JP2005286712A - 収音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マイクロホンの特性のばらつきを精度良く一致させることが可能になる収音装置を提供する。
【解決手段】 ｍ番目の受信回路ＤＴｍからフィルタ回路ＦＴｍを通ってアレー信号処理部２に送られる信号には、マイクロホンＭＣｍの特性Ｇ_ｍ（ｆ）とフィルタ回路ＦＴｍのフィルタ特性Ｈ_ｍ（ｆ）がかけられている。特性Ｈ_ｍ（ｆ）はマイクロホンＭＣｍ以外のすべてのマイクロホンの特性を乗算したものであるので、Ｇ_ｍ（ｆ）・Ｈ_ｍ（ｆ）はすべてのマイクロホンの特性を乗算して得られる特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）に等しい。マイクロホンＭＣ１〜ＭＣＮのすべてのマイクロホンに対して同様の結果が得られるので、フィルタ回路から出力される信号にかけられた特性はすべてＨ_ａｌｌ（ｆ）となり、信号にかけられた特性がすべて同一の特性に補正される。
【選択図】 図１

Description

この発明はマイクロホンアレーを備えた収音装置に関し、特に、マイクロホンアレーに含まれるマイクロホンの特性のばらつきを補正することが可能な収音装置に関するものである。

様々な音が発せられている状況下で特定の音声を抽出する技術として、空間上に複数個のマイクロホンを設置し、各々のマイクロホンから得られた音声信号を用いて空間的に指向性を形成して、目的の音声を分離する技術（マイクロホンアレー技術）が提案されている。

マイクロホンアレーは音声信号を受信する機器に広く用いられる。マイクロホンアレーの利用される機器の例として、たとえば、携帯電話、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ボイスレコーダ、会議収音システムなどがある。

マイクロホンアレーの利用例について具体的に説明する。ボイスレコーダの場合、マイクロホンアレーは話者方向から到達する音声のみを強調して周辺雑音の受信を抑制する雑音抑圧機能を実現する。別の例として、携帯電話の場合、マイクロホンアレーは話者が携帯電話から少し離れた位置から発話する場合に周辺雑音の受信を抑制するハンズフリー通話機能を実現する。さらに別の例として、ビデオカメラの場合、マイクロホンアレーは、左右それぞれの方向に指向性を持った信号を生成し、それらをステレオ信号として用いることで、立体感のある音声を録音するステレオ化機能を実現する。

マイクロホンアレーを構成するマイクロホンには、たとえば、ＥＣＭ（Ｅｌｅｃｔｒｅｔ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ）が用いられる。ＥＣＭは、音を電気信号に変換して出力する電子部品であり、１対の電極板で構成されたコンデンサと、そのコンデンサに接続された電子回路を備えている。上述のコンデンサは、電極板の一方が音を受けて振動する構造となっており、振動に伴って電極板間の距離が変化するので、容量が変化する。また、電極板にはエレクトレット（永続的に電荷が保持されるようにした物質）が用いられており、電極板間には電圧が生じているので、容量変化に伴って電圧変化や電流変化が生じて音が電気信号に変換される。上述の電子回路は、得られた電気信号の増幅やインピーダンスの調整を行なって信号の出力を行なう回路であり、トランジスタ、コンデンサ、抵抗などで構成される。また、ＥＣＭの種類によってはＡ／Ｄ変換器を内蔵し、電気信号をデジタル化して出力するものもある。

ＥＣＭに限らず、一般的にマイクロホンは、そのマイクロホンに固有の振幅−周波数特性、および、位相−周波数特性を有しており、入力信号の各周波数成分の振幅、および、位相に特定の変化を与えた信号を出力する。このような振幅−周波数特性、および、位相−周波数特性を、以後、周波数特性あるいは特性と称する。

マイクロホンの特性は、構成部品の物理的特性や電気的特性のばらつき、製造過程で生じる歪みなど様々な要因によってばらつくので、各々のマイクロホンの特性を一致させることは困難である。各々のマイクロホンの特性のばらつきを少なくしようとするとマイクロホンの製造コストは大幅に上昇する。

このようなマイクロホンの特性のばらつきは、マイクロホンアレーによる処理の精度を劣化させ、所望の効果を得られなくする。たとえば、ボイスレコーダで録音をする場合に周辺雑音の抑圧処理を行なったとしても、周辺雑音は充分に抑圧されず、不明瞭な音声が録音されるといった現象が生じる。

このような問題を解決することを目的として、マイクロホンの特性のばらつきを補正するための各種の方法が提案されている。たとえば、特開平７−１３１８８６号公報（特許文献１）では、各マイクロホンユニットの出力信号を増幅または減衰することによって、各マイクロホンユニットの感度を同一特性に補正するアレイマイクロホンおよびその感度補正装置が開示される。別の例として、たとえば特開２００２−９９２９７号公報（特許文献２）では、マイクロフォンの後段にフィルタ回路などで構成される特性補正部を設けることによって、各マイクロフォンの位相−周波数特性および感度−周波数特性を補正するマイクロフォン装置が開示される。
特開平７−１３１８８６号公報 特開２００２−９９２９７号公報

しかしながら、上述の方法でマイクロホンの特性の補正を行なうことは容易ではなく、以下に示す課題がある。

まず、特許文献１では各マイクロホンの出力信号を増幅または減衰することによって補正を行なっているが、信号の増幅または減衰によってマイクロホンの特性を補正する場合には、すべての周波数にわたり特性を合わせることができないという問題がある。

ＥＣＭを含めたマイクロホンの特性のばらつきは一般的に周波数に依存する。たとえば、２つのＥＣＭの特性を比べたときに、一方のＥＣＭは周波数の低域でのゲインが高域でのゲインよりも大きく、他方のＥＣＭは低域でのゲインが高域のゲインよりも小さいという場合がある。このような場合、信号の増幅または減衰のみでマイクロホンの特性を補正すると、ある特定の周波数におけるゲインしか合わせることができない。特許文献１に開示されるアレイマイクロホンおよびその感度補正装置はこのような課題に対する解決方法を提案していない。

次に、特許文献２のようにフィルタによって補正を行なう場合について説明する。

フィルタによって各々のマイクロホンの特性のばらつきを補正するには、各マイクロホンの特性の逆特性を持つフィルタを用いることが望ましい。特性Ａが特性Ｂの逆特性であるとは、任意の信号に特性Ｂと特性Ａの両者をかけて得られる信号が元の信号に一致すること、つまり、特性Ａが特性Ｂによって生じる信号の変化を打ち消す特性であることを意味する。ある特性の逆特性をもったフィルタを以後、その特性の逆フィルタと称する。

各マイクロホンの特性の逆フィルタによる補正を行なえば、すべての信号がマイクロホンの特性の影響を受ける以前の状態に戻されるので、補正後の各々の信号にかけられた特性をすべて一致させることができる。

また、さらに、補正による音声信号への聴覚的な影響についても説明する。何らかの特性が音声信号にかかっている場合、音声信号にはその特性によって歪みが生じており、人間の聴覚は、その歪みがあまり大きくない範囲では不自然さを感じないが、大きければ不自然さを感じる性質を持つ。したがって、マイクロホンや補正を行なうフィルタの特性が、人間の聴覚にとって不自然さを感じさせるほど大きな歪みを信号に与えるものであれば、たとえ、補正後の各々の信号にかけられた特性がすべて一致したとしても、再生したときに人間の聴覚にとって違和感のある信号となる。しかし、マイクロホンの特性の逆フィルタによって補正された信号は、マイクロホンの特性による歪みを受ける以前の音声信号であるので、人間の聴覚にとって違和感のない、理想的な信号である。つまり、人間の聴覚に違和感がない信号を得るためには、逆フィルタあるいは逆フィルタに近い特性を持つフィルタを用いて補正を行なう必要がある。

しかしながら、逆フィルタには、安定になることが保証されていないという原理的な問題がある。フィルタが安定であるとは、振幅が有限である任意の入力信号に対してフィルタの出力信号が発散しないことを意味しており、安定性が保証されていない逆フィルタは、条件によってはフィルタの出力が発散し、実装不可能なフィルタになる場合がある。また、逆フィルタが安定になる条件を満たしている場合であっても、フィルタ長が長くなったり、小さな演算誤差によって発散したりといった実装する上で困難な問題が生じやすい。安定性が保証されているＦＩＲフィルタなどにより逆特性を近似する方法もあるが、近似を行なっているために、補正後の各信号にかけられた特性が正確に一致する保証がない。つまり、フィルタによって補正を行なう場合でも、安定した処理で、各マイクロホンの特性のばらつきを精度良く一致させ、聴覚的にも違和感の少ない補正を行なうフィルタを決めることは容易ではないという問題がある。特許文献２に開示されるマイクロフォン装置には、このような問題に対する具体的な解決方法は提案されていない。

なお、フィルタが安定になるための条件は、そのフィルタのインパルス応答（インパルス信号をフィルタに入力したときの出力信号）の絶対値和（連続信号の場合は絶対値の積分）が有限値になる場合であることが一般的に知られている。また特に、フィルタがＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタである場合には、インパルス応答が有限時間で終了するため、必ず安定なフィルタになる。また、フィルタがＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタである場合には、安定なフィルタになるための条件は、特性をｚ変換のｚ平面上で表現したときに、すべての極（伝達関数の分母がゼロになる個所）がｚ平面上の単位円内に含まれることである。また、フィルタがアナログフィルタである場合には、安定なフィルタになる条件は、特性をラプラス変換のｓ平面上で表現したときに、すべての極がｓ平面上の負の領域に含まれることである。

本発明は要約すれば、収音装置であって、Ｎを２以上の整数として、音声信号を受信するＮ個の受音素子をそれぞれ含み、受信した音声信号を電気信号に変換して出力するＮ個の受信回路と、Ｎ個の受信回路に含まれる受音素子の周波数特性のばらつきを補正するように、Ｎ個の受信回路の出力の各々に対して第１のフィルタ処理を行なう補正回路とを備え、第１のフィルタ処理におけるフィルタ特性は、自己に対応する１個の受音素子を除外したＮ個の受音素子のうちのＮ−１個の受音素子の特性を合成して得られる特性であり、補正回路の出力を受けて所定の処理を行なった結果を出力する信号処理回路とをさらに備える。

好ましくは、Ｎ個の受信回路のうちｍ番目の受信回路の出力に対して行なわれる第１のフィルタ処理のフィルタ特性は、以下の式（１）に従う特性Ｈ_ｍ（ｆ）である：
Ｈ_ｍ（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・…・Ｇ_ｍ−１（ｆ）・Ｇ_ｍ＋１（ｆ）・…・Ｇ_Ｎ（ｆ） …（１）
ただし、ｍは１以上Ｎ以下の整数を示し、ｆは周波数を示し、Ｇ_ｍ（ｆ）はｍ番目の受信回路に含まれる受音素子の周波数特性を示す。

より好ましくは、補正回路は、Ｎ個の受信回路の出力をそれぞれ受けて第１のフィルタ処理を行なうＮ個のフィルタ回路を含む。

より好ましくは、補正回路は、さらに、第１のフィルタ処理に加えて第２のフィルタ処理を行ない、第２のフィルタ処理におけるフィルタ特性は、以下の式（２）が示す特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）を周波数領域で平坦な特性に変換する特性である
Ｈ_ａｌｌ（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・Ｇ_２（ｆ）・…・Ｇ_Ｎ−１（ｆ）・Ｇ_Ｎ（ｆ） …（２）。

さらに好ましくは、補正回路は、Ｎ個の受信回路の出力をそれぞれ受けて第１のフィルタ処理と第２のフィルタ処理を行なうＮ個のフィルタ回路を含む。

さらに好ましくは、Ｎ個のフィルタ回路の各々は、第１のフィルタ処理を行なう補正フィルタと、第２のフィルタ処理を行なう平坦化フィルタとを有する。

さらに好ましくは、第２のフィルタ処理は、安定なフィルタ処理である。

より好ましくは、収音装置は、信号処理回路の出力を受けて、第２のフィルタ処理を行なう平坦化回路をさらに備え、第２のフィルタ処理におけるフィルタ特性は、以下の式（３）が示す特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）を周波数領域で平坦な特性に変換する特性である：
Ｈ_ａｌｌ（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・Ｇ_２（ｆ）・…・Ｇ_Ｎ−１（ｆ）・Ｇ_Ｎ（ｆ） …（３）。

さらに好ましくは、平坦化回路は、信号処理回路の出力を受けて第２のフィルタ処理を行なう平坦化フィルタを含む。

さらに好ましくは、第２のフィルタ処理は、安定なフィルタ処理である。

本発明の収音装置によれば、マイクロホンの特性のばらつきを精度良く一致させることが可能になる。また、本発明の収音装置によれば、人間の聴覚に違和感の少ない音声信号を得ることが可能になる。さらに、本発明の収音装置によれば、音声信号の補正処理を安定して行なうことが可能になる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の収音装置の構成を示すブロック図である。

図１を参照して、収音装置１は、受信した音声信号ＳＩＧ１を電気信号に変換して出力するＮ個の受信回路ＤＴ１〜ＤＴＮと、各々の受信回路からの出力を受けるＮ個のフィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮとを備える。なお、Ｎは２以上の整数である。

収音装置１は、さらに、フィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮの出力に所定の信号処理を行なった結果を出力するアレー信号処理部２とを備える。アレー信号処理部２は、たとえば、フィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮの各々の出力を所定の時間だけ遅延させて加算する遅延和処理などの指向性処理を行なう。アレー信号処理部２から出力される信号は、収音装置１が利用される装置によって適切に処理がなされる。たとえば、装置がボイスレコーダであればアレー信号処理部２から出力される信号はメモリに保存される。また、装置が携帯電話であればアレー信号処理部２から出力される信号は圧縮処理を行なう音声コーデックに送られる。

受信回路ＤＴ１は、音声信号ＳＩＧ１を受けて、音圧を電気信号に変換してアナログ形式の電気信号を出力するマイクロホンＭＣ１と、マイクロホンＭＣ１の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部ＡＤ１とを含む。マイクロホンＭＣ１は、たとえばＥＣＭによって構成される。Ａ／Ｄ変換部ＡＤ１は、マイクロホンＭＣ１から出力されるアナログ信号に特定の周波数帯域の信号のみ通過させる帯域制限処理や離散化、量子化を行ない、デジタル信号を出力する。

なお、受信回路ＤＴ２〜ＤＴＮは受信回路ＤＴ１と同一の構成であるので受信回路ＤＴ２〜ＤＴＮの構成についての以後の説明は繰り返さない。

フィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮは、たとえば、有限時間内にインパルス応答を終了させるＦＩＲフィルタにて構成される。フィルタ回路ＦＴｍは以下の式（４）で示されるフィルタ係数ｈ_ｍ［ｋ］を持つフィルタである。

ｈ_ｍ［ｋ］＝ｇ_１［ｋ］＊…＊ｇ_ｍ−１［ｋ］＊ｇ_ｍ＋１［ｋ］＊…＊ｇ_Ｎ［ｋ］ …（４）
ただし、ｍは１以上Ｎ以下の整数を示し、ｇ_ｍ［ｋ］はｍ番目のマイクロホンＭＣｍのインパルス応答を示し、＊はたたみ込み演算（コンボリューション）を示す演算符号である。なお、ＦＩＲフィルタはデジタルフィルタであるので、ここでは時間領域で離散化（サンプリング）された表現を用いており、ｋはサンプリングされた信号のインデックスを示す。信号の周波数帯域がサンプリング周波数の１／２以下に帯域制限されていれば、このような離散化を行なっても歪みが生じないことが知られている。

フィルタ係数ｈ_ｍ［ｋ］は式（４）に示されるように、ｍ番目のマイクロホンＭＣｍのインパルス応答を除いた残りすべてのマイクロホンのインパルス応答のたたみ込み演算によって得られる。

ＦＩＲフィルタは、入力信号にフィルタ係数をたたみ込み演算して処理を行なうフィルタであり、そのインパルス応答はフィルタ係数に一致する。したがって、式（４）で示されるｈ_ｍ［ｋ］はフィルタ回路ＦＴｍのインパルス応答でもある。一般に、マイクロホンのインパルス応答ｇ_１［ｋ］〜ｇ_Ｎ［ｋ］は、時間の経過とともに収束し有限時間で終了するので、それらを畳み込んで得られるｈ_１［ｋ］〜ｈ_Ｎ［ｋ］も有限時間で終了する。したがって、フィルタ回路ＦＴｍのインパルス応答は有限時間内に終了するので、ＦＩＲフィルタとして実現することが可能である。

また、インパルス応答を周波数領域に変換したものは周波数特性であり、時間領域でのたたみ込み演算は周波数領域での乗算に相当する。したがって、フィルタ回路ＦＴｍは、式（４）を周波数領域での関係式に変換した式（１）で示される特性Ｈ_ｍ（ｆ）を持つフィルタである。

Ｈ_ｍ（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・…・Ｇ_ｍ−１（ｆ）・Ｇ_ｍ＋１（ｆ）・…・Ｇ_Ｎ（ｆ） …（１）
ただし、ｍは１以上Ｎ以下の整数を示し、ｆは周波数を示し、Ｇ_ｍ（ｆ）はｍ番目のマイクロホンＭＣｍの特性を示す。

フィルタ特性Ｈ_ｍ（ｆ）は式（１）に示されるように、ｍ番目のマイクロホンＭＣｍを除いた残りすべてのマイクロホンの特性を乗算して得られる特性である。

なお、すべてのマイクロホンＭＣ１〜ＭＣＮのインパルス応答をたたみ込んで得られる結果であるｈ_ａｌｌ［ｋ］を以下の式（５）で示す。

ｈ_ａｌｌ［ｋ］＝ｇ_１［ｋ］＊ｇ_２［ｋ］＊…＊ｇ_Ｎ−１［ｋ］＊ｇ_Ｎ［ｋ］ …（５）
また、ｈ_ａｌｌ［ｋ］を周波数領域に変換して得られる特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）を以下の式（２）で示す。

Ｈ_ａｌｌ（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・Ｇ_２（ｆ）・…・Ｇ_Ｎ−１（ｆ）・Ｇ_Ｎ（ｆ） …（２）
特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）は式（２）に示されるように、すべてのマイクロホンＭＣ１〜ＭＣＮの特性を乗算して得られる特性である。

なお、式（４）が示す内容を明確にするため、フィルタ係数ｈ_ｍ［ｋ］について、さらに詳細に説明する。

受信回路の個数が２個（Ｎ＝２）である場合、フィルタ係数ｈ_ｍ［ｋ］は次の式（６）〜（７）のように表わされる。

ｍ＝１の場合：
ｈ_１［ｋ］＝ｇ_２［ｋ］ …（６）
ｍ＝２の場合：
ｈ_２［ｋ］＝ｇ_１［ｋ］ …（７）
受信回路の個数が３個（Ｎ＝３）である場合、フィルタ係数ｈ_ｍ［ｋ］は次の式（８）〜（１０）のように表わされる。

ｍ＝１の場合：
ｈ_１［ｋ］＝ｇ_２［ｋ］＊ｇ_３［ｋ］ …（８）
ｍ＝２の場合：
ｈ_２［ｋ］＝ｇ_１［ｋ］＊ｇ_３［ｋ］ …（９）
ｍ＝３の場合：
ｈ_３［ｋ］＝ｇ_１［ｋ］＊ｇ_２［ｋ］ …（１０）
受信回路の個数が４個（Ｎ＝４）以上である場合、フィルタ係数ｈ_ｍ［ｋ］は次の式（１１）〜（１４）のように表わされる。

ｍ＝１の場合：
ｈ_１［ｋ］＝ｇ_２［ｋ］＊…＊ｇ_Ｎ［ｋ］ …（１１）
ｍ＝２の場合：
ｈ_２［ｋ］＝ｇ_１［ｋ］＊ｇ_３［ｋ］＊…＊ｇ_Ｎ［ｋ］ …（１２）
ｍ＝Ｎ−１の場合：
ｈ_Ｎ−１［ｋ］＝ｇ_１［ｋ］＊…＊ｇ_Ｎ−２［ｋ］＊ｇ_Ｎ［ｋ］ …（１３）
ｍ＝Ｎの場合：
ｈ_Ｎ［ｋ］＝ｇ_１［ｋ］＊…＊ｇ_Ｎ−１［ｋ］ …（１４）
つまり、式（１）は、Ｎ＝２、３、および、Ｎが４以上のときのｍ＝１、２、Ｎ−１，Ｎのいずれの場合であっても、その他の場合と同様に、フィルタ係数ｈ_ｍ［ｋ］がｍ番目のマイクロホンＭＣｍを除いた残りすべてのマイクロホンのインパルス応答をたたみ込み演算して得られることを示している。

また、式（１）が示す内容を明確にするため、フィルタ特性Ｈ_ｍ（ｆ）について、さらに詳細に説明する。

受信回路の個数が２個（Ｎ＝２）である場合、フィルタ特性Ｈ_ｍ（ｆ）は次の式（１５）〜（１６）のように表わされる。

ｍ＝１の場合：
Ｈ_１（ｆ）＝Ｇ_２（ｆ） …（１５）
ｍ＝２の場合：
Ｈ_２（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ） …（１６）
受信回路の個数が３個（Ｎ＝３）である場合、フィルタ特性Ｈ_ｍ（ｆ）は次の式（１７）〜（１９）のように表わされる。

ｍ＝１の場合：
Ｈ_１（ｆ）＝Ｇ_２（ｆ）・Ｇ_３（ｆ） …（１７）
ｍ＝２の場合：
Ｈ_２（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・Ｇ_３（ｆ） …（１８）
ｍ＝３の場合：
Ｈ_３（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・Ｇ_２（ｆ） …（１９）
受信回路の個数が４個（Ｎ＝４）以上である場合、フィルタ特性Ｈ_ｍ（ｆ）は次の式（２０）〜（２３）のように表わされる。

ｍ＝１の場合：
Ｈ_１（ｆ）＝Ｇ_２（ｆ）・…・Ｇ_Ｎ（ｆ） …（２０）
ｍ＝２の場合：
Ｈ_２（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・Ｇ_３（ｆ）・…・Ｇ_Ｎ（ｆ） …（２１）
ｍ＝Ｎ−１の場合：
Ｈ_Ｎ−１（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・…・Ｇ_Ｎ−２（ｆ）・Ｇ_Ｎ（ｆ） …（２２）
ｍ＝Ｎの場合：
Ｈ_Ｎ（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・…・Ｇ_Ｎ−１（ｆ） …（２３）
つまり、式（１）は、Ｎ＝２、３、および、Ｎが４以上のときのｍ＝１、２、Ｎ−１，Ｎのいずれの場合であっても、その他の場合と同様に、フィルタ特性Ｈ_ｍ（ｆ）がｍ番目のマイクロホンＭＣｍを除いた残りすべてのマイクロホンの特性を乗算して得られる特性であることを示している。

また、式（５）が示す内容を明確にするため、ｈ_ａｌｌ［ｋ］について、さらに詳細に説明する。

受信回路の個数が２個（Ｎ＝２）である場合、ｈ_ａｌｌ［ｋ］は次の式（２４）のように表わされる。

ｈ_ａｌｌ［ｋ］＝ｇ_１［ｋ］＊ｇ_２［ｋ］ …（２４）
受信回路の個数が３個（Ｎ＝３）である場合、ｈ_ａｌｌ（ｆ）は次の式（２５）のように表わされる。

ｈ_ａｌｌ［ｋ］＝ｇ_１［ｋ］＊ｇ_２［ｋ］＊ｇ_３［ｋ］ …（２５）
つまり、式（２）は、Ｎ＝２，３のいずれの場合であっても、その他の場合と同様に、ｈ_ａｌｌ［ｋ］がすべてのマイクロホンＭＣ１〜ＭＣＮのインパルス応答をたたみ込み演算して得られることを示している。

また、式（２）が示す内容を明確にするため、特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）について、さらに詳細に説明する。

受信回路の個数が２個（Ｎ＝２）である場合、特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）は次の式（２６）のように表わされる。

Ｈ_ａｌｌ（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・Ｇ_２（ｆ） …（２６）
受信回路の個数が３個（Ｎ＝３）である場合、特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）は次の式（２７）のように表わされる。

Ｈ_ａｌｌ（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・Ｇ_２（ｆ）・Ｇ_３（ｆ） …（２７）
つまり、式（Ｂ）は、Ｎ＝２，３のいずれの場合であっても、その他の場合と同様に、特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）がすべてのマイクロホンＭＣ１〜ＭＣＮの特性を乗算して得られる特性であることを示している。

フィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮは、各々のフィルタ係数をあらかじめフィルタ係数が書き込まれた記憶手段から読み出す。記憶手段は、たとえばＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）であり、たとえばフラッシュメモリである。図１ではフィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮがフィルタ係数を読み出すための記憶装置の例としてＲＯＭ３が示される。なお、図１ではＲＯＭ３は収音装置１の外部に設けられるよう示されるが、ＲＯＭ３は収音装置１に含まれてもよい。

なお、他の構成について説明すると、安定に動作する条件が設定可能であれば、収音装置１のフィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮは、ＦＩＲフィルタに代えて、フィルタ特性Ｈ_１（ｆ）〜Ｈ_Ｎ（ｆ）を持つＩＩＲフィルタであってもよい。ＩＩＲフィルタが安定に動作する条件とは、上述のように、特性をｚ変換のｚ平面上で表現した場合、すべての極（伝達関数の分母がゼロになる個所）がｚ平面上の単位円内に含まれることである。

また、さらに他の構成例として、収音装置１のフィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮは、ＦＩＲフィルタなどのデジタルフィルタに限定されず、安定に動作する条件が設定可能であれば、同様のフィルタ特性を持つアナログフィルタでもよい。アナログフィルタが安定に動作する条件とは、上述のように、特性をラプラス変換のｓ平面上で表現した場合、すべての極がｓ平面上の負の領域に含まれることである。

また、さらに他の構成として、収音装置１はフィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮに代えてフィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮの処理と同じ処理をソフトウェアによって行なうＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を備えてもよい。

図１の収音装置の効果について説明する。ｍ番目の受信回路ＤＴｍからフィルタ回路ＦＴｍを通ってアレー信号処理部２に送られる信号には、マイクロホンＭＣｍの特性Ｇ_ｍ（ｆ）とフィルタ回路ＦＴｍのフィルタ特性Ｈ_ｍ（ｆ）がかけられている。信号に特性をかけることは、周波数領域では信号にその特性を乗算することであるので、信号に乗算されている特性はＧ_ｍ（ｆ）・Ｈ_ｍ（ｆ）である。特性Ｈ_ｍ（ｆ）はマイクロホンＭＣｍ以外のすべてのマイクロホンの特性を乗算したものであるので、Ｇ_ｍ（ｆ）・Ｈ_ｍ（ｆ）はすべてのマイクロホンの特性を乗算して得られる特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）に等しい。マイクロホンＭＣ１〜ＭＣＮのすべてのマイクロホンに対して同様の結果が得られるので、フィルタ回路から出力される信号にかけられた特性はすべてＨ_ａｌｌ（ｆ）となり、信号にかけられた特性がすべて同一の特性に補正される。

また、上述のように、マイクロホンのインパルス応答は一般的に有限時間で終了し、それらをたたみ込んで得られるインパルス応答ｈ_１［ｋ］〜ｈ_Ｎ［ｋ］も有限時間で完了するので、フィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮはＦＩＲフィルタにて実現することが可能である。

ＦＩＲフィルタは一般的に安定に動作する。よって、フィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮも安定なフィルタとして実現される。

なお、フィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮが、ＦＩＲフィルタに代えて、ＩＩＲフィルタ、あるいは、アナログフィルタで構成される場合も、同様の効果が得られる。つまり、ＩＩＲフィルタ、あるいは、アナログフィルタのフィルタ特性がＨ_１（ｆ）〜Ｈ_Ｎ（ｆ）である限り、フィルタ回路から出力される信号にかけられた特性は、ＦＩＲフィルタの場合と同様に、すべてＨ_ａｌｌ（ｆ）になるので、信号にかけられた特性はすべて同一の特性に補正される。また、フィルタ特性Ｈ_１（ｆ）〜Ｈ_Ｎ（ｆ）に対応するインパルス応答ｈ_１［ｋ］〜ｈ_Ｎ［ｋ］が有限時間で完了するので、これらのフィルタ特性を持つＩＩＲフィルタ、あるいは、アナログフィルタも安定なフィルタとして実現することができる。

図２は、図１の収音装置１の製造方法を説明するフローチャートである。図２では特に、フィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮの製造において重要となるフィルタ係数ｈ_１［ｋ］〜ｈ_Ｎ［ｋ］の生成処理について説明される。

図２を参照して、まずステップＳ０にて処理が開始されると、続いてＳ１では、たとえばテスト信号の入力により、マイクロホンＭＣ１〜ＭＣＮのインパルス応答が測定される。

続いてステップＳ２では、たとえばコンピュータでのソフトウェア処理などによって、フィルタ係数ｈ_１［ｋ］〜ｈ_Ｎ［ｋ］が式（４）に従って求められる。

続いてステップＳ３ではすべてのフィルタ回路についてフィルタ係数ｈ_１［ｋ］〜ｈ_Ｎ［ｋ］が保存される。フィルタ係数ｈ_１［ｋ］〜ｈ_Ｎ［ｋ］は、たとえば図１のＲＯＭ３に書き込まれる。書き込みが終了すると続いてステップＳ４で処理が終了する。

なお、図２においては説明の便宜上、ステップＳ１〜Ｓ３ともｍ番目のマイクロホンＭＣｍ、フィルタ回路ＦＴｍの処理についてのみが示されるが、ステップＳ１〜Ｓ３ともすべてのマイクロホンおよびフィルタ回路について各々のステップに示される処理が行なわれる。

図３は、収音装置１の各部分の特性を説明する図である。図３では図１の収音装置１においてＮ＝３の場合を説明する。なお、収音装置１の各部分はＮ＝３以外の場合でも図３に示される特性と同様の特性を示す。

図３を参照して、グラフＧＲ１は、マイクロホンＭＣ１の特性Ｇ_１（ｆ）を示す。グラフＧＲ１と同様に、グラフＧＲ２はマイクロホンＭＣ２の特性Ｇ_２（ｆ）を示し、グラフＧＲ３はマイクロホンＭＣ３の特性Ｇ_３（ｆ）を示す。

グラフＧＲ１〜グラフＧＲ３に示されるように、特性はマイクロホンＭＣ１〜ＭＣ３の各々で異なる。

グラフＧＲ４には、フィルタ回路ＦＴ１の特性Ｈ_１（ｆ）が示される。グラフＧＲ４と同様に、グラフＧＲ５には、フィルタ回路ＦＴ２の特性Ｈ_２（ｆ）が示され、グラフＧＲ６には、フィルタ回路ＦＴ３の特性Ｈ_３（ｆ）が示される。

特性Ｈ_１（ｆ）はＨ_１（ｆ）＝Ｇ_２（ｆ）・Ｇ_３（ｆ）を満たす特性である。同様に、特性Ｈ_１（ｆ）はＨ_２（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・Ｇ_３（ｆ）を満たす特性であり、特性Ｈ_３（ｆ）はＨ_３（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・Ｇ_２（ｆ）を満たす特性である。

グラフＧＲ７〜ＧＲ９には、マイクロホンとフィルタ回路の特性が合成された特性が示される。つまり、グラフＧＲ７にはマイクロホンＭＣ１とフィルタ回路ＦＴ１の特性を合成した特性Ｇ_１（ｆ）・Ｈ_１（ｆ）が示され、グラフＧＲ８にはマイクロホンＭＣ２とフィルタ回路ＦＴ２の特性を合成した特性Ｇ_２（ｆ）・Ｈ_２（ｆ）が示され、グラフＧＲ９にはマイクロホンＭＣ３とフィルタ回路ＦＴ３の特性を合成した特性Ｇ_３（ｆ）・Ｈ_３（ｆ）が示される。特性Ｇ_１（ｆ）・Ｈ_１（ｆ）、Ｇ_２（ｆ）・Ｈ_２（ｆ）、Ｇ_３（ｆ）・Ｈ_３（ｆ）はいずれも特性Ｈ_all（ｆ）に一致するので、グラフＧＲ７〜ＧＲ９に示されるように、すべて同一の特性となる。

以上のようにマイクロホンＭＣ１〜ＭＣ３の特性が各々で異なる場合であっても、マイクロホンＭＣ１〜ＭＣ３に入力された信号はアレー信号処理部２に入力される前に、フィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴ３のフィルタ処理によって、同一の特性がかけられるように補正される。

［実施の形態２］
実施の形態２の収音装置は、実施の形態１の収音装置よりも人間の聴覚にとって違和感が少なくなるよう音声信号に対して補正処理を行なう。

図４は、実施の形態２の収音装置の構成を示すブロック図である。

図１，図４を参照して、収音装置１Ａは、フィルタ回路ＦＴ１〜ＦＴＮに代えてフィルタ回路ＦＴＡ１〜ＦＴＡＮを備える点で図１の収音装置１と異なり、他の部分においては収音装置１Ａは図１の収音装置１と同様である。

フィルタ回路ＦＴＡ１は、フィルタ回路ＦＴ１と同様のフィルタ係数を有する補正フィルタＣＦ１と、式（２）で示される特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）を周波数領域で平坦な特性に変換する平坦化フィルタＳＦ１とを含む。なお、特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）を周波数領域で平坦な特性に変換する平坦化フィルタを定める方法の例については以下に詳述する。

平坦化フィルタＳＦ１は、たとえば１次のＦＩＲフィルタで構成される。上述のように、ＦＩＲフィルタは安定に動作し、そのフィルタ次数が低いほど少ない演算量で処理を行なうことが可能である。また、平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＮは互いに同一のフィルタ係数を有する。さらに、フィルタ回路ＦＴＡ２〜ＦＴＡＮの構成は、フィルタ回路ＦＴＡ１の構成と同様であり、フィルタ回路ＦＴＡ２〜ＦＴＡＮに含まれる補正フィルタＣＦ２〜ＣＦＮは、フィルタ回路ＦＴ２〜ＦＴＮのそれぞれと同様のフィルタ係数を有する。よって、フィルタ回路ＦＴＡ２〜ＦＴＡＮの各々の構成についての説明は以後繰り返さない。

平坦化フィルタＳＦ１のフィルタ係数について、特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）を周波数領域で平坦な特性に変換するように定めるとは、たとえば、以下のようにすることである。

まず、平坦化フィルタＳＦ１は１次のＦＩＲフィルタで構成されるとすると平坦化フィルタＳＦ１に入力される時系列信号と出力される時系列信号との関係は次の式（２８）で示される。平坦化フィルタＳＦ１の周波数特性Ａ（ｆ）は、フィルタ係数ａ₀およびａ₁の値に依存し、以下の式（２９）に従う。

ｙ［ｋ］＝ａ₀・ｘ［ｋ］＋ａ₁・ｘ［ｋ−１］ …（２８）
Ａ（ｆ）＝ａ₀＋ａ₁ｅｘｐ（−２πｉｆ／Ｆｓ） …（２９）
ここで、ｘ［ｋ］は入力される時系列信号を示し、ｙ［ｋ］は出力される時系列信号を示す。また、式（４），（５）と同様に、ｋはサンプリングされた信号のインデックスである。なお、式（２９）のｉは虚数単位であり、ＦｓはＡ／Ｄ変換部のサンプリング周波数、ｆは周波数を示し、単位はいずれもＨｚである。

平坦化フィルタＳＦ１のフィルタ係数ａ₀およびａ₁は以下の式（３０）で示される評価関数Ｌを最小にするように求められる。評価関数Ｌを最小にする方法としては、たとえば、評価関数Ｌの勾配を求め、その勾配が急になる方向に最適解があるとして最適解を求める勾配法などの最適化手法が用いられる。

Ｌ＝∫｜｜Ｈ_ａｌｌ（ｆ）・Ａ（ｆ）｜−１｜²ｄｆ …（３０）
なお、式（３０）において積分範囲はサンプリング周波数の１／２以下の全周波数帯域である。

また、式（３０）におけるＡ（ｆ）には式（２９）が代入して用いられる。特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）については、これを時間領域で表現したｈ_all［ｋ］が、すべてのマイクロホンのインパルス応答をたたみ込み演算したものであるので、予め、各々のマイクロホンのインパルス応答を測定して、たたみ込み演算によってｈ_all［ｋ］を算出し（たとえば図２のフローチャートに示されるステップＳ１，Ｓ２において算出される）、特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）は、算出されたｈ_all［ｋ］を周波数領域に変換することによって求められる。

完全に平坦な周波数特性の値は全周波数帯域で１になる。つまり、式（３０）の評価関数Ｌは、完全に平坦な周波数特性と｜Ｈ_ａｌｌ（ｆ）・Ａ（ｆ）｜で示される特性との２乗誤差を全周波数帯域に渡って累積した値である。よって、評価関数Ｌの値を最小にするということは関数｜Ｈ_ａｌｌ（ｆ）・Ａ（ｆ）｜の特性をできる限り周波数領域で平坦にすることであり、つまりＨ_ａｌｌ（ｆ）の振幅特性を周波数領域で平坦な特性に変換するＡ（ｆ）を求めることである。

実施の形態２の収音装置の効果について説明する。補正フィルタＣＦ１〜ＣＦＮから出力された信号は、どの信号も同じ特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）がかけられた状態に揃えられる。しかし、特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）が周波数領域で平坦でなく大きく歪む場合、補正フィルタＣＦ１〜ＣＦＮから出力された信号は人間にとって不自然に聴こえる音声信号である。このような場合に、平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＮによって、Ｈ_ａｌｌ（ｆ）の特性がより平坦な特性に近づくように変換されるので、各々の信号にかけられた特性がすべて揃えられた状態を保ちながら、さらに、人間の聴覚にとっても良好な音声信号に補正される。

式（３０）の評価関数Ｌにおいて振幅特性の誤差を用いた理由は、人間の聴覚が位相特性の変化よりも振幅特性の変化に敏感なためである。振幅特性が変化すると、再生される音声は高音部や低音部が歪んだ音声となり、人間の聴覚は敏感に反応する。つまり、評価関数Ｌは位相特性よりも振幅特性をより精度良く補正する評価関数であるので人間の聴覚特性に適する補正が行なわれる。なお、位相特性が変化した場合、人間にとって残響がかかったように聞こえる場合もあるが、変化がそれ程大きくなければ、人間の聴覚にはほとんど影響をもたらさない。

また、上記の平坦化処理は１次のＦＩＲフィルタによって行われる。一般に、ＦＩＲフィルタは安定な動作をすることが知られている。また、低次のＦＩＲフィルタほど演算量が少ない。よって、処理の安定性、および、処理の簡易性を確保することができる。

なお、評価関数Ｌは式（３０）の形に限定されるものではなく、たとえば以下の式（３１）〜式（３３）で示される関数であってもよい
Ｌ＝∫｜Ｈ_ａｌｌ（ｆ）・Ａ（ｆ）−１｜²ｄｆ …（３１）
Ｌ＝∫｜｜Ｈ_ａｌｌ（ｆ）・Ａ（ｆ）｜²−１｜ｄｆ …（３２）
Ｌ＝∫ｗ（ｆ）｜｜Ｈ_ａｌｌ（ｆ）・Ａ（ｆ）｜―１｜²ｄｆ …（３３）
ここで、式（３３）において、関数ｗ（ｆ）は予め決められた重み関数である。

なお、平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＮは上述の式（３０）〜（３３）のような評価関数Ｌを最適化することによって決められるフィルタであると限定されるものではなく、特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）を周波数領域で平坦な特性に変換するフィルタであればよい。

なお、他の構成例について以下に説明する。図４では、フィルタ回路ＦＴ１において平坦化フィルタＳＦ１は補正フィルタＣＦ１の出力を受ける構成として示されるが、信号を受ける順序を入れ換えてもよい。つまり平坦化フィルタＳＦ１がＡ／Ｄ変換部ＡＤ１の出力を受け、平坦化フィルタＳＦ１の出力を補正フィルタＣＦ１が受ける構成としてもよい。

一般に、ＦＩＲフィルタ、ＩＩＲフィルタ、アナログフィルタなどの線形なフィルタを組み合わせて処理を行なう場合には、処理の順序を入れ換えてもフィルタ処理の結果は同一となる。したがって、平坦化フィルタと補正フィルタがともにこれらのフィルタで構成されていれば、信号を受ける順序を入れ換える構成としてもよい。

また、他の構成例として、平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＮは１次のＦＩＲフィルタに限定されず、更に高次のＦＩＲフィルタであってもよい。この場合、平坦化フィルタの演算量は増加するが、特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）がより複雑な特性であっても、精度良く周波数特性を平坦化させることが可能になる。

また、他の構成例として、安定に動作する条件が設定可能であれば平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＮはＦＩＲフィルタに代えてＩＩＲフィルタであってもよい。上述のように、ＩＩＲフィルタが安定に動作する条件とは、特性をｚ変換のｚ平面上で表現した場合、すべての極（伝達関数の分母がゼロになる個所）がｚ平面上の単位円内に含まれる場合である。

また、他の構成例として、平坦化フィルタは、ＦＩＲフィルタなどのデジタルフィルタに限定されず、安定に動作する条件が設定可能であればアナログフィルタでもよい。上述のように、アナログフィルタが安定に動作する条件とは、特性をラプラス変換のｓ平面上で表現した場合、すべての極がｓ平面上の負の領域に含まれる場合である。

また、他の構成例として、収音装置１Ａはフィルタ回路ＦＴＡ１〜ＦＴＡＮに代えて、フィルタ回路ＦＴＡ１〜ＦＴＡＮの処理と同じ処理をソフトウェアで行なうＤＳＰを備えてもよい。

図５は、収音装置１Ａの各部分の特性を示す図である。

図５を参照して、グラフＧＲ１０は補正フィルタによって補正処理が行われた後の特性を示す。グラフＧＲ１０で示される特性は図３のグラフＧＲ７〜ＧＲ９の各々の特性と同一であり、Ｈ_ａｌｌ（ｆ）に等しい。

また、グラフＧＲ１１には平坦化フィルタの特性Ａ（ｆ）が示される。グラフＧＲ１３には、ＧＲ１０とＧＲ１１の特性を合成したＨ_ａｌｌ（ｆ）・Ａ（ｆ）の特性が示される。グラフＧＲ１３の特性はグラフＧＲ１０の特性と比較して周波数領域で平坦な特性になっていることが示される。

一方、理想的な平坦化フィルタの特性として、グラフＧＲ１２にはＧＲ１０で示される特性の逆の特性を持つフィルタ（逆フィルタ）の特性が示される。グラフＧＲ１４は、ＧＲ１０とＧＲ１２の特性を合成したＨ_ａｌｌ（ｆ）・Ｈ_ａｌｌ ^-1（ｆ）と示される特性である。グラフＧＲ１４では特性は完全に平坦化される。

グラフＧＲ１４に示されるように、平坦化フィルタに逆フィルタを用いれば理想的な特性が得られる。しかし、このような逆フィルタを用いるとフィルタの動作が不安定になる可能性がある。一方、人間の聴覚にとって違和感のない音声信号が得られるのであれば、特性が厳密に平坦である必要はない。実施の形態２の収音装置は、平坦化フィルタに安定性の保証されたフィルタを用いることで、安定な動作を行ないつつ簡易な処理で人間の聴覚にとって違和感のない音声信号を得ることが可能である。

［実施の形態３］
実施の形態３の収音装置は実施の形態２の収音装置に比較して回路規模が縮小化された収音装置である。

図６は、実施の形態３の収音装置の構成を示すブロック図である。

図４，図６を参照して、収音装置１Ｂは、フィルタ回路ＦＴＡ１〜ＦＴＡＮに代えてＮ個のフィルタ回路ＦＴＢ１〜ＦＴＢＮを備える点で図４の収音装置１Ａと異なる。

フィルタ回路ＦＴＢ１は、図４のフィルタ回路ＦＴＡ１に含まれる補正フィルタＣＦ１と平坦化フィルタＳＦ１を合成した１つのフィルタである。同様に、フィルタ回路ＦＴＢ２〜ＦＴＢＮは、図４のフィルタ回路ＦＴＡ２〜ＦＴＡＮに含まれる補正フィルタと平坦化フィルタを１つに合成したフィルタの各々である。

一般に、２つのＦＩＲフィルタは、それらのフィルタ係数をたたみ込み演算して得られる係数を持つ１つのＦＩＲフィルタに合成される。実施の形態３の収音装置の効果として図４の収音装置１Ａのように補正フィルタと平坦化フィルタを個別に専用のハードウェアで構成するよりも図６の収音装置１Ｂは回路規模が小さくなる。

また、収音装置１Ｂは、フィルタ回路ＦＴＢ１〜ＦＴＢＮに代えて同じフィルタ処理をソフトウェアで行なうＤＳＰを備えてもよい。ＤＳＰによってフィルタ処理が行なわれる場合、演算量が大幅に減少される。

図７は、収音装置１Ｂの各部分の特性を示す図である。

なお、図７では図６の収音装置１ＢにおいてＮ＝３の場合を説明するが、収音装置１Ｂの各部分はＮ＝３以外の場合でも図７に示される特性と同様の特性を有する。

図７を参照して、グラフＧＲ２０は図４の補正フィルタＣＦ１の特性Ｈ_１（ｆ）を示し、グラフＧＲ２１は図４の補正フィルタＣＦ２の特性Ｈ_２（ｆ）を示し、グラフＧＲ２２は図４の補正フィルタＣＦ３の特性Ｈ_３（ｆ）を示す。なお、グラフＧＲ２０は図３のグラフＧＲ４と同一である。同様に、グラフＧＲ２１は図３のグラフＧＲ５と同一であり、グラフＧＲ２２は図３のグラフＧＲ６と同一である。

また、ＧＲ２３は平坦化フィルタの特性Ａ（ｆ）を示す。なお、グラフＧＲ２３は図５のグラフＧＲ１１と同一である。

グラフＧＲ２４〜ＧＲ２６はフィルタ回路ＦＴＢ１〜ＦＴＢ３の特性である。グラフＧＲ２４はフィルタ回路ＦＴＢ１の特性を示す。同様に、グラフＧＲ２５はフィルタ回路ＦＴＢ２の特性を示し、グラフＧＲ２６はフィルタ回路ＦＴＢ３の特性を示す。

グラフＧＲ２４が示す特性は図４の補正フィルタＣＦ１と平坦化フィルタを合成した特性Ｈ_１（ｆ）・Ａ（ｆ）であり、グラフＧＲ２５が示す特性は図４の補正フィルタＣＦ２と平坦化フィルタを合成した特性Ｈ_２（ｆ）・Ａ（ｆ）であり、グラフＧＲ２６が示す特性は図４の補正フィルタＣＦ３と平坦化フィルタを合成した特性Ｈ_３（ｆ）・Ａ（ｆ）である。

なお、受信回路ＤＴ１〜ＤＴ３に含まれるマイクロホンＭＣ１〜ＭＣ３の特性は図３のグラフＧＲ１〜ＧＲ３と各々同一である。マイクロホンＭＣ１〜ＭＣ３の特性とフィルタ回路ＦＴＢ１〜ＦＴＢ３の特性をそれぞれ合成して得られる結果は図５のグラフＧＲ１３で示されるＨ_ａｌｌ（ｆ）・Ａ（ｆ）になる。

［実施の形態４］
実施の形態４の収音装置は実施の形態３の収音装置と同様に、実施の形態２の収音装置に比較して回路規模が縮小化された収音装置である。

図８は、実施の形態４の収音装置の構成を示すブロック図である。

図１，図８を参照して、収音装置１Ｃは、アレー信号処理部２の出力を受けて特性を平坦化させるＭ個の平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＭを含む点において図１の収音装置１と異なる。なお、平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＭのフィルタ係数は図４の平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＮのフィルタ係数と同様である。また、Ｍは１以上Ｎ以下の整数である。平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＭは図４の平坦化フィルタと同様に、たとえば１次のＦＩＲフィルタから構成される。

なお、他の構成例について説明すると、平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＭのフィルタ次数は１次に限定されず、更に高次のＦＩＲフィルタであってもよい。この場合、平坦化フィルタの演算量は増加するが、特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）がより複雑な特性であっても、精度良く周波数特性を平坦化させることが可能になる。

また、他の構成例として、安定に動作する条件が設定可能であれば平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＭはＦＩＲフィルタに代えてＩＩＲフィルタであってもよい。上述のように、ＩＩＲフィルタが安定に動作する条件とは、特性をｚ変換のｚ平面上で表現した場合、すべての極（伝達関数の分母がゼロになる個所）がｚ平面上の単位円内に含まれる場合である。

また、他の構成例として、平坦化フィルタは、ＦＩＲフィルタなどのデジタルフィルタに限定されず、安定に動作する条件が設定可能であればアナログフィルタでもよい。上述のように、アナログフィルタが安定に動作する条件とは、特性をラプラス変換のｓ平面上で表現した場合、すべての極がｓ平面上の負の領域に含まれる場合である。

また、他の構成として、収音装置１Ｃは、平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＭに代えて、平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＭと同様のフィルタ処理をソフトウェアによって行なうＤＳＰを備えてもよい。

実施の形態４の収音装置の効果について説明する。受信回路ＤＴ１〜ＤＴＮからアレー信号処理部２に入力される信号は、アレー信号処理部２で合成される。指向性処理などのアレー信号処理を行なう場合、一般的に、多くのマイクロホンを用いて１つか２つの音声信号を生成することが多く、入力信号の数に対して出力信号の数は少ない。このような場合に、平坦化処理をアレー信号処理後の信号に対して行なうことによって、必要なフィルタ処理の数を減らすことができる。

平坦化処理を行なうフィルタをアレー信号処理部２の後に設けることで、平坦化フィルタが専用のハードウェアである場合には、フィルタ回路の個数が少なくなり、回路規模を縮小化することが可能である。

また、平坦化フィルタに代えてフィルタ処理をＤＳＰによって行なう場合は、ＤＳＰでの演算量を減らすことができ、高速での処理が可能になる。

図９は、収音装置１Ｃの各部分の特性を示す図である。

図９を参照して、グラフＧＲ３０は特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）を示す。

また、グラフＧＲ３１は平坦化フィルタＳＦ１〜ＳＦＭのいずれか１つの特性である。グラフＧＲ３１で示される特性は図５のグラフＧＲ１１で示される特性と同一である。

グラフＧＲ３２は、Ｈ_ａｌｌ（ｆ）・Ａ（ｆ）で示される特性である。グラフＧＲ３２の特性は図５のグラフＧＲ１３の特性と同一である。グラフＧＲ３０の特性と比較するとグラフＧＲ３２の特性は周波数領域で平坦な特性である。よって、人間の聴覚にとって違和感の少ない音声信号を得ることが可能になる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１の収音装置の構成を示すブロック図である。 図１の収音装置１の製造方法を説明するフローチャートである。 収音装置１の各部分の特性を説明する図である。 実施の形態２の収音装置の構成を示すブロック図である。 収音装置１Ａの各部分の特性を示す図である。 実施の形態３の収音装置の構成を示すブロック図である。 収音装置１Ｂの各部分の特性を示す図である。 実施の形態４の収音装置の構成を示すブロック図である。 収音装置１Ｃの各部分の特性を示す図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｃ 収音装置、２ アレー信号処理部、３ ＲＯＭ、ＡＤ１〜ＡＤＮ Ａ／Ｄ変換部、ＣＦ１〜ＣＦＮ 補正フィルタ、ＤＴ１〜ＤＴＮ 受信回路、ＦＴ１〜ＦＴＮ，ＦＴＡ１〜ＦＴＡＮ，ＦＴＢ１〜ＦＴＢＮ フィルタ回路、ＧＲ１〜ＧＲ３２ グラフ、ＭＣ１〜ＭＣＮ マイクロホン、Ｓ０〜Ｓ４ ステップ、ＳＦ１〜ＳＦＮ 平坦化フィルタ。

Claims (10)

1. Ｎを２以上の整数として、
   音声信号を受信するＮ個の受音素子をそれぞれ含み、受信した音声信号を電気信号に変換して出力するＮ個の受信回路と、
   前記Ｎ個の受信回路に含まれる前記受音素子の周波数特性のばらつきを補正するように、前記Ｎ個の受信回路の出力の各々に対して第１のフィルタ処理を行なう補正回路とを備え、
   前記第１のフィルタ処理におけるフィルタ特性は、自己に対応する１個の前記受音素子を除外した前記Ｎ個の受音素子のうちのＮ−１個の受音素子の特性を合成して得られる特性であり、
   前記補正回路の出力を受けて所定の処理を行なった結果を出力する信号処理回路とをさらに備える、収音装置。
2. 前記Ｎ個の受信回路のうちｍ番目の受信回路の出力に対して行なわれる前記第１のフィルタ処理の前記フィルタ特性は、以下の式（１）に従う特性Ｈ_ｍ（ｆ）である、請求項１に記載の収音装置：
   Ｈ_ｍ（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・…・Ｇ_ｍ−１（ｆ）・Ｇ_ｍ＋１（ｆ）・…・Ｇ_Ｎ（ｆ） …（１）
   ただし、ｍは１以上Ｎ以下の整数を示し、ｆは周波数を示し、Ｇ_ｍ（ｆ）はｍ番目の受信回路に含まれる受音素子の周波数特性を示す。
3. 前記補正回路は、前記Ｎ個の受信回路の出力をそれぞれ受けて前記第１のフィルタ処理を行なうＮ個のフィルタ回路を含む、請求項２に記載の収音装置。
4. 前記補正回路は、さらに、前記第１のフィルタ処理に加えて第２のフィルタ処理を行ない、
   前記第２のフィルタ処理におけるフィルタ特性は、以下の式（２）が示す特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）を周波数領域で平坦な特性に変換する特性である、請求項２に記載の収音装置：
   Ｈ_ａｌｌ（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・Ｇ_２（ｆ）・…・Ｇ_Ｎ−１（ｆ）・Ｇ_Ｎ（ｆ） …（２）。
5. 前記補正回路は、前記Ｎ個の受信回路の出力をそれぞれ受けて前記第１のフィルタ処理と前記第２のフィルタ処理を行なうＮ個のフィルタ回路を含む、請求項４に記載の収音装置。
6. 前記Ｎ個のフィルタ回路の各々は、
   前記第１のフィルタ処理を行なう補正フィルタと、
   前記第２のフィルタ処理を行なう平坦化フィルタとを有する、請求項５に記載の収音装置。
7. 前記第２のフィルタ処理は、安定なフィルタ処理である、請求項４から６のいずれか１項に記載の収音装置。
8. 前記収音装置は、前記信号処理回路の出力を受けて、第２のフィルタ処理を行なう平坦化回路をさらに備え、
   前記第２のフィルタ処理におけるフィルタ特性は、以下の式（３）が示す特性Ｈ_ａｌｌ（ｆ）を周波数領域で平坦な特性に変換する特性である、請求項２に記載の収音装置：
   Ｈ_ａｌｌ（ｆ）＝Ｇ_１（ｆ）・Ｇ_２（ｆ）・…・Ｇ_Ｎ−１（ｆ）・Ｇ_Ｎ（ｆ） …（３）。
9. 前記平坦化回路は、前記信号処理回路の出力を受けて前記第２のフィルタ処理を行なう平坦化フィルタを含む、請求項８に記載の収音装置。
10. 前記第２のフィルタ処理は、安定なフィルタ処理である、請求項８または９に記載の収音装置。

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