JP2003533152A

JP2003533152A - 妨害抑制方法および装置

Info

Publication number: JP2003533152A
Application number: JP2001583102A
Authority: JP
Inventors: ジョーンズ，ダグラス・エル; ロックウッド，マイケル・イー; ビルガー，ロバート・シー; フェン，アルバート・エス; ランシング，チャリッサ・アール; オブライエン，ウィリアム・ディー; ホウィーラー，ブルース・シー; エレッジ，マーク; リウ，チェン
Original assignee: University of Illinois
Current assignee: University of Illinois
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2003-11-05
Also published as: EP1312239B1; CA2407855A1; CA2685434A1; DK1312239T3; CN1440628A; DE60125553T2; US7613309B2; AU2001261344A1; US20030138116A1; DE60125553D1; CA2407855C; WO2001087011A2; US20070030982A1; EP1312239A2; WO2001087011A3

Abstract

(57)【要約】プロセッサ（４２）に結合された音響センサ・アレイ（２０）を含むシステム（１０）が開示される。システム（１０）はアレイ（２０）からの入力を処理し、妨害信号を抑制することによって所望の音響信号を抽出する。抽出／抑制は、得られる出力信号の分散を最小にすると共に、所望の音響信号の方向で受信される信号の単位利得を維持するように選択した重みを用いて、周波数領域でアレイ（２０）入力を修正することによって実行される。システム（１０）は、補聴器、音声入力装置、監視装置、および他の応用例で利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（関連出願の相互参照）本願は、２０００年５月１０日出願の米国特許出願第０９／５６８４３０号の
一部継続出願であり、かつ本願は、１９９６年６月１９日出願の米国特許出願第
０８／６６６７５７号（現米国特許第６２２２９２７Ｂ１号）の一部継続出願で
ある１９９８年１１月１６日出願の米国特許出願第０９／１９３０５８号、２０
００年５月１０日出願の米国特許第０９／５６８４３５号、および国際特許出願
ＰＣＴ／ＵＳ９９／２６９６５号の一部継続出願である２００１年３月１３日出
願の米国特許出願第０９／８０５２３３号に関係する。このすべてを参照により
本明細書に組み込む。

【０００２】（政府権利）米国政府は、本発明において払済ライセンスを有し、限定された環境で、ＤＡ
ＲＰＡ契約番号ＡＲＭＹＳＵＮＹ２４０−６７６２Ａおよび国立衛生研究所契
約番号Ｒ２１ＤＣ０４８４０によって与えられるような妥当な用語で他者に許可
するよう特許権所有者に要求する権利を有する。

【０００３】（発明の背景）本発明は、音響信号の処理に関し、限定はしないがより詳細には、２つ以上の
マイクロフォンを使用して他の発生源からの妨害を抑制しながら、選択した発生
源からの音響信号を抽出する技法に関する。

【０００４】妨害信号の存在下で所望の信号を抽出するという難題は、音響技術者が直面す
る長年の問題である。この問題は、音声認識や情報収集用のシステムなど、数多
くの種類の装置を設計し、構築する上で影響を及ぼす。特に厄介なのは、補聴器
装置で、望ましくない音から所望の音を分離することである。一般に補聴器装置
では、所望の音が近くの発生源によるノイズによって混合されるとき、その所望
の音を選択的に増幅することはできない。この問題は、所望の音が音声信号であ
り、近くのノイズも他の話者によって生成される音声信号であるとき、さらに深
刻になる。本明細書では、「ノイズ」とはランダムな信号または非確定的信号だ
けを指すのではなく、望ましくない信号や、所望の信号の知覚を妨害する信号も
指す。

【０００５】（発明の概要）本発明の一形態は、２つ以上のマイクロフォンを用いた独自の信号処理技法を
含む。他の形態は、音響信号を処理するための独自の装置および方法を含む。

【０００６】本発明の別の実施形態、目的、特徴、態様、特典、形態、および利点は、本明
細書で与える詳細な図面および説明から明らかになろう。（選択される実施形態の説明）本発明は多くの異なる形態を取ることができるが、ここでは、本発明の原理を
理解する助けとなるように、図面に示される実施形態を参照し、その実施形態を
説明するために特定の術語を使用する。しかしながら、それによって本発明の範
囲を限定することは意図されていないことを理解されよう。本発明に関係する技
術分野の技術者は普通に思い浮かぶような、記載の実施形態のどんな変更や別の
修正、ならびに本明細書で述べられる本発明の原理のどんな別の応用も企図され
る。

【０００７】図１に、本発明の一実施形態の音響信号処理システム１０を示す。システム１
０は、音響源１４、１６などの他の発生源による妨害またはノイズの存在下で、
音響源１２から所望の音響励起を抽出するように構成される。システム１０は音
響センサ・アレイ２０を含む。図示する例の場合、センサ・アレイ２０は、発生
源１２、１４、１６の知覚範囲内に１対の音響センサ２２、２４を含む。音響セ
ンサ２２、２４は、発生源１２、１４、１６からの音響励起を検出するように配
置される。

【０００８】センサ２２、２４は、同様に符号を付けた、横軸Ｔに沿った線分で示すように
、距離Ｄだけ分離する。横軸Ｔは方位軸ＡＺに垂直である。中点Ｍは、センサ２
２からセンサ２４までの距離Ｄに沿った中間の点を表す。軸ＡＺは、中点Ｍおよ
び音響源１２と交差する。軸ＡＺは、方位面内の発生源１２、１４、１６と、セ
ンサ２２、２４に対する基準点（０度）と呼ばれる。図示する実施形態では、発
生源１４、１６は、軸ＡＺに対する方位角１４ａ、１６ａをそれぞれ約２２°お
よび−６５°に画定する。それに対応して、音響源１２は軸ＡＺに対して０°の
ところにある。システム１０の一動作モードでは、音響源１２を軸ＡＺに対して
「オン・アクシス（ｏｎ−ａｘｉｓ）」に位置合せすることにより、監視すべき
音響励起の所望の発生源または目標の発生源として音響源１２を選択する。一方
、「オフ・アクシス（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）」発生源１４、１６はノイズとして扱
われ、システム１０によって抑制される。システム１０による抑制は、以下でよ
り詳細に説明する。監視する方向を調節するために、センサ２２、２４を移動し
て軸ＡＺの位置を変更することができる。追加または代替の動作モードでは、以
下でより完全に説明する図３のルーチンに組み込まれる方向インジケータを変更
することによって、指定の監視方向を調節することができる。この動作モードの
場合、センサ２２とセンサ２４はどちらも、指定の監視方向を変更するために移
動する必要がなく、指定の監視方向は軸ＡＺと一致する必要がないことを理解さ
れたい。

【０００９】一実施形態では、センサ２２、２４は全指向性ダイナミック・マイクロフォン
である。他の実施形態では、カルジオイド形またはハイパーカルジオイド形など
の異なるタイプのマイクロフォンを利用することができ、または当業者が思い浮
かぶような異なるセンサ・タイプを利用することができる。さらに代替実施形態
では、様々な方位に、より多くの音響源、またはより少ない音響源が存在するこ
とができる。ただし、図示する発生源１２、１４、１６の数および配置は、多く
の例のうちの単なる一例として与えたに過ぎない。このような１つの例において
、個人のいくつかのグループが同時に会話している部屋が、いくつかの発生源を
与える可能性がある。

【００１０】センサ２２、２４は、処理サブシステム３０と動作可能に結合し、サブシステ
ム３０は、そこから受け取った信号を処理する。便宜上、センサ２２、２４をそ
れぞれ左チャネルＬおよび右チャネルＲに属していると呼ぶ。さらに、センサ２
２、２４によって処理サブシステム３０に供給されるアナログ時間領域信号を、
チャネルＬおよびＲに対してそれぞれｘ_L（ｔ）およびｘ_R（ｔ）と呼ぶ。処理サ
ブシステム３０は、軸ＡＺ上に位置する、選択される音響源１２から検出される
音響励起を優先し、発生源１４、１６による妨害を抑制する出力信号を供給する
ように動作可能である。この出力信号は出力装置９０に供給され、ユーザに対し
て可聴信号または視覚信号の形態で提示される。この可聴信号または視覚信号は
さらに処理することができる。

【００１１】加えて図２を参照すると、システム１０のより詳しい詳細が与えられている。
処理サブシステム３０は、センサ２２、２４からの入力信号ｘ_L（ｔ）およびｘ_R （ｔ）信号をフィルタし、調節するコンディショナ／フィルタ３２ａおよび３２
ｂを含む。ただしｔは時間を表す。信号コンディショナ／フィルタ３２ａおよび
３２ｂの後、調節後の信号は、対応するアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３
４ａ、３４ｂに入力され、それぞれチャネルＬおよびＲに対する離散的信号ｘ_L
（ｚ）およびｘ_R（ｚ）が得られる。ただし、インデックスｚは、離散的サンプ
リングイベント（即ち、離散的標本化事象）を指す。サンプリング速度ｆ_Sは、
注目の周波数範囲に対して所望の忠実度を提供するように選択される。処理サブ
システム３０は、プロセッサ４２およびメモリ５０を備えるデジタル回路４０も
含む。離散的信号ｘ_L（ｚ）およびｘ_R（ｚ）は、メモリ５０のサンプル・バッフ
ァ５２内に先入れ先出し（ＦＩＦＯ）式に格納される。

【００１２】プロセッサ４２は、ソフトウェアまたはファームウェア・プログラマブル装置
、状態論理マシン、あるいはプログラマブル・ハードウェアと専用ハードウェア
の両方の組合せとすることができる。さらに、プロセッサ４２は１つまたは複数
の構成要素からなることができ、１つまたは複数の中央演算処理装置（ＣＰＵ）
を含むことができる。一実施形態では、プロセッサ４２はデジタル式にプログラ
ム可能な、信号処理に特に適した高集積度の半導体チップの形態である。当業者
は思い浮かぶであろうが、他の実施形態では、プロセッサ４２は汎用タイプの構
成または他の構成とすることができる。

【００１３】同様にメモリ５０は、当業者が思い浮かぶように様々に構成することができる
。メモリ５０は、揮発性および／または不揮発性の固体電子メモリ、磁気メモリ
、あるいは光メモリのうち１つまたは複数のタイプを含むことができる。さらに
、メモリは、処理サブシステム３０の１つまたは複数の他の構成要素と一体化す
ることができ、かつ／または１つまたは複数の別個の構成要素からなることがで
きる。

【００１４】本発明を実施するために、処理サブシステム３０は、任意の発振器、制御クロ
ック、インターフェース、信号コンディショナ、追加のフィルタ、リミッタ、変
換器、電源、通信ポート、または当業者が思い浮かぶような他のタイプ構成要素
を含むことができる。一実施形態では、サブシステム３０は、単一の超小型電子
装置の形態で提供される。

【００１５】図３の流れ図も参照すると、ルーチン１４０が示されている。デジタル回路４
０はルーチン１４０を実行するように構成される。プロセッサ４２は論理を実行
し、ルーチン１４０の少なくとも一部の動作を実行する。非限定的な例として、
この論理は、ソフトウェア・プログラミング命令、ハードウェア、ファームウェ
ア、またはこれらの組合せの形態にすることができる。この論理は、メモリ５０
上に一部または完全に格納することができ、かつ／または、１つまたは複数の他
の構成要素もしくは装置を備えることができる。非限定的な例として、コンピュ
ータ・ネットワーク、あるいは他の有線および／または無線の通信ネットワーク
などの伝送媒体によって搬送される信号の形で、このような論理を処理サブシス
テム３０に供給することができる。

【００１６】ステージ１４２では、ルーチン１４０は、Ａ／Ｄサンプリングを初期化し、先
に述べたように、得られる離散的入力サンプルｘ_L（ｚ）およびｘ_R（ｚ）をバッ
ファ５２内に格納することで開始する。以下の説明から明らかとなるように、サ
ンプリングは、ルーチン１４０の他のステージと並列に実行される。ルーチン１
４０は、ステージ１４２から条件分岐１４４に進む。条件分岐１４４は、ルーチ
ン１４０を続行すべきかどうかをテストする。ルーチン１４０を続行すべきでな
い場合、ルーチン１４０は停止する。ルーチン１４０を続行すべきである場合、
ルーチン１４０はステージ１４６に進む。条件分岐１４４は、オペレータ・スイ
ッチ制御信号、またはシステム１０（図示せず）に関連する出力制御に対応する
ことができる。

【００１７】ステージ１４６では、高速離散フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムをサンプ
ルｘ_L（ｚ）およびｘ_R（ｚ）のシーケンスに対して実行し、チャネルＬおよびＲ
ごとにバッファ５４内に格納し、対応する周波数領域信号Ｘ_L（ｋ）およびＸ_R（
ｋ）を得る。ただし、ｋは、ＦＦＴの離散的周波数に対するインデックスである
（あるいは、本明細書では「周波数ビン（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂｉｎ）」と呼
ぶ）。ＦＦＴを実行する１組のサンプルｘ_L（ｚ）およびｘ_R（ｚ）は、サンプル
・データの時間間隔によって表すことができる。一般に、サンプリング速度ｆ_S
が与えられた場合、各ＦＦＴは、１００を超えるサンプルに基づく。さらに、ス
テージ１４６では、ＦＦＴ計算はウィンドウィング技法（ｗｉｎｄｏｗｉｎｇ
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）をサンプル・データに適用することを含む。一実施形態で
は、ハミング・ウィンドウが利用される。他の実施形態では、当業者は思い浮か
ぶであろうが、データ・ウィンドウィングがなくてもよく、または利用される異
なるタイプでよく、ＦＦＴは、異なるサンプリング手法に基づくことができ、か
つ／または異なる変換を利用することができる。この変換の後、得られるスペク
トルＸ_L（ｋ）およびＸ_R（ｋ）をメモリ５０のＦＦＴバッファ５４内に格納する
。これらのスペクトルは一般に複素数値である。

【００１８】所望の方向から発出する音響励起の受信は、所望の方向からの信号が所定の利
得を有する出力であるという条件下で、得られる出力信号の分散（言い換えれば
、エネルギー）が最小となるように構成される方式で入力信号を重み付けし、和
を取ることによって改善することができる。以下の関係式（１）は、この周波数
領域入力信号の一次結合を表す。

【００１９】

【数１】

【００２０】上式で、

【００２１】

【数２】

【００２２】Ｙ（ｋ）は、周波数領域形の出力信号であり、Ｗ_L（ｋ）およびＷ_R（ｋ）は、チ
ャネルＬおよびＲに対応する各周波数ｋに対する複素数値の乗数（重み）であり
、上付き文字「＊」は複素共役演算を示し、上付き文字「Ｈ」は、ベクトルのエ
ルミート共役を取ることを示す。この手法では、Ｙ（ｋ）の分散が最小となるよ
うに、「最適な」１組の重みＷ_L（ｋ）およびＷ_R（ｋ）を決定することが望まし
い。分散を最小にすることにより、一般に、所望の方向と位置合せされていない
発生源が相殺される。所望の方向が軸ＡＺ方向である動作モードの場合、アレイ
の真正面から発信されたのではない周波数成分は減衰する。左チャネルＬおよび
右チャネルＲにわたって位相が整合されておらず、したがって真正面の発生源よ
りも分散が大きくなるからである。この場合に分散を最小にすることは、以下の
関係式（２）の最適化目標によって関係付けられるオフ・アクシス源の出力パワ
ーを最小にすることに等しい。

【００２３】

【数３】

【００２４】上式で、Ｙ（ｋ）は、関係式（１）に関連して述べた出力信号である。一形態で
は、軸ＡＺ上の発生源による「オン・アクシス」音響信号が、以下の関係式（３
）で与えられる単位利得で通過すべきであるという制約が課される。

【００２５】

【数４】

【００２６】上式で、ｅは所望の方向に対応する」２成分ベクトルである。この方向が軸ＡＺ
と一致するとき、センサ２２および２４は、一般に同じ時間および振幅で信号を
受信し、したがって図示する実施形態の発生源１２では、ベクトルｅは等しく重
み付けされた成分を有する実数値ベクトルであり、例えばｅ^H＝［０．５０．
５］である。一方、選択される音響源がＡＺ軸上にない場合、センサ２２、２４
を移動して軸ＡＺと位置合せすることができる。

【００２７】追加または代替の動作モードでは、軸ＡＺに一致しない所望の方向に沿って監
視するようにベクトルｅの要素を選択することができる。このような動作モード
では、ベクトルｅは、音響励起オフ・アクシスＡＺに対応するセンサ２２、２４
間の適切な時間／位相遅延を表すために複素数値となる。したがって、ベクトル
ｅは、先に述べた方向インジケータとして働く。それに対応して、軸ＡＺに対し
て異なる幾何学的関係を確立することによって所望の音響励起源を選択するよう
に代替実施形態を構成することができる。例えば、所望の発生源を監視する方向
を、軸ＡＺに対してゼロでない方位角に配置することができる。実際、ベクトル
ｅを変更することにより、センサ２２、２４をどちらも移動せずに、監視方向を
ある方向から別の方向に向けることができる。図１０の流れ図に関連して以下で
述べる手順５２０により、ルーチン１４０と共に使用してベクトルｅを配向する
ことができるローカリゼイション／追跡ルーチンの例が与えられる。

【００２８】定常確率過程に一般に対応する定常入力Ｘ_L（ｋ）およびＸ_R（ｋ）では（定常
確率過程は、短い時間間隔の音声信号に典型的である）、関係式（２）および（
３）から、以下の重みベクトルＷ（ｋ）の関係式を決定することができる。

【００２９】

【数５】

【００３０】上式で、ｅは所望の受信方向に関連するベクトルであり、Ｒ（ｋ）はｋ番目の周
波数に対する相関行列であり、Ｗ（ｋ）は、ｋ番目の周波数に対する最適な重み
ベクトルであり、上付き文字「−１」は逆行列を示す。この関係の導出を、アレ
イ２０内に２つ以上のセンサ２２、２４を有する実施形態に適用可能な本発明の
一般モデルと共に説明する。

【００３１】相関行列Ｒ（ｋ）は、関連する時間間隔で計算した「Ｆ」個の高速離散フーリ
エ変換（ＦＦＴ）によって得られるスペクトル・データから推定することができ
る。２つのチャネルＬ、Ｒの実施形態では、ｋ番目の周波数に対する相関行列Ｒ
（ｋ）は以下の関係式（５）で表される。

【００３２】

【数６】

【００３３】上式で、Ｘ_lは、左チャネルＬに対する周波数バッファ内のＦＦＴであり、Ｘ_rは
、右チャネルＲに対する周波数バッファ内のＦＦＴである。周波数バッファ内の
ＦＦＴは、前のステージ１４６の実行によって計算した、以前に格納したＦＦＴ
から得られる。「ｎ」は、計算に使用するＦＦＴの数「Ｆ」に対するインデック
スであり、「Ｍ」は正則化パラメータである。式をコンパクトにするために、項
Ｘ_ll（ｋ）、Ｘ_lr（ｋ）、Ｘ_rl（ｋ）、およびＸ_rr（ｋ）は重み付けした和を表
す。Ｒ（ｋ）行列の要素は非線型であり、したがってＹ（ｋ）は入力の非線型関
数であることを理解されたい。

【００３４】したがってステージ１４８では、メモリ５０から、以前にバッファ５４内に格
納したスペクトルＸ_l（ｋ）およびＸ_r（ｋ）を先入れ先出し（ＦＩＦＯ）順序で
読み取る。次いでルーチン１４０はステージ１５０に進む。ステージ１５０では
、各周波数ｋについての関係式（１）に従って、乗数重みＷ_L（ｋ）、Ｗ_R（ｋ）
をそれぞれＸ_l（ｋ）およびＸ_r（ｋ）に適用し、出力スペクトルＹ（ｋ）を得る
。ルーチン１４０はステージ１５２に進み、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を
実行して、ステージ１５０で決定したＹ（ｋ）ＦＦＴを、ｙ（ｚ）と呼ぶ離散的
時間領域に変更する。次にステージ１５４では、デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）
変換をＤ／Ａ変換器８４（図２）を用いて実行し、アナログ出力信号ｙ（ｔ）を
得る。Ｙ（ｋ）ＦＦＴと出力サンプルｙ（ｚ）との間の対応は変動する可能性が
あることを理解されたい。一実施形態では、ｙ（ｚ）ごとにＹ（ｋ）ＦＦＴ出力
が存在し、１対１対応が与えられる。別の実施形態では、所望の１６個の出力サ
ンプルｙ（ｚ）ごとに１つのＹ（ｋ）ＦＦＴが存在することができる。この場合
、利用可能なＹ（ｋ）ＦＦＴから余分なサンプルを得ることができる。さらに別
の実施形態では、異なる対応を確立することができる。

【００３５】連続的時間領域形に変換した後、信号ｙ（ｔ）を信号コンディショナ／フィル
タ８６に入力する。コンディショナ／フィルタ８６は、調節後の信号を出力装置
９０に供給する。図２に示すように、出力装置９０は増幅器９２およびオーディ
オ出力装置９４を含む。装置９４は、スピーカ、補聴器受信機出力、または当業
者が思い浮かぶような他の装置でよい。システム１０は、バイノーラル入力を処
理してモノラル出力を生成することを理解されたい。ある実施形態では、この出
力をさらに処理して、複数の出力を供給することができる。１つの補聴器応用例
では、一般に同じ音を送達する２つの出力がユーザの各耳に供給される。別の補
聴器応用例では、各耳に供給される音が、各センサ２２、２４に対する音源の向
きの差を補償するために強度および／またはタイミングの点で選択的に異なり、
それによって音の知覚が向上する。

【００３６】ステージ１５４の後、ルーチン１４０は条件分岐１５６に進む。多くの応用例
において、Ｙ（ｋ）ごとに重みベクトルＷ（ｋ）の要素を再計算することは望ま
しくない可能性がある。したがって、条件分岐１５６は、最後にベクトルＷ（ｋ
）を計算してから所望の時間間隔が経過したかどうかをテストする。この時間枠
が経過していない場合、制御はステージ１５８に移り、バッファ５２、５４をシ
フトして次の信号のグループを処理する。ステージ１５８から、処理ループ１６
０はクローズして条件分岐１４４に戻る。条件分岐１４４が依然として真である
ことを条件として、次のｘ_L（ｚ）およびｘ_R（ｚ）のサンプルのグループに対し
てステージ１４６を反復し、バッファ５４内に格納する次のＸ_L（ｋ）ＦＦＴお
よびＸ_R（ｋ）ＦＦＴの対を決定する。さらに処理ループ１６０の各実行では、
ステージ１４８、１５０、１５２、１５４を反復して、以前に格納したＸ_l（ｋ
）ＦＦＴおよびＸ_r（ｋ）ＦＦＴを処理し、次のＹ（ｋ）ＦＦＴを決定し、それ
に対応して連続的なｙ（ｔ）を生成する。このようにして、ルーチン１４０が条
件分岐１４４によってテストするときに停止するか、または条件分岐１５６の時
間枠が経過するまで、ループ１６０の反復ごとにステージ１５８でバッファ５２
、５４を周期的にシフトする。

【００３７】条件分岐１５６のテストが真である場合、ルーチン１４０は、条件分岐１５６
の肯定分岐からステージ１６２に進み、関係式（５）に従って相関行列Ｒ（ｋ）
を計算する。ステージ１６４では、この新しい相関行列Ｒ（ｋ）から関係式（４
）に従って更新後ベクトルＷ（ｋ）を決定する。更新ループ１７０は、ステージ
１６４から前述のステージ１５８に進み、ルーチン１４０が条件分岐１４４によ
って停止するか、ベクトルＷ（ｋ）をさらに再計算するための時間が到来するま
で、処理ループ１６０に再入する。特に、条件分岐１５６でテストする時間枠は
、ループ１６０を反復した回数、各更新の間に生成されたＦＦＴまたはサンプル
の数などによって測定することができる。あるいは、各更新間の期間は、オペレ
ータまたは監視装置（図示せず）からのフィードバックに基づいて動的に調節す
ることもできる。

【００３８】ルーチン１４０が最初にスタートするとき、以前に格納したデータは一般に利
用可能ではない。したがって、初期処理を支援して、適切なシード値をバッファ
５２、５４内に格納することができる。他の実施形態では、より多数の音響セン
サをアレイ２０内に含めることができ、それに応じてルーチン１４０を調節する
ことができる。このことのより一般的な形では、出力を以下の関係式（６）によ
って表すことができる。

【００３９】

【数７】

【００４０】上式で、Ｘ（ｋ）は「Ｃ」個の各入力チャネルに対するエントリを有するベクト
ルであり、重みベクトルＷ（ｋ）は同じ次元のベクトルである。等式（６）は等
式（１）と同じであるが、各ベクトルの次元が２ではなくＣとなる。出力パワー
は、以下の関係式（７）によって表すことができる。

【００４１】

【数８】

【００４２】上式で、相関行列Ｒ（ｋ）は「Ｃ×Ｃ」次元の正方行列である。ベクトルｅは、
所望の監視方向に関連する重みおよび遅延を記述するステアリング・ベクトル（
ｓｔｅｅｒｉｎｇｖｅｃｔｏｒ）であり、以下の関係式（８）および（９）に
よって与えられる形になる。

【００４３】

【数９】

【００４４】

【数１０】

【００４５】上式で、Ｃはアレイ要素の数であり、ｃはメートル毎秒単位の音速であり、θは
所望の「視角（ｌｏｏｋｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）」である。したがって、ベクト
ルｅが周波数と共に変動して、所望の監視方向または視角が変化する可能性があ
り、それに応じてアレイが配向される可能性がある。関係式（３）によって記述
されるベクトルｅに関する同様の制約によって、以下の関係式（１０）で問題を
要約することができる。

【００４６】

【数１１】

【００４７】この問題は、以下の関係式（１１）によって一般に特徴付けられるラグランジュ
乗数の方法を用いて解くことができる。

【００４８】

【数１２】

【００４９】上式で、ｃｏｓｔｆｕｎｃｔｉｏｎは出力パワーであり、ｃｏｎｓｔｒａｉｎ
ｔはベクトルｅに関して上記で列挙したのと同様である。一般的なベクトルの解
法は、関係式（１２）のラグランジュ乗数関数Ｈ（Ｗ）で開始する。

【００５０】

【数１３】

【００５１】上式で、因子２分の１（１／２）は、後の数学的処理を単純化するために導入し
ている。Ｈ（Ｗ）のＷ（ｋ）に関するグラジエントを取り、この結果が０に等し
いとすると、以下の関係式（１３）が得られる。

【００５２】

【数１４】

【００５３】さらに、以下の関係式（１４）も得られる。

【００５４】

【数１５】

【００５５】この結果を用いて、以下の制約式（１５）および（１６）が得られる。

【００５６】

【数１６】

【００５７】かつ関係式（１４）を用いて、最適な重みは関係式（１７）で記述される。

【００５８】

【数１７】

【００５９】角括弧内の項はスカラであるので、関係式（４）は分母にこの項を有し、したが
って等量である。わかりやすくするために２変数の場合に戻ると、関係式（５）は、加重和を項
Ｘ_ll、Ｘ_lr、Ｘ_rl、Ｘ_rr中に吸収し、次いでこれを、関係式（１８）によって相
関行列Ｒ（ｋ）の成分として改名することによって、より簡潔に表すことができ
る。

【００６０】

【数１８】

【００６１】この逆行列は関係式（１９）で表すことができる。

【００６２】

【数１９】

【００６３】上式で、ｄｅｔ（）は行列式演算子である。所望の監視方向がセンサ・アレイに
垂直である場合、すなわちｅ＝［０．５０．５］^Tである場合、関係式（４）
の分子は、関係式（２０）で表すことができる。

【００６４】

【数２０】

【００６５】先の結果を用いると、分母は関係式（２１）によって表される。

【００６６】

【数２１】

【００６７】行列式の共通因数を約分すると、単純化した関係式（２２）が最終的に得られる
。

【００６８】

【数２２】

【００６９】これは、関係式（２３）のように、２つのチャネル間の相関の和の平均によって
表すこともできる。

【００７０】

【数２３】

【００７１】上式で、ｗ_l（ｋ）およびｗ_r（ｋ）は、ｋ番目の周波数に関する、それぞれ左チ
ャネルおよび右チャネルに対する所望のウェイトであり、相関行列の成分は、関
係式（５）と同様に関係式（２４）によって表される。

【００７２】

【数２４】

【００７３】したがって、平均和（これはランニング平均として保つことができる）を計算し
た後、この２チャネル実施形態について、計算負荷を削減することができる。ルーチン１４０の別の変形形態として、アレイ２０のセンサ間の利得差が無視
できる応用例で、変更した手法を利用することができる。この手法では追加の制
約を利用する。固定オン・アクシスステアリング方向を有し、無視できるセンサ
間利得差を有する２センサ構成の場合、所望の重みは以下の関係式（２５）を満
たす。

【００７４】

【数２５】

【００７５】この代替手法に関する分散最小化目標と単位利得制約は、それぞれ以下の関係式
（２６）および（２７）に対応する。

【００７６】

【数２６】

【００７７】検定により、ｅ^H＝［１１］であるとき、関係式（２７）は以下の関係式（２
８）となる。

【００７８】

【数２７】

【００７９】関係式（２７）の制約を受ける所望の重みを求め、関係式（２８）を用いると、
以下の関係式（２９）が得られる。

【００８０】

【数２８】

【００８１】関係式（２９）に従って決定される重みを、関係式（２２）、（２３）、およ
び（２４）で決定される重みの代わりに使用することができる。ただし、Ｒ₁₁、
Ｒ₁₂、Ｒ₂₁、Ｒ₂₂は、関係式（１８）に関連して述べたものと同様である。適切
な条件の下では、一般にこの置換により、より効率的な計算で同程度の結果が得
られる。関係式（２９）を使用するとき、一般には、目標の音声信号または他の
音響信号がオン・アクシス方向から発信され、かつ各センサが互いに整合するか
、またはセンサ間利得差を補償することが望ましい。あるいは、関係式（２９）
の手法と共に、各周波数帯中の、関心の発生源についてのローカリゼイション情
報を利用して、センサ・アレイ２０を配向することもできる。この情報は、後に
図１０の流れ図と共に完全に説明する手順５２０に従って与えることができる。

【００８２】関係式（５）を参照すると、正則化因子Ｍは一般に、相関行列Ｒ（ｋ）が正則
でないか、ほぼ正則でなく、したがって不可逆である場合に重みの大きさを制限
するため、１．００よりわずかに大きい。これは、例えば、時間領域入力信号が
Ｆ回の連続するＦＦＴ計算と全く同じであるときに生じる。この正則化の形によ
り、時間領域ビームフォーマに共通な処理アーチファクトを低減し、またはなく
することによって、知覚される音質も向上することがわかった。

【００８３】一実施形態では、正則化因子Ｍは定数である。他の実施形態では、アレイ・ビ
ーム幅、あるいは特定の周波数の音がアレイに入射する、軸ＡＺに対する角度範
囲を調節または制御するのに正則化因子Ｍを使用することができ、かつ正則化因
子Ｍを著しく減衰することなくルーチン１４０によって処理することができる。
このビーム幅は一般に、低周波数のときの方が高周波数のときよりも大きく、以
下の関係式（３０）によって表すことができる。

【００８４】

【数２９】

【００８５】上式で、ｒ＝１−Ｍであり、Ｍは関係式（５）の正則化因子であり、ｃはメート
ル毎秒（ｍ／ｓ）単位の音速を表し、ｆはヘルツ（Ｈｚ）単位の周波数を表し、
Ｄは、メートル（ｍ）単位のマイクロフォン間の距離である。関係式（３０）で
は、Ｂｅａｍｗｉｄｔｈ_-3dBは、注目の信号が相対量で３デシベル（ｄＢ）以下
に減衰するビーム幅を定義している。本発明の他の実施形態でビーム幅を定義す
るのに、異なる減衰閾値を選択することもできることを理解されたい。図９に、
正則化因子Ｍの一定値１．００１、１．００５、１．０１、１．０３を表す異な
るパターンの４本の線のグラフを、ビーム幅と周波数との関係によって示す。

【００８６】関係式（３０）によれば、周波数が増加するにつれてビーム幅が減少し、正則
化因子Ｍが増加するにつれてビーム幅が増加する。したがって、ルーチン１４０
の一代替実施形態では、正則化因子Ｍが周波数に応じて増加し、所望の周波数範
囲にわたってより一様なビーム幅が得られる。別法として、またはそれに加えて
、ルーチン１４０の別の実施形態では、Ｍは時間に応じて変化する。例えば、入
力信号中のある周波数帯でほとんど妨害が存在しない場合、正則化因子Ｍをその
帯域で増加させることができる。一般に、推論が低いか、または推論のない周波
数帯中のビーム幅の増加により、関係式（２２）（２３）、および／または（２
９）で使用する重みの大きさを制限することによってより良好な主観的音質が得
られる。別の変形形態では、選択される閾値を超える妨害を含む周波数帯に対し
て正則化因子Ｍを減少させることによって、この改良を補足することができる。
一般にこのような減少により、より正確なフィルタリングと、より良好な妨害の
相殺が得られる。さらに別の実施形態では、正則化因子Ｍは、周波数帯特有の妨
害に基づく適応関数に従って変化する。さらに別の実施形態では、正則化因子Ｍ
は、当業者の思い浮かぶような１つまたは複数の他の関係に従って変化する。

【００８７】図４を参照すると、本発明の様々な実施形態の一応用例が、補聴器システム２
１０として示されている。図では、同じ参照符号は同じ機能を指す。一実施形態
では、システム２１０は、めがねＧ、ならびに音響センサ２２および２４を含む
。音響センサ２２および２４は、この実施形態ではめがねＧに固定され、互いに
間隔を置いて配置され、プロセッサ３０と動作可能に結合する。プロセッサ３０
は出力装置１９０に動作可能に結合する。出力装置１９０は補聴器イヤホンの形
態であり、ユーザの耳Ｅの中に配置されて、対応するオーディオ信号を供給する
。システム２１０では、プロセッサ３０は、出力信号ｙ（ｔ）が図２の出力装置
９０の代わりに出力装置１９０に供給されるルーチン１４０またはその変形形態
を実行するように構成される。先に論じたように、追加の出力装置１９０をプロ
セッサ３０に結合して、別の耳（図示せず）に音を供給することができる。この
構成では、同じ符号を付けた、センサ２２とセンサ２４のほぼ中間に位置する十
字線で示すように、軸ＡＺを図４の平面に対して垂直に定義する。

【００８８】動作の際、めがねＧを装着するユーザは、対応する発生源と、軸ＡＺなどの指
定の方向とを位置合せすることによって音響信号を選択的に受信することができ
る。その結果、他方向からの発生源は減衰する。さらに、装着者は、軸ＡＺと別
の所望の音源とを位置合わせし、それに応じて異なる組のオフ・アクシス源を抑
制することによって異なる信号を選択することができる。別法として、またはそ
れに加えて、軸ＡＺとは一致しない受信方向で動作するようにシステム２１０を
構成することもできる。

【００８９】プロセッサ３０および出力装置１９０は、（図示するように）別々のユニット
にすることができ、または耳の中に装着される共通ユニット内に含めることがで
きる。プロセッサ３０と出力装置１９０との間の結合は、電気ケーブルまたは無
線伝送でよい。一代替実施形態では、センサ２２、２４およびプロセッサ３０は
互いに離れて配置され、無線周波数伝送を介して、耳Ｅ内に位置する１つまたは
複数の出力装置１９０に放送するように構成される。

【００９０】別の補聴器実施形態では、センサ２２、２４は、聴取者の耳に合うような大き
さおよび形状に作られ、プロセッサ・アルゴリズムは、頭、胴、および耳介によ
るシャドーイングを補償するように調節される。この調節は、聴取者に特有の頭
関連伝達関数（Ｈｅａｄ−Ｒｅｌａｔｅｄ−Ｔｒａｎｓｆｅｒ−Ｆｕｎｃｔｉｏ
ｎ）（ＨＲＴＦ）を導出することによって得られ、または当業者に周知の技法を
使用して集団平均から得られる。次いでこの関数を使用して、シャドーイングを
補償する出力信号の適切な重み付けを実現する。

【００９１】別の補聴器システム実施形態は、蝸牛インプラントに基づく。蝸牛インプラン
トは一般に、ユーザの中耳孔内に配置され、標準の方式で中耳に沿って電気刺激
信号を与えるように構成される。インプラントは、本発明の教示に従って動作す
る目的で、処理サブシステム３０の一部または全部を含むことができる。別法と
して、またはそれに加えて、１つまたは複数の外部モジュールがサブシステム３
０の一部または全部を含む。一般に、蝸牛インプラントに基づく補聴器システム
に関連するセンサ・アレイは外部に装着され、ワイア、ケーブル、および／また
は無線技法を使用することによってインプラントと通信するように構成される。

【００９２】補聴器の様々な形態に加えて、本発明を他の構成に応用することができる。例
えば、図５に、本発明を利用する音声入力装置３１０を、パーソナル・コンピュ
ータＣ用の音声認識ルーチンに対するフロントエンド・スピーチ・エンハンスメ
ント装置として示す。図では、同じ参照符号は同じ機能を指す。装置３１０は、
所定の関係で互いに間隔を置いて配置された音響センサ２２、２４を含む。セン
サ２２、２４は、コンピュータＣ内のプロセッサ３３０に動作可能に結合される
。プロセッサ３３０は、スピーカ３９４ａ、３９４ｂ、および／またはビジュア
ル・ディスプレイ３９６を介して、内部で使用するための出力信号、または応答
を供給し、ルーチン１４０またはその変形形態に従ってセンサ２２、２４からの
音声入力を処理するように構成される。一動作モードでは、コンピュータＣのユ
ーザが所定の軸に位置合せされ、装置３１０に音声入力が送達される。別の動作
モードでは、装置３１０は、オペレータからのフィードバックに基づいてその監
視方向を変更し、かつ／または選択される時間間隔にわたって最も強い音源の位
置に基づいて、監視方向を自動的に選択する。別法として、またはそれに加えて
、図１０の流れ図に示す手順５２０によって提供される発生源ローカリゼイショ
ン／追跡能力を利用することもできる。さらに別の音声入力応用例では、本発明
の選択的音声処理機能は、ハンド・フリー電話、オーディオ監視装置、または他
のオーディオ・システムの性能を向上するために利用される。

【００９３】ある環境下では、目標音響源に対するセンサ・アレイの方向は変化する。この
ような変化を考慮しないと、目標信号が減衰する可能性がある。例えばこの状況
は、バイノーラル補聴器の装着者が自分の頭を動かし、その結果その装着者が目
標の発生源と適切に位置合せされず、補聴器がその他の方法でこのずれを考慮し
ないときに生じる可能性がある。ずれによる減衰は、関心の１つまたは複数の音
響源をローカリゼイションおよび／または追跡することによって低減することが
できることがわかった。図１０の流れ図に、基準に対して所望の音響源を追跡お
よび／またはローカリゼイションするための手順５２０を示す。手順５２０は、
先に述べた実施形態と共に、あるいはそれらとは無関係に、補聴器に関して利用
することができ、あるいは音声入力装置、ハンド・フリー電話、オーディオ監視
装置などの他の応用例で利用することができる。以下で手順５２０を、図１のシ
ステム１０と共に実施する点から説明する。この実施形態では、処理システム３
０は、適切に手順５２０の１つまたは複数のステージおよび／または条件分岐を
実行するために論理を含む。他の実施形態では、手順５２０を実施するのに、当
業者の思い浮かぶような異なる構成を使用することができる。

【００９４】手順５２０は、ルーチン１４０のステージ１４２で述べたのと同様に、ステー
ジ５２２のＡ／Ｄ変換でスタートする。手順５２０は、ステージ５２２からステ
ージ５２４に進み、「Ｇ」個のＦＦＴがそれぞれ「Ｎ」個のＦＦＴ周波数ビンを
備えるように、ステージ５２２で得られたデジタル・データを変換する。ステー
ジ５２２および５２４は、手順５２０の他のオペレーションが後でアクセスでき
るように、並列に、パイプライン式に、シーケンス特有の方式で、または当業者
の思い浮かぶような様々な方式で、周期的に結果をバッファリングして持続的に
実行することができる。ステージ５２４によるＦＦＴを用いて、ローカリゼイシ
ョン結果のアレイＰ（γ）を、以下のように関係式（３１）〜（３５）によって
記述することができる。

【００９５】

【数３０】

【００９６】上式で、演算子「ＩＮＴ」は、そのオペランドの整数部分を返し、Ｌ（ｇ，ｋ）
およびＲ（ｇ，ｋ）は、それぞれｇ番目のＦＦＴのｋ番目のＦＦＴ周波数ビン（
ｂｉｎ）についての、チャネルＬおよびＲからの周波数領域データであり、Ｍ_th _r （ｋ）は、ＦＦＴ周波数ビンｋ中の周波数領域データに対する閾値であり、演
算子「ＲＯＵＮＤ」は、そのオペランドに最も近い整数度数を返し、ｃはメート
ル毎秒単位の音速であり、ｆ_sはヘルツ単位のサンプリング速度であり、Ｄはア
レイ２０の２つのセンサ間の距離（メートル単位）である。これらの関係式では
、アレイＰ（γ）は１８１個の方位角位置要素で定義される。この方位角位置要
素は、方向−９０°〜＋９０°の１°刻みに対応する。他の実施形態では、異な
る解像度および／または位置表示技法を使用することができる。

【００９７】手順５２０は、ステージ５２４からインデックス初期化ステージ５２６に進み
、ＦＦＴの数Ｇに対するインデックスｇと、各ＦＦＴのＮ個の周波数ビンに対す
るインデックスｋを、それぞれ１と０にセットする（ｇ＝１，ｋ＝０）。手順５
２０は、ステージ５２６から、周波数ビン処理ループ５３０と、ＦＦＴ処理ルー
プ５４０とに入ることにより続行する。この例では、ループ５３０がループ５４
０内にネスト（ｎｅｓｔ）される。ループ５３０および５４０はステージ５３２
で開始する。

【００９８】オフ・アクシス音響源では、対応する信号がアレイ２０の各センサ２２、２４
に到達するのに移動する距離は異なる。一般にこの距離の違いにより、ある周波
数でチャネルＬとＲとの間の位相差が生じる。ステージ５３２では、ルーチン５
２０が、ＦＦＴｇの現周波数ビンｋに対するチャネルＬとＲとの間の位相差を
決定し、その位相差を距離差に変換し、この距離差とセンサ間隔Ｄとの比ｘ（ｇ
，ｋ）を関係式（３５）に従って決定する。比ｘ（ｇ，ｋ）は、関係式（３４）
に従って、最も近い度数に丸めた信号の到来角θ_xを求めるのに用いられる。

【００９９】次に条件分岐５３４に進み、チャネルＬおよびＲの信号エネルギー・レベルが
閾値レベルＭ_thrよりも高いエネルギーを有し、かつｘ（ｇ，ｋ）に対する有効
到来角を計算することができるかどうかをテストする。両方の条件に当てはまる
場合、ステージ５３５で、γ＝θ_xとして、対応する要素Ｐ（γ）に１を加える
。手順５２０は、ステージ５３５から条件分岐５３６に進む。条件分岐５３４の
どちらの条件も当てはまらない場合、Ｐ（γ）を変更せず、手順５２０はステー
ジ５３５を迂回し、条件分岐５３６に進む。

【０１００】条件分岐５３６は、すべての周波数ビンを処理したか、すなわちインデックス
ｋが合計ビン数Ｎに等しいかどうかをテストする。そうでない場合（条件分岐５
３６のテストが否定的である場合）、手順５２０はステージ５３７に進み、イン
デックスｋを１だけ増分する（ｋ＝ｋ＋１）。ステージ５３７からループ５３０
はクローズし、ステージ５３２に戻って新しいｇとｋの組合せを処理する。条件
分岐５３６のテストが肯定的である場合、次に条件分岐５４２に進み、すべての
ＦＦＴを処理したか、すなわちインデックスｇがＦＦＴの数Ｇと等しいかどうか
をテストする。そうでない場合（条件分岐５４２が否定的である場合）、手順５
２０はステージ５４４に進み、ｇを１だけ増分し（ｇ＝ｇ＋１）、ｋを０にリセ
ットする（ｋ＝０）。ステージ５４４からループ５４０はクローズし、ステージ
５３２に戻り、新しいｇとｋの組合せを処理する。条件分岐テスト５４２が肯定
的である場合、Ｇ個の各ＦＦＴについてのＮ個のビンすべてを処理したことにな
り、ループ５３０および５４０を終了する。

【０１０１】ループ５３０および５４０を終了すると、アレイＰ（γ）の要素により、音響
源が所与の方向（この場合方位角）に対応する尤度の指標が得られる。Ｐ（γ）
を調べることにより、所与の瞬間での音響源の空間分布の推定が得られる。手順
５２０は、ループ５３０、５４０からステージ５５０に進む。

【０１０２】ステージ５５０では、最大の相対値、すなわち「ピーク」を有するアレイＰ（
γ）の要素を、以下の関係式（３６）に従って識別する。

【０１０３】

【数３１】

【０１０４】上式で、ｐ（ｌ）は、±γ_lim間にあり（γ_limに対する典型的な値は１０°であ
るが、この値は著しく変動する可能性がある）、かつピーク値が閾値Ｐ_thrより
も大きいγの値に対する、関数Ｐ（γ）のｌ番目のピークの方向である。関係式
（３６）のＰＥＡＫＳ演算は、いくつかのピーク発見アルゴリズムを使用して、
データの最大値の位置を突き止めることができる。任意選択で、このＰＥＡＫＳ
演算は、データの平滑化および他の演算を含む。

【０１０５】手順５２０は、ステージ５５０からステージ５５２に進み、１つまたは複数の
ピークを選択する。当初オン・アクシスであった発生源を追跡するとき、一般に
はオン・アクシス方向に最も近いピークが所望の発生源に対応する。この最も近
いピークの選択は、以下の関係式（３７）に従って実行することができる。

【０１０６】

【数３２】

【０１０７】上式で、θ_tarは選んだピークの方向角である。選択基準の如何に関わらず、手
順５２０はステージ５５４に進み、選択したピークを適用する。手順５２０は、
ステージ５５４から条件分岐５６０に進む。条件分岐５６０は、手順５２０を続
行すべきかどうかをテストする。条件分岐５６０のテストが真である場合、手順
５２０はステージ５２２に戻る。条件分岐５６０が偽である場合、手順５２０は
停止する。

【０１０８】ルーチン１４０に関係する応用例では、軸ＡＺに最も近いピークを選択し、ス
テアリング・ベクトルｅを調節することによってアレイ２０を配向するのに利用
する。この応用例では、ベクトルｅが最も近いピーク方向θ_tarに対応するよう
に、各周波数ビンｋに対してベクトルｅを修正する。θ_tarのステアリング方向
に対して、以下の関係式（３８）によってベクトルｅを表すことができる。関係
式（３８）は、関係式（８）および（９）を単純化したものである。

【０１０９】

【数３３】

【０１１０】上式で、ｋはＦＦＴ周波数ビン番号であり、Ｄはセンサ２２とセンサ２４の間の
メートル単位の距離であり、ｆ_sはヘルツ単位のサンプリング周波数であり、ｃ
はメートル毎秒単位の音速であり、ＮはＦＦＴ周波数ビンの数であり、θ_tarは
関係式（３７）から得られる。ルーチン１４０では、関係式（３８）の修正後ス
テアリング・ベクトルｅをルーチン１４０の関係式（４）中に代入して、方向θ_tar から発信される信号を抽出することができる。同様に、手順５２０をルーチ
ン１４０に組み込み、同じＦＦＴデータを用いてローカリゼイションを実行する
ことができる。言い換えれば、ステージ１４２のＡ／Ｄ変換を使用して、その後
でルーチン１４０と手順５２０の両方によって処理するデジタル・データを供給
することができる。別法として、またはそれに加えて、ルーチン１４０のために
得られるＦＦＴの一部または全部を使用して、手順５２０に対してＧ個のＦＦＴ
を供給することもできる。さらに、様々な応用例で、ルーチン１４０を用いて、
またはルーチン１４０を用いずにビーム幅修正を手順５２０と組み合わせること
ができる。さらに別の実施形態では、ループ５３０および５４０のインデックス
付きの実行を、少なくとも部分的にルーチン１４０と並列に、またはルーチン１
４０と非並列に実行することができる。

【０１１１】別の実施形態では、先に述べた本発明の１つまたは複数の形態で、フーリエ変
換に加えて、またはフーリエ変換の代替として１つまたは複数の変換技法を利用
することができる。一例は、時間領域の波形を多くの単純な波形に分割するウェ
ーブレット変換である。単純な波形の形状は広範にわたって変動する可能性があ
る。一般に、ウェーブレット基底関数は、対数的に離間する周波数を有する、同
じ形状の信号である。周波数が上昇するにつれて、基底関数は周波数に反比例し
て時間間隔が短くなる。同様のフーリエ変換、ウェーブレット変換は、振幅情報
および位相情報を保持するいくつかの異なる成分を有する処理後信号を表す。し
たがって、このような代替方法または追加の変換技法を使用するようにルーチン
１４０および／またはルーチン５２０を適合させることができる。一般には、入
力信号の異なる部分についての振幅情報および／または位相情報を供給し、かつ
対応する逆変換を有する任意の信号変換成分を、追加で、またはＦＦＴの代わり
に適用することができる。

【０１１２】ルーチン１４０、および先に述べた変形形態は一般に、従来の時間領域反復適
応方式よりも迅速に信号変化に適応する。入力信号短い時間間隔で急速に変化す
るある種の応用例では、このような変化により敏感であることが望ましい。この
応用例では、相関行列Ｒ（ｋ）に関連するＦ個のＦＦＴがすべての信号に対して
一定ではない場合、より望ましい結果を得ることができる（あるいは相関長Ｆと
も呼ばれる）。一般に、短い相関長Ｆは急速に変化する入力信号に対して最良で
あり、長い相関長はゆっくりと変化する入力信号に対して最良である。

【０１１３】相関長Ｆの変更は、いくつかの方法で実施することができる。１つの例では、
相関バッファ内に格納された周波数領域データの異なる部分を使用してフィルタ
重みが決定される。得られる時間順に並ぶバッファ記憶域（先入れ先出し（ＦＩ
ＦＯ）記憶域）では、相関バッファの前半が対象時間間隔の前半から得られたデ
ータを含み、バッファの後半がこの時間間隔の後半によるデータを含む。したが
って、相関行列Ｒ₁（ｋ）およびＲ₂（ｋ）は、以下の関係式（３９）および（４
０）に従って半バッファごとに決定することができる。

【０１１４】

【数３４】

【０１１５】Ｒ（ｋ）は、相関行列Ｒ₁（ｋ）とＲ₂（ｋ）の和を取ることによって得ることが
できる。ルーチン１４０の関係式（４）を使用して、フィルタ係数（重み）をＲ₁（ｋ
）およびＲ₂（ｋ）の両方を用いて得ることができる。ある周波数帯ｋについて
、Ｒ₁（ｋ）とＲ₂（ｋ）の間で重みが著しく異なる場合、信号統計の著しい変化
を示している可能性がある。この変化は、ある重みの大きさおよび位相の変化を
決定することにより、その重みの変化を検査し、次いでこれらの量を関数で使用
して、適切な相関長Ｆを選択することによって定量化することができる。大きさ
の差は、以下の関係式（４１）により定義される。

【０１１６】

【数３５】

【０１１７】上式で、ｗ_1,1（ｋ）およびｗ_1,2（ｋ）は、それぞれＲ₁（ｋ）およびＲ₂（ｋ）
を使用して左チャネルについて計算した重みである。角度差は、以下の関係式（
４２）によって定義される。

【０１１８】

【数３６】

【０１１９】上式で、角度のうち１つの位相で±２πのジャンプがあった場合に実際の位相差
を与えるため、±２πを導入した。次に、ある周波数ビンｋに対する相関長をＦ（ｋ）と表す。例示的な関数を以
下の関係式（４３）で与える。

【０１２０】

【数３７】

【０１２１】上式で、ｃ_min（ｋ）は最小相関長を表し、ｃ_max（ｋ）は最大相関長を表し、ｂ
（ｋ）およびｄ（ｋ）は、ｋ番目の全周波数帯に対して負の定数である。したが
って、ΔＡ（ｋ）およびΔＭ（ｋ）が増加するとき、データが変化していること
を示し、関数の出力は減少する。ｂ（ｋ）およびｄ（ｋ）を適切に選択すること
により、Ｆ（ｋ）はｃ_min（ｋ）とｃ_max（ｋ）の間に限定され、その結果相関長
は、所定の範囲内だけで変化することができる。Ｆ（ｋ）は、非線型関数、また
は入力信号の他の指標の関数など様々な形を取ることができることも理解された
い。

【０１２２】関数Ｆ（ｋ）に対する値は、周波数ビンｋごとに得られる。短い相関長を使用
することが可能であり、したがって各周波数ビンｋで、Ｒ（ｋ）を形成するのに
Ｆ₁（ｋ）に最も近い相関長を使用することが可能である。この最も近い値は、
以下の関係式（４４）を使用して求められる。

【０１２３】

【数３８】

【０１２４】上式で、ｉ_minは最小化した関数Ｆ（ｋ）に対するインデックスであり、ｃ（ｉ
）はｃ_minからｃ_maxの範囲の可能な相関長値の集合である。関係式（３９）〜（４４）に関連して述べた適応相関長プロセスは、図４に関
連して述べたような補聴器、あるいはほんの数例であるが、監視装置、音声認識
システム、およびハンド・フリー電話などの他の応用例で使用する目的で、相関
行列ステージ１６２および重み決定ステージ１６４に組み込むことができる。処
理サブシステム３０の論理は、この組込みを実現するように適宜調節することが
できる。任意選択で、適応相関長プロセスを、重みを計算するための関係式（２
９）の手法、関係式（３０）および図９に関連して述べた動的ビーム幅正則化因
子変化、ローカリゼイション／追跡手順５２０、代替変換実施形態、および／ま
たは当業者の思い浮かぶようなルーチン１４０の異なる実施形態または変形形態
と共に利用することができる。適応相関長の適用は、オペレータが選択すること
ができ、かつ／または当業者の思い浮かぶような１つまたは複数の測定パラメー
タに基づいて自動的に適用することができる。

【０１２５】本発明の他の多くの実施形態も考えられる。別の一実施形態は、いくつかのセ
ンサ信号を供給するいくつかの音響センサで音響励起を検出すること、各センサ
信号に対して周波数成分を確立すること、および指定の方向からの音響励起を表
す出力信号を決定することを含む。この決定は、各センサ信号についての周波数
成分の集合を重み付けし、出力信号の分散を低減し、指定の方向からの音響励起
の事前定義利得を与えることを含む。

【０１２６】別の実施形態では、補聴器は、対応する数のセンサ信号を供給する複数の音響
源の存在下で、いくつかの音響センサを含む。音響源のうち選択した１つが監視
される。音響源のうちその選択した１つを表す出力信号が生成される。この出力
信号は、出力信号の分散を最小にするように計算されたセンサ信号の重みつき組
合せである。

【０１２７】さらに別の実施形態は、対応する数のセンサ信号を供給するいくつかの音響セ
ンサを含む音声入力装置を操作すること、各センサ信号に対して１組の周波数成
分を決定すること、および指定の方向から音響励起を表す出力信号を生成するこ
とを含む。この出力信号は、出力信号の分散を最小にするように計算された各セ
ンサ信号に対する周波数成分の集合の重みつき組合せである。

【０１２８】さらに別の実施形態は、いくつかのセンサ信号のうち１つをそれぞれ供給する
ように動作可能な２つ以上の音響センサを含む音響励起を検出するように動作可
能な音響センサ・アレイを含む。各センサ信号に対して１組の周波数成分を決定
し、指定の方向からの音響励起を表す出力信号を生成するためのプロセッサも含
まれる。この出力信号は、指定の方向からの音響励起に対して利得制約を受ける
出力信号の分散を低減するように、各センサ信号に対する周波数成分の集合の重
みつき組合せから計算される。

【０１２９】別の実施形態は、対応する数の信号を供給するいくつかの音響センサで音響励
起を検出すること、この各信号に対していくつかの信号変換成分を確立すること
、および指定の方向から音響励起を表す出力信号を決定することを含む。信号変
換成分は周波数領域タイプでよい。別法として、またはそれに加えて、出力信号
の決定は、成分を重み付けし、出力信号の分散を低減し、指定の方向から音響励
起の事前定義利得を与えることを含むこともできる。

【０１３０】さらに別の実施形態では、いくつかの音響センサを含む補聴器が操作される。
これらのセンサは、対応する数のセンサ信号を供給する。音響励起を補聴器で監
視するための方向が選択される。各センサ信号に対して１組の信号変換成分が決
定され、いくつかの重み値が、これらの成分、調節因子、および選択された方向
の相関の関数として計算される。信号変換成分は、重み値で重み付けされ、その
方向から生じる音響励起を表す出力信号が供給される。調節因子は、ほんの数例
であるが、相関長またはビーム幅制御パラメータと関係付けることができる。

【０１３１】別の実施形態では、対応する数のセンサ信号を供給するいくつかの音響センサ
を含む補聴器が操作される。各センサ信号に対して１組の信号変換成分が供給さ
れ、いくつかの重み値が、いくつかの異なる各周波数に対する変換成分の相関の
関数として計算される。この計算は、周波数のうち第１の周波数に対して第１ビ
ーム幅制御値を適用し、周波数のうち第２の周波数に対して第１の値とは異なる
第２ビーム幅制御値を適用することを含む。信号変換成分は重み値で重み付けさ
れ、出力信号が供給される。

【０１３２】別の実施形態では、補聴器の音響センサが、複数の信号変換成分によって表さ
れる、対応する信号を供給する。重み値の第１組が、第１相関長に対応するこれ
らの成分の第１数の第１相関の関数として計算される。重み値の第２組が、第１
相関長とは異なる第２相関長に対応するこれらの成分の第２数の第２相関の関数
として計算される。出力信号は、第１重み値および第２重み値の関数として生成
される。

【０１３３】別の実施形態では、音響励起が、対応する数のセンサ信号を供給するいくつか
のセンサで検出される。１組の信号変換成分が、これらの各信号に対して決定さ
れる。少なくとも１つの音響源が、変換成分の関数としてローカリゼイションさ
れる。この実施形態の一形態では、１つまたは複数の音響源の位置を、基準に対
して追跡することができる。別法として、またはそれに加えて、ローカリゼイシ
ョンおよび／または追跡によって決定される音響源の位置と、変換成分の相関と
の関数として出力信号を供給することもできる。

【０１３４】当業者が思い浮かぶように、本発明の精神から逸脱することなく、様々な信号
フロー・オペレータ、変換器、機能ブロック、ジェネレータ、ユニット、ステー
ジ、プロセス、および技法を変更し、再構成し、置き換え、削除し、複製し、組
み合せ、または加えることができることも企図される。任意のルーチン、手順、
またはその変形形態の演算を、並列に、パイプライン式に、特有のシーケンスで
、このような演算が互いに相互依存に適合したこれらの組合せとして、あるいは
当業者の思い浮かぶような方式で実行することができる。一般に、非限定的な例
として、Ａ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換、ＦＦＴ生成、およびＦＦＴ反転を他の演算を
実行するのと同様に実行することができる。これらの他の演算を、ほんのいくつ
かの可能性であるが、ステージ１５０、１６２、１６４、５３２、５３５、５５
０、５５２、および５５４など、先に格納されたＡ／Ｄまたは信号変換成分の処
理の対象とすることができる。別の非限定的な例では、現入力信号に基づく重み
の計算は、まさに出力しようとする信号に対して先に決定した重みを適用するこ
とと少なくとも重なる。本明細書で引用したすべての文献および特許出願は、個
々の文献または特許出願が具体的かつ個々に参照により組み込まれているかのよ
うに、参照により本明細書に組み込まれる。

【０１３５】（実験）以下の実験結果は非限定的な例を与えるものであり、本発明の範囲を制限する
ものとみなすべきではない。

【０１３６】図６に本発明をテストするための実験装置を示す。実際に録音され、無響室内
の受信マイクロフォンに対して異なる空間位置にあるスピーカによって再生され
る音声信号を用いてアルゴリズムをテストした。センサ２２、２４として働くよ
うに、１５ｃｍのマイクロフォン間距離Ｄを有する１対のマイクロフォン４２２
、４２４（ＳｅｎｎｈｅｉｓｅｒＭＫＥ２−６０）を聴音室内に配置した。様
々なスピーカを、異なる方位角に対応するマイクロフォン４２２、４２４の中点
Ｍから約９１．４４ｃｍ（約３フィート）の距離に配置した。１つのスピーカは
、目標の音声信号（図２の発生源１２に対応）を放送するために、軸ＡＺと交差
するマイクロフォンの正面に配置した。いくつかのスピーカを使用して、異なる
方位角からの目標の音声を聴音する妨げとなるワードまたはセンテンスを放送し
た。

【０１３７】マイクロフォン４２２、４２４はそれぞれ、Ｍｉｃ−ｔｏ−Ｌｉｎｅプリアン
プ４３２（ＳｈｕｒｅＦＰ−１１）に動作可能に結合した。各プリアンプ４３
２の出力を、オーディオ・プリアンプ（ＡｄｃｏｍＧＴＰ−５５１１）の形態
で提供するデュアル・チャネル音量調節器４３４に供給した。音量調節器４３４
の出力を、ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（モデル番号ＴＩ−Ｃ６２０１
ＤＳＰＥｖａｌｕａｔｉｏｎＭｏｄｕｌｅ（ＥＶＭ））から提供されるプ
ロセッサ（ＤＳＰ）開発ボード４４０のＡ／Ｄ変換器に供給した。開発ボード４
４０は、クロック速度１３３ＭＨｚで動作し、ピーク・スループット１０６４Ｍ
ＩＰＳ（ｍｉｌｌｉｏｎｓｏｆｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｐｅｒｓｅｃ
ｏｎｄ）を有する固定点ＤＳＰチップ（モデル番号ＴＭＳ３２０Ｃ６２）を含む
。このＤＳＰは、ルーチン１４０を実装するように構成されたソフトウェアをリ
アル・タイムで実行した。この実験でのサンプリング周波数は、１６ビットＡ／
ＤおよびＤ／Ａ変換で約８ｋＨｚであった。ＦＦＴ長は、ＦＦＴを１６サンプル
ごとに計算して２５６サンプルであった。所望の信号を特徴付けし、抽出する計
算により、入力と出力の間に約１０〜２０ミリ秒の範囲の遅延が生じることがわ
かった。

【０１３８】図７および８にそれぞれ、ほぼ同じエネルギーの３つの音響信号のトレースを
示す。図７では、目標の信号トレースが、それぞれ２２°および−６５°の方位
角から放送された２つの妨害信号トレースの間に示されている。これらの方位角
は図１に示されている。目標の音は、女性により事前録音した音声であり（第２
トレース）、０°近くに位置するスピーカによって放出される。１つの妨害音が
女性の話者（図７の上部のトレース）によって与えられ、他の妨害音が男性の話
者（図７の下部のトレース）によって与えられる。対応する話者によって反復さ
れる句がそれぞれのトレースの上に再生される。

【０１３９】図８を参照すると、上部のトレースからわかるように、目標の語音が妨害源の
存在下で放出されるとき、その波形（およびパワー・スペクトル）が混合される
。この混合された音は、ほとんどの聴取者にとって、特に聴覚障害者にとって理
解しにくかった。ボード４４０で実施されるルーチン１４０が、この混合された
信号を高忠実度で処理し、著しく妨害音を抑制することによって目標の信号を抽
出した。したがって、目標の信号の了解度は、第２トレースで示すように復元さ
れた。この了解度は著しく改善され、抽出後信号は、比較のために図８の下部に
示す元の目標信号と類似した。

【０１４０】これらの実験により、妨害音が著しく抑制されることが実証された。正則化パ
ラメータ（値約１．０３）を使用することにより、補聴器装着者の頭がわずかに
目標の話者と位置がずれるときに生じるように、目標の発生源がわずかにオフ・
アクシスであるとき、計算される重みの大きさが効果的に制限され、可聴なひず
みがずっと少ない出力が得られる。この技術を補聴器および他の応用例に適した
サイズに小型化することは、当業者に周知の技法を用いて実現することができる
。

【０１４１】図１１および１２は、手順５２０に関してシミュレートした結果のコンピュー
タ生成イメージ・グラフである。これらのグラフは、度単位の方位角のローカリ
ゼイション結果を秒単位の時間に対してプロットしたものである。このローカリ
ゼイションは陰影としてプロットしてあり、陰影が濃いと、その角度および時間
でのローカリゼイション結果が強いことを示す。このようなシミュレーションは
、この種の手順の効率を示す上で当業者によって受け入れられている。

【０１４２】図１１に、目標の音響源が一般に約１０°オフ・アクシスの方向で静止すると
きのローカリゼイション結果を示す。目標の実際の方向は、黒の実線で示されて
いる。図１２に、補聴器装着者が自分の頭を振るときのような、＋１０°から−
１０°の間で正弦波のように変化する方向を有する目標に対するローカリゼイシ
ョン結果を示す。発生源の実際の位置は、やはり黒の実線で示されている。手順
５２０のローカリゼイション技法は、濃い陰影が実際の位置の線と厳密に一致す
るので、どちらの場合も目標の発生源の位置を正確に示す。目標の発生源は常に
妨害の重なりのない信号を生成するわけではないので、ローカリゼイション結果
はある時間にだけ強い可能性がある。図１２では、この強い間隔を、約０．２、
０．７、０．９、１．２５、１．７、および２．０秒のところに見ることができ
る。目標位置はこのような時間の間に容易に推定することができることを理解さ
れたい。

【０１４３】本明細書で説明した実験は、単に本発明の処理システムの一形態の動作を実証
するためのものに過ぎない。当業者は思い浮かぶように、装置、音声材料、話者
構成、および／またはパラメータは変動する可能性がある。

【０１４４】本明細書で述べたどんな理論、動作機構、証明、または発見も、本発明をより
良く理解するためのものであり、そのような理論、動作機構、証明、または発見
に本発明が何らかの形で依存することを意図するものではない。本発明を図面お
よび上記の記載で詳細に例示し、説明したが、図面および上記の記載は例示的も
のとみなすべきであって、特徴を限定するものとみなすべきではない。選択した
実施形態だけを図示し、説明したこと、ならびに本明細書または頭記の特許請求
の範囲で定義される本発明の精神範囲内にあるすべての変更形態、修正形態、お
よび均等物が保護されることが望ましいことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】信号処理システムの略図である。

【図２】図１のシステムの、選択される態様をさらに示す図である。

【図３】図１のシステムを操作するためのルーチンの流れ図である。

【図４】図１のシステムの補聴器に対応する、本発明の他の実施形態を示す図である。

【図５】図１のシステムのコンピュータ音声認識アプリケーションに対応する、本発明
の他の実施形態を示す図である。

【図６】図１のシステムの実験構成図である。

【図７】目標の音声信号、および２つの妨害音声信号の大きさと、時間との関係を示す
グラフである。

【図８】比較の目的で、処理前の図７の音声信号、図７の目標音声信号に対応する抽出
後信号、および図７の目標音声信号の複製の、大きさと時間との関係を組み合わ
せたグラフである。

【図９】図９は、正則化因子（Ｍ）値１．００１、１．００５、１．０１、および１．
０３についての、ビーム幅と周波数との関係に関するライン・プロットを与える
グラフである。

【図１０】図３のルーチンと共に、又は図３のルーチン無しに図１のシステムで実行する
ことができる手順の流れ図である。

【図１１】図１０の手順の効率を示すグラフである。

【図１２】図１０の手順の効率を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＣ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ジョーンズ，ダグラス・エルアメリカ合衆国イリノイ州61821，シャンペイン，ウエスト・チャーチ・ストリート 1214 (72)発明者ロックウッド，マイケル・イーアメリカ合衆国イリノイ州61820，シャンペイン，イースト・クラーク・ストリート 604，アパートメント３ (72)発明者ビルガー，ロバート・シーアメリカ合衆国イリノイ州61820，シャンペイン，ニューベリー・ロード 1113 (72)発明者フェン，アルバート・エスアメリカ合衆国イリノイ州61821，シャンペイン，ウィルシャー・コート 1209 (72)発明者ランシング，チャリッサ・アールアメリカ合衆国イリノイ州61822，シャンペイン，ヴァレー・ブルック・ドライブ 2903 (72)発明者オブライエン，ウィリアム・ディーアメリカ合衆国イリノイ州61821，シャンペイン，オドンネル・ドライブ 2002 (72)発明者ホウィーラー，ブルース・シーアメリカ合衆国イリノイ州61821，シャンペイン，ウェイヴァリー・ドライブ 1203 (72)発明者エレッジ，マークアメリカ合衆国イリノイ州61801，アーバナ，ウエスト・スタウトン 1110，ナンバー 208 (72)発明者リウ，チェンアメリカ合衆国イリノイ州60532，リール，ウォーバンシー・レーン 4504 Ｆターム(参考） 5D020 BB07 CE04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】いくつかの音響センサで音響励起を検出することであって、
前記音響センサが対応する数のセンサ信号を供給すること、前記各センサ信号に対していくつかの周波数領域成分を確立すること、および指定の方向からの前記音響励起を表す出力信号を決定することであって、前記
各センサ信号に対して前記成分を重み付けし、前記出力信号の分散を低減し、前
記指定の方向からの前記音響励起の事前定義利得を供給することを含むことを含
む方法。
【請求項２】前記決定することが、前記出力信号の前記分散を最小にする
ことを含み、前記事前定義利得がほぼ１である請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記音響センサのいずれも移動させずに前記指定の方向を変
更すること、ならびに前記変更することの後に、前記確立すること、および前記
決定することを反復することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】前記音響センサのうち１つまたは複数を移動することによっ
て前記指定の方向を変更すること、ならびに前記変更することの後に、前記確立
すること、および前記決定することを反復することをさらに含む請求項１に記載
の方法。
【請求項５】前記成分がフーリエ変換に対応し、前記重み付けが、前記事
前定義利得がほぼ１に維持されるという制約を受ける前記出力信号の前記分散を
最小にするために、いくつかの重みを計算することを含み、前記重みが、周波数
領域相関行列と、前記指定の方向に対応するベクトルの関数として決定される請
求項１に記載の方法。
【請求項６】時々前記重みを再計算すること、ならびに確立されるごとに
、前記確立することおよび前記決定することを反復することをさらに含む請求項
５に記載の方法。
【請求項７】前記音響センサ間のわずかなレベルの利得差の制約を受ける
前記重みを計算することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】制御ビーム幅に対して相関因子を周波数の関数として調節す
ることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】いくつかの相関行列を計算すること、および前記相関行列の
うち１つまたは複数に関する、前記相関行列の少なくとも他の１つに対する相関
長を適応的に変更する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】少なくとも１つの音響信号源の位置を、前記音響センサ間
の位相差の関数として追跡することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】前記音響センサと、前記確立することおよび前記決定する
ことを実行するように動作可能なプロセッサとを補聴器に設けることをさらに含
む請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】音声入力装置が、前記音響センサと、前記確立することお
よび前記決定することを実行するように動作可能なプロセッサとを含む請求項１
から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】複数の音響源の存在下でいくつかの音響センサを含む補聴
器を操作することであって、前記音響センサが、対応する数のセンサ信号を供給
すること、前記音響源のうち選択した１つを監視すること、前記各センサ信号に対する１組の周波数成分を決定すること、および前記音響源の前記選択した１つを表す出力信号を生成することであって、前記
出力信号が、前記出力信号の分散を最小にするように計算された、前記各センサ
信号に対する前記１組の周波数成分の重みつき組合せであることを含む方法。
【請求項１４】前記出力信号を処理して、少なくとも１つの音響出力を前
記補聴器のユーザに供給することをさらに含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】いくつかの音響センサを含む音声入力装置を操作すること
であって、前記音響センサが、対応する数のセンサ信号を供給すること、前記各センサ信号に対する１組の周波数成分を決定すること、および指定の方向からの音響励起を表す出力信号を生成することであって、前記出力
信号が、前記出力信号の分散を最小にするように計算された、前記各センサ信号
に対する前記１組の周波数成分の重みつき組合せであることを含む方法。
【請求項１６】前記音声入力装置が、コンピュータ用の音声認識システム
内に含まれる請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】前記生成することが、いくつかの重みを、周波数領域相関
行列と、前記指定の方向に対応するベクトルの関数として計算することを含む請
求項１３から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】時々前記重みを再計算することをさらに含む請求項１７に
記載の方法。
【請求項１９】前記センサ信号の前記重みつき組合せを、前記指定の方向
に関連する利得制約の関数として決定することをさらに含む請求項１７に記載の
方法。
【請求項２０】制御ビーム幅に対して相関因子を周波数の関数として調節
することをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】相関長を適応性があるように変更することをさらに含む請
求項１７に記載の方法。
【請求項２２】いくつかの音響センサを含む補聴器を操作することであっ
て、前記音響センサが、対応する数のセンサ信号を供給すること、音響励起を前記補聴器で監視する方向を選択すること、前記各センサ信号に対して１組の信号変換成分を決定すること、いくつかの重み値を、前記信号変換成分、調節因子、および前記方向の相関の
関数として計算すること、および前記信号変換成分を前記重み値で重み付けし、前記方向から発出する前記音響
励起を表す出力信号を供給することを含む方法。
【請求項２３】前記各変換成分が異なる周波数に対応し、前記調節因子が
、ビーム幅を制御するため、前記周波数のうち第１の周波数に対する第１の値と
、前記周波数のうちの第２の周波数に対する前記第１の値とは異なる第２の値と
を有する請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】前記調節因子が相関長に対応し、前記調節因子に対する異
なる値に従って適応的に変化する相関長で、いくつかの異なる相関を決定するこ
とをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】妨害のレベルを決定すること、および前記妨害のレベルに応答して、前記調節因子で前記補聴器の前記ビーム幅を調
節することをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】前記センサ信号のうち少なくとも１つの、少なくとも１つ
の周波数の時間に対する変化率を決定すること、前記変化率に応答して、前記調節因子で前記相関長を調節することをさらに含
む請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】いくつかの音響センサを含む補聴器を操作することであっ
て、前記音響センサが、対応する数のセンサ信号を供給すること、前記各センサ信号に対する１組の信号変換成分を供給すること、いくつかの異なる周波数のそれぞれに対する前記変換成分の相関の関数として
いくつかの重み値を計算することであって、この計算が前記周波数のうち第１の
周波数に対する第１ビーム幅制御値と、前記第１ビーム幅制御値とは異なる前記
周波数のうち第２の周波数に対する第２ビーム幅制御値とを適用することを含む
こと、および前記信号変換成分を前記重み値で重み付けし、出力信号を供給することを含む
方法。
【請求項２８】前記第１ビーム幅値および前記第２ビーム幅値を選択して
、事前定義周波数範囲にわたってほぼ一定の前記補聴器のビーム幅を供給するこ
とをさらに含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】前記第１ビーム幅値と前記第２ビーム幅値が、前記周波数
のうちの前記第２の周波数での妨害の量に対する、前記周波数のうちの前記第１
の周波数での妨害の量の差に従って異なる請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】いくつかの音響センサを含む補聴器を操作することであっ
て、前記音響センサが対応する数のセンサ信号を供給すること、前記センサ信号に対する、第１の複数の信号変換成分を供給すること、重み値の第１組を、第１相関長に対応する前記第１信号変換成分の第１相関の
関数として計算すること、前記センサ信号に対する、第２の複数の信号変換成分を供給すること、重み値の第２組を、前記第１相関長とは異なる第２相関長に対応する前記第２
信号変換成分の第２相関の関数として計算すること、および前記第１重み値および前記第２重み値の関数として出力信号を生成することを
含む方法。
【請求項３１】前記第１相関長と前記第２相関長が、前記センサ信号のう
ち少なくとも１つの少なくとも１つの周波数の時間に対する変化率の差に従って
異なる請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】センサの数が２つであり、前記補聴器が単一のモノラル出
力を有する請求項２２から３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】前記計算することが、出力分散を最小にするように実行さ
れる請求項２２から３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】選択された音響源を、前記変換成分の関数として基準に対
してローカリゼイションすることをさらに含む請求項２２から３１のいずれかに
記載の方法。
【請求項３５】前記変換成分がフーリエ・タイプである請求項２２から３
１のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】請求項２２から３１のいずれかの方法を実行するように動
作可能な補聴器システム。
【請求項３７】いくつかの音響センサで音響励起を検出することであって
、前記音響センサが対応する数のセンサ信号を供給すること、前記各センサ信号に対する１組の信号変換成分を確立すること、基準に対する前記音響励起源の位置を、前記変換成分の関数として追跡するこ
と、前記位置と、前記変換成分の相関との関数として出力信号を供給することを含
む方法。
【請求項３８】センサの数が２つであり、前記追跡することが、前記セン
サ信号間の位相差を決定することを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】前記基準が指定の軸であり、前記位置が方位角方向の形で
供給される請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】前記追跡が、異なる方位角にそれぞれ対応するいくつかの
要素を有するアレイを生成し、前記アレイの前記要素の間の１つまたは複数のピ
ーク値を検出することを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】周波数に対してビーム幅因子を調節することをさらに含む
請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】いくつかの異なる相関行列を計算し、前記行列のうち１つ
または複数の相関長を、少なくとも１つの他の前記行列に対して適応的に変更す
ることをさらに含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】前記位置に対応する方向指示ベクトルを配向することをさ
らに含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】前記供給することが、前記変換成分を重み付けすることに
よって前記出力信号を生成し、前記出力信号の分散を低減し、事前定義利得を供
給することを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４５】請求項３７から４４のいずれかの方法を実行するように動
作可能な装置。
【請求項４６】請求項３７から４４のいずれかの方法を実行するように動
作可能な補聴器システム。
【請求項４７】音響励起を検出するように動作可能な音響センサ・アレイ
であって、いくつかのセンサ信号のうち１つをそれぞれ供給するように動作可能
な２つ以上の音響センサを含む音響センサ・アレイと、前記各センサ信号に対する１組の周波数成分を決定し、指定の方向からの前記
音響励起を表す出力信号を生成するように動作可能なプロセッサであって、前記
出力信号が、前記各センサ信号に対する前記１組の周波数成分の重みつき組合せ
から計算され、前記指定の方向からの前記音響励起に対する利得制約を受ける前
記出力信号の分散が低減されるプロセッサとを備える装置。
【請求項４８】前記プロセッサが、前記出力信号の前記分散をほぼ最小に
し、前記利得をほぼ一定に維持するように前記重みつき組合せを計算するように
動作可能である請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】前記プロセッサが、いくつかの信号重みを、周波数領域相
関行列と、前記指定の方向に対応するベクトルとの関数として決定するように動
作可能である請求項４７に記載の装置。
【請求項５０】第１センサ信号を供給するように動作可能な第１音響セン
サと、第２センサ信号を供給するように動作可能な第２音響センサと、指定の方向から前記第１音響センサおよび前記第２音響センサで検出される音
響励起を表す出力信号を生成するように動作可能なプロセッサであって、前記第１センサ信号を周波数領域変換成分のうちの第１数に変換し、前記第２
センサ信号を周波数領域変換成分のうちの第２数に変換する手段と、前記出力信号の分散と、前記指定の方向からの前記音響励起に対する利得制約
との関数として、前記第１変換成分を重み付けして、対応する数の第１重みつき
成分を供給し、前記第２変換成分を重み付けして、対応する数の第２重みつき成
分を供給する手段と、前記各第１重みつき成分と、前記第２重みつき成分のうちの対応する成分とを
組み合わせて、前記出力信号の形の周波数領域を供給する手段と、前記周波数領域形から前記出力信号の時間領域形を供給する手段とを含むプロ
セッサとを備える装置。
【請求項５１】前記プロセッサが、前記指定の方向に配向するための手段
を含む請求項４７から５０のいずれかに記載の装置。
【請求項５２】前記出力信号に応答する少なくとも１つの音響出力装置を
さらに備える請求項４７から５０に記載の装置。
【請求項５３】前記装置が補聴器として構成される請求項４７から５０の
いずれかに記載の装置。
【請求項５４】前記装置が音声入力装置として構成される請求項４７から
５０のいずれかに記載の装置。
【請求項５５】前記プロセッサが、基準に対して音響励起源をローカリゼ
イションするように動作可能な請求項４７から５０のいずれかに記載の装置。
【請求項５６】前記プロセッサが、方位面に対して音響励起源位置を追跡
するように動作可能である請求項４７から５０のいずれかに記載の装置。
【請求項５７】前記プロセッサが、周波数でビーム幅制御パラメータを調
節するように動作可能である請求項４７から５０のいずれかに記載の装置。
【請求項５８】前記プロセッサが、いくつかの異なる相関行列を計算し、
前記行列のうち１つまたは複数の相関長を、少なくとも１つの他の前記行列に対
して適応的に調節するように動作可能である請求項４７から５０のいずれかに記
載の装置。