(57)【要約】本発明は、複数のポートサブアレイを利用する方法および装置を提供する。各ポートサブアレイは複数の音響ポートを備える。各ポートサブアレイの各ポートは間隔を置いて配置し、各ポートサブアレイは音源が発生する関連周波数範囲内の音響信号に応答する。本発明の一実施例において、関連周波数範囲は互いに調和的に関連し、各ポートサブアレイは異なる周波数オクターブに対応する。各関連周波数範囲は、音響システムの全周波数範囲の一部である。各ポートサブアレイが受信する音響信号は、音響通路を介して結合し、カプセルによって電気信号に変換する。このカプセルはカプセル取付台に載置できる。前記電気信号は、フィルタを通過させることにより例えば空間エリアシングを減少させ、後処理によって信号特性をさらに強化する。
2005536113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響媒体を伝播する少なくとも１つの伝送音響信号を処理する音響システムであって、前記少なくとも１つの伝送音響信号の１つは所望伝送音響信号であり、
複数のポートサブアレイを有し、前記所望伝送音響信号を発生する音源に対して水平角度をなして位置する、音響ポートアレイと、
第１水平距離によって互いに空間的に分離した第１ポートと第２ポートとを有し、前記第１ポートが第１受信信号を受信し、前記第２ポートが第２受信信号を受信する、前記音響ポートアレイに関連した第１ポートサブアレイと、
第２水平距離によって互いに空間的に分離した第３ポートと第４ポートとを有し、前記第３ポートが第３受信信号を受信し、前記第４ポートが第４受信信号を受信する、前記音響ポートアレイに関連した第２ポートサブアレイと、
第１トランスデューサを有する第１カプセルと、
第２トランスデューサを有する第２カプセルと、
前記第１受信信号を前記第１トランスデューサに結合する第１音響通路と前記第２受信信号を前記第１トランスデューサに結合する第２音響通路とを有し、前記第１トランスデューサが第１周波数範囲において前記所望伝送音響信号に対応する第１信号成分からなる第１電気信号を発生する、第１音響通路構成と、
前記第３受信信号を前記第２トランスデューサに結合する第３音響通路と前記第４受信信号を前記第２トランスデューサに結合する第４音響通路とを有し、前記第２トランスデューサが第２周波数範囲において前記所望伝送音響信号に対応する第２信号成分からなる第２電気信号を発生する、第２音響通路構成と、を備える前記音響システム。
【請求項２】
前記第１および第２ポート間の第１ポート間隔は前記第１ポートサブアレイの第１上限周波数に対応する１／２波長にほぼ等しく、前記第３および第４ポート間の第２ポート間隔は前記第２ポートサブアレイの第２上限周波数に対応する１／２波長にほぼ等しい、請求項１の音響システム。
【請求項３】
基本的に前記第１周波数範囲において電気成分を通過させ、前記第１電気信号から第１変更電気信号を得る、第１帯域フィルタと、
基本的に前記第２周波数範囲において電気成分を通過させ、前記第２電気信号から第２変更電気信号を得る、第２帯域フィルタと、をさらに備える請求項１の音響システム。
【請求項４】
前記第１変更電気信号と前記第２変更電気信号とを結合して出力信号を提供する加算器をさらに備え、前記出力信号が基本的に前記第１周波数範囲と前記第２周波数範囲との合計に等しい出力周波数範囲において前記所望伝送音響信号を増強する、請求項３の音響システム。
【請求項５】
前記第１ポートサブアレイの第１上限周波数に対応する約１／４波長において第１周波数成分に作用し、前記第２ポートサブアレイの第２上限周波数に対応する約１／４波長において第２周波数成分に作用する、後処理装置、をさらに備える請求項４の音響システム。
【請求項６】
前記所望伝送音響信号を発生する前記音源は前記音響ポートアレイに対して垂直角度をなすように位置し、前記第１ポートサブアレイは前記第１ポートから垂直距離だけ空間的に離れた第５ポートをさらに有し、当該第５ポートは第５受信信号を受信し、前記第２ポートサブアレイは前記第３ポートから前記垂直距離だけ空間的に離れた第６ポートをさらに有し、当該第６ポートは第６受信信号を受信し、前記第１音響通路構成は前記第５受信音響信号を前記第１トランスデューサに結合する第５音響通路をさらに有し、前記第２音響通路構成は前記第６受信信号を前記第２トランスデューサに結合する第６音響通路をさらに有する、請求項１の音響システム。
【請求項７】
前記第１カプセルと前記第２カプセルとを収容し、前記第１および第２音響通路構成を前記第１および第２カプセルに結合するカプセル取付台をさらに備える、請求項１の音響システム。
【請求項８】
前記カプセル取付台は、複数の第１音響通路用の第１入口点セットと、複数の第２音響通路用の第２入口点セットとを有し、前記第１入口点セットは前記第１カプセルの一側に位置し、前記第２入口点セットは前記第２カプセルの同一側に位置する、請求項７の音響システム。
【請求項９】
前記カプセル取付台は、複数の第１音響通路用の第１入口点セットと、複数の第２音響通路用の第２入口点セットとを有し、前記第１入口点セットは前記第１カプセルの両側に位置し、前記第２入口点セットは前記第２カプセルの両側に位置し、前記音響システムは、
前記第１カプセルの第１近傍と前記第２カプセルの第２近傍とを音響的に分離する音響障壁をさらに備える、請求項７の音響システム。
【請求項１０】
前記音響媒体は、空気媒体と水媒体とからなるグループから選択する、請求項１の音響システム。
【請求項１１】
前記音響通路の各々は、チューブと、パイプと、毛管と、導波管と、音響ハウジング内の成形通路とからなるグループから選択する、請求項１の音響システム。
【請求項１２】
前記第２周波数範囲は前記第１周波数範囲から約１オクターブ離れている、請求項１の音響システム。
【請求項１３】
前記第１周波数範囲と前記第２周波数範囲とは音声認識精度を増強すべく構成した、請求項１の音響システム。
【請求項１４】
前記第１および第２電気信号は音声認識装置へ入力する、請求項１３の音響システム。
【請求項１５】
前記第１および第２電気信号は通信装置へ入力する、請求項１３の音響システム。
【請求項１６】
前記通信装置は、電話機と、コンピュータと、音声利用可能装置とからなるグループから選択する、請求項１５の音響システム。
【請求項１７】
前記第１周波数範囲と前記第２周波数範囲とは前記所望伝送音響信号に対する出力信号の平均二乗誤差を減少すべく構成する、請求項１の音響システム。
【請求項１８】
前記第１ポートサブアレイは前記第１ポートから第３距離だけ空間的に離れた第７ポートをさらに有し、前記第３距離は前記垂直距離および前記水平距離に対して垂直であり、前記第７ポートは第７受信信号を受信し、前記第２ポートサブアレイは前記第３ポートから前記第３距離だけ空間的に離れた第８ポートをさらに有し、前記第８ポートは第８受信信号を受信し、前記第１音響通路構成は前記第７受信音響信号を前記第１トランスデューサに結合する第７音響通路をさらに有し、前記第２音響通路構成は前記第８受信信号を前記第２トランスデューサに結合する第８音響通路をさらに有する、請求項６の音響システム。
【請求項１９】
前記第１音響通路に存在し、前記第１ポートサブアレイの第１上限周波数に対応する１／４波長にほぼ等しい第１周波数成分を減少させる第１挿入物と、
前記第３音響通路に存在し、前記第２ポートサブアレイの第２上限周波数に対応する１／４波長にほぼ等しい第２周波数成分を減少させる第２挿入物と、をさらに備える請求項１の音響システム。
【請求項２０】
前記第１帯域フィルタは前記第１ポートサブアレイの第１上限周波数に対応する１／４波長にほぼ等しい第１周波数成分を減少させ、前記第２帯域フィルタは前記第２ポートサブアレイの第２上限周波数に対応する１／４波長にほぼ等しい第２周波数成分を減少させる、請求項３の音響システム。
【請求項２１】
前記後処理装置は、前記第１ポートサブアレイの第１上限周波数に対応する１／４波長にほぼ等しい第１周波数成分を減少させると共に、前記第２ポートサブアレイの第２上限周波数に対応する１／４波長にほぼ等しい第２周波数成分を減少させる、請求項５の音響システム。
【請求項２２】
前記後処理装置は、前記音響システムの動作範囲の周波数に対し平坦応答を提供する後置等化フィルタを有する、請求項２１の音響システム。
【請求項２３】
前記第１ポートサブアレイと前記第２ポートサブアレイとはミラーケーシング内に存在し、前記ミラーケーシングは傾斜して前記ミラーケーシングの面からの垂線が話者の口にほぼ交差し、ミラー面は前記ミラーケーシングの傾斜角度とは異なる角度で傾斜し、前記ミラー面からの垂線は前記話者とリヤウインドウとの間の視角をほぼ二分する、請求項１の音響システム。
【請求項２４】
前記第１ポートサブアレイと前記第２ポートサブアレイとはミラーケーシング内に存在し、前記音響通路は異なる長さを有して主ビームを傾斜させる、請求項１の音響システム。
【請求項２５】
第３水平距離によって互いに空間的に分離した第５ポートと第６ポートとを有し、前記第５ポートが第５受信信号を受信し、前記第６ポートが第６受信信号を受信する、前記音響ポートアレイに関連した第３ポートサブアレイと、
第３トランスデューサを有する第３カプセルと、
前記第５受信信号を前記第３トランスデューサに結合する第５音響通路と前記第６受信信号を前記第３トランスデューサに結合する第６音響通路とを有し、前記第３トランスデューサが第３周波数範囲において前記所望伝送音響信号に対応する第３信号成分からなる第３電気信号を発生する、第３音響通路構成と、をさらに備える請求項１の音響システム。
【請求項２６】
前記第１音響通路に関連した第１音響フィルタをさらに備え、前記第１音響通路が少なくとも１つの分岐を有する、請求項１の音響システム。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの分岐の第１分岐は音響的インピーダンスにおいて終端し、前記音響的インピーダンスは、空気への少なくとも１つの開口と、プレナムに接続した少なくとも１本のパイプと、前記空気への少なくとも１つの開口と前記プレナムに接続した少なくとも１本のパイプとの組み合わせとからなるグループから選択する、請求項２６の音響システム。
【請求項２８】
複数の分岐を指向性マイクロフォンカプセルに結合し、各分岐に異なるインピーダンスを作用させ、前記複数の分岐は案内する音波に作用し、ポートとマイクロフォンとの各組合せペアの特性が１つの高次ピックアップパターンに関係する、請求項２６の音響システム。
【請求項２９】
前記高次ピックアップパターンは、０次ピックアップパターンと、１次ピックアップパターンと、２次ピックアップパターンとからなるグループから選択し、前記０次ピックアップパターンは全方向パターンに対応し、前記１次ピックアップパターンはカージオイドに対応し、前記２次ピックアップパターンは１次入力の差分に対応する、請求項２８の音響システム。
【請求項３０】
複数の分岐を指向性マイクロフォンカプセルに結合し、前記複数の分岐は案内する音波に作用し、ポートとマイクロフォンとの各結合ペアの特性は１つの高次ピックアップパターンに関連する、請求項１の音響システム。
【請求項３１】
前記複数の分岐の各々は関連インピーダンスの作用を受ける、請求項３０の音響システム。
【請求項３２】
前記第１音響通路の第１長さと前記第２音響通路の第２長さとの間の第１差と、前記第３音響通路の第３長さと前記第４音響通路の第４長さとの間の第２差とは、前記音響ポートアレイの主ビームに作用して方位角ゼロ度から角度を変化させる、請求項１の音響システム。
【請求項３３】
音響媒体を伝播する少なくとも１つの伝送音響信号を処理する方法であって、前記少なくとも１つの伝送音響信号の１つが所望伝送音響信号であり、
（ａ）第１ポートサブアレイの第１ポートによって第１受信信号を受信し、
（ｂ）前記第１ポートサブアレイの第２ポートによって第２受信信号を受信し、前記第１ポートと前記第２ポートとは第１水平距離によって互いに空間的に分離しており、
（ｃ）第２ポートサブアレイの第３ポートによって第３受信信号を受信し、
（ｄ）前記第２ポートサブアレイの第４ポートによって第４受信信号を受信し、前記第３ポートと前記第４ポートとは第２水平距離によって互いに空間的に分離しており、
（ｅ）第１音響通路を介して前記第１受信信号を、第２音響通路を介して前記第２受信信号を第１トランスデューサに結合し、
（ｆ）第３音響通路を介して前記第３受信信号を、第４音響通路を介して前記第４受信信号を第２トランスデューサに結合し、
（ｇ）前記第１トランスデューサによって、前記第１受信信号と前記第２受信信号とから、第１周波数範囲において前記所望伝送音響信号に対応する第１信号成分からなる第１電気信号を発生し、
（ｈ）前記第２トランスデューサによって、前記第３受信信号と前記第４受信信号とから、第２周波数範囲において前記所望伝送音響信号に対応する第２信号成分からなる第２電気信号を発生する、前記方法。
【請求項３４】
（ｉ）前記第１周波数範囲にわたる帯域フィルタに電気成分を通過させることにより前記第１電気信号から第１変更電気信号を取得し、
（ｊ）前記第２周波数範囲にわたる第２帯域フィルタに電気成分を通過させることにより前記第２電気信号から第２変更電気信号を取得することをさらに備える、請求項３３の方法。
【請求項３５】
（ｋ）前記第１変更電気信号と前記第２変更電気信号とを結合して出力信号を提供し、当該出力信号が基本的に前記第１周波数範囲と前記第２周波数範囲との合計に等しい出力周波数範囲において前記所望伝送音響信号を増強することをさらに備える、請求項３４の方法。
【請求項３６】
（ｌ）前記第１ポートサブアレイの第１上限周波数に対応する約１／４波長において第１周波数成分を減少し、
（ｍ）前記第２ポートサブアレイの第２上限周波数に対応する約１／４波長において第２周波数成分を減少することをさらに備える、請求項３５の方法。
【請求項３７】
請求項３３の方法を実行するためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項３８】
請求項３４の方法を実行するためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項３９】
請求項３５の方法を実行するためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項４０】
請求項３６の方法を実行するためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項４１】
音響媒体を伝播する少なくとも１つの伝送音響信号を処理する音響システムであって、前記少なくとも１つの伝送音響信号の１つは所望伝送音響信号であり、
複数のポートサブアレイを有し、前記所望伝送音響信号を発生する音源に対して水平角度および垂直角度をなして位置する、音響ポートアレイと、
第１水平距離によって互いに空間的に分離した第１ポートと第２ポートとを有し、垂直距離によって前記第１ポートから空間的に分離した第５ポートを有し、前記第１ポートが第１受信信号を受信し、前記第２ポートが第２受信信号を受信し、前記第１および第２ポート間の第１ポート間隔が第１上限周波数に対応する１／２波長にほぼ等しく、前記第５ポートが第５受信信号を受信する、前記第１上限周波数を有すると共に前記音響ポートアレイに関連した第１ポートサブアレイと、
第２水平距離によって互いに空間的に分離した第３ポートと第４ポートとを有し、前記垂直距離によって前記第３ポートから空間的に分離した第６ポートを有し、前記第３ポートが第３受信信号を受信し、前記第４ポートが第４受信信号を受信し、前記第３および第４ポート間の第２ポート間隔が第２上限周波数に対応する１／２波長にほぼ等しく、前記第６ポートが第６受信信号を受信する、前記第２上限周波数を有すると共に前記音響ポートアレイに関連した第２ポートサブアレイと、
第１トランスデューサを有する第１カプセルと、
第２トランスデューサを有する第２カプセルと、
前記第１受信信号を前記第１トランスデューサに結合する第１音響通路と前記第２受信信号を前記第１トランスデューサに結合する第２音響通路と前記第５受信音響信号を前記第１トランスデューサに結合する第５音響通路とを有し、前記第１トランスデューサが第１周波数範囲において前記所望伝送音響信号に対応する第１信号成分からなる第１電気信号を発生する、第１音響通路構成と、
前記第３受信信号を前記第２トランスデューサに結合する第３音響通路と前記第４受信信号を前記第２トランスデューサに結合する第４音響通路と前記第６受信音響信号を前記第２トランスデューサに結合する第６音響通路とを有し、前記第２トランスデューサが第２周波数範囲において前記所望伝送音響信号に対応する第２信号成分からなる第２電気信号を発生する、第２音響通路構成と、
基本的に前記第１周波数範囲において電気成分を通過させ、前記第１電気信号から第１変更電気信号を得る、第１帯域フィルタと、
基本的に前記第２周波数範囲において電気成分を通過させ、前記第２電気信号から第２変更電気信号を得る、第２帯域フィルタと、
前記第１変更電気信号と前記第２変更電気信号とを結合して出力信号を提供し、当該出力信号が基本的に前記第１周波数範囲と前記第２周波数範囲との合計に等しい出力周波数範囲において前記所望伝送音響信号を増強する、加算器と、
前記音響システムの全動作周波数範囲の少なくとも一部について所望周波数応答を提供し、前記第１ポートサブアレイの第１上限周波数に対応する約１／４波長において第１周波数成分を減少し、前記第２ポートサブアレイの第２上限周波数に対応する約１／４波長において第２周波数成分を減少する、後処理装置とを備える、前記音響システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多素子マイクロフォンに関し、さらに詳しくはテレマティックス用途のデジタル信号処理に関連して使用するマイクロフォンに関する。
【０００２】
背景技術
テレマティックスの音声用途には単素子マイクロフォンが使用されてきた。このマイクロフォンは、例えば自動車用ハンズフリー電話に使用されている。性能の良いマイクロフォンは、運転者が遭遇する車両や道路等の様々な雑音条件下で音声認識度が高いこと、信号対車両雑音率が高いことの組み合わせで特徴付けられる。すなわち話者の音声が車両環境の発生する背景雑音から目立つほど、マイクロフォンの性能がよいと言える。テレマティックス分野における認識率の目標は、あらゆる条件において９９％を超えることである。単素子マイクロフォンは、遠隔会議や組込音響用途においても、反響や通風雑音のある環境で使う場合、同様の問題がある。
【０００３】
自動車環境において一般に使用するマイクロフォンは、一次グラジエントである。これは、話者から離れた方向から発生する車両雑音や反響の拾い上げを最小にすべく設計した表面実装構成において、単素子マイクロフォンを使用するものである。かかるマイクロフォンは、二方向またはカージオイド極性の応答パターンを有することが多い。しかしながら、かかるマイクロフォンは、比較的広い最大応答ウインドウ（受入角度に対応）を有する。この場合、車室全面における反射面、例えば窓やレザーシートがマイクロフォンの性能を低下させるため、雑音の多い運転条件では話者対車両雑音率が低くなる。
【０００４】
その代替として、二素子マイクロフォンシステムのアレイ構成をデジタル信号処理と共に使用し、話者の音声から不要信号を除去する方法がある。この方法は、到着時間情報を利用し、話者の音声を識別し増幅する。この時、話者の音声は、二素子アレイの受入角度内において受信し、その受入角度外からの雑音を拒絶する。このアレイ構成は、水平面における不要音声または音声に似た雑音（例えば同乗者の音声）から話者の音声を十分に分離できる。しかしながらこのシステムは、垂直面における騒音、例えば車内に配置したオーディオスピーカが発生する音響信号等に対して十分に機能しない。さらにこのシステムは、複数のマイクロフォン素子を必要とすると共に、デジタル信号処理を行うための高価なハードウエアおよびソフトウエアを必要とする。マイクロフォン構成とデジタル処理装置との自動車用途の組み合わせは、一般に高価である。さらにこのシステムは音声認識度が低い。
【０００５】
前記した通り、従来技術の音響システムは、音響応答特性が自動車用指向性音響用途に向かない。従って、指向性にすぐれ、環境拒絶性が良く、ハンズフリー自動車電話およびテレマティックス用途等に向いた方法および装置が求められている。さらに、コスト効果が高く、遠方音響源を選択的に処理可能な音響システムが求められている。
【０００６】
発明の簡潔な概要
本発明は、複数のポートサブアレイを使用することにより従来技術の問題点を解決する。各ポートサブアレイは複数の音響ポートを備える。各ポートサブアレイの各ポートは間隔を置いて配置し、音源が発生する関連周波数範囲内の音響信号に応答する。本発明の一実施例において、関連周波数範囲は互いに調和的に関連し、各ポートサブアレイは異なる周波数オクターブに対応する。各関連周波数範囲は、音響システムの全周波数範囲の一部である。各ポートサブアレイが受信する音響信号は、音響通路を介して結合し、カプセルによって電気信号に変換する。このカプセルはカプセル取付台に載置できる。前記電気信号は、フィルタを通過させることにより例えば空間エリアシングを減少させ、後処理によってアレイマイクロフォンの周波数応答をさらに強化する。
【０００７】
本発明の一実施例における音響システムは、所望水平角度および垂直角度内の音響信号を処理し、これら角度範囲外の音響信号を抑制すべく構成し、音声認識性能を強化する。他の実施例は自動車テレマティックス用途とし、ポートサブアレイをミラーケーシングに実装し、自動車のリヤウインドウを通る話者の視線に基づいてバックミラーを傾斜することを可能とし、話者に望ましい指向性音響特性を提供する。他の実施例は、自動車のハンドルや計器盤等にポートサブアレイを配置する。本発明の他の実施例は、水等の異なる音響媒体における音響信号を処理することにより、ソナー用途を支援する。本発明のさらに他の実施例は、音響信号を処理することにより音声機器を制御する。
【０００８】
発明の詳細な説明
図１は２つのポートサブアレイを有する本発明の一実施例に基づく音響システム１００を示す。第１ポートサブアレイは、ポート１０１、１０３、１０５、１０７、１０９、１１１と、音響通路１２５、１２７、１２９、１３１、１３３、１３５と、プレナム１５１と、カプセル１５５とを備える。音響通路１２５〜１３５はプレナム１５１で合流する。第２ポートサブアレイは、ポート１１３、１１５、１１７、１１９、１２１、１２３と、音響通路１３７、１３９、１４１、１４３、１４５、１４７と、プレナム１４９と、カプセル１５３とを備える。音響通路１３７〜１４７はプレナム１４９で合流する。本実施例において、カプセル１５３および１５５は、各々トランスデューサを備える。（本発明の他の実施例は、当業者には明らかな通り、２以上のポートサブアレイを使用できる。）本実施例において、通路１２５〜１３５および１３７〜１４７は、同一長さ（許容誤差内）を有するチューブに対応する。ただし他の実施例は、他の形態の音響通路を使用できる。
【０００９】
本発明の実施例を説明するにあたり次の定義を行う。「ポート」は開口であり、パイプ、チューブ、毛管、成形通路、導波管、その他物理的通路の音響的入口として機能する。この通路は、音響遅延ネットワーク１００の外部からカプセル１５３または１５５へ圧力変化を搬送する。「カプセル」（例えばカプセル１５３および１５５）は物理的マイクロフォンアッセンブリの区画または小区画であり、振動板および他のハードウエアを含むことができる。他のハードウエアとは、スペーサ、ワッシャ、ポート、毛管、共振器等であり、音響エネルギから電気エネルギへの変換に関係する。
【００１０】
図１を参照すると、ポートサブアレイの各ポート（１０１〜１２３）に到着する音響信号は、特定方向（本実施例においては音響システム１００の面または線に垂直な方向）からの周波数に対してほぼ一定位相を持つ。一方、異なる角度で到着する音響信号は、一定位相関係を持たない。システム１００に垂直に到着する信号は加算され、音響信号強度に「アレイゲイン」と呼ぶゲインを可干渉的（建設的）に生成する。他の角度から到着する信号は非干渉的（破壊的）に加算され、ビームパターン中に周波数の関数としての減衰、ノッチ、およびゼロを生成する。この原理は一般に「スタッキング」と呼ばれ、結果としてのアレイゲインは、各調和的サブアレイにおけるポート数の関数である。この原理により、アレイは極めて指向性の強いビームとピックアップパターンを実現する。すなわち、アレイは空間フィルタとして作用し、音響システム１００は方向および信号周波数に基づき音響信号間の区別、または音響信号源間の区別ができる。一方、単一マイクロフォンは一般に様々な方向からの音響信号を受信し、所望の音は最大応答軸（ＭＲＡ）と呼ぶ方位角０°を有する主ビームとなる。
【００１１】
ポートサブアレイに関してはいくつかの問題がある。第１の問題は空間エリアシングである。これは、望ましくない角度からの望ましくない音響信号からなるグレーティングローブを引き起こす。グレーティングローブは、主（望ましい）ビームの信号パワーに近似の信号パワーを有し、その行動は予測不能であって制御困難である。（グレーティングローブは、ＭＲＡビーム以外のビームに対応し、所定角度で到着するポートサブアレイのポート間の位相シフトをＮラジアンあるいはＮ＋ｋπラジアンから区別できない。ここでｋは整数である。）この場合、前記望ましくない音響信号は１／２波長に対応し、これはポートサブアレイのポート間隔より短い（すなわち周波数が大きい）。
【００１２】
他の問題は、ポートサブアレイに起因するビームパターンである。サブアレイの主ビームは、当該ポートサブアレイの全ポートの多重信号から形成する。しかしながらこれらポートの各サブセットもビームを生成する。
【００１３】
音響システム１００における主ビームは、カプセル１５３および１５５が同時に受信する所望音響信号に依存する。従って本実施例は、同一長さ（許容誤差内）のチューブを使用する。（しかしながら他の実施例は、異なるチューブ長さを調整するための電子位相補償を使用できる。）
電子（非音響）システムは、ポート間に遅延を生ずる電気信号処理により位相シフトを行える。この遅延により、特定方向を向いたアレイマイクロフォンは、方位角が当該アレイに垂直でない主（所望）ビームを受け取ることができる。次にその方位角にＭＲＡをシフトさせる。音響システムにおいて同様の位相シフトを行う場合、チューブの第２ネットワークを使用する。この第２ネットワークは、同一または一致ポートを有し、特定の長さの差を有し、音響伝播遅延を引き起こす。（音響位相シフトの形成は、図１０に示す本発明の他の態様において説明する。）
音響システム（例えば音響システム１００）は、複数のポートサブアレイを使用することにより、周波数に対してほぼ一定のビーム幅を実現できる。この時、複数のポートサブアレイのポート間隔を漸増し、より大きなポート間隔を有するポートサブアレイの空間エリアシング周波数が、次に大きなポート間隔を有するポートサブアレイの空間エリアシング周波数の分数であるようにする。ポートサブアレイのビーム幅は、周波数が空間エリアシング周波数へと増加するに従い小さくなるため、ポート間隔が徐々に小さくなるようなポートサブアレイのセットを実現することにより、あるサブアレイではカバーできない周波数のビーム幅を他のサブアレイでカバーできる。これは、低い周波数（大きなポート間隔）のポートサブアレイに対し、２倍の周波数のポートサブアレイを設けることで実現する。すなわち各々がオクターブ動作する複数のポートサブアレイを設け（例えば６００〜１２００Ｈｚ、１２００〜２４００Ｈｚ、２４００〜４８００Ｈｚ等）、基本的に音響システム全体のビームパターンを一定に維持する。
【００１４】
図１を参照すると、第１ポートサブアレイの隣接ポート（ポート１０１と１０３、ポート１０３と１０５、ポート１０７と１０９、ポート１０９と１１１）は第１ポート間隔（ｄ１）１６１によって分離する。第２ポートサブアレイの隣接ポート（ポート１１３と１１５、ポート１１５と１１７、ポート１１９と１２１、ポート１２１と１２３）は第２ポート間隔（ｄ２）１６３によって分離する。第１ポート間隔１６１は、第１ポートサブアレイの対応周波数応答の第１上限周波数の約１／２波長（λ１）である。第２ポート間隔１６３は、第２ポートサブアレイの対応周波数応答の第２上限周波数の約１／２波長である。図５に関連して詳細を説明するように、第１上限周波数は約２０００Ｈｚとして選択し、第２上限周波数は約４０００Ｈｚとして選択する。これらは互いから１オクターブだけ離れている。これに対応し、第１距離は約８．６ｃｍであり、第２距離は約４．３ｃｍである。
【００１５】
図１において、カプセル１５３は第１電気信号を発生し、カプセル１５５は第２電気信号を発生する。これら電気信号は、各々フィルタ１６９および１６１を経由して加算器１５７に提供し、出力１５９を形成する。（フィルタ１６９および１６１の動作は、図６に関連して説明する。）出力１５９は後述の通りさらに処理することができ、テレマティックス処理装置や無線通信電話等の他の処理装置で使用し、ハンズフリー動作を提供できる。
【００１６】
本発明の他の実施例は２以上のポートサブアレイを支援できる。各ポートサブアレイをカプセルに結合し、そのカプセルの出力を電子回路に接続し、帯域フィルタリング等の処理を行うことができる。
【００１７】
図２は、図１に示した音響遅延ネットワーク１００を支持する自動車ミラー構成２０１の正面図である。ガラスミラー（図示しないが図９のガラスミラー９０３に対応）は、自動車ミラー構成２０１のほぼ全域に拡がる。ポート１０１〜１２３は、自動車ミラー構成２０１（図１０のミラーケーシング１００１に対応）の周縁に位置する。カプセル１５３および１５５は、例えば自動車ミラー構成２０１の内部（一般にユーザには見えない）であってガラスミラーの背後に位置する。ポート１０１、１１３、１１５、１０３、１１７、１０５は、垂直距離（ｄ３）２０７によってポート１０７、１１９、１２１、１０９、１２３、１１１から分離する。
【００１８】
図３は、図１に示した音響遅延ネットワーク１００を支持する自動車ミラー構成２０１の上面図を示す。ポート１０１〜１２３はミラーケーシングの壁部３０１に配置する。ポート１０１〜１２３は、音響通路１２５〜１４７を介してカプセル１５３および１５５に接続する。接続３１５は、カプセル１５３を電子回路（例えば図５のフィルタ５０９、加算器５１３、後処理装置５１５）に接続する。接続３１７は、カプセル１５５を電子回路（例えば図５のフィルタ５１１、加算器５１３、後処理装置５１５）に接続する。図３は電子回路がミラーケーシングの外部にあるとして示すが、この電子回路は本発明の他の実施例においてミラー構成２０１内部に配置しても良い。
【００１９】
図２、図３、図９に示す実施例は、バックミラーを利用して音響システム１００を収容する。しかしながら本発明の他の実施例は、自動車内の他の場所、例えばハンドルや計器盤を利用することもできる。
【００２０】
図１〜図３に示した実施例は、平面アレイを支援する。本発明の他の実施例は、３次元アレイを支援できる。この場合、第１音響サブアレイは、追加ポートを備える。これら追加ポートは、深さ方向の距離（垂直距離および水平距離に対して垂直）だけポート１０１〜１１１から分離する。そして第２音響サブアレイは、深さ方向の距離だけポート１１３〜１２３から分離した追加ポートを備える。
【００２１】
図４は、カプセル取付台４００を示す。この取付台は、図１に示した音響遅延ネットワーク１００を支持する。カプセル取付台４００は、カプセル１５３および１５５を収容し、音響通路１２５〜１４７を音響的に結合する。本実施例において、音響通路１２５〜１３５はカプセル１５３の一側に結合し、音響通路１３７〜１４７はカプセル１５５の同一側に結合する。他の実施例において、音響通路１２５〜１４７は、カプセル１５３および１５５に対して異なるように配置しても良い。一実施例において、音響通路１２５〜１３５はカプセル１５３の異なる側に結合し、音響通路１３７〜１４７はカプセル１５５の異なる側に結合しても良い。この場合、カプセル１５３の近傍とカプセル１５５の近傍との間の音響障壁は、カプセル１５３とカプセル１５５間の音響隔離を提供する。本発明の他の実施例において、カプセル取付台４００を異なって構成し、異なるタイプのカプセルを収容するようにしても良い。
【００２２】
自動車環境における受信音声信号に関する実験結果によれば、制限的周波数特性を有する代表的なフィルタ構成で受信音声信号を処理すると、音声認識の相対精度が向上する。かかるフィルタ構成は、例えば１０００Ｈｚ〜４０００Ｈｚ帯域フィルタ、１０００Ｈｚ〜５０００Ｈｚ帯域フィルタ、２０００Ｈｚを中心としたオクターブフィルタ、またはコーナ周波数１０００Ｈｚの広域フィルタを有する。この実験の構成は、ＩＢＭビアボイス（登録商標）認識エンジンを使用し、異なるマイクロフォンタイプを自動車内の異なる位置に配置した。
【００２３】
図５は、図１に示した音響遅延ネットワーク１００の構成５００を示す図である。構成５００は、音響ポートサブアレイ５０１および５０３と、カプセル５０５および５０７と、フィルタ５０９および５１１（図１に示したフィルタ１６９および１６１に対応）と、加算器５１３と、出力５１７を提供する後処理装置５１５とを含む。出力５１７は多くのアプリケーションで利用できる。例えばハンズフリー無線端末やテレマティックスで利用できる。音響ポートサブアレイ５０１はポート１０１〜１１１（図１）に対応し、音響ポートサブアレイ５０３はポート１１３〜１２３に対応する。カプセル５０５および５０７はカプセル１５５および１５３（図１）に対応する。本実施例において、フィルタ５０９は約１ＫＨｚ〜２ＫＨｚの通過帯域を有する帯域フィルタであり、フィルタ５１１は約２ＫＨｚ〜４ＫＨｚの通過帯域を有する帯域フィルタである。フィルタ５０９および５１１は、それぞれ音響ポートサブアレイ５０１および５０３に関連する空間グレーティングを減少させる。
【００２４】
加算器５１３はフィルタ５０９および５１１からの信号を結合し、構成５００の結合周波数応答を約１ＫＨｚ〜４ＫＨｚとする。（前記した実験結果によれば、受信音声信号を通過帯域１ＫＨｚ〜４ＫＨｚを持つ帯域フィルタで処理することにより、良好な音声認識の相対測定が得られる。）後処理装置５１５は加算器５１３からの信号を変更し、信号応答特性における不規則性を低減する。このような不規則性は、音響ポートサブアレイ５０１および５０３の１／４波長（λ／４）応答に起因する。（他の実施例において、後処理装置５１５は後置均等化フィルタ機能を有し、音響システム１００の動作範囲の周波数に対して平坦応答を提供できる。かかる最適化フィルタは、周波数領域「反転」フィルタまたは最適収束適応「ウイーナ」フィルタと呼ばれる。）本発明の他の実施例において、１／４波長減衰は、音響通路１２５〜１４７に部分的音響障害物（例えば発泡材）を使用して実現できる。本発明の他の実施例において、１／４波長減衰はフィルタ５０９および５１１によって提供する。この場合、フィルタ５０９は音響ポートサブアレイ５０１の１／４波長応答（図２の実施例において約１０００Ｈｚに対応）を抑制（減衰）し、フィルタ５１１は音響ポートサブアレイ５０３の１／４波長応答（図２の実施例において約２０００Ｈｚに対応）を減衰する。チューブネットワークにおける１／４波長応答をさらに減衰するには、チューブ、パイプ、プレナム、または抵抗からなる音響フィルタを使用することで実現できる。これらは、発泡材インピーダンスや電子手段と同様、ノッチを増大したり取り除く。
【００２５】
本実施例において、高次のピックアップパターンは、遅延や振幅重み付け（ポートまたはチューブにおける発泡材インピーダンス等）によって調整可能な低次または「共通」ピックアップパターンを組み合わせたパターンと定義する。低次パターンの例は、全方向マイクロフォン（０次）、カージオイド（１次）、スーパーカージオイド（カージオイドとは異なる通路差分遅延を有する１次）、およびハイパーカージオイドである。高次ビームパターンは、これら入力を様々に組み合わせた結果である。例えば２次差分（１／２波長だけ離れた２つのカージオイドであって第２カージオイドは２者間の搬送時間だけ遅れている）がある。
【００２６】
他の実施例は、カプセル５０５または５０７と加算器５１３との間に、ある種のアナログまたはデジタルサブアレイ処理を含めることができる。デジタル信号処理を適用する場合、帯域フィルタ５０９および５１１とサブアレイ処理とは、同一処理装置（例えばマイクロプロセッサ）で実現できる。他の実施例において、帯域フィルタ５０９および５１１、サブアレイ処理、加算器５１３，後処理装置５１５は同一処理装置（カプセル１５３および１５５の後置）で実現できる。図１〜図５に示した実施例は自動車用であるが、本発明の他の実施例は他の音響用途に適用できる。例えば高忠実音響用途、音声会議、スピーカフォン、演壇マイクロフォン、車内通話装置、マルチメディアコンピュータ、ドライブスルー通信システム、安全および調査システム、音声制御用途、ソナー用途等である。当業者には明らかな通り、本発明の音響用途は空気媒体に関連するだけでなく、水媒体に関連してもよい（例えばソナー用途）。
【００２７】
図１〜図３に示した実施例は、約１ＫＨｚ〜４ＫＨｚの周波数スペクトルを支援し、２つの調和的ネスト（ポートサブアレイ）を使用し、音声認識精度の良好な相対測定を提供する。他の音響用途の場合、他の設計パラメータを考慮する必要がある。例えば高忠実音響用途を支援する実施例は、約１００Ｈｚ〜１６ＫＨｚの周波数スペクトルが望まれる。この場合、７つのポートサブアレイを含める。第１ポートサブアレイは１２５Ｈｚ〜２５０Ｈｚの周波数帯に対応し、第２ポートサブアレイは２５０Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数帯に対応し、第３ポートサブアレイは５００Ｈｚ〜１ＫＨｚの周波数帯に対応し、第４ポートサブアレイは１ＫＨｚ〜２ＫＨｚの周波数帯に対応し、第５ポートサブアレイは２ＫＨｚ〜４ＫＨｚの周波数帯に対応し、第６ポートサブアレイは４ＫＨｚ〜８ＫＨｚの周波数帯に対応し、第７ポートサブアレイは８ＫＨｚ〜１６ＫＨｚの周波数帯に対応する。さらに本発明の実施例は、異なる誤差基準を考慮できる。例えば音声認識精度と平均２乗誤差（ＭＳＥ）とである。平均２乗誤差は、音楽等の非音声音響信号の処理忠実度を測定する上で有用である。
【００２８】
図６は、図１に示した音響遅延ネットワーク１００の水平指向性を示す極座標図６００である。極座標図６００は、８００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１５００Ｈｚ、２０００Ｈｚ、２５００Ｈｚ、３０００Ｈｚの周波数応答を示し、各々曲線６０１、６０３、６０５、６０７、６０９、６１１に対応する。各曲線は、音響遅延ネットワーク１００の方位角０度に対する関連周波数の水平方向応答を示す。一般に、各調和的サブアレイ内では、周波数が高いほど、音響遅延ネットワーク１００の指向性が大きい（すなわちビーム幅が狭い）。複数のネストを使用することで、装置の動作範囲にわたりほぼ一定の指向性を維持できる。
【００２９】
図７は、図１に示した音響遅延ネットワーク１００の垂直指向性を示す極座標図７００である。極座標図７００は、８００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１５００Ｈｚ、２０００Ｈｚ、２５００Ｈｚ、３０００Ｈｚの周波数応答を示し、各々曲線７０１、７０３、７０５、７０７、７０９、７１１に対応する。一般に垂直指向性は周波数が上がるに従って向上する。本実施例は垂直方向に１つの「ネスト」しか有していない。しかしながら他の実施例は、水平（Ｘ）次元と同様、垂直（Ｙ）次元または深さ（Ｚ）次元に複数のネストを使用しても良い。
【００３０】
図８は、図１に示した音響遅延ネットワーク１００の水平指向性を示す極座標図８００であり、１／４波長減衰を適用したものである。極座標図８００は、８００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１５００Ｈｚ、２０００Ｈｚ、２５００Ｈｚ、３０００Ｈｚの周波数応答を示し、各々曲線８０１、８０３、８０５、８０７、８０９、８１１に対応する。極座標図６００と同様、一般に周波数が上がるほど水平指向性は向上する。しかしながら曲線６１１（図６に示す）と曲線８１１（３０００Ｈｚに対応）とを比較すると、１／４波長減衰によってサイドローブが減少していることが分かる。
【００３１】
図９は、図１に示した音響遅延ネットワーク１００に関連するミラー傾斜構成を示す図である。音響遅延ネットワーク１００は、ミラーケーシング９０１（図２および図３の２０１に対応）に設置する。ミラーケーシング９０１は、ガラスミラー９０３に対して角度θ９０５だけ傾斜している。話者９０７は、音響通路９０９（音響遅延ネットワーク１００の面に垂直）を介し、音響遅延ネットワーク１００の主ビーム幅９１１内で話す。ガラスミラー９０３がミラーケーシング９０１に対して傾斜しているため、話者は視線９１５に対応するリヤウインドウ９１３を介して対象物９１７を見ることができる。視線９１５は角度を有し、ガラスミラー９０３の垂線がその角度を二分する。
【００３２】
図１０は、伝送音響信号の受信を案内する本発明の一実施例に基づく音響通路構成を示す図である。ポート１００１、１００３、１００５は、波面１０１７に対応する音響信号を受信する。この波面は、水平基準１０１９に対して角度θ１０２１をなして音響遅延ネットワーク１００に入射する。ポート１００１、１００３、１００５は、それぞれ音響通路１００７、１００９、１０１１に開口する。音響通路１００７、１００９、１０１１は長さが異なり、最大応答軸（主ビーム）が角度θ１０２１で傾斜するようになっている。主ビームの傾斜は、隣接音響通路（例えば１００７と１００９）間の差分長さに対応する。その差分長さは約ｄ＊ＳＩＮ（θ）である。ここでｄは隣接ポート間のポート間隔である。主ビームを傾斜させることにより、車両ハンドルや計器盤等の調整が難しい実装品に対して音響遅延ネットワーク１００の取り付けを行いやすくする。
【００３３】
当業者には明らかな通り、コンピュータシステムは、それに付随するコンピュータ読み取り可能媒体にそのコンピュータシステムを制御する命令を含めることにより、ここに記載した実施例を実施するために使用できる。このコンピュータシステムは、少なくとも１つのコンピュータを含むことができる。少なくとも１つのコンピュータとは、マイクロプロセッサ、デジタル信号処理装置、関連周辺電子回路等である。
【００３４】
本発明は現時点でその実施に好適と思われる特定実施例に関連して説明してきたが、当業者には明らかな通り、ここに説明したシステムおよび技術は多くの変更および代替が可能であり、それら全ては請求の範囲に記載した本発明の精神および範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は２つの調和的サブアレイを有する本発明の一実施例に基づく音響遅延ネットワークを示す図である。
【図２】図２は図１に示した音響遅延ネットワークを支持する自動車ミラー構成を示す正面図である。
【図３】図３は図１に示した音響遅延ネットワークを支持する自動車ミラー構成を示す上面図である。
【図４】図４は図１に示した音響遅延ネットワークを支持するカプセル取付台を示す図である。
【図５】図５は図１に示した音響遅延ネットワークの構成を示す図である。
【図６】図６は図１に示した音響遅延ネットワークの水平指向性を示す極座標図である。
【図７】図７は図１に示した音響遅延ネットワークの垂直指向性を示す極座標図である。
【図８】図８は図１に示した音響遅延ネットワークに１／４波長減衰を適用した時の水平指向性を示す極座標図である。
【図９】図９は図１に示した音響遅延ネットワークに関連するミラー傾斜構成を示す図である。
【図１０】図１０は伝送音響信号を受信するための本発明の一実施例に基づく音響通路構成を示す図である。
【図１】
2005536113.tif 000003
【図２】
2005536113.tif 000004
【図３】
2005536113.tif 000005
【図４】
2005536113.tif 000006
【図５】
2005536113.tif 000007
【図６】
2005536113.tif 000008
【図７】
2005536113.tif 000009
【図８】
2005536113.tif 000010
【図９】
2005536113.tif 000011
【図１０】
2005536113.tif 000012
【国際調査報告】
2005536113.tif 000013
2005536113.tif 000014
2005536113.tif 000015