(57)【要約】【課題】２つのマイクロフォンによっても１方向に目的音源を定位させることができ、目的音源の定位の精度とコストとのバランスを図る。【解決手段】離間配置された２つのマイクロフォン２ａ、２ｂの周りに壁部４を立設する。壁部４は、マイクロフォン２ａ、２ｂを結ぶ軸線Ｌと線対称な２点Ｐ１、Ｐ２に対して、一方の点Ｐ１からマイクロフォン２ａ、２ｂとの間にのみ形成される。この壁部４は、Ｓ字形状を有し、マイクロフォン２ａ、２ｂは、凹部内側４ａ、４ｂに分かれて配置される。そして、マイクロフォン２ａ、２ｂが出力する受音信号Ｓａ、Ｓｂの相違に基づき、目的音源を音源定位させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
離間配置された２つのマイクロフォンと、
前記マイクロフォンを結ぶ軸線を対称軸として線対称な位置関係にある２点に対して、一方の点から前記マイクロフォンの少なくとも一方との間に介在する壁部と、
前記マイクロフォンが出力する受音信号の相違に基づき、目的音源を音源定位させる音響処理部と、
を備えること、
を特徴とする音響処理装置。
【請求項２】
前記壁部は、略Ｓ字形状を有することで、反対に開口した２つの凹部を連ねてなり、
前記２つのマイクロフォンは、前記壁部が形成する２つの凹部内側に分かれて設置されること、
を特徴とする請求項１記載の音響処理装置。
【請求項３】
前記壁部は、
前記マイクロフォンの並びの片脇に、前記マイクロフォンの並びに沿って立設された第１の壁部と、
前記マイクロフォンの並びの前後一方に、前記マイクロフォンの並びと交差して立設された第２の壁部と、
を備えること、
を特徴とする請求項１記載の音響処理装置。
【請求項４】
前記音響処理部は、
方位と利得の組み合わせによりなり、他方位と比べて特異な利得の特異点を一方向にのみ有するゲインパターンを形成し、前記受音信号に含有する各方位由来の信号成分を当該ゲインパターンで変化させる信号抑制部と、
前記信号抑制部を経由する受音信号と前記マイクロフォンから出力される受音信号とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて前記目的音源の方位を選択する方位推定部と、
を備え、
前記信号抑制部は、
全方向にわたって前記特異点をずらした各ゲインパターンを形成し、各ゲインパターンで前記マイクロフォンから出力される受音信号を並列的に変化させ、
前記方位推定部は、
前記信号抑制部を経由する受音信号と前記マイクロフォンから出力される受音信号とが不一致となった前記ゲインパターンの特異点の方位を前記目的音源の方位と決定すること、
を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の音響処理装置。
【請求項５】
前記特異点は、他方位と比べて極端に利得が低く、
前記ゲインパターンは、一方向のみの利得が他方向の利得と比べて極端に低いこと、
を特徴とする請求項４記載の音響処理装置。
【請求項６】
前記ゲインパターンは、前記信号処理部のフィルタと減算器により形成され、
前記フィルタは、一の方位角から一方の前記マイクロフォンまでの伝達関数と、前記一の方位角から他方の前記マイクロフォンまでの伝達関数とに基づき、双方の前記マイクロフォンから出力される前記受音信号に含有の前記一の方位角由来の信号成分を一致させ、
前記減算器は、前記フィルタを経た前記一方のマイクロフォンの受音信号と前記他方のマイクロフォンの受音信号とを差分すること、
を特徴とする請求項５記載の音響処理装置。
【請求項７】
前記方位推定部が選択した方位由来の方位成分を相対的に強調し、他方位由来の方位成分を抑制する音響分離部を備えること、
を特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載の音響処理装置。
【請求項８】
２つのマイクロフォンを結ぶ軸線を対称軸として線対称な位置関係にある２点のうちの一方の点から前記マイクロフォンの少なくとも一方との間に介在する壁部が形成された前記２つのマイクロフォンから受音信号が入力されるコンピュータを、
方位と利得の組み合わせによりなり、他方位と比べて特異な利得の特異点を一方向にのみ有するゲインパターンを形成し、前記受音信号に含有する各方位由来の信号成分を当該ゲインパターンで変化させる信号抑制部と、
前記信号抑制部を経由する受音信号と前記マイクロフォンから出力される受音信号とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて前記目的音源の方位を選択する方位推定部と、
として機能させ、
前記信号抑制部は、
全方向にわたって前記特異点をずらした各ゲインパターンを形成し、各ゲインパターンで前記マイクロフォンから出力される受音信号を並列的に変化させ、
前記方位推定部は、
前記信号抑制部を経由する受音信号と前記マイクロフォンから出力される受音信号とが不一致となった前記ゲインパターンの特異点の方位を前記目的音源の方位と決定すること、
を特徴とする音響処理プログラム。
【請求項９】
前記特異点は、他方位と比べて極端に利得が低く、
前記ゲインパターンは、一方向のみの利得が他方向の利得と比べて極端に低いこと、
を特徴とする請求項８記載の音響処理プログラム。
【請求項１０】
前記ゲインパターンは、前記信号処理部のフィルタ手段と減算手段により形成され、
前記フィルタ手段は、一の方位角から一方の前記マイクロフォンまでの伝達関数と、前記一の方位角から他方の前記マイクロフォンまでの伝達関数とに基づき、双方の前記マイクロフォンから出力される前記受音信号に含有の前記一の方位角由来の信号成分を一致させ、
前記減算手段は、前記フィルタを経た前記一方のマイクロフォンの受音信号と前記他方のマイクロフォンの受音信号とを差分すること、
を特徴とする請求項９記載の音響処理プログラム。
【請求項１１】
前記コンピュータを、
前記方位推定部が選択した方位由来の方位成分を相対的に強調し、他方位由来の方位成分を抑制する音響分離部として更に機能させること、
を特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載の音響処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目的音源を音源定位させる音響処理装置及び音響処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
目的音源を精度良く音源定位させることで、通話品質の向上、音声認識の精度向上、録音品質の向上をもたらすことはよく知られている。近年は、ロボットによる話者認識精度の向上の点からも目的音源の音源定位が重要視されている。音源定位に関しては様々な手法が研究されており、例えばＭＵＳＩＣ法（ＭＵｌｔｉｐｌｅ  ＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が挙げられる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
ＭＵＳＩＣ法は、多数のマイクロフォンアレイが出力する受音信号をフーリエ変換して、得られた受音信号ベクトルと過去の相関行列とにより現在の相関行列を計算する。そして、現在の相関行列を固有値分解し、最大固有値と其れ以外の固有値の固有ベクトルである雑音空間を求める。マイクロフォンの一つを基準にし、各マイクロフォンが出力する受音信号の位相差や、雑音空間や、最大固有値によって、音源の方向を推定する。
【０００４】
このような現在の音源定位の手法は、多数のマイクロフォンを配置すること、マイクロフォンの受音信号の波形構造を統計的解析、周波数解析、複素解析等を持ち出して検討し、その検討結果に基づくことが主な研究開発方向となっている。技術常識としては、少なくとも３つのマイクロフォンが存在すれば、平面上に存在する目的音源の方向は確認可能である。少なくとも４つのマイクロフォンが存在すれば、方位角に加えて迎角も加味した立体的な目的音源の位置確認も可能である。
【０００５】
しかしながら、離間配置された２つのマイクロフォンでは、公知の音源定位の手法によっても目的音源の方位を一つに精度良く定位させる困難であった。図９に示すように、音響幾何学的に方向が一致する２点Ｐ１、Ｐ２、すなわちマイクロフォンの並びに対して線対称な２点Ｐ１、Ｐ２を考える。この２点Ｐ１、Ｐ２に同一の音響信号を出力する音源を設置した場合、２つのマイクロフォン２ａ、２ｂが出力する受音信号の位相差や振幅差や大小関係は同じになる。そのため、２つのマイクロフォン２ａ、２ｂでは、目的音源の定位候補を２方向から絞ることは非常に困難であった。
【０００６】
一方で、多数のマイクロフォンを配置する方法は、音源定位の精度は優れるが、マイクロフォンの数だけコストが嵩み、また多数の受音信号を統計的解析、周波数解析、複素解析等を持ち出して処理しなくてはならないために、強力な演算パワーを必要とし、演算回路のコストも嵩むこととなり、音響処理装置全体としてのコストが問題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１７５７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために成されたものであり、その目的は、２つのマイクロフォンによっても１方向に目的音源を定位させることができ、目的音源の定位の精度とコストとのバランスを図ることのできる音響処理装置及び音響処理プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の音響処理装置は、離間配置された２つのマイクロフォンと、前記マイクロフォンを結ぶ軸線を対称軸として線対称な位置関係にある２点に対して、一方の点から前記マイクロフォンの少なくとも一方との間に介在する壁部と、前記マイクロフォンが出力する受音信号の相違に基づき、目的音源を音源定位させる音響処理部と、を備えること、を特徴とする。
【００１０】
前記壁部は、略Ｓ字形状を有することで、反対に開口した２つの凹部を連ねてなり、前記２つのマイクロフォンは、前記壁部が形成する２つの凹部内側に分かれて設置されるようにしてもよい。
【００１１】
前記壁部は、前記マイクロフォンの並びの片脇に、前記マイクロフォンの並びに沿って立設された第１の壁部と、前記マイクロフォンの並びの前後一方に、前記マイクロフォンの並びと交差して立設された第２の壁部と、を備えるようにしてもよい。
【００１２】
前記音響処理部は、方位と利得の組み合わせによりなり、他方位と比べて特異な利得の特異点を一方向にのみ有するゲインパターンを形成し、前記受音信号に含有する各方位由来の信号成分を当該ゲインパターンで変化させる信号抑制部と、前記信号抑制部を経由する受音信号と前記マイクロフォンから出力される受音信号とを比較する比較部と、前記比較部の比較結果に基づいて前記目的音源の方位を選択する方位推定部と、を備え、前記信号抑制部は、全方向にわたって前記特異点をずらした各ゲインパターンを形成し、各ゲインパターンで前記マイクロフォンから出力される受音信号を並列的に変化させ、前記方位推定部は、前記信号抑制部を経由する受音信号と前記マイクロフォンから出力される受音信号とが不一致となった前記ゲインパターンの特異点の方位を前記目的音源の方位と決定するようにしてもよい。
【００１３】
前記特異点は、他方位と比べて極端に利得が低く、前記ゲインパターンは、一方向のみの利得が他方向の利得と比べて極端に低いようにしてもよい。
【００１４】
前記ゲインパターンは、前記信号処理部のフィルタと減算器により形成され、
前記フィルタは、一の方位角から一方の前記マイクロフォンまでの伝達関数と、前記一の方位角から他方の前記マイクロフォンまでの伝達関数とに基づき、双方の前記マイクロフォンから出力される前記受音信号に含有の前記一の方位角由来の信号成分を一致させ、前記減算器は、前記フィルタを経た前記一方のマイクロフォンの受音信号と前記他方のマイクロフォンの受音信号とを差分するようにしてもよい。
【００１５】
前記方位推定部が選択した方位由来の方位成分を相対的に強調し、他方位由来の方位成分を抑制する音響分離部を備えるようにしてもよい。
【００１６】
また、上記の目的を達成するために、本発明の音響処理プログラムは、２つのマイクロフォンを結ぶ軸線を対称軸として線対称な位置関係にある２点のうちの一方の点から前記マイクロフォンの少なくとも一方との間に介在する壁部が形成された前記２つのマイクロフォンから受音信号が入力されるコンピュータを、方位と利得の組み合わせによりなり、他方位と比べて特異な利得の特異点を一方向にのみ有するゲインパターンを形成し、前記受音信号に含有する各方位由来の信号成分を当該ゲインパターンで変化させる信号抑制部と、前記信号抑制部を経由する受音信号と前記マイクロフォンから出力される受音信号とを比較する比較部と、前記比較部の比較結果に基づいて前記目的音源の方位を選択する方位推定部と、として機能させ、前記信号抑制部は、全方向にわたって前記特異点をずらした各ゲインパターンを形成し、各ゲインパターンで前記マイクロフォンから出力される受音信号を並列的に変化させ、前記方位推定部は、前記信号抑制部を経由する受音信号と前記マイクロフォンから出力される受音信号とが不一致となった前記ゲインパターンの特異点の方位を前記目的音源の方位と決定すること、を特徴とする。
【００１７】
前記特異点は、他方位と比べて極端に利得が低く、前記ゲインパターンは、一方向のみの利得が他方向の利得と比べて極端に低くなるようにしてもよい。
【００１８】
前記ゲインパターンは、前記信号処理部のフィルタ手段と減算手段により形成され、前記フィルタ手段は、一の方位角から一方の前記マイクロフォンまでの伝達関数と、前記一の方位角から他方の前記マイクロフォンまでの伝達関数とに基づき、双方の前記マイクロフォンから出力される前記受音信号に含有の前記一の方位角由来の信号成分を一致させ、前記減算手段は、前記フィルタを経た前記一方のマイクロフォンの受音信号と前記他方のマイクロフォンの受音信号とを差分するようにしてもよい。
【００１９】
前記コンピュータを、前記方位推定部が選択した方位由来の方位成分を相対的に強調し、他方位由来の方位成分を抑制する音響分離部として更に機能させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、２つのマイクロフォンの配置であっても目的音源を精度良く音源定位でき、音源定位の精度向上とコストとを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る音響処理装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るマイクロフォンの配置を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るマイクロフォンが出力する受音信号の振幅を示すポーラープロットである。
【図４】本発明の実施形態に係るマイクロフォンを配置するマイクフォルダの構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る音響処理装置が有する音響処理部の詳細構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態に係る音響処理装置が生成するゲインパターンを示すポーラープロットである。
【図７】本発明の実施形態に係る音響処理装置が生成する各種ゲインパターンを示すポーラープロットである。
【図８】本発明の実施形態に係るマイクロフォンを配置するマイクフォルダの他の構成を示す模式図である。
【図９】従来の２つのマイクロフォンの配置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本実施形態に係る音響処理装置について図面を参照して詳細に説明する。図１に示す音響処理装置１は、音響空間を伝播する音響信号を集音し、目的音源を音源定位させ、目的音源を音源分離する。この音響処理装置１は、離間配置される２つのマイクロフォン２ａ、２ｂを集音のために備え、音響処理部３を音源定位及び音源分離のために備える。
【００２３】
マイクロフォン２ａ、２ｂは、各方位角ｘに音源が存在し得る音響空間に配置される。マイクロフォン２ａ、２ｂは、方位角ｘ由来の音響信号を電気信号に変換して受音信号Ｓｘａ、Ｓｘｂを出力する。方位角ｔには、音源定位と音源分離のターゲットである目的音源が配置される。マイクロフォン２ａ、２ｂは、方位角ｔにある目的音源の受音信号Ｓｔａ、Ｓｔｂと方位角ｔ以外で生じる環境音の受音信号Ｓｘａ、Ｓｘｂを合成して、受音信号Ｓａ、Ｓｂとして出力する。換言すると、受音信号Ｓａ、Ｓｂは、各方位の受音信号Ｓｘａ、Ｓｘｂである各方位成分の合成により成る。
【００２４】
マイクロフォン２ａ、２ｂを結ぶ軸線Ｌに対して例えば時計回りにｘ度の方向にある音源からマイクロフォン２ａまでの伝達関数をＣａｘ、ｘ度の方向にある音源からマイクロフォン２ｂまでの伝達関数をＣｂｘとする。ｘ度の方位にある音源が出力する音響信号Ａは、音響空間の伝播過程で各々伝達関数ＣａｘとＣｂｘが畳み込まれて、以下の式（１）及び（２）に示す受音信号Ｓｘａ、Ｓｘｂとなる。
【００２５】
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【００２６】
マイクロフォン２ａ、２ｂは、音響空間の伝播過程で音響信号Ａに畳み込まれる伝達関数Ｃａｘと伝達関数Ｃｂｘの相違と方位角とが一対一で対応するように配置されている。換言すれば、アレイマニフォールドベクトルに対する方位角が唯一つに定まる。このマイクロフォン２ａ、２ｂは、伝播波の回折や反射の効果を利用することで、音響幾何学的に方向が一致しても異なる伝達経路を音響信号が辿るように配置される。音響幾何学的に方向が一致した場合とは、図２に示すように、マイクロフォン２ａ、２ｂの軸線Ｌを対称軸として線対称位置にある２点Ｐ１、Ｐ２を指す。異なる伝達経路を音響信号が辿るとは、当該２点Ｐ１、Ｐ２から出発して各マイクロフォン２ａ、２ｂへ至る音線が幾何学的に相違することを指す。
【００２７】
例えば、図２に示すように、この音響処理装置１は、マイクロフォン２ａ、２ｂの周りに壁部４を配置している。壁部４は、略Ｓ字形状に湾曲している。略Ｓ字形状には、直線と直角により形作られた形状、Ｚの反転字の形状も含まれる。マイクロフォン２ａ、２ｂは、異なる凹部内側４ａ、４ｂに配置され、壁部４に囲まれている。例えば、マイクロフォン２ａは、Ｓ字の上側にある左半円の凹部内側４ａに位置する。マイクロフォン２ｂは、Ｓ字の下側にある右半円の凹部内側４ｂに位置する。
【００２８】
そのため、マイクロフォン２ａとマイクロフォン２ｂは、壁部４が介在する方向、及び壁部４から開放されている方向がそれぞれ真逆となっている。点Ｐ１からマイクロフォン２ａとの間には壁４が介在するが、点Ｐ２からマイクロフォン２ｂとの間には壁４が介在しない。点Ｐ２からマイクロフォン２ｂとの間には壁４が介在するが、点Ｐ１からマイクロフォン２ａとの間には壁４が介在しない。
【００２９】
図３は、このマイクロフォン２ａ、２ｂが出力する受音信号Ｓｘａ、Ｓｘｂの指向性のポーラープロットを示している。周方向が音源の方位角であり、半径方向が１に正規化された振幅である。図３に示すように、マイクロフォン２ａとマイクロフォン２ｂとで指向性が強い範囲は真逆方向である。換言すると、マイクロフォン２ａの指向性が強い範囲は、マイクロフォン２ｂにとって壁部４で遮断されているので、音の遮蔽や距離減衰を受けている。そのため、この範囲では、マイクロフォン２ｂの受音信号Ｓｂがマイクロフォン２ａの受音信号Ｓａに比べて小さくなる。また、マイクロフォン２ｂの指向性が強い範囲は、マイクロフォン２ａにとって壁部４に遮られているので、音の遮蔽や距離減衰を受けている。そのため、この範囲では、マイクロフォン２ａの受音信号Ｓａがマイクロフォン２ｂの受音信号Ｓｂに比べて小さくなる。
【００３０】
従って、マイクロフォン２ａ、２ｂを結ぶ軸線Ｌを対称軸として線対称な２点から同一音響信号を出力しても、受音信号Ｓａと受音信号Ｓｂの大小関係に差異が生じる。換言すると、伝達関数Ｃａｘと伝達関数Ｃｂｘの相違の仕方が異なっている。また、幾何学的に方向が一致していない場合は、方位角によって音源からマイクロフォン２ａとマイクロフォン２ｂまでの距離差が変わるため、受音信号Ｓｘａと受音信号Ｓｘｂの大小関係、振幅差及び位相差が変化する。
【００３１】
例えば、図３に示すように、方位角１０度の方向では、マイクロフォン２ａの受音信号Ｓｘａ（ｘ＝１０）は、その振幅が０．８３であり、マイクロフォン２ｂの受音信号Ｓｘｂ（ｘ＝１０）は、その振幅が０．６３であり、その比は、約１．３である。方位角４０度の方向では、マイクロフォン２ａの受音信号Ｓｘａは、その振幅が０．９２であり、マイクロフォン２ｂの受音信号Ｓｘｂは、その振幅が０．２９であり、その比は、約３．１である。方位角７０度の方向では、マイクロフォン２ａの受音信号Ｓｘａは、その振幅が０．９８であり、マイクロフォン２ｂの受音信号Ｓｘｂは、その振幅が０．６４であり、その比は、約１．５である。
【００３２】
また、方位角１０度と真逆の１９０度の方向では、マイクロフォン２ａの受音信号Ｓｘａ（ｘ＝１９０）は、その振幅が０．６１であり、マイクロフォン２ｂの受音信号Ｓｘｂは、その振幅が０．７８であり、その比は、約０．８である。方位角４０度と真逆の２２０度の方向では、マイクロフォン２ａの受音信号Ｓｘａは、その振幅が０．４５であり、マイクロフォン２ｂの受音信号Ｓｘｂは、その振幅が０．９８であり、その比は、約０．４６である。方位角７０度と真逆の２５０度の方向では、マイクロフォン２ａの受音信号Ｓｘａは、その振幅が０．６１であり、マイクロフォン２ｂの受音信号Ｓｂは、その振幅が１．０であり、その比は、約０．６である。
【００３３】
このマイクロフォン２ａ、２ｂの配置は、図４に示すように、音響処理装置１は、マイクロフォン２ａ、２ｂを一体的に保持するマイクフォルダ５を備える。壁部４は、マイクフォルダ５の表面に形成されていてもよいし、図４に示すように、マイクフォルダ５が壁部４であってもよい。概略直方体のマイクフォルダ５に対して、パラボラ形状に削り取られた２箇所の皿形状部５ａ、５ｂを形成する。２箇所の皿形状部５ａ、５ｂは、対向側面に分けて形成され、また長さ方向に形成位置が異なる。このマイクフォルダ５は、筐体自体がＳ字形状の壁部４として機能する。また、音響処理装置１がスマートフォンやＩＣレコーダ等の携帯機器である場合、壁部４は、音響処理装置１の筐体の表面に形成されるようにしてもよい。
【００３４】
音響処理部３は、伝達関数ＣａｘとＣｂｘの相違と方位角とが一対一で対応することを利用して、目的音源を一方向に定位させる。また、音響処理部３は、目的音源の方位角ｔに対応するアレイマニフォールドベクトルを用いて遅延和法（ＤＳ法）等によって、目的音源の受音信号Ｓｔａ、Ｓｔｂを相対的に強調し、環境音等の他の受音信号Ｓｘａ、Ｓｘｂを相対的に抑圧する指向性を形成することで、音源分離する。
【００３５】
この音響処理部３は、図５に示すように、音源定位の処理において、信号抑制部３１と比較部３２と方向推定部３３を備える。信号抑制部３１は、図６に示すゲインパターン６を形成する。ゲインパターン６は、方位角ごとに１以下のゲインを設定し、受信信号Ｓａに含有する各方向の各受信信号Ｓｘａをゲインに合わせて抑制する。このゲインパターン６は、唯一つの方位角に、他の方位角と比べて特異な利得の特異点６１を有している。例えば、特異点６１は、他の方位角と比べて極端に利得が低く、ほとんどゼロに設定されている。以下、利得が極端に低い特異点６１をヌルポイント６１という。
【００３６】
この信号抑制部３１は、図５に示すように、フィルタ３１１、ディレイ３１２及び減算器３１３により構成される。フィルタ３１１は、一方のマイクロフォン２ａに接続され、受音信号Ｓａをフィルタ処理して新たな受信信号Ｓｃを出力する。ディレイ３１２は、他方のマイクロフォン２ｂに接続され、受信信号Ｓｂを一定時間遅延させて出力する。減算器３１３は、フィルタ３１１とディレイ３１２の後段に接続され、ディレイ３１２が出力した受音信号Ｓｂからフィルタ３１１が出力した受音信号Ｓｃを減算する。
【００３７】
フィルタ３１１は、伝達関数Ｈｘを有する。このフィルタ３１１は、マイクロフォン２ａが出力する受音信号Ｓａに伝達関数Ｈｘを畳み込む。伝達関数Ｈｘは以下式（３）で表される。式中、Ｃａｘは、信号抑制部３１が形成するヌルポイント６１の方位角ｘと一致する音源からマイクロフォン２ａまでの経路の伝達関数である。Ｃｂｘは、信号抑制部３１が形成するヌルポイント６１の方位角ｘと一致する音源からマイクロフォン２ｂまでの経路の伝達関数である。
【００３８】
2016092767.tif 000005
【００３９】
この伝達関数Ｈｘの畳み込みにより、ヌルポイント６１と一致する方位角ｘからマイクロフォン２ａに到来した受音信号Ｓｘａは、以下式（４）に示すように、方位角ｘからマイクロフォン２ａに到来した受音信号Ｓｘｂと等価となる。一方、ヌルポイント６１とは異なる方位角ｘと異なる方位角ｙからマイクロフォン２ａに到来した受信信号Ｓｙａは、以下式（５）に示すように、方位角ｙからマイクロフォン２ｂに到来した受音信号Ｓｙｂと不一致となる。
【００４０】
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【００４１】
減算器３１３は、ディレイ３１２から出力される受信信号Ｓｂからフィルタ３１１から出力される受信信号Ｓａを差分する。このとき、フィルタ３１１のヌルポイント６１と一致又は近似する方位角ｘ成分の受音信号Ｓｘａは、フィルタ３１１を通ることでほとんど受音信号Ｓｘｂとなっているため、受信信号Ｓｂに含まれる方位角ｘ成分の受信信号Ｓｘｂは、受信信号Ｓａが差分されることでほとんどゼロとなっている。
【００４２】
一方、フィルタ３１１のヌルポイント６１と異なる方位角ｙ成分の受音信号Ｓｙａは、フィルタ３１１を通っても受信信号Ｓｙｂにはならず、受信信号Ｓｂに含まれる方位角ｙ成分の受信信号Ｓｙｂは、受信信号Ｓａが差分されてもゼロにはならない。
【００４３】
尚、ディレイ３１２は、マイクロフォン２ｂの受信信号Ｓｂに一定の遅延時間を与える。ディレイ３１２による遅延時間は、マイクロフォン２ａ、２ｂの離間距離を音波が進む所要時間以上とする。このディレイ３１２は、常に受信信号Ｓｂを受信信号Ｓａよりも時間波形が進んだ状態にする。
【００４４】
音響処理部３は、図５に示すように、信号抑制部３１を複数備え、マイクロフォン２ａの後段で並列化されている。ディレイ３１２は、複数の信号抑制部３１で共通である。各信号抑制部３１は、それぞれ異なるゲインパターン６を有している。各ゲインパターン６は、図７に示すように、特異点６１の方位角が全方位にわたってずらされている。すなわち、各信号抑制部３１は固有の伝達関数Ｈｘを有する。例えば、信号抑制部３１は、各種ゲインパターン６のように、ヌルポイント６１を形成しようとする方位角ｘが５度ずつずれており、計７２個が配置される。
【００４５】
これら信号抑制部３１は、並列的に変化させた各受信信号Ｓｃを出力する。そして、信号抑制部３１の何れかが形成するヌルポイント６１と目的音源の方位角ｔが一致又は近似し、その信号抑制部３１は、目的音源の方位角ｔ成分の受信信号Ｓｔｂをほとんどそのままゼロにした受信信号Ｓｃを出力する。
【００４６】
比較部３２は、各信号抑制部３１を経た受音信号Ｓｃと、マイクロフォン２ａ、２ｂが出力する一方の受音信号Ｓｂとを、音響出力エネルギー又は振幅の観点で比較する。比較の結果、２つの受音信号Ｓｃと受音信号Ｓｂの音響出力エネルギー又は振幅の差が閾値以上であると、方向推定部３３に検知信号を出力する。この比較部３２は、例えば一致及び不一致を出力する論理ゲートである。
【００４７】
ここで、目的音源の方位角ｔとずれたヌルポイント６１を形成する信号抑制部３１は、一部方向の雑音を減衰させるのみであり、目的音源の成分である受音信号Ｓｔｂをゼロにしていない。すなわち、目的音源の方位角ｔとずれたヌルポイント６１を形成する信号抑制部３１は、オリジナルの受音信号Ｓｂと音響出力エネルギー又は振幅に大差のない受音信号Ｓｃを出力する。一方、目的音源の方位角ｔと一致したヌルポイント６１を形成した信号抑制部は、受音信号Ｓｂに含まれる目的音源の成分である受信信号Ｓｔｂをほとんどゼロに減衰させており、受音信号Ｓｃの音響出力エネルギー又は振幅は、オリジナルの受信信号Ｓｂと比べて極端に低下している。
【００４８】
そのため、目的音源の成分である受信信号Ｓｔｂがほとんどゼロに減衰した受音信号Ｓｃが入力された比較部３２は、方向推定部３３に対して不一致信号を出力する。一方、一部方向の雑音が減衰したのみの受信信号Ｓｃが入力された比較部３２は、方向推定部３３に対して一致信号を出力する。
【００４９】
方向推定部３３は、比較部３２からの不一致信号を目的音源の方位角ｔを特定する検知信号として扱い、検知信号を入力した比較部３２と組になっている信号抑制部３１が形成するヌルポイント６１の方位角を目的音源の方位角ｔに決定する。これにより、目的音源は定位することになる。そこで、音響処理部３は、目的音源の方位角に対応するアレイマニフォールドベクトルを用いて遅延和法（ＤＳ法）等によって音源分離する。
【００５０】
このような音響処理部３は、ＣＰＵやＤＳＰのソフトウェア処理として実現してもよいし、専用のデジタル回路で構成するようにしてもよい。ソフトウェア処理として実現する場合には、ＣＰＵ、外部メモリ、ＲＡＭを備えるコンピュータにおいて、信号抑制部３１、比較部３２、方向推定部３３及び音源分離手段と同一の処理内容を記述したプログラムをＲＯＭやハードディスクやフラッシュメモリ等の外部メモリに記憶させ、ＲＡＭに適宜展開し、ＣＰＵで其のプログラムに従って演算を行うようにすればよい。
【００５１】
このように、音響処理装置１では、離間配置される２つのマイクロフォン２ａ、２ｂは、音響幾何学的に方向が一致した場合に異なる伝達経路を伝播波が辿るように配置されている。そのため、各方位で伝達関数ＣａｘとＣｂｘの相違が同じに成ることはなく、目的音源の方向を唯一つに定位させることができる。従って、多数のマイクロフォンが音源定位のために不用となり音響処理装置１のコストを削減しながら、音源定位の精度を維持することができる。
【００５２】
音源定位の手法は、例えばＥＭアルゴリズム等の統計的手法等により目的音源の方向を検索してもよい。但し、本実施形態の音響処理装置１では、受音信号Ｓａに含有の各方向の信号成分をゼロデシベル以下の利得で抑制しつつ、その利得が一方向のみ特異なゲインパターン６を用いて全周にわたってスイープするようにした。特異点６１と目的音源の方向が一致すれば、受音信号Ｓｃの音響出力エネルギー又は振幅は極端に変化するため、オリジナルの受音信号Ｓａ、Ｓｂとの比較により特定することができる。
【００５３】
このようなマイクロフォン２ａ、２ｂの配置と目的音源の定位の手法の組み合わせによれば、特異点６が唯一つの方向にのみ形成することができる。そのため、受音信号Ｓａ、Ｓｂの瞬時値を利用するという簡易な探索方法によっても音源定位が可能となる。従来は、周波数領域に変換する場合のフレーム長の長大化、遅延器の多数配置、長いフィルタ長、長いフィルタ係数等を招き、演算処理能力の都合上、リアルタイムの音源定位が困難であった。しかし、本実施形態では、非常に迅速な音源定位が可能となる。
【００５４】
特異点６１に関しては、利得を増大させるように一方向にビームを形成し、ビームの方向をスイープするようにしてもよい。但し、本実施形態では、ヌルポイント６１を形成するようにし、ヌルポイント６１を全周にわたってスイープするようにした。ヌルポイント６１は、ビームの形成に比べて利得の変化が急峻で、極端に利得が低下する範囲が狭い。また、ヌルポイント６１の周りには、ビームの周りに生じるサイドローブもない。そのため、ヌルポイント６１を形成するようにすれば、音源定位の解像度が高く、また音源定位のミスが少ない。
【００５５】
尚、壁部４の形状は、実施形態に限らず、各種形状が適用可能である。例えば、図８に示すように、マイクロフォン２ａ、２ｂの周りに壁部４ａと壁部４ｂを配置してもよい。壁部４ａは、マイクロフォン２ａ、２ｂの片脇に、マイクロフォン２ａ、２ｂの並びに沿って立設される。壁部４ｂは、マイクロフォン２ａ、２ｂの列の前方又は後方の何れか一方に、マイクロフォン２ａ、２ｂの並びに交差して立設される。
【００５６】
マイクロフォン２ａ、２ｂとの間に壁部４ａ又は壁部４ｂが介在する方位角から到来する音の音響出力エネルギーは、壁部４ａ又は壁部４ｂが介在しない方位角から到来する音の音響出力エネルギーと比べて、音の遮蔽や距離減衰を受けて、受音信号Ｓａ、Ｓｂ共に小さくなる。従って、マイクロフォン２ａ、２ｂを結ぶ軸線Ｌに対して線対称な２点から同一音響信号を出力しても、音響出力エネルギーに差異が生じる。幾何学的に方向が一致していない場合は、方位角によって音源からマイクロフォン２ａとマイクロフォン２ｂまでの距離差が変わるため、受音信号Ｓｘａと受音信号Ｓｘｂの大小関係、振幅差及び位相差が変化する。
【符号の説明】
【００５７】
１    音響処理装置
２ａ  マイクロフォン
２ｂ  マイクロフォン
３    音響処理部
３１  信号抑制部
３１１  フィルタ
３１２  ディレイ
３１３  減算器
３２  比較部
３３  方向推定部
４  壁部
４ａ  凹部内側
４ｂ  凹部内側
４ａ  壁部
４ｂ  壁部
５    マイクフォルダ
６    ゲインパターン
６１    特異点
【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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