JP3521914B2 - 超指向性マイクロホンアレイ - Google Patents
超指向性マイクロホンアレイInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
- H04R3/005—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones
-
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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- H04R2201/40—Details of arrangements for obtaining desired directional characteristic by combining a number of identical transducers covered by H04R1/40 but not provided for in any of its subgroups
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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-
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R25/00—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception
- H04R25/40—Arrangements for obtaining a desired directivity characteristic
- H04R25/407—Circuits for combining signals of a plurality of transducers
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- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、全体的に、マイクロホン及びマイクロホン
信号の信号強化分野に関し、更に詳細には、テレコンフ
ェレンス用マイクロホンシステムの分野に関する。
信号の信号強化分野に関し、更に詳細には、テレコンフ
ェレンス用マイクロホンシステムの分野に関する。
ノイズ及び反響は、通常、吸音の少ない室内に幾人か
がテーブルの周りの座席を占め、各人が用紙をめくる音
をたてるような場所に設置されたテレコンフェレンス用
システムを持続的に悩ます問題であった。信号強化の従
来の方法はノイズの軽減と反響の消失技法に焦点が絞ら
れた。
がテーブルの周りの座席を占め、各人が用紙をめくる音
をたてるような場所に設置されたテレコンフェレンス用
システムを持続的に悩ます問題であった。信号強化の従
来の方法はノイズの軽減と反響の消失技法に焦点が絞ら
れた。
超指向性アレイ及びその方法は、無線周波数及び水中
探知用として広く使用されてきた。例えば、J.E.Hudson
著「適応アレイ原理」59−69頁、1981年著作権、New Y
ork、TEE.Peter Peregrinisを参照されたい。音波ピッ
クアップへの超指向性の初期応答については、J.Kates
が「補聴器用指向性アレイ」J.Acoust.Soc.Am.、vol.94
（４）、pp.1930−1933年に記述済みである。また、32
帯域システムを用いた実験結果は、J.Katesにより「補
聴器処理の評価」オーディオ及び音響への信号処理の応
用に関する検討会1995年IEEE ASSP、New Paltz,New
Yorkにおいて報告された。超指向性の基礎原理は、H.Co
x等による「実用的な超利得」、IEEE議事録、音響、音
声、信号処理vol.ASSP−34、pp.393−398、1986年６
月、及び、H.Cox.等による「強固な適用ビーム成型」IE
EE議事録、音響、音声、信号処理vol.ASSP−35、pp.136
5−1376、1987年10月において充分に説明されている。
探知用として広く使用されてきた。例えば、J.E.Hudson
著「適応アレイ原理」59−69頁、1981年著作権、New Y
ork、TEE.Peter Peregrinisを参照されたい。音波ピッ
クアップへの超指向性の初期応答については、J.Kates
が「補聴器用指向性アレイ」J.Acoust.Soc.Am.、vol.94
（４）、pp.1930−1933年に記述済みである。また、32
帯域システムを用いた実験結果は、J.Katesにより「補
聴器処理の評価」オーディオ及び音響への信号処理の応
用に関する検討会1995年IEEE ASSP、New Paltz,New
Yorkにおいて報告された。超指向性の基礎原理は、H.Co
x等による「実用的な超利得」、IEEE議事録、音響、音
声、信号処理vol.ASSP−34、pp.393−398、1986年６
月、及び、H.Cox.等による「強固な適用ビーム成型」IE
EE議事録、音響、音声、信号処理vol.ASSP−35、pp.136
5−1376、1987年10月において充分に説明されている。
広い周波数範囲全体に亙りビーム幅の安定度を維持す
るための成果については、M.M.Goodwin等による「一定
幅のビーム形成」IEEE Proc.mt.Conf.音響、音声、及
び、信号処理pp.169−172、1993年４月において検討さ
れ、また、自己操縦マイクロホンアレイについてはW.Ke
llermanにより「自己操縦ディジタルマイクロホンアレ
イ」IEEE Proc.mt.Conf.音響、音声、及び、信号処
理、pp.3581−3584、1991年５月において検討されてい
る。
るための成果については、M.M.Goodwin等による「一定
幅のビーム形成」IEEE Proc.mt.Conf.音響、音声、及
び、信号処理pp.169−172、1993年４月において検討さ
れ、また、自己操縦マイクロホンアレイについてはW.Ke
llermanにより「自己操縦ディジタルマイクロホンアレ
イ」IEEE Proc.mt.Conf.音響、音声、及び、信号処
理、pp.3581−3584、1991年５月において検討されてい
る。
発明の要約
本発明の一態様に基づく指向性マイクロホンアレイ
は、第１のＡ−Ｄ変換器に接続された１個の第１マイク
ロホン、及び、前記第１マイクロホンとインラインかつ
前以て決定済みの距離を保って間隔配置された２個以上
の第２マイクロホンを有する。２個以上の第２マイクロ
ホンは、それぞれ第２マイクロホンの相対位置に関する
前以て決定済みの帯域に制限された各第２マイクロホン
の応答を用いてそれぞれ周波数濾過される。周波数濾過
された第２マイクロホン出力は組合わされ、そして、第
２のＡ−Ｄ変換器に入力される。
は、第１のＡ−Ｄ変換器に接続された１個の第１マイク
ロホン、及び、前記第１マイクロホンとインラインかつ
前以て決定済みの距離を保って間隔配置された２個以上
の第２マイクロホンを有する。２個以上の第２マイクロ
ホンは、それぞれ第２マイクロホンの相対位置に関する
前以て決定済みの帯域に制限された各第２マイクロホン
の応答を用いてそれぞれ周波数濾過される。周波数濾過
された第２マイクロホン出力は組合わされ、そして、第
２のＡ−Ｄ変換器に入力される。
好ましい実施例は、第１マイクロホン信号及び組合わ
された第２マイクロホン信号を受信するためにＡ−Ｄ変
換器の出力に接続された信号プロセッサも有する。信号
プロセッサは、第１および第２マイクロホン信号を複数
の周波数帯域に分割し、各帯域における第１および第２
マイクロホン信号へ重み付けを適用し、そして、各帯域
における第１および第２の重み付けされたマイクロホン
信号を組み合わせる。各帯域からの組合わされた信号を
帯域制限された出力に変換するために、各帯域用シンセ
サイザーが装備される。各シンセサイザーからの出力
は、指向性マイクロホン出力を供給するために組合わさ
れる。
された第２マイクロホン信号を受信するためにＡ−Ｄ変
換器の出力に接続された信号プロセッサも有する。信号
プロセッサは、第１および第２マイクロホン信号を複数
の周波数帯域に分割し、各帯域における第１および第２
マイクロホン信号へ重み付けを適用し、そして、各帯域
における第１および第２の重み付けされたマイクロホン
信号を組み合わせる。各帯域からの組合わされた信号を
帯域制限された出力に変換するために、各帯域用シンセ
サイザーが装備される。各シンセサイザーからの出力
は、指向性マイクロホン出力を供給するために組合わさ
れる。
好ましい実施例は、エコー無効化、ノイズ抑制、自動
利得制御、または、各帯域からの組合わされた信号を合
成に先立って音声圧縮を実施するために、信号プロセッ
サも同様に有する。
利得制御、または、各帯域からの組合わされた信号を合
成に先立って音声圧縮を実施するために、信号プロセッ
サも同様に有する。
本発明の他の態様に基づく操縦可能な超指向性マイク
ロホンアレイは、第１および第２のマイクロホンを有
し、それぞれのマイクロホンは前方指向性レスポンス及
び後方指向性レスポンスを有する。後方指向性レスポン
スは、前方指向性レスポンスに対して前以て決定済みの
関係を持つ。第１及び第２のマイクロホンは、それらの
それぞれのレスポンスが前以て決定済みの軸に対して直
線配置される。第１及び第２のマイクロホンからの信号
を受け取るために、接続されるＡ−Ｄ変換器は、マイク
ロホン信号を代表するディジタル信号を生成する。信号
プロセッサは、各々のディジタル信号を受信し、そし
て、複数の前以て決定済みの周波数帯域に分割し、前以
て決定済みの周波数帯域の各々に関して第１のマイクロ
ホン信号及び第２のマイクロホン信号をそれぞれ生成す
る。各帯域における第１及び第２のマイクロホン信号
は、順方向及び逆方向に関して各々重み付けされる。第
１及び第２の重み付けされた前方向信号は組合わされて
各帯域における前方向信号を形成し、第１及び第２の重
み付けされた後方向信号は組合わされて各帯域における
後方向信号を形成する。方向コントローラは、各帯域に
おける前方向及び後方向信号を受け取り、そして、前以
て決定済みの基準に基づいてソース方向を表す方向を選
定する。選定された方向からの各帯域における信号は出
力され、マイクロホンアレイの方向を操縦する。
ロホンアレイは、第１および第２のマイクロホンを有
し、それぞれのマイクロホンは前方指向性レスポンス及
び後方指向性レスポンスを有する。後方指向性レスポン
スは、前方指向性レスポンスに対して前以て決定済みの
関係を持つ。第１及び第２のマイクロホンは、それらの
それぞれのレスポンスが前以て決定済みの軸に対して直
線配置される。第１及び第２のマイクロホンからの信号
を受け取るために、接続されるＡ−Ｄ変換器は、マイク
ロホン信号を代表するディジタル信号を生成する。信号
プロセッサは、各々のディジタル信号を受信し、そし
て、複数の前以て決定済みの周波数帯域に分割し、前以
て決定済みの周波数帯域の各々に関して第１のマイクロ
ホン信号及び第２のマイクロホン信号をそれぞれ生成す
る。各帯域における第１及び第２のマイクロホン信号
は、順方向及び逆方向に関して各々重み付けされる。第
１及び第２の重み付けされた前方向信号は組合わされて
各帯域における前方向信号を形成し、第１及び第２の重
み付けされた後方向信号は組合わされて各帯域における
後方向信号を形成する。方向コントローラは、各帯域に
おける前方向及び後方向信号を受け取り、そして、前以
て決定済みの基準に基づいてソース方向を表す方向を選
定する。選定された方向からの各帯域における信号は出
力され、マイクロホンアレイの方向を操縦する。
操縦可能なアレイは、同様に、各帯域における選定さ
れた方向からの信号を受け取るために接続された信号プ
ロセッサを有し、そして、エコー無効化、ノイズ抑制、
自動利得制御、或いは、選定済み信号における音声圧縮
を実施する。各帯域からの処理済み信号を帯域制限され
た出力に変えるために、各帯域に関するシンセサイザが
装備される。各シンセサイザーからの出力は、組合わさ
れて、操縦されたマイクロホン出力を供給する。
れた方向からの信号を受け取るために接続された信号プ
ロセッサを有し、そして、エコー無効化、ノイズ抑制、
自動利得制御、或いは、選定済み信号における音声圧縮
を実施する。各帯域からの処理済み信号を帯域制限され
た出力に変えるために、各帯域に関するシンセサイザが
装備される。各シンセサイザーからの出力は、組合わさ
れて、操縦されたマイクロホン出力を供給する。
本発明の他の態様に基づく操縦可能な超指向性マイク
ロホンアレイは複数のマイクロホンを有し、各マイクロ
ホンは前方向レスポンス及び後方向レスポンスを有す
る。マイクロホンは、全体的に、１つのリングにおいて
間隔を保って配置される。複数のマイクロホンの各々１
つから信号を受け取るために接続されたＡ−Ｄ変換器
は、各マイクロホン信号を表わすディジタル信号を生成
する。信号プロセッサは、各マイクロホン信号を表すデ
ィジタル信号を受信し、そして、複数の前以て決定済み
の周波数帯域に分割する。各帯域における各マイクロホ
ン信号は、複数の前以て決定済みのレスポンス方向のそ
れぞれ１つに関して重み付けされる。各レスポンス方向
および各帯域にそれぞれ個別に関して、各マイクロホン
からの重み付けされた信号は、各帯域における方向レス
ポンス信号を形成するために、組み合わされる。方向コ
ントローラは、各帯域における方向レスポンス信号を受
け取り、そして、前以て決定済みの基準に従ってレスポ
ンス方向を選定する。選定済みレスポンス方向に対応す
る各帯域における方向レスポンス信号は、当該マイクロ
ホンアレイの操縦された方向を表す出力を形成するため
に、組合わされる。
ロホンアレイは複数のマイクロホンを有し、各マイクロ
ホンは前方向レスポンス及び後方向レスポンスを有す
る。マイクロホンは、全体的に、１つのリングにおいて
間隔を保って配置される。複数のマイクロホンの各々１
つから信号を受け取るために接続されたＡ−Ｄ変換器
は、各マイクロホン信号を表わすディジタル信号を生成
する。信号プロセッサは、各マイクロホン信号を表すデ
ィジタル信号を受信し、そして、複数の前以て決定済み
の周波数帯域に分割する。各帯域における各マイクロホ
ン信号は、複数の前以て決定済みのレスポンス方向のそ
れぞれ１つに関して重み付けされる。各レスポンス方向
および各帯域にそれぞれ個別に関して、各マイクロホン
からの重み付けされた信号は、各帯域における方向レス
ポンス信号を形成するために、組み合わされる。方向コ
ントローラは、各帯域における方向レスポンス信号を受
け取り、そして、前以て決定済みの基準に従ってレスポ
ンス方向を選定する。選定済みレスポンス方向に対応す
る各帯域における方向レスポンス信号は、当該マイクロ
ホンアレイの操縦された方向を表す出力を形成するため
に、組合わされる。
同様に、操縦可能なアレイは、選定済みレスポンス方
向に対応する各帯域における信号を受け取るように接続
された信号プロセッサを有し、そして、エコー無効化、
ノイズ抑制、自動利得制御、及び、選定済み信号に関す
る音声圧縮を含む１つ又は複数の性能強化信号処理機能
を実施する。各帯域からの処理済み信号を帯域制限され
た出力に変換するために、各帯域に関するシンセサイザ
が装備される。各シンセサイザからの出力は、操縦済み
マイクロホン出力を供給するように組合わせることが可
能である。
向に対応する各帯域における信号を受け取るように接続
された信号プロセッサを有し、そして、エコー無効化、
ノイズ抑制、自動利得制御、及び、選定済み信号に関す
る音声圧縮を含む１つ又は複数の性能強化信号処理機能
を実施する。各帯域からの処理済み信号を帯域制限され
た出力に変換するために、各帯域に関するシンセサイザ
が装備される。各シンセサイザからの出力は、操縦済み
マイクロホン出力を供給するように組合わせることが可
能である。
本発明の他の態様に基づく操縦可能な超指向性マイク
ロホンアレイは、内側リング及び外側リングに配列され
た複数のマイクロホンを有する。各マイクロホンは前方
向及び後方向のレスポンスを有する。内側リングにおけ
るマイクロホンは、それぞれのハイパスフィルタに接続
されたそれぞれ個々の出力を有する。外側リングにおけ
るマイクロホンは、それぞれのローパスフィルタに接続
されたそれぞれ個々の出力を有する。内側リングにおけ
るそれぞれ個別のマイクロホンに関するハイパスフィル
タ出力は、外側リングにおける前以て決定済みのマイク
ロホンに関するローパスフィルタ出力と組合わされる。
組合わされた出力を受け取るように接続されたＡ−Ｄ変
換器は、それぞれ組合わされた出力を表すディジタル信
号を生成する。信号プロセッサは、各マイクロホン信号
を表すディジタル信号を受信し、そして、複数の前以て
決定済みの周波数帯域に分割する。各帯域における各マ
イクロホン信号は、前以て決定済みの複数のレスポンス
方向のそれぞれ１つに関して重み付けされる。各レスポ
ンス方向および各帯域に関して個別に、各マイクロホン
からの重み付けされた信号は、各帯域において方向レス
ポンス信号を形成するように組合わされる。方向コント
ローラは、各帯域における方向レスポンス信号を受信
し、そして、前以て決定済みの基準に従ってレスポンス
方向を選定する。選定されたレスポンス方向に対応する
各帯域における方向レスポンス信号は、当該マイクロホ
ンアレイの操縦された方向を表す出力を形成するよう
に、組合わされる。
ロホンアレイは、内側リング及び外側リングに配列され
た複数のマイクロホンを有する。各マイクロホンは前方
向及び後方向のレスポンスを有する。内側リングにおけ
るマイクロホンは、それぞれのハイパスフィルタに接続
されたそれぞれ個々の出力を有する。外側リングにおけ
るマイクロホンは、それぞれのローパスフィルタに接続
されたそれぞれ個々の出力を有する。内側リングにおけ
るそれぞれ個別のマイクロホンに関するハイパスフィル
タ出力は、外側リングにおける前以て決定済みのマイク
ロホンに関するローパスフィルタ出力と組合わされる。
組合わされた出力を受け取るように接続されたＡ−Ｄ変
換器は、それぞれ組合わされた出力を表すディジタル信
号を生成する。信号プロセッサは、各マイクロホン信号
を表すディジタル信号を受信し、そして、複数の前以て
決定済みの周波数帯域に分割する。各帯域における各マ
イクロホン信号は、前以て決定済みの複数のレスポンス
方向のそれぞれ１つに関して重み付けされる。各レスポ
ンス方向および各帯域に関して個別に、各マイクロホン
からの重み付けされた信号は、各帯域において方向レス
ポンス信号を形成するように組合わされる。方向コント
ローラは、各帯域における方向レスポンス信号を受信
し、そして、前以て決定済みの基準に従ってレスポンス
方向を選定する。選定されたレスポンス方向に対応する
各帯域における方向レスポンス信号は、当該マイクロホ
ンアレイの操縦された方向を表す出力を形成するよう
に、組合わされる。
操縦可能なアレイは、同様に、各帯域における選定さ
れた方向からの信号を受け取るために接続された信号プ
ロセッサを有し、そして、エコー向こう化、ノイズ抑
制、自動利得制御、或いは、選定済み信号における音声
圧縮を実施する。各帯域からの処理済み信号を帯域制限
された出力に変えるために、各帯域に関するシンセサイ
ザが装備される。各シンセサイザーからの出力は、組合
わされて、操縦されたマイクロホン出力を供給する。
れた方向からの信号を受け取るために接続された信号プ
ロセッサを有し、そして、エコー向こう化、ノイズ抑
制、自動利得制御、或いは、選定済み信号における音声
圧縮を実施する。各帯域からの処理済み信号を帯域制限
された出力に変えるために、各帯域に関するシンセサイ
ザが装備される。各シンセサイザーからの出力は、組合
わされて、操縦されたマイクロホン出力を供給する。
本発明の他の態様に基づいてマイクロホンアレイを使
用する方法は、間隔を保って配置された複数のマイクロ
ホンを表すデジタルサンプルを受け取るステップを有す
る。個別に各マイクロホンに関して、１つのサンプルグ
ループが収集され、そして、複数の周波数帯域を有する
周波数領域信号に変換される。個別に各々の周波数帯域
に関して、周波数領域信号は重み付けされ、そして、１
つ又は複数の指向性信号を形成するように組合わされ
る。１つ又は複数の指向性信号のなかの選定された１つ
は、出力として供給される時間領域信号に変換される。
用する方法は、間隔を保って配置された複数のマイクロ
ホンを表すデジタルサンプルを受け取るステップを有す
る。個別に各マイクロホンに関して、１つのサンプルグ
ループが収集され、そして、複数の周波数帯域を有する
周波数領域信号に変換される。個別に各々の周波数帯域
に関して、周波数領域信号は重み付けされ、そして、１
つ又は複数の指向性信号を形成するように組合わされ
る。１つ又は複数の指向性信号のなかの選定された１つ
は、出力として供給される時間領域信号に変換される。
好ましい実施例は、更に、個別に各周波数帯域に関し
て、１つ又は複数の指向性信号の各々のエネルギーを評
価し、そして、前以て決定済みの判定基準を満足させる
指向性信号を出力として選定するステップを有する。エ
コー無効化、ノイズ抑制、自動利得制御、及び、音声圧
縮の諸方法が含まれ、そして、選定された指向性信号に
対して実施される。
て、１つ又は複数の指向性信号の各々のエネルギーを評
価し、そして、前以て決定済みの判定基準を満足させる
指向性信号を出力として選定するステップを有する。エ
コー無効化、ノイズ抑制、自動利得制御、及び、音声圧
縮の諸方法が含まれ、そして、選定された指向性信号に
対して実施される。
本発明の他の態様に基づく信号プロセッサは、間隔を
保って配置された複数のマイクロホンからのマイクロホ
ン信号を受信するための入力を有する。前期入力に接続
された周波数フィルタはマイクロホン信号を受信し、そ
して当該マイクロホンのそれぞれ１つに関する複数の狭
帯域信号を、出力として生成する。周波数フィルタ出力
に接続された重み付け及び加算プロセッサは、２つ以上
の方向に関する複数の狭帯域指向性信号を、出力として
形成する。重み付け及び加算プロセッサに接続された操
舵プロセッサは、狭帯域指向性信号のエネルギーを受け
取り、そして、評価し、次に、前以て決定済みの判定基
準に基づいて出力方向を選定する。出力プロセッサは、
出力方向に関する全帯域指向性出力を生成する。
保って配置された複数のマイクロホンからのマイクロホ
ン信号を受信するための入力を有する。前期入力に接続
された周波数フィルタはマイクロホン信号を受信し、そ
して当該マイクロホンのそれぞれ１つに関する複数の狭
帯域信号を、出力として生成する。周波数フィルタ出力
に接続された重み付け及び加算プロセッサは、２つ以上
の方向に関する複数の狭帯域指向性信号を、出力として
形成する。重み付け及び加算プロセッサに接続された操
舵プロセッサは、狭帯域指向性信号のエネルギーを受け
取り、そして、評価し、次に、前以て決定済みの判定基
準に基づいて出力方向を選定する。出力プロセッサは、
出力方向に関する全帯域指向性出力を生成する。
好ましい実施例は、エコー無効化、ノイズ抑制、自動
利得制御、または、音声圧縮のための少なくとも１つの
プロセスを実施するために重み付け及び加算プロセッサ
と出力プロセッサとの間に接続された信号エンハンサを
有する。好ましい実施例において、操縦プロセッサは、
帯域個数が残りの方向の個数よりも大きく、かつ、前以
て決定済みの数よりも大きい場合において、帯域におけ
る当該方向のエネルギーが残りの方向のエネルギーより
大きく、かつ、前以て決定済みのしきい値より大きいよ
うな方向を決定する。その代りに、一切の方向におい
て、前以て決定済みの数値を越えることがない場合に
は、従来の方向が選定される。
利得制御、または、音声圧縮のための少なくとも１つの
プロセスを実施するために重み付け及び加算プロセッサ
と出力プロセッサとの間に接続された信号エンハンサを
有する。好ましい実施例において、操縦プロセッサは、
帯域個数が残りの方向の個数よりも大きく、かつ、前以
て決定済みの数よりも大きい場合において、帯域におけ
る当該方向のエネルギーが残りの方向のエネルギーより
大きく、かつ、前以て決定済みのしきい値より大きいよ
うな方向を決定する。その代りに、一切の方向におい
て、前以て決定済みの数値を越えることがない場合に
は、従来の方向が選定される。
図面の簡単な説明
図１は、Ａ−Ｄ変換器必要条件が緩和された超指向性
たて型マイクロホンアレイの構成図である。
たて型マイクロホンアレイの構成図である。
図２は、Ａ−Ｄ変換器の必要条件が緩和された超指向
性たて型マイクロホンアレイにおける使用に適した２帯
域アナログフィルタ回路の概略図である。
性たて型マイクロホンアレイにおける使用に適した２帯
域アナログフィルタ回路の概略図である。
図３は、図１の超指向性たて型マイクロホンアレイに
関する信号処理方法の機能構成図である。
関する信号処理方法の機能構成図である。
図４は、操縦可能な超指向性たて型マイクロホンアレ
イの機能構成図である。
イの機能構成図である。
図５は、図４の操縦可能な超指向性たて型マイクロホ
ンアレイとの使用に適した信号処理方法の機能構成図で
ある。
ンアレイとの使用に適した信号処理方法の機能構成図で
ある。
図６は、Ａ−Ｄ変換器必要条件が緩和された操縦可能
な超指向性たて型マイクロホンアレイの機能構成図であ
る。
な超指向性たて型マイクロホンアレイの機能構成図であ
る。
好ましい実施例の説明
図１において、本発明の一態様に従った換算アナログ
ディジタル変換器及び信号処理必要条件を備えたたて型
超指向性マイクロホンアレイを示す。インライン配列さ
れた４個のカージオイドマイクロホン101、102、103、
及び、104はたて型超指向性マイクロホンアレイのエレ
メントを形成する。第２エレメントマイクロホン102、1
03、及び、104は、第１エレメントマイクロホン101から
それぞれ固定した距離d1、d2、及び、d3を保って間隔配
置される。各第２エレメントマイクロホン102、103、及
び、104の出力は、マイクロホン101からのそれぞれの間
隔に応じた周波数範囲に帯域制限される。
ディジタル変換器及び信号処理必要条件を備えたたて型
超指向性マイクロホンアレイを示す。インライン配列さ
れた４個のカージオイドマイクロホン101、102、103、
及び、104はたて型超指向性マイクロホンアレイのエレ
メントを形成する。第２エレメントマイクロホン102、1
03、及び、104は、第１エレメントマイクロホン101から
それぞれ固定した距離d1、d2、及び、d3を保って間隔配
置される。各第２エレメントマイクロホン102、103、及
び、104の出力は、マイクロホン101からのそれぞれの間
隔に応じた周波数範囲に帯域制限される。
最大利得を得るためには、各第２エレメントマイクロ
ホンは、第１エレメントマイクロホンから理想的に1/4
波長の間隔を保たねばならない。各第２エレメントマイ
クロホンは周波数範囲に応答するので、全ての周波数に
関して厳密な波長間隔保持を満足させることができな
い。マイクロホンを追加すること、及び、周波数帯域を
更に狭くすることによって性能を高くすることは、その
ために追加した部品の追加コストによって相殺される。
各第２エレメントマイクロホンと第１エレメントマイク
ロホンとの距離を1/8から1/2波長までの間に間隔保持す
ることによって良好な性能を得ることが可能である。
ホンは、第１エレメントマイクロホンから理想的に1/4
波長の間隔を保たねばならない。各第２エレメントマイ
クロホンは周波数範囲に応答するので、全ての周波数に
関して厳密な波長間隔保持を満足させることができな
い。マイクロホンを追加すること、及び、周波数帯域を
更に狭くすることによって性能を高くすることは、その
ために追加した部品の追加コストによって相殺される。
各第２エレメントマイクロホンと第１エレメントマイク
ロホンとの距離を1/8から1/2波長までの間に間隔保持す
ることによって良好な性能を得ることが可能である。
図１の例において、オーディオスペクトルは３つの帯
域、即ち、０−750Hz、750−2000Hz、及び、2KHzを超
過、に分割される。第１エレメントからの第２エレメン
トマイクロホン間隔が1/2波長を超過しないことを保証
するためには、保持間隔を決定するために当該帯域にお
ける最高周波数を使用するこができる。図１の例におい
て、マイクロホン104は、高い方の周波数カットオフが7
50Hzであるローパスフィルタ114によって濾波される。
従って、マイクロホン104は、第１エレメントマイクロ
ホン101から750Hzの波長の1/2の距離に間隔配置され
る。空気中における750Hz音響信号の波長は約18.05イン
チであるので、マイクロホン104は、マイクロホン101か
ら9.03インチの距離に間隔配置される。同様に、マイク
ロホン103は、750−2000Hzバンドパスフィルタ113によ
って濾波され、従って、その2KHzカットオフに対応して
マイクロホン101から3.385インチの距離に間隔配置され
る。マイクロホン102は、低い方の周波数カットオフが2
KHzであるようなハイパスフィルタ112によって濾波され
る。マイクロホン102は、マイクロホン101から1.27イン
チの距離に間隔配置され、2.7KHzの周波数において理想
的な1/4波長間隔を提供し、5.3KHzの周波数において最
悪の場合として1/2波長間隔を提供する。
域、即ち、０−750Hz、750−2000Hz、及び、2KHzを超
過、に分割される。第１エレメントからの第２エレメン
トマイクロホン間隔が1/2波長を超過しないことを保証
するためには、保持間隔を決定するために当該帯域にお
ける最高周波数を使用するこができる。図１の例におい
て、マイクロホン104は、高い方の周波数カットオフが7
50Hzであるローパスフィルタ114によって濾波される。
従って、マイクロホン104は、第１エレメントマイクロ
ホン101から750Hzの波長の1/2の距離に間隔配置され
る。空気中における750Hz音響信号の波長は約18.05イン
チであるので、マイクロホン104は、マイクロホン101か
ら9.03インチの距離に間隔配置される。同様に、マイク
ロホン103は、750−2000Hzバンドパスフィルタ113によ
って濾波され、従って、その2KHzカットオフに対応して
マイクロホン101から3.385インチの距離に間隔配置され
る。マイクロホン102は、低い方の周波数カットオフが2
KHzであるようなハイパスフィルタ112によって濾波され
る。マイクロホン102は、マイクロホン101から1.27イン
チの距離に間隔配置され、2.7KHzの周波数において理想
的な1/4波長間隔を提供し、5.3KHzの周波数において最
悪の場合として1/2波長間隔を提供する。
３つのフィルタ出力は、ノード115において組合わさ
れて、合成第２エレメントマイクロホン信号が形成さ
れ、そして、ステレオアナログディジタル変換器（「A/
D」）120の右チャネルによってデジタル値に変換され
る。マイクロホン101からの全帯域幅信号は、A/D 120
の左チャネルによってデジタル値に変換される。A/D 1
20は、更に各入力にアンチエイリアース化フィルタ（図
示せず）を有する。A/D 120の出力は、ディジタル信号
プロセッサ（「DSP」）130に供給される。DSP 130は、
以下に図３を参照しながら更に詳細に説明される超指向
性最適化方法を実施する。
れて、合成第２エレメントマイクロホン信号が形成さ
れ、そして、ステレオアナログディジタル変換器（「A/
D」）120の右チャネルによってデジタル値に変換され
る。マイクロホン101からの全帯域幅信号は、A/D 120
の左チャネルによってデジタル値に変換される。A/D 1
20は、更に各入力にアンチエイリアース化フィルタ（図
示せず）を有する。A/D 120の出力は、ディジタル信号
プロセッサ（「DSP」）130に供給される。DSP 130は、
以下に図３を参照しながら更に詳細に説明される超指向
性最適化方法を実施する。
図１の構成において、マイクロホン104と01は低周波
信号（０−750Hz）のための２エレメント超指向性アレ
イを形成する。同様に、マイクロホン対103と101、及
び、102と101は、それぞれ、中帯域（750−2000Hz）、
及び、高帯域（＞2000Hz）信号用の２エレメント超指向
性アレイを形成する。従って、図１のアレイは周波数が
減少するにつれて見掛けのエレメント間隔が増加する２
エレメントアレイを意味する。図１のアレイによって提
供される広帯域SN比性能は、従来型の２エレメントアレ
イよりも更に改良される。ただし、全ての第２エレメン
トマイクロホンのために１つの単一A/Dチャネルを使用
することによって、３個以上のエレメントアレイのコス
トは避けられる。DSP 130は、各マイクロホンに関する
１つのチャネルでなく２つのデータチャネルだけのを分
析が必要であり、従って、３又はそれ以上のエレメント
の１つのアレイと比較して更にコストを節減可能にす
る。
信号（０−750Hz）のための２エレメント超指向性アレ
イを形成する。同様に、マイクロホン対103と101、及
び、102と101は、それぞれ、中帯域（750−2000Hz）、
及び、高帯域（＞2000Hz）信号用の２エレメント超指向
性アレイを形成する。従って、図１のアレイは周波数が
減少するにつれて見掛けのエレメント間隔が増加する２
エレメントアレイを意味する。図１のアレイによって提
供される広帯域SN比性能は、従来型の２エレメントアレ
イよりも更に改良される。ただし、全ての第２エレメン
トマイクロホンのために１つの単一A/Dチャネルを使用
することによって、３個以上のエレメントアレイのコス
トは避けられる。DSP 130は、各マイクロホンに関する
１つのチャネルでなく２つのデータチャネルだけのを分
析が必要であり、従って、３又はそれ以上のエレメント
の１つのアレイと比較して更にコストを節減可能にす
る。
ディジタル信号プロセッサ130によって実施される超
指向性解析の信号処理の機能ブロックダイアグラムを図
３に示す。幾つかのバンドパスフィルタを含むフィルタ
バンク310は、各々の全帯域マイクロホン信号を複数の
狭帯域信号に分割する。狭帯域信号の帯域幅は、一般
に、それらの中心周波数の３分の１未満である。同様
に、各バンドパスフィルタの出力もダウンサンプル可能
である。図３の例において、２つのマイクロホンチャネ
ルの各々に関して幾つかのバンドパスフィルタ310を示
す。左チャネルへ接続されたマイクロホン101からの信
号は、フィルタFL1、FL2、...、FL256により狭帯域信号
L1、L2、...、L256に分割される。右チャネルへ接続さ
れた第２エレメントマイクロホン102、103、104からの
信号は、フィルタFR1、FR2、...、FR256によって、狭帯
域信号R1、R2、...R256に分割される。
指向性解析の信号処理の機能ブロックダイアグラムを図
３に示す。幾つかのバンドパスフィルタを含むフィルタ
バンク310は、各々の全帯域マイクロホン信号を複数の
狭帯域信号に分割する。狭帯域信号の帯域幅は、一般
に、それらの中心周波数の３分の１未満である。同様
に、各バンドパスフィルタの出力もダウンサンプル可能
である。図３の例において、２つのマイクロホンチャネ
ルの各々に関して幾つかのバンドパスフィルタ310を示
す。左チャネルへ接続されたマイクロホン101からの信
号は、フィルタFL1、FL2、...、FL256により狭帯域信号
L1、L2、...、L256に分割される。右チャネルへ接続さ
れた第２エレメントマイクロホン102、103、104からの
信号は、フィルタFR1、FR2、...、FR256によって、狭帯
域信号R1、R2、...R256に分割される。
フィルタ310の狭い帯域解析を実施するためには高速
フーリェ変換を用いることが好ましい。好ましい一実施
例において、各A/Dチャネルからの512サンプルから成る
グループに関して512ポイント点FFTが実施され、それに
よって、各々の全帯域信号を256周波数帯域に分割す
る。図１のA/D 120は、16KHzのサンプルレートで作動
し、０から8KHzまでの範囲に亙って帯域幅31.25Hzの256
個の周波数帯域を生成可能である。２倍のオーバーサン
プリングが用いられる場合には、各チャネルに関して16
ミリセカンド毎に１回の、FFTが実施される。
フーリェ変換を用いることが好ましい。好ましい一実施
例において、各A/Dチャネルからの512サンプルから成る
グループに関して512ポイント点FFTが実施され、それに
よって、各々の全帯域信号を256周波数帯域に分割す
る。図１のA/D 120は、16KHzのサンプルレートで作動
し、０から8KHzまでの範囲に亙って帯域幅31.25Hzの256
個の周波数帯域を生成可能である。２倍のオーバーサン
プリングが用いられる場合には、各チャネルに関して16
ミリセカンド毎に１回の、FFTが実施される。
各周波数帯域に関して別々に、マイクロホン信号は、
SN比を最大化するように選定された複素ウエイトと線形
的に組合わされ、その結合として線形組合わせから該当
する帯域が得られる。Ｎエレメントたて型超指向性アレ
イにおける最適タップウエイトに関する周知の一般解は
次方程式１によって与えられる。
SN比を最大化するように選定された複素ウエイトと線形
的に組合わされ、その結合として線形組合わせから該当
する帯域が得られる。Ｎエレメントたて型超指向性アレ
イにおける最適タップウエイトに関する周知の一般解は
次方程式１によって与えられる。
方程式１において、ｄはソース信号がＮマイクロホンエ
レメントをヒットする際の当該ソース信号の振幅と位相
とに対応する複素数で構成されるカラムベクトルであ
り、Ｑは、Ｎエレメント間のノイズ相互相関を与えるNx
Nノイズ複素相互スペクトルマトリックスであり、ａは
当該帯域に関して最大のSN比が得られるような特定の帯
域におけるＮマイクロホン信号の最適線形組合わせに関
するＮ複素タップウエイトの結果として得られるカラム
ベクトル（例えば、図３におけるA1、A2）である。解析
的には２エレメントアレイである図１におけるアレイに
関して、Ｎは２である。実際には、Ｑのためのｍ、ｎエ
ントリは、マイクロホンエレメントｍからの一連の複素
ノイズサンプルと、同一帯域に関するマイクロホンエレ
メントｎからの一連の時間同期的複素ノイズサンプルと
のドット積を求めることによって推定可能である。直観
的に、ウエイトに関する方程式１の解は、SN比を最大に
するための整合済みフィルタが後続する白色化フィルタ
の古典的一次元解の多次元拡張とみなすことが可能であ
る。
レメントをヒットする際の当該ソース信号の振幅と位相
とに対応する複素数で構成されるカラムベクトルであ
り、Ｑは、Ｎエレメント間のノイズ相互相関を与えるNx
Nノイズ複素相互スペクトルマトリックスであり、ａは
当該帯域に関して最大のSN比が得られるような特定の帯
域におけるＮマイクロホン信号の最適線形組合わせに関
するＮ複素タップウエイトの結果として得られるカラム
ベクトル（例えば、図３におけるA1、A2）である。解析
的には２エレメントアレイである図１におけるアレイに
関して、Ｎは２である。実際には、Ｑのためのｍ、ｎエ
ントリは、マイクロホンエレメントｍからの一連の複素
ノイズサンプルと、同一帯域に関するマイクロホンエレ
メントｎからの一連の時間同期的複素ノイズサンプルと
のドット積を求めることによって推定可能である。直観
的に、ウエイトに関する方程式１の解は、SN比を最大に
するための整合済みフィルタが後続する白色化フィルタ
の古典的一次元解の多次元拡張とみなすことが可能であ
る。
相互スペクトル相関マトリックスを推定するための手
順は、信号を含まないデータに基づかなければならな
い。例えばオーバーヘッドプロジェクタ又はエアコンデ
ィショナの電源の入れ切りが行われるようにノイズは変
動可能であるので、結果として得られるタップと共にマ
トリックスが連続的に再計算されることが望ましい。19
95年３月13日提出、共同譲渡済み「音声強化のための暗
騒音の減少」と題する同時係属出願第08/402,550号に記
載されているように、信号のエネルギとスペクトルの両
方が一定である時を検出するために、静止検出器が使用
可能である。信号が十分に長い期間、一般に、２秒間に
亙り一定である場合には、相互スペクトル相関マトリッ
クスを求めるために当該データが使用され、ウエイトが
計算される。
順は、信号を含まないデータに基づかなければならな
い。例えばオーバーヘッドプロジェクタ又はエアコンデ
ィショナの電源の入れ切りが行われるようにノイズは変
動可能であるので、結果として得られるタップと共にマ
トリックスが連続的に再計算されることが望ましい。19
95年３月13日提出、共同譲渡済み「音声強化のための暗
騒音の減少」と題する同時係属出願第08/402,550号に記
載されているように、信号のエネルギとスペクトルの両
方が一定である時を検出するために、静止検出器が使用
可能である。信号が十分に長い期間、一般に、２秒間に
亙り一定である場合には、相互スペクトル相関マトリッ
クスを求めるために当該データが使用され、ウエイトが
計算される。
信号ベクトルｄを推定するための手順としては、マイ
クロホンアレイを無響室内に置き、白色雑音ソースを遠
方場内における仮定した白色雑音ソースが所在する方位
角度に向け、各帯域内において、当該信号がマイクロホ
ンエレメントをヒットする場合の振幅及び位相の差を測
定する。図１及び２のマイクロホンアレイのための仮定
ソースは、４個のマイクロホンを通過する軸上の、第１
エレメントマイクロホン101に最も近い端部に配置され
る。
クロホンアレイを無響室内に置き、白色雑音ソースを遠
方場内における仮定した白色雑音ソースが所在する方位
角度に向け、各帯域内において、当該信号がマイクロホ
ンエレメントをヒットする場合の振幅及び位相の差を測
定する。図１及び２のマイクロホンアレイのための仮定
ソースは、４個のマイクロホンを通過する軸上の、第１
エレメントマイクロホン101に最も近い端部に配置され
る。
図３に示すように、例えば、L1、R1のような各帯域に
対する左および右チャネルの狭い帯域信号は、それぞ
れ、例えば、A1、A2のような複素タップウエイトを用い
て、例えば、ML1、MR1のような乗算器320によって重み
付けされる。重み付けされた狭帯域信号の和は、各周波
数帯域に対する最適化された狭帯域信号、例えばSAを生
成するために、例えば加算器330、331によって求められ
る。各周波数帯域に関する最適化された狭帯域信号は時
間領域に合成され、バンドパス濾波され、次に、加算器
350によって組合わされて、マイクロホンアレイを形成
する。マイクロホンアレイ出力を形成するように、最適
化済み狭帯域信号に関してウィンドウ機能によって後続
される逆FFTが実施されることが好ましい。
対する左および右チャネルの狭い帯域信号は、それぞ
れ、例えば、A1、A2のような複素タップウエイトを用い
て、例えば、ML1、MR1のような乗算器320によって重み
付けされる。重み付けされた狭帯域信号の和は、各周波
数帯域に対する最適化された狭帯域信号、例えばSAを生
成するために、例えば加算器330、331によって求められ
る。各周波数帯域に関する最適化された狭帯域信号は時
間領域に合成され、バンドパス濾波され、次に、加算器
350によって組合わされて、マイクロホンアレイを形成
する。マイクロホンアレイ出力を形成するように、最適
化済み狭帯域信号に関してウィンドウ機能によって後続
される逆FFTが実施されることが好ましい。
その代りに、種々の信号強化プロセスを、信号プロセ
ッサにおいて組み込むことが可能である。例えば、エコ
ーの無効化、ノイズの抑制、自動利得制御、及び、通話
圧縮を、逆FFTが実施される以前に、最適化済み狭帯域
信号に実施可能であり、それによって、追加された計算
的必要条件及び第２バンドパス解析の遅延が回避され
る。エコー無効化は、「複数の信号帯域幅においてエコ
ーを減少または除去するための手段を備える適応音波エ
コーキャンセラ」と題する米国特許第5,305,307号、及
び、「拡声器とマイクロホンとの間で音響フィードバッ
クのレベルを推定するための方法及び装置」と題する米
国特許第5,263,019号に開示済みである。ノイズ抑制
は、1995年３月13日に提示済みの「通話強化のための暗
騒音の減少」と題する同時係属出願通し番号08/402,550
において開示される。自動利得制御は、1995年５月４日
に提出された「音声作動化された自動利得制御」と題す
る同時係属出願第08/434,798号に開示済みである。音声
圧縮は、「可変ビットレート通話エンコーダ」と題する
米国特許第5,317,672号に開示済みである。これらの全
ては本出願と共に共通譲渡済みである。
ッサにおいて組み込むことが可能である。例えば、エコ
ーの無効化、ノイズの抑制、自動利得制御、及び、通話
圧縮を、逆FFTが実施される以前に、最適化済み狭帯域
信号に実施可能であり、それによって、追加された計算
的必要条件及び第２バンドパス解析の遅延が回避され
る。エコー無効化は、「複数の信号帯域幅においてエコ
ーを減少または除去するための手段を備える適応音波エ
コーキャンセラ」と題する米国特許第5,305,307号、及
び、「拡声器とマイクロホンとの間で音響フィードバッ
クのレベルを推定するための方法及び装置」と題する米
国特許第5,263,019号に開示済みである。ノイズ抑制
は、1995年３月13日に提示済みの「通話強化のための暗
騒音の減少」と題する同時係属出願通し番号08/402,550
において開示される。自動利得制御は、1995年５月４日
に提出された「音声作動化された自動利得制御」と題す
る同時係属出願第08/434,798号に開示済みである。音声
圧縮は、「可変ビットレート通話エンコーダ」と題する
米国特許第5,317,672号に開示済みである。これらの全
ては本出願と共に共通譲渡済みである。
本発明の３マイクロホン原型の一実施例のためのアナ
ログ回路を図２に示す。マイクロホン201及び202は、2,
368KHz以上の周波数のための２エレメントアレイを形成
し、マイクロホン204及び201は、2KHz以下の周波数のた
めの２エレメントアレイを形成する。ローパスフィルタ
214及びハイパスフィルタ212は、それぞれマイクロホン
204及び202を帯域制限する。フィルタ出力は、増幅器A5
によって組合わされ、そして、ステレオＡ−Ｄ変換器
（図示せず）の右チャネルに供給される。図１の例の場
合と同様に、第１エレメント（フロント）マイクロホン
201からの全帯域信号が増幅され、そして、Ａ−Ｄ変換
器の左チャネルに供給される。
ログ回路を図２に示す。マイクロホン201及び202は、2,
368KHz以上の周波数のための２エレメントアレイを形成
し、マイクロホン204及び201は、2KHz以下の周波数のた
めの２エレメントアレイを形成する。ローパスフィルタ
214及びハイパスフィルタ212は、それぞれマイクロホン
204及び202を帯域制限する。フィルタ出力は、増幅器A5
によって組合わされ、そして、ステレオＡ−Ｄ変換器
（図示せず）の右チャネルに供給される。図１の例の場
合と同様に、第１エレメント（フロント）マイクロホン
201からの全帯域信号が増幅され、そして、Ａ−Ｄ変換
器の左チャネルに供給される。
代替実施例は、間隔配置され、周波数濾波され、そし
て、３、４、等々のエレメント超指向性アレイにおい
て、第３、第４、等々のエレメントとして接続されたバ
ンドパス済みマイクロホンの追加グループを含むことが
可能である。
て、３、４、等々のエレメント超指向性アレイにおい
て、第３、第４、等々のエレメントとして接続されたバ
ンドパス済みマイクロホンの追加グループを含むことが
可能である。
操縦可能超指向性アレイ
４マイクロホン操縦可能超指向性マイクロホンアレイ
を図４に示す。ダイポールマイクロホン411（MIC
１）、412（MIC ２）、421（MIC ３）、及び、422（M
IC ４）はそれぞれ８字型２方向応答特性を有する。マ
イクロホン411及び412を有するアレイ410は２エレメン
トたて型アレイであり、北及び南方向に超指向利得を提
供する。同様に、マイクロホン421及び422は２エレメン
トたて型アレイ420を形成し、東及び西方向に超指向利
得を提供する。超指向利得の追加的４方向は、仮想ダイ
ポールを形成するようにマイクロホン出力を合計するこ
とによって獲得可能である。例えば、北東の軸上の仮想
ダイポールマイクロホンは、マイクロホン411と421の出
力を加えることによって得られる。北東及び南西方向に
おける２エレメントたて型アレイは、マイクロホン411
及び421を結合することによって第１エレメントとして
仮想ダイポールを有し、第２エレメントとして、マイク
ロホン412及び422を結合することによって形成される仮
想ダイポールを有する。同様に、マイクロホン411と42
2、及び、マイクロホン412と421は、北西及び南東方向
における仮想たて型アレイを形成するように結合可能で
ある。マイクロホン出力を結合および解析するための方
法については以下に更に詳細に検討することとする。こ
こでは、良く整合のとれたマイクロホンに関しては、マ
イクロホンの出力を一緒に加算して仮想ダイポール信号
を形成可能であることに言及するにとどめる。ただし、
以下に述べるように、複素ウエイトは各方向に関して導
出することが好ましい。
を図４に示す。ダイポールマイクロホン411（MIC
１）、412（MIC ２）、421（MIC ３）、及び、422（M
IC ４）はそれぞれ８字型２方向応答特性を有する。マ
イクロホン411及び412を有するアレイ410は２エレメン
トたて型アレイであり、北及び南方向に超指向利得を提
供する。同様に、マイクロホン421及び422は２エレメン
トたて型アレイ420を形成し、東及び西方向に超指向利
得を提供する。超指向利得の追加的４方向は、仮想ダイ
ポールを形成するようにマイクロホン出力を合計するこ
とによって獲得可能である。例えば、北東の軸上の仮想
ダイポールマイクロホンは、マイクロホン411と421の出
力を加えることによって得られる。北東及び南西方向に
おける２エレメントたて型アレイは、マイクロホン411
及び421を結合することによって第１エレメントとして
仮想ダイポールを有し、第２エレメントとして、マイク
ロホン412及び422を結合することによって形成される仮
想ダイポールを有する。同様に、マイクロホン411と42
2、及び、マイクロホン412と421は、北西及び南東方向
における仮想たて型アレイを形成するように結合可能で
ある。マイクロホン出力を結合および解析するための方
法については以下に更に詳細に検討することとする。こ
こでは、良く整合のとれたマイクロホンに関しては、マ
イクロホンの出力を一緒に加算して仮想ダイポール信号
を形成可能であることに言及するにとどめる。ただし、
以下に述べるように、複素ウエイトは各方向に関して導
出することが好ましい。
各マイクロホン出力は、ステレオA/Dコンバータの１
つのチャネルに供給され、デジタルサンプルチャネル４
個を生成する。A/Dコンバータは、16KHzサンプリングレ
ートで作動し、そして、内部アンチエイリアースフィル
タを装備することが好ましい。ディジタル信号プロセッ
サ500は、図３に関連して既に記述した場合と同様の方
法において超指向性解析および信号強化を実施する。以
下に更に詳細に説明するように、マイクロホンアレイの
方向性制御もDSP500によって実施される。好ましい一実
施例においては、Texas Instruments Inc.から入手可
能なTMS320C31ディジタル信号プロセッサチップがDSP50
0用に用いられる。
つのチャネルに供給され、デジタルサンプルチャネル４
個を生成する。A/Dコンバータは、16KHzサンプリングレ
ートで作動し、そして、内部アンチエイリアースフィル
タを装備することが好ましい。ディジタル信号プロセッ
サ500は、図３に関連して既に記述した場合と同様の方
法において超指向性解析および信号強化を実施する。以
下に更に詳細に説明するように、マイクロホンアレイの
方向性制御もDSP500によって実施される。好ましい一実
施例においては、Texas Instruments Inc.から入手可
能なTMS320C31ディジタル信号プロセッサチップがDSP50
0用に用いられる。
プロセッサ500によって実施されるプロセスステップ
の機能ブロックダイアグラムを図５に示す。４チャネル
A/Dデジタル出力は各チャネルにおいてウィンドウ機能5
10を実施するDSP500によって受信される。50％重なり合
ったハミングウィンドウが好ましいが、FFT処理のため
にA/Dコンバータからデータサンプルを収集するために
は、他の適当なウィンドウ機能が使用可能である。
の機能ブロックダイアグラムを図５に示す。４チャネル
A/Dデジタル出力は各チャネルにおいてウィンドウ機能5
10を実施するDSP500によって受信される。50％重なり合
ったハミングウィンドウが好ましいが、FFT処理のため
にA/Dコンバータからデータサンプルを収集するために
は、他の適当なウィンドウ機能が使用可能である。
図５におけるFFTプロセス520は、各チャネルからウィ
ンドウされたデータに関して実施される。512ポイント
点FFTを用いて、１から256までの番号を付けることが可
能な256周波数帯域を生成することが好ましい。FFT機能
ブロックは、各々の256周波数帯域における４個のA/Dチ
ャネル各々に関する複素数値を生成する。一例としてMI
C1を用いることにより、FFTの結果として、１から256ま
での番号を付けることのできる256周波数帯域の各々に
おいて１つの複素MIC1値が生成される。
ンドウされたデータに関して実施される。512ポイント
点FFTを用いて、１から256までの番号を付けることが可
能な256周波数帯域を生成することが好ましい。FFT機能
ブロックは、各々の256周波数帯域における４個のA/Dチ
ャネル各々に関する複素数値を生成する。一例としてMI
C1を用いることにより、FFTの結果として、１から256ま
での番号を付けることのできる256周波数帯域の各々に
おいて１つの複素MIC1値が生成される。
FFTの結果は、機能ブロック530においてタップウエイ
トが乗じられる。最適タップウエイトに関する一般解に
ついては、上に図３に関連して検討されている。ただ
し、図４の操縦可能な超指向性アレイの場合には、信号
ベクトルｄは、８つの方向の各々に関して用測定され
る。図４のマイクロホンアレイに関する８つの操縦可能
な方向をサポートするために、256個の周波数帯域の各
々における４個のA/Dチャネルの各々に関して８個の複
素タップウエイトが用いられる。従って、４個のマイク
ロホンの各々からの８個の重み付けされた方向性信号
が、機能ブロック530において、256個の周波数帯域の各
々において計算される。一例としてMIC1及び周波数帯域
１を用いることとし、周波数帯域１におけるMIC1北、北
東、東、南東、南、南西、西、及び、北西の値は、周波
数帯域１のそれぞれ８個の方向性タップウエイトを周波
数帯域１に関するMIC1値に乗じることによって計算され
る。
トが乗じられる。最適タップウエイトに関する一般解に
ついては、上に図３に関連して検討されている。ただ
し、図４の操縦可能な超指向性アレイの場合には、信号
ベクトルｄは、８つの方向の各々に関して用測定され
る。図４のマイクロホンアレイに関する８つの操縦可能
な方向をサポートするために、256個の周波数帯域の各
々における４個のA/Dチャネルの各々に関して８個の複
素タップウエイトが用いられる。従って、４個のマイク
ロホンの各々からの８個の重み付けされた方向性信号
が、機能ブロック530において、256個の周波数帯域の各
々において計算される。一例としてMIC1及び周波数帯域
１を用いることとし、周波数帯域１におけるMIC1北、北
東、東、南東、南、南西、西、及び、北西の値は、周波
数帯域１のそれぞれ８個の方向性タップウエイトを周波
数帯域１に関するMIC1値に乗じることによって計算され
る。
図５における加算ブロック540は、256周波数帯域の各
々における８個の方向性信号の導出を表す。各帯域にお
ける各マイクロホンからの重み付けされたそれぞれの方
向性信号は、方向性信号を形成するために合計される。
例えば、周波数帯域１における４個のマイクロホンの各
々からの重み付けされた北東信号は、周波数帯域１にお
ける北東方向性信号を形成するために加算される。同様
の合計値は、256個の周波数帯域の各々における８方向
の各々に関して算定される。
々における８個の方向性信号の導出を表す。各帯域にお
ける各マイクロホンからの重み付けされたそれぞれの方
向性信号は、方向性信号を形成するために合計される。
例えば、周波数帯域１における４個のマイクロホンの各
々からの重み付けされた北東信号は、周波数帯域１にお
ける北東方向性信号を形成するために加算される。同様
の合計値は、256個の周波数帯域の各々における８方向
の各々に関して算定される。
方向性制御ブロック550は、操縦可能なアレイによる
出力に関する８方向のうちの１つを選定する。これを実
施するためには、256個の周波数帯域の各々における８
方向各々に関する伝播ピークエネルギーが、方程式２に
従って計算される。
出力に関する８方向のうちの１つを選定する。これを実
施するためには、256個の周波数帯域の各々における８
方向各々に関する伝播ピークエネルギーが、方程式２に
従って計算される。
方程式２において、ｋは周波数帯域（１−256）をイン
デックスし、ｄは方向（１−８）をインデックスし、ｘ
（ｋ、ｄ）は、周波数帯域ｋ及び方向ｄに関する二次抽
出された重み付け済み合計結果である。最大のＰ（ｋ、
ｄ）を生成する方向は、各周波数帯域に関して求められ
る。その最大Ｐ（ｋ、ｄ）が例えば10dBの事前規定済み
しきい値だけノイズフロアを超過する各周波数帯域にお
いて、上記超過は、当該方向における１票としてカウン
トされる。最大Ｐ（ｋ、ｄ）がしきい値を越えない周波
数帯域においては、方向は一切得票しない。全ての帯域
が計算された後で、得票数が事前決定済みの最小値、例
えば７よりも大きく、ノイズよりも信号が非常に強いこ
とを示すことを条件として、現行サンプリングに際して
最高票数を得た方向が出力用に選定される。最小得票数
が不足している場合には、前のサンプリングにおいて選
定された方向が、現行サンプリングに際して再度選定さ
れる。選定された方向からの256個の周波数帯域は、図
３に関連して上で示したように、アレイ出力を生成する
ために用いられる。例えば、図５に示すように、選定済
み方向の周波数帯域の各々に関する二次抽出済みの重み
付けされた合計結果は、強化され570、合成され560、合
計され、ウィンドウされ580、そして、出力590される。
デックスし、ｄは方向（１−８）をインデックスし、ｘ
（ｋ、ｄ）は、周波数帯域ｋ及び方向ｄに関する二次抽
出された重み付け済み合計結果である。最大のＰ（ｋ、
ｄ）を生成する方向は、各周波数帯域に関して求められ
る。その最大Ｐ（ｋ、ｄ）が例えば10dBの事前規定済み
しきい値だけノイズフロアを超過する各周波数帯域にお
いて、上記超過は、当該方向における１票としてカウン
トされる。最大Ｐ（ｋ、ｄ）がしきい値を越えない周波
数帯域においては、方向は一切得票しない。全ての帯域
が計算された後で、得票数が事前決定済みの最小値、例
えば７よりも大きく、ノイズよりも信号が非常に強いこ
とを示すことを条件として、現行サンプリングに際して
最高票数を得た方向が出力用に選定される。最小得票数
が不足している場合には、前のサンプリングにおいて選
定された方向が、現行サンプリングに際して再度選定さ
れる。選定された方向からの256個の周波数帯域は、図
３に関連して上で示したように、アレイ出力を生成する
ために用いられる。例えば、図５に示すように、選定済
み方向の周波数帯域の各々に関する二次抽出済みの重み
付けされた合計結果は、強化され570、合成され560、合
計され、ウィンドウされ580、そして、出力590される。
本発明に基づき広い周波数範囲全体に亙って強化され
たSN比を有する操縦可能なマイクロホンアレイの他の実
施例を図６に示す。マイクロホンの２つのリングが装備
される、即ち、内側リングはマイクロホン411H、421H、
412H、及び、422Hにより構成され、外側リングはマイク
ロホン411L、421L、412L、及び、422Lによって構成され
る。便宜上、内側リングをＨリング、外側リングをＬリ
ングと呼ぶものとする。
たSN比を有する操縦可能なマイクロホンアレイの他の実
施例を図６に示す。マイクロホンの２つのリングが装備
される、即ち、内側リングはマイクロホン411H、421H、
412H、及び、422Hにより構成され、外側リングはマイク
ロホン411L、421L、412L、及び、422Lによって構成され
る。便宜上、内側リングをＨリング、外側リングをＬリ
ングと呼ぶものとする。
各々のマイクロホンリングＨ、Ｌは、図４に関連して
記述したマイクロホンの単一リングと同じように機能す
る。ただし、内側リングにおける各マイクロホンは高い
周波数に帯域制限され、外側リングにおける各マイクロ
ホンは低い周波数に帯域制限される。一例として北およ
び南方向を用いることとし、マイクロホン411Lと412L
は、低い周波数に関する超指向性２エレメントたて型ア
レイを形成する。同様に、マイクロホン411Hと412Hは、
これらの方向における高い周波数に関する超指向性２エ
レメントたて型アレイを形成する。
記述したマイクロホンの単一リングと同じように機能す
る。ただし、内側リングにおける各マイクロホンは高い
周波数に帯域制限され、外側リングにおける各マイクロ
ホンは低い周波数に帯域制限される。一例として北およ
び南方向を用いることとし、マイクロホン411Lと412L
は、低い周波数に関する超指向性２エレメントたて型ア
レイを形成する。同様に、マイクロホン411Hと412Hは、
これらの方向における高い周波数に関する超指向性２エ
レメントたて型アレイを形成する。
フィルタ414H、424H、415H、及び、425Hは、それぞ
れ、各々をマイクロホン411H、421H、412H、及び、422H
の周波数応答を、図１に関連して上で記述したように、
それらの間隔配置に適した高い周波範囲に制限する。同
様に、フィルタ414L、424L、415L、及び、415Lは、それ
ぞれ、マイクロホン411L、421L、412L、及び、422Lの周
波数応答を、それらの間隔配置に適した低い周波範囲に
制限する。フィルタ414H及び414Lの出力はノード416に
おいて合計され、ステレオA/Dコンバータ413の入力に供
給される。同様に、フィルタ424Hと424L、415Hと415L、
及び、425Hと425Lの出力はそれぞれノード426、417、及
び、427において合計され、ステレオA/Dコンバータ413
及び423のそれぞれの入力に供給される。
れ、各々をマイクロホン411H、421H、412H、及び、422H
の周波数応答を、図１に関連して上で記述したように、
それらの間隔配置に適した高い周波範囲に制限する。同
様に、フィルタ414L、424L、415L、及び、415Lは、それ
ぞれ、マイクロホン411L、421L、412L、及び、422Lの周
波数応答を、それらの間隔配置に適した低い周波範囲に
制限する。フィルタ414H及び414Lの出力はノード416に
おいて合計され、ステレオA/Dコンバータ413の入力に供
給される。同様に、フィルタ424Hと424L、415Hと415L、
及び、425Hと425Lの出力はそれぞれノード426、417、及
び、427において合計され、ステレオA/Dコンバータ413
及び423のそれぞれの入力に供給される。
ディジタル信号プロセッサ500は、超指向性信号強
化、及び、図５に関連して上で記述したような操縦プロ
セスを実施する。実際のエレメントと仮想エレメントと
の見掛け上の相対的な相互間隔は周波数の減少につれて
増大するので、帯域制限されたマイクロホンの２つのリ
ングの組合わされた出力を用いることにより、超指向性
アレイにおいて強化されたSN比を提供する。DSP500の計
算必要条件は、性能が向上しても増大しない。性能を改
良するために外側リングにおいて仮想方向（北東、南
東、南西、北西）に関して追加マイクロホンの装備が可
能である。
化、及び、図５に関連して上で記述したような操縦プロ
セスを実施する。実際のエレメントと仮想エレメントと
の見掛け上の相対的な相互間隔は周波数の減少につれて
増大するので、帯域制限されたマイクロホンの２つのリ
ングの組合わされた出力を用いることにより、超指向性
アレイにおいて強化されたSN比を提供する。DSP500の計
算必要条件は、性能が向上しても増大しない。性能を改
良するために外側リングにおいて仮想方向（北東、南
東、南西、北西）に関して追加マイクロホンの装備が可
能である。
一代替実施例において、追加方向性制御を提供するた
めに、１個のマイクロホン（或いは２個）は、図４（或
いは図６）におけるマイクロホンのリングによって形成
された応答平面に垂直な軸上で方向付け可能である。９
つの追加方向、即ち、１つの追加垂直方向、及び、８つ
の水平方向の各々に垂直方向に対して45度の角度を作る
８つの追加方向を、１つの追加軸を加えることによって
提供可能である。ただし、追加された各方向に関する計
算必要条件は増大する。
めに、１個のマイクロホン（或いは２個）は、図４（或
いは図６）におけるマイクロホンのリングによって形成
された応答平面に垂直な軸上で方向付け可能である。９
つの追加方向、即ち、１つの追加垂直方向、及び、８つ
の水平方向の各々に垂直方向に対して45度の角度を作る
８つの追加方向を、１つの追加軸を加えることによって
提供可能である。ただし、追加された各方向に関する計
算必要条件は増大する。
以上の記述から、最小限度の追加ハードウェア必要条
件を用いて性能を改良するために、テレコンファレンス
用マイクロホン及びマイクロホンアレイ装置および方法
における改良が提供されることは明白である。好ましい
実施例について記述してきたが、ここに記述したシステ
ム及び方法の、本発明の範囲内における改造または修正
は当業者にとって明白であることが理解されるはずであ
る。従って、以上の記述は例示的であって、制限的意味
を持たないことを理解されたい。
件を用いて性能を改良するために、テレコンファレンス
用マイクロホン及びマイクロホンアレイ装置および方法
における改良が提供されることは明白である。好ましい
実施例について記述してきたが、ここに記述したシステ
ム及び方法の、本発明の範囲内における改造または修正
は当業者にとって明白であることが理解されるはずであ
る。従って、以上の記述は例示的であって、制限的意味
を持たないことを理解されたい。
Claims (25)
- 【請求項１】指向性マイクロホンアレイが、 音源に近い端部及び遠い端部を有する前記のアレイの軸
に沿って配置された複数のマイクロホンであって、前記
のマイクロホンの各々が前記の近い端部に向かって前記
の軸に平行な指向性レスポンスを有し、前記のマイクロ
ホンの各々が音響信号に応答して信号を供給するための
出力を有し、前記の複数のマイクロホンが前記の近い端
部に近接して配置された第１マイクロホン及び前記の第
１マイクロホンからそれぞれ位置的なずれを有する少な
くとも２個の第２マイクロホンから成なる、前記の複数
のマイクロホンと、 前記の第２マイクロホンの各々の出力に接続された入力
を備え、前記の第２マイクロホンの各々の出力信号を、
前記のそれぞれの位置的ずれに対応する周波数帯域で周
波数濾波するアナログ周波数フィルタと、 前記のアナログ周波数フィルタの出力に接続された入力
を備え、前記の周波数濾波された第２マイクロホンの出
力信号を組み合わせて、合成第２マイクロホン信号を形
成するアナログ加算ノードと、 前記の第１マイクロホンの出力と前記のアナログ加算ノ
ードの出力とにそれぞれ接続された入力を備え、前記の
第１マイクロホン出力に対応する第１のデジタル信号及
び前記の合成第２マイクロホン信号に対応する第２のデ
ジタル信号を生成するＡ−Ｄ変換器と、 前記のＡ−Ｄ変換器の出力に接続された入力を備え、前
記の第１及び第２のデジタル信号の超指向性解析を実施
して超指向性マイクロホン出力信号を形成する信号プロ
セッサとを有する、前記の指向性マイクロホンアレイ。 - 【請求項２】マイクロホンアレイであって、 第１マイクロホンと、 前以って決定済みの周波数帯域に限られた周波数濾波済
み出力信号を各々生じる２つ以上の第２マイクロホンで
あり、前記の第１マイクロホンに対して、各々の前記の
周波数帯域に関する決定の距離を保って直線上に間隔配
置された２つ以上の第２マイクロホンと、 前記の第１マイクロホンからのアナログ形態の第１マイ
クロホン信号と、前記の２つ以上の前記の第２のマイク
ロホンの前記の周波数濾波済み出力信号の組み合わせか
ら得られるアナログ形態の合成第２マイクロホン信号と
を供給するためのアナログ信号出力とを有する、前記の
マイクロホンアレイ。 - 【請求項３】請求項２記載のマイクロホンアレイであっ
て、更に、 前記のアナログ信号出力に接続されて、アナログ形態の
前記の第１マイクロホン信号及び前記の第２マイクロホ
ン信号を受信し、そして、前記の第１マイクロホン信号
及び前記の合成第２マイクロホン信号をアナログ−デジ
タル変換して、デジタル形態として出力するＡ−Ｄ変換
器と、 前記のＡ−Ｄ変換器の出力に接続されて、デジタル形態
の前記の第１マイクロホン信号及び前記の合成第２マイ
クロホン信号を受信し、前記の第１及び合成第２マイク
ロホン信号の超指向性解析を実施し、最適化された指向
性マイクロホン出力信号を出力する信号プロセッサと、
を有する前記のマイクロホンアレイ。 - 【請求項４】請求項３記載のマイクロホンアレイであっ
て、 前記の信号プロセッサが、 前記の第１マイクロホン信号及び合成第２マイクロホン
信号を複数の周波数成分に変換するための高速フーリェ
変換プロセッサと、 前記の周波数成分の選定された幾つかを選択的に組み合
わせて前記の最適化された指向性信号にする重み付け及
び加算プロセッサと、 マイクロホン出力信号を生成する逆FFTプロセッサとを
含む、前記のマイクロホンアレイ。 - 【請求項５】請求項４記載のマイクロホンアレイであっ
て、 前記の信号プロセッサが、更に、 前記の最適化された指向性マイクロホン信号に関してエ
コー無効化、ノイズ抑制、自動利得制御、または、音声
圧縮プロセスの少なくとも１つを実施し、前記の少なく
とも１つのプロセスの結果を前記の逆FFTプロセッサに
供給するためのプロセッサを含む、前記のマイクロホン
アレイ。 - 【請求項６】テレコンファレンス用システムであって、 入来オーディオ信号を受信するための入力及びスピーカ
システムに接続された出力を備えて、前記の入来オーデ
ィオ信号をオーディオ的に再生するための受信機チャネ
ルと、 音源に近い端部及び遠い端部を有する軸に沿って配置さ
れた複数のマイクロホンから成る指向性マイクロホンア
レイであり、前記の複数のマイクロホンの各々が前記の
近い端部に向かって前記の軸に平行な指向性レスポンス
を有し、前記のマイクロホンの各々が音響信号に応答し
た信号を供給するための出力を備え、前記の複数のマイ
クロホンが、前記の近い端部に近接して配置された第１
マイクロホン、及び、前記の第１マイクロホンからそれ
ぞれ位置的にずれて配置された少なくとも２つの第２マ
イクロホンから成る、前記の指向性マイクロホンアレイ
と、 前記の第２マイクロホンに接続され、前記の第２マイク
ロホンの各々の出力信号を、前記のそれぞれの位置的ず
れに対応する周波数帯域で周波数濾波するアナログ周波
数フィルタと、 前記のアナログ周波数フィルタに接続された入力を備え
て、前記の周波数濾波された第２マイクロホンの出力信
号を組み合わせて、合成第２マイクロホン信号を形成す
るアナログ加算ノードと、 前記の第１マイクロホンと前記のアナログ加算ノードと
にそれぞれ接続された入力を備え、前記の第１マイクロ
ホン出力に対応する第１のデジタル信号及び前記の合成
第２エレメントマイクロホン信号に対応する第２のデジ
タル信号を生成するＡ−Ｄ変換器と、 前記のＡ−Ｄ変換器に接続された入力を備え、前記の第
１及び第２のデジタル信号の超指向性解析を実施して超
指向性マイクロホン出力を形成する信号プロセッサと、 前記の超指向性マイクロホン出力を受け取る入力及び前
記の超指向性マイクロホン出力を出力オーディオ信号と
して送信する出力を備えた送信機チャネルとを有する、
前記のテレコンファレンス用システム。 - 【請求項７】請求項６記載のテレコンファレンス用シス
テムであって、更に、 視覚的情報を感知するためのビデオピックアップデバイ
スと、 前記のビデオピックアップデバイスに接続された入力を
備え、出力ビデオ信号を伝送するためのビデオ伝送チャ
ネルと、 入来ビデオ信号を受信するための入力を備えたビデオ受
信機チャネルとを有するテレコンファレンス用システ
ム。 - 【請求項８】テレコンファレンス用システムであって、 入来オーディオ信号を受信するための入力及びスピーカ
ーシステムに接続された出力を備え、入来オーディオ信
号をオーディオ的に再生するための受信機チャネルと、 音響信号に応答して電気信号を供給するための出力を各
々が備えた複数のマイクロホンから成る多方向超指向性
マイクロホンアレイとを有し、 前記の複数のマイクロホンの各々が、中心点から前以っ
て決定済みの距離に配列され、前記の中心点からの半径
方向軸と一致した双指向性レスポンス及びそれぞれの角
度的ずれを有し、前記の複数のマイクロホンによって少
なくとも１つのリングマイクロホンが構成され、 前記の複数のマイクロホンの前記の出力に接続された入
力を備え、前記の電気信号の各々を複数の周波数成分に
分け、前記のマイクロホンの各々及び前記の周波数成分
の各々に対応した複数の周波数帯域マイクロホン信号を
出力信号として供給するフィルタを有し、 前記のフィルタの前記の出力信号を受け取る入力を備え
て、それぞれの方向及び前記の周波数成分に関する選定
された係数ａを、前記の周波数帯域マイクロホン信号に
選択的に適用して、重み付けされた周波数帯域マイクロ
ホン信号を形成し、前記の重み付けされた周波数帯域マ
イクロホン信号のうちの選定された幾つかを複数の帯域
分割指向性信号に選択的に組み合わせる重み付け加算回
路を有し、 前記の重み付け加算回路に接続されて、選定された指向
性マイクロホン信号を出力として生成する出力回路と、 前記の出力回路に接続された入力及び前記の選定された
超指向性マイクロホン信号を出力オーディオ信号として
伝送するように接続された出力を備える送信機チャネル
とを有し、 前記の選定された係数ａは、Q-1d/（ｄ＊Q-1d）であ
り、ｄは、ソース信号がＮマイクロホンエレメントをヒ
ットする際のソース信号の振幅と位相とに対応する複素
数で構成されるカラムベクトルであり、Ｑは、Ｎエレメ
ント間のノイズ相互相関を与えるＮ×Ｎノイズ複素相互
スペクトルマトリックスである、前記のテレコンファレ
ンス用システム。 - 【請求項９】請求項８記載のテレコンファレンス用シス
テムであって、更に、 視覚的情報を感知するためのビデオピックアップデバイ
スと、 前記のビデオピックアップデバイスに接続された入力を
備え、出力ビデオ信号を伝送するためのビデオ伝送チャ
ネルと、 入来ビデオ信号を受信するための入力を備えたビデオ受
信機チャネルとを有するテレコンファレンス用システ
ム。 - 【請求項１０】多方向超指向性マイクロホンアレイであ
って、 音響信号に応答して電気信号を供給するための出力を各
々が備えた複数のマイクロホンを有し、 前記の複数のマイクロホンの各々が、中心点から前以っ
て決定済みの距離に配列され、前記の中心点からの半径
方向軸と一致した双指向性レスポンス及びそれぞれの角
度的ずれを有し、前記の複数のマイクロホンによって少
なくとも１つのリングマイクロホンが構成され、 前記の複数のマイクロホンの前記の出力に接続された入
力を備えて、前記の電気信号の各々を複数の周波数成分
に分け、前記のマイクロホンの各々及び前記の周波数成
分の各々に対応する複数の周波数帯域マイクロホン信号
を出力信号として供給するフィルタを有し、 前記のフィルタの前記の出力信号を受け取る入力を備え
て、それぞれの方向及び前記の周波数成分に関する選定
された係数ａを、前記の周波数帯域マイクロホン信号に
選択的に適用して、重み付けされた周波数帯域マイクロ
ホン信号を形成し、前記の重み付けされた周波数帯域マ
イクロホン信号のうちの選定された幾つかを複数の帯域
分割指向性信号に選択的に組み合わせる重み付け加算回
路を有し、 前記の重み付け加算回路に接続されて、選定された指向
性マイクロホン信号を出力する出力回路を有し、 前記の選定された係数ａは、Q-1d/（ｄ＊Q-1d）であ
り、ｄは、ソース信号がＮマイクロホンエレメントをヒ
ットする際のソース信号の振幅と位相とに対応する複素
数で構成されるカラムベクトルであり、Ｑは、Ｎエレメ
ント間のノイズ相互相関を与えるＮ×Ｎノイズ複素相互
スペクトルマトリックスである、前記の多方向超指向性
マイクロホンアレイ。 - 【請求項１１】請求項10記載の多方向超指向性マイクロ
ホンアレイであって、 前記の出力回路が、前記の複数の帯域分割指向性信号を
受信するように前記の重み付け加算回路に接続された入
力を備えて、前以て決定済みの判定基準に従って方向を
選定する方向制御回路を有し、 前記の出力回路が、前記の選定された方向に関する前記
の複数の帯域分割指向性信号のうちの選定された幾つか
に応答して前記の選定された指向性マイクロホン信号を
生成する、前記の多方向超指向性マイクロホンアレイ。 - 【請求項１２】請求項10記載の多方向超指向性マイクロ
ホンアレイであって、 前記の出力回路が、 信号強化回路を有し、前記の信号強化回路がエコー無効
化、ノイズ抑制、自動利得制御、及び、音声圧縮プロセ
スのうちの少なくとも１つを実施する、前記の多方向超
指向性マイクロホンアレイ。 - 【請求項１３】請求項11記載の多方向超指向性マイクロ
ホンアレイであって、 前記の出力回路が、更に、 前記の複数の帯域分割指向性信号のうちの選定された前
記の幾つかに応答して音を合成するシンセサイザと、前
記のシンセサイザに接続されたウィンドウ回路とを有す
る、前記の多方向超指向性マイクロホンアレイ。 - 【請求項１４】請求項11記載の多方向超指向性マイクロ
ホンアレイであって、更に、 前記のマイクロホンの前記の出力に接続された入力及び
出力を備えたＡ−Ｄ変換器を有し、前記のＡ−Ｄ変換器
が前記の複数のマイクロホンの各々からの電気信号の各
々を表すデジタル信号を生成し、 前記のフィルタが高速フーリェ変換を実施するデジタル
信号プロセッサを有し、 前記の出力回路が前記の複数の帯域分割信号のうちの前
記の選定された幾つかに逆高速フーリェ変換を実施する
デジタル信号プロセッサを有する、前記の多方向超指向
性マイクロホンアレイ。 - 【請求項１５】請求項10記載の多方向超指向性マイクロ
ホンアレイであって、 前記の複数のマイクロホンが、 前記の中心点と交差しかつ前記のリングマイクロホンの
応答平面に実質的に垂直な軸上に配置され、順方向レス
ポンスを有する少なくとも一つの垂直軸上マイクロホン
を含み、 前記の垂直軸上マイクロホンが前記の中心点から前以っ
て決定済みの距離に配置される、前記の多方向超指向性
マイクロホンアレイ。 - 【請求項１６】請求項11記載の多方向超指向性マイクロ
ホンアレイであって、 前記の複数の帯域分割指向性信号が複数の帯域の各々に
おける少なくとも２つの方向に関係するエネルギーを表
す信号から成り、 前記の前以て決定された判定基準が、前記の複数の帯域
の各々において、他の方向のエネルギーよりもエネルギ
ーが大きい或る方向を選択し且つそのエネルギーが前以
って決定されたしきい値よりも大きい場合に前記の或る
方向について１カウントし、前記の複数の帯域に渡って
このカウントを行い、カウント値が最高で且つ前以って
決定された値よりも大きい場合に、その最高カウント値
を示す１つの方向を選定するステップを有する、前記の
多方向超指向性マイクロホンアレイ。 - 【請求項１７】請求項16記載の多方向超指向性マイクロ
ホンアレイであって、 前記の判定基準が、更に、 前記の少なくとも２つ以上の方向のうちに前記の前以て
決定済みの数を越える方向が含まれていない場合には以
前の方向を選定するステップを有する、前記の多方向超
指向性マイクロホンアレイ。 - 【請求項１８】マイクロホンアレイであって、 各々が前方向レスポンスと後方向レスポンスを有し、且
つ音響信号に応答して電気信号を供給するために出力を
備えた複数のマイクロホンを有し、 前記の複数のマイクロホンによって、中心点から第１の
位置的ずれを有する内側リングに配置された内側リング
マイクロホン及び前記の中心点から第２の位置的ずれを
有する外側リングに配置された外側リングマイクロホン
が構成されており、 前記の内側リングマイクロホンの各々の出力信号を前記
の第１の位置的ずれに対して前以て決定済みの関係を有
する高い周波帯域にそれぞれ制限し、そして、前記の外
側リングマイクロホンの各々の出力信号を前記の第２の
位置的ずれに対して前以て決定済みの関係を有する低い
周波帯域にそれぞれ制限するために、前記の複数のマイ
クロホンに接続された周波数フィルタと、 前記の周波数フィルタに接続された入力を備えて、前記
の内側リングマイクロホンの前記の出力信号の各々を前
記の外側リングマイクロホンの前記の出力信号のそれぞ
れ１つと選択的に組み合わせて、合成マイクロホンリン
グ信号を形成し、そして、それを加算ノード出力として
出力する複数の加算ノードと、 前記の加算ノード出力を受け取る入力を備えて、前記の
合成マイクロホンリング信号を複数の周波数成分に分
け、そして、複数の周波数帯域マイクロホン信号を出力
信号として供給するフィルタと、 前記のフィルタの前記の出力信号を受け取る入力を備え
て、方向及び前記の周波数成分のそれぞれに関する選定
済み係数ａを前記の周波数帯域マイクロホン信号に選択
的に適用して、重み付けされた周波数帯域マイクロホン
信号を形成し、そして、前記の重み付けされた周波数帯
域マイクロホン信号の選定された幾つかを複数の帯域分
割指向性信号に選択的に組み合わせる重み付け加算回路
と、 前記の複数の帯域分割指向性信号を受信するように前記
の重み付け加算回路に接続された入力を備えて、前以て
決定済みの判定基準に基づいて方向を選定する１つの方
向制御回路と、 前記の選択された方向に関する前記の複数の帯域分割指
向性信号の選定された幾つかに応答して選定された指向
性マイクロホン信号を生成する出力回路とを有し、 前記の選定された係数ａは、Q-1d/（ｄ＊Q-1d）であ
り、ｄは、ソース信号がＮマイクロホンエレメントをヒ
ットする際のソース信号の振幅と位相とに対応する複素
数で構成されるカラムベクトルであり、Ｑは、Ｎエレメ
ント間のノイズ相互相関を与えるＮ×Ｎノイズ複素相互
スペクトルマトリックスである、前記のマイクロホンア
レイ。 - 【請求項１９】マイクロホンアレイを作動する方法であ
って、 間隔配置された複数のマイクロホンによって発生された
マイクロホン信号を受信するステップと、 前記の間隔配置された複数のマイクロホンのそれぞれ１
つに関する複数の狭帯域信号を生成するために前記のマ
イクロホン信号を周波数濾波するステップと、 ２つ以上の方向のそれぞれに関する複数の狭帯域指向性
信号を形成するために前記の複数の狭帯域指向性信号を
重み付け及び加算するステップと、 前記の狭帯域指向性信号のエネルギーを評価し、そし
て、前以て決定済みの判定基準に基づき前記の２つ以上
の方向から１つの出力方向を選択するステップと、 前記の出力方向にそれぞれに関する前記の狭帯域指向性
信号の選定された幾つかを１つの全帯域指向性出力信号
に変換するステップとを有する、前記のマイクロホンア
レイを作動する方法。 - 【請求項２０】請求項19記載のマイクロホンアレイを作
動する方法であって、更に、 前記の狭帯域方向性信号の前記の選定された幾つかを用
いて、エコー無効化、ノイズ抑制、自動利得制御、或い
は、音声圧縮のための少なくとも１つのプロセスを実施
するステップを有する、前記のマイクロホンアレイを作
動する方法。 - 【請求項２１】超指向性アレイを作動する方法であっ
て、 第１出力を提供する１つの出力を備えた１つの第１ピッ
クアップエレメントを提供するステップと、 それぞれが１つの出力を備えて、前記の第１ピックアッ
プエレメントからそれぞれの距離を保って間隔配置され
た複数の第２ピックアップエレメントを提供するステッ
プと、 前記の第２ピックアップエレメントの各々の周波数レス
ポンスを前記のそれぞれの距離に関するそれぞれの周波
数範囲にそれぞれ制限するように前記の第２ピックアッ
プエレメントの前記の出力を周波数濾波するステップ
と、 前記の第２ピックアップエレメントの周波数濾波された
前記の出力を合成第２出力へ組み合わせるステップと、 最適化されたアレイ出力を形成するために前記の第１及
び前記の合成第２出力の超指向性解析を実施するステッ
プとを有する、前記の超指向性アレイを作動する方法。 - 【請求項２２】マイクロホンアレイ用信号プロセッサ装
置であって、 複数の間隔配置されたマイクロホンからのマイクロホン
信号を受信するための入力と、 前記のマイクロホン信号を受信するように前記の入力に
接続されて、前記の複数の間隔配置されたマイクロホン
のそれぞれに関する複数の狭帯域信号を出力信号として
供給する周波数フィルタと、 前記の周波数フィルタの前記の出力信号を受け取る入力
を備えて、前記の複数の狭帯域信号を受信し、そして、
２つ以上の方向に関する複数の狭帯域指向性信号を出力
として形成する重み付け及び加算プロセッサと、 前記の重み付け及び加算プロセッサに接続された入力を
備えて、前記の狭帯域指向性信号のエネルギーを受信か
つ評価し、そして、前以て決定済みの判定基準に基づい
て前記の２つ以上の方向から１つの出力方向を選定する
方向制御プロセッサと、 それぞれの前記の出力方向に関する前記の狭帯域指向性
信号の選定された幾つかを受信するように接続された入
力を備えて、全帯域方向性出力信号を生成する出力プロ
セッサとを有する、前記のマイクロホンアレイ用信号プ
ロセッサ装置。 - 【請求項２３】請求項22記載のマイクロホンアレイ用信
号プロセッサ装置であって、 前記の出力プロセッサが、 前記の狭帯域指向性信号の前記の選定された幾つかを受
信するように接続された入力、及び、前記の出力プロセ
ッサの前記の入力に接続された出力を備えた信号エンハ
ンサを有し、前記の信号エンハンサが、エコー無効化、
ノイズ抑制、自動利得制御、または、音声圧縮のための
少なくとも１つのプロセスを実施する、前記のマイクロ
ホンアレイ用信号プロセッサ装置。 - 【請求項２４】請求項22記載のマイクロホンアレイ用信
号プロセッサ装置であって、 前記の前以て決定済みの判定基準が、 前記の複数の狭帯域の各々において、他の方向のエネル
ギーよりもエネルギーが大きい或る方向を選択し且つそ
のエネルギーが前以って決定されたしきい値よりも大き
い場合に前記の或る方向について１カウントし、前記の
複数の狭帯域に渡ってこのカウントを行い、カウント値
が最高で且つ前以って決定された値よりも大きい場合
に、その最高カウント値を示す１つの方向を選定するス
テップを有する、前記のマイクロホンアレイ用信号プロ
セッサ装置。 - 【請求項２５】請求項24記載のマイクロホンアレイ用信
号プロセッサ装置であって、 前記の前以て決定済みの判定基準が、更に、 前記の２つ以上の方向のうちに前記の前以て決定済みの
数を越える方向が含まれていない場合には以前の方向を
選定するステップを有する、前記のマイクロホンアレイ
用信号プロセッサ装置。
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