JP2001045590A - マイクロホンアレイ装置 - Google Patents

マイクロホンアレイ装置

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JP2001045590A
JP2001045590A JP11220300A JP22030099A JP2001045590A JP 2001045590 A JP2001045590 A JP 2001045590A JP 11220300 A JP11220300 A JP 11220300A JP 22030099 A JP22030099 A JP 22030099A JP 2001045590 A JP2001045590 A JP 2001045590A
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microphones
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array device
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    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/027—Spatial or constructional arrangements of microphones, e.g. in dummy heads
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    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
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  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 次元あたり２本のマイクロホン数で次元軸方
向の任意の位置の受音信号を推定できるマイクロホンア
レイ装置を提供する。 【解決手段】 マイクロホン１０ａ，ｂを軸方向に２つ
配置する。受音信号推定処理部１１は、音源から前記２
つのマイクロホンに到来する音波を平面波であるものと
近似して、マイクロホン１０ａ，ｂと同軸上にある位置
での推定受音信号を波動方程式により近似表現し、前記
２つのマイクロホンそれぞれに到来する音波の平均パワ
ーが等しいと仮定して前記波動方程式の音波の到来方向
に依存する係数ｂｃｏｓθを推定し、前記２つのマイク
ロホンからの受音信号を基にそれらマイクロホンと同軸
上の任意の位置の受音信号を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロホンアレ
イ装置に関する。特にマイクロホンを１つの座標軸に対
して２つ配置し、その受音信号処理により当該次元軸上
の任意位置での受音する音を推定し、少ないマイクロホ
ン数で多数の位置における音を推定できる装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】以下、従来のマイクロホンアレイ装置を
利用した音推定処理技術について説明する。
【０００３】マイクロホンアレイ装置とは、複数のマイ
クロホンを並べ、各マイクロホンで受音する音信号を利
用して信号処理を行うものである。ここで、マイクロホ
ンアレイ装置は、音場内でどのようにマイクロホンを配
置し、どのような音を受音し、どのような信号処理を行
うかにより、その目的、構成、用途、効果が大きく異な
るものである。音場内に複数の目的音と雑音の音源があ
る場合、高品質の目的音の強調と雑音の抑制は、マイク
ロホンによる受音処理の中心的課題であり、また音源位
置の検出は、ＴＶ会議システム、来客受付システム等の
様々なアプリケーションに対し有用である。この目的音
強調、雑音抑制、音源位置検出処理を実現するために
は、マイクロホンアレイ装置を用いることが有効であ
る。
【０００４】従来技術では、目的音強調、雑音抑制、音
源位置検出の品質を向上させるためにアレイを構成する
マイクロホンの数を増やし、受音信号のデータ数を多く
収集して信号処理を実行していた。図１７に、従来の同
期加算による目的音強調処理に用いられるマイクロホン
アレイ装置を示す。この図１７に示すマイクロホンアレ
イ装置において、１７１はマイクロホンアレイを構成す
る実マイクロホンＭＩＣ0〜ＭＩＣn-1、１７２は各実マ
イクロホン１７１で受音する信号のタイミングを調整す
る遅延器Ｄ0〜Ｄn-1、各実マイクロホン１７１で受音信
号を加算処理する加算器１４３である。この従来技術に
よる目的音強調は、加算処理する各要素となる受音信号
を遅延させて同期をとって多数加算することにより、特
定方向からの音を強調処理する。つまり、実マイクロホ
ン１７１の数を増やすことにより、同期加算信号処理に
用いる音信号を増やし、目的音の強さを大きくすること
により、目的音を強調して明瞭に取り出すことを行って
いた。雑音抑制に関しては同期減算を行うことで雑音抑
制を行い、音源位置検出処理についても想定方向につい
て同期加算、または、相互相関係数の計算を行うもので
あり、マイクロホンの数を増やすことにより音信号処理
を向上する点において同様であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このマ
イクロホン数増加によるマイクロホンアレイ信号処理技
術は、高品質な受音信号処理を実現するためには用意す
るマイクロホンの本数が多くなり、マイクロホンアレイ
装置規模が大きくなってしまうという欠点があった。ま
た、要求する品質の受音信号推定を行うために必要とさ
れる数のマイクロホンを必要な位置に物理的に配置する
ことが難しい場合も想定される。
【０００６】上記問題点を解決するために、マイクロホ
ンを実際に設置して受音する代わりに、実際に配置する
マイクロホンから受音される音信号を基にして想定位置
で受音されるであろう音信号を推定することが望まれ
る。さらにその受音推定信号を用いて応用形態として、
目的音強調、雑音抑制、音源位置検出処理などを行うこ
とが考えられる。
【０００７】マイクロホンアレイ装置は、少ないマイク
ロホン数により、アレイ配置上の任意位置の受音信号を
推定することができる有効な装置である。少数のマイク
ロホンを直線状に並べてその延長線上（１次元）での想
定位置における受音信号推定を行なう。実際の音が伝播
する空間は３次元空間であるが、１つの軸方向の任意位
置での受音信号が推定できれば、空間内の任意の位置の
受音信号は、その位置から空間軸３軸上の座標位置にお
ける受音信号を推定し、合成すれば得ることができる。
マイクロホンアレイ装置は、音源からの信号に対して推
定誤差を抑えた高品質な受音信号推定が必要である。
【０００８】また、音信号推定に適用する信号処理内容
自体についてもより良い信号処理技術を開発し、目的音
強調、雑音抑制、音源位置検出の品質の向上を図ってい
くことが望まれる。
【０００９】本発明は、第１のマイクロホンアレイ装置
として、１つの軸上に２つのマイクロホンを配置し、同
軸上の任意の位置の受音信号を推定できるマイクロホン
アレイ装置を提供することを目的とする。
【００１０】本発明は、第２のマイクロホンアレイ装置
として、１つの平面上に３つのマイクロホンを配置し、
同一平面上の任意の位置の受音信号を推定できるマイク
ロホンアレイ装置を提供することを目的とする。
【００１１】本発明は、第３のマイクロホンアレイ装置
として、空間内に同一平面上にない４つのマイクロホン
を配置し、空間内の任意の位置の受音信号を推定できる
マイクロホンアレイ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第１のマイクロホンアレイ装置は、２つのマ
イクロホンと受音信号推定処理部を備え、前記２つのマ
イクロホンを結ぶ直線上にある任意位置での受音信号を
推定するマイクロホンアレイ装置であって、前記受音信
号推定処理部は、音源から前記２つのマイクロホンに到
来する音波を平面波であるものと仮定して、前記２つの
マイクロホンを結ぶ直線上にある位置での推定受音信号
を波動方程式（数５）により表現し、前記２つのマイク
ロホンそれぞれに到来する音波の平均パワーが等しいと
仮定して前記波動方程式（数５）の音波の到来方向に依
存する係数ｂｃｏｓθを推定し、前記２つのマイクロホ
ンからの受音信号を基にそれらマイクロホンと同軸上の
任意の位置の受音信号を推定することを特徴とする。
【００１３】
【数５】
【００１４】（ここで、x,y,zは各空間軸、tは時刻、v
は空気粒子速度、pは音圧、ａとｂは係数、θは音源方
向を表わす。） 上記構成により、任意方向θにある音源から２つのマイ
クロホンに到達する音波が平面波に近似できる条件のも
と、２つのマイクロホンの受音音波の平均パワーが等し
いとみなしてｂｃｏｓθの項を推定することにより（数
５）より同一軸上の任意位置での受音信号推定ができ
る。２つという少ないマイクロホン数で推定が可能であ
り装置規模を小さくすることができる。
【００１５】上記目的を達成するために本発明の第２の
マイクロホンアレイ装置は、同一直線上にない３つのマ
イクロホンと受音信号推定処理部を備え、前記３つのマ
イクロホンと同一平面上にある任意位置での受音信号を
推定するマイクロホンアレイ装置であって、前記受音信
号推定処理部は、音源から前記３つのマイクロホンに到
来する音波を平面波であるものと仮定して、前記３つの
マイクロホンと同一空間上にある位置での推定受音信号
を波動方程式（数６）により表現し、前記３つのマイク
ロホンそれぞれに到来する音波の平均パワーが等しいと
仮定して前記波動方程式（数６）の音波の到来方向に依
存する係数ｂｃｏｓθx，ｂｃｏｓθyを推定し、前記３
つのマイクロホンからの受音信号を基にそれらマイクロ
ホンと同一平面上の任意の位置の受音信号を推定するこ
とを特徴とする。
【００１６】
【数６】
【００１７】上記構成により、任意方向θx，θyにある
音源から３つのマイクロホンに到達する音波が平面波に
近似できる条件のもと、３つのマイクロホンの受音音波
の平均パワーが等しいとみなしてｂｃｏｓθx，ｂｃｏ
ｓθyの項を推定することにより（数６）より同一平面
の任意位置での受音信号推定ができる。３つという少な
いマイクロホン数で推定が可能であり装置規模を小さく
することができる。
【００１８】上記目的を達成するために本発明の第３の
マイクロホンアレイ装置は、同一平面上にない４つのマ
イクロホンと受音信号推定処理部を備え、空間内の任意
位置での受音信号を推定するマイクロホンアレイ装置で
あって、前記受音信号推定処理部は、音源から前記４つ
のマイクロホンに到来する音波を平面波であるものと仮
定して、空間内の任意位置での推定受音信号を波動方程
式（数７）により表現し、前記４つのマイクロホンそれ
ぞれに到来する音波の平均パワーが等しいと仮定して前
記波動方程式（数７）の音波の到来方向に依存する係数
ｂｃｏｓθx，ｂｃｏｓθy，ｂｃｏｓθzを推定し、前
記４つのマイクロホンからの受音信号を基にそれらマイ
クロホンと同一平面上の任意の位置の受音信号を推定す
ることを特徴とする。
【００１９】
【数７】
【００２０】上記構成により、任意方向θにある音源か
ら４つのマイクロホンに到達する音波が平面波に近似で
きる条件のもと、４つのマイクロホンの受音音波の平均
パワーが等しいとみなしてｂｃｏｓθx，ｂｃｏｓθy，
ｂｃｏｓθzの項を推定することにより（数７）より同
一平面の任意位置での受音信号推定ができる。４つとい
う少ないマイクロホン数で推定が可能であり装置規模を
小さくすることができる。
【００２１】なお、上記第１、第２、第３のマイクロホ
ンアレイ装置において、複数位置の受音信号推定処理を
行ない、それら推定信号の同期加算による目的音強調、
同期減算による雑音抑制処理、相互相関係数計算処理お
よびパワー比較処理による音源位置検出処理を行なうこ
とができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明のマイクロホンアレイ装置
について図面を参照しつつ説明する。
【００２３】まず最初に、本発明のマイクロホンアレイ
装置の受音信号推定処理の基本原理を説明する。以下
に、２つのマイクロホンを配置し、それらマイクロホン
と同一直線上（１次元上）の任意位置での受音信号推定
処理の原理を示す。
【００２４】図１に示すように、２個のマイクロホン１
０ａおよび１０ｂから構成されるマイクロホンアレイを
用いて、これらマイクロホンの並びの延長線上の点
（xi，y0）（i＝2，3，・・，i＝-1，-2，・・）におい
て受音信号推定を行なう。
【００２５】空気中を音波が伝播する場合、音は媒質た
る空気粒子の振動波であるので、音波によって生じる空
気の圧力の変化分、つまり「音圧p」と、空気粒子の位
置の変化分(変位)の時間による微分、つまり「空気粒子
速度v」が生じる。本発明は、２個のマイクロホンで測
定した受音信号を基に、音圧と粒子速度の関係を示す波
動方程式を用いて推定受音信号を求める。いま、マイク
ロホン１０ａおよび１０ｂに対して任意方向θに音源が
あると仮定し、境界条件として、マイクロホン１０ａお
よび１０ｂを配置した位置における音圧ｐと粒子速度ｖ
を基に、波動方程式を用いてマイクロホン１０ａおよび
１０ｂの並びの延長線上の点（xi,yo)における音圧と粒
子速度の推定を行なう。ここで、マイクロホン１０ａお
よび１０ｂを配置した位置における音圧ｐはマイクロホ
ン１０ａおよび１０ｂにより測定し、粒子速度はマイク
ロホン１０ａおよび１０ｂで測定した音圧の差より計算
する。
【００２６】ここで、音源とマイクロホン１０ａおよび
１０ｂの距離が十分に長い場合は、マイクロホン１０ａ
および１０ｂにより受音される音波は、平面波であるも
のと近似できるものとする。例えば、マイクロホン１０
ａおよび１０ｂの間の距離に対して、音源との距離が１
０倍程度以上離れていれば、平面波と近似して良い。受
音音波が平面波であるという仮定のもと、音圧ｐ（x，
y，t）と粒子速度ｖ（x，y，t）との関係は（数８）お
よび（数９）で示す２つの波動方程式により表わされ
る。
【００２７】
【数８】
【００２８】
【数９】
【００２９】ここで、tは時刻、x，yは２次元平面を規
定する直交座標軸、Kは体積弾性率（圧力と膨張度の
比），ρは媒質である空気の密度（単位体積当りの質
量）を示す。ここで、音圧pはスカラ量であり、粒子速
度vはベクトルである。また、（数８）および（数９）
中の▽（ナブラ）は、偏微分演算の一種を示している。
【００３０】（数８）および（数９）より、図１に示し
たマイクロホン位置とx y平面上の任意位置（x，y）と
の音圧と粒子速度の関係は（数１０）および（数１１）
のようになる。
【００３１】
【数１０】
【００３２】
【数１１】
【００３３】ここで、vx（x, y, t）は粒子速度v（x,
y, t）のx軸成分、vy（x, y, t）は粒子速度v（x, y,
t）のy軸成分を表わす。
【００３４】（数１０）と（数１１）より、図１に示し
た推定位置における音圧と粒子速度の離散値p（xi, y0,
tj），vx（xi, y0, tj），vy（xi, y0, tj）の関係
は、（数１２）および（数１３）に示すようになる。
【００３５】
【数１２】
【００３６】
【数１３】
【００３７】ここで、xiとy0はマイクロホンの位置およ
び推定位置（i = ・・, -2, -1, 0,1, 2,・・）を表わ
しており、tjはサンプリング時刻（j = 0, 1, 2,・
・）、ａとｂは定数の係数を表わしている。ここで、マ
イクロホン位置および推定位置の間隔は、（数１４）に
示す値とする。
【００３８】
【数１４】
【００３９】ここで、ｃは音速、Ｆsはサンプリング周
波数を表わす。
【００４０】上記のように（数１２）および（数１３）
を求めれば受音信号を推定できるが、図１に示したよう
に、マイクロホン１０ａおよび１０ｂはx軸に平行に並
べられているので、（数１３）中のy軸成分vy（xi, y0,
tj），vy（xi, y1, tj）を直接求めることができな
い。そこで、（数１３）から粒子速度のy軸成分を除
き、粒子速度のx軸成分vx（xi, y0, tj）のx軸上での差
分と音圧px（xi, y0, tj）の時間軸上での差分の関係
を、音源方向θを用いて（数１５）に示すように表わ
す。
【００４１】
【数１５】
【００４２】（数１５）をそのまま用いる場合には音源
の数およびそれらの位置が必要である。しかし、x軸に
対する音源の方向は既知ではなく、任意方向であっても
受音信号を推定できることが好ましい。そこで、本発明
では、音源から到来する音波が平面波であるとの仮定か
ら粒子速度vx（xi, y0, tj）とvx（xi+1, y0, tj）それ
ぞれのパワーの平均値、すなわち二乗和の値がほぼ等し
くなることを用いて（数１５）中のｂｃｏｓθを推定す
る。
【００４３】（数１５）の二乗和は（数１６）に示すよ
うになる。
【００４４】
【数１６】
【００４５】Ｌは、二乗和計算用のフレーム長を表わ
す。
【００４６】フレーム長Ｌが十分に長い場合、粒子速度
vx（xi, y0, tj）とvx（xi+1, y0,tj）の二乗和の値は
（数１７）に示すように等しくなる。
【００４７】
【数１７】
【００４８】（数１６）と（数１７）によりｂｃｏｓθ
は、xiとtjの関数になり、（数１８）に示すように計算
される。
【００４９】
【数１８】
【００５０】（数１８）を用いて、マイクロホンアレイ
の入力信号より、ｂｃｏｓθを求め、（数１２）および
（数１５）を用いて、任意方向の複数の音源から到来す
る音波の推定位置における音圧と粒子速度を推定するこ
とができる。
【００５１】以上の推定処理手順をフローチャートにま
とめたものが図２である。
【００５２】ここで、tの添え字のjはサンプル番号、k
は二乗和計算用のフレーム番号、lはフレーム内のサン
プル番号を示している。
【００５３】本発明のマイクロホンアレイ装置は、以上
説明した基本原理を用いて推定位置における音圧と粒子
速度を推定する。なお、上記の基本原理は、２つのマイ
クロホンの受音信号をもとに同軸上の任意位置での推定
処理を説明したが、同一直線上にない３つのマイクロホ
ンを用いれば、さらにもう一軸方向の任意位置での受音
信号推定処理を行ない、２つの推定結果を合成すること
により平面上の任意位置での受音信号推定処理が可能で
ある。また同様に同一平面上にない４つのマイクロホン
を用いれば、３軸方向それぞれにおいて任意位置での受
音信号推定処理ができ、３つの推定結果を合成すること
により空間内の任意位置での受音信号推定処理が可能と
なる。
【００５４】以下に具体的な装置構成を示しつつ、本発
明のマイクロホンアレイ装置の実施形態について述べ
る。
【００５５】（実施形態１）本実施形態１のマイクロホ
ンアレイ装置は、２つのマイクロホンを配置し、当該２
つのマイクロホンと同一直線上の任意位置における受音
信号を推定するものである。音源から前記２つのマイク
ロホンに到来する音波を平面波であるものと近似し、２
つのマイクロホンそれぞれに到来する音波の平均パワー
が等しいと仮定して波動方程式を導く。
【００５６】図３は、本発明の実施形態１のマイクロホ
ンアレイ装置の装置構成の概略を示す図である。
【００５７】図３において、１０ａおよび１０ｂはマイ
クロホン、１１は受音信号推定処理部である。
【００５８】マイクロホン１０ａおよび１０ｂはx軸に
平行に並べられており（（x0,y0）,（x1,y0））、推定
位置はマイクロホン１０ａおよび１０ｂの延長線上
（（xi,y0））の任意位置である。本実施形態１ではマ
イクロホンは無指向性マイクロホンとする。
【００５９】受音信号推定処理部１１は例えばＤＳＰ
（デジタルシグナルプロセサ）であり、マイクロホン１
０ａおよび１０ｂからの受音信号と外部からのパラメタ
が入力され、図２のフローチャートに示した所定の信号
処理を行なう。
【００６０】なお、説明を簡潔にするため、図３の装置
構成では、制御部、メモリ、必要な周辺機器などは図示
を適宜省略している。
【００６１】本実施形態１のマイクロホンアレイ装置に
おいて、装置に対して任意方向θにある音源とマイクロ
ホンアレイとの距離は、マイクロホン１０ａおよび１０
ｂ間の十倍程度以上あるものとし、到来する音波が平面
波とみなせるものとする。当該音波をマイクロホン１０
ａおよび１０ｂにより受音し、その受音信号を受音信号
推定処理部１１に入力する。受音信号推定処理部１１は
基本原理に示したように、図２のフローチャートに示し
た処理手順を遂行するようにプログラミングされてい
る。まず、推定したい位置を決める（ステップＳ２０
０）。推定位置は（xi,y0）と表わせる。次に、（数１
２）によりマイクロホンアレイ位置の粒子速度の計算を
行なう（ステップＳ２０１）。次に（数１８）の分母分
子を計算し、ｂｃｏｓθを計算する（ステップＳ２０
２）。次に、（数１５）とｂｃｏｓθを用いて任意方向
の複数の音源から到来する音波の推定位置における音圧
を推定する（ステップＳ２０３）。
【００６２】以上の処理により、２つのマイクロホンの
受音信号を基に、同一線上の任意位置における受音信号
の推定を行なうことができる。
【００６３】次に、本発明の２つのマイクロホンの受音
信号を用いた同一線上の任意位置における受音信号の推
定のシミュレーション実験の結果を示す。
【００６４】図４に示すように、２個のマイクロホンＭ
ＩＣ１，ＭＩＣ２からなるマイクロホンアレイを用いて
本発明のマイクロホンアレイ装置を構成し、位置（x2，
y0）における受音信号推定のシミュレーション実験を行
なった。ここでマイクロホン１０ａ，１０ｂともにサン
プリング周波数は１１.０２５ｋＨｚであり、両者の間
隔は約３ｃｍとした。Ｓ１およびＳ２は、白色雑音源で
あり、マイクロホン１０ａおよび１０ｂから３０ｃｍ以
上離れておりＳ１およびＳ２から発せられた音波は、マ
イクロホン１０ａおよび１０ｂの位置において平面波で
近似できるものとした。図５がシミュレーション結果で
ある。図５（ａ）は実際に（x2，y0）にマイクロホンを
設置し、白色雑音源Ｓ１およびＳ２から到来する音波を
測定した受音信号であり、図５（ｂ）は、本発明のマイ
クロホンアレイ装置による受音信号推定処理結果であ
る。図５（ａ）と（ｂ）を比較すると、受音信号推定処
理結果（ｂ）は実際の到来音波信号（ａ）の特徴をほぼ
推定できていることが分かる。
【００６５】以上、本発明のマイクロホンアレイ装置を
用いれば、２つという少ないマイクロホンを配置し、受
音信号を測定すれば、当該２つのマイクロホンと同一直
線上の任意位置における受音信号を推定することができ
る。
【００６６】（実施形態２）本実施形態２のマイクロホ
ンアレイ装置は、一直線上に並ばないように３つのマイ
クロホンを配置し、当該３つのマイクロホンと同一平面
上の任意位置における受音信号を推定するものである。
実施形態１と同様、音源から前記３つのマイクロホンに
到来する音波を平面波であるものと近似し、３つのマイ
クロホンそれぞれに到来する音波の平均パワーが等しい
と仮定して波動方程式を導く。
【００６７】実施形態１のマイクロホンアレイ装置は、
直線上の位置（１次元）における推定処理であったが、
本実施形態２は平面上の位置（２次元）における推定処
理であり、次元が１つ増えている。
【００６８】図６は、本発明の実施形態２のマイクロホ
ンアレイ装置の装置構成の概略を示す図である。
【００６９】図６において、１０ａ、１０ｂおよび１０
ｃはマイクロホン、１１ａは受音信号推定処理部であ
る。本実施形態２においても、マイクロホンは無指向性
マイクロホンとし、受音信号推定処理部１１ａはＤＳＰ
とする。
【００７０】図６に示すように、マイクロホン１０ａと
マイクロホン１０ｂの組み合わせは実施形態１と同様、
x軸と平行に並べられているが、マイクロホン１０ａと
マイクロホン１０ｃとの組み合わせはy軸と平行に並べ
られている。
【００７１】本実施形態２においても、説明を簡潔にす
るため、図６の装置構成は、制御部、メモリ、必要な周
辺機器などは図示を適宜省略している。
【００７２】本実施形態２においても、実施形態１と同
様、音源とマイクロホンアレイとの距離は、例えば、マ
イクロホン１０ａ〜１０ｃ間の十倍程度以上あるものと
し、到来する音波が平面波とみなせるものとする。当該
音波をマイクロホン１０ａ〜１０ｃにより受音し、その
受音信号を受音信号推定処理部１１ａに入力する。
【００７３】受音信号推定処理部１１ａの処理内容は実
施形態と同様、図２のフローチャートに示した処理手順
を遂行するようにプログラミングされている。ただし、
本実施形態２では、x軸、y軸の２方向に対して適用す
る。
【００７４】まず、推定したい位置を決め、当該位置の
x座標上の点とy座標上の点を求める。xy座標を（x
i,ys：ここで、i，ｓともに整数）とするとx座標上の点
（xi,y0）とy座標上の点（x0,ys）が決まる。x軸、y軸
のそれぞれの方向についてステップＳ２０１〜ステップ
Ｓ２０４と同様の手順によりx座標上の点（xi,y0）とy
座標上の点（x0,ys）について受音信号を推定する。な
お、y座標上の点（x0,ys）における推定受音信号は、x
とyの変数の違いはあるが、実質的に実施形態１同じ推
定処理により求めることができるので、ここでの説明は
適宜省略する。
【００７５】x座標上の点（xi,y0）およびy座標上の点
（x0,ys）の受音信号を推定した後、両結果を加算合成
して推定位置（xi,ys）の推定受音信号を得る。
【００７６】以上、本実施形態２のマイクロホンアレイ
装置によれば、一直線上に並ばないように３つのマイク
ロホンを配置し、当該マイクロホンと同一平面上の任意
位置における受音信号を推定することができる。
【００７７】（実施形態３）本実施形態３のマイクロホ
ンアレイ装置は、同一平面上に並ばないように４つのマ
イクロホンを配置し、空間内の任意位置における受音信
号を推定するものである。実施形態１と同様、音源から
前記４つのマイクロホンに到来する音波を平面波である
ものと近似し、４つのマイクロホンそれぞれに到来する
音波の平均パワーが等しいと仮定して波動方程式を導
く。
【００７８】実施形態２のマイクロホンアレイ装置は、
平面上の位置（２次元）における推定処理であったが、
本実施形態３は空間内の位置（３次元）における推定処
理であり、次元が１つ増えている。
【００７９】図７は、本発明の実施形態３のマイクロホ
ンアレイ装置の装置構成の概略を示す図である。
【００８０】図７において、１０ａ〜１０ｄはマイクロ
ホン、１１ｂは受音信号推定処理部である。本実施形態
２においても、マイクロホンは無指向性マイクロホンと
し、受音信号推定処理部１１ｂはＤＳＰとする。
【００８１】図７に示すように、マイクロホン１０ａと
マイクロホン１０ｂの組み合わせは実施形態１と同様、
x軸と平行に並べられており、マイクロホン１０ａとマ
イクロホン１０ｃは実施形態２と同様、y軸と平行に並
べられているが、マイクロホン１０ａとマイクロホン１
０ｄとの組み合わせはz軸と平行に並べられている。
【００８２】本実施形態３においても、説明を簡潔にす
るため、図７の装置構成は、制御部、メモリ、必要な周
辺機器などは図示を適宜省略している。
【００８３】本実施形態３においても、実施形態１と同
様、音源とマイクロホンアレイとの距離は、例えば、マ
イクロホン１０ａ〜１０ｄ間の十倍程度以上あるものと
し、到来する音波が平面波とみなせるものとする。当該
音波をマイクロホン１０ａ〜１０ｄにより受音し、その
受音信号を受音信号推定処理部１１ｂに入力する。
【００８４】受音信号推定処理部１１ｂの処理内容は実
施形態と同様、図２のフローチャートに示した処理手順
を遂行するようにプログラミングされている。ただし、
本実施形態３では、x軸、y軸、z軸の３方向に対して適
用する。
【００８５】まず、推定したい位置を決め、当該位置の
x座標上の点、y座標上の点、z座標上の点を求める。xyz
座標を（xi,ys,zR：ここで、i，ｓ，Ｒともに整数）と
するとx座標上の点（xi,y0,z0）とy座標上の点（x0,ys,
z0）とz座標上の点（x0,y0,z R）が決まる。
【００８６】x軸、y軸、z軸のそれぞれの方向について
ステップＳ２０１〜ステップＳ２０４と同様の手順によ
りx座標上の点（xi,y0,z0）、y座標上の点（x0,ys,
z0）、z座標上の点（x0,y0,zR）、について受音信号を
推定する。なお、y座標上の点（x 0,ys,z0）、z座標上の
点（x0,y0,zR）における推定受音信号は、変数の違いは
あるが、実質的に実施形態１同じ推定処理により求める
ことができるので、ここでの説明は適宜省略する。
【００８７】x座標上の点（xi,y0,z0）、y座標上の点
（x0,ys,z0）、z座標上の点（x0,y0,z R）について受音
信号を推定した後、それぞれの結果を加算合成して推定
位置（x i,ys,zR）の推定受音信号を得る。
【００８８】以上、本実施形態３のマイクロホンアレイ
装置によれば、同一平面上に並ばないように４つのマイ
クロホンを配置し、空間内の任意位置における受音信号
を推定することができる。
【００８９】（実施形態４）本実施形態４のマイクロホ
ンアレイ装置は、実施形態１〜３に示したマイクロホン
アレイ装置において、任意位置での受音信号推定処理に
加え、目的音強調処理機能を追加したものである。ここ
では、説明の便宜上、実施形態１の装置構成に対して目
的音強調処理機能を追加した例を示すが、実施形態２、
実施形態３の装置構成に対して目的音強調処理機能を追
加した例も同様に可能であり、それらの説明は適宜省略
する。
【００９０】図８は、本発明の実施形態４のマイクロホ
ンアレイ装置の装置構成の概略を示す図である。
【００９１】図８において、１０ａ〜１０ｂはマイクロ
ホン、１１は受音信号推定処理部であり、それぞれ実施
形態１に示したものと同様であり、ここでの説明は適宜
省略する。２０は同期加算部である。同期加算部２０の
入力信号は、マイクロホン１０ａおよび１０ｂの受音信
号に加え、受音信号推定処理部１１による各推定位置に
おける推定受音信号が入力される。同期加算部２０は図
９にしめすように入力される各受音信号および推定受音
信号に対する遅延器２１(0)〜２１(n-1)が設けられ、そ
れら遅延処理した受音信号を合計する加算器２２が設け
られている。
【００９２】任意の推定位置（xi,y0）の受音信号推定
処理は、実施形態１の図２のフローチャートで説明した
ものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００９３】同期加算部２０における目的音強調処理
は、目的音の音源方向がθdの場合、（xi,y0）(i=-(n-
2),・・,0,・・,n-1)の位置の音圧を（数１９）を用い
て同期加算することにより出力r(tj)を得るものであ
る。
【００９４】
【数１９】
【００９５】ここでkは（数２０）に示すように、目的
音の音源方向がθdに依存して変化する。
【００９６】
【数２０】
【００９７】ここで、目的音以外の雑音は、その方向θ
nがθd≠θnの場合、（数１９）により同期加算を行な
うことはできない。そのため、雑音は強調されず、目的
音のみ強調され、目的音の音源方向に高い利得を持つ指
向性マイクロホンが得られる。
【００９８】以上、本実施形態４のマイクロホンアレイ
装置によれば、受音信号および推定受音信号を同期加算
することにより、目的音の音源方向に高い利得を持つ指
向性マイクロホンが得られる。受音信号の推定処理を行
なう装置構成部分として実施形態１〜３に示したマイク
ロホンアレイ装置の構成を用いることができる。
【００９９】（実施形態５）本実施形態５のマイクロホ
ンアレイ装置は、実施形態１〜３に示したマイクロホン
アレイ装置において、任意位置での受音信号推定処理に
加え、雑音抑制処理機能を追加したものである。ここで
は、説明の便宜上、実施形態１の装置構成に対して雑音
抑制処理機能を追加した例を示すが、実施形態２、実施
形態３の装置構成に対して雑音抑制処理機能を追加した
例も同様に可能であり、それらの説明は適宜省略する。
【０１００】図１０は、本発明の実施形態５のマイクロ
ホンアレイ装置の装置構成の概略を示す図である。
【０１０１】図１０において、１０ａ〜１０ｂはマイク
ロホン、１１は受音信号推定処理部であり、それぞれ実
施形態１に示したものと同様であり、ここでの説明は適
宜省略する。３０は同期減算部である。同期減算部３０
は、マイクロホン１０ａおよび１０ｂの受音信号に対す
る遅延器と、推定した受音信号に対する遅延器３１(0)
〜３１(n-1)が設けられ、それら遅延処理した受音信号
を合計する減算器３２が設けられている。図９に示した
加算器２２が減算器３２に置き代えられた構成となって
おり、図示は省略する。
【０１０２】任意の推定位置（xi,y0）の受音信号推定
処理は、実施形態１の図２のフローチャートで説明した
ものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１０３】同期減算部３０における雑音抑制処理は以
下のとおりである。ここでは、２ｎ−３個の雑音源があ
る場合に（xi,y0）(i=-(n-2),・・,0,・・,n-1)の音圧
の同期減算により雑音抑制を行なう場合について示す。
ここで雑音源の方向をθ1，・・，θ2n-3とする。
【０１０４】
【数２１】
【０１０５】以上、本実施形態５のマイクロホンアレイ
装置によれば、受音信号および推定受音信号を同期減算
することにより、雑音抑制処理を行なうことができる。
受音信号の推定処理を行なう装置構成部分として実施形
態１〜３に示したマイクロホンアレイ装置の構成を用い
ることができる。
【０１０６】（実施形態６）本実施形態６のマイクロホ
ンアレイ装置は、実施形態１〜３に示したマイクロホン
アレイ装置において、各マイクロホンからの受音信号を
基に相互相関係数を計算し、音源位置検出を行なうもの
である。ここでは、説明の便宜上、実施形態１の装置構
成を応用して音源位置検出を行なう例を示すが、実施形
態２、実施形態３の装置構成に対して雑音抑制処理機能
を追加した例も同様に可能であり、それらの説明は適宜
省略する。
【０１０７】図１１は、本発明の実施形態６のマイクロ
ホンアレイ装置の装置構成の概略を示す図である。
【０１０８】図１１において、１０ａ〜１０ｂはマイク
ロホン、１１は受音信号推定処理部であり、それぞれ実
施形態１に示したものと同様であり、ここでの説明は適
宜省略する。４０は相互相関係数計算部、５０は音源位
置検出部である。相互相関係数計算部４０は、マイクロ
ホン１０ａおよび１０ｂの受音信号と受音信号推定処理
部１１による推定受音信号とを受け入れ、各信号相互間
の相関係数を計算する。音源位置検出部５０は、相互相
関係数計算部４０が計算した各信号の相互相関係数を基
にもっとも信号間の相関が大きくなる方向を検出する。
【０１０９】ここで、任意の推定位置（xi,y0）の受音
信号推定処理は、実施形態１の図２のフローチャートで
説明したものと同様であり、ここでの説明は省略する。
また、相互相関係数計算部４０による各信号の相互相関
係数の計算は以下の（数２３）に従い計算する。
【０１１０】
【数２２】
【０１１１】以上、本実施形態６のマイクロホンアレイ
装置によれば、受音信号および推定受音信号を基に各信
号の相互相関係数を計算することにより音源位置検出を
行なうことができる。なお、受音信号の推定処理を行な
う装置構成部分として実施形態１〜３に示したマイクロ
ホンアレイ装置の構成を用いることができる。
【０１１２】（実施形態７）本実施形態７のマイクロホ
ンアレイ装置は、実施形態１〜３に示したマイクロホン
アレイ装置において、各マイクロホンからの受音信号を
基に相互相関係数を計算し、音源位置検出を行ない、当
該方向に対して目的音強調を行なうものである。ここで
は、説明の便宜上、実施形態１の装置構成を応用して音
源位置検出を行なう例を示すが、実施形態２、実施形態
３の装置構成に対して雑音抑制処理機能を追加した例も
同様に可能であり、それらの説明は適宜省略する。
【０１１３】図１２は、本発明の実施形態７のマイクロ
ホンアレイ装置の装置構成の概略を示す図である。
【０１１４】実施形態４の図８と実施形態６の図１１と
を併せた構成となっている。図１２において、１０ａ〜
１０ｂはマイクロホン、１１は受音信号推定処理部、２
０は同期加算部、４０は相互相関係数計算部、５０は音
源位置検出部である。６０は遅延計算部である。マイク
ロホン１０ａおよび１０ｂ、受音信号推定処理部１１、
同期加算部２０、相互相関係数計算部４０、音源位置検
出部５０の各要素の働きは、実施形態１、４、６におい
て説明したものと同様であるのでここでの説明は適宜省
略する。
【０１１５】本実施形態７のマイクロホンアレイ装置の
働きは、実施形態６と同様、マイクロホン１０ａおよび
１０ｂにより受音した信号を基に受音信号推定処理部１
１により任意の推定位置（xi,y0）の受音信号推定処理
を行なう。相互相関係数計算部４０は、マイクロホン１
０ａおよび１０ｂにより受音した信号と受音信号推定処
理部１１により推定した推定受音信号の各信号間の相互
相関係数を計算する。音源位置検出部５０は相互相関係
数がもっとも大きくなる方向を検出する。
【０１１６】次に、当該方向に目的音があると判断し、
目的音強調を行なう。まず、遅延計算部６０により目的
音の方向に合わせてマイクロホン１０ａ、１０ｂ、推定
位置における遅延量を計算する。同期加算部２０は、遅
延計算部６０からの信号をパラメタとして実施形態４で
説明した同期加算処理を行ない目的音強調を行なう。
【０１１７】以上、本実施形態７のマイクロホンアレイ
装置によれば、受音信号および推定受音信号を基に各信
号の相互相関係数を計算することにより音源位置検出を
行ない、当該方向の目的音強調を行なうことができる。
なお、受音信号の推定処理を行なう装置構成部分として
実施形態１〜３に示したマイクロホンアレイ装置の構成
を用いることができる。
【０１１８】（実施形態８）本実施形態８のマイクロホ
ンアレイ装置は、単一指向性マイクロホンを２つ用い、
ステレオ受音と目的音強調結果の２つの機能を持つマイ
クロホンアレイ装置である。２つの指向性マイクロホン
は、ステレオ受音を行なえるよう角度をつけて設置す
る。
【０１１９】図１３は、本発明の実施形態８のマイクロ
ホンアレイ装置の装置構成の概略を示す図である。
【０１２０】図１３において、１０ｅ、１０ｆは、単一
指向性マイクロホンであり、ステレオ受音に適した方向
に指向性の強い方向を向けて配置する。１１は、受音信
号推定処理部であり、実施形態１で説明したものと同様
の働きをする。単一指向性マイクロホン１０ｅ、１０ｆ
により受音した信号に基づいて任意の推定位置（xi,
y 0）の受音信号推定処理を実行する。同期加算部２０
は、単一指向性マイクロホン１０ｅおよび１０ｆの受音
信号と推定位置の推定受音信号を加算処理することによ
り目的音強調する。
【０１２１】ここで、単一指向性マイクロホン１０ｅお
よび１０ｆによるステレオ信号と、同期加算部２０から
の目的音強調の結果とは、択一的に選択して出力しても
良いし、両者を同時に出力しても良い。
【０１２２】以上、本実施形態８のマイクロホンアレイ
装置によれば、受音信号および推定受音信号を基に各信
号の相互相関係数を計算することにより音源位置検出を
行なうことができる。なお、受音信号の推定処理を行な
う装置構成部分として実施形態１〜３に示したマイクロ
ホンアレイ装置の構成を用いることができる。
【０１２３】以上、本実施形態８のマイクロホンアレイ
装置によれば、単一指向性マイクロホンを２つ用い、ス
テレオ受音と目的音強調結果の２つの機能を持つことが
できる。
【０１２４】（実施形態９）本実施形態９のマイクロホ
ンアレイ装置は、実施形態８と同様、単一指向性マイク
ロホンを２つ用い、ステレオ受音と目的音強調結果の２
つの機能を持ち、さらに、音源までの距離を検出する機
能を持ち、当該距離によってステレオ受音出力か目的音
強調かのいずれかを選択するマイクロホンアレイ装置で
ある。出力の切り換えは択一的にスイッチにより切り換
える方法もあるが、ここでは、両者のゲインを調整して
滑らかに切り換える例を挙げる。
【０１２５】図１４において、１０ｅ、１０ｆは、単一
指向性マイクロホンであり、ステレオ受音に適した方向
に指向性の強い方向を向けて配置する。１１は、受音信
号推定処理部であり、単一指向性マイクロホン１０ｅ、
１０ｆにより受音した信号に基づいて任意の推定位置
（xi,y0）の受音信号推定処理を実行する。同期加算部
２０は、単一指向性マイクロホン１０ｅおよび１０ｆの
受音信号と推定位置の推定受音信号を加算処理すること
により目的音強調する。これらは実施形態８で説明した
ものと同様である。
【０１２６】図１４に示した例では、音源距離検出は、
カメラからの撮影画像を基に画像情報処理を行なって距
離を検出する例を挙げている。７０はカメラ、７１は音
源距離検出部、７２はゲイン計算部、７３ａ〜ｃはゲイ
ン調整器、７４は加算器である。音源距離検出部７１
は、カメラ７０より撮影した画像を基に画像情報処理を
行なう部分である。この距離検出の画像情報処理技術は
種々知られており、顔面積の測定を行なう方法などがあ
る。
【０１２７】ゲイン計算部７２は、同期加算部２０の目
的音強調出力およびマイクロホンからのステレオ受音出
力の両者に対して与えるゲイン量を計算する部分であ
る。ここで、ステレオ受音と目的音強調の切り換えを考
えると、大雑把に言えば、音源とマイクロホンの距離が
十分近い場合にはステレオ受音とするのが良く、逆に十
分離れている場合には目的音強調とするのが良い。ここ
に、両者の切り換える閾値となる距離Ｌが想定できる。
そこで図１５に示すように、このＬを中心として両者の
ゲイン量が滑らかに逆転するように調整すれば、両者の
切り換えが滑らかになる。ゲイン計算部７２は音源距離
検出部７１の検出結果を基に図１５に従って両者のゲイ
ン量を算出し、ゲイン調整器７３ａ〜ｃのゲイン量を調
整する。図１５において、ｇSLはステレオ信号左側のゲ
イン量、ｇSRはステレオ信号右側のゲイン量、ｇDは目
的音強調信号のゲイン量である。ゲイン量が調整された
各信号は加算器７４ａ，７４ｂにおいて加算され、合成
音が出力される。図１５から明らかなように、音源とマ
イクロホンの距離がＬ１以内ならステレオ受音出力のみ
となり、距離がＬ２以上なら目的音強調出力のみとな
り、距離がＬ１からＬ２の間にあれば重みが付いた両者
の合成音となる。
【０１２８】なお、上記例では、音源位置検出のためカ
メラの撮影画像を用いたが、その他、超音波センサを用
いた超音波反射波到達時間からの距離計測でも良いこと
は言うまでもない。
【０１２９】以上、本実施形態９のマイクロホンアレイ
装置によれば、単一指向性マイクロホンを２つ用い、ス
テレオ受音と目的音強調結果の２つの機能を持ち、さら
に、音源までの距離を検出する機能を持ち、当該距離に
よってステレオ受音出力か目的音強調かのいずれかを選
択することができる。
【０１３０】（実施形態１０）本実施形態１０のマイク
ロホンアレイ装置は、マイクロホンを２つ用い、相互相
関係数計算により雑音源の数と方向を検出し、その雑音
源数に合わせて受音信号推定点の数を決め、マイクロホ
ン受音信号と推定受音信号を基に同期減算により雑音抑
制処理を行なうものである。
【０１３１】図１６は、本発明の実施形態１０のマイク
ロホンアレイ装置の装置構成の概略を示す図である。
【０１３２】図１６において、１０ａ〜１０ｂはマイク
ロホン、１１は受音信号推定処理部、３０は同期減算部
であり、これらは実施形態５に示したものと同様であ
る。受音信号推定処理部１１は後述するように音源位置
検出部５０から与えられる雑音源数ｎをパラメタとし
て、推定位置（xi,y0）の数を決める機能を持つ。ま
た、同期減算部３０は後述するように音源位置検出部５
０から与えられる雑音源方向θ１、θ２、・・、θｎを
パラメタとして、それぞれの方向の雑音抑制を行なう機
能を持つ。４０は相互相関係数計算部、５０は音源位置
検出部であり、これらは実施形態６に示したものと同様
である。なお、相互相関係数計算部４０の入力信号は、
マイクロホン１０ａ〜１０ｂの受音信号であり、受音信
号推定処理部１１からの信号が入力されていない点で実
施形態６と異なる。
【０１３３】本実施形態１０のマイクロホンアレイ装置
の働きは、まず、マイクロホン１０ａおよび１０ｂによ
り受音した信号が相互相関係数計算部４０に入力され、
各方向における相互相関係数を計算する。音源位置検出
部５０は、相互相関係数のピークを調べることにより雑
音源の数と方向を検出する。いま、検出された雑音源数
がｎ、それぞれの方向がθ１、θ２、・・、θｎとす
る。
【０１３４】音源位置検出部５０により検出された雑音
源数ｎが受音信号推定処理部１１に与えられる。受音信
号推定処理部１１はｎをパラメタとして、｛（ｎ＋１）
−実マイクロホン数｝個の推定位置を設定する。つま
り、実マイクロホン数および推定位置数の合計が雑音源
数ｎより１つ多くなるように設定する。次に、同期減算
部３０は、マイクロホン１０ａ〜１０ｂの受音信号およ
び各推定位置の推定受音信号を基に、音源位置検出部５
０により検出された雑音源方向θ１、θ２、・・、θｎ
それぞれの方向からの受音信号を抑制するように同期減
算処理を行なう。
【０１３５】以上、本実施形態１０のマイクロホンアレ
イ装置によれば、マイクロホンを２つ用い、相互相関係
数計算により雑音源の数と方向を検出し、その雑音源数
に合わせて受音信号推定点の数を決め、マイクロホン受
音信号と推定受音信号を基に同期減算により雑音抑制処
理を行なうことができる。
【０１３６】なお、上記に説明した各実施形態では、マ
イクロホンアレイ装置を構成するマイクロホン数、配
置、間隔を特定値としたが、説明の便宜上、例として挙
げたものであって、限定することを意図するものでない
ことは言うまでもない。
【０１３７】
【発明の効果】本発明のマイクロホンアレイ装置によれ
ば、任意方向θにある音源から２つのマイクロホンに到
達する音波が平面波に近似できる条件のもと、２つのマ
イクロホンの受音音波の平均パワーが等しいとみなして
同一軸上の任意位置での受音信号推定ができる。２つと
いう少ないマイクロホン数で推定が可能であり装置規模
を小さくすることができる。また、同様の信号処理技術
を応用し、３つのマイクロホンの受音信号に基づいて同
一平面上の任意位置での受音信号が推定でき、４つのマ
イクロホンの受音信号に基づいて空間内の任意位置での
受音信号が推定できる。
【０１３８】また、本発明のマイクロホンアレイ装置に
よれば、上記の信号処理技術により少ないマイクロホン
数を用いた複数位置の受音信号推定処理の結果を利用
し、それら信号の同期加算による目的音強調、同期減算
による雑音抑制処理、相互相関係数計算処理およびパワ
ー比較処理による音源位置検出処理を行なうことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のマイクロホンアレイ装置の基本構成
の概略を示した図
【図２】 本発明の実施形態１のマイクロホンアレイ装
置の信号処理手順の概略を示したフローチャート
【図３】 本発明の実施形態１のマイクロホンアレイ装
置の基本構成の概略を示した図
【図４】 本発明の実施形態１のマイクロホンアレイ装
置による推定処理のシミュレーション実験に用いた装置
構成を示す図
【図５】 本発明の実施形態１のマイクロホンアレイ装
置による推定処理のシミュレーション結果を示す図
【図６】 本発明の実施形態２のマイクロホンアレイ装
置の基本構成の概略を示した図
【図７】 本発明の実施形態３のマイクロホンアレイ装
置の基本構成の概略を示した図
【図８】 本発明の実施形態４のマイクロホンアレイ装
置の基本構成の概略を示した図
【図９】 同期加算部２０の構成例を示す図
【図１０】 本発明の実施形態５のマイクロホンアレイ
装置の基本構成の概略を示した図
【図１１】 本発明の実施形態６のマイクロホンアレイ
装置の基本構成の概略を示した図
【図１２】 本発明の実施形態７のマイクロホンアレイ
装置の基本構成の概略を示した図
【図１３】 本発明の実施形態８のマイクロホンアレイ
装置の基本構成の概略を示した図
【図１４】 本発明の実施形態９のマイクロホンアレイ
装置の基本構成の概略を示した図
【図１５】 本発明の実施形態９のマイクロホンアレイ
装置における、音源までの距離と設定されるゲイン量と
の関係を示す図
【図１６】 本発明の実施形態１０のマイクロホンアレ
イ装置の基本構成の概略を示した図
【図１７】 従来の同期加算による目的音強調処理に用
いられるマイクロホンアレイ装置を示す図
【符号の説明】
１０ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ マイクロホン １１，１１ａ，１１ｂ 受音信号推定処理部 ２０ 同期加算部 ２１，３１ 遅延器 ２２，６４ 加算器 ３２ 減算器 ４０ 相互相関係数計算部 ５０ 音源位置検出部 ６０ 遅延計算部 ７０ カメラ ７１ 音源距離検出部 ７２ ゲイン計算部 ７３ａ，ｂ，ｃ ゲイン調整器

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２つのマイクロホンと受音信号推定処理
    部を備え、前記２つのマイクロホンを結ぶ直線上にある
    任意位置での受音信号を推定するマイクロホンアレイ装
    置であって、 前記受音信号推定処理部は、音源から前記２つのマイク
    ロホンに到来する音波を平面波であるものと仮定して、
    前記２つのマイクロホンを結ぶ直線上にある位置での推
    定受音信号を波動方程式（数１）により表現し、 前記２つのマイクロホンそれぞれに到来する音波の平均
    パワーが等しいと仮定して前記波動方程式（数１）の音
    波の到来方向に依存する係数ｂｃｏｓθを推定し、 前記２つのマイクロホンからの受音信号を基にそれらマ
    イクロホンと同軸上の任意の位置の受音信号を推定する
    ことを特徴とするマイクロホンアレイ装置。 【数１】 （ここで、x,y,zは各空間軸、tは時刻、vは空気粒子速
    度、pは音圧、ａとｂは係数、θは音源方向を表わ
    す。）
  2. 【請求項２】 同一直線上にない３つのマイクロホンと
    受音信号推定処理部を備え、前記３つのマイクロホンと
    同一平面上にある任意位置での受音信号を推定するマイ
    クロホンアレイ装置であって、 前記受音信号推定処理部は、音源から前記３つのマイク
    ロホンに到来する音波を平面波であるものと仮定して、
    前記３つのマイクロホンと同一平面上にある位置での推
    定受音信号を波動方程式（数２）により表現し、 前記３つのマイクロホンそれぞれに到来する音波の平均
    パワーが等しいと仮定して前記波動方程式（数２）の音
    波の到来方向に依存する係数ｂｃｏｓθx，ｂｃｏｓθy
    を推定し、 前記３つのマイクロホンからの受音信号を基にそれらマ
    イクロホンと同一平面上の任意の位置の受音信号を推定
    することを特徴とするマイクロホンアレイ装置。 【数２】 （ここで、x,y,zは各空間軸、tは時刻、vは空気粒子速
    度、pは音圧、ａとｂは係数、θは音源方向を表わ
    す。）
  3. 【請求項３】 同一平面上にない４つのマイクロホンと
    受音信号推定処理部を備え、空間内の任意位置での受音
    信号を推定するマイクロホンアレイ装置であって、 前記受音信号推定処理部は、音源から前記４つのマイク
    ロホンに到来する音波を平面波であるものと仮定して、
    空間内の任意位置での推定受音信号を波動方程式（数
    ３）により表現し、 前記４つのマイクロホンそれぞれに到来する音波の平均
    パワーが等しいと仮定して前記波動方程式（数３）の音
    波の到来方向に依存する係数ｂｃｏｓθx，ｂｃｏｓ
    θy，ｂｃｏｓθzを推定し、 前記４つのマイクロホンからの受音信号を基にそれらマ
    イクロホンと同一平面上の任意の位置の受音信号を推定
    することを特徴とするマイクロホンアレイ装置。 【数３】 （ここで、x,y,zは各空間軸、tは時刻、vは空気粒子速
    度、pは音圧、ａとｂは係数、θは音源方向を表わ
    す。）
  4. 【請求項４】 前記各マイクロホンの間隔が、（数４）
    に示す値以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載
    のマイクロホンアレイ装置。 【数４】
  5. 【請求項５】 同期加算部を備え、前記受音信号推定処
    理部が、複数の位置について前記受音信号推定処理を実
    行し、前記同期加算部が、得られた推定受音信号推定結
    果を同期加算することにより、前記音源の目的音強調処
    理を行なう請求項１〜３のいずれか１項に記載したマイ
    クロホンアレイ装置。
  6. 【請求項６】 同期減算部を備え、前記受音信号推定処
    理部が、複数の位置について前記受音信号推定処理を実
    行し、前記同期減算部が、得られた推定受音信号推定結
    果を同期減算することにより、前記音源からの受音信号
    を減ずる雑音抑制処理を行なう請求項１〜３のいずれか
    １項に記載したマイクロホンアレイ装置。
  7. 【請求項７】 相互相関係数計算部と音源位置検出部を
    備え、前記受音信号推定処理部が、複数の位置について
    前記受音信号推定処理を実行し、前記相互相関係数計算
    部が、得られた推定受音信号推定結果の相互相関係数計
    算処理を行ない、前記音源位置検出部が、相互相関係数
    計算結果からパワー比較処理を行なって、音源位置検出
    処理を行なう請求項１〜３のいずれか１項に記載したマ
    イクロホンアレイ装置。
  8. 【請求項８】 請求項５に記載の目的音強調処理と、請
    求項６に記載の雑音抑制処理と、請求項７に記載の音源
    位置検出処理のうちから選ばれた信号処理を組み合わせ
    て実行するマイクロホンアレイ装置。
  9. 【請求項９】 前記マイクロホンが指向性マイクロホン
    であり、前記指向性マイクロホンによるステレオ受音処
    理と、前記目的音強調処理とを備えた請求項５に記載の
    マイクロホンアレイ装置。
  10. 【請求項１０】 可動カメラと音源距離検出部を備え、
    前記音源距離検出部が検出した音源までの距離に基づい
    て、可動カメラの撮影方向に対する目的音強調処理とス
    テレオ受音処理とを切り替えて実行する請求項９に記載
    のマイクロホンアレイ装置。
  11. 【請求項１１】 相互相関係数計算部と音源位置検出部
    を備え、前記相互相関係数計算部が、前記マイクロホン
    の受音信号から相互相関係数を計算し、前記音源位置検
    出部が、前記相互相関係数計算結果から雑音の音源数を
    検出し、前記受音信号推定処理部が、前記検出された音
    源数に基づいて受音信号推定位置数を決めて前記受音信
    号推定処理を実行し、前記同期減算部が、得られた推定
    受音信号推定結果を同期減算することにより、前記音源
    からの受音信号を減ずる雑音抑制処理を行なう請求項６
    に記載したマイクロホンアレイ装置。
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