マイクロホン装置
【課題】 音源からマイクロホンアレイのマイクロホンまでの距離が異なっていても、広い周波数帯に亘って鋭い指向性を持たせる。
【解決手段】 マイクロホンアレイ２において、マイクロホン８−１乃至８−８によって７つのマイクロホンユニットを構成し、ビームフォーミング部１２は、７つのマイクロホンユニットからの音声信号を入力して、各マイクロホンの指向性を合成した指向性を有する音声信号を出力する。音源と各マイクロホンとの各距離差に基づいて各マイクロホンの音声信号に発生する遅延を一致させるように遅延量が調整された遅延回路１０−１乃至１０−８が設けられている。
【解決手段】 マイクロホンアレイ２において、マイクロホン８−１乃至８−８によって７つのマイクロホンユニットを構成し、ビームフォーミング部１２は、７つのマイクロホンユニットからの音声信号を入力して、各マイクロホンの指向性を合成した指向性を有する音声信号を出力する。音源と各マイクロホンとの各距離差に基づいて各マイクロホンの音声信号に発生する遅延を一致させるように遅延量が調整された遅延回路１０−１乃至１０−８が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロホン装置に関し、特にマイクロホンアレーを用いたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばスピーチを行う際に、マイクロホン、アンプ及びスピーカを使用して拡声することがある。この場合、マイクロホンを話者の口の当たりに設置して、収音するオンマイク状態とすることがある。オンマイク状態では、話者の動きによって音量や音質が過敏に変動し、また、話者の口元にあるマイクロホンが話者のスピーチの邪魔になることもある。そのため、話者から或る程度離れてマイクロホンを設置して収音するオフマイク状態とすることもある。しかし、この場合、話者の周囲の雑音も収音しやすくＳ／Ｎが低下するし、ハウリングに対する耐性も低下する。そこで、例えば特許文献１に開示されているような指向性を持たせたマイクロホン装置をオフマイク状態で使用することが考えられる。
【０００３】
特許文献１の技術は、第１乃至第３の３本の単一指向性のマイクロホンを隣接するものの間の距離Ｄが予め定めた距離となるように一列に配置し、音源からの音を第１乃至第３のマイクロホンが収音するようにし、中央の第２のマイクロホンの音声信号のレベルを調整し、第２のマイクロホンの音声信号と両側の第１及び第３のマイクロホンの音声信号とを合成して、合成信号を出力することを基本とするものである。この合成信号は、上記距離Ｄによって定まる周波数に指向性のピークを持つ鋭い指向性を示す。上記距離を変更することによって、指向性のピークが発生する周波数を異ならせた鋭い指向性とすることができる。従って、例えば第１のマイクロホンの外側に距離２Ｄを空けて第４のマイクロホンを設置し、第１、第３及び第４のマイクロホンにおいて、中央の第１のマイクロホンの音声信号のレベルを調整し、第２及び第４のマイクロホンの音声信号と合成して、合成信号を出力する。第４のマイクロホンの外側に４Ｄの距離を空けて第５のマイクロホンを設置し、第３、第４及び第５のマイクロホンにおいて、中央の第４のマイクロホンの音声信号のレベルを調整し、第２及び第５のマイクロホンの音声信号と合成して、合成信号を出力する。それぞれ異なる周波数に指向性のピークを持つ合成信号をさらに合成することによって、広い周波数帯に亘って鋭い指向性を持たせたマイクロホン装置が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７３２０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術は、音源がかなり各マイクロホンから離れて位置し、音源から各マイクロホンには時間差無く音声が到達して音声信号を発生することを前提としている。しかし、上記のマイクロホン装置を演台などに用いて上述したようなスピーチに使用する場合、音源である話者は、マイクロホン装置から比較的近くに位置することになる。そうすると、音源からの音声は各マイクロホンには時間差を持って到達することになる。音源に対してマイクロホン装置が充分小さければ、当該時間差は生じ得ないが、通常音声を充分収音できるように広く周波数帯をカバーしようと思えば、マイクロホン装置の各マイクロホンを充分離間しなければならず、各マイクロホンは話者に対してそれなりに距離を持つ必要があり、距離差を生じてしまう。このようにマイクロホンによって音源から距離差を生じると、上述したような複数のマイクロホンの音声信号を合成するに際して、位相がずれた音声が合成され、又は位相のずれによっては音声信号が打ち消しあって、音源からの距離差が無ければ或る周波数で鋭い指向性を示していた特定の周波数帯域において指向性を持たせる効果が達成し得ない。その結果、最終的に合成された音声信号の音質が本来の音質と異なったものとなる。また、音源である話者が移動したり、首を振ったりする度に話者と各マイクロホンとの距離差が変化し、音質が変化する。
【０００６】
本発明は、音源から各マイクロホンまでの距離が異なっていても広い周波数帯に亘って鋭い指向性を持つマイクロホン装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様のマイクロホン装置は、マイクロホンアレイを有している。このマイクロホンアレイは、複数のマイクロホンユニットを複数配列して構成されている。各マイクロホンユニットは、互いに間隔を空けて配列された複数のマイクロホンから構成され、各マイクロホンユニットごとにマイクロホン間の間隔は異なっている。マイクロホンユニットを構成するマイクロホンは２本以上の任意の数とすることができ、各マイクロホンユニットのマイクロホンの本数は、同数とすることもできるし、マイクロホンユニットごとに異なる本数とすることもできる。各マイクロホンユニットにおけるマイクロホン間の間隔は、同じマイクロホンユニット内におけるマイクロホン間の間隔は、同一とすることもできるし、異なったものとすることもできる。マイクロホン指向性調整手段は、各マイクロホンユニットごとに合成手段を有し、各合成出段は、前記各マイクロホンユニットにおける前記一組のマイクロホンが音源からの音を収集して発生した音声信号を合成して合成信号を出力する。マイクロホン指向性調整手段では、各合成手段によって得られた前記各マイクロホンユニットごとに出力された合成信号を、更に再合成手段で合成して出力する。前記音源と前記各マイクロホンとの各距離差に基づいて前記各マイクロホンの音声信号に発生する遅延を一致させるように遅延量が調整された遅延手段が設けられている。遅延手段は、各マイクロホンと前記各合成手段の間に設けることもできるし、各合成手段と再合成手段との間に設けることもできる。
【０００８】
このように構成すると、各マイクロホンが発生する音声信号は遅延手段によって各音源との時間差が全て同一となるように調整されて、マイクロホン指向性調整手段に供給されているので、マイクロホン指向性調整手段から出力される合成信号は、広い周波数帯に亘って鋭い指向性を有するものとなる。
【０００９】
前記各合成手段の後段にフィルタを設けることもできる。各フィルタは、各マイクロホンユニット毎に、マイクロホンユニットを構成するマイクロホン間の間隔に応じた異なる周波数帯域の合成信号を抽出して出力し、互いに周波数帯域の異なる合成信号を更に再合成手段で合成して出力する。これによって、互いに周波数帯域の異なる合成信号を更に再合成手段で合成して出力することができ、再合成手段より出力される再合成信号を、より確実に広い周波数帯に亘って鋭い指向性を有するものとすることができる。
【００１０】
前記遅延手段は、前記音源から最も距離の遠いマイクロホンの音声信号に発生する遅延と、他のマイクロホンの音声信号に発生する遅延とを、一致させるように、遅延量が調整されるものとすることができる。最も音源から距離が遠いマイクロホンの音声信号の遅延に、他のマイクロホンの音声信号の遅延を一致させるようにしているので、遅延調整が容易となる。
【００１１】
前記音源が移動するものとすることができる。例えば音源がスピーチをする話者であり、移動には話者自体が移動する場合の他、話者がスピーチ時に聴衆に対する顔の向きを、例えば中央から上手側や下手側に変えた場合も含む。この場合、前記音源の移動に従って、逐次前記音源の位置を音源位置推定手段が推定する。この音源位置推定手段によって推定された位置に応じて、前記各遅延手段の遅延量を調整する遅延量調整手段が設けられている。
【００１２】
このように構成すると、音源が移動して、各マイクロホンと音源との距離が時間経過と共に変化しても、その変化に追従して各遅延手段の遅延量を変更できるので、音源が移動してもマイクロホン指向性調整手段から出力される合成信号は、広い周波数帯に亘って鋭い指向性を有するものとなる。
【００１３】
さらに、前記音源位置推定手段が推定する位置に上限を設け、前記遅延量調整手段は、前記音源位置推定手段が前記上限を超えた位置を推定した場合、当該上限を超えて推定された位置に応じた遅延量の調整は行わないように構成することができる。前記上限としては、例えば音源位置を推定するために定めた原点位置からの予め定めた距離のみを使用し、この距離よりも遠くの位置に音源がある場合には、遅延量の調整を行わないようにすることもできるし、上限として原点位置を通る基準線に対して予め定めた角度のみを使用し、この角度よりも小さい角度あるいは大きい角度の位置に音源がある場合には遅延量の調整を行うようにすることもできる。或いは２つの異なる第１及び第２の角度（第２の角度＞第１の角度）を上限として設定し、音源の角度が第１の角度よりも小さい場合または第２の角度よりも大きい場合には遅延量の調整を行わないようにすることもできる。或いは角度と距離とを組み合わせて、或る角度よりも小さい（または大きい）角度の場合には距離とは無関係に遅延量の調整を行わないようにし、音源の位置が或る１つの角度よりも大きい（または小さい）場合には予め定めた距離よりも音源の距離が大きい場合に遅延量の調整を行わないようにすることもできる。或いは上記の第１及びだい２の角度によって角度範囲を設定し、この角度範囲外の場合には、遅延量の調整を行わず、角度範囲内では、予め定めた距離よりも音源の位置が遠い場合には、遅延量の設定を行わないようにすることもできる。このように構成すると、収音したい音源以外の収音したくない音源、例えばスピーカが収音したい音源の周囲にあっても、収音したくない音源の音を収音することを防止することができる。
【００１４】
或いは、前記遅延量調整手段は、前記音源位置推定手段が前記上限を超えた位置を推定した場合、当該上限を超えて推定された位置に応じた遅延量の調整は行わず、前記上限内で推定していた位置に応じた遅延量を前記遅延手段に継続させるように構成することもできる。例えば上限を超える直前に推定された音源の位置に音源が止まっているように遅延量を調整することができる。このように構成すると、収音したい音源の音を充分に収音することができる。
【００１５】
或いは、前記遅延量調整手段は、前記音源位置推定手段が前記上限を超えた位置を推定した場合、当該上限を超えて推定された位置に応じた遅延量の調整は行わず、前記上限の位置に応じた遅延量を遅延手段に設定するように構成することもできる。例えば上限の位置に音源が停止しているように遅延量を調整する。このように構成した場合も、収音したい音源の音を充分に収音することができる。
【００１６】
前記音源の位置を予め仮想的に決定しておき、前記遅延手段は、前記仮想的に決定した音源と前記各マイクロホンとの各距離差に基づいて前記各マイクロホンの音声信号に発生する遅延を一致させるように遅延量を調整することもできる。このように仮想的に音源の位置を設定しておくと、収音したくない音を確実に収音しないようにすることができ、また音源位置の推定作業が１度だけでよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、音源から各マイクロホンまでの距離が異なっていてもマイクロホン装置に広い周波数帯に亘って鋭い指向性を持たせることができ、たとえ音源が移動するものであっても、広い周波数帯に亘って鋭い指向性を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態のマイクロホン装置のブロック図である。
【図２】図１のマイクロホン装置のマイクロホンアレイを演台に取り付けた状態の斜視図である。
【図３】図１のマイクロホン装置のビームフォーミング部のブロック図である。
【図４】図１のマイクロホン装置の音源位置推定部における音源の位置の推定原理の説明図である。
【図５】図１のマイクロホン装置の音源位置推定部における遅延量の決定原理の説明図である。
【図６】図１のマイクロホン装置における指向性調整可能範囲を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の１実施形態のマイクロホンシステムは、図１に示すようなマイクロホンアレイ２を有している。このマイクロホンアレイ２は、本体４内に複数、例えば８本の単一指向性のマイクロホンを一列に配置したものである。これら単一指向性のマイクロホンは、同一の単一指向性を持つものである。このマイクロホンアレイ２は、例えば図２に示すように、ステージに設置された演台６の一端に配置され、演台６を使用する話者の音声を収集する。即ち、この実施形態では、話者が音源である。
【００２０】
マイクロホンアレイ２では、本体４の長さ方向に沿って間隔Ｄを隔てて第１及び第２のマイクロホン８−１と８−２とが配置されている。これらマイクロホン８−１と８−２との中央に第３のマイクロホン８−３が配置されている。マイクロホン８−１と８−３との間隔、マイクロホン８−２と８−３との間隔は、それぞれＤ／２である。
【００２１】
また、第１及び第３のマイクロホン８−１、８−３の中間には、第４のマイクロホン８−４が配置されている。マイクロホン８−１と８−４との間隔及び第４のマイクロホン８−４と第３のマイクロホン８−３との間隔は、それぞれＤ／４である。
【００２２】
第４のマイクロホン８−４と第３のマイクロホン８−３との中央には、第５のマイクロホン８−５が配置されている。第４のマイクロホン８−４と第５のマイクロホン８−５との間隔、第３のマイクロホン８−３と第５のマイクロホン８−５との間隔は、Ｄ／８である。
【００２３】
第５のマイクロホン８−５と第３のマイクロホン８−３との中央には、第６のマイクロホン８−６が配置されている。第５のマイクロホン８−５と第６のマイクロホン８−６との間隔、第３のマイクロホン８−３と第６のマイクロホン８−６との間隔は、Ｄ／１６である。
【００２４】
第６のマイクロホン８−６と第３のマイクロホン８−３との中央には、第７のマイクロホン８−７が配置されている。第７のマイクロホン８−７と第６のマイクロホン８−６との間隔、第７のマイクロホン８−７と第３のマイクロホン８−３との間隔はＤ／３２である。
【００２５】
第７のマイクロホンと第３のマイクロホン８−３との中央には、第８のマイクロホン８−８が配置されている。第７のマイクロホン８−８と第７のマイクロホン８−７との間隔、第３のマイクロホン８−３と第８のマイクロホン８−３との間隔はＤ／６４である。
【００２６】
このようにマイクロホンアレイでは、第１及び第２のマイクロホン８−１、８−２の間隔Ｄを２の倍数のそれぞれ異なる値（１、２、４・・・６４）分の１にした間隔に配置されている。第３のマイクロホン８−３と第８のマイクロホン８−８の間隔ｄを基準として言えば、間隔ｄの２の倍数のそれぞれ異なる値（１、２、４・・・６４）倍の間隔に配置されている。
【００２７】
各マイクロホン８−１乃至８−８が収音した話者の音声は、それぞれ音声信号として各マイクロホン８−１乃至８−８から出力される。これら音声信号は、各マイクロホン８−１に対応して設けた遅延手段、例えば可変遅延回路１０−１乃至１０−８に供給され、それぞれ所定の遅延が与えられて、指向性調整手段、例えばビームフォーミング部１２に供給される。
【００２８】
ビームフォーミング部１２では、各音声信号を後述するように処理して、広い周波数帯に亘って鋭い指向性を有する音声信号として、増幅手段、例えば増幅器１４に供給され、ここで、増幅され、スピーカ１６から拡声される。
【００２９】
ビームフォーミング部１２では、例えば図３に示すように、最も間隔が広くＤである第１及び第２のマイクロホン８−１、８−２によって第１のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は、レベル調整手段、例えば増幅器２０−１、２０−２によって増幅され、合成手段、例えば加算器２２によって合成されている。増幅器２０−１、２０−２の利得は、それぞれ同じ値、例えば１である。このように構成すると、特許文献１に開示されているように第１または第２のマイクロホン８−１、８−２を単体で使用した場合よりも鋭い指向性が得られ、間隔Ｄによって指向性が最も鋭くなる周波数ｆ１が決まる。
【００３０】
隣接するものの間隔がそれぞれＤ／２である第１乃至第３のマイクロホン８−１、８−２、８−３によっても第２のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は増幅器２４−１、２４−２、２４−３によって増幅され、加算器２６によって合成されている。増幅器２４−１、２４−２、２４−３の利得は、第３のマイクロホン３４−３の音声信号に対する増幅器２４−３の利得が例えば１で、第１及び第２のマイクロホン８−１、８−２の音声信号に対する増幅器２４−１、２４−２の利得が例えば０．５となるように設定されている。このように構成すると、特許文献１に記載されているように第１のマイクロホンユニットの場合よりも鋭い指向性が得られ、最も指向性が鋭くなる周波数ｆ２は、間隔Ｄ／２によって決まり、上記の周波数ｆ１よりも高い周波数である。
【００３１】
同様に、隣接するものの間隔がそれぞれＤ／４である第１、第３及び第４のマイクロホン８−１、８−３、８−４によって第３のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は、増幅器２８−１、２８−２、２８−３によって増幅され、加算器３０によって合成されている。増幅器２８−１、２８−２、２８−３の利得は、第１、第３及び第４のマイクロホン８−１、８−３、８−４のうち中央に位置する第４のマイクロホン８−４に対する増幅器２８−２の利得が例えば１で、第１及び第３のマイクロホン８−１、８−３に対する増幅器２８−１、２８−３の利得は、例えば０．５に設定されている。このように構成すると、特許文献１に開示されているように第２のマイクロホンユニットとほぼ同じ鋭い指向性が得られ、最も鋭い指向性が得られる周波数ｆ３は、上記の周波数ｆ２よりも高くなる。
【００３２】
隣接するものの間隔がそれぞれＤ／８である第３、第４及び第５のマイクロホン８−３、８−４、８−５によって第４のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は増幅器３２−１、３２−２、３２−３によって増幅され、加算器３４によって合成されている。増幅器３２−１、３２−２、３２−３の利得も、中央に位置する第５のマイクロホンに対する増幅器３２−２の利得が例えば１で、他の増幅器３２−１、３２−３の利得が例えば０．５に設定されている。このように構成すると、特許文献１に開示されているように第２のマイクロホンユニットとほぼ同じ鋭い指向性が得られ、最も鋭い指向性が得られる周波数ｆ４は、上記の周波数ｆ３よりも高くなる。
【００３３】
隣接するものの間隔がそれぞれＤ／１６である第３、第５及び第６マイクロホン８−３、８−５、８−６によって第５のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は、増幅器３６−１、３６−２、３６−３によって増幅され、加算器３８によって合成されている。増幅器３６−１、３６−２、３６−３の利得も、中央に位置する第６のマイクロホンに対する増幅器３２−２の利得が例えば１で、他の増幅器３６−１、３６−３の利得が例えば０．５に設定されている。この場合も、第２のマイクロホンユニットとほぼ同じ鋭い指向性が得られ、最も鋭い指向性が得られる周波数ｆ５は、上記の周波数ｆ４よりも高くなる。
【００３４】
隣接するものの間隔がそれぞれＤ／３２である第３、第６及び第７マイクロホン８−３、８−６、８−７によって第６のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は、増幅器４０−１、４０−２、４０−３によって増幅され、加算器４２によって合成されている。増幅器４０−１、４０−２、４０−３の利得も、中央に位置する第７のマイクロホンに対する増幅器４０−２の利得が例えば１で、他の増幅器４０−１、４０−３の利得が例えば０．５に設定されている。この場合も、第２のマイクロホンユニットとほぼ同じ鋭い指向性が得られ、最も鋭い指向性が得られる周波数ｆ６は、上記の周波数ｆ５よりも高くなる。
【００３５】
隣接するものの間隔がそれぞれＤ／６４である第３、第７及び第８マイクロホン８−３、８−７、８−８によって第７のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は、増幅器４４−１、４４−２、４４−３によって増幅され、加算器４６によって合成されている。増幅器４４−１、４４−２、４４−３の利得も、中央に位置する第８のマイクロホンに対する増幅器４４−２の利得が例えば１で、他の増幅器４４−１、４４−３の利得が例えば０．５に設定されている。この場合も、第２のマイクロホンユニットとほぼ同じ鋭い指向性が得られ、最も鋭い指向性が得られる周波数ｆ７は、上記の周波数ｆ６よりも高くなる。
【００３６】
加算器２２の合成出力からローパスフィルタ４８によって周波数ｆ１以下の周波数成分を抽出する。加算器２６の合成出力からバンドパスフィルタ５０によって、周波数ｆ２を中心周波数とし、周波数ｆ１、ｆ２間の所定周波数を下限周波数、周波数ｆ２、ｆ３間の所定周波数を上限周波数とする帯域成分を抽出する。加算器３０の合成出力からバンドパスフィルタ５２によって、周波数ｆ３を中心周波数とし、周波数ｆ２、ｆ３間の所定周波数を下限周波数、周波数ｆ３、ｆ４間の所定周波数を上限周波数とする帯域成分を抽出する。加算器３４の合成出力からバンドパスフィルタ５４によって、周波数ｆ４を中心周波数とし、周波数ｆ３、ｆ４間の所定周波数を下限周波数、周波数ｆ４、ｆ５間の所定周波数を上限周波数とする帯域成分を抽出する。加算器３８の合成出力からバンドパスフィルタ５６によって、周波数ｆ５を中心周波数とし、周波数ｆ４、ｆ５間の所定周波数を下限周波数、周波数ｆ５、ｆ６間の所定周波数を上限周波数とする帯域成分を抽出する。加算器４２の合成出力からバンドパスフィルタ５８によって、周波数ｆ６を中心周波数とし、周波数ｆ５、ｆ６間の所定周波数を下限周波数、周波数ｆ６、ｆ７間の所定周波数を上限周波数とする帯域成分を抽出する。加算器４４の合成出力からハイパスフィルタ６０によって、周波数ｆ７より高い帯域成分を抽出する。各フィルタ４８、５０、５２、５４、５６、５８、６０によって抽出された帯域成分を合成手段、例えば加算器６２によって合成することによって、広帯域に亘って鋭い指向性を持った音声信号を得ることができる。
【００３７】
上述したように、特許文献１の技術を使用したビームフォーミング部１２は、音源から各マイクロホン８−１乃至８−８までの距離差を無視できるほどかなり離れて音源が位置していることを前提としている。しかし、図２に示すようにマイクロホンアレイ２を演台６に設置した場合、音源である話者と各マイクロホン８−１乃至８−８との間には、距離差があり、各マイクロホン８−１乃至８−３に同じ音声が到達するのに時間差が生じる。そのため、上述したように、特定の周波数において鋭い指向性が得られなくなり、その結果、ビームフォーミング部１２からの合成信号の音質が、本来の音質と異なったものとなることがある。
【００３８】
この点を改善するために、この実施形態では、第１乃至第８のマイクロホン８−１乃至８−８の音声信号を可変遅延回路１０−１乃至１０−８に供給し、最も遅れて音声信号が到達しているマイクロホンと同じだけの遅延を他のマイクロホンからの音声信号にも与えて、ビームフォーミング部１２に供給するようにしている。これによって、音源と各マイクロホン８−１乃至８−８との間に距離差がある場合でも、広い周波数帯に亘って鋭い指向性を持った合成信号をビームフォーミング部１２から出力することができる。
【００３９】
各可変遅延回路１０−１乃至１０−８での遅延量を決定するためには、まず音源の位置、即ち話者の位置を推定し、その推定位置から第１乃至第８のマイクロホン８−１乃至８−８までの距離を決定する必要がある。また、話者は、スピーチをしている途中に移動することもあるし、スピーチ中に顔を中央から舞台の上手または下手側に振ることもある。このような場合には、話者と第１乃至第８のマイクロホンまでの距離は変化する。このように距離が変化した場合には、その新たな距離に応じて各可変遅延回路１０−１乃至１０−８の遅延量を変更する必要がある。
【００４０】
そのため、この実施形態では、遅延量設定手段、例えば音源位置推定部６４が設けられている。音源位置推定部６４には、例えば第１、第２及び第３のマイクロホン８−１、８−２、８−３の音声信号が入力されている。音源位置推定部５４は、まず、第２、第３のマイクロホン８−２、８−３の音声信号の相互相関を求めて、相互相関から第２及び第３のマイクロホン８−２、８−３間の時間差δＴ２３を求める。この時間差から距離差δＬ２３を求める。この距離差δＬ２３は、図４に示すように第１、第２及び第３のマイクロホン８−１、８−２、８−３の列で聴衆側と話者側とに分割される双曲線Ａによって表される。これでは、音源は双曲線Ａ上にあることのみが分かるだけで、音源の位置を特定することができない。そこで、音源位置推定部６４は、第１及び第３のマイクロホン８−１、８−３の音声信号の相互相関も求めて、この相互相関関係により第１及び第３のマイクロホン８−１、８−３の時間差δＴ１３を求める。この時間差から距離差δＬ１３を求める。この距離差δＬ１３は、図４に示す双曲線Ｂによって表される。この双曲線Ｂも、第１、第２及び第３のマイクロホン８−１、８−２、８−３の列で聴衆側と話者側とに分割される。双曲線Ｂと上述した双曲線Ａとの交点Ｃを音源の位置と推定することができる。なお、双曲線Ａ、Ｂの交点はステージ側と聴衆側との２か所存在するが、上述した演台６にマイクロホンユニット２を設置する場合、聴衆側にできる交点は、音源でないことは明らかであるので、話者側の交点のみを音源の位置と推定する。
【００４１】
このようにして音源の位置Ｃが推定されると、図５に示すように音源から第１乃至第８のマイクロホン８−１乃至８−８までの距離を決定することができる。そして、これら距離のうち最も長いもの、図５では、音源の位置Ｃから第２のマイクロホン８−２までの距離を半径とし、音源の位置Ｃを中心とする円弧を決定する。各マイクロホン８−１、８−３乃至８−８と音源の位置Ｃとを結ぶ各線分を、上記円弧に向けて延長し、各交点を求め、各交点と対応する各マイクロホン８−１、８−３乃至８−８との距離が、マイクロホン８−２に到達するのと同時に、他のマイクロホン８−１、８−３乃至８−８に音声信号を到達させるための遅延量に対応する。これら延長した距離をそれぞれ算出し、遅延量に変換して、対応する可変遅延回路１０−１、１０−３乃至１０−８に設定する。これによって、音源から最も距離の遠いマイクロホン、この実施形態ではマイクロホン８−２の音声信号に発生する遅延と、他のマイクロホン、この実施形態ではマイクロホン８−１、８−３乃至８の音声信号に発生する遅延とは、一致している。
【００４２】
上述したように音源の位置は変化することがあるので、上述した音源位置の推定を所定時間が経過するごとに行い、音源の位置が変化していると、あらたに求められた音源の位置に基づいて、上述したようにして新たな遅延量を設定する。
【００４３】
音源の移動に追従してマイクロホンアレイ２の指向性を調整していくと、例えば図６に示すようにマイクロホンアレイ２の両側後方あたりにスピーカボックス２００、２００が設置されていて、音源である話者が、これらスピーカボックス２００、２００のいずれかの近傍に移動した場合、スピーカボックス２００からの拡声音も、このマイクロホンアレイ２が収音する可能性がある。この場合、ハウリングが生じる。これを防止するために、この実施形態では、音源の移動に伴ってマイクロホンアレイ２の指向性を変化させる指向性変化可能範囲２０２を制限している。適切に定めた原点、例えばマイクロホン８−３の位置を原点として、水平面上でこの原点を通る直線ｒを考え、例えばｒ軸に対する角度α及びβとを設定し、角度α、βをなす線分上で原点から予め定めた距離Ｄ、Ｄの位置を設定し、これら両位置を繋いで囲われた範囲を指向性変化可能範囲２０２とする。角度α、β及び距離Ｄは、マイクロホンアレイ２を設置した場所に応じてユーザーが変化させる。
【００４４】
音源位置推定部６４による推定の結果、音源位置２０４が、この指向性変化可能範囲２０２の外部に出たと推定された場合、指向性を音源に追従させるのを中止する、その場合、指向性は、例えば指向性変化可能範囲２０２を出る直前に推定されていた音源の位置２０６に固定するか、音源位置２０４に近い指向性変化可能範囲の境界上、例えば音源位置２０４と同じ距離を持つ境界上の位置２０８とする。なお、指向性変化可能範囲２０２は、２つの角度α、β及び距離Ｄによって規制する例を示したが、基準線ｒと一つの角度例えばβと距離Ｄによって規制することもできる。
【００４５】
上記の説明は、アナログの音声信号を処理することを前提として説明したが、各マイクロホン８−１乃至８−８のアナログの音声信号をＡ／Ｄ変換器を使用してデジタル音声信号に変換して処理することもできる。その場合、可変遅延回路１０−１乃至１０−８、ビームフォーミング部１２及び音源位置推定部６４は、いずれもデジタル回路とすることができ、これらは全て例えば１台のＤＳＰによって構成することができる。デジタル処理する場合、音源位置推定部６４での音源位置を推定するための相互相間は、例えば予め定めた数の連続するデジタル音声信号が得られるごとに、その得られた予め定めた数のデジタル音声信号を対象として求めることもできる。
【００４６】
＜変形例＞
（１）上記の実施形態では、第１及び第２のマイクロホン８−１、８−２のように２本のマイクロホンによってマイクロホンユニットを構成した例と、第１乃至第３のマイクロホン８−１、８−２、８−３のように３本のマイクロホンによってマイクロホンユニットを構成した例を示したが、マイクロホンユニットを構成するマイクロホンの本数は、２本以上の任意の本数とすることができ、例えば５本のマイクロホン、７本のマイクロホンによって１つのマイクロホンユニットを構成することができる。また、３本のマイクロホンによって構成したマイクロホンユニットでは、マイクロホンの間隔を２倍ずつ広げた例を示したが、これは一例に過ぎず、その間隔は任意に広げていくことができる。また、３本のマイクロホンでマイクロホンユニットを構成した場合、中央のマイクロホンの利得を２倍としたが、これは一例にすぎず、利得は任意の値に変更することができる。
【００４７】
（２）上記の実施形態では、音源位置推定部６４において、音源の位置が移動する場合に対処するために、所定時間の経過ごとに音源位置の推定をやり直して、その結果に従って可変遅延回路１０−１乃至１０−８の遅延量を更新したが、これに限られない。
すなわち、音源の位置が殆ど変化しない場合には、一度だけ又は所定時間の間だけ音源位置推定部６４にて音源の位置を推定して可変遅延回路１０−１乃至１０−８の遅延量を決定した後、音源位置の推定処理は行わず、その遅延量を維持するように構成することもできる。
また、マイクロホン２の製造段階や出荷段階において、予め音源位置を仮想的に決めてこの仮想音源位置に各マイクロホン８−１乃至８−８の指向性を合わせる様に遅延量を設定し、マイクロホン２の稼動時には音源位置推定を行わないようにしてもよい。この場合、具体的には、実施の形態の場合と同様に、予め決めた仮想音源の位置から最も距離の遠いマイクロホンの音声に発生する遅延と、他のマイクロホンの音声信号に発生する遅延とを一致させる遅延量とすればよい。
【００４８】
（３）上記の実施形態では、第１乃至第８のマイクロホン８−１乃至８−８は、直線状に一列に配置したが、例えば円弧状に一列に配置することもできる。また、上記の実施形態では、８本のマイクロホンを使用したが、これに限らず、種々の本数を使用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
２ マイクロホンアレイ
８−１乃至８−８ マイクロホン
１０ 可変遅延回路（遅延手段）
１２ ビームフォーミング部（マイクロホン指向性調整手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロホン装置に関し、特にマイクロホンアレーを用いたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばスピーチを行う際に、マイクロホン、アンプ及びスピーカを使用して拡声することがある。この場合、マイクロホンを話者の口の当たりに設置して、収音するオンマイク状態とすることがある。オンマイク状態では、話者の動きによって音量や音質が過敏に変動し、また、話者の口元にあるマイクロホンが話者のスピーチの邪魔になることもある。そのため、話者から或る程度離れてマイクロホンを設置して収音するオフマイク状態とすることもある。しかし、この場合、話者の周囲の雑音も収音しやすくＳ／Ｎが低下するし、ハウリングに対する耐性も低下する。そこで、例えば特許文献１に開示されているような指向性を持たせたマイクロホン装置をオフマイク状態で使用することが考えられる。
【０００３】
特許文献１の技術は、第１乃至第３の３本の単一指向性のマイクロホンを隣接するものの間の距離Ｄが予め定めた距離となるように一列に配置し、音源からの音を第１乃至第３のマイクロホンが収音するようにし、中央の第２のマイクロホンの音声信号のレベルを調整し、第２のマイクロホンの音声信号と両側の第１及び第３のマイクロホンの音声信号とを合成して、合成信号を出力することを基本とするものである。この合成信号は、上記距離Ｄによって定まる周波数に指向性のピークを持つ鋭い指向性を示す。上記距離を変更することによって、指向性のピークが発生する周波数を異ならせた鋭い指向性とすることができる。従って、例えば第１のマイクロホンの外側に距離２Ｄを空けて第４のマイクロホンを設置し、第１、第３及び第４のマイクロホンにおいて、中央の第１のマイクロホンの音声信号のレベルを調整し、第２及び第４のマイクロホンの音声信号と合成して、合成信号を出力する。第４のマイクロホンの外側に４Ｄの距離を空けて第５のマイクロホンを設置し、第３、第４及び第５のマイクロホンにおいて、中央の第４のマイクロホンの音声信号のレベルを調整し、第２及び第５のマイクロホンの音声信号と合成して、合成信号を出力する。それぞれ異なる周波数に指向性のピークを持つ合成信号をさらに合成することによって、広い周波数帯に亘って鋭い指向性を持たせたマイクロホン装置が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７３２０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術は、音源がかなり各マイクロホンから離れて位置し、音源から各マイクロホンには時間差無く音声が到達して音声信号を発生することを前提としている。しかし、上記のマイクロホン装置を演台などに用いて上述したようなスピーチに使用する場合、音源である話者は、マイクロホン装置から比較的近くに位置することになる。そうすると、音源からの音声は各マイクロホンには時間差を持って到達することになる。音源に対してマイクロホン装置が充分小さければ、当該時間差は生じ得ないが、通常音声を充分収音できるように広く周波数帯をカバーしようと思えば、マイクロホン装置の各マイクロホンを充分離間しなければならず、各マイクロホンは話者に対してそれなりに距離を持つ必要があり、距離差を生じてしまう。このようにマイクロホンによって音源から距離差を生じると、上述したような複数のマイクロホンの音声信号を合成するに際して、位相がずれた音声が合成され、又は位相のずれによっては音声信号が打ち消しあって、音源からの距離差が無ければ或る周波数で鋭い指向性を示していた特定の周波数帯域において指向性を持たせる効果が達成し得ない。その結果、最終的に合成された音声信号の音質が本来の音質と異なったものとなる。また、音源である話者が移動したり、首を振ったりする度に話者と各マイクロホンとの距離差が変化し、音質が変化する。
【０００６】
本発明は、音源から各マイクロホンまでの距離が異なっていても広い周波数帯に亘って鋭い指向性を持つマイクロホン装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様のマイクロホン装置は、マイクロホンアレイを有している。このマイクロホンアレイは、複数のマイクロホンユニットを複数配列して構成されている。各マイクロホンユニットは、互いに間隔を空けて配列された複数のマイクロホンから構成され、各マイクロホンユニットごとにマイクロホン間の間隔は異なっている。マイクロホンユニットを構成するマイクロホンは２本以上の任意の数とすることができ、各マイクロホンユニットのマイクロホンの本数は、同数とすることもできるし、マイクロホンユニットごとに異なる本数とすることもできる。各マイクロホンユニットにおけるマイクロホン間の間隔は、同じマイクロホンユニット内におけるマイクロホン間の間隔は、同一とすることもできるし、異なったものとすることもできる。マイクロホン指向性調整手段は、各マイクロホンユニットごとに合成手段を有し、各合成出段は、前記各マイクロホンユニットにおける前記一組のマイクロホンが音源からの音を収集して発生した音声信号を合成して合成信号を出力する。マイクロホン指向性調整手段では、各合成手段によって得られた前記各マイクロホンユニットごとに出力された合成信号を、更に再合成手段で合成して出力する。前記音源と前記各マイクロホンとの各距離差に基づいて前記各マイクロホンの音声信号に発生する遅延を一致させるように遅延量が調整された遅延手段が設けられている。遅延手段は、各マイクロホンと前記各合成手段の間に設けることもできるし、各合成手段と再合成手段との間に設けることもできる。
【０００８】
このように構成すると、各マイクロホンが発生する音声信号は遅延手段によって各音源との時間差が全て同一となるように調整されて、マイクロホン指向性調整手段に供給されているので、マイクロホン指向性調整手段から出力される合成信号は、広い周波数帯に亘って鋭い指向性を有するものとなる。
【０００９】
前記各合成手段の後段にフィルタを設けることもできる。各フィルタは、各マイクロホンユニット毎に、マイクロホンユニットを構成するマイクロホン間の間隔に応じた異なる周波数帯域の合成信号を抽出して出力し、互いに周波数帯域の異なる合成信号を更に再合成手段で合成して出力する。これによって、互いに周波数帯域の異なる合成信号を更に再合成手段で合成して出力することができ、再合成手段より出力される再合成信号を、より確実に広い周波数帯に亘って鋭い指向性を有するものとすることができる。
【００１０】
前記遅延手段は、前記音源から最も距離の遠いマイクロホンの音声信号に発生する遅延と、他のマイクロホンの音声信号に発生する遅延とを、一致させるように、遅延量が調整されるものとすることができる。最も音源から距離が遠いマイクロホンの音声信号の遅延に、他のマイクロホンの音声信号の遅延を一致させるようにしているので、遅延調整が容易となる。
【００１１】
前記音源が移動するものとすることができる。例えば音源がスピーチをする話者であり、移動には話者自体が移動する場合の他、話者がスピーチ時に聴衆に対する顔の向きを、例えば中央から上手側や下手側に変えた場合も含む。この場合、前記音源の移動に従って、逐次前記音源の位置を音源位置推定手段が推定する。この音源位置推定手段によって推定された位置に応じて、前記各遅延手段の遅延量を調整する遅延量調整手段が設けられている。
【００１２】
このように構成すると、音源が移動して、各マイクロホンと音源との距離が時間経過と共に変化しても、その変化に追従して各遅延手段の遅延量を変更できるので、音源が移動してもマイクロホン指向性調整手段から出力される合成信号は、広い周波数帯に亘って鋭い指向性を有するものとなる。
【００１３】
さらに、前記音源位置推定手段が推定する位置に上限を設け、前記遅延量調整手段は、前記音源位置推定手段が前記上限を超えた位置を推定した場合、当該上限を超えて推定された位置に応じた遅延量の調整は行わないように構成することができる。前記上限としては、例えば音源位置を推定するために定めた原点位置からの予め定めた距離のみを使用し、この距離よりも遠くの位置に音源がある場合には、遅延量の調整を行わないようにすることもできるし、上限として原点位置を通る基準線に対して予め定めた角度のみを使用し、この角度よりも小さい角度あるいは大きい角度の位置に音源がある場合には遅延量の調整を行うようにすることもできる。或いは２つの異なる第１及び第２の角度（第２の角度＞第１の角度）を上限として設定し、音源の角度が第１の角度よりも小さい場合または第２の角度よりも大きい場合には遅延量の調整を行わないようにすることもできる。或いは角度と距離とを組み合わせて、或る角度よりも小さい（または大きい）角度の場合には距離とは無関係に遅延量の調整を行わないようにし、音源の位置が或る１つの角度よりも大きい（または小さい）場合には予め定めた距離よりも音源の距離が大きい場合に遅延量の調整を行わないようにすることもできる。或いは上記の第１及びだい２の角度によって角度範囲を設定し、この角度範囲外の場合には、遅延量の調整を行わず、角度範囲内では、予め定めた距離よりも音源の位置が遠い場合には、遅延量の設定を行わないようにすることもできる。このように構成すると、収音したい音源以外の収音したくない音源、例えばスピーカが収音したい音源の周囲にあっても、収音したくない音源の音を収音することを防止することができる。
【００１４】
或いは、前記遅延量調整手段は、前記音源位置推定手段が前記上限を超えた位置を推定した場合、当該上限を超えて推定された位置に応じた遅延量の調整は行わず、前記上限内で推定していた位置に応じた遅延量を前記遅延手段に継続させるように構成することもできる。例えば上限を超える直前に推定された音源の位置に音源が止まっているように遅延量を調整することができる。このように構成すると、収音したい音源の音を充分に収音することができる。
【００１５】
或いは、前記遅延量調整手段は、前記音源位置推定手段が前記上限を超えた位置を推定した場合、当該上限を超えて推定された位置に応じた遅延量の調整は行わず、前記上限の位置に応じた遅延量を遅延手段に設定するように構成することもできる。例えば上限の位置に音源が停止しているように遅延量を調整する。このように構成した場合も、収音したい音源の音を充分に収音することができる。
【００１６】
前記音源の位置を予め仮想的に決定しておき、前記遅延手段は、前記仮想的に決定した音源と前記各マイクロホンとの各距離差に基づいて前記各マイクロホンの音声信号に発生する遅延を一致させるように遅延量を調整することもできる。このように仮想的に音源の位置を設定しておくと、収音したくない音を確実に収音しないようにすることができ、また音源位置の推定作業が１度だけでよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、音源から各マイクロホンまでの距離が異なっていてもマイクロホン装置に広い周波数帯に亘って鋭い指向性を持たせることができ、たとえ音源が移動するものであっても、広い周波数帯に亘って鋭い指向性を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態のマイクロホン装置のブロック図である。
【図２】図１のマイクロホン装置のマイクロホンアレイを演台に取り付けた状態の斜視図である。
【図３】図１のマイクロホン装置のビームフォーミング部のブロック図である。
【図４】図１のマイクロホン装置の音源位置推定部における音源の位置の推定原理の説明図である。
【図５】図１のマイクロホン装置の音源位置推定部における遅延量の決定原理の説明図である。
【図６】図１のマイクロホン装置における指向性調整可能範囲を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の１実施形態のマイクロホンシステムは、図１に示すようなマイクロホンアレイ２を有している。このマイクロホンアレイ２は、本体４内に複数、例えば８本の単一指向性のマイクロホンを一列に配置したものである。これら単一指向性のマイクロホンは、同一の単一指向性を持つものである。このマイクロホンアレイ２は、例えば図２に示すように、ステージに設置された演台６の一端に配置され、演台６を使用する話者の音声を収集する。即ち、この実施形態では、話者が音源である。
【００２０】
マイクロホンアレイ２では、本体４の長さ方向に沿って間隔Ｄを隔てて第１及び第２のマイクロホン８−１と８−２とが配置されている。これらマイクロホン８−１と８−２との中央に第３のマイクロホン８−３が配置されている。マイクロホン８−１と８−３との間隔、マイクロホン８−２と８−３との間隔は、それぞれＤ／２である。
【００２１】
また、第１及び第３のマイクロホン８−１、８−３の中間には、第４のマイクロホン８−４が配置されている。マイクロホン８−１と８−４との間隔及び第４のマイクロホン８−４と第３のマイクロホン８−３との間隔は、それぞれＤ／４である。
【００２２】
第４のマイクロホン８−４と第３のマイクロホン８−３との中央には、第５のマイクロホン８−５が配置されている。第４のマイクロホン８−４と第５のマイクロホン８−５との間隔、第３のマイクロホン８−３と第５のマイクロホン８−５との間隔は、Ｄ／８である。
【００２３】
第５のマイクロホン８−５と第３のマイクロホン８−３との中央には、第６のマイクロホン８−６が配置されている。第５のマイクロホン８−５と第６のマイクロホン８−６との間隔、第３のマイクロホン８−３と第６のマイクロホン８−６との間隔は、Ｄ／１６である。
【００２４】
第６のマイクロホン８−６と第３のマイクロホン８−３との中央には、第７のマイクロホン８−７が配置されている。第７のマイクロホン８−７と第６のマイクロホン８−６との間隔、第７のマイクロホン８−７と第３のマイクロホン８−３との間隔はＤ／３２である。
【００２５】
第７のマイクロホンと第３のマイクロホン８−３との中央には、第８のマイクロホン８−８が配置されている。第７のマイクロホン８−８と第７のマイクロホン８−７との間隔、第３のマイクロホン８−３と第８のマイクロホン８−３との間隔はＤ／６４である。
【００２６】
このようにマイクロホンアレイでは、第１及び第２のマイクロホン８−１、８−２の間隔Ｄを２の倍数のそれぞれ異なる値（１、２、４・・・６４）分の１にした間隔に配置されている。第３のマイクロホン８−３と第８のマイクロホン８−８の間隔ｄを基準として言えば、間隔ｄの２の倍数のそれぞれ異なる値（１、２、４・・・６４）倍の間隔に配置されている。
【００２７】
各マイクロホン８−１乃至８−８が収音した話者の音声は、それぞれ音声信号として各マイクロホン８−１乃至８−８から出力される。これら音声信号は、各マイクロホン８−１に対応して設けた遅延手段、例えば可変遅延回路１０−１乃至１０−８に供給され、それぞれ所定の遅延が与えられて、指向性調整手段、例えばビームフォーミング部１２に供給される。
【００２８】
ビームフォーミング部１２では、各音声信号を後述するように処理して、広い周波数帯に亘って鋭い指向性を有する音声信号として、増幅手段、例えば増幅器１４に供給され、ここで、増幅され、スピーカ１６から拡声される。
【００２９】
ビームフォーミング部１２では、例えば図３に示すように、最も間隔が広くＤである第１及び第２のマイクロホン８−１、８−２によって第１のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は、レベル調整手段、例えば増幅器２０−１、２０−２によって増幅され、合成手段、例えば加算器２２によって合成されている。増幅器２０−１、２０−２の利得は、それぞれ同じ値、例えば１である。このように構成すると、特許文献１に開示されているように第１または第２のマイクロホン８−１、８−２を単体で使用した場合よりも鋭い指向性が得られ、間隔Ｄによって指向性が最も鋭くなる周波数ｆ１が決まる。
【００３０】
隣接するものの間隔がそれぞれＤ／２である第１乃至第３のマイクロホン８−１、８−２、８−３によっても第２のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は増幅器２４−１、２４−２、２４−３によって増幅され、加算器２６によって合成されている。増幅器２４−１、２４−２、２４−３の利得は、第３のマイクロホン３４−３の音声信号に対する増幅器２４−３の利得が例えば１で、第１及び第２のマイクロホン８−１、８−２の音声信号に対する増幅器２４−１、２４−２の利得が例えば０．５となるように設定されている。このように構成すると、特許文献１に記載されているように第１のマイクロホンユニットの場合よりも鋭い指向性が得られ、最も指向性が鋭くなる周波数ｆ２は、間隔Ｄ／２によって決まり、上記の周波数ｆ１よりも高い周波数である。
【００３１】
同様に、隣接するものの間隔がそれぞれＤ／４である第１、第３及び第４のマイクロホン８−１、８−３、８−４によって第３のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は、増幅器２８−１、２８−２、２８−３によって増幅され、加算器３０によって合成されている。増幅器２８−１、２８−２、２８−３の利得は、第１、第３及び第４のマイクロホン８−１、８−３、８−４のうち中央に位置する第４のマイクロホン８−４に対する増幅器２８−２の利得が例えば１で、第１及び第３のマイクロホン８−１、８−３に対する増幅器２８−１、２８−３の利得は、例えば０．５に設定されている。このように構成すると、特許文献１に開示されているように第２のマイクロホンユニットとほぼ同じ鋭い指向性が得られ、最も鋭い指向性が得られる周波数ｆ３は、上記の周波数ｆ２よりも高くなる。
【００３２】
隣接するものの間隔がそれぞれＤ／８である第３、第４及び第５のマイクロホン８−３、８−４、８−５によって第４のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は増幅器３２−１、３２−２、３２−３によって増幅され、加算器３４によって合成されている。増幅器３２−１、３２−２、３２−３の利得も、中央に位置する第５のマイクロホンに対する増幅器３２−２の利得が例えば１で、他の増幅器３２−１、３２−３の利得が例えば０．５に設定されている。このように構成すると、特許文献１に開示されているように第２のマイクロホンユニットとほぼ同じ鋭い指向性が得られ、最も鋭い指向性が得られる周波数ｆ４は、上記の周波数ｆ３よりも高くなる。
【００３３】
隣接するものの間隔がそれぞれＤ／１６である第３、第５及び第６マイクロホン８−３、８−５、８−６によって第５のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は、増幅器３６−１、３６−２、３６−３によって増幅され、加算器３８によって合成されている。増幅器３６−１、３６−２、３６−３の利得も、中央に位置する第６のマイクロホンに対する増幅器３２−２の利得が例えば１で、他の増幅器３６−１、３６−３の利得が例えば０．５に設定されている。この場合も、第２のマイクロホンユニットとほぼ同じ鋭い指向性が得られ、最も鋭い指向性が得られる周波数ｆ５は、上記の周波数ｆ４よりも高くなる。
【００３４】
隣接するものの間隔がそれぞれＤ／３２である第３、第６及び第７マイクロホン８−３、８−６、８−７によって第６のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は、増幅器４０−１、４０−２、４０−３によって増幅され、加算器４２によって合成されている。増幅器４０−１、４０−２、４０−３の利得も、中央に位置する第７のマイクロホンに対する増幅器４０−２の利得が例えば１で、他の増幅器４０−１、４０−３の利得が例えば０．５に設定されている。この場合も、第２のマイクロホンユニットとほぼ同じ鋭い指向性が得られ、最も鋭い指向性が得られる周波数ｆ６は、上記の周波数ｆ５よりも高くなる。
【００３５】
隣接するものの間隔がそれぞれＤ／６４である第３、第７及び第８マイクロホン８−３、８−７、８−８によって第７のマイクロホンユニットが構成され、それらの音声信号は、増幅器４４−１、４４−２、４４−３によって増幅され、加算器４６によって合成されている。増幅器４４−１、４４−２、４４−３の利得も、中央に位置する第８のマイクロホンに対する増幅器４４−２の利得が例えば１で、他の増幅器４４−１、４４−３の利得が例えば０．５に設定されている。この場合も、第２のマイクロホンユニットとほぼ同じ鋭い指向性が得られ、最も鋭い指向性が得られる周波数ｆ７は、上記の周波数ｆ６よりも高くなる。
【００３６】
加算器２２の合成出力からローパスフィルタ４８によって周波数ｆ１以下の周波数成分を抽出する。加算器２６の合成出力からバンドパスフィルタ５０によって、周波数ｆ２を中心周波数とし、周波数ｆ１、ｆ２間の所定周波数を下限周波数、周波数ｆ２、ｆ３間の所定周波数を上限周波数とする帯域成分を抽出する。加算器３０の合成出力からバンドパスフィルタ５２によって、周波数ｆ３を中心周波数とし、周波数ｆ２、ｆ３間の所定周波数を下限周波数、周波数ｆ３、ｆ４間の所定周波数を上限周波数とする帯域成分を抽出する。加算器３４の合成出力からバンドパスフィルタ５４によって、周波数ｆ４を中心周波数とし、周波数ｆ３、ｆ４間の所定周波数を下限周波数、周波数ｆ４、ｆ５間の所定周波数を上限周波数とする帯域成分を抽出する。加算器３８の合成出力からバンドパスフィルタ５６によって、周波数ｆ５を中心周波数とし、周波数ｆ４、ｆ５間の所定周波数を下限周波数、周波数ｆ５、ｆ６間の所定周波数を上限周波数とする帯域成分を抽出する。加算器４２の合成出力からバンドパスフィルタ５８によって、周波数ｆ６を中心周波数とし、周波数ｆ５、ｆ６間の所定周波数を下限周波数、周波数ｆ６、ｆ７間の所定周波数を上限周波数とする帯域成分を抽出する。加算器４４の合成出力からハイパスフィルタ６０によって、周波数ｆ７より高い帯域成分を抽出する。各フィルタ４８、５０、５２、５４、５６、５８、６０によって抽出された帯域成分を合成手段、例えば加算器６２によって合成することによって、広帯域に亘って鋭い指向性を持った音声信号を得ることができる。
【００３７】
上述したように、特許文献１の技術を使用したビームフォーミング部１２は、音源から各マイクロホン８−１乃至８−８までの距離差を無視できるほどかなり離れて音源が位置していることを前提としている。しかし、図２に示すようにマイクロホンアレイ２を演台６に設置した場合、音源である話者と各マイクロホン８−１乃至８−８との間には、距離差があり、各マイクロホン８−１乃至８−３に同じ音声が到達するのに時間差が生じる。そのため、上述したように、特定の周波数において鋭い指向性が得られなくなり、その結果、ビームフォーミング部１２からの合成信号の音質が、本来の音質と異なったものとなることがある。
【００３８】
この点を改善するために、この実施形態では、第１乃至第８のマイクロホン８−１乃至８−８の音声信号を可変遅延回路１０−１乃至１０−８に供給し、最も遅れて音声信号が到達しているマイクロホンと同じだけの遅延を他のマイクロホンからの音声信号にも与えて、ビームフォーミング部１２に供給するようにしている。これによって、音源と各マイクロホン８−１乃至８−８との間に距離差がある場合でも、広い周波数帯に亘って鋭い指向性を持った合成信号をビームフォーミング部１２から出力することができる。
【００３９】
各可変遅延回路１０−１乃至１０−８での遅延量を決定するためには、まず音源の位置、即ち話者の位置を推定し、その推定位置から第１乃至第８のマイクロホン８−１乃至８−８までの距離を決定する必要がある。また、話者は、スピーチをしている途中に移動することもあるし、スピーチ中に顔を中央から舞台の上手または下手側に振ることもある。このような場合には、話者と第１乃至第８のマイクロホンまでの距離は変化する。このように距離が変化した場合には、その新たな距離に応じて各可変遅延回路１０−１乃至１０−８の遅延量を変更する必要がある。
【００４０】
そのため、この実施形態では、遅延量設定手段、例えば音源位置推定部６４が設けられている。音源位置推定部６４には、例えば第１、第２及び第３のマイクロホン８−１、８−２、８−３の音声信号が入力されている。音源位置推定部５４は、まず、第２、第３のマイクロホン８−２、８−３の音声信号の相互相関を求めて、相互相関から第２及び第３のマイクロホン８−２、８−３間の時間差δＴ２３を求める。この時間差から距離差δＬ２３を求める。この距離差δＬ２３は、図４に示すように第１、第２及び第３のマイクロホン８−１、８−２、８−３の列で聴衆側と話者側とに分割される双曲線Ａによって表される。これでは、音源は双曲線Ａ上にあることのみが分かるだけで、音源の位置を特定することができない。そこで、音源位置推定部６４は、第１及び第３のマイクロホン８−１、８−３の音声信号の相互相関も求めて、この相互相関関係により第１及び第３のマイクロホン８−１、８−３の時間差δＴ１３を求める。この時間差から距離差δＬ１３を求める。この距離差δＬ１３は、図４に示す双曲線Ｂによって表される。この双曲線Ｂも、第１、第２及び第３のマイクロホン８−１、８−２、８−３の列で聴衆側と話者側とに分割される。双曲線Ｂと上述した双曲線Ａとの交点Ｃを音源の位置と推定することができる。なお、双曲線Ａ、Ｂの交点はステージ側と聴衆側との２か所存在するが、上述した演台６にマイクロホンユニット２を設置する場合、聴衆側にできる交点は、音源でないことは明らかであるので、話者側の交点のみを音源の位置と推定する。
【００４１】
このようにして音源の位置Ｃが推定されると、図５に示すように音源から第１乃至第８のマイクロホン８−１乃至８−８までの距離を決定することができる。そして、これら距離のうち最も長いもの、図５では、音源の位置Ｃから第２のマイクロホン８−２までの距離を半径とし、音源の位置Ｃを中心とする円弧を決定する。各マイクロホン８−１、８−３乃至８−８と音源の位置Ｃとを結ぶ各線分を、上記円弧に向けて延長し、各交点を求め、各交点と対応する各マイクロホン８−１、８−３乃至８−８との距離が、マイクロホン８−２に到達するのと同時に、他のマイクロホン８−１、８−３乃至８−８に音声信号を到達させるための遅延量に対応する。これら延長した距離をそれぞれ算出し、遅延量に変換して、対応する可変遅延回路１０−１、１０−３乃至１０−８に設定する。これによって、音源から最も距離の遠いマイクロホン、この実施形態ではマイクロホン８−２の音声信号に発生する遅延と、他のマイクロホン、この実施形態ではマイクロホン８−１、８−３乃至８の音声信号に発生する遅延とは、一致している。
【００４２】
上述したように音源の位置は変化することがあるので、上述した音源位置の推定を所定時間が経過するごとに行い、音源の位置が変化していると、あらたに求められた音源の位置に基づいて、上述したようにして新たな遅延量を設定する。
【００４３】
音源の移動に追従してマイクロホンアレイ２の指向性を調整していくと、例えば図６に示すようにマイクロホンアレイ２の両側後方あたりにスピーカボックス２００、２００が設置されていて、音源である話者が、これらスピーカボックス２００、２００のいずれかの近傍に移動した場合、スピーカボックス２００からの拡声音も、このマイクロホンアレイ２が収音する可能性がある。この場合、ハウリングが生じる。これを防止するために、この実施形態では、音源の移動に伴ってマイクロホンアレイ２の指向性を変化させる指向性変化可能範囲２０２を制限している。適切に定めた原点、例えばマイクロホン８−３の位置を原点として、水平面上でこの原点を通る直線ｒを考え、例えばｒ軸に対する角度α及びβとを設定し、角度α、βをなす線分上で原点から予め定めた距離Ｄ、Ｄの位置を設定し、これら両位置を繋いで囲われた範囲を指向性変化可能範囲２０２とする。角度α、β及び距離Ｄは、マイクロホンアレイ２を設置した場所に応じてユーザーが変化させる。
【００４４】
音源位置推定部６４による推定の結果、音源位置２０４が、この指向性変化可能範囲２０２の外部に出たと推定された場合、指向性を音源に追従させるのを中止する、その場合、指向性は、例えば指向性変化可能範囲２０２を出る直前に推定されていた音源の位置２０６に固定するか、音源位置２０４に近い指向性変化可能範囲の境界上、例えば音源位置２０４と同じ距離を持つ境界上の位置２０８とする。なお、指向性変化可能範囲２０２は、２つの角度α、β及び距離Ｄによって規制する例を示したが、基準線ｒと一つの角度例えばβと距離Ｄによって規制することもできる。
【００４５】
上記の説明は、アナログの音声信号を処理することを前提として説明したが、各マイクロホン８−１乃至８−８のアナログの音声信号をＡ／Ｄ変換器を使用してデジタル音声信号に変換して処理することもできる。その場合、可変遅延回路１０−１乃至１０−８、ビームフォーミング部１２及び音源位置推定部６４は、いずれもデジタル回路とすることができ、これらは全て例えば１台のＤＳＰによって構成することができる。デジタル処理する場合、音源位置推定部６４での音源位置を推定するための相互相間は、例えば予め定めた数の連続するデジタル音声信号が得られるごとに、その得られた予め定めた数のデジタル音声信号を対象として求めることもできる。
【００４６】
＜変形例＞
（１）上記の実施形態では、第１及び第２のマイクロホン８−１、８−２のように２本のマイクロホンによってマイクロホンユニットを構成した例と、第１乃至第３のマイクロホン８−１、８−２、８−３のように３本のマイクロホンによってマイクロホンユニットを構成した例を示したが、マイクロホンユニットを構成するマイクロホンの本数は、２本以上の任意の本数とすることができ、例えば５本のマイクロホン、７本のマイクロホンによって１つのマイクロホンユニットを構成することができる。また、３本のマイクロホンによって構成したマイクロホンユニットでは、マイクロホンの間隔を２倍ずつ広げた例を示したが、これは一例に過ぎず、その間隔は任意に広げていくことができる。また、３本のマイクロホンでマイクロホンユニットを構成した場合、中央のマイクロホンの利得を２倍としたが、これは一例にすぎず、利得は任意の値に変更することができる。
【００４７】
（２）上記の実施形態では、音源位置推定部６４において、音源の位置が移動する場合に対処するために、所定時間の経過ごとに音源位置の推定をやり直して、その結果に従って可変遅延回路１０−１乃至１０−８の遅延量を更新したが、これに限られない。
すなわち、音源の位置が殆ど変化しない場合には、一度だけ又は所定時間の間だけ音源位置推定部６４にて音源の位置を推定して可変遅延回路１０−１乃至１０−８の遅延量を決定した後、音源位置の推定処理は行わず、その遅延量を維持するように構成することもできる。
また、マイクロホン２の製造段階や出荷段階において、予め音源位置を仮想的に決めてこの仮想音源位置に各マイクロホン８−１乃至８−８の指向性を合わせる様に遅延量を設定し、マイクロホン２の稼動時には音源位置推定を行わないようにしてもよい。この場合、具体的には、実施の形態の場合と同様に、予め決めた仮想音源の位置から最も距離の遠いマイクロホンの音声に発生する遅延と、他のマイクロホンの音声信号に発生する遅延とを一致させる遅延量とすればよい。
【００４８】
（３）上記の実施形態では、第１乃至第８のマイクロホン８−１乃至８−８は、直線状に一列に配置したが、例えば円弧状に一列に配置することもできる。また、上記の実施形態では、８本のマイクロホンを使用したが、これに限らず、種々の本数を使用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
２ マイクロホンアレイ
８−１乃至８−８ マイクロホン
１０ 可変遅延回路（遅延手段）
１２ ビームフォーミング部（マイクロホン指向性調整手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔をあけて配列される複数のマイクロホンを一組とするマイクロホンユニットを複数配列して構成し、前記各マイクロホンユニットごとにマイクロホン間の前記間隔は異なるマイクロホンアレイと、
前記各マイクロホンユニットにおける前記一組のマイクロホンが音源からの音を収集して発生した音声信号を合成して合成信号を出力する合成手段を各マイクロホンユニットごとに有し、前記各マイクロホンユニットごとに出力された合成信号を更に再合成手段で合成して出力するマイクロホン指向性調整手段とを、
具備し、
前記音源と前記各マイクロホンとの各距離差に基づいて前記各マイクロホンの音声信号に発生する遅延を一致させるように遅延量が調整された遅延手段を設けたマイクロホン装置。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロホン装置において、各マイクロホンユニットごとに、前記各合成手段の後段にフィルタを具備し、
各フィルタは、各マイクロホンユニット毎に、マイクロホンユニットを構成するマイクロホン間の間隔に応じた異なる周波数帯域の合成信号を抽出して前記再合成手段に出力するマイクロホン装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のマイクロホン装置において、前記遅延手段は、前記音源から最も距離の遠いマイクロホンの音声信号に発生する遅延と、他のマイクロホンの音声信号に発生する遅延とを一致させるように遅延量が調整されるマイクロホン装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか記載のマイクロホン装置において、前記音源の移動に従って、逐次前記音源の位置を推定する音源位置推定手段と、
音源位置推定手段によって推定された位置に応じて、前記各遅延手段の遅延量を調整する遅延量調整手段を、有するマイクロホン装置。
【請求項５】
請求項４記載のマイクロホン装置において、前記音源位置推定手段が推定する位置に上限を設け、前記遅延量調整手段は、前記音源位置推定手段が前記上限を超えた位置を推定した場合、当該上限を超えて推定された位置に応じた遅延量の調整は行わないマイクロホン装置。
【請求項６】
請求項５記載のマイクロホン装置において、前記遅延量調整手段は、前記音源位置推定手段が前記上限を超えた位置を推定した場合、当該上限を超えて推定された位置に応じた遅延量の調整は行わず、前記上限内で推定していた位置に応じた遅延量を前記遅延手段に継続させるマイクロホン装置。
【請求項７】
請求項５記載のマイクロホン装置において、前記遅延量調整手段は、前記音源位置推定手段が前記上限を超えた位置を推定した場合、当該上限を超えて推定された位置に応じた遅延量の調整は行わず、前記上限の位置に応じた遅延量を遅延手段に設定するマイクロホン装置。
【請求項８】
請求項１乃至３いずれか記載のマイクロホン装置において、前記音源の位置を予め仮想的に決定しておき、前記遅延手段は、前記仮想的に決定した音源と前記各マイクロホンとの各距離差に基づいて前記各マイクロホンの音声信号に発生する遅延を一致させるように遅延量が調整されているマイクロホン装置。
【請求項１】
互いに間隔をあけて配列される複数のマイクロホンを一組とするマイクロホンユニットを複数配列して構成し、前記各マイクロホンユニットごとにマイクロホン間の前記間隔は異なるマイクロホンアレイと、
前記各マイクロホンユニットにおける前記一組のマイクロホンが音源からの音を収集して発生した音声信号を合成して合成信号を出力する合成手段を各マイクロホンユニットごとに有し、前記各マイクロホンユニットごとに出力された合成信号を更に再合成手段で合成して出力するマイクロホン指向性調整手段とを、
具備し、
前記音源と前記各マイクロホンとの各距離差に基づいて前記各マイクロホンの音声信号に発生する遅延を一致させるように遅延量が調整された遅延手段を設けたマイクロホン装置。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロホン装置において、各マイクロホンユニットごとに、前記各合成手段の後段にフィルタを具備し、
各フィルタは、各マイクロホンユニット毎に、マイクロホンユニットを構成するマイクロホン間の間隔に応じた異なる周波数帯域の合成信号を抽出して前記再合成手段に出力するマイクロホン装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のマイクロホン装置において、前記遅延手段は、前記音源から最も距離の遠いマイクロホンの音声信号に発生する遅延と、他のマイクロホンの音声信号に発生する遅延とを一致させるように遅延量が調整されるマイクロホン装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか記載のマイクロホン装置において、前記音源の移動に従って、逐次前記音源の位置を推定する音源位置推定手段と、
音源位置推定手段によって推定された位置に応じて、前記各遅延手段の遅延量を調整する遅延量調整手段を、有するマイクロホン装置。
【請求項５】
請求項４記載のマイクロホン装置において、前記音源位置推定手段が推定する位置に上限を設け、前記遅延量調整手段は、前記音源位置推定手段が前記上限を超えた位置を推定した場合、当該上限を超えて推定された位置に応じた遅延量の調整は行わないマイクロホン装置。
【請求項６】
請求項５記載のマイクロホン装置において、前記遅延量調整手段は、前記音源位置推定手段が前記上限を超えた位置を推定した場合、当該上限を超えて推定された位置に応じた遅延量の調整は行わず、前記上限内で推定していた位置に応じた遅延量を前記遅延手段に継続させるマイクロホン装置。
【請求項７】
請求項５記載のマイクロホン装置において、前記遅延量調整手段は、前記音源位置推定手段が前記上限を超えた位置を推定した場合、当該上限を超えて推定された位置に応じた遅延量の調整は行わず、前記上限の位置に応じた遅延量を遅延手段に設定するマイクロホン装置。
【請求項８】
請求項１乃至３いずれか記載のマイクロホン装置において、前記音源の位置を予め仮想的に決定しておき、前記遅延手段は、前記仮想的に決定した音源と前記各マイクロホンとの各距離差に基づいて前記各マイクロホンの音声信号に発生する遅延を一致させるように遅延量が調整されているマイクロホン装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９３８０７（Ｐ２０１３−９３８０７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６０３９（Ｐ２０１１−２３６０３９）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００２２３１８２）ＴＯＡ株式会社 (190)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００２２３１８２）ＴＯＡ株式会社 (190)
【Ｆターム（参考）】
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