JP2006332736A - Microphone array apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のマイクロフォンを並べたマイクロフォンアレイ装置に係り、特に音源の方向に指向性を持たせることができるマイクロフォンアレイ装置に関するものである。 The present invention relates to a microphone array apparatus in which a plurality of microphones are arranged, and more particularly to a microphone array apparatus capable of providing directivity in the direction of a sound source.
従来より、複数のマイクロフォンで集音した音響信号にそれぞれ遅延を付加した後に総和をとることで指向性を制御するマイクロフォンアレイ装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。マイクロフォンアレイ装置によれば、目的とする音源の方向に鋭い指向性を実現することができる。ところで、このようなマイクロフォンアレイ装置では、通常、指向性を固定しているため、音源が移動すると、音源から集音できなくなる恐れがある。したがって、音源の位置を検出し、検出した位置に指向性を持たせることが望ましい。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a microphone array device that controls directivity by adding a delay to acoustic signals collected by a plurality of microphones and then summing them (see, for example, Non-Patent Document 1). According to the microphone array device, it is possible to realize sharp directivity in the direction of the target sound source. By the way, in such a microphone array device, since the directivity is usually fixed, if the sound source moves, it may not be possible to collect sound from the sound source. Therefore, it is desirable to detect the position of the sound source and to provide directivity to the detected position.
従来、音源の位置を検出する構成として、特定帯域の音響信号のみに対して指向性を有する一対の指向性マイクロフォンを用い、この一対のマイクロフォンの出力レベルの差により音源の位置を検出する位置検知センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, as a configuration for detecting the position of a sound source, a pair of directional microphones having directivity only for an acoustic signal in a specific band is used, and position detection for detecting the position of the sound source by the difference in output level between the pair of microphones. A sensor has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献１に開示された位置検知センサでは、一対の指向性マイクロフォンを用いるため、音源の位置により検出感度が変わってしまうという問題点があった。この検出感度の問題を解消するには、音源の方向に応じて指向性マイクロフォンの向きを変更する必要があった。
また、特許文献１に開示された位置検知センサを用いて、マイクロフォンアレイ装置の指向性を制御しようとすると、マイクロフォンアレイ装置のマイクロフォンの他に、音源位置検出用の指向性マイクロフォンが必要となり、装置構成が複雑になるという問題点があった。
However, since the position detection sensor disclosed in Patent Document 1 uses a pair of directional microphones, there is a problem in that the detection sensitivity varies depending on the position of the sound source. In order to solve this detection sensitivity problem, it was necessary to change the direction of the directional microphone in accordance with the direction of the sound source.
Further, when it is attempted to control the directivity of the microphone array device using the position detection sensor disclosed in Patent Document 1, in addition to the microphone of the microphone array device, a directional microphone for detecting the sound source position is required. There was a problem that the configuration was complicated.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、音源の方向に指向性を持たせることができ、音源の方向に応じた検出感度の最適化が可能で、かつ構成を簡略化することができるマイクロフォンアレイ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can provide directivity in the direction of the sound source, can optimize the detection sensitivity according to the direction of the sound source, and simplifies the configuration. An object of the present invention is to provide a microphone array device that can perform the above-described operation.
本発明のマイクロフォンアレイ装置は、マイクロフォンアレイを構成する配列された複数のマイクロフォンと、各マイクロフォンの信号出力にそれぞれ遅延量を与えて加算する遅延加算処理を行うことにより前記マイクロフォンアレイに集音用の第１の指向性を持たせ、前記遅延加算処理の結果を音源から集音した音響信号として出力する第１の遅延加算部と、各マイクロフォンの信号出力にそれぞれ遅延量を与えて加算する遅延加算処理を行うことにより前記マイクロフォンアレイに音源探知用の第２の指向性を持たせる第２の遅延加算部と、各マイクロフォンの信号出力にそれぞれ遅延量を与えて加算する遅延加算処理を行うことにより前記マイクロフォンアレイに音源探知用の第３の指向性を持たせる第３の遅延加算部と、前記第２の遅延加算部の出力と前記第３の遅延加算部の出力との差に基づいて、各マイクロフォンの信号出力に与える遅延量を前記第１の遅延加算部、前記第２の遅延加算部および前記第３の遅延加算部の各々について決定する制御部とを有し、前記制御部は、前記第１の指向性が音源の方向を向くよう前記第１の遅延加算部の遅延量を設定し、前記第２の指向性の方向が前記第１の指向性と異なるよう前記第２の遅延加算部の遅延量を設定し、前記第３の指向性の方向が前記第１、第２の指向性と異なるよう前記第３の遅延加算部の遅延量を設定するものである。
また、本発明のマイクロフォンアレイ装置の１構成例において、前記制御部は、前記第１の指向性の方向に対して、前記第２の指向性と前記第３の指向性とが対称な方向になるよう設定するものである。
また、本発明のマイクロフォンアレイ装置の１構成例は、さらに、前記第２の遅延加算部の出力と前記第３の遅延加算部の出力との差を正規化する正規化回路を有し、前記制御部は、前記第２の遅延加算部の出力と前記第３の遅延加算部の出力との前記正規化された差に基づいて、各マイクロフォンの信号出力に与える遅延量を前記第１の遅延加算部、前記第２の遅延加算部および前記第３の遅延加算部の各々について決定するものである。
また、本発明のマイクロフォンアレイ装置の１構成例は、さらに、前記第２の遅延加算部の出力と前記第３の遅延加算部の出力とからそれぞれ所定周波数帯域成分を取り出すバンドパスフィルタを有し、前記制御部は、前記第２の遅延加算部の出力と前記第３の遅延加算部の出力とにおける前記所定周波数帯域成分の差に基づいて、各マイクロフォンの信号出力に与える遅延量を前記第１の遅延加算部、前記第２の遅延加算部および前記第３の遅延加算部の各々について決定するものである。
また、本発明のマイクロフォンアレイ装置の１構成例は、さらに、前記第２の遅延加算部の出力と前記第３の遅延加算部の出力における無信号部分を検出する信号有無検出手段を有し、前記制御部は、前記信号有無検出手段が信号が無い状態を検出したときには、音源探知を行わないようにしたものである。
The microphone array apparatus according to the present invention performs a sound collection process on the microphone array by performing a delay addition process that adds a delay amount to each microphone signal output and a plurality of arranged microphones constituting the microphone array. A first delay adder having a first directivity and outputting the result of the delay addition process as an acoustic signal collected from a sound source; and a delay addition for adding a delay amount to the signal output of each microphone. By performing processing, a second delay adder for giving the microphone array the second directivity for sound source detection, and delay addition processing for adding a delay amount to the signal output of each microphone are performed. A third delay adder for giving the microphone array a third directivity for sound source detection; Based on the difference between the output of the delay adder and the output of the third delay adder, the delay amount given to the signal output of each microphone is the first delay adder, the second delay adder, and the second delay adder. A control unit that determines each of the three delay addition units, wherein the control unit sets a delay amount of the first delay addition unit so that the first directivity is directed toward a sound source, The delay amount of the second delay adder is set so that the second directivity direction is different from the first directivity, and the third directivity direction is the first and second directivities. The delay amount of the third delay adder is set differently.
In the configuration example of the microphone array device of the present invention, the control unit may be configured such that the second directivity and the third directivity are symmetrical with respect to the first directivity direction. It is set to become.
Further, one configuration example of the microphone array apparatus of the present invention further includes a normalization circuit that normalizes a difference between an output of the second delay addition unit and an output of the third delay addition unit, The control unit determines a delay amount to be given to the signal output of each microphone based on the normalized difference between the output of the second delay adder and the output of the third delay adder. Each of the adder, the second delay adder, and the third delay adder is determined.
In addition, one configuration example of the microphone array apparatus of the present invention further includes a bandpass filter that extracts predetermined frequency band components from the output of the second delay adder and the output of the third delay adder, respectively. The control unit determines the delay amount to be given to the signal output of each microphone based on the difference between the predetermined frequency band components in the output of the second delay adder and the output of the third delay adder. 1 delay adder, the second delay adder, and the third delay adder are determined.
Further, one configuration example of the microphone array device of the present invention further includes a signal presence / absence detecting means for detecting a no-signal portion in the output of the second delay adder and the output of the third delay adder, The control unit is configured not to perform sound source detection when the signal presence / absence detecting means detects a state where there is no signal.
本発明によれば、第２の遅延加算部の出力と第３の遅延加算部の出力との差によって音源の方向を検出して、この音源の方向に集音用の第１の指向性を持たせるようにしたので、音源が移動したとしても、音源から集音することができる。また、本発明では、音源の方向に応じて第１の指向性の方向を変更すると同時に、音源探知用の第２の指向性及び第３の指向性の方向も変更するため、音源の方向に応じた音源位置検出感度の最適化が可能である。さらに、本発明では、集音用のマイクロフォンアレイと音源探知用のマイクロフォンアレイとを共用しているので、装置構成を簡略化することができる。 According to the present invention, the direction of the sound source is detected based on the difference between the output of the second delay adder and the output of the third delay adder, and the first directivity for sound collection is set in the direction of the sound source. Since it is provided, even if the sound source moves, it is possible to collect sound from the sound source. In the present invention, the direction of the first directivity is changed according to the direction of the sound source, and at the same time, the directions of the second directivity and the third directivity for sound source detection are also changed. The sound source position detection sensitivity can be optimized accordingly. Furthermore, in the present invention, since the microphone array for collecting sounds and the microphone array for detecting sound sources are shared, the apparatus configuration can be simplified.
また、本発明では、第２の遅延加算部の出力と第３の遅延加算部の出力との差を正規化する正規化回路を設けることにより、音量の変化による音源位置検出誤差を抑えることができる。 Further, in the present invention, by providing a normalization circuit that normalizes the difference between the output of the second delay adder and the output of the third delay adder, it is possible to suppress sound source position detection errors due to changes in sound volume. it can.
また、本発明では、第２の遅延加算部の出力と第３の遅延加算部の出力とからそれぞれ所定周波数帯域成分を取り出すバンドパスフィルタを設けることにより、音源探知用の第２の遅延加算部の出力と第３の遅延加算部の出力を特定の周波数帯域に限定することができる。 In the present invention, the second delay adder for sound source detection is provided by providing a bandpass filter for extracting a predetermined frequency band component from the output of the second delay adder and the output of the third delay adder, respectively. And the output of the third delay adder can be limited to a specific frequency band.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態となるマイクロフォンアレイ装置の構成を示すブロック図である。マイクロフォンアレイ装置は、マイクロフォンアレイを構成する配列された複数のマイクロフォン１（１−１，１−２，・・・，１−８）と、アンプ２（２−１，２−２，・・・，２−８）と、遅延器３（３−１−１，３−２−１，・・・，３−８−１，３−１−２，３−２−２，・・・，３−８−２，３−１−３，３−２−３，・・・，３−８−３）と、加算器４（４−１，４−２，４−３）と、信号形成回路５と、減算器６と、加算器７と、正規化回路８と、制御部９とを有する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a microphone array apparatus according to an embodiment of the present invention. The microphone array apparatus includes a plurality of microphones 1 (1-1, 1-2,..., 1-8) arranged in a microphone array and amplifiers 2 (2-1, 2-2,. , 2-8) and delay devices 3 (3-1-1, 3-2-1,..., 3-8-1, 3-1-2, 3-2-2,. -8-2, 3-1-3, 3-2-3,..., 3-8-3), adder 4 (4-1, 4-2, 4-3), and signal forming circuit 5, a subtracter 6, an adder 7, a normalization circuit 8, and a control unit 9.
図２は、本実施の形態のマイクロフォンアレイ装置の動作の概念を示す図である。本実施の形態では、マイクロフォン１を８個１列に並べたマイクロフォンアレイを例にして説明する。マイクロフォンアレイ装置では、各マイクロフォン１から出力される音響信号に対して遅延器３により遅延を付加した後に、この遅延を付加した音響信号を加算器４で加算することにより、指向性を制御することが可能である。図２のＳｐｏｔ１は、音源からの音響信号を集音するために設定される空間上の位置である主焦点、Ｓｐｏｔ２，Ｓｐｏｔ３は音源の位置を探知するために設定される空間上の位置である探知用焦点である。 FIG. 2 is a diagram showing a concept of operation of the microphone array apparatus of the present embodiment. In the present embodiment, a microphone array in which eight microphones 1 are arranged in one row will be described as an example. In the microphone array device, the delay is added to the acoustic signal output from each microphone 1 by the delay unit 3, and then the directivity is controlled by adding the added acoustic signal by the adder 4. Is possible. Spot 1 in FIG. 2 is a main focal point that is a position on a space that is set for collecting an acoustic signal from the sound source, and Spot 2 and Spot 3 are positions on a space that are set for detecting the position of the sound source. This is the focus for detection.
マイクロフォン１−１，１−２，・・・，１−８から出力される音響信号は、それぞれアンプ２−１，２−２，・・・，２−８で増幅され、遅延器３−１（３−１−１，３−１−２，３−１−３），３−２（３−２−１，３−２−２，３−２−３），・・・，３−８（３−８−１，３−８−２，３−８−３）により遅延が付加される。そして、遅延器３−１−１，３−２−１，・・・，３−８−１により遅延が付加された音響信号は、加算器４−１で加算され、主信号Ｏｕｔ１となる。 The acoustic signals output from the microphones 1-1, 1-2,..., 1-8 are amplified by the amplifiers 2-1, 2-2,. (3-1-1, 3-1-2, 3-1-3), 3-2 (3-2-1, 3-2-2, 3-2-3), ..., 3-8 A delay is added by (3-8-1, 3-8-2, 3-8-3). Then, the acoustic signals to which the delays are added by the delay units 3-1-1, 3-2-1,.
遅延器３−１−１，３−２−１，・・・，３−８−１に設定される遅延量は、主焦点Ｓｐｏｔ１から各マイクロフォン１−１，１−２，・・・，１−８に到達して集音される音響信号が加算器４−１による加算時点で同相となるように設定される。これにより、主焦点Ｓｐｏｔ１から各マイクロフォン１−１，１−２，・・・，１−８に到達する音響信号が強調される。
一方、主焦点Ｓｐｏｔ１とは異なる方向から到来する音響信号は、主焦点Ｓｐｏｔ１から到来する音響信号とは異なる時間差で集音されるので、各マイクロフォン１−１，１−２，・・・，１−８で集音された後に加算されても同相化されず、主焦点Ｓｐｏｔ１から到来する音響信号に比べて強調効果が小さい。以上の結果、主焦点Ｓｐｏｔ１の方向に対して感度が高い指向性が形成される。
The delay amounts set in the delay units 3-1-1, 3-2-1,..., 3-8-1 are from the main focus Spot 1 to the respective microphones 1-1, 1-2,. The acoustic signals collected after reaching -8 are set to be in phase at the time of addition by the adder 4-1. Thereby, the acoustic signals reaching the microphones 1-1, 1-2,..., 1-8 from the main focal point Spot1 are enhanced.
On the other hand, since the acoustic signal coming from a direction different from the main focus Spot1 is collected with a time difference different from that of the acoustic signal coming from the main focus Spot1, each microphone 1-1, 1-2,. Even if they are added after being collected at -8, they are not in-phase, and the enhancement effect is small compared to the acoustic signal coming from the main focus Spot1. As a result, a directivity having high sensitivity with respect to the direction of the main focus Spot1 is formed.
次に、遅延器３−１−２，３−２−２，・・・，３−８−２により遅延が付加された音響信号は、加算器４−２で加算され、探知信号Ｏｕｔ２となる。遅延器３−１−２，３−２−２，・・・，３−８−２に設定される遅延量は、探知用焦点Ｓｐｏｔ２から各マイクロフォン１−１，１−２，・・・，１−８に到達して集音される音響信号が加算器４−２による加算時点で同相となるように設定される。探知用焦点Ｓｐｏｔ２の位置は、マイクロフォンアレイから主焦点Ｓｐｏｔ１に向かって右側に設定される。 Next, the acoustic signals to which the delay is added by the delay units 3-1-2, 3-2-2,. . The delay amount set in the delay units 3-1-2, 3-2-2,... The acoustic signals collected after reaching 1-8 are set to be in phase at the time of addition by the adder 4-2. The position of the detection focus Spot2 is set on the right side from the microphone array toward the main focus Spot1.
一方、遅延器３−１−３，３−２−３，・・・，３−８−３により遅延が付加された音響信号は、加算器４−３で加算され、探知信号Ｏｕｔ３となる。遅延器３−１−３，３−２−３，・・・，３−８−３に設定される遅延量は、探知用焦点Ｓｐｏｔ３から各マイクロフォン１−１，１−２，・・・，１−８に到達して集音される音響信号が加算器４−３による加算時点で同相となるように設定される。探知用焦点Ｓｐｏｔ３の位置は、マイクロフォンアレイから主焦点Ｓｐｏｔ１に向かって左側に設定される。また、探知用焦点Ｓｐｏｔ２とＳｐｏｔ３は、マイクロフォンアレイの中点Ｃと主焦点Ｓｐｏｔ１とを結ぶ線分Ｌ１に対して線対称となるように設定される。すなわち、中点Ｃと探知用焦点Ｓｐｏｔ２とを結ぶ線分Ｌ２が線分Ｌ１となす角、及び中点Ｃと探知用焦点Ｓｐｏｔ３とを結ぶ線分Ｌ３が線分Ｌ１となす角は、共にθである。 On the other hand, the acoustic signals to which the delays are added by the delay units 3-1-3, 3-2-3,..., 3-8-3 are added by the adder 4-3 and become the detection signal Out3. The delay amounts set in the delay units 3-1-3, 3-2-3,. The acoustic signals collected after reaching 1-8 are set so as to be in phase when added by the adder 4-3. The position of the detection focus Spot3 is set on the left side from the microphone array toward the main focus Spot1. The detection focal points Spot2 and Spot3 are set so as to be line-symmetric with respect to a line segment L1 connecting the midpoint C of the microphone array and the main focal point Spot1. That is, both the angle formed by the line segment L2 connecting the midpoint C and the detection focus Spot2 with the line segment L1 and the angle formed by the line segment L3 connecting the midpoint C and the detection focus Spot3 with the line segment L1 are both θ It is.
マイクロフォンアレイと第１の遅延加算部（アンプ２−１，２−２，・・・，２−８、遅延器３−１−１，３−２−１，・・・，３−８−１及び加算器４−１）による指向特性を図３に示し、マイクロフォンアレイと第２の遅延加算部（アンプ２−１，２−２，・・・，２−８、遅延器３−１−２，３−２−２，・・・，３−８−２及び加算器４−２）による指向特性を図４に示し、マイクロフォンアレイと第３の遅延加算部（アンプ２−１，２−２，・・・，２−８、遅延器３−１−３，３−２−３，・・・，３−８−３及び加算器４−３）による指向特性を図５に示す。図３〜図５における横軸はｘ方向（マイクロフォンアレイの配列方向）の位置、縦軸は信号Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２，Ｏｕｔ３のレベルである。図３〜図５では、マイクロフォンアレイの中点Ｃの位置をｘ方向の０位置としている。 Microphone array and first delay adder (amplifiers 2-1, 2-2,..., 2-8, delay units 3-1-1, 3-2-1,..., 3-8-1 3 and the directivity characteristics of the adder 4-1) are shown in FIG. 3, and the microphone array and the second delay adders (amplifiers 2-1, 2-2,. , 3-2-2,..., 3-8-2 and adder 4-2) are shown in FIG. 4, and the microphone array and the third delay adder (amplifiers 2-1 and 2-2) are shown. , ..., 2-8, delay characteristics 3-1-3, 3-2-3, ..., 3-8-3 and adders 4-3) are shown in FIG. 3 to 5, the horizontal axis represents the position in the x direction (the direction in which the microphone array is arranged), and the vertical axis represents the levels of the signals Out1, Out2, and Out3. 3 to 5, the position of the midpoint C of the microphone array is the 0 position in the x direction.
図３に示した指向特性によれば、音源が主焦点Ｓｐｏｔ１の方向にあるときに主信号Ｏｕｔ１は最も大きくなり、音源が左右どちらかに移動すると、主信号Ｏｕｔ１のレベルは減少する。これに対して、図４、図５に示すように、探知信号Ｏｕｔ２，Ｏｕｔ３は、音源が主焦点Ｓｐｏｔ１の方向にあるときは同レベルとなり、音源が負の方向（図２の左方向）に移動すると、探知信号Ｏｕｔ３が減少して探知信号Ｏｕｔ２が増大し、音源が正の方向（図２の右方向）に移動すると、探知信号Ｏｕｔ２が減少して探知信号Ｏｕｔ３が増大する。したがって、探知信号Ｏｕｔ２とＯｕｔ３のレベル差を検出することにより、音源の方向を検出することができる。 According to the directivity shown in FIG. 3, the main signal Out1 becomes the largest when the sound source is in the direction of the main focus Spot1, and the level of the main signal Out1 decreases when the sound source moves to the left or right. On the other hand, as shown in FIGS. 4 and 5, the detection signals Out2 and Out3 are at the same level when the sound source is in the direction of the main focus Spot1, and the sound source is in the negative direction (left direction in FIG. 2). When it moves, the detection signal Out3 decreases and the detection signal Out2 increases, and when the sound source moves in the positive direction (right direction in FIG. 2), the detection signal Out2 decreases and the detection signal Out3 increases. Therefore, the direction of the sound source can be detected by detecting the level difference between the detection signals Out2 and Out3.
信号形成回路５は、探知信号Ｏｕｔ２とＯｕｔ３のレベル差を検出するために、探知信号Ｏｕｔ２とＯｕｔ３の各々の振幅を求める回路である。信号形成回路５の１構成例を図６に示す。信号形成回路５は、バンドパスフィルタ５０，５１と、エンベロープ検出回路５２，５３と、信号有無検出回路５４，５５と、サンプルホールド回路５６，５７とを有する。
The signal forming circuit 5 is a circuit for obtaining the amplitudes of the detection signals Out2 and Out3 in order to detect the level difference between the detection signals Out2 and Out3. One configuration example of the signal forming circuit 5 is shown in FIG. The signal forming circuit 5 includes bandpass filters 50 and 51,
バンドパスフィルタ５０は、探知信号Ｏｕｔ２のうち位置検出に使用する帯域の信号のみを通過させる。エンベロープ検出回路５２は、バンドパスフィルタ５０の出力信号の振幅を検出する。信号有無検出回路５４は、バンドパスフィルタ５０の信号出力の有無を検出する。この信号出力の有無は、例えばバンドパスフィルタ５０の出力が所定のしきい値以上か否かにより判断する。
The
サンプルホールド回路５６は、信号有無検出回路５４の検出結果に基づいて動作する。すなわち、サンプルホールド回路５６は、信号有無検出回路５４の検出結果が信号出力有りを示している場合は、エンベロープ検出回路５２からの信号をそのまま出力し、検出結果が信号出力有りから信号出力無しに変化した場合は、信号出力無しになる直前のエンベロープ検出回路５２の出力を保持する。そして、サンプルホールド回路５６は、信号有無検出回路５４の検出結果が信号出力無しから信号出力有りに変化するまで、この保持状態を維持する。こうして、探知信号Ｏｕｔ２のレベルを検出することができる。バンドパスフィルタ５１とエンベロープ検出回路５３と信号有無検出回路５５とサンプルホールド回路５７による探知信号Ｏｕｔ３のレベル検出も同様に行われる。
The
次に、減算器６は、信号形成回路５により検出された探知信号Ｏｕｔ２のレベルと探知信号Ｏｕｔ３のレベルとの差を求める。この減算器６の出力が音源の方向を示す音源位置信号となる。一方、加算器７は、信号形成回路５により検出された探知信号Ｏｕｔ２のレベルと探知信号Ｏｕｔ３のレベルとの和を求める。正規化回路８は、減算器６から出力された音源位置信号を加算器７の出力に基づいて正規化する。音源位置信号を正規化する理由は、音量の変化による音源位置検出誤差を抑えるためである。 Next, the subtractor 6 obtains the difference between the level of the detection signal Out2 detected by the signal forming circuit 5 and the level of the detection signal Out3. The output of the subtracter 6 becomes a sound source position signal indicating the direction of the sound source. On the other hand, the adder 7 obtains the sum of the level of the detection signal Out2 and the level of the detection signal Out3 detected by the signal forming circuit 5. The normalization circuit 8 normalizes the sound source position signal output from the subtracter 6 based on the output of the adder 7. The reason for normalizing the sound source position signal is to suppress a sound source position detection error due to a change in volume.
制御部９は、正規化された音源位置信号に基づいて各遅延器３の遅延量を設定する。図４、図５で説明した指向特性により、音源が主焦点Ｓｐｏｔ１の方向にあるとき、音源位置信号の大きさはほぼ０となり、音源が左右どちらかに移動すると、音源位置信号の絶対値が増大する。したがって、音源位置信号の符号とその絶対値から、音源の方向を検出することができる。例えば、探知信号Ｏｕｔ２のレベルから探知信号Ｏｕｔ３のレベルを引いたとすると、音源が主焦点Ｓｐｏｔ１から負の方向に移動したとき、音源位置信号は正の値に変化し、音源が主焦点Ｓｐｏｔ１から正の方向に移動したとき、音源位置信号は負の値に変化する。 The control unit 9 sets the delay amount of each delay unit 3 based on the normalized sound source position signal. Due to the directivity described with reference to FIGS. 4 and 5, when the sound source is in the direction of the main focus Spot1, the magnitude of the sound source position signal is almost zero, and when the sound source moves to the left or right, the absolute value of the sound source position signal is Increase. Therefore, the direction of the sound source can be detected from the sign of the sound source position signal and its absolute value. For example, if the level of the detection signal Out3 is subtracted from the level of the detection signal Out2, when the sound source moves in the negative direction from the main focus Spot1, the sound source position signal changes to a positive value, and the sound source changes from the main focus Spot1 to the positive value. When moving in the direction of, the sound source position signal changes to a negative value.
制御部９は、音源位置信号が示す音源の方向に主焦点Ｓｐｏｔ１が位置するように、遅延器３−１−１，３−２−１，・・・，３−８−１の遅延量を設定する。こうして、主焦点Ｓｐｏｔ１を、検出した音源の方向に移動させることができる。さらに、制御部９は、マイクロフォンアレイから移動後の主焦点Ｓｐｏｔ１に向かって右側に探知用焦点Ｓｐｏｔ２が位置するよう、遅延器３−１−２，３−２−２，・・・，３−８−２の遅延量を設定し、マイクロフォンアレイから移動後の主焦点Ｓｐｏｔ１に向かって左側に探知用焦点Ｓｐｏｔ３が位置するよう、遅延器３−１−３，３−２−３，・・・，３−８−３の遅延量を設定する。前述のとおり、探知用焦点Ｓｐｏｔ２とＳｐｏｔ３は、マイクロフォンアレイの中点Ｃと主焦点Ｓｐｏｔ１とを結ぶ線分Ｌ１に対して線対称となるように設定される。 The control unit 9 sets the delay amounts of the delay units 3-1-1, 3-2-1,..., 3-8-1 so that the main focal point Spot 1 is positioned in the direction of the sound source indicated by the sound source position signal. Set. In this way, the main focus Spot1 can be moved in the direction of the detected sound source. Further, the control unit 9 delays 3-1-2, 3-2-2,..., 3-, so that the detection focus Spot 2 is positioned on the right side from the microphone array toward the main focus Spot 1 after movement. A delay amount 3-1-3, 3-2-3,... Is set so that the detection focal point Spot3 is positioned on the left side toward the main focal point Spot1 after moving from the microphone array. , 3-8-3 is set. As described above, the detection focal points Spot2 and Spot3 are set to be symmetrical with respect to the line segment L1 connecting the midpoint C of the microphone array and the main focal point Spot1.
以上のように、本実施の形態では、探知信号Ｏｕｔ２のレベルと探知信号Ｏｕｔ３のレベルとの差に基づいて音源の方向を検出して、この音源の方向に集音用の第１の指向性を持たせるようにしたので、音源が移動したとしても、音源から集音することができる。また、本実施の形態では、音源の方向に応じて第１の指向性（主焦点Ｓｐｏｔ１）の方向を変更すると同時に、音源探知用の第２の指向性（探知用焦点Ｓｐｏｔ２）及び第３の指向性（探知用焦点Ｓｐｏｔ３）の方向も変更するため、音源の方向に応じた音源位置検出感度の最適化が可能である。したがって、従来の位置検知センサのように、音源の方向に応じて指向性マイクロフォンの向きを変更する必要はない。さらに、本実施の形態では、集音用のマイクロフォンアレイと音源探知用のマイクロフォンアレイとを共用しているので、音源探知用のマイクロフォンを別に設ける必要がなく、装置構成を簡略化することができる。 As described above, in the present embodiment, the direction of the sound source is detected based on the difference between the level of the detection signal Out2 and the level of the detection signal Out3, and the first directivity for sound collection in the direction of the sound source is detected. So that even if the sound source moves, it is possible to collect sound from the sound source. In the present embodiment, the direction of the first directivity (primary focus Spot1) is changed in accordance with the direction of the sound source, and at the same time, the second directivity for sound source detection (detection focus Spot2) and the third directivity. Since the direction of the directivity (detection focus Spot 3) is also changed, the sound source position detection sensitivity can be optimized according to the direction of the sound source. Therefore, unlike the conventional position detection sensor, there is no need to change the direction of the directional microphone in accordance with the direction of the sound source. Further, in this embodiment, since the microphone array for collecting sound and the microphone array for detecting sound source are shared, it is not necessary to separately provide a microphone for detecting sound source, and the apparatus configuration can be simplified. .
なお、制御部９は、信号有無検出回路５４と信号有無検出回路５５の少なくともいずれか一方の検出結果が信号出力無しを示している場合は、音源探知を行わない。その理由は、無信号時に音源探知を行うと、誤った方向に指向性を向けてしまう可能性があるからである。
The control unit 9 does not perform sound source detection when the detection result of at least one of the signal presence /
本発明は、複数のマイクロフォンを並べたマイクロフォンアレイ装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a microphone array apparatus in which a plurality of microphones are arranged.
１…マイクロフォン、２…アンプ、３…遅延器、４、７…加算器、５…信号形成回路、６…減算器、８…正規化回路、９…制御部、５０、５１…バンドパスフィルタ、５２、５３…エンベロープ検出回路、５４、５５…信号有無検出回路、５６、５７…サンプルホールド回路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microphone, 2 ... Amplifier, 3 ... Delay device, 4, 7 ... Adder, 5 ... Signal formation circuit, 6 ... Subtractor, 8 ... Normalization circuit, 9 ... Control part, 50, 51 ... Band pass filter, 52, 53 ... envelope detection circuit, 54, 55 ... signal presence / absence detection circuit, 56, 57 ... sample hold circuit.
Claims (5)
各マイクロフォンの信号出力にそれぞれ遅延量を与えて加算する遅延加算処理を行うことにより前記マイクロフォンアレイに集音用の第１の指向性を持たせ、前記遅延加算処理の結果を音源から集音した音響信号として出力する第１の遅延加算部と、
各マイクロフォンの信号出力にそれぞれ遅延量を与えて加算する遅延加算処理を行うことにより前記マイクロフォンアレイに音源探知用の第２の指向性を持たせる第２の遅延加算部と、
各マイクロフォンの信号出力にそれぞれ遅延量を与えて加算する遅延加算処理を行うことにより前記マイクロフォンアレイに音源探知用の第３の指向性を持たせる第３の遅延加算部と、
前記第２の遅延加算部の出力と前記第３の遅延加算部の出力との差に基づいて、各マイクロフォンの信号出力に与える遅延量を前記第１の遅延加算部、前記第２の遅延加算部および前記第３の遅延加算部の各々について決定する制御部とを有し、
前記制御部は、前記第１の指向性が音源の方向を向くよう前記第１の遅延加算部の遅延量を設定し、前記第２の指向性の方向が前記第１の指向性と異なるよう前記第２の遅延加算部の遅延量を設定し、前記第３の指向性の方向が前記第１、第２の指向性と異なるよう前記第３の遅延加算部の遅延量を設定することを特徴とするマイクロフォンアレイ装置。 A plurality of microphones arranged in a microphone array;
The microphone array has a first directivity for sound collection by performing a delay addition process that adds and adds a delay amount to the signal output of each microphone, and the result of the delay addition process is collected from a sound source. A first delay adder that outputs as an acoustic signal;
A second delay adder for giving the microphone array a second directivity for sound source detection by performing a delay addition process for adding a delay amount to the signal output of each microphone;
A third delay adder for giving the microphone array a third directivity for sound source detection by performing a delay addition process for adding a delay amount to the signal output of each microphone;
Based on the difference between the output of the second delay adder and the output of the third delay adder, the amount of delay given to the signal output of each microphone is set to the first delay adder and the second delay adder. And a control unit for determining each of the third delay adding unit,
The control unit sets a delay amount of the first delay adding unit so that the first directivity is directed toward a sound source, and the second directivity direction is different from the first directivity. Setting a delay amount of the second delay adder, and setting a delay amount of the third delay adder so that a direction of the third directivity is different from the first and second directivities. A microphone array device.
前記制御部は、前記第１の指向性の方向に対して、前記第２の指向性と前記第３の指向性とが対称な方向になるよう設定することを特徴とするマイクロフォンアレイ装置。 The microphone array apparatus according to claim 1, wherein
The microphone array device, wherein the control unit is set so that the second directivity and the third directivity are symmetrical with respect to the first directivity direction.
さらに、前記第２の遅延加算部の出力と前記第３の遅延加算部の出力との差を正規化する正規化回路を有し、
前記制御部は、前記第２の遅延加算部の出力と前記第３の遅延加算部の出力との前記正規化された差に基づいて、各マイクロフォンの信号出力に与える遅延量を前記第１の遅延加算部、前記第２の遅延加算部および前記第３の遅延加算部の各々について決定することを特徴とするマイクロフォンアレイ装置。 The microphone array device according to claim 1 or 2,
And a normalization circuit for normalizing a difference between the output of the second delay adder and the output of the third delay adder,
The control unit determines a delay amount to be given to the signal output of each microphone based on the normalized difference between the output of the second delay adder and the output of the third delay adder. A microphone array apparatus, wherein a determination is made for each of a delay adder, the second delay adder, and the third delay adder.
さらに、前記第２の遅延加算部の出力と前記第３の遅延加算部の出力とからそれぞれ所定周波数帯域成分を取り出すバンドパスフィルタを有し、
前記制御部は、前記第２の遅延加算部の出力と前記第３の遅延加算部の出力とにおける前記所定周波数帯域成分の差に基づいて、各マイクロフォンの信号出力に与える遅延量を前記第１の遅延加算部、前記第２の遅延加算部および前記第３の遅延加算部の各々について決定することを特徴とするマイクロフォンアレイ装置。 The microphone array device according to any one of claims 1 to 3,
And a band pass filter for extracting predetermined frequency band components from the output of the second delay adder and the output of the third delay adder,
The control unit determines a delay amount to be given to the signal output of each microphone based on the difference between the predetermined frequency band components in the output of the second delay adder and the output of the third delay adder. The microphone array apparatus according to claim 1, wherein each of the delay adder, the second delay adder, and the third delay adder is determined.
さらに、前記第２の遅延加算部の出力と前記第３の遅延加算部の出力における無信号部分を検出する信号有無検出手段を有し、
前記制御部は、前記信号有無検出手段が信号が無い状態を検出したときには、音源探知を行わないことを特徴とするマイクロフォンアレイ装置。
The microphone array device according to any one of claims 1 to 4,
Furthermore, it has a signal presence / absence detecting means for detecting a no-signal part in the output of the second delay adder and the output of the third delay adder,
The microphone array device according to claim 1, wherein the control unit does not perform sound source detection when the signal presence / absence detecting unit detects a state where there is no signal.
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