JP5338040B2

JP5338040B2 - 音声会議装置

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Publication number: JP5338040B2
Application number: JP2007147997A
Authority: JP
Inventors: 訓史鵜飼; 田中　　良; 利晃石橋
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2027-06-04
Also published as: WO2008149747A1; EP2154907A1; CN101682808A; JP2008301401A; CN101682808B; US20100166195A1; US8526633B2

Description

この発明は、主に音声を収音することを目的とした音響装置に関し、特に、複数の指向性マイクを備えた音響装置に関する。

近年、音声会議（通信会議）を行うために、スピーカとマイクとを一体に備えた音声会議装置が普及している。音声会議装置は、マイクで収音した音声を接続先に送信し、接続先から受信した音声をスピーカから放音する。複数人同士で会議を行う場合、この様な音声会議装置は会議参加者の中心（会議机の中心等）に設置されることが多い。したがって、この様な音声会議装置は小型化されることが望まれ、例えば特許文献１に示すようにスピーカ用のボックスを省略して小型化した音声会議装置が提案されている。

また、会議机の中心に置かれることを考慮し、複数の指向性マイクを装置周辺に向けて設置する装置も考えられる。
特開平８−２０４８０３号公報

しかし、特許文献１の構成によれば、コンパクトな構成であるが、スピーカとマイクが近接してしまい、回り込み音量が大きくなってしまう。

一方、複数の指向性マイクを装置周辺に向けて設置する装置においては、全ての指向性マイクから等距離の位置（またはこの位置に近い領域）で発せられた音声は同位相で収音されるため、特定の領域だけ非常に大きなレベルで収音される問題が有った。このため、例えば天井に設置される空調機器のノイズ等が特に大きなレベルで収音され、耳障りとなっていた。

そこで、この発明は、複数の指向性マイクが等距離からの音声を収音した場合であっても、ノイズ等を増大させることがない音響装置を提供することを目的とする。

この発明の音声会議装置は、１つの軸を中心とする円周上に配列され、前記軸に直交する平面において前記円周の法線方向に向けて収音方向が設定された指向性を有する複数の収音部と、各収音部が出力する音声信号の位相を、各収音部の設置位置の前記円周上における角度に応じて位相をシフトさせることにより、回転させてから合成する音声信号処理部と、を備え、前記音声信号処理部は、前記軸を挟んで向かい合う位置の収音部が出力する音声信号の位相を遅らせて加算部に出力し、反転させていることを特徴とする。

この構成では、複数の収音部がある軸を中心とする円周上にそれぞれ設置されている。各収音部は、この軸に直交する平面において円周の法線方向（例えば筐体が円盤状である場合、筐体側面方向）に向けて設置されている。これらの収音部が出力した音声信号は、各収音部の設置位置（円周上における角度）に応じて位相シフトされる。例えば、設置位置が１８０度回転すれば位相も１８０度シフトされる。筐体の中心位置から上面、下面方向に延びる位置（軸方向）で発せられた音声は、全ての収音部で略同レベルに収音されるが、位相シフト後に合成されるため、打ち消される。一方、側面で発せられた音声は、その位置に最も近い収音部で高レベルで収音されるため、合成後に打ち消されることがない。

また、この発明は、さらに、前記収音部は、複数のマイクユニットを配列してなるマイクアレイと、各マイクユニットが収音した音声信号を遅延して合成することにより収音部に指向性を持たせる遅延処理部と、からなることを特徴とする。

この構成の収音部は、マイクユニットを配列したマイクアレイと遅延処理部とからなる。各マイクユニットの収音した音声信号を遅延して合成することにより、所定方向に強い指向性を設定する。

また、この発明は、さらに、前記軸が延びる方向に放音方向が設定されたスピーカを備えたことを特徴とする。

この構成では、筐体の中心位置から軸が延びる方向に放音面が向くようにスピーカを設置する。軸が延びる方向とは、筐体の上面方向、下面方向、またはその両方向を含む。すなわち、筐体の上面方向に向けて放音してもよいし、下面方向に向けて放音してもよい。また、両方向に向けて放音してもよい。この放音方向は収音部で収音されたとしても打ち消されるため、エコーの発生を抑止することができる。

また、この発明は、さらに、前記スピーカに入力する音声信号をフィルタ処理した疑似帰還信号を前記音声信号処理の出力信号から減算し、出力する適応型エコーキャンセラを備えたことを特徴とする。

この構成では、スピーカから収音部に至る回り込み成分を推定し、この推定した回り込み成分を音声信号処理部の出力信号から差し引くことでエコー成分を除去する。

この発明によれば、複数の指向性マイク（収音部）から等しい距離の位置で発せられた音声を収音した場合であっても、位相シフト後に合成することにより打ち消されるため、この位置で発生したノイズ等を高レベルで収音することがない。

本発明の音響装置の実施形態として、音声会議装置について説明する。図１は、この実施形態に係る音声会議装置の外観図であり、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は側面図である。同図（Ａ）において、音声会議装置１を上面から見た中心位置を回転中心として、紙面下側（マイクアレイ１０Ａの収音方向）を０度とし、時計回りに増加する角度をθとする。

音声会議装置１は、円盤状の筐体１１を備えている。筐体１１は、上面から見た形状が直径３０ｃｍほどの円形である。筐体１１の上面、および下面の面積は、垂直方向の途中部分の面積よりも狭くなっている。筐体１１は、側面側から見た形状が、高さ方向の所定位置から上面に向けて狭くなるとともに、下面に向けて狭くなっている。すなわち、筐体１１は、所定位置から上部側、および下部側にそれぞれ傾斜面を有する形状である。

８個のマイクアレイ１０Ａ〜１０Ｈは、それぞれ筐体１１の側面に向けて（筐体１１の上面側内部）設置されている。各マイクアレイ１０Ａ〜１０Ｈは、上面から見て、筐体１１の中心位置を回転中心として等角度ピッチ（この場合は約４５度間隔）で配置されている。この際、マイクアレイ１０Ａの収音方向がθ＝０度方向となり、順にθが４５度ずつ増加する方向に沿って各マイクアレイ１０Ａ〜１０Ｈが配置される。

マイクアレイ１０Ａ〜１０Ｈは、それぞれ複数（同図においては４つ）のマイクユニットを有する。例えばマイクアレイ１０Ａは、マイクユニット１０１Ａ〜１０４Ａの４つのマイクユニットを有する。これらのマイクユニット１０１Ａ〜１０４Ａが収音した音声は、遅延処理部（図２参照）で遅延処理された後合成される（図２参照）。遅延処理後に合成されることで、特定の方向に強い指向性を有する。マイクアレイ１０Ａは、θ＝０度方向に指向性を有し、０度方向が収音方向となる。なお、マイクユニットの個数はこの例に限らず、仕様に応じて適宜設定すればよい。また、マイクアレイにかえて、単一指向性マイクを用いるようにしてもよい。

スピーカ１３は、筐体１１の下面に放音方向が向くように設置されている。なお、音声会議装置を単に収音装置として用いる場合にはスピーカ１３の構成（放音系統の構成）は必須ではない。

図２は、音声会議装置１の構成を示すブロック図である。音声会議装置１は、マイクアレイ１０Ａ〜１０Ｈに接続されるマイク信号処理回路２１、マイク信号処理回路２１に接続されるエコーキャンセラ２２、およびエコーキャンセラ２２に接続される入出力Ｉ／Ｆ２３を備えている。なお、同図において、マイクユニットの収音した音声信号を増幅するフロントエンドのアンプ、アナログ音声信号をデジタル変換するＡ／Ｄコンバータ、デジタル音声信号をアナログ変換するＤ／Ａコンバータ、およびスピーカに供給する音声信号を増幅するパワーアンプ等は省略し、特に記載無き場合、音声会議装置１内を伝達する音声信号はデジタル音声信号であるものとする。

入出力Ｉ／Ｆ２３は、筐体１１のいずれかの面に設置されており、図示しないネットワーク接続端子、ディジタルオーディオ端子、アナログオーディオ端子等を備えている。この入出力Ｉ／Ｆ２３にネットワークケーブル等を接続することで、音声会議装置１を他の装置に接続することができる。

マイクアレイ１０Ａ〜１０Ｈは、上述したようにそれぞれ複数のマイクユニットを有し、各マイクユニットの収音した音声信号を遅延処理し、合成してから後段に出力する遅延処理部を有する。例えばマイクアレイ１０Ａは、４つのマイクユニット１０１Ａ〜１０４Ａを有し、遅延処理部１１１Ａで遅延、合成処理を行う。各マイクアレイ１０Ａ〜１０Ｈの遅延処理部で合成された信号は、マイク信号処理回路２１に入力される。

マイク信号処理回路２１は、各マイクアレイ１０Ａ〜１０Ｈから出力される音声信号をそれぞれ位相シフトし、合成した後に後段のエコーキャンセラ２２に出力する。図３にマイク信号処理回路２１の詳細なブロック図を示す。マイク信号処理回路２１は、位相シフト回路２１１Ａ〜２１１Ｈ、および加算器２１２を備えている。

マイクアレイ１０Ａ〜１０Ｈから出力された音声信号は、それぞれ位相シフト回路２１１Ａ〜２１１Ｈに入力される。位相シフト回路２１１Ａ〜２１１Ｈの出力信号は、それぞれ加算器２１２に入力される。加算器２１２は、位相シフト回路２１１Ａ〜２１１Ｈの出力信号を合成し、後段のエコーキャンセラ２２に出力する。

エコーキャンセラ２２は、スピーカ１３からマイクアレイ１０Ａ〜１０Ｈに至る回り込み成分を推定し、この推定した回り込み成分をマイク信号処理回路２１の出力信号から差し引くことでエコー成分を除去するものである。エコーキャンセラ２２は、スピーカ１３に供給する信号をフィルタリングする適応フィルタを内蔵し、音響伝達系（スピーカからマイクアレイに至る音響伝搬経路）の伝達関数を推定して、スピーカからマイクへ至る回り込み成分の模擬信号を生成する。この模擬信号をマイク信号処理回路２１の出力信号から差し引く。なお、伝達関数は、エコー成分を差し引いた後の残差信号を用いて更新される。エコー成分を除去された信号は、入出力Ｉ／Ｆ２３に入力され、他の装置に送信される。

図３において、位相シフト回路２１１Ａ〜２１１Ｈは、ＦＩＲフィルタ等で構成され、全周波数帯域（広周波数帯域、例えば数十Ｈｚ〜数ｋＨｚ）で位相シフト演算をし、音声信号の位相をシフトする。ここで、位相シフト回路２１１Ａ〜２１１Ｈは、各マイクアレイの収音方向に対応する角度に応じて位相を回転させる。

すなわち、位相シフト回路２１１Ａは、マイクアレイ１０Ａの収音方向における角度０度を回転角度とする。つまり、位相シフト回路２１１Ａは、位相シフトを行わない。位相シフト回路２１１Ｂは、マイクアレイ１０Ｂの収音方向における角度４５度を回転角度とする。つまり、位相を４５度遅らせる。同様に、位相シフト回路２１１Ｃは、位相を９０度遅らせ、位相シフト回路２１１Ｄは、位相を１３５度遅らせ、位相シフト回路２１１Ｅは、位相を１８０度遅らせる。また、位相シフト回路２１１Ｆは、位相を２２５度遅らせ、位相シフト回路２１１Ｇは、位相を２７０度遅らせ、位相シフト回路２１１Ｈは、位相を３１５度遅らせる。

図４は、マイクアレイ１０Ａ〜１０Ｈの音声信号が位相シフトされた結果、位相シフト回路２１１Ａ〜２１１Ｈから出力される信号を示す図である。同図（Ａ）は、全てのマイクアレイから等しい距離の領域から音声を収音した場合を示す。全てのマイクアレイから距離が等しくなる領域とは、音声会議装置１を上面からみた中心位置（中心軸）付近の領域である。例えば、図５（Ａ）に示すように、音声会議装置１の上部（天頂方向）の領域５０で発せられた音声を収音した場合である。

また、図４（Ｂ）は、いずれか１つのマイクアレイに近い領域で発せられた音声を収音した場合を示す。例えば、図５（Ｂ）に示すように、マイクアレイ１０Ｄに近い領域５１で発せられた音声を収音した場合である。

図４（Ａ）および図５（Ａ）において、マイクアレイ１０Ａ〜１０Ｈが収音する音声は、全て同じ成分である。したがって、これらの収音した音声信号を位相シフト回路２１１Ａ〜２１１Ｈで位相シフトした後に合成すると、打ち消しあうことになる。例えばマイクアレイ１０Ａが収音した音声信号と、マイクアレイ１０Ｅが収音した音声信号は位相が１８０度ずれるため、互いに打ち消しあう。

このように、マイクアレイ１０Ａ〜１０Ｈが装置の中心軸付近の領域から収音した音声信号は合成後に打ち消しあうため、レベルが極めて小さくなる。そのため、例えば天井に設置されている空調機器のノイズ等が高いレベルで収音されることがなくなる。また、スピーカ１３は、音声会議装置１の中心位置に設置されているため、放音した音声が回り込んで高いレベルで収音されることがなくなる。そのため、エコーやハウリングの発生を抑止することができる。また、エコーキャンセラ２２の処理負荷を軽減することができる。なお、スピーカ１３の放音方向は、上面方向であってもよいし、下面方向であってもよい。また、両方向に向けて放音してもよい。

一方、図４（Ｂ）および図５（Ｂ）において、領域５１で発せられた音声は、最も近いマイクアレイ１０Ｄで高レベルに収音され、領域５１から遠くなるについれて低レベルに収音される。最も遠いマイクアレイ１０Ｈにおいて収音された音声が最も低レベルとなる。したがって、マイクアレイ１０Ｄが収音した音声信号とマイクアレイ１０Ｈが収音した音声信号は、合成されても完全に打ち消しあうことがない。また、マイクアレイ１０Ｃおよびマイクアレイ１０Ｅが収音した音声は、マイクアレイ１０Ｄが収音した音声のレベルに近いが、位相が近い（４５度の差である）ために合成されても完全に打ち消しあうことがない。そのため、領域５１で発せられた音声は高レベルで収音されることとなる。

以上のように、本実施形態の音声会議装置１によれば、天頂方向のノイズを収音せず、水平方向からの音声を高レベルで収音することができるため、全方位に対して安定した収音環境を実現することができる。

また、位相シフト回路２１１Ａ〜２１１Ｈのフィルタ係数を動的に変更することがないため、安定した収音環境を実現することができる。

音声会議装置の外観を示す図である。音声会議装置の構成を示すブロック図である。マイク信号処理回路２１の構成を示すブロック図である。位相シフト後の音声信号を示す図である。音声が収音される様子を例示する図である。

符号の説明

１−音声会議装置
１０Ａ〜１０Ｈ−マイクアレイ
１３−スピーカ
２１−マイク信号処理回路
２２−エコーキャンセラ
２３−入出力Ｉ／Ｆ

Claims

１つの軸を中心とする円周上に配列され、前記軸に直交する平面において前記円周の法線方向に向けて収音方向が設定された指向性を有する複数の収音部と、
各収音部が出力する音声信号の位相を、各収音部の設置位置の前記円周上における角度に応じて位相をシフトさせることにより、回転させてから合成する音声信号処理部と、
を備え、
前記音声信号処理部は、前記軸を挟んで向かい合う位置の収音部が出力する音声信号の位相を遅らせて加算部に出力し、反転させていることを特徴とする音声会議装置。
前記収音部は、複数のマイクユニットを配列してなるマイクアレイと、各マイクユニットが収音した音声信号を遅延して合成することにより収音部に指向性を持たせる遅延処理部と、からなる請求項１に記載の音声会議装置。
前記軸が延びる方向に放音方向が設定されたスピーカを備えた請求項１、または請求項２に記載の音声会議装置。
前記スピーカに入力する音声信号をフィルタ処理した疑似帰還信号を前記音声信号処理部の出力信号から減算し、出力する適応型エコーキャンセラを備えた請求項３に記載の音声会議装置。