JP2007311850A - 音声信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の構成では、低い周波数帯域で指向性がとれないため、音声帯域の中で指向性を得られる帯域が高い周波数帯域に限られるという課題を持つ。
【解決手段】互いに間隔をおいて配置された無指向性マイクロホン１、２と、マイクロホン毎にその出力信号に対して周波数帯域に制限をかける低域通過フィルタ３と、帯域制限された音声信号の音声信号レベルを検出する信号レベル検出回路４と、マイクロホン１、２から出力される音声信号を、信号レベル検出回路４から出力される係数に応じて、指向特性を変化させる指向性合成回路５とを備えることにより、音声信号レベルが大きい場合には、全帯域指向性を得ることができ、音声信号レベルが小さい場合には全帯域の指向性を得られないものの無指向性特性となるために音声信号のＳ／Ｎ比を改善することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ビデオカメラやボイスレコーダなどに内蔵される音声信号処理装置に関する。

近年、例えばビデオカメラに使用されるマイクロホンなどでは、複数のマイクロホンユニットを使用し、指向性特性を生成するようなマイクロホン装置が使用されている。（例えば、特許文献１参照）
以下、従来のマイクロホン装置について、図面を参照しながら説明する。

図７は従来のマイクロホン装置の構成を示すブロック図である。従来のマイクロホン装置において、全て無指向性マイクロホンユニットであるユニット６１、ユニット６２、ユニット６３は、ユニット６１とユニット６２との間隔と、ユニット６２とユニット６３との間隔がそれぞれｄとなるように、同一直線上に配置される。ハイパスフィルタ６４のカットオフ周波数をｆ１とし、ハイパスフィルタ６５のカットオフ周波数をｆ２として、ｆ１をｆ２よりも高い周波数に設定する。ハイパスフィルタ６４を用いてユニット６１の出力信号の低周波成分を除去する。

また、ハイパスフィルタ６５を用いてユニット６２の出力信号の低周波成分を除去し、ハイパスフィルタ６５の出力信号を、移相器６８を用いてユニット間隔ｄに応じた移相遅れを施した後、減算器７０を用いてハイパスフィルタ６４の出力信号より減算する。減算器７０の出力信号は、ｆ１以下の周波数帯域では無指向性、ｆ１以上の周波数帯域では１次音圧傾度型単一指向性となる。同様に、ユニット６２、ユニット６３、カットオフ周波数がｆ１であるハイパスフィルタ６６、カットオフ周波数がｆ２であるハイパスフィルタ６７、移相器６９、減算器７１を用いて、ｆ１以下の周波数帯域では無指向性、ｆ１以上の帯域では１次音圧傾度型単一指向性となる信号を得る。

更に、ハイパスフィルタ７２を用いて減算器７０の出力信号の低周波成分を除去した後、減算器７３を用いてハイパスフィルタ７２の出力信号と減算器７１の出力信号の差信号をとることによって、ｆ１以下の周波数帯域では無指向性、ｆ１以上の周波数帯域では２次音圧傾度型単一指向性となるマイクロホンを得る。
特開平５−１４５９８６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、低い周波数帯域では指向性がとれていないため、音声帯域の中で指向性を得られる帯域が高い周波数帯域に限られるという課題を持つ。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、入力される音声信号レベルの大きいときには全音声信号帯域で指向性を得るとともに、入力される音声信号レベルが小さいときには低域での指向特性をなくすことにより、Ｓ／Ｎ比を改善する音声信号処理装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明の音声信号処理装置は、互いに間隔をおいて配置された複数の無指向性マイクロホンと、前記無指向性マイクロホン毎に、出力される音声信号の周波数帯域に制限をかける低域通過フィルタと、前記帯域制限された音声信号のレベルを検出する信号レベル検出回路と、前記無指向性マイクロホンが出力する音声信号を、前記音声信号のレベルに応じて、その指向特性を変化させる指向性合成回路とを備える。

本発明は、上記構成により、信号レベルの大きい際には全音声帯域で指向性を得ることができ、かつ信号レベルが小さくなった際には低い周波数領域を無指向性にすることによって、音声信号のＳ／Ｎ比を改善することが可能であるという効果が得られる。

以下、本発明の音声信号処理装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明装置の実施の形態１における音声信号処理装置の構成を示すブロック図である。図１において、１及び２は無指向性マイクロホンユニット、３はマイクロホン１、２から出力される音声信号をマイクロホンユニット毎にその周波数帯域に制限をかける低域通過フィルタ、４は帯域制限された音声信号の音声信号レベルを検出し、音声信号のレベルに応じた係数を出力する信号レベル検出回路、５はマイクロホンユニット１、２から出力される音声信号により、信号レベル検出回路４から出力される係数に応じて、指向特性を変化させて指向性を生成する指向性合成回路である。

以上の構成要素からなる音声信号処理装置について、各構成要素の関係とその動作を、図１を用いて説明する。

マイクロホンユニット１、２は、それぞれ無指向性のマイクロホンユニットである。それぞれのマイクロホンユニットの出力は、低域通過フィルタ３に入力される。

低域通過フィルタ３は、例えば図２に示す回路で構成されており、２１は遅延器、２２、２３は乗算器であり、２ａは音声信号入力端子、２ｂは帯域分割された音声信号の出力端子である。２ａから入力された音声信号は、この低域通過フィルタ回路を通過させることにより、図４に示すような低域の音声信号を得ることができる。

図１に示す回路の場合、マイクロホンユニット２に入力され、低域通過フィルタ３から出力される音声信号は、信号レベル検出回路４へ入力される。

信号レベル検出回路４では、低域通過フィルタ３からの出力レベルに応じて、図５に示すような係数(α)を出力する。例えば、係数αは
０ ≦ α ≦ １
の範囲で変化するように設計する。

図５に示す特性の場合、入力された音声信号のレベルが大きい場合には、係数αは大きくなり（１に近づく）、音声信号レベルが小さい場合には係数αが小さくなる（０に近づく）ように設定されている。図５では、信号レベルに応じて係数αは折れ線で示すように変化をしているが、直線で変化してもよい。

一方で、マイクロホンユニット１、２より入力された音声信号は、指向性合成回路５に入力される。図３は、指向性合成回路５の一例を示すブロック図である。３１はマイクロホンユニット１及び２に入力された音声をマイクロホンユニット１、２の間隔に応じた遅延量だけ遅延させる遅延器、３２は遅延器３１からの出力に、信号レベル検出回路４から出力される係数αを乗算する乗算器、３３は加算器、３４は音声信号の周波数特性を一定に補正する周波数補正回路である。

次に周波数補正回路３４の動作について、図６および図７を用いて説明する。音声出力端子６において、係数αの値が大きい場合(α＝１の時)は、マイクロホンユニット１の出力からマイクロホンユニット２の音声を遅延させたものをそのまま減算することにより、周波数特性補正回路３４への信号入力は、図６の６ａに示すような特性の音声出力を得ることができる。

逆に係数αの値が小さい場合(α＝０の時)は、マイクロホンユニット１の出力音声からマイクロホンユニット２の音声が全く減算されないことになり、無指向性マイクであるマイクロホンユニット１の出力がそのまま出力されるために、その特性は図６の６ｂに示すような平らな周波数特性となる。

この周波数特性の変化は、係数αに応じて変化をするため、周波数特性補正回路３４は、周波数特性を保つために係数αに応じて図７に示すような補正をかける。すなわち係数αの値が大きい場合（α＝１の時）は、図７の７ｂに示すように周波数に応じた入力信号の補正は行わず、係数αの値が小さい場合（α＝０の時）は、図７の７ａに示すような補正を行うことによって、係数αの値に関わらず、音声信号の周波数特性を保つことができる。

このように構成された回路において、信号レベル検出回路４から出力される係数αの値に応じて、音声出力端子６、７に出力される指向性が変化する。

音声出力端子６において、係数αの値が大きい場合(α＝１の時)は、マイクロホンユニット１の出力からマイクロホンユニット２の音声を遅延させたものをそのまま減算することにより、音声出力端子６の信号出力は図８に示すような特性の音声出力を得ることができる。これは、遅延器３１での遅延量をマイクロホン間の距離を音声が到達する時間分と同等とすると、指向軸反対側に配置されたマイクロホンに入力される音声が、指向軸正面に配置されたマイクロホンに入力される音声信号と全く同じものとなり、減算した結果が理想的には「０」となり、指向軸反対側から入力される音声に関しては、音声出力端子に出力されないことになるためである。

図８において、８ａは指向性の指向軸正面の周波数特性を、８ｂは指向性の指向軸背面の周波数特性を示しており、全周波数帯域で指向性が得られる。

逆に係数αの値が小さい場合(α＝０の時)は、マイクロホンユニット１の出力音声から、マイクロホンユニット２の音声が全く減算されないことになり、遅延器３１の配置されていない側、つまり指向軸正面側マイクロホンに入力される音声（無指向特性）が、そのまま出力されることになり、指向性が取れなくなる。その特性は図６の６ｂに示すような平らな周波数特性となり、周波数特性補正回路３４により、図７の７ａに示すような補正を行うことによって、音声出力端子６の信号出力は図９に示すような特性の音声出力を得ることができる。

図９において、９ａは指向性の指向軸正面の周波数特性を、９ｂは指向性の指向軸背面の周波数特性を示しており、高域では指向性を有し低域では無指向性となる特性の音声信号が得られる。

このように信号レベル検出回路４から出力される係数αの大きさに応じて低域の指向性を変化させることにより、マイクロホンユニット１、２より入力される音声信号レベルが大きい場合には、全帯域指向性を得ることができ、マイクロホンユニット１、２より入力される音声信号レベルが小さい場合には全帯域の指向性を得られないものの無指向性特性となるために音声信号のＳ／Ｎ比を改善することができる。

本実施例ではマイクロホンユニットを２個使用した場合について記載したが、３個以上のマイクロホンユニットを使用しても構わない。

また、生成される指向特性に関してステレオ特性について記載しているが、これ以外の特性を使用することも可能である。

本発明の音声信号処理装置は、ビデオカメラ等の音声信号収音装置として有用である。

本発明の一実施の形態における音声信号処理装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態における低域通過フィルタの構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態における指向性合成回路の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態における低域通過フィルタ回路の出力信号を示す図 本発明の一実施の形態における音声信号レベル検出回路が出力する係数変化のイメージを示す図 本発明の一実施の形態における周波数特性補正回路への入力信号を示す図 本発明の一実施の形態における周波数特性補正回路の係数による補正のイメージを示す図 本発明の一実施の形態における音声信号レベル検出回路が出力する係数が大きい場合の指向性合成出力の周波数特性のイメージを示す図 本発明の一実施の形態における音声信号レベル検出回路が出力する係数が小さい場合の指向性合成出力の周波数特性のイメージを示す図 従来の音声信号処理装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１、２ 無指向性マイクロホンユニット
３ 低域通過フィルタ
４ 信号レベル検出回路
５ 指向性合成回路
６、７ 音声出力端子
３１ 遅延器
３４ 周波数特性補正回路

Claims (1)

1. 同一直線上に互いに間隔をおいて配置した複数の無指向性マイクロホンと、
   前記複数の無指向性マイクロホンが出力する第１の音声信号の高周波数成分を除去するフィルタと、
   前記フィルタが出力する第２の音声信号のレベルを検出する信号レベル検出回路と、
   前記複数の無指向性マイクロホンがそれぞれ出力する第１の音声信号を、前記間隔に応じて遅延させた第３の音声信号を出力する遅延器と、
   前記複数の無指向性マイクロホンの配置における相隣接する一方の第１の音声信号と他方の第３の音声信号とを、前記信号レベル検出回路の検出結果に基づく比率で合成する加算器と、
   前記加算器が出力した第４の出力信号のそれぞれの周波数特性を、前記信号レベル検出回路の検出結果に応じて補正する周波数特性補正回路とを備えた音声信号処理装置。