JP3561920B2 - 雑音低減装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、雑音低減装置、特にマイクロホン出力の雑音成分を低減させる雑音低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロホンは、音波の音圧の変化を振動板の機械的な振動に変換し、該振動に基づき電気音響変換系を動作させる構造のものが多い。従って、マイクロホンで収音する際、何らかの要因によって振動板に影響が及ぼされると雑音が発生することになる。
【０００３】
上述の要因が振動であれば振動による雑音〔以下、これを振動雑音と称する〕が発生する。例えば、カメラ一体型ＶＴＲ、テープレコーダ等のように、テープ駆動系が設けられている電子機器では、機械的な振動が不可避的に生ずる。このような電子機器に設けられているマイクロホンでは、機械的な振動によって振動雑音が発生してしまうものである。
【０００４】
上述の振動雑音を低減する従来技術としては、例えば、以下のようなものがある。
（１）防振機構の採用
（２）無指向性マイク素子の採用
（３）電気的／音響的フイルタによる低減
（４）アナログの雑音キャンセル方式
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の振動雑音を低減する従来技術にあっては、夫々、以下のような問題点があった。
（１）に対して・・・機器の小型化に反する。
一般的に、防振機構は、ゴム或いは金属ばねといった弾性体によりマイク素子或いは付加の重りを吊り、外部からの機械的振動に備えている。マイク素子等の重量には自ずと限界があるため、必然的に弾性体のコンプライアンスを大きく設計する必要がある。従って、外形寸法が大きくなってしまうものである。
【０００６】
（２）に対して・・・低域では効果があるが、中、高域では効果がない。
（３）に対して・・・収音品質が低下する。
振動雑音の主たる周波数成分を含む周波数域をカットすることは振動雑音に対して有効である。しかしながら、この場合には、振動雑音のみならず音声に含まれるその周波数域成分も同様にカットされてしまう。
【０００７】
（４）に対して・・・マイク素子の感度等の精密な調整が必要になり、コストアップを伴う。
【０００８】
マイクロホンを備えた機器が一層小型化すると共に、より高い収音品質が望まれる現在の状況にあって、上述の従来技術のみを以てしては振動雑音の低減が困難になりつつある。
【０００９】
従って、この発明の目的は、小型化可能且つ調整不要で、振動雑音を確実に除去し得る雑音低減装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、第１のマイクロホンと、
第２のマイクロホンと、
第１および第２のマイクロホンのそれぞれの受音面が互いに１８０度異なる方向に向き、かつ近接して配置するように、第１および第２のマイクロホンを結合する結合部材と、
第１および第２のマイクロホンの出力の間で減算を行い、振動雑音成分を形成する減算手段と、
第１のマイクロホンの出力を主要入力とし、減算手段からの振動雑音成分を参照入力として、主要入力及び参照入力を適応的に処理する手段とを備えたことを特徴とする雑音低減装置である。
【００１１】
請求項２にかかる発明は、第１のマイクロホンと、
第２のマイクロホンと、
第１および第２のマイクロホンのそれぞれの受音面が互いに１８０度異なる方向に向き、かつ近接して配置するように、第１および第２のマイクロホンを結合する結合部材と、
第１及び第２のマイクロホンの出力の和信号を形成する手段と、
第１及び第２のマイクロホンの出力の間で減算を行い、振動雑音成分を形成する減算手段と、
和信号を主要入力とし、減算手段からの振動雑音成分を参照入力として、主要入力及び参照入力を適応的に処理する手段とを備えたことを特徴とする雑音低減装置である。
【００１２】
【作用】
請求項１にかかる雑音低減装置の作用について説明する。
第１及び第２のマイクロホンの出力には、共に音声信号成分と振動雑音成分が含まれている。音声信号成分は同相で出力され、振動雑音成分は相互に逆相で出力される。
【００１３】
第１及び第２のマイクロホンの出力の一方から他方を減算することによって、振動雑音成分のみが分離される。この結果、一方のマイクロホンの出力には音声信号成分と振動雑音成分が含まれ、他方のマイクロホンの出力は振動雑音成分のみとされる。上述の音声信号成分と振動雑音成分の含まれる出力が主要入力とされ、振動雑音成分のみの出力が参照入力とされる。
【００１４】
参照入力が主要入力の振動雑音成分に等しくなるように適応的に処理される。そして、適応的に処理された参照入力が主要入力から減算されることにより、主要入力の内、雑音成分のみが最小化、即ち、キャンセルされる。
【００１５】
請求項２にかかる雑音低減装置の作用について説明する。
第１及び第２のマイクロホンの出力には、共に音声信号成分と振動雑音成分が含まれている。音声信号成分は同相で出力され、振動雑音成分は相互に逆相で出力される。
【００１６】
第１及び第２のマイクロホンの出力が加算されることによって、音声信号成分が加算され、該音声信号成分のレベルが強められると共に、音声信号成分に振動雑音成分の差分が付加される。また、第１及び第２のマイクロホンの出力の一方から他方を減算することによって、音声信号成分がキャンセルされると共に、振動雑音成分が加算され該振動雑音成分のレベルが強められる。上述の音声信号成分と振動雑音成分の含まれる出力が主要入力とされ、振動雑音成分のみの出力が参照入力とされる。
【００１７】
参照入力が主要入力の振動雑音成分に等しくなるように適応的に処理される。そして、適応的に処理された参照入力が主要入力から減算されることにより、主要入力の内、雑音成分のみが最小化、即ち、キャンセルされる。
【００１８】
【実施例】
以下、この発明の実施例について図１乃至図１５を参照して説明する。
図１乃至図１２は、この発明の一実施例を示す図である。
【００１９】
図１の構成に於いて、近接して配置されている一対のマイクロホン１、２では、周囲の音声が収音され、電気信号に変換されて出力される。該マイクロホン１、２は同種のマイクロホンであり近接して配置されているため、同一の音声及び振動雑音が電気信号に変換されて出力される。
【００２０】
マイクロホン１、２の配置の状態が図３に示されている。このマイクロホン１、２は、実際には、図４及び図５に示されるように、結合子２１で固定されている。図３乃至図５に示される配置状態では、マイクロホン１、２の主軸は同一直線上に配され、マイクロホン１、２の受音面１ａ、２ａが対向状態とされ、そして、マイクロホン１、２の振動板が近接するように配置されている。
【００２１】
上述のマイクロホン１、２の配置の例は図３乃至図５に限定されるものではない。例えば、図６、図７に示されるような状態としてもよい。
【００２２】
図６には、マイクロホン１、２の主軸が平行で、マイクロホン１、２の受音面１ａ、２ａの向いている方向が１８０度異なる状態とされ、そして、マイクロホン１、２の振動板が近接するように配置されている例が示されている。
【００２３】
また、図７には、マイクロホン１、２の主軸は同一直線上に配され、マイクロホン１、２の受音面１ａ、２ａが相互に逆向き、即ち、背向状態とされ、そして、マイクロホン１、２の振動板が離れるように配置されている。
【００２４】
先ず、マイクロホン１、２に於ける振動雑音の発生について説明する。
振動雑音は、マイクロホン１、２が加振された時、その動きに振動板が追従できない時に発生する。従って、振動雑音の発生レベルには方向性がある。以下、図８及び図９を参照して説明する。
【００２５】
図８に示されるように、マイクロホン１、２が振動板Ｃと平行な方向〔図８中、矢示ＵＤ方向〕に加振された場合には振動板Ｃは殆ど動かない。これに対して、図９に示されるように、マイクロホン１、２が振動板Ｃと垂直な方向〔図９中、矢示ＬＲ方向〕に加振された場合には振動板Ｃは大きく振動する。
【００２６】
振動板Ｃに対して垂直な方向〔ＬＲ方向〕と振動方向とのなす角度をθとすれば、出力の形成に寄与する速度成分は〔Ｖ・ｃｏｓ θ〕となるので、振動雑音の指向性は８の字形となる。この振動雑音は、振動加速度と振動板の面密度に比例している。このことから、振動板Ｃに対して垂直な方向の振動成分を除去できれば振動雑音を低減し得ることが判る。
【００２７】
次いで、音声信号成分と振動雑音成分の位相の状態について説明する。
図４に於いて、矢示ＬＲ方向にマイクロホン１、２全体が加振された場合、マイクロホン１の振動板Ｃ１と、マイクロホン２の振動板Ｃ２とは同一の方向に振動する。この場合、マイクロホン１、２は対向状態で配置されているので、該マイクロホン１、２からの出力は相互に逆相になる。
【００２８】
一方、図５に示されるように、結合子２１に設けられている孔２２を介して音波ＷＳが入射された時には、マイクロホン１、２及び結合子２１で囲まれた空間２３は音波ＷＳの波長よりも十分に小さいと考えられる。従って、図５に示されるように、振動板Ｃ１、Ｃ２が逆方向に振動する。この場合、マイクロホン１、２は対向状態で配置されているので、該マイクロホン１、２からの出力は同相になる。
【００２９】
以上のことから、振動雑音に対してはマイクロホン１、２の出力は相互に逆相となり、また、音声信号に対してはマイクロホン１、２の出力は同相になることが判る。
【００３０】
マイクロホン１、２の夫々の出力に含まれる音声信号成分と振動雑音成分の合成された波形の例が図１０に示されている。図１０では、擬似的な音声信号成分として用いられている１ＫＨｚ の正弦波と、振動雑音成分として用いられている１００Ｈｚの信号の混入している状態が示されている。
【００３１】
図１に於いて、マイクロホン１から出力される電気信号はＡ／Ｄ変換回路３に供給され、マイクロホン２から出力される電気信号はＡ／Ｄ変換回路４に供給される。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換回路３、４では、マイクロホン１、２から供給される電気信号がデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換回路３にて変換されたデジタル信号が（Ｓ＋ｎ）で表わされる主要入力とされる。また、Ａ／Ｄ変換回路４にて変換されたデジタル信号が（Ｓ−（ｎ＊））で表わされる。
【００３３】
上述の説明に於いて、Ｓは音声信号成分を表わし、ｎ及び（ｎ＊）は振動雑音成分を表わしている。また、振動雑音成分ｎは加法性を有し、振動雑音成分ｎ、（ｎ＊）は相関を有するものとされている。前述したように、振動雑音成分ｎ、（ｎ＊）は、相互に逆相になるので、図１では、振動雑音成分ｎに対して、振動雑音成分（ｎ＊）の極性が反転された状態で表される。
【００３４】
上述の主要入力（Ｓ＋ｎ）が、加算器５、適応ノイズキャンセラ６に設けられている遅延回路７に供給される。そして、Ａ／Ｄ変換回路４の出力に負符号が付されて加算器５に供給される。
【００３５】
加算器５では、負符号が付されてなるＡ／Ｄ変換回路４の出力、即ち、〔−（Ｓ−（ｎ＊））〕に、上述の主要入力（Ｓ＋ｎ）が加算される。この加算の結果、音声信号成分Ｓは除去され、（ｎ＋（ｎ＊））で表されてなる参照入力が形成される。該参照入力（ｎ＋（ｎ＊））は適応ノイズキャンセラ６の適応フイルタ９に供給される。
【００３６】
適応ノイズキャンセラ６の遅延回路７では、主要入力（Ｓ＋ｎ）が所定時間、遅延せしめられた後に出力され、加算器８に供給される。この遅延量は、適応処理のための演算に要する時間遅れ或いは適応フイルタ９に於ける時間遅れ等に相当するものとされ、システムの構成により適宜、設定可能とされている。
【００３７】
加算器８では、遅延回路７からの出力と、負符号が付され適応フイルタ９から出力される信号Ｙとの加算がなされる。この信号Ｙは、後述するように、主要入力（Ｓ＋ｎ）中の雑音成分ｎに類似する成分とされている。従って、加算器８では、主要入力（Ｓ＋ｎ）から雑音成分ｎに類似している成分である信号Ｙが減算される。換言すれば、主要入力（Ｓ＋ｎ）の雑音成分ｎは最小化され、実質的にはキャンセルされる。
【００３８】
音声信号成分Ｓは、適応フイルタ９にフイードバックされると共に、Ｄ／Ａ変換回路１０に供給される。該Ｄ／Ａ変換回路１０では、デジタル信号で表されている音声信号成分Ｓがアナログ信号に変換され、該アナログ信号が端子１１から取出される。
【００３９】
雑音低減の効果が、適応ノイズキャンセラ６の出力として図１１に示されている。前述したように、音声信号成分Ｓを擬似的に表わしている１ｋＨｚの正弦波のみが示されている。この図１１からも明らかなように、適応ノイズキャンセラ６の出力に於ける雑音成分ｎが最小化されていることが明瞭に示されている。
【００４０】
以下、適応ノイズキャンセラ６の適応フイルタ９の作用について説明する。
適応フイルタ９では、主要入力（Ｓ＋ｎ）の雑音成分ｎに類似する成分としての信号Ｙが形成される。即ち、適応ノイズキャンセラ６の出力が主要入力（Ｓ＋ｎ）の音声信号成分Ｓに似るようにフイルタ特性が逐次自己調整される。
【００４１】
適応フイルタ９は、図２に示される構成のＦＩＲフイルタ型の適応形線形結合器が用いられている。図２の構成に於いて、ＤＬ１〜ＤＬＬは遅延回路を表わし、ＭＰ０〜ＭＰＬは係数乗算器を表している。また、１６は加算器、１５、１７は夫々、端子を表している。
【００４２】
上述の遅延回路ＤＬ１〜ＤＬＬに於ける〔Ｚ−１〕は単位サンプリング時間の遅延を表し、係数乗算器ＭＰ０〜ＭＰＬに供給されるＷｎｋは加重係数を表している。加重係数Ｗｎｋが固定されていれば通常のＦＩＲデジタルフイルタである。
【００４３】
ここで、適応フイルタ９を、適応動作させるためのアルゴリズムについて説明する。この適応フイルタ９に於ける演算のアルゴリズムは、各種のものを使用できるが、計算量が比較的少なく、実用的で且つ多用されているＬＭＳ（最小平均自乗）アルゴリズムについて、以下に説明する。
【００４４】
入力ベクトルＸｋを
Ｘｋ ＝〔Ｘｋ Ｘｋ−１ Ｘｋ−２ ・・・・・・Ｘｋ−Ｌ 〕
として表せば、適応フイルタ９の出力Ｙｋ は、
で与えられる。
【００４５】
遅延回路７の出力をｄｋ とすれば、その差分出力〔残差出力〕εｋ は、
εｋ ＝ｄｋ −Ｘｋ Ｔ Ｗｋ
となる。ＬＭＳ（最小平均自乗）法では、加重ベクトルの更新は以下の式に従って行われる。
Ｗｋ＋１ ＝Ｗｋ ＋２μεｋ Ｘｋ
上式に於けるμは、適応と速度を安定性を決める利得因子、いわゆるステップゲインである。
【００４６】
加重ベクトルを上述のようにして更新していくことによって、システムの出力パワーを最小化するよう動作がなされる。以下、この動作を定式化して説明する。簡単のため、遅延回路７を無視した場合、加算器８からの差分出力εは、
ε＝Ｓ＋ｎ−Ｙ
である。
【００４７】
εの自乗の期待値は、以下の式で表される。
Ｅ〔ε２ 〕＝Ｅ〔Ｓ２ 〕＋Ｅ〔（ｎ−Ｙ）２ 〕＋２Ｅ〔Ｓ（ｎ−Ｙ）〕
ここで、Ｓはｎ及びＹと無相関であるところから、上式に於いて、
Ｅ〔Ｓ（ｎ−Ｙ）〕＝０
となる。従って、εの自乗の期待値Ｅ〔ε２ 〕は以下の式で表される。
Ｅ〔ε２ 〕＝Ｅ〔Ｓ２ 〕＋Ｅ〔（ｎ−Ｙ）２ 〕
【００４８】
適応フイルタ９は、Ｅ〔ε２ 〕が最小になるように調整されるが、Ｅ〔Ｓ２ 〕は影響を受けないので、以下の式のようになる。
Ｅｍｉｎ 〔ε２ 〕＝Ｅ〔Ｓ２ 〕＋Ｅｍｉｎ 〔（ｎ−Ｙ）２ 〕
【００４９】
Ｅ〔Ｓ２ 〕は適応フィルタ９の加重ベクトルの更新の影響を受けないことから、Ｅ〔ε２ 〕が最小化されることは、Ｅ〔（ｎ−Ｙ）２ 〕が最小化されることを意味している。従って、適応フイルタ９の出力Ｙは、ｎの最良の最小自乗推定値になっている。
【００５０】
Ｅ〔（ｎ−Ｙ）２ 〕が最小化される時、〔ε−Ｓ＝ｎ−Ｙ〕であることから、Ｅ〔（ε−Ｓ）２ 〕も最小化される。従って、適応フイルタ９を調整して全出力パワ−を最小化することは、差分出力εが音声信号成分Ｓの最良の最小自乗推定値になることに等しい。
【００５１】
差分出力εは、一般的に音声信号成分Ｓに多少の雑音成分が加わったものとなるが、出力される雑音成分は（ｎ−Ｙ）で与えられるので、Ｅ〔（ε−Ｙ）２ 〕を最小化することは出力の信号対雑音比を最大化することに等しい。
【００５２】
図１２には、一実施例の変形例が示されている。この変形例が、前述の一実施例と異なる点は、加算器５をアナログの加算器２５に変えると共に、このアナログの加算器２５を、マイクロホン１、２とＡ／Ｄ変換回路３、４の間に配していることである。つまり、参照入力がアナログ的に形成されていることである。尚、その他の構成、作用、効果等の内容については、前述の一実施例と同様につき、一実施例と共通する部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００５３】
この一実施例によれば、振動雑音に対してはマイクロホン１、２の出力が相互に逆相となり、音声信号に対してはマイクロホン１、２の出力が同相になるようにマイクロホン１、２が近接配置され、マイクロホン１の出力に基づき主要入力（Ｓ＋ｎ）が形成されると共に、マイクロホン１、２の出力の差分をとることで参照入力（ｎ＋（ｎ＊））が形成される。そして、適応フイルタ９では、上述の参照入力（ｎ＋（ｎ＊））に基づいて、主要入力（Ｓ＋ｎ）中の振動雑音成分ｎに類似する信号Ｙを形成するような処理がなされる。該信号Ｙが加算器８にて主要入力（Ｓ＋ｎ）から減算されることによって、雑音成分ｎが最小化される。
【００５４】
従って、通常の一対のマイクロホン１、２を用いることによって、振動雑音成分を実質的に除去できる。そして、マイクロホン１、２が近接して配置されるため機器の小型化に貢献できる。そして、マイクロホン１、２の特性として無指向性が要求されないので、低域のみならず中域、高域であっても効果的に振動雑音成分を除去できる。
【００５５】
また、振動雑音成分ｎ、（ｎ＊）のキャンセルに際しては、電気的／音響的ハイパスフィルタ等を使用する必要がなく収音品質の低下を防止することができる。また、マイク素子の感度等の精密な調整が不要であり、コストアップを防止できる。
【００５６】
更に、適応ノイズキャンセラ６を用いているので、振動雑音の特性〔例えば、レベル或いはスペクトル分布等〕が変化しても、適応フイルタ９の特性が自動的に更新され、振動雑音成分を安定して低減させることができる。
【００５７】
図１３乃至図１５には他の実施例が示されている。この他の実施例が、前述の一実施例と異なる点は以下の事項である。それ以外の構成については、前述の一実施例と同様であるので、一実施例と共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５８】
（１）Ａ／Ｄ変換回路３と遅延回路７の入力側との間に加算器３１を設けると共に、Ａ／Ｄ変換回路４と適応フイルタ９の入力側との間に加算器３２を設けていること。
（２）Ａ／Ｄ変換回路３の出力が加算器３１、３２に供給されるように構成すると共に、Ａ／Ｄ変換回路４の出力が加算器３１、３２に供給されるように構成されていること。
【００５９】
マイクロホン１、２からの出力には、夫々、音声信号成分と振動雑音成分が含まれている。音声信号成分と振動雑音成分が合成されてなる波形は、前述の一実施例と同様であり、図１０に示されている。
【００６０】
マイクロホン１から出力される電気信号はＡ／Ｄ変換回路３に供給され、デジタル信号に変換される。該デジタル信号は、加算器３１、３２に供給される。
【００６１】
マイクロホン２から出力される電気信号はＡ／Ｄ変換回路４に供給され、デジタル信号に変換される。該デジタル信号が加算器３１、３２に供給される。
【００６２】
加算器３１では、Ａ／Ｄ変換回路３、４の出力が加算されて、主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕が形成される。また、加算器３２では、負符号の付されてなるＡ／Ｄ変換回路４の出力とＡ／Ｄ変換回路３の出力とが加算されて、参照入力（ｎ＋（ｎ＊））が形成される。
【００６３】
前述したように、マイクロホン１、２の出力に於いて、振動雑音成分ｎ、ｎ＊は相互に逆相となり、また、音声信号成分Ｓは同相になる。
【００６４】
加算器３１に於いて、音声信号成分Ｓは同相の信号成分が加算されるので、レベル的には２倍になる。振動雑音成分ｎは、相互に逆相であるので、差分（ｎ−（ｎ＊））が形成される。従って、音声信号成分Ｓのレベルが２倍にされてなる信号成分２Ｓに振動雑音成分（ｎ−（ｎ＊））の加えられてなる出力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕が、主要入力として適応ノイズキャンセラ６の遅延回路７に供給される。
【００６５】
加算器３１にて形成される出力に、低いレベルで残っている振動雑音成分（ｎ−（ｎ＊））は、マイクロホン１、２の主軸が僅かにずれていたり、感度に僅かな違いがあることによるものである。
【００６６】
加算器３２に於いて、音声信号成分Ｓは同相の信号成分同士が減算されるので除去される。振動雑音成分ｎ、（ｎ＊）は、相互に逆相であるが、一方の位相を反転させた状態で加算するので、同相の信号成分同士の加算となりレベル的には２倍になる。従って、振動雑音成分ｎ、（ｎ＊）の加算されてなる出力（ｎ＋（ｎ＊））が参照入力として適応ノイズキャンセラ６の適応フイルタ９に供給される。
【００６７】
主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕と、参照入力（ｎ＋（ｎ＊））とが適応ノイズキャンセラ６で適応的に処理されることによって、主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕から信号Ｙが減算される。換言すれば、主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕に含まれる振動雑音成分（ｎ−（ｎ＊））が最小化され、実質的にはキャンセルされる。
【００６８】
雑音低減の効果が、適応ノイズキャンセラ６の出力として図１４に示されている。前述したように、音声信号成分Ｓを擬似的に表わしている１ｋＨｚの正弦波が示されている。この図１４からも明らかなように、適応ノイズキャンセラ６の出力に於ける振動雑音成分（ｎ−（ｎ＊））が最小化されていることが明瞭に示されている。尚、この図１５に示されるように、加算器３１に於いて音声信号成分Ｓが加算されるので、音声信号成分Ｓのレベルは前述の一実施例の場合に比して、略々２倍になる。
【００６９】
尚、この他の実施例に示される構成、作用、効果等の内容については、前述の一実施例と同様につき重複する説明を省略する。
【００７０】
図１５には、他の実施例の変形例が示されている。この変形例が、上述の他の実施例と異なる点は、加算器３１、３２をアナログの加算器４１、４２に変えると共に、このアナログの加算器４１、４２を、マイクロホン１、２とＡ／Ｄ変換回路３、４の間に配していることである。
【００７１】
尚、その他の構成、作用、効果等の内容については、上述の他の実施例及び、前述の一実施例に於ける変形例と同様につき、共通する部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００７２】
この他の実施例によれば、マイクロホン１からＡ／Ｄ変換回路３を介してなる出力が加算器３１、３２に供給され、また、マイクロホン２からＡ／Ｄ変換回路４を介してなる出力が加算器３１に供給されると共に、Ａ／Ｄ変換回路４の出力の位相が反転されて加算器３２に供給される。加算器３１にて主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕が形成され、加算器３２にて参照入力（ｎ＋（ｎ＊））が形成される。この主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕及び参照入力（ｎ＋（ｎ＊））が適応ノイズキャンセラ６で適応的に処理されることによって、主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕に含まれる振動雑音成分ｎが最小化される。
【００７３】
従って、上述の一実施例と同様の効果に加えて、音声信号成分Ｓのレベルを、前述の一実施例に比して２倍に高めることができる。
【００７４】
この実施例に示される雑音低減装置は、多方面の収音システムに対して適用が可能である。例えば、小型携帯用のビデオカメラ装置に対して、或いは単品のマイクロホンに対して適用が可能である。この実施例に示される一対のマイクロホン１、２は、指向性の有無を問わず使用可能である。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、通常の一対のマイクロホンを用いることによって、振動雑音を除去できるという効果がある。マイクロホンが近接して配置されるため機器の小型化に貢献できるという効果がある。そして、マイクロホンの特性として無指向性が要求されないので、低域のみならず中域、高域でも効果的に振動雑音を除去できるという効果がある。
【００７６】
更に、振動雑音成分のキャンセルに際しては、電気的／音響的ハイパスフィルタ等を使用する必要がなく収音品質の低下を防止することができるという効果がある。また、マイク素子の感度等の精密な調整が不要であり、コストアップを防止できるという効果がある。
【００７７】
また、実施例によれば、適応ノイズキャンセラを用いているので、振動雑音の特性〔例えば、レベル或いはスペクトル分布等〕が変化しても、適応フイルタの特性が自動的に更新され、振動雑音成分を安定して低減させることができるという効果がある。
【００７８】
請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、音声信号成分のレベルを、より一層高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】適応フイルタの構成を示すブロック図である。
【図３】一対のマイクロホンの配置の例を示す図である。
【図４】対向状態に固定されたマイクロホンにて生ずる振動及び音波の影響の例を示す断面図である。
【図５】対向状態に固定されたマイクロホンにて生ずる振動及び音波の影響の例を示す断面図である。
【図６】一対のマイクロホンの配置の例を示す図である。
【図７】一対のマイクロホンの配置の例を示す図である。
【図８】振動がマイクロホンの振動板に及ぼす影響を示す図である。
【図９】振動がマイクロホンの振動板に及ぼす影響を示す図である。
【図１０】音声信号成分と振動雑音成分の混合された状態を示す波形図である。
【図１１】一実施例の雑音低減効果を示す波形図である。
【図１２】一実施例の変形例を示すブロック図である。
【図１３】この発明の他の実施例を示すブロック図である。
【図１４】他の実施例の雑音低減効果を示す波形図である。
【図１５】他の実施例の変形例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２ マイクロホン
１ａ、２ａ 受音面
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２ 振動板
５、２５、３１、３２、４１、４２ 加算器
６ 適応ノイズキャンセラ
２１ 結合子
【産業上の利用分野】
この発明は、雑音低減装置、特にマイクロホン出力の雑音成分を低減させる雑音低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロホンは、音波の音圧の変化を振動板の機械的な振動に変換し、該振動に基づき電気音響変換系を動作させる構造のものが多い。従って、マイクロホンで収音する際、何らかの要因によって振動板に影響が及ぼされると雑音が発生することになる。
【０００３】
上述の要因が振動であれば振動による雑音〔以下、これを振動雑音と称する〕が発生する。例えば、カメラ一体型ＶＴＲ、テープレコーダ等のように、テープ駆動系が設けられている電子機器では、機械的な振動が不可避的に生ずる。このような電子機器に設けられているマイクロホンでは、機械的な振動によって振動雑音が発生してしまうものである。
【０００４】
上述の振動雑音を低減する従来技術としては、例えば、以下のようなものがある。
（１）防振機構の採用
（２）無指向性マイク素子の採用
（３）電気的／音響的フイルタによる低減
（４）アナログの雑音キャンセル方式
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の振動雑音を低減する従来技術にあっては、夫々、以下のような問題点があった。
（１）に対して・・・機器の小型化に反する。
一般的に、防振機構は、ゴム或いは金属ばねといった弾性体によりマイク素子或いは付加の重りを吊り、外部からの機械的振動に備えている。マイク素子等の重量には自ずと限界があるため、必然的に弾性体のコンプライアンスを大きく設計する必要がある。従って、外形寸法が大きくなってしまうものである。
【０００６】
（２）に対して・・・低域では効果があるが、中、高域では効果がない。
（３）に対して・・・収音品質が低下する。
振動雑音の主たる周波数成分を含む周波数域をカットすることは振動雑音に対して有効である。しかしながら、この場合には、振動雑音のみならず音声に含まれるその周波数域成分も同様にカットされてしまう。
【０００７】
（４）に対して・・・マイク素子の感度等の精密な調整が必要になり、コストアップを伴う。
【０００８】
マイクロホンを備えた機器が一層小型化すると共に、より高い収音品質が望まれる現在の状況にあって、上述の従来技術のみを以てしては振動雑音の低減が困難になりつつある。
【０００９】
従って、この発明の目的は、小型化可能且つ調整不要で、振動雑音を確実に除去し得る雑音低減装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、第１のマイクロホンと、
第２のマイクロホンと、
第１および第２のマイクロホンのそれぞれの受音面が互いに１８０度異なる方向に向き、かつ近接して配置するように、第１および第２のマイクロホンを結合する結合部材と、
第１および第２のマイクロホンの出力の間で減算を行い、振動雑音成分を形成する減算手段と、
第１のマイクロホンの出力を主要入力とし、減算手段からの振動雑音成分を参照入力として、主要入力及び参照入力を適応的に処理する手段とを備えたことを特徴とする雑音低減装置である。
【００１１】
請求項２にかかる発明は、第１のマイクロホンと、
第２のマイクロホンと、
第１および第２のマイクロホンのそれぞれの受音面が互いに１８０度異なる方向に向き、かつ近接して配置するように、第１および第２のマイクロホンを結合する結合部材と、
第１及び第２のマイクロホンの出力の和信号を形成する手段と、
第１及び第２のマイクロホンの出力の間で減算を行い、振動雑音成分を形成する減算手段と、
和信号を主要入力とし、減算手段からの振動雑音成分を参照入力として、主要入力及び参照入力を適応的に処理する手段とを備えたことを特徴とする雑音低減装置である。
【００１２】
【作用】
請求項１にかかる雑音低減装置の作用について説明する。
第１及び第２のマイクロホンの出力には、共に音声信号成分と振動雑音成分が含まれている。音声信号成分は同相で出力され、振動雑音成分は相互に逆相で出力される。
【００１３】
第１及び第２のマイクロホンの出力の一方から他方を減算することによって、振動雑音成分のみが分離される。この結果、一方のマイクロホンの出力には音声信号成分と振動雑音成分が含まれ、他方のマイクロホンの出力は振動雑音成分のみとされる。上述の音声信号成分と振動雑音成分の含まれる出力が主要入力とされ、振動雑音成分のみの出力が参照入力とされる。
【００１４】
参照入力が主要入力の振動雑音成分に等しくなるように適応的に処理される。そして、適応的に処理された参照入力が主要入力から減算されることにより、主要入力の内、雑音成分のみが最小化、即ち、キャンセルされる。
【００１５】
請求項２にかかる雑音低減装置の作用について説明する。
第１及び第２のマイクロホンの出力には、共に音声信号成分と振動雑音成分が含まれている。音声信号成分は同相で出力され、振動雑音成分は相互に逆相で出力される。
【００１６】
第１及び第２のマイクロホンの出力が加算されることによって、音声信号成分が加算され、該音声信号成分のレベルが強められると共に、音声信号成分に振動雑音成分の差分が付加される。また、第１及び第２のマイクロホンの出力の一方から他方を減算することによって、音声信号成分がキャンセルされると共に、振動雑音成分が加算され該振動雑音成分のレベルが強められる。上述の音声信号成分と振動雑音成分の含まれる出力が主要入力とされ、振動雑音成分のみの出力が参照入力とされる。
【００１７】
参照入力が主要入力の振動雑音成分に等しくなるように適応的に処理される。そして、適応的に処理された参照入力が主要入力から減算されることにより、主要入力の内、雑音成分のみが最小化、即ち、キャンセルされる。
【００１８】
【実施例】
以下、この発明の実施例について図１乃至図１５を参照して説明する。
図１乃至図１２は、この発明の一実施例を示す図である。
【００１９】
図１の構成に於いて、近接して配置されている一対のマイクロホン１、２では、周囲の音声が収音され、電気信号に変換されて出力される。該マイクロホン１、２は同種のマイクロホンであり近接して配置されているため、同一の音声及び振動雑音が電気信号に変換されて出力される。
【００２０】
マイクロホン１、２の配置の状態が図３に示されている。このマイクロホン１、２は、実際には、図４及び図５に示されるように、結合子２１で固定されている。図３乃至図５に示される配置状態では、マイクロホン１、２の主軸は同一直線上に配され、マイクロホン１、２の受音面１ａ、２ａが対向状態とされ、そして、マイクロホン１、２の振動板が近接するように配置されている。
【００２１】
上述のマイクロホン１、２の配置の例は図３乃至図５に限定されるものではない。例えば、図６、図７に示されるような状態としてもよい。
【００２２】
図６には、マイクロホン１、２の主軸が平行で、マイクロホン１、２の受音面１ａ、２ａの向いている方向が１８０度異なる状態とされ、そして、マイクロホン１、２の振動板が近接するように配置されている例が示されている。
【００２３】
また、図７には、マイクロホン１、２の主軸は同一直線上に配され、マイクロホン１、２の受音面１ａ、２ａが相互に逆向き、即ち、背向状態とされ、そして、マイクロホン１、２の振動板が離れるように配置されている。
【００２４】
先ず、マイクロホン１、２に於ける振動雑音の発生について説明する。
振動雑音は、マイクロホン１、２が加振された時、その動きに振動板が追従できない時に発生する。従って、振動雑音の発生レベルには方向性がある。以下、図８及び図９を参照して説明する。
【００２５】
図８に示されるように、マイクロホン１、２が振動板Ｃと平行な方向〔図８中、矢示ＵＤ方向〕に加振された場合には振動板Ｃは殆ど動かない。これに対して、図９に示されるように、マイクロホン１、２が振動板Ｃと垂直な方向〔図９中、矢示ＬＲ方向〕に加振された場合には振動板Ｃは大きく振動する。
【００２６】
振動板Ｃに対して垂直な方向〔ＬＲ方向〕と振動方向とのなす角度をθとすれば、出力の形成に寄与する速度成分は〔Ｖ・ｃｏｓ θ〕となるので、振動雑音の指向性は８の字形となる。この振動雑音は、振動加速度と振動板の面密度に比例している。このことから、振動板Ｃに対して垂直な方向の振動成分を除去できれば振動雑音を低減し得ることが判る。
【００２７】
次いで、音声信号成分と振動雑音成分の位相の状態について説明する。
図４に於いて、矢示ＬＲ方向にマイクロホン１、２全体が加振された場合、マイクロホン１の振動板Ｃ１と、マイクロホン２の振動板Ｃ２とは同一の方向に振動する。この場合、マイクロホン１、２は対向状態で配置されているので、該マイクロホン１、２からの出力は相互に逆相になる。
【００２８】
一方、図５に示されるように、結合子２１に設けられている孔２２を介して音波ＷＳが入射された時には、マイクロホン１、２及び結合子２１で囲まれた空間２３は音波ＷＳの波長よりも十分に小さいと考えられる。従って、図５に示されるように、振動板Ｃ１、Ｃ２が逆方向に振動する。この場合、マイクロホン１、２は対向状態で配置されているので、該マイクロホン１、２からの出力は同相になる。
【００２９】
以上のことから、振動雑音に対してはマイクロホン１、２の出力は相互に逆相となり、また、音声信号に対してはマイクロホン１、２の出力は同相になることが判る。
【００３０】
マイクロホン１、２の夫々の出力に含まれる音声信号成分と振動雑音成分の合成された波形の例が図１０に示されている。図１０では、擬似的な音声信号成分として用いられている１ＫＨｚ の正弦波と、振動雑音成分として用いられている１００Ｈｚの信号の混入している状態が示されている。
【００３１】
図１に於いて、マイクロホン１から出力される電気信号はＡ／Ｄ変換回路３に供給され、マイクロホン２から出力される電気信号はＡ／Ｄ変換回路４に供給される。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換回路３、４では、マイクロホン１、２から供給される電気信号がデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換回路３にて変換されたデジタル信号が（Ｓ＋ｎ）で表わされる主要入力とされる。また、Ａ／Ｄ変換回路４にて変換されたデジタル信号が（Ｓ−（ｎ＊））で表わされる。
【００３３】
上述の説明に於いて、Ｓは音声信号成分を表わし、ｎ及び（ｎ＊）は振動雑音成分を表わしている。また、振動雑音成分ｎは加法性を有し、振動雑音成分ｎ、（ｎ＊）は相関を有するものとされている。前述したように、振動雑音成分ｎ、（ｎ＊）は、相互に逆相になるので、図１では、振動雑音成分ｎに対して、振動雑音成分（ｎ＊）の極性が反転された状態で表される。
【００３４】
上述の主要入力（Ｓ＋ｎ）が、加算器５、適応ノイズキャンセラ６に設けられている遅延回路７に供給される。そして、Ａ／Ｄ変換回路４の出力に負符号が付されて加算器５に供給される。
【００３５】
加算器５では、負符号が付されてなるＡ／Ｄ変換回路４の出力、即ち、〔−（Ｓ−（ｎ＊））〕に、上述の主要入力（Ｓ＋ｎ）が加算される。この加算の結果、音声信号成分Ｓは除去され、（ｎ＋（ｎ＊））で表されてなる参照入力が形成される。該参照入力（ｎ＋（ｎ＊））は適応ノイズキャンセラ６の適応フイルタ９に供給される。
【００３６】
適応ノイズキャンセラ６の遅延回路７では、主要入力（Ｓ＋ｎ）が所定時間、遅延せしめられた後に出力され、加算器８に供給される。この遅延量は、適応処理のための演算に要する時間遅れ或いは適応フイルタ９に於ける時間遅れ等に相当するものとされ、システムの構成により適宜、設定可能とされている。
【００３７】
加算器８では、遅延回路７からの出力と、負符号が付され適応フイルタ９から出力される信号Ｙとの加算がなされる。この信号Ｙは、後述するように、主要入力（Ｓ＋ｎ）中の雑音成分ｎに類似する成分とされている。従って、加算器８では、主要入力（Ｓ＋ｎ）から雑音成分ｎに類似している成分である信号Ｙが減算される。換言すれば、主要入力（Ｓ＋ｎ）の雑音成分ｎは最小化され、実質的にはキャンセルされる。
【００３８】
音声信号成分Ｓは、適応フイルタ９にフイードバックされると共に、Ｄ／Ａ変換回路１０に供給される。該Ｄ／Ａ変換回路１０では、デジタル信号で表されている音声信号成分Ｓがアナログ信号に変換され、該アナログ信号が端子１１から取出される。
【００３９】
雑音低減の効果が、適応ノイズキャンセラ６の出力として図１１に示されている。前述したように、音声信号成分Ｓを擬似的に表わしている１ｋＨｚの正弦波のみが示されている。この図１１からも明らかなように、適応ノイズキャンセラ６の出力に於ける雑音成分ｎが最小化されていることが明瞭に示されている。
【００４０】
以下、適応ノイズキャンセラ６の適応フイルタ９の作用について説明する。
適応フイルタ９では、主要入力（Ｓ＋ｎ）の雑音成分ｎに類似する成分としての信号Ｙが形成される。即ち、適応ノイズキャンセラ６の出力が主要入力（Ｓ＋ｎ）の音声信号成分Ｓに似るようにフイルタ特性が逐次自己調整される。
【００４１】
適応フイルタ９は、図２に示される構成のＦＩＲフイルタ型の適応形線形結合器が用いられている。図２の構成に於いて、ＤＬ１〜ＤＬＬは遅延回路を表わし、ＭＰ０〜ＭＰＬは係数乗算器を表している。また、１６は加算器、１５、１７は夫々、端子を表している。
【００４２】
上述の遅延回路ＤＬ１〜ＤＬＬに於ける〔Ｚ−１〕は単位サンプリング時間の遅延を表し、係数乗算器ＭＰ０〜ＭＰＬに供給されるＷｎｋは加重係数を表している。加重係数Ｗｎｋが固定されていれば通常のＦＩＲデジタルフイルタである。
【００４３】
ここで、適応フイルタ９を、適応動作させるためのアルゴリズムについて説明する。この適応フイルタ９に於ける演算のアルゴリズムは、各種のものを使用できるが、計算量が比較的少なく、実用的で且つ多用されているＬＭＳ（最小平均自乗）アルゴリズムについて、以下に説明する。
【００４４】
入力ベクトルＸｋを
Ｘｋ ＝〔Ｘｋ Ｘｋ−１ Ｘｋ−２ ・・・・・・Ｘｋ−Ｌ 〕
として表せば、適応フイルタ９の出力Ｙｋ は、
【００４５】
遅延回路７の出力をｄｋ とすれば、その差分出力〔残差出力〕εｋ は、
εｋ ＝ｄｋ −Ｘｋ Ｔ Ｗｋ
となる。ＬＭＳ（最小平均自乗）法では、加重ベクトルの更新は以下の式に従って行われる。
Ｗｋ＋１ ＝Ｗｋ ＋２μεｋ Ｘｋ
上式に於けるμは、適応と速度を安定性を決める利得因子、いわゆるステップゲインである。
【００４６】
加重ベクトルを上述のようにして更新していくことによって、システムの出力パワーを最小化するよう動作がなされる。以下、この動作を定式化して説明する。簡単のため、遅延回路７を無視した場合、加算器８からの差分出力εは、
ε＝Ｓ＋ｎ−Ｙ
である。
【００４７】
εの自乗の期待値は、以下の式で表される。
Ｅ〔ε２ 〕＝Ｅ〔Ｓ２ 〕＋Ｅ〔（ｎ−Ｙ）２ 〕＋２Ｅ〔Ｓ（ｎ−Ｙ）〕
ここで、Ｓはｎ及びＹと無相関であるところから、上式に於いて、
Ｅ〔Ｓ（ｎ−Ｙ）〕＝０
となる。従って、εの自乗の期待値Ｅ〔ε２ 〕は以下の式で表される。
Ｅ〔ε２ 〕＝Ｅ〔Ｓ２ 〕＋Ｅ〔（ｎ−Ｙ）２ 〕
【００４８】
適応フイルタ９は、Ｅ〔ε２ 〕が最小になるように調整されるが、Ｅ〔Ｓ２ 〕は影響を受けないので、以下の式のようになる。
Ｅｍｉｎ 〔ε２ 〕＝Ｅ〔Ｓ２ 〕＋Ｅｍｉｎ 〔（ｎ−Ｙ）２ 〕
【００４９】
Ｅ〔Ｓ２ 〕は適応フィルタ９の加重ベクトルの更新の影響を受けないことから、Ｅ〔ε２ 〕が最小化されることは、Ｅ〔（ｎ−Ｙ）２ 〕が最小化されることを意味している。従って、適応フイルタ９の出力Ｙは、ｎの最良の最小自乗推定値になっている。
【００５０】
Ｅ〔（ｎ−Ｙ）２ 〕が最小化される時、〔ε−Ｓ＝ｎ−Ｙ〕であることから、Ｅ〔（ε−Ｓ）２ 〕も最小化される。従って、適応フイルタ９を調整して全出力パワ−を最小化することは、差分出力εが音声信号成分Ｓの最良の最小自乗推定値になることに等しい。
【００５１】
差分出力εは、一般的に音声信号成分Ｓに多少の雑音成分が加わったものとなるが、出力される雑音成分は（ｎ−Ｙ）で与えられるので、Ｅ〔（ε−Ｙ）２ 〕を最小化することは出力の信号対雑音比を最大化することに等しい。
【００５２】
図１２には、一実施例の変形例が示されている。この変形例が、前述の一実施例と異なる点は、加算器５をアナログの加算器２５に変えると共に、このアナログの加算器２５を、マイクロホン１、２とＡ／Ｄ変換回路３、４の間に配していることである。つまり、参照入力がアナログ的に形成されていることである。尚、その他の構成、作用、効果等の内容については、前述の一実施例と同様につき、一実施例と共通する部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００５３】
この一実施例によれば、振動雑音に対してはマイクロホン１、２の出力が相互に逆相となり、音声信号に対してはマイクロホン１、２の出力が同相になるようにマイクロホン１、２が近接配置され、マイクロホン１の出力に基づき主要入力（Ｓ＋ｎ）が形成されると共に、マイクロホン１、２の出力の差分をとることで参照入力（ｎ＋（ｎ＊））が形成される。そして、適応フイルタ９では、上述の参照入力（ｎ＋（ｎ＊））に基づいて、主要入力（Ｓ＋ｎ）中の振動雑音成分ｎに類似する信号Ｙを形成するような処理がなされる。該信号Ｙが加算器８にて主要入力（Ｓ＋ｎ）から減算されることによって、雑音成分ｎが最小化される。
【００５４】
従って、通常の一対のマイクロホン１、２を用いることによって、振動雑音成分を実質的に除去できる。そして、マイクロホン１、２が近接して配置されるため機器の小型化に貢献できる。そして、マイクロホン１、２の特性として無指向性が要求されないので、低域のみならず中域、高域であっても効果的に振動雑音成分を除去できる。
【００５５】
また、振動雑音成分ｎ、（ｎ＊）のキャンセルに際しては、電気的／音響的ハイパスフィルタ等を使用する必要がなく収音品質の低下を防止することができる。また、マイク素子の感度等の精密な調整が不要であり、コストアップを防止できる。
【００５６】
更に、適応ノイズキャンセラ６を用いているので、振動雑音の特性〔例えば、レベル或いはスペクトル分布等〕が変化しても、適応フイルタ９の特性が自動的に更新され、振動雑音成分を安定して低減させることができる。
【００５７】
図１３乃至図１５には他の実施例が示されている。この他の実施例が、前述の一実施例と異なる点は以下の事項である。それ以外の構成については、前述の一実施例と同様であるので、一実施例と共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５８】
（１）Ａ／Ｄ変換回路３と遅延回路７の入力側との間に加算器３１を設けると共に、Ａ／Ｄ変換回路４と適応フイルタ９の入力側との間に加算器３２を設けていること。
（２）Ａ／Ｄ変換回路３の出力が加算器３１、３２に供給されるように構成すると共に、Ａ／Ｄ変換回路４の出力が加算器３１、３２に供給されるように構成されていること。
【００５９】
マイクロホン１、２からの出力には、夫々、音声信号成分と振動雑音成分が含まれている。音声信号成分と振動雑音成分が合成されてなる波形は、前述の一実施例と同様であり、図１０に示されている。
【００６０】
マイクロホン１から出力される電気信号はＡ／Ｄ変換回路３に供給され、デジタル信号に変換される。該デジタル信号は、加算器３１、３２に供給される。
【００６１】
マイクロホン２から出力される電気信号はＡ／Ｄ変換回路４に供給され、デジタル信号に変換される。該デジタル信号が加算器３１、３２に供給される。
【００６２】
加算器３１では、Ａ／Ｄ変換回路３、４の出力が加算されて、主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕が形成される。また、加算器３２では、負符号の付されてなるＡ／Ｄ変換回路４の出力とＡ／Ｄ変換回路３の出力とが加算されて、参照入力（ｎ＋（ｎ＊））が形成される。
【００６３】
前述したように、マイクロホン１、２の出力に於いて、振動雑音成分ｎ、ｎ＊は相互に逆相となり、また、音声信号成分Ｓは同相になる。
【００６４】
加算器３１に於いて、音声信号成分Ｓは同相の信号成分が加算されるので、レベル的には２倍になる。振動雑音成分ｎは、相互に逆相であるので、差分（ｎ−（ｎ＊））が形成される。従って、音声信号成分Ｓのレベルが２倍にされてなる信号成分２Ｓに振動雑音成分（ｎ−（ｎ＊））の加えられてなる出力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕が、主要入力として適応ノイズキャンセラ６の遅延回路７に供給される。
【００６５】
加算器３１にて形成される出力に、低いレベルで残っている振動雑音成分（ｎ−（ｎ＊））は、マイクロホン１、２の主軸が僅かにずれていたり、感度に僅かな違いがあることによるものである。
【００６６】
加算器３２に於いて、音声信号成分Ｓは同相の信号成分同士が減算されるので除去される。振動雑音成分ｎ、（ｎ＊）は、相互に逆相であるが、一方の位相を反転させた状態で加算するので、同相の信号成分同士の加算となりレベル的には２倍になる。従って、振動雑音成分ｎ、（ｎ＊）の加算されてなる出力（ｎ＋（ｎ＊））が参照入力として適応ノイズキャンセラ６の適応フイルタ９に供給される。
【００６７】
主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕と、参照入力（ｎ＋（ｎ＊））とが適応ノイズキャンセラ６で適応的に処理されることによって、主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕から信号Ｙが減算される。換言すれば、主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕に含まれる振動雑音成分（ｎ−（ｎ＊））が最小化され、実質的にはキャンセルされる。
【００６８】
雑音低減の効果が、適応ノイズキャンセラ６の出力として図１４に示されている。前述したように、音声信号成分Ｓを擬似的に表わしている１ｋＨｚの正弦波が示されている。この図１４からも明らかなように、適応ノイズキャンセラ６の出力に於ける振動雑音成分（ｎ−（ｎ＊））が最小化されていることが明瞭に示されている。尚、この図１５に示されるように、加算器３１に於いて音声信号成分Ｓが加算されるので、音声信号成分Ｓのレベルは前述の一実施例の場合に比して、略々２倍になる。
【００６９】
尚、この他の実施例に示される構成、作用、効果等の内容については、前述の一実施例と同様につき重複する説明を省略する。
【００７０】
図１５には、他の実施例の変形例が示されている。この変形例が、上述の他の実施例と異なる点は、加算器３１、３２をアナログの加算器４１、４２に変えると共に、このアナログの加算器４１、４２を、マイクロホン１、２とＡ／Ｄ変換回路３、４の間に配していることである。
【００７１】
尚、その他の構成、作用、効果等の内容については、上述の他の実施例及び、前述の一実施例に於ける変形例と同様につき、共通する部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００７２】
この他の実施例によれば、マイクロホン１からＡ／Ｄ変換回路３を介してなる出力が加算器３１、３２に供給され、また、マイクロホン２からＡ／Ｄ変換回路４を介してなる出力が加算器３１に供給されると共に、Ａ／Ｄ変換回路４の出力の位相が反転されて加算器３２に供給される。加算器３１にて主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕が形成され、加算器３２にて参照入力（ｎ＋（ｎ＊））が形成される。この主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕及び参照入力（ｎ＋（ｎ＊））が適応ノイズキャンセラ６で適応的に処理されることによって、主要入力〔２Ｓ＋（ｎ−（ｎ＊））〕に含まれる振動雑音成分ｎが最小化される。
【００７３】
従って、上述の一実施例と同様の効果に加えて、音声信号成分Ｓのレベルを、前述の一実施例に比して２倍に高めることができる。
【００７４】
この実施例に示される雑音低減装置は、多方面の収音システムに対して適用が可能である。例えば、小型携帯用のビデオカメラ装置に対して、或いは単品のマイクロホンに対して適用が可能である。この実施例に示される一対のマイクロホン１、２は、指向性の有無を問わず使用可能である。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、通常の一対のマイクロホンを用いることによって、振動雑音を除去できるという効果がある。マイクロホンが近接して配置されるため機器の小型化に貢献できるという効果がある。そして、マイクロホンの特性として無指向性が要求されないので、低域のみならず中域、高域でも効果的に振動雑音を除去できるという効果がある。
【００７６】
更に、振動雑音成分のキャンセルに際しては、電気的／音響的ハイパスフィルタ等を使用する必要がなく収音品質の低下を防止することができるという効果がある。また、マイク素子の感度等の精密な調整が不要であり、コストアップを防止できるという効果がある。
【００７７】
また、実施例によれば、適応ノイズキャンセラを用いているので、振動雑音の特性〔例えば、レベル或いはスペクトル分布等〕が変化しても、適応フイルタの特性が自動的に更新され、振動雑音成分を安定して低減させることができるという効果がある。
【００７８】
請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、音声信号成分のレベルを、より一層高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】適応フイルタの構成を示すブロック図である。
【図３】一対のマイクロホンの配置の例を示す図である。
【図４】対向状態に固定されたマイクロホンにて生ずる振動及び音波の影響の例を示す断面図である。
【図５】対向状態に固定されたマイクロホンにて生ずる振動及び音波の影響の例を示す断面図である。
【図６】一対のマイクロホンの配置の例を示す図である。
【図７】一対のマイクロホンの配置の例を示す図である。
【図８】振動がマイクロホンの振動板に及ぼす影響を示す図である。
【図９】振動がマイクロホンの振動板に及ぼす影響を示す図である。
【図１０】音声信号成分と振動雑音成分の混合された状態を示す波形図である。
【図１１】一実施例の雑音低減効果を示す波形図である。
【図１２】一実施例の変形例を示すブロック図である。
【図１３】この発明の他の実施例を示すブロック図である。
【図１４】他の実施例の雑音低減効果を示す波形図である。
【図１５】他の実施例の変形例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２ マイクロホン
１ａ、２ａ 受音面
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２ 振動板
５、２５、３１、３２、４１、４２ 加算器
６ 適応ノイズキャンセラ
２１ 結合子
Claims (2)
- 第１のマイクロホンと、
第２のマイクロホンと、
上記第１および第２のマイクロホンのそれぞれの受音面が互いに１８０度異なる方向に向き、かつ近接して配置するように、上記第１および第２のマイクロホンを結合する結合部材と、
上記第１および第２のマイクロホンの出力の間で減算を行い、振動雑音成分を形成する減算手段と、
上記第１のマイクロホンの出力を主要入力とし、上記減算手段からの振動雑音成分を参照入力として、上記主要入力及び参照入力を適応的に処理する手段とを備えたことを特徴とする雑音低減装置。 - 第１のマイクロホンと、
第２のマイクロホンと、
上記第１および第２のマイクロホンのそれぞれの受音面が互いに１８０度異なる方向に向き、かつ近接して配置するように、上記第１および第２のマイクロホンを結合する結合部材と、
上記第１及び第２のマイクロホンの出力の和信号を形成する手段と、
上記第１及び第２のマイクロホンの出力の間で減算を行い、振動雑音成分を形成する減算手段と、
上記和信号を主要入力とし、上記減算手段からの振動雑音成分を参照入力として、上記主要入力及び参照入力を適応的に処理する手段とを備えたことを特徴とする雑音低減装置。
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|---|---|---|---|
| JP35782491A JP3561920B2 (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 雑音低減装置 |
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| JP35782491A JP3561920B2 (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 雑音低減装置 |
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| JPH05173582A JPH05173582A (ja) | 1993-07-13 |
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| JP35782491A Expired - Fee Related JP3561920B2 (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 雑音低減装置 |
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