JP4196431B2 - 機器内蔵型マイクロホン装置及び撮像装置 - Google Patents
機器内蔵型マイクロホン装置及び撮像装置 Download PDFInfo
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- H04R3/005—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones
Description
【０００１】
本発明は、雑音低減効果を有する機器内蔵型マイクロホン装置及び撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオムービーのように、主マイクロホンを内蔵したＡＶ機器において、機器内部の機構部から発生した雑音が主マイクロホンに混入することがある。このような雑音成分を少なくするため、機器の筐体内部に雑音参照マイクロホンを設け、雑音参照マイクロホンからの信号を適応フィルタ手段に与えて制御音信号を生成し、この制御音信号で雑音をキャンセルするという機器内蔵型マイクロホン装置がある。
【０００３】
このような機能を持つ従来の機器内蔵型マイクロホン装置の構成について図９及び図１０を用いて説明する。図９は従来例の機器内蔵型マイクロホン装置の概略構成図であり、図１０はビデオムービー等のＡＶ機器において、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンとの位置関係を示した構成図である。図９及び図１０において、主マイクロホン１はＡＶ機器の筐体１０の表面に設けられ、外部の音を収音する収録用のマイクロホンである。筐体１０の内部にテープ搬送機構及び回転シリンダを含む磁気記録再生部が設けられており、ここではこれらを機構部２０と呼ぶ。雑音参照マイクロホン５は、主として機構部２０から発生する振動音等の雑音を収音するマイクロホンであり、筐体１０の内部であって機構部２０に向けて取り付けられている。
【０００４】
図９の適応フィルタ手段３０は、雑音参照マイクロホン５からの雑音信号を入力し、雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１への伝達特性を同定し、制御音信号を生成する適応フィルタである。信号減算手段４０は主マイクロホン１の出力信号から、適応フィルタ３０で生成された制御音信号を減算し、雑音成分の低減された音声信号を出力する減算手段である。
【０００５】
このような構成の機器内蔵型マイクロホン装置の動作について説明する。まず、主マイクロホン１は筐体１０の表面に取り付けられているので、機器の周囲で発生する外部音を収音する。しかし、機器内部の機構部２０が動作することによって、収音したくない雑音も発生する。この雑音が筺体１０を介して主マイクロホン１に回り込み、主マイクロホン１の収音のＳ／Ｎ値を劣化させる。このとき、雑音参照マイクロホン５は機構部２０から発生する雑音を捉える。そこで適応フィルタ手段３０は、雑音参照マイクロホン５の出力信号を基に、主マイクロホン１で受音される雑音信号と同一の信号を推定し、これを制御音信号として出力する。信号減算手段４０は主マイクロホン１の出力信号から制御音信号を減算することにより、雑音成分を除去する。こうして内部雑音が削減された音声信号を得ることができる。ここで、適応フィルタ手段３０における適応アルゴリズムには、学習同定法などが用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような構成では、実使用の面で適応フィルタ手段３０での係数更新が最適に動作しない場合が多い。例えば、雑音を打ち消す方向にうまく収束せず、学習に時間がかかったり、場合によっては発散し、雑音が十分に打ち消されないと言う問題点が生じる。また雑音源が１つに特定できない場合に、雑音抑圧効果が得られない問題点も有る。更に、音声信号に対してエコーが付加されたりする音質面の問題もある。これらの問題点について詳しく説明する。
【０００７】
第１に、機器内部の機構部２０のみから雑音が発せられている場合には、適応フィルタ３０は正常に学習動作することができる。しかし、機器内部の機構部２０からの雑音レベルが、音声信号や周囲音に対して小さいときや、機構部２０が動作を停止しているときなどに適応フィルタ手段３０の係数更新を行うと、フィルタ係数が所望の特性から外れ、雑音の打ち消し機能が不可能となる。
【０００８】
第２に、上記の構成では、雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１に向けて伝わる音波の伝達特性を再現するように、適応フィルタ手段３０が集束する。こうして雑音の打ち消しが行われるはずであるが、主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５の片方、又は両方に振動が加わると、これがフィルタ係数の収束を妨害する信号となる。この場合、適応フィルタ手段３０は雑音を打ち消す状態には収束できず、雑音打ち消し機能が得られなくなる。
【０００９】
第３に、複数の雑音源が存在する場合、例えば、ビデオムービーの回転シリンダ音とレンズのズーム音などが存在する場合に、雑音参照マイクロホン５をどちらか一方の雑音源に置いた場合、他方の雑音源からの雑音を抑圧することはできなくなる。
【００１０】
第４に、適応フィルタ手段３０は、機構部２０から雑音が十分に大きな音圧レベルで発生した場合には、雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１への伝達特性の推定（学習）が正確に行えるが、雑音を発生する機構部２０が間欠的に動作する場合、例えば機器停止の間は学習に必要な雑音信号が得られない。このため録画及び録音開始と同時に雑音の打ち消し機能を得ることが難しくなる。
【００１１】
第５に、雑音参照マイクロホン５に対して外部の音声信号が混入した場合に、エコー雑音として音質に悪影響を及ぼす。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、適応フィルタ手段での雑音を打ち消すように収束する学習動作を安定に行わせ、機器内部の雑音源に対して雑音の打ち消しが行える機器内蔵型マイクロホン装置を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本願の請求項１の発明は、機構部を有する機器に内蔵される、機器内蔵型マイクロホン装置であって、機器筐体の外部から到来する外部音を収音する主マイクロホンと、機器筐体の内部に設けられた雑音参照マイクロホンと、前記雑音参照マイクロホンの検出信号を入力し、更新されたフィルタ係数を用いて出力信号を生成する適応フィルタ手段と、前記信号レベル比較手段の比較結果と前記信号減算手段の減算結果と前記雑音参照マイクロホンの検出信号と前記機構部の駆動の有無を示す制御信号とを入力し、雑音参照マイクロホンの出力レベルが前記主マイクロホンの出力レベルより大きいとき、前記信号減算手段の減算結果が最小になるよう前記適応フィルタ手段のフィルタ係数を更新し、かつ前記制御信号に応じて前記フィルタ係数の更新を制御するフィルタ係数更新制御手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１４】
本願の請求項２の発明は、請求項１の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記主マイクロホン装置の出力値と前記雑音参照マイクロホンの出力値との比較値であるレベル比を出力する信号レベル比較手段をさらに具備し、前記フィルタ係数更新制御手段は、前記レベル比及び前記制御信号に応じて、前記フィルタ係数を更新することを特徴とするものである。
【００１５】
本願の請求項３の発明は、請求項２の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記フィルタ係数更新制御手段は、前記制御信号が前記機構部の駆動を示す場合に、前記機構部が駆動していない場合以上に前記フィルタ係数の更新速度を大きくし、かつ、前記レベル比が大きい程、前記フィルタ係数の更新速度を大きくすることを特徴とするものである。
【００１６】
本願の請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記雑音参照マイクロホンは、前記駆動部の近傍に設置されることを特徴とするものである。
【００１７】
本願の請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記機構部が、ディスク記録装置のヘッド移送手段であることを特徴とするものである。
【００１８】
本願の請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記機構部が、ビデオカメラのズーム手段であることを特徴とするものである。
【００１９】
本願の請求項７の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記機構部が、ビデオカメラのオートフォーカス手段であることを特徴とするものである。
【００２０】
本願の請求項８の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記機器の電源投入時から録音開始の間に、前記機構部を予め動作させて意図的に雑音を発生させ、前記雑音の発生中に前記適応フィルタ手段のフィルタ係数の更新を行うことを特徴とするものである。
【００２１】
本願の請求項９の発明は、請求項８の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記主マイクロホンの出力信号の振幅レベルが所定の値より低い場合に、前記機構部を動作させることを特徴とするものである。
【００２２】
本願の請求項１０の発明は、機器筐体の外部から到来する外部音を収音する主マイクロホンと、機器筐体の内部に設けられた雑音参照マイクロホンと、前記雑音参照マイクロホンの検出信号を入力し、更新されたフィルタ係数を用いて出力信号を生成する適応フィルタ手段、及び前記主マイクロホン装置の出力値と前記雑音参照マイクロホンの出力値との比較値であるレベル比を出力する信号レベル比較手段を有するマイクロホン装置と、具備する撮像装置であって、前記フィルタ係数更新制御手段は、前記制御信号が前記機構部の駆動を示す場合に、前記機構部が駆動していない場合以上に前記フィルタ係数の更新速度を大きくし、かつ、前記レベル比が大きい程前記フィルタ係数の更新速度を大きくすることを特徴とするものである。
【００２７】
特に請求項２，３の構成によれば、適応フィルタ手段のフィルタ係数更新の制御を、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンの出力レベル比、及び機器内部の機構部を駆動する制御信号を用いて行うことによって、適応フィルタの学習動作の安定化を行っている。
【００２８】
特に請求項４の構成によれば、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンを近接させることによって、雑音源方向の適用範囲を拡大すると共に、雑音参照マイクロホンからの少量の音声信号のエコー成分が発生しても時間的に遅れがなくなり、聴感上検知できなくなることによる音質の向上を行っている。
【００３０】
特に請求項８，９の構成によれば、電源投入から録音開始までの間に、機器内部の雑音を発生する機構部を動作させて、予め適応フィルタを学習させておくことによって、間欠的に動作する機構部の雑音に対しても、録音開始時から雑音抑圧効果が得られるようにしている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における機器内蔵型マイクロホン装置について、図１〜図３を用いて説明する。図１は本実施の形態による機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図であり、図２はＡＶ機器において、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンとの位置関係を示す構成図である。尚、従来例と同一部分は同一の符号を付け、詳細な説明は省略する。この機器内蔵型マイクロホン装置は、図９の場合と同様に主マイクロホン１が筐体面に外部の音を収音するように取り付けられ、雑音参照マイクロホン５が筐体１０の内部の雑音を収音するように取り付けられる。雑音参照マイクロホン５からの出力信号は、適応フィルタ手段３０、信号レベル比較手段５０、フィルタ係数更新制御手段６０に入力されるようになっている。
【００３３】
適応フィルタ手段３０は、フィルタ係数更新制御手段６０より更新制御されたフィルタ係数を用いて、雑音参照マイクロホン５からの出力信号をフィルタリングし、主マイクロホン１で受音される雑音信号と同じ信号を制御音信号として生成するものである。尚、適応フィルタ手段３０はそのタップ数に応じて信号処理に一定の時間を要する。このため主マイクロホン１の後段に図示しない遅延手段が設けられているものとする。この遅延手段の信号遅延時間は、適応フィルタ手段３０のタップ数と、主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５との間隔に基づいて設定される。
【００３４】
信号減算手段４０は、主マイクロホン１からの出力信号から適応フィルタ手段３０の出力信号を減算し、雑音が打ち消された音声信号を出力するものである。主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５からの出力信号は、信号レベル比較手段５０に入力される。信号レベル比較手段５０は、雑音参照マイクロホン５からの出力信号レベルに対する主マイクロホン１からの出力信号レベルを比較するもので、２つの出力信号の差分値や、２つの信号のレベル比Ｌｃを出力するものである。フィルタ係数更新制御手段６０は、信号レベル比較手段５０の比較結果と、雑音参照マイクロホン５の出力信号と、信号減算手段４０からの出力信号と、機器内部の機構部を駆動する制御信号９０とを入力し、レベル比Ｌｃが一定の閾値を超えるとき、出力端子１００で雑音信号が最小になるように、適応フィルタ手段３０のフィルタ係数の更新制御を行うものである。
【００３５】
主マイクロホン１と、雑音参照マイクロホン５と、筐体１０と、雑音を発生する機器内部の機構部２０との位置関係を図２に示す。本図に示すように、主マイクロホン１は、筐体１０の外側に取り付けられているので、主として音声や周囲音など収音すべき音に高い感度を有する。これに対して雑音参照マイクロホン５は、筐体１０の内側に取り付けられているので、主として機器内部の機構部２０から発生する雑音に高い感度を有する。
【００３６】
このように構成された機器内蔵型マイクロホン装置の動作原理について説明する。まず、主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５で収音された音波は電気信号に変換される。主マイクロホン１には、音声や周囲環境音といった収音すべき音と、機構部２０の内部から発生するモータ音や回転シリンダ又はヘッド移送手段などからの雑音が音波として伝わってくる。主マイクロホン１では、機構部２０の内部から発生する雑音が収音されないことが望ましい。このため通常は筐体１０において密閉対策が取られている。しかし、バッテリやカセットやディスクなどの出し入れのために、筐体１０には開閉部やスイッチ類の隙間が存在する。また機器の小型化などにより、機器内部の雑音源である機構部２０との距離が近づくことから、主マイクロホン１で機器内部の機構部２０からの雑音が収音されてしまうことになる。
【００３７】
そこで適応フィルタ手段３０は、雑音参照マイクロホン５の出力信号から主マイクロホン１で受音される雑音信号と同一の信号を推定する必要がある。適応フィルタ手段３０におけるフィルタ係数をｈ(n) とすると、このフィルタ係数ｈ(n) は、雑音キャンセル後の信号減算手段４０からの出力信号ｅ(n) と、雑音参照マイクロホン５からの出力信号ｕ(n) を用いて、雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１への伝達特性Ｈ0(ω) を、サンプル毎に逐次更新する収束型の適応アルゴリズム（学習同定法など）を用いて求めることができる。
【００３８】
フィルタ係数更新制御手段６０は、適応フィルタ手段３０の伝達特性が雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１への伝達特性Ｈ0(ω) に収束するように、ベクトルであるフィルタ係数ｈ(n) を更新していく。このため雑音参照マイクロホン５からの出力ベクトルである出力信号ｕ(n) と、信号減算手段４０からの出力信号ｅ(n) と、信号レベル比較手段５０からの出力信号Ｌc と、機器内部の機構部２０を駆動する制御信号９０とを入力して、次の（１）〜（３）式を用いて更新できる。この信号処理は、学習同定法と呼ばれる更新アルゴリズムである。
【００３９】
【数１】
【数２】
【数３】
ここで、（１）式のαは正の定数、ｕ(n) は時刻ｎにおける雑音参照マイクロホン５からの出力信号、即ち適応フィルタに対するタップ入力ベクトルである。ｈ(n) はフィルタ係数ベクトル、ｅ(n) は信号減算手段４０からの出力信号である。（２）式のｄ(n) は主マイクロホン１からの出力信号であり、また（３）式はｕ(n) の２乗ノルムである。ここで、信号レベル比較手段５０からの出力信号Ｌc と、機器内部の機構部２０を駆動する制御信号９０は、フィルタ係数更新制御手段６０において、フィルタ係数ｈ(n) の更新制御のパラメータとして用いられる。フィルタ係数更新制御手段６０は適応フィルタ手段３０の伝達特性Ｈ (ω) が雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１への伝達特性Ｈ0(ω) と等しくなるよう収束させる。
【００４０】
適応フィルタ手段３０の伝達特性Ｈ (ω) は、フィルタ係数更新制御手段６０によってＨ0(ω) ＝Ｈ (ω) となるように更新されていくが、機器内部の機構部２０から発生した雑音が雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１に到来するまでの伝達特性Ｈ0(ω) を推定するためには、機器内部の機構部２０のみから音が発生している状態で更新を行うのが最も都合がよい。逆に、主マイクロホン１で収音される音声信号や周囲音がある場合には、これらの信号は適応フィルタ手段３０の学習動作においては妨害信号となる。この場合は、フィルタ係数更新制御手段６０で更新を遅くするか、又は止めるなどして制御しなければ、フィルタ係数は発散して、雑音を打ち消すことができなくなる。
【００４１】
このため、例えば表１のように（１）式の定数αを制御して、適応フィルタ３０の係数の収束に対して妨害音となる音声信号が増加したとき、α＝０としてフィルタ係数の更新を止めるか、又はα≪１として更新速度を下げる。こうすると、係数が発散してしまうことを防止することができる。
【表１】
但し、表１のレベル比Ｌｃは、信号レベル比較手段５０からの出力信号であり、例えば（４）式のように計算されるものとする。
【数４】
αの値は、信号レベル比較手段５０によって比較された主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５からの出力信号のレベル比Ｌｃによって決定される。
【００４２】
また、機器内部の機構部２０が、ディスク記録装置のヘッド移送手段であったり、ビデオムービーのズームやオートフォーカスのような間欠的に動作する機構の場合、これらの機構部が動作していないときには適応フィルタ係数の更新動作を止めなければならない。このためフィルタ係数更新制御手段６０では、機器内部の機構部２０を駆動する制御信号９０によっても適応フィルタ係数の更新を制御するのである。
【００４３】
また、α＝０のときは、演算処理量の削減のために、フィルタ係数更新制御手段６０の動作を止めてもよい。また、機器の録音開始と同時に雑音抑圧効果を得るためには、その前に適応フィルタ手段３０のフィルタ係数が学習を完了しなければならない。そのために電源投入から録音開始までの間に、意図的に機器内部の機構部２０を動作させて、適応フィルタ手段３０の学習動作を行ってもよい。更にそのとき、むやみに機器内部の機構部２０を動作させるのでなく、音声信号や周囲騒音のレベルが十分に低いときのみに動作させることで、省電力の効果も得ることができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では表１において、αの変化範囲を０≦α≦０．１としているが、学習同定法で理論上のαの取りうる範囲は０≦α≦２である。
【００４５】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２における機器内蔵型マイクロホン装置について、図３を用いて説明する。図３は本実施の形態の機器内蔵型マイクロホン装置における主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５の位置関係を示す構成図であり、筺体１０の内部に第１の機構部２０と第２の機構部２１とがあるものとする。尚、制御音信号を生成する回路構成は図１に示すものと同一である。ここで第１の実施の形態と異なるところは、機構部が２ヵ所にあるので、図３に示すように雑音参照マイクロホン５を主マイクロホン１の近傍に設けたことである。
【００４６】
このような構成の機器内蔵型マイクロホン装置の動作原理について説明する。一般的に適応フィルタを用いたノイズキャンセルは、図２のように消したい雑音源近傍に雑音参照マイクロホン５を設けるのが普通である。機器内部に複数の雑音源が存在する場合、どちらか片方の雑音源、例えば機構部２０の近傍に雑音参照マイクロホン５を設けた場合、他方の雑音源、例えば図３の機器内部の機構部２１からの雑音を打ち消すことができない。
【００４７】
雑音源の近傍に雑音参照マイクロホン５を設けて、複数の雑音源からの音を打ち消すには、複数の雑音参照マイクロホンと複数の適応フィルタ手段とが必要となる。しかし、図３のように雑音参照マイクロホン５を主マイクロホン１の近傍に設けることで、機器内部の機構部２０及び２１からの雑音に対する雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１への伝達特性が近似してくるため、一つの雑音参照マイクロホン５と一つの適応フィルタ手段３０でも双方の雑音を抑圧することが可能となる。
【００４８】
このようにすることで、ビデオムービーのように回転シリンダの部分から発生する「たたき音」と呼ばれる雑音や、ズームやフォーカス時の光学系の部分から発生する雑音など、複数の雑音源に対応することが可能となる。また、本実施の形態のように、雑音参照マイクロホン５を主マイクロホン１の近傍に配置することによって、音声信号が雑音参照マイクロホン５に混入して発生するエコー成分についても、主マイクロホン１で収音される音声信号と雑音参照マイクロホン５からのエコー成分との時間差が小さくなり、聴感上エコーとして検知できなくなる。
【００４９】
通常、機器内部からの騒音を主マイクロホン１に伝えないようにするため、機器の筐体１０に対してその内部と外部との間に、ある程度の気密性を持たせる部材を設けるのが通例である。この場合、機器内部に設けられた雑音参照マイクロホン５に音声信号はあまり混入しなくなり、主マイクロホンからの音声信号との時間差が小さくなるので、エコー成分のレベルが低くなり、聴感上のマスキング効果で実際上のエコーは分からなくなる。このようにして、音声信号が雑音参照マイクロホン５に洩れ入ることによるエコー雑音の発生を抑圧することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態の主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５との距離は、マイクロホンの周波数帯域や、現状のマイクロホンのサイズや、筐体材料の厚み、機器における収音部分に与えられるスペースなどを考慮すれば、数mm〜数cm、例えば５mm〜２０mm程度が適切であると考えられる。
【００５１】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３における機器内蔵型マイクロホン装置について、図４及び図５を用いて説明する。図４は本実施の形態の機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図である。この機器内蔵型マイクロホン装置は、実施の形態１における機器内蔵型マイクロホン装置をステレオ化したものであり、実施の形態１と同一部分は同一の符号を付けて詳細な説明は省略する。ここではステレオであっても、適応フィルタ手段を増設することなく、雑音抑圧効果を得ようとするものである。
【００５２】
主マイクロホンとして、外部の音を収音するよう第１の主マイクロホン１と第２の主マイクロホン２とが筐体面に取り付けられている。また雑音参照マイクロホン５が筐体内部の雑音を収音するように取り付けられている。第１の主マイクロホン１の出力信号は、信号レベル比較手段５０と第１の信号減算手段４１に与えられる。第２の主マイクロホン２の出力信号は第２の信号減算手段４２に与えられる。信号減算手段４１は、主マイクロホン１の出力信号から適応フィルタ手段３０の出力信号を減算し、雑音が打ち消された第１の音声信号を出力するものである。信号減算手段４２は、主マイクロホン２の出力信号から適応フィルタ手段３０の出力信号を減算し、雑音が打ち消された第２の音声信号を出力するものである。
【００５３】
指向性合成手段７０は、信号減算手段４１及び信号減算手段４２の出力信号を入力し、指向性を持たせた音声信号を生成するものである。図５は指向性合成手段７０の構成例を示すブロック図である。第１の信号遅延手段７１は信号減算手段４１から入力された出力信号を遅延し、第４の信号減算手段７４に与えるものである。第２の信号遅延手段７２は信号減算手段４２から入力された出力信号を遅延し、第３の信号減算手段７３に与えるものである。信号減算手段７３は信号減算手段４１から出力された音声信号から、信号遅延手段７２の出力信号を減算し、減算結果を第１の振幅周波数特性補正手段７５に与えるものである。信号減算手段７４は信号減算手段４２から出力された音声信号から、信号遅延手段７１の出力信号を減算し、減算結果を第２の振幅周波数特性補正手段７６に与えるものである。
【００５４】
振幅周波数特性補正手段７５は、信号減算手段７３の音声信号の周波数特性を補正し、出力端子１０１を介して主マイクロホン１に近い側から放射された音声信号を出力するものである。同様に振幅周波数特性補正手段７６は、信号減算手段７４の音声信号の周波数特性を補正し、出力端子１０２を介して主マイクロホン２に近い側から放射された音声信号を出力するものである。
【００５５】
このように構成された機器内蔵型マイクロホン装置の動作について説明する。この例では、小型のビデオムービーなどに搭載される内蔵型マイクロホンを想定している。通常のビデオムービーに搭載された１ポイントステレオマイクロホンは、無指向性マイクロホンユニットを２個又は３個を用いて、その出力信号を指向性合成手段によって処理することで指向性を実現している。本実施の形態では、マイクロホンユニットが第１と第２の主マイクロホン１，２の２個の場合であるが、第１と第２の主マイクロホン１，２が同一指向性のマイクロホンユニットであり、かつ、マイクロホンの指向性合成後の周波数帯域や装着場所の問題から、２個のマイクロホンユニットの間隔は通常５mm〜２０mm程度とする。この場合、雑音参照マイクロホン５から第１と第２の主マイクロホン１，２までの夫々の音響伝達特性はほぼ等しい。
【００５６】
従って図４に示すように、第１の主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５からの出力信号を用いて適応させた適応フィルタ手段３０の出力信号は、第１の主マイクロホン１からの出力信号の雑音成分を打ち消すと同時に、第２の主マイクロホン２からの出力信号の雑音成分も打ち消すことができる。
【００５７】
図５の指向性合成手段７０は第１次音圧傾度型の指向性合成を行う。第１と第２の主マイクロホン１，２の間の距離をｄとし、音速をｃとし、第１及び第２の信号遅延手段７１，７２で信号遅延量τ＝ｄ／ｃとすると、第３の信号減算手段７３からの出力は、第１と第２の主マイクロホン１，２を結び、かつ第１の主マイクロホン１の方向に指向性の主軸を持つ単一指向特性を持つ。また第４の信号減算手段７４からの出力には、第２から第１の主マイクロホンに向かう方向に主軸を持つ単一指向特性が得られる。
【００５８】
さらに、第３と第４の信号減算手段７３，７４からの出力信号の振幅周波数特性は、６dB/octの傾きで低域下がりとなるため、第１と第２の振幅周波数特性補正手段７５，７６はこれを補正して平坦な振幅周波数特性にする。このようにして本実施の形態では、適応フィルタ手段３０と信号レベル比較手段５０とフィルタ係数更新制御手段６０の処理量を増加させることなく、実施の形態１又は実施の形態２の内容をステレオ化したり、マルチチャンネル化することができる。
【００５９】
（実施の形態４）
次に本発明の実施の形態４における機器内蔵型マイクロホン装置について、図６を用いて説明する。図６は本実施の形態における機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図である。第１の主マイクロホン１、第２の主マイクロホン２、雑音参照マイクロホン５、適応フィルタ手段３０、信号レベル比較手段５０、フィルタ係数更新制御手段６０、第１の信号減算手段４１、第２の信号減算手段４２、指向性合成手段７０が設けられていることは、実施の形態３と同様である。
【００６０】
実施の形態３と異なる部分は、信号加算手段４３を設け、第１の信号減算手段４１の出力信号と第２の信号減算手段４２の出力信号とを加算し、信号増幅手段４４によって加算信号の０．５倍を出力する。そしてフィルタ係数更新制御手段６０は、雑音参照マイクロホン５の出力信号、信号増幅手段４４の出力信号、信号レベル比較手段５０の出力信号、及び機器内部の機構部を駆動する制御信号９０を入力し、適応フィルタ手段３０のフィルタ係数を更新制御するようにしている。
【００６１】
このような構成の機器内蔵型マイクロホン装置の動作について説明する。実施の形態３では、フィルタ係数更新制御手段６０は第１の信号減算手段４１からの出力信号を用いてフィルタ係数を更新制御していた。この場合、第１の主マイクロホン１に対しては最適な雑音打ち消し効果が得られるが、第２の主マイクロホン２に対しては効果が若干減少する傾向にある。本実施の形態では、第１の信号減算手段４１の出力信号と第２の信号減算手段４２の出力信号との平均値を信号増幅手段４４で出力し、この平均値をフィルタ係数更新制御手段６０に入力することにより、第１と第２の主マイクロホン１，２に対する雑音抑圧効果を均等に持たせることができる。このため、実施の形態３に比較して雑音抑圧効果を改善することができる。
【００６２】
尚、上記の実施の形態では、主マイクロホンの数を２個としたが、機器筐体の外部から到来する外部音を収音するために、第１〜第ｎの主マイクロホンを設けてもよい。この場合、第ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の信号減算手段により第ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の各主マイクロホンの出力信号から適応フィルタ手段の制御音信号を減算する。このとき、信号レベル比較手段は、第ｋ（ｋは１〜ｎの特定値）の主マイクロホンの出力信号と雑音参照マイクロホンの検出信号のレベルを比較する。フィルタ係数更新制御手段は、信号レベル比較手段での比較結果と第ｋ（ｋは１〜ｎの特定値）の信号減算手段の減算結果と、雑音参照マイクロホンの検出信号とを入力し、第ｋの信号減算手段の減算結果が最小になるよう適応フィルタ手段のフィルタ係数を更新する。
【００６３】
（実施の形態５）
次に本発明の実施の形態５における機器内蔵型マイクロホン装置について、図７と図８を用いて説明する。図７は本実施の形態の機器内蔵型マイクロホン装置におけるフローティング部を中心とする構成図であり、図８は図７のＡ−Ａ’断面図である。フローティング部であるマイクユニット取付基板７に対して第１の主マイクロホン１及び第２の主マイクロホン２が外向きに取り付けられ、雑音参照マイクロホン５が内向きに取り付けられている。マイクユニット取付基板７は、ダンパー８を介して筺体１０に対して免振状態に保持され、機構部２０から各マイクロホンへの振動の伝達を抑止する振動雑音低減手段の機能を有している。
【００６４】
これまでの実施の形態と同様に、第１の主マイクロホン１及び第２の主マイクロホン２は機器外部の音を収音するもので、雑音参照マイクロホン５は機器内部の音を主として収音するものである。ダンパー８はマイクユニット取付基板７を機器の筐体１０に対して弾性的に支持する働きをする。尚、マイクユニット取付基板７とダンパー８とは、ゴム等の弾性部材を用いて一体成形してもよい。
【００６５】
このような構成の機器内蔵型マイクロホン装置の動作について説明する。主マイクロホン１と主マイクロホン２は雑音参照マイクロホン５に近接して配置されているので、実施の形態２の場合と同様な効果が得られる。また１つのフローティング構造で、複数のマイクロホンユニットの振動雑音を抑圧することができる。更に第１と第２の主マイクロホンが機器外部に向けて取り付けられ、雑音参照マイクロホンは機器内部に向けて取り付けられているので、実施の形態３及び４に用いられるマイクロホンユニットの設置条件を満たしている。
【００６６】
適応フィルタ手段３０が雑音抑圧のための学習動作を行うが、振動雑音は学習を妨害する要素となる。ここでは、第１の主マイクロホン１と第２の主マイクロホン２と雑音参照マイクロホン５とが筺体１０に対してフローティング状態に保持されるので、機器を手で触ったり、機器を操作したりするときにタッチノイズが発生したり、機器が何かに当たった際に振動雑音が発生しても、適応フィルタ手段３０は安定して学習動作が行えるようになる。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように本願の請求項１〜１０記載の発明によれば、適応フィルタ手段のフィルタ係数更新の制御を、少なくとも主マイクロホンと雑音参照マイクロホンとのレベルに基づいて行うことによって、適応フィルタの学習動作を安定化することができる。
【００６８】
特に請求項４記載の発明によれば、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンを近接させることによって、雑音源方向の適用範囲を拡大すると共に、雑音参照マイクロホンからの少量の音声信号のエコー成分が発生しても、時間的に遅れがなくなり、音質を向上させることができる。
【００７０】
特に請求項８記載の発明によれば、電源投入から録音開始までの間に機器内部の機構部を動作させて、予め適応フィルタを学習させておくことによって、間欠的に動作する機構部の雑音に対しても録音開始時から雑音抑圧効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１の機器内蔵型マイクロホン装置において、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンとの位置関係を示す配置図である。
【図３】本発明の実施の形態２の機器内蔵型マイクロホン装置において、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンとの位置関係を示す配置図である。
【図４】本発明の実施の形態３における機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態３の機器内蔵型マイクロホン装置に用いられる指向性合成手段の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態４における機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態５の機器内蔵型マイクロホン装置において、筐体へのマイクホンの取付状態を示す構造図である。
【図８】図７のＡ−Ａ’断面図である。
【図９】従来の機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の機器内蔵型マイクロホン装置において、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンの位置関係を示す配置図である。
【符号の説明】
１ 第１の主マイクロホン
２ 第２の主マイクロホン
５ 雑音参照マイクロホン
７ マイクユニット取付基板
８ ダンパー
１０ 筐体
２０，２１ 機構部
３０ 適応フィルタ手段
４０ 信号減算手段
４１ 第１の信号減算手段
４２ 第２の信号減算手段
４３ 信号加算手段
４４ 信号増幅手段
５０ 信号レベル比較手段
６０ フィルタ係数更新制御手段
７０ 指向性合成手段
７１ 第１の信号遅延手段
７２ 第２の信号遅延手段
７３ 第３の信号減算手段
７４ 第４の信号減算手段
７５ 第１の振幅周波数特性補正手段
７６ 第２の振幅周波数特性補正手段
１０１ 第１の出力端子
１０２ 第２の出力端子
本発明は、雑音低減効果を有する機器内蔵型マイクロホン装置及び撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオムービーのように、主マイクロホンを内蔵したＡＶ機器において、機器内部の機構部から発生した雑音が主マイクロホンに混入することがある。このような雑音成分を少なくするため、機器の筐体内部に雑音参照マイクロホンを設け、雑音参照マイクロホンからの信号を適応フィルタ手段に与えて制御音信号を生成し、この制御音信号で雑音をキャンセルするという機器内蔵型マイクロホン装置がある。
【０００３】
このような機能を持つ従来の機器内蔵型マイクロホン装置の構成について図９及び図１０を用いて説明する。図９は従来例の機器内蔵型マイクロホン装置の概略構成図であり、図１０はビデオムービー等のＡＶ機器において、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンとの位置関係を示した構成図である。図９及び図１０において、主マイクロホン１はＡＶ機器の筐体１０の表面に設けられ、外部の音を収音する収録用のマイクロホンである。筐体１０の内部にテープ搬送機構及び回転シリンダを含む磁気記録再生部が設けられており、ここではこれらを機構部２０と呼ぶ。雑音参照マイクロホン５は、主として機構部２０から発生する振動音等の雑音を収音するマイクロホンであり、筐体１０の内部であって機構部２０に向けて取り付けられている。
【０００４】
図９の適応フィルタ手段３０は、雑音参照マイクロホン５からの雑音信号を入力し、雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１への伝達特性を同定し、制御音信号を生成する適応フィルタである。信号減算手段４０は主マイクロホン１の出力信号から、適応フィルタ３０で生成された制御音信号を減算し、雑音成分の低減された音声信号を出力する減算手段である。
【０００５】
このような構成の機器内蔵型マイクロホン装置の動作について説明する。まず、主マイクロホン１は筐体１０の表面に取り付けられているので、機器の周囲で発生する外部音を収音する。しかし、機器内部の機構部２０が動作することによって、収音したくない雑音も発生する。この雑音が筺体１０を介して主マイクロホン１に回り込み、主マイクロホン１の収音のＳ／Ｎ値を劣化させる。このとき、雑音参照マイクロホン５は機構部２０から発生する雑音を捉える。そこで適応フィルタ手段３０は、雑音参照マイクロホン５の出力信号を基に、主マイクロホン１で受音される雑音信号と同一の信号を推定し、これを制御音信号として出力する。信号減算手段４０は主マイクロホン１の出力信号から制御音信号を減算することにより、雑音成分を除去する。こうして内部雑音が削減された音声信号を得ることができる。ここで、適応フィルタ手段３０における適応アルゴリズムには、学習同定法などが用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような構成では、実使用の面で適応フィルタ手段３０での係数更新が最適に動作しない場合が多い。例えば、雑音を打ち消す方向にうまく収束せず、学習に時間がかかったり、場合によっては発散し、雑音が十分に打ち消されないと言う問題点が生じる。また雑音源が１つに特定できない場合に、雑音抑圧効果が得られない問題点も有る。更に、音声信号に対してエコーが付加されたりする音質面の問題もある。これらの問題点について詳しく説明する。
【０００７】
第１に、機器内部の機構部２０のみから雑音が発せられている場合には、適応フィルタ３０は正常に学習動作することができる。しかし、機器内部の機構部２０からの雑音レベルが、音声信号や周囲音に対して小さいときや、機構部２０が動作を停止しているときなどに適応フィルタ手段３０の係数更新を行うと、フィルタ係数が所望の特性から外れ、雑音の打ち消し機能が不可能となる。
【０００８】
第２に、上記の構成では、雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１に向けて伝わる音波の伝達特性を再現するように、適応フィルタ手段３０が集束する。こうして雑音の打ち消しが行われるはずであるが、主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５の片方、又は両方に振動が加わると、これがフィルタ係数の収束を妨害する信号となる。この場合、適応フィルタ手段３０は雑音を打ち消す状態には収束できず、雑音打ち消し機能が得られなくなる。
【０００９】
第３に、複数の雑音源が存在する場合、例えば、ビデオムービーの回転シリンダ音とレンズのズーム音などが存在する場合に、雑音参照マイクロホン５をどちらか一方の雑音源に置いた場合、他方の雑音源からの雑音を抑圧することはできなくなる。
【００１０】
第４に、適応フィルタ手段３０は、機構部２０から雑音が十分に大きな音圧レベルで発生した場合には、雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１への伝達特性の推定（学習）が正確に行えるが、雑音を発生する機構部２０が間欠的に動作する場合、例えば機器停止の間は学習に必要な雑音信号が得られない。このため録画及び録音開始と同時に雑音の打ち消し機能を得ることが難しくなる。
【００１１】
第５に、雑音参照マイクロホン５に対して外部の音声信号が混入した場合に、エコー雑音として音質に悪影響を及ぼす。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、適応フィルタ手段での雑音を打ち消すように収束する学習動作を安定に行わせ、機器内部の雑音源に対して雑音の打ち消しが行える機器内蔵型マイクロホン装置を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本願の請求項１の発明は、機構部を有する機器に内蔵される、機器内蔵型マイクロホン装置であって、機器筐体の外部から到来する外部音を収音する主マイクロホンと、機器筐体の内部に設けられた雑音参照マイクロホンと、前記雑音参照マイクロホンの検出信号を入力し、更新されたフィルタ係数を用いて出力信号を生成する適応フィルタ手段と、前記信号レベル比較手段の比較結果と前記信号減算手段の減算結果と前記雑音参照マイクロホンの検出信号と前記機構部の駆動の有無を示す制御信号とを入力し、雑音参照マイクロホンの出力レベルが前記主マイクロホンの出力レベルより大きいとき、前記信号減算手段の減算結果が最小になるよう前記適応フィルタ手段のフィルタ係数を更新し、かつ前記制御信号に応じて前記フィルタ係数の更新を制御するフィルタ係数更新制御手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１４】
本願の請求項２の発明は、請求項１の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記主マイクロホン装置の出力値と前記雑音参照マイクロホンの出力値との比較値であるレベル比を出力する信号レベル比較手段をさらに具備し、前記フィルタ係数更新制御手段は、前記レベル比及び前記制御信号に応じて、前記フィルタ係数を更新することを特徴とするものである。
【００１５】
本願の請求項３の発明は、請求項２の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記フィルタ係数更新制御手段は、前記制御信号が前記機構部の駆動を示す場合に、前記機構部が駆動していない場合以上に前記フィルタ係数の更新速度を大きくし、かつ、前記レベル比が大きい程、前記フィルタ係数の更新速度を大きくすることを特徴とするものである。
【００１６】
本願の請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記雑音参照マイクロホンは、前記駆動部の近傍に設置されることを特徴とするものである。
【００１７】
本願の請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記機構部が、ディスク記録装置のヘッド移送手段であることを特徴とするものである。
【００１８】
本願の請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記機構部が、ビデオカメラのズーム手段であることを特徴とするものである。
【００１９】
本願の請求項７の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記機構部が、ビデオカメラのオートフォーカス手段であることを特徴とするものである。
【００２０】
本願の請求項８の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記機器の電源投入時から録音開始の間に、前記機構部を予め動作させて意図的に雑音を発生させ、前記雑音の発生中に前記適応フィルタ手段のフィルタ係数の更新を行うことを特徴とするものである。
【００２１】
本願の請求項９の発明は、請求項８の機器内蔵型マイクロホン装置において、前記主マイクロホンの出力信号の振幅レベルが所定の値より低い場合に、前記機構部を動作させることを特徴とするものである。
【００２２】
本願の請求項１０の発明は、機器筐体の外部から到来する外部音を収音する主マイクロホンと、機器筐体の内部に設けられた雑音参照マイクロホンと、前記雑音参照マイクロホンの検出信号を入力し、更新されたフィルタ係数を用いて出力信号を生成する適応フィルタ手段、及び前記主マイクロホン装置の出力値と前記雑音参照マイクロホンの出力値との比較値であるレベル比を出力する信号レベル比較手段を有するマイクロホン装置と、具備する撮像装置であって、前記フィルタ係数更新制御手段は、前記制御信号が前記機構部の駆動を示す場合に、前記機構部が駆動していない場合以上に前記フィルタ係数の更新速度を大きくし、かつ、前記レベル比が大きい程前記フィルタ係数の更新速度を大きくすることを特徴とするものである。
【００２７】
特に請求項２，３の構成によれば、適応フィルタ手段のフィルタ係数更新の制御を、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンの出力レベル比、及び機器内部の機構部を駆動する制御信号を用いて行うことによって、適応フィルタの学習動作の安定化を行っている。
【００２８】
特に請求項４の構成によれば、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンを近接させることによって、雑音源方向の適用範囲を拡大すると共に、雑音参照マイクロホンからの少量の音声信号のエコー成分が発生しても時間的に遅れがなくなり、聴感上検知できなくなることによる音質の向上を行っている。
【００３０】
特に請求項８，９の構成によれば、電源投入から録音開始までの間に、機器内部の雑音を発生する機構部を動作させて、予め適応フィルタを学習させておくことによって、間欠的に動作する機構部の雑音に対しても、録音開始時から雑音抑圧効果が得られるようにしている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における機器内蔵型マイクロホン装置について、図１〜図３を用いて説明する。図１は本実施の形態による機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図であり、図２はＡＶ機器において、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンとの位置関係を示す構成図である。尚、従来例と同一部分は同一の符号を付け、詳細な説明は省略する。この機器内蔵型マイクロホン装置は、図９の場合と同様に主マイクロホン１が筐体面に外部の音を収音するように取り付けられ、雑音参照マイクロホン５が筐体１０の内部の雑音を収音するように取り付けられる。雑音参照マイクロホン５からの出力信号は、適応フィルタ手段３０、信号レベル比較手段５０、フィルタ係数更新制御手段６０に入力されるようになっている。
【００３３】
適応フィルタ手段３０は、フィルタ係数更新制御手段６０より更新制御されたフィルタ係数を用いて、雑音参照マイクロホン５からの出力信号をフィルタリングし、主マイクロホン１で受音される雑音信号と同じ信号を制御音信号として生成するものである。尚、適応フィルタ手段３０はそのタップ数に応じて信号処理に一定の時間を要する。このため主マイクロホン１の後段に図示しない遅延手段が設けられているものとする。この遅延手段の信号遅延時間は、適応フィルタ手段３０のタップ数と、主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５との間隔に基づいて設定される。
【００３４】
信号減算手段４０は、主マイクロホン１からの出力信号から適応フィルタ手段３０の出力信号を減算し、雑音が打ち消された音声信号を出力するものである。主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５からの出力信号は、信号レベル比較手段５０に入力される。信号レベル比較手段５０は、雑音参照マイクロホン５からの出力信号レベルに対する主マイクロホン１からの出力信号レベルを比較するもので、２つの出力信号の差分値や、２つの信号のレベル比Ｌｃを出力するものである。フィルタ係数更新制御手段６０は、信号レベル比較手段５０の比較結果と、雑音参照マイクロホン５の出力信号と、信号減算手段４０からの出力信号と、機器内部の機構部を駆動する制御信号９０とを入力し、レベル比Ｌｃが一定の閾値を超えるとき、出力端子１００で雑音信号が最小になるように、適応フィルタ手段３０のフィルタ係数の更新制御を行うものである。
【００３５】
主マイクロホン１と、雑音参照マイクロホン５と、筐体１０と、雑音を発生する機器内部の機構部２０との位置関係を図２に示す。本図に示すように、主マイクロホン１は、筐体１０の外側に取り付けられているので、主として音声や周囲音など収音すべき音に高い感度を有する。これに対して雑音参照マイクロホン５は、筐体１０の内側に取り付けられているので、主として機器内部の機構部２０から発生する雑音に高い感度を有する。
【００３６】
このように構成された機器内蔵型マイクロホン装置の動作原理について説明する。まず、主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５で収音された音波は電気信号に変換される。主マイクロホン１には、音声や周囲環境音といった収音すべき音と、機構部２０の内部から発生するモータ音や回転シリンダ又はヘッド移送手段などからの雑音が音波として伝わってくる。主マイクロホン１では、機構部２０の内部から発生する雑音が収音されないことが望ましい。このため通常は筐体１０において密閉対策が取られている。しかし、バッテリやカセットやディスクなどの出し入れのために、筐体１０には開閉部やスイッチ類の隙間が存在する。また機器の小型化などにより、機器内部の雑音源である機構部２０との距離が近づくことから、主マイクロホン１で機器内部の機構部２０からの雑音が収音されてしまうことになる。
【００３７】
そこで適応フィルタ手段３０は、雑音参照マイクロホン５の出力信号から主マイクロホン１で受音される雑音信号と同一の信号を推定する必要がある。適応フィルタ手段３０におけるフィルタ係数をｈ(n) とすると、このフィルタ係数ｈ(n) は、雑音キャンセル後の信号減算手段４０からの出力信号ｅ(n) と、雑音参照マイクロホン５からの出力信号ｕ(n) を用いて、雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１への伝達特性Ｈ0(ω) を、サンプル毎に逐次更新する収束型の適応アルゴリズム（学習同定法など）を用いて求めることができる。
【００３８】
フィルタ係数更新制御手段６０は、適応フィルタ手段３０の伝達特性が雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１への伝達特性Ｈ0(ω) に収束するように、ベクトルであるフィルタ係数ｈ(n) を更新していく。このため雑音参照マイクロホン５からの出力ベクトルである出力信号ｕ(n) と、信号減算手段４０からの出力信号ｅ(n) と、信号レベル比較手段５０からの出力信号Ｌc と、機器内部の機構部２０を駆動する制御信号９０とを入力して、次の（１）〜（３）式を用いて更新できる。この信号処理は、学習同定法と呼ばれる更新アルゴリズムである。
【００３９】
【数１】
【００４０】
適応フィルタ手段３０の伝達特性Ｈ (ω) は、フィルタ係数更新制御手段６０によってＨ0(ω) ＝Ｈ (ω) となるように更新されていくが、機器内部の機構部２０から発生した雑音が雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１に到来するまでの伝達特性Ｈ0(ω) を推定するためには、機器内部の機構部２０のみから音が発生している状態で更新を行うのが最も都合がよい。逆に、主マイクロホン１で収音される音声信号や周囲音がある場合には、これらの信号は適応フィルタ手段３０の学習動作においては妨害信号となる。この場合は、フィルタ係数更新制御手段６０で更新を遅くするか、又は止めるなどして制御しなければ、フィルタ係数は発散して、雑音を打ち消すことができなくなる。
【００４１】
このため、例えば表１のように（１）式の定数αを制御して、適応フィルタ３０の係数の収束に対して妨害音となる音声信号が増加したとき、α＝０としてフィルタ係数の更新を止めるか、又はα≪１として更新速度を下げる。こうすると、係数が発散してしまうことを防止することができる。
【表１】
【数４】
【００４２】
また、機器内部の機構部２０が、ディスク記録装置のヘッド移送手段であったり、ビデオムービーのズームやオートフォーカスのような間欠的に動作する機構の場合、これらの機構部が動作していないときには適応フィルタ係数の更新動作を止めなければならない。このためフィルタ係数更新制御手段６０では、機器内部の機構部２０を駆動する制御信号９０によっても適応フィルタ係数の更新を制御するのである。
【００４３】
また、α＝０のときは、演算処理量の削減のために、フィルタ係数更新制御手段６０の動作を止めてもよい。また、機器の録音開始と同時に雑音抑圧効果を得るためには、その前に適応フィルタ手段３０のフィルタ係数が学習を完了しなければならない。そのために電源投入から録音開始までの間に、意図的に機器内部の機構部２０を動作させて、適応フィルタ手段３０の学習動作を行ってもよい。更にそのとき、むやみに機器内部の機構部２０を動作させるのでなく、音声信号や周囲騒音のレベルが十分に低いときのみに動作させることで、省電力の効果も得ることができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では表１において、αの変化範囲を０≦α≦０．１としているが、学習同定法で理論上のαの取りうる範囲は０≦α≦２である。
【００４５】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２における機器内蔵型マイクロホン装置について、図３を用いて説明する。図３は本実施の形態の機器内蔵型マイクロホン装置における主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５の位置関係を示す構成図であり、筺体１０の内部に第１の機構部２０と第２の機構部２１とがあるものとする。尚、制御音信号を生成する回路構成は図１に示すものと同一である。ここで第１の実施の形態と異なるところは、機構部が２ヵ所にあるので、図３に示すように雑音参照マイクロホン５を主マイクロホン１の近傍に設けたことである。
【００４６】
このような構成の機器内蔵型マイクロホン装置の動作原理について説明する。一般的に適応フィルタを用いたノイズキャンセルは、図２のように消したい雑音源近傍に雑音参照マイクロホン５を設けるのが普通である。機器内部に複数の雑音源が存在する場合、どちらか片方の雑音源、例えば機構部２０の近傍に雑音参照マイクロホン５を設けた場合、他方の雑音源、例えば図３の機器内部の機構部２１からの雑音を打ち消すことができない。
【００４７】
雑音源の近傍に雑音参照マイクロホン５を設けて、複数の雑音源からの音を打ち消すには、複数の雑音参照マイクロホンと複数の適応フィルタ手段とが必要となる。しかし、図３のように雑音参照マイクロホン５を主マイクロホン１の近傍に設けることで、機器内部の機構部２０及び２１からの雑音に対する雑音参照マイクロホン５から主マイクロホン１への伝達特性が近似してくるため、一つの雑音参照マイクロホン５と一つの適応フィルタ手段３０でも双方の雑音を抑圧することが可能となる。
【００４８】
このようにすることで、ビデオムービーのように回転シリンダの部分から発生する「たたき音」と呼ばれる雑音や、ズームやフォーカス時の光学系の部分から発生する雑音など、複数の雑音源に対応することが可能となる。また、本実施の形態のように、雑音参照マイクロホン５を主マイクロホン１の近傍に配置することによって、音声信号が雑音参照マイクロホン５に混入して発生するエコー成分についても、主マイクロホン１で収音される音声信号と雑音参照マイクロホン５からのエコー成分との時間差が小さくなり、聴感上エコーとして検知できなくなる。
【００４９】
通常、機器内部からの騒音を主マイクロホン１に伝えないようにするため、機器の筐体１０に対してその内部と外部との間に、ある程度の気密性を持たせる部材を設けるのが通例である。この場合、機器内部に設けられた雑音参照マイクロホン５に音声信号はあまり混入しなくなり、主マイクロホンからの音声信号との時間差が小さくなるので、エコー成分のレベルが低くなり、聴感上のマスキング効果で実際上のエコーは分からなくなる。このようにして、音声信号が雑音参照マイクロホン５に洩れ入ることによるエコー雑音の発生を抑圧することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態の主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５との距離は、マイクロホンの周波数帯域や、現状のマイクロホンのサイズや、筐体材料の厚み、機器における収音部分に与えられるスペースなどを考慮すれば、数mm〜数cm、例えば５mm〜２０mm程度が適切であると考えられる。
【００５１】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３における機器内蔵型マイクロホン装置について、図４及び図５を用いて説明する。図４は本実施の形態の機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図である。この機器内蔵型マイクロホン装置は、実施の形態１における機器内蔵型マイクロホン装置をステレオ化したものであり、実施の形態１と同一部分は同一の符号を付けて詳細な説明は省略する。ここではステレオであっても、適応フィルタ手段を増設することなく、雑音抑圧効果を得ようとするものである。
【００５２】
主マイクロホンとして、外部の音を収音するよう第１の主マイクロホン１と第２の主マイクロホン２とが筐体面に取り付けられている。また雑音参照マイクロホン５が筐体内部の雑音を収音するように取り付けられている。第１の主マイクロホン１の出力信号は、信号レベル比較手段５０と第１の信号減算手段４１に与えられる。第２の主マイクロホン２の出力信号は第２の信号減算手段４２に与えられる。信号減算手段４１は、主マイクロホン１の出力信号から適応フィルタ手段３０の出力信号を減算し、雑音が打ち消された第１の音声信号を出力するものである。信号減算手段４２は、主マイクロホン２の出力信号から適応フィルタ手段３０の出力信号を減算し、雑音が打ち消された第２の音声信号を出力するものである。
【００５３】
指向性合成手段７０は、信号減算手段４１及び信号減算手段４２の出力信号を入力し、指向性を持たせた音声信号を生成するものである。図５は指向性合成手段７０の構成例を示すブロック図である。第１の信号遅延手段７１は信号減算手段４１から入力された出力信号を遅延し、第４の信号減算手段７４に与えるものである。第２の信号遅延手段７２は信号減算手段４２から入力された出力信号を遅延し、第３の信号減算手段７３に与えるものである。信号減算手段７３は信号減算手段４１から出力された音声信号から、信号遅延手段７２の出力信号を減算し、減算結果を第１の振幅周波数特性補正手段７５に与えるものである。信号減算手段７４は信号減算手段４２から出力された音声信号から、信号遅延手段７１の出力信号を減算し、減算結果を第２の振幅周波数特性補正手段７６に与えるものである。
【００５４】
振幅周波数特性補正手段７５は、信号減算手段７３の音声信号の周波数特性を補正し、出力端子１０１を介して主マイクロホン１に近い側から放射された音声信号を出力するものである。同様に振幅周波数特性補正手段７６は、信号減算手段７４の音声信号の周波数特性を補正し、出力端子１０２を介して主マイクロホン２に近い側から放射された音声信号を出力するものである。
【００５５】
このように構成された機器内蔵型マイクロホン装置の動作について説明する。この例では、小型のビデオムービーなどに搭載される内蔵型マイクロホンを想定している。通常のビデオムービーに搭載された１ポイントステレオマイクロホンは、無指向性マイクロホンユニットを２個又は３個を用いて、その出力信号を指向性合成手段によって処理することで指向性を実現している。本実施の形態では、マイクロホンユニットが第１と第２の主マイクロホン１，２の２個の場合であるが、第１と第２の主マイクロホン１，２が同一指向性のマイクロホンユニットであり、かつ、マイクロホンの指向性合成後の周波数帯域や装着場所の問題から、２個のマイクロホンユニットの間隔は通常５mm〜２０mm程度とする。この場合、雑音参照マイクロホン５から第１と第２の主マイクロホン１，２までの夫々の音響伝達特性はほぼ等しい。
【００５６】
従って図４に示すように、第１の主マイクロホン１と雑音参照マイクロホン５からの出力信号を用いて適応させた適応フィルタ手段３０の出力信号は、第１の主マイクロホン１からの出力信号の雑音成分を打ち消すと同時に、第２の主マイクロホン２からの出力信号の雑音成分も打ち消すことができる。
【００５７】
図５の指向性合成手段７０は第１次音圧傾度型の指向性合成を行う。第１と第２の主マイクロホン１，２の間の距離をｄとし、音速をｃとし、第１及び第２の信号遅延手段７１，７２で信号遅延量τ＝ｄ／ｃとすると、第３の信号減算手段７３からの出力は、第１と第２の主マイクロホン１，２を結び、かつ第１の主マイクロホン１の方向に指向性の主軸を持つ単一指向特性を持つ。また第４の信号減算手段７４からの出力には、第２から第１の主マイクロホンに向かう方向に主軸を持つ単一指向特性が得られる。
【００５８】
さらに、第３と第４の信号減算手段７３，７４からの出力信号の振幅周波数特性は、６dB/octの傾きで低域下がりとなるため、第１と第２の振幅周波数特性補正手段７５，７６はこれを補正して平坦な振幅周波数特性にする。このようにして本実施の形態では、適応フィルタ手段３０と信号レベル比較手段５０とフィルタ係数更新制御手段６０の処理量を増加させることなく、実施の形態１又は実施の形態２の内容をステレオ化したり、マルチチャンネル化することができる。
【００５９】
（実施の形態４）
次に本発明の実施の形態４における機器内蔵型マイクロホン装置について、図６を用いて説明する。図６は本実施の形態における機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図である。第１の主マイクロホン１、第２の主マイクロホン２、雑音参照マイクロホン５、適応フィルタ手段３０、信号レベル比較手段５０、フィルタ係数更新制御手段６０、第１の信号減算手段４１、第２の信号減算手段４２、指向性合成手段７０が設けられていることは、実施の形態３と同様である。
【００６０】
実施の形態３と異なる部分は、信号加算手段４３を設け、第１の信号減算手段４１の出力信号と第２の信号減算手段４２の出力信号とを加算し、信号増幅手段４４によって加算信号の０．５倍を出力する。そしてフィルタ係数更新制御手段６０は、雑音参照マイクロホン５の出力信号、信号増幅手段４４の出力信号、信号レベル比較手段５０の出力信号、及び機器内部の機構部を駆動する制御信号９０を入力し、適応フィルタ手段３０のフィルタ係数を更新制御するようにしている。
【００６１】
このような構成の機器内蔵型マイクロホン装置の動作について説明する。実施の形態３では、フィルタ係数更新制御手段６０は第１の信号減算手段４１からの出力信号を用いてフィルタ係数を更新制御していた。この場合、第１の主マイクロホン１に対しては最適な雑音打ち消し効果が得られるが、第２の主マイクロホン２に対しては効果が若干減少する傾向にある。本実施の形態では、第１の信号減算手段４１の出力信号と第２の信号減算手段４２の出力信号との平均値を信号増幅手段４４で出力し、この平均値をフィルタ係数更新制御手段６０に入力することにより、第１と第２の主マイクロホン１，２に対する雑音抑圧効果を均等に持たせることができる。このため、実施の形態３に比較して雑音抑圧効果を改善することができる。
【００６２】
尚、上記の実施の形態では、主マイクロホンの数を２個としたが、機器筐体の外部から到来する外部音を収音するために、第１〜第ｎの主マイクロホンを設けてもよい。この場合、第ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の信号減算手段により第ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の各主マイクロホンの出力信号から適応フィルタ手段の制御音信号を減算する。このとき、信号レベル比較手段は、第ｋ（ｋは１〜ｎの特定値）の主マイクロホンの出力信号と雑音参照マイクロホンの検出信号のレベルを比較する。フィルタ係数更新制御手段は、信号レベル比較手段での比較結果と第ｋ（ｋは１〜ｎの特定値）の信号減算手段の減算結果と、雑音参照マイクロホンの検出信号とを入力し、第ｋの信号減算手段の減算結果が最小になるよう適応フィルタ手段のフィルタ係数を更新する。
【００６３】
（実施の形態５）
次に本発明の実施の形態５における機器内蔵型マイクロホン装置について、図７と図８を用いて説明する。図７は本実施の形態の機器内蔵型マイクロホン装置におけるフローティング部を中心とする構成図であり、図８は図７のＡ−Ａ’断面図である。フローティング部であるマイクユニット取付基板７に対して第１の主マイクロホン１及び第２の主マイクロホン２が外向きに取り付けられ、雑音参照マイクロホン５が内向きに取り付けられている。マイクユニット取付基板７は、ダンパー８を介して筺体１０に対して免振状態に保持され、機構部２０から各マイクロホンへの振動の伝達を抑止する振動雑音低減手段の機能を有している。
【００６４】
これまでの実施の形態と同様に、第１の主マイクロホン１及び第２の主マイクロホン２は機器外部の音を収音するもので、雑音参照マイクロホン５は機器内部の音を主として収音するものである。ダンパー８はマイクユニット取付基板７を機器の筐体１０に対して弾性的に支持する働きをする。尚、マイクユニット取付基板７とダンパー８とは、ゴム等の弾性部材を用いて一体成形してもよい。
【００６５】
このような構成の機器内蔵型マイクロホン装置の動作について説明する。主マイクロホン１と主マイクロホン２は雑音参照マイクロホン５に近接して配置されているので、実施の形態２の場合と同様な効果が得られる。また１つのフローティング構造で、複数のマイクロホンユニットの振動雑音を抑圧することができる。更に第１と第２の主マイクロホンが機器外部に向けて取り付けられ、雑音参照マイクロホンは機器内部に向けて取り付けられているので、実施の形態３及び４に用いられるマイクロホンユニットの設置条件を満たしている。
【００６６】
適応フィルタ手段３０が雑音抑圧のための学習動作を行うが、振動雑音は学習を妨害する要素となる。ここでは、第１の主マイクロホン１と第２の主マイクロホン２と雑音参照マイクロホン５とが筺体１０に対してフローティング状態に保持されるので、機器を手で触ったり、機器を操作したりするときにタッチノイズが発生したり、機器が何かに当たった際に振動雑音が発生しても、適応フィルタ手段３０は安定して学習動作が行えるようになる。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように本願の請求項１〜１０記載の発明によれば、適応フィルタ手段のフィルタ係数更新の制御を、少なくとも主マイクロホンと雑音参照マイクロホンとのレベルに基づいて行うことによって、適応フィルタの学習動作を安定化することができる。
【００６８】
特に請求項４記載の発明によれば、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンを近接させることによって、雑音源方向の適用範囲を拡大すると共に、雑音参照マイクロホンからの少量の音声信号のエコー成分が発生しても、時間的に遅れがなくなり、音質を向上させることができる。
【００７０】
特に請求項８記載の発明によれば、電源投入から録音開始までの間に機器内部の機構部を動作させて、予め適応フィルタを学習させておくことによって、間欠的に動作する機構部の雑音に対しても録音開始時から雑音抑圧効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１の機器内蔵型マイクロホン装置において、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンとの位置関係を示す配置図である。
【図３】本発明の実施の形態２の機器内蔵型マイクロホン装置において、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンとの位置関係を示す配置図である。
【図４】本発明の実施の形態３における機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態３の機器内蔵型マイクロホン装置に用いられる指向性合成手段の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態４における機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態５の機器内蔵型マイクロホン装置において、筐体へのマイクホンの取付状態を示す構造図である。
【図８】図７のＡ−Ａ’断面図である。
【図９】従来の機器内蔵型マイクロホン装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の機器内蔵型マイクロホン装置において、主マイクロホンと雑音参照マイクロホンの位置関係を示す配置図である。
【符号の説明】
１ 第１の主マイクロホン
２ 第２の主マイクロホン
５ 雑音参照マイクロホン
７ マイクユニット取付基板
８ ダンパー
１０ 筐体
２０，２１ 機構部
３０ 適応フィルタ手段
４０ 信号減算手段
４１ 第１の信号減算手段
４２ 第２の信号減算手段
４３ 信号加算手段
４４ 信号増幅手段
５０ 信号レベル比較手段
６０ フィルタ係数更新制御手段
７０ 指向性合成手段
７１ 第１の信号遅延手段
７２ 第２の信号遅延手段
７３ 第３の信号減算手段
７４ 第４の信号減算手段
７５ 第１の振幅周波数特性補正手段
７６ 第２の振幅周波数特性補正手段
１０１ 第１の出力端子
１０２ 第２の出力端子
Claims (10)
- 機構部を有する機器に内蔵される、機器内蔵型マイクロホン装置であって、
機器筐体の外部から到来する外部音を収音する主マイクロホンと、
機器筐体の内部に設けられた雑音参照マイクロホンと、
前記雑音参照マイクロホンの検出信号を入力し、更新されたフィルタ係数を用いて出力信号を生成する適応フィルタ手段と、
前記信号レベル比較手段の比較結果と前記信号減算手段の減算結果と前記雑音参照マイクロホンの検出信号と前記機構部の駆動の有無を示す制御信号とを入力し、雑音参照マイクロホンの出力レベルが前記主マイクロホンの出力レベルより大きいとき、前記信号減算手段の減算結果が最小になるよう前記適応フィルタ手段のフィルタ係数を更新し、かつ前記制御信号に応じて前記フィルタ係数の更新を制御するフィルタ係数更新制御手段と、を具備する機器内蔵型マイクロホン装置。 - 前記主マイクロホン装置の出力値と前記雑音参照マイクロホンの出力値との比較値であるレベル比を出力する信号レベル比較手段をさらに具備し、
前記フィルタ係数更新制御手段は、前記レベル比及び前記制御信号に応じて、前記フィルタ係数を更新する請求項１記載の機器内蔵型マイクロホン装置。 - 前記フィルタ係数更新制御手段は、前記制御信号が前記機構部の駆動を示す場合に、前記機構部が駆動していない場合以上に前記フィルタ係数の更新速度を大きくし、かつ、前記レベル比が大きい程、前記フィルタ係数の更新速度を大きくする請求項２に記載の機器内蔵型マイクロホン装置。
- 前記雑音参照マイクロホンは、前記駆動部の近傍に設置される請求項１〜３のいずれか１項に記載の機器内蔵型マイクロホン装置。
- 前記機構部が、ディスク記録装置のヘッド移送手段であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の機器内蔵型マイクロホン装置。
- 前記機構部が、ビデオカメラのズーム手段であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の機器内蔵型マイクロホン装置。
- 前記機構部が、ビデオカメラのオートフォーカス手段であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の機器内蔵型マイクロホン装置。
- 前記機器の電源投入時から録音開始の間に、前記機構部を予め動作させて意図的に雑音を発生させ、前記雑音の発生中に前記適応フィルタ手段のフィルタ係数の更新を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の機器内蔵型マイクロホン装置。
- 前記主マイクロホンの出力信号の振幅レベルが所定の値より低い場合に、前記機構部を動作させることを特徴とする請求項８記載の機器内蔵型マイクロホン装置。
- 機器筐体の外部から到来する外部音を収音する主マイクロホンと、
機器筐体の内部に設けられた雑音参照マイクロホンと、
前記雑音参照マイクロホンの検出信号を入力し、更新されたフィルタ係数を用いて出力信号を生成する適応フィルタ手段、及び前記主マイクロホン装置の出力値と前記雑音参照マイクロホンの出力値との比較値であるレベル比を出力する信号レベル比較手段を有するマイクロホン装置と、具備する撮像装置であって、
前記フィルタ係数更新制御手段は、前記制御信号が前記機構部の駆動を示す場合に、前記機構部が駆動していない場合以上に前記フィルタ係数の更新速度を大きくし、かつ、前記レベル比が大きい程前記フィルタ係数の更新速度を大きくする撮像装置。
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