JP3285533B2 - 可変指向性マイクロホンシステムを用いた音響装置 - Google Patents
可変指向性マイクロホンシステムを用いた音響装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、目的とする音源
の信号のみを効率よく集音できる音響装置の改良に関す
るものである。
の信号のみを効率よく集音できる音響装置の改良に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】図７は、特開平１−７３２７２号公報に
記載された音源探査装置を示すブロック図である。図７
において、３個のマイクロホン７１で構成される音響検
出部７３で検出された音の信号は、Ａ／Ｄ変換部７４で
デジタル信号に変換され、次にフーリエ変換部７５で高
速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムにより周波数ス
ペクトルに分解される。
記載された音源探査装置を示すブロック図である。図７
において、３個のマイクロホン７１で構成される音響検
出部７３で検出された音の信号は、Ａ／Ｄ変換部７４で
デジタル信号に変換され、次にフーリエ変換部７５で高
速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムにより周波数ス
ペクトルに分解される。
【０００３】そして、フーリエ変換された出力からクロ
ススペクトル演算部７６でクロススペクトルを計算し、
その出力を方向検知部７７に送る。方向検知部７７では
クロススペクトルをもとに２次元的な音響強度（インテ
ンシティ）を計算し、音の来る方向を求める。その結果
は表示部７８に送られて表示されると共に、テレビカメ
ラ７２を搭載した駆動部７９にも送られ、音の到来する
方向にテレビカメラ７２を動かす。テレビカメラ７２で
撮影している映像は、表示部７８に送られ、視覚的にも
確認される。
ススペクトル演算部７６でクロススペクトルを計算し、
その出力を方向検知部７７に送る。方向検知部７７では
クロススペクトルをもとに２次元的な音響強度（インテ
ンシティ）を計算し、音の来る方向を求める。その結果
は表示部７８に送られて表示されると共に、テレビカメ
ラ７２を搭載した駆動部７９にも送られ、音の到来する
方向にテレビカメラ７２を動かす。テレビカメラ７２で
撮影している映像は、表示部７８に送られ、視覚的にも
確認される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
従来の音響インテンシティを利用した音源探査装置は、
高精度に特性を揃えた複数のマイクロホンを使用する必
要があり、また、音源の方向は算出できるが、任意の音
源の音のみを抽出することはできないという課題があっ
た。
従来の音響インテンシティを利用した音源探査装置は、
高精度に特性を揃えた複数のマイクロホンを使用する必
要があり、また、音源の方向は算出できるが、任意の音
源の音のみを抽出することはできないという課題があっ
た。
【０００５】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたものであり、汎用的なマイクロホンを固
定したままで指向性範囲と指向性の方向を制御できる可
変指向性マイクロホンシステムを用いて、所望の音源の
信号のみを効率よく集音できる音響装置を提供すること
を目的とする。
ためになされたものであり、汎用的なマイクロホンを固
定したままで指向性範囲と指向性の方向を制御できる可
変指向性マイクロホンシステムを用いて、所望の音源の
信号のみを効率よく集音できる音響装置を提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の可変指向性マ
イクロホンシステムを用いた音響装置は、３個以上のマ
イクロホンと、各マイクロホンによって検出された信号
をそれぞれデジタル変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変
換部でデジタル変換されたそれぞれのデジタル信号を、
所定の周波数帯域毎に離散フーリエ変換するフーリエ変
換部と、離散フーリエ変換された各信号の特性を所定の
周波数帯域毎に均一化する特性補正部と、特性補正部の
出力から複数のクロススペクトルを求めるクロススペク
トル演算部と、クロススペクトルの値を判定し、マイク
ロホンが検出した信号に所定の周波数帯域毎に重み付け
をするための判定信号を出力する判定部と、判定信号に
基づいて、所定の周波数帯域毎にマイクロホンが検出し
た信号に重み付けを行うことにより、判定信号に基づい
てマイクロホンが検出した信号を選択的に出力する選択
部と、選択部から出力された信号を離散逆フーリエ変換
する逆フーリエ変換部と、逆フーリエ変換部によって逆
フーリエ変換された信号をアナログ変換するするＤ／Ａ
変換部とを備える。
イクロホンシステムを用いた音響装置は、３個以上のマ
イクロホンと、各マイクロホンによって検出された信号
をそれぞれデジタル変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変
換部でデジタル変換されたそれぞれのデジタル信号を、
所定の周波数帯域毎に離散フーリエ変換するフーリエ変
換部と、離散フーリエ変換された各信号の特性を所定の
周波数帯域毎に均一化する特性補正部と、特性補正部の
出力から複数のクロススペクトルを求めるクロススペク
トル演算部と、クロススペクトルの値を判定し、マイク
ロホンが検出した信号に所定の周波数帯域毎に重み付け
をするための判定信号を出力する判定部と、判定信号に
基づいて、所定の周波数帯域毎にマイクロホンが検出し
た信号に重み付けを行うことにより、判定信号に基づい
てマイクロホンが検出した信号を選択的に出力する選択
部と、選択部から出力された信号を離散逆フーリエ変換
する逆フーリエ変換部と、逆フーリエ変換部によって逆
フーリエ変換された信号をアナログ変換するするＤ／Ａ
変換部とを備える。
【０００７】また、上記３個以上のマイクロホンの出力
端に接続された低域通過フィルタ部と、Ｄ／Ａ変換部の
出力端に接続された低域通過フィルタ部とをさらに備え
る。
端に接続された低域通過フィルタ部と、Ｄ／Ａ変換部の
出力端に接続された低域通過フィルタ部とをさらに備え
る。
【０００８】また、上記判定部でクロススペクトルの値
に基づいて判定信号の信号レベルを制御することによ
り、マイクロホンの指向性を制御することを特徴とす
る。
に基づいて判定信号の信号レベルを制御することによ
り、マイクロホンの指向性を制御することを特徴とす
る。
【０００９】また、上記特性補正部における補正量を変
化させることによって、マイクロホンの指向性を制御す
ることを特徴とする。
化させることによって、マイクロホンの指向性を制御す
ることを特徴とする。
【００１０】さらに、上記音響装置は、電話機または無
線機であることを特徴とする。
線機であることを特徴とする。
【００１１】
【実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明の実施
の形態１に係る音響装置の構成を示すブロック図であ
る。図２は、この発明の実施の形態１に係る音響装置を
概略的に示す斜視図である。図３および図４は、この発
明の実施の形態１に係る音響装置の指向性を３次元空間
で表した概念図である。
の形態１に係る音響装置の構成を示すブロック図であ
る。図２は、この発明の実施の形態１に係る音響装置を
概略的に示す斜視図である。図３および図４は、この発
明の実施の形態１に係る音響装置の指向性を３次元空間
で表した概念図である。
【００１２】図１において、４個のマイクロホン１〜４
の出力は、低域通過フィルタ部（ＬＰＦ）１１〜１４に
音圧信号ｐ１（ｔ）〜ｐ４（ｔ）として、それぞれ入力
される。音圧信号ｐ１（ｔ）〜ｐ４（ｔ）は、Ａ／Ｄ変
換部２１〜２４でそれぞれデジタル信号に変換され、次
にフーリエ変換部（ＤＦＴ）３１〜３４でそれぞれ所定
の周波数帯域毎（例えば、１００Ｈｚ毎）に離散フーリ
エ変換された後、特性補正部４１〜４４でそれぞれ所定
の周波数帯域毎に音圧と位相が補正（均一化）され、周
波数スペクトルＰ１（ｆ）〜Ｐ４（ｆ）に分解される。
の出力は、低域通過フィルタ部（ＬＰＦ）１１〜１４に
音圧信号ｐ１（ｔ）〜ｐ４（ｔ）として、それぞれ入力
される。音圧信号ｐ１（ｔ）〜ｐ４（ｔ）は、Ａ／Ｄ変
換部２１〜２４でそれぞれデジタル信号に変換され、次
にフーリエ変換部（ＤＦＴ）３１〜３４でそれぞれ所定
の周波数帯域毎（例えば、１００Ｈｚ毎）に離散フーリ
エ変換された後、特性補正部４１〜４４でそれぞれ所定
の周波数帯域毎に音圧と位相が補正（均一化）され、周
波数スペクトルＰ１（ｆ）〜Ｐ４（ｆ）に分解される。
【００１３】所定の周波数帯域毎に分解された周波数ス
ペクトルＰ１（ｆ）およびＰ２（ｆ）と、Ｐ３（ｆ）お
よびＰ４（ｆ）は、それぞれクロススペクトル演算部５
１および５２で計算され、クロススペクトルの虚数部Ｉ
ｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝およびＩｍ｛Ｇ３４（ｆ）｝が得ら
れる。クロススペクトルの虚数部Ｉｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝
およびＩｍ｛Ｇ３４（ｆ）｝は、判定部６１に入力され
る。判定部６１は、周波数帯域毎にクロススペクトルの
虚数部Ｉｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝およびＩｍ｛Ｇ３４
（ｆ）｝に重み付けを行うための判定信号Ｗ（ｆ）（０
≦Ｗ（ｆ）≦１）を選択部６２に送信する。なお、この
ような処理は、全ての周波数帯域について同様に行われ
るものである。
ペクトルＰ１（ｆ）およびＰ２（ｆ）と、Ｐ３（ｆ）お
よびＰ４（ｆ）は、それぞれクロススペクトル演算部５
１および５２で計算され、クロススペクトルの虚数部Ｉ
ｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝およびＩｍ｛Ｇ３４（ｆ）｝が得ら
れる。クロススペクトルの虚数部Ｉｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝
およびＩｍ｛Ｇ３４（ｆ）｝は、判定部６１に入力され
る。判定部６１は、周波数帯域毎にクロススペクトルの
虚数部Ｉｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝およびＩｍ｛Ｇ３４
（ｆ）｝に重み付けを行うための判定信号Ｗ（ｆ）（０
≦Ｗ（ｆ）≦１）を選択部６２に送信する。なお、この
ような処理は、全ての周波数帯域について同様に行われ
るものである。
【００１４】選択部６２は、判定部６１から受信した判
定信号Ｗ（ｆ）に基づいて、特性補正部４１から送信さ
れる周波数スペクトルＰ１（ｆ）に重み付けを行うこと
により、選択的に周波数スペクトルＰ（ｆ）を出力す
る。所定の周波数帯域についての周波数スペクトルＰ
（ｆ）は、逆フーリエ変換部（ＩＤＦＴ）６３に送信さ
れる。全ての周波数帯域についての周波数スペクトルＰ
（ｆ）が逆フーリエ変換部に送信されると、これらにつ
いて離散逆フーリエ変換が行われて合成された後、さら
にＤ／Ａ変換部６４でアナログ信号に変換された音圧信
号ｐ（ｔ）は、必要な周波数帯域のみを通過させるため
に低域通過フィルタ部（ＬＰＦ）６５を通して出力され
る。
定信号Ｗ（ｆ）に基づいて、特性補正部４１から送信さ
れる周波数スペクトルＰ１（ｆ）に重み付けを行うこと
により、選択的に周波数スペクトルＰ（ｆ）を出力す
る。所定の周波数帯域についての周波数スペクトルＰ
（ｆ）は、逆フーリエ変換部（ＩＤＦＴ）６３に送信さ
れる。全ての周波数帯域についての周波数スペクトルＰ
（ｆ）が逆フーリエ変換部に送信されると、これらにつ
いて離散逆フーリエ変換が行われて合成された後、さら
にＤ／Ａ変換部６４でアナログ信号に変換された音圧信
号ｐ（ｔ）は、必要な周波数帯域のみを通過させるため
に低域通過フィルタ部（ＬＰＦ）６５を通して出力され
る。
【００１５】図２において、音響装置６６は、例えば電
話機または無線機等の音響装置である。音響装置６６に
対する直交座標軸としてのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のう
ち、Ｘ軸とＺ軸は、音響装置６６の表面上に含まれ、Ｙ
軸は音響装置６６の表面に垂直な方向とする。ここで、
ＸＹ平面はＸ軸とＹ軸を含む平面、ＹＺ平面はＹ軸とＺ
軸を含む平面である。
話機または無線機等の音響装置である。音響装置６６に
対する直交座標軸としてのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のう
ち、Ｘ軸とＺ軸は、音響装置６６の表面上に含まれ、Ｙ
軸は音響装置６６の表面に垂直な方向とする。ここで、
ＸＹ平面はＸ軸とＹ軸を含む平面、ＹＺ平面はＹ軸とＺ
軸を含む平面である。
【００１６】マイクロホン１および２は、音響装置６６
の表面のＸ軸上に設置され、マイクロホン３および４
は、音響装置６６の表面のＺ軸上に設置されている。マ
イクロホン１および２と、マイクロホン３および４との
それぞれの中心間隔は１０ｍｍから１００ｍｍの範囲で
選ばれる。
の表面のＸ軸上に設置され、マイクロホン３および４
は、音響装置６６の表面のＺ軸上に設置されている。マ
イクロホン１および２と、マイクロホン３および４との
それぞれの中心間隔は１０ｍｍから１００ｍｍの範囲で
選ばれる。
【００１７】図３において、Δθ１２はマイクロホン１
および２により得られる指向性の角度であり、同様にΔ
θ３４はマイクロホン３および４により得られる指向性
の角度である。
および２により得られる指向性の角度であり、同様にΔ
θ３４はマイクロホン３および４により得られる指向性
の角度である。
【００１８】図４において、θ１２はマイクロホン１お
よび２により得られる指向性の中心方向のＸＹ平面とな
す角度であり、θ３４はマイクロホン３および４により
得られる指向性の中心方向のＹＺ平面となす角度であ
る。
よび２により得られる指向性の中心方向のＸＹ平面とな
す角度であり、θ３４はマイクロホン３および４により
得られる指向性の中心方向のＹＺ平面となす角度であ
る。
【００１９】次に動作について説明する。クロススペク
トルの虚数部Ｉｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝は、周波数ｆ（Ｈ
ｚ）の信号が到来する場合において、マイクロホン１と
２が受音する信号の位相差を表すものである。マイクロ
ホン１および２の特性が同じ場合で位相差が０のとき、
Ｉｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝は０となる。ここで、過渡的な音
の位相差が０ということは、図２において、音源の位置
がＹＺ平面上にあることを示している。そして、位相差
が大きくなるほどＩｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝も大きくなり、
図３において音源の存在する位置がＹＺ平面上に対して
角度Δθ１２の範囲に拡がってくる。
トルの虚数部Ｉｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝は、周波数ｆ（Ｈ
ｚ）の信号が到来する場合において、マイクロホン１と
２が受音する信号の位相差を表すものである。マイクロ
ホン１および２の特性が同じ場合で位相差が０のとき、
Ｉｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝は０となる。ここで、過渡的な音
の位相差が０ということは、図２において、音源の位置
がＹＺ平面上にあることを示している。そして、位相差
が大きくなるほどＩｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝も大きくなり、
図３において音源の存在する位置がＹＺ平面上に対して
角度Δθ１２の範囲に拡がってくる。
【００２０】判定部６１でＩｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝の大き
さにより、所定の周波数帯域毎に（即ち、ｆ（Ｈｚ）毎
に）判定信号Ｗ（ｆ）（０≦Ｗ（ｆ）≦１）の重み付け
量を変え、選択部６２で周波数スペクトルＰ１（ｆ）の
必要な信号を重み付け選択することによって、角度Δθ
１２の範囲にある音源の信号のみを選択できる。つま
り、判定信号Ｗ（ｆ）の重み付け量を変えることによっ
て、指向性の角度Δθ１２を可変にすることができる。
同様にして、クロススペクトルの虚数部Ｉｍ｛Ｇ３４
（ｆ）｝の大きさから判定信号Ｗ（ｆ）を変えることに
よりマイクロホン３、４間の指向性の角度Δθ３４を可
変にすることができる。
さにより、所定の周波数帯域毎に（即ち、ｆ（Ｈｚ）毎
に）判定信号Ｗ（ｆ）（０≦Ｗ（ｆ）≦１）の重み付け
量を変え、選択部６２で周波数スペクトルＰ１（ｆ）の
必要な信号を重み付け選択することによって、角度Δθ
１２の範囲にある音源の信号のみを選択できる。つま
り、判定信号Ｗ（ｆ）の重み付け量を変えることによっ
て、指向性の角度Δθ１２を可変にすることができる。
同様にして、クロススペクトルの虚数部Ｉｍ｛Ｇ３４
（ｆ）｝の大きさから判定信号Ｗ（ｆ）を変えることに
よりマイクロホン３、４間の指向性の角度Δθ３４を可
変にすることができる。
【００２１】このようにして、Ｘ軸上に設置されたマイ
クロホン１、２により任意の角度Δθ１２が得られ、同
様に、Ｚ軸上に設置されたマイクロホン３、４により任
意の角度Δθ３４が得られる。そして、これらの指向性
（角度Δθ１２およびΔθ３４によって表される）を合
成することにより、図３に示すようなＹ軸方向のみの指
向性を持たせることができる。さらに、このような指向
性の角度Δθ１２およびΔθ３４を狭くすることによ
り、鋭い指向性を得ることができ、目的の音源の音のみ
を集音することができる。
クロホン１、２により任意の角度Δθ１２が得られ、同
様に、Ｚ軸上に設置されたマイクロホン３、４により任
意の角度Δθ３４が得られる。そして、これらの指向性
（角度Δθ１２およびΔθ３４によって表される）を合
成することにより、図３に示すようなＹ軸方向のみの指
向性を持たせることができる。さらに、このような指向
性の角度Δθ１２およびΔθ３４を狭くすることによ
り、鋭い指向性を得ることができ、目的の音源の音のみ
を集音することができる。
【００２２】以上、マイクロホンの特性が同じ場合につ
いて説明したが、現実にはマイクロホンの特性を高精度
に揃えるのは難しく、高価になる。そこで、マイクロホ
ン１〜４に同一の信号が入力された場合、フーリエ変換
部３１〜３４の出力端に接続された特性補正部４１〜４
４において、同一の信号が出力されるように周波数帯域
毎に音圧と位相を補正する。このようにして、マイクロ
ホン１〜４の特性のばらつきを補正することができるの
で、マイクロホン１〜４の特性を高精度に揃える必要は
ない。
いて説明したが、現実にはマイクロホンの特性を高精度
に揃えるのは難しく、高価になる。そこで、マイクロホ
ン１〜４に同一の信号が入力された場合、フーリエ変換
部３１〜３４の出力端に接続された特性補正部４１〜４
４において、同一の信号が出力されるように周波数帯域
毎に音圧と位相を補正する。このようにして、マイクロ
ホン１〜４の特性のばらつきを補正することができるの
で、マイクロホン１〜４の特性を高精度に揃える必要は
ない。
【００２３】以上により、図３に示すように、指向性の
中心方向はＹ軸方向となり、Ｙ軸を中心に角度Δθ１
２、Δθ３４の指向性を持つ。ここで、音圧と位相の補
正を変化させると、図４に示すように指向性の中心方向
は、Ｙ軸を中心として角度θ１２、θ３４だけずれる。
即ち、マイクロホンを固定したままで音圧と位相の補正
量により指向性の中心方向を制御することが可能とな
る。
中心方向はＹ軸方向となり、Ｙ軸を中心に角度Δθ１
２、Δθ３４の指向性を持つ。ここで、音圧と位相の補
正を変化させると、図４に示すように指向性の中心方向
は、Ｙ軸を中心として角度θ１２、θ３４だけずれる。
即ち、マイクロホンを固定したままで音圧と位相の補正
量により指向性の中心方向を制御することが可能とな
る。
【００２４】また、上述の実施の形態１では、選択部６
２において周波数スペクトルＰ１（ｆ）を判定信号Ｗ
（ｆ）で選択したが、周波数スペクトルＰ２（ｆ）〜Ｐ
４（ｆ）のいずれを選択してもよく、さらに、周波数ス
ペクトルＰ１（ｆ）〜Ｐ４（ｆ）の合成信号を用いても
同様の効果を得ることができる。
２において周波数スペクトルＰ１（ｆ）を判定信号Ｗ
（ｆ）で選択したが、周波数スペクトルＰ２（ｆ）〜Ｐ
４（ｆ）のいずれを選択してもよく、さらに、周波数ス
ペクトルＰ１（ｆ）〜Ｐ４（ｆ）の合成信号を用いても
同様の効果を得ることができる。
【００２５】また、以上では、クロススペクトルの虚数
部の値に基づいて、判定信号Ｗ（ｆ）を変えることによ
り、マイクロホンの指向性を可変にする場合について説
明を行ったが、この発明は、クロススペクトルの虚数部
の値を用いる場合に限られるものではなく、クロススペ
クトルの虚数部以外の値を用いても同様に実施できるも
のである。また、マイクロホンは圧電形、ムービングコ
イル形、リボン形、コンデンサ形等いずれの形式のマイ
クロホンを用いてもよく、これらのいずれを用いても上
述の場合と同様の効果を得ることができる。
部の値に基づいて、判定信号Ｗ（ｆ）を変えることによ
り、マイクロホンの指向性を可変にする場合について説
明を行ったが、この発明は、クロススペクトルの虚数部
の値を用いる場合に限られるものではなく、クロススペ
クトルの虚数部以外の値を用いても同様に実施できるも
のである。また、マイクロホンは圧電形、ムービングコ
イル形、リボン形、コンデンサ形等いずれの形式のマイ
クロホンを用いてもよく、これらのいずれを用いても上
述の場合と同様の効果を得ることができる。
【００２６】実施の形態２．図５はこの発明の実施の形
態２による音響装置の構成を示すブロック図、図６は音
響装置の斜視図である。図５において、マイクロホン１
〜３の出力がそれぞれ低域通過フィルタ部（ＬＰＦ）１
１〜１３を通過した音圧信号ｐ１（ｔ）〜ｐ３（ｔ）
は、Ａ／Ｄ変換部２１〜２３でそれぞれデジタル信号に
変換され、次にフーリエ変換部（ＤＦＴ）３１〜３３で
離散フーリエ変換された後、特性補正部４１〜４３でそ
れぞれ所定の周波数帯域毎に音圧と位相が補正され、周
波数スペクトルＰ１（ｆ）〜Ｐ３（ｆ）に分解される。
態２による音響装置の構成を示すブロック図、図６は音
響装置の斜視図である。図５において、マイクロホン１
〜３の出力がそれぞれ低域通過フィルタ部（ＬＰＦ）１
１〜１３を通過した音圧信号ｐ１（ｔ）〜ｐ３（ｔ）
は、Ａ／Ｄ変換部２１〜２３でそれぞれデジタル信号に
変換され、次にフーリエ変換部（ＤＦＴ）３１〜３３で
離散フーリエ変換された後、特性補正部４１〜４３でそ
れぞれ所定の周波数帯域毎に音圧と位相が補正され、周
波数スペクトルＰ１（ｆ）〜Ｐ３（ｆ）に分解される。
【００２７】周波数スペクトルＰ１（ｆ）とＰ２（ｆ）
およびＰ１（ｆ）とＰ３（ｆ）は、クロススペクトル演
算部５１、５２で計算され、クロススペクトルの虚数部
Ｉｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝、Ｉｍ｛Ｇ１３（ｆ）｝が得られ
る。このクロススペクトルの虚数部を用いて判定部６１
で重み付けして判定信号を出力し、選択部６２で周波数
スペクトルＰ１（ｆ）を判定信号で重み付け選択する。
選択された周波数スペクトルＰ（ｆ）は逆フーリエ変換
部（ＩＤＦＴ）６３で離散逆フーリエ変換され、次にＤ
／Ａ変換部６４でアナログ信号に変換された音圧信号ｐ
（ｔ）は、必要な周波数帯域のみを通過させるために低
域通過フィルタ部（ＬＰＦ）６５を通して出力される。
およびＰ１（ｆ）とＰ３（ｆ）は、クロススペクトル演
算部５１、５２で計算され、クロススペクトルの虚数部
Ｉｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝、Ｉｍ｛Ｇ１３（ｆ）｝が得られ
る。このクロススペクトルの虚数部を用いて判定部６１
で重み付けして判定信号を出力し、選択部６２で周波数
スペクトルＰ１（ｆ）を判定信号で重み付け選択する。
選択された周波数スペクトルＰ（ｆ）は逆フーリエ変換
部（ＩＤＦＴ）６３で離散逆フーリエ変換され、次にＤ
／Ａ変換部６４でアナログ信号に変換された音圧信号ｐ
（ｔ）は、必要な周波数帯域のみを通過させるために低
域通過フィルタ部（ＬＰＦ）６５を通して出力される。
【００２８】図６において、６６は電話機または無線機
等の音響装置である。音響装置６６に対する直交座標軸
としてのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうち、Ｘ軸とＺ軸は、
音響装置６６の表面上に含まれ、Ｙ軸は音響装置６６の
表面に垂直な方向とする。ここで、ＸＹ平面はＸ軸とＹ
軸を含む平面、ＹＺ平面はＹ軸とＺ軸を含む平面であ
る。マイクロホン１および２は、音響装置６６の表面の
ＸＺ平面上のＸ軸に平行な同一軸上に設置されており、
マイクロホン１および３は、音響装置６６の表面のＸＺ
平面上のＺ軸に平行な同一軸上に設置されている。マイ
クロホン１および２と、マイクロホン１および３とのそ
れぞれの中心間隔は１０ｍｍから１００ｍｍの範囲で選
ばれる。
等の音響装置である。音響装置６６に対する直交座標軸
としてのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうち、Ｘ軸とＺ軸は、
音響装置６６の表面上に含まれ、Ｙ軸は音響装置６６の
表面に垂直な方向とする。ここで、ＸＹ平面はＸ軸とＹ
軸を含む平面、ＹＺ平面はＹ軸とＺ軸を含む平面であ
る。マイクロホン１および２は、音響装置６６の表面の
ＸＺ平面上のＸ軸に平行な同一軸上に設置されており、
マイクロホン１および３は、音響装置６６の表面のＸＺ
平面上のＺ軸に平行な同一軸上に設置されている。マイ
クロホン１および２と、マイクロホン１および３とのそ
れぞれの中心間隔は１０ｍｍから１００ｍｍの範囲で選
ばれる。
【００２９】次に動作について説明する。クロススペク
トルの虚数部Ｉｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝は、到来する信号の
周波数がｆ（Ｈｚ）のときに、マイクロホン１と２が受
音した信号の位相差を表すものである。マイクロホン
１、２の特性が同じ場合で位相差が０のとき、Ｉｍ｛Ｇ
１２（ｆ）｝は０となる。ここで、過渡的な音の位相差
が０ということは図６において、音源の位置がＹＺ平面
上にあることを示している。
トルの虚数部Ｉｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝は、到来する信号の
周波数がｆ（Ｈｚ）のときに、マイクロホン１と２が受
音した信号の位相差を表すものである。マイクロホン
１、２の特性が同じ場合で位相差が０のとき、Ｉｍ｛Ｇ
１２（ｆ）｝は０となる。ここで、過渡的な音の位相差
が０ということは図６において、音源の位置がＹＺ平面
上にあることを示している。
【００３０】そして、実施の形態１と同様に判定部６１
でＩｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝の大きさにより、周波数ｆ毎に
判定信号Ｗ（ｆ）の重み付け量を変え、選択部６２で周
波数スペクトルＰ１（ｆ）の必要な信号を重み付け選択
することによって、ＹＺ平面に対してある角度に拡がっ
た範囲に存在している音源の信号のみを選択することが
できる。つまり、指向性の角度を可変できる。そして、
クロススペクトルの虚数部Ｉｍ｛Ｇ１３（ｆ）｝により
マイクロホン１、３間の指向性の角度を可変にすること
ができ、実施の形態１と同様に任意の指向性を得ること
ができる。
でＩｍ｛Ｇ１２（ｆ）｝の大きさにより、周波数ｆ毎に
判定信号Ｗ（ｆ）の重み付け量を変え、選択部６２で周
波数スペクトルＰ１（ｆ）の必要な信号を重み付け選択
することによって、ＹＺ平面に対してある角度に拡がっ
た範囲に存在している音源の信号のみを選択することが
できる。つまり、指向性の角度を可変できる。そして、
クロススペクトルの虚数部Ｉｍ｛Ｇ１３（ｆ）｝により
マイクロホン１、３間の指向性の角度を可変にすること
ができ、実施の形態１と同様に任意の指向性を得ること
ができる。
【００３１】以上の説明では、マイクロホンは特性が同
じ場合について説明したが、現実にはマイクロホンの特
性を高精度に揃えるのは難しく、かつ高価になる。そこ
で、特性補正部４１〜４３で、マイクロホン１〜３に同
一の信号が入力された場合、同一の信号が出力されるよ
うに周波数帯域毎に音圧と位相を補正する。このように
補正を行うことにより、マイクロホン１〜３の特性は高
精度に揃っている必要はなく、このとき指向性の中心方
向はＹ軸方向となる。また、音圧と位相の補正を変化さ
せると指向性の中心方向はＹ軸からずれる。つまり、マ
イクロホンを固定したままで音圧と位相の補正量により
指向性の中心方向を制御することが可能となる。このよ
うにこの発明の実施の形態２に係る可変指向性マイクロ
ホンシステムを用いた音響装置は、マイクロホンを３個
用いるだけでも実施の形態１と同様の効果を得ることが
できる。
じ場合について説明したが、現実にはマイクロホンの特
性を高精度に揃えるのは難しく、かつ高価になる。そこ
で、特性補正部４１〜４３で、マイクロホン１〜３に同
一の信号が入力された場合、同一の信号が出力されるよ
うに周波数帯域毎に音圧と位相を補正する。このように
補正を行うことにより、マイクロホン１〜３の特性は高
精度に揃っている必要はなく、このとき指向性の中心方
向はＹ軸方向となる。また、音圧と位相の補正を変化さ
せると指向性の中心方向はＹ軸からずれる。つまり、マ
イクロホンを固定したままで音圧と位相の補正量により
指向性の中心方向を制御することが可能となる。このよ
うにこの発明の実施の形態２に係る可変指向性マイクロ
ホンシステムを用いた音響装置は、マイクロホンを３個
用いるだけでも実施の形態１と同様の効果を得ることが
できる。
【００３２】選択部では周波数スペクトルＰ１（ｆ）を
判定信号で選択したが、周波数スペクトルＰ１（ｆ）〜
Ｐ３（ｆ）の合成信号を用いても同様の効果が期待でき
る。
判定信号で選択したが、周波数スペクトルＰ１（ｆ）〜
Ｐ３（ｆ）の合成信号を用いても同様の効果が期待でき
る。
【００３３】マイクロホンは圧電形、ムービングコイル
形、リボン形、コンデンサ形等、どの形式のマイクロホ
ンを用いても同様の効果が得られる。また、この実施の
形態２ではマイクロホンを３個用いた場合について、ま
た、前述の実施の形態１ではマイクロホンを４個用いた
場合について説明を行ったが、マイクロホンは３個以上
であればいくつでもよく、（即ち、３個以上のマイクロ
ホンからの入力信号に基づいて、複数のクロススペクト
ルの虚数部を求めることができるので）上述の実施の形
態１および２の場合と同様の効果を得ることができる。
形、リボン形、コンデンサ形等、どの形式のマイクロホ
ンを用いても同様の効果が得られる。また、この実施の
形態２ではマイクロホンを３個用いた場合について、ま
た、前述の実施の形態１ではマイクロホンを４個用いた
場合について説明を行ったが、マイクロホンは３個以上
であればいくつでもよく、（即ち、３個以上のマイクロ
ホンからの入力信号に基づいて、複数のクロススペクト
ルの虚数部を求めることができるので）上述の実施の形
態１および２の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】この発明の可変指向性マイクロホンシス
テムを用いた音響装置は、３個以上のマイクロホンと、
各マイクロホンによって検出された信号をそれぞれデジ
タル変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部でデジタル
変換されたそれぞれのデジタル信号を、所定の周波数帯
域毎に離散フーリエ変換するフーリエ変換部と、離散フ
ーリエ変換された各信号の特性を所定の周波数帯域毎に
均一化する特性補正部と、特性補正部の出力から複数の
クロススペクトルを求めるクロススペクトル演算部と、
クロススペクトルの値を判定し、マイクロホンが検出し
た信号に所定の周波数帯域毎に重み付けをするための判
定信号を出力する判定部と、判定信号に基づいて、所定
の周波数帯域毎にマイクロホンが検出した信号に重み付
けを行うことにより、判定信号に基づいてマイクロホン
が検出した信号を選択的に出力する選択部と、選択部か
ら出力された信号を離散逆フーリエ変換する逆フーリエ
変換部と、逆フーリエ変換部によって逆フーリエ変換さ
れた信号をアナログ変換するするＤ／Ａ変換部とを備え
るので、所望の音源の信号のみを効率よく集音できる音
響装置を得ることができ、また、高精度に特性がそろえ
られたマイクロホンを用いる必要が無くなり、装置を安
価に提供することができる。
テムを用いた音響装置は、３個以上のマイクロホンと、
各マイクロホンによって検出された信号をそれぞれデジ
タル変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部でデジタル
変換されたそれぞれのデジタル信号を、所定の周波数帯
域毎に離散フーリエ変換するフーリエ変換部と、離散フ
ーリエ変換された各信号の特性を所定の周波数帯域毎に
均一化する特性補正部と、特性補正部の出力から複数の
クロススペクトルを求めるクロススペクトル演算部と、
クロススペクトルの値を判定し、マイクロホンが検出し
た信号に所定の周波数帯域毎に重み付けをするための判
定信号を出力する判定部と、判定信号に基づいて、所定
の周波数帯域毎にマイクロホンが検出した信号に重み付
けを行うことにより、判定信号に基づいてマイクロホン
が検出した信号を選択的に出力する選択部と、選択部か
ら出力された信号を離散逆フーリエ変換する逆フーリエ
変換部と、逆フーリエ変換部によって逆フーリエ変換さ
れた信号をアナログ変換するするＤ／Ａ変換部とを備え
るので、所望の音源の信号のみを効率よく集音できる音
響装置を得ることができ、また、高精度に特性がそろえ
られたマイクロホンを用いる必要が無くなり、装置を安
価に提供することができる。
【００３５】また、上記３個以上のマイクロホンの出力
端に接続された低域通過フィルタ部と、Ｄ／Ａ変換部の
出力端に接続された低域通過フィルタ部とをさらに備え
るので、所望の音源の信号のみを効率よく集音できる音
響装置を得ることができる。
端に接続された低域通過フィルタ部と、Ｄ／Ａ変換部の
出力端に接続された低域通過フィルタ部とをさらに備え
るので、所望の音源の信号のみを効率よく集音できる音
響装置を得ることができる。
【００３６】また、上記判定部でクロススペクトルの値
に基づいて判定信号の信号レベルを制御することによ
り、マイクロホンの指向性を制御することを特徴とする
ので、マイクロホンを固定したままで指向性範囲を制御
できる音響装置を提供することができる。
に基づいて判定信号の信号レベルを制御することによ
り、マイクロホンの指向性を制御することを特徴とする
ので、マイクロホンを固定したままで指向性範囲を制御
できる音響装置を提供することができる。
【００３７】また、上記特性補正部における補正量を変
化させることによって、マイクロホンの指向性を制御す
ることを特徴とするので、マイクロホンを固定したまま
で指向性の方向を制御できる音響装置を提供することが
できる。
化させることによって、マイクロホンの指向性を制御す
ることを特徴とするので、マイクロホンを固定したまま
で指向性の方向を制御できる音響装置を提供することが
できる。
【００３８】さらに、上記音響装置は、電話機または無
線機であることを特徴とするので、所望の音源の信号の
みを効率よく集音できると共に、マイクロホンを固定し
たままで指向性の範囲を制御でき、また、マイクロホン
を固定したままで指向性を制御できる電話機または無線
機を提供することができる。
線機であることを特徴とするので、所望の音源の信号の
みを効率よく集音できると共に、マイクロホンを固定し
たままで指向性の範囲を制御でき、また、マイクロホン
を固定したままで指向性を制御できる電話機または無線
機を提供することができる。
【図１】 この発明の実施の形態１による音響装置の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る音響装置を概
略的に示す斜視図である。
略的に示す斜視図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係る音響装置の指
向性を３次元空間で表した概念図である。
向性を３次元空間で表した概念図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係る音響装置の指
向性を３次元空間で表した概念図である。
向性を３次元空間で表した概念図である。
【図５】 この発明の実施の形態２に係る音響装置の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図６】 この発明の実施の形態２による音響装置の構
成を示す斜視図である。
成を示す斜視図である。
【図７】 従来の音源探査装置を示すブロック図であ
る。
る。
１、２、３、４ マイクロホン、１１、１２、１３、１
４ 低域通過フィルタ部、２１、２２、２３、２４ Ａ
／Ｄ変換部、３１、３２、３３、３４ フーリエ変換
部、４１、４２、４３、４４ 特性補正部、５１、５２
クロススペクトル演算部、６１ 判定部、６２ 選択
部、６３ 逆フーリエ変換部、６４ Ｄ／Ａ変換部、６
５ 低域通過フィルタ部、６６ 音響装置。
４ 低域通過フィルタ部、２１、２２、２３、２４ Ａ
／Ｄ変換部、３１、３２、３３、３４ フーリエ変換
部、４１、４２、４３、４４ 特性補正部、５１、５２
クロススペクトル演算部、６１ 判定部、６２ 選択
部、６３ 逆フーリエ変換部、６４ Ｄ／Ａ変換部、６
５ 低域通過フィルタ部、６６ 音響装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−50014（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−209068（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−83975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−73272（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04R 3/00 320 H04R 1/40 320 G01S 5/18
Claims (5)
- 【請求項１】 ３個以上のマイクロホンと、 上記各マイクロホンによって検出された信号をそれぞれ
デジタル変換するＡ／Ｄ変換部と、 上記Ａ／Ｄ変換部でデジタル変換されたそれぞれのデジ
タル信号を、所定の周波数帯域毎に離散フーリエ変換す
るフーリエ変換部と、 上記離散フーリエ変換された各信号の特性を所定の周波
数帯域毎に均一化する特性補正部と、 上記特性補正部の出力から複数のクロススペクトルを求
めるクロススペクトル演算部と、 上記複数のクロススペクトルの値を判定し、上記マイク
ロホンが検出した信号に上記所定の周波数帯域毎に重み
付けをするための判定信号を出力する判定部と、 当該判定信号に基づいて、上記所定の周波数帯域毎に上
記マイクロホンが検出した信号に重み付けを行うことに
より、上記判定信号に基づいて上記マイクロホンが検出
した信号を選択的に出力する選択部と、 上記選択部から出力された信号を離散逆フーリエ変換す
る逆フーリエ変換部と、 上記逆フーリエ変換部によって逆フーリエ変換された信
号をアナログ変換するするＤ／Ａ変換部とを備える可変
指向性マイクロホンシステムを用いた音響装置。 - 【請求項２】 上記３個以上のマイクロホンの出力端に
接続された低域通過フィルタ部と、 上記Ｄ／Ａ変換部の出力端に接続された低域通過フィル
タ部とをさらに備える請求項１に記載の可変指向性マイ
クロホンシステムを用いた音響装置。 - 【請求項３】 上記判定部で上記クロススペクトルの値
に基づいて上記判定信号の信号レベルを制御することに
より、上記マイクロホンの指向性を制御することを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の可変指向性マイ
クロホンシステムを用いた音響装置。 - 【請求項４】 上記特性補正部における補正量を変化さ
せることによって、上記マイクロホンの指向性を制御す
ることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか
に記載の可変指向性マイクロホンシステムを用いた音響
装置。 - 【請求項５】 上記音響装置は、上記電話機または無線
機であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のい
ずれかに記載の可変指向性マイクロホンシステムを用い
た音響装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8890298A JP3285533B2 (ja) | 1998-04-01 | 1998-04-01 | 可変指向性マイクロホンシステムを用いた音響装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8890298A JP3285533B2 (ja) | 1998-04-01 | 1998-04-01 | 可変指向性マイクロホンシステムを用いた音響装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11289592A JPH11289592A (ja) | 1999-10-19 |
| JP3285533B2 true JP3285533B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=13955894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8890298A Expired - Fee Related JP3285533B2 (ja) | 1998-04-01 | 1998-04-01 | 可変指向性マイクロホンシステムを用いた音響装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3285533B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SG98479A1 (en) * | 2002-03-18 | 2003-09-19 | Sony Electronics Singapore Pte | Methods and devices for preprocessing signals for a loudspeaker |
| JP4873913B2 (ja) * | 2004-12-17 | 2012-02-08 | 学校法人早稲田大学 | 音源分離システムおよび音源分離方法、並びに音響信号取得装置 |
| JP2007096384A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Yamaha Corp | ノイズ除去装置およびノイズ除去プログラム |
| JP5190859B2 (ja) * | 2006-11-17 | 2013-04-24 | 学校法人早稲田大学 | 音源分離装置、音源分離方法、音源分離プログラム及び記録媒体 |
| JP5070993B2 (ja) * | 2007-08-27 | 2012-11-14 | 富士通株式会社 | 音処理装置、位相差補正方法及びコンピュータプログラム |
| JP5368272B2 (ja) * | 2009-11-20 | 2013-12-18 | ジェイ・アール・シー特機株式会社 | 音響信号処理装置 |
| US9973848B2 (en) * | 2011-06-21 | 2018-05-15 | Amazon Technologies, Inc. | Signal-enhancing beamforming in an augmented reality environment |
| JP7040198B2 (ja) * | 2018-03-23 | 2022-03-23 | 沖電気工業株式会社 | 収音装置、プログラム及び方法 |
-
1998
- 1998-04-01 JP JP8890298A patent/JP3285533B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11289592A (ja) | 1999-10-19 |
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