特開 2024-119100 指向性制御装置および指向性制御方法

(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】P2024119100

(43)【公開日】2024-09-03

(54)【発明の名称】指向性制御装置および指向性制御方法

(51)【国際特許分類】

   H04R 3/00 20060101AFI20240827BHJP

【ＦＩ】

H04R3/00 320

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023025745

(22)【出願日】2023-02-22

(71)【出願人】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】弁理士法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】有山 義博

(72)【発明者】

【氏名】保田 浩之

(72)【発明者】

【氏名】原田 裕章

【テーマコード（参考）】

5D220

【Ｆターム（参考）】

5D220BA06

(57)【要約】

【課題】製造コストを抑えながら、音源から到来する音の指向性を向上させることができる指向性制御装置および指向性制御方法を得る。
【解決手段】マイクアレイ装置で収音した音データ信号を取得する取得部と、特定の方位に対してビームフォーミング処理を行うビームフォーミング部と、音源の方位を検出する方位検出部と、特定の方位にビームフォーミング処理を行うようにビームフォーミング部を制御する制御部とを備え、方位検出部は、複数の方位に対してビームフォーミング処理を行った結果から最も感度の高い方位を音源の方位として検出し、制御部は、方位検出部が検出した音源の方位にビームフォーミング処理を行うようにビームフォーミング部を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクアレイ装置で収音した音データ信号を取得する取得部と、
特定の方位に対してビームフォーミング処理を行うビームフォーミング部と、
音源の方位を検出する方位検出部と、
特定の方位に前記ビームフォーミング処理を行うように前記ビームフォーミング部を制御する制御部と、を備え、
前記方位検出部は、複数の方位に対して前記ビームフォーミング処理を行った結果から最も感度の高い方位を前記音源の方位として検出し、
前記制御部は、前記方位検出部が検出した前記音源の方位に前記ビームフォーミング処理を行うように前記ビームフォーミング部を制御する、
指向性制御装置。

【請求項2】

前記制御部は、
一定の周期で前記複数の方位に対して前記ビームフォーミング処理を前記ビームフォーミング部に実行させる、
請求項１に記載の指向性制御装置。

【請求項3】

ユーザに情報を報知する報知装置をさらに備え、
前記制御部は、前記方位検出部によって検出された前記音源の方位の情報を前記報知装置に報知させる、
請求項１または２に記載の指向性制御装置。

【請求項4】

前記マイクアレイ装置の受波方向を調整する方位調整部をさらに備え、
前記制御部は、前記マイクアレイ装置の受波感度が前記方位検出部によって検出された前記音源の方位で最大になるように前記方位調整部を制御する、
請求項１または２に記載の指向性制御装置。

【請求項5】

マイクアレイ装置で音源から収音した音データ信号を取得する取得部と、特定の方位に対してビームフォーミング処理を行うビームフォーミング部とを有する指向性制御装置による指向性制御方法であって、
複数の方位に対して前記ビームフォーミング処理を前記ビームフォーミング部に実行させるステップと、
前記複数の方位に対して前記ビームフォーミング処理を行った結果から最も感度の高い方位を前記音源の方位として検出するステップと、
検出された前記音源の方位に前記ビームフォーミング処理を行うように前記ビームフォーミング部を制御するステップと、
を有する指向性制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、収音の指向性を制御する指向性制御装置および指向性制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、マイクアレイ装置およびカメラ装置を備え、カメラによる撮影画像から監視対象物の位置を特定し、マイクアレイ装置から特定した方向に指向性を形成する指向性制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、複数のマイクロホンを備え、複数のマイクロホンの受音信号から音声源の方位を判定し、音声源の方位以外の方位範囲から到来する音を抑圧するビームフォーミングを行う音声処理装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

【0003】

特許文献２の音声処理装置は、音声源の方位以外の方位範囲から到来する音を抑圧するビームフォーミングを行う処理部を備えている。処理部は、複数のマイクロホンに対応して設けられた複数の窓関数／高速フーリエ変換処理部と、各窓関数／高速フーリエ変換処理部の出力に重みテンソルを乗算する複数の乗算器と、複数の乗算器の出力を加算する加算器とを有する構成である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－２３１３７号公報

【特許文献2】特開２０１６－１２７３００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１に開示された指向性制御装置は、監視対象の位置を特定する画像を取得するためのカメラ装置が必要になる。また、特許文献２に開示された音声処理装置は、音声源の方位以外の広い方位範囲から到来する音に対して窓関数処理および高速フーリエ変換処理ならびに乗算処理を行うため、高速で演算処理を行う高価な演算装置が必要となる。そのため、従来の装置は、製造コストが高くなるという問題があった。

【0006】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、製造コストを抑えながら、音源から到来する音の指向性を向上させることができる指向性制御装置および指向性制御方法を得るものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る指向性制御装置は、マイクアレイ装置で収音した音データ信号を取得する取得部と、特定の方位に対してビームフォーミング処理を行うビームフォーミング部と、音源の方位を検出する方位検出部と、特定の方位に前記ビームフォーミング処理を行うように前記ビームフォーミング部を制御する制御部と、を備え、前記方位検出部は、複数の方位に対して前記ビームフォーミング処理を行った結果から最も感度の高い方位を前記音源の方位として検出し、前記制御部は、前記方位検出部が検出した前記音源の方位に前記ビームフォーミング処理を行うように前記ビームフォーミング部を制御するものである。

【0008】

本発明に係る指向性制御方法は、マイクアレイ装置で音源から収音した音データ信号を取得する取得部と、特定の方位に対してビームフォーミング処理を行うビームフォーミング部とを有する指向性制御装置による指向性制御方法であって、複数の方位に対して前記ビームフォーミング処理を前記ビームフォーミング部に実行させるステップと、前記複数の方位に対して前記ビームフォーミング処理を行った結果から最も感度の高い方位を前記音源の方位として検出するステップと、検出された前記音源の方位に前記ビームフォーミング処理を行うように前記ビームフォーミング部を制御するステップと、を有するものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、複数の方位に対してビームフォーミング処理を行い、複数の方位のビームフォーミング処理の結果から最大感度の方位を音源の方位として指向性が形成される。そのため、音源の方位の特定にカメラ装置が不要であり、音源の方位に指向性が形成された後、マイクアレイ装置が受波する音データ信号に対して遅延補償処理を高速で行う高価な演算装置が不要となる。そのため、製造コストを抑えながら、音源から到来する音の指向性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１に係る指向性制御装置の一構成例を示すブロック図である。

【図2】図１に示したマイクアレイ装置の一構成例を示す模式図である。

【図3】図１に示したＢＦ部が形成したビーム波形による感度の一例を示す指向特性図である。

【図4】図１に示したＢＦ部が形成したビーム波形による感度の別の例を示す指向特性図である。

【図5】図１に示した方位検出部の一構成例を示すブロック図である。

【図6】図１に示した制御部の一構成例を示すブロック図である。

【図7】図１に示した信号処理部の一構成例を示すブロック図である。

【図8】実施の形態１に係る指向性制御装置が実行する指向性制御方法の手順の一例を示すフロー図である。

【図9】実施の形態２に係る指向性制御装置の一構成例を示すブロック図である。

【図10】実施の形態２に係る指向性制御装置が実行する指向性制御方法の手順の一例を示すフロー図である。

【図11】実施の形態３に係る指向性制御装置の一構成例を示すブロック図である。

【図12】図１１に示した方位調整部の一構成例を示す外観模式図である。

【図13】実施の形態３に係る指向性制御装置が実行する指向性制御方法の手順の一例を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施の形態１．
本実施の形態１の指向性制御装置の構成を説明する。図１は、実施の形態１に係る指向性制御装置の一構成例を示すブロック図である。指向性制御装置１０は、マイクアレイ装置１と、マイクアレイインターフェイス（マイクアレイＩ／Ｆ）部２と、ビームフォーミング（ＢＦ）部３と、方位検出部４と、信号処理部５と、制御部６とを備える。指向性制御装置１０は、例えば、複数の人が参加する会議において、発言する人の音声を収音する会議システムで使用されるものである。

【0012】

マイクアレイ装置１は、図１に示すように、マイクアレイＩ／Ｆ部２と接続される。図２は、図１に示したマイクアレイ装置の一構成例を示す模式図である。図２において、説明の便宜上、３次元空間において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３つの方向の軸を示す。

【0013】

マイクアレイ装置１は、複数のマイクロホン１１－１～１１－ｎ（ｎは２以上の整数）を有する。マイクロホン１１－１～１１－ｎの各マイクロホン１１－ｋ（ｋは１～ｎの任意の整数）は、無指向性である。無指向性は、どの方向からも同じ感度で収音するものである。マイクロホン１１－１～１１－ｎは、直線上に等間隔に配置されている。

【0014】

図２に示す構成例においては、マイクアレイ装置１の正面方向をＹ軸方向としている。本実施の形態１において、図２に示す角度θをマイクアレイ装置１の正面方向を基準とした方位角とする。各マイクロホン１１－ｋは、音源ＳＳから到達する音を収音する。マイクアレイ装置１は、各マイクロホン１１－ｋが収音した音データ信号を並列でマイクアレイＩ／Ｆ部２に送信する。

【0015】

図２に示す模式図においては、隣接するマイクロホン間の距離はｄである。ｄは、音源ＳＳの音の周波数ｆｓに基づいて予め決められている。周波数ｆｓは、人の音声の周波数であり、例えば、０．１～１［ｋＨｚ］である。波長をλとすると、距離ｄおよび波長λの関係は、ｄ＜λ／２である。周波数ｆｓおよび波長λは、空気中の音速をｃとすると、ｆｓ＝（ｃ／λ）の関係がある。なお、図２はマイクアレイ装置１が１次元アレイ構成として直線アレイ型の場合を示しているが、２次元アレイ構成の面アレイ型であってもよく、３次元アレイ構成の球面アレイ型であってもよい。

【0016】

次に、図１に示したマイクアレイＩ／Ｆ部２の構成を説明する。マイクアレイＩ／Ｆ部２は、マイクアレイ装置１およびＢＦ部３と接続される。マイクアレイＩ／Ｆ部２は、マイクアレイ装置１が収音した音データ信号をマイクアレイ装置１から取得する取得部としての役目を果たす。マイクアレイＩ／Ｆ部２は、マイクアレイ装置１の各マイクロホン１１－ｋから受信するアナログ信号の音データをサンプリングして、デジタル信号に変換する。マイクアレイＩ／Ｆ部２は、マイクロホン１１－１～１１－ｎのそれぞれによって収音された音データをデジタル信号でＢＦ部３に出力する。

【0017】

次に、図１に示したＢＦ部３の構成を説明する。ＢＦ部３は、方位検出部４、信号処理部５および制御部６のそれぞれと接続される。ＢＦ部３は、特定の方位に対する感度を大きくし、特定の方位以外の感度を低くするビームフォーミング（ＢＦ）処理を行う。具体的には、ＢＦ部３は、音源ＳＳから各マイクロホン１１－ｋへの音波伝搬がそれぞれ異なることに基づいて、遅延処理およびフィルタ処理によって音波の位相および振幅を制御した信号同士を干渉させ、特定の方位からの信号を強調し、特定の方位以外の信号を低減するＢＦ処理を行う。例えば、図２を参照すると、音源ＳＳからマイクロホン１１－ｎに伝搬した音波に対して、マイクロホン１１－１に伝搬した音波に伝搬遅延｛（ｎ－１）×ｄ×ｓｉｎθ／ｃ｝が生じることがわかる。

【0018】

ＢＦ部３は、複数の方位に対してＢＦ処理を順に行うＢＦスキャン処理を指示する旨の制御信号を制御部６から受信すると、ＢＦスキャン処理を行う。ＢＦ部３は、ＢＦスキャン処理の結果を方位検出部４および信号処理部５に送信する。また、ＢＦ部３は、音源ＳＳの方位を示す方位角の情報を制御部６から受信すると、音源ＳＳの方位への感度が最も高くなるビーム波形を形成するＢＦ処理を行い、ＢＦ処理の間、出力結果を方位検出部４および信号処理部５に送信する。

【0019】

ＢＦ部３が実行するＢＦ処理の具体例を説明する。ＢＦ部３は、各マイクロホン１１－ｋからの出力信号Ｓ１１－ｋを入力として、式（１）を用いて、特定の方位に対して感度の大きいビーム波形を形成する信号Ｓｂを出力する。
Ｓｂ（ｔ，ｍ）＝ｗ_１（ｍ）×Ｓ_１１－１（ｔ）＋ｗ_２（ｍ）×Ｓ_１１－２（ｔ）＋・・・ｗ_ｎ（ｍ）×Ｓ_１１－ｎ（ｔ） ・・・（１）

【0020】

ビーム数をＭとすると、式（１）において、ｍは、複数の方位のうち、特定の方位に対応するビーム番号である。ｍ＝１，２，・・・，Ｍの整数である。ｗ_１（ｍ）、ｗ_２（ｍ）、・・・、ｗ_ｎ（ｍ）のそれぞれはマイクロホン１１－１～１１－ｎのそれぞれの出力信号に付与される重みである。重みの計算方法として、環境によらず固定した信号処理を行う固定ビームフォーミング方式と、環境に適応して処理を可変する適応ビームフォーミング方式との２つの方式があるが、いずれの方式であってもよい。ＢＦ部３は、ＢＦスキャン処理を実行する際、複数の方位に対応して方位検出部４に出力する信号Ｓｂ（ｔ，ｍ）を変化させる。

【0021】

図３は、図１に示したＢＦ部が形成したビーム波形による感度の一例を示す指向特性図である。指向特性は、どの方向からの音波をどの程度の強さで受波できるか、方向に対する感度を示すものである。指向特性には水平面指向特性および垂直面指向特性があるが、図３は、ＸＹ座標面を水平面とする水平面指向特性の場合であるが、垂直面指向特性であってもよい。

【0022】

図３に示す指向特性は、同心円の中心から径方向に沿って感度［ｄＢ］が高くなり、Ｙ軸方向を基準として時計回りに周方向に沿って方位角［°］が大きくなることを示す。方位角の決め方は、図２および図３に示す場合に限らない。また、図３には５つのビーム波形を示しているが、これらのビーム波形は一例であって、図２に示したマイクアレイ装置１によって形成されるものとは限らない。

【0023】

図３は、図２に示したＸ軸およびＹ軸を指向特性図に重ねて示している。図３に示すＹ軸方向がマイクアレイ装置１の正面方向である。図３は、方位角θ＝０°の方位で感度が最も高くなるようにＢＦ部３がＢＦ処理した場合のビーム波形の一例を示す。図３を参照すると、θ＝３００°、３３０°、０°、３０°および６０°にビーム波形が見られるが、θ＝０°の場合のビーム波形が他の方位のビーム波形と比べて大きく、θ＝０°の場合の感度が最も高いことがわかる。

【0024】

図３を参照して、ＢＦスキャン処理および音源ＳＳの方位へのＢＦ処理の具体例を説明する。スキャンする複数の方位が、θ＝３００°、３３０°、０°、３０°および６０°であるとする。また、ビーム数Ｍ＝５、ビーム番号ｍと方位角θとの組み合わせを（ｍ，θ）と表記すると、（１，３００）、（２，３３０）、（３，０）、（４，３０）（５，６０）であるものとする。

【0025】

この場合、ＢＦ部３は、ＢＦスキャン処理を指示する旨の制御信号を制御部６から受信すると、予め決められた時間ｔｓの間に、ビーム番号ｍを１～Ｍまで順に変化させ、ビーム番号ｍ毎に式（１）を計算して信号Ｓｂ（ｔ，ｍ）を出力する。その際、式（１）におけるｗ_１（ｍ）、ｗ_２（ｍ）、・・・、ｗ_ｎ（ｍ）の各重みがビーム番号ｍ毎に変化する。例えば、ビーム番号ｍ＝１の場合、方位角θ＝３００°の感度が他の方位よりも高くなるように、ＢＦ部３は、ｗ_１（１）、ｗ_２（１）、・・・、ｗ_ｎ（１）を設定する。ＢＦスキャン処理によって、図３のθ＝０°の場合のビーム波形がθ＝３００°→３３０°→０°→３０°→６０°の順に時間ｔｓの間に経時的にシフトする指向特性が得られる。

【0026】

ＢＦ部３は、ＢＦスキャン処理の結果、音源ＳＳの方位を示す方位角θ＝０°の情報を制御部６から受信すると、次にＢＦスキャン処理の制御信号を受信するまで、ビーム番号ｍ＝３に設定した式（１）の信号Ｓｂ（ｔ，３）を、方位検出部４および信号処理部５に出力する。なお、ここでは、説明を簡単にするために、図３を参照して、スキャンする複数の方位が５つの方位角の場合で説明したが、方位の数は５つに限らない。複数の方位は、θ＝０°からθ＝３６０°までの全方位を予め決められた角度で等間隔に分割したものであってもよい。

【0027】

なお、ＢＦスキャン処理の時間ｔｓは、シーケンシャルな処理でビーム方向の設定および演算処理を繰り返す場合、時間軸的な差を避けるために短時間であることが望ましい。ただし、時間ｔｓが短すぎると、瞬間的な信号の変動の影響を受け、方位毎のスキャン処理の結果の差が実際の音響状態と一致しなくなる場合がある。

【0028】

ＢＦスキャン処理は、ＢＦ部３がマイクアレイＩ／Ｆ部２から一定時間分入力される信号を一時的に記憶し、記憶した信号に対して非線形にＢＦ処理を行う方法であってもよい。マイクアレイＩ／Ｆ部２からＢＦ部３に入力される信号であって、ＢＦ処理の元になる信号をマイクアレイ入力信号と称する。マイクアレイ入力信号はどの方位角に対しても同じなので、純粋にビーム方向に対する応答信号の大小で感度を比較できる。このことを利用して、例えば、ＢＦ部３は、数秒分のマイクアレイ入力信号をバッファリングし、バッファリングしたマイクアレイ入力信号を方位特定に用いる。この場合、マイクアレイＩ／Ｆ部２から出力される信号を信号処理部５に入力させ、またはマイクアレイＩ／Ｆ部２からＢＦ部３に出力した信号をＢＦ部３からバイパスして信号処理部５に入力させ、ＢＦ部３と信号処理部５とが互いに演算処理の結果を送受信する。そして、信号処理部５によって応答信号が最も大きいと判定されるとき、ＢＦ部３は最も感度が高い方位に特定する。

【0029】

ＢＦ部３が形成するビーム波形による指向特性は、図３を参照して説明した場合に限らない。ＢＦ部３が形成するビーム波形による指向特性の別の例を説明する。図４は、図１に示したＢＦ部が形成したビーム波形による感度の別の例を示す指向特性図である。図４においてはマイクアレイ装置１を図に示すことを省略している。図４に示す実線は、ＢＦ部３が形成したビーム波形の指向特性の理論値を示す波形である。図４に示す破線は、実線で示した理論値のビーム波形を形成する試作機の実測値の指向特性を示す波形である。図４に示す２点鎖線は、市販されている指向性マイクの指向特性の一例を示す波形である。図４に示すように、理論値の特性は方位角θ＝０°および１８０°において感度が高くなっているが、実測値の特性では、方位角θ＝０°の感度が最も高くなっている。

【0030】

次に、図１に示した方位検出部４の構成を説明する。図５は、図１に示した方位検出部の一構成例を示すブロック図である。方位検出部４は、複数の方位に対してＢＦ処理を行うＢＦスキャン処理の結果から最も感度の高い方位を音源ＳＳの方位として検出する。方位検出部４は、図５に示すように、感度記憶部１３と、方位決定部１４とを有する。

【0031】

感度記憶部１３は、複数の方位について方位毎に方位および感度の情報をＢＦ部３から受信すると、各方位に対応して、方位と感度とを組み合わせて記憶する。方位決定部１４は、感度記憶部１３が記憶する方位と感度との組み合わせの情報を参照し、最も感度が高い方位を判定する。方位決定部１４は、音源ＳＳの方位として、最も感度の高い方位を示す方位角θの情報を制御部６に送信する。

【0032】

次に、図１に示した制御部６の構成を説明する。図６は、図１に示した制御部の一構成例を示すブロック図である。制御部６は、特定の方位にＢＦを行うようにＢＦ部３を制御する。図１に示したように、制御部６は、ＢＦ部３および方位検出部４のそれぞれと接続される。図６に示すように、制御部６は、ビーム方位変更部１５と、時間を計測するタイマー１６とを有する。

【0033】

ビーム方位変更部１５は、タイマー１６が計測する時間を参照し、予め決められた一定の周期Ｔｓで、ＢＦスキャン処理を指示する旨の制御信号をＢＦ部３に送信する。また、ビーム方位変更部１５は、音源ＳＳの方位として、最も感度の高い方位を示す方位角θの情報を方位検出部４から受信すると、音源ＳＳの方位を示す方位角θの情報をＢＦ部３に送信する。

【0034】

次に、図１に示した信号処理部５の構成を説明する。図７は、図１に示した信号処理部の一構成例を示すブロック図である。信号処理部５は、音源ＳＳから送波された音声を再生する信号処理を行う。信号処理部５は、ＢＦ部３から入力される信号を選択する信号選択部２１と、信号選択部２１から受信する信号Ｓｂを増幅する増幅部２２とを有する。図７に示していないが、増幅部２２にスピーカ（図示せず）が接続されていてもよい。この場合、増幅部２２は、信号選択部２１から受信する信号Ｓｂを増幅してスピーカに出力する。

【0035】

信号選択部２１は、ＢＦ部３がＢＦスキャン処理を行う間、ＢＦ部３から受信する信号Ｓｂを増幅部２２に送信しない。ＢＦスキャン処理中に信号選択部２１がＢＦ部３から受信する信号Ｓｂを増幅部２２に送信すると、音源ＳＳから出力される音の音圧が一定の場合であっても、時間ｔｓの間に感度が大きく変化する信号Ｓｂを増幅してしまうことになるからである。以下に、ＢＦ部３がＢＦスキャン処理中であるか否かを信号選択部２１が判定する方法の具体例を説明する。

【0036】

信号選択部２１は、時間ｔｓ毎にＢＦ部３から受信する信号Ｓｂの最大値と最小値との差であるレベル差ΔＳｂと予め決められた閾値ｔｈｓとを比較する。レベル差ΔＳｂが閾値ｔｈｓより大きい場合、信号選択部２１は、ＢＦ部３がＢＦスキャン処理を行っていると判定し、ＢＦ部３から受信する信号Ｓｂを増幅部２２に送信しない。一方、レベル差ΔＳｂが閾値ｔｈｓ以下である場合、ＢＦ部３が音源ＳＳの方位にＢＦ処理を行っていると判定し、ＢＦ部３から受信する信号Ｓｂを増幅部２２に送信する。

【0037】

本実施の形態１においては、信号処理部５の前処理を行うＢＦ部３において、音源ＳＳの方位に感度の高いビーム波形が形成されるため、感度の高い音データ信号がＢＦ部３から信号処理部５に入力される。そのため、信号処理部５においては、各マイクロホン１１－ｋが受波する音波の位相差に対応して遅延補償を行う遅延部と、遅延補償後の複数の信号を合算する合算部とを設ける必要がない。さらに、図７は信号処理部５が増幅部２２を備える場合の構成を示しているが、信号処理部５に増幅部２２が設けられていなくてもよい。

【0038】

次に、図１に示したＢＦ部３、方位検出部４、信号処理部５および制御部６のハードウェア構成例を説明する。指向性制御装置１０は、プログラムを記憶するメモリ（図示せず）と、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ（図示せず）とを有する。プロセッサ（図示せず）がプログラムを実行することで、ＢＦ部３、方位検出部４、信号処理部５および制御部６の一部または全部が構成される。また、別の構成例として、ＢＦ部３、方位検出部４、信号処理部５および制御部６の一部または全部は、各機能を実行するＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の専用回路で構成されてもよい。

【0039】

なお、本実施の形態１においては、マイクアレイＩ／Ｆ部２がアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する場合で説明したが、ＢＦ部３がアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有していてもよい。本実施の形態１においては、マイクアレイ装置１の感度が最も高くなる方位を求める際、音データをアナログ信号からデジタル信号に変換する場合で説明したが、アナログ信号のままであってもよい。

【0040】

また、本実施の形態１においては、収音する音が人の音声の場合で説明したが、収音する音は人の音声に限らない。音源ＳＳから送波される音の周波数ｆｓは、１［ｋＨｚ］より大きくてもよい。さらに、本実施の形態１において、図７を参照して増幅部２２にスピーカ（図示せず）が接続される場合で説明したが、増幅部２２に接続される機器はスピーカに限らない。

【0041】

次に、本実施の形態１の指向性制御装置１０の動作を説明する。図８は、実施の形態１に係る指向性制御装置が実行する指向性制御方法の手順の一例を示すフロー図である。制御部６は図８に示すフローを、一定の周期Ｔｓで実行する。

【0042】

ステップＳ１において、制御部６は、複数の方位に対してＢＦ処理を行うＢＦスキャン処理をＢＦ部３に実行させる。ＢＦ部３は、式（１）において、ビーム番号ｍについてｍ＝１からＭまで順に変化させる。マイクアレイ装置１の各マイクロホン１１－ｋは、音声等の音データ信号を受波すると、受波した音声データ信号をマイクアレイＩ／Ｆ部２に送信する。マイクアレイＩ／Ｆ部２は、各マイクロホン１１－ｋから音声データ信号を受信すると、音声データをアナログ信号からデジタル信号に変換してＢＦ部３に出力する。ＢＦ部３は、時間ｔｓの間に、各マイクロホン１１－ｋに対応する音声データ信号に対して、ビーム番号ｍ毎に式（１）を計算し、求めた信号Ｓｂを方位検出部４に送信する。

【0043】

ステップＳ２において、方位検出部４は、ＢＦ部３から受信する各方位の信号Ｓｂの感度の変化を監視し、複数の方位に対してＢＦ処理を行った結果から最も感度の高い方位を音源ＳＳの方位として検出する。

【0044】

ステップＳ３において、制御部６は、方位検出部４によって検出された音源ＳＳの方位にＢＦ処理を行うようにＢＦ部３を制御する。これにより、マイクアレイ装置１のビーム波形が音源ＳＳの方位に対して最大感度になるように設定される。信号処理部５は、最大感度の方位に指向性が設定された後、ＢＦ部３から受信する信号を用いて音声再生の信号処理を行う。

【0045】

本実施の形態１の指向性制御装置１０は、マイクアレイ装置１で収音した音データ信号を取得するマイクアレイＩ／Ｆ部２と、特定の方位に対してＢＦ処理を行うＢＦ部３と、音源ＳＳの方位を検出する方位検出部４と、特定の方位にＢＦ処理を行うようにＢＦ部３を制御する制御部６とを備える。方位検出部４は、複数の方位に対してＢＦ処理を行った結果から最も感度の高い方位を音源ＳＳの方位として検出する。制御部６は、方位検出部４が検出した音源ＳＳの方位にＢＦ処理を行うようにＢＦ部３を制御する。

【0046】

本実施の形態１の効果を説明する。本実施の形態１によれば、複数の方位に対してビームフォーミング処理を行い、複数の方位のビームフォーミング処理の結果から最大感度の方位を音源ＳＳの方位として指向性が形成される。そのため、音源の方位の特定にカメラ装置が不要である。また、音源ＳＳの方位に指向性が形成された後、マイクアレイ装置１が受波する音データ信号に対して遅延補償処理を行う必要がないので、高速な演算処理を行う高価な演算装置が不要となる。その結果、製造コストを抑えながら、音源ＳＳから到来する音の指向性を向上させることができる。

【0047】

また、本実施の形態１において、制御部６は、一定の周期ＴｓでＢＦスキャン処理をＢＦ部３に実行させてもよい。この場合、方位検出部４によってマイクアレイ装置１が複数の方位に対して最大感度となる方位の検出が繰り返される。この場合、音源ＳＳが移動しても、方位検出部４が音源ＳＳの方位の変化を捕捉することができ、音の指向性が音源ＳＳの移動に追従し、最大感度を維持することができる。

【0048】

実施の形態２．
本実施の形態２は、実施の形態１で説明したＢＦスキャン処理によって推定された音源ＳＳの方位の情報をユーザに報知するものである。本実施の形態２においては、実施の形態１で説明した構成と同一の構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0049】

本実施の形態２の指向性制御装置の構成を説明する。図９は、実施の形態２に係る指向性制御装置の一構成例を示すブロック図である。本実施の形態２の指向性制御装置１０ａは、実施の形態１で説明した構成の他に、ユーザに情報を報知する報知装置７を有する。報知装置７は、ディスプレイまたはスピーカである。本実施の形態２においては、報知装置７がディスプレイの場合で説明する。報知装置７は制御部６と接続される。制御部６は、方位検出部４によって検出された音源ＳＳの方位の情報を報知装置に報知させる。

【0050】

また、本実施の形態２においては、マイクアレイ装置１ａは、回転軸ａｘｓを中心に回転できる構成である。回転軸ａｘｓは、例えば、図２に示したＺ軸に平行な軸である。

【0051】

次に、本実施の形態２の指向性制御装置１０ａの動作を説明する。図１０は、実施の形態２に係る指向性制御装置が実行する指向性制御方法の手順の一例を示すフロー図である。なお、図１０に示すステップＳ１１～Ｓ１３は、図８を参照して説明したステップＳ１～Ｓ３の処理と同様になるため、その詳細な説明を省略する。

【0052】

ステップＳ１３において、実施の形態１と同様に、制御部６は、方位検出部４によって検出された音源ＳＳの方位にＢＦ処理を行うようにＢＦ部３を制御する。ステップＳ１４において、制御部６は、音源ＳＳの方位の情報を報知装置７に報知させる。本実施の形態２では、報知装置７は、音源ＳＳの方位の情報を表示する。

【0053】

そのため、ユーザは、報知装置７が表示する情報を参照し、マイクアレイ装置１ａの受波感度が音源ＳＳの方位で最大になるように、回転軸ａｘｓを中心にマイクアレイ装置１ａを回転させることができる。ＢＦ処理を行わない状態で、マイクアレイ装置１ａの物理的な構造によって、受波感度が最大になる方向を受波方向と定義する。例えば、図２に示したＹ軸方向がマイクアレイ装置１ａの受波方向である場合を考える。この場合、ユーザはマイクアレイ装置１ａの受波方向が音源ＳＳの方位に向くように、回転軸ａｘｓを中心にマイクアレイ装置１ａを回転させればよい。

【0054】

本実施の形態２の効果を説明する。本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様な効果が得られる。また、本実施の形態２によれば、実施の形態１で説明したＢＦスキャン処理によって推定された音源ＳＳの方位の情報が報知装置７によってユーザに報知される。そのため、マイクアレイ装置１ａの受波方向が音源ＳＳの方位に向くようにマイクアレイ装置１ａの向きを変えることをユーザに促すことができる。

【0055】

ユーザが、マイクアレイ装置１ａの受波方向が音源ＳＳの方位に対して最大感度になるように調整すれば、ＢＦスキャン処理による音源方位の推定に、マイクアレイ装置１ａの受波方向の調整が組み合わされる。これにより、音源方位の推定精度が向上し、階層的に指向特性を向上させることができる。つまり、マイクアレイ装置１ａの受波方向と音源ＳＳの方位との角度のズレをゼロに近づけることで、指向性がさらに向上する。

【0056】

実施の形態３．
本実施の形態３は、実施の形態１で説明したＢＦスキャン処理によって推定された音源ＳＳの方位に自動的にマイクアレイ装置１の受波方向が向くように制御するものである。本実施の形態３においては、実施の形態１で説明した構成と同一の構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0057】

本実施の形態３の指向性制御装置の構成を説明する。図１１は、実施の形態３に係る指向性制御装置の一構成例を示すブロック図である。本実施の形態３の指向性制御装置１０ｂは、実施の形態１で説明した構成の他に、方位調整部８を有する。方位調整部８は、制御部６の制御にしたがって、基準方向に対してマイクアレイ装置１ｂの受波方向を調整する。基準方向は、例えば、図２に示したＹ軸方向である。

【0058】

図１２は、図１１に示した方位調整部の一構成例を示す外観模式図である。方位調整部８は、マイクアレイ装置１ｂと接続される回転軸ａｘｓと、回転軸ａｘｓを介してマイクアレイ装置１ｂと接続されるステッピングモータ３０と、マイクアレイ装置１ｂおよびステッピングモータ３０を支持するベース部３１とを有する。回転軸ａｘｓは、Ｚ軸に平行な軸である。マイクアレイ装置１ｂは、回転軸ａｘｓを中心に回転できる構成である。なお、図１２は、マイクアレイ装置１ｂが円筒容器内に収納され、円筒容器の底面に回転軸ａｘｓが取り付けられている場合の構成を示しているが、回転軸ａｘｓが直接にマイクアレイ装置１ｂに取り付けられていてもよい。

【0059】

ステッピングモータ３０は制御部６と接続される。ステッピングモータ３０は図に示さないケーブルを介して電力が供給される。制御部６は、マイクアレイ装置１ｂの受波感度が方位検出部４によって検出された音源ＳＳの方位で最大になるように方位調整部８を制御する。

【0060】

例えば、制御部６は、マイクアレイ装置１ｂの受波方向を音源ＳＳの方位に近づける回転角の情報を含む制御信号をステッピングモータ３０に送信する。ステッピングモータ３０は、制御部６から受信する制御信号に含まれる回転角の情報に対応して回転軸ａｘｓを中心にマイクアレイ装置１ｂを回転させる。回転角は、例えば、方位角θ＝０であるＹ軸方向を基準として、時計回りの角度の符号をプラスとし、反時計回りの角度の符号をマイナスとする角度である。本実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、ＢＦ処理を行わない状態において、マイクアレイ装置１ｂの受波方向が図１２に示したＹ軸方向の場合に受波感度が最大になるとする。

【0061】

次に、本実施の形態３の指向性制御装置１０ｂの動作を説明する。図１３は、実施の形態３に係る指向性制御装置が実行する指向性制御方法の手順の一例を示すフロー図である。なお、図１３に示すステップＳ２１～Ｓ２３は、図８を参照して説明したステップＳ１～Ｓ３の処理と同様になるため、その詳細な説明を省略する。

【0062】

ステップＳ２３において、実施の形態１と同様に、制御部６は、方位検出部４によって検出された音源ＳＳの方位にＢＦ処理を行うようにＢＦ部３を制御する。ステップＳ２４において、制御部６は、音源ＳＳの方位でマイクアレイ装置１ｂの受波感度が最大になるように方位調整部８を制御する。これにより、ユーザがマイクアレイ装置１ｂの受波方向の向きを変えなくても、マイクアレイ装置１ｂの受波感度が音源ＳＳの方位で最大になるように、回転軸ａｘｓを中心にマイクアレイ装置１ｂを回転させることができる。

【0063】

本実施の形態３の効果を説明する。本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様な効果が得られる。また、本実施の形態３によれば、ユーザがマイクアレイ装置１ｂの受波方向の向きを変えなくても、マイクアレイ装置１ｂの受波感度が音源ＳＳの方位で最大になるように、マイクアレイ装置１ｂの受波方向の向きを自動的に調整することができる。これにより、音源方位の推定精度が向上し、階層的に指向特性を向上させることができる。つまり、マイクアレイ装置１ｂの受波方向と音源ＳＳの方位との角度のズレを自動的にゼロに近づけることで、指向性がさらに向上する。

【0064】

なお、本実施の形態３においては、実施の形態１をベースに説明したが、本実施の形態３を実施の形態２と組み合わせてもよい。また、実施の形態３においては、図１２を参照して、マイクアレイ装置１ｂのＢＦ処理の方位が水平面に平行な方位の場合で説明したが、マイクアレイ装置１ｂのＢＦ処理の方位は水平面に平行な方位に限らない。制御部６がマイクアレイ装置１ｂを制御して、ＢＦ処理の方位を、方位角θに限らず、俯仰方位も調整できるようにしてもよい。さらに、図１２はマイクアレイ装置１ｂが１次元アレイ構成の場合を示しているが、マイクアレイ装置１ｂは２次元アレイ構成または３次元アレイ構成であってもよい。この場合においても、制御部６がマイクアレイ装置１ｂを制御して、ＢＦ処理の方位を方位角θおよび俯仰方位に調整できるようにしてもよい。実施の形態２で説明したマイクアレイ装置１ａについても、マイクアレイ装置１ｂと同様に、ＢＦ処理の方位をユーザが方位角θおよび俯仰方位に自由に調整できるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0065】

１、１ａ、１ｂ マイクアレイ装置
２ マイクアレイＩ／Ｆ部
３ ビームフォーミング部
４ 方位検出部
５ 信号処理部
６ 制御部
７ 報知装置
８ 方位調整部
１０、１０ａ、１０ｂ 指向性制御装置
１１－１～１１－ｎ マイクロホン
１３ 感度記憶部
１４ 方位決定部
１５ ビーム方位変更部
１６ タイマー
２１ 信号選択部
２２ 増幅部
３０ ステッピングモータ
３１ ベース部
ａｘｓ 回転軸
ＳＳ 音源

【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】