JP4473829B2 - 収音装置、プログラム及びこれを記録した記録媒体 - Google Patents
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ym(n)=gmxm(n−Dm) (1)
このとき遅延量Dmと利得gmは、あらかじめ与えられた所望音源1の位置(p,q)から、それぞれ式(2)と式(3)により導出することができる。
野村博昭、金田豊、小島順治、"近接音場型マイクロホンアレー、"日本音響学会誌、Vol.53, No.2, pp.110-116, 1997
更に、本発明による収音装置は前記記載の収音装置において、信号量は信号の絶対値であることを特徴とする。
更に、本発明による収音装置は前記記載の収音装置において、利得係数算出部で算出す
る利得係数は前記所望音源の信号量に対して、前記その他の音源の信号量が無視できる程度に微少値である場合、所定の最大値で与えられ、前記その他の音源の信号量に対して、前記所望音源の信号量が無視できる程度に微少値である場合は0に近い値で与えられることを特徴とする。
数算出特性を、前記その他の音源の信号量が前記所望音源の信号量より小さい領域では利得係数の値を前記所定の最大値または最大値に近い値に維持させ、前記その他の音源の信号量が前記所望音源の信号量より大きい領域では利得係数の値を0または0に近い値に維持させる変化特性を備えることを特徴とする。
更に、本発明による収音装置によれば収音した信号は周波数領域分割され、周波数領域分割された各周波数領域毎に各音源信号の成分量を推定し、推定された各音源信号の成分量の比を求めてSN比に相当する各周波数領域毎の利得係数を算出する。この利得係数を所望音源の音を主成分とする音源信号の各周波数領域成分に乗算することにより、所望音源の音を主成分とする音源信号に含まれる他の音源信号の量を減衰させることができる。この結果、所望音源信号のみを強調して取り出すことができることになる。
本発明によるSN比の向上に関する効果を示すために後に説明する実施例1および実施例2のシミュレーションによる実験結果を示す。図14にシミュレーションにおける状況設定を示す。それぞれのマイクロホンアレーには5つのマイクロホンが直線上に4cmの等間隔で配置されており、それぞれ座標(単位はメートル。以下同様)(0.4,0)と(-0.4,0)にその中心が位置している。図14Aに示すケース1では所望音源1が(0,0.5)に、1つの背景雑音源2が(0,2.5)にそれぞれ配置されている。図14Bに示すケース2ではケース1の場合に加えて、(-1.6,2.5)と(1.6,2.5)の2点にもそれぞれ背景雑音源2が配置されている。
次に図17は処理前の信号と処理後の信号におけるSN比改善量を示している。本発明を用いた場合のSN比改善量は13dB程度と従来技術と比べて10dB以上大きいことが分かる。また実施例2において、非線形処理を追加したことでSN比改善量が増加しており、本処理を追加した効果を確認することが出来る。
以上より本発明によれば、装置の設置、運搬が容易ながら、複数の音源が発する音のうちどれか1つを選択強調して収音することができることが分かる。また本発明を用いることで、収音時のSN比改善量は実用上十分な程度まで大きく向上することが分かる。
コンピュータによって本発明による収音装置を実現するには、コンピュータにインストールした収音プログラムにより、コンピュータ内に少なくとも第1乃至第6収音部と、周波数領域変換部と、音源信号成分推定部と、利得係数算出部と、乗算部とを構築し、収音装置として機能させる。
図2に本発明による収音装置の全体の構成を示す。この図2を用いて本発明による収音装置の概要を説明する。マイクロホンアレー3Lの各マイクロホンで生成された各受音信号はこの例では第1収音部4−1と第3収音部4−3に入力される。更に、マイクロホンアレー3Rの各マイクロホンで生成された各受音信号はこの例では第2収音部4−2と第4収音部4−4に入力される。マイクロホンアレー3Lと3Rの中央に位置するマイクロホンの信号が第5収音部4−5と第6収音部4−6に入力される。尚、両マイクロホンアレー3Lと3Rに搭載されるマイクロホンの数は必ずしも同数である必要はない。
ここでは第1収音部4−1の指向特性及び第2収音部4−2の指向特性はマイクロホンアレー3L及び3Rのほぼ中央位置から図3に示す所望音源1の位置を含む角度領域ΘLとΘRを収音範囲とする特性に設定する。第3収音部4−3と第4収音部4−4の指向特性はマイクロホンアレー3Lと3Rのほぼ中央位置から図3に示す所望音源1の位置を含まない角度領域ΘL ̄とΘR ̄とを収音範囲とする特性に設定する。更に、第5収音部4−5の指向性はマイクロホンアレー3Lと3Rのほぼ中間位置から所望音源1の位置を含む角度領域ΘCを収音範囲とする特性に設定する。第6収音部4−6の指向性はマイクロホンアレー3Lと3Rのほぼ中間位置から所望音源1の位置を含まない角度領域Θ ̄Cの角度範囲を収音範囲とする特性に設定する。
周波数領域の信号に変換された収音信号は加算部6と音源信号成分推定部7とに入力される。加算部6へは第1収音部4−1と第2収音部4−2の出力信号を入力する。加算部6では周波数領域へ変換された各周波数領域の信号を同一周波数領域成分毎に加算する。
第6収音部4−6ではフィルタ処理部51と52の出力信号x'L(ML/2)(n)とx'R(MR/2)(n)を減算部54に入力する。減算部54では入力された信号を式(17)のように減算して、信号yNC(n)を出力する。したがって第6収音部4−6では、マイクロホンアレー3Lとマイクロホンアレー3Rの間の中間点から見て、所望音源1の方向以外で発せられる音のみを強調して収音する。
yNC(n)=x'L(ML/2)(n)−x'R(MR/2)(n) (17)
図6は音源信号成分推定部7における処理の流れを示している。音源信号成分推定部7に入力される周波数成分YSL(ω,l)、YNL(ω,l)、YSC(ω,l)、YNC(ω,l)、YSR(ω,l)、YNR(ω,l)はそれぞれパワー演算部61に入力され、信号のパワー値|YSL(ω,l)|2、|YNL(ω,l)|2、|YSC(ω,l)|2、|YNC(ω,l)|2、|YSR(ω,l)|2、|YNR(ω,l)|2が出力され、ベクトル化部62に入力される。ベクトル化部62では、入力された第1乃至第6収音部4−1〜4−6の各出力信号のパワー値を式(18)のようにベクトル形式でまとめた、パワーベクトルY*(ω,l)を出力する。尚、添字*付の文字及び式中の大文字はベクトルを表わす。
式(26)で求めた利得係数R(ω,l)は図8に示すように、雑音成分Nx=|NL(ω,l)|2+|NC(ω,l)|2+|NR(ω,l)|2と所望信号Sx=|S(ω,l)|2との関係がNx>>Sxである場合は利得係数R(ω,l)≒0となり、Nx<<Sxの場合はR(ω,l)≒1、つまり、所定の最大値となる。利得係数R(ω,l)は周波数領域毎に算出される。従って雑音の混入量が少ない周波数領域では利得係数R(ω,l)は「1」に近い値となり、所望信号成分はそのまま出力される。また雑音の混入量が多い周波数領域では利得係数R(ω,l)は「0」に近い値となり、その周波数領域の信号成分は大きく減衰され、雑音量を抑制する。このように各周波数領域毎に利得係数R(ω,l)を加算部6から与えられる所望信号を主成分とする信号YS(ω,l)に乗算することにより、各周波数領域毎に雑音成分が抑圧され、逆周波数領域変換部10で時間領域に変換された信号のSN比を向上することができる。
次にベクトル要素抽出部81では式(39)に示すように入力された推定信号絶対値ベクトルの第1成分を推定信号絶対値|S(ω,l)|、第2成分を推定左方向雑音絶対値|NL(ω,l)|、第3成分を推定正面方向雑音絶対値|NC(ω,l)|、第4成分を推定右方向雑音絶対値|NR(ω,l)|としてそれぞれ出力し、それらはSN比推定部82に入力される。
なおこの実施例3は実施例2の信号源成分推定部7と利得係数算出部8に対しても適用することができる。図13は実施例2に本実施例3の変更を加えた場合の利得係数算出部8の構成を示す。
2 背景雑音源 6 加算部
3L、3R マイクロホンアレー 7 音源信号成分推定部
4−1 第1収音部 8 利得係数算出部
4−2 第2収音部 9 乗算部
4−3 第3収音部 10 逆周波数領域変換部
4−4 第4収音部
4−5 第5収音部
4−6 第6収音部
Claims (8)
- 第1のマイクロホンアレーの出力信号を利用して前記第1のマイクロホンアレーから所望音源位置を含む角度領域の音を収音する第1収音部と、
前記第1のマイクロホンアレーの出力信号を利用して前記第1のマイクロホンアレーから前記所望音源位置を含まない角度領域の音を収音する第3収音部と、
前記第1のマイクロホンアレーとは異なる位置に配置された第2のマイクロホンアレーの出力信号を利用して前記第2のマイクロホンアレーから前記所望音源位置を含む角度領域の音を収音する第2収音部と、
前記第2のマイクロホンアレーの出力信号を利用して前記第2のマイクロホンアレーから前記所望音源位置を含まない角度領域の音を収音する第4収音部と、
前記第1のマイクロホンアレーの出力信号と前記第2のマイクロホンアレーの出力信号を利用して前記第1のマイクロホンアレーと前記第2のマイクロホンアレーの中間点から前記所望音源位置を含む角度領域の音を収音する第5収音部と、
前記第1のマイクロホンアレーの出力信号と前記第2のマイクロホンアレーの出力信号を利用して前記中間点から前記所望音源位置を含まない角度領域の音を収音する第6収音部と、
前記第1乃至第6収音部で得られた各収音信号により前記所望音源の信号量と、その他の音源の信号量とを推定する音源信号成分推定部と、
前記所望音源の信号量と、前記所望音源の信号量を含む全ての音源の信号量との比から利得係数を求める利得係数算出部と、
前記利得係数算出部で算出した利得係数を所望音源の信号を主成分とする信号に乗算する乗算部と、
を備えることを特徴とする収音装置。 - 請求項1に記載の収音装置において、
前記第1乃至第6収音部で得られた各収音信号は周波数領域変換手段により周波数領域変換処理され、
前記利得係数は前記周波数領域変換手段で変換された各周波数領域成分毎に算出し、
算出した各周波数領域毎の利得係数を所望音源の信号を主成分とする信号の各対応す
る周波数領域成分に乗算し、
前記利得係数を乗算した前記周波数領域成分を逆周波数領域変換手段により時間領域信号に変換処理して出力することを特徴とする収音装置。 - 請求項1又は2の何れかに記載の収音装置において、
前記信号量は信号のパワー値であることを特徴とする収音装置。 - 請求項1又は2の何れかに記載の収音装置において、
前記信号量は信号の絶対値であることを特徴とする収音装置。 - 請求項1乃至4の何れかに記載の収音装置において、
前記利得係数算出部で算出する利得係数は前記所望音源の信号量に対して、前記その他の音源の信号量が無視できる程度に微少値である場合、所定の最大値で与えられ、前記その他の音源の信号量に対して、前記所望音源の信号量が無視できる程度に微少値である場合は0に近い値で与えられることを特徴とする収音装置。 - 請求項1乃至5の何れかに記載の収音装置において、
前記利得係数算出部の利得係数算出特性を、前記その他の音源の信号量が前記所望音源の信号量より小さい領域では前記利得係数の値を前記所定の最大値または最大値に近い値に維持させ、前記その他の音源の信号量が前記所望音源の信号量より大きい領域では前記利得係数の値を0または0に近い値に維持させる変化特性を備えることを特徴とする収音装置。 - コンピュータが解読可能なプログラム言語によって記述され、コンピュータを請求項1
乃至6の何れかに記載の収音装置として機能させるプログラム。 - コンピュータが読み取り可能な記録媒体によって構成され、この記録媒体に請求項7に記載のプログラムを記録した記録媒体。
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