(57)【要約】【課題】  この発明は、比較的少ないマイクロホン数で、受音した音波をビームフォーミングする際の有効周波数帯域を広くできるとともに、目的方向の推定精度の向上化が図れる音響信号処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】  携帯情報端末の上端若しくは下端の少なくとも一方に沿って複数個のマイクロホンが配置されているとともに、携帯情報端末の右側若しくは左側の少なくとも一方に沿って複数個のマイクロホンが配置されており、これらの複数個のマイクロホンで受音した音波をビームフォーミングする機能を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯情報端末の上端若しくは下端の少なくとも一方に沿って複数個のマイクロホンが配置されているとともに、携帯情報端末の右側若しくは左側の少なくとも一方に沿って複数個のマイクロホンが配置されており、これらの複数個のマイクロホンで受音した音波をビームフォーミングする機能を備えた音響信号処理装置。
【請求項２】
携帯情報端末の上端若しくは下端の少なくとも一方に沿って配置された複数個のマイクロホンの配置間隔と、携帯情報端末の右側若しくは左側の少なくとも一方に沿って配置された複数個のマイクロホンの配置間隔とを異ならしめてなる請求項１に記載の音響信号処理装置。
【請求項３】
携帯情報端末を装着するマイクロホンアレーユニットを備え、携帯情報端末がマイクロホンアレーユニットに装着された状態において、携帯情報端末の上端若しくは下端の少なくとも一方に沿って複数個のマイクロホンが配置されているとともに、携帯情報端末の右側若しくは左側の少なくとも一方に沿って複数個のマイクロホンが配置されており、これらの複数個のマイクロホンで受音した音波をビームフォーミングする機能を備えた音響信号処理装置。
【請求項４】
携帯情報端末の上端若しくは下端の少なくとも一方に沿って配置された複数個のマイクロホンの配置間隔と、携帯情報端末の右側若しくは左側の少なくとも一方に沿って配置された複数個のマイクロホンの配置間隔とを異ならしめてなる請求項３に記載の音響信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数個のマイクロホンを備えた音響信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動音声認識(Automatic Speech Recognition; ASR) が、擬人化エージェントやカーナビゲーションシステムなどへ応用されてきている。実環境では雑音や残響の影響で認識率が大幅に低下することから、雑音や残響に頑健なＡＳＲシステムを目指す研究がなされてきている（参考文献〔１〕参照）。マイクロホンアレーを用いることで、対象音源と雑音源の空間的位相差を利用し、雑音や残響を抑圧することにより、遠隔発話音声の認識性能を向上させることができる。
【０００３】
参考文献〔１〕：中村哲，”実音響環境に頑健な音声認識を目指して，”  信学技報，SP 2002-12, pp. 31-36, 2002.
【０００４】
マイクロホンアレーの各マイクロホンによって受音された信号から目的とする信号を得る形態として、各マイクロホンによって受音された信号それぞれに遅延を付加して目的信号を同相化した後、これらを加算する遅延和アレー（delay-and-sum array)や、音場の雑音環境を学習して最適な指向特性を形成する適応形マイクロホンアレー等が知られている。
【０００５】
また、マイクロホンアレーのマイクロホンの配置形態としては、複数のマイクロホンを一直線上に配置したもの、複数のマイクロホンを格子状に配置したもの、円の中心に１個のマイクロホンを配置するとともに円周上に複数のマイクロホンを配置したものなどが知られている。
【０００６】
マイクロホンの配置間隔の最小値と最大値との差が大きいほど、受音した音波をビームフォーミングする際の有効周波数帯域が広くなる。また、マイクロホンの配置間隔の種類が多いほど、目的とする音を強調しやすくなる。また、マイクロホンを１次元配置する場合に比べて２次元配置した方が、目的方向の推定精度が高くなる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１１２７０１号公報
【非特許文献１】中村哲，”実音響環境に頑健な音声認識を目指して，”  信学技報，SP 2002-12, pp. 31-36, 2002.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、比較的少ないマイクロホン数で、受音した音波をビームフォーミングする際の有効周波数帯域を広くできるとともに、目的方向の推定精度の向上化が図れる音響信号処理装置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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、携帯情報端末の上端若しくは下端の少なくとも一方に沿って複数個のマイクロホンが配置されているとともに、携帯情報端末の右側若しくは左側の少なくとも一方に沿って複数個のマイクロホンが配置されており、これらの複数個のマイクロホンで受音した音波をビームフォーミングする機能を備えていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、携帯情報端末の上端若しくは下端の少なくとも一方に沿って配置された複数個のマイクロホンの配置間隔と、携帯情報端末の右側若しくは左側の少なくとも一方に沿って配置された複数個のマイクロホンの配置間隔とを異ならしめてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、携帯情報端末を装着するマイクロホンアレーユニットを備え、携帯情報端末がマイクロホンアレーユニットに装着された状態において、携帯情報端末の上端若しくは下端の少なくとも一方に沿って複数個のマイクロホンが配置されているとともに、携帯情報端末の右側若しくは左側の少なくとも一方に沿って複数個のマイクロホンが配置されており、これらの複数個のマイクロホンで受音した音波をビームフォーミングする機能を備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、携帯情報端末の上端若しくは下端の少なくとも一方に沿って配置された複数個のマイクロホンの配置間隔と、携帯情報端末の右側若しくは左側の少なくとも一方に沿って配置された複数個のマイクロホンの配置間隔とを異ならしめてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、比較的少ないマイクロホン数で、受音した音波をビームフォーミングする際の有効周波数帯域を広くできるとともに、目的方向の推定精度の向上化が図れるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、携帯情報端末にマイクロホンアレーユニットが取り付けられた状態を示している。
【００１６】
図１において、１はマイクロホンアレーユニットであり、２は携帯情報端末（小型ＰＣ）である。なお、２１は、携帯情報端末２の前面に設けられた表示部である。この明細書においては、携帯情報端末２の背面側から前面側に向かう方向を前方ということにする。      
【００１７】
マイクロホンアレーユニット１は、矩形板上の基部１００と、基部１００の上端部に前方突出状に設けられた横長の第１マイクロホン保持部１０１と、基部１００の右端部に前方突出状に設けられた縦長の第２マイクロホン保持部１０２とを備えている。
【００１８】
マイクロホンアレーユニット１の基部１００上に携帯情報端末２が載置された状態で、携帯端末２にマイクロホンアレーユニット１が取り付けられている。携帯情報端末２にマイクロホンアレーユニット１が取り付けられた状態では、携帯情報端末２の上端面に沿って第１マイクロホン保持部１０１が配置され、携帯情報端末２の右側面に沿って第２マイクロホン保持部１０２が配置されている。マイクロホンアレーユニット１と携帯情報端末２とは、ＵＳＢ接続されている。
【００１９】
図２は、マイクロホンアレーユニット１におけるマイクロホンの配置形態を示している。
【００２０】
この例では、マイクロホンアレーユニット１には８個のマイクロホンＭ１〜Ｍ８が設けられている。マイクロホンＭ５は、第１マイクロホン保持部１０１と第２マイクロホン保持部１０２の接続部に設けられている。マイクロホンＭ１〜Ｍ４は第１マイクロホン保持部１０１に設けられ、マイクロホンＭ６〜Ｍ８は第２マイクロホン保持部１０２に設けられている。
【００２１】
マイクロホンＭ１〜Ｍ５は、等間隔Ｄ１をおいて横方向に並んで前向きに配置されている。マイクロホンＭ５〜Ｍ８は、等間隔Ｄ２をおいて縦方向に並んで前向きに配置されている。間隔Ｄ１はこの例では、２ｃｍに設定されており、間隔Ｄ２はこの例では、４ｃｍに設定されている。各マイクロホンＭ１〜Ｍ８としては、無指向性コンデンサマイクロホンが用いられている。
【００２２】
図３は、音声認識システムの構成を示している。
【００２３】
音声認識システムは、マイクロホンアレーユニット１が装着された携帯情報端末２と、携帯情報端末２と無線ＬＡＮによって接続される音声認識装置３とからなる。
【００２４】
マイクロホンアレーユニット１内には、各マイクロホンＭ１〜Ｍ８によって受音された音声信号をデジタル信号に変換するためのマルチチャンネルＡ／Ｄ変換器１１を備えている。マイクロホンアレーユニット１内のマルチチャンネルＡ／Ｄ変換器１１によって得られたマルチチャンネル音声信号は、携帯情報端末２を介して、無線ＬＡＮにより、音声認識装置３に送信される。
【００２５】
音声認識装置３は、方向推定／ビームフォーミング部３１、雑音抑圧部３２および音声認識部３３を備えている。
【００２６】
方向推定／ビームフォーミング部３１は、携帯情報端末２から送られてきたマルチチャンネル音声信号に基づいて目的方向を推定し、この推定結果を用いて目的の音声信号を得る。この方向推定処理としては、例えば、特開２００４−１１２７０１号公報に開示された方法を使用することができる。特開２００４−１１２７０１号公報では、正三角形の頂点に配置された３つのマイクロホンの信号に基づいて方向推定を行なっている。この３つのマイクロホンの信号として、例えば、Ｍ３、Ｍ５、Ｍ６の信号を用いることが可能である。
【００２７】
推定された目的方向を用いて目的の音声信号を得る方法としては、例えば、遅延和アレー（delay-and-sum array)方式が用いられる。つまり、各マイクロホンによって受音された信号それぞれに遅延を付加して目的信号を同相化した後、これらを加算する。各マイクロホンに付加する遅延量は、推定された目的方向に基づいてそれぞれ求められる。
【００２８】
方向推定／ビームフォーミング部３１によって得られた目的の音声信号は、雑音抑圧部３２を介して音声認識部３３に送られ、音声認識が行なわれる。
【００２９】
上記マイクロホンアレーユニット１では、５つのマイクロホンＭ１〜Ｍ５が等間隔Ｄ１（この例では２ｃｍ）をおいて横方向に並んで配置されているとともに、４つのマイクロホンＭ５〜Ｍ８が等間隔Ｄ２（この例では４ｃｍ）をおいて縦方向に並んで配置されている。
【００３０】
単一のマイクロホンの受音周波数帯域は、例えば、５０Ｈｚ〜１２ｋＨｚというように、そのマイクロホンそのものの性能によって定まるが、複数のマイクロホンを用いてビームフォーミングを行なう際のフォーミングできる有効周波数帯域は、マイクロホンの間隔によって異なってくる。例えば、上記した性能のマイクロホンを用いた場合、その間隔が２ｃｍであるとビームフォーミングする際の有効周波数帯域は、２００Ｈｚ〜８ＫＨｚ程度となり、マイクロホンの間隔が４ｃｍの場合の有効周波数帯域は、１００Ｈｚ〜４ＫＨｚ程度となる。つまり、マイクロホンの間隔によって、ビームフォーミングの有効周波数範囲が異なることになり、人の音声は１００Ｈｚから６ｋＨｚ程度までなので、マイクロホンの間隔を２ｃｍと４ｃｍとしていることに意味がある。
【００３１】
上記実施例では、複数のマイクロホンが二次元配置されているので、高い精度で目的方向を推定することができるようになる。また、複数のマイクロホンがＬ字上に配置されており、かつ横方向のマイクロホンの配置間隔と縦方向のマイクロホンの配置間隔とが異なっているので、比較的少ないマイクロホン数であっても、マイクロホンの配置間隔の最小値（２ｃｍ）と最大値（Ｍ１とＭ８との距離）との差を大きくとれるため、受音した音波をビームフォーミングする際の有効周波数帯域が広くなる。また、横方向のマイクロホンの配置間隔と縦方向のマイクロホンの配置間隔とが異なっているので、比較的少ないマイクロホン数であっても、マイクロホンの配置間隔の種類が多くなり、目的とする音を強調しやすくなる。
【００３２】
なお、上記実施例では、携帯情報端末２の上端面に沿って複数のマイクロホンが横方向に並んで配置されているが、複数のマイクロホンを携帯情報端末２の下端面に沿って横方向に並べて配置してもよいし、携帯情報端末２の上端面および下端面のそれぞれに沿って複数のマイクロホンを横方向に並べて配置してもよい。
【００３３】
また、携帯情報端末２の右側面に沿って複数のマイクロホンが縦方向に並んで配置されているが、複数のマイクロホンを携帯情報端末２の左側面に沿って縦方向に並べて配置してもよいし、携帯情報端末２の右側面および右側面のそれぞれに沿って複数のマイクロホンを縦方向に並べて配置してもよい。
【００３４】
つまり、携帯情報端末２の上端面または下端面の少なくとも一方に沿って横方向に複数のマイクロホンが第１の所定間隔おきに配置されているとともに、携帯情報端末２の右側面または左側面の少なくとも一方に沿って縦方向に複数のマイクロホンが第１の所定間隔とは異なる第２の所定間隔おきに配置されていればよい。
【００３５】
なお、上記実施例では、携帯情報端末２にマイクロホンアレーユニット１が装着されているが、図４または図５に示すように、携帯情報端末２自体にマイクロホンアレーを構成する複数個のマイクロホンを埋め込んでもよい。
【００３６】
図４の例では、携帯情報端末２の前面の上端部に、携帯情報端末２の上端に沿って３つのマイクロホンＭ１〜Ｍ３が等間隔Ｄ１（例えば２ｃｍ）をおいて横方向に並んで配置されているとともに、携帯情報端末２の前面の右側部に、携帯情報端末２の右側に沿って４つのマイクロホンＭ３〜Ｍ６が等間隔Ｄ２（例えば４ｃｍ）をおいて縦方向に並んで配置されている。
【００３７】
図５の例では、携帯情報端末２の前面の左側部に、携帯情報端末２の左側に沿って４つのマイクロホンＭ１〜Ｍ４が等間隔Ｄ１（例えば２ｃｍ）をおいて縦方向に並んで配置され、また同様に携帯情報端末２の前面の右側部に、携帯情報端末２の右側に沿って４つのマイクロホンＭ５〜Ｍ８が等間隔Ｄ１（例えば２ｃｍ）をおいて縦方向に並んで配置されており、両側に対応して配置されたマイクロホンＭ４とＭ５、Ｍ３とＭ６、Ｍ２とＭ７、Ｍ１とＭ８とは、Ｄ２（例えば４ｃｍ）の間隔を持つ横方向のマイクロホン対をなしている。なお、マイクロホンＭ４とＭ５とは、携帯情報端末２の前面の上端部に、携帯情報端末２の上端に沿って等間隔Ｄ２（例えば４ｃｍ）をおいて横方向に並んで配置されている。
【００３８】
なお、上記実施例では、複数個のマイクロホンで受音された信号は、携帯情報端末２を介して、無線ＬＡＮにより、音声認識装置３に送信され、音声認識装置３によってビームフォーミング、雑音抑圧処理、音声認識処理が行なわれているが、携帯情報端末２側でビームフォーミングを行なったり、携帯情報端末２側でビームフォーミングおよび雑音抑圧処理を行なったり、携帯情報端末２側で、ビームフォーミング、雑音抑圧処理および音声認識処理を行なうようにしてもよい。
【００３９】
また、上記実施例では、複数個のマイクロホンで受音された信号は、ビームフォーミングされた後、音声認識のための入力信号として用いられているが、ビームフォーミング後の信号をＴＶ電話の音声信号として利用することも可能である。また、人間の音声に限らず、鳥の鳴き声とか、機械の動作音とを吸音して伝送する場合にも、この発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】携帯端末にマイクロホンアレーユニットが取り付けられた状態を示す斜視図である。
【図２】マイクロホンアレーユニット１におけるマイクロホンの配置形態を示す平面図である。
【図３】音声認識システムの構成を示すブロック図である。
【図４】携帯情報端末２自体にマイクロホンアレーを構成する複数個のマイクロホンが埋め込まている例を示す斜視図である。
【図５】携帯情報端末２自体にマイクロホンアレーを構成する複数個のマイクロホンが埋め込まている他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  マイクロホンアレーユニット
２  携帯情報端末
Ｍ１〜Ｍ８  マイクロホン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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