JP5304571B2 - 集音装置、音響通信システム及びプログラム - Google Patents

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    • H04R3/005—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones

Description

本発明は、集音装置、音響通信システム及びプログラムに係り、特に、複数の集音マイクロフォンによって集音されて得られた音響信号の各々を遅延して合成することにより指向性を形成する集音装置、音響通信システム及びプログラムに関する。
複数のマイクロフォンを所定パターンに配列して構成されたマイクロフォンアレイによって目的とする音を出力する音源（以下、「目的音源」という。）の存在する方向を推定し、この方向に対してマイクロフォンアレイの指向性の方向（以下、「指向方向」という。）を形成する技術として、適応ビームフォーミングが知られている。この技術の一例としては、特許文献１に記載の技術が挙げられる。
特許文献１に記載の技術は、マイクロフォンアレイを構成している各マイクロフォンによって集音されて得られた音響信号の各々に対して複数の異なるフィルタ処理を施すことで、複数のマイクロフォンの各々から複数の集音エリアに関する音響信号を生成し、生成して得られた複数の集音エリアに関する音響信号を集音エリア毎に複数のマイクロフォン間で合成し、合成して得られた集音エリア毎の音響信号のうちから信号レベルが最も高い音響信号を選択し、選択した音響信号に対応する集音エリアに目的音源が存在するとみなしてその集音エリアの方向に対してマイクロフォンアレイが指向方向を形成する、というものである。
特開２００７−１３４００号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、目的音源以外の音源（以下、「雑音源」という。）から突発的に大音量の音響（以下、「雑音」ともいう。）が出力された場合にその雑音源を目的音源として誤判定し、雑音源の存在する方向に指向方向を形成してしまう虞がある、という問題点があった。
本発明は上記問題点を解決するために成されたものであり、雑音源が存在する方向に指向方向を形成することを抑制することができる、集音装置、音響通信システム及びプログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１に記載の集音装置は、集音した音響に応じた音響信号を各々出力する複数の集音マイクロフォンを備え、前記複数の集音マイクロフォンの各々の指向方向が所定方向を向くように、前記複数の集音マイクロフォンが前記所定方向と交差する方向に配列されたマイクロフォンアレイと、前記集音マイクロフォンの各々から出力された音響信号を、形成する指向方向からの音響の各集音マイクロフォンへの到達時間の差に応じた音響信号間の位相差をなくした状態で合成することにより、前記マイクロフォンアレイの指向方向を各々形成する複数の指向方向形成手段と、目的音響以外の複数の音響の各々に対して予め付与された照合優先順位に従って、前記複数の指向方向形成手段のうちの特定の指向方向形成手段以外の残りの指向方向形成手段によって前記音響信号を合成することにより得られた合成信号の予め定められた周波数帯域において、前記複数の音響の各々に対応する周波数特性と前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性とを照合し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当している場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向と異なる方向の指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当していない場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向に指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御する制御手段と、を含んで構成されている。
請求項１に記載の集音装置では、集音した音響に応じた音響信号を各々出力する複数の集音マイクロフォンを備え、前記複数の集音マイクロフォンの各々の指向方向が所定方向を向くように、前記複数の集音マイクロフォンが前記所定方向と交差する方向に配列されたマイクロフォンアレイが備えられている。
また、請求項１に記載の集音装置では、複数の指向方向形成手段の各々によって、前記集音マイクロフォンの各々から出力された音響信号を、形成する指向方向からの音響の各集音マイクロフォンへの到達時間の差に応じた音響信号間の位相差をなくした状態で合成することにより、前記マイクロフォンアレイの指向方向が各々形成される。
ここで、請求項１に記載の集音装置では、制御手段によって、前記複数の指向方向形成手段のうちの特定の指向方向形成手段以外の残りの指向方向形成手段によって前記音響信号を合成することにより得られた合成信号の予め定められた周波数帯域における周波数特性が目的音響以外の音響に応じた音響信号の周波数特性に相当している場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向と異なる方向の指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段が制御され、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の前記予め定められた周波数帯域における周波数特性が前記目的音響以外の音響に応じた音響信号の周波数特性に相当していない場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向に指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段が制御される。
このように、請求項１に記載の集音装置では、複数の指向方向形成手段のうちの特定の指向方向形成手段以外の残りの指向方向形成手段によって音響信号を合成することにより得られた合成信号の予め定められた周波数帯域における周波数特性が目的音響以外の音響に応じた音響信号の周波数特性に相当している場合に、現時点で残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向と異なる方向の指向方向が形成され、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の予め定められた周波数帯域における周波数特性が目的音響以外の音響に応じた音響信号の周波数特性に相当していない場合に、現時点で残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向に指向方向が形成されるので、雑音源が存在する方向に指向方向を形成することを抑制することができる。また、請求項１に記載の集音装置では、合成信号の周波数特性が目的音響以外の複数の音響の各々に対応する周波数特性と比較されるので、合成信号の周波数特性と目的音響以外の単数の音響に対応する周波数特性とを比較する場合に比べて、雑音源から出力された音響であるか否かを高精度に判定することができる。更に、請求項１に記載の集音装置では、本構成を場合と比較して、周波数特性の照合を効率的に行うことができる。
上記目的を達成するために、請求項２に記載の集音装置は、集音した音響に応じた音響信号を各々出力する複数の集音マイクロフォンを備え、前記複数の集音マイクロフォンの各々の指向方向が所定方向を向くように、前記複数の集音マイクロフォンが前記所定方向と交差する方向に配列されたマイクロフォンアレイと、前記集音マイクロフォンの各々から出力された音響信号を、形成する指向方向からの音響の各集音マイクロフォンへの到達時間の差に応じた音響信号間の位相差をなくした状態で合成することにより、前記マイクロフォンアレイの指向方向を各々形成する複数の指向方向形成手段と、目的音響以外の複数の音響の各々に対して予め付与された照合優先順位に従って、前記複数の指向方向形成手段のうちの特定の指向方向形成手段以外の残りの指向方向形成手段によって前記音響信号を合成することにより得られた合成信号の複数の異なる予め定められた周波数帯域の各々において、前記複数の音響の各々に対応する周波数特性と前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性とを照合し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当している場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向と異なる方向の指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当していない場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向に指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御する制御手段と、を含んで構成されている。また、請求項２に記載の集音装置では、合成信号の周波数特性が目的音響以外の複数の音響の各々に対応する周波数特性と比較されるので、合成信号の周波数特性と目的音響以外の単数の音響に対応する周波数特性とを比較する場合に比べて、雑音源から出力された音響であるか否かを高精度に判定することができる。更に、請求項２に記載の集音装置では、本構成を場合と比較して、周波数特性の照合を効率的に行うことができる。
請求項３に記載の集音装置は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記複数の音響の各々の発生頻度を算出し、算出して得られた発生頻度を対応する音響に関連付ける関連付け手段と、前記複数の音響の各々に対応する周波数特性が前記複数の音響のうちの発生頻度が大きい音響から順に前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性と照合されるように前記照合優先順位を変更する変更手段と、を更に含んで構成されている。
これにより、目的音響以外の複数の音響の各々に対して、実際の発生頻度に応じた照合優先順位が付与されるので、周波数特性の照合をより一層効率的に行うことができる。
請求項４に記載の集音装置は、請求項３に記載の発明において、前記関連付け手段が、前記複数の音響の各々の発生頻度を複数の指向方向毎に算出し、算出して得られた発生頻度を、該発生頻度に対応する指向方向の該発生頻度に対応する音響に関連付け、前記変更手段が、前記指向方向単位で前記照合優先順位を変更し、前記制御手段が、現時点での前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向に対応する前記照合優先順位に従って、前記予め定められた周波数帯域において、前記複数の音響の各々に対応する周波数特性と前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性とを照合するものである。
これにより、目的音響以外の複数の音響の各々に対して、指向方向毎に実際の発生頻度に応じた照合優先順位が付与されるので、周波数特性の照合をより一層効率的に行うことができる。
上記目的を達成するために、請求項５に記載の音響通信システムは、前記特定の指向方向形成手段によって得られた合成信号を送信する送信手段を備えた請求項１から請求項４の何れか１項に記載の集音装置と、前記送信手段により送信された合成信号を受信する受信手段、及び前記受信手段によって受信された合成信号に応じた音響を出力する出力手段を備えた音響出力装置と、を含んで構成されている。
従って、請求項５に記載の音響通信システムは、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の集音装置と同様に作用するので、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の集音装置と同様の効果を得ることができる。また、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の集音装置以外の集音装置で集音した音響よりも雑音が少ない音響を出力することができる。
上記目的を達成するために、請求項６に記載のプログラムは、コンピュータを、集音した音響に応じた音響信号を各々出力する複数の集音マイクロフォンを備え、前記複数の集音マイクロフォンの各々の指向方向が所定方向を向くように、前記複数の集音マイクロフォンが前記所定方向と交差する方向に配列されたマイクロフォンアレイの前記集音マイクロフォンの各々から出力された音響信号を、形成する指向方向からの音響の各集音マイクロフォンへの到達時間の差に応じた音響信号間の位相差をなくした状態で合成することにより、前記マイクロフォンアレイの指向方向を各々形成する複数の指向方向形成手段、及び、目的音響以外の複数の音響の各々に対して予め付与された照合優先順位に従って、前記複数の指向方向形成手段のうちの特定の指向方向形成手段以外の残りの指向方向形成手段によって前記音響信号を合成することにより得られた合成信号の予め定められた周波数帯域において、前記複数の音響の各々に対応する周波数特性と前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性とを照合し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当している場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向と異なる方向の指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当していない場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向に指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御する制御手段として機能させるためのものである。
従って、請求項６に記載のプログラムによれば、請求項１に記載の集音装置と同様に作用するので、請求項１に記載の集音装置と同様の効果を得ることができる。
上記目的を達成するために、請求項７に記載のプログラムは、コンピュータを、集音した音響に応じた音響信号を各々出力する複数の集音マイクロフォンを備え、前記複数の集音マイクロフォンの各々の指向方向が所定方向を向くように、前記複数の集音マイクロフォンが前記所定方向と交差する方向に配列されたマイクロフォンアレイの前記集音マイクロフォンの各々から出力された音響信号を、形成する指向方向からの音響の各集音マイクロフォンへの到達時間の差に応じた音響信号間の位相差をなくした状態で合成することにより、前記マイクロフォンアレイの指向方向を各々形成する複数の指向方向形成手段、及び、目的音響以外の複数の音響の各々に対して予め付与された照合優先順位に従って、前記複数の指向方向形成手段のうちの特定の指向方向形成手段以外の残りの指向方向形成手段によって前記音響信号を合成することにより得られた合成信号の複数の異なる予め定められた周波数帯域の各々において、前記複数の音響の各々に対応する周波数特性と前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性とを照合し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当している場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向と異なる方向の指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当していない場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向に指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御する制御手段として機能させるためのものである。
従って、請求項７に記載のプログラムによれば、請求項２に記載の集音装置と同様に作用するので、請求項２に記載の集音装置と同様の効果を得ることができる。
本発明によれば、雑音源が存在する方向に指向方向を形成することを抑制することができる、という効果が得られる。
第１〜第３の実施形態に係る音響入出力装置の構成を示す構成図である。 第１〜第４の実施形態に係る遅延時間データベースの一例を示す模式図である。 第１〜第４の実施形態に係るマイクロフォンアレイの指向方向の一例を示す模式図、及び各マイクロフォンと遅延時間との対応関係の一例を示すグラフである。 第１の実施形態に係る雑音特徴データベースの一例を示す模式図である。 第１及び第２の実施形態に係る指向方向追従処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 第１及び第２の実施形態に係る指向方向修正処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 第１〜第４の実施形態に係るコンピュータで実行される周波数分析処理を説明するための図であり、（Ａ）は抱絡線の形成方法を説明するための概念図であり、（Ｂ）は抱絡線に基づいて導出される時間−振幅特性の一例を示すグラフである。 第２の実施形態に係る雑音特徴データベースの一例を示す模式図である。 第３の実施形態に係る音響入出力プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 第４の実施形態に係る音響通信システムの構成を示す構成図である。 第４の実施形態に係る指向方向追従処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 第４の実施形態に係る指向方向修正処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 第４の実施形態に係る音響出力処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態に係るマイクロフォンアレイの変形例を示す正面図である。 第２の実施形態に係るコンピュータで利用される雑音特徴データベースの変形例を示す模式図である。 第１及び第２の実施形態に係る音響入出力処理をハードウェア構成で実現させるための構成を示す構成図である。 第３の実施形態に係る音響入出力処理をハードウェア構成で実現させるための構成を示す構成図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の一例について詳細に説明する。なお、以下では、本発明を音響入出力装置に適用した場合について説明する。
〔第１の実施形態〕
図１には、本第１の実施形態に係る音響入出力装置１０の構成が示されている。同図に示されるように音響入出力装置１０は、マイクロフォンアレイ１２、コンピュータ１４、及びスピーカ１６を備えている。なお、本第１の実施形態では、マイクロフォンアレイ１２及びコンピュータ１４が目的音源から出力される音波を検出することにより音響を集音する集音装置として機能する。
マイクロフォンアレイ１２は、各々集音した音響をアナログの音響信号（以下、「アナログ信号」ともいう。）に変換して出力するマイクロフォン１２ａ〜１２ｎを直線状に配列して構成されている。なお、本第１の実施形態に係るマイクロフォンアレイ１２は、前方の予め定められた範囲を対象にして集音しており、具体的には、マイクロフォン１２ａ〜１２ｎの配列方向に対して４５°以上１３５°以下の方向を対象にして集音しているが、これに限らず、音響入出力装置１０の用途や目的音源の想定される移動範囲などに応じて決めれば良い。
コンピュータ１４は、ＣＰＵ（中央処理装置）１８、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２、ＮＶＭ（Non Volatile Memory)２４、及び外部インタフェース２６、Ａ／Ｄ変換器２８、Ｄ／Ａ変換器３０、及び増幅器３２を含んで構成されている。
ＣＰＵ１８は、音響入出力装置１０全体の動作を司るものである。ＲＯＭ２０は、音響入出力装置１０の作動を制御する制御プログラム、後述する遅延時間データベース、指向方追従処理プログラム、指向方向修正処理プログラムや各種パラメータ等が予め記憶された記憶媒体である。ＲＡＭ２２は、各種プログラムの実行時のワークエリア等として用いられる記憶媒体である。ＮＶＭ２４は、装置の電源スイッチが切られても保持しなければならない各種情報を記憶する不揮発性の記憶媒体であり、後述する雑音特徴データベースが予め記憶されている。
外部インタフェース２６は、パーソナル・コンピュータ等の外部装置３４に接続され、外部装置３４から各種情報（例えば、コンピュータ１４の作動停止を指示する指示信号）を受信すると共に、各種情報（例えば、マイクロフォンアレイ１２及びスピーカ１６の少なくとも一方の動作状態を示す信号）を外部装置３４に送信するためのものである。
Ａ／Ｄ変換器２８は、入力端がマイクロフォン１２ａ〜１２ｎの出力端に接続されており、マイクロフォン１２ａ〜１２ｎの各々によって集音されて得られたアナログ信号をデジタルの音響信号（以下、「デジタル信号」ともいう。）に変換して出力するものである。Ｄ／Ａ変換器３０は、デジタル信号をアナログ信号に変換して出力するものである。増幅器３２は、入力端がＤ／Ａ変換器３０の出力端に接続されており、Ｄ／Ａ変換器３０から入力されたアナログ信号を予め定められた増幅率で増幅して出力するものである。
ＣＰＵ１８、ＲＯＭ２０、ＲＡＭ２２、ＮＶＭ２４、外部インタフェース２６、Ａ／Ｄ変換器２８、及びＤ／Ａ変換器３０は、システムバス等のバスＢＵＳを介して相互に接続されている。従って、ＣＰＵ１８は、ＲＯＭ２０、ＲＡＭ２２、及びＮＶＭ２４へのアクセスと、外部装置３４からの外部インタフェース２６を介した各種情報の受信と、外部装置３４への外部インタフェース２６を介した各種情報の送信と、Ａ／Ｄ変換器２８からのデジタル信号の受信と、Ｄ／Ａ変換器３０へのデジタル信号の送信と、を各々行うことができる。
スピーカ１６は、入力端が増幅器３２の出力端に接続されており、増幅器３２から入力されたアナログ信号により示される音響を出力するものである。
ところで、本第１の実施形態に係る音響入出力装置１０では、コンピュータ１４を利用して、マイクロフォン１２ａ〜１２ｎの各々からＡ／Ｄ変換器２８を介してＣＰＵ１８に入力された各デジタル信号を、形成する指向方向から到来する音波がマイクロフォン１２ａ〜１２ｎに到達するまでの到達時間の差（マイクロフォン間の距離）に応じて生じるデジタル信号間の位相差（遅延）をなくした状態で合成することにより合成信号を生成することによりマイクロフォンアレイ１２の指向方向を形成している。なお、本第１の実施形態に係る音響入出力装置１０では、第１合成信号を生成することにより形成される指向方向と第２合成信号を生成することにより形成される指向方向との２つの指向方向を形成する。
本第１の実施形態に係る音響入出力装置１０では、合成信号を生成するためにマイクロフォン１２ａ〜１２ｎの各々に対して遅延時間が関連付けられており、各マイクロフォンからＡ／Ｄ変換器２８を介してＣＰＵ１８に入力されたデジタル信号は、出力元のマイクロフォンに対応する遅延時間で遅延されて合成される。
図２には、本第１の実施形態に係る音響入出力装置１０で用いられる遅延時間データベースの構成の一例が示されている。
同図に示されるように、遅延時間データベースは、方向情報及び遅延時間情報で構成されている。方向情報は、マイクロフォン１２ａ〜１２ｎの配列方向に対して角度α（例えば、４５°）傾いた方向（以下、「方向Ａ」という。）を示す情報、マイクロフォン１２ａ〜１２ｎの配列方向に対して略垂直な方向（以下、「方向Ｂ」という。）を示す情報、及びマイクロフォン１２ａ〜１２ｎの配列方向に対して角度γ（例えば、１３５°）傾いた方向（以下、「方向Ｃ」という。）を示す情報で構成されている。
遅延時間情報は、方向Ａにマイクロフォン１２ａ〜１２ｎの指向方向を形成するためのマイクロフォン１２ａ〜１２ｎに対応する遅延時間Ａ１〜Ａ１４を示す情報、方向Ｂにマイクロフォン１２ａ〜１２ｎの指向方向を形成するためのマイクロフォン１２ａ〜１２ｎに対応する遅延時間Ｂ１〜Ｂ１４を示す情報、及び方向Ｃにマイクロフォン１２ａ〜１２ｎの指向方向を形成するためのマイクロフォン１２ａ〜１２ｎに対応する遅延時間Ｃ１〜Ｃ１４を示す情報で構成されており、方向Ａを示す情報に対して遅延時間Ａ１〜Ａ１４を示す情報が、方向Ｂを示す情報に対して遅延時間Ｂ１〜Ｂ１４を示す情報が、方向Ｃを示す情報に対して遅延時間Ｃ１〜Ｃ１４が各々関連付けられている。なお、以下では、遅延時間Ａ１〜Ａ１４を区別して説明する必要がない場合には遅延時間Ａと、遅延時間Ｂ１〜Ｂ１４を区別して説明する必要がない場合には遅延時間Ｂと、遅延時間Ｃ１〜Ｃ１４を区別して説明する必要がない場合には遅延時間Ｃと各々称する。
図３には、本第１の実施形態に係るマイクロフォンアレイ１２の指向方向の一例を示す模式図、及びマイクロフォン１２ａ〜１２ｎと遅延時間Ａ及びＣとの対応関係の一例を示すグラフが示されている。同図に示されるように、１点鎖線で示した矢印の方向が方向Ａ、破線で示した矢印の方向が方向Ｂ、２点鎖線で示した矢印の方向が方向Ｃを各々表している。マイクロフォンアレイ１２の指向方向を方向Ａに形成するために用いられる遅延時間Ａ１〜Ａ１４は、マイクロフォン１２ａからマイクロフォン１２ｎにかけて順次に予め定められた割合で短くなるように構成されている。また、マイクロフォンアレイ１２の指向方向を方向Ｃに形成するために用いられる遅延時間Ｃ１〜Ｃ１４は、マイクロフォン１２ａからマイクロフォン１２ｎにかけて順次に予め定められた割合で長くなるように構成されている。なお、本第１の実施形態に係る音響入出力装置１０では、マイクロフォンアレイ１２の指向方向を方向Ｂに形成するために、遅延時間Ｂ１〜Ｂ１４は「０秒」とされている。
図４には、本第１の実施形態に係る音響入出力装置１０で用いられる雑音特徴データベースの構成の一例が示されている。
同図に示されるように、雑音特徴データベースは、複数の予め定められた雑音の各種類を示す雑音種情報の各々に、複数の予め定められた周波数帯域毎の有音回数（詳しくは後述）と、各雑音の有音回数を合成信号の予め定められた周波数帯域における有音回数と照合するときの優先順位（照合優先順位）と、予め定められた時点（例えば、音響入出力装置１０の電源が投入された時点）から現在までの予め定められた雑音の発生回数と、各雑音種情報の各々に対応する重み値と、現在までの雑音の発生回数と対応する重み値との乗算結果に相当する発生頻度と、が関連付けられて構成されている。
具体的には、雑音種情報として、雑音Ａ（例えば、特定の固定電話機における特定の着信音）、雑音Ｂ（例えば、特定の携帯電話機における特定の着信音）、及び雑音Ｃ（例えば、特定の空調機の動作音）の３種類の雑音種情報が含まれている。また、雑音Ａの有音回数としては、周波数帯域Ａ（例えば、７００Ｈｚ〜１０００Ｈｚ）に対応する０回、周波数帯域Ｂ（例えば、１２００〜１５００Ｈｚ）に対応する５回、周波数帯域Ｃ（例えば、２５００Ｈｚ〜２９００Ｈｚ）に対応する０回、及び周波数帯域Ｄ（例えば、３７００Ｈｚ〜４０００Ｈｚ）に対応する５回の４つの周波数帯域における有音回数が含まれている。また、雑音Ｂの有音回数としては、周波数帯域Ａに対応する１０回、周波数帯域Ｂに対応する０回、周波数帯域Ｃに対応する１０回、及び周波数帯域Ｄに対応する０回の４つの周波数帯域における有音回数が含まれている。また、雑音Ｃの有音回数としては、周波数帯域Ａに対応する２０回、周波数帯域Ｂに対応する２５回、周波数帯域Ｃに対応する３０回、及び周波数帯域Ｄに対応する３５回の４つの周波数帯域における有音回数が含まれている。
また、初期状態の雑音特徴データベースには、照合優先順位として、雑音Ａに対して１位が、雑音Ｂに対して２位が、雑音Ｃに対して３位が各々付与されている。
また、雑音特徴データベースには、重み値として、雑音Ａに対して１．２が、雑音Ｂに対して１．８が、雑音Ｃに対して１．５が各々記憶されている。
更に、初期状態の雑音特徴データベースでは、雑音Ａ〜Ｃの各々の発生回数及び発生頻度は「０」に設定されており、雑音Ａ〜Ｃの各々の発生回数は、対応する雑音が発生する毎に１インクリメントされ、雑音Ａ〜Ｃの各々の発生頻度も、対応する雑音が発生する毎に更新される。なお、この照合優先順位は、各発生頻度間での大小関係に応じて変更される。すなわち、発生頻度が最も大きい雑音に対して照合優先順位として１位が付与され、発生頻度が次に大きい雑音に対して照合優先順位として２位が付与され、発生頻度が最も小さい雑音に対して照合優先順位として３位が付与される。
なお、本第１の実施形態では、上記の「初期状態」を音響入出力装置１０の電源が投入されたときの状態を示しており、電源が投入される毎に発生回数及び発生頻度を「０」にリセットしているが、これに限らず、電源が投入される毎に発生回数及び発生頻度をリセットしなくても良い。また、リセット時期は電源の投入時に限定される必要はなく、例えば、電源が投入されてから予め定められた時間が経過したときにリセットを行っても良いし、発生回数及び発生頻度の少なくとも一方が予め定められた値に達したときにリセットを行っても良い。更に、リセットを行う条件として複数の条件を予め用意しておき、これらの条件のうちの１つをユーザが外部装置３４を介して指定し、指定した条件が満足された場合にリセットを行うようにしても良い。このようにリセットを行う時期あるいは条件は音響入出力装置１０の使用環境や使用目的などを考慮して決定されれば良い。
次に、本第１の実施形態に係る音響入出力装置１０の作用を説明する。
本第１の実施形態に係る音響入出力装置１０のコンピュータ１４は、マイクロフォンアレイ１２の指向方向をマイクロフォン１２ａ〜１２ｎの各々からＡ／Ｄ変換器２８を介して入力された各デジタル信号を合成することにより方向Ｂに形成し、各デジタル信号を合成することにより得られた第１合成信号をＤ／Ａ変換器３０に出力する。Ｄ／Ａ変換器３０は、入力された第１合成信号をアナログ信号に変換し、そのアナログ信号を増幅器３２が予め定められた増幅率で増幅してスピーカ１６に出力する。これにより、スピーカ１６からは、増幅器３２から入力されたアナログ信号により示される音響、すなわち、マイクロフォンアレイ１２が方向Ｂに指向方向を形成することにより集音した音響が出力される。
ところで、本第１の実施形態に係る音響入出力装置１０では、目的音源の移動に伴って、第１合成信号を生成することにより形成される指向方向を目的音源の存在する方向に追従させる指向方向追従処理が実行される。
次に、図５を参照して、指向方向追従処理を実行する際の音響入出力装置１０の作用を説明する。なお、図５は、音響入出力装置１０の電源が投入された際に予め定められた時間（例えば、０．１秒）毎にＣＰＵ１８によって実行される指向方向追従処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここでは、錯綜を回避するために、第１合成信号を生成することにより指向方向が形成されており、その第１合成信号を生成する際に用いる遅延時間情報として、遅延時間Ｂ１〜Ｂ１４を示す情報が用いられている場合、すなわち、方向Ｂに指向方向が形成されている場合について説明する。
同図のステップ１００では、音響信号の信号レベル（音圧に相当）の振幅を検出した後、ステップ１０２へ移行し、上記ステップ１００で検出した振幅が予め定められた閾値（例えば、１２ｄＢ）を超えているか否かを判定し、否定判定となった場合にはステップ１０４へ移行し、現時点で第１合成信号を生成するために採用している遅延時間情報以外の遅延時間情報を遅延時間データベースから取得し、取得した遅延時間情報により示される遅延時間に基づいて第１合成信号を生成した後、ステップ１００へ戻る。なお、本第１の実施形態に係る指向方向追従処理では、第１合成信号を生成するために採用する遅延時間情報が、電源投入開始時を起点として、遅延時間Ｂを示す情報→遅延時間Ｃを示す情報→遅延時間Ａを示す情報→遅延時間Ｂを示す情報・・・・の順に繰り返し採用されることにより変更される。例えば、上記ステップ１０４では、処理の実行を開始する段階で遅延時間Ｂを示す情報によって第１合成信号が生成されている場合に遅延時間Ｃを示す情報を取得することになる。
一方、ステップ１０２において肯定判定となった場合には本指向方向追従処理プログラムを終了する。
しかし、現時点で第１合成信号を生成することにより形成される指向方向に存在する雑音源から雑音が出力された場合、その雑音がスピーカ１６から出力されてしまうことになる。
そこで、本第１の実施形態に係る音響入出力装置１０では、雑音源が存在する方向に指向方向を形成することを抑制するように第１合成信号を生成することにより形成される指向方向を修正する指向方向修正処理が実行される。
次に、図６を参照して、指向方向修正処理を実行する際の音響入出力装置１０の作用を説明する。なお、図６は、音響入出力装置１０の電源が投入された際に予め定められた時間（例えば、０．５秒）毎にＣＰＵ１８によって実行される指向方向修正処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
同図のステップ１５０では、遅延時間データベースから遅延時間情報を取得し、取得した遅延時間情報により示される遅延時間に基づいて第２合成信号を生成することにより指向方向を形成する。なお、本第１の実施形態に係る指向方向修正処理では、第２合成信号を生成するために採用する遅延時間情報が、電源投入開始時を起点として、遅延時間Ａを示す情報→遅延時間Ｂを示す情報→遅延時間Ｃを示す情報→遅延時間Ａを示す情報・・・・の順に繰り返し採用されることにより変更される。
次のステップ１５２では、上記ステップ１５０の処理を実行することにより得られた第２合成信号の周波数分析を行う。具体的には、一例として図７（Ａ）に示すように、第２合成信号に対してヘルベルト変換などを行うことによって、振動している第２合成信号の振幅のピークを結ぶ外形形状を表すエンベロープを抱絡線として抽出し、一例として図７（Ｂ）に示すように、その抱絡線の時間軸に対する振幅の変動特性を示す情報をデータベース化して導出する。
次のステップ１５４では、上記ステップ１５２での周波数分析の結果に基づいて、雑音特徴データベースにより示される予め定められた雑音に応じた音響信号の予め定められた周波数帯域での有音回数（周波数特性）と上記ステップ１５０の処理を実行することにより得られた第２合成信号の予め定められた周波数帯域での有音回数とを照合する。なお、本第１の実施形態において「有音回数」とは、図７（Ｂ）に示す振幅が予め定められた閾値を超えた回数を示している。本第１の実施形態では、第２合成信号の信号レベルが１２ｄＢ以上の音量を示す場合を有音状態とみなし、第２合成信号の信号レベルが１２ｄＢ未満の音量を示す場合を無音状態とみなしている。
次のステップ１５６では、予め定められた時間（例えば、０．３秒）内の周波数帯域Ａ〜Ｄの各々において、上記ステップ１５０の処理を実行することにより得られた第２合成信号に基づく有音回数と雑音特徴データベースの雑音Ａ〜Ｃの何れかの有音回数とが一致しているか否か判定し、否定判定となった場合にはステップ１５８〜１６６の処理を実行せずに本指向方向修正処理プログラムを終了する一方、肯定判定となった場合にはステップ１５８へ移行する。例えば、特定の固定電話機が、１２５０Ｈｚ、１６５０Ｈｚ、３０８０Ｈｚ、３９００Ｈｚ、４１６０Ｈｚ、及び５５６０Ｈｚの周波数にて有音状態と無音状態とが交互に切り替わる着信音を出力する場合、第２合成信号は、予め定められた時間内の周波数帯域Ｂ及び周波数帯域Ｄの各々において有音状態を５回示すので、上記ステップ１５６では、第２合成信号により示される音響は雑音特徴データベースの雑音Ａに相当すると判定する。
ステップ１５８では、現時点での第１合成信号を生成することにより形成されている指向方向と第２合成信号を生成することにより形成されている指向方向が同一であるか否かを判定する。すなわち、現時点での第１及び第２合成信号が同じ遅延時間情報に基づいて生成されたものであるか否かを判定し、肯定判定となった場合にはステップ１６０へ移行する一方、否定判定となった場合にはステップ１６０の処理を実行せずにステップ１６２へ移行する。
ステップ１６０では、現時点で第１合成信号を生成するために採用している遅延時間情報以外の遅延時間情報を遅延時間データベースから取得し、取得した遅延時間情報により示される遅延時間に基づいて第１合成信号を生成することにより指向方向を形成する。これにより、例えば、取得した遅延時間情報が遅延時間Ｃを示す情報の場合、第１合成信号が生成されることにより、マイクロフォンアレイ１２の指向方向が図３に示す方向Ｃに向けて形成されるので、図３に示す方向Ｃの集音領域を対象にしてマイクロフォンアレイ１２によって集音された音響がスピーカ１６から出力されることになる。
次のステップ１６２では、上記ステップ１５６で第２合成信号の有音回数に一致する有音回数を有すると判定された雑音に対応する発生回数を１インクリメントしてから、現時点での発生回数と上記ステップ１５６で第２合成信号の有音回数に一致する有音回数を有すると判定された雑音に対応する重み値とを乗算した後、ステップ１６４へ移行し、上記ステップ１５６で第２合成信号の有音回数に一致する有音回数を有すると判定された雑音に対応する発生頻度を上記ステップ１６２の処理で乗算して得られた乗算結果に置き換えることにより更新する。
次のステップ１６６では、現時点において、発生頻度が最も大きい雑音の照合優先順位が１位に、発生頻度が次に大きい雑音の照合優先順位が２位に、発生頻度が最も小さい雑音の照合優先順位が３位になるように雑音Ａ〜Ｃの各々に付与されている照合優先順位を変更することにより更新した後、本指向方向修正処理プログラムを終了する。
なお、図５及び図６に示すフローチャートにおいて、ステップ１０４，１５０の各処理が本発明の指向方向形成手段に、ステップ１６０が本発明の制御手段に、ステップ１６２，１６４が本発明の関連付け手段に、ステップ１６０の処理が本発明の変更手段に、各々相当する。
以上詳細に説明したように、本第１の実施形態に係る音響入出力装置１０では、周波数帯域Ａ〜Ｄにて、第２合成信号の周波数特性が目的音響以外の音響としての雑音Ａ〜Ｃの各々に応じた複数の音響信号に対応する周波数特性の何れかに一致している場合に、第１合成信号を生成することにより形成される指向性を現時点で第２合成信号を生成することにより形成されている指向方向と異なる方向に形成し、周波数帯域Ａ〜Ｄにて、第２合成信号の周波数特性が雑音Ａ〜Ｃの各々に対応する周波数特性の何れかに一致していない場合に、第１合成信号を生成することにより形成される指向性を現時点で第２合成信号を生成することにより形成されている指向方向に形成するので、雑音源が存在する方向に指向方向を形成することを抑制することができ、かつ、第１合成信号が生成されることにより形成される指向方向を目的音源の移動に追従させて形成することができる。
また、本第１の実施形態に係る音響入出力装置１０では、雑音Ａ〜Ｃの各々の発生頻度を算出し、算出して得られた発生頻度を対応する雑音に関連付け、雑音Ａ〜Ｃの各々に対応する周波数特性が雑音Ａ〜Ｃのうちの発生頻度が大きい音響から順に第２合成信号の周波数特性と照合されるように照合優先順位を変更するので、雑音Ａ〜Ｃの各々に対して、実際の発生頻度に応じた照合優先順位が付与され、周波数特性の照合をより一層効率的に行うことができる。
〔第２の実施形態〕
上記第１の実施形態では、第２合成信号を生成することにより形成される指向方向を区別せずに雑音Ａ〜Ｃの各々に付与されている照合優先順位を変更する場合の形態例を挙げて説明したが、本第２の実施形態では、第２合成信号を生成することにより形成される指向方向毎に雑音Ａ〜Ｃの各々に付与されている照合優先順位を変更する形態例について説明する。なお、本第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、本第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を説明する。
図８には、本第２の実施形態に係る雑音特徴データベースの一例が模式的に示されている。同図に示されるように、本第２の実施形態に係る雑音特徴データベースは、上記第１の実施形態で説明した図４に示す雑音特徴データベースと比べ、上記第１の実施形態で説明した雑音種情報の各々が、方向Ａを示す情報（以下、「方向情報Ａ」という。）、方向Ｂを示す情報（以下、「方向情報Ｂ」という。）、及び方向Ｃを示す情報（以下、「方向情報Ｃ」という。）の各々に分割されており、各雑音種情報の方向情報毎に、上記第１の実施形態で説明した有音回数、照合優先順位、発生回数、重み値、及び発生頻度が関連付けられている点が異なっている。また、雑音種情報の間で方向毎に照合優先順位が付与されている点も図４に示す雑音特徴データベースと異なる点である。
次に、図６を参照して、本第２の実施形態に係る指向方向修正処理を実行する際の作用を説明する。なお、図６は、本第２の実施形態に係る指向方向修正処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、図６に示すフローチャートにおいて、本第２の実施形態に係る指向方向修正処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートは、上記第１の実施形態に係る指向方向修正処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートと比べ、ステップ１５４の処理に代えてステップ１５４Ａの処理を適用した点、ステップ１５６の処理に代えてステップ１５６Ａの処理を適用した点、ステップ１６２の処理に代えてステップ１６２Ａの処理を適用した点、ステップ１６４の処理に代えてステップ１６４Ａの処理を適用した点、及びステップ１６６の処理に代えてステップ１６６Ａの処理を適用した点が異なっているので、上記第１の実施形態に係る指向方向修正処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートと同一の処理を行うステップについては同一のステップ番号を付して、その説明を省略し、上記第１の実施形態に係る指向方向修正処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートと異なる点について説明する。
同図のステップ１５４Ａでは、上記ステップ１５２での周波数分析の結果に基づいて、図８に示す雑音特徴データベースの雑音Ａ〜Ｃの有音回数を、上記ステップ１５０で第２合成信号を生成することにより形成されるマイクロフォンアレイ１２の指向方向を示す方向情報に付与されている照合優先順位に従って、上記ステップ１５２の処理を実行することにより得られた第２合成信号の有音回数と照合する。
次のステップ１５６Ａでは、予め定められた時間内の周波数帯域Ａ〜Ｄの各々において、上記ステップ１５０の処理を実行することにより得られた第２合成信号の予め定められた周波数帯域での有音回数と図８に示す雑音特徴データベースの雑音Ａ〜Ｃの上記ステップ１５０で第２合成信号を生成することにより形成されるマイクロフォンアレイ１２の指向方向を示す方向情報に関連付けられている何れかの有音回数とが一致しているか否かを判定し、否定判定となった場合にはステップ１５８〜１６６Ａの処理を実行せずに本指向方向修正処理プログラムを終了する一方、肯定判定となった場合にはステップ１５８へ移行する。
ステップ１６０の処理の実行が終了すると、ステップ１６２Ａへ移行し、上記ステップ１５６Ａで第２合成信号の有音回数に一致する有音回数を有すると判定された雑音の上記ステップ１５０で第２合成信号を生成することにより形成されるマイクロフォンアレイ１２の指向方向を示す方向情報に対応する発生回数を１インクリメントしてから、現時点での発生回数と上記ステップ１５６Ａにて第２合成信号の有音回数に一致する有音回数を有すると判定された雑音の上記ステップ１５０で第２合成信号を生成することにより形成されるマイクロフォンアレイ１２の指向方向を示す方向情報に対応する重み値とを乗算した後、ステップ１６４Ａへ移行し、上記ステップ１５６Ａで第２合成信号の有音回数に一致する有音回数を有すると判定された雑音の上記ステップ１５０で第２合成信号を生成することにより形成されるマイクロフォンアレイ１２の指向方向を示す方向情報に対応する発生頻度を上記ステップ１６２Ａの処理で乗算して得られた乗算結果に置き換えることにより更新する。
次のステップ１６６Ａでは、現時点において、雑音Ａ〜Ｃの各々における方向情報Ａ〜Ｃの各々に付与されている照合優先順位を方向情報毎に発生頻度が最も大きい雑音の照合優先順位が１位に、発生頻度が次に大きい雑音の照合優先順位が２位に、発生頻度が最も小さい雑音の照合優先順位が３位になるように雑音Ａ〜Ｃの各々に対して、方向情報Ａ〜Ｃの各々に付与されている照合優先順位を変更することにより更新した後、本指向方向修正処理プログラムを終了する。
以上詳細に説明したように、本第２の実施形態に係る音響入出力装置１０では、雑音Ａ〜Ｃの各々の発生頻度を方向Ａ〜Ｃ毎に算出し、算出して得られた発生頻度を、該発生頻度に対応する指向方向の該発生頻度に対応する雑音に関連付け、指向方向単位で照合優先順位を変更し、現時点での第２合成信号を生成することにより形成されている指向方向に対応する照合優先順位に従って、周波数帯域Ａ〜Ｄの各々にて、雑音Ａ〜Ｃの各々に対応する周波数特性と第２合成信号の周波数特性とを照合することにより、雑音Ａ〜Ｃの各々に対して、指向方向毎に実際の発生頻度に応じた照合優先順位が付与されるので、周波数特性の照合をより一層効率的に行うことができる。
〔第３の実施形態〕
上記第１及び第２の実施形態では、第２合成信号を用いた場合の形態例を挙げたが、本第３の実施形態では、第２合成信号を用いない場合の形態例について説明する。なお、本第３の実施形態に係る音響入出力装置１０の構成は上記第１の実施形態に係る音響入出力装置１０の構成と同じなので、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略し、以下、図９を参照して、本第３の実施形態に係る音響入出力処理を実行する際の音響入出力装置１０の作用を説明する。
なお、図９は、音響入出力装置１０の電源が投入された際にＣＰＵ１８によって予め定められた時間（例えば、１秒）毎に実行される本第３の実施形態に係る音響入出力処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。また、ここでは、錯綜を回避するために、マイクロフォン１２ａ〜１２ｎの各々からＡ／Ｄ変換器２８を介して入力された各デジタル信号を合成して第１合成信号を生成することによって図３に示す方向Ｂにマイクロフォンアレイ１２の指向方向が形成されている場合について説明する。
同図のステップ２００では、第１合成信号の周波数分析を行った後、ステップ２０２へ移行し、上記ステップ２００での周波数分析の結果に基づいて、図４に示す雑音特徴データベースの雑音Ａ〜Ｃの有音回数と第１合成信号に基づく有音回数とを照合する。
次のステップ２０４では、予め定められた時間（例えば、０．３秒）内の周波数帯域Ａ〜Ｄの各々において、第１合成信号の有音回数と雑音特徴データベースの雑音Ａ〜Ｃの何れかの有音回数とが一致しているか否か判定し、否定判定となった場合にはステップ２０６〜２１４の処理を実行せずに本音響入出力処理プログラムを終了する一方、肯定判定となった場合にはステップ２０６へ移行する。
ステップ２０６では、現時点で第１合成信号を生成するために採用している遅延時間情報以外の遅延時間情報を遅延時間データベースから取得する。なお、本第３の実施形態では、第１合成信号を生成するために採用する遅延時間情報が、電源投入開始時を起点として、遅延時間Ｂを示す情報→遅延時間Ｃを示す情報→遅延時間Ａを示す情報→遅延時間Ｂを示す情報・・・・の順に繰り返し採用される。例えば、上記ステップ２０６では、処理の実行を開始する段階で遅延時間Ｂを示す情報によって第１合成信号が生成されている場合に遅延時間Ｃを示す情報を取得することになる。
次のステップ２０８では、上記ステップ２０６で取得した遅延時間情報に基づいて第１合成信号を生成し、生成した第１合成信号をＤ／Ａ変換器３０へ出力する。これにより、例えば、上記ステップ２０６で取得した遅延時間情報が遅延時間Ｃを示す情報の場合、上記ステップ２０８で第１合成信号を生成することにより、マイクロフォンアレイ１２の指向方向が図３に示す方向Ｃに向けて形成されるので、図３に示す方向Ｃの集音領域を対象にしてマイクロフォンアレイ１２によって集音された音響がスピーカ１６から出力されることになる。
次のステップ２１０では、上記ステップ２０４で第１合成信号の有音回数に一致する有音回数を有すると判定された雑音に対応する発生回数を１インクリメントしてから、現時点での発生回数の値と上記ステップ２０４で第２合成信号の周波数特性に一致する周波数特性を有すると判定された雑音に対応する重み値とを乗算した後、ステップ２１２へ移行し、上記ステップ２０４で第１合成信号の有音回数に一致する有音回数を有すると判定された雑音に対応する発生頻度を上記ステップ２１０の処理で乗算して得られた乗算結果に置き換えることにより更新する。
次のステップ２１４では、現時点において、発生頻度が最も大きい雑音の照合優先順位が１位に、発生頻度が次に大きい雑音の照合優先順位が２位に、発生頻度が最も小さい雑音の照合優先順位が３位になるように雑音Ａ〜Ｃの各々に付与されている照合優先順位を変更することにより更新した後、本音響入出力処理プログラムを終了する。
以上詳細に説明したように、本第３の実施形態に係る音響入出力装置１０では、周波数帯域Ａ〜Ｄの各々にて、第１合成信号の周波数特性が雑音Ａ〜Ｃの周波数特性の何れかに一致している場合に、マイクロフォンアレイ１２の指向方向を他の方向に切り替え、周波数帯域Ａ〜Ｄの各々にて、第１合成信号の周波数特性が雑音Ａ〜Ｃの周波数特性の何れかに一致していない場合に、現時点でのマイクロフォンアレイ１２の指向方向を維持するので、雑音源が存在する方向に指向方向を形成することを抑制することができる。
〔第４の実施形態〕
上記第１〜第３の実施形態では、音響入出力装置１０を例に挙げて説明したが、本第４の実施形態では、音響通信システムを例に挙げて説明する。なお、本第４の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１０には、本第４の実施形態に係る音響通信システム５０の構成が示されている。同図に示されるように、音響通信システム５０は、集音装置５２及び音響出力装置５４を備えている。集音装置５２は、上記第１の実施形態の音響入出力装置１０と比べ、Ｄ／Ａ変換器３０及び増幅器３２を除いた点、及び通信インタフェース５６を新たに設けた点が異なっている。
通信インタフェース５６は、伝送媒体５８に接続され、伝送媒体５８を介して音響出力装置５４やパーソナル・コンピュータなどの端末装置から各種情報（例えば、音響出力装置５４の動作状況を示す情報）を受信すると共に、伝送媒体５８を介して音響出力装置５４やパーソナル・コンピュータなどに各種情報（例えば、第１合成信号）を送信するためのものである。なお、本第４の実施形態では、通信インタフェース５６としてモデム（変復調装置）を用いている。また、本第４の実施形態に係る音響通信システム５０では、伝送媒体５８としてインターネットを適用しているが、これに限らず、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＶＡＮ（Value Added Network）、電話回線網、エコーネット（ECHONET）、ＨｏｍｅＰＮＡ等の各種ネットワークを単独又は組み合わせて適用することもできる。また、伝送媒体５８は有線のものであっても良いし、無線のものであっても良い。
通信インタフェース５６はバスＢＵＳに接続されている。従って、ＣＰＵ１８は、音響出力装置５４からの通信インタフェース５６を介した各種情報の受信と、音響出力装置５４への通信インタフェース５６を介した各種情報の送信と、を各々行うことができる。
音響出力装置５４は、スピーカ１６及びコンピュータ５９を備えている。コンピュータ５９は、ＣＰＵ６０、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６４、ＮＶＭ６６、Ｄ／Ａ変換器３０、増幅器３２、及び通信インタフェース６８を含んで構成されている。
ＣＰＵ６０は、集音装置５２全体の動作を司るものである。ＲＯＭ６２は、音響出力装置５４の作動を制御する制御プログラム、後述する音響出力処理プログラムや各種パラメータ等が予め記憶された記憶媒体である。ＲＡＭ６４は、各種プログラムの実行時のワークエリア等として用いられる記憶媒体である。ＮＶＭ６６は、装置の電源スイッチが切られても保持しなければならない各種情報を記憶する不揮発性の記憶媒体である。
通信インタフェース６８は、伝送媒体５８に接続され、伝送媒体５８を介して集音装置５２やパーソナル・コンピュータなどの端末装置から各種情報（例えば、第１合成信号）を受信すると共に、伝送媒体５８を介して集音装置５２パーソナル・コンピュータなどに各種情報（例えば、音響出力装置５４の動作状況を示す情報）を送信するためのものである。なお、本第４の実施形態では、通信インタフェース６８としてモデムを用いている。
ＣＰＵ６０、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６４、ＮＶＭ６６、通信インタフェース６８、及びＤ／Ａ変換器３０は、システムバス等のバスＢＵＳ２を介して相互に接続されている。従って、ＣＰＵ６０は、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６４、及びＮＶＭ６６へのアクセスと、集音装置５２からの通信インタフェース６８を介した各種情報の受信と、集音装置５２への通信インタフェース６８を介した各種情報の送信と、Ｄ／Ａ変換器３０へのデジタル信号の送信と、を各々行うことができる。
次に、本第４の実施形態に係る音響通信システム５４の作用を説明する。
先ず、図１１を参照して、本第４の実施形態に係る指向方向追従処理を実行する際の集音装置５２の作用を説明する。なお、図１１は、集音装置５２の電源が投入された際に予め定められた時間毎にＣＰＵ１８によって実行される本第４の実施形態に係る指向方向追従処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。また、図１１に示すフローチャートは、図５に示すフローチャートと比べて、ステップ１０６を新たに設けた点が異なっているので、図１１における図５に示されるフローチャートと同一の処理を行うステップについては図５の同一のステップ番号を付して、その説明を省略し、ここでは、図５に示すフローチャートと異なる点について説明する。
同図のステップ１０２において否定判定となった場合にはステップ１０４へ移行する一方、肯定判定となった場合にはステップ１０６へ移行し、現時点で生成されている第１合成信号を通信インタフェース５６を介して音響出力装置５４に送信した後に本指向方向追従処理プログラムを終了する。
次に、図１２を参照して、本第４の実施形態に係る指向方向修正処理を実行する際の集音装置５２の作用を説明する。なお、図１２は、集音装置５２の電源が投入された際に予め定められた時間毎にＣＰＵ１８によって実行される本第４の実施形態に係る指向方向修正処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。また、図１２に示すフローチャートは、図６に示すフローチャートと比べて、ステップ１６１を新たに設けた点が異なっているので、図１２における図６に示されるフローチャートと同一の処理を行うステップについては図６の同一のステップ番号を付して、その説明を省略し、ここでは、図６に示すフローチャートと異なる点について説明する。
同図のステップ１６０の処理が終了するとステップ１６１へ移行し、ステップ１６０で生成した第１合成信号を通信インタフェース５６を介して音響出力装置５４に送信した後に本指向方向修正処理プログラムを終了する。
次に、図１３を参照して、音響出力処理を実行する際の音響出力装置５４の作用を説明する。なお、図１３は、音響出力装置５４の電源が投入された際にＣＰＵ６０によって予め定められた時間（例えば、０．１秒）毎に実行される本第４の実施形態に係る音響出力処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
同図のステップ３００では、集音装置５２から送信された第１合成信号を受信するまで待機した後、ステップ３０２へ移行し、上記ステップ３００で受信した第１合成信号をＤ／Ａ変換器３０に出力し、本音響出力処理プログラムを終了する。
なお、本第４の実施形態では、本第４の実施形態に係る集音装置５２に対して第１及び第２の実施形態に係る指向方向追従処理及び指向方向修正処理を適用した場合を例に挙げて説明したが、本第４の実施形態に係る集音装置５２に対して第３の実施形態に係る音響入出力処理を適用しても良いことは言うまでもない。
上記各実施形態では、１方向に対して直線状に配列されたマイクロフォン１２ａ〜１２ｎで構成されたマイクロフォンアレイ１２を用いた場合の形態例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一例として図１４に示すように、第１の方向（例えば、鉛直方向）と第１の方向に対して略直交する方向である第２の方向（例えば、水平方向）の２方向に対してそれぞれ直線状に配列されたマイクロフォン１２ａ〜１２ｎで構成されたマイクロフォンアレイ８０を用いても良い。この場合、第１の方向に配列されたマイクロフォン１２ａ〜１２ｎの各々で集音された音響信号、及び第２の方向に配列されたマイクロフォン１２ａ〜１２ｎの各々で集音された音響信号に対して上記第１〜第４の実施形態で説明した処理を施して得られた第１の方向に対応する第１合成信号と第２の方向に対応する第１合成信号とを別々のスピーカ１６で出力する、という形態例が挙げられる。このように、複数の方向に対して直線状に配列されたマイクロフォン１２ａ〜１２ｎで構成されたマイクロフォンアレイ８０を用いても良い。なお、マイクロフォン１２ａ〜１２ｎが必ずしも直線状に配列される必要はなく、例えば、円弧状に配列されても良い。
上記第２の実施形態では、図８に示す雑音特徴データベースを用いた場合の形態例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１５に示すように、方向Ａ〜Ｃのそれぞれに対して雑音特徴データベースを用意しても良い。この場合、図６に示すフローチャートのステップ１５４Ａでは、方向Ａ〜Ｃの雑音特徴データベースのうち、図６に示すフローチャートのステップ１５０で第２合成信号を生成することにより形成された指向性の方向に一致する方向の雑音特徴データベースを用いて照合が行われる。
上記第１及び第２の実施形態に係る指向方向追従処理及び指向方向修正処理の各々が指向方向追従処理プログラム及び指向方向修正処理プログラムを実行することにより実現されるソフトウェア構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一例として図１６に示すように、指向方向追従処理及び指向方向修正処理がハードウェア構成により実現されるようにしても良い。
同図のマイクロフォン１２ａ〜１２ｎの出力端は第１指向性形成回路９０及び第２指向性形成回路９２の各入力端に接続されている。第１指向性形成回路９０の出力端はスピーカの入力端にＤ／Ａ変換器及び増幅器を介して接続されている。第２指向性形成回路９２の出力端は周波数分析回路９４の入力端に接続されている。周波数分析回路９４の出力端は雑音判定回路９６の入力端に接続されている。雑音判定回路９６の出力端は指向性形成指示回路９８の入力端に接続されている。指向性形成指示回路９８の出力端は第１指向性形成回路９０の入力端に接続されている。
同図において、第１指向性形成回路９０は、図５に示すフローチャートのステップ１０４、及び図６に示すフローチャートのステップ１６０の処理を実行するための回路であり、第１合成信号を生成することにより方向Ａ〜Ｃの何れかの方向にマイクロフォンアレイ１２の指向方向を形成する。第２指向性形成回路９２は、図６に示すフローチャートのステップ１５０の処理を実行するための回路であり、周波数分析回路９４は、図６に示すフローチャートのステップ１５２の処理を実行するための回路であり、雑音判定回路９６は、図６に示すフローチャートのステップ１５６，１５８の処理を実行するための回路であり、指向性形成指示回路９８は、図６に示すフローチャートのステップ１６０の処理を実行するための回路であり、第１指向性形成回路９０で第１合成信号を生成するために用いられるマイクロフォン１２ａ〜１２ｎの各々に対応する遅延時間を第１指向性形成回路９０に設定するためのものである。
また、上記第１及び第２の実施形態に係る指向方向追従処理及び指向方向修正処理をハードウェア構成とソフトウェア構成の組み合わせによって実現してもよいことは言うまでもない。この場合、例えば、図１６に示す周波数分析回路９４、雑音判定回路９６、及び指向性形成指示回路９８の各回路で行う処理をコンピュータを利用してプログラムを実行することによるソフトウェア構成で実現する、という形態例が挙げられる。
また、図１６に示す第２指向性形成回路９２を複数並列接続して用いても良い。この場合、各第２指向性形成回路９２で第２合成信号が生成される。これによって、複数の指向性が同時に形成されるため、周波数分析回路９４で各第２合成信号の周波数特性を分析することにより、同時に複数の方向に対して雑音の発生の有無を判定することが可能となり、より一層雑音の混入が少ない音響を集音して出力することができる。なお、ハードウェア構成と同様にソフトウェア構成であっても複数の第２合成信号を生成することが可能であることは言うまでもない。
上記第３の実施形態に係る音響入出力処理の各々が音響入出力処理プログラムを実行することにより実現されるソフトウェア構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一例として図１７に示すように、音響入出力処理がハードウェア構成により実現されるようにしても良い。
同図のマイクロフォン１２ａ〜１２ｎの出力端は第１指向性形成回路９０Ａの入力端に接続されている。第１指向性形成回路９０Ａの出力端はスピーカの入力端にＤ／Ａ変換器及び増幅器を介して接続されている。第１指向性形成回路９０の出力端は周波数分析回路９４Ａの入力端に接続されている。周波数分析回路９４Ａの出力端は雑音判定回路９６Ａの入力端に接続されている。雑音判定回路９６Ａの出力端は指向性形成指示回路９８Ａの入力端に接続されている。指向性形成指示回路９８Ａの出力端は第１指向性形成回路９０Ａの入力端に接続されている。
同図において、第１指向性形成回路９０Ａは、図９に示すフローチャートのステップ２０８の処理を実行するための回路であり、周波数分析回路９４Ａは、図９に示すフローチャートのステップ２００の処理を実行するための回路であり、雑音判定回路９６Ａは、図９に示すフローチャートのステップ２０４の処理を実行するための回路であり、指向性形成指示回路９８Ａは、図９に示すフローチャートのステップ２０８の処理を実行するための回路である。また、音響入出力処理をハードウェア構成とソフトウェア構成の組み合わせによって実現してもよいことは言うまでもない。この場合、例えば、図１７に示す周波数分析回路９４Ａ及び雑音判定回路９６Ａの各回路で行う処理をコンピュータを利用してプログラムを実行することによるソフトウェア構成で実現する、という形態例が挙げられる。
上記各実施形態では、抱絡線を用いて有音回数を求めたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第２合成信号の周波数波形そのもののピーク値をモニタリングすることにより有音回数を求めても良い。
上記各実施形態では、周波数特性として有音回数を用いた場合の形態例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、周波数特性として、図７（Ｂ）に示す時間−振幅特性のグラフにおける接線の傾きが予め定められた傾き以上になった回数を用いても良い。また、周波数特性として、図７（Ｂ）に示す時間−振幅特性のグラフの予め定められた時間（例えば、０．３秒）で発生したピークの回数を用いても良い。
上記各実施形態では、複数の周波数帯域の周波数特性を照合する場合の形態例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、単数の周波数帯域の周波数特性を照合しても良い。
上記各実施形態では、第２合成信号の周波数特性と雑音特徴データベースの周波数特性とが一致したか否かを判定することにより雑音の有無を判定する場合の形態例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２合成信号の周波数特性と雑音特徴データベースの周波数特性とが予め定められた誤差を含めて一致したか否かを判定することにより雑音の有無を判定するようにしても良い。
上記第２の実施形態では、方向情報として方向Ａ〜Ｃの各々を示す情報を用いた場合の形態例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、方向情報は、複数の方向の各々を示す情報を含んで構成されていれば良い。
上記各実施形態では、雑音Ａ〜Ｃを照合対象の雑音として採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、照合対象の雑音は複数であれば良い。
上記各実施形態では、第１合成信号をスピーカに対して出力する場合の形態例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、音響を録音する録音装置に対して第１合成信号を出力するようにしても良い。このように第１合成信号の出力先としての装置は用途に応じて変更可能である。
上記各実施形態では、各種の処理プログラムがＲＯＭに予め記憶されている場合の形態例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種の処理プログラムをＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどのコンピュータによって読み取られる記録媒体に格納した状態で提供する形態を適用してもよいし、有線又は無線による通信手段を介して配信する形態を適用しても良い。
１０ 音響入出力装置
１２ マイクロフォンアレイ
１２ａ〜１２ｎ マイクロフォン
１４ コンピュータ
１６ スピーカ
１８ ＣＰＵ
５６，６８ 通信インタフェース
９０，９０Ａ 第１指向性形成回路
９２ 第２指向性形成回路
９４，９４Ａ 周波数分析回路
９６，９６Ａ 雑音判定回路
９８，９８Ａ 指向性形成指示回路

Claims (7)

  1. 集音した音響に応じた音響信号を各々出力する複数の集音マイクロフォンを備え、前記複数の集音マイクロフォンの各々の指向方向が所定方向を向くように、前記複数の集音マイクロフォンが前記所定方向と交差する方向に配列されたマイクロフォンアレイと、
    前記集音マイクロフォンの各々から出力された音響信号を、形成する指向方向からの音響の各集音マイクロフォンへの到達時間の差に応じた音響信号間の位相差をなくした状態で合成することにより、前記マイクロフォンアレイの指向方向を各々形成する複数の指向方向形成手段と、
    目的音響以外の複数の音響の各々に対して予め付与された照合優先順位に従って、前記複数の指向方向形成手段のうちの特定の指向方向形成手段以外の残りの指向方向形成手段によって前記音響信号を合成することにより得られた合成信号の予め定められた周波数帯域において、前記複数の音響の各々に対応する周波数特性と前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性とを照合し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当している場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向と異なる方向の指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当していない場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向に指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御する制御手段と、
    を含む集音装置。
  2. 集音した音響に応じた音響信号を各々出力する複数の集音マイクロフォンを備え、前記複数の集音マイクロフォンの各々の指向方向が所定方向を向くように、前記複数の集音マイクロフォンが前記所定方向と交差する方向に配列されたマイクロフォンアレイと、
    前記集音マイクロフォンの各々から出力された音響信号を、形成する指向方向からの音響の各集音マイクロフォンへの到達時間の差に応じた音響信号間の位相差をなくした状態で合成することにより、前記マイクロフォンアレイの指向方向を各々形成する複数の指向方向形成手段と、
    目的音響以外の複数の音響の各々に対して予め付与された照合優先順位に従って、前記複数の指向方向形成手段のうちの特定の指向方向形成手段以外の残りの指向方向形成手段によって前記音響信号を合成することにより得られた合成信号の複数の異なる予め定められた周波数帯域の各々において、前記複数の音響の各々に対応する周波数特性と前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性とを照合し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当している場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向と異なる方向の指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当していない場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向に指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御する制御手段と、
    を含む集音装置。
  3. 前記複数の音響の各々の発生頻度を算出し、算出して得られた発生頻度を対応する音響に関連付ける関連付け手段と、
    前記複数の音響の各々に対応する周波数特性が前記複数の音響のうちの発生頻度が大きい音響から順に前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性と照合されるように前記照合優先順位を変更する変更手段と、
    を更に含む請求項１又は請求項２に記載の集音装置。
  4. 前記関連付け手段は、前記複数の音響の各々の発生頻度を複数の指向方向毎に算出し、算出して得られた発生頻度を、該発生頻度に対応する指向方向の該発生頻度に対応する音響に関連付け、
    前記変更手段は、前記指向方向単位で前記照合優先順位を変更し、
    前記制御手段は、現時点での前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向に対応する前記照合優先順位に従って、前記予め定められた周波数帯域において、前記複数の音響の各々に対応する周波数特性と前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性とを照合する請求項３記載の集音装置。
  5. 前記特定の指向方向形成手段によって得られた合成信号を送信する送信手段を備えた請求項１から請求項４の何れか１項に記載の集音装置と、
    前記送信手段により送信された合成信号を受信する受信手段、及び前記受信手段によって受信された合成信号に応じた音響を出力する出力手段を備えた音響出力装置と、
    を含む音響通信システム。
  6. コンピュータを、
    集音した音響に応じた音響信号を各々出力する複数の集音マイクロフォンを備え、前記複数の集音マイクロフォンの各々の指向方向が所定方向を向くように、前記複数の集音マイクロフォンが前記所定方向と交差する方向に配列されたマイクロフォンアレイの前記集音マイクロフォンの各々から出力された音響信号を、形成する指向方向からの音響の各集音マイクロフォンへの到達時間の差に応じた音響信号間の位相差をなくした状態で合成することにより、前記マイクロフォンアレイの指向方向を各々形成する複数の指向方向形成手段、
    及び、目的音響以外の複数の音響の各々に対して予め付与された照合優先順位に従って、前記複数の指向方向形成手段のうちの特定の指向方向形成手段以外の残りの指向方向形成手段によって前記音響信号を合成することにより得られた合成信号の予め定められた周波数帯域において、前記複数の音響の各々に対応する周波数特性と前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性とを照合し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当している場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向と異なる方向の指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当していない場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向に指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御する制御手段として機能させるためのプログラム。
  7. コンピュータを、
    集音した音響に応じた音響信号を各々出力する複数の集音マイクロフォンを備え、前記複数の集音マイクロフォンの各々の指向方向が所定方向を向くように、前記複数の集音マイクロフォンが前記所定方向と交差する方向に配列されたマイクロフォンアレイの前記集音マイクロフォンの各々から出力された音響信号を、形成する指向方向からの音響の各集音マイクロフォンへの到達時間の差に応じた音響信号間の位相差をなくした状態で合成することにより、前記マイクロフォンアレイの指向方向を各々形成する複数の指向方向形成手段、
    及び、目的音響以外の複数の音響の各々に対して予め付与された照合優先順位に従って、前記複数の指向方向形成手段のうちの特定の指向方向形成手段以外の残りの指向方向形成手段によって前記音響信号を合成することにより得られた合成信号の複数の異なる予め定められた周波数帯域の各々において、前記複数の音響の各々に対応する周波数特性と前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性とを照合し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当している場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向と異なる方向の指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御し、前記残りの指向方向形成手段によって得られた合成信号の周波数特性が前記複数の音響の各々に対応する周波数特性の何れかに相当していない場合に、現時点で前記残りの指向方向形成手段によって形成されている指向方向に指向方向が形成されるように前記特定の指向方向形成手段を制御する制御手段として機能させるためのプログラム。
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