(57)【要約】【課題】  実使用環境の複数の騒音下でも安定に動作するとともに、高Ｓ／Ｎを実現することができるマイクロホン装置を提供する。【解決手段】  信号生成部は、主信号と雑音参照信号とを生成する。判定部は、レベル比が所定の値よりも大きいか否かを判定する。適応フィルタ部は、信号生成部によって生成された雑音参照信号に含まれる目的音の信号成分を示す信号を生成するとともに、判定部によってレベル比が所定の値よりも大きいと判定された場合のみ、フィルタ係数の学習を行う。減算部は、適応フィルタ部によって生成された信号を減算する。雑音抑圧部は、主信号と、減算部による減算後の雑音参照信号とを用いて、主信号に含まれる雑音の信号成分を抑圧する。【選択図】  図１
2004187283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的音方向から到来する目的音を検出するマイクロホン装置であって、
目的音方向に対して感度を有して検出した結果を示す主信号と、目的音方向以外の他の方向から到来する音を目的音よりも高い感度で検出した結果を示す雑音参照信号とを生成する信号生成部と、
前記信号生成部によって生成された雑音参照信号の信号レベルに対する前記主信号の信号レベルの割合を示すレベル比が所定の値よりも大きいか否かを判定する判定部と、
前記信号生成部によって生成された主信号を適応フィルタでフィルタリングすることによって、前記信号生成部によって生成された雑音参照信号に含まれる目的音の信号成分を示す信号を生成するとともに、前記判定部によって前記レベル比が所定の値よりも大きいと判定された場合のみ、フィルタ係数の学習を行う適応フィルタ部と、
前記信号生成部によって生成された雑音参照信号から、前記適応フィルタ部によって生成された信号を減算する減算部と、
前記主信号と、前記減算部による減算後の雑音参照信号とを用いて、主信号に含まれる雑音の信号成分を抑圧する雑音抑圧部とを備える、マイクロホン装置。
【請求項２】
目的音方向から到来する目的音を検出するマイクロホン装置であって、
目的音方向に対して感度を有して検出した結果を示す主信号と、目的音方向以外の他の方向から到来する音を目的音よりも高い感度で検出した結果を示す雑音参照信号とを生成する信号生成部と、
前記信号生成部によって生成された雑音参照信号の信号レベルに対する前記主信号の信号レベルの割合を示すレベル比が所定の値よりも大きいか否かを判定する判定部と、
前記信号生成部によって生成された主信号を適応フィルタでフィルタリングすることによって、前記信号生成部によって生成された雑音参照信号に含まれる目的音の信号成分を示す信号を生成するとともに、前記判定部によって前記レベル比が所定の値よりも大きいと判定された場合のみ、フィルタ係数の学習を行う適応フィルタ部と、
前記信号生成部によって生成された雑音参照信号から、前記適応フィルタ部によって生成された信号を減算する減算部と、
前記適応フィルタ部のフィルタ係数に基づいて、目的音の直接波と反射波との到達時間差に関する情報を算出する反射情報算出部と、
前記反射情報算出部によって算出された情報に基づいて、目的音の反射波によって主信号に生じる周波数特性の歪を補正する反射補正部とを備える、マイクロホン装置。
【請求項３】
前記信号生成部は、
指向性主軸が目的音方向に向けられて配置される第１のマイクロホンユニットと、
指向性の死角方向が目的音方向に向けられて配置される第２のマイクロホンユニットとを含む、請求項１または２に記載のマイクロホン装置。
【請求項４】
前記信号生成部における雑音参照信号の出力端と前記減算部との間に設けられ、前記適応フィルタ部の適応フィルタの収束条件を満たすように当該雑音参照信号を遅延させる信号遅延部をさらに備える、請求項１または２に記載のマイクロホン装置。
【請求項５】
前記所定の値は変更可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロホン装置。
【請求項６】
前記信号生成部は、
第１のマイクロホンユニットと、
前記第１のマイクロホンユニットと同一の特性を有する第２のマイクロホンユニットと、
前記第１のマイクロホンユニットから出力される信号を所定の遅延量だけ遅延させて出力する遅延部と、
前記遅延部から出力された信号を増幅する増幅部と、
前記第２のマイクロホンユニットから出力される信号から、前記増幅部によって増幅された信号を減算することによって、主信号を生成する第１の減算部と、
前記第２のマイクロホンユニットから出力される信号から、前記遅延部から出力された信号を減算することによって、雑音参照信号を生成する第２の減算部とを含み、
前記第１のマイクロホンユニットの位置と前記第２のマイクロホンユニットの位置とを結ぶ直線は、目的音方向を向く直線と直交し、
前記所定の遅延量は、雑音参照信号に、目的音方向以外の方向から到来する音の成分が目的音の成分よりも多く含まれるように設定され、
前記増幅部における増幅率は、前記主信号と雑音参照信号との間で目的音の感度に差が生じるように設定される、請求項１または２に記載のマイクロホン装置。
【請求項７】
前記遅延部において設定される所定の遅延量を変化させる設定部をさらに備える、請求項６に記載のマイクロホン装置。
【請求項８】
前記信号生成部は、
第１のマイクロホンユニットと、
前記第１のマイクロホンユニットと同一の特性を有する第２のマイクロホンユニットと、
前記第１および第２のマイクロホンユニットから出力される各信号に基づいて、目的音方向に対して感度を有するように主信号を生成するとともに、目的音方向の感度が最小となるように雑音信号を生成する合成部とを含む、請求項１または２に記載のマイクロホン装置。
【請求項９】
前記信号生成部は、
第１のマイクロホンユニットと、
前記第１のマイクロホンユニットとは異なる方向に指向性主軸が向けられて配置された第２のマイクロホンユニットと、
前記第１のマイクロホンユニットから出力される信号と、前記第２のマイクロホンユニットから出力される信号とを加算することによって主信号を生成する信号加算部と、
前記第１のマイクロホンユニットから出力される信号、および前記第２のマイクロホンユニットから出力される信号のいずれか一方から他方を減算することによって雑音参照信号を生成する信号減算部とを含む、請求項１または２に記載のマイクロホン装置。
【請求項１０】
前記信号生成部は、
第１のマイクロホンユニットと、
第１のマイクロホンユニットと同一の特性を有する第２のマイクロホンユニットと、
前記第１および第２のマイクロホンユニットに基づいて、右チャンネル信号と左チャンネル信号とからなるステレオ信号を生成するステレオ信号生成部と、
前記ステレオ信号に基づいて、各マイクロホンユニットから出力される各信号を生成する逆合成部と、
前記逆合成部によって生成された各信号に基づいて、目的音方向に対して感度を有して検出した結果を示す主信号と、目的音方向以外の他の方向から到来する音を目的音よりも高い感度で検出した結果を示す雑音参照信号とを生成する合成部とを含む、請求項１または２に記載のマイクロホン装置。
【請求項１１】
前記信号生成部は、
第１のマイクロホンユニットと、
第１のマイクロホンユニットと同一の特性を有する第２のマイクロホンユニットと、
前記第１および第２のマイクロホンユニットに基づいて、右チャンネル信号と左チャンネル信号とからなるステレオ信号を生成するステレオ信号生成部と、
前記ステレオ信号の右チャンネル信号と前記左チャンネル信号とを加算することによって主信号を生成する信号加算部と、
前記ステレオ信号の右チャンネル信号および左チャンネル信号のいずれか一方から他方を減算することによって雑音参照信号を生成する信号減算部とを含む、請求項１または２に記載のマイクロホン装置。
【請求項１２】
前記適応フィルタ部のフィルタ係数に基づいて、目的音の直接波と反射波との到達時間差に関する情報を算出する反射情報算出部と、
前記反射情報算出部によって算出された情報に基づいて、目的音の反射波によって主信号に生じる周波数特性の歪を補正する反射補正部とをさらに備え、
前記雑音抑圧部は、前記反射補正部による補正後の主信号と、前記減算部による減算後の雑音参照信号とを用いて、主信号に含まれる雑音の信号成分を抑圧する、請求項１に記載のマイクロホン装置。
【請求項１３】
前記雑音抑圧部は、
前記主信号と前記減算部による減算後の雑音参照信号とに基づいて、主信号から雑音の信号成分を抑圧するための雑音抑圧フィルタのフィルタ係数を算出する雑音抑圧フィルタ係数算出部と、
前記雑音抑圧フィルタ係数算出部によって算出されたフィルタ係数を反映して、前記雑音抑圧フィルタによって前記主信号に対してフィルタリングを行う時変係数フィルタ部とを含む、請求項１に記載のマイクロホン装置。
【請求項１４】
前記雑音抑圧フィルタ係数算出部は、
前記主信号のパワスペクトルを算出する第１の周波数分析部と、
前記減算部による減算後の雑音参照信号のパワスペクトルを算出する第２の周波数分析部と、
前記判定部によって前記レベル比が所定の値よりも小さい大きいと判定された場合にのみ、前記第１の周波数分析部によって算出されたパワスペクトルと、前記第２の周波数分析部によって算出されたパワスペクトルとのパワスペクトル比の時間平均を算出するパワスペクトル比演算部と、
パワスペクトル比演算部によって算出されたパワスペクトル比の時間平均と、前記第２の周波数分析部によって算出されたパワスペクトルとを乗算する乗算部と、
前記第１の周波数分析部によって算出されたパワスペクトルと、前記乗算部による乗算結果とに基づいて、前記雑音抑圧フィルタのフィルタ係数を算出する係数算出部とを含む、請求項１に記載のマイクロホン装置。
【請求項１５】
目的音方向から到来する目的音を検出するマイクロホン装置であって、
第１のマイクロホンユニットと、
前記第１のマイクロホンユニットとは異なる方向に指向性主軸が向けられて配置された第２のマイクロホンユニットと、
前記第１のマイクロホンユニットから出力される信号と、前記第２のマイクロホンユニットから出力される信号とを加算することによって主信号を生成する信号加算部と、
前記第１のマイクロホンユニットから出力される信号、および前記第２のマイクロホンユニットから出力される信号のいずれか一方から他方を減算することによって雑音参照信号を生成する信号減算部と、
前記主信号と、前記雑音参照信号とを用いて、主信号に含まれる雑音の信号成分を抑圧する雑音抑圧部とを備える、マイクロホン装置。
【請求項１６】
目的音方向から到来する目的音を検出するマイクロホン装置であって、
第１のマイクロホンユニットと、
第１のマイクロホンユニットと同一の特性を有する第２のマイクロホンユニットと、
前記第１および第２のマイクロホンユニットに基づいて、右チャンネル信号と左チャンネル信号とからなるステレオ信号を生成するステレオ信号生成部と、
前記ステレオ信号に基づいて、各マイクロホンユニットから出力される各信号を生成する逆合成部と、
前記逆合成部によって生成された各信号に基づいて、目的音方向に対して感度を有して検出した結果を示す主信号と、目的音方向以外の他の方向から到来する音を目的音よりも高い感度で検出した結果を示す雑音参照信号とを生成する合成部と、
前記主信号と、前記雑音参照信号とを用いて、主信号に含まれる雑音の信号成分を抑圧する雑音抑圧部とを備える、マイクロホン装置。
【請求項１７】
目的音方向から到来する目的音を検出するマイクロホン装置であって、
第１のマイクロホンユニットと、
第１のマイクロホンユニットと同一の特性を有する第２のマイクロホンユニットと、
前記第１および第２のマイクロホンユニットに基づいて、右チャンネル信号と左チャンネル信号とからなるステレオ信号を生成するステレオ信号生成部と、
前記ステレオ信号の右チャンネル信号と前記左チャンネル信号とを加算することによって主信号を生成する信号加算部と、
前記ステレオ信号の右チャンネル信号および左チャンネル信号のいずれか一方から他方を減算することによって雑音参照信号を生成する信号減算部と、
前記主信号と、前記雑音参照信号とを用いて、主信号に含まれる雑音の信号成分を抑圧する雑音抑圧部とを備える、マイクロホン装置。
【請求項１８】
少なくとも２種類のチャンネルの音声信号を記録する音声記録部と、
前記記録部に記録されている音声信号に基づいて、目的音方向に対して感度を有して検出した結果を示す主信号と、目的音方向以外の他の方向から到来する音を目的音よりも高い感度で検出した結果を示す雑音参照信号とを生成する信号生成部と、
前記信号生成部によって生成された雑音参照信号の信号レベルに対する前記主信号の信号レベルの割合を示すレベル比が所定の値よりも大きいか否かを判定する判定部と、
前記信号生成部によって生成された主信号を適応フィルタでフィルタリングすることによって、前記信号生成部によって生成された雑音参照信号に含まれる目的音の信号成分を示す信号を生成するとともに、前記判定部によって前記レベル比が所定の値よりも大きいと判定された場合のみ、フィルタ係数の学習を行う適応フィルタ部と、
前記信号生成部によって生成された雑音参照信号から、前記適応フィルタ部によって生成された信号を減算する減算部と、
前記主信号と、前記減算部による減算後の雑音参照信号とを用いて、主信号に含まれる雑音の信号成分を抑圧する雑音抑圧部と、
前記雑音抑圧部によって雑音信号成分が抑圧された主信号を再生する再生部とを備える、音声再生装置。
【請求項１９】
前記音声記録部に記録されている音声信号に関連する映像信号を記録する映像記録部と、
前記映像記録部に記録されている映像信号を再生する映像再生部と、
音を強調すべき方向の入力をユーザから受け付ける方向受付部とをさらに備え、
前記信号生成部は、前記方向受付部によって受け付けられた方向を目的音方向として主信号および雑音参照信号を生成する、請求項１８に記載の音声再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロホン装置および音声再生装置に関し、より特定的には、所定の方向から到来する音を雑音を抑圧して検出するマイクロホン装置および音声再生装置である。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロホン装置の構成について図２４から図２６を用いて説明する。
図２４は、従来例１のマイクロホン装置の構成を示す図である。図２４において、マイクロホン装置は、第１のマイクロホンユニット１０１０と、第２のマイクロホンユニット１０２０と、信号加算部１０３０と、第１の信号減算部１０３１と、信号増幅部１０５０と、適応フィルタ部１０６０と、第２の信号減算部１０６２とを備えている。各マイクロホンユニット１０１０および１０２０は、ともに正面方向（図２４では左方向）を向くように配置される。信号加算部１０３０は、第１のマイクロホンユニット１０１０から出力される信号と第２のマイクロホンユニット１０２０から出力される信号とを加算する。第１の信号減算部１０３１は、第１のマイクロホンユニット１０１０から出力される信号から、第２のマイクロホンユニット１０２０から出力される信号を減算する。信号増幅部１０５０は、信号加算部１０３０から出力される信号を１／２倍する。適応フィルタ部１０６０は、第１の信号減算部１０３１から出力される信号を入力とし、適応フィルタによってフィルタリングを行った信号を出力する。第２の信号減算部１０６２は、信号増幅部１０５０から出力される信号から、適応フィルタ部１０６０から出力される信号を減算する。第２の信号減算部１０６２からの出力が、マイクロホン装置の出力となる。適応フィルタ部１０６０は、第２の信号減算部１０６２から出力される信号と第１の信号減算部１０３１から出力される信号とに基づいて、フィルタ係数の学習を行う。
【０００３】
次に、従来例１のマイクロホン装置の動作について説明する。正面方向から到来する音を検出する場合、各マイクロホンユニット１０１０および１０２０はほぼ等しい信号を出力する。また、正面方向以外の方向から到来する音を検出する場合、各マイクロホンユニット１０１０および１０２０は位相の異なる信号を出力する。各マイクロホンユニット１０１０および１０２０からの出力信号は信号加算部１０３０によって加算される。加算された信号は、信号増幅部１０５０によってレベルが正規化される、すなわち、振幅が１／２倍される。以上によって、正面方向から到来する音の成分を有する主信号を得ることができる。一方、第１の信号減算部１０３１からの出力によって、正面方向に対して指向性主軸が９０度方向に向き、かつ、正面方向が指向性の死角となる（すなわち、正面方向が指向性の最小感度方向となる）ような指向性特性を得ることができる。つまり、第１の信号減算部１０３１から出力される信号は、正面方向から到来する音の成分を含まない雑音参照信号となる。適応フィルタ部１０６０は、信号増幅部１０５０から出力される主信号と第１の信号減算部１０３１から出力される雑音参照信号とを用いることによって、適応指向性を実現する。すなわち、正面方向以外から到来するある一方向の雑音源に対して自動的に指向性の死角を形成する。
【０００４】
図２５は、従来例２のマイクロホン装置の構成を示す図である。図２５において、マイクロホン装置は、第１のマイクロホンユニット１０１０と、第２のマイクロホンユニット１０２０と、第１の適応フィルタ部１０４０と、第１の信号遅延部１０４１と、第１の信号減算部１０４２と、第２の適応フィルタ部１０６０と、第２の信号遅延部１０６１と、第２の信号減算部１０６２とを備えている。
【０００５】
第１の適応フィルタ部１０４０は、第２のマイクロホンユニット１０２０からの出力信号を入力として適応フィルタによるフィルタリング結果を出力する。第１の信号遅延部１０４１は、第１のマイクロホンユニット１０１０から出力される信号を遅延させる。第１の信号減算部１０４２は、第１の信号遅延部１０４１から出力される信号から、第１の適応フィルタ部１０４０から出力される信号を減算する。第１の適応フィルタ部１０４０は、第１の信号減算部１０４２から出力される信号と、第２のマイクロホンユニット１０２０から出力される信号とに基づいて、フィルタ係数の学習を行う。第２の信号遅延部１０６１は、第１の信号遅延部１０４１から出力される信号に対して遅延を与える。第２の適応フィルタ部１０６０は、第１の信号減算部１０４２から出力される信号を入力として適応フィルタによるフィルタリング結果を出力する。第２の信号減算部１０６２は、第２の信号遅延部１０６１から出力される信号から、第２の適応フィルタ部から出力される信号を減算してマイクロホン装置の出力とする。第２の適応フィルタ部１０６０は、第２の信号減算部１０６２から出力される信号と、第１の信号減算部から出力される信号とに基づいて、フィルタ係数の学習を行う。
【０００６】
以下、従来例２のマイクロホン装置の動作を説明する。従来例２における第１の適応フィルタ部１０４０、第１の信号遅延部１０４１、および第１の信号減算部１０４２は、各マイクロホンユニット１０１０および１０２０に到来した音波に対してキャンセル動作を行うものである。すなわち、第１の信号減算部１０４２から出力される信号は、第２の適応フィルタ部１０６０に対する雑音参照信号となる。また、第１の信号減算部１０４２から出力される信号は、図２４に示す第１の信号減算部１０３１から出力される信号と同様の目的の信号である。ただし、従来例１が固定指向性であるのに対して、従来例２では適応フィルタを用いることによって指向性を変化させることができる点で異なっている。
【０００７】
図２６は、従来例３のマイクロホン装置の構成を示す図である。図２６に示すマイクロホン装置は、第１の単一指向性マイクロホンユニット１０１１と、第２の単一指向性マイクロホンユニット１０１２と、第１のＦＦＴ部１０７０と、第２のＦＦＴ部１０８０と、２入力型スペクトルサブトラクション部１０９０と、音声認識部２０００とを備えている。
【０００８】
図２６において、第１の単一指向性マイクロホンユニット１０１１は、指向性主軸が正面方向を向くように配置される。第２の単一指向性マイクロホンユニット１０１２は、指向性主軸が背面方向を向くように配置される。第１のＦＦＴ部１０７０は、第１の単一指向性マイクロホンユニット１０１１から出力される信号を入力として周波数スペクトルを求める。第２のＦＦＴ部１０８０は、第２の単一指向性マイクロホンユニット１０１２から出力される信号を入力として周波数スペクトルを求める。２入力型スペクトルサブトラクション部１０９０は、各ＦＦＴ部１０７０および１０８０から出力される信号を入力として、第１のＦＦＴ部１０７０によって導出される信号スペクトルから、第２のＦＦＴ部１０８０によって導出される信号スペクトルをパワスペクトル領域で減算することによって、目的信号のスペクトルを出力する。音声認識部２０００は、２入力型スペクトルサブトラクション部１０９０から出力される目的信号のスペクトルを入力として音声認識を行う。
【０００９】
以下、従来例３のマイクロホン装置について動作を説明する。従来例３において、第１の単一指向性マイクロホンユニット１０１１は、正面方向の目的音を収音する指向特性を有する。また、第２の単一指向性マイクロホンユニット１０１２は、主として雑音を収音する指向特性を有する。この結果、第１の単一指向性マイクロホンユニット１０１１から主信号ｍ１が得られ、第２の単一指向性マイクロホンユニット１０１２から雑音参照信号ｍ２が得られる。各ＦＦＴ部１０７０および１０８０においては、主信号ｍ１および雑音参照信号ｍ２のスペクトルが求められる。２入力型スペクトルサブトラクション部１０９０においては、主信号のパワスペクトルから雑音参照信号のパワスペクトルが減算されることによって、信号成分のパワスペクトルが推定される。なお、１入力型のスペクトルサブトラクション法では、目的音が到来していない時間区間に雑音が定常であることを仮定して雑音スペクトルを推定している。従って、１入力型のスペクトルサブトラクション法では、定常雑音の抑圧のみを行うことができる。これに対して、２入力型のスペクトルサブトラクション法を採用する従来例３の構成によれば、第２の単一指向性マイクロホンユニット１０１２によって雑音参照信号のスペクトルを常に得ることができるので、非定常な雑音の抑圧を行うことが可能になる。以上のように、従来例３のマイクロホン装置によれば、定常な雑音だけでなく非定常な雑音をも抑圧することによって、後段の音声認識部２０００の音声認識率を改善することができる。なお、図２６に示す装置は音声認識を用途としている。ここで、最終段でＩＦＦＴを行うことによってスペクトルを時間信号に戻し、フレームオーバーラップをさせながら波形信号にすることによって、マイクロホン装置とすることも可能である。
【特許文献１】特許第３０８４８３３号明細書
【非特許文献１】Ｂｅｒｎａｒｄ  Ｗｉｄｒｏｗ，「ＡＤＡＰＴＩＶＥ  ＳＩＧＮＡＬ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮ」，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ，１９８５年，ｐ．４１４，４１９，４２３
【非特許文献２】中台、管村、中津，「２入力による雑音除去手法を用いた自動車内の音声認識」，電子情報通信学会技術研究報告，１９８９年，ＳＰ８９−８１，ｐｐ．４１−４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の従来例１の構成では、ある一方向から騒音が到来する環境下においては大きな雑音抑圧効果を得ることができる。しかし、従来例１の装置は、複数の方向から到来する騒音には対応することができない。従って、様々な方向に騒音源が同時に存在する実際の騒音環境下においては、従来例１の構成では、従来から用いられている単一指向性のマイクロホン装置の性能と同等の雑音抑圧効果しか得ることができない。
【００１１】
また、従来例２の構成では、第１の適応フィルタを用いることによって雑音参照信号を得ている。ここで、実環境において第１の適応フィルタを安定に動作させるためには、話者からの音声が周囲の騒音より十分に大きなときにのみ第１の適応フィルタを学習させる必要がある。従って、従来例２の構成では、フィルタの収束が完了するまで騒音抑圧効果を得ることができない。また、騒音環境下ではフィルタの収束が困難となる。さらに、従来例１と同様、従来例２の構成では、複数の騒音源に対応することができない。また、従来例２の装置は、ユニット信号の間に相関性のない風雑音を抑圧する目的で発明されているので、目的音の方向を限定することができない。すなわち、到来する音の内、最も大きな音が目的音となってしまい、特定の方向の音を強調して収音することができない。
【００１２】
また、従来例３の構成は、主信号と雑音参照信号とをスペクトルに変換し、パワスペクトルにおいてスペクトル減算法を用いて雑音を抑圧する方式である。この方法は、複数方向の雑音源が存在する場合でも同時に雑音を抑圧することが可能な方法である。しかし、この方法は、雑音参照信号の方に目的音が微小に混入しただけでも、処理後の音声に音質面で大きな問題が発生したり、目的音自体が打ち消されたりするという課題がある。また、実際の音場では、単一指向性マイクロホンユニットの指向性死角を目的音方向に向けても、反射波が回り込んで混入することが考えられる。さらに、通常のマイクロホンユニットは、指向性の死角が無限大の減衰量ではなく、１０〜１５ｄｂ程度の減衰量であるので、目的音の直接波が除去しきれずに雑音参照信号に混入するおそれがある。また、スペクトル減算法の場合、フレーム処理による処理遅延が発生するので、同時通話や拡声等の用途には利用できないという課題があった。
【００１３】
また、上記の従来例は、目的音とは別の騒音である加法性雑音の抑圧に主眼を置いている。上記の従来例では、目的音が壁、机や床などの反射面に反射してから到達する乗法性雑音を除去することができない。従って、マイクロホン装置を実際に使用する音場における反射等の影響によって、目的音の周波数特性が歪んでしまうおそれがあった。そのため、特に音声認識などの用途では、認識時のマッチングに不整合を発生するという誤認識の問題を解決することができなかった。
【００１４】
それ故、本発明の目的は、実使用環境の複数の騒音下でも安定に動作するとともに、高Ｓ／Ｎを実現することができるマイクロホン装置を提供することである。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、目的音の反射波等に起因する乗法性雑音と、騒音に起因する加法性雑音をともに抑圧するマイクロホン装置を提供することである。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、雑音を抑圧する処理において用いられる主信号および雑音参照信号を簡易な方法で生成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明は、目的音方向から到来する目的音を検出するマイクロホン装置である。マイクロホン装置は、信号生成部と、判定部と、適応フィルタ部と、減算部と、雑音抑圧部とを備えている。信号生成部は、目的音方向に対して感度を有して検出した結果を示す主信号と、目的音方向以外の他の方向から到来する音を目的音よりも高い感度で検出した結果を示す雑音参照信号とを生成する。判定部は、信号生成部によって生成された雑音参照信号の信号レベルに対する主信号の信号レベルの割合を示すレベル比が所定の値よりも大きいか否かを判定する。適応フィルタ部は、信号生成部によって生成された主信号を適応フィルタでフィルタリングすることによって、信号生成部によって生成された雑音参照信号に含まれる目的音の信号成分を示す信号を生成するとともに、判定部によってレベル比が所定の値よりも大きいと判定された場合のみ、フィルタ係数の学習を行う。減算部は、信号生成部によって生成された雑音参照信号から、適応フィルタ部によって生成された信号を減算する。雑音抑圧部は、主信号と、減算部による減算後の雑音参照信号とを用いて、主信号に含まれる雑音の信号成分を抑圧する。
【００１８】
なお、「目的音方向に対して感度を有して検出した結果を示す主信号」とは、マイクロホンユニットから出力された信号そのもののみならず、マイクロホンユニットによって検出された信号に所定の加工を加えた結果得られる信号をも含む意味である。つまり、上記主信号は、目的音方向に指向性主軸が向けられたマイクロホンユニットから出力された信号そのものであってもよいし、マイクロホンユニット（無指向性であってもよいし、所定の方向に指向性主軸が向けられていてもよい）から出力された信号を加工することによって得られた信号であってもよい。これと同様に、「他の方向から到来する音を目的音よりも高い感度で検出した結果を示す雑音参照信号」とは、マイクロホンユニットから出力された信号そのものであってもよいし、マイクロホンユニットから出力された信号を加工することによって得られた信号であってもよい。
【００１９】
第２の発明は、目的音方向から到来する目的音を検出するマイクロホン装置である。マイクロホン装置は、信号生成部と、判定部と、適応フィルタ部と、減算部と、反射情報算出部と、反射補正部とを備えている。信号生成部は、目的音方向に対して感度を有して検出した結果を示す主信号と、目的音方向以外の他の方向から到来する音を目的音よりも高い感度で検出した結果を示す雑音参照信号とを生成する。判定部は、信号生成部によって生成された雑音参照信号の信号レベルに対する主信号の信号レベルの割合を示すレベル比が所定の値よりも大きいか否かを判定する。適応フィルタ部は、信号生成部によって生成された主信号を適応フィルタでフィルタリングすることによって、信号生成部によって生成された雑音参照信号に含まれる目的音の信号成分を示す信号を生成するとともに、判定部によってレベル比が所定の値よりも大きいと判定された場合のみ、フィルタ係数の学習を行う。減算部は、信号生成部によって生成された雑音参照信号から、適応フィルタ部によって生成された信号を減算する。反射情報算出部は、適応フィルタ部のフィルタ係数に基づいて、目的音の直接波と反射波との到達時間差に関する情報を算出する。反射補正部は、反射情報算出部によって算出された情報に基づいて、目的音の反射波によって主信号に生じる周波数特性の歪を補正する。
【００２０】
また、第３の発明では、信号生成部は、第１のマイクロホンユニットと、第２のマイクロホンユニットとを含んでいる。第１のマイクロホンユニットは、指向性主軸が目的音方向に向けられて配置される。第２のマイクロホンユニットは、指向性の死角方向が目的音方向に向けられて配置される。
【００２１】
また、第４の発明では、マイクロホン装置は、信号遅延部をさらに備える。信号遅延部は、信号生成部における雑音参照信号の出力端と減算部との間に設けられ、適応フィルタ部の適応フィルタの収束条件を満たすように当該雑音参照信号を遅延させる。
【００２２】
また、第５の発明では、所定の値は変更可能である。
【００２３】
また、第６の発明では、信号生成部は、第１のマイクロホンユニットと、第２のマイクロホンユニットと、遅延部と、増幅部と、第１の減算部と、第２の減算部とを含む。第２のマイクロホンユニットは、第１のマイクロホンユニットと同一の特性を有する。遅延部は、第１のマイクロホンユニットから出力される信号を所定の遅延量だけ遅延させて出力する。増幅部は、遅延部から出力された信号を増幅する。第１の減算部は、第２のマイクロホンユニットから出力される信号から、増幅部によって増幅された信号を減算することによって、主信号を生成する。第２の減算部は、第２のマイクロホンユニットから出力される信号から、遅延部から出力された信号を減算することによって、雑音参照信号を生成する。また、第１のマイクロホンユニットの位置と第２のマイクロホンユニットの位置とを結ぶ直線は、目的音方向を向く直線と直交する。所定の遅延量は、雑音参照信号に、目的音方向以外の方向から到来する音の成分が目的音の成分よりも多く含まれるように設定される。増幅部における増幅率は、主信号と雑音参照信号との間で目的音の感度に差が生じるように設定される。
【００２４】
また、第７の発明では、マイクロホン装置は、遅延部において設定される所定の遅延量を変化させる設定部をさらに備えている。
【００２５】
また、第８の発明では、信号生成部は、第１のマイクロホンユニットと、第２のマイクロホンユニットと、合成部とを含んでいる。第２のマイクロホンユニットは、第１のマイクロホンユニットと同一の特性を有する。合成部は、第１および第２のマイクロホンユニットから出力される各信号に基づいて、目的音方向に対して感度を有するように主信号を生成するとともに、目的音方向の感度が最小となるように雑音の信号成分を生成する。
【００２６】
また、第９の発明では、信号生成部は、第１のマイクロホンユニットと、第２のマイクロホンユニットと、信号加算部と、信号減算部とを含んでいる。
第２のマイクロホンユニットは、第１のマイクロホンユニットとは異なる方向に指向性主軸が向けられて配置される。信号加算部は、第１のマイクロホンユニットから出力される信号と、第２のマイクロホンユニットから出力される信号とを加算することによって主信号を生成する。信号減算部は、第１のマイクロホンユニットから出力される信号、および第２のマイクロホンユニットから出力される信号のいずれか一方から他方を減算することによって雑音参照信号を生成する。
【００２７】
また、第１０の発明では、信号生成部は、第１のマイクロホンユニットと、第２のマイクロホンユニットと、ステレオ信号生成部と、逆合成部と、合成部とを含んでいる。第２のマイクロホンユニットは、第１のマイクロホンユニットと同一の特性を有する。ステレオ信号生成部は、第１および第２のマイクロホンユニットに基づいて、右チャンネル信号と左チャンネル信号とからなるステレオ信号を生成する。逆合成部は、ステレオ信号に基づいて、各マイクロホンユニットから出力される各信号を生成する。合成部は、逆合成部によって生成された各信号に基づいて、目的音方向に対して感度を有して検出した結果を示す主信号と、目的音方向以外の他の方向から到来する音を目的音よりも高い感度で検出した結果を示す雑音参照信号とを生成する。
【００２８】
また、第１１の発明では、信号生成部は、第１のマイクロホンユニットと、第２のマイクロホンユニットと、ステレオ信号生成部と、信号加算部と、信号減算部とを含んでいる。第２のマイクロホンユニットは、第１のマイクロホンユニットと同一の特性を有する。ステレオ信号生成部は、第１および第２のマイクロホンユニットに基づいて、右チャンネル信号と左チャンネル信号とからなるステレオ信号を生成する。信号加算部は、ステレオ信号の右チャンネル信号と左チャンネル信号とを加算することによって主信号を生成する。信号減算部は、ステレオ信号の右チャンネル信号および左チャンネル信号のいずれか一方から他方を減算することによって雑音参照信号を生成する。
【００２９】
また、第１２の発明では、マイクロホン装置は、反射情報算出部と、反射補正部とをさらに備えている。反射情報算出部は、適応フィルタ部のフィルタ係数に基づいて、目的音の直接波と反射波との到達時間差に関する情報を算出する。反射補正部は、反射情報算出部によって算出された情報に基づいて、目的音の反射波によって主信号に生じる周波数特性の歪を補正する。また、雑音抑圧部は、反射補正部による補正後の主信号と、減算部による減算後の雑音参照信号とを用いて、主信号に含まれる雑音の信号成分を抑圧する。
【００３０】
また、第１３の発明では、雑音抑圧部は、雑音抑圧フィルタ係数算出部と、時変係数フィルタ部とを含んでいる。雑音抑圧フィルタ係数算出部は、主信号と減算部による減算後の雑音参照信号とに基づいて、主信号から雑音の信号成分を抑圧するための雑音抑圧フィルタのフィルタ係数を算出する。時変係数フィルタ部は、雑音抑圧フィルタ係数算出部によって算出されたフィルタ係数を反映して、雑音抑圧フィルタによって主信号に対してフィルタリングを行う。
【００３１】
また、第１４の発明では、雑音抑圧フィルタ係数算出部は、第１の周波数分析部と、第２の周波数分析部と、パワスペクトル比演算部と、乗算部と、する係数算出部とを含んでいる。第１の周波数分析部は、主信号のパワスペクトルを算出する。第２の周波数分析部は、減算部による減算後の雑音参照信号のパワスペクトルを算出する。パワスペクトル比演算部は、判定部によってレベル比が所定の値よりも小さいと判定された場合にのみ、第１の周波数分析部によって算出されたパワスペクトルと、第２の周波数分析部によって算出されたパワスペクトルとのパワスペクトル比の時間平均を算出する。乗算部は、パワスペクトル比演算部によって算出されたパワスペクトル比の時間平均と、第２の周波数分析部によって算出されたパワスペクトルとを乗算する。係数算出部は、第１の周波数分析部によって算出されたパワスペクトルと、乗算部による乗算結果とに基づいて、雑音抑圧フィルタのフィルタ係数を算出する。
【００３２】
また、第１５の発明は、目的音方向から到来する目的音を検出するマイクロホン装置である。マイクロホン装置は、第１のマイクロホンユニットと、第２のマイクロホンユニットと、信号加算部と、信号減算部と、雑音抑圧部とを備えている。第２のマイクロホンユニットは、第１のマイクロホンユニットとは異なる方向に指向性主軸が向けられて配置される。信号加算部は、第１のマイクロホンユニットから出力される信号と、第２のマイクロホンユニットから出力される信号とを加算することによって主信号を生成する。信号減算部は、第１のマイクロホンユニットから出力される信号、および第２のマイクロホンユニットから出力される信号のいずれか一方から他方を減算することによって雑音参照信号を生成する。雑音抑圧部は、主信号と、雑音参照信号とを用いて、主信号に含まれる雑音の信号成分を抑圧する。
【００３３】
また、第１６の発明は、目的音方向から到来する目的音を検出するマイクロホン装置である。マイクロホン装置は、第１のマイクロホンユニットと、第２のマイクロホンユニットと、ステレオ信号生成部と、逆合成部と、合成部と、雑音抑圧部とを備えている。第２のマイクロホンユニットは、第１のマイクロホンユニットと同一の特性を有する。ステレオ信号生成部は、第１および第２のマイクロホンユニットに基づいて、右チャンネル信号と左チャンネル信号とからなるステレオ信号を生成する。逆合成部は、ステレオ信号に基づいて、各マイクロホンユニットから出力される各信号を生成する。合成部は、逆合成部によって生成された各信号に基づいて、目的音方向に対して感度を有して検出した結果を示す主信号と、目的音方向以外の他の方向から到来する音を目的音よりも高い感度で検出した結果を示す雑音参照信号とを生成する。雑音抑圧部は、主信号と、雑音参照信号とを用いて、主信号に含まれる雑音の信号成分を抑圧する。
【００３４】
また、第１７の発明は、目的音方向から到来する目的音を検出するマイクロホン装置である。マイクロホン装置は、第１のマイクロホンユニットと、第２のマイクロホンユニットと、ステレオ信号生成部と、信号加算部と、信号減算部と、雑音抑圧部とを備えている。第２のマイクロホンユニットは、第１のマイクロホンユニットと同一の特性を有する。ステレオ信号生成部は、第１および第２のマイクロホンユニットに基づいて、右チャンネル信号と左チャンネル信号とからなるステレオ信号を生成する。信号加算部は、ステレオ信号の右チャンネル信号と左チャンネル信号とを加算することによって主信号を生成する。信号減算部は、ステレオ信号の右チャンネル信号および左チャンネル信号のいずれか一方から他方を減算することによって雑音参照信号を生成する。雑音抑圧部は、主信号と、雑音参照信号とを用いて、主信号に含まれる雑音の信号成分を抑圧する。
【００３５】
また、第１８の発明は、音声記録部と、信号生成部と、判定部と、適応フィルタ部と、減算部と、雑音抑圧部と、再生部とを備えている。音声記録部は、少なくとも２種類のチャンネルの音声信号を記録する。信号生成部は、記録部に記録されている音声信号に基づいて、目的音方向に対して感度を有して検出した結果を示す主信号と、目的音方向以外の他の方向から到来する音を目的音よりも高い感度で検出した結果を示す雑音参照信号とを生成する。判定部は、信号生成部によって生成された雑音参照信号の信号レベルに対する主信号の信号レベルの割合を示すレベル比が所定の値よりも大きいか否かを判定する。適応フィルタ部は、信号生成部によって生成された主信号を適応フィルタでフィルタリングすることによって、信号生成部によって生成された雑音参照信号に含まれる目的音の信号成分を示す信号を生成するとともに、判定部によってレベル比が所定の値よりも大きいと判定された場合のみ、フィルタ係数の学習を行う。減算部は、信号生成部によって生成された雑音参照信号から、適応フィルタ部によって生成された信号を減算する。雑音抑圧部は、主信号と、減算部による減算後の雑音参照信号とを用いて、主信号に含まれる雑音の信号成分を抑圧する。再生部は、雑音抑圧部によって雑音信号成分が抑圧された主信号を再生する。
【００３６】
また、第１９の発明では、マイクロホン装置は、音声記録部に記録されている音声信号に関連する映像信号を記録する映像記録部と、映像記録部に記録されている映像信号を再生する映像再生部と、音を強調すべき方向の入力をユーザから受け付ける方向受付部とをさらに備えている。このとき、信号生成部は、方向受付部によって受け付けられた方向を目的音方向として主信号および雑音参照信号を生成する。
【発明の効果】
【００３７】
第１の発明によれば、雑音参照信号に含まれる目的音の信号成分が当該雑音参照信号から除去され、その後、主信号と雑音参照信号とに基づいて雑音の抑圧処理が行われる。従って、理想的な雑音参照信号を用いて雑音の抑圧処理を行うことができるので、高Ｓ／Ｎを実現することができる。また、第１の発明によれば、目的音以外の音はすべて雑音として抑圧することができる。従って、ある一方向の騒音だけでなく、全方向の雑音に対応することができる。
【００３８】
また、第２の発明によれば、主信号に与える反射波の影響を補正することができるので、マイクロホン装置の周囲の音場に左右されずに安定した感度対周波数特性を有するマイクロホン装置を実現することができる。また、反射物による音質の変化がないので、特に音声認識用途では、認識率の改善効果が大きい。
【００３９】
また、第３の発明によれば、主信号および雑音参照信号を容易に生成することができる。さらに、２つのマイクロホンユニットは互いに接触させるまで近接して配置できるので、マイクロホン装置を小型化することができる。
【００４０】
また、第５の発明によれば、マイクロホン装置の収音範囲を目的音方向を中心として左右何度まで収音可能にするかを制御することができるようになる。従って、目的に応じた収音角度幅の設定を行ったり、ズームマイクの様に収音角度幅を可変にしたりすることができるようになる。
【００４１】
また、第６の発明によれば、主信号と雑音参照信号との感度特性が、目的音方向以外の方向でほぼ一致する指向性パターンが得られる。従って、後段の雑音抑圧処理における整合性が高まり、処理後の音声品質が改善される。
【００４２】
また、第７の発明によれば、遅延時間を変化させることによって、収音方向を制御することができる。
【００４３】
また、第９の発明によれば、例えばワンポイントステレオマイクロホンから出力される信号を利用して、主信号および雑音参照信号を得ることができる。
【００４４】
また、第１０および第１１の発明によれば、ステレオ信号を用いて主信号および雑音参照信号を得ることができる。
【００４５】
また、第１２の発明によれば、加法性雑音である騒音と、乗法性雑音である反射波との双方を同時に抑圧することができる。従って、音場の影響を受けず、高Ｓ／Ｎでかつ常に平坦なマイクロホン周波数特性を実現することができる。
【００４６】
また、第１５、第１６および第１７の発明によれば、雑音を抑圧する処理において用いられる主信号および雑音参照信号を簡易な方法で生成することができる。例えば、従来のステレオマイクロホンの構成に簡易な処理を加えることで生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係るマイクロホン装置について、図１〜図７を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係るマイクロホン装置の構成を示すブロック図である。図１において、マイクロホン装置は、第１のマイクロホンユニット１と、第２のマイクロホンユニット２と、判定部１０と、適応フィルタ部２０と、信号減算部３０と、雑音抑圧フィルタ係数算出部４０と、時変係数フィルタ部５０とを備えている。
【００４８】
図１において、第１のマイクロホンユニット１は、単一指向性マイクロホンユニットである。第１のマイクロホンユニット１の指向性主軸は、正面方向に向けられている。第２のマイクロホンユニット２は、双指向性マイクロホンユニットである。第２のマイクロホンユニット２の指向性主軸は、正面方向に直角な方向に向けられている。なお、マイクロホン装置は、所望の方向から到来する音を検出するものであり、以下においては、検出すべき音を目的音と呼び、当該所望の方向を目的音方向と呼ぶ。実施の形態１では、正面方向が目的音方向である。
【００４９】
判定部１０は、第１のマイクロホンユニット１から出力される信号ｍ１と、第２のマイクロホンユニット２から出力される信号ｍ２とを入力信号として、入力信号間のレベル比に従って目的音の到来の有無を判定する。適応フィルタ部２０は、フィルタ係数によって信号ｍ１をフィルタリングした信号を出力する。信号減算部３０は、適応フィルタ部２０から出力される信号を信号ｍ２から減算する。
【００５０】
雑音抑圧フィルタ係数算出部４０は、信号ｍ１を主信号として入力し、第１の信号減算部３０から出力される信号ｍ３を雑音参照信号として入力する。雑音抑圧フィルタ係数算出部４０は、当該主信号および当該雑音参照信号を用いて雑音抑圧のためのフィルタ特性を示すフィルタ係数を計算する。計算されたフィルタ係数は、時変係数フィルタ部５０へ出力される。時変係数フィルタ部５０は、信号ｍ１を入力する。そして、入力した信号を、雑音抑圧フィルタ係数算出部４０によって計算されたフィルタ係数に従ってフィルタリングして出力する。
【００５１】
以上のように構成されたマイクロホン装置の動作について説明する。なお、以下の説明においては、特に説明がない場合は、目的音が到来する方向は正面方向であるとする。
【００５２】
図１において、第１のマイクロホンユニット１は、第２のマイクロホンユニット２に近接して配置される。各マイクロホンユニット１および２を近接して配置することによって、第２のマイクロホンユニット２は、第１のマイクロホンユニット１とほぼ同一位置で、目的音以外の音（すなわち騒音）を収音することができる。実施の形態１に係るマイクロホン装置は、第１のマイクロホンユニット１に混入する騒音を時変係数フィルタ部５０によって抑圧することによって、高Ｓ／Ｎの収音を実現するものである。その際に、信号ｍ２は雑音参照信号として用いられる。従って、各マイクロホンユニット１および２は、同一場所の音場の収音を行うことが理想的である。つまり、各マイクロホンユニット１および２の配置は、各マイクロホンユニット１および２の指向性の形成に互いに影響を与えないことを条件として、各マイクロホンユニット１および２を接触させて配置することが望ましい。そのため、実施の形態１では、各マイクロホンユニット１および２を互いに近接して配置しているのである。
【００５３】
また、実施の形態１では、マイクロホン装置の後段（雑音抑圧フィルタ係数算出部４０および時変係数フィルタ部５０）において、時変係数フィルタを用いた雑音抑圧処理方式を採用している。第２のマイクロホンユニット２に目的音が混入すると、当該方式の性質上、処理後の音声に歪みやレベル低下等の悪影響が発生する。従って、当該方式を用いる場合には、雑音参照信号への目的音の混入を如何に除去するかが課題となる。そこで、実施の形態１では、雑音参照信号への目的音の混入をできるだけ少なくすることを目的として、第２のマイクロホンユニット２の指向性の死角が正面方向を向くように構成している。なお、第２のマイクロホンユニット２として双指向性マイクロホンユニットを用いている理由は、双指向性マイクロホンユニットは、死角の方向や感度減衰量等の特性に関する製造のばらつきが単一指向性ユニット等他のマイクロホンユニットと比較して少ないという特徴があるからである。
【００５４】
なお、第２のマイクロホンユニット２を上記のように構成することによって、雑音参照信号への目的音の混入を抑えることができるが、雑音参照信号への目的音の混入を完全になくすことはできない。なぜなら、実際の使用環境では、マイクロホンユニットが取り付けられる筐体や、マイクロホン装置の周囲にある反射物等の音響的な影響によって、目的音の反射波が第２のマイクロホンユニット２によって検出されてしまうからである。また、目的音の反射波による影響の他、第２のマイクロホンユニット２の指向性の死角を正面方向に向けても、目的音の直接波がわずかながら検出されてしまう（目的音の消し残りがある）からである。以上のような理由で、信号ｍ２には目的音の成分が混入してしまう。そこで、実施の形態１では、判定部１０、適応フィルタ部２０、および第１の信号減算部３０によってキャンセラを構成する。このキャンセラによって、雑音参照信号へ混入する目的音の成分を除去する。これによって、理想的な雑音参照信号、すなわち、目的音が混入していない雑音参照信号を得ることができる。
【００５５】
また、図１において、第１のマイクロホンユニット１から出力される信号は、雑音の成分よりも目的音の成分の割合が高い。実施の形態１に係るマイクロホン装置は、上記キャンセラにおける波形の等化処理において、信号ｍ２に混入する目的音成分の信号に信号ｍ１を適応等化させる。つまり、雑音参照信号に含まれる目的音成分の信号に主信号を等化させる。これによって、キャンセラを精度よく動作させることができる。
【００５６】
さらに、実施の形態１では、上記キャンセラの適応フィルタ部２０は、目的音が十分大きく発生している場合にのみ、適応フィルタの学習動作を行う。具体的には、目的音が騒音よりも大きいか否かが判定部１０によって検出される。適応フィルタ部２０は、判定部１０の検出結果に応じて、適応フィルタの学習動作を行う。これによって、適応フィルタ部２０のフィルタ係数を安定に収束させることができる。なお、判定部１０は、音の到来方向およびレベルの双方を検出する必要がある。判定部１０の詳細な構成については後述する（図２参照）。
【００５７】
次に、マイクロホン装置の各構成要素の詳細な構成とともに動作の詳細について説明する。図２は、図１に示す判定部の構成を示す図である。図２において、判定部１０は、第１の信号レベル算出部１１と、第２の信号レベル算出部１２と、信号除算部１３と、目的音到来判定部１４とを備えている。
【００５８】
図２において、第１の信号レベル算出部１１は、信号ｍ１を入力として、信号ｍ１の信号レベルの短時間平均を算出し、第１の信号レベルｘ１ａを出力する。第２の信号レベル算出部１２は、信号ｍ２を入力として、信号ｍ２の信号レベルの短時間平均を算出し、第２の信号レベルｘ２ａを出力する。信号除算部１３は、第１の信号レベルｘ１ａと第２の信号レベルｘ２ａとの信号比率（レベル比）を求める。具体的には、信号除算部１３は、Ｖａ＝ｘ１ａ／ｘ２ａの除算をすることによって信号比率Ｖａを出力する。目的音到来判定部１４は、信号除算部１３からの出力に基づいて、目的音が十分大きく発生しているか否か、すなわち、目的音が騒音よりも大きいか否かを判定する。具体的には、目的音到来判定部１４は、信号比率Ｖａと所定のしきい値ｔｈ１との大小関係を比べ、当該大小関係を示す判定結果Ｖｘを出力する。より具体的には、Ｖｘは、信号比率Ｖａが所定のしきい値ｔｈ１よりも大きいことを示す値（ここでは、“１”とする）と、信号比率Ｖａが所定のしきい値ｔｈ１以下であることを示す値（ここでは、“０”とする）という２値の値をとる。
【００５９】
図２において、まず、θ０方向（正面方向）から到来する音が支配的である場合を考える。ここで、「θ０方向からの音が支配的である」とは、θ０方向から到来する音が他の方向から到来する音に比べて非常に大きく、他の方向から到来する音が無視できるほど小さいことを意味する。この場合、正面方向に一致するθ０方向は、第１のマイクロホンユニット１の最大感度方向であり、第２のマイクロホンユニットの最小感度の方向である。従って、第１の信号レベルｘ１ａの値は（後述する場合と比べて相対的に）大きく、第２の信号レベルｘ２ａの値は（後述する場合と比べて相対的に）小さくなる。従って、この場合、信号比率Ｖａ（＝ｘ１ａ／ｘ２ａ）は（後述する場合と比べて相対的に）大きな値となる。
【００６０】
次に、θ１方向から到来する音が支配的である場合を考える。ここで、第１のマイクロホン１の指向特性は、指向性主軸がθ０方向に向けられた単一指向性である。また、第２のマイクロホン２の指向特性は、指向性主軸がθ２方向に向けられた双指向性である。従って、θ１方向から到来する音が支配的である場合、θ０方向から到来する音が支配的である場合に比べて、第１の信号レベルｘ１ａの値は減少し、第２の信号レベルｘ２ａの値は増加する。その結果、信号比率Ｖａは、θ０方向から到来する音が支配的である場合に比べて小さくなる。また、支配的である音の方向がθ１方向からθ２方向へと移った場合、第１の信号レベルｘ１ａの値はさらに減少し、第２の信号レベルｘ２ａの値はさらに増加する。その結果、信号比率Ｖａは、θ０方向から到来する音が支配的である場合に比べて小さくなる。
【００６１】
次に、θ３方向から到来する音が支配的である場合を考える。ここで、双方のマイクロホンユニット１および２についてθ３方向は指向性の死角となる方向である。第１の信号レベルｘ１ａおよび第２の信号レベルｘ２ａともに小さくなり、その結果、信号比率Ｖａは大きな値にはならない。
【００６２】
図３は、支配的である音の方向がθ１〜θ３方向である場合における音声検出の状態の例を示す図である。第１の信号レベルｘ１ａ、第２の信号レベルｘ２ａ、および信号比率Ｖａの波形は、図３に示す信号波形となる。ここで、しきい値ｔｈ１を図３に示すレベルに設定することによって、θ０方向の音が支配的であることを判定結果Ｖｘとして検出することができる。すなわち、しきい値ｔｈ１を図３に示すレベルに設定すると、θ０方向の音が支配的である場合のみ、判定結果Ｖｘの値が“１”となる。実施の形態１では、正面方向（θ０方向）から到来する音を目的音とするので、目的音が支配的であることをＶｘの値によって検出することができる。なお、θ０方向から到来する音のみならず、θ１方向から到来する音も目的音とする場合には、しきい値を図３に示すｔｈ２とすればよい。しきい値をｔｈ２とすれば、θ０方向の音だけでなく、θ１方向の音が支配的である場合にも、Ｖｘの値が“１”となる。
【００６３】
次に、適応フィルタ部２０および信号減算部３０において、雑音参照信号（信号ｍ２）に混入する目的音を除去する動作について説明する。適応フィルタ部２０は、適応フィルタによって、信号ｍ２に含まれる目的音成分の信号に信号ｍ１を等化させる。つまり、適応フィルタ部２０は、信号ｍ２に含まれる目的音成分の信号を信号ｍ１から生成する。なお、適応フィルタの方式としては、例えばＬＭＳ法（学習同定法）等を用いることができる。信号減算部３０は、適応フィルタ部２０によって生成された信号を信号ｍ２から減算する。その結果、信号ｍ３は、目的音成分が除去された雑音参照信号となる。
【００６４】
ここで、適応フィルタ部２０は、判定部１０による判定結果Ｖｘに応じて、フィルタ係数の学習を行うか否かを決定する。具体的には、判定部１０によって目的音が支配的であると判定された場合、すなわち、判定結果Ｖｘが“１”を示す場合、適応フィルタ部２０は学習を行う。一方、判定部１０によって目的音が支配的でないと判定された場合、すなわち、判定結果Ｖｘが“０”を示す場合、適応フィルタ部２０は学習を行わない。
【００６５】
まず、目的音が支配的である場合を考える。この場合、適応フィルタ部２０は学習を行う。ここで、目的音が支配的である場合、雑音は無視することができるので、第２のマイクロホンユニット２は雑音を検出せず、目的音の成分（目的音の反射波や、目的音の直接波の消し残り等の成分）のみを検出するとみなすことができる。つまり、信号ｍ２は、騒音の成分を含まず、目的音の成分のみを含むとみなすことができる。この場合においては、適応フィルタ部２０は、信号ｍ１をフィルタリングした結果として信号ｍ２を出力すればよい。つまり、信号ｍ３が０となるようにフィルタ係数の学習を行えばよい。この学習の結果、適応フィルタ部２０は、信号ｍ１に基づいて信号ｍ２に含まれる目的音成分の信号を生成するためのフィルタ係数を高い精度で得ることができる。
【００６６】
一方、目的音が支配的でない場合を考える。この場合、信号ｍ２は、目的音の成分に加えて、無視できない大きさの雑音成分を含むことになる。従って、この場合、適応フィルタ部２０は、信号ｍ３が０となるようにフィルタ係数の学習を行っても、適切なフィルタ係数を得ることができない。すなわち、信号ｍ１に基づいて信号ｍ２に含まれる目的音成分の信号を生成するためのフィルタ係数を得ることができない。さらに、このような場合に学習を行うと、フィルタ係数が発散してしまうおそれもある。以上の理由から、適応フィルタ部２０は、フィルタ係数の学習を行うべきでない。そこで、適応フィルタ部２０は、目的音が支配的でない場合には学習を行わないようにするのである。
【００６７】
以上のように、適応フィルタの学習は、判定部１０の判定結果を用いることによって、目的音の大きさが周囲の騒音に比較して大きな場合にのみ行われる。これによって、適応フィルタ部２０は、フィルタ係数を安定に収束させることができる。
【００６８】
以上のように、実施の形態１に係るマイクロホン装置は、まず、各マイクロホンユニット１および２の指向特性を利用した前処理として、目的音と騒音とをある程度分離する。その上で、上記キャンセラを利用することによって、各マイクロホンユニット１および２を利用した構成では抑圧しきれない、騒音参照信号へ混入した目的音成分を除去する。以上によって、実施の形態１に係るマイクロホン装置は、理想的な雑音参照信号を得ることができる。
【００６９】
なお、仮に、各マイクロホンユニット１および２の指向特性を利用した前処理を行わずに、キャンセラの構成のみによって雑音参照信号を得ようとする場合には、次のような短所がある。騒音が発生している環境下では目的音の検出が困難となることから、学習制御の精度が悪くなるという短所がある。また、マイクロホンユニットの指向性を用いた目的音の強調が行われないことから、学習信号（目的音）の相関が低下し、フィルタ係数の収束が困難になるといった短所がある。
【００７０】
次に、雑音抑圧フィルタ係数算出部４０および時変係数フィルタ部５０によって、主信号（信号ｍ１）から騒音成分を抑圧する動作について説明する。なお、２入力型のスペクトル減算法を行う構成によっても、雑音抑圧フィルタ係数算出部４０および時変係数フィルタ部５０と同様の騒音抑圧効果が得られる。しかし、スペクトル減算法を行う場合には、スペクトルを最終的に波形信号に戻すためのフレーム処理が必要となるので、処理遅延が発生してしまう。なお、フレーム処理における信号遅延を小さくするための方法として、フレーム長を短くすることや、フレームオーバーラップを多くすること等が考えられる。しかし、前者は周波数分解能が低下する点で、また、後者は処理量が増大する点で現実的でない。そこで、実施の形態１では、処理遅延の少ない方法である、時変係数フィルタを用いた構成を採用している。
【００７１】
図４は、雑音抑圧フィルタ係数算出部４０の構成例を示す図である。図４において、雑音抑圧フィルタ係数算出部４０は、第１の周波数分析部４１と、第２の周波数分析部４２と、スペクトル比演算部４３と、信号平均部４４と、信号乗算部４５と、フィルタ伝達特性推定部４６と、インパルス応答設計部４７とを備えている。
【００７２】
図４において、第１の周波数分析部４１は、主信号である信号ｍ１のパワスペクトルＸ（ω）を算出する。第２の周波数分析部４２は、雑音参照信号である信号ｍ３のパワスペクトルＮ１（ω）を算出する。ここで、各周波数分析部４１および４２は、ＦＦＴ、フィルタバンク、ウェーブレット変換やＤＣＴ等、周波数成分のパワーを導出することができる既知の手法を用いることで実現できる。
【００７３】
スペクトル比演算部４３は、第１の周波数分析部４１によって算出されるパワスペクトルＸ（ω）と、第２の周波数分析部４２によって算出されるパワスペクトルＮ１（ω）とを入力とし、スペクトル比Ｈ（ω）＝Ｘ（ω）／Ｎ１（ω）を導出する。信号平均部４４は、スペクトル比演算部４３によって導出されるスペクトル比Ｈ（ω）と、判定部１０による判定結果Ｖｘとを入力とする。そして、目的音より周囲騒音が支配的である場合（すなわち、Ｖｘの値が“０”である場合）における周波数成分毎の時間平均Ｈａ（ω）を算出する。信号乗算部４５は、第２の周波数分析部４２によって算出されるパワスペクトルＮ１（ω）と、信号平均部４４によって算出される時間平均Ｈａ（ω）とを周波数成分毎に乗算する。そして、乗算結果をＮｘ（ω）として出力する。なお、指向性パターンが異なることやマイクロホンユニットの特性等の原因で、主信号のスペクトルＸ（ω）に含まれる目的音成分以外の騒音成分のスペクトルの形状やレベルは、雑音参照信号のスペクトルＮ１（ω）の形状やレベルと必ずしも等しくならない。以上に述べたスペクトル比演算部４３、信号平均部４４、および信号乗算部４５は、主信号のスペクトルＸ（ω）に含まれる目的音成分以外の騒音成分のスペクトルと、雑音参照信号のスペクトルＮ１（ω）とを一致させるための構成である。従って、信号乗算部４５の乗算結果として得られるＮｘ（ω）は、主信号のスペクトルＸ（ω）の中に含まれる雑音成分となる。従って、このＮｘ（ω）を、推定雑音スペクトルＮｘ（ω）と呼ぶ。
【００７４】
フィルタ伝達特性推定部４６は、第１の周波数分析部４１によって算出されるパワスペクトルＸ（ω）と、信号乗算部４５によって算出される推定雑音スペクトルＮｘ（ω）とを入力として、雑音抑圧フィルタの伝達特性Ｈｗ（ω）を算出する。雑音抑圧フィルタの伝達特性Ｈｗ（ω）は、例えばウィナーフィルタ法に基づき、Ｈｗ（ω）＝（Ｘ（ω）−Ｎｘ（ω））／Ｘ（ω）等によって求めることができる。
【００７５】
インパルス応答設計部４７は、フィルタ伝達特性推定部４６によって算出される伝達特性Ｈｗ（ω）を目標特性とし、目標特性に対して毎サンプル漸近していくようにフィルタ係数ｈｗ（ｎ）を出力する。
【００７６】
時変係数フィルタ部５０は、インパルス応答設計部４７から出力されるフィルタ係数ｈｗ（ｎ）に従って、信号ｍ１に対してフィルタリングを行い、マイクロホン装置の出力信号ｙを生成する。以下、図５および図６を用いて、時変係数フィルタ部５０の具体的な構成例を説明する。
【００７７】
図５は、時変係数フィルタ部５０の構成例を示す図である。図５において、時変係数フィルタ部５０は、ｎ個の信号遅延部と、ｎ＋１個の信号増幅部と、ｎ個の信号加算部とを備えている。なお、図５においては、第１の信号遅延部５０１、第２の信号遅延部５０２、第ｎの信号遅延部５０３、第１の信号増幅部５０４、第２の信号増幅部５０５、第ｎの信号増幅部５０６、第１の信号加算部５０８、および第ｎの信号加算部５０９のみを示す。
【００７８】
図５において、各信号遅延部は、従属に接続され、入力した信号を１サンプル遅延させる。各信号増幅部は、入力した信号を増幅して出力する。第１の信号増幅部５０４は、時変係数フィルタ部５０に入力される信号ｍ１を増幅する。第２の信号増幅部５０５は、第１の信号遅延部５０１から出力される信号を増幅する。以降、第２の信号増幅部５０５よりも後段の信号増幅部も第２の信号増幅部５０５と同様の動作を行う。すなわち、第ｉ＋１の信号増幅部は、第ｉの信号遅延部から出力される信号を増幅する（ｉは、１からｎまでの整数）。第１の信号加算部５０８は、第１の信号増幅部５０４から出力される信号と第２の信号増幅部５０５から出力される信号とを加算する。第２の信号加算部（図示していない）は、第１の信号加算部５０８から出力される信号と、第３の信号増幅部（図示していない）から出力される信号とを加算する。以降、第２の信号加算部（図示していない）よりも後段の信号加算部も第２の信号加算部と同様の動作を行う。すなわち、第ｊの信号加算部は、第ｊ−１の信号加算部から出力される信号と、第ｉ＋１の信号増幅部から出力される信号とを加算する（ｊは、２からｎまでの整数）。そして、第ｎの信号加算部５０９から出力される信号が、出力信号ｙとなる。なお、図５に示す構成は、一般的なＦＩＲ型フィルタの構成であり、第１から第ｎ＋１の信号増幅部の各係数は、インパルス応答設計部４７からのフィルタ係数ｈｗ（ｎ）に従って変化する。
【００７９】
図６は、時変係数フィルタ部５０の他の構成例を示す図である。図６において、時変係数フィルタ部５０は、ｎ個のバンドパスフィルタと、ｎ個の信号増幅部と、信号加算部５１７とを備えている。なお、図６においては、第１のバンドパスフィルタ５１１、第２のバンドパスフィルタ５１２、第ｎのバンドパスフィルタ５１３、第１の信号増幅部５１４、第２の信号増幅部５１５、第ｎの信号増幅部５１６、および信号加算部５１７のみを示している。
【００８０】
図６において、各バンドパスフィルタは、入力信号後段に並列に設けられ、時変係数フィルタ部５０に入力される信号ｍ１の帯域をｎ個に分割して出力する。各信号増幅部は、各バンドパスフィルタから出力される信号に対してそれぞれ増幅を行う。信号加算部５１７は、各信号増幅部から出力される信号を加算し、加算した結果を出力信号ｙとして出力する。なお、各信号増幅部の増幅率は、フィルタ伝達特性推定部４６から出力される伝達関数Ｈｗ（ω）をもとに決定することができる。以上の構成によっても、図５と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
図７は、図１に示す各信号の具体例を示す図である。具体的には、第１のマイクロホンユニット１から出力される信号ｍ１、第２のマイクロホンユニット２から出力される信号ｍ２、第１の信号減算部３０から出力される信号ｍ３、および時変係数フィルタ部５０から出力される出力信号ｙの具体例を示す。図７に示すように、信号ｍ３は、信号ｍ２から反射音等の影響が除去され、目的音以外の成分のみ、すなわち、騒音の成分のみを含む信号となっている。さらに、時変係数フィルタ部５０において主信号ｍ１と雑音参照信号ｍ３とを用いてフィルタ処理を行うことによって、出力信号ｙとして目的音のみを取り出すことができる。従来の指向性マイクロホンユニットの出力であるｍ１と、実施の形態１のマイクロホン装置の出力信号ｙとを比較すると明らかなように、実施の形態１のマイクロホン装置によれば、目的音が発生している状態であるか目的音が発生していない状態であるかを問わず、周囲の騒音を大幅に抑圧することができる。
【００８２】
なお、第１のマイクロホンユニット１と第２のマイクロホンユニット２との位置関係や、各マイクロホンユニット１および２の後段に設けられる各構成の回路によっては、適応フィルタ収束のための因果律を満たすことを目的として、信号減算部３０と第２のマイクロホンユニット２との間に信号遅延部を設ける構成としてもよい。この信号遅延部における遅延量は、各マイクロホンユニット１および２の間の距離を音速で割った量以上とすることを目安として決定される。
【００８３】
また、実施の形態１では、第１のマイクロホンユニット１として単一指向性マイクロホンユニットを用いることとしたが、無指向性マイクロホンや超指向性マイクロホンを用いてもよい。
【００８４】
なお、上記においては、判定部１０は判定結果Ｖｘとして２値で表現される数値を出力した。ここで、判定部１０は、多値で表現される信号比率Ｖａを出力としてもよい。さらに、この場合、適応フィルタ部２０は、判定結果（信号比率Ｖａ）に応じて学習のスピードを変化させる。具体的には、信号比率Ｖａがしきい値よりも大きい場合、適応フィルタ部２０は、信号比率Ｖａが大きくなるほど学習のスピードを上げる。より具体的には、適応フィルタ部２０は、信号比率Ｖａが大きくなるほど、ステップゲインパラメータの値を０．５に近づける。一方、信号比率Ｖａがしきい値以下である場合、適応フィルタ部２０は学習を行わない。より具体的には、ステップゲインパラメータの値を０にする。
【００８５】
以上のように、実施の形態１に係るマイクロホン装置は、騒音環境下および反射音場においても理想的な雑音参照信号を得ることができる。従って、主信号と雑音参照信号とを利用した雑音抑圧部によって、従来の指向性マイクロホンに比較して大幅に収音Ｓ／Ｎを改善することができる。さらに、実施の形態１に係るマイクロホン装置は、雑音抑圧方式として時変係数フィルタを用いた方法を採用することによって、スペクトル減算法を用いる場合に比べて処理遅延を低減することができる。従って、実施の形態１に係るマイクロホン装置は、拡声用途や通話用途等、遅延の少ない処理が要求される用途にも適用することができる。
【００８６】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係るマイクロホン装置について、図８と図９を用いて説明する。なお、実施の形態１に係るマイクロホン装置は、目的音を検出する際に混入する騒音を抑制することを目的とするものであった。実施の形態２に係るマイクロホン装置は、目的音の反射波が検出されることによる目的音の周波数特性歪みを補正することを目的とするものである。
【００８７】
図８において、マイクロホン装置は、第１のマイクロホンユニット１と、第２のマイクロホンユニット２と、判定部１０と、適応フィルタ部２０と、信号減算部３０と、反射情報算出部６０と、反射補正部７０とを備えている。なお、図８において、実施の形態１と同様の構成要素については、図１と同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８８】
図８において、反射情報算出部６０には、適応フィルタ部２０のフィルタ係数が入力される。反射情報算出部６０は、入力されたフィルタ係数を用いて、反射物の有無や、距離、影響度を推定する。反射補正部７０は、信号ｍ１を入力として、反射情報算出部６０の推定結果に基づいて、目的音の反射の影響によって信号ｍ１に生じている周波数特性歪みを補正する。
【００８９】
以下、実施の形態２に係るマイクロホン装置について動作を説明する。
【００９０】
図８に示すマイクロホン装置においては、信号ｍ１が主信号となる。ここで、第１のマイクロホンユニット１の指向性が単一指向性である場合、第１のマイクロホンユニット１の指向性は、目的音の反射波を除去できるほど鋭くない。従って、反射物がマイクロホン装置の近傍に存在した場合、目的音の直接波以外に反射波が同時に収音されるので、検出される音の周波数特性が目的音の直接波と反射波との干渉によって乱れることになる。実施の形態２に係るマイクロホン装置は、反射波の情報が適応フィルタ部２０のフィルタ係数に表れることを利用して、目的音の反射の影響によって歪んだ周波数特性を補正する。これによって、検出される音の周波数特性の自動補正が可能となる。
【００９１】
前述のように、適応フィルタ部２０は、信号ｍ２に混入する目的音成分、すなわち、不完全な指向性による目的音の消し残り成分、および、目的音の反射波成分の信号を生成する。つまり、目的音の直接波の成分を多く含む信号ｍ１から、目的音の反射波の成分を多く含む信号ｍ２への伝達特性（インパルス応答）は、適応フィルタ部２０のフィルタ係数に表現されていることになる。従って、このフィルタ係数からその係数のピークを検出することによって、マイクロホンユニットの位置における目的音の直接波が到来する時刻と反射波が到来する時刻との時間差ｄｔ（ｓｅｃ）や、反射波を表すピークレベルＬｒや、反射の強さがわかる。さらに、時間差ｄｔから、目的音の反射波が到来する経路と、直接波が到来する経路との距離差ｄｔ×ｃ（ただし、ｃは音速）がわかる。
【００９２】
ここで、波長が当該距離差と等しくなる（波長λがλ＝ｄｔ×ｃの関係を満たす）周波数の音については、直接波と反射波とが同位相で加算されるので、マイクロホンユニットで検出される音圧レベルが上がる。逆に、波長が当該距離差の１／２と等しくなる（波長λがλ／２＝ｄｔ×ｃの関係を満たす）周波数の音については、直接波と反射波とが逆位相となるので、マイクロホンユニットで検出される音圧レベルが下がり、主信号の周波数特性においてディップが発生する。また、反射面で完全反射が起こっているとすれば、第１のマイクロホンユニット１から出力される信号には、ｆａ（＝ｃ／λ＝１／ｄｔ）を基本周波数とする高調波部分が強調される、くし型フィルタ状の周波数特性が現れる。
【００９３】
図９は、反射物がある場合と反射物がない場合とにおけるマイクロホン装置の内部状態の相違を説明する図である。図９においては、反射物がある場合と反射物がない場合について、マイクロホンユニット、目的音源（話者）、および反射物の位置関係と、適応フィルタ部２０における適応フィルタ係数ｈａｄｆ（ｎ）の値と、信号ｍ１の周波数特性とが示されている。
【００９４】
図９において、（ａ１）に示すような話者およびマイクロホンユニットの近傍に反射物がない状態においては、（ａ２）に示すように、適応フィルタ部２０のフィルタ係数には、反射波の影響は現れない。さらに、（ａ３）に示すように、主信号の周波数特性の形状は、比較的平坦になる。一方、（ｂ１）に示すような話者およびマイクロホンの近傍に反射物がある状態においては、（ｂ２）に示すように、適応フィルタ部２０のフィルタ係数は、上記時間差ｄｔの部分の値が大きくなる。さらに、（ｂ３）に示すように、主信号の周波数特性に関しても、マイクロホン、目的音源、および反射物の位置関係に応じた周波数特性の歪みが生じている。
【００９５】
以上より、適応フィルタの係数ピークから、上記時間差ｄｔや影響度Ｌｒを算出することができる。さらに、これらを用いて、反射波の影響で歪んだ周波数特性の補正量を推定することができる。なお、実際には、特に高音域では、反射面で完全反射が起こっているとみなすことはできない。反射面で完全反射が起こっているとみなすことができない場合には、反射面の反射特性を仮定して、デコンボリューションのフィルタ設計を行うことが考えられる。また、簡易的に低域特性のみに着目して、１波長が距離差に等しい周波数（ｆａ＝１／ｄｔ）や、１／２波長が距離差に等しい周波数（ｆｂ＝１／２ｄｔ）等の周波数に対して、例えば、以下の式で補正ゲインを算出する。
中心周波数ｆａ：補正ゲイン＝−β１・２０ｌｏｇ（１＋α１・Ｌｒ）（ｄＢ）
中心周波数ｆｂ：補正ゲイン＝＋β２・２０ｌｏｇ（１−α２・Ｌｒ）（ｄＢ）
この場合、反射情報算出部６０からの情報に基づいて中心周波数とバンド幅とゲインとを調整することが可能なイコライザによって、反射補正部７０の補正特性Ｈｒ（ω）を実現できる。
【００９６】
なお、例えばカーナビゲーションの音声認識用途でマイクロホン装置を使用する場合等、使用環境が限定できる場合、適応フィルタ部２０のフィルタ係数の検出精度を高めることができる。具体的には、初期反射成分のみを対象とし、反射面位置から算出した反射波遅延量に基づいてフィルタ係数の最大値の探索範囲を限定する。
【００９７】
また、フィルタ係数の最大値は、マイクロホンユニットの指向性タイプによっては、指向性ローブの極性によって、反射波によるピークが正負のどちらに発生するかが反射波の到来方向に依存する場合がある。その様な構成のときには係数の絶対値に対して最大値を探索する必要がある。
【００９８】
以上のように、実施の形態２によれば、目的音の反射波の影響で歪む周波数特性を補正することができる。それ故、どの様な使用環境（音場）においても安定して平坦な音圧感度対周波数特性が得られるマイクロホン装置を実現することができる。従って、実施の形態２によれば、通話や拡声においては音質改善を図ることができる。また、特に音声認識用途では反射波が及ぼす周波数特性歪みが誤認識の要因の一つであったが、実施の形態２の構成によって、近傍の反射物の在り無しにかかわらず安定して高い音声認識率を実現することができるようになる。
【００９９】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係るマイクロホン装置について、図１０および図１１を用いて説明する。実施の形態３に係るマイクロホン装置は、実施の形態１の構成と実施の形態２の構成とを結合した構成である。
【０１００】
図１０は、実施の形態３に係るマイクロホン装置の構成を示すブロック図である。図１０において、マイクロホン装置は、第１のマイクロホンユニット１と、第２のマイクロホンユニット２と、判定部１０と、適応フィルタ部２０と、信号減算部３０と、雑音抑圧フィルタ係数算出部４０と、時変係数フィルタ部５０と、反射情報算出部６０と、反射補正部７０とを備えている。なお、図１０において、実施の形態１または２と同様の構成要素については、図１または図８と同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１０１】
図１０に示す構成と図８に示す構成との相違点は、図８に示す構成の後段に、図１に示す雑音抑圧フィルタ係数算出部４０および時変係数フィルタ部５０を設けた点である。これによって、図１０に示すマイクロホン装置は、反射波による周波数特性の歪みを補正するとともに、雑音抑圧を行うことが可能である。
【０１０２】
図１１は、実施の形態３に係るマイクロホン装置の他の構成を示すブロック図である。図１１において、マイクロホン装置は、第１のマイクロホンユニット１と、第２のマイクロホンユニット２と、判定部１０と、適応フィルタ部２０と、信号減算部３０と、時変係数フィルタ部５０と、反射情報算出部６０と、反射補正部７０と、雑音抑圧かつ反射逆特性フィルタ係数推定部８０とを備えている。図１１に示す構成は、反射補正部７０の特性を時変係数フィルタ部５０の特性に重畳させることによって処理量の削減を行う構成である。
【０１０３】
図１１に示す構成の動作が図１０に示す構成の動作と異なる点は、雑音抑圧かつ反射逆特性フィルタ係数推定部８０の動作である。雑音抑圧かつ反射逆特性フィルタ係数推定部８０は、信号ｍ１（主信号）と、信号ｍ３（雑音参照信号）と、反射情報算出部６０から出力される信号を入力とする。そして、これらの信号に基づいて、雑音抑圧フィルタ特性Ｈｗ（ω）＝（Ｘ（ω）−Ｎｘ（ω））／Ｘ（ω）と、反射逆特性Ｈｒ（ω）を算出する。さらに、｛Ｈｗ（ω）・Ｈｒ（ω）｝を目標特性とするフィルタ係数を時変係数フィルタ部５０に出力する。これによって、反射波による周波数特性の歪みの補正処理と、雑音抑圧処理とを同時に処理することが可能となる。
【０１０４】
以上のように、実施の形態３によれば、実施の形態１と同様、目的音を除去した理想的な雑音参照信号を得ることができる。また、実施の形態２と同様、主信号と雑音参照信号とを用いた２入力型の雑音抑圧処理と、反射波の影響による周波数特性歪みの補正処理とを同時に行うことができる。その結果、周囲の環境が騒音環境下であっても反射音場であっても、高Ｓ／Ｎでかつ平坦な周波数特性を得ることでき、通話や拡声の音声品質が改善するという効果や、音声認識の認識率が改善するという効果が得られる。
【０１０５】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係るマイクロホン装置について、図１２および図１３を用いて説明する。実施の形態４では、マイクロホン装置に到来する全方向の音の内、目的音とみなす方向を変化させる。
【０１０６】
図１２は、実施の形態４に係るマイクロホン装置の構成を示すブロック図である。図１２において、マイクロホン装置は、図１１に示す構成に加え、検出閾値設定部９０をさらに備えている。なお、図１２において、実施の形態３と同様の構成要素については、図１１と同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１０７】
検出閾値設定部９０は、判定部１０において用いられる閾値の値を設定する。つまり、実施の形態４の構成が実施の形態３の構成と異なる点は、判定部１０において設定される閾値を制御可能にした点である。
【０１０８】
図１２においては、判定部１０において設定される閾値を変化させることができる。この閾値を変化させることで、目的音とみなす音が到来する方向を、正面方向から左右両側にどの角度まで含めるかを変化させることができる。つまり、この閾値を変化させることで、目的音として収音することが可能な角度の範囲を制御することできる。
【０１０９】
例えば、検出閾値設定部９０によって上記閾値をｔｈ１と設定した場合（図３参照）を考える。この場合、θ１方向（図２および図３参照）から到来する音は目的音とみなされない。すなわち、θ１方向から到来する音は雑音とみなされ、雑音参照信号である信号ｍ３にはθ１方向から到来する音の成分が含まれることとなる。その結果、最終的な出力においては、θ１方向から到来する音は抑圧されることになる。
【０１１０】
一方、閾値をｔｈ２と設定した場合（図３参照）、θ１方向から到来する音は目的音とみなされる。この場合、雑音参照信号である信号ｍ３にはθ１方向から到来する音の成分が含まれない。その結果、最終的な出力においては、θ１方向から到来する音は目的音として出力されることになる。
【０１１１】
以上のように、判定部１０の閾値を制御することによって、マイクロホン装置が収音可能な角度範囲を制御することが可能となる。ただし、当該角度範囲は、第２のマイクロホンユニット２の指向性死角方向、すなわち正面方向に対してある程度の角度範囲に限られる。
【０１１２】
図１３は、マイクロホン装置の指向性パターンを示す図である。図１３（ａ）は、信号ｍ１の指向性パターンを示す図である。図１３（ｂ）は、閾値をｔｈ２に設定した場合のマイクロホン装置の出力信号ｙの指向性パターンを示す図である。図１３（ｃ）は、閾値をｔｈ１に設定した場合のマイクロホン装置の出力信号ｙの指向性パターンを示す図である。図１３（ｂ）においては、マイクロホン装置の収音可能な角度範囲が、図１３（ｃ）に比べて広くなる。例えば、しきい値をｔｈ２とする場合、角度θ１から到来する音は目的音と判定される。また、当該範囲を外れた部分では大きく感度が減衰している。一方、図１３（ｃ）においては、マイクロホン装置の収音可能な角度範囲が狭く、非常に鋭い指向特性が実現されている。この場合、角度θ１から到来する音は目的音と判定されない。
【０１１３】
以上のように、実施の形態４によれば、判定部１０のしきい値を変化させることによって、マイクロホン装置の指向性の鋭さを変化させることができる。一般的に、マイクロホンの指向性は、鋭い死角を形成するよりも鋭い主ビームを形成するほうが困難であるが、実施の形態４によれば、従来にはない鋭い指向性を有するマイクロホン装置を実現することができる。
【０１１４】
ここで、実使用上では、指向性の鋭さとマイクロホン装置を使用の使いやすさとは相反するものである。ユーザは、鋭い指向性のマイクロホン装置を使用する場合、正面方向を強く意識して用いなければならない。従って、使いやすさと雑音抑圧性能とを両立するためには、マイクロホン装置は、正面からある角度範囲までは一定の感度特性を持ち、それ以外の方向に対する感度減衰が大きくなるような指向特性を有することが望ましい。また、収音可能な角度範囲は、マイクロホン装置の用途や収音状況に応じて自由に設定できることが望ましい。実施の形態４によれば、マイクロホン装置の指向性は図１３に示すように変化する。図１３から明らかなように、実施の形態４に係るマイクロホン装置は、マイクロホン装置としての使いやすさと、雑音除去能力の高さとを両立することができることがわかる。
【０１１５】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５に係るマイクロホン装置について図１４を用いて説明する。なお、実施の形態１〜４に係るマイクロホン装置は、単一指向性マイクロホンユニットと双指向性マイクロホンユニットとを近接して配置し、各マイクロホンユニットから出力される信号を主信号および雑音参照信号とする構成であった。この構成のメリットは、小型化が可能である点、および指向性合成等の処理が不要であるので安価に実現可能である点である。
【０１１６】
一方、ビデオムービーやその他の収音機能を有する機器は、実装面の問題や性能面の問題で、しばしば無指向性または同一特性の指向性を持つ複数のマイクロホンユニットが用いられ、これらのマイクロホンユニットから出力される信号の合成によって指向性を形成する場合がある。複数のマイクロホンユニットからの信号に対して指向性合成を行う処理においては、回路雑音等の問題から、マイクロホンユニット間の間隔としてはある程度（通常１ｃｍ〜５ｃｍ）の間隔が必要とされる。そのため、当該処理を行う方法は、上述した実施の形態１〜４より小型化の面では不利である。しかし、当該処理を行う方法は、指向性の設計自由度が高い点や、デジタル処理を用いた可変特性を利用可能である点等、実装面でメリットがある。
【０１１７】
そこで、実施の形態５においては、同一の指向特性を持つ複数のマイクロホンユニット（実施の形態５では２個）と、指向性合成部１００とを用いて、上記信号ｍ１に相当する主信号と、上記信号ｍ２に相当する雑音参照信号とを得る構成を採用する。
【０１１８】
図１４は、実施の形態５に係るマイクロホン装置の構成の一部を示す図である。図１４において、マイクロホン装置は、第３のマイクロホンユニット３と、第４のマイクロホンユニット４と、指向性合成部１００とを備えている。なお、信号ｍ１および信号ｍ２を得た後の構成は、実施の形態１〜４のいずれかの構成が用いられる。
【０１１９】
図１４において、各マイクロホンユニット３および４は、正面方向を向く軸（図１４に示す一点鎖線）上に配置される。各マイクロホンユニット３および４の間の距離はｄである。各マイクロホンユニット３および４は、その指向性主軸が正面方向を向くように配置される。
【０１２０】
また、指向性合成部１００は、第１の信号遅延部１０１と、第１の信号減算部１０３と、第２の信号遅延部１０２と、第２の信号減算部１０４とを備えている。第１の信号遅延部１０１は、第４のマイクロホンユニット４から出力される信号を遅延させる。第２の信号遅延部１０２は、第３のマイクロホンユニット３から出力される信号を遅延させる。第１の信号減算部１０３は、第３のマイクロホンユニット３から出力される信号から、第１の信号遅延部１０１から出力される信号を減算する。これによって信号ｍ１が得られる。第２の信号減算部１０４は、第４のマイクロホンユニット４から出力される信号から、第２の信号遅延部１０２から出力される信号を減算する。これによって、信号ｍ２が得られる。
【０１２１】
また、第１の信号遅延部１０１の遅延量τ１を０≦τ１≦ｄ／ｃ（ただし、ｃは音速）とすることによって、指向性主軸が正面方向となる２次音圧傾度型の超指向性特性を信号ｍ１として得ることができる。また、第２の信号遅延部１０２の信号遅延量τ２をτ２＝ｄ／ｃとすることによって、正面方向に指向性の死角が形成される信号（正面方向に指向性の死角が形成されるマイクロホンユニットからの結果として得られる信号）ｍ２を得ることができる。
【０１２２】
以上の構成により、信号ｍ１の特性に予め超指向性を実現することで、後段の雑音抑圧処理と組み合わせ、従来の超指向性マイクロホンを大幅に上回る鋭い指向性と雑音抑圧性能を実現することができる。
【０１２３】
（実施の形態６）
次に、実施の形態６に係るマイクロホン装置について図１５を用いて説明する。実施の形態６は、実施の形態５と同様、同一の指向特性を持つ複数のマイクロホンユニットを用いて、主信号と雑音参照信号とを得る構成を採用するものである。
【０１２４】
図１５は、実施の形態６に係るマイクロホン装置の構成の一部を示す図である。マイクロホン装置は、第３のマイクロホンユニット３と、第４のマイクロホンユニット４と、指向性合成部１００とを備えている。各マイクロホンユニット３および４は、正面方向を向く直線（図１５に示す点線）に垂直な軸（図１５に示す一点鎖線）上に配置される。各マイクロホンユニット３および４は、その指向性主軸が正面方向を向くように配置される。なお、信号ｍ１および信号ｍ２を得た後の構成は、実施の形態１〜４のいずれかの構成が用いられる。
【０１２５】
図１５において、指向性合成部１００は、第１の信号加算部１０５と、第２の信号減算部１０４とを備えている。第１の信号加算部１０５は、各マイクロホンユニット３および４から出力される信号を加算する。これによって主信号である信号ｍ１を得ることができる。第２の信号減算部１０４は、第４のマイクロホンユニット４から出力される信号から第３のマイクロホンユニット３から出力される信号を減算する。これによって、雑音参照信号である信号ｍ２を得ることができる。
【０１２６】
図１５において、各マイクロホンユニット３および４の間隔がある程度狭い場合、信号ｍ１の指向特性は、マイクロホンユニット単体の場合（実施の形態１〜４）と高域特性を除いてあまり変わらない。従って、図１５に示す構成では、図１４に示す構成と比較して鋭い指向性を得ることはできないが、その半面、振動雑音や回路雑音の低減効果が得られる。また、正面方向から到来した音は各マイクロホンユニット３および４で同位相で検出されるので、正面方向に指向性の死角が形成された信号ｍ２を得ることができる。
【０１２７】
（実施の形態７）
次に、実施の形態７に係るマイクロホン装置について図１６を用いて説明する。実施の形態７は、実施の形態５と同様、同一の指向特性を持つ複数のマイクロホンユニットを用いて、主信号と雑音参照信号とを得る構成を採用するものである。
【０１２８】
図１６（ａ）は、実施の形態７に係るマイクロホン装置の構成の一部を示す図である。マイクロホン装置は、第３のマイクロホンユニット３と、第４のマイクロホンユニット４と、指向性合成部１００とを備えている。各マイクロホンユニット３および４の配置は、図１５に示す配置と同様である。なお、信号ｍ１および信号ｍ２を得た後の構成は、実施の形態１〜４のいずれかの構成が用いられる。
【０１２９】
図１６（ａ）において、指向性合成部１００は、信号遅延部１１１と、第２の信号減算部１０４と、信号増幅部１５０と、第１の信号減算部１０３とを備えている。信号遅延部１１１は、第３のマイクロホンユニット３から出力される信号を入力として信号を遅延させる。第２の信号減算部１０４は、第４のマイクロホンユニット４から出力される信号から、信号遅延部１１１から出力される信号を減算する。これによって雑音参照信号である信号ｍ２を得ることができる。信号増幅部１５０は、信号遅延部１１１から出力される信号を定数倍する。第１の信号減算部１０３は、第４のマイクロホンユニット４から出力される信号から、信号増幅部１５０から出力される信号を減算する。これによって、主信号である信号ｍ１を得ることができる。
【０１３０】
図１６（ａ）において、信号ｍ１を得る過程と信号ｍ２を得る過程との違いは、信号ｍ１を得る過程には信号増幅部１５０が存在することである。信号ｍ１および信号ｍ２における指向性の死角方向は、信号遅延部１１１の遅延量τ１によって決まる。例えば、τ１＝０である場合、指向性の死角は正面方向となり、τ１＝ｄ／ｃである場合、指向性の死角は正面方向に垂直な方向となる。ここでは、目的音の方向に死角ができるように遅延量τ１を設定する。これによって、信号ｍ１および信号ｍ２には、目的音方向以外の他の方向から到来する音の成分が目的音の成分よりも多く含まれることになる。
【０１３１】
ここで、指向性合成部１００で形成される指向性パターンは、目的音の方向については、信号ｍ１と信号ｍ２との間で感度差が大きいことが好ましい。一方、目的音の方向以外の方向については、信号ｍ１と信号ｍ２との間で感度特性に差がないことが好ましい。これは、複数方向から同時に騒音が到来している状況で、雑音参照信号をもとに主信号に混入する雑音成分を抑圧するためには、図４に示すスペクトル比演算部４３の出力が、雑音が到来する方向にかかわらず一定となる必要があるからである。すなわち、スペクトル比演算部４３の出力が雑音の到来方向によって変化すると、ある特定の方向の推定雑音スペクトルＮｘ（ω）しか正確に求まらないことになるからである。従って、信号ｍ１と信号ｍ２との指向性パターンは、指向性の死角部分のみにおいて形状が異なり、他の部分では形状が同じになることが好ましい。
【０１３２】
ここで、各マイクロホンユニット３および４からの信号を減算するときに第３のマイクロホンユニット３と第４のマイクロホンユニット４との感度のバランスを崩すと、最も精度が必要な零点、すなわち指向性の死角の部分の感度が上昇する。この性質を利用して、信号ｍ１側に信号増幅部１５０を設け、信号増幅率を０．８５程度に設定することによって、図１６（ｂ）に示すような指向性パターンを得ることができる。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）における信号ｍ１および信号ｍ２における指向性パターンを示す図である。図１６（ｂ）に示すように、実施の形態７においては、指向性の死角部分のみにおいて形状が異なり、他の部分では形状がほぼ同じになる指向性パターンを得ることができる。
【０１３３】
以上のように、実施の形態７によれば、目的音方向に関してのみ感度特性が異なる信号ｍ１および信号ｍ２を得ることができる。そのため、後段の雑音抑圧処理において良好な抑圧効果を得ることができるようになる。
【０１３４】
（実施の形態８）
次に、実施の形態８に係るマイクロホン装置について図１７を用いて説明する。実施の形態８は、実施の形態５と同様、同一の指向特性を持つ複数のマイクロホンユニットを用いて、主信号と雑音参照信号とを得る構成を採用するものである。
【０１３５】
図１７（ａ）は、実施の形態８に係るマイクロホン装置の構成の一部を示す図である。図１７（ａ）において、指向性合成部１００は、図１６（ａ）に示す構成に加え、角度設定部１６０と、第２の信号遅延部１１２をさらに備えている。なお、信号ｍ１および信号ｍ２を得た後の構成は、実施の形態１〜４のいずれかの構成が用いられる。
【０１３６】
図１７（ａ）に示す構成は、角度設定部１６０をさらに設けるとともに、第４のマイクロホンユニット４の後段に第２の信号遅延部１１２を設けた点で図１６（ａ）に示す構成と異なる。なお、図１７（ａ）における基本的な動作は図１６（ａ）と同様なので省略する。図１７（ａ）における動作のうち図１６（ａ）における動作と異なる点は、角度設定部１６０によって、目的音方向を変化させることができるようにした点である。
【０１３７】
角度設定部１６０は、第１の信号遅延部１１１の信号遅延量τ１を、０≦τ１≦２ｄ／ｃ（ただし、ｄはマイクロホンユニットの間隔、ｃは音速）の範囲で変化させることができるものとする。ここで、第２の信号遅延部１１２がない場合、第１の信号遅延部１１１の信号遅延量τ１を上記の範囲で変化させても、正面方向に対して０°から＋９０°までの範囲でしか目的音方向を変化させることができない。そこで、第２の信号遅延部１１２を設け、その信号遅延量τ２をτ２＝ｄ／ｃとすることによって、正面方向に対して±９０°の範囲で目的音方向を変化させることとしている。
【０１３８】
以上のように、実施の形態８においては、マイクロホン装置の収音方向（目的音方向）を可変にすることが可能となる。例えば、図１７（ｂ）に示す指向性パターンを実現することも可能であるし、信号遅延部の信号遅延量を変化させることによって、図１７（ｃ）に示す指向性パターンを実現することも可能である。なお、可変遅延特性は、信号遅延部をオールパスフィルタＨ（ω）＝（Ａ＋ｚ−１）／（１＋Ａ・ｚ−１）で構成し、係数Ａを０≦Ａ＜１とすることによって簡単に実現することができる。信号遅延量を変化させる際には、角度設定部１６０によってこの係数Ａを変化させる。なお、大きな遅延量や、遅延周波数特性の直線性が必要なときには、２次オールパスフィルタおよび／またはオールパスフィルタを従属接続すればよい。
【０１３９】
（実施の形態９）
次に、実施の形態９に係るマイクロホン装置について図１８を用いて説明する。実施の形態９は、実施の形態５と同様、同一の指向特性を持つ複数のマイクロホンユニットを用いて、主信号と雑音参照信号とを得る構成を採用するものである。
【０１４０】
図１８（ａ）は、実施の形態９に係るマイクロホン装置の構成の一部を示す図である。マイクロホン装置は、第３のマイクロホンユニット３と、第４のマイクロホンユニット４と、指向性合成部１００と、角度設定部１６０とを備えている。各マイクロホンユニット３および４の配置は、図１５に示す配置と同様である。なお、信号ｍ１および信号ｍ２を得た後の構成は、実施の形態１〜４のいずれかの構成が用いられる。
【０１４１】
図１８（ａ）において、指向性合成部１００は、第３の信号遅延部１２１と、第１の信号遅延部１０１と、第４の信号遅延部１２２と、第２の信号遅延部１０２と、第１の信号減算部１０３と、第２の信号減算部１０４とを備えている。第３の信号遅延部１２１は、第３のマイクロホンユニット３から出力される信号を遅延させる。第１の信号遅延部１０１は、第４のマイクロホンユニット４から出力される信号を遅延させる。第１の信号減算部１０３は、第３の信号遅延部１２１から出力される信号から、第１の信号遅延部１０１から出力される信号を減算する。これによって、主信号である信号ｍ１を得ることができる。第４の信号遅延部１２２は、第４のマイクロホンユニット４から出力される信号を遅延させる。第２の信号遅延部１０２は、第３のマイクロホンユニット３から出力される信号を遅延させる。第２の信号減算部１０４は、第４の信号遅延部１２２から出力される信号から、第２の信号遅延部１０２から出力される信号を減算する。これによって、雑音参照信号である信号ｍ２を得ることができる。角度設定部１６０は、第１の信号遅延部１０１の信号遅延量と、第２の信号遅延部１０２の信号遅延量とを独立して制御する。
【０１４２】
図１８（ａ）において、信号ｍ１側の構成は、信号ｍ２側の構成に対して対称的に構成される。これによって、信号ｍ１の指向性パタンと信号ｍ２の指向性パターンとは独立に制御されるので、信号ｍ１および信号ｍ２の指向性パターンを、目的音方向の感度に重点を置く設計とすることができる。具体的には、信号ｍ１の指向性パターンを図１８（ｂ）に示すように、目的音方向でできるだけ感度が高く、かつ雑音抑圧効果が得られる指向性とする。さらに、信号ｍ２の指向性パターンを図１８（ｃ）に示すように、指向性の死角方向を目的音方向に一致させるように形成する。
【０１４３】
以上のように、実施の形態９では、後段の雑音抑圧処理を補助的に用い、前段の指向性合成によって雑音を積極的に抑圧する。そのため、実施の形態９では信号ｍ１の指向性パターンを優先して形成する。ここで、指向性合成は線形処理であるので、音声波形歪などを起こしにくいという特徴がある。一方、雑音抑圧処理は、フィルタ係数が時間的に変化する非線形処理であるので、雑音スペクトル等様々な推定部の誤差によって、音声波形歪を生じる場合がある。このように観点から、図１７（ｂ）および（ｃ）に示す指向性パターンを採用するか、図１８（ｂ）および（ｃ）に示す指向性パターンを採用するかについては、使用環境（目的音の大きさ、周囲騒音レベル、反射、残響等）や、用途（通話、音声認識、録音等）や、必要とする雑音抑圧量等によって、適宜選択することが好ましい。
【０１４４】
（実施の形態１０）
次に、実施の形態１０に係るマイクロホン装置について図１９を用いて説明する。実施の形態１０では、２つのマイクロホンユニットの指向性主軸が異なる方向を向いて設けられている機器において、本発明の雑音抑制処理に必要な主信号および雑音参照信号を得ることを目的とする。
【０１４５】
図１９は、実施の形態１０に係るマイクロホン装置の構成の一部を示す図である。マイクロホン装置は、第３のマイクロホンユニット３と、第４のマイクロホンユニット４と、指向性再合成部２００とを備えている。なお、信号ｍ１および信号ｍ２を得た後の構成は、実施の形態１〜４のいずれかの構成が用いられる。
【０１４６】
図１９において、各マイクロホンユニット３および４が配置される位置は、図１５に示す位置と同様である。ただし、図１９においては、第３のマイクロホンユニット３は、正面方向に対して所定の角度だけ回転した方向に指向性主軸が向けられている。第４のマイクロホンユニット４は、正面方向に対して所定の角度だけ回転（第３のマイクロホンユニット３とは逆の回転方向）した方向に指向性主軸が向けられている。ここで、第３のマイクロホンユニット３から出力される信号を右チャンネル信号と呼び、第４のマイクロホンユニット４から出力される信号を左チャンネル信号と呼ぶ。
【０１４７】
また、図１９において、指向性再合成部２００は、信号加算部２０５と、信号減算部２０４とを備えている。信号加算部２０５は、右チャンネル信号と左チャンネル信号とを加算する。これによって主信号である信号ｍ１を得ることができる。信号減算部２０４は、左チャンネル信号から右チャンネル信号を減算する。これによって雑音参照信号である信号ｍ２を得ることができる。
【０１４８】
なお、図１９の構成は、例えばビデオムービーの様にワンポイントステレオマイクロホンが用いられている機器に本発明を適用することを想定している。例えば、この機器では、通常はステレオ収音を行い、目的音として正面方向のみを強調する場合には以下に説明するような指向性の再合成を行うようにしてもよい。
【０１４９】
通常のワンポイントステレオマイクロホンでは、再生時の音像定位を考慮に入れて、中央（図１９に示す正面方向）から到来する音の位相が左右のマイクロホンユニットにおいて同位相となるように、左右のマイクロホンユニットの振幅および位相特性は同一のものが用いられる。また、上述したように、各マイクロホンユニット３および４の指向性の角度は、左右のマイクロホンユニットで等しい角度に設定される。従って、信号加算部２０５において右チャンネル信号と左チャンネル信号とを加算することによって、正面方向に指向性がある信号ｍ１が得られる。また、信号減算部２０４において、左チャンネル信号から右チャンネル信号を減算することによって、正面方向に指向性死角を持つ信号ｍ２が得られる。以上のように、指向性再合成部２００によって生成される信号ｍ１および信号ｍ２は、それぞれ、実施の形態１の信号ｍ１および信号ｍ２と同様の信号となる。従って、信号ｍ１および信号ｍ２を用いて雑音抑圧処理や反射特性歪みの補正処理を行うことが可能である。
【０１５０】
以上のようにして、実施の形態１０によれば、ワンポイントステレオマイクロホンから出力される信号を利用して、目的音方向の音を強調することができる。従って、ワンポイントステレオマイクロホンを有する機器を例えばズームマイクロホンとして機能させることが可能となる。また、実施の形態１０では、ステレオ信号をもとにして指向性の再合成を行うので、ステレオ信号と正面方向の信号とが同時に得られるマルチチャンネル収音にも応用が可能となる。なお、ステレオマイクはアナログ回路であっても、上記と同様の効果を得ることができる。
【０１５１】
（実施の形態１１）
次に、実施の形態１１に係るマイクロホン装置について図２０を用いて説明する。実施の形態１１では、ステレオ信号が生成される機器において、本発明の雑音抑制処理に必要な主信号および雑音参照信号を得ることを目的とする。
【０１５２】
図２０は、実施の形態１１に係るマイクロホン装置の構成を示す図である。図２０において、マイクロホン装置は、第５のマイクロホンユニット５と、第６のマイクロホンユニット６と、指向性合成部５００と、指向性再合成部２００とを備えている。各マイクロホンユニット５および６は、同一特性の無指向性マイクロホンユニットである。各マイクロホンユニット５および６の配置位置は、図１５に示す配置と同様である。指向性合成部５００は、各マイクロホンユニット５および６から出力される信号を入力として、右チャンネル信号Ｒｃｈおよび左チャンネル信号Ｌｃｈを出力する。指向性再合成部２００は、右チャンネル信号Ｒｃｈおよび左チャンネル信号Ｌｃｈを入力として、目的音方向に感度を持つ主信号である信号ｍ１と、目的音方向に指向性死角を持つ雑音参照信号である信号ｍ２とを出力する。なお、目的音方向は、正面方向以外の方向も設定可能とする。
【０１５３】
また、図２０において、指向性再合成部２００は、逆指向性合成部２５０と、指向性合成部１００とを備えている。逆指向性合成部２５０は、指向性合成部５００から出力される信号（右チャンネル信号Ｒｃｈおよび左チャンネル信号Ｌｃｈ）を入力とする。逆指向性合成部２５０は、右チャンネル信号Ｒｃｈおよび左チャンネル信号Ｌｃｈから、無指向性の信号を生成する。指向性合成部１００は、実施の形態５において示したものと同様である。ただし、ここでは、角度設定部１６０は設けられていない構成とする。また、図２０では、指向性合成部１００を図１８（ａ）に示す構成としたが、指向性合成部１００は、図１５、図１６（ａ）、および図１７（ａ）に示す構成であってもよい。
【０１５４】
実施の形態１１では、指向性合成部５００によって得られたステレオ信号（右チャンネル信号Ｒｃｈおよび左チャンネル信号Ｌｃｈ）が、逆指向性合成部２５０によって各マイクロホンユニット５および６から出力された信号に再変換される。つまり、ステレオ信号は、２つの無指向性の信号に再変換される。さらに、再変換によって得られた無指向性の信号は、指向性合成部１００によって所定の方向から到来する目的音を検出するための主信号および雑音参照信号に変換される。
【０１５５】
ここで、ステレオ信号を出力するための指向性合成部５００は、第１の信号遅延部５０１と、第１の信号減算部５２１と、第２の信号遅延部５０２と、第２の信号減算部５２２とから構成される。第１の信号遅延部５０１は、第６のマイクロホンユニット６から出力される信号を遅延して出力する。第１の信号減算部５２１は、第５のマイクロホンユニット５から出力される信号から、第１の信号遅延部５０１から出力される信号を減算し、減算の結果得られた信号Ｒｃｈを出力する。第２の信号遅延部５０２は、第５のマイクロホンユニット５から出力される信号を遅延して出力する。第２の信号減算部５２２は、第６のマイクロホンユニット６から出力される信号から、第２の信号遅延部５０２から出力される信号を減算し、減算の結果得られた信号Ｌｃｈを出力する。以上に述べた指向性合成部５００の動作を数式で表現すると、次のようになる。
【数１】
2004187283.tif 000003
ここで、左辺のｘ１およびｘ２は第５および第６のマイクロホンユニット５および６からそれぞれ出力される信号であり、右辺のＲｃｈおよびＬｃｈが指向性合成部５００から出力されるステレオ信号である。なお、指向性合成部５００については、一般に用いられている指向性合成のための構成であるので、詳細説明は省略する。なお、式（１）において、１／（１−Ｈτ４（ω））の部分は、６ｄｂ／ｏｃｔの周波数特性補正項になる。実際のマイクロホン装置では補正が行われるが、指向特性とは別に考えられるのでここでは無視している。指向性合成部５００によって得られたステレオ信号（信号Ｒｃｈおよび信号Ｌｃｈ）をマイクロホンユニットから出力された信号（信号ｘ１および信号ｘ２）に戻すには、式（１）の左辺第２項の行列の逆行列を両辺の左側から掛ければよく、いわゆる逆フィルタによって実現することができる。このことを数式で表現すると（２）、（３）のようになる。
【数２】
2004187283.tif 000004
【数３】
2004187283.tif 000005
従って、信号Ｒｃｈおよび信号Ｌｃｈに式（３）の処理を行うことによって、逆指向性合成を実現することができる。図２０に示す逆指向性合成部２５０は、式（３）を図示したものである。指向性合成部１００は、このようにして得られた信号ｘ１および信号ｘ２から、目的音方向に感度を持つ主信号ｍ１と、目的音方向に指向性死角を持つ雑音参照信号ｍ２とを生成する。
【０１５６】
以上のように、実施の形態１１では、ワンポイントステレオマイクロホンから出力される信号を利用する。この場合でも、実施の形態１０と同様の効果を得ることができる。すなわち、正面方向から到来する目的音の強調、および反射による周波数歪みの補正を行うことができる。また、実施の形態１１では、任意の方向から到来する目的音に対応することができる。
【０１５７】
実施の形態１１は、特に、マイクロホンユニットから出力される信号が得られず、ステレオ化された信号のみが入手可能な状態で有効である。換言すれば、実施の形態１１によれば、ステレオ化された信号が生成される機器においても、目的音の主信号および理想的な雑音参照信号を得るための構成を実現することができる。
【０１５８】
図２１は、実施の形態１１の応用例を示す図である。図２１は、音声記録装置８０１と、音声再生装置８０２とからなるシステムを示す図である。音声記録装置８０１は、第５および第６のマイクロホンユニット５および６と、指向性合成部５００とを備えている。また、記録部８０３は、音声記録装置８０１および音声再生装置８０２に着脱可能な記録媒体である。音声再生装置８０２は、指向性再合成部２００とを備えている。また、図示していないが、音声再生装置８０２は、実施の形態１〜４のいずれかのマイクロホン装置の構成を備えている。
【０１５９】
図２１において、音声記録装置８０１の記録部８０３には、信号Ｒｃｈおよび信号Ｌｃｈが記録される。これによって、記録部８０３に音声情報が記録されたことになる。音声情報が記録された記録部８０３が音声再生装置８０２に装着されると、音声再生装置８０２は、記録部８０３に記録されている情報を読み出す。具体的には、信号Ｒｃｈおよび信号Ｌｃｈが指向性再合成部２００に読みとられる。指向性再合成部２００は、読みとった信号Ｒｃｈおよび信号Ｌｃｈから、主信号および雑音参照信号を生成する。主信号および雑音参照信号を用いることによって、目的音に対する雑音抑圧処理を行うことができる。
【０１６０】
以上のように、音声記録装置８０１と音声再生装置８０２とが別体である場合でも、実施の形態１１の構成を実現することができる。すなわち、ビデオムービー等の記録部８０３に一度記録された信号に対して、再生時に雑音抑圧処理を行うようにすることも可能である。
【０１６１】
図２２は、図２１に示す音声再生装置の応用例を示す図である。図２２においては、音声再生装置８０２は、図２１において説明した構成に加え、画像表示部９００および角度設定部１６０を備えている。すなわち、図２２に示す音声再生装置８０２は画像表示機能を備えており、例えば、デジタルビデオカメラ等によって実現される。
【０１６２】
図２２においては、記録部８０３には、図２１において説明した音声情報の他、画像表示部に表示すべき画像情報を記録している。この音声情報および画像情報は、例えばデジタルビデオカメラで同時に記録された画像（映像）および音声の情報のように、互いに関連する情報である。この音声情報および画像情報は、音声再生装置８０２において同時に再生される。ここで、音声情報および画像情報の再生中において、ユーザは角度設定部１６０を用いて角度を指示する。このとき、ユーザは、画像表示部に表示された画像を見ながら角度を決定する。例えば、画像表示部の画面中央に被写体が表示されているならば、ユーザは、画面中央に対応する方向（すなわち、正面方向）を示す角度を指示する。これによって、ユーザは、正面方向から到来する音を目的音として抽出して聞くことができる。
【０１６３】
なお、他の実施の形態においては、次のような構成も考えられる。図２３は、他の実施の形態におけるマイクロホン装置の構成の一部を示す図である。図２３において、第５のマイクロホンユニット５、第６のマイクロホンユニット６、および指向性合成部５００については、図２０に示す構成と同様である。また、指向性再合成部２００については、図１９に示す構成と同様である。図２３に示す構成によっても、上記と同様の効果を得ることができる。なお、信号ｍ１および信号ｍ２を得た後の構成は実施の形態１〜４のいずれかの構成が用いられる。
【０１６４】
以上のように、本発明によれば、目的音方向に向けた指向性マイクロホン出力に対して、目的音方向以外の方向について定常および非定常雑音を抑圧することで、小型でありながら超指向性を持つマイクロホンを得ることができる。また、同時にマイクロホン装置が受ける反射波の周波数特性への影響を除去することができる。このように効果から、加法性雑音である騒音と、乗法性雑音である反射波との両方を同時に抑圧可能となり、音場の影響を受けず高Ｓ／Ｎでかつ常に平坦なマイクロホン周波数特性を実現することができる。また雑音抑圧処理部においては、処理遅延を少なくする構成を実現することで、大きな遅延が許されない拡声や通話への応用を可能とする。また、前処理となる指向性合成、逆指向性合成、指向性再合成などの組み合わせにより様々な方向の音を抽出したり再生装置側での同様の効果も得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
以上のように、本発明のマイクロホン装置および再生装置は、実使用環境の複数の騒音下でも安定に動作するとともに、高Ｓ／Ｎを実現すること等を目的として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１】実施の形態１に係るマイクロホン装置の構成を示すブロック図
【図２】図１に示す判定部の構成を示す図
【図３】支配的である音の方向がθ１〜θ３方向である場合における音声検出の状態の例を示す図
【図４】雑音抑圧フィルタ係数算出部４０の構成例を示す図
【図５】時変係数フィルタ部５０の構成例を示す図
【図６】時変係数フィルタ部５０の他の構成例を示す図
【図７】図１に示す各信号の具体例を示す図
【図８】実施の形態２に係るマイクロホン装置の構成を示すブロック図
【図９】反射物がある場合と反射物がない場合とにおけるマイクロホン装置の内部状態の相違を説明する図
【図１０】実施の形態３に係るマイクロホン装置の構成を示すブロック図
【図１１】実施の形態３に係るマイクロホン装置の他の構成を示すブロック図
【図１２】実施の形態４に係るマイクロホン装置の構成を示すブロック図
【図１３】マイクロホン装置の指向性パターンを示す図
【図１４】実施の形態５に係るマイクロホン装置の構成の一部を示す図
【図１５】実施の形態６に係るマイクロホン装置の構成の一部を示す図
【図１６】実施の形態７に係るマイクロホン装置の構成の一部を示す図
【図１７】実施の形態８に係るマイクロホン装置の構成の一部を示す図
【図１８】実施の形態９に係るマイクロホン装置の構成の一部を示す図
【図１９】実施の形態１０に係るマイクロホン装置の構成の一部を示す図
【図２０】実施の形態１１に係るマイクロホン装置の構成を示す図
【図２１】実施の形態１１の応用例を示す図
【図２２】図２１に示す音声再生装置の応用例を示す図
【図２３】他の実施の形態におけるマイクロホン装置の構成の一部を示す図
【図２４】従来例１のマイクロホン装置の構成を示す図
【図２５】従来例２のマイクロホン装置の構成を示す図
【図２６】従来例３のマイクロホン装置の構成を示す図
【符号の説明】
【０１６７】
１  第１のマイクロホンユニット
２  第２のマイクロホンユニット
３  第３のマイクロホンユニット
４  第４のマイクロホンユニット
１０  判定部
２０  適応フィルタ部
３０  信号減算部
４０  雑音抑圧フィルタ係数算出部
５０  時変係数フィルタ部
６０  反射情報算出部
７０  反射補正部
９０  検出閾値設定部
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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