第22回 ロボット聴覚特集 - 奥乃研究室 - 京都大学

音 波マイクロホンX 1 (t)θMθX 2 (t)cτFigure. 4: 音 の 到 来 方 向 と 受 音 信 号l+cτ nM/2θ:h=0の 時φ:h≠0の 時Zφθ dM/2マイクロホン音 源YhlX ただし、Mはマイクロホン 間 隔 、cは 音 速 である。入 力 がサンプリング 周 波 数 fsの 離 散 信 号 である 場合 は、τに 対 応 するサンプル 数 の 差 k 及 びfsを 用 いて、θは(2)で 表 される。ただし、kは 整 数 である。− ckθ = sin 1 ( )(2)Mf3.2. 近 接 音 場 における 方 向 推 定s人 間 とロボットの 対 話 では、 話 者 の 口 とマイクロホンが 同 一 水 平 面 上 に 位 置 せず、 距 離 も 十 分 に 遠 くないため、(1) 又 は(2)を 用 いた 方 向 推 定 を 直 接 適 用 することができない。このため、 近 接 音 場 特 有 の 方 向推 定 が 必 要 となる。Fig. 5に、 人 間 とロボットの 対 話 における、 音 源( 話 者 の 口 )とマイクロホンの 位 置 関 係 を 示 す。θとφはそれぞれ、 音 源 の 高 さhが0に 等 しいとき 及 び0でないときに 対 応 した、 音 声 の 到 来 方 向 を 示 す。 一般 に、φ>θの 関 係 が 成 立 する。2つのマイクロホンに 入 力 された 信 号 の 時 間 差 をτ n とすると、 音 の 到 来 方 向 φは、2つのマイクロホンの 中 心 から 音 源 までの 水 平 距 離 dと、 音 源 の 高 さhを 用 いて(3)で 表 される。= sin⎧cτ ncτ+ ⎫n/ l⎨ ⋅ ⎬2 2⎩ M d + h ⎭φ (3)−1 2ただし、l は 音 源 からマイクロホンまでの 距 離 のうち 小 さい 方 の 値 で、2 22l = h + d(d − M sinθ ) + M / 4 (4)で 表 される。 人 間 とロボットの 対 話 において、h、d、l は 数 メートルであるのに 対 し、cτ n 、M は 高 々 数 センチメートルである。この 事 実 に 基 づいて、(4)は 次式 で 近 似 することができる。l +2 2 2≈ h d(5)同 様 の 近 似 及 び(5)を(3)に 適 用 すると、−1⎧cτ⎫φ = sin n⎨ ⎬⎩ M ⎭(6)を 得 る。 音 声 の 到 来 方 向 θは、(6)のφを 用 いて、(7)Figure. 5: 音 源 の 高 さと 到 来 方 向π−2左X前Z後YFigure. 6: マイク 配 置で 求 めることができる。⎛ 2 2 ⎞−1⎜d + hθ = sinsinφ ⎟⎜⎟⎝d⎠3.3. 前 後 方 向 の 決 定右π22 つのマイクロホンを 用 いた 方 向 推 定 では、マイクロホンを 結 ぶ 直 線 に 関 して 対 称 な 2 つの 方 向 ( 前後 方 向 )を 区 別 できない。そのため、PaPeRo では、Fig. 6 に 示 すように 配 置 した 3 つのマイクロホンを使 って、 前 後 方 向 を 決 定 する。 図 において、XZ=YZ=M short 、XY=M long 、∠ZXY=∠ZYX=γとする。また、φ PQ はマイクロホン P 及 び Q によって 得 られた 推 定 方 向 を 表 し、-π/2≦φ≦π/2 とする。前 後 方 向 決 定 は、 方 向 推 定 精 度 に 関 する 以 下 の 2つの 性 質 に 基 づいて 行 う。(a) 方 向 推 定 分 解 能 は、マイクロホン 間 隔 が 大 きいほど 向 上 する(b) 方 向 推 定 精 度 は、φが±π/2 に 近 づくほど 低 下するこれらの 特 徴 を 考 慮 して、φ XY を 主 推 定 方 向 、φ XZ 、φ YZ を 補 助 推 定 方 向 として 用 いる。 前 後 方 向 の 決 定は、 例 えば-π/2