(57)【要約】      （修正有）【課題】所定位置関係の複数のマイクロホンを利用し、ターゲット音及び外部ノイズ音を収音し、ターゲット音が明瞭になる収音装置を提供する。【解決手段】収音装置１００は、ヘッドセット型であり、装着者の口元近傍に配し、装着者が発する音声であるターゲット音を収音するための第一マイクロホン１１０と、第一マイクロホン１１０とは、ヘッドセットの形態において離れた位置に配置され、外部ノイズ音を収音するための２個の第二マイクロホン１２０−１、１２０−２と、第一マイクロホン１１０の収音信号及び第二マイクロホン１２０−１、１２０−２の収音信号を用い、ターゲット音を強調、外部ノイズ音を抑圧した出力信号を生成する信号処理部を行う。第一マイクロホン１１０は、装着者の口元の方向に対して単一指向性を有し、２個の第二マイクロホン１２０−１、１２０−２は、装着者の両耳近傍に配置され、外向きに対して指向性を有する。【選択図】図１
2016048872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドセット型の収音装置であって、
当該収音装置の装着者の口元近傍に配され、前記装着者が発する音声であるターゲット音を収音するための１個の第一マイクロホンと、
前記第一マイクロホンとは、ヘッドセットの形態において離れた位置に配置され、外部ノイズ音を収音するための２個の第二マイクロホンと、
第一マイクロホンの収音信号及び第二マイクロホンの収音信号を用いて、(i)前記ターゲット音を強調した、または／および、(ii)前記外部ノイズ音を抑圧した出力信号を生成する信号処理部とを含み、
前記第一マイクロホンは、前記装着者の口元の方向に対して単一指向性を有し、
２個の前記第二マイクロホンは、それぞれ、前記装着者の両耳近傍に配置され、外向きに対して指向性を有する、
収音装置。
【請求項２】
請求項１の収音装置であって、
前記信号処理部は、
第一マイクロホンの収音信号及び第二マイクロホンの収音信号を用いて、前記第一マイクロホンの収音信号から、前記外部ノイズ音を抑圧するフィルタを推定するフィルタ推定部と、
前記フィルタを用いて、前記第一マイクロホンの収音信号に対してフィルタリングを行う第二フィルタリング部とを含む、
収音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドセット型の収音装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１が、ノイズキャンセリングヘッドホンとして知られている。非特許文献１では、ヘッドホンに内蔵されたマイクで騒音を収音し、その騒音を打ち消す効果のある逆位相の音を発生させ、音声信号とともに再生する。これにより、利用者は、音声信号をより明瞭に聞き取ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「製品情報 > ヘッドホン > ラインアップ > MDR-1RNC > 商品の特長」、[online]、Sony Corporation, Sony Marketing (Japan) Inc.,[平成26年7月24日検索]、インターネット<URL:http://www.sony.jp/headphone/products/MDR-1RNC/feature_1.html>
【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、従来技術は、別環境で収音、または、録音された音声・音響信号をヘッドホンで再生する場合に、再生する音声・音響信号に対して、ヘッドホン周辺のノイズをキャンセルすることを想定しており、ヘッドセットのマイクロホンで収音された収音信号に対してヘッドセット周辺のノイズをキャンセルすることを想定していない。なお、ヘッドホンとは再生装置や受信機から出力された電気信号を、耳（鼓膜）に近接した発音体（スピーカーなど）を用いて音波（可聴音）に変換する装置であり、ヘッドセットとは頭部に装着するマイクロホン（収音装置）の総称である。
【０００５】
本発明は、所定の位置関係にある複数のマイクロホンを利用して、ターゲット音及び外部ノイズ音を収音し、ターゲット音が従来よりも明瞭になるように信号処理を行うヘッドセット型の収音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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、収音装置は、ヘッドセット型である。収音装置は、収音装置の装着者の口元近傍に配され、装着者が発する音声であるターゲット音を収音するための１個の第一マイクロホンと、第一マイクロホンとは、ヘッドセットの形態において離れた位置に配置され、外部ノイズ音を収音するための２個の第二マイクロホンと、第一マイクロホンの収音信号及び第二マイクロホンの収音信号を用いて、(i)ターゲット音を強調した、または／および、(ii)外部ノイズ音を抑圧した出力信号を生成する信号処理部とを含む。第一マイクロホンは、装着者の口元の方向に対して単一指向性を有し、２個の第二マイクロホンは、それぞれ、装着者の両耳近傍に配置され、外向きに対して指向性を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、収音信号に対してターゲット音が従来のヘッドセット型の収音装置よりも明瞭になるように信号処理を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一実施形態に係る収音装置の構成を示す図。
【図２】第一実施形態に係る収音装置の機能ブロック図。
【図３】第一実施形態に係る収音装置の処理フローの例を示す図。
【図４】第二実施形態に係るフィルタ推定部のブロック図。
【図５】第二実施形態に係るフィルタ推定部の処理フローの例を示す図。
【図６】ゲインシェーピングの例を説明するための図。
【図７】第三実施形態に係る収音装置のブロック図。
【図８】第三実施形態に係る収音装置の処理フローの例を示す図。
【図９】第三実施形態の変形例に係るフィルタ推定部のブロック図。
【図１０】第三実施形態の変形例に係るフィルタ推定部の処理フローの例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行うステップには同一の符号を記し、重複説明を省略する。以下の説明において、テキスト中で使用する記号「^」等は、本来直後の文字の真上に記載されるべきものであるが、テキスト記法の制限により、当該文字の直前に記載する。式中においてはこれらの記号は本来の位置に記述している。また、ベクトルや行列の各要素単位で行われる処理は、特に断りが無い限り、そのベクトルやその行列の全ての要素に対して適用されるものとする。
【００１０】
＜第一実施形態＞
図１は第一実施形態に係る収音装置１００の構成を示す図、図２はその機能ブロック図、図３はその処理フローを示す図である。
【００１１】
収音装置１００は、第一マイクロホン１１０と、第二マイクロホン１２０−１及び１２０−２と、信号処理部１４０を含む。
【００１２】
収音装置１００は、第一マイクロホン１１０及び第二マイクロホン１２０−１及び１２０−２で収音された収音信号から、(i)ターゲット音を強調した、または／および、(ii)外部ノイズ音を抑圧した出力信号zを生成し出力する。
【００１３】
＜ヘッドセットの形状と、第一マイクロホン及び第二マイクロホン＞
収音装置１００は、ヘッドセット型である。前述の通り、ヘッドセットとは頭部に装着するマイクロホン（収音装置）の総称であり、その構造は固定バンド１０１が装着者９の頭頂部を通って耳当て部１０２等を介して装着者９の両耳で支持するものや、耳当て部１０２及び固定バンド１０１を介して装着者９の両耳と後頭部で支持するもの、固定バンド１０１及び図示しないこめかみ支持部を介して装着者９の後頭部とこめかみで支持するもの等がある。その他、頭部に装着可能な形態であって、以下の第一マイクロホン及び第二マイクロホンを搭載することができる形態であればよい。
【００１４】
第一マイクロホンは、装着者９が発する音声であるターゲット音を収音するためのマイクロホンである。本実施形態では、第一マイクロホンは、１つであり（第一マイクロホン１１０）、装着者９の口元近傍に配置され、装着者９の口元の方向に対して単一指向性を有する（図１参照）。このような構成により、装着者９が発する音声であるターゲット音を収音する。
【００１５】
第二マイクロホンは、外部ノイズ音を収音するためのマイクロホンである。本実施形態では、第二マイクロホンは、２つであり（第二マイクロホン１２０−１及び１２０−２）、装着者９の両耳近傍に配置され、外向きに対して指向性を有する（図１参照）。このような構成により、外部ノイズ音を収音する。
【００１６】
ヘッドセットの場合、収音したい音は装着者９の口から発せられる音声に限られると考えられる。そこで、本実施形態では、第一マイクロホンを装着者９の口元近傍に配置し、第一マイクロホンはできるだけ口元の音を強調して収音するために、指向性のあるものを選んだ。また、外部ノイズ音を強調して収音するための第二マイクロホンを第一マイクロホンから離れた位置に配置し、外向きに指向性を有するものとした。
【００１７】
＜信号処理部１４０の処理内容＞
信号処理部１４０は、第一マイクロホンの収音信号及び第二マイクロホンの収音信号を第一マイクロホン及び第二マイクロホンから受け取り、これらの値を用いて、(i)前記ターゲット音を強調した、または／および、(ii)前記外部ノイズ音を抑圧した出力信号を生成し、収音装置１００の出力値として出力する。
【００１８】
例えば、信号処理部１４０は、自乗部１４１及び１４２、フィルタ推定部１４３及び第二フィルタリング部１４４を含む。
【００１９】
信号処理部１４０は、第一マイクロホン１１０で収音された時間領域の信号を、周波数領域の信号に変換した収音信号X0、並びに、第二マイクロホン１２０−１及び１２０−２でそれぞれ収音された時間領域の信号を、周波数領域の信号に変換した周波数領域の収音信号X1及びX2を受け取り、出力信号zを出力する。
【００２０】
＜自乗部１４１＞
自乗部１４１は、第二マイクロホン１２０−１及び１２０−２の収音信号X1及びX2を受け取り、これらの値を加算して自乗した値、または、これらの値の自乗和、または、これらの値を自乗した値を重み付加算した値を計算し（Ｓ１４１）出力する。なお、^φNは以下の式で定義される雑音エリアのパワースペクトル密度の推定値である。例えば、
【００２１】
【数１】
2016048872.tif 000003
【００２２】
または
【数２】
2016048872.tif 000004
【００２３】
または、
【数３】
2016048872.tif 000005
【００２４】
とする。ただし、Kは第二マイクロホンの個数（よって本実施形態ではK=2）、ωは周波数、τはフレームのインデックス、gk(ω)は予め設定した定数（重み）を表す。雑音エリアの詳細については後述する。
【００２５】
（１）とする場合、（２）を使用するより正確に雑音エリアのパワースペクトル密度を推定することができるという利点がある。
【００２６】
（２）とする場合、（１）よりも雑音エリアのパワースペクトル密度の推定の誤差が増えるが、加算処理をアナログ回路で行うことが可能であり、第二マイクロホンの個数が２以上であってもＡＤ変換機１つでハードウェア構成することができ、安価なハード構成とできるという利点がある。
【００２７】
（３）とする場合、ターゲット音よりも外部ノイズ音が多く含まれている第二マイクロホンに対する重みを大きく設定することができ、より精度よく雑音エリアのパワースペクトル密度を推定できるという利点がある。たとえば、口元から最も離れている第二マイクロホンの重みを最も大きくすることで、ターゲット音の混入が少ない第二マイクロホンの重みを大きくし、雑音エリアのパワースペクトル密度の推定精度を高めることができる。
【００２８】
＜自乗部１４２＞
自乗部１４２は、第一マイクロホン１１０の収音信号X0を受け取り、この値を自乗した値^φS(ω,τ)=|X0(ω,τ)|2を計算し（Ｓ１４２）、出力する。なお、^φSは、ターゲットエリアのパワースペクトル密度の推定値である。ターゲットエリアの詳細については後述する。
【００２９】
＜フィルタ推定部１４３＞
フィルタ推定部１４３は、^φN(ω,τ)及び^φS(ω,τ)を受け取り、外部ノイズ音を抑圧するフィルタGを推定し（Ｓ１４３）、出力する。
【００３０】
例えば、参考文献１に基づくポストフィルタ設計法について説明する。
【００３１】
（参考文献１）Y. Hioka et al., “Underdetermined sound source separation using power spectrum density estimated by combination of directivity gain,” IEEE Trans. Audio, Speech, Language Proc., 21, 1240-1250, 2013.
参考文献１では、複数のビームフォーミングを用いて推定した各エリアのパワースペクトル密度(PSD)に基づいてポストフィルタを設計する方式が提案されている。以下、この方式をLPSD法(Local PSD-based post-filter design)と呼ぶ。図２を用いて、LPSD法の処理フローを説明する。
【００３２】
例えば、Wiener法に基づいてポストフィルタを設計する場合、フィルタG(ω,τ)は以下のように計算される。
【００３３】
【数４】
2016048872.tif 000006
【００３４】
ここで、φS(ω,τ)はターゲットエリア（マイクロホンの周囲を予め複数のエリアに分けた場合、複数のエリアのうちの収音したい音源が含まれるエリアであり、ターゲット音を発する音源が含まれるエリア。ヘッドセットの場合、装着者の口が含まれるエリア）のパワースペクトル密度を表し、φN(ω,τ)は雑音エリア（外部ノイズ音を発する音源が含まれるエリアであり、ターゲットエリアとは異なるように設定される。ヘッドセットの場合、上述の複数のエリアのうちターゲットエリアを除く装着者の口が含まれない全てのエリアである）のパワースペクトル密度を表す。ここで、あるエリアのパワースペクトル密度と言った場合には、そのエリアから到来する音のパワースペクトル密度のことを意味する。すなわち、例えば、ターゲットエリアのパワースペクトル密度とはターゲットエリアから到来する音のパワースペクトル密度のことであり、雑音エリアのパワースペクトル密度とは雑音エリアから到来する音のパワースペクトル密度のことである。
【００３５】
後述するように、ヘッドセットの場合、第一マイクロホンと第二マイクロホンとは、所定の位置関係（第二マイクロホンは、第一マイクロホンとは、ヘッドセットの形態において離れた位置に配置される）にあるが、その位置関係は同一ではない。言い換えると、位置関係は、装着者毎（頭の大きさや口元の位置に応じて）、装着する度、及び、時刻毎に、変化する。そのため、マイクロホン間に生じる位相や振幅の差が変化する。よって、マイクロホン間に生じる位相や振幅の差を利用するビームフォーミングでは、マイクロホン間の位置関係に対して性能が敏感に変化するため、第一マイクロホンと第二マイクロホンによるビームフォーミングは、ターゲット音や外部ノイズ音のレベルを推定するための手段としてはふさわしくない。そこで、第一マイクロホンを装着者の口元方向に指向性を有するマイクロホンとする。さらに第一マイクロホンは口元に近接させることで、第一マイクロホンによる収音信号にはターゲット音が主に含まれる。一方、第二マイクロホンを外向きに対して指向性を有するマイクロホンとする。さらに、マイクロホンの位置に対して頑健に外部ノイズ音のレベルを推定するために、口元近傍に配置された第一マイクロホンから離れた位置に第二マイクロホンを配置することで、第二マイクロホンによる収音信号には外部ノイズ音が主に含まれる。これにより、フィルタ推定部１４３は、ターゲットエリアのパワースペクトル密度の推定値^φSが第一マイクロホンの収音信号X0(ω,τ)を用いて^φS=|X0(ω,τ)|2として求められ、雑音エリアのパワースペクトル密度の推定値^φNが第二マイクロホンの収音信号Xk(ω,τ)を用いて例えば式(1)〜(3)により求められる。
【００３６】
フィルタ推定部１４３は、例えば、次式により、フィルタG(ω,τ)を推定する。
【００３７】
【数５】
2016048872.tif 000007
【００３８】
＜第二フィルタリング部１４４＞
第二フィルタリング部１４４は、フィルタGを受け取り、フィルタGを用いて、収音信号X0に対してフィルタリングを行う（Ｓ１４４）。X0(ω,τ)に含まれる外部ノイズ音を抑圧するために、ポストフィルタG(ω,τ)を掛け合わせる。
【００３９】
【数６】
2016048872.tif 000008
【００４０】
最後に、Z(ω,τ)を逆高速フーリエ変換（IFFT）することで、出力信号zを得る。
【００４１】
＜効果＞
このような構成により、ターゲット音が従来のヘッドセット型の収音装置よりも明瞭になるように信号処理を行うことができる。特に、高騒音下において収音されたターゲット音の聞き取りやすさを向上させることができ、高騒音下での通話や音声認識を可能とする。
【００４２】
なお、非特許文献１では、ヘッドホンの音声信号に対してノイズキャンセルすることを想定しているため、装着者が発する音声を収音する必要がない。そのため、装着者が発する音声を収音するためのマイクロホンが存在しない。仮に、非特許文献１のヘッドホンと従来のヘッドセット（装着者が発する音声を収音するためのマイクロホン）を組合せたとしても、ノイズキャンセルの対象となる音声は、ヘッドホンの音声信号であって、装着者が発する音声を収音するためのマイクロホンで収音した収音信号ではない。そのため、従来技術では問題が生じておらず、装着者が発する音声を収音するためのマイクロホンと、外部ノイズ音を収音するためのマイクロホンとの位置関係について、検討すらされていない。
【００４３】
また、第一マイクロホンの位置（口元近傍）に複数のマイクロホンを位置関係が変わらないように配置し、ビームフォーミングを行う方法も考えられるが、フィルタリング処理の計算量が大きくなるという問題がある。さらに、ヘッドセットのフレキシブルパイプ等の先端部分はスペースが限られており、複数のマイクロホンを配置するのに適さない。
【００４４】
本実施形態では、指向性のマイクロホンを使うなどして、ターゲット音とその他の外部ノイズの音をできるだけ分けて収音できるような装置を設計することで、ビームフォーミングをせずとも外部ノイズ音のレベル推定を行うことができる構成とした。
【００４５】
＜変形例＞
従来のノイズキャンセリングヘッドホンと本実施形態のヘッドセットとを組合せてもよい。その場合、第二マイクロホンの収音信号をヘッドホンの音声信号に対してノイズキャンセルを施すためにも利用すればよい。
【００４６】
第一マイクロホンは、できる限り、ターゲット音を収音し、外部ノイズ音を収音しない構成であればよく、第一実施形態の構成に限定されない。例えば、収音装置１００は、複数個の第一マイクロホンを含んでもよい。また、第一マイクロホンを、装着者９の口元に近接させることで、第一マイクロホンによる収音信号に主にターゲット音が含まれるようにした場合には、第一マイクロホンは、必ずしも単一指向性でなくともよく、どのような指向性でもよい。また、必ずしも装着者９の口元近傍に配置される必要はなく、例えば、耳元近傍に配置され、超指向性を有し、ターゲット音を収音してもよい。このような構成であっても、第一マイクロホンによる収音信号X0(ω,τ)に主に含まれるのはターゲット音となるため、ターゲットエリアのパワースペクトル密度の推定値^φS(ω,τ)は、^φS(ω,τ)=|X0(ω,τ)|2で推定することができる。
【００４７】
第二マイクロホンは、できる限り、ターゲット音を収音せず、外部ノイズ音を収音する構成であればよく、第一実施形態の構成に限定されない。例えば、収音装置１００は、１個の第二マイクロホンのみを含んでもよいし、３個以上の第二マイクロホンを含んでもよい。また、第二マイクロホンは必ずしも装着者９の両耳近傍に配置される必要はなく、できる限り、ターゲット音を収音せず、外部ノイズ音を収音することができる位置に配置されればよい。例えば、図１のＡ〜Ｆ（Ａは左頬近傍、Ｂは左後頭部(1)または左側頭部、Ｃは左後頭部(2)または左頭頂部、Ｄは後頭部または頭頂部、Ｅは右後頭部(2)または右頭頂部、Ｆは右後頭部(1)または右側頭部）の位置に配置され、できる限り、ターゲット音を収音しないように指向性を有し、外部ノイズ音を収音してもよい。なお、第二マイクロホンを、第一マイクロホン１１０とは、ヘッドセットの形態において、物理的に離れた位置に配置することで、できる限り、ターゲット音を収音せず、外部ノイズ音を収音しやすくすることができる。特に、第一実施形態のように装着者９の両耳近傍に第二マイクロホンを配置すると、ターゲット音を収音せず、外部ノイズ音を収音しやすい。このような位置関係により、ターゲット音を収音せず、外部ノイズ音を収音しやすくすることができる場合には、第二マイクロホンは、外向きに対して指向性を有さなくともよく、どのような指向性でもよい。このような構成であっても、第二マイクロホンによる収音信号Xk(ω,τ)に主に含まれるのは外部ノイズ音になるため、雑音エリアのパワースペクトル密度の推定値^φN(ω,τ)は、式(1)〜(3)で推定することができる。
【００４８】
フィルタ推定部１４３において推定されるフィルタは、(i)前記ターゲット音を強調する、または／および、(ii)前記外部ノイズ音を抑圧するものであればどのようなものでもよく、第一実施形態のフィルタに限定されない。
【００４９】
＜第二実施形態＞
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。第一実施形態とは、フィルタ推定部１４３における処理が異なる。なお、本実施形態において、「外部ノイズ音」のことを「雑音」ともいう。
【００５０】
LPSD法では、ターゲット音と干渉雑音とが混在することを仮定して問題を定式化してきた。しかし、実用上の問題では、コヒーレント性のある干渉雑音だけでなく、インコヒーレント性の強い定常性雑音(空調の雑音、マイクの内部雑音等)が混在することが多い。この場合、φS(ω,τ)及びφN(ω,τ)の推定誤差が大きくなり、雑音抑圧性能が低下してしまうことがあった。
【００５１】
以下に説明するフィルタ推定部１４３では、LPSD法を拡張することで、様々な雑音環境に対して頑健にポストフィルタを推定する。具体的には、雑音の種類毎に分割してパワースペクトル密度を推定することで、ターゲット音のパワーとその他雑音のパワーとの比の推定誤差を小さくする。
【００５２】
図４に、フィルタ推定部１４３の例のブロック図を示す。
【００５３】
フィルタ推定部１４３は、図４に示すように、第一定常／非定常成分抽出部１４３Ａ、第二定常／非定常成分抽出部１４３Ｂと、多様雑音対応型ゲイン計算部１４３Ｃと、時間周波数平均化部１４３Ｄと、ゲインシェーピング部１４３Ｅとを例えば備えている。
【００５４】
この収音装置のフィルタ推定部１４３により例えば実現される信号処理の各ステップを、図５に示す。
【００５５】
以下、収音装置のフィルタ推定部１４３及び方法の実施形態の詳細について説明する。なお、基本的な信号処理のフレームワーク、言葉の定義等については、背景技術及び第一実施形態の欄に記載したものと同様である。よって、これらの重複説明を省略する。
【００５６】
本実施形態では、第一マイクロホン１１０でターゲット音が収音され、第二マイクロホン１２０−１及び１２０−２で外部ノイズ音が収音されると想定する。
【００５７】
＜第一定常／非定常成分抽出部１４３Ａ＞
例えば次式により定義される^φS(ω,τ)には、ターゲットエリアから到来する音に由来する非定常成分^φS(A)(ω,τ)及びインコヒーレントな雑音に由来する定常成分^φS(B)(ω,τ)が含まれる。
【００５８】
【数７】
2016048872.tif 000009
【００５９】
なお、Kは第二マイクロホンの個数を表す。ここで、雑音には、干渉雑音とインコヒーレントな雑音との２種類の雑音がある。干渉雑音とは、雑音エリアに配置された雑音音源から発せられた雑音のことである。インコヒーレントな雑音とは、ターゲットエリア及び雑音エリアから発せられたものに限らず、雑音エリア、及び、これらのエリア以外の場所から発せられ、定常的に存在している雑音のことである。
【００６０】
そこで、第一定常／非定常成分抽出部１４３Ａは、ターゲットエリアのパワースペクトル密度^φS(ω,τ)から、ターゲットエリアから到来する音に由来する非定常成分^φS(A)(ω,τ)及びインコヒーレントな雑音に由来する定常成分^φS(B)(ω,τ)を時間平均処理により抽出する（Ｓ１４３Ａ）。
【００６１】
抽出されたターゲットエリアから到来する音に由来する非定常成分^φS(A)(ω,τ)及びインコヒーレントな雑音に由来する定常成分^φS(B)(ω,τ)は、多様雑音対応型ゲイン計算部１４３Ｃに出力される。
【００６２】
例えば、第一定常／非定常成分抽出部１４３Ａは、式（１１）及び式（１２）のように指数移動平均処理をすることで、^φS(ω,τ)から^φS(B)(ω,τ)を計算する。
【００６３】
【数８】
2016048872.tif 000010
【００６４】
ここで、αSは平滑化係数であり、所定の正の実数である。例えば、０＜αS＜１とする。また、時定数が150ms程度となるように設定してもよい。ΥSは、特定区間のフレームのインデックスの集合である。例えば、特定区間が３から４秒程度となるように設定される。
【００６５】
そして、第一定常／非定常成分抽出部１４３Ａは、式（１３）のように、^φS(ω,τ)から^φS(B)(ω,τ)を減算することで^φS(A)(ω,τ)を計算する。
【００６６】
【数９】
2016048872.tif 000011
【００６７】
ここで、βS（ω）は重み係数であり、所定の正の実数である。βS（ω）は、例えば１から３程度の実数に設定される。
【００６８】
なお、^φS(A)(ω,τ)は、^φS(A)(ω,τ)≧０という条件を満たすようにフロアリング処理されてもよい。このフロアリング処理は、例えば第一定常／非定常成分抽出部１４３Ａにより行われる。
【００６９】
＜第二定常／非定常成分抽出部１４３Ｂ＞
例えば式（１０）により定義される^φN(ω,τ)には、干渉雑音に由来する非定常成分^φN(A)(ω,τ)及びインコヒーレントな雑音に由来する定常成分^φN(B)(ω,τ)が含まれる。
【００７０】
そこで、第二定常／非定常成分抽出部１４３Ｂは、雑音エリアのパワースペクトル密度^φN(ω,τ)を入力とし、雑音エリアのパワースペクトル密度^φN(ω,τ)から、干渉雑音に由来する非定常成分^φN(A)(ω,τ)及びインコヒーレントな雑音に由来する定常成分^φN(B)(ω,τ)を時間平均処理により抽出する（Ｓ１４３Ｂ）。
【００７１】
抽出された干渉雑音に由来する非定常成分^φN(A)(ω,τ)及びインコヒーレントな雑音に由来する定常成分^φN(B)(ω,τ)は、多様雑音対応型ゲイン計算部１４３Ｃに出力される。
【００７２】
例えば、第二定常／非定常成分抽出部１４３Ｂは、式（１４）及び式（１５）のように指数移動平均処理をすることで、^φN(ω,τ)から^φN(B)(ω,τ)を計算する。
【００７３】
【数１０】
2016048872.tif 000012
【００７４】
ここで、αNは平滑化係数であり、所定の正の実数である。例えば、０＜αN＜１とする。また、時定数が150ms程度となるように設定してもよい。ΥNは、特定区間のフレームのインデックスの集合である。例えば、特定区間が３から４秒程度となるように設定される。
【００７５】
そして、第二定常／非定常成分抽出部１４３Ｂは、式（１６）のように、^φN(ω,τ)から^φN (B)(ω,τ)を減算することで^φN(A)(ω,τ)を計算する。
【００７６】
【数１１】
2016048872.tif 000013
【００７７】
ここで、βN（ω）は重み係数であり、所定の正の実数である。βN（ω）は、例えば１から３程度の実数に設定される。
【００７８】
なお、^φN(A)(ω,τ)は、^φN(A)(ω,τ)≧０という条件を満たすようにフロアリング処理されてもよい。このフロアリング処理は、例えば第二定常／非定常成分抽出部１４３Ｂにより行われる。
【００７９】
αNは、αSと同じであっても異なっていてもよい。ΥNは、ΥSと同じであっても異なっていてもよい。βN（ω）は、βS（ω）と同じであっても異なっていてもよい。
【００８０】
＜多様雑音対応型ゲイン計算部１４３Ｃ＞
多様雑音対応型ゲイン計算部１４３Ｃは、ターゲットエリアから到来する音に由来する非定常成分^φS(A)(ω,τ)と、インコヒーレントな雑音に由来する定常成分^φS(B)(ω,τ)と、干渉雑音に由来する非定常成分^φN(A)(ω,τ)と、インコヒーレントな雑音に由来する定常成分^φN(B)(ω,τ)を入力とし、これらを用いて、ターゲットエリアから到来する音の定常成分を強調するフィルタ~G(ω,τ)を計算する（Ｓ１４３Ｃ）。
【００８１】
計算されたフィルタ~G(ω,τ)は、時間周波数平均化部１４３Ｄに出力される。
【００８２】
雑音の種類ごとに（言い換えれば、インコヒーレントな雑音、コヒーレントな雑音という雑音の種類ごと）パワースペクトル密度を推定したので、多様雑音対応型ゲイン計算部１４３Ｃは、例えば、以下の式（１７）により定義されるポストフィルタ~G(ω,τ)を計算する。
【００８３】
【数１２】
2016048872.tif 000014
【００８４】
^φS(B)(ω,τ)の値の振る舞いと^φN(B)(ω,τ)の値の振る舞いとに違いがあり、インコヒーレント性の仮定が崩れている場合には、多様雑音対応型ゲイン計算部１４３Ｃは以下の式（１８）により定義されるポストフィルタ~G(ω,τ)を計算してもよい。
【００８５】
【数１３】
2016048872.tif 000015
【００８６】
＜時間周波数平均化部１４３Ｄ＞
時間周波数平均化部１４３Ｄは、フィルタ~G(ω,τ)を受け取り、フィルタ~G(ω,τ)について時間方向と周波数方向との少なくとも一方の方向への平滑化処理を行う（Ｓ１４３Ｄ）。
【００８７】
平滑化処理されたフィルタ~G(ω,τ)は、ゲインシェーピング部１４３Ｅに出力される。
【００８８】
時間方向に平滑化を行う場合には、τ0及びτ1を０以上の整数として、時間周波数平均化部１４３Ｄは、例えば、フィルタ~G(ω,τ)の時間方向に近傍のフィルタである~G(ω,τ-τ0),…~G(ω,τ+τ1)について加算平均をすればよい。時間周波数平均化部１４３Ｄは、~G(ω,τ-τ0),…~G(ω,τ+τ1)について重み付き加算をしてもよい。
【００８９】
また、周波数方向に平滑化を行う場合には、ω0及びω1を０以上の実数として、時間周波数平均化部１４３Ｄは、例えば、フィルタ~G(ω,τ)の周波数方向に近傍のフィルタである~G(ω-ω0,τ),…~G(ω+ω1,τ)について加算平均をすればよい。時間周波数平均化部１４３Ｄは、~G(ω-ω0,τ),…~G(ω+ω1,τ)について重み付き加算をしてもよい。
【００９０】
＜ゲインシェーピング部１４３Ｅ＞
ゲインシェーピング部１４３Ｅは、平滑化処理が行われたフィルタ~G(ω,τ)を受け取り、平滑化処理が行われたフィルタ~G(ω,τ)についてゲインシェーピングを行うことにより、フィルタG(ω,τ)を生成し、（Ｓ１４３Ｅ）出力する。ゲインシェーピング部１４３Ｅは、例えば、以下の式（１９）により定義されるフィルタG(ω,τ)を生成する。
【００９１】
【数１４】
2016048872.tif 000016
【００９２】
ここで、γは重み係数であり、正の実数である。例えば、γを1から1.3程度に設定すればよい。
【００９３】
ゲインシェーピング部１４３Ｅは、A≦G(ω,τ)≦1を満たすように、フィルタG(ω,τ)についてフロアリング処理をしてもよい。Aは0から0.3の実数であり、通常0.1程度とする。G(ω,τ)が１より大きいと強調し過ぎになる可能性があり、また、G(ω,τ)が小さ過ぎるとミュージカルノイズの発生する可能性がある。適切なフロアリング処理を行うことにより、この強調及びミュージカルノイズの発生を防止することができる。
【００９４】
定義域及び値域が実数である関数fを考える。関数fは例えば非減少関数とする。ゲインシェーピングは、ゲインシェーピング前の~G(ω,τ)を関数fに入力したときの出力値を求める操作を意味する。言い換えれば、関数fに~G(ω,τ)を入力したときの出力値がG(ω,τ)である。関数fの例が、式（１９）である。式（１９）による関数fは、f(x)=γ(x-0.5)+0.5である。
【００９５】
他の関数fの他の例を図６を用いて説明する。図６では、インデックスを省略している。すなわち、図６のGはG(ω,τ)を意味し、~Gは~G(ω,τ)を意味する。まず、この例では、図６（Ａ）から図６（Ｂ）に示すように、関数fのグラフの傾きを変えている。そして、図６（Ｂ）から図６（Ｃ）に示すように、0≦G(ω,τ)≦1を満たすように、フロアリング処理をしている。この図６（Ｃ）の太線により示されるグラフで特定される関数が関数fの他の例である。
【００９６】
関数fのグラフは、図６（Ｃ）に示すものに限られない。例えば、図６（Ｃ）では、関数fのグラフは直線で構成されているが、関数fのグラフは曲線で構成されていてもよい。例えば、関数fは、ハイパボリックタンジェント関数に対してフロアリング処理を施したものであってもよい。
【００９７】
＜効果＞
このような構成により、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、このフィルタ推定部１４３によれば、多様な性質を持つ雑音が存在する環境に対して頑健に、雑音抑圧するためのポストフィルタを設計することができる。また、リアルタイム性のある処理で、このようなポストフィルタを設計することができる。
【００９８】
＜変形例＞
時間周波数平均化部１４３Ｄ及びゲインシェーピング部１４３Ｅの処理は、いわゆるミュージカルノイズを抑えるために行われる。時間周波数平均化部１４３Ｄ及びゲインシェーピング部１４３Ｅの処理は、行われなくてもよい。
【００９９】
指数移動平均処理による^φS(B)(ω,τ)及び^φS(A)(ω,τ)の計算は、第一定常／非定常成分抽出部１４３Ａの処理の一例である。第一定常／非定常成分抽出部１４３Ａは、他の処理により、^φS(B)(ω,τ)及び^φS(A)(ω,τ)を抽出してもよい。
【０１００】
同様に、指数移動平均処理による^φN(B)(ω,τ)及び^φN(A)(ω,τ)の計算は、第二定常／非定常成分抽出部１４３Ｂの処理の一例である。第二定常／非定常成分抽出部１４３Ｂは、他の処理により、^φN(B)(ω,τ)及び^φN(A)(ω,τ)を抽出してもよい。
【０１０１】
＜第三実施形態＞
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１０２】
第一マイクロホンが装着者９の近接しているとはいえ、第一マイクロホンの収音信号にも外部ノイズ音は混入している。また、第二マイクロホンが、第一マイクロホンから離れた位置に配置されているとはいえ、第二マイクロホンの収音信号にはターゲット音が混入している。本実施形態では、この混入分を補正することで、フィルタGの精度を高める。
【０１０３】
そこで、本実施形態では、ターゲットエリアのパワースペクトル密度の推定値^φS(ω,τ)および雑音エリアのパワースペクトル密度の推定値^φN(ω,τ)を補正する。補正式は以下の通りである。
^φ’S(ω,τ)=^φS(ω,τ)-α^φN(ω,τ)    (21)
^φ’N(ω,τ)=^φN(ω,τ)-γ^φS(ω,τ)    (22)
フィルタ推定部１４３は、式（５）において、^φS(ω,τ)及び^φN(ω,τ)に代えて、^φ’S(ω,τ)及び^φ’N(ω,τ)を用いて、ポストフィルタG(ω,τ)を計算すればよい。
【０１０４】
なお、第一マイクロホン及び第二マイクロホンの配置や指向特性を考慮して、α及びγを予め設定してもよいし、適応的に設定してもよい。
【０１０５】
予め設定する場合には、信号処理部１４０の機能ブロック図は図２で表され、フィルタ推定部１４３は、α及びγを予め記憶しておけばよい。
【０１０６】
図７はα及びγを適応的に設定する場合の信号処理部１４０の機能ブロック図を、図８はその処理フローの例を示す。信号処理部１４０は、レベル比推定部１４５を含む。
【０１０７】
＜レベル比推定部１４５＞
レベル比推定部１４５は、ターゲットエリアのパワースペクトル密度の推定値^φS(ω,τ)および雑音エリアのパワースペクトル密度の推定値^φN(ω,τ)を受け取り、これらの値を用いて、α及びγを求め（Ｓ１４５）、フィルタ推定部１４３に出力する。
【０１０８】
αは、雑音成分の第一マイクロホンと第二マイクロホン間のレベル差であるので、ターゲット音がなく雑音のみが存在する区間（雑音区間）に（第一マイクロホンのレベル）／（第ニマイクロホンのレベル）を計算することで求められる。まず、
α=^φS(ω,τ)/^φN(ω,τ)    (23)
を計算する。ターゲット音は第一マイクロホンに大きく入り、第二マイクロホンに小さく入るので、マイクロホン間のレベル差（第一マイクロホンのレベル）／（第二マイクロホンのレベル）を観測することで、ターゲット音が存在する区間と、ターゲット音が存在しない雑音のみの区間（雑音区間）を識別することができる。レベル差（第一マイクロホンのレベル）／（第ニマイクロホンのレベル）があらかじめ設定した閾値以下である場合に雑音区間であると判定し、そのときのαを出力する。例えば、第一マイクロホンに収音されるターゲット音は、第二マイクロホンに比べ10〜20dB程度大きいレベルとなっていると見込まれる。そのため、あらかじめ設定する閾値は、1〜10の間に設定するとよい。
【０１０９】
γは、ターゲット音の第二マイクロホンと第一マイクロホン間のレベル差であるので、発話区間に（第二マイクロホンのレベル）／（第一マイクロホンのレベル）を計算することで求められる。まず、
γ=^φN(ω,τ)/^φS(ω,τ)    (24)
を計算する。ターゲット音は第一マイクロホンに大きく入り、第ニマイクロホンに小さく入るので、マイクロホン間のレベル差（第二マイクロホンのレベル）／（第一マイクロホンのレベル）を観測することで、発話区間を検出することができる。レベル差（第二マイクロホンのレベル）／（第一マイクロホンのレベル）があらかじめ設定した閾値以下である場合に発話区間であると判定し、そのときのγを出力する。例えば、第一マイクロホンと第二マイクロホン間のレベル差は、発話区間であれば10〜20dBくらいが見込まれる。そのため、あらかじめ設定する閾値は、1〜10の間に設定するとよい。
【０１１０】
レベル比推定部１４５は一定時間ごとにα及びγを求めることで、フィルタ推定部１４３はα及びγを適応的に設定することができる。
【０１１１】
＜効果＞
このような構成により第一実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第一マイクロホンにおける外部ノイズ音の混入、および、第二マイクロホンにおけるターゲット音の混入を考慮することで、フィルタGの精度を高めることができる。
【０１１２】
＜変形例＞
本実施形態と第二実施形態を組合せてもよい。
【０１１３】
第二実施形態のフィルタ推定部１４３の処理の前段で、第三実施形態の方法で^φ’S(ω,τ)及び^φ’N(ω,τ)を計算して、^φ’S(ω,τ)及び^φ’N(ω,τ)を用いて、第二実施形態のフィルタ推定部１４３の処理を行ってもよいが、本変形例では、ターゲットエリアから到来する音に由来する非定常成分^φS(A)(ω,τ)および環境雑音に由来する非定常成分^φN(A)(ω,τ)を補正する。補正式は以下の通りである。
^φ’S(A)(ω,τ)=^φS(A)(ω,τ)-β^φN(A)(ω,τ)    (25)
^φ’N(A)(ω,τ)=^φN(A)(ω,τ)-κ^φS(A)(ω,τ)    (26)
多様雑音対応型ゲイン計算部１４３Ｃは、式（１７）または式（１８）において、^φS(A)(ω,τ)及び^φN(A)(ω,τ)に代えて、^φ’S(A)(ω,τ)及び^φ’N(A)(ω,τ)を用いて、ポストフィルタ~G(ω,τ)を計算すればよい。
【０１１４】
なお、第一マイクロホン及び第二マイクロホンの配置や指向特性を考慮して、β及びκを予め設定してもよいし、適応的に設定してもよい。
【０１１５】
予め設定する場合には、フィルタ推定部１４３の機能ブロック図は図４で表され、多様雑音対応型ゲイン計算部１４３Ｃは、β及びκを予め記憶しておけばよい。
【０１１６】
図９はβ及びκを適応的に設定する場合のフィルタ推定部１４３の機能ブロック図を、図１０はその処理フローの例を表す。フィルタ推定部１４３は、レベル比推定部１４３Ｆを含む。
【０１１７】
レベル比推定部１４３Ｆは、ターゲットエリアのパワースペクトル密度の推定値^φS(ω,τ)および雑音エリアのパワースペクトル密度の推定値^φN(ω,τ)に代えて、ターゲットエリアから到来する音に由来する非定常成分^φS(A)(ω,τ)および環境雑音に由来する非定常成分^φN(A)(ω,τ)を用いて、同様の処理を行い、αおよびγに代えて、βおよびκを求め、出力する（Ｓ１４３Ｆ）。よって、
β=^φS(A)(ω,τ)/^φN(A)(ω,τ)
κ=^φN(A)(ω,τ)/^φS(A)(ω,τ)
であり、β及びκが、それぞれあらかじめ設定した閾値以下のときに出力される。
【０１１８】
本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【０１１９】
＜プログラム及び記録媒体＞
また、上記の実施形態及び変形例で説明した各装置における各種の処理機能をコンピュータによって実現してもよい。その場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記各装置における各種の処理機能がコンピュータ上で実現される。
【０１２０】
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。
【０１２１】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させてもよい。
【０１２２】
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶部に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記憶部に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実施形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、プログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。
【０１２３】
また、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、各装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
スマートフォンのコマンド入力として、音声認識が一般的に利用されるようになってきた。車内や工場内といった雑音下では、ハンズフリーで機器を操作したり、遠隔地と通話するといった需要が高いと考えられる。
【０１２５】
この発明は、例えばこのような場合に利用することができる。
【図１】
2016048872.tif 000017
【図２】
2016048872.tif 000018
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016048872.tif 000021
【図６】
2016048872.tif 000022
【図７】
2016048872.tif 000023
【図８】
2016048872.tif 000024
【図９】
2016048872.tif 000025
【図１０】
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