JPWO2019003716A1 - Sound collecting device, directivity control device, and directivity control method - Google Patents

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Abstract

複数のマイクを用いて指向性を付ける際に良好なSN比を達成する。N次元で表現される特定方向に指向性を付けるべく、N+2個以上の無指向性マイク21a,21b・・・とビームフォーマ32とノイズ処理部33を備える。ビームフォーマ32は、N+1個の集音信号Sa,Sb・・・から、特定方向への第1の指向性信号S1を生成し、第1の指向性信号S1の生成に用いられたN+1個の集音信号Sa,Sb・・・とは異なる組み合わせのN+1個の集音信号Se,Sf,・・・から、特定方向への第2の指向性信号S2を生成する。ノイズ処理部33は、2種類の指向性信号S1,S2間で無相関の音成分を抑制する。Achieves a good signal-to-noise ratio when providing directivity with a plurality of microphones. In order to provide directivity in a specific direction expressed in N dimensions, N+2 or more omnidirectional microphones 21a, 21b..., A beam former 32, and a noise processing unit 33 are provided. The beam former 32 generates the first directivity signal S1 in the specific direction from the N+1 sound collection signals Sa, Sb,... A second directivity signal S2 in a specific direction is generated from N+1 sound collection signals Se, Sf,... Which are a combination different from the sound collection signals Sa, Sb. The noise processing unit 33 suppresses uncorrelated sound components between the two types of directional signals S1 and S2.

Description

本発明は、任意の方向に指向性を付ける指向性コントロールに関する。 The present invention relates to a directivity control that directs an arbitrary direction.

複数のマイクで周囲の音を収集し、複数の集音信号から特定方向に指向性を付けた音波信号を生成する技術が各種提案されている。複数のマイクには個体差があり、マイク固有の回路ノイズや風切り音といったマイク間で無相関のノイズが発生する。そこで、これらノイズを抑制する方法が検討されているところである。 Various techniques have been proposed in which ambient sound is collected by a plurality of microphones and a sound wave signal having directivity in a specific direction is generated from the plurality of sound collection signals. There are individual differences among multiple microphones, and uncorrelated noise such as circuit noise and wind noise unique to the microphones occurs. Therefore, methods for suppressing these noises are being studied.

無相関のノイズを抑制する方法として、非線形性のアルゴリズムを使ったスペクトルサブトラクション法がある(例えば特許文献1参照)。このスペクトルサブトラクション法は、雑音のパワースペクトルの平均値を推定し、雑音を含んだ入力信号のパワースペクトルから差し引くことで雑音を低減させる方法である。 As a method of suppressing uncorrelated noise, there is a spectral subtraction method using a nonlinear algorithm (see, for example, Patent Document 1). The spectral subtraction method is a method of estimating the average value of the power spectrum of noise and subtracting it from the power spectrum of the input signal containing noise to reduce the noise.

また、アンビソニックマイク(Ambisonic Microphones)を用い、再生時に記録済み信号同士を加算或いは減算処理することで、指向性を制御する方法が知られている(例えば非特許文献1参照)。アンビソニックマイクとは、正四面体の各頂点から外側に向く4つのマイクを配置したマイクロフォンユニットである。このマイクロフォンユニットは、指向性マイクを備え、指向性マイクで囲まれる中心に空間部を備える。 Further, there is known a method of controlling directivity by using an ambisonic microphone (Ambisonic Microphones) and adding or subtracting recorded signals during reproduction (see, for example, Non-Patent Document 1). The ambisonic microphone is a microphone unit in which four microphones facing outward from each vertex of a regular tetrahedron are arranged. This microphone unit includes a directional microphone and a space portion at the center surrounded by the directional microphone.

このアンビソニックマイクを用いた指向性制御方法では、まず4つの単一指向性マイクが出力した集音信号に基づいて、Bフォーマットと呼ばれる信号表現に変換する。Bフォーマットと呼ばれる信号表現には、0次である無指向性の集音信号と、1次と呼ばれる上下、左右及び前後に双方向性の各集音信号が含まれる。そして、0次の集音信号と1次の各周音信号を、指向性を与える特定方向に適した比率で足し合わせる。これにより、アンビソニックマイクを用いて特定方向に指向性が付けられる。 In this directivity control method using an ambisonic microphone, first, based on the sound collection signals output by the four unidirectional microphones, the signal is converted into a signal expression called B format. The signal expression called B format includes a non-directional sound collection signal of 0th order and bidirectional sound collection signals of up, down, left, right, and front called first order. Then, the 0th-order sound collection signal and the 1st-order circumferential sound signals are added together at a ratio suitable for a specific direction in which directivity is given. As a result, directivity is imparted in a specific direction using the ambisonic microphone.

ここで、アンビソニックマイクでは、集音信号の位相差が正確に保持されている必要がある。集音信号の位相差が変わってしまうと、本来再生時の演算で信号が強調または減衰される効果が望めなくなってしまうためである。このため、アンビソニックマイクを用いた集音方法では、無相関性のノイズを信号処理で抑制することが困難である。そこで、アンビソニックマイクを用いる場合には、4つの単一指向性マイクの個体差が小さくなるように、4つの単一指向性マイクの選択を念入りに行っていた。 Here, in the ambisonic microphone, it is necessary that the phase difference of the sound collection signals is accurately held. This is because if the phase difference of the sound collection signal changes, the effect of emphasizing or attenuating the signal cannot be expected in the calculation during reproduction originally. Therefore, in the sound collection method using the ambisonic microphone, it is difficult to suppress uncorrelated noise by signal processing. Therefore, when the ambisonic microphone is used, the four unidirectional microphones are carefully selected so that the individual difference among the four unidirectional microphones is reduced.

S.F.Boll、「Suppression of Acoustic Noise in Speech Using Spectral Subtraction」、IEEE Trans. ASSP.、1979年4月2日、Vol.27、pp.113-120S.F.Boll, ``Suppression of Acoustic Noise in Speech Using Spectral Subtraction'', IEEE Trans.ASSP., April 2, 1979, Vol.27, pp.113-120 D.G. Malham、「SPATIAL HEARING MECHANISMS and SOUND REPRODUCTION」、[online]、2008年5月6日、University of York、[平成29年6月23日検索]、インターネット〈URL:https://www.york.ac.uk/inst/mustech/3d_audio/ambis2.htm〉DG Malham, "SPATIAL HEARING MECHANISMS and SOUND REPRODUCTION", [online], May 6, 2008, University of York, [June 23, 2017 search], Internet <URL: https://www.york. ac.uk/inst/mustech/3d_audio/ambis2.htm〉

非線形性のアルゴリズムを使ったスペクトルサブトラクション法で無相関のノイズを抑制しようとすると、1チャンネル毎に個別の挙動の処理が行われるため、4つのマイクの集音信号間の位相差が集音時から変化してしまうと、位相差が変化した信号同士を加算または減算して指向性を得ようとしても、信号の強調や減衰ができなくなり、指向性に影響を与えてしまう。そのため、アンビソニックマイクのマイク信号毎にノイズを抑制することはできず、SN比を向上させることができない。 If you try to suppress uncorrelated noise by the spectral subtraction method that uses a non-linearity algorithm, the behavior of each channel is processed individually. , The signal cannot be emphasized or attenuated even if an attempt is made to add or subtract signals having different phase differences to obtain directivity, and the directivity is affected. Therefore, noise cannot be suppressed for each microphone signal of the ambisonic microphone, and the SN ratio cannot be improved.

また、単一指向性マイクは、背面の音響ポートから風が進入する虞があり、乱気流が発生してウインドノイズが大きくなる。従って、風切り音を原因とするノイズは、アンビソニックマイクでは十分に解消できず、SN比が悪くなる。また、4つの単一指向性マイクの個体差が小さくなるように、4つの単一指向性マイクを選択しようとすると、多大なコストが発生してしまい、このコストを抑制しようとすると、4つの単一指向性マイクに固有の回路ノイズ等を起因として、SN比が悪くなってしまう。 Further, in the unidirectional microphone, the wind may enter from the acoustic port on the back surface, and turbulent airflow is generated to increase wind noise. Therefore, the noise caused by the wind noise cannot be sufficiently eliminated by the ambisonic microphone, and the SN ratio deteriorates. In addition, if four unidirectional microphones are selected so that the individual difference between the four unidirectional microphones is reduced, a great cost is incurred. The SN ratio deteriorates due to circuit noise or the like peculiar to the unidirectional microphone.

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために成されたものであり、その目的は、複数のマイクを用いて指向性を付ける際に良好なSN比を達成することができる集音装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to achieve a good SN ratio when directivity is provided using a plurality of microphones. It is to provide a sound collecting device that can perform.

上記の目的を達成するために、本発明に係る集音装置は、N次元で表現される特定方向に指向性を付ける集音装置であって、周囲の音を測定して集音信号を出力する、少なくともN+2個の無指向性マイクと、前記無指向性マイクが出力する集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する2種類の指向性信号を生成するビームフォーマと、前記2種類の指向性信号に基づいてノイズ成分を抑制するノイズ処理部と、を備え、前記ビームフォーマは、前記無指向性マイクの出力から選ばれるN+1個の集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する第1の指向性信号を生成するとともに、前記第1の指向性信号の生成に用いられた前記N+1個の集音信号とは異なる組み合わせのN+1個の集音信号に基づき、前記第1の指向性信号と同じ特定方向に単一指向性を有する第2の指向性信号を生成し、前記ノイズ処理部は、前記2種類の指向性信号間で無相関の音成分を抑制すること、を特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, a sound collecting device according to the present invention is a sound collecting device that directs a specific direction expressed in N dimensions and measures a surrounding sound and outputs a sound collecting signal. And at least N+2 omnidirectional microphones, and a beamformer for generating two types of directional signals having unidirectionality in a specific direction based on the sound collection signals output by the omnidirectional microphones; A noise processing unit that suppresses a noise component based on various types of directional signals, and the beam former is configured to output a single signal in a specific direction based on N+1 sound collection signals selected from the outputs of the omnidirectional microphones. The first directivity signal having directivity is generated, and based on N+1 sound collection signals in a combination different from the N+1 sound collection signals used to generate the first directivity signal, The second directional signal having unidirectionality in the same specific direction as the first directional signal is generated, and the noise processing section suppresses a non-correlated sound component between the two types of directional signals. It is characterized by

前記少なくともN+2個の無指向性マイクが出力する集音信号の感度を揃える感度補正部を更に備え、前記ノイズ処理部は、前記感度補正部による補正を経た前記2種類の指向性信号間で無相関の音成分を抑制するようにしてもよい。 The noise processing unit may further include a sensitivity correction unit that equalizes the sensitivity of the sound collection signals output from the at least N+2 omnidirectional microphones, and the noise processing unit may provide a non-existence between the two types of directional signals that have been corrected by the sensitivity correction unit. You may make it suppress the sound component of correlation.

3次元で表される特定方向に指向性を付け、少なくとも5個以上の前記無指向性マイクを備え、前記ビームフォーマは、前記無指向性マイクの出力から選ばれる4個の集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する第1の指向性信号を生成するとともに、前記第1の指向性信号の生成に用いられた前記4個の集音信号とは異なる組み合わせの4個の集音信号に基づき、前記第1の指向性信号と同じ特定方向に単一指向性を有する第2の指向性信号を生成するようにしてもよい。 Three-dimensional directivity is provided, and at least five or more omnidirectional microphones are provided, and the beam former is based on four sound collection signals selected from the outputs of the omnidirectional microphones. A first directivity signal having a single directivity in a specific direction, and four collections of a combination different from the four sound collection signals used to generate the first directivity signal. A second directional signal having unidirectionality in the same specific direction as the first directional signal may be generated based on the sound signal.

前記無指向性マイクは、四面体の各頂点方向を向いた当該無指向性マイクの組み合わせを2種類選択できるように、立体配置され、前記2種類の四面体は、合同でも相似でもないか、位置が異なるか、向きが異なるか、又はこれらの組み合わせの関係を有するようにしてもよい。 The omnidirectional microphones are three-dimensionally arranged so that two kinds of combinations of the omnidirectional microphones facing the respective vertex directions of the tetrahedron can be selected, and the two kinds of tetrahedrons are not congruent or similar. The positions may be different, the orientations may be different, or a combination of these may be provided.

2次元で表される特定方向に指向性を付け、少なくとも4個以上の前記無指向性マイクを備え、前記ビームフォーマは、前記無指向性マイクの出力から選ばれる3個の集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する第1の指向性信号を生成するとともに、前記第1の指向性信号の生成に用いられた前記3個の集音信号とは異なる組み合わせの3個の集音信号に基づき、前記第1の指向性信号と同じ特定方向に単一指向性を有する第2の指向性信号を生成するようにしてもよい。 Two-dimensional directivity is provided, and at least four or more omnidirectional microphones are provided, and the beamformer is based on three sound collection signals selected from the outputs of the omnidirectional microphones. Generating a first directional signal having a unidirectionality in a specific direction, and collecting three signals in a combination different from the three sound collecting signals used to generate the first directional signal. A second directional signal having unidirectionality in the same specific direction as the first directional signal may be generated based on the sound signal.

前記特定方向の入力を受け付ける入力部を更に備え、前記ビームフォーマは、前記入力部が受け付けた前記特定方向に指向性を形成するようにしてもよい。 The beamformer may further include an input unit that receives an input in the specific direction, and the beam former may form directivity in the specific direction received by the input unit.

複数のカメラを有し、周囲各方向を撮影するパノラマ撮像部を更に備え、前記少なくともN+2個の無指向性マイクは、前記複数のカメラ間の合間に配分され、又は複数のカメラを支えるユーザ把持用の棒に取り付けられているようにしてもよい。 A panoramic image pickup unit that has a plurality of cameras and captures each direction of the surroundings is further provided, and the at least N+2 omnidirectional microphones are distributed between the plurality of cameras or a user grips supporting the plurality of cameras. It may be attached to a rod for use.

前記ノイズ処理部は、前記第1の指向性信号と前記第2の指向性信号を1サンプル毎に交互に入れ替えることで、一対の交換信号を生成する交換部と、前記交換信号の片方に係数mを乗じた上で、前記交換信号の誤差信号を生成する誤差信号生成部と、前記誤差信号を含む係数mの漸化式を演算して係数mを1サンプル毎に更新する漸化式演算部と、逐次更新された係数mを前記第1の指向性信号又は前記第2の指向性信号に乗じて出力する積算部と、を備えるようにしてもよい。 The noise processing unit alternately replaces the first directional signal and the second directional signal for each sample to generate a pair of exchange signals, and a coefficient for one of the exchange signals. After multiplying m, an error signal generator that generates an error signal of the exchange signal, and a recurrence formula calculation for calculating a recurrence formula of the coefficient m including the error signal and updating the coefficient m for each sample A unit and a summing unit that multiplies the first directivity signal or the second directivity signal by the coefficient m that is sequentially updated and outputs the result.

また、上記の目的を達成するために、本発明に係る指向性制御装置は、N次元で表現される特定方向に指向性を付ける指向性制御装置であって、少なくともN+2個の無指向性マイクが生成した各集音信号を記憶する記憶部と、前記記憶部の集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する2種類の指向性信号を生成するビームフォーマと、前記2種類の指向性信号に基づいてノイズ成分を抑制するノイズ処理部と、を備え、前記ビームフォーマは、前記記憶部から選ばれるN+1個の集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する第1の指向性信号を生成するとともに、前記第1の指向性信号の生成に用いられた前記N+1個の集音信号とは異なる組み合わせのN+1個の集音信号に基づき、前記第1の指向性信号と同じ特定方向に単一指向性を有する第2の指向性信号を生成し、前記ノイズ処理部は、前記2種類の指向性信号間で無相関の音成分を抑制すること、を特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the directivity control device according to the present invention is a directivity control device that gives directivity to a specific direction expressed in N dimensions, and has at least N+2 omnidirectional microphones. A storage unit for storing the respective sound collection signals generated by the storage unit, a beamformer for generating two kinds of directional signals having a single directivity in a specific direction based on the sound collection signals of the storage unit, A noise processing unit that suppresses a noise component based on a directivity signal; and the beamformer has a unidirectionality in a specific direction based on N+1 sound collection signals selected from the storage unit. Of the first directivity signal based on a combination of N+1 sound collection signals that are different from the N+1 sound collection signals used to generate the first directivity signal. A second directivity signal having a unidirectionality in the same specific direction as the above, and the noise processing unit suppresses an uncorrelated sound component between the two types of directivity signals. ..

前記少なくともN+2個の集音信号の感度を揃える感度補正部を更に備え、前記ノイズ処理部は、前記感度補正部による補正を経た前記2種類の指向性信号間で無相関の音成分を抑制するようにしてもよい。 The noise processing unit further includes a sensitivity correction unit that equalizes the sensitivities of the at least N+2 collected signals, and the noise processing unit suppresses uncorrelated sound components between the two types of directional signals that have been corrected by the sensitivity correction unit. You may do it.

前記ノイズ処理部は、前記第1の指向性信号と前記第2の指向性信号を1サンプル毎に交互に入れ替えることで、一対の交換信号を生成する交換部と、前記交換信号の片方に係数mを乗じた上で、前記交換信号の誤差信号を生成する誤差信号生成部と、前記誤差信号を含む係数mの漸化式を演算して係数mを1サンプル毎に更新する漸化式演算部と、逐次更新された係数mを前記第1の指向性信号又は前記第2の指向性信号に乗じて出力する積算部と、を備えるようにしてもよい。 The noise processing unit alternately replaces the first directional signal and the second directional signal for each sample to generate a pair of exchange signals, and a coefficient for one of the exchange signals. After multiplying m, an error signal generator that generates an error signal of the exchange signal, and a recurrence formula calculation for calculating a recurrence formula of the coefficient m including the error signal and updating the coefficient m for each sample A unit and a summing unit that multiplies the first directivity signal or the second directivity signal by the coefficient m that is sequentially updated and outputs the result.

また、上記の目的を達成するために、本発明に係る指向性制御装置は、N次元で表現される特定方向に指向性を付ける指向性制御方法であって、少なくともN+2個の無指向性マイクが生成した各集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する2種類の指向性信号を生成するビームフォーミングステップと、前記2種類の指向性信号に基づいてノイズ成分を抑制するノイズ抑制ステップと、を含み、前記ビームフォーミングステップは、少なくともN+2個の前記集音信号のうちのN+1個の集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する第1の指向性信号を生成するとともに、前記第1の指向性信号の生成に用いられた前記N+1個の集音信号とは異なる組み合わせのN+1個の集音信号に基づき、前記第1の指向性信号と同じ特定方向に単一指向性を有する第2の指向性信号を生成し、前記ノイズ抑制ステップは、前記2種類の指向性信号間で無相関の音成分を抑制すること、を特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the directivity control device according to the present invention is a directivity control method for giving directivity to a specific direction expressed in N dimensions, and at least N+2 non-directional microphones. A beamforming step of generating two types of directional signals having a unidirectionality in a specific direction based on each of the collected sound signals generated by, and noise suppression for suppressing a noise component based on the two types of directional signals The beamforming step generates a first directional signal having unidirectionality in a specific direction based on at least N+1 sound collection signals of at least N+2 sound collection signals. At the same time, based on N+1 sound collection signals in a combination different from the N+1 sound collection signals used to generate the first directional signal, a single signal is generated in the same specific direction as the first directional signal. A second directivity signal having directivity is generated, and the noise suppressing step suppresses a sound component that is uncorrelated between the two types of directivity signals.

前記少なくともN+2個の集音信号の感度を揃える感度補正ステップを更に含み、前記ノイズ抑制ステップは、前記感度補正ステップによる補正を経た前記2種類の指向性信号間で無相関の音成分を抑制するようにしてもよい。 The noise suppression step further includes a sensitivity correction step of equalizing the sensitivities of the at least N+2 sound collection signals, and the noise suppression step suppresses an uncorrelated sound component between the two types of directional signals corrected by the sensitivity correction step. You may do it.

前記ノイズ処理ステップは、前記第1の指向性信号と前記第2の指向性信号を1サンプル毎に交互に入れ替えることで、一対の交換信号を生成する交換ステップと、前記交換信号の片方に係数mを乗じた上で、前記交換信号の誤差信号を生成する誤差信号生成ステップと、前記誤差信号を含む係数mの漸化式を演算して係数mを1サンプル毎に更新する漸化式演算ステップと、逐次更新された係数mを前記第1の指向性信号又は前記第2の指向性信号に乗じて出力する積算ステップと、を備えるようにしてもよい。 The noise processing step includes an exchange step of generating a pair of exchange signals by alternately exchanging the first directional signal and the second directional signal for each sample, and a coefficient for one of the exchange signals. An error signal generation step of generating an error signal of the exchange signal after multiplying m, and a recurrence formula operation of calculating a recurrence formula of the coefficient m including the error signal and updating the coefficient m for each sample A step and an integrating step of multiplying the first directivity signal or the second directivity signal by the coefficient m that is sequentially updated and outputting the result may be provided.

本発明によれば、第1の指向性信号と第2の指向性信号に含まれるノイズ成分を無相関とすることができ、無相関成分を抑制する処理によって、良好なSN比を達成することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the noise component contained in a 1st directional signal and a 2nd directional signal can be made uncorrelated, and a favorable SN ratio can be achieved by the process which suppresses a non-correlated component. You can

集音装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of a sound collection device. マイクロフォンユニットを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a microphone unit. マイクロフォンユニットから二種類のマイク群を選択する例を示す模式である。It is a model which shows the example which selects two types of microphone groups from a microphone unit. 指向性制御装置の詳細構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of a directivity control apparatus. 6つの無指向性マイクのオリジナルのポーラーパターンを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the original polar pattern of 6 omnidirectional microphones. 感度補正部の詳細構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of a sensitivity correction part. 多点制御法に係り、4つの無指向性マイクロフォンの周りに設定される制御点を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the control point set around four omnidirectional microphones regarding a multipoint control method. ビームフォーマの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a beam former. ビームフォーマが出力する2つの指向性信号を示すグラフである。It is a graph which shows two directional signals which a beam former outputs. ノイズ処理部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a noise processing part. 集音装置の第1の適用例を示す模式図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図、(c)は下面図である。It is a schematic diagram which shows the 1st application example of a sound collection device, (a) is a perspective view, (b) is a side view, (c) is a bottom view. 集音装置の第2の適用例を示す模式図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図、(c)は下面図である。It is a schematic diagram which shows the 2nd application example of a sound collection device, (a) is a perspective view, (b) is a side view, (c) is a bottom view. 集音装置の第3の適用例を示す模式図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図、(c)は下面図である。It is a schematic diagram which shows the 3rd application example of a sound collection device, (a) is a perspective view, (b) is a side view, (c) is a bottom view.

(構成)
図1は、集音装置の全体構成を示すブロック図である。集音装置1は、マイクロフォンユニット2と指向性制御装置3とを備える。この集音装置1は、周囲の音を収録した後で、ユーザが選択した特定方向に事後的に指向性を付ける。マイクロフォンユニット2と指向性制御装置3は、各々が電源を有し、別々に駆動可能となっている。
(Constitution)
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the sound collector. The sound collection device 1 includes a microphone unit 2 and a directivity control device 3. This sound collecting device 1 retroactively adds directivity to a specific direction selected by the user after recording ambient sounds. The microphone unit 2 and the directivity control device 3 each have a power source and can be driven separately.

ユーザは、マイクロフォンユニット2を持ち歩いて集音作業を行い、自宅やスタジオでマイクロフォンユニット2を指向性制御装置3に繋ぐ。マイクロフォンユニット2は、指向性制御装置3へ集音結果を転送し、指向性制御装置3は、ユーザからの特定方向の設定を受け付け、集音結果に対して特定方向に指向性を付けるように信号処理する。 The user carries around the microphone unit 2 to collect sound, and connects the microphone unit 2 to the directivity control device 3 at home or in the studio. The microphone unit 2 transfers the sound collection result to the directivity control device 3, and the directivity control device 3 accepts the setting of the specific direction from the user, and directs the sound collection result in the specific direction. Signal processing.

マイクロフォンユニット2は、複数の無指向性マイク21a,21b・・・及びフラッシュメモリ等の不揮発性メモリ22を備える。このマイクロフォンユニット2は、周囲の音をマルチチャンネルで集音し、各集音信号Sa〜Sfをロウデータ(raw data)で各々記録する。集音信号Sa〜Sfは、周囲各方向から到来する音成分が合成されて成る。 The microphone unit 2 includes a plurality of omnidirectional microphones 21a, 21b... And a nonvolatile memory 22 such as a flash memory. The microphone unit 2 collects ambient sounds in multiple channels and records each of the collected sound signals Sa to Sf as raw data. The sound collection signals Sa to Sf are formed by synthesizing sound components arriving from the surrounding directions.

無指向性マイク21a,21b・・・がアナログ出力の場合、マイクロフォンユニット2には、各々の集音信号Sa〜Sfを増幅するアンプと集音信号Sa〜Sfをアナログ信号からデジタル信号へ変換するコンバータとが付設され、アンプとコンバータを経たデジタルの集音信号が不揮発性メモリ22に記録される。 When the omnidirectional microphones 21a, 21b,... Are analog outputs, the microphone unit 2 has an amplifier for amplifying the respective sound collecting signals Sa to Sf and converts the sound collecting signals Sa to Sf from analog signals to digital signals. A converter is additionally provided, and the digital sound collection signal that has passed through the amplifier and the converter is recorded in the non-volatile memory 22.

指向性制御装置3は、集音信号Sa〜Sfをデジタル処理するマイコン、コンピュータ又はDSPによる専用回路である。この指向性制御装置3は、装置内のハードディスクやSSDや内部ストレージ等のメモリ34に、マイクロフォンユニット2から転送された集音信号Sa〜Sfを保存しておく。そして、指向性制御装置3は、各集音信号Sa〜Sfを信号処理して、特定方向から到来した音成分を明瞭化し、無指向性マイク21a,21b・・・の回路系ノイズや風雑音を除いた出力信号Soを生成する。出力信号Soは、出力するスピーカ数に合わせてマルチチャンネルであってもよい。 The directivity control device 3 is a dedicated circuit including a microcomputer, a computer, or a DSP that digitally processes the sound collection signals Sa to Sf. The directivity control device 3 stores the sound collection signals Sa to Sf transferred from the microphone unit 2 in a memory 34 such as a hard disk, an SSD or an internal storage in the device. Then, the directivity control device 3 performs signal processing on each of the sound collection signals Sa to Sf to clarify the sound component coming from the specific direction, and circuit noise and wind noise of the omnidirectional microphones 21a, 21b,. To generate the output signal So. The output signal So may be multi-channel according to the number of speakers to be output.

即ち、この指向性制御装置3は、特定方向からマイクロフォンユニット2に到来した音成分を、特定方向以外から到来した音成分と比べて相対的に強調する。言い換えれば、指向性制御装置3は、特定方向以外の方向からマイクロフォンユニット2に到来した音成分を、その到来方向と特定方向との差が付けば付くほど大きく抑制する。更に、指向性制御装置3は、各無指向性マイク21a,21b・・・の個体差に起因して生じる回路系ノイズ及び風雑音等のノイズを抑制してSN比を向上させる。 That is, the directivity control device 3 relatively emphasizes the sound component coming to the microphone unit 2 from the specific direction, compared with the sound component coming from the direction other than the specific direction. In other words, the directivity control device 3 largely suppresses the sound component arriving at the microphone unit 2 from a direction other than the specific direction, as the difference between the direction of arrival and the specific direction increases. Further, the directional control device 3 suppresses noise such as circuit system noise and wind noise caused by individual differences of the omnidirectional microphones 21a, 21b,..., And improves the SN ratio.

(マイクロフォンユニット)
図2及び図3に示すように、マイクロフォンユニット2は円筒の支持部材23を備える。6つの無指向性マイク21a〜21fは、隣り合う他の無指向性マイク21a〜21fと等しく距離を取りながら、支持部材23の表面に取り付けられている。無指向性マイク21a,21b・・・は、振動板の前方が音場に対して開放されていればよい。
(Microphone unit)
As shown in FIGS. 2 and 3, the microphone unit 2 includes a cylindrical support member 23. The six omnidirectional microphones 21a to 21f are attached to the surface of the support member 23 while being equally spaced from the other adjacent omnidirectional microphones 21a to 21f. For the omnidirectional microphones 21a, 21b,..., the front of the diaphragm may be opened to the sound field.

そのため、無指向性マイク21a,21b・・・の背後に空間は不要である。従って、支持部材23は中実であっても、支持部材23の内部の、無指向性マイク21a,21b・・・に囲まれた位置に他の部品が配置されていても、支持部材23の内外が連通していなくともよい。また、無指向性マイク21a〜21fの向き設定が容易であるため、支持部材23は円筒としているが、支持部材23の形状は何れでも良い。 Therefore, no space is required behind the omnidirectional microphones 21a, 21b,... Therefore, even if the support member 23 is solid, even if other parts are arranged inside the support member 23 at a position surrounded by the omnidirectional microphones 21a, 21b... The inside and outside do not have to communicate. Further, the supporting member 23 is a cylinder because the orientations of the omnidirectional microphones 21a to 21f are easy to set, but the supporting member 23 may have any shape.

図3の(a)に示すように、支持部材23に内接する正六角柱を考える。このとき、6つの無指向性マイク21a〜21fは、正六角柱の角のうちの6箇所に分配配置される。各分配位置は、正六角柱の一辺を挟んで隣り合わないように選択される。即ち、正六角柱の軸周りに、一方の底面から120度間隔で一つ置きに3箇所の角を選択し、他方の底面から120度間隔で一つ置きに3箇所の角を選択し、一方の底面の3箇所と他方の底面の3箇所とは、正六角柱の軸周りに60度ずらされる。 As shown in FIG. 3A, consider a regular hexagonal column inscribed in the support member 23. At this time, the six omnidirectional microphones 21a to 21f are distributed and arranged at six positions of the corners of the regular hexagonal prism. The respective distribution positions are selected so as not to be adjacent to each other with one side of the regular hexagonal column interposed therebetween. That is, around the axis of the regular hexagonal column, select three corners from one bottom surface at intervals of 120 degrees and select three corners from the other bottom surface at intervals of 120 degrees. The three locations on the bottom surface of the above and the other three locations on the other bottom surface are offset by 60 degrees around the axis of the regular hexagonal prism.

このマイク配置は次の規則に従ったものである。即ち、まず、指向性ではなく、無指向性マイク21a,21b・・・が配置される。次に、図3の(b)及び(c)に示すように、マイクロフォンユニット2は、四面体の各頂点方向を向いた4つの無指向性マイク21a,21b・・・の組み合わせを2種類選択できるように、少なくとも5つ以上の無指向性マイクを立体配置して備える。2種類の四面体は、合同でも相似でもないか、位置が異なるか、向きが異なるか、又はこれらの組み合わせの関係を有する。四面体は、正四面体が望ましいが、これに限られない。本実施形態では、無指向性マイク21a,21c,21d,21eが1つの四面体に配置される組み合わせグループAであり、無指向性マイク21a,21b,21d,21fが他の1つの四面体に配置される組み合わせグループBである。 This microphone arrangement complies with the following rules. That is, first, omnidirectional microphones 21a, 21b,... Next, as shown in (b) and (c) of FIG. 3, the microphone unit 2 selects two kinds of combinations of four omnidirectional microphones 21a, 21b... Which face the respective vertex directions of the tetrahedron. As possible, at least five or more omnidirectional microphones are three-dimensionally arranged and provided. The two types of tetrahedra are not congruent or similar, have different positions, have different orientations, or have a combination of these. The tetrahedron is preferably a regular tetrahedron, but is not limited to this. In the present embodiment, the omnidirectional microphones 21a, 21c, 21d, 21e are a combination group A arranged in one tetrahedron, and the omnidirectional microphones 21a, 21b, 21d, 21f are arranged in another tetrahedron. It is a combination group B to be arranged.

2種類の四面体に重複して属する無指向性マイク21a,21b・・・が少ないほどよく、望ましくは、マイクロフォンユニット2は、8つの無指向性マイク21a,21b・・・を有する。例えば、正八角柱の軸周りに、一方の底面から90度間隔で一つ置きに4箇所の角を選択し、他方の底面から90度間隔で一つ置きに4箇所の角を選択し、一方の底面の4箇所と他方の底面の4箇所とは、正八角柱の軸周りに45度ずれている。無指向性マイク21a,21b・・・は、これら選択位置に配置されることにより、無指向性マイク21a,21b・・・が2種類の四面体に重複して属することなく、4つの無指向性マイク21a,21b・・・のグループを2種類作出できる。 It is better that there are fewer omnidirectional microphones 21a, 21b... That belong to two types of tetrahedrons, and preferably the microphone unit 2 has eight omnidirectional microphones 21a, 21b. For example, around the axis of a regular octagonal prism, select four corners at intervals of 90 degrees from one bottom surface, and select four corners at intervals of 90 degrees from the other bottom surface. The four locations on the bottom surface of the and the four locations on the other bottom surface are offset by 45 degrees about the axis of the regular octagonal prism. The omnidirectional microphones 21a, 21b... Are arranged at these selection positions so that the omnidirectional microphones 21a, 21b.. Two types of groups of sex microphones 21a, 21b... Can be created.

無指向性マイク21a,21b・・・が5つ以上という規則は、3次元で表される特定方向からの音成分を相対的に強調する場合に適用される。2次元で表される特定方向からの音成分を相対的に強調する場合には、少なくとも4つ以上の無指向性マイク21a,21b・・・を備えていればよい。即ち、N次元で表現される特定方向からの音成分を相対的に強調する場合、少なくともN+2個の無指向性マイク21a,21b・・・を備え、2組に重複して属する無指向性マイク21a,21b・・・をなるべく少なくするように、N+1個の無指向性マイク21a,21b・・・の組を2組作れればよい。 The rule that the number of omnidirectional microphones 21a, 21b,... Is five or more is applied when relatively emphasizing the sound component from a specific direction represented in three dimensions. When relatively emphasizing the sound component from the specific direction represented by two dimensions, at least four or more omnidirectional microphones 21a, 21b... That is, in the case of relatively emphasizing sound components from a specific direction expressed in N dimensions, at least N+2 omnidirectional microphones 21a, 21b... Two sets of N+1 omnidirectional microphones 21a, 21b,... May be formed so as to reduce the number of 21a, 21b,.

(指向性制御装置)
図4は、指向性制御装置3の詳細構成を示すブロック図である。まず、1つの四面体状の配置関係を有する無指向性マイク21a,21c,21d,21eからの集音信号を1つのグループAとし、他の1つの四面体状の配置関係を有する無指向性マイク21a,21b,21d,21fからの集音信号を1つのグループBとする。そして、この指向性制御装置3は、感度補正部31、ビームフォーマ32及びノイズ処理部33を備える。
(Directivity control device)
FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration of the directivity control device 3. First, the sound collection signals from the omnidirectional microphones 21a, 21c, 21d, and 21e having one tetrahedral arrangement relationship are set as one group A, and the other omnidirectional microphone having one tetrahedral arrangement relationship. Collected signals from the microphones 21a, 21b, 21d, and 21f are defined as one group B. The directivity control device 3 includes a sensitivity correction unit 31, a beam former 32, and a noise processing unit 33.

感度補正部31は、6つの無指向性マイク21a〜21fの感度を統一する。ビームフォーマ32は、グループAの集音信号Sa、Sc、Sd及びSeに基づいて特定方向に指向性を向けた第1の指向性信号S1を生成し、グループBの集音信号Sa、Sb、Sd及びSfに基づいて特定方向に指向性を向けた第2の指向性信号S2を生成する。 The sensitivity correction unit 31 unifies the sensitivities of the six omnidirectional microphones 21a to 21f. The beam former 32 generates a first directional signal S1 having directivity in a specific direction based on the sound collection signals Sa, Sc, Sd, and Se of the group A, and collects the sound collection signals Sa, Sb of the group B, A second directivity signal S2 having directivity directed in a specific direction is generated based on Sd and Sf.

ノイズ処理部33は、第1の指向性信号S1と第2の指向性信号S2の相関性成分を強調し、且つ無相関成分を抑圧する係数mを生成し、この係数mを第1の指向性信号S1に乗じることで、出力信号Soを生成する。係数mを乗じるのは、第2の指向性信号S2であってもよい。 The noise processing unit 33 generates a coefficient m that emphasizes the correlation component of the first directional signal S1 and the second directional signal S2 and suppresses the non-correlation component, and uses this coefficient m as the first orientation. The output signal So is generated by multiplying the sex signal S1. It is also possible to multiply the coefficient m by the second directional signal S2.

図5は、6つの無指向性マイク21a〜21fのオリジナルのポーラーパターンを示す模式図である。図5に示すように、感度補正部31は、6つの無指向性マイク21a〜21fの各集音信号Sa〜Sfの一つを選択し、選択した集音信号の音響パワーに他の集音信号Sa〜Sfの音響パワーが等しくなるように、他の集音信号にゲインGa〜Gfをかける。 FIG. 5 is a schematic diagram showing original polar patterns of the six omnidirectional microphones 21a to 21f. As shown in FIG. 5, the sensitivity correction unit 31 selects one of the sound collection signals Sa to Sf of the six omnidirectional microphones 21a to 21f, and selects the other sound collection signals with the acoustic power of the selected sound collection signal. Gains Ga to Gf are applied to the other sound collection signals so that the sound powers of the signals Sa to Sf become equal.

例えば、無指向性マイク21aが出力した集音信号Saを選択し、この集音信号Saの音響パワーPaを基準にして、音響パワーPb、Pc、Pd、Pe及びPfを有する他の集音信号Sb〜Sfの全てを音響パワーPaに変化させる。即ち、音響パワーPbを有する集音信号Sbに、基準となった音響パワーPaに対する音響パワーPbの倍率の逆数をゲインGbとして、このゲインGbを乗算する。 For example, the sound collection signal Sa output by the omnidirectional microphone 21a is selected, and other sound collection signals having sound powers Pb, Pc, Pd, Pe and Pf are selected with reference to the sound power Pa of the sound collection signal Sa. All of Sb to Sf are changed to acoustic power Pa. That is, the sound collection signal Sb having the acoustic power Pb is multiplied by the gain Gb, with the gain Gb being the reciprocal of the magnification of the acoustic power Pb with respect to the reference acoustic power Pa.

また、音響パワーPcを有する集音信号Scに、基準となった音響パワーPaに対する音響パワーPcの倍率の逆数をゲインGcとして乗算する。音響パワーPdを有する集音信号Sdに対しても、音響パワーPeを有する集音信号Seに対しても、音響パワーPfを有する集音信号Sfに対しても同様に逆数を乗算する。 Further, the sound collection signal Sc having the acoustic power Pc is multiplied as the gain Gc by the reciprocal of the magnification of the acoustic power Pc with respect to the reference acoustic power Pa. The reciprocal of the sound collection signal Sd having the sound power Pd, the sound collection signal Se having the sound power Pe, and the sound collection signal Sf having the sound power Pf are similarly multiplied.

図6は、この感度補正部31の詳細構成を示すブロック図である。この感度補正部31は、6つの無指向性マイク21a〜21fから入力された集音信号Sa〜Sfに対して、バンドパスフィルタ311a〜311f及びパワー算出部312a〜312fを備える。バンドパスフィルタ311a〜311fは、各集音信号Sa〜Sfから所定周波数領域を抽出する。所定周波数領域としては可聴域が望ましい。パワー算出部312a〜312fは、バンドパスフィルタ311a〜311fを経た信号から二乗平均平方根を算出し、各集音信号Sa〜Sfのパワー値Pa、Pb、Pc、Pd、Pe及びPfを得る。 FIG. 6 is a block diagram showing a detailed configuration of the sensitivity correction unit 31. The sensitivity correction unit 31 includes bandpass filters 311a to 311f and power calculation units 312a to 312f for the sound collection signals Sa to Sf input from the six omnidirectional microphones 21a to 21f. The band pass filters 311a to 311f extract a predetermined frequency region from each of the sound collection signals Sa to Sf. The audible range is desirable as the predetermined frequency range. The power calculators 312a to 312f calculate the root mean square from the signals passed through the bandpass filters 311a to 311f, and obtain the power values Pa, Pb, Pc, Pd, Pe and Pf of the sound collecting signals Sa to Sf.

また、感度補正部31は、係数算出部313と乗算部314a〜314fとを備える。係数算出部313は、各集音信号Sa〜Sfのパワー値の1つを基準値とし、この基準値に対するパワー値の倍率の逆数で表される各ゲインGa〜Gfを得る。乗算部314a〜314fは、各集音信号Sa〜Sfが基準となった集音信号と音響パワーにおいて同一になるように、係数算出部313で得られたゲインGa〜Gfを、対応の集音信号に乗算する。 Further, the sensitivity correction unit 31 includes a coefficient calculation unit 313 and multiplication units 314a to 314f. The coefficient calculation unit 313 sets one of the power values of the sound collection signals Sa to Sf as a reference value, and obtains each gain Ga to Gf represented by the reciprocal of the power value multiplication factor with respect to the reference value. The multiplication units 314a to 314f change the gains Ga to Gf obtained by the coefficient calculation unit 313 to the corresponding sound collection so that the sound collection signals Sa to Sf are equal in sound power to the reference sound collection signal. Multiply the signal.

次に、ビームフォーマ32の信号処理を説明する。まず、4つの無指向性マイクロフォンM1〜M4が存在する空間を仮定する。図7は、多点制御法に係り、4つの無指向性マイクロフォンM1〜M4の周りに設定される制御点D1〜Dnを示す模式図である。図中では、説明の都合上、制御点を水平面にのみ配置しているが、マイクロフォンM1〜M4の中心から等距離の球面にn個の制御点D1〜Dnを等配置しているものとする。 Next, the signal processing of the beam former 32 will be described. First, assume a space in which four omnidirectional microphones M1 to M4 exist. FIG. 7 is a schematic diagram showing control points D1 to Dn set around four omnidirectional microphones M1 to M4 according to the multipoint control method. In the figure, the control points are arranged only on the horizontal plane for convenience of explanation, but it is assumed that the n control points D1 to Dn are equally arranged on the spherical surface equidistant from the centers of the microphones M1 to M4. ..

そして、制御点D,(i=1〜n)から無指向性マイクM,(k=1〜m)までの経路において音に変化を与える伝達関数を伝達関数Cik(ω)とし、無指向性マイクMの出力に畳み込む制御フィルタを伝達関数H(ω)とし、各制御点Dに対する所望応答を応答関数A(ω)とする。このとき、各制御点Dから到来した音を無指向性マイクM1〜M4で集音した結果を、所望応答伝達関数A(ω)とするには、以下式(1)が満たされるような伝達関数H(ω)が要求される。A transfer function C ik (ω) is a transfer function that changes the sound on the path from the control point D i , (i=1 to n) to the omnidirectional microphone M k , (k=1 to m). A control filter convoluted with the output of the omnidirectional microphone M k is a transfer function H k (ω), and a desired response to each control point D i is a response function A i (ω). At this time, in order to make the result of collecting the sound coming from each control point D i by the omnidirectional microphones M1 to M4 the desired response transfer function A i (ω), the following equation (1) is satisfied. Transfer function H k (ω) is required.

Figure 2019003716
Figure 2019003716

ここで、上記式(1)において、特定方向にある制御点Dに対応する所望応答伝達関数A(ω),(i=j)を「1」にし、それ以外の抑圧すべき制御点Dに対応する所望応答伝達関数A(ω),(i≠j)をゼロにすれば、上記式(1)は、制御点Dの存在方向を特定方向として、この特定方向に指向性を向けるための伝達関数H(ω),(k=1〜m)を含む式となる。Here, in the above formula (1), the desired response transfer functions A j (ω), (i=j) corresponding to the control points D j in the specific direction are set to “1”, and other control points to be suppressed. If the desired response transfer function A i (ω), (i≠j) corresponding to D i is set to zero, the above equation (1) directs the control point D j in the specific direction with the existing direction as the specific direction. This is an expression including a transfer function H k (ω), (k=1 to m) for directing the sex.

そこで、ビームフォーマ32は、特定方向がユーザにより設定されると、特定方向に合った制御点Dに対応する所望応答伝達関数A(ω)を1にセットし、その他の所望応答伝達関数A(ω)をゼロにセットする。そして、ビームフォーマ32は、一般化逆行列を用いて最小二乗解として伝達関数H(ω),(k=1〜m)を求める。そして、無指向性マイクM1〜M4に対応する伝達関数H1(ω)〜H4(ω)を無指向性マイクM1〜M4の集音信号に畳み込む。Therefore, when the specific direction is set by the user, the beam former 32 sets the desired response transfer function A j (ω) corresponding to the control point D j that matches the specific direction to 1, and sets the other desired response transfer functions. Set A i (ω) to zero. Then, the beam former 32 obtains the transfer function H k (ω), (k=1 to m) as a least squares solution using the generalized inverse matrix. Then, the transfer functions H1(ω) to H4(ω) corresponding to the omnidirectional microphones M1 to M4 are convoluted with the sound collection signals of the omnidirectional microphones M1 to M4.

ビームフォーマ32は、以上のような多点制御法を適用して、無指向性マイク21a〜21fに対応する伝達関数H(ω)を生成して適用することにより、グループAの集音信号Sa、Sc、Sd及びSeから特定方向に指向性を有する第1の指向性信号S1を生成し、またグループBの集音信号Sa、Sb、Sd及びSfから特定方向に指向性を有する第2の指向性信号S2を生成する。そして、両指向性信号S1、S2は、同一のポーラーパターンを有することになる。そのポーラーパターンとしては、特定方向に指向性を有する単一指向性のカーディオイド型でもよいし、特定方向と其の反対方向に指向性を有する双方向性であってもよい。The beam former 32 applies the multi-point control method as described above to generate and apply the transfer function H k (ω) corresponding to the omnidirectional microphones 21a to 21f, thereby applying the collected sound signal of the group A. A first directivity signal S1 having directivity in a specific direction is generated from Sa, Sc, Sd, and Se, and a second directivity signal S1 having directivity in a specific direction from the sound collection signals Sa, Sb, Sd, and Sf of the group B. Directional signal S2 is generated. Then, the bidirectional signals S1 and S2 have the same polar pattern. The polar pattern may be a unidirectional cardioid type having directivity in a specific direction, or may be bidirectional having directivity in the specific direction and its opposite direction.

尚、伝達関数Cik(ω)は、自由空間における理想が以下式(2)となる。ただし、伝達関数Cik(ω)は、各無指向性マイク21a〜21fと各制御点i間の減衰や遅れなどの伝達特性を実測することで、求めることが望ましい。The ideal transfer function C ik (ω) in free space is given by the following expression (2). However, it is desirable to obtain the transfer function C ik (ω) by actually measuring transfer characteristics such as attenuation and delay between the omnidirectional microphones 21a to 21f and the control points i.

Figure 2019003716
但し、rは制御点からマイクまでの距離であり、r/cは伝播時間である。
Figure 2019003716
However, r is the distance from the control point to the microphone, and r/c is the propagation time.

図8は、このビームフォーマ32の構成を示すブロック図である。ビームフォーマ32は、グループAの集音信号Sa、Sc、Sd及びSeが入力される制御フィルタ321a、321c、321d及び321eと、制御フィルタ321a、321c、321d及び321eの出力を合算して第1の指向性信号S1を出力する加算器322aを備える。また、ビームフォーマ32は、グループBの集音信号Sa、Sb、Sd及びSfが入力される制御フィルタ321a、321b、321d及び321fと、制御フィルタ321a、321b、321d及び321fの出力を合算して第2の指向性信号S2を出力する加算器322bを備える。 FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the beam former 32. The beam former 32 adds the control filters 321a, 321c, 321d, and 321e to which the sound collection signals Sa, Sc, Sd, and Se of the group A are input and the outputs of the control filters 321a, 321c, 321d, and 321e to add the first signal. And an adder 322a for outputting the directional signal S1. The beam former 32 also sums the output of the control filters 321a, 321b, 321d, and 321f and the control filters 321a, 321b, 321d, and 321f to which the sound collection signals Sa, Sb, Sd, and Sf of the group B are input. The adder 322b that outputs the second directional signal S2 is provided.

更に、ビームフォーマ32は、伝達関数H(ω)を生成し、制御フィルタ321a〜321fにセットする特定方向設定部323を備える。この特定方向設定部323は、特定方向が設定されると、特定方向に応じた所望応答伝達関数A(ω)の行列A(ω)を生成する。また、特定方向設定部323は、伝達関数Cik(ω)の行列C(ω)と伝達関数H(ω)の行列H(ω)の積を取る。Further, the beam former 32 includes a specific direction setting unit 323 that generates a transfer function H k (ω) and sets it in the control filters 321a to 321f. When the specific direction is set, the specific direction setting unit 323 generates the matrix A(ω) of the desired response transfer function A i (ω) according to the specific direction. The specific direction setting unit 323 also takes the product of the matrix C(ω) of the transfer function C ik (ω) and the matrix H(ω) of the transfer function H k (ω).

そして、特定方向設定部323は、所望応答伝達関数行列A(ω)に対して、伝達関数行列C(ω)と伝達関数行列H(ω)の乗算結果を差分して誤差eと生成する。特定方向設定部323は、最急降下法によって誤差eが最小になる伝達関数行列H(ω)を解き、伝達関数H(ω)を制御フィルタ321a〜321fにセットする。Then, the specific direction setting unit 323 generates an error e by subtracting the multiplication result of the transfer function matrix C(ω) and the transfer function matrix H(ω) from the desired response transfer function matrix A(ω). The specific direction setting unit 323 solves the transfer function matrix H(ω) that minimizes the error e by the steepest descent method, and sets the transfer function H k (ω) in the control filters 321a to 321f.

ビームフォーマ32は、対応の伝達関数H(ω)がセットされた制御フィルタ321a〜321fに対し、グループAの集音信号Sa、Sc、Sd及びSeをフーリエ変換して入力し、グループBの集音信号Sa、Sb、Sd及びSfをフーリエ変換して入力する。そして、ビームフォーマ32は、制御フィルタ321a、321c、321d及び321eから出力されるグループAの集音信号Sa、Sc、Sd及びSeを合算して第1の指向性信号S1を生成し、制御フィルタ321a、321b、321d及び321fから出力されるグループBの集音信号Sa、Sb、Sd及びSfを合算して第2の指向性信号S1を生成する。The beam former 32 Fourier-transforms the sound collection signals Sa, Sc, Sd, and Se of the group A into the control filters 321a to 321f in which the corresponding transfer functions H k (ω) are set, and inputs them. The sound collection signals Sa, Sb, Sd and Sf are Fourier-transformed and input. Then, the beam former 32 adds the sound collection signals Sa, Sc, Sd, and Se of the group A output from the control filters 321a, 321c, 321d, and 321e to generate the first directional signal S1, and the control filter The sound collecting signals Sa, Sb, Sd, and Sf of the group B output from 321a, 321b, 321d, and 321f are added up to generate the second directional signal S1.

図9の(a)はグループA由来の第1の指向性信号S1を示し、(b)はグループB由来の第2の指向性信号S2を示し、横軸に周波数、縦軸に音圧を取ったグラフである。図9の(a)及び(b)に示すように、第1及び第2の指向性信号S1、S2は、ビームフォーマによって、特定方向に単一の指向性が強調され、また感度補正部31によって感度が統一されているため、共通の音成分Scを有している。一方、各周波数帯にノイズN1,N2が乗っている。 9A shows the first directional signal S1 derived from the group A, FIG. 9B shows the second directional signal S2 derived from the group B, and the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents sound pressure. It is a graph taken. As shown in (a) and (b) of FIG. 9, the beamformer emphasizes a single directivity in the first and second directivity signals S1 and S2, and the sensitivity correction unit 31 Since the sensitivities are unified according to, they have a common sound component Sc. On the other hand, noise N1 and N2 are present in each frequency band.

ここで、6つの無指向性マイク21a〜21fの特性は揃えられておらず、6つの無指向性マイク21a〜21fの個体差は顕著である。そのため、4つのマイクの組み合わせが異なるグループAとグループBを由来とする両指向性信号S1,S2に乗っているノイズN1及びノイズN2は相関性の低い。グループAとグループBに属する4つのマイクに重複が無い場合、グループAとグループBを由来とする両指向性信号S1、S2は、相関性の無いノイズN1,N2を有している。 Here, the characteristics of the six omnidirectional microphones 21a to 21f are not uniform, and individual differences among the six omnidirectional microphones 21a to 21f are significant. Therefore, the noises N1 and N2 in the bidirectional signals S1 and S2 originating from the groups A and B having different combinations of four microphones have low correlation. When the four microphones belonging to group A and group B do not overlap, the bidirectional signals S1 and S2 originating from group A and group B have noises N1 and N2 that are not correlated.

そこで、ノイズ処理部33は、相関性の高い音成分を強調し、音成分の相関性が低ければ低いほど、その音成分を抑圧する信号処理を行う。両指向性信号S1、S2に含まれる、特定方向から到来した音成分は、感度補正部31とビームフォーマ32によって同一音圧に揃えられているので、このノイズ処理部33によって強調され、相関性の小さい又は無いノイズN1,N2は抑圧されることになる。 Therefore, the noise processing unit 33 performs signal processing that emphasizes a sound component having a high correlation and suppresses the sound component as the correlation of the sound component is lower. The sound components coming from the specific direction, which are included in the bidirectional signals S1 and S2, are equalized to have the same sound pressure by the sensitivity correction unit 31 and the beam former 32. Noises N1 and N2 with small or no noise will be suppressed.

このノイズ処理部33は、第1の指向性信号S1(k)と第2の指向性信号S2(k)を1サンプルおきに交互に入れ替えて出力する。すなわち、交換信号Sx(k)及び交換信号Sy(k)のデータ列は、k=1、2、3、4・・・において、以下のようになる。
Sx(k)={S1(1) S2(2) S1(3) S2(4)・・・}
Sy(k)={S2(1) S1(2) S2(3) S1(4)・・・}
The noise processing unit 33 alternately outputs the first directional signal S1(k) and the second directional signal S2(k) every other sample and outputs the result. That is, the data strings of the exchange signal Sx(k) and the exchange signal Sy(k) are as follows at k=1, 2, 3, 4,...
Sx(k)={S1(1) S2(2) S1(3) S2(4)...}
Sy(k)={S2(1) S1(2) S2(3) S1(4)...}

ノイズ処理部33は、交換信号Sx(k)と交換信号Sy(k)の誤差を計算し、誤差に応じた係数m(k)を決定する。また、ノイズ処理部33は、過去の係数m(k−1)を参照して逐次的に係数m(k)を更新する。 The noise processing unit 33 calculates the error between the exchange signal Sx(k) and the exchange signal Sy(k), and determines the coefficient m(k) according to the error. The noise processing unit 33 also sequentially updates the coefficient m(k) with reference to the past coefficient m(k−1).

同着の交換信号Sx(k)と交換信号Sy(k)の誤差信号e(k)を以下式(3)のように定義する。

Figure 2019003716
The error signal e(k) of the exchange signal Sx(k) and the exchange signal Sy(k) of the same arrival is defined by the following equation (3).
Figure 2019003716

ノイズ処理部33は、誤差信号e(k)を係数m(k−1)の関数とし、誤差信号e(k)を含む係数m(k)の隣接二項間漸化式を演算することで、誤差信号e(k)が最小となる係数m(k)を探索する。ノイズ処理部33は、この演算処理により、第1の指向性信号S1(k)と第2の指向性信号S2(k)とに時間差が生じていればいるほど、係数m(k)を減少させる方向で更新し、時間差がなければ係数m(k)を1に近づける。そして、ノイズ処理部33は、第1の指向性信号S1(k)または第2の指向性信号S2(k)とに任意の比率で係数m(k)を乗じて出力信号So(k)を出力する。 The noise processing unit 33 uses the error signal e(k) as a function of the coefficient m(k−1) and calculates the recurrence formula between adjacent binomials of the coefficient m(k) including the error signal e(k). , The coefficient m(k) that minimizes the error signal e(k) is searched. The noise processing unit 33 decreases the coefficient m(k) as the time difference between the first directional signal S1(k) and the second directional signal S2(k) is increased by this arithmetic processing. Updating is performed in the direction of making the coefficient m(k) close to 1 if there is no time difference. Then, the noise processing unit 33 multiplies the first directional signal S1(k) or the second directional signal S2(k) by a coefficient m(k) at an arbitrary ratio and outputs the output signal So(k). Output.

図10は、このノイズ処理部33の構成例を示すブロック図である。図10に示すように、ノイズ処理部33は、前段に、第1の指向性信号S1(k)と第2の指向性信号S2(k)の信号列を交互に入れ替えて交換信号Sx(k)交換信号Sy(k)を生成する回路である交換部331を備え、中段に、係数m(k)を更新する複数の積算器と加算器を備え、後段に、係数m(k)を第1の指向性信号S1(k)若しくは第2の指向性信号S2(k)に乗じて出力信号So(k)を生成する積算部332を備える。 FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of the noise processing unit 33. As shown in FIG. 10, the noise processing unit 33 alternately exchanges the signal sequences of the first directional signal S1(k) and the second directional signal S2(k) in the preceding stage to exchange the exchange signal Sx(k). ) A switching unit 331 that is a circuit for generating the switching signal Sy(k) is provided, a plurality of integrators and an adder for updating the coefficient m(k) are provided in the middle stage, and the coefficient m(k) is provided in the second stage. An integrating unit 332 that multiplies the one directional signal S1(k) or the second directional signal S2(k) to generate the output signal So(k) is provided.

中段は、隣接二項間漸化式を体現した回路であり、過去の係数m(k−1)を参照して係数m(k)を漸次更新するものである。ノイズ処理部33において、長いタップ数を有する適応フィルタは排除されている。 The middle stage is a circuit that embodies the recurrence formula between adjacent binomials, and gradually updates the coefficient m(k) with reference to the past coefficient m(k-1). In the noise processing unit 33, an adaptive filter having a long tap number is excluded.

このノイズ処理部33において、中段では、交換信号Sy(k)を参照信号として用いて誤差信号e(k)を生成する。すなわち、交換信号Sx(k)は、積算器335に入力される。積算器335は、交換信号Sa(k)に対して1サンプル前の係数m(k−1)の−1倍を掛け合わせる。積算器335の出力側には、加算器336が接続されている。この加算器336には、積算器335から出力された信号と交換信号Sy(k)とが入力され、これら信号を加算することで、瞬時の誤差信号e(k)を得る。 In the noise processing unit 33, in the middle stage, the exchange signal Sy(k) is used as a reference signal to generate an error signal e(k). That is, the exchange signal Sx(k) is input to the integrator 335. The integrator 335 multiplies the exchange signal Sa(k) by -1 times the coefficient m(k-1) one sample before. An adder 336 is connected to the output side of the integrator 335. The signal output from the integrator 335 and the exchange signal Sy(k) are input to the adder 336, and the instantaneous error signal e(k) is obtained by adding these signals.

誤差信号e(k)は、入力信号をμ倍する積算器337に入力される。係数μは、1未満のステップサイズパラメータである。積算器337の出力側には、積算器338が接続される。積算器338には、交換信号Sx(k)と積算器を経た信号μe(k)とが入力される。この積算器338は、交換信号Sx(k)と信号μe(k)とを乗じ、以下式(4)で表される瞬時二乗誤差の微分信号∂E(m)/∂mを得る。

Figure 2019003716
The error signal e(k) is input to the integrator 337 that multiplies the input signal by μ. The coefficient μ is a step size parameter less than 1. An integrator 338 is connected to the output side of the integrator 337. The exchange signal Sx(k) and the signal μe(k) that has passed through the integrator are input to the integrator 338. This integrator 338 multiplies the exchange signal Sx(k) and the signal μe(k) to obtain the differential signal ∂E(m) 2 /∂m of the instantaneous squared error represented by the following equation (4).
Figure 2019003716

積算器338には加算器339が接続されている。加算器339は、以下式(5)を演算することで係数m(k)を完成させ、積算部332に係数m(k)をセットする。すなわち、以下式(5)のように、加算器339は微分信号∂E(m)/∂mに対して信号β・m(k−1)を加算することで係数m(k)を完成させる。

Figure 2019003716
An adder 339 is connected to the integrator 338. The adder 339 completes the coefficient m(k) by calculating the following equation (5), and sets the coefficient m(k) in the integrating unit 332. That is, as in the following expression (5), the adder 339 completes the coefficient m(k) by adding the signal β·m(k−1) to the differential signal ∂E(m) 2 /∂m. Let
Figure 2019003716

信号β・m(k−1)は、加算器339の出力側に1サンプル分だけ信号を遅延させる遅延器333と定数βを積算する積算器334とが接続されており、1サンプル前の信号処理により更新された係数m(k−1)に対して積算器334で定数βを乗じることにより生成される。 The signal β·m(k−1) is connected to the output side of the adder 339 with a delayer 333 that delays the signal by one sample and an integrator 334 that integrates the constant β, and the signal one sample before. It is generated by multiplying the coefficient m(k−1) updated by the processing by the constant β in the integrator 334.

これにより、ノイズ処理部33では、以下の漸化式(6)の演算処理が実現し、係数m(k)を生成され、サンプリング毎に漸次更新していく。

Figure 2019003716
As a result, the noise processing unit 33 realizes the calculation process of the following recurrence formula (6), the coefficient m(k) is generated, and is gradually updated for each sampling.
Figure 2019003716

即ち、ノイズ処理部33は、交換信号Sx,Syの片方に係数mを乗じた上で交換信号Sx,Syの誤差信号eを生成する誤差信号生成部と、誤差信号eを含む係数mの漸化式を演算して係数mを1サンプル毎に更新する漸化式演算部を備える。誤差信号生成部は、交換信号Sa(k)に対して1サンプル前の係数m(k−1)の−1倍を掛け合わせる積算器335と、積算器335から出力された信号と交換信号Sy(k)とが入力され、これら信号を加算する加算器336である。漸化式演算部は、積算器335と加算器336以外の積算器と加算器である。 That is, the noise processing unit 33 multiplies one of the exchange signals Sx and Sy by a coefficient m and then generates an error signal e of the exchange signals Sx and Sy, and a gradual calculation of the coefficient m including the error signal e. A recurrence formula calculation unit that calculates the formula and updates the coefficient m for each sample is provided. The error signal generation unit multiplies the exchange signal Sa(k) by −1 times the coefficient m(k−1) one sample before, and the signal output from the integrator 335 and the exchange signal Sy. (K) is input and is an adder 336 that adds these signals. The recurrence formula calculation unit is an integrator and an adder other than the integrator 335 and the adder 336.

そして、ノイズ処理部33は、以下の数式(7)を交互に演算し、数式(7)で得られる係数m(k)を指向性信号に乗じる。

Figure 2019003716
Then, the noise processing unit 33 alternately calculates the following formula (7) and multiplies the directional signal by the coefficient m(k) obtained by the formula (7).
Figure 2019003716

数式(7)において、信号の二乗の項は、ホワイトノイズ等の無相関成分を時間の経過とともに小さくなるように作用する。一方、その隣接項は、相関係数を逐次的に算出する以下の数式(8)の分子部分と同等であり、相関成分の影響を係数mに反映させていくこととなる。

Figure 2019003716
In Expression (7), the signal squared term acts to reduce uncorrelated components such as white noise with the passage of time. On the other hand, the adjacent term is equivalent to the numerator part of the following formula (8) for sequentially calculating the correlation coefficient, and the influence of the correlation component is reflected in the coefficient m.
Figure 2019003716

つまり、第1の指向性信号S1に対して第2の指向性信号S2を近似させようとしたときには、第1の指向性信号S1の無相関成分は増幅方向となり、第2の指向性信号S2の無相関成分は抑制方向となる。また、第2の指向性信号S2に対して第1の指向性信号S1を近似させようとしたときには、第1の指向性信号S1の無相関成分は増幅方向となり、第1の指向性信号S1の無相関成分は抑制方向となる。 That is, when trying to approximate the second directional signal S2 to the first directional signal S1, the uncorrelated component of the first directional signal S1 is in the amplification direction, and the second directional signal S2. The non-correlated component of is the suppression direction. Further, when the first directional signal S1 is attempted to be approximated to the second directional signal S2, the uncorrelated component of the first directional signal S1 is in the amplification direction, and the first directional signal S1 The non-correlated component of is the suppression direction.

そこで、ノイズ処理部33は、第1の指向性信号S1に対して第2の指向性信号S2を近似させて同期加算しようとする働きと、第2の指向性信号S2に対して第1の指向性信号S1を近似させて同期加算しようとする働きとを交互に繰り返す。そのため、無相関成分を増幅及び抑制しようとする働きは、交互に打ち消し合うことになる。即ち、係数m(k)には相関成分の影響を濃く反映させていくことになり、この係数m(k)が乗じられた指向性信号S1,S2からは、無指向性マイク21a〜21fに固有のノイズが抑制される。 Therefore, the noise processing unit 33 has a function of approximating the second directional signal S2 to the first directional signal S1 and performing synchronous addition, and a first directional signal S2 of the first directional signal S2. The function of approximating the directional signal S1 and attempting to perform synchronous addition is alternately repeated. Therefore, the functions of amplifying and suppressing the uncorrelated component are canceled out alternately. That is, the influence of the correlation component is strongly reflected on the coefficient m(k), and from the directional signals S1 and S2 multiplied by the coefficient m(k), the omnidirectional microphones 21a to 21f are output. The inherent noise is suppressed.

(効果)
以上のように、集音装置1は、N次元で表現される特定方向に指向性を付けるものであり、少なくともN+2個の無指向性マイク21a,21b,・・・とビームフォーマ32とノイズ処理部33を備えるようにした。ビームフォーマ32は、無指向性マイク21a,21b,・・・が出力する集音信号Sa,Sb,・・・に基づき、特定方向に単一指向性を有する2種類の指向性信号S1,S2を生成する。ノイズ処理部33は、2種類の指向性信号S1,S2に基づいてノイズ成分を抑制する。
(effect)
As described above, the sound collection device 1 imparts directivity to a specific direction expressed in N dimensions, and includes at least N+2 omnidirectional microphones 21a, 21b,..., Beamformer 32, and noise processing. The part 33 is provided. The beam former 32 has two types of directional signals S1 and S2 having unidirectionality in a specific direction, based on the sound collection signals Sa, Sb,... Output by the omnidirectional microphones 21a, 21b,. To generate. The noise processing unit 33 suppresses the noise component based on the two types of directional signals S1 and S2.

このビームフォーマは、無指向性マイク21a,21b・・・の出力から選ばれるN+1個の集音信号Sa,Sb,・・・に基づき、特定方向に単一指向性を有する第1の指向性信号S1を生成するとともに、第1の指向性信号S1の生成に用いられたN+1個の集音信号Sa,Sb・・・とは異なる組み合わせのN+1個の集音信号Se,Sf,・・・に基づき、第1の指向性信号S1と同じ特定方向に単一指向性を有する第2の指向性信号S2を生成するようにした。そして、ノイズ処理部33は、2種類の指向性信号S1,S2間で無相関の音成分を抑制するようにした。 This beam former has a first directivity having unidirectionality in a specific direction based on N+1 sound collection signals Sa, Sb,... Selected from the outputs of the omnidirectional microphones 21a, 21b. The signal S1 is generated, and N+1 sound collection signals Se, Sf,... In a combination different from the N+1 sound collection signals Sa, Sb,... Used for generating the first directional signal S1. Based on the above, the second directional signal S2 having unidirectionality in the same specific direction as the first directional signal S1 is generated. Then, the noise processing unit 33 suppresses the uncorrelated sound component between the two types of directional signals S1 and S2.

これにより、第1の指向性信号S1と第2の指向性信号S2に含まれるノイズ成分は無相関となるため、無相関の音成分を抑制することで、無指向性マイク21a,21b・・・に固有の回路系ノイズや風雑音を抑制でき、SN比が向上する。 As a result, the noise components included in the first directional signal S1 and the second directional signal S2 become uncorrelated, so that the uncorrelated sound components are suppressed, so that the omnidirectional microphones 21a, 21b...・The circuit noise and wind noise peculiar to can be suppressed and the SN ratio is improved.

しかも、集音信号Sa,Sb・・・を収録した機器に固有の回路系ノイズや風雑音が存在することを寧ろ積極的に利用するものであり、無指向性マイク21a,21b・・・の特性を揃える作業が不要となり、労力の飛躍的な軽減がもたらされ、集音装置1の単価を軽減できる。 Moreover, the presence of the circuit noise and the wind noise peculiar to the device in which the collected signals Sa, Sb... Are recorded is positively utilized rather, and the omnidirectional microphones 21a, 21b. The work for adjusting the characteristics is not necessary, the labor is dramatically reduced, and the unit price of the sound collector 1 can be reduced.

また、少なくともN+2個の無指向性マイク21a,21b・・・が出力する集音信号の感度を揃える感度補正部31を更に備え、ノイズ処理部33は、感度補正部31による補正を経た2種類の指向性信号S1,S2間で無相関の音成分を抑制するようにした。 Further, at least N+2 omnidirectional microphones 21a, 21b... Further comprises a sensitivity correction unit 31 for equalizing the sensitivity of the sound collection signals output, and the noise processing unit 33 is of two types after the correction by the sensitivity correction unit 31. The non-correlated sound components are suppressed between the directional signals S1 and S2.

これにより、無指向性マイク21a,21b・・・が得た、特定方向から到来した音成分が精度良く揃えられ、第1の指向性信号S1と第2の指向性信号S2に含まれる、特定方向の音成分の相関性をより高くできる。従って、特定方向の音成分とノイズ成分との相対的な強調又は抑制にメリハリが大きくなり、SN比がより良好となる。 As a result, the sound components arriving from the specific direction obtained by the omnidirectional microphones 21a, 21b,... Are accurately aligned and included in the first directional signal S1 and the second directional signal S2. The correlation of the sound components in the directions can be made higher. Therefore, the sharpness is increased in the relative emphasis or suppression of the sound component and the noise component in the specific direction, and the SN ratio becomes better.

ここで、周囲の音を収録するマイクが異なる方向に向く指向性を有すると、各マイクの音圧差が到来方向に由来するのか、感度差に由来するのか不明であり、特定方向から到来した音成分を揃えることは難しい。しかしながら、この集音装置1では、無指向性マイク21a,21b・・・を利用するため、各マイクの音圧差は感度差に由来するものあることに限定でき、特定方向から到来した音成分を揃えることが可能となったものである。 Here, if the microphones that record the surrounding sounds have directivity that points in different directions, it is unclear whether the sound pressure difference between the microphones originates in the arrival direction or the sensitivity difference, and the sound that arrives from a specific direction is unknown. It is difficult to align the ingredients. However, in this sound collection device 1, since the omnidirectional microphones 21a, 21b,... Are used, it is possible to limit the sound pressure difference between the microphones to the one derived from the sensitivity difference, and the sound component arriving from a specific direction is limited. It is possible to arrange them.

ノイズ処理部33は、まず、第1の指向性信号S1と第2の指向性信号S2を1サンプル毎に交互に入れ替える。次に、交換信号Sx,Syの片方に係数mを乗じた上で、交換信号Sx,Syの誤差信号を生成する。そして、誤差信号eを含む係数mの漸化式を演算して係数mを1サンプル毎に更新する。この逐次更新された係数mを第1の指向性信号S1又は第2の指向性信号S2に乗じて出力する。 First, the noise processing unit 33 switches the first directional signal S1 and the second directional signal S2 alternately for each sample. Next, one of the exchange signals Sx and Sy is multiplied by a coefficient m, and then an error signal of the exchange signals Sx and Sy is generated. Then, the recurrence formula of the coefficient m including the error signal e is calculated to update the coefficient m for each sample. The sequentially updated coefficient m is multiplied by the first directional signal S1 or the second directional signal S2 and output.

これにより、第1の指向性信号S1に対して第2の指向性信号S2を近似させて同期加算しようとする働きと、第2の指向性信号S2に対して第1の指向性信号S1を近似させて同期加算しようとする働きとを交互に繰り返す。そのため、無相関成分を増幅及び抑制しようとする働きは、交互に打ち消し合うことになる。即ち、係数m(k)には相関成分の影響を濃く反映させていくことになり、この係数m(k)が乗じられた指向性信号S1,S2からは、無指向性マイク21a〜21fに固有のノイズが抑制される。 As a result, the function of approximating the second directional signal S2 with respect to the first directional signal S1 to perform synchronous addition and the operation of the first directional signal S1 with respect to the second directional signal S2 are performed. The functions of approximating and performing synchronous addition are repeated alternately. Therefore, the functions of amplifying and suppressing the uncorrelated component are canceled out alternately. That is, the influence of the correlation component is strongly reflected on the coefficient m(k), and from the directional signals S1 and S2 multiplied by the coefficient m(k), the omnidirectional microphones 21a to 21f are output. The inherent noise is suppressed.

(適用例)
集音装置1の適用例を図11及び図12に示す。図11及び図12は、各方位及び各仰角を撮影可能な全方向カメラの例を示す模式図である。マイクロフォンユニット2とパノラマ撮像部100は一体であり、共に同一の支持部材23を筐体とし、この支持部材23にパノラマ撮像部100が備える複数のカメラ101と無指向性マイク21a〜21fが取り付けられている。
(Application example)
An application example of the sound collector 1 is shown in FIGS. 11 and 12. 11 and 12 are schematic diagrams showing an example of an omnidirectional camera capable of photographing each azimuth and each elevation angle. The microphone unit 2 and the panoramic image pickup unit 100 are integrated, and the same support member 23 is used as a housing. A plurality of cameras 101 and omnidirectional microphones 21a to 21f included in the panoramic image pickup unit 100 are attached to the support member 23. ing.

例えば、図11に示すように、支持部材23は四角柱形状を有する。この支持部材23の側面のうち、一対の対向面に魚眼レンズにより成る2つのカメラ101が1つずつ配分されている。一対の対向面の四隅には余白が生じている。無指向性マイク21a〜21fは、この四隅に配分されている。例えば、一方の対向面の三つの隅に無指向性マイク21a〜21cが1つずつ配分され、他方の対向面の三つの隅に無指向性マイク21d〜21fが1つずつ配分される。 For example, as shown in FIG. 11, the support member 23 has a quadrangular prism shape. Two cameras 101 each formed of a fisheye lens are distributed to a pair of opposing surfaces of the side surfaces of the support member 23. Margins are formed at the four corners of the pair of facing surfaces. The omnidirectional microphones 21a to 21f are distributed in these four corners. For example, the omnidirectional microphones 21a to 21c are distributed one by one to the three corners of the one opposing surface, and the omnidirectional microphones 21d to 21f are distributed one to one of the three corners of the other opposing surface.

また、図12に示すように、支持部材23は球形を有する。この支持部材23に魚眼レンズにより成る2つのカメラ101が180度離されて配分されている。無指向性マイク21a〜21fは、2つのカメラ101の脇に配分されている。例えば、一方のカメラ101の真上をゼロ度として、当該カメラ101に向かい合う方向から見て時計回りに45度位置、225度位置及び315度位置に無指向性マイク21a〜21cが1つずつ配分され、他方のカメラ101の真上をゼロ度として、当該カメラ101に向かい合う方向から見て時計回りに135度位置、225度位置及び315度位置に無指向性マイク21d〜21fが1つずつ配分される。 Moreover, as shown in FIG. 12, the support member 23 has a spherical shape. Two cameras 101, which are fish-eye lenses, are distributed 180 degrees apart on the support member 23. The omnidirectional microphones 21a to 21f are distributed beside the two cameras 101. For example, assuming that the position directly above one of the cameras 101 is zero degree, the omnidirectional microphones 21a to 21c are allocated to the 45-degree position, the 225-degree position, and the 315-degree position in the clockwise direction when viewed from the direction facing the camera 101. The omnidirectional microphones 21d to 21f are distributed one by one to the 135 degree position, the 225 degree position, and the 315 degree position in the clockwise direction when viewed from the direction facing the camera 101, with the position right above the other camera 101 as zero degree. To be done.

即ち、同じ支持部材23にカメラ101もマイクロフォンユニット2も一体的に備えられているため、全方向カメラはコンパクトに収まっている。その理由は、集音装置1が無指向性マイク21a〜21fを積極的に用いるため、無指向性マイク21a〜21fの背後には指向性マイクのような空間が不要だからである。 That is, since the camera 101 and the microphone unit 2 are integrally provided on the same support member 23, the omnidirectional camera is compact. The reason is that the sound collector 1 positively uses the omnidirectional microphones 21a to 21f, so that a space like a directional microphone is not required behind the omnidirectional microphones 21a to 21f.

また、集音装置1の他の適用例を図13に示す。パノラマ撮像部100は、ユーザが把持する棒状の支持部材23に取り付けられている。マイクロフォンユニット2は、このユーザが把持する支持部材23に内蔵されている。即ち、この支持部材23に内接する仮想の六角柱の各隅に無指向性マイク21a〜21fが取り付けられている。このように、無指向性マイク21a〜21fはユーザの把持する棒に内蔵させることもできるので、全方向カメラはコンパクトに収まる。無指向性マイク21a〜21fの背後には指向性マイクのような空間が不要だからである。 Further, another application example of the sound collector 1 is shown in FIG. The panoramic image capturing unit 100 is attached to a rod-shaped support member 23 held by the user. The microphone unit 2 is built in the support member 23 held by the user. That is, the omnidirectional microphones 21a to 21f are attached to the respective corners of the virtual hexagonal column inscribed in the support member 23. As described above, since the omnidirectional microphones 21a to 21f can be built in the rod held by the user, the omnidirectional camera can be compactly installed. This is because there is no need for a space like a directional microphone behind the omnidirectional microphones 21a to 21f.

パノラマ撮像部100の撮像データと集音信号Sa〜Sfは、ユーザのパーソナルコンピュータ102に転送される。パーソナルコンピュータ102には、撮像データから特定方向の画像をレンダリングする画像処理と、指向性制御装置3を実現するためのアプリ103がインストールされている。アプリ103に対してユーザがキーボードやマウス等のマンマシンインターフェースを用いて入力した特定方向を示す情報は、ビームフォーマ32に渡され、ビームフォーマ32は当該特定方向を示す情報に従って所望応答伝達関数行列A(ω)を生成する。 The image pickup data of the panoramic image pickup unit 100 and the sound collection signals Sa to Sf are transferred to the user's personal computer 102. The personal computer 102 is installed with an application 103 for implementing image processing for rendering an image in a specific direction from captured data and realizing the directional control device 3. Information indicating a specific direction input by the user to the application 103 using a man-machine interface such as a keyboard or a mouse is passed to the beamformer 32, and the beamformer 32 transmits a desired response transfer function matrix according to the information indicating the specific direction. Generate A(ω).

このように、特定方向の入力を受け付けるキーボードやマウス等の入力部を更に備え、ビームフォーマ32は、入力部が受け付けた特定方向に指向性を形成するようにすればよい。 As described above, the beam former 32 may further include an input unit such as a keyboard or a mouse that receives an input in the specific direction, and the beam former 32 may form directivity in the specific direction received by the input unit.

また、複数のカメラ101を有し、周囲各方向を撮影するパノラマ撮像部100を更に備え、少なくともN+2個の無指向性マイク21a,21b・・・は、複数のカメラ101間の合間に配分されて取り付けられているようにした。これにより、複数のカメラ101に無指向性マイク21a,21b・・・が写り難くなり、品質の高い撮影が可能となる。複数のカメラ101間の合間に配分できるのは、無指向性マイク21a,21b・・・の裏に空間を必要としないためである。 Further, it has a plurality of cameras 101, and further includes a panoramic image pickup unit 100 for photographing each direction around, and at least N+2 omnidirectional microphones 21a, 21b... Are distributed between the plurality of cameras 101. I was attached. As a result, it becomes difficult for the omnidirectional microphones 21a, 21b,... To be captured in the plurality of cameras 101, and high-quality shooting is possible. The reason why the plurality of cameras 101 can be distributed among the cameras 101 is that no space is required behind the omnidirectional microphones 21a, 21b,....

(その他の実施形態)
以上のように、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、そのほかの様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
(Other embodiments)
Although the embodiment of the present invention has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the scope of equivalents thereof.

例えば、ノイズ処理部33は、交換信号の片方に係数mを乗じた上で、交換信号の誤差信号を生成し、この誤差信号を含む係数mの漸化式を演算して係数mを1サンプル毎に更新するようにすれば、上記実施形態に限定することなく、その他の態様で実現可能である。 For example, the noise processing unit 33 multiplies one of the exchange signals by the coefficient m, generates an error signal of the exchange signal, calculates a recurrence formula of the coefficient m including the error signal, and samples the coefficient m by one sample. If it is updated every time, it can be realized in other modes without being limited to the above-mentioned embodiment.

また、この集音装置1は、CPUやDSPのソフトウェア処理として実現してもよいし、専用のデジタル回路で構成するようにしてもよい。ソフトウェア処理として実現する場合には、CPU、外部メモリ、RAMを備えるコンピュータにおいて、感度補正部31、ビームフォーマ32及びノイズ処理部33と同一の処理内容を記述したプログラムをROMやハードディスクやフラッシュメモリ等の外部メモリに記憶させ、RAMに適宜展開し、CPUで其のプログラムに従って演算を行うようにすればよい。 Further, the sound collecting device 1 may be realized as software processing of a CPU or a DSP, or may be configured by a dedicated digital circuit. When implemented as software processing, in a computer including a CPU, an external memory, and a RAM, a program describing the same processing content as the sensitivity correction unit 31, the beam former 32, and the noise processing unit 33 is stored in a ROM, a hard disk, a flash memory, or the like. It may be stored in the external memory of the above, expanded in the RAM as appropriate, and the CPU may perform the operation according to the program.

1 集音装置
2 マイクロフォンユニット
21a〜21f 無指向性マイク
22 不揮発性メモリ
23 支持部材
3 指向性制御装置
31 感度補正部
311a〜311f バンドパスフィルタ
312a〜312f パワー算出部
313 係数算出部
314a〜314f 乗算部
32 ビームフォーマ
321a〜321f 制御フィルタ
322a、322b 加算器
323 特定方向設定部
33 ノイズ処理部
331 交換部
332 積算部
333 遅延器
334 積算器
335 積算器
336 加算器
337 積算器
338 積算器
339 加算器
34 メモリ
100 パノラマ撮像部
101 カメラ
102 パーソナルコンピュータ
103 アプリ
1 Sound Collection Device 2 Microphone Units 21a to 21f Omnidirectional Microphone 22 Nonvolatile Memory 23 Support Member 3 Directional Control Device 31 Sensitivity Correction Units 311a to 311f Bandpass Filters 312a to 312f Power Calculation Unit 313 Coefficient Calculation Units 314a to 314f Multiply Unit 32 Beamformers 321a to 321f Control filters 322a, 322b Adder 323 Specific direction setting unit 33 Noise processing unit 331 Exchange unit 332 Accumulator 333 Delay unit 334 Accumulator 335 Accumulator 336 Adder 337 Accumulator 338 Accumulator 339 Accumulator 339 Adder 34 memory 100 panoramic image pickup unit 101 camera 102 personal computer 103 application

Claims (14)

N次元で表現される特定方向に指向性を付ける集音装置であって、
周囲の音を測定して集音信号を出力する、少なくともN+2個の無指向性マイクと、
前記無指向性マイクが出力する集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する2種類の指向性信号を生成するビームフォーマと、
前記2種類の指向性信号に基づいてノイズ成分を抑制するノイズ処理部と、
を備え、
前記ビームフォーマは、
前記無指向性マイクの出力から選ばれるN+1個の集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する第1の指向性信号を生成するとともに、
前記第1の指向性信号の生成に用いられた前記N+1個の集音信号とは異なる組み合わせのN+1個の集音信号に基づき、前記第1の指向性信号と同じ特定方向に単一指向性を有する第2の指向性信号を生成し、
前記ノイズ処理部は、
前記2種類の指向性信号間で無相関の音成分を抑制すること、
を特徴とする集音装置。
A sound collecting device for directing a specific direction expressed in N dimensions,
At least N+2 omnidirectional microphones that measure ambient sounds and output collected signals,
A beamformer that generates two types of directional signals having unidirectionality in a specific direction based on a sound collection signal output by the omnidirectional microphone,
A noise processing unit that suppresses noise components based on the two types of directional signals;
Equipped with
The beam former is
A first directional signal having unidirectionality in a specific direction is generated based on N+1 sound collection signals selected from the output of the omnidirectional microphone,
Based on N+1 sound collection signals in a combination different from the N+1 sound collection signals used to generate the first directional signal, a unidirectional pattern in the same specific direction as the first directional signal. Generate a second directional signal having
The noise processing unit,
Suppressing uncorrelated sound components between the two types of directional signals,
Sound collection device characterized by.
前記少なくともN+2個の無指向性マイクが出力する集音信号の感度を揃える感度補正部を更に備え、
前記ノイズ処理部は、前記感度補正部による補正を経た前記2種類の指向性信号間で無相関の音成分を抑制すること、
を特徴とする請求項1記載の集音装置。
Further comprising a sensitivity correction unit that equalizes the sensitivity of the sound collection signals output by the at least N+2 omnidirectional microphones,
The noise processing unit suppresses an uncorrelated sound component between the two types of directional signals that have been corrected by the sensitivity correction unit,
The sound collecting device according to claim 1.
3次元で表される特定方向に指向性を付け、
少なくとも5個以上の前記無指向性マイクを備え、
前記ビームフォーマは、
前記無指向性マイクの出力から選ばれる4個の集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する第1の指向性信号を生成するとともに、
前記第1の指向性信号の生成に用いられた前記4個の集音信号とは異なる組み合わせの4個の集音信号に基づき、前記第1の指向性信号と同じ特定方向に単一指向性を有する第2の指向性信号を生成すること、
を特徴とする請求項1又は2記載の集音装置。
Directivity is given to a specific direction expressed in three dimensions,
At least five or more of the omnidirectional microphones are provided,
The beam former is
Based on four sound collection signals selected from the output of the omnidirectional microphone, a first directional signal having unidirectionality in a specific direction is generated, and
Based on four sound collection signals in a combination different from the four sound collection signals used to generate the first directional signal, a unidirectional pattern in the same specific direction as the first directional signal. Generating a second directional signal having
The sound collecting device according to claim 1 or 2.
前記無指向性マイクは、
四面体の各頂点方向を向いた当該無指向性マイクの組み合わせを2種類選択できるように、立体配置され、
前記2種類の四面体は、合同でも相似でもないか、位置が異なるか、向きが異なるか、又はこれらの組み合わせの関係を有すること、
を特徴とする請求項3記載の集音装置。
The omnidirectional microphone is
Three-dimensionally arranged so that you can select two types of combinations of the omnidirectional microphones that face each vertex of the tetrahedron,
The two types of tetrahedra are not congruent or similar, have different positions, have different orientations, or have a combination of these.
The sound collecting device according to claim 3, wherein
2次元で表される特定方向に指向性を付け、
少なくとも4個以上の前記無指向性マイクを備え、
前記ビームフォーマは、
前記無指向性マイクの出力から選ばれる3個の集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する第1の指向性信号を生成するとともに、
前記第1の指向性信号の生成に用いられた前記3個の集音信号とは異なる組み合わせの3個の集音信号に基づき、前記第1の指向性信号と同じ特定方向に単一指向性を有する第2の指向性信号を生成すること、
を特徴とする請求項1又は2記載の集音装置。
Directivity is added to a specific direction expressed in two dimensions,
At least four or more of the omnidirectional microphones are provided,
The beam former is
Based on three sound collection signals selected from the output of the omnidirectional microphone, a first directional signal having unidirectionality in a specific direction is generated, and
Based on three sound collection signals in a combination different from the three sound collection signals used to generate the first directional signal, a unidirectional pattern in the same specific direction as the first directional signal. Generating a second directional signal having
The sound collecting device according to claim 1 or 2.
前記特定方向の入力を受け付ける入力部を更に備え、
前記ビームフォーマは、前記入力部が受け付けた前記特定方向に指向性を形成すること、
を特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の集音装置。
Further comprising an input unit for receiving an input in the specific direction,
The beam former forms directivity in the specific direction received by the input unit,
The sound collecting device according to any one of claims 1 to 5.
複数のカメラを有し、周囲各方向を撮影するパノラマ撮像部を更に備え、
前記少なくともN+2個の無指向性マイクは、前記複数のカメラ間の合間に配分され、又は複数のカメラを支えるユーザ把持用の棒に取り付けられていること、
を特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の集音装置。
Having a plurality of cameras, further equipped with a panoramic image capturing unit for capturing each direction around,
The at least N+2 omnidirectional microphones are distributed between the plurality of cameras or are attached to a user gripping rod that supports the plurality of cameras,
The sound collecting device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that:
前記ノイズ処理部は、
前記第1の指向性信号と前記第2の指向性信号を1サンプル毎に交互に入れ替えることで、一対の交換信号を生成する交換部と、
前記交換信号の片方に係数mを乗じた上で、前記交換信号の誤差信号を生成する誤差信号生成部と、
前記誤差信号を含む係数mの漸化式を演算して係数mを1サンプル毎に更新する漸化式演算部と、
逐次更新された係数mを前記第1の指向性信号又は前記第2の指向性信号に乗じて出力する積算部と、
を備えること、
を特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の集音装置。
The noise processing unit,
An exchange unit that generates a pair of exchange signals by alternately exchanging the first directional signal and the second directional signal for each sample.
An error signal generation unit that generates an error signal of the exchange signal after multiplying one of the exchange signals by a coefficient m,
A recurrence formula calculation unit that calculates a recurrence formula of the coefficient m including the error signal and updates the coefficient m for each sample;
An accumulator that multiplies the first directivity signal or the second directivity signal by the coefficient m that is sequentially updated, and outputs the product.
Be equipped with,
The sound collecting device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that.
N次元で表現される特定方向に指向性を付ける指向性制御装置であって、
少なくともN+2個の無指向性マイクが生成した各集音信号を記憶する記憶部と、
前記記憶部の集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する2種類の指向性信号を生成するビームフォーマと、
前記2種類の指向性信号に基づいてノイズ成分を抑制するノイズ処理部と、
を備え、
前記ビームフォーマは、
前記記憶部から選ばれるN+1個の集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する第1の指向性信号を生成するとともに、
前記第1の指向性信号の生成に用いられた前記N+1個の集音信号とは異なる組み合わせのN+1個の集音信号に基づき、前記第1の指向性信号と同じ特定方向に単一指向性を有する第2の指向性信号を生成し、
前記ノイズ処理部は、
前記2種類の指向性信号間で無相関の音成分を抑制すること、
を特徴とする指向性制御装置。
A directivity control device for directing a specific direction represented by N dimensions,
A storage unit for storing each sound collection signal generated by at least N+2 omnidirectional microphones;
A beamformer for generating two types of directional signals having a unidirectionality in a specific direction based on the sound collection signal in the storage section;
A noise processing unit that suppresses noise components based on the two types of directional signals;
Equipped with
The beam former is
Based on the N+1 sound collection signals selected from the storage unit, a first directional signal having unidirectionality in a specific direction is generated, and
Based on N+1 sound collection signals in a combination different from the N+1 sound collection signals used to generate the first directional signal, a unidirectional pattern in the same specific direction as the first directional signal. Generate a second directional signal having
The noise processing unit,
Suppressing uncorrelated sound components between the two types of directional signals,
Directional control device characterized by.
前記少なくともN+2個の集音信号の感度を揃える感度補正部を更に備え、
前記ノイズ処理部は、前記感度補正部による補正を経た前記2種類の指向性信号間で無相関の音成分を抑制すること、
を特徴とする請求項9記載の指向性制御装置。
Further comprising a sensitivity correction unit for equalizing the sensitivities of the at least N+2 collected signals,
The noise processing unit suppresses an uncorrelated sound component between the two types of directional signals that have been corrected by the sensitivity correction unit,
The directivity control device according to claim 9, wherein:
前記ノイズ処理部は、
前記第1の指向性信号と前記第2の指向性信号を1サンプル毎に交互に入れ替えることで、一対の交換信号を生成する交換部と、
前記交換信号の片方に係数mを乗じた上で、前記交換信号の誤差信号を生成する誤差信号生成部と、
前記誤差信号を含む係数mの漸化式を演算して係数mを1サンプル毎に更新する漸化式演算部と、
逐次更新された係数mを前記第1の指向性信号又は前記第2の指向性信号に乗じて出力する積算部と、
を備えること、
を特徴とする請求項9又は10記載の指向性制御装置。
The noise processing unit,
An exchange unit that generates a pair of exchange signals by alternately exchanging the first directional signal and the second directional signal for each sample.
An error signal generation unit that generates an error signal of the exchange signal after multiplying one of the exchange signals by a coefficient m,
A recurrence formula calculation unit that calculates a recurrence formula of the coefficient m including the error signal and updates the coefficient m for each sample;
An accumulator that multiplies the first directivity signal or the second directivity signal by the coefficient m that is sequentially updated, and outputs the product.
Be equipped with,
The directivity control device according to claim 9 or 10, characterized in that.
N次元で表現される特定方向に指向性を付ける指向性制御方法であって、
少なくともN+2個の無指向性マイクが生成した各集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する2種類の指向性信号を生成するビームフォーミングステップと、
前記2種類の指向性信号に基づいてノイズ成分を抑制するノイズ抑制ステップと、
を含み、
前記ビームフォーミングステップは、
少なくともN+2個の前記集音信号のうちのN+1個の集音信号に基づき、特定方向に単一指向性を有する第1の指向性信号を生成するとともに、
前記第1の指向性信号の生成に用いられた前記N+1個の集音信号とは異なる組み合わせのN+1個の集音信号に基づき、前記第1の指向性信号と同じ特定方向に単一指向性を有する第2の指向性信号を生成し、
前記ノイズ抑制ステップは、
前記2種類の指向性信号間で無相関の音成分を抑制すること、
を特徴とする指向性制御方法。
A directivity control method for directing a specific direction expressed in N dimensions,
A beamforming step of generating two types of directional signals having unidirectionality in a specific direction based on each sound collection signal generated by at least N+2 omnidirectional microphones;
A noise suppression step of suppressing a noise component based on the two types of directional signals,
Including
The beam forming step,
Generating a first directional signal having unidirectionality in a specific direction based on at least N+1 sound collection signals of at least N+2 sound collection signals;
Based on N+1 sound collection signals in a combination different from the N+1 sound collection signals used to generate the first directional signal, a unidirectional pattern in the same specific direction as the first directional signal. Generate a second directional signal having
The noise suppression step,
Suppressing uncorrelated sound components between the two types of directional signals,
Directional control method characterized by.
前記少なくともN+2個の集音信号の感度を揃える感度補正ステップを更に含み、
前記ノイズ抑制ステップは、前記感度補正ステップによる補正を経た前記2種類の指向性信号間で無相関の音成分を抑制すること、
を特徴とする請求項12記載の指向性制御方法。
Further comprising a sensitivity correction step of aligning the sensitivities of the at least N+2 collected signals,
The noise suppressing step suppresses a non-correlated sound component between the two types of directional signals that have been corrected by the sensitivity correcting step,
The directivity control method according to claim 12, wherein:
前記ノイズ処理ステップは、
前記第1の指向性信号と前記第2の指向性信号を1サンプル毎に交互に入れ替えることで、一対の交換信号を生成する交換ステップと、
前記交換信号の片方に係数mを乗じた上で、前記交換信号の誤差信号を生成する誤差信号生成ステップと、
前記誤差信号を含む係数mの漸化式を演算して係数mを1サンプル毎に更新する漸化式演算ステップと、
逐次更新された係数mを前記第1の指向性信号又は前記第2の指向性信号に乗じて出力する積算ステップと、
を備えること、
を特徴とする請求項12又は13記載の指向性制御方法。
The noise processing step,
An exchange step of generating a pair of exchange signals by alternately exchanging the first directional signal and the second directional signal for each sample.
An error signal generating step of generating an error signal of the exchange signal after multiplying one of the exchange signals by a coefficient m;
A recurrence formula calculation step of calculating a recurrence formula of the coefficient m including the error signal and updating the coefficient m for each sample;
An integrating step of multiplying the first directivity signal or the second directivity signal by the coefficient m that is sequentially updated, and outputting the product.
Be equipped with,
The directivity control method according to claim 12 or 13, characterized in that.
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