(57)【要約】【課題】非目的音を発生させる音源の位置に関わらず、特定の方向の音源から到達する目的音を分離することができる。【解決手段】目的方向に存在する音源から到達する目的音と、それ以外の方向に存在する音源から到達する非目的音とを分離する音源分離装置１００であって、マイクロホンＭ１，Ｍ２が出力する音響信号Ｘ１，Ｘ２を用い、単一指向性を有する音響信号ＡＲ，ＡＬを死角が逆向きになるように２つ生成する単一指向性形成部３１，３２と、生成した前記単一指向性を有する２つの音響信号を用いてスペクトル減算を行い、それぞれの死角から到達する非目的音の信号ＮＵＤＬ，ＮＵＤＲを抽出する非目的信号抽出部４１，４２と、抽出した非目的音の信号ＮＵＤＬ，ＮＵＤＲを用いてスペクトル減算を行い、目的音の信号Ｙを抽出する目的信号抽出部５１と、を備える。【選択図】図１
2015070315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
法線方向が目的方向となる面内に位置する複数のマイクロホンに到達する音響の内、前記目的方向に存在する音源から到達する目的音と、それ以外の方向に存在する音源から到達する非目的音とを分離する音源分離装置であって、
前記複数のマイクロホンの内の何れか２つのマイクロホンが出力する音響信号を用い、死角が前記２つのマイクロホンを結ぶ方向の何れかに向けられた単一指向性を有する音響信号を前記死角が逆向きになるように２つ生成する単一指向性形成部と、
前記複数のマイクロホンの何れか１つが出力する音響信号、または２つ以上のマイクロホンが出力する音響信号を平均した信号に対して、前記単一指向性形成部で生成した前記単一指向性を有する２つの音響信号を用いてスペクトル減算を行い、それぞれの死角から到達する非目的音の信号を抽出する非目的信号抽出部と、
前記複数のマイクロホンの何れか１つが出力する音響信号、または２つ以上のマイクロホンが出力する音響信号を平均した信号に対して、前記非目的信号抽出部で抽出した非目的音の信号を用いてスペクトル減算を行い、目的音の信号を抽出する目的信号抽出部と、
を備えることを特徴とする音源分離装置。
【請求項２】
法線方向が目的方向となる面内に位置する複数のマイクロホンに到達する音響の内、前記目的方向に存在する音源から到達する目的音と、それ以外の方向に存在する音源から到達する非目的音とを分離する音源分離装置が実行する音源分離方法であって、
前記複数のマイクロホンの内の何れか２つのマイクロホンが出力する音響信号を用い、死角が前記２つのマイクロホンを結ぶ方向の何れかに向けられた単一指向性を有する音響信号を前記死角が逆向きになるように２つ生成し、
前記複数のマイクロホンの何れか１つが出力する音響信号、または２つ以上のマイクロホンが出力する音響信号を平均した信号に対して、生成した前記単一指向性を有する２つの音響信号を用いてスペクトル減算を行い、それぞれの死角から到達する非目的音の信号を抽出し、
前記複数のマイクロホンの何れか１つが出力する音響信号、または２つ以上のマイクロホンが出力する音響信号を平均した信号に対して、抽出した非目的音の信号を用いてスペクトル減算を行い、目的音の信号を抽出する、
ことを特徴とする音源分離方法。
【請求項３】
請求項２に記載の音源分離方法をコンピュータに実行させることを特徴とする音源分離プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音源分離装置、音源分離方法、及び音源分離プログラムに関し、特に、複数の音源が存在する環境下において、特定の方向の音源のみを分離し抽出する場合に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の音源が存在する環境下において、ある特定の方向（以下、目的方向）の音信号（以下、目的音）のみ分離し抽出する技術として、マイクロホンアレイを用いたビームフォーマ（Beam Former；以下「ＢＦ」）がある。ＢＦとは、各マイクロホンに到達する信号の時間差を利用して指向性を形成する技術である（非特許文献１参照）。
ＢＦは、加算型と減算型の大きく２つの種類に分けられる。特に減算型ＢＦは、加算型ＢＦに比べ、少ないマイクロホン数で指向性を形成できるという利点がある。図６は、マイクロホン数が２個の場合の減算型ＢＦに係る構成を示すブロック図である。
【０００３】
減算型ＢＦは、まず遅延器により、ある音源からの音信号が各マイクロホンに到来する信号の時間差を算出し、一方のマイクロホンに到来する信号に算出した時間差の遅延を加えることにより音源からの音信号の位相を合わせる。以下では、音源が存在する方向を「音源方向」と呼ぶ。
【０００４】
時間差は下記（１）式により算出される。
τ＝（ｄ・ｓｉｎθ）／ｃ    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）式
ここで、「ｄ」はマイクロホン間の距離（ｍ）、「ｃ」は音速（ｍ／ｓ）、「τ」は遅延時間（ｓ）である。また、「θ」は、各マイクロホンを結んだ直線に対する垂線と音源方向との間の角度（°）である。
【０００５】
音源方向が第１のマイクロホンＭ１と第２のマイクロホンＭ２との中心に対して第１のマイクロホンＭ１の方向に存在する場合、第１のマイクロホンＭ１の入力ｘ１（ｔ）に対し遅延処理を行う。その結果、遅延処理後の第１のマイクロホンＭ１の入力は「ｘ１（ｔ−τ）」となる。その後、減算型ＢＦは、下記（２）式に従い減算器により減算処理を行う。
ａ（ｔ）＝ｘ２（ｔ）−ｘ１（ｔ−τ）  ・・・・・・・・・・・・・・（２）式
【０００６】
減算処理は、周波数領域でも同様に行うことができる。ここで、時間軸をτだけ遅らせた信号のフーリエ変換は、元の信号をフーリエ変換した結果に「ｅｘｐ（−ｊωτ）」を乗じたものになることが知られている。その場合、（２）式は、下記（３）式のように変更される。
Ａ（ω）＝Ｘ２（ω）−［ｅｘｐ（−ｊωτ）］Ｘ１（ω）  ・・・・・（３）式
【０００７】
ここで、θ＝±π／２の場合、形成される指向性は図７（ａ）に示すように、カージオイド型の単一指向性となる。また、θ＝０，πの場合は、図７（ｂ）のような「８」の字型の双指向性となる。ここでは、入力信号から単一指向性を形成するフィルタを「単一指向性フィルタ」、双指向性を形成するフィルタを「双指向性フィルタ」と呼称する。
【０００８】
これらの技術を用いて、目的方向により強い指向性を形成するための技術が開発されている。例えば、特許文献１には、目的方向に対して左右に死角を向けるように形成した２つの単一指向性の重なった領域（図７（ｃ）の斜線部分）に指向性を形成する手法が提案されている。この手法は、左右の単一指向性フィルタの出力の差分を利用して適応フィルタを形成し、両方の指向性に共通に含まれる成分を抽出する。
【０００９】
また、特許文献２には、単一指向性及び双指向性の２種類の指向性を利用することで、目的方向に強い指向性を形成する手法が提案されている。この手法では、まず目的方向に対して左右に死角を向ける単一指向性と、目的方向に対して死角を向ける双指向性を形成する。その後、２つの単一指向性フィルタの出力の内、パワーの大きい方を選択し、選択した単一指向性フィルタ出力から双指向性フィルタ出力をスペクトル減算（Spectral Subtraction；以下「ＳＳ」）することにより、目的方向以外に存在する音（以下、非目的音）を抑圧し、目的音を抽出する。
このように、これらの既存の技術を用いれば、目的方向に強い指向性を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−２０５９００号公報
【特許文献２】特開２００８−１３１１８３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】浅野太著、「音のアレイ信号処理」コロナ社、２０１１年２月２５日発行ｐ．７０〜ｐ．７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図３に示すように、２つのスピーカ（音源）の真ん中にマイクロホンＭ１，Ｍ２を配置する状況において、左右のスピーカＬ，Ｒから同時に同じ音（非目的音）が再生されると、これら既存の技術では、正面に位置する話者の声（目的音）のみを分離抽出することができないという問題があった。
【００１３】
この状況では、２つのマイクロホンＭ１，Ｍ２で全く同じ音を収音することになり、左右の単一指向性には、目的音の成分だけでなくスピーカＬ，Ｒの再生音も同時に等しく含まれることになる。また目的音だけでなくスピーカＬ，Ｒの再生音の位相も同じため、双指向性には、目的音とスピーカＬ，Ｒの再生音とのどちらも含まれないことになる。
【００１４】
すなわち、特許文献１の技術では、スピーカの再生音がどちらの単一指向性にも含まれるため、差分が０になり学習が行われず、目的音とともにスピーカの再生音もそのまま出力されることになる。
また、特許文献２の技術では、左右の単一指向性フィルタどちらを選択してもスピーカの再生音が含まれることに加えて、左右のマイクロホンで収音したスピーカの再生音に時間差が生じないため、双指向性を形成してもスピーカの再生音は抽出できない。そのため、その後、スペクトル減算（ＳＳ）を行ってもスピーカの再生音を抑圧することができない。
【００１５】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、非目的音を発生させる音源の位置に関わらず、特定の方向の音源から到達する目的音を分離することができる、音源分離装置、音源分離方法、及び音源分離プログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するため、本発明に係る音源分離装置は、法線方向が目的方向となる面内に位置する複数のマイクロホンに到達する音響の内、前記目的方向に存在する音源から到達する目的音と、それ以外の方向に存在する音源から到達する非目的音とを分離する音源分離装置（１００）であって、前記複数のマイクロホンの内の何れか２つのマイクロホンが出力する音響信号（Ｘ１，Ｘ２）を用い、死角が前記２つのマイクロホンを結ぶ方向の何れかに向けられた単一指向性を有する音響信号（ＡＲ，ＡＬ）を前記死角が逆向きになるように２つ生成する単一指向性形成部（３１，３２）と、前記複数のマイクロホンの何れか１つが出力する音響信号（Ｘ１，Ｘ２）、または２つ以上のマイクロホンが出力する音響信号を平均した信号（ＸＤＳ）に対して、前記単一指向性形成部で生成した前記単一指向性を有する２つの音響信号を用いてスペクトル減算を行い、それぞれの死角から到達する非目的音の信号（ＮＵＤＬ，ＮＵＤＲ）を抽出する非目的信号抽出部（４１，４２）と、前記複数のマイクロホンの何れか１つが出力する音響信号（Ｘ１，Ｘ２）、または２つ以上のマイクロホンが出力する音響信号を平均した信号（ＸＤＳ）に対して、前記非目的信号抽出部で抽出した非目的音の信号（ＮＵＤＬ，ＮＵＤＲ）を用いてスペクトル減算を行い、目的音の信号（Ｙ）を抽出する目的信号抽出部（５１）と、を備えることを特徴とする。但し、括弧内の符号は例示である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、非目的音を発生させる音源の位置に関わらず、特定の方向の音源から到達する目的音を分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る音源分離装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る音源分離装置が目的方向に鋭い指向性を形成する工程を説明するための図であり、図２（ａ）は単一指向性形成部の処理を説明するための図であり、図２（ｂ）は非目的信号抽出部の処理を説明するための図であり、図２（ｃ）は目的信号抽出部の処理を説明するための図である。
【図３】実施形態に係る音源分離装置の使用状況の一例を示す図である。
【図４】実施形態に係る音源分離装置及び従来の双方向性による音源分離装置の性能評価実験の結果を説明するための図である。
【図５】変形例に係る音源分離装置の構成を説明するための図であり、図５（ａ）は変形例に係る音源分離装置が備えるマイクロホンの配置を示す図であり、図５（ｂ）は単一指向性を形成するためのマイクロホンの組み合わせ例を示す図である。
【図６】従来例におけるマイクロホン数が２個の場合の減算型ＢＦの構成を示すブロック図である。
【図７】従来例におけるマイクロホン数が２個の場合の減算型ＢＦにより形成される指向特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、参照する図面において、本発明を構成する部材の寸法は、説明を明確にするために誇張して表現されている場合がある。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
【００２０】
［実施形態］
≪実施形態に係る音源分離装置の構成≫
図１を参照して、実施形態に係る音源分離装置の構成を説明する。図１は、実施形態に係る音源分離装置１００の構成を示すブロック図である。
音源分離装置１００は、周囲に存在する複数の音源から到達する音響の内、ある特定の方向（目的方向）に存在する音源から到達する目的音と、それ以外の方向に存在する音源から到達する非目的音とを分離するものである。
【００２１】
音源分離装置１００は、例えば、テレビ電話機能を有する多機能携帯電話機（スマートフォン）に搭載され、テレビ電話機能を用いて雑音下で会話する場合における、通話音質の向上を可能にする。なお、音源分離装置１００は、ビデオ会議システム、インターホン等にも有効である。また、音源分離装置１００は、音声検索機能を有するカーナビゲーションシステムに搭載され、音声検索機能を用いて雑音下で情報を検索する場合における、検索する情報の誤認識を防止する。
【００２２】
図１に示すように、実施形態に係る音源分離装置１００は、第１のマイクロホンＭ１と、第２のマイクロホンＭ２と、信号入力部１１，１２と、信号加算部２１と、単一指向性形成部３１，３２と、非目的信号抽出部４１，４２と、目的信号抽出部５１とを備える。
音源分離装置１００は、ディスクリート部品などの組み合わせや半導体チップなどによって専用的に構成されたものであってもよく、また、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によるプログラム実行処理により実現されるものであってもよい。つまり、音源分離装置１００は、その実現化方法は特に限定されるものではない。以下では、各構成要素を詳細に説明する。
【００２３】
（マイクロホン）
第１のマイクロホンＭ１及び第２のマイクロホンＭ２は、音（音波）を音響信号に変換するものである。ここでは、２つのマイクロホンＭ１，Ｍ２を結ぶ線に対する前方側の垂線方向を「０°」とし、時計回りの方向を正の角度で表し、反時計回りの方向を負の角度で表すことにする。また、前方（０°）を目的方向として想定する。つまり、第１のマイクロホンＭ１及び第２のマイクロホンＭ２は、それぞれ水平に配置され、第１のマイクロホンＭ１及び第２のマイクロホンＭ２を結ぶ軸の垂線が目的方向に対して平行になっている。言い換えれば、第１のマイクロホンＭ１及び第２のマイクロホンＭ２を結ぶ軸を含む垂直面の法線方向が目的方向となっている。
【００２４】
マイクロホンＭ１，Ｍ２は、全指向性（無指向性）のものである。その為、マイクロホンＭ１，Ｍ２は、目的方向から到達する目的音に加え、目的方向以外から到達する非目的音を収音する。そして、マイクロホンＭ１は、収音した目的音及び非目的音を音響信号ｘ１に変換して、音響信号ｘ１を信号入力部１１に出力する。また、マイクロホンＭ２は、収音した目的音及び非目的音を音響信号ｘ２に変換して、音響信号ｘ２を信号入力部１２に出力する。
【００２５】
（信号入力部）
信号入力部１１，１２は、マイクロホンＭ１，Ｍ２で収音し、出力した音響信号ｘ１，ｘ２をアナログ信号からデジタル信号に変換する。信号入力部１１，１２は、例えば、最大音声周波数の２倍の周波数でサンプリングすることにより、アナログ／デジタル変換を行う。
また、信号入力部１１，１２は、変換したデジタル信号を周波数分析する。信号入力部１１，１２は、例えば、高速フーリエ変換を用いてデジタル信号を時間領域から周波数領域へ変換する。以下では、周波数領域で表される音響信号の振幅成分を「振幅スペクトル」と呼び大文字の英字で表すことにする。そして、信号入力部１１，１２は、音響信号の振幅スペクトルＸ１，Ｘ２を信号加算部２１及び単一指向性形成部３１，３２に出力する。
【００２６】
（信号加算部）
信号加算部２１は、信号入力部１１，１２から入力された音響信号の振幅スペクトルＸ１，Ｘ２を加算した後、１／２倍することにより目的音成分を協調する。そして、信号加算部２１は、協調した音響信号の振幅スペクトルＸＤＳを非目的信号抽出部４１，４２、及び目的信号抽出部５１に出力する。
【００２７】
（単一指向性形成部）
単一指向性形成部３１，３２は、信号入力部１１，１２からの音響信号の振幅スペクトルＸ１，Ｘ２を用いて、目的方向に対して±９０°に死角を向ける単一指向性を有する振幅スペクトルＡＬ，ＡＲを形成する。単一指向性を有する振幅スペクトルＡＬ，ＡＲの形成は、前記説明した（１）式および（３）式に従い、それぞれθ＝＋π／２，θ＝−π／２として計算される。ここで、単一指向性形成部３１，３２は、振幅スペクトルＡＲ，ＡＬに周波数毎のゲイン補正を行う。
τ＝（ｄ・ｓｉｎθ）／ｃ    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）式
Ａ（ω）＝Ｘ２（ω）−［ｅｘｐ（−ｊωτ）］Ｘ１（ω）  ・・・・・（３）式
【００２８】
具体的には、単一指向性形成部３１は、θ＝＋π／２として、信号入力部１１から出力された音響信号の振幅スペクトルＸ１に「ｅ−ｊωτ」を乗算してから減算処理を行うことで、目的方向に対して＋９０°に死角を向ける単一指向性の振幅スペクトルＡＲ（目的方向に対して「−９０°」方向に単一指向性を形成した振幅スペクトルＡＲ）を形成する（図２（ａ）参照）。振幅スペクトルＡＲには、目的方向から到達する目的音と単一指向性が形成された側である「−９０°」方向から到達する非目的音とが含まれる。
【００２９】
また、単一指向性形成部３２は、θ＝−π／２として、信号入力部１２から出力された音響信号の振幅スペクトルＸ２に「ｅ−ｊωτ」を乗算してから減算処理を行うことで、目的方向に対して−９０°に死角を向ける単一指向性の振幅スペクトルＡＬ（目的方向に対して「＋９０°」方向に単一指向性を形成した振幅スペクトルＡＬ）を形成する（図２（ａ）参照）。振幅スペクトルＡＬには、目的方向から到達する目的音と単一指向性が形成された側である「＋９０°」方向から到達する非目的音とが含まれる。
【００３０】
（非目的信号抽出部）
非目的信号抽出部４１，４２は、信号加算部２１の出力ＸＤＳから単一指向性形成部３１，３２の出力ＡＲ，ＡＬをそれぞれスペクトル減算（ＳＳ）し、目的方向に対して±９０°の方向（死角）に存在する非目的音ＮＵＤＬ，ＮＵＤＲを抽出する。非目的音ＮＵＤＬ，ＮＵＤＲの抽出は、（４）式および（５）式に従い行われる。
ＮＵＤＬ＝ＸＤＳ−ＡＲ    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）式
ＮＵＤＲ＝ＸＤＳ−ＡＬ    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）式
【００３１】
つまり、非目的信号抽出部４１は、振幅スペクトルＸＤＳから振幅スペクトルＡＲをスペクトル減算（ＳＳ）することにより、目的方向に対して「＋９０°」方向に存在する非目的音ＮＵＤＬを抽出する（図２（ｂ）参照）。そして、非目的信号抽出部４１は、抽出した非目的音ＮＵＤＬを目的信号抽出部５１に出力する。
また、非目的信号抽出部４２は、振幅スペクトルＸＤＳから振幅スペクトルＡＬをスペクトル減算（ＳＳ）することにより、目的方向に対して「−９０°」方向に存在する非目的音ＮＵＤＲを抽出する（図２（ｂ）参照）。そして、非目的信号抽出部４２は、抽出した非目的音ＮＵＤＲを目的信号抽出部５１に出力する。
【００３２】
なお、ここでは、非目的信号抽出部４１，４２は、信号加算部２１の出力ＸＤＳを使用しているが、信号入力部１１又は信号入力部１２の出力Ｘ１，Ｘ２をそのまま使用することも出来る。後記する目的信号抽出部５１についても同様である。
【００３３】
（目的信号抽出部）
目的信号抽出部５１は、信号加算部２の出力ＸＤＳから非目的音抽出部４１，４２で抽出した目的方向に対して±９０°方向に存在する非目的音ＮＵＤＬ，ＮＵＤＲをスペクトル減算（ＳＳ）し、目的音の振幅スペクトルＹを抽出する。目的音の振幅スペクトルＹの抽出は、（６）式に従い行われる。ここで、「βＬ」と「βＲ」は、スペクトル減算（ＳＳ）の強度を調整するための係数である。
Ｙ＝ＸＤＳ−βＬＮＤＵＬ−βＲＮＤＵＲ  ・・・・・・・・・・・・・（６）式
【００３４】
これにより、目的信号抽出部５１は、目的方向に対して鋭い指向性を有する目的音の振幅スペクトルＹを形成する（図２（ｃ）参照）。そして、目的信号抽出部５１は、目的音の振幅スペクトルＹを出力する。
以上で、実施形態に係る音源分離装置１００の構成についての説明を終了する。
【００３５】
≪実施形態に係る音源分離装置の効果≫
続いて、図３を参照して、実施形態に係る音源分離装置１００の効果について説明する。図３は、実施形態に係る音源分離装置の使用状況の一例を示す図である。
図３では、目的方向から見て左側に第１のマイクロホンＭ１が配置され、目的方向から見て右側に第２のマイクロホンＭ２が配置される。ここでは便宜上、第１のマイクロホンＭ１と話者と左のスピーカＬとの距離、及び第２のマイクロホンＭ２と話者と右のスピーカＲとの距離が等しいものとする。
【００３６】
スピーカＬ，Ｒから再生された音（非目的音）が２つのマイクロホンＭ１，Ｍ２に到達する時間差をτとすると、ある時刻ｔにおいて、第１のマイクロホンＭ１が収音した音響信号ｘ１（ｔ）には、目的音である話者の音声ｓ（ｔ）、非目的音である左のスピーカＬの再生音ｐＬ（ｔ）、非目的音である右のスピーカＲの再生音ｐＲ（ｔ−τ）が含まれている。また、第２のマイクロホンＭ２が収音した音響信号ｘ２（ｔ）には、目的音である話者の音声ｓ（ｔ）、非目的音である左のスピーカＬの再生音ｐＬ（ｔ）、非目的音である右のスピーカＲの再生音ｐＲ（ｔ−τ）が含まれている。
【００３７】
左右のスピーカＬ，Ｒから同じ音が同じ大きさで再生されている場合、音響信号ｘ１（ｔ）と音響信号ｘ２（ｔ）とに含まれる成分は等しくなり、時刻ｔを中心とする時間フレームでＦＦＴ演算したそれぞれの振幅スペクトルＸ１（ｔ），Ｘ２（ｔ）は共に（７）式として表される。ここで、「Ｓ」は目的音の振幅スペクトル、「Ｐ」は非目的音の振幅スペクトルである。
Ｘ（ｔ）＝Ｓ（ｔ）＋Ｐ（ｔ）＋Ｐ（ｔ−τ）  ・・・・・・・・・・（７）式
【００３８】
また、スピーカＬ，Ｒから再生された音が２つのマイクロホンＭ１，Ｍ２に到達する時間差（前記した遅延時間τ）が十分に小さい場合、Ｐ（ｔ）≒Ｐ（ｔ−τ）と近似できる。その為、（７）式は、（８）式として表すことができる。
Ｘ（ｔ）＝Ｓ（ｔ）＋２Ｐ（ｔ）  ・・・・・・・・・・・・・・・・（８）式
【００３９】
次に、単一指向性形成部３１，３２は、各マイクロホンＭ１，Ｍ２が収音した音響信号の振幅スペクトルＸ１（ｔ），Ｘ２（ｔ）から、「＋９０°」方向に死角を向ける単一指向性を有する振幅スペクトルＡＲ（ｔ）と、「−９０°」方向に死角を向ける単一指向性を有する振幅スペクトルＡＬ（ｔ）とを形成する。振幅スペクトルＸ１（ｔ）＝Ｘ２（ｔ）の場合、各単一指向性形成部３１，３２が出力する振幅スペクトルＡＬ（ｔ），ＡＲ（ｔ）も等しくなる（ＡＬ（ｔ）＝ＡＲ（ｔ））。単一指向性形成部３１，３２の出力である振幅スペクトルＡ（ｔ）を（９）式に示す。（９）式に示すＡ（ｔ）は、単一指向性の死角により左右どちらか一方の非目的音Ｐ（ｔ）が抑圧されるため、Ａ（ｔ）に含まれるＰ（ｔ）はＸ（ｔ）に比べて半分になる。なお、Ａ（ｔ）は、周波数毎のゲイン補正を行っているものとする。
Ａ（ｔ）＝Ｓ（ｔ）＋Ｐ（ｔ）  ・・・・・・・・・・・・・・・・・（９）式
【００４０】
続いて、非目的信号抽出部４１，４２は、（１０）式に従い、Ｘ（ｔ）からＡ（ｔ）をスペクトル減算（ＳＳ）する。これにより、Ｓ（ｔ）が抑圧され、目的方向に対して±９０°の方向（死角）に存在する非目的音Ｐ（ｔ）を抽出する。その結果、非目的信号抽出部４１，４２の出力Ｎ（ｔ）にはＰ（ｔ）のみ含まれることになる。
Ｎ（ｔ）＝Ｘ（ｔ）−Ａ（ｔ）  ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１０）式
【００４１】
最後に、目的信号抽出部５１は、（１１）式に従い、Ｘ（ｔ）からＮ（ｔ）をスペクトル減算（ＳＳ）する。ここで「β」は、スペクトル減算（ＳＳ）の強度を調節する係数（パラメータ）である。（８）式が成立する場合、「β＝２」と設定すると、Ｘ（ｔ）に含まれるＰ（ｔ）が抑圧され、最終出力Ｙ（ｔ）＝Ｓ（ｔ）となり目的音を抽出することができる。
Ｙ（ｔ）＝Ｘ（ｔ）−βＮ（ｔ）  ・・・・・・・・・・・・・・・・（１１）式
【００４２】
次に、実施形態に係る音源分離装置１００の性能評価実験の結果を説明する。図４は、図３に示す配置において、左右のスピーカＬ，Ｒから違う音、又は同じ音が同時に再生されたと想定した場合における、再生音の抑圧量を計算機でシミュレーションした結果である。実験条件としては、使用した目的音及び非目的音は共に音声であり、抑圧量指標としてＮＲＲ（Noise Reduction Rate）を用いた。また、本発明との比較には、従来法として特許文献２の手法を用いた。
【００４３】
左右のスピーカＬ，Ｒから違う音声が再生された場合、従来法でのＮＲＲは「３６ｄＢ」となり、本発明でのＮＲＲは「３２ｄＢ」となった。どちらも十分に非目的音を抑圧できていることが分かる。しかしながら、左右のスピーカＬ，Ｒから同じ音声が再生されば場合、従来法でのＮＲＲは「５ｄＢ」となり抑圧量が劣化しているのが分かる。これは、左右のスピーカＬ，Ｒのどちらか一方の非目的音だけしか抑圧できていないためである。それに比べ、本発明でのＮＲＲは「２３ｄＢ」と高い抑圧量を誇っており、左右のスピーカＬ，Ｒの非目的音を抑圧できていることが分かる。
【００４４】
以上のように、実施形態に係る音源分離装置１００は、目的方向に対して左右の方向に単一指向性を形成し、各単一指向性の死角方向に存在する非目的音を抽出する。そして、入力信号から抽出した非目的音をスペクトル減算（ＳＳ）することにより、目的方向に鋭い指向性を形成することができる。その為、実施形態に係る音源分離装置１００は、同じ音（非目的音）を同じ大きさで発生する２つの音源の真ん中に配置された場合でも、非目的音を抑圧可能であり、目的方向の音源から到達する目的音のみ分離して抽出することができる。
【００４５】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を変えない範囲で実施することができる。実施形態の変形例を以下に示す。
【００４６】
実施形態では、音源分離装置１００が２つのマイクロホンＭ１，Ｍ２を備える場合を説明したが、音源分離装置１００は、外部のマイクロホンが収音した音響信号を有線回線又は無線回線を用いて受信し、受信した音響信号を用いて目的方向に鋭い指向性を形成してもよい。
【００４７】
また、実施形態では、音源分離装置１００が２つのマイクロホンＭ１，Ｍ２から収音した音響信号を用いて目的方向に鋭い指向性を形成する場合を説明した。しかしながら、音源分離装置１００は、目的方向に対して水平に配置される複数のマイクロホンから収音した音響信号を用いればよく、マイクロホンの数は特に限定されるものではない。図５を参照して、４つのマイクロホンＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４が収音した音響信号を用いて目的方向に鋭い指向性を形成する場合を説明する。
【００４８】
図５（ａ）は変形例に係る音源分離装置が備えるマイクロホンの配置を示す図である。図５（ｂ）は単一指向性を形成するためのマイクロホンの組み合わせ例を示す図である。
図５（ａ）に示すように、目的音が正面（ｚ軸方向）から到来する場合に、ｘｙ平面上に４個の無指向性のマイクロホンＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４を配置する。
【００４９】
変形例に係る音源分離装置２００（図示せず）は、４個のマイクロホンＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４の内の２個ずつを図５（ｂ）に示すように「第４のマイクロホンＭ４及び第１のマイクロホンＭ１のペアＢ１」、「第１のマイクロホンＭ１及び第２のマイクロホンＭ２のペアＢ２」、「第２のマイクロホンＭ２及び第３のマイクロホンＭ３のペアＢ３」、「第３のマイクロホンＭ３及び第４のマイクロホンＭ４のペアＢ４」の４通りを作成する。続いて、音源分離装置２００（図示せず）は、この４通りのペアＢ１〜Ｂ４を用いて、上下左右４方向の単一指向性を形成する。上下左右４方向の単一指向性の形成は、例えば、以下に示す（１２）〜（１５）式に従って行われる。
【００５０】
Ａ１（ω）＝Ｘ１（ω）−［ｅｘｐ（−ｊωτ）］Ｘ４（ω）  ・・・（１２）式
Ａ２（ω）＝Ｘ２（ω）−［ｅｘｐ（−ｊωτ）］Ｘ１（ω）  ・・・（１３）式
Ａ３（ω）＝Ｘ３（ω）−［ｅｘｐ（−ｊωτ）］Ｘ２（ω）  ・・・（１４）式
Ａ４（ω）＝Ｘ４（ω）−［ｅｘｐ（−ｊωτ）］Ｘ３（ω）  ・・・（１５）式
【００５１】
続いて、変形例に係る音源分離装置２００（図示せず）は、上下左右４方向の単一指向性を用いて、各単一指向性の死角方向に存在する非目的音を抽出する。そして、入力信号から抽出した非目的音をスペクトル減算（ＳＳ）することにより、目的方向に鋭い指向性を形成することができる。その為、変形例に係る音源分離装置２００（図示せず）は、同じ音（非目的音）を同じ大きさで発生する上下左右に配置される４つの音源の真ん中に配置された場合でも、非目的音を抑圧可能であり、目的方向の音源から到達する目的音のみ分離して抽出することができる。
【００５２】
また、実施形態では、音響信号の振幅スペクトルを用いて目的方向に鋭い指向性を計算する場合を説明したが、パワースペクトルを用いて計算を行ってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１１，１２  信号入力部
２１        信号加算部
３１，３２  単一指向性形成部
４１，４２  非目的信号抽出部
５１        目的信号抽出部
１００      音源分離装置
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４  マイクロホン
【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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