(57)【要約】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。
2019003716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】S.F.Boll、「Suppression of Acoustic Noise in Speech Using Spectral Subtraction」、IEEE Trans. ASSP.、1979年4月2日、Vol.27、pp.113-120
【非特許文献１】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〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
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。【００２１】
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。【００２２】
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。【００２３】
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。【００２４】
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。
【発明の効果】
【００２５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】集音装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】マイクロフォンユニットを示す模式図である。
【図３】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。
【図４】指向性制御装置の詳細構成を示すブロック図である。
【図５】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。
【図６】感度補正部の詳細構成を示すブロック図である。
【図７】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。
【図８】ビームフォーマの構成を示すブロック図である。
【図９】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。
【図１０】ノイズ処理部の構成例を示すブロック図である。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
（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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
そして、制御点Ｄｉ,（ｉ＝１〜ｎ）から無指向性マイクＭｋ,（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Ｍｋの出力に畳み込む制御フィルタを伝達関数Ｈｋ（ω）とし、各制御点Ｄｉに対する所望応答を応答関数Ａｉ（ω）とする。このとき、各制御点Ｄｉ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Ａｉ（ω）とするには、以下式（１）が満たされるような伝達関数Ｈｋ（ω）が要求される。
【００４９】
【数１】
2019003716.tif 000003
【００５０】
ここで、上記式（１）において、特定方向にある制御点Ｄｊに対応する所望応答伝達関数Ａｊ（ω），（ｉ＝ｊ）を「１」にし、それ以外の抑圧すべき制御点Ｄｉに対応する所望応答伝達関数Ａｉ（ω），（ｉ≠ｊ）をゼロにすれば、上記式（１）は、制御点Ｄｊ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Ｈｋ（ω）,（ｋ＝１〜ｍ）を含む式となる。
【００５１】
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Ｄｊに対応する所望応答伝達関数Ａｊ（ω）を１にセットし、その他の所望応答伝達関数Ａｉ（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Ｈｋ（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。
【００５２】
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Ｈｋ（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。
【００５３】
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。
【００５４】
【数２】
2019003716.tif 000004
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。
【００５５】
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。
【００５６】
更に、ビームフォーマ３２は、伝達関数Ｈｋ（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Ａｉ（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Ｈｋ（ω）の行列Ｈ（ω）の積を取る。
【００５７】
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Ｈｋ（ω）を制御フィルタ３２１ａ〜３２１ｆにセットする。
【００５８】
ビームフォーマ３２は、対応の伝達関数Ｈｋ（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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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）・・・｝
【００６３】
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。
【００６４】
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。
2019003716.tif 000005
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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）２／∂ｍを得る。
2019003716.tif 000006
【００７０】
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）２／∂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。
2019003716.tif 000007
【００７１】
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。
【００７２】
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。
2019003716.tif 000008
【００７３】
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。
【００７４】
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。
2019003716.tif 000009
【００７５】
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。
2019003716.tif 000010
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
（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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
（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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
（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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【符号の説明】
【００９８】
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
【図１】
2019003716.tif 000011
【図２】
2019003716.tif 000012
【図３】
2019003716.tif 000013
【図４】
2019003716.tif 000014
【図５】
2019003716.tif 000015
【図６】
2019003716.tif 000016
【図７】
2019003716.tif 000017
【図８】
2019003716.tif 000018
【図９】
2019003716.tif 000019
【図１０】
2019003716.tif 000020
【図１１】
2019003716.tif 000021
【図１２】
2019003716.tif 000022
【図１３】
2019003716.tif 000023
【国際調査報告】
2019003716.tif 000024
2019003716.tif 000025
2019003716.tif 000026
2019003716.tif 000027