JPH05191882A - 適応ノイズキャンセラ用集音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノイズキャンセルできる帯域を従来より広く
できる適応ノイズキャンセラ用集音装置を実現する。 【構成】 適応ノイズキャンセラにおいては、主マイク
ロフォン１０及びノイズ参照用マイクロフォン１１から
の音響信号の相関が高いことを前提としている。このよ
うな相関を高くすべく、これらマイクロフォン１０及び
１１を、音響取入孔２２を有する同一のケーシング２０
内に装着して、主マイクロフォン１０の音響捕捉面１０
Ｆとノイズ参照用マイクロフォンの音響捕捉面１１Ｆと
を近接して対向させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は適応ノイズキャンセラ用
集音装置に関し、例えば、ハンズフリー自動車電話にお
ける適応ノイズキャンセラに適用し得るものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ハンズフリー自動車電話におい
ては、話者の位置自由度を高めるように指向性が広いマ
イクロフォンが適用されている。そのため、マイクロフ
ォンは、話者からの音響（音声を含む概念）だけでな
く、エアコンやエンジンの動作音や道路面からの走行
音、すなわち背景雑音をも捕捉してしまう。これでは通
話品質が低下する。そこで、ハンズフリー自動車電話に
おいては、従来、このような背景雑音を除去する適応ノ
イズキャンセラを適用している。

【０００３】文献１『Joseph C.Liberti,Theodore S.Ra
ppaport,and John G.Proakis,"EVALUATION OF SEVERAL
ADAPTIVE ALGORITHMS FOR CANCELING ACOUSTIC NOISE I
NMOBILE RADIO ENVIRONMENTS",CH2944-7/91/0000/0126,
1991 IEEE,pp126-132』 図２は、文献１に記載されている２マイクロフォン方式
の適応ノイズキャンセラを示すものである。図２におい
て、この適応ノイズキャンセラ１は、主マイクロフォン
１０、ノイズ参照用マイクロフォン１１、２個のアナロ
グ／デジタル変換回路１２及び１３、遅延手段１４、適
応フィルタ１５、減算器１６及びデジタル／アナログ変
換回路１７から構成されている。

【０００４】主マイクロフォン１０が捕捉して電気信号
に変換した音響信号（以下、主音響信号と呼ぶ）は、デ
ジタル／アナログ変換回路１２によってデジタル信号に
変換され、さらに、遅延手段１４を介して、例えば適応
フィルタ１５の中間タップに相当する時間だけ遅延され
た後減算器１６に被減算入力として与えられる。

【０００５】他方、ノイズ参照用マイクロフォン１１が
捕捉して電気信号に変換した音響信号（以下、副音響信
号と呼ぶ）は、デジタル／アナログ変換回路１３によっ
てデジタル信号に変換されて例えばＦＩＲ型の適応フィ
ルタ１５に与えられる。適応フィルタ１５は、入力され
た副音響信号から、主音響信号におけるノイズ成分を形
成して減算器１６に減算入力として与える。

【０００６】かくして、減算器１６によって、主音響信
号から、それに含まれているノイズ成分を除去した音響
信号が得られ、これがデジタル／アナログ変換回路１７
を介してアナログ信号に変換されて出力される。

【０００７】なお、以上のような動作は、話者からの音
響信号が与えられている際に実行され、この際には適応
フィルタ１５のタップ係数は固定されている。適応フィ
ルタ１５のタップ係数は、話者からの音響信号がなく、
主マイクロフォン１０及びノイズ参照用マイクロフォン
１１が共に背景ノイズを捕捉している状態において減算
器１６から出力されている除去残差信号によって適応的
に更新される。

【０００８】図３は、主マイクロフォン１０及びノイズ
参照用マイクロフォン１１の配置を示す概略斜視図であ
る。主マイクロフォン１０及びノイズ参照用マイクロフ
ォン１１は、それぞれの音響捕捉面１０Ｆ及び１１Ｆが
同一平面上に位置するように、かつ、できるだけ近接し
て設けられている。

【０００９】適応ノイズキャンセラ１において、主マイ
クロフォン１０及びノイズ参照用マイクロフォン１１を
図３に示すように配置したのは、ノイズ参照用マイクロ
フォン１１が捕捉して得た副音響信号から、主マイクロ
フォン１０が捕捉して得た主音響信号に含まれているノ
イズ成分を形成するので、主音響信号におけるノイズ成
分と副音響信号におけるノイズ成分とは高い相関性がな
ければならないからである。

【００１０】この相関性を表すものとして、文献１で
は、次の(1) 式に示すコヒーレンス関数γ（ω）を定義
している。 γ（ω）＝Ｓpr（ω）／（Ｓpp（ω）Ｓrr（ω））^1/2 …(1) ここで、Ｓpr（ω）は主マイクロフォン１０の入力音響
信号とノイズ参照用マイクロフォン１１の入力音響信号
の間のクロススペクトラルデンシティであり、Ｓpp
（ω）及びＳrr（ω）はそれぞれ、主マイクロフォン１
０の入力音響信号及びノイズ参照用マイクロフォン１１
の入力音響信号のパワースペクトラルデンシティであ
る。また、ωは角周波数成分を意味する。

【００１１】また、文献１は、このコヒーレンス関数γ
（ω）を用いてノイズキャンセレーション（ノイズ消去
量）の期待値ψ（ω）が、周波数ωの関数で次の(2) 式
で与えられることを記載している。 ψ（ω）＝１／（１−｜γ（ω）｜² ） …(2) 上述した(1) 式及び(2) 式で評価した場合、実際上、ノ
イズ源からのある種の超低周波信号は、主マイクロフォ
ン１０及びノイズ参照用マイクロフォン１１が２０ｃｍ
以上離れていても高い相関性を示し、十分にノイズをキ
ャンセルできることが報告されている。他方、高周波ノ
イズ源からの信号は、主マイクロフォン１０及びノイズ
参照用マイクロフォン１１の距離が数ｃｍ程度でも相関
性が非常に小さくなってノイズを適切にキャンセルでき
ないことが報告されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、２マイ
クロフォン方式の適応ノイズキャンセラ１において、２
つのマイクロフォン１０及び１１の距離を近付ける方
が、ノイズ消去量が多くなり、またノイズ消去できる周
波数も高域に伸びることが述べられている。

【００１３】しかしながら、図３に示すように、マイク
ロフォン１０及び１１の音響捕捉面１０Ｆ及び１１Ｆを
同一平面上に位置させてこれらマイクロフォン１０及び
１１を近付けて配置する方法では、マイクロフォン１０
及び１１自体の物理的な大きさのために近付けられる距
離に限界がある。その結果、両マイクロフォン１０及び
１１が捕捉する音響信号の相関性を高くするのにも限界
があり、ノイズ消去できる周波数にも限界がある。

【００１４】実際上、上述のようなハンズフリー自動車
電話用の適応ノイズキャンセラ１の場合、自動車電話の
音響帯域をカバーできていない。例えば、自動車の走行
に伴う風切音や道路からの走行音やエアコンファンの回
転音には、高い周波数成分も含まれており、話者からの
音響信号からこのような背景雑音を従来は十分にキャン
セルできなかった。

【００１５】このような問題は、ノイズ参照用マイクロ
フォンが１個の場合だけでなく、ノイズ参照用マイクロ
フォンが２個以上の場合にも同様に生じる。勿論、ノイ
ズ参照用マイクロフォンが増えれば増えるだけ、ノイズ
キャンセルの精度は向上するが、相関性が低い高周波数
成分に対してノイズをキャンセルできない点では上述と
同様である。

【００１６】本発明は、以上の点を考慮してなされたも
のであり、ノイズキャンセルできる帯域を従来より広く
できる適応ノイズキャンセラ用集音装置を提供しようと
するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明の適応ノイズキャンセラ用集音装置は、音響
を捕捉する主音響捕捉手段と、音響を捕捉する１以上の
ノイズ参照用音響捕捉手段と、各ノイズ参照用音響捕捉
手段から出力された音響信号からノイズ成分を抽出する
各ノイズ参照用音響捕捉手段に対応した適応フィルタ手
段と、上記主音響捕捉手段から出力された音響信号から
各適応フィルタ手段から出力されたノイズ成分を減算し
てノイズキャンセルされた音響信号を得る減算手段とを
備えた適応ノイズキャンセラにおいて、上記主音響捕捉
手段の音響捕捉面と上記各ノイズ参照用音響捕捉手段の
音響捕捉面との計Ｎ個の音響捕捉面を、ある１点を中心
とした周方向に３６０／Ｎ度ずつの間隔で、しかも上記
ある１点に対して等しい距離を有して向くように近接し
て配置させたことを特徴とする。

【００１８】ここで、主音響捕捉手段及び各ノイズ参照
用音響捕捉手段を、音響取入孔を有する同一のケーシン
グ内に装着するようにし、上記配置を実現することが好
ましい。

【００１９】

【作用】主音響捕捉手段から出力された音響信号から、
各適応フィルタ手段が対応するノイズ参照用音響捕捉手
段からの音響信号を処理して得たノイズ成分を減算手段
が減算して、ノイズキャンセルされた音響信号を出力す
る適応ノイズキャンセラにおいては、主音響捕捉手段か
らの音響信号と各ノイズ参照用音響捕捉手段からの音響
信号との相関が高いことが前提とされている。

【００２０】本発明においては、主音響捕捉手段からの
音響信号と各ノイズ参照用音響捕捉手段からの音響信号
との相関を高くすべく、等価的な同一の点音源からの音
響信号をその点音源から等距離にある主音響捕捉手段及
びノイズ参照用音響捕捉手段が捕捉すると等価な状態を
作り出すことを意図した。

【００２１】そのため、主音響捕捉手段の音響捕捉面と
各ノイズ参照用音響捕捉手段の音響捕捉面との計Ｎ個の
音響捕捉面を、ある１点を中心とした周方向に３６０／
Ｎ度ずつの間隔で、しかも上記ある１点に対して等しい
距離を有して向くように近接して配置させた。

【００２２】このような複数の音響捕捉面の配置を実現
する、主音響捕捉手段及び各ノイズ参照用音響捕捉手段
を支持する構成は各種あるが、複数の音響捕捉面の相対
的な位置精度や生産性等を考慮した場合、主音響捕捉手
段及び各ノイズ参照用音響捕捉手段を、音響取入孔を有
する同一のケーシング内に装着するようにして実現させ
ることが好ましい。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を、ノイズ参照用マイクロフォ
ンが１個の適応ノイズキャンセラに適用した集音装置の
第１実施例を図面を参照しながら詳述する。なお、この
実施例が適用される適応ノイズキャンセラの電気的構成
は、従来と同様に上述した図２に示す構成を有するので
その説明は省略する。

【００２４】図１はこの実施例の集音装置構成を示す斜
視図であり、図３との同一対応部分には同一符号を付し
て示している。また、図４はこの第１実施例におけるケ
ーシングの縦断面図である。

【００２５】図１において、この実施例の主マイクロフ
ォン１０及びノイズ参照用マイクロフォン１１は、同一
のケーシング２０内に装着されて取り付けられている。

【００２６】この実施例の場合、主マイクロフォン１０
及びノイズ参照用マイクロフォン１１として同一の円柱
形状を有するものを適用している。そのため、これらマ
イクロフォン１０及び１１を装着収容するケーシング２
０は、両端面が開放されている円筒形状を有し、その内
周面は両マイクロフォン１０及び１１の外周面とほぼ一
致している。

【００２７】ケーシング２０の長手方向中央部の内周直
径は両端部側の内周直径より僅かに小さくされており、
これにより、図４に示すように、内周面に段部２１ａ及
び２１ｂが形成されている。主マイクロフォン１０及び
ノイズ参照用マイクロフォン１１は、その音響捕捉面１
０Ｆ及び１１Ｆ側からこのケーシング２０内に挿入さ
れ、上述した段部２１ａ又は２１ｂに接するまで挿入さ
れて装着される。このような装着状態においては、両マ
イクロフォン１０及び１１の音響捕捉面１０Ｆ及び１１
Ｆは対向している。なお、実際上は、音響捕捉面１０Ｆ
及び１１Ｆ間の距離が数ｍｍ程度になるように段部２１
ａ及び２１ｂが設けられている。

【００２８】両音響捕捉面１０Ｆ及び１１Ｆと、ケーシ
ング２０の内周面とで形成される空間は、ケーシング２
０の中央部に穿設された複数の長孔（以下、音響取入孔
と呼ぶ）２２によってケーシング２０の外部空間と連絡
されている。すなわち、ケーシング２０の外部で生じた
音響は、これら音響取入孔２２によってケーシング２０
内に取込まれて両マイクロフォン１０及び１１の音響捕
捉面１０Ｆ及び１１Ｆに到達するようになされている。

【００２９】以上のように、ケーシング２０の外部で発
生した音響は、音響取入孔２２を介してケーシング２０
内に取り込まれて音響捕捉面１０Ｆ及び１１Ｆに到達す
るので、音源の位置や音響信号の周波数に関係なく、両
音響捕捉面１０Ｆ及び１１Ｆとケーシング２０の内周面
とで形成される空間（点空間とみなされる）で捕捉する
ことができる。すなわち、従来では、両マイクロフォン
１０及び１１を、その物理的大きさ以上に近付ける（１
〜２ｃｍ程度が限界）ことができなかったが、この実施
例の場合数ｍｍ程度まで近付けることができて、しかも
捕捉した音響信号を周波数成分の全域に亘ってほぼ同じ
ものとすることができる。

【００３０】従って、両マイクロフォン１０及び１１か
ら出力される音響信号は非常に相関が高くなり、必要帯
域の全域に渡って良好なノイズキャンセルを実行するこ
とができるようになる。

【００３１】図５は、この実施例による適応ノイズキャ
ンセラ用集音装置（図１）を適用した場合のノイズキャ
ンセル特性を示すものであり、図６は、従来の適応ノイ
ズキャンセラ用集音装置（図３参照）を適用した場合の
ノイズキャンセル特性を示すものである。図５及び図６
において、曲線ＡＩＮ１及びＡＩＮ２はそれぞれ、主マ
イクロフォン１０で捕捉されたノイズ（自動車エアコン
ファンノイズ）のパワースペクトラムであり、曲線ＡＯ
ＵＴ１及びＡＯＵＴ２はそれぞれ、それに対応した適応
ノイズキャンセラからの出力信号のパワースペクトラム
である。従って、入力ノイズ曲線ＡＩＮ１又はＡＩＮ２
と、出力ノイズ曲線ＡＯＵＴ１又はＡＯＵＴ２とが重な
っている部分は、ノイズキャンセルを実現できていない
帯域を意味している。

【００３２】図５及び図６の比較から明らかなように、
この実施例の場合、従来とは異なって、自動車電話の音
響帯域（３００Ｈｚ〜３ｋＨｚ）のほぼ全域に亘って、
良好なノイズキャンセルを実現できていることが分か
る。

【００３３】図７は、本発明の第２実施例の集音装置に
係るケーシング３０の断面図を示すものである。これは
図４と同様な方向の断面図である。

【００３４】この第２実施例は、ノイズ参照用マイクロ
フォンとして２個のマイクロフォン１１Ａ及び１１Ｂを
有する適応ノイズキャンセラに対するものである。すな
わち、図示は省略するが、一方のノイズ参照用マイクロ
フォン１１Ａからの副音響信号に基づいて形成されたノ
イズ成分を、主マイクロフォン１０からの主音響信号か
ら除去し、その除去後の音響信号から、他方のノイズ参
照用マイクロフォン１１Ｂからの副音響信号に基づいて
形成されたノイズ成分を除去する適応ノイズキャンセラ
に対するものである。

【００３５】図７において、主マイクロフォン１０及び
２個のノイズ参照マイクロフォン１１Ａ、１１Ｂが装着
されるケーシング３０は、各マイクロフォン１０、１１
Ａ、１１Ｂが挿入される円筒部３１、３２、３３と、こ
れら円筒部３１、３２及び３３の一端を繋ぎ合わせるよ
うな中央部３４とから構成されている。

【００３６】円筒部３１、３２及び３３はそれらの中心
線が１点Ｐで交わるように、かつ、１２０度の角度を隔
てるように設けられている。また、各円筒部３１、３
２、３３の中央部３４側の端部内周面にはそれぞれ、突
起量が極僅かな突条３５、３６、３７が設けられてお
り、これら突条３５、３６及び３７によって、各マイク
ロフォン１０、１１Ａ、１１Ｂの位置を決めて、各音響
捕捉面１０Ｆ、１１ＡＦ、１１ＢＦの相対的な位置関係
を規定するようになされている。すなわち、点Ｐを中心
とした周方向に１２０度ずつの間隔で、かつ点Ｐに対し
て等しい距離を有して向くように各音響捕捉面１０Ｆ、
１１ＡＦ、１１ＢＦを近接して位置決める。

【００３７】この第２実施例においても、これら音響捕
捉面１０Ｆ、１１ＡＦ及び１１ＢＦと、中央部３４の内
面とで形成される空間に、ケーシング３０の外部で発生
した音響を取り入れられるように、音響取入孔３８が設
けられている。

【００３８】従って、この第２実施例によっても、ケー
シング３０の外部で発生した音響は、音響取入孔３８を
介してケーシング３０内に取り込まれて音響捕捉面１０
Ｆ、１１ＡＦ及び１１ＢＦに到達するので、音源の位置
や音響信号の周波数に関係なく、音響捕捉面１０Ｆ、１
１ＡＦ及び１１ＢＦとケーシング３０の内面とで形成さ
れる空間（点空間とみなされる）で捕捉でき、各マイク
ロフォン１０、１１Ａ、１１Ｂの音響捕捉面１０Ｆ、１
１ＡＦ及び１１ＢＦを、マイクロフォンの物理的大きさ
以上に近付けることができて、しかも捕捉した音響信号
をほぼ同じものとすることができる。

【００３９】従って、各マイクロフォン１０、１１Ａ、
１１Ｂから出力される音響信号は非常に相関が高くな
り、必要帯域の全域に渡って良好なノイズキャンセルを
実行することができるようになる。

【００４０】なお、上記実施例においては、ノイズ参照
用マイクロフォンが１個又は２個の場合を示したが、ノ
イズ参照用マイクロフォンが３個以上の場合にも本発明
を適用することができる。

【００４１】また、本発明は、高周波ノイズが多いハン
ズフリー自動車電話用適応ノイズキャンセラに適用して
好適なものではあるが、この用途以外の適応ノイズキャ
ンセラに広く適用できることは勿論である。

【００４２】さらに、上記実施例のケーシングに設けら
れた音響取入孔２２、３８は、音響的な孔であれば良
く、完全なる貫通孔であることは要件ではない。例え
ば、塵や埃がケーシング内に入ることを防ぐために布が
張られている音響取入孔であっても良い。

【００４３】さらにまた、本発明は、複数のマイクロフ
ォンの音響捕捉面の相対的な位置関係に特徴を有するも
のであり、実施例と同様な音響捕捉面の相対的な位置関
係を実現できるのであれば、複数のマイクロフォンの支
持構成は上記実施例と異なっていても良い。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、主音響
捕捉手段の音響捕捉面と各ノイズ参照用音響捕捉手段の
音響捕捉面との計Ｎ個の音響捕捉面を、ある１点を中心
とした周方向に３６０／Ｎ度ずつの間隔で、しかもある
１点に対して等しい距離を有して向くように近接して配
置させたので、ノイズキャンセルできる帯域を従来より
広くできる適応ノイズキャンセラ用集音装置を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の適応ノイズキャンセラ用集音装置
を示す斜視図である。

【図２】適応ノイズキャンセラの電気的構成を示すブロ
ック図である。

【図３】従来のマイクロフォンの取付け方法の説明図で
ある。

【図４】第１実施例のマイクロフォン装着用ケーシング
の断面図である。

【図５】第１実施例の効果を説明する特性曲線図（その
１）である。

【図６】第１実施例の効果を説明する特性曲線図（その
２）である。

【図７】第２実施例のマイクロフォン装着用ケーシング
の断面図である。

【符号の説明】

１０…主マイクロフォン（主音響捕捉手段）、１０Ｆ…
主マイクロフォンの音響捕捉面、１１…ノイズ参照用マ
イクロフォン（ノイズ参照用音響捕捉手段）、１１Ｆ…
ノイズ参照用マイクロフォンの音響捕捉面、２０…ケー
シング、２２…音響取入孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 真資 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音響を捕捉する主音響捕捉手段と、音響
   を捕捉する１以上のノイズ参照用音響捕捉手段と、各ノ
   イズ参照用音響捕捉手段から出力された音響信号からノ
   イズ成分を抽出する各ノイズ参照用音響捕捉手段に対応
   した適応フィルタ手段と、上記主音響捕捉手段から出力
   された音響信号から各適応フィルタ手段から出力された
   ノイズ成分を減算してノイズキャンセルされた音響信号
   を得る減算手段とを備えた適応ノイズキャンセラにおい
   て、 上記主音響捕捉手段の音響捕捉面と上記各ノイズ参照用
   音響捕捉手段の音響捕捉面との計Ｎ個の音響捕捉面を、
   ある１点を中心とした周方向に３６０／Ｎ度ずつの間隔
   で、しかも上記ある１点に対して等しい距離を有して向
   くように近接して配置させたことを特徴とする適応ノイ
   ズキャンセラ用集音装置。
2. 【請求項２】 上記主音響捕捉手段及び各ノイズ参照用
   音響捕捉手段を、音響取入孔を有する同一のケーシング
   内に装着するようにしたことを特徴とする請求項１に記
   載の適応ノイズキャンセラ用集音装置。