JP6809936B2 - 雑音抽出装置およびマイクロホン装置 - Google Patents

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Description

本発明は、雑音抽出装置およびマイクロホン装置に関する。
例えば特許文献１では、２つのマイクロホンユニットの出力信号を用いて合成した指向性信号に含まれる雑音信号の抽出を行うことができる雑音抽出装置が開示されている。この雑音抽出装置では、信号処理によって合成した音圧傾度型の単一指向性の指向性信号が、信号処理によって得た無指向性の指向性信号と比較して雑音感度が高いことを利用し、複数種類の指向性信号から音波成分を相殺することで雑音信号を抽出する。
特許第４９９０９８１号公報
しかしながら、上記従来の雑音抽出装置は、２つのマイクロホンユニットの出力信号それぞれに混入する振動雑音、風雑音またはマイクロホンユニット固有雑音などマイクロホンユニットで個別に発生する雑音信号をマイクロホンユニット毎（個別）に推定することはできない。
さらに、近年、例えば音源分離、適応ビームフォーマまたは音源探査などにおいて、マイクロホンユニットの出力信号を用いて、音圧傾度型の指向性合成とは異なるアレイ信号処理を行うことも多くなっている。アレイ信号処理では、個々のマイクロホンユニットの出力信号に含まれる個々のマイクロホンユニットで個別に発生する雑音信号を抽出する必要がある。
本発明は、上述の事情を鑑みてなされたもので、個々のマイクロホンユニットで個別に発生する雑音信号を抽出することができる雑音抽出装置およびマイクロホン装置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、本発明の一形態に係る雑音抽出装置は、空間的に異なる位置に設けられ、音を収音するための第１および第２のマイクロホンユニットと、前記第１および第２のマイクロホンユニットの出力信号を指向性合成した信号である第１指向性信号に含まれる第１雑音信号を抽出する第１の雑音信号抽出部と、前記第１指向性信号とは指向性合成の条件が異なる第２指向性信号に含まれる第２雑音信号を得る第２の雑音信号抽出部と、前記第１雑音信号と前記第２雑音信号とを、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号に分離する雑音信号分離部を備える。
また、上記目的を達成するために、本発明の一形態に係るマイクロホン装置は、上記記載の雑音抽出装置と、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれの出力信号から前記個別雑音信号を減算することにより、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで観測される音響成分の信号である音響信号を得る第１と第２の信号減算部を備える。
本発明の雑音抽出装置およびマイクロホン装置によれば、個々のマイクロホンユニットで個別に発生する雑音信号を抽出することができる。
実施の形態１における雑音抽出装置の構成を示すブロック図 実施の形態１における第１の雑音信号抽出部の詳細構成を示すブロック図 第１の指向性合成部が出力する信号の指向特性図 第２の指向性合成部が出力する信号の指向特性図 第２の指向性合成部が出力する信号の指向特性図 実施の形態１における第２の雑音信号抽出部の詳細構成を示すブロック図 実施の形態１における雑音信号分離部の詳細構成を示すブロック図 実施の形態１の変形例１における雑音信号抽出部の詳細構成を示すブロック図 実施の形態２における雑音抽出装置の構成を示すブロック図 実施の形態３における雑音抽出装置の構成を示すブロック図 実施の形態３における第１の雑音信号抽出部の詳細構成例を示すブロック図 実施の形態３における第２の雑音信号抽出部の詳細構成例を示すブロック図 実施の形態３における雑音信号分離部の詳細構成例を示すブロック図 実施の形態４におけるマイクロホン装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態４におけるマイクロホン装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態４におけるマイクロホン装置が利用可能なアプリケーションの例を示す図
（本発明の基礎となった知見）
２つ以上のマイクロホンユニットの出力信号を信号処理して出力を得るマイクロホン装置では、音を収音するためのマイクロホンユニットに混入する振動雑音、風雑音またはマイクロホンユニット固有雑音など２つ以上のマイクロホンユニットで個別に発生する雑音がある。ここで、振動雑音は、例えば手に持って操作した際にマイクロホンに伝わるタッチノイズ、およびマイクロホンユニットの筺体の振動など振動によるノイズである。風雑音は、風がふいた際に、マイクロホンを構成する振動板を動かすノイズなど風によるノイズである。マイクロホンユニット固有雑音は、マイクロホンを構成する例えばエレクトレットコンデンサマイク（ＥＣＭ）に内蔵されているＦＥＴなどで発生する熱雑音など、マイクロホンユニット固有が発するノイズである。
また、当該マイクロホン装置における２つ以上のマイクロホンユニットそれぞれにおいて個別に発生する雑音は、マイクロホンユニット間で相関のない（無相関な）信号である。一方、当該マイクロホン装置が収音する音波は、複数のマイクロホンユニット間で相関がある信号である。音波は複数のマイクロホンユニット間で相関がある信号であることから、２つのマイクロホンユニットの出力信号を信号処理することによって合成した音圧傾度型の指向性信号は、上記のような雑音に弱くなることが知られている。
特許文献１に記載の雑音抽出装置では、上述したように、２つのマイクロホンユニットの出力信号を信号処理して得た音圧傾度型の単一指向性の指向性信号が、無指向性の指向性信号と比較して雑音感度が高いことを利用し、複数種類の指向性信号から音波成分を相殺して雑音信号を抽出する。つまり、特許文献１に記載の雑音抽出装置は、複数のマイクロホンユニットの出力信号を合成した指向性信号に含まれる雑音信号を抽出することができる。
しかしながら、特許文献１に記載の音抽出装置では、２つのマイクロホンユニットの出力信号それぞれに混入するマイクロホンユニットで個別に発生する雑音信号をマイクロホンユニット毎（個別）に推定できないという課題がある。
さらに、近年、音源分離、適応ビームフォーマまたは音源探査などにおいて、マイクロホンユニットの出力信号を用いてアレイ信号処理を行ことも多くなっており、個々のマイクロホンユニットの信号に含まれる雑音信号を抽出する必要がある。
そこで、発明者らは、これらのことを鑑み、個々のマイクロホンユニットで発生する雑音信号を抽出することができる雑音抽出装置等を想到した。
すなわち、本発明の一態様に係る雑音抽出装置は、空間的に異なる位置に設けられ、音を収音するための第１および第２のマイクロホンユニットと、前記第１および第２のマイクロホンユニットの出力信号を指向性合成した信号である第１指向性信号に含まれる第１雑音信号を抽出する第１の雑音信号抽出部と、前記第１指向性信号とは指向性合成の条件が異なる第２指向性信号に含まれる第２雑音信号を得る第２の雑音信号抽出部と、前記第１雑音信号と前記第２雑音信号とを、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号に分離する雑音信号分離部を備える。
この構成により、空間的に異なる位置に設けられた２つ以上のマイクロホンユニットについて、音響信号に混入する振動雑音、風雑音やマイクロホンユニット固有雑音などの雑音信号をマイクロホンユニット毎に抽出することができる。
ここで、例えば、記雑音信号分離部は、前記第１指向性信号および前記第２指向性信号と、前記第１および第２のマイクロホンユニットの前記出力信号との関係を示す関係式から導出される、前記第１雑音信号および前記第２雑音信号と前記個別雑音信号との関係式に従って、前記第１雑音信号および前記第２雑音信号を変換することにより、前記個別雑音信号を得るとしてもよい。
また、例えば、前記第２の雑音信号抽出部は、前記第２指向性信号を、前記第１および第２のマイクロホンユニットの前記出力信号を指向性合成して生成し、前記第２指向性信号に含まれる前記第２雑音信号を抽出するとしてもよい。
ここ、例えば、前記第１の雑音信号抽出部および第２の雑音信号抽出部は、前記第１および第２のマイクロホンユニットの前記出力信号を指向性合成して、雑音感度が異なるが、音圧に対する指向特性が一致し、かつ、音響的中心位置が一致する、２つの指向性信号を生成する指向性合成部と、前記２つの指向性信号の一方から他方を減算することで、前記一方の指向性信号から、音響成分を打ち消して、雑音成分の振幅値を抽出する信号相殺演算部と前記２つの指向性信号の雑音感度の高い方の前記指向性信号に加算された主軸方向が異なる単一指向性の２つの信号のうちの一方と前記信号相殺演算部の出力信号とから雑音波形信号を復元して出力する信号復元部とを備えるとしてもよい。
また、例えば、前記第１指向性信号の指向性主軸方向と、前記第２指向性信号の指向性主軸方向とは、互いに逆方向であるとしてもよい。
また、例えば、前記第２雑音信号は、前記第１雑音信号を逆位相にしたものであり、前記第２の雑音信号抽出部は、前記第１の雑音信号抽出部から出力された前記第１雑音信号を逆位相にすることにより前記第２雑音信号を得るとしてもよい。
また、例えば、前記第１指向性信号の指向性主軸方向と、前記第２指向性信号の指向性主軸方向とは、同一方向であり、前記第１指向性信号と前記第２指向性信号とは、前記第１および第２のマイクロホンユニットの前記出力信号を指向性合成する際の合成係数が異なるとしてもよい。
また、例えば、前記合成係数は、利得値であり、前記第１指向性信号と前記第２指向性信号とは、記第１および第２のマイクロホンユニットのうちの一方の出力信号に異なる利得値が乗算して指向性合成された信号であるとしてもよい。
また、例えば、前記個別雑音信号は、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する風雑音および振動雑音のうち少なくとも一つを含む雑音を示す信号であるとしてもよい。
また、上記目的を達成するために、本発明の一形態に係るマイクロホン装置は、上記態様のいずれかに記載の雑音抽出装置と、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれの出力信号から前記個別雑音信号を減算することにより、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで観測される音響成分の信号である音響信号を得る第１と第２の信号減算部を備える。
また、本発明の一形態に係るマイクロホン装置は、上記態様に記載の雑音抽出装置と、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれの出力信号から前記個別雑音信号を減算することにより、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで観測される音響成分の信号である第１音響信号を得る第１および第２の信号減算部とを備え、前記第１および第２の信号減算部は、前記第１音響信号を、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれの出力信号として、前記雑音抽出装置に出力することにより、前記雑音抽出装置から出力された前記第１音響信号に含まれる前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号を、前記第１音響信号から減算することにより、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで観測される音響成分の信号である第２音響信号を得る。
ここで、例えば、前記第１および第２の信号減算部は、前記第１音響信号を、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれの出力信号として、前記第１の雑音信号抽出部および前記第２の雑音信号抽出部に出力し、前記第１の雑音信号抽出部および前記第２の雑音信号抽出部は、前記第１音響信号を指向性合成した信号である第３指向性信号に含まれる第３雑音信号および前記第１音響信号を前記第３指向性信号とは指向性合成の条件が異なる指向性合成した信号である第４指向性信号に含まれる第４雑音信号を抽出して前記雑音信号分離部に出力し、前記雑音信号分離部は、前記第３雑音信号および前記第４雑音信号を、前記第１音響信号に含まれる前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号に分離して、前記第１および第２の信号減算部に出力し、前記第１および第２の信号減算部は、前記雑音信号分離部から出力された前記第１音響信号に含まれる前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号を、前記第１音響信号から減算するとしてもよい。
なお、本発明は、装置として実現するだけでなく、このような装置が備える処理手段を備える集積回路として実現したり、その装置を構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを示す情報、データまたは信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データおよび信号は、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やインターネット等の通信媒体を介して配信してもよい。
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。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（実施の形態１）
［雑音抽出装置１００］
図１は、実施の形態１における雑音抽出装置１００の構成を示すブロック図である。なお、以降の説明においては、時間領域の信号については信号名の頭文字を小文字とし、周波数領域の信号については信号名の頭文字を大文字として説明を行う。また、xm0(n)をxm0と表記し、Xm0(ω)をXm0と表記して説明を行う。
図１に示す雑音抽出装置１００は、第１のマイクロホンユニット１１と、第２のマイクロホンユニット１２と、第１の雑音信号抽出部１０１と、第２の雑音信号抽出部１０２と、雑音信号分離部２０１とを備える。
［第１のマイクロホンユニット１１、第２のマイクロホンユニット１２］
第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２は、空間的に異なる位置に設けられ、音を収音する。第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２はそれぞれ、収音した音波の信号を出力する。本実施の形態では、第１のマイクロホンユニット１１は、収音した音波の信号として出力信号um1を第１の雑音信号抽出部１０１および第２の雑音信号抽出部１０２に出力する。同様に、第２のマイクロホンユニット１２は、収音した音波の信号として出力信号um2を第１の雑音信号抽出部１０１および第２の雑音信号抽出部１０２に出力する。なお、第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２の２つのマイクユニット間距離ｄは、以下で音圧傾度型の指向性合成を行うために、例えば５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であればよい。
［第１の雑音信号抽出部１０１］
図２は、実施の形態１における第１の雑音信号抽出部１０１の詳細構成を示すブロック図である。
第１の雑音信号抽出部１０１は、第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２の出力信号を指向性合成した信号である第１指向性信号に含まれる第１雑音信号を抽出する。本実施の形態では、第１の雑音信号抽出部１０１は、図１に示すように、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号um1および第２のマイクロホンユニット１２の出力信号um2が入力され、合成した指向性信号に含まれる雑音信号xn1を出力する。
より具体的には、第１の雑音信号抽出部１０１は、図２に示すように、第１の指向性合成部２０、第２の指向性合成部３０、第３の指向性合成部４０、第１の信号絶対値演算部７１、第２の信号絶対値演算部７２、第３の信号絶対値演算部７３、信号相殺演算部８０および信号復元部９０を備える。なお、第１雑音信号は、雑音信号xn1に該当し、第１指向性信号は第２の指向性合成部３０が出力する信号xm1に該当する。
＜第１の指向性合成部２０＞
図３Ａは、第１の指向性合成部２０が出力する信号xm0の指向特性図である。
第１の指向性合成部２０は、図２に示すように、信号の加算すなわち加算型の指向性合成を行う信号加算部２２と、ゲインを調整することで信号を増幅する信号増幅部２３とを有する。より具体的には、第１の指向性合成部２０は、出力信号um1と出力信号um2とを信号加算部２２で加算し、さらに信号増幅部２３で増幅した信号xm0を出力する。このようにして、第１の指向性合成部２０は、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号um1および第２のマイクロホンユニット１２の出力信号um2を用いて、振動や風雑音の雑音に対して感度が低い無指向性の指向性合成を行った信号xm0を得る。信号xm0は、例えば図３Ａに示すような無指向性の指向特性を有する。ここで、図３Ａは、第１の指向性合成部２０が出力する信号xm0のポーラパターンを示す図であり、信号xm0の感度を指向特性の方向ごとに示している。第１の指向性合成部２０が出力する信号xm0は、加算型の指向性合成により信号処理されており、その音圧感度の絶対値は高い。一方で、振動雑音、風雑音またはマイクロホンユニット固有雑音などマイクロホンユニットで個別に発生する雑音に対する感度は相対的に低くなる。
＜第２の指向性合成部３０＞
図３Ｂは、第２の指向性合成部３０が出力する信号xm1の指向特性図である。
第２の指向性合成部３０は、図２に示すように、信号を遅延させる信号遅延部３１と、信号の減算すなわち音圧傾度型の指向性合成を行う信号減算部３２と、信号の周波数特性を補正する周波数特性補正部３３とを有する。より具体的には、第２の指向性合成部３０は、出力信号um2を信号遅延部３１で遅延時間τだけ遅延させて信号減算部３２で出力信号um1から減算し、さらに周波数特性補正部３３で周波数特性を補正した信号xm1を出力する。
このようにして、第２の指向性合成部３０は、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号um1および第２のマイクロホンユニット１２の出力信号um2を用いて、振動や風雑音の雑音に対して感度が高い音圧傾度型の指向性合成を行った信号xm1を得る。
信号xm1は、例えば図３Ｂに示すような指向特性を有する。ここで、図３Ｂは、第２の指向性合成部３０が出力する信号xm1のポーラパターンを示す図であり、信号xm1の感度を指向特性の方向ごとに示している。第２の指向性合成部３０が出力する信号xm1の指向特性は、図３Ｂに示すように、指向軸正面が、第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２を結ぶ線上において第１のマイクロホンユニット１１の方向に向いたものとなる。信号xm1は、上述したように音圧傾度型（減算型）の指向性合成により信号処理されていることから、その音圧感度の絶対値は加算型に比して低くなる。一方で、振動雑音、風雑音またはマイクロホンユニット固有雑音などマイクロホンユニットで個別に発生する雑音に対する感度は相対的に高くなる。
第２の指向性合成部３０が出力する信号xm1は、一般的な音圧傾度型指向性合成の式を用いて、下記の（式１）のように示すことができる。Xm1,Um1,Um2は、時間領域で表現される信号xm1,um1,um2を周波数領域で表現したものである。
Figure 0006809936
ここで、τは遅延時間を示す。例えば単一指向性の信号を合成する場合、第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２の間の距離であるマイク素子間距離をｄ、音速をｃとしたとき、τ=d/cが設定される。また、Aは発散を防止するための係数で、１より小さい値が設定される。
上記の（式１）において、信号遅延部３１は「e-jωτ」の演算を行い、信号減算部３２は分子の「−」すなわち分子のマイナス演算子の演算を行い、周波数特性補正部３３は「1/(1-A・e-jωτ」の演算を行うことに対応する。
＜第３の指向性合成部４０＞
図３Ｃは、第３の指向性合成部４０が出力する信号xm2の指向特性図である。
第３の指向性合成部４０は、図２に示すように、信号を遅延させる信号遅延部４１と、信号の減算すなわち音圧傾度型の指向性合成を行う信号減算部４２と、信号の周波数特性を補正する周波数特性補正部４３とを有する。より具体的には、第３の指向性合成部４０は、出力信号um1を信号遅延部４１で遅延時間τだけ遅延させて信号減算部４２で出力信号um2から減算し、さらに周波数特性補正部４３で周波数特性を補正した信号xm2を出力する。
このようにして、第３の指向性合成部４０は、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号um1および第２のマイクロホンユニット１２の出力信号um2を用いて、振動や風雑音の雑音に対して感度が高い音圧傾度型の指向性合成を行った信号xm2を得る。
信号xm2は、例えば図３Ｃに示すような指向特性を有する。ここで、図３Ｃは、第３の指向性合成部４０が出力する信号xm2のポーラパターンを示す図であり、信号xm2の感度を指向特性の方向ごとに示している。第３の指向性合成部４０が出力する信号xm2の指向特性は、図３Ｃに示すように、指向軸正面が、第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２を結ぶ線上において第２のマイクロホンユニット１２の方向に向いたものとなる。信号xm2は、信号xm1と同様に音圧傾度型（減算型）の指向性合成により信号処理されていることから、その音圧感度の絶対値は加算型に比して低くなる。一方で、振動雑音、風雑音またはマイクロホンユニット固有雑音などマイクロホンユニットで個別に発生する雑音に対する感度は相対的に高くなる。
第３の指向性合成部４０が出力する信号xm2は、一般的な音圧傾度型指向性合成の式を用いて、下記の（式２）のように示すことができる。Xm2,Um1,Um2は、時間領域で表現される信号xm2,um1,um2を周波数領域で表現したものである。
Figure 0006809936
ここで、遅延時間τ、係数Aは、（式１）で説明したのと同様である。
上記の（式２）において、信号遅延部４１は「e-jωτ」の演算を行い、信号減算部４２は分子の「−」すなわち分子のマイナス演算子の演算を行い、周波数特性補正部４３は「1/(1-A・e-jωτ」の演算を行うことに対応する。
＜第１の信号絶対値演算部７１＞
第１の信号絶対値演算部７１は、第１の指向性合成部２０の出力信号の絶対値を演算する。本実施の形態では、第１の信号絶対値演算部７１は、第１の指向性合成部２０から出力された信号xm0の絶対値を演算した信号|xm0|を信号相殺演算部８０に出力する。
＜第２の信号絶対値演算部７２＞
第２の信号絶対値演算部７２は、第２の指向性合成部３０の出力信号の絶対値を演算する。本実施の形態では、第２の信号絶対値演算部７２は、第２の指向性合成部３０から出力された信号xm1の絶対値を演算した信号|xm1|を信号相殺演算部８０に出力する。
＜第３の信号絶対値演算部７３＞
第３の信号絶対値演算部７３は、第３の指向性合成部４０の出力信号の絶対値を演算する。本実施の形態では、第３の信号絶対値演算部７３は、第３の指向性合成部４０から出力された信号xm2の絶対値を演算した信号|xm2|を信号相殺演算部８０に出力する。
＜信号相殺演算部８０＞
信号相殺演算部８０は、図２に示すように、信号の加算を行う信号加算部８１と、信号の減算を行う信号減算部８２とを有する。より具体的には、信号相殺演算部８０は、第１の信号絶対値演算部７１から出力された信号|xm0|、第２の信号絶対値演算部７２から出力された信号|xm1|、および、第３の信号絶対値演算部７３から出力された信号|xm2|が入力される。信号相殺演算部８０は、入力されたこれらの信号から、音波に対する音響信号成分を相殺する演算を行うことで雑音信号振幅を示す信号nv1を抽出し、信号復元部９０に出力する。
信号相殺演算部８０が出力する信号nv1は、下記の（式３）のように示すことができる。つまり、信号相殺演算部８０では、（式３）に示される演算を行う。Nv1,Xm0,Xm1,Xm2は、時間領域で表現される信号nv1,xm0,xm1,xm2を周波数領域で表現したものである。
Figure 0006809936
上記の（式３）において、信号加算部８１は「＋」すなわちプラス演算子の演算を行い、信号減算部８２は「−」すなわちマイナス演算子の演算を行うことに対応する。
ここで、上記の（式３）における|Xm0(ω)|の項は、振動や風雑音の雑音に対する感度が低く、音波に対して無指向性を有する指向性信号を示す。また、上記の（式３）における(|Xm1(ω)|+|Xm2(ω)|)は、振動や風雑音の雑音に対する感度が高く、音波に対して無指向性を有する指向性信号を示す。図２において、(|Xm1(ω)|+|Xm2(ω)|)の項は、信号加算部８１が、第２の指向性合成部３０および第３の指向性合成部４０から出力される主軸方向が異なる単一指向性の２つの信号（信号xm1,xm2）を加算して、当該雑音に対する感度が高く、音波に対して無指向性を示す指向性信号を生成することに該当する。そして、信号相殺演算部８０では、これら性質を使って、音波の成分を相殺して雑音信号振幅を示す信号nv1を抽出する。すなわち、図２において、上記の（式３）は、信号相殺演算部８０が、雑音感度が異なるが音圧に対する指向特性が一致し、かつ、音響的中心位置が一致する、上記の２つの指向性信号の一方から他方を減算するで、一方の指向性信号から、音響成分を打ち消して、雑音成分の振幅値を抽出することに該当する。
＜信号復元部９０＞
信号復元部９０は、２つの指向性信号の雑音感度の高い方の指向性信号に加算された主軸方向が異なる単一指向性の２つの信号（信号xm1,xm2）のうちの一方と信号相殺演算部８０により出力された信号nv1とから雑音波形信号を復元して出力する。
本実施の形態では、信号復元部９０は、図２に示すように、信号の符号（周波数領域処理を行う場合には位相）を抽出する信号符号抽出部９１と、信号の乗算を行う信号乗算部９２とを有する。より具体的には、信号復元部９０は、第２の指向性合成部３０から出力された信号xm1を信号符号抽出部９１で符号（周波数領域処理を行う場合には位相）を抽出して、信号乗算部９２において雑音信号振幅を示す信号nv1 と乗算して、雑音信号xn1を得る（復元する）。信号復元部９０は、復元した雑音信号xn1を雑音信号分離部２０１に出力する。
このようにして、第１の雑音信号抽出部１０１は、第２の指向性合成部３０から出力される単一指向性を示す指向性信号である信号xm1に含まれる雑音信号xn1を得ることができる。
［第２の雑音信号抽出部１０２］
図４は、実施の形態１における第２の雑音信号抽出部１０２の詳細構成を示すブロック図である。図２と同様の要素には同一の符号を付している。
第２の雑音信号抽出部１０２は、第１指向性信号とは指向性合成の条件が異なる第２指向性信号に含まれる第２雑音信号を得る。具体的には、第２の雑音信号抽出部１０２は、第２指向性信号を、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号および第２のマイクロホンユニット１２の出力信号を指向性合成して生成し、第２指向性信号に含まれる第２雑音信号を抽出する。ここで、第１指向性信号の指向性主軸方向と、第２指向性信号の指向性主軸方向とは、互いに逆方向である。本実施の形態では、第２の雑音信号抽出部１０２は、図１に示すように、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号um1および第２のマイクロホンユニット１２の出力信号um2が入力される。そして、第２の雑音信号抽出部１０２は、第１の雑音信号抽出部１０１が出力する雑音信号xn1を含んでいた指向性信号とは異なる指向特性を示す指向性信号に含まれる雑音信号xn2を出力する。
より具体的には、第２の雑音信号抽出部１０２は、図４に示すように、第１の指向性合成部２０、第２の指向性合成部３０、第３の指向性合成部４０、第１の信号絶対値演算部７１、第２の信号絶対値演算部７２、第３の信号絶対値演算部７３、信号相殺演算部８０および信号復元部９５を備える。なお、第２雑音信号は雑音信号xn2に該当し、第２指向性信号は第３の指向性合成部４０が出力する信号xm2に該当する。
図４に示す第２の雑音信号抽出部１０２は、図２に示す第１の雑音信号抽出部１０１と比較して、信号復元部９５の構成と、第３の指向性合成部４０から出力された指向性信号である信号xm2が信号復元部９５に入力される点とが異なる。以下、図２に示す第１の雑音信号抽出部１０１と異なる部分について説明する。
＜信号復元部９５＞
信号復元部９５は、図４に示すように、信号の符号（周波数領域処理を行う場合には位相）を抽出する信号符号抽出部９６と、信号の乗算を行う信号乗算部９７とを有する。より具体的には、信号復元部９５は、第３の指向性合成部４０から出力された信号xm2を信号符号抽出部９６で符号（周波数領域処理を行う場合には位相）を抽出して、信号乗算部９７において雑音信号振幅を示す信号nv1と乗算して、雑音信号xn2を得る（復元する）。信号復元部９５は、復元した雑音信号xn2を雑音信号分離部２０１に出力する。
このようにして、第２の雑音信号抽出部１０２は、第３の指向性合成部４０から出力される単一指向性を示す指向性信号である信号xm2に含まれる雑音信号xn2を得ることができる。第３の指向性合成部４０から出力される信号xm2と第２の指向性合成部３０が出力する信号xm1とは、図３Ｂおよび図３Ｃを用いて説明したように、指向性主軸方向が異なる。つまり、第２の雑音信号抽出部１０２と第１の雑音信号抽出部１０１とでは、指向性主軸方向が異なる指向性信号（信号xm2,xm1）に含まれる雑音信号（雑音信号xn2,xn1）が抽出される。
［雑音信号分離部２０１］
図５は、実施の形態１における雑音信号分離部２０１の詳細構成を示すブロック図である。
雑音信号分離部２０１は、第１雑音信号と第２雑音信号とを、第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２それぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号に分離する。雑音信号分離部２０１は、第１指向性合成信号および第２指向性合成信号と、第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２の出力信号との関係を示す関係式から導出される、第１雑音信号および第２雑音信号と個別雑音信号との関係式に従って、第１雑音信号および第２雑音信号を変換することにより、個別雑音信号を得る。本実施の形態では、雑音信号分離部２０１は、図１に示すように、第１の雑音信号抽出部１０１と第２の雑音信号抽出部１０２から出力された雑音信号xn1および雑音信号xn2が入力される。そして、雑音信号分離部２０１は、雑音信号xn1および雑音信号xn2を、第１のマイクロホンユニット１１と第２のマイクロホンユニット１２にそれぞれに個別に含まれる雑音を示す個別雑音信号un1および個別雑音信号un2に分離して出力する。
より具体的には、雑音信号分離部２０１は、図５に示すように、信号遅延部２１１と、信号加算部２１２と、周波数特性補正部２１３と、信号遅延部２２１と、信号加算部２２２と、周波数特性補正部２２３とを有する。
信号遅延部２１１および信号遅延部２２１は、入力された信号を遅延させて出力する。具体的には、信号遅延部２１１は、第２の雑音信号抽出部１０２から出力された雑音信号xn2を遅延時間τだけ遅延させて信号加算部２１２に出力する。信号遅延部２２１は、第１の雑音信号抽出部１０１から出力された雑音信号xn1を遅延時間τだけ遅延させて信号加算部２２２に出力する。
信号加算部２１２および信号加算部２２２は、入力された信号の加算を行う。具体的には、信号加算部２１２は、第１の雑音信号抽出部１０１から出力された雑音信号xn1と、信号遅延部２１１により出力された遅延時間τだけ遅延された雑音信号xn2とを加算して、周波数特性補正部２１３に出力する。信号加算部２２２は、信号遅延部２２１により出力された遅延時間τだけ遅延された雑音信号xn1と、第２の雑音信号抽出部１０２から出力された雑音信号xn2とを加算して、周波数特性補正部２２３に出力する。
周波数特性補正部２１３および周波数特性補正部２２３は、信号の周波数特性を補正する。具体的には、周波数特性補正部２１３は、信号加算部２１２から出力された信号の周波数特性を補正することで得た個別雑音信号un1を出力する。周波数特性補正部２２３は、信号加算部２２２から出力された信号の周波数特性を補正することで得た個別雑音信号un2を出力する。
以下、２通りの指向性信号（信号xm1,xm2）に含まれる２つの雑音信号xn1,xn2を、２つのマイクロホンユニットそれぞれの出力信号um1,um2に含まれる個別雑音信号un1,un2に変換できることについて説明する。
第１、第２のマイクロホンユニット１１、１２の出力信号um1,um2と、第２の指向性合成部３０、第３の指向性合成部４０が出力する信号xm1,xm2との関係は、上記の（式１）および（式２）をまとめて表現することで、下記の（式４）のように表せる。
Figure 0006809936
指向性信号である信号xm1,xm2から第１、第２のマイクロホンユニットの出力信号um1,um2を導出する関係式は、上記の（式４）の両辺に逆数および逆行列を掛けることで、下記の（式５）のように表現できる。
Figure 0006809936
さらに、上記の（式５）において、右辺と左辺とを入れ替えて整理すると、下記の（式６）のように表せる。
Figure 0006809936
なお、（式５）の左辺の逆行列を計算する場合において導出時に上記の（式１）および（式２）と同様の発散防止の係数Aを用いた。
上記の（式６）に示される関係式は、２通りの指向性信号である信号xm1,xm2から第１、第２のマイクロホンユニットの出力信号um1,um2を得る変換式である。
そこで、２通りの指向性信号である信号xm1,xm2に含まれる雑音信号xn1,xn2を上記の（式６）に代入すると、下記の（式７）に示される変換式（関係式）が得られる。つまり、下記の（式７）に示される変換式を用いれば、２通りの指向性信号である信号xm1,xm2に含まれる雑音信号xn1,xn2から、第１、第２のマイクロホンユニットの出力信号um1,um2に含まれる個別雑音信号un1,un2を得ることができる。
Figure 0006809936
このように、雑音信号xn1,xn2と個別雑音信号un1、un2との関係式を示す上記の（式７）は、指向性信号である信号xm1,xm2と、第１、第２のマイクロホンユニット１１，１２の出力信号um1,um2との関係を示す関係式から導出することができる。
すなわち、雑音信号分離部２０１は、雑音信号xn1,xn2と個別雑音信号un1,un2との関係式を示す上記の（式７）に従って、雑音信号xn1,xn2を変換することにより、個別雑音信号un1,un2を得ることができる。図５に示す雑音信号分離部２０１は、上記の（式７）をブロック図にしたものに相当する。上記の（式７）において、信号遅延部２１１，２２１は信号を遅延時間τだけ遅延させるために「e-jωτ」の演算を行い、信号加算部２１２，２２２は、行列演算の加算部分の演算を行うことに対応する。周波数特性補正部２１３，２２３（ＥＱ２）は、上記の（式７）の係数Aが含まれる項すなわち下記の（式８）の右辺の演算を行うことに対応する。
Figure 0006809936
［効果等］
以上のように、本実施の形態によれば、個々のマイクロホンユニットで個別に発生する個別雑音信号を抽出することができる雑音抽出装置１００を実現できる。
より具体的には、第１，第２の雑音信号抽出部１０１，１０２において、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２の出力信号um1,um2から、それぞれ指向性方向が逆向きの指向性信号である信号xm1,xm2に含まれる雑音信号xn1,xn2を抽出する。そして、雑音信号分離部２０１において、雑音信号xn1,xn2を、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２それぞれ個別に含まれる個別雑音信号un1,un2に変換（分離）して出力する。このようにして、本実施の形態における雑音抽出装置１００は、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２それぞれに個別に混入している雑音成分を抽出することができる。
上記特許文献１に開示される雑音抽出装置でも、２つのマイクロホンユニットの出力信号から合成される指向性信号に含まれる振動や風雑音の雑音信号を抽出できる。しかし、上記特許文献１に開示される雑音抽出装置では、１通りの指向性信号に含まれる１つの雑音信号を導出しているに過ぎないので、指向性合成前の２つのマイクロホンユニットそれぞれに含まれる個別の雑音信号を導出することはできない。指向性合成前の２つのマイクロホンユニットそれぞれに含まれる個別の雑音信号を導出するためには、未知数が２であることから、１つの雑音信号では導出することはできないからである。
それに対して、本実施の形態における雑音抽出装置では、異なる２通りの指向性信号それぞれに含まれる２つの雑音信号を抽出していることから、指向性合成前の２つのマイクロホンユニットそれぞれに含まれる個別の雑音信号を導出することができる。そこで、本実施の形態における雑音抽出装置１００では、上述したように、第１の雑音信号抽出部１０１および第２の雑音信号抽出部１０２において、異なる２通りの指向性信号それぞれに含まれる２つの雑音信号を抽出する。そして、雑音信号分離部２０１において、抽出した２つの雑音信号を各マイクロホンユニットに個別に混入している雑音成分に対応する個別雑音信号に分離する信号処理を行う。このようにして、本実施の形態における雑音抽出装置１００は、個々のマイクロホンユニットで個別に発生する個別雑音信号un1,un2を抽出することができる。
なお、個別雑音信号un1,un2は、上述した振動雑音、風雑音またはマイクロホンユニット固有雑音を示すが、マイクロホンユニットが接続されたアンプなどでマイクロホンユニットで個別に発生する雑音を示すとしてもよい。
（変形例１）
図６は、実施の形態１の変形例１における雑音信号抽出部１０３の詳細構成を示すブロック図である。図２および図４と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
なお、上記の実施の形態において、雑音抽出装置１００は、第１の雑音信号抽出部１０１と第２の雑音信号抽出部１０２とを備えるとして説明したが、これに限らない。図６に示すように、第１の雑音信号抽出部１０１および第２の雑音信号抽出部１０２に代えて、第１の雑音信号抽出部１０１および第２の雑音信号抽出部１０２において共通する構成をまとめた雑音信号抽出部１０３を備えるとしてもよい。
（変形例２）
なお、上記の実施の形態において、第１の雑音信号抽出部１０１および第２の雑音信号抽出部１０２は、第１の指向性合成部２０〜第３の指向性合成部４０を備えるとして説明したが、これに限らない。第１の指向性合成部２０〜第３の指向性合成部４０、第１の信号絶対値演算部７１〜第３の信号絶対値演算部７３および信号加算部８１を一つの指向性合成部とし、信号相殺演算部は信号の加算を行う信号加算部８１を備えるのみとしてもよい。
この場合、当該指向性合成部は、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号um1および第２のマイクロホンユニット１２の出力信号um2を指向性合成して、雑音感度が異なるが、音圧に対する指向特性が一致し、かつ、音響的中心位置が一致する２つの指向性信号を生成するとすればよい。ここで、２つの指向性信号は、上記の（式３）における(|Xm1(ω)|+|Xm2(ω)|)の項が示す指向性信号と、|Xm0(ω)|の項が示す指向性信号である。
そして、本変形例における信号相殺演算部は、２つの指向性信号の一方から他方を減算することで、前記一方の指向性信号から、音響成分を打ち消して、雑音成分の振幅値を抽出すればよい。
これにより、信号復元部９０は、２つの指向性信号の雑音感度の高い方の指向性信号に加算された主軸方向が異なる単一指向性の２つの信号（xm1、xm2）のうちの一方と当該信号相殺演算部の出力信号とから雑音波形信号を復元して出力することができる。
（実施の形態２）
［雑音抽出装置１００Ａ］
図７は、実施の形態２における雑音抽出装置１００Ａの構成を示すブロック図である。なお、図１、図２および図５と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図７に示す雑音抽出装置１００Ａは、実施の形態１における雑音抽出装置１００に対して、第２の雑音信号抽出部１０２がなく、信号符号反転部１０５が追加されている点で構成が異なる。
信号符号反転部１０５は、第１の雑音信号抽出部１０１から出力された第１雑音信号を逆位相にすることにより第２雑音信号を得る。本実施の形態では、信号符号反転部１０５は、第１の雑音信号抽出部１０１が出力する雑音信号xn1の符号を反転させて得た雑音信号xn2を雑音信号分離部２０１に出力する。なお、信号符号反転部１０５は、第２の雑音信号抽出部１０２が出力する雑音信号xn2を第１の雑音信号抽出部１０１の出力の符号を反転させたもので置き換えることから、第２の雑音信号抽出部１０２の一例ということもできる。
［効果等］
第２の雑音信号抽出部１０２の出力を、第１の雑音信号抽出部１０１の出力の符号を反転させたもので置き換えることができる理由について説明する。
実施の形態１で説明したように、雑音信号xn1は、第２の指向性合成部３０が出力する音圧傾度型の単一指向性の特性を有する信号xm1に含まれる雑音成分である。同様に雑音信号xn2は、第３の指向性合成部４０が出力する音圧傾度型の単一指向性の特性を持つ信号xm2に含まれる雑音成分である。
ここで、信号xm1と信号xm2とは、上記の（式１）と（式２）とで示される。上記の（式１）および（式２）において、遅延時間τ＝０すなわち図２および図４に示す信号遅延部３１と信号遅延部４１との信号遅延量をゼロとする。この場合、例えば第１のマイクロホンユニット１１の出力信号xm1または第２のマイクロホンユニット１２の出力信号xm2で観測される風雑音や振動雑音の雑音信号は、（式１）と（式２）との関係から、互いに符号が反転したものであることが分かる。
ここで、（式１）と（式２）とにおいて異なるのは遅延時間τが片方に掛かる部分であるがその影響は小さいと考えることができる。例えば、音波のようにマイクロホンユニット間で相関があり、かつ、２信号の減算を行うような場合には位相差の大きさが２信号の減算後の信号振幅に大きく影響する。なお、このことは、音圧傾度型の指向性の原理に等しい。しかしながら、雑音成分はマイクロホンユニット間での相関がないため、遅延時間τは雑音信号振幅値に影響しない。
また、音圧傾度型の指向性合成を行う場合、２つのマイクユニット間距離ｄは、通常、５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であることが多い。そのため、遅延時間τによる時間ずれすなわち、遅延時間τ＝d/cの値は、扱う信号の波長に比べて十分小さいので、雑音信号xn2は、xn1にマイナス演算子を乗じたものと近似することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、個々のマイクロホンユニットで個別に発生する個別雑音信号を抽出することができる雑音抽出装置１００Ａを実現できる。
より具体的には、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２の出力信号um1,um2から、第１の雑音信号抽出部１０１で雑音信号xn1を抽出し、信号符号反転部１０５で第１の雑音信号抽出部１０１が抽出した雑音信号xn1の符号を反転させた雑音信号xn2を得る。そして、雑音信号分離部２０１は、雑音信号xn1,xn2を、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２それぞれ個別に含まれる個別雑音信号un1,un2に変換（分離）して出力する。このようにして、本実施の形態における雑音抽出装置１００Ａは、第１、第２のマイクロホンユニット１１，１２それぞれに個別に混入している雑音成分を抽出することができる。
また、本実施の形態における雑音抽出装置１００Ａは、第２の雑音信号抽出部１０２の構成を省略して、信号符号反転部１０５にその機能を持たせることができる。これにより、より低演算の構成で第１、第２のマイクロホンユニット１１，１２それぞれに個別に混入している雑音成分を抽出することができる。
（実施の形態３）
［雑音抽出装置１００Ｂ］
図８は、実施の形態３における雑音抽出装置１００Ｂの構成を示すブロック図である。図１と同様の構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図８に示す雑音抽出装置１００Ｂは、実施の形態１における雑音抽出装置１００と比較して、第１の雑音信号抽出部１０１Ｂと第２の雑音信号抽出部１０２Ｂとにおける指向性合成の条件が異なる。具体的には、実施の形態１および実施の形態２では、第１の雑音信号抽出部１０１と第２の雑音信号抽出部１０２とにおける指向性合成の条件の違いは、指向性の主軸方向が逆向きであった。これに対して、実施の形態３では、第１の雑音信号抽出部１０１Ｂと第２の雑音信号抽出部１０２Ｂとにおける指向性合成の条件の違いは、マイクロホンユニット間の信号レベルの差異であるとしている。図８では、第１の雑音信号抽出部１０１Ｂから出力される信号をxn11とし、第２の雑音信号抽出部１０２Ｂから出力される信号をxn12と表現する。
［第１の雑音信号抽出部１０１Ｂ］
第１の雑音信号抽出部１０１Ｂは、第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２の出力信号を指向性合成した信号である第１指向性信号に含まれる第１雑音信号を抽出する。
図９は、実施の形態３における第１の雑音信号抽出部１０１Ｂの詳細構成例を示すブロック図である。図２と同様の構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図９に示す第１の雑音信号抽出部１０１Ｂは、図２に示す第１の雑音信号抽出部１０１に対して、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号um1をα1倍増幅する信号増幅部１３が追加されている点で構成が異なる。なお、第１雑音信号は、雑音信号xn11に該当し、第１指向性信号は第２の指向性合成部３０が出力する信号xm11に該当する。第２の指向性合成部３０が出力する信号xm11の指向特性は、例えば、図３Ｂに示すように、主軸方向は正面０°すなわち指向軸正面が、第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２を結ぶ線上において第１のマイクロホンユニット１１の方向に向いたものとなる。
ここで、マイクロホンユニット間の信号レベルに差がある場合に音圧傾度型の指向性合成を行うと、指向特性に対する影響は低域の指向特性が鈍る（無指向性に近づく）方向に変化する。例えば、マイクロホンユニット間距離ｄ＝１０ｍｍで、α1の値である利得値が１．０から数％〜１０％程度であれば、指向性への影響は極低域に現れ、実用帯域において指向性の劣化は問題にならない。そのため、第１の雑音信号抽出部１０１Ｂは、第１と第２のマイクロホンユニット１１，１２の出力信号に小さなレベル差を与えた上で、第１の雑音信号抽出部１０１と同様の信号処理を行えば、同様に、第２の指向性合成部３０が出力する信号xm11に含まれる雑音信号xn11を抽出することができる。
第２の指向性合成部３０が出力する信号xm11は下記の（式９）のように示すことができる。Xm11、Um1、Um2は、時間領域で表現される信号xm11、um1、um2を周波数領域で表現したものである。
Figure 0006809936
ここで、α1は信号増幅部１３の利得値を示す。その他の項は（式１）で説明した通りである。
［第２の雑音信号抽出部１０２Ｂ］
第２の雑音信号抽出部１０２Ｂは、第１指向性信号とは指向性合成の条件が異なる第２指向性信号に含まれる第２雑音信号を得る。具体的には、第２の雑音信号抽出部１０２Ｂは、第２指向性信号を、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号および第２のマイクロホンユニット１２の出力信号を指向性合成して生成し、第２指向性信号に含まれる第２雑音信号を抽出する。ここで、第１指向性合成信号の指向性主軸方向と、第２指向性合成信号の指向性主軸方向とは、同一方向である。また、第１指向性合成信号と第２指向性合成信号とは、第１、第２のマイクロホンユニット１１，１２の出力信号を指向性合成する際の合成係数が異なる。本実施の形態では、合成係数は、利得値である。そのため、第１指向性合成信号と第２指向性合成信号とは、第１、第２のマイクロホンユニットのうちの一方の出力信号に異なる利得値が乗算して指向性合成された信号である。
図１０は、実施の形態３における第２の雑音信号抽出部１０２Ｂの詳細構成例を示すブロック図である。図４、図９と同様の構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図１０に示す第２の雑音信号抽出部１０２Ｂは、図４に示す第２の雑音信号抽出部１０２に対して、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号um1をα2倍増幅する信号増幅部２３が追加されている点と、第２の指向性合成部３０が出力する信号が入力される信号復元部９０に変更されている点で構成が異なる。換言すると、図１０に示す第２の雑音信号抽出部１０２Ｂは、図９に示す第１の雑音信号抽出部１０１Ｂと同様の構成となっており、利得α1の信号増幅部１３を利得α2の信号増幅部２３になっている点が異なる。そこで、図１０では、第２の指向性合成部３０が出力する信号をxm12とし、第３の指向性合成部４０が出力する信号をxm22とし、図９と異なるように表現している。
よって、第２の雑音信号抽出部１０２Ｂは、図１０に示すように、第２の指向性合成部３０が出力する信号xm12に含まれる雑音信号xn12を抽出することができる。なお、第２雑音信号は、雑音信号xn12に該当し、第２指向性信号は第２の指向性合成部３０が出力する信号xm12に該当する。第２の指向性合成部３０が出力する信号xm12の指向特性は、例えば、図３Ｂに示すように、主軸方向は正面０°すなわち指向軸正面が、第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２を結ぶ線上において第１のマイクロホンユニット１１の方向に向いたものとなる。
また、第２の指向性合成部３０が出力する信号は、下記の（式１０）のように示すことができる。Xm12、Um1、Um2は、時間領域で表現される信号xm12、um1、um2を周波数領域で表現したものである。
Figure 0006809936
ここで、α2は信号増幅部１３の利得値を示す。その他の項は（式１）で説明した通りである。
［雑音信号分離部２０１Ｂ］
図１１は、実施の形態３における雑音信号分離部２０１Ｂの詳細構成例を示すブロック図である。
雑音信号分離部２０１Ｂは、第１雑音信号と第２雑音信号とを、第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２それぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号に分離する。雑音信号分離部２０１Ｂは、第１指向性合成信号および第２指向性合成信号と、第１のマイクロホンユニット１１および第２のマイクロホンユニット１２の出力信号との関係を示す関係式から導出される、第１雑音信号および第２雑音信号と個別雑音信号との関係式に従って、第１雑音信号および第２雑音信号を変換することにより、個別雑音信号を得る。
本実施の形態では、雑音信号分離部２０１Ｂは、図８に示すように、第１の雑音信号抽出部１０１Ｂと第２の雑音信号抽出部１０２Ｂから出力された雑音信号xn11および雑音信号xn12が入力される。そして、雑音信号分離部２０１Ｂは、雑音信号xn11および雑音信号xn12を、第１のマイクロホンユニット１１と第２のマイクロホンユニット１２にそれぞれに個別に含まれる雑音を示す個別雑音信号un1および個別雑音信号un2に分離して出力する。より具体的には、雑音信号分離部２０１Ｂは、図１１に示すように、信号遅延部２３１と、信号遅延部２３２と、信号減算部２３３と、周波数特性補正部２３４と、信号増幅部２４１と、信号増幅部２４２と、信号減算部２４３と、周波数特性補正部２４４とを有する。
信号遅延部２３１および信号遅延部２３２は、入力された信号を遅延させて出力する。具体的には、信号遅延部２３１は、第１の雑音信号抽出部１０１Ｂから出力された雑音信号xn11を遅延時間τだけ遅延させて信号減算部２３３に出力する。信号遅延部２３２は、第２の雑音信号抽出部１０２Ｂから出力された雑音信号xn12を遅延時間τだけ遅延させて信号減算部２３３に出力する。
信号増幅部２４１および信号増幅部２４２は、入力された信号の増幅を行う。具体的には、信号増幅部２４１は、第１の雑音信号抽出部１０１Ｂから出力された雑音信号xn11を利得α2で増幅して、信号減算部２４３に出力する。信号増幅部２４２は、第２の雑音信号抽出部１０２Ｂから出力された雑音信号xn12を利得α1で増幅して、信号減算部２４３に出力する。
信号減算部２３３および信号減算部２４３は、入力された信号の減算を行う。具体的には、信号減算部２３３は、信号遅延部２３２から出力された遅延時間τだけ遅延された雑音信号xn12から、信号遅延部２３１から出力された遅延時間τだけ遅延された雑音信号xn11を減算して、周波数特性補正部２３４に出力する。信号減算部２４３は、信号増幅部２４２から出力された利得α1で増幅された雑音信号xn12から、信号増幅部２４１から出力された利得α2で増幅された雑音信号xn11を減算して、周波数特性補正部２４４に出力する。
周波数特性補正部２３４および周波数特性補正部２４４は、信号の周波数特性を補正する。具体的には、周波数特性補正部２３４は、信号減算部２３３から出力された信号の周波数特性を補正することで得た個別雑音信号un1を出力する。周波数特性補正部２４４は、信号減算部２４３から出力された信号の周波数特性を補正することで得た個別雑音信号un2を出力する。
以下、２通りの指向性信号（信号xm11,xm12）に含まれる２つの雑音信号xn11,xn12を、２つのマイクロホンユニットそれぞれの出力信号um1,um2に含まれる個別雑音信号un1,un2に変換できることについて説明する。ここで、信号xm11と信号xm12は、上述したように共に指向性の主軸方向が正面０°で、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号um1に掛かる利得値がα1とα2で異なる指向性信号である。
第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２の出力信号um1,um2と、第１，第２の雑音信号抽出部１０１Ｂ，１０２Ｂにおける第２の指向性合成部３０が出力する信号xm11,xm12との関係は、上記の（式９）および（式１０）をまとめて表現することで、下記の（式１１）のように表せる。
Figure 0006809936
（式１１）を変形して整理すると、下記の（式１２）に示されるように、指向性信号である信号xm11,xm12から第１，第２のマイクロホンユニットの出力信号um1,um2を導出する関係式が得られる。
Figure 0006809936
上記の（式１２）に示される関係式は、２通りの指向性信号である信号xm11、xm12から第１、第２のマイクロホンユニットの出力信号um1、um2を得る変換式である。
ここで、２通りの指向性信号である信号xm11、xm12に含まれる雑音信号xn11、xn12を上記の（式１２）に代入すると、下記の（式１３）に示される変換式（関係式）が得られる。つまり、下記の（式１３）に示される変換式を用いれば、２通りの指向性信号である信号xm1、xm2に含まれる雑音信号xn11、xn12から、第１、第２のマイクロホンユニットの出力信号に含まれる個別雑音信号un1,un2を得ることができる。
Figure 0006809936
このように、雑音信号xn11、xn12と個別雑音信号un1、un2との関係式を示す上記の（式１３）は、指向性信号である信号xm11、xm12と、第１、第２のマイクロホンユニット１１，１２の出力信号um1,um2との関係を示す関係式から導出することができる。
すなわち、信号分離部２０１Ｂは、雑音信号xn11,xn12と個別雑音信号un1,un2との関係式を示す上記の（式１３）に従って、雑音信号xn11、xn12を変換することにより、個別雑音信号un1,un2を得ることができる。図１１に示す雑音信号分離部２０１Ｂは、上記の（式１３）をブロック図にしたものに相当する。上記の（式１３）において、信号遅延部２３１、２３２は、信号を遅延時間τだけ遅延させるために「e-jωτ」の演算を行う。信号増幅部２４１，２４２は、行列演算のα2,α1とに対応し、信号を利得α2,α1で増幅する演算を行う。信号減算部２３３，２４３は、行列の１列目のマイナス符号すなわち行列演算の減算部分の演算を行うことに対応する。周波数特性補正部２３４，２４４は、（ＥＱ２）は、上記の（式１３）の係数Aが含まれる項すなわち下記の（式１４）の右辺の演算を行うことに対応する。
Figure 0006809936
［効果等］
以上のように、本実施の形態によれば、個々のマイクロホンユニットで個別に発生する個別雑音信号を抽出することができる雑音抽出装置１００Ｂを実現できる。
より具体的には、第１，第２の雑音信号抽出部１０１Ｂ，１０２Ｂにおいて、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２の出力信号um1,um2から、それぞれ指向性方向が同一でマイクロホンユニット間の信号利得差が異なる指向性信号である信号xm11,xm12に含まれる雑音信号xn11,xn12を抽出する。そして、雑音信号分離部２０１において、指向性信号に含まれる雑音信号xn11,xn12を、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２それぞれに個別に含まれる個別雑音信号un1,un2に変換して出力する。このようにして、本実施の形態における雑音抽出装置１００Ｂは、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２それぞれに個別に混入している雑音成分を抽出することができる。
ここで、実施の形態１における雑音信号分離部２０１と本実施の形態における雑音信号分離部２０１Ｂの違いについて説明する。
実施の形態１における図５に示す雑音信号分離部２０１では、２つの雑音信号xn1,xn2に対する２つの出力信号un1,un2への変換はそれぞれ対象性を持つ。図５に示す雑音信号分離部２０１では、例えば雑音信号xn1の推定誤差が、遅延時間τだけ信号遅延したものとともに信号un1,un2に伝播する。同様に雑音信号xn2の推定誤差も遅延時間τだけ信号遅延したものとともに信号un1,un2に伝播する。このことは、誤差成分については、信号間の遅延時間τとなる到来方向の音波と区別がつかなくなる現象が発生することを意味する。なぜなら、平面波が仮定できるある程度遠方からの音波は、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２に等しい音圧レベルで到来することになるため、到来方向による時間差のみの意味を持つことになるからである。
一方、本実施の形態における図１１に示す信号分離部２０１Ｂでは、例えば入力される信号xn11に誤差があっても、時間遅延τおよび利得値α2が掛かるため音波とは区別が付く状態で信号un1,un2へと伝播する。つまり、図１１に示す雑音信号分離部２０１Ｂでは、誤差成分が音波と異なる振る舞いをするという利点がある。
なお、本実施の形態において、第１の雑音信号抽出部１０１Ｂおよび第２の雑音信号抽出部１０２Ｂでは共に第２の指向性合成部３０が出力する指向性信号に含まれる雑音信号を抽出するとして説明したが、これに限らない。実施の形態１と同様に、例えば第２の雑音信号抽出部１０２Ｂにおいて第３の指向性合成部４０が出力する指向性信号に含まれる雑音信号を抽出し、第１の雑音信号抽出部１０１Ｂにおいて第２の指向性合成部３０が出力する指向性信号に含まれる雑音信号を抽出するとしてもよい。すなわち、異なる方向に指向性主軸を持つ信号を使って、それぞれ指向性方向が逆向きでかつマイクロホンユニット間の信号利得差が異なる組み合わせとしてもよい。
（実施の形態４）
以下、実施の形態１〜３で説明した雑音抽出装置１００、雑音抽出装置１００Ａまたは雑音抽出装置１００Ｂを有するマイクロホン装置１０００について説明する。
［マイクロホン装置１０００］
図１２は、実施の形態４におけるマイクロホン装置１０００の構成の一例を示すブロック図である。図１等と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図１２に示すマイクロホン装置１０００は、第１のマイクロホンユニット１１と、第２のマイクロホンユニット１２と、信号減算部１５と、信号減算部１６と、第１の雑音信号抽出部１０１と、第２の雑音信号抽出部１０２と、雑音信号分離部２０１とを備える。すなわち、マイクロホン装置１０００は、実施の形態１における雑音抽出装置１００の構成と、信号減算部１５と信号減算部１６とを備える。なお、図１２では、マイクロホン装置１０００が雑音抽出装置１００の構成を備える場合について示しているが、これに限らない。マイクロホン装置１０００は、実施の形態２における雑音抽出装置１００Ａの構成または実施の形態３における雑音抽出装置１００Ｂの構成を備えるとしてもよい。
［信号減算部１５、１６］
信号減算部１５，１６は、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２それぞれの出力信号um1,um2から個別雑音信号un1,un2を減算することにより、第１，第２のマイクロホンユニットそれぞれで観測される音響成分の信号である音響信号um1´,um2´を得る。本実施の形態では、信号減算部１５は、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号um1から、雑音信号分離部２０１により出力された個別雑音信号un1を減算して得た音響信号um1'を出力する。信号減算部１６は、第２のマイクロホンユニット１２の出力信号um2から、雑音信号分離部２０１により出力された個別雑音信号un2を減算して得た音響信号um2'を出力する。
雑音信号分離部２０１により出力された個別雑音信号un1は、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号um1に含まれる振動雑音、風雑音またはユニット固有雑音の雑音信号の成分である。そのため、信号減算部１５は、出力信号um1から個別雑音信号un1を減じることにより、第１のマイクロホンユニット１１の出力信号um1から雑音成分が除去された音響信号um1'を得ることができる。同様に信号減算部１６は、出力信号um2から個別雑音信号un2を減じることにより、第２のマイクロホンユニット１２の出力信号um2から雑音成分が除去された音響信号um2'を得ることができる。
［効果等］
以上のように、本実施の形態によれば、個々のマイクロホンユニットに含まれる個別雑音信号を抽出し、マイクロホンユニットの出力信号から雑音成分を除去した音響信号を得ることができるマイクロホン装置１０００を実現できる。これにより、耐振動性能、耐風雑音性能および低固有雑音性能に優れたマイクロホン装置を実現できる。
（変形例）
［マイクロホン装置１０００Ａ］
図１３は、実施の形態４の変形例におけるマイクロホン装置１０００Ａの構成の一例を示すブロック図である。図８および図１２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図１３に示すマイクロホン装置１０００Ａは、第１のマイクロホンユニット１１と、第２のマイクロホンユニット１２と、第１段部１００１と、第２段部１００２とを備える。第１段部１００１および第２段部１００２はそれぞれ、信号減算部１５と、信号減算部１６と、第１の雑音信号抽出部１０１Ｂと、第２の雑音信号抽出部１０２Ｂと、雑音信号分離部２０１Ｂと、を備える。すなわち、第１段部１００１および第２段部１００２はそれぞれ、実施の形態３における雑音抽出装置１００Ｂの構成と、信号減算部１５と、信号減算部１６とを備える。このように、マイクロホン装置１０００Ａは、実施の形態３における雑音抽出装置１００Ｂの構成、信号減算部１５および信号減算部１６を多段に接続した構成を備える。
第１段部１００１では、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２の出力信号um1,um2が入力され、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２の出力信号um1,um2から雑音成分を除去した音響成分um1',um2'を得て、第２段部１００２に出力する。より具体的には、第１段部１００１の信号減算部１５，１６は、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２それぞれで観測される音響成分の信号である音響信号um1´,um2´を得る。そして、第１段部１００１の信号減算部１５，１６は、音響信号um1´,um2´を、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２それぞれの出力信号として、第２段部１００２に出力する。
第２段部１００２では、第１段部１００１から出力された音響信号um1',um2'が入力される。第２段部１００２では、音響信号um1',um2'から、第１段部１００１において誤差要因などによって除去しきれなかった残留雑音を抽出し、音響信号um1',um2から、抽出した残留雑音を除去した音響成分um1",um2"を得て出力する。
より具体的には、第２段部１００２の第１の雑音信号抽出部１０１Ｂおよび第２の雑音信号抽出部１０２Ｂは、音響信号um1',um2'を指向性合成した信号に含まれる残留雑音を抽出して第２段部１００２の雑音信号分離部２０１Ｂに出力する。ここで、例えば、第２段部１００２の第１の雑音信号抽出部１０１Ｂおよび第２の雑音信号抽出部１０２Ｂは、音響信号um1',um2'を指向性合成した信号である第３指向性信号に含まれる残留雑音である第３雑音信号と、第３指向性信号とは指向性合成の条件が異なる指向性合成した信号である第４指向性信号に含まれる残留雑音である第４雑音信号を抽出して第２段部１００２の雑音信号分離部２０１Ｂに出力する。第２段部１００２の雑音信号分離部２０１Ｂは、音響信号um1',um2'を指向性合成した信号に含まれる残留雑音である上記の雑音信号を、音響信号um1',um2'に含まれる第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２それぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号に分離して、第２段部１００２の信号減算部１５，１６に出力する。第２段部１００２の信号減算部１５，１６は、第２段部１００２の雑音信号分離部２０１Ｂから出力された音響信号um1',um2'に含まれる個別雑音信号を、音響信号um1',um2'から減算する。このようにして、第２段部１００２は、第１，第２のマイクロホンユニット１１，１２それぞれで観測される音響成分の信号である音響信号um1’’,um2’を得ることができる。
なお、マイクロホン装置１０００Ａは、図１３に示されるように、実施の形態３における雑音抽出装置１００Ｂの構成、信号減算部１５および信号減算部１６を２段に接続した構成について説明したが、これに限らず、３段以上の多段であってもよい。
［効果等］
以上のように、本変形例のマイクロホン装置１０００Ａによれば、マイクロホン装置１０００と比較して、さらに雑音成分の除去性能を高めることができる。これにより、さらに、耐振動性能、耐風雑音性能および低固有雑音性能に優れたマイクロホン装置を実現できる。
なお、本変形例のマイクロホン装置１０００Ａでは、第１段部の実施の形態３における雑音抽出装置１００Ｂの構成を有するのが好ましい。第１段部の実施の形態３における雑音抽出装置１００Ｂの構成から出力される個別雑音信号un1,un2が、個別雑音信号間で音波と同様の関係にならないためである。
（その他の実施の形態）
図１４は、実施の形態４におけるマイクロホン装置が利用可能なアプリケーションの例を示す図である。すなわち、実施の形態４等で説明したマイクロホン装置は、図１４に示すようなビデオムービー７００において、耐振動性能、耐風雑音性能および低固有雑音性能に優れたマイクロホン装置として利用できる。
また、上記実施の形態１〜３等で説明した雑音抽出装置は、マイクロホンの出力信号に含まれる振動雑音を抽出できるので、マイクロホンの出力信号から振動のみを精度良く検知できる。したがって、上記実施の形態１〜３等で説明した振動雑音抽出装置は、振動センサや複合センサとして利用できる。
また、上記実施の形態１〜３等で説明した雑音抽出装置を、適応ビームフォーマ、音源分離や音源探査などのマイクロホンアレイ信号処理の前処理として利用してもよい。これにより、適応ビームフォーマ、音源分離や音源探査などのマイクロホンアレイ信号処理において耐振動性能、耐風雑音性能および低固有雑音性能を高めることができる。
以上、本発明の態様に係る雑音抽出装置およびマイクロホン装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。
また、以下に示す形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
（１）上記の雑音抽出装置およびマイクロホン装置を構成する構成要素の一部は、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムであってもよい。前記ＲＡＭまたはハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
（２）上記の雑音抽出装置およびマイクロホン装置を構成する構成要素の一部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
（３）上記の雑音抽出装置およびマイクロホン装置を構成する構成要素の一部は、各装置に脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されているとしてもよい。前記ＩＣカードまたは前記モジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＩＣカードまたは前記モジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、前記ＩＣカードまたは前記モジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。
（４）また、上記の雑音抽出装置およびマイクロホン装置を構成する構成要素の一部は、前記コンピュータプログラムまたは前記デジタル信号をコンピュータで読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したものとしてもよい。また、これらの記録媒体に記録されている前記デジタル信号であるとしてもよい。
また、上記の雑音抽出装置およびマイクロホン装置を構成する構成要素の一部は、前記コンピュータプログラムまたは前記デジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。
（５）本発明は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよいし、前記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。ここで、例えば、本発明の一形態に係る雑音抽出方法は、空間的に異なる位置に設けられ、音を収音するための第１および第２のマイクロホンユニットの出力信号を指向性合成した信号である第１指向性信号に含まれる第１雑音信号を抽出する第１の雑音信号抽出ステップと、前記第１指向性信号とは指向性合成の条件が異なる第２指向性信号に含まれる第２雑音信号を得る第２の雑音信号抽出ステップと、前記第１雑音信号と前記第２雑音信号とを、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号に分離する雑音信号分離ステップとを含むとしてもよい。また、本発明の一形態に係るプログラムは、空間的に異なる位置に設けられ、音を収音するための第１および第２のマイクロホンユニットの出力信号を指向性合成した信号である第１指向性信号に含まれる第１雑音信号を抽出する第１の雑音信号抽出ステップと、前記第１指向性信号とは指向性合成の条件が異なる第２指向性信号に含まれる第２雑音信号を得る第２の雑音信号抽出ステップと、前記第１雑音信号と前記第２雑音信号とを、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号に分離する雑音信号分離ステップとをコンピュータに動作させるとしてもよい。
（６）また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、前記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、前記マイクロプロセッサは、前記コンピュータプログラムにしたがって動作するとしてもよい。
（７）また、前記プログラムまたは前記デジタル信号を前記記録媒体に記録して移送することにより、または前記プログラムまたは前記デジタル信号を、前記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。
（８）上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。
本発明は、雑音抽出装置およびマイクロホン装置に利用でき、特に振動雑音、風雑音またはユニット固有雑音を抽出できる雑音抽出装置、並びに、耐振動性能、耐風雑音性能および低固有雑音性能に優れたマイクロホン装置としても利用できる。
１１ 第１のマイクロホンユニット
１２ 第２のマイクロホンユニット
１３、２３、２４１、２４２ 信号増幅部
１５、１６、３２、４２、８２、２３３、２４３ 信号減算部
２０ 第１の指向性合成部
２２、８１、２１２、２２２ 信号加算部
３０ 第２の指向性合成部
３１、４１、２１１、２２１、２３１、２３２ 信号遅延部
３３、４３、２１３、２２３、２３４、２４４ 周波数特性補正部
４０ 第３の指向性合成部
７１ 第１の信号絶対値演算部
７２ 第２の信号絶対値演算部
７３ 第３の信号絶対値演算部
８０ 信号相殺演算部
９０、９５ 信号復元部
９１、９６ 信号符号抽出部
９２、９７ 信号乗算部
１００、１００Ａ、１００Ｂ 雑音抽出装置
１０１、１０１Ｂ 第１の雑音信号抽出部
１０２、１０２Ｂ 第２の雑音信号抽出部
１０５ 信号符号反転部
２０１、２０１Ｂ 雑音信号分離部
７００ ビデオムービー
１０００、１０００Ａ マイクロホン装置
１００１ 第１段部
１００２ 第２段部

Claims (14)

  1. 空間的に異なる位置に設けられ、音を収音するための第１および第２のマイクロホンユニットと、
    前記第１および第２のマイクロホンユニットの出力信号を指向性合成した信号である第１指向性信号に含まれる第１雑音信号を抽出する第１の雑音信号抽出部と、
    前記第１指向性信号とは指向性合成の条件が異なる第２指向性信号に含まれる第２雑音信号を得る第２の雑音信号抽出部と、
    前記第１雑音信号と前記第２雑音信号とを、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号に分離する雑音信号分離部を備える、
    雑音抽出装置。
  2. 前記雑音信号分離部は、前記第１指向性信号および前記第２指向性信号と、前記第１および第２のマイクロホンユニットの前記出力信号との関係を示す関係式から導出される、前記第１雑音信号および前記第２雑音信号と前記個別雑音信号との関係式に従って、前記第１雑音信号および前記第２雑音信号を変換することにより、前記個別雑音信号を得る、
    請求項１に記載の雑音抽出装置。
  3. 前記第２の雑音信号抽出部は、前記第２指向性信号を、前記第１および第２のマイクロホンユニットの前記出力信号を指向性合成して生成し、前記第２指向性信号に含まれる前記第２雑音信号を抽出する、
    請求項１に記載の雑音抽出装置。
  4. 前記第１の雑音信号抽出部および第２の雑音信号抽出部は、
    前記第１および第２のマイクロホンユニットの前記出力信号を指向性合成して、雑音感度が異なるが、音圧に対する指向特性が一致し、かつ、音響的中心位置が一致する、２つの指向性信号を生成する指向性合成部と、
    前記２つの指向性信号の一方から他方を減算することで、前記一方の指向性信号から、音響成分を打ち消して、雑音成分の振幅値を抽出する信号相殺演算部と
    前記２つの指向性信号の雑音感度の高い方の前記指向性信号に加算された主軸方向が異なる単一指向性の２つの信号のうちの一方と前記信号相殺演算部の出力信号とから雑音波形信号を復元して出力する信号復元部とを備える、
    請求項３に記載の雑音抽出装置。
  5. 前記第１指向性信号の指向性主軸方向と、前記第２指向性信号の指向性主軸方向とは、互いに逆方向である、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の雑音抽出装置。
  6. 前記第２雑音信号は、前記第１雑音信号を逆位相にしたものであり、
    前記第２の雑音信号抽出部は、前記第１の雑音信号抽出部から出力された前記第１雑音信号を逆位相にすることにより前記第２雑音信号を得る、
    請求項１または２に記載の雑音抽出装置。
  7. 前記第１指向性信号の指向性主軸方向と、前記第２指向性信号の指向性主軸方向とは、同一方向であり、
    前記第１指向性信号と前記第２指向性信号とは、前記第１および第２のマイクロホンユニットの前記出力信号を指向性合成する際の合成係数が異なる、
    請求項１または２に記載の雑音抽出装置。
  8. 前記合成係数は、利得値であり、
    前記第１指向性信号と前記第２指向性信号とは、記第１および第２のマイクロホンユニットのうちの一方の出力信号に異なる利得値が乗算して指向性合成された信号である、
    請求項７に記載の雑音抽出装置。
  9. 前記個別雑音信号は、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する風雑音および振動雑音のうち少なくとも一つを含む雑音を示す信号である、
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の雑音抽出装置。
  10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の雑音抽出装置と、
    前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれの出力信号から前記個別雑音信号を減算することにより、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで観測される音響成分の信号である音響信号を得る第１と第２の信号減算部を備える、
    マイクロホン装置。
  11. 請求項７または８に記載の雑音抽出装置と、
    前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれの出力信号から前記個別雑音信号を減算することにより、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで観測される音響成分の信号である第１音響信号を得る第１および第２の信号減算部とを備え、
    前記第１および第２の信号減算部は、前記第１音響信号を、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれの出力信号として、前記雑音抽出装置に出力することにより、前記雑音抽出装置から出力された前記第１音響信号に含まれる前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号を、前記第１音響信号から減算することにより、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで観測される音響成分の信号である第２音響信号を得る、
    マイクロホン装置。
  12. 前記第１および第２の信号減算部は、前記第１音響信号を、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれの出力信号として、前記第１の雑音信号抽出部および前記第２の雑音信号抽出部に出力し、
    前記第１の雑音信号抽出部および前記第２の雑音信号抽出部は、前記第１音響信号を指向性合成した信号である第３指向性信号に含まれる第３雑音信号および前記第１音響信号を前記第３指向性信号とは指向性合成の条件が異なる指向性合成した信号である第４指向性信号に含まれる第４雑音信号を抽出して前記雑音信号分離部に出力し、
    前記雑音信号分離部は、前記第３雑音信号および前記第４雑音信号を、前記第１音響信号に含まれる前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号に分離して、前記第１および第２の信号減算部に出力し、
    前記第１および第２の信号減算部は、前記雑音信号分離部から出力された前記第１音響信号に含まれる前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号を、前記第１音響信号から減算する、
    請求項１１に記載のマイクロホン装置。
  13. 空間的に異なる位置に設けられ、音を収音するための第１および第２のマイクロホンユニットの出力信号を指向性合成した信号である第１指向性信号に含まれる第１雑音信号を抽出する第１の雑音信号抽出ステップと、
    前記第１指向性信号とは指向性合成の条件が異なる第２指向性信号に含まれる第２雑音信号を得る第２の雑音信号抽出ステップと、
    前記第１雑音信号と前記第２雑音信号とを、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号に分離する雑音信号分離ステップとを含む、
    雑音抽出方法。
  14. 空間的に異なる位置に設けられ、音を収音するための第１および第２のマイクロホンユニットの出力信号を指向性合成した信号である第１指向性信号に含まれる第１雑音信号を抽出する第１の雑音信号抽出ステップと、
    前記第１指向性信号とは指向性合成の条件が異なる第２指向性信号に含まれる第２雑音信号を得る第２の雑音信号抽出ステップと、
    前記第１雑音信号と前記第２雑音信号とを、前記第１および第２のマイクロホンユニットそれぞれで個別に発生する雑音を示す信号である個別雑音信号に分離する雑音信号分離ステップとを、
    コンピュータに動作させるためのプログラム。
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