JP5940366B2

JP5940366B2 - 収音マイクロホンシステム

Info

Publication number: JP5940366B2
Application number: JP2012105807A
Authority: JP
Inventors: 一穂小野; 安藤　彰男; 彰男安藤; 公男濱崎
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2032-05-07
Also published as: JP2012253754A

Description

本発明は、スーパーハイビジョン用の２２．２ｃｈ音響システムなど、スピーカを３次元的に配置する音響システムにおける収音技術として、特に、マルチチャンネル用の収音マイクロホンシステムに関する。

スピーカを３次元的に配置する音響システムでは、スピーカの方向に応じた音を収録する必要がある。このため、ライブで音を伝送する必要がある場合は、再生するスピーカに対応した数のマイクロホンを収音する音場内に設置する必要がある。また、ライブ伝送を行う必要がない場合は、収録する音源を分離して収録し、さらにそれらの収録した音源ごとに対しオフラインのミキシング処理で任意の場所に位置させて再生音を合成することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１５２９４９号公報

再生するスピーカに対応した数のマイクロホンを設置する場合は、各スピーカから再生する音の分離を確保するため、空間内で互いに十分な距離を離して多数のマイクロホンを設置する必要がある。この場合、マイクロホンシステムが空間内の広い範囲に分布し、実時間性や機動性に問題が多く、マイクロホンの設置位置に制約の多い番組中継で用いることは極めて困難である。

設置する場所が限られる場合には、空間内の１点に、再生するスピーカの方向に対応したマイクロホンを設置することが考えられる。この場合は、各方向に指向軸を向け、かつ指向性ビームの幅が隣接するチャンネルと重ならない個別のマイクロホンで収音する必要がある。このとき、２２．２ｃｈ音響システムなど、チャンネル数が多いシステムではチャンネル間の見込み角が小さくなるため、極めて指向性の高いマイクロホンを使用することが必要になる。例えばショットガンマイクロホンのような狭指向性マイクロホンを用いる場合、周波数によって指向特性が大きく異なり、収録する音の周波数特性が乱れ、方向によって音質が変化するという問題が生じる。

これらの問題を解決するために、特許文献１に開示されるような複数のマイクロホンを用いるマイクロホンアレイ方式を利用して、マイクロホンを球面上に配置するなど立体的に多数配置して信号処理を行い、指向性合成を行うことが考えられる。この場合、十分な指向性を得るためには波長と同等のオーダーの大きさのマイクロホンが必要となる一方、高い周波数までカバーする場合にはマイクロホン間隔を十分に小さくする必要がある。このため、マイクロホンアレイ方式で広い周波数帯域にわたり良好な指向性を得るためには、十分な大きさのアレイであり、かつマイクロホン素子間隔を小さくする必要があるため、結果的に非常に多数のマイクロホンを要する。

本発明は、上述の問題を鑑みて為されたものであり、広帯域及び狭指向性でマルチチャンネルの再生音を収音可能とするマルチチャンネル用の収音マイクロホンシステムを提供することを目的とする。

本発明による第１態様の収音マイクロホンシステムでは、上述の問題を解決するため、収音空間内の１点（以下、「収音点」と称する）を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた空間（以下、「仕切り空間」と称する）ごとに主マイクロホン素子（広帯域及び広指向性のマイクロホン素子）を設置し、仕切り板の効果により狭帯域指向特性が得られる所定の周波数以上では仕切り板の効果により指向性収音を行い、その所定の周波数以下では複数の主マイクロホン素子の出力を基に指向性合成を行い、全体域で狭指向特性を得る方式とした。この第１態様の収音マイクロホンシステムでは、単に仕切り板を用いて収音するだけの方式と比較して、指向性合成のための低域側での指向特性を改善する効果がある。また、この第１態様の収音マイクロホンシステムを更に改善するため、本発明による第２態様の収音マイクロホンシステムでは、仕切り空間ごとの主マイクロホン素子だけでは指向性の合成に十分な数とならない場合を考慮して、１つ以上の補助マイクロホン素子を設置する方式とした。

即ち、本発明による第１態様の収音マイクロホンシステムは、収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに主マイクロホン素子が設置され、各主マイクロホン素子の出力について収音方向を検出して合成する収音信号処理装置を備え、前記収音信号処理装置は、各主マイクロホン素子の出力について当該仕切り空間で定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域分離を行い、当該所定の周波数以上の帯域の各主マイクロホン素子の出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタと、当該所定の周波数以下の帯域の各主マイクロホン素子の出力成分を抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタで抽出される各出力成分から前記所定の収音方向ごとの出力成分を検出し、前記ハイパスフィルタで抽出した各主マイクロホン素子の出力成分と合成して、仕切り空間ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する指向性合成フィルタ処理部とを有することを特徴とする。

これにより、所望方向の指向性の実現に仕切り板を用いて空間分離するようにし、仕切り板で区切られた空間内にそれぞれ設けられた広帯域及び広指向性の主マイクロホン素子の出力に対して所定の周波数で帯域分離を行い、当該所定の周波数以上の帯域については、各主マイクロホン素子の出力成分をそのまま所望方向の成分とし、当該所定の周波数未満の帯域では所望方向以外の主マイクロホン素子の出力成分を用いて合成し、これにより広帯域及び狭指向性でマルチチャンネルの再生音を収音可能とする。

さらに、本発明による第２態様の収音マイクロホンシステムは、マルチチャンネル用の収音マイクロホンシステムであって、収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに主マイクロホン素子が設置され、さらに、１つ以上の前記仕切り板上に１つ以上の補助マイクロホン素子が設置され、前記主マイクロホン素子及び前記補助マイクロホン素子の各々の出力について収音方向を検出して合成する収音信号処理装置を備え、前記収音信号処理装置は、各主マイクロホン素子の出力について当該仕切り空間で定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域分離を行い、当該所定の周波数以上の帯域の主マイクロホン素子の出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタと、当該所定の周波数以下の帯域の主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子の出力成分をそれぞれ抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタで抽出される各出力成分から前記所定の収音方向ごとの出力成分を検出し、前記ハイパスフィルタで抽出した主マイクロホン素子の出力成分と合成して、仕切り空間ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する指向性合成フィルタ処理部と、を有することを特徴とする。

これにより、所望方向の指向性の実現に仕切り板を用いて空間分離するようにし、仕切り板で区切られた空間内にそれぞれ設けられた広帯域及び広指向性の主マイクロホンと、主マイクロホン素子以外の箇所に複数設置する補助マイクロホン素子の出力に対して所定の周波数で帯域分離を行い、当該所定の周波数以上の帯域については、主マイクロホン素子の出力成分をそのまま所望方向の成分とし、当該所定の周波数未満の帯域では所望方向以外の主マイクロホンの出力及び補助マイクロホン素子の出力成分を用いて合成し、これにより広帯域及び狭指向性でマルチチャンネルの再生音を収音可能とする。

また、本発明の収音マイクロホンシステムにおいて、前記仕切り空間は、マルチチャンネルのチャンネル数分で、当該収音空間が分割されていることを特徴とする。

本発明によれば、スピーカを３次元的に配置する音響システムにおいて、広い周波数帯域で一定の指向性を得ることが可能となる。

２２．２チャンネル音響空間の概要を示す図である。本発明による第１実施形態の収音マイクロホンシステムにおける仕切り空間を設ける例を示す図である。本発明による第１実施形態の収音マイクロホンシステムにおける収音信号処理装置のブロック図である。本発明による第１実施形態の収音マイクロホンシステムにおける、１６チャンネルの再生信号を収音する収音信号処理装置の演算処理ブロック図である。本発明による第１実施形態の収音マイクロホンシステムにおける、半径ｒ＝２０ｃｍの仕切り板で１６分割された仕切り空間で主マイクロホン素子の出力を実測した周波数別の指向特性を示す図である。本発明による第１実施形態の収音マイクロホンシステムにおける、半径ｒ＝２０ｃｍの仕切り板で１６分割された仕切り空間で主マイクロホン素子の出力を実測した周波数別の指向係数を示す図である。本発明による第２実施形態の収音マイクロホンシステムにおける仕切り空間と主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子の設置例を示す図である。本発明による第２実施形態の収音マイクロホンシステムにおける収音信号処理装置のブロック図である。本発明による第２実施形態の収音マイクロホンシステムにおける、１６チャンネルの再生信号を収音する収音信号処理装置の演算処理ブロック図である。

以下、本発明による各実施形態の収音マイクロホンシステムについて順に説明する。まず、第１実施形態の収音マイクロホンシステムについて説明する。

〔第１実施形態〕
まず、本実施形態の収音マイクロホンシステムの収音空間として、２２．２チャンネル音響再生空間に応用した例について説明する。図１は、２２．２チャンネル音響空間の概要を示す図である。２２．２チャンネル音響再生空間は、水平面内の中間層における８チャンネル（ＦＬ，ＦＣ，ＦＲ, ＳｉＲ，ＢＲ，ＢＣ，ＢＬ，ＳｉＬ）のスピーカを基本としており、中間層のチャンネルと同じ水平面内の配置で上層に８チャンネル（ＴｐＬ，ＴｐＣ，ＴｐＲ，ＴｐＳｉＲ，ＴｐＢＲ，ＴｐＢＣ，ＴｐＢＬ，ＴｐＳｉＬ）のスピーカを設置し、さらに上層中央では、１チャンネルのＴｐＣチャンネルのスピーカを設置している。この他に中間層として画面内定位補強用にＦＬｃ，ＦＲｃ、下層として画面下部定位補強用にＢｔＦＬ，ＢｔＦＣ，ＢｔＦＲの３チャンネルのスピーカ、さらに低域再生（Low Frequency Effectとも称される）用にＬＦＥ１，ＬＦＥ２の２チャンネルのスピーカを保有している。

本実施形態では、図１に示すスピーカ配置のうち、ベースとなるのは水平面内と上層部の８チャンネルであることに着目し、水平面内８チャンネルと上層８チャンネルの音を収音することを想定して、上層８チャンネルをＣＨ１，ＣＨ２，・・・ＣＨ８とし、下層８チャンネルをＣＨ９，ＣＨ１０，・・・，ＣＨ１６として、説明する。

一般に、２２．２チャンネル音響再生空間のように、マルチチャンネル音響再生システムでは、原音場のある１点（図１に示す収音点Ａ）に到来する各方向の音を、再生音場の対応する方向のスピーカから再生することを意図することが多い。このため、再生音場の各スピーカの方向を主軸とする指向性マイクロホンを原音場に設置し、かつ各マイクロホンの指向性がお互いに重複しないような狭指向性で収音することが望ましいが、前述したように、ショットガンマイクロホンのような狭指向性マイクロホンを多数設置するのは有効ではない。

そこで、本実施形態では、収音空間内の収音点を中心に各チャンネルの収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに主マイクロホン素子が設置される。例えば、図２に示すように、半径ｒの扇状の仕切り板１００‐１，１００‐２，１００‐３で、各チャンネル方向の各チャンネルの収音方向を中心軸とする仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６を設け、例えば１つの仕切り空間Ｈ２には、１つの広帯域及び広指向性の主マイクロホン素子Ｍ２が設けられる。尚、本実施形態では、仕切り板としてアクリル製のものを採用し、表面に反射音防止材を貼付したものを使用したが、後述する遮断周波数を規定できるものであれば如何なる材料を用いてもよい。以下の説明では、各仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６には、それぞれ広帯域及び広指向性の主マイクロホン素子Ｍ１，Ｍ２,・・・,Ｍ１６が設けられているものとする。即ち、仕切り空間は、マルチチャンネルのチャンネル数分で、当該収音空間が分割されている。各仕切り空間の開口方向は、想定する再生システムのスピーカ配置に対応した方向を向いているものとする。

本実施形態の収音マイクロホンシステムは、仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６ごとに設置された主マイクロホン素子Ｍ１，Ｍ２,・・・,Ｍ１６からの出力を入力し、各主マイクロホン素子Ｍ１，Ｍ２,・・・,Ｍ１６の出力について収音方向を検出して合成することにより、仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する収音信号処理装置１０ａを備えている。

図３に、本実施形態の収音マイクロホンシステムにおける収音信号処理装置１０ａのブロック図を示している。収音信号処理装置１０ａは、各主マイクロホン素子Ｍｎ（本例では、主マイクロホン素子Ｍ１，Ｍ２,・・・,Ｍ１６）の出力について当該仕切り空間Ｈｎ（本例では、Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６）で定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域分離を行なうｎチャンネル分（本例では１６チャンネル分）の分離部２０‐ｎが設けられ、各分離部２０‐ｎは、当該所定の周波数以上の帯域の各主マイクロホン素子Ｍｎの出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２０１と、当該所定の周波数以下の帯域の各主マイクロホン素子Ｍｎの出力成分を抽出するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０２を有している。

さらに、収音信号処理装置１０ａは、方向検出部３０と、合成部４０‐ｎとを有している。方向検出部３０は、ローパスフィルタ２０２で抽出される各主マイクロホン素子Ｍｎの出力を入力して所定の収音方向ごとの出力成分を検出する。合成部４０‐ｎは、方向検出部３０から出力される各ローパスフィルタ２０２で抽出される所定の収音方向ごとの出力成分と、ハイパスフィルタ２０１で抽出した各主マイクロホン素子Ｍｎの出力成分と合成して、仕切り空間Ｈｎごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を各チャンネルの音響信号として生成して出力する。後述するように、方向検出部３０と合成部４０‐ｎは、指向性合成フィルタ処理部として機能する。

図４は、１６チャンネルの再生信号を収音する収音信号処理装置１０ａの演算処理ブロック図である。ここで、仕切り空間の遮断周波数に対応する周波数ｆｃは、仕切り板を設けて形成した仕切り空間毎に実測して求めることができる。半径ｒ＝２０ｃｍの仕切り板で１６分割された仕切り空間で主マイクロホン素子の出力を実測した周波数別の指向特性及び指向係数（＝主軸方向のエネルギー／全方向のエネルギーの平均値）を、それぞれ図５及び図６に示している。例えば、図６に示すように、仕切り空間における指向係数（＝主軸方向野エネルギー／全方向のエネルギーの平均値）の周波数特性を実測により求めることができ、つまり、仕切り板で区切られた空間の遮断周波数以上の高い周波数では所定の指向性が得られる反面、遮断周波数より低い周波数では指向性が劣化することを確認できる。図６の実測した例では、ｆｃ＝４ｋＨｚ以上の周波数でなければ指向性を判別することができないことが分かり、例えば、ｆｃ＝４ｋＨｚとして設定することができる。仕切り板で構成される仕切り空間が、全方向で同じ空間形状となるように形成した場合には、各仕切り空間で求めた遮断周波数はほぼ一定となるため、対応する周波数を平均することにより、各チャンネルに対して同一構成のハイパスフィルタ２０１とローパスフィルタ２０２とすることができる。図４では、各チャンネルのハイパスフィルタ２０１の出力成分ＳＨ_１,ＳＨ_２,・・・,ＳＨ_１６と、ローパスフィルタ２０２の出力成分ＳＬ_１,ＳＬ_２,・・・,ＳＨ_１６に分割される例である。

つまり、仕切り空間で収音することにより、周波数ｆｃよりも高い帯域の成分ＳＨ_１，ＳＨ_２，・・・，ＳＨ_１６は、仕切り板で区切られた空間の効果により、仕切り板で区切られた空間の開口に相当する空間に含まれる方向の音に対して感度が高く、それ以外の方向の音に対する感度が低くなることから、仕切り板で区切られた空間の開口で定まる指向性を有するようになる。

そこで、本実施形態では、周波数ｆｃよりも高い帯域の成分ＳＨ_１,ＳＨ_２,・・・,ＳＨ_１６については、そのままＣＨ１，ＣＨ２,・・・,ＣＨ１６用の高域成分として用いる。一方、周波数ｆｃよりも低い帯域の成分ＳＬ_１,ＳＬ_２,・・・,ＳＬ_１６については、仕切り板で区切られた空間の効果が小さく、仕切り板で区切られた空間のみの効果では指向性が現れない。そこで、ＣＨ１の出力としてＳＬ_１,ＳＬ_２,・・・,ＳＬ_１６のすべての主マイクロホン素子の出力成分を利用して指向性合成フィルタ処理を行う。

指向性合成フィルタ処理には、様々な技法があるが、１例として、Farinaによる方法（A. Farina et al, ‘A Spherical Microphone Array for Synthesizing Virtual Directive Microphones in Live Broadcasting and in Post Production’, AES 40th International Conference, 2010）を用いて説明する。チャンネルＣＨｉ（ｉ＝１,２,・・・,１６）の所望の指向特性を、離散的な方向Ｒ_ｊ（ｊ＝１,２,・・・,Ｎ）の音源からの伝達関数Ｄ_ｉｊ（ｊ＝１,２,・・・,Ｎ）の集合によって表す。一方、この離散的な方向Ｒ_ｊ（＝１,２,・・・,ｎ）の音源からの音は、各仕切り板で区切られた空間の主マイクロホン素子Ｍｋ（ｋ＝１,２,・・・,１６）における伝達関数Ｃ_ｊｋを介して到達することになり、各主マイクロホン素子は所望チャンネルの出力ごとに、伝達関数Ｈ_ｉｋ（ｉ＝１,２,・・・,１６、ｋ＝１,２,・・・,１６）を有する指向性合成フィルタ処理を行うことができる。したがって、チャンネルＣＨｉの出力は、すべての主マイクロホン素子の出力にフィルタ処理を施したものの合算として得られる。このとき、方向Ｒ_ｊの音源によるＣＨｉの出力Ｓ_ｉｊは、式（１）のように表される。

これがすべてのｉ及びｊに対して所望の伝達関数Ｄ_ｉｊと等しくなるよう、フィルタＨ_ｉｋを設計すればよい。すなわち、すべてのｉ及びｊに対して式（２）が満たされればよい。

ここで、Ｄ_ｉｊは１６×Ｎ通りの組み合わせがある一方、Ｈ_ｉｋは１６×１６通りが存在する（図４に例示する、方向検出部３０の一部として機能する伝達関数演算部３０‐１１，３０‐１２，３０‐２１，３０‐２２，３０‐１６１，３０‐１６２, ３０‐２１６, ３０‐１６１６参照）。十分な方向分解能を得るためには、一般にＮは１６以上であることが望ましいことから、未知数Ｈ_ｉｋを求める問題は条件が未知数よりも多い状態となるため、最小二乗法によりＨ_ｉｋを定めればよい。

求まったＨ_ｉｋは、所望の指向特性を実現するためのフィルタとなる。よって、ＣＨｉの出力Ｔ_ｉは、各主マイクロホン素子Ｍｋの出力をＵ_ｋとするとき、式（３）で求められる。

よって、低域成分用の信号ＳＬＣ_ｉ（ｉ＝１,２,・・・,１６）となる（図４に例示する、方向検出部３０の一部として機能する加算部３０‐ｄ１，３０‐ｄ２，・・・, ３０‐ｄ１６の出力を参照）。

最後に、上記によって求められた高域成分用の信号ＳＨ_ｉ（ｉ＝１,２,・・・,１６）と低域成分用の信号ＳＬＣ_ｉ（ｉ＝１,２,・・・,１６）を合算して、全帯域の信号を得ることができる（図３及び図４に例示する合成部４０‐ｎの出力を参照）。

このように、所望方向の指向性の実現に「仕切り板」を用いて空間分離するようにし、仕切り板で区切られた空間内にそれぞれ設けられた広帯域及び広指向性の主マイクロホン素子に対して所定の周波数で帯域分離を行い、当該所定の周波数以上の帯域については、各主マイクロホン素子の出力成分をそのまま所望方向の成分とし、当該所定の周波数未満の帯域では所望方向以外の主マイクロホン素子の出力成分を用いて合成するようにしたため、広帯域及び狭指向性でマルチチャンネルの再生音が収音可能となる。

次に、第２実施形態の収音マイクロホンシステムについて説明する。第１実施形態の収音マイクロホンシステムのように仕切り空間ごとの主マイクロホン素子だけでは指向性の合成に十分な数とならない場合を考慮し更に改善する方式として、第２実施形態の収音マイクロホンシステムでは、複数の補助マイクロホン素子を設置する方式とした。以下、第１実施形態と同様な構成要素には、同一の参照番号を付して説明する。

〔第２実施形態〕
本実施形態でも第１実施形態と同様に、収音空間内の収音点を中心に各チャンネルの収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに主マイクロホン素子が設置される。例えば、図７に示すように、半径ｒの扇状の仕切り板１００‐１，１００‐２，１００‐３で、各チャンネル方向の各チャンネルの収音方向を中心軸とする仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６を設け、例えば１つの仕切り空間Ｈ２には、１つの広帯域及び広指向性の主マイクロホン素子Ｍ２が設けられる。尚、本実施形態では、仕切り板としてアクリル製のものを採用し、表面に反射音防止材を貼付したものを使用したが、後述する遮断周波数を規定できるものであれば如何なる材料を用いてもよい。以下の説明では、各仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６には、それぞれ広帯域及び広指向性の主マイクロホン素子Ｍ１，Ｍ２,・・・,Ｍ１６が設けられているものとする。即ち、仕切り空間は、マルチチャンネルのチャンネル数分で、当該収音空間が分割されている。各仕切り空間の開口方向は、想定する再生システムのスピーカ配置に対応した方向を向いているものとする。ただし、図７に示すように、第２実施形態の収音マイクロホンシステムでは、さらに、主マイクロホン素子とは別の場所に複数の補助マイクロホン素子Ｐｍ（以下に説明する例では、補助マイクロホン素子Ｐ１，Ｐ２,・・・Ｐ２０）が設置されている。

補助マイクロホン素子Ｐｍの仕切り板上への設置位置に関しては、収音空間の環境によって適宜調整する。例えば、図２に示す収音空間で、１６チャンネル分の仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６が設けられている場合、図７に示すように、収音空間における水平面内の中間層に位置するそれぞれの仕切り板について、フロント中央側（ＦＣ側）に３個、フロント左右側（ＦＬ，ＦＲ側）に２個ずつ、バック中央側（ＢＣ側）に３個、バック左右側（ＢＬ，ＢＲ側）に２個ずつ、右サイド側（ＳｉＲ側）に３個、左サイド側（ＳｉＬ側）に３個、等間隔に配置することで、２０個の補助マイクロホン素子Ｐｍを設置することができる。尚、仕切り空間を形成するすべての仕切り板上に１つ以上の補助マイクロホン素子Ｐｍを設置するように構成してもよいし、一部の仕切り板上にのみ１つ以上の補助マイクロホン素子Ｐｍを設置するように構成してもよい。また、図７に示す例では、仕切り板の収音方向の開口側端部にて、補助マイクロホン素子Ｐｍを設置する例を示しているが、これは、補助マイクロホン素子Ｐｍによって各仕切り空間における分離性能を高めるようにするためである。したがって、補助マイクロホン素子Ｐｍによって各仕切り空間における分離機能を保持する限り、必ずしも仕切り板の収音方向の開口側端部に設ける必要はなく、仕切り板上の任意の位置に設置穴を設けて補助マイクロホン素子Ｐｍを設置するように構成することもできる。

本実施形態の収音マイクロホンシステムは、仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６ごとに設置された主マイクロホン素子Ｍ１，Ｍ２,・・・,Ｍ１６からの出力と、各仕切り空間を形成するための複数の仕切り板のうちの１つ以上の仕切り板上に設置された１つ以上の補助マイクロホン素子Ｐ１，Ｐ２，・・・，Ｐ２０からの出力とを入力し、主マイクロホン素子Ｍ１，Ｍ２,・・・,Ｍ１６及び補助マイクロホン素子Ｐ１，Ｐ２，・・・，Ｐ２０の各出力について収音方向を検出して合成することにより、仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する収音信号処理装置１０ｂを備えている。

図８に、本実施形態の収音マイクロホンシステムにおける収音信号処理装置１０ｂのブロック図を示している。収音信号処理装置１０ｂは、主マイクロホン素子Ｍｎ（本例では、主マイクロホン素子Ｍ１，Ｍ２,・・・,Ｍ１６）の出力について当該仕切り空間Ｈｎ（本例では、Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６）で定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域分離を行なうｎチャンネル分（本例では１６チャンネル分）の分離部２０‐ｎと、補助マイクロホン素子Ｐｍの出力について当該仕切り空間Ｈｎで定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域分離を行なうｍチャンネル分（本例では２０チャンネル分）の分離部２１‐ｍとが設けられている。各分離部２０‐ｎ（即ち、第１分離部〜第ｎ分離部）は、当該所定の周波数以上の帯域の主マイクロホン素子Ｍｎの出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２０１と、当該所定の周波数以下の帯域の主マイクロホン素子Ｍｎの出力成分を抽出するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０２とを有している。また、各分離部２１‐ｍ（即ち、第ｎ＋１分離部〜第ｎ＋ｍ分離部）は、当該所定の周波数以下の帯域の補助マイクロホン素子Ｐｍの出力成分を抽出するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０３を有している。

さらに、収音信号処理装置１０ｂは、方向検出部３０と、合成部４０‐ｎとを有している。方向検出部３０は、ローパスフィルタ２０２，２０３で抽出される主マイクロホン素子Ｍｎの出力成分及び補助マイクロホン素子Ｐｍの出力成分を入力して所定の収音方向ごとの出力成分を検出する。合成部４０‐ｎは、方向検出部３０から出力される各ローパスフィルタ２０２，２０３で抽出される所定の収音方向ごとの出力成分と、ハイパスフィルタ２０１で抽出した各主マイクロホン素子Ｍｎの出力成分と合成して、仕切り空間Ｈｎごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を各チャンネルの音響信号として生成して出力する。第１実施形態と同様に、方向検出部３０と合成部４０‐ｎは、指向性合成フィルタ処理部として機能する。

図９は、１６チャンネルの再生信号を収音する収音信号処理装置１０ｂの演算処理ブロック図である。図９に示す例は、主マイクロホン素子Ｍ１,Ｍ２,・・・,Ｍ１６の各出力信号が、ハイパスフィルタ２０１の出力成分ＳＨ_１,ＳＨ_２,・・・,ＳＨ_１６と、ローパスフィルタ２０２の出力成分ＳＬ_１,ＳＬ_２,・・・,ＳＨ_１６に分割され、補助マイクロホン素子Ｐ１,Ｐ２,・・・,Ｐ２０の出力信号が、ローパスフィルタ２０３によって出力成分ＳＬ_１７,ＳＬ_１８,・・・,ＳＬ_３６として出力される例である。ここで、仕切り空間の遮断周波数に対応する周波数ｆｃは、仕切り板を設けて形成した仕切り空間毎に実測して求めることができる。第１実施形態と同様に、半径ｒ＝２０ｃｍの仕切り板で１６分割された仕切り空間で主マイクロホン素子の出力を実測した周波数別の指向特性及び指向係数（＝主軸方向のエネルギー／全方向のエネルギーの平均値）の周波数特性を実測により求めることができ、つまり、仕切り板で区切られた空間の遮断周波数以上の高い周波数では所定の指向性が得られる反面、遮断周波数より低い周波数では指向性が劣化することを確認できる。例えば、ｆｃ＝４ｋＨｚ以上の周波数でなければ指向性を判別することができないときに、仕切り空間の遮断周波数に対応する周波数ｆｃ＝４ｋＨｚとして設定することができる。仕切り板で構成される仕切り空間が、全方向で同じ空間形状となるように形成した場合には、各仕切り空間で求めた遮断周波数はほぼ一定となるため、対応する周波数を平均することにより、各チャンネルに対して同一構成のハイパスフィルタ２０１、ローパスフィルタ２０２及びローパスフィルタ２０３とすることができる。

つまり、本実施形態においても、仕切り空間で収音することにより、周波数ｆｃよりも高い帯域の成分ＳＨ_１，ＳＨ_２，・・・，ＳＨ_１６は、仕切り板で区切られた空間の効果により、仕切り板で区切られた空間の開口に相当する空間に含まれる方向の音に対して感度が高く、それ以外の方向の音に対する感度が低くなることから、仕切り板で区切られた空間の開口で定まる指向性を有するようになる。

さらに、本実施形態では、周波数ｆｃよりも高い帯域の成分ＳＨ_１,ＳＨ_２,・・・,ＳＨ_１６については、そのままＣＨ１，ＣＨ２,・・・,ＣＨ１６用の高域成分として用いる。一方、周波数ｆｃよりも低い帯域の成分ＳＬ_１,ＳＬ_２,・・・,ＳＬ_１６については、仕切り板で区切られた空間の効果が小さく、仕切り板で区切られた空間のみの効果では指向性が現れない。そこで、ＣＨ１の出力としてＳＬ_１,ＳＬ_２,・・・,ＳＬ_１６のすべての主マイクロホン素子の出力成分に加え、ＳＬ_１７,ＳＬ_１８,・・・,ＳＬ_３６のすべての補助マイクロホン素子の出力成分を利用して指向性合成フィルタ処理を行う。

指向性合成フィルタ処理には、様々な技法があるが、第１実施形態のときと同様に、１例として、Farinaによる方法（A. Farina et al, ‘A Spherical Microphone Array for Synthesizing Virtual Directive Microphones in Live Broadcasting and in Post Production’, AES 40th International Conference, 2010）を用いて説明する。チャンネルＣＨｉ（ｉ＝１,２,・・・,１６）の所望の指向特性を、離散的な方向Ｒ_ｊ（ｊ＝１,２,・・・,Ｎ）の音源からの伝達関数Ｄ_ｉｊ（ｊ＝１,２,・・・,Ｎ）の集合によって表す。一方、この離散的な方向Ｒ_ｊ（＝１,２,・・・,ｎ）の音源からの音は、各仕切り板で区切られた空間の主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子からなるｋ個（ｋ＝１,２,・・・,３６）のマイクロホン素子における伝達関数Ｃ_ｊｋを介して到達することになり、ｋ個のマイクロホン素子の各々は所望チャンネルの出力ごとに、伝達関数Ｈ_ｉｋ（ｉ＝１,２,・・・,１６、ｋ＝１,２,・・・,３６）を有する指向性合成フィルタ処理を行うことができる。したがって、チャンネルＣＨｉの出力は、すべての主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子の出力にフィルタ処理を施したものの合算として得られる。このとき、方向Ｒ_ｊの音源によるＣＨｉの出力Ｓ_ｉｊは、第１実施形態で説明したように、式（１）で表すことができる。

ここで、Ｄ_ｉｊは式（２）において１６×Ｎ通りの組み合わせがある一方、Ｈ_ｉｋは１６×３６通りが存在する（図９に例示する、方向検出部３０の一部として機能する伝達関数演算部３０‐１１，３０‐１２，３０‐２１，３０‐２２，３０‐１６１，３０‐１６２, ３０‐２１６, ３０‐１６１６, ３０‐１６１７,・・・,３０‐１６３６参照）。十分な方向分解能を得るためには、一般にＮは多い数に設定した方が望ましいが、第１実施形態のような主マイクロホン素子のみでは劣決定問題となり、好ましい結果が得られない場合が考えられる。一方、第２実施形態のように、補助マイクロホン素子を用いることで、Ｎ通りとする数が主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子の数の合計を超えない限り、劣決定問題となることはない。尚、Ｎがさらに多い場合は、劣決定問題として、最小二乗法によりＨ_ｉｋを定めればよい。

求まったＨ_ｉｋは、所望の指向特性を実現するためのフィルタとなる。よって、ＣＨｉの出力Ｔ_ｉは、各主マイクロホン素子Ｍｋの出力をＵ_ｋとするとき、第１実施形態のときと同様に、式（３）で求められる。

よって、低域成分用の信号ＳＬＣ_ｉ（ｉ＝１,２,・・・,１６）となる（図９に例示する、方向検出部３０の一部として機能する加算部３０‐ｄ１，３０‐ｄ２，・・・, ３０‐ｄ１６の出力を参照）。

最後に、上記によって求められた高域成分用の信号ＳＨ_ｉ（ｉ＝１,２,・・・,１６）と低域成分用の信号ＳＬＣ_ｉ（ｉ＝１,２,・・・,１６）を合算して、全帯域の信号を得ることができる（図８及び図９に例示する合成部４０‐ｎの出力を参照）。

このように、所望方向の指向性の実現に「仕切り板」を用いて空間分離するようにし、仕切り板で区切られた空間内にそれぞれ設けられた広帯域及び広指向性の主マイクロホン素子に対して所定の周波数で帯域分離を行い、当該所定の周波数以上の帯域については、主マイクロホン素子の出力成分をそのまま所望方向の成分とし、当該所定の周波数未満の帯域では所望方向以外の主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子の各出力成分を用いて合成するようにしたため、広帯域及び狭指向性でマルチチャンネルの再生音が高精度で収音可能となる。

本発明によれば、広帯域及び狭指向性でマルチチャンネルの再生音を高効率で収音することができるので、マルチチャンネルの再生音を収音する任意の用途に有用である。

１０ａ,１０ｂ収音信号処理装置
Ｍｎ主マイクロホン素子
Ｐｍ補助マイクロホン素子
Ｈｎ仕切り空間
２０‐ｎ分離部
２１‐ｍ分離部
３０方向検出部
３０‐１１，３０‐１２，３０‐２１，３０‐２２伝達関数演算部
３０‐１６１，３０‐１６２, ３０‐２１６, ３０‐１６１６伝達関数演算部
３０‐１１７，３０‐２１７, ３０‐１６１７伝達関数演算部
３０‐１３６，３０‐２３６, ３０‐１６３６伝達関数演算部
３０‐ｄ１，３０‐ｄ２，・・・, ３０‐ｄ１６加算部
４０‐ｎ合成部
１００‐１，１００‐２，１００‐３仕切り板
２０１ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
２０２ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２０３ローパスフィルタ（ＬＰＦ）

Claims

マルチチャンネル用の収音マイクロホンシステムであって、
収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに主マイクロホン素子が設置され、各主マイクロホン素子の出力について収音方向を検出して合成する収音信号処理装置を備え、
前記収音信号処理装置は、
各主マイクロホン素子の出力について当該仕切り空間で定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域分離を行い、当該所定の周波数以上の帯域の各主マイクロホン素子の出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタと、
当該所定の周波数以下の帯域の各主マイクロホン素子の出力成分を抽出するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで抽出される各出力成分から前記所定の収音方向ごとの出力成分を検出し、前記ハイパスフィルタで抽出した各主マイクロホン素子の出力成分と合成して、仕切り空間ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する指向性合成フィルタ処理部と、
を有することを特徴とする収音マイクロホンシステム。
マルチチャンネル用の収音マイクロホンシステムであって、
収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに主マイクロホン素子が設置され、さらに、１つ以上の前記仕切り板上に１つ以上の補助マイクロホン素子が設置され、前記主マイクロホン素子及び前記補助マイクロホン素子の各々の出力について収音方向を検出して合成する収音信号処理装置を備え、
前記収音信号処理装置は、
各主マイクロホン素子の出力について当該仕切り空間で定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域分離を行い、当該所定の周波数以上の帯域の主マイクロホン素子の出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタと、
当該所定の周波数以下の帯域の主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子の出力成分をそれぞれ抽出するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで抽出される各出力成分から前記所定の収音方向ごとの出力成分を検出し、前記ハイパスフィルタで抽出した主マイクロホン素子の出力成分と合成して、仕切り空間ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する指向性合成フィルタ処理部と、を有することを特徴とする収音マイクロホンシステム。
前記仕切り空間は、マルチチャンネルのチャンネル数分で、当該収音空間が分割されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の収音マイクロホンシステム。