JP2008141593A - 音声収音装置、その方法、そのプログラム、およびその記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】時間変化の激しい非定常な音に対しても所望の方向に指向特性をもたせ、リアルタイムで収音する。
【解決手段】所望する角度方向θｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）に対する指向特性を示すインパルス応答が拘束条件ベクトルＣ_θｒとして入力され（４６、Ｓ２）、角度方向θｒに対するステアリング行列Ｈ_θｒを計算し（４８ｒ、Ｓ４）、拘束条件ベクトルＣ_θｒとステアリング行列Ｈ_θｒから最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴを算出し（４２、Ｓ６）、最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴを分解し、フィルタ係数ベクトルＡ_ｍを求め（４４、Ｓ８）、収音手段２ｍ（ｍ＝１、．．．、Ｍ）で収音された収音信号ｘ_ｍ（ｎ）に（Ｓ１０）、予め入力された角度方向θｒに対する指向特性を満たすフィルタ係数ａ_ｍ（ｐ）を畳み込み、フィルタ処理信号ｙ（ｎ）を生成して（４０ｍ、Ｓ１２）加算して目的信号ｚ（ｎ）を求める（８、Ｓ１４）。
【選択図】図１２

Description

この発明は、例えば、音声通信や機器の操作などにおいて、ハンズフリー方式で音声を取得する際に、特定の方向に存在する音源からの音だけを強調して、収音する音声収音装置、その方法、そのプログラム、およびその記録媒体に関する。

特定の方向に指向特性を設定して収音する技術に、マイクロホンアレーがある。図１は、マイクロホンアレーに特定の指向特性を持たせるための一般的な機能構成例である。マイクロホンアレー３は、音声収音装置４とＭ個（Ｍは２以上の任意の整数）の収音手段とで構成される。以下の説明では、Ｍ個の収音手段をマイクロホン２ｍ（ｍ＝１、．．．、Ｍ）として説明する。音声収音装置４はマイクロホン２ｍごとのフィルタ処理部６ｍ（ｍ＝１、．．．、Ｍ）と、加算部８とで構成される。

まず、マイクロホン２ｍで収音されたそれぞれの収音信号ｘ_ｍ（ｎ）（ｍ＝１、．．．、Ｍ）は音声収音装置４に入力され、対応するフィルタ処理部６ｍに入力される。ここで、ｎは離散的時刻を表す。フィルタ処理部６ではフィルタ係数によりフィルタ処理される。ここで、一般的に、マイクロホンアレーの指向特性はフィルタ処理部６ｍで適用するフィルタ係数により決定される。フィルタ処理された信号であるフィルタ処理信号ｙ_ｍ（ｎ）は、それぞれ全て加算部８に入力され、全てのフィルタ処理信号ｙ_ｍ（ｎ）は加算され、目的信号ｚ（ｎ）が求められる。

図２はこの発明の第１の従来技術であるマイクロホンアレー１の機能構成例である。図１で説明したマイクロホンアレーと違う部分として、上述したように、フィルタ処理部６ｍが単純な遅延部１２ｍとして、フィルタ係数が設定される。音声収音装置５は遅延部１２ｍと加算部８とで構成される。

遅延部１２ｍでは、マイクロホン２ｍで収音された収音信号ｘ_ｍ（ｎ）に遅延時間τ_ｍを付加することにより、つまり、以下の式を演算することにより、フィルタ処理信号ｙ_ｍ（ｎ）を求める。
ｙ_ｍ（ｎ）＝ｘ_ｍ（ｎ−τ_ｍ） （１）
ここで、遅延τ_ｍについて説明する。図３に示すように、任意の２個のマイクロホンであるマイクロホン２ｍ、マイクロホン２ｍ−１が並べられ、この２個のマイクロホンの距離をｄとし、角度θ_ｓ方向にある音源から音声が発せられる場合において、音速をｖとすると、マイクロホン２ｍ−１には、マイクロホン２ｍより時間τだけ遅延して、音声信号が入力される。遅延時間τは以下の式で求めることが出来る。
τ＝ｄｓｉｎθ_ｓ／ｖ （２）

次に、図４に示すように、マイクロホンアレー１のＭ個のマイクロホン２ｍ（ｍ＝１、．．．、Ｍ）がｘｙ平面上の異なる位置に配置されて構成され、ｙ軸から任意の角度θの方向にある音源（図示しない）から音が発せられるとし、角度θ_ｓの方向から到来した音波から見たときのマイクロホン２ｍと基準点Ｏの間の距離をｄ_ｍとすると、上記式（２）より遅延量τ_ｍは以下の式で表すことができる。
τ_ｍ＝ｄ_ｍｓｉｎθ_ｓ／ｖ （３）
ここで、マイクロホン２ｍの座標を（ｐ_ｍ、ｑ_ｍ）（ｍ＝１、．．．、Ｍ）とすると、ｄ_ｍは以下の式で表すことができる。
ｄ_ｍ＝ｐ_ｍｓｉｎθ_ｓ＋ｑ_ｍｃｏｓθ_ｓ （４）

説明を図２に戻すと、遅延部１２ｍで、上記式（１）により得られたフィルタ処理信号ｙ_ｍ（ｎ）（ｍ＝１、．．．、Ｍ）はそれぞれ全て加算部８に入力され、加算部８でフィルタ処理信号ｙ_ｍ（ｎ）（ｍ＝１、．．．、Ｍ）は全て加算され、つまり、以下の式（５）により、目的信号ｚ（ｎ）が求められる。
ｚ（ｎ）＝Σ^Ｍ _ｍ＝１ｙ_ｍ（ｎ） （５）

上述のように、この発明の第１の従来技術（マイクロホンアレー１）として、図示しない収音したい音源から発せられる音を信号とし、それ以外の方向で発せられる音を雑音とすると、信号を時間的に同相化して加算することで強調し、高いＳＮＲ（信号対雑音比）で収音する遅延和ビームフォーミングがある。なお、遅延和ビームフォーミングの詳細については非特許文献１に記載されている。

次にこの発明の第２の従来技術であるマイクロホンアレー２２を説明する。この第２の技術では、所望する複数の角度方向から発せられる音のみ高い感度にし、その他の角度方向からの音については感度をゼロにするというものである。
図５はマイクロホンアレー２２の機能構成例を示すブロック図である。音声収音装置２７は、第１の従来技術のマイクロホンアレー１と比較して、相違している部分である遅延部１２ｍがフィルタ処理部２０ｍに置き換えられ、新たに追加されたフィルタ係数算出部２６、収音信号記憶部２８、方向制御ベクトル生成部３０、拘束条件入力部３２とで構成される。

拘束条件入力部３２に拘束条件ベクトルＧが入力される。ここで、マイクロホンアレー２２の説明において、ユーザが高い感度を所望する方向の数を拘束条件の数ｇとして説明する。拘束条件ベクトルＧとは、大きさｇの定数値の列ベクトルである。感度を高くしたい場合は例えば「１」を設定し、感度をゼロにしたい場合は例えば「０」を設定する。例えば、高い感度を所望する方向の数つまり、拘束条件の数ｇを例えば、「５」とし、そのうち、２番目の方向と４番目の方向の感度を高くしたい場合は、拘束条件ベクトルＧは、Ｇ＝（０、１、０、１、０）となる。つまり、第２の従来技術の拘束条件とは、ユーザが感度を上げたい音の到来方向と、その方向に対する所望の感度を示したものである。

マイクロホン２ｍで収音された収音信号ｘ_ｍ（ｎ）は一旦、収音信号記憶部２８で記憶される。収音信号記憶部２８で、記憶された収音信号ｘ_ｍ（ｎ）から収音信号ベクトルＸに変換される。収音信号ベクトルＸはフィルタ係数算出部２６に入力される。
一方、方向制御ベクトル生成部３０では、方向制御ベクトルｋ_ｍが生成される。方向制御ベクトルｋ_ｍは以下の式（６）で表すことができる。

ここで、τ_ｍは１番目のマイクロホン２１を基準としたときの各マイクロホン２ｍに入力する音波の伝播時間差、ｂ_ｍは１番目のマイクロホン２１を基準とした時の各マイクロホン２ｍに収音された音波の振幅比である。また、ω_ｍは各周波数であり、例えば、以下の式（７）で表される。
ω_ｍ＝（（ω_ａ−ω_ｂ／（Ｇ−１）ｍ）＋ω_ｂ （７）
ここで、ω_ａは帯域の上限の周波数であり、ω_ｂは帯域の下限の周波数である。

方向制御ベクトル生成部３０で生成された方向制御ベクトルｋ_ｍは以下の式（８）で表される方向制御行列Ｋとして出力され、フィルタ係数算出部２６に入力される。
Ｋ＝（ｋ_１、．．．、ｋ_ｍ、．．．、ｋ_Ｍ） （８）
以下に、フィルタ係数算出部２６の処理を説明する。フィルタ係数算出部２６では、以下の式（９）で表されるフィルタ係数行列Ｗが算出される。
Ｗ＝（Ｗ_１、．．．、Ｗ_ｍ、．．．、Ｗ_Ｍ） （９）
ただし、マイクロホン２ｍに対応するフィルタ係数ベクトルをＷ_ｍ＝（ｗ_ｍ（０）、ｗ_ｍ（１）、．．．、ｗ_ｍ（Ｐ））とし、Ｐはフィルタ処理部２０ｍのタップ数とする。

フィルタ係数算出部２６では、フィルタ処理部２０ｍで求められるフィルタ処理信号Ｙは収音信号ベクトルＸに、フィルタ係数行列Ｗが畳み込まれ、つまり、以下の式（１０）で表される。
Ｙ＝Ｗ^ＨＸ （１０）
ただしＷ^Ｈは、行列Ｗの複素共役転置を示す。また以下の式（１１）で示される拘束条件を満たしつつ、フィルタ処理信号Ｙのパワーの期待値を最小にする、つまり以下の式（１２）の左辺の値を最小にするフィルタ係数行列Ｗ＝（Ｗ_１、．．．、Ｗ_ｍ、．．．、Ｗ_Ｍ）を求める。
Ｗ^ＨＫ=Ｇ （１１）
Ｅ［Ｙ^２］＝Ｅ［Ｗ^ＨＸＸ^ＨＷ］＝Ｗ^ＨＲＷ （１２）
ただしＥ［・］は時間平均を示し、Ｒ＝［ＸＸ^Ｈ］はＸの自己相関行列である。求められたフィルタ係数ベクトルＷ_ｍは、対応するフィルタ処理部２０ｍに入力される。

フィルタ処理部２０ｍで、フィルタ係数ベクトルＷ_ｍを用いて、マイクロホン２ｍよりの収音信号ｘ_ｍ（ｎ）がフィルタ処理され、フィルタ処理信号ｙ_ｍ（ｎ）が生成される。全てのフィルタ処理信号ｙ_ｍ（ｎ）（ｍ＝１、．．．、Ｍ）が加算部８へ入力される。なお、マイクロホンアレー２２の詳細は特許文献１に記されている。
大賀寿郎、山崎芳男、金田豊共著 「音響システムとディジタル処理」電子情報通信学会 コロナ社 ｐ１８１−ｐ１８６ 特開平１０−５１８８９号 主に段落［０１３２］〜段落［０１５０］図１９、図２０

第１の従来技術であるマイクロホンアレー１を用いて、特定の方向θ_ｓで発せられる音を強調し、それ以外の方向で発せられる音を抑圧したい場合に、本来抑圧されるべき方向の音が抑圧されずに、収音されてしまう問題がある。マイクロホンアレー１により実現される指向特性は、強調して収音したい単一の方向を与えることにより一意に決定される。図６は、マイクロホンアレー１の指向特性が一意に決定されることを示したものである。なお、横軸は角度であり、縦軸は指向性強度を示す。図６に示すように、強調して収音したい方向をθ_ｓ（例えば図６では、θ_ｓ＝０度）とすると、θ_ｓの方向に、指向性強度が強い、つまり信号が歪んだり抑圧されたりせず通過するメインローブＬ_Ｍと呼ばれる領域が生じる。またその他の角度には信号を数ｄＢ程度しか抑圧できないサイドローブＬ_Ｓと呼ばれる領域が規則的に生じる。

図７はマイクロホンアレー１において、強調して収音したい方向、周波数、指向性強度の関係を示した図である。ｘ軸を方向（単位は度）、ｙ軸は周波数（単位はＨｚ）、ｚ軸は指向性強度であるゲイン（単位はｄＢ）を示す。図７に示すように、マイクロホンアレー１はサイドローブＬ_Ｓの領域においても、低域通過フィルタの特性を持つため、例えば、音声信号のような比較的、低域にパワースペクトルが集中する信号がサイドローブＬ_Ｓの領域に到来した場合、十分な抑圧効果が期待できない。

更に、マイクロホンアレー１では、信号の全ての周波数成分を歪みなく、通過するメインローブＬ_Ｍは単一の方向にしか設定できないため、例えば図８に示すように収音したい２つの音源４０_１、４０_２が離れ、音源４０_１、４０_２の間に、抑圧したい雑音源４１がある場合に、マイクロホンアレー１は音源４０_１、４０_２で発せられる音を通過させ、雑音源４１からの音を抑圧させることはできない。以上のように、マイクロホンアレー１では、指向特性の設計に自由度がなく、利用環境によっては、期待する効果が得られない問題があった。

また第２の従来技術であるマイクロホンアレー２２では、希望する複数の方向から到来する音をそれぞれ歪みなく通過させ、それ以外の方向で発生する音を抑圧して、収音することが可能である。しかし、収音性能がマイクロホン２ｍに入力される収音信号ｘ_ｍ（ｎ）の特徴に大きく依存して変動する問題がある。

また、マイクロホンアレー２２に入力された信号に対して最適な収音特性を得るために、一定の時間（例えば２〜３秒）蓄積した収音信号を用いて、適応処理を行う。このことは、上記式（１１）で説明したように、音の時間平均処理を行うことからも分かる。そのため、例えば、音声などのように音量が短時間に大きく変化したり、日常生活に存在する周囲雑音のように突発的に様々な位置から発せられる音があった場合に、適応処理に必要な長さの信号を確保することが出来ず、その結果、このような時間的に変化の激しい音が収音された場合に適正な収音特性を実現できないという問題があった。

この発明によれば、収音手段で収音された収音信号に、予め入力された所望する角度方向に対する指向特性を満たすフィルタ係数を畳み込み、収音手段ごとに、フィルタ処理信号を生成し、収音手段ごとのフィルタ処理信号を加算し、所望する角度方向に対する所望の周波数特性を示すインパルス応答が拘束条件ベクトルとして入力され、所望する角度方向に対するステアリング行列を計算し、拘束条件ベクトルと上記ステアリング行列とからフィルタ係数行列を算出し、フィルタ係数行列を分解して、上記フィルタ係数ベクトルを求める。

この構成によれば、フィルタ処理で用いられるフィルタ係数ベクトルは、事前に入力された拘束条件を満たすように求められ、実際の処理の最中には変化しない。このため、時間変化の激しい非定常な音に対しても、フィルタ係数ベクトルは収音信号の特徴に影響されることなく、常に一定であり、所望の指向特性を実現することが可能になる。

また、フィルタ係数ベクトルは、事前に求められるので、収音信号を蓄積する必要はなく、リアルタイムに処理結果を出力することが可能になる。

この発明により、任意のマイクロホンアレーの指向特性を実現することが可能になる原理について説明する。まず拘束条件行列について説明する。
以下の説明では、指向特性上のある方向に対して、ユーザが所望する周波数特性をその方向に対する拘束条件と呼ぶ場合、その所望する角度方向の数を拘束条件の数Ｒと称することもある。拘束条件行列とは、任意のＲ個（Ｒは１以上の任意の整数）の角度方向θｒ（ｒ＝１、．．．Ｒ）に対する所望の周波数特性を示すインパルス応答からなる行列である。つまり、任意の角度θに対する拘束条件行列Ｃは以下の式（１３）で表すことができる。
Ｃ＝（Ｃ_θ１、．．．、Ｃ_θｒ、．．．、Ｃ_θＲ） （１３）
また、拘束条件行列Ｃの各要素である拘束条件ベクトルＣ_θｒは以下の式（１４）で表す。
Ｃ_θｒ＝（ｃ_θｒ（０）、ｃ_θｒ（１）、．．．ｃ_θｒ（Ｐ＋Ｑ−１）） （14）

ここで、Ｐ、Ｑについては、それぞれ後述するフィルタ係数ベクトルとステアリングベクトルに含まれるフィルタのタップ数を示すもので、例えば、収音信号に対するサンプリング周波数が４８ｋＨｚの場合、Ｐ、Ｑはそれぞれ、２００〜３００程度とされる。
また、Ｃ_θｒの各要素には事前に測定または計算により理論的に算出された任意の角度であるθｒ方向に対する所望のインパルス応答ｓ（ｎ）の係数であり、インパルス応答ｓ（ｎ）の係数は例えば、図９に示すようなものである。つまり、角度θｒから到来する音にインパルス応答ｓ（ｎ）をＦＩＲフィルタで畳み込んだものを出力したい場合には、Ｃ_θｒは以下の式（１５）に示すように、設定すれば良い。
Ｃ_θｒ＝（ｓ（０）、ｓ（１）、ｓ（２）、．．．、ｓ（Ｐ＋Ｑ−１）） （15）
なお、ＦＩＲフィルタの設計方法の詳細は、例えば文献「よくわかる信号処理 浜田望著 オーム社出版局 １９９５年 Ｐ１５１〜１５５」に記載されている。

また、角度θｒから到来する音を歪みなく通過させたい場合は、図１０に示すように、拘束条件ベクトル（インパルス応答係数ベクトル）の最初の要素を「１」その他の要素を「０」とする、つまりＣ_θｒは、以下の式（１６）で表せばよい。
Ｃ_θｒ＝（１、０、０、．．．、０） （１６）

また、角度θｒから到来する音を抑圧して通過させない場合は、図１１に示すように、拘束条件ベクトル（インパルス応答係数ベクトル）の全ての要素を「０」にする、つまりＣ_θｒは、以下の式（１７）で表せばよい。
Ｃ_θｒ＝（０、０、０、．．．、０） （１７）
角度θｒから到来する音の振幅を１／２にして通過させたい場合には、拘束条件ベクトル（インパルス応答係数ベクトル）Ｃ_θｒは以下の式（１８）のように表せばよい。
Ｃ_θｒ＝（１／２、０、０、．．．、０） （１８）
更に、ＦＩＲフィルタが零位相特性であれば、低域通過フィルタから高域通過フィルタあるいは帯域通過フィルタなど他のタイプのフィルタに変形することは容易であり、指向特性の周波数領域の形状も任意に変更させることが出来る。

よって、この実施例で説明している拘束条件ベクトルＣは上述のように、各要素が任意の角度であるθ方向に対する所望のインパルス応答の係数が代入される。つまり、第２の従来技術では、ユーザが所望している感度を高くしたい方向からの音のみを収音するという効果を得るものであったが、この実施例では、ユーザが所望している感度を高くしたい方向からの音のみを収音する効果（つまり第２の従来技術と同様の効果）に加えて、収音する音の周波数特性を変更できるものである点で相違している。つまり、拘束条件ベクトルＣ（第２の従来技術）と拘束条件ベクトルＧ（この実施例）とでは全く異にするものであり、この点により、第２の従来技術より顕著な効果を有することが理解できよう。

次に、本発明で使用する拘束条件について説明する。マイクロホンの総数をＭ個とし、指向特性を所望する角度の数をＲとする。ｍ番目（ｍ＝１、．．．、Ｍ）のマイクロホンに接続されているフィルタ処理部のフィルタ係数ベクトルをＡ_ｍとし、それぞれのマイクロホンにおけるｒ番目の方向θｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）に対応するｍ番目のマイクロホンのステアリングベクトルをＨ_θｒ、ｍとする。そうすると、任意の方向θｒに対するマイクロホンアレーの拘束条件ベクトルＣ_θはステアリングベクトルＨ_θｒ、ｍとフィルタ係数ベクトルＡ_ｍを各ｍ（ｍ＝１、．．．、Ｍ）について、乗算しそれらを加算する、つまり以下の式（１９）で表すことができる。

ここで、ステアリングベクトルＨ_θｒ、ｍの各列には、式（２７）で後述する通り、インパルス応答ｈ_θｒ、ｍの各サンプル値が１サンプルずつずれたものが入っているため、式（１８）の乗算はＡ_ｍとｈ_θｒ、ｍの畳み込み演算を行うことに等しい。
Ｃ_θｒ＝Σ_ｍ＝１ ^ＭＡ_ｍＨ_θｒ、ｍ （１９）
また、フィルタ係数ベクトルＡ_ｍは以下の式（２０）で表すことができる。
Ａ_ｍ＝（ａ_ｍ（０）、ａ_ｍ（１）、．．．、ａ_ｍ（Ｐ―１）） （２０）
また、フィルタ係数ベクトルＡ_ｍを各要素とするフィルタ係数行列Ａ、は以下の式（２１）で表すことができ、ステアリングベクトルＨ_θｒ、ｍを各要素とするステアリング行列Ｈ_θｒは以下の式（２２）で表すことができる。
Ａ＝（Ａ_１、．．．、Ａ_ｍ、．．．、Ａ_Ｍ） （２１）

フィルタ係数行列Ａおよびステアリング行列Ｈ_θｒを用いると、式（１９）は以下の式（２３）のように表すことができる。

式（１９）もしくは式（２３）を満たすフィルタ係数ベクトルＡを求めることで、所望の指向特性を持つマイクロホンアレーを設計することが出来る。
また、Ｈ_θｒを要素とする行列を多次元ステアリング行列Ｈとすると、多次元ステアリング行列Ｈは以下の式（２４）で表すことができる。
Ｈ＝（Ｈ_θ１、．．．、Ｈ_θｒ、．．．、Ｈ_θＲ） （２４）

多次元ステアリング行列Ｈを用いると、同様にＲ個の方向θｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）のそれぞれに対する所望の指向特性を同時に満たすマイクロホンアレーは以下の式（２５）を満たす最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴにより実現される。
Ｃ＝（Ｃ_θ１、．．．、Ｃ_θｒ、．．．、Ｃ_θＲ）
＝Ａ_ＯＰＴ（Ｈ_θ１、．．．、Ｈ_θｒ、．．．、Ｈ_θＲ）
＝Ａ_ＯＰＴ・Ｈ （２５）

以下では、式（２５）を拘束条件として説明する。最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴを求めるためには、式（２５）の連立方程式を解くことで求めることが出来る。この連立方程式は必ずしも、一意に解を持つとは限らない。しかし、式（２５）の両辺に多次元ステアリング行列Ｈの擬似逆行列Ｈ^＋（以下に説明する）を乗算する、つまり、以下の式（２６）のように、多次元ステアリング行列Ｈの擬似逆行列Ｈ^＋を用いた最小二乗法などにより、最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴを求めることが出来る。
Ａ^Ｔ _ＯＰＴ＝Ｈ^＋Ｃ^Ｔ （２６）

ここで、Ｃ^Ｔは行列Ｃの転置行列を示す。以上の関係により、事前に所望の指向特性を実現するのに最適なマイクロホンアレーのフィルタ係数つまり、最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴを求めることが出来る。
以下の実施例では、最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴを求めるべく、具体的な処理の流れを説明する。

図１２はこの実施例１の機能構成例を示すブロック図であり、図１３はこの実施例１の主な処理の流れである。同一機能構成部分には、同一参照番号を付け、重複説明は省略する。
この実施例では、マイクロホンアレー４５は、Ｍ個の収音手段、例えばマイクロホン２ｍ（ｍ＝１、．．．、Ｍ）と音声収音装置４３とで構成される。マイクロホン２ｍの配置は任意であるが、例えば図１４に示すように、等間隔直線配列や、図１５に示すように、等間隔円状配置が用いられる。

音声収音装置４３は、Ｍ個のフィルタ処理部４０ｍ（ｍ＝１、．．．、Ｍ）、フィルタ係数行列算出部４２、ベクトル分解部４４、ステアリング行列計算部４８ｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）、入力部４６、加算部８とで構成される。ただし、上述したように、Ｒは拘束条件の数を表す。
この実施例１中のフィルタ係数行列算出部４２の機能構成例を図１６に示す。フィルタ係数行列算出部４２はこの実施例１では、擬似逆行列演算部６０、乗算部６２、第１の拘束条件行列生成部６４とからなる。

入力部４６中の拘束条件ベクトル入力部４６２から、所望する角度方向に対する指向特性を示すインパルス応答が拘束条件ベクトルとして入力される（Ｓ２）。拘束条件ベクトルは式（１４）で表される。
Ｃ_θｒ＝（ｃ_θｒ（０）、ｃ_θｒ（１）、．．．ｃ_θｒ（Ｐ＋Ｑ−１）） （１４）
拘束条件ベクトルＣ_θｒは第１の拘束条件行列生成部６４に入力され、第１の拘束条件行列生成部６４で、上記式（１３）で表される第１の拘束条件行列Ｃが生成される。
Ｃ＝（Ｃ_θ１、．．．、Ｃ_θｒ、．．．、Ｃ_θＲ） （１３）
第１の拘束条件行列Ｃは乗算部６２に入力される。

一方、拘束条件の数Ｒの分だけステアリング行列計算部４８ｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）が設けられる。入力された拘束条件ベクトルＣ_θｒにおいて指定された角度θｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）に対する上記式（２２）で表されるステアリング行列がステアリング行列計算部４８ｒで計算される（Ｓ４）。

ただし、Ｈ_θｒ、ｍは以下の式（２７）で定義される。

式（２７）で表されている横の要素数はＰ＋Ｑ−１個、縦の要素数はＰ個である。
ここでサンプリング周波数をＦ_ｓとし、マイクロホンのうちで最も距離の離れた２つのマイクロホンの間の距離をｄ_ＭＡＸとし、音速をｖとすると、ステアリング部分のタップ数Ｑは、Ｆ_ｓとｄ_ＭＡＸを乗算し、ｖで除算した値より大きい整数である、つまり、以下の不等式（２８）を満たす任意の整数である。
Ｑ＞Ｆ_ｓ・ｄ_ＭＡＸ／ｖ （２８）

また、式（２７）で表されているＨ_θｒ、ｍの一要素ｈ_θｒ、ｍ（ｑ）は、θｒ方向から到来する信号が存在する時、座標原点とマイクロホン２ｍとの間で生じる到来時間差τ_ｍを与えるフィルタのフィルタ係数である。ｈ_θｒ、ｍ（ｑ）は以下の式（２９）で表すことができる。

ここで、ｆ_ｍａｘを信号の上限周波数を表し、τ_ｍは座標原点とｍ番目のマイクロホン（ｍ＝２、．．．、Ｍ）に収音される収音信号の遅延量を表す。なお、ステアリング行列Ｈ_θｒに含まれるインパルス応答ｈ_θｒ、ｍ（０）・・・ｈ_θｒ、ｍ（Ｑ−１）の求め方の詳細は上記非特許文献１のｐ２１５−ｐ２１６に記載されている。求められたステアリング行列Ｈ_θｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）はそれぞれフィルタ係数行列算出部４２中の擬似逆行列演算部６０に入力される。

擬似逆行列演算部６０は多次元ステアリング行列Ｈの擬似逆行列Ｈ^＋を演算する。擬似逆行列演算部６０は多次元ステアリング行列算出部６０２、行列転置部６０４、乗算部６０６、逆行列演算部６０８、乗算部６１０により構成される。ステアリング行列Ｈ_θｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）はそれぞれ多次元ステアリング行列算出部６０２に入力される。多次元ステアリング行列算出部６０２では上記式（２４）で表される多次元ステアリング行列Ｈが算出される。

Ｈ＝（Ｈ_θ１、．．．、Ｈ_θｒ、．．．、Ｈ_θＲ） （２４）
多次元ステアリング行列Ｈは、行列転置部６０４、乗算部６０６、乗算部６１０に入力される。行列転置部６０４では、多次元ステアリング行列Ｈの転置行列Ｈ^Ｔが演算される。転置行列Ｈ^Ｔは乗算部６０６に入力される。

乗算部６０６では、転置行列Ｈ^Ｔと、多次元ステアリング行列算出部６０２よりの多次元ステアリング行列Ｈとの乗算が行われ、ＨＨ^Ｔが算出される。ＨＨ^Ｔは、逆行列演算部６０８に入力される。

逆行列演算部６０８では、ＨＨ^Ｔの逆行列（ＨＨ^Ｔ）^−１が算出される。（ＨＨ^Ｔ）^−１は、乗算部６１０に入力される。

乗算部６１０では、多次元ステアリング行列算出部６０２よりの多次元ステアリング行列Ｈと、（ＨＨ^Ｔ）^−１との乗算が行われ、（ＨＨ^Ｔ）^−１Ｈが算出される。（ＨＨ^Ｔ）^−１Ｈつまり、擬似逆行列Ｈ^＋はこのようにして算出され、擬似逆行列Ｈ^＋は乗算部６２に入力される。

乗算部６２では、第１の拘束条件行列生成部６４よりの第１の拘束条件Ｃと、擬似逆行列Ｈ^＋との乗算が行われ、つまり上記式（２６）が行われ、最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴが求められる。
Ａ^Ｔ _ＯＰＴ＝Ｈ^＋Ｃ^Ｔ （２６）
具体的な計算アルゴリズムは例えば最小二乗法などにより、最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴが求められる（Ｓ６）。最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴは図８中のベクトル分解部４４に入力される（Ｓ８）。

ベクトル分解部４４では最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴを分解して、フィルタ処理部４０ｍに対応するフィルタ係数ベクトルＡ_ｍ（ｍ＝１、．．．、Ｍ）が求められる。具体的には、以下の式（３０）に示すようにＰ個ずつのグループに分解し、それぞれを上記式（２０）で表すフィルタ係数ベクトルＡ_ｍとしてベクトル分解部４４から出力される。

このようにして、予め入力された所望する角度方向θｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）に対する指向特性を満たすフィルタ処理部４０ｍごとのフィルタ係数ベクトルＡ_ｍが求まる。
フィルタ係数ベクトルＡ_ｍは対応するフィルタ処理部４０ｍ（ｍ＝１、．．．、Ｍ）に入力される。また、マイクロホン２ｍで収音された収音信号ｘ_ｍ（ｎ）も対応するフィルタ処理部４０ｍに入力される（Ｓ１０）。

フィルタ処理部４０ｍでは、収音信号ｘ_ｍ（ｎ）に、タップ数Ｐのフィルタであるフィルタ係数ａ_ｍ（ｐ）（式（２０）参照 ｐ＝０、１、．．．、Ｐ−１）とが畳み込まれ、フィルタ処理信号ｙ_ｍ（ｎ）が生成される、つまり以下の式（３１）によりフィルタ処理信号ｙ_ｍ（ｎ）が求められる（Ｓ１２）。
ｙ_ｍ（ｎ）＝Σ_ｐ＝０ ^Ｐ−１ｘ_ｍ（ｎ−ｐ）ａ_ｍ（ｐ） （３１）
フィルタ処理信号ｙ_ｍ（ｎ）は全て、加算部８に入力される。加算部８では、フィルタ処理信号ｙ_ｍ（ｎ）が全て加算され、つまり以下の式（３２）により目的信号ｚ（ｎ）が求められる（Ｓ１４）。
ｚ（ｎ）＝Σ_ｍ＝１ ^Ｍｙ_ｍ（ｎ） （３２）

この実施例の構成により、ユーザが所望する複数の角度方向θｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）に対する指向特性を満たす目的信号ｚ（ｎ）を得ることができる。また、この実施例の構成であると、収音信号ｘ_ｍ（ｎ）に依存することなくフィルタ係数を求めることができる。その結果、例えば、収音信号ｘ_ｍ（ｎ）が大きく変動しても、安定した所望の指向特性を満たすフィルタ係数を求めることが出来、その結果、安定した目的信号ｚ（ｎ）を求めることが出来る。更に、第２の従来技術のように、収音信号ｘ_ｍ（ｎ）を蓄積する必要がなく、この実施例では、事前にフィルタ係数は求められるので、リアルタイムに目的信号ｚ（ｎ）を求めることが出来る。

この実施例２が実施例１と相違する点は、実施例１で説明した第１の拘束条件行列Ｃの各要素に対応する各方向θｒごとの重み係数ｊ_θｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）が新たな入力として導入された点である。

図１２を用いて、この実施例２を説明する。実施例２では、実施例１で説明した音声収音装置４３が音声収音装置４３１に置き換えられ、実施例１で説明したマイクロホンアレー４５がマイクロホンアレー４５１に置き換えられる。また、新たに、入力部４６内に重み係数入力部４６４が加えられ、また、破線で示す重み行列算出部６１が加えられ、フィルタ係数行列算出部４２が、参照番号を括弧内に示すフィルタ係数行列算出部４２１に置き換えられる。また図１６に示すように、フィルタ係数行列算出部４２１は、実施例１中の擬似逆行列演算部６０と乗算部６２とが、参照番号を括弧内に示す擬似逆行列演算部７０と乗算部７２とに置き換えられ、これらと第１の拘束条件行列生成部６４で構成される。擬似逆行列演算部７０は多次元ステアリング行列算出部６０２と、参照番号を括弧内に示す行列転置部７０４、乗算部７０６、逆行列演算部７０８、乗算部７１０と、新たに破線で示す乗算部７１２とで構成される。

まず、入力部４６中の重み係数入力部４６４から重み係数ｊ_θｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）が入力され、重み行列算出部６１に入力される。重み行列算出部６１では、重み係数を対角成分にもつ重み行列Ｊを算出する、つまり以下の式（３３）により、重み行列Ｊを算出する。
Ｊ＝ｄｉａｇ（ｊ_θ１、．．．、ｊ_θｒ、．．．、ｊ_θＲ） （３３）
ただし、ｄｉａｇは対角行列にすることを示す。重み行列Ｊはフィルタ係数行列算出部４２１中の乗算部７２と、フィルタ係数行列算出部４２１中の擬似逆行列演算部７０中の乗算部７１２に入力される。

擬似逆行列演算部７０では重み付き擬似逆行列Ｈ_Ｊ ^＋が算出される。多次元ステアリング行列算出部６０２よりの多次元ステアリング行列Ｈは乗算部７１２に入力される。乗算部７１２では重み行列Ｊと多次元ステアリング行列Ｈは乗算されてＪＨが求められる。ＪＨは行列転置部７０４、乗算部７０６、乗算部７１０に入力される。

行列転置部７０４では、ＪＨの転置行列Ｈ^ＴＪ^Ｔが演算される。転置行列Ｈ^ＴＪ^Ｔは乗算部７０６に入力される。
乗算部７０６では、転置行列Ｈ^ＴＪ^Ｔと、乗算部７１２よりのベクトルＪＨとの乗算が行われ、乗算行列ＪＨＨ^ＴＪ^Ｔが求められる。乗算行列ＪＨＨ^ＴＪ^Ｔは、逆行列演算部７０８に入力される。
逆行列演算部７０８では、乗算行列ＪＨＨ^ＴＪ^Ｔの逆行列（ＪＨＨ^ＴＪ^Ｔ）^−１が算出される。逆行列（ＪＨＨ^ＴＪ^Ｔ）^−１は、乗算部７１０に入力される。

乗算部７１０では、乗算部７１２よりのベクトルＪＨと、逆行列（ＪＨＨ^ＴＪ^Ｔ）^−１との乗算が行われ、（ＪＨＨ^ＴＪ^Ｔ）^−１ＪＨが算出される。（ＪＨＨ^ＴＪ^Ｔ）^−１ＪＨつまり、重み付き擬似逆行列Ｈ_Ｊ ^＋がこのようにして算出され、重み付き擬似逆行列Ｈ_Ｊ ^＋は乗算部７２に入力される。
乗算部７２では、拘束条件行列Ｃの右側に重み行列Ｊと、重み付き擬似逆行列Ｈ_Ｊ ^＋とが乗算され、つまり、以下の式（３４）により、重みフィルタ係数行列Ａ_Ｊを求めることが出来る。
Ａ_Ｊ ^Ｔ＝Ｈ_Ｊ ^＋ＪＣ^Ｔ （３４）
以下の処理は実施例１と同様なので、省略する。

実施例１では、全ての拘束条件は全て等しく扱われるため、設計の自由度に問題があった。また、特に近接する方向、例えば、θ１＝５０度とθ２＝６０度とに、それぞれ上記式（１６）に示した信号を通過させる拘束条件と上記式（１７）に示した信号を抑圧する拘束条件のように、相反する拘束条件を設定した場合に、求められる指向特性は計算上で数学的に不安定な設計になり、所望の指向特性と異なってしまう恐れがある。この実施例２による方法では、拘束条件の重要度に比例した重み係数を用いることで、より自由度が高く安定した指向特性をもつマイクロホンアレーの設計を可能にする効果がある。具体的な拘束条件および重み係数などは以下の実験結果で述べる。

この実施例３は、実施例１のフィルタ係数行列算出部４２の処理手順を変更したものである。実施例３では、図１２において、実施例１で説明したフィルタ係数行列算出部４２がフィルタ係数行列算出部４２２に置き換えられる。実施例１で説明した音声収音装置４３が音声収音装置４３２に置き換えられ、実施例１で説明したマイクロホンアレー４５がマイクロホンアレー４５２に置き換えられる。その他の部分については、実施例１と同様である。以下に、実施例１から変更されたフィルタ係数行列算出部４２２について説明する。

図１７はこの実施例３に用いられるフィルタ係数行列算出部４２２の機能構成例である。フィルタ係数行列算出部４２２は、正規化行列演算部８０と、第２の拘束条件行列算出部８２と、第１の乗算部８４とで構成されている。
また、正規化行列演算部８０は図１２中のステアリング行列計算部４８ｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）ごとの行列転置部８０２ｒ、ステアリング行列計算部４８ｒごとの乗算部８０４ｒ、加算部８０６、逆行列演算部８０８とで構成されている。

ステアリング行列計算部４８ｒよりのステアリング行列Ｈ_θｒは、対応する行列転置部８０２ｒ、対応する乗算部８０４ｒ、そして、全てのステアリング行列Ｈ_θｒが第２の拘束条件行列算出部８２に入力される。
行列転置部８０２ｒでは、ステアリング行列Ｈ_θｒの転置行列であるＨ_θｒ ^Ｔが求められる。求められたＨ_θｒ ^Ｔは乗算部８０４ｒに入力される。乗算部８０４ｒでは、ステアリング行列Ｈ_θｒとその転置行列Ｈ_θｒ ^Ｔとが乗算され、Ｈ_θｒＨ_θｒ ^Ｔが求められる。Ｈ_θｒＨ_θｒ ^Ｔ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）はそれぞれ加算部８０６に入力される。

加算部８０６では、Ｈ_θｒＨ_θｒ ^Ｔの全ての和が計算される。また、多次元ステアリング行列Ｈ（上記式（２４）参照）を用いると、Ｈ_θｒＨ_θｒ ^Ｔの全ての和はＨＨ^Ｔと等価であり、つまり、以下の式（３５）で表すことができる。
ＨＨ^Ｔ＝Σ_ｒ＝１ ^ＲＨ_θｒＨ_θｒ ^Ｔ （３５）
ＨＨ^Ｔは、逆行列演算部８０８に入力される。逆行列演算部８０８では、ＨＨ^Ｔの逆行列である（ＨＨ^Ｔ）^−１が求められる。（ＨＨ^Ｔ）^−１は第１の乗算部８４に入力される。

一方、全てのＨ_θｒ（ｒ＝１、．．．、Ｒ）が第２の拘束条件行列算出部８２に入力される。第２の拘束条件行列算出部８２では、図１２中の拘束条件ベクトル入力部４６２よりの拘束条件ベクトルＣ_θｒとステアリング行列Ｈ_θｒとの対応する要素同士で乗算処理が行われ、それらの和を計算し、第２の拘束条件行列Ｄを求める。この総和は第１の拘束条件行列Ｃを用いると、ＨＣ^Ｔと等価であり、つまり、以下の式（３６）で表すことができる。
Ｄ＝ＨＣ^Ｔ＝Σ_ｒ＝１ ^ＲＨ_θｒＣ_θｒ ^Ｔ （３６）

第１の乗算部８４では、正規化行列演算部８０（逆行列演算部８０８）よりの行列（ＨＨ^Ｔ）^−１と、第２の拘束条件行列算出部８２よりの第２の拘束条件行列Ｄ（＝ＨＣ^Ｔ）とが乗算され、（ＨＨ^Ｔ）^−１ＨＣ^Ｔが求められる。つまり最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴが第１の乗算部８４で求められることになる（式（２６）参照）。最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴはベクトル分解部４４に入力される。以降の処理は実施例１で説明したものと同様であるので、説明は省略する。

実施例１で説明した多次元ステアリング行列Ｈはその要素数が非常に大きな行列であり、計算において、多大な記憶領域を要する。この実施例３で説明した方法であると、多次元ステアリング行列Ｈの擬似逆行列Ｈ^＋を直接計算することなく、最適フィルタ係数行列Ａ_ＯＰＴを求めることが出来る。よって、少量の記憶領域しか持たない装置であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

この実施例４は、実施例３の構成に、実施例２で説明した重み係数を導入する構成を統合させたものである。図１２において、実施例１で説明したフィルタ係数行列算出部４２からフィルタ係数行列算出部４２３に置き換えられ、実施例１で説明した音声収音装置４３から音声収音装置４３３に置き換られ、実施例１で説明したマイクロホンアレー４５からマイクロホンアレー４５３に置き換えられる。図１７に、フィルタ係数行列算出部４２３の機能構成例を示す。なお、参照番号を括弧書きで示す。フィルタ係数行列算出部４２３は、破線で示す第２の乗算部８６ｒ、正規化行列演算部８０、第１の乗算部８４、第２の拘束条件行列算出部８２とで構成される。

フィルタ係数行列算出部４２３では、ステアリング行列計算部４８ｒ（図１３参照）（ｒ＝１、．．．、Ｒ）より入力されたステアリング行列Ｈ_θｒが対応する第２の乗算部８６ｒ（破線で示す）に入力される。

第２の乗算部８６ｒでは、ステアリング行列Ｈ_θｒと対応するように重み係数ｊ_θｒとを乗算して、重み付きステアリング行列Ｈ_θｒ’が求められる。重み付きステアリング行列Ｈ_θｒ’は正規化行列演算部８０に入力される。具体的には、実施例３と同様に、重み付きステアリング行列Ｈ_θｒ’のそれぞれが対応する行列転置部８０２ｒおよび乗算部８０４ｒに入力され、全ての重み付きステアリング行列Ｈ_θｒ’が第２の拘束条件行列算出部８２に入力される。

これら重み付きステアリング行列Ｈ_θｒ’について、実施例３において、ステアリング行列Ｈ_θｒに対して、行った同様の処理が行われるので、以下の説明を省略する。
この実施例４により、自由度が高く安定した指向特性をもつマイクロホンアレーの設計を可能にし（実施例２の効果）、かつ少量の記憶装置で処理が可能になる（実施例３の効果）という効果を得ることができる。

実験結果
この発明のマイクロホンアレーが従来のマイクロホンアレーより優れていることを図７、図１８を用いて、以下に説明する。以下で説明するマイクロホンアレー１、マイクロホンアレー４５、マイクロホンアレー４５１で使用したマイクロホンの配列状態として、８つのマイクロホン２ｍ（ｍ＝１〜８）が直線状に４ｃｍ間隔で配置されている。

図７は上述したように、第１の従来技術を適用したマイクロホンアレー１の指向特性を表し、図１８は、実施例１で説明した音声収音装置４３を適用したマイクロホンアレー４５の指向特性を表したものである。図７、図１８から明らかなように、第１の従来技術を適用したマイクロホンアレー１では、単一の方向、つまり図７では、０度方向にのみ通過域（メインビーム）が形成されているが、実施例１で説明したマイクロホンアレー４５では、２つの方向、つまり図１８では、５０度と−５０度方向に通過域が形成されており、その間の方向は抑圧域が形成されている。この結果により、実施例１で説明したマイクロホンアレー４５では、複数の方向に通過域を形成することが可能になる。

次に、実施例１で説明した音声収音装置４３を適用したマイクロホンアレー４５と、実施例２で説明した音声収音装置４３１を適用したマイクロホンアレー４５１との効果の違いを説明する。図１９は音声収音装置４３で使用した拘束条件および音声収音装置４３１で使用した拘束条件と重み係数を示した表である。音声収音装置４３で使用した拘束条件と音声収音装置４３１で使用した拘束条件は同一である。また、図２０はマイクロホンアレー４５の指向特性を示したものであり、図２１はマイクロホンアレー４５１の指向特性を示したものである。

上述したように、マイクロホンアレー４５、マイクロホンアレー４５１において、拘束条件Ｃと重み係数は角度毎に設定するので、例えば、角度θｒが−５０度である場合の拘束条件ベクトルＣ_−５０は上記式（１６）より以下の式（３７）で表される。
Ｃ_−５０＝（１、０、０、．．．、０） （３７）
つまり、音を歪みなく通過させることができる。角度θｒが５８度である場合の拘束条件ベクトルＣ_５８は上記式（１７）より以下の式（３８）で表されるものであり、
Ｃ_５８＝（０、０、０、．．．、０） （３８）
つまり、音を抑圧して通過させることができる。

また、マイクロホンアレー４５１で設定する重み係数については、例えば、角度θｒが−５０度である場合は、「１」であり、つまり、拘束条件を重要としていることである。また、角度θｒが−５４度である場合は、「０．２」、つまり、拘束条件をあまり重要としていないということである。なお、マイクロホンアレー４５では重み係数は使用しない。つまり、図１９に示す設定では、−５４度〜５４度の方向から到来する信号を歪みなく通過し、±５５度より外側の方向から到来する信号を抑圧することが期待される。

図２０に示すように、実施例２で説明したマイクロホンアレー４５１では、±６０度付近から信号が抑圧される領域になっているのに対して、図２１に示すように、実施例１で説明したマイクロホンアレー４５では、信号を抑圧される領域が±７０度付近までずれてしまっている。つまり、マイクロホンアレー４５は、マイクロホンアレー４５１より所望の指向特性からの誤差が大きいということである。

また、図２０に示すように、実施例２で説明したマイクロホンアレー４５１では、信号を抑圧する領域では、低い周波数帯域まで、信号を抑圧するのに対して、図２１に示すように、実施例１で説明したマイクロホンアレー４５では、低い周波数帯域の信号に対する抑圧性能が不十分である。このように、相反する拘束条件を設定した場合に、実施例２で説明したマイクロホンアレー４５１を用いて、相反する拘束条件を設定した角度付近に緩やかな重みを設定することによって、より所望の特性に近い指向特性を求めることが可能になる。

以上の各実施形態の他、本発明である音声収音装置は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、音声収音装置において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。

また、この発明の音声収音装置における処理をコンピュータによって実現する場合、音声収音装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、音声収音装置における処理機能がコンピュータ上で実現される。

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（ＲａｋｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃＲｅａｄＯｋｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ（Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）／ＲＷ（ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）等を、光磁気記録媒体として、ＭＯ（Ｍａｇｋｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌｄｉｓｃ）等を、半導体メモリとしてＥＥＰ−ＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｏｋｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅａｋｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ−ＲｅａｄＯｋｌｙＭｅｍｏｒｙ）等を用いることができる。

また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｋＳｅｒｖｉｃｅＰｒｏｖｉｄｅｒ）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。

また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、音声収音装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。

従来の一般的なマイクロホンアレーの機能構成例を示すブロック図。 従来のマイクロホンアレー１の機能構成例を示すブロック図。 隣接するマイクロホン２ｍとマイクロホン２ｍ−１の遅延量を求めるための説明に使用する図。 Ｍ個のマイクロホン２ｍが平面に配置されていることを示す図。 従来のマイクロホンアレー２２の機能構成例を示すブロック図。 マイクロホンアレー１の指向特性の範囲を示す図。 マイクロホンアレー１の指向特性強度を示す図。 収音したい音源が２つあり、その間に抑圧したい音源があることを示す図。 インパルス応答として作用する拘束条件ベクトルの概念図。 任意の角度から到来する音を歪みなく通過させる場合の拘束条件ベクトルの概念図。 任意の角度から到来する音を抑圧して通過させる場合の拘束条件ベクトルの概念図。 この発明の実施例１〜４の音声収音装置４３、４３１、４３２、４３３の機能構成例を示すブロック図。 実施例１の主な処理の流れを示すフローチャート。 マイクロホン２ｍを等間隔直線状に配列していることを示す図。 マイクロホン２ｍ等間隔円状に配列していることを示す図。 この発明の実施例１および実施例２のフィルタ係数行列算出部４２、４２１の機能構成例を示すブロック図。 この発明の実施例３および実施例４のフィルタ係数行列算出部４２２、４２３の機能構成例を示すブロック図。 この発明の実施例１のマイクロホンアレー４５の指向特性の強度を示す図。 シミュレーションで使用した所望する角度毎に設定した拘束条件と重み係数を示した表。 この発明の実施例１のマイクロホンアレー４５の指向特性の強度を示す図。 この発明の実施例２のマイクロホンアレー４５１の指向特性の強度を示す図。

Claims (10)

1. 収音手段で収音された収音信号に、予め入力された所望する角度方向に対する指向特性を満たすフィルタ係数を畳み込み、フィルタ処理信号を生成する収音手段ごとのフィルタ処理部と、
   上記収音手段ごとのフィルタ処理信号を加算する加算部と、を有する音声収音装置であって、
   更に、上記所望する角度方向に対する所望の周波数特性を示すインパルス応答が拘束条件ベクトルとして入力される入力部と、
   上記所望する角度方向に対するステアリング行列を計算するステアリング行列計算部と、
   上記拘束条件ベクトルと上記ステアリング行列とからフィルタ係数行列を算出するフィルタ係数行列算出部と、
   上記フィルタ係数行列を分解して、上記フィルタ係数ベクトルを求めるベクトル分解部と、を有することを特徴とする音声収音装置。
2. 請求項１記載の音声収音装置において、
   上記フィルタ係数行列算出部は、
   上記入力された拘束条件ベクトルから第１の拘束条件行列を生成する第１の拘束条件行列生成部と、
   上記ステアリング行列から擬似逆行列を演算する擬似逆行列演算部と、
   上記拘束条件行列と上記擬似逆行列とを乗算して、上記フィルタ係数行列を求める乗算部と、を有することを特徴とする音声収音装置。
3. 請求項２記載の音声収音装置において、
   上記入力部は、更に、上記所望する角度方向に対する重み係数ベクトルも入力され、
   更に、上記重み係数ベクトルから重み係数行列を生成する重み係数行列生成部を有し、
   上記擬似逆行列演算部は、上記重み係数行列と上記ステアリング行列から重み付き擬似逆行列を演算するものであり、
   上記乗算部は、上記第１の擬似逆行列と上記重み付き擬似逆行列と上記重み係数行列とを乗算して、重み付きフィルタ係数行列を上記フィルタ係数行列として求めるものであることを特徴とする音声収音装置。
4. 請求項１記載の音声収音装置において、
   上記フィルタ係数行列算出部は、
   上記ステアリング行列から正規化行列を演算する正規化行列演算部と、
   上記拘束条件行列と上記ステアリング行列から第２の拘束条件行列を算出する第２の拘束条件行列算出部と、
   上記正規化行列と上記第２の拘束条件行列とを乗算して、上記フィルタ係数ベクトルを求める第１の乗算部と、を有することを特徴とする音声収音装置。
5. 請求項４記載の音声収音装置において、
   上記入力部は、更に、上記所望する角度方向に対する重み係数ベクトルも入力され、
   更に、上記ステアリング行列計算部ごとに、上記ステアリング行列に上記重み係数ベクトルを乗算して、重み付きステアリング行列を算出して上記ステアリング行列として上記正規化行列演算部と上記第２の拘束条件行列算出部とに入力する第２の乗算部を有することを特徴とする音声収音装置。
6. フィルタ処理手段が、収音手段で収音された収音信号に、予め入力された所望する角度方向に対する指向特性を満たすフィルタ係数を畳み込み、フィルタ処理信号を生成するフィルタ処理過程と、
   加算手段が、上記収音手段ごとのフィルタ処理信号を加算する加算過程と、を有する音声収音方法であって、
   更に、入力手段から、上記所望する角度方向に対する所望の周波数特性を示すインパルス応答が拘束条件ベクトルとして入力される入力過程と、
   ステアリング行列計算手段が、上記所望する角度方向に対するステアリング行列を計算するステアリング行列計算過程と、
   フィルタ係数行列算出手段が、上記拘束条件ベクトルと上記ステアリング行列とからフィルタ係数行列を算出するフィルタ係数行列算出過程と、
   ベクトル分解手段が、上記フィルタ係数行列を分解して、上記フィルタ係数ベクトルを求めるベクトル分解過程と、を有することを特徴とする音声収音方法。
7. 請求項６記載の音声収音方法において、
   上記フィルタ係数行列算出過程は、
   第１の拘束条件行列生成手段が、上記入力された拘束条件ベクトルから第１の拘束条件行列を生成する第１の拘束条件行列生成過程と、
   擬似逆行列演算手段が、上記ステアリング行列から擬似逆行列を演算する擬似逆行列演算過程と、
   乗算手段が、上記拘束条件行列と上記擬似逆行列とを乗算して、上記フィルタ係数行列を求める乗算過程と、を有することを特徴とする音声収音方法。
8. 請求項６記載の音声収音方法において、
   上記フィルタ係数行列算出過程は、
   正規化行列演算手段が、上記ステアリング行列から正規化行列を演算する正規化行列演算過程と、
   第２の拘束条件行列算出手段が、上記拘束条件行列と上記ステアリング行列から第２の拘束条件行列を算出する第２の拘束条件行列算出過程と、
   乗算手段が、上記正規化行列と上記第２の拘束条件行列とを乗算して、上記フィルタ係数ベクトルを求める乗算過程と、を有することを特徴とする音声収音方法。
9. 請求項１〜５の何れかに記載した音声収音装置としてコンピュータを機能させるための音声収音プログラム。
10. 請求項９記載の音声収音プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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