(57)【要約】【課題】小型のマイクロフォンアレーを用いて低い周波数帯の音声の収音を可能とするマイクロフォンアレー用信号処理装置およびマイクロフォンアレーシステムを提供する。【解決手段】マイクロフォンアレーを構成する複数のマイクロフォンからそれぞれ出力される複数の音声信号にそれぞれ遅延を付加する遅延器（４１１−１〜４１１−Ｍ）と、それぞれ遅延を付加された前記複数の音声信号の総和をとる加算器（４１２）とを有する信号処理装置（４）において、前記音声信号に含まれる音声の調波構造を検出する調波構造検出部（４２１）と、検出された調波構造に基づいて所定の周波数成分を選択的に通過させるフィルタ部（４２２）とを設けた。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロフォンアレーを構成する複数のマイクロフォンからそれぞれ出力される複数の音声信号にそれぞれ遅延を付加する遅延手段と、
それぞれ遅延を付加された前記複数の音声信号の総和をとる加算手段と、
前記音声信号に含まれる音声の調波構造を検出する検出手段と、
検出された調波構造に基づいて所定の周波数成分を選択的に通過させるフィルタ手段と
を備えたことを特徴とするマイクロフォンアレー用信号処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたマイクロフォンアレー用信号処理装置において、
前記検出手段は、前記音声信号に含まれる基本ピッチを抽出する手段を含み、
前記フィルタ手段は、前記加算手段から出力される音声信号のうち、抽出された前記基本ピッチの整数倍の周波数成分を選択的に通過させる
ことを特徴とするマイクロフォンアレー用信号処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載されたマイクロフォンアレー用信号処理装置において、
前記検出手段は、前記音声信号のスペクトルの時間的変化に基づいて一の音源から到来する音声信号の調波構造を特定する
ことを特徴とするマイクロフォンアレー用信号処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載されたマイクロフォンアレー用信号処理装置において、
前記フィルタ手段は、
前記加算手段の出力のうち高周波成分を通過させるハイパスフィルタと、
前記調波構造に基づいて所定の周波数成分を通過させる櫛型フィルタと、
前記ハイパスフィルタの出力と前記櫛型フィルタの出力とを加算して出力する出力手段と
を備えたことを特徴とするマイクロフォンアレー用信号処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載されたマイクロフォンアレー用信号処理装置において、
さらに音源を判別する判別手段を備え、
前記フィルタ手段は、前記判別手段によって判別された任意の音源から到来する音声信号の調波構造に基づいて所定の周波数成分を選択的に通過させることを特徴とするマイクロフォンアレー。
【請求項６】
請求項５に記載されたマイクロフォンアレー用信号処理装置において、
前記判別手段は、
音声信号の調波構造と前記遅延手段および前記加算手段による遅延和処理の周波数特性とに基づいて前記音源を判別することを特徴とするマイクロフォンアレー用信号処理装置。
【請求項７】
マイクロフォンアレーを構成する複数のマイクロフォンからそれぞれ出力される複数の音声信号にそれぞれ遅延を付加する遅延手段と、
それぞれ遅延を付加された前記複数の音声信号の総和をとる加算手段と、
前記音声信号に含まれる音声の調波構造を検出する検出手段と、
音声信号の調波構造と前記遅延手段および前記加算手段による遅延和処理の周波数特性とに基づいて前記音源を判別する判別手段と
を備えたことを特徴とするマイクロフォンアレー用信号処理装置。
【請求項８】
空間的に配列された複数のマイクロフォンからなるマイクロフォンアレーと、
このマイクロフォンアレーを構成する前記マイクロフォンからそれぞれ出力される音声信号を処理するマイクロフォンアレー用信号処理装置を備えたマイクロフォンアレーシステムにおいて、
前記マイクロフォンアレー用信号処理装置は、
請求項１乃至７のいずれか１つに記載されたマイクロフォンアレー用信号処理装置であることを特徴とするマイクロフォンアレーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の空間に複数のマイクロフォンを配列したマイクロフォンアレー用の信号処理装置およびマイクロフォンアレーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、任意の空間に複数のマイクロフォンを配列したマイクロフォンアレーを構成し、各マイクロフォンで受音した信号に遅延を付加した後、それらの総和をとるアレー処理を行うことにより、指向特性を持たせることが提案されている（特許文献１，非特許文献１参照）。このようなアレー処理は、「遅延和処理」または「ＤＳ（Ｄｅｌａｙ−ａｎｄ−Ｓｕｍ）処理」と呼ばれる。
【０００３】
ここでＤＳ処理の原理は、およそ次のようなものである。
一般にマイクロフォンアレーシステムは、図１３に示すように、Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）のマイクロフォンＭＩＣｉ（ｉは１〜Ｍの自然数）からなるマイクロフォンアレーと、各マイクロフォンから出力される音声信号ｘｓｉ（ｔ）にそれぞれ遅延量Ｄｉを負荷する遅延器と、遅延された音声信号ｘｓｉ（ｔ−Ｄｉ）の総和をとる加算器から構成される。簡単のため、受音器として作用するマイクロフォンアレーは、Ｍ個のマイクロフォンが直線上に等間隔で配列された等間隔直線配列マイクロフォンアレーとする。
各マイクロフォンの出力音声信号ｘｓｉ（ｔ）に適当な遅延量Ｄｉを与えることによって、目的方向（指向特性を持たせたい方向）θＬから各マイクロフォンに到来する音声の時間差を補正し、同相化することができる。一方、目的方向θＬ以外の方向から到来する音声については、上記の遅延操作では同相化されない。したがって、遅延後の音声信号ｘｓｉ（ｔ−Ｄｉ）を加算すると、同相化された信号については強調されるものの、同相化されない信号については強調効果は小さい。その結果、目的方向θＬに対して感度が高い指向特性を形成する。
【０００４】
非特許文献１によれば、以上のようなＤＳ処理によるマイクロフォンアレーシステムの指向特性を次のように表すことができる。まず、アレー処理出力ｙ（ｔ）とアレー入力ｘｉ（ｔ）との振幅比、すなわちアレーゲインＧは、下記の式（１）、式（２）によって表される。
【０００５】
Ｇ＝｜ｓｉｎ（ΩＭ／２）／ｓｉｎ（Ω／２）｜  ・・・・・式（１）
ここで、
Ω＝２πｆｄ（ｓｉｎθＬ−ｓｉｎθ）／ｃ      ・・・・・式（２）
ｆ：  音声信号の周波数
ｄ：  マイクロフォン間隔
θＬ：目的方向
θ：  音声の到来する方向
ｃ：  音速
【０００６】
目的方向θＬをはさんでアレーゲインＧがゼロ（または、十分な低ゲイン）となるまでの指向特性は、主ローブ（ｍａｉｎｌｏｂｅ）と呼ばれ、アレーゲインＧが最初にゼロとなる条件は、上記式（１）より
ΩＭ／２＝π                                  ・・・・・式（３）
のときである。θＬ＝０（目的方向がマイクロフォンアレーの正面）のときは、上記式（２）と式（３）より、アレーゲインが最初にゼロとなる角度θ１（主ローブ幅）は、次のように表される。
θ１＝ｓｉｎ-1（ｃ／ｆｄＭ）                  ・・・・・式（４）
上記式（４）から、周波数ｆ、マイクロフォン間隔ｄ、マイクロフォン数Ｍが大きくなれば、主ローブ幅が小さくなることがわかる。
【０００７】
非特許文献１によれば、一般に、ＤＳマイクロフォンアレーの指向特性については、次のようなことがいえ、これらは直線配列以外のアレー形状であっても、共通の性質である。
（１）マイクロフォン数Ｍとマイクロフォン間隔ｄを大きく選び、アレー長Ｍｄを大きくすれば、目的方向に鋭い指向特性が実現できる。
（２）主ローブの幅に周波数依存性（高い周波数ほど鋭い）がある。
（３）マイクロフォン間隔ｄがｄ＜ｃ／２ｆであれば、主ローブの空間的折り返しは生じない。
【０００８】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開平９−１４００００号公報
【特許文献２】特開平６−２０２６２７号公報
【特許文献３】特開平９−２５１０４４号公報
【非特許文献１】大賀寿郎、山崎芳男、金田豊  共著「音響システムとディジタル処理」、電子情報通信学会 (平成７年３月２５日発行）、ｐ．１８１〜１８６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のようなＤＳマイクロフォンシステムの性質のため、低い周波数帯についても鋭い指向特性を得ようとすると全体のアレー長を大きくしなければならず、マイクロフォンアレーの小型化の妨げとなっていた。また、小型のマイクロフォンアレーを用いた場合には、指向特性を十分に鋭くすることができないため、低い周波数帯の音声信号が周辺からの他の音声信号（雑音）に埋もれてしまうという問題があった。
そこで、本発明は、小型のマイクロフォンアレーを用いても低い周波数帯の音声の収音を可能とするマイクロフォンアレー用信号処理装置およびマイクロフォンアレーシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するために、本発明にかかるマイクロフォンアレー用信号処理装置は、マイクロフォンアレーを構成する複数のマイクロフォンからそれぞれ出力される複数の音声信号にそれぞれ遅延を付加する遅延手段と、それぞれ遅延を付加された前記複数の音声信号の総和をとる加算手段と、前記音声信号に含まれる音声の調波構造を検出する検出手段と、検出された調波構造に基づいて所定の周波数成分を選択的に通過させるフィルタ手段とを備えたことを特徴とする。
本発明においては、マイクロフォンアレーのアレー長と周波数によって定まる指向特性に対し、十分高い周波数成分については、前記遅延手段および前記加算手段による遅延和処理によって必要な指向特性を得る一方、低い周波数成分については、当該音声信号の調波構造に着目し、前記フィルタ手段によって当該音声信号に関係しない周波数成分が取り除かれる。
【００１１】
ここで上記検出手段は、例えば、音声信号から抽出される基本ピッチに基づいて調波構造を検出してもよいが、前記音声信号のスペクトルの時間的変化、例えば、調波構造ごとのスペクトルの出現やピークのタイミング等に基づいて一の音源から到来する音声信号の調波構造を特定するようにしてもよい。
【００１２】
また、フィルタ手段は、例えば、前記加算手段から出力される音声信号のうち、音声信号の基本ピッチの整数倍の周波数成分（基本ピッチおよび高調波成分）を選択的に通過させる櫛型フィルタにより実現することができる。したがって、フィルタ手段を、例えば、前記加算手段の出力のうち高周波成分を通過させるハイパスフィルタと、前記調波構造に基づいて所定の周波数成分を通過させる櫛型フィルタと、前記ハイパスフィルタの出力と前記櫛型フィルタの出力とを加算して出力する出力手段とにより構成することにより、検出された調波構造に基づいて所定の周波数成分を選択的に通過させることができる。
【００１３】
また、本発明にかかるマイクロフォンアレー用信号処理装置は、さらに音源を判別する判別手段を備え、この判別手段によって判別された任意の音源から到来する音声信号の調波構造に基づいて所定の周波数成分を選択的に通過させるようにしてもよい。
【００１４】
このとき、前記判別手段による音源の判別は、音声信号の調波構造と前記遅延手段および前記加算手段による遅延和処理の周波数特性とに基づいて行うことができる。
例えば、当該音源からの音声信号の調波構造スペクトルを遅延和処理の前後で比較すると、音源が目的方向（マクロフォンアレーの指向特性の中心）に位置している場合には、両者がほぼ同じ傾向を示すのに対し、音源が目的方向から外れている場合には、両者が異なる傾向を示す。したがって、調波構造ごとに遅延和処理前後のスペクトルを比較することによって、音源の判別を行うことができる。
【００１５】
また、本発明にかかるマイクロフォンアレーシステムは、空間的に配列された複数のマイクロフォンからなるマイクロフォンアレーと、このマイクロフォンアレーを構成する前記マイクロフォンからそれぞれお出力される音声信号を処理するマイクロフォンアレー用信号処理装置を備えたマイクロフォンアレーシステムにおいて、前記マイクロフォンアレー用信号処理装置として、上述したいずれかのマイクロフォンアレー用信号処理装置を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来は鋭い指向特性を実現できなかった低周波成分についても、選択性を高め、雑音を抑制することができるので、アレー長を大きくしなくても低い周波数帯の音声の収音を可能とするマイクロフォンアレー用信号処理装置およびマイクロフォンアレーシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態にかかるマイクロフォンアレーシステムの概要を示す図、図２は、このマイクロフォンアレーシステムの信号処理装置の構成を示す図である。
このマイクロフォンアレーシステムは、図１に示すように、マイクロフォンアレーを構成するＭ個のマイクロフォン１−１〜１−Ｍと、各マイクロフォンから出力される音声信号をそれぞれ増幅するアンプ２−１〜２−Ｍと、増幅された音声信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３−１〜３−Ｍと、Ａ／Ｄ変換された音声信号に対してデジタル信号処理を行い出力する信号処理装置４とから構成されている。
なお、信号処理装置４は、ＣＰＵ（中央演算装置）、信号処理装置を制御するプログラム等を記憶したＲＯＭおよびＣＰＵによる各種演算結果等を記憶するＲＡＭ等の記憶装置を有するコンピュータにより実現することも可能である。また、汎用のＣＰＵに代えて、専用の信号処理装置（ＤＳＰ）を用いてもよい。
【００１９】
信号処理装置４は、図２に示すように、遅延和（ＤＳ）処理部４１とフィルタ処理部４２とから構成されている。
このうちＤＳ処理部４１は、Ａ/Ｄ変換された各音声信号に対して遅延を付加する遅延器４１１−１〜４１１−Ｍとこれらの遅延器の出力を加算する加算器４１２とから成り、その基本構成および動作は、従来のＤＳ処理部と同一である。
【００２０】
フィルタ処理部４２は、ＤＳ処理部４１から出力されるＤＳ処理後の音声信号の調波構造に基づいてフィルタ処理を行うフィルタであり、具体的には、調波構造検出部（ピッチ抽出部）４２１とフィルタ部４２２とから構成される。ここでピッチ抽出部４２１は、公知のピッチ抽出手法によりＤＳ処理部４１から出力されるＤＳ処理後の音声信号からその基本ピッチを抽出する。なお、公知のピッチの抽出手法については、例えば、特許文献２、特許文献３等を参照されたい。
一方、フィルタ部４２２は、低い周波数帯域に対しては、ピッチ抽出部４２１によって抽出された基本ピッチの整数倍の周波数成分のみを通過させる、一種の櫛型フィルタとして作用するとともに、それ以外の高い周波数帯域に対しては、そのまま通過させるデジタルフィルタである。櫛型フィルタとして作用すべき周波数帯域は、ＤＳ処理によっては十分な指向特性を得られない周波数帯とすればよい。この帯域は、マイクロフォンアレーのアレー長に応じて自ずと定めることができる。
【００２１】
従来のマイクロフォンアレーシステムにおいては、アレー長を十分大きくとれない場合には、周波数帯が低くなると、ＤＳ処理によっては十分に鋭い指向特性を得ることができないため、ＤＳ処理部４１から出力されるＤＳ処理後の音声信号には、収音したい音声信号の他にも音声信号に空調やプロジェクタの雑音等の広帯域雑音が含まれていることが多い。
一方、収音したい音声は、一般的に基本ピッチ（基本周波数）と基本ピッチの整数倍の高調波成分とからなる調波構造を有する。したがって、本実施の形態においては、まず、ピッチ抽出部４２１において、ＤＳ処理部４１から出力されるＤＳ処理後の音声信号に含まれる基本ピッチ（基本周波数）を抽出し、フィルタ部４２２において、この基本ピッチを整数倍することにより、調波構造を検出し、この調波構造に基づくフィルタ処理を行うことにより、広帯域雑音を取り除くことができる。
【００２２】
次に図３を参照して、上述したフィルタ部４２２の構成について詳述する。
図３に示すように、信号処理装置４のうち、フィルタ処理部４２は、ピッチ抽出部４２１、櫛型フィルタ４２２ａ、ＤＳ処理部４１の出力から高い周波数成分を抽出するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４２２ｂ、櫛型フィルタ４２２ａの出力とＨＰＦ４２２ｂの出力とを加算する加算器４２２ｃとから構成することができる。
ここで櫛型フィルタ４２２ａは、ピッチ抽出部４２１により抽出された基本ピッチの整数倍の周波数成分を通過させるように構成される。したがって、櫛型フィルタ４２２ａからは、ＤＳ処理部４１から出力される音声信号のうち、調波構造成分のみが出力される。このような櫛型フィルタ４２２ａは、デジタルフィルタにより構成してもよいし、周波数領域において実行するものでもよい。
一方、ＨＰＦ４２２ｂは、ＤＳ処理によって十分な指向特性が得られる高い周波数帯の信号成分のみを通過させるように構成されている。したがって、ＤＳ処理部４１から出力される音声信号のうち、広帯域雑音等を含む低周波成分は、ＨＰＦ４２２ｂによってカットされ、十分な指向特性が得られる高い周波数帯の信号成分のみが出力される。
【００２３】
このような構成をとることにより、本実施の形態にかかるマイクロフォンアレーシステムは、高い周波数成分についてはＤＳ処理のみを行い、ＤＳ処理によっては鋭い指向特性を得ることができない低い周波数帯の信号については、調波構造に基づくフィルタ処理を行っていることになる。
特に、高い周波数成分については、ＤＳ処理部４１の出力がＨＰＦ４２２ｂによって供給されるため、例えば無声子音等の比較的高い周波数帯に主要なエネルギーが分布している音声信号の欠落を避けることができる。
【００２４】
なお、本実施の形態の変形例として、図４に示すように、櫛型フィルタ４２２ａの後段にローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２２ｄを設け、櫛型フィルタ４２２ａの出力をこのＬＰＦ４２２ｄを通した上で加算器４２２ｃに供給するようにしてもよい。なお、このようなＬＰＦ４２２ｄは、櫛型フィルタ４２２ａの前段に設けるようにしてもよい。このとき、ＬＰＦ４２２ｄの通過帯域は、ＤＳ処理によっては十分な指向特性が得られない低い周波数帯とし、ＬＰＦ４２２ｄとＨＰＦ４２２ｂとが互いに補完し合うことがより望ましい。これにより音質の劣化を抑えることが可能となる。
【００２５】
［第２の実施の形態］
次に本発明の第２の実施の形態について図５を参照して説明する。
第１の実施の形態においては、ＤＳ処理部４１の出力をピッチ抽出部４２１の入力とし、ＤＳ処理後の音声信号から基本ピッチを抽出するものとして説明したが、本実施の形態は、ＤＳ処理前の信号に基づいて基本ピッチを抽出するようにしたものである。
図５は、本実施の形態にかかるマイクロフォンアレーシステムのうち、信号処理装置４の構成を示す図である。ここに示すように、ピッチ抽出部４２１は、マイクロフォンアレーを構成するＭ個のマイクロフォンのうち任意の１のマイクロフォンのＡ／Ｄ変換後の音声信号から基本ピッチを抽出するようにしてもよいし、図示はしないが、マイクロフォンアレーとは別に基本ピッチ抽出用のマイクロフォンを設けてもよい。
なお、本実施の形態において、信号処理装置４を除くマイクロフォンアレーの構成は、上述した第１の実施の形態と同様である（図１参照）。また、信号処理装置４の各構成要素も第１の実施の形態と同様である。
【００２６】
［第３の実施の形態］
次に図６乃至９を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、上述した従来の技術および第１の実施例と同一の構成については、同一の符号を用いることとし、その説明は適宜省略する。
本発明の第３の実施の形態にかかるマイクロフォンアレーシステムは、十分に鋭い指向性特性を得られない結果、マイクロフォンアレーが複数の音源からの音声を検出してしまう場合であっても、それらの到来する方向から音源を判別する手段を備えたものである。
図６に本実施の形態にかかるマイクロフォンアレーシステムの信号処理装置４の構成を示す。本実施の形態において、信号処理装置４は、ピッチ抽出部４２１と、判別部５２１と、フィルタ部４２２とを備えたフィルタ処理部５２を有する。
このうち、ピッチ抽出部４２１は、第１の実施の形態で述べたように、音声信号（本実施の形態においてはＤＳ処理部４１の出力信号）からその基本ピッチを抽出する。
【００２７】
判別部５２１は、ピッチ抽出部４２１によって抽出された基本ピッチから得られる調波構造ごとにＤＳ処理前後の信号を比較して、その基本ピッチを有する当該音声が目的方向（θＬ）から到来したものか否かを判別し、目的方向から到来した音声の基本ピッチをフィルタ部４２２に出力する。この音源の判別の原理については後述する。
フィルタ部４２２は、低い周波数帯域に対しては、判別部５２１によって与えられる基本ピッチの整数倍の周波数成分のみを通過させる、一種の櫛型フィルタとして作用するとともに、それ以外の高い周波数帯域に対しては、そのまま通過させるデジタルフィルタである。その特性は、第１の実施の形態におけるフィルタ部４２２と同じものである。
【００２８】
次に判別部５２１における音源の判別処理について図７Ａ乃至９を参照して説明する。
（１）音源の方向とＤＳ処理の周波数特性
マイクロフォンアレーの目的方向θＬは、ＤＳ処理における各遅延量Ｄｉを適宜制御することによって定めることができ、その指向特性には周波数依存性があることは、上述したとおりである（例えば、式（１）乃至（４）等参照）。図７Ａおよび図７Ｂは、ともにＤＳ処理後の音声信号の周波数特性を表し、前者は音源が目的方向θＬにある場合、後者は音源が目的方向θＬから外れた位置にある場合を表す。音源が音源が目的方向θＬにある場合には、周波数領域全体にわたってほぼフラットな周波数特性が得られる（図７Ａ）。これに対し、音源が目的方向θＬから外れている場合は、低い周波数領域においてはフラットな特性を示すものの、指向特性の周波数依存性により、高い周波数帯域においては、複数の特定の周波数（これらの周波数は、マイクロフォン数Ｍ、マイクロフォン間隔ｄ、音源の目的方向とのずれθによって様々である。）にピークが現れるとともに、全体的にゲインが小さくなる傾向がある（図７Ｂ）。
したがって、ある音源から到来した音声に関し、周波数領域においてＤＳ処理前の信号とＤＳ処理後の信号とを比較すると、音源が目的方向θＬにある場合には、調波構造を構成する各ピーク周波数においてほぼ等しいレベルとなるのに対し、音源が目的方向θＬからはずれている場合には、ピーク周波数によって異なるレベルとなる。
【００２９】
（２）調波構造に基づく音源の判別
実環境においては、様々な音源からの複数の信号が入り混じっているため、ＤＳ処理前後の信号を単純に比較しても、特定の音源について上述のような周波数特性の違いを見いだすことはまず不可能である。
そこで、本実施の形態においては、各音源が特有の調波構造を有している点に着目し、一の調波構造を構成する倍音列の位置についてのみ、ＤＳ処理前の信号とＤＳ処理後の信号とを比較する。これによって、それらの倍音成分が同一の音源から発せられたものであるならば、それらの周波数成分については、ＤＳ処理の周波数特性が表れる。したがって、調波構造ごとにＤＳ処理の周波数特性を比較することにより、複数の音源を判別することが可能となる。
【００３０】
このような調波構造に基づく音源の判別方法について、図８乃至図９を参照して説明する。
図８は、特定の音源からの音声のフーリエスペクトルの一例を示す図である。横軸は周波数、縦軸は強度である。ここに示すように、一般的に自然界に存在する音声は調波構造を有しているので、そのフーリエスペクトルは、基本ピッチ（固有振動数）の整数倍の周波数にピークが等間隔に現れる。
図９Ａおよび図９Ｂは、図８に示す調波構造の倍音成分についてＤＳ処理前の音声信号とＤＳ処理後の音声信号との差（以下、倍音成分に関するＤＳ処理の周波数特性を単に「エンベロープ」という。）を示す図である。このうち、図９Ａは、音源が目的方向θＬにある場合のエンベロープであり、図９Ｂは、音源が目的方向θＬからはずれているときのエンベロープの例である。前者の場合はすべての倍音成分についてほぼ同じ値をとる（すなわちフラットとなる）のに対し、後者の場合は、特に高い周波数領域において異なる値をとることがわかる。
したがって、基本ピッチが異なる調波構造ごとにＤＳ処理による周波数特性を求めることにより、その特徴からその調波構造を有する音源が目的方向θＬにあるか否かを判別することができる。
【００３１】
以上のように、本実施の形態においては、判別部５２１が調波構造に基づいて音源を判別し、目的方向θＬにある音源の調波構造のみをフィルタ部４２２に与えることができるので、低い周波数帯域においても、マイクロフォンアレーが収音した複数の音源からの音声信号の中から目的方向θＬからの音声信号を取り出すことができる。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、目的方向をθＬとする１つのＤＳ処理後の信号に基づいて判別を行うものとして説明したが、目的方向を異にする他のＤＳ処理を同時に行い、そのＤＳ処理後の信号についても同様の判別を行なってもよい。この場合、音源が目的方向θＬにある場合には、目的方向を異にするＤＳ処理の特性に基づくエンベロープはフラットにはならないことは明らかである。したがって、目的方向を異にする２以上のエンベロープを取得し、エンベロープがフラットにはならない、という情報をも積極的に活用することによって、判別の精度をより向上させることが可能となる。
【００３３】
また、本実施の形態においては、複数の音源からの音声が入り交じった信号から音源ごとの調波構造を特定する方法として、ピッチ抽出部４２１において、公知のピッチ抽出手法により各音声信号に含まれる基本ピッチを抽出してもよいが、音声信号のスペクトルの時間的変化に基づいて一の音源から到来する音声の調波構造を特定するようにしてもよい。
図１０は、音声信号のスペクトルの時間的変化の一例を示す図である。縦軸に周波数、横軸は時間を表す。図１０においては、異なる音源（例えば話者Ａ，話者Ｂ）からの音声の周波数スペクトルが、それらの調波構造とともに異なる時間に出現する様子が示されている。ここでは、話者Ａは時間ｔ1 に話し始め、話者Ｂは時間ｔ2 に話し始めている。このように、調波構造検出部４２１において、音声信号のスペクトルの時間的変化、例えば、調波構造を示すスペクトルの出現やそのピークのタイミング等に基づいて各音源の調波構造を特定するようにしてもよい。
【００３４】
また、本実施の形態の変形例として、図１１に示すように、ピッチ抽出部４２１がＤＳ処理前の信号に基づいて基本ピッチを抽出するように構成してもよい。また、フィルタ部４２２に代えて櫛型フィルタ４２２ａを設け、その出力をＨＰＦ４２２ｂの出力と加算するようにしてもよい。
【００３５】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態にかかる信号処理装置の構成を図１２に示す。この信号処理装置は、図１１に示した信号処理装置４のフィルタ処理部５２のうち、フィルタ部４２２ａとＨＰＦ４２２ｂを省略し、調波構造検出部（ピッチ抽出部）４２１および判別部５２１からフィルタ処理部５２’を構成し、このフィルタ処理部５２’とＤＳ処理部４１と組み合わせ、音源方向判別装置としたものである。
このような音源方向判別装置においては、調波構造検出部４２１によって抽出された基本ピッチから得られる調波構造ごとにＤＳ処理前後の信号を比較して、その基本ピッチを有する当該音声が目的方向（θＬ）から到来したものか否かを判別する。したがって、複数の話者が存在する場合でも、これらの話者から発せられる音声の調波構造がそれぞれ異なれば、話者ごとに方向を特定することが可能となる。図示はしないが、このとき、ＤＳ処理部４１の遅延量Ｄ１〜ＤＭからそのときの目的方向（θＬ）を算出し、これ出力するようにしてもよい。
【００３６】
また、本実施の形態においては、調波構造検出部４２１を用いてマイクロフォンによって収集した音声信号の調波構造を特定しているが、変形例として、この調波構造検出部４２１に代えて、メモリ等の記憶手段を設け、これに目的とする音源の持つ調波構造を記憶させておき、マイクロフォンアレーの指向特性を変化させることにより、目的とする音源の方向を特定することができる。
また、音源がマイクロフォンアレーの正面にあるか否かを判断するのであれば、ＤＳ処理部４１の遅延部４１１−１〜４１１−Ｍは不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるマイクロフォンアレーシステムの概要を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかるマイクロフォンアレーシステムの信号処理装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態にかかるマイクロフォンアレーシステムの信号処理装置を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態にかかるマイクロフォンアレーシステムの信号処理装置の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかるマイクロフォンアレーシステムの信号処理装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態にかかるマイクロフォンアレーシステムの信号処理装置の構成を示す図である。
【図７Ａ】ＤＳ処理後の音声信号（音源が目的方向θＬにある場合）の周波数特性を表す図である。
【図７Ｂ】ＤＳ処理後の音声信号（音源が目的方向θＬにない場合）の周波数特性を表す図である。
【図８】音声のフーリエスペクトルの一例を示す図である。
【図９Ａ】倍音成分についてＤＳ処理の周波数特性（音源が目的方向θＬにある場合）を示す図である。
【図９Ｂ】倍音成分についてＤＳ処理の周波数特性（音源が目的方向θＬにない場合）を示す図である。
【図１０】音声信号のスペクトルの時間的変化の一例を表す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態にかかるマイクロフォンアレーシステムの信号処理装置の変形例を示す図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態にかかるマイクロフォンアレーシステムの信号処理装置の構成を示す図である。
【図１３】従来のマイクロフォンアレーシステムを説明するための図である。
【符号の説明】
【００３８】
１−１〜１−Ｍ…マイクロフォン、２−１〜２−Ｍ…アンプ、３−１〜３−Ｍ…Ａ／Ｄコンバータ、４…信号処理装置、４１…遅延和処理部、４１１−１〜４１１−Ｍ…遅延器、４１２…加算器、４２，５２，５２’…フィルタ処理部、４２１…調波構造抽出部（ピッチ抽出部）、４２２…フィルタ部、４２２ａ…櫛型フィルタ，４２２ｂ…ＨＰＦ、４２２ｃ…加算器、４２２ｄ…ＬＰＦ、５２１…判別部、。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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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