JP6481397B2

JP6481397B2 - マイクロホン間隔制御装置及びプログラム

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Publication number: JP6481397B2
Application number: JP2015024526A
Authority: JP
Inventors: 克之高橋
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: JP2016149612A

Description

本発明はマイクロホン間隔制御装置及びプログラムに関し、例えば、複数のマイクロホンが捕捉した入力信号における雑音成分を抑圧する場合に適用し得るものである。

複数のマイクロホンを有するマイクロホンアレイを用いて雑音成分を抑圧する技術として、特許文献１の記載技術を挙げることができる。

特許文献１の記載技術では、位置関係が固定された２個のマイクロホンから構成されるマイクロホンアレイを用いた信号処理を行うことを想定していた。しかし、従来、信号処理に供するマイクロホンの位置関係は必ずしも固定であるとは限らない。例えば、図９のように、３個以上のマイクロホンを有するマイクロホンアレイを適用し、マイクロホンアレイの中から何らかの基準に基づいて２個のマイクロホンを選択して信号処理を行う場合もある。

ところで、２つのマイクロホンの間隔が広いほど、低域成分の指向性が鋭くなる一方で、高域成分には空間サンプリング定理による誤差が生じる。逆に、マイクロホン間隔が狭いほど、低域成分の指向性が広くなるものの、高域成分の指向性が正確になる。以上のように、マイクロホン間隔に応じて、鋭い指向性が形成される帯域が変化する。そのため、マイクロホンアレイを用いて背景雑音の抑圧処理を行う場合、雑音成分の周波数特性に応じてマイクロホン間隔を切り替えることにより、適切な雑音抑圧処理を実現できる。例えば、低域成分にパワーが集中しているような背景雑音が生じている場合には、マイクロホン間隔が広いマイクロホンアレイを適用して低域成分の指向性を鋭くし、捕捉信号に背景雑音の成分を適切に反映させることで、雑音抑圧効果を十分に発揮させる。

以上のように、様々な雑音下でマイクロホンアレイの効果を高めるため、雑音成分の周波数特性に応じてマイクロホンアレイを構成するマイクロホンの間隔を制御することが行われている。ここで、雑音成分の周波数特性を調べる方法として、従来、ローパスフィルタやハイパスフィルタなどのフィルタを用いて注目する周波数成分を抽出する手法が採られてきた。

特開２０１３−１２６０２６号公報特開２０１４−１０６３３７号公報

ＮａｏｆｕｍｉＡｏｋｉ，"ＡＢａｎｄＥｘｔｅｎｓｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒＮａｒｒｏｗ−ＢａｎｄＴｅｌｅｐｈｏｎｙＳｐｅｅｃｈＢａｓｅｄｏｎＦｕｌｌＷａｖｅＲｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ"，ＩＥＩＣＥＴｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，Ｖｏｌ．Ｅ９３−Ｂ（３），ｐｐ．７２９−７３１，２０１０

しかしながら、従来のフィルタを用いた雑音成分の周波数特性の把握方法では、（ｉ）フィルタ処理には処理遅延が伴うために突発的な雑音特性の変動に追従できない、（ｉｉ）フィルタ処理をソフトウェア的に行う場合には、演算量が増すためにリアルタイム性が損なわれ、必要なリソース（例えばメモリ）の確保のためにコストが増す、といったような課題がある。

そのため、雑音成分の周波数特性に応じてマイクロホン間隔を速やかに制御できるマイクロホン間隔制御装置及びプログラムが望まれている。

第１の本発明のマイクロホン間隔制御装置は、（１）複数のマイクロホンによる捕捉信号のうちの少なくとも１つの捕捉信号に基づき、マイクロホンの捕捉信号における、信号波形の傾き方向が変化する回数とその大きさを表し、かつ高域成分の含まれ具合を反映した特徴量を算出する特徴量算出手段と、（２）算出された上記特徴量に応じて、次段装置に出力する２つの捕捉信号を出力したマイクロホン間のマイクロホン間隔を調整するマイクロホン間隔最適化手段とを有し、（３）上記マイクロホン間隔最適化手段は、固定的に設置された３つ以上のマイクロホンから得た捕捉信号の中から、算出された上記特徴量に応じて２つのマイクロホンからの捕捉信号を選択させて、上記マイクロホン間隔を仮想的に変更させることを特徴とする。
第２の本発明のマイクロホン間隔制御装置は、（１）複数のマイクロホンによる捕捉信号のうちの少なくとも１つの捕捉信号に基づき、マイクロホンの捕捉信号における、信号波形の傾き方向が変化する回数とその大きさを表し、かつ高域成分の含まれ具合を反映した特徴量を算出する特徴量算出手段と、（２）算出された上記特徴量に応じて、次段装置に出力する２つの捕捉信号を出力したマイクロホン間のマイクロホン間隔を調整するマイクロホン間隔最適化手段とを有し、（３）上記特徴量算出手段は、上記捕捉信号における目的音区間を検出する目的音区間検出部と、上記目的音区間検出部の検出結果が、目的音区間でない場合にだけ特徴量の算出をし直す特徴量算出本体とを有することを特徴とする。

第３の本発明のマイクロホン間隔制御プログラムは、コンピュータを、（１）複数のマイクロホンによる捕捉信号のうちの少なくとも１つの捕捉信号に基づき、マイクロホンの捕捉信号における、信号波形の傾き方向が変化する回数とその大きさを表し、かつ高域成分の含まれ具合を反映した特徴量を算出する特徴量算出手段と、（２）算出された上記特徴量に応じて、次段装置に出力する２つの捕捉信号を出力したマイクロホン間のマイクロホン間隔を調整するマイクロホン間隔最適化手段として機能させ、（３）上記マイクロホン間隔最適化手段は、固定的に設置された３つ以上のマイクロホンから得た捕捉信号の中から、算出された上記特徴量に応じて２つのマイクロホンからの捕捉信号を選択させて、上記マイクロホン間隔を仮想的に変更させることを特徴とする。
第４の本発明のマイクロホン間隔制御プログラムは、コンピュータを、（１）複数のマイクロホンによる捕捉信号のうちの少なくとも１つの捕捉信号に基づき、マイクロホンの捕捉信号における、信号波形の傾き方向が変化する回数とその大きさを表し、かつ高域成分の含まれ具合を反映した特徴量を算出する特徴量算出手段と、（２）算出された上記特徴量に応じて、次段装置に出力する２つの捕捉信号を出力したマイクロホン間のマイクロホン間隔を調整するマイクロホン間隔最適化手段として機能させ、（３）上記特徴量算出手段は、上記捕捉信号における目的音区間を検出し、検出結果が、目的音区間でない場合にだけ特徴量の算出をし直すことを特徴とする。

本発明によれば、雑音成分の周波数特性に応じてマイクロホン間隔を速やかに制御できるマイクロホン間隔制御装置及びプログラムを提供できる。

第１の実施形態のマイクロホン間隔制御装置の構成を示すブロック図である。第１の実施形態のマイクロホン間隔制御装置におけるマイクロホン選択制御部の詳細構成を示すブロック図である。第１の実施形態のマイクロホン間隔制御装置におけるマイクロホン選択制御部内のｍｏｄＧＩ／選択制御信号対応記憶部（テーブル）の構成を示す説明図である。第２の実施形態のマイクロホン間隔制御装置の構成を示すブロック図である。第２の実施形態のマイクロホン間隔制御装置におけるマイクロホン選択・遅延制御部内のｍｏｄＧＩ／選択・遅延制御信号対応記憶部（テーブル）の構成を示す説明図である。第３の実施形態のマイクロホン間隔制御装置の構成を示すブロック図である。第３の実施形態のマイクロホン間隔制御装置におけるマイクロホン移動制御部内のｍｏｄＧＩ／マイクロホン位置対応記憶部（テーブル）の構成を示す説明図である。第４の実施形態のマイクロホン間隔制御装置の構成を示すブロック図である。マイクロホンアレイの説明図である。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明によるマイクロホン間隔制御装置及びプログラムの第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態のマイクロホン間隔制御装置１０の構成を示すブロック図であり、当該マイクロホン間隔制御装置１０から出力されたマイクロホン捕捉信号が入力されるマイクロホンアレイ処理部２０も記載している。

図１に示すマイクロホン間隔制御装置１０の構成中、３個のマイクロホンｍ１〜ｍ２を除く構成部分は、ハードウェア的な各種構成要素を接続して構築されたものであっても良く、また、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどのプログラムの実行構成を適用してその機能を実現するように構築されたものであっても良い。いずれの構築方法を適用した場合であっても、マイクロホン間隔制御装置１０の機能的な詳細構成は、図１で表す構成となっている。

図１において、第１の実施形態のマイクロホン間隔制御装置１０は、第１〜第３のマイクロホンｍ１〜ｍ３、ｍｏｄＧＩ計算部１１、マイクロホン選択制御部１２及びマイクロホン選択部１３を有する。

第１〜第３のマイクロホンｍ１〜ｍ３はそれぞれ、周囲の音声、音響などの音波を捕捉して電気信号（アナログ信号）に変換するものである。各マイクロホンｍ１〜ｍ３は無指向性若しくは後述する正面方向に緩い指向性を有するものである。図１では省略しているが、各マイクロホンｍ１〜ｍ３による捕捉信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器が設けられており、デジタル信号に変換された捕捉信号ｓ１（ｎ）〜ｓ３（ｎ）に与えられるようになされている。ここで、「ｎ」は時刻を表すパラメータであるが、以降の説明においては記述を省略する。

第１の実施形態の場合、第１〜第３のマイクロホンｍ１〜ｍ３はこの順序で１直線上に配置されており、第１及び第２のマイクロホンｍ１及びｍ２のマイクロホン間隔Ｄ_１２は、第２及び第３のマイクロホンｍ２及びｍ３のマイクロホン間隔Ｄ_２３より狭くなっている。当然に、第１及び第３のマイクロホンｍ１及びｍ３のマイクロホン間隔Ｄ_１３は、第１及び第２のマイクロホンｍ１及びｍ２のマイクロホン間隔Ｄ_１２や、第２及び第３のマイクロホンｍ２及びｍ３のマイクロホン間隔Ｄ_２３より広い。

第１〜第３のマイクロホンｍ１〜ｍ３からの捕捉信号ｓ１〜ｓ３はマイクロホン選択部１３に与えられる。マイクロホン選択部１３は、３入力２出力構成のものであり、マイクロホン選択制御部１２から出力された選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃに応じて、自己へ入力された３つの捕捉信号ｓ１〜ｓ３から、２つの捕捉信号ＳＡ及びＳＢを選択してマイクロホンアレイ処理部２０に与えるものである。マイクロホン選択部１３は、例えば、２個の２入力１出力スイッチｓｗ１及びｓｗ２を備え、第１のスイッチｓｗ１は、捕捉信号ｓ１及びｓ２から一方を選択し、選択後の一方の捕捉信号ＳＡとしてマイクロホンアレイ処理部２０に与え、第２のスイッチｓｗ２は、捕捉信号ｓ２及びｓ３から一方を選択し、選択後の他方の捕捉信号ＳＢとしてマイクロホンアレイ処理部２０に与える。

マイクロホンアレイ処理部２０に与えられる捕捉信号ＳＡ及びＳＢを、選択前の捕捉信号ｓ１〜ｓ３の組み合わせで表現すると、（ｉ）ｓ１及びｓ２、（ii）ｓ２及びｓ３、（iii）ｓ１及びｓ３である。この３種類の組み合わせに対応する２つのマイクロホンの間隔はそれぞれＤ_１２、Ｄ_２３、Ｄ_１３となっており、従って、マイクロホン選択部１３は、マイクロホン間隔を選択しているということができる。

第１の実施形態の場合、第１のマイクロホンｍ１から出力された捕捉信号ｓ１がｍｏｄＧＩ計算部１１に与えられる。ｍｏｄＧＩ計算部１１は、捕捉信号ｓ１についてのｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩを計算し、得られたｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩをマイクロホン選択制御部１２に与える。ｍｏｄＧＩ計算部１１は、例えば、捕捉信号ｓ１についてのｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩを（１）式に従って算出する。

ｍｏｄＧＩ値について簡単に説明する（詳細については、特許文献２参照）。ｍｏｄＧＩは、修正されたグラディエント・インデックス（ＧｒａｄｉｅｎｔＩｎｄｅｘ：以下、ＧＩと呼ぶ）を意味している。修正される前のＧＩについては、非特許文献１に記載されている。

ＧＩは、信号波形の傾き方向が変化する回数とその大きさを測る指標である。ＧＩは、傾き方向が変化したときの、相前後するサンプルの差分絶対値の総和を、そのフレームのパワーの平方根で除算したものとして求められる。従って、ＧＩは、１フレーム内の傾きの変化回数が多いほど大きくなり易く、また、傾きが変化したときの変化量が大きいほど大きくなり易いものである。このような性質から、ＧＩは、入力波形に含まれる高域成分の量と直結しているということもできる。

しかしながら、ＧＩは、変数ΔΨ（ｎ）という０又は２の２値しかとらない、時系列的に値の大きな飛び跳ねが多発するパラメータを算出要素としているため、値が不規則に大きくなったり小さくなったりするという特徴（「値が暴れる」）がある。

ｍｏｄＧＩは、ＧＩの値が暴れる（値の大きな飛び跳ねを有する）という性質を有することに鑑み、ＧＩに代えて、ＧＩと高い相関を持ちながら、値の大きな飛び跳ねを抑制した変化が安定した新しい特徴量として提案されたものである。ｍｏｄＧＩは、特徴量算出対象の任意の信号（本願では捕捉信号ｓ１）に関し、その「算出対象信号のパワー」で正規化された、その「算出対象信号の２階差分のパワー」（これを定数倍したものも含まれる）として定義される。

ｍｏｄＧＩは、ＧＩと高い相関を持つので、信号波形の傾き方向が変化する回数とその大きさを測る安定した指標として機能し、また、入力波形に含まれる高域成分の量を反映したものとして機能する。

以上のように、ｍｏｄＧＩは、信号波形（捕捉信号ｓ１）に含まれる高域成分の量と直結しているため、ｍｏｄＧＩの観察によって雑音成分の周波数特性を推定することができ、しかも、ｍｏｄＧＩの演算が単純なのでコストを増すこともない。そのため、雑音成分の周波数特性を推定する指標（パラメータ）としてｍｏｄＧＩを利用することとした。

（１）式は、特許文献２の（１３）式と同じ算出式であるが、特許文献２に記載されている（５）式や（１０）式〜（１２）式を適用してｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩを計算するようにしても良い。

マイクロホン選択制御部１２は、ｍｏｄＧＩ計算部１１が得た捕捉信号ｓ１についてのｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩに基づき、言い換えると、捕捉信号ｓ１における雑音成分が有する周波数特性に基づき、３つの捕捉信号ｓ１〜ｓ３から２つの捕捉信号を選択させる選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃを生成してマイクロホン選択部１３に与える。

図２は、マイクロホン選択制御部１２の詳細構成を示すブロック図である。図２において、マイクロホン選択制御部１２は、ｍｏｄＧＩ取得部２１、ｍｏｄＧＩ照合・選択制御信号生成部２２、ｍｏｄＧＩ／選択制御信号対応記憶部２３及び選択制御信号送信部２４を有する。

ｍｏｄＧＩ取得部２１は、ｍｏｄＧＩ計算部１１が得たｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩを取込むものである。ｍｏｄＧＩ照合・選択制御信号生成部２２は、取込んだｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩをキーとして、ｍｏｄＧＩ／選択制御信号対応記憶部２３における該当する情報を取り出して選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃを得る（生成する）ものである。ｍｏｄＧＩ／選択制御信号対応記憶部２３は、ｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩの複数の範囲と、その範囲に対応付けられた選択制御信号とを記憶しているものである。選択制御信号送信部２４は、ｍｏｄＧＩ照合・選択制御信号生成部２２が得た選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃをマイクロホン選択部１３に送信するものである。

図３は、ｍｏｄＧＩ／選択制御信号対応記憶部２３の構成例を示す説明図であり、図３は、テーブル構成の場合を示している。図３の例では、２つの境界値α及びβ（β＞α）を用いてｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩが取り得る値の範囲を３つに分けている。

ｍｏｄＧＩ取得部２１が取得したｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩが最も小さな値の範囲に属する場合、すなわち、ｍｏｄＧＩ≦αの場合には、第１及び第３のマイクロホンｍ１及びｍ３からの捕捉信号ｓ１、ｓ３を選択させる選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃの内容「１０」になっている。第１及び第３のマイクロホンｍ１及びｍ３の間隔Ｄ_１３は３つの間隔の最大であるので、捕捉信号ｓ１における雑音成分の周波数特性が低域寄りの場合に好適な間隔である。

ｍｏｄＧＩ取得部２１が取得したｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩが中間の範囲に属する場合、すなわち、α＜ｍｏｄＧＩ≦βの場合には、第２及び第３のマイクロホンｍ２及びｍ３からの捕捉信号ｓ２、ｓ３を選択させる選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃの内容「０１」になっている。第２及び第３のマイクロホンｍ２及びｍ３の間隔Ｄ_２３は３つの間隔の中の中間であるので、捕捉信号ｓ１における雑音成分の周波数特性が低域寄りでも高域寄りでもない場合に好適な間隔である。

ｍｏｄＧＩ取得部２１が取得したｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩが最も大きい範囲に属する場合、すなわち、β＜ｍｏｄＧＩの場合には、第１及び第２のマイクロホンｍ１及びｍ２からの捕捉信号ｓ１、ｓ２を選択させる選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃの内容「１１」になっている。第１及び第２のマイクロホンｍ１及びｍ２の間隔Ｄ_１２は３つの間隔の中の最小であるので、捕捉信号ｓ１における雑音成分の周波数特性が高域寄りの場合に好適な間隔である。

２ビットの選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃの上位ビットは、マイクロホン選択部１３の第１のスイッチｓｗ１の有効となる入力端子を規定しており、上位ビットの「１」は第１のスイッチｓｗ１のａ入力端子を有効とし、上位ビットの「０」は第１のスイッチｓｗ１のｂ入力端子を有効とすることを表している。２ビットの選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃの下位ビットは、マイクロホン選択部１３の第２のスイッチｓｗ２の有効となる入力端子を規定しており、下位ビットの「１」は第２のスイッチｓｗ２のａ入力端子を有効とし、下位ビットの「０」は第２のスイッチｓｗ２のｂ入力端子を有効とすることを表している。

マイクロホンアレイ処理部２０は、入力された２つの捕捉信号ＳＡ及びＳＢを、２つのマイクロホンでなるマイクロホンアレイからの入力信号として公知の手法に基づいた処理を施すものである。例えば、マイクロホンアレイ処理部２０が、出力信号ｏｕｔとして指向性信号を形成するものである場合には、特許文献１の図４（Ａ）に示すような内部構成を有し、遅延減算処理を施して出力信号ｏｕｔ（ｎ）を得るものとなる。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態に係るマイクロホン間隔制御装置１０の動作を説明する。以下では、全体動作、マイクロホン選択制御部１２における動作の順に説明する。

周囲の音声、音響などの音波を、第１〜第３のマイクロホンｍ１〜ｍ３が捕捉して得た第１〜第３の捕捉信号ｓ１〜ｓ３はマイクロホン選択部１３に与えられる。また、第１の捕捉信号Ｓ１は、ｍｏｄＧＩ計算部１１に与えられる。

第１の捕捉信号ｓ１についてのｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩが、ｍｏｄＧＩ計算部１１において（１）式に基づいて計算され、得られたｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩがマイクロホン選択制御部１２に与えられる。そして、マイクロホン選択制御部１２において、計算されたｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩに基づいて、言い換えると、捕捉信号ｓ１における雑音成分が有する周波数特性に基づいて、３つの捕捉信号ｓ１〜ｓ３から２つの捕捉信号を選択させる選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃが生成されてマイクロホン選択部１３に与えられる。

第１〜第３のマイクロホンｍ１〜ｍ３からの３つの捕捉信号ｓ１〜ｓ３のうち、選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃが指示する２つの捕捉信号ＳＡ及びＳＢが、マイクロホン選択部１３において選択されてマイクロホンアレイ処理部２０に与えられる。

そして、マイクロホンアレイ処理部２０において、２つの捕捉信号ＳＡ及びＳＢは、２つのマイクロホンでなるマイクロホンアレイからの入力信号として公知の手法に基づいて処理される。

次に、マイクロホン選択制御部１２における詳細動作を説明する。

ｍｏｄＧＩ計算部１１が得たｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩが、ｍｏｄＧＩ取得部２１によって取込まれてｍｏｄＧＩ照合・選択制御信号生成部２２に与えられる。ｍｏｄＧＩ照合・選択制御信号生成部２２によって、取込まれたｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩがキーとなってｍｏｄＧＩ／選択制御信号対応記憶部２３に対する照合が実行され、取込まれたｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩが属する範囲に応じた選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃ（図３参照）がｍｏｄＧＩ／選択制御信号対応記憶部２３から取り出される。そして、その選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃが、選択制御信号送信部２４によってマイクロホン選択部１３に送信される。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、ｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩによって、捕捉信号ｓ１（言い換えると、捕捉信号ｓ１〜ｓ３）における雑音成分の周波数特性を推定し、その結果に基づいて、雑音成分の処理（例えば雑音抑圧）に適した２つのマイクロホンを選択してマイクロホンアレイを構成することができ、マイクロホンアレイからの捕捉信号を処理する処理部の処理精度を向上させることができる。ここで、ｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩを雑音成分の周波数特性を反映したパラメータに用いているため、処理遅延が少なく、演算も容易である。

第１の実施形態のマイクロホン間隔制御装置１０を、例えば、通信端末（スマートフォンや携帯電話端末など）やテレビ会議システムなどに適用することにより通話音質の改善などの効果を期待でき、また、第１の実施形態のマイクロホン間隔制御装置１０を、例えば、カーナビゲーションシステムや家電装置のボイスコマンド入力装置などに適用することにより音声認識精度の改善などの効果を期待できる。例えば、スマートフォンは使用者が種々の環境下に携帯するものであり、携帯者が乗り込んだ自動車の車内の背景雑音（窓を閉めている場合の背景雑音）は車外に比べて低域成分が中心的である。また、カーナビゲーションシステム用のボイスコマンド入力装置近傍の背景雑音の特性は、例えば、走行速度が速いか遅いか、エアコンが使用されているか否か、さらには、自動車の窓（特に前列の窓）が開いているか閉まっているかなどの様々な条件で大きく変わる。このような背景雑音の特性が種々変化する装置へ、第１の実施形態のマイクロホン間隔制御装置１０を適用することは非常に有効である。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明によるマイクロホン間隔制御装置及びプログラムの第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図４は、第２の実施形態のマイクロホン間隔制御装置１０Ａの構成を示すブロック図であり、上述した第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。

図４において、第２の実施形態のマイクロホン間隔制御装置１０Ａは、第１〜第３のマイクロホンｍ１〜ｍ３、ｍｏｄＧＩ計算部１１、マイクロホン選択・遅延制御部１２Ａ、マイクロホン選択部１３及び付与遅延選択部１４を有する。

上述した第１の実施形態の場合、第１〜第３のマイクロホンｍ１〜ｍ３はこの順序で１直線上に配置されていた。第２の実施形態の場合、３つのマイクロホンｍ１〜ｍ３は直線状ではなく、図４に示すように、三角形（例えば、直角三角形若しくは鈍角三角形）の３つの頂点の位置に固定的に配置されている。但し、マイクロホン間隔の大小関係は、第１の実施形態と同様になっている。すなわち、第１及び第２のマイクロホンｍ１及びｍ２のマイクロホン間隔Ｄ_１２は、第２及び第３のマイクロホンｍ２及びｍ３のマイクロホン間隔Ｄ_２３より狭く、第１及び第３のマイクロホンｍ１及びｍ３のマイクロホン間隔Ｄ_１３は、第１及び第２のマイクロホンｍ１及びｍ２のマイクロホン間隔Ｄ_１２や、第２及び第３のマイクロホンｍ２及びｍ３のマイクロホン間隔Ｄ_２３より広くなっている。

ここで、マイクロホン間隔制御装置１０Ａを搭載している装置（例えば、ボイスコマンド入力装置）の設計者が意図している音波の方向（指向性）が、第１及び第３のマイクロホンｍ１及びｍ３を結ぶ線分の直交方向であったとする。この場合、３つのマイクロホンｍ１〜ｍ３が三角形の３つの頂点の位置に固定的に配置されているため、２つのマイクロホンとして第１及び第３のマイクロホンｍ１及びｍ３が選択された場合には、選択後の２つの捕捉信号ＳＡ及びＳＢにおける設計者が意図している方向からの成分には時間差が生じないが、２つのマイクロホンとして第１及び第２のマイクロホンｍ１及びｍ２が選択された場合や、２つのマイクロホンとして第２及び第３のマイクロホンｍ２及びｍ３が選択された場合には、選択後の２つの捕捉信号ＳＡ及びＳＢには、設計者が意図している方向からの成分に、図４の距離Ｌに相当する時間差が生じる。

そのため、第２の実施形態では、付与遅延選択部１４が設けている。付与遅延選択部１４は、３つのマイクロホンｍ１〜ｍ３からの２つのマイクロホンの選択結果に応じて、選択された２つのマイクロホンからの捕捉信号ＳＡ及びＳＢの時間差を解消するものである。

付与遅延選択部１４は、上述した機能を発揮できれば、その詳細構成は問われないものであるが、一例として、図４に示すように構成することができる。以下では、距離Ｌに対応する遅延量（時間）がｄであるとして説明する。付与遅延選択部１４は、捕捉信号ＳＡを時間ｄだけ遅延させる遅延部１４Ａ１と、捕捉信号ＳＡをそのまま通過させるか、遅延部１４Ａ１からの遅延信号を通過させるかを切り替える２入力１出力スイッチ１４Ａ２と、捕捉信号ＳＢを時間ｄだけ遅延させる遅延部１４Ｂ１と、捕捉信号ＳＢをそのまま通過させるか、遅延部１４Ｂ１からの遅延信号を通過させるかを切り替える２入力１出力スイッチ１４Ｂ２とを有している。なお、２つのスイッチ１４Ａ１及び１４Ｂ１は、制御ビットが「１」のときにａ入力端子を選択し、制御ビットが「０」のときにｂ入力端子を選択するものである。

２つのマイクロホンとして第１及び第３のマイクロホンｍ１及びｍ３が選択された場合には、選択後の２つの捕捉信号ＳＡ及びＳＢに時間差が生じていないので、付与遅延選択部１４は、マイクロホン選択部１３からの２つの捕捉信号ＳＡ及びＳＢを共に遅延させることなく、マイクロホンアレイ処理部２０に与えれば良い。また、２つのマイクロホンとして第２及び第３のマイクロホンｍ２及びｍ３が選択された場合には、選択後の２つの捕捉信号ＳＡ及びＳＢ間に捕捉信号ＳＢ側が時間差ｄだけ進んでいる関係があるので、付与遅延選択部１４は、捕捉信号ＳＢだけを時間差ｄだけ遅延させてマイクロホンアレイ処理部２０に与えれば良い。さらに、２つのマイクロホンとして第１及び第２のマイクロホンｍ１及びｍ２が選択された場合には、選択後の２つの捕捉信号ＳＡ及びＳＢ間に捕捉信号ＳＡ側が時間差ｄだけ進んでいる関係があるので、付与遅延選択部１４は、捕捉信号ＳＡだけを時間差ｄだけ遅延させてマイクロホンアレイ処理部２０に与えれば良い。

マイクロホン選択・遅延制御部１２Ａは、マイクロホン（の捕捉信号）の選択に応じて、マイクロホン選択後の捕捉信号に対する、以上のような遅延制御を実現できるように、第１の実施形態のｍｏｄＧＩ／選択制御信号対応記憶部２３に代えて、ｍｏｄＧＩ／選択・遅延制御信号対応記憶部２３Ａを有している。

図５は、ｍｏｄＧＩ／選択・遅延制御信号対応記憶部２３Ａの構成例を示す説明図であり、上述した第１の実施形態の図３に対応する図面である。

ｍｏｄＧＩ／選択・遅延制御信号対応記憶部２３Ａも、ｍｏｄＧＩ取得部２１が取得したｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩが属する範囲に応じて、３つのマイクロホンｍ１〜ｍ３（の捕捉信号）から２つのマイクロホン（の捕捉信号）を選択させる選択制御信号ｃｎｔｌｍｉｃを得ることができるようになされている。これに加え、ｍｏｄＧＩ／選択・遅延制御信号対応記憶部２３Ａは、ｍｏｄＧＩ取得部２１が取得したｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩが属する範囲に応じて、言い換えると、選択された２つのマイクロホンの組み合わせに応じて、選択後の捕捉信号ＳＡ及びＳＢの時間差を解消させる遅延制御信号ｃｎｔｌｄｌを得ることができるようになされている。遅延制御信号ｃｎｔｌｄｌは、付与遅延選択部１４を上述したように制御するものである。

第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。これに加え、第２の実施形態によれば、複数のマイクロホン間で、所定方向からの音波の捕捉タイミングにずれがある場合でも、そのずれを解消して、選択された捕捉信号をマイクロホンアレイ処理部に与えることができる。

なお、第１の実施形態に係る図１のように、複数のマイクロホンが１直線上に配置されていても、所定方向が、その直線の直交方向でない場合には、第２の実施形態におけるような捕捉タイミングのずれを解消する手段を設けることを要する。

（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明によるマイクロホン間隔制御装置及びプログラムの第３の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図６は、第３の実施形態のマイクロホン間隔制御装置１０Ｂの構成を示すブロック図であり、上述した第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。

図６において、第３の実施形態のマイクロホン間隔制御装置１０Ｂは、２つのマイクロホンｍｆ、ｍｍ、ｍｏｄＧＩ計算部１１、マイクロホン移動制御部１２Ｂ及びマイクロホン移動機構１５を有する。

２つのマイクロホンｍｆ及びｍｍのうち、一方のマイクロホンｍｆは固定的に設けられており、他方のマイクロホンｍｍはマイクロホン移動制御部１２Ｂによって移動可能に設けられている。マイクロホンｍｍの移動方向は、固定設置のマイクロホンｍｆに近付き又は遠ざかる方向である。すなわち、この第３の実施形態の場合、マイクロホンの数は２つであるが、その２つのマイクロホンｍｆ及びｍｍ間の間隔を変えることができるようになされている。

マイクロホン移動機構１５は、移動可能なマイクロホンｍｍを移動する機構であり、その詳細構成は限定されない。一例を挙げれば以下の通りである。マイクロホン移動機構１５は、駆動源としてステッピングモータを備え、ステッピングモータの回転軸にはピニオンが取り付けられている。このピニオンと係合するラックはガイドによって直動可能となされており、このラックの側面や裏面などの一部に移動可能なマイクロホンｍｍが固定的に取り付けられている。

ｍｏｄＧＩ計算部１１は、マイクロホンｍｆから出力された捕捉信号ｓ１についてのｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩを計算し、得られたｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩをマイクロホン移動制御部１２Ｂに与える。

マイクロホン移動制御部１２Ｂは、計算されたｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩに基づいて、言い換えると、捕捉信号ｓ１における雑音成分が有する周波数特性に基づいて、２つのマイクロホンｍｆ及びｍｍ間の間隔を最適化するマイクロホンｍｍの移動量を定め、移動制御信号ｃｎｔｌｍｖをマイクロホン移動機構１５に与える。

上述した機能を発揮できれば、マイクロホン移動制御部１２Ｂの内部構成は問われない。一例を挙げると、以下のとおりである。マイクロホン移動制御部１２Ｂは、現状のマイクロホンｍｍの位置１２Ｂ１（の情報）を記憶している。また、マイクロホン移動制御部１２Ｂは、ｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩが属する範囲と、その範囲に適したマイクロホンｍｍの位置とを対応付けた、図７に示すような構成のｍｏｄＧＩ／マイクロホン位置対応記憶部（テーブル）２３Ｂを内蔵している。マイクロホン移動制御部１２Ｂは、ｍｏｄＧＩ／マイクロホン位置対応記憶部（テーブル）２３Ｂから、計算されたｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩに適したマイクロホンｍｍの位置を取り出し、取り出した位置と現状のマイクロホンｍｍの位置１２Ｂ１との差を求め、現状のマイクロホンｍｍの位置１２Ｂ１から取り出した位置へマイクロホンｍｍを移動させる移動制御信号ｃｎｔｌｍｖを生成してマイクロホン移動機構１５に与える。

第３の実施形態によっても、捕捉信号における雑音成分の周波数特性を反映させたｍｏｄＧＩを計算し、それに応じて、２つのマイクロホンの間隔を制御するようにしたので、第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。

（Ｄ）第４の実施形態
次に、本発明によるマイクロホン間隔制御装置及びプログラムの第４の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図８は、第４の実施形態のマイクロホン間隔制御装置１０Ｃの構成を示すブロック図であり、上述した第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。

図８において、第４の実施形態のマイクロホン間隔制御装置１０Ｃは、第１〜第３のマイクロホンｍ１〜ｍ３、ｍｏｄＧＩ計算部１１Ｃ、マイクロホン選択制御部１２及びマイクロホン選択部１３に加え、音声区間検出部１６を有する。

音声区間検出部１６は、第１の捕捉信号ｓ１が音声区間か否かを、公知の音声検出技術によって検出するものであり、検出結果ＶをｍｏｄＧＩ計算部１１Ｃに与えるものである。

第４の実施形態のｍｏｄＧＩ計算部１１Ｃは、検出結果Ｖが非音声区間を表しているときに捕捉信号ｓ１についてのｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩを計算し、検出結果Ｖが音声区間を表しているときに直前のｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩを維持させ、以上のように非音声区間でのみ更新されたｍｏｄＧＩ値ｍｏｄＧＩをマイクロホン選択制御部１２に与えるものである。

従って、第４の実施形態においては、非音声区間（言い換えると雑音区間）においてのみマイクロホン間隔の見直しが実行される。

第４の実施形態によれば、非音声区間でのみｍｏｄＧＩ値を更新してマイクロホンの選択を制御するので、第１の実施形態より高い効果を期待できる。

（Ｅ）他の実施形態
上記各実施形態ではｍｏｄＧＩを適用する場合を示したが、修正される前のＧＩ（特許文献２の（４）式参照）も、信号波形の傾き方向が変化する回数とその大きさを測る指標であるので、上記各実施形態におけるｍｏｄＧＩに代えてＧＩを適用するようにしても良い。

上記各実施形態では、マイクロホン間隔の見直しを常時行うように説明したが、背景雑音の周波数特性は定常的であることが多く、マイクロホン間隔の見直しを一時的又は間欠的に実行するように装置を構成しても良い。例えば、通信端末の電源オン時など、装置の使用開始時にのみマイクロホン間隔の見直しを稼働させ、それ以降は停止させるようにしても良い。

マイクロホンを選択する上記第１、第２、第４の実施形態では、マイクロホンの数が３個の場合を示したが、マイクロホン数は３個に限定されないことは勿論である。

上記各実施形態では、一つの捕捉信号ｓ１から各種制御部へ与えるｍｏｄＧＩ値を得るものを示したが、各種の制御部へ与えるｍｏｄＧＩ値の取得方法はこれに限定されるものではない。例えば、３種類の捕捉信号ｓ１、ｓ２、ｓ３のそれぞれについてｍｏｄＧＩ値を計算し、得られた３つのｍｏｄＧＩ値の平均値や中央値などを制御部へ与えるｍｏｄＧＩ値とするようにしても良い。

上記第３の実施形態では、一方のマイクロホンだけ移動可能なものを示したが、両方のマイクロホンが共に移動可能なものであっても良い。

上記では、マイクロホンの選択と、マイクロホンの移動とが択一的な実施形態を説明したが、マイクロホンの選択とマイクロホンの移動とを組み合わせた実施形態を構成するようにしても良い。要は、マイクロホンアレイに入力される２つの捕捉信号を得たマイクロホンの間隔をｍｏｄＧＩ値に制御できるものであれば良い。

上記各実施形態では、ｍｏｄＧＩ値が新しい範囲に属すると直ちに制御信号を切り換えるものを示したが、ｍｏｄＧＩ値が新しい範囲に属することが所定回数連続したときに初めて制御信号を切り換えるようにしても良い。

マイクロホンアレイ処理部の中には、遅延部を内部に有するものがある（特許文献１の図４参照）。第２の実施形態における付与遅延選択部１４内の遅延部として、マイクロホンアレイ処理部内の遅延部を流用するようにしても良い。

上記では音声信号が目的音のように説明したが、機械音などの音響信号が目的音の場合にも、本発明の技術思想を適用することができる。

上記各実施形態では、マイクロホンアレイからの捕捉信号を直ちに処理する装置やプログラムを示したが、マイクロホンアレイからの捕捉信号を記録媒体に記録し、それを再生する場合にも、本発明を適用することができる。

ｍ１〜ｍ３、ｍｆ、ｍｍ、…マイクロホン、１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…マイクロホン間隔制御装置、１１、１１Ｃ…ｍｏｄＧＩ計算部、１２…マイクロホン選択制御部、１２Ａ…マイクロホン選択・遅延制御部、１２Ｂ…マイクロホン移動制御部、１３…マイクロホン選択部、１４…付与遅延選択部、１５…マイクロホン移動機構、１６…音声区間検出部、２１…ｍｏｄＧＩ取得部、２２…ｍｏｄＧＩ照合・選択制御信号生成部、２３…ｍｏｄＧＩ／選択制御信号対応記憶部、２３Ａ…ｍｏｄＧＩ／選択・遅延制御信号対応記憶部、２４…選択制御信号送信部。

Claims

複数のマイクロホンによる捕捉信号のうちの少なくとも１つの捕捉信号に基づき、マイクロホンの捕捉信号における、信号波形の傾き方向が変化する回数とその大きさを表し、かつ高域成分の含まれ具合を反映した特徴量を算出する特徴量算出手段と、
算出された上記特徴量に応じて、次段装置に出力する２つの捕捉信号を出力したマイクロホン間のマイクロホン間隔を調整するマイクロホン間隔最適化手段とを有し、
上記マイクロホン間隔最適化手段は、固定的に設置された３つ以上のマイクロホンから得た捕捉信号の中から、算出された上記特徴量に応じて２つのマイクロホンからの捕捉信号を選択させて、上記マイクロホン間隔を仮想的に変更させる
ことを特徴とするマイクロホン間隔制御装置。
複数のマイクロホンによる捕捉信号のうちの少なくとも１つの捕捉信号に基づき、マイクロホンの捕捉信号における、信号波形の傾き方向が変化する回数とその大きさを表し、かつ高域成分の含まれ具合を反映した特徴量を算出する特徴量算出手段と、
算出された上記特徴量に応じて、次段装置に出力する２つの捕捉信号を出力したマイクロホン間のマイクロホン間隔を調整するマイクロホン間隔最適化手段とを有し、
上記特徴量算出手段は、
上記捕捉信号における目的音区間を検出する目的音区間検出部と、
上記目的音区間検出部の検出結果が、目的音区間でない場合にだけ特徴量の算出をし直す特徴量算出本体とを有する
ことを特徴とするマイクロホン間隔制御装置。
コンピュータを、
複数のマイクロホンによる捕捉信号のうちの少なくとも１つの捕捉信号に基づき、マイクロホンの捕捉信号における、信号波形の傾き方向が変化する回数とその大きさを表し、かつ高域成分の含まれ具合を反映した特徴量を算出する特徴量算出手段と、
算出された上記特徴量に応じて、次段装置に出力する２つの捕捉信号を出力したマイクロホン間のマイクロホン間隔を調整するマイクロホン間隔最適化手段として機能させ、
上記マイクロホン間隔最適化手段は、固定的に設置された３つ以上のマイクロホンから得た捕捉信号の中から、算出された上記特徴量に応じて２つのマイクロホンからの捕捉信号を選択させて、上記マイクロホン間隔を仮想的に変更させる
ことを特徴とするマイクロホン間隔制御プログラム。
コンピュータを、
複数のマイクロホンによる捕捉信号のうちの少なくとも１つの捕捉信号に基づき、マイクロホンの捕捉信号における、信号波形の傾き方向が変化する回数とその大きさを表し、かつ高域成分の含まれ具合を反映した特徴量を算出する特徴量算出手段と、
算出された上記特徴量に応じて、次段装置に出力する２つの捕捉信号を出力したマイクロホン間のマイクロホン間隔を調整するマイクロホン間隔最適化手段として機能させ、
上記特徴量算出手段は、上記捕捉信号における目的音区間を検出し、検出結果が、目的音区間でない場合にだけ特徴量の算出をし直す
ことを特徴とするマイクロホン間隔制御プログラム。