JP2019029796A - 指向性マイクロホン及び可変指向性マイク付きビデオカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】所定の指向方向の感度を広帯域で高精度に抑圧する指向性マイクロホン、及び可変指向性マイク付きビデオカメラを提供する。【解決手段】指向性マイクロホン１０は、音響管１１を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホン１２と、音響管の長手方向に沿って配置される少なくとも１つの副マイクロホン１３ａと、指向角度及び周波数を要素とする伝達関数にて可聴周波数帯全域におけるサンプリング周波数を基に正面方向及び背面方向、更には側面方向の指向性を規制し周波数特性を補償する信号処理部１４を利用して背面感度及び／又は側面方向の感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、を備える。可変指向性マイク付きビデオカメラは、指向性マイクロホン１０を用いて背面と側面の双方の感度をズームに合わせて高精度に抑圧する。【選択図】図１

Description

本発明は、背面又は側面、或いはこれらの組み合わせの指向方向の感度を抑圧可能とする指向性マイクロホン、及び可変指向性マイク付きビデオカメラに関する。

従来技術として、単一の音響管を有するラインマイクロホンを単独で用いた狭指向性マイクロホンがある。この狭指向性ラインマイクロホンは、低周波数帯域では、指向性が広くなるという傾向や、背面感度特性が抑圧されにくいという傾向がある。

そこで、この背面感度特性が抑圧されにくいという傾向を改善するために、音響管を有するラインマイクロホンと、その背面感度を抑圧するための指向性マイクロホンとを組み合わせ、可聴周波数帯全体にわたり、優れた背面感度の抑圧を実現する背面感度抑圧型狭指向性マイクロホンが既に知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

ところで、マイクロホンの指向性をズームに合わせて変更可能とする可変指向性マイク付きビデオカメラが知られている（例えば、特許文献３，４参照）。

ビデオカメラは通常、光学系のズーム機能を有しており、ビデオカメラに対して正面に位置する被写体をクローズアップして撮影することができる。このとき、特許文献３，４の技法によれば、映像と同時に記録される音声の収音時に、注目した被写体のクローズアップに合わせて当該被写体の発する音声以外の周囲雑音を抑圧可能としている。

特許第５２６８７１３号明細書 特許第４３８３２４２号明細書 特許第２５００８８８号明細書 特許第２９００７２２号明細書

特許文献１，２に開示されるような従来の背面感度抑圧型狭指向性マイクロホンは、音響管を有するラインマイクロホンの出力信号と、背面感度抑圧用指向性マイクロホンの出力信号に対し、ローパスフィルタを用いて帯域を制限したものを加減算することで、音響管を有するラインマイクロホンの背面感度を抑圧する仕組みとなっている。

この場合、背面側から音波が入射するとき、ラインマイクロホンの出力信号と、ローパスフィルタを通過した背面感度抑圧用マイクロホンの出力信号との関係が、おおよそ同振幅で、その後段の処理として加算処理の場合であれば逆位相の関係になければ（減算処理の場合であれば同位相の関係になければ）、高精度に抑圧することができない。

しかしながら、これらの各出力信号の振幅と位相の関係は、周波数毎に変化するため、単純なローパスフィルタを使用した場合には、高精度に抑圧できる帯域が制限されてしまう可能性がある。

また、背面感度抑圧用マイクロホンの出力信号を加減算することで、背面方向の感度が低減しても、不所望な側面の感度が上昇することもある。

マイクロホンの背面に限らず、背面又は側面、或いはこれらの組み合わせの指向方向の感度を抑圧するマイクロホンを構成することが可能であり、その場合も同様に、高精度に抑圧できる帯域が制限されてしまう可能性がある。

特に、マイクロホンの指向性をズームに合わせて変更可能とする可変指向性マイク付きビデオカメラにおいては、背面と側面の双方の感度をズームに合わせて高精度に抑圧することが好ましい。

従って、所望される背面又は側面、或いはこれらの組み合わせの指向方向の感度を広帯域で高精度に抑圧する指向性マイクロホン、及び可変指向性マイク付きビデオカメラが望まれる。

本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、所定の指向方向の感度を広帯域で高精度に抑圧する指向性マイクロホン、及び可変指向性マイク付きビデオカメラを提供することにある。

本発明による第１態様の指向性マイクロホンは、背面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、前記音響管の長手方向に沿って配置され前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向とは逆方向に単一指向性を有する少なくとも１つの副マイクロホンと、前記少なくとも１つの副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号とを加算して、背面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明による第１態様の指向性マイクロホンにおいて、前記信号処理部は、前記主マイクロホンの遅延処理後の出力信号ベクトルＭ（ω）と、前記フィルタ処理の伝達関数ベクトルＷ（ω）により前記少なくとも１つの副マイクロホンの出力信号ベクトルＧ（ω）に対しフィルタ処理を施して得られるデジタル出力信号を加算して得られる前記前方狭指向性の主軸θ＝０°を為す正面方向からθ＝１８０°を為す背面方向までの任意周波数ωにおける最終出力ベクトルＹ（ω）、及び、θ＝０°を為す当該正面方向の感度を保ったまま、θ＝１８０°を為す当該背面方向の感度を抑圧するための目標特性ベクトルＤ（ω）を用いて、前記最終出力ベクトルＹ（ω）と前記目標特性ベクトルＤ（ω）との差を所定の規範に基づいて最小化するフィルタ処理を施すことを特徴とする。

更に、本発明による第２態様の指向性マイクロホンは、背面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、前記音響管の長手方向に沿って配置され前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向とは逆方向に単一指向性を有する少なくとも１つの副マイクロホンと、前記少なくとも１つの副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンの正面方向の周波数特性を補償するフィルタ処理を施した信号とを加算して、背面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明による第２態様の指向性マイクロホンにおいて、前記信号処理部は、前記主マイクロホンのフィルタ処理後の出力信号ベクトルを含む、前記フィルタ処理の伝達関数ベクトルＷ（ω）により前記少なくとも１つの副マイクロホンの出力信号ベクトルＧ（ω）に対し、フィルタ処理を施して得られるデジタル出力信号を加算して得られる前記前方狭指向性の主軸θ＝０を為す正面方向からθ＝１８０°を為す背面方向までの任意周波数ωにおける最終出力ベクトルＹ（ω）、及び、θ＝０°を為す当該正面方向の感度を保ったまま、θ＝１８０°を為す当該背面方向の感度を抑圧するための目標特性ベクトルＤ（ω）を用いて、前記最終出力ベクトルＹ（ω）と前記目標特性ベクトルＤ（ω）との差を所定の規範に基づいて最小化するフィルタ処理を施すことを特徴とする。

更に、本発明による第３態様の指向性マイクロホンは、ドーナツ型指向性を有する指向性マイクロホンであって、互いに反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホンに対しフィルタ処理を施した信号と、前記全指向性マイクロホンに対しフィルタ処理を施した信号とを用いて所定の加減算処理を施すことにより、ドーナツ型の指向性を持つ収音信号を生成する信号処理部と、を備えることを特徴とする。

更に、本発明による第４態様の指向性マイクロホンは、側面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して互いに同方向及び逆方向となる反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン、及び前記全指向性マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号とを加算して、側面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明による第４態様の指向性マイクロホンにおいて、前記信号処理部は、前記主マイクロホンの遅延処理後の出力信号ベクトルＭ_ｓｉｄｅ（ω）と、前記フィルタ処理の伝達関数ベクトルＷ_ｓｉｄｅ（ω）により前記少なくとも１つの副マイクロホンの出力信号ベクトルＧ_ｓｉｄｅ（ω）に対しフィルタ処理を施して得られるデジタル出力信号を加算して得られる前記前方狭指向性の主軸θ＝０°を為す正面方向と、０°＜｜θ｜＜１８０°を為す側面方向と、θ＝１８０°を為す背面方向の任意周波数ωにおける最終出力ベクトルＹ（ω）、及び、θ＝０°を為す当該正面方向の感度とθ＝１８０°を為す当該背面方向の感度を保ったまま、０°＜｜θ｜＜１８０°を為す当該側面方向の感度を抑圧するための目標特性ベクトルＤ_ｓｉｄｅ（ω）を用いて、前記最終出力ベクトルＹ（ω）と前記目標特性ベクトルＤ_ｓｉｄｅ（ω）との差を所定の規範に基づいて最小化するフィルタ処理を施すことを特徴とする。

更に、本発明による第５態様の指向性マイクロホンは、背面及び側面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して互いに同方向及び逆方向となる反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して逆方向となる指向方向を向けた単一指向性の副マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン、前記全指向性マイクロホン、及び前記副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向及び背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号とを加算して、背面及び側面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、を備えることを特徴とする。

更に、本発明による第６態様の指向性マイクロホンは、背面及び側面感度の抑圧量を調整可能とした前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して互いに同方向及び逆方向となる反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して逆方向となる指向方向を向けた単一指向性の副マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン、及び前記全指向性マイクロホンから得られる各出力信号に対し、フィルタ処理を施した信号を加算して主マイクロホンの側面感度を抑圧するための側面方向キャンセル信号を生成し、前記一対の単一指向性マイクロホンのうち前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して逆方向となる指向方向を向けた単一指向性マイクロホン、及び前記副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、フィルタ処理を施した信号を加算して主マイクロホンの背面感度を抑圧するための背面方向キャンセル信号を生成し、前記側面方向キャンセル信号の振幅について外部指示に基づいて振幅調整した信号と、前記背面方向キャンセル信号の振幅について外部指示に基づいて振幅調整した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号とを加算して、背面及び側面感度の抑圧量を個別に調整可能とした収音信号を生成する信号処理部と、を備えることを特徴とする。

更に、本発明による可変指向性マイク付きビデオカメラは、本発明による第６態様の指向性マイクロホンと、ズーム機能付き光学レンズと、前記ズーム機能付き光学レンズに対し外部指示に基づいてズーム制御信号を出力して画角を決定するズーム動作を行わせ、該ズーム動作を経て被写体を撮像した映像の信号を生成する撮像制御部と、前記ズーム制御信号を基に当該画角が狭いときは指向性を背面及び側面感度の抑圧量を大きくし、当該画角が広いときは指向性を背面及び側面感度の抑圧量を小さくする抑圧量調整信号を前記指向性マイクロホンに出力し、前記指向性マイクロホンが前記ズーム制御信号に応じて背面及び側面感度の抑圧量を自動調整した収音信号を生成するよう制御する収音制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、所定の指向方向の感度を広帯域で高精度に抑圧する指向性マイクロホン、及び可変指向性マイク付きビデオカメラを構成することができる。

本発明による第１実施形態の指向性マイクロホン（背面感度抑圧型の指向性マイクロホン）の概略構成を示す図である。 （ａ）乃至（ｋ）は、それぞれ本発明による第１実施形態の指向性マイクロホンにおける感度指向特性のシミュレーション結果を示す図である。 本発明による第２実施形態の指向性マイクロホン（背面感度抑圧型の指向性マイクロホン）の概略構成を示す図である。 （ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による第３実施形態の指向性マイクロホン（ドーナツ型の指向性マイクロホン）の概略構成と、その指向性マイクロホンの指向性特性を示す図である。 本発明による第４実施形態の指向性マイクロホン（側面感度抑圧型の指向性マイクロホン）の概略構成を示す図である。 本発明による第５実施形態の指向性マイクロホン（背面及び側面感度抑圧型の指向性マイクロホン）の概略構成を示す図である。 本発明による第６実施形態の指向性マイクロホン（背面感度及び側面感度抑圧量調整型の指向性マイクロホン）の概略構成を示す図である。 （ａ）乃至（ｋ）は、それぞれ本発明による第６実施形態の指向性マイクロホンにおける感度指向特性のシミュレーション結果を示す図である。 本発明による第６実施形態の指向性マイクロホンを用いて、その指向性をズームに合わせて変更可能とする、本発明による一実施形態の可変指向性マイク付きビデオカメラの概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明による第１乃至第５実施形態の指向性マイクロホンと、その第５実施形態の指向性マイクロホンを利用して構成した本発明による一実施形態の可変指向性マイク付きビデオカメラについて順に説明する。

〔第１実施形態〕（背面感度抑圧型の指向性マイクロホン）
図１は、本発明による第１実施形態の指向性マイクロホン１０の概略構成を示す図である。第１実施形態の指向性マイクロホン１０は、背面感度抑圧型の指向性マイクロホンとして構成される。

図１に示す指向性マイクロホン１０は、音響管１１を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホン１２と、音響管１１の後端近傍に配置した後方単一指向性を持つ第１副マイクロホン１３ａと、音響管１１の先端近傍に配置した後方単一指向性を持つ第２副マイクロホン１３ｂと、信号処理部１４とを備える。信号処理部１４は、第１フィルタ１４１、第２フィルタ１４２、遅延器１４５、及び加算器１４６を備える。

主マイクロホン１２は、一般的にはマイクロホンカプセルと称され、音響管１１の後端に配置することで前方狭指向性（前方正面をθ＝０°とする）を持たせることができ、主マイクロホン１２と音響管１１とを併せてラインマイクロホンとも称される。

尚、音響管１１は、高域周波数でのみ狭角度指向性を得るための所定長の円筒状又は四角筒状に構成され、その側面に一定間隔で位相干渉用の複数の開口１１ａを有している。そして、音響管１１の後端に配置する主マイクロホン１２は、中低音周波数帯域では、その背面方向に指向性を持つ。

そこで、主マイクロホン１２の正面方向の指向感度特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたる広帯域で背面感度を抑圧するために、音響管１１の後端近傍、及び音響管１１の先端近傍には、一般的にはマイクロホンカプセルと称される第１副マイクロホン１３ａ、及び、第２副マイクロホン１３ｂが設けられる。

第１副マイクロホン１３ａ、及び、第２副マイクロホン１３ｂは、それぞれ主マイクロホン１２の指向軸（前方指向方向を示す破線矢印）に対し１８０°逆方向（後方指向方向を示す破線矢印）に向く後方単一指向性を持つ。

尚、第１副マイクロホン１３ａ、及び、第２副マイクロホン１３ｂの配置位置は、本実施形態の例に限らず後述する信号処理部１４の処理に応じて適宜調整した配置とすることができる。また、本実施形態の例では、第１及び第２副マイクロホン１３ａ，１３ｂの２個を使用する例を示しているが、１個としてもよいし、３個以上としてもよい。

主マイクロホン１２の出力信号は、増幅器によりその信号電圧を増幅し、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器によりＡ／Ｄ変換処理を施した後に（増幅器及びＡ／Ｄ変換器の図示略）、信号処理部１４における遅延器１４５に入力される。同様に、第１及び第２副マイクロホン１３ａ，１３ｂの各出力信号も、増幅器によりその信号電圧を増幅し、Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換処理を施した後に（増幅器及びＡ／Ｄ変換器の図示略）、それぞれ信号処理部１４における第１フィルタ１４１、及び第２フィルタ１４２に入力される。

第１フィルタ１４１は、第１副マイクロホン１３ａから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器１４６に出力する。

第２フィルタ１４２は、第２副マイクロホン１３ｂから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器１４６に出力する。

遅延器１４５は、第１フィルタ１４１及び第２フィルタ１４２によるフィルタ処理によってそれぞれ生じる遅延量を補償するよう、主マイクロホン１２から得られるデジタル出力信号に対し遅延処理を施して、加算器１４６に出力する。

加算器１４６は、遅延器１４５、第１フィルタ１４１、及び第２フィルタ１４２を経てそれぞれ得られる主マイクロホン１２、第１及び第２副マイクロホン１３ａ，１３ｂのデジタル出力信号をそれぞれ入力して加算することにより、背面感度を抑圧した収音信号を生成し外部に出力する。

ここで、より詳細に、第１フィルタ１４１、及び第２フィルタ１４２に関するフィルタ処理について説明する。

主マイクロホン１２に、音響管１１を経て指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をｍ（θ，ω）とする。

また、ｎ個（ｎ≧１）の副マイクロホンの各出力信号をそれぞれｇ_１（θ，ω），ｇ_２（θ，ω），・・・，ｇ_ｎ（θ，ω）とし、総じてｎ個の副マイクロホンの出力信号ベクトルＧ（θ，ω）とし、さらに、指向角度θ＝０°の方向とθ＝１８０°の方向における副マイクロホンの出力信号ベクトルを総じてＧ（ω）＝［Ｇ（０，ω），Ｇ（１８０，ω）］^Ｔとする。本実施形態の例ではｎ＝２の第１及び第２副マイクロホン１３ａ，１３ｂであるが、ｎ個の副マイクロホンとして一般化できる。

また、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルをＷ（ω）＝［ｗ_１（ω），ｗ_２（ω），・・・，ｗ_ｎ（ω）］^Ｔとする。尚、Ｔは転置行列を表す。本実施形態の例ではｎ＝２とする第１フィルタ１４１及び第２フィルタ１４２であるが、ｎ個のフィルタとして一般化できる。

まず、信号処理部１４における指向角度θ＝０°の方向とθ＝１８０°の方向の任意周波数における最終出力ベクトルＹ（ω）＝［ｙ（０，ω），ｙ（１８０，ω）］^Ｔは、主マイクロホン１２の遅延処理後の出力信号ベクトルＭ（ω）と、各副マイクロホンのフィルタ処理後のデジタル出力信号ベクトルＧ（ω）Ｗ（ω）とを加算して、式（１）で表すことができる。

ところで、主マイクロホン１２の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴帯域全体にわたり背面感度を抑圧するには、信号処理部１４における指向角度θ＝０°の方向とθ＝１８０°の方向の最終出力の目標特性ベクトルＤ（ω）＝［ｄ（０，ω），ｄ（１８０，ω）］^Ｔは、式（２）で表される。ここで、ｄ（０，ω），ｄ（１８０，ω）は、それぞれ目標とする正面方向の感度指向特性及び背面方向の感度指向特性である。

そこで、信号処理部１４から出力される収音信号として、θ＝０°，１８０°の任意周波数における最終出力ベクトルＹ（ω）と、θ＝０°，１８０°の目標特性ベクトルＤ（ω）の２乗誤差を最小とするには、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルＷ（ω）として、
Ｗ(ω)＝（Ｇ(ω)^ＨＧ（ω））^−１Ｇ（ω）^Ｈ（Ｄ（ω）−Ｍ（ω））
となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施す。ここで、Ｈは、エルミート転置行列を表わす。

ここで、フィルタ設計の別の一例について説明する。

主マイクロホン１２に、音響管１１を経て指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をｍ（θ，ω）とする。

また、ｎ個（ｎ≧１）の副マイクロホンの各出力信号をそれぞれｇ_１（θ，ω），ｇ_２（θ，ω），・・・，ｇ_ｎ（θ，ω）とし、総じてｎ個の副マイクロホンの出力信号ベクトルＧ（θ，ω）とし、さらに、指向角度θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の方向における副マイクロホンの出力信号ベクトルを総じてＧ（ω）＝［Ｇ（０，ω），Ｇ（θ_１，ω），Ｇ（θ_２，ω），…，Ｇ（１８０，ω）］^Ｔとする。本実施形態の例ではｎ＝２の第１及び第２副マイクロホン１３ａ，１３ｂであるが、ｎ個の副マイクロホンとして一般化できる。

また、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルをＷ（ω）＝［ｗ_１（ω），ｗ_２（ω），・・・，ｗ_ｎ（ω）］^Ｔとする。尚、Ｔは転置行列を表す。本実施形態の例ではｎ＝２とする第１フィルタ１４１及び第２フィルタ１４２であるが、ｎ個のフィルタとして一般化できる。

まず、信号処理部１４における指向角度θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の方向の任意周波数における最終出力ベクトルＹ（ω）＝［ｙ（０，ω），ｙ（θ_１，ω），ｙ（θ_２，ω），…，ｙ（１８０，ω）］^Ｔは、主マイクロホン１２の遅延処理後の出力信号ベクトルＭ（ω）と、各副マイクロホンのフィルタ処理後のデジタル出力信号ベクトルＧ（ω）Ｗ（ω）とを加算して、式（３）で表すことができる。

ところで、主マイクロホン１２のある特定方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴帯域全体にわたり背面感度を抑圧するには、信号処理部１４における指向角度θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の方向の最終出力の目標特性ベクトルＤ（ω）＝［ｄ（０，ω），d（θ_１，ω），d（θ_２，ω），…，d（１８０，ω）］^Ｔを、式（４）とする。ここで、ｄ（０，ω），d（θ_１，ω），d（θ_２，ω），…，d（１８０，ω）は、それぞれθ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の方向の目標とする感度指向特性であり、ｈ（θ，ω）は方向ごとの目標抑圧量の重みを表している。ｈ（θ，ω）は０≦ｈ（θ，ω）≦１の範囲の値をとり、ｈ（θ，ω）の値が０に近いほど、目標抑圧量が大きいことを表している。

正面方向の感度を保ったまま、正面以外の方向の感度を抑圧する目的であれば、たとえばｈ（θ，ω）の一例として、以下のように与えることができる。
ｈ（θ，ω）＝０．５（１−ｃｏｓ（θ)）

そこで、信号処理部１４から出力される収音信号として、θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の任意周波数における最終出力ベクトルＹ（ω）と、θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の目標特性ベクトルＤ（ω）の２乗誤差を最小とするには、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルＷ（ω）として、
Ｗ(ω)＝（Ｇ(ω)^ＨＧ（ω））^−１Ｇ（ω）^Ｈ（Ｄ（ω）−Ｍ（ω））
となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施す。ここで、Ｈは、エルミート転置行列を表わす。

本手法を用いてフィルタを設計した場合には、θ＝１８０°方向だけでなく、ある程度幅を持った方向で感度指向特性を抑圧することができる。ただし、先に述べたように正面方向θ＝０°と背面方向θ＝１８０°のみを規定した場合のほうが、θ＝１８０°方向の感度の抑圧量は向上することに加え、低い周波数帯域においては、ある程度の角度範囲においても抑圧効果が高くなる傾向にある。

図２（ａ）乃至図２（ｋ）に７０ｃｍ長の音響管を使用し、副マイクロホンを３個使用した場合の、主マイクロホン１２の指向性方向（前方正面方向）をθ＝０°として０°≦θ≦３６０°（即ち、０°≦｜θ｜≦１８０°）に関する感度指向特性のシミュレーション結果を示す。図２（ａ）乃至図２（ｋ）において、図示するＤ１の特性は、背面抑圧処理を加えていない場合の感度指向特性であり、図示するＤ２の特性は、背面感度抑圧処理を加えた場合の感度指向特性である。周波数によって範囲は異なるが、θ＝６０°〜３００°で感度が抑圧されていることがわかる。

従って、図１に示す例では、信号処理部１４は、ｎ＝２とする第１フィルタ１４１及び第２フィルタ１４２によって、第１及び第２副マイクロホン１３ａ，１３ｂから得られるデジタル出力信号に対し上記のＷ(ω)となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施し、主マイクロホン１２から得られるデジタル出力信号に対し遅延器１４５によって式（１）に従う遅延処理を施して、加算器１４６によって加算することにより、主マイクロホン１２の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたり背面感度を高精度に抑圧した収音信号を生成することができる。Ｙ（ω）とＤ（ω）の差が所定の規範で最小化するものであればフィルタの設計手法は問わない。

このようにして、第１実施形態の指向性マイクロホン１０は、背面方向の感度を広帯域で高精度に抑圧した正面方向に狭指向性を有する指向性マイクロホンとして構成することができる。

〔第２実施形態〕（別例の背面感度抑圧型の指向性マイクロホン）
図３は、本発明による第２実施形態の指向性マイクロホン２０の概略構成を示す図である。第２実施形態の指向性マイクロホン２０は、背面感度抑圧型の指向性マイクロホンとして構成される点で第１実施形態と同様であるが、図１に示す信号処理部１４にて遅延器１４５を用いる代わりにデジタルフィルタ処理を行う第３フィルタ２４５とする点で相違している。

図３に示す指向性マイクロホン２０は、音響管２１を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホン２２と、音響管２１の後端近傍に配置した後方単一指向性を持つ第１副マイクロホン２３ａと、音響管２１の先端近傍に配置した後方単一指向性を持つ第２副マイクロホン２３ｂと、信号処理部２４とを備える。信号処理部２４は、第１フィルタ２４１、第２フィルタ２４２、第３フィルタ２４５、及び加算器２４６を備える。

第２実施形態における主マイクロホン２２と音響管２１とを併せて構成されるラインマイクロホンは、第１実施形態における主マイクロホン１２と音響管１１とを併せて構成されるラインマイクロホンと同様とすることができる。従って、音響管２１は、高域周波数でのみ狭角度指向性を得るための所定長の円筒状又は四角筒状に構成され、その側面に一定間隔で位相干渉用の複数の開口２１ａを有している。

また、本実施形態においても、主マイクロホン２２の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたり背面感度を抑圧するために、音響管２１の後端近傍、及び音響管２１の先端近傍には、一般的にはマイクロホンカプセルと称される第１副マイクロホン２３ａ、及び、第２副マイクロホン２３ｂが設けられる。

第１副マイクロホン２３ａ、及び、第２副マイクロホン２３ｂは、それぞれ主マイクロホン２２の指向軸（前方指向方向を示す破線矢印）に対し１８０°逆方向（後方指向方向を示す破線矢印）に向く後方単一指向性を持つ。

本実施形態においても、第１副マイクロホン２３ａ、及び、第２副マイクロホン２３ｂの配置位置は、図示する例に限らず後述する信号処理部２４の処理に応じて適宜調整した配置とすることができる。また、本実施形態の例では、第１及び第２副マイクロホン２３ａ，２３ｂの２個を使用する例を示しているが、１個としてもよいし、３個以上としてもよい。

主マイクロホン２２の出力信号は、増幅器によりその信号電圧を増幅し、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器によりＡ／Ｄ変換処理を施した後に（増幅器及びＡ／Ｄ変換器の図示略）、信号処理部２４における第３フィルタ２４５に入力される。同様に、第１及び第２副マイクロホン２３ａ，２３ｂの各出力信号も、増幅器によりその信号電圧を増幅し、Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換処理を施した後に（増幅器及びＡ／Ｄ変換器の図示略）、それぞれ信号処理部２４における第１フィルタ２４１、及び第２フィルタ２４２に入力される。

第１フィルタ２４１は、第１副マイクロホン２３ａから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器２４６に出力する。

第２フィルタ２４２は、第２副マイクロホン２３ｂから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器２４６に出力する。

主マイクロホン２２から得られるデジタル出力信号に対し、正面方向の周波数特性を補償するフィルタ処理を施して、加算器２４６に出力する。

加算器２４６は、第３フィルタ２４５、第１フィルタ２４１、及び第２フィルタ２４２を経てそれぞれ得られる主マイクロホン２２、第１及び第２副マイクロホン２３ａ，２３ｂのデジタル出力信号をそれぞれ入力して加算することにより、背面感度を抑圧した収音信号を生成し外部に出力する。

ここで、より詳細に、第１フィルタ２４１、第２フィルタ２４２、及び第３フィルタ２４５に関するフィルタ処理について説明する。

主マイクロホン２２に、音響管２１を経て指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をｍ（θ，ω）とする。

また、ｎ個（ｎ≧１）の副マイクロホンの各出力信号をそれぞれｇ_１（θ，ω），ｇ_２（θ，ω），・・・，ｇ_ｎ（θ，ω）とし、本実施形態では主マイクロホンの伝達関数ｍ（θ，ω）の出力信号と、このｎ個の副マイクロホンの各出力信号とを、総じて出力信号ベクトルＧ（θ，ω）とし、さらに、指向角度θ＝０°の方向とθ＝１８０°の方向における出力信号ベクトルを総じてＧ（ω）＝［Ｇ（０，ω），Ｇ（１８０，ω）］^Ｔとする。本実施形態の例ではｎ＝２の第１及び第２副マイクロホン２３ａ，２３ｂであるが、ｎ個の副マイクロホンとして一般化できる。

また、主マイクロホン２２及び各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数をＷ（ω）＝［ｗ_１（ω），ｗ_２（ω），・・・，ｗ_ｎ＋１（ω）］^Ｔとする。尚、Ｔは転置行列を表す。本実施形態の例では、１個の主マイクロホン２２用の第３フィルタ２４５と、ｎ＝２とする第１フィルタ２４１及び第２フィルタ２４２であるが、ｎ＋１個のフィルタとして一般化できる。

まず、信号処理部２４における指向角度θ＝０°の方向とθ＝１８０°の方向の任意周波数における最終出力ベクトルＹ（ω）＝［ｙ（０，ω），ｙ（１８０，ω）］^Ｔは、主マイクロホン２２及び各副マイクロホンのフィルタ処理後のデジタル出力信号をベクトル加算したベクトルＧ（ω）Ｗ（ω）として、式（５）で表すことができる。

ところで、主マイクロホン２２の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたり背面感度を抑圧するには、信号処理部２４における指向角度θ＝０°の方向とθ＝１８０°の方向の最終出力の目標特性ベクトルＤ（ω）＝［ｄ（０，ω），ｄ（１８０，ω）］^Ｔは、式（６）で表される。ここで、ｄ（０，ω），ｄ（１８０，ω）は、それぞれ目標とする正面方向の感度指向特性及び背面方向の感度指向特性である。

そこで、信号処理部２４から出力される収音信号として、θ＝０°，１８０°の任意周波数における最終出力ベクトルＹ（ω）と、θ＝０°，１８０°の目標特性ベクトルＤ（ω）の２乗誤差を最小とするには、主マイクロホン２２及び各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルＷ（ω）として、
Ｗ(ω)＝（Ｇ(ω)^ＨＧ（ω））^−１Ｇ（ω）^ＨＤ（ω）
となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施す。ここで、Ｈは、エルミート転置行列を表わす。

ここで、フィルタ設計の別の一例について説明する。

主マイクロホン２２に、音響管２１を経て指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をｍ（θ，ω）とする。

また、ｎ個（ｎ≧１）の副マイクロホンの各出力信号をそれぞれｇ_１（θ，ω），ｇ_２（θ，ω），・・・，ｇ_ｎ（θ，ω）とし、総じてｎ個の副マイクロホンの出力信号ベクトルＧ（θ，ω）とし、さらに、指向角度θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の方向における副マイクロホンの出力信号ベクトルを総じてＧ（ω）＝［Ｇ（０，ω），Ｇ（θ_１，ω），Ｇ（θ_２，ω），…，Ｇ（１８０，ω）］^Ｔとする。本実施形態の例ではｎ＝２の第１及び第２副マイクロホン２３ａ，２３ｂであるが、ｎ個の副マイクロホンとして一般化できる。

また、主マイクロホン２２及び各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数をＷ（ω）＝［ｗ_１（ω），ｗ_２（ω），・・・，ｗ_ｎ＋１（ω）］^Ｔとする。尚、Ｔは転置行列を表す。本実施形態の例では、１個の主マイクロホン２２用の第３フィルタ２４５と、ｎ＝２とする第１フィルタ２４１及び第２フィルタ２４２であるが、ｎ＋１個のフィルタとして一般化できる。

まず、信号処理部１４における指向角度θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の方向の任意周波数における最終出力ベクトルＹ（ω）＝［ｙ（０，ω），ｙ（θ_１，ω），ｙ（θ_２，ω），…，ｙ（１８０，ω）］^Ｔは、主マイクロホン２２の遅延処理後の出力信号ベクトルＭ（ω）と、各副マイクロホンのフィルタ処理後のデジタル出力信号ベクトルＧ（ω）Ｗ（ω）とを加算して、式（７）で表すことができる。

ところで、主マイクロホン２２のある特定方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴帯域全体にわたり背面感度を抑圧するには、信号処理部２４における指向角度θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の方向の最終出力の目標特性ベクトルＤ（ω）＝［ｄ（０，ω），d（θ_１，ω），d（θ_２，ω），…，d（１８０，ω）］^Ｔを、式（８）とする。ここで、ｄ（０，ω），d（θ_１，ω），d（θ_２，ω），…，d（１８０，ω）は、それぞれθ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の方向の目標とする感度指向特性であり、ｈ（θ，ω）は方向ごとの目標抑圧量の重みを表している。ｈ（θ，ω）は０≦ｈ（θ，ω）≦１の範囲の値をとり、ｈ（θ，ω）の値が０に近いほど、目標抑圧量が大きいことを表している。

正面方向の感度を保ったまま、正面以外の方向の感度を抑圧する目的であれば、たとえばｈ（θ，ω）の一例として、以下のように与えることができる。
ｈ（θ，ω）＝０．５（１−ｃｏｓ（θ)）

そこで、信号処理部２４から出力される収音信号として、θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の任意周波数における最終出力ベクトルＹ（ω）と、θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の方向の目標特性ベクトルＤ（ω）の２乗誤差を最小とするには、主マイクロホン２２及び各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルＷ（ω）として、
Ｗ(ω)＝（Ｇ(ω)^ＨＧ（ω））^−１Ｇ（ω）^ＨＤ（ω）
となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施す。ここで、Ｈは、エルミート転置行列を表わす。

本手法を用いてフィルタを設計した場合には、θ＝１８０°方向だけでなく、ある程度幅を持った方向で感度指向特性を抑圧することができる。ただし、先に述べたように正面方向θ＝０°と背面方向θ＝１８０°のみを規定した場合のほうが、θ＝１８０°方向の感度の抑圧量は向上することに加え、低い周波数帯域においては、ある程度の角度範囲においても抑圧効果が高くなる傾向にある。

従って、図３に示す例では、信号処理部２４は、第３フィルタ２４５と、ｎ＝２とする第１フィルタ２４１及び第２フィルタ２４２によって、主マイクロホン２２と第１及び第２副マイクロホン２３ａ，２３ｂからそれぞれ得られるデジタル出力信号に対し上記のＷ(ω)となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施して、加算器２４６によって加算することにより、主マイクロホン２２の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域にわたり背面感度を高精度に抑圧した収音信号を生成することができる。Ｙ（ω）とＤ（ω）の差が所定の規範で最小化するものであればフィルタの設計手法は問わない。

このようにして、第２実施形態の指向性マイクロホン２０は、背面方向の感度を広帯域で高精度に抑圧した正面方向に狭指向性を有する指向性マイクロホンとして構成することができる。

〔第３実施形態〕（ドーナツ型の指向性マイクロホン）
図４（ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による第３実施形態の指向性マイクロホン３０の概略構成と、その指向性マイクロホンの指向性特性を示す図である。第３実施形態の指向性マイクロホン３０は、ドーナツ型の指向性マイクロホンとして構成される。

図４（ａ）に示す指向性マイクロホン３０は、互いに反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホン（後方単一指向特性を持つ第１マイクロホン３３ａ、及び前方単一指向特性を持つ第３マイクロホン３３ｃ）と、第１マイクロホン３３ａ及び第３マイクロホン３３ｃ間に配置される全指向性を持つ第２マイクロホン３３ｂと、信号処理部３４とを備える。信号処理部３４は、第１フィルタ３４１、第２フィルタ３４２、第３フィルタ３４３、及び加算器３４６を備える。第１乃至第３マイクロホン３３ａ〜３３ｃは、一般的にマイクロホンカプセルと称される。

信号処理部３４は、第１フィルタ３４１、第２フィルタ３４２、第３フィルタ３４３により第１乃至第３マイクロホン３３ａ〜３３ｃの各出力信号に対しそれぞれ帯域制限するローパスフィルタ処理を施し、加算器３４６により加算処理を行うよう構成される。

まず、一対の単一指向性マイクロホン（後方単一指向特性を持つ第１マイクロホン３３ａ、及び前方単一指向特性を持つ第３マイクロホン３３ｃ）の感度指向特性Ｄ_{ｃａｒｄｉｏｉｄ}（θ）は、前方正面θ＝０°とすると、全指向性と双指向性の線形和として、
Ｄ_{ｃａｒｄｉｏｉｄ}（θ）＝ａ・（１＋ｃｏｓθ）
により表すことができる。ここで、定数ａは、正面方向の感度を示している。

また、全指向性を持つ第２マイクロホン３３ｂは、方向に依らず一定の感度指向特性Ｄ_ｏｍｎｉ（θ）を持つため、
Ｄ_ｏｍｎｉ（θ）＝ａ
として、定数ａで表すことができる。

そこで、図４（ａ）に示す信号処理部３４では、第１乃至第３フィルタ３４１〜３４３の各々により第１乃至第３マイクロホン３３ａ〜３３ｃの各出力信号に対しそれぞれ帯域制限するローパスフィルタ処理を施して加算器３４６に出力する。

加算器３４６は、一対の単一指向性マイクロホン（第１及び第３マイクロホン３３ａ，３３ｃ）の当該ローパスフィルタ処理後の各出力信号と、全指向性マイクロホン（第２マイクロホン３３ｂ）の当該ローパスフィルタ処理後の出力信号との差を一旦計算して逆位相の双指向性を持つ信号を得て、更にこの信号に対し当該一対の単一指向性マイクロホンの当該ローパスフィルタ処理後の出力信号を加算して、側方に双指向性を持つ感度指向性特性Ｄ_ｃｏｓ２（θ）＝ａ・ｃｏｓ^２（θ）を得て、更に、この感度指向性特性Ｄ_ｃｏｓ２（θ）を全指向性マイクロホン（第２マイクロホン３３ｂ）の当該ローパスフィルタ処理後の出力信号から差分して、一対の単一指向性マイクロホンの指向軸に対して垂直なドーナツ型の指向性を持つ感度指向性特性Ｄ_ｓｉｎ２（θ）＝ａ−ａ・ｃｏｓ^２（θ）＝ａ・ｓｉｎ^２（θ）の出力信号を生成し、これを収音信号として外部に出力する。

これにより、図４（ｂ）に示すように、Ｘ軸を前方正面θ＝０°とすると、Ｚ軸方向の感度を抑圧したドーナツ型の指向性マイクロホンを構成することができる。尚、本例では、ローパスフィルタ処理を伴う加算器３４６として説明したが、後述する第４実施形態で明らかとなるように、正面方向、側面方向及び背面方向の周波数特性を補償するフィルタ処理を伴う加算器として構成することもできる。

このようにして、第３実施形態の指向性マイクロホン３０は、ドーナツ型の指向性マイクロホンとして構成することができ、例えば複数人で囲まれるテーブル上に、当該複数人の口元の高さで第３実施形態の指向性マイクロホン３０を載置しておくと、当該複数人の音声を収音しつつ、その他の余分な音声（例えば当該複数人が書面を扱う際に生じる書面の擦れ音、椅子等の擦れ音、或いは空調等の機械音）を抑圧し、当該複数人の音声について明瞭な収音信号が得られるようになる。

〔第４実施形態〕（側面感度抑圧型の指向性マイクロホン）
図５は、本発明による第４実施形態の指向性マイクロホン４０の概略構成を示す図である。第４実施形態の指向性マイクロホン４０は、側面感度抑圧型の指向性マイクロホンとして構成される。

図５に示す指向性マイクロホン４０は、音響管４１を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホン４２と、音響管４１の後端近傍に配置した互いに反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性副マイクロホン（後方単一指向特性を持つ第１副マイクロホン４３ａ、及び前方単一指向特性を持つ第３副マイクロホン４３ｃ）と、第１副マイクロホン４３ａ及び第３副マイクロホン４３ｃ間に配置される全指向性を持つ第２副マイクロホン４３ｂと、信号処理部４４とを備える。信号処理部４４は、第１フィルタ４４１、第２フィルタ４４２、第３フィルタ４４３、遅延器４４５、及び加算器４４６を備える。

ここで、第４実施形態の指向性マイクロホン４０における第１乃至第３副マイクロホン４３ａ〜４３ｃは、それぞれ第３実施形態の指向性マイクロホン３０における第１乃至第３マイクロホン３３ａ〜３３ｃと同様に構成される。

また、第４実施形態の指向性マイクロホン４０における主マイクロホン４２と音響管４１とを併せて構成されるラインマイクロホンは、第１実施形態における主マイクロホン１２と音響管１１とを併せて構成されるラインマイクロホンと同様とすることができる。従って、音響管４１は、高域周波数でのみ狭角度指向性を得るための所定長の円筒状又は四角筒状に構成され、その側面に一定間隔の位相干渉用の複数の開口４１ａを有している。

第４実施形態の指向性マイクロホン４０は、主マイクロホン４２と音響管４１とを併せて構成されるラインマイクロホンと、側方感度を抑圧するために第３実施形態にて説明したドーナツ型の指向性マイクロホンとを組み合わせることにより、側面感度抑圧型の正面方向に狭指向性を持つ狭指向性マイクロホンとして構成される。

主マイクロホン４２の出力信号は、増幅器によりその信号電圧を増幅し、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器によりＡ／Ｄ変換処理を施した後に（増幅器及びＡ／Ｄ変換器の図示略）、信号処理部４４における遅延器４４５に入力される。同様に、第１乃至第３副マイクロホン４３ａ〜４３ｃの各出力信号も、増幅器によりその信号電圧を増幅し、Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換処理を施した後に（増幅器及びＡ／Ｄ変換器の図示略）、それぞれ信号処理部４４における第１乃至第３フィルタ４４１〜４４３に入力される。

第１フィルタ４４１は、第１副マイクロホン４３ａから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンの側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器４４６に出力する。

第２フィルタ４４２は、第２副マイクロホン４３ｂから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンの側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器４４６に出力する。

第３フィルタ４４３は、第３副マイクロホン４３ｃから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンの側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器４４６に出力する。

遅延器４４５は、第１乃至第３フィルタ４４１〜４４３によるフィルタ処理によってそれぞれ生じる遅延量を補償するよう、主マイクロホン４２から得られるデジタル出力信号に対し遅延処理を施して、加算器４４６に出力する。

加算器４４６は、遅延器４４５、第１乃至第３フィルタ４４１〜４４３を経てそれぞれ得られる主マイクロホン４２、第１乃至第３副マイクロホン４３ａ〜４３ｃのデジタル出力信号をそれぞれ入力して加算することにより、側面感度を抑圧した収音信号を生成し外部に出力する。

ここで、より詳細に、第１乃至第３フィルタ４４１〜４４３に関するフィルタ処理について説明する。

主マイクロホン４２に、音響管４１を経て指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をｍ（θ，ω）とする。

また、第１乃至第３副マイクロホン４３ａ〜４３ｃに、指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をそれぞれ、ｇ_{ｓｉｄｅ１}（θ，ω），ｇ_{ｓｉｄｅ２}（θ，ω），ｇ_{ｓｉｄｅ３}（θ，ω）とし、総じて副マイクロホンの出力信号ベクトルＧ_ｓｉｄｅ（ω）とし、さらに、指向角度θ＝０°の方向とθ＝９０°の方向とθ＝１８０°の方向における出力信号ベクトルを総じてＧ_ｓｉｄｅ（ω）＝［Ｇ_ｓｉｄｅ（０，ω），Ｇ_ｓｉｄｅ（９０，ω），Ｇ_ｓｉｄｅ（１８０，ω）］^Ｔとする。

また、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数をＷ_ｓｉｄｅ（ω）＝［ｗ_{ｓｉｄｅ１}（ω），ｗ_{ｓｉｄｅ２}（ω），ｗ_{ｓｉｄｅ３}（ω）］^Ｔとする。尚、Ｔは転置行列を表す。

まず、信号処理部４４における指向角度θ＝０°の方向とθ＝９０°の方向とθ＝１８０°の方向の任意周波数における最終出力ベクトルＹ（ω）＝［ｙ（０，ω），ｙ（９０，ω），ｙ（１８０，ω）］^Ｔは、主マイクロホン４２の遅延処理後の出力信号ベクトルＭ_ｓｉｄｅ（ω）と、各副マイクロホンのフィルタ処理後のデジタル出力信号ベクトルＧ_ｓｉｄｅ（ω）Ｗ_ｓｉｄｅ（ω）とをベクトル加算して、式（９）で表すことができる。

ところで、主マイクロホン４２の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたり側面感度を抑圧するには、信号処理部４４における指向角度θ＝０°の方向とθ＝９０°の方向とθ＝１８０°の方向の最終出力の目標特性ベクトルＤ_ｓｉｄｅ（ω）＝［ｄ（０，ω），ｄ（９０，ω），ｄ（１８０，ω）］^Ｔは、式（１０）で表される。ここで、ｄ（０，ω），ｄ（９０，ω），ｄ（１８０，ω）は、それぞれ目標とする正面方向の感度指向特性、側面方向の感度指向特性及び背面方向の感度指向特性である。

そこで、信号処理部４４から出力される収音信号として、θ＝０°，９０°，１８０°の任意周波数における最終出力ベクトルＹ（ω）と、θ＝０°，９０°，１８０°の目標特性ベクトルＤ_ｓｉｄｅ（ω）の２乗誤差を最小とするには、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルＷ（ω）として、
Ｗ_side(ω)＝(Ｇ_side(ω)^ＨＧ_side(ω))^−１Ｇ_side(ω)^Ｈ（Ｄ_side(ω)−Ｍ_side(ω)）
となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施す。ここで、Ｈは、エルミート転置行列を表わす。

ここで、フィルタ設計の別の一例について説明する。

主マイクロホン４２に、音響管４１を経て指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をｍ（θ，ω）とする。

また、第１乃至第３副マイクロホン４３ａ〜４３ｃに、指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をそれぞれ、ｇ_{ｓｉｄｅ１}（θ，ω），ｇ_{ｓｉｄｅ２}（θ，ω），ｇ_{ｓｉｄｅ３}（θ，ω）とし、総じて副マイクロホンの出力信号ベクトルＧ_ｓｉｄｅ（ω）とし、さらに、指向角度θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の方向における副マイクロホンの出力信号ベクトルを総じてＧ_ｓｉｄｅ（ω）＝［Ｇ_ｓｉｄｅ（０，ω），Ｇ_ｓｉｄｅ（θ_１，ω），Ｇ_ｓｉｄｅ（θ_２，ω），…，Ｇ_ｓｉｄｅ（１８０，ω）］^Ｔとする。

また、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルをＷ_ｓｉｄｅ（ω）＝［ｗ_{ｓｉｄｅ１}（ω），ｗ_{ｓｉｄｅ２}（ω），ｗ_{ｓｉｄｅ３}（ω）］^Ｔとする。尚、Ｔは転置行列を表す。

まず、信号処理部４４における指向角度θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の方向の任意周波数における最終出力ベクトルＹ（ω）＝［ｙ（０，ω），ｙ（θ_１，ω），ｙ（θ_２，ω），…，ｙ（１８０，ω）］^Ｔは、主マイクロホン４２の遅延処理後の出力信号ベクトルＭ（ω）と、各副マイクロホンのフィルタ処理後のデジタル出力信号ベクトルＧ（ω）Ｗ（ω）とを加算して、式（１１）で表すことができる。

ところで、主マイクロホン４２の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたり側面感度を抑圧するには、信号処理部４４における指向角度θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の方向の最終出力の目標特性ベクトルＤ（ω）＝［ｄ（０，ω），d（θ_１，ω），d（θ_２，ω），…，d（１８０，ω）］^Ｔを、式（１２）とする。ここで、ｄ（０，ω），d（θ_１，ω），d（θ_２，ω），…，d（１８０，ω）は、それぞれθ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の方向の目標とする感度指向特性であり、ｈ（θ，ω）は方向ごとの目標抑圧量の重みを表している。ｈ（θ，ω）は０≦ｈ（θ，ω）≦１の範囲の値をとり、ｈ（θ，ω）の値が０に近いほど、目標抑圧量が大きいことを表している。

正面方向の感度を保ったまま、側面方向の感度を抑圧する目的であれば、たとえばｈ（θ，ω）の一例として、以下のように与えることができる。
ｈ（θ，ω）＝ｓｉｎ^２（θ）｜ｍ（９０，ω）｜／｜ｍ（θ，ω）｜

そこで、信号処理部４４から出力される収音信号として、θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の任意周波数における最終出力ベクトルＹ（ω）と、θ＝０°, θ_１，θ_２，…，１８０°の目標特性ベクトルＤ_ｓｉｄｅ（ω）の２乗誤差を最小とするには、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルＷ（ω）として、
Ｗ_side(ω)＝(Ｇ_side(ω)^ＨＧ_side(ω))^−１Ｇ_side(ω)^Ｈ（Ｄ_side(ω)−Ｍ_side(ω)）
となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施す。ここで、Ｈは、エルミート転置行列を表わす。

本手法を用いてフィルタを設計した場合には、θ＝９０°方向だけでなく、ある程度幅を持った方向で感度指向特性を抑圧することができる。ただし、先に述べたように正面方向θ＝０°と側面方向θ＝９０°と背面方向θ＝１８０°のみを規定した場合のほうが、θ＝９０°方向の感度の抑圧量は向上する傾向にある。

従って、図５に示す例では、信号処理部４４は、第１乃至第３フィルタ４４１〜４４３によって、第１乃至第３副マイクロホン４３ａ〜４３ｃからそれぞれ得られるデジタル出力信号に対し上記のＷ_ｓｉｄｅ(ω)となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施し、主マイクロホン４２から得られるデジタル出力信号に対し遅延器４４５によって式（５）に従う遅延処理を施して、加算器４４６によって加算することにより、主マイクロホン４２の正面方向および背面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたり側面感度を高精度に抑圧した収音信号を生成することができる。Ｙ（ω）とＤ（ω）の差が所定の規範で最小化するものであればフィルタの設計手法は問わない。

このようにして、第４実施形態の指向性マイクロホン４０は、側面方向の感度を広帯域で高精度に抑圧した正面方向に狭指向性を有する指向性マイクロホンとして構成することができる。

〔第５実施形態〕（背面及び側面感度抑圧型の指向性マイクロホン）
図６は、本発明による第５実施形態の指向性マイクロホン５０の概略構成を示す図である。第５実施形態の指向性マイクロホン５０は、背面及び側面感度抑圧型の指向性マイクロホンとして構成される。

図６に示す指向性マイクロホン５０は、音響管５１を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホン５２と、音響管５１の後端近傍に配置した互いに反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性副マイクロホン（後方単一指向特性を持つ第１副マイクロホン５３ａ、及び前方単一指向特性を持つ第３副マイクロホン５３ｃ）と、第１副マイクロホン５３ａ及び第３副マイクロホン５３ｃ間に配置される全指向性を持つ第２副マイクロホン５３ｂと、音響管５１の先端近傍に配置した後方単一指向特性を持つ第４副マイクロホン５３ｄと、信号処理部５４とを備える。信号処理部５４は、第１フィルタ５４１、第２フィルタ５４２、第３フィルタ５４３、第４フィルタ５４４、遅延器５４５、及び加算器５４６を備える。ただし、本実施形態における第１副マイクロホン５３ａは、後方単一指向特性を持つため、背面感度の抑圧用としてだけでなく、側面感度抑圧用としても作用する。

ここで、第５実施形態の指向性マイクロホン５０における第１乃至第３副マイクロホン５３ａ〜５３ｃは、それぞれ第３実施形態の指向性マイクロホン３０における第１乃至第３マイクロホン３３ａ〜３３ｃと同様に構成される。

また、第５実施形態の指向性マイクロホン５０における第４副マイクロホン５３ｄは、第１実施形態の指向性マイクロホン１０における第２副マイクロホン１３ｂと同様に構成される。

また、第５実施形態の指向性マイクロホン５０における主マイクロホン５２と音響管５１とを併せて構成されるラインマイクロホンは、第１実施形態における主マイクロホン１２と音響管１１とを併せて構成されるラインマイクロホンと同様とすることができる。従って、音響管５１は、高域周波数でのみ狭角度指向性を得るための所定長の円筒状又は四角筒状に構成され、その側面に一定間隔で位相干渉用の複数の開口５１ａを有している。

即ち、第５実施形態の指向性マイクロホン５０は、信号処理部５４の処理として、第１実施形態における背面感度抑圧処理と、第４実施形態における側面感度抑圧処理を組み合わせることにより、背面及び側面感度抑圧型の正面方向に狭指向性を持つ狭指向性マイクロホンとして構成される。

主マイクロホン５２の出力信号は、増幅器によりその信号電圧を増幅し、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器によりＡ／Ｄ変換処理を施した後に（増幅器及びＡ／Ｄ変換器の図示略）、信号処理部５４における遅延器５４５に入力される。同様に、第１乃至第４副マイクロホン５３ａ〜５３ｄの各出力信号も、増幅器によりその信号電圧を増幅し、Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換処理を施した後に（増幅器及びＡ／Ｄ変換器の図示略）、それぞれ信号処理部５４における第１乃至第４フィルタ５４１〜５４４に入力される。

第１フィルタ５４１は、第１副マイクロホン５３ａから得られるデジタル出力信号に対し、指向角度及び周波数を要素とする伝達関数にて、主マイクロホンにおける背面および側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器５４６に出力する。

第２フィルタ５４２は、第２副マイクロホン５３ｂから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器５４６に出力する。

第３フィルタ５４３は、第３副マイクロホン５３ｃから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面および側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器５４６に出力する。

第４フィルタ５４４は、第４副マイクロホン５３ｄから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器５４６に出力する。

遅延器５４５は、第１乃至第４フィルタ５４１〜５４４によるフィルタ処理によってそれぞれ生じる遅延量を補償するよう、主マイクロホン５２から得られるデジタル出力信号に対し遅延処理を施して、加算器５４６に出力する。

加算器５４６は、遅延器５４５、第１乃至第４フィルタ５４１〜５４４を経てそれぞれ得られる主マイクロホン５２、第１乃至第４副マイクロホン５３ａ〜５３ｄのデジタル出力信号をそれぞれ入力して加算することにより、背面及び側面感度を抑圧した収音信号を生成し外部に出力する。

ここで、第１乃至第４フィルタ５４１〜５４４に関するフィルタ処理としては、前述した第１実施形態における背面感度抑圧用フィルタ処理と、第４実施形態における側面感度抑圧用フィルタ処理の設計手法をそのまま用いることができる。

ただし、本実施形態における第１副マイクロホン５３ａは、後方単一指向特性を持つため、背面感度の抑圧用としてだけでなく、側面感度抑圧用としても作用するため、第１フィルタ５４１は、第１実施形態における背面感度抑圧用フィルタ処理として設計したものと、第４実施形態における側面感度抑圧用フィルタ処理として設計したものとの線形和としたフィルタとする。

従って、図６に示す例では、信号処理部５４は、第１乃至第４フィルタ５４１〜５４４によって、第１乃至第４副マイクロホン５３ａ〜５３ｄからそれぞれ得られるデジタル出力信号に対しデジタルフィルタ処理を施して背面及び側面感度抑圧用の信号を生成し、主マイクロホン５２から得られるデジタル出力信号に対し遅延器５４５によって遅延処理を施して、加算器５４６によって加算することにより、主マイクロホン５２の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、低周波数帯域から高周波数帯域にわたる広い周波数帯域（即ち、可聴周波数帯）で背面及び側面感度を高精度に抑圧した収音信号を生成することができる。

このようにして、第５実施形態の指向性マイクロホン５０は、背面及び側面方向の感度を広帯域で高精度に抑圧した正面方向に狭指向性を有する指向性マイクロホンとして構成することができる。

〔第６実施形態〕（背面感度及び側面感度抑圧量調整型の指向性マイクロホン）
図７は、本発明による第６実施形態の指向性マイクロホン６０の概略構成を示す図である。第６実施形態の指向性マイクロホン６０は、背面感度及び側面感度抑圧量調整型の指向性マイクロホンとして構成される。

前述した第５実施形態では、第１実施形態における背面感度抑圧用フィルタ処理として設計したものと、第４実施形態における側面感度抑圧用フィルタ処理として設計したものとの線形和としたフィルタを利用する例を説明したが、第６実施形態では、このような線形和とせずに、背面感度抑圧用フィルタ処理の出力と、側面感度抑圧用フィルタ処理の出力とをそれぞれ減衰量を可変とする可変減衰器６４８ａ，６４８ｂを設け、背面感度抑圧量と側面感度抑圧量をユーザーにより調整可能とすることで第６実施形態の指向性マイクロホン６０の指向性を可変とする。

図７に示す指向性マイクロホン６０は、音響管６１を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホン６２と、音響管６１の後端近傍に配置した互いに反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性副マイクロホン（後方単一指向特性を持つ第１副マイクロホン６３ａ、及び前方単一指向特性を持つ第３副マイクロホン６３ｃ）と、第１副マイクロホン６３ａ及び第３副マイクロホン６３ｃ間に配置される全指向性を持つ第２副マイクロホン６３ｂと、音響管６１の先端近傍に配置した後方単一指向特性を持つ第４副マイクロホン６３ｄと、信号処理部６４とを備える。信号処理部６４は、第１フィルタ６４１、第２フィルタ６４２、第３フィルタ６４３、第４フィルタ６４４、第５フィルタ６４５、遅延器６４６、加算器６４７a，６４７ｂ，６４９、及び可変減衰器６４８ａ，６４８ｂを備える。

ここで、第６実施形態の指向性マイクロホン６０における第１乃至第４副マイクロホン６３ａ〜６３ｄは、それぞれ第５実施形態の指向性マイクロホン５０における第１乃至第４マイクロホン５３ａ〜５３ｄと同様に構成される。

また、第６実施形態の指向性マイクロホン６０における主マイクロホン６２と音響管６１とを併せて構成されるラインマイクロホンについても、第５実施形態における主マイクロホン５２と音響管５１とを併せて構成されるラインマイクロホンと同様とすることができる。従って、音響管６１は、高域周波数でのみ狭角度指向性を得るための所定長の円筒状又は四角筒状に構成され、その側面に一定間隔で位相干渉用の複数の開口６１ａを有している。

即ち、第６実施形態の指向性マイクロホン６０は、信号処理部６４の処理として、第５実施形態と同様に、背面及び側面感度抑圧型の正面方向に狭指向性を持つ狭指向性マイクロホンとして構成されるが、これに加えて、以下に説明するように、背面感度抑圧量と側面感度抑圧量をユーザーにより調整可能とするよう構成されている。

主マイクロホン６２の出力信号は、増幅器によりその信号電圧を増幅し、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器によりＡ／Ｄ変換処理を施した後に（増幅器及びＡ／Ｄ変換器の図示略）、信号処理部６４における遅延器６４６に入力される。同様に、第１乃至第４副マイクロホン６３ａ〜６３ｄの各出力信号も、増幅器によりその信号電圧を増幅し、Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換処理を施した後に（増幅器及びＡ／Ｄ変換器の図示略）、それぞれ信号処理部６４における第１乃至第４フィルタ６４１〜６４４に入力される。

ただし、第１副マイクロホン６３ａのＡ／Ｄ変換処理を施した出力信号は、第５フィルタ６４５にも入力される。

第１フィルタ６４１は、第１副マイクロホン６３ａから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器６４７ａに出力する。

第２フィルタ６４２は、第２副マイクロホン６３ｂから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器６４７ａに出力する。

第３フィルタ６４３は、第３副マイクロホン６３ｃから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器６４７ａに出力する。

第４フィルタ６４４は、第４副マイクロホン６３ｄから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器６４７ｂに出力する。

第５フィルタ６４５は、第１副マイクロホン６３ａから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器６４７ｂに出力する。

加算器６４７ａは、第１乃至第３フィルタ６４１〜６４３を経てそれぞれ得られる各デジタル出力信号をそれぞれ入力して加算することにより、側面感度を抑圧するための側面方向キャンセル信号を生成し可変減衰器６４８ａに出力する。

加算器６４７ｂは、第４及び第５フィルタ６４４，６４５を経てそれぞれ得られる各デジタル出力信号をそれぞれ入力して加算することにより、背面感度を抑圧するための背面方向キャンセル信号を生成し可変減衰器６４８ｂに出力する。

可変減衰器６４８ａは、加算器６４７ａから得られる側面方向キャンセル信号の振幅を抑圧量調整信号Ｖａｔ１によって調整可能とし、振幅調整した側面方向キャンセル信号を加算器６４９に出力する。抑圧量調整信号Ｖａｔ１は、ユーザーにより調整可能なボリューム調整器（図示せず）から出力される。

可変減衰器６４８ｂは、加算器６４７ｂから得られる背面方向キャンセル信号の振幅を抑圧量調整信号Ｖａｔ２によって調整可能とし、振幅調整した背面方向キャンセル信号を加算器６４９に出力する。抑圧量調整信号Ｖａｔ２は、ユーザーにより調整可能なボリューム調整器（図示せず）から出力される。

遅延器６４６は、第１乃至第５フィルタ６４１〜６４５によるフィルタ処理によってそれぞれ生じる遅延量を補償するよう、主マイクロホン６２から得られるデジタル出力信号に対し遅延処理を施して、加算器６４９に出力する。

加算器６４９は、遅延器６４６を経て得られる主マイクロホン６２のデジタル出力信号と、可変減衰器６４８ａから得られる振幅調整した側面方向キャンセル信号と、可変減衰器６４８ｂから得られる振幅調整した背面方向キャンセル信号とをそれぞれ入力して加算することにより、背面及び側面感度の抑圧量を調整可能にした収音信号を生成し外部に出力する。ここで、主マイクロホン６２の出力信号は遅延器６４６を通過することとしたが、遅延器でなく、正面方向の周波数特性を補償するデジタルフィルタであってもよい。

ここで、第１乃至第３フィルタ６４１〜６４３に関するフィルタ処理としては、前述した第４実施形態における側面感度抑圧用フィルタ処理の設計手法をそのまま用いることができ、第４及び第５フィルタ６４４，６４５に関するフィルタ処理としては、前述した第１実施形態における背面感度抑圧用フィルタ処理の設計手法をそのまま用いることができる。従って、加算器６４７ａは側面感度を抑圧するための側面方向キャンセル信号を生成することができ、加算器６４７ｂは背面感度を抑圧するための背面方向キャンセル信号を生成することができる。

そして、可変減衰器６４８ａ，６４８ｂが設けられているため、信号処理部６４から出力される収音信号として、背面及び側面感度の抑圧量を個別に調整可能としている。

図８（ａ）乃至図８（ｋ）は、それぞれ本発明による第６実施形態の指向性マイクロホン６０における主マイクロホン６２の指向性方向（前方正面方向）をθ＝０°として０°≦θ≦３６０°（即ち、０°≦｜θ｜≦１８０°）に関する感度指向特性のシミュレーション結果を示す図である。特に、図８では、４ｋＨｚ以下の周波数帯域に背面及び側面感度抑圧処理を加えた、長さ２０ｃｍの音響管６１を持つラインマイクロホンの感度指向特性のシミュレーション結果を示している。

図８（ａ）乃至図８（ｋ）において、図示するＤ１の特性は、背面及び側面感度抑圧処理を加えていない場合の感度指向特性であり、図示するＤ２の特性は、背面及び側面感度抑圧処理を加えた場合の感度指向特性である。特に背面及び側面感度が現れやすい４ｋＨｚ以下の周波数帯域においても、好適に背面及び側面の感度が抑圧されていることが分かる。

以上のように、本発明に係る指向性マイクロホンによれば、例えば従来の背面感度抑圧型マイクロホンでは周波数毎の緻密な調整ができないため、高精度に抑圧できる帯域が制限されてしまう問題を解消することができる。特に、主マイクロホンとしてラインマイクロホンを用いた場合には、従来技法では、音響管の影響が少ない低い周波数帯域しか背面感度の抑圧効果を得ることができないため、積極的に背面感度抑圧効果を得ようとした場合には、短い音響管（例えば４５ｍｍ）によるラインマイクロホンに適用せざるを得なかった。

一方、本発明に係る指向性マイクロホンによれば、周波数毎により細かな最適化を行うことができるため、音響管の影響が大きくなる中〜高帯域においても背面感度抑圧効果を得ることができ、より長い音響管を用いたラインマイクロホンを用いることも可能とし、より狭指向性となる狭指向性マイクロホンを構成することができる。

また、本発明に係る指向性マイクロホンによれば、短い音響管によるラインマイクロホンでは低い周波数において側面の感度を十分に抑圧できないという問題も解消でき、より指向性の鋭いラインマイクロホンを構成することができる。

また、本発明に係る指向性マイクロホンによれば、背面及び側面感度の抑圧量を個別に調整可能になるため、手段操作による用途だけでなく、可変指向性マイク付きビデオカメラに適用することができる。

〔可変指向性マイク付きビデオカメラ〕
図９は、本発明による第６実施形態の指向性マイクロホン６０を用いて、その指向性をズームに合わせて変更可能とする、本発明による一実施形態の可変指向性マイク付きビデオカメラ１００の概略構成を示す図である。

可変指向性マイク付きビデオカメラ１００は、本発明による第６実施形態の指向性マイクロホン６０と、ズーム機能付き光学レンズ１１０と、撮像素子を含む撮像制御部１１１と、出力部１１２と、収音制御部１１３とを備える。

撮像制御部１１１は、ユーザーの操作指示を受け付けてズーム機能付き光学レンズ１１０に対しズーム制御信号を出力して画角θ_Ｖ１〜θ_Ｖ２を決定するズーム動作を行わせ、このズーム動作を経て被写体を撮像した映像の信号を出力部１１２に出力する。

撮像制御部１１１から出力されるズーム制御信号は収音制御部１１３にも入力される。

収音制御部１１３は、画角θ_Ｖ１〜θ_Ｖ２となるズーム動作を行うためのズーム制御信号が入力されると、当該画角が狭いときは指向性を背面及び側面感度の抑圧量を大きくする抑圧量調整信号Ｖａｔ１，Ｖａｔ２を指向性マイクロホン６０に出力し、当該画角が広いときは指向性を背面及び側面感度の抑圧量を小さくする抑圧量調整信号Ｖａｔ１，Ｖａｔ２を指向性マイクロホン６０に出力する。

指向性マイクロホン６０は、ズーム制御信号に応じて背面及び側面感度の抑圧量を自動調整した収音信号を生成し、出力部１１２に出力する。

出力部１１２は、ズーム制御信号に応じた映像と収音信号を、表示再生部（図示せず）に対し表示再生する。

これにより、可変指向性マイク付きビデオカメラ１００は、指向性マイクロホン６０の指向性について背面と側面の双方の感度をズームに合わせて高精度に抑圧して自動的に変更可能とした構成となる。

従って、本発明に係る可変指向性マイク付きビデオカメラ１００によれば、注目した被写体のクローズアップに合わせて当該被写体の発する音声以外の周囲雑音を高精度に抑圧することができるようになる。

本発明に係る指向性マイクロホン及び可変指向性マイク付きビデオカメラは、上述した実施形態の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。

本発明によれば、所定の指向方向の感度を広帯域で高精度に抑圧する指向性マイクロホン、及び可変指向性マイク付きビデオカメラを構成することができるので、指向性を持たせるマイクロホンの用途に有用である。

１０，２０，３０，４０，５０，６０ 指向性マイクロホン
１１，２１，４１，５１，６１ 音響管
１１ａ，２１ａ，４１ａ，５１ａ，６１ａ 開口
１２，２２，４２，５２，６２ 主マイクロホン
１３ａ，２３ａ，４３ａ，５３ａ，６３ａ 第１副マイクロホン
１３ｂ，２３ｂ，４３ｂ，５３ｂ，６３ｂ 第２副マイクロホン
４３ｃ，５３ｃ，６３ｃ 第３副マイクロホン
５３ｄ，６３ｄ 第４副マイクロホン
１４，２４，３４，４４，５４，６４ 信号処理部
３３ａ 第１マイクロホン
３３ｂ 第２マイクロホン
３３ｃ 第３マイクロホン
１４１，２４１，３４１，４４１，５４１，６４１ 第１フィルタ
１４２，２４２，３４２，４４２，５４２，６４２ 第２フィルタ
２４５，３４３，４４３，５４３，６４３ 第３フィルタ
５４４，６４４ 第４フィルタ
６４５ 第５フィルタ
１４５，４４５，５４５，６４６ 遅延器
１４６，２４６，３４６，４４６，５４６，６４７ａ，６４７ｂ，６４９ 加算器
６４８ａ，６４８ｂ 可変減衰器
１００ 可変指向性マイク付きビデオカメラ
１１０ ズーム機能付き光学レンズ
１１１ 撮像制御部
１１２ 出力部
１１３ 収音制御部

Claims (10)

1. 背面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、
   音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、
   前記音響管の長手方向に沿って配置され前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向とは逆方向に単一指向性を有する少なくとも１つの副マイクロホンと、
   前記少なくとも１つの副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号とを加算して、背面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、
   を備えることを特徴とする指向性マイクロホン。
2. 前記信号処理部は、
   前記主マイクロホンの遅延処理後の出力信号ベクトルＭ（ω）と、前記フィルタ処理の伝達関数ベクトルＷ（ω）により前記少なくとも１つの副マイクロホンの出力信号ベクトルＧ（ω）に対しフィルタ処理を施して得られるデジタル出力信号を加算して得られる前記前方狭指向性の主軸θ＝０°を為す正面方向からθ＝１８０°を為す背面方向までの任意周波数ωにおける最終出力ベクトルＹ（ω）、及び、θ＝０°を為す当該正面方向の感度を保ったまま、θ＝１８０°を為す当該背面方向の感度を抑圧するための目標特性ベクトルＤ（ω）を用いて、前記最終出力ベクトルＹ（ω）と前記目標特性ベクトルＤ（ω）との差を所定の規範に基づいて最小化するフィルタ処理を施すことを特徴とする、請求項１に記載の指向性マイクロホン。
3. 背面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、
   音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、
   前記音響管の長手方向に沿って配置され前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向とは逆方向に単一指向性を有する少なくとも１つの副マイクロホンと、
   前記少なくとも１つの副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンの正面方向の周波数特性を補償するフィルタ処理を施した信号を加算して、背面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、
   を備えることを特徴とする指向性マイクロホン。
4. 前記信号処理部は、
   前記主マイクロホンのフィルタ処理後の出力信号ベクトルを含む、前記フィルタ処理の伝達関数ベクトルＷ（ω）により前記少なくとも１つの副マイクロホンの出力信号ベクトルＧ（ω）に対し、フィルタ処理を施して得られるデジタル出力信号を加算して得られる前記前方狭指向性の主軸θ＝０°を為す正面方向からθ＝１８０°を為す背面方向までの任意周波数ωにおける最終出力ベクトルＹ（ω）、及び、θ＝０°を為す当該正面方向の感度を保ったまま、θ＝１８０°を為す当該背面方向の感度を抑圧するための目標特性ベクトルＤ（ω）を用いて、前記最終出力ベクトルＹ（ω）と前記目標特性ベクトルＤ（ω）との差を所定の規範に基づいて最小化するフィルタ処理を施すことを特徴とする、請求項３に記載の指向性マイクロホン。
5. ドーナツ型指向性を有する指向性マイクロホンであって、
   互いに反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、
   前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、
   前記一対の単一指向性マイクロホンに対しフィルタ処理を施した信号と、前記全指向性マイクロホンに対しフィルタ処理を施した信号とを用いて所定の加減算処理を施すことにより、ドーナツ型の指向性を持つ収音信号を生成する信号処理部と、
   を備えることを特徴とする指向性マイクロホン。
6. 側面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、
   音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、
   前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して互いに同方向及び逆方向となる反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、
   前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、
   前記一対の単一指向性マイクロホン、及び前記全指向性マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号とを加算して、側面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、
   を備えることを特徴とする指向性マイクロホン。
7. 前記信号処理部は、
   前記主マイクロホンの遅延処理後の出力信号ベクトルＭ_ｓｉｄｅ（ω）と、前記フィルタ処理の伝達関数ベクトルＷ_ｓｉｄｅ（ω）により前記少なくとも１つの副マイクロホンの出力信号ベクトルＧ_ｓｉｄｅ（ω）に対しフィルタ処理を施して得られるデジタル出力信号を加算して得られる前記前方狭指向性の主軸θ＝０°を為す正面方向と、０°＜｜θ｜＜１８０°を為す側面方向と、θ＝１８０°を為す背面方向の任意周波数ωにおける最終出力ベクトルＹ（ω）、及び、θ＝０°を為す当該正面方向の感度とθ＝１８０°を為す当該背面方向の感度を保ったまま、０°＜｜θ｜＜１８０°を為す当該側面方向の感度を抑圧するための目標特性ベクトルＤ_ｓｉｄｅ（ω）を用いて、前記最終出力ベクトルＹ（ω）と前記目標特性ベクトルＤ_ｓｉｄｅ（ω）との差を所定の規範に基づいて最小化するフィルタ処理を施すことを特徴とする、請求項６に記載の指向性マイクロホン。
8. 背面及び側面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、
   音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、
   前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して互いに同方向及び逆方向となる反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、
   前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、
   前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して逆方向となる指向方向を向けた単一指向性の副マイクロホンと、
   前記一対の単一指向性マイクロホン、前記全指向性マイクロホン、及び前記副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向及び背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号を加算して、背面及び側面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、
   を備えることを特徴とする指向性マイクロホン。
9. 背面及び側面感度の抑圧量を調整可能とした前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、
   音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、
   前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して互いに同方向及び逆方向となる反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、
   前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、
   前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して逆方向となる指向方向を向けた単一指向性の副マイクロホンと、
   前記一対の単一指向性マイクロホン、及び前記全指向性マイクロホンから得られる各出力信号に対し、フィルタ処理を施した信号を加算して主マイクロホンの側面感度を抑圧するための側面方向キャンセル信号を生成し、前記一対の単一指向性マイクロホンのうち前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して逆方向となる指向方向を向けた単一指向性マイクロホン、及び前記副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、フィルタ処理を施した信号を加算して主マイクロホンの背面感度を抑圧するための背面方向キャンセル信号を生成し、
   前記側面方向キャンセル信号の振幅について外部指示に基づいて振幅調整した信号と、前記背面方向キャンセル信号の振幅について外部指示に基づいて振幅調整した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号を加算して、背面及び側面感度の抑圧量を個別に調整可能とした収音信号を生成する信号処理部と、
   を備えることを特徴とする指向性マイクロホン。
10. 可変指向性マイク付きビデオカメラであって、
    請求項９に記載の指向性マイクロホンと、
    ズーム機能付き光学レンズと、
    前記ズーム機能付き光学レンズに対し外部指示に基づいてズーム制御信号を出力して画角を決定するズーム動作を行わせ、該ズーム動作を経て被写体を撮像した映像の信号を生成する撮像制御部と、
    前記ズーム制御信号を基に当該画角が狭いときは指向性を背面及び側面感度の抑圧量を大きくし、当該画角が広いときは指向性を背面及び側面感度の抑圧量を小さくする抑圧量調整信号を前記指向性マイクロホンに出力し、前記指向性マイクロホンが前記ズーム制御信号に応じて背面及び側面感度の抑圧量を自動調整した収音信号を生成するよう制御する収音制御部と、
    を備えることを特徴とする可変指向性マイク付きビデオカメラ。