特許 6871718 音源探査装置、音源探査方法およびそのプログラム

(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】6871718

(24)【登録日】2021年4月20日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】音源探査装置、音源探査方法およびそのプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 3/86 20060101AFI20210426BHJP

   G01H 3/00 20060101ALI20210426BHJP

   G01S 3/808 20060101ALI20210426BHJP

【ＦＩ】

   G01S3/86

   G01H3/00 Z

   G01S3/808

【請求項の数】10

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2016-219987(P2016-219987)

(22)【出願日】2016年11月10日

(65)【公開番号】特開2017-151076(P2017-151076A)

(43)【公開日】2017年8月31日

【審査請求日】2019年10月24日

(31)【優先権主張番号】62/299,655

(32)【優先日】2016年2月25日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】514136668

【氏名又は名称】パナソニック インテレクチュアル プロパティ コーポレーション オブ アメリカ

【氏名又は名称原語表記】Ｐａｎａｓｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】金森 丈郎

(72)【発明者】

【氏名】林田 亘平

(72)【発明者】

【氏名】吉國 信太郎

【審査官】 梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０５６１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０６２０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２３２６０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１７９４５８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ １／７２ − １／８２

Ｇ０１Ｓ ３／８０ − ３／８６

Ｇ０１Ｓ ５／１８ − ５／３０

Ｇ０１Ｓ ７／５２ − ７／６４

Ｇ０１Ｓ １５／００ − １５／９６

Ｇ０１Ｈ １／００ − １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

探査対象音源の方向を探査する音源探査装置であって、
互いに離間して配置された２以上のマイクロホンユニットから構成されるマイクロホンアレイにより集音された音響信号である観測信号の相関行列である第１相関行列を算出する算出部と、
前記音源探査装置に前記探査対象音源を探査させない方向範囲を示す非探査範囲を指定する指定部と、
前記指定部により指定された前記非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する相関行列である第２相関行列を推定する推定部と、
前記算出部により算出された前記第１相関行列から、前記推定部により推定された前記第２相関行列の成分を除去することにより、前記音源探査装置に探査させる方向範囲を示す探査範囲に含まれる前記探査対象音源に対応する相関行列である第３相関行列を算出する除去部と、
前記除去部により算出された前記第３相関行列から、探査結果として第１空間スペクトルを演算するスペクトル演算部とを備え、
前記推定部は、前記指定部により指定された前記非探査範囲の方向範囲から求められる方向ベクトルと前記スペクトル演算部が前記第１空間スペクトルを演算する１つ前に演算した探査結果である第２空間スペクトルとから前記第２相関行列を推定する、
音源探査装置。

【請求項2】

前記推定部は、
前記指定部により指定された非探査範囲により示される方向範囲と、前記スペクトル演算部により演算された前記第２空間スペクトルとから、前記非探査範囲内における前記第２空間スペクトルの最小強度方向および最大強度方向を示す角度情報を抽出する抽出部と、
前記抽出部で抽出された前記角度情報と、前記非探査範囲により示される方向範囲から求められる前記方向ベクトルとから、前記最小強度方向および前記最大強度方向における前記第２空間スペクトルに対応する相関行列を、相関行列更新量として算出する更新量演算部と、
前記更新量演算部により算出された前記相関行列更新量を用いて、前記推定部が前記第２相関行列を推定する前に推定していた前記非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する相関行列を更新することで、前記第２相関行列を推定する更新部とを備える、
請求項１に記載の音源探査装置。

【請求項3】

前記更新部は、前記更新量演算部により算出された前記相関行列更新量の成分を、前記推定部が前記第２相関行列を推定する前に推定した前記非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する相関行列に加算することにより、前記第２相関行列を推定する、
請求項２に記載の音源探査装置。

【請求項4】

前記スペクトル演算部は、前記除去部により算出された前記第３相関行列と、前記探査範囲により示される方向範囲から求められる前記方向ベクトルとから、前記第１空間スペクトルを演算する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の音源探査装置。

【請求項5】

探査対象音源の方向を探査する音源探査装置であって、
互いに離間して配置された２以上のマイクロホンユニットから構成されるマイクロホンアレイにより集音された音響信号である観測信号の相関行列である第１相関行列を算出する算出部と、
前記音源探査装置に前記探査対象音源を探査させない方向範囲を示す非探査範囲を指定する指定部と、
前記指定部により指定された前記非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する空間スペクトル強度が閾値よりも高く、かつ、前記音源探査装置に探査させる方向範囲を示す探査範囲に含まれる前記探査対象音源の音響信号がないときの前記第１相関行列を用いて、前記非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する相関行列である第２相関行列を推定する推定部と、
前記算出部により算出された前記第１相関行列から、前記推定部により推定された前記第２相関行列の成分を除去することにより、前記音源探査装置に探査させる方向範囲を示す探査範囲に含まれる前記探査対象音源に対応する相関行列である第３相関行列を算出する除去部と、
前記除去部により算出された前記第３相関行列から、探査結果として第１空間スペクトルを演算するスペクトル演算部を備える、
音源探査装置。

【請求項6】

さらに、前記スペクトル演算部が演算した前記第２空間スペクトルから、前記探査対象音源の方向の探査を妨害する音源である妨害音源が存する方向を、前記非探査範囲の候補として検出する検出部を備える、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の音源探査装置。

【請求項7】

さらに、前記指定部に対して、ユーザが非探査範囲を追加または削除することができる入力部を備える、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の音源探査装置。

【請求項8】

前記音源探査装置は、
前記２以上のマイクロホンユニットそれぞれにおいて集音された音響信号を周波数領域の信号に変換した周波数スペクトル信号を出力する周波数分析部を備え、
前記算出部は、前記周波数分析部が出力した周波数スペクトル信号から、前記第１相関行列を算出する、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の音源探査装置。

【請求項9】

探査対象音源の方向を探査する音源探査方法であって、
互いに離間して配置された２以上のマイクロホンユニットから構成されるマイクロホンアレイにより集音された音響信号である観測信号の相関行列である第１相関行列を算出する算出ステップと、
前記探査対象音源を探査しない方向範囲を示す非探査範囲を指定する指定ステップと、
前記指定ステップにおいて指定された前記非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する相関行列である第２相関行列を推定する推定ステップと、
前記算出ステップにおいて算出された前記第１相関行列から、前記推定ステップにおいて推定された前記第２相関行列の成分を除去することにより、前記探査対象音源を探査する方向範囲を示す探査範囲に含まれる前記探査対象音源に対応する相関行列である第３相関行列を算出する除去ステップと、
前記除去ステップにおいて算出された前記第３相関行列から、探査結果として第１空間スペクトルを演算するスペクトル演算ステップとを含み、
前記推定ステップでは、前記指定ステップにおいて指定された前記非探査範囲の方向範囲から求められる方向ベクトルと前記スペクトル演算ステップにおいて前記第１空間スペクトルを演算される１つ前に演算した探査結果である第２空間スペクトルとから前記第２相関行列を推定する、
音源探査方法。

【請求項10】

探査対象音源の方向を探査する音源探査方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記音源探査方法は、
互いに離間して配置された２以上のマイクロホンユニットから構成されるマイクロホンアレイにより集音された音響信号である観測信号の相関行列である第１相関行列を算出する算出ステップと、
前記探査対象音源を探査しない方向範囲を示す非探査範囲を指定する指定ステップと、
前記指定ステップにおいて指定された前記非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する相関行列である第２相関行列を推定する推定ステップと、
前記算出ステップにおいて算出された前記第１相関行列から、前記推定ステップにおいて推定された前記第２相関行列の成分を除去することにより、前記探査対象音源を探査する方向範囲を示す探査範囲に含まれる前記探査対象音源に対応する相関行列である第３相関行列を算出する除去ステップと、
前記除去ステップにおいて算出された前記第３相関行列から、探査結果として第１空間スペクトルを演算するスペクトル演算ステップとを含み、
前記推定ステップでは、前記指定ステップにおいて指定された前記非探査範囲の方向範囲から求められる方向ベクトルと前記スペクトル演算ステップにおいて前記第１空間スペクトルが演算される１つ前に演算された探査結果である第２空間スペクトルとから前記第２相関行列を推定する、
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、音源探査装置、音源探査方法およびそのプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１には、複数のマイクロホンユニットで得た複数の音響信号から音源の方向を精度よく推定できる音源方向推定装置が提案されている。この特許文献１では、複数の音響信号に基づく雑音信号の相関行列を用いて雑音対策を行うことで、複数の音響信号から音源の方向を精度よく推定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−５６１８１号公報

【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、特許文献１では、観測信号である複数のマイクロホンユニットで得た複数の音響信号に基づいて雑音信号の相関行列を算出する。そのため、騒音源と探査対象の音源とが同時に存在する場合や、騒音が探査対象の音源より高いレベルである場合に、騒音成分のみの相関行列を正確に求めることが困難である。つまり、複数のマイクロホンユニットで得た複数の音響信号の信号位相差に基づいて音源探査を行う方式では、探査対象の音源よりも高い音圧レベルの騒音が存在する場合、その騒音の影響で探査対象の音源を検知すなわち探査できなくなるという課題がある。

【0005】

本発明は、上述の事情を鑑みてなされたもので、探査対象範囲にある探査対象の音源の方向をより確実に探査することができる音源探査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】

上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る音源探査装置は、探査対象音源の方向を探査する音源探査装置であって、互いに離間して配置された２以上のマイクロホンユニットから構成されるマイクロホンアレイにより集音された音響信号である観測信号の相関行列である第１相関行列を算出する算出部と、前記音源探査装置に前記探査対象音源を探査させない方向範囲を示す非探査範囲を指定する指定部と、前記指定部により指定された前記非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する相関行列である第２相関行列を推定する推定部と、前記算出部により算出された前記第１相関行列から、前記推定部により推定された前記第２相関行列の成分を除去することにより、前記音源探査装置に探査させる方向範囲を示す探査範囲に含まれる前記探査対象音源に対応する相関行列である第３相関行列を算出する除去部と、前記除去部により算出された前記第３相関行列から、探査結果として第１空間スペクトルを演算するスペクトル演算部とを備え、前記推定部は、前記指定部により指定された前記非探査範囲の方向範囲から求められる方向ベクトルと前記スペクトル演算部が前記第１空間スペクトルを演算する１つ前に演算した探査結果である第２空間スペクトルとから前記第２相関行列を推定する。

【0007】

なお、これらのうちの一部の具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータで読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体を用いて実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせを用いて実現されてもよい。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、探査対象範囲にある探査対象の音源の方向をより確実に探査することができる音源探査装置等を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施の形態１における音源探査装置の構成の一例を示す図である。

【図2】図２は、実施の形態１における探査範囲および非探査範囲の説明図である。

【図3】図３は、実施の形態１におけるスペクトル演算部の出力例を示す空間スペクトル図である。

【図4】図４は、実施の形態１における推定部の詳細構成の一例を示す図である。

【図5】図５は、実施の形態１におけるスペクトル演算部で演算され出力された第２空間スペクトルの一例を示す図である。

【図6】図６は、比較例における音源探査装置の構成の一例を示す図である。

【図7】図７は、比較例における探査対象音源とマイクロホンアレイとの位置関係の一例を示す図である。

【図8】図８は、図７に示す位置関係における比較例のスペクトル演算部の出力例を示す空間スペクトル図である。

【図9】図９は、比較例におけるマイクロホンアレイと探査対象音源および妨害音源との位置関係を示す図である。

【図10】図１０は、図９に示す位置関係における比較例のスペクトル演算部の出力例を示す空間スペクトル図である。

【図11】図１１は、図９に示す位置関係における比較例のスペクトル演算部の別の出力例を示す空間スペクトル図である。

【図12】図１２は、変形例１における音源探査装置の構成の一例を示す図である。

【図13】図１３は、変形例２における探査範囲および非探査範囲の説明図である。

【図14】図１４は、変形例３における音源探査装置の構成の一例を示す図である。

【図15】図１５は、実施の形態２における音源探査装置の構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の一態様に係る音源探査装置は、査対象音源の方向を探査する音源探査装置であって、互いに離間して配置された２以上のマイクロホンユニットから構成されるマイクロホンアレイにより集音された音響信号である観測信号の相関行列である第１相関行列を算出する算出部と、前記音源探査装置に前記探査対象音源を探査させない方向範囲を示す非探査範囲を指定する指定部と、前記指定部により指定された前記非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する相関行列である第２相関行列を推定する推定部と、前記算出部により算出された前記第１相関行列から、前記推定部により推定された前記第２相関行列の成分を除去することにより、前記音源探査装置に探査させる方向範囲を示す探査範囲に含まれる前記探査対象音源に対応する相関行列である第３相関行列を算出する除去部と、前記除去部により算出された前記第３相関行列から、探査結果として第１空間スペクトルを演算するスペクトル演算部とを備え、前記推定部は、前記指定部により指定された前記非探査範囲の方向範囲から求められる方向ベクトルと前記スペクトル演算部が前記第１空間スペクトルを演算する１つ前に演算した探査結果である第２空間スペクトルとから前記第２相関行列を推定する。

【0011】

ここで、例えば、前記推定部は、前記指定部により指定された非探査範囲により示される方向範囲と、前記スペクトル演算部により演算された前記第２空間スペクトルとから、前記非探査範囲内における前記第２空間スペクトルの最小強度方向および最大強度方向を示す角度情報を抽出する抽出部と、前記抽出部で抽出された前記角度情報と、前記非探査範囲により示される方向範囲から求められる前記方向ベクトルとから、前記最小強度方向および前記最大強度方向における前記第２空間スペクトルに対応する相関行列を、相関行列更新量として算出する更新量演算部と、前記更新量演算部により算出された前記相関行列更新量を用いて、前記推定部が前記第２相関行列を推定する前に推定していた前記非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する相関行列を更新することで、前記第２相関行列を推定する更新部とを備えるとしてもよい。

【0012】

また、例えば、前記更新部は、前記更新量演算部により算出された前記相関行列更新量の成分を、前記推定部が前記第２相関行列を推定する前に推定した前記非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する相関行列に加算することにより、前記第２相関行列を推定するとしてもよい。

【0013】

また、例えば、前記スペクトル演算部は、前記除去部により算出された前記第３相関行列と、前記探査範囲により示される方向範囲から求められる前記方向ベクトルとから、前記第１空間スペクトルを演算するとしてもよい。

【0014】

また、本発明の一態様に係る音源探査装置は、探査対象音源の方向を探査する音源探査装置であって、互いに離間して配置された２以上のマイクロホンユニットから構成されるマイクロホンアレイにより集音された音響信号である観測信号の相関行列である第１相関行列を算出する算出部と、前記音源探査装置に前記探査対象音源を探査させない方向範囲を示す非探査範囲を指定する指定部と、前記指定部により指定された前記非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する空間スペクトル強度が閾値よりも高く、かつ、前記音源探査装置に探査させる方向範囲を示す探査範囲に含まれる前記探査対象音源の音響信号がないときの前記第１相関行列を用いて、前記非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する相関行列である第２相関行列を推定する推定部と、前記算出部により算出された前記第１相関行列から、前記推定部により推定された前記第２相関行列の成分を除去することにより、前記音源探査装置に探査させる方向範囲を示す探査範囲に含まれる前記探査対象音源に対応する相関行列である第３相関行列を算出する除去部と、前記除去部により算出された前記第３相関行列から、探査結果として第１空間スペクトルを演算するスペクトル演算部を備える。

【0015】

また、例えば、さらに、前記スペクトル演算部が演算した前記第２空間スペクトルから、前記探査対象音源の方向の探査を妨害する音源である妨害音源が存する方向を、前記非探査範囲の候補として検出する検出部を備えるとしてもよい。

【0016】

また、例えば、さらに、前記指定部に対して、ユーザが非探査範囲を追加または削除することができる入力部を備えるとしてもよい。

【0017】

また、例えば、前記音源探査装置は、前記２以上のマイクロホンユニットそれぞれにおいて集音された音響信号を周波数領域の信号に変換した周波数スペクトル信号を出力する周波数分析部を備え、前記算出部は、前記周波数分析部が出力した周波数スペクトル信号から、前記第１相関行列を算出するとしてもよい。

【0018】

なお、これらのうちの一部の具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータで読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体を用いて実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせを用いて実現されてもよい。

【0019】

以下、本発明の一態様に係る音源探査装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また全ての実施の形態において、各々の内容を組み合わせることもできる。

【0020】

（実施の形態１）
［音源探査装置１００の構成］
図１は、本実施の形態における音源探査装置１００の構成の一例を示す図である。

【0021】

音源探査装置１００は、探査対象の音源（以下、探査対象音源とも記載）の方向を探査する。本実施の形態では、音源探査装置１００は、図１に示すように、マイクロホンアレイ１０と、周波数分析部２０と、算出部３０と、指定部４０と、推定部５０と、除去部６０と、記憶部７０と、記憶部７５と、スペクトル演算部８０と、出力部９０とを備える。以下、各構成要素について説明する。

【0022】

［マイクロホンアレイ１０］
マイクロホンアレイ１０は、互いに離間して配置された２以上のマイクロホンユニットから構成され、全ての方向から到来する音波を集音すなわち観測して電気信号に変換した音響信号を出力する。本実施の形態では、マイクロホンアレイ１０は、最小個数である２つのマイクロホンユニットで構成されているとして、以下説明する。マイクロホンユニット１０１およびマイクロホンユニット１０２は、例えば音圧に対する感度が高い無指向性のマイクロホン素子であり、離間してすなわち異なる位置に配される。ここで、マイクロホンユニット１０１は、集音した音波を電気信号に変換した時間領域信号である音響信号ｍ１（ｎ）を出力し、マイクロホンユニット１０２は、集音した音波を電気信号に変換した時間領域の信号である音響信号ｍ２（ｎ）を出力する。

【0023】

なお、マイクロホンユニット１０１および１０２は、例えば音センサでもよく、半導体製造技術を用いて製造されるコンデンサ型のマイクロホンチップでもよい。マイクロホンチップは、音圧によって変位する振動板を有して音信号を電気信号に変換する機能を有する。

【0024】

［周波数分析部２０］
周波数分析部２０は、２以上のマイクロホンユニットそれぞれにおいて集音された音響信号を周波数領域の信号に変換した周波数スペクトル信号を出力する。より具体的には、周波数分析部２０は、マイクロホンアレイ１０から入力された音響信号を周波数分析を行い、周波数領域の信号である周波数スペクトル信号を出力する。なお、周波数分析には、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform:FFT）や離散フーリエ変換（Discrete Fourier Transform:DFT）などの時間信号を周波数成分毎の振幅情報と位相情報に変換するものを用いればよい。

【0025】

本実施の形態では、周波数分析部２０は、高速フーリエ変換を行うＦＦＴ２０１およびＦＦＴ２０２で構成されている。ＦＦＴ２０１は、マイクロホンユニット１０１から出力された音響信号ｍ１（ｎ）を入力として、高速フーリエ変換を用いて時間領域から周波数領域への変換を行って周波数スペクトル信号Ｓｍ１（ω）を出力する。ＦＦＴ２０２は、マイクロホンユニット１０２から出力された音響信号ｍ２（ｎ）を入力として、高速フーリエ変換を用いて時間領域から周波数領域への変換を行って周波数スペクトル信号Ｓｍ２（ω）を出力する。

【0026】

［算出部３０］
算出部３０は、マイクロホンアレイ１０により集音された音響信号である観測信号の相関行列である第１相関行列を算出する。例えば、算出部３０は、マイクロホンアレイ１０により集音された２以上の音響信号間の相関行列の時間平均を第１相関行列として算出する。

【0027】

本実施の形態では、算出部３０は、周波数分析部２０が出力した周波数スペクトルから、第１相関行列（Ｒｘ（ω））を算出する。より具体的には、算出部３０は、下記の（式１）および（式２）を用いて、ＦＦＴ２０１からの周波数スペクトル信号Ｓｍ１（ω）およびＦＦＴ２０２からの周波数スペクトル信号Ｓｍ２（ω）を入力として、相関行列Ｒｘ（ω）を第１相関行列として算出する。

【0028】

ここで、相関行列Ｒｘ（ω）の各要素は、各マイクロホンユニットに到来する実環境に存在する複数の音波に対する位相差情報が蓄えられたものである。例えば、Ｘ_１１は、マイクロホンユニット１０１およびマイクロホンユニット１０１に到来する音波に対する位相差情報を示し、Ｘ_２１は、マイクロホンユニット１０２およびマイクロホンユニット１０１に到来する音波に対する位相差情報を示す。また、ε｛・｝は、時間的平均であることを示す。

【0029】

【数1】

【0030】

【数2】

【0031】

なお、各マイクロホンユニット（本実施の形態ではマイクロホンユニット１０１およびマイクロホンユニット１０２）の音圧感度特性がほぼ等しく均一である場合には、相関行列Ｒｘ（ω）の各要素は、（式３）で示されるように、（式２）における分母の正規化項を省略してもよい。

【0032】

【数3】

【0033】

［指定部４０］
指定部４０は、音源探査装置１００に探査対象音源を探査させない方向範囲θｄを示す非探査範囲を指定する。ここでθｄは、角度の範囲を示す。

【0034】

本実施の形態では、指定部４０は、例えば図２に示す角度範囲θ１、θ２を非探査範囲として指定し、探査対象音源の探査を妨害する妨害音の音源（以下、妨害音源と称する）が存在する方向範囲を非探査範囲として探査範囲から除外する。

【0035】

ここで、図２は、実施の形態１における探査範囲および非探査範囲の説明図である。図２には、探査対象音源Ｓと、探査対象音源Ｓよりも高い音圧レベルの騒音の音源である妨害音源Ｎ１および妨害音源Ｎ２とが一例として示されている。また、図２には、マイクロホンアレイ１０（すなわちマイクロホンユニット１０１、１０２）、探査対象音源Ｓ、探査対象音源Ｓよりも高い音圧レベルの騒音の音源である妨害音源Ｎ１および妨害音源Ｎ２、並びに、探査範囲および非探査範囲の位置関係が示されている。

【0036】

図２に示すように、マイクロホンユニット１０１とマイクロホンユニット１０２とが異なる位置に配列されている。図２において、２つのマイクロホンユニット（すなわちマイクロホンユニット１０１、１０２）を結ぶ線をθ＝０°とすると、探査対象音源Ｓは、マイクロホンユニット１０１に対して、θ＝θｓの方向に存在する。また、妨害音源Ｎ１は、マイクロホンアレイ１０に対して、θ＝０°〜θ１の方向範囲に存在し、妨害音源Ｎ２は、マイクロホンアレイ１０に対して、θ＝（１８０−θ２）〜１８０°の方向範囲に存在する。

【0037】

［除去部６０］
除去部６０は、算出部３０により算出された第１相関行列（Ｒｘ（ω））から、推定部５０により推定された第２相関行列（Ｒｎ（ω））の成分を除去する。これにより、除去部６０は、音源探査装置１００に探査させる方向範囲を示す探査範囲に含まれる探査対象音源に対応する相関行列である第３相関行列（Ｒｓ（ω））を算出する。つまり、除去部６０は、観測信号の第１相関行列であるＲｘ（ω）から非探査範囲に対応する第２相関行列であるＲｎ（ω）の成分を除去して探査範囲音源に対する第３相関行列であるＲｓ（ω）を算出する。

【0038】

本実施の形態では、除去部６０は、算出部３０で算出された観測信号に対する第１相関行列Ｒｘ（ω）と、推定部５０で推定された非探査範囲の音源すなわち妨害音源に対する第２相関行列Ｒｎ（ω）とが入力される。除去部６０は、これらから、下記の（式４）を用いて、探査範囲の探査対象音源に対する第３相関行列Ｒｓ（ω）を算出する。

【0039】

【数4】

【0040】

なお、（式４）において、γは、減算重みを示し、本実施の形態では第２相関行列Ｒｎ（ω）に誤差がないため１としている。しかし、第２相関行列Ｒｎ（ω）に誤差がある場合には、０．８など、適宜調整すればよい。

【0041】

［記憶部７０］
記憶部７０は、メモリ等で構成され、探査範囲の方向を示す方向ベクトルd(θ,ω)を記憶する。

【0042】

本実施の形態では、記憶部７０には、例えば６００個の０≦θ≦１８０の範囲における方向ベクトルが予め記憶されている。この方向ベクトルｄ（θ、ω）は、図２に示す関係から（式５）を用いて理論的に算出され、２つのマイクロホンユニット間（すなわちマイクロホンユニット１０１およびマイクロホンユニット１０２間）の音源方向θに対する位相差関係すなわち位相差情報である。（式５）において、Ｌはマイクロホンユニット間の距離、ｃは音速である。なお、（式５）は、２素子のマイクロホンユニットについての方向ベクトルを定義しているが、３素子以上の場合もマイクロホンユニットの配列に従った位置関係から方向ベクトルを定義することができる。

【0043】

【数5】

【0044】

［スペクトル演算部８０］
スペクトル演算部８０は、除去部６０により算出された第３相関行列（Ｒｓ（ω））から、音源探査装置１００の音源探査の結果すなわち探査結果として第１空間スペクトル（Ｐ（θ））を演算する。

【0045】

本実施の形態では、スペクトル演算部８０は、除去部６０により算出された第３相関行列（Ｒｓ（ω））と、探査範囲により示される方向範囲から求められる方向ベクトル（ｄ（θ、ω））とから、第１空間スペクトル（Ｐ（θ））を演算する。つまり、スペクトル演算部８０は、記憶されている方向ベクトル（ｄ（θ、ω））と除去部６０により算出された第３相関行列（Ｒｓ（ω））とから方向別の強度を示す第１空間スペクトル（Ｐ（θ））を演算する。

【0046】

具体的には、スペクトル演算部８０は、除去部６０から出力された探査範囲に対する第３相関行列Ｒｓ（ω）と記憶部７０に記憶されている方向ベクトルｄ（θ、ω）とを入力として、下記の（式６）を用いて、第１空間スペクトルＰ（θ）を演算すなわち算出する。

【0047】

【数6】

【0048】

なお、方向ベクトルｄ（θ、ω）は、上述した通りであるので、ここでの説明は省略する。

【0049】

［出力部９０］
図３は、実施の形態１におけるスペクトル演算部８０の出力例を示す空間スペクトル図である。図３において、横軸は角度、縦軸は強度を示す。

【0050】

出力部９０は、例えば、出力端子であり、ディスプレイなどの外部機器に、スペクトル演算部８０で演算された空間スペクトルを探査結果として出力する。

【0051】

本実施の形態では、出力部９０は、音源探査装置１００に接続された外部のディスプレイなどの表示装置に、探査結果として、例えば図３の実線に示されるように最も高い強度を示す角度θｓが探査対象音源Ｓの方向を示す空間スペクトル（Ｐ（θ））を出力する。

【0052】

出力部９０が図３に示されるような探査結果を出力できるのは、除去部６０において探査範囲の探査対象音源のみに対する第３相関行列を導出することができるからである。より具体的には、指定部４０が図２で説明したように非探査範囲を指定することにより、探査対象音源Ｓの方向の探査を探査範囲θ１〜θ２に絞り込む。そして、除去部６０において全方向の音源に対する成分が含まれる観測信号の第１相関行列から非探査範囲の妨害音源Ｎ１、Ｎ２に対する第２相関行列の成分を減算して妨害音成分を除去することで、探査範囲の探査対象音源に対する第３相関行列を導出することができるからである。

【0053】

［記憶部７５］
記憶部７５は、メモリ等で構成され、非探査範囲の方向を示す方向ベクトルｄ（θ、ω）を記憶する。

【0054】

本実施の形態では、記憶部７５には、例えば３００個の、０°≦θ≦θ１、θ２≦θ≦１８０°の範囲における方向ベクトルが予め記憶されている。この方向ベクトルｄ（θ、ω）は、上記と同様に、図２に示す関係から（式５）を用いて理論的に算出され、２つのマイクロホンユニット間（すなわちマイクロホンユニット１０１およびマイクロホンユニット１０２間）の方向θに対する位相差関係すなわち位相差情報である。

【0055】

なお、図１において、記憶部７０と記憶部７５とは、別の構成として示されているが、一つの記憶部で構成されているとしてもよい。この場合には、推定部５０およびスペクトル演算部８０が適宜必要な方向ベクトルを取得して推定および演算すればよい。

【0056】

［推定部５０］
図４は、実施の形態１における推定部５０の詳細構成の一例を示す図である。

【0057】

推定部５０は、非探査範囲のみに存在する音源（すなわち妨害音源）に対する第２相関行列Ｒｎ（ω）を逐次推定する。より具体的には、推定部５０は、指定部４０により指定された非探査範囲に含まれる音源（すなわち妨害音源）の音響信号に対応する相関行列である第２相関行列（Ｒｎ（ω））を推定する。推定部５０は、指定部４０により指定された非探査範囲の方向範囲から求められる方向ベクトルとスペクトル演算部８０が第１空間スペクトル（Ｐ（θ））を演算する１つ前に演算した探査結果として第２空間スペクトル（Ｐ（θ））とから第２相関行列（Ｒｎ（ω））を推定する。

【0058】

本実施の形態では、推定部５０は、図４に示すように、抽出部５０１と、更新量演算部５０２と、更新部５０３とを備え、妨害音源に対する第２相関行列Ｒｎ（ω）を逐次に推定する。

【0059】

＜抽出部５０１＞
抽出部５０１は、指定部４０により指定された非探査範囲により示される方向範囲と、スペクトル演算部８０により演算された第２空間スペクトル（Ｐ（θ））とから、非探査範囲内における第２空間スペクトル（Ｐ（θ））の最小強度方向および最大強度方向を示す角度情報を抽出する。

【0060】

換言すると、抽出部５０１は、指定部４０により指定された例えば０°≦θｄ≦θ１またはθ２≦θｄ≦１８０°などの非探査範囲の方向を示す角度範囲θｄと、スペクトル演算部８０で演算された探査結果である第２空間スペクトルＰ（θ）とが入力される。そして、抽出部５０１は、これらを用いて、非探査範囲内における第２空間スペクトルＰ（θ）の最大強度の方向すなわち音源方向θｍａｘと最小強度の方向すなわち音源方向θｍｉｎとを抽出する。

【0061】

ここで、非探査範囲の第２空間スペクトルの最大強度の音源方向θｍａｘと最小強度の音源方向θｍｉｎの一例について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態１におけるスペクトル演算部８０で演算され出力された第２空間スペクトルの一例を示す図である。

【0062】

図５に示される第２空間スペクトルの例では、θ２〜１８０°の非探査範囲において、強度の山（図でＮ４に示される山）と谷（図でＮ３に示される山）とが現れている。第１相関行列（Ｒｘ（ω））は現在の観測信号を用いて算出部３０で算出されたものであるが、第２相関行列Ｒｎ（ω）の成分が、過去の空間スペクトルである第２空間スペクトルを用いて推定部５０で推定されたものであるからである。つまり、現在の観測信号と第２空間スペクトルを演算したときの観測信号すなわち１つ前に演算された観測信号とに含まれる妨害音源とが一致しない場合には、探査対象音源Ｓ以外に妨害音の影響が現れることを意味する。図５に示される第２空間スペクトルでは、強度の山（図でＮ４に示される山）がある方向に現在新たに妨害音源が現れ、第２相関行列Ｒｎ（ω）の成分では除去できていない。一方、強度の谷（図でＮ３に示される山）がある方向では、過去に存在した妨害音源が現在存在せず、第２相関行列Ｒｎ（ω）の成分では除去しすぎすなわちキャンセルしすぎているのがわかる。

【0063】

換言すると、非探査範囲における最大強度の音源方向θｍａｘは、妨害音として最も高い音圧レベルを示す妨害音源の方向であり、キャンセル量（すなわち第２相関行列Ｒｎ（ω）の成分）を高めるべき方向を示す。一方、非探査範囲における最小強度の音源方向θｍｉｎは、妨害音としてキャンセル量が過剰であり、キャンセル量（すなわち第２相関行列Ｒｎ（ω）の成分）を低めるべき方向を示す。

【0064】

このようにして、抽出部５０１は、指定部４０により指定された非探査範囲を示す角度範囲θｄ内で第２空間スペクトルＰ（θ）が示す最大強度の音源方向θｍａｘと、非探査範囲を示す角度範囲θｄ内で第２空間スペクトルＰ（θ）が示す最小強度の音源方向θｍｉｎとを抽出して出力する。

【0065】

＜更新量演算部５０２＞
更新量演算部５０２は、抽出部５０１で抽出された角度情報θｄと、非探査範囲により示される方向範囲から求められる方向ベクトル（ｄ（θ、ω））とから、最小強度方向および最大強度方向における第２空間スペクトルに対応する相関行列を、相関行列更新量（△Ｒｎ（ω））として算出する。

【0066】

換言すると、更新量演算部５０２は、抽出部５０１からの非探査範囲の第２空間スペクトルの最大強度の音源方向θｍａｘと最小強度の音源方向θｍｉｎと非探査範囲の方向を示す方向ベクトルｄ（θ、ω）とを取得するもしくは方向ベクトルｄ（θ、ω）が入力される。そして、更新量演算部５０２は、これらから、当該第２空間スペクトルの最大強度の音源方向θｍａｘと最小強度の音源方向θｍｉｎに対する相関行列の理論値を算出し、相関行列更新量ΔＲｎ（ω）として更新部５０３に出力する。より具体的には、更新量演算部５０２は、下記の（式７）を用いて、相関行列更新量ΔＲｎ（ω）を算出する。すなわち、更新量演算部５０２は、抽出部５０１で抽出された非探査範囲における最大強度の音源方向θｍａｘ、最小強度の音源方向θｍｉｎおよび方向ベクトルｄ（θ、ω）とを取得する。そして、更新量演算部５０２は、これらを用いて、θｍａｘ方向の強度を高め（すなわちキャンセル量を高め）、θｍｉｎ方向の強度を低く（すなわちキャンセル量を低く）するように、相関行列更新量ΔＲｎ（ω）を算出する。

【0067】

【数7】

【0068】

なお、（式７）において、α、βは、θｍａｘ方向、θｍｉｎ方向それぞれに対する更新量を調整するパラメータであり、ｄ^Hはｄの複素共役転置である。

【0069】

＜更新部５０３＞
更新部５０３は、更新量演算部５０２により算出された相関行列更新量（△Ｒｎ（ω））を用いて、推定部５０が第２相関行列（Ｒｎ（ω））を推定する前に推定していた非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する相関行列を更新することで、第２相関行列（Ｒｎ（ω））を推定する。更新部５０３は、更新量演算部５０２により算出された相関行列更新量（△Ｒｎ（ω））の成分を、推定部５０が第２相関行列（Ｒｎ（ω））を推定する前に推定した非探査範囲に含まれる音源（すなわち妨害音源）の音響信号に対応する相関行列に加算することにより、第２相関行列（Ｒｎ（ω））を推定する。

【0070】

換言すると、更新部５０３は、更新量演算部５０２で演算された相関行列更新量ΔＲｎ（ω）を入力として、第２相関行列Ｒｎ（ω）を更新して出力する。具体的には、更新部５０３は、下記の（式８）に示されるよう、第２相関行列Ｒｎ（ω）を、更新量演算部５０２で演算された相関行列更新量ΔＲｎ（ω）を使って更新する。

【0071】

【数8】

【0072】

このようにして、推定部５０において、非探査範囲における最大強度の音源方向θｍａｘと最小強度の音源方向θｍｉｎとに基づいて、第２相関行列Ｒｎ（ω）を求めている理由は、次の通りである。すなわち、出力部９０で出力される空間スペクトル（ヒートマップとも称される）上に現れる妨害音の影響は、非探査範囲における強度のピークの方向にその根源すなわち妨害音源が存在するからである。

【0073】

したがって、推定部５０では、非探査範囲の空間スペクトルＰ（θ）から最大強度の音源方向θｍａｘと、最小強度の音源方向θｍｉｎとを抽出することで、上記の（式７）および（式８）を用いた逐次推定により第２相関行列Ｒｎ（ω）を推定することができる。

【0074】

ここで、ピーク方向の方向ベクトルｄ（θ、ω）は、振幅１でマイクロホンユニット間の位相差を表すので、上記の（式２）との関係から、方向ベクトルｄ（θ、ω）に対応する相関行列は、ｄ^Ｈ（θ、ω）ｄ（θ、ω）で計算できる。

【0075】

このようにして、推定部５０は、非探査範囲の空間スペクトルの最大強度と最小強度に対応する方向ベクトルすなわち位相情報の理論値を基に第２相関行列Ｒｎ（ω）を推定するため、探査範囲に探査対象音源が存在するときでも常に第２相関行列Ｒｎ（ω）の推定が可能である。

【0076】

［効果等］
以上のように、本実施の形態によれば、非探査範囲に、探査対象音源よりも高い音圧レベルの妨害音源が存在する場合でも、妨害音源の影響を抑制し、探査範囲の探査対象音源の方向を探査することができる。つまり、本実施の形態によれば、探査対象範囲にある探査対象の音源の方向をより確実に探査することができる音源探査装置１００を実現することができる。

【0077】

ここで、図６〜図１１を用いて、本実施の形態における音源探査装置１００の効果について説明する。

【0078】

＜比較例＞
図６は、比較例における音源探査装置９００の構成の一例を示す図である。なお、図１と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。図６に示すように、比較例における音源探査装置９００には、実施の形態１における音源探査装置１００と比較して、指定部４０、推定部５０および除去部６０の構成がなく、スペクトル演算部９８０の構成が異なる。スペクトル演算部９８０では、算出部３０で算出された、マイクロホンアレイ１０で集音された２以上の音響信号間（すなわち観測信号）の相関行列（すなわち第１相関行列）と方向ベクトルとを演算することにより、空間スペクトル（Ｐ_９（θ））を演算する。出力部９９０は、この空間スペクトル（Ｐ_９（θ））を外部の装置に出力する。

【0079】

図７は、比較例における探査対象音源Ｓとマイクロホンアレイ１０との位置関係の一例を示す図である。なお、図２と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。図８は、図７に示す位置関係における比較例のスペクトル演算部９８０の出力例を示す空間スペクトル図である。図８において、横軸は角度、縦軸は強度を示す。

【0080】

図７に示す例では、探査対象音源Ｓは、マイクロホンユニット１０１に対して、θ＝θｓの方向に存在し、妨害音源が存在しない。この場合、比較例のスペクトル演算部９８０が演算する探査結果である空間スペクトル（Ｐ_９（θ））は、図８に示すようになる。すなわち、探査結果である図８に示す空間スペクトル（Ｐ_９（θ））において最も高い強度を示す角度がθｓとなる。したがって、図７に示す例では、比較例における音源探査装置９００は探査対象音源の方向がθ＝θｓであることが推定できる。

【0081】

しかしながら、比較例における音源探査装置９００では、探査対象音源Ｓよりも高い音圧レベルの騒音である妨害音が存在する場合、この妨害音の影響で探査対象の音源を検知すなわち探査できなくなる。以下、この場合について説明する。

【0082】

図９は、比較例におけるマイクロホンアレイ１０と探査対象音源Ｓおよび妨害音源Ｎ１、Ｎ２との位置関係を示す図である。図１０は、図９に示す位置関係における比較例のスペクトル演算部９８０の出力例を示す空間スペクトル図である。図１１は、図９に示す位置関係における比較例のスペクトル演算部９８０の別の出力例を示す空間スペクトル図である。なお、図２、図３、図７および図８と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

【0083】

図９に示す例では、探査対象音源Ｓに加えて、妨害音源Ｎ１および妨害音源Ｎ２が存在している。この場合、比較例のスペクトル演算部９８０が演算する探査結果である空間スペクトル（Ｐ_９（θ））は、図１０に示すようになる。すなわち、探査結果である図１０に示す空間スペクトル（Ｐ_９（θ））において、妨害音源Ｎ１の強度は、妨害音源Ｎ１が存在する方向のみでなく妨害音源Ｎ１の方向から（角度が）離れるに従って減衰するように現れる。妨害音源Ｎ２の強度も妨害音源Ｎ１と同様の振る舞いで現れる。そのため、図１０に示すように、妨害音源Ｎ１と妨害音源Ｎ２との音圧レベルが探査対象音源Ｓの音圧レベルよりも高い場合、探査対象音源Ｓは、２つ妨害音源（妨害音源Ｎ１と妨害音源Ｎ２）の強度のピークに埋もれる状態となる。そのため、比較例における音源探査装置９００を用いても探査対象音源Ｓの存在（強度のピーク）を検知できないので、探査対象音源Ｓの方向を探査できないという課題を有する。

【0084】

また、比較例における音源探査装置９００において、図１１に示すように妨害音源Ｎ１、Ｎ２が存在する方向範囲を非探査範囲として探査範囲から除外してもこの課題は解決できない。つまり、妨害音源Ｎ１、Ｎ２が存在する方向範囲を探査範囲から除外するだけでは、図１１に示す実線グラフのように、妨害音源Ｎ１および妨害音源Ｎ２の影響を受け探査対象音源Ｓの強度のピークは不明確のままである。そのため、比較例における音源探査装置９００は、探査対象音源Ｓの存在（すなわち強度のピーク）を検知できず、探査対象音源Ｓの方向を探査できないという課題を有する。

【0085】

＜実施の形態１の効果＞
本実施の形態における音源探査装置１００では、図２で説明したように非探査範囲を指定することにより、探査対象音源Ｓの方向の探査を最終的な探査結果が必要な範囲（図で探査範囲θ１〜θ２）に絞り込む。そして、本実施の形態における音源探査装置１００は、さらに、観測信号の相関行列（すなわち第１相関行列）から非探査範囲の音源（すなわち妨害音源）に対する相関行列（すなわち第２相関行列）の成分を減算して妨害音成分を除去する。上述したように、マイクロホンアレイ１０で集音される観測信号から得られる相関行列（すなわち第１相関行列）は、マイクロホンアレイ１０からみて全方向の音源に対する成分が含まれる相関行列となるからである。

【0086】

このようにして、本実施の形態における音源探査装置１００は、全ての方向から到来する音波の観測信号から計算される第１相関行列から、非探査範囲の第２相関行列の成分を除去することで、探査範囲のみの音源すなわち探査対象音源に対する第３相関行列を導出することができる。その結果、音源探査装置１００は、探査結果として、図３で示した空間スペクトル（Ｐ（θ））を出力することができ、図３において最も高い強度を示す角度がθｓとなっていることから、探査対象音源Ｓの方向がθ＝θｓであると推定できる。

【0087】

なお、非探査範囲に存在する妨害音の影響を除去するためには、非探査範囲に存在する妨害音源のみに対する相関行列（すなわち第２相関行列）を推定することが重要である。推定した非探査範囲の第２相関行列に探査対象音源Ｓの成分が漏れ込むと正しい推定結果が得られなくなるからである。実環境では、探査範囲に存在する探査範囲音源Ｓと同時に非探査範囲に存在する音源すなわち妨害音源が混在する。そのため、比較例における音源探査装置９００では、非探査範囲の音源すなわち妨害音源のみに対する相関行列（すなわち第２相関行列）を推定することは難しい。

【0088】

一方、本実施の形態おける音源探査装置１００では、探査範囲と非探査範囲とに存在する音源の違いは方向であることに着目して、確実に非探査範囲のみに存在する音源すなわち妨害音源に対する第２相関行列を求める。換言すると、音源探査装置１００は、非検探査範囲の方向ベクトル（すなわち位相情報の理論値）と探査結果（すなわち強度の観測値）とから第２相関行列を算出する。音源探査装置１００は、上述したように位相情報を理論値から算出するため、振幅情報（すなわち強度）に誤差があっても、少なくとも方向の探査において探査範囲に悪影響を与えない第２相関行列であって非探査範囲に存在する音源の第２相関行列を推定することができる。

【0089】

以上のように、本実施の形態における音源探査装置１００は、非探査範囲に、探査対象音源よりも高い音圧レベルの妨害音源が存在する場合でも、妨害音源の影響を抑制し、探査範囲の探査対象音源の方向を探査することができる。それにより、騒音環境下での音源探査性能すなわち耐騒音性能を改善することができる。非探査範囲に対応する相関行列（すなわち第２相関行列）を、非探査範囲の方向ベクトルすなわち理論値及び非探査範囲の探査結果すなわち空間スペクトルから推定することで、高精度な第２相関行列の推定が可能となり、探査範囲の音源方向推定における耐騒音性能が向上するからである。

【0090】

なお、上記のような妨害音源が存在しない通常環境であれば、本実施の形態における音源探査装置１００は、探査範囲の低い音圧レベルの音源を探査することができるようになる。

【0091】

（変形例１）
図１２は、変形例１における音源探査装置１００Ａの構成の一例を示す図である。なお、図１と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

【0092】

図１２に示す音源探査装置１００Ａは、実施の形態１における音源探査装置１００に対して、設定部４０Ａを備える点で構成が異なる。

【0093】

設定部４０Ａは、指定部４０、入力部４１および検出部４２を備える。なお、入力部４１および検出部４２は、必須の構成ではない。設定部４０Ａは、入力部４１および検出部４２のうちの少なくとも一方と指定部４０とを備えればよい。

【0094】

入力部４１は、指定部４０に対して、ユーザが非探査範囲を追加または削除することができる。具体的には、入力部４１は、指定部４０に対するユーザインターフェース部であり、音源探査装置１００Ａの動作開始前または動作中に非探査範囲を指定可能または変更可能である。入力部４１は、検出部４２と併設される場合には、検出部４２が出力した非探査範囲の候補を指定または当該候補に変更してもよい。

【0095】

検出部４２は、スペクトル演算部８０が演算した第２空間スペクトルから、探査対象音源の方向の探査を妨害する音源である妨害音源が存する方向を、非探査範囲の候補として検出する。

【0096】

ここで、検出部４２は、検出部４２が入力部４１と併設されない場合には、指定部４０が指定する非探査範囲を、当該非探査範囲の候補に更新してもよい。具体的には、検出部４２は、空間スペクトルＰ（θ）の情報から妨害音が存することを検出し続けた場合に非探査範囲すなわち妨害音源が存する方向を検出し、指定部４０にその検出した方向すなわち非探査範囲を指定させてもよい。

【0097】

なお、非探査範囲の候補の検出方法としては、一定時間音源探査を行った結果である一定時間出力された空間スペクトルにおいて常に音圧レベルが高くなっている領域を非探査範囲の候補と検出する方法でもよい。また、別の非探査範囲候補の検出方法としては、マイクロホンアレイ１０からの音響信号に対して、音識別を用いて音の種類を判定することで検出する方法でもよい。具体的には音源方向を探査した音源の音の種類が探査対象音源の音の種別と異なると判断され、かつ、その音源が一定方向にあると判定した場合、その一定方向を非探査方向として検出する方法でもよい。

【0098】

（変形例２）
図１３は、変形例２における探査範囲および非探査範囲の説明図である。なお、図２と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

【0099】

実施の形態１および変形例１では、指定部４０により非探査範囲が０°〜θ１、θ２〜１８０°の２つの範囲で指定されるとして説明したがそれに限らない。指定部４０が指定する非探査範囲は、図１３に示されるような３つの範囲を指定してもよく、３以上の範囲を指定してもよい。

【0100】

（変形例３）
図１４は、変形例３における音源探査装置１００Ｂの構成の一例を示す図である。なお、図１と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

【0101】

図１４に示す音源探査装置１００Ｂは、実施の形態１における音源探査装置１００に対して、記憶部７０を備えていない点と、スペクトル演算部８０Ｂの構成とが異なる。

【0102】

スペクトル演算部８０Ｂは、実施の形態１のスペクトル演算部８０と異なり、方向ベクトルを用いないで、第１空間スペクトルを演算する。スペクトル演算部８０Ｂは、例えば第３相関行列（Ｒｓ（ω））の固有値展開を行うことにより、第１空間スペクトルを演算することができる。

【0103】

（実施の形態２）
実施の形態１では、記憶部７５に予め記憶されている非探査範囲の方向ベクトルとスペクトル演算部８０が演算した第２空間スペクトルとを用いて、第２相関行列Ｒｎ（ω）を推定する場合について説明したがこれに限らない。非探査範囲の方向ベクトルを用いずに第２相関行列Ｒｎ（ω）を推定することができるので、実施の形態２として以下説明する。

【0104】

［音源探査装置２００の構成］
図１５は、実施の形態２における音源探査装置２００の構成の一例を示す図である。なお、図１と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

【0105】

図１５に示す音源探査装置２００は、実施の形態１における音源探査装置１００に対して、記憶部７５を備えていない点と、推定部５１の構成とが異なる。

【0106】

［推定部５１］
推定部５１は、非探査範囲のみの音源すなわち妨害音源に対する第２相関行列Ｒｎ（ω）を推定する。より具体的には、推定部５１は、指定部４０により指定された非探査範囲に含まれる音源（すなわち妨害音源）の音響信号に対応する空間スペクトル強度が閾値よりも高く、かつ、音源探査装置２００に探査させる方向範囲を示す探査範囲に含まれる探査対象音源の音響信号がないときの第１相関行列（Ｒｘ（ω））を用いて、非探査範囲に含まれる音源の音響信号に対応する相関行列である第２相関行列（Ｒｎ（ω））を推定する。

【0107】

本実施の形態では、推定部５１は、指定部４０により指定された非探査範囲である角度範囲θｄと、スペクトル演算部８０により演算された第２空間スペクトルＰ（θ）と、算出部３０で算出された第１相関行列Ｒｘ（ω）とを入力として、第２相関行列Ｒｎ（ω）を出力する。

【0108】

ここで、第２相関行列Ｒｎ（ω）は、実施の形態１と同様に、非探査範囲に存在する騒音の影響を除去することに用いられる。そのため、推定部５１は、非探査範囲である角度範囲θｄで示される方向のみからの到来音波に対する相関行列を第２相関行列Ｒｎ（ω）として推定する必要がある。つまり、第２相関行列Ｒｎ（ω）には、探査範囲からの音波の成分が含まれないことが望ましい。したがって、推定部５１は、第２空間スペクトルにおける非探査範囲の強度が十分高く、非探査範囲の音波成分のレベル（すなわち音圧レベル）が探査範囲の音波成分のレベル（すなわち音圧レベル）よりも十分高いことを検出すればよい。そして、推定部５１は、非探査範囲の音波成分のレベル（すなわち音圧レベル）が探査範囲の音波成分のレベル（すなわち音圧レベル）よりも十分高いときの第１相関行列Ｒｘ（ω）を時間的に平均することで第２相関行列Ｒｎ（ω）を推定すればよい。

【0109】

第２空間スペクトル非探査範囲の強度が十分高いか否かの判定は、閾値判定によって行うことができる。例えば、ある時刻の空間スペクトルＰ（θ）に対して、全方（０≦θ≦１８０）の総和をΣ_θＰ（θ）、非探査範囲の和をΣ_θｄＰ（θｄ）、判定閾値をＴｈとして、以下の（式９）で判定すればよい。

【0110】

Ｔｈ×Σ_θＰ（θ）＜Σ_θｄＰ（θｄ） （式９）

【0111】

探査範囲と非探査範囲とにおける空間スペクトルＰ（θ）の和が等しい場合は、Ｔｈ＝０．５の閾値レベルに相当する。そのため、探査範囲より非探査範囲の方が空間スペクトルの強度が大きくなっている状態を判定するため、Ｔｈが取り得る範囲は、概ね０．５≦Ｔｈ≦１となる。非探査範囲の空間スペクトルの強度が十分大きい状態を判定するためには、０．９以上の値となるＴｈを用いるとよい。なお、Ｔｈは探査対象音源の音圧レベルや、周囲騒音環境によって調整する必要がある。

【0112】

そして、推定部５１は、上記の閾値判定を満たしたときの第１相関行列Ｒｘ（ω）を以下の（式１０）を用いて時間平均など行うことで第２相関行列Ｒｎ（ω）を推定する。

【0113】

Ｒｎ（ω）_（ｔ）＝Ｃ_Ａ・Ｒｎ（ω）_{（ｔ−１）}＋Ｃ_Ｂ・Ｒｘ（ω）_（ｔ） （式１０）

【0114】

ここで、Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂは平滑化の係数で、Ｃ_Ａ＋Ｃ_Ｂ＝１の条件で設定する。添え字（ｔ）は現時刻を示し、添え字（ｔ−１）は更新前の値を示す。

【0115】

［効果等］
以上のように、本実施の形態によれば、非探査範囲に、探査対象音源よりも高い音圧レベルの妨害音源が存在する場合でも、妨害音源の影響を抑制し、探査範囲の探査対象音源の方向を探査することができる。つまり、本実施の形態によれば、探査対象範囲にある探査対象の音源の方向をより確実に探査することができる音源探査装置２００を実現することができる。

【0116】

本実施の形態では、除去部６０で算出された探査範囲における探査対象音源に対する過去の第３相関行列Ｒｓ（ω）すなわち推定値に対する第２空間スペクトルＰ（θ）を用いて判定をする構成である。そのため、推定部５１は、非探査範囲成分を除去した後の残留強度が高い場合に第２相関行列Ｒｎ（ω）を更新することになる。

【0117】

なお、推定部５１は、別の例として、算出部３０で算出された第１相関行列Ｒｘ（ω）を用いて、当該第１相関行列Ｒｘ（ω）に対する空間スペクトルＰ（θ）を算出して、上記の判定に用いてもよい。

【0118】

以上、本発明の一つまたは複数の態様に係る音源探査装置等について、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は、これら実施の形態等に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。例えば、以下のような場合も本発明に含まれる。

【0119】

（１）たとえば、上記の音源探査装置は、さらに、カメラなど画像撮影手段とその撮影画像を処理する新行処理部とを備えていてもよい。この場合、上記の音源探査装置は、マイクロホンアレイの中央にカメラが配置されていてもよいし、マイクロホンアレイとは別の位置にカメラを備えるとしてもよい。

【0120】

より具体的には、カメラで得られた撮影画像を信号処理部に入力し、信号処理部により処理されることで特定された探査対象音源の位置を示す音源画像を、入力された撮影画像に重畳させた画像を、音源探査装置に接続されている表示部に処理結果として表示させてもよい。

【0121】

（２）上記の音源探査装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムでもよい。前記ＲＡＭまたはハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各構成要素は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。

【0122】

（３）上記の音源探査装置を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩ（Large Scale Integration：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。

【0123】

（４）上記の音源探査装置を構成する構成要素の一部または全部は、各装置に脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されているとしてもよい。前記ＩＣカードまたは前記モジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＩＣカードまたは前記モジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、前記ＩＣカードまたは前記モジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0124】

本発明は、複数のマイクロホンユニットを用いた音源探査装置に利用でき、特に、音源探査装置から比較的遠い位置にあるラジコンヘリやドローンなどマイクロホンユニットに到達する音が周囲の音と比較して小さい音源の方向をより確実に探査可能な音源探査装置に利用可能である。

【符号の説明】

【0125】

１０ マイクロホンアレイ
２０ 周波数分析部
３０ 算出部
４０ 指定部
４０Ａ 設定部
４１ 入力部
４２ 検出部
５０、５１ 推定部
６０ 除去部
７０、７５ 記憶部
８０、８０Ｂ、９８０ スペクトル演算部
９０、９９０ 出力部
１００、１００Ａ、１００Ｂ、２００、９００ 音源探査装置
１０１、１０２ マイクロホンユニット
２０１、２０２ ＦＦＴ
５０１ 抽出部
５０２ 更新量演算部
５０３ 更新部

【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】