JP4962572B2 - 受音装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数方向から到来する音を受音することが可能な複数の受音部を配設した筐体を備える受音装置、該受音装置の指向特性を導出する指向特性導出方法、該指向特性導出方法を適用した指向特性導出装置、及び該指向特性導出装置を実現するためのコンピュータプログラムに関し、特に目的とする方向から到来する音の強調及び／又は目的とする方向以外から到来する音の抑制に適用することが可能な受音装置に関する。

マイクロホンを配設した携帯電話等の受音装置において、話者の口方向に対してのみ指向性を有する様に設計する場合、指向性マイクロホンを使用する必要がある。また指向性マイクロホンを含む複数のマイクロホンを筐体に配設して同期減算等の信号処理により強い指向性を実現する受音装置が開発されている。

例えば特許文献１には、指向性マイクロホン及び無指向性マイクロホンを組み合わせたマイクロホンアレイを搭載し、筐体の前面に当たる口方向の指向性を強くした携帯電話が開示されている。

また特許文献２では、指向性マイクロホンを筐体の前面に配設し、更に筐体の底面に指向性マイクロホンを配設して、底面の指向性マイクロホンにて受音した口方向以外から到来する雑音を、正面の指向性マイクロホンが受音した音から減じることにより、口方向の指向性を強くした装置が開示されている。
米国特許出願公開第２００３／００４４０２５号明細書 特開平０８―２５６１９６号公報

しかしながら筐体の前面に指向性を有する指向性マイクロホンを配設する場合、指向性マイクロホンの構造上、筐体の背面に開口部を穿設する必要があるが、受音装置が携帯電話である場合、携帯電話の所持者は、携帯電話を握る様にして保持する可能性が高いため、開口部が塞がれ、十分な指向性が得られないという問題がある。また口方向以外から到来する雑音を受音すべく筐体の背面にマイクロホンを配設した場合も同様の問題が生じる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、無指向性の主受音部と、所定の方向以外の方向から到来する音に対して、主受音部が受音する時点より所定時間以上早く受音する位置に配設された副受音部とを筐体に配設し、受音した音に対して、副受音部が受音した時点に対する主受音部が受音した時点の時間差を遅延時間として算出し、算出した遅延時間が、基準時間以上である場合に主受音部が受音した音の抑制及び／又は基準時間未満である場合に主受音部が受音した音の強調を行うことにより、筐体の背面に開口部の穿設又は受音部の配設を行うことなく指向特性を維持することが可能な受音装置の提供を目的とする。

本願は、複数方向から到来する音を受音することが可能な複数の無指向性の受音部を配設した筐体を備える受音装置であって、少なくとも一つの主受音部と、所定の方向以外の方向から到来する音に対して、主受音部が受音する時点より所定時間以上早く受音する位置に配設された少なくとも一つの副受音部と、受音した音に対して、所定の副受音部が受音した時点に対する所定の主受音部が受音した時点の時間差を遅延時間として算出する算出手段と、算出した遅延時間が、基準時間以上である場合に前記所定の主受音部が受音した音の抑制及び／又は基準時間未満である場合に前記所定の主受音部が受音した音の強調を行う抑制強調手段とを備え、該抑制強調手段は、副受音部が受音した時点に対する主受音部が受音した時点の差を示す遅延時間が最大となる場合に、主受音部が受音した音を強調する様に又は主受音部が受音した音を抑制しない様に構成してある受音装置を開示する。

本願は、前記筐体は、主受音部を配設した一つの受音面と、該受音面に接した接面とを備え、該接面に副受音部を配設してある受音装置を開示する。

本願は、前記筐体は、前記主受音部及び副受音部を配設した一つの受音面を備え、前記副受音部は、前記受音面の縁部までの最短距離が、前記主受音部より短い位置に配設されてある受音装置を開示する。

本願は、携帯電話に組み込まれている受音装置を開示する。

本願は、前記携帯電話は、音声通信、又は映像及び音声通信を行う様に構成してあり、音声通信と、映像及び音声通信とを切り替える切替手段と、該切替手段による切り替えに応じて前記抑制強調手段の基準時間に係る値を変更する手段とを更に備える受音装置を開示する。

本願は、受音装置の筐体に配設する複数の無指向性の受音部の配設位置及び指向特性の関係を導出する指向特性導出装置を用いた指向特性導出方法であって、前記指向特性導出装置は、受音装置の筐体の三次元形状を示す情報を受け付けるステップと、筐体に配設された無指向性の主受音部の配設位置を示す情報を受け付けるステップと、筐体に配設された無指向性の副受音部の配設位置を示す情報を受け付けるステップと、到来する音の方向を示す情報を受け付けるステップと、到来する音が筐体に到達した場合に、筐体に沿った複数の経路で主受音部及び副受音部に到達すると仮定して、主受音部及び副受音部までの各経路の経路長を、音の複数の到来方向について算出するステップと、算出した各経路長に基づき、各経路にて主受音部又は副受音部に到達した各音は、合成された一つの音として到達すると仮定した場合の到達に要する時間を算出するステップと、算出した到達に要する時間に基づき、各到来方向について、副受音部が受音した時点に対する主受音部が受音した時点の時間差を遅延時間として算出するステップと、算出した遅延時間及び到来方向の関係に基づいて、指向特性を導出するステップと、導出した指向特性を、主受音部及び副受音部の配設位置に対応付けて記録するステップとを実行する指向特性導出方法を開示する。

本願では、受音装置の筐体に配設する複数の無指向性の受音部の配設位置及び指向特性の関係を導出する指向特性導出装置であって、受音装置の筐体の三次元形状を示す情報を受け付ける手段と、筐体に配設された無指向性の主受音部の配設位置を示す情報を受け付ける手段と、筐体に配設された無指向性の副受音部の配設位置を示す情報を受け付ける手段と、到来する音の方向を示す情報を受け付ける手段と、到来する音が筐体に到達した場合に、筐体に沿った複数の経路で主受音部及び副受音部に到達すると仮定して、主受音部及び副受音部までの各経路の経路長を、音の複数の到来方向について算出する手段と、算出した各経路長に基づき、各経路にて主受音部又は副受音部に到達した各音は、合成された一つの音として到達すると仮定した場合の到達に要する時間を算出する手段と、算出した到達に要する時間に基づき、各到来方向について、副受音部が受音した時点に対する主受音部が受音した時点の時間差を遅延時間として算出する手段と、算出した遅延時間及び到来方向の関係に基づいて、指向特性を導出する手段と、導出した指向特性を、主受音部及び副受音部の配設位置に対応付けて記録する手段とを備える指向特性導出装置を開示する。

本願では、コンピュータに、受音装置の筐体に配設する複数の無指向性の受音部の配設位置及び指向特性の関係を導出させるコンピュータプログラムであって、コンピュータに、受音装置の筐体の三次元形状を示す情報、筐体に配設された無指向性の主受音部の配設位置を示す情報、筐体に配設された無指向性の副受音部の配設位置を示す情報、及び到来する音の方向を示す情報を記録させる手順と、コンピュータに、到来する音が筐体に到達した場合に、筐体に沿った複数の経路で主受音部及び副受音部に到達すると仮定して、主受音部及び副受音部までの各経路の経路長を、音の複数の到来方向について算出させる手順と、コンピュータに、算出した各経路長に基づき、各経路にて主受音部又は副受音部に到達した各音は、合成された一つの音として到達すると仮定した場合の到達に要する時間を算出させる手順と、コンピュータに、算出した到達に要する時間に基づき、各到来方向について、副受音部が受音した時点に対する主受音部が受音した時点の時間差を遅延時間として算出させる手順と、コンピュータに、算出した遅延時間及び到来方向の関係に基づいて、指向特性を導出させる手順と、コンピュータに、導出した指向特性を、主受音部及び副受音部の配設位置に対応付けて記録させる手順とを実行させるコンピュータプログラムを開示する。

本願に記載の受音装置では、無指向性の主受音部が配設された筐体に、所定の方向以外の方向から到来する音に対して、主受音部が受音する時点より所定時間以上早く受音する位置に副受音部を配設し、副受音部が受音した時点に対する主受音部が受音した時点の時間差である遅延時間に基づいて、例えば所定の方向以外の方向から到来する音を抑制することができるので、無指向性の受音部にて所望の指向特性を形成させることが可能となり、単体で指向性を有する受音部を用いる必要がないので、筐体の背面に開口部を穿設する必要が無く、従って受音装置の保持者が開口部を塞ぐ可能性を低減して、安定した指向特性を維持することが可能である。また指向性の受音部を用いる必要がないため受音部に要する費用を低減することが可能である。

本願に記載の受音装置では、副受音部を底面、側面等の接面に配設することにより、また、副受音部を受音面の縁部に配設することにより、受音面以外の方向から到来する音は、筐体を回り込んで受音面に配設された主受音部に到達するのに対し、縁部又は接面に配設された副受音部へは、直線的に到達することになる。このため受音面の方向以外の方向、例えば背面の方向から到来する音に対しては、受音面の方向から到来する音よりも大きな時間差を生じさせることができるため、受音面の方向から到来する音に係る時間差と、受音面の方向以外の方向から到来する音に係る時間差との差を大きくすることができるので、到来方向を高精度に判定し、到来方向に基づく音の抑制又は強調を行うことで指向性を明確にすることが可能である。また受音部を必ずしも背面に配設する必要がないので、受音装置の保持者が受音部を塞ぐ可能性を低減し、安定した指向性を維持することが可能である。

本願に記載の受音装置では、遅延時間が最大となる方向に指向性を向けることが可能である。

本願に記載の受音装置では、テレビ電話として用いる場合等の使用方法に応じて指向特性を変更することが可能である。

本願に記載の指向特性導出方法、指向特性導出装置及びコンピュータプログラムでは、音の到達経路を仮定したシミュレーションを行うことにより、主受音部及び副受音部の配設位置に基づく指向特性を導出することが可能であり、従って音の到来方向を特定する上で受音部の好ましい配置を導出し、所望の指向特性を実現することが可能である。

本発明に係る受音装置は、無指向性の主受音部と、所定の方向以外の方向から到来する音に対して、主受音部が受音する時点より所定時間以上早く受音する位置に配設された無指向性の副受音部とを筐体に配設し、受音した音に対して、副受音部が受音した時点に対する主受音部が受音した時点の時間差を遅延時間として算出し、算出した遅延時間が、基準時間以上である場合に主受音部が受音した音の抑制及び／又は基準時間未満である場合に主受音部が受音した音の強調を行う。具体的には、副受音部が受音した時点に対する主受音部が受音した時点の時間差を遅延時間として算出し、遅延時間が所定時間以上である場合に、特定の方向以外から到来する音と見なして主受音部が受音した音を抑制する。即ち主受音部及び副受音部を、特定の方向以外の方向から到来する音の遅延時間が所定時間以上となる様に配設する。そしてこの様な配設位置及び処理により、特定の方向に指向性が強い指向特性を実現する。

この構成により、本発明では、所望する指向特性の実現に際し、単体で指向性を有する受音部を用いる必要がないので、筐体の背面に開口部を穿設する必要が無く、従って受音装置の保持者が開口部を塞ぐ可能性を低減して、安定した指向性を維持することが可能である等、優れた効果を奏する。また指向性の受音部を用いる必要がないため受音部に要する費用を低減することが可能である等、優れた効果を奏する。

そして本発明の受音装置は、主受音部が受音した音に対し、所定の方向から到来する音として特定した音の強調及び／又は所定の方向以外から到来する音として特定した音の抑制を行うことにより、主受音部が主に受音する話者が発する声等の特定の方向から到来する音を強調し、それ以外の方向から到来する音を雑音として抑制することができるので、話者が発する声等の特定の方向からの音が明確になる様に出力することが可能である等、優れた効果を奏する。

また本発明に係る受音装置は、受音面以外の底面、側面等の接面に副受音部を配設することにより、受音面の反対となる背面方向等の受音面以外の方向から到来する音は、筐体を回り込んで受音面に配設された主受音部に到達するのに対し、接面に配設された副受音部へは直線的に到達することになる。従って受音面の反対となる背面方向等の受音面以外の方向から到来する音に対して主受音部及び副受音部に到達する時点に所定時間以上の時間差が発生する様にして、時間差に基づく音の抑制又は強調を行うことで指向特性を明確にすることが可能である等、優れた効果を奏する。また受音部を背面に配設する必要が無いので、受音装置の保持者が受音部を塞ぐ可能性を低減し、安定した指向性を維持することが可能である等、優れた効果を奏する。

さらに本発明に係る受音装置は、話者に面した受音面に主受音部を配設し、副受音部を、受音面の縁部までの最短距離が、主受音部より短い位置に配設することにより、即ち副受音部を受音面の縁部又はその近傍に配設することにより、受音面の反対となる背面方向等の受音面以外の方向から到来する音は、筐体を回り込んで受音面に配設された主受音部及び副受音部に到達するが、その際、副受音部に到達するまでの経路の方が短くなる。このため受音面以外の方向から到来する音に対しては、受音面の方向から到来する音よりも大きな時間差を生じさせることができるため、受音面方向から到来する音に係る時間差と、受音面以外の方向から到来する音に係る時間差との差を大きくすることができるので、時間差に基づく音の抑制又は強調を行うことで指向特性を明確にすることが可能である等、優れた効果を奏する。また受音部を背面に配設する必要が無いので、受音装置の保持者が受音部を塞ぐ可能性を低減し、安定した指向特性を維持することが可能である等、優れた効果を奏する。

さらに本発明の受音装置は、映像及び音声通信を行うテレビ電話モード等の発話形態が異なるモードに切り替わった場合に、基準値を変更することにより、例えば筐体に口を近付けて話す発話形態のモードでは指向方向を絞り、筐体を見ながら話す発話形態のモードでは指向方向を広くするという様に、指向特性を変更することが可能である等、優れた効果を奏する。

本願に記載の指向特性導出方法、指向特性導出装置及びコンピュータプログラムは、到来する音が筐体に到達した場合に、筐体に沿った複数の経路で主受音部及び副受音部に到達すると仮定して、主受音部及び副受音部までの各経路の経路長を、音の複数の到来方向について算出し、算出した各経路長に基づき、各経路にて主受音部又は副受音部に到達した各音は、合成された一つの音として到達すると仮定した場合の到達に要する時間を算出し、算出した到達に要する時間に基づき、各到来方向について、副受音部が受音した時点に対する主受音部が受音した時点の時間差を遅延時間として算出し、算出した遅延時間及び到来方向の関係に基づいて、指向特性を導出する。

この構成により、本願では、主受音部及び副受音部の配設位置に基づいて、音の到来方向と、音の到達に係る時間差の関係とを導出し、到来方向と時間差との関係から指向特性を導出することができるので、例えば各受音部に到達する音の時間差に基づいて音を抑制又は強調する受音装置について、受音部の配設位置に対する音の到来方向及び時間差の関係の導出に適用することが可能であり、従って指向性を有する受音装置の設計に際し、所望する指向特性に応じた受音部の好ましい配置を導出することが可能である等、優れた効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る受音装置の概要を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る受音装置の外形の一例を示す三面図である。 本発明の実施の形態１に係る受音装置の大きさの一例を示す図表である。 本発明の実施の形態１に係る受音装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る受音装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る受音装置の位相差スペクトルの一例を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る受音装置の抑制係数の一例を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る受音装置の処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る受音装置の指向特性の測定環境の概要を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る受音装置の水平方向の指向特性の測定結果である。 本発明の実施の形態１に係る受音装置の垂直方向の指向特性の測定結果である。 本発明の実施の形態１に係る受音装置の外形の一例を示す三面図である。 本発明の実施の形態２に係る受音装置に対して仮定する音信号の到達経路の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る受音装置に対して仮定する音信号の到達経路の一例を示す上面図である。 本発明の実施の形態２に係る受音装置及び仮想平面の０≦θ＜π／２における位置関係を概念的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２に係る受音装置及び仮想平面のπ／２≦θ＜πにおける位置関係を概念的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２に係る受音装置及び仮想平面のπ≦θ＜３π／２における位置関係を概念的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２に係る受音装置及び仮想平面の３π／２≦θ＜２πにおける位置関係を概念的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２に係る受音装置の水平方向の指向特性を示すレーダーチャートである。 本発明の実施の形態２に係る受音装置の水平方向の指向特性を示すレーダーチャートである。 本発明の実施の形態２に係る受音装置及び仮想平面の０≦θ＜π／２における位置関係を概念的に示す側面図である。 本発明の実施の形態２に係る受音装置及び仮想平面のπ／２≦θ＜πにおける位置関係を概念的に示す側面図である。 本発明の実施の形態２に係る受音装置及び仮想平面のπ≦θ＜３π／２における位置関係を概念的に示す側面図である。 本発明の実施の形態２に係る受音装置及び仮想平面の３π／２≦θ＜２πにおける位置関係を概念的に示す側面図である。 本発明の実施の形態２に係る受音装置の垂直方向の指向特性を示すレーダーチャートである。 本発明の実施の形態２に係る指向特性導出装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る指向特性導出装置の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る受音装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る受音装置の処理の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 受音装置
１０ 筐体
１１ 主受音部
１２ 副受音部
５ 指向特性導出装置
５００ コンピュータプログラム

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る受音装置の概要を示す説明図である。受音装置１は、図１に示す様に直方体状の筐体１０を備えている。筐体１０の正面は、話者が発する音声を受音すべく無指向性のマイクロホン等の主受音部１１が配設された受音面となっている。また正面（受音面）に接する接面の一つである底面には、無指向性のマイクロホン等の副受音部１２が配設されている。

受音装置１に対しては様々な方向から音が到来しており、例えば到来方向Ｄ１として示した筐体１０の正面方向から到来する音は、主受音部１１及び副受音部１２に直線的に到達する。従って副受音部１２への到達時点に対する主受音部１１への到達時点の時間差を示す遅延時間τ１は、正面と底面に配設された奥行きの距離に応じた時間差をとる。

また例えば到来方向Ｄ２として示した筐体１０の正面の斜め上方から到来する音は、主受音部１１に対しては直線的に到達するが、副受音部１２に対しては、筐体１０に到達後、底面に回り込んでから到達する。従って主受音部１１に到達する経路の経路長より、副受音部１２に到達する経路の経路長の方が長くなるため、副受音部１２への到達時点に対する主受音部１１への到達時点の時間差を示す遅延時間τ２は、負の値をとる。

さらに例えば到来方向Ｄ３として示した筐体１０の背面方向から到来する音は、主受音部１１に対しては、筐体１０に沿って回折し、正面に回り込んでから到達するのに対し、副受音部１２に対しては直線的に到達する。従って主受音部１１に到達する経路の経路長より、副受音部１２に到達する経路の経路長の方が短くなるため、副受音部１２への到達時点に対する主受音部１１への到達時点の時間差を示す遅延時間τ３は、正の値をとる。本発明の受音装置１は、この様な時間差に基づいて特定の方向以外から到来する音の抑制を行うことにより、指向性を有する受音装置１を実現する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る受音装置１の外形の一例を示す三面図であり、図３は、本発明の実施の形態１に係る受音装置１の大きさの一例を示す図表である。図２（ａ）が正面図、図２（ｂ）が側面図、そして図２（ｃ）が底面図を示している。図３には、図２に示した受音装置１の大きさ並びに主受音部１１及び副受音部１２の配設位置を示している。図２及び図３に示す様に主受音部１１は、受音装置１の筐体１０の正面の下方右よりの位置に配設されており、主受音部１１の配設位置には主受音部１１が受音するための開口部１１ａが穿設されている。即ち話者が一般的な保持方法にて受音装置１を保持した場合に、話者の口元に主受音部１１が接近する様にした設計である。また副受音部１２は、受音装置１の筐体１０の底面に配設されており、副受音部１２の配設位置には副受音部１２が受音するための開口部１２ａが穿設されている。なお話者が一般的な保持方法にて受音装置１を保持した場合、話者の手により開口部１２ａが覆われることはない。

次に受音装置１の内部構成について説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る受音装置１の構成例を示すブロック図である。受音装置１は、装置全体を制御するＣＰＵ等の制御部１３と、制御部１３の制御により実行されるコンピュータプログラム及び各種データ等の情報を記録するＲＯＭ、ＲＡＭ等の記録部１４と、通信インタフェースとなるアンテナ及びその付属機器等の通信部１５とを備えている。また受音装置１は、無指向性のマイクロホンを用いた前述の主受音部１１及び副受音部１２と、音出力部１６と、音信号の変換処理を行う音変換部１７とを備えている。なおここでは主受音部１１及び副受音部１２の２の受音部を用いる構成を例示しているが、３以上の受音部を用いる様にしても良い。音変換部１７による変換処理とは、主受音部１１及び副受音部１２が受音したアナログ信号である音信号をデジタル信号に変換する処理である。さらに受音装置１は、英数字及び各種命令等のキー入力による操作を受け付ける操作部１８と、各種情報を表示する液晶ディスプレイ等の表示部１９とを備えている。

図５は、本発明の実施の形態１に係る受音装置１の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。本発明の受音装置１は、主受音部１１及び副受音部１２と、音信号受付手段１４０と、信号変換手段１４１と、位相差分算出手段１４２と、抑制係数算出手段１４３と、振幅算出手段１４４と、信号補正手段１４５と、信号復元手段１４６と、通信部１５とを備えている。なお音信号受付手段１４０、信号変換手段１４１、位相差分算出手段１４２、抑制係数算出手段１４３、振幅算出手段１４４、信号補正手段１４５及び信号復元手段１４６は、記録部１４内に記録された各種コンピュータプログラムを制御部１３にて実行することにより実現されるソフトウェアとしての機能を示しているが、各種処理チップ等の専用ハードウェアを用いて実現する様にしても良い。

主受音部１１及び副受音部１２は、アナログ信号として音信号を受け付け、音変換部１７にてデジタル信号に変換した際の折り返し誤差（エイリアジング）を防止すべく、ＬＰＦ(Low Pass Filter )によるアンチエイリアジングフィルタ処理を行った後、デジタル信号に変換し、音信号受付手段１４０に渡す。音信号受付手段１４０は、デジタル信号に変換された音信号を受け付け、信号変換手段１４１へ渡す。信号変換手段１４１は、受け付けた夫々の音信号から処理の単位となる所定時間長のフレームを夫々生成し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換:Fast Fourier Transformation）処理にて周波数軸上の信号である複素スペクトルに夫々変換する。なお以降の説明において、角周波数ωを用い、主受音部１１が受音した音を変換した複素スペクトルをＩＮｍ（ω）、副受音部１２が受音した音を変換した複素スペクトルをＩＮｓ（ω）として示す。

位相差分算出手段１４２は、副受音部１２が受音した音の複素スペクトルＩＮｓ（ω）に対する主受音部１１が受音した音の複素スペクトルＩＮｍ（ω）の位相差を、位相差スペクトルφ（ω）として角周波数毎に算出する。位相差スペクトルφ（ω）は、副受音部１２が受音した時点に対する主受音部１１が受音した時点の遅延時間を示す角周波数毎の時間差であり、単位としてはラジアンを用いる。

抑制係数算出手段１４３は、位相差分算出手段１４２が算出した位相差スペクトルφ（ω）に基づいて抑制係数ｇａｉｎ（ω）を各周波数毎に算出する。

振幅算出手段１４４は、主受音部１１が受音した音を変換した複素スペクトルＩＮｍ（ω）の振幅スペクトル｜ＩＮｍ（ω）｜の値を算出する。

信号補正手段１４５は、振幅算出手段１４４にて算出した振幅スペクトル｜ＩＮｍ（ω）｜に、抑制係数算出手段１４３にて算出した抑制係数ｇａｉｎ（ω）を乗じる。

信号復元手段１４６は、信号補正手段１４５にて抑制係数ｇａｉｎ（ω）を乗じた振幅スペクトル｜ＩＮｍ（ω）｜と位相差を示す情報を用いてＩＦＦＴ（逆フーリエ変換）処理にて時間軸上の音信号に戻し、フレーム単位の音信号を再合成して、デジタルの時間信号系列にする。この信号を通信に必要な符号化を行った後、通信部１５のアンテナから送信する。

次に本発明の実施の形態１に係る受音装置１の指向性について説明する。図６は、本発明の実施の形態１に係る受音装置１の位相差スペクトルφ（ω）の一例を示すグラフである。図６は、位相差分算出手段１４２が算出した位相差スペクトルφ（ω）について、横軸に周波数（Ｈｚ）をとり、縦軸に位相差（ｒａｄ）をとってその関係を示している。位相差スペクトルφ（ω）は、主受音部１１及び副受音部１２が受音した音の時間差を周波数別に表したものであり、理想的な環境であれば、位相差スペクトルφ（ω）は、図６に示すグラフの原点を通る直線となり、到達時間差、即ち音の到来方向によって傾きが変わる。

図６（ａ）は、受音装置１の筐体１０の正面（受音面）方向から到来する音の位相差スペクトルφ（ω）であり、図６（ｂ）は、筐体１０の背面方向から到来する音の位相差スペクトルφ（ω）である。図１乃至図３にて示した様に主受音部１１が受音装置１の筐体１０の正面に配設され、副受音部１２が筐体１０の底面に配設されている場合、正面方向、特に正面の斜め上方から到来する音の位相差スペクトルφ（ω）は負の傾きを示す。また正面方向以外の方向、例えば背面方向から到来する音の位相差スペクトルφ（ω）は正の傾きを示す。筐体１０の正面の斜め上方から到来した音についての位相差スペクトルφ（ω）の傾きが負方向に最大となり、図６（ｂ）に示す様に筐体１０の背面方向から到来した音についての位相差スペクトルφ（ω）の傾きが正方向に大きくなる。

抑制係数算出手段１４３では、位相差分算出手段１４２が算出した位相差スペクトルφ（ω）の値が正方向である周波数の音信号に対し、振幅スペクトル｜ＩＮｍ（ω）｜を抑制する抑制係数ｇａｉｎ（ω）を算出することにより、正面方向以外の方向から到来する音を抑制することができる。

図７は、本発明の実施の形態１に係る受音装置１の抑制係数ｇａｉｎ（ω）の一例を示すグラフである。図７では、横軸に位相差スペクトルφ（ω）を角周波数ωで正規化した値φ（ω）×π／ωをとり、縦軸に抑制係数ｇａｉｎ（ω）をとってその関係を示している。また図７に示すグラフを示す数式が下記の式１である。

図７及び式１に示す様に、筐体１０の正面方向から到来する音に対しては、抑制係数ｇａｉｎ（ω）が１となる様に、全く抑制しない傾きφ（ω）×π／ωの上限となる第１閾値ｔｈｒｅ１を設定し、筐体１０の背面方向から到来する音に対しては、抑制係数ｇａｉｎ（ω）が０となる様に、完全に抑制する傾きφ（ω）×π／ωの下限となる第２閾値ｔｈｒｅ２を設定する。そして第１閾値ｔｈｒｅ１及び第２閾値ｔｈｒｅ２間の音に対する抑制係数ｇａｉｎ（ω）は、第１閾値ｔｈｒｅ１と第２閾値ｔｈｒｅ２とを抑制係数ｇａｉｎ（ω）について線形補間した値を設定する。

この様に設定した抑制係数ｇａｉｎ（ω）を用いることにより、正規化した位相差スペクトルφ（ω）×π／ωの値が小さい場合、即ち主受音部１１が受音してから遅れて副受音部１２が受音した場合、筐体１０の正面方向から到来する音であるため、抑制は不要であると判定して、音信号を抑制せず、正規化した位相差スペクトルφ（ω）×π／ωの値が大きい場合、即ち副受音部１２が受音してから遅れて主受音部１１が受音した場合、筐体１０の背面方向から到来する音であるため、抑制を要すると判定して、音信号を抑制することになる。これにより筐体１０の正面方向に指向性を向け、正面方向以外から到来する音を抑制することが可能となる。

次に本発明の実施の形態１に係る受音装置１の処理について説明する。図８は、本発明の実施の形態１に係る受音装置１の処理の一例を示すフローチャートである。受音装置１は、コンピュータプログラムを実行する制御部１３の制御により、主受音部１１及び副受音部１２にて、夫々音信号を受音する（Ｓ１０１）。

受音装置１は、制御部１３の制御に基づく音変換部１７の処理により、アナログ信号として受音した音信号を、アンチエイリアジングフィルタにて濾波した後、８０００Ｈｚ等の周期で標本化して、デジタル信号に変換する（Ｓ１０２）。

受音装置１は、制御部１３の制御に基づく信号変換手段１４１の処理により、デジタル信号に変換した音信号から所定時間長のフレームを生成する（Ｓ１０３）。ステップＳ１０３では、音信号を、３２ｍｓ程度の所定時間長の単位でフレーム化する。なお各フレームは、前のフレームとオーバーラップさせながら２０ｍｓ等の所定時間長ずつフレームをシフトさせて処理を進める。そして各フレームに対しては、ハミング窓、ハニング窓等の窓関数、高域強調フィルタによるフィルタリング等の音声認識の分野で一般的なフレーム処理が施される。この様にして生成された各フレームに対し、以降の処理が行われる。

そして受音装置１は、制御部１３の制御に基づく信号変換手段１４１の処理により、フレーム単位の音信号をＦＦＴ処理して周波数軸上の信号である複素スペクトルに変換する（Ｓ１０４）。

受音装置１は、制御部１３の制御に基づく位相差分算出手段１４２により、副受音部１２が受音した音の複素スペクトルに対する主受音部１１が受音した音の複素スペクトルの位相差を、位相差スペクトルとして周波数毎に算出し（Ｓ１０５）、抑制係数算出手段１４３により、位相差分算出手段１４２が算出した位相スペクトルに基づいて抑制係数を周波数毎に算出する（Ｓ１０６）。ステップＳ１０５では、到来した音に対する主受音部１１が受音した時点及び副受音部１２が受音した時点の時間差として、位相差スペクトルを算出する。

また受音装置１は、制御部１３の制御に基づく振幅算出手段１４４の処理により、主受音部１１が受音した音を変換した複素スペクトルの振幅スペクトルを算出し（Ｓ１０７）、信号補正手段１４５の処理により、振幅スペクトルに抑制係数を乗じて音信号を補正し（Ｓ１０８）、信号復元手段１４６にてＩＦＦＴ処理することにより、時間軸上の音信号に復元する変換を行い（Ｓ１０９）、フレーム単位の音信号を再合成して通信部１５へ出力し（Ｓ１１０）、通信部１５から送信する。受音装置１は、上述した一連の処理を、主受音部１１及び副受音部１２の受音が終了するまで続けて実行する。

次に本発明の実施の形態１に係る受音装置１の指向特性の測定結果について説明する。図９は、本発明の実施の形態１に係る受音装置１の指向特性の測定環境の概要を示す説明図である。図９に示す測定では、携帯電話の模型に主受音部１１及び副受音部１２を配設した受音装置１を水平方向に回転するターンテーブル２に固定する。また受音装置１は、４５ｃｍ離隔した位置に配置した音声再生スピーカ３と共に、無響箱４内に収納する。そしてターンテーブル２を３０度単位で水平方向に回転させ、都度、音声再生スピーカ３から男性話者が発声した２秒程度の文書音声を出力するという作業をターンテーブル２が３６０度回転するまで繰り返すことにより、受音装置１の指向特性を測定した。なお第１閾値ｔｈｒｅ１は、―１．０とし、第２閾値ｔｈｒｅ２は、０．０５とした。

図１０は、本発明の実施の形態１に係る受音装置１の水平方向の指向特性の測定結果である。図１０（ａ）は、指向特性の測定に係る受音装置１の筐体１０の回転方向を矢印にて示している。図１０（ｂ）は、指向特性の測定結果を示すレーダーチャートであり、音の到来方向毎に、受音装置１が受音した音の抑制後の信号強度（ｄＢ）を示している。なお受音装置１の筐体１０の受音面である正面方向から音が到来する状況を０度、右側面の方向から到来する状況を９０度、背面方向から到来する状況を１８０度、そして左側面の方向から到来する状況を２７０度としている。図１０に示す様に本発明の受音装置１は、９０〜２７０度の範囲、即ち筐体１０の側面方向から背面方向にかけて到来する音を５０ｄＢ以上抑制しており、話者以外の方向から到来する音を抑制することを目的とした場合、良好な指向特性を示していることが明らかである。

図１１は、本発明の実施の形態１に係る受音装置１の垂直方向の指向特性の測定結果である。図１１（ａ）は、指向特性の測定に係る受音装置１の筐体１０の回転方向を矢印にて示している。図１１（ｂ）は、指向特性の測定結果を示すレーダーチャートであり、音の到来方向毎に、受音装置１が受音した音の抑制後の信号強度（ｄＢ）を示している。垂直方向の指向特性の測定に際しては、受音装置１の筐体１０において両側面の重心を結ぶ直線を回転軸として、３０度単位で回転させ、都度、音声再生スピーカ３から男性話者が発声した２秒程度の文書音声を出力するという作業を３６０度回転するまで繰り返すことにより、受音装置１の指向特性を測定した。なお受音装置１の筐体１０の受音面である正面方向から音が到来する状況を０度、上面方向から到来する状況を９０度、背面方向から到来する状況を１８０度、そして底面方向から到来する状況を２７０度としている。本発明の受音装置１は、図１１に示す様に筐体１０の正面から上面にかけて、即ち話者の口元の方向に指向性を有するという測定結果が得られている。

上述した実施の形態１では、受音装置１の底面に副受音部１２を配設した例を示したが、目的とする指向特性が得られるのであれば底面以外の面に副受音部１２を配設することも可能である。図１２は、本発明の実施の形態１に係る受音装置１の外形の一例を示す三面図である。図１２（ａ）が正面図、図１２（ｂ）が側面図、そして図１２（ｃ）が底面図を示している。図１２に示した受音装置１では、筐体１０の受音面である正面の縁部に副受音部１２が配設されている。即ち副受音部１２は、受音面の縁部までの最短距離が、主受音部１１より短い位置に配設されている。この様に主受音部１１及び副受音部１２を配設した受音装置１は、背面方向からの音に対しては到達時間差が生じるため、背面方向から到来する音を抑制することが可能である。但し、この配置の場合、正面から到来する音の時間差と、横から到来する音の時間差が同じになるため、９０度方向及び２７０度方向の抑制ができなくなるので注意が必要である。また副受音部１２を背面に配設することで到達時間差を生じさせることが可能であるが、受音装置１が携帯電話である場合、背面は話者の手により覆われる可能性があるため、好ましい配設位置ではない。

前記実施の形態１では、筐体の後方からの音を抑制することで指向性を有する受音装置に適用する形態を示したが、本発明はこれに限らず、筐体の前方からの音を強調する等、方向に応じて抑制だけではなく、強調をも行うことで、様々な指向特性を実現することが可能である。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１に示した受音装置の指向特性を、実際の測定を行うことなくシミュレートする形態であり、指向特性の確認の他、受音部の配設位置の決定に適用することが可能な形態である。実施の形態２では、実施の形態１の図１に示した様に直方体状の筐体を備え、受音面となる筐体の正面に主受音部が配設され、底面に副受音部が配設された受音装置に適用する形態について説明する。なお以降の説明において実施の形態１と同様の構成要件については、実施の形態１と同様の符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態２では、筐体１０の一辺又は一面に接した無限の広がりを持つ仮想平面を想定し、音源から到来する音は、想定した仮想平面の全面に対して一様に、即ち同時に到達すると仮定し、仮定した仮想平面から主受音部１１までの距離を示す経路長及び副受音部１２までの距離を示す経路長の関係に基づいて位相差を算出する。そして仮想平面から主受音部１１又は副受音部１２に直線的に到達することができない場合、音信号は、筐体１０に到達後、筐体１０に沿って回折し、筐体１０に沿った複数の経路で、主受音部１１又は副受音部１２に到達すると仮定する。

なお実施の形態２では、筐体１０の正面、背面、右側面及び左側面に接する仮想平面、並びに正面、背面、右側面及び左側面の中の２つの面にて構成される一辺に接する仮想平面を想定し、夫々の仮想平面から到来する音について、水平方向の指向特性としてシミュレートする。更に筐体１０の正面、背面、上面及び底面に接する仮想平面、並びに正面、背面、上面及び底面の中の２つの面にて構成される一辺に接する仮想平面を想定し、夫々の仮想平面から到来する音について、垂直方向の指向特性としてシミュレートする。

先ず水平方向の指向特性についてシミュレートする。図１３は、本発明の実施の形態２に係る受音装置１に対して仮定する音信号の到達経路の一例を示す斜視図である。図１３は、筐体１０の背面及び左側面にて構成される一辺に接する仮想平面ＶＰを想定し、受音装置１の筐体１０に配設された主受音部１１に背面側から到達した音の経路を示している。図１３に示す様に背面側から筐体１０に到達した音は、筐体１０の上面、底面、右側面及び左側面を通る夫々の最短経路となる４の到達経路で主受音部１１に到達する。なお図１３において、経路Ａは、筐体１０に沿って左側面から到達する経路、経路Ｂは、底面から到達する経路、経路Ｃは、上面から到達する経路、そして経路Ｄは、右側面から到達する経路を示している。

図１４は、本発明の実施の形態２に係る受音装置１に対して仮定する音信号の到達経路の一例を示す上面図である。図１４（ａ）は、筐体１０の背面及び左側面にて構成される一辺に接する仮想平面ＶＰを想定し、主受音部１１までの音の到達経路を示している。また筐体１０の正面に対する垂線と、仮想平面ＶＰに対する垂線とにより形成される角度を、筐体１０に対する音の入射角θとして示している。図１４（ａ）に示す様に仮想平面ＶＰまで一様に到達した音は、経路Ａ、経路Ｂ、経路Ｃ及び経路Ｄにて主受音部１１へ到達する。

図１４（ｂ）は、副受音部１２までの到達経路を示している。副受音部１２は、筐体１０の底面に配設されているため、背面方向から到達した音に対して仮想平面ＶＰから直線的に到達する到達経路を有するので、直線的に到達する一の到達経路にて副受音部１２まで到達する。

複数の到達経路にて主受音部１１へ夫々到達する音信号は、経路長に応じた位相で到達するため、異なる位相の音信号が合成された音信号となる。合成された音信号の導出方法について説明する。先ず、夫々の到達経路の経路長から、夫々の到達経路で到達した音信号の１０００Ｈｚにおける位相を下記の式２に基づいて算出する。なおここでは１０００Ｈｚを例にとって説明しているが、５００Ｈｚ、２０００Ｈｚ等のナイキスト周波数以下の周波数を用いることも可能である。

φp ＝１０００・ｄp ・２π／ｖ …（式２）
但し、φp ：経路ｐ（ｐ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を経て到達した音信号の１０００Ｈｚにおける位相
ｄp ：経路ｐの経路長
ｖ：音速（３４０ｍ／ｓ）

式２にて算出された各経路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの位相φA ，φB ，φC ，φD から、合成された音信号を示す正弦波を下記の式３に基づいて算出し、算出した正弦波の位相φm を主受音部１１に到達する音信号の位相とする。

α・ｓｉｎ（ｘ＋φm ）＝｛ｓｉｎ（ｘ＋φA ）｝／ｄA ＋｛ｓｉｎ（ｘ＋φB ）｝／ｄB ＋｛ｓｉｎ（ｘ＋φC ）｝／ｄC ＋｛ｓｉｎ（ｘ＋φD ）｝／ｄD …（式３）
但し、α・ｓｉｎ（ｘ＋φm ）：合成された音信号を示す正弦波
α：合成された音信号の振幅（定数）
ｘ：１０００／（ｆ・２π・ｉ）
ｆ：標本化周期（８０００Ｈｚ）
ｉ：標本の識別子
φm ：主受音部１１が受音する音信号（合成された音信号）の位相
ｓｉｎ（ｘ＋φA ）：経路Ａにて到達した音信号を示す正弦波
ｓｉｎ（ｘ＋φB ）：経路Ｂにて到達した音信号を示す正弦波
ｓｉｎ（ｘ＋φC ）：経路Ｃにて到達した音信号を示す正弦波
ｓｉｎ（ｘ＋φD ）：経路Ｄにて到達した音信号を示す正弦波

式３に示す様に、合成された音信号を示す正弦波は、各経路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを経て到達した夫々の音信号に、経路長の逆数を重み係数として乗じた上で合算することにより導出される。なお式３にて導出した合成された音信号の位相φm は、１０００Ｈｚにおける位相であるので、４倍することにより、ナイキスト周波数である４０００Ｈｚにおける位相に変換する。

なお音信号が、直線的に主受音部１１へ到達した場合、主受音部１１が受音する音信号の４０００Ｈｚにおける位相は、経路長から下記の式４を用いて算出される。

φm ＝（４０００・ｄ・２π）／ｖ …（式４）
但し、ｄ：仮想平面ＶＰからの経路長

受音装置１に対して、水平方向から到来する音を想定する場合、副受音部１２には、常に直線的に音信号が到来することになるので、副受音部１２が受音する音信号の４０００Ｈｚにおける位相は、経路長から下記の式５を用いて算出される。

φs ＝（４０００・ｄ・２π）／ｖ …（式５）

仮想平面ＶＰから主受音部１１及び副受音部１２までの夫々の経路長は、入射角θをπ／２単位で区分した象限毎に求める。なお以降の説明において、受音装置１の筐体１０に関する様々な距離等の大きさを示す符号は、実施の形態１に係る図２及び図３に示した符号に対応している。

０≦θ＜π／２の場合
図１５は、本発明の実施の形態２に係る受音装置１及び仮想平面ＶＰの０≦θ＜π／２における位置関係を概念的に示す上面図である。受音装置１及び仮想平面ＶＰが図１５に示す関係にある場合、仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路長は、下記の式６にて示される。

また仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路長は、下記の式７にて示される。なお仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路長は、入射角θに応じて式７に示す様に異なる２式にて示される。

π／２≦θ＜πの場合
図１６は、本発明の実施の形態２に係る受音装置１及び仮想平面ＶＰのπ／２≦θ＜πにおける位置関係を概念的に示す上面図である。受音装置１及び仮想平面ＶＰが図１６に示す関係にある場合、仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ａにおける経路長は、下記の式８にて示される。

仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｂにおける経路長は、下記の式９にて示される。なお仮想平面ＶＰから主受音部１１までの距離は、入射角θに応じて式９に示す様に異なる２式にて示される。

仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｃにおける経路長は、下記の式１０にて示される。なお仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｃにおける経路長は、入射角θに応じて式１０に示す様に異なる２式にて示される。

仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｄにおける経路長は、下記の式１１にて示される。

また仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路長は、下記の式１２にて示される。なお仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路長は、入射角θに応じて式１２に示す様に異なる２式にて示される。

π≦θ＜３π／２の場合
図１７は、本発明の実施の形態２に係る受音装置１及び仮想平面ＶＰのπ≦θ＜３π／２における位置関係を概念的に示す上面図である。受音装置１及び仮想平面ＶＰが図１７に示す関係にある場合、仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ａにおける経路長は、下記の式１３にて示される。

仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｂにおける経路長は、下記の式１４にて示される。なお仮想平面ＶＰから主受音部１１までの距離は、入射角θに応じて式１４に示す様に異なる２式にて示される。

仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｃにおける経路長は、下記の式１５にて示される。なお仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｃにおける経路長は、入射角θに応じて式１５に示す様に異なる２式にて示される。

仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｄにおける経路長は、下記の式１６にて示される。

また仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路長は、下記の式１７にて示される。なお仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路長は、入射角θに応じて式１７に示す様に異なる２式にて示される。

３π／２≦θ＜２πの場合
図１８は、本発明の実施の形態２に係る受音装置１及び仮想平面ＶＰの３π／２≦θ＜２πにおける位置関係を概念的に示す上面図である。受音装置１及び仮想平面ＶＰが図１８に示す関係にある場合、仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路長は、下記の式１８にて示される。

また仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路長は、下記の式１９にて示される。なお仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路長は、入射角θに応じて式１９に示す様に異なる２式にて示される。

上述した方法により算出する経路長に基づいて、主受音部１１及び副受音部１２が受音する音の位相を夫々求め、副受音部１２が受音する音の位相から主受音部１１が受音する音の位相を減じることで位相差を算出する。そして算出した位相差から、実施の形態１にて示した式１を用いて抑制係数を算出し、デシベル単位に換算する処理を、０≦θ＜２πの範囲で、例えば１５度毎に実行する。この処理により、受音装置１の主受音部１１及び副受音部１２の配設位置に対する指向特性を導出することが可能となる。

図１９は、本発明の実施の形態２に係る受音装置１の水平方向の指向特性を示すレーダーチャートである。図１９は、実施の形態１に係る図２及び図３に示した大きさの受音装置１の筐体１０についての指向特性を示している。図１９（ａ）は、実測による測定結果を示しており、図１９（ｂ）は、上述した方法により導出した指向特性のシミュレーション結果を示している。夫々のレーダーチャートは、音の到来方向毎に、受音装置１が受音した音の抑制後の信号強度（ｄＢ）を示している。なお図１９（ａ）では、３０度毎の到来方向について、図１９（ｂ）は、１５度毎の到来方向について、夫々の信号強度を示している。図１９に示す様に、シミュレーション結果及び実測値共に、正面方向の指向性が強く、後方からの音を抑制していることが明らかである。またシミュレーション結果が実測値の指向特性を再現していることを読み取ることができる。

図２０は、本発明の実施の形態２に係る受音装置１の水平方向の指向特性を示すレーダーチャートである。図２０は、実施の形態１に係る図２及び図３に示した大きさの受音装置１において、副受音部１２の右端からの距離Ｗ2 を２．４ｃｍから３．８ｃｍに変更した筐体１０についての指向特性を示している。図２０（ａ）は、実測による測定結果を示しており、図２０（ｂ）は、上述した方法により導出した指向特性のシミュレーション結果を示している。夫々のレーダーチャートは、音の到来方向毎に、受音装置１が受音した音の抑制後の信号強度（ｄＢ）を示している。なお図２０（ａ）では、３０度毎の到来方向について、図２０（ｂ）は、１５度毎の到来方向について、夫々の信号強度を示している。図２０に示す様に、副受音部１２を移動させることで、実測値では、指向性の中心が右方向にずれており、またシミュレーション結果においても、このずれを再現することができている。この様に本発明の実施の形態２では、シミュレーション結果から水平方向の指向性ができる方向を確認することができるので、これを用いて指向特性を確認しながら主受音部１１及び副受音部１２の配設位置を決定することが可能である。

次に垂直方向の指向特性についてシミュレートする。垂直方向の指向特性のシミュレートにおいても、受音部に到達する経路が複数である場合、複数の経路の夫々の経路長から、夫々の到達経路で到達した音信号の１０００Ｈｚにおける位相を算出し、算出した位相から到達する音信号の位相を導出する方法を用いる。

仮想平面ＶＰから主受音部１１及び副受音部１２までの夫々の経路長は、筐体１０の正面に対する垂線と、仮想平面ＶＰに対する垂線とにより形成される角度を入射角θとし、入射角θをπ／２単位で区分した象限毎に求める。なお以降の説明において、受音装置１の筐体１０に関する様々な距離等の大きさを示す符号は、実施の形態１に係る図２及び図３に示した符号に対応している。

０≦θ＜π／２の場合
図２１は、本発明の実施の形態２に係る受音装置１及び仮想平面ＶＰの０≦θ＜π／２における位置関係を概念的に示す側面図である。経路Ｅは、筐体１０の上方から背面を通って底面の副受音部１２に到達する経路であり、経路Ｆは、筐体１０の下方から底面を通って副受音部１２に到達する経路である。受音装置１及び仮想平面ＶＰが図２１に示す関係にある場合、仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路長は、下記の式２０にて示される。

また仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路Ｅにおける経路長は、下記の式２１にて示される。

仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路Ｆにおける経路長は、下記の式２２にて示される。

π／２≦θ＜πの場合
図２２は、本発明の実施の形態２に係る受音装置１及び仮想平面ＶＰのπ／２≦θ＜πにおける位置関係を概念的に示す側面図である。経路Ｅは、筐体１０の下方から底面の副受音部１２に到達する経路であり、経路Ｆは、筐体１０の上方から前面を通って底面の副受音部１２に到達する経路であり、経路Ｇは、筐体１０の右方から右側面を通って前面の主受音部１１に到達する経路であり、経路Ｈは、筐体１０の左方から左側面を通って前面の主受音部１１に到達する経路であり、経路Ｉは、筐体１０の上方から前面の主受音部１１に到達する経路であり、経路Ｊは、筐体１０の下方から底面を通って前面の主受音部１１に到達する経路である。

受音装置１及び仮想平面ＶＰが図２２に示す関係にある場合、仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｇにおける経路長は、下記の式２３にて示される。なお式２３に示す経路長は、ａｒｃｔａｎ（Ｗ₁ ／Ｈ＋π／２）≦θ＜πの区間に限られる。

仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｈにおける経路長は、下記の式２４にて示される。なお式２４に示す経路長は、ａｒｃｔａｎ｛（Ｗ−Ｗ₁ ）／Ｈ＋π／２｝≦θ＜πの区間に限られる。

仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｉにおける経路長は、下記の式２５にて示される。

仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｊにおける経路長は、下記の式２６にて示される。

また仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路Ｅにおける経路長は、下記の式２７にて示される。

仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路Ｆにおける経路長は、下記の式２８にて示される。

π≦θ＜３π／２の場合
図２３は、本発明の実施の形態２に係る受音装置１及び仮想平面ＶＰのπ≦θ＜３π／２における位置関係を概念的に示す側面図である。経路Ｅは、筐体１０の下方から底面の副受音部１２に到達する経路であり、経路Ｇは、筐体１０の右方から右側面を通って前面の主受音部１１に到達する経路であり、経路Ｈは、筐体１０の左方から左側面を通って前面の主受音部１１に到達する経路であり、経路Ｉは、筐体１０の上方から前面の主受音部１１に到達する経路であり、経路Ｊは、筐体１０の下方から底面を通って前面の主受音部１１に到達する経路である。

受音装置１及び仮想平面ＶＰが図２３に示す関係にある場合、仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｇにおける経路長は、下記の式２９にて示される。なお式２９に示す経路長は、π≦θ＜ａｒｃｔａｎ（Ｌ／Ｗ₁ ）＋πの区間に限られる。

仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｈにおける経路長は、下記の式３０にて示される。なお式３０に示す経路長は、π≦θ＜ａｒｃｔａｎ｛Ｌ／（Ｗ−Ｗ₁ ）｝＋πの区間に限られる。

仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｉにおける経路長は、下記の式３１にて示される。

仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路Ｊにおける経路長は、下記の式３２にて示される。

また仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路Ｅにおける経路長は、下記の式３３にて示される。

３π／２≦θ＜２πの場合
図２４は、本発明の実施の形態２に係る受音装置１及び仮想平面ＶＰの３π／２≦θ＜２πにおける位置関係を概念的に示す側面図である。経路Ｅは、筐体１０の上方から背面を通って底面の副受音部１２に到達する経路であり、経路Ｆは、筐体１０の底面の副受音部１２に到達する経路である。

受音装置１及び仮想平面ＶＰが図２４に示す関係にある場合、仮想平面ＶＰから主受音部１１までの経路長は、下記の式３４にて示される。

また仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路Ｅにおける経路長は、下記の式３５にて示される。

仮想平面ＶＰから副受音部１２までの経路Ｆにおける経路長は、下記の式３６にて示される。

図２５は、本発明の実施の形態２に係る受音装置１の垂直方向の指向特性を示すレーダーチャートである。図２５は、実施の形態１に係る図２及び図３に示した大きさの受音装置１の筐体１０についての指向特性を示している。図２５（ａ）は、実測による測定結果を示しており、図２５（ｂ）は、上述した方法により導出した指向特性のシミュレーション結果を示している。夫々のレーダーチャートは、音の到来方向毎に、受音装置１が受音した音の抑制後の信号強度（ｄＢ）を示している。なお図２５（ａ）では、３０度毎の到来方向について、図２５（ｂ）は、１５度毎の到来方向について、夫々の信号強度を示している。図２５に示す様に、シミュレーション結果及び実測値共に、正面の斜め上方向の指向性が強く、後方からの音を抑制していることが明らかである。またシミュレーション結果が実測値において指向性ができる方向を再現していることを読み取ることができる。

次に上述したシミュレーションを実行する装置について説明する。上述したシミュレーションは、汎用コンピュータ等のコンピュータを用いた指向特性導出装置５により実行される。図２６は、本発明の実施の形態２に係る指向特性導出装置５の構成例を示すブロック図である。指向特性導出装置５は、装置全体を制御するＣＰＵ等の制御部５０と、本発明の指向特性導出装置用のコンピュータプログラム５００及びデータ等の各種情報を記録したＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から各種情報を読み取るＣＤ−ＲＯＭドライブ等の補助記憶部５１と、補助記憶部５１により読み取った各種情報を読み取るハードディスク等の記録部５２と、情報を一時的に記憶するＲＡＭ等の記憶部５３とを備えている。そして記録部５２に記録した本発明のコンピュータプログラム５００を記憶部５３に記憶させて、制御部５０の制御にて実行することにより、コンピュータは、本発明の指向特性導出装置５として動作する。さらに指向特性導出装置５は、マウス、キーボード等の入力部５４と、モニタ、プリンタ等の出力部５５とを備えている。

次に指向特性導出装置５の処理について説明する。図２７は、本発明の実施の形態２に係る指向特性導出装置５の処理を示すフローチャートである。指向特性導出装置５は、コンピュータプログラム５００を実行する制御部５０の制御により、入力部５４から受音装置の筐体の三次元形状を示す情報を受け付け（Ｓ２０１）、筐体に配設された無指向性の主受音部の配設位置を示す情報を受け付け（Ｓ２０２）、筐体に配設された無指向性の副受音部の配設位置を示す情報を受け付け（Ｓ２０３）、到来する音の方向を示す情報を受け付ける（Ｓ２０４）。ステップＳ２０１〜Ｓ２０４は、指向特性導出のための条件を受け付ける処理である。

そして指向特性導出装置５は、制御部５０の制御により、到来する音が筐体に到達した場合に、筐体に沿った複数の経路で主受音部及び副受音部に到達すると仮定して、主受音部及び副受音部までの各経路の経路長を、音の複数の到来方向について算出し（Ｓ２０５）、算出した各経路長に基づき、各経路にて主受音部又は副受音部に到達した各音は、合成された一つの音として到達すると仮定した場合の到達に要する時間を算出し（Ｓ２０６）、算出した到達に要する時間に対応する位相に基づき、各到来方向について、副受音部が受音した時点に対する主受音部が受音した時点の時間差（位相差）を遅延時間として算出し（Ｓ２０７）、算出した遅延時間及び到来方向の関係に基づいて、指向特性を導出する（Ｓ２０８）。ステップＳ２０５〜Ｓ２０８の処理は、上述したシミュレーションの方法にて実行される。

そして指向特性導出装置５は、制御部５０の制御により、導出した指向特性が所定の条件を満足する主受音部及び副受音部の配設位置の組み合わせを選択し（Ｓ２０９）、選択した主受音部及び副受音部の配設位置に対応付けて指向特性を記録部５２に記録する（Ｓ２１０）。ステップＳ２０９では、予め所望する指向特性を所定の条件として記録部５２に設定を記録しておく。所定の条件としては、例えば正面を０度とした場合に、指向性が傾いていないことを規定する数値条件として、指向性の中心が０±１０度以内、側面方向から到来する音を大きく抑圧することを規定する数値条件として、９０度及び２７０度方向の抑圧量が１０ｄＢ以上、背面方向から到来する音を大きく抑圧することを規定する数値条件として、１８０度方向の抑圧量が２０ｄＢ以上、そして正面方向のずれに対して急峻な抑圧を防止することを規定する数値条件として、０±３０度以内の抑圧量が６ｄＢ以下等の条件が設定される。ステップＳ２０９の選択により、所望する指向特性を有する受音装置を設計する上で、主受音部及び副受音部の配設位置の候補を抽出することが可能となる。そしてステップＳ２１０にて記録した主受音部及び副受音部の配設位置並びに指向特性は、必要に応じて出力され、設計担当者は、所望する指向特性を実現するための主受音部及び副受音部の配設位置を検討することが可能となる。

前記実施の形態２では、二の受音部を配設した直方体の筐体についてシミュレーションする形態を示したが、本発明は、これに限らず、三以上の受音部を用いる形態でも良く、また直方体以外の形状の筐体についてシミュレーションする等、様々な形態に展開することが可能である。

実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１において、テレビ電話モード等の発話形態が異なるモードに切り替えた場合に指向特性を変更する形態である。図２８は、本発明の実施の形態３に係る受音装置の構成例を示すブロック図である。なお実施の形態１と同様の構成要件については、実施の形態１と同様の符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態３に係る受音装置１は、モードが切り替えられたことを検出するモード切替検出部１０１を備えている。モード切替部は、通常の電話通信として音声通信を行う通常モードから、映像及び音声通信を行うテレビ電話モードに切り替えられた場合、又はその逆の切替が行われた場合に、発話形態が異なるモードに切り替えられたことを検出する。通常モードでは、筐体１０に口を近付けて話す発話形態となるため、指向方向を絞り、テレビ電話モードでは、筐体１０の表示部１９を見ながら話す発話形態となるため、指向方向を広くする。指向方向の切替は抑制係数ｇａｉｎ（ω）を決定する第１閾値ｔｈｒｅ１及び第２閾値ｔｈｒｅ２を変更することにより行われる。

図２９は、本発明の実施の形態３に係る受音装置１の処理の一例を示すフローチャートである。受音装置１は、制御部１３の制御により、モード切替検出部１０１が、発話形態が異なるモード切替が行われたことを検出した場合（Ｓ３０１）、第１閾値ｔｈｒｅ１及び第２閾値ｔｈｒｅ２を変更する（Ｓ３０２）。例えば通常モードからテレビ電話モードに切り替えた場合、モード切替検出部１０１から抑制係数算出手段１４３へ所定の信号を出力し、抑制係数算出手段１４３では、受け付けた信号に基づいてテレビ電話モード用の第１閾値ｔｈｒｅ１及び第２閾値ｔｈｒｅ２に変更することにより、この処理は実現される。

第１閾値ｔｈｒｅ１及び第２閾値ｔｈｒｅ２の例として、通常モード用に設定されている第１閾値ｔｈｒｅ１＝−０．７、第２閾値ｔｈｒｅ２＝０．０５を、テレビ電話モード用に設定された第１閾値ｔｈｒｅ１＝−０．７、第２閾値ｔｈｒｅ２＝０．３５に変更する。この変更により、抑制されない角度が大きくなるため、指向性が拡がり、発話形態が変化した場合でも、話者の音声を抑制しない様にすることができる。なお第１閾値ｔｈｒｅ１及び第２閾値ｔｈｒｅ２を予め設定されている値に変更するのではなく、モード変更後に受音した音の位相差から話者の口の位置を推定し、その位置からの音声が抑制されない様に第１閾値ｔｈｒｅ１及び第２閾値ｔｈｒｅ２を自動調整する様にしても良い。

前記実施の形態３では、テレビ電話モードに切り替えた場合に抑制係数を変更して指向特性を変更する形態を示したが、本発明はこれに限らず、通常モードと発話形態が異なるハンズフリーモード等のモード切替が行われた場合に適用することも可能である。

前記実施の形態１乃至３では、受音装置を携帯電話に適用する形態を示したが、本発明はこれに限らず、様々な形状の筐体に配設された複数の受音部を用いて音を受音する様々な装置に適用することが可能である。

また前記実施の形態１乃至３では、主受音部及び副受音部が夫々一つである形態を示したが、本発明はこれに限らず、複数であっても良い。

Claims (5)

1. 複数方向から到来する音を受音することが可能な複数の無指向性の受音部を配設した筐体を備える受音装置であって、
   少なくとも一つの主受音部と、
   所定の方向以外の方向から到来する音に対して、主受音部が受音する時点より所定時間以上早く受音する位置に配設された少なくとも一つの副受音部と、
   受音した音に対して、所定の副受音部が受音した時点に対する所定の主受音部が受音した時点の時間差を遅延時間として算出する算出手段と、
   算出した遅延時間が、基準時間以上である場合に前記所定の主受音部が受音した音の抑制及び／又は基準時間未満である場合に前記所定の主受音部が受音した音の強調を行う抑制強調手段と
   を備え、
   該抑制強調手段は、副受音部が受音した時点に対する主受音部が受音した時点の差を示す遅延時間が最大となる場合に、主受音部が受音した音を強調する様に又は主受音部が受音した音を抑制しない様に構成してある
   ことを特徴とする受音装置。
2. 前記筐体は、
   主受音部を配設した一つの受音面と、
   該受音面に接した接面と
   を備え、
   該接面に副受音部を配設してある
   ことを特徴とする請求項１に記載の受音装置。
3. 前記筐体は、
   前記主受音部及び副受音部を配設した一つの受音面を備え、
   前記副受音部は、前記受音面の縁部までの最短距離が、前記主受音部より短い位置に配設されてある
   ことを特徴とする請求項１に記載の受音装置。
4. 携帯電話に組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の受音装置。
5. 前記携帯電話は、音声通信、又は映像及び音声通信を行う様に構成してあり、
   音声通信と、映像及び音声通信とを切り替える切替手段と、
   該切替手段による切り替えに応じて前記抑制強調手段の基準時間に係る値を変更する手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の受音装置。

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