JP3863323B2

JP3863323B2 - マイクロホンアレイ装置

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Publication number: JP3863323B2
Application number: JP22030099A
Authority: JP
Inventors: 直司松尾
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2019-08-03
Also published as: JP2001045590A; US6600824B1; NL1015839C2; NL1015839A1

Description

【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〜ＭＩＣ_n-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〜Ｄ_n-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ｂｃｏｓθ_x，ｂｃｏｓθ_y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θ_x，θ_y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ｂｃｏｓθ_x，ｂｃｏｓθ_y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ｂｃｏｓθ_x，ｂｃｏｓθ_y，ｂｃｏｓθ_z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ｂｃｏｓθ_x，ｂｃｏｓθ_y，ｂｃｏｓθ_z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１０ａ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（x_i，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（x_i,y_o)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１０ａおよび１０ｂの間の距離に対して、音源との距離が１０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、v_x（x, y, t）は粒子速度v（x, y, t）のx軸成分、v_y（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（x_i, y₀, t_j），v_x（x_i, y₀, t_j），v_y（x_i, y₀, t_j）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、x_i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、t_j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、Ｆ_s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v_y（x_i, y₀, t_j），v_y（x_i, y₁, t_j）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v_x（x_i, y₀, t_j）のx軸上での差分と音圧p_x（x_i, y₀, t_j）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v_x（x_i, y₀, t_j）とv_x（x_i+1, y₀, t_j）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v_x（x_i, y₀, t_j）とv_x（x_i+1, y₀, t_j）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、x_iとt_j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（（x_0,y₀）,（x_1,y₀））、推定位置はマイクロホン１０ａおよび１０ｂの延長線上（（x_i,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１０ａ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１０ｂ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Ｓ２００）。推定位置は（x_i,y₀）と表わせる。次に、（数１２）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Ｓ２０２）。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ＭＩＣ１，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１０ｃ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,y_s：ここで、i，ｓともに整数）とするとx座標上の点（x_i,y₀）とy座標上の点（x_0,y_s）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（x_i,y₀）とy座標上の点（x_0,y_s）について受音信号を推定する。なお、y座標上の点（x_0,y_s）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（x_i,y₀）およびy座標上の点（x_0,y_s）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（x_i,y_s）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１０ｄ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（x_i,y_s,z_R：ここで、i，ｓ，Ｒともに整数）とするとx座標上の点（x_i,y₀,z₀）とy座標上の点（x₀,y_s,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（x_i,y₀,z₀）、y座標上の点（x_0,y_s,z₀）、z 座標上の点（x_0,y₀,z_R）、について受音信号を推定する。なお、y座標上の点（x_0,y_s,z₀）、z座標上の点（x_0,y₀,z_R）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（x_i,y₀,z₀）、y座標上の点（x_0,y_s,z₀）、z座標上の点（x_0,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,y_s,z_R）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（x_i,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θ_dの場合、（x_i,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(t_j)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θ_d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θ_d≠θ_n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（x_i,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（x_i,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，・・，θ_2n-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（x_i,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、２０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１１により任意の推定位置（x_i,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１０ａ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（x_i,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。
【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（x_i,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、ｇ_SLはステレオ信号左側のゲイン量、ｇ_SRはステレオ信号右側のゲイン量、ｇ_D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（x_i,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５０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５０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

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おいて入力によって指定された位置での音圧を求めて出力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音圧を波動方程式（数１）により表現し、
前記音源から前記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、前記直線上にある位置での空気粒子速度 v _x （ x _i , y ₀ , t _j ）と v _x （ x _i+1 , y ₀ , t _j ）の二乗和の値が等しくなることを表す（数１７）を用いて、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前記２つのマイクロホンを結ぶ前記直線上において入力によって指定された位置の音圧を求めて出力することを特徴とするマイクロホンアレイ装置。

ここで、 x 軸はマイクロホンが配置された座標軸、 y 軸は x 軸に直交する座標軸、 t は時刻、 v は空気粒子速度、 p は音圧、ａとｂは係数、θはｘ軸に対する音源方向を表わす。また、上記２つのマイクロホンは、ｘ軸上（ y=y ₀ ）に並べられている。
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、前記受音信号推定処理部により、前記３つのマイクロホンと同一平面上において入力によって指定された位置での音圧を求めて出力する受音信号推定処理を行う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音圧を波動方程式（数２）により表現し、
前記音源から前記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、前記直線上にある位置での空気粒子速度 v _x （ x _i , y ₀ , t _j ）と v _x （ x _i+1 , y ₀ , t _j ）の二乗和の値が等しくなることを表す（数１７）を用いて、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において入力によって指定された位置の音圧を求めて出力することを特徴とするマイクロホンアレイ装置。

（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。）
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、空間内において入力によって指定された位置での音圧を求めて出力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、前記直線上にある位置での空気粒子速度 v _x （ x _i , y ₀ , t _j ）と v _x （ x _i+1 , y ₀ , t _j ）の二乗和の値が等しくなることを表す（数１７）を用いて、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，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において入力によって指定された位置の音圧を求めて出力することを特徴とするマイクロホンアレイ装置。

（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。）
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。
同期加算部を備え、前記受音信号推定処理部が、入力によって指定された複数の位置について音圧を求め、前記同期加算部が、前記マイクロホンのそれぞれにおける受音信号の音圧と、前記受音信号推定処理部により前記複数の位置について求めた音圧とを同期加算することにより目的音強調処理を行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロホンアレイ装置。
同期減算部を備え、前記受音信号推定処理部が、入力によって指定された複数の位置について音圧を求め、前記同期減算部が、前記マイクロホンのそれぞれにおける受音信号の音圧と、前記受音信号推定処理部により前記複数の位置について求めた音圧とを同期減算することにより雑音抑制処理を行う、請求項項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロホンアレイ装置。
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、入力によって指定された複数の位置について音圧を求め、前記相互相関係数計算部が、前記マイクロホンのそれぞれにおける受音信号の音圧および前記受音信号推定処理部により求められた音圧の相互間の相互相関係数の計算処理を行ない、前記音源位置検出部が、前記計算処理の結果として得られた相互相関係数に基づいて音源位置検出処理を行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロホンアレイ装置。
前記マイクロホンが、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された２つの指向性マイクロホンであり、前記２つの指向性マイクロホンによるステレオ受音信号の音圧と、前記目的音強調処理で求められた音圧とを、択一的にまたは同時に出力する、請求項５に記載のマイクロホンアレイ装置。
可動カメラと、前記可動カメラの撮影画像を基に画像情報処理を行って音源までの距離を検出する音源距離検出部とを備え、前記音源距離検出部が検出した音源までの距離に応じて、前記目的音強調処理で求められた音圧と前記２つの指向性マイクロホンによるステレオ受音信号の音圧とのいずれかを出力する、請求項８に記載のマイクロホンアレイ装置。
同期減算部と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音圧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、前記検出された雑音の音源数に基づいて前記雑音の音圧を求め、前記同期減算部が、前記マイクロホンのそれぞれにおける受音信号の音圧と、前記受音信号推定処理部により求められた前記雑音の音圧とを同期減算することにより雑音抑制処理を行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロホンアレイ装置。