JPH0884392A - 受音方法及びその装置 - Google Patents
受音方法及びその装置Info
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- JPH0884392A JPH0884392A JP21994194A JP21994194A JPH0884392A JP H0884392 A JPH0884392 A JP H0884392A JP 21994194 A JP21994194 A JP 21994194A JP 21994194 A JP21994194 A JP 21994194A JP H0884392 A JPH0884392 A JP H0884392A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 焦点からの受音信号のＳ／Ｎ比を向上させ
る。 【構成】 焦点Ｐからの音をマイクロホン３i （ｉ＝１
〜Ｍ）で受音し、その出力信号ｙi を乗算器７i 及び遅
延器４i を通して、信号ｙi に焦点Ｐから各マイクロホ
ン３i までの距離ｒi のｋ乗値の逆数ｒi -kを乗算する
と共に、距離ｒiに応じて遅延時間Ｄi を与える。こゝ
でＤi ＝Ｄ0 −τi ；τi ＝ｒi ／ｃ（Ｄ 0 は固定遅延
量、ｃは音速）とされる。これらの処理された各マイク
ロホン出力信号は加算器５で加算されて出力信号６とさ
れる。前記指数ｋは通常１≦ｋ≦３に設定される。各マ
イクロホンは円周配置マイクロホンアレー１1 ，１2 に
実装されている。前記遅延と乗算操作によって、焦点の
信号を同位相で加算することにより高い感度で収音する
と共に、焦点より離れた点の信号に対する感度を押圧す
ることによって、焦点の信号のＳ／Ｎ比を大幅に向上で
きる。
る。 【構成】 焦点Ｐからの音をマイクロホン３i （ｉ＝１
〜Ｍ）で受音し、その出力信号ｙi を乗算器７i 及び遅
延器４i を通して、信号ｙi に焦点Ｐから各マイクロホ
ン３i までの距離ｒi のｋ乗値の逆数ｒi -kを乗算する
と共に、距離ｒiに応じて遅延時間Ｄi を与える。こゝ
でＤi ＝Ｄ0 −τi ；τi ＝ｒi ／ｃ（Ｄ 0 は固定遅延
量、ｃは音速）とされる。これらの処理された各マイク
ロホン出力信号は加算器５で加算されて出力信号６とさ
れる。前記指数ｋは通常１≦ｋ≦３に設定される。各マ
イクロホンは円周配置マイクロホンアレー１1 ，１2 に
実装されている。前記遅延と乗算操作によって、焦点の
信号を同位相で加算することにより高い感度で収音する
と共に、焦点より離れた点の信号に対する感度を押圧す
ることによって、焦点の信号のＳ／Ｎ比を大幅に向上で
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、主としてホールや拡
声通信会議等の残響音場において、複数のマイクロホン
を用いて焦点（注目すべき点）の音を受音する場合、各
マイクロホンの出力信号に焦点から各マイクロホンまで
の距離に応じて時間遅延を与え、それぞれのマイクロホ
ンの出力和を取り出す、遅延和アレーと呼ばれる受音方
法及びその装置に関するものである。
声通信会議等の残響音場において、複数のマイクロホン
を用いて焦点（注目すべき点）の音を受音する場合、各
マイクロホンの出力信号に焦点から各マイクロホンまで
の距離に応じて時間遅延を与え、それぞれのマイクロホ
ンの出力和を取り出す、遅延和アレーと呼ばれる受音方
法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３を参照して遅延和アレーの原理を説
明する。図３は２組の円周配置マイクロホンアレー
１1 ，１2 を用いた受音装置を示す。図３において、２
はマイクロホン保持フレーム、３1 ，３2 …，３M はマ
イクロホン、４1 ，４2 …，４M は遅延器、５は加算
器、６は出力信号である。
明する。図３は２組の円周配置マイクロホンアレー
１1 ，１2 を用いた受音装置を示す。図３において、２
はマイクロホン保持フレーム、３1 ，３2 …，３M はマ
イクロホン、４1 ，４2 …，４M は遅延器、５は加算
器、６は出力信号である。
【０００３】遅延器４i （ｉ＝１〜Ｍ）は、次式で示さ
れる遅延量Ｄi をマイクロホン３iの出力信号ｙi に付
加する。 Ｄi ＝Ｄ0 −τi ； ｉ＝１，２，…Ｍ …… （１） τi ＝ｒi ／ｃ …… （２） 但し、Ｍはマイクロホンの数、ｒi は焦点Ｐからマイク
ロホン３i までの距離、ｃは音速を表す。Ｄ0 は遅延量
Ｄi の値が小さすぎて、遅延特性をディジタルフィルタ
で実現する際の精度が低下するのを防ぐために付加する
固定遅延量である。
れる遅延量Ｄi をマイクロホン３iの出力信号ｙi に付
加する。 Ｄi ＝Ｄ0 −τi ； ｉ＝１，２，…Ｍ …… （１） τi ＝ｒi ／ｃ …… （２） 但し、Ｍはマイクロホンの数、ｒi は焦点Ｐからマイク
ロホン３i までの距離、ｃは音速を表す。Ｄ0 は遅延量
Ｄi の値が小さすぎて、遅延特性をディジタルフィルタ
で実現する際の精度が低下するのを防ぐために付加する
固定遅延量である。
【０００４】焦点の音に対応する目的信号を複素正弦波
信号（exp(ｊωｔ））で表す。そしてこの目的信号は焦
点位置から直接各マイクロホンに到来していると仮定す
る。この時、マイクロホン３i で受音された目的信号ｙ
i （ｔ）の大きさは、距離ｒ i に反比例し、その位相は
τi ＝ｒi ／ｃ（秒）遅れるので、 ｙi （ｔ）＝（１／ｒi ) exp(ｊω（ｔ−τi ) ） …… （３） と表される。
信号（exp(ｊωｔ））で表す。そしてこの目的信号は焦
点位置から直接各マイクロホンに到来していると仮定す
る。この時、マイクロホン３i で受音された目的信号ｙ
i （ｔ）の大きさは、距離ｒ i に反比例し、その位相は
τi ＝ｒi ／ｃ（秒）遅れるので、 ｙi （ｔ）＝（１／ｒi ) exp(ｊω（ｔ−τi ) ） …… （３） と表される。
【０００５】遅延量４i の出力は、各受音信号ｙ
i （ｔ）に遅延量Ｄi を付加した信号ｙi（ｔ−Ｄi ）
となるので、式（３）に式（１）を代入して、 ｙi （ｔ−Ｄi ）＝（１／ｒi ) exp(ｊω（ｔ−τi −Ｄi ）） ＝（１／ｒi ) exp(ｊω（ｔ−Ｄ0 ）） ……（４） となる。この式からわかるように、各遅延器３i （ｉ＝
１，２，…Ｍ）からの出力ｙi （ｔ−Ｄi ）は、チャン
ネル番号ｉによらず同位相の信号となっている。言い換
えると、この遅延操作によって、焦点位置から到来する
信号の時間差が補正され、同相化されることがわかる。
そして、同相化した信号を加算器４において加算するこ
とで、焦点Ｐから到来する音は協調される。一方、焦点
Ｐとは異なった方向から到来する音は、τi とは異なる
伝播時間τNiをもって受音される。従って、式（４）で
表されるＤi による遅延操作では、信号は同相化され
ず、遅延器の出力は時間的にずれた波形となっており、
これを加算しても協調効果は小さい。以上の結果、遅延
和アレーは、焦点方向に対してのみ感度が高い指向特性
を形成する。
i （ｔ）に遅延量Ｄi を付加した信号ｙi（ｔ−Ｄi ）
となるので、式（３）に式（１）を代入して、 ｙi （ｔ−Ｄi ）＝（１／ｒi ) exp(ｊω（ｔ−τi −Ｄi ）） ＝（１／ｒi ) exp(ｊω（ｔ−Ｄ0 ）） ……（４） となる。この式からわかるように、各遅延器３i （ｉ＝
１，２，…Ｍ）からの出力ｙi （ｔ−Ｄi ）は、チャン
ネル番号ｉによらず同位相の信号となっている。言い換
えると、この遅延操作によって、焦点位置から到来する
信号の時間差が補正され、同相化されることがわかる。
そして、同相化した信号を加算器４において加算するこ
とで、焦点Ｐから到来する音は協調される。一方、焦点
Ｐとは異なった方向から到来する音は、τi とは異なる
伝播時間τNiをもって受音される。従って、式（４）で
表されるＤi による遅延操作では、信号は同相化され
ず、遅延器の出力は時間的にずれた波形となっており、
これを加算しても協調効果は小さい。以上の結果、遅延
和アレーは、焦点方向に対してのみ感度が高い指向特性
を形成する。
【０００６】図３において、２組の円周配置マイクロホ
ンアレー１1 ，１2 に各々１６個のマイクロホンを取付
け、遅延量Ｄi を付加した場合を考える。この時、任意
の位置に置かれた音源に対する加算器６の出力信号の絶
対値は次式で与えられる。
ンアレー１1 ，１2 に各々１６個のマイクロホンを取付
け、遅延量Ｄi を付加した場合を考える。この時、任意
の位置に置かれた音源に対する加算器６の出力信号の絶
対値は次式で与えられる。
【０００７】
【数１】 但し、ξi は任意の位置からマイクロホン３i までの距
離を表す。図４は、横６.8ｍ，縦４.2ｍ，高さ３.1ｍの
部屋において、図３に示した２組のマイクロホンアレー
１1 ，１2 を天井からつり下げ、マイクロホンアレーか
ら下方１.1ｍでの感度分布のシミュレーション結果を表
したものである。具体的には、各点に置かれた音源に対
する出力の大きさ式（５）より計算して等高線表示して
いる。計算に当たっては、自由音場を仮定し、３００Hz
〜3.４kHz の１１点（３１０Hz間隔）の平均で求めた。
２組のマイクロホンアレー１1 ，１2 は、図４のps２及
びps５を中心として配置され、アレーの焦点はps１に調
整されている。図４より２組のマイクロホンアレーの感
度分布は焦点はps１で最も高くなっている。等高線の数
値は最大値を０dBとして、−５，−１０，−１５，−２
０dBと表示している。
離を表す。図４は、横６.8ｍ，縦４.2ｍ，高さ３.1ｍの
部屋において、図３に示した２組のマイクロホンアレー
１1 ，１2 を天井からつり下げ、マイクロホンアレーか
ら下方１.1ｍでの感度分布のシミュレーション結果を表
したものである。具体的には、各点に置かれた音源に対
する出力の大きさ式（５）より計算して等高線表示して
いる。計算に当たっては、自由音場を仮定し、３００Hz
〜3.４kHz の１１点（３１０Hz間隔）の平均で求めた。
２組のマイクロホンアレー１1 ，１2 は、図４のps２及
びps５を中心として配置され、アレーの焦点はps１に調
整されている。図４より２組のマイクロホンアレーの感
度分布は焦点はps１で最も高くなっている。等高線の数
値は最大値を０dBとして、−５，−１０，−１５，−２
０dBと表示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の図３の受音装置
の欠点は焦点以外の点、即ちマイクロホンアレーが配置
されているps５の付近でも感度が−１０dBと大きいこと
である。より一般的に言えば、焦点以外の点であって
も、その点の付近にマイクロホンが配置されていたら、
その点に対する感度が上昇してしまうという問題点があ
った。
の欠点は焦点以外の点、即ちマイクロホンアレーが配置
されているps５の付近でも感度が−１０dBと大きいこと
である。より一般的に言えば、焦点以外の点であって
も、その点の付近にマイクロホンが配置されていたら、
その点に対する感度が上昇してしまうという問題点があ
った。
【０００９】本発明の目的は、複数のマイクロホンを用
いて音声や音楽を収音し、各マイクロホンの出力信号が
全て同位相で加算されるように、焦点から各マイクロホ
ンまでの距離に応じて時間遅延を与える遅延和アレー装
置が持つ上記欠点を解決し、音場の広い範囲に渡り、焦
点の音（Ｓ）を高感度で受音し、それ以外の場所の音
（Ｎ）を大幅に抑圧して、高い信号対雑音のエネルギー
比を得ることである。
いて音声や音楽を収音し、各マイクロホンの出力信号が
全て同位相で加算されるように、焦点から各マイクロホ
ンまでの距離に応じて時間遅延を与える遅延和アレー装
置が持つ上記欠点を解決し、音場の広い範囲に渡り、焦
点の音（Ｓ）を高感度で受音し、それ以外の場所の音
（Ｎ）を大幅に抑圧して、高い信号対雑音のエネルギー
比を得ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段と作用】本発明は、焦点か
ら各マイクロホンまでの距離ｒi に応じて時間遅延Ｄi
を与えるとともに、前記距離ｒi の累乗値の逆数１／ｒ
i k を重み係数として各マイクロホンの出力和を取り出
すことを特徴とする。従来技術では、距離ｒi に応じて
時間遅延だけを与えていたため、焦点から遠く離れた地
点にマイクロホンが配置されている場合、そのマイクロ
ホン位置付近で、感度が上昇する欠点があった。そこ
で、距離ｒi の累乗値の逆数１／ｒi k を重み係数とし
てマイクロホン出力ｙi に与えれば、焦点から遠く離れ
た位置のマイクロホンはｒi の値が大きくなり、従っ
て、重み係数１／ｒi k の値は小さくなる。このため、
焦点から遠く離れた位置のマイクロホンの感度は小さく
なり、焦点位置に近いマイクロホンの感度のみが高くな
り、音場の広い範囲に渡り高い信号対雑音のエネルギー
比を得ることができる。
ら各マイクロホンまでの距離ｒi に応じて時間遅延Ｄi
を与えるとともに、前記距離ｒi の累乗値の逆数１／ｒ
i k を重み係数として各マイクロホンの出力和を取り出
すことを特徴とする。従来技術では、距離ｒi に応じて
時間遅延だけを与えていたため、焦点から遠く離れた地
点にマイクロホンが配置されている場合、そのマイクロ
ホン位置付近で、感度が上昇する欠点があった。そこ
で、距離ｒi の累乗値の逆数１／ｒi k を重み係数とし
てマイクロホン出力ｙi に与えれば、焦点から遠く離れ
た位置のマイクロホンはｒi の値が大きくなり、従っ
て、重み係数１／ｒi k の値は小さくなる。このため、
焦点から遠く離れた位置のマイクロホンの感度は小さく
なり、焦点位置に近いマイクロホンの感度のみが高くな
り、音場の広い範囲に渡り高い信号対雑音のエネルギー
比を得ることができる。
【００１１】
【実施例】この発明の実施例を図１に、図３と対応する
部分に同じ符号を付して示し、重複説明を省略する。図
１において、２組の円周配置マイクロホンアレー１1,１
2に各々１６個のマイクロホンを取付け、遅延量Ｄi 及
び各マイクロホンから焦点までの距離ｒi の２乗値（ｋ
＝２の場合）の逆数を重み係数として与えた場合の、任
意の位置に置かれた音源に対するマイクロホン出力信号
の和の絶対値は次式で与えられる。
部分に同じ符号を付して示し、重複説明を省略する。図
１において、２組の円周配置マイクロホンアレー１1,１
2に各々１６個のマイクロホンを取付け、遅延量Ｄi 及
び各マイクロホンから焦点までの距離ｒi の２乗値（ｋ
＝２の場合）の逆数を重み係数として与えた場合の、任
意の位置に置かれた音源に対するマイクロホン出力信号
の和の絶対値は次式で与えられる。
【００１２】
【数２】 但し、ξi は任意の位置からマイクロホン３i までの距
離、ｒi は焦点Ｐからマイクロホン３i までの距離を表
す。図２は、横６.8ｍ，縦４.2ｍ，高さ３.1ｍの部屋に
おいて図１に示したマイクロホンアレー１1 ，１2 を天
井からつり下げ、マイクロホンアレーから下方１.1ｍで
の感度分布のシミュレーション結果を表したものであ
る。具体的には、各点に置かれた音源に対する出力の大
きさを式（６）により計算して等高線表示した。計算に
当たっては、自由音場を仮定し、３００Hz〜3.４kHz の
１１点（３１０Hz間隔）の平均で求めた。２組のマイク
ロホンアレー１1 ，１2 は、ps２及びps５を中心として
配置され、アレーの焦点はps１に調整されている。図２
より２組のマイクロホンアレーを用いた受音装置の感度
分布は焦点ps１で最も高くなっている。また、従来の図
４の例のように、マイクロホンアレーの焦点ps１から遠
く離れた地点（ps５の付近）で感度が上昇することもな
く部屋の広い範囲にわたり良好な感度分布が得られる。
離、ｒi は焦点Ｐからマイクロホン３i までの距離を表
す。図２は、横６.8ｍ，縦４.2ｍ，高さ３.1ｍの部屋に
おいて図１に示したマイクロホンアレー１1 ，１2 を天
井からつり下げ、マイクロホンアレーから下方１.1ｍで
の感度分布のシミュレーション結果を表したものであ
る。具体的には、各点に置かれた音源に対する出力の大
きさを式（６）により計算して等高線表示した。計算に
当たっては、自由音場を仮定し、３００Hz〜3.４kHz の
１１点（３１０Hz間隔）の平均で求めた。２組のマイク
ロホンアレー１1 ，１2 は、ps２及びps５を中心として
配置され、アレーの焦点はps１に調整されている。図２
より２組のマイクロホンアレーを用いた受音装置の感度
分布は焦点ps１で最も高くなっている。また、従来の図
４の例のように、マイクロホンアレーの焦点ps１から遠
く離れた地点（ps５の付近）で感度が上昇することもな
く部屋の広い範囲にわたり良好な感度分布が得られる。
【００１３】本発明では、重み係数として焦点から各マ
イクロホン３i までの距離の累乗値の逆数１／ｒi k を
与えるものである。この時のｋの値としては、１≦ｋ≦
３程度とすれば良いことが実験的に確かめられている。
この理由は、ｋを１より小さくすると、重み付けの効果
が小さくなりすぎるためであり、また、ｋを３より大き
くすると重み付けの効果が過剰になって、遠方のマイク
ロホンを全く利用しないことと等価になってしまうから
である。
イクロホン３i までの距離の累乗値の逆数１／ｒi k を
与えるものである。この時のｋの値としては、１≦ｋ≦
３程度とすれば良いことが実験的に確かめられている。
この理由は、ｋを１より小さくすると、重み付けの効果
が小さくなりすぎるためであり、また、ｋを３より大き
くすると重み付けの効果が過剰になって、遠方のマイク
ロホンを全く利用しないことと等価になってしまうから
である。
【００１４】なお図１では遅延器４i の前段に乗算器７
i を設けているが、その順序は逆でもよい。
i を設けているが、その順序は逆でもよい。
【００１５】
【発明の効果】以上述べたように、拡声通信会議等の残
響音場での音声や音楽の収音において、複数のマイクロ
ホンを用いる場合、各マイクロホンの出力信号が全て同
位相で加算されるように、焦点からマイクロホンまでの
距離差に応じて時間遅延を与え、かつ、焦点から各マイ
クロホンまでの距離の累乗値の逆数を重み係数として掛
けてそれぞれの和を取り出せば、目的とする焦点の信号
を高い感度で収音すると共に、焦点より離れた点の信号
に対する感度を抑圧することによって、焦点の信号のＳ
／Ｎ比を大幅に向上できる。
響音場での音声や音楽の収音において、複数のマイクロ
ホンを用いる場合、各マイクロホンの出力信号が全て同
位相で加算されるように、焦点からマイクロホンまでの
距離差に応じて時間遅延を与え、かつ、焦点から各マイ
クロホンまでの距離の累乗値の逆数を重み係数として掛
けてそれぞれの和を取り出せば、目的とする焦点の信号
を高い感度で収音すると共に、焦点より離れた点の信号
に対する感度を抑圧することによって、焦点の信号のＳ
／Ｎ比を大幅に向上できる。
【図１】この発明の受音装置の実施例を示すブロック
図。
図。
【図２】図１の受音装置の感度分布の一例を示す図。
【図３】従来の受音装置のブロック図。
【図４】図３の受音装置の感度分布の一例を示す図。
Claims (5)
- 【請求項１】 焦点からの音を複数のマイクロホンを用
いて受音する方法であって、各マイクロホンの出力信号
に対して、焦点から各マイクロホンまでの距離（ｒi )
に応じて時間遅延を与えると共に、前記距離の累乗値の
逆数（ｒi -k）を乗算し、それらの乗算した信号の和を
取り出すことを特徴とする受音方法。 - 【請求項２】 焦点からの音を受音する複数のマイクロ
ホン（３i ；ｉ＝１，２…，Ｍ）と、 それらの各マイクロホンの出力信号に、前記焦点から各
マイクロホンまでの距離（ｒi ）の累乗値の逆数（ｒi
-k）を乗算する乗算手段と、 前記各マイクロホンの出力信号を前記距離（ｒi ）に応
じて遅延させる遅延手段と、 前記乗算手段及び遅延手段により処理された各マイクロ
ホンの出力信号を加算する加算手段とより成る受音装
置。 - 【請求項３】 請求項２において、前記複数のマイクロ
ホンが、複数の円周配置マイクロホンアレーに実装され
ていることを特徴とする受音装置。 - 【請求項４】 請求項２において、前記遅延手段による
遅延時間Ｄi （ｉ＝１，２…，Ｍ）が、 Ｄi ＝Ｄ0 −τi ；τi ＝ｒi ／ｃ（Ｄ0 は固定遅延
量、ｃは音速） に設定されていることを特徴とする受音装置。 - 【請求項５】 請求項２において、前記乗算手段の乗算
値（ｒi -k）の指数（ｋ）が１≦ｋ≦３に設定されてい
ることを特徴とする受音装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21994194A JP3285070B2 (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 受音方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21994194A JP3285070B2 (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 受音方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0884392A true JPH0884392A (ja) | 1996-03-26 |
| JP3285070B2 JP3285070B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=16743433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21994194A Expired - Lifetime JP3285070B2 (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 受音方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3285070B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000057671A3 (de) * | 1999-03-19 | 2001-03-15 | Siemens Ag | Verfahren und einrichtung zum aufnehmen und bearbeiten von audiosignalen in einer störschallerfüllten umgebung |
| JP2004064697A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-02-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 音源受音位置推定方法、装置、およびプログラム |
| JP2007104546A (ja) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 安全管理装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109445320A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-03-08 | 成都大公博创信息技术有限公司 | 一种对多路信号进行采集并同步的装置 |
-
1994
- 1994-09-14 JP JP21994194A patent/JP3285070B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000057671A3 (de) * | 1999-03-19 | 2001-03-15 | Siemens Ag | Verfahren und einrichtung zum aufnehmen und bearbeiten von audiosignalen in einer störschallerfüllten umgebung |
| JP2004064697A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-02-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 音源受音位置推定方法、装置、およびプログラム |
| JP2007104546A (ja) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 安全管理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3285070B2 (ja) | 2002-05-27 |
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