(57)【要約】【課題】周辺雑音が存在する中でも効果的に希望波を抽出することができ、かつ、小型化が可能なマイクロフォンシステムを提供する。【解決手段】マイクロフォンシステムは、第１の音声信号Ｐ１を取得する第１のマイクロフォン１０と、第２の音声信号Ｐ２を検出する第２のマイクロフォン２０と、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２に基づいて、第１及び第２の音声信号に含まれる希望波成分Ｓと非希望波成分Ｎとの割合が異なることを利用して希望波成分Ｓを抽出する処理を行う信号処理部４０と、を含む。信号処理部４０は、第１及び第２の音声信号の少なくとも一方を増幅又は減衰させて両者に含まれる非希望波成分Ｎを一致させ、加算又は減算することによって非希望波成分を消去して希望波成分を抽出する。【選択図】図１
2007221651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の音声信号を検出する第１のマイクロフォンと、
第２の音声信号を検出する第２のマイクロフォンと、
前記第１及び第２の音声信号に基づいて、前記第１及び第２の音声信号に含まれる希望波成分と非希望波成分との割合が異なることを利用して前記希望波成分を抽出する処理を行う信号処理部と、
を含み、
前記信号処理部は、
前記第１及び第２の音声信号の少なくとも一方を増幅又は減衰させて両者に含まれる前記非希望波成分を一致させ、加算又は減算することによって前記非希望波成分を消去して前記希望波成分を抽出するマイクロフォンシステム。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロフォンシステムにおいて、
前記第１のマイクロフォンは第１の振動膜を、前記第２のマイクロフォンは第２の振動膜を、それぞれ有し、
前記第１及び第２の振動膜は、間隔をあけて対向配置されてなるマイクロフォンシステム。
【請求項３】
請求項２記載のマイクロフォンシステムにおいて、
前記第１及び第２の振動板の間に配置された音波減衰材をさらに含むマイクロフォンシステム。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載のマイクロフォンシステムにおいて、
前記第１及び第２の振動膜は、第１及び第２の開口を有する筐体内に、前記第１の振動膜が前記第１の開口に対向するように、かつ、前記第２の振動膜が前記第２の開口に対向するように配置されてなるマイクロフォンシステム。
【請求項５】
請求項４記載のマイクロフォンシステムにおいて、
前記信号処理部は、
前記非希望波成分の前記第１及び第２の開口への入射割合に基づいて、前記希望波成分を抽出する処理を行うマイクロフォンシステム。
【請求項６】
請求項５記載のマイクロフォンシステムにおいて、
前記信号処理部は、
前記第１及び第２の音声信号が所与の値よりも小さいときの前記第１及び第２の音声信号に基づいて、前記入射割合を算出するマイクロフォンシステム。
【請求項７】
請求項５記載のマイクロフォンシステムにおいて、
前記信号処理部は、
指標関数の値を所定の状態にする係数に基づいて、前記入射割合を算出するマイクロフォンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロフォンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
音声認識、音声録音、音楽録音などに際しては、目的の音波（希望波）のみを収音することが好ましい。しかし、通常、マイクの使用環境では、背景雑音など希望波以外の音（非希望波、妨害波）が存在する。
【０００３】
雑音が存在する使用環境で希望波のみを抽出する技術として、マイクロフォンに鋭い指向性を持たせること、あるいは、音波の到来時刻差を利用して音波の到来方向を識別して信号処理により希望波を取り出す方法が知られている。
【０００４】
あるいは、下に示す特許文献にあるように、入射音に位相差を与えた音声を生成し、出力することで、ノイズを相殺する方法が知られている。
【０００５】
また、近年では、マイクロフォンを搭載する電子機器の小型化が進んでおり、マイクロフォンを小型化する技術が重要になっている。
【特許文献１】特開平７−３１２６３８号公報
【特許文献２】特開平９−３３１３７７号公報
【特許文献３】特開２００１−１８６２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、マイクロフォンに鋭い指向性を持たせるためには、多数の振動膜を並べる必要があり、小型化は困難である。
【０００７】
また、音波の到来時刻差を利用して音波の到来方向を精度よく検出するためには、複数の振動膜を、可聴音波の数波長分の１程度の間隔で設置する必要があるため、小型化は困難である。
【０００８】
そして、マイクロフォンシステム内に発音装置を持たせる場合にも、小型化は困難である。
【０００９】
本発明の目的は、周辺雑音が存在する中でも効果的に希望波を抽出することができ、かつ、小型化が可能なマイクロフォンシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係るマイクロフォンシステムは、
第１の音声信号を検出する第１のマイクロフォンと、
第２の音声信号を検出する第２のマイクロフォンと、
前記第１及び第２の音声信号に基づいて、前記第１及び第２の音声信号に含まれる希望波成分と非希望波成分との割合が異なることを利用して希望波成分を抽出する処理を行う信号処理部と、
を含み、
前記信号処理部は、
前記第１及び第２の音声信号の少なくとも一方を増幅又は減衰させて両者に含まれる前記非希望波成分を一致させ、加算又は減算することによって前記非希望波成分を消去して前記希望波成分を抽出する。
【００１１】
本発明によると、マイクロフォンシステムは、希望波成分と非希望波成分とを含んだ第１及び第２の音声信号を信号処理することによって、希望波成分を抽出する。そのため、本発明に係るマイクロフォンシステムによると、非希望波成分（雑音）が存在する環境で使用した場合にも、非希望波成分を含まない音声（希望波成分のみの音声）を抽出することができる。
【００１２】
すなわち、本発明に係るマイクロフォンシステムでは、第１の音声信号Ｐ１と第２の音声信号Ｐ２とは、それぞれ、希望波成分と非希望波成分とを含む式で表される。そして、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２の少なくとも一方を増幅又は減衰させれば、両者に含まれる非希望波成分を一致させることができる。そのため、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２に含まれる非希望波成分を一致させて加算又は減算することによって、非希望波成分を消去することができ、希望波成分のみを抽出することができる。
【００１３】
なお、本発明に係るマイクロフォンシステムでは、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２に含まれる希望波成分と非希望波成分との割合が異なることを利用して、希望波成分を抽出する。すなわち、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２に含まれる希望波成分と非希望波成分との割合が異なるため、非希望波成分（Ｎの係数）を一致させても、希望波成分（Ｓの係数）は一致しない。そのため、これらを加算又は減算することによって非希望波成分のみが消去され、希望波成分を抽出することができる。
【００１４】
本発明によると、マイクロフォンシステムの構造を単純にすることができるため、マイクロフォンシステム（音声処理装置）を小型化することができる。
【００１５】
（２）このマイクロフォンシステムにおいて、
前記第１のマイクロフォンは第１の振動膜を、前記第２のマイクロフォンは第２の振動膜を、それぞれ有し、
前記第１及び第２の振動膜は、間隔をあけて対向配置されていてもよい。
【００１６】
（３）このマイクロフォンシステムにおいて、
前記第１及び第２の振動板の間に配置された音波減衰材をさらに含んでもよい。
【００１７】
（４）このマイクロフォンシステムにおいて、
前記第１及び第２の振動膜は、第１及び第２の開口を有する筐体内に、前記第１の振動膜が前記第１の開口に対向するように、かつ、前記第２の振動膜が前記第２の開口に対向するように配置されていてもよい。
【００１８】
（５）このマイクロフォンシステムにおいて、
前記非希望波成分の前記第１及び第２の開口への入射割合に基づいて、前記希望波成分を抽出する処理を行ってもよい。
【００１９】
第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２は、例えば、非希望波成分の第１及び第２の開口への入射割合γを利用して表すことができる。そのため、非希望波成分の入射割合を利用すれば、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２に含まれる非希望波成分（Ｎの係数）を一致させることができるため、非希望波成分を消去することができる。
【００２０】
（６）このマイクロフォンシステムにおいて、
前記第１及び第２の音声信号が所与の値よりも小さいときの前記第１及び第２の音声信号に基づいて、前記入射割合を算出してもよい。
【００２１】
第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２に希望波成分が含まれていない場合、あるいは、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２に含まれる希望波成分が十分小さい場合には、希望波成分を０として、第１及び第２の音声信号の理論式から非希望波成分を消去して整理すれば、非希望波成分の入射割合γを算出することができる。すなわち、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２に希望波成分が含まれていない場合、あるいは、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２に含まれる希望波成分が十分小さい場合には、Ｐ１，Ｐ２及び音波透過率αに基づいて、非希望波成分の入射割合γを算出することができる。
【００２２】
ところで、希望波成分は、対象となる音源によって、最小値を推定することができる。そのため、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２が希望波成分の最小値（所与の値）よりも小さいときには、希望波成分が存在していないと判断し、非希望波成分の入射割合γを算出してもよい。
【００２３】
（７）このマイクロフォンシステムにおいて、
前記信号処理部は、
指標関数の値を所定の状態にする係数に基づいて、前記入射割合を算出してもよい。
【００２４】
本発明では、例えば、指標関数の値を最小にする係数ｙに基づいて、非希望波成分の入射割合γを算出してもよい。
【００２５】
具体的には、後述する式（１２）の左辺で表される指標関数の値を最小とするｙの値を導出し、当該ｙの値を非希望波成分の入射割合γとしてもよい。
【００２６】
あるいは、指標関数の係数ｙに適当な数値を順次代入し、指標関数の値を比較する。そして、指標関数の値を最小にするｙの値を検出し、当該ｙの値を、非希望波成分の入射割合γとしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、本発明は、以下の内容を自由に組み合わせたものを含むものとする。
【００２８】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を適用した第１の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態では、マイクロフォンシステムは、音声処理装置１として構成されている。音声処理装置１は、例えば、携帯電話やトランシーバー等の音声通信機器、あるいは、録音機器やアンプシステム（拡声器）などに適用することができる。
【００２９】
（１）装置構成
図１は、音声処理装置１の装置構成を説明するための図である。
【００３０】
音声処理装置１は、第１及び第２のマイクロフォン１０，２０を含む。ここで、マイクロフォンとは、音響信号を電気信号へ変換する電気音響変換器である。音声処理装置１では、第１のマイクロフォン１０は第１の音声信号を検出する。また、第２のマイクロフォン２０は第２の音声信号を検出する。すなわち、第１及び第２のマイクロフォン１０，２０で検出された音声信号を、それぞれ、第１及び第２の音声信号と呼んでもよい。第１及び第２のマイクロフォン１０，２０として、既に公知になっているいずれかの機構のマイクロフォンを適用してもよい。
【００３１】
図１に示すように、第１のマイクロフォン１０は第１の振動膜１２を、第２のマイクロフォン２０は第２の振動膜２２を、それぞれ有する。音声処理装置１では、図１に示すように、第１及び第２の振動膜１２，２２は間隔をあけて対向配置されてなる。第１及び第２の振動膜１２，２２の間隔は特に限定されるものではないが、可聴音（音声処理装置１の対象となる音）の波長に対して十分狭い間隔としてもよい。すなわち、第１及び第２の振動膜１２，２２は、両者に入射する音声の位相差が無視できる程度の間隔に配置してもよい。例えば、第１及び第２の振動膜１２，２２の間隔は、可聴音波の波長の10分の１以下にしてもよい。なお、上述した「可聴音波の波長」とは、音声処理装置１の対象となる音波の平均波長（又は最小波長）を基準としてもよい。また、第１及び第２の振動膜１２，２２は、その膜面が平行になるように配置されていてもよい。
【００３２】
第１及び第２のマイクロフォン１０，２０の機構については特に限定されるものではない。図２には、第１及び第２のマイクロフォン１０，２０に適用可能なマイクロフォンの一例として、コンデンサ型マイクロフォン３０の構造を示す。コンデンサ型マイクロフォン３０は、振動膜３２を有する。振動膜３２は、音波を受けて振動する膜（薄膜）で、導電性を有し、電極の一端を形成している。コンデンサ型マイクロフォン３０は、また、電極３４を有する。電極３４は、振動膜３２と対向して配置されている。これにより、振動膜３２と電極３４とは容量を形成する。コンデンサ型マイクロフォン３０に音波が入射すると、振動膜３２が振動して、振動膜３２と電極３４との距離が変化する。これにより、振動膜３２と電極３４との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を、例えば電圧の変化として検出することによって、コンデンサ型マイクロフォン３０に入射する音波を、電気信号に変換して検出することができる。なお、コンデンサ型マイクロフォン３０では、電極３４は、音波の影響を受けない構造をなしていてもよい。例えば、電極３４はメッシュ構造をなしていてもよい。
【００３３】
なお、本発明に適用可能なマイクロフォンは、コンデンサ型マイクロフォンに限られるものではなく、既に公知となっているいずれかのマイクロフォンを適用することができる。例えば、第１及び第２のマイクロフォン１０，２０として、動電型（ダイナミック型）、電磁型（マグネティック型）、圧電型（クリスタル型）等のマイクロフォンを適用してもよい。
【００３４】
音声処理装置１は、図１に示すように、筐体３５を有する。筐体３５には、第１及び第２の開口３６，３７が形成されてなる。筐体３５は、第１及び第２の開口３６，３７から音波が入射する構造をなす。筐体３５は、例えば、円柱（楕円柱を含む）の対向する２つの底面、あるいは、直方体（角柱）の対向する２つの面に開口が形成された形状をなしていてもよい。ただし、筐体３５は、円柱の１つの底面と側面、あるいは、直方体の隣り合う２つの面に開口が形成された形状をなしていてもよい。あるいは、筐体３５は、円柱の側面に２つの開口が形成された形状をなしていてもよい。そして、第１及び第２の振動膜１２，２２は、図１に示すように、筐体３５内に配置されている。このとき、第１の振動膜１２は第１の開口３６と対向するように、かつ、第２の振動膜２２は第２の開口３７と対向するように、それぞれ配置されていてもよい。そして、第１の開口３６から筐体３５内に入射した音波は、はじめに第１の振動膜１２を振動させ、次いで第２の振動膜２２を振動させる。また、第２の開口３７から筐体３５内に入射した音波は、はじめに第２の振動膜２２を振動させ、次いで第１の振動膜１２を振動させる。
【００３５】
図３は、音声処理装置１に音波が入射する様子を模式的に示す図である。なお、図３は、筐体３５の第１の開口３６が音声処理装置１の収音部の主面を向いている場合を示す。
【００３６】
筐体３５には、第１及び第２の開口３６，３７から音波が入射する。
【００３７】
第１の開口３６から入射する希望波成分の強度をＳとし、第２の開口３７から入射する非希望波成分（雑音）の強度をＮとすると、第１の開口３６からは、希望波成分Ｓと、非希望波成分（非希望波の回り込み成分）であるγＮが入射する。また、第２の開口３７からは、非希望波成分Ｎと、希望波成分（希望波成分の回り込み成分）であるβＳが入射する。
【００３８】
すなわち、希望波は、主に第１の開口３６から入射するが、一部が回り込んで第２の開口３７から入射することがある。このときの、希望波の、第１及び第２の開口３６，３７への入射比率がβ（１：β）である。なお、βは、０≦β＜１の関係を満たす。また、非希望波は、通常、第１及び第２の開口３６，３７の双方から入射する。このときの、非希望波の、第１及び第２の開口３６，３７への入射割合がγ（γ：１）である。
【００３９】
なお、筐体３５（筐体３５、第１及び第２の振動膜１２，２２）を、音声処理装置１の収音部と称してもよい。
【００４０】
音声処理装置１は、信号処理部４０を有する。信号処理部４０は、第１及び第２のマイクロフォン１０，２０で検出された音声信号（第１及び第２の音声信号）に基づいて、希望波成分を抽出する処理（希望波成分抽出処理）を行う。なお、希望波成分を抽出する処理の詳細については後述する。
【００４１】
信号処理部４０は、図１に示すように、筐体３５内に配置されていてもよい。あるいは、信号処理部４０は、筐体３５の外側に配置されていてもよい。そして、第１及び第２の音声信号は、信号処理部４０に伝達され、信号処理部４０で処理される。
【００４２】
なお、音声処理装置１は、特に信号処理部４０において、コンピュータを利用した処理が可能である。ここで、コンピュータとは、プロセッサ（処理部：ＣＰＵ等）、メモリ（記憶部）、入力装置、及び、出力装置を基本的な構成要素とする物理的装置（システム）を言う。
【００４３】
図４には、音声処理装置１の信号処理部を構成する演算処理システムの機能ブロックの一例を示す。
【００４４】
処理部１１０は、情報記憶媒体１３０に格納されるプログラム（データ）に基づいて、種々の処理を行う。そして、処理部１１０は、信号処理部４０を含む。処理部１１０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。
【００４５】
記憶部１２０は、処理部などのワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどにより実現できる。
【００４６】
情報記憶媒体１３０には、本実施形態の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム（各部の処理をコンピュータに実行させるためのプログラム）が記憶される。情報記憶媒体１３０（コンピュータにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯＭ）などにより実現できる。
【００４７】
音声処理装置１は、図１に示すように、第１及び第２の振動膜１２，２２の間に配置された音波減衰材５０を含んでいてもよい。音波減衰材５０は、既に公知になっているいずれかの材料を利用してもよい。ただし、音声処理装置１は、音波減衰材５０を有しない構成をなしていてもよい。この場合でも、第１の開口３６から第１の振動膜１２に入射した音声は、第１の振動膜１２で減衰し、第２の振動膜２２に入射する。すなわち、音波減衰材５０を有しない構成を採用した場合でも、第１及び第２の振動膜１２，２２の間で、後述する音波透過率αを定義し、算出することができる。
【００４８】
（２）希望波抽出原理
次に、音声処理装置１が採用する、希望波成分抽出原理について説明する。この原理に従い、信号処理部４０が、希望波成分を抽出する処理を行う。なお、希望波成分とは、話者の音声など、音声処理装置１の収音の対象となっている音声成分をいう。また、非希望波成分とは、音声処理装置１の周辺の雑音など、希望波成分以外の音声成分を言う。本発明では、第１及び第２の音声信号に含まれる、希望波成分と非希望波成分との割合が異なることを利用して、希望波成分を抽出する処理を行う。
【００４９】
（２−１）第１の振動膜１２に入射する音波
第１の振動膜１２には、図５（Ａ）に示すように、第１の開口３６から入射した音波と、第２の開口３７から入射して第２の振動膜２２及び音波減衰材５０で減衰した音波とが入射する。ここで、第１の開口３６から第２の開口３７へ向かう方向を正の向きとし、第２の開口３７から第１の振動膜１２までの音波透過率をα（ただし、０≦α≦１）とすると、第１の振動膜１２で検出される音声信号（第１の音声信号）の強度Ｐ１は、次式で表される。
【数１】
2007221651.tif 000003
【００５０】
（２−２）第２の振動膜２２に入射する音波
第２の振動膜２２には、図５（Ｂ）に示すように、第２の開口３７から入射した音波と、第１の開口３６から入射して第１の振動膜１２及び音波減衰材５０で減衰した音波とが入射する。第２の振動膜２２で検出される音声信号（第２の音声信号）の強度Ｐ２は、次式で表される。
【数２】
2007221651.tif 000004
【００５１】
（２−３）希望波成分抽出原理
式（１）及び式（２）を見ると、第１及び第２の音声信号には、非希望波成分（Ｎの項）が含まれることがわかる。そのため、第１及び第２の音声信号の少なくとも一方を増幅又は減衰させて両者に含まれる非希望波成分（非希望波成分の大きさ）を一致させ、減算処理すれば、非希望波成分（Ｎの項）が消去されるため、希望波成分（Ｓの項）を抽出することができる。なお、第１及び第２の音声信号は、希望波成分と非希望波成分との割合が異なっている。そのため、非希望波成分を消去した場合でも希望波成分は消去されず、これを抽出することができる。
【００５２】
なお、音声信号は、通常、位相を含んでいる。そのため、第１及び第２の音声信号の位相差が大きくなると、第１及び第２の音声信号の大きさのみを一致させても非希望波成分を消去することができない事態が起こりうる。しかし、本実施の形態では、第１及び第２の振動膜１２，２２の間隔を可聴音の波長よりも十分小さい値に設定するため、第１及び第２の振動膜１２，２２に入射する音声の位相差を無視することができる。そのため、本実施の形態では、第１及び第２の音声信号に含まれる非希望波成分の大きさ（のみ）を一致させることで、非希望波成分を除去することが可能になる。
【００５３】
（３）希望波成分抽出処理
（３−１）希望波成分抽出処理手順
以下、具体的な希望波成分抽出処理手順について説明する。
【００５４】
式（１）−式（２）×αの計算をして整理すると、
【数３】
2007221651.tif 000005
を導出することができる。
【００５５】
また、式（１）×α−式（２）の計算をして整理すると、
【数４】
2007221651.tif 000006
を導出することができる。
【００５６】
そして、式（３）−式（４）×ｙの計算をして整理すると、
【数５】
2007221651.tif 000007
を導出することができる。
【００５７】
そして、ｙ＝γのとき、式（５）から非希望波成分（Ｎの項）が消去され、次式のように、希望波成分を抽出することができる。
【００５８】
【数６】
2007221651.tif 000008
【００５９】
ここで、式（６）の各要素について検討する。Ｐ１及びＰ２は、第１及び第２のマイクロフォン１０，２０で検出される音波信号の強度であり、その値を知ることができる。また、αは音波透過率であり、音波減衰材５０及び振動膜１２，２２の特性によって決まるため、その値を事前に知ることができる。さらに、βは希望波の入射割合であり、筐体３５（第１及び第２の開口３６，３７）の形状によって決まるため、その値を事前に知ることができる。
【００６０】
このことから、非希望波成分の入射割合γの値を知ることができれば、これを式（６）に代入して、希望波成分を抽出（Ｓの値を算出）することができる。言い換えると、非希望波成分の入射割合γに基づいて、希望波成分抽出処理（希望波成分を抽出する処理）を行うことができる。
【００６１】
以下、音波透過率α、希望波成分の入射割合β、並びに、非希望波成分の入射割合γの算出方法について説明する。
【００６２】
（３−２）音波透過率α算出
音波透過率αは、筐体３５の第１及び第２の開口３６，３７の一方のみから音波を入射させたときの第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２を利用して算出することができる。
【００６３】
例えば、第２の開口３７をふさいだ状態で第１の開口３６のみから音波を入射させて、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２を検出する。そして、第２の音声信号Ｐ２を第１の音声信号Ｐ１で割った値を、音波透過率αとして算出することができる。
【００６４】
（３−３）希望波成分の入射割合β算出
希望波成分の入射割合βは、非希望波成分の存在しない状態で筐体３５に希望波成分のみを入射させて、そのときの第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２を利用して算出することができる。
【００６５】
すなわち、非希望波成分が存在しない状態で筐体３５に希望波成分を入射させると、式（１）及び式（２）は、下記のように表すことができる。
【数７】
2007221651.tif 000009
【００６６】
ここで、音波透過率αは、上記手順によって算出することができるため、式（７）及び式（８）からＳの項を消去することによって、希望波成分の入射割合βを算出することができる。
【００６７】
（３−４）非希望波成分の入射割合γ算出
非希望波成分の入射割合γは、音声処理装置１の使用環境によって逐次的に変化するため、事前にその値を知ることはできない。また、音声処理装置１を利用して精度の高い信号処理を行うためには、使用環境の状況変化に応じて、γの値を更新することが必要である。以下、非希望波成分の入射割合γを算出する方法の一例について説明する。
【００６８】
本実施の形態では、第１及び第２のマイクロフォン１０，２０で検出された音波（Ｐ１，Ｐ２）が所与の値よりも小さいときのＰ１，Ｐ２に基づいて、非希望波成分の入射割合を算出する。
【００６９】
第１及び第２の音声信号に希望波成分が含まれていない場合、又は、第１及び第２の音声信号に含まれる希望波成分が十分に小さい場合には、Ｓ＝０とみなすことができるため、式（１）及び式（２）は、次式のように表すことができる。
【数８】
2007221651.tif 000010
【００７０】
式（９）及び式（１０）からＮを消去して整理すれば、γは、次式のように表すことができる。
【数９】
2007221651.tif 000011
【００７１】
式（１１）を見ると、γは、Ｐ１，Ｐ２，αのみで表されている。そのため、式（１１）にこれらの値を代入することによって、γを算出することができる。
【００７２】
ところで、通常、希望波成分は、非希望波成分よりも大きい。そして、希望波成分は、対象となる音源によって、最小値を推定することができる。そのため、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２が希望波成分の最小値（所与の値）よりも小さいときには、希望波成分が存在していないと判断することができる。そのため、式（１）及び式（２）において、Ｓ＝０とみなすことができ、式（１１）に基づいて、非希望波成分の入射割合γを算出することができる。
【００７３】
なお、本実施の形態では、例えば、Ｐ１が所与の値よりも小さいときのＰ１，Ｐ２の値に基づいて、γを算出してもよい。あるいは、Ｐ２が所与の値よりも小さいときのＰ１，Ｐ２の値に基づいて、γを算出してもよい。あるいは、Ｐ１及びＰ２の和が所与の値よりも小さいときのＰ１，Ｐ２の値に基づいて、γを算出してもよい。また、Ｐ１，Ｐ２の基準となる値は、音声処理装置１の用途（収音部と音源との距離や、音源の性質）にあわせて設定することができる。
【００７４】
なお、非希望波成分の入射割合γは、周囲の雑音状況にあわせて、逐次的にその値を変化させる。そのため、希望波が途切れるたびにγを算出する処理を行うことで、精度の高い希望波成分抽出処理が可能になる。
【００７５】
（４）希望波成分抽出手順
図６には、希望波成分抽出手順を表すフローチャートを示す。
【００７６】
希望波成分抽出手順は、音波透過率αを算出する処理（ステップＳ１０）、希望波成分の入射比率βを算出する処理（ステップＳ１２）を行う。なお、音波透過率α及び希望波成分の入射比率βは音声処理装置１（収音部）に固有の値となるため、これらのステップは一度行えば足る。また、これらのステップは、収音部（筐体３５）の設計時、あるいは、収音部の製造時のいずれかに行ってもよい。すなわち、これらのステップは、音声処理装置１（マイクロフォンシステム）の使用前に行っておいてもよい。そして、音波透過率α及び希望波成分の入射比率βの各値を記憶部１２０に格納し、随時読み出すことによって、希望波成分を抽出する処理が可能になる。
【００７７】
次に、希望波成分抽出手順は、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２を検出する処理（ステップＳ１４）を行う。
【００７８】
そして、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２、音波透過率α、希望波成分の入射比率β、並びに、非希望波成分の入射割合γに基づいて、希望波成分を抽出する処理を行う（ステップＳ１６）。
【００７９】
次に、非希望波成分の入射割合γを算出する手順について説明する。図７は、非希望波成分の入射割合γ算出手順を表すフローチャートを示す。なお、非希望波成分の入射割合γを算出する処理は、音声処理装置１（マイクロフォンシステム）の動作時に、常時行ってもよい。言い換えると、音声処理装置１では、非希望波成分の入射割合γを算出する処理を、リアルタイムに行う。
【００８０】
はじめに、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２を検出し（ステップＳ１４）、希望波成分が存在するか否かを判断する（ステップＳ２０）。例えば、第１及び第２の音声信号が所与の値よりも小さいか否か検討し、第１及び第２の音声信号が所与の値よりも小さい場合には、希望波成分が存在しないと判断する。
【００８１】
そして、希望波成分が存在していない場合（ステップＳ２０におけるＮｏの場合）には、第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２及び音波透過率αに基づいて、非希望波成分の入射比率γを算出する処理を行う（ステップＳ２２）。
【００８２】
なお、本実施の形態では、単位時間毎の第１及び第２の音声信号Ｐ１，Ｐ２を検出して、希望波成分の存否の判断を行ってもよい。そして、非希望波成分の入射比率γを算出し、更新する。そして、最新のγの値を利用して、希望波成分抽出処理（ステップＳ１６）を行う。これにより、常に最適なγ値を利用して希望波成分を抽出する処理を行うことができるため、精度の高い信号処理が可能になる。
【００８３】
なお、希望波成分が存在する場合（ステップＳ２０におけるＹｅｓの場合）には、非希望波成分の入射比率γを算出する処理は行わず、それ以前に算出されたγの値を非希望波成分の入射比率として希望波成分抽出処理（ステップＳ１６）を行うことができる。
【００８４】
（５）効果
本実施の形態に係る音声処理装置１は、以上の構成をなしていてもよい。音声処理装置１によると、周辺雑音が存在する中でも効果的に希望波成分を抽出することができる。また、音声処理装置１は、特に収音部において、構造が非常にシンプルなため、小型化が可能である。
【００８５】
（６）変形例
上述のように、音声処理装置１では、１つの収音部を利用して、希望波成分を抽出する処理と非希望波成分の入射比率γを算出する処理とを行ってもよい。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、音声処理装置は、複数の収音部（第１及び第２の収音部）を含んでいてもよい。そして、第１の収音部を利用して希望波成分を抽出する処理を行い、第２の収音部を利用して非希望波成分の入射比率γを算出する処理を行ってもよい。このとき、第２の収音部は、第１の収音部の近傍であって、かつ、希望波成分が入射しない位置に、第１の収音部と同じ向きに設定して配置してもよい。これにより、常に、非希望波成分の入射比率γを算出する処理を行うことができる。
【００８６】
あるいは、音声処理装置は、複数の収音部で、非希望波成分の入射割合γを算出する処理を行ってもよい。このとき、複数の収音部は、希望波成分の入射割合βが異なるように設計されていてもよい。
【００８７】
先に説明したように、音声処理装置１では、第１及び第２の音声信号に含まれる希望波成分と非希望波成分との割合が異なることを利用して、希望波成分を抽出する処理を行う。ここで、βγ＝１を満たす場合には、第１及び第２の音声信号に含まれる希望波成分と非希望波成分との割合が等しくなる。そのため、非希望波成分の入射割合γいかんによっては、希望波成分抽出処理を行うことができない事態が起こりうる。
【００８８】
しかし、β値が異なる複数の収音部を利用すれば、いずれかの収音部でβγ≠１となるため、常に希望波成分を抽出することが可能になる。
【００８９】
（第２の実施の形態）
以下、本発明を適用した第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態では、既に説明した内容を可能な限り適用するものとする。
【００９０】
本実施の形態では、第１の実施の形態とは異なる方法で、非希望波成分の入射割合γを算出する。すなわち、本実施の形態では、指標関数の値を所定の状態にする係数を利用して、非希望波成分の入射割合を算出する。例えば、指標関数の値を最も小さくする係数を利用して、非希望波成分の入射割合γを算出してもよい。以下、その具体的な方法について説明する。
【００９１】
先に説明した式（５）において、ｎ個（ｎは数十〜数百程度の適当な整数）のサンプルをそれぞれ２乗して合算する処理を行うと、その理論式は、
【数１０】
2007221651.tif 000012
と表すことができる。
【００９２】
なお、本実施の形態では、式（１２）を指標関数（Index）と呼ぶ。
【００９３】
以下、式（１２）の右辺及び左辺について、独立に分析する。
【００９４】
はじめに、式（１２）の右辺に注目する。通常、希望波と非希望波との間には相関がないので、式（１２）の右辺は、
【数１１】
2007221651.tif 000013
と表すことができる。
【００９５】
ところで、式（１３）を見ると、その大きさ（値）はｙに依存することがわかる。すなわち、式（１３）は、ｙによってその値が変化する。さらに詳しく見ると、通常、βは１に較べて十分小さいので、式（１３）の第１項は、第２項に較べて、ｙの変化による大きさの変動が少ない。そのため、式（１３）の第２項が最小値をとるときに、式（１３）が最小値をとることがわかる。すなわち、
【数１２】
2007221651.tif 000014
の関係を満たすとき（ｙの値がγに最も近いとき）に、式（１２）の右辺が最小になることがわかる。
【００９６】
このことは、指標関数である式（１２）の値が最小になるときに、ｙがγに近い値をとる（γの値をｙの値で近似することができる）ことを意味している。
【００９７】
そのため、指標関数である式（１２）の左辺の値を最も小さくするｙの値を求めることができれば、そのｙの値を、γの値とみなすことができる。
【００９８】
ところで、式（１２）の左辺をｙの二次関数とみなせば、この式は、
【数１３】
2007221651.tif 000015
と変形することができる。
【００９９】
そして、式（１５）から、ｙが次の値をとるときに、指標関数の値が最小になることがわかる。
【０１００】
【数１４】
2007221651.tif 000016
【０１０１】
なお、式（１６）の右辺は、実測値及び既知のパラメータのみで構成されている。そのため、式（１６）のｙの値は、数値として算出することができる。
【０１０２】
そして、式（１６）によって算出されるｙの値は、指標関数である式（１２）の値を最小にする値であり、この値を、非希望波成分の入射割合γとみなすことができる。そのため、式（１６）で算出されたｙの値を、γの値として式（６）に代入することによって、希望波成分を算出することができる。
【０１０３】
図８（Ａ）〜図１０（Ｂ）に、本実施の形態に係る音声処理装置の動作シミュレーション結果を示す。これらのシミュレーションでは、希望波を１ｋＨｚの正弦波、非希望波を１．２ｋＨｚの正弦波、音波減衰材５０の音波透過率αを０．２、希望波の入射割合βを０．０５とした。そして、サンプル周波数を１０ｋＨｚとし、加算期間を５ｍｓとした。
【０１０４】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、非希望波の入射割合γを０．２５に設定したときのシミュレーション結果を示す図である。図８（Ａ）は、第１及び第２のマイクロフォンが受信する音波の波形であり、図８（Ｂ）は、元の希望波の波形（当該シミュレーションにおいて設定した希望波の波形）と、信号処理後の希望波成分の波形である。図８（Ｂ）を見ると、元の希望波の音波を表す▲と、信号処理によって抽出された音波の波形■とが、ほぼ一致していることがわかる。このことから、本実施の形態に係る音声処理装置を利用すると、図８（Ａ）に示す、希望波と非希望波とが混在した音波から、希望波成分のみを分離抽出することが可能であることがわかる。なお、本シミュレーションでは、γの予測値（ｙの値）は、０．３０と算出されており、設定値に近い値を算出可能であることがわかる。
【０１０５】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、非希望波の入射割合γを０．７５に設定したときのシミュレーション結果を示す図である。また、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、非希望波の入射割合γを１．２５に設定したときのシミュレーション結果を示す図である。
【０１０６】
これらのシミュレーション結果を見ても、本実施の形態に係る音声処理装置が、希望波成分のみを抽出することが可能であることがわかる。
【０１０７】
（変形例）
式（１２）の左辺（指標関数）に注目すると、指標関数に含まれる未知数はｙのみであることがわかる。そのため、指標関数にｙの値を順次代入して、指標関数の値を比較すれば、指標関数の値を最も小さくするｙの値を明らかにすることができる。こうして明らかになったｙの値を式（６）に代入した場合でも、希望波成分を算出することができる。
【０１０８】
図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、本実施の形態に係るマイクロフォンシステムの動作をシミュレーションした結果を示す。なお、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、それぞれ、非希望波成分の入射割合γ＝0.25，0.65，1.05としたときのシミュレーション結果を示す。そして、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）のそれぞれでは、音波透過率α及び希望波成分の入射割合βの値は、一定である。
【０１０９】
図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）では、キャンセル指数（係数ｙの値）を、0.0から1.2まで、0.1刻みで変化させたときの、指標関数の大きさを■で示す。また、それぞれのキャンセル指数（係数ｙ）における音波信号のＳ／Ｎ比（信号処理後の音波信号のＳ／Ｎ比）を◆で示す。なお、Ｓ／Ｎ比とは、希望波成分と非希望波成分との比である。Ｓ／Ｎ比が高いほど、音声信号に含まれる希望波成分が大きくなり、希望波成分を抽出する処理が高精度に行われたと評価することができる。本実施の形態では、信号処理後の音声信号は、式（５）で表すことができる。そして、式（５）から、信号処理後の音声信号のＳ／Ｎ比（Ｓ／Ｉ）は、次式で表すことができる。
【０１１０】
【数１５】
2007221651.tif 000017
【０１１１】
図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）を見ると、キャンセル指数（係数ｙ）の値が、設定した非希望波成分の入射比率γとほぼ同じ値となるときに、指標関数が最小値をとることがわかる。すなわち、係数ｙの値を連続的に変化させて指標関数の大きさを評価することで、非希望波成分の入射比率γを、高い精度で検出可能であることがわかる。
【０１１２】
また、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）を見ると、指標関数が最も小さいときに、音声信号のＳ／Ｎ比がピークをとることがわかる。そのため、上述した信号処理（希望波成分抽出処理）の結果、指標関数の値が最も小さいときに、最も高精度に音声信号が処理されていることがわかる。
【０１１３】
すなわち、これらのシミュレーション結果から、本発明が、高精度に希望波成分を抽出する処理を行えることがわかる。
【０１１４】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の実施の形態に係るマイクロフォンシステムを示す図である。
【図２】マイクロフォンの一例を示す図である。
【図３】音声処理装置に音波が入射する様子を模式的に示す図である。
【図４】信号処理部を構成する演算処理システムの機能ブロック図である。
【図５】振動膜に入射する音波の様子を模式的に示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る希望波抽出処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係る非希望波成分の入射割合算出手順を示すフローチャートである。
【図８】音声処理装置の動作シミュレーション結果を示す図である。
【図９】音声処理装置の動作シミュレーション結果を示す図である。
【図１０】音声処理装置の動作シミュレーション結果を示す図である。
【図１１】音声処理装置の動作シミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１…音声処理装置、  １０…第１のマイクロフォン、  １２…第１の振動膜、  ２０…第２のマイクロフォン、  ２２…第２の振動膜、  ３０…コンデンサ型マイクロフォン、  ３２…振動膜、  ３４…電極、  ３５…筐体、  ３６…第１の開口、  ３７…第２の開口、  ４０…信号処理部、  ５０…音波減衰材、  １１０…処理部、  １２０…記憶部、  １３０…情報記憶媒体
【図１】
2007221651.tif 000018
【図２】
2007221651.tif 000019
【図３】
2007221651.tif 000020
【図４】
2007221651.tif 000021
【図５】
2007221651.tif 000022
【図６】
2007221651.tif 000023
【図７】
2007221651.tif 000024
【図８】
2007221651.tif 000025
【図９】
2007221651.tif 000026
【図１０】
2007221651.tif 000027
【図１１】
2007221651.tif 000028