(57)【要約】  本開示の指向性マイクロホン装置等は、目的方向に感度を有する第１の音響信号を生成するマイクロホン（１１）と、目的方向に感度死角を有する第２の音響信号を生成するマイクロホン（１２）と、マイクロホン（１２）で生成された第２の音響信号に対して、マイクロホン（１１）で生成された前記第１の音響信号と、前記第２の指向性合成部で生成された前記第２の音響信号とをＮ回（Ｎ＞０）周波数領域で乗算することによって、目的方向の感度死角の角度範囲を第２の音響信号より狭くした第３の音響信号を生成する補正部（１０５）と、マイクロホン（１１）で生成された第１の音響信号を主信号とし、補正部（１０５）で生成された第３の音響信号を参照信号として雑音抑圧を行うことで、第１の音響信号の目的方向の指向性を狭角化した出力音響信号を生成する抑圧部（１０７）とを備える。
2014097637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的方向に感度を有する第１の音響信号を生成する第１の指向性合成部と、
前記目的方向に感度死角を有する第２の音響信号を生成する第２の指向性合成部と、
前記第２の指向性合成部で生成された前記第２の音響信号に対して、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号をＮ回（Ｎ＞０）周波数領域で乗算することによって、前記目的方向の感度死角の角度範囲を前記第２の音響信号より狭くした第３の音響信号を生成する補正部と、
前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号を主信号とし、前記補正部で生成された前記第３の音響信号を参照信号として雑音抑圧を行うことで、前記第１の音響信号の前記目的方向の指向性を狭角化した出力音響信号を生成する抑圧部とを備える、
指向性マイクロホン装置。
【請求項２】
前記第１の指向性合成部および前記第２の指向性合成部は、複数のマイクロホンから構成されるマイクロホンアレイの出力信号を演算処理することで、前記第１の音響信号および前記第２の音響信号を生成する、
請求項１に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項３】
さらに、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号と、前記第２の指向性合成部で生成された前記第２の音響信号とを周波数領域の信号に変換する第１の変換部を備え、
前記補正部は、前記第１の変換部で周波数領域の信号に変換された前記第２の音響信号に対して前記第１の変換部で周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号をＮ回（Ｎ＞０）乗算することにより、前記第３の音響信号を生成する、
請求項１または２に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項４】
前記Ｎは、１であり、
前記補正部は、
周波数領域の信号に変換された前記第２の音響信号と周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号とを複素乗算するスペクトル乗算部と、
前記スペクトル乗算部の出力信号の絶対値を算出する絶対値演算部と、
前記絶対値演算部により算出された前記絶対値の平方根を算出することにより、前記第３の音響信号を生成する平方根算出部と、を有する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項５】
前記Ｎは、１であり、
前記補正部は、
周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号の第１の絶対値および周波数領域の信号に変換された前記第２の音響信号の第２の絶対値を算出する絶対値演算部と、
前記絶対値演算部で算出された前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との乗算を行う乗算部と、
前記乗算部により行われた乗算値の平方根を算出することにより、前記第３の音響信号を生成する平方根算出部と、を有する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項６】
前記抑圧部は、
前記第１の音響信号と前記第３の音響信号とのパワースペクトルを用いて、前記第１の音響信号に含まれる前記目的方向の音以外の音である雑音を抑圧する雑音抑圧係数を算出する雑音抑圧係数算出部と、
前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号に前記雑音抑圧係数算出部で算出された前記雑音抑圧係数を適用し、前記雑音を抑圧して前記目的方向の音のみを抽出することにより前記雑音抑圧を行うことで、前記出力音響信号を生成する雑音抑圧部と、を備える、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項７】
さらに、周波数領域の信号に変換されている前記第１の音響信号および前記第３の音響信号のそれぞれのパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部を備え、
前記抑圧部は、前記第１の音響信号または前記第１の変換部で周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号と、前記パワースペクトル算出部で算出された前記第１の音響信号のパワースペクトルとを主信号とし、前記パワースペクトル算出部で算出された前記第３の音響信号のパワースペクトルを参照信号として前記雑音抑圧を行うことで、前記出力音響信号を生成する、
請求項３に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項８】
前記パワースペクトル算出部は、前記補正部で生成された前記第３の音響信号の絶対値に対して（２／（Ｎ＋１））乗の演算をすることにより、前記第３の音響信号のパワースペクトルを算出する、
請求項７に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項９】
前記抑圧部は、
前記第３の音響信号のパワースペクトルに所定の係数を乗算して出力する第１の係数乗算部と、
前記第１の音響信号のパワースペクトルから前記第１の係数乗算部からの出力信号を減算する第１の減算部と、
前記第１の音響信号のパワースペクトルと前記第１の減算部からの出力信号とを入力として、前記第１の音響信号に含まれる前記目的方向の音以外の音である雑音を抑圧する雑音抑圧係数を算出する雑音抑圧係数算出部と、
前記第１の音響信号または前記第１の変換部で周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号と前記雑音抑圧係数算出部で算出された前記雑音抑圧係数とを入力として前記雑音抑圧を行うことで、前記出力音響信号を生成する雑音抑圧処理部とを備える、
請求項７または８に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項１０】
さらに、前記補正部における乗算回数である前記Ｎと、前記パワースペクトル算出部における（２／（Ｎ＋１））乗のＮ値を変化させることで前記指向性マイクロホン装置の指向性を制御するビーム幅制御部を備える、
請求項８に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項１１】
前記Ｎは、ゼロより大きい実数である、
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項１２】
さらに、周波数領域の信号に変換された、前記第１の音響信号および前記第３の音響信号のそれぞれのパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部を備え、
前記雑音抑圧係数算出部は、
前記パワースペクトル算出部で算出された前記第１の音響信号のパワースペクトルを主信号とし、前記パワースペクトル算出部で算出された前記第３の音響信号のパワースペクトルを参照信号として、前記雑音抑圧係数を算出する、
請求項６に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項１３】
前記指向性マイクロホン装置は、さらに、前記目的方向に感度死角を有し、かつ、前記第２の音響信号とは異なる指向性パターンを有する第４の音響信号を生成する第３の指向性合成部を備え、
前記抑圧部は、さらに、前記補正部で生成された前記第３の音響信号を主信号とし、前記第３の指向性合成部で生成された前記第４の音響信号を参照信号として、前記第３の音響信号に含まれる前記目的方向に対して正反対の方向の音である第１の雑音を抑圧する反対方向雑音抑圧部と、
前記第１の音響信号と前記第４の音響信号と前記反対方向雑音抑圧部の出力信号とを用いて、前記第１の雑音を含む前記目的方向の音以外の音である雑音を抑圧する雑音抑圧係数を算出する雑音抑圧係数算出部と、
前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号に前記雑音抑圧係数算出部で算出された前記雑音抑圧係数を適用し、前記雑音を抑圧して前記目的方向の音のみを抽出することにより前記雑音抑圧を行うことで、前記出力音響信号を生成する雑音抑圧部とを備える、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項１４】
さらに、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号と、前記第２の指向性合成部で生成された前記第２の音響信号と、前記第３の指向性合成部で生成された前記第４の音響信号とを周波数領域の信号に変換する第１の変換部と、
前記第１の変換部で周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号と前記第３の音響信号と前記第４の音響信号とのそれぞれのパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部を備え、
前記反対方向雑音抑圧部は、前記第３の音響信号のパワースペクトルを主信号とし、前記第４の音響信号のパワースペクトルを参照信号として、前記第１の雑音を抑圧する、
請求項１３に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項１５】
前記雑音抑圧係数算出部は、前記第１の音響信号のパワースペクトルを主信号とし、前記反対方向雑音抑圧部の出力信号及び前記第４の音響信号のパワースペクトルを参照信号として、前記雑音抑圧係数を算出する、
請求項１４に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項１６】
前記雑音抑圧部は、
周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号と、前記雑音抑圧係数算出部で算出された前記雑音抑圧係数との乗算を行い、前記雑音を抑圧した前記目的方向の目的音響信号のみを抽出する乗算器と、
前記乗算器で抽出された前記目的音響信号を時間領域の信号に変換することで、前記出力音響信号を生成する逆フーリエ変換部と、を有する、
請求項６、１３〜１５のいずれか１項に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項１７】
前記雑音抑圧部は、
周波数領域の係数である前記雑音抑圧係数を時間領域のＦＩＲフィルタの係数に変換する第２の変換部と、
前記第２の変換部で変換された１単位時間前のＦＩＲフィルタの係数を、前記第２の変換部で変換された現単位時間のＦＩＲフィルタの係数を用いて更新し、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号にフィルタ処理を行うことにより、前記出力音響信号を生成する時変係数ＦＩＲフィルタ部と、を有する、
請求項６、１３〜１５のいずれか１項に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項１８】
目的方向に感度を有する第１の音響信号を生成する第１の指向性合成ステップと、
前記目的方向に感度死角を有する第２の音響信号を生成する第２の指向性合成ステップと、
前記第２の指向性合成ステップにおいて生成された前記第２の音響信号に対して、前記第１の指向性合成ステップにおいて生成された前記第１の音響信号をＮ回（Ｎ＞０）周波数領域で乗算することによって、前記目的方向の感度死角の角度範囲を前記第２の音響信号より狭くした第３の音響信号を生成する補正ステップと、
前記第１の指向性合成ステップにおいて生成された前記第１の音響信号を主信号とし、前記補正ステップにおいて生成された前記第３の音響信号を参照信号として雑音抑圧を行うことで、前記第１の音響信号の前記目的方向の指向性を狭角化した出力音響信号を生成する抑圧ステップとを含む、
音響信号処理方法。
【請求項１９】
音響信号処理方法を行うためのプログラムであって、
目的方向に感度を有する第１の音響信号を生成する第１の指向性合成ステップと、
前記目的方向に感度死角を有する第２の音響信号を生成する第２の指向性合成ステップと、
前記第２の指向性合成ステップにおいて生成された前記第２の音響信号に対して、前記第１の指向性合成ステップにおいて生成された前記第１の音響信号をＮ回（Ｎ＞０）周波数領域で乗算することによって、前記目的方向の感度死角の角度範囲を前記第２の音響信号より狭くした第３の音響信号を生成する補正ステップと、
前記第１の指向性合成ステップにおいて生成された前記第１の音響信号を主信号とし、前記補正ステップにおいて生成された前記第３の音響信号を参照信号として雑音抑圧を行うことで、前記第１の音響信号の前記目的方向の指向性を狭角化した出力音響信号を生成する抑圧ステップとを、
コンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指向性マイクロホン装置、音響信号処理方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
指向性マイクロホン装置として、目的方向に指向性の主軸を有する主信号と、目的方向に理想上ゼロ感度を持ち一定の角度範囲の感度死角を有する参照信号と、を用いて主信号に含まれる目的方向以外の音を抑圧するものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２８６６３７号公報
【特許文献２】特開２００４−１８７２８３号公報
【特許文献３】国際公開第１２／０１４４５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１などに開示される従来構成では、目的方向に対し、十分に狭い指向角を有する指向性を形成することができない。そのため、目的方向以外（真正面以外）の音（目的音以外の音）も収音してしまうという問題がある。【０００５】
本発明は、上記の問題点に着目したものであり、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を形成することができる指向性マイクロホン装置、音響信号処理方法およびプログラ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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る指向性マイクロホン装置は、目的方向に感度を有する第１の音響信号を生成する第１の指向性合成部と、前記目的方向に感度死角を有する第２の音響信号を生成する第２の指向性合成部と、前記第２の指向性合成部で生成された前記第２の音響信号に対して、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号をＮ回（Ｎ＞０）周波数領域で乗算することによって、前記目的方向の感度死角の角度範囲を前記第２の音響信号より狭くした第３の音響信号を生成する補正部と、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号を主信号とし、前記補正部で生成された前記第３の音響信号を参照信号として雑音抑圧を行うことで、前記第１の音響信号の前記目的方向の指向性を狭角化した出力音響信号を生成する抑圧部とを備える。【０００７】
なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータで読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の指向性マイクロホン装置等は、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１における指向性マイクロホン装置の構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１における補正部の詳細構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１における抑圧部の詳細構成の一例を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、実施の形態１における第１のマイクロホンの指向性パターンを示す特性図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施の形態１における第２のマイクロホンの指向性パターンを示す特性図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施の形態１におけるＮ＝０である場合の主信号パワースペクトルＰｘ（ω）および第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）の指向性パターンの関係を示す特性図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施の形態１におけるＮ＝０である場合の推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）の指向性パターンを示す特性図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施の形態１におけるＮ＝１である場合の主信号パワースペクトルＰｘ（ω）および第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）の指向性パターンの関係を示す特性図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施の形態１におけるＮ＝１である場合の推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）の指向性パターンを示す特性図である。
【図７Ａ】図７Ａは、実施の形態１におけるＮ＝３である場合の主信号パワースペクトルＰｘ（ω）および第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）の指向性パターンの関係を示す特性図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施の形態１におけるＮ＝３である場合の推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）の指向性パターンを示す特性図である。
【図８Ａ】図８Ａは、実施の形態１におけるＮ＝７である場合の主信号パワースペクトルＰｘ（ω）および第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）の指向性パターンの関係を示す特性図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、実施の形態１におけるＮ＝７である場合の推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）の指向性パターンを示す特性図である。
【図９】図９は、実施の形態１の変形例における指向性マイクロホン装置の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態１の変形例における抑圧部の詳細構成の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２における指向性マイクロホン装置の構成の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３における指向性マイクロホン装置の構成の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３における第１の指向性合成部の詳細構成の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態３における第２の指向性合成部の詳細構成の一例を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、実施の形態３における補正部の機能構成の一例を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、実施の形態３における補正部の機能構成の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態３における補正部の入力信号および出力信号の指向性パターンを示す図である。
【図１７】図１７は、実施の形態４における指向性マイクロホン装置の構成の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、実施の形態４における指向性マイクロホン装置の構成の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、実施の形態４における第３の指向性合成部の詳細構成の一例を示す図である。
【図２０】図２０は、実施の形態４における指向性マイクロホン装置の構成の変形例を示す図である。
【図２１】図２１は、従来の指向性マイクロホン装置の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の基礎となった知見）
まず、特許文献１に開示された、目的方向以外の音を抑圧できる従来の指向性マイクロホン装置について説明する。ここで、目的音方向とはマイクロホン装置が持つ指向特性の指向性主軸を指す。
【００１１】
図２１は、従来の指向性マイクロホン装置の構成の一例を示す図である。
【００１２】
図２１に示す指向性マイクロホン装置は、第１のマイクロホンユニット９０１と、第２のマイクロホンユニット９０２と、判定部９１０と、適応フィルタ部９２０と、信号減算部９３０と、雑音抑圧フィルタ係数算出部９４０と、時変係数フィルタ部９５０とを備える。
【００１３】
図２１に示す指向性マイクロホン装置は、まず、第１のマイクロホンユニット９０１から出力された目的方向に指向性の主軸を有する音圧傾度型の主信号と、第２のマイクロホンユニット９０２から出力された目的方向に感度死角を有する音圧傾度型の参照信号とをそれぞれ周波数分析する。次に、雑音抑圧フィルタ係数算出部９４０は、主信号と参照信号のそれぞれのパワースペクトルを基に主信号に含まれる目的方向以外の音のパワースペクトルを推定し、この推定したパワースペクトルを基に目的方向以外の音を抑圧するフィルタ係数を算出する。そして、時変係数フィルタ部９５０は、主信号に対してフィルタ処理を行うことで目的方向以外の音を抑圧し、目的方向の音を強調する。
【００１４】
しかしながら、上記従来構成では、参照信号に音圧傾度型の指向性合成法を用いており、目的方向に対する感度死角を十分に狭く形成する（角度範囲を十分に狭く形成する）のが難しい。換言すると、上記従来構成では、抑圧したい目的方向近傍の音が参照信号に含まれないので、雑音抑圧フィルタ係数算出部９４０は、目的音近傍の音を抑圧する係数を算出できない。
【００１５】
つまり、上記特許文献１などに開示される従来構成では、目的方向に対し、十分に狭い指向角を有する指向性を形成することができない。そのため、目的方向以外（真正面以外）の音（目的音以外の音）も収音してしまうという問題がある。
【００１６】
また、例えば、特許文献２には、目的音方向の音を強調する技術が開示されている。特許文献２に開示される指向性マイクロホン装置では、目的音方向に感度を有する第１の指向性マイクロホンからの出力信号を主信号とし、目的音方向に感度死角を有する第２の指向性マイクロホンからの出力信号を参照信号として、第１と第２の指向性マイクロホンからの主信号および参照信号のパワースペクトルを用いて目的音方向以外の方向の音を抑圧するフィルタ係数を算出し、主信号に対してフィルタ処理を行うことで、目的音方向の音を強調する。
【００１７】
しかしながら、特許文献２に開示される構成では、主信号に用いている指向性マイクロホンの指向性パターンと参照信号に用いている指向性マイクロホンの指向性パターンとの関係において、参照信号は目的音方向に対して感度死角を有し、目的音の信号成分を含まず参照信号としての条件を満たすが、目的音方向以外の指向性パターンに関しては、主信号と参照信号との間で一致しない。ここで、指向性パターンは、マイクロホンの音圧感度対音波到来方向の特性を示す。そして、主信号と参照信号との間で指向性パターンが一致しないことが原因で、目的音方向以外に複数方向に雑音源が存在するときに、雑音源方向に応じ適応的に最適な抑圧係数を推定する必要があった。それにより、参照信号から主信号に混入する抑圧すべき信号成分の推定精度などが性能限界の要因となっていた。
【００１８】
そこで、本発明の一態様は、上記の問題点に着目したものであり、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を形成することができる指向性マイクロホン装置、音響信号処理方法および音響処理プログラムを提供することを目的とする。
【００１９】
このような問題を解決するため、本発明の一態様に係る指向性マイクロホン装置は、目的方向に感度を有する第１の音響信号を生成する第１の指向性合成部と、前記目的方向に感度死角を有する第２の音響信号を生成する第２の指向性合成部と、前記第２の指向性合成部で生成された前記第２の音響信号に対して、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号をＮ回（Ｎ＞０）周波数領域で乗算することによって、前記目的方向の感度死角の角度範囲を前記第２の音響信号より狭くした第３の音響信号を生成する補正部と、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号を主信号とし、前記補正部で生成された前記第３の音響信号を参照信号として雑音抑圧を行うことで、前記第１の音響信号の前記目的方向の指向性を狭角化した出力音響信号を生成する抑圧部とを備える。
【００２０】
これにより、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を形成することができる指向性マイクロホン装置を実現することができる。
【００２１】
具体的には、本態様の指向性マイクロホン装置によれば、参照信号の目的方向に対する感度死角の角度範囲をより狭くすることができ、参照信号に目的方向近傍の音を含ませることができる。それにより、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を形成することができる。また、本態様の指向性マイクロホン装置によれば、高精度に雑音成分の推定を行うことができるよう参照信号を補正することができるので、指向性を鋭角化できるだけでなく高音質化も可能となる。
【００２２】
また、例えば、前記第１の指向性合成部および前記第２の指向性合成部は、複数のマイクロホンから構成されるマイクロホンアレイの出力信号を演算処理することで、前記第１の音響信号および前記第２の音響信号を生成するとしてもよい。
【００２３】
また、例えば、さらに、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号と、前記第２の指向性合成部で生成された前記第２の音響信号とを周波数領域の信号に変換する第１の変換部を備え、前記補正部は、前記第１の変換部で周波数領域の信号に変換された前記第２の音響信号に対して前記第１の変換部で周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号をＮ回（Ｎ＞０）乗算することにより、前記第３の音響信号を生成するとしてもよい。
【００２４】
また、例えば、前記Ｎは、１であり、前記補正部は、周波数領域の信号に変換された前記第２の音響信号と周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号とを複素乗算するスペクトル乗算部と、前記スペクトル乗算部の出力信号の絶対値を算出する絶対値演算部と、前記絶対値演算部により算出された前記絶対値の平方根を算出することにより、前記第３の音響信号を生成する平方根算出部と、を有するとしてもよい。
【００２５】
また、例えば、前記Ｎは、１であり、前記補正部は、周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号の第１の絶対値および周波数領域の信号に変換された前記第２の音響信号の第２の絶対値を算出する絶対値演算部と、前記絶対値演算部で算出された前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との乗算を行う乗算部と、前記乗算部により行われた乗算値の平方根を算出することにより、前記第３の音響信号を生成する平方根算出部と、を有するとしてもよい。
【００２６】
また、例えば、前記抑圧部は、前記第１の音響信号と前記第３の音響信号とのパワースペクトルを用いて、前記第１の音響信号に含まれる前記目的方向の音以外の音である雑音を抑圧する雑音抑圧係数を算出する雑音抑圧係数算出部と、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号に前記雑音抑圧係数算出部で算出された前記雑音抑圧係数を適用し、前記雑音を抑圧して前記目的方向の音のみを抽出することにより前記雑音抑圧を行うことで、前記出力音響信号を生成する雑音抑圧部と、を備えるとしてもよい。
【００２７】
また、例えば、さらに、周波数領域の信号に変換されている前記第１の音響信号および前記第３の音響信号のそれぞれのパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部を備え、前記抑圧部は、前記第１の音響信号または前記第１の変換部で周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号と、前記パワースペクトル算出部で算出された前記第１の音響信号のパワースペクトルとを主信号とし、前記パワースペクトル算出部で算出された前記第３の音響信号のパワースペクトルを参照信号として前記雑音抑圧を行うことで、前記出力音響信号を生成するとしてもよい。
【００２８】
また、例えば、前記パワースペクトル算出部は、前記補正部で生成された前記第３の音響信号の絶対値に対して（２／（Ｎ＋１））乗の演算をすることにより、前記第３の音響信号のパワースペクトルを算出するとしてもよい。
【００２９】
また、例えば、前記抑圧部は、前記第３の音響信号のパワースペクトルに所定の係数を乗算して出力する第１の係数乗算部と、前記第１の音響信号のパワースペクトルから前記第１の係数乗算部からの出力信号を減算する第１の減算部と、前記第１の音響信号のパワースペクトルと前記第１の減算部からの出力信号とを入力として、前記第１の音響信号に含まれる前記目的方向の音以外の音である雑音を抑圧する雑音抑圧係数を算出する雑音抑圧係数算出部と、前記第１の音響信号または前記第１の変換部で周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号と前記雑音抑圧係数算出部で算出された前記雑音抑圧係数とを入力として前記雑音抑圧を行うことで、前記出力音響信号を生成する雑音抑圧処理部とを備えるとしてもよい。
【００３０】
また、例えば、さらに、前記補正部における乗算回数である前記Ｎと、前記パワースペクトル算出部における（２／（Ｎ＋１））乗のＮ値を変化させることで前記指向性マイクロホン装置の指向性を制御するビーム幅制御部を備えるとしてもよい。
【００３１】
また、例えば、前記Ｎは、ゼロより大きい実数であるとしてもよい。
【００３２】
また、例えば、さらに、周波数領域の信号に変換された、前記第１の音響信号および前記第３の音響信号のそれぞれのパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部を備え、前記雑音抑圧係数算出部は、前記パワースペクトル算出部で算出された前記第１の音響信号のパワースペクトルを主信号とし、前記パワースペクトル算出部で算出された前記第３の音響信号のパワースペクトルを参照信号として、前記雑音抑圧係数を算出するとしてもよい。
【００３３】
また、例えば、前記指向性マイクロホン装置は、さらに、前記目的方向に感度死角を有し、かつ、前記第２の音響信号とは異なる指向性パターンを有する第４の音響信号を生成する第３の指向性合成部を備え、前記抑圧部は、さらに、前記補正部で生成された前記第３の音響信号を主信号とし、前記第３の指向性合成部で生成された前記第４の音響信号を参照信号として、前記第３の音響信号に含まれる前記目的方向に対して正反対の方向の音である第１の雑音を抑圧する反対方向雑音抑圧部と、前記第１の音響信号と前記第４の音響信号と前記反対方向雑音抑圧部の出力信号とを用いて、前記第１の雑音を含む前記目的方向の音以外の音である雑音を抑圧する雑音抑圧係数を算出する雑音抑圧係数算出部と、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号に前記雑音抑圧係数算出部で算出された前記雑音抑圧係数を適用し、前記雑音を抑圧して前記目的方向の音のみを抽出することにより前記雑音抑圧を行うことで、前記出力音響信号を生成する雑音抑圧部とを備えるとしてもよい。
【００３４】
また、例えば、さらに、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号と、前記第２の指向性合成部で生成された前記第２の音響信号と、前記第３の指向性合成部で生成された前記第４の音響信号とを周波数領域の信号に変換する第１の変換部と、前記第１の変換部で周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号と前記第３の音響信号と前記第４の音響信号とのそれぞれのパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部を備え、前記反対方向雑音抑圧部は、前記第３の音響信号のパワースペクトルを主信号とし、前記第４の音響信号のパワースペクトルを参照信号として、前記第１の雑音を抑圧するとしてもよい。
【００３５】
また、例えば、前記雑音抑圧係数算出部は、前記第１の音響信号のパワースペクトルを主信号とし、前記反対方向雑音抑圧部の出力信号及び前記第４の音響信号のパワースペクトルを参照信号として、前記雑音抑圧係数を算出するとしてもよい。
【００３６】
また、例えば、前記雑音抑圧部は、周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号と、前記雑音抑圧係数算出部で算出された前記雑音抑圧係数との乗算を行い、前記雑音を抑圧した前記目的方向の目的音響信号のみを抽出する乗算器と、前記乗算器で抽出された前記目的音響信号を時間領域の信号に変換することで、前記出力音響信号を生成する逆フーリエ変換部と、を有するとしてもよい。
【００３７】
また、例えば、前記雑音抑圧部は、周波数領域の係数である前記雑音抑圧係数を時間領域のＦＩＲフィルタの係数に変換する第２の変換部と、前記第２の変換部で変換された１単位時間前のＦＩＲフィルタの係数を、前記第２の変換部で変換された現単位時間のＦＩＲフィルタの係数を用いて更新し、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号にフィルタ処理を行うことにより、前記出力音響信号を生成する時変係数ＦＩＲフィルタ部と、を有するとしてもよい。
【００３８】
また、このような問題を解決するため、本発明の一態様に係る音響信号処理方法は、目的方向に感度を有する第１の音響信号を生成する第１の指向性合成ステップと、前記目的方向に感度死角を有する第２の音響信号を生成する第２の指向性合成ステップと、前記第２の指向性合成ステップにおいて生成された前記第２の音響信号に対して、前記第１の指向性合成ステップにおいて生成された前記第１の音響信号をＮ回（Ｎ＞０）周波数領域で乗算することによって、前記目的方向の感度死角の角度範囲を前記第２の音響信号より狭くした第３の音響信号を生成する補正ステップと、前記第１の指向性合成ステップにおいて生成された前記第１の音響信号を主信号とし、前記補正ステップにおいて生成された前記第３の音響信号を参照信号として雑音抑圧を行うことで、前記第１の音響信号の前記目的方向の指向性を狭角化した出力音響信号を生成する抑圧ステップとを含む。
【００３９】
なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータで読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【００４０】
以下、本発明の一態様に係る指向性マイクロホン装置等について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００４１】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００４２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における指向性マイクロホン装置の構成の一例を示す図である。図１に示す指向性マイクロホン装置１は、第１のマイクロホン１１と、第２のマイクロホン１２と、変換部１０４と、補正部１０５と、算出部１０６と、抑圧部１０７とを有する。
【００４３】
第１のマイクロホン１１は、例えば第１の指向性合成部の一例であり、目的方向に感度を有する第１の音響信号を生成する。本実施の形態では、第１のマイクロホン１１は、目的音方向に感度を有する感度特性を持ち、音波を電気信号に変換し出力信号として主信号ｘ（ｔ）を出力する。ここで、目的方向に感度を有するとは、感度特性において、目的方向にピーク感度を持つことをいう。なお、第１のマイクロホン１１は、単数または複数のマイクロホン（マイクロホンアレイ）からなり、マイクロホンアレイの出力信号を演算処理することで、目的方向に感度を有する第１の音響信号（主信号ｘ（ｔ））を生成する第１の指向性合成部を備えるとしてもよい。
【００４４】
第２のマイクロホン１２は、例えば第２の指向性合成部の一例であり、目的方向に感度死角を有する第２の音響信号を生成する。本実施の形態では、第２のマイクロホン１２は、目的音方向に感度死角を有する感度特性を持ち、音波を電気信号に変換し出力信号として参照信号ｒ１（ｔ）を出力する。なお、第２のマイクロホン１２は、単数または複数のマイクロホン（マイクロホンアレイ）からなり、マイクロホンアレイの出力信号を演算処理することで、目的方向に感度死角を有する第２の音響信号（参照信号ｒ１（ｔ））を生成する第２の指向性合成部を備えるとしてもよい。
【００４５】
変換部１０４は、例えば、第１の変換部の一例であり、第１のマイクロホン１１で生成された第１の音響信号（主信号ｘ（ｔ））と、第２のマイクロホン１２で生成された第２の音響信号（参照信号ｒ１（ｔ））を周波数領域の信号に変換する。
【００４６】
本実施の形態では、図１に示すように、変換部１０４は、第１の時間−周波数変換部１０４１と、第２の時間−周波数変換部１０４２とを備える。第１の時間−周波数変換部１０４１は、第１のマイクロホン１１からの主信号ｘ（ｔ）を入力として時間領域から周波数領域に信号を変換し主信号スペクトルＸ（ω）を出力する。第２の時間−周波数変換部１０４２は、第２のマイクロホン１２からの参照信号ｒ１（ｔ）を入力として時間領域から周波数領域に信号を変換し第１の参照信号スペクトルＲ１（ω）を出力する。
【００４７】
補正部１０５は、第２のマイクロホン１２で生成された第２の音響信号に対して、第１のマイクロホン１１で生成された第１の音響信号をＮ回（Ｎ＞０）周波数領域で乗算することによって、上記目的方向の感度死角の角度範囲を第２の音響信号より狭くした第３の音響信号を生成する。より具体的には、補正部１０５は、変換部１０４で周波数領域の信号に変換された第２の音響信号（Ｒ１（ω））に対して変換部１０４で周波数領域の信号に変換された第１の音響信号（Ｘ（ω））をＮ回（Ｎ＞０）乗算することにより、第３の音響信号を生成する。
【００４８】
本実施の形態では、補正部１０５は、第１の時間−周波数変換部１０４１からの主信号スペクトルＸ（ω）と第２の時間−周波数変換部１０４２からの第１の参照信号スペクトルＲ１（ω）を入力として、補正された第２の参照信号スペクトルＲ２（ω）を出力する。
【００４９】
以下、図２を用いて補正部１０５の詳細構成の一例について説明する。ここで、図２は、実施の形態１における補正部の詳細構成の一例を示す図である。
【００５０】
例えば、図２に示すように、補正部１０５は、演算部１０５０と、スペクトル乗算部１０５１とを備え、（式１）に示す算出式を実行する。
【００５１】
Ｒ２（ω）＝Ｒ１（ω）・Ｘ（ω）＾Ｎ      （式１）
【００５２】
つまり、スペクトル乗算部１０５１は、周波数領域の信号に変換された第２の音響信号（Ｒ１（ω））に対して、周波数領域の信号に変換された第１の音響信号（Ｘ（ω））をＮ回（Ｎ＞０）乗算したものを複素乗算する。
【００５３】
算出部１０６は、例えば、パワースペクトル算出部の一例であり、周波数領域の信号に変換されている第１の音響信号および第３の音響信号のそれぞれのパワースペクトルを算出する。算出部１０６は、補正部１０５で生成された第３の音響信号（Ｒ２（ω））の絶対値に対して（２／（Ｎ＋１））乗の演算をすることにより、第３の音響信号のパワースペクトル（Ｐｒ２（ω））を算出する。
【００５４】
本実施の形態では、図１に示すように、算出部１０６は、第１のパワースペクトル算出部１０６１と第２のパワースペクトル算出部１０６２とを備える。第１のパワースペクトル算出部１０６１は、第１の時間−周波数変換部１０４１からの主信号スペクトルＸ（ω）が入力され、主信号パワースペクトルＰｘ（ω）を出力する。第２のパワースペクトル算出部１０６２は、補正部１０５からの第２の参照信号スペクトルＲ２（ω）が入力され、第２の参照信号パワースペクトルＰｒ２（ω）を出力する。
【００５５】
抑圧部１０７は、第１のマイクロホン１１で生成された第１の音響信号を主信号とし、補正部１０５で生成された第３の音響信号を参照信号として雑音抑圧を行うことで、第１の音響信号の目的方向の指向性を狭角化した出力音響信号を生成する。より具体的には、抑圧部１０７は、変換部１０４で周波数領域の信号に変換された第１の音響信号（Ｘ（ω））と、算出部１０６で算出された第１の音響信号のパワースペクトル（Ｐｘ（ω））とを主信号とし、算出部１０６で算出された第３の音響信号のパワースペクトル（Ｐｒ２（ω））を参照信号として雑音抑圧を行うことで、出力音響信号を生成する。
【００５６】
本実施の形態では、抑圧部１０７は、第１の時間−周波数変換部１０４１からの主信号スペクトルＸ（ω）と、第１のパワースペクトル算出部１０６１からの主信号パワースペクトルＰｘ（ω）と、第２のパワースペクトル算出部１０６２からの第２の参照信号パワースペクトルＰｒ２（ω）が入力され、指向性マイクロホン装置１の出力ｙ（ｔ）を出力する。
【００５７】
以下、図３を用いて抑圧部１０７の詳細構成の一例について説明する。ここで、図３は、実施の形態１における雑音抑圧部の詳細構成の一例を示す図である。
【００５８】
抑圧部１０７は、図３に示すように、第１の係数乗算部１１０と、第１の減算部１１１と、雑音抑圧係数算出部１０８と、雑音抑圧処理部１０９とを備える。
【００５９】
第１の係数乗算部１１０は、第３の音響信号のパワースペクトル（Ｐｒ２（ω））に所定の係数（係数Ｃ（ω））を乗算して出力する。具体的には、第１の係数乗算部１１０は、第２のパワースペクトル算出部１０６２からの第２の参照信号パワースペクトルＰｒ２（ω）が入力され、係数Ｃ（ω）を乗算して第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）を出力する。ここで、所定の係数すなわち係数Ｃ（ω）は、予め定められた定数でもよいし、時系列や所定のタイミングで変動する変数でもよい。
【００６０】
第１の減算部１１１は、第１の音響信号のパワースペクトル（Ｐｘ（ω））から第１の係数乗算部１１０の出力信号（Ｐｒ３（ω））を減算する。具体的には、第１の減算部１１１は、第１のパワースペクトル算出部１０６１からの主信号パワースペクトルＰｘ（ω）から第１の係数乗算部１１０からの第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）を減算して、推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）を出力する。
【００６１】
雑音抑圧係数算出部１０８は、第１の音響信号のパワースペクトル（Ｐｘ（ω））と第１の減算部１１１の出力信号（Ｐｓ（ω））とを入力として、第１の音響信号に含まれる目的方向の音以外の音である雑音を抑圧する雑音抑圧係数（Ｈ（ω））を算出する。具体的には、雑音抑圧係数算出部１０８は、第１のパワースペクトル算出部１０６１からの主信号パワースペクトルＰｘ（ω）と第１の減算部１１１からの推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）が入力され、雑音抑圧係数Ｈ（ω）を出力する。
【００６２】
雑音抑圧処理部１０９は、変換部１０４で周波数領域の信号に変換された第１の音響信号（Ｘ（ω））と雑音抑圧係数算出部１０８で算出された雑音抑圧係数（Ｈ（ω））とが入力され、それらを用いて雑音抑圧処理を行うことで出力音響信号（ｙ（ｔ））を生成する。具体的には、雑音抑圧処理部１０９は、第１の時間−周波数変換部１０４１からの主信号スペクトルＸ（ω）と雑音抑圧係数算出部１０８からの雑音抑圧係数Ｈ（ω）を入力として、雑音である目的音方向以外の信号成分を抑圧し、指向性主軸方向にある目的音を抽出して出力ｙ（ｔ）を出力する。
【００６３】
以上のように構成された指向性マイクロホン装置１の動作について説明する。
【００６４】
ここで、目的音方向とは、指向性マイクロホン装置が形成する指向性の主軸方向（正面方向）であるとして以下の説明を行う。また、時間領域信号をｘ（ｔ）など（ｔ）を付け、周波数領域信号にはＸ（ω）など（ω）を付ける。また、指向性の説明に関して、Ｘ（ω）の指向性パターンとは、信号Ｘの周波数ωにおける音波到来方向θ対音圧感度特性を表し、指向性パターンの図は、ポーラパタンの書式で図示する。
【００６５】
図４Ａは実施の形態１における第１のマイクロホンの指向性パターンを示す特性図であり、図４Ｂは実施の形態１における第２のマイクロホンの指向性パターンを示す特性図である。
【００６６】
第１のマイクロホン１１は、目的音方向に感度を有する指向特性を有し、例えば、図４Ａに示す指向性パターン（指向特性図）を有する。図４Ａに示す指向性パターンは、一般に正面方向の音を収音するために用いられる１次音圧傾度型の単一指向性を示している。図１に示す指向性マイクロホン装置１では、第１のマイクロホン１１からの出力信号ｘ（ｔ）を主信号として、後段の処理によって、指向性をさらに鋭くし（狭角化し）、音の選択性を高める。後段の処理とは主信号ｘ（ｔ）と参照信号ｒ１（ｔ）から生成されるパワースペクトルに基づく雑音抑圧の処理である。
【００６７】
第２のマイクロホン１２は、目的音方向に感度死角を有する指向特性を有し、例えば、図４Ｂに示す指向性パターンを有する。図４Ｂに示す指向性パターンは、目的音方向である正面に感度死角を持つ１次音圧傾度型の双指向性を示している。指向性マイクロホン装置１では、第２のマイクロホン１２からの出力信号ｒ１（ｔ）を参照信号として用いることで主信号の指向性に対して鋭角化処理を行う。ここで、指向性パターンの図における周波数は１ｋＨｚとして計算しているが、第１のマイクロホン１１と第２のマイクロホン１２の指向性パターンに対する上記の条件を満たしていれば特に特定の周波数に限らない。
【００６８】
第１の時間−周波数変換部１０４１および第２の時間−周波数変換部１０４２は、例えばＦＦＴ演算やフィルタバンクなどの演算を用いて、主信号ｘ（ｔ）と参照信号ｒ１（ｔ）とをそれぞれ周波数スペクトル信号に変換し、主信号スペクトルＸ（ω）、第１の参照信号スペクトルＲ１（ω）を出力する。
【００６９】
第１のパワースペクトル算出部１０６１は、主信号スペクトルＸ（ω）に対して、周波数成分毎に次の演算を行い、主信号パワースペクトルＰｘ（ω）を出力する。
【００７０】
Ｐｘ（ω）＝｜Ｘ（ω）｜＾２      （式２）
【００７１】
補正部１０５は、第１の時間−周波数変換部１０４１からの主信号スペクトルＸ（ω）と第２の時間−周波数変換部１０４２からの第１の参照信号スペクトルＲ１（ω）とが入力される。補正部１０５は、指向性パターンを理想的な形状に近づけるために、参照信号スペクトルＲ１（ω）に対して周波数ω毎に（式３）に示す補正を行って、第２の参照信号スペクトルＲ２（ω）を出力する。補正の内容の詳細については後述する。
【００７２】
Ｒ２（ω）＝Ｒ１（ω）・Ｘ（ω）＾Ｎ      （式３）
【００７３】
（式３）は、第１の参照信号スペクトルＲ１（ω）に複数Ｎ回主信号スペクトルＸ（ω）を乗算することを示している。ただし、Ｎ＞０つまりＮはゼロより大きい実数である。
【００７４】
第２のパワースペクトル算出部１０６２は、補正部１０５によって補正された第２の参照信号スペクトルＲ２（ω）の次元数をパワのオーダーに変換する。具体的には、補正部１０５では、スペクトルがＮ＋１回乗算されていることから、（式４）に示す演算によって次元をパワ（２乗）のオーダーに変換し、参照信号パワースペクトルＰｒ２（ω）を出力する。
【００７５】
Ｐｒ２（ω）＝｜Ｒ２（ω）｜＾（２／（Ｎ＋１））      （式４）
【００７６】
抑圧部１０７は、主信号パワースペクトルＰｘ（ω）と第２の参照信号パワースペクトルＰｒ２（ω）とを基に、主信号から目的音方向以外の信号成分を抑圧することで指向性が主軸方向にある目的音を抽出した出力ｙ（ｔ）を出力する。より具体的には、例えば図３に示すように、第１の係数乗算部１１０は、（式５）に示すように、第２の参照信号パワースペクトルＰｒ２（ω）をＣ（ω）倍（係数倍）に乗算することでレベル調整したＰｒ３（ω）を出力する。第１の減算部１１１は、（式６）に示すように、主信号パワースペクトルＰｘ（ω）からＰｒ３（ω）を減算することで生成した推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）を雑音抑圧係数算出部１０８に出力する。
【００７７】
Ｐｒ３（ω）＝Ｃ（ω）・Ｐｒ２（ω）      （式５）
【００７８】
Ｐｓ（ω）＝Ｐｘ（ω）−Ｐｒ３（ω）      （式６）
図５Ａは、主信号パワースペクトルＰｘ（ω）が持つ指向性パターンを実線、Ｐｒ２（ω）に係数Ｃ（ω）を乗算してレベル調整した第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）が持つ指向性パターンを破線で示す。以下では、（式３）、（式４）におけるＮを（式７）として計算したもので説明する。
【００７９】
Ｎ＝０      （式７）
【００８０】
ここで、（式７）の条件は、従来の構成に相当する。
【００８１】
図５Ａは、実施の形態１におけるＮ＝０である場合の主信号パワースペクトルＰｘ（ω）および第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）の指向性パターンの関係を示す特性図である。図５Ｂは、実施の形態１におけるＮ＝０である場合の推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）の指向性パターンを示す特性図である。
【００８２】
より具体的には、図５Ａに示す指向性パターンは、係数Ｃ（ω）を９０°方向に存在する雑音Ａの方向に対して、主信号パワースペクトルＰｘ（ω）（実線）と第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）（破線）が一致するようにＣ（ω）を設定した場合を示している。図５Ｂに示す指向性パターンは、（式６）に従って、主信号パワースペクトルＰｘ（ω）から第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）を減算した推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）を示している。ただし、減算結果が負の値になる部分については、値をゼロとして計算した結果である。
【００８３】
図５Ｂに示す推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）は、主信号パワースペクトルＰｘ（ω）から、第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）を使って、雑音である目的音方向以外の信号成分を抑圧したパワースペクトルであり、雑音抑圧係数算出部１０８に出力される。また、推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）は、指向性マイクロホン装置１の出力（ｙ（ｔ））の指向性パターンに対応する。
【００８４】
雑音抑圧係数算出部１０８は、（式８）に示すように、指向性を鋭角化処理する前の入力信号である主信号パワースペクトルＰｘ（ω）を分母にし、出力すべき推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）を分子にした伝達特性Ｈ（ω）を計算する。雑音抑圧係数算出部１０８は、計算した伝達特性Ｈ（ω）を雑音抑圧処理部１０９に出力する。
【００８５】
Ｈ（ω）＝Ｐｓ（ω）／Ｐｘ（ω）      （式８）
【００８６】
ここで、（式８）は、一般にパワースペクトルに基づく雑音抑圧（ノイズサプレッサ）に用いられるウィナーフィルタ伝達特性を用いる場合の計算方法の例である。
【００８７】
雑音抑圧処理部１０９は、（式９）に示すように雑音抑圧係数Ｈ（ω）と主信号スペクトルＸ（ω）との積を計算し、周波数−時間変換を行うことにより時間波形出力ｙ（ｔ）を生成する。なお、（式９）では、一例として周波数−時間変換の処理をＩＦＦＴ｛・｝（逆ＦＦＴ演算）で表現している。
【００８８】
ｙ（ｔ）＝ＩＦＦＴ｛Ｈ（ω）・Ｘ（ω）｝      （式９）
【００８９】
このように（式８）および（式９）に示される演算を行うことによって、図５Ａに示す実線の指向性パターンである主信号ｘ（ｔ）が、図５Ｂに示す実線の指向性パターンに鋭角化され、信号ｙ（ｔ）として出力される。
【００９０】
以上のような処理を行うことによって、目的音方向以外の信号成分を抑圧し、指向性マイクロホンの指向性の鋭角化を行うことができる。
【００９１】
ところで、指向性マイクロホン装置１における特徴は、参照信号の指向性パターンに着目し、指向性パターンを理想的に近づける補正処理を、補正部１０５と第２のパワースペクトル算出部１０６２とで実施することにある。そして、補正部１０５では、第１の参照信号スペクトルＲ１（ω）に主信号スペクトルをＮ回乗算する補正処理を実施する。
【００９２】
なお、上述したＮ＝０は指向性パターンを補正しない場合に相当し、従来の方法に等しくなる。以下、従来の課題について図５Ａを用いて説明する。ここで、正面方向に目的音、９０°方向に雑音Ａ、１２０°方向に雑音Ｂが存在しているとする。９０°方向に存在する雑音Ａを過不足なしに抑圧を掛けるには、主信号と参照信号とにおける９０°方向の感度を一致させることが必要である。図５Ａは、係数Ｃ（ω）によって９０°方向の雑音Ａに対してレベル調整が行われた状態を示しており、指向性パターンの実線（Ｐｘ（ω））と破線（Ｐｒ３（ω））とが９０°方向で、値が一致している状態である。
【００９３】
このとき、１２０°方向の雑音Ｂについては、主信号が持つ感度より、参照信号が持つ感度の方が高くなっており、１２０方向の雑音Ｂについては、過剰な抑圧がかかることになる。そのため、雑音Ａや雑音Ｂの強弱によって適切な参照信号のレベル調整を随時行う学習の仕組みなどが必要となる。
【００９４】
理想的には、参照信号の指向性パターンとしては、正面方向については感度死角を有し、正面方向以外は主信号の指向性パターンと一致していることが望ましい。主信号と参照信号の正面方向以外の指向性パターンが一致していれば、例えば９０°方向の雑音Ａと１２０°方向の雑音Ｂに対する参照信号のレベル調整値（係数Ｃ（ω））は必要なくなる。つまり、主信号と参照信号の正面方向以外の指向性パターンの一致度が高まれば、雑音抑圧が全ての方向に対して同時に過不足なく行えることになるので、参照信号の指向性パターンが理想形状に近づけば雑音抑圧精度が高まり、指向性の鋭角化や音質の向上が得られることとなる。また、係数Ｃ（ω）を雑音源の空間分布に適応して随時調整しなくてもよくなることから、この係数を固定の定数として従来と比べ処理をより簡素化することも可能となる。
【００９５】
そこで、参照信号の指向性パターンについて、主信号と参照信号の正面方向以外の指向性パターンの一致度を高めるようにするため、補正部１０５と第２のパワースペクトル算出部とでは、（式３）および（式４）に示されるように、第１の参照信号スペクトルＲ１（ω）に主信号スペクトルＸ（ω）をＮ回乗算（Ｎ＞０）して、参照信号パワースペクトルを得る。
【００９６】
ここで、第１の参照信号スペクトルＲ１（ω）では、感度死角の角度方向が感度ゼロである。そのため、第１の参照信号スペクトルＲ１（ω）に対して主信号スペクトルＸ（ω）を何回乗算しても第１の参照信号スペクトルＲ１（ω）の感度死角の角度方向では感度ゼロを保つ。一方、感度死角の角度方向以外は、感度の高／低は存在してもある値を持っているため、主信号スペクトルＸ（ω）を乗算する回数Ｎを増していくと、参照信号の指向性パターンは、Ｎの増加に応じて、主信号スペクトルＸ（ω）の影響が高まり、主信号と同じ指向性パターンに近づくことになる。理論上では例えばＮ＝∞とすると、第１の参照信号スペクトルＲ１（ω）の感度死角（感度＝ゼロ）である目的音方向以外の角度範囲は、主信号スペクトルＸ（ω）と同じ指向性パターンになる。
【００９７】
図６Ａは、実施の形態１におけるＮ＝１である場合の主信号パワースペクトルＰｘ（ω）および第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）の指向性パターンの関係を示す特性図であり、図７Ａは、実施の形態１におけるＮ＝３である場合の主信号パワースペクトルＰｘ（ω）および第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）の指向性パターンの関係を示す特性図である。図８Ａは、実施の形態１におけるＮ＝７である場合の主信号パワースペクトルＰｘ（ω）および第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）の指向性パターンの関係を示す特性図である。
【００９８】
具体的には、図６Ａから図８Ａにおける破線はそれぞれＮ＝１，Ｎ＝３，Ｎ＝７と乗算回数Ｎを増加させたときの、（式３）から（式５）より計算した第３の参照信号Ｐｒ３（ω）の指向性パターンである。例えば図８Ａに示す主信号パワースペクトルＰｘ（ω）（実線）と参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）（破線）とを比較すると、目的音方向以外の部分で一致度が高いことからわかるように、Ｎ＝１からＮ＝７のＮの増加に伴い主信号パワースペクトルＰｘ（ω）の指向性パターンとの一致度が高まっている。
【００９９】
また、図６Ｂは、実施の形態１におけるＮ＝１である場合の推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）の指向性パターンを示す特性図であり、図７Ｂは、実施の形態１におけるＮ＝３である場合の推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）の指向性パターンを示す特性図である。図８Ｂは、実施の形態１におけるＮ＝７である場合の推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）の指向性パターンを示す特性図である。
【０１００】
具体的には、図６Ｂから図８Ｂに示されるように、主信号パワースペクトルＰｘ（ω）から第３の参照信号パワースペクトルＰｒ３（ω）を減算した推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）の指向性パターンもＮの増加に伴い鋭角化できることがわかる。ここで、推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）の指向性パターンは、雑音抑圧部の目標出力であるので、指向性マイクロホン装置の出力ｙ（ｔ）の指向性パターンと等しくなる。
【０１０１】
このように、実施の形態１の構成によれば、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を形成することができる指向性マイクロホン装置を実現することができる。より具体的には、実施の形態１の指向性マイクロホン装置１によれば、主信号の指向性パターンに対して、参照信号の指向性パターンの目的音方向以外のパターン一致度を向上させることができ、雑音抑圧部処理部の雑音推定精度の改善が得られるので、指向性の鋭角化と高音質化とを実現することができる。
【０１０２】
なお、図９に示すように、抑圧部１０７には、主信号スペクトルＸ（ω）に代えて、第１のマイクロホン１１からの出力信号ｘ（ｔ）が入力されるとしてもよい。以下変形例として具体的に説明する。
【０１０３】
（変形例）
図９は、実施の形態１の変形例における指向性マイクロホン装置の構成を示す図である。図１０は、実施の形態１の変形例における抑圧部の詳細構成の一例を示す図である。なお、図１および図３と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【０１０４】
図９に示す指向性マイクロホン装置１Ａは、実施の形態１に係る指向性マイクロホン装置１に対して、抑圧部１０７Ａの構成が異なる。
【０１０５】
抑圧部１０７Ａは、第１のマイクロホン１１で生成された第１の音響信号を主信号とし、補正部１０５で生成された第３の音響信号を参照信号として雑音抑圧を行うことで、第１の音響信号の目的方向の指向性を狭角化した出力音響信号を生成する。より具体的には、抑圧部１０７Ａは、第１のマイクロホン１１で生成された第１の音響信号（ｘ（ｔ））と、算出部１０６で算出された第１の音響信号のパワースペクトル（Ｐｘ（ω））とを主信号とし、算出部１０６で算出された第３の音響信号のパワースペクトル（Ｐｒ２（ω））を参照信号として雑音抑圧を行うことで、出力音響信号を生成する。
【０１０６】
より具体的には、抑圧部１０７Ａは、図１０に示すように、第１の係数乗算部１１０と、第１の減算部１１１と、雑音抑圧係数算出部１０８Ａと、雑音抑圧処理部１０９Ａとを備える。図１０に示す抑圧部１０７Ａは、実施の形態１に係る抑圧部１０７に対して、雑音抑圧係数算出部１０８Ａと、雑音抑圧処理部１０９Ａとの構成が異なる。
【０１０７】
雑音抑圧処理部１０９Ａは、第１の音響信号と雑音抑圧係数算出部１０８Ａで算出された雑音抑圧係数とを入力として雑音抑圧を行うことで、出力音響信号ｙ（ｔ）を生成する。
【０１０８】
図１０に示すように、雑音抑圧処理部１０９Ａの入出力は、ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）の時間領域信号になっている。また、雑音抑圧係数算出部１０８Ａの出力は、雑音抑圧処理部１０９Ａで用いられるフィルタ係数ｈとなる。例えば次式で計算することができる。
【０１０９】
ｈ（ｎ）＝ＩＦＦＴ｛Ｐｓ（ω）／Ｐｘ（ω）｝      （式１０）
【０１１０】
そして、雑音抑圧処理部１０９で、（式１１）に示すフィルタ処理を行っても良い。
【０１１１】
ｙ（ｔ）＝Σ  ｘ（ｔ−ｎ）・ｈ（ｎ）      （式１１）
【０１１２】
以上、実施の形態１の変形例の構成によれば、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を形成することができる指向性マイクロホン装置を実現することができる。
【０１１３】
なお、（式３）、（式４）のＮは整数でなくても良く、詳細に調整が必要な場合には０より大きい実数値を用いても良い。
【０１１４】
また、第１のマイクロホン１１と第２のマイクロホン１２は、マイクロホン素子で構成されても良いし、複数のマイクロホン素子から成るマイクロホンアレイからの信号処理で構成されても良い。
【０１１５】
（実施の形態２）
実施の形態１では、補正部１０５において、第１の参照信号スペクトルＲ１（ω）に乗算する主信号スペクトルＸ（ω）の回数Ｎを予め定めた値として説明したが、それに限られない。Ｎは、変動させてもよい。以下この場合の例について説明する。
【０１１６】
図１１は、実施の形態２における指向性マイクロホン装置の構成の一例を示す図である。なお、図１の指向性マイクロホン装置と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１１７】
図１１に示す指向性マイクロホン装置２は、図１の指向性マイクロホン装置１に対して、補正部１０５Ａと、算出部１０６Ａとの構成が異なり、ビーム幅制御部２００が追加されている。
【０１１８】
補正部１０５Ａは、補正部１０５の機能を有し、さらにビーム幅制御部２００より、（式３）に示す乗算回数であるＮの値が制御される。
【０１１９】
第２のパワースペクトル算出部１０６２Ａは、第２のパワースペクトル算出部１０６２の機能を有し、さらにビーム幅制御部２００より、（式４）に示すＮの値が制御される。
【０１２０】
ビーム幅制御部２００は、補正部１０５Ａにおける乗算回数であるＮと、算出部１０６（第２のパワースペクトル算出部１０６２Ａ）における（２／（Ｎ＋１））乗のＮ値を変化させることで指向性マイクロホン装置２の指向性を制御する。
【０１２１】
ここで、ビーム幅制御部２００は、ユーザが使用する際の設定値が入力されたり、カメラ系の画像ズームに連動させたズーム制御信号が入力されたりすることで、上記Ｎの値を制御する。
【０１２２】
以上のように構成された指向性マイクロホン装置２の動作について説明する。
【０１２３】
実施の形態１における（式３）と（式４）の主信号スペクトルの乗算回数Ｎを変数とすることで、図５Ｂに示すＮ＝０の場合の推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）の指向性パターンから図８Ｂに示すＮ＝７の場合の推定目的音パワースペクトルＰｓ（ω）の指向性パターンを制御することができる。例えば、ビーム幅制御部２００によりＮの値が増やされることで指向性マイクロホン装置２の出力ｙ（ｔ）の指向性パターンを鋭角化することができる。つまり、ビーム幅制御部２００がＮの値を制御することで指向性マイクロホン装置２の指向性を広角から鋭角へと変化させることができる。
【０１２４】
このように、実施の形態２の構成によれば、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を形成することができる指向性マイクロホン装置を実現することができる。さらに、実施の形態２の構成によれば、ユーザは、指向性マイクロホン装置２の指向性パターンを設定することができたり、画像のズームに連動した音ズーム効果を得たりすることができる。
【０１２５】
（実施の形態３）
以下の実施の形態において、同一機能を有する構成には、同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下では、図中の０°は目的方向を示している。
【０１２６】
図１２は、実施の形態３における指向性マイクロホン装置の構成の一例を示す図である。図１３は、実施の形態３における第１の指向性合成部の詳細構成の一例を示す図である。図１４は、実施の形態３における第２の指向性合成部の詳細構成の一例を示す図である。
【０１２７】
図１２に示す指向性マイクロホン装置３は、マイクロホンアレイ１０１、第１の指向性合成部１０２、第２の指向性合成部１０３、変換部１０４、補正部１０５Ｂ、算出部１０６Ｂ、および、抑圧部１０７Ｂを備える。
【０１２８】
マイクロホンアレイ１０１は、複数のマイクロホンから構成される。具体的には、マイクロホンアレイ１０１は、複数の無指向性マイクロホンユニットを備え、比較的小さいスペースに配置されている。マイクロホンアレイ１０１は、例えばビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の機器に内蔵される。
【０１２９】
本実施の形態では、例えば図１２に示すように、マイクロホンアレイ１０１は、４個の無指向性マイクロホンユニット１０１Ｆ、１０１Ｂ、１０１Ｌおよび１０１Ｒが目的方向に対して菱形に配置される。無指向性マイクロホンユニット１０１Ｆ、１０１Ｂ、１０１Ｌおよび１０１Ｒはそれぞれ、音響信号ｘｆ（ｔ）、ｘｂ（ｔ）、ｘｌ（ｔ）およびｘｒ（ｔ）を出力する。ここで、間隔ｄ１は無指向性マイクロホンユニット１０１Ｆと１０１Ｂの間隔であり、間隔ｄ２は無指向性マイクロホンユニット１０１Ｌと１０１Ｒの間隔である。間隔ｄ１および間隔ｄ２は、必要とする周波数帯域や設置スペースの制約によって決定される任意の値である。以下では、一例として周波数帯域の観点からｄ１、ｄ２＝５ｍｍ〜１００ｍｍ程度の範囲として説明する。
【０１３０】
第１の指向性合成部１０２は、マイクロホンアレイ１０１の出力信号を演算処理することで、目的方向に感度を有する第１の音響信号を生成する。本実施の形態では、第１の指向性合成部１０２は、無指向性マイクロホンユニット１０１Ｆおよび１０１Ｂからの音響信号ｘｆ（ｔ）およびｘｂ（ｔ）を用いて目的方向に主軸を有す指向性を持つ音響信号ｘ（ｔ）を生成（指向性信号ｘ（ｔ）とも記載）する。ここで、音響信号ｘ（ｔ）は、第１の音響信号の具体例である。
【０１３１】
また、第１の指向性合成部１０２は、図１３に示すように、第１の遅延器１０２１、第２の遅延器１０２２、減算器１０２３、ＥＱ（Equalizer）１０２４を備え、目的方向（０°）に主軸を有する音圧傾度型の単一指向性を形成する。
【０１３２】
第１の遅延器１０２１は、デジタルフィルタで構成され、音響信号ｘｆ（ｔ）が入力される。同様に、第２の遅延器１０２２は、デジタルフィルタで構成され、音響信号ｘｂ（ｔ）が入力される。
【０１３３】
第１の遅延器１０２１と第２の遅延器１０２２とを構成するそれぞれのデジタルフィルタのフィルタ係数は、次のように設計される。すなわち、減算器１０２３の入力において図１２の１８０°方向からの到来する音波に対する音響信号ｘｆ（ｔ）と音響信号ｘｂ（ｔ）とが、例えば減算器１０２３の入力において同相となるように設計される。より具体的には、上記フィルタ係数は、第２の遅延器１０２２が第１の遅延器１０２１に対して相対的にｄ１／ｃ［ｓ］遅れるよう設計される。ここで、ｃは音速［ｍ／ｓ］である。
【０１３４】
減算器１０２３は、第１の遅延器１０２１の出力信号から第２の遅延器１０２２の出力信号を差し引く。これにより、１８０°方向の感度を無くす（目的方向に感度死角を有する）ことができ、相対的に０°方向（目的方向）に感度の高い信号を得ることができる。また、減算器１０２３の出力信号は、０°方向について原理的に周波数が低く（波長が長く）なるにしたがって−６ｄＢ／Ｏｃｔａｖｅの傾斜を有する振幅周波数特性となる。
【０１３５】
ＥＱ１０２４は、減算器１０２３の出力信号の振幅周波数特性が平坦となるように補正を行うことで、音響信号ｘ（ｔ）を生成して出力する。
【０１３６】
以上のように第１の指向性合成部１０２は構成される。
【０１３７】
第２の指向性合成部１０３は、マイクロホンアレイ１０１の出力信号を演算処理することで、目的方向に感度死角を有する第２の音響信号を生成する。本実施の形態では、第２の指向性合成部１０３は、無指向性マイクロホンユニット１０１Ｌおよび１０１Ｒからの音響信号ｘｌ（ｔ）およびｘｒ（ｔ）を用いて目的方向に感度死角を有する指向性を持つ音響信号ｒ１（ｔ）（以下、指向性信号ｒ１（ｔ）とも記載）を生成する。ここで、音響信号ｒ１（ｔ）は、第２の音響信号の具体例である。
【０１３８】
また、第２の指向性合成部１０３は、図１４に示すように、減算器１０３１およびＥＱ１０３２を備え、目的方向（０°）と目的方向の正反対方向（１８０°）とに感度死角を有する双指向性を形成する。
【０１３９】
減算器１０３１は、音響信号ｘｌ（ｔ）から音響信号ｘｒ（ｔ）を差し引く。なお、０°方向（目的方向）、及び１８０°方向からの音波は、理想状態の場合、無指向性マイクロホンユニット１０１Ｌおよび１０１Ｒに同振幅かつ同位相で入力されるため、減算器１０３１からの出力信号は０である。
【０１４０】
また、減算器１０３１の出力信号は、９０°方向或いは２７０°方向について原理的に周波数が低く（波長が長く）なるにしたがって−６ｄＢ／Ｏｃｔａｖｅの傾斜を有する振幅周波数特性となる。
【０１４１】
ＥＱ１０３２は、減算器１０３１の出力信号の振幅周波数特性が平坦となるように補正を行うことで、音響信号ｒ１（ｔ）を生成して出力する。
【０１４２】
以上のように第２の指向性合成部１０３は構成される。
【０１４３】
変換部１０４は、例えば、第１の変換部の一例であり、第１の指向性合成部１０２で生成された第１の音響信号と、第２の指向性合成部１０３で生成された第２の音響信号を周波数領域の信号に変換する。本実施の形態では、図１２に示すように、変換部１０４は、第１の時間−周波数変換部１０４１と、第２の時間−周波数変換部１０４２とを備える。
【０１４４】
第１の時間−周波数変換部１０４１は、第１の指向性合成部１０２からの音響信号ｘ（ｔ）を、複数のサンプル数を蓄積したフレーム単位（例えば、１フレームのサンプル数は２５６等の２のべき乗）で、高速フーリエ変換、フィルタバンクまたはウェーブレット変換等を行い周波数領域の信号Ｘ（ω）を算出する。なお、第１の時間−周波数変換部１０４１は、音響信号ｘ（ｔ）を例えば５０％オーバーラップで蓄積したり、また、蓄積した音響信号ｘ（ｔ）にハミング窓等の窓掛けを行ったりして、信号Ｘ（ω）を算出するとしてもよい。
【０１４５】
第２の時間−周波数変換部１０４２は、第２の指向性合成部１０３からの音響信号ｒ１（ｔ）に対し、上述した第１の時間−周波数変換部１０４１と同じ方法で周波数領域の信号Ｒ１（ω）を算出する。
【０１４６】
補正部１０５Ｂは、例えば補正部の一例であり、第２の指向性合成部１０３で生成された第２の音響信号に対して、第１の指向性合成部１０２で生成された第１の音響信号と、第２の指向性合成部１０３で生成された第２の音響信号とをＮ回（Ｎ＞０）周波数領域で乗算することによって、上記目的方向の感度死角の角度範囲を第２の音響信号より狭くした第３の音響信号を生成する。より具体的には、補正部１０５Ｂは、変換部１０４で周波数領域の信号に変換された第１の音響信号に対して変換部１０４で周波数領域の信号に変換された第２の音響信号とをＮ回（Ｎ＞０）乗算することにより、第３の音響信号を生成する。なお、実施の形態１および２において、第２のパワスペクトル算出部１０６２が、Ｎ＋１回乗算された信号スペクトルをパワ（２乗）のオーダーに変換していたが、以下では、第２のパワスペクトル算出部１０６２Ｂは、補正部１０５Ｂより出力された振幅スペクトルを入力としてパワスペクトルに変換するものとする。補正部１０５ＢはＮ＋１回乗算された信号スペクトルを振幅スペクトルに変換して出力する構成であるとして説明をする。本実施の形態および以降の実施の形態では、Ｎ＝１であるものとして説明する。
【０１４７】
本実施の形態では、補正部１０５Ｂは、第１の時間−周波数変換部１０４１の出力信号である信号Ｘ（ω）と第２の時間−周波数変換部１０４２の出力信号である信号Ｒ１（ω）とのスペクトル乗算を用いて信号Ｒ１（ω）の目的方向の感度死角の角度範囲を狭角化した信号Ｒ１’（ω）を算出する。なお、信号Ｒ１’（ω）は、第３の音響信号の具体例である。
【０１４８】
以下、より具体的に説明する。
【０１４９】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、実施の形態３における補正部の機能構成の一例を示す図である。
【０１５０】
例えば、図１５Ａに示すように、補正部１０５Ｂは、スペクトル乗算部１０５１と、絶対値演算部１０５２と、平方根算出部１０５３とを備え、（式１２）に示す算出式を実行する。
【０１５１】
【数１】
2014097637.tif 000003
【０１５２】
この場合、スペクトル乗算部１０５１は、周波数領域の信号に変換された第２の音響信号と周波数領域の信号に変換された第１の音響信号とを複素乗算する。本実施の形態では、スペクトル乗算部１０５１は、図１５Ａに示すように、信号Ｘ（ω）と信号Ｒ１（ω）とのスペクトル乗算を行う。
【０１５３】
絶対値演算部１０５２は、スペクトル乗算部１０５１の出力信号の絶対値を算出する。本実施の形態では、絶対値演算部１０５２は、信号Ｘ（ω）と信号Ｒ１（ω）との乗算値の絶対値を算出する。
【０１５４】
平方根算出部１０５３は、絶対値演算部１０５２により算出された絶対値の平方根を算出することにより、第３の音響信号を生成する。本実施の形態では、平方根算出部１０５３は、信号Ｒ１’（ω）を算出する。
【０１５５】
なお、補正部１０５Ｂは、図１５Ａに示す機能構成を備える場合に限られない。例えば、図１５Ｂに示すように、補正部１０５Ｃは、絶対値演算部１０５４、１０５５と、乗算部１０５６と、平方根算出部１０５７とを備え、（式１３）に示す算出式を実行するとしてもよい。（式１３）に示す算出式を実行する場合でも、（式１２）に示す算出式を実行する場合と同じ結果が得られるからである。
【０１５６】
【数２】
2014097637.tif 000004
【０１５７】
この場合、絶対値演算部１０５４、１０５５は、周波数領域の信号に変換された第１の音響信号の第１の絶対値および周波数領域の信号に変換された第２の音響信号の第２の絶対値を算出する。本実施の形態では、図１５Ｂに示すように、絶対値演算部１０５４は、信号Ｘ（ω）の絶対値（第１の絶対値）を算出し、絶対値演算部１０５５は、信号Ｒ１（ω）の絶対値（第２の絶対値）を算出する。
【０１５８】
乗算部１０５６は、絶対値演算部１０５４、１０５５で算出された第１の絶対値と第２の絶対値との乗算を行う。本実施の形態では、乗算部１０５６は、信号Ｘ（ω）の絶対値（第１の絶対値）と信号Ｒ１（ω）の絶対値（第２の絶対値）との乗算を行う。
【０１５９】
平方根算出部１０５７は、乗算部１０５６により行われた乗算値の平方根を算出することにより、第３の音響信号を生成する。本実施の形態では、平方根算出部１０５７は、信号Ｒ１’（ω）を算出する。
【０１６０】
なお、補正部１０５Ｂは、（式１２）または（式１３）に示す算出式を実行する機能構成を備える場合について説明したが、同じ結果が得られるのであればこれらに限られない。例えば、信号Ｘ（ω）および信号Ｒ１（ω）のどちらか、または両方の共役複素数をとって算出してもよい。（式１２）に示す算出式を実行する場合と同じ結果が得られる。
【０１６１】
ここで、図１６は、実施の形態３における補正部１０５Ｂの入力信号および出力信号の指向性パターンを示す図である。図１６の（ａ）には、図１５Ａに示す補正部１０５Ｂに入力される入力信号である信号Ｘ（ω）の指向性パターンが示されており、図１６の（ｂ）には、図１５Ａに示す補正部１０５Ｂに入力される入力信号である信号Ｒ１（ω）の指向性パターンが示されている。図１６の（ｃ）には、図１５Ａに示す補正部１０５Ｂが出力する出力信号である信号Ｒ１’（ω）の指向性パターンが示されている。
【０１６２】
このように、補正部１０５Ｂは、双指向性を持つ信号Ｒ１（ω）の目的方向に形成しているゼロ感度（図１６の（ｂ）の０°方向の感度）を、信号Ｒ１’（ω）でも維持するよう算出処理する（図１６の（ｃ）の０°方向の感度）。また、補正部１０５Ｂは、信号Ｒ１’（ω）のその他の方向（目的方向以外の方向）の感度（指向性）を、信号Ｒ１（ω）と信号Ｘ（ω）の中間値となるよう算出処理する。それにより、補正部１０５Ｂは、目的方向に信号Ｒ１（ω）より角度範囲の狭い感度死角を有する指向性を持つ信号Ｒ１’（ω）を生成することができる。
【０１６３】
以上のように補正部１０５Ｂは構成され、算出処理を行う。
【０１６４】
算出部１０６Ｂは、例えば、パワースペクトル算出部の一例であり、周波数領域の信号に変換された、第１の音響信号および第２の音響信号のそれぞれのパワースペクトルを算出する。本実施の形態では、図１２に示すように、算出部１０６は、第１のパワースペクトル算出部１０６１と、第２のパワースペクトル算出部１０６２Ｂとを備える。
【０１６５】
第１のパワースペクトル算出部１０６１は、第１の時間−周波数変換部１０４１の出力信号である信号Ｘ（ω）のパワースペクトルＰｘ（ω）を算出する。ここで、例えば第１のパワースペクトル算出部１０６１は、（式１４）に示す算出式を用いてパワースペクトルＰｘ（ω）を算出する。
【０１６６】
【数３】
2014097637.tif 000005
【０１６７】
第２のパワースペクトル算出部１０６２Ｂは、補正部１０５Ｂの出力信号である信号Ｒ１’（ω）のパワースペクトルＰｒ１’(ω）を算出する。ここで、例えば第２のパワースペクトル算出部１０６２Ｂは、（式１５）に示す算出式を用いてパワースペクトルＰｒ１’(ω）を算出する。
【０１６８】
【数４】
2014097637.tif 000006
【０１６９】
以上のように算出部１０６Ｂは構成され、パワースペクトルを算出する。
【０１７０】
なお、（式１４）および（式１２）または（式１５）および（式１３）を比較してわかるように（式１２）および（式１３）の平方根の計算は省略が可能である。
【０１７１】
抑圧部１０７Ｂは、第１の指向性合成部１０２で生成された第１の音響信号を主信号とし、補正部１０５Ｂで生成された第３の音響信号を参照信号として雑音抑圧を行うことで、第１の音響信号の目的方向の指向性を狭角化した出力音響信号を生成する。本実施の形態では、図１２に示すように、抑圧部１０７Ｂは、雑音抑圧係数算出部１０８Ｂと、雑音抑圧部１０９Ｂとを備える。
【０１７２】
雑音抑圧係数算出部１０８Ｂは、第１の音響信号と第３の音響信号とのパワースペクトルを用いて、第１の音響信号に含まれる目的方向の音以外の音である雑音を抑圧する雑音抑圧係数を算出する。例えば、雑音抑圧係数算出部１０８Ｂは、算出部１０６Ｂで算出された第１の音響信号のパワースペクトルを主信号とし、算出部１０６Ｂで算出された第３の音響信号のパワースペクトルを参照信号として、雑音抑圧係数を算出する。
【０１７３】
本実施の形態では、雑音抑圧係数算出部１０８Ｂは、第１のパワースペクトル算出部１０６１の出力信号であるパワースペクトルＰｘ（ω）を主信号とし、第２のパワースペクトル算出部１０６２Ｂの出力信号であるパワースペクトルＰｒ１’(ω）を参照信号とし、主信号であるパワースペクトルＰｘ（ω）から目的方向以外の音である雑音を抑圧する雑音抑圧係数Ｈ（ω）を算出する。
【０１７４】
雑音抑圧係数算出部１０８Ｂは、例えば（式１６）に示す算出式を用いて、雑音抑圧係数Ｈ（ω）を算出する。なお、（式１６）は、雑音抑圧係数Ｈ（ω）を算出するための算出式の一例であり、ウィナーフィルタの特性を有する算出式である。
【０１７５】
【数５】
2014097637.tif 000007
【０１７６】
ここで、α（ω）は重み係数である。
【０１７７】
重み係数α（ω）の算出方法は、例えば上記特許文献１に開示されている。すなわち、まず、スペクトル比Ｐｘ（ω）／Ｐｒ１’(ω）を算出する。次に、目的音より周囲雑音が支配的な状況、本実施の形態の構成の場合では例えば（式１７）に示すような状況において、（式１８）を用いて、スペクトル比Ｐｘ（ω）／Ｐｒ１’(ω）の時間平均を算出する。算出した時間平均がα（ω）に相当する。
【０１７８】
【数６】
2014097637.tif 000008
【０１７９】
【数７】
2014097637.tif 000009
【０１８０】
ここで、
【数８】
2014097637.tif 000010
は時間平均演算を示す。
【０１８１】
なお、重み係数α（ω）の算出方法の詳細は、上記特許文献１に開示されているため、説明を省略する。
【０１８２】
また、雑音抑圧係数算出部１０８Ｂは、第１の音響信号と第３の音響信号とのパワースペクトルを用いて、上記雑音を抑圧する雑音抑圧係数を算出できればよいので、上述した構成に限らない。例えば、特許文献３に開示される構成を用いてもよい。なお、構成の例示については、特許文献３に開示されているため、ここでの説明を省略する。
【０１８３】
雑音抑圧部１０９Ｂは、第１の指向性合成部１０２で生成された第１の音響信号に雑音抑圧係数算出部１０８Ｂで算出された雑音抑圧係数を適用することで、雑音を抑圧して目的方向の音のみを抽出する雑音抑圧を行うことにより、出力音響信号を生成する。本実施の形態では、図１２に示すように、雑音抑圧部１０９Ｂは、乗算器１０９１と、周波数−時間変換部１０９２とを備える。
【０１８４】
乗算器１０９１は、周波数領域の信号に変換された前記第１の音響信号と、雑音抑圧係数算出部１０８Ｂで算出された雑音抑圧係数との乗算を行い、雑音を抑圧した目的方向の目的音響信号のみを抽出する。本実施の形態では、乗算器１０９１は、第１の時間−周波数変換部１０４１の出力信号である信号Ｘ（ω）に、雑音抑圧係数算出部１０８Ｂで算出した雑音抑圧係数Ｈ（ω）を乗ずることにより、信号Ｘ（ω）から目的方向以外の音である雑音を抑圧した信号Ｙ（ω）＝Ｘ（ω）・Ｈ（ω）を算出する。ここで、信号Ｙ（ω）は、目的音響信号の具体例である。
【０１８５】
周波数−時間変換部１０９２は、例えば、逆フーリエ変換部の一例であり、乗算器１０９１で抽出された目的音響信号を時間領域の信号に変換することで、出力音響信号を生成する。本実施の形態では、周波数−時間変換部１０９２は、目的方向以外の音である雑音が抑圧され、目的方向の音が強調された信号Ｙ（ω）を逆フーリエ変換等により時間領域の音響信号ｙ（ｔ）に変換する。ここで、音響信号ｙ（ｔ）は、出力音響信号の具体例である。
【０１８６】
以上、本実施の形態によれば、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を形成することができる指向性マイクロホン装置および音響信号処理方法を実現することができる。
【０１８７】
より具体的には、本実施の形態の指向性マイクロホン装置および音響信号処理方法によれば、目的方向に主軸を有する主信号と、目的方向に感度死角を有する参照信号と用いて、これら感度死角が異なる２つの指向性信号（主信号、参照信号）のスペクトル乗算を行うことにより、目的方向の感度死角の角度範囲をより狭くできる参照信号を形成することができる。つまり、本実施の形態の指向性マイクロホン装置によれば、数ｍｍから数ｃｍオーダーの比較的小さいスペースに配置した複数のマイクロホンユニットを用いて、目的方向以外の音を抑圧し、目的方向の音のみを収音するため、目的方向の感度死角の角度範囲のより狭い参照信号を形成することができる。そして、形成した参照信号を用いて雑音抑圧処理を行うことにより、目的方向の狭角化が可能となる。
【０１８８】
換言すると、本実施の形態の指向性マイクロホン装置および音響信号処理方法によれば、参照信号の目的方向に対する感度死角の角度範囲をより狭くすることができ、参照信号に目的方向近傍の音を含ませることができる。それにより、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を形成することができるので、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を有する音響信号を形成することができる。
【０１８９】
（実施の形態４）
図１７は、実施の形態４における指向性マイクロホン装置の構成の一例を示す図である。図１７において、図１２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１９０】
図１７に示す指向性マイクロホン装置４は、実施の形態３に係る指向性マイクロホン装置３に対して、抑圧部２０７の雑音抑圧部２０９の構成が異なる。
【０１９１】
具体的には、図１７に示す雑音抑圧部２０９は、図１２に示す雑音抑圧部１０９Ｂに対して、乗算器１０９１および周波数−時間変換部１０９２が削除され、周波数−時間変換部２０９１、時変係数ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ部２０９２を追加した点が異なる。また、上記構成の変更に伴い、第１の指向性合成部１０２および第１の時間−周波数変換部１０４１それぞれの出力先が変更となっている。
【０１９２】
周波数−時間変換部２０９１は、例えば第２の変換部の一例であり、周波数領域の係数である雑音抑圧係数を時間領域のＦＩＲフィルタのフィルタ係数に変換する。本実施の形態では、周波数−時間変換部２０９１は、雑音抑圧係数算出部１０８Ｂで算出した雑音抑圧係数Ｈ（ω）を時間領域のＦＩＲフィルタの係数ｈ（ｔ）に変換する。
【０１９３】
時変係数ＦＩＲフィルタ部２０９２は、周波数−時間変換部２０９１で変換された１単位時間（１フレーム）前のＦＩＲフィルタの係数を、周波数−時間変換部２０９１で変換された現単位時間（現フレーム）のＦＩＲフィルタの係数を用いて更新し、第１の指向性合成部１０２で生成された第１の音響信号にフィルタ処理を行うことにより、出力音響信号を生成する。本実施の形態では、時変係数ＦＩＲフィルタ部２０９２は、まず、例えば（式１９）にしたがって周波数−時間変換部２０９１で算出されたフィルタ係数ｈ（ｔ）を用いて現在の時変係数ＦＩＲフィルタの係数ｈｗ（ｔ）を更新する。
【０１９４】
【数９】
2014097637.tif 000011
【０１９５】
ここで、係数γは、時定数に相当するパラメータであり、出力音響信号の音質の制御を可能とする。
【０１９６】
このようにして、雑音抑圧部２０９は、第１の指向性合成部１０２で生成された第１の音響信号に雑音抑圧係数算出部１０８Ｂで算出された雑音抑圧係数を適用することで、雑音を抑圧して目的方向の音のみを抽出する雑音抑圧を行うことにより、出力音響信号を生成する。
【０１９７】
本実施の形態では、さらに、雑音抑圧部２０９は、周波数−時間変換部２０９１および時変係数ＦＩＲフィルタ部２０９２を有することにより、雑音抑圧係数がＦＩＲフィルタのフィルタ係数に変換され、フレーム間に算出されるフィルタ係数の更新を短い時間単位で行うことができるので、畳み込み演算を利用して、出力音響信号の音質の細かい制御が可能となる。
【０１９８】
（実施の形態５）
図１８は、実施の形態５における指向性マイクロホン装置の構成の一例を示す図である。図１９は、実施の形態５における第３の指向性合成部の詳細構成の一例を示す図である。なお、図１２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１９９】
図１８に示す指向性マイクロホン装置５は、実施の形態３に係る指向性マイクロホン装置３（図１２）に対して、変換部３０４、算出部３０６および抑圧部３０７の構成が異なり、第３の指向性合成部３０１が追加されている。
【０２００】
具体的には、図１８に示す変換部３０４は、図１２に示す変換部１０４に対して、第３の時間−周波数変換部３０４３が追加されている点が異なる。図１８に示す算出部３０６は、図１２に示す算出部１０６Ｂに対して、第３のパワースペクトル算出部３０６３が追加されている点が異なる。図１８に示す抑圧部３０７は、図１２に示す抑圧部１０７Ｂに対して、雑音抑圧係数算出部３０８の構成が異なり、雑音抑圧部３１０が追加されている。
【０２０１】
第３の指向性合成部３０１は、マイクロホンアレイ１０１の出力信号を演算処理することで、目的方向に感度死角を有し、かつ、第２の音響信号とは異なる指向性パターンを有する第４の音響信号を生成する。
【０２０２】
本実施の形態では、第３の指向性合成部３０１は、無指向性マイクロホンユニット１０１Ｂおよび１０１Ｆからの音響信号ｘｂ（ｔ）および音響信号ｘｆ（ｔ）を用いて目的方向の反対方向、すなわち１８０°に主軸を有する指向性を有する音響信号ｒ２（ｔ）（指向性信号ｒ２（ｔ）とも記載）を生成する。ここで、音響信号ｒ２（ｔ）は、第４の音響信号の具体例である。
【０２０３】
また、第３の指向性合成部３０１は、図１９に示すように、第１の遅延器３０１１、第２の遅延器３０１２、減算器３０１３、ＥＱ３０１４を備え、第１の指向性合成部１０２と正反対の方向に指向性の主軸を有する音圧傾度型の単一指向性を形成する。つまり、第３の指向性合成部３０１は、図１３に示す第１の指向性合成部１０２の構成と入力信号が逆になっており、第１の指向性合成部１０２と正反対の方向に指向性の主軸を有する音圧傾度型の単一指向性を形成する。なお、詳細な説明は、図１３と同様のために省略する。
【０２０４】
変換部３０４は、例えば第１の変換部の一例であり、第１の指向性合成部１０２で生成された第１の音響信号と、第２の指向性合成部１０３で生成された第２の音響信号と、第３の指向性合成部３０１で生成された第４の音響信号とを周波数領域の信号に変換する。
【０２０５】
本実施の形態では、変換部３０４は、第１の時間−周波数変換部１０４１、第２の時間−周波数変換部１０４２および第３の時間−周波数変換部３０４３を備える。第３の時間−周波数変換部３０４３は、第３の指向性合成部３０１の出力信号ｒ２（ｔ）に対し、第１の時間−周波数変換部１０４１と同じ方法で周波数領域の信号Ｒ２（ω）を算出する。なお、第１の時間−周波数変換部１０４１および第２の時間−周波数変換部１０４２については、実施の形態３で説明した通りであるので、説明は省略する。
【０２０６】
算出部３０６は、例えばパワースペクトル算出部の一例であり、変換部３０４で周波数領域の信号に変換された第１の音響信号と第３の音響信号と第４の音響信号とのそれぞれのパワースペクトルを算出する。
【０２０７】
本実施の形態では、算出部３０６は、第１のパワースペクトル算出部１０６１、第２のパワースペクトル算出部１０６２Ｂ、および第３のパワースペクトル算出部３０６３を備える。第３のパワースペクトル算出部３０６３は、第３の時間−周波数変換部３０４３の出力信号である信号Ｒ２（ω）のパワースペクトルＰｒ２(ω）を算出する。ここで、例えば第３のパワースペクトル算出部３０６３は、（式２０）に示す算出式を用いてパワースペクトルＰｒ２(ω）を算出する。
【０２０８】
【数１０】
2014097637.tif 000012
【０２０９】
なお、第１のパワースペクトル算出部１０６１および第２のパワースペクトル算出部１０６２Ｂについては、実施の形態３で説明した通りであるので、説明は省略する。
【０２１０】
雑音抑圧部３１０は、例えば、反対方向雑音抑圧部の一例であり、補正部１０５Ｂで生成された第３の音響信号を主信号とし、第３の指向性合成部３０１で生成された第４の音響信号を参照信号として、第３の音響信号に含まれる目的方向に対して正反対の方向の音である第１の雑音を抑圧する。例えば、雑音抑圧部３１０は、第３の音響信号のパワースペクトルを主信号とし、第４の音響信号のパワースペクトルを参照信号として、第１の雑音を抑圧する。
【０２１１】
本実施の形態では、雑音抑圧部３１０は、第２のパワースペクトル算出部１０６２Ｂの出力信号であるパワースペクトルＰｒ１'（ω）を主信号とし、第３のパワースペクトル算出部３０６３の出力信号であるパワースペクトルＰｒ２（ω）を参照信号とし、主信号であるパワースペクトルＰｒ１'（ω）から１８０°を中心とする後方の雑音を抑圧し、出力信号であるパワースペクトルＰｒ１”（ω）を算出する。
【０２１２】
例えば、雑音抑圧部３１０は、（式２１）に示す算出式を用いて出力信号であるパワースペクトルＰｒ１”（ω）を算出する。
【０２１３】
【数１１】
2014097637.tif 000013
【０２１４】
ここで、α’（ω）は重み係数である。重み係数α’（ω）の算出は、例えば、雑音抑圧係数算出部３０８にて算出する重み係数α（ω）と同様に、上記特許文献１または上記特許文献３に開示されている方法を用いればよいので、詳細な説明は省略する。
【０２１５】
雑音抑圧係数算出部３０８は、図１２に示す雑音抑圧係数算出部１０８Ｂと比較して、雑音抑圧係数算出部１０８Ｂの参照信号が増加した点が異なっている。換言すると、雑音抑圧係数算出部３０８は、雑音抑圧係数算出部１０８Ｂの参照信号を複数チャンネルに拡張した処理を行うものである。
【０２１６】
雑音抑圧係数算出部３０８は、第１の音響信号と第４の音響信号と雑音抑圧部３１０の出力信号とを用いて、第１の雑音を含む目的方向の音以外の音である雑音を抑圧する雑音抑圧係数を算出する。雑音抑圧係数算出部３０８は、第１の音響信号のパワースペクトルを主信号とし、雑音抑圧部３１０の出力信号および第４の音響信号のパワースペクトルを参照信号として、雑音抑圧係数を算出する。
【０２１７】
本実施の形態では、雑音抑圧係数算出部３０８は、第１のパワースペクトル算出部１０６１の出力信号Ｐｘ（ω）を主信号とし、雑音抑圧部３１０の出力信号Ｐｒ１”(ω）、及び第３のパワースペクトル算出部３０６３の出力信号であるパワースペクトルＰｒ２（ω）を参照信号とし、主信号であるパワースペクトルＰｘ（ω）から目的方向以外の音である雑音を抑圧する係数Ｈ（ω）を算出する。
【０２１８】
雑音抑圧係数算出部３０８は、例えば（式２２）に示す算出式を用いて、雑音抑圧係数Ｈ（ω）を算出する。なお、（式２２）は、雑音抑圧係数Ｈ（ω）を算出するための算出式の一例であり、ウィナーフィルタの特性を有する算出式である。
【０２１９】
【数１２】
2014097637.tif 000014
【０２２０】
ここで、α１（ω）およびα２（ω）は重み係数である。重み係数α１（ω）およびα２（ω）の算出方法は、例えば、雑音抑圧係数算出部１０８Ｂにて算出する重み係数α（ω）と同様に、上記特許文献１または上記特許文献３に開示されている方法を用いればよいので、詳細な説明は省略する。
【０２２１】
以上、本実施の形態によれば、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を形成することができる指向性マイクロホン装置および音響信号処理方法を実現することができる。
【０２２２】
本実施の形態では、実施の形態３および４と比較して、さらに、参照信号を方向別に算出できるよう構成することにより、より複数方向から到来する雑音の推定が可能となる。それにより、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を有する音響信号を精度よく形成することができる。
【０２２３】
以上、本発明の一つまたは複数の態様に係る指向性マイクロホン装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【０２２４】
例えば、実施の形態４と実施の形態５に示す指向性マイクロホン装置の構成を組み合わせてもよい。以下、この場合の例について図２０に示す。図２０は、実施の形態５における指向性マイクロホン装置３Ａの構成の変形例を示す図である。なお、図２０において、図１７および図１８と同じ構成要素については同じ符号を用いているため説明は省略する。
【０２２５】
この構成によれば、参照信号を方向別に算出し、かつ、雑音の抑圧処理を雑音抑圧部３１０で行うことにより、複数方向から到来する雑音の推定と共にフレーム間に算出されるフィルタ係数の更新を短い時間単位で行うことが可能となる。それにより、目的方向に対し、より狭い指向角を有する指向性を有する音響信号を精度よく形成することができるだけでなく、出力音響信号の音質の細かい制御が可能となる。
【０２２６】
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、複数の実施の形態を説明した。しかしながら、本発明における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
【０２２７】
また、以下のような場合も本開示に含まれる。
【０２２８】
（１）マイクロホンを除く上記の各装置を構成する構成要素は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｍｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、などから構成されるコンピュータシステムとして実装される。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【０２２９】
（２）マイクロホンを除く上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
【０２３０】
（３）マイクロホンを除く上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、各装置に脱着可能なＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）カード又は単体のモジュールから構成されてもよい。前記ＩＣカード又は前記モジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカード又はモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含んでもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ＩＣカード又はモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカード又はこのモジュールは、耐タンパ性を有してもよい。
【０２３１】
（４）本発明は、マイクロホンを備えるのは必須ではない。外部装置としてのマイクロホンから出力信号を受け取り、受け取った出力信号を用いて、目的方向に感度を有する第１の音響信号と、目的方向に感度死角を有する第２の音響信号とを生成すればよい。すなわち、目的方向に感度を有する第１の音響信号を生成する第１の指向性合成部と、前記目的方向に感度死角を有する第２の音響信号を生成する第２の指向性合成部と、前記第２の指向性合成部で生成された前記第２の音響信号に対して、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号と、前記第２の指向性合成部で生成された前記第２の音響信号とをＮ回（Ｎ＞０）周波数領域で乗算することによって、前記目的方向の感度死角の角度範囲を前記第２の音響信号より狭くした第３の音響信号を生成する補正部と、前記第１の指向性合成部で生成された前記第１の音響信号を主信号とし、前記補正部で生成された前記第３の音響信号を参照信号として雑音抑圧を行うことで、前記第１の音響信号の前記目的方向の指向性を狭角化した出力音響信号を生成する抑圧部とを備えるとしてもよい。
【０２３２】
（５）本発明は、上記に示す方法であってもよい。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであってもよいし、コンピュータプログラムからなるデジタル信号であってもよい。
【０２３３】
すなわち、このプログラムは、コンピュータに、目的方向に感度を有する第１の音響信号を生成する第１の指向性合成ステップと、前記目的方向に感度死角を有する第２の音響信号を生成する第２の指向性合成ステップと、前記第１の指向性合成ステップにおいて生成された前記第１の音響信号と、前記第２の指向性合成ステップにおいて生成された前記第２の音響信号に対して、前記第１の指向性合成ステップにおいて生成された前記第１の音響信号をＮ回（Ｎ＞０）周波数領域で乗算することによって、前記目的方向の感度死角の角度範囲を前記第２の音響信号より狭くした第３の音響信号を生成する補正ステップと、前記第１の指向性合成ステップにおいて生成された前記第１の音響信号を主信号とし、前記補正ステップにおいて生成された前記第３の音響信号を参照信号として雑音抑圧を行うことで、前記第１の音響信号の前記目的方向の指向性を狭角化した出力音響信号を生成する抑圧ステップとを、実行させるためのプログラムとしてもよい。
【０２３４】
また、本発明は、コンピュータプログラム又はデジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したものでもよい。また、これらの記録媒体に記録されているデジタル信号であってもよい。また、本発明は、コンピュータプログラム又はデジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものでもよい。また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、メモリは、コンピュータプログラムを記憶しており、マイクロプロセッサは、コンピュータプログラムに従って動作してもよい。また、プログラムもしくはデジタル信号を記録媒体に記録して移送することにより、または、プログラムもしくはデジタル信号を、ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施してもよい。
【０２３５】
（６）上記各実施の形態をそれぞれ組み合わせてもよい。
【０２３６】
なお、上記各実施の形態において、複数の指向性信号を、マイクロホンアレイと複数の指向性合成部とを用いて生成してきたが、代わりに極近接に配置した複数の指向性マイクロホンの出力を用いても良い。
【０２３７】
以上のように、本発明における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
【０２３８】
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【０２３９】
また、上述の実施の形態は、本発明における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０２４０】
本発明は、指向性マイクロホン装置、音響信号処理方法およびプログラムに利用でき、特に、特定方向の音の収音するビデオカメラ、補聴器、車載マイクおよびテレビ等や、外部装置としてのマイクロホンを用いて特定方向の音を収音する携帯端末にインストールされるアプリケーションなどの用途に応用される指向性マイクロホン装置、音響信号処理方法およびプログラムに利用することができる。
【符号の説明】
【０２４１】
１、１Ａ、２、３、３Ａ、４、５  指向性マイクロホン装置
１１  第１のマイクロホン
１２  第２のマイクロホン
１０１  マイクロホンアレイ
１０１Ｌ、１０１Ｒ、１０１Ｆ、１０１Ｂ  無指向性マイクロホンユニット
１０２  第１の指向性合成部
１０３  第２の指向性合成部
１０４、３０４  変換部
１０５、１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃ  補正部
１０６、１０６Ａ、１０６Ｂ、３０６  算出部
１０７、１０７Ａ、１０７Ｂ、２０７、３０７  抑圧部
１０８、１０８Ａ、１０８Ｂ  雑音抑圧係数算出部
１０９、１０９Ａ  雑音抑圧処理部
１０９Ｂ、２０９、３１０  雑音抑圧部
１１０  第１の係数乗算部
１１１  第１の減算部
２００  ビーム幅制御部
３０１  第３の指向性合成部
３０８  雑音抑圧係数算出部
９０１  第１のマイクロホンユニット
９０２  第２のマイクロホンユニット
９１０  判定部
９２０  適応フィルタ部
９３０  信号減算部
９４０  雑音抑圧フィルタ係数算出部
９５０  時変係数フィルタ部
１０２１、３０１１  第１の遅延器
１０２２、３０１２  第２の遅延器
１０２３、１０３１、３０１３  減算器
１０２４、１０３２、３０１４  ＥＱ
１０４１  第１の時間−周波数変換部
１０４２  第２の時間−周波数変換部
１０５０  演算部
１０５１  スペクトル乗算部  
１０５２、１０５４、１０５５  絶対値演算部
１０５６  乗算部  
１０５３、１０５７  平方根算出部
１０６１  第１のパワースペクトル算出部
１０６２、１０６２Ａ、１０６２Ｂ  第２のパワースペクトル算出部
１０９１  乗算器
１０９２  周波数−時間変換部
２０９１  周波数−時間変換部
２０９２  時変係数ＦＩＲフィルタ部
３０４３  第３の時間−周波数変換部
３０６３  第３のパワースペクトル算出部
【図１】
2014097637.tif 000015
【図２】
2014097637.tif 000016
【図３】
2014097637.tif 000017
【図４Ａ】
2014097637.tif 000018
【図４Ｂ】
2014097637.tif 000019
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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