JP6622618B2 - 逆フィルタ算出装置及びそのプログラム - Google Patents

Description

本願発明は、逆フィルタを算出する逆フィルタ算出装置及びそのプログラムに関する。

従来の音響システムは、スピーカを３次元的に配置すると、スピーカの方向に応じた音を収音する必要がある。このため、ライブで音を伝送する場合、再生するスピーカに対応した数のマイクロホン素子を、収音する音場内に設置する必要がある。この場合、各スピーカが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素子を設置する必要がある。だが、マイクロホン素子を空間内の広い範囲に設置すると、機動性が問題になるうえ、マイクロホン素子の設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。

そこで、特許文献１に記載の発明が提案されている。この特許文献１に記載の発明は、空間内の１個所に配置可能とし、再生するスピーカの方向に対応した複数のマイクロホン素子からなるマイクロホン素子アレイを用いるものである。そして、特許文献１に記載の発明は、所定の周波数以上の帯域において、音響遮蔽板の効果による指向性収音を行い、所定の周波数未満の帯域において、複数のマイクロホン素子によるマイクロホン素子アレイの出力信号に対して信号処理を行うことによって、指向性収音を実現している。

従来より、マイクロホン素子アレイを用いた指向性収音のための信号処理手法がいくつか提案されている。ここでは、指向性収音のための信号処理方法として、周波数領域の最小二乗規範に基づいた手法を説明すると以下のようになる。

Ｍ個（但し、Ｍ≧２を満たす整数）の指向性マイクロホン素子からなるマイクロホン素子アレイで収音した信号をフィルタマトリクスＨ［ω］（∈Ｃ^Ｍ×Ｍ）に通過させることで，その出力信号において任意の指向性を実現できる。なお、ωは角周波数を表し、Ｃは複素数であることを表す。

自由音場において、マイクロホン素子アレイから十分に離れ、かつ、等距離に配置されたＮ個（但し、Ｎ≧２を満たす整数）の音源から、それぞれのマイクロホン素子までの伝達関数行列をＧ［ω］（∈Ｃ^Ｍ×Ｎ）とし、各マイクロホン素子から各音源方向の所望の感度指向特性をＲ［ω］（∈Ｃ^Ｍ×Ｎ）とすると、これらの関係は式（１）で表すことができる。

Ｎ＞Ｍのとき、逆フィルタＨ＾［ω］（∈Ｃ^Ｍ×Ｍ）は、一般化逆行列を用いて、式（２）で表すことができる。

ここで、Ｇ［ω］^Ｈは伝達関数行列Ｇ［ω］のエルミート転置を示す。逆フィルタＨ＾［ω］を周波数毎に算出し、逆フーリエ変換することで逆フィルタが多入力多出力のＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタマトリクスとして実現できる。

特開２０１２−２５３７５４号公報

しかし、特許文献１に記載の発明は、同一素子数及び同一配置のマイクロホン素子アレイを用いて伝達関数行列を生成し、この伝達関数行列から逆フィルタを算出する。従って、特許文献１に記載の発明は、前記した逆フィルタを適用すると、出力信号の波長に対してマイクロホン素子が過密に配置されている場合に、伝達関数行列の独立性が保てず、逆行列の演算が不安定になるため、逆フィルタがマイクロホン素子の感度誤差等に対して敏感になってしまう。特に、マイクロホン素子としてショットガンマイクロホンを使用した場合は、その構造上、感度や指向性にばらつきが発生しやすく、前記逆フィルタをそのまま適用しても、所望の制御効果を得ることが困難である。

そこで、本願発明は、感度誤差等に対して頑健な逆フィルタを算出できる逆フィルタ算出装置及びそのプログラムを提供することを課題とする。

前記した課題に鑑みて、本願発明に係る逆フィルタ算出装置は、予め設定した規則で素子が配置された素子アレイからの出力信号の信号処理に用いる逆フィルタを算出する逆フィルタ算出装置であって、素子数・配置選択手段と、伝達関数行列生成手段と、条件数算出手段と、判定手段と、伝達関数行列選択手段と、逆フィルタ算出手段と、を備える構成とした。

かかる構成によれば、逆フィルタ算出装置は、素子数・配置選択手段によって、素子アレイから、素子数及び配置が異なる素子の組み合わせを１パターンずつ選択する。また、逆フィルタ算出装置は、伝達関数行列生成手段によって、選択された素子の組み合わせについて、伝達関数行列を生成する。そして、逆フィルタ算出装置は、条件数算出手段によって、出力信号の周波数毎に、選択された素子の組み合わせについて、伝達関数行列における条件数を算出する。

逆フィルタ算出装置は、判定手段によって、素子数・配置選択手段で素子の組み合わせが全パターン選択されたか否かを判定する。また、逆フィルタ算出装置は、伝達関数行列選択手段によって、素子の組み合わせが全パターン選択された場合、出力信号の周波数毎に、条件数が予め設定された閾値未満、かつ、素子数が最多となる素子の組み合わせについて、伝達関数行列を選択する。そして、逆フィルタ算出装置は、逆フィルタ算出手段によって、伝達関数行列選択手段で選択された伝達関数行列から逆フィルタを算出する。

このように、逆フィルタ算出装置は、素子数及び配置が異なる素子の組み合わせパターン毎に伝達関数行列を生成する。そして、逆フィルタ算出装置は、出力信号の周波数毎に、複数の伝達関数行列から、条件数が閾値未満となる中で最大となり、かつ、素子数が最多となる素子の組み合わせの伝達関数行列を選択するので、素子が過密にならず、伝達関数行列の独立性を保つことができる。

本願発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
本願発明に係る逆フィルタ算出装置は、出力信号の周波数毎に、条件数が閾値未満となる中で最大となり、かつ、素子数が最多となる素子の組み合わせの伝達関数行列を選択するので、伝達関数行列の独立性を保ち、感度誤差等に対して頑健な逆フィルタを算出することができる。

本願発明の実施形態に係る音響システムの概略図である。 図１の逆フィルタ算出装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図２の素子数・配置選択手段の説明図である。 本願発明の実施形態において、音響信号の周波数と条件数との関係を示すグラフである。 図２の逆フィルタ算出装置の動作を示すフローチャートである。 本願発明の実施例１において、音響信号の周波数と条件数と素子数との関係を示すグラフである。 （ａ）〜（ｇ）は、図６のマイクロホン素子の配置を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、比較例１及び本願発明の実施例２の感度指向特性を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、比較例２及び本願発明の実施例３の感度指向特性を示す図である。

［音響システムの概略］
以下、本願発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１を参照し、本願発明の実施形態に係る音響システム１の概略について説明する。図１に示すように、音響システム１は、音源アレイ２と、マイクロホン素子アレイ（素子アレイ）３と、逆フィルタ算出装置４と、音響信号処理装置５とを備える。

音源アレイ２は、複数の音源（スピーカ）２０を所定の規則で配置したものである。本実施形態では、音源アレイ２は、１２個の音源２０が等間隔で環状（円状）に配置されている。例えば、音源アレイ２は、各音源２０が、内側に配置されたマイクロホン素子３０を向くように配置されている。

マイクロホン素子アレイ３は、複数のマイクロホン素子（素子）３０を所定の規則で配置したものである。本実施形態では、マイクロホン素子アレイ３は、８個のマイクロホン素子３０が等間隔で環状（円状）に配置されている。例えば、マイクロホン素子アレイ３は、各マイクロホン素子３０が、外側に配置された音源２０を向くように配置されている。そして、マイクロホン素子アレイ３は、音源アレイ２で再生された音を音響信号（出力信号）として収音し、その音響信号を音響信号処理装置５に出力する。
本実施形態では、音源アレイ２の各音源２０からマイクロホン素子アレイ３の各マイクロホン素子３０までの伝達関数が、予め測定されていることとする。

逆フィルタ算出装置４は、マイクロホン素子アレイ３からの音響信号の信号処理に用いる逆フィルタを算出するものである。具体的には、逆フィルタ算出装置４は、マイクロホン素子アレイ３から、素子数及び配置が異なるマイクロホン素子３０の組み合わせを１パターンずつ選択し、選択したパターン毎に伝達関数行列を生成する。そして、逆フィルタ算出装置４は、複数の伝達関数行列から、音響信号の周波数毎に適切な伝達関数行列を１個選択する。その後、逆フィルタ算出装置４は、選択した伝達関数行列を用いて逆フィルタを算出し、算出した逆フィルタを音響信号処理装置５に出力する。
なお、逆フィルタ算出装置４の詳細は、後記する。

音響信号処理装置５は、逆フィルタ算出装置４から入力された逆フィルタを用いて、マイクロホン素子アレイ３から入力された音響信号に信号処理（例えば、指向性収音処理）を施すものである。例えば、音響信号処理装置５は、信号処理した音響信号を番組編集装置（不図示）に出力する。

音響信号処理装置５は、逆フィルタ算出装置４から入力された逆フィルタを逆フーリエ変換して得られる、多入力多出力のＦＩＲフィルタマトリクスとして機能する。この音響信号処理装置５は、複数（例えば、６４個）のＦＩＲフィルタ５ａと、加算器５ｂとを備える。
このＦＩＲフィルタ５ａは、マイクロホン素子アレイ３からの音響信号にＦＩＲフィルタ処理を施す。
加算器５ｂは、ＦＩＲフィルタ５ａから入力された音響信号を加算し、加算された音響信号を出力するものである。

［逆フィルタ算出装置の構成］
図２を参照し、逆フィルタ算出装置４の構成について説明する。
図２に示すように、逆フィルタ算出装置４は、パラメータ設定手段４０と、素子数・配置選択手段４１と、伝達関数行列生成手段４２と、条件数算出手段４３と、判定手段４４と、伝達関数行列選択手段４５と、逆フィルタ算出手段４６とを備える。

パラメータ設定手段４０は、逆フィルタの算出に必要なパラメータを設定するものである。本実施形態では、パラメータ設定手段４０は、逆フィルタ算出装置４の利用者がマウス、キーボード等の入力手段（不図示）を介して、パラメータを設定する。このパラメータとしては、例えば、条件数の閾値、感度指向特性、各音源２０の位置、音源２０の個数があげられる。そして、パラメータ設定手段４０は、設定されたパラメータを素子数・配置選択手段４１に出力する。

素子数・配置選択手段４１は、マイクロホン素子アレイ３から、素子数及び配置が異なるマイクロホン素子３０の組み合わせを１パターンずつ選択するものである。本実施形態では、素子数・配置選択手段４１は、後記する判定手段４４から素子選択指令が入力される都度、パラメータに含まれる音源２０の個数及び各音源２０の位置を参照し、マイクロホン素子３０の組み合わせを１パターン選択する。そして、素子数・配置選択手段４１は、選択したマイクロホン素子３０の組み合わせパターンを表す素子選択情報を生成する。その後、素子数・配置選択手段４１は、生成した素子選択情報と、パラメータ設定手段４０から入力されたパラメータとを伝達関数行列生成手段４２に出力する。
なお、素子数・配置選択手段４１の詳細は、後記する。

伝達関数行列生成手段４２は、素子数・配置選択手段４１から入力された素子選択情報が示すマイクロホン素子３０の組み合わせについて、伝達関数行列を生成するものである。本実施形態では、伝達関数行列生成手段４２は、式（３）で定義された伝達関数行列を生成する。そして、伝達関数行列生成手段４２は、生成した伝達関数行列と、素子数・配置選択手段４１から入力された素子選択情報及びパラメータとを条件数算出手段４３に出力する。

＜マイクロホン素子の組み合わせの選択、伝達関数行列の生成＞
以下、図３を参照し、素子数・配置選択手段４１によるマイクロホン素子３０の組み合わせの選択と、伝達関数行列生成手段４２による伝達関数行列の生成とについて説明する（適宜図２参照）。

伝達関数行列Ｇ［ω］は、以下の式（３）のように、伝達関数ｇ_ＭＮを要素とした行列で表される。また、式（３）において、伝達関数ｇ_ＭＮは、Ｎ個目の音源２０_ＮからＭ個目のマイクロホン素子アレイ３０_Ｍまでの伝達関数を表す。本実施形態では、音源２０が１２個なので、Ｎ＝１２となる。また、Ｍは素子・配置選択手段４１で選択されたマイクロホン素子３０の素子数であり、本実施形態では２≦Ｍ≦８となる。なお、マイクロホン素子アレイ３として機能するにはマイクロホン素子３０が２個以上必要になるため、Ｍが２以上になる。

すなわち、選択されたマイクロホン素子３０の素子数に応じて、式（３）の伝達関数行列Ｇ［ω］の要素数が変化する。また、マイクロホン素子３０が同数であっても配置が異なる場合、伝達関数行列Ｇ［ω］を構成する伝達関数ｇ_ＭＮの値が変化する。

このように、選択されたマイクロホン素子３０の素子数及び配置に応じて、伝達関数行列Ｇ［ω］が変化する。このため、素子数・配置選択手段４１は、マイクロホン素子アレイ３から、マイクロホン素子３０の素子数だけでなく配置も変えて、マイクロホン素子３０の組み合わせを１パターン選択する。そして、伝達関数行列生成手段４２は、素子数・配置選択手段４１が選択したパターンのマイクロホン素子３０の組み合わせについて、伝達関数行列を生成する。

例えば、図３に示すように、マイクロホン素子３０が８個の場合を考える。この場合、素子数・配置選択手段４１は、図３（ａ）に示すように、第１個目のパターンとして、一番上のマイクロホン素子３０_１とその右隣りのマイクロホン素子３０_２とを選択する。そして、素子数・配置選択手段４１は、マイクロホン素子３０_１，３０_２を表す素子選択情報を生成する。この素子選択情報に応じて、伝達関数行列生成手段４２は、マイクロホン素子３０_１，３０_２に対応した伝達関数行列を算出する。

なお、図３では、素子数・配置選択手段４１で選択されたマイクロホン素子３０を黒塗りとし、残りのマイクロホン素子３０を破線で図示した。本実施形態では、マイクロホン素子アレイ３のうち、何れか１個のマイクロホン素子３０の主軸方向が感度指向性の主軸方向に一致しており、その方向を正面方向とする。図３の例では、正面方向が、マイクロホン素子３０_１の主軸方向になる。

次に、素子数・配置選択手段４１は、図３（ｂ）に示すように、第２個目のパターンとして、一番上のマイクロホン素子３０_１とその２つ右隣りのマイクロホン素子３０_３とを選択する。そして、素子数・配置選択手段４１は、マイクロホン素子３０_１，３０_３を表す素子選択情報を生成する。この素子選択情報に応じて、伝達関数行列生成手段４２は、マイクロホン素子３０_１，３０_３に対応した伝達関数行列を算出する。

前記手順を繰り返し、素子数・配置選択手段４１は、マイクロホン素子アレイ３から、２個のマイクロホン素子３０の組み合わせを全パターン選択する。そして、伝達関数行列生成手段４２は、２個のマイクロホン素子３０を組み合わせた全パターンについて、伝達関数行列を算出する。

続いて、素子数・配置選択手段４１は、図３（ｃ）に示すように、マイクロホン素子アレイ３から、３個のマイクロホン素子３０_１，３０_２，３０_３を選択し、前記手順を行う。そして、素子数・配置選択手段４１は、マイクロホン素子３０_１，３０_２，３０_３を表す素子選択情報を生成する。この素子選択情報に応じて、伝達関数行列生成手段４２が、マイクロホン素子３０_１，３０_２，３０_３に対応した伝達関数行列を算出する。

前記手順を繰り返し、素子数・配置選択手段４１は、マイクロホン素子アレイ３から、３個のマイクロホン素子３０の組み合わせを全パターン選択する。そして、伝達関数行列生成手段４２は、３個のマイクロホン素子３０を組み合わせた全パターンについて、伝達関数行列を算出する。

その後、素子数・配置選択手段４１及び伝達関数行列生成手段４２は、前記手順を繰り返し、４個、５個、…、８個のマイクロホン素子３０を組み合わせた全パターン選択について、伝達関数行列を算出する。

また、素子数・配置選択手段４１は、マイクロホン素子３０の組み合わせを全パターン選択した場合、マイクロホン素子３０の選択を終了したことを判定手段４４に通知する（選択終了通知）。

図２に戻り、逆フィルタ算出装置４の構成について説明を続ける。
条件数算出手段４３は、素子数・配置選択手段４１で選択されたマイクロホン素子３０の組み合わせについて、伝達関数行列における条件数を算出するものである。そして、条件数算出手段４３は、算出した条件数と、伝達関数行列生成手段４２から入力された伝達関数行列、素子選択情報及びパラメータを判定手段４４に出力する。

＜条件数の算出＞
図４を参照し、条件数の算出について具体的に説明する。
この条件数κ［ω］は、周波数毎に以下の式（４）で算出できる。式（４）において、σ_ｍａｘ［ω］，σ_ｍｉｎ［ω］は、それぞれ伝達関数行列Ｇ［ω］の最大特異値及び最小特異値である。

図４には、マイクロホン素子３０が２個から８個までの場合における音響信号の周波数と条件数との関係を例示した。また、マイクロホン素子３０が５個の場合、配置が異なる場合の条件数も例示した。それぞれ、素子数５個（ａ），（ｂ）とする。

図４の例では、音響信号の周波数が低くなるほど、条件数が大きくなる。また、マイクロホン素子３０の素子数が少なくなるほど、条件数が小さくなる。従って、周波数毎にマイクロホン素子３０の素子数を制限し、条件数が小さくなる伝達関数行列を用いることで、感度誤差等に対して頑健（ロバスト）な逆フィルタを算出できる。

図２に戻り、逆フィルタ算出装置４の構成について説明を続ける。
判定手段４４は、素子数・配置選択手段４１でマイクロホン素子３０の組み合わせが全て選択されたか否かを判定するものである。本実施形態では、判定手段４４は、条件数算出手段４３から、条件数、伝達関数行列、素子選択情報及びパラメータが入力されたとき、以下の判定を行う。

ここで、判定手段４４は、素子数・配置選択手段４１から選択終了通知が入力された場合、マイクロホン素子３０の組み合わせが全パターン選択されたと判定する。この場合、判定手段４４は、条件数算出手段４３から入力された条件数、伝達関数行列、素子選択情報及びパラメータを出力すると共に、伝達関数行列の選択を伝達関数行列選択手段４５に指令する（伝達関数行列選択指令）。

一方、判定手段４４は、素子数・配置選択手段４１から選択終了通知が入力されない場合、マイクロホン素子３０の組み合わせが全パターン選択されていないと判定する。この場合、判定手段４４は、次パターンについてマイクロホン素子３０の組み合わせの選択を素子数・配置選択手段４１に指令する（素子選択指令）。

伝達関数行列選択手段４５は、音響信号の周波数毎に、判定手段４４から入力された条件数が閾値未満となる中で最大となり、かつ、マイクロホン素子３０の素子数が最多となるマイクロホン素子３０の組み合わせについて、伝達関数行列を選択するものである。本実施形態では、伝達関数行列選択手段４５は、判定手段４４から伝達関数行列選択指令が入力された場合、パラメータ設定手段４０で設定されたパラメータに含まれる条件数の閾値を用いて、条件数の閾値判定を行う。そして、伝達関数行列選択手段４５は、周波数毎に選択した伝達関数行列と、判定手段４４から入力されたパラメータとを逆フィルタ算出手段４６に出力する。

逆フィルタ算出手段４６は、伝達関数行列選択手段４５より入力された伝達関数行列から逆フィルタを算出するものである。本実施形態では、逆フィルタ算出手段４６は、伝達関数行列選択手段４５から入力されたパラメータの感度指向特性及び伝達関数行列から前記式（２）を用いて、逆フィルタを算出する。そして、逆フィルタ算出手段４６は、算出した逆フィルタを外部（例えば、音響信号処理装置５）に出力する。

［逆フィルタ算出装置の動作］
図５を参照し、逆フィルタ算出装置４の動作について説明する（適宜図２参照）。
逆フィルタ算出装置４は、パラメータ設定手段４０によって、条件数の閾値、感度指向特性等のパラメータを設定する（ステップＳ１）。
逆フィルタ算出装置４は、素子数・配置選択手段４１によって、マイクロホン素子アレイ３から、素子数及び配置が異なるマイクロホン素子３０の組み合わせを１パターン選択する（ステップＳ２）。

逆フィルタ算出装置４は、伝達関数行列生成手段４２によって、素子数・配置選択手段４１で選択されたマイクロホン素子３０の組み合わせについて、伝達関数行列を生成する（ステップＳ３）。
逆フィルタ算出装置４は、条件数算出手段４３によって、音響信号の周波数毎に、素子数・配置選択手段４１で選択されたマイクロホン素子３０の組み合わせについて、伝達関数行列における条件数を算出する（ステップＳ４）。
逆フィルタ算出装置４は、判定手段４４によって、素子数・配置選択手段４１がマイクロホン素子３０の組み合わせを全パターン選択したか否かを判定する（ステップＳ５）。

マイクロホン素子３０の組み合わせが全パターン選択されていない場合（ステップＳ５でＮｏ）、逆フィルタ算出装置４は、素子選択指令を素子数・配置選択手段４１に出力し、ステップＳ２の処理に戻る。
マイクロホン素子３０の組み合わせが全パターン選択された場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、逆フィルタ算出装置４は、判定手段４４によって、伝達関数行列選択指令を伝達関数行列選択手段４５に出力し、ステップＳ６の処理に進む。

逆フィルタ算出装置４は、伝達関数行列選択手段４５によって、音響信号の周波数毎に、条件数が閾値未満となる中で最大となり、かつ、素子数が最多となるマイクロホン素子３０の組み合わせについて、伝達関数行列を選択する（ステップＳ６）。
逆フィルタ算出装置４は、逆フィルタ算出手段４６によって、伝達関数行列選択手段４５で選択された伝達関数行列から逆フィルタを算出し（ステップＳ７）、処理を終了する。

以上のように、本願発明の実施形態に係る逆フィルタ算出装置４は、音響信号の周波数毎に、条件数が閾値未満となる中で最大となり、かつ、素子数が最多となるマイクロホン素子３０の組み合わせの伝達関数行列を選択するので、感度誤差等に対して頑健な逆フィルタを算出することができる。そして、音響システム１は、この逆フィルタを用いて、高品質な音響信号を収音することができる。

以上、本願発明の実施形態を詳述してきたが、本願発明は前記した実施形態に限られるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
前記した実施形態では、素子アレイが、マイクロホン素子３０を配置したマイクロホン素子アレイ３であることとして説明したが、素子アレイは、これに限定されない。例えば、素子アレイは、アンテナ素子を所定の規則で配置したアンテナ素子アレイであってもよい。

前記した実施形態では、マイクロホン素子アレイ３が、８個のマイクロホン素子３０を等間隔で環状に配置したものとして説明したが、マイクロホン素子アレイ３の素子数及び配置は、これに限定されない。例えば、マイクロホン素子アレイ３は、マイクロホン素子３０をライン状、マトリクス状、又は、球体状に配置したものであってもよい。

前記した実施形態では、逆フィルタ算出装置４を独立したハードウェアとして説明したが、本願発明は、これに限定されない。例えば、コンピュータが備えるＣＰＵ、メモリ、ハードディスク等のハードウェア資源を、逆フィルタ算出装置４として協調動作させる逆フィルタ算出プログラムで実現することもできる。このプログラムは、通信回線を介して配布してもよく、ＣＤ−ＲＯＭやフラッシュメモリ等の記録媒体に書き込んで配布してもよい。

以下、本願発明の実施例１〜３について説明する（適宜図１，図２参照）。
図１に示すように、８個のマイクロホン素子アレイ３を環状に等間隔で配置し、図２の逆フィルタ算出装置４で逆フィルタを算出した。また、パラメータ設定手段４０には条件数の閾値を１５ｄＢに設定した

（実施例１）
まず、実施例１として、音響信号の周波数と、条件数と、マイクロホン素子３０の素子数及び配置との関係について説明する。
図６に示すように、約７０Ｈｚ以下の周波数帯域では、マイクロホン素子３０が３個の場合のみ、条件数が閾値未満となる。従って、この周波数帯域では、伝達関数行列選択手段４５が、３個のマイクロホン素子３０に対応した伝達関数行列を選択する。
約７０Ｈｚを超え、約１５０Ｈｚ以下の周波数帯域では、条件数が閾値未満でマイクロホン素子３０の最多素子数は４個となる。従って、この周波数帯域では、伝達関数行列選択手段４５が、４個のマイクロホン素子３０に対応した伝達関数行列を選択する。

約１５０Ｈｚを超え、約２３０Ｈｚ以下の周波数帯域では、閾値未満で条件数が最大になるときのマイクロホン素子３０の最多素子数は５個となる（図６では、素子数５個（ｂ））。
さらに、約２３０Ｈｚを超え、約２８０Ｈｚ以下の周波数帯域では、閾値未満で条件数が最大になるときのマイクロホン素子３０の最多素子数が同じ５個であるが、その配置が異なる（図６では、素子数５個（ａ））。
これらの場合、伝達関数行列選択手段４５が、素子数５個（ｂ）及び（ａ）のマイクロホン素子３０に対応した伝達関数行列を選択する。

ここで、図７には、図６におけるマイクロホン素子３０の配置を図示した。
図７（ａ）に示すように、素子数３個の場合、正面及び左右のマイクロホン素子３０が対応する。また、図７（ｂ）に示すように、素子数４個の場合、正面、背面及び左右のマイクロホン素子３０が対応する。また、図７（ｃ）及び（ｄ）に示すように、素子数５個（ａ）及び（ｂ）の場合、マイクロホン素子３０の配置が異なる。

（実施例２，３）
次に、図２の逆フィルタ算出装置４で逆フィルタを算出したときの感度指向特性について説明する。ここで、マイクロホン素子３０に感度誤差がない場合を実施例２とし、マイクロホン素子３０に感度誤差がある場合を実施例３とする。

また、実施例２，３と比較すべく、音響信号の全周波数帯域で８個のマイクロホン素子を用いた場合も説明する。マイクロホン素子３０に感度誤差がない場合を比較例１とし、マイクロホン素子３０に感度誤差がある場合を比較例２とする。

図８（ａ）に比較例１の感度指向特性を図示し、図８（ｂ）に実施例２の感度指向特性を図示した。ここで、０°がマイクロホン素子アレイ３の正面方向を表している。また、制御ありが指向性制御を行ったことを表し、制御なしが指向性制御を行っていないことを表す。このとき、実施例２，３及び比較例１，２における所望の感度指向特性は、正面方向を中心とした角度θに対して−４５°＜θ＜４５°の範囲においてｃｏｓ２θとし、それ以外の角度においては不感であることとした。

マイクロホン素子３０に感度誤差がない場合、図８（ｂ）の実施例２の方が、図８（ａ）の比較例１に比べて感度指向性の乱れが少なく、感度指向性が良好であることが分かる。

図９（ａ）に比較例２の感度指向特性を図示し、図９（ｂ）に実施例３の感度指向特性を図示した。マイクロホン素子３０に感度誤差がある場合、図９（ａ）の比較例２では、感度指向特性が大きく乱れている。一方、図９（ｂ）の実施例３では、比較例２に比べ、感度指向性の乱れが少なく、感度指向性が良好であることが分かる。

以上より、条件数が閾値未満となる中で最大となり、かつ、素子数が最多となるマイクロホン素子３０の組み合わせの伝達関数行列を選択することで、感度誤差がある場合でも良好な感度指向性を維持していることがわかる。

１ 音響システム
２ 音源アレイ
３ マイクロホン素子アレイ（素子アレイ）
４ 逆フィルタ算出装置
５ 音響信号処理装置
２０ 音源
３０ マイクロホン素子（素子）
４０ パラメータ設定手段
４１ 素子数・配置選択手段
４２ 伝達関数行列生成手段
４３ 条件数算出手段
４４ 判定手段
４５ 伝達関数行列選択手段
４６ 逆フィルタ算出手段

Claims (3)

1. 予め設定した規則で素子が配置された素子アレイからの出力信号の信号処理に用いる逆フィルタを算出する逆フィルタ算出装置であって、
   前記素子アレイから、素子数及び配置が異なる前記素子の組み合わせを１パターンずつ選択する素子数・配置選択手段と、
   選択された前記素子の組み合わせについて、伝達関数行列を生成する伝達関数行列生成手段と、
   前記出力信号の周波数毎に、前記選択された素子の組み合わせについて、前記伝達関数行列における条件数を算出する条件数算出手段と、
   前記素子数・配置選択手段で前記素子の組み合わせが全パターン選択されたか否かを判定する判定手段と、
   前記素子の組み合わせが全パターン選択された場合、前記出力信号の周波数毎に、前記条件数が予め設定された閾値未満となる中で最大となり、かつ、素子数が最多となる前記素子の組み合わせについて、前記伝達関数行列を選択する伝達関数行列選択手段と、
   前記伝達関数行列選択手段で選択された伝達関数行列から前記逆フィルタを算出する逆フィルタ算出手段と、
   を備えることを特徴とする逆フィルタ算出装置。
2. 前記逆フィルタ算出手段は、マイクロホン素子が配置されたマイクロホン素子アレイからの出力信号の信号処理に用いる前記逆フィルタを算出することを特徴とする請求項１に記載の逆フィルタ算出装置。
3. コンピュータを、請求項１に記載の逆フィルタ算出装置として機能させるための逆フィルタ算出プログラム。

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