に保持することができるバッファを備えていてもよい。このように適応フィルタ制御部２１７において収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６を一時的に保持することで、音声区間情報２２４に対応した収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６を選択することができる。
【０２２９】
また、適応フィルタ制御部２１７は、音声区間判定器２１５から出力された音声区間情報２２４、並びに収音信号選択情報（ノイズ低減処理に用いる２つの収音信号に関する情報）２２５および当該決定された２つの収音信号の位相差情報２２６に基づき、適応フィルタ２１８を制御するための制御信号２２７を生成し、生成された制御信号２２７を適応フィルタ２１８に出力する。ここで、制御信号２２７は、音声区間情報２２４、収音信号選択情報２２５、および位相差情報２２６を含んでいる。
【０２３０】
適応フィルタ２１８は、収音信号２１１〜２１３の中から選択された２つの収音信号を用いて、ノイズが低減された音声信号を生成し、このノイズが低減された音声信号を出力信号２２８として出力する。ここで、適応フィルタ２１８におけるノイズ低減処理に用いられる２つの収音信号は、信号決定部２１６で決定された収音信号である。適応フィルタ２１８は、音声信号に含まれたノイズ成分を低減するために、参照信号を用いて音声信号に含まれている可能性があるノイズ成分を擬似的に生成する。そして、適応フィルタ２１８は、音声信号から、この擬似的に生成したノイズ成分を差し引くことで、ノイズ低減処理を実施することができる。
【０２３１】
本実施の形態にかかるノイズ低減装置４が備える適応フィルタ制御部２１７は、図１１で説明した実施の形態２にかかるノイズ低減装置３が備える適応フィルタ制御部１１７と同様の構成であるので、重複した説明は省略する。また、本実施の形態にかかるノイズ低減装置４が備える適応フィルタ２１８は、図１１、図１５で説明した実施の形態２にかかるノイズ低減装置３が備える適応フィルタ１１８と同様の構成であるので、重複した説明は省略する。
【０２３２】
次に、本実施の形態にかかるノイズ低減装置４の動作について説明する。図１８は、本実施の形態にかかるノイズ低減装置４の動作を説明するためのフローチャートである。
【０２３３】
信号決定部２１６で生成される収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６は、音声区間であることが確実な場合に更新される。よって、信号決定部２１６は予め収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６を初期化し、所定の初期値に設定する（ステップＳ６１）。ここで初期値とは、例えばノイズ低減装置を備える機器が適切な状態で使用された場合（マイクロフォンの位置が適切な状態で使用された場合）に設定されるパラメータである。
【０２３４】
次に、信号決定部２１６は、収音信号２１１〜２１３を用いて、収音信号選択情報２２３、２２５および位相差情報２２６を取得する（ステップＳ６２）。そして、信号決定部２１６は、音声区間判定に用いる収音信号に関する収音信号選択情報２２３を音声区間判定器２１５に出力する。また、信号決定部２１６は、ノイズ低減処理に用いる２つの収音信号に関する収音信号選択情報２２５と、当該決定された２つの収音信号の位相差情報２２６を適応フィルタ制御部２１７に出力する。
【０２３５】
次に、音声区間判定器２１５は、収音信号選択情報２２３に応じた収音信号を用いて音声区間を判定する（ステップＳ６３）。音声区間判定器２１５は、音声区間を検出した場合（ステップＳ６４：Ｙｅｓ）、適応フィルタ制御部２１７に音声区間情報２２４を出力する。そして、適応フィルタ制御部２１７は、収音信号選択情報および位相差情報を、音声区間判定器２１５において音声区間と判定されたタイミングにおける収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６に更新する（ステップＳ６５）。一方、音声区間判定器２１５において音声区間ではないと判断された場合（ステップＳ６４：Ｎｏ）、適応フィルタ制御部２１７は、収音信号選択情報および位相差情報を更新しない。
【０２３６】
次に、適応フィルタ２１８のセレクタ（図１５のセレクタ１７７に対応）において、収音信号選択情報２２５に基づいて収音信号２１１〜２１３の中から音声信号と参照信号を選択する（ステップＳ６６）。そして、適応フィルタ２１８は、選択された２つの収音信号を用いてノイズ低減処理を実施する（ステップＳ６７）。
【０２３７】
ノイズ低減装置４は、音声用マイクロフォン２０１等により音（音声やノイズ）を受信しているか否かをチェックする（ステップＳ６８）。そして、音を受信している場合（ステップＳ６８：Ｙｅｓ）、ステップＳ６２以降の処理を繰り返す。一方、音を受信していない場合（ステップＳ６８：Ｎｏ）、ノイズ低減装置４によるノイズ低減処理が終了する。
【０２３８】
図１１に示した実施の形態２にかかるノイズ低減装置３では、音声用マイクロフォン１０１で収音された収音信号１１１を、音声区間判定器１１５における音声区間判定に用いていた。この場合は、音声用マイクロフォン１０１で収音された収音信号１１１に主として音声が含まれていることが好ましく、例えば音声用マイクロフォン１０１と話者の口元とが一定の距離を隔てて安定した状態で使用されている状態を想定している。この用法では、音声区間判定器１１５は、音声用マイクロフォン１０１で収音された収音信号１１１について音声区間判定を実施すればよい。また、信号決定部１１６は、音声区間判定と判定された場合にのみ収音信号選択情報１２５および位相差情報１２６を取得すればよく、信号処理の負荷を低減することができるという利点があった。
【０２３９】
このように、図１１に示した実施の形態２にかかるノイズ低減装置３では、音声用マイクロフォン１０１と話者の口元とが一定の距離を隔てて安定した状態で使用されている状態を想定している。しかしながら、ノイズ低減装置を用いた機器の中には、例えば、話者の使用状況によって、音声用マイクロフォンと話者の口元との距離が一定とならずに不安定な状態で使用される場合がある。この場合は、音声用マイクロフォンよりも参照音用マイクロフォンのほうが音声を多く収音することができる場合もある。
【０２４０】
本実施の形態にかかるノイズ低減装置４では、信号決定部２１６において、収音信号２１１〜２１３の中から、音声区間判定器２１５における音声区間判定に用いる収音信号を決定している。そして、音声区間判定器２１５は、信号決定部２１６で決定された収音信号を用いて音声区間を判定している。更に、適応フィルタ制御部２１７は、音声区間判定器２１５において音声区間であると判定されたタイミングにおける収音信号選択情報２２５および位相差情報２２６を用いて、適応フィルタ２１８を制御している。よって、ノイズレベルが高い場合であっても音声が発せられている区間を精度よく判定することができる。また、複数の収音信号の中からノイズ低減処理に使用される最適な２つの収音信号を選択することができるので、ノイズ低減装置を用いた機器が様々な状態で使用された場合であっても、精度よくノイズ低減処理を実施することができる。
【０２４１】
以上で説明したように、本実施の形態にかかる発明により、様々な環境下においても音声信号に含まれるノイズ成分を適切に低減することができるノイズ低減装置、音声入力装置、無線通信装置、およびノイズ低減方法を提供することが可能となる。
【０２４２】
＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
以下では、３つのマイクロフォンを少なくとも備えたノイズ低減装置を、音声入力装置や無線通信装置に適用した場合について説明する。３つのマイクロフォンを少なくとも備えたノイズ低減装置として、例えば実施の形態２または３にかかるノイズ低減装置を用いることができる。
【０２４３】
図１９は、３つのマイクロフォンを少なくとも備えたノイズ低減装置を用いた音声入力装置７００の一例を示す図である。図１９（ａ）は、音声入力装置７００の前面図であり、図１９（ｂ）は、音声入力装置７００の背面図である。図１９に示すように、音声入力装置７００はコネクタ７０３を介して無線通信装置７１０に接続可能に構成されている。無線通信装置７１０は一般的な無線機であり、所定の周波数において他の無線通信装置と通信可能に構成されている。無線通信装置７１０には音声入力装置７００を介して話者の音声が入力される。
【０２４４】
音声入力装置７００は、本体７０１、コード７０２、及びコネクタ７０３を有する。本体７０１は、話者の手で把持されるのに適するサイズ及び形状に構成されており、マイクロフォン、スピーカー、電子回路、ノイズ低減装置を内蔵する。図１９（ａ）に示すように、本体７０１の前面にはスピーカー７０６および音声用マイクロフォン７０５が設けられている。図１９（ｂ）に示すように、本体７０１の背面には参照音用マイクロフォン７１１、７１２およびベルトクリップ７０７が設けられている。本体７０１の頂面には、ＬＥＤ７０９が設けられている。本体７０１の側面にはＰＴＴ（Push To Talk）７０４が設けられている。ＬＥＤ７０９は、音声入力装置７００による話者の音声の検出状態を話者に対して報知する。ＰＴＴ７０４は、無線通信装置７１０を音声送信状態とするためのスイッチであり、突起状部分が筐体内に押し込まれることを検出する。
【０２４５】
例えば、図１１に示した実施の形態２にかかるノイズ低減装置３を音声入力装置７００に適用した場合、ノイズ低減装置３が備える音声用マイクロフォン１０１が音声入力装置７００の音声用マイクロフォン７０５に対応し、ノイズ低減装置が備える２つの参照音用マイクロフォン１０２、１０３が音声入力装置７００の参照音用マイクロフォン７１１、７１２に対応する。また、ノイズ低減装置３から出力される出力信号１２８は、音声入力装置７００のコード７０２を経由して無線通信装置７１０に供給される。すなわち、音声入力装置７００は、ノイズ低減装置３でノイズ低減処理された後の出力信号１２８を、無線通信装置７１０に供給する。よって、無線通信装置７１０から他の無線通信装置に送信される音声はノイズ低減処理された音声となる。なお、図１７に示した実施の形態３にかかるノイズ低減装置４を音声入力装置７００に適用した場合も同様である。
【０２４６】
本実施の形態にかかる音声入力装置７００において、音声用マイクロフォン（第１のマイクロフォン）７０５は表面（第１の面）に設けられている。図２０は、本実施の形態にかかる音声入力装置７００の裏面に設けられた参照音用マイクロフォン７１１、７１２の位置の詳細を説明するための図である。図２０に示すように、本実施の形態にかかる音声入力装置７００において、参照音用マイクロフォン（第２および第３のマイクロフォン）７１１、７１２は、表面（第１の面）と所定の距離を隔てて対向している裏面（第２の面）に、裏面の中心線７２１に対して互いに非対称となるように設けられている。このとき、参照音用マイクロフォン７１１、７１２は互いに距離ｄ１だけ隔てて設けられている。例えば、ｄ１は３〜７ｃｍ程度とすることができる。また、表面と裏面との距離は、２〜４ｃｍ程度とすることができる。なお、これらの数値は一例であり、本発明はこれらの数値に限定されることはない。
【０２４７】
このように、本実施の形態にかかる音声入力装置７００では、裏面の中心線７２１に対して互いに非対称となるように参照音用マイクロフォン７１１、７１２を配置しているので、話者が音声入力装置７００を把持した際に、参照音用マイクロフォン７１１、７１２の両方が塞がれることを防ぐことができる。よって、参照音用マイクロフォン７１１、７１２の少なくとも一方は高い確率でノイズ低減処理に利用することができる。したがって、ノイズ低減装置を用いて高精度にノイズを低減することができる。
【０２４８】
このとき、参照音用マイクロフォン７１１、７１２は、参照音用マイクロフォン７１１、７１２を互いに結ぶ線分７２２と中心線７２１とが所定の角度αで交わるように設けられていてもよい。所定の角度αは、例えば、参照音用マイクロフォン７１１、７１２が配置される音声入力装置７００の裏面において裏面に入りきる最大の長方形を描き、その長方形の辺をａ×ｂとしたときにｔａｎ  α＝ａ／ｂを満たすような値に設定してもよい。すなわち、音声入力装置７００の裏面の形状が正四角形であれば所定の角度αは45度前後となる。そして、所定の角度αは音声入力装置７００の裏面の形状が縦長であればあるほど角度を小さくすることになる。
【０２４９】
また、参照音用マイクロフォン７１１、７１２は、中心線７２１と垂直に交わる２つの線分７３１、７３２と、中心線７２１と平行でかつ中心線７２１に対して対称に配置された２つの線分７３３、７３４とで形成される矩形７３５の対角の位置に設けられていてもよい。このように参照音用マイクロフォン７１１、７１２を対角に配置することで、様々な方向からのノイズ源に対し、良好に作用する参照音信号を選択できる。
【０２５０】
次に、図２１を用いて、３つのマイクロフォンを少なくとも備えたノイズ低減装置を用いた無線通信装置（トランシーバー）８００について説明する。図２１（ａ）は、無線通信装置８００の前面図であり、図２１（ｂ）は、無線通信装置８００の背面図である。図２１に示すように、無線通信装置８００は、入力ボタン８０１、表示部８０２、スピーカー８０３、音声用マイクロフォン８０４、ＰＴＴ（Push To Talk）８０５、スイッチ８０６、アンテナ８０７、蓋８０９、および参照音用マイクロフォン８１１、８１２、を備える。
【０２５１】
例えば、図１１に示した実施の形態２にかかるノイズ低減装置３を無線通信装置８００に適用した場合、ノイズ低減装置３が備える音声用マイクロフォン１０１が無線通信装置８００の音声用マイクロフォン８０４に対応し、ノイズ低減装置３が備える参照音用マイクロフォン１０２、１０３が無線通信装置８００の参照音用マイクロフォン８１１、８１２に対応する。また、ノイズ低減装置３から出力される出力信号１２８は、無線通信装置８００の内部回路において高周波処理されて、アンテナ８０７から他の無線通信装置に無線送信される。ここで、ノイズ低減装置３から出力される出力信号１２８はノイズ低減処理が実施された信号であるので、他の無線通信装置に送信される音声はノイズ低減処理された音声となる。なお、図１７に示した実施の形態３にかかるノイズ低減装置４を無線通信装置８００に適用した場合も同様である。
【０２５２】
本実施の形態にかかる無線通信装置８００において、音声用マイクロフォン（第１のマイクロフォン）８０４は表面（第１の面）に設けられている。また、参照音用マイクロフォン（第２および第３のマイクロフォン）８１１、８１２は、表面（第１の面）と所定の距離を隔てて対向している裏面（第２の面）に、裏面の中心線に対して互いに非対称となるように設けられている。このとき、参照音用マイクロフォン８１１、８１２は互いに距離ｄ２だけ隔てて設けられている。例えば、ｄ２は３〜７ｃｍ程度とすることができる。
また、表面と裏面との距離は、２〜４ｃｍ程度とすることができる。なお、これらの数値は一例であり、本発明はこれらの数値に限定されることはない。また、参照音用マイクロフォン８１１、８１２の配置については、図２０に示した音声入力装置の参照音用マイクロフォン７１１、７１２と同様である。
【０２５３】
このように、本実施の形態にかかる無線通信装置８００では、裏面の中心線に対して互いに非対称となるように参照音用マイクロフォン８１１、８１２を配置しているので、話者が音声入力装置８００を把持した際に、参照音用マイクロフォン８１１、８１２の両方が塞がれることを防ぐことができる。よって、参照音用マイクロフォン８１１、８１２の少なくとも一方は高い確率でノイズ低減処理に利用することができる。したがって、ノイズ低減装置を用いて高精度にノイズを低減することができる。
【０２５４】
このとき、参照音用マイクロフォン８１１、８１２は、参照音用マイクロフォン８１１、８１２を互いに結ぶ線分と中心線とが所定の角度で交わるように設けられていてもよい。また、参照音用マイクロフォン８１１、８１２は、中心線と垂直に交わる２つの線分と、中心線と平行でかつ中心線に対して対称に配置された２つの線分とで形成される矩形の対角の位置に設けられていてもよい。
【０２５５】
上記した実施の形態にかかる典型的なノイズ低減装置を備えた音声入力装置において、前記第１のマイクロフォンは前記音声入力装置の第１の面に設けられていてもよく、前記第２のマイクロフォンは、前記第１の面と所定の距離を隔てて対向している第２の面に設けられていてもよい。
【０２５６】
上記した実施の形態にかかる典型的なノイズ低減装置を備えた無線通信装置において、前記第１のマイクロフォンは前記無線通信装置の第１の面に設けられていてもよく、前記第２のマイクロフォンは、前記第１の面と所定の距離を隔てて対向している第２の面に設けられていてもよい。
【０２５７】
上記した実施の形態にかかる典型的なノイズ低減方法は、第１および第２のマイクロフォンの少なくとも一方で収音された音声に基づき音声区間を判定し、音声区間であると判定された場合に、前記第１のマイクロフォンで収音された音に応じた第１の収音信号と前記第２のマイクロフォンで収音された音に応じた第２の収音信号とに基づき前記音声の到来方向を検知し、前記音声区間の判定結果である音声区間情報および前記音声の到来方向を示す音声方向情報に基づきノイズ低減処理を実施する。
【０２５８】
また、上記した実施の形態にかかる他の典型的なノイズ低減装置は、複数のマイクロフォンで収音された音にそれぞれ応じた複数の収音信号の位相差情報に基づき、前記複数の収音信号の中から第１の収音信号および当該第１の収音信号に含まれるノイズ成分を低減させるために用いられる第２の収音信号を決定する信号決定部と、前記信号決定部で決定された前記第１の収音信号に含まれるノイズ成分を前記第２の収音信号を用いて低減する適応フィルタと、を備える。
【０２５９】
前記ノイズ低減装置は、前記複数の収音信号のうちの１つの収音信号に基づき音声区間を判定する音声区間判定器を更に備えていてもよく、前記信号決定部は、前記音声区間判定器が音声区間と判定した場合に、前記複数の収音信号の中から前記第１の収音信号および前記第２の収音信号を決定してもよい。
【０２６０】
前記ノイズ低減装置は、前記信号決定部で決定された前記第１の収音信号を用いて音声区間を判定する音声区間判定器を更に備えていてもよく、前記適応フィルタは、前記音声区間判定器が音声区間と判定した場合に前記信号決定部で決定された前記第１の収音信号に含まれるノイズ成分を前記第２の収音信号を用いて低減してもよい。
【０２６１】
前記信号決定部は、前記複数の収音信号のうち最も位相が早い収音信号を前記第１の収音信号として決定し、最も位相が遅い収音信号を前記第２の収音信号として決定してもよい。
【０２６２】
前記信号決定部は、前記複数の収音信号のうち、位相が遅く且つ収音信号のパワーが所定の値よりも大きい収音信号を前記第２の収音信号として決定してもよい。
【０２６３】
前記信号決定部は、前記複数の収音信号のうち位相が最も遅い収音信号のパワーが所定の値以下である場合、次に位相が遅く且つ収音信号のパワーが所定の値よりも大きい収音信号を前記第２の収音信号として決定してもよい。
【０２６４】
前記第１の収音信号以外の収音信号の各々の位相差が所定の範囲内である場合、前記信号決定部は、前記第１の収音信号以外の収音信号のうち、収音信号のパワーが最も大きい収音信号を前記第２の収音信号として決定してもよい。
【０２６５】
前記複数のマイクロフォンは、１つの音声用マイクロフォンと複数の参照音用マイクロフォンとを含み、前記複数の参照音用マイクロフォンにそれぞれ対応した複数の収音信号のうち最も位相が早い収音信号の位相が、前記音声用マイクロフォンに対応した収音信号の位相よりも早い場合、前記信号決定部は、前記参照音用マイクロフォンに対応した最も位相が早い収音信号を前記第１の収音信号として決定してもよい。
【０２６６】
前記複数の参照音用マイクロフォンにそれぞれ対応した複数の収音信号のうち最も位相が遅い収音信号の位相が、前記音声用マイクロフォンに対応した収音信号の位相よりも遅い場合、前記信号決定部は、前記参照音用マイクロフォンに対応した最も位相が遅い収音信号を前記第２の収音信号として決定してもよい。
【０２６７】
前記信号決定部には、前記複数の収音信号としてサンプリング周波数が２４ｋＨｚ以上の信号が供給されてもよく、前記適応フィルタには、前記複数の収音信号としてサンプリング周波数が１２ｋＨｚ以下の信号が供給されてもよい。
【０２６８】
また、上記した実施の形態にかかる他の典型的なノイズ低減装置を備えた音声入力装置において、前記複数のマイクロフォンのうちの第１のマイクロフォンは前記音声入力装置の第１の面に設けられてもよく、前記複数のマイクロフォンのうちの第２および第３のマイクロフォンは、前記第１の面と所定の距離を隔てて対向している第２の面に、当該第２の面の中心線に対して非対称となるように設けられてもよい。
【０２６９】
上記した実施の形態にかかる他の典型的なノイズ低減装置を備えた無線通信装置において、前記複数のマイクロフォンのうちの第１のマイクロフォンは前記無線通信装置の第１の面に設けられてもよく、前記複数のマイクロフォンのうちの第２および第３のマイクロフォンは、前記第１の面と所定の距離を隔てて対向している第２の面に、当該第２の面の中心線に対して非対称となるように設けられてもよい。
【０２７０】
上記した実施の形態にかかる他の典型的なノイズ低減方法は、複数のマイクロフォンで収音された音にそれぞれ応じた複数の収音信号の位相差情報に基づき、前記複数の収音信号の中からノイズ低減処理に用いる第１の収音信号および第２の収音信号を決定し、前記決定された前記第１の収音信号に含まれるノイズ成分を前記第２の収音信号を用いて低減する。
【０２７１】
上記した実施の形態にかかる他の典型的な音声入力装置はノイズ低減装置を備え、前記ノイズ低減装置は、主として音声成分を収音するための第１のマイクロフォンと、主としてノイズ成分を収音するための第２および第３のマイクロフォンとを備え、前記第１のマイクロフォンは前記音声入力装置の第１の面に設けられ、前記第２および第３のマイクロフォンは、前記第１の面と所定の距離を隔てて対向している第２の面に、当該第２の面の中心線に対して非対称となるように設けられている。
【０２７２】
上記した実施の形態にかかる他の典型的な音声入力装置において、前記第２および第３のマイクロフォンは、当該第２および第３のマイクロフォンを結ぶ線分と前記中心線とが所定の角度で交わるように設けられていてもよい。
【０２７３】
上記した実施の形態にかかる他の典型的な音声入力装置において、前記第２および第３のマイクロフォンは、前記中心線と垂直に交わる２つの線分と、前記中心線と平行でかつ前記中心線に対して対称に配置された２つの線分とで形成される矩形の対角の位置に設けられていてもよい。
【０２７４】
上記した実施の形態にかかる他の典型的な無線通信装置はノイズ低減装置を備え、前記ノイズ低減装置は、主として音声成分を収音するための第１のマイクロフォンと、主としてノイズ成分を収音するための第２および第３のマイクロフォンとを備え、前記第１のマイクロフォンは前記無線通信装置の第１の面に設けられ、前記第２および第３のマイクロフォンは、前記第１の面と所定の距離を隔てて対向している第２の面に、当該第２の面の中心線に対して非対称となるように設けられている。
【０２７５】
上記した実施の形態にかかる他の典型的な無線通信装置において、前記第２および第３のマイクロフォンは、当該第２および第３のマイクロフォンを結ぶ線分と前記中心線とが所定の角度で交わるように設けられていてもよい。
【０２７６】
上記した実施の形態にかかる他の典型的な無線通信装置において、前記第２および第３のマイクロフォンは、前記中心線と垂直に交わる２つの線分と、前記中心線と平行でかつ前記中心線に対して対称に配置された２つの線分とで形成される矩形の対角の位置に設けられていてもよい。
【０２７７】
上記した実施の形態によれば、様々な環境下においても音声信号に含まれるノイズ成分を適切に低減することができるノイズ低減装置、音声入力装置、無線通信装置、およびノイズ低減方法を提供することが可能となる。
【０２７８】
以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【０２７９】
１、２、３、４  ノイズ低減装置
１１  音声用マイクロフォン
１２  参照音用マイクロフォン
１３、１４  ＡＤコンバータ
１５  音声区間判定器
１６  音声方向検知器
１７  適応フィルタ制御部
１８  適応フィルタ
２１、２２  収音信号
２３、２４  音声区間情報
２５  音声方向情報
２６  制御信号
２７  出力信号
１０１  音声用マイクロフォン
１０２、１０３  参照音用マイクロフォン
１０４、１０５、１０６  ＡＤコンバータ
１１５  音声区間判定器
１１６  信号決定部
１１７  適応フィルタ制御部
１１８  適応フィルタ
１１１、１１２、１１３  収音信号
１２３、１２４  音声区間情報
１２５  収音信号選択情報
１２６  位相差情報
１２７  制御信号
１２８  出力信号
２０１  音声用マイクロフォン
２０２、２０３  参照音用マイクロフォン
２０４、２０５、２０６  ＡＤコンバータ
２１５  音声区間判定器
２１６  信号決定部
２１７  適応フィルタ制御部
２１８  適応フィルタ
２１１、２１２、２１３  収音信号
２２３  収音信号選択情報
２２４  音声区間情報
２２５  収音信号選択情報
２２６  位相差情報
２２７  制御信号
２２８  出力信号
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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