JPH06269085A

JPH06269085A - マイクロホン装置

Info

Publication number: JPH06269085A
Application number: JP5081453A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Okubo; 仁大久保; Toru Sasaki; 徹佐々木; Takayuki Mizuuchi; 崇行水内; Kaoru Gyotoku; 薫行徳
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で、所望の有指向性を容易に得ることが
でき、かつ、希望音声を歪みを軽減できるマイクロホン
装置を実現する。【構成】希望音声を収音するための第１のマイクロホ
ン１１と、希望音声の到来方向の感度が低い指向性の第
２のマイクロホン２１とを設ける。第２のマイクロホン
２１からの音声信号は適応フィルタ手段２３を介して合
成手段１４に供給する。合成手段１４では第１のマイク
ロホン１１の音声信号から適応フィルタ手段２３の出力
信号を減算する。適応フィルタ手段２３は、合成手段１
４の出力パワーが最小化されるように、その出力信号を
調整するものであるが、適応フィルタ手段２３の伝達関
数の各周波数におけるゲインＧの値が、第２のマイクロ
ホン２１の指向特性の雑音低減対象範囲における感度の
最小値と、当該最小値の方向における第１のマイクロホ
ン１１の指向特性の感度との比の値の逆数の値を越えな
いように制限する手段１２０を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マイクロホン装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、カメラ一体型ＶＴＲでは、被写
体を撮影しながら、この被写体の周囲の音声を同時に記
録するようにしている。この音声の収音に当たっては、
一般に、被写体の方向からの音声のみを収音するように
考慮されている。すなわち、例えばカメラの前方からの
音声のみを収音するような指向特性を有するマイクロホ
ン装置を用いている。

【０００３】これ種のマイクロホン装置の一例として、
例えばいわゆるガンマイクと呼ばれるものが知られてい
る。これは、振動板の前方に伸びるパイプ部を備えてい
る。そして、このパイプ部の側壁には、多数の貫通穴が
設けられて、このパイプ部の中心線方向の前方（振動板
とは反対方向）からの音声に対して高い感度を有する指
向性を有するように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このマ
イクロホンは長いパイプ部を必要とし、大型になる欠点
がある。また、マイクロホンの前方にのみ高い感度を有
する単一指向性であり、固定的な指向性しか得られな
い。このため、希望音声到来方向からの音声だけでな
く、例えばカメラ周囲の側方からの音声をも収音したい
場合などに対応することが困難であり、指向性の方向に
自由度がない。

【０００５】そこで、出願人は、特願平４−１４３２０
９号として、適応雑音キャンセラーを応用して、小型に
して超指向特性を有するように構成することができるマ
イクロホン装置を提案している。

【０００６】図８は、適応雑音キャンセラーの基本的構
成を示すもので、先ず、この適応雑音キャンセラーにつ
いて説明する。

【０００７】図８において、１は主要入力端子、２は参
照入力端子であって、主要入力端子１を通じて入力され
た主要入力信号は遅延回路３を介して合成回路４に供給
される。また、参照入力端子２を通じて入力された参照
入力信号は、適応フィルタ回路５を介して合成回路４に
供給され、遅延回路３からの信号から減算される。この
合成回路４の出力は、適応フィルタ回路５に帰還される
と共に、出力端子６に導出される。

【０００８】この適応雑音キャンセラーにおいては、主
要入力信号としては、希望信号ｓと、これと無相関の雑
音信号ｎ0 とが加算されたものが入力される。一方、参
照入力信号としては、雑音信号ｎ1 が入力される。参照
入力の雑音信号ｎ1 は、希望信号ｓとは無相関である
が、雑音信号ｎ0 とは相関があるようにされている。

【０００９】適応フィルタ回路５は、参照入力雑音信号
ｎ1 をフィルタリングして、雑音信号ｎ0 に近似する信
号ｙを出力する。この場合は、適応フィルタ回路５にお
いては、所定の適応のアルゴリズムにより、合成回路４
の減算出力（残差出力）ｅが最小になるように、参照入
力雑音信号ｎ1 のフィルタリングのフィルタ係数を更新
してゆく。

【００１０】この適応フィルタ回路５の出力信号ｙとし
て、雑音信号ｎ0 と逆相、等振幅の信号を得るようにす
ることもできる。遅延回路３は、適応フィルタ回路５で
の演算処理に要する時間遅れや適応フィルタでの伝播時
間その他を補償して、減算処理する信号との時間合わせ
をするためのものである。

【００１１】以下に、適応雑音キャンセラーの原理につ
いて説明する。

【００１２】今、希望信号ｓ，雑音ｎ0 ，雑音ｎ1 ，出
力信号ｙが統計的に定常であり、平均値がゼロであると
仮定すると残差出力ｅは、ｅ＝ｓ＋ｎ0 −ｙとなる。これを二乗したものの期待値は、希望信号ｓが
雑音ｎ0 及び出力ｙと無相関であるから、Ｅ［ｅ²］＝Ｅ［ｓ²］＋Ｅ［（ｎ0 −ｙ）²］＋２Ｅ［ｓ（ｎ0 −ｙ）］＝Ｅ［ｓ²］＋Ｅ［（ｎ0 −ｙ）²］となる。適応フィルタ回路５が収束するものとすれば、
適応フィルタ回路５は、Ｅ［ｅ²］が最小になるよう
に、適応フィルタ係数を更新するものである。このと
き、Ｅ［ｓ²］は影響を受けないので、Ｅmin ［ｅ²］＝Ｅ［ｓ²］＋Ｅmin ［（ｎ0 −ｙ）²］となる。

【００１３】すなわち、Ｅ［ｅ²］が最小化されること
によってＥ［（ｎ0 −ｙ）²］が最小化され、適応フィ
ルタ回路５の出力ｙは、雑音信号ｎ0 の推定量になる。
そして、合成回路４からの出力の期待値は、希望信号ｓ
のみとなる。すなわち、適応フィルタ回路５を調整して
全出力パワーを最小化することは、減算出力ｅが、希望
音声信号ｓの最小二乗推定値になることに等しい。

【００１４】なお、適応フィルタ回路５はアナログ信号
処理回路で実現する場合とデジタル信号処理回路で実現
する場合の、いずれでも可能であるが、一般的には、Ｄ
ＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を用いたデジタル
処理回路の構成とされる。

【００１５】先に提案したマイクロホン装置は、主要入
力収音用の第１のマイクロホンと、参照入力収音用の第
２のマイクロホンを設け、第１のマイクロホンの出力信
号を、主要入力端子１に入力し、第２のマイクロホンの
出力信号を参照入力端子２に入力する。

【００１６】主要入力収音用の第１のマイクロホンは、
希望音声を収音するため、例えば無指向性のマイクロホ
ンあるいは希望音声到来方向に指向特性の最大感度を有
するように配置された有指向性例えば単一指向性マイク
ロホンで構成される。また、参照入力収音用の第２のマ
イクロホンは、有指向性例えば単一指向性であって希望
音声方向を指向特性の最小感度が向くように配置したマ
イクロホンで構成される。

【００１７】このような構成にすれば、参照入力信号に
は、希望音声信号は殆ど含まれず、このため参照入力信
号は、希望音声とは無相関の信号となり、主要入力中の
不要信号（雑音成分）と相関を有する信号となる。した
がって、参照入力収音用の第２のマイクロホンが、低減
したい不要信号の到来方向に所定の感度を有するように
構成されていれば、主要入力中に含まれる不要信号成分
は適応的にキャンセルされ、出力端子には希望音声信号
のみが得られるものである。

【００１８】しかしながら、参照入力収音用のマイクロ
ホンの指向特性を完全に希望音声信号を収音しないよう
な特性にすることが困難であるので、希望音声信号が、
ある程度のレベルで参照入力信号中に混入してしまう。

【００１９】この状態は、希望音声と参照入力音声の両
入力信号が無相関であるという適応処理の前提条件から
外れており、特に、参照入力の不要信号（雑音）のレベ
ルがかなり低い場合には、上述のような通常の適応処理
では、希望音声信号自体が低減の対象となってしまうと
いう問題がある。

【００２０】この発明は、以上の点にかんがみ、適応雑
音キャンセラーを用いたマイクロホン装置であって、参
照入力の不要信号（雑音）のレベルが低い場合であって
も、希望音声自体の低減を防止することができるマイク
ロホン装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明によるマイクロホン装置は、後述の実施例
の参照符号を対応させると、希望音声を収音するための
第１のマイクロホン１１と、希望音声到来方向の感度が
低い指向性の第２のマイクロホン２１と、第２のマイク
ロホン２１からの音声信号が供給される適応フィルタ手
段２３と、第１のマイクロホン１１からの音声信号か
ら、適応フィルタ手段２３の出力信号を減算する合成手
段１４とを備え、適応フィルタ手段２３は、合成手段１
４の出力パワーが最小化されるように、その出力信号を
調整するものであるが、この適応フィルタ手段２３の伝
達関数の各周波数におけるゲインの値が、第２のマイク
ロホン２１の指向特性の雑音低減対象範囲における感度
の最小値と、当該最小値の方向における第１のマイクロ
ホン１１の指向特性の感度との比の値の逆数の値を越え
ないように制限する手段を有することを特徴とする。

【００２２】

【作用】上記の構成のこの発明によれば、雑音低減対象
範囲においては、適応フィルタ手段２３の出力は、主要
入力中の不要信号とほぼ同一のレベル、位相特性、周波
数特性を有する信号となるようにされ、これが合成手段
１４で主要入力から減算されることにより、主要入力中
の不要信号が除去される。

【００２３】このときの適応フィルタ手段２３の伝達関
数の各周波数におけるゲインは、不要信号到来方向にお
ける第１のマイクロホン１１の指向特性の感度と、第２
のマイクロホン２１の指向特性の感度との比にほぼ等し
い。

【００２４】参照入力収音用の第２のマイクロホン２１
は希望音声到来方向の感度が非常に低いものとされてい
る。したがって、希望音声到来方向からの音声を低減対
象として適応動作する状態のときは、適応フィルタ手段
２３の伝達関数の各周波数におけるゲインは、当該希望
音声到来方向における第１のマイクロホン１１の指向特
性の感度Ｍと、第２のマイクロホン２１の指向特性の感
度Ｓとの比の値Ｍ／Ｓにほぼ等しくなっている。

【００２５】このゲインは、第２のマイクロホン２１の
指向特性の雑音低減対象範囲における感度の最小値と、
当該最小値の方向における第１のマイクロホン１１の指
向特性の感度との比の値の逆数値よりも大きな値とな
る。

【００２６】この発明では、適応フィルタ手段２３の伝
達関数の各周波数におけるゲインの値が、第２のマイク
ロホン２１の指向特性の雑音低減対象範囲における感度
の最小値と、当該最小値の方向における第１のマイクロ
ホン１１の指向特性の感度との比の逆数の値を越えない
ように制限されているので、合成手段１４の出力パワー
を最小化するように適応動作させると上記ゲインを越え
るような状況（希望音声が低減されてしまうような状
況）のときは、希望音声を適応低減してしまうような大
きなゲインとならないように制限され、希望音声が低減
されてしまうのが防止される。

【００２７】

【実施例】以下、この発明によるマイクロホン装置の一
実施例を図１を参照しながら説明する。この例は、適応
雑音キャンセラーの適応フィルタ回路がデジタル構成の
場合の例である。

【００２８】図１において、１１は希望音声を収音する
ための主要入力用マイクロホン、２１は雑音として除去
したい方向の音声を収音するための参照入力用マイクロ
ホンである。この例は、希望音声の到来方向は、主とし
て、図２において矢印ＡＲで示すように、図上、上方か
ら下方に向かう方向（以下正面方向という）であり、こ
の方向と逆方向（以下背面方向という）からの音声を雑
音として収音しないようにするマイクロホン装置を実現
する例である。

【００２９】この例の場合には、主要入力用マイクロホ
ン１１は、図２に示すような無指向性のマイクロホンで
構成される。一方、参照入力用マイクロホン２１は、図
２に示すように、希望音声到来方向に殆ど感度を有せ
ず、背面方向に感度を有する単一指向性のマイクロホン
で構成される。

【００３０】そして、主要入力用マイクロホン１１によ
り収音され、電気信号に変換されて得られた音声信号
は、Ａ／Ｄコンバータ１２に供給されて、デジタル信号
に変換され、遅延回路１３を介して減算回路１４に供給
される。

【００３１】また、参照入力用マイクロホン２１により
収音され、電気信号に変換されて得られた音声信号は、
Ａ／Ｄコンバータ２２に供給されて、デジタル信号に変
換され、適応フィルタ回路２３に供給される。そして、
この適応フィルタ回路２３の出力信号が減算回路１４に
供給される。減算回路１４の出力信号は、適応フィルタ
回路２３に帰還されると共に、Ｄ／Ａコンバータ１５に
よりアナログ信号に戻され、出力端子１６に導出され
る。

【００３２】なお、Ｄ／Ａコンバータ１５を介さずにデ
ジタル信号のままで音声信号を出力するようにしてもよ
い。また、遅延回路１３は、適応フィルタ回路２３での
適応処理のための演算に要する時間遅れや適応フィルタ
での伝播時間その他の時間遅延を補償するためのもので
ある。

【００３３】適応フィルタ回路２３は、この例において
は、図３にも示すように、ＦＩＲフィルタ型の適応型線
形結合器１００と、フィルタ係数更新演算手段１１０
と、フィルタ係数決定手段１２０とからなっている。こ
の適応フィルタ回路２３は、マイクロコンピュータを搭
載するＤＳＰにより、ソフトウエアとして構成すること
ができる。フィルタ係数の更新のアルゴリズムは、この
例では、計算量が少なく、実用的であるため多用されて
いるＬＭＳ（最小平均自乗）法を用いる。

【００３４】ＬＭＳ法について、図３を参照しながら説
明する。図３に示すように、適応型線形結合器１００
は、それぞれ単位サンプリング時間の遅延時間Ｚ^-1を有
する複数個の遅延回路ＤＬ１，ＤＬ２，……ＤＬｍ（ｍ
は正の整数）と、入力雑音ｎ1 及び各遅延回路ＤＬ１，
ＤＬ２，……ＤＬｍの出力信号と加重係数（フィルタ係
数）との掛け算を行う加重回路ＭＸ０，ＭＸ１，ＭＸ
２，……ＭＸｍと、加重回路ＭＸ０〜ＭＸｍの出力を加
算する加算回路１０１を備える。加算回路１０１の出力
は、図８の例で説明した信号ｙである。

【００３５】加重回路ＭＸ０〜ＭＸｍに供給する加重係
数は、フィルタ係数演算回路１１０で、ＬＭＳアルゴリ
ズムにより、合成回路１４からの残差信号ｅと、参照入
力ｎ１とに基づいて形成される。このフィルタ係数演算
回路１１０で実行されるアルゴリズムは、次のようにな
る。

【００３６】今、時刻k における入力ベクトルＸ_kを、
図３にも示すように、Ｘ_k＝［ｘ_0k ｘ_1k ｘ_2k ・・・ｘ_mk］^T とし、出力をｙ_k、加重係数をｗ_jk（j=0,1,2,…m ）と
すると、入出力の関係は、次の数１に示すように、

【００３７】

【数１】となる。

【００３８】そして、時刻k における加重ベクトルＷ_k
を、Ｗ_k＝［ｗ_0k ｗ_1k ｗ_2k ・・・ｗ_mk］^T と定義すれば、入出力関係は、ｙ_k＝Ｘ_k ^T・Ｗ_k で与えられる。ここで、希望の応答をｄ_kとすれば、残
差ｅ_kは次のように表される。ｅ_k＝ｄ_k−ｙ_k ＝ｄ_k−Ｘ_k ^T・Ｗ_k ＬＭＳ法では、加重ベクトルの更新を、Ｗ_k+1＝Ｗ_k＋２μ・ｅ_k・Ｘ_k … （１）なる式（１）により順次行っていく。ここで、μは適応
の速度と安定性を決める利得因子（ステップゲイン）で
ある。

【００３９】適応フィルタ回路２３では、何等の制限を
設けないとすれば、フィルタ係数演算手段１１０におい
て上述のフィルタ係数の更新式（１）が実行され、更新
されたフィルタ係数Ｗ_k+1が適応型線形結合器１００に
供給され、減算回路１４の出力のパワーが最小になるよ
うにされる。この結果、前述もしたように、適応型線形
結合器１００からは、主要入力音声中に含まれる雑音と
しての不要信号に近似する信号が得られ、主要入力用マ
イクロホン１１で収音された音声中の希望音声と、不要
信号（雑音）とが無相関であるとすると、減算回路１４
では、不要信号が主要入力用マイクロホン１１からの音
声信号から減算されて除去され、この減算回路１４から
は、希望音声のみが得られる。

【００４０】しかし、前述したように、参照入力信号の
レベルが低い場合には、希望音声が低減対象になるた
め、この例では、フィルタ係数決定手段１２０を設け
て、希望音声を低減対象にするような状況のときには、
更新式（１）で求められるフィルタ係数をそのまま出力
するのではなく、適応フィルタ回路２３の伝達関数｜Ｈ
｜の各周波数におけるゲインＧが希望音声を低減してし
まう値にならないようなフィルタ係数に変えて出力す
る。

【００４１】希望音声を低減対象にするような状況にな
ったか否かは、更新式（１）で求められたフィルタ係数
のときの適応フィルタ回路２３の伝達関数｜Ｈ｜の各周
波数におけるゲインＧを監視することにより判別するこ
とができる。すなわち、適応フィルタ回路２３の伝達関
数｜Ｈ｜の各周波数におけるゲインＧが、低減対象不要
音声の到来方向におけるマイクロホン１１の感度と、マ
イクロホン２１の感度との比の値に等しいとき、その不
要音声を主要入力から低減でき、システムは、そのよう
になるように働く。

【００４２】この場合、マイクロホン１１及びマイクロ
ホン２１の指向特性の最高感度の値を「１」としたと
き、単一指向性であるマイクロホン２１の指向特性の各
方向に対する感度は、図２に示すように、矢印ＡＲと逆
方向の感度が「１」であるが、矢印ＡＲと９０度の角度
の方向の感度は、約「０．５」とされ、矢印ＡＲの方向
に対して９０度〜２７０度の角範囲の感度は、「０．
５」〜「１」である。

【００４３】したがって、例えば不要音声の入力方向
が、斜め後ろ方向であると、その方向では無指向性であ
るマイクロホン１１の指向特性の感度は「１」、単一指
向性であるマイクロホン２１の指向特性の感度は例えば
「０．８」となる。したがって、両者の感度比は「１．
２５」となり、適応フィルタ回路２３の伝達関数｜Ｈ｜
の各周波数におけるゲインＧが、「１．２５」であれ
ば、システムは、この斜め後方からの不要音声を主要入
力からキャンセルするように働く。

【００４４】今、矢印ＡＲの方向に対して９０度〜２７
０度の角範囲を雑音低減対象範囲とすると、この範囲に
おけるマイクロホン２１の指向特性の最小感度は、
「０．５」であるから、前記ゲインＧはその逆数である
「２」以下の値をとる。

【００４５】一方、希望音声到来方向から、±９０度の
角範囲では、マイクロホン２１の指向特性の感度は、
「０．５」より小さい値となっている。したがって、低
減対象音声がこの範囲となる場合には、マイクロホン１
１及び２１の感度比が「２」より大きくなり、前記ゲイ
ンＧが「２」より大きくなる。換言すれば、適応フィル
タ回路２３の伝達関数｜Ｈ｜の各周波数におけるゲイン
Ｇが「２」より大きくなると、雑音低減対象範囲でない
希望音声到来方向からの音声を、不要信号として低減使
用とする状態となることが分かる。

【００４６】以上のことを考慮して、この例では、雑音
低減対象範囲を矢印ＡＲの方向に対して９０度〜２７０
度の角範囲の背面方向とし、この範囲におけるマイクロ
ホン２１の指向特性の最小感度は、「０．５」であるこ
とから、この感度「０．５」と、この最小感度の９０度
方向におけるマイクロホン１１の指向特性の感度「１」
との比の値の逆数、すなわち「２」を、適応フィルタ回
路２３の伝達関数｜Ｈ｜の各周波数におけるゲインＧが
越えないように、フィルタ係数決定手段１２０におい
て、適応型線形結合器１００に供給するフィルタ係数を
制限するものである。

【００４７】このため、フィルタ係数決定手段１２０で
は、フィルタ係数演算手段１１０で求められたフィルタ
係数の更新値から、前記ゲインＧを演算により求め、そ
のゲインＧが「２」より大きいか否か判別する。そし
て、ゲインＧが「２」より小さいときには、演算手段１
１０からのフィルタ係数の更新値をそのまま出力して、
適応型線形結合器１００の加重回路に供給する。

【００４８】一方、演算により求めたゲインＧが「２」
より大きいときには、ゲインＧが「２」より小さくなる
ようなフィルタ係数を、演算手段１１０からの更新値に
代えて適応型線形結合器１００に供給する。出力するフ
ィルタ係数としては、フィルタ係数決定手段１２０にお
いて演算で求めたゲインＧが「２」を越える前のフィル
タ係数を用いるようにすることもできるし、出力するフ
ィルタ係数を決定手段１２０で演算により求めてもよ
い。

【００４９】適応フィルタ回路２３は、マイクロコンピ
ュータにより構成できることは前述した通りである。図
４に、上記の処理をマイクロコンピュータで行う場合の
処理のフローチャートの例を示す。

【００５０】すなわち、前述のような適応処理が始まる
と、時刻k での残差ｅ_kと参照入力ｘ_kが適応フィルタ
回路２３に供給され（ステップＳ１）、フィルタ係数演
算手段１１０では、次の時刻k+1 で更新されるべき加重
係数Ｗ_k+1が演算される（ステップＳ２）。そして、次
のステップＳ３において、この加重係数Ｗ_k+1に基づい
て、適応フィルタ回路２３の伝達関数｜Ｈ｜の各周波数
におけるゲインＧを演算により求め、次のステップＳ４
において、求めたゲインＧが限界値、この例では「２」
を越えたか否かが判断される。

【００５１】ゲインＧが「２」より小さい場合、ステッ
プＳ４からステップＳ５に進み、加重係数Ｗ_k+1がその
まま出力され、通常の適応処理が行なわれる。また、ゲ
インＧが「２」を越えた場合は、ステップＳ４からステ
ップＳ６に進み、ゲインＧが「２」を越えないフィルタ
係数Ｗ_k+1 ^＊が適応型線形結合器１００に出力される。

【００５２】この発明の場合、音声の到来方向によって
希望音声と雑音とを区別する。そして、主要入力用マイ
クロホン１１は、希望音声到来方向からの音声を収音で
きる指向特性（無指向性を含む）を有するような構成と
すると共に、参照入力用マイクロホン２１は、希望音声
到来方向に感度を有しない、あるいは低い感度の指向性
とする構成として、主要入力用マイクロホン１１で収音
された音声中の希望音声と、参照入力用マイクロホン２
１で収音された雑音とは無相関となるようにしている。

【００５３】したがって、この発明の場合には、主要入
力用マイクロホンと参照入力用マイクロホンの指向性の
みを考えればよく、両マイクロホンを近接して配置する
ことも可能であり、従来のマイクロホンシステムに比べ
て、小型にできる。

【００５４】なお、以上の例では、主要入力収音用マイ
クロホン１１を無指向性のマイクロホンとしたが、希望
音声到来方向を最高感度が向くように配置した単一指向
性などの有指向性マイクロホンを用いてもよい。また、
参照入力収音用マイクロホンは、希望音声到来方向の感
度が指向特性上で最小になるようなマイクロホンであれ
ば単一指向性のものでなくともよい。

【００５５】以上の例において、有指向性マイクロホン
１１を構成する方法はひとつではない。すなわち、その
指向性を有するマイクロホンユニットをそのまま使用し
てもよいし、複数個のマイクロホンユニットの組合せに
よって目的の指向性を得るようにしてもよい。

【００５６】例えば、２個の無指向性マイクロホンユニ
ットをわずかに離して配置すれば、単一指向性や両指向
性出力を得ることができる。

【００５７】図５及び図６を用いて、無指向性のマイク
ロホンユニットを２個用いて単一指向性のマイクロホン
を実現する例を説明する。図５に示すように、この例で
は、無指向性のマイクロホンユニット３０及び３１は、
わずかな距離ｄだけ離れて配置される。そして、図６に
示すように、一方のマイクロホンユニット３０の出力音
声信号は、図示を省略したアンプを介して減算回路３２
に供給される。他方のマイクロホンユニット３１の出力
音声信号は、同様に図示を省略したアンプ及びフィルタ
回路３３を介して減算回路３２に供給される。フィルタ
回路３３は、この例では、抵抗器３４とコンデンサ３５
とから構成される。

【００５８】この場合、抵抗器３４の抵抗値をＲ1 、コ
ンデンサ３５の容量をＣ1 としたとき、Ｃ1 ・Ｒ1 ＝ｄ／ｃ（ただし、ｃは音速である）となるように抵抗値Ｒ1 及び容量Ｃ1 が選定されてい
る。

【００５９】そして、この例では、減算回路３２の出力
は、周波数特性を平坦にするための積分器など周波数特
性補正回路３６を介して出力端子３７に出力音声信号が
導出される。後述するように、この周波数特性補正回路
３６は、必要に応じて設けられるものであって、これは
設けなくてもよい。

【００６０】この例のマイクロホンの動作について説明
する。図５に示すように、音源が２個のマイクロホンユ
ニット３０，３１の配列方向に対してθなる角度の方向
にあって、これら２個のマイクロホンユニット３０，３
１に入射しているとした場合に、各ユニット３０，３１
の出力をＰ0 ，Ｐ1 とすると、出力Ｐ1 は、Ｐ1 ＝Ｐ0 ε^{−ｊω（ｄ／ｃ）ｃｏｓθ} となる。なお、ωは角周波数である。

【００６１】マイクロホンユニット３１の出力はフィル
タ回路３３を通じて減算回路３２に供給されるので、減
算回路３２の出力信号Ｐａは、次の数２に示すようなも
のとなる。

【００６２】

【数２】なお、数２において、Ａはフィルタ回路３３のフィルタ
関数を表わし、また、ω・ｄ／ｃ＜＜１である。

【００６３】そして、数２において、次の数３を満足す
れば、出力Ｐａは単一指向性を示すものとなる。

【００６４】

【数３】つまり、この数３の式を満足すると、前記数２は、Ｐａ＝Ｐ0 ・ｊω（ｄ／ｃ）（１＋ｃｏｓθ）となり、角度θに関して単一指向性となる。

【００６５】ところで、フィルタ回路３３のフィルタ関
数Ａは、上記の例の場合、Ａ＝１／（１＋ｊωＣ1 ・Ｒ1 ）で表され、Ｃ1 ・Ｒ1 ＝ｄ／ｃとなるように構成されて
いるので、Ａ＝１／（１＋ｊωｄ／ｃ）となり、数３の式から図５の実施例のマイクロホンは単
一指向性になることは明らかである。ただし、このマイ
クロホンの周波数特性は右上がり（高域ほどレスポンス
が大）の特性になる。この例では、周波数特性補正回路
３６が、この右上がりの特性を平坦に補正するために設
けられている。

【００６６】なお、図６の例において、フィルタ回路３
３、減算回路３２、さらには周波数特性補正回路３６
は、デジタルフィルタや処理プログラム（ソフトウエ
ア）によっても実現することができる。例えば、フィル
タ回路３３は、図７のように、加算器４１と、遅延回路
４２と、伝達関数Ａの帰還アンプ４３とからなるデジタ
ルフィルタで構成することができる。

【００６７】同様にして、背向あるいは対向させて配置
した２個の単一指向性マイクロホンユニットにより、自
由に無指向性や両指向性出力を得ることができる。

【００６８】なお、この発明のマイクロホン装置は、単
体のマイクロホン装置としての使用はもちろんのこと、
カメラ一体型ＶＴＲの収音用マイクロホン装置、業務用
ビデオカメラや、測定用マイクロホン装置など、すべて
のマイクロホン装置に適用可能である。

【００６９】なお、上記の例では適応フィルタ回路２４
はデジタル回路で構成したので、全体としてデジタル回
路の構成としたが、適応フィルタ回路２４をアナログ回
路の構成として、全体としてアナログ回路の構成とする
ことも可能である。また、適応フィルタ回路部分のみを
デジタル構成とするようにしてもよい。

【００７０】また、フィルタ係数の更新のアルゴリズム
としては、上述のＬＭＳ法に限らず、例えば学習同程法
やその他のアルゴリズムを用いることができることはい
うまでもない。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、適応雑音キャンセラーを用いると共に、主要入力収
音用マイクロホンと参照入力収音用マイクロホンとを、
希望音声方向に対する感度が異なるようにして、適応雑
音キャンセラーの入力信号の条件を満足するように構成
し、超指向性のマイクロホン装置を実現する場合におい
て、適応フィルタ回路の伝達関数の各周波数におけるゲ
インＧが、希望音声を低減してしまう値にならないよう
に制限する手段を設けたので、参照入力が低レベルの場
合であっても、希望音声が低減されてしまうのを軽減す
ることができる。

【００７２】また、この発明によれば、希望音声低減防
止のための構成のために、余分なハードウエアの追加を
必要とせず、適応フィルタ手段をマイクロコンピュータ
で実現する場合には、そのソフトウエアの変更のみで対
処できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるマイクロホン装置の一実施例の
ブロック図である。

【図２】第１及び第２のマイクロホンの指向特性の一例
を示す図である。

【図３】図１の例の適応フィルタ回路の一例を示す図で
ある。

【図４】この発明によるマイクロホン装置の動作の説明
のためのフローチャートである。

【図５】複数個のマイクロホンユニットにより所望の指
向特性のマイクロホンを構成する例を説明するための図
である。

【図６】複数個のマイクロホンユニットにより所望の指
向特性のマイクロホンを構成する例を示す図である。

【図７】図６の例の一部の他の構成例を示す図である。

【図８】適応雑音キャンセラーの概要を説明するための
図である。

【符号の説明】

１１主要入力収音用の第１のマイクロホン１４減算回路２１参照入力収音用の第２のマイクロホン２３適応フィルタ回路１００適応型線形結合器１１０フィルタ係数演算手段１２０フィルタ係数決定手段

フロントページの続き (72)発明者行徳薫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希望音声を収音するための第１のマイク
ロホンと、前記希望音声の到来方向の感度が低い指向性の第２のマ
イクロホンと、前記第２のマイクロホンからの音声信号が供給される適
応フィルタ手段と、前記第１のマイクロホンの音声信号から、前記適応フィ
ルタ手段の出力信号を減算する合成手段とを備え、前記適応フィルタ手段は、前記合成手段の出力パワーが
最小化されるように、その出力信号を調整するものであ
るが、前記適応フィルタ手段の伝達関数の各周波数にお
けるゲインの値が、前記第２のマイクロホンの指向特性
の雑音低減対象範囲における感度の最小値と、当該最小
値の方向における前記第１のマイクロホンの指向特性の
感度との比の値の逆数の値を越えないように制限する手
段を有することを特徴とするマイクロホン装置。