JP2001502126A

JP2001502126A - 超指向性マイクロホンアレイ

Info

Publication number: JP2001502126A
Application number: JP09542827A
Authority: JP
Inventors: ピーターエルチュウ
Original assignee: ピクチャーテルコーポレイション
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 2001-02-13
Anticipated expiration: 2017-05-28
Also published as: JP3521914B2; CA2256485C; EP0903056A4; WO1997046048A1; EP0903056A1; CA2256485A1; US5715319A

Abstract

(57)【要約】緩和されたＡ‐Ｄ変換器必要条件を有するたて型マイクロホンアレイが開示される。一次マイクロホンエレメント（１０１）から帯域制限された出力にそれぞれ関係する距離を保って間隔配置された少なくとも２つの二次マイクロホンエレメント（１０２、１０３、１０４）を帯域制限するためにアナログフィルタ（１１２、１１３、１１４）が用いられる。Ａ‐Ｄ変換器（１２０）によって帯域制限された二次マイクロホン信号がディジタル化される。一次マイクロホン（１０１）信号および組合わされた二次マイクロホン信号（１１５）の超指向性解析が信号プロセッサ（１３０）によって実施される。複数のマイクロホンがリング状配置される操縦可能な超指向性マイクロホンアレイも同様に開示される。これらの出力はディジタル化され、周波数帯域に分割され、そして、複数の方向の各々に関して重み付けされた合計値が形成される。操縦制御回路は、各帯域における各指向性信号の相対エネルギーを評価し、そして、更なる処理および出力のためにマイクロホン方向を選択する。

Description

【発明の詳細な説明】超指向性マイクロホンアレイ発明の背景本発明は、全体的に、マイクロホン及びマイクロホン信号の信号強化分野に関し、更に詳細には、テレコンフェレンス用マイクロホンシステムの分野に関する。ノイズ及び反響は、通常、吸音の少ない室内に幾人かがテーブルの周りの座席を占め、各人が用紙をめくる音をたてるような場所に設置されたテレコンフェレンス用システムを持続的に悩ます問題であった。信号強化の従来の方法はノイズの軽減と反響の消失技法に焦点が絞られた。超指向性アレイ及びその方法は、無線周波数及び水中探知用として広く使用されてきた。例えば、Ｊ．Ｅ．Ｈｕｄｓｏｎ著「適応アレイ原理」５９−６９頁、１９８１年著作権、ＮｅｗＹｏｒｋ、ＴＥＥ．ＰｅｔｅｒＰｅｒｅｇｒｉｎｉｓを参照されたい。音波ピックアップへの超指向性の初期応用については、Ｊ．Ｋａｔｅｓが「補聴器用指向性アレイ」Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．、ｖｏｌ．９４（４）、ｐｐ．１９３０−１９３３年に記述済みである。また、３２帯域システムを用いた実験結果は、Ｊ．Ｋａｔｅｓにより「補聴器処理の評価」オーディオ及び音響への信号処理の応用に関する検討会１９９５年ＩＥＥＥＡＳＳＰ、ＮｅｗＰａｌｔｚ，ＮｅｗＹｏｒｋにおいて報告された。超指向性の基礎原理は、Ｈ．Ｃｏｘ等による「実用的な超利得」、ＩＥＥＥ議事録、音響、音声、信号処理ｖｏｌ．ＡＳＳＰ−３４、ｐｐ．３９３−３９８、１９８６年６月、及び、Ｈ．Ｃｏｘ．等による「強固な適用ビーム成型」ＩＥＥＥ議事録、音響、音声、信号処理ｖｏｌ．ＡＳＳＰ−３５、ｐｐ．１３６５−１３７６、１９８７年１０月において充分に説明されている。広い周波数範囲全体に亙りビーム幅の安定度を維持するための成果については、Ｍ．Ｍ．Ｇｏｏｄｗｉｎ等による「一定幅のビーム形成」ＩＥＥＥＰｒｏｃ．ｍｔ．Ｃｏｎｆ．音響、音声、及び、信号処理ｐｐ．１６９−１７２、１９９３年４月において検討され、また、自己操縦マイクロホンアレイについてはＷ．Ｋｅｌｌｅｒｍａｎにより「自己操縦ディジタルマイクロホンアレイ」ＩＥＥＥＰｒｏｃ．ｍｔ．Ｃｏｎｆ．音響、音声、及び、信号処理、ｐｐ．３５８１− ３５８４、１９９１年５月において検討されている。発明の要約本発明の一態様に基づく指向性マイクロホンアレイは、第１のＡ‐Ｄ変換器に接続された１個の一次マイクロホン、及び、前記の一次マイクロホンとインラインかつ前以て決定済みの距離を保って間隔配置された２個以上の二次マイクロホンを有する。２個以上の二次マイクロホンは、それぞれの二次マイクロホンの相対配置に関する前以て決定済みの帯域に制限された各二次マイクロホンの応答を用いてそれぞれ周波数濾過される。周波数濾過された二次マイクロホン出力は組合わされ、そして、第２のＡ‐Ｄ変換器に入力される。好ましい実施例は、一次マイクロホン信号及び組合わされた二次マイクロホン信号を受信するためにＡ‐Ｄ変換器の出力に接続された信号プロセッサも有する。信号プロセッサは、一次および二次信号を複数の周波数帯域に分割し、各帯域における一次および二次信号へ重み付けを適用し、そして、各帯域における一次および二次の重み付けされた信号を組み合わせる。各帯域からの組合わされた信号を帯域制限された出力に変換するために、各帯域用シンセサイザーが装備される。各シンセサイザーからの出力は、指向性マイクロホン出力を供給するために組合わされる。好ましい実施例は、エコー無効化、ノイズ抑制、自動利得制御、または、組合わされた上のは、各帯域からの組合わされた信号を合成に先立って音声圧縮を実施するために、信号プロセッサも同様に有する。本発明の他の態様に基づく操縦可能な超指向性マイクロホンアレイは、第１および第２のマイクロホンを有し、それぞれのマイクロホンは前方指向性レスポンス及び後方指向性レスポンスを有する。後方指向性レスポンスは、前方指向性レスポンスに対して前以て決定済みの関係を持つ。第１及び第２のマイクロホンは、それらのそれぞれのレスポンスが前以て決定済みの軸に対して直線配置される。第１及び第２のマイクロホンからの信号を受け取るために、接続すられるＡ‐ Ｄ変換器は、マイクロホン信号を代表するディジタル信号を生成する。信号プロセツサは、各々のデイジタル信号を受信し、そして、複数の前以て決定済みの周波数帯域に分割し、前以て決定済みの周波数帯域の各々に関して第１のマイクロホン信号及び第２のマイクロホン信号をそれぞれ生成する。各帯域における第１及び第２のマイクロホン信号は、順方向及び逆方向に関して各々重み付けされる。第１及び第２の重み付けされた前方向信号は組合わされて各帯域における前方向信号を形成し、第１及び第２の重み付けされた後方向信号は組合わされて各帯域における後方向信号を形成する。方向コントローラは、各帯域における前方向及び後方向信号を受け取り、そして、前以て決定済みの基準に基づいてソース方向を表す方向を選定する。選定された方向からの各帯域における信号は出力され、マイクロホンアレイの方向を操縦する。操縦可能なアレイは、同様に、各帯域における選定された方向からの信号を受け取るために接続された信号プロセッサを有し、そして、エコー向こう化、ノイズ抑制、自動利得制御、或いは、選定済み信号における音声圧縮を実施する。各帯域からの処理済み信号を帯域制限された出力に変えるために、各帯域に関するシンセサイザが装備される。各シンセサイザーからの出力は、組合わされて、操縦されたマイクロホン出力を供給する。本発明の他の態様に基づく操縦可能な超指向性マイクロホンアレイは複数のマイクロホンを有し、各マイクロホンは前方向レスポンス及び後方向レスポンスを有する。マイクロホンは、全体的に、１つのリングにおいて間隔を保って配置される。複数のマイクロホンの各々１つから信号を受け取るために接続されたＡ‐ Ｄ変換器は、各マイクロホン信号を表わすディジタル信号を生成する。信号プロセッサは、各マイクロホン信号を表すディジタル信号を受信し、そして、複数の前以て決定済みの周波数帯域に分割する。各帯域における各マイクロホン信号は、複数の前以て決定済みのレスポンス方向のそれぞれ１つに関して重み付けされる。各レスポンス方向および各帯域にそれぞれ個別に関して、各マイクロホンからの重み付けされた信号は、各帯域における方向レスポンス信号を形成するために、組み合わされる。方向コントローラは、各帯域における方向レスポンス信号を受け取り、そして、前以て決定済みの基準に従ってレスポンス方向を選定する。選定済みレスポンス方向に対応する各帯域における方向レスポンス信号は、当該マイクロホンアレイの操縦された方向を表す出力を形成するために、組合わされる。同様に、操縦可能なアレイは、選定済みレスポンス方向に対応する各帯域における信号を受け取るように接続された信号プロセッサを有し、そして、エコー無効化、ノイズ抑制、自動利得制御、及び、選定済み信号に関する音声圧縮を含む１つ又は複数の性能強化信号処理機能を実施する。各帯域からの処理済み信号を帯域制限された出力に変換するために、各帯域に関するシンセサイザが装備される。各シンセサイザからの出力は、操縦済みマイクロホン出力を供給するように組合わせることが可能である。本発明の他の態様に基づく操縦可能な超指向性マイクロホンアレイは、内側リング及び外側リングに配列された複数のマイクロホンを有する。各マイクロホンは前方向及び後方向のレスポンスを有する。内側リングにおけるマイクロホンは、それぞれのハイパスフィルタに接続されたそれぞれ個々の出力を有する。外側リングにおけるマイクロホンは、それぞれのローパスフィルタに接続されたそれぞれ個々の出力を有する。内側リングにおけるそれぞれ個別のマイクロホンに関するハイパスフィルタ出力は、外側リングにおける前以て決定済みのマイクロホンに関するローパスフィルタ出力と組合わされる。組合わされた出力を受け取るように接続されたＡ‐Ｄ変換器は、それぞれ組合わされた出力を表すディジタル信号を生成する。信号プロセッサは、各マイクロホン信号を表すディジタル信号を受信し、そして、複数の前以て決定済みの周波数帯域に分割する。各帯域における各マイクロホン信号は、前以て決定済みの複数のレスポンス方向のそれぞれ１つに関して重み付けされる。各レスポンス方向および各帯域に関して個別に、各マイクロホンからの重み付けされた信号は、各帯域において方向レスポンス信号を形成するように組合わされる。方向コントローラは、各帯域における方向レスポンス信号を受信し、そして、前以て決定済みの基準に従ってレスポンス方向を選定する。選定されたレスポンス方向に対応する各帯域における方向レスポンス信号は、当該マイクロホンアレイの操縦された方向を表す出力を形成するように、組合わされる。操縦可能なアレイは、同様に、各帯域における選定された方向からの信号を受け取るために接続された信号プロセッサを有し、そして、エコー向こう化、ノイズ抑制、自動利得制御、或いは、選定済み信号における音声圧縮を実施する。各帯域からの処理済み信号を帯域制限された出力に変えるために、各帯域に関するシンセサイザが装備される。各シンセサイザーからの出力は、組合わされて、操縦されたマイクロホン出力を供給する。本発明の他の態様に基づいてマイクロホンアレイを使用する方法は、間隔を保って配置された複数のマイクロホンを表すデジタルサンプルを受け取るステップを有する。個別に各マイクロホンに関して、１つのサンプルグループが収集され、そして、複数の周波数帯域を有する周波数領域信号に変換される。個別に各々の周波数帯域に関して、周波数領域信号は重み付けされ、そして、１つ又は複数の指向性信号を形成するように組合わされる。１つ又は複数の指向性信号のなかの選定された１つは、出力として供給される時間領域信号に変換される。好ましい実施例は、更に、個別に各周波数帯域に関して、１つ又は複数の指向性信号の各々のエネルギーを評価し、そして、前以て決定済みの判定基準を満足させる指向性信号を出力として選定するステップを有する。エコー無効化、ノイズ抑制、自動利得制御、及び、音声圧縮の諸方法が含まれ、そして、選定された指向性信号に対して実施される。本発明の他の態様に基づく信号プロセッサは、間隔を保って配置された複数のマイクロホンからのマイクロホン信号を受信するための入力を有する。前期入力に接続された周波数フィルタはマイクロホン信号を受信し、そして、当該マイクロホンのそれぞれ１つに関する複数の狭帯域信号を、出力として生成する。周波数フィルタ出力に接続された重み付け及び加算プロセッサは、２つ以上の方向に関する複数の狭帯域指向性信号を、出力として形成する。重み付け及び加算プロセッサに接続された操舵プロセッサは、狭帯域指向性信号のエネルギーを受け取り、そして、評価し、次に、前以て決定済みの判定基準に基づいて出力方向を選定する。出力プロセッサは、出力方向に関する全帯域指向性出力を生成する。好ましい実施例は、エコー無効化、ノイズ抑制、自動利得制御、または、音声圧縮のための少なくとも１つのプロセスを実施するために重み付け及び加算プロセッサと出力プロセッサとの間に接続された信号エンハンサを有する。好ましい実施例において、操縦プロセッサは、帯域個数が残りの方向の個数よりも大きく、かつ、前以て決定済みの数よりも大きい場合において、帯域における当該方向のエネルギーが残りの方向のエネルギーより大きく、かつ、前以て決定済みのしきい値より大きいような方向を決定する。その代りに、一切の方向において、前以て決定済みの数値を越えることがない場合には、従来の方向が選定される。図面の簡単な説明図１は、Ａ‐Ｄ変換器必要条件が緩和された超指向性たて型マイクロホンアレイの構成図である。図２は、Ａ‐Ｄ変換器の必要条件が緩和された超指向性たて型マイクロホンアレイにおける使用に適した２帯域アナログフィルタ回路の概略図である。図３は、図１の超指向性たて型マイクロホンアレイに関する信号処理方法の機能構成図である。図４は、操縦可能な超指向性たて型マイクロホンアレイの機能構成図である。図５は、図４の操縦可能な超指向性たて型マイクロホンアレイとの使用に適した信号処理方法の機能構成図である。図６は、Ａ‐Ｄ変換器必要条件が緩和された操縦可能な超指向性たて型マイクロホンアレイの機能構成図である。好ましい実施例の説明図１において、本発明の一態様に従った換算アナログディジタル変換器及び信号処理必要条件を備えたたて型超指向性マイクロホンアレイを示す。インライン配列された４個のカージオイドマイクロホン１０１、１０２、１０３、及び、１０４はたて型超指向性マイクロホンアレイのエレメントを形成する。第２エレメントマイクロホン１０２、１０３、及び、１０４は、第１エレメントマイクロホン１０１からそれぞれ固定した距離ｄ１、ｄ２、及び、ｄ３を保って間隔配置される。各第２エレメントマイクロホン１０２、１０３、及び、１０４の出力は、マイクロホン１０１からのそれぞれの間隔に応じた周波数範囲に帯域制限される。最大利得を得るためには、各第２エレメントマイクロホンは、第１エレメントマイクロホンから理想的に１／４波長の間隔を保たねばならない。各第２エレメントマイクロホンは周波数範囲に応答するので、全ての周波数に関して厳密な波長間隔保持を満足させることができない。マイクロホンを追加すること、及び、周波数帯域を更に狭くすることによって性能を高くすることは、そのために追加した部品の追加コストによって相殺される。各第２エレメントマイクロホンと第１エレメントマイクロホンとの距離を１／８から１／２波長までの間に間隔保持することによって良好な性能を得ることが可能である。図１の例において、オーディオスペクトルは３つの帯域、即ち、０−７５０Ｈｚ、７５０−２０００Ｈｚ、及び、２ＫＨｚを超過、に分割される。第１エレメントからの第２エレメントマイクロホン間隔が１／２波長を超過しないことを保証するためには、保持間隔を決定するために当該帯域における最高周波数を使用するこができる。図１の例において、マイクロホン１０４は、高い方の周波数カットオフが７５０Ｈｚであるローパスフィルタ１１４によって濾波される。従って、マイクロホン１０４は、第１エレメントマイクロホン１０１から７５０Ｈｚの波長の１／２の距離に間隔配置される。空気中における７５０Ｈｚ音響信号の波長は約１８．０５インチであるので、マイクロホン１０４は、マイクロホン１０１から９．０３インチの距離に間隔配置される。同様に、マイクロホン１０３は、７５０−２０００Ｈｚバンドパスフィルタ１１３によって濾波され、従って、その２ＫＨｚカットオフに対応してマイクロホン１０１から３．３８５インチの距離に間隔配置される。マイクロホン１０２は、低い方の周波数カットオフが２ＫＨｚであるようなハイパスフィルタ１１２によって濾波される。マイクロホン１０２は、マイクロホン１０１から１．２７インチの距離に間隔配置され、２．７ＫＨｚの周波数においで理想的な１／４波長間隔を提供し、５．３ＫＨｚの周波数において最悪の場合として１／２波長間隔を提供する。３つのフィルタ出力は、ノード１１５において組合わされ、そして、ステレオアナログディジタル変換器（「Ａ／Ｄ」）１２０の右チャネルによってデジタル値に変換される。マイクロホン１０１からの全帯域幅信号は、Ａ／Ｄ１２０の左チャネルによってデジタル値に変換される。Ａ／Ｄ１２０は、更に、各入力にアンチエイリアース化フィルタ（図示せず）を有する。Ａ／Ｄ１２０の出力は、ディジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）１３０に供給される。ＤＳＰ１３０は、以下に図３を参照しながら更に詳細に説明される超指向性最適化方法を実施する。図１の構成において、マイクロホン１０４と０１は低周波信号（０−７５０Ｈｚ）のための２エレメント超指向性アレイを形成する。同様に、マイクロホン対１０３と１０１、及び、１０２と１０１は、それぞれ、中帯域（７５０−２０００Ｈｚ）、及び、高帯域（＞２０００Ｈｚ）信号用の２エレメント超指向性アレイを形成する。従つて、図１のアレイは周波数が減少するにつれて見掛けのエレメント間隔が増加する２エレメントアレイを意味する。図１のアレイによって提供される広帯域ＳＮ比性能は、従来型の２エレメントアレイよりも更に改良される。ただし、全ての第２エレメントマイクロホンのために１つの単一Ａ／Ｄチャネルを使用することによって、３個以上のエレメントアレイのコストは避けられる。ＤＳＰ１３０は、各マイクロホンに関する１つのチャネルでなく２つのデータチャネルだけのを分析が必要であり、従って、３又はそれ以上のエレメントの１つのアレイと比較して更にコストを節減可能にする。ディジタル信号プロセッサ１３０によって実施される信号処理の機能ブロックダイアグラムを図３に示す。幾つかのバンドパスフィルタを含むフィルタバンク３１０は、各々の全帯域マイクロホン信号を複数の狭帯域信号に分割する。狭帯域信号の帯域幅は、一般に、それらの中心周波数の３分の１未満である。同様に、各バンドパスフィルタの出力もダウンサンプル可能である。図３の例において、２つのマイクロホンチャネルの各々に関して幾つかのバンドパスフィルタ３１０を示す。左チャネルへ接続されたマイクロホン１０１からの信号は、フィルタＦＬ₁、ＦＬ₂、．．．、ＦＬ₂₅₆により狭帯域信号Ｌ₁、Ｌ₂、．．．、Ｌ₂₅₆に分割される。右チャネルへ接続された第２エレメントマイクロホン１０２、１０３、１０４からの信号は、フィルタＦＲ₁、ＦＲ₂、．．．、ＦＲ₂₅₆によって、狭帯域信号Ｒ₁、Ｒ₂、．．．Ｒ₂₅₆に分割される。フィルタ３１０の狭い帯域解析を実施するためには高速フーリェ変換を用いることが好ましい。好ましい一実施例において、各Ａ／Ｄチャネルからの５１２サンプルから成るグループに関して５１２ポイント点ＦＦＴが実施され、それによって、各々の全帯域信号を２５６周波数帯域に分割する。図１のＡ／Ｄ１２０は、１６ＫＨｚのサンプルレートで作動し、０から８ＫＨｚまでの範囲に亙って帯域幅３１．２５Ｈｚの２５６個の周波数帯域を生成可能である。２倍のオーバーサンプリングが用いられる場合には、各チャネルに関して１６ミリセカンド毎に１回の、ＦＦＴが実施される。各周波数帯域に関して別々に、マイクロホン信号は、ＳＮ比を最大化するように選定された複素ウエイトと線形的に組合わされ、その結合として線形組合わせから該当する帯域が得られる。Ｎエレメントたて型超指向性アレイにおける最適タップウエイトに関する周知の一般解は次方程式１によって与えられる。方程式１において、ｄはソース信号がＮマイクロホンエレメントをヒットする際の当該ソース信号の振幅と位相とに対応する複素数で構成されるカラムベクトルであり、Ｑは、Ｎエレメント間のノイズ重なり相関を与えるＮｘＮノイズ複素重なりスペクトルマトリックスであり、ａは当該帯域に関して最大のＳＮ比が得られるような特定の帯域におけるＮマイクロホン信号の最適線形組合わせに関するＮ複素タップウエイトの結果として得られるカラムベクトル（例えば、図１におけるＡ₁、Ａ₂）である。解析的には２エレメントアレイである図１におけるアレイに関して、Ｎは２である。実際には、Ｑのためのｍ、ｎエントリは、マイクロホンエレメントｍからの一連の複素ノイズサンプルと、同一帯域に関するマイクロホンエレメントｎからの一連の時間同期的複素ノイズサンプルとのドット積を求めることによって推定可能である。直観的に、ウエイトに関する方程式１の解は、ＳＮ比を最大にするための整合済みフィルタが後続する白色化フィルタの古典的一次元解の多次元拡張とみなすことが可能である。重なりスペクトル相関マトリックスを推定するための手順は、信号を含まないデータに基づかなければならない。例えばオーバーヘッドプロジェクタ又はエアコンディショナの電源の入れ切りが行われるようにノイズは変動可能であるので、結果として得られるタップと共にマトリックスが連続的に再計算されることはが望ましい。１９９５年３月１３日提出、共同譲渡済み「音声強化のための暗騒音の減少」と題する同時係属出願第０８／４０２，５５０号に記載されているように、信号のエネルキとスペクトルの両方が一定である時を検出するために、静止検出器が使用可能である。信号が十分に長い期間、一般に、２秒間に亙り一定である場合には、重なりスペクトル相関マトリックスを求めるために当該データが使用され、ウエイトが計算される。信号ベクトルｄを推定するための手順としては、マイクロホンアレイを無響室内に置き、白色雑音ソースを遠方場内における仮定した白色雑音ソースが所在する方位角度に向け、各帯域内において、当該信号がマイクロホンエレメントをヒットする場合の振幅及び位相の差を測定する。図１及び２のマイクロホンアレイのための仮定ソースは、４個のマイクロホンを通過する軸上の、第１エレメントマイクロホン１０１に最も近い端部に配置される。図３に示すように、例えば、Ｌ₁、Ｒ₁のような各帯域に対する左および右チャネルの狭い帯域信号は、それぞれ、例えば、Ａ₁、Ａ₂のような複素タップウエイトを用いて、例えば、ＭＬ₁、ＭＲ₁のような乗算器３２０によって重み付けされる。重み付けされた狭帯域信号の和は、各周波数帯域に対する最適化された狭帯域信号、例えばＳ_Aを生成するために、例えば加算器３３０、３３１によって求められる。各周波数帯域に関する最適化された狭帯域信号は時間領域に合成され、バンドパス濾波され、次に、加算器３５０によって組合わされて、マイクロホンアレイを形成する。マイクロホンアレイ出力を形成するように、最適化済み狭帯域信号に関してウィンドウ機能によって後続される逆ＦＦＴが実施されることが好ましい。その代りに、種々の信号強化プロセスを、信号プロセッサにおいて組み込むことが可能である。例えば、エコーの無効化、ノイズの抑制、自動利得制御、及び、通話圧縮を、逆ＦＦＴが実施される以前に、最適化済み狭帯域信号に実施可能であり、それによって、追加された計算的必要条件及び第２バンドパス解析の遅延が回避される。エコー無効化は、「複数の信号帯域幅においてエコーを減少または除去するための手段を備える適応音波エコーキャンセラ」と題する米国特許第５，３０５，３０７号、及び、「拡声器とマイクロホンとの間で音響フィードバックのレベルを推定するための方法及び装置」と題する米国特許第５，２６３，０１９号に開示済みである。ノイズ抑制は、１９９５年３月１３日に提示済みの「通話強化のための暗騒音の減少」と題する同時係属出願通し番号０８／４０２，５５０において開示される。自動利得制御は、１９９５年５月４日に提示された「音声作動化された自動利得制御」と題する同時係属出願第０８／４３４，７９８号に開示済みである。音声圧縮は、「可変ビットレート通話エンコーダ」と題する米国特許第５，３１７，６７２号に開示済みである。これらの全ては本出願と共に共通譲渡済みである。本発明の３マイクロホン原型の一実施例のためのアナログ回路を図２に示す。マイクロホン２０１及び２０２は、２，３６８ＫＨｚ以上の周波数のための２エレメントアレイを形成し、マイクロホン２０４及び２０１は、２ＫＨｚ以下の周波数のための２エレメントアレイを形成する。ローパスフィルタ２１４及びハイパスフィルタ２１２は、それぞれマイクロホン２０４及び２０２を帯域制限する。フィルタ出力は、増幅器Ａ５によって組合わされ、そして、ステレオＡ‐Ｄ変換器（図示せず）の右チャネルに供給される。図１の例の場合と同様に、第１エレメント（フロント）マイクロホン２０１からの全帯域信号が増幅され、そして、Ａ‐Ｄ変換器の左チャネルに供給される。代替実施例は、間隔配置され、周波数濾波され、そして、３、４、等々のエレメント超指向性アレイにおいて、第３、第４、等々のエレメントとして接続されたバンドパス済みマイクロホンの追加グループを含むことが可能である。操縦可能超指向性アレイ４マイクロホン操縦可能超指向性マイクロホンアレイを図４に示す。ダイポールマイクロホン４１１（ＭＩＣ１）、４１２（ＭＩＣ２）、４２１（ＭＩＣ３）、及び、４２２（ＭＴＣ４）はそれぞれ８字型２方向応答特性を有する。マイクロホン４１１及び４１２を有するアレイ４１０は２エレメントたて型アレイであり、北及び南方向に超指向利得を提供する。同様に、マイクロホン４２１及び４２２は２エレメントたて型アレイ４２０を形成し、東及び西方向に超指向利得を提供する。超指向利得の追加的４方向は、仮想ダイポールを形成するようにマイクロホン出力を合計することによって獲得可能である。例えば、北東の軸上の仮想ダイポールマイクロホンは、マイクロホン４１１と４２１の出力を加えることによって得られる。北東及び南西方向における２エレメントたて型アレイは、マイクロホン４１１及び４２１を結合することによって第１エレメントとして仮想ダイポールを有し、第２エレメントとして、マイクロホン４１２及び４２２を結合することによっで形成される仮想ダイポールを有する。同様に、マイクロホン４１１と４２２、及び、マイクロホン４１２と４２１は、北西及び南東方向における仮想たて型アレイを形成するように結合可能である。マイクロホン出力を結合および解析するための方法については以下に更に詳細に検討することとする。ここでは、良く整合のとれたマイクロホンに関しては、マイクロホンの出力を一緒に加算して仮想ダイポール信号を形成可能であることに言及するにとどめる。ただし、以下に述べるように、複素ウエイトは各方向に関して導出することが好ましい。各マイクロホン出力は、ステレオＡ／Ｄコンバータの１つのチャネルに供給され、デジタルサンプルチャネル４個を生成する。Ａ／Ｄコンバータは、１６ＫＨｚサンプリングレートで作動し、そして、内部アンチエイリアースフィルタを装備することが好ましい。ディジタル信号プロセッサ５００は、図３に関連して既に記述した場合と同様の方法において超指向性解析および信号強化を実施する。以下に更に詳細に説明するように、マイクロホンアレイの方向性制御もＤＳＰ５００によって実施される。好ましい一実施例においては、ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＩｎｃ．から入手可能なＴＭＳ３２０Ｃ３１ディジタル信号プロセッサチップがＤＳＰ５００用に用いられる。プロセッサ５００によって実施されるプロセスステップの機能ブロックダイアグラムを図５に示す。４チャネルＡ／Ｄデジタル出力は各チャネルにおいてウィンドウ機能５１０を実施するＤＳＰ５００によって受信される。５０％重なり合ったハミングウィンドウが好ましいが、ＦＦＴ処理のためにＡ／Ｄコンバータからデータサンプルを収集するためには、他の適当なウィンドウ機能が使用可能である。図５におけるＦＦＴプロセス５２０は、各チャネルからウィンドウされたデータに関して実施される。５１２ポイント点ＦＦＴを用いて、１から２５６までの番号を付けることが可能な２５６周波数帯域を生成することが好ましい。ＦＦＴ機能ブロックは、各々の２５６周波数帯域における４個のＡ／Ｄチャネル各々に関する複素数値を生成する。一例としてＭＩＣ１を用いることにより、ＦＦＴの結果として、１から２５６までの番号を付けることのできる２５６周波数帯域の各々において１つの複素ＭＩＣ１値が生成される。ＦＦＴの結果は、機能ブロック５３０においてタップウエイトが乗じられる。最適タップウエイトに関する一般解については、上に図３に関連して検討されている。ただし、図４の操縦可能な超指向性アレイの場合には、信号ベクトルｄは、８つの方向の各々に関して用測定される。図４のマイクロホンアレイに関する８つの操縦可能な方向をサポートするために、２５６個の周波数帯域の各々におけるの４個のＡ／Ｄチャネルの各々に関して８個の複素タップウエイトが用いられる。従って、４個のマイクロホンの各々からの８個の重み付けされた方向性信号が、機能ブロック５３０において、２５６個の周波数帯域の各々において計算される。一例としてＭＩＣ１及び周波数帯域１を用いることとし、周波数帯域１におけるＭＩＣ１北、北東、東、南東、南、南西、西、及び、北西の値は、周波数帯域１のそれぞれ８個の方向性タップウエイトを周波数帯域１に関するＭＩＣ１値に乗じることによって計算される。図５における加算ブロック５４０は、２５６周波数帯域の各々における８個の方向性信号の導出を表す。各帯域における各マイクロホンからの重み付けされたそれぞれの方向性信号は、方向性信号を形成するために合計される。例えば、周波数帯域１における４個のマイクロホンの各々からの重み付けされた北東信号は、周波数帯域１における北東方向性信号を形成するために加算される。同様の合計値は、２５６個の周波数帯域の各々における８方向の各々に関して算定される。方向性制御ブロック５５０は、操縦可能なアレイによる出力に関する８方向のうちの１つを選定する。これを実施するためには、２５６個の周波数帯域の各々における８方向各々に関する伝播ピークエネルギーが、方程式２に従って計算される。方程式２において、ｋは周波数帯域（１−２５６）をインデックスし、ｄは方向（１−８）をインデックスし、ｘ（ｋ、ｄ）は、周波数帯域ｋ及び方向ｄに関する二次抽出された重み付け済み台計結果である。最大のＰ（ｋ、ｄ）を生成する方向は、各周波数帯域に関して求められる。その最大Ｐ（ｋ、ｄ）が例えば１０ｄＢの事前規定済みしきい値だけノイズフロアを超過する各周波数帯域において、上記超過は、当該方向における１票としてカウントされる。最大Ｐ（ｋ、ｄ）がしきい値を越えない周波数帯域においては、方向は一切得票しない。全ての帯域が計算された後で、得票数が事前決定済みの最小値、例えば７よりも大きく、ノイズよりも信号が非常に強いことを示すことを条件として、現行サンプリングに際して最高票数を得た方向が出力用に選定される。最小得票数が不足している場合には、前のサンブリングにおいて選定された方向が、現行サンプリングに際して再度選定される。選定された方向からの２５６個の周波数帯域は、図３に関連して上で示したように、アレイ出力を生成するために用いられる。例えば、図５に示すように、選定済み方向の周波数帯域の各々に関する二次抽出済みの重み付けされた合計結果は、強化され５６０、合成され５６０、合計され、ウィンドウされ５８０、そして、出力５９０される。本発明に基づき広い周波数範囲全体に亙って強化されたＳＮ比を有する操縦可能なマイクロホンアレイの他の実施例を図６に示す。マイクロホンの２つのリングが装備される、即ち、内側リングはマイクロホン４１１Ｈ、４２１Ｈ、４１２Ｈ、及び、４２２Ｈにより構成され、外側リングはマイクロホン４１１Ｌ、４２１Ｌ、４１２Ｌ、及び、４２２Ｌによって構成される。便宜上、内側リングをＨリング、外側リングをＬリングと呼ぶものとする。各々のマイクロホンリングＨ、Ｌは、図４に関連して記述したマイクロホンの単一リングと同じように機能する。ただし、内側リングにおける各マイクロホンは高い周波数に帯域制限され、外側リングにおける各マイクロホンは低い周波数に帯域制限される。一例として北および南方向を用いることとし、マイクロホン４１１Ｌと４１２Ｌは、低い周波数に関する超指向性２エレメントたて型アレイを形成する。同様に、マイクロホン４１１Ｈと４１２Ｈは、これらの方向における高い周波数に関する超指向性２エレメントたて型アレイを形成する。フィルタ４１４Ｈ、４２４Ｈ、４１５Ｈ、及び、４２５Ｈは、それぞれ、各々をマイクロホン４１１Ｈ、４２１Ｈ、４１２Ｈ、及び、４２２Ｈの周波数応答を、図１に関連して上で記述したように、それらの間隔配置に適した高い周波範囲に制限する。同様に、フィルタ４１４Ｌ、４２４Ｌ、４１５Ｌ、及び、４１５Ｌは、それぞれ、マイクロホン４１１Ｌ、４２１Ｌ、４１２Ｌ、及び、４２２Ｌの周波数応答を、それらの間隔配置に適した低い周波範囲に制限する。フィルタ４１４Ｈ及び４１４Ｌの出力はノード４１６において合計され、ステレオＡ／Ｄコンバータ４１３の入力に供給ざれる。同様に、フィルタ４２４Ｈと４２４Ｌ、４１５Ｈと４１５Ｌ、及び、４２５Ｈと４２５Ｌの出力はそれぞれノード４２６、４１７、及び、４２７においで合計され、ステレオＡ／Ｄコンバータ４１３及び４２３のそれぞれの入力に供給される。ディジタル信号プロセッサ５００は、超指向性信号強化、及び、図５に関連して上で記述したような操縦プロセスを実施する。実際のエレメントと仮想エレメントとの見掛け上の相対的な相互間隔は周波数の減少につれて増大するので、帯域制限されたマイクロホンの２つのリングの組合わされた出力を用いることにより、超指向性アレイにおいて強化されたＳＮ比を提供する。ＤＳＰ５００の計算必要条件は、性能が向上しても増大しない。性能を改良するために外側リングにおいて仮想方向（北東、南東、南西、北西）に関して追加マイクロホンの装備が可能である。一代替実施例において、追加方向性制御を提供するために、１個のマイクロホン（或いは２個）は、図４（或いは図６）におけるマイクロホンのリングによって形成された応答平面に垂直な軸上で方向付け可能である。９つの追加方向、即ち、１つの追加垂直方向、及び、８つの水平方向の各々に垂直方向に対して４５度の角度を作る８つの追加方向を、１つの追加軸を加えることによって提供可能である。ただし、追加された各方向に関する計算必要条件は増大する。以上の記述から、最小限度の追加ハードウェア必要条件を用いて性能を改良するために、テレコンファレンス用マイクロホン及びマイクロホンアレイ装置および方法における改良が提供されることは明白である。好ましい実施例について記述してきたが、ここに記述したシステム及び方法の、本発明の範囲内における改造または修正は当業者にとって明白であることが理解されるはずである。従って、以上の記述は例示的であって、制限的意味を持たないことを理解されたい。

Claims

【特許請求の範囲】１．指向性マイクロホンアレイであって、近い端部および遠い端部を有する軸に沿って配置された複数のマイクロホンエレメントを有し、前記マイクロホンエレメントの各々が前記の近い端部に向かって前記の軸に平行な指向性レスポンスを有し、前記マイクロホンエレメントの各々が音響信号に応答して信号を供給するための出力を有し、前記複数のマイクロホンエレメントが前記の近い端部に近接して配置された一次マイクロホン及び前記一次マイクロホンからそれぞれ位置的なずれを有する少なくとも２個の二次マイクロホンを有し、前記二次マイクロホンの各々の前記の出力を、前記それぞれの位置的ずれに対して前以て決定済みの関係を有しかつ前記二次マイクロホンの各々に関して周波数濾波された出力を供給する前以て決定済みの周波数帯域に前記二次マイクロホンの前記出力の各々を制限するように前記二次マイクロホンへ接続された１つのアナログ周波数フィルタと、前記周波数濾波出力へ接続された入力を備えて、合成第２エレメント信号を形成して出力するように前記の周波数濾波された出力を組み合わせる１つのアナログ加算ノードと、前記一次マイクロホンの前記出力へ接続された入力を備え、そして、前記一次マイクロホン出力を表す第１のディジタル信号及び前記合成第２のエレメント信号を表す第２のディジタル信号を生成する前記加算ノードの前記出力へ接続された入力を備えた１つのＡ‐Ｄ変換器と、前記Ａ‐Ｄ変換器へ接続された入力を備えて、超指向的マイクロホン出力を形成する前記第１及び第２のディジタル信号の超指向的解析を実施する信号プロセッサとを有するアレイ。２．マイクロホンアレイであって、第１のＡ‐Ｄ変換器へ接続された１つの一次マイクロホンと、前記一次マイクロホンと直線上に前以て決定済みの距離を保って間隔配置された２つ以上の二次マイクロホンとを有し、前記の２つ以上の二次マイクロホンの前記の１つが前記の２つ以上の二次マイクロホンの前記１つの相対配置に関する周波数の前以て決定済みの帯域に限られた周波数レスポンスを備えたアナログ周波数濾波済み出力を有し、前記一次マイクロホンから第１のアナログ信号と、前記の２つ以上のマイクロホンの前記の周波数濾波された出力の組み合わせから第２のアナログ信号とを供給するための１つの出力を有するアレイ。３．請求項２記載のマイクロホンアレイであって、更に、前記出力へ接続されて、前記第１及び第２のアナログ信号を受信し、そして、一次マイクロホン信号および合成二次マイクロホン信号をデジタル出力として生成する１つのＡ‐Ｄ変換器と、前記デジタル出力へ接続されて、前記一次マイクロホン信号及び前記合成二次マイクロホン信号を受信し、前記一次及び二次マイクロホン信号の超指向性解析を実施し、最適化された指向性マイクロホン出力信号を出力する１つの信号プロセッサとを有するアレイ。４．請求項３記載のマイクロホンアレイであって、ここに前記信号プロセッサにおいて、前記一次及び二次信号を複数の周波数成分に変換するための高速フーリエ変換プロセッサと、前記周波数成分の選定された幾つかを選択的に組み合わせるウエイト及び加算プロセッサと、マイクロホン出力信号を生成する逆ＦＦＴプロセッサとを有するアレイ。５．請求項４記載のマイクロホンアレイであって、更に、前記の最適化された指向性信号に関してエコー無効化、ノイズ抑制、自動利得制御、または、音声圧縮プロセスの少なくとも１つを実施し、前記の少なくとも１つのプロセスの結果を前記逆ＦＦＴプロセッサに供給するための１つのプロセッサを有するアレイ。６．電話会議用システムであって、入来オーディオ信号及び出力を受信するように接続された入力を備えて、前記入来オーディオ信号をオーディオ的に再生するための受信機チャネルと、近い端部及び遠い部端を有する軸に沿って配置された複数のマイクロホンエレメントを含む１つの指向性マイクロホンアレイとを有し、前記マイクロホンエレメントの各々が前記の近い端部に向かって前記の軸に平行に位置する指向性レスポンスを有し、前記マイクロホンエレメントの各々が音響信号に応答して信号を供給ための出力を備え、前記複数のマイクロホンエレメントが前記の近い端部に極めて近接して配置された一次マイクロホン、及び、前記の一次マイクロホンからそれぞれ位置的にずれて配置された少なくとも２つの二次マイクロホンを有し、前記の二次マイクロホンの各々の前記出力を前記それぞれの位置的ずれに対して前以て決定済みの関係を有する前以て決定済みの周波数帯域に制限し、周波数濾波された前記二次マイクロホンのそれぞれの出力を供給するために前記の二次マイクロホンへ接続された１つのアナログ周波数フィルタと、前記の周波数濾波された出力に接続された入力を備えて、合成第２エレメント信号を形成および出力するために前記の周波数濾波された出力を組み合わせる１つのアナログ加算ノードと、前記一次マイクロホンの前記出力へ接続された入力及び前記加算ノードの前記出力へ接続された入力を備えて、前記一次マイクロホン出力を表す第１のディジタル信号及び前記の合成第２エレメント信号を表す第２のディジタル信号を生成するＡ‐Ｄ変換器と、前記Ａ‐Ｄ変換器へ接続された入力を備えて、超指向性マイクロホン出力を形成する前記の第１番及び第２のディジタル信号の超指向性解析を実施する信号プロセッサと、前記の超指向性マイクロホン出力に接続された入力および前記の超指向性マイクロホン出力を出オーディオ信号として送信するように接続された出力を備えた送信機チャネルとを有するシステム。７．請求項６記載の電話会議システムであって、更に、視覚的情報を感知するためのビデオピックアップデバイスと、出ビデオ信号を伝送するために前記ビデオピックアップデバイスへ接続された入力を備えたビデオ伝送チャネルと、入来ビデオ信号を受信するために接続された入力を備えたビデオ受信機チャネルとを有するシステム。８．電話会議用システムであって、前記入来オーディオ信号をオーディオ的に再生するために入来オーディオ信号を受信するように接続された入力及びスピーカーシステムへ接続された出力を備えた１つの受信機チャネルと、音響信号に応答して電気信号を供給するための出力を各々が備えた複数のマイクロホンエレメントを含む１つの多重方向超指向性マイクロホンアレイとを有し、前記複数のマイクロホンエレメントが中心点から前以て決定済みの距離に配列された少なくとも２つのリングマイクロホンとを有し、各リングマイクロホンが半径方向軸と直線配置された双指向性レスポンス及びそれぞれの角度的ずれを有し、前記複数のマイクロホンエレメントの前記出力へ接続された入力を備えて、前記の電気信号の各々を複数の周波数成分に分割し、前記マイクロホンエレメントの各々および前記の周波数成分の各々に応答して複数の周波数帯域マイクロホン信号を出力として供給する１つのフィルタを有し、前記フィルタの前記出力へ接続された入力を備えて、それぞれの方向および前記周波数成分に関する選定された係数を、重み付けされた周波数帯域マイクロホン信号を形成する前記周波数バンドマイクロホン信号に選択的に適用し、前記の重み付けされた周波数帯域マイクロホン信号のうちの選定された幾つかを複数の帯域分割された指向性信号に選択的に組み合わせる１つの重み付けされた加算ノードを有し、前記加算回路へ接続されて、選定された指向性マイクロホン信号を出力として生成する１つの出力回路と、前記出力回路へ接続された入力及び前記の選定された超指向性マイクロホン信号を出オーディオ信号として伝送するように接続された出力を備える１つの送信機チャネルとを有するシステム。９．請求項８記載の電話会議システムであって、更に、視覚的情報を感知するためのビデオピックアップデバイスと、出ビデオ信号を伝送するために前記ビデオピックアップデバイスへ接続された入力を備えたビデオ伝送チャネルと、入来ビデオ信号を受信するために接続された入力を備えたビデオ受信機チャネルとを有するシステム。１０．多重方向超指向性マイクロホンアレイであって、音響信号に応答して電気信号を供給するための出力を各々が備えた複数のマイクロホンエレメントを有し、前記複数のマイクロホンエレメントが中心点から前以て決定済みの距離に配列された少なくとも２つのリングマイクロホンを有し、各リングマイクロホンが半径方向軸と直線配置された双指向性レスポンス及びそれぞれの角度的ずれを有し、前記複数のマイクロホンエレメントの前記出力へ接続された入力を備えて、前記の電気信号の各々を複数の周波数成分に分割し、前記マイクロホンエレメントの各々および前記の周波数成分の各々に応答して複数の周波数帯域マイクロホン信号を出力として供給する１つのフィルタを有し、前記フィルタの前記出力へ接続された入力を備えて、それぞれの方向および前記周波数成分に関する選定された係数を、重み付けされた周波数帯域マイクロホン信号を形成する前記周波数バンドマイクロホン信号に選択的に適用し、前記の重み付けされた周波数帯域マイクロホン信号のうちの選定された幾つかを複数の帯域分割された指向性信号に選択的に組み合わせる１つの重み付けされた加算ノードを有し、前記加算回路へ接続されて、選定された指向性マイクロホン信号を出力として生成する１つの出力回路を有するアレイ。１１．請求項１０記載のマイクロホンアレイであって、更に、前記複数の帯域分割指向性信号を受信するように前記の重み付けされた加算ノードに接続された入力を備えて、前以て決定済みの判定基準に従って方向を選定する操縦制御回路を有し、ここに前記出力回路が前記方向に対して前以て決定済みの関係を有する前記複数の帯域分割指向性信号のうちの選定された幾つかに応答して前記の選定された指向性マイクロホン信号を生成するアレイ。１２．請求項１０記載のマイクロホンアレイであって、更に、前記の重み付けされた加算ノードに接続された信号強化回路を有し、ここに前記信号強化回路がエコー無効化、ノイズ抑制、自動利得制御、及び、音声圧縮プロセスのうちの少なくとも１つを実施するアレイ。１３．請求項１０記載のマイクロホンアレイであって、ここに前記出力回路において、更に、前記複数の帯域分割指向性信号のうちの選定された前記の幾つかに応答するシンセサイザと、前記シンセサイザへ接続されたウィンドウ回路とを有するアレイ。１４．請求項１１記載のマイクロホンアレイであって、更に、前記マイクロホンエレメントの前記出力に接続された入力及び出力を備えたＡ ‐Ｄ変換器を有し、前記のＡ‐Ｄ変換器が前記複数のマイクロホンエレメントの各々からの電気信号の各々を表すディジタル信号を生成し、前記フィルタが高速フーリェ変換を実施するディジタル信号プロセッサを有し、前記出力回路が前記複数の帯域分割信号のうちの前記の選定された幾つかに逆高速フーリェ変換を実施するディジタル信号プロセッサを有するアレイ。１５．請求項１０記載のマイクロホンアレイであって、ここに前記複数のマイクロホンエレメントにおいて、更に、前記中心点と交差しかつ前記リングマイクロホンの応答平面に実質的に垂直な軸と直線配置された順方向レスポンスを有する少なくとも１つの軸マイクロホンを有し、前記軸マイクロホンが前記の中心点から前以て決定済みの距離に配置されるアレイ。１６．請求項１１記載のマイクロホンアレイであって、ここに、前記の帯域分割指向性信号が複数の帯域の各々における少なくとも２つの方向を表す信号を有し、前記の前以て決定された判定基準において、前記複数の帯域におけるエネルギーが残りの方向のエネルギーよりも大きく、そして、前記の残りの方向の個数よりも大きくしかも前以て決定済みの数より大きいような個数の前記帯域に関して前以て決定されたしきい値よりも大きいような１つの方向を選定するステップを有するアレイ。１７．請求項１６記載のマイクロホンアレイであって、ここに前記の判定基準において、更に、前記の２つ以上の方向のうちに前記の前以て決定済みの数を越える方向が含まれていない場合には以前の方向を選定するステップを有するアレイ。１８．マイクロホンアレイであって、音響信号に応答して電気信号を供給するために各々が前方向レスポンスと後方向レスポンス及び出力を備えた複数のマイクロホンを有し、前記複数のマイクロホンが、前記の中心点から第１の位置的ずれを有する内側リングに配置された内側リングマイクロホン及び前記の中心点から第２の位置的すれを有する外側リングに配置された外側リングマイクロホンを有し、前記内側リングマイクロホンの各々の前記出力を前記第１の位置的ずれに対して前以て決定済みの関係を有する高い周波帯域にそれぞれ制限し、そして、前記外側リングマイクロホンの各々の前記出力を前記第２の位置的ずれに対して前以て決定済みの関係を有する低い周波帯域にそれぞれ制限するために、前記複数のマイクロホンに接続された１つの周波数フィルタと、前記周波数フィルタに接続された入力を備えて、合成マイクロホンリング信号を形成し、そして、加算ノード出力として出力するために前記の内側リングマイクロホンの前記出力の各々を前記の外側リングマイクロホンの前記出力のそれぞれ１つと選択的に組み合わせる複数の加算ノードと、前記加算ノード出力へ接続された入力を備えて、前記の合成マイクロホンリング信号を複数の周波数成分に分割し、そして、複数の周波数帯域マイクロホン信号を出力として供給する１つのフィルタと、前記フィルタの前記出力へ接続された入力を備えて、方向および前記周波数成分のそれぞれに関する選定済み係数を重み付けされた周波数帯域マイクロホン信号を形成する前記周波数帯域マイクロホン信号に選択的に適用し、そして、前記の重み付けされた周波数帯域マイクロホン信号の選定された幾つかを複数の帯域分割指向性信号に選択的に組み合わせる１つの重み付け加算ノードと、前記複数の帯域分割指向性信号を受信するように前記の重み付けされた加算ノードへ接続された入力を備えて、前以て決定済みの判定基準に基づいて方向を選定する１つの操縦制御回路と、前記方向に対して前以て決定済みの関係を有する前記複数の帯域分割指向性信号の選定された幾つかに応答して選定された指向性マイクロホン信号を生成する１つの出力回路とを有するアレイ。１９．マイクロホンアレイを操作する方法であって、間隔配置された複数のマイクロホンを表すマイクロホン信号を受信するステップと、前記の間隔配置された複数のマイクロホンのそれぞれ１つに関する複数の狭帯域信号を生成するために前記マイクロホン信号を周波数濾波するステップと、２つ以上の方向のそれぞれに関する複数の狭帯域指向性信号を形成するために前記複数の狭帯域指向性信号を重み付け及び加算するステップと、前記のの狭帯域指向性信号のエネルギーを評価し、そして、前以て決定済みの判定基準に基づき前記２つ以上の方向から１つの出力方向を選択するステップと、前記出力方向のそれぞれに関する前記の狭帯域指向性信号の選定された幾つかを１つの全帯域指向性出力に変換するステップとを有する方法。２０．請求項１９記載の方法であって、更に、前記の狭帯域方向性信号の前記の選定された幾つかを用いて、エコー無効化、ノイズ抑制、自動利得制御、或いは、音声圧縮のための少なくとも１つのプロセスを実施するステップを有する方法。２１．超指向性アレイを操作する方法であって、１つの出力を備えた１つの一次ピックアップエレメントを提供するステップと、それぞれが１つの出力備えて、前記の一次ピックアップエレメントからそれぞれの距離を保って間隔配置された複数の第２のピックアップエレメントを提供するステップと、前記の二次ピックアップエレメントの各々の周波数レスポンスを前記のそれぞれの距離に関するそれぞれの周波数範囲にそれぞれ制限するように前記二次ピックアップエレメントの前記出力を周波数濾波するステップと、前記二次ピックアップエレメントの周波数濾波された前記出力を合成二次出力へ組み合わせるステップと、最適化されたアレイ出力を形成するために前記一次および前記合成二次出力の超指向性解析を実施するステップとを有する方法。２２．マイクロホンアレイを操作するための信号プロセッサ装置であって、複数の間隔配置されたマイクロホンからのマイクロホン信号を受信するための１つの入力と、前記マイクロホン信号を受信するように前記入力へ接続されて、前記複数の間隔配置されたマイクロホンのそれぞれ１つに関する複数の狭帯域信号を出力として生成する１つの周波数フィルタと、前記の周波数フィルタ出力へ接続された入力を備えて、前記複数の狭帯域信号を受信し、そして、２つ以上の方向に関する複数の狭帯域指向性信号を出力として形成する１つの重み付け及び加算プロセッサと、前記の重み付け及び加算プロセッサへ接続された入力を備えて、前記の狭帯域指向性信号のエネルギーを受信かつ評価し、そして、前以て決定済みの判定基準に基づいて前記の２つ以上の方向から１つの出力方向を選定する１つの操縦プロセッサと、それぞれの前記出力方向に関する前記狭帯域指向性信号の選定されたいくつか受信するように接続された入力を備えて、全帯域方向性出力を生成する１つの出力プロセッサとを有する装置。２３．請求項２２記載の信号プロセッサであって、更に、前記の狭帯域指向性信号の前記の選定された幾つかを受信するように接続された１つの入力、及び、前記出力プロセッサの前記入力へ接続された出力を備えた１つの信号エンハンサを有し、前記の信号エンハンサが、エコー無効化、ノイズ抑制、自動利得制御、または、音声圧縮のための少なくとも１つのプロセスを実施するプロセッサ。２４．請求項２２記載の信号プロセッサであって、ここに前記の前以て決定済みの判定基準において、前記の帯域におけるエネルギーが、残りの方向のエネルギーよりも大きく、そして、前記の残りの方向の個数よりも大きくしかも前以て決定済みの数より大きいような個数の前記帯域に関して前以て決定されたしきい値よりも大きいような方向を決定するステップを有するプロセッサ。２５．請求項２４記載の信号プロセッサであって、ここに前記の前以て決定済みの判定基準において、更に、前記の２つ以上の方向のうちに前記の前以て決定済みの数を越える方向が含まれていない場合には以前の方向を選定するステップを有するプロセッサ。