特許 6226885 音源分離方法、装置、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6226885

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】音源分離方法、装置、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G10L 21/0272 20130101AFI20171030BHJP

   G10L 21/0224 20130101ALI20171030BHJP

   H04R 3/00 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   G10L21/0272 100B

   G10L21/0224

   H04R3/00 320

【請求項の数】15

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-554164(P2014-554164)

(86)(22)【出願日】2013年1月25日

(86)【国際出願番号】JP2013051558

(87)【国際公開番号】WO2014103346

(87)【国際公開日】20140703

【審査請求日】2016年1月15日

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2012/084216

(32)【優先日】2012年12月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】511218574

【氏名又は名称】共栄エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100163500

【弁理士】

【氏名又は名称】片桐 貞典

(72)【発明者】

【氏名】本多 寧

(72)【発明者】

【氏名】後藤 晃

(72)【発明者】

【氏名】村山 好孝

【審査官】 上田 雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１３５５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３６４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１８８０５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１０Ｌ ２１／００−２１／１８

Ｈ０４Ｒ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の入力信号に対して特定方向に指向性を形成する音源分離方法であって、
前記一対の入力信号の一方について特定時間の遅延を含むフィルタ処理を施すフィルタ処理ステップと、
前記フィルタ処理ステップを経た後、交換回路によって前記一対の入力信号を１サンプル毎に交互に入れ替えることで、一対の交換信号を生成する交換ステップと、
前記交換信号の片方に係数ｍを乗じた上で、前記交換信号の誤差信号を生成する生成ステップと、
前記誤差信号を含む係数ｍの漸化式を演算して係数ｍを１サンプル毎に更新する更新ステップと、
逐次更新された係数ｍを前記一対の入力信号に乗じて出力する出力ステップと、
を備え、
前記フィルタ処理ステップにおける特定時間は、前記特定方向からの音波が一対のマイクロフォンに到着する時間差に相当し、
前記フィルタ処理ステップでは、前記特定方向からの音波に由来する前記一対の入力信号を同振幅同位相に調整すること、
を特徴とする音源分離方法。

【請求項2】

前記フィルタ処理ステップでは、
入力信号を特定時間遅延させる伝達関数Ｔ１により、前記一対の入力信号の一方にフィルタ処理を施し、
前記伝達関数Ｔ１は、
前記特定方向から前記フィルタ処理される入力信号を出力したマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１１、他方のマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１２とすると、
Ｔ１×Ｃ１１＝Ｃ１２を概略満たすこと、
を特徴とする請求項１記載の音源分離方法。

【請求項3】

他方の入力信号に対して、一対のマイクロフォンの離間距離を音波が進む所要時間以上の遅延時間を発生させる遅延処理ステップを更に備え、
前記フィルタ処理ステップでは、前記一方の入力信号に対して、前記遅延処理ステップの遅延時間と前記特定時間とを加算した時間の遅延を含むフィルタ処理を施すこと、
を特徴とする請求項１記載の音源分離方法。

【請求項4】

前記フィルタ処理ステップでは、入力信号を特定時間遅延させる伝達関数Ｔ１により、前記一対の入力信号の一方にフィルタ処理を施し、
前記遅延処理ステップでは、入力信号を前記遅延時間分遅延させる伝達関数Ｄ１により、前記一対の入力信号の他方を遅延させ、
前記伝達関数Ｔ１と前記伝達関数Ｄ１は、
前記特定方向から前記フィルタ処理される入力信号を出力したマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１１、他方のマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１２とすると、
Ｔ１×Ｃ１１＝Ｄ１×Ｃ１２を概略満たすこと、
を特徴とする請求項３記載の音源分離方法。

【請求項5】

前記生成及び前記更新ステップでは、
１サンプル前に算出された過去の係数ｍの−１倍がセットされた第１の積算器に前記交換信号の片方を通し、
前記第１の積算器を経た後に、前記一対の交換信号を加算する第１の加算器を通し、
第１の加算器を経た後に、定数μがセットされた第２の積算器を通し、
前記第２の積算器を経た後に、前記過去の係数ｍが乗算される前の前記片方の交換信号がセットされた第３の積算器を通し、
前記第３の積算器を経た後に、１サンプル前に算出された過去の係数ｍがセットされた第２の加算器を通すことで、
前記係数ｍを１サンプル毎に更新すること、
を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の音源分離方法。

【請求項6】

一対の入力信号に対して特定方向に指向性を形成する音源分離装置であって、
前記一対の入力信号の一方について特定時間の遅延を含むフィルタ処理を施すフィルタと、
前記フィルタを経た後、前記一対の入力信号を１サンプル毎に交互に入れ替えることで、一対の交換信号を生成する交換部と、
前記交換信号の片方に係数ｍを乗じた上で、前記交換信号の誤差信号を生成する誤差信号生成部と、
前記誤差信号を含む係数ｍの漸化式を演算して係数ｍを１サンプル毎に更新する漸化式演算部と、
逐次更新された係数ｍを前記一対の入力信号に乗じて出力する積算部と、
を備え、
前記フィルタ処理における特定時間は、前記特定方向からの音波が一対のマイクロフォンに到着する時間差に相当し、
前記フィルタ処理では、前記特定方向からの音波に由来する前記一対の入力信号を同振幅同位相に調整すること、
を特徴とする音源分離装置。

【請求項7】

前記フィルタは、
入力信号を特定時間遅延させる伝達関数Ｔ１により、前記一対の入力信号の一方にフィルタ処理を施し、
前記伝達関数Ｔ１は、
前記特定方向から前記フィルタ処理される入力信号を出力したマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１１、他方のマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１２とすると、
Ｔ１×Ｃ１１＝Ｃ１２を概略満たすこと、
を特徴とする請求項６記載の音源分離装置。

【請求項8】

他方の入力信号に対して、一対のマイクロフォンの離間距離を音波が進む所要時間以上の遅延時間を発生させるディレイを更に備え、
前記フィルタは、前記一方の入力信号に対して、前記ディレイによる遅延時間と前記特定時間とを加算した時間の遅延を含むフィルタ処理を施すこと、
を特徴とする請求項６記載の音源分離装置。

【請求項9】

前記フィルタは、入力信号を特定時間遅延させる伝達関数Ｔ１により、前記一対の入力信号の一方にフィルタ処理を施し、
前記ディレイは、入力信号を前記遅延時間分遅延させる伝達関数Ｄ１により、前記一対の入力信号の他方を遅延させ、
前記伝達関数Ｔ１と前記伝達関数Ｄ１は、
前記特定方向から前記フィルタ処理される入力信号を出力したマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１１、他方のマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１２とすると、
Ｔ１×Ｃ１１＝Ｄ１×Ｃ１２を概略満たすこと、
を特徴とする請求項８記載の音源分離装置。

【請求項10】

前記誤差信号生成部及び前記漸化式演算部は、
１サンプル前に算出された過去の係数ｍの−１倍がセットされた第１の積算器に前記交換信号の片方を通し、
前記第１の積算器を経た後に、前記一対の交換信号を加算する第１の加算器を通し、
第１の加算器を経た後に、定数μがセットされた第２の積算器を通し、
前記第２の積算器を経た後に、前記過去の係数ｍが乗算される前の前記片方の交換信号がセットされた第３の積算器を通し、
前記第３の積算器を経た後に、１サンプル前に算出された過去の係数ｍがセットされた第２の加算器を通すことで、
前記係数ｍを１サンプル毎に更新すること、
を特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の音源分離装置。

【請求項11】

コンピュータを、一対の入力信号に対して特定方向に指向性を形成するように機能させる音源分離プログラムであって、
前記コンピュータを、
前記一対の入力信号の一方について特定時間の遅延を含むフィルタ処理を施すフィルタと、
前記フィルタを経た後、前記一対の入力信号を１サンプル毎に交互に入れ替えることで、一対の交換信号を生成する交換部と、
前記交換信号の片方に係数ｍを乗じた上で、前記交換信号の誤差信号を生成する誤差信号生成部と、
前記誤差信号を含む係数ｍの漸化式を演算して係数ｍを１サンプル毎に更新する漸化式演算部と、
逐次更新された係数ｍを前記一対の入力信号に乗じて出力する積算部と、
として機能させ、
前記フィルタ処理における特定時間は、前記特定方向からの音波が一対のマイクロフォンに到着する時間差に相当し、
前記フィルタ処理では、前記特定方向からの音波に由来する前記一対の入力信号を同振幅同位相に調整させること、
を特徴とする音源分離プログラム。

【請求項12】

前記フィルタは、
入力信号を特定時間遅延させる伝達関数Ｔ１により、前記一対の入力信号の一方にフィルタ処理を施し、
前記伝達関数Ｔ１は、
前記特定方向から前記フィルタ処理される入力信号を出力したマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１１、他方のマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１２とすると、
Ｔ１×Ｃ１１＝Ｃ１２を概略満たすこと、
を特徴とする請求項１１記載の音源分離プログラム。

【請求項13】

前記コンピュータを、他方の入力信号に対して、一対のマイクロフォンの離間距離を音波が進む所要時間以上の遅延時間を発生させるディレイとして更に機能させ、
前記フィルタは、前記一方の入力信号に対して、前記ディレイによる遅延時間と前記特定時間とを加算した時間の遅延を含むフィルタ処理を施すこと、
を特徴とする請求項１１記載の音源分離プログラム。

【請求項14】

前記フィルタは、入力信号を特定時間遅延させる伝達関数Ｔ１により、前記一対の入力信号の一方にフィルタ処理を施し、
前記ディレイは、入力信号を前記遅延時間分遅延させる伝達関数Ｄ１により、前記一対の入力信号の他方を遅延させ、
前記伝達関数Ｔ１と前記伝達関数Ｄ１は、
前記特定方向から前記フィルタ処理される入力信号を出力したマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１１、他方のマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１２とすると、
Ｔ１×Ｃ１１＝Ｄ１×Ｃ１２を概略満たすこと、
を特徴とする請求項１３記載の音源分離プログラム。

【請求項15】

前記誤差信号生成部及び前記漸化式演算部は、
１サンプル前に算出された過去の係数ｍの−１倍がセットされた第１の積算器に前記交換信号の片方を通し、
前記第１の積算器を経た後に、前記一対の交換信号を加算する第１の加算器を通し、
第１の加算器を経た後に、定数μがセットされた第２の積算器を通し、
前記第２の積算器を経た後に、前記過去の係数ｍが乗算される前の前記片方の交換信号がセットされた第３の積算器を通し、
前記第３の積算器を経た後に、１サンプル前に算出された過去の係数ｍがセットされた第２の加算器を通すことで、
前記係数ｍを１サンプル毎に更新すること、
を特徴とする請求項１１乃至１４の何れかに記載の音源分離プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、音波信号に基づき、任意の方向にある音源に向けて指向性を形成する音源分離方法、装置、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

目的音源の音波を精度よく分離し、雑音等の目的外音を抑制するには、一般的に、指向性マイクを用いたり、一定以上の間隔でそれらマイクロフォンを複数並べる必要があった。しかしながら、ＩＣレコーダーのような小型な集音機器では、指向性マイクの搭載や間隔を広くとった複数マイクを用いた集音技術の適用は困難である。また、複数の音源から人工的にダウンミックス処理しておいた収録済みの音声について、これら集音技術を適用することによる精度の良い音源分離は困難である。

【0003】

そこで、音波の収録後、各マイクロフォンから出力される信号間の振幅差や位相差を解析し、解析結果に応じた信号処理を施すことで、目的音源を分離抽出する技術が多数提案されている。近年では、統計的解析、周波数解析、複素解析等が持ち出され、入力信号の波形構造の違いを検出し、その検出結果を音源分離処理に生かしている。

【0004】

例えば、入力信号を時間軸から周波数軸に変換し、周波数ごとに位相の差分を算出し、この差分を基に目的音源から入力された音波周波数帯を特定し、その周波数帯の音波を強調するように信号処理している（特許文献１参照。）。

【0005】

また、信号処理では、近接配置された２個のマイクロフォンの入力信号に基づいて入力された音波が目的方向にあるかを判断し、２個の入力信号の位相差の差分を補正し、目的方向に存在する音を強調している（特許文献２参照。）。２つの入力信号同士を互いに参照させ、得られた信号を利用して逐次フィルタを更新している（特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７−３１８５２８号公報

【特許文献2】特表２００９−１３５５９３号公報

【特許文献3】特開２００９−０２７３８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

集音機器または集音機器を搭載する機器の小型化は、マイクロフォンの配置間隔の一層の近接化を伴い、そのため、信号間の振幅差や位相差は極小となり、これら振幅差や位相差の明瞭な特定に多大な労力が必要となっている。特に、２個のマイクロフォンの間隔に対して何十倍以上の長い波長をもつ低周波領域、及び２個のマイクロフォンに到達する音波の位相差が１周期以上となってしまう高周波領域において顕著である。

【0008】

近年では、特許文献１乃至３のように、波形構造の周波数解析、複素解析、又は統計的解析を複雑高度化することで、マイクロフォンの近接化に対応している。しかしながら、これら解析の複雑高度化は、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いてしまう結果となり、演算処理能力の都合上、リアルタイムに指向性を形成することが困難となってきた。演算処理の負荷軽減を図るためにはマイクロフォンの数を増加させればよいが、機器の限られたスペースにより、マイクロフォンの離間距離は更に短くなってしまう。

【0009】

本願発明は、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、近接配置されたマイクロフォンを用いて、任意の方向から到来する音を、複雑高度な解析を必要とせず、少ない演算量で強調又は抑圧して出力することができる音源分離方法、装置、及び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】

【0010】

上記の目的を達成するために、実施形態の音源分離方法は、一対の入力信号に対して特定方向に指向性を形成する音源分離方法であって、前記一対の入力信号の一方について特定時間の遅延を含むフィルタ処理を施すフィルタ処理ステップと、前記フィルタ処理ステップを経た後、交換回路によって前記一対の入力信号を１サンプル毎に交互に入れ替えることで、一対の交換信号を生成する交換ステップと、前記交換信号の片方に係数ｍを乗じた上で、前記交換信号の誤差信号を生成する生成ステップと、前記誤差信号を含む係数ｍの漸化式を演算して係数ｍを１サンプル毎に更新する更新ステップと、逐次更新された係数ｍを前記一対の入力信号に乗じて出力する出力ステップと、を備え、前記フィルタ処理ステップにおける特定時間は、前記特定方向からの音波が一対のマイクロフォンに到着する時間差に相当し、前記フィルタ処理ステップでは、前記特定方向からの音波に由来する前記一対の入力信号を同振幅同位相に調整すること、を特徴とする。

【0011】

前記フィルタ処理ステップでは、入力信号を特定時間遅延させる伝達関数Ｔ１により、前記一対の入力信号の一方にフィルタ処理を施し、前記伝達関数Ｔ１は、前記特定方向から前記フィルタ処理される入力信号を出力したマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１１、他方のマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１２とすると、Ｔ１×Ｃ１１＝Ｃ１２を概略満たすようにしてもよい。

【0012】

他方の入力信号に対して、一対のマイクロフォンの離間距離を音波が進む所要時間以上の遅延時間を発生させる遅延処理ステップを更に備え、前記フィルタ処理ステップでは、前記一方の入力信号に対して、前記遅延処理ステップの遅延時間と前記特定時間とを加算した時間の遅延を含むフィルタ処理を施すようにしてもよい。

【0013】

前記フィルタ処理ステップでは、入力信号を特定時間遅延させる伝達関数Ｔ１により、前記一対の入力信号の一方にフィルタ処理を施し、前記遅延処理ステップでは、入力信号を前記遅延時間分遅延させる伝達関数Ｄ１により、前記一対の入力信号の他方を遅延させ、前記伝達関数Ｔ１と前記伝達関数Ｄ１は、前記特定方向から前記フィルタ処理される入力信号を出力したマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１１、他方のマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１２とすると、Ｔ１×Ｃ１１＝Ｄ１×Ｃ１２を概略満たすようにしてもよい。

【0014】

前記生成及び前記更新ステップでは、１サンプル前に算出された過去の係数ｍの−１倍がセットされた第１の積算器に前記交換信号の片方を通し、前記第１の積算器を経た後に、前記一対の交換信号を加算する第１の加算器を通し、第１の加算器を経た後に、定数μがセットされた第２の積算器を通し、前記第２の積算器を経た後に、前記過去の係数ｍが乗算される前の前記片方の交換信号がセットされた第３の積算器を通し、前記第３の積算器を経た後に、１サンプル前に算出された過去の係数ｍがセットされた第２の加算器を通すことで、前記係数ｍを１サンプル毎に更新するようにしてもよい。

【0015】

また、上記の目的を達成するために、実施形態の音源分離装置は、一対の入力信号に対して特定方向に指向性を形成する音源分離装置であって、前記一対の入力信号の一方について特定時間の遅延を含むフィルタ処理を施すフィルタと、前記フィルタを経た後、前記一対の入力信号を１サンプル毎に交互に入れ替えることで、一対の交換信号を生成する交換部と、前記交換信号の片方に係数ｍを乗じた上で、前記交換信号の誤差信号を生成する誤差信号生成部と、前記誤差信号を含む係数ｍの漸化式を演算して係数ｍを１サンプル毎に更新する漸化式演算部と、逐次更新された係数ｍを前記一対の入力信号に乗じて出力する積算部と、を備え、前記フィルタ処理における特定時間は、前記特定方向からの音波が一対のマイクロフォンに到着する時間差に相当し、前記フィルタ処理では、前記特定方向からの音波に由来する前記一対の入力信号を同振幅同位相に調整すること、を特徴とする。

【0016】

前記フィルタでは、入力信号を特定時間遅延させる伝達関数Ｔ１により、前記一対の入力信号の一方にフィルタ処理を施し、前記伝達関数Ｔ１は、前記特定方向から前記フィルタ処理される入力信号を出力したマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１１、他方のマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１２とすると、Ｔ１×Ｃ１１＝Ｃ１２を概略満たすようにしてもよい。

【0017】

他方の入力信号に対して、一対のマイクロフォンの離間距離を音波が進む所要時間以上の遅延時間を発生させるディレイを更に備え、前記フィルタでは、前記一方の入力信号に対して、前記ディレイによる遅延時間と前記特定時間とを加算した時間の遅延を含むフィルタ処理を施すようにしてもよい。

【0018】

前記フィルタは、入力信号を特定時間遅延させる伝達関数Ｔ１により、前記一対の入力信号の一方にフィルタ処理を施し、前記ディレイは、入力信号を前記遅延時間分遅延させる伝達関数Ｄ１により、前記一対の入力信号の他方を遅延させ、前記伝達関数Ｔ１と前記伝達関数Ｄ１は、前記特定方向から前記フィルタ処理される入力信号を出力したマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１１、他方のマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１２とすると、Ｔ１×Ｃ１１＝Ｄ１×Ｃ１２を概略満たすようにしてもよい。

【0019】

前記誤差信号生成部及び前記漸化式演算部は、１サンプル前に算出された過去の係数ｍの−１倍がセットされた第１の積算器に前記交換信号の片方を通し、前記第１の積算器を経た後に、前記一対の交換信号を加算する第１の加算器を通し、第１の加算器を経た後に、定数μがセットされた第２の積算器を通し、前記第２の積算器を経た後に、前記過去の係数ｍが乗算される前の前記片方の交換信号がセットされた第３の積算器を通し、前記第３の積算器を経た後に、１サンプル前に算出された過去の係数ｍがセットされた第２の加算器を通すことで、前記係数ｍを１サンプル毎に更新するようにしてもよい。

【0020】

また、上記の目的を達成するために、実施形態の音源分離プログラムは、コンピュータを、一対の入力信号に対して特定方向に指向性を形成するように機能させる音源分離プログラムであって、前記コンピュータを、前記一対の入力信号の一方について特定時間の遅延を含むフィルタ処理を施すフィルタと、前記フィルタを経た後、前記一対の入力信号を１サンプル毎に交互に入れ替えることで、一対の交換信号を生成する交換部と、前記交換信号の片方に係数ｍを乗じた上で、前記交換信号の誤差信号を生成する誤差信号生成部と、前記誤差信号を含む係数ｍの漸化式を演算して係数ｍを１サンプル毎に更新する漸化式演算部と、逐次更新された係数ｍを前記一対の入力信号に乗じて出力する積算部と、として機能させ、前記フィルタ処理における特定時間は、前記特定方向からの音波が一対のマイクロフォンに到着する時間差に相当し、前記フィルタ処理では、前記特定方向からの音波に由来する前記一対の入力信号を同振幅同位相に調整させること、を特徴とする。

【0021】

前記フィルタは、入力信号を特定時間遅延させる伝達関数Ｔ１により、前記一対の入力信号の一方にフィルタ処理を施し、前記伝達関数Ｔ１は、前記特定方向から前記フィルタ処理される入力信号を出力したマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１１、他方のマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１２とすると、Ｔ１×Ｃ１１＝Ｃ１２を概略満たすようにしてもよい。

【0022】

前記コンピュータを、他方の入力信号に対して、一対のマイクロフォンの離間距離を音波が進む所要時間以上の遅延時間を発生させるディレイとして更に機能させ、前記フィルタは、前記一方の入力信号に対して、前記ディレイによる遅延時間と前記特定時間とを加算した時間の遅延を含むフィルタ処理を施すようにしてもよい。

【0023】

前記フィルタは、入力信号を特定時間遅延させる伝達関数Ｔ１により、前記一対の入力信号の一方にフィルタ処理を施し、前記ディレイは、入力信号を前記遅延時間分遅延させる伝達関数Ｄ１により、前記一対の入力信号の他方を遅延させ、前記伝達関数Ｔ１と前記伝達関数Ｄ１は、前記特定方向から前記フィルタ処理される入力信号を出力したマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１１、他方のマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１２とすると、Ｔ１×Ｃ１１＝Ｄ１×Ｃ１２を概略満たすようにしてもよい。

【0024】

前記誤差信号生成部及び前記漸化式演算部は、１サンプル前に算出された過去の係数ｍの−１倍がセットされた第１の積算器に前記交換信号の片方を通し、前記第１の積算器を経た後に、前記一対の交換信号を加算する第１の加算器を通し、第１の加算器を経た後に、定数μがセットされた第２の積算器を通し、前記第２の積算器を経た後に、前記過去の係数ｍが乗算される前の前記片方の交換信号がセットされた第３の積算器を通し、前記第３の積算器を経た後に、１サンプル前に算出された過去の係数ｍがセットされた第２の加算器を通すことで、前記係数ｍを１サンプル毎に更新するようにしてもよい。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、目的音源とマイクロフォンとの物理的な配置に起因して生じる時間差に焦点をあてることで、時間差のない音を強調する簡便な手法を利用して、任意の方向に存在する目的音源の音を相対的に強調できるため、信号間の振幅や差分を特定する煩雑な解析を必要とせずに、演算数を大幅に削減しながらも、任意の方向から到来する音波信号を精度よく強調できる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】第１の実施形態に係る音源分離装置の構成を示すブロック図である。

【図2】係数更新回路の一例を示すブロック図である。

【図3】音源とマイクロフォンＬ、Ｒとの関係を示すモデルである。

【図4】各音源に到達する同一音波の到達時間差を示すグラフである。

【図5】各音源に到達する同一音波のうちの一方を遅延させた場合の到達時間差の変化を示すグラフである。

【図6】８０ｄｅｇ方向の音源からの時間差を解消させた場合に、８０ｄｅｇ方向の音源からの入力信号を元に生成した係数ｍ（ｋ）の収束態様を示すグラフである。

【図7】８０ｄｅｇ方向の音源からの時間差を解消させた場合に、２７０ｄｅｇ方向の音源からの入力信号を元に生成した係数ｍ（ｋ）の収束態様を示すグラフである。

【図8】８０ｄｅｇ方向の音源からの時間差を解消させた場合に、０ｄｅｇ方向の音源からの入力信号を元に生成した係数ｍ（ｋ）の収束態様を示すグラフである。

【図9】８０ｄｅｇ方向の音源からの時間差を解消させた場合に、３０ｄｅｇ方向の音源からの入力信号を元に生成した係数ｍ（ｋ）の収束態様を示すグラフである。

【図10】交換回路の有無に応じた係数ｍ（ｋ）の収束速度を示すグラフである。

【図11】第２の実施形態に係る音源分離装置の構成を示すブロック図である。

【図12】ディレイによる到達時間差の変化を示すグラフである。

【図13】ディレイ後のフィルタによる到達時間差の変化を示すグラフである。

【図14】第３の実施形態に係る指向性の範囲を示す。

【図15】第３の実施形態に係る音源分離装置の構成を示すブロック図である。

【図16】その他の実施形態に係る音源分離装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明に係る音源分離方法、装置、及びプログラムの実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

【0028】

（第１の実施形態）
（構成）
図１は、音源分離装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、音源分離装置は、離間配置される一対のマイクロフォンＬ、Ｒに接続されており、マイクロフォンＬ、Ｒから入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号ＩｎＲ（ｋ）が入力される。音源分離装置は、この入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号ＩｎＲ（ｋ）を信号処理し、目的音源Ｓ１のある特定方向の音波を、他方向から到来する音波と比して相対的に強調する。本実施形態において、目的音源Ｓ１は、マイクロフォンＬ、Ｒの正面、又は正面から逸れて、マイクロフォンＲ寄りの特定方向に存在するものとする。

【0029】

この音源分離装置は、目的音源Ｓ１に近いマイクロフォンＲの後段にフィルタ１ａを備えている。フィルタ１ａは、入力信号ＩｎＲ（ｋ）の時間波形を、伝達関数Ｔ１が示す特定時間遅延させる。このフィルタ１ａは、例えばＦＩＲフィルタやＩＩＲフィルタ等である。

【0030】

フィルタ１ａの伝達関数Ｔ１は以下式（１）で表される。式中、Ｃ１１は、特定方向にある目的音源Ｓ１からマイクロフォンＲまでの経路の伝達関数である。Ｃ１２は、特定方向にある目的音源Ｓ１からマイクロフォンＬまでの経路の伝達関数である。

【0031】

この式（１）を満たす伝達関数Ｔ１により、フィルタ１ａは、特定方向にある目的音源Ｓ１の音波を収録して得た入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号ＩｎＲ（ｋ）を同振幅同位相に揃える一方、特定方向から逸れた方向から到来する音波を収録して得た入力信号Ｉｎ（L）と入力信号Ｉｎ（Ｒ）については、特定方向から逸れるほど、時間差を付けていく。
すなわち、伝達関数Ｔ１は、伝達関数Ｔ１が示す遅延時間が、目的音源Ｓ１からの同一音波がマイクロフォンＬ、Ｒに到達する時間差に相当するよう調整されている。

【0032】

マイクロフォンＲから入力されてフィルタ１ａを経た入力信号ＩｎＲ（ｋ）、及びマイクロフォンＬから入力された入力信号ＩｎＬ（ｋ）は、特性補正回路２ａと交換回路２と係数更新回路３が直列に接続された経路と、合成回路４へ向かう経路とに分配される。そして、この音源分離装置は、これら交換回路２、係数更新回路３、及び合成回路４を用いて、マイクロフォンＬから入力された入力信号ＩｎＬ（ｋ）と、フィルタ１ａから出力された入力信号ＩｎＲ（ｋ）との時間差に基づく利得を、入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号ＩｎＲ（ｋ）に与える処理を行う。

【0033】

特性補正回路２ａは、周波数特性補正フィルタと位相特性補正回路とを有する。周波数特性補正フィルタは、所望周波数帯の音波信号を抽出する。位相特性補正回路は、入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号ＩｎＲ（ｋ）に対するマイクロフォンＬ、Ｒの音響特性が与える影響を減少させる。

【0034】

交換回路２は、入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号ＩｎＲ（ｋ）を１サンプルおきに交互に入れ替えて出力する。すなわち、交換信号ＩｎＡ（ｋ）及び交換信号ＩｎＢ（ｋ）のデータ列は、ｋ＝１、２、３、４・・・において、以下のようになる。
ＩｎＡ（ｋ）＝｛ＩｎＬ（１） ＩｎＲ（２） ＩｎＬ（３） ＩｎＲ（４）・・・｝
ＩｎＢ（ｋ）＝｛ＩｎＲ（１） ＩｎＬ（２） ＩｎＲ（３） ＩｎＬ（４）・・・｝

【0035】

交換信号ＩｎＡ（ｋ）及び交換信号ＩｎＢ（ｋ）は、係数更新回路３に入力される。この係数更新回路３は、交換信号ＩｎＡ（ｋ）と交換信号ＩｎＢ（ｋ）との誤差を計算し、誤差に応じた係数ｍ（ｋ）を決定する。また、係数更新回路３は、過去の係数ｍ（ｋ−１）を参照して逐次的に係数ｍ（ｋ）を更新する。

【0036】

同着の交換信号ＩｎＡ（ｋ）と交換信号ＩｎＢ（ｋ）の誤差信号ｅ（ｋ）を以下式（２）のように定義する。

【0037】

この係数更新回路３は、誤差信号ｅ（ｋ）を係数ｍ（ｋ−１）の関数とし、誤差信号ｅ（ｋ）を含む係数ｍ（ｋ）の隣接二項間漸化式を演算することで、誤差信号ｅ（ｋ）が最小となる係数ｍ（ｋ）を探索する。係数更新回路３は、この演算処理により、入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号ＩｎＲ（ｋ）とに時間差が生じていればいるほど、係数ｍ（ｋ）を減少させる方向で更新し、時間差がなければ係数ｍ（ｋ）を１に近づけて出力する。

【0038】

係数ｍ（ｋ）は、入力信号ＩｎＬ（ｋ）及び入力信号ＩｎＲ（ｋ）と共に、合成回路４に入力される。合成回路４は、入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号ＩｎＲ（ｋ）とに任意の比率で係数ｍ（ｋ）を乗じ、任意の比率で足し合わせて、その結果として出力信号ＯｕｔＬ（ｋ）と信号ＯｕｔＲ（ｋ）を出力する。

【0039】

係数更新回路３の一例を更に説明する。図２は、係数更新回路３の一例を示すブロック図である。図２に示すように、係数更新回路３は、複数の積算器と加算器から構成され、隣接二項間漸化式を体現した回路であり、過去の係数ｍ（ｋ−１）を参照して係数ｍ（ｋ）を漸次更新するものである。係数更新回路３において、長いタップ数を有する適応フィルタは排除されている。

【0040】

この係数更新回路３において、交換信号ＩｎＢ（ｋ）を参照信号として用いて誤差信号ｅ（ｋ）を生成する。すなわち、交換信号ＩｎＡ（ｋ）は、積算器５に入力される。積算器５は、交換信号ＩｎＡ（ｋ）に対して１サンプル前の係数ｍ（ｋ−１）の−１倍を掛け合わせる。積算器５の出力側には、加算器６が接続されている。この加算器６には、積算器５から出力された信号と交換信号ＩｎＢ（ｋ）とが入力され、これら信号を加算することで、瞬時誤差信号ｅ（ｋ）を得る。この演算処理による誤差信号ｅ（ｋ）は以下式（３）の通りである。

【0041】

誤差信号ｅ（ｋ）は、入力信号をμ倍する積算器７に入力される。係数μは、１未満のステップサイズパラメータである。積算器７の出力側には、積算器８が接続される。積算器８には、交換信号ＩｎＡ（ｋ）と積算器を経た信号μｅ（ｋ）とが入力される。この積算器８は、交換信号ＩｎＡ（ｋ）と信号μｅ（ｋ）とを乗じ、以下式（４）で表される瞬時二乗誤差の微分信号∂Ｅ（ｍ）^２／∂ｍを得る。

【0042】

積算器８には加算器９が接続されている。加算器９は、以下式（５）を演算することで係数ｍ（ｋ）を完成させ、入力信号ＩｎＬ（ｋ）とＩｎＲ（ｋ）から出力信号ＯｕｔＬ（ｋ）とＯｕｔＩｎＲ（ｋ）を生成する合成回路４に係数ｍ（ｋ）をセットする。

すなわち、加算器９は微分信号∂Ｅ（ｍ）^２／∂ｍに対して信号β・ｍ（ｋ−１）を加算することで係数ｍ（ｋ）を完成させる。

【0043】

信号β・ｍ（ｋ−１）は、加算器９の出力側に１サンプル分だけ信号を遅延させる遅延器１０と定数βを積算する積算器１１とが接続されており、１サンプル前の信号処理により更新された係数ｍ（ｋ−１）に対して積算器１１で定数βを乗じることにより生成される。

【0044】

これにより、係数更新回路３では、以下の漸化式（６）の演算処理が実現し、係数ｍ（ｋ）を生成され、サンプリング毎に漸次更新していく。

【0045】

（作用）
図３に、各音源とマイクロフォンＬ、Ｒとの位置関係を示す。この位置関係を示すモデルは、ｘ軸上に原点を中心にして４ｃｍ離したマイクロフォンＬ、Ｒを設置し、原点を中心に半径０．５ｍの円周上に多数の音源を配置している。各音源は、ｙ軸正方向を０ｄｅｇ、ｘ軸正方向を９０ｄｅｇとして角度で特定する。

【0046】

音速を３４０ｍ／ｓとして、各音源からマイクロフォンＬまでの伝達時間をＹ１とする。また各音源からマイクロフォンＲまでの伝達時間をＹ２とする。このとき、（Ｙ１−Ｙ２）で算出する時間差、すなわち、マイクロフォンＲへ到達した音波がマイクロフォンＬへ到達する遅延時間は、図４に示すグラフとなる。図４は、横軸が音源の位置、縦軸が遅延時間である。

【0047】

図４に示すように、０ｄｅｇ及び１８０ｄｅｇからの音波はマイクロフォンＬ、Ｒへ同着し、９０ｄｅｇ及び２７０ｄｅｇからの音波は、マイクロフォンＬ、Ｒへ最大時間ずれて到着する。９０ｄｅｇでは、マイクロフォンＲへの到達が早い。２７０ｄｅｇでは、マイクロフォンＲへの到達が遅くなる。また、８０ｄｅｇからの音波は、マイクロフォンＲへの到着から０．１１５９ｍｓ遅れてマイクロフォンＬへ到着する。

【0048】

ここで、フィルタ１ａにより、マイクロフォンＲへ到達した入力信号ＩｎＲ（ｋ）を遅延させる。伝達関数Ｔ１は、８０ｄｅｇからの同一音波がマイクロフォンＬ、Ｒに到達する時間差である０．１１５９ｍｓだけ遅延させるように設定されているものとする。そうすると、図５に示すように、８０ｄｅｇからの音波を収録して得られた入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号ＩｎＲ（ｋ）の時間差はゼロとなる。

【0049】

すなわち、８０ｄｅｇから到来してマイクロフォンＬ、Ｒから出力された入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号ＩｎＲ（ｋ）は、時間波形において同振幅同位相となって相対的な強調対象となる。

【0050】

このような伝達関数Ｔ１を有するフィルタ１ａを通った場合の係数ｍ（ｋ）の収束例を図６乃至９に示す。各図は、横軸をサンプリング数、縦軸を係数ｍ（ｋ）とし、係数ｍ（０）を零に予め設定した場合の係数ｍ（ｋ）の収束態様を示している。マイクロフォンＬ、Ｒの間隔は４０ｍｍとする。尚、定数βは１．０００であり、定数μは０．０１であり、係数ｍ（ｋ）は平均処理によって平滑化されている。

【0051】

まず、図６に示すように、８０ｄｅｇからの音波を収録して得た入力信号ＩｎＲ（ｋ）と入力信号ＩｎＬ（ｋ）によると、係数ｍ（ｋ）は１に向けて収束する。一方、図７に示すように、２７０ｄｅｇ方向に音源がある場合には、係数ｍ（ｋ）は、約０．１に向けて収束する。また、図８に示すように、０ｄｅｇ方向に音源がある場合には、係数ｍ（ｋ）は、約０．７５に向けて収束する。更に、図９に示すように、３０ｄｅｇ方向に音源がある場合には、係数ｍ（ｋ）は、約０．９４に向けて収束する。

【0052】

これにより、出力信号ＯｕｔＬ（ｋ）と信号ＯｕｔＩｎＲ（ｋ）には、音源の存在位置が８０ｄｅｇの方向に近ければ近いほど、１に近い係数ｍ（ｋ）によって相対的に強調される利得が与えられる。一方、音源の存在位置が８０ｄｅｇの方向から離れれば離れるほど、１未満の係数ｍ（ｋ）によって相対的に抑制される利得が与えられる。

【0053】

次に、交換回路の意義について説明する。交換回路を経ることによって、係数更新回路は、以下の数式（７）を交互に演算する。

【0054】

数式（７）において、信号の二乗の項は、ホワイトノイズ等の無相関成分を時間の経過とともに小さくなるように作用する。一方、その隣接項は、相関係数を逐次的に算出する以下の数式（８）の分子部分と同等であり、相関成分の影響を係数ｍに反映させていくこととなる。

【0055】

つまり、係数更新回路３が入力信号ＩｎＬ（ｋ）に対して入力信号ＩｎＲ（ｋ）を近似させようとしたときには、入力信号ＩｎＬ（ｋ）の無相関成分は増幅方向となり、入力信号ＩｎＲ（ｋ）の無相関成分は抑制方向となる。また、入力信号ＩｎＲ（ｋ）に対して入力信号ＩｎＬ（ｋ）を近似させようとしたときには、入力信号ＩｎＲ（ｋ）の無相関成分は増幅方向となり、入力信号ＩｎＬ（ｋ）の無相関成分は抑制方向となる。

【0056】

そこで、係数更新回路３の前に交換回路２を設置すると、入力信号ＩｎＬ（ｋ）に対して入力信号ＩｎＲ（ｋ）を近似させて同期加算しようとする働きと、入力信号ＩｎＲ（ｋ）に対して入力信号ＩｎＬ（ｋ）を近似させて同期加算しようとする働きとを交互に繰り返すこととなる。そのため、無相関成分を増幅及び抑制しようとする働きは、交互に打ち消し合うことになり、係数ｍ（ｋ）には相関成分の影響を濃く反映させていくことになる。

【0057】

尚、図１０は、交換回路２がある場合とない場合での係数ｍ（ｋ）の収束状態を示している。両収束状態は、共にセンター位置に音源を置き、マイクロフォンＬ、Ｒで集音したものである。図１０の曲線Ｆが示すように、交換回路２がある場合には約１０００回目に係数ｍ（ｋ）が１に収束したが、曲線Ｇが示すように、更新回路２がない場合には、係数ｍ（ｋ）を１００００回更新しても未だ１に収束することはなく、その開きは１０倍であった。すなわち、交換回路２が存在する場合には、音源分離が速やかに完了することを示している。

【0058】

（効果）
以上のように、本実施形態に係る音源分離装置では、マイクロフォンＬ、Ｒから入力される一対の入力信号の一方について特定時間の遅延を含むフィルタ処理を施す。そして、フィルタ処理の後、交換回路２によってマイクロフォンＬ、Ｒから入力される一対の入力信号ＩｎＬ（ｋ）とＩｎＲ（ｋ）を１サンプル毎に交互に入れ替えることで、一対の交換信号ＩｎＡ（ｋ）とＩｎＢ（ｋ）を生成し、この交換信号ＩｎＡ（ｋ）とＩｎＢ（ｋ）の片方に係数ｍを乗じた上で、交換信号ＩｎＡ（ｋ）とＩｎＢ（ｋ）の誤差信号を生成する。更に、誤差信号を含む係数ｍの漸化式を演算して係数ｍを１サンプル毎に更新する。最後に、逐次更新された係数ｍを一対の入力信号に乗じて出力する。

【0059】

例えば、入力信号を特定時間遅延させる伝達関数Ｔ１を有するフィルタ１ａを通すことで、一対の入力信号ＩｎＬ（ｋ）とＩｎＲ（ｋ）の一方にフィルタ処理を施すようにする。この伝達関数Ｔ１は、目的音源Ｓ１からフィルタ処理される入力信号を出力したマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１１、他方のマイクロフォンまでの音波の伝達関数をＣ１２とすると、Ｔ１×Ｃ１１＝Ｃ１２を概略満たすようにする。

【0060】

また、１サンプル前に算出された過去の係数ｍの−１倍がセットされた積算器５に交換信号の片方を通し、積算器５を経た後に、一対の交換信号を加算する加算器６を通し、加算器６を経た後に、定数μがセットされた積算器７を通し、積算器７を経た後に、過去の係数ｍが乗算される前の片方の交換信号がセットされた積算器８を通し、積算器８を経た後に、１サンプル前に算出された過去の係数ｍがセットされた加算器９を通すことで、係数ｍを１サンプル毎に更新する。

【0061】

これにより、本実施形態の音源分離装置は、目的音源Ｓ１とマイクロフォンＬ、Ｒとの物理的な配置に起因して生じる時間差に焦点をあて、煩雑な演算を回避でき、入力信号Ｉｎ（Ｌ）と入力信号Ｉｎ（Ｒ）との位相差や振幅差が極微小であっても、逆に１周期以上の時間差が生じていても、解析を必要とせず簡便に、マイクロフォンＬ、Ｒのセンター位置から逸れた特定方向の目的音源Ｓ１に指向性を形成することができる。

【0062】

更に、その指向性を形成するためにタップ数の多いフィルタ等に依ることはなく、交換回路と漸化式を演算する一つの係数更新回路によって実現できる。従って、演算数を大幅に削減でき、最終的な遅延は数十マイクロ秒〜数ミリ秒以内におさめることが可能となる。

【0063】

尚、本実施形態における指向性を形成する特定方向は例示である。言うまでもないが、伝達関数Ｔ１の調整及びフィルタ１ａを設置するマイクロフォンＬ、Ｒの選択によって、特定方向は如何様にも設定可能である。

【0064】

（第２の実施形態）
（構成）
第２の実施形態に係る音源分離装置は、図１１に示すように、マイクロフォンＲの後段に設けられたフィルタ１ａの他、マイクロフォンＬの後段にディレイ１ｂを備えている。ディレイ１ｂはLＣ回路等であり、入力信号ＩｎＬ（ｋ）に対して一定の遅延時間を与える。

【0065】

ディレイ１ｂによる遅延時間は、マイクロフォンＬ、Ｒの離間距離を音波が進む所要時間以上とする。２７０ｄｅｇの方向に目的音源Ｓ１があると、マイクロフォンＬ、Ｒに到達する音波の到達時間差は最大となり、且つマイクロフォンＬがマイクロフォンＲに先立って音波を受信する。ディレイ１ｂは、入力信号ＩｎＬ（ｋ）をこの最大時間以上遅延させる。すなわち、常に入力信号ＩｎＲ（ｋ）を入力信号ＩｎＬ（ｋ）よりも時間波形が進んだ状態にする。

【0066】

ディレイ１ｂの伝達関数Ｄ１とフィルタ１ａの伝達関数Ｔ１は、以下式（９）を満たすように調整される。つまり、伝達関数Ｔ１は、ディレイ１ｂで入力信号ＩｎＬ（ｋ）を遅らせたことを加味して、特定方向から到来する音波の時間差を解消するように調整されている。

【0067】

（作用）
図３の位置関係モデルを考える。第２の実施形態に係る音源分離装置では、ディレイ１ｂにより、マイクロフォンＬが出力する入力信号ＩｎＬ（ｋ）の時間波形が遅れるようにシフトする。シフト量は、２７０ｄｅｇからの同一音波がマイクロフォンＬ、Ｒに到達する時間差とする。

【0068】

そうすると、図１２に示すように、マイクロフォンＲに同一音波が到達してから、その同一音波がマイクロフォンＬに到達するまでの時間差は、必ずゼロ以上の正の値となる。つまり、目的音源Ｓ１が何れに位置しようとも、その音波の入力信号ＩｎＲ（ｋ）は、その音波の入力信号ＩｎＬ（ｋ）よりも時間波形でゼロ以上進んでいる。

【0069】

そこで、マイクロフォンＲが出力する入力信号ＩｎＲ（ｋ）の時間波形を遅らせるようにシフトする。シフト量は、例えば、目的音源Ｓ１が２８０ｄeｇにあるものとし、２８０ｄｅｇからの音波がマイクロフォンＬ、Ｒに到達する時間差とする。そうすると、図１３に示すように、２８０ｄｅｇからの音波を収録して得られた入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号ＩｎＲ（ｋ）は時間差がゼロとなる。

【0070】

同じように、フィルタ１ａの有する伝達関数Ｔ１が上記式（９）を満たす場合、２８０ｄｅｇから到来してマイクロフォンＬ、Ｒから出力されたＩｎＲ（ｋ）とＩｎＬ（ｋ）は、時間波形において同振幅同位相となるように調整され、時間差が消失し、相対的な強調対象となる。

【0071】

（効果）
以上のように、この音源分離装置では、入力信号の片側はフィルタ１ａを通過させ、入力信号の他側はディレイ１ｂを通過させる。これにより、他側の入力信号には、マイクロフォンＬ、Ｒの離間距離を音波が進む所要時間以上の遅延時間を発生させる。そして、フィルタ１ａでは、ディレイ１ｂによる遅延時間と目的音源Ｓからの音波が到達する時間差とを加算した時間の遅延を含むフィルタ処理を施す。具体的には、フィルタ１ａの伝達関数Ｔ１とディレイ１ｂの伝達関数Ｄ１は、Ｔ１×Ｃ１１＝Ｄ１×Ｃ１２を概略満たすようにすればよい。これにより、目的音源Ｓ１が何れに存在しようとも、その目的音源Ｓの音波を相対的に強調することが可能となる。

【0072】

尚、本実施形態における指向性を形成する特定方向は例示である。言うまでもないが、伝達関数Ｔ１及び伝達関数Ｄ１の調整及びフィルタ１ａ、ディレイ１ｂを設置するマイクロフォンＬ、Ｒの選択によって、特定方向は如何様にも設定可能である。

【0073】

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る音源分離装置は、第１の実施形態又は第２の実施形態に加えて、ノイズ源Ｎ１から到来した音波の時間及び振幅差を揃えて片側から差し引いた合成信号ＩｎＣ（ｋ）を生成し、合成信号ＩｎＣ（ｋ）を合成回路４によるゲイン処理に加味することで、特定方向の目的音源Ｓ１に対する感度を相対的に高め、この目的音源Ｓ１からの音波をより強調するものである。

【0074】

図１４は、合成信号ＩｎＣ（ｋ）に反映される指向性の範囲を示す。図１４に示すように、マイクロフォンＬ、Ｒから入力された入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号ＩｎＲ（ｋ）とを信号処理することによって、ノイズ源Ｎ１の方向を排除したカーディオイド型の指向性の範囲Ｄを形成する。

【0075】

この音源分離装置は、図１５に示すように、マイクロフォンＬ、Ｒのセンター位置から２７０ｄｅｇ側の音波を抑制したい場合、マイクロフォンＬの後段に、ディレイ１ｂへの経路とは分岐させてフィルタ１ｃを備える。フィルタ１ｃとマイクロフォンＲから出力された信号は、加算器１ｄを経て合成信号ＩｎＣ（ｋ）として合成回路４に入力される。

【0076】

フィルタ１ｃの伝達関数Ｈ１は以下式（１０）を満たしている。Ｃ２１は、ノイズ源Ｎ１からマイクロフォンＲまでの伝達関数であり、Ｃ２２は、ノイズ源Ｎ１からマイクロフォンＬまでの伝達関数である。

【0077】

式（１０）に示すように、入力信号ＩｎＬ（ｋ）がフィルタ１ｃを経ると、ノイズ源Ｎ１から到来した入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号（Ｒ）は同位相で振幅の正負が反転した関係となる。そのため、加算器１ｄを経ると、これら入力信号ＩｎＬ（ｋ）と入力信号（Ｒ）は、時間差が少なければ少ないほど相殺し合い、２７０ｄｅｇ方向の音波が抑制された合成信号ＩｎＣ（ｋ）が生成される。

【0078】

合成信号ＩｎＣ（ｋ）は設定した方向に対して感度の低い指向性を有する出力であり、合成信号ＩｎＣ（ｋ）に任意の比率でｍ（ｋ）を乗じることで、第１の実施形態および第２の実施形態と比較してさらに、強い指向性のある出力Ｏｕｔを得る事ができる。

【0079】

（その他の実施形態）
以上のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、そのほかの様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0080】

例えば、実施形態では、音源分離装置がＩＣレコーダやＰＣや携帯端末等の収録機能を有する機器に搭載されることを前提に説明したが、その他のあらゆる音響機器に搭載することもでき、マイクロフォンに代えて、音波データを記憶したメモリから入力信号Ｉｎ（Ｌ）及びＩｎ（Ｒ）の提供を受ければよい。すなわち、「一対のマイクロフォンから入力された一対の入力信号に対して、特定方向に指向性を形成する」とは、マイクロフォンからリアルタイムに入力された入力信号の他、音源分離装置に接続された一対のマイクロフォンで予め収録されて得られた入力信号、全く別の一対のマイクロフォンで予め収録されて得られた入力信号、コンピュータ等を用いて一対のマイクロフォンで収録された音波に見立てて擬似的に生成された入力信号に対して、特定方向に指向性を形成することを含む。

【0081】

また、図１６に示すように、係数更新回路は、交換信号の片方に係数ｍを乗じた上で、交換信号の誤差信号を生成し、この誤差信号を含む係数ｍの漸化式を演算して係数ｍを１サンプル毎に更新するようにすれば、上記実施形態に限定することなく、その他の態様で実現可能である。

【0082】

また、この音源分離装置は、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、フィルタ１ａ、ディレイ１ｂ、フィルタ１ｃ、加算器１ｅ、交換回路２、係数更新回路３、合成回路４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。

【符号の説明】

【0083】

１ａ フィルタ
１ｂ ディレイ
１ｃ フィルタ
１ｅ 加算器
２ 交換回路
２ａ 特性補正回路
３ 係数更新回路
４ 合成回路
５ 積算器
６ 加算器
７ 積算器
８ 積算器
９ 加算器
１０ 遅延器
１１ 積算器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】