JP5141442B2 - 収音装置、及び放収音装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数の参加者の発話音声を収音する収音装置、及び放収音装置に関する。

従来、会議の参加者の発話音声を収音する収音装置、及び放収音装置が各種提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の収音装置は、筐体の正面側と背面側とにマイクアレイを備え、設定されたモードに応じて、周囲の音声を収音している。例えば、収音スポットモードでは、正面側と背面側とにそれぞれ４ヵ所の収音スポットを設け、各スポットの収音ビーム信号を生成し、信号レベルが最も高い収音ビーム信号を収音対象の音声信号としている。また、エリア収音モードでは、正面側と背面側とにそれぞれ収音エリアを設け、各収音エリアから収音して収音信号を生成している。
特開２００７−２９５１０４号公報

しかしながら、特許文献１の収音装置では、収音スポットモードを選択すると、信号レベルが高い収音スポットのみから収音ビーム信号を生成するように設定されるので、設定された収音対象のスポット以外での発話音声を収音することができない。また、エリア収音モードでは、収音エリア内であっても、マイクアレイから近いか遠いかによって、音圧やＳＮ比が変わり、各エリアに対して均質に収音することができない。

そこで、本発明の収音装置は、会議への参加者の発話音声を均質に且つ明瞭に収音することを目的とする。

この発明の収音装置は、楕円の焦点位置に配置され、前記楕円軌道上の任意の点から発する音声を収音して音声信号を生成する一対の収音手段を備える。発話された位置（以下、音源と称す。）と各収音手段との距離により、各収音手段が生成した音声信号の音圧は変化する。収音装置は、一対の収音手段が生成した各音声信号を加算すると音圧が一定の値となるように、各音声信号の音圧比に基づいて、各音声信号の音圧を調整する。

これにより、収音装置は、一対の収音手段を焦点とする楕円軌道上に音源が存在する場合に、音源からの音声信号を均質に且つ明瞭に収音することができる。ここで、例えば会議机の周囲に着席した参加者は、会議机を囲む楕円軌道上の位置にそれぞれが存在するようになるので、この収音装置は、会議机の周囲に参加者が着席するような会議に用いるとよい。

また、一対の収音手段のそれぞれが音源からの音声を収音するタイミングは、音源と各収音手段との距離に応じて変化する。一対の収音手段が生成した各音声信号の音圧は距離に依存する。そこで、この発明の収音装置は、この音圧の差に基づいて、各音声信号の遅延量を算出する。収音装置は、算出した遅延量に基づいて、各音声信号を遅延させる。

これにより、収音装置は、一対の収音手段で参加者の発話音声を同じタイミングで収音したように処理できるので、参加者の発話音声をより均質に且つ明瞭に収音することができる。すなわち、楕円軌道の設定によって、一対の収音手段がそれぞれ大きく離れた位置に設置された場合（一対の収音手段がそれぞれ会議室の両側壁等に設置された場合等）であっても、収音手段間での収音タイミングのずれを無くすことができるので、参加者の発話音声をより均質に且つ明瞭に収音することができる。

更に、一対の収音手段は、それぞれ単なるマイクに限らず、マイクが配列されたマイクアレイであってもよい。例えば、各マイクが縦方向（天井から床の方向）に配置されるようなマイクアレイを用いた場合、マイクアレイは、会議室内の天井に設置された冷暖房機等の方向から収音しにくいので、雑音の収音を低減することができる。また、マイクアレイは、複数のマイクから構成されるので、各マイクの感度のばらつきによる音声信号への影響を低減することができるので、各マイクの感度を高精度に一致させなくてもよい。このため、参加者は、各マイクの感度を一致させるという煩雑な処理をしなくてもよい。

また、放収音装置は、上述の収音装置に加えて、音声を放音する放音装置と、エコーやハウリングを除去する回帰音除去装置と、を備える。これにより、放収音装置は、一対の収音手段を焦点とする楕円軌道上に存在する音源からの音声信号を均質に且つ明瞭に収音するとともに、エコーやハウリングを生じさせないようにすることができる。

また、放収音装置の回帰音除去装置は、第１適応フィルタと、遅延手段を有する第２適応フィルタと、を備える。第１適応フィルタは、放音装置から収音装置へ入ってきた回帰音を除去するエコーキャンセラやハウリングキャンセラである。第２適応フィルタは、話者の声や放音した音声が室内に残響することで発生する残響音を除去するリバーブキャンセラである。これにより、放収音装置は、エコーやハウリングとなる回帰音や、残響音を除去することができる。

この発明の収音装置は、会議机を囲んで着席した複数の参加者のように楕円軌道上に並ぶ複数の参加者の発話音声を均質に且つ明瞭に収音することができる。

この発明に係る収音装置１の使用例について、図１を参照して説明する。図１は、会議室に設置した収音装置を会議室の天井側から見た図である。図１（Ａ）は、楕円状の会議机を用いた例を示し、図１（Ｂ）は、略長方形状の会議机を用いた例を示す。

図１（Ａ）に示すように、収音装置１は、装置本体１０と持ち運び可能な一対のマイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２とから構成され、会議室９に設置される。この会議室９の略中央には、楕円状の会議机３Ａが設置されている。そして、会議机３Ａの周囲に参加者２Ａ〜２Ｈが着席している。

会議机３Ａの周囲に参加者２Ａ〜２Ｈが着席しているので、参加者２Ａ〜２Ｈの着席位置は、楕円４の軌道を描くようになる。一対のマイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２は、この楕円４の焦点位置に設置される。

なお、一対のマイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２は、持ち運び可能なので、楕円４の軌道に合わせて、会議机３Ａの上や会議室９の壁面等に自在に設置することができる。また、本体１０は、会議室９内に設置してもよいし、会議室９外に設置して、一対のマイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２のコネクタだけを会議室９の壁面に設けてもよい。

また、図１（Ｂ）に示すように、略長方形状の会議机３Ｂの周囲に参加者２Ａ〜２Ｈが着席した場合は、参加者２Ａ〜２Ｈの着席位置は、一直線上に並ぶようになる。一対のマイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２は、楕円４の軌道を直線近似するために、会議室９の両壁面に配置される。

以上のように、一対のマイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２は、会議机の周囲に参加者２Ａ〜２Ｈが着席すると、参加者２Ａ〜２Ｈの着席位置が楕円４の軌道上になるように配置される。そこで、収音装置１は、楕円４の軌道上に着席した参加者２Ａ〜２Ｈの発話音声を等しい音圧、ＳＮ比で収音する。

次に、楕円４の軌道上の発話音声を等しい音圧、ＳＮ比で収音する収音装置１の機能・構成について図２，３を参照して説明する。図２は、収音装置の機能・構成を示すブロック図である。図３は、収音処理の原理を示す説明図である。図２に示すように、収音装置１は、一対のマイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２と本体１０とからなり、本体１０は，音圧算出部１１Ａ，１１Ｂ、ゲイン算出部１２、遅延量算出部１３、ゲイン調整部１４Ａ，１４Ｂ、遅延部１５Ａ，１５Ｂ、及び加算部１６を備える。

マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２は、単一指向性を有するマイクであり、音声を収音して音声信号を生成する。マイクＭＩＣ１は、生成した音声信号を音圧算出部１１Ａ、及びゲイン調整部１４Ａへ出力する。また、マイクＭＩＣ２は、生成した音声信号を音圧算出部１１Ｂ、及びゲイン調整部１４Ｂへ出力する。

なお、収音装置１は、マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２に対して、収音装置１の設置後に各マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２の感度を一致させる処理（キャリブレーション処理）が行われる。また、この処理は、収音装置１の出荷時に行ってもよい。

例えば、収音装置１は、一対のマイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２から等距離の位置にてテスト音を放音する。収音装置１は、後述する音圧算出部１１Ａ，１１Ｂにて、各マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２が収音したテスト音の音圧を取得する。収音装置１は、取得した各マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２の音圧に基づいて、各マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２が収音したテスト音の音圧が同じになるように（すなわち、各マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２の感度が一致するように）、各マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２の音圧比を算出する。そして、収音装置１は、後述するゲイン調整部１４Ａ，１４Ｂにて、算出した音圧比に基づいて、ゲインを補正する。

音圧算出部１１Ａは、マイクＭＩＣ１からの音声信号の音圧（音声信号の振幅）Ｐ１を算出する。音圧算出部１１Ａは、算出した音圧Ｐ１をゲイン算出部１２、及び遅延量算出部１３へ出力する。同様に、音圧算出部１１Ｂは、マイクＭＩＣ２からの音声信号の音圧Ｐ２を算出して、ゲイン算出部１２、及び遅延量算出部１３へ出力する。

音圧Ｐ１，Ｐ２は、一定時間分（例えば、数百ミリ秒〜数十ミリ秒）の音声信号を２乗平均したものの平方根を取得することで算出してもよいし、数百ミリ秒〜数十ミリ秒の音声信号を全波整流した後の平均値を取得することで算出してもよい。この際、数百ミリ秒〜数十ミリ秒の音声信号に対して平均処理を行うので、バッファ（不図示）に音声信号を記憶しておき該音声信号を用いて平均処理を行ってもよいし、忘却係数を用いて近似的に平均処理を行ってもよい。近似的に平均処理を行う場合、容量が大きなバッファを備える必要がない。

なお、音圧算出部１１Ａ，１１Ｂは、マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２から入力された音声信号に対して、ローパスフィルタ等を用いた前処理を行い、音圧Ｐ１，Ｐ２の算出に使用する音声信号の帯域を絞ってもよい。これにより、収音装置１は、処理対象の帯域を減らすことができるので、算出時の処理負荷を低減することができる。また、収音装置１は、音声会議において不要な高域成分を削除しても、音声の品質に影響を与えることがない。

ゲイン算出部１２は、各マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２が収音した音声信号の音圧Ｐ１，Ｐ２に基づいて、マイクＭＩＣ１に対するゲインＧ１と、マイクＭＩＣ２に対するゲインＧ２と、を次の方法にて算出する。そして、ゲイン算出部１２は、算出したゲインＧ１をゲイン調整部１４Ａへ出力し、ゲインＧ２をゲイン調整部１４Ｂへ出力する。収音装置１は、以下の式３に示すゲインＧ１，Ｇ２で音圧を調整して、マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２が収音した各音声信号を加算すると、楕円４の軌道上の音声を等しい音圧、ＳＮ比で収音することができる。

図３に示すように、楕円４は、収音装置１の一対のマイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２を焦点として形成される。収音装置１が楕円４の軌道上からの発話音声を収音するので、この楕円４の軌道上に、音源Ｓを配置する場合の例を示す。そして、音源ＳとマイクＭＩＣ１との距離をＲ１とし、音源ＳとマイクＭＩＣ２との距離をＲ２とすると、次の関係式（式１）が成り立つ。

また、音源Ｓから放音される音声信号の音圧をＰ０とすると、マイクＭＩＣ１が収音して生成した音声信号の音圧Ｐ１と、マイクＭＩＣ２が収音して生成した音声信号の音圧Ｐ２は、各音声信号の振幅（音圧）が音源Ｓと距離に対して１次減衰するものと近似できるので、次の式（式２）で表すことができる。

更に、マイクＭＩＣ１のゲインＧ１、マイクＭＩＣ２のゲインＧ２を、音源Ｓとの距離に応じて定めると、次の式（式３）のように定義される。そして、マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２のゲイン調整後の各音声信号の音圧Ｐ１，Ｐ２を加算すると、次の関係式（式４）が成り立つ。

以上より、収音装置１は、加算後の音声信号が常に音圧が一定となるために、楕円４の軌道上の音声を等しい音圧で収音することができる。

なお、マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２が収音して生成した音声信号にはノイズが含まれるが、ノイズの音圧を一様にＮと仮定すると、次の関係式（式５）が成り立つ。

以上のように、収音装置１は、ノイズの音圧も常に一定となるため、楕円４の軌道上のノイズを等しい音圧で収音する。すなわち、収音装置１は、楕円４の軌道上であれば、等しいＳＮ比で収音することができる。

ゲイン調整部１４Ａは、入力されたゲインＧ１に基づいて、マイクＭＩＣ１から入力される音声信号の音圧Ｐ１を調整する。ゲイン調整部１４Ａは、音圧調整後の音声信号を遅延部１５Ａへ出力する。同様に、ゲイン調整部１４Ｂは、入力されたゲインＧ２に基づいて、マイクＭＩＣ２から入力される音声信号の音圧Ｐ２を調整して、遅延部１５Ｂへ出力する。

遅延量算出部１３は、各マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２が収音した音声信号の音圧Ｐ１，Ｐ２に基づいて、マイクＭＩＣ１からの音声信号に対する遅延量ΔＤ１と、マイクＭＩＣ２からの音声信号に対する遅延量ΔＤ２と、を次の方法にて算出する。

各マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２における音声信号の遅延量ΔＤ１，ΔＤ２は、各マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２間での収音タイミングのずれを無くす、すなわち、各マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２と音源Ｓとの距離の差を無くすとすれば、次の式（式６）に定まる。

以上のように、各マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２が収音した音声信号の音圧Ｐ１，Ｐ２の差に基づいて、遅延量ΔＤ１，ΔＤ２を算出することができる。そして、遅延量算出部１３は、算出した遅延量ΔＤ１を遅延部１５Ａへ出力し、遅延量ΔＤ２を遅延部１５Ｂへ出力する。

遅延部１５Ａは、入力された遅延量ΔＤ１に基づいて、ゲイン調整部１４Ａから入力される音声信号を遅延する。遅延部１５Ａは、遅延後の音声信号を加算部１６へ出力する。同様に、遅延部１５Ｂは、入力された遅延量ΔＤ２に基づいて、ゲイン調整部１４Ｂから入力される音声信号を遅延して、加算部１６へ出力する。よって、楕円４の軌道上であれば、一対のマイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２は、同じタイミングで音声を収音することができる。

加算部１６は、遅延部１５Ａ，１５Ｂから入力された音声信号を加算する。加算部１６は、例えば、記憶媒体（不図示）に加算後の音声信号を出力する。

以上より、収音装置１は、加算後の音声信号の音圧が一定になるので、楕円４の軌道上に着席する参加者２Ａ〜２Ｈの発話音声を均質に収音することができる。また、収音装置１は、収音タイミングのずれを補正するので、各マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２間の距離を自在に変更でき、楕円４のサイズを自在に変更することができる。更に、収音装置１は、音声信号に含まれるノイズも均質に収音することができるので、楕円４の軌道上のどの位置でも明瞭に収音することができる。

なお、本実施形態では、マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２を用いたが、それぞれ複数のマイクからなるマイクアレイを用いてもよい。マイクアレイを用いると、各マイクの感度のばらつきによる音声信号への影響を低減することができるので、各マイクの感度を高精度に一致させなくてもよい。また、天井から地面に向けてマイクを配列したマイクアレイを用い、水平方向に収音指向性を設定すると、天井に設置した冷暖房機等の方向から収音しにくいので、冷暖房機等が動作することにより生じる雑音の収音を低減することができる。

また、本実施形態では、収音装置について説明したが、上述の収音機能を備える放収音装置や拡声装置であってもよい。例えば、放収音装置の場合は、音声信号を放音するスピーカと、スピーカからの回帰音を除去するエコーキャンセラ（不図示）を備えるとよい。また、拡声装置の場合は、音声信号を放音するスピーカと、スピーカからの回帰音を除去するためのハウリングキャンセラ（不図示）を備えるとよい。

更に、図４は、エコーキャンセラやハウリングキャンセラの機能・構成を示すブロック図である。図４に示すように、上述のエコーキャンセラ及びハウリングキャンセラは、前段にフィードバックキャンセリング部５Ａを設け、後段にリバーブキャンセリング部５Ｂを設けている。フィードバックキャンセリング部５Ａは、スピーカからマイクへの回帰音を除去する機能部であり、リバーブキャンセリング部５Ｂは、残響音を除去する機能部である。これにより、収音装置１を会議室９内に設置すると、参加者２Ａ〜２ＨとマイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２との距離が離れているので残響成分が大きくなるが、リバーブキャンセリング部５Ｂを設けることで、フィードバックキャンセリング部５Ａにて除去できない残響成分についても除去することができる。

加えて、図５は、会議室に設置した収音装置を会議室の天井側から見た図である。上記実施形態では、マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２に単一指向性マイクを用いたがこれに限らない。図５に示すように、会議室９に設置された会議机３Ｃは、略中心部に空間を設けたドーナツ形状である。この会議机３Ｃの周囲に参加者２Ａ〜２Ｊが着席している。ドーナツ形状の会議机３Ａの周囲に参加者２Ａ〜２Ｊが着席しているので、参加者２Ａ〜２Ｊの着席位置は、楕円４の軌道を描くようになる。参加者２Ａは、この楕円４の焦点位置に、一対のマイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２をそれぞれ設置する。この場合、マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２は、会議机３Ｃの内側に設置されるので、マイクＭＩＣ１，ＭＩＣ２として無指向性のマイクを用いると好適である。

会議室に設置した収音装置を会議室の天井側から見た図である。 収音装置の機能・構成を示すブロック図である。 収音処理の原理を示す説明図である。 エコーキャンセラやハウリングキャンセラの機能・構成を示すブロック図である。 会議室に設置した収音装置を会議室の天井側から見た図である。

符号の説明

１…収音装置，２Ａ〜２Ｊ…参加者，３Ａ〜３Ｃ…会議机，４…楕円，１１Ａ，１１Ｂ…音圧算出部，１２…ゲイン算出部，１３…遅延量算出部，１４Ａ，１４Ｂ…ゲイン調整部，１５Ａ，１５Ｂ…遅延部，１６…加算部，５Ａ…フィードバックキャンセリング部，５Ｂ…リバーブキャンセリング部，ＭＩＣ１，ＭＩＣ２…マイク，Ｓ…音源，Ｒ１，Ｒ２…音源とマイクとの距離，Ｎ…ノイズ，Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…音圧，Ｇ１，Ｇ２…ゲイン，ΔＤ１，ΔＤ２…遅延量

Claims (5)

1. 楕円の焦点位置に配置され、前記楕円軌道上の任意の点から発する音声を収音して音声信号を生成する一対の収音手段と、
   前記一対の収音手段が生成した各音声信号の音圧を算出する音圧算出手段と、
   前記音圧算出手段が算出した各音声信号の音圧の比に基づいて、前記一対の収音手段が生成した各音声信号の加算後の音圧が一定となるよう前記各音声信号の音圧を調整する音圧調整手段と、
   前記音圧調整手段による音圧調整後の各音声信号を加算する加算手段と、を備えた収音装置。
2. 前記音圧算出手段が算出した各音声信号の音圧の差に基づいて、前記一対の収音手段が生成した各音声信号の遅延量を算出し、該遅延量に応じて各音声信号を遅延させる遅延手段、を更に備えた請求項１に記載の収音装置。
3. 前記一対の収音手段は、それぞれ複数のマイクを配列させたマイクアレイを備え、該マイクアレイの各マイクが収音した個別音声信号に基づいて、前記音声信号を生成する請求項１又は２に記載の収音装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の収音装置と、
   音声信号を放音する放音装置と、
   前記放音装置から前記収音装置への回帰音を除去する回帰音除去装置と、を備えた放収音装置。
5. 前記回帰音除去装置は、
   前記放音装置から放音された音声信号に基づいて、前記放音装置から前記収音装置への回帰音を推定して生成した擬似回帰音信号を、前記収音装置が生成した音声信号から除去する第１適応フィルタと、
   前記一対の収音手段が生成した音声信号を遅延させる遅延手段と、
   前記遅延手段が遅延させた音声信号に基づいて生成した残響音信号を、前記収音装置が生成した音声信号から除去する第２適応フィルタと、を備えた請求項４に記載の放収音装置。

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