JPH05161191A - 雑音低減装置 - Google Patents

雑音低減装置

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JPH05161191A
JPH05161191A JP3349274A JP34927491A JPH05161191A JP H05161191 A JPH05161191 A JP H05161191A JP 3349274 A JP3349274 A JP 3349274A JP 34927491 A JP34927491 A JP 34927491A JP H05161191 A JPH05161191 A JP H05161191A
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noise
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vibration
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徹 佐々木
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仁 大久保
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    • H04R3/00Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/005Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2410/00Microphones
    • H04R2410/07Mechanical or electrical reduction of wind noise generated by wind passing a microphone

Abstract

(57)【要約】 【目的】 風防を使用せずに風雑音及び/または振動雑
音成分をキャンセルする。機器の小型化に貢献し、収音
品質の低下を防止する。単一の処理系で良好な収音品質
を実現する。 【構成】 近接配置されている一対のマイクロホン1、
2の出力から主要入力(S+n)及び参照入力(n−
(n*))が形成され、適応フイルタ9では、参照入力
(n−(n*))から雑音成分nに類似する信号Yが形
成される。該信号Yが加算器8にて主要入力(S+n)
から減算されると、雑音成分nがキャンセルされ音声信
号成分Sが出力される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、雑音低減装置、特に
マイクロホン出力の雑音成分を低減せしめる雑音低減装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロホンは、音波の音圧の変化を振
動板の機械的な振動に変換し、該振動に基づき電気音響
変換系を動作させる構造のものが多い。従って、マイク
ロホンで収音する際、何らかの要因によって振動板に影
響が及ぼされると雑音が発生することになる。
【0003】上述の要因が風であれば風による雑音〔以
下、これを風雑音と称する〕が発生し、また、上述の要
因が振動であれば振動による雑音〔以下、これを振動雑
音と称する〕が発生する。
【0004】上述の風雑音を低減する従来技術として
は、例えば、以下のようなものがある。 (1)ウインドスクリーン〔風防〕の使用 (2)電気的/音響的ハイパスフィルタの使用 (3)低音域で無指向性を示す構成の採用
【0005】また、上述の振動雑音を低減する従来技術
としては、例えば、以下のようなものがある。 (1)防振機構の採用 (2)無指向性マイク素子の採用 (3)アナログの雑音キャンセル方式
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述の風雑音を低減す
る従来技術にあっては、夫々、以下のような問題点があ
った。 (1)に対して・・・機器の小型化に反する。一般的
に、風防の外形寸法が大きい程、また、マイクロホンと
風防内壁との距離が大きい程、風雑音は小さくなる。
【0007】(2)に対して・・・収音品質が低下す
る。風雑音は低域成分が主体であるため、低域をカット
することは風雑音に対して有効である。しかしながら、
この場合には、風雑音のみならず音声の低域成分も同様
にカットされてしまう。
【0008】(3)に対して・・・風雑音の低下するレ
ベルが不十分である。有指向性のマイクロホンに比較し
て無指向性のマイクロホンでは、風雑音のレベルが低下
するが、実際にはマイクロホン周囲の筐体の影響等によ
って、「低音域で無指向性を示す構成」を採用するだけ
では、十分に低いレベルとはならない。
【0009】従って、マイクロホンを備えてなる機器が
一層小型化すると共に、より高い収音品質が望まれる現
在の状況にあって、上述の従来技術のみを以てしては風
雑音をより一層低減させることが困難になりつつある。
このことは、振動雑音に対しても同様にあてはまるもの
である。
【0010】従って、この発明の目的は、小型化が可能
で、風雑音及び/または振動雑音等を確実に除去し得る
雑音低減装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1にかかる発明
は、近接して設けられた一対のマイクロホンと、一対の
マイクロホン出力の間で減算を行う手段と、一対のマイ
クロホンの内、一方のマイクロホンの出力を主要入力と
し、他方のマイクロホンの出力を参照入力として、主要
入力及び参照入力を適応的に処理する手段とを備えた構
成としている。
【0012】請求項2にかかる発明は、近接して設けら
れた一対のマイクロホンと、一対のマイクロホン出力の
間で減算を行う手段と、一対のマイクロホンの内、一方
のマイクロホンの出力を主要入力とし、他方のマイクロ
ホンの出力を参照入力として、主要入力及び参照入力を
適応的に処理する手段と、振動を検出する手段と、マイ
クロホンからの出力に、振動を検出する手段からの出力
を加える手段とを備えた構成としている。
【0013】
【作用】請求項1にかかる雑音低減装置の作用について
説明する。近接して設けられた一対のマイクロホンの出
力には、音声信号成分と雑音成分〔風による雑音成分〕
が含まれている。一対のマイクロホンの出力の間で減算
を行うことによって、一方のマイクロホンの出力には音
声信号成分と雑音成分が含また、他方のマイクロホンの
出力は雑音成分のみとされる。上述の音声信号成分と雑
音成分の含まれる出力が主要入力とされ、雑音成分のみ
の出力が参照入力とされる。
【0014】参照入力が主要入力の雑音成分に等しくな
るように適応的に処理される。そして、適応的に処理さ
れた参照入力が主要入力から減算されることにより、主
要入力の内、雑音成分のみがキャンセルされ音声信号成
分はそのまま出力される。
【0015】請求項2にかかる雑音低減装置の作用につ
いて説明する。近接して設けられた一対のマイクロホン
の出力には、音声信号成分と、雑音成分〔風による雑音
成分と振動による雑音成分〕が含まれている。
【0016】一対のマイクロホンの出力の間で減算を行
うと共に、振動を検出する手段からの出力を加えること
によって、一方のマイクロホンの出力には音声信号成分
と雑音成分〔風と振動による雑音成分〕が含まれ、他方
のマイクロホンの出力は雑音成分〔風と振動による雑音
成分〕のみとされる。上述の音声信号成分と雑音成分の
含まれる出力が主要入力とされ、雑音成分のみの出力が
参照入力とされる。
【0017】参照入力が主要入力の雑音成分に等しくな
るように適応的に処理される。そして、適応的に処理さ
れた参照入力が主要入力から減算されることにより、主
要入力の内、雑音成分のみがキャンセルされ音声信号成
分はそのまま出力される。
【0018】
【実施例】以下、この発明の実施例について図1乃至図
10を参照して説明する。図1乃至図8は、この発明の
一実施例を示す図である。
【0019】近接して配置されている一対のマイクロホ
ン1、2では、周囲の音声が風雑音と共に収音され、電
気信号に変換されて出力される。該マイクロホン1、2
は近接して配置されているため、同一の音声及び風雑音
が収音され、電気信号に変換されて出力される。マイク
ロホン1、2の出力に含まれる風雑音成分の周波数スペ
クトラムの例が図3に示されている。この図3からも明
らかなように、風雑音は低域成分が主体であることが判
る。
【0020】マイクロホン1、2は同一方向に向けて配
置されるだけではなく、例えば、マイクロホン1、2間
の距離が所望の信号の周波数で規定される波長の範囲内
であれば相互に逆向きであってもよい。マイクロホン1
から出力される電気信号はA/D変換回路3に供給さ
れ、マイクロホン2から出力される電気信号はA/D変
換回路4に供給される。
【0021】A/D変換回路3、4では、マイクロホン
1、2から供給される電気信号がデジタル信号に変換さ
れる。A/D変換回路3にて変換されたデジタル信号が
(S+n)で表わされる主要入力とされる。また、A/
D変換回路4にて変換されたデジタル信号が(S+(n
*))で表わされる。上述のデジタル信号に於いて、S
は音声信号成分を表わし、n及び(n*)は風雑音成分
を表わす。また、雑音成分nは加法性を有し、雑音成分
(n*)は主要入力(S+n)の雑音成分nと相関を有
するものとされている。
【0022】上述の主要入力(S+n)が適応ノイズキ
ャンセラ6に設けられている遅延回路7、加算器5に供
給される。そして、A/D変換回路4の出力が加算器5
に供給される。
【0023】加算器5では、負符号が付されてなるA/
D変換回路4の出力、即ち、〔−(S+(n*))〕
に、上述の主要入力(S+n)が加算される。この加算
の結果、風雑音成分n、(n*)のレベルが大きい低域
では、音声信号成分Sは略々同相とされるため除去され
る。そして、(n−(n*))で表されてなる参照入力
が形成される。
【0024】参照入力(n−(n*))の形成について
説明する。一対のマイクロホン1、2にて生ずる風雑音
成分のコヒーレンスの例が図4に示されている。この図
4に示されるように、一般的に2つの音響端子に生ずる
風雑音成分は相関の低いことが知られている。従って、
マイクロホン1、2の出力の差分をとっても零になら
ず、上述の参照入力(n−(n*))の形成が可能とな
る。この参照入力(n−(n*))の周波数スペクトラ
ムが図5に示されている。該参照入力(n−(n*))
は適応ノイズキャンセラ6の適応フイルタ9に供給され
る。
【0025】適応ノイズキャンセラ6の遅延回路7で
は、主要入力(S+n)が所定時間、遅延せしめられた
後に出力される。この遅延量は、適応処理のための演算
に要する時間遅れ或いは適応フイルタ9に於ける時間遅
れ等に相当するものとされ、システムの構成により適
宜、設定可能とされている。遅延回路7を経た主要入力
(S+n)は加算器8に供給される。
【0026】加算器8では、遅延回路7からの出力と、
負符号が付され後述する適応フイルタ9から出力される
信号Yとの加算がなされる。この信号Yは、後述するよ
うに、主要入力(S+n)中の雑音成分nに類似する成
分とされている。従って、加算器8では、主要入力(S
+n)から、雑音成分nに類似している成分である信号
Yが減算され、音声信号成分Sが残る。換言すれば、主
要入力(S+n)の雑音成分nは最小化される。
【0027】音声信号成分Sは、適応フイルタ9にフイ
ードバックされると共に、D/A変換回路10に供給さ
れる。該D/A変換回路10では、デジタル信号で表さ
れている音声信号成分Sがアナログ信号に変換され、該
アナログ信号が端子11から取出される。
【0028】この一実施例にかかる雑音低減の効果が図
6に示されている。図6には、実線にて示される主要入
力(S+n)、即ち、マイクロホン1の出力と、破線に
て示されるシステム出力、即ち、適応ノイズキャンセラ
6の出力が示されている。そして、音声信号成分Sを擬
似的に表すものとして500Hzの正弦波が加えられてい
る。
【0029】この図6からも明らかなように、マイクロ
ホン1の出力に於ける雑音成分nのレベル〔図6中の実
線〕に対して、適応ノイズキャンセラ6の出力である信
号Y〔図6中の破線〕のレベルの低下が顕著である。ま
た、500Hzの正弦波は、適応ノイズキャンセラ6の有
無に係わらず、そのレベルを保持していることが判る。
【0030】以下、適応ノイズキャンセラ6の適応フイ
ルタ9の作用について説明する。適応フイルタ9では、
主要入力(S+n)の雑音成分nに類似する成分として
の信号Yが形成される。即ち、適応ノイズキャンセラ6
の出力が主要入力(S+n)の音声信号成分Sに似るよ
うにフイルタ特性が逐次自己調整される。
【0031】適応フイルタ9は、図2に示される構成の
FIRフイルタ型の適応形線形結合器が用いられてい
る。図2の構成に於いて、DL1〜DLLは遅延回路を
表わし、MP1〜MPLは係数乗算器を表している。ま
た、16は加算器、15、17は夫々、端子を表してい
る。
【0032】上述の遅延回路DL1〜DLLに於ける
〔Z-1〕は単位サンプリング時間の遅延を表し、係数乗
算器MP1〜MPLに供給されるWnkは加重係数を夫
々、表している。加重係数Wnkが固定されていれば通常
のFIRデジタルフイルタである。
【0033】ここで、適応フイルタ9を、適応動作させ
るためのアルゴリズムについて説明する。この適応フイ
ルタ9に於ける演算のアルゴリズムは、各種のものを使
用できるが、計算量が比較的少なく、実用的で且つ多用
されているLMS(最小平均自乗)アルゴリズムについ
て、以下に説明する。
【0034】入力ベクトルXkを Xk =〔Xk k-1 k-2 ・・・・・・Xk-L 〕 として表せば、適応フイルタ9の出力Yk は、 で与えられる。
【0035】遅延回路7の出力をdk とすれば、その差
分出力〔残差出力〕は、 εk =dk −Xk T k となる。LMS(最小平均自乗)法では、加重ベクトル
の更新は以下の式に従って行われる。 Wk+1 =Wk +2μεk k 上式に於けるμは、適応の速度を安定性を決める利得因
子、いわゆるステップゲインである。
【0036】加重ベクトルを上述のようにして更新して
いくことによって、システムの出力パワーを最小化する
ように動作がなされる。以下、この動作を定式化して説
明する。簡単のため、遅延回路7を無視した場合、加算
器8からの差分出力εは、 ε=S+n−Y である。
【0037】(ε)の自乗の期待値は、以下の式で表さ
れる。 E〔ε2 〕=E〔S2 〕+E〔(n−Y)2 〕+2E〔S(n−Y)〕 ここで、Sはn及びYと無相関であるところから、上式
に於いて、 E〔S(n−Y)〕=0 となる。従って、(ε)の自乗の期待値E〔ε2 〕は以
下の式で表される。 E〔ε2 〕=E〔S2 〕+E〔(n−Y)2
【0038】適応フイルタ9は、E〔ε2 〕が最小にな
るように調整されるが、E〔S2 〕は影響を受けないの
で、以下の式のようになる。 Emin 〔ε2 〕=E〔S2 〕+E〔(n−Y)2
【0039】E〔S2 〕は影響を受けないことから、E
〔ε2 〕が最小化されることは、E〔(n−Y)2 〕が
最小化されることを意味している。従って、適応フイル
タ9の出力Yは、〔n〕の最良の最小自乗推定値になっ
ている。
【0040】E〔(n−Y)2 〕が最小化される時、
〔ε−S=n−Y〕であることから、E〔(ε−
S)2 〕も最小化される。従って、適応フイルタ9を調
整して全出力パワ−を最小化することは、差分出力εが
音声信号成分Sの最良の最小自乗推定値になることに等
しい。
【0041】差分出力εは、一般的に音声信号成分Sに
多少の雑音成分が加わったものとなるが、出力される雑
音成分は(n−Y)で与えられるので、E〔(ε−Y)
2 〕を最小化することは出力の信号対雑音比を最大化す
ることに等しい。
【0042】図7には、一実施例の第1の変形例が示さ
れている。この第1の変形例は、風雑音成分の周波数ス
ペクトラムが低域に集中していることに着目してなされ
たものである。尚、上述の一実施例と共通する部分には
同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0043】この第1の変形例が、前述の一実施例と異
なる点は、マイクロホン1の出力側と端子11を接続す
る経路23を構成すると共に、該経路23にハイパスフ
ィルタ22を挿入していることである。また、必要に応
じ、マイクロホン1、2とA/D変換回路3、4の間に
ローパスフイルタ21を挿入していることである。ま
た、図示せぬも上述のローパスフイルタ21を、システ
ム出力側に設けられている端子11とD/A変換回路1
0の間に配すると共に、該ローパスフイルタ21と端子
11の間に、上述の経路23の他端を接続するようにし
てもよい。
【0044】これにより、適応ノイズキャンセラ6によ
り風雑音成分の低減されている低域の音声信号成分S
と、マイクロホン1からハイパスフィルタ22を介して
得られ風雑音成分のカットされている高域の音声信号成
分Sとが混合されてなる音声信号成分Sを得ることが可
能となる。その他の構成、作用、効果等の内容について
は、前述の一実施例と同様につき重複する説明を省略す
る。
【0045】図8には、一実施例の第2の変形例が示さ
れている。この第2の変形例が、前述の一実施例と異な
る点は、加算器5をアナログの加算器25に変えると共
に、このアナログの加算器25を、マイクロホン1、2
とA/D変換回路3、4の間に配していることである。
つまり、参照入力がアナログ的に形成されていることで
ある。尚、その他の構成、作用、効果等の内容について
は、前述の一実施例と同様につき、一実施例と共通する
部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【0046】この一実施例によれば、近接して配置され
ている一対のマイクロホン1、2の出力に基づき、主要
入力(S+n)及び参照入力(n−(n*))が形成さ
れる。そして、適応フイルタ9では、上述の参照入力
(n−(n*))に基づき、主要入力(S+n)中の雑
音成分nに類似する信号Yが形成される。該信号Yが加
算器8にて主要入力(S+n)から減算されることによ
って、雑音成分nがキャンセルされて音声信号成分Sが
出力される。
【0047】従って、通常の一対のマイクロホン1、2
を用いることによって、風防を使用しなくとも風雑音成
分をキャンセルすることができ、また、マイクロホン
1、2が近接して配置されるため機器の小型化に貢献で
きる。そして、風雑音成分のキャンセルに際しては、電
気的/音響的ハイパスフィルタ等を使用する必要がなく
収音品質の低下を防止することができる。
【0048】また、適応ノイズキャンセラ6を用いてい
るので、風雑音の特性〔例えば、レベル或いはスペクト
ル分布等〕が変化しても、適応フイルタ9の特性が自動
的に更新され、風雑音成分を安定して低減させることが
できる。
【0049】図9及び図10には、他の実施例が示され
ている。この他の実施例が、前述の一実施例と異なる点
は、雑音として風雑音のみならず、振動による振動雑音
をも考慮していることである。即ち、図9に示されるよ
うに、振動を検知する振動センサ31、該振動センサ3
1のアナログ出力をデジタル信号に変換するA/D変換
回路32を設けると共に、一実施例に示される加算器5
に代え、3入力の加減算が可能な加算器33を配してい
ることである。尚、上述の一実施例と共通する部分には
同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0050】マイクロホン1、2からの出力には、夫
々、音声信号成分Sと、風雑音及び振動雑音からなる雑
音成分が含まれている。
【0051】マイクロホン1から出力される電気信号は
A/D変換回路3に供給され、A/D変換回路3にて、
マイクロホン1の電気信号がデジタル信号に変換され
る。これによって、主要入力が形成される。該主要入力
は、加算器33、適応ノイズキャンセラ6の遅延回路7
に供給される。
【0052】マイクロホン2から出力される電気信号は
A/D変換回路4に供給され、A/D変換回路4にて、
デジタル信号に変換される。該デジタル信号が加算器3
3に供給される。
【0053】振動センサ31にて検出された振動成分
が、A/D変換回路32にて、デジタル信号に変換され
る。該デジタル信号が加算器33に供給される。
【0054】加算器33では、負符号が付されてなるA
/D変換回路4の出力に、A/D変換回路3、32の出
力とが加算される。この減算の結果、音声信号成分Sは
除去され、風雑音及び振動雑音からなる参照入力として
の雑音成分が形成される。以後は、この参照入力に基づ
いて、信号Yが形成される。該信号Yが加算器8にて主
要入力から減算されることによって、風雑音及び振動雑
音からなる雑音成分がキャンセルされ音声信号成分Sが
出力される。
【0055】尚、この他の実施例に示される構成、作
用、効果等の内容については、雑音成分が風雑音及び振
動雑音からなることと、風雑音のみならず振動雑音をも
キャンセルできる点を除いては、前述の一実施例と同様
につき重複する説明を省略する。
【0056】図10には、他の実施例の変形例が示され
ている。この変形例が、上述の他の実施例と異なる点
は、加算器33をアナログの加算器35に変えると共
に、このアナログの加算器35を、マイクロホン2とA
/D変換回路4の間に配していることである。
【0057】尚、その他の構成、作用、効果等の内容に
ついては、上述の他の実施例及び、前述の一実施例に於
ける第2の変形例と同様につき、共通する部分には同一
符号を付し重複する説明を省略する。また、特に図示せ
ぬも前述の一実施例に於ける第1の変形例と同様の構成
を、この他の実施例に適用することも可能である。
【0058】この他の実施例によれば、上述の一実施例
の構成に加え、振動センサ31により振動を検出すると
共に、該振動センサ31で検出された振動成分が加算器
33に供給されることで、風雑音及び振動雑音からなる
参照入力が形成される。そして、適応フイルタ9では、
上述の参照入力から主要入力中の雑音成分に類似する信
号Yが形成される。該信号Yが加算器8にて主要入力か
ら減算されることによって、雑音成分がキャンセルされ
て音声信号成分Sが出力される。
【0059】従って、前述の一実施例の効果に加えて、
振動雑音成分をキャンセルすることができ、また、雑音
の種類毎に処理系を用意せずとも、単一の処理系で良好
な収音品質を実現し得る。
【0060】この他の実施例では、雑音成分を、風雑音
及び振動雑音からなるものとしているが、これに限定さ
れるものではなく、単に振動雑音のみを対象としてもよ
いことは勿論である。
【0061】この実施例に示される雑音低減装置は、多
方面の録音システムに対して適用が可能である。例え
ば、小型携帯用のビデオカメラ装置に対しても適用が可
能であり、風雑音の除去に加えて、ユーザの使用によっ
て生ずる振動、機械系による振動等の検出、除去が可能
である。更に、この実施例に示される一対のマイクロホ
ン1、2は、指向性の有無を問わず使用可能である。
【0062】
【発明の効果】請求項1の発明にかかる雑音低減装置に
よれば、風防を使用しなくとも風雑音成分をキャンセル
することができるという効果がある。また、一対のマイ
クロホンが近接して配置されるため機器の小型化に貢献
できるという効果がある。そして、電気的/音響的ハイ
パスフィルタ等を使用する必要がなく収音品質の低下を
防止することができるという効果がある。
【0063】また、実施例によれば、適応ノイズキャン
セラを用いているので、風雑音の特性〔例えば、レベル
或いはスペクトル分布等〕が変化しても、適応フイルタ
の特性が自動的に更新され、風雑音成分を安定して低減
させることができるという効果がある。
【0064】請求項2の発明にかかる雑音低減装置によ
れば、請求項1の効果に加えて、振動雑音成分をキャン
セルすることができるという効果があり、また、雑音の
種類毎に処理系を用意せずとも、単一の処理系で良好な
収音品質を実現しうるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】適応フイルタの構成を示すブロック図である。
【図3】風雑音成分の周波数スペクトラムを示す図であ
る。
【図4】一対のマイクロホンにて収音された風雑音成分
の相関度を示す図である。
【図5】一対のマイクロホンで収音された風雑音成分の
差分出力例を示す図である。
【図6】雑音低減効果を示す波形図である。
【図7】一実施例の第1の変形例を示すブロック図であ
る。
【図8】一実施例の第2の変形例を示すブロック図であ
る。
【図9】この発明の他の実施例を示すブロック図であ
る。
【図10】他の実施例の変形例を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
1、2 マイクロホン素子 5、25、33、35 加算器 6 適応ノイズキャンセラ 31 振動センサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 近接して設けられた一対のマイクロホン
    と、 上記一対のマイクロホン出力の間で減算を行う手段と、 上記一対のマイクロホンの内、一方のマイクロホンの出
    力を主要入力とし、上記他方のマイクロホンの出力を参
    照入力として、上記主要入力及び参照入力を適応的に処
    理する手段とを備えたことを特徴とする雑音低減装置。
  2. 【請求項2】 近接して設けられた一対のマイクロホン
    と、 上記一対のマイクロホン出力の間で減算を行う手段と、 上記一対のマイクロホンの内、一方のマイクロホンの出
    力を主要入力とし、上記他方のマイクロホンの出力を参
    照入力として、上記主要入力及び参照入力を適応的に処
    理する手段と、 振動を検出する手段と、 上記マイクロホンからの出力に、上記振動を検出する手
    段からの出力を加える手段とを備えたことを特徴とする
    雑音低減装置。
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