CN103260110B - 噪声降低装置、声音输入装置、无线通信装置及噪声降低方法 - Google Patents

噪声降低装置、声音输入装置、无线通信装置及噪声降低方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够抑制声压电平的下降的噪声降低装置、声音输入装置、无线通信装置及噪声降低方法。本发明的噪声降低装置(1)具备：声音区间判断部(11)，基于拾音信号(21)判断声音区间；声音方向判断部(12)，在声音区间，利用拾音信号(22)和拾音信号(21)判断声音的到来方向；以及噪声降低处理部(13)，利用拾音信号(22)降低拾音信号(21)所包含的噪声成分。而且，噪声降低处理部(13)根据声音的到来方向调节噪声降低处理部(13)中的噪声降低量。

Description

噪声降低装置、声音输入装置、无线通信装置及噪声降低方法
技术领域
本发明涉及噪声降低装置、声音输入装置、无线通信装置及噪声降低方法。
背景技术
存在降低声音信号所包含的噪声成分而易于听取声音的噪声降低处理技术。在噪声降低处理技术中，例如，通过从主要拾取声音的麦克风所拾取的声音信号中减去主要拾取噪声的麦克风所拾取的噪声信号(参照信号)，能够去除声音信号所包含的噪声成分。
在专利文献1中，公开了一种用于防止降低所希望的声音而只降低作为降低对象的不需要的声音的技术。在专利文献2中，公开了通过用于去除杂音的自适应滤波器改善下降的声音等的清晰度的技术。
专利文献
专利文献1：日本特开平6-67692号公报
专利文献2：日本特开平8-102644号公报
利用主要包含声音成分的声音信号和主要包含噪声成分的参照信号实施噪声降低处理时，根据噪声降低装置的使用状况，存在参照信号中混入声音成分的情况。若像这样在参照信号中混入声音成分，则存在实施噪声降低处理时声音信号所包含的声音成分也被消除，从而噪声降低处理后的信号的声压电平下降的问题。
发明内容
鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种能够抑制声压电平的下降的噪声降低装置、声音输入装置、无线通信装置及噪声降低方法。
本发明的噪声降低装置具备：声音区间判断部，基于第1拾音信号判断声音区间；声音方向判断部，在上述声音区间，利用第2拾音信号和上述第1拾音信号判断声音的到来方向；以及噪声降低处理部，利用上述第2拾音信号降低上述第1拾音信号所包含的噪声成分，上述噪声降低处理部根据上述声音的到来方向调节上述噪声降低处理部中的噪声降低量。
上述噪声降低处理部优选，具备：自适应滤波器，利用上述第2拾音信号生成与上述第1拾音信号所包含的噪声成分对应的噪声推测信号；自适应系数调节部，基于上述第1拾音信号和上述噪声推测信号的运算结果来调节上述自适应滤波器的自适应系数；噪声降低量调节部，根据上述声音的到来方向调节上述噪声推测信号；以及运算部，利用通过上述噪声降低量调节部调节后的噪声推测信号和上述第1拾音信号，降低上述第1拾音信号所包含的噪声成分。
上述声音方向判断部优选，基于上述第1拾音信号与上述第2拾音信号的相位差来判断上述声音的到来方向。
上述声音方向判断部优选，根据利用基准信号采样组和比较信号采样组所获取的互相关值来计算相位差，其中，所述基准信号采样组将上述第1及第2拾音信号中的一方作为基准信号，所述比较信号采样组将上述第1及第2拾音信号中的另一方作为比较信号。
上述噪声降低处理部优选，当在上述声音方向判断部中判断为上述第1拾音信号和上述第2拾音信号的相位差在预定的范围内时、或/且判断为上述第1拾音信号的相位迟于上述第2拾音信号的相位时，降低上述噪声降低处理部中的噪声降低量。
上述声音方向判断部优选，基于上述第1拾音信号的大小与上述第2拾音信号的大小的差即功率差来判断上述声音的到来方向。
上述噪声降低处理部优选，当在上述声音方向判断部中判断为上述第1拾音信号的大小与上述第2拾音信号的大小的差即功率差在预定的范围内时、或/且判断为上述第1拾音信号的大小小于上述第2拾音信号的大小时，降低上述噪声降低处理部中的噪声降低量。
上述声音方向判断部优选，基于上述第1拾音信号与上述第2拾音信号的相位差及上述第1拾音信号的大小与上述第2拾音信号的大小的差即功率差，判断上述声音的到来方向。
上述噪声降低量调节部优选，根据上述声音的到来方向对上述噪声推测信号乘以0以上1以下的系数，从而调节上述噪声推测信号。
上述噪声降低量调节部优选，在调节上述噪声推测信号时实施用于抑制该噪声推测信号急剧变化的缓和处理。
上述声音区间判断部优选，在上述第1拾音信号中包含声音成分的概率为预定值以上时判断为声音区间。
上述声音区间判断部优选，在上述第1拾音信号所包含的声音成分的元音频率成分的峰值与按频带设定的噪声电平的比在预定值以上、且该预定值以上的峰值的数目在预定数目以上时，判断为声音区间。
上述声音区间判断部优选，按预定的频带测定上述第1拾音信号所包含的声音成分的辅音频谱图案，在上述辅音频谱图案随着上述频带的增加而增加时判断为声音区间。
在具备本发明的噪声降低装置的声音输入装置中优选，在上述声音输入装置的第1面设置第1麦克风，在与上述第1面隔预定的距离相对的第2面设置第2麦克风。
在具备本发明的噪声降低装置的无线通信装置中优选，在上述无线通信装置的第1面设置第1麦克风，在与上述第1面隔预定的距离相对的第2面设置第2麦克风。
本发明的噪声降低方法中，基于第1拾音信号判断声音区间，在上述声音区间，利用第2拾音信号和上述第1拾音信号判断声音的到来方向，利用上述第2拾音信号降低上述第1拾音信号所包含的噪声成分时，根据上述声音的到来方向调节噪声降低量。
根据本发明，能够提供一种能够抑制声压电平的下降的噪声降低装置、声音输入装置、无线通信装置及噪声降低方法。
附图说明
图1是表示实施方式的噪声降低装置的框图。
图2是表示实施方式的噪声降低装置具备的声音区间判断部的一例的框图。
图3是表示实施方式的噪声降低装置具备的声音区间判断部的其他例的框图。
图4是表示实施方式的噪声降低装置具备的声音方向判断部的一例的框图。
图5是表示实施方式的噪声降低装置具备的声音方向判断部的其他例的框图。
图6是表示实施方式的噪声降低装置具备的噪声降低处理部的一例的框图。
图7是用于说明实施方式的噪声降低装置的噪声降低处理的图。
图8是表示实施方式的噪声降低装置的其他例的框图。
图9是表示声音源相对于声音用麦克风的位置与噪声降低处理后的输出信号的声压电平之间的关系的图(利用现有技术的情况)。
图10是表示声音源相对于声音用麦克风的位置与被声音用麦克风拾取的拾音信号的声压电平之间的关系的图。
图11是表示声音源相对于声音用麦克风的位置与噪声降低处理后的输出信号的声压电平之间的关系的图(利用本发明的情况)。
图12是表示与声音源的位置对应的噪声降低量调节值的一例的图。
图13是表示利用实施方式的噪声降低装置的声音输入装置的一例的图。
图14是表示利用实施方式的噪声降低装置的无线通信装置的一例的图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示实施方式的噪声降低装置的框图。如图1所示，本实施方式的噪声降低装置1具有声音区间判断部11、声音方向判断部12及噪声降低处理部13。噪声降低处理部13具备自适应滤波器14、自适应系数调节部15、噪声降低量调节部16及加法器17、18。
本实施方式的噪声降低装置1输入主要包含声音成分的第1拾音信号(声音信号)21及主要包含噪声成分的第2拾音信号(参照信号)22，利用拾音信号21及拾音信号22实施噪声降低处理，并将噪声降低处理后的信号作为输出信号29输出。例如，利用图8所示的噪声降低装置1'具备的声音用麦克风111及参照音用麦克风112分别获得拾音信号21及拾音信号22。
图8所示的声音用麦克风111拾取主要含有声音成分的声音并转换为模拟信号，将转换后的模拟信号输出到AD转换器113。参照音用麦克风112拾取主要含有噪声成分的声音并转换为模拟信号，将转换后的模拟信号输出到AD转换器114。被参照音用麦克风112拾取的声音所包含的噪声成分用于降低被声音用麦克风111拾取的声音所含有的噪声成分。
AD转换器113以预定的采样率对从声音用麦克风111输出的模拟信号进行采样并转换为数字信号，生成拾音信号21。AD转换器114以预定的采样率对从参照音用麦克风112输出的模拟信号进行采样并转换为数字信号，生成拾音信号22。
例如，输入到声音用麦克风111及参照音用麦克风112的声音的频带为大致100Hz至4000Hz左右。因此，通过使AD转换器113、114的采样频率为8kHz～12kHz左右，能够将含有声音成分的模拟信号作为数字信号处理。
如图1所示，将拾音信号21供给到声音区间判断部11、声音方向判断部12及噪声降低处理部13的加法器17、18。另外，将拾音信号22供给到声音方向判断部12及自适应滤波器14。此外，在本说明书中，主要含有声音成分的拾音信号21也记作声音信号，主要包含噪声成分的拾音信号22也记作参照信号(噪声信号)。
声音区间判断部11基于供给的拾音信号21判断声音区间。而且，声音区间判断部11将表示声音区间的声音区间信息23分别输出到声音方向判断部12及自适应系数调节部15。例如，当在拾音信号21中包含声音成分的概率为预定值以上时，声音区间判断部11判断为声音区间。
可在声音区间判断部11的声音区间判断处理中利用任意的技术。此外，在噪声电平较高的环境下使用噪声降低装置时，优选以高精度判断声音区间，例如，通过利用下述声音区间判断技术A、声音区间判断技术B，能够高精度地判断声音区间。声音中也包含除人声以外的声音，但在这些例中，主要检测人声。此外，作为一例，在要求基于日本特愿2010-260798的优先权的申请即日本特愿2011-254578中也记载了声音区间判断技术A。另外，作为一例，在日本特愿2011-020459中也记载了声音区间判断技术B。
首先，说明声音区间判断技术A。在声音区间判断技术A中，着眼于声音的主要部分即元音成分具有的频谱来判断声音区间。在声音区间判断技术A中，按频带设定适当的噪声电平，求出与元音频率成分的峰值的信号对噪声电平比，通过观察信号对噪声电平比是否为预定的电平比且为预定的峰值数，判断声音区间。
图2是表示利用声音区间判断技术A的声音区间判断部11'的一例的框图。图2所示的声音区间判断部11'具备帧化部31、频谱生成部32、频带分割部33、频率平均部34、保持部35、时间平均部36、峰值检测部37及声音判断部38。
帧化部31以具有预先确定的时间宽度的帧单位(预定采样数长)依次切割拾音信号21，生成帧单位的输入信号(以下称为帧化输入信号)。
频谱生成部32进行从帧化部31输出的帧化输入信号的频率分析，将时间区域的帧化输入信号转换为频率区域的帧化输入信号，生成汇集了频谱的频谱图案。频谱图案在预定的频带中，汇集将频率和该频率的能量建立对应的各频率的频谱。在此使用的频率变换法不限定于特定的手段，但为了识别声音的频谱需要必要的频率分辨能力，因此可以使用分辨能力较高的FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)、DCT(Discrete CosineTransform，离散余弦变换)等正交变换法。在本实施方式中，频谱生成部32生成至少200Hz至700Hz的频谱图案。
在作为下述声音判断部38判断声音区间时的检测对象的、表示声音特征的频谱(以下称为共振峰)中，从相当于基音的第1共振峰至其泛音部分即第n共振峰(n为自然数)为止通常存在多个。其中，第1共振峰、第2共振峰大多存在于不足200Hz的频带中。但是，由于在该频带中以较高的能量包含低频噪声成分，因此共振峰容易埋没。另外700Hz以上的共振峰由于共振峰本身的能量较低，也容易埋没于噪声成分中。因此，通过将难以埋没于噪声成分中的200Hz至700Hz的频谱图案用于声音区间的判断，能够缩小判断对象的范围而有效地进行声音区间的判断。
频带分割部33为了以适当的频带单位检测声音中特征性的频谱，将频谱图案的各频谱分割为多个以预先确定的频带宽度分割的频带即分割频带。在本实施方式中，预先确定的频带宽度为100Hz至150Hz左右的频带宽度。
频率平均部34求出各分割频带的平均能量。在本实施方式中，频率平均部34按分割频带使分割频带的所有频谱的能量平均，但为了减轻运算负载可以代替频谱的能量而代用频谱的最大或平均振幅值(绝对值)。
保持部35由RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)及闪存等存储介质构成，在过去预先确定的数目(在本实施方式中为N)的帧下保持各频带的平均能量。
时间平均部36按分割频带导出通过频率平均部34导出的平均能量的时间方向的多个帧的平均即频带各自能量。即，频带各自能量为各分割频带的平均能量的时间方向的多个帧的平均值。另外，时间平均部36可以利用加权系数和时间常数对之前的帧的各分割频带的平均能量进行基于平均化的处理，求出频带各自能量的代用值。
峰值检测部37导出频谱图案的各频谱与包含该频谱的分割频带的频带各自能量的能量比(SNR：信噪比)。而且，峰值检测部37比较各频谱的SNR和预先确定的第1阈值，判断是否超过第1阈值。若存在SNR超过第1阈值的频谱，则将该频谱当作共振峰，将表示检测出共振峰的信息输出到声音判断部38。
声音判断部38从峰值检测部37接收检测出共振峰的信息后，基于峰值检测部37的判断结果，判断该帧的帧化输入信号是否为声音。声音判断部38判断帧化输入信号为声音时，将声音区间信息23输出到声音方向判断部12及自适应系数调节部15。
图2所示的声音区间判断部11'按分割频带设定该分割频带的频带各自能量。因此，声音判断部38能够不受其他分割频带的噪声成分的影响，而按各自的分割频带高精度地判断共振峰的有无。
如上所述，从第1共振峰至其泛音部分即第n共振峰为止存在多个共振峰。因此，存在即使任意分割频带的频带各自能量(噪声电平)上升、共振峰的一部分埋没于噪声中，也能够检测其他多个共振峰的情况。特别是，即使因周围噪声集中在低频而导致相当于基音的第1共振峰、相当于2倍音的第2共振峰埋没于低频的噪声中，也存在能够检测3倍音以上的共振峰的可能性。因此，在SNR超过第1阈值的频谱为预定数目以上时，声音判断部38通过判断帧化输入信号为声音，能够进行抗噪声性更强的声音区间的判断。
如以上说明的那样，利用声音区间判断技术A的声音区间判断部11'具备：帧化部31，以具有预先确定的时间宽度的帧单位切割输入信号，生成帧化输入信号；频谱生成部32，将帧化输入信号从时间区域转换为频率区域，生成汇集了各频率的频谱的频谱图案；峰值检测部37，判断频谱图案的各频谱与以预先确定的频带宽度分割的频带即多个分割频带中含有频谱的分割频带的频带各自能量之间的能量比是否超过预先确定的第1阈值；声音判断部38，基于峰值检测部的判断结果，判断帧化输入信号是否为声音；频率平均部34，导出频谱图案的各分割频带的频谱的频率方向的平均能量；以及时间平均部36，按分割频带导出平均能量的时间方向的平均即上述频带各自能量。
例如，若能量比超过第1阈值的频谱为预先确定的数目以上，则声音判断部38判断帧化输入信号为声音。
接下来，说明声音区间判断技术B。在声音区间判断技术B中，着眼于辅音的特征即频谱图案具有向右上上升的倾向的性质来判断声音区间。在声音区间判断技术B中，在中高频的频带中测定辅音的频谱图案，进一步将部分埋没于噪声成分的辅音的频率分布的特征特殊化为几乎不受噪声影响的频带并提取，从而能够高精度地判断声音区间。
图3是表示利用声音区间判断技术B的声音区间判断部11″的一例的框图。声音区间判断部11″具备帧化部41、频谱生成部42、频带分割部43、平均导出部44、噪声电平导出部45、判断选择部46及辅音判断部47。
帧化部41以具有预先确定的时间宽度的帧单位依次切割拾音信号21，生成帧单位的输入信号即帧化输入信号。
频谱生成部42进行从帧化部41输出的帧化输入信号的频率分析，将时间区域的帧化输入信号转换为频率区域的帧化输入信号，生成汇集了频谱的频谱图案。频谱图案在预定的频带中，汇集将频率和该频率的能量建立对应的各频率的频谱。在此使用的频率变换法不限定于特定的手段，但为了识别声音的频谱需要必要的频率分辨能力，因此可以使用分辨能力较高的FFT、DCT等正交变换法。
频带分割部43按预先确定的频带宽度分割频谱生成部42生成的频谱图案的各频谱，生成多个分割频带。在本实施方式中，频带分割部43例如按100Hz～300Hz左右的频带宽度分割例如800Hz～3.5kHz的频率范围。
平均导出部44导出频谱图案中的相连的、频带分割部43分割的各分割频带(band)的平均能量即频带各自平均能量。
辅音判断部47将平均导出部44导出的频带各自平均能量相互比较，若越是高频带的频带各自平均能量越是较高的能量，则判断该帧化输入信号包含辅音。
一般情况下，辅音具有频谱图案向右上上升的倾向。因此，利用声音区间判断技术B的声音区间判断部11″导出频谱图案的频带各自平均能量，通过将该频带各自能量相互比较来检测辅音特征性的、频谱图案的向右上上升的倾向。因此，声音区间判断部11″能够高精度地检测输入信号中包含辅音的辅音区间。
辅音判断部47具备第1判断机构，所述第1判断机构对邻接的频带间的频带各自平均能量为高频的频带大于邻接的低频的频带的组合进行计数，若所计的计数值在预先确定的第1阈值以上，则判断包含辅音。另外，辅音判断部47具备第2判断机构，所述第2判断机构对邻接的频带间的频带各自平均能量为高频的频带大于邻接的低频的频带的组合进行计数，进一步在该组合跨越频带而连续时进行加权计数，若所计的计数值在预先确定的第2阈值以上，则判断包含辅音。辅音判断部47分别根据噪声电平分开使用第1判断机构和第2判断机构。
在此，为了适当选择第1判断机构和第2判断机构，噪声电平导出部45导出帧化输入信号的噪声电平。例如，噪声电平是帧化输入信号的所有频带的频带各自平均能量的平均值。另外，噪声电平导出部45可以按帧化输入信号导出噪声电平，也可以利用预定时间下的帧化输入信号的噪声电平的平均值。判断选择部46在导出的噪声电平不足预定的阈值时，选择第1判断机构，在为预定的阈值以上时，选择第2判断机构。
如以上说明的那样，利用声音区间判断技术B的声音区间判断部11″具备：帧化部41，以预先确定的帧单位切割输入信号，生成帧化输入信号；频谱生成部42，将帧化输入信号从时间区域转换为频率区域，生成汇集了各频率的频谱的频谱图案；平均导出部44，导出频谱图案中的相连的各预先确定的频带宽度的平均能量即频带各自平均能量；以及辅音判断部47，将导出的频带各自平均能量相互比较，若越是高频带的频带各自平均能量越是较高的能量，则判断帧化输入信号包含辅音。
例如，辅音判断部47对频谱图案的邻接的频带间的频带各自平均能量为高频的频带大于邻接的低频的频带的组合进行计数，若所计的计数值在预先确定的阈值以上，则判断包含辅音。
此外，在本实施方式的噪声降低装置中应用上述声音区间判断技术A、B时，能够根据产品设定参数。即，在要求更加可靠的声音区间的判断的产品中应用声音区间判断技术A、B时，作为声音区间判断的参数能够设定更加严格的阈值。
图1所示的噪声降低装置1具备的声音方向判断部12利用拾音信号21、22判断声音的到来方向，将声音方向信息24输出到噪声降低量调节部16。例如，声音的到来方向与声音相对于声音用麦克风的入射角对应。判断声音的到来方向的方法有例如基于拾音信号21和拾音信号22的相位差来判断声音的到来方向的方法、基于被声音用麦克风111拾取的声音(拾音信号21)的大小和被参照音用麦克风112拾取的声音(拾音信号22)的大小的差或比(功率差、功率比，将这些统称为功率信息)来判断声音的到来方向的方法等。此时，当声音区间判断部11判断为声音区间时，声音方向判断部12判断声音的到来方向。换言之，声音方向判断部12在声音到来的声音区间中判断声音方向，声音区间以外时不判断声音方向。
另外，例如在无线电收发机这样的便携设备、附属于无线通信装置的扬声器麦克风这样的小型设备中应用本实施方式的噪声降低装置时，在易于拾取声音的正面设置声音用麦克风111，在难以拾取声音的背面设置参照音用麦克风112。由此，能够通过声音用麦克风111主要拾取声音成分，通过参照音用麦克风112主要拾取噪声成分。
在一般情况下，上述无线通信装置、声音输入装置的大小比人的拳头稍小。因此，音源和声音用麦克风111的距离与音源和参照音用麦克风112的距离之差，虽然根据各设备、麦克风的配置而不同，但认为是5～10cm左右。在此，若设声音的空间传播速度为34000cm/s，则在采样频率为8kHz时，在1个采样内声音传播的距离为34000÷8000=4.25，因而为4.25cm。假如，声音用麦克风111和参照音用麦克风112的距离为5cm，则采样频率为8kHz时无法充分推测声音的方向。
此时，若设采样频率为8kHz的3倍即24kHz，34000÷24000≈1.42cm，在5cm内能够测定3～4个相位差点。因此，基于拾音信号21和拾音信号22的相位差判断声音的到来方向时，使输入到声音方向判断部12的拾音信号21和拾音信号22的采样频率为24kHz以上即可。
图8所示的噪声降低装置1′中，例如从AD转换器113、114输出的拾音信号21、22的采样频率为8～12kHz时，可以在AD转换器113、114和声音方向判断部12之间设置采样频率转换器，将供给到声音方向判断部12的拾音信号21、22的采样频率转换为24kHz以上。
另一方面，例如从AD转换器113、114输出的拾音信号21、22的采样频率为24kHz以上时，也可以在AD转换器113和声音区间判断部11之间、以及AD转换器113、114和噪声降低处理部13之间设置采样频率转换器，将供给到声音区间判断部11及噪声降低处理部13的拾音信号21、22的采样频率转换为8～12kHz。
首先，说明基于拾音信号21和拾音信号22的相位差(换言之，拾音信号21与拾音信号22的输入时刻不同)判断声音的到来方向的情况。图4是表示本实施方式的噪声降低装置1具备的声音方向判断部的一例的框图。图4所示的声音方向判断部12'具备基准信号缓冲器51、基准信号提取部52、比较信号缓冲器53、比较信号提取部54、互相关值计算部55及相位差信息获取部56。基准信号缓冲器51暂时蓄积拾音信号21。比较信号缓冲器53暂时蓄积拾音信号22。
通常情况下，在某一瞬间拾取的拾音信号包含各种周围声音，向各麦克风111、112的传播路径不同因而通过各麦克风111、112检测的相位、振幅值不同。但是，由于声音的音源(声音源)为一个，因而通过各麦克风111、112检测的声音成分的相位、振幅值类似而相关性非常高。特别是，在本实施方式中，在声音区间判断声音的到来方向，因而通过各麦克风111、112检测的声音成分的相关性非常高。因此，通过测定该相关性能够求出相位差，并能够推测声音源的方向。例如利用互相关函数、最小二乘法来计算两个麦克风111、112之间的相位差。
可用下式表示两个信号波形x1(t)和x2(t)的互相关函数。
[数学式1]
···式1
基准信号提取部52提取拾音信号(基准信号)21所包含的信号波形x1(t)并固定。比较信号提取部54提取拾音信号(比较信号)22所包含的信号波形x2(t)并移动该信号波形x2(t)。互相关值计算部55通过对信号波形x1(t)和信号波形x2(t)实施卷积运算(乘加运算)，来判断拾音信号21和拾音信号22的相关性较高的点。此时，根据由拾音信号22的采样频率和麦克风111、112的空间的距离计算的最大相位差分，将信号波形x2(t)前后移动的同时计算卷积运算值。卷积运算值最大的点为符号一致的场所，能够判断相关性最高。
另外，利用最小二乘法时，可用下式。
···式2
利用最小二乘法时，基准信号提取部52提取拾音信号(基准信号)21所包含的信号波形并固定。比较信号提取部54提取拾音信号(比较信号)22所包含的信号波形并移动该信号波形。互相关值计算部55计算拾音信号21所包含的信号波形和拾音信号22所包含的信号波形的差分值的平方和。该平方和最小的点是拾音信号21所包含的信号波形和拾音信号22所包含的信号波形彼此为相似形(重叠)的场所，能够判断为相关性最高。利用最小二乘法时，优选使基准信号和比较信号的大小一致，且优选将一方作为基准而预先标准化。
互相关值计算部55将通过上述运算得到的、关于基准信号和比较信号的相关关系的信息输出到相位差信息获取部56。即，被互相关值计算部55判断为相关性较高的两个信号波形(换言之，拾音信号21所包含的信号波形和拾音信号22所包含的信号波形)为同一音源的声音的信号波形的可能性较高。因此，相位差信息获取部56通过求出判断为相关性较高的两个信号波形的相位差，能够求出被声音用麦克风111拾取的声音成分和被参照音用麦克风112拾取的声音成分的相位差。
而且，当被声音用麦克风111拾取的声音所包含的声音成分的相位(换言之，拾音信号21的声音成分的相位)早于被参照音用麦克风112拾音的声音所包含的声音成分的相位(换言之，拾音信号22的声音成分的相位)时(换言之，当相位差为正时)，能够推测在距离声音用麦克风111比参照音用麦克风112近的位置存在声音源(换言之，说话者正向着声音用麦克风111说话)。
另一方面，当被声音用麦克风111拾取的声音所包含的声音成分的相位迟于被参照音用麦克风112拾取的声音所包含的声音成分的相位时(换言之，当相位差为负时)，能够推测在距离参照音用麦克风112比声音用麦克风111近的位置存在声音源(换言之，说话者正向着参照音用麦克风112说话)。
另外，当被声音用麦克风111拾取的声音所包含的声音成分的相位和被参照音用麦克风112拾取的声音所包含的声音成分的相位之间的相位差在预定的范围内时(-T<相位差<T，换言之，当相位差的绝对值小于预定值T时)，能够推测声音源位于声音用麦克风111和参照音用麦克风112的中间附近。
相位差信息获取部56将获取的相位差信息作为声音方向信息24输出到噪声降低量调节部16。
当声音区间判断部11判断为声音区间时，声音方向判断部12判断声音的到来方向。因此，即使在混入噪声的情况下，由于声音区间判断部11判断为声音区间时，能够高精度地计算被声音用麦克风111拾取的声音成分和被参照音用麦克风112拾取的声音成分的相位差，因而能够高精度地判断声音方向。
接下来，说明基于拾音信号21和拾音信号22的功率信息判断声音的到来方向的情况。图5是表示本实施方式的噪声降低装置1具备的声音方向判断部的其他例的框图。图5所示的声音方向判断部12″具备声音信号缓冲器61、声音信号功率计算部62、参照信号缓冲器63、参照信号功率计算部64、功率差计算部65及功率信息获取部66。图5所示的声音方向判断部12″能够求出某一固定单位时间的拾音信号21及拾音信号22的功率信息(图5所示的情况为功率差)。
声音信号缓冲器61为了蓄积单位时间下的拾音信号21，而暂时蓄积供给的拾音信号21。参照信号缓冲器63为了蓄积单位时间下的拾音信号22，而暂时蓄积供给的拾音信号22。
声音信号功率计算部62利用声音信号缓冲器61中蓄积的单位时间下的拾音信号，计算每单位时间的功率值。另外，参照信号功率计算部64利用参照信号缓冲器63中蓄积的单位时间下的拾音信号，计算每单位时间的功率值。
在此，每单位时间的功率值是，单位时间的拾音信号21、22的大小，例如，利用单位时间的拾音信号21、22的振幅的最大值、单位时间的拾音信号21、22的振幅的积分值等。此外，在本实施方式中，只要是表示拾音信号21、22的大小的值，也可以使用上述最大值、积分值以外的值作为功率值。
功率差计算部65计算通过声音信号功率计算部62求出的拾音信号的功率值和通过参照信号功率计算部64求出的拾音信号的功率值之间的功率差，将计算出的功率差输出到功率信息获取部66。
功率信息获取部66基于从功率差计算部65输出的功率差，获取拾音信号21和拾音信号22的功率信息。
例如，当被声音用麦克风111拾取的声音的大小大于被参照音用麦克风112拾取的声音的大小时，换言之，当拾音信号21的大小(功率值)大于拾音信号22的大小时，能够推测在距离声音用麦克风111比参照音用麦克风112近的位置存在声音源(换言之，说话者正向着声音用麦克风111说话)。
另一方面，当被声音用麦克风111拾取的声音的大小小于被参照音用麦克风112拾取的声音的大小时，换言之，当拾音信号21的大小小于拾音信号22的大小时，能够推测在距离参照音用麦克风112比声音用麦克风111近的位置存在声音源(换言之，说话者正向着参照音用麦克风112说话)。
另外，当被声音用麦克风111拾取的声音的大小和被参照音用麦克风112拾取的声音的大小的差在预定的范围内时(-P<功率差<P，换言之，当功率差的绝对值小于预定值P时)，能够推测声音源位于声音用麦克风111和参照音用麦克风112的中间附近。
功率信息获取部66将获取的功率信息(换言之，关于功率差的信息)作为声音方向信息24输出到噪声降低量调节部16。
如以上说明的那样，声音方向判断部12能够使用基于拾音信号21和拾音信号22的相位差判断声音的到来方向的方法、基于拾音信号21和拾音信号22的功率信息判断声音的到来方向的方法。利用相位差的方法和利用功率信息的方法可以分别单独使用，也可以相互配合使用。例如，无线电收发机这样的便携设备(无线通信装置)、附属于无线通信装置的扬声器麦克风(声音输入装置)这样的小型设备，根据拿法不同会存在麦克开口部被手阻塞、麦克开口部被衣服等遮挡的情况。因此，通过配合使用利用相位差的方法和利用功率信息的方法，能够更加高精度地判断声音方向。
图1所示的噪声降低处理部13实施利用拾音信号22降低拾音信号21所包含的噪声成分的噪声降低处理。此时，噪声降低处理部13能够根据声音的到来方向调节噪声降低量。噪声降低处理部13具备自适应滤波器14、自适应系数调节部15、噪声降低量调节部16及加法器17、18。
自适应滤波器14利用主要包含噪声成分的拾音信号22，生成与拾音信号21所包含的噪声成分对应的噪声推测信号25。换言之，自适应滤波器14利用拾音信号22模拟地生成可能包含于拾音信号21中的噪声成分，作为噪声推测信号25输出。在此，噪声推测信号25为相位相对于拾音信号21反转的信号。
加法器17通过将拾音信号21和相位反转的噪声推测信号25相加，生成反馈信号(误差信号)26，输出到自适应系数调节部15。换言之，加法器17通过从拾音信号21减去噪声推测信号25，能够生成反馈信号(误差信号)26。此外，在本实施方式中，使用加法器17将拾音信号21和相位反转的噪声推测信号25相加，但也可以构成为代替加法器而使用减法器从拾音信号21减去噪声推测信号25(此时相位不反转)。
自适应系数调节部15基于通过拾音信号21和噪声推测信号25的运算求出的反馈信号26，调节自适应滤波器14的自适应系数。此时，自适应系数调节部15能够根据声音区间信息23调节自适应滤波器14的系数。换言之，自适应系数调节部15在声音区间信息23不表示声音区间时(噪声区间时)，调节系数以使自适应误差变小。另一方面，声音区间信息23表示声音区间时，维持自适应滤波器14的系数，或者仅微调系数。
噪声降低量调节部16根据表示声音的到来方向的声音方向信息24来调节噪声推测信号25，将调节后的噪声推测信号28输出到加法器18。
例如，当在声音方向判断部12中判断为拾音信号21与拾音信号22的相位差在预定的范围内(-T<相位差<T)时，噪声降低量调节部16降低噪声推测信号25。另外，噪声降低量调节部16在判断为拾音信号21的相位迟于拾音信号22的相位时(换言之，相位差为负时)，降低噪声推测信号25。通过由噪声降低量调节部16降低噪声推测信号25，来降低噪声降低处理部13中的噪声降低量。
另外，例如，噪声降低量调节部16存储下述图12所示的、与声音源的位置对应的噪声降低量调节值。而且，噪声降低量调节部16通过利用声音方向判断部12判断的声音的到来方向(声音源的位置)，参照存储的与声音源的位置对应的噪声降低量调节值，决定与噪声推测信号25相乘的噪声降低量调节值，并与噪声推测信号25相乘。这样，噪声降低量调节部16调节噪声推测信号25的大小，降低噪声降低处理部13中的噪声降低量。例如，当噪声降低量调节值为1时直接以原大小输出噪声推测信号25，当噪声降低量调节值为0时噪声推测信号25变为零(换言之，不实施噪声降低处理)。
另外，例如，当在声音方向判断部12中判断为拾音信号21的大小与拾音信号22的大小的差即功率差在预定的范围内时(-P<功率差<P)，噪声降低量调节部16能够降低噪声推测信号25。另外，噪声降低量调节部16在判断为拾音信号21的大小小于拾音信号22的大小时(换言之，功率差为负时)，降低噪声推测信号25。此时，通过由噪声降低量调节部16降低噪声推测信号25，来降低噪声降低处理部13中的噪声降低量。
加法器(运算部)18利用通过噪声降低量调节部16调节后的噪声推测信号28和拾音信号21，降低拾音信号21所包含的噪声成分。换言之，加法器18通过将拾音信号21与相位反转的调节后的噪声推测信号28相加，生成经噪声降低处理的信号，将生成的信号作为输出信号29输出。换言之，加法器18通过从拾音信号21减去调节后的噪声推测信号28，能够生成经噪声降低处理的输出信号29。此外，在本实施方式中，使用加法器18将拾音信号21与相位反转的调节后的噪声推测信号28相加，但是也可以构成为代替加法器而使用减法器从拾音信号21减去调节后的噪声推测信号28(此时相位不反转)。
图6是表示本实施方式的噪声降低装置具备的噪声降低处理部13的一例的框图。图6表示由FIR(Finite Impulse Response，有限冲激响应)滤波器构成自适应滤波器14的例。此外，噪声降低量调节部16及加法器17、18与上述说明的情况相同。
图6所示的自适应滤波器14具备延迟元件71_1～71_n、乘法器72_1～72_n+1及加法器73_1～73_n。通过利用延迟元件71_1～71_n、乘法器72_1～72_n+1及加法器73_1～73_n处理拾音信号22，生成噪声推测信号25。
自适应系数调节部15调节乘法器72_1～72_n+1的系数。换言之，自适应系数调节部15在声音区间信息23不表示声音区间时(噪声区间时)，调节自适应滤波器14的系数以使噪声推测信号25和拾音信号21的差分(反馈信号26)最小化。由此，能够使从自适应滤波器14输出的噪声推测信号25接近拾音信号21所包含的噪声成分。
另一方面，当声音区间信息23表示声音区间时，拾音信号21中包含声音成分。此时，存在因声音成分的影响而导致自适应滤波器14的系数不适应噪声成分从而无法汇集的担忧。因此，为了稳定地更新自适应滤波器14的系数，当声音区间信息23表示声音区间时，优选维持自适应滤波器14的系数或者仅微调系数。
换言之，从声音区间判断部11输出的声音区间信息23起调节自适应系数调节部15的自适应系数的学习速度的作用。另外，为了正确地获取配置有噪声降低装置的环境的空间音响特性(声音用麦克风111和参照音用麦克风112之间的传播特性)，声音区间信息23对于自适应滤波器14也是重要的信息。
在此，在利用自适应滤波器14的噪声降低处理中，若拾音信号(噪声信号)22中包含声音成分，则由于在自适应滤波器14生成包含声音的逆相位成分的噪声推测信号25，因而存在在噪声降低处理后的输出信号中产生回声感、声音的声压电平下降的问题。
图7是用于说明本实施方式的噪声降低装置的噪声降低处理的图，是用于说明配置有噪声降低装置1'的环境的空间音响特性的图。在图7所示的噪声降低装置1'中声音用麦克风111与参照音用麦克风112以彼此背对的方式配置。模式A表示仅存在噪声源的情况。模式B表示在与模式A相同的位置存在噪声源、声音源位于理想位置的情况，换言之表示声音源位于与声音用麦克风111相对的位置的情况。模式C表示在与模式A相同的位置存在噪声源、声音源位于声音用麦克风111和参照音用麦克风112的中间位置的情况。此外，图7中将噪声源作为点状的音源进行表示，但是也能够作为存在多个噪声源、多个噪声混合的环境进行处理。
将噪声源的噪声信号设为N(t)，将声音源的声音信号设为V(t)，将被声音用麦克风111拾取的拾音信号设为Ra(t)、Rb(t)，将被参照音用麦克风112拾取的拾音信号设为Xa(t)、Xb(t)。另外，将声音用麦克风111和参照音用麦克风112之间的传播特性设为H，将被声音用麦克风111拾取的声音及噪声的空间音响特性模型分别设为CV1、CN1，将被参照音用麦克风112拾取的声音及噪声的空间音响特性模型分别设为CV2、CN2。另外，将噪声降低处理后的输出信号设为Y(t)。此外，t为表示时间的变量。
在模式A的情况下，能够将被声音用麦克风111拾取的拾音信号Ra(t)及被参照音用麦克风112拾取的拾音信号Xa(t)表示如下。
Ra(t)=CN1×N(t) ···式3
Xa(t)=CN2×N(t) ···式4
在此，由于噪声推测信号25与被声音用麦克风111拾取的拾音信号Ra(t)一致，因而若利用传播特性H，则能够表示如下。
Ya(t)=Ra(t)-H×Xa(t)=0 ···式5
因此，通过利用式3～式5，能够导出以下关系。
H=CN1/CN2 ···式6
接下来，说明加入声音源的模式B。若假设在自适应滤波器14中生成的噪声推测信号的传播特性H仅适应噪声成分，则由于模型通用因而传播特性H不发生变化。因此，在模式B的情况下，能够表示如下。
Rb(t)=CN1×N(t)+CV1×V(t) ···式7
Xb(t)=CN2×N(t)+CV2×V(t) ···式8
而且，通过利用式5～式8，能够导出下式。
Yb(t)=CN1×N(t)+CV1×V(t)-H×(CN2×N(t)+CV2×V(t))
=CV1×V(t)-H×CV2×V(t) ···式9
如模式B所示，说话者(声音源)从声音用麦克风111侧发出声音时，空间音响特性CV2与空间音响特性CV1相比大幅度衰减，进一步由于声音的到来时间差而加上延迟量。因此，式9的噪声推测信号所包含的声音成分即“H×CV2×V(t)”变小，从而维持噪声降低处理后的输出信号Yb(t)的声音的清晰性。
另一方面，在模式C的情况下，说话者(声音源)的位置为声音用麦克风111和参照音用麦克风112的中间的位置。此时，空间音响特性为CV1≈CV2，式9的噪声推测信号所包含的声音成分即“H×CV2×V(t)”变大，因而噪声降低处理后的输出信号Yb(t)的声音的声压电平下降。
传播特性H取决于噪声源的位置。例如，当噪声源与模式C的声音源一样存在于声音用麦克风111和参照音用麦克风112的中间的位置时、当没有主导的噪声源而是对于来自所有方向的噪声成分均等地适应时，传播特性H为H≈1，输出信号Yb(t)为与参照信号Xb(t)接近的信号。这样的条件重叠导致声音的声压电平根据声音源的位置而大幅度下降，损害声音的清晰性。
当空间音响特性CV1和空间音响特性CV2的差较大，进一步声音源的空间音响特性CV2(或CV1)和噪声源的空间音响特性CN2(或CN1)的差较大时，不易产生这样的声音的声压电平的下降。因此，通过检测除此以外的情况，换言之，空间音响特性CV1和空间音响特性CV2的差较小的情况、声音源的空间音响特性CV2(或CV1)和噪声源的空间音响特性CN2(或CN1)的差较小的情况，能够预测声音的声压电平下降的现象。
然而，在噪声环境下，难以正确地求出每个麦克风的声音的传播特性，那是不现实的。因此，在本实施方式的噪声降低装置中，代替求出空间音响特性CV1、CV2，利用声音方向判断部12检测声音的到来方向。
例如，声音方向判断部12基于拾音信号21和拾音信号22的相位差判断声音的到来方向。换言之，拾音信号21和拾音信号22的相位差为正时，能够判断出声音源位于声音用麦克风111侧(模式B)。另外，相位差为负时，能够判断出声音源位于参照音用麦克风112侧。另外，相位差在预定的范围内时，能够判断出声音源位于声音用麦克风111和参照音用麦克风112的中间附近(模式C)。
另外，例如，声音方向判断部12基于拾音信号21的大小和拾音信号22的大小的差即功率差来判断声音的到来方向。换言之，拾音信号21和拾音信号22的功率差为正时，能够判断出声音源位于声音用麦克风111侧(模式B)。另外，功率差为负时，能够判断出声音源位于参照音用麦克风112侧。另外，功率差在预定的范围内时，能够判断出声音源位于声音用麦克风111和参照音用麦克风112的中间附近(模式C)。
而且，在本实施方式的噪声降低装置中，当判断为在噪声降低处理后的输出信号29中存在声音的声压电平下降的可能性时，通过在噪声降低量调节部16降低噪声推测信号25来降低噪声降低处理部13中的噪声降低量。由此，能够抑制在噪声降低后的输出信号29中声音的音压电平下降。换言之，通过在噪声降低量调节部16降低式9的噪声推测信号所包含的声音成分即“H×CV2×V(t)”，能够抑制在噪声降低后的输出信号29中声音的声压电平下降。因此，根据本实施方式的噪声降低装置，能够提供一种在降低拾音信号(声音信号)21所包含的噪声的同时能够抑制输出信号29的声压电平的下降的噪声降低装置。
在此，所谓判断为在噪声降低处理后的输出信号29中存在声音的声压电平下降的可能性时是指，例如，判断为声音源位于声音用麦克风111和参照音用麦克风112的中间附近时(模式C)、判断为声音源位于参照音用麦克风112侧时等。
图9是表示利用现有技术的噪声降低装置时的、声音源相对于声音用麦克风的位置和噪声降低处理后的输出信号的声压电平的关系的图。图10是表示声音源相对于声音用麦克风的位置和被声音用麦克风拾取的拾音信号的声压电平的关系的图。如图7所示，噪声降低装置的声音用麦克风及参照音用麦克风以相互背对的方式配置。以噪声降低装置为中心，在连结声音用麦克风和参照音用麦克风的直线上的声音用麦克风侧存在声音源时，将声音源相对于声音用麦克风的位置设为0度，在该直线上的参照音用麦克风侧存在声音源时，将声音源相对于声音用麦克风的位置设为180度。当位于声音用麦克风及参照音用麦克风的中间位置时，为90度或270度。图9、图10表示测定如下情况下的输出信号的声压电平的结果：说话者以相同节奏说话的同时，以噪声降低装置为中心与噪声降低装置保持一定的距离并移动360度。另外，测定图9所示的关系时，固定噪声源的位置和噪声降低装置的位置。
如图10所示，当声音源位于90度附近至270度附近时(换言之，当声音源位于声音用麦克风的侧面、背面时)，受声音源处于声音用麦克风的背后的影响、声音源与声音用麦克风的距离远的影响，能够观察到少许的声压电平的下降。但是，由于被声音用麦克风拾取的拾音信号本身的声压电平未大幅度下降，因此不会破坏声音的清晰性。
另一方面，如图9所示，利用现有技术的噪声降低装置实施噪声降低处理时，从整体来说噪声电平有所下降，但在参照音用麦克风中混入的声音信号的影响如实地显现出来。换言之，比较图9所示的波形与图10所示的波形，当声音源位于90度附近及270度附近时，换言之，当声音源位于声音用麦克风及参照音用麦克风的中间位置附近时，输出信号的声压电平下降。这是因为，声音源位于90度附近及270度附近时，在参照音用麦克风中也混入声音成分(参照图7的模式C)。此外，在图9中，可观察到即使声音源位于180度附近时输出信号的声压电平也未下降。但是，由于此时的输出信号含有声音的逆相位成分(与噪声推测信号对应)，实际的声音也存在不清晰的情况。另外，根据噪声源的方向，声音衰减的角度也不同，但是因在参照音用麦克风中混入声音，从而无法避免声音的声压电平的下降、清晰性的下降。
与此相对，利用本实施方式的噪声降低装置时，如图11所示，即使声音源位于90度附近及270度附近时，输出信号的声压电平也未显著下降。即，在本实施方式的噪声降低装置中，利用声音方向判断部12判断声音的到来方向，例如判断为声音源位于90度附近及270度附近时，在噪声降低量调节部16降低噪声推测信号25。由此，能够降低噪声降低处理部13中的噪声降低量，其结果是能够使声音的声压电平不取决于声音源的位置而大体保持一定。
图12是表示与声音源的位置对应的噪声降低量调节值的一例的图。在本实施方式的噪声降低装置中，例如，将图12所示的与声音源的位置对应的噪声降低量调节值存储到噪声降低量调节部16。而且，噪声降低量调节部16通过利用声音方向判断部12判断的声音的到来方向(声音源的位置)，参照存储的与声音源的位置对应的噪声降低量调节值，决定与噪声推测信号25相乘的噪声降低量调节值。在此，声音源的位置与声音相对于声音用麦克风的入射角对应，并与拾音信号21与拾音信号22的相位差、功率差对应。将噪声降低量调节值设为例如0以上1以下的值。噪声降低量调节部16通过对噪声推测信号25乘以0以上1以下的噪声降低量调节值，能够调节噪声推测信号25的大小。此外，将噪声降低量调节值设为1时，以原大小输出噪声推测信号25，将噪声降低量调节值设为0时，噪声推测信号25变为零(换言之，不实施噪声降低处理)。
图12中，随着声音源从声音用麦克风侧向参照音用麦克风侧移动，噪声降低量调节值变小。换言之，随着声音源从约60度的位置向约90度的位置靠近，或者随着从约300度的位置向约270度的位置靠近，噪声降低量调节值逐渐变小，在约90度～约270度的范围内，将噪声降低量调节值设为约0.2左右。
另外，声音方向信息24(相位差、功率差)急剧变化时，噪声降低量调节值也急剧变化。因此，输出信号的声压电平也急剧变化，可能会给使用者带来不适感。因此，在这种情况下，可以利用预定的时间常数实施用于抑制噪声降低量调节值急剧变化的缓和处理。设时间常数为T，设作为基准的噪声降低量调节值为Abase，设缓和处理后的噪声降低量调节值为A，设即将实施缓和处理前的噪声降低量调节值为Alast，例如利用下式实施缓和处理。
A=Abase×(1/T)+Alast×((T-1)/T) ···式10
如在背景技术中说明的那样，在噪声降低处理技术中，例如，从通过主要拾取声音的麦克风拾取的声音信号中减去通过主要拾取噪声的麦克风拾取的噪声信号(参照信号)，从而去除声音信号所包含的噪声成分。
然而，利用主要包含声音成分的声音信号和主要包含噪声成分的参照信号实施噪声降低处理时，根据噪声降低装置的使用状况，也存在在参照信号中混入声音成分的情况。若像这样在参照信号中混入声音成分，则存在实施噪声降低处理时声音信号所包含的声音成分也被消除，从而噪声降低处理后的信号的声压电平下降的问题。
即，例如，在大多在产生作业用机器的的动作音等颇大的噪音的工厂内、人群、十字路口等使用的、无线电收发机这样的便携型无线通信装置(参照图14)中，需要降低在麦克风中混入的噪声成分。与手机不同，使用方法为在离开耳边的状态下听取从主体侧的扬声器发送的声音的无线通信装置，在一般情况下以离开身体的状态持有。另外，无线通信装置的持有方法也有各种方式。
进一步，拾音部和重放部从无线通信装置主体分离且便携性高的扬声器麦克风装置(参照图13所示的声音输入装置)可提供便利的使用方式。例如，存在将声音输入装置挂在脖子上或置于肩膀上等，说话者无需有意识地向着麦克风进行会话的使用方式、与从声音输入装置的正面一侧相比从靠近声音输入装置的背面的方向说话的使用方式。在这种情况下，声音的到来方向并非是理想的到来方向(例如，声音用麦克风的正面方向)。
因此，对无线电收发机(声音输入装置、无线通信装置)这样的装置实施利用自适应滤波器的噪声降低处理时，必须以参照信号中也包含声音成分为前提，需要抑制声音信号的声压电平的下降的技术。
在专利文献1中，公开了通过观察自适应滤波器的滤波器系数、检测声音成分被消除的状态来维持声音的清晰性的方法。根据该方法，配置有主要拾取声音的声音用麦克风、和对声音的到来方向敏感度低的主要拾取噪声的参照音用麦克风。而且，用自适应滤波器进行处理时，在变成将靠近声音的到来方向的成分作为噪声消除信号而生成的状况时，调节自适应滤波器系数整体的增益因子而对自适应滤波器处理加以限制，从而防止声音成分的声压电平的下降。
然而，在专利文献1的技术中，以声音源存在于声音用麦克风侧为前提。另外，由于参照音用麦克风具有指向性，因此难以在可能在参照音用麦克风中混入声音成分的无线电收发机中使用。
另外，在专利文献2的技术中，通过调节误差信号的声压电平或者输入信号的声压电平来防止声音信号的声压电平的下降。然而，为了维持声音的声压电平而控制作为杂音信号的误差信号的声压电平、或者控制混入杂音信号的输入信号(包含延迟信号)的声压电平，因而存在只维持声音信号的声压电平，但无法获得噪声降低的效果的问题。
进一步，在专利文献2所公开的利用自适应滤波器的噪声降低处理中，实施利用自身的信号通过滤波处理实施噪声消除处理。因此，强烈受到混入的声音信号的影响，无法减少声音信号区间中的噪声成分。另外，根据系统的结构，在自适应滤波器输出信号上加上误差信号而作为系统输出信号。但是，即使将声音信号区间中的自适应滤波器输出信号或输入信号与误差信号直接相加也无法获得噪声降低的效果，即使附加声压电平控制也不会提高声音的清晰度。
这样，即使利用专利文献1、专利文献2所公开的技术，也会存在无法充分维持声音的声压电平的问题。
因此，在本实施方式的噪声降低装置中，根据通过声音方向判断部12判断的声音的到来方向，调节噪声降低处理部13中的噪声降低量。换言之，当判断为声音源位于声音用麦克风111和参照音用麦克风112的中间附近时、判断为声音源位于参照音用麦克风112侧时，降低噪声降低处理部13中的噪声降低量。由此，能够抑制在噪声降低处理后的输出信号29中声音的声压电平下降。
另外，在本实施方式的噪声降低装置中，独立设置有加法器17和加法器18。因此，自适应滤波器14的系数的更新所需的反馈信号(误差信号)26不受噪声降低量调节部16中的噪声降低量的调节的影响。因此，能够更新自适应滤波器14的系数以便随时适应周围的噪声信号，因而自适应滤波器14总是能够发挥最大限度的能力。因此，即使在有多位说话者的情况下，换言之存在多个声音的到来方向的情况下，只要说话者的位置满足良好的条件，就能够适当地实施噪声降低处理。另外，假如说话者的位置不满足良好的条件，通过根据声音方向信息24降低噪声降低处理部13中的噪声降低量，也能够维持声音的声压电平。因此，能够提供一种在各种环境下都能够发挥充分的噪声降低效果、并且能够使声音的清晰度提升的噪声降低装置。
接下来，说明利用本实施方式的噪声降低装置的声音输入装置。图13是表示利用本实施方式的噪声降低装置的声音输入装置500的一例的图。图13(a)是声音输入装置500的正面图，图13(b)是声音输入装置500的背面图。如图13所示，声音输入装置500构成为能够经由连接器503与无线通信装置510连接。无线通信装置510在一般情况下为无线设备，构成为在预定频率下能够与其他无线通信装置通信。经由声音输入装置500将说话者的声音输入到无线通信装置510。
声音输入装置500具有主体501、软线502及连接器503。主体501构成为适用于说话者用手抓住的尺寸及形状，内置有麦克风、扬声器、电子电路及噪声降低装置。如图13(a)所示，在主体501的正面设置有扬声器506及声音用麦克风505。如图13(b)所示，在主体501的背面设置有参照音用麦克风508及皮带夹507。在主体501的顶面设置有LED509。在主体501的侧面设置有PTT(Push To Talk，一键通)504。LED509向说话者通知声音输入装置500的说话者的声音的检测状态。PTT504是用于使无线通信装置510成为声音发送状态的开关，检测凸起状部分是否被按入筐体内。
本实施方式的噪声降低装置1'(参照图8)内置于声音输入装置500，噪声降低装置1'具备的声音用麦克风111对应于声音输入装置500的声音用麦克风505，噪声降低装置1'具备的参照音用麦克风112对应于声音输入装置500的参照音用麦克风508。另外，将从噪声降低装置1'输出的输出信号29经由声音输入装置500的软线502供给到无线通信装置510。即，声音输入装置500将通过噪声降低装置1'进行噪声降低处理后的输出信号29供给到无线通信装置510。因此，从无线通信装置510发送到其他无线通信装置的声音是经噪声降低处理的声音。
接下来，说明利用本实施方式的噪声降低装置的无线通信装置(无线电收发机)600。图14是表示利用本实施方式的噪声降低装置的无线通信装置600的一例的图。图14(a)是无线通信装置600的正面图，图14(b)是无线通信装置600的背面图。如图14所示，无线通信装置600具备输入按钮601、显示部602、扬声器603、声音用麦克风604、PTT(Push ToTalk，一键通)605、开关606、天线607、参照音用麦克风608及盖609。
本实施方式的噪声降低装置1'(参照图8)内置于无线通信装置600，噪声降低装置1'具备的声音用麦克风111对应于无线通信装置600的声音用麦克风604，噪声降低装置1'具备的参照音用麦克风112对应于无线通信装置600的参照音用麦克风608。另外，在无线通信装置600的内部电路对从噪声降低装置1'输出的输出信号29进行高频处理，并将其从天线607无线发送到其他无线通信装置。在此，由于从噪声降低装置1'输出的输出信号29是被实施噪声降低处理的信号，因而发送到其他无线通信装置的声音是经噪声降低处理的声音。由用户按下PTT605而开始发送声音时，开始噪声降低处理，用户停止按下PTT608而完成声音的发送时，噪声降低处理完成。
以上，结合上述实施方式对本发明进行了说明，但并不仅限定于上述实施方式的构成，当然包含本领域技术人员在权利要求的范围内能做到的各种变形、修改及组合。例如，参照音用麦克风可以是从两个以上的参照音用麦克风选择一个。

Claims (15)

1.一种噪声降低装置，具备：
声音区间判断部，基于第1拾音信号判断声音区间；
声音方向判断部，在上述声音区间，利用第2拾音信号和上述第1拾音信号判断声音的到来方向；以及
噪声降低处理部，利用上述第2拾音信号降低上述第1拾音信号所包含的噪声成分，
上述噪声降低处理部具备：
自适应滤波器，利用上述第2拾音信号生成与上述第1拾音信号所包含的噪声成分对应的噪声推测信号；
自适应系数调节部，基于上述第1拾音信号和上述噪声推测信号的运算结果来调节上述自适应滤波器的自适应系数；
噪声降低量调节部，根据上述声音的到来方向调节上述噪声推测信号；以及
运算部，利用通过上述噪声降低量调节部调节后的噪声推测信号和上述第1拾音信号，降低上述第1拾音信号所包含的噪声成分，
上述噪声降低处理部根据上述声音的到来方向调节上述噪声降低处理部中的噪声降低量。
2.根据权利要求1所述的噪声降低装置，其中，
上述声音方向判断部基于上述第1拾音信号与上述第2拾音信号的相位差来判断上述声音的到来方向。
3.根据权利要求2所述的噪声降低装置，其中，
上述声音方向判断部根据利用基准信号采样组和比较信号采样组所获取的互相关值来计算相位差，其中，所述基准信号采样组将上述第1及第2拾音信号中的一方作为基准信号，所述比较信号采样组将上述第1及第2拾音信号中的另一方作为比较信号。
4.根据权利要求2或3所述的噪声降低装置，其中，
当在上述声音方向判断部中判断为上述第1拾音信号和上述第2拾音信号的相位差在预定的范围内时、或/且判断为上述第1拾音信号的相位迟于上述第2拾音信号的相位时，上述噪声降低处理部降低上述噪声降低处理部中的噪声降低量。
5.根据权利要求1所述的噪声降低装置，其中，
上述声音方向判断部基于上述第1拾音信号的大小与上述第2拾音信号的大小的差即功率差来判断上述声音的到来方向。
6.根据权利要求5所述的噪声降低装置，其中，
当在上述声音方向判断部中判断为上述第1拾音信号的大小与上述第2拾音信号的大小的差即功率差在预定的范围内时、或/且判断为上述第1拾音信号的大小小于上述第2拾音信号的大小时，上述噪声降低处理部降低上述噪声降低处理部中的噪声降低量。
7.根据权利要求1所述的噪声降低装置，其中，
上述声音方向判断部基于上述第1拾音信号与上述第2拾音信号的相位差及上述第1拾音信号的大小与上述第2拾音信号的大小的差即功率差，判断上述声音的到来方向。
8.根据权利要求1、2、3、5、6、7中任意一项所述的噪声降低装置，其中，
上述噪声降低量调节部根据上述声音的到来方向对上述噪声推测信号乘以0以上1以下的系数，从而调节上述噪声推测信号。
9.根据权利要求8所述的噪声降低装置，其中，
上述噪声降低量调节部在调节上述噪声推测信号时实施用于抑制该噪声推测信号急剧变化的缓和处理。
10.根据权利要求1、2、3、5、6、7中任意一项所述的噪声降低装置，其中，
上述声音区间判断部在上述第1拾音信号中包含声音成分的概率为预定值以上时判断为声音区间。
11.根据权利要求1、2、3、5、6、7中任意一项所述的噪声降低装置，其中，
上述声音区间判断部在上述第1拾音信号所包含的声音成分的元音频率成分的峰值与按频带设定的噪声电平的比在预定值以上、且该预定值以上的峰值的数目在预定数目以上时，判断为声音区间。
12.根据权利要求1、2、3、5、6、7中任意一项所述的噪声降低装置，其中，
上述声音区间判断部按预定的频带测定上述第1拾音信号所包含的声音成分的辅音频谱图案，在上述辅音频谱图案随着上述频带的增加而增加时判断为声音区间。
13.一种声音输入装置，具备权利要求1、2、3、5、6、7中任意一项所述的噪声降低装置，其中，
在上述声音输入装置的第1面设置第1麦克风，
在与上述第1面隔预定的距离相对的第2面设置第2麦克风。
14.一种无线通信装置，具备权利要求1、2、3、5、6、7中任意一项所述的噪声降低装置，其中，
在上述无线通信装置的第1面设置第1麦克风，
在与上述第1面隔预定的距离相对的第2面设置第2麦克风。
15.一种噪声降低方法，其中，包括以下步骤：
声音区间判断步骤，基于第1拾音信号判断声音区间；
声音方向判断步骤，在上述声音区间，利用第2拾音信号和上述第1拾音信号判断声音的到来方向；以及
噪声降低处理步骤，利用上述第2拾音信号降低上述第1拾音信号所包含的噪声成分时，根据上述声音的到来方向调节噪声降低量，
在上述噪声降低处理步骤中，
使用自适应滤波器利用上述第2拾音信号生成与上述第1拾音信号所包含的噪声成分对应的噪声推测信号，
基于上述第1拾音信号和上述噪声推测信号的运算结果来调节上述自适应滤波器的自适应系数，
根据上述声音的到来方向调节上述噪声推测信号，
利用调节后的噪声推测信号和上述第1拾音信号，降低上述第1拾音信号所包含的噪声成分。
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