JP3344647B2

JP3344647B2 - マイクロホンアレイ装置

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Publication number: JP3344647B2
Application number: JP03624798A
Authority: JP
Inventors: 直司松尾
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2002-11-11
Anticipated expiration: 2018-02-18
Also published as: US6757394B2; JPH11234790A; US20030179890A1; US6618485B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の実マイクロ
ホンを配列して、信号処理を行うことにより音源方向及
び音源位置の検出、目的音強調、雑音抑制等を行うマイ
クロホンアレイ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロホンアレイ装置とは、複数の実
マイクロホンを配列し、受音された信号を処理すること
により、指向性を与えることができるものである。

【０００３】マイクロホンアレイ装置においてＳＮ（Ｓ
ｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ）比を向上させるための二つの
方針として、目的方向から到来する音を強調する目的音
強調と、不要な雑音を抑制する雑音抑制とがある。以下
にそれぞれの方針に従った、従来のマイクロホンアレイ
装置について説明する。

【０００４】図２５は、目的音強調の方針に従った、従
来のマイクロホンアレイ装置の構成の一例を示す図であ
る。同図に示されるのはいわゆる遅延和アレイと呼ばれ
るマイクロホンアレイ装置である。同図に示される遅延
和アレイは複数の実マイクロホン２５０１、それぞれの
実マイクロホンに対応する複数の遅延器２５０２、及び
加算機２５０３から構成される。

【０００５】遅延和アレイは、目的方向から到来する音
波が複数の実マイクロホンに到達する際の時間的なずれ
を利用して目的方向から到来する音を強調する。図２６
は遅延和アレイにおける目的音強調の概念について説明
するための図である。同図は、自由空間において、平面
波として近似することができる音波を二つの実マイクロ
ホン２６０１及び２６０２で受音している様子を示して
いる。同図において太い矢印は音波の進行方向、破線は
波面を表している。二つの実マイクロホン２６０１及び
２６０２は、距離ｄだけ離れて設置されている。

【０００６】ここで、音波が目的方向θから到来してい
るとし、実マイクロホン２６０２の受音信号が、実マイ
クロホン２６０１での受音信号に対して、音波が同図に
示した距離ξを進むのに要する時間τだけ遅れた信号に
なっているとする。即ち、ｘ_２（ｔ）＝ｘ_１（ｔ−τ）・・・（１） τ＝ξ／ｃ＝ｄ・（ｓｉｎθ）／ｃ・・・（２）と表される（ｃは音速）とすると、実マイクロホン２６
０１の受音信号に対して遅延τを付加することにより、
時間的にずれていた二つの受音信号が時間軸上で同相化
される。一方、目的方向以外の方向から到来する音波
は、τとは異なった時間差で各実マイクロホンに受音さ
れるので、上記の遅延操作では同相化されない。即ち、
以上に説明したような遅延操作を行うことにより、目的
方向から到来する音波を強調することが可能となる。

【０００７】図２５に示した遅延和アレイでは、実マイ
クロホンの数に合わせて複数備えられた遅延器２５０２
を用いて各実マイクロホン２５０１からの入力信号を同
相化した後、加算機２５０３で加算することにより目的
方向から到来した信号を強調することができる。

【０００８】次に雑音抑制の方針に基づいた従来のマイ
クロホンアレイ装置について説明する。図２７に雑音抑
制を行うマイクロホンアレイ装置の構成の一例を示す。
同図に示されるマイクロホンアレイ装置は、減算処理型
アレイと呼ばれるものである。同図に示される減算処理
型アレイは、二本の実マイクロホン２７０１及び２７０
２、遅延器２７０３、減算器２７０４、目的信号補正フ
ィルタ２７０５を備える。

【０００９】減算処理型アレイでは、一方向θのみから
到達する雑音を二つの構成マイクロホン２７０１及び２
７０２で受音する場合に、上記式（１）と同様の関係が
成立していると考える。このとき、遅延和アレイの場合
と同様に、ｘ_１（ｔ）の信号を時間τだけ遅延させれ
ば、二つの受音信号に含まれる雑音成分は同相化され
る。そして、同相化した雑音を減算することにより、雑
音成分を消去することができる。

【００１０】しかし、多くの場において雑音の方向θは
未知であり、従ってτの値も未知である。そこで、図２
７に示すように減算器２７０４の出力ｅ（ｔ）を遅延器
２７０３にフィードバックし、ｅ（ｔ）のパワーが最小
になるように遅延の量を調整する。

【００１１】もし、受音信号がθ方向から到来する雑音
のみであるなら、遅延量がτとなったときにｅ（ｔ）は
ゼロとなって最小となる。このような方法を採用すれ
ば、θの値が未知であっても減算処理によって雑音は消
去できる。

【００１２】一方、目的とする音がθ以外の方向から到
来していれば、上述の遅延操作では同相化されないの
で、減算を行っても目的信号は消去されない。ただし、
減算によって目的信号の周波数成分は変化を受けるの
で、図２７に示すように、これを補正する目的信号補正
フィルタ２７０５を付加する。

【００１３】雑音が少数の方向から到来しているとみな
せる場合には、減算処理型のアレイを用いれば、小規模
でも効果的なＳＮ比改善効果を得ることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような遅延和アレイや、減算処理型アレイを用いた場合
に、目的音強調、雑音抑制、音源位置検出の品質を向上
させるためには、実マイクロホンの数を増やす必要があ
り、それに伴い装置規模が大きくなるという問題点を有
していた。

【００１５】本発明は、上記の問題点に鑑み、少ない実
マイクロホンを有するマイクロホンアレイを用いて、多
くの実マイクロホンを有するマイクロホンアレイを備え
た場合と実質的に同様の品質を得ることができる小型で
高性能のマイクロホンアレイ装置を提供することを目的
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第１のマイクロホンアレイ装置は、所定の
位置に配列された複数の実マイクロホンの外に１又は複
数の仮想マイクロホンを想定し、当該仮想マイクロホン
が受音すべき音声信号を推定する音声信号推定手段を含
むマイクロホンアレイ装置において、前記音声信号推定
手段は、前記複数の実マイクロホンが受音した音声信号
に基づいて、所定の実マイクロホンが受音した音声信号
を、前記複数の実マイクロホンの位置を基準として設定
した座標系における各座標軸方向に伝搬する成分に分離
する音声信号分離手段と、所定の実マイクロホンが受音
した音声信号と、前記音声信号分離手段により分離され
た所定の座標軸方向に伝搬する成分とから、前記仮想マ
イクロホンが受音すべき音声信号について、前記座標系
における所定の座標軸方向に伝搬する成分を推定する音
声成分推定手段と、前記音声信号分離手段により分離さ
れた所定の座標軸方向に伝搬する成分と、前記音声成分
推定手段により推定された所定の座標軸方向に伝搬する
成分とを加算する音声成分加算手段とを含むことを特徴
とする。

【００１７】ここで、前記マイクロホンアレイ装置は、
前記複数の実マイクロホンが受音した音声信号、及び前
記音声信号推定手段により推定された音声信号の位相を
合わせるべく、各音声信号に対して遅延処理を行う遅延
処理手段と、前記遅延処理手段により遅延処理が行われ
た信号を加算する加算手段とを備えることが好ましい。
かかる構成を備えることにより、推定された音声信号を
用いて目的音の強調処理を行うことができるからであ
る。また、遅延処理が行われた信号を減算することによ
り、推定された信号を用いて雑音の抑制処理を行うこと
も可能である。

【００１８】また、前記マイクロホンアレイ装置はさら
に、所定の実マイクロホンが受音した音声信号、及び前
記音声信号推定手段により推定された音声信号から相関
係数を計算する相関係数計算手段と、前記相関係数計算
手段により計算された相関係数から、音源の位置を推定
する音源位置推定手段とを備えることもできる。相関係
数とは二つの信号の相関関係を示すものであり、例え
ば、任意の二つの実マイクロホンが受音した音声信号に
ついて、所定の式に基づいて相関関係を計算し、計算結
果を用いて所定の処理を行うことにより目的音源の位置
が推定できることが一般に知られていることから、推定
された音声信号についても相関係数を計算することによ
り、より的確に音源位置の推定を行うことが可能とな
る。

【００１９】また、本発明の第２のマイクロホンアレイ
装置は、複数の実マイクロホンからなるマイクロホンア
レイを有するマイクロホンアレイ装置において、前記複
数の実マイクロホンが受音した音声信号に基づいて、所
定の実マイクロホンが受音した音声信号を、前記複数の
実マイクロホンの位置を基準として設定した座標系にお
ける各座標軸方向に伝搬する成分に分離する音声信号分
離手段を含むことを特徴とする。かかる構成を備えれ
ば、例えば、一の座標軸上に話者Ａが存在し、別の話者
Ｂが当該一の座標軸に垂直な方向に存在する場合に、二
人の話者からの音声を分離することが可能となる。

【００２０】ここで、前記マイクロホンアレイ装置はさ
らに、前記音声信号分離手段により分離された各座標軸
方向に伝搬する成分から、各座標軸方向に伝搬する成分
についての音声パワーを計算する音声パワー計算手段
と、前記音声パワー計算手段により計算された音声パワ
ーから、音源の方向を推定する音源方向推定手段とを備
えることもできる。各座標軸方向に伝搬する成分につい
ての音声パワーの比から、前記所定の実マイクロホンの
位置から音源位置をながめた場合の、所定の座標軸に対
する角度を推定することができるからである。

【００２１】また、本発明の第３のマイクロホンアレイ
装置は、複数の実マイクロホンからなるマイクロホンア
レイを有するマイクロホンアレイ装置において、前記複
数の実マイクロホンが受音した音声信号に基づいて、所
定の実マイクロホンが受音した音声信号を、前記複数の
実マイクロホンの位置を基準として設定した座標系にお
ける各座標軸方向に伝搬する成分に分離する音声信号分
離手段と、前記複数の実マイクロホン以外に一又は複数
の実マイクロホンが存在すると仮想した場合に、当該仮
想マイクロホンが受音すべき音声信号について、前記座
標系における所定の座標軸方向に伝搬する成分を推定す
る音声成分推定手段と、前記音声信号分離手段により分
離された成分、及び前記音声成分推定手段により推定さ
れた成分から、各実マイクロホンが受音する音声信号及
び前記仮想マイクロホンが受音すべき音声信号につい
て、各座標軸方向に伝搬する成分についての音声パワー
を計算する音声パワー計算手段と、前記音声パワー計算
手段により計算された音声パワーから、音源の位置を推
定する音源位置推定手段とを含むことを特徴とする。

【００２２】仮想マイクロホンについて、推定された音
声信号についても音声パワーを計算すれば、複数の位置
から、それぞれ音源位置をながめた場合の、所定の座標
軸に対する角度を推定することができるため、音源位置
の推定範囲をより狭い範囲に抑えることが可能となる。

【００２３】また、本発明の第４のマイクロホンアレイ
装置は、複数の実マイクロホンからなるマイクロホンア
レイを有するマイクロホンアレイ装置において、前記マ
イクロホンアレイ装置を回動させる回動手段と、前記回
動手段により回動された角度を制御する回動制御手段
と、前記回動制御手段から前記回動された角度を取得
し、前記複数の実マイクロホンが受音した音声信号か
ら、前記角度ごとに相関係数を計算する相関係数計算手
段と、前記相関係数計算手段により計算された相関係数
を角度ごとに比較し、当該比較の結果から音源方向と音
源までの距離を推定する音源位置推定手段とを含むこと
を特徴とする。

【００２４】マイクロホンアレイを回動させ、回動され
た角度ごとに相関係数を計算することにより、目的音源
の方向を的確に把握することができるので、複数の構成
マイクロホンが受音した音声信号に基づいた目的音の強
調や雑音抑制処理をより的確に行うことができる。ま
た、ここで、相関係数を計算する代わりにパワー比を計
算して、音源方向を推定することもできる。

【００２５】前記マイクロホンアレイ装置はさらに、当
該マイクロホンアレイ装置の位置を検出する位置検出手
段を有し、前記音源位置推定手段は、前記相関係数計算
手段により計算された相関係数を、前記位置検出手段に
より検出された位置と、回動された角度ごとに比較し、
当該比較の結果から音源の位置を推定することもでき
る。

【００２６】また、本発明の第５のマイクロホンアレイ
装置は、複数の実マイクロホンからなるマイクロホンア
レイを有するマイクロホンアレイ装置において、前記複
数の実マイクロホンが受音した音声信号の位相を合わせ
るべく、各実マイクロホンが受音した音声信号に対して
遅延処理を行う遅延処理手段と、前記遅延処理手段によ
り遅延処理が行われた信号を加算する加算手段と、音源
を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の出力に基づいて
音源の位置を検出する音源位置検出手段と、前記音源位
置検出手段により検出された音源の位置に基づいて、前
記遅延処理手段による遅延処理の制御を行う遅延制御手
段とを含むことを特徴とする。

【００２７】本構成では、撮像手段により、音源位置を
検出しながら目的音強調処理を行うため、雑音が大きい
環境において特に有効である。また、スピーカ等の特定
の雑音源の位置を検出しながら雑音抑制処理を行うた
め、特定の雑音の抑制、即ち、エコーやハウリングの抑
制に効果的である。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のマ
イクロホンアレイ装置の基本的な構成を示すブロック図
である。同図に示されるように、本発明のマイクロホン
アレイ装置は、実マイクロホン１０１、実マイクロホン
１０２、実マイクロホン１０３、推定部１０４、複数の
遅延器１０５、加算器１０６を備える。尚、本実施の形
態では、推定部１０４、複数の遅延器１０５及び加算器
１０６については、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロ
セッサ）１０７を用いてソフトウェア的に実現してい
る。

【００２９】本実施の形態における実マイクロホン１０
１（以下、「MIC0」と表記する。）、実マイクロホン１
０２（以下、「MIC1」と表記する。）、及び実マイクロ
ホン１０３（以下、「MIC2」と表記する。）としては、
それぞれ無指向性、指向性のマイクロホンのいずれを用
いることも可能である。

【００３０】推定部１０４は、上記の３本の実マイクロ
ホンの入力から、実マイクロホンを上記の３本以外に備
えたと仮定した場合において、当該仮想的なマイクロホ
ン（以下、「仮想マイクロホン」という。）が受音する
信号を推定し、複数の遅延器１０５のうち、対応するも
のに対してそれぞれ出力する。本実施の形態では、Ｄ _３
からＤ_ｎ−１までの（ｎ−３）個の遅延器に対して推定
信号の出力を行っている。

【００３１】遅延器１０５は、MIC0、MIC1、MIC2及び推
定部１０４により入力信号が推定される仮想マイクロホ
ンの数だけ備えられる。同図の例では、実在する実マイ
クロホン３本に加えて、（ｎ−３）本分の仮想マイクロ
ホンの受音信号を推定する場合として、合計ｎ個の遅延
器が備えられている。

【００３２】加算器１０６は、ｎ個の遅延器１０５の出
力を加算して出力する。加算機１０６からの出力信号
は、目的信号が複数の遅延器１０５により同相化された
信号となる。即ち、従来技術として説明した遅延和アレ
イと同様に目的音が強調された信号が得られる。なお、
本実施の形態では、目的音強調の手法を用いたマイクロ
ホンアレイ装置について説明するが、推定信号を用いて
減算処理型アレイ装置に適用することも容易に行える。

【００３３】ＤＳＰ１０７としては、本実施の形態で
は、３２ビット浮動小数点演算精度を持つものとして、
ＴＭＳ３２０Ｃ４０（テキサス・インスツルメント社
製）を用いたが、同等の機能を有するものであれば他の
ものを用いてもよい。また、固定小数点演算精度を持つ
ＤＳＰでも実現可能である。

【００３４】次に、本発明のマイクロホンアレイ装置に
おける音声信号の推定の方法について説明する。音声信
号の推定は、下記の（数１）及び（数２）に示す波動方
程式に基づいて行うことができる。音波の伝搬は上記の
波動方程式で表せることが一般に知られており、これを
用いることにより、音源から発生する音波に基づく音源
位置以外の任意の位置の空気粒子の振る舞いを推定する
ことができるからである。

【００３５】

【数１】

【００３６】

【数２】

【００３７】上記の如き偏微分方程式において、ｔは時
刻、ｐは音圧、ｖは媒質である空気の粒子速度、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（単位体積当たりの質量）を示す。ここで、音圧ｐ
はスカラ量で、粒子速度ｖはベクトルである。また、上
記（数１）及び（数２）の右辺に用いられている偏微分
演算子は、時刻ｔによる偏微分を行うことを示す。同式
左辺に用いられている偏微分演算子は、ハミルトンの演
算子で、直交座標（ｘ，ｙ，ｚ）の場合には、下記の
（数３）にて表される内容を有する。同式において、ｘ
Ｉ、ｙＩ、ｚＩは、それぞれｘ、ｙ、ｚ軸方向の単位ベ
クトルである。

【００３８】

【数３】

【００３９】本実施の形態では、目的音源が実マイクロ
ホンから一定距離以上離れており、実マイクロホンに到
達する音波が、球面波ではなく平面波として近似できる
場合について説明する。以下の実施の形態についても同
様である。このような場合であって、複数の実マイクロ
ホンを同一直線上に並べて構成するマイクロホンアレイ
装置の場合においては、下記の（数４）及び（数５）に
示す一次元の波動方程式を用いて目的信号の推定を行う
ことができる。

【００４０】

【数４】

【００４１】

【数５】

【００４２】なお、目的音源が実マイクロホンから一定
距離以下に近づくような場合には、実マイクロホンに到
達する音波を平面波ではなく、球面波と考えて処理する
必要があるが、そのような場合でも波動方程式の次元を
上げることにより対処することが可能である。

【００４３】本実施の形態のマイクロホンアレイ装置で
は、音声信号を、図示しないＬＰＦ（ロー・パス・フィ
ルタ）及びＡ／Ｄ変換器によりデジタル化して処理する
ため、上記に示した波動方程式をそのまま用いることは
できない。従って、実際に推定部１０４で推定を行う際
には、上記の（数４）及び（数５）を、下記の（数６）
及び（数７）に示す差分方程式に変換して計算する。同
式において、ａ及びｂは定数の係数であり、本実施の形
態では、共に１．０としている。なお、ａ及びｂの値は
実マイクロホンの間隔を所定の推定位置間隔とは異なる
値にする場合には変更することもある。また、ｔ_ｊはサ
ンプリング時刻であり、具体的には、例えば８ＫＨｚサ
ンプリングの場合であれば、１秒間を８０００で区切っ
たうちの何番目かを表す。また、ｘ_ｉはｘ軸上の推定位
置である。

【００４４】

【数６】

【００４５】

【数７】

【００４６】上記の（数６）及び（数７）を用いて任意
のｘ_ｉの位置にける音圧ｐを推定することができる。ま
た上記の式を用いた信号の推定は、ｘ_ｉの値がMIC0等の
位置から見て増加する方向と減少する方向の双方につい
て行うことが可能である。

【００４７】ここで、実マイクロホンの間隔について説
明する。本実施の形態のマイクロホンアレイ装置では、
MIC0とMIC1、MIC1とMIC2との間の間隔は、それぞれ、音
速（３４０ｍ／ｓ）をサンプリング周波数で割った値と
するのが好適である。即ち、８ＫＨｚサンプリングであ
れば実マイクロホンの間隔は約４．２５ｃｍとするのが
適当である。１６ＫＨｚサンプリングであれば、実マイ
クロホンの間隔を８ＫＨｚの場合の半分とすることがで
きる。一方、実マイクロホンの間隔が広すぎると、上記
（数６）及び（数７）が成立しなくなってしまうため、
不都合が生じる。即ち、二本の実マイクロホンにより検
出される音圧の間の相関関係が小さくなることから、検
出された音圧の差に基づいて媒質の粒子速度を推定する
という前提が成立しなくなってしまうからである。

【００４８】推定部１０４において推定された音圧ｐ
は、複数の遅延器１０５のうち推定した位置ｘ_ｉに対応
するものに入力され、遅延器１０５により同相化された
信号を加算器１０６で加算することにより、目的音が強
調された信号を得ることができる。なお、本実施の形態
では目的音の強調を行う構成について図示したが、推定
信号を用いて雑音抑制を行うことも可能である。

【００４９】以上に説明したように、本発明のマイクロ
ホンアレイ装置を用いることにより、少ない実マイクロ
ホンを有するマイクロホンアレイを用いて多くの実マイ
クロホンからなるマイクロホンアレイを備えたマイクロ
ホンアレイ装置と同程度の精度を得ることが可能とな
る。以下、上記に説明したような基本的構成を有する本
発明のマイクロホンアレイ装置について、その種々の実
施の形態を説明する。（実施の形態１）まず、本発明の第１の実施の形態につ
いて説明する。

【００５０】本実施の形態では、音波をｘ軸方向に伝搬
する波（以下、「ｘ軸方向の成分」という。）と、ｙ軸
方向に伝搬する波（以下、「ｙ軸方向の成分」とい
う。）とに分離して、それぞれの方向の成分の音波の音
圧（以下、「ｘ軸方向の音圧」及び「ｙ軸方向の音圧」
という。）を推定する方法について説明する。ここで、
「音波をｘ軸方向の成分とｙ軸方向の成分とに分離す
る」とは、ｘ軸方向、ｙ軸方向という音波の向きを考慮
することを意味する。即ち、音圧とは方向を持たないス
カラ量ではあるが、ここでは、スカラ量Ｐを、音波のｘ
軸方向とｙ軸方向に伝搬する成分の音圧ｐｘとｐｙとに
分離する、という意味である。ここで、実マイクロホン
が並んでいる方向をｘ軸方向とする。

【００５１】図２は、本実施の形態のマイクロホンアレ
イ装置の構成を示すブロック図である。同図に示される
ように、本実施の形態のマイクロホンアレイ装置は、第
１の実施の形態と同様に備えられる３本の実マイクロホ
ンの他、音波分離部１０８を備える。

【００５２】本実施の形態の音波分離部１０８は、ｖ
（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４１、ｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算
部１０４２、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４３及びｐ
ｙ（ｘ _１，ｔ_ｊ）計算部１０４４を含む。ここで、_ｊは
サンプリング時刻を表す。

【００５３】第１の実施の形態で説明したように、本実
施の形態でも、目的音源からの音波が平面波として実マ
イクロホンに到達すると近似することができる場合につ
いて説明する。即ち、実マイクロホンに到達した際の音
圧をｘ軸方向の成分ｐｘとｙ軸方向の成分ｐｙとに分離
すると、ｙ軸方向の成分として分離された音圧ｐｙは、
実マイクロホンの位置に関わりなく一定であるというこ
とができる。

【００５４】従って、下記の数式を用いることにより、
音圧の差から実マイクロホンに受音される音波による媒
質の粒子速度を推定することができる。

【００５５】

【数８】

【００５６】

【数９】

【００５７】

【数１０】

【００５８】

【数１１】

【００５９】ここで、（数８）は、ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計
算部１０４１で行う処理を表す式である。この式は、時
刻ｔ_ｊ−１においてｘ_０の位置について推定された粒子
速度ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ−１）と、実マイクロホンMIC0及び
MIC1により測定された音圧ｐの差とから、ｘ_０の位置に
ついて時刻ｔ_ｊにおける粒子速度ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）を推
定する式である。

【００６０】また、（数９）は、ｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算
部１０４２で行う処理を表す式である。この式は、時刻
ｔ_ｊ−１においてｘ_１の位置について推定された粒子速
度ｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ−１）と、実マイクロホンMIC1及びMI
C2により測定された音圧ｐの差とから、ｘ_１の位置につ
いて時刻ｔ_ｊにおける粒子速度ｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ）を推定
する式である。

【００６１】また、（数１０）は、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）
計算部１０４３で行う処理を表す式である。この式は、
時刻ｔ_ｊ−１においてMIC1の位置（ｘ_１）について計算
されたｘ軸方向の音圧ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ−１）と、時刻
ｔ_ｊにおいてｘ_０及びｘ_１の位置について推定された粒
子速度ｖの差とから、ｘ_１の位置において時刻ｔ_ｊにお
けるｘ軸方向の音圧ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）を計算する式で
ある。

【００６２】さらに、（数１１）は、ｐｙ（ｘ_１，
ｔ_ｊ）計算部１０４４で行う処理を表す式である。上述
の如く、ｐｘ及びｐｙは、スカラ量Ｐを二つに分離した
ものであるから、両者の和をとれば元の音圧ｐとなる。
即ち、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４３にて算出され
たｘ軸方向に伝搬する音波の成分の音圧ｐｘから、ｘ_１
の位置について時刻ｔ_ｊにおけるｙ軸方向に伝搬する音
波の成分の音圧ｐｙを算出することが可能である。

【００６３】以上のような構成を備え、上述の処理を行
うことにより、目的音源からの音波をｘ軸方向の成分
と、ｙ軸方向の成分とに分離することができる。即ち、
図２に示されるように、本実施の形態のマイクロホンア
レイ装置からの出力としては、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）及び
ｐｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）を取得することが可能である。本実
施の形態では、これらの出力を遅延器に通すことは行わ
ないが、出力としてｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）及びｐｙ
（ｘ_１，ｔ_ｊ）を取得することにより、例えば、二人の
話者Ａ及びＢが存在しており、話者Ａがｘ軸の延長線上
に、話者Ｂがｘ軸に垂直な方向にそれぞれ位置している
ような場合に、二人の話者からの音声を分けて録音した
り、別々に通信相手に送信したりすることが可能とな
る。（実施の形態２）次に、本発明の第２の実施の形態につ
いて説明する。本実施の形態では、ｘ軸に沿って存在が
仮定される仮想マイクロホンにて受音されるべき音声信
号の音圧ｐを推定する具体的な方法について説明する。

【００６４】図３は、本発明の第２の実施の形態のマイ
クロホンアレイ装置の構成を示すブロック図である。同
図に示されるように本実施の形態のマイクロホンアレイ
装置は、推定部１０４にｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４
１、ｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２、ｐｘ（ｘ_１，ｔ
_ｊ）計算部１０４３及びｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´
（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推定部１０４５を備える。

【００６５】ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４１、ｖ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２及びｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算
部１０４３は、第２の実施の形態で説明したのと同様の
処理を行う。

【００６６】ｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，
ｔ_ｊ）推定部１０４５は、上記の各部により計算された
音圧及び粒子速度から、下記の（数１２）及び（数１
３）を用いることにより、ｘ軸上の任意の位置ｘ_ｉにお
けるｘ軸方向の音圧ｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）及び粒子速度
ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）の推定を行う。ここで、ｐ´ｘ及び
ｖ´の´は、推定値であることを表している。

【００６７】

【数１２】

【００６８】

【数１３】

【００６９】上記（数１２）及び（数１３）においてｉ
＝２、３、・・・、ｎ−１にて計算を繰り返すことによ
り、仮想マイクロホンが受音すべき音声信号の音圧ｐを
推定することができる。

【００７０】図４は、本実施の形態における推定部１０
４の処理内容を示すフローチャートである。同図に示さ
れるように、本実施の形態の推定部１０４は、まず音
圧、粒子速度等のデータを格納する変数領域の初期化を
行う（Ｓ４０１）。音圧及び粒子速度の格納方法につい
ては後述する。次に、サンプリング時刻を表すｊを０と
して（Ｓ４０２）、まず、ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）及びｖ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）の計算（Ｓ４０３）を行う。ここで、最初に
計算を行う際には、ｊが０であるから、第２の実施の形
態で説明した（数８）及び（数９）を用いずに粒子速度
の初期値を格納する。本実施の形態では、ｘ_０及びｘ_１
の位置における粒子速度の初期値を両方とも０とする。
即ち、ｖ（ｘ_０，ｔ_０）及びｖ（ｘ_１，ｔ_０）はともに
０である。ただし、後述のステップＳ４０６においてｊ
に１が加算され、ｊが０でなくなった後は、上記の（数
８）及び（数９）を用いて、実マイクロホンにより測定
された音圧から、順次粒子速度を計算することになる。

【００７１】前述の如く、本実施の形態では、推定部１
０４、遅延器１０５及び加算器１０６はＤＳＰ１０７を
用いてソフトウェア的に実現されるが、計算された粒子
速度ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）及びｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ）は、ＤＳＰ
の内部又は外部メモリ（以下、単に「メモリ」とい
う。）に設けられたＶの変数領域にｘ_ｉ及びｔ_ｊをポイ
ンタとして記憶される。

【００７２】次に、推定部１０４は、ｘ軸方向の音圧ｐ
ｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）の計算（Ｓ４０４）を行う。この計算
には前述の（数１０）を用いて行う。ここで計算された
ｘ軸方向の音圧も、ｘ_ｉ及びｔ_ｊをポインタとして、メ
モリに設けられたＰの変数領域に記憶される。

【００７３】次に、推定部１０４は、変数領域に記憶さ
れた音圧及び粒子速度等から、上記の（数１２）及び
（数１３）を用いて、仮想マイクロホンが想定された適
切なｉの値について、順次ｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）及びｖ
´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）を推定する（Ｓ４０５）。推定された
値は、順次変数領域に記憶され、その後の処理に用いら
れる。

【００７４】上記の推定を終了すると、サンプリング時
刻を表すｊに１を加算し（Ｓ４０６）、装置の使用を続
行するのであれば（Ｓ４０７：Ｎｏ）、再びステップＳ
４０３へと進んで、粒子速度及び音圧の計算及び推定を
続行する。なお、ステップＳ４０７の判定は、音声応答
システムなど、特定の長さの音声を入力するような場合
には必要であるが、例えばハンドフリーテレホン等の拡
声通話に用いる場合等、常に装置を使用することが明ら
かな状況などでは、不要な場合もある。

【００７５】以上のような処理を行うことで、仮想的な
実マイクロホンが受音すべき音声信号のｘ軸方向の音圧
ｐｘを推定することができる。この出力信号を目的音の
強調にそのまま用いることができるのは、目的信号の音
源がｘ軸上に存在する場合に限られるものの、その出力
信号を遅延器１０５に導入し、加算処理を行うことによ
り、目的音の強調を行うことができる。（実施の形態３）次に本発明の第３の実施の形態につい
て説明する。本実施の形態のマイクロホンアレイ装置で
は、第２の実施の形態で説明したｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）
の推定に加え、前述の如くｘ軸方向の座標が異なっても
一定の値をとるｐｙ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）を、推定されたｐ´
ｘに加算することにより、受音信号の推定値ｐ´
（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）（ｉ＝３，…，ｎ−１）を求める場合の
処理について説明する。ここで、ｉ＝２の場合について
は、実マイクロホンから検出することができるので、推
定する必要はないが、推定するようにしてもかまわな
い。

【００７６】図５は、本実施の形態のマイクロホンアレ
イ装置の構成を示すブロック図である。同図に示される
ように、本実施の形態のマイクロホンアレイ装置は、推
定部１０４にｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４１、ｖ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部
１０４３、ｐｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４４、ｐ´ｘ
（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推定部１０４５及
び加算器１０４６を備える。

【００７７】ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４１、ｖ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２及びｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算
部１０４３、ｐｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４４は、第
１の実施の形態で説明したのと同様の処理を行う。

【００７８】また、ｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´
（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推定部１０４５は、第２の実施の形態で
説明したのと同様の処理を行う。本実施の形態では、ｐ
´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推定部１０４
５にて推定されたｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）の値と、ｐｙ
（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４４にて計算されたｐｙ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）の値とを、加算器１０４６にて加算すること
により、ｘ軸上の任意の位置ｘ_ｉにおける音圧の推定値
ｐ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）を得る。この推定信号は、そのまま
遅延和アレイや、減算処理型アレイに導入することによ
り、目的音強調や、雑音抑制に用いることが可能であ
る。

【００７９】以上に説明したように、本実施の形態のマ
イクロホンアレイ装置を用いることにより、少ない実マ
イクロホンを用いて多くの実マイクロホンからなるマイ
クロホンアレイ装置と同程度の精度を得ることが可能と
なる。（実施の形態４）次に本発明の第４の実施の形態につい
て説明する。本実施の形態のマイクロホンアレイ装置で
は、３本の実マイクロホンが配列されているｘ軸の延長
線上に音源ｓ_１及びｓ_２が存在する場合に、当該延長線
上における音圧ｐ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）（ｉ＝２，３，…ｎ
−１）を求める場合の処理について説明する。

【００８０】図６は、本実施の形態のマイクロホンアレ
イ装置の構成を示すブロック図である。同図に示される
ように、本実施の形態のマイクロホンアレイ装置の推定
部１０４は、ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４１、ｖ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２、ｖｓ_１（ｘ_０，ｔ_ｊ），ｖ
ｓ_２（ｘ_１，ｔ_ｊ）推定部１０４７及びｐ´（ｘ_ｉ，ｔ
_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推定部１０４８を含んでい
る。

【００８１】ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４１及びｖ
（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２は、第１の実施の形態で
説明したのと同様の処理を行うので、ここでの説明は省
略する。

【００８２】ｖｓ_１（ｘ_０，ｔ_ｊ），ｖｓ_２（ｘ_１，ｔ
_ｊ）推定部１０４７は、音源ｓ_１及び音源ｓ_２からの信
号による粒子速度ｖｓ_１（ｘ_０，ｔ_ｊ）及びｖｓ_２（ｘ
_１，ｔ_ｊ）を推定する。推定には、粒子速度ｖｓ_１（ｘ
_０，ｔ_ｊ）及びｖｓ_２（ｘ_１，ｔ_ｊ）に下記の（数１
４）及び（数１５）に示される関係があることを利用し
て行う。

【００８３】

【数１４】

【００８４】

【数１５】

【００８５】即ち、音源ｓ_１からの音波による、サンプ
リング時刻ｔ_ｊのある位置ｘ_ｉでの粒子速度は、１サン
プリング時刻分だけ前の時刻ｔ_ｊ−１における、ｘ軸上
での位置が一つ音源ｓ_１側の位置ｘ_ｉ−１における粒子
速度に等しく、音源ｓ_２からの音波による、あるサンプ
リング時刻ｔ_ｊのある位置ｘ_ｉでの粒子速度は、１サン
プリング時刻分だけ前の時刻ｔ_ｊ−１における、ｘ軸上
での位置が一つ音源ｓ _２側の位置ｘ_ｉ＋１における粒子
速度に等しい。この関係から粒子速度及び音圧を推定す
る方法について、以下に詳細に説明する。

【００８６】図７は、ｖｓ_１（ｘ_０，ｔ_ｊ）及びｖｓ_２
（ｘ_１，ｔ_ｊ）の推定について説明するための図であ
る。同図において、Ｚ^−１は、１サンプリング時刻の遅
延を表すとすると、時刻ｔ _ｉにおいてｘ_０の位置で観測
される粒子速度ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）及び時刻ｔ_ｉにおいて
ｘ_１の位置で観測される粒子速度ｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ）は、
上述のｖｓ_１（ｘ_０，ｔ_ｊ）及びｖｓ_２（ｘ_１，ｔ_ｊ）
を用いて下記の（数１６）のように表すことができる。

【００８７】

【数１６】

【００８８】即ち、実際に観測される粒子速度は、音源
ｓ_１からの音波に基づくものと、音源ｓ_２からの音波に
基づくものとの和であるといえるからである。ここで、
ｘ_０の位置における粒子速度及びｘ_１の位置における粒
子速度は、上述の如く、実マイクロホンMIC0、MIC1及び
MIC2により実際に観測される音圧から計算することが可
能であるため、上記（数１６）の連立方程式を解くこと
によりｖｓ_１（ｘ_０，ｔ_ｊ）及びｖｓ_２（ｘ_１，ｔ_ｊ）
の値を推定することができる。

【００８９】図８は、本実施の形態の推定部１０４の処
理内容を示すフローチャートである。同図に示されるよ
うに、本実施の形態の推定部１０４は、まず変数領域の
初期化を行い（Ｓ８０１）、サンプリング時刻を表すｊ
を０として（Ｓ８０２）、ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）及びｖ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）の計算を行う（Ｓ８０３）。この計算は、第
２の実施の形態と同様に行うことができる。

【００９０】さらに、ｖｓ_１（ｘ_０，ｔ_ｊ）及びｖｓ_２
（ｘ_１，ｔ_ｊ）を推定する（Ｓ８０４）。ここでは、上
記（数１６）に示した連立方程式から導き出される式と
して下記の（数１７）及び（数１８）を用いる。

【００９１】

【数１７】

【００９２】

【数１８】

【００９３】さらに、その後のｐ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）及び
ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）の推定を行うために必要な値として
ｖ´（ｘ_２，ｔ_ｊ）の推定を行う（Ｓ８０５）。ｖ´
（ｘ_２，ｔ_ｊ）の推定は以下に示す（数１９）を用い
る。

【００９４】

【数１９】

【００９５】その後、推定部１０４は、ｐ´（ｘ_ｉ，ｔ
_ｊ）及びｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）の推定を行う（Ｓ８０
６）。このステップでの推定には、下記の（数２０）及
び（数２１）を用いる。

【００９６】

【数２０】

【００９７】

【数２１】

【００９８】上記の式による推定を、ｉ＝３，４，・・
・，ｎ−１について繰り返すことにより、任意の位置ｘ
_ｉにおける音圧及び粒子速度の推定をおこなう。さら
に、サンプリング時刻ｊに１を加算し（Ｓ８０７）、処
理を続行するのであれば（Ｓ８０８：Ｎｏ）、再びステ
ップＳ８０３へと進む。

【００９９】以上のような処理を行うことで、３本の実
マイクロホンが配列されているｘ軸の延長線上に音源ｓ
_１及びｓ_２が存在する場合に、当該延長線上における任
意の位置における音圧ｐ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）（ｉ＝２，
３，…，ｎ−１）を推定することができる。（実施の形態５）次に本発明の第５の実施の形態につい
て説明する。本実施の形態のマイクロホンアレイ装置で
は、２本の実マイクロホンの間に境界面を設定し、当該
境界面によって分けられた領域のうち一方の側にのみ目
的音源が存在する場合の処理内容について説明する。

【０１００】図９は、本実施の形態のマイクロホンアレ
イ装置の構成を示すブロック図である。同図に示される
ように本実施の形態では２本の実マイクロホンを用い、
また、推定部１０４には、ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０
４１、及びｐ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推
定部１０４８を含んでいる。

【０１０１】ここで、本実施の形態における「境界面」
とは、２本の無指向性マイクロホンを実マイクロホンと
した場合において、当該２本のマイクロホンの間に仮想
的に設定するものであり、境界面の一方の側（同図にお
いては（II）側）には音源が存在しないことを意味する
ものである。即ち、物理的な境界面が存在するわけでは
ない。

【０１０２】図１０は、本実施の形態の推定部１０４の
処理内容を示すフローチャートである。同図に示される
ように、本実施の形態の推定部１０４は、まず変数領域
の初期化を行い（Ｓ１００１）、サンプリング時刻を表
すｊを０として（Ｓ１００２）、まず、ｖ（ｘ_０，
ｔ_ｊ）を計算する（Ｓ１００３）。本実施の形態では、
ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）の計算に、下記の（数２２）を用い
る。この（数２２）は、前述の（数８）の_ｊを_ｊ＋１と
したものである。

【０１０３】

【数２２】

【０１０４】さらに、推定部１０４は、ｐ´ｘ（ｘ_ｉ，
ｔ_ｊ）及びｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）を推定する（Ｓ１００
４）。ここで、本実施の形態では、粒子速度に下記の
（数２３）に示す関係があるものと仮定する。

【０１０５】

【数２３】

【０１０６】この仮定は、音源方向に合わせて、マイク
ロホンの間隔を設置スペースの広さに応じて変化させる
のと、同等の効果を得るためのものである。即ち、設置
スペースが広い場合は間隔を広くし、狭い場合は間隔を
狭くするのと同等の効果を得ることが可能である。

【０１０７】実際の処理では、下記の（数２４）及び
（数２５）を用いて、ｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）及びｖ´
（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）を推定する。

【０１０８】

【数２４】

【０１０９】

【数２５】

【０１１０】上記の推定を終了すると、サンプリング時
刻を表すｊに１を加算し（Ｓ１００５）、処理を続行す
るのであれば（Ｓ１００６：Ｎｏ）、再びステップＳ１
００３へと進む。

【０１１１】以上のような処理を行うことで、境界面で
区切られた音場の一方にのみ音源がある場合に、２個の
マイクロホンで測定した信号を基に、仮想マイクロホン
の位置の信号を推定することができる。（実施の形態６）次に本発明の第６の実施の形態につい
て説明する。本実施の形態では、２本の指向性マイクロ
ホンを実マイクロホンとして使用し、指向性パターンを
音源方向に合わせて鋭くする方法について説明する。

【０１１２】図１１は、本実施の形態について説明する
ための図である。同図（ａ）に示すような指向性パター
ンを持つ単一指向性マイクロホンを用い、この二本のマ
イクロホンの指向性の強い方向を（Ｉ）側に向け、指向
性の弱い方を（II）側に向けることにより、（II）の側
に音源があったとしても音源がない場合と同様に処理を
行うことができる。

【０１１３】また、マイクロホンの並びの延長線上に目
的音の音源がある場合であれば、推定信号を同相化して
から加算することにより、同図（ｂ）に示されるよう
に、指向性パターンを音源方向に合わせて鋭くすること
ができる。（実施の形態７）次に本発明の第７の実施の形態につい
て説明する。本実施の形態では、３本の実マイクロホン
が配列されている座標軸の延長線上、又は実マイクロホ
ンの位置を通って、座標軸に垂直に交わる面上に目的信
号の音源が存在する場合に、目的音強調を行う場合の処
理について説明する。

【０１１４】図１２は、本実施の形態のマイクロホンア
レイ装置の構成を示すブロック図である。同図に示され
るように本実施の形態では３本の実マイクロホンを用
い、また、推定部１０４には、ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部
１０４１、ｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２及びｐｘ
（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４３を含む。なお、点線でｐ
ｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４４を表示しているが、こ
れは、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４３に追加してｐ
ｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４４を備えるようにしても
よいことを示している。

【０１１５】図１２に示されるように、本実施の形態の
マイクロホンアレイ装置の構成は、第１の実施の形態の
構成から、ｐｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４４を取り除
いたものといえる。即ち、各部の処理内容は、第１の実
施の形態で説明した内容と同一である。

【０１１６】以上に説明したような構成とすることによ
り、第１の実施の形態で説明したものより簡易な構成
で、３本の実マイクロホンが配列されている座標軸の延
長線上に目的信号の音源が存在する場合にｐｘ（ｘ_１，
ｔ_ｊ）について目的音強調を行うことができる。

【０１１７】なお、本実施の形態では、上記の如く目的
音強調処理を行ったが、座標軸に垂直に交わる面上に雑
音信号の音源が存在する場合には出力されるｐｘ
（ｘ_１，ｔ _ｊ）を用いて雑音抑制処理を行うこともでき
る。（実施の形態８）次に本発明の第８の実施の形態につい
て説明する。本実施の形態では、３本の実マイクロホン
の受音信号から、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）及びｐｙ（ｘ_１，
ｔ_ｊ）の音声パワーの比を算出し、算出された値から目
的音源の方向を推定する処理について説明する。

【０１１８】ここで、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）及びｐｙ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）の音声パワーＰＯＷｘ及びＰＯＷｙは、以下
に示す（数２６）及び（数２７）の如く二乗和で計算す
ることができる。

【０１１９】

【数２６】

【０１２０】

【数２７】

【０１２１】図１３は、本実施の形態のマイクロホンア
レイ装置の構成を示すブロック図である。同図に示され
るように本実施の形態では３本の実マイクロホンを用
い、また、推定部１０４には、ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部
１０４１、ｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２、ｐｘ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）計算部１０４３、ｐｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部
１０４４、ＰＯＷｘ計算部１０４９、ＰＯｗｙ計算部１
０５０、パワー比計算部１０５１を含む。

【０１２２】ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４１、ｖ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部
１０４３、ｐｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４４の処理内
容については、これまでの実施の形態で説明したものと
同一であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

【０１２３】ＰＯＷｘ計算部１０４９及びＰＯＷｙ計算
部１０５０は、上記の（数２６）及び（数２７）に従っ
て、音声パワーを計算する。パワー比計算部１０５１
は、ＰＯＷｘ計算部１０４９及びＰＯＷｙ計算部１０５
０で計算された音声パワーから音声パワー比を算出し、
目的音源の方向を出力する。ここで、音声パワー比から
音源位置を推定する方法について説明する。

【０１２４】図１４は、音声パワー比から、音源の方向
を推定する方法について説明するための図である。同図
に示されるように、３本の実マイクロホンが備えられて
いる場合において、図に示す位置に音源Ｓが存在する場
合について説明する。目的音源の方向は、同図に示す角
度θで表される。ここで、本実施の形態のマイクロホン
アレイ装置が推定するのは角度θである。即ち、ｘ軸と
の間の角度がθである曲面上のいずれかの位置に音源が
存在するという形式で、音源方向が推定されることとな
る。

【０１２５】前述の如く、本実施の形態のマイクロホン
アレイ装置のｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４３及びｐ
ｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４４にて算出されたｐｘ及
びｐｙの値と角度θとの間には、下記の（数２８）に示
す関係が成立する。

【０１２６】

【数２８】

【０１２７】しかし本実施の形態のマイクロホンアレイ
装置では、音圧のレベル変動を平均化するために、二乗
和の平方根の比をとることにより角度θを推定してい
る。即ち、パワー比計算部１０５１は、ＰＯＷｘ計算部
１０４９及びＰＯＷｙ計算部１０５０にて計算された音
声パワーから、下記の（数２９）に従ってθの値を算出
し、出力する。

【０１２８】

【数２９】

【０１２９】図１５は、音源位置の推定について説明す
るための図である。θを求めることにより、同図に示さ
れるような、ｘ軸との間の角度がθである曲面２０１上
のいずれかの位置に音源が存在すると推定することがで
きる。

【０１３０】以上に説明したように、本実施の形態のマ
イクロホンアレイ装置を用いることにより、音源の方向
を推定することが可能となる。（実施の形態９）次に本発明の第９の実施の形態につい
て説明する。本実施の形態では、３本の実マイクロホン
が配列されている座標軸の延長線上に目的音源が存在す
る場合、及び座標軸に垂直に交わる面上に目的音源が存
在する場合に、目的音強調を行う場合の処理について説
明する。

【０１３１】図１６は、本実施の形態のマイクロホンア
レイ装置の構成を示すブロック図である。同図に示され
るように本実施の形態では３本の実マイクロホンを用
い、また、推定部１０４には、ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部
１０４１、ｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２、ｐｘ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）計算部１０４３、ｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ
´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推定部１０４５、ｐｘ（ｘ_０，ｔ_ｊ）
計算部１０５２を含む。

【０１３２】ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４１、ｖ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部
１０４３、ｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）
推定部１０４５については、これまでの実施の形態で説
明したのと同様の処理を行うので、ここでの詳細な説明
は省略する。

【０１３３】ｐｘ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０５２は、実
マイクロホンMIC0及びMIC1の出力と、ｐｘ（ｘ_１，
ｔ_ｊ）計算部１０４３の出力とから、ｐｘ（ｘ_０，
ｔ_ｊ）の値を計算する。具体的には、実マイクロホンMI
C1の受音信号とｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）の値とからｐｙ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）、即ちｐｙ（ｘ_０，ｔ_ｊ）を計算し、実マイ
クロホンMIC0により検出された音圧ｐ（ｘ_０，ｔ_ｊ）か
らｐｙ（ｘ_０，ｔ_ｊ）を減算することによりｐｘ
（ｘ_０，ｔ_ｊ）を得る。

【０１３４】ｐｘ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０５２、ｐｘ
（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４３、及びｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ
_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推定部１０４５の出力である
ｘ軸方向の音圧を、複数の遅延器１０５の対応するもの
に導入することにより、目的音を強調することができ
る。ただし、本実施の形態のマイクロホンアレイ装置
は、ｘ軸方向の音圧のみを同相化して加算するため、目
的音源が、座標軸の延長線上に備えられている場合に限
って使用することができる。

【０１３５】以上に説明したように、本実施の形態のマ
イクロホンアレイ装置を用いることにより、目的音源が
実マイクロホンが備えられている座標軸の延長線上に存
在する場合に、少ない実マイクロホンを用いて多くの実
マイクロホンからなるマイクロホンアレイ装置と同程度
の精度を得ることが可能となる。

【０１３６】なお、本実施の形態では、上記の如く目的
音強調処理を行ったが、座標軸に垂直に交わる面上に雑
音信号の音源が存在する場合には、例えば減算処理型ア
レイに導入することにより雑音抑制処理を行うことも可
能である。（実施の形態１０）次に本発明の第１０の実施の形態に
ついて説明する。本実施の形態では、第８の実施の形態
で説明した構成に加え、任意の位置ｘ_ｉにおける音圧の
推定を行い、推定信号についても音声パワーの計算を行
うことにより、算出された音声パワー比の値から目的音
源の位置を推定する処理について説明する。

【０１３７】音声信号の推定、音声パワーの計算や、音
声パワー比の計算については、第１の実施の形態や、第
８の実施の形態で説明した方法と同様の方法を用いるこ
とができるので、ここでの詳細な説明は省略する。

【０１３８】図１７は、本実施の形態のマイクロホンア
レイ装置の構成を示すブロック図である。同図に示され
るように、本実施の形態では３本の実マイクロホンを用
い、また、推定部１０４には、ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部
１０４１、ｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２、ｐｘ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）計算部１０４３、ｐｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部
１０４４、ｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）
推定部１０４５、ｐｘ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０５２、
パワー比計算部１０５１を含む。

【０１３９】音声パワーを計算する部分としては、音圧
が推定されるべき仮想マイクロホンの数にもよるが、同
図では、（ｎ−３）本の仮想マイクロホンが存在する場
合の例として、推定された音圧に基づく音声パワーを計
算する部分としてｐ´ｘ（ｘ _２，ｔ_ｊ）パワー計算部１
０５６からｐ´ｘ（ｘ_ｎ−１，ｔ_ｊ）パワー計算部１０
５７までの（ｎ−３）個の音声パワー計算部を備えるよ
うにしている。さらに、実際に実マイクロホンにより測
定された音圧に対応する音声パワーを計算する部分とし
て、ｐｘ（ｘ_０，ｔ_ｊ）パワー計算部１０５４、ｐｘ
（ｘ_１，ｔ_ｊ）パワー計算部１０５５及びｐｙ（ｘ_１，
ｔ_ｊ）パワー計算部１０５３を備えている。ｐ´ｘ（ｘ
_２，ｔ_ｊ）パワー計算部１０５６では、推定値のｐ´ｘ
（ｘ_２，ｔ _ｊ）のパワーを計算してもよいし、MIC2で測
定した信号からｐｙ（ｘ_２，ｔ_ｊ）、即ち、ｐｙ
（ｘ_０，ｔ_ｊ）を引いた値としてｐｘ（ｘ_２，ｔ_ｊ）の
パワーを計算してもよい。

【０１４０】ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４１、ｖ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部
１０４３、ｐｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４４、ｐ´ｘ
（ｘ _ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推定部１０４５、
ｐｘ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０５２の処理内容について
は、これまでの実施の形態で説明したものと同様である
ので、ここでの詳細な説明は省略する。

【０１４１】本実施の形態における各パワー計算部にお
いても、第８の実施の形態で説明したように、（数２
６）及び（数２７）に従って音声パワーを計算するので
あるが、本実施の形態では、推定信号についても音声パ
ワーの計算に用いる点が第８の実施の形態と異なってい
る。

【０１４２】各パワー計算部１０５３〜１０５７は、ｐ
´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推定部１０４
５、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４３、ｐｘ（ｘ_０，
ｔ_ｊ）計算部１０５２にて計算又は推定されたｘ軸方向
の音圧、及びｐｙ（ｘ_１，ｔ _ｊ）計算部１０４４にて計
算されたｙ軸方向の音圧に基づいて、各実マイクロホン
及び仮想マイクロホンにて得られるべき音声信号のパワ
ーを計算する。

【０１４３】パワー比計算部１０５１は、各パワー計算
部１０５３〜１０５７にて計算された音声パワーから音
声パワー比を計算し、各実マイクロホン及び仮想マイク
ロホンのｘ軸方向の位置から見た場合の、それぞれの目
的音源の方向θを得る。音声パワーの比から目的音源の
方向θを得るのは第８の実施の形態で説明したのと同様
の方法を用いる。

【０１４４】本実施の形態では、推定信号についても音
声パワーの計算を行うため、仮想マイクロホンの位置か
らの目的音源の方向を推定することができる。即ち、第
８の実施の形態では、ある曲面上に存在する旨の推定が
できるのみであったのが、本実施の形態では、より狭い
範囲内で音源位置の推定を行うことができる。

【０１４５】図１８は、本実施の形態のマイクロホンア
レイ装置による音源位置の推定について説明するための
図である。同図に示されるように、本実施の形態のマイ
クロホンアレイ装置を用いれば、複数の位置からの目的
音源の方向（同図に示した例では、θ_１とθ_２）を推定
することができることから、音源位置の推定の範囲をよ
り狭いものとすることができる。具体的には、図１９に
示す円２０２の円周上のいずれかの位置に目的音源が存
在する旨の推定を行うことが可能となる。

【０１４６】以上に説明したように、本実施の形態のマ
イクロホンアレイ装置を用いることにより、第８の実施
の形態で説明したような目的音源の方向だけでなく、目
的音源の位置をもある程度の範囲まで推定することが可
能となる。（実施の形態１１）次に本発明の第１１の実施の形態に
ついて説明する。本実施の形態では、実マイクロホンに
より実際に取得された音声信号と、推定信号とを用いて
目的音の強調を行う場合の処理について説明する。

【０１４７】図２０は、本実施の形態のマイクロホンア
レイ装置の構成を示すブロック図である。同図に示され
るように本実施の形態では３本の実マイクロホンを用
い、また、推定部１０４は、ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１
０４１、ｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２、ｐｘ
（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４３、ｐｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計
算部１０４４、ｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ
_ｊ）推定部１０４５、加算器１０４６を含む。

【０１４８】ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４１、ｖ（ｘ
_１，ｔ_ｊ）計算部１０４２、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部
１０４３、ｐｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４４、ｐ´ｘ
（ｘ _ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推定部１０４５に
ついては、これまでの実施の形態で説明したのと同様の
処理を行うので、ここでの詳細な説明は省略する。

【０１４９】本実施の形態のマイクロホンアレイ装置で
は、実マイクロホンMIC0、MIC1、MIC2により取得された
音声信号を、そのまま対応する遅延器１０５に導入する
とともに、ｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）
推定部１０４５にて推定されたｘ軸方向の音圧と、ｐｙ
（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４４にて計算されたｙ軸方向
の音圧とを加算器１０４６で加算し、対応する遅延器１
０５に導入する。

【０１５０】さらに、複数の遅延器１０５の出力を加算
器１０６で加算することにより、目的音を強調すること
ができる。以上に説明したように、本実施の形態のマイ
クロホンアレイ装置を用いることにより、少ない実マイ
クロホンを用いて多くの実マイクロホンからなるマイク
ロホンアレイ装置と同程度の精度を得ることが可能とな
る。

【０１５１】なお、本実施の形態では、目的音強調を行
う場合について説明したが、例えば、実マイクロホンに
より取得した音声信号と推定信号とを、減算処理型のア
レイに導入することにより雑音抑制処理に適用すること
も可能である。（実施の形態１２）次に本発明の第１２の実施の形態に
ついて説明する。本実施の形態では、相関係数を計算す
ることにより目的音源の位置を推定する場合の処理につ
いて説明する。

【０１５２】図２１は、本実施の形態のマイクロホンア
レイ装置の構成を示すブロック図である。同図に示され
るように本実施の形態では３本の実マイクロホンを用
い、推定部１０４は、第１１の実施の形態と同様の構成
としている。

【０１５３】即ち、本実施の形態の推定部１０４は、ｖ
（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４１、ｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算
部１０４２、ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４３、ｐｙ
（ｘ _１，ｔ_ｊ）計算部１０４４、ｐ´ｘ（ｘ_ｉ，
ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推定部１０４５、加算器１
０４６を含む。ここでの各部の処理内容についての説明
は省略する。

【０１５４】本実施の形態のマイクロホンアレイ装置で
は、実マイクロホンMIC0、MIC1が受信した音声信号を、
そのまま相関係数計算部１０９に導入するとともに、ｐ
´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推定部１０４
５にて推定されたｘ軸方向の音圧と、ｐｙ（ｘ_１，
ｔ_ｊ）計算部１０４４にて計算されたｙ軸方向の音圧と
を加算器１０４６で加算した出力を相関係数計算部１０
９に導入する。

【０１５５】相関係数計算部１０９は、入力された信号
から相関係数を計算する。相関係数の計算方法について
は、「マイクロホンアレイを用いた音声入力インタフェ
ース」（FUJITSU.49,1(01,1998),pp80-84）に詳細な説
明がなされているが、ここでは、以下に簡単に説明す
る。

【０１５６】相関係数とは、二つの信号の相関関係を示
すものである。本実施の形態の計算方法では、相関係数
は―１以上１以下の値となり、独立な信号の相関係数は
０となる。３個のマイクロホンMIC0、MIC1、MIC2からの
入力信号Ｍ０（ｔ_ｇ）、Ｍ１（ｔ_ｇ）、Ｍ２（ｔ_ｇ）の
相関係数Ｒ_０１（ｋ）とＲ_１２（ｋ）は、下記に示す
（数３０）及び（数３１）により計算できる。

【０１５７】

【数３０】

【０１５８】

【数３１】

【０１５９】上記の式において、ｔ_ｇはサンプリング時
刻を示す。ｎ_０１とｎ_１２は、下記の（数３２）及び
（数３３）に示すように、実マイクロホンMIC0とMIC1と
の間の間隔ｌ_０１と、MIC1とMIC2との間の間隔ｌ_１２と
によって決まる。

【０１６０】

【数３２】

【０１６１】

【数３３】

【０１６２】上記の式において、ｃは音速、Ｆｓはサン
プリング周波数を示す。次に、上記の式により求められ
た相関係数から目的音源の位置を推定する方法について
説明する。

【０１６３】まず、下記に示す（数３４）に従って、座
標が（ｘ´_ｉ，ｙ´_ｊ）である位置における相関係数Ｒ
_０１（ｋ）とＲ_１２（ｋ）との積ｒ（ｘ´_ｉ，ｙ´_ｊ）
を計算する。

【０１６４】

【数３４】

【０１６５】ここで、（ｘ_１，ｙ_１）はMIC1の存在位置
の座標、θ_０１はMIC0とMIC1とを結ぶ線に垂直な線とｘ
軸のなす角、θ_１２はMIC1とMIC2とを結ぶ線に垂直な線
とｘ軸のなす角を示す。この相関係数の積に関するしき
い値を定めておき、積ｒ（ｘ´_ｉ，ｙ´_ｊ）の値がしき
い値以上の場合に、この座標の位置に目的音源が存在す
ると判断する。

【０１６６】以上のような処理を、相関係数計算部１０
９にて行うことにより、音源位置の座標を推定し、出力
することができる。以上に説明したように、本実施の形
態のマイクロホンアレイ装置を用いることにより、少な
い実マイクロホンを用いて多くの実マイクロホンからな
るマイクロホンアレイ装置と同程度の精度をもって、音
源位置の推定を行うことが可能となる。（実施の形態１３）次に本発明の第１３の実施の形態に
ついて説明する。本実施の形態では、第５の実施の形態
と同様に境界面を設けた場合に、境界面の逆側に音源が
存在した場合であっても、問題なく処理を行えるように
する手法について説明する。

【０１６７】図２２は、本実施の形態のマイクロホンア
レイ装置の構成を示すブロック図である。同図に示され
るように本実施の形態では３本の実マイクロホンを用
い、第５の実施の形態で説明した境界面をMIC0とMIC1と
の間に設定している。また、本実施の形態の推定部１０
４は、ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４１、ｐ´（ｘ_ｉ，
ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ）推定部１０４８のほかに、
二つの遅延器Ｄ_１１０５８及びＤ_２１０５９、二つの減
算器１０６０及び１０６１を含む。

【０１６８】本実施の形態のマイクロホンアレイ装置で
は、MIC1が受信した音声信号を遅延器Ｄ_１１０５８に導
入し、遅延処理を行った後の信号からMIC0が受信した信
号を減算器１０６０により減算した信号を、ｖ（ｘ_０，
ｔ_ｊ）計算部１０４１に導入する。

【０１６９】一方、実マイクロホンMIC2が受信した音声
信号は、遅延器Ｄ_２１０５９に導入し、遅延処理を行っ
た後の信号からMIC1が受信した信号を減算した信号を減
算器１０６１で減算した信号を、ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算
部１０４１及びｐ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，
ｔ_ｊ）推定部１０４８に導入する。

【０１７０】なお、ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４１か
らの出力信号もｐ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，
ｔ_ｊ）推定部１０４８に導入される。本実施の形態のマ
イクロホンアレイ装置においては、上述のような減算処
理を行うことにより、MIC0とMIC1を用いて一つの単一指
向性マイクロホンを実現し、MIC1とMIC2を用いて一つの
単一指向性マイクロホンを実現している。このとき、
（Ｉ）側に指向性の強い方向を合わせ、（II）側に指向
性の弱い方向を合わせることにより、同図の（II）側に
音源が存在している場合でも問題なく処理を行うことが
できるようにしている。

【０１７１】ここで、本実施の形態の遅延器Ｄ_１１０５
８及び遅延器Ｄ_２１０５９の遅延サンプル数ＮＤ_１及び
ＮＤ_２について説明する。本実施の形態の、遅延器Ｄ_１
及びＤ_２の遅延サンプル数ＮＤ_１及びＮＤ_２は、下記に
示す（数３５）及び（数３６）によって得ることができ
る。

【０１７２】

【数３５】

【０１７３】

【数３６】

【０１７４】上記の式において、ｃは音速であり、Ｆｓ
はサンプリング周波数を示す。以上に説明したような処
理を行うことにより、境界面の反対側に例えば雑音の音
源が存在するような場合であっても、問題なく目的音の
強調を行うことができる。また、MIC0からの信号を遅延
器Ｄ_１に入れ、MIC1からの信号を遅延器Ｄ_２に入れるこ
とにより、（II）側に指向性を合わせることができ、
（II）側にある音源からの音の強調を行うことができ
る。（実施の形態１４）次に本発明の第１４の実施の形態に
ついて説明する。本実施の形態では、実マイクロホンか
らなるアレイを物理的に回動させることにより、目的音
源の方向を検出する方法について説明する。

【０１７５】図２３は、本実施の形態のマイクロホンア
レイ装置の構成を示すブロック図である。同図に示され
るように本実施の形態では３本の実マイクロホンが回動
部１１０上に設置されており、回動制御部１１１にて制
御されるモータ１１２により回動可能なように構成され
ている。

【０１７６】相関係数比較部１１３は、送られてきた相
関係数を随時比較することにより、相関係数が最大とな
る角度θの値を検出する。相関係数が最大となる角度θ
が目的音源の方向を示すものであるから、目的音源の方
向として角度θを出力することができる。ここで回動角
度を変化させながら、目的音源の方向を検出することに
より、目的音源の位置を検出することも可能となる。目
的音源の位置を検出した後は、その状態でマイクロホン
アレイ装置を使用することにより、良好に目的音の強調
を行うことができる。

【０１７７】相関係数比較部１１３は、送られてきた相
関係数を随時比較することにより、相関係数が最大とな
る角度θの値を検出する。相関関数が最大となる角度θ
が目的音源の方向を示すものであるから、目的音源の方
向として角度θを出力することができる。ここで回動角
度を変化させながら、目的音源の方向を検出することに
より、目的音源の位置を検出することも可能となる。目
的音源の位置を検出した後は、その状態でマイクロホン
アレイ装置を使用することにより、良好に目的音の強調
を行うことができる。

【０１７８】以上に説明したように、本実施の形態のマ
イクロホンアレイ装置を用いることにより、少数の実マ
イクロホンを用いて、目的音源の方向を的確に推定し、
より良好に目的音の強調処理等を行うことが可能とな
る。

【０１７９】なお、本実施の形態では実マイクロホンの
位置が固定され、角度のみを変化させる場合について説
明したが、例えばモータの下部に車をつけてマイクロホ
ンアレイ装置自体の位置を変化させ、マイクロホンアレ
イ装置の位置を検出しながら、目的音源の位置を検出す
るポイント数を増加させれば、さらに目的音源の位置の
検出精度を高めることもできる。（実施の形態１５）次に本発明の第１５の実施の形態に
ついて説明する。本実施の形態では、音声０雑音が大き
い環境下においても、目的音源（本実施の形態では話
者）からの音声信号を的確に強調する方法について説明
する。

【０１８０】図２４は、本実施の形態のマイクロホンア
レイ装置の構成を示すブロック図である。同図に示され
るように本実施の形態では、３本の実マイクロホンを用
い遅延和アレイの方針に基づいて、複数の遅延器１０５
及び加算器１０６を用いて目的音の強調を行っている
が、同時にカメラ１１４を用いて話者の位置の検出を行
っている。

【０１８１】より具体的には、カメラ１１４で話者を撮
影するとともに、カメラ１１４からの出力を人物位置検
出部１１５に送る。人物位置検出部１１５は、カメラ１
１４からの出力画像を処理して話者の顔の位置を検出す
る。話者の顔の位置の検出には、例えば色交差法（例え
ば、"International Journal of Computer Vision, 7:
1, 11-32(1991)"に開示されている。）等の公知の方法
を用いることができる。話者の顔の位置が検出される
と、検出された位置に関する情報が遅延計算部１１６に
送られる。

【０１８２】遅延計算部１１６は、話者の顔の位置に関
する情報に基づいて、遅延器１０５の遅延サンプル数を
計算し、遅延器１０５を制御する。以上に説明したよう
に、本実施の形態のマイクロホンアレイ装置を用いるこ
とにより、雑音が大きい環境下においても、的確に目的
音源の位置を検出し、目的音の強調を行うことが可能と
なる。

【０１８３】なお、本発明の実施の形態の説明において
は、特に指定した場合を除いては、実マイクロホンとし
て無指向性のマイクロホンを用いることも、指向性のマ
イクロホンを用いることも可能である。無指向性のマイ
クロホンを用いた場合の方が製造コストの面等の観点か
らは有利なことが多いが、予め人のいる範囲がある程度
わかっている場合等には、指向性マイクロホンを用いた
方が処理効率がよい場合もある。

【０１８４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係るマ
イクロホンアレイ装置によれば、少数の実マイクロホン
からなるマイクロホンアレイを用いて、多くの実マイク
ロホンからなるマイクロホンアレイを有するものと同等
の特性を小型に実現することが可能になるという効果が
ある。

【０１８５】また、本発明に係るマイクロホンアレイ装
置によれば、一定の環境下において、二つの目的音源か
らの音声信号を適切に分離することが可能になるという
効果がある。従って、特に音声認識による操作機能を備
えた車載用電子機器等に適用して、多くの雑音の中から
ドライバーによる操作音声を正確に識別することが可能
になる。

【０１８６】また、本発明に係るマイクロホンアレイ装
置によれば、目的音源の方向や位置をより的確に推定で
きるという効果がある。さらに、本発明に係るマイクロ
ホンアレイ装置によれば、雑音が大きい環境下でも、適
切に目的音の強調処理を行うことができるという効果が
ある。

【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的な
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロホ
ンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロホ
ンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態における推定部の
処理内容を示すフローチャートである。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係るマイクロホ
ンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態に係るマイクロホ
ンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態におけるｖｓ
_１（ｘ_０，ｔ_ｊ）及びｖｓ _２（ｘ_１，ｔ_ｊ）の推定につ
いて説明するための図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態における推定部の
処理内容を示すフローチャートである。

【図９】本発明の第５の実施の形態に係るマイクロホ
ンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図１０】本発明の第５の実施の形態における推定部
の処理内容を示すフローチャートである。

【図１１】本発明の第６の実施の形態について説明す
るための図である。

【図１２】本発明の第７の実施の形態に係るマイクロ
ホンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図１３】本発明の第８の実施の形態に係るマイクロ
ホンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図１４】本発明の第８の実施の形態において、音声
パワー比から音源の方向を推定する方法について説明す
るための図である。

【図１５】本発明の第８の実施の形態における音源方
向の推定について説明するための図である。

【図１６】本発明の第９の実施の形態に係るマイクロ
ホンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図１７】本発明の第１０の実施の形態に係るマイク
ロホンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図１８】本発明の第１０の実施の形態において、音
声パワー比から音源の位置を推定する方法について説明
するための図である。

【図１９】本発明の第１０の実施の形態における音源
位置の推定について説明するための図である。

【図２０】本発明の第１１の実施の形態に係るマイク
ロホンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図２１】本発明の第１２の実施の形態に係るマイク
ロホンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図２２】本発明の第１３の実施の形態に係るマイク
ロホンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図２３】本発明の第１４の実施の形態に係るマイク
ロホンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図２４】本発明の第１５の実施の形態に係るマイク
ロホンアレイ装置の構成を示すブロック図である。

【図２５】従来の遅延和アレイの構成の一例を示す図
である。

【図２６】遅延和アレイにおける目的音強調の概念に
ついて説明するための図である。

【図２７】従来の減算処理型アレイの構成の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１０１実マイクロホン（MIC0）１０２実マイクロホン（MIC1）１０３実マイクロホン（MIC2）１０４推定部１０４１ｖ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０４２ｖ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４３ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４４ｐｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）計算部１０４５ｐ´ｘ（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，
ｔ_ｊ）推定部１０４６加算器１０４７ｖｓ_１（ｘ_０，ｔ_ｊ），ｖｓ
_２（ｘ_１，ｔ_ｊ）推定部１０４８ｐ´（ｘ_ｉ，ｔ_ｊ），ｖ´（ｘ_ｉ，ｔ
_ｊ）推定部１０４９ＰＯＷｘ計算部１０５０ＰＯＷｙ計算部１０５１パワー比計算部１０５２ｐｘ（ｘ_０，ｔ_ｊ）計算部１０５３ｐｙ（ｘ_１，ｔ_ｊ）パワー計算部１０５４ｐｘ（ｘ_０，ｔ_ｊ）パワー計算部１０５５ｐｘ（ｘ_１，ｔ_ｊ）パワー計算部１０５６ｐ´ｘ（ｘ_２，ｔ_ｊ）パワー計算部１０５７ｐ´ｘ（ｘ_ｎ−１，ｔ_ｊ）パワー計算
部１０５８遅延器Ｄ_１１０５９遅延器Ｄ_２１０６０減算器１０６１減算器１０５遅延器１０６加算器１０７ＤＳＰ１０８音波分離部１０９相関係数計算部１１０回動部１１１回動制御部１１２モータ１１３相関係数比較部１１４カメラ１１５人物位置検出部１１６遅延計算部２０１曲面２０２円

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の位置に配列された複数の実マイク
ロホンの外に１又は複数の仮想マイクロホンを想定し、
当該仮想マイクロホンが受音すべき音声信号を推定する
音声信号推定手段を含むマイクロホンアレイ装置におい
て、前記音声信号推定手段は、前記複数の実マイクロホ
ンが受音した音声信号に基づいて、所定の実マイクロホ
ンが受音した音声信号を、前記複数の実マイクロホンの
位置を基準として設定した座標系における各座標軸方向
に伝搬する成分に分離する音声信号分離手段と、所定の
実マイクロホンが受音した音声信号と、前記音声信号分
離手段により分離された所定の座標軸方向に伝搬する成
分とから、前記仮想マイクロホンが受音すべき音声信号
について、前記座標系における所定の座標軸方向に伝搬
する成分を推定する音声成分推定手段と、前記音声信号
分離手段により分離された所定の座標軸方向に伝搬する
成分と、前記音声成分推定手段により推定された所定の
座標軸方向に伝搬する成分とを加算する音声成分加算手
段とを含むことを特徴とするマイクロホンアレイ装置。
【請求項２】前記マイクロホンアレイ装置は、前記複
数の実マイクロホンが受音した音声信号、及び前記音声
信号推定手段により推定された音声信号の位相を合わせ
るべく、各音声信号に対して遅延処理を行う遅延処理手
段と、前記遅延処理手段により遅延処理が行われた信号
を加算する加算手段とを備える請求項１に記載のマイク
ロホンアレイ装置。
【請求項３】前記マイクロホンアレイ装置はさらに、
所定の実マイクロホンが受音した音声信号、及び前記音
声信号推定手段により推定された音声信号から相関係数
を計算する相関係数計算手段と、前記相関係数計算手段
により計算された相関係数から、音源の位置を推定する
音源位置推定手段とを備える請求項１に記載のマイクロ
ホンアレイ装置。
【請求項４】複数の実マイクロホンからなるマイクロ
ホンアレイを有するマイクロホンアレイ装置において、
前記複数の実マイクロホンが受音した音声信号に基づい
て、所定の実マイクロホンが受音した音声信号を、前記
複数の実マイクロホンの位置を基準として設定した座標
系における各座標軸方向に伝搬する成分に分離する音声
信号分離手段を含むことを特徴とするマイクロホンアレ
イ装置。
【請求項５】前記マイクロホンアレイ装置はさらに、
前記音声信号分離手段により分離された各座標軸方向に
伝搬する成分から、各座標軸方向に伝搬する成分につい
ての音声パワーを計算する音声パワー計算手段と、前記
音声パワー計算手段により計算された音声パワーから、
音源の方向を推定する音源方向推定手段とを備える請求
項４に記載のマイクロホンアレイ装置。
【請求項６】複数の実マイクロホンからなるマイクロ
ホンアレイを有するマイクロホンアレイ装置において、
前記複数の実マイクロホンが受音した音声信号に基づい
て、所定の実マイクロホンが受音した音声信号を、前記
複数の実マイクロホンの位置を基準として設定した座標
系における各座標軸方向に伝搬する成分に分離する音声
信号分離手段と、前記複数の実マイクロホン以外に一又
は複数の実マイクロホンが存在すると仮想した場合に、
当該仮想マイクロホンが受音すべき音声信号について、
前記座標系における所定の座標軸方向に伝搬する成分を
推定する音声成分推定手段と、前記音声信号分離手段に
より分離された成分、及び前記音声成分推定手段により
推定された成分から、各実マイクロホンが受音する音声
信号及び前記仮想マイクロホンが受音すべき音声信号に
ついて、各座標軸方向に伝搬する成分についての音声パ
ワーを計算する音声パワー計算手段と、前記音声パワー
計算手段により計算された音声パワーから、音源の位置
を推定する音源位置推定手段とを含むことを特徴とする
マイクロホンアレイ装置。
【請求項７】複数の実マイクロホンからなるマイクロ
ホンアレイを有するマイクロホンアレイ装置において、
前記マイクロホンアレイ装置を回動させる回動手段と、
前記回動手段により回動された角度を制御する回動制御
手段と、前記回動制御手段から前記回動された角度を取
得し、前記複数の実マイクロホンが受音した音声信号か
ら、前記角度ごとに相関係数を計算する相関係数計算手
段と、前記相関係数計算手段により計算された相関係数
を角度ごとに比較し、当該比較の結果から音源方向と音
源までの距離を推定する音源位置推定手段とを含むこと
を特徴とするマイクロホンアレイ装置。
【請求項８】前記マイクロホンアレイ装置はさらに、
当該マイクロホンアレイ装置の位置を検出する位置検出
手段を有し、前記音源位置推定手段は、前記相関係数計
算手段により計算された相関係数を、前記位置検出手段
により検出された位置と、回動された角度ごとに比較
し、当該比較の結果から音源の位置を推定する請求項７
に記載のマイクロホンアレイ装置。
【請求項９】複数の実マイクロホンからなるマイクロ
ホンアレイを有するマイクロホンアレイ装置において、
前記複数の実マイクロホンが受音した音声信号の位相を
合わせるべく、各実マイクロホンが受音した音声信号に
対して遅延処理を行う遅延処理手段と、前記遅延処理手
段により遅延処理が行われた信号を加算する加算手段
と、音源を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の出力に
基づいて音源の位置を検出する音源位置検出手段と、前
記音源位置検出手段により検出された音源の位置に基づ
いて、前記遅延処理手段による遅延処理の制御を行う遅
延制御手段とを含むことを特徴とするマイクロホンアレ
イ装置。