JP6918602B2 - 集音装置 - Google Patents

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Description

本開示は、ビームフォーミングを行うための集音装置に関する。
ビームフォーミングは、複数のマイクロホン素子から取得した音声信号を用いて目的音方向の音を強調した信号を生成する技術である。非特許文献1には、適応フィルタを用いたビームフォーマの一例として、一般化サイドローブキャンセラが開示されている。
L. Griffiths and C. W. Jim, "An alternative approach to linearly constrained adaptive beamforming," IEEE Trans. Antennas Propagation, vol. AP-30, pp27-34, Jan. 1982.
本開示は、目的音以外の音を効果的に抑圧できる集音装置を提供する。
本開示の一態様に係る集音装置は、複数のマイクロホン素子を備え、前記複数のマイクロホン素子に含まれる任意の2つのマイクロホン素子によって構成されるマイクペアのうち、2つのマイクロホン素子間の距離が距離D未満となる有効マイクペアの総数は、前記複数のマイクロホン素子の総数よりも多く、前記距離Dは、前記複数のマイクロホン素子から得られる目的音の周波数をf、音速をcとすると、D=c/2fで表され、前記有効マイクペアを構成する2つのマイクロホン素子を結ぶ直線と所定の直線とのなす角度をθとすると、前記複数のマイクロホン素子から得られる全ての前記有効マイクペアは、θが互いに異なる。
本開示の集音装置は、目的音以外の音を効果的に抑圧できる。
図1は、実施の形態に係る集音装置の外観斜視図である。 図2は、実施の形態に係る集音装置の内部構造の一例を示す模式図である。 図3は、実施の形態に係る集音装置の機能構成を示すブロック図である。 図4は、主信号、参照信号、及び、出力信号の感度特性によって出力信号の算出式を模式的に示す図である。 図5は、平面視における複数のマイクロホン素子の配置を示す図である。 図6は、0°方向を目的音方向として生成された参照信号Xr1〜Xr6が同じ感度特性を有する場合の参照信号Xrを模式的に示す図である。 図7は、参照信号Xr1〜Xr6が互いに異なる感度特性を有する場合の参照信号Xrを模式的に示す図である。 図8は、複数のマイクロホン素子の配置に対する評価結果を示す第一の図である。 図9は、複数のマイクロホン素子の配置に対する評価結果を示す第二の図である。 図10は、複数のマイクロホン素子の配置に対する評価結果を示す第三の図である。 図11は、複数のマイクロホン素子の配置に対する評価結果を示す第四の図である。 図12は、マイクロホン素子の総数と雑音抑圧量との関係を示す図である。 図13は、第一有効マイクペアから得られる第一参照信号の感度特性及び第二有効マイクペアから得られる第二参照信号の感度特性を示す第一の模式図である。 図14は、第一有効マイクペアから得られる第一参照信号の感度特性及び第二有効マイクペアから得られる第二参照信号の感度特性を示す第二の模式図である。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
また、以下の実施の形態では、集音装置がある方向から到来する音を主たる出力対象とする場合、当該方向が目的音方向と表現され、当該音を目的音と表現される。また、目的音以外の音は雑音と表現される場合がある。
(実施の形態)
[集音装置の概要]
以下、実施の形態に係る集音装置の概要について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、実施の形態に係る集音装置の外観斜視図である。図2は、実施の形態に係る集音装置の内部構造の一例を示す模式図である。
図1に示されるように、実施の形態に係る集音装置10は、略円盤状の装置である。集音装置10は、例えば、机の上に設置され、電話会議などにおける音声の取得に用いられる。図2に示されるように、集音装置10は、複数のマイクロホン素子20a〜20dと、信号処理部30とを備える。なお、集音装置10の形状は、略円盤状に限定されない。
信号処理部30は、複数のマイクロホン素子20a〜20dのそれぞれから得られる音声信号を用いてビームフォーミングを行う。信号処理部30のビームフォーミングは、目的音方向の感度を確保した上で雑音が死角になるよう指向性を形成する信号処理である。つまり、信号処理部30のビームフォーミングによれば、目的音方向以外の方向から到来する雑音が抑制される。複数のマイクロホン素子20a〜20dのそれぞれは無指向性のマイクロホン素子であるが、信号処理部30のビームフォーミングにより、集音装置10は目的音方向において高い感度を有する。
[集音装置の機能構成]
次に、集音装置10の機能構成について説明する。図3は、実施の形態に係る集音装置10の機能構成を示すブロック図である。図3に示されるように、集音装置10は、複数のマイクロホン素子20a〜20dと、信号処理部30とを備える。なお、集音装置10が信号処理部30を備えることは必須ではなく、信号処理部30は、集音装置10とは別の装置として実現されてもよい。
複数のマイクロホン素子20a〜20dは、ビームフォーミングに用いられる主信号X及び参照信号Xr1〜Xr6を生成するためのマイクロホンアレイである。言い換えれば、複数のマイクロホン素子20a〜20dは、ビームフォーマである信号処理部30が音声信号を取得するために用いられる。複数のマイクロホン素子20a〜20dは、同一平面上に配置される。実施の形態では、集音装置10は、4つのマイクロホン素子20a〜20dを備えるが、マイクロホン素子の総数は特に限定されない。マイクロホン素子の総数は、偶数であってもよいし奇数であってもよい。集音装置10は、例えば、4つ以上のマイクロホン素子を備えてもよい。
信号処理部30は、ビームフォーマである。信号処理部30は、より具体的には、一般化サイドローブキャンセラと同様の構成を有する。信号処理部30は、例えば、DSP(Digital Signal Processor)等のプロセッサによって実現されるが、マイクロコンピュータまたは回路によって実現されてもよい。また、信号処理部30は、プロセッサ、マイクロコンピュータ、及び、回路のうちの2つ以上の組み合わせによって実現されてもよい。信号処理部30は、遅延器31a〜31dと、主信号生成部31と、参照信号生成部32a〜32fと、適応フィルタ33a〜33fと、減算部34と、係数更新部35とを備える。
遅延器31a〜31dは、複数のマイクロホン素子20a〜20dのそれぞれから得られる音声信号に1対1で対応する。遅延器31a〜31dは、複数のマイクロホン素子20a〜20dから得られる音声信号に目的音方向に応じた遅延を与え、出力信号として出力する。
主信号生成部31は、第一信号生成部の一例であって、複数のマイクロホン素子20a〜20dのそれぞれから得られる音声信号であって、遅延器31a〜31dによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号を加算することにより主信号Xを生成する。主信号Xは、第一信号の一例である。
参照信号生成部32a〜32fのそれぞれは、第二信号生成部の一例である。参照信号生成部32a〜32fは、複数のマイクロホン素子20a〜20dに含まれる任意の2つのマイクロホン素子によって構成される6組のマイクペアに1対1で対応する。1つの参照信号生成部は、1組のマイクペアを構成するマイクロホン素子のそれぞれから得られる音声信号であって、遅延器31a〜31dによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号を減算することにより参照信号を生成する。参照信号Xr1〜Xr6のそれぞれは、第二信号の一例である。
また、適応フィルタ部33a〜33fは、参照信号生成部32a〜32fに1対1で対応する。適応フィルタ部33a〜33fは、対応する参照信号生成部32a〜32fにフィルタ係数α〜αを適用する。
例えば、参照信号生成部32aは、マイクロホン素子20a及び20bのそれぞれから得られる音声信号に遅延器31a及び31bによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号(遅延器31a及び31bの出力信号)を減算することにより参照信号Xr1を生成する。適応フィルタ部33aは、参照信号Xr1にフィルタ係数αを適用する。
同様に、参照信号生成部32bは、マイクロホン素子20a及び20cのそれぞれから得られる音声信号に遅延器31a及び31cによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号(遅延器31a及び31cの出力信号)を減算することにより参照信号Xr2を生成する。適応フィルタ部33bは、参照信号Xr2にフィルタ係数αを適用する。
参照信号生成部32cは、マイクロホン素子20a及び20dのそれぞれから得られる音声信号に遅延器31a及び31dによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号(遅延器31a及び31dの出力信号)を減算することにより参照信号Xr3を生成する。適応フィルタ部33cは、参照信号Xr3にフィルタ係数αを適用する。
参照信号生成部32dは、マイクロホン素子20b及び20cのそれぞれから得られる音声信号に遅延器31b及び31cによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号(遅延器31b及び31cの出力信号)を減算することにより参照信号Xr4を生成する。適応フィルタ部33dは、参照信号Xr4にフィルタ係数αを適用する。
参照信号生成部32eは、マイクロホン素子20b及び20dのそれぞれから得られる音声信号に遅延器31b及び31dによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号(遅延器31b及び31dの出力信号)を減算することにより参照信号Xr5を生成する。適応フィルタ部33eは、参照信号Xr5にフィルタ係数αを適用する。
参照信号生成部32fは、マイクロホン素子20c及び20dのそれぞれから得られる音声信号に遅延器31c及び31dによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号(遅延器31c及び31dの出力信号)を減算することにより参照信号Xr6を生成する。適応フィルタ部33fは、参照信号Xr6にフィルタ係数αを適用する。
減算部34は、生成された主信号Xから、フィルタ係数α〜αが適用された参照信号Xr1〜Xr6を減算する。減算した結果得られる出力信号Yは、下記の式1で表される。出力信号Yは、第三信号の一例である。式1において、nはマイクペアの数である。つまり、nは自然数であり、集音装置10においてはn=6である。
Figure 0006918602
係数更新部35は、減算部の減算によって得られる出力信号Yに基づいてフィルタ係数α〜αを更新する。
図4は、主信号X、参照信号X、及び、出力信号Yの感度特性によって式1を模式的に示す図である。なお、参照信号Xは、フィルタ係数α〜αが適用された参照信号Xr1〜Xr6の合計(αr1+αr2+αr3+αr4+αr5+αr6)を意味する。感度特性は、言い換えれば、指向性である。
図4に示されるように、主信号Xは、全方向に高い感度を有する。これに対し、参照信号Xは、適応フィルタ部33a〜33f、及び、係数更新部35によって、目的音方向において低い感度を有している。したがって、主信号Xmから参照信号Xを減算することによって得られる出力信号Yは、目的音方向に高い感度を有する。なお、目的音方向は、言い換えれば、ビーム方向である。
[複数のマイクロホン素子の配置]
集音装置10において、信号処理部30は、出力信号Yにおけるビーム方向を変更することができる。例えば、集音装置10は、タッチパネルまたは操作ボタンなどのユーザインターフェースを備え、信号処理部30は、当該ユーザインターフェースを通じて受け付けたユーザの操作に基づいてビーム方向を変更する。あるいは、信号処理部30は、音量などを検知して自動的にビーム方向を変更する。
このように、信号処理部30がビーム方向可変のビームフォーミングを行う場合、出力信号Yにおいて、ビーム方向がどのような方向であってもビーム方向以外の方向の感度が極力低減される必要がある。そこで、集音装置10においては、このような性能を確保するために複数のマイクロホン素子20a〜20dの配置が定められている。
まず、集音装置10においては、有効マイクペアの総数が複数のマイクロホン素子20a〜20dの総数よりも多い。ここで、有効マイクペアは、複数のマイクロホン素子20a〜20dに含まれる任意の2つのマイクロホン素子によって構成されるマイクペアのうち、2つのマイクロホン素子間の距離が距離D未満となるマイクペアである。距離Dは、複数のマイクロホン素子20a〜20dから得られる目的音の周波数をf、音速をcとすると、D=c/2fで表される。集音装置10において、有効マイクペアの総数は6個であり、複数のマイクロホン素子の総数は4個である。
なお、距離Dは、目的音の周波数に応じて異なる。例えば、目的音の周波数が8kHzである場合、音速c=34000cm/sであれば、距離Dは2.125cmである。また、目的音の周波数が4kHzである場合、音速c=34000cm/sであれば、距離Dは4.25cmである。
2つのマイクロホン素子間の距離が距離D以上となる非有効マイクペアから算出される参照信号は、信号処理において折り返し成分が発生してしまう等の理由により、当該非有効マイクペアの配置から想定される感度特性を有しない場合がある。つまり、非有効マイクペアから算出される参照信号は、想定外の感度特性を有する場合があり、精度の高い出力信号Yを生成することの妨げとなる。集音装置10においては、有効マイクペアの総数が複数のマイクロホン素子20a〜20dの総数よりも多いことにより、精度の高い出力信号Yの生成が実現されている。
なお、集音装置10においては、複数のマイクロホン素子20a〜20dから得られるマイクペアは、全て有効マイクペアである。つまり、複数のマイクロホン素子20a〜20dから得られるマイクペアの総数は、有効マイクペアの総数に等しい。しかしながら。複数のマイクロホン素子20a〜20dから得られるマイクペアの一部が有効マイクペアであってもよい。
また、複数のマイクロホン素子20a〜20dが配置された平面を当該平面に垂直な方向から見た平面視において、有効マイクペアを構成する2つのマイクロホン素子を結ぶ直線と所定の直線とのなす角度をθとすると、複数のマイクロホン素子20a〜20dに含まれる全ての有効マイクペアは、θが互いに異なる。図5は、平面視における複数のマイクロホン素子20a〜20dの配置を示す図である。なお、図5では、座標軸が示されている。図5の例では、上記所定の直線は、例えば、X軸またはX軸に平行な直線であるが、Y軸またはY軸に平行な直線であってもよい。所定の直線は、X軸及びY軸の両方と交差する直線であってもよい。所定の直線は、任意に一つ定められればよい。有効マイクペアを構成する2つのマイクロホン素子を結ぶ直線と所定の直線とが平行である場合、θは0である。
図5に示されるように、有効マイクペアを構成するマイクロホン素子20b及び20dを結ぶ直線L1とX軸とのなす角度はθ1である。有効マイクペアを構成するマイクロホン素子20b及び20cを結ぶ直線L2とX軸とのなす角度はθ2であり、有効マイクペアを構成するマイクロホン素子20a及び20dを結ぶ直線L3とX軸とのなす角度はθ3である。
同様に、有効マイクペアを構成するマイクロホン素子20a及び20cを結ぶ直線L4とX軸とのなす角度は、θ4である。有効マイクペアを構成するマイクロホン素子20a及び20bを結ぶ直線L5とX軸とのなす角度は、θ5であり、有効マイクペアを構成するマイクロホン素子20c及び20dを結ぶ直線L6とX軸とのなす角度は、θ6である。
ここで、θ1は、θ2〜θ6のいずれとも異なり、θ2は、θ1、θ3〜θ6のいずれとも異なる。θ3〜θ6についても同様である。なお、θが異なるとは、図5のように同じ基準に基づいて定義されたθが異なることを意味する。例えば、図5で、θ1と180°−θ6とが一致する場合も、θ1とθ6とは異なると判定される。
このようなθの違いは、参照信号における感度特性の違いとなる。仮に、θ1〜θ6が全て同一であるとすると、6つの有効マイクペアから得られる参照信号Xr1〜Xr6は、同じような感度特性を有する。図6は、0°方向を目的音方向として生成された参照信号Xr1〜Xr6が同じ感度特性を有する場合の参照信号Xrを模式的に示す図である。
図6に示されるように、参照信号Xr1〜Xr6それぞれが、目的音方向の0°方向と180°方向に低い感度を有する(以下、死角を有するとも表現される)とすると、参照信号Xr1〜Xr6を加算した参照信号Xrも0°方向及び180°方向に死角を有する。そうすると、出力信号Yにおいて、180°方向の感度を下げること、つまり、180°方向の雑音を抑圧することが難しくなる。
これに対し、θ1〜θ6が全て互いに異なる場合には、6つの有効マイクペアから得られる参照信号Xr1〜Xr6は、異なる感度特性を有する。図7は、参照信号Xr1〜Xr6が互いに異なる感度特性を有する場合の参照信号Xを模式的に示す図である。
図7に示されるように、θ1〜θ6が全て互いに異なる場合には、参照信号Xr1〜Xr6のそれぞれが異なる方向に死角を有する。このため、一の参照信号の死角を他の参照信号で補うことができる。つまり、出力信号Yにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
以上説明したように、集音装置10における複数のマイクロホン素子20a〜20dの配置は、2つの要件を満たせばよい。要件の1つは、集音装置10が備える有効マイクペアの総数が集音装置10が備える複数のマイクロホン素子20a〜20dの総数よりも多いことである。要件のもう一つは、集音装置10が備える全ての有効マイクペアのθが互いに異なることである。
これにより、集音装置10は、一の参照信号の死角を他の参照信号で補うことができるため、出力信号Yにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。つまり、集音装置10は、目的音以外の音を効果的に抑圧できる。また、このような複数のマイクロホン素子20a〜20dの配置は、集音装置10が目的音方向の変更が可能な装置である場合、あるいは、集音装置10が目的音方向の変更が可能なシステムに用いられる場合等に特に有用である。
[複数のマイクロホン素子の配置の評価]
参照信号Xr1〜Xr6それぞれが有する死角は分散している方がよい。理想的には、参照信号Xr1〜Xr6それぞれが有する死角は均等に分散している方がよい。参照信号において死角を均等に分散させるために、集音装置10においては、θ1〜θ6は、180°/6=30°ずつ異なるとよい。例えば、(θ2、θ3、θ4、θ5、θ6)=(θ1+30°、θ1+60°、θ1+90°、θ1+120°、θ1+150°)であるとよい。有効マイクペアの総数がn(nは自然数)個である場合には、n個の有効マイクペアは、θが180°/nずつ異なるとよい。これにより、出力信号Yにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
ここで、複数のマイクロホン素子の配置の評価する手法として、有効マイクペア間のθの差に基づく評価手法が考えられる。具体的には、有効マイクペアをθが降順になるようにソートし、隣り合う有効マイクペア間のθの差に基づいて、複数のマイクロホン素子の配置を評価することができる。このときの評価値Aは、例えば、以下の式2で表される。式2中のTは、式3で表され、式2中のTidealは、式4で表される。
Figure 0006918602
評価値Aは、小さいほど良い。つまり、評価値Aが小さいほど、出力信号Yにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。図8〜図11は、複数のマイクロホン素子の配置に対する評価結果を示す図である。図8〜図11においては、マイクロホン素子の位置が座標軸上にドットで示されている。
図8及び図9では、複数のマイクロホン素子の総数は3個である。図8に示されるように、3つのマイクロホン素子が正三角形の頂点に対応する位置に配置されている場合に、評価値Aは0となる。また、図9に示されるように、3つのマイクロホン素子がほぼ直線状に配置されている場合に、評価値Aは非常に大きくなる。
一方、図10及び図11では、複数のマイクロホン素子の総数は8個である。図10の配置では、有効マイクペアのうち他の有効マイクペアの全てとθが異なる有効マイクペアの総数は14個であり、評価値Aは0.05である。図10の配置では、有効マイクペアの総数は、(複数のマイクロホン素子の総数−1)×2個となる。図10の配置では、複数のマイクロホン素子は、正七角形の頂点に対応する位置、及び、正七角形の中心位置(重心位置)に配置される。このように複数のマイクロホン素子の配置は、正N角形(Nは奇数)の頂点に対応する位置、及び、前記正N角形の中心位置に配置されてもよい。なお、この場合の正N角形は、厳密な正N角形を意味するわけではなく、実質的に正N角形であればよい。
一方、図11の配置では、有効マイクペアのうち他の有効マイクペアの全てとθが異なる有効マイクペアの総数は12個であり、評価値Aは5.85である。図11の配置では、有効マイクペアの総数は、(複数のマイクロホン素子の総数−1)×2個よりも少なくなる。
以上のように、有効マイクペアの総数は、(複数のマイクロホン素子の総数−1)×2個以下であってもよい。
[マイクロホン素子の総数]
集音装置10は、4つのマイクロホン素子20a〜20dを備えるが、集音装置10が備えるマイクロホン素子の総数は特に限定されない。集音装置10は、例えば、6個以上のマイクロホン素子を備えてもよい。図12は、マイクロホン素子の総数と雑音抑圧量との関係を示す図である。なお、図12は、円周に沿ってマイクロホン素子を等間隔で配置し、信号処理部30のような一般化サイドローブキャンセラによって信号処理を行った場合の雑音抑圧量を示している。
図12に示されるように、マイクロホン素子の総数が増えると雑音抑圧量は増える。ここで、マイクロホン素子の総数が6個以上になると、雑音抑圧量の増加量が大きく減少する傾向がある。このため、集音装置10が6個以上のマイクロホン素子を備えれば、十分な雑音抑圧量が得られると考えられる。
なお、音響の技術分野では、ステレオシステムなど、スピーカまたはマイクロホン素子を偶数個使用する機器が多い。このため、集音装置10が備えるマイクロホン素子の総数が偶数個であれば、他のハードウェアとの整合を取りやすい効果が得られる。
[参照信号の死角範囲]
複数のマイクロホン素子20a〜20dから得られる全ての有効マイクペアは、当該有効マイクペアから得られる参照信号の死角範囲が互いに重複しないように配置されてもよい。以下、参照信号の死角範囲について説明する。図13及び図14は、第一有効マイクペアから得られる第一参照信号の感度特性及び第二有効マイクペアから得られる第二参照信号の感度特性を示す模式図である。なお、第一有効マイクペア及び第二有効マイクペアのそれぞれは、複数のマイクロホン素子20a〜20dから得られる有効マイクペアである。
第一死角範囲Rは、例えば、第一参照信号の感度特性において感度が−60dB以下となる角度範囲である。第二死角範囲Rは、例えば、第二参照信号の感度特性において感度が−60dB以下となる角度範囲である。なお、死角範囲は、参照信号の感度特性において感度が所定値以下となる範囲であればよく、−60dBは、所定値の一例である。
ここで、図13は、第一死角範囲R及び第二死角範囲Rが重複している場合を示し、図14は、第一死角範囲R及び第二死角範囲Rが重複していない場合を示している。図14に示されるように、第一死角範囲R及び第二死角範囲Rが重複しなければ、出力信号Yにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
対象マイクペアを構成する2つのマイクロホン素子のマイクロホン間の距離が2.125cmである場合、死角範囲は、感度が最小となる角度を中心として±0.05°の範囲である。なお、第一参照信号の感度特性において感度が最小となる角度と第二参照信号の感度特性において感度が最小となる角度との差は、第一有効マイクペアのθと第二有効マイクペアのθとの差に等しくなる。したがって、第一死角範囲Rと第二死角範囲Rとが重ならないことは、第一有効マイクペアのθと第二有効マイクペアのθとが少なくとも0.1°以上異なることに相当する。
このように、集音装置10において、複数のマイクロホン素子20a〜20dから得られる全ての有効マイクペアは、死角範囲が互いに重複しなくてもよい。死角範囲は、有効マイクペアから得られる第二信号の感度特性において感度が所定値以下となる角度範囲である。これにより、出力信号Yにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
[効果等]
以上説明したように、集音装置10は、複数のマイクロホン素子20a〜20dを備える。複数のマイクロホン素子20a〜20dに含まれる任意の2つのマイクロホン素子によって構成されるマイクペアのうち、2つのマイクロホン素子間の距離が距離D未満となる有効マイクペアの総数は、複数のマイクロホン素子20a〜20dの総数よりも多い。
距離Dは、複数のマイクロホン素子20a〜20dから得られる目的音の周波数をf、音速をcとすると、D=c/2fで表される。有効マイクペアを構成する2つのマイクロホン素子を結ぶ直線と所定の直線とのなす角度をθとすると、複数のマイクロホン素子20a〜20dから得られる全ての有効マイクペアは、θが互いに異なる。
これにより、集音装置10は、一の参照信号の死角を他の参照信号で補うことができるため、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。つまり、集音装置10は、目的音以外の音を効果的に抑圧できる。
また、例えば、複数のマイクロホン素子20a〜20dの総数は、偶数である。
これにより、他のハードウェアとの整合を取りやすい効果が得られる。
また、例えば、複数のマイクロホン素子20a〜20dの総数は、6個以上である。
これにより、十分な雑音抑圧量が得られる。
また、例えば、有効マイクペアの総数をn(nは自然数)とすると、複数のマイクロホン素子20a〜20dに含まれる全ての有効マイクペアは、θが180/n[°]ずつ異なる。
これにより、出力信号Yにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
また、例えば、複数のマイクロホン素子20a〜20dから得られる全ての有効マイクペアは、当該有効マイクペアから得られる第二信号の感度特性において感度が所定値以下となる角度範囲が互いに重複しない。
これにより、出力信号Yにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
また、例えば、複数のマイクロホン素子20a〜20dから得られるマイクペアの総数は、有効マイクペアの総数に等しい。
これにより、全てのマイクペアが有効マイクペアとして機能するため、集音装置10は、目的音以外の音を効果的に抑圧できる。
また、例えば、複数のマイクロホン素子は、正N角形(Nは奇数)の頂点に対応する位置、及び、前記正N角形の中心位置に配置される。
このように、一つマイクロホン素子を中心として、その周囲に正N角形(Nは奇数)となるように複数のマイクロホン素子が配置されれば、上記図10に示されるように、(式2)に基づいて算出された評価値Aが小さい値となる。つまり、参照信号における死角が均等に近い状態に分散される。したがって、出力信号Yにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、集音装置10は、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
また、例えば、集音装置10は、さらに、複数のマイクロホン素子20a〜20dのそれぞれから得られる音声信号に対して遅延を与える遅延器31a〜31dと、遅延器31a〜31dの出力信号を加算することにより主信号Xを生成する主信号生成部31と、遅延器31a〜31dの出力信号のうち、有効マイクペアを構成する2つのマイクロホン素子に対応する出力信号を減算することにより参照信号Xr1〜Xr6を生成する参照信号生成部32a〜32fと、参照信号Xr1〜Xr6にフィルタ係数を適用する適応フィルタ部33a〜33fと、生成された主信号Xから、フィルタ係数が適用された参照信号Xr1〜Xr6を減算する減算部34と、減算部34の減算によって得られる出力信号Yに基づいてフィルタ係数を更新する係数更新部35とを備える。
遅延器31a〜31dは、遅延部の一例である。主信号Xは、第一信号の一例であり、複数のマイクロホン素子20a〜20dのそれぞれから得られる音声信号に、遅延器31a〜31dによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号(遅延器31a〜31dの出力信号)が加算された信号である。参照信号Xr1〜Xr6は、第二信号の一例であり、有効マイクペアを構成する2つのマイクロホン素子のそれぞれから得られる音声信号に、遅延器31a〜31dによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号(遅延器31a〜31dの出力信号)が減算された信号である。主信号生成部31は、第一信号生成部の一例であり、参照信号生成部32a〜32fのそれぞれは、第二信号生成部の一例であり、出力信号Yは、第三信号の一例である。
これにより、集音装置10は、複数のマイクロホン素子20a〜20dから得られる音声信号に基づいてビームフォーミングを行うことができる。
(その他の実施の形態)
以上、実施の形態について説明したが、本開示は、このような実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態で説明された集音装置の形状等は一例であり、集音装置は、直方体状などのその他の形状であってもよい。
また、上記実施の形態に係る信号処理部の構成は、一例である。信号処理部は、例えば、D/A変換器、ローパスフィルタ(LPF)、ハイパスフィルタ(HPF)、電力増幅器、または、A/D変換器などの構成要素を含んでもよい。また、信号処理部が実行する信号処理は、例えば、デジタル信号処理であるが、一部がアナログ信号処理であってもよい。
また、上記実施の形態において、信号処理部は、専用のハードウェアで構成されるか、信号処理部に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。信号処理部は、CPUまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
また、信号処理部は、回路(または集積回路)でもよい。これらの回路は、全体として1つの回路を構成してもよいし、それぞれ別々の回路でもよい。また、これらの回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。
その他、上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、及び、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態で説明された構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
例えば、本開示は、上記実施の形態の集音装置を含むシステムとして実現されてもよい。また、本開示は、コンピュータによって実行される評価方法であって、上記式2〜4に基づく複数のマイクロホン素子の配置の評価方法として実現されてもよい。
本開示の集音装置は、電話会議システム等に用いられる集音装置として有用である。
10 集音装置
20a、20b、20c、20d マイクロホン素子
30 信号処理部
31 主信号生成部
31a、31b、31c、31d 遅延器
32a、32b、32c、32d、32e、32f 参照信号生成部
33a、33b、33c、33d、33e、33f 適応フィルタ
34 減算部
35 係数更新部
L1、L2、L3、L4、L5、L6 直線
主信号(第一信号)
参照信号
r1、Xr2、Xr3、Xr4、Xr5、Xr6 参照信号(第二信号)
Y 出力信号(第三信号)

Claims (5)

  1. 複数のマイクロホン素子と、
    前記複数のマイクロホン素子のそれぞれから得られる音声信号に対して遅延を与える遅延部と、
    前記遅延部の出力信号を加算することにより第一信号を生成する第一信号生成部と、
    前記遅延部の出力信号のうち、前記複数のマイクロホン素子に含まれる任意の2つのマイクロホン素子によって構成されるマイクペアのうち、2つのマイクロホン素子間の距離が距離D未満となる有効マイクペアを構成する2つのマイクロホン素子に対応する前記出力信号を減算することにより第二信号を生成する第二信号生成部と、
    前記第二信号にフィルタ係数を適用する適応フィルタ部と、
    生成された前記第一信号から、前記フィルタ係数が適用された前記第二信号を減算する減算部と、
    前記減算部の減算によって得られる第三信号に基づいて前記フィルタ係数を更新する係数更新部とを備え、
    前記有効マイクペアの総数は、前記複数のマイクロホン素子の総数よりも多く、
    前記距離Dは、前記複数のマイクロホン素子から得られる目的音の周波数をf、音速をcとすると、D=c/2fで表され、
    前記有効マイクペアを構成する2つのマイクロホン素子を結ぶ直線と所定の直線とのなす角度をθとすると、前記複数のマイクロホン素子から得られる全ての前記有効マイクペアは、θが互いに異なる
    集音装置。
  2. 前記複数のマイクロホン素子の総数は、偶数である
    請求項1に記載の集音装置。
  3. 前記複数のマイクロホン素子の総数は、6個以上である
    請求項1または2に記載の集音装置。
  4. 前記複数のマイクロホン素子から得られる全ての前記有効マイクペアは、当該有効マイクペアから得られる前記第二信号の感度特性において感度が所定値以下となる角度範囲が互いに重複しない
    請求項1〜のいずれか1項に記載の集音装置。
  5. 前記複数のマイクロホン素子は、正N角形(Nは奇数)の頂点に対応する位置、及び、前記正N角形の中心位置に配置される
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の集音装置。
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