JP2008048355A - 音響収音装置及び音響収音方法 - Google Patents

Abstract

【課題】収音時にサラウンド用にマルチチャンネル信号を生成する場合に、３６０°全周囲方向に再生チャンネル数以上の収音を行い、撮影するときの音場状況や映像に合わせて意図的に編集することで効果的にサラウンド音場が得られることを目的とする。
【解決手段】複数の音響信号を入力する入力手段３０〜３３と、この音響信号から全周囲方向に複数の音響指向性信号を生成する音響指向性生成手段４０と、この音響指向性信号を指向性方向順に走査して出力する走査手段４１と、この走査手段４１からの所定方向信号を単独または複数選択して所定方向を合成するベクトル合成手段４２とを有し、このベクトル合成手段４２の出力を複数の音響出力チャンネルとするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、音響収音装置及び音響収音方法に関する。

近年、家庭用にもマルチチャンネル記録された音響信号を複数のスピーカで再生することにより、現在ではマルチチャンネル再生があたりまえとなっている映画館のようなサラウンド効果が得られるために各方面から対応商品や対応放送が市場に出現している。またサラウンド効果を高めるために、現在最も普及している５．１ｃｈサラウンド方式から、さらに６．１ｃｈや７．１ｃｈサラウンド方式などに対応する商品も製品化されている。

まずマルチチャンネルサラウンドで一般的な５．１ｃｈでのサラウンド音響収音例について図１８を参照して説明する。５．１ｃｈとは、撮影者もしくは視聴者を基準にして、前方方向（指向性パターン１）と、左前方方向（指向性パターン２）と、右前方方向（指向性パターン３）と、左後方方向（指向性パターン４）と、右後方方向（指向性パターン５）との５ｃｈと、全指向方向（指向性パターン６）の０．１ｃｈとをいう。

夫々の指向性パターンは、各方向に向けて大きさ（収音レベル）をもつために、以後の説明では、これらの各指向方向を順に、ＦＲＴ（Front）ベクトル、ＦＬ（Front Left）ベクトル、ＦＲ（Front Right）ベクトル、ＲＬ（Rear Left）ベクトル、ＲＲ（Rear Right）ベクトル、ＬＦ（Low Frequency）スカラーと呼ぶことにする。尚、ＬＦスカラーは、１００Ｈｚ以下程度の低音の重量感を得るためのものであり、波長が長いために方向性をほとんどもたず大きさのみと考えられるため、ここではあえてスカラー量として扱うことにする。

そしてこのように各方向からのサラウンド音響再生装置の一例は、図１９に示すような既存のサラウンド対応システムで撮影された映像と同時に再生することによりサラウンド音場が得られるものである。また前述したようなサラウンド音場の収音や音源作成は、制作者の制作意図やノウハウにゆだねられているために特に決まりはないが、５．１ｃｈ音場再生規格としては、ＩＴＵ（International Telecommunication Union）−Ｒ規格があり、ここでは再生スピーカ配置を、センター（ＦＲＴ）方向を０°にして、フロントＬ（ＦＬ）方向を３０°、フロントＲ（ＦＲ）方向を３０°、リアＬ（ＲＬ）方向を１００〜１２０°、リアＲ（ＲＲ）方向を１００〜１２０°を推奨しているために、このような再生音場を意識して制作されている場合が多い。

ここで特許文献１にて音場空間の所定方向から入力する音声を複数のマイクロホンで収音し、マルチチャンネル記録再生するビデオカメラが提案されている。特に近年はＤＶＤ（Digital Versatile Disc）対応機器が普及し、容易に５．１ｃｈサラウンド音場等の再生できる環境が多くなっているために、前述特許文献１のようにユーザが容易にマルチチャンネル記録再生できるビデオカメラの市場シェアは高まっている。

しかしユーザが一般的に視聴しているサラウンド音場は、映画などの映像に付随して製作されているものがほとんどであり、いわゆる特許文献２に開示の如きオーサリングと呼ばれる、製作者が映像に合わせて意図的に効果音を挿入している場合が多い。このようなサラウンド音響に慣れているユーザにとっては、単純に各音場方向からのマルチチャンネル信号を記録再生するだけのビデオカメラでは迫力不足であった。
特開２０００−２９９８４２号公報 特開２００６−２５０３４号公報

然しながら、このようなサラウンド音響に慣れているユーザにとっては、単純に各音場方向からのマルチチャンネル信号を記録再生するだけのビデオカメラでは迫力不足であった。この特許文献１及び特許文献２に開示された技術には、未だ以下のような問題点が含まれている。
１・各チャンネルの収音方向が、常に固定されていることにより、撮影時の音場条件に合わない場合がある。一例で被写体が前方の子供で、その発する音声が主音源である場合と、テーマパーク内のように広範囲に音源が分散している場合では音場条件が異なり、収音する方向を夫々に最適化した方が良い。
２・ビデオカメラ等による収音時の各収音方向やチャンネル数などの記録条件と、再生時の複数のスピーカ装置の位置などの再生条件と異なることによる音場不一致が発生する。
３・一般的に上映される映画や、ＤＶＤソフトなどで再生されるサラウンド音響効果は、製作される映像に合わせて効果的にオーサリング編集されており、ほとんどの場合は撮影時の現場における音響ではない。したがってこのようなサラウンド音響効果に慣れているユーザにとっては、単純にマルチチャンネル記録された音声信号を複数のスピーカで再生したサラウンド効果では満足できない場合が多い。

本発明は、斯かる点に鑑みて成されるものであり、収音時に前述したようなサラウンド用にマルチチャンネル信号を生成する場合に、３６０°全周囲方向に再生チャンネル数以上の収音を行い、撮影するときの音場状況や映像に合わせて意図的に編集することで効果的にサラウンド音場が得られることを目的とする。

本発明音響収音装置は、複数の音響信号を入力する入力手段と、この音響信号から全周囲方向に複数の音響指向性信号を生成する音響指向性生成手段と、この音響指向性信号を指向性方向順に走査して出力する走査手段と、この走査手段からの所定方向信号を単独または複数選択して所定方向を合成するベクトル合成手段とを有し、このベクトル合成手段の出力を複数の音響出力チャンネルとするものである。

本発明音響収音装置は、撮影した映像信号に関連した、複数の音響信号を入力する入力手段と、この音響信号から全周囲方向に複数の音響指向性信号を生成する音響指向性生成手段と、この音響指向性信号を指向性方向順に走査して出力する走査手段と、この走査手段からの所定方向信号を単独または複数選択して所定方向を合成するベクトル合成手段とを有し、このベクトル合成手段の出力を複数の音響出力チャンネルとするものである。

本発明音響収音装置は、複数の音響指向性信号を再生する再生手段と、この音響指向性信号を指向性方向順に走査して出力する走査手段と、この走査手段からの所定方向信号を単独または複数選択して所定方向を合成するベクトル合成手段とを有し、このベクトル合成手段の出力を複数の音響出力チャンネルとするものである。

本発明によれば、収音時にサラウンド用にマルチチャンネル信号を生成する場合に、３６０°全周囲方向に再生チャンネル数以上の収音を行い、撮影するときの音場状況や映像に合わせて意図的に編集することで効果的にサラウンド音場が得られる。

本発明は、ビデオカメラなどの映像と共に音響信号を収音、記録する場合にも好適である。

本発明は、収音時や記録時に実施するだけでなく、記録再生装置からの再生時にも実施でき、この場合には再生条件に最適化して、たとえばスピーカ配置方向に合わせて再生できる。

以下、図面を参照して、本発明音響収音装置及び音響収音方法を実施するための最良の形態の例につき説明する。

図１の本例の音響収音装置を説明するに際し、まず図２で各種マイクロホンユニットにおける、ポーラパターンを示して説明する。ポーラパターンは、各マイクロホンユニットの全周囲方向からの感度レベルを極座標表示したものであり、図２ではビデオカメラにおける撮影方向を０°とし、半径方向の感度レベルは相対的なものであり、中心を感度ゼロ点としている。

図２Ａは無指向（全指向）性であり、全方向に同レベルの感度特性をもっている。図２Ｂは１次（単一）指向性であり、ある単方向に指向性をもたせる場合に良く使用され、この場合には０°方向に指向性をもたせている。図２Ｃは１次指向性に対して、さらに強い方向選択性を有する２次指向性である。

図２Ｄ及び図２Ｅは双指向性と呼ばれ、ある方向とその対極の方向に最大感度をもち、それと９０°方向には感度ゼロを示すものであり、図２Ｄ及び図２Ｅは直交した特性をもっている。また（＋）特性と（−）特性が対極し、両者は信号位相が１８０°ずれている。そしてこれらの指向特性は、マイクロホンユニット単独もしくは、少数のマイクロホンユニットの組合せ演算により生成できる。

ここで本例におけるマイクロホン配置例について図３で説明する。本例においては、ビデオカメラやデジタルカメラなどの小型機器に内蔵もしくは外付けして搭載可能なマイクロホン配置で実現する。図３では、無指向性マイクロホンを○で表し、双指向性マイクロホンを□（長手方向に指向性をもつ）で表し、単一指向性マイクロホンを△（鋭角方向に指向性をもつ）で表して、たとえばビデオカメラなどの上面に設置したときの、上部方向から見たマイクロホン配置例を示している。

まず図３Ａは無指向性マイクロホン１と双指向性マイクロホン１及び２で構成され、これによる指向性生成装置の例１を図４Ａで説明する。入力端子１０から無指向性マイクロホン１による図２Ａの無指向性信号が入力し、入力端子１１から双指向性マイクロホン１による図２Ｄの双指向性１信号が入力し、入力端子１２から双指向性マイクロホン２による図２Ｅの双指向性２信号が入力する。

そして双指向性１信号がレベル可変手段１４を介して加算平均合成手段１６に入力し、双指向性２信号がレベル可変手段１５を介して同様に加算平均合成手段１６に入力し、両者を加算平均処理するが、このとき入力端子１３からの後述する回転係数を前述レベル可変手段１４及び１５にて両者に乗ずることにより、合成された双指向性信号の指向軸を３６０°任意方向に回転させることができる。

その回転係数の生成例を図５に示す。ここでは横軸に回転角φを、縦軸に係数値を表し、実線は双指向性１信号にレベル可変手段１４にて乗ずるＳｉｎ係数Ｋｓであり、破線は双指向性２信号にレベル可変手段１５にて乗ずるＣｏｓ係数Ｋｃである。ここで回転角φが０°においては、Ｋｓ＝０、Ｋｃ＝１で双指向性２信号のみが加算平均合成手段１６に入力され、回転角φが４５°では、Ｋｓ＝０．７、Ｋｃ＝０．７のレベル比で双指向性１信号と双指向性２信号が加算平均合成手段１６で加算されて図４Ｂの双指向性パターンＡのように出力される。同様に回転角φが９０°では双指向性１信号のみが加算平均合成手段１６に入力される。

さらに回転角φが９０°〜１８０°ではＫｃが負係数の乗算により、双指向性２信号が＋／−極性反転して合成され、回転角φが１８０°〜２７０°ではＫｓとＫｃが負係数の乗算により、双指向性１信号と双指向性２信号が＋／−極性反転して合成され、回転角φが２７０°〜０°ではＫｓが負係数の乗算により、双指向性１信号が＋／−極性反転して合成される。

したがって、図５の回転係数を繰り返し連続的に供給することにより、双指向性パターンが連続的に回転し、さらにこの双指向性信号と入力端子１０から入力する無指向性信号を加算平均合成手段１６で加算平均処理すると、一例で図４Ｂの双指向性パターンＡの場合には、破線による逆相部分がキャンセルされ、実線による同相部分が残り、図４Ｃに示した単一指向性パターンが生成される。

したがって、出力端子１７からは、前記双指向性パターンの回転に同期した単一指向性信号が出力される。このとき生成される指向性の演算式を（１）式に示す。
（１＋Ｋｓ・Ｓｉｎθ＋Ｋｃ・Ｃｏｓθ）／２ …（１）
尚、（１）式において１が図２Ａの無指向性特性を、Ｓｉｎθが図２Ｄの双指向性１特性を、Ｃｏｓθが図２Ｅの双指向性２特性をあらわしている。

また図３Ｂのように無指向性マイクロホン１〜４を使用しても、同様に指向性可変が可能である。つまり無指向性マイクロホン３から無指向性マイクロホン１を減算してＦ特を整えると双指向性１信号が生成され、無指向性マイクロホン４から無指向性マイクロホン２を減算してＦ特を整えると双指向性２信号が生成され、さらに無指向性マイクロホン１〜４の任意のマイクロホンを単独もしくは加算することで無指向性信号が生成されるために、図４と同様に指向性を連続的に可変することができる。

さらに図３Ｃの単一指向性マイクロホン１〜２と双指向性マイクロホン１を使用した指向性生成装置の例２について図６Ａで説明する。まず入力端子２０から単一指向性マイク１による図６Ｂに示した１次指向性パターンＦの１次指向性Ｆ信号を入力し、入力端子２１から単一指向性マイクロホン２による図６Ｂに示した１次指向性パターンＲの１次指向性Ｒ信号を入力する。

ここで１次指向性パターンＦは、図２Ｂと同じ特性であり、１次指向性パターンＲは１８０°方向に主軸をもつ１次指向性パターンである。さらに入力端子２２から双指向性マイクロホン１による図２Ｄの双指向性１信号を入力する。そして夫々の入力信号がレベル可変手段２４〜２６に入力し、入力端子２３から入力する前述した回転係数Ｋｃ及びＫｓにより前記レベル可変手段２４〜２６が所定レベルに制御され、さらに夫々の出力が加算平均合成手段２７で合成されて出力端子２８より出力される。

このとき生成される指向性の演算式を（２）式に示す。
（（１＋Ｋｃ）・（１＋Ｃｏｓθ）／２＋（１−Ｋｃ）・（１−Ｃｏｓθ）／２＋Ｋｓ・Ｓｉｎθ）／２ …（２）
尚、（２）式において（１＋Ｃｏｓθ）／２が図６Ｂの１次指向性特性Ｆを、（１−Ｃｏｓθ）／２が図６Ｂの１次指向性特性Ｒを、Ｓｉｎθが図６Ｂの双指向性１特性をあらわしている。

すなわち回転角φが０°においては、Ｋｓ＝０、Ｋｃ＝１で１次指向性Ｆ信号のみが前記レベル可変手段２４から出力されるとともに出力端子２８から出力される。回転角φが４５°では、Ｋｓ＝０．７、Ｋｃ＝０．７のレベル比で各信号が加算平均合成手段２７で加算されて図６Ｃの実線のように４５°方向に単一指向性が生成される。同様に回転角φが９０°では１次指向性Ｆ信号と１次指向性Ｒ信号から無指向性信号が生成され、さらに双指向性１信号を加算平均することで９０°方向に単一指向性が生成される。

さらに回転角φが９０°〜１８０°ではＫｃが負係数で合成され、回転角φが１８０°〜２７０°ではＫｓとＫｃが負係数で合成され、回転角φが２７０°〜０°ではＫｓが負係数で合成され、ちなみに回転角φが３１５°では図６Ｃの破線のように３１５°方向に単一指向性が生成される。したがって出力端子２８からは、回転角φに同期した単一指向性信号が出力される。尚、（２）式において（１＋Ｃｏｓθ）／２、は単一指向性マイクロホン１信号を、（１−Ｃｏｓθ）／２、は単一指向性マイクロホン２信号をあらわしている。

また図４及び図６は単一指向性による実施例を示したが、図２Ｃの２次指向性により指向性可変しても良い。このときの指向性の演算式の一例を（３）式に示す。
（（１＋Ｋｓ・Ｓｉｎθ＋Ｋｃ・Ｃｏｓθ）・（Ｋｓ・Ｓｉｎθ＋Ｋｃ・Ｃｏｓθ））／２ …（３）
尚、（３）式において１が図２Ａの無指向性特性を、Ｓｉｎθが図２Ｄの双指向性１特性を、Ｃｏｓθが図２Ｅの双指向性２特性をあらわしている。

この場合には、さらに指向性を狭角にすることができるため、後述する指向性スキャニング処理による各指向性信号の選択性がアップする。
尚、図３に示した各種マイクロホンの配置例は一例であり、各マイクロホンは比較的近接していれば、本例の目的の範囲内で変更可能である。

そしてこのように生成された、全周囲方向からの複数の指向性信号を方向別に処理しても良いが、扱うチャンネル数の増加により、処理が大型化、複雑化しやすい。したがって本例では、各指向性別信号を単独もしくは少数チャンネルのストリーム信号にして扱う。

ここで図７のマトリクス表で指向性ストリーム信号について説明する。まず横軸のＤ＿１〜Ｄ＿ｃは、一例で全周囲を３０°ごとに分割した方向チャンネルであり、縦軸のＴｓ＿０、Ｔｓ＿１、‥、は一例でオーディオサンプリング周期（１／Ｆｓ）である。そして任意のサンプリング周期Ｔｓ＿０においてＤ＿１方向から順にサンプリングした音響信号をＳｉｇ０１、Ｓｉｇ０２、‥、とし、次のサンプリング周期Ｔｓ＿１では、Ｓｉｇ１１、Ｓｉｇ１２、‥、とする。

さらにストリーム信号Ａ（破線）に示すように各サンプリングにおける、各方向からのサンプリング信号をジグザグにスキャニングして、１本の音響ストリーム信号を生成すると、この音響信号には時間軸と、方向をもったベクトル成分のレベルが含まれる。この様子を図８のベクトル量抽出に示す。つまり前述のように生成した指向性パターンは、指向性中心方向に最も強い大きさをもつベクトル量の集合体とみなすことができ、その主軸方向を図７のようにスキャニングすると、たとえば図８のように各主軸方向に対して収音レベルに応じたベクトル量がオーディオサンプリング周期ごとに得られる。

尚、本例では、このスキャニングに限らずストリーム信号Ｂ、Ｃ（実線）のように、方向成分を２分割し、ジグザグにスキャニングして、２本の音響ストリーム信号を生成しても良いし、さらに分割数を増やしても良い。

そして一般的には図９に示すように、オーディオサンプリング周波数Ｆｓに対して１〜ｍ方向の指向性信号をスキャニングにより生成した場合に、必要なストリーム信号のサンプル周期は１／（ｍ・Ｆｓ）となる。

次に図１の本例よる音響収音装置について説明する。マイクロホン３０〜３３は、たとえば図３Ｂに示した無指向性マイクロホン１〜４であり、夫々のマイクロホン３０〜３３からの出力信号は増幅器（ＡＭＰ）３４〜３７を介して、図４及び図６で説明したところの音響指向性生成手段４０に入力され、係数生成手段３９からの回転係数により各指向性方向の信号群が生成されて、スキャニング処理手段４１にて図７のようなスキャニング処理により指向性ストリーム信号が生成されベクトル合成手段４２に入力される。

さらにタイミング発生手段３８からの前述したサンプル周期情報により係数生成手段３９、音響指向性生成手段４０、スキャニング処理手段４１及びベクトル合成手段４２が同期して所定処理を行い、ベクトル合成手段４２にて後述する処理を施して、各ベクトル方向、ここでは図１８に示したＦＲＴベクトル、ＦＬベクトル、ＦＲベクトル、ＲＬベクトル、ＲＲベクトル、ＬＦスカラーが、夫々にＦＲＴ信号、ＦＬ信号、ＦＲ信号、ＲＬ信号、ＲＲ信号、ＬＦ信号として後段のエンコーダ処理手段４３に入力され、既存のサラウンド方式に適合したエンコード処理が行われ、記録ストリーム信号としてビデオディスク等の記録再生手段４４にて記録される。

尚、図１例ではマイクロホンからのオーディオ信号と共にビデオ信号も同時に記録しても良いが、本例のポイントとは直接に関わりがないために、図示及び説明を省略する。

また、この音響指向性生成手段４０について図１０で補足説明する。本例においては、１オーディオサンプリング期間に、複数方向の指向性信号を生成するため、アップサンプリング処理が行われる。アップサンプリング処理は、サンプリングレートを上げる処理であり、たとえば図示はしないＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）内で処理を行っても良いが、ここではＦｓのｍ倍にアップサンプリングする例を示す。

まずオーディオサンプリング周波数Ｆｓでサンプリングされたマイクロホン１〜４信号は、アップサンプリング手段５０にて必要なサンプリング周波数（ｍ＊Ｆｓ）まで再サンプリングされる。そしてこのとき発生する不要な広帯域成分を次段のインターポレーションフィルタ５１で除去することにより、アップサンプリングされたマイクロホン１〜４信号となり、図４及び図６等で構成される指向性生成処理手段５２にて複数方向の指向性信号を生成する。

さらに図１のベクトル合成手段４２について図１１で説明する。前段のスキャニング処理手段４１からの指向性ストリーム信号より、指向性方向抽出処理手段６０にて後段のベクトル合成処理に必要な指向性信号を、別途入力するサンプリング周波数（ｍ＊Ｆｓ）に同期したタイミング信号により抽出する。そして抽出された指向性信号は、指向性別レベル検出手段６１と、ベクトル合成処理手段６２に入力されて所定方向にベクトル生成が行われる。

ここで図１１のベクトル合成処理手段６２について図１２と図１３とで説明するが、本例においては、全周囲方向に複数の指向性信号が得られることにより、従来のように収音方向を固定することなく、収音環境や、収音する対象物、再生条件などに合わせて収音方向と、その収音レベルを最適にすることができる効果がある。

まず図１１の指向性方向抽出処理手段６０では、目的に合わせて複数の指向性方向から任意の１方向を抽出しても良いが、ここでは複数の指向性方向から所定方向にベクトル合成する場合を説明する。図１２では、前述したＦＲＴ方向、ＦＬ方向、ＦＲ方向、ＲＬ方向、ＲＲ方向に、従来は図１８のように固定された方向に収音するのに対して、各方向に塗りつぶし範囲内でベクトル合成する場合であり、指向性方向抽出処理手段６０から抽出された複数の指向性信号のレベルを指向性別レベル検出手段６１で検出し、ベクトル合成処理手段６２で、たとえば図１３Ａのように、２方向の指向性信号Ａと指向性信号Ｂとから目的ベクトル（太線）が合成され、図１３Ｂのように、３方向の指向性信号Ａと指向性信号Ｂと指向性信号Ｃとから目的ベクトル（太線）が合成される。

尚、ここでの目的ベクトルとは、サラウンド再生時の各チャンネル方向などである。また図１２に示した抽出方向や範囲は一例であり、たとえば子供などの目的の被写体の音声を明瞭に収音するときは、ＦＲＴ信号は抽出範囲を比較的に広くする。またテーマパークなどの臨場感を得る場合には、ＦＬ方向とＦＲ方向の成す角を広角化し、各方向の抽出範囲を大きくする。

また図１１において、生成された目的ベクトル信号をダウンサンプリング手段６４により、サンプリングレートをアップサンプリング処理と逆に（１／ｍ）倍して、本来のサンプリング周波数Ｆｓに戻すが、このときデシメーションフィルタ６３により、不要な折り返し成分を除去する。

次に図１４で図１１とは別の、ベクトル合成手段の例２について説明するが、この図１４につき説明するに図１１に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。図１１例においては、本例のスキャニング処理は、必ずしも必要としないが、図１４例ではこのスキャニング信号を利用した例を説明する。

入力する指向性ストリーム信号は、図１１例と同機能の指向性方向抽出処理手段６０と、指向性別レベル検出手段６１と、ベクトル可変／合成処理７２で同様に処理されるが、これとは別に指向性ストリーム信号は、スキャン信号レベル検出手段７３に入力される。ここで前述のように回転方向にスキャニングされた指向性ストリーム信号は、従来のようにチャンネルごとに方向を固定して収音したマルチチャンネルの音響信号と比較して、スキャニング方向のレベル成分が含まれており、情報量が多いといえる。

そして、たとえばこのストリーム信号のレベル値を連続的に評価することで、以下のような今までにない効果が得られる。
１・図８に示した全周囲方向のレベル検出、及びレベル表示が可能である。
２・微分値（傾き）を求めることで、レベル変化率、レベル最大方向、レベル最小方向などの情報が得られ、音源方向や、傾きの変化から音源の動きを知ることが可能である。
３・積分値（全体パワー）と、前述の微分値から、テーマパークでは全体パワーが比較的大きく、レベル最大方向がランダム方向に存在する、比較的静かな環境では全体パワーが小さく、レベル最小方向がランダムに存在する等の周囲の音場環境が類推できる。

ここで図１５を参照し前述スキャン信号レベル検出手段７３と、波形解析処理手段７４について説明する。横軸は離散的な時間軸を表しており、本例のスキャン信号が方向別に順次入力する。縦軸はレベル検出された絶対値レベル（●）を表している。したがってスキャン信号レベル検出手段７３では、一例で図１５の破線のように連続的に検出される。

そして後段の波形解析処理手段７４では、前記１項のように全周囲方向のレベル表示などのためにレベル表示部に出力される。さらに任意の時間でレベル値Ｓ（ｎ）とＳ（ｎ＋１）が検出された場合に、（４）式のようにΔＳを演算する。
ΔＳ＝Ｓ（ｎ＋１）−Ｓ（ｎ） …（４）

このΔＳは、破線で示す連続的なレベル曲線における任意時間の接線の傾きに近似し、前記２項の微分値に相当する。したがってこのΔＳを連続的に評価することにより、たとえばΔＳの値が＋→０→−と変化する場合には極大値と判断でき、−→０→＋と変化する場合には極小値と判断できるため、最もレベルの大きい極大値方向と、逆に最もレベルの小さい極小値方向が瞬時に判断できる。さらに全周囲方向のレベルをすべて積算して、その積分値が大きければ、前記３項のように相対的に音響レベルが大きい環境と判断でき、小さければ静かな環境と判断できる。

またこれ以外の評価値として、極大値の山及び極小値の谷の大きさ、急峻さ、所定時間内の頻度なども挙げられる。さらに波形解析処理手段７４から前記１項のためのレベル表示部に出力される。

そしてこれらの情報を得て、前記波形解析処理７４からは後段のベクトル可変／合成処理手段７２にて、ベクトル可変するための可変係数が出力されて、たとえば以下のようなベクトル可変処理が行われる。

１・図８に示すような全周囲方向のグラフィク表示から、中央の収音位置（撮影者位置）を任意に移動し（パンポッド機能）、前後、左右方向にレベルバランスを最適化して収音もしくは撮影できる。
２・撮影方向にレベル最大方向が頻繁にあり、全体の音響レベルが比較的に大きい場合には、前方の撮影する被写体が音響を発していると判断できるため、ＦＲＴ信号、ＦＬ信号、ＦＲ信号の収音レベルを大きくして迫力感を上げる。
３・レベル最大方向が一定方向になくランダムにある場合には、風景やテーマパーク内などの広範囲な被写体を撮影をしていると判断できるため、自然な広がり感、つながり感を重視して、ベクトル合成範囲を広げて、全方向を平均的に収音する。

これら例はユーザが撮影時にモード選択して任意に実施しても良いが、波形解析処理手段７４からの可変係数を適応的に自動発生させて、ベクトル可変／合成処理手段７２を制御しても良い。

また本例は、前述のようなサラウンド出力だけでなく、図１６のベクトル合成手段の例３に示すように従来からのステレオ２ｃｈ出力に応用しても良い。この図１６例につき説明するに、図１１及び図１４例に対応する部分には、同一符号を付し、その詳細説明を省略する。

つまり図１４例と同様に入力する指向性ストリーム信号から指向性方向抽出処理手段６０にて、全周囲方向の信号抽出を行い、指向性別レベル検出６１にて各指向性信号の絶対値レベルが検出され、さらにダウンミックス処理手段８２にて、たとえば図１７に示すようにＬｃｈ側ベクトル合成範囲（塗つぶし）と、Ｒｃｈ側ベクトル合成範囲（塗つぶし）内に含まれる複数の指向性信号を図１３のベクトル合成例のように適宜合成していくが、このとき合成範囲内の信号をすべて合成して、常に一定のベクトル合成をして出力しても良いが、図１４例と同様のスキャン信号レベル検出手段７３及び波形解析処理手段７４にて、指向性ストリーム信号を評価し、その結果より以下のような処理を加えて、前述ベクトル合成時の合成レベルを可変しても良い。

１・Ｌｃｈ、Ｒｃｈそれぞれのベクトル合成範囲内において、ベクトル合成する方向を固定せずにレベル最大方向の信号を常に出力する、もしくはレベル最大方向の信号のレベルを大きくして合成する。
２・全体の音響パワーが小さいときは、ベクトル合成範囲を広くして収音範囲を広げ、逆に音響パワーが大きいときは、ベクトル合成範囲を狭くして、収音レベルを平準化する。

これにより音響パワーが大きい、もしくはレベル最大方向が明確な場合には、その音声のみを強調し、音響パワーが小さい、もしくはレベル最大方向がない場合には、広範囲からベクトル合成できるため、音声の明瞭さと臨場感を両立させることができる。
また本例では、収音時や記録時に実施するだけでなく、前述の指向性ストリーム信号とタイミング信号を、記録再生装置に記録して、その再生時に実施しても良い。

本例によれば、収音時に前述したようなサラウンド用にマルチチャンネル信号を生成する場合に、３６０°全周囲方向に再生チャンネル数以上の収音を行い、撮影するときの音場状況や映像に合わせて意図的に編集することで効果的にサラウンド音場が得られる。

本例によれば、より少なく、近接配置したマイクロホン構成であるため、小型機器にも搭載可能である。

本例によれば、固定配置されたマイクロホンの出力から、回転係数を与えることで容易に全周囲方向の指向性信号が連続的に生成できる。

本例によれば、全周囲を回転方向に繰り返しスキャニング（走査）することで、いわゆるレーダー探知機のように周囲の状況を、ここでは音響的に把握でき、その情報から周囲に合わせて収音条件を最適化できる。

本例によれば、サラウンド方式の再生チャンネル方向の所定範囲を繰り返しスキャニング（走査）して、その情報からベクトル合成するため、従来の固定方向収音と比較して収音時と再生時の音場不一致が緩和される。

本例によれば、複数方向からの収音信号を、その収音方向とレベルから、サラウンド再生方式に必要な音響チャンネル方向にベクトル合成することにより、従来の単方向からのスポット収音でなくなるため、再生時のスピーカ配置などに影響され難くい収音システムとなる。

本例によれば、全周囲方向のスキャニング処理から得られるレベル変化情報などにより、たとえば前方に人などの音源がある場合、広範囲に音源が存在するテーマパークの場合、撮影者の発する音声（いわゆるナレーション音声）等が後方にある場合、などの周囲状況の変化に合わせてベクトル合成の内容を最適化することができる。

本例によれば、全周囲方向のスキャニング処理から得られるレベル変化の微分値（傾き、変化率）と、積分値（面積、パワー）を算出することで、音源の存在方向、その動き、音響パワーなどが判断できる。

本例によれば、微分値及び積分値から判断される音源方向に向けて、指向性をベクトル合成することで、その音源の発する音声が明瞭に収音できる。

本例によれば、ビデオカメラなどの映像と共に音響信号を収音、記録する場合にも好適である。

本例によれば、収音時や記録時に実施するだけでなく、図示しない記録再生装置からの再生時にも実施でき、この場合には再生条件に最適化して、たとえばスピーカ配置方向に合わせて再生できる。

尚、本発明は、上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。

本発明音響収音装置を実施するための最良の形態の例を示す構成図である。 本発明の説明に供する音響指向特性図である。 本発明の説明に供するマイクロホン配置例を示す線図である。 Ａは指向性生成装置の例１を示し、Ｂ及びＣはその説明に供する線図である。 本発明の説明に供する線図である。 Ａは指向性生成装置の例２を示し、Ｂ及びＣはその説明に供する線図である。 指向性ストリーム信号例を示す線図である。 本発明の説明に供する線図である。 本発明の説明に供する線図である。 指向性生成及びアップサンプリング処理装置の例を示す構成図である。 ベクトル合成手段の例１を示す構成図である。 本発明の説明に供する線図である。 本発明の説明に供する線図である。 ベクトル合成手段の例２を示す構成図である。 本発明の説明に供する線図である。 ベクトル合成手段の例３を示す構成図である。 本発明の説明に供する線図である。 サラウンド音響収音例を示す線図である。 サラウンド音響再生装置の例を示す線図である。

符号の説明

３０、３１、３２、３３…マイクロホン、３８…タイミング発生手段、３９…係数生成手段、４０…音響指向性生成手段、４１…スキャニング処理手段、４２…ベクトル合成手段、４３…エンコーダ処理手段、４４…記録再生手段

Claims (18)

1. 複数の音響信号を入力する入力手段と、
   前記音響信号から全周囲方向に複数の音響指向性信号を生成する音響指向性生成手段と、前記音響指向性信号を指向性方向順に走査して出力する走査手段と、
   前記走査手段からの所定方向信号を単独または複数選択して所定方向を合成するベクトル合成手段とを有し、
   前記ベクトル合成手段の出力を複数の音響出力チャンネルとすることを特徴とする音響収音装置。
2. 請求項１に記載の音響収音装置において、
   前記入力手段は、所定方向に双方向の指向性を有する第１の双指向性マイクロホンと、
   前記所定方向とは垂直方向に双方向の指向性を有する第２の双指向性マイクロホンと、指向性を有しない無指向性マイクロホンとで構成されることを特徴とする音響収音装置。
3. 請求項１に記載の音響収音装置において、
   前記入力手段は、対向する頂点を結ぶ直線が互いに直交する四角形の各頂点に配置された指向性を有しない４つの無指向性マイクロホンで構成されることを特徴とする音響収音装置。
4. 請求項１に記載の音響収音装置において、
   前記入力手段は、所定方向に指向性を有する第１の指向性マイクロホンと、
   前記所定方向とは反対の方向に指向性を有する第２の指向性マイクロホンと、
   前記所定方向とは垂直方向に双方向の指向性を有する双指向性マイクロホンで構成されることを特徴とする音響収音装置。
5. 請求項１に記載の音響収音装置において、
   前記音響指向性生成手段は、請求項２に記載の入力手段からの第１の双指向性マイクロホン、第２の双指向性マイクロホン及び無指向性マイクロホンの出力信号を加算して合成する加算合成器と、
   さらに音響指向性生成方向に応じて前記加算合成器のレベルを調整して出力する加算合成器レベル調整手段とを有することを特徴とする音響収音装置。
6. 請求項１に記載の音響収音装置において、
   前記音響指向性生成手段は、請求項３に記載の入力手段からの、４つの無指向性マイクロホンの任意の出力を加算して無指向性信号を生成する加算手段と、
   ４つの無指向性マイクロホンのうち互いに向かい合う出力同士を減算して２つの双指向性信号を生成する減算手段と、
   前記無指向性信号及び双指向性信号を加算して合成する加算合成器と、
   さらに音響指向性生成方向に応じて前記加算合成器のレベルを調整して出力する加算合成器レベル調整手段とを有することを特徴とする音響収音装置。
7. 請求項１に記載の音響収音装置において、
   前記音響指向性生成手段は、請求項４に記載の入力手段からの、第１及び第２の指向性マイクロホンならびに双指向性マイクロホンの出力を加算して合成する加算合成器と、
   さらに音響指向性生成方向に応じて前記加算合成器のレベルを調整して出力する加算合成器レベル調整手段とを有することを特徴とする音響収音装置。
8. 請求項１に記載の音響収音装置において、
   前記走査手段は、所定回転方向に連続回転して走査することを特徴とする音響収音装置。
9. 請求項１に記載の音響収音装置において、
   前記走査手段は、各音響出力チャンネル毎に所定方向範囲を連続して走査することを特徴とする音響収音装置。
10. 請求項１に記載の音響収音装置において、
    前記ベクトル合成手段は、指向性方向毎にそのレベル値を検出する指向方向レベル検出手段を有し、各音響出力チャンネル毎にその目的方向に、前記指向方向レベル検出手段よりのレベル情報と、指向性中心方向とから所定方向範囲内をベクトル合成することを特徴とする音響収音装置。
11. 請求項１に記載の音響収音装置において、
    前記ベクトル合成手段は、指向性方向毎にそのレベル値を検出する指向方向レベル検出手段と、
    走査方向にそのレベル値を連続的に検出する走査方向レベル検出手段と、
    前記走査方向レベル検出手段よりのレベル変化を解析する解析手段と、
    さらにベクトル合成時のパラメータ可変手段とを有し、
    各音響出力チャンネル毎にその目的方向に、前記指向方向レベル検出手段よりのレベル情報と、指向性中心方向とから、前記パラメータ可変手段にてパラメータを可変しながらベクトル合成することを特徴とする音響収音装置。
12. 請求項１１に記載の音響収音装置において、
    前記解析手段は、時間対レベルの関数における微分値及び／または積分値を解析することを特徴とする音響収音装置。
13. 請求項１１に記載の音響収音装置において、
    前記パラメータ可変手段は、ベクトル抽出方向範囲及び／または各ベクトルレベルをパラメータとして可変することを特徴とする音響収音装置。
14. 撮影した映像信号に関連した、複数の音響信号を入力する入力手段と、
    前記音響信号から全周囲方向に複数の音響指向性信号を生成する音響指向性生成手段と、前記音響指向性信号を指向性方向順に走査して出力する走査手段と、
    前記走査手段からの所定方向信号を単独または複数選択して所定方向を合成するベクトル合成手段とを有し、
    前記ベクトル合成手段の出力を複数の音響出力チャンネルとすることを特徴とする音響収音装置。
15. 複数の音響指向性信号を再生する再生手段と、
    前記音響指向性信号を指向性方向順に走査して出力する走査手段と、
    前記走査手段からの所定方向信号を単独または複数選択して所定方向を合成するベクトル合成手段とを有し、
    前記ベクトル合成手段の出力を複数の音響出力チャンネルとすることを特徴とする音響収音装置。
16. 複数の音響信号を入力する入力ステップと、
    前記音響信号から全周囲方向に複数の音響指向性信号を生成する音響指向性生成ステップと、
    前記音響指向性信号を指向性方向順に走査して出力する走査ステップと、
    前記走査ステップからの所定方向信号を単独または複数選択して所定方向を合成する複数のベクトル合成ステップとを有し、
    前記ベクトル合成ステップの出力を複数の音響出力チャンネルとすることを特徴とする音響収音方法。
17. 撮影した映像信号に関連した、複数の音響信号を入力する入力ステップと、
    前記音響信号から全周囲方向に複数の音響指向性信号を生成する音響指向性生成ステップと、
    前記音響指向性信号を指向性方向順に走査して出力する走査ステップと、
    前記走査手段からの所定方向信号を単独または複数選択して所定方向を合成するベクトル合成ステップとを有し、
    前記ベクトル合成ステップの出力を複数の音響出力チャンネルとすることを特徴とする音響収音方法。
18. 複数の音響指向性信号を再生する再生ステップと、
    前記音響指向性信号を指向性方向順に走査して出力する走査ステップと、
    前記走査ステップからの所定方向信号を単独または複数選択して所定方向を合成するベクトル合成ステップとを有し、
    前記ベクトル合成ステップの出力を複数の音響出力チャンネルとすることを特徴とする音響収音方法。

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