CN100593351C - 阵列装置以及便携式终端 - Google Patents

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Abstract

由扩音器(1、2)的输出，第一电路(6)生成具有使从目标声源(11)的方向到来的信号通过的第一指向性的信号，第二电路(8)生成具有相反的遮断的第二指向性的信号，并将这些信号输出到第三电路(10)。此处，设置2个扩音器(1、2)，使得扬声器等噪声源(12)等不位于第二指向性的零的位置，在第二电路(8)的输出中，遮断从目标声源(11)的方向到来的信号，通过从噪声源(12)的方向到来的信号。第三电路(10)输出通过校正第一电路的输出来增强从目标声源(11)的方向来的信号、抑制从噪声源(12)的方向来的信号的信号。

Description

阵列装置以及便携式终端
技术领域
本发明涉及利用多个传感器对信号进行空间选择性接收的阵列装置，特别是传感器的最佳配置技术。
背景技术
阵列装置一般被用在取得声音信号、声纳、无线通信等领域，用于从多个信号源中仅仅接收目的信号。取得声音信号时用扩音器、声纳时用超声波传感器、无线通信时用天线作为传感器。以下以将扩音器作为传感器的扩音器阵列为例进行说明。
扩音器阵列将多个扩音器设置在空间上不同的位置上，利用由于传播路径的不同而产生的相位差等空间信息，进行信号处理，由此实现信号分离或噪声去除等。信号处理的基础是利用传播延迟时间差的波束形成(指向性控制)。
参照图38以2个扩音器的情形为例，对波束形成的基本原理进行说明。将2个特性完全相等的全指向性扩音器以间隔d设置，考虑平面波对其从方向θ到来的情形。该平面波在各扩音器中仅以dsinθ的路径差被作为传播延迟时间不同的信号接收。在作为进行波束形成的装置的波束形成器中，为了补偿与从某方向θ0到来的信号相关的传播延迟，仅仅将一个扩音器信号延迟δ＝dsinθ0/c(c是声速)，将其输出信号与另一个扩音器的扩音器信号相加或相减。
在加法器的输入中，从方向θ0来的信号的相位一致。因此，在加法器的输出中从方向θ0到来的信号被增强。另一方面，由于从θ0以外的方向到来的信号相互相位不一致，不会像从θ0到来的信号那样被增强。其结果，使用加法器输出的波束形成器形成在θ0上具有波束(Beam：灵敏度特别高的方向)的指向性。与此相对照，在减法器中，从方向θ0到来的信号被完全取消。因此，利用减法器输出的波束形成器形成在θ0上具有零(Null：灵敏度特别低的方向)的指向性。
只进行这样的延迟和加法的波束形成器称为延迟和波束形成器。并且，将波束方向的控制称为波束控制(beam steering)，将零方向的控制称为零控制(null steering)。通过将波束引导到目标信号方向，将零引导到无用信号方向，能够增强目标信号、抑制无用信号。
以上以仅由2个扩音器和延迟器、加减法器构成的最简单结构的波束形成器为例进行说明，当然，增加扩音器个数，不仅利用延迟器，就是利用一般的滤波器也能实现高性能。因为利用多个扩音器使得空间的自由度增加，容易得到灵敏的指向性。另外，因为通过采用滤波器能够改变频率和指向性的关系。
在对波束形成迄今的研究中，基于线性信号处理的方法较多。在利用线性处理的波束形成中，大体可分为固定型和适应型2种。前者被称为固定波束形成，后者被称为自适应波束形成。
固定波束形成是仅根据信号到来的方向等事前信息设计的波束形成，相对计算量少，容易实现。即使在多个信号到来的方向的情况下，只要预备与信号到来的方向相对应数量的滤波器系数，进行切换等，比较容易控制。决定空间分离能力的波束的灵敏程度基本上由阵列的大小和波长的关系控制。为了超过该基本界限，提出了被称为超指向性(Super Directivity)的方法，不仅对波束，也设法对零进行配置。
自适应波束形成是与波束控制相比主要控制零的技术，通过适应性地将零面向噪声源的方向而除去噪声。与固定波束形成相比，具有即使阵列大小小、或者扩音器数少的情况下，也有很高的噪声去除性能的特征。但是，在目标音到来的方向有误差等情况下，有可能将目标音与噪声一起去除。由于实施该对策相对于误差等性能稳定(robust)，因此被称作鲁棒自适应波束形成。例如提出了在一般的旁瓣消除器的阻塞矩阵(ブロッキング行列)中，通过利用将固定波束形成器输出作为输入信号的tap系数拘束自适应滤波器，而能由自适应滤波器吸收各种误差影响(例如，参照宝珠山、外1名、《ブロッキング行列にタップ係数拘束適応フィルタを用ぃたロバスト適応ビ一ムフォ一マ》、信学技报、社团法人电子信息通信学会、1995年1月、CS94-189，DSP94-111、p85-92。以下称为文献1)；通过将由波束形成器的滤波器形成的指向性的倾斜方向推断为声源方向，即使在信道数少至2ch的情况下也能追踪声源，将目的方向的容许误差变大(例如，参照永田仁史、外1名、《2chビ一ムフォ一マにょる雑音抑压処理に関する検討》、日本音响学会演讲论文集、平成9年3月、2-P-19、p611-612。以下称为文献2)等。
在扩音器阵列中，如上所述由于扩音器的个数越多，空间的自由度也增加，因此性能提高。但是，由于不仅仅增加扩音器本身，扩音器放大器、布线、AD转换器等也增加，因此成本会增加。另外，对于携带电话等实际应用的装置，很多情况下因空间上的制约能够设置的扩音器个数自然被限制。由此，怎样利用少数扩音器实现良好性能的扩音器阵列就成为阵列装置实用化面临的问题之一。
以利用少数扩音器使分离信号、去除噪声等性能提高为目标的现有的研究，其中大多数是利用改良信号处理算法。上述文献1、2也是其中一例。这样的信号处理算法今后也会是重要的研究课题，但是对扩音器的设置构造的研究也是同等重要的。其原因是，由于当扩音器少时，特别是最少为2个时，空间的自由度非常小，不能得到灵敏的空间分离能力，要提高对目标声源的方向的灵敏度，则对目标声源以外的方向的灵敏度也提高，仅改良信号处理算法很难确保充分的性能。然而，现在的状况是，既没有考虑到信号处理算法的界限、通过扩音器的设置结构来实现性能的提高的现有技术，也没有通过对扩音器的设置构造来实现性能的提高的研究。
本发明鉴于以上问题，其目的是提供一种通过传感器的设置构造来实现分离信号、去除噪声等性能的提高的阵列装置。
发明内容
本发明的阵列装置，具有：多个传感器，用于检测目标信号源的信号；至少一个噪声源；第一电路，输入所述多个传感器的输出信号，生成具有使从所述目标信号源的方向到来的信号通过的第一指向性的信号；第二电路，输入所述多个传感器的输出信号，生成具有将从所述目标信号源的方向到来的信号遮断的第二指向性的信号；第三电路，通过利用所述第一电路的输出信号和所述第二电路的输出信号校正第一电路的输出信号，加强从所述目标信号源的方向到来的信号，其特征在于，配置所述多个传感器，使得所述噪声源不位于利用所述多个传感器的位置和所述目标信号源的方向(目标信号到来的方向)算出的所述第二指向性的零的位置。更为具体的说，具有以下的结构。
在第一阵列装置中，所述传感器为2个，配置所述2个传感器，使得所述噪声源不位于以该2个传感器的连线为轴、并使从该连线的中点向所述目标信号源的方向延伸的半直线旋转而得到的圆锥面的附近的位置。
在第二阵列装置中，所述传感器为3个或3个以上，配置所述3个或3个以上传感器，使得所述噪声源不位于以其中任意2个传感器为定点、并包括所述目标信号源的位置的所有双曲面的附近的位置。
在第三阵列装置中，所述传感器为2个，配置所述2个传感器，使得所述噪声源不位于以该2个传感器为定点、并包括所述目标信号源的位置的双曲面的附近的位置。
在第四阵列装置中，所述传感器为3个或3个以上，配置所述3个或3个以上传感器，使得所述噪声源不位于以任意2个传感器的连线为轴、并从该连线的中点向所述目标信号源的方向延伸的半直线绕轴旋转而成的全部圆锥面的附近的位置。
另外，本发明的便携式终端是具有阵列装置的携带电话或便携式计算机等的便携式终端，该阵列装置具有：多个传感器，用于检测目标信号源的信号；至少一个噪声源；第一电路，输入所述多个传感器的输出信号，生成具有使从所述目标信号源的方向到来的信号通过的第一指向性的信号；第二电路，输入所述多个传感器的输出信号，生成具有将从所述目标信号源的方向到来的信号遮断的第二指向性的信号；第三电路，通过利用所述第一电路的输出信号和所述第二电路的输出信号校正第一电路的输出信号，加强从所述目标信号源的方向到来的信号，其特征在于，配置所述多个传感器，使得所述噪声源不位于利用所述多个传感器的位置和所述目标信号源的方向算出的所述第二指向性的零的位置，所述传感器是接收送话声音的声音传感器，所述噪声源是输出受话声音的声音输出器。
在本发明的阵列装置中，利用第一电路，输入多个传感器的输出信号，生成具有从所述目标信号源的方向到来的信号通过的第一指向性的信号，利用第二电路，输入多个传感器的输出信号，生成具有将从所述目标信号源的方向到来的信号遮断的第二指向性的信号，利用第三电路，通过利用所述第一电路的输出信号和所述第二电路的输出信号校正第一电路的输出信号，加强从所述目标信号源的方向到来的信号。即，仅利用第一电路不能直接生成具有使从目标信号源的方向到来的信号通过的灵敏的指向性的信号，因此利用第二电路另外生成具有将从目标信号源的方向到来的信号遮断的(即在目标信号源的方向具有零)第二指向性的信号，利用该第二电路的输出信号校正第一电路的输出信号。此处，在本发明中，由于设置多个传感器使噪声源不位于第二指向性的零的位置，因此在第二电路的输出信号中遮断从目标信号源的方向到来的信号，同时使从噪声源方向到来的信号通过。因此，利用第三电路，通过进行从第一电路的输出信号减去第二电路的输出信号等的校正处理，充分地抑制从噪声源方向到来的信号，可以从目标信号源的方向到来的信号生成已加强的信号。
附图说明
图1是应用本发明的扩音器阵列的一例的框图。
图2是本发明的原理说明图。
图3是本发明的原理说明图。
图4是本发明的原理说明图。
图5是本发明的原理说明图。
图6是本发明的原理说明图。
图7是应用本发明的一个具体例，即折叠式携带电话的外观透视图。
图8是手持使用携带电话时说话者的嘴与携带电话的位置关系说明图。
图9是以免提使用携带电话时说话者的嘴与携带电话的位置关系说明图。
图10是应用本发明的一个具体例，即折叠式携带电话的外观透视图。
图11是手持使用作为本发明的一个具体例的折叠式携带电话时的圆锥面、第二指向性和最终指向性的示意图。
图12是手持使用作为本发明的一个具体例的折叠式携带电话时的圆锥面、第二指向性和最终指向性的示意图。
图13是以免提使用作为本发明的一个具体例的折叠式携带电话时的圆锥面、第二指向性和最终指向性的示意图。
图14是表示在上侧框体的表面上部具有扬声器的折叠式携带电话中，在下侧框体的表面设置2个扩音器的情况下适当的例子的示意图。
图15是表示在上侧框体的表面上部具有扬声器的折叠式携带电话中，在下侧框体的表面设置2个扩音器的情况下适当的例子的示意图。
图16是表示在上侧框体的表面上部具有扬声器的折叠式携带电话中，在下侧框体的表面设置2个扩音器的情况下适当的例子的示意图。
图17是表示在上侧框体的表面上部具有扬声器的折叠式携带电话中，在下侧框体的表面设置2个扩音器的情况下不适当的例子的示意图。
图18是表示在上侧框体的表面上部具有扬声器的折叠式携带电话中，在上侧框体和下侧框体的表面分别设置扩音器的情况下适当的例子的示意图。
图19是表示在上侧框体的表面上部具有扬声器的折叠式携带电话中，在上侧框体和下侧框体的表面分别设置扩音器的情况下适当的例子的示意图。
图20是表示在上侧框体的表面上部具有扬声器的折叠式携带电话中，在上侧框体和下侧框体的表面分别设置扩音器的情况下适当的例子的示意图。
图21是表示在上侧框体的表面上部具有扬声器的折叠式携带电话中，在上侧框体的表面和下侧框体的背面分别设置扩音器的情况下适当的例子的示意图。
图22是表示在上侧框体的表面上部具有扬声器的折叠式携带电话中，在上侧框体的表面和下侧框体的背面分别设置扩音器的情况下适当的例子的示意图。
图23是表示在上侧框体的表面上部具有扬声器的折叠式携带电话中，在上侧框体的表面和下侧框体的背面分别设置扩音器的情况下适当的例子的示意图。
图24是表示在上侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图25是表示在上侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图26是表示在上侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图27是表示在上侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图28是表示在上侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图29是表示在上侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图30是表示在上侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图31是表示在上侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图32是表示在上侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图33是表示在上侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图34是表示在下侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图35是表示在下侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图36是表示在下侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图37是表示在下侧框体的背面具有扬声器的折叠式携带电话中，设置2个扩音器的适当的例子的示意图。
图38是波束形成的基本原理的说明图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
参照图1，应用本发明的扩音器阵列的一例由以下构成：2个扩音器1、2，用于接收目标声源11的声音信号；噪声源12；第一电路6，输入扩音器1、2的输出信号3、4，生成具有使从目标声源11的方向到来的信号通过的第一指向性的信号5；第二电路8，输入扩音器1、2的输出信号3、4，生成具有将从目标声源11到来的信号遮断的第二指向性的信号7；和第三电路10，输入第一电路6的输出信号5和第二电路8的输出信号7，输出通过校正第一电路6的输出信号5来加强从目标声源11的方向到来的信号的信号9。此处，目标声源11和噪声源12的位置是已知的，从目标声源11和噪声源12到来的信号方向都是大致固定的。
第一电路6、第二电路8以及第三电路10可以使用与现有的扩音器阵列中所用的基本相同的元件。例如，第一电路6可以利用延迟和叠加波束形成器、滤波和波束形成器等固定波束形成器来实现，该延迟和叠加波束形成器将扩音器1、2的输出信号3、4分别延迟相加，滤波和波束形成器将扩音器1、2的输出信号3、4分别滤波相加。另外，第二电路8可以利用例如阻塞矩阵来实现，输入扩音器1、2的输出信号，利用自适应信号处理，衰减目标声源11的信号，生成加强了目标信号以外的信号即噪声源12的信号的信号群。并且，第三电路10例如可以利用多输入消除器来实现，接收构成第一电路6的固定波束形成器的输出信号5和构成第二电路8的阻塞矩阵的输出信号群，从延迟了的固定波束形成器的输出的信号中去除与阻塞矩阵的输出信号群相关的成分。对于这些固定波束形成器、阻塞矩阵以及多输入消除器的详细结构，在例如专利第3216704号中有记载。
本实施方式的扩音器阵列的特征是，在利用扩音器1、2的位置和目标声源11的方向(目标信号到来的方向)计算出的第二电路8的第二指向性的零的位置，以使噪声源12不位于此处的方式设置扩音器1、2。以下以这一点为中心说明本发明的原理。
由于第二电路8的目的是生成具有将从目标声源11的方向到来的信号遮断的第二指向性的信号7，因此基于扩音器1、2的位置和目标声源11的方向(目标信号到来的方向)生成可以使零位于目标声源11的方向的第二指向性。此时，当噪声源12位于生成的第二指向性的零的位置时，得不到使得来自噪声源12的信号充分通过的信号7，其结果，在第三电路10得不到将噪声源12的信号充分抑制的信号9。
一般来说，由于将2个扩音器1、2作为定点，在包括目标声源11的位置的双曲面的附近的位置，声波传播路径的差变得与目标声源11相同，因此对2个扩音器1、2的输出信号3、4进行信号处理，加强目标声源11的信号时同样地对其进行加强，相反地，抑制目标声源11的信号时同样地对其进行抑制。因此，在以噪声源12位于所述双曲面附近的位置的方式设置2个扩音器1、2时，在第二电路8中，如果生成可以使零位于目标声源11的方向的第二指向性，噪声源12就位于零的位置。因此，需要以使噪声源12不位于所述双曲面附近的位置的方式设置2个扩音器1、2。
如果目标声源11和噪声源12距离2个扩音器1、2足够远，则能够利用该双曲面的渐近面即圆锥面近似地代替所述双曲面。该圆锥面是以2个扩音器1、2的连线为轴，使从该连线中点向目标声源11的方向延伸的半直线旋转而得到的圆锥面。以下利用该圆锥面，参照附图说明本发明的原理。另外，以下的说明利用了指向性的图，但本发明的原理说明中重要的是指向性的零和波束向着哪个方向，因此，将指向性的图简化，零的锐度(粗细)和波束的锐度(粗细)并没有正确地表示实际的指向性。
现在，如图2所示，假定目标声源11和噪声源12位于某已知位置的情形。例如将2个扩音器1、2如图2所示设置的情况下，以2个扩音器1、2的连线为轴，使从该连线中点向目标声源11的方向延伸的半直线旋转而得到的圆锥面用标号101表示，噪声源12位于圆锥面101附近。标号102表示第二电路8生成的第二指向性的例子，使零指向目标声源11的方向，而遮断来自目标声源12的信号。但是，2个扩音器1、2形成的指向性必然以扩音器1和扩音器2的连线为轴旋转对称，从平面来看，如图2所示关于旋转轴线对称。图2的扩音器设置中，由于噪声源12位于圆锥面101的附近，因此噪声源12也位于第二指向性102的零的位置，第二电路8的输出信号7中，不仅是目标声源11的信号被遮断，噪声源12的信号也被遮断。其结果，最终指向性(第三电路10的输出电路9的指向性)例如如标号103所示，噪声去除性能降低。
对此，例如将2个扩音器1、2如图3所示设置的情况下，圆锥面用标号111表示，噪声源12不位于圆锥面111的附近的位置。因此，例如在第二电路8中生成使零能够位于目标电源11的方向的如标号112所示的第二指向性时，由于噪声源12没有位于零的位置，因此能够遮断来自目标声源11的信号，能够使来自噪声源12的信号通过。其结果，最终指向性如标号113所示，能够得到充分的噪声去除功能。
图3不过表示了扩音器1、2适当的设置的例子之一。重点是噪声源12不设置在所述圆锥面附近即可。例如也可以如图4所示，在目标声源11和噪声源12之间，以使噪声源12不位于圆锥面121的附近的方式设置2个扩音器1、2。此时，如果使第二指向性如标号122所示，则最终指向性如标号123所示。另外，如图5所示，当以使目标声源12位于扩音器1、2连线的延长线上的方式设置扩音器1、2时，由于圆锥面131为半直线，则噪声源12不在该半直线的附近即可。此时，第二指向性例如如标号132所示。另外，如图6所示，当以使目标声源11位于扩音器1、2的连线的垂直等分线的方式设置扩音器1、2时，由于圆锥面141变成圆盘，则噪声源12不在圆盘附近即可。此时，第二指向性例如如标号142所示，最终指向性例如如标号143所示。
以上利用圆锥面说明了本发明的原理，但象当2个扩音器1、2之间存在着噪声源12这样目标声源11和噪声源12没有充分离开2个扩音器1、2时，不是利用圆锥面，而是需要如上所述利用将2个扩音器1、2作为定点、包括目标声源11的位置的双曲面来进行考虑。即，需要以噪声源12不位于双曲面附近的位置的方式设置扩音器1、2。
另外，以上都是关于利用2个扩音器的扩音器阵列应用本发明，对于利用3个以上的n个扩音器的扩音器阵列也可以应用本发明。
利用n个扩音器的扩音器阵列的情况下，将其中任意两个扩音器作为定点，共能做出nC2个包括目标声源11的位置的双曲面。由于每任意2个扩音器都能生成第二指向性，即使噪声源12位于1个、2个、……nC2-1个双曲面附近，如果其位置不在其他双曲面附近，则噪声源12的信号就会出现在形成该其他双曲面的2个扩音器的输出信号中。即，一般来说，利用n个扩音器的扩音器阵列的情况下，以使噪声源12不位于所有的任意2个扩音器为定点、包括目标声源11的位置的双曲面附近的位置的方式设置所述n个扩音器即可。另外，能够近似为圆锥面的情况下，以使噪声源12不位于所有的圆锥面附近的位置的方式设置所述n个扩音器，其中圆锥面是以n个扩音器中的任意两个扩音器的连线为轴，使从该连线中点向目标声源11的方向延伸的半直线沿轴旋转而得到的。
以下对于将上述实施方式中的扩音器阵列应用于携带电话的具体例进行说明。在本具体例中，目标声源11相当于说话者的嘴，利用扩音器1、2接收送话声音。另外，噪声源12相当于输出受话声音的扬声器(受话器)。
参照图7，本发明的一个具体例即携带电话201，是将上侧框体202和下侧框体203通过转轴204自由折叠地结合的折叠式携带电话。在上侧框体202中，在折叠状态下与下侧框体203相对的面的表面上，从距离转轴204近的地方开始顺次设置有显示部205、扬声器(受话器)206。另外，在下侧框体203中，在折叠状态下与上侧框体202相对的面的表面上设置有操作部207。本具体例的目的是通过将图1的2个扩音器1、2设置在这种形状的携带电话201的适当位置上，在作为普通电话的用法的手持和免提的任一情况或两种情况下，都能提高携带电话201的收音性能。
一般地，用户在手持使用携带电话201与通话对象谈话时，将耳朵贴在扬声206上。因此，携带电话201的上侧框体202的端部210的位置大致固定。另一方面，携带电话201的下侧框体203的端部211的位置根据用户个人手持携带电话的习惯不同而变化，但也在一定的范围内。图8的示意图表示右手拿着携带电话201，右耳贴在扬声器206上与通话对象谈话时，携带电话201的不同的姿势的样态。样态301表示手持使携带电话201的端部211距脖子近时的姿势，样态302是相反地手持使端部211距鼻子近时的姿态。另外，点划线303表示姿势从样态301变化到样态302、或者沿其反方向变化时携带电话201的端部211的轨迹。一般地，端部211沿着以贴在耳朵上的扬声器206为中心，以从扬声器206到端部211的距离为半径的球面运动。
在手持这样的携带电话201使用时，虽然携带电话201的姿势会在某种程度上变化，但其变化范围已被限定，因此携带电话的形状和扬声器206的位置一旦被固定，作为噪声源12的说话者的嘴的位置也基本固定。因此，基于说话者的嘴和扬声器206的位置，决定2个扩音器1、2的设置位置，由此提高手持时的携带电话201的收音性能。
另一方面，增大扬声器206的音量，将携带电话201作为免提电话使用时，嘴的大概位置不能像手持时那样严格确定，但也能大概确定。其理由是，看着画面谈话，或者当上侧框体202的背面装有照相机时看着照相机谈话等，携带电话201与说话者的嘴的位置关系在一定程度上是确定的。最为典型的是电视电话。在具有电视电话功能的携带电话的情况下，显示部205被用作显示通话对象的脸等的电视画面，如图9所示，用户将携带电话201的显示部205放在脸的正面，利用免提功能看着对方的脸谈话。这种情况下说话者的嘴的位置是大致确定的。
对于如图7所示的携带电话201，图10表示了手持和免提二者都适用的扩音器的设置例。该例中，在携带电话201的下侧框体203的表面的操作部207和转轴204之间设置第一扩音器209，在操作部207和端部211之间设置第二扩音器208。即，将与转轴204的长度方向垂直的方向设为纵方向时，2个扩音器208、209沿纵方向设置。另外，在该例中，2个扩音器208、209和扬声器206的各自的中心位于同一面上。
图11至13示意地表示了当如图10所示设置2个扩音器208、209时，圆锥面、第二指向性以及最终指向性在手持和免提时是怎样的，其中圆锥面是以2个扩音器208、209的连线为轴，使从该连线中点向目标声源11即说话者的嘴的方向延伸的半直线绕轴旋转而成。图11和图12表示将携带电话201如图8所示手持使用的状态，图11表示从侧面看说话者的脸部时的状态，图12表示从正面看说话者的脸部时的状态。另外，图13表示将携带电话201如图9所示免提使用的状态。在图11至图13中，标号313是以2个扩音器108、209的连线为轴，使从该连线的中点向说话者的嘴的方向延伸的半直线绕轴旋转而成的圆锥面。手持和免提时，噪声源12即扬声器206都不位于圆锥面311的附近。
因此，在内置于携带电话201的图1的电路群中的第二电路8中，生成可以使零的位置位于说话者的嘴的方向的如图11至图13的标号312所例示的第二指向性时，扬声器206位于零以外的位置。此时由第三电路10得到的最终指向性变成如图11至图13的标号313所示，近似于以扩音器201、209的连线为轴旋转对称的形状。因此，如图8所示手持使用时携带电话201的姿势变化，即使携带电话201的端部211在轨迹314(与图8的轨迹211同样的轨迹)上移动，从图11和图12的指向性312的零方向和指向性313的波束方向可以看出，总是能够维持对于说话者声音的高灵敏度。另外，增大扬声器206的音量作为免提电话使用的情况下，从图13的指向性312的零方向和指向性313的波束方向可以看出，能够抑制扬声器206的声音，以高灵敏度对说话者的声音进行接收。
根据图10的具体例的扩音器设置，将携带电话201手持或免提使用的情况下都能得到很高的收音性能。
对于图7所示的携带电话201在手持和免提两种情况下都能提高收音性能的扩音器设置并不限于图10的具体例。例如，在图10的具体例中，2个扩音器208、209在下侧框体203的表面上长距离纵向排列，但如图14所示将2个扩音器208、209在下侧框体203的表面短距离纵向设置也可以，如图15所示将2个扩音器208、209在下侧框体203的表面长距离斜向设置，或如图16所示短距离斜向设置也可以。但是，一般扩音器信号间的相位差越大越容易进行信号分离，因此扩音器208、209间距离大的图10和图15在性能上有利。另外，如图15、图16所示，扩音器208、209的设置左右不对称的情况下，如果以左手拿携带电话为前提设计指向性，那么右手拿时由于手的遮挡会降低扩音器209的灵敏度，相反地，如果以右手拿为前提设计指向性，那么左手拿时的灵敏度会降低，因此，为了不使扩音器被手遮挡，如图10、图14所示在左右对称的位置上设置2个扩音器208、209在性能上有利。
对此，不优选如图17所示的将2个扩音器208、209横向排列设置。其理由是：在图8说明的携带电话201通常的姿势的范围的一部分中，扬声器206位于以扩音器208、209的连线为轴，使从该连线中点向说话者的嘴的方向延伸的半直线绕轴旋转而得到的圆锥面或圆盘附近。
在图10及图14、图15、图16、图17的具体例中，将2个扩音器208、209设置在下侧框体203的表面，但在下侧框体203的表面和上侧框体202的表面分别各设置一个扩音器也可以。此时的设置例如图18、图19和图20所示。在图18中，将一个扩音器208与图10同样地设置在下侧框体203的端部211的附近，将另一个扩音器209设置在上侧框体202上距离转轴204近的位置(显示部205的下侧)，由此扩音器208、209间的距离与图10相比变大了。在图18中，扩音器208、209纵向排列，但如图19所示斜向设置也可以，如图20所示通过将扩音器209设置在扬声器206的附近，增大扩音器间的距离也可以。
在图10、图14、图15、图16、图17及图18、图19、图20的各具体例中，将2个扩音器208、209设置在下侧框体203、上侧框体202的表面，但将任意一个设置在下侧框体203或上侧框体202的背面也可以。图21、图22和图23示例了这种情况。在图21中，将一个扩音器208与图10同样地设置在下侧框体203的端部211附近，将另一个扩音器209设置在上侧框体202的背面靠近端部210附近(距离转轴204远的位置)。另外，在图22中，将一个扩音器208设置在下侧框体203的表面中端部21的附近，在该扩音器208正好内侧的位置设置另一个扩音器209。当然，也可以不在扩音器208的正好内侧，而在其他位置，例如图23所示距转轴204近的位置设置另一个扩音器209。
另外，如图21、图22和图23所示，将2个扩音器中的一个设置在携带电话的表面，另一个设置在背面时，即使使用特性完全相等的全指向性的扩音器也会经常产生相位误差。因此，优选使用例如文献1记载的技术进行校准。
图10、图14至图23的具体例对于能够提高手持和免提二者收音功能的扩音器设置进行了说明。但是，在具有电视电话功能的携带电话等的情况下，也要考虑经常免提使用的携带电话或为了免提而设置其他扬声器的携带电话。此时，扬声器206能够设置在携带电话的任意位置。本发明也可以适用于将扬声器206设置在上侧框体202的表面上部以外的位置的携带电话。以下对能够提高在免提时的收音性能的扩音器设置的具体例进行说明。
从图24至图33表示了适用于将扬声器206设置在上侧框体202的背面的携带电话的扩音器的设置例。图24～图27分别与图10、图14～图16同样，将2个扩音器208、209设置在下侧框体203的表面。并且，图28～图30分别与图18～图20同样，在下侧框体203的表面和上侧框体202的表面分别各设置一个扩音器。并且图31～图33分别与图21～图23同样，将任意一个扩音器设置在下侧框体203或上侧框体202的背面。
另外，从图34至图37表示了适用于将扬声器206设置在下侧框体203的背面的携带电话的扩音器的设置例。图34与图14同样，是将2个扩音器208、209设置在下侧框体203的表面的一例。图35、图36和图22、图23同样，是分别将一个扩音器208设置在下侧框体203的表面，将另一个扩音器209设置在下侧框体203的背面的一例。图37和图21同样，是分别将一个扩音器208设置在下侧框体203的表面，将另一个扩音器209设置在上侧框体202的表面的一例。
在上述具体例中，对于将扬声器分别设置在上侧框体202的表面、背面、下侧框体203的背面的折叠式携带电话应用本发明时的扩音器的设置例进行了说明，但扬声器的设置、扩音器的设置并不限于上述例，重点是以使得扬声器206不位于以2个扩音器208、209的连线为轴并使从该连线中点向说话者的嘴的方向延伸的半直线绕轴旋转而成的圆锥面附近的位置的方式，设置2个扩音器208、209。更正确的是，以使得扬声器206不位于以2个扩音器208、209为定点并包括说话者嘴的位置的双曲面附近的位置的方式，设置2个扩音器208、209。
在以上具体例中，对于应用本发明的折叠式携带电话的例子进行了说明，但本发明同样可以适用于直板型携带电话中的扩音器阵列。并且，本发明也可以适用于携带电话之外的便携式终端，例如便携式计算机中的扩音器阵列。本发明不仅适用于电话这样的通话，也适用于用于声音识别、说话者识别或音种辨别等的输入的收音用扩音器阵列。虽然只考虑了将通话对象的声音作为噪声源输出的扬声器，但也适用于汽车中的车载立体声收音机等、考虑其他噪声源的扩音器设置。并且，同样适用于声纳、无线通信等的阵列装置。
另外，以波束形成为前提说明了本发明的实施方式和具体例，但不限于波束形成，对于利用频谱减少(spectrum subtraction)(例如Michael Brandstein、Darren Ward的文献《Microphone Arrays：SignalProcessing Techniques and Applications》，Springer-Verlog，2001年所述的后滤波器)等非线性手法的情形，由于空间关系相同，因此也能应用本发明。
根据以上说明的本发明，通过传感器的设置结构，可以提供一种能够提高信号分离、去除噪声等性能的扩音器阵列等阵列装置。

Claims (27)

1.一种阵列装置，具有：多个传感器，用于检测目标信号源的信号；至少一个噪声源；第一电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有使从所述目标信号源的方向到来的信号通过的第一指向性的信号；第二电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有将从所述目标信号源的方向到来的信号抑制的第二指向性的信号；第三电路，通过利用所述第一电路的输出信号和所述第二电路的输出信号校正第一电路的输出信号，加强从所述目标信号源的方向到来的信号，其特征在于，
所述传感器为2个，配置所述2个传感器，使得所述噪声源不位于以该2个传感器为定点、并包括所述目标信号源的位置的双曲面附近的位置。
2.一种阵列装置，具有：多个传感器，用于检测目标信号源的信号；至少一个噪声源；第一电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有使从所述目标信号源的方向到来的信号通过的第一指向性的信号；第二电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有将从所述目标信号源的方向到来的信号抑制的第二指向性的信号；第三电路，通过利用所述第一电路的输出信号和所述第二电路的输出信号校正第一电路的输出信号，加强从所述目标信号源的方向到来的信号，其特征在于，
所述传感器为3个或3个以上，配置所述3个或3个以上传感器，使得所述噪声源不位于以其中任意2个传感器为定点、并包括所述目标信号源的位置的所有双曲面的附近的位置。
3.一种阵列装置，具有：多个传感器，用于检测目标信号源的信号；至少一个噪声源；第一电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有使从所述目标信号源的方向到来的信号通过的第一指向性的信号；第二电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有将从所述目标信号源的方向到来的信号抑制的第二指向性的信号；第三电路，通过利用所述第一电路的输出信号和所述第二电路的输出信号校正第一电路的输出信号，加强从所述目标信号源的方向到来的信号，其特征在于，
所述传感器为2个，配置所述2个传感器，使得所述噪声源不位于以该2个传感器的连线为轴、并使从该连线的中点向所述目标信号源的方向延伸的半直线旋转而成的圆锥面的附近的位置。
4.一种阵列装置，具有：多个传感器，用于检测目标信号源的信号；至少一个噪声源；第一电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有使从所述目标信号源的方向到来的信号通过的第一指向性的信号；第二电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有将从所述目标信号源的方向到来的信号抑制的第二指向性的信号；第三电路，通过利用所述第一电路的输出信号和所述第二电路的输出信号校正第一电路的输出信号，加强从所述目标信号源的方向到来的信号，其特征在于，
所述传感器为3个或3个以上，配置所述3个或3个以上传感器，使得所述噪声源不位于以任意2个传感器的连线为轴、并从该连线的中点向所述目标信号源的方向延伸的半直线旋转而成的所有圆锥面的附近的位置。
5.一种便携式终端，具有阵列装置，该阵列装置具有：多个传感器，用于检测目标信号源的信号；至少一个噪声源；第一电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有使从所述目标信号源的方向到来的信号通过的第一指向性的信号；第二电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有将从所述目标信号源的方向到来的信号抑制的第二指向性的信号；第三电路，通过利用所述第一电路的输出信号和所述第二电路的输出信号校正第一电路的输出信号，加强从所述目标信号源的方向到来的信号，其特征在于，
所述传感器为2个，配置所述2个传感器，使得所述噪声源不位于以该2个传感器为定点、并包括所述目标信号源的位置的双曲面附近的位置，
所述传感器是接收送话声音的声音传感器，所述噪声源是输出受话声音的声音输出器。
6.一种便携式终端，具有阵列装置，该阵列装置具有：多个传感器，用于检测目标信号源的信号；至少一个噪声源；第一电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有使从所述目标信号源的方向到来的信号通过的第一指向性的信号；第二电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有将从所述目标信号源的方向到来的信号抑制的第二指向性的信号；第三电路，通过利用所述第一电路的输出信号和所述第二电路的输出信号校正第一电路的输出信号，加强从所述目标信号源的方向到来的信号，其特征在于，
所述传感器为3个或3个以上，配置所述3个或3个以上传感器，使得所述噪声源不位于以其中任意2个传感器为定点、并包括所述目标信号源的位置的所有双曲面的附近的位置，
所述传感器是接收送话声音的声音传感器，所述噪声源是输出受话声音的声音输出器。
7.一种便携式终端，具有阵列装置，该阵列装置具有：多个传感器，用于检测目标信号源的信号；至少一个噪声源；第一电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有使从所述目标信号源的方向到来的信号通过的第一指向性的信号；第二电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有将从所述目标信号源的方向到来的信号抑制的第二指向性的信号；第三电路，通过利用所述第一电路的输出信号和所述第二电路的输出信号校正第一电路的输出信号，加强从所述目标信号源的方向到来的信号，其特征在于，
所述传感器为2个，配置所述2个传感器，使得所述噪声源不位于以该2个传感器的连线为轴、并使从该连线的中点向所述目标信号源的方向延伸的半直线旋转而成的圆锥面的附近的位置，
所述传感器是接收送话声音的声音传感器，所述噪声源是输出受话声音的声音输出器。
8.一种便携式终端，具有阵列装置，该阵列装置具有：多个传感器，用于检测目标信号源的信号；至少一个噪声源；第一电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有使从所述目标信号源的方向到来的信号通过的第一指向性的信号；第二电路，由所述多个传感器的输出信号，生成具有将从所述目标信号源的方向到来的信号抑制的第二指向性的信号；第三电路，通过利用所述第一电路的输出信号和所述第二电路的输出信号校正第一电路的输出信号，加强从所述目标信号源的方向到来的信号，其特征在于，
所述传感器为3个或3个以上，配置所述3个或3个以上传感器，使得所述噪声源不位于以任意2个传感器的连线为轴、并从该连线的中点向所述目标信号源的方向延伸的半直线旋转而成的所有圆锥面的附近的位置，
所述传感器是接收送话声音的声音传感器，所述噪声源是输出受话声音的声音输出器。
9.根据权利要求5至8中任意一项所述的便携式终端，其特征在于，具有电视电话功能。
10.根据权利要求5至8中任意一项所述的便携式终端，其特征在于，具有将上侧框体和下侧框体通过转轴自由折叠地结合的结构。
11.根据权利要求10所述的便携式终端，其特征在于，当将在上侧框体和下侧框体折叠状态下相对的面设为表面，将另一面设为背面时，在上侧框体的表面具有所述声音输出器。
12.根据权利要求11所述的便携式终端，其特征在于，在下侧框体的表面具有2个声音传感器。
13.根据权利要求12所述的便携式终端，其特征在于，将与转轴的长度方向垂直的方向设为纵方向时，将2个声音传感器沿纵方向设置。
14.根据权利要求11所述的便携式终端，其特征在于，下侧框体的表面具有1个声音传感器，上侧框体的表面具有另一个声音传感器。
15.根据权利要求11所述的便携式终端，其特征在于，上侧框体的背面具有1个声音传感器，下侧框体的表面具有另一个声音传感器。
16.根据权利要求11所述的便携式终端，其特征在于，下侧框体的表面和背面分别都具有声音传感器。
17.根据权利要求10所述的便携式终端，其特征在于，当将在上侧框体和下侧框体折叠状态下相对的面设为表面，将另一面设为背面时，在上侧框体的背面具有所述声音输出器。
18.根据权利要求17所述的便携式终端，其特征在于，在下侧框体的表面具有2个声音传感器。
19.根据权利要求18所述的便携式终端，其特征在于，将与转轴的长度方向垂直的方向设为纵方向时，2个声音传感器沿纵方向设置。
20.根据权利要求17所述的便携式终端，其特征在于，下侧框体的表面具有1个声音传感器，上侧框体的表面具有另一个声音传感器。
21.根据权利要求17所述的便携式终端，其特征在于，上侧框体的背面具有1个声音传感器，下侧框体的表面具有另一个声音传感器。
22.根据权利要求17所述的便携式终端，其特征在于，下侧框体的表面和背面分别都具有声音传感器。
23.根据权利要求10所述的便携式终端，其特征在于，当将在上侧框体和下侧框体折叠状态下相对的面设为表面，将另一面设为背面时，在下侧框体的背面具有所述声音输出器。
24.根据权利要求23所述的便携式终端，其特征在于，在下侧框体的表面具有2个声音传感器。
25.根据权利要求24所述的便携式终端，其特征在于，将与转轴的长度方向垂直的方向设为纵方向时，将2个声音传感器沿纵方向设置。
26.根据权利要求23所述的便携式终端，其特征在于，上侧框体的背面具有1个声音传感器，下侧框体的表面具有另一个声音传感器。
27.根据权利要求23所述的便携式终端，其特征在于，下侧框体的表面和背面分别都具有声音传感器。
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