WO2019030898A1

WO2019030898A1 - 雑音除去装置および雑音除去方法

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Publication number: WO2019030898A1
Application number: PCT/JP2017/029091
Authority: WO
Inventors: 信秋田中
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2019-02-14
Also published as: CN110999317A; JP6639747B2; US11212608B2; US20210168490A1; JPWO2019030898A1; DE112017007733T5

Abstract

音信号を観測する複数のマイクロホン（２）を有するマイクロホンレイ（３）と、複数のマイクロホン（２）が観測した音信号から、雑音を除去して目的音を取得する雑音除去処理部（５）とを備え、複数のマイクロホン（２）のうち、互いに隣接する２個のマイクロホン（２）は、当該２個のマイクロホン（２）と、目的音を発生する目的音源（Ａ）と、雑音を発生する雑音源（Ｂ）とを含む平面（１２）において、２個のマイクロホン（２）を結ぶ第１の線分（１０）の垂直二等分線（１３）が、目的音源（Ａ）と第１の線分（１０）の中点（１１）とを結ぶ第２の線分（１４）と、雑音源（Ｂ）と第１の線分（１０）の中点（１１）とを結ぶ第３の線分（１５）とのなす角θの二等分線に、一致する配置関係を有する。

Description

雑音除去装置および雑音除去方法

　この発明は、複数の音源から到来する音から目的の音以外の雑音を除去する技術に関するものである。

　雑音除去技術は、マイクロホンなどの音響センサを使用して録音された音データから雑音を除去することによって、目的の音（以下、目的音と記載する）を聞き取り易くする技術である。当該技術によって、例えば、エアコン等の機器から発生する騒音により聞き取りにくくなった音声を明瞭化すること、または複数の話者が同時に発話しているときに目的とする話者の発話のみ抽出することが可能となる。
　また、雑音除去技術は、音声認識システム等における雑音に対する頑健性を向上させることもできる。また、雑音除去技術は、例えば、機器の作動音に異常な音が含まれていないかを自動的に検出する機器監視システムにおいて、周囲の騒音による検出精度の劣化を防止する用途に利用することもできる。

　音データから雑音を除去する方法として、複数の音響センサにより音響センサアレイを構成し、各音響センサから得られる観測信号に対してソフトウェアによる信号処理を行い、目的音源に対する指向性を形成する方法がある。当該方法では、無指向性マイクロホン等の安価な音響センサを利用しながら急峻な指向性を形成することができ、ハードウェアのコストを抑制することができるという利点がある。また、形成された指向性をソフトウェアによって動的に変化させることができ、音源が移動する場合にも音データから雑音を除去することができる。

　複数の音響センサによって雑音を除去する方法では、音響センサアレイを構成する音響センサの配置方法によって、雑音除去性能が変化することが知られている。例えば、特許文献１には、音響センサアレイを、車両に設置されている座席の中で任意の２つの座席に対応するように所定の位置に配置させる技術を用いたマルチビーム音響システムが開示されている。ここで、所定の位置は、任意の２つの座席の間の特定位置で任意の２つの座席方向と垂直方向の線上に位置する。

特表２０１３－５４６２４７号公報

　上述した特許文献１に記載されたマルチビーム音響システムでは、高い雑音除去性能を得るための音響センサアレイと複数の音源との位置関係については考慮されている。しかし、音響センサアレイと複数の音源との位置関係を特許文献１に記載された関係としても、当該音響センサアレイを構成する各音響センサと複数の音源との位置関係によっては、出力信号の歪みによって雑音除去性能が低下する場合がある。特許文献１には、高い雑音除去性能を得るために、音響センサアレイを構成する各音響センサと複数の音源との位置関係をどのようにすべきかについては開示されておらず、従来の雑音除去装置には、依然として、出力信号の歪みによって雑音除去性能が低下する場合があるという課題があった。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、音響センサレイを備えた雑音除去装置において、出力信号の歪みを抑制し、雑音除去性能を向上させることを目的とする。

　この発明に係る雑音除去装置は、音信号を観測する複数の音響センサを有する音響センサアレイと、複数の音響センサが観測した音信号から、雑音を除去して目的音を取得する雑音除去処理部とを備え、複数の音響センサのうち、互いに隣接する２個の前記音響センサは、当該２個の音響センサと、前記目的音を発生する目的音源と、前記雑音を発生する雑音源とを含む平面において、前記２個の音響センサを結ぶ第１の線分の垂直二等分線が、前記目的音源と前記第１の線分の中点とを結ぶ第２の線分と、前記雑音源と前記第１の線分の中点とを結ぶ第３の線分とのなす角の二等分線に、一致する配置関係を有するものである。

　この発明によれば、出力信号の歪みを抑制する位置に音響センサと音源とを配置することができ、雑音除去性能を向上させることができる。

実施の形態１における雑音除去装置の構成を示す図である。実施の形態１における雑音除去装置のマイクロホンの配置例を示す図である。実施の形態１における雑音除去装置のマイクロホンペアで観測される音の到来方向と時間差との関係を示す図である。実施の形態１における雑音除去装置のマイクロホンアレイを中心とする円周上に音の到来方向をプロットした図である。図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは、実施の形態１における雑音除去装置のマイクロホンペアで観測される音の到来方向の観測値を示すヒストグラムである。実施の形態１における雑音除去装置の雑音除去処理部の構成図である。図７Ａおよび図７Ｂは、実施の形態１における雑音除去装置の雑音除去処理部のハードウェア構成例を示す図である。実施の形態１における雑音除去装置の動作を示すフローチャートである。実施の形態２における雑音除去装置の構成を示す図である。実施の形態２における雑音除去装置の動作を示すフローチャートである。実施の形態３における雑音除去装置の構成を示す図である。実施の形態４における雑音除去装置の動作を示すフローチャートである。図１３Ａ、図１３Ｂおよび図１３Ｃは、実施の形態４における雑音除去装置のマイクロホンと、目的音源および雑音源との位置関係を示す図である。

　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１における雑音除去装置１の構成を示す図である。
　本実施の形態では、音響センサの具体例として、マイクロホンを用いて説明し、音響センサペアをマイクロホンペア、音響センサアレイをマイクロホンアレイとして説明する。ただし、本発明における音響センサはマイクロホンに限定されるものではなく、例えば超音波センサであってもよい。
　雑音除去装置１は、２個以上のマイクロホン２（マイクロホン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，・・・）を含むマイクロホンアレイ３と、ＡＤ変換器４と、雑音除去処理部５とから構成されている。雑音除去装置１のマイクロホン２で観測された音の信号（観測信号）は、ＡＤ変換器４に入力される。ＡＤ変換器４は、入力された観測信号をデジタル信号に変換し、雑音除去処理部５に出力する。雑音除去処理部５は、デジタル信号に変換された観測信号から雑音の信号を除去する。雑音除去処理部５は、雑音の信号が除去された観測信号を、出力信号として、雑音除去装置１に接続されたスピーカ６に出力する。

　次に、マイクロホン２の構成について説明する。
　図１の例では、複数のマイクロホン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，・・・（複数のマイクロホンを総じて示す場合、マイクロホン２と記載する）を示している。複数のマイクロホン２のうち、互いに隣接する２個のマイクロホン２ａ，２ｂの組をマイクロホンペア２１とする。マイクロホンペア２１は、複数のマイクロホン２の中から少なくとも１組の互いに隣接するマイクロホン２で形成されればよい。少なくとも１組のマイクロホンペア２１の配置位置は、目的音を発生する目的音源Ａと雑音を発生する雑音源Ｂとの位置に応じて決定される。なお、目的音源Ａと、雑音源Ｂと、マイクロホンペア２１との位置関係は既知であるものとして、以下説明する。なお、マイクロホンペア２１を構成するマイクロホン２ａ，２ｂ以外の、他のマイクロホン２ｃ，２ｄ，２ｅ，・・・の配置位置は任意に設定可能である。

　雑音除去装置１の雑音除去処理部５が、１組のマイクロホンペア２１を用いて雑音除去を実施する場合に、雑音除去性能が最大となる、マイクロホン２ａと、マイクロホン２ｂと、目的音源Ａと、雑音源Ｂとの位置関係について、図２を参照しながら説明する。
　図２は、この発明の実施の形態１における雑音除去装置１のマイクロホン２の配置例を示す図である。
　マイクロホンペア２１を構成するマイクロホン２ａと、マイクロホン２ｂとを結ぶ線分を第１の線分１０とする。より具体的には、例えば、マイクロホン２ａとマイクロホン２ｂのそれぞれの中心を結ぶ線分を第１の線分１０とする。第１の線分１０の中点を中点１１とする。なお、マイクロホン２ａの中心と、マイクロホン２ｂの中心とは、厳密な中心である必要はない。

　また、マイクロホン２ａと、マイクロホン２ｂと、目的音源Ａと、雑音源Ｂとを含む平面を平面１２とする。より具体的には、例えば、マイクロホン２ａとマイクロホン２ｂのそれぞれの中心と、目的音源Ａに対して任意に設定された点（以下、目的音源Ａの設定点と記載する）と、雑音源Ｂに対して任意に設定された点（以下、雑音源Ｂの設定点と記載する）とを含む平面を平面１２とする。
　当該平面１２において、第１の線分１０の垂直二等分線１３が、目的音源Ａと中点１１とを結ぶ第２の線分１４と、雑音源Ｂと中点１１とを結ぶ第３の線分１５とがなす角θの二等分線に一致する。より具体的には、例えば、目的音源Ａの設定点と中点１１とを結ぶ第２の線分１４と、雑音源Ｂの設定点と中点１１とを結ぶ第３の線分１５とがなす角θの二等分線に一致する。

　垂直二等分線１３と第２の線分１４とがなす角θ_１は、垂直二等分線１３を基準として、目的音源Ａで発生する目的音がマイクロホンペア２１に向かって到来する方向を示している。以下、当該角θ_１を目的音到来方向θ_１とする。
　また、垂直二等分線１３と第３の線分１５とがなす角θ_２は、垂直二等分線１３を基準として、雑音源Ｂで発生する雑音がマイクロホンペア２１に向かって到来する方向を示している。以下、当該角θ_２を、雑音到来方向θ_２とする。図２では、目的音到来方向θ_１と雑音到来方向θ_２とが、同一の値の角度となる場合を示している。
　雑音除去処理部５の雑音除去性能が最大となるマイクロホン２ａおよびマイクロホン２ｂの配置は、マイクロホン２ａと、マイクロホン２ｂと、目的音源Ａと、雑音源Ｂとが、いずれも同一の平面１２上にあり、また、目的音到来方向θ_１と雑音到来方向θ_２とが同一の場合である。

　なお、図２では、第２の線分１４と第３の線分１５の長さが等しく、中点１１と、目的音源Ａの設定点と、雑音源Ｂの設定点とが、それぞれ二等辺三角形の頂点にある場合を示している。しかし、図２で示した例に限定されるものではなく、第２の線分１４と第３の線分１５とは、長さが異なっていてもよい。即ち、中点１１から目的音源Ａの設定点までの距離と、中点１１から雑音源Ｂの設定点までの距離とは、異なっていてもよい。

　次に、マイクロホンペア２１で観測される音の到来方向と時間差との関係について、図３および図４を参照しながら説明する。
　図３は、この発明の実施の形態１における雑音除去装置１のマイクロホンペア２１で観測される音の到来方向と時間差との関係を示す図である。
　図３では、時間差を表す縦軸に等間隔に目盛線を記載し、当該目盛線における時間差の値に対応する音の到来方向に点を打っている。図３に示す通り、当該点の位置における到来方向は不等間隔となる。ここで、音の到来方向とは、目的音到来方向θ_１と雑音到来方向θ_２である。以下、角度の値は弧度法で表す。

　図４は、この発明の実施の形態１における雑音除去装置１のマイクロホンアレイ３を中心とする円周上に、図３で示した音の到来方向をプロットした図である。
　図４に示す通り、音の到来方向が０または±π付近では点の分布が密に、音の到来方向が±π／２付近では、点の分布が疎になる。例えば、ノイズの影響により、観測された音声信号の時間差が、図３における１目盛分だけ実際の時間差からずれる場合、図４における実際の音の到来方向に対応する点に対して、当該点の両隣にある点のうちのいずれかが音の到来方向の観測値として算出される。
　この場合、図４において、点の分布が密な、０または±π方向の範囲では、時間差にずれが生じたとしても、音の到来方向の観測値が大きく変動することはない。一方、図４において、点の分布が疎な、±π／２方向の範囲では、少しの時間差のずれによって音の到来方向の観測値が大きく変動する。つまり、ある一定の時間差のずれが生じる状況では、音源の位置が０または±π方向に近いとき音の到来方向の観測値には小さな誤差しか生じない（観測値のばらつきが小さい）が、音源の位置が±π／２方向に近いときは音の到来方向の観測値には大きな誤差が生じる（観測値のばらつきが大きい）。これは、マイクロホンペア２１によって観測される音の到来方向の観測値のヒストグラムの形状が、実際の音の到来方向がどの範囲に存在するかに依存することを意味している。

　図５は、この発明の実施の形態１における雑音除去装置１のマイクロホンペア２１で観測される音の到来方向の観測値を示すヒストグラムである。
　図５Ａから図５Ｃは、マイクロホンペア２１が目的音源Ａおよび雑音源Ｂに対して、相対的にある定められた方向を向いている場合に、目的音源Ａおよび雑音源Ｂから到来する音波がマイクロホンペア２１によって観測される音の到来方向の観測値の分布（不確実性）を示している。
　図５Ａは、マイクロホンペア２１が目的音源Ａの方向を向いている場合、即ち目的音到来方向θ_１＝０の場合を示している。
　図５Ａの場合、目的音到来方向θ_１が０であることから、到来する目的音の到来方向の観測値のヒストグラムは、図５Ａの分布Ｃａで示すように、急峻な分布となる。
　一方、雑音到来方向θ_２は０よりも－π／２方向に位置している（図４参照）ことから、到来する雑音の到来方向の観測値のヒストグラムは、図５Ａの分布Ｃｂで示すように、なだらかな分布となる。
　到来する目的音の到来方向の観測値のヒストグラムの分布Ｃａと、到来する雑音の到来方向の観測値のヒストグラムの分布Ｃｂとは、領域Ｃｃにおいて重複する。領域Ｃｃの面積は、雑音除去装置１が出力する出力信号に含まれる歪みの量に比例する。

　図５Ｂは、マイクロホンペア２１が、目的音源Ａと雑音源Ｂとの中間の方向を向いている場合、即ち、目的音到来方向θ_１＝雑音到来方向θ_２の場合を示している。
　目的音到来方向θ_１と、雑音到来方向θ_２とが同一であることから、到来する目的音の到来方向の観測値のヒストグラムと、到来する雑音の到来方向の観測値のヒストグラムとは、同一の形状の分布Ｄａ，Ｄｂとなる。到来する目的音の到来方向の観測値のヒストグラムの分布Ｄａと、到来する雑音の到来方向の観測値のヒストグラムの分布Ｄｂとは、領域Ｄｃにおいて重複する。

　図５Ｃは、マイクロホンペア２１が雑音源Ｂの方向を向いている場合、即ち、雑音到来方向θ_２＝０の場合を示している。
　図５Ｃの場合、目的音到来方向θ_１が０よりもπ／２方向に位置している（図４参照）ことから、到来する目的音の到来方向の観測値のヒストグラムは、図５Ｃの分布Ｅａで示すように、なだらかな分布となる。
　一方、雑音到来方向θ_２は０であることから、到来する雑音の到来方向の観測値のヒストグラムは、図５Ｃの分布Ｅｂで示すように急峻な分布となる。
　到来する目的音の到来方向の観測値のヒストグラムの分布Ｅａと、到来する雑音の到来方向の観測値のヒストグラムの分布Ｅｂとは、領域Ｅｃにおいて重複する。

　図５Ａから図５Ｃで示した、３つの領域Ｃｃ，Ｄｃ，Ｅｃの面積を比較すると、図５Ｂで示した領域Ｄｃの面積が最小となる。即ち、図５Ｂで示したように、マイクロホンペア２１が目的音源Ａと雑音源Ｂとの中間の方向を向いて配置されている場合、雑音除去装置１が出力する出力信号に含まれる歪みが最小となる。
　なお、マイクロホンペア２１が、目的音源Ａと雑音源Ｂとの中間の方向を向いて配置されている場合とは、詳細には、図２で示した平面１２において、第１の線分１０の垂直二等分線１３が、目的音源Ａと中点１１とを結ぶ第２の線分１４と、雑音源Ｂと中点１１とを結ぶ第３の線分１５とがなす角θの二等分線に一致する場合である。
　なお、図５Ｂでは、目的音到来方向θ_１と雑音到来方向θ_２とが同一値である場合を示したが、目的音到来方向θ_１と雑音到来方向θ_２とは厳密な同一値である必要はなく、若干の角度変動が許容されるものである。

　以上のように、平面１２において、隣接するマイクロホン２ａ，２ｂの中心を結ぶ線分の垂直二等分線１３が、目的音源Ａと中点１１とを結ぶ第２の線分１４と、雑音源Ｂと中点１１とを結ぶ第３の線分１５とがなす角θの二等分線に一致するように、マイクロホンペア２１を構成するマイクロホン２ａ，２ｂを配置することにより、雑音除去装置１の雑音除去性能を最大化することができる。

　例えば、車両に搭載するマイクロホン２で運転者の音声を観測する場合、マイクロホンペア２１は以下のように配置される。まず、目的音源Ａとなる運転者の着座位置が既知であり、雑音源Ｂとなる車両のエンジン音の発生源の位置が既知であり、雑音除去装置１が車両のエンジン音を除去するものとする。マイクロホンペア２１は、互いに隣接するマイクロホン２ａ，２ｂと、目的音源Ａと、雑音源Ｂとを含む平面１２において、隣接するマイクロホン２ａ，２ｂを結ぶ第１の線分１０の垂直二等分線１３が、目的音源Ａと第１の線分１０の中点１１とを結ぶ第２の線分１４と、雑音源Ｂと第１の線分１０の中点１１とを結ぶ第３の線分１５とがなす角θの二等分線に一致するように配置される。これにより、雑音除去装置１は、出力信号の歪みを最小化しながら、雑音除去性能を最大にして車両のエンジン音を除去することができる。

　上記では、運転者の音声を観測する際に、雑音除去装置１が車両のエンジン音を雑音として除去する場合を例に示した。これに替えて、雑音除去装置１が、助手席に着座する同乗者の音声を雑音として除去する、または車両に搭載されたスピーカから出力される音声を雑音として除去する構成としてもよい。
　また、雑音除去装置１は、車載に限定されるものではなく、機器の監視システム等に適用可能である。その場合、雑音除去装置１は、監視対象の機器の作動音を目的音として取得し、その他の機器の作動音を雑音として除去し、監視対象の機器の作動音のみを監視処理に提供することができる。

　次に、図１の構成の説明に戻り、雑音除去処理部５について説明する。
　雑音除去処理部５は、マイクロホン２から入力された観測信号から雑音を除去した出力信号を、スピーカ６に出力する。一般的に、マイクロホンアレイ３を用いて雑音を除去する場合、雑音除去処理部５は複数のマイクロホン２から得られる観測信号の時間差に基づいて音の到来方向を時間－周波数成分ごとに観測する。次に、雑音除去処理部５は、観測した音の観測信号から目的とする方向以外の方向から到来している音を構成する時間－周波数成分を除去するフィルタを観測信号に掛ける。

　図６は、この発明の実施の形態１における雑音除去装置１の雑音除去処理部５の構成図である。
　雑音除去処理部５は、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）部５１，５２、帯域選択部５３、積算部５４、およびＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transform）部５５を備える。ここで、図６に示す構成を用いて説明するが、雑音除去処理部５の構成は、図６に示した構成に限定されるものではなく、他の構成を適用してもよい。

　また、説明を単純化するために、以降ではマイクロホンアレイ３が２個のマイクロホン２で構成されている場合を例に説明する。マイクロホン２の数を３個以上とする構成への拡張は容易であり、３個以上のマイクロホン２により構成される場合も、本発明に含まれるものとする。マイクロホン２ａおよびマイクロホン２ｂがマイクロホンアレイ３を構成し、当該２個のマイクロホン２ａ，２ｂによってマイクロホンペア２１が構成されているものとする。

　ＤＦＴ部５１，５２は、ＡＤ変換器４から入力された時間領域の観測信号に対して、短時間離散フーリエ変換を施し、周波数領域の観測信号スペクトルＸ_１（ω，τ）、Ｘ_２（ω，τ）を得る。ＤＦＴ部５１，５２は、取得した周波数領域の観測信号スペクトルＸ_１（ω，τ）、Ｘ_２（ω，τ）を帯域選択部５３に出力する。ここで、ωは離散周波数、τは短時間フレームを表す。帯域選択部５３は、ＤＦＴ部５１，５２から入力された観測信号スペクトルＸ_１（ω，τ）、Ｘ_２（ω，τ）に基づいて音の到来方向θ（ω，τ）を離散周波数毎に計算する。帯域選択部５３は、計算した離散周波数ごとの音の到来方向θ（ω，τ）に基づいて、目的音の方向から到来した音の時間－周波数成分のみを残すフィルタｂ（ω，τ）を生成する。

　積算部５４は、マイクロホン２ａの観測信号スペクトルＸ_１（ω，τ）に、生成したフィルタｂ（ω，τ）を掛け、雑音が除去された出力信号スペクトルＹ（ω，τ）を生成する。積算部５４は、生成した出力信号スペクトルＹ（ω，τ）をＩＤＦＴ部５５に出力する。ＩＤＦＴ部５５は、積算部５４から入力された出力信号スペクトルＹ（ω，τ）を離散逆フーリエ変換によって時間領域の出力信号ｙ（ｔ）に変換し、スピーカ６に出力する。

　次に、雑音除去処理部５のハードウェア構成例を説明する。
　図７Ａおよび図７Ｂは、この発明の実施の形態１における雑音除去装置１の雑音除去処理部５のハードウェア構成例を示す図である。
　雑音除去装置１の雑音除去処理部５におけるＤＦＴ部５１，５２、帯域選択部５３、積算部５４およびＩＤＦＴ部５５の各機能は、処理回路により実現される。即ち、雑音除去装置１の雑音除去処理部５は、上記各機能を実現するための処理回路を備える。当該処理回路は、図７Ａに示すように専用のハードウェアである処理回路１ａであってもよいし、図７Ｂに示すようにメモリ１ｃに格納されているプログラムを実行するプロセッサ１ｂであってもよい。

　図７Ａに示すように、雑音除去処理部５のＤＦＴ部５１，５２、帯域選択部５３、積算部５４およびＩＤＦＴ部５５が専用のハードウェアである場合、処理回路１ａは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。雑音除去処理部５のＤＦＴ部５１，５２、帯域選択部５３、積算部５４およびＩＤＦＴ部５５の各部の機能それぞれを処理回路で実現してもよいし、各部の機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。

　図７Ｂに示すように、雑音除去処理部５のＤＦＴ部５１，５２、帯域選択部５３、積算部５４およびＩＤＦＴ部５５がプロセッサ１ｂである場合、各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１ｃに格納される。プロセッサ１ｂは、メモリ１ｃに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、雑音除去処理部５のＤＦＴ部５１，５２、帯域選択部５３、積算部５４およびＩＤＦＴ部５５の各機能を実現する。即ち、雑音除去処理部５のＤＦＴ部５１，５２、帯域選択部５３、積算部５４およびＩＤＦＴ部５５は、プロセッサ１ｂにより実行されるときに、後述する図８に示す各ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ１ｃを備える。また、これらのプログラムは、雑音除去処理部５のＤＦＴ部５１，５２、帯域選択部５３、積算部５４およびＩＤＦＴ部５５の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

　ここで、プロセッサ１ｂとは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのことである。
　メモリ１ｃは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically EPROM）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスク、フレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、ミニディスク、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスクであってもよい。

　なお、雑音除去処理部５のＤＦＴ部５１，５２、帯域選択部５３、積算部５４およびＩＤＦＴ部５５の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、雑音除去処理部５における処理回路１ａは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

　次に、雑音除去装置１の動作について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。
　図８は、この発明の実施の形態１における雑音除去装置１の動作を示すフローチャートである。
　図８に示す動作が行われる前提として、図２で示した平面１２において、第１の線分１０の垂直二等分線１３が、目的音源Ａと中点１１とを結ぶ第２の線分１４と、雑音源Ｂと中点１１とを結ぶ第３の線分１５とがなす角θの二等分線に一致するように、マイクロホンペア２１が配置されているものとする。

　マイクロホンペア２１を構成するマイクロホン２ａ，２ｂで集音された音は、ＡＤ変換器４でデジタル信号に変換され、時間領域の観測信号としてそれぞれＤＦＴ部５１，５２に入力される（ステップＳＴ１）。ＤＦＴ部５１，５２は、ステップＳＴ１で入力された観測信号を、バッファ等に一定時間（例えば、０．１ｓｅｃ）蓄積する（ステップＳＴ２）。ＤＦＴ部５１，５２が、時刻ｔにおいてマイクロホン２ａ，２ｂから得る時間領域の観測信号をそれぞれｘ_１（ｔ）、ｘ_２（ｔ）と表す。ＤＦＴ部５１，５２は、ステップＳＴ２で蓄積された観測信号ｘ_１（ｔ）、ｘ_２（ｔ）に対して短時間離散フーリエ変換を施し、周波数領域の観測信号スペクトルＸ_１（ω，τ）、Ｘ_２（ω，τ）を得る（ステップＳＴ３）。ＤＦＴ部５１，５２は、ステップＳＴ３で得た周波数領域の観測信号スペクトルを帯域選択部５３に出力する。

　帯域選択部５３は、ＤＦＴ部５１，５２から入力された周波数領域の観測信号スペクトルＸ_１（ω，τ）、Ｘ_２（ω，τ）に基づき、音の到来方向を離散周波数ごとに計算する（ステップＳＴ４）。音源がマイクロホンアレイ３から十分離れた位置に存在するとすれば、音の到来方向θ（ω，τ）は、以下の式（１）に示すように、周波数領域の観測信号スペクトルＸ_１（ω，τ）、Ｘ_２（ω，τ）の位相差に基づいて計算することができる。

　式（１）において、ｃは音速、ｄはマイクロホン間の距離、ａｒｇは複素数の偏角を表す。
　また、式（１）によって計算される音の到来方向θ（ω，τ）は、図２に示すように、マイクロホンペア２１を構成するマイクロホン２ａ，２ｂを結ぶ第１の線分１０の垂直二等分線１３の方向を０とするときの角度（弧度法）となる。

　帯域選択部５３は、ステップＳＴ４で計算した離散周波数ごとの音の到来方向θ（ω，τ）に基づき、以下の式（２）で示すような、目的音の方向から到来した音の時間－周波数成分のみを残すフィルタｂ（ω，τ）を生成する（ステップＳＴ５）。帯域選択部５３は、生成したフィルタを積算部５４に出力する。

　式（２）において、Θは目的音の到来方向の集合である。式（２）は、所望の方向から到来した音の時間－周波数成分には係数として１を掛け、それ以外の音の成分には０を掛けるようなフィルタを生成する。当該フィルタにより、観測信号に含まれる目的音の時間－周波数成分のみが抽出される。

　積算部５４は、ステップＳＴ３で変換されたマイクロホン２ａの観測信号スペクトルＸ_１（ω，τ）に、ステップＳＴ５で生成されたフィルタｂ（ω，τ）を掛け、雑音が除去された出力信号スペクトルＹ（ω，τ）を生成する（ステップＳＴ６）。積算部５４は、生成した出力信号スペクトルＹ（ω，τ）をＩＤＦＴ部５５に出力する。
　なお、ステップＳＴ６の処理では、マイクロホン２ａの観測信号スペクトルＸ_１（ω，τ）にフィルタｂ（ω，τ）を掛ける場合を例に説明したが、マイクロホン２ｂの観測信号スペクトルＸ_２（ω，τ）にフィルタｂ（ω，τ）を掛けてもよいし、任意のマイクロホン２の観測信号スペクトルにフィルタｂ（ω，τ）を掛けるように構成してもよい。

　ＩＤＦＴ部５５は、ステップＳＴ６で生成された出力信号スペクトルＹ（ω，τ）を離散逆フーリエ変換によって時間領域の出力信号ｙ（ｔ）に変換する（ステップＳＴ７）。ＩＤＦＴ部５５は、ステップＳＴ７で変換した出力信号ｙ（ｔ）をスピーカ６に出力する（ステップＳＴ８）。その後、フローチャートはステップＳＴ１の処理に戻り、上述した処理を繰り返す。
　上述した処理により、スピーカ６からは、雑音が除去され、歪みが抑制された音が出力される。なお、スピーカ６を例に説明したが、ＩＤＦＴ部５５の出力先は、イヤホン、メモリ、ハードディスク等であってもよい。出力先がメモリやハードディスクなどの記憶媒体の場合には、当該記憶媒体に雑音が除去された音のデジタルデータが保存される。

　マイクロホンアレイ３が３個以上のマイクロホン２によって構成されている場合、帯域選択部５３は、例えば、複数のマイクロホンペア２１によって観測された音の到来方向の平均値を利用してフィルタを生成してもよい。これにより、より精度の高い雑音除去が可能になる。

　以上のように、この実施の形態１によれば、雑音除去装置１を、音信号を観測する複数のマイクロホン２を有するマイクロホンアレイ３と、複数のマイクロホン２が観測した音信号から、雑音を除去して目的音を取得する雑音除去処理部５とを備え、複数のマイクロホン２のうち、互いに隣接する２個のマイクロホン２は、当該２個のマイクロホン２と、目的音を発生する目的音源Ａと、雑音を発生する雑音源Ｂとを含む平面１２において、２個のマイクロホン２を結ぶ第１の線分１０の垂直二等分線１３が、目的音源Ａと第１の線分１０の中点１１とを結ぶ第２の線分１４と、雑音源Ｂと第１の線分１０の中点１１とを結ぶ第３の線分１５とのなす角θの二等分線に、一致する配置関係を有するように構成した。したがって、実施の形態１の雑音除去装置１は、出力信号の歪みを抑制することができ、高い雑音除去性能を実現することができる。これにより、目的音の明瞭性が向上する。

実施の形態２．
　この実施の形態２では、エコーキャンセリング処理を行う構成を備えた雑音除去装置について説明する。
　図９は、この発明の実施の形態２における雑音除去装置１Ａの構成を示す図である。
　雑音除去装置１Ａは、図１に示した実施の形態１の雑音除去装置１にエコーキャンセリング部８を追加して構成している。以下では、実施の形態１における雑音除去装置１の構成要素と同一または相当する部分には、実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。

　図９に示すように、雑音除去装置１Ａには、スピーカ６に加えて再生装置７が接続されている。再生装置７は、例えば、ハンズフリー通話システムにおいて、通話相手の音声（以下、通話音声と記載する）を受信し、受信した通話音声を再生スピーカ１０１で再生する処理を行う。再生スピーカ１０１で通話音声が再生されると、再生された通話音声が話者１０２の通話用マイクロホン（マイクロホンアレイ３）に混入し、話者音声がエコーのように繰り返し再生されてスピーカ６から出力される。エコーキャンセリング部８は、話者音声がエコーのように繰り返し再生される状況を回避するための処理を行う。

　雑音除去装置１Ａにおいては、複数のマイクロホン２が、再生スピーカ１０１から出力された通話音声と、話者１０２の発話音声とを観測する。また、雑音除去装置１Ａは、実施の形態１と同様の処理を行って、観測信号から、再生スピーカ１０１から出力された通話音声を雑音として除去し、目的音である話者１０２の発話音声の出力信号を得る。さらに、雑音除去装置１Ａは、発話音声の出力信号に対して、再生装置７の参照信号に基づいてエコーキャンセリングの処理を行う。

　マイクロホンアレイ３を構成する少なくとも一組のマイクロホンペア２１は、実施の形態１の図２で示した位置関係で配置されているものとする。即ち、マイクロホンペア２１を構成するマイクロホン２ａ，２ｂは、マイクロホン２ａ，２ｂと、目的音源Ａと、雑音源Ｂとを含む平面１２において、第１の線分１０の垂直二等分線１３が、目的音源Ａと第１の線分１０の中点１１とを結ぶ第２の線分１４と、雑音源Ｂと中点１１とを結ぶ第３の線分１５とがなす角θの二等分線に一致するように配置されている。
　雑音除去処理部５は、実施の形態１と同様に、マイクロホン２から入力された観測信号から、雑音源Ｂである再生スピーカ１０１から出力される雑音（エコー成分）を除去する。雑音除去処理部５は、雑音を除去した出力信号をエコーキャンセリング部８に出力する。雑音除去処理部５による雑音の除去では、一般的に、残響または他の外乱要因によってエコー成分を完全に除去することが困難である。そこで、エコーキャンセリング部８において、雑音除去処理部５の出力信号から残留エコー成分を除去する。

　エコーキャンセリング部８は、雑音除去処理部５から入力された出力信号から、再生装置７の参照信号に基づいて残留エコー成分を除去する。エコーキャンセリング部８が、再生装置７の参照信号に基づいて残留エコー成分を除去する方法としては、ＬＭＳアルゴリズム、およびアフィン射影アルゴリズムが知られている。エコーキャンセリング部８は、残留エコー成分を除去した出力信号をスピーカ６に出力する。これにより、残留エコー成分が除去された話者１０２の出力信号がスピーカ６から出力される。
　エコーキャンセリング部８が残留エコー成分を除去する前に、図２で示した位置関係で配置されたマイクロホンペア２１から出力された話者１０２の観測信号から、雑音除去処理部５が雑音を除去することにより、エコーキャンセリング部８における残留エコー成分の除去性能を向上させることができる。これにより、スピーカ６から出力された出力信号において、目的音である話者１０２の音声の明瞭性が向上する。

　次に、雑音除去装置１Ａの動作について説明する。
　図１０は、この発明の実施の形態２における雑音除去装置１Ａの動作を示すフローチャートである。
　以下では、実施の形態１における雑音除去装置１と同一のステップには、図８で示した符号と同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。
　ステップＳＴ７において、ＩＤＦＴ部５５が、出力信号スペクトルＹ（ω，τ）を離散逆フーリエ変換によって時間領域の出力信号ｙ（ｔ）に変換すると、ＩＤＦＴ部５５は変換後の出力信号ｙ（ｔ）を、エコーキャンセリング部８に出力する。エコーキャンセリング部８は、再生装置７の参照信号に基づいて、ステップＳＴ７で変換された出力信号ｙ（ｔ）から残留エコー成分を除去し、出力信号ｚ（ｔ）を生成する（ステップＳＴ１１）。エコーキャンセリング部８は、ステップＳＴ１１で生成した出力信号ｚ（ｔ）をスピーカ６に出力する（ステップＳＴ１２）。その後、フローチャートはステップＳＴ１の処理に戻り、上述した処理を繰り返す。

　以上のように、この実施の形態２によれば、雑音除去装置１Ａを、マイクロホン２が、話者の通話音声の音信号を観測し、雑音除去処理部５が取得した目的音から、通話音声の残留エコー成分を除去するエコーキャンセリング部８を備えるように構成した。したがって、実施の形態２の雑音除去装置１Ａは、エコー成分の除去性能を向上させ、目的音である発話者の音声の明瞭性を向上させることができる。

実施の形態３．
　この実施の形態３では、異音検出処理を行う構成を備えた雑音除去装置について説明する。
　図１１は、この発明の実施の形態３における雑音除去装置１Ｂの構成を示す図である。
　雑音除去装置１Ｂは、図１に示した実施の形態１の雑音除去装置１に異音検出部９を追加して構成している。以下では、実施の形態１における雑音除去装置１の構成要素と同一または相当する部分には、実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。

　図１１に示すように、雑音除去装置１Ｂは、複数のマイクロホン２が、監視対象機器１０３から出力される動作音と、雑音源Ｂで発生した雑音を観測する。また、雑音除去装置１Ｂは、実施の形態１と同様の処理を行って、観測信号から雑音を除去し、目的音である監視対象機器１０３の動作音の出力信号を得る。さらに、雑音除去装置１Ｂは、監視対象機器１０３の動作音から異音を検出する処理を行う。実施の形態３の雑音除去装置１Ｂは、例えば、機器の動作音を常時監視し、当該機器の不具合または故障に伴う異音を検出する機器監視システム等に適用可能である。

　マイクロホンアレイ３を構成する少なくとも一組のマイクロホンペア２１は、実施の形態１の図２で示した位置関係で配置されているものとする。即ち、マイクロホンペア２１を構成するマイクロホン２ａ，２ｂは、マイクロホン２ａ，２ｂと、目的音源Ａと、雑音源Ｂとを含む平面１２において、第１の線分１０の垂直二等分線１３が、目的音源Ａと第１の線分１０の中点１１とを結ぶ第２の線分１４と、雑音源Ｂと中点１１とを結ぶ第３の線分１５とがなす角θの二等分線に一致するように配置されている。
　雑音除去処理部５は、実施の形態１と同様に、マイクロホン２から入力された観測信号から雑音を除去した信号を除去し、目的音である監視対象機器１０３の動作音の音信号を得る。雑音除去処理部５は、雑音を除去した監視対象機器１０３の動作音の音信号を、出力信号として異音検出部９に出力する。

　異音検出部９は、雑音除去処理部５から入力された出力信号から、監視対象機器１０３で発生する異音を検出する。異音検出部９が異音を検出する処理は、例えば、参考文献１または参考文献２に記載された検出方法が適用可能である。異音検出部９は、異音を検出したか否かを示す検出結果を出力する。
・参考文献１
特開２０１０－２７１０７３号公報
・参考文献２
特開２００８－７６２４６号公報

　異音検出部９が異音を検出する処理を行う前に、図２で示した位置関係で配置されたマイクロホンペア２１から出力された監視対象機器１０３の動作音の音信号から、雑音除去処理部５が雑音を除去することにより、多種多様な環境において監視対象機器１０３で発生する異音を検出する精度を向上させることができる。

　次に、雑音除去装置１Ｂの動作について説明する。
　図１２は、この発明の実施の形態３における雑音除去装置１Ｂの動作を示すフローチャートである。
　以下では、実施の形態１における雑音除去装置１と同一のステップには、図８で示した符号と同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。
　ステップＳＴ７において、ＩＤＦＴ部５５が、出力信号スペクトルＹ（ω，τ）を離散逆フーリエ変換によって時間領域の出力信号ｙ（ｔ）に変換すると、当該出力信号ｙ（ｔ）を、異音検出部９に出力する。異音検出部９は、ステップＳＴ７で変換された出力信号ｙ（ｔ）の周波数を予め設定された閾値と比較して異音であるか否かの判定を行う（ステップＳＴ２１）。異音検出部９は、異音であるか否かの判定結果を、検出結果として機器制御装置（図示しない）等に出力する（ステップＳＴ２２）。その後、フローチャートはステップＳＴ１の処理に戻り、上述した処理を繰り返す。
　なお、上述したステップＳＴ２１の異音検出部９の処理は一例であり、その他の異音検出処理を適用することが可能である。

　以上のように、この実施の形態３によれば、雑音除去装置１Ｂを、マイクロホン２が監視対象機器１０３の動作音の音信号を観測し、雑音除去処理部５が取得した目的音を参照し、監視対象機器１０３で発生する異音を検出する異音検出部９を備えするように構成した。したがって、実施の形態３の雑音除去装置１Ｂは、多種多様な環境において異音の検出精度を向上させることができる。
　また、異音検出部９が異音を検出した場合に、例えば監視対象機器１０３を自動的に停止させる制御を行う、警報またはメール等により作業者に監視対象機器１０３の不具合を通知する制御を行うことができる。これにより、監視対象機器１０３が動作に不安定な状態で長時間稼動することを防止することができる。

実施の形態４．
　この実施の形態４では、目的音源と雑音源の存在する範囲が移動し得る状況において、精度よく雑音除去するためのマイクロホン２の配置について説明する。
　図１３は、この発明の実施の形態４における雑音除去装置１のマイクロホン２と、目的音源Ａと雑音源Ｂ_１，Ｂ_２との位置関係を示す図である。図１３Ａは、目的音源Ａと雑音源Ｂ_１，Ｂ_２が存在し得る範囲とマイクロホンアレイ３の位置関係を示す図である。図１３Ｂは、マイクロホンアレイ３を構成する３個のマイクロホン２ａ，２ｂ，２ｃの位置関係を示す図である。図１３Ｃは、マイクロホン２ａ，２ｂ，２ｃと、目的音源Ａと、雑音源Ｂ_１，Ｂ_２との位置関係を示す図である。

　図１３Ａに示すように、マイクロホンアレイ３を中心に、目的音源Ａが存在し得る範囲（以下、目的音源方向範囲と記載する）Ｆと、雑音源Ｂ_１，Ｂ_２が存在し得る範囲（以下、雑音源方向範囲と記載する）Ｇ_１，Ｇ_２が形成される。目的音源方向範囲Ｆと、雑音源方向範囲Ｇ_１との境界は、マイクロホンアレイ３の中心を通る境界面Ｈ_１で示される。目的音源方向範囲Ｆと、雑音源方向範囲Ｇ_２との境界は、マイクロホンアレイ３の中心を通る境界面Ｈ_２で示される。目的音源方向範囲Ｆの範囲内において、目的音源Ａは複数存在してもよい。同様に、雑音源方向範囲Ｇ_１の範囲内で雑音源Ｂ_１は複数存在してもよく、雑音源方向範囲Ｇ_２の範囲内で雑音源Ｂ_２は複数存在してもよい。

　次に、マイクロホンアレイ３を構成する各マイクロホン２の配置について、図１３Ｂを参照しながら説明する。マイクロホンアレイ３を構成する３個のマイクロホン２が平面Ｉ上に位置しているものとする。また、平面Ｉと境界面Ｈ_１との交線を境界線Ｈ_３とし、平面Ｉと境界面Ｈ_２との交線を境界線Ｈ_４とする。平面Ｉにおいて、３個のマイクロホン２のうち、中央に位置するマイクロホン２ａ（第１の音響センサ）は、境界線Ｈ_３と境界線Ｈ_４とがなす角θ_４の二等分線Ｊ上に配置される。マイクロホン２ａの隣に位置するマイクロホン２ｂ（第２の音響センサ）は、境界線Ｈ_３上に配置される。マイクロホン２ａのもう一方の隣に位置するマイクロホン２ｃ（第３の音響センサ）は、境界線Ｈ_４上に配置される。

　境界線Ｈ_３と境界線Ｈ_４とが交わる交点Ｋと、マイクロホン２ａの中心と、マイクロホン２ｂの中心とを結んで形成される三角形は、交点Ｋとマイクロホン２ａの中心とを結ぶ線分の長さと、交点Ｋとマイクロホン２ｂの中心とを結ぶ線分の長さとが等しい二等辺三角形となる。
　同様に、交点Ｋと、マイクロホン２ａの中心と、マイクロホン２ｃの中心とを結んで形成される三角形は、交点Ｋとマイクロホン２ａの中心とを結ぶ線分の長さと、交点Ｋとマイクロホン２ｃの中心とを結ぶ線分の長さとが等しい二等辺三角形となる。

　また、図１３Ｃに示すように、二等分線Ｊ上に目的音源Ａが位置し、境界線Ｈ_３上に雑音源Ｂ_１が位置した場合に、目的音源Ａ、雑音源Ｂ_１、およびマイクロホン２ａ，２ｂは、実施の形態１で示した関係を満たす。
　図１３Ｃで示すように、マイクロホン２ａと、マイクロホン２ｂとを結ぶ第１の線分１０の中点を、中点１１とする。マイクロホン２ａと、マイクロホン２ｂと、目的音源Ａと、雑音源Ｂ_１とを通る平面１２において、第１の線分１０を垂直に二等分する垂直二等分線１３が、目的音源Ａと中点１１とを結ぶ第２の線分１４と、雑音源Ｂ_１と中点１１とを結ぶ第３の線分１５とがなす角θ_５の二等分線に一致する。

　また、図１３Ｃに示すように、マイクロホン２ａの中心と、マイクロホン２ｃの中心とを結ぶ第１の線分１０の中点を、中点１１とする。マイクロホン２ａのと、マイクロホン２ｃと、目的音源Ａと、雑音源Ｂ_２とを含む平面１２において、第１の線分１０の垂直二等分線１３が、目的音源Ａと中点１１とを結ぶ第２の線分１４と、雑音源Ｂ_２と中点１１とを結ぶ第３の線分１５とがなす角θ_６の二等分線に一致する。

　なお、マイクロホンアレイ３と目的音源Ａとの距離、またはマイクロホンアレイ３と雑音源Ｂ_１，Ｂ_２との距離は、各マイクロホン２ａ，２ｂ，２ｃ間の距離に比べて十分長いものとする。また、マイクロホンアレイ３は、上記のように配置した３個のマイクロホン２により構成されるものとして説明したが、少なくとも上記のように配置した３個のマイクロホン２を含む構成であってもよい。

　以上のように配置したマイクロホン２を備えるマイクロホンアレイ３で観測した音の観測信号に対して、実施の形態１と同様にＡＤ変換器４がデジタル信号に変換し、雑音除去処理部５が雑音を除去して出力信号を得る。また、実施の形態２の構成を適用して、雑音除去処理部５が雑音を除去して得られた出力信号に対して、エコーキャンセリング部８が残留エコー成分を除去する構成としてもよい。また、実施の形態３の構成を適用し、雑音除去処理部５が雑音を除去して得られた出力信号に対して、異音検出部９が異音の検出処理を行うように構成してもよい。

　以上のように、この実施の形態４によれば、雑音除去装置を、音信号を観測する３以上のマイクロホン２を有するマイクロホンアレイ３と、マイクロホン２が観測した音信号から、雑音を除去して目的音を取得する雑音除去処理部５とを備え、マイクロホン２のうち、隣接する３個のマイクロホン２が位置する平面Ｉにおいて目的音を発生する目的音源が存在し得る範囲である目的音源方向範囲Ｆと、雑音を発生させる雑音源Ｂ１，Ｂ２が存在し得る範囲である雑音源方向範囲Ｇ_１，Ｇ_２との境界を示す２本の境界線Ｈ_３，Ｈ_４がなす角の二等分線Ｊ上にマイクロホン２ａを配置し、２本の境界線Ｈ_３，Ｈ_４のそれぞれの線上にマイクロホン２ｂ，２ｃを配置し、２本の境界線Ｈ_３，Ｈ_４がなす角θ_４の二等分線上に目的音源Ａが位置し、２本の境界線Ｈ_３，Ｈ_４上のそれぞれに雑音源Ｂ_１，Ｂ_２が位置した場合に、マイクロホン２ａ，２ｂ，２ｃは、互いに隣接する２個のマイクロホン２と、目的音源Ａと、雑音源Ｂとを含む平面１２において、２個のマイクロホンを結ぶ第１の線分１０の垂直二等分線１３が、目的音源Ａと第１の線分１０の中点１１とを結ぶ第２の線分１４と、雑音源Ｂと第１の線分１０の中点１１とを結ぶ第３の線分１５とのなす角θ_５，θ_６の二等分線に一致する配置関係を有するように構成した。

　したがって、実施の形態４の雑音除去装置は、目的音の明瞭化が最も困難な状況、つまり雑音源が目的音源に最も近づく位置である、目的音源方向範囲と雑音源方向範囲との境界線上に雑音源が位置する場合において、雑音除去性能を最大化させることができる。このため、実施の形態４の雑音除去装置によれば、雑音源が雑音源方向範囲内であれば、どのような位置に存在していたとしても、安定した雑音除去性能を実現することが可能になる。

　実施の形態４で示した、３個のマイクロホン２により構成されるマイクロホンアレイ３を備えた雑音除去装置は、例えばガンマイク、または会議システム等に適用することが想定される。

　上記以外にも、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

　この発明に係る雑音除去装置は、所望の方向から到来した音以外に、周囲の雑音等を含んだ音から、当該雑音等を分離するための機器に適用可能である。

　１，１Ａ，１Ｂ　雑音除去装置、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ　マイクロホン、３　マイクロホンアレイ、４　ＡＤ変換器、５　雑音除去処理部、８　エコーキャンセリング部、９　異音検出部、２１　マイクロホンペア、５１，５２　ＤＦＴ部、５３　帯域選択部、５４　積算部、５５　ＩＤＦＴ部。

Claims

　音信号を観測する複数の音響センサを有する音響センサアレイと、
　前記複数の音響センサが観測した音信号から、雑音を除去して目的音を取得する雑音除去処理部とを備え、
　前記複数の音響センサのうち、互いに隣接する２個の前記音響センサは、当該２個の音響センサと、前記目的音を発生する目的音源と、前記雑音を発生する雑音源とを含む平面において、前記２個の音響センサを結ぶ第１の線分の垂直二等分線が、前記目的音源と前記第１の線分の中点とを結ぶ第２の線分と、前記雑音源と前記第１の線分の中点とを結ぶ第３の線分とのなす角の二等分線に、一致する配置関係を有する雑音除去装置。
　前記音響センサは、話者の通話音声の音信号を観測し、
　前記雑音除去処理部が取得した前記目的音から、前記通話音声の残留エコー成分を除去するエコーキャンセリング部を備えたことを特徴とする請求項１記載の雑音除去装置。
　前記音響センサは、監視対象機器の動作音の音信号を観測し、
　前記雑音除去処理部が取得した前記目的音を参照し、前記監視対象機器で発生する異音を検出する異音検出部を備えたことを特徴とする請求項１記載の雑音除去装置。
　音信号を観測する３以上の音響センサを有する音響センサアレイと、
　前記音響センサが観測した音信号から、雑音を除去して目的音を取得する雑音除去処理部とを備え、
　前記音響センサのうち、隣接する３個の前記音響センサが位置する平面において前記目的音を発生する目的音源が存在し得る範囲である目的音源方向範囲と、前記雑音を発生させる雑音源が存在し得る範囲である雑音源方向範囲との境界を示す２本の境界線がなす角の二等分線上に第１の音響センサを配置し、前記２本の境界線のそれぞれの線上に第２の音響センサおよび第３の音響センサを配置し、
　前記２本の境界線がなす角の二等分線上に前記目的音源が位置し、前記２本の境界線上のそれぞれに前記雑音源が位置した場合に、
　前記第１の音響センサ、前記第２の音響センサおよび前記第３の音響センサは、互いに隣接する２個の音響センサと、前記目的音源と、前記雑音源とを含む平面において、前記２個の音響センサを結ぶ第１の線分の垂直二等分線が、前記目的音源と前記第１の線分の中点とを結ぶ第２の線分と、前記雑音源と前記第１の線分の中点とを結ぶ第３の線分とのなす角の二等分線に一致する配置関係を有する雑音除去装置。
　音響センサアレイを構成する互いに隣接する２個の音響センサと、目的音を発生する目的音源と、雑音を発生する雑音源とを含む平面において、前記２個の音響センサを結ぶ第１の線分の垂直二等分線が、前記目的音源と前記第１の線分の中点とを結ぶ第２の線分と、前記雑音源と前記第１の線分の中点とを結ぶ第３の線分とのなす角の二等分線と一致する配置関係で、前記２個の音響センサを配置するステップと、
　前記２個の音響センサが音信号を観測するステップと、
　雑音除去処理部が、前記観測された音信号から、前記雑音を除去して前記目的音を取得するステップとを備えた雑音除去方法。