特開 2015-164267 収音装置および収音方法、並びにプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-164267(P2015-164267A)

(43)【公開日】2015年9月10日

(54)【発明の名称】収音装置および収音方法、並びにプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04R 3/00 20060101AFI20150814BHJP

   H04R 1/40 20060101ALI20150814BHJP

   G10L 15/20 20060101ALI20150814BHJP

   G10L 21/0272 20130101ALI20150814BHJP

   G10L 21/028 20130101ALI20150814BHJP

   G10L 21/0232 20130101ALI20150814BHJP

   G10L 21/0264 20130101ALI20150814BHJP

   G10L 21/0308 20130101ALI20150814BHJP

【ＦＩ】

   H04R3/00 320

   H04R1/40 320B

   G10L15/20 370D

   G10L21/0272 100A

   G10L21/028 B

   G10L21/0232

   G10L21/0264 Z

   G10L21/0308 Z

   H04R1/40 320A

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2014-39642(P2014-39642)

(22)【出願日】2014年2月28日

(71)【出願人】

【識別番号】504133110

【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学

(74)【代理人】

【識別番号】100082131

【弁理士】

【氏名又は名称】稲本 義雄

(74)【代理人】

【識別番号】100121131

【弁理士】

【氏名又は名称】西川 孝

(72)【発明者】

【氏名】羽田 陽一

(72)【発明者】

【氏名】戀川 真己

【テーマコード（参考）】

5D018

5D220

【Ｆターム（参考）】

5D018BB23

5D220BA06

5D220BB04

5D220BC05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】所望音源からの音波をより確実に抽出して音声認識装置に出力する収音装置を提供する。
【解決手段】収音装置１１は、所望音源から到来する音波を観測する複数個のマイクロホンが直線的に配置された第１のマイクロホンアレー１２_１と、第１のマイクロホンアレーに対して平行に、所望音源から見て第１のマイクロホンアレーよりも手前側に配置され、所望音源から到来する音波を観測する複数個のマイクロホンが直線的に配置された第２のマイクロホンアレーと１２_２を備え、複数の第１の音波信号に含まれる所望音源からの音波と複数の第２の音波信号に含まれる所望音源からの音波との関係性、および、複数の第１の音波信号に含まれる所望音源以外の音源からの音波と複数の第２の音波信号に含まれる所望音源以外の音源からの音波との関係性に基づいて、所望音源から到来する音波を抽出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直線的に配置された所定個数のマイクロホンにより、所望音源から到来する音波と前記所望音源以外の音源から到来する音波とを観測して得られる所定数の第１の音波信号を出力する第１のマイクロホンアレーと、
前記第１のマイクロホンアレーに対して略平行に、前記所望音源から見て前記第１のマイクロホンアレーよりも手前側に配置され、直線的に配置された所定個数のマイクロホンにより、前記所望音源から到来する音波と前記所望音源以外の音源から到来する音波とを観測して得られる所定数の第２の音波信号を出力する第２のマイクロホンアレーと、
所定数の前記第１の音波信号に含まれる前記所望音源からの音波の成分と所定数の前記第２の音波信号に含まれる前記所望音源からの音波の成分との関係性、および、所定数の前記第１の音波信号に含まれる前記所望音源以外の音源からの音波の成分と所定数の前記第２の音波信号に含まれる前記所望音源以外の音源からの音波の成分との関係性に基づいて、前記所望音源から到来する音波を抽出する抽出処理部と
を備える収音装置。

【請求項2】

前記第１および第２のマイクロホンアレーの各マイクロホンでは、前記所望音源からの音波が球面状に広がりながら伝播する球面波として観測されるとともに、前記所望音源以外の音源からの音波が平面的に伝搬する平面波として観測され、
前記抽出処理部は、所定数の前記第１の音波信号に含まれる前記球面波の成分と前記第２の音波信号に含まれる前記球面波の成分との関係性、並びに、所定数の前記第１の音波信号に含まれる前記平面波の成分と前記第２の音波信号に含まれる前記平面波の成分との関係性に基づいて、前記球面波を抽出する
請求項１に記載の収音装置。

【請求項3】

前記抽出処理部は、
所定数の前記第１の音波信号に対してそれぞれ高速フーリエ変換を施すことにより、所定数の第１の周波数領域信号を算出する所定個数の第１の高速フーリエ変換部と、
所定数の前記第２の音波信号に対してそれぞれ高速フーリエ変換を施すことにより、所定数の第２の周波数領域信号を算出する所定個数の第２の高速フーリエ変換部と、
所定数の前記第１の周波数領域信号に対して、前記第１のマイクロホンアレーの各マイクロホンの位置に従った空間フーリエ変換を施すことにより、前記第１のマイクロホンアレーに到来する音波の波数を引数とする関数により表される第１の波数領域信号を求める第１の空間フーリエ変換部と、
所定数の前記第２の周波数領域信号に対して、前記第２のマイクロホンアレーの各マイクロホンの位置に従った空間フーリエ変換を施すことにより、前記第２のマイクロホンアレーに到来する音波の波数を引数とする関数により表される第２の波数領域信号を求める第２の空間フーリエ変換部と、
前記第１の波数領域信号および前記第２の波数領域信号から、前記第１の音波信号または前記第２の音波信号に含まれる前記球面波の成分が空間フーリエ変換された球面波成分波数領域信号を算出する球面波抽出処理部と
を有する請求項２に記載の収音装置。

【請求項4】

前記球面波抽出処理部は、以下の式（１）を演算することにより、前記第１の音波信号に含まれる前記球面波の成分が空間フーリエ変換された第１の球面波成分波数領域信号を算出する

【数1】

但し、前記式（１）において、Ｑ_１’（ｋ’_ｘ，０）は、前記第１の球面波成分波数領域信号を示し、Ｄ_１’（ｋ’_ｘ，０）は、前記第１の波数領域信号を示し、Ｄ_２’（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）は、前記第２の波数領域信号を示し、Ｅ（ｋ’_ｘ，０）は、前記第１の音波信号に含まれる前記平面波と前記第２の音波信号に含まれる前記平面波との関係性を表す平面波関係関数を示し、Ｆ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）は、前記第２の音波信号に含まれる前記球面波と前記第２の音波信号に含まれる前記球面波との関係性を表す球面波関係関数を示し、ｄ_ｙは、前記第１のマイクロホンアレーおよび前記第２のマイクロホンアレーの間隔を示し、ｋは、前記第１のマイクロホンアレーおよび前記第２のマイクロホンアレーがＸ軸方向に平行であるとしたときの波数を示し、ｋ’_ｘは、前記波数ｋを逆空間フーリエ変換するときの変数を示す
請求項３に記載の収音装置。

【請求項5】

前記平面波関係関数は、以下の式（２）で表される

【数2】

但し、前記式（２）において、Ｐ_１’（ｋ’_ｘ，０）は、前記第１の平面波成分波数領域信号を示し、Ｐ_２’（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）は、前記第２の平面波成分波数領域信号を示す
請求項４に記載の収音装置。

【請求項6】

前記平面波関係関数の出力値は、平面波のみが観測される状態において得られる前記第１の平面波成分波数領域信号および前記第２の平面波成分波数領域信号を用いて、事前に求めることができ、以下の式（３）で求められる

【数3】

但し、前記式（３）において、Ｐ_１’（ｋ’_ｘ，０）は、事前に行われる観測により得られた前記第１の平面波成分波数領域信号を示し、Ｐ_２’（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）は、事前に行われる観測により得られた前記第２の平面波成分波数領域信号を示す
請求項４に記載の収音装置。

【請求項7】

前記球面波関係関数は、波数の大きさにより、以下の式（４）で表される

【数4】

但し、前記式（４）において、Ｑ_１’（ｋ’_ｘ，０）は、前記第１の球面波成分波数領域信号を示し、Ｑ_２’（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）は、前記第２の球面波成分波数領域信号を示し、Ｈ_０^（２）は、０次の第二種ハンケル関数を示し、Ｋ_０は、０次の変形ベッセル関数を示し、ｙ_ｒは、前記所望音源のＹ軸方向の位置を示す
請求項４に記載の収音装置。

【請求項8】

前記球面波関係関数の出力値は、球面波のみが観測される状態において得られる前記第１の球面波成分波数領域信号および前記第２の球面波成分波数領域信号を用いて、事前に求めることができ、以下の式（５）で求められる

【数5】

但し、前記式（５）において、Ｑ_１’（ｋ’_ｘ，０）は、事前に行われる観測により得られた前記第１の球面波成分波数領域信号を示し、Ｑ_２’（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）は、事前に行われる観測により得られた前記第２の球面波成分波数領域信号を示す
請求項４に記載の収音装置。

【請求項9】

前記球面波抽出処理部により抽出された前記球面波成分波数領域信号に対して、前記第１または第２のマイクロホンアレーの各マイクロホンの位置に従った逆空間フーリエ変換を施すことにより、それらのマイクロホンの個数に応じた複数の球面波成分周波数領域信号を算出する逆空間フーリエ変換部と、
前記逆空間フーリエ変換部により求められた複数の前記球面波成分周波数領域信号の中から、音波信号として出力するために逆高速フーリエ変換を施す対象となる球面波成分周波数領域信号を決定する信号決定部と
をさらに備え、
前記信号決定部は、複数の前記球面波成分周波数領域信号に対応する前記マイクロホンから前記所定音源までの距離に従った遅延を補償した後に和を取った信号を、前記逆高速フーリエ変換を施す対象として決定する
請求項３に記載の収音装置。

【請求項10】

前記第１および第２の空間フーリエ変換部は、前記第１および第２の周波数領域信号に対して、それぞれ窓関数を施した後に、空間フーリエ変換を行う
請求項３に記載の収音装置。

【請求項11】

直線的に配置された所定個数のマイクロホンにより、所望音源から到来する音波と前記所望音源以外の音源から到来する音波とを観測して得られる所定数の第１の音波信号を出力する第１のマイクロホンアレーと、前記第１のマイクロホンアレーに対して略平行に、前記所望音源から見て前記第１のマイクロホンアレーよりも手前側に配置され、直線的に配置された所定個数のマイクロホンにより、前記所望音源から到来する音波と前記所望音源以外の音源から到来する音波とを観測して得られる所定数の第２の音波信号を出力する第２のマイクロホンアレーと、所定数の前記第１の音波信号に含まれる前記所望音源からの音波の成分と所定数の前記第２の音波信号に含まれる前記所望音源からの音波の成分との関係性、および、所定数の前記第１の音波信号に含まれる前記所望音源以外の音源からの音波の成分と所定数の前記第２の音波信号に含まれる前記所望音源以外の音源からの音波の成分との関係性に基づいて、前記所望音源から到来する音波を抽出する抽出処理部とを備える収音装置の収音方法において、
前記第１および第２のマイクロホンアレーの各マイクロホンでは、前記所望音源からの音波が球面状に広がりながら伝播する球面波として観測されるとともに、前記所望音源以外の音源からの音波が平面的に伝搬する平面波として観測され、
所定数の前記第１の音波信号に対してそれぞれ高速フーリエ変換を施すことにより、所定数の第１の周波数領域信号を算出し、
所定数の前記第２の音波信号に対してそれぞれ高速フーリエ変換を施すことにより、所定数の第２の周波数領域信号を算出し、
所定数の前記第１の周波数領域信号に対して、前記第１のマイクロホンアレーの各マイクロホンの位置に従った空間フーリエ変換を施すことにより、前記第１のマイクロホンアレーに到来する音波の波数を引数とする関数により表される第１の波数領域信号を求め、
所定数の前記第２の周波数領域信号に対して、前記第２のマイクロホンアレーの各マイクロホンの位置に従った空間フーリエ変換を施すことにより、前記第２のマイクロホンアレーに到来する音波の波数を引数とする関数により表される第２の波数領域信号を求め、
前記第１の波数領域信号および前記第２の波数領域信号から、前記第１の音波信号または前記第２の音波信号に含まれる前記球面波の成分が空間フーリエ変換された球面波成分波数領域信号を算出する
ステップを含む収音方法。

【請求項12】

直線的に配置された所定個数のマイクロホンにより、所望音源から到来する音波と前記所望音源以外の音源から到来する音波とを観測して得られる所定数の第１の音波信号を出力する第１のマイクロホンアレーと、前記第１のマイクロホンアレーに対して略平行に、前記所望音源から見て前記第１のマイクロホンアレーよりも手前側に配置され、直線的に配置された所定個数のマイクロホンにより、前記所望音源から到来する音波と前記所望音源以外の音源から到来する音波とを観測して得られる所定数の第２の音波信号を出力する第２のマイクロホンアレーと、所定数の前記第１の音波信号に含まれる前記所望音源からの音波の成分と所定数の前記第２の音波信号に含まれる前記所望音源からの音波の成分との関係性、および、所定数の前記第１の音波信号に含まれる前記所望音源以外の音源からの音波の成分と所定数の前記第２の音波信号に含まれる前記所望音源以外の音源からの音波の成分との関係性に基づいて、前記所望音源から到来する音波を抽出する抽出処理部とを備える収音装置のコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
前記第１および第２のマイクロホンアレーの各マイクロホンでは、前記所望音源からの音波が球面状に広がりながら伝播する球面波として観測されるとともに、前記所望音源以外の音源からの音波が平面的に伝搬する平面波として観測され、
所定数の前記第１の音波信号に対してそれぞれ高速フーリエ変換を施すことにより、所定数の第１の周波数領域信号を算出し、
所定数の前記第２の音波信号に対してそれぞれ高速フーリエ変換を施すことにより、所定数の第２の周波数領域信号を算出し、
所定数の前記第１の周波数領域信号に対して、前記第１のマイクロホンアレーの各マイクロホンの位置に従った空間フーリエ変換を施すことにより、前記第１のマイクロホンアレーに到来する音波の波数を引数とする関数により表される第１の波数領域信号を求め、
所定数の前記第２の周波数領域信号に対して、前記第２のマイクロホンアレーの各マイクロホンの位置に従った空間フーリエ変換を施すことにより、前記第２のマイクロホンアレーに到来する音波の波数を引数とする関数により表される第２の波数領域信号を求め、
前記第１の波数領域信号および前記第２の波数領域信号から、前記第１の音波信号または前記第２の音波信号に含まれる前記球面波の成分が空間フーリエ変換された球面波成分波数領域信号を算出する
ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、収音装置および収音方法、並びにプログラムに関し、特に、所望の音源からの音波をより確実に抽出することができるようにした収音装置および収音方法、並びにプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、マイクロホンで音を受けて電気信号として捉える収音を行う収音装置において、周囲の雑音による悪影響を排除するために、所望の音源から到来する音を抽出（あるいは強調）する技術が用いられている。例えば、周囲の雑音は、音声認識技術における音声認識率の低下の原因となったり、テレビ会議システムにおける了解性の低下や臨場感の欠如などの原因となっていた。

【0003】

そこで、これらの原因を解決するために、マイクロホンを複数並べたマイクロホンアレー処理技術を利用する研究が以前から行われている。例えば、マイクロホンアレー処理技術では、人間の声などの所望の音源からの音と、エアコンの音や、周囲の話し声、テレビやラジオから流れる音などの雑音とにおいて、マイクロホンアレーに到来する入射角が異なることを利用して、アレー処理が行われる。

【0004】

例えば、特許文献１には、二次元平面マイクロホンアレーで収音した信号を、空間フーリエ変換領域処理することで、音源信号などを高いＳＮ比（Signal to Noise ratio）で抽出する技術が開示されている。

【0005】

ところが、通常の環境においては、雑音が話者の背面にあることも多く、例えば、音声認識で購入可能な自動販売機などを想定すると、自動販売機の購入者の後ろでは、車が往来している音や、通行人の声、街頭アナウンスなど、ありとあらゆる方向から音が到来する環境となる。このように、所望の音源からの音と雑音とが同一の方向から到来するような環境では、従来のように、それらの音が到来する入射角度が異なることを利用したマイクロホンアレー技術では、所望の音源からの音を抽出することは困難であった。

【0006】

また、従来のマイクロホンアレー処理技術についての一つの応用例として、例えば、エンジンや車両などのどの部位から多くの音が発生しているかを突き止めるための音響ホログラフィの研究も行われている。

【0007】

例えば、特許文献２および３には、音響ホログラフィ法を改良することにより、音源の位置を探索する技術が開示されている。

【0008】

これらの技術では、音が物理的にどのように伝搬してきているかを仮定し、その伝搬を逆にたどることで音の発生源が特定される。そして、これらの技術では、マイクロホンを二次元平面上に多数用意するか、あるいは２本程度のマイクを掃引することで面積を稼いで実施するなどの方法が採られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１２−１６５２７３号公報

【特許文献2】特開平６−１０９５２８号公報

【特許文献3】特開平８−２３３９３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上述したように、従来のマイクロホンアレー処理技術では、マイクロホンアレーに対する音波の到来角に基づいて音を抽出することが行われていた。このため、所望の音と、雑音などの不要な音とが同じ方向から到来する場合には、両者を区別することが困難であることより、マイクロホンアレー処理技術を適用しても、所望の音を確実に抽出することは困難であった。

【0011】

本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、所望の音源からの音波をより確実に抽出することができるようにするものである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本開示の一側面の収音装置は、直線的に配置された所定個数のマイクロホンにより、所望音源から到来する音波と前記所望音源以外の音源から到来する音波とを観測して得られる所定数の第１の音波信号を出力する第１のマイクロホンアレーと、前記第１のマイクロホンアレーに対して略平行に、前記所望音源から見て前記第１のマイクロホンアレーよりも手前側に配置され、直線的に配置された所定個数のマイクロホンにより、前記所望音源から到来する音波と前記所望音源以外の音源から到来する音波とを観測して得られる所定数の第２の音波信号を出力する第２のマイクロホンアレーと、所定数の前記第１の音波信号に含まれる前記所望音源からの音波の成分と所定数の前記第２の音波信号に含まれる前記所望音源からの音波の成分との関係性、および、所定数の前記第１の音波信号に含まれる前記所望音源以外の音源からの音波の成分と所定数の前記第２の音波信号に含まれる前記所望音源以外の音源からの音波の成分との関係性に基づいて、前記所望音源から到来する音波を抽出する抽出処理部とを備える。

【0013】

本開示の一側面の収音方法またはプログラムは、直線的に配置された所定個数のマイクロホンにより、所望音源から到来する音波と前記所望音源以外の音源から到来する音波とを観測して得られる所定数の第１の音波信号を出力する第１のマイクロホンアレーと、前記第１のマイクロホンアレーに対して略平行に、前記所望音源から見て前記第１のマイクロホンアレーよりも手前側に配置され、直線的に配置された所定個数のマイクロホンにより、前記所望音源から到来する音波と前記所望音源以外の音源から到来する音波とを観測して得られる所定数の第２の音波信号を出力する第２のマイクロホンアレーと、所定数の前記第１の音波信号に含まれる前記所望音源からの音波の成分と所定数の前記第２の音波信号に含まれる前記所望音源からの音波の成分との関係性、および、所定数の前記第１の音波信号に含まれる前記所望音源以外の音源からの音波の成分と所定数の前記第２の音波信号に含まれる前記所望音源以外の音源からの音波の成分との関係性に基づいて、前記所望音源から到来する音波を抽出する抽出処理部とを備える収音装置の収音方法、または、収音装置のコンピュータに実行させるプログラムにおいて、前記第１および第２のマイクロホンアレーの各マイクロホンでは、前記所望音源からの音波が球面状に広がりながら伝播する球面波として観測されるとともに、前記所望音源以外の音源からの音波が平面的に伝搬する平面波として観測され、所定数の前記第１の音波信号に対してそれぞれ高速フーリエ変換を施すことにより、所定数の第１の周波数領域信号を算出し、所定数の前記第２の音波信号に対してそれぞれ高速フーリエ変換を施すことにより、所定数の第２の周波数領域信号を算出し、所定数の前記第１の周波数領域信号に対して、前記第１のマイクロホンアレーの各マイクロホンの位置に従った空間フーリエ変換を施すことにより、前記第１のマイクロホンアレーに到来する音波の波数を引数とする関数により表される第１の波数領域信号を求め、所定数の前記第２の周波数領域信号に対して、前記第２のマイクロホンアレーの各マイクロホンの位置に従った空間フーリエ変換を施すことにより、前記第２のマイクロホンアレーに到来する音波の波数を引数とする関数により表される第２の波数領域信号を求め、前記第１の波数領域信号および前記第２の波数領域信号から、前記第１の音波信号または前記第２の音波信号に含まれる前記球面波の成分が空間フーリエ変換された球面波成分波数領域信号を算出するステップを含む。

【0014】

本開示の一側面においては、直線的に配置された所定個数のマイクロホンを有する第１のマイクロホンアレーにより、所望音源から到来する音波と所望音源以外の音源から到来する音波とを観測して得られる所定数の第１の音波信号が出力される。また、第１のマイクロホンアレーに対して略平行に、所望音源から見て第１のマイクロホンアレーよりも手前側に配置され、直線的に配置された所定個数のマイクロホンを有する第２のマイクロホンアレーにより、所望音源から到来する音波と所望音源以外の音源から到来する音波とを観測して得られる所定数の第２の音波信号が出力される。そして、所定数の第１の音波信号に含まれる所望音源からの音波の成分と所定数の第２の音波信号に含まれる所望音源からの音波の成分との関係性、および、所定数の第１の音波信号に含まれる所望音源以外の音源からの音波の成分と所定数の第２の音波信号に含まれる所望音源以外の音源からの音波の成分との関係性に基づいて、所望音源から到来する音波が抽出される。

【発明の効果】

【0015】

本開示の一側面によれば、所望の音源からの音波をより確実に抽出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本技術を適用した収音装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

【図2】単一の無指向性マイクロホンの空間感度分布図である。

【図3】収音装置により抽出される音の周波数が500Hzであるときの空間感度分布図である。

【図4】収音装置により抽出される音の周波数が1kHzであるときの空間感度分布図である。

【図5】収音装置により抽出される音の周波数が2kHzであるときの空間感度分布図である。

【図6】収音装置が所望音源からの音を抽出する処理を説明するフローチャートである。

【図7】本技術を適用したコンピュータの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0018】

図１は、本技術を適用した収音装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

【0019】

図１に示すように、収音装置１１は、２つのマイクロホンアレー１２_１および１２_２、並びに、音波抽出処理部１３を備えて構成される。そして、収音装置１１は、所望音源から到来する音波と、所望音源以外の音源から到来する音波との両方が含まれる音波から、所望音源からの音波を抽出（または強調）して出力する。

【0020】

マイクロホンアレー１２_１および１２_２は、それぞれ同様に、所定個数のマイクロホン素子が直線的に並べられて構成される。即ち、マイクロホンアレー１２_１は、Ｍ個のマイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍが直線アレー状に並べられて構成され、マイクロホンアレー１２_２は、Ｍ個のマイクロホン素子２１_２−１乃至２１_２−Ｍが直線アレー状に並べられて構成される。

【0021】

また、マイクロホンアレー１２_１および１２_２は、互いに平行になるように配置される。そして、マイクロホンアレー１２_２が、所望音源から見てマイクロホンアレー１２_１よりも手前側に、例えば、図１に示すように所望音源が左側にあるときにはマイクロホンアレー１２_１の左側に配置される。

【0022】

マイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍ、およびマイクロホン素子２１_２−１乃至２１_２−Ｍはそれぞれ、音波によって発生する振動板などの機械的な振動を、電気的な信号（音波信号）に変換する。つまり、マイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍ、およびマイクロホン素子２１_２−１乃至２１_２−Ｍは、所望音源から到来する音波と、所望音源以外の音源から到来する音波との両方が含まれる音波を観測して得られる音波信号を出力する。

【0023】

音波抽出処理部１３は、Ｍ個の高速フーリエ変換部３１_１−１乃至３１_１−Ｍ、Ｍ個の高速フーリエ変換部３１_２−１乃至３１_２−Ｍ、２つの空間フーリエ変換部３２_１および３２_２、球面波抽出処理部３３、逆空間フーリエ変換部３４、信号決定部３５、および逆高速フーリエ変換部３６を備えて構成される。

【0024】

高速フーリエ変換部３１_１−１乃至３１_１−Ｍはそれぞれ、マイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍから供給される音波信号に対して高速フーリエ変換を施し、その結果得られる周波数領域信号を空間フーリエ変換部３２_１に供給する。同様に、高速フーリエ変換部３１_２−１乃至３１_２−Ｍはそれぞれ、マイクロホン素子２１_２−１乃至２１_２−Ｍから供給される音波信号に対して高速フーリエ変換を施し、その結果得られる周波数領域信号を空間フーリエ変換部３２_２に供給する。

【0025】

空間フーリエ変換部３２_１は、高速フーリエ変換部３１_１−１乃至３１_１−Ｍから供給される周波数領域信号に対してマイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍの位置に従った空間フーリエ変換を施し、その結果得られる波数領域信号を球面波抽出処理部３３に供給する。同様に、空間フーリエ変換部３２_２は、高速フーリエ変換部３１_２−１乃至３１_２−Ｍから供給される周波数領域信号に対してマイクロホン素子２１_２−１乃至２１_２−Ｍの位置に従った空間フーリエ変換を施し、その結果得られる波数領域信号を球面波抽出処理部３３に供給する。

【0026】

球面波抽出処理部３３は、空間フーリエ変換部３２_１から供給される波数領域信号と、空間フーリエ変換部３２_２から供給される波数領域信号とを用いて、所望音源から到来した音波信号に基づく波数領域信号を抽出する。

【0027】

ここで、収音装置１１において観測される音波について説明する。例えば、収音装置１１によって抽出の対象となる音波を発する所望音源が収音装置１１の近傍となる位置にあり、所望音源以外の音源であって、雑音として処理する音波の音源（以下、適宜、雑音源と称する）が、所望音源よりも遠い位置にあるとする。このとき、収音装置１１では、所望音源から到来する音波は、球面状に広がりながら伝播している状態で観測され、雑音源から到来する音波は十分に広がっていて平面状に伝搬する状態で観測される。即ち、収音装置１１では、所望音源からの音波は球面波として観測され、雑音源からの音波は平面波として観測される。従って、球面波抽出処理部３３に供給される波数領域信号には、平面波に対応する成分と、球面波に対応する成分との両方が含まれたものとなっている。

【0028】

そこで、球面波抽出処理部３３は、空間フーリエ変換部３２_１から供給される波数領域信号に含まれる平面波に対応する成分と、空間フーリエ変換部３２_２から供給される波数領域信号に含まれる平面波に対応する成分との関係性、並びに、空間フーリエ変換部３２_１から供給される波数領域信号に含まれる球面波に対応する成分と、空間フーリエ変換部３２_２から供給される波数領域信号に含まれる球面波に対応する成分との関係性に基づいて、球面波の成分を抽出する処理を行う。そして、球面波抽出処理部３３は、波数領域信号に含まれる球面波に対応する成分、即ち、その球面波が空間フーリエ変換された球面波成分波数領域信号を、逆空間フーリエ変換部３４に供給する。

【0029】

逆空間フーリエ変換部３４は、球面波抽出処理部３３から供給される球面波成分波数領域信号に対して逆空間フーリエ変換を施し、その結果得される球面波成分周波数領域信号を信号決定部３５に供給する。例えば、マイクロホンアレー１２_１において観測された球面波を抽出する場合、逆空間フーリエ変換部３４は、マイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍの位置に従った逆空間フーリエ変換を行うことにより、マイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍの個数（即ち、Ｍ個）に応じた複数の球面波成分周波数領域信号を算出する。

【0030】

信号決定部３５は、逆空間フーリエ変換部３４により求められた複数の球面波成分周波数領域信号の中から、音波信号として出力するために逆高速フーリエ変換部３６が逆高速フーリエ変換を施す対象となる球面波成分周波数領域信号を決定する。例えば、信号決定部３５は、逆空間フーリエ変換部３４により求められた複数の球面波成分周波数領域信号のうちの、任意の位置（例えば、中央の位置）にあるマイクロホン素子２１_１に対応する球面波成分周波数領域信号を、逆高速フーリエ変換を施す対象として決定する。

【0031】

逆高速フーリエ変換部３６は、信号決定部３５により決定された球面波成分周波数領域信号に対して逆高速フーリエ変換を施し、その結果得られる球面波の音波信号を、図示しない後段の装置（例えば、音声認識装置や録音装置など）に出力する。

【0032】

このように構成される収音装置１１では、マイクロホンアレー１２_１および１２_２の近傍にある所望音源からの音波と、遠方にある雑音源からの音波とが混在する中から、所望音源からの音波を、より確実に抽出することができる。このように、複数の位置から発生した複数の音の中から，任意の場所にある音を抽出することで、電話や、テレビ電話、テレビ中継、会話録音などにおいて、周囲の雑音による悪影響を排除することができ、例えば、音声認識率の低下を抑制することができる。

【0033】

次に、球面波抽出処理部３３が球面波を抽出する処理について、数式を用いて詳細に説明する。

【0034】

まず、図１に示すように、マイクロホンアレー１２_１および１２_２においてマイクロホン素子２１が直線的に並ぶ方向を、Ｘ軸方向と設定する。また、Ｘ軸方向に対して直交する方向、即ち、平行に配置されるマイクロホンアレー１２_１および１２_２の間隔方向を、Ｙ軸方向と設定する。なお、図１において紙面に対して垂直方向となるＺ方向については、所望音源とマイクロホンアレー１２_１および１２_２とが同一となるＺ方向の位置（高さ）に配置されているものとし、以下の説明では、Ｚ方向のパラメータは省略するものとする。

【0035】

また、マイクロホンアレー１２_１および１２_２それぞれにおけるマイクロホン素子２１どうしは、Ｘ軸方向に間隔ｄ_ｘとなるように配置され、マイクロホンアレー１２_１および１２_２は、Ｙ軸方向に間隔ｄ_ｙとなるように配置される。また、所望音源は、マイクロホンアレー１２_１の中心位置を基準（０，０）としたとき、位置（ｘ_ｒ，ｙ_ｒ）に配置される。また、雑音としての平面波は、Ｘ軸方向に対して角度θとなるように所望音源よりも遠方から飛来する。

【0036】

なお、以下の説明では、音波はそれぞれ単一の周波数にフーリエ変換などにより分解されているものとして扱い、さらに単一の周波数音を表す関数exp(jωt)は省略する。ここで、ωは角周波数であり、角周波数ωと周波数fとには、ω＝２πｆの関係がある。また、全帯域に渡る信号として合成するときは、周波数ごとの処理を終えた後に逆フーリエ変換を施すことで合成可能である。

【0037】

そして、マイクロホンアレー１２_１で観測される音波信号が、高速フーリエ変換部３１_１−１乃至３１_１−Ｍにおいて高速フーリエ変換が施されることにより得られる周波数領域信号Ｄ_１は、次の式（１）で表される。同様に、マイクロホンアレー１２_２で観測される音波信号が、高速フーリエ変換部３１_２−１乃至３１_２−Ｍにおいて高速フーリエ変換が施されることにより得られる周波数領域信号Ｄ_２は、次の式（２）で表される。

【0038】

【数1】

【数2】

【0039】

即ち、周波数領域信号Ｄ_１は、式（１）に示すように、音波信号に含まれる平面波の成分が高速フーリエ変換された平面波成分周波数領域信号Ｐ_１と、音波信号に含まれる球面波の成分が高速フーリエ変換された球面波成分周波数領域信号Ｑ_１とが重畳されたものとして表される。同様に、周波数領域信号Ｄ_２は、式（２）に示すように、音波信号に含まれる平面波の成分が高速フーリエ変換された平面波成分周波数領域信号Ｐ_２と、音波信号に含まれる球面波の成分が高速フーリエ変換された球面波成分周波数領域信号Ｑ_２とが重畳されたものとして表される。

【0040】

ここで、式（１）において、１つめの引数は、マイクロホンアレー１２_１を構成するマイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−ＭそれぞれのＸ軸方向の位置ｘを表す。同様に、式（２）において、１つめの引数は、マイクロホンアレー１２_２を構成するマイクロホン素子２１_２−１乃至２１_２−ＭそれぞれのＸ軸方向の位置ｘを表す。また、式（１）および式（２）において、２つめの引数は、マイクロホンアレー１２_１および１２_２それぞれのＹ軸方向の位置を表す。ここでは、マイクロホンアレー１２_１の位置をＹ軸方向の基準とし、式（１）に示すように、マイクロホンアレー１２_１のＹ軸方向の位置は０となり、式（２）に示すように、マイクロホンアレー１２_２のＹ軸方向の位置は間隔ｄ_ｙとなる。

【0041】

また、平面波成分周波数領域信号Ｐ_１およびＰ_２は、図１に示すように角度θから平面波が到来することより、雑音源からの音の大きさを表すパラメータＡ、Ｘ軸方向のトレース波長ｋ_ｘ、およびＹ軸方向のトレース波長ｋ_ｙを用いて、次の式（３）および式（４）で表すことができる。

【0042】

【数3】

【数4】

【0043】

ここで、Ｘ軸方向のトレース波長ｋ_ｘは、音の周波数で決定される波数ｋ＝ω／ｃ（ω：角周波数、ｃ：音速）との間に、次の式（５）に示す関係を有する。また、Ｙ軸方向のトレース波長ｋ_ｙは、Ｘ軸方向のトレース波長ｋ_ｘおよび波数ｋとの間に、次の式（６）に示す関係を有する。

【0044】

【数5】

【数6】

【0045】

一方、球面波成分周波数領域信号Ｑ_１は、図１に示すように位置（ｘ_ｒ，ｙ_ｒ）から球面波が到来することより、所望音源からの音の大きさを表すパラメータＢ、および、所望音源から位置ｘにあるマイクロホン素子２１_１までの距離ｒ_１（ｘ）を用いて、次の式（７）で表すことができる。同様に、球面波成分周波数領域信号Ｑ_２は、所望音源からの音の大きさを表すパラメータＢ、および、所望音源から位置ｘにあるマイクロホン素子２１_２までの距離ｒ_２（ｘ）を用いて、次の式（８）で表すことができる。

【0046】

【数7】

【数8】

【0047】

また、距離ｒ_１（ｘ）および距離ｒ_２（ｘ）は、所望音源の位置（ｘ_ｒ，ｙ_ｒ）を用いて、次の式（９）および式（１０）で表される。

【0048】

【数9】

【数10】

【0049】

ところで、式（１）および式（２）に示したように、マイクロホンアレー１２_１および１２_２で観測される音波信号が高速フーリエ変換された周波数領域信号Ｄ_１およびＤ_２は、平面波と球面波とが混在した波形である。このため、音波抽出処理部１３において、周波数領域信号Ｄ_１およびＤ_２から球面波成分周波数領域信号Ｑ_１またはＱ_２を抽出するために、まず、周波数領域信号Ｄ_１およびＤ_２をＸ軸方向に沿って空間フーリエ変換が施される。このような空間フーリエ変換を施す際には、マイクロホン素子２１どうしのＸ軸方向の間隔ｄ_ｘが一定のものである必要がある。なお、周波数領域信号Ｄ_１およびＤ_２に対して、通常のフーリエ変換処理と同様に、ハニング窓などによる窓掛けを行うことで、両端のマイクロホン素子２１で観測した信号のレベルを小さくし、両端が滑らかに小さくなり区間外につながるように処理することができる。

【0050】

ここで、Ｘ軸方向に沿った空間フーリエ変換を、次の式（１１）のように定義する。

【0051】

【数11】

【0052】

但し、式（１１）は、例えば、周波数領域信号Ｓ（ｘ，ｙ）をＸ軸方向に沿って空間フーリエ変換して得られる波数領域信号Ｓ’（ｘ，ｙ）を表しており、式（１１）において、Ｍは、マイクロホン素子２１がＸ軸方向に並ぶ個数である。また、式（１１）において、ｋ’_ｘは、Ｘ軸方向のトレース波長ｋ_ｘを逆フーリエ変換するときの変数であり、あらゆる値をとることができる。

【0053】

このようにＸ軸方向に沿った空間フーリエ変換を定義すると、周波数領域信号Ｄ_１に対して空間フーリエ変換が施された結果得られる波数領域信号Ｄ_１’は、次の式（１２）で表される。また、周波数領域信号Ｄ_２に対して空間フーリエ変換が施された結果得られる波数領域信号Ｄ_２’は、次の式（１３）で表される。

【0054】

【数12】

【数13】

【0055】

同様に、平面波成分周波数領域信号Ｐ_１に対して空間フーリエ変換が施された結果得られる平面波成分波数領域信号Ｐ_１’は、次の式（１４）で表される。また、平面波成分周波数領域信号Ｐ_２に対して空間フーリエ変換が施された結果得られる平面波成分波数領域信号Ｐ_２’は、次の式（１５）で表される。

【0056】

【数14】

【数15】

【0057】

ここで、式（１４）および式（１５）において、δは、デルタ関数である。

【0058】

さらに、球面波成分周波数領域信号Ｑ_１に対して空間フーリエ変換が施された結果得られる球面波成分波数領域信号Ｑ_１’は、次の式（１６）で表される。また、球面波成分周波数領域信号Ｑ_２に対して空間フーリエ変換が施された結果得られる球面波成分波数領域信号Ｑ_２’は、所望音源のＹ軸方向の位置ｙ_ｒを用いて、次の式（１７）で表される。

【0059】

【数16】

【数17】

【0060】

ここで、式（１６）および式（１７）において、Ｈ_０^（２）は、０次の第二種ハンケル関数であり、Ｋ_０は、０次の変形ベッセル関数である。また、式（１６）および式（１７）に示すように、球面波成分波数領域信号Ｑ_１’およびＱ_２’は、変数ｋ’_ｘとの絶対値、波数ｋの絶対値との大小関係に従って異なるものとなる。

【0061】

次に、マイクロホンアレー１２_１により観測される音波の平面波の成分と、マイクロホンアレー１２_２により観測される音波の平面波の成分との関係性、および、マイクロホンアレー１２_１により観測される音波の球面波の成分と、マイクロホンアレー１２_２により観測される音波の球面波の成分との関係性について考える。つまり、上述の式（１４）および式（１５）から、雑音源からの音の大きさを表すパラメータＡを消去すると、次の式（１８）に示す関係が成り立つ。同様に、上述の式（１６）および式（１７）から、所望音源からの音の大きさを表すパラメータＢを消去すると、次の式（１９）に示す関係が成り立つ。

【0062】

【数18】

【数19】

【0063】

そして、式（１８）および式（１９）に示す関係に基づいて、上述した式（１３）は、次の式（２０）で表すことができる。

【0064】

【数20】

【0065】

ここで、式（２０）において、Ｇ_０は、上述したような変数ｋ’_ｘの絶対値と波数ｋの絶対値との大小関係に従って、０次の第二種ハンケル関数Ｈ_０^（２）および０次の変形ベッセル関数Ｋ_０のいずれか一方に置き換わる関数である。

【0066】

そして、この式（２０）と、上述の式（１２）とを用いて、連立方程式が成り立つことより、球面波抽出処理部３３は、次の式（２１）を演算することで、球面波成分波数領域信号Ｑ_１’を抽出することができる。

【0067】

【数21】

【0068】

その後、逆空間フーリエ変換部３４は、球面波抽出処理部３３が式（２１）を演算した結果得られる球面波成分波数領域信号Ｑ_１’に対して逆空間フーリエ変換を施すことで、球面波成分周波数領域信号Ｑ_１を求めることができる。そして、逆高速フーリエ変換部３６は、逆空間フーリエ変換部３４が求めた、球面波成分周波数領域信号Ｑ_１に対して逆高速フーリエ変換を施すことで、音波信号に含まれていた球面波の成分を出力することができる。

【0069】

以上のように、音波抽出処理部１３では、マイクロホンアレー１２_１および１２_２により観測される音波に含まれる平面波の関係性と球面波の関係性とに基づいて、球面波の成分を抽出すること、即ち、所望音源からの音波を抽出することができる。

【0070】

ところで、上述したように、逆空間フーリエ変換部３４により求められた複数の球面波成分周波数領域信号のうち、逆高速フーリエ変換部３６が逆高速フーリエ変換を施す対象となる球面波成分周波数領域信号が、信号決定部３５により決定される。このとき、信号決定部３５は、任意の位置にあるマイクロホン素子２１に対応する球面波成分周波数領域信号を逆高速フーリエ変換の対象として決定する他、例えば、複数の球面波成分周波数領域信号それぞれのタイミングを合わせた後に合算した信号を、逆高速フーリエ変換の対象として決定してもよい。つまり、所望音源から球面状に広がる球面波は、直線的に配置されたマイクロホン素子２１において、所望音源との距離に従って、所望音源から遠いマイクロホン素子２１では、所望音源に近いマイクロホン素子２１よりも遅延して観測される。

【0071】

そこで、例えば、信号決定部３５は、所望音源の位置を仮定し、その位置からマイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍそれぞれに音波が到達するまでの遅延を考慮した遅延和アレーを構成する。そして、信号決定部３５は、それぞれの遅延を補償した後に和を取った信号を、逆高速フーリエ変換の対象として決定することができる。

【0072】

ここで、遅延和アレーについて説明する。例えば、所望音源が位置（ｘ_ｒ，ｙ_ｒ）に配置されていると仮定したとき、所望音源からマイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍそれぞれまでの距離ｒ_１（ｘ）は、次の式（２２）で表される。また、所望音源からマイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍそれぞれに到達する時間差τ（ｘ）は、音速ｃを用いて、次の式（２３）で表される。

【0073】

【数22】

【数23】

【0074】

従って、信号決定部３５は、この時間差τ（ｘ）を補償する逆時間伝達関数ｅｘｐ（ｊωτ（ｘ）)を、マイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍそれぞれの位置に応じて求められる球面波成分波数領域信号Ｑ_１’に対し、それぞれ対応する位置ｘで掛け合わせて和を取った信号を算出し、逆高速フーリエ変換の対象として決定することができる。

【0075】

このように、信号決定部３５において遅延和アレーを用いて、音波信号として出力するために逆高速フーリエ変換の対象とする球面波成分波数領域信号Ｑ_１’を算出することで、球面波の成分を増幅することができ、例えば、ＳＮ比を向上させることができる。

【0076】

ところで、上述の式（２０）における平面波についてのマイクロホンアレー１２_１および１２_２の間の関係を表す関数を関係関数Ｅ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）とすると、関係関数Ｅ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）は、次の式（２４）で表される。

【0077】

【数24】

【0078】

同様に、上述の式（２０）における球面波についてのマイクロホンアレー１２_１および１２_２の間の関係を表す関数を関係関数Ｆ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）とすると、関係関数Ｆ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）は、次の式（２５）で表される。そして、上述した変数ｋ’_ｘの絶対値と波数ｋの絶対値との大小関係に従って、第二種ハンケル関数および変形ベッセル関数に置き換わる関数Ｇ_０を用いると、関係関数Ｆ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）は、次の式（２６）で表される。

【0079】

【数25】

【数26】

【0080】

従って、この式（２４）および式（２６）より、上述の式（２０）は、次の式（２７）と表すことができる。

【0081】

【数27】

【0082】

そして、この式（２７）と、上述の式（１２）との連立方程式に基づいて、球面波成分波数領域信号Ｑ_１’は、次の式（２８）と表すことができる。

【0083】

【数28】

【0084】

ここで、上述したように、関係関数Ｅ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）は、平面波についてのマイクロホンアレー１２_１および１２_２の間の関係を表すものであり、関係関数Ｆ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）は、球面波についてのマイクロホンアレー１２_１および１２_２の間の関係を表すものである。従って、マイクロホンアレー１２_１および１２_２の関係が固定のものであれば、それらの関係は変化することはないことより、関係関数Ｅ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）および関係関数Ｆ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）を演算することにより求められる出力値として、事前の観測などにより求められた値を使用することができる。

【0085】

具体的には、収音装置１１を用いて事前に、平面波のみが観測される状態において、あらゆる角度θから到来する平面波を観測し、それらの角度θごとの変数ｋ’_ｘを平面波成分波数領域信号Ｐ_１’およびＰ_２’に入力して、次の式（２９）を演算することにより、関係関数Ｅ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）の出力値を求めることができる。同様に、収音装置１１を用いて事前に、球面波のみが観測される状態において、あらゆる角度θおよび位置ｙ_ｒから到来する球面波を観測し、それらの角度θごとの変数ｋ’_ｘおよび位置ｙ_ｒを球面波成分波数領域信号Ｑ_１’およびＱ_２’に入力して、次の式（３０）を演算することにより、関係関数Ｆ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）の出力値を求めることができる。

【0086】

【数29】

【数30】

【0087】

そして、球面波抽出処理部３３は、このように予め求めてある関係関数Ｅ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）および関係関数Ｆ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）の出力値を保持しておき、上述した式（２８）を演算することにより、球面波成分波数領域信号Ｑ_１’を求めることができる。

【0088】

このように、収音装置１１では、抽出する音波を観測する時に、上述の式（２４）および式（２６）を演算することにより求められる関係関数Ｅ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）および関係関数Ｆ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）を用いる他、事前の計測などにより取得された関係関数Ｅ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）および関係関数Ｆ（ｋ’_ｘ，ｄ_ｙ）の出力値を用いて、所望音源からの音波を抽出してもよい。

【0089】

次に、図２乃至５を参照して、収音装置１１により所望音源を抽出する効果について、空間感度分布図を用いて説明する。空間感度分布図は、位置（ｘ，ｙ）にある音をマイクロホンで収音した時に、どれくらいの大きさとしてその音を収音できるかを示すものである。

【0090】

図２には、単一の無指向性マイクロホンの空間感度分布図が示されている。図２において、マイクロホンが位置（０，０）に配置されており、空間感度分布図は等高線図として表されている。図２の空間感度分布図では、例えば、音源がマイクロホンから1.5m離れていると-30dB小さな音として収音されることが表されている。

【0091】

図３乃至５には、収音装置１１の空間感度分布図が示されている。これらの空間感度分布図は、マイクロホンアレー１２_１および１２_２が、10cmの間隔で離れて配置（間隔ｄ_ｙ＝10cm）され、マイクロホンアレー１２_１および１２_２には、６４個のマイクロホン素子２１がＸ軸方向に5cm間隔で配置（間隔ｄ_ｘ＝5cm）されたとして、計算機シミュレーションにより求めたものである。なお、マイクロホンアレー１２_１の中心を位置（０，０）とする。

【0092】

また、空間感度分布は、周波数ごとに特性が異なるため、代表的な周波数として人間の声にとって重要な周波数（500Hz，1kHz，2kHz）について示されている。つまり、図３には、収音する音の周波数が500Hzであるときの空間感度分布図が示されている。また、図４には、収音する音の周波数が1kHzであるときの空間感度分布図が示されており、図５には、収音する音の周波数が2kHzであるときの空間感度分布図が示されている。

【0093】

図３乃至５に示すように、収音装置１１は、所定距離より離れた位置にある音源からの音が小さくなったものとして収音することができる。例えば、図３に示すように、収音装置１１は、収音する音の周波数が500Hzであるとき、0.75m離れた位置にある音源については-30dB以上、音の大きさが小さくなったものとして収音することができる。このように、近い音と遠い音が混在していても、マイクロホンアレー１２_１および１２_２に近い音のみを抽出することができることが示されている。なお、図４および図５に示すように、収音する音の周波数が1kHzおよび2kHzであるとき、より大きな差で、マイクロホンアレー１２_１および１２_２に近い音のみを抽出することができる。

【0094】

このように、収音装置１１では、遠方から到来する雑音（平面波）を抑制し、マイクロホンアレー１２_１および１２_２の近傍にある所望音源から到来する音（球面波）のみを抽出することができる。

【0095】

次に、図６は、図１の収音装置１１が所望音源からの音を抽出する処理を説明するフローチャートである。

【0096】

例えば、マイクロホンアレー１２_１および１２_２により音波が観測されて、マイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍから高速フーリエ変換部３１_１−１乃至３１_１−Ｍに音波信号が供給され、マイクロホン素子２１_２−１乃至２１_２−Ｍから高速フーリエ変換部３１_２−１乃至３１_２−Ｍに音波信号が供給されると処理が開始される。

【0097】

ステップＳ１１において、高速フーリエ変換部３１_１−１乃至３１_１−Ｍは、マイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍから供給される音波信号に対して高速フーリエ変換を施した周波数領域信号を空間フーリエ変換部３２_１に供給する。同様に、高速フーリエ変換部３１_２−１乃至３１_２−Ｍは、マイクロホン素子２１_２−１乃至２１_２−Ｍから供給される音波信号に対して高速フーリエ変換を施した周波数領域信号を空間フーリエ変換部３２_２に供給する。

【0098】

ステップＳ１２において、空間フーリエ変換部３２_１は、高速フーリエ変換部３１_１−１乃至３１_１−Ｍから供給される周波数領域信号に対してマイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍの位置に従った空間フーリエ変換を施した波数領域信号を球面波抽出処理部３３に供給する。同様に、空間フーリエ変換部３２_２は、高速フーリエ変換部３１_２−１乃至３１_２−Ｍから供給される周波数領域信号に対してマイクロホン素子２１_２−１乃至２１_２−Ｍの位置に従った空間フーリエ変換を施した波数領域信号を球面波抽出処理部３３に供給する。

【0099】

ステップＳ１３において、球面波抽出処理部３３は、空間フーリエ変換部３２_１から供給される波数領域信号と、空間フーリエ変換部３２_２から供給される波数領域信号とを用いて、所望音源から到来した音波信号に基づく波数領域信号を抽出する。例えば、球面波抽出処理部３３は、上述した次の式（２１）を演算することで、マイクロホンアレー１２_１から出力される音波信号に含まれる球面波成分波数領域信号Ｑ_１’を抽出することができる。

【0100】

ステップＳ１４において、逆空間フーリエ変換部３４は、球面波抽出処理部３３から供給される球面波成分波数領域信号に対して、マイクロホン素子２１_１−１乃至２１_１−Ｍの位置に従った逆空間フーリエ変換を施して複数の球面波成分周波数領域信号を算出する。

【0101】

ステップＳ１５において、信号決定部３５は、逆空間フーリエ変換部３４により求められた複数の球面波成分周波数領域信号に対して、上述したような遅延和アレーを用いて求められる球面波成分周波数領域信号を、音波信号として出力するために逆高速フーリエ変換部３６が逆高速フーリエ変換を施す対象として決定する。

【0102】

ステップＳ１６において、逆高速フーリエ変換部３６は、信号決定部３５により決定された球面波成分周波数領域信号に対して逆高速フーリエ変換を施し、その結果得られる球面波の音波信号を出力する。

【0103】

以上のように、音波抽出処理部１３は、マイクロホンアレー１２_１および１２_２により観測される音波信号に含まれている球面波の成分、即ち、所望音源からの音波を抽出することができる。つまり、収音装置１１では、これまで人の声を抽出するために利用されてきた直線マイクロホンアレーを基礎としながら、音響ホログラフィの考え方を導入することで、２次元平面ではなく、前後に２つ並んだマイクロホンアレー１２_１および１２_２を利用して、所望音源からの音波を抽出することができる。

【0104】

特に、収音装置１１では、所望音源と雑音源とが同一方向にある場合であっても、球面波と平面波との関係に基づいて、所望音源からの音を抽出することができる。具体的には、収音装置１１を自動販売機に採用して、例えば、自動販売機に近い発話のみを収音することにより、自動販売機による音声認識率の向上を図ることができる。また、収音装置１１は、例えば、ドライブスルーなどの発話注文において、店員が音声を聞き取るのにも活用することができる。さらに、収音装置１１をテレビ会議などに採用することで、参加者のみの声を捉え、ある程度離れた距離の音は収音しないようにすることができる。

【0105】

このように、収音装置１１は、複数の位置から発生した複数の音の中から、任意の場所にある音を抽出することができ、電話や、テレビ電話、テレビ中継、会話録音などのように音を収音する技術に適用することができる。

【0106】

なお、本実施の形態においては、所望音源を、収音装置１１から所定距離の近い位置にあるものとして説明を行ったが、例えば、収音装置１１から離れた遠い位置にあるものとして、その遠い所望音源からの音を抽出してもよい。即ち、上述の式（２１）を演算して球面波成分波数領域信号Ｑ_１’を求めるのに替えて、上述の式（１２）および式（２０）を用いた連立方程式において平面波成分波数領域信号Ｐ_１’を求めるようにすることで、遠い所望音源から到来する平面波を抽出することができる。

【0107】

なお、上述のフローチャートを参照して説明した各処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むものである。また、プログラムは、１のCPUにより処理されるものであってもよいし、複数のCPUによって分散処理されるものであってもよい。さらに、プログラムは、遠方のコンピュータに転送されて実行されるものであってもよい。

【0108】

また、上述した一連の処理（情報処理方法）は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラムが記録されたプログラム記録媒体からインストールされる。

【0109】

図７は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。

【0110】

コンピュータにおいて、CPU（Central Processing Unit）１０１，ROM（Read Only Memory）１０２，RAM（Random Access Memory）１０３は、バス１０４により相互に接続されている。

【0111】

バス１０４には、さらに、入出力インタフェース１０５が接続されている。入出力インタフェース１０５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部１０６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部１０７、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部１０８、ネットワークインタフェースなどよりなる通信部１０９、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア１１１を駆動するドライブ１１０が接続されている。

【0112】

以上のように構成されるコンピュータでは、CPU１０１が、例えば、記憶部１０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１０５及びバス１０４を介して、RAM１０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。

【0113】

コンピュータ（CPU１０１）が実行するプログラムは、例えば、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)等）、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディア１１１に記録して、あるいは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供される。

【0114】

そして、プログラムは、リムーバブルメディア１１１をドライブ１１０に装着することにより、入出力インタフェース１０５を介して、記憶部１０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部１０９で受信し、記憶部１０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM１０２や記憶部１０８に、あらかじめインストールしておくことができる。

【0115】

なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0116】

１１ 収音装置， １２_１および１２_２ マイクロホンアレー， １３ 音波抽出処理部， ２１_１−１乃至２１_１−Ｍおよび２１_２−１乃至２１_２−Ｍ マイクロホン素子， ３１_１−１乃至３１_１−Ｍおよび３１_２−１乃至３１_２−Ｍ 高速フーリエ変換部， ３２_１および３２_２ 空間フーリエ変換部， ３３ 球面波抽出処理部， ３４ 逆空間フーリエ変換部， ３５ 信号決定部， ３６ 逆高速フーリエ変換部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】