CN102177732A - 指向性传声器装置 - Google Patents

Abstract

本发明的指向性传声器装置能够抑制并解决在进行指向性合成时的热噪声上升的问题(灵敏度降低的问题)，包括：多个传声器单元，至少具有指向性以及无指向性的特性；控制单元，利用从所述多个传声器单元的每一个输出的信号，来生成输出信号；以及输出部，输出在控制单元生成的输出信号；控制单元生成输出信号，以使所述输出信号成为在小振幅区域的指向性弱而灵敏度高的状态，在大振幅区域成为灵敏度低却具有指向性的状态。

Description

指向性传声器装置

技术领域

本发明涉及指向性传声器装置，尤其涉及不仅作为设备内置的传声器，而且作为一般的指向性传声器而被广泛应用的以声压梯度法而得到指向性的指向性传声器装置。

背景技术

有一种不仅作为设备内置的传声器，而且作为一般的指向性传声器而被广泛应用的以声压梯度法得到指向性的指向性传声器装置。在以声压梯度法而得到指向性的方法中，虽然具有能够形成小型且具有指向性的传声器装置的优点，然而在信号合成时会造成声压灵敏度的降低。在以声压梯度法而得到指向性的方法中，对于在信号合成时的传声器器件的热噪声以及话筒放大器的热噪声的噪声级而言，传声器的灵敏度降低以及S/N(Signal to Noise ratio：信噪比)比劣化则成为问题。尤其是从多个传声器器件的输出信号，以声压梯度法来合成指向性的情况下，由于不能忽视热噪声的影响，因此出现在具有指向性的频带的低频区域受到局限以及传声器阵列的小型化方面受到局限的问题。

图1是示出以往的指向性传声器装置1的构成的方框图。

指向性传声器装置1包括：第一传声器器件11；第二传声器器件12；被输入来自第二传声器器件12的输出信号，并将被输入的该信号延迟的信号延迟单元14；从来自第一传声器器件11的输出信号中减去来自信号延迟单元14的输出信号的信号减法单元15；以及被输入来自信号减法单元15的输出信号，并对被输入的该信号的频率特性进行校正并输出的频率特性校正单元16。

以下，对具有以上这种构成的以往的指向性传声器装置1的工作进行说明。

图1中的以往的指向性传声器装置1的构成示出了，从两个传声器器件中，以声压梯度法而得到指向性的传声器的基本构成。在图1中的第一传声器器件11和第二传声器器件12被设置在相对于图中所示的正面方向的纵深方向上，且第一传声器器件11和第二传声器器件12相距距离d。

在将来自第一传声器器件11的输出信号的灵敏度特性设为ms1(ω)，来自第二传声器器件12的输出信号的灵敏度特性设为ms2(ω)，声源S方向设为θ(正面＝0°)，以及声速＝c时，来自信号减法单元15的输出信号相对于声源S的灵敏度特性D(θ，ω)能够由(公式1)来表示。

(公式1)

$D(\mathrm{\θ},\mathrm{\ω})=\mathrm{ms}1\left(\mathrm{\ω}\right)-\mathrm{ms}2\left(\mathrm{\ω}\right)\·e^{-\mathrm{j\ω}\frac{d-\cos \left(\mathrm{\θ}\right)}{c}}\·e^{-\mathrm{j\ω\τ}}$

在此，exp(-jωτ)表示使信号延迟τ。(公式1)例如表示，使来自第二传声器器件12的输出信号延迟τ后，被输入到信号减法单元15的信号因声源S方向的角度θ而抵消第一传声器器件11的信号。也就是说，通过(公式1)示出了指向性传声器装置1具有指向性。

另外，若将来自第一传声器器件11的输出信号的热噪声特性设为mn1(ω)，来自第二传声器器件12的输出信号的热噪声特性设为mn2(ω)，来自信号减法单元15的输出信号的热噪声特性N(ω)能够以(公式2)来表示。

(公式2)

N(ω)＝mn1(ω)-mn2(ω)·e^-jωτ

在此，由于mn1(ω)和mn2(ω)是各个传声器器件的热噪声，因此彼此独立。所以，热噪声信号的平均功率谱成为以下的公式。

(公式3)

$\stackrel{\‾}{\{N\left(\mathrm{\ω}\right){\}}^2}\≅\stackrel{\‾}{\{\mathrm{mn}1\left(\mathrm{\ω}\right){\}}^2}+\stackrel{\‾}{\{\mathrm{mn}2\left(\mathrm{\ω}\right){\}}^2}$

因此，若mn1(ω)和mn2(ω)的噪声电平相等，则N(ω)的平均功率谱成为mn1(ω)约上升了3dB的数值，即大致成为2倍。

以下示出关于将传声器器件间隔设为d＝10mm时计算上述公式的结果，所述传声器器件间隔是指，第一传声器器件11和第二传声器器件12之间的间隔。

图2A～C示出了以往的指向性传声器装置1的各个处理块的声压频率特性。图2A示出了第一传声器器件11和第二传声器器件12中的正面方向的灵敏度特性和热噪声谱。图2B示出了信号减法单元15中的正面方向的灵敏度特性和热噪声谱。图2C示出了频率特性校正单元16中的正面方向的灵敏度特性和热噪声谱。

图3A～C示出了以往的指向性传声器装置1的各个处理块的指向性图案。图3A是第一传声器器件11以及第二传声器器件12中的指向性图案。图3B是信号减法单元15中的指向性图案。图3C是频率特性校正单元16中的指向性图案。

信号减法单元15的输出信号中的正面方向的灵敏度特性是根据计算(公式1)的结果，由图2B的实线表示出来的。也就是说，越是波长较长的低音区域灵敏度就越低，其倾斜为6dB/oct。

另外，对于信号减法单元15的输出信号中热噪声，可以根据计算(公式2)以及(公式3)的结果来由图2B的虚线来表示，该(公式2)以及(公式3)示出了来自第一传声器器件11和第二传声器器件12的热噪声。即，热噪声比在信号减法单元15的运算结果上升了3dB。

并且，来自信号减法单元15的输出信号的声压频率特性则根据第一传声器器件11以及第二传声器器件12的排列和声波波长的关系，在低频区域以6dB/oct的倾斜下降。因此，在频率特性校正单元16，如图2C所示，为使正面方向的声压灵敏度成为平坦状态，从而使低频区域以6dB/oct的倾斜来放大。

这样，来自频率特性校正单元16的指向性输出信号的热噪声的噪声级例如在低频区域(100Hz)，若以针对相同声波的正面灵敏度来比较，则约上升30dB(参照声压频率特性图的图2A以及图2C)。

并且，对于指向性图案而言，图3A示出的是在第一传声器器件11和第二传声器器件12为无指向性，而指向性传声器装置1的输出信号则如图3B、图3C所示，指向性为单向(不过，在τ＝d/c时)。

通常，被广泛使用的驻极体电容传声器(ECM)的S/N比约为58～60dB左右(基准声压级＝94dBspl(1kHz))。在噪音级为30dB(A)左右的较安静的环境中，ECM的热噪声比背景噪声略微大一些，其程度是在听觉上是能够感觉到的。但是，例如在以传声器器件间隔d＝10mm左右的两个传声器器件来构成小型指向性传声器装置1的情况下，由于指向性合成，而热噪声的噪声级也上升30dB(at 100Hz)。这样，较小的声音就会被热噪声所掩盖而成为听不到的状态(灵敏度低)，从而在实际应用上出现问题。

因此，通过图2C也可以知道热噪声的噪声级上升问题在理论上是，频率越低就越增大，因此曾经提出的其他的指向性装置的构成方法是，使低频区域为灵敏度较高的无指向性，并仅使高频区域具有指向性(参照专利文献1)。

图4是示出以往的指向性传声器装置10的构成的方框图。

图4所示的以下专利文献1中的指向性传声器装置10包括：第一传声器器件11；高通滤波器13，作为高通滤波单元，被输入来自第二传声器12的输出信号，并仅使被输入的信号的高频区域通过；信号延迟单元14，被输入来自第二传声器器件12的输出信号，并使被输入的信号延迟；信号减法单元15，从来自高通滤波器13的输出信号中减去来自信号延迟单元14的输出信号；以及频率特性校正单元16，被输入来自信号减法单元15的输出信号，并对被输入的信号的频率特性进行校正。在此，指向性传声器装置10的输出信号为来自频率特性校正单元16的输出信号。

以下，对指向性传声器装置10的工作进行说明。

图4中的其他的以往的指向性传声器装置10的构成示出的是，针对以声压梯度法来从两个传声器器件中获得指向性的低频区域的灵敏度降低的问题而施行的对策。与图1中的以往的指向性传声器装置1的不同之处是，在第一传声器器件11的后级设置了高通滤波器13，其他构成均与以往的指向性传声器装置1相同。并且，在以后的说明中将对第一传声器器件11和第二传声器器件12为全向的情况下进行说明。

在图4的指向性传声器装置10的构成中，对于作为高通滤波器13的通过区域的高频区域而言，具有与以往的指向性传声器装置1相同的构成，并能够得到具有指向性的输出信号。另外，对于作为高通滤波器13的阻止区域的低频区域而言，在高通滤波器13中信号衰减。也就是说，在指向性传声器装置10的工作中，仅将第一传声器器件11和第二传声器器件12中的第二传声器器件12的输出信号作为输出信号来输出。因此，指向性传声器装置10成为，在低频区域中第二传声器器件12为全向，在高频区域中，由第一传声器器件11和第二传声器器件12合成的具有一阶声压梯度的指向性。

图5示出了以往的指向性传声器装置10的声压频率特性。

在图5中示出了指向性传声器装置10中的指向性主轴方向的声音灵敏度特性和热噪声谱。如图5所示，在指向性传声器装置10中，通过仅使低频区域的指向性成为全向，从而既能够解决热噪声上升(灵敏度降低)的问题，又能够在高频区域获得指向性的特性。

专利文献1    日本 特许第2770594号公报

然而，在上述以往的构成中，由于在频带中划分了无指向性区域和指向性区域，因此，要解决热噪声的问题就不能使解决低频区域的热噪声问题和获得指向性特性同时得以满足。并且，在传声器阵列大小需要小型化的情况下，以及需要以更高阶的声压梯度法来获得超指向性的情况下，热噪声的问题就会变大到不能被忽视的程度。因此，在以往的指向性传声器装置10的构成中所存在的问题是，不能同时满足小型化以及在广频带中获得所希望的指向特性。

发明内容

因此，本发明为了解决上述的课题，目的在于提供一种能够抑制在合成指向性时的热噪声上升问题(灵敏度降低的问题)的高灵敏度的指向性传声器装置。

为了达成上述的目的，在本发明，使传声器单元具有指向性的目的是因为考虑到想要去除目标音方向以外的声音，因此将应该去除的声音着眼于妨碍目标音的较大声音。根据信号波形的振幅区域来控制指向性，这样，既能够抑制热噪声的上升又能够的到指向性。也就是说，为了使不需要指向性而需要高灵敏度的小振幅区域成为无指向性，且为了使需要指向性却不需要高灵敏度的大振幅区域具有指向性，来根据振幅区域控制指向性，从而能够解决热噪声的问题，并能够得到既具有高灵敏度又具有指向性的指向性传声器装置。

为了达成上述目的，本发明的指向性传声器装置，包括：多个传声器单元，在该多个传声器单元之间至少指向性以及灵敏度特性不同；控制单元，利用从所述多个传声器单元的每一个输出的信号，来生成输出信号；以及输出部，输出在所述控制单元生成的所述输出信号；所述控制单元生成所述输出信号，以使被生成的所述输出信号在到达所述指向性传声器装置的声波的小振幅区域成为指向性弱而灵敏度高的状态，在所述声波的大振幅区域成为灵敏度低却具有指向性的状态。

并且，也可以是，所述多个传声器单元包括第一传声器单元和第二传声器单元，所述第一传声器单元的指向性主轴朝向目标音方向，所述第二传声器单元的指向性比所述第一传声器单元强，并且指向性主轴朝向目标音方向；所述指向性传声器装置还包括信号振幅电平检测单元，检测从所述第一传声器单元或所述第二传声器单元输出的信号的振幅电平；所述控制单元，通过对从所述第一传声器单元输出的信号和从所述第二传声器单元输出的信号进行混合，从而生成所述输出信号，以使得在由所述信号振幅电平检测单元检测出所述信号的振幅小时，使从所述第一传声器单元输出的信号的比率提高，在由所述信号振幅电平检测单元检测出所述信号的振幅大时，使从所述第二传声器单元输出的信号的比率提高。

并且，也可以是，所述多个传声器单元包括第一传声器单元和第二传声器单元，所述第一传声器单元对目标音方向具有灵敏度，所述第二传声器单元的指向性比第一传声器单元强，并且指向性死角朝向目标音方向；所述控制单元进行以下控制：噪声抑制单元，抑制从所述第二传声器单元输出的信号中的热噪声电平的噪声分量；以及减法单元，通过从所述第一传声器单元所输出的信号中减去所述噪声抑制单元所输出的信号，从而生成所述输出信号。

并且，也可以是，所述噪声抑制单元按照非线性放大特性来抑制热噪声电平的噪声分量，所述非线性放大特性仅使所述输出信号的小振幅区域的放大率降低。

并且，也可以是，所述噪声抑制单元利用抑制热噪声电平的固定噪声的方法，并且按照仅使小振幅区域的放大率降低的非线性放大特性，抑制热噪声电平的噪声分量。

并且，还可以包括：白化滤波单元，位于所述第二传声器单元和所述噪声抑制单元之间，对从所述第二传声器单元输出的信号的热噪声分量进行白化处理；以及白化逆滤波单元，位于所述噪声抑制单元和所述减法单元之间，被输入从所述噪声抑制单元输出的信号，并具有与所述白化滤波单元相反的特性。

并且，也可以是，所述第一传声器单元和所述第二传声器单元分别是通过对具有同一特性的第一传声器器件和第二传声器器件所输出的信号进行合成而构成的传声器单元；所述第一传声器单元，是通过对从所述第一传声器器件以及所述第二传声器器件输出的信号的任一个进行成为高灵敏度的加法合成而构成的，或者是通过对从所述第一传声器器件以及所述第二传声器器件输出的信号进行成为高灵敏度的加法合成而构成的；所述第二传声器单元是通过从所述第一传声器器件以及所述第二传声器器件所输出的信号中，使距离目标音近的一侧的信号延迟后进行减法运算，并通过合成在目标音方向形成灵敏度死角的信号而构成的。

并且，也可以是，所述指向性传声器装置进一步包括热噪声推定单元，根据从所述第一传声器单元输出的信号和所述第二传声器单元输出的信号的电平变化量的不同，推定从所述第二传声器单元输出的信号的热噪声电平；所述噪声抑制单元根据在所述热噪声推定单元推定的热噪声电平，进行抑制从所述第二传声器单元输出的信号中的热噪声电平的噪声分量的处理。

并且，也可以是，从所述第一传声器器件输出的信号和从所述第二传声器器件输出的信号被划分到频带并被处理。

并且，也可以是，所述噪声抑制单元，仅将针对目标音而言灵敏度比所述第一传声器单元低的所述第二传声器单元的区域作为噪声抑制频带，并针对所述噪声抑制频带抑制热噪声电平的噪声分量。

并且，本发明不仅可以作为装置来实现，并且可以作为包括这种装置所具备的处理单元的集成电路来实现，而且还可以作为将构成该装置的处理单元作为步骤的方法来实现，也可以将这些步骤作为使计算机执行的程序来实现。

通过本发明能够实现一种高灵敏度的指向性传声器装置，该指向性传声器装置能够抑制在合成指向性时的热噪声的上升问题(灵敏度降低的问题)。换而言之，在从多个传声器进行信号合成时，能够以声压梯度法获得指向性，并进行指向性合成的本发明的指向性传声器装置中，能够在不使灵敏度劣化(不使热噪声的噪声级上升)的情况下获得良好的传声器的指向性。

附图说明

图1是示出以往的指向性传声器装置1的构成的方框图。

图2A示出了第一传声器器件11以及第二传声器器件12中的正面方向的灵敏度特性和热噪声谱。

图2B示出了信号减法单元15中的正面方向的灵敏度特性和热噪声谱。

图2C示出了频率特性校正单元16中的正面方向的灵敏度特性和热噪声谱。

图3A示出了第一传声器器件11以及第二传声器器件12中的指向性图案。

图3B示出了信号减法单元15中的指向性图案。

图3C示出了频率特性校正单元16中的指向性图案。

图4是示出以往的指向性传声器装置10的构成的方框图。

图5示出了以往的指向性传声器装置10的声压频率特性。

图6是示出本发明的实施例1中的指向性传声器装置1000的构成的方框图。

图7示出了本发明实施例1中的高灵敏度化合成单元20的构成。

图8示出了本发明的实施例1中的指向性合成单元30的构成。

图9示出了本发明的实施例1中的放大率GB的非线性放大特性的例子。

图10(a)示出了在高灵敏度化合成单元20的输出信号xA的波形的例子。

图10(b)示出了指向性合成单元30的输出信号xB的波形的例子。

图10(c)示出了来自信号加法单元70的输出信号y的波形的例子。

图11是本发明的实施例1中的信号振幅和指向性控制区域的关系图。

图12是本发明的实施例1中的信号振幅和指向性控制区域的关系图。

图13是示出本发明的实施例2中的指向性传声器装置1001的构成的方框图。

图14示出了本发明实施例2中的指向性合成单元30的构成例子。

图15A示出了高灵敏度化合成单元20的输出信号xA的波形的例子。

图15B示出了指向性合成单元30的输出信号xB的波形的例子。

图15C示出了来自噪声抑制单元100的输出信号xC的波形的例子。

图15D示出了来自信号减法单元71的输出信号y的波形的例子。

图16示出了本发明的实施例2中的噪声抑制单元100的其他的构成例子。

图17示出了本发明的实施例2中的噪声抑制单元100的其他的构成例子。

图18是示出本发明的实施例3中的指向性传声器装置1002的构成的方框图。

图19示出了本发明的实施例3中的来自传声器器件的热噪声谱的测定结果。

图20是示出本发明的实施例3中的指向性传声器装置1002的其他的构成的方框图。

图21是示出本发明的实施例4中的指向性传声器装置1004的构成的方框图。

图22是示出指向性传声器装置1004中的热噪声抑制推定单元300的具体构成的方框图。

图23是示出指向性传声器装置1004中的热噪声抑制推定单元300的具体的功能构成的方框图。

图24示出了信号xA、信号xB的时间变化量PA、PB的关系。

符号说明

1、10、1000、1001、1002、1003、1004    指向性传声器装置

11    第一传声器器件

12    第二传声器器件

13    高通滤波器

14、41    信号延迟单元

15、32、34、71    信号减法单元

16    频率特性校正单元

20    高灵敏度化合成单元

21    第一信号延迟单元

22、70    信号加法单元

23    信号放大单元

30    指向性合成单元

31    第二信号延迟单元

33    频率特性校正单元

40    混合比算出单元

50    第一信号放大单元

60    第二信号放大单元

80    输出端子

100    噪声抑制单元

101    固定噪声抑制单元

102    非线性放大单元

110    时域频带转换单元

111    频带时域转换单元

200    白化滤波单元

300    热噪声抑制推定单元

321    第一信号频带限制部

322    第一信号功率运算部

323    第一信号平滑化部

324    第一信号变化量抽出部

325    第一信号绝对值运算部

326    第二信号平滑化部

331    第二信号频带限制部

332    第二信号功率运算部

333    第三信号平滑化部

334    第二信号变化量抽出部

335    第二信号绝对值运算部

336    第四信号平滑化部

341    频率分析部

342    信号功率运算部

350    热噪声电平判断单元

360    平滑化以及最小值保持单元

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施例进行说明。

(实施例1)

图6是示出本发明的实施例1中的指向性传声器装置1000的构成的方框图。

指向性传声器装置1000包括：第一传声器器件11、第二传声器器件12、高灵敏度化合成单元20、指向性合成单元30、混合比算出单元40、第一信号放大单元50、第二信号放大单元60、信号加法单元70以及输出端子80。

在图6中，第一传声器器件11和第二传声器器件12被设置成，距离目标音(声源A)近的一方为第一传声器器件11，距离非目标音(声源B)近的一方为第二传声器器件12。

高灵敏度化合成单元20中被输入来自第一传声器器件11的输出信号m1和来自第二传声器器件12的输出信号m2，合成使指向性传声器装置1000的声压灵敏度提高的信号。

指向性合成单元30被输入来自第一传声器器件11的输出信号m1和来自第二传声器器件12的输出信号m2，并进行信号合成，以便得到指向性的主轴朝向目标音(声源A)方向的指向性。

混合比算出单元40被输入来自指向性合成单元30的输出信号，并根据该输入信号的振幅值，来算出用于决定在信号加法单元70的信号的混合比的放大率GA和放大率GB。

第一信号放大单元50根据在混合比算出单元40被算出并被输出的放大率GA，对被输入的来自高灵敏度化合成单元20的输出信号进行信号放大。

第二信号放大单元60根据在混合比算出单元40被算出并被输出的放大率GB，对被输入的来自指向性合成单元30的输出信号进行信号放大。

信号加法单元70对被输入的来自第一信号放大单元50的输出信号和来自第二信号放大单元60的输出信号进行加法运算，并输出到输出端子80。

指向性传声器装置1000具有以上所述的构成。

并且，混合比算出单元40、第一信号放大单元50、第二信号放大单元60以及信号加法单元70也可以构成控制单元401。

以下，对指向性传声器装置1000的工作进行说明。

图7示出了本发明的实施例1中的高灵敏度化合成单元20的构成。

高灵敏度化合成单元20包括：第一信号延迟单元21、信号加法单元22以及信号放大单元23。在此，例如图7所示，在高灵敏度化合成单元20为了提高针对目标音(声源A)的传声器的绝对灵敏度(为了降低针对声压灵敏度的热噪声)，而进行同相相加。

具体而言，在使传声器器件间隔为d时，由第一信号延迟单元21使来自第一传声器器件11的输出信号延迟时间τ1＝d·cos(θ1)/c(在此，c为音速，在图6中θ1＝0)，并由信号加法单元22与来自第二传声器器件12的输出信号进行加法运算。通过进行这样的处理，由于同相相加的效果，绝对灵敏度在传声器器件为两个的情况下约上升3dB。

并且，由于传声器器件间隔d是根据指向性传声器装置1000所需要的频带以及安装空间的制约而被决定的，因此，虽然其值是任意的，但在此考虑到频带而将其范围视为d＝5mm～30mm左右。

图8示出了本实施例1中的指向性合成单元30的构成。

指向性合成单元30包括：第二信号延迟单元31、信号减法单元32以及频率特性校正单元33。

例如图8所示，在指向性合成单元30为了进行能够使针对目标音(声源A)的灵敏度提高，而针对非目标音(声源B)的灵敏度降低的指向性合成，从而以声压梯度法来进行指向性合成。

具体而言，在使传声器器件间隔为d时，由第二信号延迟单元31使来自第二传声器器件12的输出信号延迟时间τ2＝d·cos(θ2)/c(在此，c为音速，在图6中θ2＝0)，并由信号减法单元22将其从来自第一传声器器件11的输出信号中减去。

通过进行这样的处理，从而以声压梯度法进行了指向性合成，得到了指向性主轴朝向目标音(声源A)的方向的指向性输出信号。

频率特性校正单元33通过对被输入的来自信号减法单元32的输出信号的正面灵敏度特性进行去除倾斜的校正，从而使针对高灵敏度化合成单元20的目标音(声源A)的声压灵敏度均等。

此时，从高灵敏度化合成单元20得到的输出信号xA，虽然指向性几乎为全向，但绝对灵敏度却较高。另外，从指向性合成单元30得到的输出信号xB，虽然具有指向性，但出现灵敏度低的声压梯度法所具有的问题。

混合比算出单元40、第一信号放大单元50以及第二信号放大单元60是为了按照来自指向性合成单元30的输出信号的振幅电平，使来自高灵敏度化合成单元20和指向性合成单元30的具有两个特性的信号的混合比率发生变化而构成的。

在混合比算出单元40为了算出分别在第一信号放大单元50和第二信号放大单元60中的放大率GA和放大率GB，例如可以进行以下所示的计算。

来自指向性合成单元30的输出信号的热噪声的振幅电平Nc可以预先根据第一传声器器件11和第二传声器器件12的规格而得到。将向混合比算出单元40的输入信号设为xB，则放大率GB可以由(公式4)来表示。

(公式4)

$\mathrm{GB}=[\mathrm{\α}\frac{{\left(x_B\right)}^2}{{\left(N_c\right)}^2}{]}_{\max =1}$

在此，[·]max＝1表示使括号内的值最大封顶为1。

图9示出了本发明的实施例1中的放大率GB的非线性放大特性的例子。在图9中示出了利用(公式4)时的放大率GB的非线性放大特性。在此，若将α设定为比1小的值，则输入信号xB的振幅电平在热噪声最大振幅电平Nc之处以α倍衰减。

(公式5)

$\frac{N_C}{\sqrt{\mathrm{\α}}}$

因此，输入信号xB的振幅电平在比(公式5)大的振幅区域中，以线形波形来进行传递动作。因此，来自指向性合成单元30的具有指向性的输出信号按照在混合比算出单元40算出的放大率GB，在第二信号放大单元60被进行放大控制。也就是说，由于来自指向性合成单元30的输出信号在热噪声电平的振幅区域信号衰减，而在比(公式5)大的振幅区域中以线形波形来进行传递动作，因此只有在大的振幅区域中才有波形的输出。

并且，例如放大率GA遵从(公式6)。

(公式6)

GA＝1-GB

在此情况下，放大率GA进行使放大率GB变小的工作。

因此，对来自第一信号放大单元50和第二信号放大单元60的输出信号进行加法运算的信号加法单元70的输出信号，在信号xB的振幅小的情况下，成为GB＜＜GA，并输出来自高灵敏度化合成单元20的输出信号xA的波形。在信号xB的振幅大的情况下，成为GA＜＜GB，并输出来自指向性合成单元30的输出信号xB。因此，在指向性传声器装置1000中所进行的控制使得，在信号振幅小的情况下，高灵敏度信号xB由输出端子80输出，在信号振幅大的情况下，具有指向性的信号xA由输出端子80输出。

图10(a)～(c)示出了本发明的实施例1中的各个处理块的输出波形信号的例子。在图10(a)中示出了在高灵敏度化合成单元20的输出信号xA的波形的例子，图10(b)中示出了指向性合成单元30的输出信号xB的波形的例子。并且，在图10(c)中示出了来自信号加法单元70的输出信号y的波形的例子。

图10(a)的输出信号xA的波形的特征是，虽然针对声源A和声源B不能得到指向性，但是在信号振幅小的区间中热噪声电平低。在此，在高灵敏度化合成单元20通过对第一传声器器件11以及第二传声器器件12的信号进行同相相加，因此针对声压灵敏度而言，热噪声相应地变低。

图10(b)的输出信号xB的波形的特征是，虽然是热噪声电平高，灵敏度低的状态，但是针对声源A和声源B能够得到抑制声源B的指向性。在此，通过在指向性合成单元30对第一传声器器件11以及第二传声器器件12的信号进行指向性的合成，因此针对目标音(声源A)的灵敏度高，针对非目标音(声源B)的灵敏度低。但是，针对声压灵敏度而言，热噪声相对比较高。

图10(c)的输出信号y的波形是指向性传声器装置1000的输出信号的波形，并且被控制成在小振幅区域为xA，在大振幅区域为xB。从图10(c)的输出信号y的波形可知，在指向性传声器装置1000中热噪声电平低且能够得到具有指向特性的输出信号。

图11以及图12是本发明的实施例1中的信号振幅和指向性控制区域的关系图。

如以上所述，在指向性传声器装置1000中通过进行指向性控制，从而既能够保持高灵敏度又能够得到指向性，所述指向性控制使得在小振幅区域示出无指向性，在大振幅区域示出指向性，所述小振幅区域是表示图11中的无指向性区域，也就是表示输出信号的振幅小的区域，所述大振幅区域是表示图11中的指向性区域，也就是表示输出信号的振幅大的区域。

并且，在实施例1中所示出的决定第二信号放大单元60中的GB的例子是，按照(公式4)并根据信号xB的波形振幅电平而决定的。不过，在伴随着信号xB的振幅量的变化而信号xB和信号xA之间的波形的切换中也可以包括平滑化处理。在此情况下，能够降低在伴随着信号xB的振幅量的变化而信号xB和信号xA之间的波形的切换中的歪曲的问题。以下的算式示出了在将平滑化参数设为β时的GB计算公式的例子。

(公式7)

$\mathrm{GB}=(1-\mathrm{\β})\mathrm{GB}+\mathrm{\β}[\mathrm{\α}\frac{{\left(x_B\right)}^2}{{\left(N_c\right)}^2}{]}_{\max =1}$

此时，如图12所示，来自指向性传声器装置1000的输出波形y成为，在指向性弱而灵敏度高的无指向性区域和灵敏度低而具有指向性的指向性区域之间的过渡区域变得更大，也就是说，在随着信号xB的振幅量的变化而信号xB和信号xA之间的波形的切换期间变得更大。

如以上所述，通过将小振幅区域控制为无指向性，将大振幅区域控制为指向性区域，从而能够实现高灵敏度(热噪声电平低)和指向性两者兼具得指向性传声器装置1000。

并且，在本实施例1中示出的例子虽然是通过第一传声器器件11、第二传声器器件12以及高灵敏度化单元20的构成，获得了指向性几乎为无指向性而绝对灵敏度高的输出信号xA，但是本实施例1并非受此例所限。也就是说，可以将第一传声器器件11和第二传声器器件12以及高灵敏度化合成单元20作为一个传声器单元，也可以从这一个传声器单元中获得指向性几乎为无指向性而绝对灵敏度高的输出信号xA。

同样，虽然示出了通过第一传声器器件11、第二传声器器件12以及指向性合成单元30的构成，获得了具有指向性却因声压梯度法而造成灵敏度低的输出信号xB的例子，但是并非受此例所限。也就是说，可以将第一传声器器件11和第二传声器器件12以及指向性合成单元30作为一个指向性传声器单元，也可以从这一个指向性传声器单元中获得具有指向性却因声压梯度法而造成灵敏度低的输出信号xB。

(实施例2)

图13是示出本发明的实施例2中的指向性传声器装置1001的构成的方框图。

指向性传声器装置1001包括：第一传声器器件11、第二传声器器件12、高灵敏度化合成单元20、指向性合成单元30、信号减法单元71、输出端子80以及噪声抑制单元100。

在图13中，第一传声器器件11和第二传声器器件12被设置成，距离目标音(声源A)近的一方为第一传声器器件11，距离非目标音(声源B)近的一方为第二传声器器件12。

高灵敏度化合成单元20中被输入来自第一传声器器件11的输出信号m1和来自第二传声器器件12的输出信号m2，合成使指向性传声器装置1001的声压灵敏度提高的信号。

指向性合成单元30被输入来自第一传声器器件11的输出信号m1和来自第二传声器器件12的输出信号m2，并进行信号合成，以便得到指向性的死角朝向目标音(声源A)方向的指向性。

噪声抑制单元100被输入来自指向性合成单元30的输出信号，一边去除被输入的信号的热噪声成分，一边针对大振幅部分再现热噪声成分以外的波形。

信号减法单元71对被输入的来自高灵敏度化合成单元20的输出信号和来自噪声抑制单元100的输出信号进行减法运算，并输出到输出端子80。

指向性传声器装置1001具有以上所述的构成。

噪声抑制单元100以及信号减法单元71也可以构成控制单元400。

以下对指向性传声器装置1001的工作进行说明。

在上述的实施例1中，由于来自针对目标音(声源A)的输出端子80的输出信号在小振幅区域和大振幅区域，是通过分别使来自高灵敏度化合成单元20的输出信号xA和来自指向性合成单元30的输出信号xB之间的混合(mixing)比发生变化而被合成的，因此存在的问题是，针对目标音(声源A)而言，在性质不同的两个信号的变迁部分容易发生歪曲。

因此，在实施例2示出的指向性传声器装置1001的构成是，为了针对目标音(声源A)不发生歪曲，因此不是对混合(mixing)比进行调整，而是对低振幅区域和高振幅区域的指向性进行控制。

图14示出了本发明的实施例2中的指向性合成单元30的构成。

图15A～D示出了本发明的实施例2中的各个处理块的输出波形信号的例子。图15A示出了高灵敏度化合成单元20的输出信号xA的波形的例子，图15B示出了指向性合成单元30的输出信号xB的波形的例子。并且，图15C示出了来自噪声抑制单元100的输出信号xC的波形，图15D示出了来自信号减法单元71的输出信号y的波形的例子。

高灵敏度化合成单元20具有与实施例1相同的构成，为了提高针对目标音(声源A)的传声器的绝对灵敏度(针对声压灵敏度使热噪声降低)而进行同相相加运算。输出信号xA的信号波形的例子由图15A示出。也就是说，具有虽然不能得到针对声源A和声源B的指向性，但是在信号振幅小的区间热噪声电平低的特征。

如图14所示，指向性合成单元30包括：第二信号延迟单元31、信号减法单元34以及频率特性校正单元33。与实施例1中的指向性合成单元30的不同之处是，第二信号延迟单元31具有使来自第一传声器器件11的输出信号m1延迟的构成，以及信号减法单元34的减法运算方向与信号减法单元32相反。

在指向性合成单元30为了使灵敏度死角朝向目标音方向而进行指向性的合成。例如图4所示，为了进行针对目标音(声源A)灵敏度低，针对非目标音(声源B)的灵敏度高的指向性合成，因此以声压梯度法来进行指向性合成。

具体而言，在使传声器器件间隔为d时，由第二信号延迟单元31使来自第一传声器器件11的输出信号m1延迟时间τ2＝d/c(在此，c为音速)，并由信号减法单元34将其从来自第二传声器器件12的输出信号中减去。

通过进行这样的处理，从而以声压梯度法进行了指向性合成，且灵敏度死角朝向目标音(声源A)的方向。此时，如图15B所示，来自指向性合成单元30的输出信号xB由于是以声压梯度法(减法运算)而合成指向性的，因此，虽然声压灵敏度低，而热噪声电平却相对比较高。但是，来自指向性合成单元30的输出信号xB则成为，去除了目标音(声源A)后，且由指向性抽出了非目标音(声源B)的信号输出。即实现了指向性主轴朝向非目标音(声源B)的信号输出。

并且，在图13所示的噪声抑制单元100中抑制了热噪声电平的小振幅电平的波形振幅。例如，通过利用上述的(公式4)和(公式7)等，从而在维持大振幅电平的波形信息的状态下，抑制小振幅区域的信号。

图15C示出了噪声抑制单元100的输出信号xC的例子。也就是说，目标音方向的信号成分由在指向性合成单元30的指向性处理抑制，小振幅区域的信号由噪声抑制单元100的处理抑制。这样，只有非目标音的大振幅区域的信号波形才作为来自噪声抑制单元100的输出信号xC被输出。

信号减法单元71将输出信号xC从输出信号xA中减去，所述输出信号xA是几乎无指向性且绝对灵敏度高的来自高灵敏度化单元20的输出信号，所述输出信号xC是来自噪声抑制单元100的输出信号，且在非目标音(声源B)方向具有指向性，并且以大振幅区域的信号成分为主。这样，由于信号减法单元71能够取消非目标音(声源B)方向的灵敏度，因此如图15D所示，能够在非目标音(声源B)的方向上形成指向性的灵敏度死角。

并且，信号减法单元71为了在进行减法运算之前在噪声抑制单元100抑制小振幅区域的信号，因此在小振幅区域不进行指向性的合成，这样，如图15所示，能够从来自高灵敏度化合成单元20的输出信号xA得到无指向性且绝对灵敏度高的信号。

通过上述的实施例2中的指向性传声器装置1001的构成，由于不会对目标音(声源A)直接施加非线性的处理，因此不容易发生音质的降低以及信息的欠缺。其原因是，由于针对目标音信号成分造成歪曲的噪声抑制单元100的输出信号会变得非常小，因此，来自高灵敏度化合成单元20的输出信号xA被原样地输出。

并且，因指向性传声器装置1001的构成中非线性处理而造成的歪曲发生在噪声抑制单元100这一部分，尤其是容易出现在非目标音方向的小振幅区域。但是，由于在噪声抑制单元100也能够应用非线性放大特性的自适应控制等歪曲对策方法，因此能够实现比实施例1的音质高的指向性传声器装置1001。

并且，图16以及图17示出了本发明的实施例2中的噪声抑制单元100的其他的构成例子。在噪声抑制单元100，在仅以(公式4)和(公式7)抑制了小振幅区域的信号的情况下，产生因非线性放大而造成的在噪声抑制中一般会出现的喘息噪声(与大振幅的信号成分联动，被抑制了的噪声在背景中出现的现象)的问题。但是，例如图16所示，通过设固定噪声抑制单元101(谱的减法运算等)和非线性放大单元102为从属构成，或者同时进行函数化则上述的问题可以解决。

并且，在噪声抑制单元100可以如图17所示，通过时域频带转换单元110(图中标记为FFT)和频带时域转换单元111(图中标记为IFF)来按照各个频率分量进行处理。

(实施例3)

图18是示出本发明的实施例3中的指向性传声器装置1002的构成的方框图。

在图18中指向性传声器装置1002包括：第一传声器器件11以及第二传声器器件12。并且，指向性传声器装置1002包括：信号加法单元22、信号放大单元23、信号减法单元32、频率特性校正单元33、信号延迟单元41、信号减法单元71、输出端子80以及噪声抑制单元100。

并且，在以下的说明中，在第一传声器器件11和第二传声器器件12相连接的直线上，设第一传声器器件11一侧为正面，设第二传声器器件12一侧为背面。

信号延迟单元41使来自第一传声器器件11的输出信号延迟后输出。

信号加法单元22对来自信号延迟单元41的输出信号和来自第二传声器器件12的输出信号进行相加。

信号放大单元23使来自信号加法单元22的输出信号衰减后输出到信号减法单元71。

信号减法单元32对来自第二传声器器件12的输出信号和来自信号延迟单元41的输出信号进行减法运算。

噪声抑制单元100通过对来自信号减法单元32的输出信号进行非线性放大，从而抑制小振幅区域的信号振幅。

频率特性校正单元33为了使来自信号放大单元23的输出信号的背面灵敏度特性和来自噪声抑制单元100的输出信号的背面灵敏度特性一致，从而对来自噪声抑制单元100的输出信号的频率特性进行校正，并输出到信号减法单元71。

信号减法单元71对来自信号放大单元23的输出信号和来自频率特性校正单元33的输出信号进行减法运算，并输出到输出端子80。

指向性传声器装置1002具有以上所述的构成。

以下，对指向性传声器装置1002进行说明。

图18所示的指向性传声器装置1002与实施例2中说明的指向性传声器装置1001的不同之处是，将构成实施例2中的高灵敏度化合成单元20和指向性合成单元30的构成部分中的第一信号延迟单元21和第二信号延迟单元31，作为信号延迟单元41以便共享。有关该构成部分的工作与一般的指向性合成没有变化，由于与实施例2相同，因此省略说明。

并且，在实施例2中，如图14所示，在频率特性校正单元33的后级设置了噪声抑制单元100。在实施例3中，使噪声抑制单元100和频率特性校正单元33的顺序颠倒，在噪声抑制单元100的后级设置频率特性校正单元33。

这样，噪声抑制单元100在仅以频带划分数量少的非线性放大特性进行处理的情况下，应该被抑制的来自传声器器件的热噪声谱的形状被平坦化。因此，噪声抑制单元100的处理效果好。

并且，通过在频率特性校正单元33的前级的噪声抑制单元100对热噪声谱的形状进行平坦化，从而能够改善频率特性校正单元33中的性能，并能够减少频带的划分数量，实现减少运算量的效果。

在噪声抑制单元100对应该被抑制的噪声进行平坦化的优点如下所述。也就是说，在本实施例中，在将不使用频带划分等非线性放大特性应用于噪声抑制处理的情况下，为了使所有频带中被抑制的振幅电平相同，因此通过对输入信号一侧的噪声谱进行平坦化，从而能够充分地进行噪声的抑制。

并且，图19示出了本发明的实施例3中的来自传声器器件的热噪声谱的测定结果。图20是本发明的实施例3中的指向性传声器装置1002的其他的构成方框图。

在图18中，来自信号减法单元32的输出信号xB0的实际热噪声谱由图19示出。因此，为了进一步对热噪声谱进行更精确的平坦化，则如图20所示的指向性传声器装置1003所示，最好在信号减法单元32和噪声抑制单元100之间设置白化滤波单元200。并且，在频率特性校正单元33中，若将白化滤波单元200的逆特性也包括在内进行校正的话，则性能会更好。

(实施例4)

以下参照图21至图24对本发明的实施例4进行说明。

图21是示出本发明的实施例4中的指向性传声器装置1004的构成的方框图。图22是示出指向性传声器装置1004中的热噪声抑制推定单元300的具体构成的方框图。图23是示出指向性传声器装置1004中的热噪声抑制推定单元300的具体的功能构成的方框图。

如图21所示，指向性传声器装置1004包括：第一传声器器件11、第二传声器器件12、信号加法单元22、信号放大单元23、信号减法单元32、频率特性校正单元33、信号延迟单元41、信号减法单元71、输出端子80、噪声抑制单元100以及热噪声抑制推定单元300。对于与图18相同的构成要素赋予相同的符号，由于这样的构成和工作原理与实施例3中的图18相同，因此省略详细说明。

图21所示的指向性传声器装置1004与实施例3中的图18所涉及的指向性传声器装置1002不同的构成是，设置了热噪声抑制推定单元300。

热噪声抑制推定单元300被输入来自信号加法单元22的输出信号和来自信号减法单元32的输出信号，并根据被输入的这些输出信号来推定从信号减法单元32输出的信号的热噪声电平。热噪声抑制推定单元300将推定的有关从信号减法单元32输出的信号的热噪声电平的信息，通知给噪声抑制单元100。

在图22中示出了图21所示的热噪声抑制推定单元300的具体的构成例子。在此，将来自信号加法单元22的输出信号设为xA，将来自信号减法单元32的输出信号设为xB。图23示出了热噪声抑制推定单元300的具体的功能构成，示出了与图22相对应的功能构成。

第一信号频带限制部321被输入来自信号加法单元22的输出信号xA，限制该被输入的信号的频带并输出。

第一信号功率运算部322被输入来自第一信号频带限制部321的输出信号，对被输入的信号进行平方运算后输出。

第一信号平滑化部323被输入来自第一信号功率运算部322的输出信号，对被输入的信号进行平滑化，并输出该信号的短时间平均功率。

第一信号变化量抽出部324被输入来自第一信号平滑化部323的输出信号，抽出被输入的该信号电平的变化量并输出。

第一信号绝对值运算部325被输入来自第一信号变化量抽出部324的输出信号，运算被输入的该信号的绝对值并输出。

第二信号平滑化部326被输入来自第一信号绝对值运算部325的输出信号，对被输入的该信号进行平滑化并输出。

这样，从来自信号加法单元22的输出信号xA的变化中抽出特征。

第二信号频带限制部331被输入来自信号减法单元32的输出信号xB，限制被输入的信号的频带后输出。

第二信号功率运算部332被输入来自第二信号频带限制部331的输出信号，对被输入的该信号进行平方运算并输出。

第三信号平滑化部333被输入来自第二信号功率运算部332的输出信号，对被输入的该信号进行平滑化并输出信号的短时间平均功率。

第二信号变化量抽出部334被输入来自第三信号平滑化部333的输出信号，抽出被输入的该信号电平的变化量并输出。

第二信号绝对值运算部335被输入来自第二信号变化量抽出部334的输出信号，运算被输入的该信号的绝对值并输出。

第四信号平滑化部336被输入来自第二信号绝对值运算部335的输出信号，运算被输入的该信号的绝对值并输出。

这样，从来自信号减法单元32的输出信号xB的变化中抽出特征。

热噪声电平判断单元350被输入来自第二信号平滑化部326的输出信号和来自第四信号平滑化部336的输出信号，并从被输入的两个输出信号中判断来自信号减法单元32的输出信号xB是否相当于热噪声电平。热噪声电平判断单元350对该判断结果进行平滑化，并输出到最小值保持单元360。

频率分析部341被输入来自信号减法单元32的输出信号xB，对被输入的该信号的频率分量进行分析，并输出各个频率分量的信号。

信号功率运算部342被输入来自频率分析部341的各个频率分量的输出信号，计算被输入的该信号的各个频率分量的功率并输出。

这样，抽出来自信号减法单元32的输出信号xB的噪声电平。

平滑化以及最小值保持单元360根据热噪声电平判断单元350的判断结果，仅在热噪声电平判断单元350判断为是热噪声电平之时，才对来自信号功率运算部342的输出信号进行平滑化，并保持其中的最小值。平滑化以及最小值保持单元360将根据保持的最小值推定出来的推定热噪声电平Nc(ω)输出到噪声抑制单元100。

这样，构成了热噪声电平判断单元350。

以下，对实施例4中的指向性传声器装置1001的工作进行说明。

首先，对成为图21以及图22中的热噪声抑制推定单元300的输入信号，且由信号加法单元22输出的输出信号xA，以及由信号减法单元32输出的输出信号xB的性质进行说明。

对xA、xB的声波的波动进行说明。来自信号加法单元22的输出信号xA是对来自第一传声器器件11和来自第二传声器器件12的输出信号进行加法运算后的信号。因此，示出的指向特性是，在比传声器器件间隔还要长的波长的低频区域几乎无指向性。对于声压的灵敏度而言，比针对传声器器件单体上升了6dB。

并且，来自信号减法单元32的输出信号xB是来自第一传声器器件11和第二传声器器件12的输出信号，是以一阶声压梯度法进行了指向性合成的状态。因此，指向特性成为，在比传声器器件间隔还要长的波长的低频区域示出单一指向性，声压灵敏度对于传声器器件单体而言，越是低频区域灵敏度就越衰减。例如在传声器器件间隔为10mm时，在100Hz附近，灵敏度衰减接近到30dB。

以下，对x A、xB的热噪声的波动进行说明。来自第一传声器器件11的输出信号和来自第二传声器器件12的输出信号的热噪声信号彼此是无相关的，是独立的信号。

因此，信号加法单元22和信号减法单元32中的信号的加法和减法的运算结果，也就是说该信号中所包含的热噪声信号的电平上升了3dB。在此，第一传声器器件11和第二传声器器件12的热噪声相等。

通过以上所述可知，信号xA和信号xB的特征是，两者的热噪声电平相等，以及对于低频区域的声压灵敏度而言，具有信号xA＞信号xB的关系。

以下，对在通常使用指向性传声器装置1004的状态中，根据信号xA和信号xB的关系来推定信号xB的热噪声电平的方法进行说明。

在指向性传声器装置1004被应用于实际环境中的情况下，背景噪声电平(周围的噪声级)相对于指向性传声器装置1004的热噪声比较低的情况下，信号的热噪声电平几乎不成为问题。

在此，假设背景噪声电平为十分低的状态，且到达指向性传声器装置1004的声波为低声压电平状态。此时发生的状态是，由于信号xA的声压灵敏度高，因此声波的声压被捕捉且信号发生变化，然而，信号xB由于声压灵敏度低，因此声波的声压电平被掩盖在热噪声电平中。在此状态下，若观测信号xA、xB的信号电平的变化量，则在信号xA观测到按照到达的声波的信号电平随时间的变化，而在信号xB，与到达的声波无关，观测不到信号电平的变化。

因此，信号xA和信号xB的信号电平的时间变化量为PA、PB时，在信号xA有信号电平的时间变化(时间变化量PA＞0)，在信号xB没有信号电平的时间变化(时间变化量PB＝0)时，能够判断出信号xB是热噪声信号起主导作用。在满足上述条件的情况下，能够求出信号xB的推定噪声电平Nc(ω)。

图24示出了信号xA、信号xB的时间变化量PA、PB的关系。

在图24中，上段示出了信号的状态，也就是说指向性传声器被放置的声音的环境，下段示出了信号xA、信号xB的时间变化量PA、PB的关系。在图24所示的表中，将时间变化量PA、PB和周围的声音环境的关系分成了(A)～(D)四类。

图24的表的(A)栏示出，背景噪声电平非常低，信号xA和信号xB均受热噪声信号支配，信号的时间变化量PA、PB均成为0的状态。图24的表的(B)栏示出，背景噪声电平非常低，在没有固定性的声波到达的情况下，信号的时间变化量PA、PB成为PA≠PB(PA＞PB，PB＝0)状态。

图24所示的表的(C)栏示出，背景噪声电平高，在周围噪声为固定噪声的情况下，信号xA和信号xB都能够捕捉到固定的声波，信号的时间变化量PA、PB均成为0。图24所示的表的(D)栏示出，背景噪声电平高的情况下，信号xA和信号xB均按照到达的声波而信号电平发生变化，信号的时间变化量PA、PB成为相同的变化状态。

这样，通过获得了相当于图24所示的表的(B)栏的PA≠PB(PA＞PB，PB＝0)的状态，因此能够区分固定噪声和热噪声信号，从而能够进行热噪声电平的推定。

图22以及图23示出了在热噪声抑制推定单元300中，具体进行上述工作的构成例子。

为了得到信号变化量PA，首先，对输入信号xA，以第一信号频带限制部321将使用于判定的频带限制为中低频带，以第一信号功率运算部322将时间波形转变为信号功率。之后，以第一信号平滑化部323转换为信号功率的时间包络，在第一信号变化量抽出部324利用高通滤波器等，以时间微分来抽出变化量。进而，通过第一信号绝对值运算部325和第二信号平滑化部326，将变化量参数化，在信号电平没有变化的情况下输出0，在信号电平有变化的情况下，信号电平变化越大就输出值大的信号变化量参数PA。

对于信号xB进行与输入信号xA相同的处理。通过第二信号频带限制部331、第二信号功率运算部332、第三信号平滑化部333、第二信号变化量抽出部334、第二信号绝对值运算部335以及第四信号平滑化部336，在信号电平没有变化的情况下输出0，在信号电平有变化的情况下，信号电平的变化越大，就输出值大的信号变化量参数PB。

在热噪声电平判断单元350，根据信号电平时间变化量PA和信号电平时间变化量PB，如图23所示，在与PA≠PB(PA＞PB，PB＝0)条件一致的情况下，判断为xB表示热噪声信号电平。

在判断为xB表示热噪声信号电平的情况下，通过对xB进行频率分析的频率分析部341、对被频率分析后的各个分量的功率进行运算的信号功率运算部342、进行信号功率分量的平滑化和保持最小值的平滑化以及最小值保持单元360，能够得到推定热噪声电平Nc(ω)。

这样，通过由热噪声抑制推定单元300而得到的推定热噪声电平Nc(ω)被作为噪声抑制单元100的热噪声电平Nc(ω)来使用，即使在第一传声器器件11以及第二传声器器件12的热噪声电平以及灵敏度特性在制造上出现不均一的情况下，也能够按照实际的使用环境来进行校正。因此，能够改善热噪声抑制效果。

这样，通过本发明，能够抑制在进行指向性合成时出现的热噪声上升的问题(灵敏度降低的问题)，从而能够实现灵敏度高的指向性传声器装置。

由于以往的声压梯度法的指向性传声器在低频区域声压灵敏度就会降低，因此出现热噪声电平相对上升的问题，并且在设计大小被受到限制的情况下还会出现绝对灵敏度不足的问题，从而在小型化以及指向性的小角度化方面产生界限。在本发明，使传声器具有指向性的目的是因为考虑到想要去除目标音方向以外的声音，因此将应该去除的声音着眼于妨碍目标音的较大声音。在本发明，通过由信号波形的振幅区域来控制指向性，从而能够实现既能够抑制热噪声的上升又能够得到指向性的指向性传声器装置。也就是说，为了使不需要指向性而需要高灵敏度的小振幅区域成为无指向性，且为了使需要指向性却不需要高灵敏度的大振幅区域具有指向性，因此通过被输出的信号的振幅区域来控制指向性，从而能够解决热噪声的问题，并能够得到既具有高灵敏度又具有指向性的指向性传声器装置。

(其他的变形例)

并且，虽然根据上述的实施例以及变形例对本发明进行了说明，但是本发明并非受上述的实施例所限。以下的情况也包含在本发明之中。

(1)上述的除传声器器件以外的各个处理单元(高灵敏度化合成单元20、指向性合成单元30等)，具体而言可以作为由微处理器、ROM、RAM等构成的计算机系统来安装。所述RAM中记忆有计算机程序。

微处理器通过按照所述计算机程序来工作，从而各个装置能够发挥功能。在此，计算机程序是为了达成规定的功能，而由多个向计算机发出指令的指令代码的组合构成。

(2)构成上述各装置的构成要素的一部分或全部可以由一个系统LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)构成。

系统LSI是将多个构成部集成到一个芯片上而被制造出来的超多功能LSI，具体而言，是包括微型处理器、ROM、RAM等的计算机系统。所述RAM中记忆有计算机程序。

微型处理器按照所述计算机程序来工作，因此系统LSI可以达成上述的功能。

(3)构成上述各装置的构成要素的一部分或全部可以由能够装卸于各个装置的IC卡或单体的模块构成。

IC卡或模块是以微处理器、ROM、RAM等构成的计算机系统。IC卡或所述模块可以包括上述的超多功能LSI。

微处理器按照计算机程序来工作，因此上述IC卡或上述模块可以实现各自的功能。上述IC卡或上述模块可以具有防篡改功能。

(4)本发明也可以是以上所示的方法。并且，可以作为使计算机执行这些方法的计算机程序来实现，也可以作为由所述计算机程序构成的数字信号来实现。

并且，本发明可以将计算机程序或数字信号记录到计算机可读取的记录介质中，这些记录介质例如是软盘、硬盘、CD-ROM、MO、DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、BD(Blu-ray(注册商标)Disc)、半导体存储器等。并且，也可以作为这些记录介质中所记录的数字信号来实现。

并且，本发明可以通过电气通信电路、无线或有线通信电路、以因特网为代表的网络、以及数据广播等来传递计算机程序或数字信号。

并且，本发明可以是具备微处理器和存储器的计算机系统，存储器记忆上述计算机程序，所述微处理器按照所述计算机程序来工作。并且，可以将程序或数字信号记录到所述记录介质并传送，或者可以将程序或数字信号通过网络等来传送，从而可以由独立的其它的计算机系统来执行。

(5)上述的实施例以及上述的变形例可以分别自由组合。

本发明能够利用于指向性传声器装置，尤其能够作为抑制因声压梯度法而进行的指向性合成时出现的热噪声上升的问题，并既具有指向特性同时又具有高灵敏度特性的设备内置型的小型指向性传声器等来应用。并且，例如能够应用于助听器以及多媒体播放器的指向性传声器等超指向性且需要高灵敏度的远隔拾音系统，以及通常的指向性传声器。

Claims (13)

1.一种指向性传声器装置，其特征在于，包括：

多个传声器单元，在该多个传声器单元之间至少指向性以及灵敏度特性不同；

控制单元，利用从所述多个传声器单元的每一个输出的信号，来生成输出信号；以及

输出部，输出在所述控制单元生成的所述输出信号；

所述控制单元生成所述输出信号，以使被生成的所述输出信号在到达所述指向性传声器装置的声波的小振幅区域成为指向性弱而灵敏度高的状态，在所述声波的大振幅区域成为灵敏度低却具有指向性的状态。

2.如权利要求1所述的指向性传声器装置，其特征在于，

所述多个传声器单元包括第一传声器单元和第二传声器单元，所述第一传声器单元的指向性主轴朝向目标音方向，所述第二传声器单元的指向性比所述第一传声器单元强，并且指向性主轴朝向目标音方向；

所述指向性传声器装置还包括信号振幅电平检测单元，该信号振幅电平检测单元检测从所述第一传声器单元或所述第二传声器单元输出的信号的振幅电平；

所述控制单元，通过对从所述第一传声器单元输出的信号和从所述第二传声器单元输出的信号进行混合，从而生成所述输出信号，以使得在由所述信号振幅电平检测单元检测出所述信号的振幅小时，使从所述第一传声器单元输出的信号的比率提高，在由所述信号振幅电平检测单元检测出所述信号的振幅大时，使从所述第二传声器单元输出的信号的比率提高。

3.如权利要求1所述的指向性传声器装置，其特征在于，

所述多个传声器单元包括第一传声器单元和第二传声器单元，所述第一传声器单元对目标音方向具有灵敏度，所述第二传声器单元的指向性比第一传声器单元强，并且指向性死角朝向目标音方向；

所述控制单元包括：

噪声抑制单元，抑制从所述第二传声器单元输出的信号中的热噪声电平的噪声分量；以及

减法单元，通过从所述第一传声器单元所输出的信号中减去所述噪声抑制单元所输出的信号，从而生成所述输出信号。

4.如权利要求3所述的指向性传声器装置，其特征在于，

所述噪声抑制单元按照非线性放大特性来抑制热噪声电平的噪声分量，所述非线性放大特性仅使所述输出信号的小振幅区域的放大率降低。

5.如权利要求3所述的指向性传声器装置，其特征在于，

所述噪声抑制单元利用抑制热噪声电平的固定噪声的方法，并且按照仅使小振幅区域的放大率降低的非线性放大特性，抑制热噪声电平的噪声分量。

6.如权利要求3所述的指向性传声器装置，其特征在于，

进一步包括：

白化滤波单元，位于所述第二传声器单元和所述噪声抑制单元之间，对从所述第二传声器单元输出的信号的热噪声分量进行白化处理；以及

白化逆滤波单元，位于所述噪声抑制单元和所述减法单元之间，被输入从所述噪声抑制单元输出的信号，并具有与所述白化滤波单元相反的特性。

7.如权利要求3所述的指向性传声器，其特征在于，

所述第一传声器单元和所述第二传声器单元分别是通过对具有同一特性的第一传声器器件和第二传声器器件所输出的信号进行合成而构成的传声器单元；

所述第一传声器单元，是通过对从所述第一传声器器件以及所述第二传声器器件输出的信号的任一个进行成为高灵敏度的加法合成而构成的，或者是通过对从所述第一传声器器件以及所述第二传声器器件输出的信号进行成为高灵敏度的加法合成而构成的；

所述第二传声器单元是通过从所述第一传声器器件以及所述第二传声器器件所输出的信号中，使距离目标音近的一侧的信号延迟后进行减法运算，并通过合成在目标音方向形成灵敏度死角的信号而构成的。

8.如权利要求3所述的指向性传声器装置，其特征在于，

所述指向性传声器装置进一步包括热噪声推定单元，该热噪声推定单元根据从所述第一传声器单元输出的信号和所述第二传声器单元输出的信号的电平变化量的不同，推定从所述第二传声器单元输出的信号的热噪声电平；

所述噪声抑制单元根据在所述热噪声推定单元推定的热噪声电平，进行抑制从所述第二传声器单元输出的信号中的热噪声电平的噪声分量的处理。

9.如权利要求2所述的指向性传声器装置，其特征在于，

从所述第一传声器器件输出的信号和从所述第二传声器器件输出的信号被划分到频带并被处理。

10.如权利要求3所述的指向性传声器装置，其特征在于，

所述噪声抑制单元，仅将针对目标音而言灵敏度比所述第一传声器单元低的所述第二传声器单元的区域作为噪声抑制频带，并针对所述噪声抑制频带抑制热噪声电平的噪声分量。

11.一种方法，对指向性传声器装置进行控制，其特征在于，包括：

多个传声器单元，在该多个传声器单元之间至少指向性以及灵敏度特性不同；

控制步骤，利用从所述多个传声器单元的每一个输出的信号，来生成输出信号；以及

输出步骤，输出在所述控制步骤生成的所述输出信号；

所述控制单元生成所述输出信号，以使被生成的所述输出信号在到达所述指向性传声器装置的声波的小振幅区域成为指向性弱而灵敏度高的状态，在所述声波的大振幅区域成为灵敏度低却具有指向性的状态。

12.一种程序，是用于使计算机执行处理的指向性传声器装置的程序，包括：

多个传声器单元，在该多个传声器单元之间至少指向性以及灵敏度特性不同；

控制步骤，利用从所述多个传声器单元的每一个输出的信号，来生成输出信号；以及

输出步骤，输出在所述控制步骤生成的所述输出信号；

所述控制单元生成所述输出信号，以使被生成的所述输出信号在到达所述指向性传声器装置的声波的小振幅区域成为指向性弱而灵敏度高的状态，在所述声波的大振幅区域成为灵敏度低却具有指向性的状态。

13.一种集成电路，其特征在于，包括：

多个传声器单元，在该多个传声器单元之间至少指向性以及灵敏度特性不同；

控制单元，利用从所述多个传声器单元的每一个输出的信号，来生成输出信号；以及

输出部，输出在所述控制单元生成的所述输出信号；

所述控制单元生成所述输出信号，以使被生成的所述输出信号在到达所述集成电路的声波的小振幅区域成为指向性弱而灵敏度高的状态，在所述声波的大振幅区域成为灵敏度低却具有指向性的状态。

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