(57)【要約】【課題】測定用の音源を用いずに室内環境に応じた所望の音源方向に係る伝達関数を算出することができる音響処理装置及び音響処理方法を提供する。【解決手段】収音位置算出部は複数のチャネルの音響信号に基づいて前記音響信号の収音位置を算出し、音源方向算出部は前記複数のチャネルの音響信号に基づいて音源方向を算出し、第１伝達関数算出部は前記複数のチャネルの音響信号に基づいて前記音源方向に対応する第１伝達関数を算出し、第２伝達関数算出部複数の音源方向のそれぞれに対応する第１伝達関数を補間して第２伝達関数を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチャネルの音響信号に基づいて前記音響信号の収音位置を算出する収音位置算出部と、
前記複数のチャネルの音響信号に基づいて音源方向を算出する音源方向算出部と、
前記複数のチャネルの音響信号に基づいて前記音源方向に対応する第１伝達関数を算出する第１伝達関数算出部と、
複数の音源方向のそれぞれに対応する第１伝達関数を補間して第２伝達関数を算出する第２伝達関数算出部と、
を備える音響処理装置。
【請求項２】
チャネル間の音響信号の時間差を算出する時間差算出部と、を備え、
前記収音位置算出部は、
収音位置を含む音源状態情報であって過去の音源状態情報から現在の音源状態情報を予測する第１状態予測部と、
前記時間差算出部が算出した時間差と前記現在の音源状態情報に基づく時間差との差が減少するように前記現在の音源状態情報を更新する第１状態更新部と、
を備える請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項３】
前記時間差算出部は、収音位置間の配置が所定範囲内であるチャネル間の音響信号の時間差を算出する請求項２に記載の音響処理装置。
【請求項４】
前記音源方向算出部には、前記収音位置算出部に入力された時間差情報よりも少なくとも所定の遅延時間だけ遅れた時刻の時間差情報が入力され
前記第１伝達関数算出部には、前記収音位置算出部に入力された時間差情報に係る音響信号よりも少なくとも前記遅延時間だけ遅れた時刻の時間差情報が入力される
請求項２又は請求項３に記載の音響処理装置。
【請求項５】
前記音源方向算出部は、
音源位置を含む音源状態情報であって過去の音源状態情報から現在の音源状態情報を予測する第２状態予測部と、
前記時間差算出部が算出した時間差と前記現在の音源状態情報に基づく時間差との差が減少するように前記現在の音源状態情報を更新する第２状態更新部と、
を備える請求項２から請求項４のいずれかに記載の音響処理装置。
【請求項６】
前記第２伝達関数算出部は、前記第１伝達関数算出部が算出した第１伝達関数を、前記第２状態更新部が更新した音源状態情報の更新量に基づく重みづけにより補間する請求項５に記載の音響処理装置。
【請求項７】
前記第２伝達関数算出部が算出した第２伝達関数と前記複数のチャネルの音響信号に基づいて音源方向を算出する第２音源方向算出部と、を備え
前記第２状態更新部は、前記第２音源方向算出部が算出した音源方向と前記現在の音源状態情報に基づく音源方向との差が減少するように前記現在の音源状態情報を更新する請求項５又は請求項６に記載の音響処理装置。
【請求項８】
前記音源方向算出部は、
前記収音位置算出部が算出した収音位置への伝搬による位相変化を示す第３伝達関数を音源方向毎に算出する第３伝達関数算出部と、
前記第３伝達関数算出部が算出した第３伝達関数と前記複数のチャネルの音響信号に基づいて音源方向を定める第１音源方向決定部と、
を備える請求項１から請求項４のいずれか記載の音響処理装置。
【請求項９】
音響処理装置における音響処理方法であって、
複数のチャネルの音響信号に基づいて前記音響信号の収音位置を算出する収音位置算出ステップと、
前記複数のチャネルの音響信号に基づいて音源方向を算出する音源方向算出ステップと、
前記複数のチャネルの音響信号に基づいて前記音源方向に対応する第１伝達関数を算出する第１伝達関数算出ステップと、
複数の音源方向のそれぞれに対応する第１伝達関数を補間して第２伝達関数を算出する第２伝達関数算出ステップと、
を有する音響処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響処理装置、及び音響処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
音源で発生した音が収音部に伝搬する際の伝達特性を表す伝達関数は、収音した音響信号を処理するために用いられることがある。伝達関数は、例えば、音質の補正（イコライジング等）、残響抑圧、雑音抑圧、音源方向や音源位置の推定などの目的で用いられる。そこで、従来から様々な伝達関数の算出方法が提案されてきた。
例えば、特許文献１に記載の音響システムは、周波数帯域の異なる予め定めた複数の帯域ノイズ信号を順次スピーカより出力し、スピーカの音場に設けられたマイクロホンによって検出される検出ノイズ信号を予め設定した複数の帯域フィルタにより濾波し、複数周波数帯域ごとに分析する。また、当該音響システムは、帯域ノイズ信号と検出ノイズ信号とを伝達関数算出部に入力しスピーカよりマイクロホンまでの伝達関数を算出し、さらに帯域フィルタの通過特性に応じ算出した伝達関数を補正する。
【０００３】
特許文献１に記載の音響システムでは、マイクロホンと音源との位置関係が既知であり、受聴目的の音源とは別個に、上述の検出ノイズ信号のような測定用の音源を用いる必要があった。そこで、測定用の音源を用いずに収音した音響信号を用いてマイクロホンと音源との位置関係を推定する方法が提案されてきた。
例えば、特許文献２に記載の音源位置推定方法は、チャネル間の音声信号の時間差を算出し、音源位置とマイクロホン位置とからなる音源状態情報である過去の音源状態情報から現在の音源状態情報を予測し、算出したチャネル間の音声信号の時間差と音源状態情報に基づく時間差との誤差を減少させるように音源状態情報を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４８２２４７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６１０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載の音源位置推定方法で推定したマイクロホンと音源との位置関係から幾何的なモデルを用いて伝達関数を推定することが可能であるが、個々に異なる室内環境下で伝達関数を推定することはできなかった。室内環境の一例として、室内の残響は、室の大きさ、壁面の反射係数、設置された物体の有無や種類等によって異なる。また、伝達関数は、マイクロホンと音源の位置関係に依存するため、所望の音源方向の伝達関数を取得できなかった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、測定用の音源を用いずに室内環境に応じた所望の音源方向に係る伝達関数を算出することができる音響処理装置及び音響処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、複数のチャネルの音響信号に基づいて前記音響信号の収音位置を算出する収音位置算出部と、前記複数のチャネルの音響信号に基づいて音源方向を算出する音源方向算出部と、前記複数のチャネルの音響信号に基づいて前記音源方向に対応する第１伝達関数を算出する第１伝達関数算出部と、複数の音源方向のそれぞれに対応する第１伝達関数を補間して第２伝達関数を算出する第２伝達関数算出部と、を備える音響処理装置である。
【０００８】
（２）本発明の他の態様は、上述した音響処理装置であって、チャネル間の音響信号の時間差を算出する時間差算出部とを備え、前記収音位置算出部は、収音位置を含む音源状態情報であって過去の音源状態情報から現在の音源状態情報を予測する第１状態予測部と、前記時間差算出部が算出した時間差と前記現在の音源状態情報に基づく時間差との差が減少するように前記現在の音源状態情報を更新する第１状態更新部と、を備える。
【０００９】
（３）本発明の他の態様は、上述した音響処理装置であって、前記時間差算出部は、収音位置間の配置が所定範囲内であるチャネル間の音響信号の時間差を算出する。
【００１０】
（４）本発明の他の態様は、上述した音響処理装置であって、前記音源方向算出部には、前記収音位置算出部に入力された時間差情報よりも少なくとも所定の遅延時間だけ遅れた時刻の時間差情報が入力され前記第１伝達関数算出部には、前記収音位置算出部に入力された時間差情報に係る音響信号よりも少なくとも前記遅延時間だけ遅れた時刻の時間差情報が入力される。
【００１１】
（５）本発明の他の態様は、上述した音響処理装置であって、前記音源方向算出部は、音源位置を含む音源状態情報であって過去の音源状態情報から現在の音源状態情報を予測する第２状態予測部と、前記時間差算出部が算出した時間差と前記現在の音源状態情報に基づく時間差との差が減少するように前記現在の音源状態情報を更新する第２状態更新部と、を備える。
【００１２】
（６）本発明の他の態様は、上述した音響処理装置であって、前記第２伝達関数算出部は、前記第１伝達関数算出部が算出した第１伝達関数を、前記第２状態更新部が更新した音源状態情報の更新量に基づく重みづけにより補間する。
【００１３】
（７）本発明の他の態様は、上述した音響処理装置であって、前記第２伝達関数算出部が算出した第２伝達関数と前記複数のチャネルの音響信号に基づいて音源方向を算出する第２音源方向算出部とを備え、前記第２状態更新部は、前記第２音源方向算出部が算出した音源方向と前記現在の音源状態情報に基づく音源方向との差が減少するように前記現在の音源状態情報を更新する。
【００１４】
（８）本発明の他の態様は、上述した音響処理装置であって、前記音源方向算出部は、前記収音位置算出部が算出した収音位置への伝搬による位相変化を示す第３伝達関数を音源方向毎に算出する第３伝達関数算出部と、前記第３伝達関数算出部が算出した第３伝達関数と前記複数のチャネルの音響信号に基づいて音源方向を定める第１音源方向決定部と、を備える。
【００１５】
（９）本発明の他の態様は、音響処理装置における音響処理方法であって、複数のチャネルの音響信号に基づいて前記音響信号の収音位置を算出する収音位置算出ステップと、前記複数のチャネルの音響信号に基づいて音源方向を算出する音源方向算出ステップと、前記複数のチャネルの音響信号に基づいて前記音源方向に対応する第１伝達関数を算出する第１伝達関数算出ステップと、複数の音源方向のそれぞれに対応する第１伝達関数を補間して第２伝達関数を算出する第２伝達関数算出ステップと、を有する音響処理方法である。
【発明の効果】
【００１６】
上述した（１）又は（９）の構成によれば収音された音響信号に基づいて音源方向と第１伝達関数との組が得られ、得られた音源方向に係る第１伝達関数を参照して所望の音源方向に係る第２伝達関数が算出される。そのため、測定用の音源を用いずに室内環境に応じた所望の方向に係る伝達関数を算出することができる。
【００１７】
上述した（２）の構成によれば、収音された音響信号に基づいて収音位置を逐次に算出することができるので、その他の計測手段を用いなくてもその時点の収音位置を得ることができる。
【００１８】
上述した（３）の構成によれば、近接した収音位置間の時間差が算出されるので、算出された時間差の変動が抑制される。そのため、収音位置算出部は、算出された時間差に基づいて行われる音源状態情報を安定して推定することができるので、収音位置を高い精度で算出することができる。
【００１９】
上述した（４）の構成によれば、収音位置算出部が行う処理と、音源方向算出部ならびに第１伝達関数算出部が行う処理を並列することができる。そのため、収音位置算出部において音源状態情報の推定誤差が収束するまでの遅延が音源方向算出部ならびに第１伝達関数算出部には及ばないので、音源方向と第１伝達関数をより迅速に得ることができる。
【００２０】
上述した（５）の構成によれば、収音された音響信号に基づいて音源方向を逐次に算出することができるので、その他の計測手段を用いなくてもその時点の音源方向を得ることができる。
【００２１】
上述した（６）の構成によれば、音源方向の算出に用いられた音源状態情報の更新量に基づく重みで、その音源方向に係る第１伝達関数が補間された第２伝達関数が算出される。音源方向算出部が算出した音源方向の信頼性は音源状態情報の更新量に依存するので、算出される第２伝達関数の信頼性が向上する。
【００２２】
上述した（７）の構成によれば、音源状態情報は、時間差とは異なる情報である音源方向に基づいて更新されるので、時間差と音源方向のいずれかのみを用いる場合よりも局所解に陥るおそれを低減することができる。そのため、音源状態情報に基づいて収音位置をより高い精度で算出することができる。
【００２３】
上述した（８）の構成によれば、第３伝達関数を簡素な処理で算出することができ、算出された第３伝達関数が示す各収音位置での音源方向毎の位相変化に基づいて音源方向を定めることができる。そのため、音源方向の推定精度を損なわずに処理量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る音響処理システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図２】音源と収音部の一配置例を示す平面図である。
【図３】近接チャネル対の設定例を示す図である。
【図４】各チャネルでそれぞれ観測される音の観測時刻を表す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る音源状態推定処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る第１伝達関数算出処理を表すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る第１伝達関数データの例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る補間処理を示すフローチャートである。
【図９】目標音源方向と参照音源方向の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る音響処理を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る音響処理システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る音響処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る音響処理システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る第１伝達関数データの例を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る音響処理を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る音響処理システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る音響処理を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第５の実施形態に係る音響処理システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図１９】本発明の第５の実施形態に係る音響処理を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の第６の実施形態に係る音響処理システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図２１】本発明の第６の実施形態に係る音響処理を示すフローチャートである。
【図２２】音源と収音部の他の配置例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る音響処理システム１の構成を示す概略ブロック図である。
音響処理システム１は、音響処理装置１０とＮ＋１（Ｎは、１よりも大きい整数）個の収音部１１−０〜１１−Ｎとを含んで構成される。以下の説明では、Ｎ＋１個の収音部１１−０〜１１−Ｎのそれぞれ、又は全体を単に収音部１１と総称することがある。収音部１１−ｎ（ｎは、０からＮまでの整数）のそれぞれは、マイクロホンである。収音部１１−ｎは、収録した音響信号を音響処理装置１０に出力する。従って、収音部１１は、全体として到達した音に基づくＮ＋１チャネルの音響信号を音響処理装置１０に出力する。
【００２６】
音響処理装置１０は、信号入力部１０２、ピーク検出部１０３、時間差算出部１０４、収音位置算出部１０５、音源方向算出部１０６、第１伝達関数算出部１０７、伝達関数記憶部１０８、及び第２伝達関数算出部１０９を含んで構成される。
【００２７】
信号入力部１０２は、各収音部１１−ｎから音響信号が入力される。以下の説明では、収音部１１−ｎから入力された音響信号を、それぞれチャネルｎの音響信号と呼ぶことがある。各チャネルの音響信号は、それぞれ複数のサンプルの信号値で形成されるディジタル信号である。
信号入力部１０２は、入力されたＮ＋１チャネルの音響信号をピーク検出部１０３に出力する。信号入力部１０２は、例えば、データ入力インタフェースである。
【００２８】
ピーク検出部１０３には、信号入力部１０２からＮ＋１チャネルの音響信号が入力される。ピーク検出部１０３は、いずれかのチャネル（例えば、チャネル０）の音響信号が示す信号値のピーク（極大値）を検出し、ピークが検出されたサンプル時刻を中心とする予め定めた時間（例えば、３０ｍｓ）内の各チャネルの音響信号を抽出する。抽出される区間はチャネル間で同一であって、その区間の長さは、少なくとも周波数分析が可能な長さと同等以上であればよい。ピークの周辺の音響信号を抽出することで、人間が発話した音声や楽音などの目的音が含まれる部分が抽出され、主にノイズが含まれる部分が排除される。
【００２９】
ピーク検出部１０３は、音響信号のピークを検出する際、音響信号を形成するサンプル毎に、予め長さの平均区間で信号値の移動平均をとることで信号値を平滑化する。平滑化により音響信号に混入されるノイズや、突発的に信号値が変化するパルス等、の影響を排除することができる。ピーク検出部１０３は、平滑化した信号値についてサンプル間で微分し、得られた微分値が０よりも大きい正値から０よりも小さい負値に変化したサンプルをピークと判定する。
ピーク検出部１０３は、抽出したＮ＋１チャネルの音響信号を時間差算出部１０４及び第１伝達関数算出部１０７に出力する。
【００３０】
時間差算出部１０４は、ピーク検出部１０３から入力されたＮ＋１チャネルの音響信号について２チャネルの組（チャネル対）毎に時間差を算出する。算出される時間差は、音源から２チャネルのそれぞれに対応する収音部１１に音波が到達した時刻の差を示す。時間差算出部１０４は、チャネル対毎の時間差を示す時間差情報を収音位置算出部１０５及び音源方向算出部１０６に出力する。なお、時間差の算出処理については、後述する。
【００３１】
収音位置算出部１０５は、時間差算出部１０４から入力された時間差情報に基づいて収音位置を逐次に算出する。収音位置算出部１０５は、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ）法を用いて収音位置を算出する。
収音位置算出部１０５は、過去（例えば、前時刻ｋ−１）の音源状態情報ξｋ−１からその時点（現時刻ｋ）の音源状態情報ξｋ｜ｋ−１を予測し、時間差算出部１０４から入力された時間差情報に基づいて現在の音源状態情報ξｋに更新する。各時刻ｋの音源状態情報ξｋは、例えば、音源位置（ｘｋ，ｙｋ）、各収音部１１−ｎの位置（収音位置）（ｍｎ，ｘ，ｍｎ，ｙ）及び観測時刻誤差ｍｎ，τを示す情報を含む。収音位置算出部１０５は、音源状態情報を推定する際、時間差情報が表す時間差と予測した音源状態情報に基づく時間差との間の誤差を減少させるように音源状態情報を更新する。収音位置は、更新した音源状態情報により与えられる。
【００３２】
収音位置算出部１０５は、音源状態情報の予測及び更新において、例えば、拡張カルマンフィルタ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｋａｌｍａｎ  Ｆｉｌｔｅｒ；ＥＫＦ）法を用いる。収音位置算出部１０５における音源状態情報の予測及び更新については後述する。
収音位置算出部１０５は、更新した音源状態情報を音源方向算出部１０６に出力する。出力される音源状態情報には、推定された収音位置を示す情報が含まれる。
なお、収音位置算出部１０５の構成については、後述する。
【００３３】
音源方向算出部１０６は、時間差算出部１０４から入力された時間差情報と、収音位置算出部１０５から入力された音源状態情報に基づいて音源方向ｄを算出する。音源方向算出部１０６は、音源方向ｄを算出する際、収音位置算出部１０５と同様の方式を用いて音源状態情報を予測及び更新する。音源方向算出部１０６は、収音位置算出部１０５から入力された音源状態情報を音源状態情報の初期値として用い、入力された音源状態情報のうち各収音部１１−ｎの位置（ｍｎ，ｘ，ｍｎ，ｙ）とチャネルｎの観測時刻誤差ｍｎ，τと、を一定値として扱う。言い換えれば、音源方向算出部１０６は、音源位置（ｘｋ，ｙｋ）を可変値として予測及び更新する。
【００３４】
ＳＬＡＭ法では、音源位置よりも収音位置の方が高精度に算出されることがある。このため、音源方向算出部１０６では収音位置算出部１０５で算出された収音位置を一定値とすることで自由度を低くして、音源状態情報の予測及び更新の処理を繰り返すことで音源位置の推定精度を向上させることができる。音源方向算出部１０６は、算出した音源位置と収音位置算出部１０５で算出された収音位置に基づいて音源方向を算出する。音源方向は、例えば、Ｎ＋１個の収音部１１−０〜１１−Ｎの重心点を基準とした音源の方向であってもよいし、各収音部が配置された円周の中心を基準とした音源の方向であってもよい。
音源方向算出部１０６は、算出した音源方向を示す音源方向情報を第１伝達関数算出部１０７に出力する。なお、音源方向算出部１０６の構成については、後述する。
【００３５】
第１伝達関数算出部１０７には、Ｎ＋１チャネルの音響信号がピーク検出部１０３から入力される。入力されたＮ＋１チャネルの音響信号のうち所定の１つの音響信号を代表チャネルと呼び、その他の各チャネルを対象チャネルと呼ぶ。以下の説明では、代表チャネルがチャネル０、対象チャネルがチャネル１〜Ｎである場合を例にとる。第１伝達関数算出部１０７は、各対象チャネルｎの音響信号と代表チャネル０の音響信号に基づいて、その対象チャネルの伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］を算出する。算出された伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］を第１伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］と呼ぶ。第１伝達関数算出部１０７は、音源方向算出部１０６から入力された音源方向情報と、算出した第１伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］を示す第１伝達関数情報とを対応付けて伝達関数記憶部１０８に記憶する。なお、第１伝達関数の算出処理については、後述する。
【００３６】
伝達関数記憶部１０８には、第１伝達関数算出部１０７により、それぞれの音源方向情報と第１伝達関数情報とが対応付けて記憶される。対応付けて記憶された音源方向情報と第１伝達関数情報との組が順次に累積されることにより、第１伝達関数データが伝達関数記憶部１０８に形成される。第１伝達関数データの例については、後述する。
【００３７】
第２伝達関数算出部１０９は、伝達関数記憶部１０８に記憶された第１伝達関数データを参照し、音源方向情報が示す音源方向と目標の音源方向（目標音源方向）とに基づいて、その音源方向情報にそれぞれ対応する第１伝達関数を補間する。補間により目標音源方向に対応する第２伝達関数が算出される。第２伝達関数算出部１０９は、第１伝達関数を補間する際、例えば、ＦＴＤＬＩ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−  Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ、周波数時間領域線形補間）法を用いる。
第２伝達関数算出部１０９には、予め複数の目標音源方向が設定され、それぞれの目標音源方向に対応する第２伝達関数を算出してもよい。なお、第２伝達関数算出部１０９による第２伝達関数の算出については後述する。
【００３８】
（音源、収音部の配置例）
次に、音源と収音部１１−ｎの一配置例について説明する。
図２は、音源Ｓと収音部１１−ｎの一配置例を示す平面図である。
図２では、Ｘ方向を図面に対して右方に示す。図２に示す例では、部屋Ｒｍ内に音源Ｓと８（Ｎ＋１）個の収音部１１−０〜１１−７が配置されていることを示す。収音部１１−０〜１１−７は、それぞれロボット（移動物体）Ｒｏの頭部に中心Ｃから所定の半径ρの円周上に等間隔で固定されている。従って、ロボットＲｏの移動、その姿勢の変化に応じて、各収音部１１−ｎの位置が変化する。また、収音部１１−０〜１１−７は、それぞれ異なる位置に配置され、互いに位置関係が固定されていることによりマイクロホンアレイが形成される。
【００３９】
音源Ｓは、音を発生する実体（例えば、人、楽器、音響機器、等の物体）である。音源方向ｄは、８個の収音部１１−０〜１１−７の位置の中心Ｃからの、Ｘ軸方向を基準とした音源Ｓの方向である。
Ａ［ｄ］［０］〜Ａ［ｄ］［７］は、音源方向ｄに対する収音部１１−０〜１１−７の伝達関数、つまり、音源方向ｄに配置された音源Ｓから収音部１１−０〜１１−７のそれぞれまでの伝達関数を示す。以下の説明では、主に二次元平面内の音源方向ｄに対する収音部１１−０〜１１−７の伝達関数Ａ［ｄ］［０］〜Ａ［ｄ］［７］を扱う場合を例にとる。
【００４０】
なお、以下の説明では、各収音部１１−ｎ（ｎは、０からＮまでの整数）の位置を収音位置、又はチャネルｎの収音位置と呼ぶことがある。Ｎ＋１個の収音部１１−０〜１１−Ｎで形成されるマイクロホンアレイの代表点（例えば、重心点）の位置を「収音部１１の位置」と呼ぶことがある。また、後述するように伝達関数Ａ［ｄ］［０］〜Ａ［ｄ］［７］は、周波数ω毎に得られるが、図面や以下の説明では周波数ωの表記を省略することがある。
【００４１】
（時間差の算出処理）
次に、時間差算出部１０４（図１）による時間差の算出処理について説明する。
時間差算出部１０４は、ピーク検出部１０３から入力されたＮ＋１チャネルの音響信号についてチャネル対毎に時間差を算出する。時間差算出部１０４は、Ｎ・（Ｎ−１）／２個のチャネル対のうち、収音位置が幾何的に互いに近接した２つの収音部１１−ｎ、１１−ｍ（ｍは、０からＮまでの整数、ｍ≠ｎ）のそれぞれに対応したチャネルｎ、ｍからなるチャネル対について時間差を算出する。Ｎ・（Ｎ−１）／２は、Ｎ＋１個の収音部１１−０〜１１−Ｎが周回的に配置されている場合のチャネル対の総数である。
時間差算出部１０４には、時間差を算出すべきチャネル対として、一方の収音部１１−ｎから予め定めた範囲内の他方の収音部１１−ｍのそれぞれに対応するチャネル対を予め設定しておく。このチャネルｎ、ｍからなるチャネル対を、近接チャネル対と呼ぶ。
【００４２】
図３は、近接チャネル対の設定例を示す図である。
図３に示す例では、一方のチャネルが収音部１１−０に対応するチャネル０である近接チャネル対は、チャネル０と収音部１１−１に対応するチャネル１との組からなる近接チャネル対ｃｈｐ０１と、チャネル０と収音部１１−７に対応するチャネル７との組からなる近接チャネル対ｃｈｐ０７である。一方のチャネルが収音部１１−５に対応するチャネル５である近接チャネル対は、チャネル５と収音部１１−４に対応するチャネル４との組からなる近接チャネル対ｃｈｐ４５、チャネル５と収音部１１−６に対応するチャネル６との組からなる近接チャネル対ｃｈｐ５６である。一方のチャネルが、その他のチャネルである場合についても同様にして近接チャネル対を定めることができる。
【００４３】
時間差算出部１０４に設定される全ての近接チャネル対には、各１個の近接チャネル対を形成する一方のチャネルに、チャネル０〜Ｎがそれぞれ含まれていればよい。例えば、互いに隣接する収音部を形成するチャネル対、つまり、チャネル０とチャネル１との組からなる近接チャネル対ｃｈｐ０１、ｃｈｐ１２、ｃｈｐ２３、ｃｈ３４、ｃｈｐ４５、ｃｈｐ５６、ｃｈｐ６７、ｃｈｐ０７が含まれていればよい。
【００４４】
次に、近接チャネル対ｃｈｐｍｎについて算出されるチャネルｍ、ｎ間の時間差Δｔｍｎ，ｋについて説明する。
図４は、チャネルｍ、ｎでそれぞれ観測される音の観測時刻ｔｍ，ｋ、ｔｎ，ｋを表す図である。横軸は、時刻を示す。
時間差Δｔｍｎ，ｋは、観測時刻ｔｎ，ｋと観測時刻ｔｍ，ｋとの間の時間ｔｎ，ｋ−ｔｍ，ｋである。各チャネルの観測時間には、音源Ｓからの音波の伝搬時間に観測時刻誤差が付加される。
観測時刻ｔｍ，ｋは、音源Ｓが時刻Ｔｋで音を発したときに収音部１１−ｍで音波が観測される時刻である。観測時刻ｔｍ，ｋは、時刻Ｔｋにチャネルｍでの観測時刻誤差ｍｍ，τに音源Ｓから収音部１１−ｍへの音波の伝搬時間Ｄｍ，ｋ／ｃが加わった時刻である。ここで、Ｄｍ，ｋは、音源Ｓから収音部１１−ｍまでの距離を示す。ｃは、音速を示す。観測時刻ｔｎ，ｋは、時刻Ｔｋにチャネルｎでの観測時刻誤差ｍｎ，τに音源Ｓから収音部１１−ｎへの音波の伝搬時間Ｄｎ，ｋ／ｃが加わった時刻である。Ｄｎ，ｋは、音源Ｓから収音部１１−ｎまでの距離を示す。従って、時間差Δｔｍｎ，ｋは、式（１）で表わされる。
【００４５】
【数１】
2015154207.tif 000003
【００４６】
式（１）において、伝搬時間Ｄｎ，ｋは、式（２）に示すように、音源位置（ｘｋ，ｙｋ）及びチャネルｎの収音位置（ｍｎ，ｘ，ｍｎ，ｙ）の関数となる。
【００４７】
【数２】
2015154207.tif 000004
【００４８】
伝搬時間Ｄｍ，ｋは、式（２）においてチャネルｎの収音位置（ｍｎ，ｘ，ｍｎ，ｙ）にチャネルｍの収音位置（ｍｍ，ｘ，ｍｍ，ｙ）を代入して与えられる。
従って、時間差Δｔｎ，ｋは、チャネルｍ、ｎの観測時刻誤差ｍｍ，τ、ｍｎ，τ、音源位置（ｘｋ，ｙｋ）、及びチャネルｍ、ｎの収音位置（ｍｍ，ｘ，ｍｍ，ｙ）、（ｍｎ，ｘ，ｍｎ，ｙ）、即ち、前述の音源状態情報の関数となる。
時間差算出部１０４は、算出したチャネル対毎の時間差を要素とする時刻ｋの観測値ベクトルζｋを生成し、生成した観測値ベクトルζｋを時間差情報として収音位置算出部１０５に出力する。
【００４９】
（収音位置算出部の構成）
図１に戻り、収音位置算出部１０５の構成について説明する。
収音位置算出部１０５は、時間差算出部１０４から入力された時間差情報に基づいて、ＥＫＦに基づくＳＬＡＭ法を用いて収音位置を算出する。収音位置を算出する際、収音位置算出部１０５は、現時刻ｋの観測値ベクトルζｋと、前時刻ｋ−１から予測された現時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１に基づいて算出される観測値ベクトルζｋ｜ｋ−１との誤差が減少するように、現時刻ｋの音源状態情報ξｋを更新する。更新された音源状態情報ξｋ、予測された音源状態情報ξｋ｜ｋ−１は、それぞれ時刻ｋにおけるチャネルｎの収音位置（ｍｎ，ｘ，ｍｎ，ｙ）を含む情報である。音源状態情報ξｋ｜ｋ−１を算出する処理については、後述する。
収音位置算出部１０５は、状態更新部１０５１、状態予測部１０５２、カルマンゲイン算出部１０５４、及び収束判定部１０５５を含んで構成される。
【００５０】
状態更新部１０５１は、時間差算出部１０４から入力された時間差情報が示す現時刻ｋの観測値ベクトルζｋに観測誤差ベクトルδｋを加算し、加算により得られた加算値に観測値ベクトルζｋを更新する。観測誤差ベクトルδｋは、平均値が０であり予め定めた共分散で分布しているガウス分布に従う乱数ベクトルである。この共分散を各行各列の要素として含む行列を共分散行列Ｑと表す。
【００５１】
状態更新部１０５１は、入力された時間差情報が示す現時刻ｋの観測値ベクトルζｋに基づいて、例えば、式（３）を用いて現時刻ｋの音源状態情報ξｋを更新する。
【００５２】
【数３】
2015154207.tif 000005
【００５３】
式（３）において、現時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１は、前時刻ｋの音源状態情報から予測された現時刻ｋの音源状態情報を示す。Ｋｋは、現時刻ｋのカルマンゲインを示す。観測値ベクトルζｋ｜ｋ−１は、前時刻ｋ−１から予測された現時刻ｋの観測値ベクトルを示す。即ち、式（３）は、前時刻ｋ−１の音源状態情報から予測された現時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１に、現時刻ｋの観測値ベクトルの予測残差（ζｋ−ζｋ｜ｋ−１）にカルマンゲインＫｋを乗じて得られた乗算値ベクトルＫｋ（ζｋ−ζｋ｜ｋ−１）を加算して、現時刻ｋの音源状態情報ξｋを算出することを示す。乗算値ベクトルＫｋ（ζｋ−ζｋ｜ｋ−１）は、音源状態情報ξｋ｜ｋ−１の更新量に相当する。なお、音源状態情報ξｋ｜ｋ−１、観測値ベクトルζｋ｜ｋ−１は、状態予測部１０５２からそれぞれ入力され、カルマンゲインＫｋは、カルマンゲイン算出部１０５４から入力される。
状態更新部１０５１は、カルマンゲインＫｋ、行列Ｈｋ、及び前時刻ｋ−１の共分散行列Ｐｋ−１から予測された現時刻ｋの共分散行列Ｐｋ｜ｋ−１に基づき、例えば式（４）を用いて現時刻ｋの共分散行列Ｐｋを算出する。
【００５４】
【数４】
2015154207.tif 000006
【００５５】
式（４）において、Ｉは単位行列を表す。即ち、式（４）は、共分散行列Ｐｋ｜ｋ−１に単位行列ＩからカルマンゲインＫｋと行列Ｈｋとの積を減じて得られた行列を乗じて、現時刻ｋの共分散行列Ｐｋを算出することを示す。共分散行列Ｐｋは、音源状態情報ξｋの誤差の大きさを示すところ、式（４）は、音源状態情報ξｋの誤差の大きさを低減するように共分散行列Ｐｋ｜ｋ−１をＰｋに更新することを示す。なお、行列Ｈｋは、カルマンゲイン算出部１０５４から入力される。
状態更新部１０５１は、算出した現時刻ｋの共分散行列Ｐｋ、音源状態情報ξｋを状態予測部１０５２に出力する。また、状態更新部１０５１は、音源状態情報ξｋを収束判定部１０５５に出力する。
【００５６】
状態予測部１０５２には、状態更新部１０５１から前時刻ｋ−１の音源状態情報ξｋ−１、共分散行列Ｐｋ−１が入力される。状態予測部１０５２は、前時刻ｋ−１の音源状態情報ξｋ−１から現時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１を予測し、前時刻ｋ−１の共分散行列Ｐｋ−１から現時刻ｋの共分散行列Ｐｋ｜ｋ−1を予測する。
【００５７】
ここで、状態予測部１０５２は、前時刻ｋ−１の音源状態情報ξｋ−１が示す音源位置（ｘｋ−１，ｙｋ−１）に、現時刻ｋでの間に所定の移動量（Δｘ’，Δｙ’）Ｔに移動量の誤差を示す誤差ベクトルεｋを加えた移動量（Δｘ，Δｙ）Ｔに加算することにより、現時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１を算出する。（…）Ｔは、ベクトル又は行列の転置を示す。誤差ベクトルεｋは、平均値が０であり、その分布がガウス分布に従う乱数ベクトルである。このガウス分布の特性を表す共分散を各行各列の要素として含む行列を共分散行列Ｒと表す。具体的には、状態予測部１０５２は、式（５）を用いて現時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１を算出する。
【００５８】
【数５】
2015154207.tif 000007
【００５９】
式（５）において、行列Ｆηは、式（６）で表される行列（２行３Ｎ＋５列）である。
【００６０】
【数６】
2015154207.tif 000008
【００６１】
なお、移動量（Δｘ’，Δｙ’）Ｔは、予め仮定した音源の移動モデルに応じて与えられる。移動モデルは、例えば、ランダムウォークモデルである。具体的には、ランダムウォークモデルでは、平均値が０であり、その分布が所定の分散値を有するガウス分布に従う乱数ベクトルを移動量（Δｘ，Δｙ）Ｔとして用いる。
他方、状態予測部１０５２は、前時刻ｋ−１の共分散行列Ｐｋ−１から現時刻ｋの共分散行列Ｐｋ｜ｋ−1を、例えば、式（７）を用いて算出する。
【００６２】
【数７】
2015154207.tif 000009
【００６３】
式（７）は、前時刻ｋ−１の共分散行列Ｐｋ−１に、移動量の誤差分布を表す共分散行列Ｒを加算して現時刻ｋの共分散行列Ｐｋ｜ｋ−１を予測することを表す。
【００６４】
また、状態予測部１０５２は、算出した現時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１に基づいて式（１）、（２）で与えられるチャネル対毎の時間差を算出し、算出した時間差を要素とする時刻ｋの観測値ベクトルζｋ｜ｋ−１を生成する。
状態予測部１０５２は、算出した時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１、共分散行列Ｐｋ｜ｋ−１、観測値ベクトルζｋ｜ｋ−１を状態更新部１０５１とカルマンゲイン算出部１０５４に出力する。
【００６５】
カルマンゲイン算出部１０５４は、前述の共分散行列Ｑと、状態予測部１０５２から入力された時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１、共分散行列Ｐｋ｜ｋ−１に基づいて、例えば式（８）を用いてカルマンゲインＫｋを算出する。
【００６６】
【数８】
2015154207.tif 000010
【００６７】
式（８）において、（…）−１は、行列…の逆行列を示す。行列Ｈｋは、式（９）で表されるように観測関数ベクトルｈ（ξｋ｜ｋ−１）の各要素を、音源状態情報ξｋ｜ｋ−１の各要素で偏微分して得られるヤコビアンである。
【００６８】
【数９】
2015154207.tif 000011
【００６９】
式（９）において観測関数ベクトルｈ（ξｋ）は、音源状態情報ξｋに基づいて算出される観測値ベクトルζｋを示す。即ち、行列Ｈｋは、状態更新部１０５１から入力された観測値ベクトルζｋ｜ｋ−１の各要素（式（１）参照）を偏微分して算出される。
カルマンゲイン算出部１０５４は、算出したカルマンゲインＫｋと行列Ｈｋを状態更新部１０５１に出力する。
【００７０】
収束判定部１０５５は、状態更新部１０５１から入力された音源状態情報ξｋの推定誤差が収束したか否かを判定する。収束判定部１０５５は、収束したと判定した場合、音源状態情報ξｋを音源方向算出部１０６に出力する。
収束判定部１０５５は、例えば、前時刻ｋ−１の音源状態情報ξｋ−１が示す収音位置（ｍｎ，ｘ，ｍｎ，ｙ）と現時刻ｋの音源状態情報ξｋが示す収音位置（ｍｎ，ｘ，ｍｎ，ｙ）の間の平均距離Δξｍを算出する。収束判定部１０５５は、算出した平均距離Δξｍが予め設定された閾値よりも小さくなったとき収束したと判定し、それ以外の場合には収束していないと判定する。
【００７１】
（音源状態推定処理）
次に、収音位置算出部１０５が収音位置を算出する際に行う音源状態推定処理について説明する。
図５は、本実施形態に係る音源状態推定処理を示すフローチャートである。
（ステップＳ１０１）状態予測部１０５２は、音源状態情報ξｋ−１、共分散行列Ｐｋ−１の初期値を設定する。その後、ステップＳ１０２に進む。
（ステップＳ１０２）状態予測部１０５２は、前時刻ｋ−１の音源状態情報ξｋ−１が示す音源位置（ｘｋ−１，ｙｋ−１）に、誤差ベクトルεｋが付加された移動量（Δｘ，Δｙ）Ｔに加算して現時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１を予測する（式（５））。
状態予測部１０５２は、前時刻ｋ−１の共分散行列Ｐｋ−１に、移動量の誤差分布を表す共分散行列Ｒを加算して現時刻ｋの共分散行列Ｐｋ｜ｋ−１を予測する（式（７））。その後、ステップＳ１０３に進む。
【００７２】
（ステップＳ１０３）カルマンゲイン算出部１０５４は、観測誤差の分布を示す共分散行列Ｑと、予測された現時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１、共分散行列Ｐｋ｜ｋ−１に基づいて、カルマンゲインＫｋを算出する（式（８））。その後、ステップＳ１０４に進む。
（ステップＳ１０４）状態更新部１０５１は、予測された現時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１’に、現時刻ｋの観測値ベクトルの予測残差（ζｋ−ζｋ｜ｋ−１）にカルマンゲインＫｋを乗じて得られた乗算値ベクトルを加算して現時刻ｋの音源状態情報ξｋを算出する（式（３））。
状態更新部１０５１は、共分散行列Ｐｋ｜ｋ−１に単位行列ＩからカルマンゲインＫｋと行列Ｈｋとの積を減じて得られた行列を乗じて、現時刻ｋの共分散行列Ｐｋを算出する（式（４））。その後、ステップＳ１０５に進む。
【００７３】
（ステップＳ１０５）収束判定部１０５５は、音源状態情報ξｋの推定誤差が収束したか否か判定する。収束判定部１０５５は、収束したと判定した場合（ステップＳ１０５  ＹＥＳ）、音源状態情報ξｋを音源方向算出部１０６に出力し、図５に示す処理を終了する。収束判定部１０５５は、収束していないと判定した場合（ステップＳ１０５  ＮＯ）、現時刻ｋを前時刻ｋ−１に更新し、ステップＳ１０２に進む。
【００７４】
（音源方向算出部の構成）
図１に戻り、音源方向算出部１０６の構成について、主に収音位置算出部１０５と対比して説明する。
音源方向算出部１０６は、収音位置算出部１０５と同様に、時間差算出部１０４から入力された時間差情報に基づいて、ＥＫＦに基づくＳＬＡＭ法を用いて収音位置を算出する。
即ち、図５の音源状態推定処理と同様の処理を行う。この処理により、音源方向算出部１０６は、現時刻ｋの観測値ベクトルζｋと、前時刻ｋ−１から予測された現時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１に基づいて算出される観測値ベクトルζｋ｜ｋ−１との誤差が減少するように、現時刻ｋの音源状態情報ξｋを更新する。更新された音源状態情報ξｋ、又は予測した音源状態情報ξｋ｜ｋ−１は、時刻ｋにおけるチャネルｎの音源位置（ｘ，ｙ）を含む情報である。
【００７５】
音源方向算出部１０６は、状態更新部１０６１、状態予測部１０６２、カルマンゲイン算出部１０６４、及び収束判定部１０６５を含んで構成される。状態更新部１０６１、状態予測部１０６２、カルマンゲイン算出部１０６４、及び収束判定部１０６５は、それぞれ収音位置算出部１０５の状態更新部１０５１、状態予測部１０５２、カルマンゲイン算出部１０５４、及び収束判定部１０５５と同様な処理を行う。
【００７６】
但し、状態予測部１０６２は、収音位置算出部１０５から入力された音源状態情報ξｋを初期値として音源状態情報ξｋ｜ｋ−１を算出する処理を開始する。また、状態更新部１０６１、状態予測部１０６２は、それぞれ音源状態情報ξｋ｜ｋ−１、ξｋに含まれる各チャネルｎの収音位置（ｍｎ，ｘ，ｍｎ，ｙ）、観測時刻誤差ｍｎ，τを一定値とし、その他の要素、音源位置（ｘｋ，ｙｋ）を可変値として音源状態情報ξｋ｜ｋ−１、ξｋを算出する処理を行う。これに応じて、状態更新部１０６１、状態予測部１０６２、及びカルマンゲイン算出部１０６４は、共分散行列Ｐｋ｜ｋ−１、Ｐｋ、カルマンゲインＫｋ、行列Ｈｋ、その他の行列の計算において、音源位置（ｘｋ，ｙｋ）に係る行列要素のみについて処理を行う。
【００７７】
収束判定部１０６５は、状態更新部１０６１から入力された音源状態情報ξｋの推定誤差が収束したか否か判定する。収束判定部１０６５は、収束したと判定した場合、音源状態情報ξｋが示す音源位置（ｘｋ，ｙｋ）に基づいて音源方向ｄを算出する。収束判定部１０６５は、算出した音源方向ｄを示す音源方向情報を第１伝達関数算出部１０７に出力する。
収束判定部１０６５は、例えば、前時刻ｋ−１の音源状態情報ξｋ−１が示す音源位置（ｘｋ−１，ｙｋ−１）と現時刻ｋの音源状態情報ξｋが示す音源位置（ｘｋ，ｙｋ）の間の平均距離Δξｓを算出する。収束判定部１０６５は、算出した平均距離Δξｓが予め設定された閾値よりも小さくなったとき収束したと判定し、それ以外の場合には収束していないと判定する。
【００７８】
（第１伝達関数の算出処理）
第１伝達関数算出部１０７は、上述したように対象チャネルｎの音響信号と代表チャネル０の音響信号から、リグレッションモデル（ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ  ｍｏｄｅｌ）に基づいてその対象チャネルの伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］を算出する。リグレッションモデルでは、代表チャネル０、対象チャネルｎの音響信号に基づいて形成される観測値が、代表チャネル０の音響信号に基づいて形成されるリグレッサと基底パラメータとして伝達関数との畳み込みにより与えられ、かつ、所定の観測時間内で伝達関数が一定である、と仮定されている。そして、リグレッションモデルでは、観測値からリグレッサによる寄与を除することによって伝達関数が算出される。これにより、第１伝達関数算出部１０７は、測定用の音源信号を用いずに収音部１１−０〜１１−Ｎで収録された音響信号に基づいて各対象チャネルｎの伝達関数を算出することができる。
【００７９】
次に、第１伝達関数算出部１０７が第１伝達関数を算出する処理（第１伝達関数算出処理）について説明する。
図６は、本実施形態に係る第１伝達関数算出処理を示すフローチャートである。
（ステップＳ２０１）第１伝達関数算出部１０７は、各対象チャネルｎの音響信号をそれぞれ予め定めた遅延時間Ｔだけ遅延させる。遅延時間Ｔは、音源と各収音部１１との位置関係によらず、各対象チャネルｎの音響信号が代表チャネル０の音響信号よりも遅らせることを目的とする。例えば、Ｎ＋１個の収音部１１−０〜１１−Ｎが共通の円周上に配置されている場合には（図２）、遅延時間Ｔは、少なくともその円周の直径に相当する距離を音波が進行する時間よりも長ければよい。その後、ステップＳ２０２に進む。
【００８０】
（ステップＳ２０２）第１伝達関数算出部１０７は、代表チャネルの音響信号ｘ０、各対象チャネルの音響信号ｘｎを所定のサンプル数Ｌからなるフレーム毎に周波数領域に変換して変換係数Ｘ０（ω），Ｘｎ（ω）を算出する。ここで、ωは、周波数を示す。そして、第１伝達関数算出部１０７は、フレーム毎に算出した変換係数Ｘ０（ω），Ｘｎ（ω）を、予め定めたＦフレーム分集約する。ここで、Ｆは、予め定めたフレーム数、例えば、８である。以下の説明では、フレームｆで算出された変換係数を、それぞれＸ０，ｆ（ω），Ｘｎ，ｆ（ω）と表す。その後、ステップＳ２０３に進む。
【００８１】
（ステップＳ２０３）第１伝達関数算出部１０７は、Ｆフレーム分の代表チャネルの変換係数Ｘ０，ｆ（ω）を要素とするリグレッサ（ベクトル）Φを生成する。リグレッサΦは、［Ｘ０，１（ω），Ｘ０，２（ω），…，Ｘ０，Ｆ（ω）］Ｔである。
第１伝達関数算出部１０７は、Ｆフレーム分のＮ＋１チャネルの変換係数を要素とする観測値（行列）Ｘを生成する。観測値Ｘは、Ｎ＋１チャネル分の変換係数ベクトルＸ０，Ｘ１，…，ＸＮ＋１を要素とする行列である。具体的には、観測値Ｘは、［Ｘ０（ω），Ｘ１（ω），…，ＸＮ（ω）］Ｔである。各チャネルｎの変換係数ベクトルＸｎ（ω）は、［Ｘｎ，１（ω），Ｘｎ，２（ω），…，Ｘｎ，Ｆ（ω）］Ｔである。その後、ステップＳ２０４に進む。
【００８２】
（ステップＳ２０４）第１伝達関数算出部１０７は、構成した観測値ＸとリグレッサΦから、式（１０）を用いてチャネル毎の伝達関数Ａ［ｄ］［０］，Ａ［ｄ］［１］，…Ａ［ｄ］［Ｎ］を算出する。
【００８３】
【数１０】
2015154207.tif 000012
【００８４】
式（１０）において、ＡＴ（ω）は、チャネル毎の伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］を要素とする伝達関数ベクトルを示す。つまり、ＡＴ（ω）は、［Ａ［ｄ］［０］，Ａ［ｄ］［１］，…，Ａ［ｄ］［Ｎ］］である。また、（ΦΦＴ）−１ΦＴは、リグレッサΦ（１列の行列）の疑似逆行列に相当する。即ち、式（１０）は、観測値ＸをリグレッサΦで近似的に除算して伝達関数ベクトルＡＴ（ω）を算出することを示す。その後、ステップＳ２０５に進む。
【００８５】
（ステップＳ２０５）第１伝達関数算出部１０７は、算出した伝達関数ベクトルＡＴ（ω）から対象チャネルに係る伝達関数Ａ［ｄ］［１］（ω），…，Ａ［ｄ］［Ｎ］（ω）を第１伝達関数として抽出する。但し、第１伝達関数算出部１０７は、代表チャネルに係る伝達関数Ａ［ｄ］［０］（ω）を無視してもよい。代表チャネルに係る音響信号はリグレッサΦとして用いられるので、伝達関数Ａ［ｄ］［０］（ω）は有意な値をとらないためである。
第１伝達関数算出部１０７は、音源方向算出部１０６から入力された音源方向ｄを示す音源方向情報と、算出した第１伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］（ω）を示す第１伝達関数情報とを対応付けて伝達関数記憶部１０８に記憶する。その後、図６に示す処理を終了する。
【００８６】
（第１伝達関数データの例）
次に、伝達関数記憶部１０８に記憶される第１伝達関数データの例について説明する。
図７は、本実施形態に係る第１伝達関数データの例を示す図である。
図７に示す例では、音源方向情報が示す音源方向ｄと、第１伝達関数情報が示すチャネル１〜７の伝達関数Ａ［ｄ］［１］（ω），Ａ［ｄ］［２］（ω），…Ａ［ｄ］［７］（ω）が対応付けられている。例えば、図７の第２行に示すように、音源方向１３°には、チャネル１の伝達関数０．２４＋０．３５ｊ（ｊは、虚数単位）、チャネル２の伝達関数０．４４−０．０８ｊ、チャネル３の伝達関数０．４０＋０．２９ｊ、チャネル４の伝達関数０．１８＋０．５１ｊ、チャネル５の伝達関数−０．３７＋０．３２ｊ、チャネル６の伝達関数−０．１４＋０．４８ｊ、及びチャネル７の伝達関数０．１５＋０．２９ｊが対応付けられている。
なお、各チャネルの音響信号に対する周波数領域への変換は、所定のサンプル数Ｌからなるフレーム毎に行われるので、実際には各チャネルの伝達関数は、各音源方向ｄについてＬ／２個の周波数ωのそれぞれについて与えられる。但し、簡単のため、図７には、Ｌ／２個のうち各１個のみが図示されている。
【００８７】
第１伝達関数に対応する音源方向は、各行間で不規則に配列されることがある。例えば、図７の第１列第１、２、３行に示す音源方向は、それぞれ１３°、２９°、３５°である。この不規則な配列は、第１伝達関数算出部１０７が、算出した音源方向を示す音源方向情報を伝達関数記憶部１０８にその都度記憶することによって生じる。
そこで、第１伝達関数算出部１０７は、音源方向情報が示す音源方向が昇順又は降順に配列されるように、音源方向情報と第１伝達関数情報との組を並び替えてもよい。これにより、第２伝達関数算出部１０９は参照すべき音源方向情報を効率的に探索することができる。
また、伝達関数記憶部１０８に記憶された音源方向情報が示す音源方向に、音源方向算出部１０６で新たに算出された音源方向ｄと等しい音源方向、又はその音源方向から予め定めた範囲内の音源方向が含まれる場合には、第１伝達関数算出部１０７は、その音源方向情報に対応付けて記憶された第１伝達関数情報を、新たに生成した第１伝達関数情報に置き換えてもよい。
【００８８】
（第２伝達関数の算出処理）
第２伝達関数算出部１０９は、目標音源方向に基づいて伝達関数記憶部１０８に記憶された第１伝達関数データから参照すべき音源方向情報を特定する。以下の説明では、参照すべき音源方向を参照音源方向、参照音源方向を示す情報を参照音源方向情報と呼ぶ。第２伝達関数算出部１０９は、特定した参照音源方向にそれぞれ対応する第１伝達関数を、ＦＴＤＬＩ法を用いて補間することにより目標音源方向に対応する第２伝達関数を算出する。ＦＴＤＬＩ法は、各参照方向の第１伝達関数の位相、振幅を目標音源方向に基づいてそれぞれ補間し、それぞれ補間により得られた位相、振幅により第２伝達関数を構成する方法である。
【００８９】
具体的には、第２伝達関数算出部１０９は、次に説明する補間処理を実行する。
図８は、本実施形態に係る補間処理を示すフローチャートである。
（ステップＳ３０１）第２伝達関数算出部１０９は、目標音源方向ｄをその間に挟む２つの音源方向であって、互いに隣接する音源方向ｄ１、ｄ２をそれぞれ示す音源方向情報を参照音源方向情報として特定する（図９参照）。図９において、音源方向ｄ１、ｄ２は、それぞれ音源Ｓ１、Ｓ２の方向を示す。その後、ステップＳ３０２に進む。
（ステップＳ３０２）第２伝達関数算出部１０９は、特定した参照音源方向情報にそれぞれ対応した第１伝達関数情報を伝達関数記憶部１０８から読み出す。その後、ステップＳ３０３に進む。
【００９０】
（ステップＳ３０３）第２伝達関数算出部１０９は、読み出した第１伝達関数情報が示す第１伝達関数Ａ［ｄ１］［ｎ］（ω），Ａ［ｄ２］［ｎ］（ω）を周波数領域線形補間（ＦＤＬＩ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）法を用いて、伝達関数Ａｍ［Ｆ］（ω）を算出（補間）する。伝達関数Ａｍ［Ｆ］（ω）を算出する際、第２伝達関数算出部１０９は、式（１１）を用いる。
【００９１】
【数１１】
2015154207.tif 000013
【００９２】
式（１１）において、δ１，δ２は、それぞれ補間係数を示す。補間係数δ１，δ２は、参照音源方向ｄ１，ｄ２にそれぞれ対応する第１伝達関数Ａ［ｄ１］［ｎ］（ω），Ａ［ｄ２］［ｎ］（ω）の寄与の度合いを示す係数である。
補間係数δ１は、参照音源方向間の角度（ｄ２−ｄ１）の参照音源方向ｄ１と目標音源方向ｄとの間の角度（ｄ−ｄ１）に対する比｜（ｄ２−ｄ１）／（ｄ−ｄ１）｜、補間係数δ２は、参照音源方向間の角度（ｄ２−ｄ１）の参照音源方向ｄ２と目標音源方向ｄとの間の角度（ｄ２−ｄ）に対する比｜（ｄ２−ｄ１）／（ｄ２−ｄ）｜である。つまり、伝達関数Ａｍ［Ｆ］は、２つの参照音源方向ｄ１，ｄ２にそれぞれ対応する第１伝達関数Ａ［ｄ１］［ｎ］（ω），Ａ［ｄ２］［ｎ］（ω）の目標音源方向ｄによる内分比の逆数をそれぞれの重み係数とした相加平均である。参照音源方向が目標音源方向ｄから離れるほど、その寄与の度合いが小さくなるように補間係数が与えられる。その後、ステップＳ３０４に進む。
【００９３】
（ステップＳ３０４）第２伝達関数算出部１０９は、読み出した第１伝達関数情報が示す第１伝達関数Ａ［ｄ１］［ｎ］（ω），Ａ［ｄ２］［ｎ］（ω）を時間領域線形補間（ＴＤＬＩ：Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）法を用いて、伝達関数Ａｍ［Ｔ］（ω）を算出（補間）する。伝達関数Ａｍ［Ｔ］（ω）を算出する際、第２伝達関数算出部１０９は、式（１２）を用いる。
【００９４】
【数１２】
2015154207.tif 000014
【００９５】
つまり、伝達関数Ａｍ［Ｔ］は、２つの参照音源方向ｄ１，ｄ２にそれぞれ対応する第１伝達関数Ａ［ｄ１］［ｎ］（ω），Ａ［ｄ２］［ｎ］（ω）の目標音源方向ｄによる内分比を重み係数とした相乗平均である。その後、ステップＳ３０５に進む。
【００９６】
（ステップＳ３０５）第２伝達関数算出部１０９は、算出した伝達関数Ａｍ［Ｆ］（ω）を絶対値λｍ［Ｆ］と位相ｔｍ［Ｆ］に分解し、伝達関数Ａｍ［Ｔ］（ω）を振幅（絶対値）λｍ［Ｔ］と位相ｔｍ［Ｔ］に分解する。伝達関数Ａｍ［Ｆ］（ω）と、振幅λｍ［Ｆ］ならびに位相ｔｍ［Ｆ］は、式（１３）に示す関係を有する。
【００９７】
【数１３】
2015154207.tif 000015
【００９８】
伝達関数Ａｍ［Ｔ］（ω）と、振幅λｍ［Ｔ］ならびに位相ｔｍ［Ｔ］は、式（１４）に示す関係を有する。
【００９９】
【数１４】
2015154207.tif 000016
【０１００】
その後、ステップＳ３０６に進む。
【０１０１】
（ステップＳ３０６）第２伝達関数算出部１０９は、式（１５）に示すように、ＴＤＬＩ法による振幅λｍ［Ｔ］にＦＤＬＩ法による位相ｔｍ［Ｆ］を乗算して、目標音源方向ｄに対応する第２伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］（ω）を算出する。
【０１０２】
【数１５】
2015154207.tif 000017
【０１０３】
その後、図８に示す処理を終了する。ＴＤＬＩ法による目標音源方向の振幅の大きさは２つの参照音源方向のそれぞれの振幅の大きさの間になる。これに対し、ＴＤＬＩ法による目標音源方向の位相の値は、２つの参照音源方向のそれぞれの位相の値の間になるとは限らない。他方、ＦＤＬＩ法による目標音源方向の振幅の大きさは２つの参照音源方向のそれぞれの振幅の大きさの間になるとは限らない。これに対し、ＦＤＬＩ法による目標音源方向の位相値は２つの参照音源方向のそれぞれの位相の値の中間になる。ＦＴＤＬＩ法では、ＴＤＬＩ法による振幅とＦＤＬＩ法による位相とから第２伝達関数を構成する。構成した第２伝達関数の振幅の大きさ、位相値は、ともに２つの参照音源方向の間になる。そのため、ＦＴＤＬＩ法を用いることにより補間特性を向上させることができる。
【０１０４】
なお、上述したように伝達関数記憶部１０８に記憶される音源方向は不規則であるため、その音源方向の分布が狭い範囲内に偏ることがある。そこで、第２伝達関数算出部１０９は、１周分の角度（３６０°）を所定の分割数Ｍｄで等分割された３６０／Ｍｄ°の分割領域のそれぞれについて少なくとも１個の音源方向に係る音源方向情報と第１伝達関数情報とが記憶されている場合に限り、第２伝達関数の補間処理を実行するようにしてもよい。分割数Ｍｄは、少なくとも３以上であり、望ましくは６以上であればよい。これにより、第２伝達関数算出部１０９は、参照音源方向の候補として伝達関数記憶部１０８に記憶される音源方向が全方向に均等に分布していることを判定することができる。第２伝達関数算出部は、その判定を行った後で第２伝達関数の補間処理を行うので、算出した第２伝達関数の精度を確保することができる。
【０１０５】
なお、上述したステップＳ３０１において、目標音源方向ｄよりも値が大きい参照音源方向ｄ２を発見できなかった場合には、第２伝達関数算出部１０９は、伝達関数記憶部１０８を参照して得られる音源方向に１周分の角度（３６０°）を加算した音源方向から参照音源方向ｄ２を特定する処理を実行してもよい。また、目標音源方向ｄよりも値が小さい参照音源方向ｄ１を発見できなかった場合には、第２伝達関数算出部１０９は、伝達関数記憶部１０８を参照して得られる音源方向に１周分の角度（３６０°）を減算した音源方向から参照音源方向ｄ１を特定する処理を実行してもよい。
そして、ステップＳ３０３では、第２伝達関数算出部１０９は、その特定した参照音源方向ｄ２又は参照音源方向ｄ１に基づいて補間係数δ２，δ１を算出する。
これにより、目標音源方向ｄを挟む２つの参照音源方向が０°（３６０°の位相の変化がある）を跨ぐ場合でも、適切な参照音源方向を定めることができる。
【０１０６】
（音響処理）
次に、本実施形態に係る音響処理について説明する。
図１０は、本実施形態に係る音響処理を示すフローチャートである。
（ステップＳ４０１）ピーク検出部１０３は、信号入力部から入力されたいずれかのチャネルの音響信号が示す信号値のピークを検出し、ピークが検出されたサンプル時刻から予め定めた時間内の音響信号を各チャネルについて抽出する。その後、ステップＳ４０２に進む。
【０１０７】
（ステップＳ４０２）時間差算出部１０４は、抽出されたＮ＋１チャネルの音響信号についてチャネル対毎に時間差を算出し、算出したチャネル対毎の時間差を示す時間差情報を生成する。その後、ステップＳ４０３に進む。
（ステップＳ４０３）収音位置算出部１０５は、時間差情報に基づいて収音位置を算出する。その後、ステップＳ４０４に進む。
【０１０８】
（ステップＳ４０４）音源方向算出部１０６は、時間差情報と収音位置算出部１０５で収音位置を算出する過程で得られた音源状態情報が示す収音位置に基づいて音源方向を算出する。その後、ステップＳ４０５に進む。
【０１０９】
（ステップＳ４０５）第１伝達関数算出部１０７は、各対象チャネルの音響信号と代表チャネルの音響信号に基づいて、対象チャネル毎の第１伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］を算出し、音源方向を示す音源方向情報と、算出した第１伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］を示す第１伝達関数情報とを対応付けて伝達関数記憶部１０８に記憶する。その後、ステップＳ４０６に進む。
【０１１０】
（ステップＳ４０６）第２伝達関数算出部１０９は、目標音源方向を挟む２つの参照音源方向を特定し、特定した２つの参照音源方向にそれぞれ対応する第１伝達関数情報を伝達関数記憶部１０８から読み出す。第２伝達関数算出部１０９は、読み出した第１伝達関数情報が示す第１伝達関数を、それぞれの参照音源方向間の間隔を目標音源方向で内分する内分比の逆数で補間して第２伝達関数を算出する。
第２伝達関数算出部１０９は、伝達関数記憶部１０８に記憶された第１伝達関数データを参照し、音源方向情報が示す音源方向と目標の音源方向（目標音源方向）とに基づいて、その音源方向情報にそれぞれ対応する第１伝達関数を補間する。補間により目標音源方向に対応する第２伝達関数が算出される。その後、図１０に示す処理を終了する。
【０１１１】
以上に説明したように、本実施形態に係る音響処理装置１０は、複数のチャネルの音響信号に基づいて前記音響信号の収音位置を算出する収音位置算出部１０５と、複数のチャネルの音響信号に基づいて音源方向を算出する音源方向算出部１０６とを備える。また、音響処理装置１０は、複数のチャネルの音響信号に基づいて音源方向に対応する第１伝達関数を算出する第１伝達関数算出部１０７と、複数の音源方向のそれぞれに対応する第１伝達関数を補間して第２伝達関数を算出する第２伝達関数算出部１０９と、を備える。
この構成により、収音された音響信号に基づいて音源方向と第１伝達関数との組が得られ、得られた音源方向に係る第１伝達関数を参照して所望の音源方向に係る第２伝達関数が算出される。そのため、測定用の音源を用いずに室内環境に応じた所望の方向に係る伝達関数を算出することができる。
【０１１２】
また、本実施形態に係る音響処理装置１０は、チャネル間の音響信号の時間差を算出する時間差算出部１０４を備える。また、音響処理装置１０において、収音位置算出部１０５は、収音位置を含む音源状態情報であって過去の音源状態情報から現在の音源状態情報を予測する状態予測部１０５２と、時間差算出部１０４が算出した時間差と現在の音源状態情報に基づく時間差との差が減少するように現在の音源状態情報を更新する状態更新部１０５１とを備える。
この構成により、収音された音響信号に基づいて収音位置を逐次に算出することができるので、その他の計測手段を用いなくてもその時点の収音位置を得ることができる。
【０１１３】
また、本実施形態に係る音響処理装置１０において、時間差算出部１０４は、収音位置間の配置が所定範囲内であるチャネル間の音響信号の時間差を算出する。
この構成により、近接した収音位置間の時間差が算出されるので、算出された時間差の変動が抑制される。そのため、収音位置算出部は、算出された時間差に基づいて行われる音源状態情報を安定して推定することができるので、収音位置を高い精度で算出することができる。
【０１１４】
また、本実施形態に係る音響処理装置１０において、音源方向算出部１０６は、音源位置を含む音源状態情報であって過去の音源状態情報から現在の音源状態情報を予測する状態予測部１０６２と、時間差算出部１０４が算出した時間差と現在の音源状態情報に基づく時間差との差が減少するように現在の音源状態情報を更新する状態更新部１０６１と、を備える。
この構成により、収音された音響信号に基づいて音源方向を逐次に算出することができるので、その他の計測手段を用いなくてもその時点の音源方向を得ることができる。
【０１１５】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第２の実施形態について説明する。上述した実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、上述した説明を援用する。
図１１は、本実施形態に係る音響処理システム１Ａの構成を示す概略ブロック図である。
音響処理システム１Ａは、収音部１１と音響処理装置１０Ａを含んで構成される。
音響処理装置１０Ａは、信号入力部１０２、ピーク検出部１０３、時間差算出部１０４、収音位置算出部１０５、音源方向算出部１０６Ａ、第１伝達関数算出部１０７Ａ、伝達関数記憶部１０８、及び第２伝達関数算出部１０９を含んで構成される。
即ち、音響処理装置１０Ａは、音響処理装置１０（図１）において、音源方向算出部１０６（図１）、第１伝達関数算出部１０７（図１）に代えて、音源方向算出部１０６Ａ、第１伝達関数算出部１０７Ａを備える。
【０１１６】
音源方向算出部１０６Ａは、音源方向算出部１０６と同様な構成を備え、同様な処理を行う。但し、音源方向算出部１０６Ａには、収音位置算出部１０５に入力された時間差情報よりも少なくとも遅延時間ＴＡだけ遅れた時刻の音響信号に係る時間差情報が入力される。遅延時間ＴＡは、収音位置算出部１０５で算出される音源状態情報ξｋの推定誤差の収束時間よりも長い予め定めた時間である。「少なくとも遅延時間ＴＡだけ遅れた時刻」とは、ある時刻から遅延時間ＴＡ後か、それよりも遅い時刻であることを意味する。ピーク検出部１０３は、１つのピークを検出した時刻から遅延時間ＴＡ後に次のピークを検出するとは限らないためである。音源方向算出部１０６Ａは、この時間差情報を、収音位置算出部１０５に入力された時間差情報と同一の時間差情報に代えて用いることにより音源方向ｄを算出する。音源方向算出部１０６Ａは、算出した音源方向ｄを示す音源方向情報を第１伝達関数算出部１０７Ａに出力する。
【０１１７】
第１伝達関数算出部１０７Ａは、第１伝達関数算出部１０７と同様な構成を備え、同様な処理を行う。但し、第１伝達関数算出部１０７Ａに入力された音響信号は、音源方向算出部１０６Ａに入力された時間差情報に係るＮ＋１チャネルの音響信号であり、収音位置算出部１０５に入力された時間差情報に係る音響信号よりも少なくとも遅延時間ＴＡだけ遅れた時刻の音響信号である。第１伝達関数算出部１０７Ａは、入力された音響信号に基づいて、その対象チャネル毎の第１伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］を算出する。
第１伝達関数算出部１０７Ａは、音源方向算出部１０６Ａから入力された音源方向情報と、算出した第１伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］を示す第１伝達関数情報とを対応付けて伝達関数記憶部１０８に記憶する。
【０１１８】
（音響処理）
次に、本実施形態に係る音響処理について説明する。
図１２は、本実施形態に係る音響処理を示すフローチャートである。
図１２に示す音響処理は、ステップＳ４０１〜Ｓ４０３、Ｓ４０４Ａ、Ｓ４０５Ａ、Ｓ４０６を有する。そこで、音響処理装置１０Ａは、ステップＳ４０１〜Ｓ４０３を実行した後、ステップＳ４０４Ａに進む。
【０１１９】
（ステップ４０４Ａ）音源方向算出部１０６Ａには、収音位置算出部１０５に入力された時間差情報に係る音響信号よりも少なくとも遅延時間ＴＡだけ遅れた時刻の音響信号に係る時間差情報が入力される。音源方向算出部１０６Ａは、その時間差情報と収音位置算出部１０５で収音位置を算出する過程で得られた音源状態情報が示す収音位置に基づいて音源方向を算出する。その後、ステップＳ４０５Ａに進む。
（ステップ４０５Ａ）第１伝達関数算出部１０７Ａには、収音位置算出部１０５に入力された時間差情報に係る音響信号よりも少なくとも遅延時間ＴＡだけ遅れた時刻の音響信号が入力される。第１伝達関数算出部１０７Ａは、対象チャネル毎の第１伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］を算出し、音源方向を示す音源方向情報と、算出した第１伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］を示す第１伝達関数情報とを対応付けて伝達関数記憶部１０８に記憶する。その後、ステップＳ４０６に進む。
【０１２０】
以上に説明したように、本実施形態に係る音響処理装置１０Ａにおいて、音源方向算出部１０６Ａには、収音位置算出部１０５に入力された時間差情報よりも少なくとも所定の遅延時間（例えば、ＴＡ）だけ遅れた時刻の時間差情報が入力され、第１伝達関数算出部１０７Ａには、収音位置算出部１０５に入力された時間差情報に係る音響信号よりも少なくともその遅延時間だけ遅れた時刻の時間差情報が入力される。
この構成により、収音位置算出部１０５が行う処理と、音源方向算出部１０６Ａならびに第１伝達関数算出部１０７Ａが行う処理を並列させることができる。そのため、収音位置算出部１０５において音源状態情報の推定誤差が収束するまでの遅延時間が音源方向算出部１０６Ａならびに第１伝達関数算出部１０７Ａには及ばないので、音源方向と第１伝達関数をより迅速に得ることができる。
【０１２１】
（第３の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第３の実施形態について説明する。上述した実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、上述した説明を援用する。
図１３は、本実施形態に係る音響処理システム１Ｂの構成を示す概略ブロック図である。
音響処理システム１Ｂは、収音部１１と音響処理装置１０Ｂを含んで構成される。
音響処理装置１０Ｂは、信号入力部１０２、ピーク検出部１０３、時間差算出部１０４、収音位置算出部１０５、音源方向算出部１０６Ｂ、第１伝達関数算出部１０７、伝達関数記憶部１０８、及び第２伝達関数算出部１０９Ｂを含んで構成される。
即ち、音響処理装置１０Ｂは、音響処理装置１０（図１）において、音源方向算出部１０６（図１）、第２伝達関数算出部１０９（図１）、に代えて音源方向算出部１０６Ｂ、第２伝達関数算出部１０９Ｂを備える。
【０１２２】
音源方向算出部１０６Ｂは、音源方向算出部１０６において、さらに信頼度判定部１０６６Ｂを備える。
信頼度判定部１０６６Ｂは、収束判定部１０６５から音源方向情報が入力されたとき、状態更新部１０６１から現時刻ｋの観測値ベクトルの予測残差（ζｋ−ζｋ｜ｋ−１）が入力され、入力された予測残差の絶対値｜ζｋ−ζｋ｜ｋ−１｜を信頼度ｗと定める。定めた信頼度ｗは、その値が大きいほど音源方向算出部１０６Ｂが算出した音源方向ｄの信頼度が低く、その値が小さいほど音源方向ｄの信頼度が高いことを示す。
【０１２３】
信頼度判定部１０６６Ｂは、信頼度ｗが予め定めた信頼度の閾値ｗｔｈよりも小さいとき、入力された音源方向情報と信頼度ｗを示す信頼度情報とを対応付けて第１伝達関数算出部１０７に出力する。信頼度判定部１０６６Ｂは、信頼度ｗが予め定めた信頼度の閾値ｗｔｈと等しいか、より大きいとき、入力された音源方向情報と信頼度ｗを示す信頼度情報を出力せずに棄却する。これにより、伝達関数記憶部１０８には、音源方向情報、信頼度情報及び第１伝達関数情報が対応付けて記憶され、第１伝達関数データが形成される。
なお、信頼度判定部１０６６Ｂは、現時刻ｋの音源状態情報ξｋの更新量、つまりＫｋ（ζｋ−ζｋ｜ｋ−１）が入力され、入力された更新量の絶対値を信頼度ｗと定めてもよい。
【０１２４】
（第１伝達関数データの例）
次に、伝達関数記憶部１０８に記憶される第１伝達関数データの例について説明する。
図１４は、本実施形態に係る第１伝達関数データの例を示す図である。
図１４に示す例では、音源方向情報が示す音源方向ｄと、信頼度情報が示す信頼度ｗと、第１伝達関数情報が示すチャネル１〜７の伝達関数Ａ［ｄ］［１］（ω），Ａ［ｄ］［２］（ω），…Ａ［ｄ］［７］（ω）が対応付けられている。
例えば、図１４の第２行に示す音源方向１３°には、信頼度０．１８６、チャネル１の伝達関数０．２４＋０．３５ｊ、チャネル２の伝達関数０．４４−０．０８ｊ、チャネル３の伝達関数０．４０＋０．２９ｊ、チャネル４の伝達関数０．１８＋０．５１ｊ、チャネル５の伝達関数−０．３７＋０．３２ｊ、チャネル６の伝達関数−０．１４＋０．４８ｊ、及びチャネル７の伝達関数０．１５＋０．２９ｊが対応付けられている。
なお、実際には各チャネルの伝達関数は、各音源方向ｄについてＬ／２個の周波数ωのそれぞれについて与えられが、図１４には、Ｌ／２個のうち各１個のみが図示されている。
【０１２５】
図１３に戻り、第２伝達関数算出部１０９Ｂは、２つの参照音源方向情報のそれぞれに対応する信頼度に基づく重み係数を定め、定めた重み係数を、２つの参照音源方向間を目標音源方向で内分する内分比の逆数に乗じて補間係数を定める。第２伝達関数算出部１０９Ｂは、定めた補間係数に基づいて２つの参照音源方向情報のそれぞれに対応する第１伝達関数を補間して第２伝達関数を算出する。
【０１２６】
具体的には、第２伝達関数算出部１０９Ｂは、目標音源方向ｄに基づいて参照音源方向を特定した後（図８、ステップＳ３０１）、特定した参照音源方向情報にそれぞれ対応した第１伝達関数情報と信頼度情報を伝達関数記憶部１０８から読み出す。第２伝達関数算出部１０９Ｂは、読み出した２つの信頼度情報がそれぞれ示す信頼度ｗ１，ｗ２に基づいて、重み係数ｖ１，ｖ２を定める。信頼度ｗ１，ｗ２は、それぞれ参照音源方向ｄ１，ｄ２にそれぞれ対応する信頼度である。重み係数ｖ１，ｖ２は、信頼度ｗ１，ｗ２の絶対値が大きくなるほど小さくなり、信頼度ｗ１，ｗ２の絶対値が小さくなるほど大きくなる正の実数であればよい。重み係数ｖ１，ｖ２は、例えば、式（１６）に示すように定めることができる。
【０１２７】
【数１６】
2015154207.tif 000018
【０１２８】
式（１６）において、εは、ゼロ除算を防止するための予め定めた正の実数である。
第２伝達関数算出部１０９Ｂは、式（１７）に示すように定めた重み係数ｖ１，ｖ２に、２つの参照音源方向間の目標音源方向ｄによる内分比の逆数｜（ｄ２−ｄ１）／（ｄ−ｄ１）｜，｜（ｄ２−ｄ１）／（ｄ２−ｄ）｜をそれぞれ乗じて乗算値Ｄ１，Ｄ２を算出する。
【０１２９】
【数１７】
2015154207.tif 000019
【０１３０】
第２伝達関数算出部１０９Ｂは、式（１８）に示すように、それぞれの乗算値Ｄ１，Ｄ２を、その総和Ｄ１＋Ｄ２で除算することにより正規化して補間係数δ１，δ２を定める。
【０１３１】
【数１８】
2015154207.tif 000020
【０１３２】
即ち、補間係数δ１，δ２は、補間係数δ１，δ２は、それぞれの参照音源方向ｄ１，ｄ２の信頼度ｗが小さいほど、大きい値をとる。また、補間係数δ１，δ２は、それぞれの参照音源方向ｄ１，ｄ２の目標音源方向ｄに接近するほど大きい値をとる。
第２伝達関数算出部１０９Ｂは、定めた補間係数δ１，δ２を用いて、参照音源方向ｄ１，ｄ２にそれぞれ対応する第１伝達関数Ａ［ｄ１］［ｎ］（ω），Ａ［ｄ２］［ｎ］（ω）を補間して第２伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］（ω）を算出する。第２伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］（ω）を算出する際、第２伝達関数算出部１０９Ｂは、ステップＳ３０３〜Ｓ３０６（図８）に示す処理を行う。
【０１３３】
（音響処理）
次に、本実施形態に係る音響処理について説明する。
図１５は、本実施形態に係る音響処理を示すフローチャートである。
図１５に示す音響処理は、ステップＳ４０１〜Ｓ４０４、Ｓ４０７Ｂ、Ｓ４０５、及びＳ４０６Ｂを有する。音響処理装置１０Ｂは、ステップＳ４０１〜Ｓ４０４を実行した後、ステップＳ４０７Ｂに進む。
【０１３４】
（ステップＳ４０７Ｂ）信頼度判定部１０６６Ｂは、予測残差（ζｋ−ζｋ｜ｋ−１）に基づいて信頼度ｗを定め、定めた信頼度ｗが予め定めた信頼度の閾値ｗｔｈよりも小さいか否かを判定する。信頼度判定部１０６６Ｂは、定めた信頼度ｗが閾値ｗｔｈよりも小さい（音源方向ｄに対する信頼度が高い）とき、入力された音源方向情報と信頼度ｗを示す信頼度情報とを対応付けて、第１伝達関数算出部１０７に出力する。その後、ステップＳ４０５に進む。音響処理装置１０Ｂは、ステップＳ４０５が終了した後、ステップＳ４０６Ｂに進む。
【０１３５】
（ステップＳ４０６Ｂ）第２伝達関数算出部１０９Ｂは、目標音源方向を挟む２つの参照音源方向を特定し、特定した２つの参照音源方向にそれぞれ対応する第１伝達関数情報と信頼度情報を伝達関数記憶部１０８から読み出す。第２伝達関数算出部１０９Ｂは、２つの参照音源方向情報のそれぞれに対応する信頼度に基づく重み係数ｖ１，ｖ２を定め、定めた重み係数を２つの参照音源方向間を目標音源方向で内分する内分比の逆数に乗じて得られた乗算値Ｄ１，Ｄ２を正規化して補間係数δ１，δ２を定める。第２伝達関数算出部１０９Ｂは、読み出した第１伝達関数情報が示す第１伝達関数を、それぞれの補間係数で補間して第２伝達関数を算出する。その後、図１５に示す処理を終了する。
【０１３６】
以上に説明したように、本実施形態に係る音響処理装置１０Ｂにおいて、第２伝達関数算出部１０９Ｂは、第１伝達関数算出部１０７が算出した第１伝達関数を、状態更新部１０６１が更新した音源状態情報の更新量に基づく重みづけにより補間する。
この構成により、音源方向の算出に用いられた音源状態情報の更新量に基づく重みで、その音源方向に係る第１伝達関数が補間された第２伝達関数が算出される。音源方向算出部１０６Ｂが算出した音源方向の信頼性は音源状態情報の更新量に依存するので、算出される第２伝達関数の信頼性が向上する。
【０１３７】
（第４の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第４の実施形態について説明する。上述した実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、上述した説明を援用する。
図１６は、本実施形態に係る音響処理システム１Ｃの構成を示す概略ブロック図である。
音響処理システム１Ｃは、収音部１１と音響処理装置１０Ｃを含んで構成される。
音響処理装置１０Ｃは、信号入力部１０２、ピーク検出部１０３、時間差算出部１０４、収音位置算出部１０５Ｃ、音源方向算出部１０６Ｂ、第１伝達関数算出部１０７、伝達関数記憶部１０８、第２伝達関数算出部１０９Ｂ及び第２音源方向算出部１１０Ｃを含んで構成される。
即ち、音響処理装置１０Ｃは、音響処理装置１０Ｂ（図１３）において、収音位置算出部１０５に代えて収音位置算出部１０５Ｃを備え、さらに第２音源方向算出部１１０Ｃを備える。なお、以下の説明では、音源方向算出部１０６Ｂを第１音源方向算出部と呼んで、第２音源方向算出部１１０Ｃと区別することがある。
【０１３８】
第２音源方向算出部１１０Ｃは、第２伝達関数算出部１０９Ｂから入力された第２伝達関数情報と、ピーク検出部１０３から入力されたＮ＋１チャネルの音響信号に基づいて第２音源方向ｄ’を算出する。
第２音源方向算出部１１０Ｃは、例えば、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法を用いて第２音源方向ｄ’を算出する。具体的には、第２音源方向算出部１１０Ｃは、所定の間隔（例えば、１°）に分布した音源方向ｄ毎の第２伝達関数をチャネル毎に入力し、各チャネルｎの第２伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］（ω）を要素とする伝達関数ベクトルＤ（ｄ）を音源方向ｄ毎に生成する。
ここで、第２音源方向算出部１１０Ｃは、各チャネルｎの音響信号ｘｎを所定のサンプル数からなるフレーム毎に周波数領域に変換して変換係数Ｘｎ（ω）を算出し、算出した変換係数から式（１９）に示すように入力相関行列Ｒｘｘを算出する。
【０１３９】
【数１９】
2015154207.tif 000021
【０１４０】
式（１９）において、Ｅ［…］は、…の期待値を示す。［Ｘ］は、各チャネルの変換係数を要素とするＮ＋１次元のベクトルである。［…］＊は、行列又はベクトルの共役を示す。
次に、第２音源方向算出部１１０Ｃは、入力相関行列Ｒｘｘの固有値δｉと固有ベクトルｅｉを、算出する。入力相関行列Ｒｘｘ、固有値δｉ、及び固有ベクトルｅｉは、式（２０）に示す関係を有する。
【０１４１】
【数２０】
2015154207.tif 000022
【０１４２】
式（２０）において、ｉは、１以上Ｎ＋１以下の整数である。インデックスｉの順序は、固有値δｉの降順である。
第２音源方向算出部１１０Ｃは、伝達関数ベクトルＤ（ｄ）と算出した固有ベクトルｅｉに基づいて、式（２１）に示す空間スペクトルＰｓｐ（ｄ）を算出する。
【０１４３】
【数２１】
2015154207.tif 000023
【０１４４】
式（２１）において、Ｋは、検出可能な音源の個数（例えば、１）であり、Ｎよりも小さい予め定めた自然数である。
第２音源方向算出部１１０Ｃは、Ｓ／Ｎ比が予め定めた閾値（例えば、２０ｄＢ）よりも大きい周波数帯域における空間スペクトルＰｓｐ（ｄ）の総和を拡張空間スペクトルＰｅｘｔ（ｄ）として算出する。第２音源方向算出部１１０Ｃは、算出した拡張空間スペクトルＰｅｘｔ（ｄ）の極大値をとる方向ｄを、第２音源方向ｄ’と定める。第２音源方向ｄ’は、Ｎ＋１チャネルの音響信号に基づいて算出された音源方向である。第２音源方向算出部１１０Ｃは、定めた第２音源方向ｄ’を示す第２音源方向情報を収音位置算出部１０５Ｃに出力する。
【０１４５】
収音位置算出部１０５Ｃは、収音位置算出部１０５と同様に状態更新部１０５１、状態予測部１０５２、カルマンゲイン算出部１０５４、及び収束判定部１０５５を含んで構成される。
収音位置算出部１０５Ｃは、ある時刻において、収音位置算出部１０５と同様に、時間差算出部１０４から入力された時間差情報に基づいて音源状態情報ξｋ｜ｋ−１の予測及び音源状態情報ξｋの更新を行う。但し、収音位置算出部１０５Ｃは、他の時刻において、第２音源方向算出部１１０Ｃから入力された第２音源方向情報に基づいて音源状態情報ξｋ｜ｋ−１の予測及び音源状態情報ξｋの更新を行う。換言すると、収音位置算出部１０５Ｃは、第２音源方向ｄ’を観測値ζ’ｋとして、観測値ζ’ｋ｜ｋ−１の推定誤差が減少するように音源状態情報ξｋ｜ｋ−１，ξｋを算出する。
【０１４６】
第２音源方向ｄ’は、音源位置（ｘｋ，ｙｋ）、収音位置の重心点（ｍｃ，ｘ，ｍｃ，ｙ）との間で、式（２２）に示す関係を有する。
【０１４７】
【数２２】
2015154207.tif 000024
【０１４８】
式（２２）において、重心点（ｍｃ，ｘ，ｍｃ，ｙ）は、各チャネルの収音位置（ｍｎ，ｘ，ｍｎ，ｙ）のチャネル間の平均値であるから、前時刻ｋ−１から予測された現時刻ｋの観測値ζｋ｜ｋ−１’、つまり第２音源方向ｄ’の予測値は、音源状態情報ζｋ｜ｋ−１から算出される。従って、収音位置算出部１０５Ｃの状態更新部１０５１、状態予測部１０５２、及びカルマンゲイン算出部１０５４は、他の時刻において、上述した観測値ベクトルζｋ｜ｋ−１，ζｋを、それぞれ観測値ζ’ｋ｜ｋ−１，ζ’ｋに代えて処理を行うことによって、観測値ζ’ｋ｜ｋ−１の推定誤差が減少するように音源状態情報ξｋ｜ｋ−１，ξｋを算出することができる。
【０１４９】
具体的には、他の時刻において、状態予測部１０５２は、現時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１に基づいて式（２２）で与えられる第２音源方向ｄ’を観測値ζ’ｋ｜ｋ−１として算出する。
カルマンゲイン算出部１０５４は、観測値ζ’ｋ｜ｋ−１を音源状態情報ξｋ｜ｋ−１の各要素で偏微分して行列Ｈｋの各要素を算出する（式（９））。
状態更新部１０５１は、観測値ζ’ｋに観測誤差δ’ｋを加算して、加算により得られた加算値にその観測値ζ’ｋを更新する。また、状態更新部１０５１は、予測された現時刻ｋの音源状態情報ξｋ｜ｋ−１に、現時刻ｋの観測値の予測残差（ζ’ｋ−ζ’ｋ｜ｋ−１）にカルマンゲインＫｋを乗じて得られた乗算値ベクトルを加算して現時刻ｋの音源状態情報ξｋを算出する（式（３））。
【０１５０】
収音位置算出部１０５Ｃは、収音位置算出部１０５と同様に観測値ベクトルζｋに基づいて音源状態情報ξｋ｜ｋ−１，ξｋを算出する処理（以下、観測値ベクトルζｋに係る処理と呼ぶ）と、上述したように観測値ζ’ｋに基づいて音源状態情報ξｋ｜ｋ−１，ξｋを算出する処理（以下、観測値ζ’ｋに係る処理と呼ぶ）と、を交互に繰り返してもよい。但し、収音位置算出部１０５Ｃは、観測値ベクトルζｋに係る処理と、観測値ζ’ｋに係る処理を、それぞれ異なる時刻に行えば、これには限られない。収音位置算出部１０５Ｃは、観測値ベクトルζｋに係る処理をＮ’回行った後、所定の回数観測値ζ’ｋに係る処理をＮ’’回行う、という周期を繰り返してもよい。ここで、Ｎ’、Ｎ’’は、それぞれ１以上の予め定めた整数である。Ｎ’とＮ’’は等しくてもよいし、異なってもよい。
【０１５１】
次に、本実施形態に係る音響処理について説明する。
図１７は、本実施形態に係る音響処理を示すフローチャートである。
図１７に示す音響処理は、ステップＳ４０１、Ｓ４０２、Ｓ４０３Ｃ、Ｓ４０４、Ｓ４０７Ｂ、Ｓ４０５、Ｓ４０６Ｂ、及びＳ４０８Ｃを有する。
音響処理装置１０Ｃは、ステップＳ４０１、Ｓ４０２を実行した後、ステップＳ４０３Ｃに進む。
【０１５２】
（ステップＳ４０３Ｃ）収音位置算出部１０５Ｃは、ある時刻（例えば、奇数のサンプル時刻）において、時間差情報を観測値情報として音源状態情報ξｋ｜ｋ−１の予測及び音源状態情報ξｋの更新を行う。収音位置算出部１０５Ｃは、他の時刻（例えば、偶数のサンプル時刻）において、第２音源方向情報を観測値情報として音源状態情報ξｋ｜ｋ−１の予測及び音源状態情報ξｋの更新を行う。これらの処理を繰り返すことにより、収音位置算出部１０５Ｃは収音位置を算出する。その後、音響処理装置１０Ｃは、ステップＳ４０４、Ｓ４０７Ｂ、Ｓ４０５、及びＳ４０６Ｂを実行する。その後、ステップＳ４０８Ｃに進む。
（ステップＳ４０８Ｃ）第２音源方向算出部１１０Ｃは、第２伝達関数算出部１０９Ｂから入力された第２伝達関数情報と、ピーク検出部１０３から入力されたＮ＋１チャネルの音響信号に基づいて第２音源方向ｄ’を算出し、第２音源方向情報を生成する。その後、図１７に示す処理を終了する。
【０１５３】
以上に説明したように、本実施形態に係る音響処理装置１０Ｃは、第２伝達関数算出部１０９Ｂが算出した第２伝達関数と複数のチャネルの音響信号に基づいて音源方向を算出する第２音源方向算出部１１０Ｃと、を備える。また、状態更新部１０６１は、第２音源方向算出部１１０Ｃが算出した音源方向と現在の音源状態情報に基づく音源方向との差が減少するように現在の音源状態情報を更新する。
この構成により、音源状態情報は、時間差とは異なる情報である音源方向に基づいて更新されるので、時間差と音源方向のいずれかのみを用いる場合よりも局所解に陥るおそれを低減することができる。第２音源方向算出部１１０Ｃが算出した音源方向と現在の音源状態情報に基づく音源方向との間の差の大きさを評価するための指標値（例えば、二乗誤差）は、一般に複数の極小値を有するが、異なる情報に基づいて音源状態情報を更新することにより、音源状態情報が特定の極小値に収束することが回避されるためである。従って、音源状態情報が示す収音位置をより高い精度で算出することができる。
【０１５４】
（第５の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第５の実施形態について説明する。上述した実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、上述した説明を援用する。
図１８は、本実施形態に係る音響処理システム１Ｄの構成を示す概略ブロック図である。
音響処理システム１Ｄは、収音部１１と音響処理装置１０Ｄを含んで構成される。
音響処理装置１０Ｄは、信号入力部１０２、ピーク検出部１０３、時間差算出部１０４、収音位置算出部１０５、音源方向算出部１０６Ｄ、第１伝達関数算出部１０７、伝達関数記憶部１０８、及び第２伝達関数算出部１０９を含んで構成される。
即ち、音響処理システム１Ｄは、音響処理装置１０（図１）において、音源方向算出部１０６に代えて音源方向算出部１０６Ｄを備える。
【０１５５】
音源方向算出部１０６Ｄは、第３伝達関数算出部１０６８Ｄ及び第１音源方向決定部１０６９Ｄを含んで構成される。
第３伝達関数算出部１０６８Ｄには、収音位置算出部１０５から音源状態情報が入力される。第３伝達関数算出部１０６８Ｄは、音源から収音位置への伝搬特性を与える伝搬モデルに基づいて、所定の間隔で分布した音源方向ｄのそれぞれについて、各チャネルｎの第３伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］（ω）を算出する。各チャネルの収音位置（ｍｎ，ｘ，ｍｎ，ｙ）は、入力された音源状態情報で与えられる。また、音源から収音位置の重心点までの距離が予め定められてもよい。
【０１５６】
伝搬モデルは、音源方向と収音位置に依存した伝搬特性を表す伝達関数を与えるモデルであればよい。伝搬モデルは、例えば、平面波モデルである。平面波モデルによる伝達関数Ａ（ｒ，ｄ）は、音源から距離ｒだけ離れた収音位置までの間への伝搬による遅延に応じた位相の変化を示し、振幅が一定であることが仮定されている。平面波モデルによる伝達関数Ａ（ｒ，ｄ）は、式（２３）で与えられる。
【０１５７】
【数２３】
2015154207.tif 000025
【０１５８】
式（２３）において、ｋは波数であり、ω／ｃに等しい。なお、第３伝達関数算出部１０６８Ｄは、距離ｒとして予め定めた値を用いる。
第３伝達関数算出部１０６８Ｄは、音源方向ｄ毎に算出した各チャネルｎの第３伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］（ω）を示す第３伝達関数情報を第１方向決定部１０６２Ｄに出力する。
【０１５９】
なお、第３伝達関数算出部１０６８Ｄは、球面波モデルを用いて第３伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］（ω）を算出してもよい。球面波モデルによる伝達関数Ａ（ｒ，ｄ）は、音源から距離ｒだけ離れた収音位置までの間の伝搬による遅延に応じた位相の変化と、振幅が距離ｒに応じて反比例して減衰することを表す。球面波モデルによる伝達関数Ａ（ｒ，ｄ）は、式（２４）で与えられる。
【０１６０】
【数２４】
2015154207.tif 000026
【０１６１】
式（２４）において、ｒ０は、予め定めた正の実数である。ｒ０は、例えば、音を発生する物体（つまり、音源）の半径である。
【０１６２】
第１音源方向決定部１０６９Ｄは、第３伝達関数算出部１０６８Ｄから入力された第３伝達関数情報と、ピーク検出部１０３から入力されたＮ＋１チャネルの音響信号に基づいて音源方向ｄを算出する。
第１音源方向決定部１０６９Ｄは、上述したＭＵＳＩＣ法を用いて音源方向ｄを算出し、算出した音源方向ｄを示す音源方向情報を第１伝達関数算出部１０７に出力する。
【０１６３】
次に、本実施形態に係る音響処理について説明する。
図１９は、本実施形態に係る音響処理を示すフローチャートである。
図１９に示す音響処理は、ステップＳ４０１〜Ｓ４０３、Ｓ４０９Ｄ、Ｓ４０４Ｄ、Ｓ４０５、及びＳ４０６を有する。
音響処理装置１０Ｄは、ステップＳ４０１〜Ｓ４０３を実行した後、ステップＳ４０９Ｄに進む。
（ステップＳ４０９Ｄ）第３伝達関数算出部１０６８Ｄは、収音位置算出部１０５から入力された音源状態情報が示す各チャネルの収音位置への伝搬による位相変化を示す第３伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］（ω）を音源方向毎に算出する。その後、ステップＳ４０４Ｄに進む。
（ステップＳ４０４Ｄ）第１音源方向決定部１０６９Ｄは、第３伝達関数算出部１０６８Ｄから入力された第３伝達関数情報と、ピーク検出部１０３から入力されたＮ＋１チャネルの音響信号に基づいて音源方向ｄを算出する。その後、音響処理装置１０Ｄは、ステップＳ４０５とステップＳ４０６を実行する。
【０１６４】
以上に説明したように、本実施形態に係る音響処理装置１０Ｄにおいて、音源方向算出部１０６Ｄは、収音位置算出部１０５が算出した収音位置への伝搬による位相変化を示す第３伝達関数を音源方向毎に算出する第３伝達関数算出部１０６８Ｄと、第３伝達関数算出部１０６８Ｄが算出した第３伝達関数と複数のチャネルの音響信号に基づいて音源方向を定める第１音源方向決定部１０６９Ｄと、を備える。
この構成により第３伝達関数を簡素な処理で算出することができ、算出された第３伝達関数が示す各収音位置での音源方向毎の位相変化に基づいて音源方向を定めることができる。そのため、音源方向の推定精度を損なわずに処理量を低減することができる。
【０１６５】
（第６の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第６の実施形態について説明する。上述した実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、上述した説明を援用する。
図２０は、本実施形態に係る音響処理システム１Ｅの構成を示す概略ブロック図である。
音響処理システム１Ｅは、収音部１１と音響処理装置１０Ｅを含んで構成される。
音響処理装置１０Ｅは、信号入力部１０２、ピーク検出部１０３、時間差算出部１０４、収音位置算出部１０５、及び第３伝達関数算出部１０６８Ｄを含んで構成される。
【０１６６】
音響処理装置１０Ｅは、この構成により図２１に示す音響処理を実行する。
図２１は、本実施形態に係る音響処理を示すフローチャートである。
図２１に示す音響処理は、ステップＳ４０１〜Ｓ４０３、及びステップＳ４０９Ｄを有する。音響処理装置１０Ｅは、ステップＳ４０１〜Ｓ４０３を実行した後、ステップＳ４０９Ｄを実行し、その後、図２１に示す処理を終了する。
【０１６７】
以上に説明したように、本実施形態に係る音響処理装置１０Ｅは、複数のチャネルの音響信号に基づいて複数のチャネルの各々に対応する収音位置を算出する。また、音響処理装置１０Ｅにおいて、第３伝達関数算出部１０６８Ｄは、少なくとも収音位置算出部１０５が算出した音源状態情報が示す各収音位置への伝搬による音源方向毎の位相変化を示す第３伝達関数を算出する。
この構成により収音位置が逐次に推定され、推定された各収音位置への伝搬による音源方向毎の第３伝達関数を簡素な処理によって算出することができる。
【０１６８】
（変形例）
上述ではこの発明の一実施形態について説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、音源方向算出部１０６Ｂ（図１３）もしくは音源方向算出部１０６Ｄ（図１８）と、第１伝達関数算出部１０７（図１３、図１８）には、音響処理装置１０Ａ（図１１）と同様に、収音位置算出部１０５に入力された時間差情報に係る音響信号よりも少なくとも所定の遅延時間ＴＡだけ遅れた時刻の音響信号に係る時間差情報がそれぞれ入力されるようにしてもよい。また、音響処理装置１０Ｃ（図１６）の音源方向算出部１０６Ｂと第１伝達関数算出部１０７（図１６）には、収音位置算出部１０５Ｃ（図１６）に入力された時間差情報に係る音響信号よりも少なくとも所定の遅延時間ＴＡだけ遅れた時刻の音響信号に係る時間差情報が入力されるようにしてもよい。
【０１６９】
音響処理装置１０Ｂ（図１３）、１０Ｃ（図１６）は、音源方向算出部１０６Ｂに代えて音源方向算出部１０６Ｄ（図１８）を備えてもよい。
また、音響処理装置１０Ｂ（図１３）、１０Ｃ（図１６）において、収音位置算出部１０５、１０５Ｃは、信頼度判定部１０６６Ｂを備え、その代りに音源方向算出部１０６Ｂ（図１３、図１６）において信頼度判定部１０６６Ｂが省略されてもよい。収音位置算出部１０５、１０５Ｃに備えられた信頼度判定部１０６６Ｂは、状態更新部１０５１から入力された予測残差の絶対値｜ζｋ−ζｋ｜ｋ−１｜又は音源状態情報ξｋの更新量の絶対値｜Ｋｋ（ζｋ−ζｋ｜ｋ−１）｜を信頼度ｗと定める。
そして、当該信頼度判定部１０６６Ｂは、予め定めた信頼度の閾値ｗｔｈよりも小さい場合、信頼度ｗを示す信頼度情報を対応付けて第１伝達関数算出部１０７に出力する。また、当該信頼度判定部１０６６Ｂが信頼度情報を出力したときに、音源方向算出部１０６Ｂ（これに代えて音源方向算出部１０６Ｄを備える場合には、音源方向算出部１０６Ｄ）は、音源方向情報を第１伝達関数算出部１０７に音源方向情報を出力し、音源方向情報と信頼度情報と対応付けてもよい。
また、音響処理装置１０Ｂ（図１３）、１０Ｃ（図１６）の音源方向算出部１０６Ｂは、収音位置算出部１０５Ｃ（図１６）と同様に第２音源方向算出部１１０Ｃで算出した第２音源方向ｄ’を観測値ζ’ｋとして、観測値ζ’ｋ｜ｋ−１の推定誤差が減少するように音源状態情報ξｋ｜ｋ−１及び音源状態情報ξｋを算出してもよい。
また、音響処理装置１０Ｄ（図１８）は、収音位置算出部１０５に代えて、収音位置算出部１０５Ｃ（図１６）を備え、さらに第２音源方向算出部１１０Ｃ（図１６）を備えてもよい。その場合、第２音源方向算出部１１０Ｃは、第２伝達関数算出部１０９で算出された第２伝達関数を用いて第２音源方向ｄ’を算出して、収音位置算出部１０５Ｃに出力する。
【０１７０】
収音位置算出部１０５（図１、図１１、図１３、図１８、図２０）、１０５Ｃ（図１６）、音源方向算出部１０６（図１）、１０６Ａ（図１１）、１０６Ｂ（図１３、図１６）は、観測値ベクトルζｋ｜ｋ−１、又は観測値ζ’ｋ｜ｋ−１の推定誤差が減少するように、音源状態情報ξｋ｜ｋ−１，ξｋを算出する際、拡張カルマンフィルタ法に代えて、最小二乗平均誤差（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕｒｅｄ  Ｅｒｒｏｒ：ＭＭＳＥ）法、その他の係数算出法、システム同定法を用いてもよい。
【０１７１】
第２音源方向算出部１１０Ｃ（図１６）、音源方向算出部１０６Ｄ（図１８）は、それぞれＭＵＳＩＣ法に代えて、一般化固有値分解（ＧＥＶＤ：Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ  Ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ）−ＭＵＳＩＣ法、一般化特異値分解（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ  Ｓｉｎｇｕｌａｒ  Ｖａｌｕｅ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＧＳＶＤ−）ＭＵＳＩＣ法、重み付き遅延和ビームフォーミング法（ＷＤＳ−ＢＦ：Ｗｅｉｇｈｔｅｄ  Ｄｅｌａｙ  ａｎｄ  Ｓｕｍ  Ｂｅａｍ  Ｆｏｒｍｉｎｇ）法、その他の音源方向算出法を用いてもよい。
【０１７２】
第２伝達関数算出部１０９（図１、図１１、図１８、図２０）、１０９Ｂ（図１３、図１６）は、他の機器（例えば、ロボット）や他の構成（例えば、入出力インタフェース）から伝達関数の算出を要求する伝達関数要求情報が入力されたことに応じて、伝達関数要求情報が示す目標音源方向に対応する第２伝達関数を算出してもよい。その場合には、第２伝達関数算出部１０９、１０９Ｂが算出した第２伝達関数を、伝達関数要求情報の出力元の機器、構成に出力してもよい。
第２伝達関数算出部１０９、１０９Ｂは、３つ以上の参照音源方向にそれぞれ対応した第１伝達関数を補間して目標音源方向に対応する第２伝達関数を算出してもよい。
【０１７３】
上述では、第２伝達関数算出部１０９、１０９Ｂは、第１伝達関数を補間する際、ＴＤＬＩ法による振幅λｍ［Ｔ］とＦＤＬＩ法による位相ｔｍ［Ｔ］とから、第２伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］（ω）を構成する場合を例にとったが、これには限られない。第２伝達関数算出部１０９、１０９Ｂは、積に基づく固有値スケーリング補間法（Ｍ−ＥＶＳＩ：Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｂａｓｅｄ  Ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ  Ｓｃａｌｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）法による振幅λｍ［Ｍ］と、ＦＤＬＩ法による位相ｔｍ［Ｔ］とから、第２伝達関数Ａ［ｄ］［ｎ］（ω）を構成してもよい。また、第２伝達関数算出部１０９、１０９Ｂは、第１伝達関数を補間する際、その他の補間法を用いてもよい。
【０１７４】
上述した例では、Ｎ＋１個の収音部１１−０〜１１−Ｎが、ロボットＲｏに固定して配置されている場合を例にとったが、ロボット以外の移動物、例えば、車両、台車、等に設置されてもよい。また、Ｎ＋１個の収音部１１−０〜１１−Ｎは、人体に装着可能であってもよい。Ｎ＋１の収音部１１−０〜１１−Ｎの各々が、他の物体から着脱可能であってもよいし、個々に移動可能であってもよい。
また、Ｎ＋１の収音部１１−０〜１１−Ｎの全て又は一部の配置は、共通の音源から到達した音を収音することができれば任意である。Ｎ＋１の収音部１１−０〜１１−Ｎの全て又は一部は、１つの直線上に配置されてもよいし、平面又は曲面上に配置されてもよい。
また、Ｎ＋１個の収音部１１−０〜１１−Ｎの全ては、予め定めた範囲内に配置されていなくていなくてもよく、少なくともその一部が、その範囲外に配置されてもよい。
【０１７５】
例えば、図２２に示すように、代表チャネルに係る収音部１１−０は、音源から予め定めた距離（例えば、５ｃｍ）内に近接して配置されてもよい。
図２２は、音源Ｓと収音部１１−ｎの他の配置例を示す平面図である。
図２２に示すように、収音部１１−０は、音源Ｓに近接して配置され、残りの７個の収音部１１−１〜１１−７が、それぞれロボットＲｏの頭部中心Ｃから半径ρの円周上に等間隔で配置されてもよい。このように、収音部１１−０を、他の収音部１１−１〜１１−７よりも音源Ｓに近接して配置することで、第１伝達関数算出部１０７は、対象チャネル１〜７の伝達関数Ａ［ｄ］［１］〜Ａ［ｄ］［７］として、音源Ｓから収音部１１−１〜１１−７までの伝達関数を第１伝達関数としてそれぞれ算出することができる。ひいては、第２伝達関数算出部１０９、１０９Ｂは、算出された第１伝達関数に基づいて目標音源方向に所在する音源Ｓから収音部１１−１〜１１−７までの伝達関数を第２伝達関数として算出することができる。
【０１７６】
上述した実施形態、変形例に係る音響処理装置１０〜１０Ｅは、音源の位置や方向等の空間情報として音源方向を算出し、音源から収音部までの距離を無視する場合を例にとったが、これには限られない。音響処理装置１０〜１０Ｅは、収音部から音源までの距離をさらに考慮し、２次元平面内の音源位置に係る第１伝達関数、第２伝達関数を算出してもよい。また、音響処理装置１０〜１０Ｅは、音源の所定の平面からの高さ、又は仰角をさらに考慮し、３次元空間内の音源位置に係る第１伝達関数、第２伝達関数を算出してもよい。
【０１７７】
なお、上述した実施形態及び変形例における音響処理装置１０〜１０Ｅの一部、例えば、ピーク検出部１０３、時間差算出部１０４、収音位置算出部１０５、１０５Ｃ、音源方向算出部１０６、１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｄ、第３伝達関数算出部１０６８Ｄ、第１伝達関数算出部１０７、１０７Ａ、第２伝達関数算出部１０９、１０９Ｂ、及び第２音源方向算出部１１０Ｃをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、音響処理装置１０〜１０Ｅに内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
また、上述した実施形態及び変形例における音響処理装置１０〜１０Ｅの一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。音響処理装置１０〜１０Ｅの各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
【０１７８】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１７９】
１〜１Ｅ…音響処理システム、１１（１１−０〜１１−Ｎ）…収音部、
１０〜１０Ｅ…音響処理装置、
１０２…信号入力部、１０３…ピーク検出部、１０４…時間差算出部、
１０５、１０５Ｃ…収音位置算出部、１０５１…状態更新部、１０５２…状態予測部、
１０５４…カルマンゲイン算出部、１０５５…収束判定部、
１０６、１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｄ…音源方向算出部、
１０６１…状態更新部、１０６２…状態予測部、１０６４…カルマンゲイン算出部、
１０６５…収束判定部、１０６６Ｂ…信頼度判定部、１０６８Ｄ…第３伝達関数算出部、１０６９Ｄ…第１音源方向決定部、
１０７、１０７Ａ…第１伝達関数算出部、１０８…伝達関数記憶部、
１０９、１０９Ｂ…第２伝達関数算出部、１１０Ｃ…第２音源方向算出部
【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】
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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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【図２２】
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